JP2010078461A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置検出装置において、内挿精度をさらに向上させることである。
【解決手段】回転軸１には、アブソリュートコード板１８が固着され、アブソリュート位置センサ１９により、電気信号のアブソリュート信号ＡＢＳに変換され、アブソリュート位置変換処理部１７へ出力する。アブソリュート位置変換処理部２０では、内挿演算器１７からの高精密な位置信号ＩＰと、アブソリュート信号ＡＢＳを信号処理した粗なアブソリュート位置とを合成し、高精密なアブソリュート位置を示すアブソリュート位置信号Ｐを出力する。オフセット補正処理部３５では、２相の信号ＤＣ，ＤＳから、オフセット補正値記憶器３２が出力したアブソリュート位置ＩＰに対応したオフセット補正値ＣＯＦ（Ｐ），ＳＯＦ（Ｐ）が、それぞれ補正される。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定変位に対して波長λのピッチで正弦波状に変化する９０度位相の異なる２相の信号を出力とする位置センサからの出力信号を位置情報に変換する位置検出装置に関する。

従来、工作機械の円テーブル等の回転軸では、サーボモータにウォームギア等の減速機を組み合わせた駆動方式が使用されていた。しかし、減速機を用いた駆動方式では、バックラッシュによる精度悪化の問題や回転速度向上に限界があった。このため、最近では高精度化高速化が容易なビルトインモータを組み込んだダイレクトモータ駆動方式が、回転軸に使用されるようになってきた。工作機械の円テーブル等では、これまでも位置制御フィードバック用として高精度な位置検出装置が使用されていた。これらの位置検出装置では、位置検出精度を向上させるために、測定変位に対して短いピッチで正弦波状に変化する９０度位相の異なる２つの変位信号を出力する位置センサが使用されていた。その理由としては、２つの信号を内挿処理して得られるピッチ内の分割精度（以降内挿精度と呼ぶ）が悪くても、短いピッチであれば実際の位置検出精度に影響する内挿精度の割合が小さくなるためである。

ところが、このような位置検出装置では、高速に軸回転すると、出力信号の周波数が高くなり過ぎるため、高い回転速度で使用できるものがなかった。このため、高速回転が容易なダイレクトモータ駆動方式の回転軸では、位置検出装置によって高速性能が制約を受けていた。このような背景から、測定変位に対応して長いピッチの信号を出力する位置センサでも、内挿精度が向上可能な位置検出装置が望まれていた。

図５は従来の位置検出装置を示す図である。また、図６は、図５の信号処理回路２９の内挿処理動作を示すブロック図である。図５において回転軸１に固定されたロータ２１は、外周部に波長λ＝１０度のピッチで１回転内に３６個の凹凸を有する磁性体からできている。また、ロータ２１の３６個ある凸部の一つには、原点を示す磁性体から成る突起２２が固定されている。また、ロータ２１の外周面に近接する側には、測定対象（モータ）の非回転部に固定されたプリント基板２３が配置され、プリント基板２３には、正弦波状の導体パターンから成る２種類の検出コイル２４と検出コイル２５と、原点を示すロータ２１上の突起２２を検出する検出コイル２６とが形成されている。また、プリント基板２３の裏側には１００ｋＨｚの交流電流Ｉ・ＳＩＮ（２０００００πｔ）を励磁コイル２８に流すことにより、交流励磁磁束をロータ２１側へ発生する電磁石２７が配置されている。

このような構成の位置センサでは、回転軸１が回転すると、ロータ外周部の凹凸によるリラクタンス変化により、交流磁束の大きさが変化し、検出コイル２４と検出コイル２５では、それぞれ回転変位θの余弦値と正弦値に振幅変調された起電圧ＳＣ，ＳＳが発生する。これらの信号は、信号処理回路２９に入力され、それぞれ増幅器３，４によって信号ＡＣ，ＡＳとして増幅され出力される。図５の例では励磁信号の周波数は１００ＫＨｚであり、回転軸１の回転角をθ、出力信号の振幅をＧとすると、信号ＡＣ，ＡＳは次の式（１）、式（２）で表すことができる。
ＡＣ＝Ｇ・ＣＯＳ（３６θ）ＳＩＮ（２０００００πｔ） ・・・・（１）
ＡＳ＝Ｇ・ＳＩＮ（３６θ）ＳＩＮ（２０００００πｔ） ・・・・（２）

これらの信号ＡＣ，ＡＳは、タイミングコントローラ５からの励磁信号に同期して出力される周期１０μＳのパルス信号ＴＩＭによって、それぞれＡＤ変換器６，７によりＳＩＮ（２０００００πｔ）＝１となるタイミングでサンプリングかつデジタル化され、それぞれ数値ＤＣ，ＤＳに変換される。したがって数値ＤＣ，ＤＳはそれぞれ下記式（３）、式（４）のように表すことができる。
ＤＣ＝Ｇ・ＣＯＳ（３６θ） ・・・・（３）
ＤＳ＝Ｇ・ＳＩＮ（３６θ） ・・・・（４）

以上から、図５に示した位置検出装置内の位置検出センサでは、測定変位の波長λ（１０度）のピッチで正弦波状に変化する９０度位相の異なる２相の信号を出力しているとみなすことができる。

ロータ２１や検出コイル２４，２５の設置状態や信号増幅器等特性バラツキによって、上記デジタル化された２相の信号ＤＣ，ＤＳには、オフセット電圧ＣＯＦ，ＳＯＦや、２つの信号の位相差Ｐや振幅比Ｂが含まれるため、前記式（３）、式（４）は厳密には次の式（５）、式（６）として表すことができる。
ＤＣ＝Ｇ・ＣＯＳ（３６θ）＋ＣＯＦ ・・・・（５）
ＤＳ＝Ｂ・Ｇ・ＳＩＮ（３６θ）＋Ｐ・Ｇ・ＣＯＳ（３６θ）＋ＳＯＦ ・・・・（６）

通常、２相の信号ＤＣ，ＤＳを現信号のまま内挿処理を行うと、内挿精度が悪化してしまう。このため、図５の位置検出装置では、２相の信号ＤＣ，ＤＳに含まれるオフセット値ＣＯＦ，ＳＯＦや、２つの信号の位相差や振幅比を修正する位相修正値ＰＨＪ（＝Ｐ）と振幅修正値ＢＡＪ（＝１／Ｂ）は、位置検出装置の製造時に予め測定し、位置検出装置に搭載した不揮発性メモリ等に記憶させ、電源投入時の位置検出開始前にそれぞれ記憶器１０，１１，１２，１３に設定される。減算器８，９では、数値ＤＣ，ＤＳからそれぞれ記憶器１０，１１が記憶するオフセット修正値ＣＯＦ，ＳＯＦが除去され、数値ＤＣＡ，ＤＳＡとなる。また、数値ＤＳＡは減算器１４で、記憶器１２が記憶する位相差修正値ＰＨＪと数値ＤＣＡを乗算した値が減算され、位相誤差成分が除去された数値ＤＳＢとなる。さらに、数値ＤＳＢは、乗算器１６で記憶器１３が記憶する振幅比修正値ＢＡＪと乗算され、数値ＤＣＡと振幅のほぼ等しい数値ＤＳＣとなる。数値ＤＣＡとＤＳＣは、内挿演算器１７で２変数を入力とする逆正接演算が行われ、回転軸１の（１／３６）回転内の高精密な回転量を示す位置信号ＩＰに変換される。

なお、実際の位置検出装置では、位置信号ＩＰの変化を基にしたカウント処理等により、少なくとも回転軸１の１回転以上の位置データが求められ、モータ制御装置等へ出力される。また、図５では、高精密位置を検出する位置センサの他に、ロータ２１上の突起２２が検出コイル２６に近接すると、原点を示すアブソリュート位置信号を出力するアブソリュート位置センサが備えられている。このような位置検出装置では、原点を示すアブソリュート位置信号が出力されると、インクリメンタル処理用のカウント値を記憶し、記憶値を位置のオフセットとしてインクリメンタルカウント値から減算することで、それ以降は回転軸１の１回転内の回転位置をアブソリュート位置として検出することが可能である。

また、ロータ２１に特許文献１に示されるような、アブソリュートパターンを有する円板を付加し、プリント基板２３にこれらのアブソリュートパターンを読み取る複数のコイルを搭載した、アブソリュート位置センサを備える位置検出装置もあり、このような位置検出装置では、起動直後からアブソリュート位置を検出させることも可能である。

また、特許文献２には、フーリエ解析を用いることで、回転位置によって変化するオフセットや振幅比や位相差を高精度に検出し、回転位置ごとに２相信号を修正することで内挿精度を向上させる技術が述べられている。

特開平４−１３６７１５号公報 特願２００７−６８６２０号

図５で示した従来の位置検出装置では、予め設定した２相の信号のオフセットや位相差や振幅比等の修正値によって、内挿精度をある程度まで改善することが可能である。しかし、内挿精度をさらに向上させようとする場合、オフセットや位相差や振幅比が回転位置で微妙に変化するため、一定の修正値で内挿精度を向上させることは困難であった。このため、特許文献２の技術等を適用することにより、回転位置によって変化するオフセットや振幅比や位相差を高精度に検出し、回転位置ごとに２相信号を修正することで内挿精度を向上させていた。

しかし、特許文献２の技術では、波長λ内で得られた２相信号の自乗和の平方根の値を高い精度でフーリエ解析するためには、λ内で少なくとも８ポイント以上のデータを得る必要があり、高速回転時には、フーリエ解析に必要なデータ数を得ることができないため、高速回転時の精度が悪化するという問題があった。また、λ分だけ可動するごとに検出したオフセットや振幅比や位相差等の値は、一つ前のλ内の領域においての最適な値となるため、検出した値が隣接する領域で必ずしも最適な値とはならなかった。そのため、位置の変化に対するオフセットや位相差や振幅比の変動量が大きな変位信号を出力するセンサでは、内挿精度が悪化するという問題があった。

本発明は，上述のような事情から成されたものであり，本発明の目的は，測定変位に対して波長λのピッチで正弦波状に変化する互いに９０度位相の異なる２つの変位信号に含まれ、内挿精度を悪化させる成分を回転速度の影響を受けずに正確に除去することによって、内挿精度を向上させることにある。また、これによって、位置検出装置の高精度化と高速化を両立させることにある。

本発明に係る位置検出装置は、可動部の移動に対応して、λの波長で周期的に変化し、互いに９０度位相の異なる２相の信号を出力する精密位置センサと、前記可動部のアブソリュート位置に対応するアブソリュート信号を出力するアブソリュート位置センサと、前記２相の信号と前記アブソリュート信号とに基づいて、λより長い範囲の位置を検出する位置検出装置において、前記精密位置センサが出力した前記２相の信号からそれぞれオフセットを補正するオフセット補正手段と、前記オフセット補正後の２相の信号を精密位置に変換する内挿手段と、前記精密位置と前記アブソリュート信号とに基づいて、前記可動部のアブソリュート位置を出力するアブソリュート位置変換手段と、前記アブソリュート位置に対応する前記２相の信号のオフセット補正値を予め記憶するオフセット補正値記憶手段と、を備え、前記オフセット補正手段は、前記オフセット補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する前記オフセット補正値を読み出した値に基づき、前記２相の信号からそれぞれオフセットを補正することを特徴とする。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記オフセット補正手段は、前記精密位置と前記オフセット補正値記憶手段の値によりオフセットを修正した２相のオフセット修正後信号とに基づいて、前記２相のオフセット修正後信号に含まれるオフセット変動分を検出するオフセット変動量検出手段と、前記オフセット変動量検出手段が検出した値に基づくオフセット調整値を記憶するオフセット調整値記憶手段と、を具備し、前記オフセット補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する前記オフセット補正値を読み出した値と、前記オフセット調整値記憶手段の記憶値とにより、前記２相の信号からそれぞれのオフセットを補正することが好ましい。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記オフセット変動量検出手段は、前記精密位置に対する前記２相のオフセット修正後信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した波長λの成分に基づき、前記２相の信号の変動オフセットを検出することが好ましい。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記オフセット変動量検出手段は、前記精密位置の変化から速度を検出する速度検出手段と、前記２相のオフセット修正後信号をそれぞれ入力とする２つの低域フイルタと、を具備し、前記速度検出手段が検出した速度に応じて、前記２つの低域フイルタの出力値を前記オフセット変動量とすることが好ましい。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記精密位置に対する前記２相の信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した波長λの成分に基づき、前記２相の信号のオフセット補正値を検出するオフセット補正値検出手段を具備し、予め定めた特定のモード時に、前記アブソリュート位置に対応するオフセット補正値検出手段が検出した２相の信号のオフセットを前記オフセット補正値記憶手段へ記録することが好ましい。

また、本発明に係る位置検出装置は、可動部の移動に対応して、λの波長で周期的に変化し、互いに９０度位相の異なる２相の信号を出力する精密位置センサと、前記可動部のアブソリュート位置に対応するアブソリュート信号を出力するアブソリュート位置センサと、前記２相の信号と前記アブソリュート信号とに基づいて、λより長い範囲の位置を検出する位置検出装置において、前記精密位置センサが出力した前記２相の信号の位相差を補正する位相差補正手段と、前記位相差補正後の２相の信号を精密位置に変換する内挿手段と、前記精密位置と前記アブソリュート信号とに基づいて、前記可動部のアブソリュート位置を出力するアブソリュート位置変換手段と、前記アブソリュート位置に対応する前記２相の信号の位相差補正値を予め記憶する位相差補正値記憶手段と、を備え、前記位相差補正手段は、前記位相差補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する位相差補正位置を読み出した値に基づき、前記２相の信号の位相差を補正することを特徴とする。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記位相差補正手段は、前記２相の信号から前記位相差補正値記憶手段の値により、位相差を修正した２相の位相差修正後信号に基づいて、前記２相の位相差修正後信号に含まれる位相差変動量を検出する位相差変動量検出手段と、前記位相差変動量検出手段が検出した位相差変動値を位相差調整値として記憶する位相差調整値記憶手段と、を具備し、前記位相差補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する位相差補正値を読み出した値と、前記位相差調整値記憶手段の記憶値とにより、前記２相の信号の位相差を補正することが好ましい。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記位相差変動量検出手段は、前記精密位置に対する前記２相の位相差修正後信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した半波長である（λ／２）の成分に基づき、変動位相差を検出することが好ましい。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記位相差変動量検出手段は、前記精密位置の変化から求めた速度を検出する速度検出手段と、前記２相の位相差修正後信号の積を入力とする低域フイルタと、を具備し、前記速度検出手段が検出した速度に応じて、前記２つの低域フイルタの２つの出力値に基づく値を位相差変動値とすることが好ましい。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記精密位置に対する前記２相の信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した半波長である（λ／２）の成分に基づき、２相の信号の位相差補正値を検出する位相差補正値検出手段を具備し、予め定めた特定のモード時に、前記アブソリュート位置に対応する前記位相差補正値検出手段が検出した２相の信号の位相差を前記位相差補正値記憶手段へ記録することが好ましい。

また、本発明に係る位置検出装置は、可動部の移動に対応して、λの波長で周期的に変化し、互いに９０度位相の異なる２相の信号を出力する精密位置センサと、前記可動部のアブソリュート位置に対応するアブソリュート信号を出力するアブソリュート位置センサと、前記２相の信号と前記アブソリュート信号とに基づいて、λより長い範囲の位置を検出する位置検出装置において、前記２相の信号の振幅比を補正する振幅比補正手段と、前記振幅比補正後の２相の信号を精密位置に変換する内挿手段と、前記精密位置と前記アブソリュート信号とに基づいて、前記可動部のアブソリュート位置を出力するアブソリュート位置変換手段と、前記アブソリュート位置に対応する前記２相の信号の振幅比補正値を予め記憶する振幅比補正値記憶手段と、を具備し、前記振幅比補正手段は、前記振幅比補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する振幅比補正値を読み出した値に基づき、前記２相の信号の振幅比を補正することを特徴とする。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記振幅比補正手段は、前記精密位置と、振幅比補正値記憶手段との値により振幅比を修正した２相の振幅比修正後信号とに基づいて、前記２相の振幅比修正後信号に含まれる振幅比変動量を検出する振幅比変動量検出手段と、前記振幅比変動量検出手段が検出した振幅比変動量を振幅比調整値として記憶する振幅比調整値記憶手段と、を具備し、前記振幅比補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する前記振幅比補正値を読み出した値と、前記振幅比調整値記憶手段の記憶値とにより、前記２相信号の振幅比を補正することが好ましい。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記振幅比変動量検出手段は、前記精密位置に対する前記２相の振幅比修正後信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した半波長である（λ／２）の成分に基づき、前記２相の振幅比修正後信号の振幅比変動量を検出することが好ましい。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記振幅比変動量検出手段は、前記精密位置の変化から求めた速度を検出する速度検出手段と、前記２相の振幅比修正後信号の自乗値又は絶対値を入力とする２つの低域フイルタと、を具備し、前記速度検出手段が検出した速度に応じて、前記２つの低域フイルタの出力値の比を振幅比変動量とすることが好ましい。

また、本発明に係る位置検出装置において、前記精密位置に対する前記２相の信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した半波長である（λ／２）の成分に基づき、２相の信号の振幅比補正値を検出する振幅比補正値検出手段を具備し、予め定めた特定のモード時に、前記アブソリュート位置に対応する前記振幅比補正値検出手段が検出した２相の信号の振幅比を前記振幅比補正値記憶手段へ記録することが好ましい。

本発明によれば、測定変位に対して波長λのピッチで正弦波状に変化する互いに９０度位相の異なる２相の信号のアブソリュート位置に対応するオフセットや位相差や振幅比の値を、例えば、特許文献２の方法により検出し、予めメモリ等の記憶手段に記憶させることができる。また、アブソリュート位置に対応した最適なオフセットや位相差や振幅比の値で、２つの変位信号を修正し、内挿処理が行われる。このため、位置の変化に対するオフセットや位相差や振幅比の変動量が大きな変位信号を出力するセンサでも、高精度な位置検出が可能である。また、高速回転時でも、アブソリュート位置に対応した最適なオフセットや位相差や振幅比の値で内挿処理が行われるため、高精度な位置検出が可能である。その他、環境が変化し、オフセットや位相差や振幅比の値が変動したとしても、その変動分に対しては、ほぼリアルタイムに修正できるため、経時変化のない高い精度の位置検出装置を実現することができる。

以下，図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る実施形態における位置検出装置のブロック図である。同図で図５又は図６と同じ機能のものは同じ符号とし、その説明を省略する。また、図２は、図１のオフセット除去処理部３５の動作示すブロック図である。また、図３は、図１の位相差修正処理部４６の動作を示すブロック図である。また、図４は、図１の振幅比修正処理部５９の動作を示すブロック図である。図３，４，５で、共通に使用されるブロックは、同一符号及び同一信号名で示す。

図１では、回転軸１には、図５と同じロータ２１とアブソリュートコード板１８が固着されている。また、図５の検出コイル２４と検出コイル２５と同様のセンサを精密位置センサ２として示している。アブソリュートコード板１８のコードは、アブソリュート位置センサ１９により、電気信号のアブソリュート信号ＡＢＳに変換され、アブソリュート位置変換処理部２０へ出力する。アブソリュート位置変換処理部２０では、内挿演算器１７からの高精密な位置信号ＩＰと、アブソリュート信号ＡＢＳを信号処理した粗なアブソリュート位置とを合成し、高精密なアブソリュート位置を示すアブソリュート位置信号Ｐを出力する。

半径演算器３０は、高精密位置センサ部２からのデジタル信号化された２相の信号ＤＣ，ＤＳを、それぞれ自乗した値の和の平方根を示す信号Ｒとして出力する。ＦＦＴ処理部３１では、位置信号ＩＰの変化から（１／３２）λごとの、信号Ｒをサンプルし、回転軸がλ可動するたびに３２ポイントの信号Ｒについて高速フーリエ変換が行われる。ＦＦＴ処理部３１では、信号ＤＣ，ＤＳのオフセット量とほぼ一致するフーリエ解析後の波長λの余弦成分と正弦成分の２倍の値をそれぞれ信号ＣＯＦＲ，ＳＯＦＲとして出力する。また、ＦＦＴ処理部３１では、信号ＤＣ，ＤＳの位相差に相当するフーリエ解析後の半波長である（λ／２）の正弦成分の２倍を０次成分で除算した値を信号ＰＨＲとして出力する。また、ＦＦＴ処理部３１では、信号ＤＣ，ＤＳの振幅比に相当するフーリエ解析後の半波長である（λ／２）の余弦成分を０次成分に対して加算した値と減算した値の２つの値の加算値側を減算値側で除算した値を、信号ＢＡＲとして出力する。なお、位置センサ２の２相の信号ＳＣ，ＡＣの振幅変動が小さければ、ＦＦＴ処理後の０次成分は、固定値で代用しても位相差補正値や振幅比補正値を検出することが可能である。

信号ＣＯＦＲ，ＳＯＦＲと信号ＰＨＲと信号ＢＡＲは、自動設定モード信号ＡＴＳＥＴがＯＮのときに、それぞれオフセット補正値記憶器３２と、位相差補正値記憶器３３と振幅比補正値記憶器３４に、アブソリュート位置信号Ｐに対応したアドレスへ書き込まれる。なお、オフセット補正値記憶器３２と、位相差補正値記憶器３３と振幅比補正値記憶器３４は、自動設定モード信号ＡＴＳＥＴがＯＮのときは、それぞれ入力信号ＣＯＦＲ，ＳＯＦＲと入力信号ＰＨＲと入力信号ＢＡＲが、出力信号ＣＯＦ（Ｐ），ＳＯＦ（Ｐ）と出力信号ＰＨ（Ｐ）と出力信号ＢＡ（Ｐ）へ直接出力されるようになっている。また、実際のデータ書き込み時のアドレスは、アブソリュート位置信号Ｐを遅らせた信号から書き込み時のアドレスを生成するように工夫されている。

これによって、自動設定モード信号ＡＴＳＥＴがＯＦＦの時は、オフセット記憶器３２と、位相差記憶器３３と振幅比記憶器３４から、それぞれ、出力されるオフセット補正値信号ＣＯＦ（Ｐ），ＳＯＦ（Ｐ），位相差補正値信号ＰＨ（Ｐ）や振幅比補正値信号ＢＡ（Ｐ）は、アブソリュート位置における補正値と一致するようになっている。

以上の機能によって、位置検出装置が検出対象の機械に設置された直後に、回転軸１を低速の速度で回転させ、アブソリュート位置Ｐに対応して自動設定モード信号ＡＴＳＥＴを１回だけＯＮすることにより、オフセット記憶器３２と、位相差記憶器３３と振幅比記憶器３４へ、それぞれアブソリュート位置Ｐに対応する補正値を予め設定することができる。

オフセット補正処理部３５では、減算器３６，３７により、２相の信号ＤＣ，ＤＳから、オフセット補正値記憶器３２が出力したアブソリュート位置ＩＰに対応したオフセット補正値ＣＯＦ（Ｐ），ＳＯＦ（Ｐ）が、それぞれ修正され、信号ＤＣＤ，ＤＳＤとなる。半径演算器４０では、２相信号からオフセット補正値記憶器３２の値を修正したオフセット修正後の信号ＤＣＤ，ＤＳＤをそれぞれ自乗した値の和の平方根が演算され信号ＲＡとなる。ＦＦＴ処理部４１では、位置信号ＩＰの変化から（１／３２）λごとの、信号ＲＡをサンプルし、ロータ２１がλ分可動するたびに３２ポイントの信号ＲＡについて高速フーリエ変換が行われる。また、ＦＦＴ処理部４１では、フーリエ解析後の波長λの余弦成分と正弦成分の２倍の値をそれぞれ信号ＣＯＦＲ，ＳＯＦＲとして出力する。このとき、信号ＣＯＦＲ，ＳＯＦＲは、オフセット修正後の信号ＤＣＤ，ＤＳＤに含まれるオフセット成分となり、オフセット補正値記憶器３２の補正値を検出した時からの経時変化によるオフセット変動量とみなすことができる。

低域フイルタ４２、４３は、それぞれオフセット修正後の信号ＤＣＤ，ＤＳＤの高域成分をカットし、信号ＣＯＬＰ，ＳＯＬＰとして出力する。回転軸１が高速回転し、信号ＤＣＤ，ＤＳＤの周波数が低域フイルタ４２、４３のカットオフ周波数よりも十分高い周波数のときは、信号ＣＯＬＰ，ＳＯＬＰは、それぞれ、信号ＤＣＤ，ＤＳＤオフセット成分と同等とみなすことができる。速度検出器４５は、位置信号ＩＰの単位時間あたりの変化から速度を検出し、一定の速度以上では、信号ＬＰＳＥＴをＯＮにし、オフセット調整値記憶器４４に対して、低域フイルタ４２、４１の出力信号ＣＯＬＰ，ＳＯＬＰを記憶させ、それぞれ信号ＣＯＡＪ，ＳＯＡＪとして出力させる。また、速度検出器４５は、回転軸１が低い回転時には、信号ＲＳＥＴを、ロータ２１がλ分可動するたびにＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、オフセット調整値記憶器４４に対して、ＦＦＴ処理部４１の出力信号ＣＯＦＲ，ＳＯＦＲを記憶させ、それぞれ信号ＣＯＡＪ，ＳＯＡＪとして出力させる。減算器３８，３９では、オフセット修正後の信号ＤＣＤ，ＤＳＤから、それぞれオフセット変動分となる信号ＣＯＡＪ，ＳＯＡＪが減算され、信号ＤＣＥ，ＤＳＥとして出力される。以上から、オフセット補正処理部３５では、２信号に含まれるオフセット成分を回転速度に関係なく高精度に補正することができる。

半径演算器５６では、２相信号から位相差補正値記憶器３３の値により位相修正後の信号ＤＣＥ，ＤＳＦをそれぞれ自乗した値の和の平方根が演算され信号ＲＢとなる。ＦＦＴ処理部５７では、位置信号ＩＰの変化から（１／３２）λごとの、信号ＲＢをサンプルし、ロータ２１がλ分可動するたびに３２ポイントの信号ＲＢについて高速フーリエ変換が行われる。また、ＦＦＴ処理部５７では、フーリエ変換後の半波長である（λ／２）の正弦成分の２倍を０次成分で除算した値を信号ＰＨＲとして出力する。このとき、信号ＰＨＲは、位相修正後の信号ＤＳＦに含まれる信号ＤＣＥと同位相の成分の割合を示す値となる。したがって、信号ＰＨＲは、位相差補正値記憶器３３の補正値を検出した時からの経時変化による位相差変動量とみなすことができる。

乗算器５１では、信号ＤＣＥと信号ＤＳＦの乗算が行われ、２つの信号の相関を示す信号ＰＸを出力する。自乗演算器５２では、信号ＤＣＥの自乗演算が行われ信号ＣＳとして出力される。低域フイルタ５３、５４は、それぞれ信号ＰＸ，ＣＳの高域成分をカットし、信号ＰＸＬＰ，ＣＳＬＰとして出力する。

また、除算器５５では、信号ＰＸＬＰを信号ＣＳＬＰで除算した信号ＰＨＬＰが出力される。以上の処理によって、回転軸１が高速回転し、信号ＤＣＥ，ＤＳＦの周波数が低域フイルタ５３、５４のカットオフ周波数よりも十分高い周波数のときは、信号ＰＨＬＰは、位相修正後の信号ＤＳＦに含まれる信号ＤＣＥと同位相の成分の割合を示す値となる。なお、信号ＰＸＬＰは、信号ＤＣＥを元に生成したが、位置センサ２の２相の信号ＳＣ，ＡＣの振幅変動が小さければ、信号ＰＸＬＰを固定値としても良く、その場合は、乗算器５２や低域フィルタ５４は不要である。

位相差調整値記憶器５８では、一定の速度以上で、信号ＬＰＳＥＴがＯＮとなり、除算器５５の出力信号ＰＨＬＰを記憶し、信号ＰＨＡＪとして出力する。また、低い回転時には、信号ＲＳＥＴにより、位相差調整値記憶器５８に対して、ＦＦＴ処理部５７の出力信号ＰＨＲを記憶し、信号ＰＨＬＰとして出力する。乗算器４９では、信号ＤＣＥと信号ＰＨＡＪの乗算が行われ、信号ＤＣＣとして出力する。減算器４９では、位相差修正後の信号ＤＳＦから、位相変動分となる信号ＤＣＣが減算され、信号ＤＳＧとして出力される。以上から、位相差補正処理部４６では、２信号の位相差を回転速度に関係なく位相差が９０度となるように高精度に位相補正することができる。

振幅比補正処理部５９では、乗算器６０により、オフセット補正後及び位相差補正後の信号ＤＳＧと振幅比補正値記憶器３４が出力したアブソリュート位置ＩＰに対応した振幅補正値ＢＡ（Ｐ）が乗算され、信号ＤＳＨとして出力される。これにより、信号ＤＳＨ振幅は、信号ＤＣＥの振幅とほぼ同じ値となる。

半径演算器６４では、２相信号から位相差補正値記憶器３４の値により、振幅修正された信号ＤＣＥ，ＤＳＨをそれぞれ自乗した値の和の平方根が演算され、信号ＲＣとなる。ＦＦＴ処理部６５では、位置信号ＩＰの変化から（１／３２）λごとの、信号ＲＣをサンプルし、ロータ２１がλ分可動するたびに３２ポイントの信号ＲＣについて高速フーリエ変換が行われる。また、ＦＦＴ処理部６５では、フーリエ解析後の半波長である（λ／２）の余弦成分を０次成分に対して加算した値と減算した２つの値の加算値側を減算値側で除算した値を、信号ＢＡＲとして出力する。このとき、信号ＢＡＲは、振幅修正後の信号ＤＳＨと信号ＤＣＥの割合を示す値となる。したがって、信号ＤＳＨは、振幅比補正値記憶器３４の補正値を検出した時からの経時変化による振幅比変動量とみなすことができる。

自乗演算器６１では、信号ＤＳＨの自乗演算が行われ信号ＳＳとして出力される。低域フイルタ６２は、信号ＳＳの高域成分をカットし、信号ＳＳＬＰ，として出力する。また、除算器６３では、信号ＣＳＬＰを信号ＳＳＬＰで除算した信号ＢＡＬＰが出力される。以上に処理によって、回転軸１が高速回転し、信号ＤＣＥ，ＤＳＨの周波数が低域フイルタ６２、５４のカットオフ周波数よりも十分高い周波数のときは、信号ＢＡＬＰは、これらの処理によって、振幅修正後の信号ＤＳＨと信号ＤＣＥの振幅の割合を示す値となる。

振幅比調整値記憶器６６では、一定の速度以上では、信号ＬＰＳＥＴをＯＮとなった場合、除算器６３の出力信号ＢＡＬＰを記憶し、信号ＢＡＡＪとして出力する。また、低い回転時には、信号ＲＳＥＴにより、振幅比調整値記憶器６６に対して、ＦＦＴ処理部６５の出力信号ＢＡＲを記憶し、信号ＢＡＡＪとして出力する。乗算器６７では、信号ＤＳＨと信号ＢＡＡＪの乗算が行われ、信号ＤＳＩとして出力する。以上から、振幅比補正処理部５９では、２信号の振幅を回転速度に関係なく高精度に一致させることができる。

なお、半径演算器４０，５６，６４やＦＦＴ処理部４１，５７，６５は、それぞれ異なるブロックとして説明したが、オフセットや位相差や振幅比は、フーリエ解析により、完全に分離して扱えるため、一度にオフセットや位相差や振幅比を修正した２相の信号に対して、半径演算器とＦＦＴ処理部を１個で実現することも可能である。また、半径演算器３０とＦＦＴ処理部３１でこれらを代用することも可能である。その他、オフセット補正，位相差補正，振幅比補正を行った２相の信号ＤＣＥ，ＤＳＩを半径演算器とＦＦＴ処理部３０のような処理装置により、オフセット変動量、位相差変動量、振幅比変動量を検出することも可能である。この場合は、ＦＦＴ処理部から出力される値は、各変動量の増加分となり、それぞれの調整記憶器の出力値に検出した値を加算することにより、オフセット変動量，位相差変動量，振幅比変動量を求めることで本発明を実現できる。

本発明に係る実施形態における位置検出装置のブロック図である。 本発明に係る実施形態におけるオフセット除去処理部のブロック図である。 本発明に係る実施形態における位相差修正処理部のブロック図である。 本発明に係る実施形態における振幅比修正処理部のブロック図である。 従来の位置検出装置を示す図である。 本発明に係る実施形態において信号処理回路の内挿動作を示すブロック図である。

符号の説明

１ 回転軸、２ 精密位置センサ，３，４ 増幅器、５ タイミングコントローラ、６，７ ＡＤ変換器、８，９，１４，３６，３７，４８，５０ 減算器、１０，１１，１２，１３ 記憶器、１５，１６，４７，４９，５１，６０，６７ 乗算器、１７ 内挿演算器、１８ 絶対位置コード板、１９ アブソリュート位置センサ、２０ アブソリュート位置変換処理部、２１ ロータ、２２ 原点を示す突起、２３ プリント基板、２４，２５，２６ 検出コイル、２７ 電磁石、２８ 励磁コイル、２９ 信号処理回路、３０，４０，５６，６４ 半径演算器、３１，４１，５７，６５ ＦＦＴ処理部、３２，３３，３４ 補正値記憶器、 ３５ オフセット補正処理部、 ４２，４３，５３，５４，５４ 低域フィルタ、 ４４，５８，６６ 調整値記憶器 ４５ 速度検出部、 ４６ 位相差補正処理部、 ５２，６１ 自乗演算器、５５，６３ 除算器、５９ 振幅比補正処理部。

Claims (15)

1. 可動部の移動に対応して、λの波長で周期的に変化し、互いに９０度位相の異なる２相の信号を出力する精密位置センサと、前記可動部のアブソリュート位置に対応するアブソリュート信号を出力するアブソリュート位置センサと、前記２相の信号と前記アブソリュート信号とに基づいて、λより長い範囲の位置を検出する位置検出装置において、
   前記精密位置センサが出力した前記２相の信号からそれぞれオフセットを補正するオフセット補正手段と、
   前記オフセット補正後の２相の信号を精密位置に変換する内挿手段と、
   前記精密位置と前記アブソリュート信号とに基づいて、前記可動部のアブソリュート位置を出力するアブソリュート位置変換手段と、
   前記アブソリュート位置に対応する前記２相の信号のオフセット補正値を予め記憶するオフセット補正値記憶手段と、
   を備え、
   前記オフセット補正手段は、前記オフセット補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する前記オフセット補正値を読み出した値に基づき、前記２相の信号からそれぞれオフセットを補正することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記オフセット補正手段は、
   前記精密位置と前記オフセット補正値記憶手段の値によりオフセットを修正した２相のオフセット修正後信号とに基づいて、前記２相のオフセット修正後信号に含まれるオフセット変動分を検出するオフセット変動量検出手段と、
   前記オフセット変動量検出手段が検出した値に基づくオフセット調整値を記憶するオフセット調整値記憶手段と、
   を具備し、
   前記オフセット補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する前記オフセット補正値を読み出した値と、前記オフセット調整値記憶手段の記憶値とにより、前記２相の信号からそれぞれのオフセットを補正することを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 前記オフセット変動量検出手段は、前記精密位置に対する前記２相のオフセット修正後信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した波長λの成分に基づき、前記２相の信号の変動オフセットを検出することを特徴とする請求項２記載の位置検出装置。
4. 前記オフセット変動量検出手段は、
   前記精密位置の変化から速度を検出する速度検出手段と、
   前記２相のオフセット修正後信号をそれぞれ入力とする２つの低域フイルタと、
   を具備し、
   前記速度検出手段が検出した速度に応じて、前記２つの低域フイルタの出力値を前記オフセット変動量とすることを特徴とする請求項２記載の位置検出装置。
5. 前記精密位置に対する前記２相の信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した波長λの成分に基づき、前記２相の信号のオフセット補正値を検出するオフセット補正値検出手段を具備し、
   予め定めた特定のモード時に、前記アブソリュート位置に対応するオフセット補正値検出手段が検出した２相の信号のオフセットを前記オフセット補正値記憶手段へ記録することを特徴とする請求項１，２，３，４のいずれか１に記載の位置検出装置。
6. 可動部の移動に対応して、λの波長で周期的に変化し、互いに９０度位相の異なる２相の信号を出力する精密位置センサと、前記可動部のアブソリュート位置に対応するアブソリュート信号を出力するアブソリュート位置センサと、前記２相の信号と前記アブソリュート信号とに基づいて、λより長い範囲の位置を検出する位置検出装置において、
   前記精密位置センサが出力した前記２相の信号の位相差を補正する位相差補正手段と、
   前記位相差補正後の２相の信号を精密位置に変換する内挿手段と、
   前記精密位置と前記アブソリュート信号とに基づいて、前記可動部のアブソリュート位置を出力するアブソリュート位置変換手段と、
   前記アブソリュート位置に対応する前記２相の信号の位相差補正値を予め記憶する位相差補正値記憶手段と、
   を備え、
   前記位相差補正手段は、前記位相差補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する位相差補正位置を読み出した値に基づき、前記２相の信号の位相差を補正することを特徴とする位置検出装置。
7. 前記位相差補正手段は、
   前記２相の信号から前記位相差補正値記憶手段の値により、位相差を修正した２相の位相差修正後信号に基づいて、前記２相の位相差修正後信号に含まれる位相差変動量を検出する位相差変動量検出手段と、
   前記位相差変動量検出手段が検出した位相差変動値を位相差調整値として記憶する位相差調整値記憶手段と、
   を具備し、
   前記位相差補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する位相差補正値を読み出した値と、前記位相差調整値記憶手段の記憶値とにより、前記２相の信号の位相差を補正することを特徴とする請求項６記載の位置検出装置。
8. 前記位相差変動量検出手段は、前記精密位置に対する前記２相の位相差修正後信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した半波長である（λ／２）の成分に基づき、変動位相差を検出することを特徴とする請求項７記載の位置検出装置。
9. 前記位相差変動量検出手段は、
   前記精密位置の変化から求めた速度を検出する速度検出手段と、
   前記２相の位相差修正後信号の積を入力とする低域フイルタと、
   を具備し、
   前記速度検出手段が検出した速度に応じて、前記２つの低域フイルタの２つの出力値に基づく値を位相差変動値とすることを特徴とする請求項７記載の位置検出装置。
10. 前記精密位置に対する前記２相の信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した半波長である（λ／２）の成分に基づき、２相の信号の位相差補正値を検出する位相差補正値検出手段を具備し、
    予め定めた特定のモード時に、前記アブソリュート位置に対応する前記位相差補正値検出手段が検出した２相の信号の位相差を前記位相差補正値記憶手段へ記録することを特徴とする請求項６,７，８，９のいずれか１に記載の位置検出装置。
11. 可動部の移動に対応して、λの波長で周期的に変化し、互いに９０度位相の異なる２相の信号を出力する精密位置センサと、前記可動部のアブソリュート位置に対応するアブソリュート信号を出力するアブソリュート位置センサと、前記２相の信号と前記アブソリュート信号とに基づいて、λより長い範囲の位置を検出する位置検出装置において、
    前記２相の信号の振幅比を補正する振幅比補正手段と、
    前記振幅比補正後の２相の信号を精密位置に変換する内挿手段と、
    前記精密位置と前記アブソリュート信号とに基づいて、前記可動部のアブソリュート位置を出力するアブソリュート位置変換手段と、
    前記アブソリュート位置に対応する前記２相の信号の振幅比補正値を予め記憶する振幅比補正値記憶手段と、
    を具備し、
    前記振幅比補正手段は、前記振幅比補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する振幅比補正値を読み出した値に基づき、前記２相の信号の振幅比を補正することを特徴とする位置検出装置。
12. 前記振幅比補正手段は、
    前記精密位置と、振幅比補正値記憶手段との値により振幅比を修正した２相の振幅比修正後信号とに基づいて、前記２相の振幅比修正後信号に含まれる振幅比変動量を検出する振幅比変動量検出手段と、
    前記振幅比変動量検出手段が検出した振幅比変動量を振幅比調整値として記憶する振幅比調整値記憶手段と、
    を具備し、
    前記振幅比補正値記憶手段から前記アブソリュート位置に対応する前記振幅比補正値を読み出した値と、前記振幅比調整値記憶手段の記憶値とにより、前記２相信号の振幅比を補正することを特徴とする請求項１１記載の位置検出装置。
13. 前記振幅比変動量検出手段は、前記精密位置に対する前記２相の振幅比修正後信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した半波長である（λ／２）の成分に基づき、前記２相の振幅比修正後信号の振幅比変動量を検出することを特徴とする請求項１２記載の位置検出装置。
14. 前記振幅比変動量検出手段は、
    前記精密位置の変化から求めた速度を検出する速度検出手段と、
    前記２相の振幅比修正後信号の自乗値又は絶対値を入力とする２つの低域フイルタと、
    を具備し、
    前記速度検出手段が検出した速度に応じて、前記２つの低域フイルタの出力値の比を振幅比変動量とすることを特徴とする請求項１２記載の位置検出装置。
15. 前記精密位置に対する前記２相の信号の自乗和の平方根の値をフーリエ解析した半波長である（λ／２）の成分に基づき、２相の信号の振幅比補正値を検出する振幅比補正値検出手段を具備し、
    予め定めた特定のモード時に、前記アブソリュート位置に対応する前記振幅比補正値検出手段が検出した２相の信号の振幅比を前記振幅比補正値記憶手段へ記録することを特徴とする請求項１１、１２，１３，１４のいずれか１に記載の位置検出装置。

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