JP2011247747A

JP2011247747A - Encoder calibration device

Info

Publication number: JP2011247747A
Application number: JP2010121271A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yanobe; 聡弥延
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-12-08

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently perform highly precise calibration even with respect to an interpolation value to be calculated by interpolation calculation in an encoder.SOLUTION: An encoder calibration device is provided with: a time difference measurement circuit (12) for measuring a time difference (δ) between pulse signals (22a, 22b) to be respectively output from a reference encoder (E1) connected to a constant speed rotary motor (M) and a calibrated encoder (E2); and an arithmetic processing part (18) for calibrating the calibrated encoder according to the time difference. The encoder calibration device is also provided with an A/D converter (24) for digitizing a pseudo sine wave signal, and configured to calibrate an interpolation value to be calculated by the interpolation calculation of the calibrated encoder according to a deviation from the complete sine wave of the pseudo sine wave signal by the arithmetic processing part.

Description

本発明は、測量機に備えられるエンコーダの校正に関し、さらに詳細にはインクリメンタル式エンコーダの校正装置に関する。 The present invention relates to calibration of an encoder provided in a surveying instrument, and more particularly to a calibration apparatus for an incremental encoder.

測量機には、水平角と鉛直角を測定するために、エンコーダが備えられている。エンコーダにはインクリメンタル式とアブソリュート式がある（下記非特許文献１参照）。 The surveying instrument is equipped with an encoder for measuring the horizontal angle and the vertical angle. The encoder includes an incremental type and an absolute type (see Non-Patent Document 1 below).

インクリメンタル式エンコーダとは、図３に示したように、目盛盤１として回転するメインスケール１ａと固定されたインデックススケール1ｂの２枚を有しており、メインスケール１ａには等間隔に同じ幅のスリット３ａが全周に配置されており、インデックススケール１ｂには周方向の１箇所にメインスケール１ａと同間隔で同幅のスリット３ｂが配置されているものである。目盛盤１の一方側に光源５を配置し、目盛盤１の他方側に光検出器９を配置し、光源５から出射された光がコリメータレンズ７経て目盛盤１の一方側を照射するようにしてある。 As shown in FIG. 3, the incremental encoder has two main scales 1a and a fixed index scale 1b as the dial 1, and the main scale 1a has the same width at equal intervals. The slits 3a are arranged on the entire circumference, and the index scale 1b is provided with slits 3b having the same interval and the same width as the main scale 1a at one place in the circumferential direction. A light source 5 is arranged on one side of the scale plate 1 and a photodetector 9 is arranged on the other side of the scale plate 1 so that light emitted from the light source 5 irradiates one side of the scale plate 1 through the collimator lens 7. It is.

メインスケール１ａが回転すると、メインスケール１ａのスリット３ａとインデックススケール１ｂのスリット３ｂの相対位置が変化することによって、光源５から出射された光の光検出器９に入射する光量が変化し、光検出器９は略正弦波に近い電気信号を出力する。この略正弦波を矩形波に変換し、さらに矩形波の立上がりと立下りにパルスを発生させ、このパルスの数を数えることによりメインスケール１ａが回転した角度を求めることができる。 When the main scale 1a rotates, the relative position of the slit 3a of the main scale 1a and the slit 3b of the index scale 1b changes, so that the amount of light incident on the light detector 9 of the light emitted from the light source 5 changes. The detector 9 outputs an electric signal that is almost a sine wave. The angle at which the main scale 1a is rotated can be obtained by converting the substantially sine wave into a rectangular wave, generating pulses at the rising and falling edges of the rectangular wave, and counting the number of pulses.

なお、図３には図示していないが、インデックススケール１ｂに配置されたスリット３ｂは、メインスケール１ａにおけるスリット３ａの間隔の１／４だけ互いの位置をずらした２つのスリット群（Ａ相、Ｂ相）に分けられているとともに、スリット３ｂに対応する光検出器９が設けられている。このため、光検出器９からは、Ａ相（０°位相）の略正弦波のＡ相信号と、Ｂ相（９０°位相）の略正弦波（余弦波）のＢ相信号の２つの電気信号が出力される。このＡ相信号とＢ相信号の位置から、メインスケール１ａが右回りか左回りかが判定できるようになっている。 Although not shown in FIG. 3, the slit 3b arranged in the index scale 1b has two slit groups (phase A, phase) shifted from each other by 1/4 of the interval of the slit 3a in the main scale 1a. And a photodetector 9 corresponding to the slit 3b is provided. For this reason, from the photodetector 9, there are two electric signals, an A-phase signal of A phase (0 ° phase) and a B-phase signal of B phase (90 ° phase) and a substantially sine wave (cosine wave). A signal is output. Whether the main scale 1a is clockwise or counterclockwise can be determined from the positions of the A-phase signal and the B-phase signal.

高級な測量機では０．２〜１秒程度の角度分解能が要求されるが、このような狭い間隔で目盛盤１にスリット３ａを形成することは困難である。そこで、測量機のエンコーダでは、微小な角度分解能を達成するために、スリットとスリットの間の角度については、内挿計算で求めている。 A high-grade surveying instrument requires an angular resolution of about 0.2 to 1 second, but it is difficult to form the slits 3a in the dial plate 1 at such a narrow interval. Therefore, in the encoder of the surveying instrument, in order to achieve a minute angular resolution, the angle between the slits is obtained by interpolation calculation.

このため、光検出器９から出力されるＡ相信号とＢ相信号とをデジタル化して、Ａ相信号値／Ｂ相信号値の逆正接値を計算して、スリットの間隔（１ピッチ）をさらに細分化して、各スリット間の内挿値を得ている。この内挿値を求めることにより、０．２〜１秒程度の角度分解能を得ることができる。 Therefore, the A-phase signal and the B-phase signal output from the photodetector 9 are digitized, and the arc tangent value of the A-phase signal value / B-phase signal value is calculated, and the slit interval (one pitch) is calculated. Further subdivided, interpolated values between the slits are obtained. By obtaining this interpolated value, an angular resolution of about 0.2 to 1 second can be obtained.

ところで、製造された各エンコーダは校正する必要がある。そこで、従来のエンコーダの校正装置は、基準エンコーダを基に各エンコーダを校正するため、図４に示したように、基準エンコーダＥ１の軸に被校正エンコーダＥ２を取り付け、等速回転モータＭに連結して回転させ、両エンコーダＥ１、Ｅ２の出力を比較して校正を行っていた（下記非特許文献２参照）。 By the way, each manufactured encoder needs to be calibrated. Therefore, in order to calibrate each encoder based on the reference encoder, the conventional encoder calibration apparatus attaches the encoder to be calibrated E2 to the shaft of the reference encoder E1, and is connected to the constant speed motor M as shown in FIG. And rotating, and comparing the outputs of both encoders E1 and E2 to perform calibration (see Non-Patent Document 2 below).

この校正においては、まず、両エンコーダＥ１、Ｅ２から出力されたＡ相信号又はＢ相信号（Ａ相信号だけでもよい）の各信号２０ａ、２０ｂ（両者とも略正弦波なので、以下、両者とも擬似正弦波信号と呼ぶ。）が、それぞれ波形変換器１０ａ、１０ｂによりパルス信号２２ａ、２２ｂに変換される。これらのパルス信号２２ａ、２２ｂは、時間間隔測定回路１２に送られる。時間間隔測定回路１２にはクロックパルス発振器１４からクロックパルスも送られてきており、このクロックパルスを数えることによって、擬似正弦波信号２０ａ、２０ｂから変換された各パルス信号２２ａ、２２ｂの発生時刻の時間差δｔが測定される。従来のエンコーダ校正装置では、その時間差δｔを記憶部１６に記憶しておき、この時間差δｔを用いて演算処理部（ＣＰＵ）１８でもって被校正エンコーダＥ２の校正値を算出していた。 In this calibration, first, the signals 20a and 20b of the A-phase signal or B-phase signal (only the A-phase signal may be output) output from both encoders E1 and E2 (both are substantially sine waves. (Referred to as sine wave signals) are converted into pulse signals 22a and 22b by waveform converters 10a and 10b, respectively. These pulse signals 22 a and 22 b are sent to the time interval measurement circuit 12. Clock pulses are also sent from the clock pulse oscillator 14 to the time interval measuring circuit 12, and by counting the clock pulses, the generation times of the pulse signals 22a and 22b converted from the pseudo sine wave signals 20a and 20b are counted. The time difference δt is measured. In the conventional encoder calibration device, the time difference δt is stored in the storage unit 16, and the calibration value of the encoder E2 to be calibrated is calculated by the arithmetic processing unit (CPU) 18 using the time difference δt.

日本測量機器工業会、最新測量機器便覧、山海堂、Ｐ．５９〜６３、２００３年７月２９日Japan Surveying Instruments Manufacturers Association, latest surveying instrument manual, Sankaido, P. 59-63, July 29, 2003 益田正、梶谷誠、精密機械工学会誌、「角度検出器の精密自動校正システムの開発」、５２−１０、Ｐ．１７３２〜１７３８、１９８６年Tadashi Masuda, Makoto Shibuya, Journal of the Japan Society for Precision Mechanical Engineering, “Development of precision automatic calibration system for angle detectors”, 52-10, p. 1732-1738, 1986

従来のエンコーダ校正装置では、基準エンコーダＥ１と被校正エンコーダＥ２からそれぞれ発生するパルス信号２２ａ、２２ｂの時間差δｔを測定するものであるから、目盛盤1の各スリット３間の角度を内挿計算によって算出するエンコーダに対しては、適切な校正ができないという問題があった。 Since the conventional encoder calibration apparatus measures the time difference δt between the pulse signals 22a and 22b generated from the reference encoder E1 and the encoder to be calibrated E2, the angle between the slits 3 of the dial 1 is interpolated. There has been a problem that appropriate calibration cannot be performed for the encoder to be calculated.

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、エンコーダにおいて内挿計算によって算出される内挿値に対しても高精度な校正を能率良く行えるようにすることを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to make it possible to efficiently perform highly accurate calibration even for an interpolation value calculated by interpolation calculation in an encoder.

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、基準エンコーダ及び被校正エンコーダそれぞれから出力される擬似正弦波信号をパルス信号に変換する波形変換器と、２つの前記擬似正弦波信号から変換されたパルス信号の時間差を測定する時間差測定回路と、前記時間差に応じて被校正エンコーダの校正を行う演算処理部とを備えるエンコーダ校正装置において、さらに、前記被校正エンコーダから出力された擬似正弦波信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器を備え、前記演算処理部で前記デジタル化した擬似正弦波信号の完全な正弦波からの偏差に応じて前記被校正エンコーダの内挿計算によって算出される内挿値の校正も行うことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to claim 1, a waveform converter for converting a pseudo sine wave signal output from each of the reference encoder and the encoder to be calibrated into a pulse signal, and conversion from the two pseudo sine wave signals. In an encoder calibration apparatus comprising a time difference measurement circuit for measuring a time difference of the pulse signal thus obtained and an arithmetic processing unit for calibrating the encoder to be calibrated according to the time difference, a pseudo sine wave output from the encoder to be calibrated An A / D converter that digitizes a signal, and is calculated by an interpolation calculation of the encoder to be calibrated according to a deviation from a complete sine wave of the pseudo sine wave signal digitized by the arithmetic processing unit. It is also characterized by calibrating the interpolated value.

請求項１に係る各発明によれば、従来のエンコーダ校正装置に、さらに被校正エンコーダから出力された擬似正弦波信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器を備え、演算処理部で前記デジタル化した擬似正弦波信号の完全な正弦波からの偏差に応じて被校正エンコーダの内挿計算によって算出される内挿値の校正も行うから、エンコーダにおいて内挿計算によって算出される内挿値に対しても高精度な校正を能率良く行えるようになる。 According to each aspect of the present invention, the conventional encoder calibration apparatus further includes an A / D converter that digitizes the pseudo sine wave signal output from the encoder to be calibrated, and the digitization is performed by the arithmetic processing unit. Since the interpolation value calculated by the interpolation calculation of the encoder to be calibrated is also calibrated according to the deviation of the pseudo sine wave signal from the complete sine wave, the interpolation value calculated by the interpolation calculation in the encoder Will be able to perform highly accurate calibration efficiently.

本発明の一実施例に係るエンコーダ校正装置のブロック図である。It is a block diagram of the encoder calibration apparatus which concerns on one Example of this invention. 被校正エンコーダから出力される擬似正弦波を示す図である。It is a figure which shows the pseudo sine wave output from a to-be-calibrated encoder. インクリメンタル式エンコーダを説明する図である。It is a figure explaining an incremental encoder. 従来のエンコーダ校正装置のブロック図である。It is a block diagram of the conventional encoder calibration apparatus.

図１に基づいて、本発明の一実施例について説明する。本実施例のエンコーダ校正装置も、図４に示した従来のものと同じく、基準エンコーダＥ１と被校正エンコーダＥ２とを等速回転モータＭに連結して回転させ、両エンコーダＥ１、Ｅ２が発生する擬似正弦波２０ａ、２０ｂに応じてパルス信号２２ａ、２２ｂを発生させ、両パルス信号２２ａ、２２ｂの時間差δｔを測定することによって、被校正エンコーダＥ２の校正を行っている。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the encoder calibration apparatus of the present embodiment, as in the conventional apparatus shown in FIG. 4, the reference encoder E1 and the encoder to be calibrated E2 are connected to the constant speed rotating motor M and rotated to generate both encoders E1 and E2. The encoder E2 to be calibrated is calibrated by generating pulse signals 22a and 22b according to the pseudo sine waves 20a and 20b and measuring the time difference δt between the pulse signals 22a and 22b.

この他に、このエンコーダ校正装置は、被校正エンコーダＥ２から出力されるＡ相信号又はＢ相信号の擬似正弦波信号２０ｂを取り出して、これから目盛盤１のスリット３間の角度を内挿計算によって算出した内挿値の校正もできることである。なお、Ａ相とＢ相の校正を同時に行うことも可能である。 In addition to this, this encoder calibration apparatus takes out the pseudo sine wave signal 20b of the A phase signal or B phase signal output from the encoder E2 to be calibrated, and from this, the angle between the slits 3 of the dial 1 is interpolated. It is also possible to calibrate the calculated interpolation value. It is also possible to calibrate the A phase and the B phase at the same time.

これには、まずＡ相又はＢ相の擬似正弦波信号２０ｂをＡ／Ｄ変換器２４に入力させる。Ａ/Ｄ変換器２４には、クロックパルス発振器１４から出力されたクロックパルスが分周器２６で１／Ｎ（Ｎは正の整数）に分周されて入力されている。Ａ／Ｄ変換器２４では、この分周されたクロックパルスに応じてＡ相又はＢ相の擬似正弦波信号２０ｂをサンプリングし、デジタル化する。このデジタル化された擬似正弦波信号２０ｂは、記憶部１６に送られて記憶される。なお。前記Ｎは、擬似正弦波信号２０ｂのサンプリング周波数に応じて決定される。 For this purpose, first, an A-phase or B-phase pseudo sine wave signal 20 b is input to the A / D converter 24. The A / D converter 24 receives the clock pulse output from the clock pulse oscillator 14 after being divided by the frequency divider 26 into 1 / N (N is a positive integer). The A / D converter 24 samples and digitizes the A-phase or B-phase pseudo sine wave signal 20b in accordance with the divided clock pulses. The digitized pseudo sine wave signal 20b is sent to the storage unit 16 and stored therein. Note that. N is determined according to the sampling frequency of the pseudo sine wave signal 20b.

演算処理部１８は、記億部１６に記憶された擬似正弦波信号２０ｂのデータに基づいて、最小二乗法を用いて擬似正弦波信号２０ｂを適当な周期関数に再生し、または擬似正弦波信号２０ｂを適当なフーリエ級数を用いて再生し、図２に示したように、基準エンコーダＥ１から出力された正弦波２０ａと比較して、再生した擬似正弦波信号２０ｂの完全な正弦波２０ｃからの偏差δｐを算出する。この偏差δｐが求まれば、被校正エンコーダＥ２から完全な正弦波２０ｂが出力された場合の位相角が求まるので、目盛盤１のスリット３間の角度を内挿計算によって算出した内挿値の校正を行うことができる。 Based on the data of the pseudo sine wave signal 20b stored in the storage unit 16, the arithmetic processing unit 18 reproduces the pseudo sine wave signal 20b into an appropriate periodic function using the least square method, or the pseudo sine wave signal. 20b is reproduced using an appropriate Fourier series, and compared with the sine wave 20a output from the reference encoder E1, as shown in FIG. 2, the reproduced pseudo sine wave signal 20b from the complete sine wave 20c is reproduced. Deviation δp is calculated. If this deviation δp is obtained, the phase angle when the complete sine wave 20b is output from the encoder E2 to be calibrated can be obtained. Therefore, the angle between the slits 3 of the dial 1 is calculated by the interpolation calculation. Calibration can be performed.

本実施例によれば、擬似正弦波信号２０ｂの完全な正弦波２０ｃからの偏差δｐを測定することによって、目盛盤１の各スリットの間の角度を内挿計算によって算出した内挿値の校正も行うから、目盛盤１の各スリットの間の角度を内挿計算によって算出するエンコーダの校正でも高精度に能率良く行うことができる。 According to the present embodiment, by measuring the deviation δp of the pseudo sine wave signal 20b from the complete sine wave 20c, the angle between the slits of the dial 1 is calibrated by interpolation. Therefore, the calibration of the encoder that calculates the angle between the slits of the scale plate 1 by interpolation can be performed with high accuracy and efficiency.

なお、アブソリュート式エンコーダの校正は、本実施例のエンコーダ校正装置で校正されたインクリメンタル式エンコーダとアブソリュート式エンコーダそれぞれの測定値を比較することによって行うことができる。 The absolute encoder can be calibrated by comparing the measured values of the incremental encoder and the absolute encoder calibrated by the encoder calibration apparatus of the present embodiment.

１目盛盤
３スリット
１０ａ、１０ｂ波形変換器
１２時間間隔測定回路
１８演算処理部
２０ａ、２０ｂ擬似正弦波信号
２０ｃ完全な正弦波
２２ａ、２２ｂパルス信号
Ｅ１基準エンコーダ
Ｅ２被校正エンコーダ
δｔ時間差
δｐ偏差 1 Dial 3 Slit 10a, 10b Waveform converter 12 Time interval measurement circuit 18 Arithmetic processing unit 20a, 20b Pseudo sine wave signal 20c Complete sine wave 22a, 22b Pulse signal E1 Reference encoder E2 Calibration encoder δt Time difference δp Deviation

Claims

A waveform converter for converting a pseudo sine wave signal output from each of the reference encoder and the encoder to be calibrated into a pulse signal, a time difference measuring circuit for measuring a time difference between the pulse signals converted from the two pseudo sine wave signals, and In an encoder calibration apparatus including an arithmetic processing unit that calibrates an encoder to be calibrated according to a time difference,
In addition, an A / D converter for digitizing the pseudo sine wave signal output from the encoder to be calibrated is provided, and according to a deviation from a complete sine wave of the pseudo sine wave signal digitized by the arithmetic processing unit. An encoder calibration apparatus characterized by also performing calibration of an interpolation value calculated by an interpolation calculation of the calibration target encoder.