JP2013526718A - 自己補償する角度エンコーダ - Google Patents
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Abstract
Description
dk={ak(α1)-aref(α1),ak(α2)-aref(α2),ak(α3)-aref(α3),...,
ak(αN)-aref(αN)} ・・・(1)
Fk=DFT(dk) ・・・(2)
配列Fk(k=1,...,m)のそれぞれは、N個の要素を有するが、要素dkは実数なので、Fkの要素は、2回転対称性を有し、当技術で知られているように、Fkを各kに対してN/2の値によって明確に表すことができる。スペクトル成分を求める別の方法は、適切な周波数を有する一連のサイン項およびコサイン項(すなわち振幅項および位相項)への式(1)の配列のベストフィットを実行することであり、係数は、求めるべきパラメータとして残されている。このようなベストフィットは、たとえば、残余誤差の2乗和を最小にするによって得ることができる。この方法は、たとえば、収集されたデータ点が均等に離隔されていないときに係数を求めるのに適切であろう。もちろん、高速フーリエ変換(FFT)などの離散フーリエ変換の変形を使用することもできる。式(2)から得られるスペクトル成分Fkは、以下で得られる異なるスペクトル成分と区別するために、第1のスペクトル成分と呼ばれる。
C’k=Re(Fk) ・・・(3)
S’k=Im(Fk) ・・・(4)
Skj=[−S’kj+C’kjcot(jβk/2)]/2 ・・・(5)
Ckj=−[C’kj+S’kjcot(jβk/2)]/2 ・・・(6)
ここで、k={1,...,m}は読み取りヘッドのインデックスであり、jはモードインデックスである。関数cotはコタンジェントであり、βkは、基準読み取りヘッド130に対する読み取りヘッドkの角度位置量と定められる。各k={1,...,m}に対するβkの値は、最初は、たとえば機械図面から得られる読み取りヘッドの位置の公称値に基づいて選択することができる。スペクトル成分の次数を表す整数jは、1とMの間の値を有し、ここで、M≦N/2がスペクトル成分の所望の数である。値βkを第2の角度と呼ぶ。
k=1,...,m、p=1,...,m ・・・(7)
Eavg(γ+βp)=(1/m)(E1(γ+βp)+E2(γ+βp)+...+Em(γ+βp)),
p=1,...,m ・・・(8)
εavg(γ)=(1/m)(Eavg(γ+β1)+Eavg(γ+β2)+...+Eavg(γ+βm))
・・・(9)
k=1,...,m、p=1,...,m ・・・(10)
Eavg(δi+βp)=(1/m)(E1(δi+βp)+E2(δi+βp)+...+Em(δi+βp)),
i=1,2,...,N ・・・(11)
Q(β1,β2,β3)=Σi=1...NΣkRki 2 ・・・(14)
次に、最適化ルーチンのメリット関数を最小にして、ベストフィット角度β1,β2,...,βmを求める。
Claims (7)
- 角度エンコーダシステム(100)を自己補償するための方法であって、前記角度エンコーダシステム(100)が、
構造体(62)と、
前記構造体(62)に対して第1の角度へと回転するように構成されたパターン付き要素(52)であって、前記回転が軸のまわりで実行される、パターン付き要素(52)と、
1個の基準読み取りヘッド(130)とm個の測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)とを含む読み取りヘッドとを含み、前記mは2以上であり、前記読み取りヘッド(120A,120B,120C,130)が前記構造体(62)上に固定して配設され、実質的に平面上にあり、前記軸と前記平面の交差の中心点のまわりに位置決めされ、各読み取りヘッド(120A、120B、120C、130)が前記構造体(62)上に前記中心点まわりの第2の角度の位置に配設され、前記測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)が隣接する測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)の前記第2の角度間の差が、360度を前記mで割った値に実質的に等しいように配置され、前記基準読み取りヘッド(130)が、前記基準読み取りヘッド(130)の前記第2の角度と前記m個の測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)のいずれかの前記第2の角度との間の差がゼロに等しくないように配置される、方法において、
前記読み取りヘッド(120A,120B,120C,130)に対して前記パターン付き要素(52)を回転させるステップ(705)であって、前記回転が、少なくとも360度の範囲を包含する複数の第1の角度へと前記軸のまわりで行われる、ステップ(705)と、
前記複数の第1の角度のそれぞれにおいて、前記m個の測定読み取りヘッド(120A、120B、120C)および前記基準読み取りヘッド(130)の第1の角度読み取り値を得るステップ(710)と、
前記m個の測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)のそれぞれに対する第1の配列を計算するステップ(720)であって、各第1の配列が、前記複数の第1の角度のそれぞれに対して、前記測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)の前記第1の角度読み取り値および前記基準読み取りヘッド(130)の前記第1の角度読み取り値の差を含む、ステップ(720)と、
前記m個の測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)のそれぞれに対して、少なくとも一部は前記第1の配列に基づいて、少なくとも1つの第1のスペクトル成分を計算するステップ(730)と、
前記m個の測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)のそれぞれに対して、少なくとも1つの第2のスペクトル成分を計算するステップ(740)であって、前記第2のスペクトル成分が、少なくとも一部は、前記少なくとも1つの第1のスペクトル成分と、前記m個の測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)の前記第2の角度の推定値に基づく、ステップ(740)と、
前記m個の測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)のそれぞれに対して、前記少なくとも1つの第2のスペクトル成分を記録するステップ(750)と、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の前記角度エンコーダシステム(100)を自己補償するための方法であって、
前記パターン付き要素(52)を前記構造体(62)に対して第3の角度へと前記軸のまわりで回転させるステップと、
前記第3の角度において、前記m個の測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)のそれぞれに対する第2の角度読み取り値を得るステップと、
前記m個の測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)にわたって、前記第2の角度読み取り値の平均に等しい第1の平均を計算するステップと、
前記第3の角度で第2の誤差を計算するステップであって、前記第2の誤差が、少なくとも一部はm個の第1の誤差の平均に基づき、それぞれが、前記第2の角度のうちの1つの推定値プラス前記第1の平均に等しい異なる第4の角度で評価され、前記第1の誤差のそれぞれが、少なくとも一部は前記第2のスペクトル成分、前記第2の角度のうちの1つ、および前記第1の平均に基づく、ステップと、
少なくとも一部は前記第1の平均および前記第2の誤差に基づいて、前記第3の角度の自己補償された推定値である第4の角度を計算するステップと、
前記第4の角度を記録するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の前記角度エンコーダシステム(100)を自己補償するための方法であって、少なくとも1つの第2のスペクトル成分を計算する前記ステップが、残余誤差を最小にするように前記第2の角度の値を調整することによって前記第2の角度の前記推定値を改良するステップであって、前記残余誤差が、少なくとも一部は前記第2のスペクトル成分、前記第1の角度、および前記第2の角度の前記推定値に基づく、ステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の前記角度エンコーダシステム(100)を自己補償する方法であって、
複数の第5の角度を選択するステップと、
前記複数の第5の角度のうちの各第5の角度に対して、少なくとも一部は前記第5の角度、前記第2のスペクトル成分、および前記第2の角度の前記推定値に基づいて、第1の誤差を計算するステップと、
前記複数の第5の角度のうちの各第5の角度に対して、第2の誤差を計算するステップであって、各第2の誤差が、少なくとも一部はm個の第1の誤差の平均に基づき、前記m個の第1の誤差のそれぞれが、前記第5の角度プラス前記第2の角度のうちの1つの前記推定値に等しい異なる第4の角度で評価される、ステップと、
前記第2の誤差を配列に記録するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項4に記載の前記角度エンコーダシステム(100)を自己補償するための方法であって、
前記パターン付き要素(52)を前記構造体(62)に対して第3の角度まで前記軸のまわりで回転させるステップと、
前記第3の角度において、前記m個の測定読み取りヘッドのそれぞれに対する第2の角度読み取り値を得るステップと、
前記m個の測定読み取りヘッド(120A,120B,120C)の前記第2の角度読み取り値の前記平均に等しい第1の平均を計算するステップと、
少なくとも一部は前記第2の角度読み取り値のうちの少なくとも1つおよび第2の誤差の前記配列に基づいて、第1の誤差を計算するステップと、
少なくとも一部は前記第1の平均および前記第2の誤差の前記配列に基づいて、前記第3の角度の自己補償された推定値である第4の角度を計算するステップと、
前記第4の角度を記録するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項5に記載の前記角度エンコーダシステム(100)を自己補償する方法であって、
基準角度エンコーダを前記軸上に置くステップと、
複数の第6の角度のそれぞれにおいて、前記基準エンコーダからの第6の角度読み取り値および前記角度エンコーダシステム(100)の第1の角度読み取り値を得るステップと、
前記複数の第6の角度のそれぞれにおいて、前記角度エンコーダシステム(100)および前記基準エンコーダの前記角度読み取り値の差を得るステップと、
前記角度読み取り値の前記差の第3のスペクトル成分を計算するステップと、
前記第2のスペクトル成分を前記第3のスペクトル成分で補完するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項2に記載の前記角度エンコーダシステム(100)を自己補償する方法であって、
基準角度エンコーダを前記軸上に置くステップと、
複数の第6の角度のそれぞれにおいて、前記基準エンコーダからの第6の角度読み取り値および前記角度エンコーダシステム(100)の第1の角度読み取り値を得るステップと、
前記複数の第6の角度のそれぞれにおいて、前記角度エンコーダシステム(100)および前記基準エンコーダの前記角度読み取り値の差を得るステップと、
前記角度読み取り値の前記差の第3のスペクトル成分を計算するステップと、
前記第2のスペクトル成分を前記第3のスペクトル成分で補完するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。
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