JP2015114285A - 角速度センサの校正装置及びその校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な角速度で回転するターンテーブルを用いることなく角速度センサの校正を行い、角速度センサの多軸分の校正に要する所要時間の短縮を図る。
【解決手段】ＸＹＺ座標系における３つの軸のうちの、検査台の回転軸となる少なくとも２つの軸と角速度センサの２つの検出軸とが平行となるように検査台に角速度センサを搭載した後（ステップＳ１）、回転軸となる少なくとも２つの軸を１軸ずつ順に切り替えて、各回転軸周りに検査台を回転させる（ステップＳ２）。検査台が各軸を回転軸として回転する間の角速度センサの出力を検出軸毎に積算し（ステップＳ３）、積算した検出軸毎の積算値と対応する基準値とを比較し、この比較結果に基づいて角速度センサの感度調整を行う（ステップＳ４）。
【選択図】 図５

Description

本発明は、角速度センサの校正装置及びその校正方法に関し、より詳細には、正確な角速度で回転するターンテーブルを用いることなく、出荷前の角速度センサの校正を行い且つ多軸分の校正（感度調整）に要する所要時間の短縮を図る角速度センサの校正装置及びその校正方法に関する。

従来から、自動車産業や機械産業などでは、運動する物体の加速度や角速度を正確に検出できるセンサの需要が高まっている。一般に、三次元空間内において自由運動をする物体には、任意の向きの加速度と任意の回転方向の角速度とが作用する。このため、この物体の運動を正確に把握するためには、ＸＹＺ三次元座標系における各座標軸方向の加速度と各座標軸まわりの角速度とをそれぞれ独立して検出する必要がある。

図１は、従来のコリオリ力を利用した一次元角速度センサの基本原理を説明するための斜視図であって、特許文献１に記載されている一軸の角速度センサによる角速度の検出原理を説明するための図である。
角柱状の振動子１０に対してＸ，Ｙ，Ｚ軸を定義したＸＹＺ三次元座標系において、振動子１０がＺ軸を回転軸として角速度ωで回転運動を行っている場合、この振動子１０をＸ軸方向に往復運動させるような振動Ｕを与えると、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆが発生する。つまり、振動子１０をＸ軸に沿って振動させた状態で、この振動子１０を、Ｚ軸を中心軸として回転させると、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆが生じることになる。この現象は、フーコーの振り子として古くから知られている力学現象であり、発生するコリオリ力Ｆは、Ｆ＝２ｍ・ｖ・ωで表される。ここで、ｍは振動子１０の質量、ｖは振動子１０の振動についての瞬時の速度、ωは振動子１０の瞬時の角速度を示している。

この一軸の角速度センサは、上述した現象を利用して角速度ωを検出するものである。つまり、角柱状の振動子１０の第１の面には第１の圧電素子１１が、この第１の面と直交する第２の面には第２の圧電素子１２がそれぞれ取り付けられる。圧電素子１１、１２としては、ピエゾエレクトリックセラミックからなる板状の素子が用いられている。そして、振動子１０に対して振動Ｕを与えるために圧電素子１１が利用され、発生したコリオリ力Ｆを検出するために圧電素子１２が利用される。つまり、圧電素子１１に交流電圧を与えると、この圧電素子１１は伸縮運動を繰り返してＸ軸方向に振動する。この振動Ｕが振動子１０に伝達され、振動子１０がＸ軸方向に振動することになる。このように、振動子１０に振動Ｕを与えた状態で、振動子１０自身がＺ軸を中心軸として角速度ωで回転すると、上述した現象により、Ｙ軸方向にコリオリ力Ｆが発生する。このコリオリ力Ｆは、圧電素子１２の厚み方向に作用するため、圧電素子１２の両面にはコリオリ力Ｆに比例した電圧Ｖが発生する。そこで、この電圧Ｖを測定することにより、角速度ωを検出することが可能になる。

この種の角速度センサは、出荷前に特定の温度に維持しながら回転させることにより、その信号特性を角速度検査装置により検査するようにしている。例えば、特許文献２に記載の装置は、角速度センサ検査用テーブル装置に関するもので、角速度センサの信号は、周囲の温度によって変動する場合があり、車載品や高精度品については、出荷前にその温度特性を全品検査する必要がある。そのため、従来、角速度センサの温度特性を検査する場合、恒温槽内に回転プレートを設置して、この回転プレート上に角速度センサを搭載し、この恒温槽内を特定の温度に維持しながら、角速度センサを回転させて信号特性を検査している。

つまり、正確な角速度で回転するターンテーブル上に角速度センサを搭載し、このターンテーブルを一定角速度で回転させて角速度センサからの出力を測定して校正していた。
しかしながら、この従来の検査装置では、安定した一定角速度が得られるまでに時間を要するため、角速度センサの検査サイクルタイム（例えば、１個あたり５秒〜１５秒）を実現するためには、試験基板を大型化し、膨大な数の角速度センサを予めセットして同時に検査する必要があった。この結果、試験基板の設計・製作に多大な費用がかかり、また、膨大な数のソケットにおける角速度センサとのコンタクト性能を常に最適に維持・管理しなければならないという問題があった。また、検査装置の全体も大型化し、恒温槽への試験基板の出し入れ作業に時間を要するという問題があった。
また、角速度センサの信号処理に関しては、例えば、特許文献３には、ジャイロセンサが出力する角速度信号の誤差（センサ取り付けピッチ角、車両ピッチ角、センサの感度誤差などに起因する角速度誤差）を補正する角速度補正装置及びその補正方法が開示されている。

特開２００７−３０９９４６号公報 特開２０１１−２５７２０３号公報 特開２００９−１３９２２７号公報

ところで、角速度センサには通常、製造ばらつきに起因する出力バラツキがある。そのため、出荷前に角速度センサを校正している。
例えば、角速度センサを１秒間にＮ°の速さで回転させる場面を考える。角速度センサを１秒間にＮ°の速さで回転させる時の角速度センサの理想的な出力がαであるとすると、角速度センサに製造バラツキがあるので、ある角速度センサは、例えば、０．８αを出力し、ある角速度センサは、例えば、１．２５αを出力してしまう。

このような角速度センサの出力バラツキをなくすために、出荷前に、角速度センサを校正する。具体的には、０．８αの出力を出してしまう角速度センサについては、出力を５／４倍に校正（感度調整）し、１．２５αの出力を出してしまう角速度センサについては、出力を４／５倍にするように校正（感度調整）をしている。このような校正は、極めて手間がかかるものである。

そして、このような技術を用いて、角速度センサの校正を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）分行おうとすると、ターンテーブルを回転させて角速度が一定になるまで待ち、角速度が一定になってから校正を行う、という一連の作業が３軸分必要になるため、３軸分の校正を終えるまでの所要時間が長くなるという問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、正確な角速度で回転するターンテーブルを用いることなく、角速度センサの多軸の校正に要する所要時間の短縮を図ることの可能な角速度センサの校正装置及びその校正方法を提供することにある。

本発明の一態様は、角速度センサ（例えば図３に示す、角速度センサ４）を搭載可能な検査台（例えば図３に示す、検査台３）と、ＸＹＺ座標系における３つの軸のうち少なくとも２つの軸を回転軸として１軸ずつ順に切り替え、前記少なくとも２つの軸と２つの検出軸が平行となるように角速度センサが搭載された前記検査台を、前記各回転軸周りに回転運動させる回転装置（例えば図３に示す、回転装置２）と、前記検査台が前記回転運動を行なう間に、前記角速度センサが出力する値の前記検出軸毎の積算値を出力する積算部（例えば図３に示す、積算部６）と、前記検出軸毎の積算値と対応する基準値とを比較し、当該比較結果に基づいて前記角速度センサの感度調整を行なう感度調整部（例えば図３に示す、感度調整部７）と、を備えた角速度センサの校正装置、である。

前記回転装置は、前記回転軸となる軸のうちの第１の軸を回転軸として前記検査台を反転させる第１の動作と、前記回転軸となる軸のうちの第２の軸を回転軸として前記検査台を起こす第２の動作と、をいずれか一方の動作から実行し、かつ当該２つの動作を繰り返し２回実行するようになっていてよい。なお、ここでいう「検査台を反転させる」とは検査台を１７９度や１８１度等を含む１８０度付近の角度だけ回転動作を行って反転させることである。また、「検査台を起こす」とは検査台を８９度や９１度を含む９０度付近の角度だけ回転動作を行い、３軸のうちの１つの軸からもう１つの軸に向けて検査台を起こすことである。

前記第１の動作は、前記第１の軸を回転軸として１８０度回転するように前記検査台を回転させる動作であり、前記第２の動作は、前記第２の軸を回転軸として９０度回転するように前記検査台を回転させる動作であってよい。
前記回転装置は、前記第１の動作を行なった後、前記第２の動作を行う基準動作を、２回実行するようになっていてよい。

前記回転装置は、前記第２の動作を行なった後、前記第１の動作を行なう基準動作を、２回実行するようになっていてよい。
１回目の前記基準動作において前記第１の動作で前記検査台が回転する方向と、２回目の前記基準動作において前記第１の動作で前記検査台が回転する方向と、は互いに逆の方向であってよい。

本発明の他の態様は、ＸＹＺ座標系における３つの軸のうちの、検査台の回転軸となる少なくとも２つの軸と角速度センサの２つの検出軸とが平行となるように前記検査台に前記角速度センサを搭載する搭載ステップと、前記回転軸となる少なくとも２つの軸を１軸ずつ順に切り替えて、各回転軸周りに前記検査台を回転運動させる回転ステップと、前記検査台が前記回転運動を行なう間に前記角速度センサが出力する値の検出軸毎の積算値を出力する積算ステップと、前記検出軸毎の積算値と対応する基準値とを比較し、当該比較結果に基づいて前記角速度センサの感度調整を行なう調整ステップと、を有する角速度センサの校正方法、である。

前記回転ステップは、前記回転軸となる軸のうちの第１の軸を回転軸として前記検査台を反転させる第１の動作と、前記回転軸となる軸のうちの第２の軸を回転軸として前記検査台を起こす第２の動作と、をいずれか一方の動作から実行し、かつ当該２つの動作を繰り返し２回実行するステップであってよい。なお、ここでいう「検査台を反転させる」とは検査台を１７９度や１８１度等を含む１８０度付近の角度だけ回転動作を行って反転させることである。また、「検査台を起こす」とは検査台を８９度や９１度を含む９０度付近の角度だけ回転させ、３軸のうちの１つの軸からもう１つの軸に向けて検査台を起こすことである。

前記第１の動作は、前記第１の軸を回転軸として１８０度回転するように前記検査台を回転させる動作であり、前記第２の動作は、前記第２の軸を回転軸として９０度回転するように前記検査台を回転させる動作であってよい。
前記回転ステップは、前記第１の動作を行なった後、前記第２の動作を行う基準動作を、２回実行するステップであってよい。

前記回転ステップは、前記第２の動作を行なった後、前記第１の動作を行なう基準動作を、２回実行するステップであってよい。
１回目の前記基準動作において前記第１の動作で前記検査台が回転する方向と、２回目の前記基準動作において前記第１の動作で前記検査台が回転する方向と、は互いに逆の方向であってよい。

本発明の一態様によれば、正確な角速度で回転するターンテーブルを用いることなく、角速度センサの検出軸の校正に要する所要時間の短縮を図ることができる。

従来のコリオリ力を利用した一次元角速度センサの基本原理を説明するための斜視図である。 角度設定回転駆動方式による角速度センサの校正装置の一例を示す概略構成図である。 本発明における角速度センサの校正装置の一例を示す構成図である。 本発明に係る角速度センサの校正方法を説明するための図である。 本発明に係る角速度センサの校正方法を説明するためのフローチャートの一例である。 実施形態１における動作説明に供する図である。 実施形態１の変形例の説明に供する図である。 実施形態２における動作説明に供する図である。

以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。
まず、本発明の各実施形態の説明に先立って、出荷前の角速度センサの校正（感度調整）を、従来の回転するターンテーブルを用いた角速度設定回転駆動方式ではなく、角度設定回転駆動方式を用いた校正方法について以下に説明する。
なお、角速度設定回転駆動方式とは、回転軸に対して設定された一定角速度での円運動をする回転駆動方式で、角度設定回転駆動方式とは、回転軸に対して設定された角度分だけ円運動をする回転駆動方式を意味している。

図２は、角度設定回転駆動方式による角速度センサの校正装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、回転装置および検査台の構造、これらの位置関係、また回転動作を説明するための図である。
図２は、角速度センサの校正装置における回転装置２に、ＸＹＺ座標が定義されたときに、回転装置２が検査台３を２軸周りに回転させることの可能な校正装置の一例を示す概略構成図である。特に、図２の回転装置２は、角速度センサを校正するための既存の回転装置を用いて構成され、既存の角速度センサを校正するための回転装置、及び、既存の加速度センサを校正するための回転装置と構造は同じであるが動作が異なる。

図２に示すように、角度設定回転駆動方式による角速度センサの校正装置は、支持部１により回転自在に支持される回転装置２と、回転装置２により回転自在に支持される検査台３と、を備え、この検査台３の上面に角速度センサ４が保持される。回転装置２は、一端が支持部１に支持される円柱状の第１部材２ａと、この第１部材２ａの外周に一端が回転自在に支持される円柱状の第２部材２ｂとを備え、この第２部材２ｂの他端に、検査台３が回転自在に支持される。第１部材２ａおよび第２部材２ｂは、それぞれ円柱の長手方向に延びる軸を回転軸として回転し、第１部材２ａの回転軸をＸ軸、第２部材２ｂの回転軸をＺ軸としたとき、第１部材２ａと第２部材２ｂとは、Ｘ軸とＺ軸とが直交するように配置される。

図２に示すように、Ｘ軸およびＺ軸の交点をＸＹＺ座標の原点とし、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向に延びる軸をＹ軸とする。このように、校正装置には、回転装置２の回転軸を基準とするＸＹＺ座標が定義されている。
そして、第１部材２ａは、Ｘ軸の右ねじ方向Ａおよび右ねじとは逆の方向Ｂに回転可能に構成される。同様に、第２部材２ｂは、Ｚ軸の右ねじ方向Ａおよび右ねじ方向とは逆方向Ｂに回転可能に構成される。

このように、ＸＹＺ座標が定義された校正装置において、第１部材２ａがＸ軸を回転軸として回転することによって検査台３はＸ軸周りに回転し、第１部材２ａをＸ軸まわりに回転させない状態で、第２部材２ｂをＺ軸周りに回転させることによって、検査台３はＺ軸周りに回転し、この状態から第１部材２ａを９０度回転させ、第２部材２ｂの回転軸の延びる方向とＹ軸方向とを一致させた状態で第２部材２ｂのみを回転させることによって、Ｘ軸およびＺ軸と直交するＹ軸に向かう方向に検査台３が回転するようになっている。つまり、第１部材２ａ、第２部材２ｂのいずれか、またはこれらを組み合わせて回転駆動することによって、検査台３がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸周りに回転するようになっている。

支持部１は、回転装置２を支持するとともに、第１部材２ａおよび第２部材２ｂの回転動作を制御する。
検査台３は矩形状を有し、回転装置２のＺ軸周りの回転軸上に設置される。そして、角速度センサ４は、角速度センサ４の少なくとも２つの検出軸が、回転装置２の回転軸を基準とするＸＹＺ座標の２つの検出軸と平行となるように検査台３に搭載される。図２において角速度センサ４に記された黒丸は、角速度センサ４に設けられたピン端子のうちの１つのピン端子、例えば１ピンの位置を示すものである。

角速度センサ４には、角速度センサ４から出力される角速度情報を外部に伝送するとともに、外部から後述の校正用信号を入力するためのケーブル５が接続されている。
なお、ケーブル５の代わりに、スリップリングや無線伝送装置を用いて角速度情報を伝送してもよい。
このような構成により、回転装置２は、Ｘ軸及びＺ軸を回転軸として検査台３を回転させることによって、角速度センサ４の検出軸周りに検査台３を回転させることができる。例えば、検査台３をＺ軸周りに回転させたければ、Ｚ軸のＡ方向またはＢ方向に任意の角度だけ回転させればよく、検査台３をＸ軸周りに回転させたければ、Ｘ軸のＡ方向またはＢ方向に任意の角度だけ回転させればよい。また、検査台３を図示したＹ軸周りに回転させたければ、図２の状態からＸ軸を回転軸として、Ｂ方向に９０度回転させて、第２部材２ｂの回転軸の延びる方向をＹ軸方向と一致させ、その状態で、今度はＺ軸を回転軸として、Ｚ軸のＡ方向またはＢ方向に任意の角度だけ回転させればよい。このように検査台３を回転させることによって、角速度センサ４の３つの検出軸周りに角速度センサ４を回転させることができる。

次に、本発明に係る角速度センサの校正装置を説明する。
図３は、本発明に係る角速度センサの校正装置の一例を示す構成図である。
本発明の角速度センサの校正装置は、図２に示す角速度センサの校正装置で説明したように、支持部１に支持される回転装置２およびこの回転装置２により支持される検査台３を備えるとともに、さらに、積算部６および感度調整部７を備えている。積算部６および感度調整部７は、例えば、パーソナルコンピュータなどの演算処理装置により実現される。

検査台３には、角速度センサ４が搭載される。ここでは、角速度センサ４が、直交する３軸を検出軸として有する場合について説明する。
回転装置２は、第１部材２ａおよび第２部材２ｂを備え、これら第１部材２ａ、第２部材２ｂの回転軸により定義されるＸＹＺ座標において、３つの軸であるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のうち、少なくとも２つの軸を回転軸として１軸ずつ切り替え、各回転軸周りに検査台３を回転させる。

積算部６は、回転装置２が検査台３を回転させる間に角速度センサ４が出力する値の角速度センサ４の検出軸毎の積算値を出力する。また、感度調整部７は、積算部６から出力される検出軸毎の積算値と各軸に対応する基準値とを比較し、この比較結果に基づいて、角速度センサ４の感度調整を行う。なお、基準値は予め設定された値であって、例えば校正装置の図示しない記憶部に予め格納しておいてもよく、或いは、校正を行なう際にユーザが、予め設定された基準値を入力するようにしてもよい。

感度調整部７は、積算部６から出力される、検査台３が第１の角度だけ回転したときの角速度センサ４の出力の積算値と予め設定した基準値とを比較し、この比較結果に基づいて角速度センサ４の感度調整を行なう。つまり、感度調整部７は、各軸成分の積算値毎に、それぞれ対応する基準値と比較し、比較結果に応じて検出軸毎に感度調整を行なう。
例えば、感度調整部７では、積算値と基準値との比較結果に基づき感度調整用の校正用信号を検出軸毎に生成し、生成した校正用信号を、ケーブル５を介して角速度センサ４に送信する。角速度センサ４は、通知された校正用信号に応じて感度調整を行ない、以後、調整後の感度に応じた角速度情報を出力する。また、感度調整部７は、積算部６を介して入力した、検査台３が第１の角度だけ回転したときの角速度センサ４の角速度情報或いはその積算値を、例えば角速度センサ４のオフセット調整を行なう処理部など、後段の処理部に対して出力する。

次に、本発明に係る角速度センサの校正方法を説明する。
図４は、本発明に係る角速度センサの校正方法を説明するための図であって、図２に示した角度設定回転駆動方式による角速度センサの検査方法により発生した矩形波を積分処理により本発明の校正方法に用いる三角波にしたものである。
図４（ａ）は、図２に示したＸＹＺ座標における所定の１軸を回転軸として検査台３を所定の角度だけ回転させたときに、角速度センサ４から出力された矩形波である。図４（ａ）において横軸は時間、縦軸は角速度Ω〔ｄｐｓ〕である。図４（ｂ）は積算部６により、角速度センサ４から出力される矩形波を積算、つまり積分して得られた三角波である。図４（ｂ）において、横軸は時間、縦軸は角度Θ〔ｄｅｇ〕である。

図４（ａ）に示すように、角速度センサ４の出力をＶ、角速度センサ４の感度をＳ、角速度定数をΩｄｃとすると、これらの間にはＶ＝Ｓ・Ωｄｃの関係がある。したがって、感度Ｓは、Ｓ＝Ｖ／Ωｄｃとなる。
これに対して、本発明は、次式（１）の関係から、感度Ｓは、次式（２）で表すことができる。
∫Ｖｄｔ＝∫Ｓ・Ωｄｃｄｔ ……（１）
Ｓ＝∫Ｖｄｔ／∫Ωｄｃｄｔ
＝∫Ｖｄｔ／θ０≒ΣＶΔｔ／θ０ ……（２）
なお、式（２）中のθ０は角度変化（ａｎｇｌｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）を示している。

積算部６は、角速度センサ４が出力する値の積算値として、三角波の頂点に相当する値を出力する。そして、感度調整部７は、検出軸毎の積算値と検出軸に対応する基準値とを比較する。
ここで、基準値は、検査台３をＸＹＺ座標の各回転軸周りに回転させる角度に対応した値である。この値は、角速度センサ４の設計時の出力代表値（Ｔｙｐ値）、つまり理想的な角速度センサを回転させたときにこの理想的な角速度センサが出力する値を積算した値と同じである。

感度調整部７は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のそれぞれの軸周りに理想的な角速度センサ４を所定の角度だけ回転させたときの基準値と、各軸周りに角速度センサ４を回転させたときの角速度センサ４が出力する値を積算部６が積算した積算値とを比較し、角速度センサ４の感度調整をする。感度調整部７は、Ｘ軸回転をしたときの積算値がＸ軸回転に対応する基準値より大きいときは、角速度センサ４の感度が大きいため、感度が小さくなるように調整する。感度調整部７は、Ｘ軸回転をしたときの積算値がＸ軸回転に対応する基準値より小さいときは、角速度センサ４の感度が小さいため、感度が大きくなるように調整する。つまり、感度調整部７は、感度が小さくまたは大きくなるように調整するための校正用信号を角速度センサ４に送信する。Ｙ軸及びＺ軸についても同様である。

上記角速度センサの校正装置が行う角速度センサの校正方法をまとめると以下のフローとなる。
図５は、本発明に係る角速度センサの校正方法のフローチャートである。
角速度センサの校正方法は、搭載ステップ（ステップＳ１）、回転ステップ（ステップＳ２）、積算ステップ（ステップＳ３）、および感度調整ステップ（ステップＳ４）を有する。

ステップＳ１では、検査台３に角速度センサ４を搭載する。この処理は、図示しない搭載装置を用いて角速度センサ４を自動的に検査台３に搭載してもよく、或いはユーザが手動で検査台３に搭載してもよい。このとき、角速度センサ４の検出軸と、回転装置２の回転軸を基準とするＸＹＺ座標の軸とが平行となるように角速度センサ４を検査台３に搭載する。

ステップＳ２では、回転装置２の回転軸によって定義されるＸＹＺ座標において、３つの軸であるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のうち、少なくとも２軸を回転軸として、検査台３を１軸ずつその軸周りに回転させる。
ステップＳ３では、検査台３を回転させる間に角速度センサ４が出力する値の検出軸毎の積算値を出力する。
ステップＳ４では、検出軸毎の積算値と検出軸毎の基準値とを比較し、この比較結果に基づいて、角速度センサ４の感度調整を行う。
以下、本発明の回転装置の動作または回転ステップについて、詳細に説明する。

＜実施形態１＞
図６は、本発明に係る角速度センサの校正装置及び校正方法の実施形態１を説明するための説明図である。
実施形態１の角速度センサの校正装置は、回転装置２が図２に示したタイプであり、回転装置２がＸ軸（第１の軸）を回転軸として検査台３を反転させ、Ｚ軸（第２の軸）を回転軸としてＸ軸がＹ軸（第３の軸）に向かう方向またはその逆方向へ検査台３を起こす動作と、Ｘ軸を回転軸として検査台３を反転させ、Ｚ軸を回転軸として、Ｙ軸がＸ軸に向かう方向またはその逆方向へ検査台３を起こす動作と、を行なう形態である。なお、ここでいう「検査台３を反転させ」とは検査台３を＋１７９度や＋１８１度等を含む＋１８０度付近の角度または−１７９度や−１８１度等を含む−１８０度付近の角度だけ回転動作を行って反転させることをいう。また、「検査台３を起こす」とは検査台３を＋８９度や＋９１度等を含む＋９０度付近の角度または−８９度や−９１度を含む−９０度付近の角度だけ回転させ、３軸のうちの１つの軸からもう１つの軸に向けて検査台３を起こすことをいう。また、「Ｚ軸（第２の軸）を回転軸としてＸ軸がＹ軸（第３の軸）に向かう方向またはその逆方向へ検査台３を起こす」とは、Ｚ軸を回転軸として、Ｘ軸がＹ軸に向かう方向、またはＹ軸がＸ軸に向かう方向に、検査台３を８９度や９１度を含む９０度付近の角度だけ回転させることをいう。

今、回転装置２は、図６（ａ）に示すように、第２部材２ｂの回転軸の延びる方向が垂直方向であって、検査台３が水平に支持され、検査台３の上側に角速度センサ４が位置する初期状態にある。なお、図６（ｂ）は、角速度センサ４が図６（ａ）に示すように検査台３の各位置にあるときの、角速度センサ４のピン端子のうちの１ピン端子の位置を表す。直方体状の角速度センサ４は、角速度センサ４の各検出軸と回転装置２のＸＹＺ座標における各軸とが平行となるように配置され、且つ初期状態では、角速度センサ４が支持部１側から見て縦長となるように配置され、１ピン端子は、角速度センサ４の左手前側に位置する。

この状態から、回転装置２は、まず、Ｘ軸を回転軸として、検査台３を＋１８０度回転させる（つまり、検査台３を反転させる）。これにより、角速度センサ４は検査台３の下側に位置する状態となり、また、１ピン端子は角速度センサ４の右手前側に位置する状態となる。このとき、検査台３の回転とともに、角速度センサ４からＸ軸成分が出力される。

次に、回転装置２は、Ｚ軸を回転軸として検査台３を＋９０度回転させる。これにより、角速度センサ４は、支持部１側から見て横長となるように位置し、１ピン端子は角速度センサ４の左手前側に位置する状態となる。このとき、検査台３の回転とともに、角速度センサ４からＺ軸成分が出力される。次に、回転装置２は、Ｘ軸を回転軸として、検査台３を−１８０度回転させる。これにより、角速度センサ４は、検査台３の上側に位置する状態となり、また、１ピン端子は、支持部１側から見て角速度センサ４の右手前側に位置する状態となる。このとき、検査台３の回転とともに、角速度センサ４からＹ軸成分が出力される。

最後に、回転装置２は、Ｚ軸を回転軸として、検査台３を−９０度回転させる。これにより、角速度センサ４は、支持部１側からみて縦長となるように位置し、１ピン端子は角速度センサ４の左手前側に位置する状態となる。このとき、検査台３の回転とともに、角速度センサ４からＺ軸成分が出力される。
このような回転動作により角速度センサ４から出力されたＸ軸成分、Ｙ軸成分、Ｚ軸成分の各値は、検出軸毎に積算部６によりそれぞれ積算され、各積算値が出力される。そして、感度調整部７が各軸成分の積算値と基準値とを比較し、角速度センサ４の感度が所望の感度となるように調整するための校正用信号を、Ｘ軸成分、Ｙ軸成分、Ｚ軸成分ごとに生成し、これを角速度センサ４に出力する。

角速度センサ４は、以後、校正用信号に応じて補正された後の感度に応じた角速度情報を生成し、これを出力する。
このように、実施形態１の角速度センサの校正装置及び校正方法は、Ｘ軸を回転軸として、検査台３を反転させる（つまり、１８０度回転させる）動作と、Ｚ軸を回転軸として、Ｘ軸がＹ軸へ向かう方向またはＹ軸がＸ軸へ向かう方向へ検査台３を起こす（つまり、９０度回転させる）動作とを、いずれか一方の動作から順に行い、この動作を繰り返し２回実行している。

このような構成及び動作により、実施形態１の角速度センサの校正装置及び校正方法では、正確な角速度で回転するターンテーブルを用いることなく、出荷前の角速度センサ４の校正を行なうことができ、且つ、角速度センサ４の３軸分の校正を終えるまでの所要時間の短縮を図ることができる。
なお、実施形態１では、＋１８０度の回転動作と−１８０度の回転動作を行っているが、絶対値が１８０度に限らず、１７９度でも１８１度でもよい。つまり、１８０度付近の反転動作を行えればよい。また、実施形態１では、＋９０度の回転動作と−９０度の回転動作を行っているが、絶対値が９０度に限らず、８９度でも９１度でもよい。つまり、３軸のうちの１つの軸がもう１つの軸に向かう方向へ検査台３を９０度程度だけ回転させる動作を行うことができればよい。

さらに、実施形態１の角速度センサの校正装置及び校正方法は、反転動作において、１回目の回転方向と２回目の回転方向とが互いに逆の方向であるため、ケーブルが絡まないという効果も奏する。
また、実施形態１では、Ｘ軸周りに＋１８０度回転させ、Ｚ軸周りに＋９０度回転させ、Ｘ軸周りに−１８０度回転させ、Ｚ軸周りに−９０度回転させる場合を示したが、以下に示すバリエーションでも同様の効果が得られる。以下、Ｘ軸周りに＋１８０度回転させることを「＋１８０Ｘ」と記す。その他の角度、その他の軸についても同様である。そして、異なる軸を順次回転軸とすることを「→」で記す。例えば、実施形態１の回転動作は、＋１８０Ｘ→＋９０Ｚ→−１８０Ｘ→−９０Ｚとなる。

＜実施形態１の変形例＞
（Ｘ軸端を支持した場合）
Ｘ軸端部が支持されている場合、すなわち、図６（ａ）に示すように、第１部材２ａの一端が支持部１によって支持されている場合には、第１部材２ａおよび第２の部材２ｂの駆動方法として、次の３通りの変形例が考えられる。
＋１８０Ｘ→−９０Ｚ→−１８０Ｘ→＋９０Ｚ
−１８０Ｘ→＋９０Ｚ→＋１８０Ｘ→−９０Ｚ
−１８０Ｘ→−９０Ｚ→＋１８０Ｘ→＋９０Ｚ

（Ｙ軸端を支持した場合）
Ｙ軸端部が支持されている場合、すなわち、図７（ａ）に示すように、第１部材２ａの回転軸がＹ軸、第２部材２ｂの回転軸がＸ軸、Ｘ軸およびＹ軸と直交する軸をＺ軸とし、このＸ、Ｙ、Ｚ軸と平行な軸が、角速度センサ４の検出軸である場合には、第１部材２ａおよび第２の部材２ｂの駆動方法として、次の４通りの変形例が考えられる。
＋１８０Ｙ→＋９０Ｘ→−１８０Ｙ→−９０Ｘ
＋１８０Ｙ→−９０Ｘ→−１８０Ｙ→＋９０Ｘ
−１８０Ｙ→＋９０Ｘ→＋１８０Ｙ→−９０Ｘ
−１８０Ｙ→−９０Ｘ→＋１８０Ｙ→＋９０Ｘ

（Ｚ軸端を支持した場合）
Ｚ軸端部が支持されている場合、すなわち、図７（ｂ）に示すように、第１部材２ａの回転軸がＺ軸、第２部材２ｂの回転軸がＹ軸、Ｚ軸およびＹ軸と直交する軸をＸ軸とし、このＸ、Ｙ、Ｚ軸と平行な軸が、角速度センサ４の検出軸である場合には、第１部材２ａおよび第２の部材２ｂの駆動方法として、次の４通りの変形例が考えられる。
＋１８０Ｚ→＋９０Ｙ→−１８０Ｚ→−９０Ｙ
＋１８０Ｚ→−９０Ｙ→−１８０Ｚ→＋９０Ｙ
−１８０Ｚ→＋９０Ｙ→＋１８０Ｚ→−９０Ｙ
−１８０Ｚ→−９０Ｙ→＋１８０Ｚ→＋９０Ｙ
いずれの場合も、このような順に駆動することによって、３軸の軸成分を得ることができる。

＜実施形態２＞
図８は、本発明に係る角速度センサの校正装置及び校正方法の実施形態２を説明するための図である。実施形態２の角速度センサの校正装置は、回転装置が図２に示したタイプであり、回転装置２がＺ軸（第２の軸）を回転軸として、Ｘ軸（第１の軸）がＹ軸（第３の軸）に向かう方向へ前記検査台３を起こし、Ｘ軸を回転軸として検査台３を反転させ、次に、Ｚ軸を回転軸として、Ｘ軸がＹ軸に向かう方向へ検査台３を起こし、Ｘ軸を回転軸として、検査台３を反転させる形態である。角速度センサ４の検出軸は、回転装置２のＸＹＺ座標系におけるＸ、Ｙ、Ｚ軸と平行な軸である。

なお、ここでいう「検査台３を起こし」とは検査台３を＋８９度や＋９１度を含む＋９０度付近の角度または−８９度や−９１度を含む−９０度付近の角度だけ回転させることをいい、「Ｚ軸（第２の軸）を回転軸として、Ｘ軸（第１の軸）がＹ軸（第３の軸）に向かう方向へ前記検査台３を起こし」とは、Ｚ軸を回転軸として、Ｘ軸がＹ軸に向かう方向に、検査台３を８９度や９１度を含む９０度付近の角度だけ回転させることをいう。また、「検査台３を反転させ」とは検査台を＋１７９度や＋１８１度を含む＋１８０度付近の角度または−１７９度や−１８１度を含む−１８０度付近の角度だけ回転させることをいう。

図８（ａ）は校正装置の状態を表し、図８（ｂ）は校正装置が図８（ａ）に示す各状態にあるときの、支持部１側からみた角速度センサ４の１ピン端子の位置を示す。
図８（ａ）に示すように、回転装置２が初期状態にあり、図８（ｂ）に示すように角速度センサ４の１ピン端子が支持部１側からみて左手前側に位置する状態から、回転装置２は、まず、Ｚ軸を回転軸として、検査台３を＋９０度回転させる。これにより、角速度センサ４は、支持部１側から見て横長の状態となり、角速度センサ４の１ピン端子は右手前側に移動する。このとき、検査台３の回転に伴って、角速度センサ４からＺ軸成分が出力される。

次に、回転装置２は、Ｘ軸を回転軸として、検査台３を＋１８０度回転させる。これにより、角速度センサ４は検査台３の下側に位置する状態となる。また、角速度センサ４の１ピン端子は左手前側に移動する。このとき、検査台３の移動とともに、角速度センサ４からＹ軸成分が出力される。
次に、回転装置２は、Ｚ軸を回転軸として、検査台３を−９０度回転させる。これにより角速度センサ４は、支持部１側から見て縦長の状態となり、角速度センサ４の１ピン端子は右手前側に移動する。このとき、検査台３の移動とともに、角速度センサ４からＺ軸成分が出力される。

最後に、回転装置２は、Ｘ軸を回転軸として、−１８０度回転させる。これにより、角速度センサ４は検査台３の上側に位置する状態となり１ピン端子は半回転して支持部１側から見て、左手前側に移動する。このとき、検査台３の移動とともに、角速度センサ４からＸ軸成分が出力される。
このような回転動作により角速度センサ４から出力されたＸ軸成分、Ｙ軸成分、Ｚ軸成分の各値は、積算部６によりそれぞれ積算され、各積算値が出力される。そして、感度調整部７が各軸成分の積算値と基準値とを比較し、角速度センサ４の感度が所望の感度となるように校正用信号を生成し、ケーブル５を介して角速度センサ４に送信する。

角速度センサ４は、以後、校正用信号により補正された感度をもとに角速度情報を出力する。これにより、角速度センサ４から所望の感度で角速度情報が出力されることになる。
このように、実施形態２の角速度センサの校正装置及び校正方法は、Ｘ軸を回転軸として、検査台３を反転させる動作（つまり、１８０度回転させる動作）と、Ｚ軸を回転軸として、Ｘ軸がＹ軸に向かう方向またはＹ軸がＸ軸に向かう方向に検査台３を起こす動作（つまり、９０度回転させる動作）とを、いずれか一方の動作から順に行い、この動作を繰り返し２回実行している。

このような構成及び動作により、実施形態２の角速度センサの校正装置及び校正方法では、正確な角速度で回転するターンテーブルを用いることなく、出荷前の角速度センサ４の３軸分の校正を終えるまでの時間を短くすることができる。
なお、実施形態２では、＋１８０度の回転動作と−１８０度の回転動作を行っているが、絶対値が１８０度に限らず、１７９度でも１８１度でもよい。つまり、１８０度付近の反転動作を行えればよい。また、実施形態２では、＋９０度の回転動作と−９０度の回転動作を行っているが、絶対値が９０度に限らず、８９度でも９１度でもよい。つまり、３軸のうちの１つの軸がもう１つの軸に向かう方向へ検査台を９０度程度回転させる動作を行なうことができればよい。

さらに、実施形態２の角速度センサの校正装置及び校正方法は、反転動作において、１回目の回転方向と２回目の回転方向とが互いに逆の方向であるため、ケーブルが絡まないという効果も奏する。
実施形態２では、Ｚ軸周りに＋９０度回転させ、Ｘ軸周りに＋１８０度回転させ、Ｚ軸周りに−９０度回転させ、Ｘ軸周りに−１８０度回転させる場合を示したが、以下に示すバリエーションでも同様の効果が得られる。以下、Ｘ軸周りに＋１８０度回転させることを「＋１８０Ｘ」と記す。その他の角度、その他の軸についても同様である。そして、異なる軸を順次回転軸とすることを「→」で記す。例えば、実施形態２の回転動作は、＋９０Ｚ→＋１８０Ｘ→−９０Ｚ→−１８０Ｘとなる。

＜実施形態２の変形例＞
（Ｘ軸端を支持した場合）
Ｘ軸端部が支持されている場合、すなわち、図８（ａ）に示すように、第１部材２ａの一端が支持部１によって支持されている場合には、第１部材２ａおよび第２の部材２ｂの駆動方法として、次の３通りの変形例が考えられる。
＋９０Ｚ→−１８０Ｘ→−９０Ｚ→＋１８０Ｘ
−９０Ｚ→＋１８０Ｘ→＋９０Ｚ→−１８０Ｘ
−９０Ｚ→−１８０Ｘ→＋９０Ｚ→＋１８０Ｘ

（Ｙ軸端を支持した場合）
Ｙ軸端部が支持されている場合、すなわち、前述の図７（ａ）に示すように、第１部材２ａの回転軸がＹ軸、第２部材２ｂの回転軸がＸ軸、Ｘ軸およびＹ軸と直交する軸をＺ軸とし、このＸ、Ｙ、Ｚ軸と平行な軸が、角速度センサ４の検出軸である場合には、第１部材２ａおよび第２の部材２ｂの駆動方法として、次の４通りの変形例が考えられる。
＋９０Ｘ→＋１８０Ｙ→−９０Ｘ→−１８０Ｙ
＋９０Ｘ→−１８０Ｙ→−９０Ｘ→＋１８０Ｙ
−９０Ｘ→＋１８０Ｙ→＋９０Ｘ→−１８０Ｙ
−９０Ｘ→−１８０Ｙ→＋９０Ｘ→＋１８０Ｙ

Ｚ軸端部が支持されている場合、すなわち、前述の図７（ｂ）に示すように、第１部材２ａの回転軸がＺ軸、第２部材ｂの回転軸がＹ軸、Ｚ軸およびＹ軸と直交する軸をＸ軸とし、このＸ、Ｙ、Ｚ軸と平行な軸が、角速度センサ４の検出軸である場合には、第１部材２ａおよび第２の部材２ｂの駆動方法として、次の４通りの変形例が考えられる。
＋９０Ｙ→＋１８０Ｚ→−９０Ｙ→−１８０Ｚ
＋９０Ｙ→−１８０Ｚ→−９０Ｙ→＋１８０Ｚ
−９０Ｙ→＋１８０Ｚ→＋９０Ｙ→−１８０Ｚ
−９０Ｙ→−１８０Ｚ→＋９０Ｙ→＋１８０Ｚ
いずれの場合も、このような順に駆動することによって、３軸の軸成分を得ることができる。

なお、上記各実施形態においては、角速度センサ４が３軸の検出軸を有する場合について説明したが、２軸の検出軸を有する場合にも同様に、検査台３を回転させることによって、２軸の軸成分を得ることができる。
また、上記各実施形態においては、検査台３をＺ軸周りに回転させるときには、例えば、初めに＋９０度回転させ、次に−９０度回転させており、すなわち互いに逆方向に回転させるようにしているため、ケーブル５が絡むことを抑制することができるが、必ずしも同じ方向に回転させなくてもよい。

また、実施形態１では、検査台３をＸ軸周りに回転させた後、Ｚ軸周りに回転させる動作を２回行っているが、検査台３をＸ軸周りに回転させた後、Ｚ軸周りに回転させる動作を行い、さらに検査台３をＸ軸周りに回転させた時点で、３軸の軸成分を取得することができる。したがって、必ずしも再度Ｚ軸周りに回転させる動作を行なう必要はない。このように、検査台３をＸ軸周りに回転させた時点で、軸成分の取得を終了する場合には、検査台３が図６に示すように、初期とは異なる状態にある。したがって、この場合には初期状態に戻す必要があるため、結果的に、検査台３をＸ軸周りに回転させた後、Ｚ軸周りに回転させるという一連の動作を２回行なうことと同等となる。このとき、例えば、検査台３をＸ軸周りに回転させた後、Ｚ軸周りに回転させるという一連の動作を２回行なうが、軸成分の出力を取得する処理は、検査台３をＸ軸周りに２回回転させた時点で終了して、積算部６での積算処理、また感度調整部７での校正処理を実行するようにし、その一方で、検査台３を初期の状態に戻すように構成してもよい。

なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。

１ 支持部
２ 回転装置
２ａ 第１部材
２ｂ 第２部材
３ 検査台
４ 角速度センサ
５ ケーブル
６ 積算部
７ 感度調整部

Claims (12)

1. 角速度センサを搭載可能な検査台と、
   ＸＹＺ座標系における３つの軸のうち少なくとも２つの軸を回転軸として１軸ずつ順に切り替え、前記少なくとも２つの軸と２つの検出軸が平行となるように角速度センサが搭載された前記検査台を、前記各回転軸周りに回転運動させる回転装置と、
   前記検査台が前記回転運動を行なう間に、前記角速度センサが出力する値の前記検出軸毎の積算値を出力する積算部と、
   前記検出軸毎の積算値と対応する基準値とを比較し、当該比較結果に基づいて前記角速度センサの感度調整を行なう感度調整部と、
   を備えた角速度センサの校正装置。
2. 前記回転装置は、
   前記回転軸となる軸のうちの第１の軸を回転軸として前記検査台を反転させる第１の動作と、
   前記回転軸となる軸のうちの第２の軸を回転軸として前記検査台を起こす第２の動作と、をいずれか一方の動作から実行し、かつ当該２つの動作を繰り返し２回実行する請求項１に記載の角速度センサの校正装置。
3. 前記第１の動作は、前記第１の軸を回転軸として１８０度回転するように前記検査台を回転させる動作であり、
   前記第２の動作は、前記第２の軸を回転軸として９０度回転するように前記検査台を回転させる動作であることを特徴とする請求項２に記載の角速度センサの校正装置。
4. 前記回転装置は、
   前記第１の動作を行なった後、前記第２の動作を行う基準動作を、２回実行する請求項２または請求項３に記載の角速度センサの校正装置。
5. 前記回転装置は、
   前記第２の動作を行なった後、前記第１の動作を行なう基準動作を、２回実行する請求項２または請求項３に記載の角速度センサの校正装置。
6. １回目の前記基準動作において前記第１の動作で前記検査台が回転する方向と、２回目の前記基準動作において前記第１の動作で前記検査台が回転する方向と、は互いに逆の方向である請求項４または請求項５に記載の角速度センサの校正装置。
7. ＸＹＺ座標系における３つの軸のうちの、検査台の回転軸となる少なくとも２つの軸と角速度センサの２つの検出軸とが平行となるように前記検査台に前記角速度センサを搭載する搭載ステップと、
   前記回転軸となる少なくとも２つの軸を１軸ずつ順に切り替えて、各回転軸周りに前記検査台を回転運動させる回転ステップと、
   前記検査台が前記回転運動を行なう間に前記角速度センサが出力する値の検出軸毎の積算値を出力する積算ステップと、
   前記検出軸毎の積算値と対応する基準値とを比較し、当該比較結果に基づいて前記角速度センサの感度調整を行なう調整ステップと、
   を有する角速度センサの校正方法。
8. 前記回転ステップは、
   前記回転軸となる軸のうちの第１の軸を回転軸として前記検査台を反転させる第１の動作と、
   前記回転軸となる軸のうちの第２の軸を回転軸として前記検査台を起こす第２の動作と、をいずれか一方の動作から実行し、かつ当該２つの動作を繰り返し２回実行するステップである請求項７に記載の角速度センサの校正方法。
9. 前記第１の動作は、前記第１の軸を回転軸として１８０度回転するように前記検査台を回転させる動作であり、
   前記第２の動作は、前記第２の軸を回転軸として９０度回転するように前記検査台を回転させる動作である請求項８に記載の角速度センサの校正方法。
10. 前記回転ステップは、
    前記第１の動作を行なった後、前記第２の動作を行う基準動作を、２回実行するステップである請求項８または請求項９に記載の角速度センサの校正方法。
11. 前記回転ステップは、
    前記第２の動作を行なった後、前記第１の動作を行なう基準動作を、２回実行するステップである請求項８または請求項９に記載の角速度センサの校正方法。
12. １回目の前記基準動作において前記第１の動作で前記検査台が回転する方向と、２回目の前記基準動作において前記第１の動作で前記検査台が回転する方向と、は互いに逆の方向である請求項１０または請求項１１に記載の角速度センサの校正方法。

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