JP2015114286A - 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、且つ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】検査台３に角速度センサ４を搭載した後（ステップＳ１）、角速度センサ４を基準とするＸＹＺ座標において、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のうち少なくとも２軸の成分を有するベクトルの方向に延びる軸を回転軸として、検査台３を第１の角度だけ回転させる（ステップＳ２）。検査台３が第１の角度だけ回転する間の角速度センサ４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（ステップＳ４）。【選択図】 図６

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三次元直交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三次元直交座標系において、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。

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の側面には第１の圧電素子１１が取り付けられ、第１の側面と直交する第２の側面には第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ある。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、多軸角速度センサにおいて、多軸分（Ｘ軸とＹ軸の２軸、またはＸ軸とＹ軸とＺ軸の３軸）の校正を行おうとすると、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たら１軸分の校正を行う、という一連の作業が各軸分必要になるため、各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、角速度センサの各軸の校正を終えるまでの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４に示す、角速度センサ４）を搭載可能な検査台（例えば図４に示す、検査台３）と、前記検査台に搭載された角速度センサの検出軸を軸とするＸＹＺ座標系における３つの軸のうち、少なくとも２つの軸の成分を有するベクトルの方向に延びる軸を回転軸として前記検査台を回転運動させる回転装置（例えば図４に示す、回転装置２）と、前記検査台が所定の角度だけ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４に示す、積算部６）と、前記検出軸毎の積算値と予め設定された基準値とを比較し、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う感度調整部（例えば図４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、前記回転軸周りに前記検査台を一方向に第１の角度だけ回転させた後に、逆方向に第２の角度だけ回転させ、前記感度調整部は、前記検査台が前記第１の角度だけ回転したときの前記積算部から出力される積算値と前記検査台が前記第２の角度だけ回転したときの前記積算部から出力される積算値と前記基準値とに基づいて、前記角速度センサの感度調整を行なうものであってよい。

前記第１の角度は、絶対値が０度よりも大きく１８０度以下であってよい。
前記第１の角度は、絶対値が１８０度であってよい。
前記第２の角度は、絶対値が０度よりも大きく１８０度以下であってよい。
前記第２の角度は、絶対値が１８０度であってよい。
前記ベクトルは、前記ＸＹＺ座標系におけるＸ軸の成分、Ｙ軸の成分、及びＺ軸の成分を有し、これら軸成分の絶対値がそれぞれ等しくてよい。

前記ベクトルは、前記ＸＹＺ座標系におけるＺ軸の成分を除く、Ｘ軸の成分とＹ軸の成分とを有し、前記Ｘ軸の成分及び前記Ｙ軸の成分の絶対値がそれぞれ等しくてよい。
本発明の他の態様は、角速度センサの検出軸を軸とするＸＹＺ座標系における３つの軸のうち、少なくとも２つの軸の成分を有するベクトルの方向に延びる軸と検査台を回転運動させる回転装置の回転軸とが一致するように、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、前記回転軸周りに前記検査台を所定の角度だけ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前記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予め設定された基準値とを比較し、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、前記検査台を前記回転軸周りに一方向に第１の角度だけ回転させた後に、逆方向に第２の角度だけ回転させるステップであり、前記積算ステップは、前記検査台が前記第１の角度だけ回転運動する間に前記角速度センサから出力される値の検出軸毎の積算値と、前記検査台が前記第２の角度だけ回転運動する間に前記角速度センサから出力される値の検出軸毎の積算値とを出力するステップであってよい。

前記第１の角度は、絶対値が０度よりも大きく１８０度以下であってよい。
前記第１の角度は、絶対値が１８０度であってよい。
前記第２の角度は、絶対値が０度よりも大きく１８０度以下であってよい。
前記第２の角度は、絶対値が１８０度であってよい。
前記ベクトルは、前記ＸＹＺ座標系における、Ｘ軸の成分、Ｙ軸の成分、及びＺ軸の成分を有し、これら軸成分の絶対値がそれぞれ等しくてよい。

前記ベクトルは、前記ＸＹＺ座標系における、Ｚ軸の成分を除く、Ｘ軸の成分及びＹ軸の成分を有し、前記Ｘ軸の成分及び前記Ｙ軸の成分の絶対値がそれぞれ等しくてよい。

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、角速度センサの多軸分の校正に要する所要時間を短縮することができる。

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。 角速度センサの校正装置の一例の概略構成を示す斜視図である。 角速度センサの校正装置の他の例の概略構成を示す斜視図である。 角速度センサの校正装置を説明するための構成図である。 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説明図である。 オフセットの除去の動作説明に供する説明図である。 実施形態２における動作説明に供する説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
まず、本発明の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によらずに行う、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あり、「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。

まず、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機器構成を説明する。
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を説明するための図であって、角速度センサの校正装置の概略構成を示す斜視図である。
以下、図２を伴って、図中の回転装置２および検査台３の構造、また各部の位置関係、回転動作を説明する。

図２に示すように、角速度センサの校正装置は、支持部１によって回転自在に支持される回転装置２と、回転装置２に支持される検査台３と、を備える。
校正対象の角速度センサ４は検査台３に搭載され、検査台３と一体に回転するように固定される。角速度センサ４にはケーブル５が接続され、角速度センサ４で検出した角速度情報はケーブル５を介して外部に伝送されるとともに、後述の校正用信号はケーブル５を介して角速度センサ４に伝送される。

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。なお、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のピン端子のうち、１番目のピン（以後、１ピンともいう。）の位置を示す。
回転装置２は円柱状に形成され、回転装置２の長手方向の一端が支持部１によって回転自在に支持され、回転装置２の他端に検査台３が固定されている。検査台３は、板状を有し、検査台３の一方の面に校正対象の角速度センサ４を搭載するようになっており、回転装置２の回転軸が延びる方向と検査台３の角速度センサ４を搭載する側の面の法線方向とが傾きを持って回転装置２に固定される。なお、検査台３は、角速度センサ４を搭載する際には、角速度センサ４を搭載する側の面の法線方向と鉛直方向とが一致するように回転装置２により保持されている。

支持部１は回転装置２の駆動制御を行い、支持部１が回転装置２の長手方向の中心軸を回転軸として回転装置２を回転駆動することによって、検査台３が回転装置２の回転軸を軸として、右ねじの方向Ａおよび右ねじとは逆の方向Ｂに回転し、その結果、検査台３に搭載された角速度センサ４が回転装置２の回転軸を軸として回転するようになっている。
角速度センサ４は、直交する３軸方向の角速度を検出する角速度センサである。

校正対象の角速度センサ４が検出可能な３軸方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、このＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で定義されるＸＹＺ３次元直交座標系を、角速度センサ４を基準とするＸＹＺ座標系と定義する。
図２に示すように、回転装置２および検査台３は、検査台３に搭載された状態での、角速度センサ４を基準とするＸＹＺ座標系において、そのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸の成分を有するベクトルＰと平行な軸を回転軸として検査台３が回転するように配置される。

つまり、回転装置２は、その回転軸がベクトルＰと平行な軸となるように鉛直方向に対して傾きを持って支持部１により支持される。
なお、図２では、検査台３の角速度センサ４を搭載した面に対して垂直な方向をＺ軸とし、Ｚ軸と直交する、検査台３の角速度センサ４を搭載した面と平行な軸をＸ軸およびＹ軸としているが、これに限るものではなく、回転装置２を回転させたときに、角速度センサ４から３軸成分を得ることができれば、角速度センサ４を基準とするＸＹＺ座標はどのように設定してもよい。

支持部１が回転装置２を回転駆動することによって、検査台３、つまり角速度センサ４が、角速度センサ４を基準とするＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３軸の成分を有するベクトルＰと平行な軸を回転軸として回転する。
なお、支持部１は、回転装置２を駆動する場合には、予め設定した時間（例えば１秒間）に、所定の角度だけ回転させる。すなわち、検査台３を所定の角度だけ回転させる。

図２に示すような構成とすることにより、回転装置２は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３軸の成分を有するベクトルＰを回転軸として、検査台３を回転させることができる。そして、ベクトルＰは、検査台３に搭載された角速度センサ４を基準とするＸＹＺ直交座標系における３軸の成分を有するベクトルである。そのため、回転装置２を駆動することによって、角速度センサ４は３軸の成分を検出し出力することになる。つまり、１軸（ベクトルＰに平行な軸）周りの回転で角速度センサ４の３軸の成分をまとめて出力させることができ、すなわち３軸の感度調整を行なうことができることになる。

なお、図２では、角速度センサ４の３軸の成分をまとめて出力させる場合について説明したが、これに限るものではなく、２軸の成分をまとめて出力させることも可能である。
図３は、２軸の成分をまとめて出力させる場合の、角速度センサの校正装置の一例を示す斜視図である。
２軸の成分をまとめて出力させる場合には、図３に示すように、２つの回転軸を備えた、既存の角速度センサの校正装置を用いることができる。また、２つの回転軸を備えた既存の加速度センサの校正装置を同様に用いることができる。

すなわち、図３に示す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に支持される検査台３と、を備えており、回転装置２は第１部材２ａと、第１部材２ａの外周に設けられる第２部材２ｂとを備える。第１部材２ａは、円柱状に形成され、一端が支持部１に回転自在に支持され、鉛直方向をｚ軸としこのｚ軸と直交するｘ軸およびｙ軸を有するｘｙｚ直交座標系において、ｘ軸を回転軸として回転する。第２部材２ｂは円柱状に形成され、一端が第１部材２ａの外周に回転自在に支持され、鉛直方向をｚ軸とするｘｙｚ直交座標系におけるｚ軸と平行な軸を回転軸として回転する。そして、第２部材２ｂの他端に、第２部材２ｂの回転軸が検査台３に対して垂直となるように、すなわち検査台３が水平となるように固定される。

角速度センサ４は、検査台３に搭載され、角速度センサ４と一体に回転するように固定されるが、このとき、角速度センサ４は、この角速度センサ４を基準とするＸＹＺ直交座標系のＺ軸が鉛直方向と一致し、且つ、Ｘ軸およびＹ軸が、鉛直方向をｚ軸とするｘｙｚ直交座標系のｘ軸およびｙ軸と一致しないように配置される。
なお、角速度センサ４は、水平面に載置したときの角速度センサ４の鉛直方向の検出軸がＺ軸、Ｚ軸と直交する水平方向をＸ軸およびＹ軸として直交する３次元座標系が角速度センサ４に設定されている。そのため、図３では、検査台３の角速度センサ４を搭載した面に対して垂直な方向が角速度センサ４の基準のＸＹＺ直交座標系におけるＺ軸となり、Ｚ軸と直交する、検査台３の角速度センサ４を搭載した面と平行な軸がＸ軸およびＹ軸となっている。

このような構成において、支持部１は、回転装置２を、予め設定された時間（例えば１秒間）に所定の角度だけ回転駆動し、例えば、第１部材２ａのみを回転させることによって、Ｘ軸成分とＹ軸成分とをまとめて出力させることができる。つまり、第１部材２ａの回転軸はＸ軸であって、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸は、角速度センサ４を基準とするｘｙｚ直交座標系のｘ軸とは異なる。そのため、第１部材２ａをｘ軸周りに回転させたとき、角速度センサ４からはＸ軸成分とＹ軸成分とがまとめて出力されることになる。

次に、第２部材２ｂのみを回転させる。ＸＹＺ直交座標系におけるＺ軸は、角速度センサ４を基準とするｘｙｚ直交座標系のｚ軸と同じベクトルであるから、第２部材２ｂをｚ軸周りに回転させたとき、角速度センサ４からはＺ軸成分を出力させることができる。したがって、２つの軸周りにそれぞれ検査台３を回転させることによって、３軸の成分を出力させることができる。このため、この３軸成分に基づいて角速度センサ４の感度の調整を行なうことができることになる。

次に、本発明の角速度センサの校正装置について説明する。
図４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。
本発明に係る角速度センサの校正装置は、図４に示すように、図２に示す角速度センサの校正装置においてさらに、積算部６と感度調整部７とを備えている。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。

図４に示すように、支持部１により回転装置２を回転駆動することによって、回転装置２に固定された検査台３が回転装置２の回転軸を軸として回転し、その結果、検査台３に搭載された角速度センサ４が回転装置２の回転軸を軸として回転する。つまりベクトルＰに平行な回転軸周りに回転する。
このとき、支持部１が、回転装置２を予め設定した時間（例えば１秒間）に所定の角度（例えば第１の角度）だけ回転させることによって、検査台３は、回転装置２の回転軸周りに第１の角度だけ回転する。

検査台３の回転に伴い角速度センサ４も回転するため、角速度センサ４からは、角速度検出情報が出力される。このとき、角速度センサ４は、この角速度センサ４を基準とするＸＹＺ直交座標系の３軸の成分を有するベクトルＰに平行な軸周りに回転するため、角速度センサ４は、３軸の成分を検出し、その大きさに応じた角速度情報を出力する。角速度センサ４で検出された３軸の角速度情報は、ケーブル５を介して積算部６に入力される。

積算部６は、回転装置２が検査台３を第１の角度だけ回転させる間に角速度センサ４から出力される値を積算し積算結果を出力する。このとき、積算部６は、角速度センサ４から出力される、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の成分について検出軸毎に積算し、Ｘ軸成分の積算値、Ｙ軸成分の積算値、Ｚ軸成分の積算値を出力する。
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。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。

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、積算部６を介して感度調整部７に入力された、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などは、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される。

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５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校正装置を駆動することにより、角速度センサ４から出力される矩形波を積分処理することによって、本発明の校正方法に用いる三角波を生成したものである。なお、図５は、角速度センサ４から出力される３軸成分のうち、１軸分の成分についての信号処理状況を示したものであり、実際には、図示した信号処理を、角速度センサ４から出力される３軸成分それぞれについて実行する。

図５において、（ａ）は角速度センサ４から出力される１軸分の矩形波であって、横軸は時間ｔ、縦軸は角速度Ω〔ｄｐｓ〕である。（ｂ）は角速度センサ４から出力された１軸分の矩形波を積算部６により積分して得られた三角波であって、横軸は時間ｔ、縦軸は角度Θ〔ｄｅｇ〕である。
図５（ａ）に示すように、Ｖを角速度センサ４の出力（角速度情報）、Ｓを感度、Ωｄｃを角速度定数とすると、これら間には、次式（１）に示す関係がある。
Ｖ＝Ｓ・Ωｄｃ ……（１）
式（１）から、感度Ｓは次式（２）で表すことができる。
Ｓ＝Ｖ／Ωｄｃ ……（２）

これに対して、本発明は、角速度センサ４の出力を積算していることから次式（３）の関係が成り立ち、その結果、感度Ｓは次式（４）で表すことができる。
∫Ｖｄｔ＝∫Ｓ・Ωｄｃ・ｄｔ ……（３）
Ｓ＝∫Ｖｄｔ／∫Ωｄｃ・ｄｔ
＝∫Ｖｄｔ／θ０≒Σ（Ｖ・Δｔ／θ０） ……（４）
なお、（４）式中の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、積算部６が出力する積算値と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４を回転させたときに角速度センサ４が出力する値と同じである。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軸の成分の積算値が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軸の成分の積算値が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。Ｙ軸及びＺ軸についても、同様である。

なお、図３を用いて説明したように、角速度センサ４が出力する３軸成分のうち２軸成分のみをまとめて出力する場合には、まず、Ｘ軸周りに回転する第１部材２ａのみを回転させる。これにより、角速度センサ４のＸ軸およびＹ軸成分をまとめて取得し、２軸についてのみ積算処理を行なう。次に、Ｚ軸周りに回転する第２部材２ｂのみを回転させる。これにより、角速度センサ４のＺ軸成分を取得し、Ｚ軸についてのみ積算処理を行なう。そして、３軸の積算値と対応する基準値とを比較し、比較結果に基づいて感度調整用の校正用信号を生成する。

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図６に示すフローチャートに示す処理手順となる。
すなわち、本発明に係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。

まず、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、ユーザが手動で行なうようにしてもよく、また、図示しない搭載機構によって、角速度センサ４を自動的に搭載し、校正終了後は自動的に角速度センサ４を検査台３から取り除くようにしてもよい。
続いて、ステップＳ２では、ＸＹＺ直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のうちの少なくとも２軸の成分を有するベクトルＰを回転軸として、検査台３を所定の角度だけ回転させる。

検査台３を回転させると、ステップＳ３に移行し、検査台３を回転させる間に角速度センサ４が出力する角速度情報の積算値を検出軸毎に演算し、検査台３が所定の角度だけ回転する間に角速度センサ４が出力した値の積算値を出力する。
そして、ステップＳ４では、検査台３が第１の角度だけ回転する間の角速度センサ４の出力の積算値と基準値とを比較し、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。

以下、本発明の回転装置の動作および回転ステップ（ステップＳ２）について、詳細に説明する。なお、理解を容易にするために、角速度センサの１ピンの位置及び角速度センサ４の姿勢だけを図示して説明する。

＜実施形態１＞
図７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における角速度センサの校正装置は、角速度センサ４の２軸の出力をまとめて得るようにしたものである。
実施形態１は、図３に示す、２つの回転軸を備えた角速度センサの校正装置において、図７（ａ）に示すように、回転軸となるベクトルＰが、角速度センサ４を基準とするＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸の成分及びＹ軸の成分を有し、Ｚ軸の成分を有さない形態である。

前述のように、回転装置２として角速度センサを校正するための既存の校正装置の回転装置と同じ構造のものを使用している。また、２つの回転軸を備えた既存の加速度センサの校正装置を同様に使用することもできる。
また、積算部６や感度調整部７の信号処理を簡易にするために、Ｘ軸の成分とＹ軸の成分の絶対値は等しい。つまり、回転軸となるベクトルＰと平行な角速度ベクトルΩの大きさは、Ｘ軸の成分とＹ軸の成分の√２（２の平方根）倍の大きさである。

まず、支持部１は、回転装置２を回転駆動し、第１部材２ａのみを回転させて図７（ｂ）に示すように、上記ベクトルＰを回転軸として、検査台３を＋１８０度回転させる。このとき、角速度センサ４から右ねじの方向へ回したときのＸ軸の成分とＹ軸の成分とが出力される。つまり、検査台３を、約１２７度回転させた場合の出力相当のＸ軸成分およびＹ軸成分が出力されることになる。

この時点で、角速度センサ４の２軸分の出力が得られるため、２軸分の校正を行うことができる。つまり、角速度センサ４が２軸の角速度センサであれば、このステップだけで校正を行うことができることになる。
本実施形態では、３軸の角速度センサ４であるため、続いて、支持部１は、回転装置２を回転駆動し、上記ベクトルＰを回転軸として、検査台３を−１８０度回転させる。このとき、角速度センサ４から右ねじとは逆の方向のＸ軸の成分とＹ軸の成分が出力される。

次に、回転装置２は、Ｚ軸を回転軸として、検査台３を＋１８０度回転させる。このとき、角速度センサ４から右ねじの方向に回したときのＺ軸の成分が出力される。最後に、回転装置は、Ｚ軸を回転軸として、−１８０度回転させる。このとき、角速度センサ４から右ねじと逆の方向に回したときのＺ軸の成分が出力される。

このような回転動作により角速度センサから出力されたＸ軸の成分、Ｙ軸の成分、Ｚ軸の成分の各値は、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の感度を所望の感度に調整する。このとき、ベクトルＰを回転軸として検査台３を＋１８０度回転させたときまたは−１８０度回転させたときの角速度センサ４から出力される値の積算値、また、Ｚ軸を回転軸として検査台３を＋１８０度回転させたとき、または−１８０度回転させたときの角速度センサ４から出力される値の積算値をもとに、感度調整を行なってもよいし、ベクトルＰを回転軸として検査台３を＋１８０度回転させたときおよび−１８０度回転させたときそれぞれの角速度センサ４から出力される値の積算値と、Ｚ軸を回転軸として検査台３を＋１８０度および−１８０度回転させたときそれぞれの角速度センサ４から出力される値の積算値をもとに、感度調整を行なってもよい。

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に対する各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。つまり、角速度センサの出力値を積算し、この積算した値に基づいて校正を行なっているため、角速度センサの角速度を考慮する必要はない。したがって、正確な角速度で回転するターンテーブルを必要とはしない。また、ターンテーブルが安定した回転状態となるまで待機する必要はなく、さらに、上述のように２軸周りに回転させることで、角速度センサ４の３軸分の出力を得ることができるため、角速度センサ４の３軸分の出力を得るまでの所要時間を短縮することができ、結果的に、３軸分の校正に要する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、絶対値は１８０度に限らず、０度より大きければよい。実施形態１では、１８０度であり、角速度センサ４の出力値が大きい。つまり、出力値のＳＮＲが高くなり、基準値との比較誤差が小さくなるため、精度の良い感度調整を行うことができる。
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、上記ベクトルＰを回転軸として、第１の角度（本例では、＋１８０度）だけ検査台３を回転させ、さらに、上記ベクトルＰを回転軸として、検査台３を第１の角度と符号が異なる第２の角度（本例では、−１８０度）だけ回転させているため、角速度センサ４の出力オフセットをキャンセルでき、ケーブルも絡まないという効果も奏する。

つまり、角速度センサ４の出力にオフセットを含む場合、例えば、第１の角度だけ検査台３を回転させた後、第１の角度と符号が異なる第２の角度だけ回転させると、角速度センサ４の出力は例えば図８（ａ）に示すような、オフセットを含む正値の矩形波と負値を含む矩形波となる。図８（ａ）において、横軸は時間、縦軸は角速度〔ｄｐｓ〕である。
図８（ａ）に示すようにオフセットを含む矩形波からオフセットを除去し、このオフセットを除去した矩形波を積分処理すると、図８（ｂ）に示すような、正値の三角波と負値の三角波となる。図８（ｂ）において、横軸は時間、縦軸は角速度センサ４の出力の積分値∫Ｖｄｔである。

ここで、検査台３を正の角度である第１の角度プラスα°だけ回転させ、その後、負の角度である第２の角度−β°だけ回転させる場合、積算部６では、第１の角度だけ回転する間に角速度センサから出力される値の積算値を求めた後、第２の角度だけ回転する間に角速度センサから出力される値の積算値を求め、これら積算値の絶対値の和を、この回転に伴う積算値として出力する。また、支持部１は、検査台３を第１の角度プラスα°だけ回転させる時間と、第２の角度−β°だけ回転させる時間とが略等しくなるように回転駆動する。また、基準値は、第１の角度と第２の角度の和α°＋β°の角度に相当する値に設定する。

このように検査台３を駆動した場合、検査台３を正の角度である＋α°だけ回転させるのにかかる時間をＴ、検査台３を負の角度である−β°だけ回転させるのにかかる時間をＴとしたとき、検査台３を正の角度である＋α°だけ回転させる間にオフセット成分を持つ角速度センサから出力される値を積算した値は、α＋（ｂ×Ｔ）になる。検査台３を負の角度である−β°だけ回転させる間にオフセット成分を持つ角速度センサ４から出力される値を積算した値は−β＋（ｂ×Ｔ）になる。

したがって、＋α°だけ回転する間に角速度センサ４から出力される値を積算した値と、−β°だけ回転する間に角速度センサ４から出力される値を積算した値との差分は、（α＋（ｂ×Ｔ））−（−β＋（ｂ×Ｔ））＝α＋βになり、オフセット成分を消去することができる。なお、αとβとは同じ値であっても良いし、違う値であってもよい。

＜第２実施形態＞
図９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を説明するための説明図である。
実施形態２における角速度センサの校正装置は、角速度センサ４の３軸の出力をまとめて得るようにしたものである。
実施形態２は、図２に示す、角速度センサの校正装置において、図９（ａ）に示すように、回転軸となるベクトルＰが、Ｘ軸の成分、Ｙ軸の成分、及びＺ軸の成分を有する形態である。また、積算部６や感度調整部７の信号処理を簡易にするために、Ｘ軸の成分、Ｙ軸の成分、及びＺ軸の成分の絶対値が等しくなるように回転軸を設定している。つまり、回転軸となるベクトルＰと平行な角速度ベクトルΩの大きさは、Ｘ軸の成分、Ｙ軸の成分、及びＺ軸の成分の√３（３の平方根）倍の大きさである。

図９（ｂ）に示すように、まず、支持部１は、回転装置２を回転駆動し、ベクトルＰを回転軸として、検査台３を＋１８０度回転させる。このとき、角速度センサ４から右ねじの方向へ回したときのＸ軸の成分、Ｙ軸の成分、及びＺ軸の成分が出力される。つまり、検査台３を約１０４度回転させた場合の出力相当のＸ軸成分、Ｙ軸成分およびＺ軸成分が出力されることになる。

この時点で、角速度センサ４の３軸分の出力が得られるため、この出力を用いることによって３軸分の校正を行うことができる。
本実施形態では、さらに、支持部１により回転装置２を回転駆動し、ベクトルＰを回転軸として、検査台３を−１８０度回転させる。このとき、角速度センサ４から右ねじとは逆の方向のＸ軸の成分、Ｙ軸の成分、及びＺ軸の成分が出力される。

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軸の成分、Ｙ軸の成分、Ｚ軸の成分の各値は、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の感度を所望の感度に調整する。
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４の校正装置及び校正方法においても、出荷前の角速度センサを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校正することができ、角速度センサの各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、０度より大きければよい。実施形態２では、１８０度であり、角速度センサの出力値が大きい。つまり、出力値のＳＮＲが高くなり、基準値との比較誤差が小さくなるため、精度の良い感度調整を行うことができる。
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、ベクトルＰを回転軸として、第１の角度（本例では、＋１８０度）だけ検査台３を回転させ、さらに、ベクトルＰを回転軸として、検査台３を第１の角度と符号が異なる第２の角度（本例では、−１８０度）だけ回転させている。そのため、この場合も、上記実施形態１と同様の手順で、積算部６が第１の角度だけ回転させときの積算値と第２の角度だけ回転させたときの積算値との差分を演算しこれを積算値としてその基準値と比較することによって、角速度センサ４の出力オフセットをキャンセルでき、ケーブルが絡まないという効果も奏する。

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うる。

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 (16)

1. 角速度センサを搭載可能な検査台と、
   前記検査台に搭載された角速度センサの検出軸を軸とするＸＹＺ座標系における３つの軸のうち、少なくとも２つの軸の成分を有するベクトルの方向に延びる軸を回転軸として前記検査台を回転運動させる回転装置と、
   前記検査台が所定の角度だけ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予め設定された基準値とを比較し、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、前記回転軸周りに前記検査台を一方向に第１の角度だけ回転させた後に、逆方向に第２の角度だけ回転させ、
   前記感度調整部は、前記検査台が前記第１の角度だけ回転したときの前記積算部から出力される積算値と前記検査台が前記第２の角度だけ回転したときの前記積算部から出力される積算値と前記基準値とに基づいて、前記角速度センサの感度調整を行なう請求項１に記載の角速度センサの校正装置。
3. 前記第１の角度は、
   絶対値が０度よりも大きく１８０度以下である請求項２に記載の角速度センサの校正装置。
4. 前記第１の角度は、
   絶対値が１８０度である請求項３に記載の角速度センサの校正装置。
5. 前記第２の角度は、
   絶対値が０度よりも大きく１８０度以下である請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の角速度センサの校正装置。
6. 前記第２の角度は、
   絶対値が１８０度である請求項５に記載の角速度センサの校正装置。
7. 前記ベクトルは、
   前記ＸＹＺ座標系におけるＸ軸の成分、Ｙ軸の成分、及びＺ軸の成分を有し、
   これら軸成分の絶対値がそれぞれ等しい請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の角速度センサの校正装置。
8. 前記ベクトルは、
   前記ＸＹＺ座標系におけるＺ軸の成分を除く、Ｘ軸の成分とＹ軸の成分とを有し、
   前記Ｘ軸の成分及び前記Ｙ軸の成分の絶対値がそれぞれ等しい請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の角速度センサの校正装置。
9. 角速度センサの検出軸を軸とするＸＹＺ座標系における３つの軸のうち、少なくとも２つの軸の成分を有するベクトルの方向に延びる軸と検査台を回転運動させる回転装置の回転軸とが一致するように、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、
   前記回転軸周りに前記検査台を所定の角度だけ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前記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予め設定された基準値とを比較し、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う調整ステップと、
   を有する角速度センサの校正方法。
10. 前記回転ステップは、
    前記検査台を前記回転軸周りに一方向に第１の角度だけ回転させた後に、逆方向に第２の角度だけ回転させるステップであり、
    前記積算ステップは、前記検査台が前記第１の角度だけ回転運動する間に前記角速度センサから出力される値の検出軸毎の積算値と、前記検査台が前記第２の角度だけ回転運動する間に前記角速度センサから出力される値の検出軸毎の積算値とを出力するステップである請求項９に記載の角速度センサの校正方法。
11. 前記第１の角度は、
    絶対値が０度よりも大きく１８０度以下である請求項１０に記載の角速度センサの校正方法。
12. 前記第１の角度は、
    絶対値が１８０度である請求項１１に記載の角速度センサの校正方法。
13. 前記第２の角度は、
    絶対値が０度よりも大きく１８０度以下である請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の角速度センサの校正方法。
14. 前記第２の角度は、
    絶対値が１８０度である請求項１３に記載の角速度センサの校正方法。
15. 前記ベクトルは、
    前記ＸＹＺ座標系における、Ｘ軸の成分、Ｙ軸の成分、及びＺ軸の成分を有し、これら軸成分の絶対値がそれぞれ等しい請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の角速度センサの校正方法。
16. 前記ベクトルは、
    前記ＸＹＺ座標系における、Ｚ軸の成分を除く、Ｘ軸の成分及びＹ軸の成分を有し、前記Ｘ軸の成分及び前記Ｙ軸の成分の絶対値がそれぞれ等しい請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の角速度センサの校正方法。

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