JP2016109436A - 補正テーブル作成装置、エンコーダ、及び補正テーブル作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンコーダ２の回転角度位置の検出精度を高める補正テーブルを作成する補正テーブル作成装置を提供する。
【解決手段】
本発明の補正テーブル作成装置１は、検出素子の信号から回転角度位置を検出するエンコーダ２の誤差を補正する補正テーブルを作成する装置である。一回転誤差算出部１１０は、高精度誤差検出装置３により、被測定対象となるエンコーダ２により検出される回転角度位置の誤差を一回転分算出する。固有誤差成分算出部１２０は、算出された一回転分の誤差をフーリエ変換することにより固有誤差成分を算出する。補正テーブル作成部１３０は、算出された固有誤差成分の主要誤差周期成分の値のみを逆フーリエ変換し、各回転角度位置における誤差量を補正値とする補正テーブルを作成する。補正テーブル保存部１４０は、作成された補正テーブルを、エンコーダ２の記憶部に保存する。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、検出素子の信号から回転角度位置を検出するエンコーダの誤差を補正する補正テーブルを作成する補正テーブル作成装置、補正テーブル作成対象となるエンコーダ、及び補正テーブル作成方法に関する。

従来から、モータ等の軸の回転角度位置を回転角度位置データとして検出可能な磁気式又は光学式のエンコーダ（ロータリーエンコーダ）と呼ばれる装置が存在する。
また、エンコーダには、回転角度位置をインクリメンタル信号等に変換して、Ａ、Ｂ相と呼ばれる２つの伝送線を用いて送信可能なもの、又は絶対値の回転角度位置データを送信可能なもの等が存在する。

特許文献１によると、回転体の回転に連動して変化するセンサ素子の出力信号に基づいて前記回転体の角度位置を検出するエンコーダにおいて、前記角度位置の検出結果の誤差を解消するために前記出力信号を補正するオフセット値を最適化するにあたって、前記エンコーダへの電源供給を開始する度に前記オフセット値を補正する補正工程を行い、当該補正工程では、前記出力信号の理想状態からのズレ量を検出し、当該ズレ量に基づいて前記オフセット値を補正する第１補正工程と、該第１補正工程の後、当該第１補正工程よりも小さなゲインで前記オフセット値を補正する第２補正工程とを行うことを特徴とするエンコーダのオフセット値補正方法の技術が記載されている。

特開２０１１−４７８２４号公報

ここで、特許文献１のエンコーダは、工場出荷時に、エンコーダの回転角度位置の理想状態を示す固定オフセット値（補正値）を補正テーブルとして備えている。この補正テーブルは、製品個別に作成されて記憶される。
しかしながら、この補正テーブルを作成する際に、高精度誤差検出装置によってエンコーダの回転角度位置を測定しても、測定に係るランダムな誤差（測定誤差）が発生する問題があった。このため、精度の高い補正テーブルを作成することが困難であった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、精度の高い補正テーブルを作成可能な補正テーブル作成装置を提供することを目的とする。

本発明の補正テーブル作成装置は、検出素子の信号から回転角度位置を検出するエンコーダの誤差を補正する補正テーブルを作成する補正テーブル作成装置であって、前記エンコーダにより検出される前記回転角度位置の誤差を、高精度誤差検出装置を利用して一回転分算出する一回転誤差算出手段と、該一回転誤差算出手段により算出された一回転分の誤差をフーリエ変換することにより固有誤差成分を算出する固有誤差成分算出手段と、該固有誤差成分算出手段により算出された前記固有誤差成分の主要誤差周期成分の値のみを逆フーリエ変換し、各前記回転角度位置における誤差量を補正値とする前記補正テーブルを作成する補正テーブル作成手段と、該補正テーブル作成手段により作成された前記補正テーブルを、前記エンコーダの記憶手段に保存する補正テーブル保存手段とを備えることを特徴とする。
このように構成することで、固有誤差成分の中で主要誤差周期成分により補正テーブルを作成して、精度の高い補正テーブルを作成することが可能になる。このため、精度良く回転角度位置を検出するエンコーダを提供することができる。また、補正テーブルをエンコーダに直接保存することで、調整時間を短縮可能な補正テーブル作成装置を提供することができる。

本発明の補正テーブル作成装置は、前記エンコーダは、前記検出素子が、Ｓ極とＮ極の磁極が一対着磁されたマグネットを有する可動被検出物と、前記マグネットに対向するＡ相感磁センサ及びＢ相感磁センサとを含み、前記可動被検出物の変位に対応して前記Ａ相感磁センサから正弦波状のＡ相信号が出力され、前記可動被検出物の変位に対応して前記Ｂ相感磁センサから正弦波状のＢ相信号が出力され、前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号とは位相差が略π／２であり、前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号とからＸＹ平面上のリサージュ波形を算出、解析することによって前記可動被検出物の角度位置を検出する回転角度位置算出手段を備え、前記回転角度位置算出手段は、前記リサージュ波形を、前記可動被検出物の一回転当たり２周期算出することを特徴とする。
このように構成することで、磁気式エンコーダの特性に合わせて、精度高い補正テーブルを作成することが可能になる。また、一対着磁の簡単な検出素子により回転角度位置の検出ができるので、製造時の調整工程を簡易化できる。

本発明の補正テーブル作成装置は、前記主要誤差周期成分は、一回転当たり、２の累乗の周期成分であることを特徴とする。
Ａ相信号及びＢ相信号はモータ１回転当たり２周期あるので、このように構成することで、２の累乗で誤差補正量を決めることで、殆どの主要誤差周期成分を補正することができる補正テーブルを作成できる。

本発明の補正テーブル作成装置は、前記主要誤差周期成分は、一回転当たり、少なくとも１周期成分、２周期成分、４周期成分、及び８周期成分であることを特徴とする。
このように構成することで、１回転あたりの高調波成分のうち、低い方から第３次高調波成分まで含む成分を補正するようにし、充分な補正ができ、精度良い回転角度位置検出ができる補正テーブルを作成可能となる。

本発明のエンコーダは、前記補正テーブル作成装置により作成され前記記憶手段に保存された前記補正テーブルから、使用状態における前記回転角度位置に対応した前記補正値を読み出し、該補正値により誤差を補正する補正手段を備えることを特徴とする。
このように構成し、精度の高い補正テーブルを予め記憶部に記憶させているので、補正テーブルによる補正以外の処理等が必要なく、誤差補正を迅速に行うことができる。

本発明の補正テーブル作成方法は、検出素子の信号から回転角度位置を検出するエンコーダの誤差を補正する補正テーブルを作成する補正テーブル作成装置により実行される補正テーブル作成方法であって、高精度誤差検出装置を利用して、被測定対象となる前記エンコーダにより検出される前記回転角度位置の誤差を一回転分算出し、算出された一回転分の誤差をフーリエ変換することにより固有誤差成分を測定し、算出された前記固有誤差成分の主要誤差周期成分の値のみを逆フーリエ変換し、各前記回転角度位置における誤差量を補正値とする前記補正テーブルを作成し、作成された前記補正テーブルを前記エンコーダの記憶手段に保存することを特徴とする。
このように構成することで、主要誤差周期成分により補正テーブルを作成して、精度高い補正テーブルを作成することが可能になる。

本発明によれば、エンコーダの固有誤差成分を抽出した補正テーブルを作成することで、測定誤差を抑制した精度の高い補正テーブルを作成する補正テーブル作成装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るエンコーダ調整システムのシステム構成図である。 図１に示す補正テーブル作成装置の制御構成を示すブロック図である。 図１に示すエンコーダの制御構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダのハードウェア構成の概略を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダの回転角度位置の算出の方式を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係る補正テーブル作成処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るエンコーダの固有誤差成分の概念図である。 本発明の実施の形態に係るエンコーダの固有誤差成分の概念図である。 本発明の実施の形態に補正テーブル作成処理の結果例を示すグラフである。 本発明の実施の形態に補正テーブル作成処理の結果例を示すグラフである。 本発明の実施の形態に補正テーブル作成処理の結果例を示すグラフである。

＜実施の形態＞
図１Ａを参照して、本発明の実施の形態に係るエンコーダ調整システムＸの構成について説明する。エンコーダ調整システムＸは、補正テーブル作成装置１、エンコーダ２、高精度誤差検出装置３、及びモータ４を含んで構成される。

補正テーブル作成装置１は、エンコーダ２の誤差を補正する補正テーブル４００を作成する装置である。
補正テーブル作成装置１は、例えば、エンコーダ２の製造時や工場出荷時、メンテナンスによる調整時に使用される製造装置や調整装置の一部として構成される。具体的には、補正テーブル作成装置１は、ＰＣ（Personal Computer）に専用のロジックボードを備えた装置等である。補正テーブル作成装置１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御部と、ＲＡＭ（Random Access Memory ）やＲＯＭ（Read Only Memory）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリ等を備えている。
なお、工場出荷後や調整後等におけるエンコーダ２の実際の使用時には、補正テーブル作成装置１は取り外される。

エンコーダ２は、検出素子の信号から回転角度位置を検出可能なエンコーダ２である。エンコーダ２は、モータ４と同軸のシャフト等を含む回転体の角度を回転角度位置データとして常に検出している。
この回転角度位置データは、回転体の回転した回数を示す多回転データと、可動被検出物を含む回転体の回転角度を示す一回転内データとを含んでいる。また、回転角度位置データは、多回転データと一回転内データとが連続したビット列となるデータである。このうち、多回転データは、数ビット〜数十ビット、一回転内データは数ビット〜数百ビットの解像度である。
また、エンコーダ２は、補正テーブル作成装置１からの指示に応じて、回転角度位置データを補正テーブル作成装置１へ出力する。また、エンコーダ２は、補正テーブル作成装置１から補正テーブル４００（図１Ｃ）を取得する。
エンコーダ２による回転角度検出の方式の詳細については後述する。

高精度誤差検出装置３は、誤差検出用に使用される高精度の回転角度検出用のエンコーダ等である。このため、高精度誤差検出装置３は、「マスターエンコーダ」等とも呼ばれる。高精度誤差検出装置３は、回転中心軸線Ｌに回転中心軸が一致するようにエンコーダ２と連結され、エンコーダ２と同じ回転角度位置を、エンコーダ２より高精度に検出可能である。しかしながら、高精度誤差検出装置３であっても、特定範囲の角度誤差が存在する。
また、高精度誤差検出装置３は、例えば、補正テーブル作成装置１からの制御信号に応じて、回転角度位置データを取得し、補正テーブル作成装置１に出力する。
なお、使用時においては、高精度誤差検出装置３も取り外される。

モータ４は、エンコーダ２からの回転角度位置データを元に制御し、回転中心軸線Ｌ回りに、回転体を回転させる。
モータ４は、ロータ（rotor）、ベアリング（bearing）、ステータ（stator）、ブラケット（bracket）等を備え、高精度の回転制御が可能なサーボモータ等である。

図１Ｂ及び図１Ｃを参照して、各部の機能構成について、より詳しく説明する。
図１Ｂによると、補正テーブル作成装置１は、一回転誤差算出部１１０（一回転誤差算出手段）、固有誤差成分算出部１２０（固有誤差成分算出手段）、補正テーブル作成部１３０（補正テーブル作成手段）、及び補正テーブル保存部１４０（補正テーブル保存手段）等を備えている。

一回転誤差算出部１１０は、エンコーダ２により検出される回転角度位置の誤差を、高精度誤差検出装置３により一回転分算出する。具体的には、一回転誤差算出部１１０は、エンコーダ２により検出される回転角度位置と、高精度誤差検出装置３で検出される回転角度位置と対応させ、差分（位置誤差）を一回転分、算出する。

固有誤差成分算出部１２０は、一回転誤差算出部１１０により算出された一回転分の誤差をフーリエ変換することにより固有誤差成分を算出する。具体的には、固有誤差成分算出部１２０は、一回転分の誤差について、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等の離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transformation、ＤＦＴ）手法により周波数成分を算出する。固有誤差成分算出部１２０は、算出された周波数成分のうち、特定の周期成分を固有誤差成分として抽出する。本実施形態において、固有誤差成分算出部１２０は、この周波数成分のうち、２⁰を含む２の累乗の周期成分を取得することで、主要誤差周期成分を抽出する。また、この主要誤差周期成分は、少なくとも１周期成分、２周期成分、４周期成分、及び８周期成分を含んでいる。つまり、固有誤差成分算出部１２０は、２の累乗でいう、２⁰、２¹、２²、２³の周期成分を取得する。具体的には、固有誤差成分算出部１２０は、フーリエ級数展開における、一回転の基本周期に対応する項である１周期成分と、２次の項であり軸の一回転当たり２周期で変動する周期成分、４次の項であり軸の１回転当たり４周期で変動する周期成分、８次の項であり軸の１回転当たり８周期で変動する周期成分を取得する。これらの固有誤差成分を取得することで、エンコーダの主要誤差成分を抽出可能である。各周期の固有誤差成分に由来する誤差の詳細については後述する。
なお、固有誤差成分算出部１２０は、主要誤差周期成分の抽出の際、２⁴の成分である１６周期成分を主要誤差成分として取得してもよい。また、固有誤差成分算出部１２０は、１８周期成分についても取得してもよい。

補正テーブル作成部１３０は、固有誤差成分算出部１２０により算出された固有誤差成分の主要誤差周期成分の値のみを逆フーリエ変換し、各回転角度位置における誤差量を補正値とする補正テーブル４００（図１Ｃ）を作成する。補正テーブル作成部１３０は、例えば、主要誤差成分として、２の累乗の周期成分のみを取得する。補正テーブル作成部１３０は、具体的には、取得された２の累乗の周期成分のみについて、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）等で離散逆フーリエ変換（Inverse Discrete Fourier Transformation、ＩＤＦＴ）し、一回転分の補正テーブル４００を作成する。この際、２⁰、２¹、２²、２³の周期成分を抽出した場合は、これをＩＦＦＴ計算した一回転分の数列のデータが補正テーブル４００となる。このように、主要誤差周期成分のみで補正テーブル４００を作成することで、高精度誤差検出装置３の特定範囲の角度誤差の影響を少なくして、エンコーダ２の固有誤差を確実に反映させることができる。

補正テーブル保存部１４０は、補正テーブル作成部１３０により作成された補正テーブル４００を、エンコーダ２の記憶部２３０に保存する。補正テーブル作成装置１は、作成された補正テーブル４００を、特定の制御信号によりエンコーダ２の記憶部２３０に記憶させる。

図１Ｃによると、エンコーダ２は、回転角度位置算出部２１０（回転角度位置算出手段）、補正部２２０（補正手段）、及び記憶部２３０（記憶手段）を備えている。

回転角度位置算出部２１０は、検出素子の信号により回転角度位置を算出する。回転角度位置算出部２１０は、補正テーブル作成装置１による補正テーブル４００の作成時において、この算出した回転角度位置を補正せずに、補正テーブル作成装置１へ送信する。
本実施形態における回転角度位置の算出の方式については後述する。

補正部２２０は、使用状態において、回転角度位置算出部２１０で使用状態において検出された回転角度位置に対応した補正値を、記憶部２３０に記憶された補正テーブル４００から読み出し、当該補正値により誤差を補正する。補正部２２０は、具体的には、回転角度位置を、後述する分割角度位置に変換し、この分割角度位置に対応する補正値を補正テーブル４００から取得する。補正部２２０は、この補正値を回転角度位置に加減算等して補正し、最終的な回転角度位置として算出する。
使用状態において、この補正された回転角度位置は、上位装置（図示せず）等に送信される。この際、補正部２２０は、例えば、位相がそれぞれ９０度ずれた信号のＨＬ（Ｈは、ハイレベル信号、Ｌはローレベル信号を示す）のエッジでＡ相、Ｂ相の二つの伝送線等でインクリメンタル信号として回転角度位置を送信してもよい。

記憶部２３０は、後述する信号処理部２０（図２）に含まれるＲＡＭやＲＯＭやフラッシュメモリ等の一時的でない記憶媒体である。記憶部２３０には、検出された回転角度位置データ、一時データ、制御プログラム等が記憶される。
記憶部２３０は、補正テーブル作成装置１により作成された補正テーブル４００を記憶している。

補正テーブル４００は、上述したように、高精度誤差検出装置３を利用して検出されたエンコーダ２の角度位置の固有誤差成分の主要誤差周期成分の値のみを逆フーリエ変換して作成されたテーブルである。補正テーブル４００は、例えば、一回転あたりの高調波の周期成分のうち、２⁰、２¹、２²、２³の周期成分、つまり低い方から第３次高調波成分まで含む成分を補正するテーブルとなる。具体的には、補正テーブル４００は、各回転角度位置における誤差量を補正値として備えている。エンコーダ２において、補正テーブル４００を使用して回転角度位置を補正することで、充分な補正ができ、精度良い位置検出ができる。
なお、この補正テーブル４００は、エンコーダ２の角度分解能に対応する全ての回転角度位置についての補正値を記憶していなくてもよい。この場合、補正テーブル４００は、一回転を特定の分割数で分割した分割角度位置に対応した補正値を記憶する。具体的に、補正テーブル４００は、例えば、エンコーダ２の角度分解能が２０ビット以上あるような場合でも、８ビット〜１６ビットといった分割角度位置に対応する補正値を記憶する。なお、このような補正値が使用状態で読み出された場合は、線形補間やスプライン補間等して用いられてもよい。

〔回転角度位置の算出の方式〕
ここで、図２、図３により、本発明の実施の形態に係るエンコーダ２による回転角度位置の算出の方式について説明する。
図２によると、エンコーダ２は、検出素子と、信号処理部２０とを含んでいる。このうち、検出素子は、Ｓ極とＮ極の磁極が一対着磁されたマグネットを有する可動被検出物２２と、マグネットに対向するセンサチップ２１とから構成される。

センサチップ２１は、磁気抵抗素子のセンサＩＣ等である。
センサチップ２１は、図２に示すように、マグネットの回転中心軸線Ｌ上に配置されており、マグネットの着磁境界部分に回転中心軸線Ｌの方向で対向している。このため、センサチップ２１の感磁膜は、抵抗値の飽和感度領域以上の磁界強度で、回転磁界を検出することができる。
また、センサチップ２１は、内部に、マグネットの位相に対して互いに９０°（π／２）の位相差を有するＡ相感磁センサ、及びＢ相感磁センサを含んでいる。センサチップ２１からのＡ相信号及びＢ相信号は、それぞれアンプ（Amplifier）により増幅されて、信号処理部２０に入力される。

信号処理部２０は、記録媒体を備えた、マイクロコントローラ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を含んでいる。また、信号処理部２０は、アンプで増幅されたＡ相信号及びＢ相信号をＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換する。
また、信号処理部２０は、Ａ／Ｄ変換後の信号に基づいて、回転角度位置や回転速度等を検出する。このため、信号処理部２０は、記憶媒体に記憶された制御プログラム（図示せず）を実行することで、上述した回転角度位置算出部２１０及び補正部２２０として機能する。

ここで、図３により、回転角度位置算出部２１０により、Ａ相信号及びＢ相信号から回転角度位置を算出する方法について説明する。
図３（ａ）によると、Ａ相感磁センサからは、可動被検出物２２の変位に対応した正弦波状のＡ相信号（ｓｉｎ）が出力され、Ｂ相感磁センサからは正弦波状のＢ相信号（ｃｏｓ）が出力される。また、Ａ相信号とＢ相信号との位相差は、略π／２（９０°）となる。なお、図３（ａ）のグラフにおいて、横軸は角度（°）、縦軸は値を示す。
図３（ｂ）によると、回転角度位置算出部２１０は、Ａ相信号及びＢ相信号から、Ｘ軸をＢ相信号、Ｙ軸をＡ相信号とするＸＹ平面上のリサージュ波形を算出し、解析することによって、可動被検出物２２の角度位置θを検出する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）によれば、回転角度位置算出部２１０は、リサージュ波形を、可動被検出物２２の一回転当たり２周期算出する。これは、Ａ相感磁センサ及びＢ相感磁センサは、それぞれ磁界の強さのみ検出するためである。このため、回転角度位置算出部２１０は、図示しないホール素子等により、Ａ相信号（ｓｉｎ）、Ｂ相信号（ｃｏｓ）で形成されたリサージュ波形のいずれの区間に位置するかを算出する。回転角度位置算出部２１０は、可動被検出物２２の角度位置θと、この区間とから最終的な回転角度位置を算出する。この回転角度位置は、アブソリュート値（絶対値）であり、１周を角度分解能Ｒで分解した値を単位として表した整数値である。この角度分解能Ｒの値は、２０ビットの分解能の検出素子を使用した場合は２＾２０＝１０４８５７６となる。また、この整数値については、符号が１ビット分含まれる２の補数を使用してもよい。

〔補正テーブル作成処理〕
次に、図４〜図７Ｃにより、本発明の実施の形態に係るエンコーダ調整システムＸによる回転角度位置検出処理の説明を行う。
本実施形態の処理では、まず、高精度誤差検出装置３とエンコーダ２から取得した回転角度位置から誤差が算出される。次に、算出された誤差から、ＦＦＴにより主要誤差成分を抽出される。この抽出された主要誤差成分のみをＩＦＦＴすることで補正テーブル４００が作成される。作成された補正テーブル４００は、エンコーダ２に保存される。
本実施形態の回転角度位置検出処理は、主に補正テーブル作成装置１の制御部（図示せず）が、記憶部（図示せず）に記憶された制御プログラム（図示せず）を、各部と協働しハードウェア資源を用いて実行する。また、補正テーブル作成装置１の記憶部には、エンコーダ２及び高精度誤差検出装置３から取得した回転角度位置データ、これらの回転角度位置データから算出された一回転誤差テーブル、補正テーブル４００等が一時的に記憶され、処理に用いられる。
以下で、図４のフローチャートにより、回転角度位置検出処理の詳細をステップ毎に説明する。

（ステップＳ１０１）
まず、一回転誤差算出部１１０が、一回転誤差算出処理を行う。
一回転誤差算出部１１０は、モータ４を一回転分、回転させる制御を行い、エンコーダ２と高精度誤差検出装置３に、回転角度位置を送信するよう制御信号を送信する。この際、一回転誤差算出部１１０は、シリアル通信等でエンコーダ２に制御信号を送信して、「調整モード」等の動作モードに変更させる。エンコーダ２は、この「調整モード」では、記憶部２３０に記憶された補正テーブル４００を使用せず、回転角度位置の補正をしないで補正テーブル作成装置１に送信する。
一回転誤差算出部１１０は、エンコーダ２と高精度誤差検出装置３とから、それぞれの回転角度位置を取得する。一回転誤差算出部１１０は、高精度誤差検出装置３の回転角度位置から、エンコーダ２の回転角度位置を差分したものを誤差Ｅとして算出する。また、一回転誤差算出部１１０は、算出した各誤差Ｅを各回転角度位置に対応した一回転誤差テーブルとして、一時的に記憶する。この際、一回転誤差算出部１１０は、一回転誤差テーブルを、分割角度位置に対応した標本点の集合として記憶する。

（ステップＳ１０２）
次に、固有誤差成分算出部１２０が、固有誤差成分算出処理を行う。
固有誤差成分算出部１２０は、一回転誤差テーブルについて、一次元ＦＦＴを実行して、各周波数成分を固有誤差成分として算出する。また、固有誤差成分算出部１２０は、算出された固有誤差成分のうち、１周期成分、２周期成分、４周期成分、及び８周期成分を主要誤差周期成分として抽出する。検出素子の特性により、解析するリサージュ波形は、モータ４の一回転当たり２周期あり２の累乗となるため、これらの周期成分のみ抽出することで、エンコーダ２の主要な誤差を補正可能となる。

図５〜図６により、エンコーダ２の回転角度位置検出における固有誤差成分の詳細について説明する。
図５（ａ）は、１周期成分の概念図である。図５（ａ）は、高精度誤差検出装置３のＡ相信号Ａ０と、１周期成分の誤差のあるエンコーダ２のＡ相信号Ａ１がプロットされたグラフを示している。１周期成分は、主に取り付け誤差、つまり、エンコーダ２の可動被検出物２２の回転中心軸線Ｌの軸ズレに関する誤差である。図５（ａ）のグラフにおいて、横軸は角度（°）、縦軸は値を示す。具体的に説明すると、この誤差は、マグネットの公転中心がズレているために生じる。マグネットは自転しながら公転しているため、マグネットが磁気抵抗素子に近づくと遅く、遠いと早く変化するように値が変化する。
図５（ｂ）は、２周期成分の概念図である。図５（ｂ）は、高精度誤差検出装置３のＡ相信号Ａ０、Ｂ相信号Ｂ０と、２周期成分の誤差のあるエンコーダ２のＡ相信号Ａ２、Ｂ相信号Ｂ２がプロットされたリサージュ波形を示している。この２周期成分の誤差は、主にリサージュ波形の中心軸、つまりＡ相信号とＢ相信号の波形のズレに関する誤差を示している。この２周期成分の誤差は、経年変化や温度変化、Ａ相感磁センサ及びＢ相感磁センサのブリッジの抵抗の誤差等により発生する。
図６（ａ）は、４周期成分の概念図である。図６（ａ）は、図５（ｂ）と同様のＡ相信号Ａ０、Ｂ相信号Ｂ０と、４周期成分の誤差のあるエンコーダ２のＡ相信号Ａ４、Ｂ相信号Ｂ４がプロットされたリサージュ波形を示している。この４周期成分の誤差は、リサージュ波形が楕円状になるように表現される誤差である。この４周期成分の誤差は、センサチップ２１の形状とマグネットの形状と磁束との関係により生じる誤差等を含む。
図６（ｂ）は、８周期成分の概念図である。図６（ｂ）は、図５（ｂ）、図６（ａ）と同様のＡ相信号Ａ０、Ｂ相信号Ｂ０と、８周期成分の誤差のあるエンコーダ２のＡ相信号Ａ８、Ｂ相信号Ｂ８がプロットされたリサージュ波形を示している。この８周期成分の誤差は、リサージュ波形において、π／２の頂点同士を結ぶ各１／４円弧の中点が内側になるように表現される誤差である。この８周期成分の誤差は、磁気抵抗素子の特性に由来する誤差であり、主に、磁気抵抗素子の磁束による抵抗値変化の飽和が影響している誤差を含んでいる。

図７Ａは、実際に、試作品の磁気式のエンコーダ２について、周期成分を算出した結果の例を示している。グラフにおいて、横軸は周期成分、縦軸は各周期成分の値（スペクトル強度）を示している。
１、２、４、８周期成分のスペクトル強度が高く、支配的であることが分かる。このため、各周波数成分のうち、１周期成分、２周期成分、４周期成分、及び８周期成分を固有誤差成分とすることで、エンコーダ２の主要な誤差成分を抽出できる。
なお、１６周期成分も全誤差成分のうち１％〜２％程度存在し、１８周期成分も０．５％程度存在する。それ以外の成分は、高精度誤差検出装置３とエンコーダ２との測定に係るランダムな誤差（ホワイトノイズ）であると考えられる。このランダムな誤差は、ベアリング等の摺動、熱雑音、電源ノイズ等が含まれる。

（ステップＳ１０３）
次に、補正テーブル作成部１３０が、補正テーブル作成処理を行う。
補正テーブル作成部１３０は、算出された固有誤差成分のうち、抽出された主要誤差周期成分の値のみを逆フーリエ変換する。
具体的に、補正テーブル作成部１３０は、抽出された固有誤差成分である１周期成分、２周期成分、４周期成分、及び８周期成分の値についてのみ用いて、一次元ＩＦＦＴを実行する。具体的には、補正テーブル作成部１３０は、ＩＦＦＴにより、各回転角度位置のうち、一回転を特定の分割数で分割した分割角度位置に対応した値を算出する。補正テーブル作成部１３０は、この算出した値を補正値として補正テーブル４００を作成し、一時的に記憶する。

図７Ｂは、一回転誤差算出部１１０により算出された一回転誤差テーブルを示すグラフと、補正テーブル作成部１３０により作成された補正テーブル作成の例を示している。グラフにおいて、横軸は分割角度位置、縦軸は補正値を示している。
図７Ｃは、図７Ｂの一部を拡大した図である。
このように、補正テーブル作成部１３０により主要誤差周期成分の値のみを逆フーリエ変換して作成した補正テーブル４００は、一回転誤差テーブルよりもなめらかな変化を示している。つまり、測定に係るランダムな誤差を少なくして、固有誤差成分をよく反映していることが分かる。このようななめらかな補正テーブル４００によりエンコーダ２を補正すると、測定の精度が高まる。

（ステップＳ１０４）
次に、補正テーブル保存部１４０が、補正テーブル保存処理を行う。
補正テーブル保存部１４０は、エンコーダ２に特定の制御信号を送信して、例えば、「補正テーブル４００書き換えモード」になるように制御する。エンコーダ２は、この「補正テーブル４００書き換えモード」では、補正テーブル作成装置１から送信された補正テーブル４００を記憶部２３０に記憶する。
補正テーブル保存部１４０は、「補正テーブル４００書き換えモード」になったエンコーダ２に、作成された補正テーブル４００を送信する。これにより、補正テーブル保存部１４０は、エンコーダ２の記憶部２３０に補正テーブル４００を記憶させる。
以上により、本発明の実施の形態に係る補正テーブル作成処理を終了する。

〔本発明の実施の形態に係る主な効果〕
以上のように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
従来、エンコーダの回転角度位置の誤差を補正する際、各回転角度位置での高精度誤差検出装置との誤差を測定し、その値を補正テーブルとしてエンコーダに記憶させている。しかしながら、当該測定には計測誤差が含まれていた。
これに対して、本発明の実施の形態に係る補正テーブル作成装置１は、検出素子の信号から回転角度位置を検出するエンコーダ２の誤差を補正する補正テーブル４００を作成する補正テーブル作成装置１であって、エンコーダ２により検出される回転角度位置の誤差を、高精度誤差検出装置３を利用して一回転分算出する一回転誤差算出部１１０と、一回転誤差算出部１１０により算出された一回転分の誤差をフーリエ変換することにより固有誤差成分を算出する固有誤差成分算出部１２０と、固有誤差成分算出部１２０により算出された固有誤差成分の主要誤差周期成分の値のみを逆フーリエ変換し、各回転角度位置における誤差量を補正値とする補正テーブル４００を作成する補正テーブル作成部１３０と、補正テーブル作成部１３０により作成された補正テーブル４００を、エンコーダ２の記憶部２３０に保存する補正テーブル保存部１４０とを備えることを特徴とする。
このように構成することで、固有誤差成分から抽出された主要誤差周期成分により誤差の補正量を算出し、精度の高い補正テーブル４００を作成可能となる。つまり、主要誤差周期成分により補正テーブル４００を作成することで、高精度誤差検出装置３により誤差を測定するときの計測誤差を抑えることが可能になる。このため、この補正テーブル４００を備えたエンコーダ２では、精度良く回転角度位置を検出することができる。
また、本実施形態の補正テーブル作成装置１は、直接、誤差の補正値の補正テーブル４００をエンコーダ２の記憶部２３０に記憶させることができる。このため、回転角度位置を迅速に調整することができる。加えて、誤差調整の手間を削減し、調整コストを削減することができる。

本発明の実施の形態に係る補正テーブル作成装置１は、補正テーブル作成対象であるエンコーダ２が、検出素子は、Ｓ極とＮ極の磁極が一対着磁されたマグネットを有する可動被検出物２２と、マグネットに対向するＡ相感磁センサ及びＢ相感磁センサとを含み、可動被検出物２２の変位に対応してＡ相感磁センサから正弦波状のＡ相信号が出力され、可動被検出物２２の変位に対応してＢ相感磁センサから正弦波状のＢ相信号が出力され、Ａ相信号とＢ相信号とは位相差が略π／２であり、Ａ相信号とＢ相信号とからＸＹ平面上のリサージュ波形を算出、解析することによって可動被検出物２２の角度位置を検出する回転角度位置算出部２１０を備え、回転角度位置算出部２１０は、リサージュ波形を、可動被検出物２２の一回転当たり２周期算出することを特徴とする。
このように構成することで、固有誤差成分の主要誤差周期成分を算出しやすくなり、精度の高い補正テーブル４００を作成可能となる。また、一対着磁の簡単なマグネットを有する検出素子により回転角度位置の検出をするエンコーダ２を用いることで、製造工程での回転角度位置の調整が容易となる。

本発明の実施の形態に係るエンコーダ２は、主要誤差周期成分が、一回転当たり、２の累乗の周期成分であることを特徴とする。
ここで、リサージュ波形は、モータ４の一回転当たり２周期ある。よって、このように構成し、２の累乗の主要誤差成分から補正量を算出することで、エンコーダ２の殆どの固有誤差を補正することができる補正テーブルを作成できる。

本発明の実施の形態に係る補正テーブル作成装置１は、主要誤差周期成分が、一回転当たり、少なくとも１周期成分、２周期成分、４周期成分、及び８周期成分であることを特徴とする。
ここで、１周期成分と、２周期成分と、４周期成分と、８周期成分とは、２の累乗でいう、２⁰、２¹、２²、２³の成分である。つまり、一回転あたりの高調波成分のうち、低い方から第３次高調波成分まで含む固有誤差成分を主要誤差成分として用いることで、充分な補正ができて、固有誤差成分をよく反映した補正テーブル４００を作成することができる。このため、エンコーダ２にて精度良い回転角度位置検出が可能となる。

本発明の実施の形態に係るエンコーダ２は、補正テーブル作成装置１により作成され記憶部２３０に保存された補正テーブル４００から、使用状態における回転角度位置に対応した補正値を読み出し、当該補正値により誤差を補正する補正部２２０を備えることを特徴とする。
このように構成することで、記憶部２３０に予め精度の高い補正テーブル４００を記憶させているのでこの補正テーブル４００を読み出して誤差補正を行うだけで、迅速に精度の高い回転角度位置の測定を行うことができる。この際、補正テーブル４００以外の補正式等による補正をする必要がなくなり、信号処理部２０の補正の処理負担を軽減し、迅速に回転角度位置を検出して出力することができる。また、精度の高い補正テーブル４００を記憶部２３０に記憶させているので、経年劣化等による回転角度位置検出の調整の頻度を少なくすることができる。

〔他の実施の形態〕
なお、上述の実施の形態では、補正テーブル作成装置１が高精度誤差検出装置３及びエンコーダ２の回転角度位置を取得して誤差を算出するように記載した。
しかしながら、高精度誤差検出装置３がエンコーダ２の回転角度位置を直接取得して誤差を算出し、誤差のみを補正テーブル作成装置１に送信し、補正テーブル作成装置１の一回転誤差算出部１１０が取得するような構成であってもよい。また、高精度誤差検出装置３自体が、補正テーブル作成装置１の機能を備えた検査装置であってもよい。
また、上述の実施の形態では、補正テーブル作成装置１が補正テーブル４００を作成後、直接、エンコーダ２に記憶させる例について記載した。
しかしながら、補正テーブル作成装置１にて補正テーブル４００を作成後、フラッシュメモリカード等の外部記憶媒体等に保存して、この外部器緒媒体をエンコーダ２に記憶させることも可能である。
このように構成することで、エンコーダ調整システムの構成を柔軟にでき、コストを削減可能となる。

また、上述の実施の形態では、補正テーブル作成装置１が一回転分の誤差を取得して誤差テーブルを作成し、これから補正テーブル４００を作成する例について記載した。
しかしながら、高精度誤差検出装置３とエンコーダ２とから複数回転分の誤差を算出して、これを平均化する等した誤差テーブルを作成し、補正テーブル４００を作成してもよい。また、作成された補正テーブル４００自体にも、平滑化等の後処理をしてもよい。
これにより、測定誤差を軽減し、エンコーダ２の主要誤差周期成分を確実に反映した誤差テーブルを作成することができる。

なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行することができることは言うまでもない。

１ 補正テーブル作成装置
２ エンコーダ
３ 高精度誤差検出装置
４ モータ
２０ 信号処理部
２１ センサチップ
２２ 可動被検出物
１１０ 一回転誤差算出部
１２０ 固有誤差成分算出部
１３０ 補正テーブル作成部
１４０ 補正テーブル保存部
２１０ 回転角度位置算出部
２２０ 補正部
２３０ 記憶部
４００ 補正テーブル
Ｌ 回転軸
Ｘ エンコーダ調整システム

Claims (6)

1. 検出素子の信号から回転角度位置を検出するエンコーダの誤差を補正する補正テーブルを作成する補正テーブル作成装置であって、
   前記エンコーダにより検出される前記回転角度位置の誤差を、高精度誤差検出装置を利用して一回転分算出する一回転誤差算出手段と、
   該一回転誤差算出手段により算出された一回転分の誤差をフーリエ変換することにより固有誤差成分を算出する固有誤差成分算出手段と、
   該固有誤差成分算出手段により算出された前記固有誤差成分の主要誤差周期成分の値のみを逆フーリエ変換し、各前記回転角度位置における誤差量を補正値とする前記補正テーブルを作成する補正テーブル作成手段と、
   該補正テーブル作成手段により作成された前記補正テーブルを、前記エンコーダの記憶手段に保存する補正テーブル保存手段とを備える
   ことを特徴とする補正テーブル作成装置。
2. 前記エンコーダは、
   前記検出素子が、Ｓ極とＮ極の磁極が一対着磁されたマグネットを有する可動被検出物と、前記マグネットに対向するＡ相感磁センサ及びＢ相感磁センサとを含み、
   前記可動被検出物の変位に対応して前記Ａ相感磁センサから正弦波状のＡ相信号が出力され、前記可動被検出物の変位に対応して前記Ｂ相感磁センサから正弦波状のＢ相信号が出力され、前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号とは位相差が略π／２であり、
   前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号とからＸＹ平面上のリサージュ波形を算出、解析することによって前記可動被検出物の角度位置を検出する回転角度位置算出手段を備え、
   前記回転角度位置算出手段は、前記リサージュ波形を、前記可動被検出物の一回転当たり２周期算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の補正テーブル作成装置。
3. 前記主要誤差周期成分は、一回転当たり、２の累乗の周期成分である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の補正テーブル作成装置。
4. 前記主要誤差周期成分は、一回転当たり、少なくとも１周期成分、２周期成分、４周期成分、及び８周期成分である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の補正テーブル作成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の補正テーブル作成装置により作成され前記記憶手段に保存された前記補正テーブルから、使用状態における前記回転角度位置に対応した前記補正値を読み出し、該補正値により誤差を補正する補正手段を備える
   ことを特徴とするエンコーダ。
6. 検出素子の信号から回転角度位置を検出するエンコーダの誤差を補正する補正テーブルを作成する補正テーブル作成装置により実行される補正テーブル作成方法であって、
   高精度誤差検出装置を利用して、被測定対象となる前記エンコーダにより検出される前記回転角度位置の誤差を一回転分算出し、
   算出された一回転分の誤差をフーリエ変換することにより固有誤差成分を測定し、
   算出された前記固有誤差成分の主要誤差周期成分の値のみを逆フーリエ変換し、各前記回転角度位置における誤差量を補正値とする前記補正テーブルを作成し、
   作成された前記補正テーブルを前記エンコーダの記憶手段に保存する
   ことを特徴とする補正テーブル作成方法。

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