JP2016161431A5

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Publication number: JP2016161431A5
Application number: JP2015041075A
Authority: JP
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2035-03-03

Description

本発明の一側面としての位置検出装置は、互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って光学スケールと相対移動する際に複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第１の検出信号を生成する光学式の第１の位置検出手段と、可動部材の移動に伴って変化する第２の検出信号を生成する非光学式の第２の位置検出手段と、複数の第１の検出信号を用いて第１の位置信号を生成するとともに、第２の検出信号を用いて第１の位置信号とは分解能が異なる第２の位置信号を生成し、第１の位置信号と第２の位置信号とに基づいて可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する演算手段と、第１の位置信号と第２の位置信号との比率に応じた補正利得を演算し、絶対位置信号を補正利得を用いて補正した補正絶対位置信号を生成する補正手段とを有することを特徴とする。

ピッチ切り替え信号出力部１０７は、第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３のそれぞれに設けられた複数の受光素子における受光ピッチ（検出ピッチ）を切り替えるためのピッチ切り替え信号を光学センサ１０３に出力する。光学センサ１０３は、ピッチ切り替え信号に応じて、受光ピッチを長周期の周期パターン２０１−１，２０２−１のピッチに対応した第１の受光ピッチと短周期の周期パターン２０１−２，２０２−２のピッチに対応した第２の受光ピッチとに切り替える。これにより、第１および第２の受光部１０３−２，１０３−３のそれぞれが２つずつの周期パターンを読み取ることができる。

図２（ｃ）には、サイン波およびコサイン波としての２相信号２０３，２０４を逆正接変換により０から２πにて変化する信号２０５に変換した結果を示している。縦軸は０から２πの角度（ラジアン）であり、横軸は光学センサ１０３に対するスケール１０１の位置を示す。

ＺｏｎｅＮ（θ２−２′）＝ＩＮＴ（（Ｚｏｎｅ（θ２−２′）＋１８０）／３６０）（１１）
次に、離散化されたゾーン信号ＺｏｎｅＮ（θ２−２′）と下位結合信号ａｂｓ−θ１を以下の式（１２）のように足し合わせることで、中位信号と下位信号とを結合した中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）を算出する。
Ａｂｓ−（θ２−２′）＝ＺｏｎｅＮ（θ２−２′）＋（ａｂｓ−θ１）（１２）
ここで、下位結合信号ａｂｓ−θ１は下位信号と最下位信号とが結合された信号であるので、中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）は中位信号、下位信号および最下位信号が結合された信号に相当する。
「上位信号と中位信号の結合処理（ステップＳ３１１）」
上位信号がスケール１０１上で１回の折り返しを有し、中位信号がスケール１０１上で１０回の折り返しを有するので、上位信号を１０（＝１０／１）倍すると中位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部１０６は、以下の式（１３）に示すように、上位信号θ１−１′を１０倍することで得られた信号と中位信号θ２−θ２′との差分をとってゾーン信号を得る。
Ｚｏｎｅ（θ１−１′）＝（θ１−１′）×１０−（θ２−θ２′）（１３）
さらに、以下の式（１４）によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ＺｏｎｅＮ（θ１−１′）＝ＩＮＴ（（Ｚｏｎｅ（θ１−１′）＋１８０）／３６０）（１４）
次に、離散化されたゾーン信号ＺｏｎｅＮ（θ１−１′）と中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）を以下の式（１５）のように足し合わせることで、上位信号と中位信号とを結合した上位結合信号Ａｂｓ−（θ１−１′）を算出する。
Ａｂｓ−（θ１−１′）＝ＺｏｎｅＮ（θ１−１′）＋（Ａｂｓ−（θ２−２′））（１５）
ここで、中位結合信号Ａｂｓ−（θ２−２′）は中位信号、下位信号および最下位信号を結合した信号であるので、上位結合信号Ａｂｓ−（θ１−１′）は上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号が全て結合された信号に相当する。したがって、上位結合信号Ａｂｓ−（θ１−１′）は、最下位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持った信号となる。

Claims

互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って前記光学スケールと相対移動する際に前記複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第１の検出信号を生成する光学式の第１の位置検出手段と、
前記可動部材の移動に伴って変化する第２の検出信号を生成する非光学式の第２の位置検出手段と、
前記複数の第１の検出信号を用いて第１の位置信号を生成するとともに、前記第２の検出信号を用いて前記第１の位置信号とは分解能が異なる第２の位置信号を生成し、前記第１の位置信号と前記第２の位置信号とに基づいて前記可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する演算手段と、
前記第１の位置信号と前記第２の位置信号との比率に応じた補正利得を演算し、前記絶対位置信号を前記補正利得を用いて補正した補正絶対位置信号を生成する補正手段とを有することを特徴とする位置検出装置。
前記光学スケールは、該光学スケールと前記第１の位置検出手段との相対移動方向における第１の位置において、該光学スケールが取り付けられる部材に対して固定されており、
前記補正手段は、前記相対移動方向における前記第１の位置とは異なる第２の位置で得られる前記第１の位置信号と前記第２の位置信号との比率に応じた前記補正利得を演算することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
前記補正手段は、前記第１の位置信号と前記補正絶対位置信号と差が所定値より大きい場合に再度、前記補正利得を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
前記補正手段は、所定時間ごとに前記補正利得を演算することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
温度を検出する温度検出手段を有し、
前記補正手段は、前記温度検出手段による検出温度の変化量が所定変化量より大きい場合に前記補正利得を演算することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
前記第２の位置信号は、前記第１の位置信号よりも分解能が低いことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の位置検出装置。
前記第１の位置信号は、複数の折り返しを有する信号であり、
前記第２の位置信号は、前記第１の位置信号における前記複数の折り返しのうち１つを特定可能な分解能を有する信号であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の位置検出装置。
前記第２の位置検出手段は、前記可動部材の移動に伴って電気抵抗値が変化する可変抵抗器であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の位置検出装置。
前記演算手段は、前記第２の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジをそれぞれ前記第１の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジに対して正規化する処理を行ってから、前記第１の位置信号と前記第２の位置信号とを結合する演算を行うことで前記絶対位置信号を生成することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の位置検出装置。
前記複数の第１の検出信号は、互いに位相が９０°異なる２相の信号であり、
前記第１の位置信号は前記２相の信号を逆正接変換して０から３６０°の角度に変換した出力レンジを有しており、
前記演算手段は、前記第２の位置信号の出力レンジを、前記第１の位置信号の０から３６０°の角度に対応するように正規化することを特徴とする請求項９に記載の位置検出装置。
前記演算手段は、前記第２の位置信号のスケールレンジを、前記可動部材がその全移動範囲を移動したときの前記第１の位置信号における累積角度で正規化することを特徴とする請求項９または１０に記載の位置検出装置。
前記第１の位置信号は、互いに異なる周期Ｐ１，Ｐ１′で変化する２つの信号の逆正接変換により得られた信号θ１，θ１′と、それぞれ前記周期Ｐ１，Ｐ１′より短い周期であって互いに異なる周期Ｐ２，Ｐ２′で変化する２つの信号の逆正接変換により得られた信号θ２，θ２′とを含み、
前記演算手段は、
前記信号θ２，θ２′に対してバーニア演算を行って中位信号を生成し、
前記信号θ１から下位信号を生成し、
前記信号θ２から最下位信号を生成し、
上位信号としての前記第２の位置信号と前記中位信号と前記下位信号と前記最下位信号とを結合する演算を行って前記絶対位置を示す信号を生成することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の位置検出装置。
請求項１から１２のいずれか一項に記載の位置検出装置と、
該位置検出装置により絶対位置が検出される可動部材とを有することを特徴とする装置。