JP2018059714A - 偏芯算出方法、ロータリエンコーダ、ロボットアーム及びロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一対のセンサユニットを用いてスケールの偏芯状態を確認できるようする。【解決手段】スケール２は回転軸線Ｃ０を中心に一対のセンサユニット７，１７に対して相対的に回転する。一対のセンサユニット７，１７は回転軸線Ｃ０に対して対称位置に配置されている。処理システム６０は、スケール２を一対のセンサユニット７，１７に対して相対的に回転させた複数の回転角度で、一対のセンサユニット７，１７の各々から回転角度に応じた読取信号を取得する。処理システム６０は、センサユニット７から得られた読取信号に基づく第１角度情報と、センサユニット１７から得られた読取信号に基づく第２角度情報とを求める。処理システム６０は、第１角度情報と、第１角度情報及び第２角度情報の平均値との差分値に含まれる周期的な変動成分を抽出する。【選択図】図３

Description

本発明は、ロータリエンコーダのスケールの偏芯情報を求める技術に関する。

パターンを有するスケールを、センサユニットに対して回転軸線を中心に相対的に回転させ、センサユニットにパターンを読み取らせて、スケールの回転角度を求めるロータリエンコーダが知られている。

ロータリエンコーダには、インクリメンタル型とアブソリュート型が存在するが、回転角度を高精度に検出するためには、回転軸線に対するスケールの偏芯誤差の対策が必要である。

そこで、偏芯誤差の特性から、回転軸線に対して対称となる位置に一対のセンサユニットを配置して、偏心誤差が除去された回転角度を求める手法が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１では、予め記憶された偏芯因子の値を用いて回転角度を求めている。

一方、回転検出用光検出器と偏芯検出用光検出器と用いて、エンコーダホイールの回転量を示す回転信号を出力するとともに、偏芯量を示す偏芯信号を出力するロータリエンコーダも提案されている（特許文献２参照）。

特許第４７４９１５４号公報 特開２００３−１３０６８８号公報

しかしながら、特許文献１のように偏芯誤差が除去されたスケールの回転角度を求める場合であっても、回転角度を精度よく求めるには、回転軸線に対するスケールの偏芯量が許容範囲内でなければならない。また、回転軸線に対するスケールの偏芯量は、ロータリエンコーダの使用期間や使用状況によっても変化する。よって、初期状態で偏芯量が許容範囲を超える場合、或いは使用期間や使用状況で偏芯量が許容範囲を超える場合には、予め記憶された偏芯因子の値を用いて回転角度を求めても、求められる回転角度が真値から大幅にずれてしまうという問題があった。

このような場合、偏芯状態を確認するために、一対のセンサユニットのほかに別途、特許文献２のように、偏芯検出用の検出器をロータリエンコーダに設けることも考えられるが、ロータリエンコーダが大型化したりコストアップしたりする問題があった。

そこで、本発明は、一対のセンサユニットを用いてスケールの偏芯状態を確認できるようすることを目的とする。

本発明の偏芯算出方法は、パターンを有するスケールと、前記スケールの前記パターンを読み取る一対のセンサユニットとを有し、前記スケールが回転軸線を中心に前記一対のセンサユニットに対して相対的に回転し、前記一対のセンサユニットが前記回転軸線に対して対称位置に配置されているロータリエンコーダにおける、前記回転軸線に対する前記スケールの中心線の偏芯情報を求める偏芯算出方法であって、前記スケールを前記一対のセンサユニットに対して相対的に回転させた複数の回転角度で、前記一対のセンサユニットの各々から回転角度に応じた読取信号を取得し、前記一対のセンサユニットのうち一方から得られた読取信号に基づく第１角度情報と、前記一対のセンサユニットのうち他方から得られた読取信号に基づく第２角度情報とを求め、前記第１角度情報及び前記第２角度情報のうちいずれか一方と、前記第１角度情報及び前記第２角度情報の平均値との差分値を求め、前記差分値に含まれる周期的な変動成分を抽出することを特徴とする。

本発明によれば、一対のセンサユニットを用いてスケールの偏芯状態を確認することができる。

第１実施形態に係るロボット装置を示す説明図である。 第１実施形態に係るロボット装置のロボットアームの関節を示す部分断面図である。 （ａ）は、第１実施形態に係るロータリエンコーダの説明図である。（ｂ）は、第１実施形態に係るロータリエンコーダの一対のセンサユニットのうち一方のセンサユニットの正面図である。 （ａ）は、第１実施形態に係るロータリエンコーダのスケールの平面図である。（ｂ）は、スケールのパターンを示す模式図である。 ロータリエンコーダのセンサユニットの受光素子アレイの受光面配置を示す平面図である。 処理システムの処理回路を示す回路図である。 バーニア信号Ｓｖ２１及び位相Φ２とスケールの回転角度との関係を示す図である。 回転軸線に対してスケールの中心線が偏芯した場合を示す説明図である。 （ａ）は、回転軸線に対するスケールの中心線の偏芯誤差を除去した絶対角度情報を求めるフローチャートである。（ｂ）は、回転軸線に対するスケールの中心線の偏芯成分を求める偏芯算出方法のフローチャートである。 スケールを３６０［ｄｅｇ．］回転させて得られる、ＡＢＳ１、ＡＢＳ及び（ＡＢＳ１−ＡＢＳ）の角度情報の一例を示すグラフである。 第２実施形態における外挿処理により変動成分を求めた一例を示すグラフである。 第３実施形態に係るロボットアームの関節Ｊ２を示す模式図である。 参考例のアブソリュート型ロータリエンコーダにおけるスケールの偏芯量と、同期精度及び絶対角度精度との関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るロボット装置を示す説明図である。図１に示すロボット装置１００は、ロボット２００と、ロボット２００の動作を制御する制御装置３００と、入力部としてのティーチングペンダント４００と、警告部としてのランプユニット５００と、表示部としての表示装置６００と、を備えている。

ロボット２００は、垂直多関節のロボットアーム２０１と、ロボットアーム２０１の先端に取り付けられた、エンドエフェクタとしてのロボットハンド２０２と、を有している。

ロボットアーム２０１は、架台に固定されるベース部（基端側のリンク）２１０と、変位や力を伝達する複数のリンク２１１〜２１６とを有し、これらリンク２１０〜２１６が関節Ｊ１〜Ｊ６で揺動又は回転可能に連結されて構成されている。ロボットハンド２０２は、リンク（先端側のリンク）２１６に取り付けられている。

図２は、第１実施形態に係るロボット装置１００のロボットアーム２０１の関節Ｊ２を示す部分断面図である。以下、関節Ｊ２を例に代表して説明し、他の関節Ｊ１，Ｊ３〜Ｊ６については、同様の構成であるため、説明を省略する。

ロボットアーム２０１の一対のリンク２１１，２１２は、クロスローラベアリング２３７を介して回転自在に結合されている。ロボットアーム２０１は、関節Ｊ２を駆動する駆動装置２３０を有している。即ち、駆動装置２３０は、リンク（第１リンク）２１１に対してリンク（第２リンク）２１２を相対的に駆動する。

駆動装置２３０は、駆動源である回転モータ（以下、「モータ」という）２３１と、減速機２３４とを有する。

モータ２３１は、サーボモータであり、例えばブラシレスＤＣサーボモータやＡＣサーボモータである。モータ２３１は、リンク２１２に固定されたハウジング２３２と、ハウジング２３２内に収容された不図示の固定子及び回転子と、を有する。不図示の固定子は、ハウジング２３２の内側に固定されている。不図示の回転子には、回転軸２３３が固定されている。

減速機２３４は、本実施形態では波動歯車減速機である。減速機２３４は、モータ２３１の回転軸２３３に結合されたウェブジェネレータ２４１と、リンク２１２に固定されたサーキュラスプライン２４２と、を備えている。また、減速機２３４は、ウェブジェネレータ２４１とサーキュラスプライン２４２との間に配置され、リンク２１１に固定されたフレクスプライン２４３を備えている。フレクスプライン２４３は、ウェブジェネレータ２４１の回転に対して所定の減速比で減速され、サーキュラスプライン２４２に対して相対的に回転する。したがって、モータ２３１の回転軸２３３の回転は、減速機２３４で所定の減速比で減速され、フレクスプライン２４３が固定されたリンク２１１に対してサーキュラスプライン２４２が固定されたリンク２１２を、回転軸線Ｃ０を中心に相対的に回転させる。

関節Ｊ２には、モータ２３１の回転軸２３３の回転角度を検出するロータリエンコーダ２５０が設けられている。また、関節Ｊ２には、リンク２１１に対するリンク２１２の角度（関節Ｊ２の角度）を検出するロータリエンコーダ２６０が設けられている。

ロータリエンコーダ２６０は、一対のリンク２１１，２１２のうち、一方のリンク２１１に配置されたスケール２と、他方のリンク２１２に配置された一対のセンサユニット７，１７とを有する。スケール２は、リンク２１２に対して位置調整可能にねじ等の締結部材でリンク２１２に固定されている。リンク２１２がリンク２１１に対して回転することにより、スケール２は回転軸線Ｃ０を中心に一対のセンサユニット７，１７に対して相対的に回転する。一対のセンサユニット７，１７は回転軸線Ｃ０に対して対称位置に配置されている。

即ち、一対のセンサユニット７，１７を基準にスケール２を見た場合、リンク２１１がリンク２１２に対して回転軸線Ｃ０を中心に回転すると、スケール２が回転軸線Ｃ０を中心に回転していることになる。スケール２がリンク２１２に配置され、一対のセンサユニット７，１７がリンク２１１に配置されている場合も同様である。

本実施形態では、ロータリエンコーダ２５０，２６０は、アブソリュート型である。なお、ロータリエンコーダ２５０は、モータ２３１の回転軸２３３の回転角度を検出するので、例えば減速比が５０：１の減速機２３４の場合、仮にリンク２１２がリンク２１１に対して１回転したとすると、モータ２３１の回転軸２３３は５０回転する。したがって、ロータリエンコーダ２６０は、ロータリエンコーダ２５０よりも高精度に回転角度を検出する必要がある。つまり、ロータリエンコーダ２６０は、回転軸線Ｃ０に対して高精度に取り付ける必要がある。本実施形態では、ロータリエンコーダ２６０の後述する処理装置は、回転軸線Ｃ０に対するスケール２の中心線の偏芯情報を求める。

制御装置３００は、コンピュータで構成されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１を備えている。また、制御装置３００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）３０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）３０４を備えている。また、制御装置３００は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３０５を備えている。ＣＰＵ３０１には、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、ＨＤＤ３０４及びインタフェース３０５が、バスを介して接続されている。インタフェース３０５には、ロボット２００、ティーチングペンダント４００、ランプユニット５００及び表示装置６００が接続されている。

ＣＰＵ３０１は、インタフェース３０５を介してロボットアーム２０１の各関節Ｊ１〜Ｊ６のロータリエンコーダ２５０，２６０から回転角度に対応する信号を取得し、ロボット２００、即ち各関節Ｊ１〜Ｊ６のモータ２３１を制御する。また、ＣＰＵ３０１は、インタフェース３０５を介して各関節Ｊ１〜Ｊ６のロータリエンコーダ２６０から偏芯情報を取得する。ＣＰＵ３０１は、取得した偏芯情報に基づき、ランプユニット５００及び表示装置６００を制御する。

ＲＯＭ３０２には、ＣＰＵ３０１に基本演算を行わせるプログラムが記憶されている。ＲＡＭ３０３は、ＣＰＵ３０１の演算結果等を一時的に格納する記憶装置である。ＨＤＤ３０４は、ＣＰＵ３０１の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置である。

ティーチングペンダント４００は、ユーザの操作を受け付ける。ランプユニット５００は、それぞれ異なる色で発光する複数（本実施形態では３つ）のランプ５０１，５０２，５０３を有する。ランプ５０１は、青色で発光し、ランプ５０２は、黄色で発光し、ランプ５０３は、赤色で発光する。これらランプ５０１〜５０３の点滅は、制御装置３００のＣＰＵ３０１により制御される。

表示装置６００は、例えば液晶ディスプレイ等の画像を表示する装置である。表示装置６００は、制御装置３００のＣＰＵ３０１から取得した画像データに対応する画像を表示する。

図３（ａ）は、第１実施形態に係るロータリエンコーダ２６０の説明図である。図３（ｂ）は、第１実施形態に係るロータリエンコーダ２６０の一対のセンサユニット７，１７のうち一方のセンサユニット７の正面図である。

以下、ロータリエンコーダ２６０が光学式である場合について説明するが、磁気式や静電容量式であってもよい。また、ロータリエンコーダ２６０が光反射型である場合について説明するが、光透過型であってもよい。

本実施形態において、スケール２の取付対象部材はリンク２１２であり、センサユニット７，１７の取付対象部材はリンク２１１（図２）である。ロータリエンコーダ２６０は、図３（ａ）に示すように、上述したスケール２及び一対のセンサユニット７，１７と、処理部である処理システム６０と、記憶装置６６とを有している。

一対のセンサユニット７，１７は、回転軸線Ｃ０に対して１８０度対称となる位置に配置されている。

処理システム６０は、ＣＰＵ６０１、ＲＯＭ６０２及びＲＡＭ６０３等を有する処理装置６５と、処理装置６５に接続された処理回路６１，６２，６３，６４とを有している。処理回路６１，６２は、例えばプリント基板４に実装され、処理回路６３，６４は、例えばプリント基板１４に実装される。なお、処理システム６０（処理装置６５）は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の専用ＩＣを有して構成されていてもよい。処理システム６０は、センサユニット７，１７から得られたロータリエンコーダ信号（読取情報）の内挿処理、記憶装置６６への信号（データ）の書き込み及び読み出し、並びに回転角度の情報の出力等を行う。

以下、角度情報として、スケール２の１回転（角度３６０［ｄｅｇ．］）に対し、２２ｂｉｔ（＝２^２２［ＬＳＢ］／３６０［ｄｅｇ．］＝４１９４３０４［ＬＳＢ］／３６０［ｄｅｇ．］）の分解能が得られる場合について説明する。

まず、センサユニット７について説明する。図３（ｂ）に示すように、センサユニット７は、ＬＥＤからなる光源１、受光素子アレイ９を有する受光素子３、受光素子アレイ１０を有する受光素子８を備えている。光源１及び受光素子３，８は、プリント基板４に実装され、透明の樹脂５で封止されている。樹脂５上には透明のガラス板６が設けられている。このように、センサユニット７は、受発光一体型のパッケージである。

２つの受光素子３，８は、部品の共通化が図れ、コストダウンにも繋がるなどの利点が多いため、同一構成のものとするのが好ましい。なお、受光素子３，８は、受光素子３，８それぞれが読み取るトラックの角度変調周期に最適化したものであれば、別々の構成のものであってもよい。

本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、光源１の発光中心と受光素子アレイ９，１０の受光中心との距離を、同一のＤ１とする。以下、距離Ｄ１を１．７５［ｍｍ］とした場合について説明する。

センサユニット１７は、ＬＥＤからなる光源１１、受光素子アレイ１９を有する受光素子１３、受光素子アレイ２０を有する受光素子１８を備えている。光源１１及び受光素子１３，１８は、プリント基板１４に実装され、透明の樹脂１５で封止されている。樹脂１５上には透明のガラス板１６が設けられている。このように、センサユニット１７は、受発光一体型のパッケージである。本実施形態では、センサユニット１７は、センサユニット７と同一の構成のものである。このように、部品の共通化を図ることにより、コストダウンを実現することができる。

図４（ａ）は、第１実施形態に係るロータリエンコーダ２６０のスケール２の平面図である。図４（ｂ）は、スケール２のパターン４０を示す模式図である。図４（ａ）に示すように、スケール２は、中心線Ｃ１を中心とする円形状、より具体的には中央部分に貫通孔が形成された円環状に形成されている。スケール２は、センサユニット７，１７に読み取らせるパターン４０を有する。パターン４０は、中心線Ｃ１を中心に配置された円環状のパターンである。

パターン４０は、２つのトラック４１，４２を有している。第１トラックであるトラック４１は、中心線Ｃ１を中心とする円周方向ＣＲに配置された複数の第１マークであるマーク５１を有する円環状のトラックである。第２トラックであるトラック４２は、トラック４１の外側に配置され、円周方向ＣＲに配置された、マーク５１と異なる数であって複数の第２のマークであるマーク５２を有する円環状のトラックである。トラック４１の複数のマーク５１は、中心線Ｃ１から放射状に形成されている。トラック４２の複数のマーク５２は、中心線Ｃ１から放射状に形成されている。トラック４１は、角度変調周期Ｐθ１を持ったスケールパターンであり、トラック４２は、角度変調周期Ｐθ１とは異なる角度変調周期Ｐθ２を持ったスケールパターンである。

一対のセンサユニット７，１７の各々は、両方のトラック４１，４２を読み取る位置に配置されている。つまり、受光素子８，１８は、トラック４１を読み取る位置に配置され、受光素子３，１３は、トラック４２を読み取る位置に配置されている。

スケール２は、例えばガラス材等の基材上に、反射膜となるクロム膜で構成されたマーク５１，５２がパターニングされて構成されている。なお、スケール２の基材は、ポリカーボネートなどの樹脂やＳＵＳのよう金属でもよいし、反射膜はアルミニウム膜など、光を反射する膜であれば別材料の膜でもよい。

本実施形態では、角度変調周期Ｐθ１と変調周期Ｐθ２とはわずかに異なっている。これらの角度変調周期Ｐθ１，Ｐθ２から、角度変調周期の信号間の位相差を求めることによって、元の周期Ｐθ１，Ｐθ２と異なる周期信号を得る、バーニア演算を行うことにより、角度を検出する。即ち、角度変調周期Ｐθ１と角度変調周期Ｐθ２から得られるバーニア検出信号の周期は、角度変調周期Ｐθ１と角度変調周期Ｐθ２の最小公倍数となる。したがって、所望のバーニア周期となるように、角度変調周期Ｐθ１と角度変調周期Ｐθ２が決定されている。例えば、角度変調周期Ｐθ１が３６０／１６５０［ｄｅｇ．］、角度変調周期Ｐθ２が３６０／１６４９［ｄｅｇ．］と、２つのトラック４１，４２におけるマークのピッチがわずかにずれており、３６０［ｄｅｇ．］で１ピッチの差がある。

図３（ａ）に示すように、スケール２と対向して配置されたセンサユニット７の光源１から出射された発散光束は、両方のトラック４１，４２に照射される。トラック４１で反射した光束は、センサユニット７の受光素子アレイ１０に向けて反射され、受光素子アレイ１０で、トラック４１の反射率分布が像として受光される。トラック４２で反射した光束は、センサユニット７の受光素子アレイ９に向けて反射され、受光素子アレイ９で、トラック４２の反射率分布が像として受光される。受光素子アレイ９，１０によって受光された光束は、電気信号に変換され、スケール２の回転角度に対応したトラック４２，４１の読取情報としての位置信号が処理システム６０の処理回路６１，６２に送信される。

センサユニット１７についても、センサユニット７と同様に、スケール２と対向して配置されたセンサユニット１７の光源１１から出射された発散光束は、両方のトラック４１，４２に照射される。トラック４１で反射した光束は、センサユニット１７の受光素子アレイ２０に向けて反射され、受光素子アレイ２０で、トラック４１の反射率分布が像として受光される。トラック４２で反射した光束は、センサユニット１７の受光素子アレイ１９に向けて反射され、受光素子アレイ１９で、トラック４２の反射率分布が像として受光される。受光素子アレイ１９，２０によって受光された光束は、電気信号に変換され、スケール２の回転角度に対応したトラック４２，４１の読取情報としての位置信号が処理システム６０の処理回路６４，６３に送信される。

ここでまず、トラック４２の回転位相情報を取得する動作について説明する。図５は、ロータリエンコーダ２６０のセンサユニット７の受光素子アレイ９の受光面配置を示す平面図である。図５に示す受光素子アレイ９は、受光素子片がＸ方向に６４μｍピッチで３２個並んで構成されている。１つの受光素子片は、Ｘ方向の幅Ｘ＿ｐｄが６４μｍ、Ｙ方向の幅Ｙ＿ｐｄが８００μｍである。受光素子アレイ９の全幅Ｘ＿ｔｏｔａｌは、２０４８μｍである。

受光素子アレイ９のＸ方向がスケール２のタンジェンシャル方向と略平行、かつ受光素子アレイ９のＹ方向がスケール２のラジアル方向と略平行となるように配置することにより、スケール２の角度情報を検出することができる。スケール２のパターン４０は２倍の拡大投影となるため、スケール２上の検出範囲は１０２４μｍ×４００μｍの範囲となる。受光素子アレイ９でトラック４２を読み取る際のスケール２上の読み取り半径位置を３３．５９３ｍｍに合わせると、Ｐθ２＝１２８μｍとなるため、トラック４２上の検出範囲は８×Ｐθ２となる。以下、矩形形状の受光素子アレイ９を用いて放射状のパターン４０を読み取る例について説明するが、受光部の形状がパターン４０の形状に合わせて放射状としても良い。なお、本実施形態では、受光素子アレイ１０，１９，２０は、受光素子アレイ９と同様の構成である。

図６は、処理システム６０の処理回路６１を示す回路図である。処理回路６１の構成及び処理動作について説明する。なお、処理回路６２，６３，６４は、処理回路６１と同様の構成である。

処理回路６１は、受光素子アレイ９の出力に接続された、初段増幅器である４つのＩ−Ｖ変換アンプ３４，３５，３６，３７を有している。４つのＩ−Ｖ変換アンプ３４，３５，３６，３７は、受光素子アレイ９の出力（読取信号）Ａ＋，Ｂ＋，Ａ−，Ｂ−から４相正弦波出力Ｓ（Ａ＋），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ａ−），Ｓ（Ｂ−）を生成する。４相正弦波の相対位相は、検出ピッチに対し、Ｓ（Ａ＋）を基準とすると、Ｓ（Ｂ＋）は約＋９０度、Ｓ（Ａ−）は約＋１８０度、Ｓ（Ｂ−）は約＋２７０度の関係にある。

また、処理回路６１は、４相正弦波出力Ｓ（Ａ＋），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ａ−），Ｓ（Ｂ−）のうちのＳ（Ａ＋），Ｓ（Ａ−）に基づき、以下の式（１）の演算を行うＡ相用差動アンプ３９を有する。また、処理回路６１は、４相正弦波出力Ｓ（Ａ＋），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ａ−），Ｓ（Ｂ−）のうちのＳ（Ｂ＋），Ｓ（Ｂ−）に基づき、以下の式（２）の演算を行うＢ相用差動アンプ４０を有する。式（１），（２）の演算により、直流分が除去された２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）が生成される。

Ｓ（Ａ）＝Ｓ（Ａ＋）−Ｓ（Ａ−） ・・・（１）
Ｓ（Ｂ）＝Ｓ（Ｂ＋）−Ｓ（Ｂ−） ・・・（２）
ここで、各アンプのオフセット、ゲインばらつき等に起因する２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）に含まれるオフセット誤差、ゲイン比を補正しておくのが望ましい。

よって、図３（ａ）に示す処理装置６５は、所定の領域の２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）それぞれの（最大値−最小値）／２から振幅比を求め、振幅を等しくするように補正を行う。同様に、処理装置６５は、（最大値＋最小値）／２から、オフセット誤差量を求め、そのオフセットの補正を行う。いずれも、処理装置６５は、補正値を記憶装置６６に記憶させ、位置検出時にその補正値を読み出して補正を行う。

さらに、処理装置６５は、以下の式（３）の演算を行う。

Φ２＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］・・・（３）
ここで、ＡＴＡＮ２［Ｙ，Ｘ］は、象限を判別して０〜２π位相に変換する逆正接演算関数である。

図７は、バーニア信号Ｓｖ２１及び位相Φ２とスケール２の回転角度との関係を示す図である。位相Φ２は、図７のようになり、インクリメント信号として、スケール２の回転角度の相対変化の検出に用いることが可能である。

次に、トラック４１の回転位相情報の取得について説明する。処理回路６２は、上述したように、処理回路６１と同様の回路構成である。これにより、処理回路６２は、センサユニット７の受光素子アレイ１０から取得した読取信号から２相正弦波信号Ｓ（Ａ）’，Ｓ（Ｂ）’を生成する。

ここで、前述したように、受光素子アレイ９で、トラック４２を読み取る際のスケール２上の読み取り半径位置を、３３．５９３ｍｍに合わせると、Ｐθ２＝１２８μｍとなる。本実施形態では、光源１の発光中心と受光素子アレイ９，１０の受光中心との距離Ｄ１が１．７５ｍｍであるため、受光素子アレイ１０で、トラック４１を読み取る際のスケール２上の読み取り半径位置は、３１．８４３ｍｍとなる。

この場合、トラック４１から得られる信号は、Ｐθ１＝１２１．３μｍと、受光素子アレイ１０の検出ピッチ（＝１２８μｍ）に対し、スケール２上のパターン周期の２倍からずれている。このため、処理装置６５は、２相正弦波信号Ｓ（Ａ）’，Ｓ（Ｂ）’間の相対位相差補正処理を行うことが望ましい。以下に、位相差補正の方法について説明する。

相対位相差誤差ｅを含む２相正弦波信号Ｓ（Ａ）’，Ｓ（Ｂ）’は、位相をθとして、式（４），（５）で表される。

Ｓ（Ａ）’＝ｃｏｓ（θ＋ｅ／２）・・・（４）
Ｓ（Ｂ）’＝ｓｉｎ（θ−ｅ／２）・・・（５）
そして、式（４），（５）より、２相正弦波信号Ｓ（Ａ）’，Ｓ（Ｂ）’の和と差を計算すると、式（６），（７）に示すように誤差成分ｅを分離することができる。

Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’＝２×ｃｏｓ（θ―π／４）ｓｉｎ（ｅ／２−π／４）
・・・（６）
−Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’＝２×ｓｉｎ（θ―π／４）ｃｏｓ（ｅ／２−π／４）
・・・（７）
相対位相差誤差ｅは、設計値より、ｅ＝（１−１２８／１２１．３）×πと表せる。

そこで処理装置６５は、式（６），（７）の振幅成分２×ｓｉｎ（ｅ／２−π／４）、２×ｃｏｓ（ｅ／２−π／４）について、それぞれ逆数を乗じることにより、式（８），（９）に示す、位相差誤差を補正した２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を算出する。

Ｓ（Ａ）＝（Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’）／（２×ｓｉｎ（ｅ／２−π／４））＝ｃｏｓφ・・・（８）
Ｓ（Ｂ）＝（−Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’）／（２×ｃｏｓ（ｅ／２−π／４））＝ｓｉｎφ・・・（９）
ただし、φ＝θ―π／４である。なお、相対位相差誤差ｅについては、初期化動作によって記憶装置６６に記憶させても構わない。

例えば、所定のＸ方向範囲のＳ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’の（最大値―最小値）／２から、振幅成分２×ｓｉｎ（ｅ／２−π／４）を取得する。また、−Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’の（最大値―最小値）／２から、振幅成分２×ｃｏｓ（ｅ／２−π／４）を取得し、記憶装置６６に記憶させるようにしてもよい。この場合、光源１と受光素子アレイ９の実装高さずれや、スケール２とセンサユニット７の相対傾きによる像倍率の誤差の影響を含めて補正することが可能である。なお、各アンプのオフセット、ゲインばらつき等に起因するＳ（Ａ），Ｓ（Ｂ）に含まれるオフセット誤差、ゲイン比を補正しておくのが望ましい。

処理装置６５は、以上のようにして得られた２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を用いて、以下の式（１０）の演算を行う。

Φ１＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］・・・（１０）
さらに、処理装置６５は、式（３），（１０）を用いた下記の式（１１）の演算によって、バーニア信号Ｓｖ２１を取得する。

Ｓｖ２１＝Φ２−Φ１・・・（１１）
ここで、処理装置６５は、Ｓｖ２１＜０のときはＳｖ２１＝Ｓｖ２１＋２πの演算を行って、０〜２πの出力範囲に変換する。このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ２１とスケール２の回転角度との関係は、図７のようになる。バーニア信号Ｓｖ２１に対するスケール２の回転角度は一意に決定できるため、スケール２の回転角度を特定することが可能である。

このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ２１のみを用いた場合でも絶対角度の検出はできるが、本実施形態では、処理装置６５は、バーニア信号Ｓｖ２１と位相Φ２との同期処理を行い、より高精度な絶対角度信号ＡＢＳ１を、式（１２）により生成する。

ＡＢＳ１＝（ＲＯＵＮＤ［（（Ｓｖ２１／（２π））×（ＦＳ／Ｐθ２）−Φ２）×（２π）］＋Φ２／（２π））×Ｐθ２［ｄｅｇ．］・・・（１２）
ここでＲＯＵＮＤ［Ｘ］は、Ｘに最も近い整数に変換する関数である。また、ＦＳは回転角度方向の総回転角度であり、本実施形態では、ＦＳ＝３６０［ｄｅｇ．］である。

ＡＢＳ１の値は、ＭＯＤ［ＡＢＳ１，２^２２］の演算を行い、０〜２^２２の間の値を取るようにしておく。ＭＯＤ［Ｘ，Ｙ］は、ＸをＹで除算した余りの値に変換する関数である。

以上、処理装置６５は、センサユニット７から得られた読取信号に基づき、第１角度情報である絶対角度信号ＡＢＳ１を求める。

センサユニット１７においても、センサユニット７の場合と同様に、処理装置６５は、トラック４２からの反射光が受光素子アレイ１９へ入射することから得られる２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）に基づき、以下の式（１３）から位相Φ２’を求める。

Φ２’＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］・・・（１３）
また、処理装置６５は、トラック４１からの反射光が受光素子アレイ２０へ入射することから得られる２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）に基づき、以下の式（１４）から位相Φ１’を求める。

Φ１’＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］・・・（１４）
さらに、処理装置６５は、式（１３），（１４）を用いた下記の式（１５）の演算によってバーニア信号Ｓｖ２１’を求める。

Ｓｖ２１’＝Φ２’−Φ１’・・・（１５）
ここで、処理装置６５は、Ｓｖ２１＜０のときはＳｖ２１’＝Ｓｖ２１’＋２πの演算を行って、０〜２πの出力範囲に変換する。このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ２１’のみを用いた場合でも絶対角度の検出はできるが、処理装置６５は、バーニア信号Ｓｖ２１’と位相Φ２’との同期処理を行い、より高精度な絶対角度信号ＡＢＳ２を、式（１６）により生成する。

ＡＢＳ２＝（ＲＯＵＮＤ［（（Ｓｖ２１’／（２π））×（ＦＳ／Ｐθ２）−Φ２’）×（２π）］＋Φ２’／（２π））×Ｐθ２［ｄｅｇ．］・・・（１６）
絶対角度信号ＡＢＳ２の値は、ＭＯＤ［ＡＢＳ２，２^２２］の演算により、０〜２^２２の間の値を取るようにしておく。

以上、処理装置６５は、センサユニット１７から得られた読取信号に基づき、第２角度情報である絶対角度信号ＡＢＳ２を求める。

ここで、図８は、回転軸線Ｃ０に対してスケール２の中心線Ｃ１が偏芯した場合を示す説明図である。スケール２は、回転軸線Ｃ０に対して偏芯してリンク２１２に取り付けられたり、使用状況や使用期間に応じて偏芯したりすることがある。

図９（ａ）は、回転軸線Ｃ０に対するスケール２の中心線Ｃ１の偏芯誤差を除去した絶対角度情報を求めるフローチャートである。

処理システム６０は、上述したように、一対のセンサユニット７，１７から得られた読取信号に基づき、第１、第２角度情報である絶対角度信号ＡＢＳ１，ＡＢＳ２を求める（Ｓ１０１）。

ここで、センサユニット７とセンサユニット１７は、回転軸線Ｃ０に対して１８０度対称となる位置に配置されている。このため、以下の式（１７）の関係が成立する。

ＡＢＳ１＝ＡＢＳ２＋１８０［ｄｅｇ．］・・・（１７）
処理システム６０（処理装置６５）は、絶対角度信号ＡＢＳ１と絶対角度信号ＡＢＳ２との平均値を求めることで、偏芯誤差が除去された絶対角度情報ＡＢＳを取得する（Ｓ１０２）。処理システム６０は、一対のセンサユニット７，７１に対するスケール２の相対的な回転角度、即ち絶対角度情報ＡＢＳに対応した信号を制御装置３００に出力する。

具体的に説明すると、処理システム６０（処理装置６５）は、絶対角度信号ＡＢＳ１及び絶対角度信号ＡＢＳ２をもとに、以下の式（１８）に従って、絶対角度情報ＡＢＳを算出する。

ＡＢＳ＝（ＡＢＳ１＋ＡＢＳ２）／２・・・（１８）
絶対角度情報ＡＢＳの値は、ＭＯＤ［ＡＢＳ，２^２２］の演算により、０〜２^２２の間の値を取るようにしておく。

以上、処理システム６０は、一対のセンサユニット７，１７から得られた読取情報に基づき、一対のセンサユニット７，１７に対するスケール２の相対的な回転角度（絶対角度）である絶対角度情報ＡＢＳに対応した信号を制御装置３００に出力する。

ところで、回転軸線Ｃ０に対するスケール２の中心線Ｃ１の偏芯量（偏心誤差）が許容範囲（閾値）を超えると、平均演算により絶対角度情報ＡＢＳを求めても、絶対角度情報ＡＢＳの真値に対する誤差が大きくなる。

図１３は、参考例のアブソリュート型ロータリエンコーダにおけるスケールの偏芯量と、同期精度及び絶対角度精度との関係を示すグラフである。絶対角度を高精度に算出するには、複数の信号ＡＢＳ１，ＡＢＳ２同士の同期精度が重要である。図１３に示すように、偏芯量が小さい（２００μｍよりも小さい）ときには、信号同士の同期が確保され、信号ＡＢＳ１，ＡＢＳ２を平均化して偏芯誤差を除去することで、スケール２の偏芯による絶対角度情報ＡＢＳの精度への影響は軽微である。しかしながら、偏芯量が２００μｍを超えると、同期精度がある閾値（例えば１００［ａ．ｕ．］）を超えてしまい、同期が確保できなくなるため、算出される絶対角度情報ＡＢＳが大幅にずれてしまう。

ロータリエンコーダ２６０は、過負荷や軸受けなど定期交換対称部品の寿命などにより、ロボットアーム２０１への組み込み時や組み込み後の使用時などにおいて、回転軸線Ｃ０とスケール２の中心線Ｃ１との間に偏芯が生じることがある。そのため、偏芯量がある程度大きくなった場合には、リンク２１１，２１２やロータリエンコーダ２６０の調整が必要となる。本実施形態では、処理システム６０において、回転軸線Ｃ０に対するスケール２の中心線Ｃ１の偏芯に関する情報（偏芯情報）を演算する。

図９（ｂ）は、回転軸線Ｃ０に対するスケール２の中心線Ｃ１の偏芯成分を求める偏芯算出方法のフローチャートである。

処理システム６０は、一対のセンサユニット７，１７から得られた読取信号に基づき、第１、第２角度情報である絶対角度信号ＡＢＳ１，ＡＢＳ２を求める（Ｓ２０１）。

処理システム６０（処理装置６５）は、絶対角度信号ＡＢＳ１と絶対角度信号ＡＢＳ２との平均値である絶対角度情報ＡＢＳを求める（Ｓ２０２）。

処理システム６０（処理装置６５）は、絶対角度信号ＡＢＳ１と絶対角度信号ＡＢＳ２のうちいずれか一方（本実施形態では絶対角度信号ＡＢＳ１）と、絶対角度情報ＡＢＳとの差分値（ＡＢＳ１−ＡＢＳ）を求める（Ｓ２０３）。

スケール２が次の回転角度に回転し（Ｓ２０４）、処理システム６０（処理装置６５）は、所定範囲の角度データを取得したか否かを判断する（Ｓ２０５）。処理システム６０は、所定範囲の角度データを取得していなければ（Ｓ２０５：Ｎｏ）、ステップＳ２０１の処理に戻る。

これにより、処理システム６０は、スケール２を一対のセンサユニット７，１７に対して相対的に回転させた複数の回転角度で、一対のセンサユニット７，１７の各々から回転角度に応じた読取信号を取得して、ＡＢＳ１，ＡＢＳ２を求める。そして、処理システム６０は、複数の回転角度で、ＡＢＳ１とＡＢＳとの差分値（ＡＢＳ１−ＡＢＳ）を求める。

ここで、後述する偏芯状態（偏芯成分）の算出を高精度とするために、スケール２の回転する角度は、３６０度以上の角度範囲で、多数の角度データを取得することが望ましい。即ち、ステップＳ２０５の所定範囲は、３６０度以上の角度範囲である。

このようにして得られた、複数の組のＡＢＳ１とＡＢＳの角度情報について、それぞれ差分を計算すると、式（１８）から以下の式（１９）となる。

ＡＢＳ１−ＡＢＳ＝ＡＢＳ１−（ＡＢＳ１＋ＡＢＳ２）／２
＝（ＡＢＳ１−ＡＢＳ２）／２ ・・・（１９）
スケール２の中心線Ｃ１に偏芯があるとして、ＡＢＳ１に含まれる偏芯成分を、Ａ’×ｓｉｎθ、ＡＢＳ２に含まれる偏芯成分を、Ａ’×ｓｉｎ（θ＋π）と表す。ここで、Ａ’は偏芯に起因する角度情報の誤差を２２ｂｉｔの分解能として示した角度情報の振幅であり、θは偏芯に起因する角度情報の誤差の位相である。

スケール２の中心線Ｃ１に偏芯がない場合のセンサユニット７の読み取り角度をＡＢＳ１’、スケール２中心線Ｃ１に偏芯がない場合のセンサユニット１７の読み取り角度をＡＢＳ２’とすると、以下の式（２０），（２１）と表すことができる。

ＡＢＳ１＝ＡＢＳ１’＋Ａ’×ｓｉｎθ ・・・（２０）
ＡＢＳ２＝ＡＢＳ２’＋Ａ’×ｓｉｎ（θ＋π） ・・・（２１）
式（２０）と式（２１）を用いると、式（１９）は、以下の式（２２）と表せる。

ＡＢＳ１−ＡＢＳ
＝（ＡＢＳ１’＋Ａ’×ｓｉｎθ−（ＡＢＳ２’＋Ａ’×ｓｉｎ（θ＋π）））／２
・・・（２２）
ここで、ｓｉｎ（θ＋π）＝−ｓｉｎθであるため、式（２２）は、以下の式（２３）と表すことができる。

ＡＢＳ１−ＡＢＳ＝（ＡＢＳ１’−ＡＢＳ２’）／２＋Ａ’×ｓｉｎθ
・・・（２３）
ここで、（ＡＢＳ１−ＡＢＳ）の値は、ＭＯＤ［ＡＢＳ１−ＡＢＳ，２^２２］の演算を行い、０〜２^２２の間の値を取るようにしておく。

図１０は、スケール２を３６０［ｄｅｇ．］回転させて得られる、ＡＢＳ１、ＡＢＳ及び（ＡＢＳ１−ＡＢＳ）の角度情報の一例を示すグラフである。図１０中、横軸は、スケール２の回転角度を示している。左縦軸は、絶対角度情報ＡＢＳ（実線）及び角度情報ＡＢＳ１（破線）であり、右縦軸は、角度情報（ＡＢＳ１−ＡＢＳ）（一点鎖線）である。それぞれの角度情報を、２２ｂｉｔの分解能（デジタル値）で示している。

回転軸線Ｃ０に対して中心線Ｃ１に偏芯がある場合、（ＡＢＳ１−ＡＢＳ）の値は、図１０に示すように、スケール２の３６０［ｄｅｇ．］の回転に伴い、１周期の正弦波の特徴を持つ変動成分として現れる。

そこで、本実施形態では、処理システム６０（処理装置６５）は、スケール２を３６０［ｄｅｇ．］以上回転させて、式（２３）で示した、（ＡＢＳ１−ＡＢＳ）の１周期の正弦波の特徴を持つ変動成分、つまり偏芯成分（＝Ａ’×ｓｉｎθ）を抽出する。

このように、処理システム６０（処理装置６５）は、差分値（ＡＢＳ１−ＡＢＳ）に含まれる周期的な変動成分を抽出することで、回転軸線Ｃ０に対するスケール２の中心線Ｃ１の偏芯情報（偏芯成分（＝Ａ’×ｓｉｎθ））を求める（Ｓ２０６）。

Ａ’×ｓｉｎθの抽出方法としては、フーリエ解析、つまりＦＦＴ（高速フーリエ変換）や、最小二乗法を用いるのが好ましい。なお、Ａ’×ｓｉｎθの抽出が可能であれば、これらの方法以外の方法を用いても構わない。

なお以上の説明では、差分値（ＡＢＳ１−ＡＢＳ）を求める場合について説明したが、絶対角度信号ＡＢＳ２と絶対角度情報ＡＢＳとの差分値（ＡＢＳ２−ＡＢＳ）を求めてもよく、この場合であってもＡ’×ｓｉｎθの抽出は可能である。

ここで、振動成分（偏芯成分）の振幅Ａ’の値は、回転軸線Ｃ０に対する中心線Ｃ１の偏芯量［ＬＢＳ］を示す。このまま振幅Ａ’の値を利用してもよいが、本実施形態では、処理装置６５は、以下の演算により、ｍｍ単位で表した偏芯成分の振幅Ａの値を求める。

処理装置６５は、振幅Ａ’の値と、センサユニット７およびセンサユニット１７におけるスケールパターンの読み取り半径Ｒ［ｍｍ］を用いた以下の式（２４）の演算を行い、ｍｍ単位で表した偏芯成分の振幅Ａの値を求める。

Ａ＝２×π×Ｒ×（Ａ’／２^２２） ・・・（２４）
Ｒの値は、設計値から求めてもよいし、組み込み前に測定することで求めておいてもよい。センサユニット７，１７のように、２トラック構成のスケール２をもとに角度情報を得る場合、Ｒの値は、スケール２の中心線Ｃ１からセンサユニット７，１７の光源１，１１までの半径位置とする。例えば、Ｒ＝３２．７１８ｍｍで、Ａ’＝１０００ＬＳＢと得られた場合には、Ａ＝５０μｍ程度と算出される。

なお、偏芯量があまりにも大きく、信号同士の同期が確保できていない場合には、得られる角度情報ＡＢＳ１，ＡＢＳ２，ＡＢＳのいずれかに誤りが生じる可能性がある。このため、アブソリュート型のロータリエンコーダの場合、ＡＢＳ１とＡＢＳ２との出力角度差が略１８０［ｄｅｇ．］となっていることを予め確認するなどして、同期が確保できていることを確認することが望ましい。

また、同期が確保できるかどうかの境界の偏芯状態においては、スケール２の回転角度すべてにおいて同期が確保できないわけではなく、一部の回転角度において、同期確保ができないという状況となっている。このため、上述のような方法で、同期が確保できている絶対角度情報をまず取得し、その後の回転角度情報はその絶対角度情報からの差分を求めればよい。これにより、スケール２の回転角度すべてにおいて正しい絶対角度情報を算出することができるようになり、スケール２の回転角度の一部で同期が確保できないような偏芯状態においても、偏芯情報を求めることが可能となる。

処理システム６０（処理装置６５）は、以上の方法により求めた偏芯情報（偏芯量Ａ（又はＡ’））を制御装置３００に出力する。制御装置３００は、入力を受けた偏芯情報に応じて、警告を発するランプユニット５００を制御する。

ランプユニット５００は、警告として、制御装置３００の制御の下、偏芯情報に応じて異なる色を発する。具体的には、ランプユニット５００は、複数のランプ５０１，５０２，５０３を有しているので、制御装置３００は、各ランプ５０１〜５０３の点滅を制御する。即ち、制御装置３００は、偏芯情報（偏芯状態）に応じて点灯させるランプを選択し、作業者に対して、選択したランプを点灯させることにより警告を発する。なお、制御装置３００は、選択したランプ以外のランプは消灯させる。

例えば、制御装置３００は、偏芯量がある第１閾値（例えば２００μｍ）を超えた場合は、赤色のランプ５０３を点灯させ、他のランプ５０１，５０２を消灯させる。また、制御装置３００は、偏芯量が、第１閾値よりも低い第２閾値（例えば２００μｍの１／２）を超え、第１閾値未満の場合、黄色のランプ５０２を点灯させ、他のランプ５０１，５０３を消灯させる。また、制御装置３００は、偏芯量が、第２閾値未満の場合、青色のランプ５０１を点灯させ、他のランプ５０２，５０３を消灯させる。なお、偏芯量が第１閾値のときは、黄色のランプ５０２又は赤色のランプ５０３を点灯させ、第２閾値のときは、青色のランプ５０１又は黄色のランプ５０２を点灯させる。以上の警告により、作業者に偏芯状態を知らせることなどが可能である。

なお、ランプユニット５００は、関節Ｊ２に配置したロータリエンコーダ２６０に対応するものについてのみ説明したが、ロボットアーム２０１が有するロータリエンコーダ２６０の数だけ、ロータリエンコーダ２６０に対応して設置すればよい。

以上、警告として発光色で作業者に知らせるものとしたが、ランプユニット５００を省略して、表示装置６００に警告を表示してもよい。また、ランプユニット５００にて警告を発する場合、又は表示装置６００にて警告を発する場合のいずれの場合であっても、同時に表示装置６００に偏芯情報を表示させてもよい。この場合、作業者にもわかるように、ＳＩ単位（ｍｍ単位）に変換したＡの値を表示するのが好ましい。また、ランプユニット５００を省略して警告を発しないようにし、単に表示装置６００に偏芯情報を表示させるようにしてもよい。

以上、第１実施形態によれば、別途、偏芯検出用の検出器を設けなくても、角度を検出するための一対のセンサユニット７，１７を用いてスケール２の偏芯状態を確認することができる。よって、偏芯検出用の検出器を設けない分、ロータリエンコーダ２６０を小型化でき、コストダウンすることができる。

また、ロータリエンコーダ２６０をロボットアーム２０１の関節Ｊ１〜Ｊ６に組み込む際に、作業者は偏芯状態を把握できるため、投げ込み方式での組み立てが可能となる。そして、作業者は必要に応じて偏芯の調整を適切に行うことができる。よって、ロボットアーム２０１（ロボット２００）の組み立てに係るコストを、大幅に削減することが可能となる。

また、第１実施形態のロータリエンコーダ２６０では、回転軸線Ｃ０に対して対称となる位置に２つのセンサユニット７，１７が配置されている。よって、偏芯量が許容範囲（例えば２００μｍ）よりも小さく信号の同期が確保できている場合においては、スケール２の偏芯による絶対角度情報ＡＢＳの精度への影響は軽微である。つまり、一対のセンサユニット７，１７により、偏芯誤差を除去した絶対角度情報ＡＢＳを精度よく求めることができる。

ところで、ロータリエンコーダを組み込んだロボットアームは、工場等の製造ラインに導入される。ロボットアームには、製造ラインを構成する部材や隣のロボットアームと衝突するなど、外力や過負荷が付与されることがある。また、ロボットアームを長年使用すると、軸受けなど定期交換部品が劣化する。特に、アブソリュート型のロータリエンコーダにおいて、これらの要因などにより偏芯量が許容範囲（例えば２００μｍ）を超えた場合には、図１３で示すように、同期が確保できなくなり、得られる絶対角度情報が真値に対して大幅にずれる。

第１実施形態では、作業者は、ロボットアーム２０１の経時変化による偏芯状態（偏芯量）をランプユニット５００や表示装置６００等で確認することができる。したがって、ロボットアーム２０１を分解することなく、衝突などの外力、過負荷の有無、偏芯に起因する定期交換部品の劣化などを把握することが可能である。即ち、第１実施形態のロータリエンコーダ２６０をロボット装置１００に適用することにより、ロボットアーム２０１の異常診断や予知保全活動に利用することが可能である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るロータリエンコーダについて説明する。ロータリエンコーダ２６０の配置箇所によっては、ロータリエンコーダ２６０のスケール２を一対のセンサユニット７，１７に対して３６０［ｄｅｇ．］以上回転させることが難しい場合がある。具体的には、ロボットアーム２０１の関節にロータリエンコーダ２６０が配置されているような構成においては、ロータリエンコーダ２６０を３６０［ｄｅｇ．］回転させることが難しい場合がある。例えば、関節が回転関節の場合には、３６０［ｄｅｇ．］以上回転させることは可能であるが、関節が揺動関節の場合には、関節の可動範囲が３６０［ｄｅｇ．］未満であり、スケール２が回転する角度範囲は３６０［ｄｅｇ．］未満となる。この場合、処理システム６０（処理装置６５）は、周期的な変動成分（偏芯成分）において、スケール２が回転する角度範囲以外の成分を外挿処理により求める。

図１１は、第２実施形態における外挿処理により変動成分を求めた一例を示すグラフである。図１１に示すように、得られた変動成分のデータについて外挿処理を行うことにより、スケール２の角度範囲以外の成分、即ちリンク２１２の駆動角度範囲以外の成分を求めることができる。なお、図１１中、実線が、駆動角度範囲（角度範囲１２０［ｄｅｇ．］）において得られた偏芯成分、点線が、実線のデータを外挿処理して算出された角度範囲以外の偏芯成分のデータを示している。

このように、スケール２が回転する角度範囲が３６０度未満であっても、スケール２の偏芯に起因する、スケール２の３６０度の回転に伴う１周期の正弦波の特徴をもつ変動成分を抽出することが可能である。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るロボット装置について説明する。上述の実施形態では、関節に配置される駆動装置２３０が、モータ２３１と減速機２３４が直結されている場合について説明したが、これに限定するものではない。図１２は、第３実施形態に係るロボットアームの関節Ｊ２を示す模式図である。図１２に示すように、駆動装置２３０Ａは、上記実施形態と同様、モータ２３１と、減速機２３４とを有する。

また、駆動装置２３０Ａは、モータ２３１の回転軸と減速機２３４の入力軸とを連結するベルト（伝達機構）２３８を有する。これにより、関節Ｊ２における駆動装置２３０Ａのコンパクト化を図っている。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。

また、上述の実施形態では、ロボットアーム２０１が垂直多関節の場合について説明したが、これに限定するものではない。ロボットアームは、例えば、水平多関節、パラレルリンク、直交ロボット等、種々のロボットアームであってもよい。

また、上述の実施形態におけるスケール２は、パターン４０のトラック数が２でスケール２の中心線Ｃ１から外側に向けて放射状のパターンであるバーニア型のものとして説明したが、パターン４０のトラック数やパターン４０の形状はこれに限らない。また、グレイコードやＢＣＤコード、Ｍ系列パターンなど、他のタイプのスケールを用いたロータリエンコーダにおいても、本発明は適用可能である。

また、上述の実施形態では、ロータリエンコーダ２６０がアブソリュート型である場合について説明したが、インクリメンタル型であってもよい。

インクリメンタル型の場合においては、アブソリュート型とは異なり、同期を確保する必要などがないため、偏芯成分による検出角度精度への影響は小さい。しかしながら、ロボットアームへの外力や過負荷の付与の有無やその程度、さらに、軸受けなど定期交換部品の劣化の有無やその程度の確認などのために、本発明は有用である。

また、上述の実施形態では、一対のリンク間にロータリエンコーダ２６０を配置した場合について説明したが、モータ２３１に配置したロータリエンコーダ２５０についても、本発明を適用することは可能である。

また、上述の実施形態では、ロータリエンコーダがロボットアームに適用される場合について説明したが、ロボットアーム以外にも様々な装置に適用可能である。例えば、水平方向（パン）と垂直方向（チルト）に回転駆動機構を持った監視カメラのレンズ鏡筒の回転角度の検出するロータリエンコーダにおいて本発明を適用することができる。

２…スケール、７，１７…一対のセンサユニット、６０…処理システム（処理部）、２６０…ロータリエンコーダ

Claims (15)

1. パターンを有するスケールと、前記スケールの前記パターンを読み取る一対のセンサユニットとを有し、前記スケールが回転軸線を中心に前記一対のセンサユニットに対して相対的に回転し、前記一対のセンサユニットが前記回転軸線に対して対称位置に配置されているロータリエンコーダにおける、前記回転軸線に対する前記スケールの中心線の偏芯情報を求める偏芯算出方法であって、
   前記スケールを前記一対のセンサユニットに対して相対的に回転させた複数の回転角度で、前記一対のセンサユニットの各々から回転角度に応じた読取信号を取得し、
   前記一対のセンサユニットのうち一方から得られた読取信号に基づく第１角度情報と、前記一対のセンサユニットのうち他方から得られた読取信号に基づく第２角度情報とを求め、
   前記第１角度情報及び前記第２角度情報のうちいずれか一方と、前記第１角度情報及び前記第２角度情報の平均値との差分値を求め、
   前記差分値に含まれる周期的な変動成分を抽出することを特徴とする偏芯算出方法。
2. 前記周期的な変動成分の振幅から偏芯量を求めることを特徴とする請求項１に記載の偏芯算出方法。
3. 前記周期的な変動成分を、フーリエ解析又は最小二乗法により抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載の偏芯算出方法。
4. 前記スケールが回転する角度範囲が３６０度以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏芯算出方法。
5. 前記スケールが回転する角度範囲が３６０度未満であり、前記周期的な変動成分において前記角度範囲以外の成分を外挿処理により求めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏芯算出方法。
6. 前記パターンは、前記中心線を中心とする円周方向に配置された複数の第１マークを有する第１トラックと、前記第１トラックの外側に配置され、前記円周方向に配置された、前記第１トラックと異なる数の第２マークを有する第２トラックとを有しており、
   前記一対のセンサユニットの各々は、前記第１トラック及び前記第２トラックを読み取ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の偏芯算出方法。
7. 前記ロータリエンコーダがアブソリュート型であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の偏芯算出方法。
8. パターンを有するスケールと、
   前記スケールの前記パターンを読み取る一対のセンサユニットと、を備え、
   前記スケールは回転軸線を中心に前記一対のセンサユニットに対して相対的に回転し、前記一対のセンサユニットは前記回転軸線に対して対称位置に配置されているロータリエンコーダであって、
   前記一対のセンサユニットから得られた読取信号に基づき、前記一対のセンサユニットに対する前記スケールの相対的な回転角度に対応した信号を出力する処理部を備え、
   前記処理部は、
   前記スケールを前記一対のセンサユニットに対して相対的に回転させた複数の回転角度で、前記一対のセンサユニットの各々から回転角度に応じた読取信号を取得し、
   前記一対のセンサユニットのうち一方から得られた読取信号に基づく第１角度情報と、前記一対のセンサユニットのうち他方から得られた読取信号に基づく第２角度情報とを求め、
   前記第１角度情報及び前記第２角度情報のうちいずれか一方と、前記第１角度情報及び前記第２角度情報の平均値との差分値を求め、
   前記差分値に含まれる周期的な変動成分を抽出することで、前記回転軸線に対する前記スケールの中心線の偏芯情報を求めることを特徴とするロータリエンコーダ。
9. アブソリュート型であることを特徴とする請求項８に記載のロータリエンコーダ。
10. 関節で連結された一対のリンクと、
    請求項８又は９に記載のロータリエンコーダと、を備え、
    前記スケールが前記一対のリンクのうち一方に配置され、前記一対のセンサユニットが前記一対のリンクのうち他方に配置されていることを特徴とするロボットアーム。
11. 請求項１０に記載のロボットアームと、
    前記偏芯情報に応じて警告を発する警告部と、を備えたことを特徴とするロボット装置。
12. 前記警告部は、前記警告として、前記偏芯情報に応じて異なる色を発することを特徴とする請求項１１に記載のロボット装置。
13. 前記警告部は、それぞれ異なる色で発光する複数のランプを有することを特徴とする請求項１２に記載のロボット装置。
14. 前記偏芯情報を表示する表示部を更に備えたことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のロボット装置。
15. 請求項１０に記載のロボットアームと、
    前記偏芯情報を表示する表示部と、を備えたことを特徴とするロボット装置。

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