JP2019027892A - エンコーダ装置、駆動装置、ステージ装置、ロボット装置、及びエンコーダ装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】回転位置情報を高精度に検出する。【解決手段】エンコーダ装置は、第1軸の角度位置を検出する第1エンコーダと、第1軸に中間軸を介して接続される第2軸の角度位置を検出する第2エンコーダと、第1エンコーダの検出結果および第2エンコーダの検出結果を補正する補正部と、補正部が補正した第1エンコーダの検出結果および補正部が補正した第2エンコーダの検出結果に基づいて、第1軸の多回転情報と第2軸の多回転情報とのうち一方または双方を検出する処理部と、を備え、第1軸は、第1歯車を有し、第2軸は、第2歯車を有し、中間軸は、第1歯車にかみ合わされる第3歯車と、第2歯車にかみ合わされる第4歯車とを有し、第3歯車の歯数は、第1歯車と第3歯車との歯数の差の整数倍である。【選択図】図1
Description
本発明は、エンコーダ装置、駆動装置、ステージ装置、ロボット装置、及びエンコーダ装置の製造方法に関する。
エンコーダ装置は、ロボット装置などの各種装置に搭載されている(例えば、下記の特許文献1参照)。エンコーダ装置は、回転位置情報を高精度で検出可能であることが望まれる。
本発明の第1の態様に従えば、第1軸の角度位置を検出する第1エンコーダと、第1軸に中間軸を介して接続される第2軸の角度位置を検出する第2エンコーダと、第1エンコーダの検出結果および第2エンコーダの検出結果を補正する補正部と、補正部が補正した第1エンコーダの検出結果および補正部が補正した第2エンコーダの検出結果に基づいて、第1軸の多回転情報と第2軸の多回転情報とのうち一方または双方を検出する処理部と、を備え、第1軸は、第1歯車を有し、第2軸は、第2歯車を有し、中間軸は、第1歯車にかみ合わされる第3歯車と、第2歯車にかみ合わされる第4歯車とを有し、第3歯車の歯数は、第1歯車と第3歯車との歯数の差の整数倍である、エンコーダ装置が提供される。
本発明の第2の態様に従えば、第1軸の角度位置を検出する第1エンコーダと、第1軸に中間軸を介して接続される第2軸の角度位置を検出する第2エンコーダと、第2軸と中間軸とがそれぞれ整数回転した際の第1エンコーダの検出結果に基づいて第1エンコーダの検出結果を補正し、第1軸と中間軸とがそれぞれ整数回転した際の第2エンコーダの検出結果に基づいて第2エンコーダの検出結果を補正する補正部と、補正部が補正した第1エンコーダの検出結果および補正部が補正した第2エンコーダの検出結果に基づいて、第1軸の多回転情報と第2軸の多回転情報との一方または双方を検出する処理部と、を備えるエンコーダ装置が提供される。
本発明の第3の態様に従えば、第1の形態または第2の形態のエンコーダ装置と、第1軸に駆動力を供給する駆動部と、を備える駆動装置が提供される。
本発明の第4の態様に従えば、第3の形態の駆動装置と、駆動装置によって移動するステージと、を備えるステージ装置が提供される。
本発明の第5の態様に従えば、第3の形態の駆動装置と、駆動装置によって移動するアームと、を備えるロボット装置が提供される。
本発明の第6の態様に従えば、第1軸の角度位置を検出する第1エンコーダと、第1軸に中間軸を介して接続される第2軸の角度位置を検出する第2エンコーダと、を備えるエンコーダ装置の製造方法であって、第1歯車を有する第1軸を配置することと、第2歯車を有する第2軸を配置することと、第1歯車にかみ合わされる第3歯車と、第2歯車にかみ合わされる第4歯車とを有する中間軸を配置することと、を含み、第3歯車の歯数は、第1歯車と第3歯車との歯数の差の整数倍である、エンコーダ装置の製造方法が提供される。
本発明の第7の態様に従えば、第1軸の角度位置をエンコーダ装置の第1エンコーダによって検出することと、第1軸に中間軸を介して接続される第2軸の角度位置をエンコーダ装置の第2エンコーダによって検出することと、第2軸と中間軸とがそれぞれ整数回転した際の第1エンコーダの検出結果に基づいて、第1エンコーダの検出結果に対する第1補正情報を生成することと、第1軸と中間軸とがそれぞれ整数回転した際の第2エンコーダの検出結果に基づいて、第2エンコーダの検出結果に対する第2補正情報を生成することと、第1補正情報および第2補正情報を、エンコーダ装置の記憶部に記憶させることと、を含むエンコーダ装置の製造方法が提供される。
[第1実施形態]
実施形態について説明する。図1は、実施形態に係るエンコーダ装置を示す図である。エンコーダ装置ECは、第1軸AX1の回転位置情報を検出する。第1軸AX1(第1回転体、主軸)は、例えば、電動モータなどの駆動装置の回転体(例、出力軸、シャフト)に接続される。回転位置情報は、回転の数を示す多回転情報(例、1回転、2回転)を含む。回転位置情報は、多回転情報および角度位置を含んでもよい。角度位置は、1回転未満の回転角を示す情報(例、30[deg]、π[rad])である。
実施形態について説明する。図1は、実施形態に係るエンコーダ装置を示す図である。エンコーダ装置ECは、第1軸AX1の回転位置情報を検出する。第1軸AX1(第1回転体、主軸)は、例えば、電動モータなどの駆動装置の回転体(例、出力軸、シャフト)に接続される。回転位置情報は、回転の数を示す多回転情報(例、1回転、2回転)を含む。回転位置情報は、多回転情報および角度位置を含んでもよい。角度位置は、1回転未満の回転角を示す情報(例、30[deg]、π[rad])である。
エンコーダ装置ECは、第1エンコーダ1、第2エンコーダ2、変速部3、電子部品4、及びケーシング5を備える。第1エンコーダ1は、第1軸AX1の角度位置を検出する。第2エンコーダ2は、第2軸AX2の角度位置を検出する。第2軸AX2(第2回転体、従軸)は、変速部3の中間軸AX3を介して、第1軸AX1に接続される。第2軸AX2は、1未満の変速比または1よりも大きい変速比で第1軸AX1と接続される。
電子部品4は、第1エンコーダ1の検出結果および第2エンコーダ2の検出結果を処理する。電子部品4は、後に図2等に示す補正部21および処理部22などを含む。補正部21は、第1エンコーダの検出結果および第2エンコーダの検出結果を補正(例、自己補正)する。また、処理部22は、第1エンコーダの補正後の検出結果および第2エンコーダの補正後の検出結果に基づいて、第1軸AX1の多回転情報を検出する。
エンコーダ装置EC(例、電子部品4、処理部22)は、処理部22が検出した第1軸AX1の多回転情報と、補正部21が補正した第1エンコーダの検出結果から得られる第1軸AX1の角度位置とを合成して、第1軸AX1の回転位置情報を生成する。エンコーダ装置ECは、生成した第1軸AX1の回転位置情報をエンコーダ装置ECの外部(例、図2に示す駆動装置MTRの制御部MC)へ出力(例、送信)する。エンコーダ装置ECから出力された第1軸AX1の回転位置情報は、例えば、第1軸AX1の回転を制御することに利用される。以下、エンコーダ装置ECの各部について説明する。
ケーシング5は、エンコーダ装置ECの各部を収容する。ケーシング5は、本体部10(ケース本体)、蓋部11、隔壁部12、及び隔壁部13を備える。本体部10は、例えば、開口を有する箱状の部材である。蓋部11は、例えば板状の部材であり、本体部10の開口を塞いでいる。蓋部11は、第1軸AX1が挿通される開口を有する。隔壁部12および隔壁部13は、それぞれ、本体部10の内壁に取り付けられている。
隔壁部12および隔壁部13は、例えば板状の部材である。隔壁部12は、本体部10において蓋部11と反対側の底部から離れた位置に、蓋部11とほぼ平行に設けられる。隔壁部13は、隔壁部12と蓋部11との間に、蓋部11とほぼ平行に設けられる。隔壁部13は、第1軸AX1が挿通される開口を有する。
第1エンコーダ1は、例えば、本体部10と隔壁部12と隔壁部13とに囲まれる空間に配置(例、収容)される。第1エンコーダ1は、スケールSa(第1スケール)、及び検出ヘッド15を備える。スケールSaは、第1軸AX1に固定されている。第1エンコーダ1は、例えば光学式エンコーダを含み、スケールSaは光学パターンPaを有する。光学パターンPaは、アブソリュートパターンとインクリメンタルパターンとの一方または双方を含む。光学パターンPaは、第1軸AX1の回転方向において光学特性(例、透過率、反射率、吸収率)が変化する。なお、エンコーダ装置EC(又は第1エンコーダ等)は、磁気式エンコーダを含む構成であってもよい。
検出ヘッド15は、光学パターンPaを光学的に検出する。検出ヘッド15は、スケールSaと対向する位置に配置される。検出ヘッド15は、例えば隔壁部12に固定される。検出ヘッド15は、スケールSaに光を照射する発光素子(発光部、光源、照射部)と、スケールSaを経由した光を検出する受光素子(受光センサ、検出部)とを備える。
検出ヘッド15は、受光素子の検出結果に基づいて、第1軸AX1の角度位置を算出する。例えば、検出ヘッド15は、アブソリュートスケールからの光を検出した結果を使って第1分解能の角度位置を検出する。また、検出ヘッド15は、インクリメンタルスケールからの光を検出した結果を使って、第1分解能の角度位置に内挿演算を行うことにより、第1分解能よりも高い第2分解能の角度位置を検出する。検出ヘッド15は、検出した第1軸AX1の角度位置を電子部品4に出力する。
第2軸AX2は、変速部3を介して、第1軸AX1と接続される。変速部3は、例えば、本体部10と蓋部11と隔壁部13とに囲まれる空間に配置(収容)される。変速部3は、中間軸AX3、第1歯車G1、第2歯車G2、第3歯車G3、及び第4歯車G4を備える。中間軸AX3(第3軸)は、第1軸AX1とほぼ平行に配置される。中間軸AX3は、例えば、ベアリングを介して、蓋部11と隔壁部13とに支持される。中間軸AX3は、第1軸AX1と連動して回転する。中間軸AX3は、第1軸AX1に対して1未満の変速比または1よりも大きい変速比で回転する。
第2軸AX2は、例えば、中間軸AX3とほぼ平行に配置される。第2軸AX2は、例えば、ベアリングを介して、蓋部11と隔壁部13とに支持される。第2軸AX2は、中間軸AX3と連動して回転する。第2軸AX2は、中間軸AX3に対して1未満の変速比または1よりも大きい変速比で回転する。第2軸AX2の第1軸AX1に対する変速比は、1未満の値または1よりも大きい値に設定される。
第1歯車G1、第2歯車G2、第3歯車G3、及び第4歯車G4は、例えば、本体部10と蓋部11と隔壁部13とに囲まれる空間に配置(収容)される。第1歯車G1は、第1軸AX1に設けられ、その歯数がM1(個)である。第2歯車G2は、第2軸AX2に設けられ、その歯数がM2(個)である。第3歯車G3および第4歯車G4は、それぞれ、中間軸AX3に設けられる。第3歯車G3は、第1歯車G1と噛み合わされ、その歯数がM3(個)である。第4歯車G4は、第2歯車G2と噛み合わされ、その歯数がM4(個)である。例えば、第3歯車G3は第1歯車G1と連動して回転し、第4歯車G4は第2歯車G2と連動して回転する。これらによって、第1歯車G1と第2歯車G2とは、第3歯車G3及び第4歯車G4を介して連動して回転する。また、例えば、第1から第4歯車(G1からG4)の歯数は、互いに異なる値であるし、一部が異なる値である。
第2エンコーダ2は、例えば、本体部10と隔壁部12と隔壁部13とに囲まれる空間に配置(例、収容)される。第2エンコーダ2は、第1エンコーダ1と同様の構成である。第2エンコーダ2は、スケールSb(第2スケール)、及び検出ヘッド16を備える。スケールSbは、第2軸AX2に固定されている。第2エンコーダ2は、例えば光学式エンコーダを含み、スケールSbは光学パターンPbを有する。光学パターンPbは、アブソリュートパターンとインクリメンタルパターンとの一方または双方を含む。光学パターンPbは、第2軸AX2の回転方向において光学特性(例、透過率、反射率、吸収率)が変化する。
検出ヘッド16は、光学パターンPbを光学的に検出する。検出ヘッド16は、スケールSbと対向する位置に配置される。検出ヘッド16は、例えば隔壁部12に固定される。検出ヘッド16は、スケールSbに光を照射する発光素子(発光部、光源、照射部)と、スケールSaを経由した光を検出する受光素子(受光センサ、検出部)とを備える。
検出ヘッド16は、受光素子の検出結果に基づいて、第2軸AX2の角度位置を算出する。例えば、検出ヘッド16は、アブソリュートスケールからの光を検出した結果を使って第1分解能の角度位置を検出する。また、検出ヘッド16は、インクリメンタルスケールからの光を検出した結果を使って、第1分解能の角度位置に内挿演算を行うことにより、第1分解能よりも高い第2分解能の角度位置を検出する。検出ヘッド16は、検出した第2軸AX2の角度位置を電子部品4に出力する。
上記の第1軸AX1の角度位置と、中間軸AX3の角度位置と、第2軸AX2の角度位置とのうち1または2以上は、例えば、各軸の位置誤差(例、偏心、取り付け誤差)、各軸に設けられる歯車の位置誤差(例、偏心、取り付け誤差)、歯車の製造誤差(例、歯車の円ピッチの粗密)などによって、回転同期誤差(周期誤差)を含む場合がある。例えば、第1エンコーダ1の検出結果には、第1軸AX1の回転同期誤差と、中間軸AX3の回転同期誤差と、第2軸AX2の回転同期誤差とのうち2以上による誤差(影響)が含まれる場合がある。
また、主軸(第1軸AX1)と従軸(第2軸AX2)との間を中間軸(中間軸AX3)を介して接続している場合、中間軸は主軸及び従軸と異なる速度で回転するために、一方(例、第1軸AX1又は第2軸AX2)の軸の回転同期誤差に中間軸の回転同期誤差が含まれて検出結果に影響してしまう場合がある。
また、第1軸AX1と中間軸AX3との変速比、中間軸AX3と第2軸AX2との変速比、及び第1軸AX1と第2軸AX2との変速比はいずれも1でなく、例えば、第1軸AX1の回転同期誤差と、中間軸AX3の回転同期誤差と、第2軸AX2の回転同期誤差とは、互いに異なる周期で変動する。そのため、例えば、軸ごとの回転同期誤差を推定することが難しく、回転同期誤差を補正することが難しい場合がある。
以下の説明において、各軸が軸ごとの基準の角度位置(例、原点、0°)に配置される状態(原点に戻る状態)を、適宜、基準状態と称する。例えば、第1軸AX1が基準の角度位置(例、0°)に配置される状態を、第1軸AX1の基準状態という。また、各軸の基準状態における軸ごとの角度位置の誤差を、各軸の誤差の基準値(例、0)とする。例えば、第1軸AX1の基準状態における第1軸AX1の角度位置の誤差を、第1軸AX1の誤差の基準値(例、0)とする。
実施形態に係るエンコーダ装置ECは、第1軸AX1が基準状態であり、かつ中間軸AX3が基準状態である状態(第1軸AX1および中間軸AX3の基準状態)において、第2軸AX2が基準状態からずれるように、第1軸AX1と中間軸AX3との変速比および中間軸AX3と第2軸AX2との変速比が選択される。第1軸AX1および中間軸AX3の基準状態において、第1軸AX1の誤差が基準値(例、0)になり、かつ中間軸AX3の誤差が基準値(例、0)になる。したがって、例えば第1軸AX1および中間軸AX3の基準状態における第2エンコーダ2の検出結果を用いて、第2軸AX2の誤差(例、回転同期誤差)を、第1軸AX1の誤差(例、回転同期誤差)および中間軸AX3の誤差(例、回転同期誤差)と分離して推定可能になる。
また、実施形態に係るエンコーダ装置ECは、中間軸AX3が基準状態であり、かつ第2軸AX2が基準状態である状態(中間軸AX3および第2軸AX2の基準状態)において、第1軸AX1が基準の角度位置(例、0°)からずれるように、第1軸AX1と中間軸AX3との変速比および中間軸AX3と第2軸AX2との変速比が選択される。この場合、中間軸AX3および第2軸AX2の基準状態において、中間軸AX3の誤差が基準値(例、0)になり、かつ第2軸AX2の誤差が基準値(例、0)になる。したがって、例えば中間軸AX3および第2軸AX2の基準状態における第1エンコーダ1の検出結果を用いて、第1軸AX1の誤差(例、回転同期誤差)を、中間軸AX3の誤差(例、回転同期誤差)および第2軸AX2の誤差(例、回転同期誤差)と分離して推定可能になる。
次に、第1軸AX1と中間軸AX3との変速比および中間軸AX3と第2軸AX2との変速比が上述のような条件を満たす歯車の歯数の組み合わせ(歯数のセット)について説明する。以下の説明において、適宜、第1歯車G1の歯数M1、第2歯車G2の歯数M2、第3歯車の歯数M3、及び第4歯車の歯数M4の組み合わせである(M1,M2,M3,M4)を「歯数の組み合わせ」と称する。また、第1歯車G1の歯数M1と、第2歯車G2の歯数M2と、第3歯車G3の歯数M3と、第4歯車G4の歯数M4との比であるM1:M2:M3:M4を、適宜、「歯数の比」と称する。
第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、M2M3:M1M4で表される。本実施形態において、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、自然数であるNを用いて、M2M3:M1M4=N:(N−1)、またはM2M3:M1M4=N:(N+1)で表される。このような第1軸AX1と第2軸AX2との変速比を満たす歯数の比は、自然数であるnを用いて、例えば、
(n−1):n:n:(n+1)、
(n+1):n:n:(n−1)、
n:(n−1):(n+1):n、又は
n:(n+1):(n−1):n、で表される。
(n−1):n:n:(n+1)、
(n+1):n:n:(n−1)、
n:(n−1):(n+1):n、又は
n:(n+1):(n−1):n、で表される。
歯数の比が(n−1):n:n:(n+1)または(n+1):n:n:(n−1)で表される場合、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、M2M3:M1M4=n2:(n2−1)で表され、n2=NとおくとN:(N−1)となる。
また、歯数の比がn:(n−1):(n+1):nまたはn:(n+1):(n−1):nで表される場合、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、M2M3:M1M4=(n2−1):n2で表され、(n2−1)=NとおくとN:(N+1)となる。
また、歯数の比が上記の条件を満たす場合、第3歯車G3の歯数M3は、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差の整数倍であり、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差(差分、減算値)で割り切れる。例えば、歯数の比が(n−1):n:n:(n+1)である場合、歯数の組み合わせは、整数であるKを用いて、(M1,M2,M3,M4)=K(n−1,n,n,n+1)で表される。この場合、第1歯車G1の歯数であるK(n−1)と第3歯車G3の歯数であるKnとの差はKである。第3歯車G3の歯数であるKnは、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差であるKの整数倍(n倍)であり、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差であるKで割り切れる。
ここで、第1歯車G1(第1軸AX1)がM3/(M3−M1)回転したとする。この場合、M3/(M3−M1)=nであり、nが整数であるので、第1軸AX1は基準状態である。また、この場合、第3歯車G3(中間軸AX3)は、(M3/(M3−M1)−1)=(n−1)回転しており、(n−1)が整数であるので、中間軸AX3は基準状態である。この状態で第2軸AX2は、(n2−1)/n回転しており、(n2−1)/n=n−(1/n)であるので、基準状態(例、n回転した角度位置)から(−1/n)回転ずれた角度位置にある。そのため、第2軸AX2が(−1/n)回転した状態における第2軸AX2の回転同期誤差を測定(演算、算出)可能である。
また、歯数の比が上記の条件を満たす場合、第4歯車G4の歯数M4は、第2歯車G2と第4歯車G4との歯数の差の整数倍であり、第2歯車G2と第4歯車G4との歯数の差で割り切れる。例えば、(M1,M2,M3,M4)=K(n−1,n,n,n+1)の場合、第2歯車G2の歯数であるKnと、第4歯車G4の歯数であるK(n+1)との差はKである。第4歯車G4の歯数であるK(n+1)は、第2歯車G2と第4歯車G4との歯数の差であるKの整数倍((n+1)倍)であり、第2歯車G2と第4歯車G4との歯数の差であるKで割り切れる。
ここで、第2歯車G2(第2軸AX2)がM2/(M4−M2)回転したとする。この場合、M2/(M4−M2)=(n+1)であり、(n+1)が整数であるので、第2軸AX2は基準状態である。また、第4歯車G4(中間軸AX3)は、(M2/(M4−M2)−1)=n回転しており、nが整数であるので基準状態である。また、第1軸AX1は、n2/(n−1)回転しており、n2/(n−1)=(n+1)+1/(n−1)であるので、基準状態(例、(n+1)回転した角度位置)から1/(n−1)回転ずれた角度位置にある。そのため、第1軸AX1が1/(n−1)回転した状態における第1軸AX1の回転同期誤差を測定可能である。
例えば、K=2、n=32である場合、歯数の組み合わせを(M1,M2,M3,M4)=(62,64,64,66)というように選択可能であり、変速比を整数で表すと1024:1023となる。第1歯車G1の歯数である62と第3歯車G3の歯数である64との差は2であり、第3歯車G3の歯数である64は、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差である2の整数倍であり、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差である2で割り切れる。第1歯車G1(第1軸AX1)が32回転した状態で、第3歯車G3(中間軸AX3)は、31回転した状態であり、第1軸AX1および中間軸AX3が同時に基準状態である。また、第2軸AX2は、(32−1/32)回転しており、第2軸AX2が(−1/32)回転した状態の第2軸AX2の回転同期誤差を測定可能である。
また、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比(M2M3:M1M4)がN:N−1またはN:N+1となる歯数の比は、自然数であるnを用いて、例えば、
n:(n+1):(n+2):(n+3)、
n:(n+2):(n+1):(n+3)、
(n+1):n:(n+3):(n+2)、
(n+1):(n+3):n:(n+2)、
(n+2):n:(n+3):(n+1)、
(n+2):(n+3):n:(n+1)、
(n+3):(n+1):(n+2):n、又は
(n+3):(n+2):(n+1):n、で表される。
n:(n+1):(n+2):(n+3)、
n:(n+2):(n+1):(n+3)、
(n+1):n:(n+3):(n+2)、
(n+1):(n+3):n:(n+2)、
(n+2):n:(n+3):(n+1)、
(n+2):(n+3):n:(n+1)、
(n+3):(n+1):(n+2):n、又は
(n+3):(n+2):(n+1):n、で表される。
歯数の比が
n:(n+1):(n+2):(n+3)、
n:(n+2):(n+1):(n+3)、
(n+3):(n+1):(n+2):n、又は
(n+3):(n+2):(n+1):n、で表される場合、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、M2M3:M1M4=(n+1)(n+2):n(n+3)で表される。この右辺を変形すると(n(n+3)/2+1):n(n+3)/2となり、n(n+3)/2+1=Nとおくと、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、N:N−1になる。
n:(n+1):(n+2):(n+3)、
n:(n+2):(n+1):(n+3)、
(n+3):(n+1):(n+2):n、又は
(n+3):(n+2):(n+1):n、で表される場合、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、M2M3:M1M4=(n+1)(n+2):n(n+3)で表される。この右辺を変形すると(n(n+3)/2+1):n(n+3)/2となり、n(n+3)/2+1=Nとおくと、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、N:N−1になる。
また、歯数の比が
(n+1):n:(n+3):(n+2)、
(n+1):(n+3):n:(n+2)、
(n+2):n:(n+3):(n+1)、又は
(n+2):(n+3):n:(n+1)、で表される場合、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、M2M3:M1M4=n(n+3):(n+1)(n+2)で表される。この右辺を変形すると、n(n+3)/2:(n(n+3)/2+1)となり、n(n+3)/2=Nとおくと、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、N:N+1になる。
(n+1):n:(n+3):(n+2)、
(n+1):(n+3):n:(n+2)、
(n+2):n:(n+3):(n+1)、又は
(n+2):(n+3):n:(n+1)、で表される場合、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、M2M3:M1M4=n(n+3):(n+1)(n+2)で表される。この右辺を変形すると、n(n+3)/2:(n(n+3)/2+1)となり、n(n+3)/2=Nとおくと、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比は、N:N+1になる。
また、歯数の比が上記の条件を満たす場合、第3歯車G3の歯数M3は、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差の整数倍に設定可能であり、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差で割り切れるように設定可能である。例えば、歯数の比がn:(n+2):(n+1):(n+3)である場合、歯数の組み合わせは、整数であるKを用いて、(M1,M2,M3,M4)=K(n,n+2,n+1,n+3)で表される。この場合、第1歯車G1の歯数であるKnと第3歯車G3の歯数であるK(n+1)との差はKである。第3歯車G3の歯数であるK(n+1)は、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差であるKの(n+1)倍であり、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差で割り切れる。
また、歯数の比が上記の条件を満たす場合、第4歯車G4の歯数M4は、第2歯車G2と第4歯車G4との歯数の差の整数倍に設定可能であり、第2歯車G2と第4歯車G4との歯数の差で割り切れるように設定可能である。例えば、歯数の比がn:(n+2):(n+1):(n+3)である場合、歯数の組み合わせは、整数であるKを用いて、(M1,M2,M3,M4)=K(n,n+2,n+1,n+3)で表される。この場合、第2歯車G2の歯数であるK(n+2)と第4歯車G4の歯数であるK(n+3)との差はKである。第4歯車G4の歯数であるK(n+3)は、第2歯車G2と第4歯車G4との歯数の差であるKの(n+3)倍であり、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差で割り切れる。
なお、歯数の比がn:(n+1):(n+2):(n+3)である場合等には、第1歯車G1の歯数であるKnと第3歯車G3の歯数であるK(n+2)との差は2Kである。第3歯車G3の歯数であるK(n+2)は、第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差である2Kの(n/2+1)倍であり、nが偶数から選択されることで第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差で割り切れる。
上述のように、各歯車の歯数が所定の条件を満たす場合、例えば、各軸の回転同期誤差を高精度に推定可能である。エンコーダ装置ECは、例えば、各軸の回転同期誤差の推定値を用いることで、第1エンコーダ1の検出結果(例、第1軸AX1の角度位置)および第2エンコーダ2の検出結果(例、第2軸AX2の角度位置)を高精度に補正することができる。エンコーダ装置ECは、例えば、第1軸AX1の角度位置および第2軸AX2の角度位置を補正することによって、第1軸AX1の多回転情報を高精度に検出可能である。以下、エンコーダ装置ECにおける補正処理について説明する。
図2は、実施形態に係るエンコーダ装置、駆動装置を示すブロック図である。エンコーダ装置ECは、補正部21、処理部22、及び記憶部23を備える。補正部21、処理部22、及び記憶部23は、例えば、図1の電子部品4の内部に設けられる。補正部21は、第1エンコーダ1および第2エンコーダ2のそれぞれと、通信可能に接続される。第1エンコーダ1は、検出した第1軸AX1の角度位置として、「第1検出結果」を補正部21に出力する。第2エンコーダ2は、検出した第2軸AX2の角度位置として、「第2検出結果」を補正部21に出力する。
本実施形態に係る補正部21は、第1補正部25および第2補正部26を備える。第1補正部25は、第2軸AX2と中間軸AX3とがそれぞれ整数回転した際の第1エンコーダ1の検出結果に基づいて、第1エンコーダの検出結果を補正する(第1補正処理を実行する)。第1補正部25は、記憶部23から取得される第1補正情報D1を用いて、第1エンコーダ1の検出結果を補正する。第1補正情報D1は、第2軸AX2と中間軸AX3とがそれぞれ整数回転した際の第1エンコーダ1の検出結果に基づいて生成され、予め記憶部23に記憶される。第1補正情報D1は、例えば、エンコーダ装置ECの製造過程において誤差算出装置(後に図6に示す)によって生成(算出)される。
図3は、実施形態に係る第1補正情報の説明図である。ここでは、(M1,M2,M3,M4)=(n−1,n,n,n+1)であるとする。図3には、角度位置の真の値と誤差との関係を概念的に示した。図3の横軸は、任意に選択される基準(例、0)に対する角度位置を回転の数(多回転)で表した値である。例えば。「第1軸」に対応する横軸において、「1」は、基準(「0」)から1回転した角度位置(例、2π[rad]回転した角度位置)を示す。「中間軸」、「第2軸」についても同様である。
縦軸は、角度位置の誤差である。符号Er1は、第1軸の角度位置の真の値に対する誤差(以下、第1軸の誤差という)である。符号Er2は、第2軸の角度位置の真の値に対する誤差(以下、第2軸の誤差という)である。符号Er3は、中間軸の角度位置の誤差である。
角度位置の誤差は、例えば、真の角度位置と関係づけられる回転同期誤差(回転の周期的誤差、周期誤差)を含む。ここでは、第1軸の誤差Er1、第2軸の誤差Er2、及び中間軸の誤差Er3は、それぞれ、角度位置が「0」における誤差を基準(例、0、原点)とする。例えば、「第1軸」が整数回転した角度位置(例、「1」)である場合、誤差は、角度位置の基準(「0」)と同じ(例、0)である。図3等において、説明の便宜上、回転同期誤差を正弦波で表す。任意の関数は、フーリエ級数(正弦波の足し合わせ)で表現可能である。なお、回転同期誤差の関数形は正弦波でなくてもよい。
第2軸と中間軸との変速比(例、図1の第2歯車G2の歯数M2および第4歯車G4の歯数M4)に基づくと、第2軸が(n+1)回転した状態において、中間軸はn回転していると算出(推定)される。この状態において、中間軸および第2軸は、それぞれ整数回転した状態であり、誤差が基準値(例、0)になる。
また、第1軸と第2軸との変速比に基づくと、第2軸が(n+1)回転した状態において、第1軸は、n2/(n−1)回転していると算出(推定)される。n2/(n−1)=(n+1)+1/(n−1)であり、第1軸は、第2軸が(n+1)回転した状態において、第1軸の(n+1)回転の角度位置からΔP1だけずれていると算出(推定)される。変速比に基づくと、ΔP1=2π/(n−1)[rad]と算出される。
図3において、iは整数である。第2軸がi(n+1)回転した状態において、中間軸はin回転していると算出(推定)される。この状態において、中間軸および第2軸は、それぞれ整数回転した状態であり、誤差が基準値(例、0)になる。
また、第1軸と第2軸との変速比に基づくと、第2軸がi(n+1)回転した状態において、第1軸の角度位置(角度位置の真の値の推定値)は、2πiΔP1[rad]と算出される。ここで、第2軸がi(n+1)回転した際に第1エンコーダ1(図1参照)から得られる第1軸の角度位置(角度位置の読取値)を、θ1(i)[rad]で表す。θ1(i)に対する校正値(例、真の値の推定値)は、例えば、2πiΔP1[rad]で表される。
また、上記のiがn−1である場合、変速比に基づくと、第1軸はn2回転し、中間軸はn(n−1)回転し、第2軸は(n2−1)回転すると推定される。例えば、iが(n−1)である場合、第1軸、中間軸、及び第2軸は、それぞれ、整数回転して基準状態になる。そのため、上記の校正値(例、2πiΔP1)は、i=1、2、・・・、n−2のそれぞれについて得られる。
図2の説明に戻り、第1補正情報D1(第1校正情報)は、第1エンコーダ1の検出結果(例、読取値、θ1(i))に対する校正値(例、真の値の推定値、2πiΔP1)を含む。(M1,M2,M3,M4)=(n−1,n,n,n+1)の場合、θ1(i)と2πiΔP1とを組にしたデータ点は、iが1から(n−2)までの(n−2)個得られる。
第1補正情報D1は、例えば、上記の(n−2)個のデータ点の少なくとも一部を用いた関数(例、テーブルデータ、数式)を含む。例えば、第1補正情報D1は、上記の(n−2)個のデータ点の少なくとも一部を補間して得られる、所定の角度位置ごとの校正値を含む。第1補正情報D1は、上記の(n−2)個のデータ点の少なくとも一部を近似して得られる補正曲線(校正曲線)を示す関数(例、テーブルデータ、数式)を含んでもよい。
第1補正部25は、第1補正情報D1に基づいて、第1エンコーダ1の検出結果に対応する校正値を、補正値として出力する。例えば、第1補正部25は、記憶部23から第1補正情報D1を読み出し、第1エンコーダ1から取得した検出結果と第1補正情報D1とを照合する。第1補正部25は、第1補正情報D1を補間し、第1エンコーダ1の検出結果(読取値)に対応する校正値を補正値として算出してもよい。
第2補正部26は、第1軸AX1と中間軸AX3とがそれぞれ整数回転した際の第2エンコーダ2の検出結果に基づいて、第2エンコーダの検出結果を補正する(第2補正処理を実行する)。第2補正部26は、記憶部23から取得される第2補正情報D2を用いて、第2エンコーダ2の検出結果を補正する。第2補正情報D2は、第1軸AX1と中間軸AX3とがそれぞれ整数回転した際の第2エンコーダ2の検出結果に基づいて生成され、予め記憶部23に記憶される。第2補正情報D2は、例えば、エンコーダ装置ECの製造過程において誤差算出装置(後に図6に示す)によって生成(算出)される。
図4は、実施形態に係る第2補正情報の説明図である。第2補正情報に関して図3と同様の説明については適宜、簡略化あるいは省略する。第1軸と中間軸との変速比(図1の、第1歯車G1の歯数M1および第3歯車G3の歯数M3)に基づくと、第1軸がn回転した状態において、中間軸は(n−1)回転していると算出(推定)される。この状態において、第1軸および中間軸は、それぞれ整数回転した状態であり、誤差が基準値(例、0)になる。
また、第1軸と第2軸との変速比に基づくと、第1軸がn回転した状態において、第2軸は、(n2−1)/n回転していると算出(推定)される。(n2−1)/n=n−1/nであり、第2軸は、第1軸がn回転した状態において、第2軸のn回転の角度位置からΔP2だけずれていると算出(推定)される。変速比に基づくと、ΔP2=−2π/n[rad]と算出される。
図4において、jは整数である。第1軸がjn回転した状態において、中間軸はj(n−1)回転していると算出(推定)される。この状態において、第1軸および中間軸は、それぞれ整数回転した状態であり、誤差が基準値(例、0)になる。
また、第1軸と第2軸との変速比に基づくと、第1軸がjn回転した状態において、第2軸の角度位置(角度位置の真の値の推定値)は、−jΔP2と算出される。ここで、第1軸がjn回転した際に第2エンコーダ2(図1参照)から得られる第2軸の角度位置(角度位置の読取値)を、θ2(j)[rad]で表す。θ2(j)に対する校正値(例、真の値の推定値)は、例えば、−2πjΔP2[rad]で表される。
また、上記のjがnである場合、変速比に基づくと、第1軸はn2回転し、中間軸はn(n−1)回転し、第2軸は(n2−1)回転すると推定される。例えば、jがnである場合、第1軸、中間軸、及び第2軸は、それぞれ、整数回転して基準状態になる。そのため、上記の校正値は、j=1、2、・・・、n−1のそれぞれについて得られる。
図2の説明に戻り、第2補正情報D2(第2校正情報)は、第2エンコーダ2の検出結果(例、読取値、θ2(j))に対する校正値(例、真の値の推定値、−2πjΔP2)を含む。(M1,M2,M3,M4)=(n−1,n,n,n+1)の場合、θ2(j)と−2πjΔP2とを組にしたデータ点は、jが1から(n−1)までの(n−1)個得られる。
第2補正情報D2は、例えば、上記の(n−1)個のデータ点の少なくとも一部を用いた関数(例、テーブルデータ、数式)を含む。例えば、第2補正情報D2は、上記の(n−1)個のデータ点の少なくとも一部を補間して得られる、所定の角度位置ごとの校正値を含む。第2補正情報D2は、上記の(n−1)個のデータ点の少なくとも一部を近似して得られる補正曲線(校正曲線)を示す関数(例、テーブルデータ、数式)を含んでもよい。
第2補正部26は、第2補正情報D2に基づいて、第2エンコーダ2の検出結果に対応する校正値を、補正値として出力する。例えば、第2補正部26は、記憶部23から第2補正情報D2を読み出し、第2エンコーダ2から取得した検出結果と第2補正情報D2とを照合する。第2補正部26は、第2補正情報D2を補間し、第2エンコーダ2の検出結果(読取値)に対応する校正値を補正値として算出してもよい。
処理部22は、補正部21が補正した第1エンコーダ1の検出結果および補正部21が補正した第2エンコーダ2の検出結果に基づいて、第1軸AX1の多回転情報を検出(算出)する。処理部22は、例えば、第1エンコーダ1の補正後の検出結果から得られる第1軸AX1の角度位置と、第2エンコーダ2の補正後の検出結果から得られる第2軸AX2の角度位置との差を算出する。例えば、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比がN:N−1である場合、第1軸AX1がZa回転すると第2軸AX2がZa(1−1/N)回転する。例えば、第1エンコーダ1から得られる第1軸AX1の角度位置と、第2エンコーダ2から得られる第2軸AX2の角度位置との差は、2πZa/N[rad]であり、Nは予め設定されるのでZaを算出可能である。なお、第1軸AX1の角度位置および第2軸AX2の角度位置を用いて第1軸AX1の多回転情報を算出する処理としては、PCT/JP2015/080776に記載された処理を適用可能である。
処理部22は、検出した第1軸AX1の多回転情報と、第1エンコーダ1の補正後の検出結果から得られる第1軸AX1の角度位置とを合成し、第1軸AX1の回転位置情報を生成する。エンコーダ装置ECは、処理部22が生成した第1軸AX1の回転位置情報を、エンコーダ装置ECの外部に出力する。例えば、処理部22は、生成した第1軸AX1の回転位置情報を、駆動装置MTRの制御部MCに定期的に出力する。
駆動装置MTRは、例えば、駆動部BDおよび制御部MCを備える。駆動部BD(モータ本体部)は、例えば、移動子、固定子、及びボディを含む。移動子は、例えば電動モータの電気子(回転子)を含む。第1軸AX1は、駆動部BDの移動子と接続され、移動子とともに回転する。固定子は、例えば電動モータの磁石(例、永久磁石)を含む。移動子は、固定子に対して移動する。ボディは、回転子および固定子を収容する。固定子は、ボディ(固定部材)と固定され、移動子は、ボディに対して回転可能に支持される。
制御部MC(モータ制御部)は、エンコーダ装置ECが検出した回転位置情報に基づいて、第1軸AX1の駆動を制御する。例えば、制御部MCは、回転位置情報に基づいて、回転子の回転に消費される電力を制御する。制御部MCは、例えば、回転子の角度位置、角速度、及び角加速度の少なくとも一つが目標値に近づくように、駆動部BDに供給される電力(印加される電圧と供給される電流との一方または双方)を制御する。
次に、上述のようなエンコーダ装置ECの製造方法について説明する。図5は、実施形態に係るエンコーダ装置の製造方法を示すフローチャートである。まず、ステップS1では歯車の歯数を選定する。例えば、ステップS1では、まず、エンコーダ装置によって検出可能な回転の数の上限値(Zbで表す)の条件を決定する。例えば、歯数の組み合わせ(M1,M2,M3,M4)がK(n−1,n,n,n+1)の場合、第1軸と第2軸AX2との変速比はn2:(n2−1)であり、多回転情報の上限値Zbはn2になる。例えば、上限値Zbを256以上と決定した場合、nの候補として16が求まる。ここで、K=1とおくと、(M1,M2,M3,M4)=(15,16,16,17)となる。このような歯数の組み合わせが、例えば設計上の制約(例、モジュールの制約)で厳しい場合、Kを2以上の整数に設定してもよい。例えば、K=2とおくと、(M1,M2,M3,M4)=(30,32,32,34)という歯数の組み合わせが得られる。
また、歯車の歯数は、寸法、材質などに基づいて選定されてもよい。例えば、エンコーダ装置ECのサイズの制約から各歯車の直径を8mm程度とし、多回転情報の上限値Zbの条件をZb≧500と設定する。利用可能な歯車のモジュールは、歯車の材質に基づいて設定される。例えば、歯車のモジュールが0.3である場合、歯数の候補は、歯車直径とモジュールから8/0.3(約27)と算出される。例えば、n=28とおくと、(M1,M2,M3,M4)=(27,28,28,29)という歯数の組み合わせが得られる。この場合、Zb=783となり、Zbが500以上という条件を満たすので、この候補を採用可能である。
図5のステップS2では、ステップS1で選定された歯数の歯車を有する軸を形成する。例えば、ステップS1では歯数の組み合わせ(M1,M2,M3,M4)を選定し、ステップS2では、歯数がM1の第1歯車を有する第1軸、歯数がM2の第2歯車を有する第2軸、並びに、歯数がM3の第3歯車および歯数がM4の第4歯車を有する中間軸を、それぞれ形成する。ステップS3では、第1歯車を有する第1軸を配置する。例えば、ステップS3では、ステップS2で形成された第1軸を、図1のケーシング5に取り付けることによって、エンコーダ装置ECにおける所定の位置に配置する。
また、ステップS4では、第3歯車および第4歯車を有する中間軸を配置する。例えば、ステップS4では、ステップS2で形成された中間軸を、第3歯車と第1軸の第1歯車とが噛み合うように、図1のケーシング5に取り付けることによって、エンコーダ装置ECにおける所定の位置に配置する。
また、ステップS5では、第2歯車を有する第2軸を配置する。例えば、ステップS5では、ステップS2で形成された中間軸を、第2歯車と中間軸の第4歯車とが噛み合うように、図1のケーシング5に取り付けることによって、エンコーダ装置ECにおける所定の位置に配置する。
なお、ステップS3からステップS5の処理の順番は、適宜、変更可能である。例えば、第2軸を配置した後、第2軸の第2歯車と中間軸の第4歯車とが噛み合うように中間軸を配置し、次いで、中間軸の第3歯車と第1軸の第1歯車とが噛み合うように、第1軸を配置してもよい。エンコーダ装置ECは、例えば、各軸(第1軸、中間軸、第2軸)と、その他の部品(例、電子部品4)とが図1に示したケーシング5に取り付けられて製造される。電子部品4には図2に示した記憶部23が設けられており、エンコーダ装置ECが製造される際に、記憶部23に補正情報(例、図2の第1補正情報D1、第2補正情報D2)が書き込まれる。
図6は、本実施形態における補正情報を算出する処理(補正情報算出処理)の説明図である。エンコーダ装置ECは、図5で説明したように第1軸AX1、中間軸AX3、及び第2軸AX2が配置された後、誤差算出装置30と接続される。エンコーダ装置ECは、第1軸AX1が回転駆動され、第1軸AX1の角度位置を第1エンコーダ1によって検出し、第2軸AX2の角度位置を第2エンコーダ2によって検出する。例えば、エンコーダ装置ECは、第1エンコーダ1と第2エンコーダ2とで同期信号に基づいて同期をとって(例、同時に)検出を実行させる。エンコーダ装置ECは、第1エンコーダ1の検出結果および第2エンコーダ2の検出結果を誤差算出装置30に出力する。
エンコーダ装置ECは、例えば、第1軸AX1の回転と並行して検出を実行させる。例えば、第1軸AX1は、0回転からn2回転(図3参照)まで所定の角速度で回転する。エンコーダ装置ECは、第1軸AX1が回転している間に、第1エンコーダ1と第2エンコーダ2とに所定のサンプリング周波数で検出を実行させる。
なお、エンコーダ装置ECは、第1軸AX1が静止した状態で検出を実行させてもよい。例えば、エンコーダ装置ECは、第1軸AX1と中間軸AX3とが基準の角度位置から整数回転して静止した状態において、第2エンコーダ2によって第2軸AX2を検出してもよい。また、エンコーダ装置ECは、第2軸AX2と中間軸AX3とが基準の角度位置から整数回転して静止した状態において、第1エンコーダ1によって第1軸AX1を検出してもよい。
誤差算出装置30は、エンコーダ装置ECから出力される情報に基づいて、中間軸AX3と第2軸AX2とが整数回転した状態における第1エンコーダ1の検出結果を特定する。例えば、誤差算出装置30は、第2エンコーダ2の検出結果に基づいて第2軸AX2が整数回転したタイミングを特定する。また、誤差算出装置30は、第2軸AX2が整数回転したタイミングおよび中間軸AX3と第2軸AX2との変速比に基づいて、中間軸AX3と第2軸AX2とが整数回転したタイミングを特定し、このタイミングにおける第1エンコーダ1の検出結果を特定(例、抽出、補間、推定)する。
誤差算出装置30は、図3で説明したように、中間軸AX3と第2軸AX2とが整数回転した状態における第1エンコーダ1の検出結果に基づいて、第1補正情報D1を生成する。誤差算出装置30は、生成した第1補正情報D1をエンコーダ装置ECに出力する。エンコーダ装置ECの記憶部23は、誤差算出装置30から出力された第1補正情報D1を記憶する。
また、誤差算出装置30は、エンコーダ装置ECから出力される情報に基づいて、第1軸AX1と中間軸AX3とが整数回転した状態における第2エンコーダ2の検出結果を特定する。例えば、誤差算出装置30は、第1エンコーダ1の検出結果に基づいて第1軸AX1が整数回転したタイミングを特定する。また、誤差算出装置30は、第1軸AX1が整数回転したタイミングおよび第1軸AX1と中間軸AX3との変速比に基づいて、第1軸AX1と中間軸AX3とが整数回転したタイミングを特定し、このタイミングにおける第2エンコーダ2の検出結果を特定(例、抽出、補間、推定)する。
誤差算出装置30は、図4で説明したように、第1軸AX1と中間軸AX3とが整数回転した状態における第2エンコーダ2の検出結果に基づいて、第2補正情報D2を生成する。誤差算出装置30は、生成した第2補正情報D2をエンコーダ装置ECに出力する。エンコーダ装置ECの記憶部23は、誤差算出装置30から出力された第2補正情報D2を記憶する。
上述のような誤差算出装置30は、エンコーダ装置の製造システム(製造装置)の一部でもよいし、エンコーダ装置ECの一部でもよい。エンコーダ装置ECが誤差算出装置30(誤差算出部)を備える場合、上記の誤差算出処理をエンコーダ装置の製造過程において実行しなくてもよい。この場合、エンコーダ装置ECは、例えば、第1軸AX1が測定対象物(例、図2の駆動部BD)に接続された後に、誤差算出装置30(誤差算出部)によって誤差算出処理を実行してもよい。
次に、上述のようなエンコーダ装置ECおよび誤差算出装置30の構成に基づいて、実施形態に係るエンコーダ装置の製造方法について説明する。図7は、実施形態に係るエンコーダ装置の製造方法を示すフローチャートである。エンコーダ装置ECおよび誤差算出装置30の構成については、適宜、図6を参照する。図7に示す処理は、例えば、図5に示したステップS1からステップS5の処理の終了後に、実行される。
ステップS11において、エンコーダ装置ECは、第1軸AX1の角度位置を第1エンコーダ1によって検出し、第2軸AX2の角度位置を第2エンコーダ2によって検出する。エンコーダ装置ECは、第1エンコーダ1の検出結果および第2エンコーダ2の検出結果を、誤差算出装置30に出力する。
ステップS12において、誤差算出装置30は、第2軸AX2および中間軸AX3がそれぞれ整数回転した際の第1軸AX1の角度位置を、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比を用いて算出する(図3の「iΔP1」を参照)。ステップS13において、誤差算出装置30は、第2軸AX2および中間軸AX3がそれぞれ整数回転した際の第1軸AX1の角度位置を、第1エンコーダ1の検出結果から取得する。
ステップS14において、誤差算出装置30は、第1エンコーダ1の検出結果に対する第1補正情報D1を生成する。例えば、誤差算出装置30は、ステップS12で得られる第1軸AX1の角度位置(例、校正値、理論値、真の値の推定値)を、ステップS13で得られる第1軸AX1の角度位置(例、読取値)と関係付けることで、第1補正情報D1を生成する。
また、ステップS15において、誤差算出装置30は、第1軸AX1および中間軸AX3がそれぞれ整数回転した際の第2軸の角度位置を、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比を用いて算出する(図4の「jΔP2」を参照)。ステップS16において、誤差算出装置30は、第1軸AX1および中間軸AX3がそれぞれ整数回転した際の第2軸AX2の角度位置を、第2エンコーダ2の検出結果から取得する。
ステップS17において、誤差算出装置30は、第2エンコーダ2の検出結果に対する第2補正情報D2を生成する。例えば、誤差算出装置30は、ステップS15で得られる第2軸AX2の角度位置(例、校正値、理論値、真の値の推定値)を、ステップS16で得られる第2軸AX2の角度位置(例、読取値)と関係付けることで、第2補正情報D2を生成する。ステップS18において、誤差算出装置30は、ステップS14で生成した第1補正情報D1、及びステップS17で生成した第2補正情報D2を、エンコーダ装置ECの記憶部23に記憶させる。
上述のような実施形態において、第3歯車G3の歯数M3が第1歯車G1と第3歯車G3との歯数の差の整数倍である場合、例えば、第1軸AX1と中間軸AX3とを同時に基準状態にすることができる。この場合、例えば、第2軸AX2の回転同期誤差(同期誤差)を、第1軸AX1の回転同期誤差(周期誤差)および中間軸AX3の回転同期誤差(周期誤差)から分離することができ、高精度に測定(推定)することができる。実施形態に係るエンコーダ装置ECは、例えば、第2軸AX2の回転同期誤差を高精度に測定可能(推定可能)であり、第2軸AX2の回転同期誤差を高精度に補正可能であるので、回転位置情報を高精度に検出可能である。
また、第4歯車G4の歯数M4が第2歯車G2と第4歯車G4との歯数の差の整数倍である場合、例えば、中間軸AX3と第2軸AX2とを同時に基準状態にすることができ、第1軸AX1の回転同期誤差を、中間軸AX3の回転同期誤差および第2軸AX2の回転同期誤差から分離することができる。実施形態に係るエンコーダ装置ECは、例えば、第1軸AX1の回転同期誤差を高精度に測定可能(推定可能)であり、第1軸AX1の回転同期誤差を高精度に補正可能であるので、回転位置情報を高精度に検出可能である。
[第2実施形態]
第2実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図8は、第2実施形態に係るエンコーダ装置を示すブロック図である。
第2実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図8は、第2実施形態に係るエンコーダ装置を示すブロック図である。
第1実施形態では、例えば、中間軸AX3の回転同期誤差が基準値(例、0)になる状態を利用し、第1エンコーダ1の検出結果における回転同期誤差および第2エンコーダ2の検出結果における回転同期誤差をそれぞれ補正する。本実施形態では、第1エンコーダ1の補正後の検出結果および第2エンコーダ2の補正後の検出結果に基づいて、例えば中間軸AX3の回転同期誤差を推定し、その推定結果を用いた補正を行うことで誤差をさらに低減する。例えば、本実施形態に係るエンコーダ装置ECは、第1エンコーダ1の補正後の検出結果と第2エンコーダ2の補正後の検出結果との一方または双方を補正して、第1軸AX1の回転位置情報を生成する。
本実施形態において、エンコーダ装置ECの補正部21は、第3補正部27を備える。第3補正部27は、第1補正部25が補正した第1エンコーダ1の検出結果(第1エンコーダ1の補正後の検出結果)と、第2補正部26が補正した第2エンコーダの検出結果(第2エンコーダ2の補正後の検出結果)との一方または双方を補正する(第3補正処理を実行する)。
第3補正部27は、第1軸AX1と第2軸AX2との変速比に基づいて、第3補正処理を実行する。第3補正部27は、記憶部23に予め記憶された第3補正情報D3に基づいて、第3補正処理を実行する。第3補正情報D3は、例えば、第1エンコーダ1の補正後の検出結果、第2エンコーダ2の補正後の検出結果、及び第1軸AX1と第2軸AX2との変速比に基づいて生成される。
第3補正情報D3は、例えば、第1エンコーダ1の補正後の検出結果に対する校正値と、第2エンコーダ2の補正後の検出結果に対する校正値との一方または双方を含む。以下の説明において、適宜、第1エンコーダ1の補正後の検出結果に対する校正値を「第1エンコーダ1の二次校正値」と称し、第2エンコーダ2の補正後の検出結果に対する校正値を「第2エンコーダ2の二次校正値」と称する。
図9は、第2実施形態に係る補正情報を算出する処理(補正情報算出処理)を示すフローチャートである。例えば、図6に示した誤差算出装置30は、第1補正情報、第2補正情報、及び第3補正情報を含む補正情報を算出する。図9におけるステップS21からステップS26の処理は、図7に示したステップS17の処理が終了した後に、実行される。
第1エンコーダ1の二次校正値は、例えば、第2エンコーダ2の補正後の検出結果に基づいて決定される。ステップS21において、誤差算出装置30は、第1補正情報に基づいて第1エンコーダの検出結果を補正する。ステップS22において、誤差算出装置30は、第2補正情報に基づいて第2エンコーダの検出結果を補正する。ステップS23において、誤差算出装置30は、ステップS22で得られる第2エンコーダの補正後の検出結果、及び第1軸と第2軸との変速比を用いて、第1軸の角度位置の推定値を算出する。ステップS24において、誤差算出装置30は、算出した第1軸AX1の角度位置の推定値に基づいて、第1エンコーダ1の二次校正値を決定する。
例えば、第1エンコーダの二次校正値は、第2エンコーダの補正後の検出結果から算出(推定)される第1軸の角度位置(推定値)でもよい。また、第1エンコーダの二次校正値は、ステップS21で得られる第1エンコーダの補正後の検出結果と、ステップS23で得られる第1軸の角度位置の推定値と、を用いて算出される値(例、平均値)でもよい。
また、第2エンコーダの二次校正値は、例えば、第1エンコーダの補正後の検出結果に基づいて決定される。ステップS25において、誤差算出装置30は、ステップS21で得られる第1エンコーダの補正後の検出結果、及び第1軸AX1と第2軸AX2との変速比を用いて、第2軸AX2の角度位置の推定値を算出する。ステップS26において、誤差算出装置30は、算出した第2軸AX2の角度位置の推定値に基づいて、第2エンコーダ2の二次校正値を決定する。
例えば、第2エンコーダの二次校正値は、第1エンコーダの補正後の検出結果から算出(推定)される第2軸の角度位置(推定値)でもよい。また、第2エンコーダの二次校正値は、ステップS22で得られる第2エンコーダ2の補正後の検出結果と、ステップS25で得られる第2軸の角度位置の推定値と、を用いて算出される値(例、平均値)でもよい。
誤差算出装置30は、例えば、第1エンコーダ1の補正後の検出結果に対する第1エンコーダ1の二次校正値、及び第2エンコーダ2の補正後の検出結果に対する第2エンコーダ2の二次校正値を含む第3補正情報(第3校正情報)を生成する。誤差算出装置30は、生成した第3補正情報を図8の記憶部23に記憶させる。
図8の説明に戻り、第3補正部27は、記憶部23から第3補正情報D3を読み出して、第3補正処理を実行する。第3補正処理は、第1エンコーダ1の補正後の検出結果をさらに補正する二次補正処理と、第2エンコーダ2の補正後の検出結果をさらに補正する二次補正処理との一方または双方を含む。例えば、第3補正部27は、第3補正情報D3(例、第1エンコーダ1の二次校正値)に基づいて、第1エンコーダ1の補正後の検出結果をさらに補正する(二次補正処理を実行する)。また、第3補正部27は、第3補正情報D3(例、第2エンコーダ2の二次校正値)に基づいて、第2エンコーダ2の補正後の検出結果をさらに補正する(二次補正処理を実行する)。
補正部21は、第1エンコーダ1の二次補正後の検出結果(第1検出結果)、及び第2エンコーダ2の二次補正後の検出結果(第2検出結果)を、処理部22に出力する。処理部22は、第1エンコーダ1の二次補正後の検出結果(例、第1軸AX1の角度位置)、及び第2エンコーダ2の二次補正後の検出結果(例、第2軸AX2の角度位置)に基づいて、第1軸AX1の多回転情報を算出する。処理部22は、例えば、算出した第1軸AX1の多回転情報と、第1エンコーダ1の二次補正後の検出結果(例、第1軸AX1の角度位置)とを合成して、第1軸AX1の回転位置情報を生成する。
[駆動装置]
次に、実施形態に係る駆動装置について説明する。図10は、実施形態に係る駆動装置を示す図である。以下の説明において、上述した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。この駆動装置MTRは、電動モータを含むモータ装置である。駆動装置MTRは、回転体SFと、駆動部BDと、エンコーダ装置ECとを備える。回転体SFは、例えば、図1に示した第1軸AX1と接続される。
次に、実施形態に係る駆動装置について説明する。図10は、実施形態に係る駆動装置を示す図である。以下の説明において、上述した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。この駆動装置MTRは、電動モータを含むモータ装置である。駆動装置MTRは、回転体SFと、駆動部BDと、エンコーダ装置ECとを備える。回転体SFは、例えば、図1に示した第1軸AX1と接続される。
回転体SFは、負荷側端部SFaと、反負荷側端部SFbとを有している。負荷側端部SFaは、減速機など他の動力伝達機構に接続される。駆動部BDは、回転体SFを回転駆動する。エンコーダ装置ECは、図1に示した第1軸AX1が反負荷側端部SFbに固定され、駆動部BDに取り付けられる。エンコーダ装置ECは、上述した実施形態に係るエンコーダ装置である。
駆動装置MTRは、エンコーダ装置ECの検出結果を使って、駆動部BDを制御する。駆動装置MTRは、エンコーダ装置ECが補正処理に基づいて回転位置情報を出力するので、回転体SFの回転を高精度に制御することができる。なお、駆動装置MTRは、モータ装置に限定されず、油圧や空圧を利用して回転する軸部を有する他の駆動装置であってもよい。
[ステージ装置]
次に、実施形態に係るステージ装置について説明する。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図11は、実施形態に係るステージ装置を示す図である。このステージ装置STGは、図10に示した駆動装置MTRの回転体SFのうち負荷側端部SFaに、ステージ(回転テーブルTB、移動物体)を取り付けた構成である。
次に、実施形態に係るステージ装置について説明する。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図11は、実施形態に係るステージ装置を示す図である。このステージ装置STGは、図10に示した駆動装置MTRの回転体SFのうち負荷側端部SFaに、ステージ(回転テーブルTB、移動物体)を取り付けた構成である。
ステージ装置STGは、駆動装置MTRを駆動して回転体SFを回転させる。この回転は、回転テーブルTBに伝達され、エンコーダ装置ECは、回転体SFの回転位置情報を検出する。ステージ装置STGは、エンコーダ装置ECからの出力を用いて回転テーブルTBの位置が制御される。ステージ装置STGは、エンコーダ装置ECが補正処理に基づいた回転位置情報を出力するので、回転テーブルTBの位置を高精度に制御することができる。
なお、駆動装置MTRの負荷側端部SFaと回転テーブルTBとの間に減速機等が配置されてもよい。また、ステージ装置STGは、例えば、旋盤等の工作機械に備える回転テーブル等に適用できる。また、ステージ装置STGは、回転体SFの回転運動を直線運動に変換して、ステージを移動させる装置(例、Xステージ、XYステージ、XYZステージ)でもよい。
[ロボット装置]
次に、実施形態に係るロボット装置について説明する。図12は、実施形態に係るロボット装置を示す図である。図12には、ロボット装置RBTの一部(関節部分)を示した。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略装置または簡略化する。このロボット装置RBTは、第1アームAR1と、第2アームAR2と、関節部JTとを有している。第1アームAR1は、関節部JTを介して、第2アームAR2と接続されている。
次に、実施形態に係るロボット装置について説明する。図12は、実施形態に係るロボット装置を示す図である。図12には、ロボット装置RBTの一部(関節部分)を示した。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略装置または簡略化する。このロボット装置RBTは、第1アームAR1と、第2アームAR2と、関節部JTとを有している。第1アームAR1は、関節部JTを介して、第2アームAR2と接続されている。
第1アームAR1は、腕部101、軸受101a、及び軸受101bを備えている。第2アームAR2は、腕部102および接続部102aを有する。接続部102aは、関節部JTにおいて、軸受101aと軸受101bの間に配置されている。接続部102aは、回転体SFRと一体的に設けられている。回転体SFRは、関節部JTにおいて、軸受101aと軸受101bの両方に挿入されている。回転体SFRのうち軸受101bに挿入される側の端部は、軸受101bを貫通して減速機RGに接続されている。
減速機RGは、駆動装置MTRに接続されている。減速機RGは、駆動装置MTRの回転を、所定の変速比で減速して回転体SFRに伝達する。駆動装置MTRの回転体の負荷側端部は、減速機RGに接続されている。また、駆動装置MTRの回転体の反負荷側端部には、エンコーダ装置ECのスケールが取り付けられている。
ロボット装置RBTは、駆動装置MTRを駆動して回転体を回転させると、この回転が減速機RGを介して回転体SFRに伝達される。回転体SFRの回転により接続部102aが一体的に回転し、第2アームAR2が第1アームAR1に対して回転する。その際に、エンコーダ装置ECは、駆動装置MTRの回転体の回転位置情報を検出する。ロボット装置RBTは、エンコーダ装置ECから出力される回転位置情報を用いて、第2アームAR2の位置を制御する。ロボット装置RBTは、エンコーダ装置ECが補正処理に基づいた回転位置情報を出力するので、第2アームAR2の位置が高精度に制御される。なお、ロボット装置RBTは、上記の構成に限定されず、駆動装置MTRは、関節を備える各種ロボット装置に適用できる。
上述の実施形態において、誤差算出装置30は、例えばコンピュータシステムを含む。誤差算出装置30は、記憶装置に記憶されている誤差算出プログラムを読み出し、この誤差算出プログラムに従って各種の処理を実行する。この誤差算出プログラムは、例えば、
コンピュータに、第1軸に中間軸を介して接続される第2軸と中間軸とがそれぞれ整数回転した際の第1軸の角度位置を第1エンコーダによって検出した検出結果に基づいて、第1エンコーダの検出結果に対する第1補正情報を生成することと、第1軸と中間軸とがそれぞれ整数回転した際の第2軸の角度位置を第2エンコーダによって検出した検出結果に基づいて、第2エンコーダの検出結果に対する第2補正情報を生成することと、を実行させる。この誤差算出プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体(例、非一時的な記録媒体、non-transitory tangible media)に記録されて提供されてもよい。
コンピュータに、第1軸に中間軸を介して接続される第2軸と中間軸とがそれぞれ整数回転した際の第1軸の角度位置を第1エンコーダによって検出した検出結果に基づいて、第1エンコーダの検出結果に対する第1補正情報を生成することと、第1軸と中間軸とがそれぞれ整数回転した際の第2軸の角度位置を第2エンコーダによって検出した検出結果に基づいて、第2エンコーダの検出結果に対する第2補正情報を生成することと、を実行させる。この誤差算出プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体(例、非一時的な記録媒体、non-transitory tangible media)に記録されて提供されてもよい。
なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の1つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。
1・・・第1エンコーダ、2・・・第2エンコーダ、21・・・補正部、22・・・処理部、23・・・記憶部、25・・・第1補正部、26・・・第2補正部、27・・・第3補正部、BD・・・駆動部、D1・・・第1補正情報、D2・・・第2補正情報、D3・・・第3補正情報、EC・・・エンコーダ装置、G1・・・第1歯車、G2・・・第2歯車、G3・・・第3歯車、G4・・・第4歯車、Sa・・・スケール、Sb・・・スケール、TB・・・回転テーブル、AX1・・・第1軸、AX2・・・第2軸、AX3・・・中間軸、MTR・・・駆動装置、RBT・・・ロボット装置、STG・・・ステージ装置
Claims (18)
- 第1軸の角度位置を検出する第1エンコーダと、
前記第1軸に中間軸を介して接続される第2軸の角度位置を検出する第2エンコーダと、
前記第1エンコーダの検出結果および前記第2エンコーダの検出結果を補正する補正部と、
前記補正部が補正した前記第1エンコーダの検出結果および前記補正部が補正した前記第2エンコーダの検出結果に基づいて、前記第1軸の多回転情報と前記第2軸の多回転情報とのうち一方または双方を検出する処理部と、を備え、
前記第1軸は、第1歯車を有し、
前記第2軸は、第2歯車を有し、
前記中間軸は、前記第1歯車にかみ合わされる第3歯車と、前記第2歯車にかみ合わされる第4歯車とを有し、
前記第3歯車の歯数は、前記第1歯車と前記第3歯車との歯数の差の整数倍である、
エンコーダ装置。 - 前記第4歯車の歯数は、前記第2歯車と前記第4歯車との歯数の差の整数倍である、
請求項1に記載のエンコーダ装置。 - 第1軸の角度位置を検出する第1エンコーダと、
前記第1軸に中間軸を介して接続される第2軸の角度位置を検出する第2エンコーダと、
前記第2軸と前記中間軸とがそれぞれ整数回転した際の前記第1エンコーダの検出結果に基づいて前記第1エンコーダの検出結果を補正し、前記第1軸と前記中間軸とがそれぞれ整数回転した際の前記第2エンコーダの検出結果に基づいて前記第2エンコーダの検出結果を補正する補正部と、
前記補正部が補正した前記第1エンコーダの検出結果および前記補正部が補正した前記第2エンコーダの検出結果に基づいて、前記第1軸の多回転情報と前記第2軸の多回転情報との一方または双方を検出する処理部と、を備える
エンコーダ装置。 - 前記第1軸は、第1歯車を有し、
前記第2軸は、第2歯車を有し、
前記中間軸は、前記第1歯車にかみ合わされる第3歯車と、前記第2歯車にかみ合わされる第4歯車とを有し、
前記第3歯車の歯数は、前記第1歯車と前記第3歯車との歯数の差の整数倍であり、
前記第4歯車の歯数は、前記第2歯車と前記第4歯車との歯数の差の整数倍である、
請求項3に記載のエンコーダ装置。 - 前記第1歯車の歯数と、前記第2歯車の歯数と、前記第3歯車の歯数と、前記第4歯車の歯数との比は、自然数であるnを用いて、
(n−1):n:n:(n+1)、
(n+1):n:n:(n−1)、
n:(n−1):(n+1):n、
n:(n+1):(n−1):n、
n:(n+1):(n+2):(n+3)、
n:(n+2):(n+1):(n+3)、
(n+1):n:(n+3):(n+2)、
(n+1):(n+3):n:(n+2)、
(n+2):n:(n+3):(n+1)、
(n+2):(n+3):n:(n+1)、
(n+3):(n+1):(n+2):n、又は
(n+3):(n+2):(n+1):n、で表される、
請求項1、請求項2、及び請求項4のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 - 前記第1軸と前記中間軸とがそれぞれ整数回転した際の前記第2エンコーダの検出結果から得られる第1補正情報および前記第2軸と前記中間軸とがそれぞれ整数回転した際の前記第1エンコーダの検出結果から得られる第2補正情報を記憶する記憶部を備え、
前記補正部は、
前記記憶部から取得される前記第1補正情報を用いて、前記第1エンコーダの検出結果を補正し、
前記記憶部から取得される前記第2補正情報を用いて、前記第2エンコーダの検出結果を補正する、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 - 前記補正部は、
前記第2軸と前記中間軸とがそれぞれ整数回転した際の前記第1エンコーダの検出結果に基づいて前記第1エンコーダの検出結果を補正する第1補正部と、
前記第1軸と前記中間軸とがそれぞれ整数回転した際の前記第2エンコーダの検出結果に基づいて前記第2エンコーダの検出結果を補正する第2補正部と、を備える、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 - 前記補正部は、
前記第1軸と前記第2軸との変速比に基づいて、前記第1補正部が補正した前記第1エンコーダの検出結果と前記第2補正部が補正した前記第2エンコーダの検出結果との一方または双方を補正する第3補正部を備える、
請求項7に記載のエンコーダ装置。 - 前記第1エンコーダの補正後の検出結果、前記第2エンコーダの補正後の検出結果、及び前記第1軸と前記第2軸との変速比に基づいて生成される、第3補正情報を記憶する記憶部を備え、
前記第3補正部は、前記第3補正情報に基づいて補正を実行する、
請求項8に記載のエンコーダ装置。 - 前記第3補正情報は、前記第1エンコーダの補正後の検出結果に対して前記変速比を用いて算出される前記第2軸の角度位置と、前記第2エンコーダの補正後の検出結果から得られる前記第2軸の角度位置と、に基づいて生成される、
請求項9に記載のエンコーダ装置。 - 前記第3補正情報は、前記第2エンコーダの補正後の検出結果に対して前記変速比を用いて算出される前記第1軸の角度位置と、前記第1エンコーダの補正後の検出結果から得られる前記第1軸の角度位置と、に基づいて生成される、
請求項9または請求項10に記載のエンコーダ装置。 - 前記第1軸に設けられる第1スケールと、
前記第2軸に設けられる第2スケールと、を備える請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 - 請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、
前記第1軸に駆動力を供給する駆動部と、を備える駆動装置。 - 請求項13に記載の駆動装置と、
前記駆動装置によって移動するステージと、を備えるステージ装置。 - 請求項13に記載の駆動装置と、
前記駆動装置によって移動するアームと、を備えるロボット装置。 - 第1軸の角度位置を検出する第1エンコーダと、前記第1軸に中間軸を介して接続される第2軸の角度位置を検出する第2エンコーダとを備えるエンコーダ装置の製造方法であって、
第1歯車を有する前記第1軸を配置することと、
第2歯車を有する前記第2軸を配置することと、
前記第1歯車にかみ合わされる第3歯車と、前記第2歯車にかみ合わされる第4歯車とを有する中間軸を配置することと、を含み、
前記第3歯車の歯数は、前記第1歯車と前記第3歯車との歯数の差の整数倍である、エンコーダ装置の製造方法。 - 前記第1歯車の歯数と前記第3歯車の歯数とを選定することと、
前記選定された歯数の前記第1歯車を有する前記第1軸を形成することと、
前記選定された歯数の前記第3歯車を有する前記中間軸を形成することと、を含む
請求項16に記載のエンコーダ装置の製造方法。 - 第1軸の角度位置をエンコーダ装置の第1エンコーダによって検出することと、
前記第1軸に中間軸を介して接続される第2軸の角度位置を前記エンコーダ装置の第2エンコーダによって検出することと、
前記第2軸と前記中間軸とがそれぞれ整数回転した際の前記第1エンコーダの検出結果に基づいて、前記第1エンコーダの検出結果に対する第1補正情報を生成することと、
前記第1軸と前記中間軸とがそれぞれ整数回転した際の前記第2エンコーダの検出結果に基づいて、前記第2エンコーダの検出結果に対する第2補正情報を生成することと、
前記第1補正情報および前記第2補正情報を、前記エンコーダ装置の記憶部に記憶させることと、を含むエンコーダ装置の製造方法。
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