JP2019039704A - エンコーダの校正値生成方法、エンコーダの校正値生成システム及びエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】廉価で低精度なエンコーダであっても、検出位置データを高精度に校正可能な校正値生成システム等を提供する。
【解決手段】被検出パターンを有するスケール１１，２１と、被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサ１３，２３と、スケール１１，２１と検出センサ１３，２３との位置関係を算出する位置算出器１４，２４とを有する校正エンコーダ１０及びマスターエンコーダ２０を備え、マスターエンコーダ２０の検出位置データを基に、校正エンコーダ１０の検出位置データの校正値を生成する。マスターエンコーダ２０は、校正エンコーダ１０よりも高精度且つ高分解能を有し、位置算出器１４は、所定の位置間隔毎にタイミング信号を出力し、校正値生成部２５は位置算出器１４からのタイミング信号に応じた位置データと、タイミング信号が出力されたときに位置算出器２４から得られる位置データとを比較して校正値を生成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、物体の位置を検出するエンコーダ、並びに当該エンコーダの検出値を校正するための校正値生成方法及び校正値生成システムに関する。

上記エンコーダとして、従来から、モータの回転速度及び回転角度位置を検出するためのロータリエンコーダや、直線移動軸における物体の移動位置を検出するためのリニアエンコーダなどが知られている。

これらのエンコーダは、一般的に、目盛りに相当する被検出パターンが形成されたスケールと、このスケールに形成された被検出パターンを検出し、検出した被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサと、検出センサから出力された検出信号を基に前記スケールと前記検出センサとの相対的な位置関係を算出する位置算出器とを備えて構成され、前記スケールと検出センサとが相対的に移動可能に設けられている。

そして、従来、例えば、前記ロータリエンコーダには、図４に示すようなセパレートタイプのものと、図５に示すようなユニットタイプのものが知られている。

図４に例示したロータリエンコーダ１００は、適宜回転体に取り付けられるリング状のスケール１０１と、このスケール１０１の外周面と対峙するように固定される検出ヘッド１０２とから構成される。スケール１０１は、被検出パターンとして、その外周面に、中心軸と平行且つ所定ピッチ間隔で形成された目盛りを有している。

また、前記検出ヘッド１０２には、検出センサ及び位置算出器が内蔵されている。検出センサは、スケール１０２が回転することによって生じる磁界の変動（サイン曲線を描く変動）から、スケール１０２の相対的な回転角度位置を検出し、位置算出器は検出センサによって検出された相対的な回転角度位置を基に、所定の原点となる角度位置（回転原点）からのスケール１０２の現在の回転角度位置を算出し、算出した角度位置に係る信号を外部に出力する。

このような構成のロータリエンコーダ１００は、スケールと検出ヘッドとが分離し、一体にはなっていないので、ユーザが設計する多種多様な構成の回転装置に適用可能であり、従来、例えば、特開２０１１−３８７７６号公報に開示されるように、テーブルの回転角度を検出するために使用されている。この特開平２０１１−３８７７６号公報に開示されたロータリエンコーダは、スケールに相当するロータがテーブルに取り付けられ、検出ヘッドに相当するセンサがロータの外周面と対峙するように適宜固定されている。

一方、図５に示したユニットタイプのロータリエンコーダ１１０は、上述したセパレートタイプのロータリエンコーダ１００と同様のリング状スケール及び検出ヘッドを、所定のケーシング１１１内に収納した構成を備える。リング状スケールはケーシング内で回転自在に支持され、また、検出ヘッドは、ケーシング１１１内でリング状スケールの外周面と対峙するように固定される。そして、このロータリエンコーダ１１０においても、スケールの回転によって生じる磁界の変動から、スケールの相対的な回転角度位置が検出センサによって検出され、検出センサによって検出された相対的な回転角度位置を基に、所定の原点となる角度位置（回転原点）からのスケールの現在の回転角度位置が位置算出器によって算出され、算出された回転角度位置に係る信号（データ）が外部に出力される。

このように構成されるユニットタイプのロータリエンコーダ１１０は、例えば、モータのように、検出対象の回転体が適宜ケーシング内に収納され、回転体の回転軸がケーシングから延出された装置において、当該回転体の回転角度位置や回転速度を検出するために用いられ、前記回転軸にスケールが連結された状態で前記ケーシングに取り付けられて使用される。

特開２０１１−３８７７６号公報

ところで、前記ユニットタイプのロータリエンコーダ１１０は、一般的に、高い検出精度を得るために、スケールと検出ヘッドの位置関係が極めて高精度に調整されている。したがって、ユニットタイプのロータリエンコーダ１１０は、一般的に高価なものとなっている。

一方、セパレートタイプのロータリエンコーダ１００は、事前調整が不要であるため比較的廉価ではあるが、ユーザサイドにおいて、スケール１０１を回転体に取り付ける取付精度や、スケール１０１と検出ヘッド１０２との位置合わせを高精度に調整する必要があり、このため調整作業に長時間を要するというデメリットがあった。

また、セパレートタイプのロータリエンコーダ１００は、ユニットタイプのものに比べて高い検出精度を実現し難く、したがって、検出される回転角度位置データを校正する必要があるが、この校正値を得るために、従来は、オートコリメータやポリゴンミラーを用いた測定を行う必要があり、この測定作業に長時間を要するという問題があった。また、校正のために長時間を掛けたとしても、測定できるポイント（角度位置）は数点しかないため、これら測定点の間の角度については補間処理によって校正値を生成する他は無く、このため、極めて粗い校正しか実現できず、この意味においても、高い検出精度を実現することができないものであった。

したがって、廉価なセパレートタイプのロータリエンコーダを用い、このロータリエンコーダを使用可能な程度の精度で取り付け、位置算出器によって算出される回転角度位置データを高精度に校正できれば、廉価なロータリエンコーダを用いながらも高精度な回転角度位置データを得ることができて有益である。

また、ユニットタイプのロータリエンコーダについても、スケール及び検出ヘッドの取付精度を比較的緩やかなものとした廉価なものを製造し、その検出角度位置データを高精度に校正するようにすれば、廉価なユニットタイプのロータリエンコーダを提供することができる。

このような問題は、何もロータリエンコーダに限られるものではなく、リニアエンコーダにおいても同様であり、位置算出器によって算出される位置データを高精度に校正できれば、廉価な構成のリニアエンコーダを用いて、高精度な位置データを検出することが可能となる。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、廉価な構成のエンコーダでありながら、高精度な位置データを検出することができるエンコーダ、並びに廉価で比較的低精度のエンコーダであっても、その検出位置データを高精度に校正可能な校正値の生成方法及び生成システムの提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、
目盛りに相当する被検出パターンを有するスケールと、該スケールの被検出パターンを検出し、検出した被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサと、該検出センサから出力された検出信号を基に前記スケールと前記検出センサとの相対的な位置関係を算出する位置算出器とをそれぞれ有し、前記スケールと検出センサとが相対的に移動可能に設けられた校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダを用い、前記マスターエンコーダによって検出される位置データを基に、前記校正対象エンコーダによって検出される位置データの校正値を生成する方法であって、
前記マスターエンコーダは、前記校正対象エンコーダよりも高精度且つ高分解能を有し、
前記校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及び前記マスターエンコーダのスケールと検出センサとをそれぞれ同期させて相対的に移動させた状態で、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データと、前記マスターエンコーダの位置算出器にから得られる位置データとをリアルタイムに比較してその差分値を算出し、得られた差分値を基に、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データの校正値を生成するようにした校正値生成方法に係る。

そして、この校正値生成方法は、目盛りに相当する被検出パターンを有するスケールと、該スケールの被検出パターンを検出し、検出した被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサと、該検出センサから出力された検出信号を基に前記スケールと前記検出センサとの相対的な位置関係を算出する位置算出器とをそれぞれ有し、前記スケールと検出センサとが相対的に移動可能に設けられた校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダを備えて構成され、前記マスターエンコーダによって検出される位置データを基に、前記校正対象エンコーダによって検出される位置データの校正値を生成する校正値生成システムであって、
前記マスターエンコーダは、前記校正対象エンコーダよりも高精度且つ高分解能を有し、
前記校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及び前記マスターエンコーダのスケールと検出センサとをそれぞれ同期させて相対的に移動させた状態で、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データと、前記マスターエンコーダの位置算出器から得られる位置データとをリアルタイムに比較してその差分値を算出し、得られた差分値を基に、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データの校正値を生成する校正値生成装置を更に備えた校正値生成システムによって好適に実施される。

この態様の校正値生成システムによれば、まず、校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及び前記マスターエンコーダのスケールと検出センサとをそれぞれ同期させて相対的に移動させる。即ち、例えば、校正対象エンコーダの検出センサ及びマスターエンコーダの検出センサ、又は校正対象エンコーダのスケール及びマスターエンコーダのスケールをそれぞれ移動体に取り付けて当該移動体を移動させる。

そして、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データと、前記マスターエンコーダの位置算出器から得られる位置データとが、前記校正値生成装置により、リアルタイムに比較されてその差分値が算出され、ついで算出された差分値を基に、前記校正対象エンコーダから出力される位置データに対する校正値が生成される。

前記マスターエンコーダは、前記校正対象エンコーダよりも高精度且つ高分解能を備えている。したがって、校正対象エンコーダから出力される位置データと、マスターエンコーダから出力される位置データとをリアルタイムに比較することにより、校正対象エンコーダによって検出される位置データの正確な誤差を算出することができ、正確な校正値を算出することができる。

更に、校正対象エンコーダから出力される位置データと、マスターエンコーダから出力される位置データとをリアルタイムに比較するようにしているので、校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及びマスターエンコーダのスケールと検出センサとをそれぞれ相対的に移動させた状態で前記校正値を生成することができ、当該校正値を短時間の内に得ることができる。また、校正対象エンコーダの分解能に応じ、当該分解能に応じた点数の校正値を生成することができる。

尚、本発明では、校正対象エンコーダから出力される位置データと、マスターエンコーダから出力される位置データとをリアルタイムに比較することが肝要であり、このようにリアルタイムに比較するためには、例えば、校正対象エンコーダから前記校正値生成装置に位置データを送信するタイミングと、マスターエンコーダから前記校正値生成装置に位置データを送信するタイミングとを一致させることで実現することができる。

また、本発明は、
目盛りに相当する被検出パターンを有するスケールと、該スケールの被検出パターンを検出し、検出した被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサと、該検出センサから出力された検出信号を基に前記スケールと前記検出センサとの相対的な位置関係を算出する位置算出器とをそれぞれ有し、前記スケールと検出センサとが相対的に移動可能に設けられた校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダを用い、前記マスターエンコーダによって検出される位置データを基に、前記校正対象エンコーダによって検出される位置データの校正値を生成する方法であって、
前記マスターエンコーダは、前記校正対象エンコーダよりも高精度且つ高分解能を有し、
前記校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及び前記マスターエンコーダのスケールと検出センサとをそれぞれ同期させて相対的に移動させた状態で、前記校正対象エンコーダの位置算出器から所定位置間隔毎にタイミング信号を出力させ、このタイミング信号に応じた位置データと、該タイミング信号が出力されたときに前記マスターエンコーダの位置算出器から得られる位置データとを比較してその差分値を算出し、得られた差分値を基に、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データの校正値を生成するようにした校正値生成方法に係る。

そして、この態様の校正値生成方法は、
目盛りに相当する被検出パターンを有するスケールと、該スケールの被検出パターンを検出し、検出した被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサと、該検出センサから出力された検出信号を基に前記スケールと前記検出センサとの相対的な位置関係を算出する位置算出器とをそれぞれ有し、前記スケールと検出センサとが相対的に移動可能に設けられた校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダを備えて構成され、前記マスターエンコーダによって検出される位置データを基に、前記校正対象エンコーダによって検出される位置データの校正値を生成する校正値生成システムであって、
前記マスターエンコーダは、前記校正対象エンコーダよりも高精度且つ高分解能を有し、
前記校正対象エンコーダの位置算出器は、該校正対象エンコーダのスケールと検出センサとが相対的に移動しているときに、所定の位置間隔毎にタイミング信号を出力するように構成され、
前記マスターエンコーダは、前記校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及び前記マスターエンコーダのスケールと検出センサとがそれぞれ同期して相対的に移動した状態で、前記校正対象エンコーダの位置算出器から出力されるタイミング信号を受信し、受信したタイミング信号に応じた位置データと、該タイミング信号が出力されたときに該マスターエンコーダの位置算出器から得られる位置データとを比較してその差分値を算出し、得られた差分値を基に、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データの校正値を生成する校正値生成部を更に備えた校正値生成システムによって好適に実施される。

この態様の校正値生成システムによれば、上述した態様の校正値生成システムと同様に、まず、校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及び前記マスターエンコーダのスケールと検出センサとをそれぞれ同期させて相対的に移動させる。

そして、これらスケール及び検出センサが同期して相対的に移動している状態で、前記校正対象エンコーダの位置算出器から前記マスターエンコーダの校正値生成部に対して所定の位置間隔毎にタイミング信号が出力され、校正値生成部は受信したタイミング信号に応じた位置データと、該タイミング信号が出力されたときに該マスターエンコーダの位置算出器から得られる位置データとを比較してその差分値を算出し、ついで算出した差分値を基に、前記校正対象エンコーダから出力される位置データに対する校正値を生成する。

前記校正対象エンコーダから出力されるタイミング信号のデータ量は極めて小さく、したがってその送信時間は極めて短い時間（瞬時）であるので、このタイミング信号が出力された時点と、前記マスターエンコーダの位置算出器によって位置データが算出される時点とは、実質的に同じ時刻である、即ち、これら両時点はリアルタイムであると見做すことができる。

斯くして、この態様の校正値生成システムにおいても、マスターエンコーダは校正対象エンコーダよりも高精度且つ高分解能を備えており、また、校正対象エンコーダから出力されたタイミング信号に応じた位置データと、このタイミング信号が出力されたときにマスターエンコーダの位置算出器から得られる位置データとを比較、言い換えれば、校正対象エンコーダから得られる位置データと、マスターエンコーダから得られる位置データとをリアルタイムに比較することによって、校正対象エンコーダから出力される位置データに対する校正値を生成するようにしているので、校正対象エンコーダによって検出される位置データの正確な誤差を算出することができ、正確な校正値を算出することができる。

また、校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及びマスターエンコーダのスケールと検出センサとをそれぞれ相対的に移動させた状態で前記校正値を生成することができるので、当該校正値を短時間の内に得ることができ、また、校正対象エンコーダの分解能に応じ、当該分解能に応じた点数の校正値を生成することができる。

尚、この態様の校正値生成システムでは、更に、前記校正値生成部によって生成された校正値を記憶する校正値記憶部を備えているのが好ましい。校正値が生成される度に、当該校正値を外部に出力するようにすると、校正値の生成に要する時間が校正値の出力に要する時間よりも短い場合には、適正に校正値を出力することができないという不都合を生じる。上記のように、順次生成される校正値を一旦校正値記憶部に格納し、全ての校正値が生成された後に、得られた校正値を一時に出力するようにすれば、全ての校正値を確実かつ適正に出力することができる。

また、本発明における前記校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダには、光学式及び磁気式などの各種検出形式のものが含まれ、また、リニアエンコーダやロータリエンコーダなど検出用途に応じた各種構造のものが含まれ、更に、スケールと検出センサ及び位置算出器とが分離されたセパレートタイプのものや、スケールと検出センサ及び位置算出器とが予め組み付けられたユニットタイプのものが含まれる。

そして、本発明において、前記校正対象エンコーダとマスターエンコーダとは、その機械的な構造が異なるものであっても良い。例えば、校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダの内、一方が光学式で他方が磁気式であっても良い。或いは、校正対象エンコーダがセパレートタイプで、マスターエンコーダがユニットタイプであっても良い。

また、校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダが、それぞれロータリエンコーダである場合には、これら校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダを同軸に配設するのが好ましい。

また、本発明は、
目盛りに相当する被検出パターンを有するスケールと、
前記スケールの被検出パターンを検出し、検出した被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサと、
前記検出センサから出力された検出信号を基に前記スケールと前記検出センサとの相対的な位置関係を算出する位置算出器と、
前記位置算出器から得られる位置データの校正値を記憶する校正値記憶部と、
前記位置算出器から得られた位置データを前記校正値記憶部に記憶された校正値により校正して出力するデータ校正部とを備えたエンコーダに係る。

このエンコーダによれば、予め校正された位置データが出力されるので、エンコーダから出力される位置データを、事後的な処理を加えることなくそのまま使用することができ、後工程におけるデータ処理を軽減することができる。

本発明によれば、校正対象エンコーダから出力される位置データと、マスターエンコーダから出力される位置データとをリアルタイムに比較するようにしているので、校正対象エンコーダによって検出される位置データの正確な誤差を算出することができ、正確な校正値を算出することができる。

また、校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及びマスターエンコーダのスケールと検出センサとをそれぞれ相対的に移動させた状態で校正値を生成することができるので、当該校正値を短時間の内に得ることができる。また、校正対象エンコーダの分解能に応じた点数の校正値を生成することができる。

本発明の一実施形態に係る校正値生成システムの概略構成を示した正面図である。 本実施形態に係る校正対象ロータリエンコーダ及びマスターロータリエンコーダの概略構成を示したブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る校正対象ロータリエンコーダ及びマスターロータリエンコーダの概略構成を示したブロック図である。 一般的なセパレートタイプのロータリエンコーダを示した斜視図である。 一般的なユニットタイプのロータリエンコーダを示した斜視図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る校正値生成システムの概略構成を示した正面図であり、図２は、本実施形態に係る校正対象ロータリエンコーダ及びマスターロータリエンコーダの概略構成を示したブロック図である。

図１に示すように、本例の校正値生成システム１は、主軸ユニット３０の後端部（図示右側端部）に設けられる。主軸ユニット３０は、主軸３２、この主軸３２を回転自在に支持するハウジング３１、ハウジング３１内に設けられて主軸３２を回転させる主軸モータ（図示せず）などから構成される。また、主軸３２は、その前端部３２ａがハウジング３１の前端部から前方に突出し、その後端部は大径部３２ｂ及びその先端側の小径部３２ｃからなる段付き形状を有し、これら大径部３２ｂ及び小径部３２ｃがハウジング３１の後端部から後方に突出している。

前記校正値生成システム１は、校正対象のロータリエンコーダ（以下、「校正エンコーダ」という。）１０、マスターとなるロータリエンコーダ（以下、「マスターエンコーダ」という。）２０、並びにこれらを主軸３２の後端小径部３２ｃ及びハウジング３１の後端部に取り付けるための取付部材２，３から構成される。取付部材２は円筒状をした部材で、前記大径部３２ｂ及び小径部３２ｃを収納した状態で、ハウジング３１の後端部に取り付けられている。また、取付部材３は中心穴を備えた円板状の部材で、中心穴から前記小径部３２ｃが突出した状態で取付部材２取り付けられ、当該取付部材２の開口部を閉塞している。

尚、主軸ユニット３０は、その通常の使用態様において、前記取付部材２，３及び校正エンコーダ１０が取り付けられており、校正エンコーダ１０によって検出される主軸３２の回転角度位置を基に、図示しない制御装置によってその作動が制御される。

［校正エンコーダ］
前記校正エンコーダ１０は、前記主軸ユニット３０を構成する主軸３２の回転角度位置及び回転速度を検出するために当該主軸ユニット３０に設けられるもので、図１及び図２に示すように、スケール１１及び検出ヘッド１２から構成される。スケール１１は、図４に示した従来のリング状のスケール１０１と同様の構成を備えるものであり、被検出パターンとして、その外周面に、その中心軸と平行な筋状の歯が所定ピッチ間隔で形成されている。このスケール１１は、図１に示すように、主軸３２の後部側の小径部３２ｃに当該主軸３２と同軸となるように外嵌され、大径部３２ｂの端面に螺着されている。

また、前記検出ヘッド１２は、前記スケール１１の外周面と対峙するように、前記取付部材２の内周面に固定される。この検出ヘッド１２は、図２に示すように、検出センサ１３，図示しないバイアス磁石，位置算出器１４，データ校正部１５，校正値記憶部１６，及びデータ入出力部１７から構成される。尚、位置算出器１４，データ校正部１５，校正値記憶部１６及びデータ入出力部１７はそれぞれ適宜電子回路を備えた電子ディバイスによって実現される。

前記バイアス磁石（図示せず）はバイアス磁界を生じさせ、検出センサ１３は、筋状の歯を備えたスケール１１が回転することによって生じるバイアス磁界の変動（サイン曲線を描く変動）から、スケール１１の相対的な回転角度位置を自身の分解能に応じた回転角度間隔毎に検出し、位置算出器１４は、検出センサ１３によって検出された相対的な回転角度位置を基に、予め定められた原点となる角度位置（回転原点）からのスケール１１の現在の回転角度位置を算出し、算出した回転角度位置データをデータ校正部１５に出力するとともに、前記検出センサ１３の分解能に応じた回転角度間隔毎にタイミング信号（例えば、クロック信号）を、詳しくは後述するマスターエンコーダ２２の校正値生成部２５に送信する処理を行う。尚、本例において、校正エンコーダ１０の回転原点は測定の基点となるもので、位置算出器１４は、スケール１１に対して設定されたこの回転原点を基点として、校正値生成部２５へのタイミング信号の出力を開始する。

前記データ校正部１５は、前記位置算出器１４から出力された回転角度位置に、前記校正値記憶部１６に格納された当該回転角度位置に対応した校正値を加算することによって当該回転角度位置を校正し、校正した回転角度位置データを前記データ入出力部１７から外部に出力する。尚、校正値記憶部１６には、回転角度位置に対応した校正値が前記データ入出力部１７を介して外部から予め格納される。

［マスターエンコーダ］
前記マスターエンコーダ２０は、前記校正エンコーダ１０の位置算出器１４により算出される回転角度位置の校正値を生成するために設けられるものであって、スケール２１及び検出ヘッド２２を有し、これらが所定のケーシング２０ａ内に収納された構成を備える。

スケール２１は、前述のスケール１１と同様に、リング形状を有し、その外周面には、被検出パターンとして、所定ピッチ間隔で規則的に磁化された磁性塗料が塗布されており、前記ケーシング２０ａ内で回転自在に支持されている。このマスターエンコーダ２０は、前記スケール２１の中心穴が前記主軸３２の小径部３２ｃに外嵌した状態で当該小径部３２ｃに連結され、この状態でケーシング２０ａが前記取付部材３に固着されている。斯くして、マスターエンコーダ２０のスケール２１は校正エンコーダ１０のスケール１１及び主軸３２と同軸となるように当該主軸３２に取り付けられ、これらスケール１１，２１は同期して主軸３２と共に回転する。

また、前記検出ヘッド２２は、ケーシング２０ａ内でスケール２１の外周面と対峙するように固設されており、図２に示すように、検出センサ２３，位置算出器２４，校正値生成部２５，校正値記憶部２６及びデータ出力部２７から構成される。尚、これら位置算出器２４，校正値生成部２５，校正値記憶部２６及びデータ出力部２７はそれぞれ適宜電子回路を備えた電子ディバイスによって実現される。

前記検出センサ２３は、磁界の変化を検出する磁気抵抗素子であり、スケール２１が回転することによって生じる磁界の変動（サイン曲線を描く変動）から、スケール２１の相対的な回転角度位置を自身の分解能に応じて検出し、位置算出器２４は検出センサ２３によって検出された相対的な回転角度位置を基に、予め定められた原点となる角度位置（回転原点）からのスケール２１の現在の回転角度位置を算出し、算出した回転角度位置を校正値生成部２５に出力するとともに、データ出力部２７から外部に出力する。

また、この検出センサ２３は、校正エンコーダ１０の検出センサ１３よりも高い分解能を有しており、当該検出センサ１３よりも細かい単位の回転角度位置を検出可能になっている。

前記校正値生成部２５は、前記校正エンコーダ１０の位置算出器１４から出力されるタイミング信号を受信し、受信したタイミング信号に応じた回転角度位置（即ち、このタイミング信号が出力されたときに位置算出器１４によって算出される回転角度位置）と、該タイミング信号が出力されたとき、言い換えれば、該タイミング信号を受信したときに前記位置算出器２４によって算出される回転角度位置を基に、測定開始時（即ち、最初のタイミング信号を受信した時）を基点として算出したスケール２１の相対的な回転角度位置とを比較してその差分値を算出し、得られた差分値の正負を反転させて、当該タイミング信号が出力されたときに前記位置算出器１４によって算出される回転角度位置に対応した校正値とするとともに、当該回転角度位置と校正値とを相互に関連付けて前記校正値記憶部２６に格納する処理を行う。

尚、校正値生成部２５は、スケール１１の回転原点を測定開始点（基点）として出力されたタイミング信号を基準に、以後、タイミング信号を受信したその数をカウントし、タイミング信号の受信数に、タイミング信号が出力される回転角度間隔を乗じることにより、当該タイミング信号が出力されたときに前記位置算出器１４によって算出される回転角度位置を認識する。また、前記位置算出器２４によって算出される角度位置データは前記データ出力部２７を介して外部に出力され、前記校正値記憶部２６に格納された校正値データもこのデータ出力部２７を介して外部に出力することができる。そして、このようにして出力された校正値データは、前記データ入出力部１７を介して前記校正値記憶部１６に格納される。

以上の構成を備えた本例の校正値生成システム１によれば、まず、前記主軸ユニット３０を駆動して主軸３２を回転させ、これにより校正エンコーダ１０のスケール１１と、マスターエンコーダ２０のスケール２１とを同期して回転させる。尚、この時点では、校正エンコーダ１０の校正値記憶部１６及びマスターエンコーダ２０の校正値記憶部２６には、いずれも校正値データが格納されていないものとする。

そして、このようにスケール１１，２１が同期して回転している状態で、前記校正エンコーダ１０では、その位置算出器１４によって、スケール１１（即ち、主軸３２）の回転原点からの現在の回転角度位置が算出され、算出された回転角度位置がデータ校正部１５に出力されるとともに、回転原点を基点として所定の回転角度間隔毎にタイミング信号がマスターエンコーダ２２の校正値生成部２５に送信される。

そして、データ校正部１５では、前記位置算出器１４から出力された回転角度位置に、前記校正値記憶部１６に格納された当該回転角度位置に対応した校正値を加算することによって当該回転角度位置を校正する処理を行い、校正した回転角度位置データを前記データ入出力部１７を介して外部に出力する。但し、この時点では、校正値記憶部１６には校正値データが格納されていないので、位置算出器１４から出力された回転角度位置データがデータ校正部１５を経由して、データ入出力部１７からそのまま外部に出力される。

一方、マスターエンコーダ２０では、位置算出器２４によって、スケール２１（即ち、主軸３２）の回転原点からの現在の回転角度位置が算出され、算出された回転角度位置が校正値生成部２５に出力されるとともに、データ出力部２７から外部に出力される。

そして、校正値生成部２５は、前記位置算出器１４から出力されるタイミング信号を受信して、このタイミング信号を受信したときに位置算出器２４によって算出される回転角度位置を基に、測定開始時点を基点として算出したスケール２１の相対的な回転角度位置と、受信したタイミング信号に応じたスケール１１の回転角度位置、即ち、測定開始時点を基点としたスケール１１の回転角度位置との差分値を算出し、得られた差分値の正負を反転させて、当該タイミング信号を出力したときに位置算出器１４によって算出される回転角度位置に対応した校正値とするとともに、当該回転角度位置と校正値とを相互に関連付けて校正値記憶部２６に格納する。

このようにして、スケール１１をその回転原点から１回転させたときに、前記位置算出器１４によって算出される回転角度位置であって、検出センサ１３の分解能によって決定される回転角度間隔毎の回転角度位置に対する校正値が前記校正値生成部２５によって生成され、対応する回転角度位置と校正値とが相互に関連付けられて校正値記憶部２６に格納される。

尚、位置算出器１４から出力されるタイミング信号のデータ量は極めて小さく、したがってその送信時間は極めて短い時間（瞬時）であるので、このタイミング信号が出力された時点と、前記位置算出器２４によって回転角度位置が算出される時点とは、実質的に同じ時刻である、即ち、これら両時点はリアルタイムであると見做すことができる。

斯くして、この校正値生成システム１によれば、前記マスターエンコーダ２０の検出センサ２３は、校正エンコーダ１０の検出センサ１３よりも高い分解能、即ち、高い検出精度を備えており、また、校正エンコーダ１０の位置算出器１４により算出される測定開始時点からのスケール１１の回転角度位置と、マスターエンコーダ２０の位置算出器２４から得られる測定開始時点からのスケール２１の回転角度位置とをリアルタイムに比較することによって、当該位置算出器１４により算出される回転角度位置の校正値を生成するようにしているので、当該回転角度位置に対する正確な校正値を算出することができる。

また、校正エンコーダ１０のスケール１１と、マスターエンコーダ２０のスケール２１とを主軸３２に連結させ、これらスケール１１，２１及び主軸３２を同期した状態で回転させながら校正エンコーダ１０に対する校正値を生成することができるので、当該校正値を短時間の内に得ることができる。また、校正エンコーダ１０（検出センサ１３）の分解能に対応した点数の校正値を生成することができるので、当該校正エンコーダ１０によって検出される回転角度位置データをより高精度に校正することができる。

以上のようにして、位置算出器１４によって算出される回転角度位置に対する校正値が、マスターエンコーダ２０の校正値記憶部２６に格納されると、このデータがデータ出力部２７から外部の適宜記録媒体に出力され、ついで、この記録媒体から、前記校正エンコーダ１０のデータ入出力部１７を介してその校正値記憶部１６に格納される。

校正値生成部２５によって校正値が生成される度に、当該校正値を外部に出力するようにすると、校正値の生成に要する時間が校正値の出力に要する時間よりも短い場合には、適正に校正値を出力することができないという不都合を生じる。校正値生成部２５によって順次生成される校正値を一旦校正値記憶部２６に格納し、全ての校正値が生成された後に、得られた校正値を一時に出力するようにすれば、全ての校正値を確実かつ適正に出力することができる。

そして、上記のようにして、校正値記憶部１６に校正値が格納されると、前記マスターエンコーダ２０が主軸３２及び取付部材３から取り外され、以後、主軸ユニット３０は、校正エンコーダ１０によってその主軸３２の回転角度位置が検出され、これに応じて、適宜制御装置によってその作動が制御される。

即ち、校正エンコーダ１０では、主軸３２が回転して、これと共にスケール１１が回転すると、位置算出器１４によりスケール１１（即ち、主軸３２）の回転原点を基準とした回転角度位置が、検出センサ１３の分解能に応じた回転角度間隔毎に順次算出される。そして、算出された各回転角度位置は、データ校正部１５において、校正値記憶部１６に格納された校正値に基づいて校正され、校正後の回転角度位置データがデータ入出力部１７から外部に出力される。

斯くして、この校正エンコーダ１０によれば、予め校正された回転角度位置が出力されるので、校正エンコーダ１０から出力される回転角度位置を、事後的な処理を加えることなくそのまま使用することができ、後工程におけるデータ処理を軽減することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

例えば、上例では、校正エンコーダ１０の位置算出器１４によって算出される回転角度位置と、マスターエンコーダ２０の位置算出器２４によって算出される回転角度位置とをリアルタイムに比較するために、前記位置算出器１４から校正値生成部２５にタイミング信号を出力するように構成し、校正値生成部２５では、受信したタイミング信号に応じたスケール１１の回転角度位置と、このタイミング信号を受信したときに位置算出器２４によって算出される回転角度位置との差分値から校正値を生成するように構成したが、位置算出器１４によって算出される回転角度位置と、位置算出器２４によって算出される回転角度位置とをリアルタイムに比較することができれば、このような構成に限られるものではない。

例えば、本発明に係る校正値生成システムは、図３に示すような校正値生成システム５０であっても良い。この校正値生成システム５０は、校正エンコーダ６０及びマスターエンコーダ７０に加えて校正値生成装置８０を備え、この校正値生成装置８０は、校正値生成部８１、校正値記憶部８２及びデータ出力部８３から構成される。

尚、前記校正エンコーダ６０は、検出ヘッド６１の構成、具体的には、位置算出器６２及びデータ入出力部６３の処理が、上例の検出ヘッド１２における位置算出器１４及びデータ入出力部６３の処理と異なる。したがって、この校正エンコーダ６０において、上例の校正エンコーダ１０と同じ構成については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

また、前記マスターエンコーダ２０は、検出ヘッド７１の構成、具体的には、校正値生成部２５及び校正値記憶部２６を備えていない点、また、データ出力部７２の処理が、上例の検出ヘッド２２とその構成が異なる。したがって、マスターエンコーダ７０において、上例のマスターエンコーダ２０と同じ構成については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。尚、この例において、スケール１１とスケール２１とは、それぞれの回転原点が同じ角度位置となるように予め調整されているものとする。

前記校正エンコーダ６０は、主軸３２及びスケール１１が回転すると、検出センサ１３によりスケール１１の相対的な回転角度位置をその分解能に応じた回転角度間隔毎に検出する。そして、位置算出器６２によって、前記検出センサ１３により検出された相対的な回転角度位置を基に、所定の回転原点からのスケール１１の回転角度位置を算出し、算出した回転角度位置をデータ入出力部６３に送信する。

一方、前記マスターエンコーダ７０は、主軸３２及びスケール１１と共にスケール２１が回転すると、検出センサ２３によりスケール２１の相対的な回転角度位置をその分解能に応じた回転角度間隔毎に検出する。そして、位置算出器２４によって、前記検出センサ２３により検出された相対的な回転角度位置を基に、所定の回転原点からのスケール２１の回転角度位置を算出し、算出した回転角度位置をデータ出力部７２に送信する。

そして、前記データ入出力部６３とデータ出力部７２とは、スケール１１及び２１が前記回転原点にある時点を基準としたクロック信号を用いて、予め定めた時間間隔で同期して、位置算出器６２によって算出された回転角度位置と、位置算出器２４によって算出された回転角度位置をそれぞれ前記校正値生成装置８０の校正値生成部８１に送信する処理を行う。

校正値生成装置８０の校正値生成部８１では、同期して入力される、即ち、リアルタイムに入力される校正エンコーダ６０からの回転角度位置と、マスターエンコーダ７０からの回転角度位置との差分値を算出し、得られた差分値の正負を反転させて、位置算出器６２によって算出される回転角度位置に対応した校正値を生成するとともに、当該回転角度位置と校正値とを相互に関連付けて校正値記憶部８２に格納する処理を行う。そして、校正値記憶部８２に格納されたデータはデータ出力部８３から外部に出力される。

斯くして、この校正値生成システム５０によっても、校正エンコーダ６０の位置算出器６２により算出される回転角度位置と、マスターエンコーダ７０の位置算出器２４により算出される回転角度位置とをリアルタイムに比較することによって校正値を生成するようにしているので、当該回転角度位置の正確な校正値を算出することができ、上述した校正値生成システム１と同様の効果が奏される。

また、上例では、主軸３２を一方向に回転させて前記校正値を生成するようにしたが、主軸３２を正逆に回転させて、正逆両回転における校正値を生成し、主軸３２の回転方向に応じた校正値を用いて、位置算出器１４，６２によって算出される回転角度位置を校正するようにしても良い。

また、上例では、校正エンコーダ１０，６０にそれぞれデータ校正部１５及び校正値記憶部１６を設けて、位置算出器１４，６２によって算出される回転角度位置を校正するようにしたが、これに限られるものではなく、データ校正部１５及び校正値記憶部１６を外部に設けて、校正エンコーダ１０，６０から出力される回転角度位置データを、データ校正部１５及び校正値記憶部１６が設けられる外部装置（例えば、数値制御装置）によって校正するようにしても良い。

また、本発明を適用可能な前記校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダには、光学式及び磁気式などの各種検出形式のものが含まれ、また、リニアエンコーダやロータリエンコーダなど検出用途に応じた各種構造のものが含まれ、更に、スケールと検出センサ及び位置算出器とが分離されたセパレートタイプのものや、スケールと検出センサ及び位置算出器とが予め組み付けられたユニットタイプのものが含まれる。

１ 校正値生成システム
１０ 校正エンコーダ
１１ スケール
１２ 検出ヘッド
１３ 検出センサ
１４ 位置算出器
１５ データ校正部
１６ 校正値記憶部
１７ データ入出力部
２０ マスターエンコーダ
２１ スケール
２２ 検出ヘッド
２３ 検出センサ
２４ 位置算出器
２５ 校正値生成部
２６ 校正値記憶部
２７ データ出力部
５０ 校正値生成システム
６０ 校正エンコーダ
６１ 検出ヘッド
６２ 位置算出器
６３ データ入出力部
７０ マスターエンコーダ
７１ 検出ヘッド
７２ データ出力部
８０ 校正値生成装置
８１ 校正値生成部
８２ 校正値記憶部
８３ データ出力部

Claims (12)

1. 目盛りに相当する被検出パターンを有するスケールと、該スケールの被検出パターンを検出し、検出した被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサと、該検出センサから出力された検出信号を基に前記スケールと前記検出センサとの相対的な位置関係を算出する位置算出器とをそれぞれ有し、前記スケールと検出センサとが相対的に移動可能に設けられた校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダを用い、前記マスターエンコーダによって検出される位置データを基に、前記校正対象エンコーダによって検出される位置データの校正値を生成する方法であって、
   前記マスターエンコーダは、前記校正対象エンコーダよりも高精度且つ高分解能を有し、
   前記校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及び前記マスターエンコーダのスケールと検出センサとをそれぞれ同期させて相対的に移動させた状態で、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データと、前記マスターエンコーダの位置算出器から得られる位置データとをリアルタイムに比較してその差分値を算出し、得られた差分値を基に、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データの校正値を生成するようにしたことを特徴とする、エンコーダの校正値生成方法。
2. 目盛りに相当する被検出パターンを有するスケールと、該スケールの被検出パターンを検出し、検出した被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサと、該検出センサから出力された検出信号を基に前記スケールと前記検出センサとの相対的な位置関係を算出する位置算出器とをそれぞれ有し、前記スケールと検出センサとが相対的に移動可能に設けられた校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダを用い、前記マスターエンコーダによって検出される位置データを基に、前記校正対象エンコーダによって検出される位置データの校正値を生成する方法であって、
   前記マスターエンコーダは、前記校正対象エンコーダよりも高精度且つ高分解能を有し、
   前記校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及び前記マスターエンコーダのスケールと検出センサとをそれぞれ同期させて相対的に移動させた状態で、前記校正対象エンコーダの位置算出器から所定位置間隔毎にタイミング信号を出力させ、このタイミング信号に応じた位置データと、該タイミング信号が出力されたときに前記マスターエンコーダの位置算出器から得られる位置データとを比較してその差分値を算出し、得られた差分値を基に、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データの校正値を生成するようにしたことを特徴とする、エンコーダの校正値生成方法。
3. 前記校正対象エンコーダとマスターエンコーダとは、その機械的な構造が異なるものである請求項１又は２記載のエンコーダの校正値生成方法。
4. 前記校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダは、それぞれロータリエンコーダである請求項１乃至３記載のいずれかのエンコーダの校正値生成方法。
5. 前記校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダを同軸に配設した請求項４記載のエンコーダの校正値生成方法。
6. 目盛りに相当する被検出パターンを有するスケールと、該スケールの被検出パターンを検出し、検出した被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサと、該検出センサから出力された検出信号を基に前記スケールと前記検出センサとの相対的な位置関係を算出する位置算出器とをそれぞれ有し、前記スケールと検出センサとが相対的に移動可能に設けられた校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダを備えて構成され、前記マスターエンコーダによって検出される位置データを基に、前記校正対象エンコーダによって検出される位置データの校正値を生成する校正値生成システムであって、
   前記マスターエンコーダは、前記校正対象エンコーダよりも高精度且つ高分解能を有し、
   前記校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及び前記マスターエンコーダのスケールと検出センサとをそれぞれ同期させて相対的に移動させた状態で、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データと、前記マスターエンコーダの位置算出器から得られる位置データとをリアルタイムに比較してその差分値を算出し、得られた差分値を基に、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データの校正値を生成する校正値生成装置を更に備えていることを特徴とする、エンコーダの校正値生成システム。
7. 目盛りに相当する被検出パターンを有するスケールと、該スケールの被検出パターンを検出し、検出した被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサと、該検出センサから出力された検出信号を基に前記スケールと前記検出センサとの相対的な位置関係を算出する位置算出器とをそれぞれ有し、前記スケールと検出センサとが相対的に移動可能に設けられた校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダを備えて構成され、前記マスターエンコーダによって検出される位置データを基に、前記校正対象エンコーダによって検出される位置データの校正値を生成する校正値生成システムであって、
   前記マスターエンコーダは、前記校正対象エンコーダよりも高精度且つ高分解能を有し、
   前記校正対象エンコーダの位置算出器は、該校正対象エンコーダのスケールと検出センサとが相対的に移動しているときに、所定の位置間隔毎にタイミング信号を出力するように構成され、
   前記マスターエンコーダは、前記校正対象エンコーダのスケールと検出センサ、及び前記マスターエンコーダのスケールと検出センサとがそれぞれ同期して相対的に移動した状態で、前記校正対象エンコーダの位置算出器から出力されるタイミング信号を受信し、受信したタイミング信号に応じた位置データと、該タイミング信号が出力されたときに該マスターエンコーダの位置算出器から得られる位置データとを比較してその差分値を算出し、得られた差分値を基に、前記校正対象エンコーダの位置算出器から得られる位置データの校正値を生成する校正値生成部を更に備えていることを特徴とする、エンコーダの校正値生成システム。
8. 前記マスターエンコーダは、更に、前記校正値生成部によって生成された校正値を記憶する校正値記憶部を備えていることを特徴とする請求項７記載のエンコーダの校正値生成システム。
9. 前記校正対象エンコーダとマスターエンコーダとは、その機械的な構造が異なるものである請求項６乃至８記載のいずれかのエンコーダの校正値生成システム。
10. 前記校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダは、それぞれロータリエンコーダである請求項６乃至９記載のいずれかのエンコーダの校正値生成システム。
11. 前記校正対象エンコーダ及びマスターエンコーダを同軸に配設した請求項１０記載のエンコーダの校正値生成システム。
12. 目盛りに相当する被検出パターンを有するスケールと、
    前記スケールの被検出パターンを検出し、検出した被検出パターンに応じた検出信号を出力する検出センサと、
    前記検出センサから出力された検出信号を基に前記スケールと前記検出センサとの相対的な位置関係を算出する位置算出器と、
    前記位置算出器から得られる位置データの校正値を記憶する校正値記憶部と、
    前記位置算出器から得られた位置データを前記校正値記憶部に記憶された校正値により校正して出力するデータ校正部とを備えていることを特徴とするエンコーダ。

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