JP2790863B2 - 信号校正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、元信号がコサイン，サイン関数状である
ものにおいて、クロストークの変動を検出し自動的に補
償する装置に関し、特に、前記コサイン，サイン関数状
の信号が位置の関数であるエンコーダ信号から逆正接演
算により微細な角度を検出する際に好適な信号の前処理
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

コサイン，サイン関数状の信号は計測装置などにおい
てはしばしば用いられる。この代表的な例は微細な角度
を計測するための装置であって、エンコーダのアナログ
出力が１回転をＮ周期（Ｎは一般に数百〜数千）とする
コサイン，サイン関数状であることを利用して逆正接演
算により１周期を更に細分化することが行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような装置において、元信号にクロストーク（コ
サイン信号とサイン信号がまざりあうこと）があると、
計測結果に誤差を含む。特に、上述したエンコーダから
得られるコサイン，サイン信号は検出器の設定位置が90
゜位相の異なる位置からずれると、クロストーク成分を
含むようになる。コサイン用の検出器とサイン用の検出
器は一体に形成する場合が多いが、磁気ドラムを用いた
回転式エンコーダの場合、検出器とドラムの間隔が変化
すると検出部の周長が変化し、検出器を一定の間隔にセ
ットしても位相がずれ、クロストークを含むようにな
る。また、コサイン，サインの信号線が近接した位置に
設けられると、相互の干渉によってクロストークを生じ
る。

この発明は、このような問題点を解消するためになさ
れたもので、クロストーク係数が容易に検出でき、クロ
ストークの補正が簡便に行える信号校正装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかる信号校正装置は、クロストーク除去
手段と、逆正接演算手段と、ピーク値検出手段と、クロ
ストーク係数演算手段と、判断手段とからなるものであ
る。

〔作用〕

この発明においては、入力信号を x₀＝cosθ＋ｋ・sinθ， x₁＝sinθ＋ｋ・cosθ （ただし、|k|＜＜1,−π≦θ≦π）とするとき、 イ．クロストーク係数ｋに初期値を与えること、 ロ．クロストーク係数ｋと入力信号x₀,x₁からcosθ,sin
θの近似値を求めること、 ハ．上記cosθ,sinθの近似値からθを得ること ニ．δを微小角度とするとき、 θがπ/4−δ以上であり、かつπ/4＋δ以下であると
き、 x₀＋x₁の値からx₀＋x₁の最大値d₀を求めること、 θが３π/4−δ以上であり、かつ３π/4＋δ以下であ
るとき、 −x₀＋x₁の値から−x₀＋x₁の最大値d₁を求めること、 θが−３π/4−δ以上であり、かつ−３π/4＋δ以下
であるとき、 −x₀−x₁の値から−x₀−x₁の最大値d₂を求めること、 θが−π/4−δ以上であり、かつ−π/4＋δ以下であ
るとき、 x₀−x₁の値からx₀−x₁の最大値d₃を求めること、 ホ．これらの最大値を用いて前記クロストーク係数ｋを
次式で求めること、 ヘ．信号x₀,x₁が得られるごとに上記ロ〜ホを繰り返し
行うこと によってクロストークを検出し、補正することができ
る。

θはcosθ,sinθの近似値から逆正接演算により求め
ることができる。また、各角度範囲における最大値の算
出を次式で行うことでノイズの影響を最小限に抑えるこ
とができる。

ｄ＝ｄ′＋ｐ（ｘ−ｄ′） ここで、ｄはそれぞれの範囲で求められる最大値、
ｄ′はｄの前回までに得られた値、ｘは入力信号x₀,x₁
の加減算によって得られる値、ｐは定数を表す。さら
に、d₀とd₂,d₁とd₃の補正を交互に行うことにより、均
等な補正が行われ、θがたまたまある補正範囲内で停止
している場合も無用な補正によるクロストーク係数のシ
フトを防止する。

〔実施例〕 第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図
である。この図で１はクロストーク除去手段で、入力信
号x₀,x₁からcosθ,sinθの近似値を求めるものである。
２は逆正接演算手段で、クロストーク除去手段１で得ら
れるcosθ,sinθの値からθを求める演算を行う。３は
ピーク値検出手段で、 π/4−δ≦θ≦π/4＋δのとき x₀＋x₁の最大値 d₀ ３π/4−δ≦θ≦３π/4＋δのとき −x₀＋x₁の最大値 d₁ −３π/4−δ≦θ≦−３π/4＋δのとき −x₀−x₁の最大値 d₂ −π/4−δ≦θ≦−π/4＋δのとき x₀−x₁の最大値 d₃ を求めるものである。４はクロストーク係数演算手段
で、ピーク値検出手段３で求めた最大値d₀〜d₃を用いて
クロストーク係数ｋを求める演算を行う。５は前記各部
を制御する制御手段である。

この発明の信号校正装置は、実用的にはマイクロプロ
セッサを用いて構成される。元信号はそれぞれアナログ
−ディジタル変換されてマイクロプロセッサに入力され
る。マイクロプロセッサはメモリ（普通はROM:リードオ
ンリーメモリ）に書かれたプログラムに従って、信号入
力，クロストーク補正，逆正接演算，角度範囲の判断と
必要なら最大値の補正を順次、繰り返し実行する。プロ
グラムフローチャートの一例を第２図に示す。この図の
（１）〜（15）は各ステップを示す。

第３図はこの発明の原理を示すもので、コサイン，サ
イン関数状である元信号である２つの信号x₀,x₁をそれ
ぞれＸ座標,Y座標として直交座標上にプロットしたとき
の図を示している。図ではクロストークを強調して示し
ており、実際のクロストークは図から読み取れるものよ
りはるかに小さい。

第１図の実施例の動作を、第２図，第３図を用いて説
明する。

まず、クロストーク除去手段１において、既に与えら
れているクロストーク係数（初期値として適当な値が不
明の場合は０を与えておく）ｋを用いてsinθ,cosθを
求める（１）〜（５）。この演算は、一般にクロストー
ク係数ｋが１に比べて十分に小さいため、次式により行
うことができる。

cosθ＝x₀−ｋ・x₁ sinθ＝x₁−ｋ・x₀ こうして得られたsinθ,cosθの値を用いて逆正接演
算手段２によりθを求める（６）。この演算に際しては
単にサインとコサインの比を先に計算してアークタンジ
ェントを求めるものではなく、サインとコサインの符号
関係により、−π〜＋πの範囲でθを求めることが必要
である。このような関数は、例えばＣ言語ではatan2と
して知られている。

求めたθが、π/4,3π/4,−３π/4,−π/4付近である
時のx₀,x₁値（７）〜（10）から図のようにd₀,d₁,d₂,d₃
をピーク値検出手段３で求める（11）〜（14）。三角関
数の値、 より、 となり、クロストーク係数演算手段４において次式によ
りクロストーク係数ｋが算出される（15）。

次回からの信号補正は新しく求められたクロストーク
係数ｋを用いて行えばよい。

θが正確に、π/4,3π/4,−３π/4,−π/4となること
は滅多にないため、これらの近辺（±δの範囲）でd₀,d
₁,d₂,d₃の更新を行う。δは1/10回転から1/1000回転の
範囲、好ましくは1/50回転から1/200回転の範囲で適宜
選択する。δの範囲を大きくすると更新の行われる頻度
は増加するが誤差が増える。誤差は1/50回転で約0.8
％、1/200回転で約0.05％である。次に述べるように、
最大値，最小値の更新を単一の値を用いるのではなく、
重み付き平均により行うことで、実際の誤差は更に少な
くなる。

最大値の更新な指数平滑フィルタによって行うのがよ
い。これは実質的に、過去に向かって指数関数的に重み
係数が減少する加重平均を求めることに相当する。計算
式は、入力信号から得られる値をｘ、更新すべき値をｄ
とするとき、式 ｄ＝ｄ′＋ｐ・（ｘ−ｄ′） で与えられる。ここでｐは小さな定数であり、この値を
2^-nとすることで乗算をシフト演算に置き換えることが
できる。ここでｎは４〜20程度で、更新の速度と値の安
定性の兼ね合から適宜選択すればよい。ｎの値を小さく
すると、補正は急速に行われるが、ノイズの影響を受け
易くなる。

衝撃その他の原因でゼロ点が急激に変化することもあ
ろう。このような場合、もしθがある補正の行われる範
囲で停止していると、特定の最大値のみが補正されて定
数項の影響が現われる。これによる誤差は一般にクロス
トークの誤差より害が大きいため、このような動作は好
ましくない。これを避けるため、d₀を補正した後はd₂が
補正されるまで、d₁を補正した後はd₃が補正されるまで
が補正を中断すればよい。マイクロプロセッサではメモ
リ中に補正フラグを設けることで、この機能は、容易に
実現できる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、この発明はクロストーク
除去手段と、逆正接演算手段と、ピーク値検出手段と、
クロストーク係数演算手段とで信号校正装置を構成した
ので、計測装置などにおいてしばしば用いられるコサイ
ン，サイン関数状の信号のクロストークが自動的に除去
され、安価な部品を用い、単純な構成の回路で誤差を低
減することが可能であり、また、精密な調整も不要であ
り、精度の高い計測装置を安価に構成することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は第１図の実施例を説明するためのフローチャー
ト、第３図はこの発明の原理を示す図である。 図中、１はクロストーク除去手段、２は逆正接演算手
段、３はピーク値検出手段、４はクロストーク係数演算
手段、５は制御手段である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コサイン，サイン関数で近似され、クロス
   トーク成分を含む、90゜位相の異なる２つの信号 x₀＝cosθ＋ｋ・sinθ， x₁＝sinθ＋ｋ・cosθ， ただし、|k|＜＜1,−π≦θ≦πからcosθ,sinθに近似
   される信号もしくはθに相当する信号を得る装置であっ
   て、 クロストーク係数ｋと入力信号x₀,x₁からcosθ,sinθの
   近似値を求めるクロストーク除去手段と、 前記cosθ,sinθの近似値からθを得る逆正接演算手段
   と、 δを微小角度とするとき、θがπ/4−δ以上であり、か
   つπ/4＋δ以下であるとき、x₀＋x₁の値からx₀＋x₁の最
   大値d₀を求め、θが３π/4−δ以上であり、かつ３π/4
   ＋δ以下であるとき、−x₀＋x₁の値から−x₀＋x₁の最大
   値d₁を求め、θが−３π/4−δ以上であり、かつ−３π
   /4＋δ以下であるとき、−x₀−x₁の値から−x₀−x₁の最
   大値d₂を求め、θが−π/4−δ以上であり、かつ−π/4
   ＋δ以下であるとき、x₀−x₁の値からx₀−x₁の最大値d₃
   を求める和差信号に対するピーク値検出手段と、 これらの最大値を用いて前記クロストーク係数ｋを で求めるクロストーク係数演算手段と前記入力信号x₀,x
   ₁が得られるごとに上記を繰り返し行う制御手段と、 を備えたことを特徴とする信号校正装置。