JP3659976B2

JP3659976B2 - エンコーダの内挿回路

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Publication number: JP3659976B2
Application number: JP52238398A
Authority: JP
Inventors: 満幸谷口; 正井上
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: DE69727368T2; EP0874223A4; US6188341B1; EP0874223B1; WO1998021553A1; EP0874223A1; DE69727368D1

Description

技術分野
本発明は、回転角度や直線上の位置を検出するエンコーダの検出信号を内挿する内挿回路に関する。
背景技術
Ｎ−Ｃ装置の工作機械のテーブルやモータの位置を検出する検出装置では、モータの軸等に取り付けられるロータリ形式のパルスエンコーダと工作テーブル等に取り付けられるリニア形式のパルスエンコーダが知られており、これによって、移動体の移動量や移動速度の検出を行っている。このようなエンコーダでは、移動体の移動によって正弦波信号（Ksinθ）のＡ相信号と、該信号に対して90゜位相がずれているＢ相の正弦波信号（Ksin（θ±π/2））を発生させ、該二つの正弦波信号を用いて内挿演算を行なって角度データ（θ）を求め、位置や速度の分解能を向上させている。
このような内挿技術として、信号源からの正弦波信号及び余弦波信号を複数個の抵抗器及びコンパレータアレイによって変換回路を構成する方法や、図15に示す内挿回路の構成によって、正弦波信号ＶA及び余弦波信号ＶBをA/Dコンバータ1a,2aによってA/D変換してから内挿演算手段２に入力し、内挿演算手段２でtan^-1（ＶA/VB）の演算を行うことによって、角度データθを求める方法が知られている。このtanの逆変換の演算は、例えばテーラー展開の計算処理等を用いて行うことができる。
従来のエンコーダに使用される内挿回路は、そこに振幅Ｋが等しく位相がπ/2だけずれたＡ相信号（正弦波信号）とＢ相信号（余弦波信号）が入力してくることを前提として、内挿演算を行なっている。
しかしながら、一般に、エンコーダの内挿回路に入力されるＡ相信号とＢ相信号とは、正確にπ/2の位相差をもっているとは限らず、また、振幅が互いに等しいとは限らない。すなわち、両信号の位相差がπ/2からずれたり、振幅比が１からずれたりすることがある。
このようなずれのある信号を用いて内挿演算を行うと、該ずれによって求められた角度θに内挿誤差が生じるという問題点がある。
そこで、このような内挿誤差を除くために、従来は、アナログ調整回路をA/Dコンバータの前に設けることによって、アナログ調整回路に入力するＡ相信号とＢ相信号との振幅比を１に調整したり、あるいはＡ相信号とＢ相信号との位相差をπ/2に調整する方法も行われている。しかし、このようなアナログ調整回路による内挿誤差の除去では、複雑な回路構成が必要となり、また、調整回路がアナログ回路であるため調整回路自体を調整する必要となるという問題点がある。
発明の開示
本発明の目的は、入力信号を調整することなく、内挿演算によって得た内挿データの補正によって、信号ずれによる内挿誤差を除去した内挿データを得ることができるエンコーダの内挿回路を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明によるエンコーダ内挿回路は、位相を異にする２つのエンコーダ信号を入力して、これらの信号を内挿演算して内挿角度データを出力する内挿演算手段と、予め、２つのエンコーダ信号の正常波形における基準となる信号ずれ量に対する上記内挿演算手段から出力される内挿角度データに対し、周期的に変化する補正データをその周期に合わせた限られた範囲内だけ基準補正データとして記憶し、上記内挿演算手段から出力される内挿角度データと入力された信号ずれ量及び記憶された基準補正データに基づいて上記内挿演算手段から出力される内挿角度データに対する補正データを出力する補正データ形成手段と、上記内挿演算手段から出力された内挿角度データを上記補正データ形成手段から出力された補正データでもって補正して、補正された内挿角度データを出力する補正演算手段とを含む。
上記信号ずれ量は、１方の正弦波エンコーダ信号の振幅に対する他方の正弦波エンコーダ信号の振幅の比とする。そして、上記補正データ形成手段が記憶する限られた範囲内の基準補正データは、上記内挿演算手段から出力される内挿角度データにおける１周期における1/4周期若しくは1/2周期分の補正データとする。
好ましくは、上記補正データ形成手段は、上記内挿演算手段から出力される内挿角度データと入力された振幅比により上記基準補正データを記憶する記憶手段のアドレスを形成し、入力された信号ずれ量と内挿演算手段の出力とに基づいて上記アドレスを確定し、その確定されたアドレスにより上記記憶手段からデータを取り出し、該取り出された基準補正データに基準信号ずれ量に対する上記入力された信号ずれ量の関係を考慮した処理を施し、上記補正データを形成する手段を含むものである。
さらに、好ましくは、上記補正データ形成手段が有する上記記憶手段は、上記アドレスを構成する内挿角度データは０からπ/2までの範囲とし、一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より大きい特定振幅比k1に対する第１の基準補正データと、一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より小さい特定振幅比k2に対する第２の基準補正データとを記憶し、上記補正データ形成手段は、入力された振幅比ｋが１より大の場合には第１の基準補正データに（１−ｋ）／（１−k1）を乗じ、検出した振幅比ｋが１より小の場合には第２の基準補正データに（１−ｋ）／（１−k2）を乗じて上記補正データを得るものとした。
又は、上記補正データ形成手段が有する上記記憶手段は、上記アドレスを構成する内挿角度データは０からπ/2までの範囲とし、一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より大きい特定振幅比k1に対する基準補正データのみを記憶し、上記補正データ形成手段は、入力された振幅比ｋが１より大の場合には基準補正データに（１−ｋ）／（１−k1）を乗じ、検出した振幅比ｋが１より小の場合には基準補正データに−（１−ｋ）／（１−1k）を乗じて上記補正データを得るものとした。
又、前記信号ずれ量を、あらかじめ定めた２つのエンコーダ信号間の位相差と、実際の２つのエンコーダ信号間の位相差との差異としての位相誤差とした。そして、上記補正データ形成手段は、上記内挿演算手段から出力される内挿角度データと入力された位相差により上記基準補正データを記憶する記憶手段のアドレスを形成し、入力された信号ずれ量と内挿演算手段の出力とに基づいて上記アドレスを確定し、その確定されたアドレスにより上記記憶手段からデータを取り出し、その取り出したデータに基づいて補正データを出力するものとした。
又、上記あらかじめ定めた２つのエンコーダ信号間の位相差とはπ/2であり、上記アドレスを構成する角度データは０からπまでの範囲とした。そして、上記補正データ形成手段は、正の所定位相誤差に対する第１の基準補正データと、負の所定位相誤差に対する第２の基準補正データとを記憶し、検出した位相誤差が正の場合には第１の基準補正データから読み出し、該読み出した基準補正データに正の所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じ、検出した位相誤差が負の場合には第２の基準補正データから読み出し、該読み出した基準補正データに負の所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じて上記補正データを得るものとした。
又、上記補正データ形成手段は、所定位相誤差に対する基準補正データのみを記憶し、所定誤差と検出した位相誤差が同符号の場合には読み出した基準補正データに所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じ、所定誤差と検出した位相誤差が異符号の場合には読み出した基準補正データに所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じ、符号を反転させて上記補正データを得るものとした。
本発明によれば、入力信号を調整することなく、内挿演算によって得た内挿データの補正によって、信号ずれによる内挿誤差を除去した内挿データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明によるエンコーダ内挿回路の概要を説明するためのブロック線図である。
図２は、本発明の第一の実施例によるエンコーダ内挿回路を説明するためのブロック線図である。
図３は、本発明の第二の実施例によるエンコーダ内挿回路を説明するためのブロック線図である。
図４は、２つのエンコーダ信号の振幅比を説明するための図である。
図５は、２つのエンコーダ信号の振幅差がπ/2からずれると、内挿データに誤差が含まれることを説明するための図である。
図６は、２つのエンコーダ信号の振幅比が１からずれているために演算された内挿データの中に含まれることになった誤差のパターンを模式的に表した図である。
図７は、図３のエンコーダ内挿回路における補正データ記憶手段を構成する要素を説明するためのブロック線図である。
図８は、図６に示す誤差を打ち消すための補正データパターンを、振幅比別に模式的に表した図である。
図９は、本発明の第三の実施例によるエンコーダ内挿回路を説明するためのブロック線図である。
図10は、本発明の第四の実施例によるエンコーダ内挿回路を説明するためのブロック線図である。
図11は、２つのエンコーダ信号間の位相誤差を説明するための図である。
図12は、２つのエンコーダ信号間に位相差がπ/2からずれているために演算された内挿データの中に含まれることになった誤差のパターンを模式的に表した図である。
図13は、図10のエンコーダ内挿回路における補正データ記憶手段を構成する要素を説明するためのブロック線図である。
図14は、図12に示す誤差を打ち消すための補正データパターンを、位相差による誤差別に模式的に表した図である。
図15は、従来のエンコーダ内挿回路を説明するための図である。
発明を実施するための最良の形態
［エンコーダの内挿回路の概要］
まず、本発明によるエンコーダの内挿回路の概要について図１のブロック図を参照して説明する。
１つのエンコーダ信号（正弦波信号であるＡ相信号）ＶAと、それと振幅が同じで位相が90度異なるもう１つのエンコーダ信号（余弦信号であるＢ相信号）ＶBは、それぞれA/Dコンバータ1a、1bでアナログ信号からディジタル信号に変換される。A/Dコンバータ1a、1bでディジタル信号に変換されたＡ相信号ＶAとＢ相信号ＶBとは内挿演算手段２に入力する。内挿演算手段２は、
θ′＝tan^-1（ＶA/VB）
の演算をして内挿データθ′を出力する。ただし、この内挿データθ′には、Ａ相信号ＶAとＢ相信号ＶBとの振幅のずれ或いは位相差のずれなどによって誤差（内挿誤差δθ）が含まれている。
また、A/Dコンバータ1a、1bでディジタル信号に変換されたＡ相信号ＶAとＢ相信号ＶBとは、信号ずれ検出手段３にも入力され、ここで、Ａ相信号ＶAとＢ相信号ＶBとのずれ（振幅の差、位相の差が）が検出される。
補正データ形成手段４は、内挿演算手段２の出力（内挿データθ′）と信号ずれ検出手段３の出力とを受け取って、これらのデータから補正データΔθを求める。
補正演算手段５は、内挿演算手段２の出力θ′と補正データ形成手段４の出力Δθとを受け取って、
θ＝θ′＋Δθ
の計算をして、内挿誤差を含まない内挿データθを出力する。
［Ａ相信号ＶAとＢ相信号ＶBとの信号ずれを、両信号の振幅差でもって検出する例］
次に、図１の信号ずれ検出手段３が検出する信号ずれを、具体的にはＡ相信号ＶAとＢ相信号ＶBとの振幅差とした例を、図２乃至図８を用いて説明する。
（第１の態様）
まず、この例によるエンコーダ内挿回路の第１の態様を図２のブロック図により示す。図２のブロック図で示すエンコーダ内挿回路は、図１のブロック図で示すエンコーダ内挿回路の信号ずれ検出手段３が振幅比検出手段3kに置き代わった点を除けば、図１のブロック図で示すエンコーダ内挿回路と同様である。したがって、図２のエンコーダ内挿回路における振幅比検出手段3k以外の構成要素についての説明は省略する。なお、内挿演算手段２は、A/Dコンバータ1a、1bの出力、すなわちディジタル信号に変換されたＡ相信号ＶAとＢ相信号ＶBとを受け取って、１波内（０から２πまでの区間）の内挿演算を実行する。
ここで、図４を用いて、２つのエンコーダ信号ＶAとＶBとの振幅比ｋについて説明する。なお、図４においては、正弦波信号であるエンコーダ信号ＶAと余弦波信号であるエンコーダ信号ＶBとをそれぞれ簡略化のため、三角波で表している。これら２つのエンコーダ信号ＶAとＶBとの間には正確にπ/2の位相差があるとする。ただし、両信号ＶAとＶBの振幅は等しくないとする。
図４において、エンコーダ信号ＶBのゼロクロス時点でのエンコーダ信号ＶAの値をＶAH、ＶALとし、また、エンコーダ信号ＶAのゼロクロス時点でのエンコーダ信号ＶBの値をＶBH,VBLとすると、振幅比ｋは以下の式で表される。
（ＶAH−ＶAL）＞（ＶBH−ＶBL）のとき
ＣAB＝０
ｋ＝（ＶAH−ＶAL）／（ＶBH−ＶBL） …（１）
（ＶAH−ＶAL）＜（ＶBH−ＶBL）のとき
ＣAB＝１
ｋ＝（ＶBH−ＶBL）／（ＶAH−ＶAL） …（２）
なお、ＣABはエンコーダ信号ＶA,VBのいずれの振幅が大きいかを表す比較フラグであり、ＣAB＝０は信号ＶAの振幅が信号ＶBの振幅より大きい場合を表し、ＣAB＝１は信号ＶAの振幅が信号ＶBの振幅より小さい場合を表している。
なお、上記振幅比のデータｋ及びフラグＣABの状態を求めるには、A/Dコンバータ1a及び1bの出力について、その一方がゼロの時の他方の値をサンプリングして平均値を算出することによって求めることができる。
２つのエンコーダ信号ＶA,VBの振幅比ｋが１であるときは、これら信号ＶA,VBは、図５に示すように、直交座標系上にその原点を中心に描かれた円上の一点で示される。すなわち、円上の１点の横軸の値がＶBであり、縦軸の値がＶAとなり、また、この点と原点を結んだ直線の角度が角度データθとなる。しかし、エンコーダ信号ＶAの振幅がエンコーダ信号ＶBの振幅より大であってｋが１にはならないときは、これら信号ＶA,VBは、円ではなく楕円の上の一点となる。例えば、図５に示すように、信号ＶAの振幅が信号ＶBの振幅よりも大であるときは、１方のエンコーダ信号がＶBのとき、他方のエンコーダ信号はＶAではなく、kV Aとなる（ｋ＞１）。この楕円上の一点（ＶB、kV A）と原点とを結んだ直線の角度が内挿データθ′となる。すなわち、信号kV Aと信号ＶBとから内挿データθ′が演算されてしまう。この内挿データθ′は、図５に示すように、δθ（＝θ′−θ）の誤差（内挿誤差）を含んでいる。
２つのエンコーダ信号ＶA,VBが正確にπ/2の位相差である場合、すなわち、一方のエンコーダ信号ＶAが正弦波とすると他方のエンコーダ信号ＶBが余弦波となる場合、図５に示す内挿データθと内挿誤差δθとの関係は例えば図６に示すようになる。図６において、θが０からπ/2までのδθのパターンはθがπから３π/2までのδθのパターンと同じである。また、θがπ/2からπまでのδθのパターンはθが３π/2πから２πまでのδθのパターンと同じである。さらに、θがπ/2からπまでのδθのパターンとθが０からπ/2までのδθのパターンとはθ＝π/2を中心に点対称となっている。
次に、正弦波のエンコーダ信号（Ａ相信号）と余弦波とエンコーダ信号（Ｂ相信号）とはそれらの振幅比がｋ（≠１）であるとき、内挿誤差を含む内挿データθ′に対する補正データΔθについて以下に説明する。
内挿誤差を含む内挿データθ′は、Ａ相信号（以下、kV Aで表す）及びＢ相信号（以下、ＶBで表す）を用いて以下の式で表される。
θ′＝tan^-1（kV A/VB） …（３）
さらに、上記式（３）から、以下の式が得られる。
kV A/VB＝sinθ′/cosθ′ …（４）
ＶA/VB＝sinθ′/kcosθ′ …（５）
一方、ｋ＝１で内挿誤差を含まない内挿データθは以下の式で表される。
θ＝tan^-1（ＶA/VB） …（６）
従って、補正データΔθは以下の式で表される。
Δθ＝θ−θ′
＝tan^-1（sinθ′/kcosθ′）−θ′ …（７）
上記式（７）は、補正データΔθは内挿誤差を含む内挿データθ′と振幅比ｋによって得られることを示している。
そこで、図２の補正データ演算手段4k1は、内挿演算手段２から受け取った内挿データθ′と、振幅比検出手段3kから受け取った振幅比ｋとから、上記式（７）による演算を行って補正データΔθを得て出力する。
そこで、図２の補正演算手段５は、内挿演算手段２から受け取った内挿データθ′と、補正データ記憶手段4k1から受け取った補正データΔθとから、
θ＝θ′＋Δθ …（８）
の計算をして、内挿誤差δθを補正した内挿データθを出力する。
（第２の態様）
図２に示す第１の態様では、補正データΔθを補正データ演算手段4k1による式（７）の演算で得ている。ところが、この演算をして補正データΔθを求める代わりに、入力値（θ′,k）とその入力値に対応する補正データΔθとの関係をテーブルの形式で補正データ記憶手段にあらかじめ記憶しておいて、入力値θ′とｋとの組み合わせに対応する補正データΔθを読み出すようにしてもよい。
そこで、このような補正データ記憶手段を補正データ演算手段4k1に代えて設けたエンコーダ内挿回路を、図３のブロック図に第２の態様として示す。
図３のブロック図で示すエンコーダ内挿回路は、図２のブロック図で示すエンコーダ内挿回路の補正データ演算手段4k1が補正データ記憶手段4k2に置き代わった点を除けば、図３のブロック図で示すエンコーダ内挿回路と同様である。したがって、図３のブロック図で示すエンコーダ内挿回路における補正データ演算手段4k1以外の構成要素についての説明は省略する。
補正データ記憶手段4k2には、種々の振幅比ｋと内挿データθ′の組み合わせ（k,θ′）に対する補正データΔθが記憶されている。そして、振幅比ｋと内挿データθ′を内挿演算手段２及び振幅比検出手段3k1とから受け取ると、（k,θ′）をアドレスとして補正データΔθが補正データ記憶手段4k2から読み出される。
この補正データ記憶手段4k2に、可能な振幅比ｋと内挿データθ′とのすべての組み合わせに対処できるように補正データを格納しておくには、大量の記憶容量を要する。ところが、内挿データθ′の範囲および振幅比ｋを限定して、補正データ記憶手段4k2に記憶すべき量をその分減少させても、可能な振幅比ｋと内挿データθ′とのすべての組み合わせに対して補正データを取り出すことができる方法がある。以下にその方法について説明する。
図５及び図６を参照して前に説明したように、内挿データθが０からπ/2まで（第１象限）の内挿誤差δθのパターンから、内挿データθがπ/2からπまで（第２象限）の内挿誤差δθのパターン、内挿データθがπから３π/2まで（第３象限）の内挿誤差δθのパターン、及び内挿データθが３π/2から２πまで（第４象限）の内挿誤差δθのパターンをそれぞれ得ることができるので、この内挿誤差δθを打ち消すための補正データΔθも内挿データθ′（内挿演算手段２の出力）が０からπ/2まで（第１象限）の補正データΔθのパターンのみ記憶しておけばよい。このような限定された範囲での補正データの記憶によって、補正データ記憶手段４に記憶されるデータ量の減少を図ることができる。
また、内挿誤差δθの値が小さい場合には、内挿誤差δθの値と振幅比ｋとはほぼ比例関係にあると見なせる。従って、所定の振幅比k0に対する補正データΔθ０のみ記憶しておいて、その他の振幅比knのときの補正データΔθｎは、所定振幅比k0に対する補正データを振幅比の比率だけ逓倍することによって得ることができる。これによって、補正データ記憶手段4k2に記憶すべき振幅比ｋの数を限定して、記憶する補正データのデータ量を減少させることができる。
図７のブロック図は、内挿データθ′の範囲および振幅比ｋを限定して補正データを記憶する補正データ記憶手段4k2の構成を説明している。この補正データ記憶手段4k2は、内挿データθ′と比較フラグＣABを入力してアドレスを形成するアドレス変換回路11と、限定された範囲の内挿データθ′と限定された振幅比ｋとの組み合わせに対応する補正データのみ格納されていて、アドレス変換回路11によるアドレス指定によってその補正データを読み出す補正データテーブル12と、読み出して補正データの符号を演算された内挿データθ′と比較フラグＣABとに基づいて反転する符号反転選択回路13と、検出された振幅比ｋによって補正データの逓倍を行う逓倍回路14とを備える。
図８は、内挿データθ′に対する補正データΔθの関係を、振幅比ｋごとに表したものである。図８において、各補正データΔθは前記図６に示す振幅差ｋに基づく内挿誤差δθを打ち消す大きさと符号とを備えている。内挿データθ′が０からπ/2までのΔθのパターンは、θ′がπから３π/2までのΔθのパターンと同じである。また、θ′がπ/2からπまでのΔθのパターンは、θ′が３π/2πから２πまでのΔθのパターンと同じである。さらに、θ′がπ/2からπまでのΔθのパターンとθ′が０からπ/2までのΔθのパターンとは、θ＝π/2を中心に点対称となっている。以上であるため、内挿データθ′が０からπ/2までのΔθのパターンのみ記憶して、内挿データθ′がπ/2から２πまでの補正データは、この記憶された内挿データθ′が０からπ/2までのΔθのパターンから得ることができる。
また、補正データΔθは、振幅比ｋによってその大きさが変化するが、振幅比ｋが小さな範囲ではほぼ振幅比ｋの比に比例すると見なすことができ、所定の振幅比ｋについて補正データΔθを代表値として記憶し、その他の振幅比ｋについては逓倍することによって求めることができる。
図８ではｋ＝1.0,k＝1.02,k＝1.04,k＝1.06の場合を例示的に示しており、例えばｋ＝1.02についての補正データΔθのみを記憶し、その他の振幅比ｋについては、ｋ＝1.02との比率を逓倍係数として補正データΔθに逓倍させることで求めることができる。なお、ｋ＝1.0は両エンコーダ信号の振幅が等しいことを表している。
アドレス変換回路11は演算された内挿データθ′と比較フラグＣABを入力して、補正データテーブル12を読み出すためのアドレスを形成する回路である。アドレスの形成では、以下の表１に示すように、０≦θ′＜π/2を単位とし、入力した内挿データθ′の範囲および比較フラグＣABの正負に応じてアドレスを出力する。
符号反転選択回路13は、補正データテーブル12から読み出したデータの符号を、表１に示すように、演算された内挿データθ′の範囲および比較フラグＣABの正負に応じて反転あるいは非反転する。
【表１】

さらに、逓倍回路14は、所定の振幅比ｋで記憶されている補正データについて、振幅比ｋに応じた比率の逓倍係数で逓倍する回路である。以下に示す表２は逓倍係数の一例であり、振幅比ｋ＝1.02について補正データを格納しておき、この補正データを基準とし、異なる振幅比ｋについては振幅比ｋ＝1.02を基準として所定の逓倍係数によって逓倍して求める。
【表２】

例えば、振幅比ｋが1.03から1.05の間の場合には、振幅比ｋ＝1.02の補正データに対して２倍の逓倍係数を乗じ、振幅比ｋが1.05から1.07の間の場合には、振幅比ｋ＝1.02の補正データに対して３倍の逓倍係数を乗じて補正データΔθを求める。
また、逓倍回路14における逓倍方法として、補正データテーブル12に一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より大きい特定の振幅比k1に対する補正データのみを記憶し、検出した振幅比ｋが１より大の場合には第１の補正データに（１−ｋ）／（１−k1）を乗じ、検出した振幅比ｋが１より小の場合には補正データに−（１−ｋ）／（１−k1）を乗じることによって、逓倍係数を定めて補正データΔθを求めることもできる。
さらに、逓倍回路14における逓倍方法として、補正データテーブル12に一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より大きい特定振幅比k1に対する第１の補正データと、一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より小さい特定振幅比k2に対する第２の補正データとを記憶し、検出した振幅比ｋが１より大の場合には第１の補正データに（１−ｋ）／（１−k1）を乗じ、検出した振幅比ｋが１より小の場合には第２の補正データに（１−ｋ）／（１−k2）を乗じることによって、逓倍係数を定めて補正データΔθを求めることもできる。
［Ａ相信号ＶAとＢ相信号との信号ずれを、両信号の位相差でもって検出する例］
次に、２つのエンコーダ信号の位相誤差による内挿誤差を補正するエンコーダ内挿回路について、図９乃至図14を参照して説明する。
（第１の態様）
この例によるエンコーダ内挿回路の第１の態様を図９のブロック図により示す。図９のブロック図で示すエンコーダ内挿回路は、図１のブロック図で示すエンコーダ内挿回路の信号ずれ検出手段３が位相誤差検出手段3pに置き代わった点を除けば、図１のブロック図で示すエンコーダ内挿回路と同様であるので、図９のブロック図で示すエンコーダ内挿回路の位相誤差検出手段3p以外の構成についての説明は省略する。
ここで、２つのエンコーダ信号間の位相誤差を図11を用いて説明する。なお、図11では正弦波信号および余弦波信号を三角波によって簡略化し、それぞれＶA,VBで示している。これら２つのエンコーダ信号ＶA,VBは振幅は等しいが、位相差はπ/2からずれている（位相誤差がある）とする。
これら２つのエンコーダ信号ＶA,VB間の位相誤差Pdを検出するには、まず、エンコーダ信号ＶAのゼロクロス点を起点とし、各信号のゼロクロス点の時刻t1,t2,t3,t4,t5を測定する。すると、位相誤差Pdは以下のようにして求めることができる。

位相差Ｐ＝（P1＋P2）/2 …（11）
位相誤差Pd＝Ｐ−t4/4×２π …（12）
なお、上記式は検出精度を高めるために位相差P1と位相差P2の平均を求めているが、位相差P1のみにより求めることもできる。
なお、上記位相誤差Pdを求めるには、被検出体の移動速度が安定して時刻t1〜t5の間での速度変動が無視できる状態で測定する。また、入力信号の複数周期にわたってサンプリングして平均値を算出することによって求める。
２つのエンコーダ信号ＶA,VBがπ/2の位相差からはずれたとき（すなわち、位相差による誤差が生じたとき、）は、図12に模式的に示すように、信号ＶA,VBに基づいて演算された内挿データθ′に含まれる誤差δθパターンは、図12に示すようになる。図12は誤差δθをふくまない真の角度データθに対する誤差δθの関係を模式的に示したものであり、角度データθが０からπまでの誤差δθのパターンと、角度データθがπから２πまでの誤差δθのパターンとは、θ＝πを中心として左右対称である。
次に、２つのエンコーダ信号の位相差がπ/2からPdだけずれているため、これらのエンコーダ信号を内挿演算すると真の値θからδθずれた内挿データθ′が与えられるとする。そこで、この内挿誤差δθを打ち消すために内挿データθ′に補正誤差Δθを与えるとする。
この場合、内挿誤差δθを含む内挿データθ′と、真の角度θと、位相誤差Pdとの間には以下の式が成り立つ。
θ′＝tan^-1（sinθ/cos（θ−Pd）） …（13）
したがって、

式（14）から、

従って、真の角度θは以下の式で表される。

上記式（16）から補正データΔθは以下の式で表される。

上記式（17）は、補正データΔθは内挿誤差δθを含む内挿データθ′と位相誤差Pdによって得られることを示している。
そこで、図９の補正データ演算手段4p1は、内挿演算手段２から受け取った内挿データθ′と、位相誤差検出手段3pから受け取った位相誤差Pdとから、上記式（17）による演算を行って、補正データΔθを求め出力する。
そこで、図９の補正演算手段５は、内挿演算手段２から受け取った内挿データθ′と、補正データ演算手段4p1から受け取った補正データΔθとから、
θ＝θ′＋Δθ …（18）
の計算をして、内挿誤差δθを補正した真の角度、すなわち内挿データθを出力する。
（第２の態様）
図９に示す第１の態様では、補正データΔθを補正データ演算手段4p1による式（17）の演算で得ている。この演算をする補正データ演算手段4p1に代えて補正データ記憶手段4p2を用いてもよい。その第２の態様としてのエンコーダ内挿回路を図10のブロック図に示す。
図10のブロック図で示すエンコーダ内挿回路は、図９のブロック図で示すエンコーダ内挿回路の補正データ演算手段4p1が補正データ記憶手段4p2に置き代わった点を除けば、図９のブロック図で示すエンコーダ内挿回路と同様である。したがって、図10のエンコーダ内挿回路における補正データ記憶手段4p2以外の構成要素についての説明は省略する。
補正データ記憶手段4k2には、種々の位相誤差Pdと内挿データθ′の組み合わせ（Pd、θ′）に対する補正データΔθが記憶されている。そして、位相誤差Pdと内挿データθ′を内挿演算手段２及び位相誤差検出手段3pとから受け取ると、（Pd、θ′）をアドレスとする補正データΔθが補正データ記憶手段4p2から読み出される。
可能な位相誤差Pdと内挿データθ′とのすべての組み合わせに対処できるように補正データΔθを格納しておくには、大量の記憶容量を要する。ところが、内挿データθ′の範囲および位相誤差Pdを限定して、補正データ記憶手段4p2に記憶すべき量をその分減少させても、可能な位相誤差Pdと内挿データθ′とのすべての組み合わせに対して補正データを取り出すことができる方法がある。以下にその方法について説明する。
前記図12に示すように、角度データθが０からπの範囲における内挿誤差δθのパターンは、角度データθがπから２πの範囲における内挿誤差δθのパターンと、θ＝πを境として対称の関係にある。そのため、内挿データθ′に含まれる内挿誤差δθを打ち消すためにその内挿データθ′に与えべき補正データΔθは、内挿データθ′が０からπの範囲のものだけ補正データ記憶手段4p2に記憶しておけばよい。そして、内挿データθ′がπから２πの範囲のときには、補正データ記憶手段4p2に記憶されているデータとの対称性を利用して対応の補正データΔθを得ることができる。以上のようにして、記憶させべき内挿データθ′の範囲を限定することで、記憶する補正データのデータ量を減少させることができる。
また、内挿誤差の誤差量が小さい場合には、誤差量と位相誤差Pdとはほぼ比例関係と見なせる。従って、所定の位相誤差Pdに対する補正データのみを記憶し、その他の位相誤差Pdについては、所定位相誤差Pd0に対する補正データを位相誤差の比率だけ逓倍することによって得ることができ、これによって、位相誤差Pdを限定して、記憶する補正データのデータ量を減少させることができる。
図13のブロック図は、内挿データθ′の範囲および位相誤差Pdを限定して補正データを記憶する場合の補正データ記憶手段4p2の構成を説明している。図13において、補正データ記憶手段4p2は、内挿データθ′と位相誤差Pdを入力してアドレスを形成するアドレス変換回路21と、限定された範囲の内挿データθ′と限定された位相誤差Pdとの組み合わせに対応する補正データのみ格納されていて、アドレス変換回路21によるアドレス指定によって補正データを読み出す補正データテーブル22と、読み出した補正データの符号を位相誤差Pdによって反転する符号反転選択回路23と、位相誤差Pdによって補正データの逓倍を行う逓倍回路24を備える。
図14は位相誤差による内挿誤差の補正データΔθの内挿データθ′の範囲および位相誤差Pdの関係を示す図である。図14において、各補正データΔθは前記図12に示す内挿誤差δθを打ち消す大きさと符号を備えている。補正データΔθは、０からπを単位としその他の範囲（π〜２π）はπを境として対称の関係にあるため、０からπの範囲のみを記憶することによって、他の範囲（π〜２π）の補正データを得ることができる。
また、補正データΔθは、位相誤差Pdによってその大きさが変化するが、位相誤差Pdが小さな範囲ではほぼ位相誤差Pdの比に比例すると見なすことができ、所定の位相誤差Pdについて補正データΔθを代表値として記憶し、その他の位相誤差Pdについては逓倍することによって求めることができる。図14ではPd＝1.0゜,Pd＝2.0゜,Pd＝3.0゜，の場合を例示的に示しており、例えばPd＝1.0゜についての補正データΔθのみを記憶し、その他の位相誤差Pdについては、Pd＝1.0゜との比率を逓倍係数として補正データΔθに逓倍させることで求めることができる。なお、Pd＝０゜は両エンコーダ信号の位相誤差がないことを表している。
アドレス変換回路21は演算された内挿データθ′と検出された位相誤差Pdとを入力して、補正データテーブル22を読み出すアドレスを形成する回路である。アドレスの形成では、以下の表３に示すように、０≦θ′＜πを単位とし、θ′の範囲および位相誤差Pdの正負に応じてアドレスを出力する。
また、符号反転選択回路23は、補正データテーブル22から読み出したデータの符号を、表３に示すようにθ′の範囲および位相誤差Pdの正負に応じて反転あるいは非反転する。
【表３】

さらに、逓倍回路24は、所定の位相誤差Pdで記憶されている補正データについて、位相誤差Pdに応じた比率の逓倍係数で逓倍する回路である。以下に示す表４は逓倍係数の一例であり、位相誤差Pd＝1.0゜について補正データを格納しておき、この補正データを基準とし、異なる位相誤差Pdについては位相誤差Pd＝1.0゜を基準として所定の逓倍係数によって逓倍して求める。
【表４】

例えば、位相誤差Pdが1.5゜から2.5゜の間の場合には、位相誤差Pd＝1.0゜の補正データに対して２倍の逓倍係数を乗じ、位相誤差Pdが2.5゜から3.5゜の間の場合には、位相誤差Pd＝1.0゜の補正データに対して３倍の逓倍係数を乗じ、て補正データΔθを求める。
また、逓倍回路24における逓倍方法として、補正データテーブル22に所定位相誤差に対する補正データのみを記憶し、所定誤差と検出した位相誤差が同符号の場合には読み出した補正データに所定位相誤差と検出した位相誤差の比で定まる係数を乗じ、所定誤差と検出した位相誤差が異符号の場合には読み出した補正データに所定位相誤差と検出した位相誤差の比で定まる係数を乗じ、符号を反転させて補正データΔθを求めることもできる。
さらに、逓倍回路14における逓倍方法として、補正データテーブル22に正の所定位相誤差に対する第１の補正データと、負の所定位相誤差に対する第２の補正データとを記憶し、検出した位相誤差が正の場合には第１の補正データから読み出した補正データに正の所定位相誤差と検出した位相誤差の比で定まる係数を乗じ、検出した位相誤差が負の場合には第２の補正データから読み出した補正データに負の所定位相誤差と検出した位相誤差との比で定まる係数を乗じることによって、逓倍係数を定めて補正データΔθを求めることもできる。
なお、以上説明した実施態様では、信号ずれ検出手段（振幅比検出手段、位相誤差検出手段）はエンコーダ内挿回路に組み込まれている。しかし、信号ずれ検出手段はエンコーダ内挿回路の外部に設けることもできる。例えば、エンコーダ信号を外部のシンクロなどを用いて取り出して、正常波形に対するずれ量を検出して、その検出結果を補正データ形成手段に入力するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、内挿データの生成において、振幅差による内挿誤差を減少させることができ、また、位相誤差による内挿誤差を減少させることができる。

Claims

位相を異にする２つのエンコーダ信号を入力して、これらの信号を内挿演算して内挿角度データを出力する内挿演算手段と、
予め、２つのエンコーダ信号の正常波形における基準となる信号ずれ量に対する上記内挿演算手段から出力される内挿角度データに対し、周期的に変化する補正データをその周期に合わせた限られた範囲内だけ基準補正データとして記憶し、上記内挿演算手段から出力される内挿角度データと入力された信号ずれ量及び記憶された基準補正データに基づいて上記内挿演算手段から出力される内挿角度データに対する補正データを出力する補正データ形成手段と、
上記内挿演算手段から出力された内挿角度データを上記補正データ形成手段から出力された補正データでもって補正して、補正された内挿角度データを出力する補正演算手段と、
を含む上記のエンコーダ内挿回路。
上記信号ずれ量は、１方の正弦波エンコーダ信号の振幅に対する他方の正弦波エンコーダ信号の振幅の比である、請求の範囲第１項記載のエンコーダ内挿回路。
上記補正データ形成手段が記憶する限られた範囲内の基準補正データは、上記内挿演算手段から出力される内挿角度データにおける１周期における1/4周期若しくは1/2周期分の補正データである請求の範囲第２項記載のエンコーダ内挿回路。
上記補正データ形成手段は、上記内挿演算手段から出力される内挿角度データと入力された信号ずれ量により上記基準補正データを記憶する記憶手段のアドレスを形成し、入力された信号ずれ量と内挿演算手段の出力とに基づいて上記アドレスを確定し、その確定されたアドレスにより上記記憶手段からデータを取り出し、該取り出された基準補正データに基準信号ずれ量に対する上記入力された信号ずれ量の関係を考慮した処理を施し、上記補正データを形成する手段を含む、請求の範囲第３項記載のエンコーダ内挿回路。
上記補正データ形成手段が有する上記記憶手段は、上記アドレスを構成する内挿角度データは０からπ/2までの範囲とし、一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より大きい特定振幅比k1に対する第１の基準補正データと、一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より小さい特定振幅比k2に対する第２の基準補正データとを記憶し、上記補正データ形成手段は、入力された振幅比ｋが１より大の場合には第１の基準補正データに（１−ｋ）／（１−k1）を乗じ、検出した振幅比ｋが１より小の場合には第２の基準補正データに（１−ｋ）／（１−k2）を乗じて上記補正データを得ることを特徴とする請求の範囲第４項記載のエンコーダ内挿回路。
上記補正データ形成手段が有する上記記憶手段は、上記アドレスを構成する内挿角度データは０からπ/2までの範囲とし、一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より大きい特定振幅比k1に対する基準補正データのみを記憶し、上記補正データ形成手段は、入力された振幅比ｋが１より大の場合には基準補正データに（１−ｋ）／（１−k1）を乗じ、検出した振幅比ｋが１より小の場合には基準補正データに−（１−ｋ）／（１−1k）を乗じて上記補正データを得ることを特徴とする請求の範囲第４項記載のエンコーダ内挿回路。
前記信号ずれ量は、あらかじめ定めた２つのエンコーダ信号間の位相差と、実際の２つのエンコーダ信号間の位相差との差異としての位相誤差である、請求の範囲第１項記載のエンコーダ内挿回路。
上記補正データ形成手段は、上記内挿演算手段から出力される内挿角度データと入力された信号ずれ量により上記基準補正データを記憶する記憶手段のアドレスを形成し、入力された信号ずれ量と内挿演算手段の出力とに基づいて上記アドレスを確定し、その確定されたアドレスにより上記記憶手段からデータを取り出し、その取り出したデータに基づいて補正データを出力する、請求の範囲第７項記載のエンコーダ内挿回路。
上記あらかじめ定めた２つのエンコーダ信号間の位相差とはπ/2であり、上記アドレスを構成する角度データは０からπまでの範囲である、請求の範囲第８項記載のエンコーダ内挿回路。
上記補正データ形成手段は、正の所定位相誤差に対する第１の基準補正データと、負の所定位相誤差に対する第２の基準補正データとを記憶し、検出した位相誤差が正の場合には第１の基準補正データから読み出し、該読み出した基準補正データに正の所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じ、検出した位相誤差が負の場合には第２の基準補正データから読み出し、該読み出した基準補正データに負の所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じて上記補正データを得ることを特徴とする、請求の範囲第９項記載のエンコーダ内挿回路。
上記補正データ形成手段は、所定位相誤差に対する基準補正データのみを記憶し、所定誤差と検出した位相誤差が同符号の場合には読み出した基準補正データに所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じ、所定誤差と検出した位相誤差が異符号の場合には読み出した基準補正データに所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じ、符号を反転させて上記補正データを得ることを特徴とする、請求の範囲第９項記載のエンコーダ内挿回路。