JP4071465B2 - 補正機能付き絶対位置検出器 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の送り軸の制御等に用いられる絶対位置検出器の自動調整可能な誤差補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来の絶対位置検出器のブロック図である。
４Ｘのレゾルバである高分解能位置検出用センサー２と、１Ｘのレゾルバである絶対位置検出用センサー３は、回転位置検出器であり、軸１によって図示しないモータに機械的に結合される。１Ｘのレゾルバである絶対位置検出用センサー３は、軸１が１回転する毎に検出信号の位相が３６０°変調される。一方、４Ｘレゾルバである高分解能位置検出用センサー２は、軸１が１／４回転する毎に検出信号の位相が３６０°変調される。内挿回路４は、絶対位置検出用センサーに励磁信号を送り、位置により変調された２相信号を内挿し、８ビットで表現される角度θ2を出力する。内挿回路５は、同様にして高分解能位置検出用センサーの信号を内挿し、８ビットで表現される角度θ1を出力する。桁合わせ回路６は、角度θ1と角度θ2から、以下の式により１０ビットで表現される高分解能絶対位置検出値θaを数式１，２より算出する。
［数式１］
Ｘ＝（θ2・４−θ1＋128）／２８
［数式２］
θa＝ＩＮＴ（Ｘ）・２８＋θ1
ただし、ＩＮＴ（）は、かっこ内の数字の数値を超えない最大の整数を返す関数である。（例 INT(1.9)=1、INT(-1.9)=-2）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来においては、温度ドリフト等の要因により絶対位置検出用センサーのオフセットが変化すると、角度θ2に対し、軸１の１回転当たり１周期（すなわち軸１の回転と同じ周波数）で周期的に変化する角度誤差成分が発生する。また、オペアンプやフィルタ回路等のアナログ部品で構成された内挿回路４の温度特性のため２相信号の振幅バランスが崩れ、角度θ2に対し、軸１の１回転当たり２周期（すなわち軸１の回転の２倍の周波数）で周期的に変化する角度誤差成分が発生する。そして、これらの周期変動する角度誤差成分の合計が±π／２以上となると、高分解能絶対位置検出値θaが狂うという課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る絶対位置検出器は、絶対位置レゾルバの位置出力と、この絶対位置レゾルバよりも高分解能の高分解能レゾルバの位置出力とを組合せ、前記高分解能レゾルバの分解能を持つ高分解能絶対位置を求める絶対位置検出器であって、前記高分解能レゾルバで求められる位置と、前記絶対位置レゾルバで求められる位置と、に基づき前記高分解能レゾルバの位置誤差成分と前記絶対位置レゾルバの位置誤差成分との両方を含んだ誤差信号を求めるレゾルバ間誤差検出手段と、前記誤差信号から、前記絶対位置レゾルバの固有誤差に対応する周期成分を求める固有周期成分検出手段と、前記固有誤差に対応する周期成分を用いて、前記絶対位置レゾルバの出力を補正する絶対位置補正手段と、を備えることを特徴とする。
【０００５】
この構成において、レゾルバ間誤差検出手段で求められる誤差信号には、絶対位置レゾルバの誤差と高分解能レゾルバの誤差の両成分が含まれている。固有誤差成分検出手段は、その誤差信号のうち、絶対位置レゾルバの出力に固有の誤差として想定される周期成分（周波数成分）を抽出する。そして、この固有誤差の周期成分を用いて絶対位置レゾルバの出力を補正することで、温度ドリフト等の要因による絶対位置レゾルバの誤差を除去又は低減することができる。
この発明の好適な態様では、前記固有周期成分検出手段は、前記誤差信号から、前記絶対位置レゾルバの電気角３６０°を１周期とする第１の周期的変動成分を検出し、前記絶対位置補正手段は、前記第１の周期的変動成分を用いて、前記絶対位置レゾルバの位置出力のオフセット補正を行う。
また別の好適な態様では、前記固有周期成分検出手段は、前記誤差信号から、前記絶対位置レゾルバの電気角３６０°当たり２周期で変化する第２の周期的変動成分を検出し、前記絶対位置補正手段は、前記第２の周期的変動成分を用いて、前記絶対位置レゾルバの位置出力の振幅補正を行う。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説明する。
図１は本発明の補正機能付き絶対位置検出器を示すブロック図である。図２に示す従来の絶対位置検出器と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０００７】
演算器７は、高分解能検出用センサー２から求められる位置θ1と絶対位置検出用センサー３から求められる位置θ2との、単位変換後の差を次の数式３より演算する。ここでの単位変換は、高分解能検出用センサ２の分解能に単位を合わせている。
［数式３］
Ｅ＝（Ｘ−ＩＮＴ（Ｘ））・２ ８ − 128
ここで、Ｘは前述の数式１で求められる。このようにして求められた位置誤差Ｅは、絶対位置検出用センサー３と高分解能位置検出用位置センサー２の両方の位置誤差を含んでいる。
そこで次に、フーリエ変換器８で、一般に知られるフーリエ級数展開の手法を用いて、位置誤差Ｅから、絶対位置検出用センサー３の固有周期の位置誤差のみを抽出する。つまり、絶対位置検出用センサー３で求められる位置θ2の変化周期（この例では軸１の１回転の周期）に関する１周期成分（すなわちその変化周期を基本周期としたフーリエ級数展開における、基本周期に対応する項）についてのフーリエ余弦級数の係数値F1C及びフーリエ正弦級数の係数値F1Sと、２周期成分（そのフーリエ級数展開の２次の項。すなわち軸１の１回転当たり２周期で変動する成分）についてのフーリエ正弦級数の係数値F2Sを求める。この例では軸１の１回転がレゾルバの電気角３６０°に当たる。
そして、これらの係数値F1C,F1Sを、乗算器９、１０により、製品固有の係数倍し、オフセット補正値ＯＡ,ＯＢを算出する。この製品固有の係数は、フーリエ級数の係数値F1C,F1Sを、絶対位置検出用センサー３の２相出力信号Ａ1，Ｂ1と整合させるためのものである。得られたオフセット補正値ＯＡ,ＯＢは、センサーや内挿回路の位置検出系すべての１周期成分誤差を補正するものである。
次に、減算器１２ａ，１２ｂにて、絶対位置検出用センサー３の２相出力Ａ1，Ｂ1から、それぞれ対応するオフセット補正値ＯＡ，ＯＢを減算する。これによりその位置θ2の１周期成分誤差をなくすことができる。この処理により得られる１周期成分誤差を除去した２相信号をＡ2（＝Ａ1−ＯＡ），Ｂ2（＝Ｂ1−ＯＢ）とする。
さらに、それら１周期成分誤差を除去した２相信号Ａ2，Ｂ2のうち、前記２周期成分誤差に対応する係数値F2Sに対応する相の信号であるＡ2に対し、乗算器１１により、係数値F2Sを用いて補正を行う。乗算器１１における補正処理は、次の数式４の原理で行われる。
［数式４］
Ａ3＝Ａ2・（１−F2S・k）
ただし、kは、製品固有の係数である。
この補正処理によりそれら２相信号Ａ，Ｂの振幅差を調整し、その位置θ2の振幅誤差に起因する２周期成分誤差をなくすことができる。
なお、以上の例では１Ｘレゾルバを４Ｘレゾルバと組み合せた場合の例であったが、これ以外にｎＸ（ｎは整数）レゾルバをｍＸ（ｍはｎと異なる整数）レゾルバと組み合わせる場合にも、この実施の形態の構成は適用可能である。
【０００８】
このように、２つのセンサーの位置検出値の差から、一方のセンサーの誤差成分のみをフーリエ変換により抽出し、その値に基づき誤差が消えるようにオフセットと振幅差を、外部からの基準信号なしに自律的に調整するので、センサーやアナログ部品で構成される内挿回路が温度変化等の影響を受けたとしても、安定して高精度な位置検出ができ、絶対位置を誤ることがない。
また、このような高精度な位置検出器は一般に、製造時のばらつきをなくすため、オフセット補正や振幅補正用の記憶器と演算器を持っており、この実施の形態では、フーリエ変換器８で求めた係数値で絶対位置検出用センサー３の２相出力を補正する機構として、これらオフセット補正・振幅補正用の記憶器及び演算器を兼用することができるので、従来装置に対して追加すべきハードウエア要素を少なくすることができ、安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態における補正機能付き絶対位置検出器のブロック図である。
【図２】 従来技術の絶対位置検出器のブロック図である。
【符号の説明】
１ 軸、２ 高分解能位置検出用センサー、３ １回転絶対位置検出用センサー、４ 、５ 内挿回路、６ 桁合わせ回路、７ 演算器、８ フーリエ変換器、９、１０、１１ 乗算器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の送り軸の制御等に用いられる絶対位置検出器の自動調整可能な誤差補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来の絶対位置検出器のブロック図である。
４Ｘのレゾルバである高分解能位置検出用センサー２と、１Ｘのレゾルバである絶対位置検出用センサー３は、回転位置検出器であり、軸１によって図示しないモータに機械的に結合される。１Ｘのレゾルバである絶対位置検出用センサー３は、軸１が１回転する毎に検出信号の位相が３６０°変調される。一方、４Ｘレゾルバである高分解能位置検出用センサー２は、軸１が１／４回転する毎に検出信号の位相が３６０°変調される。内挿回路４は、絶対位置検出用センサーに励磁信号を送り、位置により変調された２相信号を内挿し、８ビットで表現される角度θ2を出力する。内挿回路５は、同様にして高分解能位置検出用センサーの信号を内挿し、８ビットで表現される角度θ1を出力する。桁合わせ回路６は、角度θ1と角度θ2から、以下の式により１０ビットで表現される高分解能絶対位置検出値θaを数式１，２より算出する。
［数式１］
Ｘ＝（θ2・４−θ1＋128）／２８
［数式２］
θa＝ＩＮＴ（Ｘ）・２８＋θ1
ただし、ＩＮＴ（）は、かっこ内の数字の数値を超えない最大の整数を返す関数である。（例 INT(1.9)=1、INT(-1.9)=-2）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来においては、温度ドリフト等の要因により絶対位置検出用センサーのオフセットが変化すると、角度θ2に対し、軸１の１回転当たり１周期（すなわち軸１の回転と同じ周波数）で周期的に変化する角度誤差成分が発生する。また、オペアンプやフィルタ回路等のアナログ部品で構成された内挿回路４の温度特性のため２相信号の振幅バランスが崩れ、角度θ2に対し、軸１の１回転当たり２周期（すなわち軸１の回転の２倍の周波数）で周期的に変化する角度誤差成分が発生する。そして、これらの周期変動する角度誤差成分の合計が±π／２以上となると、高分解能絶対位置検出値θaが狂うという課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る絶対位置検出器は、絶対位置レゾルバの位置出力と、この絶対位置レゾルバよりも高分解能の高分解能レゾルバの位置出力とを組合せ、前記高分解能レゾルバの分解能を持つ高分解能絶対位置を求める絶対位置検出器であって、前記高分解能レゾルバで求められる位置と、前記絶対位置レゾルバで求められる位置と、に基づき前記高分解能レゾルバの位置誤差成分と前記絶対位置レゾルバの位置誤差成分との両方を含んだ誤差信号を求めるレゾルバ間誤差検出手段と、前記誤差信号から、前記絶対位置レゾルバの固有誤差に対応する周期成分を求める固有周期成分検出手段と、前記固有誤差に対応する周期成分を用いて、前記絶対位置レゾルバの出力を補正する絶対位置補正手段と、を備えることを特徴とする。
【０００５】
この構成において、レゾルバ間誤差検出手段で求められる誤差信号には、絶対位置レゾルバの誤差と高分解能レゾルバの誤差の両成分が含まれている。固有誤差成分検出手段は、その誤差信号のうち、絶対位置レゾルバの出力に固有の誤差として想定される周期成分（周波数成分）を抽出する。そして、この固有誤差の周期成分を用いて絶対位置レゾルバの出力を補正することで、温度ドリフト等の要因による絶対位置レゾルバの誤差を除去又は低減することができる。
この発明の好適な態様では、前記固有周期成分検出手段は、前記誤差信号から、前記絶対位置レゾルバの電気角３６０°を１周期とする第１の周期的変動成分を検出し、前記絶対位置補正手段は、前記第１の周期的変動成分を用いて、前記絶対位置レゾルバの位置出力のオフセット補正を行う。
また別の好適な態様では、前記固有周期成分検出手段は、前記誤差信号から、前記絶対位置レゾルバの電気角３６０°当たり２周期で変化する第２の周期的変動成分を検出し、前記絶対位置補正手段は、前記第２の周期的変動成分を用いて、前記絶対位置レゾルバの位置出力の振幅補正を行う。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説明する。
図１は本発明の補正機能付き絶対位置検出器を示すブロック図である。図２に示す従来の絶対位置検出器と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０００７】
演算器７は、高分解能検出用センサー２から求められる位置θ1と絶対位置検出用センサー３から求められる位置θ2との、単位変換後の差を次の数式３より演算する。ここでの単位変換は、高分解能検出用センサ２の分解能に単位を合わせている。
［数式３］
Ｅ＝（Ｘ−ＩＮＴ（Ｘ））・２ ８ − 128
ここで、Ｘは前述の数式１で求められる。このようにして求められた位置誤差Ｅは、絶対位置検出用センサー３と高分解能位置検出用位置センサー２の両方の位置誤差を含んでいる。
そこで次に、フーリエ変換器８で、一般に知られるフーリエ級数展開の手法を用いて、位置誤差Ｅから、絶対位置検出用センサー３の固有周期の位置誤差のみを抽出する。つまり、絶対位置検出用センサー３で求められる位置θ2の変化周期（この例では軸１の１回転の周期）に関する１周期成分（すなわちその変化周期を基本周期としたフーリエ級数展開における、基本周期に対応する項）についてのフーリエ余弦級数の係数値F1C及びフーリエ正弦級数の係数値F1Sと、２周期成分（そのフーリエ級数展開の２次の項。すなわち軸１の１回転当たり２周期で変動する成分）についてのフーリエ正弦級数の係数値F2Sを求める。この例では軸１の１回転がレゾルバの電気角３６０°に当たる。
そして、これらの係数値F1C,F1Sを、乗算器９、１０により、製品固有の係数倍し、オフセット補正値ＯＡ,ＯＢを算出する。この製品固有の係数は、フーリエ級数の係数値F1C,F1Sを、絶対位置検出用センサー３の２相出力信号Ａ1，Ｂ1と整合させるためのものである。得られたオフセット補正値ＯＡ,ＯＢは、センサーや内挿回路の位置検出系すべての１周期成分誤差を補正するものである。
次に、減算器１２ａ，１２ｂにて、絶対位置検出用センサー３の２相出力Ａ1，Ｂ1から、それぞれ対応するオフセット補正値ＯＡ，ＯＢを減算する。これによりその位置θ2の１周期成分誤差をなくすことができる。この処理により得られる１周期成分誤差を除去した２相信号をＡ2（＝Ａ1−ＯＡ），Ｂ2（＝Ｂ1−ＯＢ）とする。
さらに、それら１周期成分誤差を除去した２相信号Ａ2，Ｂ2のうち、前記２周期成分誤差に対応する係数値F2Sに対応する相の信号であるＡ2に対し、乗算器１１により、係数値F2Sを用いて補正を行う。乗算器１１における補正処理は、次の数式４の原理で行われる。
［数式４］
Ａ3＝Ａ2・（１−F2S・k）
ただし、kは、製品固有の係数である。
この補正処理によりそれら２相信号Ａ，Ｂの振幅差を調整し、その位置θ2の振幅誤差に起因する２周期成分誤差をなくすことができる。
なお、以上の例では１Ｘレゾルバを４Ｘレゾルバと組み合せた場合の例であったが、これ以外にｎＸ（ｎは整数）レゾルバをｍＸ（ｍはｎと異なる整数）レゾルバと組み合わせる場合にも、この実施の形態の構成は適用可能である。
【０００８】
このように、２つのセンサーの位置検出値の差から、一方のセンサーの誤差成分のみをフーリエ変換により抽出し、その値に基づき誤差が消えるようにオフセットと振幅差を、外部からの基準信号なしに自律的に調整するので、センサーやアナログ部品で構成される内挿回路が温度変化等の影響を受けたとしても、安定して高精度な位置検出ができ、絶対位置を誤ることがない。
また、このような高精度な位置検出器は一般に、製造時のばらつきをなくすため、オフセット補正や振幅補正用の記憶器と演算器を持っており、この実施の形態では、フーリエ変換器８で求めた係数値で絶対位置検出用センサー３の２相出力を補正する機構として、これらオフセット補正・振幅補正用の記憶器及び演算器を兼用することができるので、従来装置に対して追加すべきハードウエア要素を少なくすることができ、安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態における補正機能付き絶対位置検出器のブロック図である。
【図２】 従来技術の絶対位置検出器のブロック図である。
【符号の説明】
１ 軸、２ 高分解能位置検出用センサー、３ １回転絶対位置検出用センサー、４ 、５ 内挿回路、６ 桁合わせ回路、７ 演算器、８ フーリエ変換器、９、１０、１１ 乗算器。
Claims (3)
- 絶対位置レゾルバの位置出力と、この絶対位置レゾルバよりも高分解能の高分解能レゾルバの位置出力とを組合せ、前記高分解能レゾルバの分解能を持つ高分解能絶対位置を求める絶対位置検出器であって、
前記高分解能レゾルバの位置出力と、前記絶対位置レゾルバの位置出力と、に基づき前記高分解能レゾルバの位置誤差成分と前記絶対位置レゾルバの位置誤差成分との両方を含んだ誤差信号を求めるレゾルバ間誤差検出手段と、
前記誤差信号から、前記絶対位置レゾルバの固有誤差に対応する周期成分を求める固有周期成分検出手段と、
前記固有誤差に対応する周期成分を用いて、前記絶対位置レゾルバの出力を補正する絶対位置補正手段と、
を備えることを特徴とする絶対位置検出器。 - 前記固有周期成分検出手段は、前記誤差信号から、前記絶対位置レゾルバの電気角３６０°を１周期とする第１の周期的変動成分を検出し、前記絶対位置補正手段は、前記第１の周期的変動成分を用いて、前記絶対位置レゾルバの位置出力のオフセット補正を行うことを特徴とする請求項１記載の絶対位置検出器。
- 前記固有周期成分検出手段は、前記誤差信号から、前記絶対位置レゾルバの電気角３６０°当たり２周期で変化する第２の周期的変動成分を検出し、前記絶対位置補正手段は、前記第２の周期的変動成分を用いて、前記絶対位置レゾルバの位置出力の振幅補正を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の絶対位置検出器。
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|---|---|---|---|
| JP2001221246A JP4071465B2 (ja) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | 補正機能付き絶対位置検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001221246A JP4071465B2 (ja) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | 補正機能付き絶対位置検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP4071465B2 true JP4071465B2 (ja) | 2008-04-02 |
Family
ID=19054938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001221246A Expired - Fee Related JP4071465B2 (ja) | 2001-07-23 | 2001-07-23 | 補正機能付き絶対位置検出器 |
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| JP3574356B2 (ja) * | 1999-07-19 | 2004-10-06 | オークマ株式会社 | 位置検出装置 |
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2001
- 2001-07-23 JP JP2001221246A patent/JP4071465B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2003035566A (ja) | 2003-02-07 |
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