JP4090016B2 - 自己校正型角度検出器 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角度検出器に関し、特に、自己校正機能を備えることにより、回転機等の機械装置から取り外すことなく長年にわたって高精度な角度検出性能を維持できるようにするための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、周知の角度検出器においては、定期的に回転機等の機械装置から取り外し、製造元へ送付して校正装置で精度誤差を測定し、必要に応じて再調整等を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、定期的に取り外して再調整を要するため、取り外すことなく長年にわたって高精度な角度検出性能を維持することはできなかった。
【０００４】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、回転機等の機械装置に取り付けたままで、自己校正することにより長年にわたって高精度な角度検出を可能とする角度検出器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の自己校正型角度検出器は、角度データ検出用ヘッドでディスクの回転角度を検出する角度検出器において、０°位置に設置され、Ｎ次誤差成分ＧＮを含む０°位置角度データを出力する前記角度データ検出用ヘッドと、前記０°位置に対して（３６０／２Ｎ ）°回転させた位置に設置された４個のＮ次誤差成分検出用ヘッドと、前記Ｎ次誤差成分と角度値により構成されるテーブルを格納した記憶手段と、前記Ｎ次誤差成分検出用ヘッドが検出した角度データと前記記憶手段が格納しているテーブルとに基づいて演算処理を行う演算手段とを備え、前記演算手段は、前記Ｎ次誤差成分検出用ヘッド (3,4,5,6) の位置をＡ°＝３６０／ ( ２×Ｎ ) 、Ａ°位置のＮ次誤差成分検出用ヘッドで検出される角度データに含まれる精度誤差 ( 全次数誤差合計 ) をＧＳ ( Ａ° ) 、及び ( ｘ ) °の左項にある前記ＧＳ ( Ａ° ) の減算式からなる誤差特性を指定の角度ｘ°シフトさせることを ( ｘ ) °シフトとそれぞれ表した場合に、Ｎ＝１の場合は、Ｇ１＝ ( ＧＳ ( ０° ) −ＧＳ ( １８０° )) ／２で表され、Ｎが２以上の場合は、ＧＮ＝｛ ( ＧＳ ( ０° ) −ＧＳ ( ３６０／ ( ２×Ｎ ) ° )) ＋ ( ＧＳ ( ０° ) −ＧＳ ( ３６０／ ( ２×Ｎ ) ° ))( ３６０／Ｎ ) シフト＋ ( ＧＳ ( ０° ) −ＧＳ ( ３６０／ ( ２×Ｎ ) ° ))( ３６０／Ｎ×２ ) °シフト＋・・・＋ ( ＧＳ ( ０° ) −ＧＳ ( ３６０／ ( ２×Ｎ ) ° ))( ３６０／Ｎ×Ｋ ) °シフト｝× ( −１／２ ) × ( １／Ｎ ) （ただし、Ｋ＜Ｎ）で表される演算式により、前記Ｎ次誤差成分ＧＮを求め、この求めたＮ次誤差ＧＮを前記０°位置角度データから減算することで、前記０°位置角度データを校正するようにした構成である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による自己校正型角度検出器の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【０００７】
図１に示すように、本発明の角度検出器は、エンコーダの回転位置検出用のディスク１の回転位置を検出するためのＬＥＤ及び受光素子からなる角度データ検出用ヘッド２の他に、１次誤差検出用ヘッド３、２次誤差検出用ヘッド４、４次誤差検出用ヘッド５及び８次誤差検出用ヘッド６を備える。
【０００８】
前記１次誤差検出用ヘッド３、２次誤差検出用ヘッド４、４次誤差検出用ヘッド５及び８次誤差検出用ヘッド６は、角度データ検出用ヘッド２と同様にエンコーダ本体（図示せず）側に取り付けられており、構成も角度データ検出用ヘッド２と同一である。
各誤差検出用ヘッドは、ディスク１の中心を軸として角度データ検出用ヘッド２に対して、１８０°、９０°、４５°及び２２．５°時計方向にそれぞれ回転させた位置に配設されている。
なお、以下では、角度データ検出用ヘッド２の位置を０°位置、各誤差検出用ヘッド３〜６の位置を１８０°位置、９０°位置、４５°位置及び２２．５°位置と称する。
【０００９】
図２（ａ）は、角度データ検出用ヘッド２によって検出される０°位置角度データを示す特性図である。
この図２（ａ）に示すように、角度データ検出用ヘッド２による０°位置角度データは、１次高調波成分、２次高調波成分、４次高調波成分等のＮ次（Ｎは整数）の高次誤差成分が含まれる。各高調波成分を図２（ｂ）〜図２（ｅ）に示す。
【００１０】
本発明の角度検出器では、検出される角度データに含まれる誤差を消去するために以下のような処理をする。
説明の便宜上、まず２次高調波成分を消去する場合について説明する。
９０°位置にある２次誤差検出用ヘッド４の角度データから０°位置にある角度データ検出用ヘッド２の０°位置角度データを引くことによって得られる第１位置誤差特性（図３（ａ））を求める。
【００１１】
次に、図３（ａ）に示す第１位置誤差特性の位相とは１８０°位相の異なる第２位置誤差特性を求める。この第２位置誤差特性を図３（ｂ）に示す。
そして、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す第１位置誤差特性及び第２位置誤差特性を足し合わせると、図３（ｃ）に示す２次誤差成分が得られる。
図３（ｃ）に示す２次誤差成分は、ゲインが４倍になっているため、１／４倍したものを角度データ検出用ヘッド２で検出された０°位置角度データから除去すれば、２次誤差成分を除去した角度データが得られる。
【００１２】
同様にして各高次誤差成分を求める。
１次誤差を求める場合は、１次誤差検出用ヘッド３を用い、図３（ｃ）に示すものと同様にゲインが２倍になった１次誤差成分が求まるので、このゲインを１／２倍したものを角度データ検出用ヘッド２で検出された０°位置角度データから除去すれば、１次誤差成分を除去した角度データが得られる。
また、４次誤差検出用ヘッド５を用いれば、図３（ｃ）に示すものと同様にゲインが８倍になった４次誤差成分が求まるので、このゲインを１／８倍したものを角度データ検出用ヘッド２で検出された０°位置角度データから除去すれば、４次誤差成分を除去した０°位置角度データが得られる。
さらに、８次誤差検出用ヘッド６を用いれば、図３（ｃ）に示すものと同様にゲインが１６倍になった８次誤差成分が求まるので、このゲインを１／１６倍したものを角度データ検出用ヘッド２で検出された０°位置角度データから除去すれば、８次誤差成分を除去した角度データが得られる。
【００１３】
ここで、
Ｎは誤差の次数（Ｎ次成分）を指す。
Ａ°はヘッド位置Ａ°＝３６０／(２×Ｎ)を表す。
ＧＳ(Ａ°)はＡ°位置のヘッドで検出される角度データに含まれる精度誤差(全次数誤差合計)を表す。
Ｇ１、Ｇ２、・・・、ＧＮは１次、２次、・・・、Ｎ次誤差成分を意味する。
(ｘ)°シフトは(ｘ)°の左項にある前記ＧＳ ( Ａ° ) の減算式からなる誤差特性を指定の角度ｘ°シフトさせることを意味する。
【００１４】
これらの表記方法の下、０度位置の角度データ検出用ヘッド２から検出される精度誤差は、
ＧＳ(０°)＝Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋・・・・・＋ＧＮ
と表現される。
また、Ｇ１、Ｇ２、・・・、ＧＮの誤差は以下の数式で表現される。
Ｇ１＝(ＧＳ(０°)−ＧＳ(１８０°))／２
Ｇ２＝｛(ＧＳ(０°)−ＧＳ(９０°))＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(９０°))１８０°シフト｝×(−１／２)×(１／２)
Ｇ３＝｛(ＧＳ(０°)−ＧＳ(６０°))＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(６０°))１２０°シフト＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(６０°))２４０°シフト｝×(−１／２)×(１／３)
Ｇ４＝｛(ＧＳ(０°)−ＧＳ(４５°))＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(４５°))９０°シフト＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(４５°))１８０°シフト＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(４５°))２７０°シフト｝×(−１／２)×(１／４)
【００１５】
Ｎが２以上の場合の一般式は、
ＧＮ＝｛(ＧＳ(０°)−ＧＳ(３６０／(２×Ｎ)°))＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(３６０／(２×Ｎ)°))(３６０／Ｎ)シフト＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(３６０／(２×Ｎ)°))(３６０／Ｎ×２)°シフト＋・・・＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(３６０／(２×Ｎ)°))(３６０／Ｎ×Ｋ)°シフト｝×(−１／２)×(１／Ｎ)
ただし、Ｋ＜Ｎ
となる。
【００１６】
以上のようにして各高次成分の誤差を求め、これを角度データ検出用ヘッド２によって検出された角度データから減算すれば、角度検出器の０°位置角度データに含まれる誤差を小さく抑えることができ、この結果、角度検出精度の高い角度検出器を提供することができる。
なお、以上の誤差校正は、図４に示すブロックで行われるものであり、記憶手段である各ＲＯＭには校正値と角度値で構成されるテーブルが格納されている。すなわち、この実施の形態では、図４に示すブロックによって演算手段が構成されている。従って、各ＲＯＭに記憶されたテーブルを参照して定期的（例えば一月に一回等の期間をおいて）かつ自動的に誤差構成を行うことにより、高精度な角度データ（位置データ）を出力することができる。
【００１７】
また、以上の説明では、基準ヘッドである角度データ検出用ヘッド２で検出される角度データを校正するために、１次誤差検出用ヘッド３、２次誤差検出用ヘッド４、４次誤差検出用ヘッド５及び８次誤差検出用ヘッド６を用いる場合について説明したが、これらのヘッド２〜６は全て同じ構成であるため、基準ヘッドを順次１次誤差検出用ヘッド３、２次誤差検出用ヘッド４、４次誤差検出用ヘッド５及び８次誤差検出用ヘッド６として同様に角度データを校正し、各ヘッド２〜６を基準ヘッドとした場合の角度データを平均化してもよい。
【００１８】
このとき、各基準ヘッドが設置されている位置に対して（３６０／２Ｎ）°回転させた位置に存在するＮ次誤差成分検出用ヘッドのみを用いることにより、そのＮ次誤差成分検出用ヘッドによって得られる次数の誤差成分のみを基準ヘッドで検出される角度データから除去するようにしてもよいし、Ｎ次誤差成分検出用ヘッドを適宜補い、各ヘッドで検出した角度データを用いてＮ次誤差成分を求めて角度データを校正するようにしてもよい。
このように基準ヘッドを複数設ければ、最終的に得られる平均化された角度データは非常に高精度なものになる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の自己校正型角度検出器は、角度データ検出用ヘッドでディスクの回転角度を検出する角度検出器において、前記角度データ検出用ヘッドが設置されている０°位置に対して（３６０／２Ｎ）°回転させた位置に設置したＮ次誤差成分検出用ヘッドで検出した角度データを用いてＮ次誤差成分を求め、このＮ次誤差成分を前記角度データ検出用ヘッドで検出された０°位置角度データから減算することにより前記０°位置角度データを自己校正するので、角度検出器の０°位置角度データに含まれる誤差を小さく抑えることができ、この結果、角度検出精度の高い角度検出器を提供することができる。
【００２０】
また、前記Ｎ次誤差成分と角度値により構成されるテーブルを格納した記憶手段を備え、前記記憶手段に格納されたテーブルを定期的に参照して前記角度データを自己校正するので、長期に亘って高精度な角度データを出力することのできる自己校正型角度検出器を提供することができる。
【００２１】
また、Ｎ次誤差成分検出用ヘッドの位置をＡ°＝３６０／(２×Ｎ)、Ａ°位置のＮ次誤差成分検出用ヘッドで検出される角度データに含まれる精度誤差(全次数誤差合計)をＧＳ(Ａ°)、 (ｘ)°の左項にある前記ＧＳ ( Ａ° ) の減算式からなる誤差特性を指定の角度ｘ°シフトさせることを(ｘ)°シフトとそれぞれ表した場合に、前記Ｎ次誤差ＧＮは、Ｎ＝１の場合は、Ｇ１＝(ＧＳ(０°)−ＧＳ(１８０°))／２で表され、Ｎが２以上の場合は、ＧＮ＝｛(ＧＳ(０°)−ＧＳ(３６０／(２×Ｎ)°))＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(３６０／(２×Ｎ)°))(３６０／Ｎ)シフト＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(３６０／(２×Ｎ)°))(３６０／Ｎ×２)°シフト＋・・・＋(ＧＳ(０°)−ＧＳ(３６０／(２×Ｎ)°))(３６０／Ｎ×Ｋ)°シフト｝×(−１／２)×(１／Ｎ)（ただし、Ｋ＜Ｎ）で表されるので、各高次誤差成分を除去した精度の高い角度データを出力する自己校正型角度検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による自己校正型角度検出器を概略的に示す構成図である。
【図２】 各高次誤差成分を概略的に示す特性図である。
【図３】 本発明による自己校正型角度検出器において２次誤差成分を求める様子を概略的に示す特性図である。
【図４】 本発明の自己校正型角度検出器のブロック構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ディスク
２ 角度データ検出用ヘッド
３ １次誤差検出用ヘッド
４ ２次誤差検出用ヘッド
５ ４次誤差検出用ヘッド
６ ８次誤差検出用ヘッド

Claims (1)

  1. 角度データ検出用ヘッドでディスクの回転角度を検出する角度検出器において、
    ０°位置に設置され、Ｎ次誤差成分ＧＮを含む０°位置角度データを出力する前記角度データ検出用ヘッド (2) と、
    前記０°位置に対して（３６０／２Ｎ）°回転させた位置に設置された４個のＮ次誤差成分検出用ヘッド (3,4,5,6) と、
    前記Ｎ次誤差成分と角度値により構成されるテーブルを格納した記憶手段と、
    前記Ｎ次誤差成分検出用ヘッド (3,4,5,6) が検出した角度データと前記記憶手段が格納しているテーブルとに基づいて演算処理を行う演算手段と
    を備え、
    前記演算手段は、
    前記Ｎ次誤差成分検出用ヘッド (3,4,5,6) の位置をＡ°＝３６０／ ( ２×Ｎ ) 、Ａ°位置のＮ次誤差成分検出用ヘッドで検出される角度データに含まれる精度誤差 ( 全次数誤差合計 ) をＧＳ ( Ａ° ) 、及び ( ｘ ) °の左項にある前記ＧＳ ( Ａ° ) の減算式からなる誤差特性を指定の角度ｘ°シフトさせることを ( ｘ ) °シフトとそれぞれ表した場合に、
    Ｎ＝１の場合は、Ｇ１＝ ( ＧＳ ( ０° ) −ＧＳ ( １８０° )) ／２で表され、
    Ｎが２以上の場合は、ＧＮ＝｛ ( ＧＳ ( ０° ) −ＧＳ ( ３６０／ ( ２×Ｎ ) ° )) ＋ ( ＧＳ ( ０° ) −ＧＳ ( ３６０／ ( ２×Ｎ ) ° ))( ３６０／Ｎ ) シフト＋ ( ＧＳ ( ０° ) −ＧＳ ( ３６０／ ( ２×Ｎ ) ° ))( ３６０／Ｎ×２ ) °シフト＋・・・＋ ( ＧＳ ( ０° ) −ＧＳ ( ３６０／ ( ２×Ｎ ) ° ))( ３６０／Ｎ×Ｋ ) °シフト｝× ( −１／２ ) × ( １／Ｎ ) （ただし、Ｋ＜Ｎ）で表される演算式により、前記Ｎ次誤差成分ＧＮを求め、
    この求めたＮ次誤差ＧＮを前記０°位置角度データから減算することで、前記０°位置角度データを校正するようにしたことを特徴とする自己校正型角度検出器。
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