JP4224154B2 - 自己校正型角度検出装置及び検出精度校正方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自己校正型角度検出装置及びそれを用いた検出精度校正方法に関し、工作機械、半導体製造装置、各種精密機械等において高精度な機械軸回転角度計測及び制御を行なうのに適したものであり、また、鍛圧機械、製鉄機械等各種産業機械等に搭載されたままの状態で角度精度校正処理を実行し、これによって高精度な機械回転角度計測及び制御を行なうことができるものであり、また、各種車両又は乗り物において超小型・高分解能・高精度で回転位置角度若しくは速度を計測し制御する場合等に適用するのに適したものであり、更に、回転角度以外の位置検出器の精度校正にも適用し得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種精密機械、各種産業機械等においては、回転角度検出器（シャフトエンコーダ）によって機械軸の回転角度（すなわち回転位置）を検出し、必要な制御に利用することが広く行なわれている。この種の回転角度検出器としては、光学式ロータリエンコーダや、レゾルバのような磁気誘導型回転位置検出器、あるいはレゾルバと同様の位相検出原理に基づく可変磁気抵抗型回転位置検出器など種々のタイプのものが知られているが、どのようなタイプの回転角度検出器においても、個々の検出器毎の製造誤差つまり個体機差や、機械軸に取り付けた際のミスアラインメントやカプリングの不良など様々な要因によって、検出精度が不十分なことが多い。そのため、高精密が要求される用途に回転位置検出器を使用する場合は、どうしても、検出器の検出角度精度を校正してやる必要がある。従来の角度精度校正装置は、基準の検出器としてそれ自体に高精度が要求される検出器を必要としており、また、専用の角度割り出し機構に校正対象検出器と基準検出器を取り付けて校正処理を行なう校正からなるものがほとんどであり、計測対象である現場の機械軸に検出器を取り付けた状態で校正を行なうことは困難であった。また、校正装置の構造も複雑であった。なお、従来知られた角度精度校正技術として、例えば、「精密工学会誌，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．５」（１９７８年発行）の５３９頁〜５４４頁に掲載の論文「角度の標準器とその校正方法」（豊山晃著）に記載されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、高精密な基準検出器を必要とせず、校正対象検出器それ自身による自己校正方式によって角度校正を行なうことができる自己校正型角度検出装置を提供しようとするものであり、また、専用の角度割り出し機構を使用することなく、任意の機械軸（好ましくは校正対象検出器を装着する現場の計測対象機械軸そのものであってよい）に校正対象検出器を装着して簡便に校正を行なうことができる検出精度校正方法を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る自己校正型角度検出装置は、共通の機械軸に取り付けられ、該機械軸の回転角度に応じた角度検出データを所定の分解能で出力する第１の角度検出器及び第２の角度検出器と、前記機械軸に対する前記第１の角度検出器の取付け位置に対して、前記機械軸に対する前記第２の角度検出器の取付け位置を、所定角度づつ相対的にずらして複数Ｍ通り（ただし、Ｍは１回転３６０°を等分割する整数）の相対的取付け角位置φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）（ただし、ｋは各相対的取付け角位置を区別する序数であって、ｋ＝０，１，２，．．．，Ｍ−１）をそれぞれ割り出し、各割り出した相対的取付け角位置毎に前記機械軸の各回転位置に対する前記第１及び第２の角度検出器の角度検出データＳＡ（θ），ＳＢ（θ）をそれぞれ求めると共に、前記第１の角度検出器の各角度検出データ毎の両者の差δ k （θ，φ）をそれぞれ求め、更に、前記各相対的取付け角位置毎の前記δ k （θ，φ）の単純算術平均を求めることで、少なくとも第１の角度検出器の各角度検出データＳＡ（θ）に関する誤差値Ａε（θ）をそれぞれ算出する誤差計算部と、検出対象機械軸の現回転位置に応じて少なくとも前記第１の角度検出器から出力される現在角度検出データＳＡ（θ）に応じて、該現在角度検出データに関して前記誤差計算部で求められた前記誤差値Ａε（θ）を使用し、該誤差値を差し引くことにより該現在角度検出データの値を校正する校正部とを具備する自己校正型角度検出装置であって、前記第１及び第２の角度検出器は、それぞれ、所定の交流信号によって励磁され、誘導出力信号を生じるコイル部であって、複数の極を構成するものと、該コイル部における誘導係数を該コイル部に対する相対的回転位置に応じて変化させる磁気応答部とを具備し、前記機械軸の回転位置の変化に応じて前記コイル部と磁気応答部との相対的回転位置が変化し、該機械軸の回転位置に応じた誘導出力信号を前記コイル部に生じるようにしたものであり、前記第１及び第２の角度検出器における前記コイル部の極構成は、前記等分割数Ｍが４の場合は、３極構成を基本とするものであり、前記等分割数Ｍが９又は１１又は１３の場合は、４極構成を基本とするものであることを特徴とする。
【０００５】
この発明によれば、第１の角度検出器及び第２の角度検出器は、いずれも校正対象検出器つまり通常の角度検出器であってよく、格別・専用の高精密な基準検出器であることを要しない。校正のための誤差データ算出処理に際しては、これらの第１及び第２の角度検出器が共通の機械軸に取り付けられる。この機械軸は、格別・専用の角度割り出し機構の角度割り出し軸である必要はなく、任意の機械軸であってよい。最も好ましくは、校正対象たる角度検出器を実際に取り付けて使用する現場の機械軸（つまり検出対象機械軸）であるとよい。その場合は、現場の機械軸（つまり検出対象機械軸）に角度検出器を取り付けた状態で、校正のための誤差データ算出処理を遂行することができ、その後、該角度検出器を取り付けたままの状態で（つまり角度検出器の付け替えを行なうことなく）検出対象機械軸の回転角度の検出及びそれに基づく制御を遂行することができるので、極めて効率的であると共に、実際に該角度検出器を使用する現場の機械軸（つまり検出対象機械軸）に取り付けた状態で校正のための誤差データ算出処理を行なうので角度精度校正の精度と信頼性を向上させることができる。
【０００６】
校正のための誤差データ算出処理は、誤差計算部によって行なわれる。その処理内容は、前記機械軸に対する前記第１の角度検出器の取付け位置に対して、前記機械軸に対する前記第２の角度検出器の取付け位置を、所定角度づつ相対的にずらして複数通りの相対的取付け角位置をそれぞれ割り出し、各割り出した相対的取付け角位置毎に前記機械軸の全回転位置に対する前記第１及び第２の角度検出器の角度検出データをそれぞれ求め、前記第１の角度検出器の各角度検出データ毎の両者の差に基づき少なくとも第１の角度検出器の各角度検出データに関する誤差値をそれぞれ算出することからなっている。第１及び第２の角度検出器の角度検出データは、それぞれ真の角度θを示す値と誤差εとを含んでいる。なお、誤差εは、各角度θの値に応じて固有の誤差値を持ち得るため、これをε（θ）なる関数で示すこととし、特に、第１の角度検出器の誤差をＡε（θ）で示し、第２の角度検出器の誤差をＢε（θ）で示すことにする。よって、第１及び第２の角度検出器の角度検出データの差は、真の角度θを示す値を相殺し、両者の誤差Ａε（θ）及びＢε（θ）に関連する値を示すこととなる。よって、この第１及び第２の角度検出器の角度検出データの差を、所定のアルゴリズムを用いて処理することにより、少なくとも第１の角度検出器の各角度検出データに関する誤差値つまりＡε（θ）を算出することができる。この詳しいアルゴリズム例については追って実施例において説明する。
【０００７】
こうして算出した誤差値Ａε（θ）はメモリ等に格納しておき、検出対象機械軸の角度検出時に校正データとして使用する。すなわち、校正部においては、検出対象機械軸の現回転位置に応じて少なくとも前記第１の角度検出器から出力される現在角度検出データに応じて、該現在角度検出データに関して前記誤差計算部で求められた前記誤差値Ａε（θ）を使用し、該誤差値に応じて該現在角度検出データの値を校正する。
【０００８】
このようにして、校正対象検出器それ自身による自己校正方式によって角度校正を行なうことができ、また、専用の角度割り出し機構を使用することなく、任意の機械軸（好ましくは校正対象検出器を装着する現場の計測対象機械軸そのものであってよい）に校正対象検出器を装着して簡便に校正を行なうことができる、等の優れた効果を奏する。更に、前記第１及び第２の角度検出器における前記コイル部の極構成として、前記等分割数Ｍが４の場合は、３極構成を基本とし、前記等分割数Ｍが９又は１１又は１３の場合は、４極構成を基本とするとしたことにより、わずかな誤差成分も非常に少なくできるようにした自己校正型検出装置を提供することができる。
【０００９】
この発明は、装置発明として構成し、実施することができるのみならず、方法発明として構成し、実施することもできる。また、この発明は、コンピュータプログラムの形態で実施することができるし、そのようなコンピュータプログラムを記憶した記録媒体の形態で実施することもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明しよう。
図１は、この発明に係る自己校正型角度検出装置における角度検出器の構造例を示す図で、（Ａ）は第１及び第２の角度検出器１及び２の軸方向断面略図、（Ｂ）は各角度検出器１及び２の正面略図、である。２つの角度検出器１及び２は、同一構造、同一分解能のアブソリュート型角度検出器（シャフトエンコーダ）であって、共通の機械軸３に取り付けられる。その検出器構造原理は非接触式可変磁気抵抗型の磁気誘導検出器からなり、その位置検出原理は例えば特開平９−１２６８０９号公報に示されたようなレゾルバ原理に従う位相計測方式を採用してなるものである。
【００１１】
第１の角度検出器１についてその一例を説明すると、１次コイルＰＷと２次コイルＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を配置してなるステータ１Ｓと、鉄のような強磁性体を所定の形状（例えば図１（Ｂ）に示すような略ハート形）で形成してなるロータ１Ｒとを含んで構成されている。ロータ１Ｒの材質は、鉄のような磁性体に限らず、銅又はアルミニウムのような導電体であってもよく、要は磁気に対して応答し、コイルに対する誘導係数を変化させる性質のものであればよく、どのような材質及び／又は形状を用いるかは周知の技術である。２次コイルＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は、ステータ１Ｓの基板上において円周方向に略９０度の間隔で配置された４極の磁性体コアのそれぞれに巻回されてなり、各２次コイル極の端部が、エアギャップを介してロータ１Ｒの一面に対して非接触的に対向している。ロータ１Ｒの略ハート形の形状によって、ステータ１Ｓに対する該ロータ１Ｒの相対的回転角度（図１（Ｂ）の円周方向の角度）θに応じて、各２次コイル極の端部とロータ１Ｒとの対向面積が変化する。ステータ１Ｓにおいて、１次コイルＰＷは、最外周に沿って巻回されており、そのコイル長は図１（Ａ）に示すように、２次コイルＳＷ１〜ＳＷ４及びロータ１Ｒの箇所を充分にカバーしうるような長さとなっている。これにより、１次コイルＰＷによって発生する交流磁界が、２次コイルＳＷ１〜ＳＷ４及びロータ１Ｒの箇所に充分な影響を及ぼし、各２次コイル極の端部とロータ１Ｒとが対向するエアギャップの面積変化を充分に反映した有効な誘導電圧を各２次コイルＳＷ１〜ＳＷ４に誘導することができるようになっている。
【００１２】
かくして、ステータ１Ｓに対するロータ１Ｒの相対的回転角度θに応じて、２次コイルＳＷ１の誘導電圧レベルはｓｉｎθの関数特性を示し、それよりも９０度ずれた２次コイルＳＷ２の誘導電圧レベルはｃｏｓθの関数特性を示し、それよりも９０度ずれた２次コイルＳＷ３の誘導電圧レベルは−ｓｉｎθの関数特性を示し、それよりも９０度ずれた２次コイルＳＷ４の誘導電圧レベルは−ｃｏｓθの関数特性を示すものとすることができる。１次コイルＰＷと２次コイルＳＷ１〜ＳＷ４の結線を図２に示すようにし、交流成分をｓｉｎωｔで示すと、２次コイルＳＷ１とＳＷ３の差動出力としてｓｉｎθ・ｓｉｎωｔを得ることができ、２次コイルＳＷ２とＳＷ４の差動出力としてｃｏｓθ・ｓｉｎωｔを得ることができる。
【００１３】
こうして、ステータ１Ｓに対するロータ１Ｒの回転角度θに対応する第１の関数値sinθを振幅値として持つ第１の出力交流信号＝sinθ・sinωｔと、同じ回転角度θに対応する第２の関数値cosθを振幅値として持つ第２の出力交流信号＝cosθ・sinωｔとが出力される。このようなコイル構成によれば、回転型位置検出装置として従来知られたレゾルバにおいて得られるのと同様の、同相交流であって２相の振幅関数を持つ２つの出力交流信号（サイン出力とコサイン出力）を２次コイルから得ることができることが理解できる。
【００１４】
この２次コイルから出力される２相の出力交流信号（sinθ・sinωｔとcosθ・sinωｔ）は、従来知られたレゾルバの出力と同様の使い方をすることができる。例えば、２次コイルの２相の出力交流信号（sinθ・sinωｔとcosθ・sinωｔ）を適切なディジタル位相検出回路に入力し、前記サイン関数sinθとコサイン関数cosθの位相値θをディジタル位相検出方式によって検出し、回転角度θのアブソリュート値を所定の分解能で表すディジタルデータを得るようにすることができる。このディジタル位相検出回路で採用するディジタル位相検出方式としては、公知のＲ−Ｄ（レゾルバ−ディジタル）コンバータを適用してもよいし、特開平９−１２６８０９号公報に示されたような位相計測方式を採用してもよい。
【００１５】
特開平９−１２６８０９号公報に示されたような位相計測方式では、おおまかに説明すると、一方の出力交流信号sinθ・sinωｔを電気的に９０度位相シフトしてsinθ・cosωｔを作成し、これと他方の出力交流信号cosθ・sinωｔとを加算又は減算合成することで、sin（ωｔ＋θ）またはsin（ωｔ−θ）のような、回転角度θを電気的位相角の初期位相成分として含んだ出力交流信号を形成し、この出力交流信号における電気的初期位相成分θをディジタルカウントすることにより、回転角度θのアブソリュート値を所定の分解能で表すディジタルデータを得るようにしている。従って、１回転（０度〜３６０度の範囲）の回転角度θを極めて高分解能かつ高応答で検出することができる。また、ステータ１Ｓとロータ１Ｒとからなる角度検出器１の機械的構造も極めて小型化することができるものである。一例として、ステータ１Ｓとロータ１Ｒとからなる角度検出器１の外形寸法を直径数センチメートル、軸方向長さ数センチメートルと超小型化することができ、１回転当たりのアブソリュート検出分解能を数万分割乃至数十万分割といった高分解能とすることができるものが製作されている。
【００１６】
第２の角度検出器２も、同様にステータ２Ｓとロータ２Ｒを含んでおり、上記した第１の角度検出器１と同一構造であってよい。
【００１７】
図３は、この発明に係る自己校正型角度検出装置の全体的な構成を示すブロック図である。変換部１Ｄは、第１の角度検出器１のための電気的変換部であって、２進カウンタ１１で高速クロックパルスＣＰをカウントし、そのカウント出力に基づきサイン波生成部１２でサイン波信号ｓｉｎωｔを生成し、これをＤ／Ａ変換器１３でアナログ波形信号に変換して、第１の角度検出器１の１次コイルＰＷに励磁交流信号として印加する。カウンタ１１のカウント値が０から最大値まで１巡する時間が励磁交流信号ｓｉｎωｔの１周期に相当する。第１の角度検出器１の各２次コイルＳＷ１〜ＳＷ４から出力される上記の２相出力交流信号sinθ・sinωｔとcosθ・sinωｔは入力バッファアンプ１４を介して入力され、振幅・位相変換部１５における電気的演算処理によってその回転角度θの成分を上記のように振幅成分から電気的位相角に変換し、sin（ωｔ＋θ）及び／またはsin（ωｔ−θ）を得る。この信号をゼロクロスコンパレータ１６に入力して初期位相分θに対応するタイミングでゼロクロス検出パルスを生成し、これによって、このときのカウンタ１１のカウント値をラッチ回路１７にラッチする。すなわち、カウンタ１１のカウント値は、sinωｔの瞬時位相が０のときに０からのカウントを開始するので、sin（ωｔ＋θ）またはsin（ωｔ−θ）のゼロクロス検出タイミングでのカウント値は角度θに対応するアブソリュート値を示している。ラッチ回路１７の出力は演算部１８に入力され、所要の演算処理（例えば特開平９−１２６８０９号公報に示されたような演算処理）が必要に応じて施される。そして、第１の角度検出器１による角度検出データ（これをＳＡ（θ）で示す）として、バスコントロール及び出力バッファ１９を介して上位コンピュータのデータバス２０に与えられる。
【００１８】
変換部２Ｄは、第２の角度検出器２のための電気的変換部であって、上記の変換部１Ｄと同一構成からなる。よって、詳細説明は省略する。かくして、変換部２Ｄのバスコントロール及び出力バッファからも、第２の角度検出器２による角度検出データ（これをＳＢ（θ）で示す）が出力され、上位コンピュータのデータバス２０に与えられる。
【００１９】
第１の角度検出器１による角度検出データＳＡ（θ）及び第２の角度検出器２による角度検出データＳＢ（θ）は、各個体毎の製造時の機差等各種の原因によって誤差を含んでいるものである。この誤差を検出し、校正を行なうための各種処理が、ＣＰＵ２１，ＲＡＭ２２，ＲＯＭ２３，デコーダ２４等を含む上位コンピュータによって実行される。誤差の算出及び校正のための処理プログラムはＲＡＭ２２またはＲＯＭ２３に記憶されており、ＣＰＵ２１によって実行される。また、ＲＡＭ２２は各種データの一時メモリとして、またワーキングメモリとして使用される。ＲＯＭ２３はＥＥＰＲＯＭのような書き込み可能なＲＯＭを含んでおり、算出した誤差データをここに書き込み、不揮発的に記憶する。デコーダ２４はアドレスバス２５に与えられたアドレスのデコード及びＣＰＵ２１から与えられる命令のデコードを行なう。出力ラッチ回路２６は、このコンピュータによって校正済みの角度データをラッチし、出力するものである。
【００２０】
次に、この発明に従う角度精度校正方法の原理につき説明する。
使用する２つの角度検出器１及び２はどちら共、校正対象検出器たりうるものであり、格別・専用の基準検出器を用いることなく、校正対象検出器たる２個の角度検出器１及び２を用いてそれ自身の角度精度校正を行なう校正であるため、この発明に従う角度精度校正方法にわれば、校正対象検出器それ自身を用いた自己校正型の角度精度校正が行なわれる。
【００２１】
第１の角度検出器１による角度検出データＳＡ（θ）に含まれている誤差をＡε（θ）で示すことにする。この誤差は一様ではなく、角位置θ（０度〜３６０度若しくは０〜２πラジアンの範囲の変数）に関してそれぞれ特有の値を示すため、誤差を角位置θの関数として、Ａε（θ）で示す。同様に、第２の角度検出器２による角度検出データＳＢ（θ）に含まれている誤差をＢε（θ）で示すことにする。これらの誤差Ａε（θ）及びＢε（θ）は未知の値であり、既知の値である検出器１，２のアブソリュート角度検出データＳＡ（θ），ＳＢ（θ）に基づき、これらの誤差Ａε（θ）、Ｂε（θ）を算出し、校正データとして使用するのである。これらの誤差Ａε（θ）及びＢε（θ）は、角位置θの関数であるため、角位置誤差とも呼ぶ。
【００２２】
理解を容易にするために、それぞれの角位置誤差Ａε（θ）、Ｂε（θ）の一例をグラフにて示す。図４の（ａ）は第１の角度検出器１による角度検出データＳＡ（θ）に含まれている誤差Ａε（θ）の一例を示す波形図、（ｂ）は第２の角度検出器２による角度検出データＳＢ（θ）に含まれている誤差Ｂε（θ）の一例を示す波形図、である。図において、横軸は角位置θであり、このθは機械的角度に対応している。
【００２３】
便宜上、角度検出データＳＡ（θ）及びＳＢ（θ）に含まれている真の角位置θに対応するデータをそのままθを用いて表すと、ＳＡ（θ）及びＳＢ（θ）は下記式（１）のように表わせる。
ＳＡ（θ）＝θ＋Ａε（θ）
ＳＢ（θ）＝θ＋Ｂε（θ） …式（１）
【００２４】
ここで、両者の差を求めると、
δ（θ）＝ＳＡ（θ）−ＳＢ（θ）
＝Ａε（θ）−Ｂε（θ） …式（２）
となり、角位置θのデータが相殺されて、誤差成分のみが得られることが判る。このδ（θ）を「相対角位置誤差」と呼ぶことにする。
【００２５】
上記式（１）は、第１及び第２の角度検出器１及び２の出力（ＳＡ（θ）及びＳＢ（θ））の回転角度θに対する位相が一致している場合であって、この位相がφ度ずれている場合は、
ＳＡ（θ）＝θ＋Ａε（θ）
ＳＢ（θ＋φ）＝θ＋φ＋Ｂε（θ＋φ） …式（３）
と表わせる。
【００２６】
上記式（３）の意味は、第１の角度検出器１が角度θに対応する角度検出データＳＡ（θ）を出力しているとき、第２の角度検出器２は角度θからφ度だけ位相がずれた角度θ＋φに対応する角度検出データＳＢ（θ＋φ）を出力することである。
【００２７】
ここで、φを既知の値として、意図的に第１及び第２の角度検出器１及び２の出力（ＳＡ（θ）及びＳＢ（θ））の回転角度θに対する位相をφだけずらすように設定することができる。よって、ＳＢ（θ＋φ）からφを減算して、下記のように変形することは容易にできる。
ＳＢ（θ＋φ）−φ＝θ＋Ｂε（θ＋φ） …式（４）
【００２８】
しかして、２つの検出器１，２の角度検出データの位相がφずれているときの両者の誤差成分を抽出したものである「相対角位置誤差」を容易に求めることができ、これをδ（θ，φ）で示すと、
δ（θ，φ）＝ＳＡ（θ）−｛ＳＢ（θ＋φ）−φ｝
＝θ＋Ａε（θ）−｛θ＋Ｂε（θ＋φ）｝
＝Ａε（θ）−Ｂε（θ＋φ） …式（５）
と表わせる。なお、ここで、φ＝０のときの解が上記式（２）のδ（θ）に相当するので、上記式（２）を含む一般式として式（５）を用いることにする。
【００２９】
このように、複数の異なる値のφに関して、上記式（３）に従う各角度検出データＳＡ（θ）及びＳＢ（θ）（つまりＳＢ（θ＋φ））をそれぞれ求め、式（４）及び式（５）に従って、各φに対応する「相対角位置誤差」δ（θ，φ）を幾通りか求めることができる。
このように幾通りかのφの値に対応する「相対角位置誤差」δ（θ，φ）を求めることは、これらを所定の校正アルゴリズムに従って演算処理することによって、角度位置誤差Ａε（θ）またはＢε（θ）を抽出することができるので、極めて有効である。
【００３０】
この場合、１回転３６０度の範囲を任意の数Ｍで等分割して、２検出器の位相ずれφの値を決定すると、角度位置誤差Ａε（θ）またはＢε（θ）の抽出に有効であることが判った。例えば、Ｍ＝４ならば、φ＝ｋ（３６０°／４）（ただし、ｋ＝０，１，２，３の序数）とする。この場合、幾通りかのφの値に対応する「相対角位置誤差」δ（θ，φ）の単純平均を求めることで、比較的簡単に角度位置誤差Ａε（θ）またはＢε（θ）を抽出することができることが判った。このような新しい自己校正処理のアルゴリズムを、「等分割平均法」と名付けることにする。
【００３１】
機械軸３に対する第１の角度検出器１の取付け位置に対して、機械軸３に対する第２の角度検出器２の取付け位置を機械角で所望のφだけずらすことにより、２つの検出器１，２の角度検出データＳＡ（θ）及びＳＢ（θ）に位相ずれφをもたせることができる（つまりＳＢ（θ＋φ）なる関係とすることができる。）ので、第１の角度検出器１の取付け位置に対して第２の角度検出器２の取付け位置が成す相対的角度が所要の位相角φを成すように、該第２の角度検出器２の取付け位置を割り出せばよい。
【００３２】
この割り出しは、基本的には、次のようにして行なう。
まず、第１の角度検出器１を機械軸３に取り付ける。この取付けに際しては、敢えて角度検出器１の原点（センサ原点）と機械軸３の原点を一致させることなく、適宜に行なってよい。しかし、機械軸３が、この角度検出器１が適用される産業機械等における目的の検出対象機械軸そのものである場合、ここで、角度検出器１の原点（センサ原点）と機械軸３の原点とが略一致するように取付けを行なっておけば、後での原点合わせ処理が楽になるのは勿論である。
【００３３】
次に、図１（Ａ）に略示されているように、同じ機械軸３に第２の角度検出器２を取り付ける。この角度検出器２の取付けは、該角度検出器２の原点（センサ原点）が第１の角度検出器１の原点（センサ原点）に対して所望の角度φだけずれるように、該角度検出器２の取付け位置を割り出すことによって行なう。この割り出し（つまり所定の取付け位置に角度検出器２を取付けること）は、手作業で所望の角度φだけずれるように合わせながら、機械軸３に第２の角度検出器２を取り付けることで、簡便に行なうことができる。
このように取付け位置の割り出しを行なうことによって、同じ機械軸３の回転角度に対して、第１の角度検出器１の出力する角度検出データＳＡ（θ）と、第２の角度検出器２の出力する角度検出データＳＢ（θ）との間に、機械角φに対応する位相ずれがもたらされることになる。すなわち、第１の角度検出器１の出力する角度検出データＳＡ（θ）をそのまま「ＳＡ（θ）」で表わすとすると、第２の角度検出器２の出力する角度検出データＳＢ（θ）は「ＳＢ（θ＋φ）」で表わされる。この場合、「ＳＡ（θ）」における変数θは第１の角度検出器１の原点（センサ原点）を０としたときの機械角θに対応し、「ＳＢ（θ＋φ）」における変数θ＋φは、該機械角θに初期位相値φを加算した機械角θ＋φに対応する。つまり、例えば、機械軸３の或る回転位置に対応して第１の角度検出器１がそのセンサ原点θ＝０に対応する角度検出データ「ＳＡ（０）」を出力するとき、第２の角度検出器２はそれよりも機械角φだけずれた位置に対応する角度検出データ「ＳＢ（φ）」を出力する。
【００３４】
上記「等分割平均法」に従う自己校正処理を行なう場合の一例として、等分割数Ｍ＝４とすると、φ＝ｋ（３６０°／４）（ただし、ｋ＝０，１，２，３の序数）から、両検出器１，２の取付け位置ずれがφ＝０°，φ＝９０°，φ＝１８０°，φ＝２７０°の４通りの各割り出し位置について、角度検出器１，２の相対的取付け位置の割り出しをそれぞれ行なう。
【００３５】
以下、このＭ＝４の場合を例にして、「等分割平均法」に従う自己校正処理の手順を説明する。なお、この「等分割平均法」に従う自己校正処理は、図２におけるコンピュータの処理によって実行される。図５は、その際にコンピュータが実行する「誤差算出プログラム」の一例を概略的に示すフロー図である。この「誤差算出プログラム」では、等分割数Ｍの値を適切に選択・設定できるようになっている。Ｍ＝４の場合は、最初のステップＳ１で、Ｍ＝４に設定する。次のステップＳ２では序数ｋを初期値０にセットする。
【００３６】
次に、ステップＳ３では、φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）の相対位相角φで、角度検出器１，２の相対的取付け位置を割り出すことを指示し、割り出し作業が完了するまで待機する。この指示は、コンピュータのディスプレイ（図示せず）等を介してなされる。この指示を受けて、人間の手作業等によって割り出し作業を行なう。なお、角度検出器１，２の相対的取付け位置の割り出しにあたっては、上述のように、第１の角度検出器１の取付け位置は所定位置に固定したままにしておき、第２の角度検出器２の取付け位置のみを所望の割り出し位置に応じて変化させればよい。（勿論、これに限らず、両角度検出器１，２の取付け位置をそれぞれ変化させることにより所望の位相角φに相当する割り出しを行なうようにすることもできるが、それは単なる迂回策でしかない。）
【００３７】
この設例の場合、序数ｋ＝０に対応する第１の割り出し位置はφ＝０°であり、第１の角度検出器１の原点（センサ原点）と第２の角度検出器２の原点（センサ原点）とが一致する位置に第２の角度検出器２を取り付ける（割り出す）。割り出し作業が完了したら、図示しないスイッチの操作等によって、コンピュータの処理を次ステップに進める。
【００３８】
次のステップＳ４では、機械軸３を回転させつつ、該機械軸３の全回転位置（０度〜３６０度）にわたる第１及び第２の角度検出器１，２による角度検出データＳＡ（θ）及びＳＢ（θ＋φ）をデータ収集する。収集したデータＳＡ（θ）及びＳＢ（θ＋φ）は、同時に収集した両者の各値を１対１で対応付けて（データ対として）、ＲＡＭ２２内にバッファ記憶する。例えば、ある瞬時におけるデータＳＡ（θ）の値をアドレス指定インデックスとしてそのときに同時に得られるデータＳＢ（θ＋φ）の値をバッファ記憶すればよい。例えば、角度検出器１の検出分解能が１回転（０度〜３６０度）につき「２の１６乗」＝６５５３６分割であるとすると、０から６５５３５までのトータル６５５３６アドレスのバッファエリアに、データＳＡ（θ）の値をアドレス指定インデックスとして使用して、そのときのデータＳＢ（θ＋φ）の値を記憶する。
【００３９】
次のステップＳ５では、前ステップＳ４で収集した各角度検出データＳＡ（θ）及びＳＢ（θ＋φ）の対に基づき、前記式（５）に従う演算によって、相対角位置誤差δk（θ，φ）を求める。求めた相対角位置誤差δk（θ，φ）はＲＡＭ２２内に一時記憶しておく。ここで、δk（θ，φ）は、ｋ番目の割り出し位置に対応して求めた相対角位置誤差δ（θ，φ）であることを示す。この設例の場合、ｋ＝０のとき、φ＝０°であるから、
δk（θ，φ）＝δ0（θ，０）と表わすことができ、具体的な相対角位置誤差δ（θ，φ）は、
δ0（θ，０）＝Ａε（θ）−Ｂε（θ） …式（６）
である。これは、図４の図示例では、（ｃ）に示すように、０度から３６０度までの各角位置θに対応する誤差値Ａε（θ）から０度から３６０度までの各角位置θに対応する誤差値Ｂε（θ）を減算したものに相当する。つまり、位相の合った各角位置θで、誤差値Ａε（θ）から誤差値Ｂε（θ）を減算したものである。
【００４０】
次のステップＳ６では、序数ｋが最終値「Ｍ−１」に達しているかを調べ、ＮＯであれば、ステップＳ７に行き、序数ｋの値を１増加する。それから、ステップＳ３に戻り、１増加した序数ｋの値に応じた「φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）」の相対位相角φで、角度検出器１，２の相対的取付け位置を割り出すことを指示し、割り出し作業が完了するまで待機する。
【００４１】
この設例の場合、次の序数ｋ＝１に対応する第２の割り出し位置はφ＝９０°であり、第１の角度検出器１の原点（センサ原点）に対して第２の角度検出器２の原点（センサ原点）が機械角で９０度ずれた位置に該第２の角度検出器２を取り付ける（割り出す）。すなわち、第１の角度検出器１が該検出器１における機械角０°に対応する角度検出データを出力するとき、第２の角度検出器２が該検出器２における機械角９０°に対応する角度検出データを出力するような位置関係に設定される。それから、前記ステップＳ４及びＳ５と同様の演算処理を行ない、両検出器１，２の取付け角度差φ＝９０°に対応する相対角位置誤差δk（θ，φ）を求める。ここで、ｋ＝１、φ＝９０°であるから、
δk（θ，φ）＝δ1（θ，90°）と表わすことができ、具体的な相対角位置誤差δ（θ，φ）は、
δ1（θ，90°）＝Ａε（θ）−Ｂε（θ＋90°） …式（７）
である。これは、図４の図示例では、（ｄ）に示すように、０度から３６０度までの各角位置θに対応する誤差値Ａε（θ）から、９０度から始まる１回転分の各角位置θ＋90°に対応する誤差値Ｂε（θ＋90°）を減算したものに相当する。つまり、位相が９０度ずれた各角位置θとθ＋90°で、誤差値Ａε（θ）から誤差値Ｂε（θ＋90°）を減算したものである。
【００４２】
次に、ステップＳ７で序数ｋの値をさらに１増加し、ステップＳ３に戻り、１増加した序数ｋの値に応じた「φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）」の相対位相角φで、角度検出器１，２の相対的取付け位置を割り出すことを指示し、割り出し作業が完了するまで待機する。
今度は、序数ｋ＝２に対応する第２の割り出し位置はφ＝１８０°であり、第１の角度検出器１の原点（センサ原点）に対して第２の角度検出器２の原点（センサ原点）が機械角で１８０度ずれた位置に該第２の角度検出器２を取り付ける（割り出す）。それから、前記ステップＳ４及びＳ５と同様の演算処理を行ない、両検出器１，２の取付け角度差φ＝１８０°に対応する相対角位置誤差δk（θ，φ）を求める。ここで、ｋ＝２、φ＝１８０°であるから、
δk（θ，φ）＝δ2（θ，180°）であり、相対角位置誤差δ（θ，φ）は、
δ2（θ，180°）＝Ａε（θ）−Ｂε（θ＋180°） …式（８）
である。これは、図４の図示例では、（ｅ）に示すように、０度から３６０度までの各角位置θに対応する誤差値Ａε（θ）から、１８０度から始まる１回転分の各角位置θ＋180°に対応する誤差値Ｂε（θ＋180°）を減算したものに相当する。つまり、位相が１８０度ずれた各角位置θとθ＋180°で、誤差値Ａε（θ）から誤差値Ｂε（θ＋180°）を減算したものである。
【００４３】
次に、ステップＳ７で序数ｋの値をさらに１増加し、ステップＳ３に戻り、１増加した序数ｋの値に応じた「φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）」の相対位相角φで、角度検出器１，２の相対的取付け位置を割り出すことを指示し、割り出し作業が完了するまで待機する。
今度は、序数ｋ＝３に対応する第２の割り出し位置はφ＝２７０°であり、第１の角度検出器１の原点（センサ原点）に対して第２の角度検出器２の原点（センサ原点）が機械角で２７０度ずれた位置に該第２の角度検出器２を取り付ける（割り出す）。それから、前記ステップＳ４及びＳ５と同様の演算処理を行ない、両検出器１，２の取付け角度差φ＝２７０°に対応する相対角位置誤差δk（θ，φ）を求める。ここで、ｋ＝３、φ＝２７０°であるから、
δk（θ，φ）＝δ3（θ，270°）であり、相対角位置誤差δ（θ，φ）は、
δ3（θ，270°）＝Ａε（θ）−Ｂε（θ＋270°） …式（９）
である。これは、図４の図示例では、（ｆ）に示すように、０度から３６０度までの各角位置θに対応する誤差値Ａε（θ）から、２７０度から始まる１回転分の各角位置θ＋270°に対応する誤差値Ｂε（θ＋270°）を減算したものに相当する。つまり、位相が２７０度ずれた各角位置θとθ＋270°で、誤差値Ａε（θ）から誤差値Ｂε（θ＋270°）を減算したものである。
【００４４】
Ｍ＝４の場合、序数ｋ＝３となると、ステップＳ６がＹＥＳとなり、ステップＳ８に行く。ステップＳ８では、各割り出し位置（ｋ＝０，１，２，…Ｍ−１）に対応して求めた上記相対角位置誤差δk（θ，φ）の各θ毎の単純算術平均を下記のように求める。
【数１】
ここで、上記式（１０）の右辺の分子の第２項である
【数２】
が「０」と置けるとすると、上記式（１０）の右辺は
Ｍ・Ａε（θ）／Ｍ＝Ａε（θ）
となる。
【００４５】
従って、上記式（１０）のように各相対角位置誤差δk（θ，φ）の各θ毎の単純算術平均を求めることにより、第１の角度検出器１の角位置誤差Ａε（θ）に相当する誤差関数を求めることができる。こうして、求めた角位置誤差Ａε（θ）を適宜のメモリ例えばＲＯＭ２３内のＥＥＰＲＯＭに書き込み、不揮発的に記憶する。この誤差Ａε（θ）は、第１の角度検出器１の角度検出データＳＡ（θ）の誤差を校正するための校正データとして使用することができる。検出対象機械軸３の角度検出器として第１の角度検出器１を使用すれば、校正データとしては該角度検出器１についての誤差Ａε（θ）のみを求めればよい。しかし、もし、もう一方の角度検出器２の角位置誤差Ｂε（θ）も求めたいのであれば、上記のようにして求めたＡε（θ）を上記式（１０）又は式（６），（７），（８）等に代入することにより、該角度検出器２についての誤差Ｂε（θ）も容易に求めることができる。
【００４６】
次に、上記式（１０）の右辺の分子の第２項つまり上記式（１１）が「０」と置ける理由について説明する。これは、結論から言うと、等分割数Ｍの選び方によって実質的に「０」とみなせるものとなる。
Ｍ＝４の例で、上記式（１１）をξ4(θ) として、これをフーリエ級数で表現すると、角位置誤差Ｂε（θ）を、
【数３】
と表わせることから、上記式（１１）すなわちξ4(θ) は下記式（１２）のように表わせる。
【００４７】
【数４】
となる。ここで、ｎは高調波の次数、Ｎは角度検出器２の検出分解能であり、
ｎ＝１，２，３，…，Ｎ／２である。
【００４８】
上記式（１２）において、次数ｎの各値（１〜Ｎ／２）についての該級数の各項の値を解くと、cos（ｎ・90°）またはcos（ｎ・45°）の値が「０」になる場合が、該項の解が０となるので、
ｎ＝１，３，５，７，……と奇数次のとき、cos（ｎ・90°）が０であり、また、
ｎ＝２，６，１０，１４，……と４の倍数を除く偶数次のとき、cos（ｎ・45°）が０である。
すなわち、Ｍ＝４の場合は、次数ｎが４の倍数以外のときに、式（１２）における当該次数ｎに対応する項の解が「０」となり、これを無視できるものとなる。そうすると、上記式（１１）においては、４の倍数の次数の項だけが残されることになる。すなわち、４の倍数波の誤差成分だけが上記式（１１）の解に影響を与えることになる。ここで、角度検出器２の機械的構造として、４の倍数波の誤差成分が出ない若しくは無視できるほどに少ないものに作成することは比較的容易であるから、そのような４の倍数波の誤差成分が出ない若しくは無視できるほどに少ない角度検出器２を使用すれば、結局、上記式（１１）の解を実質的に「０」と置くことができる。また、理論上では多少の高次の誤差成分が残ったとしても、そのレベルは実用上無視できるほどに小さい場合が多いので、結局、上記式（１１）の解を実質的に「０」と置いてさしつかえない場合が多い。
【００４９】
例えば、角度検出器の極配置を１２０度間隔で１円周につき３つ配置し、平均化処理を施す校正とすれば、４の倍数波の誤差成分を非常に少なくすることができることが知られている。従って、Ｍ＝４の場合は、角度検出器２をそのような３極構成（又は６極構成等でもよい）のものを採用するとよい。一方、図１（ｂ）に示したような９０度間隔の４極構成の角度検出器においては、等分割数Ｍを９又は１１又は１３等の値とすることにより、上記式（１１）の解を実質的に「０」と置くことができることが確かめられている。よって、そのようにすればよい。その他、角度検出器の極配置を適宜工夫して設計し、適切な平均化処理等を施すことによりことにより、３の倍数波や４の倍数波等の誤差成分の非常に少ない検出器を構成することができるので、上記式（１１）の解を理論上及び実用上の両面で実質的に「０」に置くことができる。
【００５０】
以上のように、「等分割平均法」を従って、上記式（１０）のように各相対角位置誤差δk（θ，φ）の各θ毎の単純算術平均を求めることにより、第１の角度検出器１の角位置誤差Ａε（θ）に相当する誤差関数を簡単に求めることができる。この角位置誤差Ａε（θ）のデータを、第１の角度検出器１の角度精度校正データとしてメモリに保存する場合は、この角位置θに対応する第１の角度検出器１の角度検出データＳＡ（θ）をアドレス指定インデックスとして使用して、該角度検出データＳＡ（θ）に対応して（対で）角度精度校正用の角位置誤差Ａε（θ）のデータを記憶するようにする。
【００５１】
稼働時においては、検出対象機械軸（例えば機械軸３）の角度検出器として第１の角度検出器１を使用し、図３の変換部１Ｄから、該検出対象機械軸の現在回転位置に対応する角度検出データＳＡ（θ）を出力する。図６は、コンピュータコンピュータが実行する角度検出動作稼働時の「校正プログラム」の一例を略示するものである。コンピュータにおいては、変換部１Ｄから与えられる検出対象機械軸の現角度検出データＳＡ（θ）をデータバス２０を介して取り込み（ステップＳ１１）、この取り込んだ現角度検出データＳＡ（θ）をアドレス指定インデックスとして使用して、角度精度校正用のデータＡε（θ）を記憶したメモリから、該特定の現角度検出データＳＡ（θ）に対応する角度精度校正用のデータＡε（θ）を読み出し、これに基づき所定の校正演算、典型例としては、
「ＳＡ（θ）−Ａε（θ）」
を行なう（ステップＳ１２）。こうして、校正済みの角度検出データが得られ、これをラッチ回路２６（図３）を介して出力する（ステップＳ１３）。図６において、ステップＳ１１〜Ｓ１３のルーチンが常に巡回し、絶えず、校正処理が行なわれる。
【００５２】
図７は、第１及び第２の角度検出器１，２の別の実施例を示す図である。この実施例においては、第２の角度検出器２のステータ２Ｓが第１の角度検出器１のステータ１Ｓに対して所定の位置関係で固定されており、所要の位相角φに対応する第２の角度検出器２の取付け位置の割り出しは、該第２の角度検出器２のロータ２Ｒの取付け位置のみを動かすことによって行なう。この場合においても、上記実施例と同様に角度精度校正処理を行なうことができる。
【００５３】
上記各実施例において、角度精度校正用のデータＡε（θ）は、角度検出器１の検出分解能と同じ分解能で、つまり角度検出データＳＡ（θ）の各値毎に１対１で、必ずしも算出しなければならないわけではない。すなわち、角度検出データＳＡ（θ）のいくつかの値のグループ（角度範囲）毎に１つの角度精度校正用のデータＡε（θ）を代表的に求め、これを該グループに共通の角度精度校正用のデータとして使用するようにしてもよい。
【００５４】
また、使用する２つの角度検出器１，２の構造や検出分解能は同じものでなくてもよい。例えば、角度検出器１として図１（ｂ）に示すようなロータ構造（１回転０度〜３６０度につき１サイクルの磁気抵抗変化をもたらすもの）のものを用いる一方で、角度検出器２として多歯構造のロータを使用し（ステータ側のコイルコア単部にも対応する凹凸歯を設ける）、１回転０度〜３６０度につき複数サイクルの磁気抵抗変化をもたらすようにしてもよい。その場合、一方の角度検出器１のアブソリュート検出可能範囲は１回転０度〜３６０度であるが、他方の角度検出器２のアブソリュート検出可能範囲は１／ｎ回転（ｎは歯の数）となる。その場合、第２の角度検出器２の出力データは「ＳＢ（ｎθ）」と表わすことができる。つまり実際の機械角θのｎ倍の角度値ｎθにて検出データが得られ、検出データの高分解能化を図ることができる。校正データ収集時は、それぞれの検出器１，２の出力に基づき上記実施例に準じて両検出器１，２の誤差データＡε（θ），Ｂε（ｎθ）をそれぞれ求める。通常計測時は、両検出器１，２の出力データＳＡ（θ），ＳＢ（ｎθ）をそれぞれ誤差データＡε（θ），Ｂε（ｎθ）で校正し、両校正済みデータの組合せを使用するようにしてもよい。すなわち、１／ｎ回転の狭い範囲での角度を検出器２の出力に基づき高分解能でアブソリュート検出し、それを越えるアブソリュート値を検出器１の出力に基づき検出する。
【００５５】
さらに、上記各実施例において、使用する角度検出器の構造及びその検出原理は、上記実施例に示したものに限らず、どのようなものを使用してもよい。例えば、上記実施例に示した検出器に比べて検出分解能は劣るとしても、光学式エンコーダを用いることも可能である。また、sinωｔと cosωｔといったような２相（複数相）の交流信号によって複数の１次コイルを励磁し、ロータの回転角度θに応じた電気的位相角θを示す出力交流信号sin（ωｔ＋θ）を得て、その位相角θをディジタルカウントするタイプの公知の誘導型回転位置検出器を使用することもできる。また、１次コイルと２次コイルを持たずに、励磁コイルの自己インダクタンス変化を測定することでロータの回転角度θを検出するタイプの誘導型回転位置検出器を使用することもできる。
【００５６】
また、本発明の迂回的実施形態として、第１の検出器１と第２の検出器２を物理的にまったく同じ機械軸に取付けずに、実質的に共通とみなせる機械軸に取付けるようにしてもよい。例えば、検出器１を機械軸３に取付け、検出器２を機械軸３と連動して動く他の機械軸に取り付けてもよい。
さらに、本発明の自己校正方法は、回転角度検出器に限らず、直線位置検出器においても同様に適用することが可能である。その場合は、直線位置検出器の検出可能範囲長Ｌを１回転（０度〜３６０度）に置き換えて、上記実施例と同様の校正方法を適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上の通りこの発明によれば、校正対象検出器それ自身による自己校正方式によって角度校正又は検出データの校正を行なうことができるので極めて簡便であり、また、専用の角度割り出し機構を使用することなく、任意の機械軸に校正対象検出器を装着して簡便に校正を行なうことができ、校正対象検出器を装着する現場の計測対象機械軸そのものに該検出器を装着した状態で精度校正処理を行なうことができる、等の優れた効果を奏する。更に、「等分割平均法」を採用することにより、校正のための演算アルゴリズムも極めて簡単であり、角度あるいは位置検出データの精度校正処理を簡便に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る自己校正型角度検出装置の一実施例を示す軸方向断面略図及び正面略図。
【図２】 図１における１つの角度検出器における１次及び２次コイルの結線例を示す図。
【図３】 この発明に係る自己校正型角度検出装置の一実施例の全体的構成を略示するブロック図。
【図４】 図１における２つの角度検出器における角位置誤差を例示するグラフ。
【図５】 図３におけるコンピュータによって実行される誤差算出プログラムの一例を示すフロー図。
【図６】 図３におけるコンピュータによって実行される校正プログラムの一例を示すフロー図。
【図７】 この発明に係る自己校正型角度検出装置における２つの角度検出器の別の配置例を示す軸方向断面略図。
【符号の説明】
１ 第１の角度検出器
２ 第２の角度検出器
１Ｓ，２Ｓ ステータ
１Ｒ，２Ｒ ロータ
ＰＷ １次コイル
ＳＷ１〜ＳＷ４ ２次コイル
１Ｄ，２Ｄ 変換部
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＡＭ
２３ ＲＯＭ
【発明の属する技術分野】
この発明は、自己校正型角度検出装置及びそれを用いた検出精度校正方法に関し、工作機械、半導体製造装置、各種精密機械等において高精度な機械軸回転角度計測及び制御を行なうのに適したものであり、また、鍛圧機械、製鉄機械等各種産業機械等に搭載されたままの状態で角度精度校正処理を実行し、これによって高精度な機械回転角度計測及び制御を行なうことができるものであり、また、各種車両又は乗り物において超小型・高分解能・高精度で回転位置角度若しくは速度を計測し制御する場合等に適用するのに適したものであり、更に、回転角度以外の位置検出器の精度校正にも適用し得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種精密機械、各種産業機械等においては、回転角度検出器（シャフトエンコーダ）によって機械軸の回転角度（すなわち回転位置）を検出し、必要な制御に利用することが広く行なわれている。この種の回転角度検出器としては、光学式ロータリエンコーダや、レゾルバのような磁気誘導型回転位置検出器、あるいはレゾルバと同様の位相検出原理に基づく可変磁気抵抗型回転位置検出器など種々のタイプのものが知られているが、どのようなタイプの回転角度検出器においても、個々の検出器毎の製造誤差つまり個体機差や、機械軸に取り付けた際のミスアラインメントやカプリングの不良など様々な要因によって、検出精度が不十分なことが多い。そのため、高精密が要求される用途に回転位置検出器を使用する場合は、どうしても、検出器の検出角度精度を校正してやる必要がある。従来の角度精度校正装置は、基準の検出器としてそれ自体に高精度が要求される検出器を必要としており、また、専用の角度割り出し機構に校正対象検出器と基準検出器を取り付けて校正処理を行なう校正からなるものがほとんどであり、計測対象である現場の機械軸に検出器を取り付けた状態で校正を行なうことは困難であった。また、校正装置の構造も複雑であった。なお、従来知られた角度精度校正技術として、例えば、「精密工学会誌，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．５」（１９７８年発行）の５３９頁〜５４４頁に掲載の論文「角度の標準器とその校正方法」（豊山晃著）に記載されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、高精密な基準検出器を必要とせず、校正対象検出器それ自身による自己校正方式によって角度校正を行なうことができる自己校正型角度検出装置を提供しようとするものであり、また、専用の角度割り出し機構を使用することなく、任意の機械軸（好ましくは校正対象検出器を装着する現場の計測対象機械軸そのものであってよい）に校正対象検出器を装着して簡便に校正を行なうことができる検出精度校正方法を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る自己校正型角度検出装置は、共通の機械軸に取り付けられ、該機械軸の回転角度に応じた角度検出データを所定の分解能で出力する第１の角度検出器及び第２の角度検出器と、前記機械軸に対する前記第１の角度検出器の取付け位置に対して、前記機械軸に対する前記第２の角度検出器の取付け位置を、所定角度づつ相対的にずらして複数Ｍ通り（ただし、Ｍは１回転３６０°を等分割する整数）の相対的取付け角位置φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）（ただし、ｋは各相対的取付け角位置を区別する序数であって、ｋ＝０，１，２，．．．，Ｍ−１）をそれぞれ割り出し、各割り出した相対的取付け角位置毎に前記機械軸の各回転位置に対する前記第１及び第２の角度検出器の角度検出データＳＡ（θ），ＳＢ（θ）をそれぞれ求めると共に、前記第１の角度検出器の各角度検出データ毎の両者の差δ k （θ，φ）をそれぞれ求め、更に、前記各相対的取付け角位置毎の前記δ k （θ，φ）の単純算術平均を求めることで、少なくとも第１の角度検出器の各角度検出データＳＡ（θ）に関する誤差値Ａε（θ）をそれぞれ算出する誤差計算部と、検出対象機械軸の現回転位置に応じて少なくとも前記第１の角度検出器から出力される現在角度検出データＳＡ（θ）に応じて、該現在角度検出データに関して前記誤差計算部で求められた前記誤差値Ａε（θ）を使用し、該誤差値を差し引くことにより該現在角度検出データの値を校正する校正部とを具備する自己校正型角度検出装置であって、前記第１及び第２の角度検出器は、それぞれ、所定の交流信号によって励磁され、誘導出力信号を生じるコイル部であって、複数の極を構成するものと、該コイル部における誘導係数を該コイル部に対する相対的回転位置に応じて変化させる磁気応答部とを具備し、前記機械軸の回転位置の変化に応じて前記コイル部と磁気応答部との相対的回転位置が変化し、該機械軸の回転位置に応じた誘導出力信号を前記コイル部に生じるようにしたものであり、前記第１及び第２の角度検出器における前記コイル部の極構成は、前記等分割数Ｍが４の場合は、３極構成を基本とするものであり、前記等分割数Ｍが９又は１１又は１３の場合は、４極構成を基本とするものであることを特徴とする。
【０００５】
この発明によれば、第１の角度検出器及び第２の角度検出器は、いずれも校正対象検出器つまり通常の角度検出器であってよく、格別・専用の高精密な基準検出器であることを要しない。校正のための誤差データ算出処理に際しては、これらの第１及び第２の角度検出器が共通の機械軸に取り付けられる。この機械軸は、格別・専用の角度割り出し機構の角度割り出し軸である必要はなく、任意の機械軸であってよい。最も好ましくは、校正対象たる角度検出器を実際に取り付けて使用する現場の機械軸（つまり検出対象機械軸）であるとよい。その場合は、現場の機械軸（つまり検出対象機械軸）に角度検出器を取り付けた状態で、校正のための誤差データ算出処理を遂行することができ、その後、該角度検出器を取り付けたままの状態で（つまり角度検出器の付け替えを行なうことなく）検出対象機械軸の回転角度の検出及びそれに基づく制御を遂行することができるので、極めて効率的であると共に、実際に該角度検出器を使用する現場の機械軸（つまり検出対象機械軸）に取り付けた状態で校正のための誤差データ算出処理を行なうので角度精度校正の精度と信頼性を向上させることができる。
【０００６】
校正のための誤差データ算出処理は、誤差計算部によって行なわれる。その処理内容は、前記機械軸に対する前記第１の角度検出器の取付け位置に対して、前記機械軸に対する前記第２の角度検出器の取付け位置を、所定角度づつ相対的にずらして複数通りの相対的取付け角位置をそれぞれ割り出し、各割り出した相対的取付け角位置毎に前記機械軸の全回転位置に対する前記第１及び第２の角度検出器の角度検出データをそれぞれ求め、前記第１の角度検出器の各角度検出データ毎の両者の差に基づき少なくとも第１の角度検出器の各角度検出データに関する誤差値をそれぞれ算出することからなっている。第１及び第２の角度検出器の角度検出データは、それぞれ真の角度θを示す値と誤差εとを含んでいる。なお、誤差εは、各角度θの値に応じて固有の誤差値を持ち得るため、これをε（θ）なる関数で示すこととし、特に、第１の角度検出器の誤差をＡε（θ）で示し、第２の角度検出器の誤差をＢε（θ）で示すことにする。よって、第１及び第２の角度検出器の角度検出データの差は、真の角度θを示す値を相殺し、両者の誤差Ａε（θ）及びＢε（θ）に関連する値を示すこととなる。よって、この第１及び第２の角度検出器の角度検出データの差を、所定のアルゴリズムを用いて処理することにより、少なくとも第１の角度検出器の各角度検出データに関する誤差値つまりＡε（θ）を算出することができる。この詳しいアルゴリズム例については追って実施例において説明する。
【０００７】
こうして算出した誤差値Ａε（θ）はメモリ等に格納しておき、検出対象機械軸の角度検出時に校正データとして使用する。すなわち、校正部においては、検出対象機械軸の現回転位置に応じて少なくとも前記第１の角度検出器から出力される現在角度検出データに応じて、該現在角度検出データに関して前記誤差計算部で求められた前記誤差値Ａε（θ）を使用し、該誤差値に応じて該現在角度検出データの値を校正する。
【０００８】
このようにして、校正対象検出器それ自身による自己校正方式によって角度校正を行なうことができ、また、専用の角度割り出し機構を使用することなく、任意の機械軸（好ましくは校正対象検出器を装着する現場の計測対象機械軸そのものであってよい）に校正対象検出器を装着して簡便に校正を行なうことができる、等の優れた効果を奏する。更に、前記第１及び第２の角度検出器における前記コイル部の極構成として、前記等分割数Ｍが４の場合は、３極構成を基本とし、前記等分割数Ｍが９又は１１又は１３の場合は、４極構成を基本とするとしたことにより、わずかな誤差成分も非常に少なくできるようにした自己校正型検出装置を提供することができる。
【０００９】
この発明は、装置発明として構成し、実施することができるのみならず、方法発明として構成し、実施することもできる。また、この発明は、コンピュータプログラムの形態で実施することができるし、そのようなコンピュータプログラムを記憶した記録媒体の形態で実施することもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明しよう。
図１は、この発明に係る自己校正型角度検出装置における角度検出器の構造例を示す図で、（Ａ）は第１及び第２の角度検出器１及び２の軸方向断面略図、（Ｂ）は各角度検出器１及び２の正面略図、である。２つの角度検出器１及び２は、同一構造、同一分解能のアブソリュート型角度検出器（シャフトエンコーダ）であって、共通の機械軸３に取り付けられる。その検出器構造原理は非接触式可変磁気抵抗型の磁気誘導検出器からなり、その位置検出原理は例えば特開平９−１２６８０９号公報に示されたようなレゾルバ原理に従う位相計測方式を採用してなるものである。
【００１１】
第１の角度検出器１についてその一例を説明すると、１次コイルＰＷと２次コイルＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を配置してなるステータ１Ｓと、鉄のような強磁性体を所定の形状（例えば図１（Ｂ）に示すような略ハート形）で形成してなるロータ１Ｒとを含んで構成されている。ロータ１Ｒの材質は、鉄のような磁性体に限らず、銅又はアルミニウムのような導電体であってもよく、要は磁気に対して応答し、コイルに対する誘導係数を変化させる性質のものであればよく、どのような材質及び／又は形状を用いるかは周知の技術である。２次コイルＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は、ステータ１Ｓの基板上において円周方向に略９０度の間隔で配置された４極の磁性体コアのそれぞれに巻回されてなり、各２次コイル極の端部が、エアギャップを介してロータ１Ｒの一面に対して非接触的に対向している。ロータ１Ｒの略ハート形の形状によって、ステータ１Ｓに対する該ロータ１Ｒの相対的回転角度（図１（Ｂ）の円周方向の角度）θに応じて、各２次コイル極の端部とロータ１Ｒとの対向面積が変化する。ステータ１Ｓにおいて、１次コイルＰＷは、最外周に沿って巻回されており、そのコイル長は図１（Ａ）に示すように、２次コイルＳＷ１〜ＳＷ４及びロータ１Ｒの箇所を充分にカバーしうるような長さとなっている。これにより、１次コイルＰＷによって発生する交流磁界が、２次コイルＳＷ１〜ＳＷ４及びロータ１Ｒの箇所に充分な影響を及ぼし、各２次コイル極の端部とロータ１Ｒとが対向するエアギャップの面積変化を充分に反映した有効な誘導電圧を各２次コイルＳＷ１〜ＳＷ４に誘導することができるようになっている。
【００１２】
かくして、ステータ１Ｓに対するロータ１Ｒの相対的回転角度θに応じて、２次コイルＳＷ１の誘導電圧レベルはｓｉｎθの関数特性を示し、それよりも９０度ずれた２次コイルＳＷ２の誘導電圧レベルはｃｏｓθの関数特性を示し、それよりも９０度ずれた２次コイルＳＷ３の誘導電圧レベルは−ｓｉｎθの関数特性を示し、それよりも９０度ずれた２次コイルＳＷ４の誘導電圧レベルは−ｃｏｓθの関数特性を示すものとすることができる。１次コイルＰＷと２次コイルＳＷ１〜ＳＷ４の結線を図２に示すようにし、交流成分をｓｉｎωｔで示すと、２次コイルＳＷ１とＳＷ３の差動出力としてｓｉｎθ・ｓｉｎωｔを得ることができ、２次コイルＳＷ２とＳＷ４の差動出力としてｃｏｓθ・ｓｉｎωｔを得ることができる。
【００１３】
こうして、ステータ１Ｓに対するロータ１Ｒの回転角度θに対応する第１の関数値sinθを振幅値として持つ第１の出力交流信号＝sinθ・sinωｔと、同じ回転角度θに対応する第２の関数値cosθを振幅値として持つ第２の出力交流信号＝cosθ・sinωｔとが出力される。このようなコイル構成によれば、回転型位置検出装置として従来知られたレゾルバにおいて得られるのと同様の、同相交流であって２相の振幅関数を持つ２つの出力交流信号（サイン出力とコサイン出力）を２次コイルから得ることができることが理解できる。
【００１４】
この２次コイルから出力される２相の出力交流信号（sinθ・sinωｔとcosθ・sinωｔ）は、従来知られたレゾルバの出力と同様の使い方をすることができる。例えば、２次コイルの２相の出力交流信号（sinθ・sinωｔとcosθ・sinωｔ）を適切なディジタル位相検出回路に入力し、前記サイン関数sinθとコサイン関数cosθの位相値θをディジタル位相検出方式によって検出し、回転角度θのアブソリュート値を所定の分解能で表すディジタルデータを得るようにすることができる。このディジタル位相検出回路で採用するディジタル位相検出方式としては、公知のＲ−Ｄ（レゾルバ−ディジタル）コンバータを適用してもよいし、特開平９−１２６８０９号公報に示されたような位相計測方式を採用してもよい。
【００１５】
特開平９−１２６８０９号公報に示されたような位相計測方式では、おおまかに説明すると、一方の出力交流信号sinθ・sinωｔを電気的に９０度位相シフトしてsinθ・cosωｔを作成し、これと他方の出力交流信号cosθ・sinωｔとを加算又は減算合成することで、sin（ωｔ＋θ）またはsin（ωｔ−θ）のような、回転角度θを電気的位相角の初期位相成分として含んだ出力交流信号を形成し、この出力交流信号における電気的初期位相成分θをディジタルカウントすることにより、回転角度θのアブソリュート値を所定の分解能で表すディジタルデータを得るようにしている。従って、１回転（０度〜３６０度の範囲）の回転角度θを極めて高分解能かつ高応答で検出することができる。また、ステータ１Ｓとロータ１Ｒとからなる角度検出器１の機械的構造も極めて小型化することができるものである。一例として、ステータ１Ｓとロータ１Ｒとからなる角度検出器１の外形寸法を直径数センチメートル、軸方向長さ数センチメートルと超小型化することができ、１回転当たりのアブソリュート検出分解能を数万分割乃至数十万分割といった高分解能とすることができるものが製作されている。
【００１６】
第２の角度検出器２も、同様にステータ２Ｓとロータ２Ｒを含んでおり、上記した第１の角度検出器１と同一構造であってよい。
【００１７】
図３は、この発明に係る自己校正型角度検出装置の全体的な構成を示すブロック図である。変換部１Ｄは、第１の角度検出器１のための電気的変換部であって、２進カウンタ１１で高速クロックパルスＣＰをカウントし、そのカウント出力に基づきサイン波生成部１２でサイン波信号ｓｉｎωｔを生成し、これをＤ／Ａ変換器１３でアナログ波形信号に変換して、第１の角度検出器１の１次コイルＰＷに励磁交流信号として印加する。カウンタ１１のカウント値が０から最大値まで１巡する時間が励磁交流信号ｓｉｎωｔの１周期に相当する。第１の角度検出器１の各２次コイルＳＷ１〜ＳＷ４から出力される上記の２相出力交流信号sinθ・sinωｔとcosθ・sinωｔは入力バッファアンプ１４を介して入力され、振幅・位相変換部１５における電気的演算処理によってその回転角度θの成分を上記のように振幅成分から電気的位相角に変換し、sin（ωｔ＋θ）及び／またはsin（ωｔ−θ）を得る。この信号をゼロクロスコンパレータ１６に入力して初期位相分θに対応するタイミングでゼロクロス検出パルスを生成し、これによって、このときのカウンタ１１のカウント値をラッチ回路１７にラッチする。すなわち、カウンタ１１のカウント値は、sinωｔの瞬時位相が０のときに０からのカウントを開始するので、sin（ωｔ＋θ）またはsin（ωｔ−θ）のゼロクロス検出タイミングでのカウント値は角度θに対応するアブソリュート値を示している。ラッチ回路１７の出力は演算部１８に入力され、所要の演算処理（例えば特開平９−１２６８０９号公報に示されたような演算処理）が必要に応じて施される。そして、第１の角度検出器１による角度検出データ（これをＳＡ（θ）で示す）として、バスコントロール及び出力バッファ１９を介して上位コンピュータのデータバス２０に与えられる。
【００１８】
変換部２Ｄは、第２の角度検出器２のための電気的変換部であって、上記の変換部１Ｄと同一構成からなる。よって、詳細説明は省略する。かくして、変換部２Ｄのバスコントロール及び出力バッファからも、第２の角度検出器２による角度検出データ（これをＳＢ（θ）で示す）が出力され、上位コンピュータのデータバス２０に与えられる。
【００１９】
第１の角度検出器１による角度検出データＳＡ（θ）及び第２の角度検出器２による角度検出データＳＢ（θ）は、各個体毎の製造時の機差等各種の原因によって誤差を含んでいるものである。この誤差を検出し、校正を行なうための各種処理が、ＣＰＵ２１，ＲＡＭ２２，ＲＯＭ２３，デコーダ２４等を含む上位コンピュータによって実行される。誤差の算出及び校正のための処理プログラムはＲＡＭ２２またはＲＯＭ２３に記憶されており、ＣＰＵ２１によって実行される。また、ＲＡＭ２２は各種データの一時メモリとして、またワーキングメモリとして使用される。ＲＯＭ２３はＥＥＰＲＯＭのような書き込み可能なＲＯＭを含んでおり、算出した誤差データをここに書き込み、不揮発的に記憶する。デコーダ２４はアドレスバス２５に与えられたアドレスのデコード及びＣＰＵ２１から与えられる命令のデコードを行なう。出力ラッチ回路２６は、このコンピュータによって校正済みの角度データをラッチし、出力するものである。
【００２０】
次に、この発明に従う角度精度校正方法の原理につき説明する。
使用する２つの角度検出器１及び２はどちら共、校正対象検出器たりうるものであり、格別・専用の基準検出器を用いることなく、校正対象検出器たる２個の角度検出器１及び２を用いてそれ自身の角度精度校正を行なう校正であるため、この発明に従う角度精度校正方法にわれば、校正対象検出器それ自身を用いた自己校正型の角度精度校正が行なわれる。
【００２１】
第１の角度検出器１による角度検出データＳＡ（θ）に含まれている誤差をＡε（θ）で示すことにする。この誤差は一様ではなく、角位置θ（０度〜３６０度若しくは０〜２πラジアンの範囲の変数）に関してそれぞれ特有の値を示すため、誤差を角位置θの関数として、Ａε（θ）で示す。同様に、第２の角度検出器２による角度検出データＳＢ（θ）に含まれている誤差をＢε（θ）で示すことにする。これらの誤差Ａε（θ）及びＢε（θ）は未知の値であり、既知の値である検出器１，２のアブソリュート角度検出データＳＡ（θ），ＳＢ（θ）に基づき、これらの誤差Ａε（θ）、Ｂε（θ）を算出し、校正データとして使用するのである。これらの誤差Ａε（θ）及びＢε（θ）は、角位置θの関数であるため、角位置誤差とも呼ぶ。
【００２２】
理解を容易にするために、それぞれの角位置誤差Ａε（θ）、Ｂε（θ）の一例をグラフにて示す。図４の（ａ）は第１の角度検出器１による角度検出データＳＡ（θ）に含まれている誤差Ａε（θ）の一例を示す波形図、（ｂ）は第２の角度検出器２による角度検出データＳＢ（θ）に含まれている誤差Ｂε（θ）の一例を示す波形図、である。図において、横軸は角位置θであり、このθは機械的角度に対応している。
【００２３】
便宜上、角度検出データＳＡ（θ）及びＳＢ（θ）に含まれている真の角位置θに対応するデータをそのままθを用いて表すと、ＳＡ（θ）及びＳＢ（θ）は下記式（１）のように表わせる。
ＳＡ（θ）＝θ＋Ａε（θ）
ＳＢ（θ）＝θ＋Ｂε（θ） …式（１）
【００２４】
ここで、両者の差を求めると、
δ（θ）＝ＳＡ（θ）−ＳＢ（θ）
＝Ａε（θ）−Ｂε（θ） …式（２）
となり、角位置θのデータが相殺されて、誤差成分のみが得られることが判る。このδ（θ）を「相対角位置誤差」と呼ぶことにする。
【００２５】
上記式（１）は、第１及び第２の角度検出器１及び２の出力（ＳＡ（θ）及びＳＢ（θ））の回転角度θに対する位相が一致している場合であって、この位相がφ度ずれている場合は、
ＳＡ（θ）＝θ＋Ａε（θ）
ＳＢ（θ＋φ）＝θ＋φ＋Ｂε（θ＋φ） …式（３）
と表わせる。
【００２６】
上記式（３）の意味は、第１の角度検出器１が角度θに対応する角度検出データＳＡ（θ）を出力しているとき、第２の角度検出器２は角度θからφ度だけ位相がずれた角度θ＋φに対応する角度検出データＳＢ（θ＋φ）を出力することである。
【００２７】
ここで、φを既知の値として、意図的に第１及び第２の角度検出器１及び２の出力（ＳＡ（θ）及びＳＢ（θ））の回転角度θに対する位相をφだけずらすように設定することができる。よって、ＳＢ（θ＋φ）からφを減算して、下記のように変形することは容易にできる。
ＳＢ（θ＋φ）−φ＝θ＋Ｂε（θ＋φ） …式（４）
【００２８】
しかして、２つの検出器１，２の角度検出データの位相がφずれているときの両者の誤差成分を抽出したものである「相対角位置誤差」を容易に求めることができ、これをδ（θ，φ）で示すと、
δ（θ，φ）＝ＳＡ（θ）−｛ＳＢ（θ＋φ）−φ｝
＝θ＋Ａε（θ）−｛θ＋Ｂε（θ＋φ）｝
＝Ａε（θ）−Ｂε（θ＋φ） …式（５）
と表わせる。なお、ここで、φ＝０のときの解が上記式（２）のδ（θ）に相当するので、上記式（２）を含む一般式として式（５）を用いることにする。
【００２９】
このように、複数の異なる値のφに関して、上記式（３）に従う各角度検出データＳＡ（θ）及びＳＢ（θ）（つまりＳＢ（θ＋φ））をそれぞれ求め、式（４）及び式（５）に従って、各φに対応する「相対角位置誤差」δ（θ，φ）を幾通りか求めることができる。
このように幾通りかのφの値に対応する「相対角位置誤差」δ（θ，φ）を求めることは、これらを所定の校正アルゴリズムに従って演算処理することによって、角度位置誤差Ａε（θ）またはＢε（θ）を抽出することができるので、極めて有効である。
【００３０】
この場合、１回転３６０度の範囲を任意の数Ｍで等分割して、２検出器の位相ずれφの値を決定すると、角度位置誤差Ａε（θ）またはＢε（θ）の抽出に有効であることが判った。例えば、Ｍ＝４ならば、φ＝ｋ（３６０°／４）（ただし、ｋ＝０，１，２，３の序数）とする。この場合、幾通りかのφの値に対応する「相対角位置誤差」δ（θ，φ）の単純平均を求めることで、比較的簡単に角度位置誤差Ａε（θ）またはＢε（θ）を抽出することができることが判った。このような新しい自己校正処理のアルゴリズムを、「等分割平均法」と名付けることにする。
【００３１】
機械軸３に対する第１の角度検出器１の取付け位置に対して、機械軸３に対する第２の角度検出器２の取付け位置を機械角で所望のφだけずらすことにより、２つの検出器１，２の角度検出データＳＡ（θ）及びＳＢ（θ）に位相ずれφをもたせることができる（つまりＳＢ（θ＋φ）なる関係とすることができる。）ので、第１の角度検出器１の取付け位置に対して第２の角度検出器２の取付け位置が成す相対的角度が所要の位相角φを成すように、該第２の角度検出器２の取付け位置を割り出せばよい。
【００３２】
この割り出しは、基本的には、次のようにして行なう。
まず、第１の角度検出器１を機械軸３に取り付ける。この取付けに際しては、敢えて角度検出器１の原点（センサ原点）と機械軸３の原点を一致させることなく、適宜に行なってよい。しかし、機械軸３が、この角度検出器１が適用される産業機械等における目的の検出対象機械軸そのものである場合、ここで、角度検出器１の原点（センサ原点）と機械軸３の原点とが略一致するように取付けを行なっておけば、後での原点合わせ処理が楽になるのは勿論である。
【００３３】
次に、図１（Ａ）に略示されているように、同じ機械軸３に第２の角度検出器２を取り付ける。この角度検出器２の取付けは、該角度検出器２の原点（センサ原点）が第１の角度検出器１の原点（センサ原点）に対して所望の角度φだけずれるように、該角度検出器２の取付け位置を割り出すことによって行なう。この割り出し（つまり所定の取付け位置に角度検出器２を取付けること）は、手作業で所望の角度φだけずれるように合わせながら、機械軸３に第２の角度検出器２を取り付けることで、簡便に行なうことができる。
このように取付け位置の割り出しを行なうことによって、同じ機械軸３の回転角度に対して、第１の角度検出器１の出力する角度検出データＳＡ（θ）と、第２の角度検出器２の出力する角度検出データＳＢ（θ）との間に、機械角φに対応する位相ずれがもたらされることになる。すなわち、第１の角度検出器１の出力する角度検出データＳＡ（θ）をそのまま「ＳＡ（θ）」で表わすとすると、第２の角度検出器２の出力する角度検出データＳＢ（θ）は「ＳＢ（θ＋φ）」で表わされる。この場合、「ＳＡ（θ）」における変数θは第１の角度検出器１の原点（センサ原点）を０としたときの機械角θに対応し、「ＳＢ（θ＋φ）」における変数θ＋φは、該機械角θに初期位相値φを加算した機械角θ＋φに対応する。つまり、例えば、機械軸３の或る回転位置に対応して第１の角度検出器１がそのセンサ原点θ＝０に対応する角度検出データ「ＳＡ（０）」を出力するとき、第２の角度検出器２はそれよりも機械角φだけずれた位置に対応する角度検出データ「ＳＢ（φ）」を出力する。
【００３４】
上記「等分割平均法」に従う自己校正処理を行なう場合の一例として、等分割数Ｍ＝４とすると、φ＝ｋ（３６０°／４）（ただし、ｋ＝０，１，２，３の序数）から、両検出器１，２の取付け位置ずれがφ＝０°，φ＝９０°，φ＝１８０°，φ＝２７０°の４通りの各割り出し位置について、角度検出器１，２の相対的取付け位置の割り出しをそれぞれ行なう。
【００３５】
以下、このＭ＝４の場合を例にして、「等分割平均法」に従う自己校正処理の手順を説明する。なお、この「等分割平均法」に従う自己校正処理は、図２におけるコンピュータの処理によって実行される。図５は、その際にコンピュータが実行する「誤差算出プログラム」の一例を概略的に示すフロー図である。この「誤差算出プログラム」では、等分割数Ｍの値を適切に選択・設定できるようになっている。Ｍ＝４の場合は、最初のステップＳ１で、Ｍ＝４に設定する。次のステップＳ２では序数ｋを初期値０にセットする。
【００３６】
次に、ステップＳ３では、φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）の相対位相角φで、角度検出器１，２の相対的取付け位置を割り出すことを指示し、割り出し作業が完了するまで待機する。この指示は、コンピュータのディスプレイ（図示せず）等を介してなされる。この指示を受けて、人間の手作業等によって割り出し作業を行なう。なお、角度検出器１，２の相対的取付け位置の割り出しにあたっては、上述のように、第１の角度検出器１の取付け位置は所定位置に固定したままにしておき、第２の角度検出器２の取付け位置のみを所望の割り出し位置に応じて変化させればよい。（勿論、これに限らず、両角度検出器１，２の取付け位置をそれぞれ変化させることにより所望の位相角φに相当する割り出しを行なうようにすることもできるが、それは単なる迂回策でしかない。）
【００３７】
この設例の場合、序数ｋ＝０に対応する第１の割り出し位置はφ＝０°であり、第１の角度検出器１の原点（センサ原点）と第２の角度検出器２の原点（センサ原点）とが一致する位置に第２の角度検出器２を取り付ける（割り出す）。割り出し作業が完了したら、図示しないスイッチの操作等によって、コンピュータの処理を次ステップに進める。
【００３８】
次のステップＳ４では、機械軸３を回転させつつ、該機械軸３の全回転位置（０度〜３６０度）にわたる第１及び第２の角度検出器１，２による角度検出データＳＡ（θ）及びＳＢ（θ＋φ）をデータ収集する。収集したデータＳＡ（θ）及びＳＢ（θ＋φ）は、同時に収集した両者の各値を１対１で対応付けて（データ対として）、ＲＡＭ２２内にバッファ記憶する。例えば、ある瞬時におけるデータＳＡ（θ）の値をアドレス指定インデックスとしてそのときに同時に得られるデータＳＢ（θ＋φ）の値をバッファ記憶すればよい。例えば、角度検出器１の検出分解能が１回転（０度〜３６０度）につき「２の１６乗」＝６５５３６分割であるとすると、０から６５５３５までのトータル６５５３６アドレスのバッファエリアに、データＳＡ（θ）の値をアドレス指定インデックスとして使用して、そのときのデータＳＢ（θ＋φ）の値を記憶する。
【００３９】
次のステップＳ５では、前ステップＳ４で収集した各角度検出データＳＡ（θ）及びＳＢ（θ＋φ）の対に基づき、前記式（５）に従う演算によって、相対角位置誤差δk（θ，φ）を求める。求めた相対角位置誤差δk（θ，φ）はＲＡＭ２２内に一時記憶しておく。ここで、δk（θ，φ）は、ｋ番目の割り出し位置に対応して求めた相対角位置誤差δ（θ，φ）であることを示す。この設例の場合、ｋ＝０のとき、φ＝０°であるから、
δk（θ，φ）＝δ0（θ，０）と表わすことができ、具体的な相対角位置誤差δ（θ，φ）は、
δ0（θ，０）＝Ａε（θ）−Ｂε（θ） …式（６）
である。これは、図４の図示例では、（ｃ）に示すように、０度から３６０度までの各角位置θに対応する誤差値Ａε（θ）から０度から３６０度までの各角位置θに対応する誤差値Ｂε（θ）を減算したものに相当する。つまり、位相の合った各角位置θで、誤差値Ａε（θ）から誤差値Ｂε（θ）を減算したものである。
【００４０】
次のステップＳ６では、序数ｋが最終値「Ｍ−１」に達しているかを調べ、ＮＯであれば、ステップＳ７に行き、序数ｋの値を１増加する。それから、ステップＳ３に戻り、１増加した序数ｋの値に応じた「φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）」の相対位相角φで、角度検出器１，２の相対的取付け位置を割り出すことを指示し、割り出し作業が完了するまで待機する。
【００４１】
この設例の場合、次の序数ｋ＝１に対応する第２の割り出し位置はφ＝９０°であり、第１の角度検出器１の原点（センサ原点）に対して第２の角度検出器２の原点（センサ原点）が機械角で９０度ずれた位置に該第２の角度検出器２を取り付ける（割り出す）。すなわち、第１の角度検出器１が該検出器１における機械角０°に対応する角度検出データを出力するとき、第２の角度検出器２が該検出器２における機械角９０°に対応する角度検出データを出力するような位置関係に設定される。それから、前記ステップＳ４及びＳ５と同様の演算処理を行ない、両検出器１，２の取付け角度差φ＝９０°に対応する相対角位置誤差δk（θ，φ）を求める。ここで、ｋ＝１、φ＝９０°であるから、
δk（θ，φ）＝δ1（θ，90°）と表わすことができ、具体的な相対角位置誤差δ（θ，φ）は、
δ1（θ，90°）＝Ａε（θ）−Ｂε（θ＋90°） …式（７）
である。これは、図４の図示例では、（ｄ）に示すように、０度から３６０度までの各角位置θに対応する誤差値Ａε（θ）から、９０度から始まる１回転分の各角位置θ＋90°に対応する誤差値Ｂε（θ＋90°）を減算したものに相当する。つまり、位相が９０度ずれた各角位置θとθ＋90°で、誤差値Ａε（θ）から誤差値Ｂε（θ＋90°）を減算したものである。
【００４２】
次に、ステップＳ７で序数ｋの値をさらに１増加し、ステップＳ３に戻り、１増加した序数ｋの値に応じた「φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）」の相対位相角φで、角度検出器１，２の相対的取付け位置を割り出すことを指示し、割り出し作業が完了するまで待機する。
今度は、序数ｋ＝２に対応する第２の割り出し位置はφ＝１８０°であり、第１の角度検出器１の原点（センサ原点）に対して第２の角度検出器２の原点（センサ原点）が機械角で１８０度ずれた位置に該第２の角度検出器２を取り付ける（割り出す）。それから、前記ステップＳ４及びＳ５と同様の演算処理を行ない、両検出器１，２の取付け角度差φ＝１８０°に対応する相対角位置誤差δk（θ，φ）を求める。ここで、ｋ＝２、φ＝１８０°であるから、
δk（θ，φ）＝δ2（θ，180°）であり、相対角位置誤差δ（θ，φ）は、
δ2（θ，180°）＝Ａε（θ）−Ｂε（θ＋180°） …式（８）
である。これは、図４の図示例では、（ｅ）に示すように、０度から３６０度までの各角位置θに対応する誤差値Ａε（θ）から、１８０度から始まる１回転分の各角位置θ＋180°に対応する誤差値Ｂε（θ＋180°）を減算したものに相当する。つまり、位相が１８０度ずれた各角位置θとθ＋180°で、誤差値Ａε（θ）から誤差値Ｂε（θ＋180°）を減算したものである。
【００４３】
次に、ステップＳ７で序数ｋの値をさらに１増加し、ステップＳ３に戻り、１増加した序数ｋの値に応じた「φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）」の相対位相角φで、角度検出器１，２の相対的取付け位置を割り出すことを指示し、割り出し作業が完了するまで待機する。
今度は、序数ｋ＝３に対応する第２の割り出し位置はφ＝２７０°であり、第１の角度検出器１の原点（センサ原点）に対して第２の角度検出器２の原点（センサ原点）が機械角で２７０度ずれた位置に該第２の角度検出器２を取り付ける（割り出す）。それから、前記ステップＳ４及びＳ５と同様の演算処理を行ない、両検出器１，２の取付け角度差φ＝２７０°に対応する相対角位置誤差δk（θ，φ）を求める。ここで、ｋ＝３、φ＝２７０°であるから、
δk（θ，φ）＝δ3（θ，270°）であり、相対角位置誤差δ（θ，φ）は、
δ3（θ，270°）＝Ａε（θ）−Ｂε（θ＋270°） …式（９）
である。これは、図４の図示例では、（ｆ）に示すように、０度から３６０度までの各角位置θに対応する誤差値Ａε（θ）から、２７０度から始まる１回転分の各角位置θ＋270°に対応する誤差値Ｂε（θ＋270°）を減算したものに相当する。つまり、位相が２７０度ずれた各角位置θとθ＋270°で、誤差値Ａε（θ）から誤差値Ｂε（θ＋270°）を減算したものである。
【００４４】
Ｍ＝４の場合、序数ｋ＝３となると、ステップＳ６がＹＥＳとなり、ステップＳ８に行く。ステップＳ８では、各割り出し位置（ｋ＝０，１，２，…Ｍ−１）に対応して求めた上記相対角位置誤差δk（θ，φ）の各θ毎の単純算術平均を下記のように求める。
【数１】
【数２】
Ｍ・Ａε（θ）／Ｍ＝Ａε（θ）
となる。
【００４５】
従って、上記式（１０）のように各相対角位置誤差δk（θ，φ）の各θ毎の単純算術平均を求めることにより、第１の角度検出器１の角位置誤差Ａε（θ）に相当する誤差関数を求めることができる。こうして、求めた角位置誤差Ａε（θ）を適宜のメモリ例えばＲＯＭ２３内のＥＥＰＲＯＭに書き込み、不揮発的に記憶する。この誤差Ａε（θ）は、第１の角度検出器１の角度検出データＳＡ（θ）の誤差を校正するための校正データとして使用することができる。検出対象機械軸３の角度検出器として第１の角度検出器１を使用すれば、校正データとしては該角度検出器１についての誤差Ａε（θ）のみを求めればよい。しかし、もし、もう一方の角度検出器２の角位置誤差Ｂε（θ）も求めたいのであれば、上記のようにして求めたＡε（θ）を上記式（１０）又は式（６），（７），（８）等に代入することにより、該角度検出器２についての誤差Ｂε（θ）も容易に求めることができる。
【００４６】
次に、上記式（１０）の右辺の分子の第２項つまり上記式（１１）が「０」と置ける理由について説明する。これは、結論から言うと、等分割数Ｍの選び方によって実質的に「０」とみなせるものとなる。
Ｍ＝４の例で、上記式（１１）をξ4(θ) として、これをフーリエ級数で表現すると、角位置誤差Ｂε（θ）を、
【数３】
【００４７】
【数４】
ｎ＝１，２，３，…，Ｎ／２である。
【００４８】
上記式（１２）において、次数ｎの各値（１〜Ｎ／２）についての該級数の各項の値を解くと、cos（ｎ・90°）またはcos（ｎ・45°）の値が「０」になる場合が、該項の解が０となるので、
ｎ＝１，３，５，７，……と奇数次のとき、cos（ｎ・90°）が０であり、また、
ｎ＝２，６，１０，１４，……と４の倍数を除く偶数次のとき、cos（ｎ・45°）が０である。
すなわち、Ｍ＝４の場合は、次数ｎが４の倍数以外のときに、式（１２）における当該次数ｎに対応する項の解が「０」となり、これを無視できるものとなる。そうすると、上記式（１１）においては、４の倍数の次数の項だけが残されることになる。すなわち、４の倍数波の誤差成分だけが上記式（１１）の解に影響を与えることになる。ここで、角度検出器２の機械的構造として、４の倍数波の誤差成分が出ない若しくは無視できるほどに少ないものに作成することは比較的容易であるから、そのような４の倍数波の誤差成分が出ない若しくは無視できるほどに少ない角度検出器２を使用すれば、結局、上記式（１１）の解を実質的に「０」と置くことができる。また、理論上では多少の高次の誤差成分が残ったとしても、そのレベルは実用上無視できるほどに小さい場合が多いので、結局、上記式（１１）の解を実質的に「０」と置いてさしつかえない場合が多い。
【００４９】
例えば、角度検出器の極配置を１２０度間隔で１円周につき３つ配置し、平均化処理を施す校正とすれば、４の倍数波の誤差成分を非常に少なくすることができることが知られている。従って、Ｍ＝４の場合は、角度検出器２をそのような３極構成（又は６極構成等でもよい）のものを採用するとよい。一方、図１（ｂ）に示したような９０度間隔の４極構成の角度検出器においては、等分割数Ｍを９又は１１又は１３等の値とすることにより、上記式（１１）の解を実質的に「０」と置くことができることが確かめられている。よって、そのようにすればよい。その他、角度検出器の極配置を適宜工夫して設計し、適切な平均化処理等を施すことによりことにより、３の倍数波や４の倍数波等の誤差成分の非常に少ない検出器を構成することができるので、上記式（１１）の解を理論上及び実用上の両面で実質的に「０」に置くことができる。
【００５０】
以上のように、「等分割平均法」を従って、上記式（１０）のように各相対角位置誤差δk（θ，φ）の各θ毎の単純算術平均を求めることにより、第１の角度検出器１の角位置誤差Ａε（θ）に相当する誤差関数を簡単に求めることができる。この角位置誤差Ａε（θ）のデータを、第１の角度検出器１の角度精度校正データとしてメモリに保存する場合は、この角位置θに対応する第１の角度検出器１の角度検出データＳＡ（θ）をアドレス指定インデックスとして使用して、該角度検出データＳＡ（θ）に対応して（対で）角度精度校正用の角位置誤差Ａε（θ）のデータを記憶するようにする。
【００５１】
稼働時においては、検出対象機械軸（例えば機械軸３）の角度検出器として第１の角度検出器１を使用し、図３の変換部１Ｄから、該検出対象機械軸の現在回転位置に対応する角度検出データＳＡ（θ）を出力する。図６は、コンピュータコンピュータが実行する角度検出動作稼働時の「校正プログラム」の一例を略示するものである。コンピュータにおいては、変換部１Ｄから与えられる検出対象機械軸の現角度検出データＳＡ（θ）をデータバス２０を介して取り込み（ステップＳ１１）、この取り込んだ現角度検出データＳＡ（θ）をアドレス指定インデックスとして使用して、角度精度校正用のデータＡε（θ）を記憶したメモリから、該特定の現角度検出データＳＡ（θ）に対応する角度精度校正用のデータＡε（θ）を読み出し、これに基づき所定の校正演算、典型例としては、
「ＳＡ（θ）−Ａε（θ）」
を行なう（ステップＳ１２）。こうして、校正済みの角度検出データが得られ、これをラッチ回路２６（図３）を介して出力する（ステップＳ１３）。図６において、ステップＳ１１〜Ｓ１３のルーチンが常に巡回し、絶えず、校正処理が行なわれる。
【００５２】
図７は、第１及び第２の角度検出器１，２の別の実施例を示す図である。この実施例においては、第２の角度検出器２のステータ２Ｓが第１の角度検出器１のステータ１Ｓに対して所定の位置関係で固定されており、所要の位相角φに対応する第２の角度検出器２の取付け位置の割り出しは、該第２の角度検出器２のロータ２Ｒの取付け位置のみを動かすことによって行なう。この場合においても、上記実施例と同様に角度精度校正処理を行なうことができる。
【００５３】
上記各実施例において、角度精度校正用のデータＡε（θ）は、角度検出器１の検出分解能と同じ分解能で、つまり角度検出データＳＡ（θ）の各値毎に１対１で、必ずしも算出しなければならないわけではない。すなわち、角度検出データＳＡ（θ）のいくつかの値のグループ（角度範囲）毎に１つの角度精度校正用のデータＡε（θ）を代表的に求め、これを該グループに共通の角度精度校正用のデータとして使用するようにしてもよい。
【００５４】
また、使用する２つの角度検出器１，２の構造や検出分解能は同じものでなくてもよい。例えば、角度検出器１として図１（ｂ）に示すようなロータ構造（１回転０度〜３６０度につき１サイクルの磁気抵抗変化をもたらすもの）のものを用いる一方で、角度検出器２として多歯構造のロータを使用し（ステータ側のコイルコア単部にも対応する凹凸歯を設ける）、１回転０度〜３６０度につき複数サイクルの磁気抵抗変化をもたらすようにしてもよい。その場合、一方の角度検出器１のアブソリュート検出可能範囲は１回転０度〜３６０度であるが、他方の角度検出器２のアブソリュート検出可能範囲は１／ｎ回転（ｎは歯の数）となる。その場合、第２の角度検出器２の出力データは「ＳＢ（ｎθ）」と表わすことができる。つまり実際の機械角θのｎ倍の角度値ｎθにて検出データが得られ、検出データの高分解能化を図ることができる。校正データ収集時は、それぞれの検出器１，２の出力に基づき上記実施例に準じて両検出器１，２の誤差データＡε（θ），Ｂε（ｎθ）をそれぞれ求める。通常計測時は、両検出器１，２の出力データＳＡ（θ），ＳＢ（ｎθ）をそれぞれ誤差データＡε（θ），Ｂε（ｎθ）で校正し、両校正済みデータの組合せを使用するようにしてもよい。すなわち、１／ｎ回転の狭い範囲での角度を検出器２の出力に基づき高分解能でアブソリュート検出し、それを越えるアブソリュート値を検出器１の出力に基づき検出する。
【００５５】
さらに、上記各実施例において、使用する角度検出器の構造及びその検出原理は、上記実施例に示したものに限らず、どのようなものを使用してもよい。例えば、上記実施例に示した検出器に比べて検出分解能は劣るとしても、光学式エンコーダを用いることも可能である。また、sinωｔと cosωｔといったような２相（複数相）の交流信号によって複数の１次コイルを励磁し、ロータの回転角度θに応じた電気的位相角θを示す出力交流信号sin（ωｔ＋θ）を得て、その位相角θをディジタルカウントするタイプの公知の誘導型回転位置検出器を使用することもできる。また、１次コイルと２次コイルを持たずに、励磁コイルの自己インダクタンス変化を測定することでロータの回転角度θを検出するタイプの誘導型回転位置検出器を使用することもできる。
【００５６】
また、本発明の迂回的実施形態として、第１の検出器１と第２の検出器２を物理的にまったく同じ機械軸に取付けずに、実質的に共通とみなせる機械軸に取付けるようにしてもよい。例えば、検出器１を機械軸３に取付け、検出器２を機械軸３と連動して動く他の機械軸に取り付けてもよい。
さらに、本発明の自己校正方法は、回転角度検出器に限らず、直線位置検出器においても同様に適用することが可能である。その場合は、直線位置検出器の検出可能範囲長Ｌを１回転（０度〜３６０度）に置き換えて、上記実施例と同様の校正方法を適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上の通りこの発明によれば、校正対象検出器それ自身による自己校正方式によって角度校正又は検出データの校正を行なうことができるので極めて簡便であり、また、専用の角度割り出し機構を使用することなく、任意の機械軸に校正対象検出器を装着して簡便に校正を行なうことができ、校正対象検出器を装着する現場の計測対象機械軸そのものに該検出器を装着した状態で精度校正処理を行なうことができる、等の優れた効果を奏する。更に、「等分割平均法」を採用することにより、校正のための演算アルゴリズムも極めて簡単であり、角度あるいは位置検出データの精度校正処理を簡便に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る自己校正型角度検出装置の一実施例を示す軸方向断面略図及び正面略図。
【図２】 図１における１つの角度検出器における１次及び２次コイルの結線例を示す図。
【図３】 この発明に係る自己校正型角度検出装置の一実施例の全体的構成を略示するブロック図。
【図４】 図１における２つの角度検出器における角位置誤差を例示するグラフ。
【図５】 図３におけるコンピュータによって実行される誤差算出プログラムの一例を示すフロー図。
【図６】 図３におけるコンピュータによって実行される校正プログラムの一例を示すフロー図。
【図７】 この発明に係る自己校正型角度検出装置における２つの角度検出器の別の配置例を示す軸方向断面略図。
【符号の説明】
１ 第１の角度検出器
２ 第２の角度検出器
１Ｓ，２Ｓ ステータ
１Ｒ，２Ｒ ロータ
ＰＷ １次コイル
ＳＷ１〜ＳＷ４ ２次コイル
１Ｄ，２Ｄ 変換部
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＡＭ
２３ ＲＯＭ
Claims (9)
- 共通の機械軸に取り付けられ、該機械軸の回転角度に応じた角度検出データを所定の分解能で出力する第１の角度検出器及び第２の角度検出器と、
前記機械軸に対する前記第１の角度検出器の取付け位置に対して、前記機械軸に対する前記第２の角度検出器の取付け位置を、所定角度づつ相対的にずらして複数Ｍ通り（ただし、Ｍは１回転３６０°を等分割する整数）の相対的取付け角位置φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）（ただし、ｋは各相対的取付け角位置を区別する序数であって、ｋ＝０，１，２，．．．，Ｍ−１）をそれぞれ割り出し、各割り出した相対的取付け角位置毎に前記機械軸の各回転位置に対する前記第１及び第２の角度検出器の角度検出データＳＡ（θ），ＳＢ（θ）をそれぞれ求めると共に、前記第１の角度検出器の各角度検出データ毎の両者の差δ k （θ，φ）をそれぞれ求め、更に、前記各相対的取付け角位置毎の前記δ k （θ，φ）の単純算術平均を求めることで、少なくとも第１の角度検出器の各角度検出データＳＡ（θ）に関する誤差値Ａε（θ）をそれぞれ算出する誤差計算部と、
検出対象機械軸の現回転位置に応じて少なくとも前記第１の角度検出器から出力される現在角度検出データＳＡ（θ）に応じて、該現在角度検出データに関して前記誤差計算部で求められた前記誤差値Ａε（θ）を使用し、該誤差値を差し引くことにより該現在角度検出データの値を校正する校正部と
を具備する自己校正型角度検出装置であって、
前記第１及び第２の角度検出器は、それぞれ、
所定の交流信号によって励磁され、誘導出力信号を生じるコイル部であって、複数の極を構成するものと、
該コイル部における誘導係数を該コイル部に対する相対的回転位置に応じて変化させる磁気応答部と
を具備し、前記機械軸の回転位置の変化に応じて前記コイル部と磁気応答部との相対的回転位置が変化し、該機械軸の回転位置に応じた誘導出力信号を前記コイル部に生じるようにしたものであり、
前記第１及び第２の角度検出器における前記コイル部の極構成は、前記等分割数Ｍが４の場合は、３極構成を基本とするものであり、前記等分割数Ｍが９又は１１又は１３の場合は、４極構成を基本とするものであることを特徴とする自己校正型角度検出装置。 - 前記第１及び第２の角度検出器は、それぞれ、前記コイル部と磁気応答部との相対的回転位置に応じた電気的位相角を示す出力交流信号を前記誘導出力信号に基づき生成し、この出力交流信号における前記相対的回転位置に応じた電気的位相角をディジタル計測することにより、アブソリュート角度検出データを生成するものである請求項１に記載の自己校正型角度検出装置。
- 前記第１の角度検出器に対して、前記コイル部及び磁気応答部の両者を含む前記第２の角度検出器を前記取付け角度位置に割り出すようにした請求項１に記載の自己校正型角度検出装置。
- 前記第１及び第２の角度検出器における前記コイル部の配置を固定し、前記第２の角度検出器の前記磁気応答部を前記取付け角度位置に割り出すことにより該第２の角度検出器の割り出しを行なうようにした請求項１に記載の自己校正型角度検出装置。
- 前記誤差計算部で算出した誤差値を記憶する記憶部を有し、前記校正部では、該記憶部に記憶された誤差値を前記現在角度検出データに応じて読み出して該誤差値を使用する請求項１乃至４のいずれかに記載の自己校正型角度検出装置。
- 所定の分解能の位置検出データを出力する第１の位置検出器及び第２の位置検出器を共通の機械軸に取り付けると共に、該機械軸に対する前記第１の位置検出器の取付け位置に対して、前記機械軸に対する前記第２の位置検出器の取付け位置を、所定位置づつ相対的にずらして複数Ｍ通り（ただし、Ｍは変位の１サイクル３６０°を等分割する整数）の相対的取付け位置φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）（ただし、ｋは各相対的取付け位置を区別する序数であって、ｋ＝０，１，２，．．．，Ｍ−１）をそれぞれ割り出し、各割り出した相対的取付け位置毎に前記機械軸の所定の移動範囲にわたる前記第１及び第２の位置検出器の位置検出データＳＡ（θ），ＳＢ（θ）をそれぞれ求めるステップと、
各相対的取付け位置に対応して、前記第１の位置検出器の各位置検出データ毎に前記第１及び第２の位置検出器の位置検出データの差をそれぞれ求め、これに基づき相対位置誤差データδ k （θ，φ）を得るステップと、
前記第１の位置検出器の各位置検出データ毎に、前記各相対的取付け位置毎の前記相対位置誤差データδ k （θ，φ）の単純算術平均を求めることで、少なくとも第１の位置検出器の各位置検出データＳＡ（θ）に関する誤差値Ａε（θ）をそれぞれ算出するステップと、
検出機械軸の現在位置に応じて少なくとも前記第１の位置検出器から出力される現在位置検出データＳＡ（θ）に応じて、該現在位置検出データに対応する前記誤差値Ａε（θ）を使用し、該誤差値を差し引くことにより該現在位置検出データの値を校正するステップと
を具備する検出精度校正方法であって、
前記第１及び第２の位置検出器は、それぞれ、
所定の交流信号によって励磁され、誘導出力信号を生じるコイル部であって、複数の極を構成するものと、
該コイル部における誘導係数を該コイル部に対する相対的回転位置に応じて変化させる磁気応答部と
を具備し、前記機械軸の回転位置の変化に応じて前記コイル部と磁気応答部との相対的回転位置が変化し、該機械軸の回転位置に応じた誘導出力信号を前記コイル部に生じるようにしたものであり、
前記第１及び第２の位置検出器における前記コイル部の極構成は、前記等分割数Ｍが４の場合は、３極構成を基本とするものであり、前記等分割数Ｍが９又は１１又は１３の場合は、４極構成を基本とするものであることを特徴とする検出精度校正方法。 - 機械読み取り可能な記録媒体であって、コンピュータによって実行される検出精度校正方法のためのプログラムの命令群をその内容としており、この検出精度校正方法は、所定の分解能の位置検出データを出力する第１の位置検出器及び第２の位置検出器を共通の機械軸に取り付けると共に、該機械軸に対する前記第１の位置検出器の取付け位置に対して前記機械軸に対する前記第２の位置検出器の取付け位置が所定の相対的位置を成すように割り出しを行ない、この状態で前記プログラムに従って前記位置検出器の精度校正のための処理を行なうものであり、このプログラムが、
前記第１の位置検出器の取付け位置に対して前記第２の位置検出器の取付け位置が成す相対的取付け間隔がそれぞれ異なっている所定の複数Ｍ（ただし、Ｍは変位の１サイクル３６０°を等分割する整数）の割り出し位置のうちいずれか１つの割り出し位置に、前記第１の位置検出器に対する第２の位置検出器の相対的取付け位置φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）（ただし、ｋは各相対的取付け位置を区別する序数であって、ｋ＝０，１，２，．．．，Ｍ−１）を割り出し、この状態で前記機械軸の全回転位置に対する前記第１及び第２の位置検出器の位置検出データＳＡ（θ），ＳＢ（θ）をそれぞれ求める第１ステップと、
前記所定の複数の割り出し位置のうちの残りの各１つの割り出し位置に、前記第１の位置検出器に対する第２の位置検出器の相対的取付け位置φ＝ｋ（３６０°／Ｍ）を順次割り出しし、各割り出し位置毎に、その状態で前記機械軸の所定の移動範囲にわたって前記第１及び第２の位置検出器の位置検出データＳＡ（θ），ＳＢ（θ）をそれぞれ求める第２ステップと、
前記各割り出し位置に対応して、前記第１の位置検出器の各位置検出データ毎に前記第１及び第２の位置検出器の位置検出データの差をそれぞれ求め、これに基づき相対位置誤差データδ k （θ，φ）を得る第３ステップと、
前記第１の位置検出器の各位置検出データ毎に、前記各割り出し位置毎の前記相対位置誤差データδ k （θ，φ）の単純算術平均を求めることで、少なくとも第１の位置検出器の各位置検出データＳＡ（θ）に関する誤差値Ａε（θ）をそれぞれ算出する第４ステップとを
前記コンピュータに実行させるものであり、
前記第１及び第２の位置検出器は、それぞれ、
所定の交流信号によって励磁され、誘導出力信号を生じるコイル部であって、複数の極を構成するものと、
該コイル部における誘導係数を該コイル部に対する相対的回転位置に応じて変化させる磁気応答部と
を具備し、前記機械軸の回転位置の変化に応じて前記コイル部と磁気応答部との相対的回転位置が変化し、該機械軸の回転位置に応じた誘導出力信号を前記コイル部に生じるようにしたものであり、
前記第１及び第２の位置検出器における前記コイル部の極構成は、前記等分割数Ｍが４の場合は、３極構成を基本とするものであり、前記等分割数Ｍが９又は１１又は１３の場合は、４極構成を基本とするものであることを特徴とする前記記録媒体。 - 前記プログラムが、検出対象機械軸の現在位置に応じて少なくとも前記第１の位置検出器から出力される現在位置検出データＳＡ（θ）に応じて、該現在位置検出データに対応する前記誤差値Ａε（θ）を使用し、該誤差値を差し引くことにより該現在位置検出データの値を校正する第５ステップを更に前記コンピュータに実行させるものである
ことを特徴とする請求項７に記載の記録媒体。 - 前記第４ステップでは、算出した前記誤差値をメモリに記憶し、前記第５ステップでは該メモリから前記誤差値を読み出して使用する請求項８に記載の記録媒体。
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| JP2000258186A (ja) | 2000-09-22 |
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