JP4798473B2

JP4798473B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP4798473B2
Application number: JP2001062582A
Authority: JP
Inventors: 浩司上村; 一成松崎
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: JP2002257590A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、産業用ロボットやＮＣ工作機械等に用いられるモータの回転位置や移動位置を検出する位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、位置の移動に応じて発生する２相の信号を、ディジタル信号に変換し、前記ディジタル信号を用いて、演算処理を行い位置検出を行う位置検出装置においては、位置内挿時間短縮や装置構造の簡単化の目的のため特開平５−３４６３２２号公報のような位置検出装置が用いられていた。
【０００３】
この位置検出装置においては、あらかじめアドレスと前記アドレスに対応する内挿用の位置情報を記憶させておき、位置に応じて得られる信号からアドレスを演算するものである。この位置検出装置においては、演算から得られたアドレス値を用いて内挿用の位置情報を読み出すことで位置検出を高速に処理することができるようになっている。
【０００４】
また、特開平６−１６７３５４公報に示されているスケールの内挿処理装置においては、位置に応じて得られる２相の信号を、ＡＤ変換回路１及び２に入力し、ディジタル信号に変換し、種々の論理デバイスで処理回路を電気的に構成することにより、位置信号を補正し、出力するものであり、上位のＣＰＵに負荷を加えることなく位置検出を行うことができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の位置検出装置においては、内挿位置を記憶する場合には、広大な記憶領域が必要となる。また、位置検出装置における分解能を上げる場合や位置情報が広域になる場合、例えば、分解能を１桁上げるためには２倍の記憶領域が必要になるなど、より広大な記憶領域が必要になる。さらに、信号を電気的に補正する場合には、電気回路を搭載する必要があるため、構造が複雑になる。
【０００６】
このため、従来の位置検出装置においては、適用範囲を狭いものとしていた。
したがって、この発明においては、記憶領域が少量で、簡単な構造の位置検出装置を提供できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の位置記憶装置は、位置の移動に応じて発生する２相の信号をディジタル信号に変換するとともに、前記ディジタル信号を用いて、演算処理を行うことにより位置検出を行う位置検出装置において、前記演算処理内において、位置に応じて前記２相の信号の補正係数を変更することにより、前記２相の信号の補正を行うとともに、前記補正した２相の信号から位置検出を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の位置検出装置は、前記２相の信号の補正係数を前記各２相の信号において最大値又は最小値から１／２波長相当位置毎に各々有していることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の位置検出装置は、前記補正は、位置の領域がｎの場合、前記補正係数が第１の信号Ａ及び第２の信号Ｂの振幅を補正する係数がそれぞれＸｎ、Ｙｎであり、第１の信号Ａ及び第２の信号Ｂのオフセット値の補正係数がそれぞれαｎ、βｎであるとき、
Ａ＝Ｘｎ・Ａ＋αｎ、Ｂ＝Ｙｎ・Ｂ＋βｎ
なる式で行われることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の位置検出装置の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図２は、本発明の位置検出装置の信号検出部の斜視図を示したものである。本実施例の位置検出装置においては、円板磁石２を円周方向に、磁極が交互に均一間隔に３相６極となるように、円板の厚さ方向に着磁してある。本実施例においては、円板磁石２は希土類からなる焼結磁石を用いた。
【００１２】
なお、図２においては、磁極の説明を容易にするため、磁極の境界領域を線で示している。前記円板磁石２は回転軸３に固定されている。回転軸３は、回転軸３の周囲を覆うフレーム（図示せず）に対して、自由に回転できるように、ベアリング（図示せず）によって把持されている。また、フレーム直径は５ｍｍとした。
【００１３】
図２の実施例においては、円板磁石２の平面部近傍には、円周方向に１／１２周ずらした位置に磁界検出素子１ａ、１ｂが設置されており、磁界検出素子１ａ、１ｂと円板磁石２とのギャップを１ｍｍとした。
【００１４】
以上の構造により、磁界検出素子１ａ、１ｂから、円板磁石２一周に対し、３周期の正弦波及び余弦波が得られるようになる。なお、磁界検出素子１ａ、１ｂは、フレームに固定され、駆動及び検出のための配線が施されている。
【００１５】
図３は、本発明の位置検出装置の位置信号処理の回路ブロック図を示したものである。磁界検出素子１ａ、１ｂは、各々差動アンプ４ａ、４ｂにより差動増幅後、ＡＤ変換回路５においてディジタル信号に変換し、演算処理装置６に接続して、信号処理をおこなう。なお、本実施例においては多チャンネル変換可能なＡＤ変換回路を用いた。また、演算処理装置６には、電源供給を行わないと記憶を失する、演算のための記憶領域のほか、電源供給しなくても補正係数や電源遮断時の位置等記憶情報が維持される軽微な記憶装置としてフラッシュＲＯＭを同梱している。
【００１６】
位置検出は、まず、基準エンコーダを用いて、回転軸３を通じて円板磁石２に一定回転を与えながら、位置と出力の関係を計測する。そして、得られたデータから、各波長の１／２毎に、振幅とオフセットの補正係数を導出する。本実施例においては、円板磁石１周につき３波長の信号が得られるので、１／（３周期×１周期毎２データ×２信号）、すなわち、円板磁石２の１／１２周毎に、振幅とオフセットの補正係数を導出する。それらの補正係数を、振幅にあってはＸｎ、Ｙｎ、オフセットにあってはαｎ、βｎを演算処理装置６に記録する。なお、ｎは補正係数の認識番号であり、本実施例では０から１１である。
【００１７】
図４は、補正係数の割り当て領域の概念図を示したものである。補正係数を導出し記録した後、前述同様に、本発明の位置検出装置を回転させることにより、前記補正係数を用いた補正を行うことにより、位置検出を行う。
【００１８】
図１は、信号の補正方法のブロック図を示したものである。
【００１９】
電源授入後、円板磁石２の位置情報Θを、演算処理装置６にある記憶領域から導出する。実施例においては、電源投入時は、原点、すなわち円板磁石２の０度（図４における第０領域）の位置より回転したものとしている。次に、ｎ値を導出するために、Θを３０（度）で除する。ただし、ｎは整数である。除する数値３０（度）は、補正係数を分割保持する領域の数により決定されるものである。本実施例においては、補正係数を円板磁石２一周に対して１２の領域に分けていることから、３６０（度）を１２で除した数値となっている。
【００２０】
次に、磁界検出素子１ａ、１ｂから得られる各々の磁界検出信号Ａ、ＢをＡＤ変換回路５から取り込み、先に得られたｎ値に相当する各補正係数、Ｘｎ、Ｙｎ、αｎ、βｎとともに、Ａ値、Ｂ値を以下の式より補正する。
【００２１】
Ａ＝Ｘｎ・Ａ＋αｎ（１）
Ｂ＝Ｙｎ・Ｂ＋βｎ（２）
その後、Ａ、Ｂの両値を、以下の式で表される逆正接関数を用いてθを導出する。
【００２２】
θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ）（３）
さらに、θを円板磁石２の位置Θに変換するため、以下の式を用いる。
【００２３】
Θ＝θ／ｍ＋Ｎ×１２０（４）
但し、Ｎは、ｎを信号１周期の補正係数の領域数で除した整数である。本実施例においては，ｎを除する数は４である。θを除する値ｍは、円板磁石２の１周の信号の波数であり、本実施例においては、波数が３であるのでｍ＝３としている。
【００２４】
得られた位置信号Θは、高速運用時には、演算装置付帯の高速な記憶領域に常に記憶し、次の位置信号の補正に用いる。次の位置信号の補正の際には、例えば、正弦波のはじめの最大値、すなわち円板磁石２が１／１２周を超えた場合には、正弦波の補正係数をＸ_ｎ＋１、α_ｎ＋１として正弦波信号の補正を行う。
【００２５】
さらに、余弦波の最小値すなわち、円板磁石２が２／１２周を超えた場合には、余弦波の補正係数をＹ_ｎ＋１、β_ｎ＋１として同様に補正を行う。
【００２６】
以上の補正の結果、精度が補正後は補正前に比して２ｂｉｔ相当向上することがわかった。また、本実施例で用いた記憶領域は４８バイトであり、１２ｂｉｔ相当のデータを有する場合に必要な記憶領域２４Ｋバイトに比して格段に小さいことがわかる。
【００２７】
また、本実施例の信号処理に使用されるアナログ回路素子においては、差動アンプ４ａ、４ｂの２つであり、きわめて簡便な回路で信号処理を行えることがわかる。なお、本実施例においては、電源を遮断する際には、位置情報をフラッシュＲＯＭに記憶しておき、次回電源起動時に用いる。この際、バッテリ等、電源供給が維持された記憶領域を付帯していれば、同領域に記憶させても同様の効果が得られることは自明である。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の位置検出装置においては、一定位置毎に補正を加えるので、きわめて軽微なアナログ回路素子と記憶領域を設けるだけで、位置検出装置を構成することができるので、位置検出装置の適用範囲を拡大することができる。
【００２９】
また、本発明の位置検出装置においては、補正係数を信号の最大値又は最小値から、１／２波長相当位置毎に有していることから、簡便な補正式で補正を行うことができるので、演算装置に負担を加えることなく位置検出を行うことができるようになり、位置検出装置の適用範囲を拡大することができる。
【００３０】
さらに、本発明の位置検出装置においては、位置の領域がｎの場合、前記補正係数が第１の信号及び第２の信号の振幅を補正する係数、第１の信号及び第２の信号のオフセット値の補正係数から、補正を行うことができるため、きわめて簡単な式で補正を行うことができ、演算装置に負担を加えることなく位置検出が行うことができるようになり、位置検出装置の適用範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置検出装置の一実施例の補正方法を示すフローチャートを示したものである。
【図２】本発明の位置検出装置の一実施例の信号検出部を示した斜視図である。
【図３】本発明の位置検出装置の一実施例の信号処理回路ブロック図を示したものである。
【図４】本発明の位置検出装置の一実施例の補正係数の割り当て状態を示した説明概念図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ：磁界検出素子
２：円板磁石
３：回転軸
４ａ、４ｂ：差動アンプ
５、５ａ、５ｂ：ＡＤ変換回路
６：演算処理回路

Claims

位置の移動に応じて発生する２相の信号をディジタル信号に変換するとともに、前記ディジタル信号を用いて、演算処理を行うことにより位置検出を行う位置検出装置において、
前記２相の信号の補正係数を前記各２相の信号において最大値又は最小値から１／２波長相当位置毎に各々有し、
前記演算処理内において、
位置に応じて前記２相の信号の補正係数を、該各２相の信号の最大値又は最小値から１／２波長相当位置毎に変更することにより、前記２相の信号の補正を行うとともに、
前記補正した２相の信号から位置検出を行うことを特徴とする位置検出装置。
前記補正は、位置の領域がｎの場合、
前記補正係数が第１の信号Ａ及び第２の信号Ｂの振幅を補正する係数がそれぞれＸｎ、Ｙｎであり、第１の信号Ａ及び第２の信号Ｂのオフセット値の補正係数がそれぞれαｎ、βｎであるとき、
Ａ＝Ｘｎ・Ａ＋αｎ、Ｂ＝Ｙｎ・Ｂ＋βｎ
なる式で行われることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
前記位置検出装置は、磁気式であることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。