JP5995589B2 - 補正値導出装置、変位量導出装置、制御装置、および補正値導出方法 - Google Patents

Description

本発明は、被測定体の位置または角度の位相変化を示すエンコーダ信号を処理する技術に関するものである。

一般に、モータ等の回転体の移動量、角度、位置などを検出するために、光学式のロータリエンコーダが広く利用されている。この種のロータリエンコーダは、必要な信号パターンを設けた回転信号板に対し、一方の側から発光ダイオードやＬＥＤ等からなる発光素子により均一光を照射する。そして、フォトダイオードまたはフォトトランジスタ等の受光素子により、信号パターンを透過した後の透過光、または信号板からの反射光を受光し検知することにより電気信号パターンを形成する。そして、当該電気信号パターンに基づいてエンコーダ出力信号を生成している。なお、エンコーダには、機能的区分けとして、インクリメンタル方式とアブソリュート方式が知られている。

ところで、インクリメンタル方式のエンコーダでは、内挿処理（電気分割）により高精度な位置検出を実現する技術が知られている。これは、エンコーダ信号の振幅及びオフセットの値が揃っており、互いの位相が９０°異なる２相のアナログ正弦波信号が出力されていることを前提条件としている。そのため、当該前提条件に近づけるように、エンコーダからの出力信号を補正した後、内挿処理を行う場合もある。

具体的な、内挿処理の方法としては、特許文献１に開示されるような抵抗分割による方法や、特許文献２に開示されるような逆正接（ａｒｃｔａｎ）演算による方法が知られている。また、特許文献３には、２相アナログ信号のリサージュ波形に含まれる理想的リサージュ波形からの誤差を検出し、エンコーダ出力信号を補正する方法が開示されている。

ただし、実際のエンコーダ出力信号には高調波成分や非線形成分も含まれており、理想的な正弦波信号でない。そのため、エンコーダ出力信号に対し、振幅、オフセット及び位相の誤差を補正した場合であっても、補正後の信号は厳密な正弦波信号とはならず、その結果、内挿処理を行う際に検出誤差が発生した。そこで、特許文献４では、このような検出誤差を補正するため、エンコーダの検出変位量（検出角度）を微分した値、つまり、変位速度が一定となるような補正値を生成する方法が開示されている。

特開平０２−１３８８１９号公報 特開平０６−５８７６９号公報 特開２００６−１１２８６２号公報 特開２００９−３０３３５８号公報

しかしながら、例えば、特許文献４に示される方法は、定速駆動領域においてのみ補正値を算出することが出来るものである。そのため、好適な補正値を算出するために、速度安定性が高い高精度なモータや外部駆動装置により被測定体（モータなど）の駆動制御を行いエンコーダに変位検出させる必要であった。そのため、速度安定性が低いモータを用いる場合、速度変化のある通常駆動中に好適な補正値を算出することは出来ない。

本発明は、上述の問題点に鑑みなされたものであり、被測定体の位置の変化の検出誤差を低減し検出精度を向上可能とする技術を提供することを目的としている。

上述の問題点を解決するため、本発明の補正値導出装置は以下の構成を備える。すなわち、被測定体である可動部の位置の変化を示すエンコーダ信号に基づき導出される変位量の補正に用いる補正値を導出する補正値導出装置において、エンコーダ信号に基づいて前記可動部の検出変位量を導出する変位量導出手段と、前記変位量導出手段で導出された検出変位量に基づいて検出変位速度を導出する変位速度導出手段と、前記変位速度導出手段で導出された検出変位速度に対し所定の変位範囲にわたる平均を算出し平均変位速度を算出する平均変位速度算出手段と、前記検出変位速度を前記平均変位速度で除することにより得られる値に基づく変動率を積分演算することによって前記補正値を導出する補正値導出手段と、を含む。

本発明によれば、被測定体の位置の変化の検出誤差を低減し検出精度を向上可能とする技術を提供することができる。

第１実施形態に係るモータ制御装置の制御ブロック図である。 第１実施形態に係る変位検出部の構成の一例を示す図である。 内挿処理部の構成の一例を示す図である。 変位速度検出部の構成の一例を示す図である。 補正値生成部の構成を示す図である。 補正部の構成の一例を示す図である。 モータ制御装置の概略図である。 第２実施形態に係る変位検出部の構成の一例を示す図である。 補正付内挿処理部の構成の一例を示す図である。 補正逆正接演算部の構成の一例を示す図である。 理想エンコーダ信号波形（正弦波）及び実際のエンコーダ信号波形を例示的に示す図である。 可動部の真の変位量Ｘｒ及び真の変位速度Ｖｒの時間依存性を例示的に示す図である。 真の変位量Ｘｒに対する検出変位量Ｘｄ及び検出誤差Ｘｅを例示的に示す図である。 真の変位速度Ｖｒと検出変位速度Ｖｄの時間依存性を例示的に示す図である。 真の変位量Ｘｒに対する真の変位速度Ｖｒ及び検出変位速度Ｖｄを例示的に示す図である。 検出変位量Ｘｄに対する検出変位速度Ｖｄ及び推定変位速度Ｖｒｓを例示的に示す図である。 検出変位量Ｘｄに対する検出誤差Ｘｅ及び算出誤差Ｘｅｃを例示的に示す図である。 補正誤差ＬＵＴ（内挿変位量Ｘｍに対する補正値）を例示的に示す図である。 真の変位量Ｘｒに対する補正後検出変位量Ｘｄ’及び補正後検出誤差Ｘｅ’を例示的に示す図である。 真の変位量Ｖｒに対する真の変位速度Ｖｒ及び補正後検出変位速度Ｖｄ’を例示的に示す図である。 補正角度ＬＵＴ（内挿変位量Ｘｍに対する補正値）を例示的に示す図である。 領域判定後の真の変位量Ｘｒａに対する理想正接値ｔａｎ（Ｘｒａ）及び検出正接値Ｘ／Ｙを例示的に示す図である。 検出正接値Ｘ／Ｙに対する領域判定後検出誤差Ｘｅａを示す図である。 逆正接ＬＵＴにおける理想テーブル値及び変換後テーブル値を例示的に示す図である。 領域判定後検出変位量Ｘｄａに対する算出誤差Ｘｅｃを例示的に示す図である。 検出正接値Ｘ／Ｙに対する補正後の領域判定後検出誤差Ｘｅａ’を例示的に示す図である。 ２相エンコーダ出力信号を説明する図である。

以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。なお、以下の実施の形態はあくまで例示であり、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。

（第１実施形態）
本発明に係る信号処理装置の第１実施形態として、モータ制御装置に実装される変位検出部１０３を例に挙げて以下に説明する。

＜モータ制御装置の構成＞
図７は、モータ制御装置の概略図である。図７（ａ）はモータ制御装置７００の全体図を、図７（ｂ）はエンコーダスケール７０２の概略平面図を示している。また、モータ制御装置７００は、回転モータ７０１のモータ軸の回転角（変位量）を検出するための光学式のエンコーダを含んでいる。

エンコーダは、回転スリット円板及び固定スリット円板を有するエンコーダスケール７０２と、発光素子（発光ダイオード）と受光素子（フォトダイオード）を有するセンサ部７０３とを含む。回転スリット円板は、回転モータ７００のモータ軸に取付けられ、モータ軸とともに回転する。一方、固定スリット円板及びセンサ部７０３は例えば基板に固定されている。エンコーダは、発光素子と受光素子との間に、回転スリット円板と固定スリット円板が位置するよう構成されている。

エンコーダスケール７０２は、複数のスリット７１０が設けられている。エンコーダスケール７０２は、回転モータ７０１のモータ軸の回転変位に伴い、モータ軸を回転軸中心として回転する。回転スリット円板が回転することにより、発光素子の光は、透過するか又は遮断されることになる。また、固定スリット円板は、エンコーダの出力信号を２相にするため、固定スリットが２つに分かれている。

センサ部７０３には２つの受光素子が設けられており、それぞれの受光素子は、スリット７１０を通過し、さらに固定スリットによってＡ相パターンとＢ相パターンの二種にわけられた光を検出することにより２相の電気信号パターンを形成する。

図２７は、２相エンコーダ出力信号を説明する図である。図２７に示すように、互いに位相が９０°異なるＡ相信号とＢ相信号が生成される。これらは２相エンコーダ信号を得る場合であるが、複数相エンコーダ信号を得る場合は、固定スリット、受光素子はそれぞれ複数個用意される。なお、エンコーダの検出原理は光学式（透過式）に限られず、反射光を用いた光学式、静電式、磁気式など他の方式を採用することも可能である。

モータコントローラ７０４は、回転モータ７０１の回転駆動を制御する。モータコントローラ７０４は、回転モータ７０１を駆動する駆動手段、及び、この駆動手段を制御する制御手段を備える。モータコントローラ７０４は、目標値であるモータ回転角（変位量）と実測値であるモータ検出角度（検出変位量）とを比較して、実測値が目標値に等しくなるように、フィードバック制御する。

図１は、第１実施形態に係るモータ制御装置の制御ブロック図である。

駆動手段１０１は、上位の制御手段であるモータコントローラ７０４からの出力信号に基づいて、所定の駆動信号１を回転モータに供給する。可動部１０２（被測定体）であるモータ軸は、駆動信号１が入力されることにより、所定の回転角度だけ変位する。その変位量を以下では真の変位量２（Ｘｒ）と呼ぶ。変位検出部１０３（変位量導出手段）は可動部の真の変位量（Ｘｒ）を検出し、検出変位量３（Ｘｄ）を出力する。

図２は、第１実施形態に係る変位検出部の構成の一例を示す図である。可動部１０２に連動したエンコーダ２０１は、真の変位量Ｘｒに応じて、図２７に示すような、９０°位相の異なる２相の正弦波状のエンコーダ信号（Ａ相及びＢ相アナログエンコーダ信号）を生成し、内挿処理部２０２へ出力する。このエンコーダ信号は図１１の実際のエンコーダ信号に示すように（１相のみ図示）、理想的な正弦波ではなく高調波成分や非線形成分を含んでいる。ここでエンコーダ２０１は、例えば光学式エンコーダが用いられるが、これに限定されるものではない。

図３は、内挿処理部の構成の一例を示す図である。アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３０１は、Ａ相及びＢ相の２相のアナログ信号を、デジタル信号に変換するためのものである。Ａ／Ｄ変換前後のエンコーダ信号に含まれるノイズ分を除去するために、フィルタ回路や、ノイズ除去回路が内挿処理部２０２に搭載される。なお、このフィルタ回路やノイズ除去回路の構成は、公知のものが利用可能であるためここでは詳細な説明は省略する。

領域判定部３０２は、Ａ相、Ｂ相のエンコーダ信号の各々について、それぞれの基準値に対する大小と、Ａ相とＢ相の基準値に対する絶対値の比較結果により、８つの領域（位相範囲）の何れに位置するかを判定する。この領域は、エンコーダスリットの間隔を３６０°と規定した、内挿処理用の角度値で表され、一つの領域が４５°（＝３６０°／８）である。以降、記載される角度値は全て同様である。また、エンコーダ信号値の絶対値が小さい方のデータをＸデータ、大きい方のデータをＹデータとして出力する。

逆正接演算部３０３（相対角度値導出手段）は、領域判定部３０２により判定された各領域の範囲（つまり０°〜４５°）で、エンコーダ信号値に基づく逆正接値（ａｒｃｔａｎ）を計算する。逆正接演算部３０３はａｒｃｔａｎ（Ｘ／Ｙ）を計算し、これにより、判定された領域範囲における相対角度値である角度データ（０°〜４５°）が出力される。なお、逆正接の演算ではなく、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）の参照により角度値に変換しても良い。

角度変換部３０４（角度値導出手段）は、逆正接演算部３０３により計算された０°〜４５°の範囲の角度値と領域判定部３０２による領域情報（８分割）とに従い、逆正接演算部３０３で計算された角度を、０°〜３６０°の範囲の角度値（絶対角度値）に変換する。その結果を内挿変位量Ｘｍ（内挿変位量６）として出力する。

このようにして、変位検出部は、エンコーダ信号から角度値を算出していく。ところで、逆正接演算部３０３による角度算出は理想的な正弦波であることを仮定した演算がなされている。そのため、実際には高調波成分や非線形成分が含まれているエンコーダ信号に対して、逆正接演算を実施すると、内挿変位量Ｘｍは真の変位量Ｘｒに対して、検出誤差Ｘｅが発生する。

よって、第１実施形態では、変位検出部１０３の検出精度を向上させるため、検出誤差Ｘｅを算出し補正部２０３で内挿変位量Ｘｍを補正することを考える。これにより、検出変位量Ｘｄに含まれる検出誤差を小さくする。

図１１は、理想エンコーダ信号波形（正弦波）及び実際のエンコーダ信号波形を例示的に示す図である。また、図１３は、図１１に示す実際のエンコーダ信号波形が入力されたときの、真の変位量Ｘｒに対する検出変位量Ｘｄ及び検出誤差Ｘｅを例示的に示す図である。具体的には、真の変位量Ｘｒが３６０°〜７２０°まで変化したときの検出変位量Ｘｄを例示的に示したものである。また、補正を行わずに内挿変位量Ｘｍをそのまま検出変位量Ｘｄとして出力した場合の、検出変位量Ｘｄと検出誤差Ｘｅを併せて示している。なお、検出誤差Ｘｅは真の変位量Ｘｒと検出変位量Ｘｄの差分である。

実際のエンコーダ信号に含まれる高調波成分や非線形成分が起因の変位検出誤差の影響により、検出変位量Ｘｄは真の変位量Ｘｒに対して線形とならない（つまり、グラフ上で曲線）。なお、エンコーダ信号が理想的な正弦波であれば、変位検出誤差が発生せず、真の変位量Ｘｒと検出変位量Ｘｄは線形となる（つまり、グラフ上で直線）。

また、図１３に示す検出誤差Ｘｅの変化から分かるように、検出誤差Ｘｅは、真の変位量Ｘｒに依存しており、かつ、一つのエンコーダスリット間隔（３６０［ｄｅｇ］）内で４周期分の変動を生じている。そして、最大で３［ｄｅｇ］程度の誤差が発生している。ただし、これはエンコーダ信号が図１１に示すエンコーダ波形の場合の特性例であり、これに限定されるものではない。なお、高調波が主な変動の原因である場合、変動の周期は、エンコーダ信号が示す変位量の一周期の１／２^Ｎ（Ｎは正整数）である。

図４は、変位速度検出部の構成の一例を示す図である。変位速度検出部１０４（変位速度導出手段）は、検出変位速度Ｖｄ（検出変位速度４）を求めるために微分演算を行う微分器４０１で構成される。第１実施形態では、この検出変位速度Ｖｄを基に演算処理を実行し、検出誤差Ｘｅを算出する。この検出誤差Ｘｅの算出の具体的な処理については後述する。微分器４０１は、変位検出部１０３により検出された検出変位量Ｘｄの時間微分値（Ｘｄ／ｄｔ）を算出する。よって、検出変位量Ｘｄに含まれる検出誤差Ｘｅの影響で、検出変位速度Ｖｄは可動部の真の変位速度Ｖｒとは異なる。図１５は、図１１に示す実際のエンコーダ信号波形が入力されたときの、真の変位量Ｘｒに対する真の変位速度Ｖｒ及び検出変位速度Ｖｄを例示的に示す図である。

＜補正値生成部（補正値導出装置、補正値導出手段）の構成＞
図５は、補正値生成部の構成を示す図である。入力される検出変位速度Ｖｄは、一定の検出変位量間隔で検出速度記憶部５０１に保存される。検出速度記憶部５０１には、少なくとも、検出変位量Ｘｄの変動一周期分のデータが保存される。

周期変動除去部５０２（平均変位速度算出手段）は、検出速度記憶部５０１に保存された検出変位速度データから、周期変動分を除去し、真の変位速度Ｖｒの推定値である推定変位速度Ｖｒｓを算出するために設けられている。具体的には、推定変位速度Ｖｒｓは、検出速度記憶部５０１に保存された検出変位速度の所定の変位範囲にわたる平均、例えば、変動一周期分（前後それぞれ１／２周期）の平均を計算することにより算出することが出来る。

補正値演算部５０３は、検出変位速度Ｖｄと推定変位速度Ｖｒｓの差が小さくなるように補正値を算出する。具体的には、推定変位速度Ｖｒｓに対する検出変位速度Ｖｄの変動率を積分演算した値を算出した検出誤差（算出誤差Ｘｅｃ）として算出する。そして、算出誤差Ｘｅｃの値を変位検出部１０３の構成に対応した値に変換し、変位検出部１０３に出力する。ただし、第１実施形態では、検出変位量Ｘｄに対応する算出誤差Ｘｅｃを補正値５とし、特に値の変換は行われない。

図６は、補正部の構成の一例を示す図である。図６（ａ）は補正誤差ＬＵＴを使用する構成例を、図６（ｂ）は補正角度ＬＵＴを使用する構成例を示している。

図６（ａ）に示す構成例において、補正誤差ＬＵＴ６０１は入力される内挿変位量Ｘｍの値に応じ、補正量として算出誤差Ｘｅｃを出力するＬＵＴである。この補正誤差ＬＵＴ６０１を作成する際の内挿変位量Ｘｍとは、補正値５を算出した際の検出変位量Ｘｄである。

補正部２０３が出力する検出変位量Ｘｄは、内挿変位量Ｘｍから算出誤差Ｘｅｃを減算した値となる。結果、内挿変位量Ｘｍに含まれる検出誤差Ｘｅ分が除去され、変位検出部１０３で検出した検出変位量Ｘｄが可動部１０２の真の変位量Ｘｒに近づくような補正が可能となる。ここで、検出誤差Ｘｅが除去されるため、検出変位速度Ｖｄの変動もなくなり、検出変位速度Ｖｄと補正値生成部１０５で算出される推定変位速度Ｖｒｓの差も小さくなることになる。

なお、図６（ｂ）に示す構成例においては、補正角度ＬＵＴ７０１に用いる値をＸｍ−Ｘｅとしておくことで、図６（ａ）の構成では必要であった減算処理を省略することができる。

＜算出誤差Ｘｅｃの計算＞
ここでは、真の変位量Ｘｒ（ｔ）、検出変位量Ｘｄ（ｔ）、真の変位速度Ｖｒ（ｔ）、検出変位速度Ｖｄ（ｔ）、検出誤差Ｘｅ（Ｘｒ（ｔ））の関係と、算出誤差Ｘｅｃ（Ｘｄ（ｔ））の導出方法を述べる。また、それぞれの値がどの値を変数とする関数であるかを明確にするため、変数も明記する。

可動部が駆動されることによって、ある時間ｔに対して真の変位量Ｘｒ（ｔ）が生じるとする。これをエンコーダで変位検出した際には、図１３を参照して上述したように、真の変位量Ｘｒ（ｔ）に依存した検出誤差Ｘｅ（Ｘｒ（ｔ））が生じる。よって検出変位量Ｘｄ（ｔ）は式（１）のように表される。

式（１）の両辺を時間ｔで微分すると、式（２）になる。

ここで、検出変位速度Ｖｄ（ｔ）は検出変位量Ｘｄ（ｔ）を時間微分したものであり、真の変位速度Ｖｒ（ｔ）は、真の変位量Ｘｒ（ｔ）を時間微分したものである。また、ｄＸｅ（Ｘｒ（ｔ））／ｄＸｒは、検出誤差Ｘｅ（Ｘｒ（ｔ））の変位量微分値を表し、式（２）を書き換えると式（３）になる。

よって、真の変位速度Ｖｒ（ｔ）を知ることができれば、検出誤差の微分値ｄＸｅ（Ｘｒ（ｔ））／ｄＸｒを算出できることが分かる。

検出誤差Ｘｅ（Ｘｒ（ｔ））は真の変位量であるＸｒ（ｔ）に対して周期的に変化し、変動一周期で積分すると検出誤差はゼロになる。よって、式（１）において変動一周期分（前後それぞれ１／２周期）の平均をとれば、検出誤差Ｘｅ（Ｘｒ（ｔ））の影響を除去できる。速度に関しても同様であると近似し、真の変位速度Ｖｒの推定値である推定変位速度Ｖｒｓ（ｔ）を式（４）で求める。

ここで、Ｖｒｓ（ｔ）は検出変位量Ｘｄ（ｔ）の場合の推定変位速度であり、積分範囲−Ｘα〜Ｘαは、Ｘｄ（ｔ）を中心とした周期変動の一周期期間である。Ｖｄ（Ｘｄ）は検出変位量がＸｄの場合の検出変位速度である。

さらに式（３）において、微小変位量ｄＸｒを微小検出変位量ｄＸｄと近似して置き換え、さらに、真の変位量Ｘｒ（ｔ）を推定変位量Ｘｒｓ（ｔ）に置き換える。そして両辺にｄＸｄをかけて積分したものを算出誤差Ｘｅｃ（Ｘｄ（ｔ））として、式（５）より得ることができる。

ただし、Ｖｒｓ（Ｘｄ）は検出変位量Ｘｄの場合の推定変位速度である。以上のようにして、検出速度Ｖｄから検出誤差Ｘｅ及び算出誤差Ｘｅｃを算出することができる。

＜変位検出の補正＞
図１２は、可動部の真の変位量Ｘｒ及び真の変位速度Ｖｒの時間依存性を例示的に示す図である。具体的には、初速を１８０００［ｄｅｇ／ｓ］とし、加速度が３６０００［ｄｅｇ／ｓ^２］で減速している場合を示している。以下の説明においては、図１２に示されるように、可動部１０２（回転モータ）の真の変位速度Ｖｒが一定ではない状況を想定して説明する。

なお、以下における説明において、エンコーダ信号は、図１１に例示される実際のエンコーダ信号波形であることを仮定している。また、以下で用いている角度値は、可動部１０２の実際の変位量（回転角度）ではなく、エンコーダスリットの間隔を３６０°と規定した、内挿処理後の角度値を示している。

図１４は、真の変位速度Ｖｒと検出変位速度Ｖｄの時間依存性を例示的に示す図である。検出変位量Ｘｄの微分値にあたる検出速度Ｖｄは、検出誤差Ｘｅの影響を受ける。その結果、図１４及び図１５に示されるように、見かけ上、速度変動（検出速度むら）が生じる。図１３を参照して説明したように検出誤差Ｘｅは真の変位量Ｘｒに依存している。そのため、検出変位速度Ｖｄは、検出変位量Ｘｄと同様に、真の変位量Ｘｒに対して周期的な変動となる。

そこで、第１実施形態では、直接知ることはできない真の変位速度Ｖｒに代わり、検出変位速度Ｖｄを平均化して得られる推定変位速度Ｖｒｓを利用する。そして、推定変位速度Ｖｒｓと検出変位速度Ｖｄの差を小さくし、周期的な速度変動（検出速度むら）を抑えるように検出変位量Ｘｄを補正する。

図１６は、検出変位量Ｘｄに対する検出変位速度Ｖｄ及び推定変位速度Ｖｒｓを例示的に示す図である。第１実施形態の構成例においては、直接的に取得できる検出量は、この検出変位量Ｘｄと検出変位速度Ｖｄのみである。

推定変位速度Ｖｒｓは、検出変位速度Ｖｄの変動一周期分（前後それぞれ１／２周期）の平均値（検出変位量空間）で算出する。例えば検出変位量Ｘｄが４９５°〜５８５°（＝５４０°±４５°）の区間で、１．４０６２５°間隔で得られる検出変位速度Ｖｄの平均値を、検出変位量Ｘｄが５４０°における推定変位速度とする。このようにして算出した推定変位速度Ｖｒｓは、図１６の点線で示しているように周期変動が除去され、真の変位速度Ｖｒに近似できる値となる。

図１７は、検出変位量Ｘｄに対する検出誤差Ｘｅ及び算出誤差Ｘｅｃを例示的に示す図である。具体的には、推定変位速度Ｖｒｓ及び検出変位速度Ｖｄに基づいて式（５）より検出誤差を算出した結果を示している。算出された検出誤差（算出誤差Ｘｅｃ）は、検出部によって発生する検出誤差Ｘｅとほぼ同じ値に計算されている。

算出誤差Ｘｅｃを補正値として用いる場合、補正部２０３に合わせた補正値に変換する。また全検出変位量に対して補正値を計算し、補正テーブルとして持っても良い。また、検出誤差Ｘｅの周期性を考慮し、０°〜９０°など、一定区間の補正値のみを持っても良い。前者の場合は、スリット毎の加工誤差が大きく検出誤差Ｘｅのバラツキが大きい場合に特に有効である。また算出された補正値により補正された補正検出変位量Ｘｄ’を用いて、再度同様の補正値算出を行っても良い。その場合、さら検出誤差Ｘｅの算出精度が向上し、検出変位量の補正精度が向上する。

図１８は、補正誤差ＬＵＴ（内挿変位量Ｘｍに対する補正値）を例示的に示す図である。具体的には、０°〜９０°の区間の補正値テーブルが示す値をグラフ化して示したものである。つまり、図１８は、補正部２０３を図６（ａ）に示す構成とした場合のＬＵＴに相当する。

一方、図２１は、補正角度ＬＵＴ（内挿変位量Ｘｍに対する補正値）を例示的に示す図である。つまり、図２１は、補正部２０３を図６（ｂ）に示す構成とした場合のＬＵＴに相当する。補正角度ＬＵＴ７０１に用いる値をＸｍ−Ｘｅとすることで、補正部２０３における減算処理を省略することができる。

このような、補正誤差ＬＵＴや補正角度ＬＵＴを用いて補正を行うことにより、検出変位量Ｘｄを補正し、真の変位量にほぼ等しい補正後検出変位量Ｘｄ’を導出することが可能となる。

図１９は、真の変位量Ｘｒに対する補正後検出変位量Ｘｄ’及び補正後検出誤差Ｘｅ’を例示的に示す図である。また、図２０は、真の変位量Ｖｒに対する真の変位速度Ｖｒ及び補正後検出変位速度Ｖｄ’を例示的に示す図である。図１９及び図２０に示されるように、補正後検出変位量Ｘｄ’においては、誤差が大幅に低減されていることが分かる。

以上説明したとおり第１実施形態によれば、エンコーダ出力信号に含まれる高調波成分や非線形成分により生じる検出誤差を好適に補正することが可能となる。特に、変位量の変化の一周期に相当する角度範囲に関して平均化しているため、速度変動（モータ速度むら）がある状況下においても好適に補正値を算出可能である点に大きな利点がある。

上述した角度補正を行うことにより、モータ制御装置においては、モータの回転速度が一定でない場合にもエンコーダの分割精度をより簡易な構成で改善することができる。すなわち、所謂キャリブレーションモードのような専用の高精度の定速駆動制御を必要とせず、速度変動がある状況下においてもリアルタイムに好適な補正を行うことが可能となる。

なお、本発明は、上述した構成や計算式に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。例えば、上述の説明においては、可動部として回転モータを用いているが、これに代えて直動機構を用いてもよい。また、駆動手段として、モータやピエゾなどのアクチュエータより駆動してもよい。また、変位速度検出部を、変位検出部が検出変位量に応じて出力するパルス信号のパルス幅を計測するよう構成してもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態では、変位検出部１０３の他の構成について説明する。具体的には、内挿処理部内で補正処理を行う点が第１実施形態と異なる。以降の説明では、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

＜変位検出部の構成＞
図８は、第２実施形態に係る変位検出部の構成の一例を示す図である。ここでは、変位検出部１０３は可動部の真の変位量Ｘｒを検出し検出変位量Ｘｄを出力する。可動部１０２に連動したエンコーダ２０１は、真の変位量Ｘｒに応じて、図２７に示すようなエンコーダ信号を生成し、補正付内挿処理部８０１へ出力する。

図９は、補正付内挿処理部の構成の一例を示す図である。Ａ／Ｄ変換器３０１は、Ａ相及びＢ相の２相のアナログエンコーダ信号を、アナログデジタル変換（Ａ／Ｄ変換）するためのものである。領域判定部３０２は、Ａ相、Ｂ相のエンコーダ信号の各々について、それぞれの基準値に対する大小と、Ａ相とＢ相の基準値に対する絶対値の比較結果により、８つの領域（位相）の何れに位置するかを判定する。補正逆正接演算部９０１は、領域判定部３０２により判定された各領域の範囲（つまり０°〜４５°）で、エンコーダ信号値に基づく逆正接値（ａｒｃｔａｎ）を計算する。ただし、外部（例えば補正値演算部）から入力される補正値に基づいて逆正接ＬＵＴ１００２を変更し角度補正を行う点が第１実施形態の逆正接演算部３０３と異なる。

図１０は、補正逆正接演算部の構成の一例を示す図である。正接計算部１００１は正接値Ｘ／Ｙ（正接値９）を計算し、逆正接ＬＵＴ１００２へ出力する。逆正接ＬＵＴ１００２は、与えられた正接値Ｘ／Ｙを入力としそれに対応した逆正接値をルックアップテーブルから参照し、領域判定後検出変位量８として領域判定後検出変位量Ｘｄａを角度変換部３０４に出力する。ここで、正接計算部１００１が出力する正接値Ｘ／Ｙの範囲は０〜１であり、また逆正接ＬＵＴ１００２が出力する領域判定後検出変位量Ｘｄａの範囲は、０°〜４５°である。

図２２は、領域判定後の真の変位量Ｘｒａに対する理想正接値ｔａｎ（Ｘｒａ）及び検出正接値Ｘ／Ｙを例示的に示す図である。第１実施形態でも述べたように、実際のエンコーダ信号には、高調波成分や非線形成分が含まれている。そのため、正接計算部１００１から実際に出力される検出正接値Ｘ／Ｙは、領域判定後の真の変位量Ｘｒａに対して理想的な正接値ｔａｎ（Ｘｒａ）とはならない。よって、逆正接ＬＵＴ１００２において、０°〜４５°の角度値とその理想正接値で作成された理想的な逆正接変換テーブルを用いた場合、入力された検出正接値Ｘ／Ｙを基に角度値を参照すると検出誤差が発生する。

図２３は、検出正接値Ｘ／Ｙに対する領域判定後検出誤差Ｘｅａを示す図である。具体的には、図２３の点線に示すように、真の変位量Ｘｒａに対する領域判定後検出誤差Ｘｅａを含む領域判定後検出変位量Ｘｄａが逆正接ＬＵＴ１００２から出力される。

そこで、第２実施形態では、変位検出部１０３の検出精度を向上させるため、逆正接ＬＵＴ１００２での逆正接変換テーブルをエンコーダ信号の特性に合わせたテーブルに予め構成しておく。それにより、出力する領域判定後検出変位量Ｘｄａを補正し、領域判定後検出変位量Ｘｄａに含まれる誤差を小さくすることが可能となる。

補正逆正接演算部９０１から出力される領域判定後検出変位量Ｘｄａは、角度変換部３０４によって、０°〜３６０°の範囲の角度値に変換される。補正付内挿処理部８０１は、角度変換部３０４により出力された角度値に対し検出変位量Ｘｄを決定し出力する。

なお、補正値を導出する補正値演算部５０３の構成は、第１実施形態と基本的に同じである。ただし、必要であれば、導出した補正値を逆正接ＬＵＴ１００２に対応した形式に値を変換し、逆正接ＬＵＴ１００２に出力する。

＜変位検出の補正＞
以下では、逆正接ＬＵＴ１００２による変位検出の補正を具体的な例を示しながら説明する。なお、検出誤差Ｘｅの算出については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

エンコーダスリット間隔（３６０°）を内挿処理により２５６分割する場合、補正逆正接演算部９０１の出力は１．４０６２５°（＝３６０°／２５６）の分解能が必要となる。その場合に用いられる逆正接ＬＵＴ１００２の入力値ＬＵＴｉｎ（＝Ｘ／Ｙ）及び出力値ＬＵＴｏｕｔ（＝Ｘｄａ）で表されるテーブル値は式（６）、式（７）で表される。

ただし、ｎは０〜３２の整数であり、入力範囲は０〜１、出力範囲は０°〜４５°である。

図２４は、逆正接ＬＵＴにおける理想テーブル値及び変換後テーブル値を例示的に示す図である。ここで、理想テーブル値は、エンコーダ信号が理想的な場合に好適なテーブル値を意味する。一方、変換後テーブル値は、ノイズを含む実際のエンコーダ信号に対応するため、外部（例えば補正値演算部）から入力される補正値に基づいて補正を行ったＬＵＴである。つまり、上述したように、第２実施形態では、領域判定後検出変位量Ｘｄａに含まれる領域判定後検出誤差Ｘｅａを除去するために、算出誤差Ｘｅｃを用いて逆正接ＬＵＴ１００２を好適なテーブルに変更する。

図２５は、領域判定後検出変位量Ｘｄａに対する算出誤差Ｘｅｃを例示的に示す図である。具体的には、逆正接ＬＵＴ１００２が出力する領域判定後検出変位量Ｘｄａと算出された算出誤差Ｘｅｃの関係を示している。

ここでの領域判定後検出変位量Ｘｄａは、角度変換部３０４の動作を考慮して検出変位量Ｘｄを基に計算される、角度変換前の値であり、０°〜４５°の範囲になる。例えば、検出変位量Ｘｄが０°〜４５°の範囲であれば、領域判定後検出変位量Ｘｄａと検出変位量Ｘｄの値は同じになり、検出変位量Ｘｄが４５°〜９０°の範囲であれば、領域判定後検出変位量Ｘｄａは９０°から検出変位量Ｘｄを引いた値となる。

ここで、逆正接ＬＵＴ１００２のテーブル値変更は、式（８）に示す計算式によって補正入力値ＬＵＴｉｎ’を算出し、従来の入力値ＬＵＴｉｎに置き換える（上書きする）。ＬＵＴ出力値ＬＵＴｏｕｔ（＝Ｘｄａ）は変更しない。

式（８）中のＸｅｃ（Ｘｄａ）は、角度値がＸｄａのときの算出誤差Ｘｅｃである。逆正接ＬＵＴ１００２の変更後テーブル値が図２４に示されている。

図２６は、検出正接値Ｘ／Ｙに対する補正後の領域判定後検出誤差Ｘｅａ’を例示的に示す図である。具体的には、変更後テーブルを用いた場合、つまり補正した場合の領域判定後検出変位量値Ｘｄａ’と、その時の領域判定後検出誤差Ｘｅａ’を示している。図２６に示されるように、領域判定後検出誤差Ｘｅａ’が大幅に低減されていることが分かる。

以上説明したとおり第２実施形態によれば、エンコーダ出力信号に含まれる高調波成分や非線形成分により生じる検出誤差を好適に補正することが可能となる。また、第２実施形態にでは、ＬＵＴ自体を変更する構成であるため、第１実施形態で用いた別途の補正値テーブルを必要としない点で有利であり得る。

（その他の実施形態）
なお、上述のモータ制御装置をネットワークカメラや製造装置のステージなどの雲台に利用し、雲台の動作の滑らかさを向上させることができる。ネットワークカメラは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、撮像部、雲台、ネットワークインターフェースを備える。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (8)

1. 被測定体である可動部の位置の変化を示すエンコーダ信号に基づき導出される変位量の補正に用いる補正値を導出する補正値導出装置であって、
   エンコーダ信号に基づいて前記可動部の検出変位量を導出する変位量導出手段と、
   前記変位量導出手段で導出された検出変位量に基づいて検出変位速度を導出する変位速度導出手段と、
   前記変位速度導出手段で導出された検出変位速度に対し所定の変位範囲にわたる平均を算出し平均変位速度を算出する平均変位速度算出手段と、
   前記検出変位速度を前記平均変位速度で除することにより得られる値に基づく変動率を積分演算することによって前記補正値を導出する補正値導出手段と、
   を含むことを特徴とする補正値導出装置。
2. 前記変位速度導出手段は、前記変位量導出手段で導出された検出変位量を微分演算することにより前記検出変位速度を導出することを特徴とする請求項１に記載の補正値導出装置。
3. 前記所定の変位範囲は、前記エンコーダ信号が示す変位速度の変化の一周期の１／２^Ｎ（Ｎは正整数）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の補正値導出装置。
4. 前記変位量導出手段は、
   前記エンコーダ信号として入力される２相のアナログ信号を２相のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、
   前記２相のデジタル信号に基づいて前記可動部の位相範囲を判定する判定手段と、
   前記２相のデジタル信号の比の逆正接値に基づき、前記判定された位相範囲における相対角度値を導出する相対角度値導出手段と、
   前記判定手段により判定された位相範囲と前記相対角度値導出手段により導出された相対角度値とに基づいて絶対角度値を前記変位量として導出する角度値導出手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の補正値導出装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の補正値導出装置と、
   前記変位量導出手段により導出された検出変位量を前記補正値導出装置により導出された補正値で補正する補正手段と、
   を含むことを特徴とする変位量導出装置。
6. 請求項５に記載の変位量導出装置と、
   前記可動部の位置を変化させる駆動手段と、
   前記変位量導出装置により導出された変位量に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を含むことを特徴とする制御装置。
7. 被測定体である可動部の位置の変化を示すエンコーダ信号に基づき導出される変位量の補正に用いる補正値を導出する補正値導出方法であって、
   エンコーダ信号に基づいて前記可動部の検出変位量を導出する変位量導出工程と、
   前記変位量導出工程で導出された検出変位量に基づいて検出変位速度を導出する変位速度導出工程と、
   前記変位速度導出工程で導出された検出変位速度に対し所定の変位範囲にわたる平均を算出し平均変位速度を算出する平均変位速度算出工程と、
   前記検出変位速度を前記平均変位速度で除することにより得られる値に基づく変動率を積分演算することによって前記補正値を導出する補正値導出工程と、
   を含むことを特徴とする補正値導出方法。
8. 被測定体である可動部の位置の変化を示すエンコーダ信号に基づき導出される変位量の補正に用いる補正値を導出するため、コンピュータを、
   エンコーダ信号に基づいて前記可動部の検出変位量を導出する変位量導出手段、
   前記変位量導出手段で導出された検出変位量に基づいて検出変位速度を導出する変位速度導出手段、
   前記変位速度導出手段で導出された検出変位速度に対し所定の変位範囲にわたる平均を算出し平均変位速度を算出する平均変位速度算出手段、
   前記検出変位速度を前記平均変位速度で除することにより得られる値に基づく変動率を積分演算することによって前記補正値を導出する補正値導出手段、
   として機能させるためのプログラム。

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