JP6970727B2 - 角度センサーの補正方法及び角度センサーの補正装置 - Google Patents

Description

本開示内容は、センサーの補正方法及びセンサーの補正装置に関し、特に、角度センサーの補正方法及び角度センサーの補正装置に関する。

ステッピングモータは、磁極変換によって間欠的電力を生じ、精度よい移動が得られるものである。一般的なステッピングモータは、オープンループ制御を利用するが、フィードバックメカニズムによるモニタリングがないので、モータがロストステップ（ｌｏｓｔ ｓｔｅｐ）という事情があるかを判別できない。また、一部のステッピングモータでは、エンコーダ（ｅｎｃｏｄｅｒ）を追加し移動の適正性を制御することがあるが、モータが動作の終点に到達するかについての終点の誤差しか検出できない。

ステッピングモータが異常を生じることによりシフト（ｓｈｉｆｔ）を引き起こす事情を回避するために、現在の解決方法は、角度センサーをステッピングモータの回転軸に設け、ステッピングモータの実際の回転角度を検出することであるが、このようなセンサーは、長時間の使用後に磨耗を生じやすくなり、センサーの検出した角度が徐々に理想的な曲線からシフトしていき、さらにステッピングモータに対する補正の正確性が低下していく。

本開示内容は、角度センサーを容易に補正可能な角度センサーの補正方法及び角度センサーの補正装置を提供する。

本開示内容に係る、ステッピングモータとともに回転する角度センサーを含む前記ステッピングモータに適用される角度センサーの補正方法は、下記のステップを含む。ステッピングモータを第１位置までプリセット角度だけ回転させる。角度センサーが第１位置まで回転された時の第１電圧を読み取る。第１電圧がプリセット電圧曲線からシフトするかを判断する。シフトする場合に、第１電圧のプリセット電圧曲線に対する第１シフト量を記録する。第１シフト量に応じて角度センサーのセンシング角度を補償する。

本開示内容に係る角度センサーの補正装置は、ステッピングモータと、角度センサーと、コントローラとを備える。角度センサーは、ステッピングモータに設けられ、ステッピングモータとともに回転する。コントローラは、ステッピングモータ及び角度センサーに接続され、ステッピングモータを、角度センサーとともに第１位置までプリセット角度だけ回転させるように制御すること、角度センサーが第１位置まで回転された時の第１電圧を読み取ること、第１電圧がプリセット電圧曲線からシフトするかを判断すること、シフトする場合に、第１電圧のプリセット電圧曲線に対する第１シフト量を記録すること、及び第１シフト量に応じて角度センサーのセンシング角度を補償することに用いられる。

上記に基づき、本開示内容の実施例は、ステッピングモータによってステッピングモータをモニタするための角度センサーに対してそのセンシング角度の補正を行い、このように、本開示内容の実施例で提出した角度センサーの補正方法及び補正装置は、追加の装置を増設することなくステッピングモータに設けられる角度センサーを補正することができる。このため、本開示内容の実施例は、角度センサーの耐用年数を効果的に延長し、装置の運転及びセンシングの正確性を確保することができ、さらに装置のメンテナンスコストを低減することができる。

本開示内容の前記特徴及び利点をより明らかで分かりやすくするために、以下、特に実施例を挙げて添付図面によって詳細に説明する。

本開示内容の実施例による角度センサーの補正装置のブロック模式図である。 本開示内容の実施例による角度センサーの補正装置の側面模式図である。 本開示内容の実施例による角度センサーの補正方法の流れ模式図である。 本開示内容の実施例によるステッピングモータの回転経路の模式図である。 本開示内容の実施例によるセンス電圧曲線とプリセット電圧曲線の関係の模式図である。 本開示内容の実施例による角度センサーの補正装置の側面模式図である。 本開示内容の実施例による角度センサーの補正装置の平面模式図である。

本開示内容の前記した及びその他の技術内容、特徴と効果は、以下に図面を参照した各実施例の詳細な説明において、明らかに表現される。以下の実施例において記述した「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」といった方向用語は、添付図面を参照した方向に過ぎない。このため、使用される方向用語は、説明のためのものであり、本開示内容を制限するためのものではない。そして、下記の各実施例において、同一の又は類似した部材に、同一の又は類似した符号を付す。

図１は、本開示内容の実施例による角度センサーの補正装置のブロック模式図である。図２は、本開示内容の実施例による角度センサーの補正装置の側面模式図である。図１及び図２を合わせて参照すると、本実施例において、角度センサーの補正装置１００は、角度センサー１１０と、ステッピングモータ１２０と、コントローラ１３０とを備えることができる。ある実施例において、角度センサー１１０は、接触式角度センサーと非接触式角度センサーを含んでもよく、接触式角度センサーは、抵抗式角度センサーであってもよく、その基本的な原理が、回転角度の変化を抵抗の変化として出力することである。さらには、抵抗式角度センサーは、例えば回転ワイパー（ｗｉｐｅｒｓ）によって抵抗値を変化させることで、出力電圧を変化させることができる。本実施例において、角度センサー１１０は抵抗式角度センサーであってもよい。勿論、本開示内容はこれに限られない。他の実施例において、角度センサー１１０は、例えば回転可変差動変圧器（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、 ＲＶＤＴ）、及び角度エンコーダ（ｅｎｃｏｄｅｒ）等の非接触式角度センサーであってもよい。

ある実施例において、ステッピングモータ１２０は、直流ブラシレスモータであってもよく、ギア状突起（小歯）のような互いに噛合するステータ及びロータを含んでよく、ステータコイルに流れる電流を切り替えることによって一定の角度で徐々に回動することができる。ある実施例において、角度センサー１１０は、図２に示すように、ステッピングモータ１２０に設けられ、ステッピングモータ１２０の回転角度に対する検出及びモニタリングを行うことができる。ある実施例において、コントローラ１３０は、ステッピングモータ１２０及び角度センサー１１０に接続され、ステッピングモータ１２０及び角度センサー１１０を制御するマイクロコントローラであってもよい。

図３は、本開示内容の実施例による角度センサーの補正方法の流れ模式図である。図１〜図３を合わせて参照すると、ある実施例において、前記角度センサーの補正装置１００に応用可能な角度センサーの補正方法は、下記のステップを含むことができる。先ず、ステップＳ１１０を実行し、角度センサー１１０をステッピングモータ１２０に設ける。本実施例において、角度センサー１１０は、図２に示すように、ステッピングモータ１２０に外嵌されることができる。例えば、角度センサー１１０は、図１に示すように、組立孔１１２を含んでもよい。このように、角度センサー１１０は、この組立孔１１２によってステッピングモータ１２０の回転軸１２２に外嵌され、ステッピングモータ１２０とともに回転することができ、そうすれば、角度センサー１１０は、ステッピングモータ１２０の回転角度に対する検出及びモニタリングを行うことができる。他のある実施例において、角度センサー１１０は、ステッピングモータ１２０に統合してもよく、一体成形構造であってもよい。換言すると、角度センサーの補正方法は、ステップＳ１１０を含まなくてもよい。

図４は、本開示内容の実施例によるステッピングモータの回転経路の模式図である。図３及び図４を合わせて参照すると、次に、ステップＳ１２０を実行し、コントローラ１３０は、ステッピングモータ１２０を、それに外嵌された角度センサー１１０とともにプリセット角度θ１だけ回転させ、初期位置ＳＰから（第１）位置Ｐ１まで回転させるように制御する。本実施例において、プリセット角度θ１は、ステッピングモータ１２０の回転する度のステップ単位で、例えば１０度であり、勿論、本実施例は、例を挙げて説明するものに過ぎず、これに限られない。

図５は、本開示内容の実施例によるセンス電圧曲線とプリセット電圧曲線の関係の模式図である。図３〜図５を合わせて参照すると、次に、ステップＳ１３０を実行し、角度センサー１１０が（第１）位置Ｐ１まで回転された時の（第１）電圧Ｖ１を読み取る。即ち、コントローラ１３０は、角度センサー１１０がこの位置Ｐ１まで回転されたことに応答し、角度センサー１１０の電圧Ｖ１を読み取る。本実施例において、電圧Ｖ１は、角度センサー１１０が位置Ｐ１に回転された時の出力電圧である。

図３〜図５を合わせて参照すると、次に、ステップＳ１４０を実行し、コントローラ１３０は、この（第１）電圧Ｖ１がプリセット電圧曲線Ｃ１からシフトするかを判断する。本実施例において、いわゆるプリセット電圧曲線Ｃ１とは、角度センサー１１０の理想的な状態（誤差無し）での回転角度と対応する出力電圧との理想的な関係の曲線である。即ち、角度センサー１１０の回転角度を知り得ると、プリセット電圧曲線Ｃ１において対応する理想的な出力電圧を取得できるはずであるので、第１電圧Ｖ１とプリセット電圧曲線Ｃ１における理想的な出力電圧とを比較するだけで、第１電圧Ｖ１がプリセット電圧曲線Ｃ１からシフトするかを知り得る。図５の実施例から明らかなように、第１電圧Ｖ１は、既にプリセット電圧曲線Ｃ１からシフトしている。勿論、図５における数値及び曲線の関係は、いずれも模式的なものであり、本開示内容はこれに限られない。

図３〜図５を合わせて参照すると、次に、コントローラ１３０は、第１電圧Ｖ１がプリセット電圧曲線Ｃ１からシフトすると判断すると、ステップＳ１５０を実行し、この第１電圧Ｖ１のプリセット電圧曲線Ｃ１に対する（第１）シフト（ｏｆｆｓｅｔ）量ＦＳを記録する。本実施例において、第１電圧Ｖ１がプリセット電圧曲線Ｃ１からシフトするかを判断する方法は、第１電圧Ｖ１とプリセット電圧曲線Ｃ１との間の差の値がプリセット値よりも大きいかを判断し、大きいであると、第１電圧Ｖ１がプリセット電圧曲線Ｃ１から確実にシフトすると判断し、この第１電圧Ｖ１のプリセット電圧曲線Ｃ１に対する第１シフト量ＦＳを記録することを含むことができる。本実施例において、プリセット値は、プリセット電圧曲線Ｃ１の±２％であってもよく、例えば図５におけるプリセット電圧曲線Ｃ１に平行している２本の破線であってもよいが、本実施例はこれに限定されない。第１電圧Ｖ１のシフト量ＦＳは、このプリセット値（許容値）よりも大きければ、そのシフト量が大きすぎることを示し、コントローラ１３０はこのシフト量ＦＳを記録する。

図３〜図５を合わせて参照すると、次に、ステップＳ１６０を実行し、コントローラ１３０は、位置Ｐ１がステッピングモータ１２０の回転経路の終点ＥＰであるかを判断し、終点ＥＰであると、回転経路全体の補正作業が完成したことを示し、コントローラ１３０は、ステッピングモータ１２０の回転を停止させることができる。このとき、コントローラ１３０は、回転経路全体における各位置の電圧のシフト量を、後に角度センサー１１０の検出するセンシング角度に対する補償及び補正の参考として取得した。本実施例において、コントローラ１３０は、取得された各位置の電圧のシフト量に従って、プリセット電圧曲線Ｃ１と比較するための図５に示すような実際的な出力電圧曲線Ｃ２をプロットし、後に角度センサー１１０の検出するセンシング角度に対する補償及び補正の根拠とすることができる。

このように、この後、角度センサー１１０によってステッピングモータ１２０の回転角度に対する検出及びモニタリングを行う場合に、コントローラ１３０は、この前記録されたシフト量（例えば、第１シフト量ＦＳ）に応じて角度センサー１１０のセンシング角度を補償することができる。例えば、上述した補正方法のステップが終了した後、コントローラ１３０は、角度センサー１１０（及びステッピングモータ１２０）が第１位置Ｐ１まで回転した時に出力した第１電圧Ｖ１の第１シフト量ＦＳが取得されたので、コントローラ１３０は、この後、このシフト量ＦＳに従って角度センサー１１０（及びステッピングモータ１２０）が第１位置Ｐ１まで回転した時に検知したセンシング角度を補償する（例えば、検知されたセンシング角度に、第１シフト量ＦＳに対応する角度を加算または減算する）ことができる。

ある実施例において、コントローラ１３０は、第１位置Ｐ１がステッピングモータ１２０の回転経路の終点ＥＰではない、即ち、ステッピングモータ１２０がまだその回転経路の終点ＥＰまで回転していないと判断すると、続けてステップＳ１２０〜ステップＳ１６０を、ステッピングモータ１２０がその回転経路の終点ＥＰまで回転するまで繰り返して実行することができる。

詳細的には、コントローラ１３０は第１位置Ｐ１がステッピングモータ１２０の回転経路の終点ＥＰではないと判断すると、コントローラ１３０は、図４に示すように、ステッピングモータ１２０を、角度センサー１１０とともに（第１）位置Ｐ１から（第２）位置Ｐ２までプリセット角度θ１だけ回転させるように引き続き制御することができる。そして、角度センサー１１０が（第２）位置Ｐ２まで回転された時の（第２）電圧Ｖ２を読み取る。本実施例において、電圧Ｖ２は、角度センサー１１０が位置Ｐ２まで回転された時の出力電圧である。

そして、コントローラ１３０は、この電圧Ｖ２がプリセット電圧曲線Ｃ１からシフトするかを判断する。このように、電圧Ｖ２とプリセット電圧曲線Ｃ１における理想的な出力電圧とを比較するだけで、電圧Ｖ２がプリセット電圧曲線Ｃ１からシフトするかを知り得る。

そして、コントローラ１３０は、電圧Ｖ２がプリセット電圧曲線Ｃ１から確実にシフトすると判断すると、この電圧Ｖ２のプリセット電圧曲線Ｃ１に対する（第２）シフト量を記録する。図５から明らかなように、電圧Ｖ２とプリセット電圧曲線Ｃ１との間の差の値がこのプリセット値よりも小さい（電圧Ｖ２が図５に示す２本の破線の範囲を超えていない）ので、電圧Ｖ２のシフト量が許容可能な範囲にあると見なすことができ、コントローラ１３０は、この第２シフト量を記録しなくてもよく、ステッピングモータ１２０を、角度センサー１１０とともに第２位置Ｐ２から第３位置までさらにプリセット角度θ１だけ回転させるように引き続き制御し、ステップＳ１２０〜ステップＳ１６０を、ステッピングモータ１２０がその回転経路の終点ＥＰまで回転するまで繰り返して実行することができる。

図６は、本開示内容の実施例による角度センサーの補正装置の側面模式図である。図７は、本開示内容の実施例による角度センサーの補正装置の平面模式図である。ある実施例において、角度センサーの補正装置１００は、様々な方法によって、ステッピングモータ１２０がその回転経路の終点（例えば、図４に示す回転経路の終点ＥＰ）まで回転したかを判断することができ、以下、そのうちの一つの方法を、例を挙げて説明する。

図６及び図７を合わせて参照すると、ある実施例において、角度センサーの補正装置１００は、ステッピングモータ１２０の回転経路に設けられることができるセンススイッチ１５０をさらに備えてもよい。ある実施例において、コントローラ１３０は、センススイッチ１５０に接続され、ステッピングモータ１２０がその回転経路の終点まで回転したかを判断することができる。例えば、センススイッチ１５０は、フォトインタラプタといった非接触式センススイッチ、またはマイクロスイッチといった接触式センススイッチであってもよい。このように配置すれば、ステッピングモータ１２０は、センススイッチ１５０の設置箇所に回動する時に、このセンススイッチ１５０をトリガーし、さらにセンス信号を生成することができ、コントローラ１３０は、このセンス信号に従ってステッピングモータ１２０がその回転経路の終点に回転したと判断することができる。

ある実施例において、角度センサーの補正装置は、ステッピングモータ１２０に設けられ、ステッピングモータ１２０とともに回転する機構部材１４０をさらに備えてもよい。本実施例において、機構部材１４０は、ステッピングモータ１２０の回転軸（図２に示すような回転軸１２２）に設けられることができ、角度センサー１１０は、ステッピングモータ１２０と機構部材１４０との間に設けられることができる。これによれば、センススイッチ１５０は、この機構部材１４０の回転経路に設けられ、機構部材１４０は、ステッピングモータ１２０とともにセンススイッチ１５０の設置箇所に回動する時に、このセンススイッチ１５０をトリガーことができる。例えば、機構部材１４０は、突出部１４２を含んでもよく、このように配置すれば、突出部１４２がセンススイッチ１５０の設置箇所に回転する時に、突出部１４２は、例えばフォトインタラプタから出射した光線（例えば、赤外線）を遮蔽し、あるいは、マイクロスイッチに接触する等の方法によって、センススイッチ１５０をトリガーし、さらにセンス信号を生成することができ、コントローラ１３０は、このセンス信号に従ってステッピングモータ１２０がその回転経路の終点に回転したと判断することができる。勿論、本実施例は、例を挙げて説明するためのものに過ぎず、本開示内容はこれに限られない。

以上により、本開示内容の実施例は、ステッピングモータによってステッピングモータをモニタするための角度センサーに対してそのセンシング角度の補正を行い、このように、本開示内容の実施例で提出した角度センサーの補正方法及び補正装置は、追加の装置を増設することなくステッピングモータに設けられる角度センサーを補正することができる。このため、本開示内容の実施例は、角度センサーの耐用年数を効果的に延長し、装置の運転及びセンシングの正確性を確保することができ、さらに装置のメンテナンスコストを低減することができる。

本開示内容は、実施例により以上のように開示されたが、実施例は、本開示内容を限定するためのものではない。当業者であれば、本開示内容の趣旨と範囲から逸脱することなく、いくつかの変更と修飾を加えることができる。したがって、本開示内容の保護範囲は、添付の特許請求の範囲で限定されるものを基準とする。

１００： 角度センサーの補正装置
１１０： 角度センサー
１１２： 組立孔
１２０： ステッピングモータ
１２２： 回転軸
１３０： コントローラ
１４０： 機構部材
１４２： 突出部
１５０： センススイッチ
Ｃ１： プリセット電圧曲線
ＥＰ： 回転経路の終点
ＦＳ： 第１シフト量、シフト量
Ｐ１： 第１位置、位置
Ｐ２： 第２位置、位置
ＳＰ： 初期位置
Ｓ１１０〜Ｓ１６０： ステップ
Ｖ１： 第１電圧、電圧
Ｖ２： 第２電圧、電圧
θ１： プリセット角度

Claims (10)

1. ステッピングモータとともに回転する角度センサーを含む前記ステッピングモータに適用される角度センサーの補正方法であって、
   前記ステッピングモータを初期位置から第１位置までプリセット角度だけ回転させることと、
   前記角度センサーの前記第１位置まで回転された時の出力電圧である第１電圧を読み取ることと、
   前記第１電圧がプリセット電圧曲線からシフトするかを判断することと、
   シフトする場合に、前記第１電圧の前記プリセット電圧曲線に対する第１シフト量を記録することと、
   前記第１シフト量に応じて前記角度センサーのセンシング角度を補償することと、を含む角度センサーの補正方法。
2. 前記第１電圧が前記プリセット電圧曲線からシフトするかを判断することは、
   前記第１電圧と前記プリセット電圧曲線との間の差の値がプリセット値よりも大きいかを判断することを含む請求項１に記載の角度センサーの補正方法。
3. 前記第１電圧の前記プリセット電圧曲線に対する前記第１シフト量を記録することは、
   前記差の値を前記第１シフト量として記録することを含む請求項２に記載の角度センサーの補正方法。
4. 前記第１位置が前記ステッピングモータの回転経路の終点であるかを判断することと、
   前記ステッピングモータの回転経路の終点である場合に、前記ステッピングモータの回転を停止させることと、をさらに含む請求項１に記載の角度センサーの補正方法。
5. 前記ステッピングモータを前記第１位置から第２位置まで前記プリセット角度だけ回転させることと、
   前記角度センサーの前記第２位置まで回転された時の出力電圧である第２電圧を読み取ることと、
   前記第２電圧がプリセット電圧曲線からシフトするかを判断することと、
   シフトする場合に、前記第２電圧の前記プリセット電圧曲線に対する第２シフト量を記録することと、をさらに含む請求項１に記載の角度センサーの補正方法。
6. ステッピングモータと、
   前記ステッピングモータに設けられ、前記ステッピングモータとともに回転する角度センサーと、
   前記ステッピングモータ及び前記角度センサーに接続され、
   前記ステッピングモータを、初期位置から第１位置までプリセット角度だけ回転させるように制御すること、
   前記角度センサーの前記第１位置まで回転された時の出力電圧である第１電圧を読み取ること、
   前記第１電圧がプリセット電圧曲線からシフトするかを判断すること、
   シフトする場合に、前記第１電圧の前記プリセット電圧曲線に対する第１シフト量を記録すること、及び
   前記第１シフト量に応じて前記角度センサーのセンシング角度を補償することに用いられるコントローラと、
   を備える角度センサーの補正装置。
7. 前記角度センサーは、抵抗式角度センサーを含む請求項６に記載の角度センサーの補正装置。
8. 前記ステッピングモータの回転経路に設けられるセンススイッチをさらに備え、前記コントローラは、前記センススイッチに接続され、前記ステッピングモータが回転経路の終点に回転したかを判断する請求項６に記載の角度センサーの補正装置。
9. 前記センススイッチは、フォトインタラプタ又はマイクロスイッチを含む請求項８に記載の角度センサーの補正装置。
10. 前記ステッピングモータに設けられ、前記ステッピングモータとともに回転する機構部材をさらに備え、前記センススイッチは、前記機構部材の回転経路に設けられる請求項８に記載の角度センサーの補正装置。

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