JP7190454B2 - 移動体の運動による位置変化量を検出する方法及び装置 - Google Patents
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Description
ここで、θ(0)=tan-1(B(0)/A(0))は0~2πの範囲となるように数値処理されている。また目盛検出数Mは、θ(0)=tan-1(B(0)/A(0))が0と2πの境界を超えるタイミングで、そのカウント値を増減させる等の処理で検出可能であって、その方法については問われない。図1A、図1Bのようにそれぞれ、目盛スケール102、センサ201を回転運動させる場合には、制御部202は、移動体105の位置変化量Xpを角度変位量として算出でき、また図2A、図2Bのようにそれぞれ、目盛スケール102、センサ201を直線運動させる場合には、移動体105の位置変化量Xpを直線変位量として算出できる。
ここで、ak及びbkは、1目盛を1周期とする1次の基本波成分の振幅を1とした場合の次数kの高調波成分のゲインであって、φak及びφbkは、次数kの高調波成分の基本波成分に対する位相差である。なお、ak、bk、φak、φbkは、一般的には、異なる目盛103であっても変化しないか、又は変化したとしても小さい相違である。
フーリエ変換が、複数の目盛103の各1目盛の範囲における擬似正弦波信号204に対して実行される場合には、各目盛103のゲインが算出され、複数の目盛103のうちの少なくとも1目盛の範囲における擬似正弦波信号204に対して実行される場合には、その目盛において算出されたゲインが、測定されていない目盛も含めた複数の目盛103の全ての範囲におけるゲインとされる。なお、図4Aのように位相が異なる2つの擬似正弦波信号204が出力される場合には、2つの擬似正弦波信号204の信号強度は大よそ同じであるために、2つの擬似正弦波信号204のうちの一方のみに対してフーリエ変換を実行することによって得られた高調波成分のゲインが2つの擬似正弦波信号204に含まれる高調波成分のゲインとして適用されてもよいし、2つの擬似正弦波信号204に対してフーリエ変換を実行することによって得られた2つの高調波成分のゲインを平均したものが2つの擬似正弦波信号204に含まれる高調波成分のゲインとして適用されてもよい。
ここで、L=1~Nである。A(L-1)及びB(L-1)は、現在算出しようとしている次数kの1つ前までの高調波成分の歪が除去された2つの擬似正弦波信号204であって、A(L) i及びB(L) jは、仮の位相差φai、φbjを含む、現在算出しようとしている次数kまでの高調波成分の歪が除去された2つの擬似正弦波信号204である。次数kまでの高調波成分の歪が除去された2つの擬似正弦波信号204を使用して逆正接演算することによって、移動体105の仮の位置変化量Xp (L) ij(又はθ(L) ij)が算出される。例えば、図6のスペクトル強度のように3次及び5次の高調波成分の歪を除去する場合、まず3次の高調波成分の歪を除去するには、以下のようにして仮の位置変化量Xp (1) ij(又はθ(1) ij)を算出する。
ここで、A(0)、B(0)、θ(0)は、上記のようにセンサ201によって測定された擬似正弦波信号204による歪除去の前のものである。
なお、理想位置変化量Xpideal(又はθideal)は、位置誤差ΔXp (L) ij(又はδ(L) ij)を算出する毎に算出されてもよい。また、図5に示すフローチャートの処理の実行を開始する前に、理想位置変化量Xpideal(又はθideal)を予め設定して記憶部209に保存しておき、ステップ110が開始される際に、理想位置変化量Xpideal(又はθideal)は、記憶部209から読み出されてもよい。
例えば、図7に示すように、複数の仮の位相差φai、φbjのうちの1つについて、位置変化量Xpに対する位置誤差ΔXp (L)(又はδ(L))を算出し、その中から最大位置誤差ΔXp (L) max(又はδ(L) max)及び最小位置誤差ΔXp (L) min(又はδ(L) min)を抽出して、それらの差である位置誤差振幅AΔXp (L)(又はAδ(L))を算出する。
A(L)及びB(L)は、真の位相差φak、φbkを含む、現在算出しようとしている次数kまでの高調波成分の歪が除去された2つの擬似正弦波信号204である。次数kまでの高調波成分の歪が除去された2つの擬似正弦波信号204を使用して逆正接演算することによって、移動体105の位置変化量Xp (L)(又はθ(L))が算出される。例えば、図6のスペクトル強度で、特に顕著な3次及び5次の高調波成分の歪を除去する場合、まず3次の高調波成分の歪を除去するには、以下のようにして、ステップ105にて算出されたゲインa3、b3、ステップ114にて決定された真の位相差φa3=-π、φb3=0を使用して、位置変化量Xp (1)(又はθ(1))を算出する。
例えば、図6のスペクトル強度で、特に顕著な3次及び5次の高調波成分の歪を除去する場合、上記のように3次の高調波成分の歪を除去した後、引き続いて5次の高調波成分の歪を除去するには、以下のようにして、ステップ105にて算出されたゲインa5、b5、ステップ114にて決定された真の位相差φa5、φb5を使用して、次数5まで(次数3及び5)の高調波成分の歪が除去された位置変化量Xp (2)(又はθ(2))を算出する。
102 目盛スケール
103 目盛
104 1目盛の間隔
105 移動体
106 運動の方向
201 センサ
202 制御部
203 信号処理部
204 擬似正弦波信号
205 入力部
206 ノイズフィルタ
207 増幅器
208 A/D変換器
209 記憶部
210 表示装置
Claims (13)
- 移動体の運動による位置変化量を、前記運動の方向に沿って配置された複数の目盛をセンサで読み取ることによって検出する方法であって、
a)前記複数の目盛のうちの1目盛分を1周期とする、前記位置変化量に応じた擬似正弦波信号を前記センサから取得するステップと、
b)少なくとも1目盛の範囲における前記擬似正弦波信号に対してフーリエ変換を実行し、前記フーリエ変換によって得られた各周波数成分のスペクトル強度から、基本波成分の信号強度及び少なくとも1つの高調波成分の信号強度を算出するステップと、
c)前記少なくとも1つの高調波成分の信号強度の各々を前記基本波成分の信号強度で除算することによって、前記少なくとも1つの高調波成分の各々に対応するゲインを算出するステップと、
d)前記擬似正弦波信号を、前記対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算することによって、前記位置変化量を検出するステップと
を含み、
前記ステップd)は、
d1)各高調波成分について、前記複数の目盛のうちの1つを原点とし、1目盛分を1周期とする理想的な正弦波信号となる前記基本波成分に対する複数の仮の位相差を設定するステップと、
d2)前記擬似正弦波信号を、前記複数の仮の位相差のうちの1つを含む、前記対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算することによって、仮の位置変化量を算出するステップと、
d3)前記理想的な正弦波信号の理想位置変化量を算出するステップと、
d4)前記仮の位置変化量を、前記理想位置変化量で減算することによって、位置誤差を算出するステップと、
d5)前記位置誤差のうちの最大である最大位置誤差及び最小である最小位置誤差を抽出し、前記最大位置誤差を前記最小位置誤差で減算することによって、各仮の位相差における位置誤差振幅を算出するステップと、
d6)前記複数の仮の位相差について算出された各位置誤差振幅のうちの最も小さい位置誤差振幅を有する仮の位相差を、真の位相差として決定するステップと、
d7)前記擬似正弦波信号を、前記真の位相差を含む、前記対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算することによって、前記位置変化量を検出するステップと
を含む、方法。 - 前記ステップb)は、各1目盛の範囲における擬似正弦波信号に対してフーリエ変換をそれぞれ実行し、各1目盛の範囲における前記基本波成分の信号強度及び前記少なくとも1つの高調波成分の信号強度を算出するステップであって、前記ステップc)は、各1目盛の範囲における前記少なくとも1つの高調波成分の各々に対応するゲインを算出するステップであって、前記ステップd)は、各1目盛の範囲における前記対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算することによって、各1目盛の範囲における前記位置変化量を検出するステップである、請求項1に記載の方法。
- 前記ステップb)は、所定の少なくとも1目盛の範囲における前記擬似正弦波信号に対してフーリエ変換を実行し、前記所定の少なくとも1目盛の範囲における前記基本波成分の信号強度及び前記少なくとも1つの高調波成分の信号強度を算出するステップであって、前記ステップc)は、前記所定の少なくとも1目盛の範囲における前記少なくとも1つの高調波成分の各々に対応するゲインを算出するステップであって、前記ステップd)は、前記所定の少なくとも1目盛の範囲における各ゲインを、前記複数の目盛の全ての範囲における各ゲインとし、前記所定の少なくとも1目盛の範囲における対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算することによって、前記複数の目盛の全ての範囲における前記位置変化量を検出するステップである、請求項1に記載の方法。
- 前記ステップd2)~d7)は、前記複数の目盛の各1目盛の範囲において実行される、請求項1~3の何れか一項に記載の方法。
- 前記ステップd2)~d6)は、前記複数の目盛のうちの少なくとも1目盛において実行され、前記ステップd7)は、前記ステップd2)~d6)に基づいて決定された前記真の位相差を、前記複数の目盛の全ての範囲における真の位相差として実行される、請求項1~3の何れか一項に記載の方法。
- 前記ステップd2)~d7)は、前記少なくとも1つの高調波成分のうちの次数の小さい高調波成分から逐次的に繰り返される、請求項1~5の何れか一項に記載の方法。
- 前記ステップd2)~d7)は、前記少なくとも1つの高調波成分のうちの前記ゲインの大きい高調波成分から逐次的に繰り返される、請求項1~5の何れか一項に記載の方法。
- 前記複数の仮の位相差は、前記1周期の範囲において任意の間隔で大きくなる位相差の群である、請求項1~7の何れか一項に記載の方法。
- 前記擬似正弦波信号は90°位相が異なる2つの擬似正弦波信号であって、前記ステップd)は、前記2つの擬似正弦波信号の各々を、前記対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算し、前記減算された2つの擬似正弦波信号のうちの位相が90°遅れた一方の擬似正弦波信号を他方の擬似正弦波信号で除算したものを逆正接演算することによって、前記位置変化量を検出するステップである、請求項1~8の何れか一項に記載の方法。
- 前記ステップd)は、前記算出されたゲインから予め設定された大きさ以上のゲインを抽出し、前記擬似正弦波信号を、対応する予め設定された大きさ以上のゲインで乗算された高調波成分で減算することによって、前記位置変化量を検出するステップである、請求項1~9の何れか一項に記載の方法。
- 移動体と、前記移動体の運動の方向に沿って配置された複数の目盛を有する目盛スケールと、前記複数の目盛のうちの1目盛分を1周期とする、前記移動体の運動による位置変化量に応じた擬似正弦波信号を出力するセンサと、前記センサに接続され、信号処理部及び記憶部を備える制御部とを備える位置検出装置であって、
前記信号処理部は、
少なくとも1目盛の範囲における前記擬似正弦波信号に対してフーリエ変換を実行し、前記フーリエ変換によって得られた各周波数成分のスペクトル強度から、基本波成分の信号強度及び少なくとも1つの高調波成分の信号強度を算出し、
前記少なくとも1つの高調波成分の信号強度の各々を前記基本波成分の信号強度で除算することによって、前記少なくとも1つの高調波成分の各々に対応するゲインを算出し、
前記擬似正弦波信号を、前記対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算することによって、前記位置変化量を検出する
ことができるようになっており、
前記信号処理部は、更に、
各高調波成分について、前記複数の目盛のうちの1つを原点とし、1目盛分を1周期とする理想的な正弦波信号となる前記基本波成分に対する、設定された複数の仮の位相差を前記記憶部から読み出し、
前記擬似正弦波信号を、前記複数の仮の位相差のうちの1つを含む、前記対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算することによって、仮の位置変化量を算出し、
前記理想的な正弦波信号の理想位置変化量を前記記憶部から読み出し、
前記仮の位置変化量を、前記理想位置変化量で減算することによって、位置誤差を算出し、
前記位置誤差のうちの最大である最大位置誤差及び最小である最小位置誤差を抽出し、前記最大位置誤差を前記最小位置誤差で減算することによって、各仮の位相差における位置誤差振幅を算出し、
前記複数の仮の位相差について算出された各位置誤差振幅のうちの最も小さい位置誤差振幅を有する仮の位相差を、真の位相差として決定し、
前記擬似正弦波信号を、前記真の位相差を含む、前記対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算することによって、前記位置変化量を検出する
ことができるようになっている、位置検出装置。 - エンコーダ、レゾルバ、又はインダクトシンである、請求項11に記載の位置検出装置。
- 移動体の運動の方向に沿って配置された複数の目盛を読み取るセンサによって出力される擬似正弦波信号であって、前記複数の目盛のうちの1目盛分を1周期とする、前記移動体の運動による位置変化量に応じた擬似正弦波信号を取得する信号処理部に、
a)少なくとも1目盛の範囲における前記擬似正弦波信号に対してフーリエ変換を実行し、前記フーリエ変換によって得られた各周波数成分のスペクトル強度から、基本波成分の信号強度及び少なくとも1つの高調波成分の信号強度を算出するステップと、
b)前記少なくとも1つの高調波成分の信号強度の各々を前記基本波成分の信号強度で除算することによって、前記少なくとも1つの高調波成分の各々に対応するゲインを算出するステップと、
c)前記擬似正弦波信号を、前記対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算することによって、前記位置変化量を検出するステップと
を実行させるプログラムであって、
前記ステップc)において、
c1)各高調波成分について、前記複数の目盛のうちの1つを原点とし、1目盛分を1周期とする理想的な正弦波信号となる前記基本波成分に対する、設定された複数の仮の位相差を読み出すステップと、
c2)前記擬似正弦波信号を、前記複数の仮の位相差のうちの1つを含む、前記対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算することによって、仮の位置変化量を算出するステップと、
c3)前記理想的な正弦波信号の理想位置変化量を読み出すステップと、
c4)前記仮の位置変化量を、前記理想位置変化量で減算することによって、位置誤差を算出するステップと、
c5)前記位置誤差のうちの最大である最大位置誤差及び最小である最小位置誤差を抽出し、前記最大位置誤差を前記最小位置誤差で減算することによって、各仮の位相差における位置誤差振幅を算出するステップと、
c6)前記複数の仮の位相差について算出された各位置誤差振幅のうちの最も小さい位置誤差振幅を有する仮の位相差を、真の位相差として決定するステップと、
c7)前記擬似正弦波信号を、前記真の位相差を含む、前記対応するゲインで乗算された各高調波成分で減算することによって、前記位置変化量を検出するステップと
を実行させる、プログラム。
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