JPH03296618A - 内挿のための波形補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に位置検出装置では、変位信号として互いに位相が
９０度異なる正弦波状のＡ相信号及びＢ相信号を取り出
しており、より高い分解能を得るためにこれらの信号を
電気的に分割する内挿処理をしている。この変位信号は
、光学式の位置検出装置においては、移動スリットの面
振れの影響による移動スリットと固定スリット間の距離
変動や、周囲の温度変化や経年変化による回路部品の常
数変化等の影響から振幅変動および振幅中心値変動が生
じ、そのために位置検出の精度が低下してしまう。より
高い精度が必要な場合には、変位信号の変動が上記の理
由から問題となってくる。

そこで、この問題に対する対応策として次のような方法
がとられている。

（１）振幅調整専用の受光素子を新たに設け、その受光
素子が受ける光が移動スリットのパターンの影響を受け
ないように設定する。この振幅調整専用の受光素子が検
知した信号により、発光素子へ流れる電流を制御して振
幅を一定値に保つ。

（２）特開平１−９４２１７号公報に示されているよう
に、 Ｉ’５ｉｎ２（ωｔ　）＋Ｉ！ｃｏｓ”　（ωｔ’）＝
Ｉ’となることから、受光素子から出力されるＡ相信号
およびＢ相信号の大きさよりＡ’＋Ｂ”の値を計算し、
これが一定の値に保たれるように発光素子に流れる電流
を制御して振幅を一定に保つ。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した（１）の振幅調整方法において
は、次のような課題がある。

まず、第１に、１つの発光素子に対して、受光素子が安
定した光検知を行い得るに足る充分な光量が得られる領
域には限りがあり、その領域の一部を振幅調整用の受光
素子のための領域として使用すると、肝心の変位信号を
発生する受光素子のための領域が狭くなってしまい、そ
のために精度の低下を招いてしまうという課題がある。

第２に、移動スリットの面振れの影響による移動スリッ
トと固定スリット間の距離変動や受光素子の経年変化及
び温度特性の影響を取り除くことができないという課題
がある。

第３に、周囲の温度変化や経年変化による回路部品の常
数変化による振幅中心値の変動に対処できないという課
題がある。

また、前述した（２）の振幅調整方法においては、（１
）の第１、第２の課題を解消することはできるが、（１
）の第３の課題を解消することはできない。また、Ａ相
信号およびＢ相信号が正弦波でないと原理的に成り立た
ないという課題もある。

〔発明の目的〕

したがって、本発明の目的の第１は、振幅調整用として
新たに受光素子を追加する必要のない振幅補正方法を提
供することであり、第２は、発光素子のみならず受光素
子を含めた回路全体に含まれる素子の経年変化及び温度
特性による総合的な影響を取り除くことができる振幅補
正方法を提供することであり、第３は、Ａ相信号および
Ｂ相信号が正弦波以外の波形でも振幅調整可能な方法を
提供することであり、第４は、周囲の温度変化や経年変
化による回路部品の常数変化による振幅中心値の変動に
対応できる補正方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の信号処理系ブロック図である。セン
サー１から出力された２つの波形を人相波形、Ｂ相波形
とする。２つの波形は、移動スリットの面振れの影響に
よる移動スリットと固定スリット間の距離変動や、周囲
の温度変化や経年変化による回路部品の常数変化等の影
響から振幅変動が生じるが、その振幅変化量は急激に変
化することはないから、直前の正及び負のピーク値を知
ることにより、現時点での振幅中心値及び振幅を推定す
ることができる。現時点での振幅中心及び振幅がわかれ
ば、波形の振幅変動を補正することは、簡単な算術演算
で可能である。そこで、２つの波形をＡ／Ｄ変換器３で
デジタル値に変換し、ＣＰＵ１１にてピーク値検出、波
形補正の各処理を行なう。ピーク値検出手段５でそれぞ
れのピーク値を検出するが、ピーク値の検出はＡ／Ｄ変
換値を前２回分記憶することにより、簡単な判定条件で
実現できる。例えば人相波形だけを考えると、Ａ、を２
回前のＡ／Ｄ変換値、Ａ１を１回前のＡ／Ｄ変換値、Ａ
ｏを現時点でのＡ／Ｄ変換値とすればＡ＋＞ＡｔかつＡ
＋＞ＡｓであればＡ、はＡ相波形の正のピーク値となる
。得られたピーク値を用いて波形補正手段７で補正演算
を行う。−振幅中心値は正のピーク値と負のピーク値と
の中央値、振幅は正のピーク値と負のピーク値との差を
とることで推定値が求まる。上記の方法で現時点での波
形の状態を推定できるので、波形の補正は演算処理だけ
で実現できる。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の補正方法を用いた内挿処理の
実施例について説明する。データの流れは第１図の信号
処理系ブロック図に示した通りである。第２図（ａ）及
び（ｂ）は、ピーク値検出の原理を示す図である。Ａ、
　、Ｂ、は２回前の人相波形、Ｂ相波形のＡ／Ｄ変換値
、Ａ、　、Ｂ、は１回前のそれぞれのＡ／Ｄ変換値、Ａ
、、Ｂ、は今回新たに変換したＡ／Ｄ変換値である。横
軸は時間で縦軸はＡ／Ｄ変換器３からの出力値である。

（ａ）は位置検出器の移動方向が一定の場合で、（ｂ）
は途中で位置検出器の移動方向が変わった場合である。

第３図は、本発明の補正方法を用いた処理波形での内挿
を示した図である。

データの流れにそってくビーク値検出〉、く波形補正〉
、く内挿処理〉の順に説明する。

〈ビーク値検出〉 第２図（ａ）及び（ｂ）を用いて人相波形の正のピーク
値検出を説明する。第２図（ａ）に示した通り（ＡＩ　
＞　Ａｔ　）　・（ＡＩ　＞　Ａｏ）であればＡ８はＡ
相波形の正のピーク値となる。ここで、「・」は論理積
を表わす。しかし、第２図（ｂ）に示したように途中で
位置検出器の移動方向が変わった場合、Ａ□が人相波形
の正のピーク値ではないにもかかわらず上記の（ＡＩ　
＞Ａｙ　）・（Ａ工〉Ａｏ）の条件を満たしてしまうこ
とがある。そこで、第２図（ａ）のように波形が１方向
に進んでいる場合、人相波形の正のピーク値付近のＢ相
波形は単調増大あるいは単調減少していることから、 （Ａ２　＜ＡＩ　）・（Ａ、　＞Ａｏ　）・（（Ｂ２＜
Ｂｔ　＜Ｂａ　）＋（Ｂｚ　＞Ｂ＋　＞Ｂｏ　）　）の
条件が満たされればＡＩは正のピーク値であると判断で
き人相波形の正のピーク値を得ることができる。ここで
、「＋」は論理和を表わす。なお、ここでは、人相波形
の条件としてＡｔ＜ＡｔがっＡＩ＞Ａｏ　としたが、波
形をデジタル値としたため本来のピーク値を検出できず
に、３点の関係が、Ａ　ｚ　＝　Ａ　＋かつＡ　ｔ　＞
　Ａ　ｏ　、あるいはＡｔ＜ＡｔかつＡ１＝Ａ６　とな
る場合があるが、この場合もＡ、が正のピーク値である
とみなすことができる。

また同様に、 （Ａ２　＞ＡＩ　）・（ＡＩ（Ａｏ　）・（Ｃ８２＜Ｂ
ｌ　＜ＢＯ）＋（Ｂｌ　＞Ｂｔ　＞Ｂｅ　）　）の条件
が満たされれば、Ａ、は負のピーク値であると判断でき
る。

Ｂ相波形についても、全く同様の考え方で、（Ｂ、〈Ｂ
、）・（Ｂｔ　＞　Ｂｏ　）・（（Ａｘ　＜Ａｔ　＜Ａ
ｏ　）＋　（ＡＩ　＞ＡＩ　＞ＡＯ）　）であれば、Ｂ
、は正のピーク値であり、（Ｂｚ＞Ｂｓ）・（Ｂｌ　＜
ＢＯ）・ （ＣＡｔ　＜ＡＩ　＜Ａｌｌ　）＋（Ａｔ　＞ＡＩ　＞
ＡＯ）　）であれば、Ｂ１は負のピーク値である。

以上の処理により、人相波形及びＢ相波形それぞれの正
と負のピーク値を求めることが出来る。

そして、これらの値は、ピーク値が得られる毎に更新を
してゆく。

〈波形補正〉 波形補正の方法を説明する。正のピーク値と負のピーク
値から振幅が得られる。振幅の変化量は急激に変化する
ことはなく、連続的な変化であるので、直前のピーク値
を基に波形補正処理をすれば、常に一定の振幅中心と振
幅を基準とした補正値を得ることができる。具体的には
、Ａ／Ｄ変換により得られた値の最新の負のピー　り値
がらの増分に対し、 補正係数として、掛けることにより補正値を得ることが
できる。これを数式を用いて表現する。今、人相波形及
びＢ相波形なＡ／Ｄ変換した結果、ＡｏとＢｏとが得ら
れ、その直前に得られた正のピーク値がＡ　ｍａｘ及び
Ｂｍａｘ、負のピーク値がＡｍ１ｎ及びＢｍｉｎであっ
たとし、波形補正後の目的とする振幅をＡ　ｆｓ　　及
びＢ　ｆｓ　　であるとすれば、補正後の値ＡＣａｌ及
びＢ　ｃａｌは、（Ａｏ　　−Ａｍｉｎ　）Ｘ　Ａ　ｆ
ｓとなる。

以上の処理により、振幅中心、振幅が一定の波形を得る
ことができる。なお、人相波形及びＢ相波形は、位相が
９０度違うだけで、振幅は同じ波形であるから、Ａ　ｍ
ｉｎ　＝　Ｂ　ｍｉｎ　、　Ａ　ｍａｘ　＝　１３　ｍ
ａｘ。

Ａ　ｆｓ　＝　Ｂ　ｆｓとして、一方の波形の正負のピ
ーク値を検出するのみで処理を簡素化できる。

く内挿処理〉 第３図を基に、内挿方法の一例を説明する。

Ａ　ｃａｌ　、　Ｂ　ｃａｔは補正後の人相、Ｂ相信号
であり、データ長は８ビツトである。グラフの縦軸は波
形補正手段７からの出力値で内挿処理手段９への入力値
となる。横軸は角度値で、グラフ上方の数値は内挿処理
手段９からの出力値である。

Ａ　ｃａｔ　、　Ｂ　ｃａｌ共にピーク値付近では角度
変化ニ対スる出力変化が小さい。このような区域では、
正確な角度データを得ることが困難であることは容易に
わかる。そこで、グラフ中の太い実線部分を用いれば角
度変化に対する出力変化の小さな区域がなくなり、およ
そ一定な角度と出力の変化率を得ることができる。また
、Ａ　ｃａｌ　、　Ｂ　ｃａｌは一周期内で１つの内挿
処理手段９への入力信号に対し、２つの角度出力値を持
っているので、区域分けをする必要がある。その判定条
件を表１に示す。

表 表中、ＡはＡＣａｌ、、ＢはＢ　ｃａｌ　ｆ）値、αは
Ａ　ｃａｂ’　−１２８、βはＢ　ｃａｌ　−１２８の
値である。

例えばＡ　ｃａｌ　−１２８、Ｂ　ｃａｌ　−２５５の
値を得た時は区域のＩとなりＡ　ｃａｌを内挿処理手段
９への入力信号値として用いる。第３図と表１から区域
Ｉ、　ＩＩ、　ｍ、■に対しそれぞれ変換のための数表
を用意しておけば、簡単な判定と数表参照だけで内挿処
理が行える。また、区域Ｉと区域■、区域■と区域■は
第３図のグラフ上でみれば横軸に平行移動したものにほ
かならない。さらに、区域Ｉ、ＩＶと区域■、■の関係
は第３図グラフ上で横軸に対し上下が反対の位置関係に
ある。これらの位置関係を用いれば、区域■、■、■、
■の波形が同じ形であれば、簡単な演算処理で変換のた
めの数表を２つあるいは１つに減らすことが可能である
。

数表には、内挿処理手段９への入力信号値と処理するデ
ータ長のビット数により定まる演算式から求められる解
を、小数点以下第１位で四捨五入した値を入れればよい
。例えば内挿処理手段９への入力信号値が理想的な正弦
波でデータ長が８ビツトの場合、数表には、演算式 ０ＵＴ− の解を小数点以下第１位で四捨五入して整数化し、各々
入れればよい。ただし、その解が負の値となったときに
はＯを、また、１２７を越えたときには、１２７を入れ
るようにする。ここで、ＩＮは内挿処理手段９への入力
信号値である。

１２８／９０”は１／４周期、即ち ３６０’／４−９０°を１２８分割し、−周期を５１２
分割するための係数。

（ＩＮ−１２８）／１２８は内挿処理手段９への入力信
号値の正規化を表現している。６４は角度に対するオフ
セット値である。

本実施例に限らず従来の内挿方法を用いる場合でも、本
発明の補正方法により振幅中心値、振幅が一定となるの
で、より信頼性のもてる内挿を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、振幅調整用として
新たに受光素子を追加することなく、移動スリットの面
振れの影響による移動スリットと固定スリット間の距離
変動や発光素子のみならず受光素子を含めた回路全体に
含まれる素子の経年変化および温度特性等による総合的
な影響を取り除くことができ、また変位信号として正弦
波以外の周期的な波形も用いることのできる振幅と振幅
中心値の補正方法を実現できる。さらに、数表の直接８
照が可能なので、より高速な内挿処理を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用した絶対値検出装置の一実施例
の信号処理系ブロック図、第２図（ａ）及び（ｂ）は、
ピーク値検出の原理を示す図、第３図は、内挿処理を説
明する図である。 １・・・・・・センサー　　　　　３・・・・・・Ａ／
Ｄ変換器、５・・・・・・ピーク値検出手段、７・・・
・−・波形補正手段、９・・・・・・内挿処理手段、　
　　１１・・・・・・ＣＰＵ。 第２ＦＸＪ （０） （ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに９０度位相のずれた２つの振幅変動を伴う
   周期波形に対して、ほぼ直前の正及び負のピーク値をそ
   れぞれ得て、それらピーク値を基に演算処理をすること
   によって波形の振幅中心値及び振幅を一定値とすること
   を特徴とする内挿のための波形補正方法。
2. （２）ピーク値は、 デジタル値で表わされた一方の波形の連続した３点を抽
   出し、第２の点が他の２点より大きいかどうか、あるい
   は小さいかどうか判断し、 かつ、他方の波形の、前記一方の波形の連続した３点に
   対応する点が、単調増加あるいは単調減少しているかを
   判断し、 前記第２の点が前記他の２点より大きく、かつ、前記他
   方の波形の、前記一方の波形の連続した３点に対応する
   点が、単調増加あるいは単調減少している場合には、前
   記第２の点を正のピーク値であるとみなし、 前記第２の点が前記他の２点より小さく、かつ、前記他
   方の波形の、前記一方の波形の連続した３点に対応する
   点が、単調増加あるいは単調減少している場合には、前
   記第２の点を負のピーク値であるとみなして、 得られることを特徴とする請求項１記載の内挿のための
   波形補正方法。