JPH0371009A - 位置信号補正装置 - 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〕 この発明は、２つ以上の絶対位置計測装置（−方は計測
範囲が広いが粗く、一方は目盛りは細かいが計測範囲が
狭い）の計測結果を結合して広い範囲にわたって精度の
よい位置計測値を得るための位置信号補正装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

レゾルバ、アブソリュートエンコーダ等の絶対的な位置
を計測する装置は広〈産業界で使用されている。これら
の装置は製作上の制約により一般に分解能は数百から数
千が限界であり、これ以上の分解能を必要とする際は、
微・粗それぞれの計測を行う２つ以上の位置計測装置を
組み合せて使用することが一般に行われている。

このような位置信号の結合は、単に双方の計測結果を並
べるだけでは不十分である。例えば１０００の位置上を
第１の粗い部分を担当する第１の位置計測装置が出力し
、微細な部分を担当する第２の位置計測装置が０から９
９９までの数値な出力する場合を考えると、移動にとも
なって第２の位置計測装置の信号が９９９からＯに変化
する瞬間に第１の位置計測装置の１０００の位が１つ増
加する必要があるが、第１の位置計測装置の精度が最小
分解能の１０００倍以上の精度がない限りこのようなこ
とは保証されない。このような問題を避けるため、双方
の計測範囲にオーバーラツプ部分をもたせ、重複する部
分の信号（これをチエツクビットという）を用いて両者
の計測結果の不敗を検出し補正することが行われている
。

第４図はこの目的で従来一般に行われている方法の原理
を示すものであって、それぞれの位置計測装置の出力を
二進符号で表したものに、チエツクビット前後を示した
もので、■は粗い部分を担当する第１の位置計測装置の
出力を、！■は微細な部分を担当する第２の位置計測装
置の出力をそれぞれ示している。１は第１の位置計測装
置のチエツクピット、２は第２の位置計測装置のチエツ
クピットをそれぞれ示し、正常に動作している場合には
双方の値が一致する。−点鎖線イは第１の位置計測装置
が負に（値の減少する方向に）誤差を生じた場合の計測
結果を、−点鎖線口は第１の位置計測装置が正に誤差を
生じた場合の計測結果をそれぞれ示すもので、いずれの
場合も第１の位置計測装置のチエツクビット１と第２の
位置計測装置のチエツクビット２の不一致が生じている
。いずれの方向に誤差が生じているかは第２の位置計測
装置のチエツクビット２の次のビット３によって判定す
ることができる。すなわち、チエツクビット１．２が一
致していない場合、このビット３が０”であれば第１の
位置計測装置が負に誤差を生じているものと判断し、第
１の位置計測装置の計測値に１゛′を加えればよく、こ
のビットが°“１°゛であれば第１の位置計測装置に正
の誤差を生じているものと判断し、第１の位置計測装置
の計測値から１°°を差し引けばよい。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような位置信号を結合する装置は現在広く用いられ
ているが、補正可能な誤差はチエツクビット１，２の１
／２以下であり、また、双方のチエツクビット１．２が
正確に一致するように双方の第１．第２の位置計測装置
を設置しないと、補正可能な幅はさらに減少するという
問題がある。

また、このような調整は熟練を要し、装置の製作に費用
がかかるという問題があった。さらに、当初正確に設定
したとしても計測中に双方の結合に狂いが生じるとチエ
ツクビット１．２が一致しなくなるという問題があった
。

この発明は、上記の問題点を解決し、２つ以上の絶対位
置計測装置の計測結果を結合する際に許容される誤差範
囲を拡大することができる位置信号補正装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかる位置信号補正装置は、第１の位置計測
装置の計測値の第２の位置計測装置の計測区間に対応す
る部分を取り出す計測値抽出手段と、 第２の位置計測装置の計測値と計測抽出手段により取り
出された計測値との差を求める減算手段と、 差はその絶対値が第２の位置計測装置の計測区間の１／
２以下となるように正規化する正規化手段と、 正規化された差を第１の位置計測装置の計測値に加算す
る加算手段と、 を備えたものである。

〔作用〕

この発明においては、第１の位置計測装置の計測値の第
２の位置計測装置の計測区間（幅λ／Ｎ）に対応する部
分を取り出し、第２の位置計測装置の計測値と前記部分
の差を求め、前記差はその絶対値が第２の位置計測装置
の計測区間１／２以下となるように正規化され、前記正
規化された差を第１の位置計測装置の計測値に加算する
ことにより位置信号の補正が行われる。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示すもので、入力軸１１
に直結された第１の位置計測装置１２と入力軸１１と１
：２５６のギヤ装置１４により結合された第２の位置計
測装置１３からなる。それぞれの位置計測装置１２．１
３は信号変換装置１５および１６により分解能１２ビツ
ト、精度９ビツトの二進符号として絶対位置信号を出力
する。それぞれの位置信号は位置信号結合装置１７に入
力され、後述するように、相互に矛盾しないように結合
され、２５６回転の範囲にわたり５１２分の１回転の精
度の絶対位置を出力する。位置信号結合装置１７は計測
値抽出手段１８．減算手段１９．正規化手段２０．加算
手段２１とからなり、論理回路を組み合せることによっ
てもマイクロコンピュータを用いることによっても構成
可能であるが、ここでは装置が単純て工業的に有利な後
者の例について説明する。

第２図は第１．第２の位置副側装置１２．１３から得ら
れる位置信号のビットパターンを示すもので、第１の位
置計測装置１２から得られる位置信号（以下、第１の計
測結果という）は第２の位置計測装置１３から得られる
位置信号（以下、第２の計測結果という）に比べて２５
６倍たけ広い幅に対応しているため、各ビットが同一の
幅定対応するよう８ビツトずらして示している。双方の
第１．第２の位置計測装置１２．１３が理想的な位置に
取り付けられ、誤差もない場合には、第１の計測結果の
ビット０からビット３が第２の計測結果のビット８から
ビット１１に一致するはずである。

第３図は、第１図に示す実施例における位置信号を結合
するためのマイクロコンピュータのフローチャートを示
し、以下のステップ　（１）〜（７）で結合が行われる
。

まず、第１の計測結果と第２の計測結果のそれぞれの桁
が同一の幅に対応するように第１の計測結果を２５６倍
する。これは、第１の計測結果の下位に８ビツトのＯを
付は加えることで行われる（１）。次に、第１の計測結
果に位相補正量を加算する（２）。この例ではビットの
重なり合が１２ビツトであるため、位相補正量として−
２１１から２１−１の範囲で選択する。位相補正は第Ｊ
の位置計測側１２の原点（計測値が０となる位置）と第
２の位置計測装置１３の原点が異なって取り付けられて
いる場合、これを一致させるという効果がある。

次に第１の位置計測装置１２の第１の計測値の第２の位
置計測装置１３の計測区間に相当する部分を取り出す。

この例ては第１の計測結果の下位１２ビツトを取り出す
　（３）。そして、これを第２の位置計測装置１３の結
果から差し引く（４）。マイクロコンピュータで演算を
行う場合は、一般に１６ビツトの符号付き整数として結
果が得られるため、これを１２ピツ）・の符号付き整数
に変換する（正規化）（５）。この操作は減算結果のビ
ット１１　（すなわち１２ビツト幅と考えたときの最上
位ビット）が゛′１パであればそれより上位のビットを
全て１°゛とじ、°“０°”であればそれより」二値の
ビットを全てＯ°゛とすることで行われる。

こうして正規化された差を最初に求めた桁拡張された第
１の計測結果に加えることで、第１の位置計測装置１２
の計測値と第２の位置計測装置１３の計測値を矛盾なく
結合した値が得られる（６）。

上記結合の中間過程で得られる正規化された差は、第１
の計測結果と第２の計測結果の位相関係が正しく調整さ
れていれば“ｏ゛′に近い値を示し、この値が大きいこ
とは位相の補正が正しく行われていないことを意味する
。正規化された差と位相補正量は１：１に対応するため
、正規化された差の一部を位相補正量から差し引くこと
で位相補正量を適切なものとすることができる　（７）
。

この発明の装置によって、従来の方法に比べて誤差の大
きい場合でも位置信号の結合が正しく行われる原理につ
いて説明する。

この発明の装置で結合が正しく行われることは、次のよ
うに考えれば理解し易い。第２の計測結果をｂとし、こ
れと重なり合う第１の計測結果の下位の部分およびビッ
ト拡張部分をａとすると、この装置で行われている演算
は次式で表される。

ａ＝ａ＋ｎｏｒｍ　（ｂ−ａ） ここで、関数ｎｏｒｍは前述した正規化を意味し、正規
化がこの演算の対象とする下位のビット部分に影響しな
いことから、この演算はａ＝ａ＋ｂ−ａ＝ｂ と書くことができ、精度の高い第２の計測装置の計測結
果に一致する。ビット拡張した第１の計測結果全体をＡ
と書くと、全体の演算は次式で与えられる。

Ａ＋ｎｏｒｍ　（ｂ−ａ） 関数ｎｏｒｍは一部ビット長からなる符号付き整数を関
数値として与えるため、正・負概ね等しい幅に変化し得
るため、この演算は第１の位置計測装置１２の第１の計
測結果の値Ａに最も近い、下位ビットａがｂに一致する
値を求めている。これがこの発明における位置信号結合
の原理である。

この発明によれば、第１の計測値の許容される誤差範囲
は、関数＝ｎｏｒｍの値の取り得る範囲、すなわち、第
２の位置計測装置１３の計測範囲に等しくなる。これは
従来の位置信号結合方式で許容される誤差範囲の約２倍
に相当する。このため、計測装置の誤差によって信号の
結合時に生じる異常を防止することができ、また、精度
の低い安価な位置計測装置の使用も可能となり、システ
ムの信頼性の向上、コストダウンが達成される。

２つ以上の位置計測装置を組み合せて使用する場合、−
船釣には両者の原点を厳密に合せておく必要がある。こ
のようにして、初めて回転中に生じる誤差の許容幅が前
述したような範囲になる。

しかしながら、このような原点合せは一般に熟練を要す
る微妙な工程であり、計測器のコストを高いものとして
いる。この発明では、２つの計測装置の原点のずれをデ
ィジタル的な方法により容易に補正することが可能で、
調整工程を簡素化することが可能である。具体的には、
精度の粗い側の第１の計測結果をビット拡張して得られ
る値に原点のずれに相当する量を加算すればよい。この
大きさは計測値自体の差を求めることで容易に知ること
ができる。さらによい方法は、原点のずれ（補正を行っ
ている場合は補正された計測値の原点のずれ）が正規化
された差（上記ｎｏｒｍ関数の値）として常時得られて
いることを利用するものである。正規化された差はそれ
ぞれの計測時点での誤差を反映するものであるが、原点
のずれが１ ある場合には正規化された差に正または負の偏りを生じ
る。したがって、これを用いて補正量を増減することで
補正量自体の補正も行うことができる。補正は第１の計
測値に対してなされ、第１の計測値の下位のビットは捨
てられるため、補正値の補正はさほど厳密に行わなくて
も効果がある。

例えば正規化された差そのものを補正値から減じること
によっても補正値の補正は可能である。しかしながら、
このような方法はノイズなどによる誤動作を生じる危険
を含む。より好ましい方法は、正規化された差のごく一
部を補正値から減じることである。このようにすれば、
仮にある瞬間に異常なデータが入力されても補正値の変
化はごく僅かで済む。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、この発明は、第１の位置計
測装置の計測値の第２の位置計測装置の計測区間に対応
する部分を取り出す計測値抽出手段と、 第２の計測装置の計測値と計測抽出手段により　２ 取り出された計測値との差を求める減算手段と、前記差
はその絶対値が第２の計測装置の計測区間の１／２以下
となるように正規化する正規化手段と、 正規化された差を第１の位置計測装置の計測値に加算す
る加算手段と、 を備えたので、２つ以上の絶対位置計測装置の計測結果
を結合する際に、計測値の許容される誤差範囲を拡大し
安価な位置計測装置を用いてより安定な計測が可能とな
る。また、計測器相互の原点合せが簡略化され、調整に
要する手間と費用が削減される。さらに、動作中に生じ
る原点のずれを自動的に補正することが可能であり、信
頼性の高い計測システムを構成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は、第１図の実施例の第１．第２の位置計測装置
から得られる位置信号のビットパターン図、第３図は、
第１図の実施例における位置信号を結合するためのマイ
クロコンピュータのフローチャー１・、第４図は従来の
位置信号補正方法の原理説明図である。 図中、１１は入力軸、１２は第１の位置計測装置、１３
は第２の位置計測装置、１４はギヤ装置、１５．１６は
信号変換装置、１７は位置信号結合装置、１８は計測値
抽出手段、１９は減算手段、２０は正規化手段、２１は
加算手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 幅λにわたって絶対位置を計測する第１の位置計測装置
   と、前記幅λをＮ等分する各々の区間内での絶対位置を
   計測する第２の位置計測装置の計測結果を結合する装置
   であって、前記第１の位置計測装置の計測値の前記第２
   の位置計測装置の計測区間に対応する部分を取り出す計
   測値抽出手段と、 前記第２の位置計測装置の計測値と前記計測値抽出手段
   により取り出された計測値との差を求める減算手段と、 前記差はその絶対値が前記第２の位置計測装置の計測区
   間の１／２以下となるように正規化する正規化手段と、 前記正規化された差を前記第１の位置計測装置の計測値
   に加算する加算手段と、 を備えたことを特徴とする位置信号補正装置。