JPH0629723B2 - Absolute position measuring method and device - Google Patents

Absolute position measuring method and device

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JPH0629723B2
JPH0629723B2 JP60016370A JP1637085A JPH0629723B2 JP H0629723 B2 JPH0629723 B2 JP H0629723B2 JP 60016370 A JP60016370 A JP 60016370A JP 1637085 A JP1637085 A JP 1637085A JP H0629723 B2 JPH0629723 B2 JP H0629723B2
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measurement signal
signal
main
mechanical member
value
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JP60016370A
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Japanese (ja)
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リチヤード・エドワード・ホーン
デービツド・アイアン・マツクドナルド
ハロルド・デイーン・ウイーブ
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Milacron Inc
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D1/00Measuring arrangements giving results other than momentary value of variable, of general application
    • G01D1/16Measuring arrangements giving results other than momentary value of variable, of general application giving a value which is a function of two or more values, e.g. product or ratio

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、数値制御が行なわれる機械のための位置測定
に関する。特に、本発明は、固定された基準位置に対す
る運動可能な機械部材の絶対位置の測定に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to position measurement for machines with numerical control. In particular, the invention relates to measuring the absolute position of a moveable mechanical member with respect to a fixed reference position.

(従来の技術) 機械の各部材の運動の数値的制御のためには、一つの運
動範囲内の全ての位置について一義的な位置測定信号を
生じることが望ましい。本文において絶対位置の測定と
呼ばれるこの種の測定は、数値制御装置の保守点検中の
如く運動可能な機械部材が数値制御を受けない期間中に
位置が記録されかつこれが保持されたかどうかの如何に
拘わらず、可動の機械部材の位置に関する正確な情報を
提供するという利点を有する。
(Prior Art) In order to numerically control the movement of each member of a machine, it is desirable to generate a unique position measurement signal for all positions within one range of motion. This type of measurement, referred to in the text as absolute position measurement, refers to whether the position was recorded and held during periods when the movable mechanical member was not numerically controlled, such as during maintenance of the numerical control device. Regardless, it has the advantage of providing accurate information regarding the position of movable mechanical members.

(発明が解決しようとする課題) 数値的に制御される可動の機械部材に対する絶対位置の
測定は、分解能を上げるということと、測定を行う軸線
方向の範囲の大きさを大にするということが互いに対立
する要件であるため、これらについては制約を受ける。
各々が異なる分解能において作動しかつ各々が機械の軸
線距離の一部にわたって一義的な測定を行なうよう作用
する複数の測定装置を用いる絶対位置測定システムがあ
らゆる機械分野において公知である。このようなシステ
ムが回転要素を内蔵する測定装置を用いて構成される
時、最も粗い測定分解能を得るため用いられる測定装置
に対して機械の部材駆動部からの歯車減速比はかなり大
きなものとなる。このようなシステムが線形測定装置を
用いて構成される場合は、機械の全軸線距離にわたって
一義的な測定信号を生じるために要する目盛の数は膨大
なものとなる。
(Problems to be Solved by the Invention) The absolute position measurement with respect to a numerically controlled movable mechanical member is to increase the resolution and to increase the size of the axial range in which the measurement is performed. These are constrained because they are conflicting requirements.
Absolute position measurement systems are known in all machine arts, which use a plurality of measuring devices, each operating at different resolutions and each acting to make a unique measurement over a part of the axial distance of the machine. When such a system is configured with a measuring device that incorporates a rotating element, the gear reduction ratio from the mechanical drive of the machine will be quite large relative to the measuring device used to obtain the coarsest measurement resolution. . If such a system is configured with a linear measuring device, the number of graduations required to produce a unique measuring signal over the entire machine axial distance is enormous.

公知の絶対位置測定システムの他の短所は、測定装置自
体またはこれと関連する機械的な駆動機構に起因する誤
差の影響を受け易いことである。このような起源から生
じる誤差は、全体的な機械の位置決め精度に対して悪影
響を及ぼす。
Another disadvantage of the known absolute position measuring system is that it is susceptible to errors due to the measuring device itself or its associated mechanical drive mechanism. Errors resulting from such sources adversely affect the overall machine positioning accuracy.

従って、本発明の一目的は、運動可能な機械部材の全運
動範囲にわたり操作可能であり、かつ各々が機械部材の
運動範囲にわたって反復される一義的な測定信号を生じ
る2つの測定器具しか必要としない絶対位置の測定装置
および方法の提供にある。
Accordingly, one object of the present invention is to require only two measuring instruments which are operable over the entire range of motion of a movable mechanical member and which each produce a unique measuring signal which is repeated over the range of motion of the mechanical member. Not providing an absolute position measuring device and method.

本発明の別の目的は、2つの循環的な測定器具を用い、
かつ2つの測定器具により行なわれる相対位置測定の誤
差に対し許容度が大きい絶対位置測定装置の提供にあ
る。
Another object of the invention is to use two circular measuring instruments,
Another object of the present invention is to provide an absolute position measuring device that has a large tolerance for an error in relative position measurement performed by two measuring instruments.

(課題を解決するための手段) 本発明では、主測定器具と副測定器具の2つの測定器具
を用いる。これれらはいずれも可動の機械部材の運動範
囲で繰り返しの測定を行う。そして主測定器具が全運動
範囲を移動したときに周期的に測定信号を生じるサイク
ル数に対して副測定器具が同じ範囲を移動したときに生
じる信号のサイクル数は1サイクル以下だけ大である。
そしてこれら2つの測定器具からの信号の値の差が計算
され、この差によって主測定器具において測定の時点よ
り前に既に何サイクル経過しているかが算出される。
(Means for Solving the Problem) In the present invention, two measuring instruments, a main measuring instrument and a sub-measuring instrument, are used. Each of these measures repeatedly in the range of motion of the movable mechanical member. The number of cycles of the signal generated when the sub-measuring instrument moves in the same range is larger than the number of cycles that periodically generate the measurement signal when the main measuring instrument moves in the entire movement range.
Then, the difference between the values of the signals from these two measuring instruments is calculated, and this difference is used to calculate how many cycles have already elapsed in the main measuring instrument before the time of measurement.

(作用) 測定の全範囲にわたり、主測定器具のサイクル数と副測
定器具のサイクル数との差は最大1であるため、これら
の測定器具から得られる信号の値(1サイクル内におい
てとる値)の差はその信号が何サイクルめのものからで
あるかによって変わってくるため、この差を基に主測定
器具の信号が現に得られている前に既に何サイクル経過
しているかが判断でき、このサイクル数と主測定器具か
らの信号によって絶対位置を知ることができる。
(Function) Since the maximum difference between the number of cycles of the main measuring instrument and the number of cycles of the sub-measuring instrument is 1 over the entire range of measurement, the value of the signal obtained from these measuring instruments (the value taken within one cycle) Since the difference of the signal changes depending on how many cycles the signal is from, it is possible to judge how many cycles have already passed before the signal of the main measuring instrument is actually obtained based on this difference, The absolute position can be known from the number of cycles and the signal from the main measuring instrument.

(実施例) 第1図のブロック図においては、主測定器具12および
副測定器具14がその各々のインターフェース回路1
6,18に対して接続された状態で示されている。工業
用マニピュレータに使用されるよう出願人により選択さ
れた測定装置は、電磁結合されたロータおよびステータ
要素を有するレゾルバの如き公知の形式のものである。
図示の如く、このレゾルバの運動可能な要素即ちロータ
は、その巻線に交流信号が加えられ、これからステータ
の巻線に出力信号が誘導される。ロータおよびステータ
要素は、ロータの変位角に基づく出力の周期的な振幅の
変化がロータの一回転以内のどこおいても一義的即ち独
特のものであるように、あるいはロータの一回転に対し
て2回以上反復し得るように巻線を設けることができ
る。レゾルバの各ロータは、これに対して1つの交流信
号が加えられ、ステータ直角位相内に2つの交流信号を
出力として生じる。即ち、ロータに対する入力信号Esi
n(wt)が、ステータの出力信号Esin(wt)sin(θ)
およびEsin(wt)cos(θ)を生じるように2つの成分
に分解される。但し、 E=信号の強さ wt=入力信号の瞬時角度 θ=ロータの変位角 変位角θは、出力信号の比率の逆三角関数から計算され
る。即ち、θはEsin(wt)sin(θ)/Esin(wt)cos
(θ)の逆正接と等しい。
(Embodiment) In the block diagram of FIG. 1, the main measuring instrument 12 and the sub-measuring instrument 14 are respectively the interface circuits 1 thereof.
6 and 18 are shown connected. The measuring device selected by the applicant for use in industrial manipulators is of the known type, such as a resolver with electromagnetically coupled rotor and stator elements.
As shown, the moveable element or rotor of the resolver has an AC signal applied to its winding which induces an output signal in the stator winding. The rotor and stator elements are such that the periodic amplitude variation of the output based on the rotor displacement angle is unique or unique everywhere within one revolution of the rotor, or for every revolution of the rotor. The windings can be provided so that they can be repeated more than once. Each rotor of the resolver has one AC signal applied to it and produces two AC signals in the quadrature of the stator as outputs. That is, the input signal Esi to the rotor
n (wt) is the output signal Esin (wt) sin (θ) of the stator
And Esin (wt) cos (θ). However, E = strength of signal wt = instantaneous angle of input signal θ = displacement angle of rotor displacement angle θ is calculated from an inverse trigonometric function of the ratio of output signals. That is, θ is Esin (wt) sin (θ) / Esin (wt) cos
It is equal to the arctangent of (θ).

入力信号がステータ巻線に加えられ出力信号がロータ巻
線により生じる場合にはレゾルバの別の接続(図示せ
ず)で代替することがきることが判るであろう。この形
態においては、ステータの直角巻線が90゜の位相差の
入力信号即ち、Esin(wt)およびEsin(wt+90゜)
により駆動される。ロータの変位角は、出力信号sin(w
t+θ)における対応する位相のずれを生じて、これは
位相弁別により検知されロータの変位角の全サイクルの
一部θを表わする測定信号を生じる。
It will be appreciated that another connection of the resolver (not shown) could be substituted if the input signal is applied to the stator winding and the output signal is caused by the rotor winding. In this configuration, the stator quadrature windings have 90 ° phase difference input signals, ie, Esin (wt) and Esin (wt + 90 °).
Driven by. The displacement angle of the rotor is determined by the output signal sin (w
A corresponding phase shift in (t + θ) results, which produces a measurement signal which is detected by phase discrimination and which represents a part θ of the full cycle of the displacement angle of the rotor.

Farrand社から入手可能なInductosyn(商標名)装置の
如き電磁結合式線形測定装置を用いて同じ形状の出力信
号が得られることが判るであろう。
It will be appreciated that an output signal of the same shape can be obtained using an inductively coupled linear measuring device such as the Inductosyn ™ device available from Farrand.

インターフェース回路16,18は、レゾルバに対して
入力信号を与え、かつサンプルされ後続のアナログ/デ
ィジタル・コンバータ20,22に対する適当なレベル
に変換される出力信号を受取る。アナログ/ディジタル
・コンバータ20,22は各々測定器具の可動要素の出
力信号の瞬時値を表わす出力信号を生じる。アナログ/
ディジタル・コンバータの出力は、レゾルバ出力からの
変位角を計算するため、また測定された位置に対し選択
された分解能に従って変位量の検量を行なうため、角度
計算回路30,32に対して入力される。この角度計算
回路30,32の出力信号はステータに対するロータの
変位角を表わし、回転の内、1つのサイクルとして定め
た範囲に対してのみ一義的即ち独特のものとなることが
判るであろう。即ち、もしレゾルバのロータの一回転が
出力信号における変位角の2回以上の反復サイクルを生
じるならば角度計算回路30,32の出力信号はレゾル
バのロータの一回転の内1サイクルに対応する一部に対
してのみ一義的な信号を生じることになる。望ましい変
形実施態様においては両方のレゾルバ出力に対して1つ
のA/Dコンバータおよび角度計算回路が用いられる
が、この場合変換および計算関数は時間の多重化操作に
よる。
Interface circuits 16 and 18 provide input signals to the resolver and receive output signals that are sampled and converted to appropriate levels for subsequent analog to digital converters 20 and 22. The analog-to-digital converters 20, 22 each produce an output signal representative of the instantaneous value of the output signal of the moving element of the measuring instrument. analog/
The output of the digital converter is input to the angle calculation circuits 30, 32 for calculating the displacement angle from the resolver output and for calibrating the displacement according to the selected resolution for the measured position. . It will be appreciated that the output signals of the angle calculation circuits 30, 32 represent the angle of displacement of the rotor with respect to the stator and are unique only to the range of rotation which is defined as one cycle. That is, if one revolution of the resolver rotor produces more than one repetitive cycle of displacement angle in the output signal, the output signal of the angle calculation circuits 30, 32 corresponds to one revolution cycle of the resolver rotor. A unique signal will be generated only for the parts. In the preferred variant, one A / D converter and an angle calculation circuit are used for both resolver outputs, where the conversion and calculation functions depend on the time multiplexing operation.

可動の機械部材の運動範囲にわたって周期的に反復する
一義的な測定信号を生じることができるどんな装置でも
常軌の測定器具12,14、インターフェース回路1
6,18アナログ/ディジタル・コンバータ20,22
および角度計算回路30,32の組合せに対する適当な
代替物となることは当業者には明らであろう。このた
め、測定器具は、ポテンショメータ、レオスタット、可
変変成器、または可動の機械部材の運動範囲にわたり周
期的に反復される一義的な測定信号を生じるどんな測定
器具でもよい。
Any device capable of producing a unique measurement signal which is periodically repeated over the range of motion of a movable mechanical member, a conventional measuring instrument 12, 14, an interface circuit 1
6,18 Analog / digital converter 20,22
And a suitable alternative to the combination of the angle calculation circuits 30, 32 will be apparent to those skilled in the art. Thus, the measuring instrument can be a potentiometer, a rheostat, a variable transformer, or any measuring instrument that produces a unique measuring signal that is periodically repeated over the range of motion of a movable mechanical member.

測定器具12,14は、副測定器具14が主測定器具1
2によるよりも可動の機械部材の運動範囲にわたってそ
の測定信号が1サイクル以下だけ大きいサイクル数を生
じるように構成されている。可動の機械部材がその基準
位置からその運動範囲の反対側の極限まで進む時、測定
信号1つのサイクルの中で変化する信号の2つの測定器
具間における差は変化する。このため、測定信号の差は
常に固定された基準値に関し機械部材が移動したとき主
測定器具の信号が既に何サイクル経過しているかの一義
的な表示を生じる。このような測定信号の差によってそ
の測定が何サイクル目のものなのかを表わすように1つ
のサイクルが特定できるようにするには、測定信号間の
差が全運動範囲にわたって完全な1サイクルを越えない
ことを要求する。しかし、測定された角度における差が
測定器具のロータに与えられた回転に関連したサイクル
数に比例するが、副測定信号から主測定信号を控除する
だけでは所要の差を結果として得ることを保証すること
にはならない。即ち、主測定器具がA番目のサイクルで
測定信号を生じていて、これに対し副測定器具が既にA
+1番目のサイクルに入っているときは、副測定信号か
ら主測定信号を引いた差は負となり、従ってかかる負の
差を生じてもこれを処理することができるようにする必
要がある。
As for the measuring instruments 12 and 14, the sub-measuring instrument 14 is the main measuring instrument 1.
It is arranged that its measured signal over a range of motion of the movable mechanical member than according to 2 produces a cycle number greater than one cycle. As the movable mechanical member travels from its reference position to the extreme opposite its range of motion, the difference between the two measuring instruments of the signal changing in one cycle of the measuring signal changes. For this reason, the difference in the measurement signals always gives a unique indication of how many cycles the signal of the main measuring instrument has already passed when the mechanical member moves with respect to a fixed reference value. In order to be able to identify one cycle so that the difference between the measurement signals indicates the cycle number of the measurement, the difference between the measurement signals exceeds one complete cycle over the entire range of motion. Request not to. However, while the difference in the measured angles is proportional to the number of cycles associated with the rotation given to the rotor of the measuring instrument, only subtracting the main measurement signal from the secondary measurement signal guarantees that the required difference will result. It will not be done. That is, the main measuring instrument produces a measurement signal in the A-th cycle, while the sub-measuring instrument has already generated A.
When entering the + 1st cycle, the difference of the sub-measurement signal minus the main measurement signal is negative, and it is therefore necessary to be able to handle this negative difference.

第1図に関して記述を続けるならば、差の計算は差計算
回路24により行なわれ、これは必要に応じて値の補償
を行って全ての場合に正の出力を生じさせるようになっ
ている。もし単に差の計算をした結果が負である場合、
主測定信号の完全サイクル1つに等しい値がこの差に対
して加えられる。差の信号は、完全サイクルの一部の量
を表わし、固定された基準位置からその時の位置への可
動の機械部材の変位量に対応する主測定信号のサイクル
数に正比例する。
Continuing with the description with respect to FIG. 1, the difference calculation is carried out by the difference calculation circuit 24, which compensates for the values as required and produces a positive output in all cases. If the result of just the difference calculation is negative,
A value equal to one complete cycle of the main measurement signal is added to this difference. The difference signal represents a portion of the complete cycle and is directly proportional to the number of cycles of the main measurement signal corresponding to the displacement of the movable mechanical member from the fixed reference position to the current position.

このように角度の差(2つの測定信号の差)が主測定信
号のサイクル数と比例するため、絶対位置は測定信号に
おける差を知って容易に計算される。即ち、絶対位置
は、主測定信号の計算された既に経過したサイクル数と
現在の測定信号の値との組合せによって計算でき、これ
は第1図の絶対位置の計算回路26により計算される。
絶対位置は、主測定装置と同一の分解能をもって表わさ
れる。
In this way, the angular position (difference between two measuring signals) is proportional to the number of cycles of the main measuring signal, so that the absolute position is easily calculated by knowing the difference in the measuring signals. That is, the absolute position can be calculated by a combination of the calculated number of elapsed cycles of the main measurement signal and the value of the current measurement signal, which is calculated by the absolute position calculation circuit 26 of FIG.
The absolute position is represented with the same resolution as the main measuring device.

絶対位置の値は主測定信号のサイクル数を一定の基準に
照らして判断するだけでこの判断したサイクル数を基に
計算することができるが、本出願人は、主測定器具に対
する副測定器具の測定信号における誤差を除去するため
望ましい実施態様においてやや複雑なアルゴリズムを使
用する。第2図のフローチャートは、絶対位置の測定の
ため望ましい実施態様において使用される手順を示して
いる。この手順は、絶対位置の値を合成するため基準位
置からその時の位置までの距離に対応する主測定信号の
完全なサイクルの最も近いサイクルまでの数を計算す
る。
The absolute position value can be calculated based on the determined cycle number only by judging the cycle number of the main measurement signal against a certain standard. A slightly more complex algorithm is used in the preferred embodiment to remove the error in the measurement signal. The flow chart of FIG. 2 illustrates the procedure used in the preferred embodiment for absolute position measurement. This procedure calculates the number of complete cycles of the main measurement signal up to the nearest cycle corresponding to the distance from the reference position to the current position to synthesize the absolute position value.

第2図のフローチャートにおいては、手順はステップ4
0で始まり、ここで各々が完全な1サイクルの一部を表
わす主測定信号Xおよび副測定信号Yの値が読取られ
る。測定信号XおよびYは所要の分解能を示す値、例え
ば長さ約24.5mm(1インチ)の千分の1の何倍かあるい
は回転角1度の千分の一の何倍かを表わすようにスケー
ルを合わされる。ステップ42においては、主測定信号
の値を副測定信号の値から控除することにより差の値が
計算される。判断ステップ44においては、処理ステッ
プ42の結果が調べられて負の値が生じたかどうかを判
定する。もしそうでなければ、処理ステップ48におい
て手順の実行が継続することになる。しかし、もし負の
値が検出されるならば、手順の実行は処理ステップ46
へ行き、ここで主測定信号の一完全サイクルに等しい値
が加算される。次に処理ステップ46で得られた値また
は正の場合のステップ42で得られた値のいずれかが処
理ステップ48により用いられて主レゾルバの測定信号
の整数で表わされる完全サイクル数を計算する。
In the flowchart of FIG. 2, the procedure is step 4
Starting with 0, the values of the main measurement signal X and the sub-measurement signal Y are read, each representing a part of a complete cycle. The measurement signals X and Y are to represent a value indicating the required resolution, for example, one thousandth of a length of about 24.5 mm (1 inch), or one thousandth of a rotation angle of one degree. Scaled to fit. In step 42, the difference value is calculated by subtracting the value of the primary measurement signal from the value of the secondary measurement signal. At decision step 44, the result of processing step 42 is examined to determine if a negative value has occurred. If not, execution of the procedure will continue in process step 48. However, if a negative value is detected, execution of the procedure will proceed to process step 46.
, Where a value equal to one complete cycle of the main measurement signal is added. Either the value obtained in step 46 or the value obtained in step 42 for positive cases is then used by step 48 to calculate the integer number of complete cycles of the measured signal of the main resolver.

主測定信号の一般的なサイクル数は、完全サイクルIと
部分サイクルの和として表わすことができる。部分サイ
クルのみが主測定信号Xによって表わされる。副測定器
具のロータが相対比率(M+1)/M(但し、Mは可動
の機械部材の運動範囲内で完全に割り切れる主測定信号
のサイクル数に等しい)により主測定器具のロータに関
連付けられるものとし、また両方の器具のロータの各回
転が各測定信号の1サイクルを生じるものとすれば、副
測定器具のサイクルは(I+X+I/M+X/M)と等
しい。ここにおいても、完全サイクルの一部のみが副測
定信号Yにより表わされることは同じである。副測定装
置の測定信号Yが主装置の測定信号Xより大きいかある
いはこれと等しい時、最後の3項(X+I/M+X/
M)の和は副測定信号の大きさに等しい。副測定信号Y
が主測定信号Xよりも小さければ、最後の3項の和は副
測定信号Yの大きさより1(サイクル)だけ大きい。従
って、主測定信号の整数個のサイクルIは下式から既知
量を用いて加算することができる。即ち、 I=M(DIFF)−X 但し、DIFFは前に述べたように正の結果を生じるよ
うに調整された差の値(Y−X)である。
The general number of cycles of the main measurement signal can be expressed as the sum of full cycle I and partial cycles. Only partial cycles are represented by the main measurement signal X. The secondary measuring instrument rotor shall be associated with the primary measuring instrument rotor by a relative ratio (M + 1) / M, where M is equal to the number of cycles of the primary measuring signal which is completely divisible within the range of motion of the movable mechanical member. , And assuming that each revolution of the rotors of both instruments results in one cycle of each measuring signal, the cycle of the sub-measuring instrument is equal to (I + X + I / M + X / M). Here again, it is the same that only part of the complete cycle is represented by the sub-measurement signal Y. When the measurement signal Y of the sub-measuring device is greater than or equal to the measurement signal X of the main measuring device, the last three terms (X + I / M + X /
The sum of M) is equal to the magnitude of the sub-measurement signal. Sub measurement signal Y
Is smaller than the main measurement signal X, the sum of the last three terms is one (cycle) larger than the magnitude of the sub measurement signal Y. Therefore, an integral number of cycles I of the main measurement signal can be added using known quantities from the equation below. I = M (DIFF) -X where DIFF is the difference value (Y-X) adjusted to produce a positive result as previously described.

処理ステップ48においては、差の信号を用いて主レゾ
ルバの整数回のサイクルを表わす整数のサイクル信号I
を生じる。差の値DIFFは測定範囲にわたる主レゾル
バのサイクル数Mで乗ぜられ、主測定信号Xの測定値で
表わされる一サイクルの一部が前記積の結果から減算さ
れる。その結果の差は、主レゾルバの測定信号の1サイ
クル内の分解能を示す単位の数と対応するスケール係数
Sで除される。測定信号における相対誤差は、商として
得られたものの整数の残りである余りRとして表れる。
処理ステップ49においては、残Rの大きさが測定され
る。もし残Rが主測定信号のサイクルの半分より大きい
かこれと等しければ、整数値Iは処理ステップ50にお
いて1だけ増分される。もし残Rが主測定信号に一サイ
クルの半分よりも小さければ、整数値Iに対して変化が
生じない。処理ステップ52においては、処理ステップ
48乃至50から結果として得られる整数値Iと、主測
定信号の1サイクル内に含まれる前述した分解能を示す
単位の数に対応するスケール係数Sとの積が、処理ステ
ップ40において読出される主測定信号Xの値に加算さ
れる。
In processing step 48, the difference signal is used to represent an integral number of cycle signals I representing an integral number of cycles of the main resolver.
Cause The difference value DIFF is multiplied by the number M of cycles of the main resolver over the measuring range and a part of one cycle represented by the measured value of the main measurement signal X is subtracted from the product result. The resulting difference is divided by the scale factor S, which corresponds to the number of units that represent the resolution within one cycle of the main resolver measurement signal. The relative error in the measured signal appears as the remainder R, which is the remainder of the integer obtained as the quotient.
In process step 49, the magnitude of the residual R is measured. If the residual R is greater than or equal to half the cycle of the main measurement signal, the integer value I is incremented by 1 in process step 50. If the residual R is less than half of one cycle in the main measurement signal, there is no change to the integer value I. In processing step 52, the product of the integer value I resulting from processing steps 48 to 50 and the scale factor S corresponding to the number of units of resolution described above contained in one cycle of the main measurement signal is: In process step 40 it is added to the value of the main measurement signal X read.

処理ステップ48,50,52の作用は、作用ステップ
40において読込まれる値の相対誤差を排除することで
ある。ステップ49,50の数値丸め作用は、1サイク
ルの半分より小さいかこれと等しい主測定信号のサイク
ルの一部を有効に加算または減算することにより1つの
整数を生じる。この整数値Iは必要に応じて訂正され、
このように除去された部分サイクルは主測定装置の実際
に測定された値で置換される。このように、この手順は
主レゾルバの測定信号の1サイクルと対応する回転の一
部より大きくない主および副測定器具の測定における差
の誤差に対して有効である。
The action of the processing steps 48, 50, 52 is to eliminate the relative error of the values read in the action step 40. The numerical rounding action of steps 49, 50 yields an integer by effectively adding or subtracting a portion of the cycle of the main measurement signal that is less than or equal to half a cycle. This integer value I is corrected if necessary,
The partial cycles thus removed are replaced by the actual measured values of the master measuring device. Thus, this procedure is valid for differential errors in the measurement of the primary and secondary measuring instruments that are no greater than one cycle of the primary resolver measurement signal and the corresponding part of the rotation.

工業用マニピュレータに対する制御部に用いられる場
合、第2図のフローチャートの手順は、整数演算の実行
が可能なマイクロプロセッサに対するプログラムに変換
される。本実施態様においては、第1図のブロック図の
差の計算回路24および絶対位置計算回路26は、第2
図のフローチャートの手順を達成するためマイクロプロ
セッサおよびそのためのプログラムを用いて構成され
る。更に、この手順において用いられる値の一時的な格
納はランダム・アクセス・メモリー内の記憶場所によっ
て行なわれる。
When used in a control unit for an industrial manipulator, the procedure of the flowchart of FIG. 2 is converted into a program for a microprocessor capable of executing integer arithmetic. In this embodiment, the difference calculation circuit 24 and the absolute position calculation circuit 26 in the block diagram of FIG.
It is configured by using a microprocessor and a program therefor in order to achieve the procedure of the flowchart in the figure. Furthermore, the temporary storage of the values used in this procedure is done by a memory location in random access memory.

第3図においては、主および副測定器具の機械的構成と
共に駆動機構が示されている。主レゾルバ60および副
レゾルバ62は、それらの各々の減速歯車64,66を
介して共通の駆動軸に対し歯車で結合されている。駆動
歯車68は、可動の機械部材を駆動するモータによって
直接駆動される軸によって駆動することができ、あるい
は可動の機械部材の運動によりクラッチおよびピニオン
または他の適当な装置によって駆動することもできる。
いずれの場合にも、もし主レゾルバ60および副レゾル
バ62が同じものであるならば、駆動歯車68に対する
主レゾルバの歯車66の歯車比、および駆動歯車68に
対する副レゾルバの歯車64の歯車比における比較的小
さな差が、可動の機械部材の運動範囲にわたって主測定
信号と比較した副測定信号のサイクル数における所要の
差を生じる。詳しくは、可動の機械部材の運動範囲にわ
たって完全に割切れる主測定信号のサイクル数をMとす
ると、主レゾルバのロータに対する副レゾルバのロータ
の所要の相対的な歯車減速比は(M+1)/Mとなる。
前述の如く、この簡単化された歯車列は1つの測定器具
を介して所要の分解能を得、かつ第2または他の測定器
具により機械の全軸線を網羅するため公知のシステムに
おいて必要とされる大きな歯車減速に勝る顕著な利点を
提供するものである。以上の記述から、単一の測定器具
を選択された分解能および軸線範囲のカバーのため専用
化することによるのではなく、主および副測定器具によ
り測定された差の量から一義的な測定信号を得ることが
容易に理解されよう。
In FIG. 3, the drive mechanism is shown along with the mechanical construction of the primary and secondary measuring instruments. The main resolver 60 and the sub-resolver 62 are geared to a common drive shaft via their respective reduction gears 64, 66. The drive gear 68 can be driven by a shaft that is driven directly by a motor that drives the movable mechanical member, or by the movement of the movable mechanical member by a clutch and pinion or other suitable device.
In either case, if the primary resolver 60 and the secondary resolver 62 are the same, then a comparison of the gear ratio of the primary resolver gear 66 to the drive gear 68 and the secondary resolver gear 64 to the drive gear 68 is made. The small difference causes the required difference in the number of cycles of the secondary measurement signal compared to the primary measurement signal over the range of motion of the movable mechanical member. Specifically, if the number of cycles of the main measurement signal that is completely divisible over the range of motion of the movable mechanical member is M, the required relative gear reduction ratio of the rotor of the sub-resolver to the rotor of the main resolver is (M + 1) / M. Becomes
As mentioned above, this simplified gear train is required in known systems to obtain the required resolution via one measuring instrument and to cover the entire machine axis by the second or other measuring instrument. It offers significant advantages over large gear reductions. From the above description, a unique measurement signal is derived from the amount of difference measured by the primary and secondary measuring instruments, rather than by dedicating a single measuring instrument to cover the selected resolution and axis range. It will be easy to understand.

本文に述べたマニピュレータに用いられる時、絶対位置
測定装置はマニピュレータの回転軸心の位置を測定する
ため用いられる。この測定装置は、運動可能な機械部材
の運動を生じるモータから直接歯車減速することにより
駆動される。それにも拘わらず、本文に述べたレゾルバ
の如き回転要素を有する測定装置を駆動するか、あるい
は2つの尺度および2つの読出しヘッドを有する線形測
定装置を用いることにより、上記の同じ装置および方法
が直線的な運動軸を有する機械部材に対する応用にも適
するものである。
When used in the manipulator described in this text, an absolute position measuring device is used to measure the position of the rotational axis of the manipulator. The measuring device is driven by gear reduction directly from a motor that produces movement of a moveable mechanical member. Nevertheless, by driving a measuring device with rotating elements such as the resolvers described herein, or by using a linear measuring device with two scales and two read heads, the same device and method described above is linear. It is also suitable for application to mechanical members having a general axis of motion.

(発明の効果) 本発明によれば、主及び副測定器具間で減速比を大きく
とる必要がなく、従って、これらの間の減速比を与える
機構は小型化でき、これは慣性力の減少を可能にし、ま
た、分解能をこれらの間で特に大きく変える必要性がな
いため、従来のもののように他方に比較して極めて粗い
分解能を有する方の測定器具における誤差が全体の重大
な誤差につながるという問題がない。
(Effect of the Invention) According to the present invention, it is not necessary to set a large reduction ratio between the main and auxiliary measuring instruments, and therefore, the mechanism for providing the reduction ratio between them can be downsized, which reduces the inertial force. It is possible, and because there is no need to significantly change the resolution between them, the error in the measuring instrument which has a much coarser resolution than the other as in the conventional one leads to an overall significant error. there is no problem.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による絶対位置の測定のための装置を示
すブロック図、第2図は2つの周期的な測定信号から絶
対位置を決定するため用いられる方法を示すフローチャ
ート、および第3図は回転要素および関連する駆動機構
を備えた2つの測定器具を示す概略図である。 12……主測定器具、14……副測定器具、16……イ
ンターフェース回路、18……インターフェース回路、
20,22……アナログ/ディジタル・コンバータ、2
4……差の計算回路、26……絶対位置の計算回路、3
0,32……角度の計算回路、60……主レゾルバ、6
2……副レゾルバ、64,66……減速歯車、68……
駆動歯車。
FIG. 1 is a block diagram showing an apparatus for absolute position measurement according to the present invention, FIG. 2 is a flow chart showing the method used to determine the absolute position from two periodic measurement signals, and FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing two measuring instruments with rotating elements and associated drive mechanisms. 12 ... Main measuring instrument, 14 ... Sub measuring instrument, 16 ... Interface circuit, 18 ... Interface circuit,
20, 22 ... Analog / digital converter, 2
4 ... Difference calculation circuit, 26 ... Absolute position calculation circuit, 3
0, 32 ... Angle calculation circuit, 60 ... Main resolver, 6
2 ... Secondary resolver, 64, 66 ... Reduction gear, 68 ...
Drive gear.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−88612(JP,A) 特開 昭57−171207(JP,A) 特開 昭54−99528(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-59-88612 (JP, A) JP-A-57-171207 (JP, A) JP-A-54-99528 (JP, A)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】各々が機械部材の移動に応じ相対的に運動
するステータとロータとより成る2つの測定器具の測定
値を用いて運動可能な前記機械部材の運動範囲内の全て
の位置に対し基準位置からの一義的な値を有する絶対位
置の信号を生じるための方法において、 (a) 第1測定器具のステータとロータとの相対位置
を表わす主測定信号を生じるステップであって、主測定
信号は機械部材の運動範囲にわたって周期的に反復する
ものでありかつ1つのサイクル内では一義的なものであ
るステップ、 (b) 第2測定器具のステータとロータとの相対位置
を表わす副測定信号を生じるステップであって、副測定
信号は機械部材の運動範囲にわたって周期的に反復しか
つ1つのサイクル内では一義的なものとし、また、副測
定信号のサイクル数が機械部材の運動範囲にわたって主
測定信号のサイクル数より1サイクル以下だけ大である
ステップ、 (c) 主測定信号の値と副測定信号の値との差を表わ
す差信号を生じるステップ、 (d) 前記差信号から、前記基準位置から前記機械部
材が移動した間に前記主測定信号が周期的に変化した完
全サイクル数を表わす整数を算出するステップ、及び (e) 前記整数の値と前記主測定信号とにより絶対位
置信号を生じるステップ を含むことを特徴とする方法。
1. For all positions within the range of motion of said mechanical member, which are movable by means of measurements of two measuring instruments each comprising a stator and a rotor which move relative to each other in response to the movement of the mechanical member. A method for producing an absolute position signal having a unique value from a reference position, comprising: (a) producing a main measurement signal representative of the relative position of the stator and rotor of the first measuring instrument, the main measurement The signal is a step which is cyclically repeated over the range of motion of the mechanical member and is unique within one cycle, (b) a sub-measurement signal representative of the relative position of the stator and rotor of the second measuring instrument. The sub-measurement signal is cyclically repeated over the range of motion of the mechanical member and is unique within one cycle, and the number of cycles of the sub-measurement signal is One cycle or less greater than the number of cycles of the main measurement signal over the range of motion of the mechanical member, (c) producing a difference signal representing the difference between the value of the main measurement signal and the value of the sub-measurement signal, (d) Calculating, from the difference signal, an integer representing the number of complete cycles in which the main measurement signal cyclically changes during movement of the mechanical member from the reference position; and (e) the integer value and the main measurement. And a signal to generate an absolute position signal.
【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載の方法におい
て、前記差信号を生じるステップは、(a)副測定信号
から主測定信号を減算するステップ、(b)減算の結果
を調べてその値が負であるか否かを検出するステップ、
及び(c)負の値の検出に応答し、主測定信号の完全な
1サイクルに等しい値を前記減算の結果に加算するステ
ップを含むことを特徴とする方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step of producing the difference signal comprises the steps of (a) subtracting the main measurement signal from the sub-measurement signal, and (b) examining the result of the subtraction. Detecting whether the value is negative,
And (c) in response to detecting a negative value, adding a value equal to one complete cycle of the main measurement signal to the result of said subtraction.
【請求項3】基準位置に対する運動可能な機械部材の絶
対位置を測定する装置にして、 (a) 機械部材の運動に応じ相対的に運動するステー
タとロータより成り当該ステータとロータの相対位置を
表わす主測定信号を生じる主測定器具であって、該主測
定信号は機械部材の運動範囲にわたって周期的に反復す
るものでありかつ1つのサイクル内では一義的なもので
ある主測定器具、 (b) 機械部材の運動に応じ相対的に運動するステー
タとロータより成り当該ステータとロータの相対位置を
表わす副測定信号を生じる副測定器具であって、該副測
定信号は機械部材の運動範囲にわたって周期的に反復し
かつ1つのサイクル内では一義的なものであり、また副
測定信号のサイクル数が機械部材の運動範囲にわたって
主測定信号のサイクル数より1サイクル以下だけ大であ
る副測定器具、 (c) 主測定信号及び副測定信号に応答し、主測定信
号の値と副測定信号の値との差を表わす差信号を生じる
手段、 (d) 前記差信号から、前記基準位置から前記機械部
材が移動した間に前記主測定信号が周期的に変化した完
全サイクル数を表わす整数を算出する手段、及び (e) 前記整数の値と前記主測定信号とにより機械部
材の絶対位置を示す一義的な値を表わす絶対位置信号を
生じる手段、 を含むことを特徴とする装置。
3. A device for measuring an absolute position of a movable mechanical member with respect to a reference position, comprising: (a) a stator and a rotor which relatively move in accordance with the motion of the mechanical member, and a relative position of the stator and the rotor. A main measuring instrument for producing a representative main measuring signal, said main measuring signal repeating periodically over the range of motion of the mechanical member and being unique within one cycle; (b) ) A sub-measuring instrument comprising a stator and a rotor which move relative to each other in response to the movement of the mechanical member, and which produces a sub-measurement signal representative of the relative position of the stator and the rotor, the sub-measurement signal being cyclic over the range of motion of the mechanical member Repeatable and unique within one cycle, and the number of cycles of the secondary measurement signal is greater than the number of cycles of the primary measurement signal over the range of motion of the mechanical member. (C) means for producing a difference signal in response to the main measurement signal and the sub measurement signal, the difference signal representing the difference between the value of the main measurement signal and the value of the sub measurement signal; ) Means for calculating from the difference signal an integer representing the number of complete cycles in which the main measurement signal cyclically changes while the mechanical member moves from the reference position, and (e) the integer value and the main Means for producing an absolute position signal representing a unique value indicative of the absolute position of the mechanical member by means of the measurement signal.
【請求項4】特許請求の範囲第3項に記載の装置におい
て、主測定器具は、(a)前記ステータとロータとを相
対的に回転するように備えている角度測定手段、及び
(b)前記運動可能な機械部材に運動が与えられるとき
前記相対回転を与える駆動手段を含むことを特徴とする
装置。
4. The apparatus according to claim 3, wherein the main measuring instrument is (a) an angle measuring means provided so as to rotate the stator and the rotor relatively, and (b). Apparatus comprising drive means for providing said relative rotation when movement is imparted to said movable mechanical member.
【請求項5】特許請求の範囲第4項に記載の装置におい
て、副測定器具は、(a)前記ステータとロータとを相
対的に回転するように備えている角度測定手段、及び
(b)前記運動可能な機械部材に運動が与えられるとき
前記相対回転を与える駆動手段を含むことを特徴とする
装置。
5. The apparatus according to claim 4, wherein the sub-measuring instrument is (a) an angle measuring unit provided so as to relatively rotate the stator and the rotor, and (b). Apparatus comprising drive means for providing said relative rotation when movement is imparted to said movable mechanical member.
【請求項6】特許請求の範囲第3項に記載の装置におい
て、差信号を生じる手段は、(a)副測定信号から主測
定信号を減算する手段、(b)減算の結果を調べてその
値が負であるか否かを検出する手段、及び(c)負の値
の検出に応答しその値に主測定信号の1サイクルに等し
い値を加算する手段を含むことを特徴とする装置。
6. The apparatus according to claim 3, wherein the means for producing the difference signal is (a) means for subtracting the main measurement signal from the sub-measurement signal, and (b) checking the result of the subtraction. An apparatus comprising means for detecting whether a value is negative, and (c) means for responding to the detection of a negative value and adding to that value a value equal to one cycle of the main measurement signal.
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