JPWO2006043403A1 - エンコーダ信号処理装置およびその信号処理方法 - Google Patents
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Abstract
簡単な処理回路および処理方法で、高次の歪誤差まで補正された精度の高い位置検出信号を得る。図示しない被測定物である２つの物体を一定速度で変位させ、センサ信号検出部から変位に応じて検出されたアナログ信号Ｓa、ＳbをＡ／Ｄ変換器（１）でデジタルデータに変換した後、位置データ算出部（２）で位置データθ0を演算する。次に、誤差補正用パラメータ取得部（３）で位置データθ0符号化し、第１のメモリ（４）に格納する。再度、電源が投入されると、誤差含有位置データ作成部（５）は補正係数を読み出し復号化する。誤差補正位置テーブル作成部（６）は復号化したデータと理想位置データの補正テーブルを作成し、第２のメモリ（７）に記録する。運転が開始されると、誤差補正部（８）は位置データを読み取り、この位置データで補正テーブルを参照し、補正された位置データを出力する。
Description
本発明は、モータ等の回転体の回転角度を検出するロータリエンコーダや、リニアステージ等の変位を検出するリニアエンコーダ等のエンコーダの信号処理装置およびその信号処理方法に関する。
従来、センサ信号検出部から得られた２相のアナログ信号が持つオフセット電圧、振幅誤差、位相誤差、波形歪等により発生する位置検出誤差を予め演算してメモリに記憶し、通常の位置検出時にこの検出誤差データをもとに位置検出信号を補正するものがある。（例えば特許文献１参照）
図１２は従来のエンコーダの信号処理装置の構成を示すブロック図である。
図１２において５１はセンサ信号検出部から得られた２相のアナログ信号Ｓa、Ｓbを増幅するアナログ増幅回路、５２は増幅された２相のアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換回路、５３は変換された２相のデジタル信号を位置データに変換するデジタル内挿回路、５４はデジタル内挿回路５３から位置データを受け、補正用検出誤差データを演算する検出誤差データ算出回路、５５は補正用検出誤差データを用いて位置データの検出誤差を補正する検出誤差補正回路で、補正用検出誤差格納レジスタ５５１と補正計算回路５５２から構成されている。また、５６は補正された１周期内の位置データと元信号の周期の数から複数周期の位置データを生成するポジションデータ生成回路である。
図１２は従来のエンコーダの信号処理装置の構成を示すブロック図である。
図１２において５１はセンサ信号検出部から得られた２相のアナログ信号Ｓa、Ｓbを増幅するアナログ増幅回路、５２は増幅された２相のアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換回路、５３は変換された２相のデジタル信号を位置データに変換するデジタル内挿回路、５４はデジタル内挿回路５３から位置データを受け、補正用検出誤差データを演算する検出誤差データ算出回路、５５は補正用検出誤差データを用いて位置データの検出誤差を補正する検出誤差補正回路で、補正用検出誤差格納レジスタ５５１と補正計算回路５５２から構成されている。また、５６は補正された１周期内の位置データと元信号の周期の数から複数周期の位置データを生成するポジションデータ生成回路である。
次に動作について説明する。
まず、誤差データの算出およびその格納方法を説明する。図示しない被測定体を一定速度で移動させ、センサ信号検出部から得られる２相のアナログ信号Ｓa、Ｓbをアナログ増幅回路５１で増幅し、アナログ−デジタル変換回路５２でデジタル信号に変換し、デジタル内挿回路５３で位置データに変換する。
２つの物体は一定速度で移動しており、また、１周期の移動距離は予め分かっているので１周期内を等間隔でサンプリングすることによって、各サンプリング時における移動距離は計算できる。そこで、検出誤差データ算出回路５４は、各サンプリング時における移動距離は計算するとともに、この計算によって得られた理想位置データと各サンプリング時に検出された位置データから位置誤差を算出し、この位置誤差データを検出誤差補正回路５５内にある補正用検出誤差格納レジスタ５５１に格納する。
次に、格納された位置誤差データを使って位置データを補正する方法について説明する。通常の位置検出時において、センサ信号検出部から得られる２相のアナログ信号に基づいて位置データが算出されると、補正計算回路５５２は補正用検出誤差格納レジスタ５５１に格納された検出誤差データを用いて位置データの検出誤差を補正し、ポジションデータ生成回路５６に出力する。
まず、誤差データの算出およびその格納方法を説明する。図示しない被測定体を一定速度で移動させ、センサ信号検出部から得られる２相のアナログ信号Ｓa、Ｓbをアナログ増幅回路５１で増幅し、アナログ−デジタル変換回路５２でデジタル信号に変換し、デジタル内挿回路５３で位置データに変換する。
２つの物体は一定速度で移動しており、また、１周期の移動距離は予め分かっているので１周期内を等間隔でサンプリングすることによって、各サンプリング時における移動距離は計算できる。そこで、検出誤差データ算出回路５４は、各サンプリング時における移動距離は計算するとともに、この計算によって得られた理想位置データと各サンプリング時に検出された位置データから位置誤差を算出し、この位置誤差データを検出誤差補正回路５５内にある補正用検出誤差格納レジスタ５５１に格納する。
次に、格納された位置誤差データを使って位置データを補正する方法について説明する。通常の位置検出時において、センサ信号検出部から得られる２相のアナログ信号に基づいて位置データが算出されると、補正計算回路５５２は補正用検出誤差格納レジスタ５５１に格納された検出誤差データを用いて位置データの検出誤差を補正し、ポジションデータ生成回路５６に出力する。
このように従来のエンコーダの信号処理装置は検出位置に対応した位置誤差データを補正用検出誤差格納レジスタに格納し、通常の位置検出時において、この位置誤差データを用いて位置データの検出誤差を補正していた。
特開２００３−２５４７８５号公報（第１０頁、図２）
しかしながら、従来のエンコーダ位置算出装置は、検出位置に対する位置誤差データを記憶装置に格納し、このデータをもとに補正を行っているので、高次の歪誤差までも補正し、精度を向上させるためには、アナログ信号の１周期内での位置誤差データの分割を細かく行い、位置誤差データ数を多くしなければならない。従って、大容量のメモリを必要とし、デバイスサイズが大きくなるという問題があった。また、大量のデータを処理するためプログラムが複雑になり、信号処理回路が大きくなってしまうという問題点もあった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、大容量のメモリを必要せず、また、簡素な信号処理回路および信号処理方法で高次の歪誤差までも補正することができるエンコーダ信号処理装置およびその信号処理方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、大容量のメモリを必要せず、また、簡素な信号処理回路および信号処理方法で高次の歪誤差までも補正することができるエンコーダ信号処理装置およびその信号処理方法を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載のエンコーダの信号処理装置は、相対変位する２つの物体の変位に応じてセンサ信号検出部から得られる周期的なアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、位置検出誤差情報を記憶するメモリと、前記デジタルデータから位置データを算出する位置データ算出部および前記位置検出誤差情報に基づいて前記位置データを補正する誤差補正部を有する演算器と、を備えたエンコーダ信号処理装置において、前記メモリは前記位置データに含まれる位置誤差データを前記演算器で符号化し補正係数を記憶する第１のメモリと、前記補正係数を前記演算器で位置誤差データを復号化し、この復号化した位置誤差データを基に生成された誤差含有位置データおよび前記位置データを補正するための補正データを記憶する第２のメモリとを備えたことを特徴としている。
請求項１に記載のエンコーダの信号処理装置は、相対変位する２つの物体の変位に応じてセンサ信号検出部から得られる周期的なアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、位置検出誤差情報を記憶するメモリと、前記デジタルデータから位置データを算出する位置データ算出部および前記位置検出誤差情報に基づいて前記位置データを補正する誤差補正部を有する演算器と、を備えたエンコーダ信号処理装置において、前記メモリは前記位置データに含まれる位置誤差データを前記演算器で符号化し補正係数を記憶する第１のメモリと、前記補正係数を前記演算器で位置誤差データを復号化し、この復号化した位置誤差データを基に生成された誤差含有位置データおよび前記位置データを補正するための補正データを記憶する第２のメモリとを備えたことを特徴としている。
また、請求項２に記載のエンコーダの信号処理装置は、前記第１のメモリが不揮発性メモリからなり、前記第２のメモリは揮発性メモリからなることを特徴としている。
また、請求項３に記載のエンコーダの信号処理装置は、前記演算器が、前記補正係数を算出する誤差補正用パラメータ取得部と、前記復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを作成する誤差含有位置データ作成部と、前記誤差含有位置データに対応する補正データのテーブルを作成する誤差補正位置テーブル作成部とを備えたことを特徴としている。
また、請求項４に記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法は、２つの物体を一定速度で相対移動させ、相対変位に応じて発生する周期的なアナログ信号をデジタルデータに変換し、前記デジタルデータから位置データを演算し、前記位置データから位置誤差データを算出し、前記位置誤差データを記憶する位置誤差記憶ステップと、前記記憶された位置誤差データを基に前記位置データを補正する位置誤差補正ステップとを有するエンコーダ信号処理装置の信号処理方法において、前記位置誤差記憶ステップの記憶された位置誤差データは、前記算出された位置誤差データを符号化した補正係数を生成し、前記補正係数を第１のメモリに記憶したものであり、前記位置誤差補正ステップは、前記第１のメモリに記憶された補正係数を読み出して復号化し、この復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを算出し、前記誤差含有位置データと補正データを対応させた補正テーブルを作成し、前記補正テーブルを第２のメモリに記憶し、２つの物体の相対変位検出時に、変位に応じて発生する周期的なアナログ信号をデジタルデータに変換し、前記デジタルデータから位置データを演算し、前記第２のメモリに記憶されている補正データを読み出し、この補正データで前記位置データを補正し、この補正された位置データを出力するものであることを特徴としている。
また、請求項５に記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法は、請求項４記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法において、前記位置誤差記憶ステップの記憶された位置誤差データは、予め記憶された補正データに基づいて前記位置データを補正し、前記補正された位置データから位置誤差データを算出し、前記位置誤差データを符号化した補正係数を生成し、前記補正係数を第１のメモリに記憶し、前記第１のメモリに記憶された補正係数を読み出して復号化し、この復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを算出し、前記誤差含有位置データと補正データを対応させた補正テーブルを作成し、前記補正テーブルを第２のメモリに記憶し、前記補正データに基づいて前記補正された位置データを補正し、この補正された位置データから位置誤差データを算出し、この位置誤差データを符号化した今回の補正係数で前回に補正係数を更新する動作を複数回繰り返すことにより得られた補正係数を前記第１のメモリに記憶したものであることを特徴としている。
また、請求項６に記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法は、前記補正係数はフーリエ変換された複数次のＳＩＮ成分の振幅と複数次のＣＯＳ成分の振幅であることを特徴としている。
また、請求項７に記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法は、前記補正係数はフーリエ変換された複数次のＳＩＮ成分の振幅及びその位相、又は複数次のＣＯＳ成分の振幅及びその位相であることを特徴としている。
また、請求項８記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法は、前記補正データは復号化された位置誤差データから成り、前記位置データに対応する前記位置誤差データを前記補正テーブルから求め、前記位置データから前記位置誤差データを差し引くことにより補正された位置データを出力することを特徴としている。
また、請求項９記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法は、前記補正データは理想位置データから成り、前記位置データに対応する前記理想位置データを前記補正テーブルから求め、この理想位置データを出力することにより補正された位置データを出力することを特徴としている。
また、請求項１０記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法は、前記補正された位置データを用いて速度フィードバック制御されたシステムを構成し、前記２つの物体を一定速度で相対移動させることを特徴としている。
また、請求項１１記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法は、一定速度制御された移動体に前記相対変位する２つの物体の一方を機械的に接続し、前記２つの物体を一定速度で相対移動させることを特徴としている。
本発明のエンコーダ装置によれば、検出誤差情報を符号化して記憶するので、大容量のメモリを必要せず、また、簡素な信号処理回路で高次の歪誤差までも補正することができるので精度の高い位置検出信号を得ることができる。
また、補正係数を記憶するメモリとして不揮発性メモリを使用し、補正データを記憶する手段として揮発性メモリを使用すれば、電源を投入する度に補正係数を作るという動作を必要とせず、補正データのみを生成すればよいので動作が簡単になる。
また、検出誤差情報を符号化して処理するので、処理するデータ数が少なくて済み、簡単なプログラムで高次の歪誤差までも補正することができる。
また、自分自身のエンコーダ信号処理装置からの出力を用いて速度フィードバック制御されたシステムを構成し、一定速度を得れば、一定速度を得るための高分解能エンコーダ等を装備した大掛かりな装置を必要としないという効果がある。
また、一定速度制御された移動体に被測定体を機械的に接続し、一定速度を得れば、より精度の高い速度制御が出来るので、精度のよい位置誤差データを取得出来るという効果がある。
また、補正係数を記憶するメモリとして不揮発性メモリを使用し、補正データを記憶する手段として揮発性メモリを使用すれば、電源を投入する度に補正係数を作るという動作を必要とせず、補正データのみを生成すればよいので動作が簡単になる。
また、検出誤差情報を符号化して処理するので、処理するデータ数が少なくて済み、簡単なプログラムで高次の歪誤差までも補正することができる。
また、自分自身のエンコーダ信号処理装置からの出力を用いて速度フィードバック制御されたシステムを構成し、一定速度を得れば、一定速度を得るための高分解能エンコーダ等を装備した大掛かりな装置を必要としないという効果がある。
また、一定速度制御された移動体に被測定体を機械的に接続し、一定速度を得れば、より精度の高い速度制御が出来るので、精度のよい位置誤差データを取得出来るという効果がある。
１ ・・・・Ａ/Ｄ変換器
２ ・・・・位置データ算出部
３ ・・・・誤差補正用パラメータ取得部
４ ・・・・第１のメモリ
５ ・・・・誤差含有位置データ作成部
６ ・・・・誤差補正位置テーブル作成部
７ ・・・・第２のメモリ
８ ・・・・誤差補正部
９ ・・・・演算器
２ ・・・・位置データ算出部
３ ・・・・誤差補正用パラメータ取得部
４ ・・・・第１のメモリ
５ ・・・・誤差含有位置データ作成部
６ ・・・・誤差補正位置テーブル作成部
７ ・・・・第２のメモリ
８ ・・・・誤差補正部
９ ・・・・演算器
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明のエンコーダの信号処理装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１は相対変位する２つの物体の変位に応じてセンサ信号検出部から得られる周期的なアナログ信号Ｓa、Ｓbをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器、２は２相の２相デジタルデータから位置データを算出する位置データ算出部、３は位置データに含まれる位置誤差データを符号化し、その補正係数を算出するための誤差補正用パラメータ取得部、４は補正係数を記憶するための第１のメモリ、５は第１のメモリから補正係数を読み出し、位置誤差データを復号化し、復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを作成する誤差含有位置データ作成部、６は誤差含有位置データと位置データを補正するための補正データを対応させた補正テーブル作成する誤差補正位置テーブル作成部、７は補正テーブルを記憶する第２のメモリ、８は位置データを補正する誤差補正部である。また、９は演算器で、位置データ算出部２、誤差補正用パラメータ取得部３、誤差含有位置データ作成部５、誤差補正位置テーブル作成部６および誤差補正部８から成る。
図１において、１は相対変位する２つの物体の変位に応じてセンサ信号検出部から得られる周期的なアナログ信号Ｓa、Ｓbをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器、２は２相の２相デジタルデータから位置データを算出する位置データ算出部、３は位置データに含まれる位置誤差データを符号化し、その補正係数を算出するための誤差補正用パラメータ取得部、４は補正係数を記憶するための第１のメモリ、５は第１のメモリから補正係数を読み出し、位置誤差データを復号化し、復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを作成する誤差含有位置データ作成部、６は誤差含有位置データと位置データを補正するための補正データを対応させた補正テーブル作成する誤差補正位置テーブル作成部、７は補正テーブルを記憶する第２のメモリ、８は位置データを補正する誤差補正部である。また、９は演算器で、位置データ算出部２、誤差補正用パラメータ取得部３、誤差含有位置データ作成部５、誤差補正位置テーブル作成部６および誤差補正部８から成る。
センサ信号検出部は、２つの物体が相対的に直線方向に変位する場合は、センサ信号検出部としてリニアエンコーダの検出部を用いればよく、２つの物体が相対的に回転方向に変位する場合は、ロータリエンコーダの検出部を用いればよい。また、センサ信号検出部の検出原理は、相対変位に応じてアナログ信号の変化が生じるものであれば、磁気式、光学式、静電容量式、レゾルバ方式等いずれの方式であってもかまわない。
また、Ａ／Ｄ変換器２の前段に演算増幅器等の信号増幅回路を設けてもかまわない。
また、演算器９は、マイコンやＤＳＰ等のデジタル演算機能を有する種々のデバイスを単数または複数個用いて構成することができる。
また、第１のメモリ４は、演算器９または第２のメモリ７と一体になったものでも良いが、ＲＯＭやフラッシュメモリ等の不揮発性メモリが好ましい。
また、第２のメモリ７は、演算器９または第１のメモリ４と一体になったものでも良い。揮発性メモリでも不揮発性メモリでもかまわない。
また、演算器９は、マイコンやＤＳＰ等のデジタル演算機能を有する種々のデバイスを単数または複数個用いて構成することができる。
また、第１のメモリ４は、演算器９または第２のメモリ７と一体になったものでも良いが、ＲＯＭやフラッシュメモリ等の不揮発性メモリが好ましい。
また、第２のメモリ７は、演算器９または第１のメモリ４と一体になったものでも良い。揮発性メモリでも不揮発性メモリでもかまわない。
次に、本発明のエンコーダ信号処理装置の動作について説明する。
本発明の動作は大きく３つの動作に分けられる。
第１の動作は、位置誤差データを符号化し、その補正係数を第１の記憶装置に記憶するまでの位置誤差記憶ステップ（補正係数生成動作）で、
第２の動作は、位置誤差補正ステップにおいて第１の記憶装置に記憶されている位置誤差データを復号化し、運転前に補正テーブルを作成し、第２の記憶装置に記憶する補正テーブルを記憶するまでの動作（補正テーブル作成動作）で、
第３の動作は、位置誤差補正ステップにおいて、実際の運転時に補正テーブルから補正データを読み出し、位置データを修正する動作（補正動作）である。
以下これらの動作について順に説明する。
本発明の動作は大きく３つの動作に分けられる。
第１の動作は、位置誤差データを符号化し、その補正係数を第１の記憶装置に記憶するまでの位置誤差記憶ステップ（補正係数生成動作）で、
第２の動作は、位置誤差補正ステップにおいて第１の記憶装置に記憶されている位置誤差データを復号化し、運転前に補正テーブルを作成し、第２の記憶装置に記憶する補正テーブルを記憶するまでの動作（補正テーブル作成動作）で、
第３の動作は、位置誤差補正ステップにおいて、実際の運転時に補正テーブルから補正データを読み出し、位置データを修正する動作（補正動作）である。
以下これらの動作について順に説明する。
（補正係数作成動作）
まず、補正係数を生成する動作を説明する。
図２は補正係数生成動作を示すブロック図で、図１の信号処理装置のブロック図から補正係数生成動作に関係する部分を抜き出したものである。また、図３は補正係数作成動作を示すフローチャートである。
図示しない被測定物である２つの物体を一定速度で移動または回転させ（ステップ１０１）、センサ信号検出部から、２つの物体の相対変位に対応した２相のアナログ信号Ｓa、Ｓbを検出する（ステップ１０２）。この２相のアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１で、２相のデジタルデータに変換した後（ステップ１０３）、位置データ算出部２で位置データθ0を演算する（ステップ１０４）。次に、誤差補正用パラメータ取得部３で位置データに含まれる位置誤差データをフーリエ変換によって符号化し、その補正係数GcosおよびGsinを算出し（ステップ１０５）する。次に、この補正係数を第１のメモリ４に格納する（ステップ１０６）。ここまでで、補正係数を生成動作は終了するが、ここで符号化の詳細な動作について説明する。
まず、補正係数を生成する動作を説明する。
図２は補正係数生成動作を示すブロック図で、図１の信号処理装置のブロック図から補正係数生成動作に関係する部分を抜き出したものである。また、図３は補正係数作成動作を示すフローチャートである。
図示しない被測定物である２つの物体を一定速度で移動または回転させ（ステップ１０１）、センサ信号検出部から、２つの物体の相対変位に対応した２相のアナログ信号Ｓa、Ｓbを検出する（ステップ１０２）。この２相のアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１で、２相のデジタルデータに変換した後（ステップ１０３）、位置データ算出部２で位置データθ0を演算する（ステップ１０４）。次に、誤差補正用パラメータ取得部３で位置データに含まれる位置誤差データをフーリエ変換によって符号化し、その補正係数GcosおよびGsinを算出し（ステップ１０５）する。次に、この補正係数を第１のメモリ４に格納する（ステップ１０６）。ここまでで、補正係数を生成動作は終了するが、ここで符号化の詳細な動作について説明する。
図４は符号化の詳細な動作を示すフローチャート、図５は位置データθ0 [j]と誤差データgosa[j]との関係を示すグラフである。
先ず、被測定物である２つの物体を一定速度で移動または回転させ、ステップ１０４で算出された位置データθ0を一定周期でサンプリングし、位置データθ0の0点通過時をトリガとして次の0点通過時までを1周期とした１周期間のサンプルカウント数Snを取得する（ステップ２０１）。
次に、位置データの１周期分割数Dn をサンプルカウント数Sn で割ることにより1サンプリングカウントあたりの増分パルス数Peを算出する（ステップ２０２）。
Pe = Dn / Sn
次に、一定周波数のパルスカウント値から得られる各サンプリング点x[j]における理想位置データθｒ [j]を、各サンプリング点における位置データθ0 [j]から減じることにより誤差データgosa[j]を得る（ステップ２０３）。
先ず、被測定物である２つの物体を一定速度で移動または回転させ、ステップ１０４で算出された位置データθ0を一定周期でサンプリングし、位置データθ0の0点通過時をトリガとして次の0点通過時までを1周期とした１周期間のサンプルカウント数Snを取得する（ステップ２０１）。
次に、位置データの１周期分割数Dn をサンプルカウント数Sn で割ることにより1サンプリングカウントあたりの増分パルス数Peを算出する（ステップ２０２）。
Pe = Dn / Sn
次に、一定周波数のパルスカウント値から得られる各サンプリング点x[j]における理想位置データθｒ [j]を、各サンプリング点における位置データθ0 [j]から減じることにより誤差データgosa[j]を得る（ステップ２０３）。
実際には、図５に示すように位置データθ0 [j]は、0点検出直後のサンプリング時の位置データをカウント0での位置データθ0 [0]とするため、誤差データgosa[j]およびこのときのサンプリング時間カウンタ（時間軸データ）x[j]は以下のようになる。
gosa[j] = θ0 [j] - ｛(Pe * j) - Pe *θ0 [0] / (θ0[0] -θ0 [-1]) ｝
x[j] = j + θ0[0] / (θ0 [0] -θ0 [-1])
(j : 0〜Sn)
次に、フーリエ変換にて誤差データをCosおよびSinの成分に分離し、それぞれの係数であるGcos[n]およびGsin[n]を算出し（ステップ２０４）、ステップ１０６で第１のメモリ４へ格納する。なお、Gcos[n]およびGsin[n]の算出は、本操作を複数回行い平均化しても良い（ステップ２０５）。なお、nは高調波の次数を示す。
gosa[j] = θ0 [j] - ｛(Pe * j) - Pe *θ0 [0] / (θ0[0] -θ0 [-1]) ｝
x[j] = j + θ0[0] / (θ0 [0] -θ0 [-1])
(j : 0〜Sn)
次に、フーリエ変換にて誤差データをCosおよびSinの成分に分離し、それぞれの係数であるGcos[n]およびGsin[n]を算出し（ステップ２０４）、ステップ１０６で第１のメモリ４へ格納する。なお、Gcos[n]およびGsin[n]の算出は、本操作を複数回行い平均化しても良い（ステップ２０５）。なお、nは高調波の次数を示す。
（補正テーブル作成動作）
次に補正テーブルを生成する動作について説明する。
図６は補正テーブル作成動作を示すブロック図で、図１の信号処理装置のブロック図から補正テーブル作成動作に関係する部分を抜き出したものである。
エンコーダ信号処理装置の電源が投入されると、誤差含有位置データ作成部５は第１のメモリ４に記憶されている補正係数Gcos[n]およびGsin[n]を読み出して位置誤差データを復号化し、復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを作成する。誤差補正位置テーブル作成部６は誤差含有位置データと、位置データを補正ための補正データとを対応させた補正テーブルを作成し、第２のメモリ７に記憶する。
次に補正テーブルを生成する動作について説明する。
図６は補正テーブル作成動作を示すブロック図で、図１の信号処理装置のブロック図から補正テーブル作成動作に関係する部分を抜き出したものである。
エンコーダ信号処理装置の電源が投入されると、誤差含有位置データ作成部５は第１のメモリ４に記憶されている補正係数Gcos[n]およびGsin[n]を読み出して位置誤差データを復号化し、復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを作成する。誤差補正位置テーブル作成部６は誤差含有位置データと、位置データを補正ための補正データとを対応させた補正テーブルを作成し、第２のメモリ７に記憶する。
ここで補正テーブル作成の詳細な動作について説明する。
図７は補正テーブルのデータを説明するグラフである。
図においてθrは補正データである理想位置データ、θg0は誤差含有位置データ、devは誤差含有位置データ１周期分をN分割した分割ピッチである。
誤差含有位置データ作成部５では、補正係数Gcos[n]およびGsin[n]を読み込み、以下に示す処理を行い理想位置データθrに対する誤差含有位置データθg0を作成する。
θg0 = θr + Σ｛ Gcos[n]*COS(nθ0) + Gsin[n]*SIN(nθ0) ｝
次に、理想位置データθrと誤差含有位置データθg0を比較し、誤差補正位置テーブル作成部６にて、誤差含有位置データθg0に対する理想位置データθrのテーブルデータTblgr[m]（m：0〜N-1）を作成する。本実施例では、理想位置データθrと誤差含有位置θg0の関連付けとして、理想位置データθrが-180degのときをTblgr[0]とし、このときの誤差含有位置θg0を誤差含有最小位置θgminとした。
図７は補正テーブルのデータを説明するグラフである。
図においてθrは補正データである理想位置データ、θg0は誤差含有位置データ、devは誤差含有位置データ１周期分をN分割した分割ピッチである。
誤差含有位置データ作成部５では、補正係数Gcos[n]およびGsin[n]を読み込み、以下に示す処理を行い理想位置データθrに対する誤差含有位置データθg0を作成する。
θg0 = θr + Σ｛ Gcos[n]*COS(nθ0) + Gsin[n]*SIN(nθ0) ｝
次に、理想位置データθrと誤差含有位置データθg0を比較し、誤差補正位置テーブル作成部６にて、誤差含有位置データθg0に対する理想位置データθrのテーブルデータTblgr[m]（m：0〜N-1）を作成する。本実施例では、理想位置データθrと誤差含有位置θg0の関連付けとして、理想位置データθrが-180degのときをTblgr[0]とし、このときの誤差含有位置θg0を誤差含有最小位置θgminとした。
（補正動作）
次に補正テーブルを使った補正の動作のステップを説明する。
図８は補正動作を示すブロック図で、図１の信号処理装置のブロック図から補正動作に関係する部分を抜き出したものである。
本信号処理装置による運転が開始されると、センサ信号検出部からの２つの物体の相対変位に対応した２相のアナログ信号Ｓa、Ｓbを検出し、Ａ／Ｄ変換器１で、２相のデジタルデータに変換した後、位置データ算出部２で位置データθ0を演算する。次に、誤差補正部８は位置データθ0を読みとり、この位置データθ0で第２のメモリ７の補正テーブルを参照し（補正テーブル参照動作）、補正された位置データである真の位置データθを出力する。
次に補正テーブルを使った補正の動作のステップを説明する。
図８は補正動作を示すブロック図で、図１の信号処理装置のブロック図から補正動作に関係する部分を抜き出したものである。
本信号処理装置による運転が開始されると、センサ信号検出部からの２つの物体の相対変位に対応した２相のアナログ信号Ｓa、Ｓbを検出し、Ａ／Ｄ変換器１で、２相のデジタルデータに変換した後、位置データ算出部２で位置データθ0を演算する。次に、誤差補正部８は位置データθ0を読みとり、この位置データθ0で第２のメモリ７の補正テーブルを参照し（補正テーブル参照動作）、補正された位置データである真の位置データθを出力する。
ここで、上述した補正テーブル参照動作を詳細に説明する。
まず、位置データθ0の分解能である1周期分割数Dnが補正テーブルのテーブル分割数Nと等しい場合は、算出された位置データθ0で、θ0に対応するテーブル参照位置θtblを求め、参照位置θtblのデータTblgr[θtbl]が真の位置データθとなる。
すなわち、
θ = Tblgr[θtbl]
となる。
ここで、テーブル参照位置θtblは、算出された位置データθ0から誤差含有最小位置θgmin
を差し引いた位置で
θtbl =θ0- θgmin (θtbl: -180deg〜180deg)
で求められる。
次に、テーブル分割数Nが1周期分割数Dnと比較して少ない場合は、テーブル参照位置θtblより誤差補正位置テーブルTblgr[m]を参照し、テーブル間のデータを線形補間により求めることができる。
すなわち、
真の位置データθは、
θtblをdev(Dn/N)で割った商をk, 余りをmodとすると、
θ = Tblgr [k] + (Tblgr[k+1] - Tblgr [k]) / dev * mod
となる。
なお、テーブルの分割数Nは、補正すべき高調波の次数とRAMの容量を考慮し設定する。
また、補正データとして位置誤差データを準備し、補正動作において、位置データθ0から対応する誤差データを差し引くことによって真の位置データθを出力しても良い。
まず、位置データθ0の分解能である1周期分割数Dnが補正テーブルのテーブル分割数Nと等しい場合は、算出された位置データθ0で、θ0に対応するテーブル参照位置θtblを求め、参照位置θtblのデータTblgr[θtbl]が真の位置データθとなる。
すなわち、
θ = Tblgr[θtbl]
となる。
ここで、テーブル参照位置θtblは、算出された位置データθ0から誤差含有最小位置θgmin
を差し引いた位置で
θtbl =θ0- θgmin (θtbl: -180deg〜180deg)
で求められる。
次に、テーブル分割数Nが1周期分割数Dnと比較して少ない場合は、テーブル参照位置θtblより誤差補正位置テーブルTblgr[m]を参照し、テーブル間のデータを線形補間により求めることができる。
すなわち、
真の位置データθは、
θtblをdev(Dn/N)で割った商をk, 余りをmodとすると、
θ = Tblgr [k] + (Tblgr[k+1] - Tblgr [k]) / dev * mod
となる。
なお、テーブルの分割数Nは、補正すべき高調波の次数とRAMの容量を考慮し設定する。
また、補正データとして位置誤差データを準備し、補正動作において、位置データθ0から対応する誤差データを差し引くことによって真の位置データθを出力しても良い。
図９は、本発明の第２実施例における補正テーブル作成動作を示すブロック図である。
図９において３は誤差補正用パラメータ取得部、４は第１のメモリ、５は誤差含有位置データ作成部である。
本実施例が第１の実施例と異なる点は、第１の実施例では位置誤差補正用のパラメータを複数次のCOS成分の振幅Gcos[n]および複数次のSIN成分の振幅Gsin[n]の形で記憶しているが、本実施例ではGcos[n]及びその位相dθ[n] で記憶している点である。なお、Gcos[n]及びその位相dθ[n] の代わりにGsin[n]及びその位相dθ[n] で記憶しても良い。
図９において３は誤差補正用パラメータ取得部、４は第１のメモリ、５は誤差含有位置データ作成部である。
本実施例が第１の実施例と異なる点は、第１の実施例では位置誤差補正用のパラメータを複数次のCOS成分の振幅Gcos[n]および複数次のSIN成分の振幅Gsin[n]の形で記憶しているが、本実施例ではGcos[n]及びその位相dθ[n] で記憶している点である。なお、Gcos[n]及びその位相dθ[n] の代わりにGsin[n]及びその位相dθ[n] で記憶しても良い。
次に本実施例の動作について説明する。
誤差補正用パラメータ取得部３では、第１実施例の誤差補正用パラメータ取得部３と同様の方法で誤差データgosa[j]およびこのときのサンプリング時間カウンタ（時間軸データx[j]）を取得する。ここでフーリエ変換によって誤差データをCOSあるいはSINの成分へ分離し、COS成分の振幅Gcos[n]とその位相dθ[n]あるいはSIN成分の振幅Gsin[n]とその位相dθ[n]を算出し第１のメモリ４へ格納する。誤差含有位置データ作成部５は、この振幅と位相の形で記憶されたパラメータを復号化する。
このように本実施例では誤差波形をCOSあるいはSIN曲線１つで表現できるため、補正パラメータの微調整が容易に行える。
誤差補正用パラメータ取得部３では、第１実施例の誤差補正用パラメータ取得部３と同様の方法で誤差データgosa[j]およびこのときのサンプリング時間カウンタ（時間軸データx[j]）を取得する。ここでフーリエ変換によって誤差データをCOSあるいはSINの成分へ分離し、COS成分の振幅Gcos[n]とその位相dθ[n]あるいはSIN成分の振幅Gsin[n]とその位相dθ[n]を算出し第１のメモリ４へ格納する。誤差含有位置データ作成部５は、この振幅と位相の形で記憶されたパラメータを復号化する。
このように本実施例では誤差波形をCOSあるいはSIN曲線１つで表現できるため、補正パラメータの微調整が容易に行える。
図１０は、本発明の第３実施例における補正係数生成動作を示すブロック図ある。
本実施例が第１実施例と異なる点は、第１実施例における補正係数作成動作のブロック図（図２）はＡ/Ｄ変換器１、位置データ算出部２、誤差補正用パラメータ取得部３および第１のメモリ４から構成されているが、本実施例ではさらに、誤差含有位置データ作成部５、誤差補正位置テーブル作成部６、第２のメモリ７および補正部８を含み、第１実施例では位置データ算出部２の出力が誤差補正用パラメータ取得部３に接続されているが、本実施例では誤差補正部８の出力θが誤差補正パラメータ取得部３に接続されている点である。
本実施例が第１実施例と異なる点は、第１実施例における補正係数作成動作のブロック図（図２）はＡ/Ｄ変換器１、位置データ算出部２、誤差補正用パラメータ取得部３および第１のメモリ４から構成されているが、本実施例ではさらに、誤差含有位置データ作成部５、誤差補正位置テーブル作成部６、第２のメモリ７および補正部８を含み、第１実施例では位置データ算出部２の出力が誤差補正用パラメータ取得部３に接続されているが、本実施例では誤差補正部８の出力θが誤差補正パラメータ取得部３に接続されている点である。
次に動作について説明する。
図１１は本実施例の動作を示すフローチャートである。
図においてステップ３０１はステップ１０４において算出された位置データθ0を読みり、この位置データで第２のメモリ７の補正テーブルを参照し、補正された位置データθを出力する補正動作を行うステップである。また、ステップ３０２は前回演算された補正係数Gcos[n]およびGsin[n]に、今回演算によって得られた補正分G’cos[n]およびG’sin[n]を足し込み新しくGcos[n]およびGsin[n]を作成し更新するステップである。
図１１は本実施例の動作を示すフローチャートである。
図においてステップ３０１はステップ１０４において算出された位置データθ0を読みり、この位置データで第２のメモリ７の補正テーブルを参照し、補正された位置データθを出力する補正動作を行うステップである。また、ステップ３０２は前回演算された補正係数Gcos[n]およびGsin[n]に、今回演算によって得られた補正分G’cos[n]およびG’sin[n]を足し込み新しくGcos[n]およびGsin[n]を作成し更新するステップである。
本実施例におけるフローチャート（図１１）が第１実施例におけるフローチャートと異なる点はステップ３０１とステップ３０２が付加された点と、ステップ１０４からステップ３０２までの動作を複数回繰り返すループが追加された点である。
すなわち、第１実施例では誤差補正パラメータ取得部３は位置データ算出部２の出力信号から補正係数を生成していたが、本実施例ではステップ３０１において補正された位置データ、すなわち誤差補正部８の出力信号θの使って補正係数を生成している。また、ステップ１０４からステップ３０２までの動作を複数回繰り返すことにより、補正係数を更新している。
なお、繰り返し回数は位置誤差データが所定の値以下になるのを検出するまでとしても良いし、位置誤差データが充分小さくなるように予め決めておいても良い。
すなわち、第１実施例では誤差補正パラメータ取得部３は位置データ算出部２の出力信号から補正係数を生成していたが、本実施例ではステップ３０１において補正された位置データ、すなわち誤差補正部８の出力信号θの使って補正係数を生成している。また、ステップ１０４からステップ３０２までの動作を複数回繰り返すことにより、補正係数を更新している。
なお、繰り返し回数は位置誤差データが所定の値以下になるのを検出するまでとしても良いし、位置誤差データが充分小さくなるように予め決めておいても良い。
このように本実施例では補正テーブル作成動作と補正動作を補正係数生成動作に加え、補正された位置データを使って補正係数を生成し、前回生成された補正係数を更新しているので、これを複数回実行することによって、より精度の高い補正係数が生成できるので精度の高い位置検出データが得られる。
本発明は、磁気式、光学式、回転型、直動型にとらわれず再現性のある周期的な誤差をもつあらゆるタイプのエンコーダ位置検出誤差補正に適用できる。
Claims (11)
- 相対変位する２つの物体の変位に応じてセンサ信号検出部から得られる周期的なアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、位置検出誤差情報を記憶するメモリと、前記デジタルデータから位置データを算出する位置データ算出部および前記位置検出誤差情報に基づいて前記位置データを補正する誤差補正部を有する演算器と、を備えたエンコーダ信号処理装置において、
前記メモリは前記位置データに含まれる位置誤差データを前記演算器で符号化し補正係数を記憶する第１のメモリと、
前記補正係数を前記演算器で位置誤差データを復号化し、この復号化した位置誤差データを基に生成された誤差含有位置データおよび前記位置データを補正するための補正データを記憶する第２のメモリと、
を備えたことを特徴とするエンコーダ信号処理装置。 - 前記第１のメモリは不揮発性メモリからなり、前記第２のメモリは揮発性メモリからなることを特徴とする請求項１記載のエンコーダの信号処理装置。
- 前記演算器は、
前記補正係数を算出する誤差補正用パラメータ取得部と、
前記復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを作成する誤差含有位置データ作成部と、
前記誤差含有位置データに対応する補正データのテーブルを作成する誤差補正位置テーブル作成部と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のエンコーダ信号処理装置。 - ２つの物体を一定速度で相対移動させ、相対変位に応じて発生する周期的なアナログ信号をデジタルデータに変換し、
前記デジタルデータから位置データを演算し、
前記位置データから位置誤差データを算出し、
前記位置誤差データを記憶する位置誤差記憶ステップと、
前記記憶された位置誤差データを基に前記位置データを補正する位置誤差補正ステップとを有するエンコーダ信号処理装置の信号処理方法において、
前記位置誤差記憶ステップの記憶された位置誤差データは、
前記算出された位置誤差データを符号化した補正係数を生成し、
前記補正係数を第１のメモリに記憶したものであり、
前記位置誤差補正ステップは、
前記第１のメモリに記憶された補正係数を読み出して復号化し、
この復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを算出し、
前記誤差含有位置データと補正データを対応させた補正テーブルを作成し、
前記補正テーブルを第２のメモリに記憶し、
２つの物体の相対変位検出時に、変位に応じて発生する周期的なアナログ信号をデジタルデータに変換し、
前記デジタルデータから位置データを演算し、
前記第２のメモリに記憶されている補正データを読み出し、
この補正データで前記位置データを補正し、
この補正された位置データを出力するものであることを特徴とするエンコーダ信号処理装置の信号処理方法。 - 請求項４記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法において、
前記位置誤差記憶ステップの記憶された位置誤差データは、
予め記憶された補正データに基づいて前記位置データを補正し、
前記補正された位置データから位置誤差データを算出し、
前記位置誤差データを符号化した補正係数を生成し、
前記補正係数を第１のメモリに記憶し、
前記第１のメモリに記憶された補正係数を読み出して復号化し、
この復号化した位置誤差データから誤差含有位置データを算出し、
前記誤差含有位置データと補正データを対応させた補正テーブルを作成し、
前記補正テーブルを第２のメモリに記憶し、
前記補正データに基づいて前記補正された位置データを補正し、
この補正された位置データから位置誤差データを算出し、
この位置誤差データを符号化した今回の補正係数で
前回に補正係数を更新する動作を複数回繰り返すことにより得られた補正係数を前記第１のメモリに記憶したものであることを特徴とするエンコーダ信号処理装置の信号処理方法。 - 前記補正係数はフーリエ変換された複数次のＳＩＮ成分の振幅と複数次のＣＯＳ成分の振幅であることを特徴とする請求項４または５に記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法。
- 前記補正係数はフーリエ変換された複数次のＳＩＮ成分の振幅及びその位相、又は複数次のＣＯＳ成分の振幅及びその位相であることを特徴とする請求項４または５に記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法。
- 前記補正データは復号化された位置誤差データから成り、前記位置データに対応する前記位置誤差データを前記補正テーブルから求め、前記位置データから前記位置誤差データを差し引くことにより補正された位置データを出力することを特徴とする請求項４または５に記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法。
- 前記補正データは理想位置データから成り、前記位置データに対応する前記理想位置データを前記補正テーブルから求め、この理想位置データを出力することにより補正された位置データを出力することを特徴とする請求項４または５に記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法。
- 前記補正された位置データを用いて速度フィードバック制御されたシステムを構成し、前記２つの物体を一定速度で相対移動させることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法。
- 一定速度制御された移動体に前記相対変位する２つの物体の一方を機械的に接続し、前記２つの物体を一定速度で相対移動させることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ信号処理装置の信号処理方法。
Applications Claiming Priority (3)
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