JPWO2007055092A1 - エンコーダ信号処理装置 - Google Patents
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Abstract
簡単な処理回路で、温度変化による影響の小さく精度の高い位置検出信号を得る。２つの物体を一定速度で変位させ得られるデジタルデータより、位置データ算出部（２）で位置データθ0を演算する。誤差補正用パラメータ取得部（４）で位置データθ0を符号化し、第１の記憶部（５）に格納する。また、センサ温度情報および温度変化に対する符号化されたデータを第３の記憶部（９）に格納する。誤差含有位置データ作成部（６）は補正係数を読み出し復号化する。位置温度変化補正部（１０）は、位置データθ0の温度変化分を補正した位置データθ1を演算する。誤差補正位置テーブル作成部（７）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の記憶部（８）に格納する。誤差補正部（１１）は位置データθ1を読み、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θ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信号処理装置に関する。
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、波形歪等による位置検出誤差を予め演算して記憶部に記憶し、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１１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１１において５１は図示しない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１１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１１において５１は図示しない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（記憶部）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（記憶部）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記憶部である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
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、大容量の記憶部を必要とし、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。さらにアナログ信号は、さまざまな外乱によって歪が変化するため温度変化によっても検出位置誤差データが変化するという問題があった。
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、大容量の記憶部を必要せず、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さらに温度変化も考慮した補正ができるエンコーダ位置算出装置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、大容量の記憶部を必要せず、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さらに温度変化も考慮した補正ができるエンコーダ位置算出装置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に記載の発明は、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記憶部と、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部と、を備えたエンコーダ信号処理装置において、前記記憶部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部で符号化し補正係数を記憶する第１の記憶部と、前記補正係数を前記演算部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の記憶部と、前記センサ信号検出部のセンサ温度情報を検出するセンサ温度検出部と、前記センサ温度情報に対する前記補正係数を記憶する第３の記憶部と、を備え、前記演算部は、前記センサ温度情報に基づいて前記位置データの温度変化分を補正する位置温度変化補正部を備えたことを特徴としている。
請求項１に記載の発明は、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記憶部と、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部と、を備えたエンコーダ信号処理装置において、前記記憶部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部で符号化し補正係数を記憶する第１の記憶部と、前記補正係数を前記演算部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の記憶部と、前記センサ信号検出部のセンサ温度情報を検出するセンサ温度検出部と、前記センサ温度情報に対する前記補正係数を記憶する第３の記憶部と、を備え、前記演算部は、前記センサ温度情報に基づいて前記位置データの温度変化分を補正する位置温度変化補正部を備えたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、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記憶部と、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部と、を備えたエンコーダ信号処理装置において、前記記憶部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部で符号化し補正係数を記憶する第１の記憶部と、前記補正係数を前記演算部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の記憶部と、前記センサ信号検出部のセンサ温度情報を検出するセンサ温度検出部と、前記センサ温度情報に対する前記補正係数を記憶する第３の記憶部と、を備え、前記演算部は、前記センサ温度情報に基づいて補正係数を修正する補正係数修正部を備えたことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記第１の記憶部および前記第３の記憶部は不揮発性メモリからなり、前記第２の記憶部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４に記載の発明は、前記センサ温度検出部は、前記センサ信号検出部に取り付けられた温度検出センサからの電圧又は前記センサ信号検出部の温度による抵抗変化に対応した電圧または電流を検出するものであることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、前記第３の記憶部は、温度変化に対する補正を必要とする次数について、前記センサ温度情報と前記温度に対する前記位置誤差データの補正係数を組みとする複数組のデータを記憶することを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、前記位置温度変化補正部は、前記第1の記憶部に記憶された補正係数と、前記センサ温度検出部で検出されたセンサ温度情報と、前記第３の記憶部に記憶された補正係数とを使用して演算した前記位置誤差の温度変化分を前記位置データから減ずることを特徴としている。
また、請求項７に記載の発明は、前記補正係数修正部は、前記第1の記憶部に記憶された補正係数と、前記センサ温度検出部で検出されたセンサ温度情報と、前記第３の記憶部に記憶された補正係数を使用して前記第１の記憶部に記憶された補正係数を修正す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、大容量の記憶部を必要せず、また、簡素な信号処理回路及び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。従って、精度の高い位置検出信号を得ることができる。
また、温度変化に対する位置データの変化分の補正を行なうことにより温度変化に対する位置検出信号の精度の低下を防ぐことができる。
また、補正係数を記憶する記憶部に不揮発性メモリを使用し、補正データを記憶する記憶部に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、温度変化に対する位置データの変化分の補正を行なうことにより温度変化に対する位置検出信号の精度の低下を防ぐことができる。
また、補正係数を記憶する記憶部に不揮発性メモリを使用し、補正データを記憶する記憶部に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。
１ Ａ/Ｄ変換器
２ 位置データ算出部
３ センサ温度検出部
４ 誤差補正用パラメータ取得部
５ 第１の記憶部
６ 誤差含有位置データ作成部
７ 誤差補正位置テーブル作成部
８ 第２の記憶部
９ 第３の記憶部
１０ 位置温度変化補正部
１１ 誤差補正部
１２ 演算部
１３ 補正係数修正部
５１ アナログ増幅回路
５２ アナログ−デジタル変換回路
５３ デジタル内挿回路
５４ 検出誤差データ算出回路
５５ 検出誤差補正回路
５５１ 補正用検出誤差格納レジスタ
５５２ 補正計算回路
５６ ポジションデータ生成回路
２ 位置データ算出部
３ センサ温度検出部
４ 誤差補正用パラメータ取得部
５ 第１の記憶部
６ 誤差含有位置データ作成部
７ 誤差補正位置テーブル作成部
８ 第２の記憶部
９ 第３の記憶部
１０ 位置温度変化補正部
１１ 誤差補正部
１２ 演算部
１３ 補正係数修正部
５１ アナログ増幅回路
５２ アナログ−デジタル変換回路
５３ デジタル内挿回路
５４ 検出誤差データ算出回路
５５ 検出誤差補正回路
５５１ 補正用検出誤差格納レジスタ
５５２ 補正計算回路
５６ ポジションデータ生成回路
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、本発明の第１の実施例における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図示しない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はセンサ温度検出部、４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、５は補正係数を記憶するための第１の記憶部、６は第１の記憶部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、７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、８は補正テーブルを記憶する第２の記憶部、９はある温度における補正係数を記憶する第３の記憶部と、１０はセンサ温度情報および温度変化に対する補正係数から位置データの温度変化分を算出し位置データから減ずることによって位置データを補正する位置温度変化補正部、１１は位置温度変化補正後の位置データを補正する誤差補正部である。
センサ温度検出部３として、センサ信号検出部３近傍に取り付けられたサーミスタ、熱電対等の温度検出センサを使用してもよい。特に、センサ信号検出部３が、温度によって、その抵抗成分が変化する場合、それ自身をセンサ温度検出部として使用することができる。例えば、センサ信号検出部３がホール素子の場合、定電圧駆動電圧すると温度変化によってホール素子の内部抵抗が変化して、駆動電流が変化する。その電流の変化を測定することにより温度を検出することが可能である。またホール素子を定電流駆動した場合には、印加電圧の変化を測定することにより温度を検出することができる。
また、１２は演算部で、位置データ算出部２、誤差補正用パラメータ取得部４、誤差含有位置データ算出部６、誤差補正位置テーブル作成部７、位置温度変化補正部１０および誤差補正部１１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図示しない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はセンサ温度検出部、４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、５は補正係数を記憶するための第１の記憶部、６は第１の記憶部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、７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、８は補正テーブルを記憶する第２の記憶部、９はある温度における補正係数を記憶する第３の記憶部と、１０はセンサ温度情報および温度変化に対する補正係数から位置データの温度変化分を算出し位置データから減ずることによって位置データを補正する位置温度変化補正部、１１は位置温度変化補正後の位置データを補正する誤差補正部である。
センサ温度検出部３として、センサ信号検出部３近傍に取り付けられたサーミスタ、熱電対等の温度検出センサを使用してもよい。特に、センサ信号検出部３が、温度によって、その抵抗成分が変化する場合、それ自身をセンサ温度検出部として使用することができる。例えば、センサ信号検出部３がホール素子の場合、定電圧駆動電圧すると温度変化によってホール素子の内部抵抗が変化して、駆動電流が変化する。その電流の変化を測定することにより温度を検出することが可能である。またホール素子を定電流駆動した場合には、印加電圧の変化を測定することにより温度を検出することができる。
また、１２は演算部で、位置データ算出部２、誤差補正用パラメータ取得部４、誤差含有位置データ算出部６、誤差補正位置テーブル作成部７、位置温度変化補正部１０および誤差補正部１１から成る。
センサ信号検出部（図示せず）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１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、演算部１２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の記憶部５および第３の記憶部９は、演算部１２または第２の記憶部８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の記憶部８は、演算部１２または第１の記憶部５および第３の記憶部９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、演算部１２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の記憶部５および第３の記憶部９は、演算部１２または第２の記憶部８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の記憶部８は、演算部１２または第１の記憶部５および第３の記憶部９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、本発明の第１の実施例における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４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の記憶部および第３の記憶部に記憶するまでの動作（補正係数生成動作）で、第２の動作は、第１の記憶部に記憶されている補正係数から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までの動作（補正テーブル作成動作）で、第３の動作は、第１の記憶部に記憶されている基準温度における補正係数、第３の記憶部に記憶されている温度変化に対する補正係数およびセンサ温度検出部で検出されたセンサ温度情報から位置データの温度変化分を補正する動作（位置温度変化補正動作）で、第４の動作は、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４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の記憶部および第３の記憶部に記憶するまでの動作（補正係数生成動作）で、第２の動作は、第１の記憶部に記憶されている補正係数から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までの動作（補正テーブル作成動作）で、第３の動作は、第１の記憶部に記憶されている基準温度における補正係数、第３の記憶部に記憶されている温度変化に対する補正係数およびセンサ温度検出部で検出されたセンサ温度情報から位置データの温度変化分を補正する動作（位置温度変化補正動作）で、第４の動作は、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。
（補正係数生成動作）
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。
基準となる温度（１回目）にて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（図示せず）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（ステップ１０４）する。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（ステップ１０５）し、第１の記憶部５に補正係数を格納する（ステップ１０６）。また、センサ温度検出部３から得られたセンサの温度情報のＡＤ変換値を第３の記憶部９に格納（ステップ１０８）する。
次に温度を変化させた状態（ステップ１０９）でステップ１０１からステップ１０５を実行し、第３の記憶部９に補正係数を格納（ステップ１０７）し、センサの温度情報のＡＤ変換値を第３の記憶部９に格納（ステップ１０８）する。
ここまでで、補正係数を生成動作は終了する。
なお、第３の記憶部９に格納する補正係数は、温度変化に対する誤差の補正を必要とする次数についてのみ行なえばよい。また、温度を変化させた状態での動作（２回目以降）は、複数回行なっても良い。
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。
基準となる温度（１回目）にて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（図示せず）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（ステップ１０４）する。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（ステップ１０５）し、第１の記憶部５に補正係数を格納する（ステップ１０６）。また、センサ温度検出部３から得られたセンサの温度情報のＡＤ変換値を第３の記憶部９に格納（ステップ１０８）する。
次に温度を変化させた状態（ステップ１０９）でステップ１０１からステップ１０５を実行し、第３の記憶部９に補正係数を格納（ステップ１０７）し、センサの温度情報のＡＤ変換値を第３の記憶部９に格納（ステップ１０８）する。
ここまでで、補正係数を生成動作は終了する。
なお、第３の記憶部９に格納する補正係数は、温度変化に対する誤差の補正を必要とする次数についてのみ行なえばよい。また、温度を変化させた状態での動作（２回目以降）は、複数回行なっても良い。
（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４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６は第１の記憶部５に記憶されている補正係数Gcos[n]、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７は誤差含有位置データと、補正データとを対応させた補正テーブルTblgr[m]を作成し、第２の記憶部８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４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６は第１の記憶部５に記憶されている補正係数Gcos[n]、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７は誤差含有位置データと、補正データとを対応させた補正テーブルTblgr[m]を作成し、第２の記憶部８に記憶する。
（位置温度変化補正動作）
次に位置温度変化を補正する動作について説明する。
図５は位置温度変化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位置温度変化補正動作に関係する部分を抜き出したものである。
位置温度変化に対する補正は、必要とする次数についてのみ行なう。
補正を行なう次数をjとすると位置温度変化補正部では、第１の記憶部５に記憶されている基準温度での補正係数Gcos[j]、Gsin[j]、第３の記憶部９に記憶されている温度tでの補正係数Gtcos[j]、Gtsin[j]、基準温度でのセンサ温度情報TempADおよび温度ｔでのセンサ温度情報TempADtを取込み式(1)、式(2)のように定式化することで任意のセンサ温度情報Tに関する誤差（補正係数）の変化分DeltaGcos[j]およびDeltaGsin[j]を求めることができる。
DeltaGcos[j] = (Gtcos[j] - Gcos[j]) / (TempADt - TempAD) * (T - TempAD)・・・(1)
DeltaGsin[j] = (Gtsin[j] - Gsin[j]) / (TempADt - TempAD) * (T - TempAD)・・・(2)
これらを用いて、位置データ算出部２で演算された任意の位置データθ0における温度変化による位置データの変化分（誤差）は式(3)で表される。
DeltaPos[j] = DeltaGcos[j] * Cos(j*θ0) + DeltaGsin[j] * Sin(j*θ0)・・・(3)
よって、位置温度変化補正後の位置データθ1は式(4)で表される。
θ1 = θ0- DeltaPos[j] ・・・(4)
なお、複数の次数について行なう場合は、DeltaPos[j]の演算を必要とする次数分だけ足しこめばよい。
また、センサの温度特性（センサ温度情報変化に対する補正係数の変化）がリニアでない場合には、温度に対する補正係数のデータを複数取得し、各2点間で上記のように線形補間を行い位置温度変化の補正を行なうことで位置検出精度の精度低下を抑えることができる。
次に位置温度変化を補正する動作について説明する。
図５は位置温度変化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位置温度変化補正動作に関係する部分を抜き出したものである。
位置温度変化に対する補正は、必要とする次数についてのみ行なう。
補正を行なう次数をjとすると位置温度変化補正部では、第１の記憶部５に記憶されている基準温度での補正係数Gcos[j]、Gsin[j]、第３の記憶部９に記憶されている温度tでの補正係数Gtcos[j]、Gtsin[j]、基準温度でのセンサ温度情報TempADおよび温度ｔでのセンサ温度情報TempADtを取込み式(1)、式(2)のように定式化することで任意のセンサ温度情報Tに関する誤差（補正係数）の変化分DeltaGcos[j]およびDeltaGsin[j]を求めることができる。
DeltaGcos[j] = (Gtcos[j] - Gcos[j]) / (TempADt - TempAD) * (T - TempAD)・・・(1)
DeltaGsin[j] = (Gtsin[j] - Gsin[j]) / (TempADt - TempAD) * (T - TempAD)・・・(2)
これらを用いて、位置データ算出部２で演算された任意の位置データθ0における温度変化による位置データの変化分（誤差）は式(3)で表される。
DeltaPos[j] = DeltaGcos[j] * Cos(j*θ0) + DeltaGsin[j] * Sin(j*θ0)・・・(3)
よって、位置温度変化補正後の位置データθ1は式(4)で表される。
θ1 = θ0- DeltaPos[j] ・・・(4)
なお、複数の次数について行なう場合は、DeltaPos[j]の演算を必要とする次数分だけ足しこめばよい。
また、センサの温度特性（センサ温度情報変化に対する補正係数の変化）がリニアでない場合には、温度に対する補正係数のデータを複数取得し、各2点間で上記のように線形補間を行い位置温度変化の補正を行なうことで位置検出精度の精度低下を抑えることができる。
（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６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を演算し、位置温度変化補正部１０で位置データの温度変化分を補正した位置データθ1を演算する。次に、誤差補正部１１で位置データθ1を読みとり、この位置データθ1で第２の記憶部８の補正テーブルを参照し、補正された位置データ（真の位置データθ）を出力する。
なお、本実施例において第1の記憶部５、および第３の記憶部９は別のものとして記述したが、第３の記憶部を第１の記憶部の中に含めてもよい。
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６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を演算し、位置温度変化補正部１０で位置データの温度変化分を補正した位置データθ1を演算する。次に、誤差補正部１１で位置データθ1を読みとり、この位置データθ1で第２の記憶部８の補正テーブルを参照し、補正された位置データ（真の位置データθ）を出力する。
なお、本実施例において第1の記憶部５、および第３の記憶部９は別のものとして記述したが、第３の記憶部を第１の記憶部の中に含めてもよい。
図７は、本発明の第２の実施例における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７において、１３は第１の記憶部から補正係数を読み出し、センサ温度情報および第３の記憶部から読み出された温度変化に対する補正係数を使用して補正係数を修正する補正係数修正部である。
演算部１２は、位置データ算出部２、誤差補正用パラメータ取得部４、誤差含有位置データ算出部６、誤差補正位置テーブル作成部７、補正係数修正部１３および誤差補正部１１から成る。
本実施例が第１の実施例と異なる点は、第１の実施例の位置温度変化補正部の代わりに補正係数修正部を備えている点である。
図７において、１３は第１の記憶部から補正係数を読み出し、センサ温度情報および第３の記憶部から読み出された温度変化に対する補正係数を使用して補正係数を修正する補正係数修正部である。
演算部１２は、位置データ算出部２、誤差補正用パラメータ取得部４、誤差含有位置データ算出部６、誤差補正位置テーブル作成部７、補正係数修正部１３および誤差補正部１１から成る。
本実施例が第１の実施例と異なる点は、第１の実施例の位置温度変化補正部の代わりに補正係数修正部を備えている点である。
次に、本発明の第２の実施例における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４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の記憶部および第３の記憶部に記憶するまでの動作（補正係数生成動作）で、
第２の動作は、任意の温度における補正係数から位置誤差データを復号化し、補正テーブルを作成し、第２の記憶部に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、第１の記憶部に記憶されている基準温度における補正係数、第３の記憶部に記憶されている温度変化に対する補正係数およびセンサ温度情報から任意の温度における補正係数を作成する動作（補正係数修正動作）、
第４の動作は、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４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の記憶部および第３の記憶部に記憶するまでの動作（補正係数生成動作）で、
第２の動作は、任意の温度における補正係数から位置誤差データを復号化し、補正テーブルを作成し、第２の記憶部に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、第１の記憶部に記憶されている基準温度における補正係数、第３の記憶部に記憶されている温度変化に対する補正係数およびセンサ温度情報から任意の温度における補正係数を作成する動作（補正係数修正動作）、
第４の動作は、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。
（補正係数生成動作）
補正係数生成動作は、第１の実施例と同じであるのでその説明を省略する。
補正係数生成動作は、第１の実施例と同じであるのでその説明を省略する。
（補正テーブル作成動作）
図８は補正テーブル作成動作を示すブロック図で、図７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。
第１の実施例では、第１の記憶部に記憶された基準温度における補正係数から補正テーブルを作成するのに対して、
本実施例では、後述する第３の動作（補正係数修正動作）によって修正された任意の温度における補正係数GTcos[n]、GTsin[n]から補正テーブルTblgr[m]を作成する。補正係数の修正を必要としない次数については、第1の記憶部に記憶された基準温度における補正係数を使用する。作成方法は第１の実施例と同等である。本動作は、随時行なうことにより常に温度変化に対応することができる。
図８は補正テーブル作成動作を示すブロック図で、図７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。
第１の実施例では、第１の記憶部に記憶された基準温度における補正係数から補正テーブルを作成するのに対して、
本実施例では、後述する第３の動作（補正係数修正動作）によって修正された任意の温度における補正係数GTcos[n]、GTsin[n]から補正テーブルTblgr[m]を作成する。補正係数の修正を必要としない次数については、第1の記憶部に記憶された基準温度における補正係数を使用する。作成方法は第１の実施例と同等である。本動作は、随時行なうことにより常に温度変化に対応することができる。
（補正係数修正動作）
次に補正係数を修正する動作について説明する。
図９は補正係数修正動作を示すブロック図で、図７の信号処理装置のブロック図から補正係数修正動作に関係する部分を抜き出したものである。
温度変化に対する補正係数の修正は、必要とする次数についてのみ行なう。
修正を行なう次数をjとすると補正係数修正部では、第１の記憶部５に記憶されている基準温度での補正係数Gcos[j]、Gsin[j]、第３の記憶部９に記憶されている温度tでの補正係数Gtcos[j]、Gtsin[j]、基準温度でのセンサ温度情報TempADおよび温度ｔでのセンサ温度情報TempADtを取込み式(5)、式(6)のように定式化することで任意のセンサ温度情報Tに関する誤差（補正係数）GTcos[j]およびGTsin[j]を求めることができる。
GTcos[j] = (Gtcos[j] - Gcos[j]) / (TempADt - TempAD) * (T - TempAD) + Gcos[j]
・・・(5)
GTsin[j] = (Gtsin[j] - Gsin[j]) / (TempADt - TempAD) * (T - TempAD) + Gsin[j]
・・・(6)
なお、センサの温度特性（センサ温度情報変化に対する補正係数の変化）がリニアでない場合には、温度に対する補正係数のデータを複数取得し、各2点間で上記のように線形補間することにより補正係数を修正できる。
次に補正係数を修正する動作について説明する。
図９は補正係数修正動作を示すブロック図で、図７の信号処理装置のブロック図から補正係数修正動作に関係する部分を抜き出したものである。
温度変化に対する補正係数の修正は、必要とする次数についてのみ行なう。
修正を行なう次数をjとすると補正係数修正部では、第１の記憶部５に記憶されている基準温度での補正係数Gcos[j]、Gsin[j]、第３の記憶部９に記憶されている温度tでの補正係数Gtcos[j]、Gtsin[j]、基準温度でのセンサ温度情報TempADおよび温度ｔでのセンサ温度情報TempADtを取込み式(5)、式(6)のように定式化することで任意のセンサ温度情報Tに関する誤差（補正係数）GTcos[j]およびGTsin[j]を求めることができる。
GTcos[j] = (Gtcos[j] - Gcos[j]) / (TempADt - TempAD) * (T - TempAD) + Gcos[j]
・・・(5)
GTsin[j] = (Gtsin[j] - Gsin[j]) / (TempADt - TempAD) * (T - TempAD) + Gsin[j]
・・・(6)
なお、センサの温度特性（センサ温度情報変化に対する補正係数の変化）がリニアでない場合には、温度に対する補正係数のデータを複数取得し、各2点間で上記のように線形補間することにより補正係数を修正できる。
（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１０は補正動作を示すブロック図で、図７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。
本実施例の補正動作が第１実施例と異なる点は、第１実施例では位置温度変化補正部１０で位置データθ0の温度変化分を補正した位置データθ1を演算し、誤差補正部１１はこの位置データθ1で第２の記憶部８の補正テーブルを参照しているのに対して、本実施例では誤差補正部１１は位置データθ0で第２の記憶部８に記憶されている温度変化分を補正した補正テーブルを参照している点である。
このように本実施例では、温度変化分を補正した位置データθ1を演算するステップが無いので補正動作のステップが簡単になる。
なお、本実施例において第1の記憶部５、および第３の記憶部９は別のものとして記述したが、第３の記憶部を第１の記憶部の中に含めてもよい。
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１０は補正動作を示すブロック図で、図７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。
本実施例の補正動作が第１実施例と異なる点は、第１実施例では位置温度変化補正部１０で位置データθ0の温度変化分を補正した位置データθ1を演算し、誤差補正部１１はこの位置データθ1で第２の記憶部８の補正テーブルを参照しているのに対して、本実施例では誤差補正部１１は位置データθ0で第２の記憶部８に記憶されている温度変化分を補正した補正テーブルを参照している点である。
このように本実施例では、温度変化分を補正した位置データθ1を演算するステップが無いので補正動作のステップが簡単になる。
なお、本実施例において第1の記憶部５、および第３の記憶部９は別のものとして記述したが、第３の記憶部を第１の記憶部の中に含めてもよい。
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 (7)
- 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記憶部と、
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部と、
を備えたエンコーダ信号処理装置において、
前記記憶部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部で符号化し補正係数を記憶する第１の記憶部と、
前記補正係数に基づいて前記演算部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の記憶部と、
前記センサ信号検出部のセンサ温度情報を検出するセンサ温度検出部と、
前記センサ温度情報に対する前記補正係数を記憶する第３の記憶部と、
を備え、
前記演算部は、前記センサ温度情報に基づいて前記位置データの温度変化分を補正する位置温度変化補正部を備えたことを特徴とするエンコーダ信号処理装置。 - 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記憶部と、
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部と、
を備えたエンコーダ信号処理装置において、
前記記憶部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部で符号化し補正係数を記憶する第１の記憶部と、
前記補正係数に基づいて前記演算部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の記憶部と、
前記センサ信号検出部のセンサ温度情報を検出するセンサ温度検出部と、
前記センサ温度情報に対する前記補正係数を記憶する第３の記憶部と、
を備え、
前記演算部は、前記センサ温度情報に基づいて補正係数を修正する補正係数修正部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の記憶部および前記第３の記憶部は不揮発性メモリからなり、前記第２の記憶部は揮発性メモリからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンコーダの信号処理装置。
- 前記センサ温度検出部は、前記センサ信号検出部に取り付けられた温度検出センサからの電圧又は前記センサ信号検出部の温度による抵抗変化に対応した電圧または電流を検出するものであることを特徴とする請求項1又は請求項２記載のエンコーダ信号処理
装置。 - 前記第３の記憶部は、温度変化に対する補正を必要とする次数について、前記センサ温度情報と前記温度に対する前記位置誤差データの補正係数を組みとする複数組のデータを記憶することを特徴とする請求項1又は請求項２記載のエンコーダ信号処理装置。
- 前記位置温度変化補正部は、前記第1の記憶部に記憶された補正係数と、前記センサ温度検出部で検出されたセンサ温度情報と、前記第３の記憶部に記憶された補正係数とを使用して演算した前記位置誤差の温度変化分を前記位置データから減ずることを特徴とする請求項1記載のエンコーダ信号処理装置。
- 前記補正係数修正部は、前記第1の記憶部に記憶された補正係数と、前記センサ温度検出部で検出されたセンサ温度情報と、前記第３の記憶部に記憶された補正係数を使用して前記第１の記憶部に記憶された補正係数を修正することを特徴とする請求項２記載のエンコーダ信号処理装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090520 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110905 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120111 |