KR101039474B1

KR101039474B1 - 로터리 엔코더

Info

Publication number: KR101039474B1
Application number: KR1020087016503A
Authority: KR
Inventors: 유타카 나카무라; 사토시 야노베
Original assignee: 가부시키가이샤 소키아·토푸콘
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2011-06-07
Also published as: JP2007198942A; CN101341378B; JP4824415B2; CN101341378A; AU2006336718A1; US7825367B2; US20100181468A1; DE112006003663B4; AU2006336718B2; SE532326C2; WO2007086160A1; KR20080090409A; SE0800894L; DE112006003663T5

Abstract

본 발명은 특별한 설비를 필요로 하지 않고도 작업원의 부담이 적고 간단하고도 싼 값으로 수평엔코더에도 연직엔코더에도 높은 정밀도의 자기교정이 가능한 로터리 엔코더를 제공한다. 각도코드(11)가 부착된 회전원반(1)과, 각도코드를 조사(照射)하는 광원과, 각도코드를 판독하는 CCD 리니어센서(3)와, 이 CCD 리니어센서로 판독한 각도코드로부터 판독값 f(θ)을 얻는 연산부(演算部)를 갖는 로터리엔코더에 있어서, 회전원반을 소정각도 회전시킬 때마다 회전원반의 회전각을 θ라 하고 이 θ에서의 각도를 φ라 할 때, CCD 리니어센서상의 판독범위 내의 판독값 f(θ+φ)와 f(θ)와의 차 g(θ, φ)의 변화로부터 이 g(θ, φ)를 플리에급수로 하여 구하고 그 결과로부터 0~360°까지의 판독값 f(θ)의 자기교정(自己校正)을 행한다.

Description

로터리 엔코더{ROTARY ENCODER}

본 발명은 로터리엔코더, 더욱 상세히 말하면 측정치를 자기교정(自己校正)할 수 있도록 한 측량기 등에 이용되는 인크리멘탈 엔코더(incremental encoder) 및 앱솔루트 엔코더(absolute encoder)에 관한 것이다.

측량기에는 수평각과 연직각을 측정하기 위해 로터리엔코더가 갖추어져 있다. 로터리엔코더는, 망원경과 함께 회전하는 회전원반 및 이 회전원반 둘레방향에 따라 붙여진 눈금을 읽는 검출기에 의해 수평각과 연직각을 측정하는 기구이다.

로터리엔코더에는 인크리멘탈 엔코더와 앱솔루트 엔코더가 있다. 인크리멘탈 엔코더는 같은 간격으로 같은 폭의 눈금(슬릿트)이 붙어있는 회전원반(回轉圓盤)을 갖고 있다. 이 인크리멘탈 엔코더는 광원(光源)에서 출사된(쪼여진) 빛을 회전원반에 조사(照射)하고 수광기(受光器)에서 눈금의 수에 따라 명암을 검출하여 회전원반의 회전각을 측정한다.

앱솔루트 엔코더는 예컨대 도 1에서와 같이 0을 의미하는 가는 선(슬릿트)과 1을 의미하는 굵은 선(슬릿트)으로 이루어지고, 각도를 나타내는 예컨대 각도코 드(11)를 형성하는 슬릿트가 주위 가장자리에 붙여진 회전원반(1)을 갖는다. 이 앱솔루트 엔코더는 CPU(6)에 의해 발광제어된 광원(LED)(2)에서 출사된 빛을 회전원반(1)에 조사하고, 각도코드(11)를 CCD 리니어센서(linear sensor)(3)에서 검출한다. CCD 리니어센서(3)의 출력은 A/D변환기(5)를 지나 CPU(6)에 입력된다. CPU(6)는 각도코드(11)를 해독하고 적당한 내삽처리(內揷處理)를 하여 회전원반(1)의 절대각을 산출하고, 표시부(7)에 표시한다(일본특허공보 특개2002-13949호 참조).

그런데, 종래의 측량기에 이용된 로터리 엔코더에는 회전원반(1)이 치우치지 않도록 회전축에 붙이는 것이나 눈금이나 각도코드를 완전히 같은 간격으로 붙이는 것이 어렵기 때문에 측정치에 오차가 생기고 있다. 이러한 오차를 없애기 위하여 ISO·JSIMA 규격의 대회측정(對回測定)에 의한 자기교정을 행하였다. 이 자기교정은 측량기의 주위에 콜리메이터(collimator, 시준기)를 배치하고 측량기를 적절히 각도회전시키면서 콜리메이터를 시준하여 눈금 또는 각도코드의 오차를 측정하는 것이다.

발명의 개시

(발명이 해결하고자 하는 과제)

그렇지만 전술한 대회측정에 의한 자기교정에는 인력에 의한 시준이 필요하고 1시간정도의 시간이 필요하기 때문에 작업원의 부담이 크다는 문제가 있었다. 또한, 익숙지 못한 작업원일 경우에는 시준오차가 커지기도 하고 자기교정의 정밀도가 떨어지는 문제도 있었다. 게다가 다수의 콜리메이터를 필요로 하는 설비에 비용이 든다는 문제도 있었다. 또한 연직엔코더에 대해서는 자기교정을 하기 어렵다고 하는 문제도 있었다.

본 발명은 상기 문제에 비추어 이루어진 것으로, 특별한 설비를 필요로 하지 않고 작업원의 부담이 적고 간단하고도 싼 값으로 수평엔코더에도 연직엔코더에도 높은 정밀도로 자기교정이 가능한 로터리 엔코더를 제공하는 것을 과제로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 과제를 해결하기 위하여, 청구항 1항의 발명은, 각도코드가 부착된 회전원반과, 상기 각도코드를 조사하는 광원과, 상기 각도코드를 읽어내는 검출기와, 이 검출기로 읽어낸 각도코드로부터 판독값 f(θ)을 얻는 연산부를 갖는 로터리엔코더에 있어서, 상기 연산부는 상기 회전원반을 소정각도로 회전시킬때마다 상기 회전원반의 회전각을 θ로 하고, 이 회전각 θ으로부터 검출기상의 판독범위 내의 임의의 각도를 φ로 할 때, 상기 검출기상의 판독범위 내의 판독값 f(θ+φ) 및 f(θ)를 얻고, 상기 회전원반을 1회전시켰을 때의 상기 판독값 f(θ+φ)와 f(θ)와의 차 g(θ, φ)의 변화로부터 상기 판독값 f(θ)를 자기교정하는 것을 특징으로 한다.

청구항 2항의 발명은, 제 1항의 발명에 있어서 상기 판독값 f(θ+φ) 및 f(θ)을 취득하는 회전원반의 회전위치는 360°를 대략 균등분할하는 위치로, 또한 이웃하는 회전위치는 상기 검출기의 판독범위가 겹치는 위치로 하고, 1회전에 걸친 상기 판독값 f(θ+φ)와 f(θ)와의 차 g(θ, φ)의 평균 g_m(φ)와, 각각의 회전위치에서의 상기 차 g(θ, φ)와 상기 평균 g_m(φ)와의 편차 h(θ, φ)를 구하고, 이웃하는 회전각도위치에서 판독범위가 겹쳐진 부분에서 상기 편차 h(θ, φ)를 겹치면서 연결함으로써 0~360°까지의 판독값 f(θ)의 자기교정을 행하는 것을 특징으로 한다.

청구항 3항의 발명은 제 1항의 발명에 있어서 상기 판독값 f(θ+φ) 및 f(θ)를 얻는 회전원반의 회전위치를 360°를 대략 균등분할하는 위치로 하고, 상기 판독값 f(θ+φ)와 f(θ)와의 차 g(θ, φ)의 변화로부터 상기 차 g(θ, φ)를 플리에급수로 구하고, 그 결과로부터 0~360°까지의 판독값 f(θ)의 자기교정을 행하는 것을 특징으로 한다.

청구항 4항의 발명은 제 3항에 있어서 상기 플리에급수는 하나 이상의 임의의 고조파(高調波)를 구한 것을 특징으로 한다.

청구항 5항의 발명은 제 1, 2, 3 또는 4항에 있어서, 상기 임의의 각도 φ는 1개소 이상의 임의위치를 이용하는 것을 특징으로 한다.

청구항 6항의 발명은 제 1, 2, 3, 4 또는 5항에 있어서 상기 판독값 f(θ+φ), f(θ)는 여러번의 판독값의 평균을 낸 것을 특징으로 한다.

(발명의 효과)

청구항 1항의 발명에 따르면 본 발명은 회전원반을 소정각도로 회전시킬때 상기 회전원반의 회전각을 θ로 하고, 이 회전각 θ로부터 검출기상의 판독범위 내의 임의의 각도를 φ로 할 때, 상기 검출기상의 판독범위 내의 판독값 f(θ+φ) 및 f(θ)를 얻을 수 있고, 상기 회전원반을 1회전시켰을 때의 상기 판독값 f(θ+φ)와 f(θ)와의 차 g(θ, φ)의 변화로부터 상기 판독값 f(θ)를 자기교정하는 것이므로 특별한 설비를 필요로 하지 않으며 작업원의 부담이 적고 간단하고 싼 값에 높은 정밀도로 수평엔코더와 연직엔코더의 자기교정을 할 수 있고, 아울러 고 정밀도를 가진 측각치(測角値)를 얻을 수 있다.

청구항 2항의 발명에 따르면 본 발명은 또한 회전원반의 회전위치를 360°를 대략 균등분할한 위치로 하고, 또한 이웃하는 회전위치에서는 상기 검출기의 판독범위가 겹치는 위치로 하고, 1회전에 걸친 상기 판독값 f(θ+φ)와 f(θ)와의 차 g(θ, φ)의 평균 g_m(φ)와, 각각의 상기 차 g(θ, φ)와 상기 평균 g_m(φ)와의 편차 h(θ, φ)를 구하고, 이웃하는 회전각도위치에서 판독범위가 겹쳐진 부분에서 상기 편차 h(θ, φ)를 겹치면서 연결함으로써 0~360°까지의 판독값 f(θ)의 자기교정을 행하는 것이므로, 한층 더 신속하게 자기교정하는 것이 가능하다.

청구항 3항의 발명에 따르면 본 발명은 상기 판독값 (θ+φ) 및 f(θ)를 얻는 회전원반의 회전위치를, 360°를 대략 균등분할한 위치로 하고, 상기 판독값 f(θ+φ)와 f(θ)와의 차 g(θ, φ)의 변화로부터 상기 차 g(θ, φ)를 플리에급수로 구하고, 그 결과로부터 0~360°까지의 판독값 f(θ)의 자기교정을 행하는 것이므로, 한층 더 높은 정밀도로 자기교정을 할 수 있고, 아울러 고 정밀도의 측각치를 얻을 수 있다.

청구항 4항의 발명에 따르면, 또한 상기 플리에급수는 하나 이상의 임의의 고조파(高調波)까지 구했으므로 교정에 필요한 시간이 그다지 길지 않고, 교정정밀도를 향상시킬 수 있다.

청구항 5항의 발명에 따르면, 또한 상기 임의의 각도 φ는 1개소 이상의 임의위치를 이용하기 때문에 한층 더 교정정밀도를 향상시킬 수 있다.

청구항 6항의 발명에 따르면, 또한 상기 판독값은 여러번의 판독값을 평균내어 얻은 것이므로 노이즈 등의 영향을 경감시킬 수 있어 더욱 높은 정밀도의 자기교정이 가능하다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

이하에 도면을 이용하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 우선 도 2~도 4를 토대로 본 발명의 제 1 실시예를 설명한다. 도 2는 본 실시예의 앱솔루트 엔코더(이하 간단히 "엔코더"라 한다)의 회전원반과 CCD 리니어센서와의 위치관계를 나타내는 평면도이다. 도 3은 이 엔코더의 자기교정 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 이 엔코더의 자기교정 순서를 나타내는 플로차트(flow chart)이다. 이 엔코더는 이하에 서술할 자기교정기능을 갖는 점을 제외하면 도 1에 나타낸 종래의 것과 같은 구성을 갖고 있다. 따라서 이 엔코더의 구성에 대한 설명은 생략하고 자기교정기능에 대하여 상세히 설명한다.

도 2의 평면도에 있어서, CCD 리니어 센서(2)에 대하여 회전원반(1)의 중심(O)에서 그은 수선(垂線)의 발을 A라 한다. 또한 CCD 리니어센서(3)상의 적당한 점을 B라 한다. CPU(6)는 CCD 리니어센서(3)로 A점 및 B점 밑의 회전원반(1)에 붙어있는 각도코드(11)를 각각 읽고 내삽처리(內揷處理)를 행하여 A점 및 B점에서의 각각의 각도의 판독값 f(θ) 및 f(θ+φ)를 구할 수 있다. 단, A점의 0°방향 M이 이루는 각도를 θ, 각 AOB의 각도를 φ라 한다.

그런데 판독값 f(θ)와 f(θ+φ)는 360°를 주기로 하는 주기상수(周期關數)이므로 플리에급수를 이용하면 다음 식으로 나타낼 수 있다.

f(θ) = θ + ∑_n=1 ^M/2A_n * sin(nθ+α_n) … (1)

f(θ+φ) = (θ+φ) + ∑_n=1 ^M/2A_n * sin{n(θ+φ)+α_n} … (2)

단, n은 고조파의 다음의 수를 나타내는 자연수(1,2,3,…M/2)이고, An은 제 n 고조파의 진폭, αn은 제 n 고조파의 초기위상이며 M은 눈금수로서 짝수이다.

여기에서 A점 및 B점 각각의 판독값 f(θ) 및 f(θ+φ)를 비교하고 다음식과 같이 양자의 차 g(θ,φ)를 구한다.

g(θ,φ) = f(θ+φ) - f(θ) … (3)

이 차(差) g(θ,φ)는 (1),(2)식으로부터 다음식과 같이 나타낼 수 있다.

g(θ,φ) = f(θ+φ) - f(θ)

= (θ+φ) + ∑_n=1 ^M/2A_n * sin{n(θ+φ)+α_n} - θ + ∑_n=1 ^M/2A_n * sin(nθ+α_n) … (4)

또한 계산을 계속하면 g(θ,φ)는 최종적으로는 다음 식과 같이 된다.

g(θ,φ) = φ + ∑_n=1 ^M/2A_n * sin(nθ/2) * cos{n(θ+φ/2)+α_n}

= B₀ + ∑_n=1 ^M/2B_n * sin(nθ +β_n) … (5)

단,

φ = B₀ … (6)

A_n = B_n / sin(nφ/2) … (7)

α_n = βn - nφ/2 + π/2 … (8)

이다. 이와 같이, g(θ,φ)도 360°를 주기로 하는 플리에급수로 나타내는 것이 가능하다.

여기에서, 도 3의 (A)에서와 같이 360°를 N등분한 소정각도(예컨대 5°)만큼 회전원반(1)을 회전시킨 회전각 θ_j의 위치에서 A점과 B점에서의 판독값 f(θ_j), f(θ_j+φ)를 얻으면 (3)식에서와 같이 소정각도 θ_j마다 g(θ_j,φ)가 도 3의 (B)에서와 같이 구해진다. 단, j=0,1,2,3‥‥N-1이다. 소정각도 θ_j마다 g(θ_j,φ)가 구해지면 (5)식에서의 플리에급수의 각 계수 B₀, B_n, β_n을 주지의 방법으로 산출할 수 있다. 이렇게 하여 B₀, B_n, β_n가 구해지면 또한 (6), (7), (8) 식을 이용하여 φ, A_n, α_n도 구할 수 있다. 이렇게 해서 A_n, α_n을 알게 되면 진정(진짜) 각도 θ 를 (1)을 변형한 다음식으로 구하는 것이 가능하다.

θ = f(θ) - ∑_n=1 ^M/2A_n * sin(nθ+α_n) = f(θ) - E(θ) … (9)

여기에서 E(θ)=∑_n=1 ^M/2A_n * sin(nθ+α_n)는 오차상수(誤差關數)이다. 이 오차상수 E(θ)의 플리에급수에 있어서는 필요 이상으로 고차(高次)의 고조파까지 구할 필요는 없고, 대향검출의 로터리엔코더에서는 한쪽으로 치우치는 편심오차가 소거되기 때문에 제 2 고조파(n=2)를 구하는 것으로 충분하다. 제 3 고조파 이상을 구해도 계산량이나 기억용량이 늘어날 뿐 교정정밀도는 대부분 거의 향상되지 않는다.

또한 높은 교정정밀도를 실현하기 위해서는 노이즈 등의 영향을 제거할 필요가 있다. 따라서 측각시에는 CCD 리니어 센서(3)에서 데이터 취득을 여러번 행하여 평균을 냄으로써 판독값 f(θ+φ), f(θ)를 구한다. 이상의 설명에서 밝혔듯이 본 실시예에 따르면, 특히 숙련된 기술자나 값비싼 설비 없이도 측각치의 오차상수 E(θ)를 구할 수 있으므로 더욱 높은 교정정밀도를 실현할 수 있다.

이상(以上)의 자기교정은 통상적으로는 CPU(6)에서 행하게 된다. 이 자기교정의 순서를 도 4에 나타내었다.

우선 자기교정 프로그램을 시작시키면 스텝 S1로 진행되고, CCD 리니어 센서(3)상의 2점 A, B 직하의 판독값 f(θ_j), f(θ_j+φ)를 얻는다. 이 판독을 소정회수 행한 후 스텝 S2로 진행하여 판독값 f(θ_j+φ), f(θ_j)의 평균을 산출한다. 또한 스텝 S3에서 두개의 판독값 f(θ_j+φ), f(θ_j)의 차 g(θ_j,φ)=f(θ_j+φ)-f(θ_j)를 산출하여 기억한다.

다음 스텝 S4로 나아가 예정대로 모든 데이터를 얻었는지, 즉 소정 각도 θ_j마다 g(θ_j,φ)를 얻었는지를 조사한다. 예컨대 θ를 5°간격으로 360°에 걸쳐 g(θ_j,φ)를 얻었는지를 조사한다. 예정된 모든 데이터를 취득하지 못했을 경우 스텝 S5로 진행하여 회전원반(1)을 수동으로 소정각도 회전시키고(스테핑 모터 등에 의한 자동화도 가능), 스텝 S1로 돌아간다. 이하, 스텝 S1~S5를 반복하여 소정각도 θ_j마다의 g(θ_j,φ)를 구하여 기억한다.

스텝 S4에서 소정회수의 데이터취득을 끝냈다고 판단했을 때에는 스텝 S6으로 넘어가 소정각도 θ_j마다 g(θ_j,φ)로부터 (5)식에 나타난 g(θ,φ)의 플리에급수의 계수, 즉 B₀, B_n, β_n을 산출한다. 또한 스텝 S7에서 이 B₀, B_n, β_n로부터 판독값 f(θ)의 오차상수 E(θ)의 플리에급수의 계수, 즉 A_n, α_n을 산출한다. 또한 스텝 S8로 나아가 이 A_n, α_n을 구하여 기억한다. 이것으로 이후의 측정에 있어서 판독값 f(θ)으로부터 각도 θ를 (9)식을 이용해 정확히 구하는 것이 가능하다.

다음, 도 2, 도 5 및 도 6을 토대로 하여 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 도 2에서와 같이, 회전원반(1)의 회전각θ의 위치에서 CCD 리니어센서(3)상의 판독범위 내에 θ를 고정하고 φ값을 바꿔가면 판독값 f(θ+φ)의 변화 를 구할 수 있다. 판독값 f(θ+φ)와 f(θ)는 상기 (1)식과 (2)식과 마찬가지로 다음식으로 나타낼 수 있다.

f(θ) = θ + ∑_n=1 ^∞A_n * sin(nθ+α_n) = θ + E(θ) … (11)

f(θ+φ) = (θ+φ) + ∑_n=1 ^∞A_n * sin{n(θ+φ)+α_n}

= (θ+φ) + E(θ+φ) … (12)

단, E(θ)는 오차상수이다.

여기에서, 다음식으로 양 판독값 f(θ+φ), f(θ)의 차 g(θ,φ)를 산출한다.

g(θ,φ) = f(θ+φ) - f(θ) … (13)

(13)식에 (11)식 및 (12)식을 대입하면 다음식과 같이 된다.

g(θ,φ) = φ + E(θ+φ) - E(θ) … (14)

그런데 도 5의 (A)에서와 같이 360°을 N등분한 소정각도(예컨대 5°)만큼 회전원반(1)을 회전시킨 회전각 θ_j의 위치에서 B점을 이동시키면서, 즉 φ를 변화시키면서 CCD 리니어센서(3)상의 판독범위 내에서 B점에서의 판독값 f(θ_j+φ)를 구한다. 단, 이웃하는 회전위치 θ_j-1, θ_j, θ_j+1에서는 f(θ_j-1,φ'), f(θ_j,φ) 및 f(θ_j+1,φ'')의 판독범위가 겹치도록 되어있고, 또한 j=0,1,2,3‥‥N-1이다. 이렇게 해서 소정각도 θ_j마다 (13)식의 g(θ_j,φ)를 구하고, 이 g(θ_j,φ)의 평균 g_m(φ)을 얻으면 다음식과 같이 된다.

g_m(φ) = {∑_j=0 ^N-1g(θ_j,φ)} / N ≒ φ … (15)

따라서 또한 다음식(16)에서 정의된 h(θ_j,φ)를 산출한다.

h(θ_j,φ) = g(θ_j,φ) - g_m(φ) … (16)

(16)식에 (14)식 및 (15)식을 대입하면 다음 식과 같이 된다.

h(θ_j,φ) ≒ E(θ_j+φ) - E(θ_j) … (17)

여기에서, θ_j의 위치를 기점(基点)이라 하고 E(θ_j)를 정수(定數)로 생각하여 E(θ_j)를 C_j로 놓으면, (17)식은 다음 식과 같이 쓸 수 있다.

h(θ_j,φ) ≒ E(θ_j+φ) - C_j … (18)

이 C_j는 미지수(未知數)이지만, 이웃하는 회전위치 θ_j-1,θ_j에서는 판독범위가 겹치도록 되어 있기 때문에, 겹치는 범위에서는 h(θ_j-1,φ')와 h(θ_j,φ)는 일치하지 않으면 안된다. 도 5의 (B)에 나타난 양자간의 오프셋(offset)조정량 ΔC_j는 다음식으로 나타낸다.

ΔC_j = C_j - C_j _-1 … (19)

이다. 이 오프셋조정량 ΔC_j를 이용하여 조정된 h(θ_j,φ)를 h'(θ_j,φ)로 하면 h'(θ_j,φ)는 다음 식과 같이 된다.

h'(θ_j,φ) = h(θ_j,φ) + ΔC_j … (20)

이하 각 각도 θ_j마다 오프셋조정량 ΔC_j를 산출하여 (20)식에 (18)식 및 (19)식을 대입하면 다음 식이 얻어진다.

h'(θ_j,φ) = E(θ_j+φ) + C_j _-1 … (21)

이로부터 임의의 θ에 대하여 다음 식이 얻어진다.

h'(θ,0) = E(θ) + C_j _-1 … (22)

이 h'(θ,0)에는 오프셋량 C_j _-1이 포함되어 있지만 통상적으로 C_j _- ₁를 무시하고 h'(θ,0)는 오차상수 E(θ)와 대략 같다고 해도 좋다. 따라서 오차상수로서 (16)식으로부터 얻은 h(θ_j,φ)를 구하고, 오프셋조정량 ΔC_j를 가하여 조정된 h'(θ,0)가 구해지면 진정각도 θ는 다음 식으로 구할 수 있다.

θ = f(θ) - h'(θ,0) … (23)

다음, 이 자기교정의 순서를 도 6에 나타내었다.

우선 자기교정 프로그램을 스타트시키면 스텝 S11로 진행되어 CCD 리니어센서(3)상의 다수의 점 밑의 판독값 f(θ_j+φ), f(θ_j)를 φ를 변화시키면서 얻는다. 이 판독을 소정회수 행하고 스텝 S12로 진행하여 판독값 f(θ_j+φ), f(θ_j)의 평균을 산출한다. 또한 스텝 S13에서는 두개의 판독값의 차 g(θ_j,φ)=f(θ_j+φ)-f(θ_j)를 산출한다.

다음 S14로 진행하여, 예정의 소정각도마다 모든 데이터를 얻었는지, 즉 소정 각도 θ_j에 따른 g(θ_j,φ)를 얻었는지를 조사한다. 예컨대 θ를 5°간격으로 360°에 걸쳐 예정 g(θ_j,φ)를 얻었는지를 조사한다. 예정의 모든 데이터를 취득하지 못했다면 스텝 S15로 진행하여 회전원반(1)을 수동으로 소정각도 회전시키고(스테핑 모터 등에 의한 자동화도 가능), 스텝 S1로 돌아간다. 이하, 스텝 S1~S5를 되풀이하고 소정각도 θ_j마다 g(θ_j,φ)를 구하여 기억한다.

스텝 S14에서 예정대로 모든 데이터취득을 끝냈다고 판단했을 때에는 스텝 S16으로 넘어가 g(θ_j,φ)의 평균 g_m(φ)을 산출한다((15)식 참조). 다음으로 스텝 S17에서 h(θ_j,φ)=g(θ_j,φ)-g_m(φ)을 산출한다((16)식 참조). 다음 스텝 S18에서 h(θ_j-1,φ')와 h(θ_j,φ)와의 오프셋조정량 ΔC_j를 산출한다((19)식 참조). 다음으로 스텝 S19에서 h(θ_j,0)에 오프셋조정량 ΔC_j를 더하여 오차상수 h'(θ,0)를 구하여 기억한다.

이것으로 이후의 측정에 있어서, 판독값 f(θ)에서의 진정각도 θ를 (23)식을 이용하여 정확히 구할 수 있다. 본 실시예의 경우는 적은 계산량으로 오차상수 h' (θ_j,0)을 구하는 것이 가능하므로 자기교정에 필요한 시간을 단축할 수 있다.

또한, 상기 실시예는 여러가지 변형이 가능하다. 예컨대 상기 제 1 실시예와 같이 반드시 회전원반(1)의 CCD 리니어센서(3)상에 대하여 회전원반(1)의 중심 O에서 그은 수선(垂線)의 발 A와 CCD 리니어센서(3)상의 점 B 밑의 판독값 f(θ), f(θ+φ)를 구할 필요 없이 CCD 리니어센서(3)상의 임의로 정한 복수 위치의 판독값을 구해도 좋다. 또한, 도 2에서 CCD 리니어센서(3)상에 제 3의 점을 선택하고, 상기 (2)식에서 φ=φ₃이라 놓은 (2')식을 작성하여 상기 (1)식과 (2)식, 및 상기 (1)식과 (2')식에 관한 각각의 판독값을 구하고, 그것들로부터 각각의 오차상수 E(θ)를 구하여 평균을 내도 좋다. 또한 상기 (2)식에서 φ=φ_n(n=1,2,3,‥‥)이라 한 (2'')식을 작성하여 상기 (1)식과 (2'')식 각각의 판독값을 구하고, 그것들로부터 각각의 오차상수 E(θ)를 구하여 평균을 내도 좋다.

도 1은 본 발명 및 종래의 로터리엔코더의 블럭도이다.

도 2는 본 발명의 로터리엔코더에 있어서, 회전원반과 CCD 리니어센서와의 위치관계를 나타낸 평면도이다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 로터리엔코더에 있어서, 자기교정의 방법을 설명한 도면이다.

도 4는 상기 로터리엔코더에 있어서, 자기교정의 순서를 나타낸 플로차트(flow chart)이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 로터리엔코더에 있어서, 자기교정의 방법을 설명한 도면이다.

도 6은 상기 제 2 실시예에 관한 로터리엔코더에 있어서, 자기교정의 순서를 나타낸 플로차트이다.

<부호설명>

1 회전원반 2 광원(光源)

3 CCD 리니어센서(검출기) 6 CPU(연산부)

11 각도코드 θ,φ 각도

f(θ), f(θ+φ) 판독값

g(θ,φ)=f(θ+φ)-f(θ)

g_m(φ)=g(θ,φ)의 평균

h(θ,φ)=g(θ,φ)-g_m(φ)

Claims

각도코드가 부착된 회전원반과, 이 각도코드를 조사(照射)하는 광원과, 이 각도코드를 판독하는 검출기와, 이 검출기로 판독한 각도코드로부터 판독값 f(θ)을 얻는 연산부(演算部)를 갖는 로터리엔코더에 있어서,

상기 연산부는 상기 회전원반을 소정각도로 회전시킬 때마다, 상기 회전원반의 회전각을 θ로 하고 이 회전각 θ에서 검출기상의 판독범위 내의 임의의 각도를 φ라 할 때, 상기 검출기상의 판독범위 내의 판독값 f(θ+φ) 및 f(θ)를 얻고, 상기 회전원반을 1회전시켰을 때의 상기 판독값 f(θ+φ)와 f(θ)와의 차 g(θ, φ)의 변화로부터 상기 판독값 f(θ)를 자기교정하는 것을 특징으로 하는 로터리엔코더(rotary encoder).
제 1항에 있어서, 상기 판독값 f(θ+φ) 및 f(θ)을 취득하는 회전원반의 회전위치는 360°를 균등분할하는 위치로 되고, 또한 이웃하는 회전위치에서는 상기 검출기의 판독범위가 겹쳐지는 위치로 하고, 1회전에 걸친 상기 판독값 f(θ+φ)와 f(θ)와의 차 g(θ, φ)의 평균 g_m(φ)와, 각각의 회전위치에서의 상기 차 g(θ, φ)와 상기 평균 g_m(φ)와의 편차 h(θ, φ)를 구하고, 이웃하는 회전각도위치에서 판독범위가 겹쳐진 부분으로 상기 편차 h(θ, φ)를 겹쳐가며 연결함으로써 0~360°까지의 판독값 f(θ)의 자기교정을 행하는 것을 특징으로 하는 로터리엔코더.
제 1항에 있어서, 상기 판독값 f(θ+φ) 및 f(θ)를 얻는 회전원반의 회전위치는 360°를 균등분할하는 위치로 하고, 상기 판독값 f(θ+φ)와 f(θ)와의 차 g(θ, φ)의 변화로부터 상기 차 g(θ, φ)를 플리에급수로 하여 구하고, 그 결과로부터 0~360°까지의 판독값 f(θ)의 자기교정을 행하는 것을 특징으로 하는 로터리엔코더.
제 3항에 있어서, 상기 플리에급수는 하나 이상의 임의의 고조파(高調波)를 구한 것을 특징으로 하는 로터리엔코더.
제 1항, 제 2항, 제 3항 또는 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 임의의 각도 φ는 1개소 이상의 임의위치를 이용하는 것을 특징으로 하는 로터리엔코더.
제 1항, 제 2항, 제 3항, 또는 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 판독값 f(θ+φ), f(θ)는 여러번의 판독값을 평균내어 얻은 것을 특징으로 하는 로터리엔코더.