TWI512271B - Detection Position Correction Method for Electromagnetic Induction Position Detector - Google Patents

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TWI512271B TW103102807A TW103102807A TWI512271B TW I512271 B TWI512271 B TW I512271B TW 103102807 A TW103102807 A TW 103102807A TW 103102807 A TW103102807 A TW 103102807A TW I512271 B TWI512271 B TW I512271B
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Description

電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法
本發明係關於一種作為直線式標尺或旋轉式標尺之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法。
作為電磁感應式位置檢測器之感應同步器方式之標尺係應用於工具機、汽車、機器人等各種機械中之位置檢測。感應同步器方式之標尺有直線式標尺與旋轉式標尺。
直線式標尺係設置於如工具機之XY平台等進行直線移動之移動體，檢測該移動體之直線位置(移動距離)者。
旋轉式標尺係設置於如工具機之旋轉平台等進行旋轉之移動體(旋轉體)，檢測該移動體(旋轉體)之旋轉位置(旋轉角度)者。
直線式標尺與旋轉式標尺係檢測原理相同，藉由以彼此平行相對之方式配置之線圈圖案之電磁感應而檢測位置者。基於圖8說明該檢測原理。
電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)具有檢測部、及位置檢測控制器。
如圖8(a)及圖8(b)所示，電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)之檢測部10具有一次側構件(滑件或定子)1、及二次側構件(標尺或轉子)2。再者，雖然於圖8(a)及圖8(b)中，為便於說明而直線性圖示出一次側構件1、及二次側構件2，但於旋轉式標尺之情形時，實際上作為一次側構件1之定子與作為二次側構件之轉子均為圓形 狀。
一次側構件(滑件或定子)1具有第1一次側線圈(滑件時為第1滑件線圈，定子時為第1定子線圈)3、及第2一次側線圈(滑件時為第2滑件線圈，定子時為第2定子線圈)4。
二次側構件(標尺或轉子)2具有二次側線圈(標尺時為標尺線圈，轉子時為轉子線圈)5。
線圈3、4、5為複數之字狀區段連結而回折成Z字形之形狀(梳形圖案)，且於第1及第2滑件線圈或標尺線圈之情形時，整體為直線狀，於第1及第2定子線圈之情形時，整體為圓弧狀，於轉子線圈之情形時，整體為圓環狀。
直線式標尺之情形時，滑件係安裝於如工具機之XY平台等進行直線移動之移動體，且與該移動體一起進行直線移動，另一方面，標尺係固定於工具機等中之固定部。旋轉式標尺之情形時，轉子係安裝於如工具機之旋轉平台等進行旋轉之移動體(旋轉體)，且與該移動體(旋轉體)一起旋轉，另一方面，定子係固定於工具機等中之固定部。
如圖8(a)所示，一次側構件(滑件或定子)1與二次側構件(標尺或轉子)2係以第1及第2一次側線圈(第1及第2滑件線圈或第1及第2定子線圈)3、4與二次側線圈(標尺線圈或轉子線圈)5在保持特定間隙g之狀態下彼此平行相對之方式配置。又，如圖8(a)及圖8(b)所示，第1一次側線圈(第1滑件線圈或第1定子線圈)3與第2一次側線圈(第2滑件線圈或第2定子線圈)4錯開1/4間距。
該構成之電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)中，若激磁電流(交流電流)流經第1一次側線圈(第1滑件線圈或第1定子線圈)3與第2一次側線圈(第2滑件線圈或第2定子線圈)4，則隨著一次側構件1(滑件之情形)或二次側構件2(轉子之情形)與移動體一起移動(滑件為直線移動，轉子為旋轉)，對應於第1及第2一次側線圈(第1及第2 滑件線圈或第1及第2定子線圈)3、4與二次側線圈(標尺線圈或轉子線圈)5之相對位置關係之變化，如圖8(c)所示，第1及第2一次側線圈(第1及第2滑件線圈或第1及第2定子線圈)3、4與二次側線圈(標尺線圈或轉子線圈)5之電磁耦合度週期性變化。因此，於二次側線圈(標尺線圈或轉子線圈)5中產生週期性變化之感應電壓。
具體而言，電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)之位置檢測控制器中，於第1一次側線圈(第1滑件線圈或第1定子線圈)3中流動如下述(1)式之第1激磁電流Ia，於第2一次側線圈(第2滑件線圈或第2定子線圈)4中流動如下述(2)式之第2激磁電流Ib。
Ia=-Icos(kα)sin(ωt) (1)
Ib=Isin(kα)sin(ωt) (2)
其中，I：激磁電流之大小
k：2π/p
p：線圈間距
ω：激磁電流(交流電流)之角頻率
t：時間
α：激振位置
再者，線圈間距p於直線式標尺時為長度(mm)，於旋轉式標尺時為角度(度)。
第1激磁電流Ia與第2激磁電流Ib流動之結果為，藉由第1及第2一次側線圈(第1及第2滑件線圈或第1及第2定子線圈)3、4與二次側線圈(標尺線圈或轉子線圈)5之間之電磁感應作用，而於二次側線圈(標尺線圈或轉子線圈)5中產生如下述(3)式之感應電壓V。
V=KIsin(k(X-α))sin(ωt) (3)
其中，K：依存於間隙g與激磁電流之角頻率ω之傳遞係數
X：檢測位置(移動體之移動位置)
因此，對(3)式之感應電壓V採樣出之峰值振幅Vp成為下述(4)式。
Vp=KIsin(k(X-α)) (4)
因此，位置檢測控制器係自二次側線圈(標尺線圈或轉子線圈)5之感應電壓V採樣峰值振幅Vp，計算該峰值振幅Vp成為0之激振位置α(即，X=α之激振位置α)之值，將該激振位置α作為移動體之檢測位置X而輸出，且基於該激振位置α，調整第1激磁電流Ia及第2激磁電流Ib。意即，藉由以X=α之方式使激振位置α追隨移動體之位置X，控制成感應電壓Vp=0，而檢測並輸出移動體之位置X。
又，作為該電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)，雖省略詳細說明，但亦已知有可檢測絕對位置作為檢測位置X者。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2007-064771號公報
然而，因現實之電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)存在製造誤差或安裝誤差，故上述(4)式不成立，檢測位置X存在誤差。一般作為檢測位置X所含之誤差而顯著表現的是線圈間距週期之誤差(對應於線圈間距p之週期而週期性變動之誤差)，將之稱為內插誤差。
例如，若將線圈間距p設為2mm(直線式標尺之情形)或2度(旋轉式標尺之情形)，則產生以2mm或2度之週期變動之內插誤差。
又，為避免該以2mm或2度之週期變動之內插誤差變得過大，有將第1及第2一次側線圈(第1及第2滑件線圈或第1及第2定子線圈)3、4之線圈間距不設為2mm或2度，而設為較之稍小之值的情況。例如， 將第1及第2一次側線圈(第1及第2滑件線圈或第1及第2定子線圈)3、4之1個區段之尺寸s設為2/3mm(直線式標尺之情形)或15/16度(旋轉式標尺之情形)。
該情形時，不僅有以2mm或2度之週期變動之內插誤差，亦產生因二次側線圈(標尺線圈或轉子線圈)之線圈間距p為2mm或2度而引起，以其1/N(N為正整數)之週期變動之內插誤差(例如，以其1/2即1mm或1度之週期變動之內插誤差、以其1/4即0.5mm或0.5度之週期變動之內插誤差等)。
又，亦產生因第1及第2一次側線圈(第1及第2滑件線圈或第1及第2定子線圈)3、4之區段尺寸s為2/3mm或15/16度而引起，以2/3mm或15/16度之週期變動之內插誤差。
進而，亦產生因第1一次側線圈(第1滑件線圈或第1定子線圈)3與第2一次側線圈(第2滑件線圈或第2定子線圈)4之間隔d而引起，以線圈間隔d之週期或其1/N之週期變動之誤差。
例如，若將線圈間隔d設為1.5mm(直線式標尺之情形)或7.5度(旋轉式標尺之情形)，則亦產生以1.5mm或7.5度之週期變動之誤差、或以其1/2即0.75mm或3.75度之週期變動之誤差等。
電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)之安裝所引起之誤差係即便為同一電磁感應式位置檢測器，根據其安裝狀態亦各不相同。
與此相對，以如上所述之0.5mm或0.5度、2/3mm或15/16度、1mm或1度、2mm或2度、0.75mm或3.75度、1.5mm或7.5度等之固有週期變動之誤差係電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)固有之誤差，與安裝狀態等無關。
因此，若可補正該固有週期誤差，則可提高電磁感應式位置檢測器自身之位置檢測精度。
因此，本發明係鑒於上述情況而完成者，其課題在於提供一種可補正電磁感應式位置檢測器固有之誤差而提高該電磁感應式位置檢測器自身之位置檢測精度之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法。
解決上述課題之第1發明之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法之特徵在於包含：第1步驟，將檢測絕對位置之電磁感應式位置檢測器、及具有較該電磁感應式位置檢測器高之位置檢測精度之主位置檢測器安裝於移動體；第2步驟，以使上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置成為0位置之方式，藉由移動體控制器使上述移動體移動並定位；第3步驟，將上述主位置檢測器之檢測位置重設為0位置；第4步驟，藉由上述移動體控制器使上述移動體移動，運算上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置與上述主位置檢測器之檢測位置之差即檢測位置誤差，並於每個固定間隔位置取得該檢測位置誤差與上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置；第5步驟，對該取得之上述檢測位置誤差與上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置之資料進行FFT分析；第6步驟，自上述FFT分析之結果抽出與上述電磁感應式位置檢測器之誤差變動之固有週期對應之誤差，且將上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料記憶於記憶機構；第7步驟，自上述記憶機構讀入上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料；第8步驟，藉由對自上述記憶機構讀入之上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料進行逆FFT分析，來求得與上述電磁感應 式位置檢測器之檢測位置對應之誤差補正量；及第9步驟，基於上述誤差補正量來補正上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置。
又，第2發明之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法之特徵在於包含：第1步驟，將檢測絕對位置之電磁感應式位置檢測器安裝於移動體；第2步驟，以使上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置成為0位置之方式藉由移動體控制器使上述移動體移動並定位；第3步驟，將移動體位置計算機構中用於位置計算之移動時間重設為0；第4步驟，藉由上述移動體控制器使上述移動體以固定速度移動，並運算上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置、與上述移動體位置計算機構中藉由使上述移動體之上述固定速度乘以上述移動體之移動時間而算出之上述移動體之位置的差，即檢測位置誤差，且於每個固定間隔位置取得該檢測位置誤差與上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置；第5步驟，對該取得之上述檢測位置誤差與上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置之資料進行FFT分析；第6步驟，自上述FFT分析之結果抽出與上述電磁感應式位置檢測器之誤差變動之固有週期對應之誤差，且將上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料記憶於記憶機構；第7步驟，自上述記憶機構讀入上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料；第8步驟，藉由對自上述記憶機構讀入之上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料進行逆FFT分析，來求得與上述電磁感應 式位置檢測器之檢測位置對應之誤差補正量；及第9步驟，基於上述誤差補正量來補正上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置。
根據第1發明之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法，由於基於將包含上述第1步驟~第9步驟作為特徵，補正電磁感應式位置檢測器固有之誤差，故而不會因補正而對電磁感應式位置檢測器自身之位置檢測精度造成不良影響，且可提高電磁感應式位置檢測器自身之位置檢測精度。
又，不僅可補正線圈間距週期之誤差，亦可補正其1/N週期之誤差、區段尺寸週期之誤差、線圈間隔週期之誤差、及其1/N週期之誤差。
又，由於自FFT分析之結果抽出與電磁感應式位置檢測器之誤差變動之固有週期對應之誤差，且將上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料記憶於記憶機構，故而與記憶全部所取得之檢測位置誤差與電磁感應式位置檢測器之檢測位置之資料之情形相比，可減少記憶機構之記憶容量。
同樣，於第2發明之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法中，亦基於將包含上述第1步驟~第9步驟作為特徵，補正電磁感應式位置檢測器固有之誤差，故而不會因補正而對電磁感應式位置檢測器自身之位置檢測精度造成不良影響，且可提高電磁感應式位置檢測器自身之位置檢測精度。
又，不僅可補正線圈間距週期之誤差，亦可補正其1/N週期之誤差、區段尺寸週期之誤差、線圈間隔週期之誤差、及其1/N週期之誤差。
又，由於自FFT分析之結果抽出與電磁感應式位置檢測器之誤差 變動之固有週期對應之誤差，且將上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料記憶於記憶機構，故而與記憶全部所取得之檢測位置誤差與電磁感應式位置檢測器之檢測位置之資料之情形相比，可減少記憶機構之記憶容量。
進而，因不必使用主位置檢測器，故可減少補正作業之工時及成本。
1‧‧‧一次側構件
2‧‧‧二次側構件
3‧‧‧第1一次側線圈
4‧‧‧第2一次側線圈
5‧‧‧二次側線圈
21‧‧‧移動體
22‧‧‧電磁感應式位置檢測器
22A‧‧‧檢測部
22B‧‧‧位置檢測控制器
22a‧‧‧位置檢測部
22b‧‧‧誤差運算部
22c‧‧‧開關部
22d‧‧‧採樣資料取得部
22e‧‧‧FFT分析部
22f‧‧‧固有週期誤差成分抽出部
22g‧‧‧ROM
22h‧‧‧ROM
22i‧‧‧資料讀入部
22j‧‧‧電源接通判定部
22k‧‧‧逆FFT分析部
22m‧‧‧補正表
22n‧‧‧補正運算部
23‧‧‧主位置檢測器
24‧‧‧移動體控制器
31‧‧‧移動體
32‧‧‧移動體控制器
41‧‧‧移動體
42‧‧‧電磁感應式位置檢測器
42A‧‧‧檢測部
42B‧‧‧位置檢測控制器
42a‧‧‧位置檢測部
42b‧‧‧誤差運算部
42c‧‧‧移動體位置計算部
42d‧‧‧開關部
42e‧‧‧採樣資料取得部
42f‧‧‧FFT分析部
42g‧‧‧固有週期誤差成分抽出部
42h‧‧‧ROM
42i‧‧‧ROM
43‧‧‧移動體控制器
43c‧‧‧移動體位置計算部
d‧‧‧線圈間隔
E‧‧‧誤差補正量
G‧‧‧間隙
I‧‧‧激磁電流
Ia‧‧‧第1激磁電流
Ib‧‧‧第2激磁電流
K‧‧‧傳遞係數
p‧‧‧線圈間距
r1‧‧‧0重設信號
r2‧‧‧0重設信號
S‧‧‧固定速度
s‧‧‧區段尺寸
t‧‧‧時間
T‧‧‧移動時間
V‧‧‧感應電壓
X‧‧‧檢測位置
X'‧‧‧檢測位置
ω‧‧‧激磁電流角頻率
圖1係關於本發明之實施形態例1之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法之方塊圖。
圖2係關於本發明之實施形態例1之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法之方塊圖。
圖3係表示補正前之檢測位置資料(檢測角度與誤差之關係)之圖表。
圖4係表示對補正前之檢測位置資料(檢測角度與誤差之關係)進行FFT分析所得之結果之圖表。
圖5係表示補正後之檢測位置資料(檢測角度與誤差之關係)之圖表。
圖6係表示對補正後之檢測位置資料(檢測角度與誤差之關係)進行FFT分析所得之結果之圖表。
圖7係關於本發明之實施形態例2之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法之方塊圖。
圖8(a)係表示電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)之一次側構件(滑件或定子)與二次側構件(標尺或轉子)以彼此平行相對之方式配置之狀態之立體圖，(b)係並列表示上述一次側構件(滑件或定子)與上述二次側構件(標尺或轉子)之圖，(c)係表示上述一側構件(滑件或定子)與上述二次側構件(標尺或轉子)之電磁耦合度之圖。
以下，基於圖式詳細說明本發明之實施形態例。
<實施形態例1>
基於圖1~圖6，說明本發明之實施形態例1之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法。
首先，就到將誤差補正用資料(電磁感應式位置檢測器之誤差變動之固有週期、及與該固有週期對應之誤差之資料)記憶於ROM(記憶機構)為止之步驟進行說明。
如圖1所示，於第1步驟中，將補正對象之電磁感應式位置檢測器22、與主位置檢測器23安裝至移動體21。
詳細而言，移動體21係如工具機之XY平台等般進行直線移動之移動體、或如工具機之旋轉平台等般進行旋轉之移動體(旋轉體)。
電磁感應式位置檢測器22為直線式標尺或旋轉式標尺，與基於圖8說明過之先前之電磁感應式位置檢測器為相同者，可檢測出絕對位置來作為檢測位置X。
電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)22具有檢測部22A、及位置檢測控制器22B。於移動體21安裝檢測部22A。檢測部22A係與基於圖8說明之檢測部10為相同者，具有一次側構件(滑件或定子)與二次側構件(標尺或轉子)。
因此，於電磁感應式位置檢測器22為直線式標尺之情形時，將滑件(可動部)安裝於進行直線移動之移動體21。於電磁感應式位置檢測器22為旋轉式標尺之情形時，將轉子(可動部)安裝於作為旋轉體之移動體21。
位置檢測控制器22B具有位置檢測部22a、誤差運算部22b、開關部22c、採樣資料取得部22d、FFT(Fast Fourier Transform：快速傅立葉轉換)分析部22e、固有週期誤差成分抽出部22f、及ROM(read only memory：唯讀記憶體)22g(記憶機構)。
電磁感應式位置檢測器22為直線式標尺之情形，作為主位置檢測器23，使用可檢測移動體21之直線位置(移動距離)者。電磁感應式位置檢測器22為旋轉式標尺之情形時，作為主位置檢測器23，則使用可檢測移動體(旋轉體)21之旋轉位置(旋轉角度)者。
主位置檢測器23係使用位置檢測精度較電磁感應式位置檢測器22高者(例如，與電磁感應式位置檢測器22相比，位置檢測誤差之大小為1/10以下者)。作為該高精度之主位置檢測器23，例如可使用光學式之位置檢測器等。再者，於移動體21安裝有主位置檢測器23之可動部。
於接下來之第2步驟中，以電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)22之檢測位置成為0位置(原點：直線式標尺時為0mm，旋轉式標尺時為0度)之方式藉由移動體控制器24使移動體21移動並定位。
詳細而言，位置檢測控制器22B之位置檢測部22a基於自檢測部(標尺或轉子)22A輸出之感應電壓，檢測移動體21之絕對位置(直線式標尺時為移動距離，旋轉式標尺時為旋轉角度)，且輸出該檢測位置(檢測距離或檢測角度)。繼而，以該檢測位置(檢測距離或檢測角度)成為0位置(0mm或0度)之方式自移動體控制器24進行移動指令，藉此使移動體21移動並定位。
於接下來之第3步驟中，將主位置檢測器23之檢測位置(檢測距離或檢測角度)重設為0位置(0mm或0度)。
詳細而言，位置檢測部22a係於由該位置檢測部22a取得之檢測位置(檢測距離或檢測角度)成為0位置(0mm或0度)時，對主位置檢測器23輸出0重設信號r1。繼而，主位置檢測器23基於0重設信號r1，將該主位置檢測器23之檢測位置(0mm或0度)重設為0位置(0mm或0度)。
於接下來之第4步驟中，藉由移動體控制器24使移動體21移動，運算電磁感應式位置檢測器22之檢測位置(檢測距離或檢測角度)與主位置檢測器23之檢測位置(檢測距離或檢測角度)之差，即檢測位置誤差(檢測距離誤差或檢測角度誤差)，並於每個固定間隔位置取得(採樣)該檢測位置誤差與電磁感應式位置檢測器22之檢測位置。
詳細而言，移動體控制器24係於以電磁感應式位置檢測器22之檢測位置成為0位置之方式定位移動體21後，使移動體21以固定速度移動以取得誤差資料。電磁感應式位置檢測器22為直線式標尺，且移動體21進行直線移動之情形時，使移動體21移動相當於電磁感應式位置檢測器22之一定長度之量(意即，標尺之全長之量)。電磁感應式位置檢測器22為旋轉式標尺，且移動體21為旋轉體之情形時，使移動體21旋轉360度(意即，轉子轉動1周)。
並且，此時誤差運算部22b運算自電磁感應式位置檢測器22(位置檢測部22a)輸出之檢測位置(檢測距離或檢測角度)、與主位置檢測器23之檢測位置(檢測距離或檢測角度)之差，即檢測位置誤差(檢測距離誤差或檢測角度誤差)。
又，位置檢測部22a於每個固定間隔位置(例如，直線式標尺時每0.1mm，旋轉式標尺時每0.1度)將檢測位置(檢測距離或檢測角度)輸出至開關部22c與採樣資料取得部22d。
開關部22c每當自位置檢測部22a於每個固定間隔位置(每0.1mm或每0.1度)輸入檢測位置(檢測距離或檢測角度)時，對採樣資料取得部22d輸出由誤差運算部22b運算出之檢測位置誤差。
採樣資料取得部22d自誤差運算部22b經由開關部22c於每個固定間隔位置(每0.1mm或每0.1度)取得(採樣)檢測位置誤差(檢測距離誤差或檢測角度誤差)，且自位置檢測部22a於每個固定間隔位置(每0.1mm或每0.1度)取得(採樣)電磁感應式位置檢測器22之檢測位置(檢測 距離或檢測角度)。
由該採樣資料取得部22d所取得之檢測位置(檢測距離或檢測角度)與檢測位置誤差(檢測距離誤差或檢測角度誤差)之關係例示於圖3。圖3中例示出電磁感應式位置檢測器22為旋轉式標尺之情形之檢測角度(度)與檢測角度誤差(秒)之關係，且示出檢測角度誤差週期性變動之情況。雖省略圖示，但電磁感應式位置檢測器22為直線式標尺之情形之檢測距離(mm)與檢測距離誤差(秒)之關係亦與之相同。
於接下來之第5步驟中，FFT分析部22e對由採樣資料取得部22d所取得之檢測位置誤差與檢測位置之資料進行FFT分析。
該FFT分析之結果例示於圖4中。圖4中例示出電磁感應式位置檢測器22為旋轉式標尺之情形之角度(度)與誤差振幅(秒)之關係。雖省略圖示，但電磁感應式位置檢測器22為直線式標尺之情形之距離(mm)與誤差振幅(mm)之關係亦與之相同。
於接下來之第6步驟中，自FFT分析之結果抽出與電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)22之誤差變動之固有週期對應之誤差(固有週期誤差)，且將上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料(補正資料)記憶於記憶機構。
詳細而言，固有週期誤差成分抽出部22f自以FFT分析部22e進行之如圖4所例示之FFT分析之結果，抽出與電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)22之誤差變動之固有週期對應之誤差(固有週期誤差)。
此處，電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)22中之二次側線圈(標尺線圈或轉子線圈)之線圈間距p設定為2mm或2度，電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)22中之一次側線圈(第1及第2滑件線圈或第1及第2定子線圈)之區段尺寸s設定為2/3mm或15/16度，線圈間隔d設定為1.5mm或7.5度。
因此，如上所述，電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)22之誤差變動之固有週期為0.5mm或0.5度、2/3mm或15/16度、1mm或1度、2mm或2度、0.75mm或3.75度、1.5mm或7.5度等。
因此，固有週期誤差成分抽出部22f自FFT分析之結果抽出與誤差變動之固有週期0.5mm或0.5度、2/3mm或15/16度、1mm或1度、2mm或2度、0.75mm或3.75度、1.5mm或7.5度對應之誤差(固有週期誤差)。
於圖4所示之旋轉式標尺之情形之例中，抽出與固有週期之0.5度對應之誤差Ea、與固有週期之15/16度對應之誤差Eb、與固有週期之1度對應之誤差Ec、與固有週期之2度對應之誤差Ed、與固有週期之3.75度對應之誤差Ee、與固有週期之7.5度對應之誤差Ef。雖省略圖示，但直線式標尺之情形亦與之相同。
雖然在線圈間距p為2mm或2度之情形時，亦產生其1/8(0.25mm或0.25度)等之固有週期之誤差，但因1/8以下之固有週期之誤差較小，故此處予以忽略。
再者，此處抽出之固有週期誤差更具體而言係sin成分之振幅之大小、與cos成分之振幅之大小。
繼而，將固有週期0.5mm或0.5度、2/3mm或15/16度、1mm或1度、2mm或2度、0.75mm或3.75度、1.5mm或7.5度、及與該等固有週期對應之誤差之資料(補正資料)記憶至設置於電磁感應式位置檢測器22之檢測部(直線式標尺時為滑件或標尺，旋轉式標尺時為轉子或定子)22A之ROM22h(記憶機構)。
再者，該等補正資料並不限於記憶於檢測部22A之ROM22h，亦可記憶於位置檢測控制器22B之ROM22g(記憶機構)。然而，使補正資料記憶於位置檢測控制器22B之ROM22g之情形時，於更換檢測部22A時亦必須更換位置檢測控制器22B。與此相對，使補正資料記憶於檢 測部22A之ROM22h之情形時，因僅更換檢測部22A即可，故於成本及作業性等方面較為有利。
如上所述之第1步驟~第6步驟之步驟例如於電磁感應式位置檢測器之製造工廠內，在電磁感應式位置檢測器22出貨前實施。並且，出貨檢測部22A之ROM22h或位置檢測控制器22B之ROM22g中記憶有補正資料之電磁感應式位置檢測器22。
其次，對直至補正電磁感應式位置檢測器之檢測位置為止之步驟進行說明。
如圖2所示，於使用檢測部22A之ROM22h或位置檢測控制器22B之ROM22g中記憶有補正資料之電磁感應式位置檢測器22，進行移動體31之位置檢測之情形時，將該電磁感應式位置檢測器22安裝於該移動體31。
移動體31係如工具機之XY平台等進行直線移動之移動體、或如工具機之旋轉平台等進行旋轉之移動體(旋轉體)。
於移動體31安裝檢測部22A。於電磁感應式位置檢測器22為直線式標尺之情形時，將滑件(可動部)安裝於進行直線移動之移動體31。於電磁感應式位置檢測器22為旋轉式標尺之情形時，將轉子(可動部)安裝於作為旋轉體之移動體31。
再者，本實施形態例1中，將利用電磁感應式位置檢測器22之移動體31及移動體控制器32、與用以取得電磁感應式位置檢測器22之補正資料之移動體21及移動體控制器24設為不同者，但並不限定於此，該等亦可為相同者。
如圖2所示，位置檢測控制器22B亦具有電源接通判定部22j、資料讀入部22i、逆FFT分析部22k、補正表22m、及補正運算部22n。
並且，於第7步驟中，自記憶機構(ROM22h或ROM22g)讀入誤差變動之固有週期、及與該等固有週期對應之誤差之資料(補正資料)。
詳細而言，電源接通判定部22j進行位置檢測控制器22B之電源(省略圖示)之接通判定。
若由電源接通判定部22j判定電源為接通，則資料讀入部22i自檢測部22A之ROM22h或位置檢測控制器22B之ROM22g讀入固有週期0.5mm或0.5度、2/3mm或15/16度、1mm或1度、2mm或2度、0.75mm或3.75度、1.5mm或7.5度、及與該等固有週期對應之誤差之資料(補正資料)。
於接下來之第8步驟中，藉由對自記憶機構(ROM22h或ROM22g)讀入之誤差變動之固有週期、及與該等固有週期對應之誤差之資料(補正資料)進行逆FFT分析，來求得與電磁感應式位置檢測器22之檢測位置(絕對檢測位置)對應之誤差補正量。
詳細而言，逆FFT分析部22k係基於資料讀入部22i中自檢測部22A之ROM22h或位置檢測控制器22B之ROM22g讀入之固有週期0.5mm或0.5度、2/3mm或15/16度、1mm或1度、2mm或2度、0.75mm或3.75度、1.5mm或7.5度、及與該等固有週期對應之誤差之資料(補正資料)，進行逆FFT分析。
其結果，得到與上述第5步驟中進行FFT分析前(圖3)相同之檢測位置(距離或角度)與檢測誤差(檢測距離誤差或檢測角度誤差)之關係。
繼而，逆FFT分析部22k基於逆FFT分析之結果，計算將電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)22之0位置(直線式標尺時為0mm，旋轉式標尺時為0度)作為基準之誤差補正量。意即，求得與電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)22之絕對檢測位置(絕對檢測距離或絕對檢測角度)對應之誤差補正量(檢測距離誤差之補正量或檢測角度誤差之補正量)。
於補正表22m中，將以逆FFT分析部22k所求得之誤差補正量(檢 測距離之誤差補正量或檢測角度之誤差補正量)與檢測位置(檢測距離或檢測角度)對應地進行記憶。
於接下來之第9步驟中，基於上述誤差補正量來補正電磁感應式位置檢測器22之檢測位置。
詳細而言，於移動體31停止時、或藉由移動體控制器32使移動體31移動(直線移動或旋轉)時，電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)22檢測移動體31之位置(距離或角度)。
意即，位置檢測控制器22B之位置檢測部22a基於自檢測部(標尺或轉子)22A輸出之感應電壓，檢測移動體31之絕對位置(直線式標尺時為移動距離，旋轉式標尺時為旋轉角度)並輸出該檢測位置(檢測距離或檢測角度)X(m)。
補正運算部22n從記憶於補正表22m之誤差補正量(檢測距離之誤差補正量或檢測角度之誤差補正量)之資料，選擇與自位置檢測部22a輸出之檢測位置(檢測距離或檢測角度)X(m)對應之誤差補正量(檢測距離之誤差補正量或檢測角度之誤差補正量)E(m)，且基於該誤差補正量E(m)如下述(11)式般補正該檢測位置X(m)，輸出該補正後之檢測位置X'(m)。
X'(m)=X(m)+E(m) (11)
圖5中例示出補正後之檢測位置(檢測角度)X'(m)之誤差，圖6中例示出對補正後之檢測位置(檢測角度)X'(m)之誤差進行FFT分析所得之結果。如圖5所示，補正後之檢測位置(檢測角度)X'(m)之誤差與補正前(圖3)相比變得非常小，且如圖6所示般，幾乎未產生固有週期0.5度、15/16度、1度、2度、3.75度、7.5度之誤差。
如上所述，根據本實施形態例1之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法，由於係以具有上述第1步驟~第9步驟作為特徵，來補正電磁感應式位置檢測器22固有之誤差，故不會因補正而對電磁感應 式位置檢測器22自身之位置檢測精度造成不良影響，且可提高電磁感應式位置檢測器22自身之位置檢測精度。
又，不僅可補正線圈間距週期之誤差，亦可補正其1/N週期之誤差、區段尺寸週期之誤差、線圈間隔週期之誤差、及其1/N週期之誤差。
又，由於自FFT分析之結果抽出與電磁感應式位置檢測器22之誤差變動之固有週期對應之誤差，且將上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料記憶於記憶機構(ROM22h或ROM22g)，故而與記憶全部所取得之檢測位置誤差與電磁感應式位置檢測器之檢測位置之資料之情形相比，可減少記憶機構(ROM22h或ROM22g)之記憶容量。
<實施形態例2>
基於圖7，說明本發明之實施形態例2之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法。
上述實施形態例1中使用有主位置檢測器，而本實施形態例2中不使用主位置檢測器而根據移動體之移動速度(固定速度)與移動時間算出移動體之位置。
首先，對直至將誤差補正用資料(電磁感應式位置檢測器之誤差變動之固有週期、及與該固有週期對應之誤差之資料)記憶於ROM(記憶機構)為止之步驟進行說明。
如圖7所示，於第1步驟中，將補正對象之電磁感應式位置檢測器42安裝至移動體41。
詳細而言，移動體41係如工具機之XY平台等進行直線移動之移動體、或如工具機之旋轉平台等進行旋轉之移動體(旋轉體)。
電磁感應式位置檢測器42為直線式標尺或旋轉式標尺，與基於圖8說明之先前之電磁感應式位置檢測器相同，可檢測絕對位置作為檢測位置X。
電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)42具有檢測部42A、及位置檢測控制器42B。於移動體41安裝檢測部42A。檢測部42A係與基於圖8說明之檢測部10相同者，具有一次側構件(滑件或定子)與二次側構件(標尺或轉子)。因此，於電磁感應式位置檢測器42為直線式標尺之情形時，將滑件(可動部)安裝於進行直線移動之移動體41。於電磁感應式位置檢測器42為旋轉式標尺之情形時，將轉子(可動部)安裝於作為旋轉體之移動體41。
位置檢測控制器42B具有位置檢測部42a、誤差運算部42b、移動體位置計算部42c(移動體位置計算機構)、開關部42d、採樣資料取得部42e、FFT分析部42f、固有週期誤差成分抽出部42g、及ROM42h(記憶機構)。
於接下來之第2步驟中，以電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)42之檢測位置成為0位置(原點：直線式標尺時為0mm，旋轉式標尺時為0度)之方式藉由移動體控制器43使移動體41移動並定位。
詳細而言，位置檢測控制器42B之位置檢測部42a基於自檢測部(標尺或轉子)42A輸出之感應電壓，檢測移動體41之絕對位置(直線式標尺時為移動距離，旋轉式標尺時為旋轉角度)，且輸出該檢測位置(檢測距離或檢測角度)。繼而，以該檢測位置(檢測距離或檢測角度)成為0位置(0mm或0度)之方式自移動體控制器43進行移動指令，藉此使移動體41移動並定位。
於接下來之第3步驟中，將移動體位置計算部43c(移動體位置計算機構)中用於位置計算之移動時間T重設為0。
詳細而言，位置檢測部42a於由該位置檢測部42a取得之檢測位置(檢測距離或檢測角度)成為0位置(0mm或0度)時，對移動體位置計算部43c輸出0重設信號r2。繼而，移動體位置計算部43c基於0重設信號 r2，將該移動體位置計算部43c中用於移動體41之位置(距離或角度)之計算之移動時間T重設為0。意即，將移動體41之開始時間重設為0。
於接下來之第4步驟中，藉由移動體控制器43使移動體41以固定速度S(移動體41為進行直線移動者之情形時為固定之直線移動速度，移動體41為旋轉體之情形時為固定之旋轉速度)移動，並運算電磁感應式位置檢測器42之檢測位置(檢測距離或檢測角度)、與移動體位置計算部43c中藉由使移動體41之固定速度S乘以移動體41之移動時間T來算出之移動體41之位置(距離或角度)之差，即檢測位置誤差(檢測距離誤差或檢測角度誤差)，且於每個固定間隔位置取得該檢測位置誤差與電磁感應式位置檢測器42之檢測位置。
詳細而言，移動體控制器43於以電磁感應式位置檢測器42之檢測位置成為0位置之方式定位移動體41後，使移動體41以固定速度S移動以取得誤差資料。電磁感應式位置檢測器42為直線式標尺，且移動體41進行直線移動之情形時，使移動體41移動相當於電磁感應式位置檢測器42之一定長度之量(意即，標尺之全長之量)。電磁感應式位置檢測器42為旋轉式標尺，且移動體41為旋轉體之情形時，使移動體41旋轉360度(意即，轉子轉動1周)。
繼而，此時移動體位置計算部42c藉由使移動體41之固定速度S乘以移動體41之移動時間T(自重設為0開始之時間)(S×T)，而算出移動體41之位置(距離或角度)。
誤差運算部42b運算自電磁感應式位置檢測器42(位置檢測部42a)輸出之檢測位置(檢測距離或檢測角度)、與由移動體位置計算部42c算出之移動體41之位置(距離或角度)之差，即檢測位置誤差(檢測距離誤差或檢測角度誤差)。
又，位置檢測部42a於每個固定間隔位置(例如，直線式標尺時每0.1mm，旋轉式標尺時每0.1度)將檢測位置(檢測距離或檢測角度)輸 出至開關部42d與採樣資料取得部42e。
開關部42d每當自位置檢測部42a於每個固定間隔位置(每0.1mm或每0.1度)輸入檢測位置(檢測距離或檢測角度)時，對採樣資料取得部42e輸出由誤差運算部42b運算出之檢測位置誤差。
採樣資料取得部42e自誤差運算部42b經由開關部42d於每個固定間隔位置(每0.1mm或每0.1度)取得(採樣)檢測位置誤差(檢測距離誤差或檢測角度誤差)，且自位置檢測部42a於每個固定間隔位置(每0.1mm或每0.1度)取得(採樣)電磁感應式位置檢測器42之檢測位置(檢測距離或檢測角度)。由該採樣資料取得部42e所取得之檢測位置(檢測距離或檢測角度)與檢測位置誤差(檢測距離誤差或檢測角度誤差)之關係與上述實施形態例1之情形(圖3)相同。
於接下來之第5步驟中，FFT分析部42f對由採樣資料取得部42e所取得之檢測位置誤差與檢測位置之資料進行FFT分析。該FFT分析之結果亦與上述實施形態例1之情形(圖4)相同。
於接下來之第6步驟中，自FFT分析之結果抽出與電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)42之誤差變動之固有週期對應之誤差(固有週期誤差)，且將上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料(補正資料)記憶於記憶機構。
詳細而言，固有週期誤差成分抽出部42g自以FFT分析部42f進行之FFT分析之結果，抽出與電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)42之誤差變動之固有週期對應之誤差(固有週期誤差)。
此處，電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)42中之二次側線圈(標尺線圈或轉子線圈)之線圈間距p設定為2mm或2度，電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)42中之一次側線圈(第1及第2滑件線圈或第1及第2定子線圈)之區段尺寸s設定為2/3mm或15/16度，線圈間隔d設定為1.5mm或7.5度。
因此，如上所述，電磁感應式位置檢測器(直線式標尺或旋轉式標尺)42之誤差變動之固有週期為0.5mm或0.5度、2/3mm或15/16度、1mm或1度、2mm或2度、0.75mm或3.75度、1.5mm或7.5度等。
因此，固有週期誤差成分抽出部42g自FFT分析之結果抽出與誤差變動之固有週期0.5mm或0.5度、2/3mm或15/16度、1mm或1度、2mm或2度、0.75mm或3.75度、1.5mm或7.5度對應之誤差(固有週期誤差)。
雖然在線圈間距p為2mm或2度之情形時，亦產生其1/8(0.25mm或0.25度)等週期之誤差，但因1/8以下之週期之誤差較小，故此處予以忽略。
再者，此處抽出之固有週期誤差更具體而言係sin成分之振幅之大小、與cos成分之振幅之大小。
繼而，將固有週期0.5mm或0.5度、2/3mm或15/16度、1mm或1度、2mm或2度、0.75mm或3.75度、1.5mm或7.5度、及與該等固有週期對應之誤差之資料(補正資料)記憶至設置於電磁感應式位置檢測器42之檢測部(直線式標尺時為滑件或標尺，旋轉式標尺時為轉子或定子)42A之ROM42i(記憶機構)。
再者，該等補正資料並不限於記憶於檢測部42A之ROM42i，亦可記憶於位置檢測控制器42B之ROM42h(記憶機構)。然而，亦如先前所述，使補正資料記憶於檢測部42A之ROM42i之情形時，因僅更換檢測部42A即可，故於成本及作業性等方面較為有利。
如上所述之第1步驟~第6步驟之步驟例如於電磁感應式位置檢測器之製造工廠內，在電磁感應式位置檢測器42出貨前實施。並且，出貨檢測部42A之ROM42i或位置檢測控制器42B之ROM42h中記憶有補正資料之電磁感應式位置檢測器42。
其次，實施直至補正電磁感應式位置檢測器42之檢測位置X(m) 為止之步驟，但因該步驟與上述實施形態例1中之第7步驟~第9步驟相同，故此處省略說明。
再者，本實施形態例2中，亦將利用電磁感應式位置檢測器42之移動體及位置檢測控制器、與用以取得電磁感應式位置檢測器42之補正資料之移動體41及移動體控制器43設為不同者，但並不限定於此，該等亦可為相同者。
如上所述，根據本實施形態例2之電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法，由於基於將包含上述第1步驟~第9步驟(第7步驟~第9步驟與上述實施形態例1相同)作為特徵，補正電磁感應式位置檢測器42固有之誤差，故而不會因補正而對電磁感應式位置檢測器42自身之位置檢測精度造成不良影響，且可提高電磁感應式位置檢測器42自身之位置檢測精度。
又，不僅可補正線圈間距週期之誤差，亦可補正其1/N週期之誤差、區段尺寸週期之誤差、線圈間隔週期之誤差、及其1/N週期之誤差。
又，由於自FFT分析之結果抽出與電磁感應式位置檢測器42之誤差變動之固有週期對應之誤差，且將上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料記憶於記憶機構(ROM42i或ROM42h)，故而與記憶全部所取得之檢測位置誤差與電磁感應式位置檢測器之檢測位置之資料之情形相比，可減少記憶機構(ROM42i或ROM42h)之記憶容量。
進而，因不必使用主位置檢測器，故可減少補正作業之工時及成本。
[產業上之可利用性]
本發明係關於電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法，與電磁感應式位置檢測器之安裝狀態等無關，應用於提高電磁感應式位置檢測器自身之位置檢測精度之情形且較為有用。
21‧‧‧移動體
22‧‧‧電磁感應式位置檢測器
22A‧‧‧檢測部
22B‧‧‧位置檢測控制器
22a‧‧‧位置檢測部
22b‧‧‧誤差運算部
22c‧‧‧開關部
22d‧‧‧採樣資料取得部
22e‧‧‧FFT分析部
22f‧‧‧固有週期誤差成分抽出部
22g‧‧‧ROM
22h‧‧‧ROM
23‧‧‧主位置檢測器
24‧‧‧移動體控制器
r1‧‧‧0重設信號

Claims (1)

  1. 一種電磁感應式位置檢測器之檢測位置補正方法，其特徵在於包含：第1步驟，將檢測絕對位置之電磁感應式位置檢測器，安裝於移動體；第2步驟，以使上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置成為0位置之方式，藉由移動體控制器使上述移動體移動並定位；第3步驟，將移動體位置計算機構中用於位置計算之移動時間重設為0；第4步驟，藉由上述移動體控制器使上述移動體以固定速度移動，並運算上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置、與上述移動體位置計算機構中藉由以上述移動體之上述固定速度乘以上述移動體之移動時間而算出之上述移動體之位置的差，即檢測位置誤差，且於每個固定間隔位置取得該檢測位置誤差與上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置；第5步驟，對該取得之上述檢測位置誤差與上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置之資料進行FFT分析；第6步驟，自上述FFT分析之結果抽出與上述電磁感應式位置檢測器之誤差變動之固有週期對應之誤差，且將上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料記憶於記憶機構；第7步驟，自上述記憶機構讀入上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料；第8步驟，藉由對自上述記憶機構讀入之上述固有週期及與上述固有週期對應之誤差之資料進行逆FFT分析，來求得與上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置對應之誤差補正量；及 第9步驟，基於上述誤差補正量來補正上述電磁感應式位置檢測器之檢測位置。
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