WO1986002994A1 - Method and apparatus for detecting position - Google Patents

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Tetsuro Sakano
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    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/48Servo-type converters

Definitions

  • the present invention relates to a position detecting method and device, and more particularly to a moving position detecting method and a detecting device for precisely detecting a moving position of a moving work machine such as an NC or a robot arm.
  • the conventional encoder converts the light emitted from the light emitting diode into a rotating code plate (usually around the rotating code plate) attached to a predetermined rotating shaft whose rotational position is to be detected.
  • a rotating code plate usually around the rotating code plate
  • the light passing through the rotary code plate is received by a light receiving element such as a photo diode and converted into a voltage, and accordingly, an adjacent slot provided on the rotary code plate according to the rotation of the rotary code plate.
  • the sinusoidal signals V a and V b having one cycle of the pitch interval (one pitch) are generated.
  • the two sinusoidal signals V a, the V b Check In order to have a phase difference of 90 * intermittently, the fixed slit plate 'is provided with a slit interval (1 pitch) provided on the rotating code plate.
  • the up counter is sequentially turned on. Power At the point of counting down, a negative pulse is generated (this means that the rotary code is rotating in the opposite direction, for example, counterclockwise). The rotation angle, and thus the rotation position of the rotation shaft on which the rotation code plate is mounted, is detected. The moving position of the moving object is detected).
  • the present invention has a remarkably higher detection resolution than the conventional moving position detection method as described above.
  • the purpose is to detect the moving position of a moving object based on the amount of movement (displacement) from its initial position.
  • a means for generating a two-phase sine wave signal having a phase difference of 90 ′ spatially in accordance with the movement of a moving body, and a total of a pump-down counter A cos converter and a sin converter for performing a cos conversion and a sin conversion of a ratio between a numerical value and the number of interpolated divisions in one cycle of the sine wave signal, an output of the cos converter and the two-phase sine wave signal one of the voltage value V a and the product and the s in the converter output and Nomino means and the two Nomino means and outputs the product of the other voltage value V b of the sine wave signals of the two phases of
  • Subtraction means for extracting a value V of the difference between the outputs of the following; a rectifier for compensating the value of V; a pulse generation means for generating a pulse having a frequency proportional to the absolute value of the output of the rectifier; and A polarity detector for detecting the polarity of the output of the compens
  • V V a ⁇ cos ⁇ - by leaving Ki values of or to the value of V b 'sina 0,
  • V a V sin
  • V b V cos ⁇
  • One cycle of the sine wave (corresponding to one pitch interval of the slit on the rotary code board) is linearly divided (equally divided) by the required number of divisions (for example, 1000), and Therefore, the displacement of the rotating code plate (generally, the moving amount of the moving object) can be remarkably higher than that of the conventional example (for example, the number of slits on the rotating code plate is set to 2000).
  • an up-down counter when calculating the value of setting the value of V to 0 by the method of the present invention, an up-down counter, a cos converter, a sin converter, a multiplication Means for generating an output corresponding to the value of V through means and subtraction means, and a means for generating a number of pulses corresponding to the absolute value of the output of the compensator, further compensating the value of V And a polarity detector for detecting the polarity of the output of the compensator, and the number of pulses corresponding to the number of the pulses in accordance with the output signal from the polarity detector until the value of V becomes zero.
  • the counter is counted up or counted up, and the amount of rotational displacement is detected from the count value obtained thereby.
  • FIGS. 1 (a), ib) and (c) are waveform diagrams for explaining this type of position detection method in the prior art.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the basic concept of the position detection method according to the present invention
  • FIG. 3 and FIG. 4 are block diagrams illustrating the configuration of a detection device when the position detection method according to the present invention is performed using a computer, respectively.
  • FIG. 5 shows an example of a control program when detecting position information by a computer when implementing the method of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an overall configuration diagram when the position detecting method according to the present invention is implemented by a feedback circuit.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the basic concept of the position detection method according to the present invention
  • FIGS. 3 and 4 show a detection device when such a position detection method is carried out using a computer.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a 10 configuration.
  • the output is performed as described in the above-described conventional technique according to the rotation angle of the rotating code plate (generally, the moving position of the moving body).
  • the voltage values V a and V b of the phase sine wave signal are read at regular intervals (for example, 50 microseconds).
  • V V a coso-V b sin or or is determined to be 0.
  • the or obtained in this way is calculated as one cycle of the sine wave (that is, the interval between adjacent slits on the rotation code ⁇ ).
  • V a V osin 5
  • V b V ocos ⁇
  • V e is the rotation position (rotation angle) of the rotary code plate
  • V V o (. S i n ⁇ -c o s cx — c o s ⁇ ⁇ s ⁇ ⁇ )
  • the sine wave signal is changed by a predetermined short period compared to the change speed of e (specifically, the sine wave signal is If the above "is obtained in a shorter period than the time that changes only, the change in ⁇ ⁇ , that is, the displacement of the rotation angle (the displacement from its initial position) can be detected correctly.
  • FIGS. 3 and 4 show the configuration of a detection device when the above-described position detection method according to the present invention is implemented using a computer.
  • the microprocessor 2 in the computer outputs the sample hold circuits 31 and 32 (for each time period) based on the timing signal input at regular time intervals.
  • Sa Npuruho Ichiru de circuit 3 1, 32 respectively the sine wave signal V a in, V- b is input.) to hold command to output the sine wave signal V a
  • V a and V b are converted into digital values of predetermined accuracy by A / D converters 41 and 42, respectively.
  • the microprocessor reads the microcontroller value into the microphone port processor 2 through the bus at the predetermined cycle.
  • the sample hold circuits 31 and 32 are replaced with sample holders instead of providing the D / D converters 41 and 42 shown in FIG.
  • the switched output is switched in the middle of each cycle according to a cut command input from the microphone coprocessor 2 to the multiplexer 43 and sequentially input to the common A / D converter 4.
  • the output of the converter 44 is sequentially input to the microprocessor 2, thereby saving one A / D converter.
  • the first method is what is called a feedback method, and obtains for each detection cycle through the following exercise process.
  • V i V a cos a i_ t Te Motonishi with each Di digital value of the input V a and V b in - seeking V b sin or i_,, further the V i based on,
  • K P K s is a constant and is usually K p > K s .
  • V (a) V a cos — V b siri o, and the derivative V '() is
  • V '(a) - V a sin ⁇ - approximate solution of V bC0S next to the non-linear equation, is obtained me by the next iteration.
  • the first approximation value the 0th approximation
  • taste and QT i- 1 or i 0 in)
  • aii a i 0 - i 0
  • is a predetermined minute amount according to the required accuracy
  • FIG. 5 shows a flowchart in which the microprocessor 2 performs the mining process by the above-mentioned Newton's method.
  • the microprocessor 2 starts the next processing every time the timing signal is input.
  • a hold command is issued to the sample hold circuits 31 and 32 in step 2, and two sine wave signals V a and V b Sample hold the value of Value through the (analog value) to AZD converter 41, 42 and de-I digital value of a predetermined accuracy, ⁇ De I digital value V a In stearyl-up 3 reads the V b.
  • step 4 the detected value (position information I!) Obtained one cycle before that is taken out and this is set as ⁇ i.
  • step or n force "in-flop 6 (the proviso ⁇ and is given in advance by an amount that defines the precision error detect) to determine from the small or not, Do has become small -. Kere If the eta - Is set as a new c n (step?), And the same performance is repeated. If the ⁇ ⁇ '-is smaller than the mi, the. Is output as the new detected position information "i", and then the hold command is resolved in step 9 and the processing in the cycle is terminated (step 10). .
  • the value of or that sets the value of V to 0 is the amplitude value V of each of the two-phase sine wave signals that causes a large detection error as described above.
  • V since it is not affected at all. No error is caused at all, and the voltage values V a .
  • V b of the sine wave signal can be read with high accuracy by using an A / D converter of a predetermined bit.
  • 1 cycle of the sine wave according to the number of bits of the A / D converter (Equivalent to the pitch between adjacent slits on the rotating code plate) is linearly interpolated and divided by the required number of divisions (for example, 1 000) to detect high resolution position information. It can be.
  • V a and V b denote light on the rotary code plate on which a number of slits are formed as described above, and the rotary code and the rotary code 2 'O slits provided on the fixed plate opposing to (between adjacent slits on the rotary code plate)
  • V a V 0 sin ⁇
  • V b V ocos ⁇
  • the count value currently counted in the up-down counter 7 in FIG. 6 is N
  • the count value- ⁇ is input to the cos converter 81 and the sin converter 82.
  • R0M is used as a cos converter and a sin converter, and the above-mentioned sin ⁇ power and cos output are respectively obtained by the sin code table and the cos code table built in the R0M. Can be output.
  • the count value ⁇ ⁇ input to the R 0 ⁇ from the up-down counter is used as an address signal for the RQ ⁇ .
  • V (V a cos or -V b sin c)
  • V a or V b is input as the reference voltage
  • the output of the ROM in proportion to the value of the reference voltage (de I digital value ) Is DZA-converted and the above product value is output.
  • the DZA converter cos and If a D / A converter weighted by sin is used, the above-described cos and siri converters can be integrated with a multiplying device.
  • the output V is input to the compensator 62, and if the compensator is a proportional compensator, its output side or K V (where K is a predetermined constant) is obtained.
  • this output KV is taken out by the absolute value converter 63 only of its absolute value KV :, and the value of: KV: is input to the voltage frequency converter 64 to be proportional to the magnitude of the 'KV5;
  • the number of pulses corresponding to the frequency is output.
  • the one-polarity detector 6 ⁇ outputs a sign corresponding to the polarity of the ⁇ V, and the up-down counter to which these two outputs are input is divided by the number of pulses according to the sign output. Output a new count value by counting or counting down.
  • the feedback circuit of FIG. 6 performs the feedback operation so that the value of V becomes zero.
  • V V 0 (s i n 5 'cos — cos' sin)
  • the compensator 62 controls the speed of following the rotation angle 5, and may simply have a function of simply reducing or attenuating by the proportional compensation. However, in this case, it is inevitable that a certain amount of detection error occurs in proportion to the rotation speed.
  • the aforementioned proportional integral compensation is performed by the accumulator 62 (that is, the component proportional to V). And outputs the sum of the components obtained by integrating V and V). Or will be able to follow 5 without error.
  • the moving amount from the initial position in the moving body and hence the moving position can be detected with a remarkably high resolution compared with the conventional position detecting method.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

明 細 書 位置検出方法および装置
技術分野
本発明は位置検出方法および装置に関し、 特に N C等の移 動する作業機械あるいはロボッ トの腕などの移動位置を精密 に検出する移動位置検出方法ならびに検岀装置に関する。 背景技術
従来より この種の位置検出を行うにあたっては、 空間的に
9 0 ' の位相差をもった 2相の正弦波信号 (以下に説明する ようにこれらを V a および V b とする) を利用して位置検出 を行っており、 通常この種の位置検出器をエンコ ーダと称し ている。
そして在来のエンコーダは、 例えば発光ダイオー ドからの 射出光を、 その回転位置が検出されるべき所定の回転軸に取 付けられた回転コ ー ド板 (通常該回転コ ー ド板の周囲には所 定間隔をおいて多数の (例えば 2000個の) スリ ッ トが設けら れる) に当て、 該回転コー ド扳および該回転コー ド板と対向 する固定板に設けられたス リ ッ トを通過した光をフォ トダイ オー ド等の受光素子で受光して電圧に変換し、 それによつて- 該回転コ ー ド板の回転に応じて該回転コー ド板に設けられた 相隣接するスリ ッ ト間隔 ( 1 ピッチ) を 1周期とする正弦波 信号 V a , V b をう る。
なおこの場合、 該 2つの正弦波信号 V a , V b について空 間的に 9 0 * の位相差を持たせるために、 該固定ス リ ッ ト板' に、 該回転コー ド板に設けられたスリ ッ ト間隔 ( 1 ピ ッ チ)
1
の整数倍からーピッチだけずれた 2個のスリ ッ トを設け、 そ
4
れらの各スリ ッ 卜とそれぞれ対向して設けられた各受光素子 によつて受光されて生じた電気信号によつて該 2つの正弦波 信号 V a , V b をう るようにしている。 (第 1図 (a)参照) 次いでこれらの各正弦波信号 V a , V b をそれぞれコ ンパ レータに入力してその出力側からは該正弦波信号の正 · 負の 値に応じてそれぞれハイ レベルおよびロウ レベルとなる出力 信号 A Pおよび B Pをつく り、 ①該出力信号 A P の立上り時 に出力信号 B Pがハイ レベルとなっているとき、 ②該出力信 号 B Pの立下り時に出力信号 A Pハイ レベルとなっていると き、 ③該出力信号 A Pの立下り時に出力信号 B Pが口ウ レべ ルとなっているとぎ、 ④該出力信号. B P の立上り時に出力信 号 A Pがロウ レベルとなっているとき (第 1 図 ( )参照) には ァ ップダウ ンカウ ンタを逐次カウ ン トァ ツプさせる所謂プラ スパルスを生じさせ (このことは該回転コ - ド扳がー方向例 えば時計方向に回転していることを意味する) 、 一方①該出 力信号 A Pの立上り時に出力信号 B Pがロウ レベルとなって いるとき、 ②該出力信号 B Pの立下り時に出力信号 A Pが口 ゥ レベルとなっているとき、 ③該出力信号 A Pの立下り時に 出力.信号 B Pがハイ レベルとなっているとき、 ④該出力信号 B Pの立上り時に出力信号 A Pがハイ レベルとなっていると き (第 1図 (c)参照) には、 該ア ップダウ ンカウ ンタを逐次力 ゥ ン トダウ ンさせる所諝マイ ナスパルスを生じさせ (このこ とは該回転コ一ド扳が反対方向例えば反時計方向に回転して いることを意味する) これによつて該回転コー ド板の回転 角度、 したがって該回転コー ド板が取付けられた回転軸の回 転位置を検出 (場合によつては該回転コ一ド板の回転角度を 直線抆に展開するこ とによつて直線状に移動する移動体の移 動位置を検出) するようにしている。
しかしながら、 かかる従来の位置検出方法においては、 上 述したよ うに回転コー ド板の回転に応じて該出力信号 A P又 は B Pの 1 サイ クル (回転コー ド板に設けられた相隣接する ス リ ' ト間隔 1 ピ ッ チに相当) 中に、 その回転角度を計数す るア ッ プダウ ンカ ウ ンタをカ ウ ン 卜 させる 'ルス (上記ブラ スパルス又はマイ ナスパルス) を 4回発生させう るにすぎず 仮に回転コ ー ド板の周囲に 2000個のス リ ッ トが設けられてい るとすれば、 その回転角度検出についての分解能は
1 1
回転にすぎず、 要するに回転コー ド板が回
2000 4 8000
転するとき該ス リ ッ トによる 1 回転あたりの分割数の 4倍以 上の高い検出分解能がえられないという問題点があ た。 発明の開示
本発明は、 かかる問題点にかんがみ、 上述したような従来 形の移動位置検出方法に比較して格段に高い検出分解能
1
(例えば 回転) で、 回転体更に一般的にいえば
2000 1 000 移動体の移動位置を、 その初期位置からの移動量 (変位量) によって検出するこ とを目的としている。
そして上記問題点を解決するために、 本発明の一つの形態 によれば、 移動体の移動に応じて空間的に 9 0 ' の位相差を 有する 2相の正弦波信号を発生させる段階、 該 2相の正弦波 信号の各電圧値 V a , V b を検出して V = V a ' cos ar - V b - sin の値を 0にする orの値を箕出する段階、 および 該算出された orの値を該正弦波 1 サイ クル内での補間分割位 置情報として該移勖体の移勣量を検出する段階を具備する位 置検出方法が提供される。
また本発明の他の形態によれば、 移動体の移勛に応じて空 間的に 9 0 ' の位相差を有する 2相の正弦波信号を発生させ る手段、 ァ ンプダウ ンカ ウ ンタ の計数値と該正弦波信号 1 サ ィ クル内での捕間分割数との比をそれぞれ cos変換および sin変換する cos変換器および sin変換器、 該 cos変換器の 出力と該 2相の正弦波信号の一方の電圧値 V a との積および 該 s in変換器の出力と該 2相の正弦波信号の他方の電圧値 V b との積をそれぞれ出力する乗箕手段および該 2 つの乗箕手段 の出力の差の値 Vをとり出す減算手段、 該 Vの値を捕償する 捕償器、 該捕償器の出力の絶対値に比例した周波数をもった パルスを発生するパルス発生手段、 および該捕償器の出力の 極性を検出する極性検出器をそなえ、 該 Vの値が 0 になるま で、 該極性検出器からの出力信号に応じて該パルスの数だけ 該ア ップダウ ンカウンタをカウ ン トア ップ又はカ ウ ン トダゥ ンさせる位置検出装置が提供される。 上記本発明の一形態においては、 V = V a · cos α - V b ' sinaの値を 0 にする orの値を箕出することによって、
V a = V sin 、 V b = V cos θ
(ただし 5 はそのときの回転角) であることから、 結局
— Y (sin Θ ' cos oc― cos θ · s i η or )
= V o · sin( <9 - or ) の値を 0 にする αの値を算出する こととなり、 その解は α = 6 ± η π (ただし IIは整数) とな る。
したがって 5が変化した場合、 6の変化速度に比較して短 い周期 (具体的には上記正弦波信号が πだけ変化する時間よ り短い周期) で順次 aを求めれば、 該 aの変化により、 d の 変位量を正しく検出するこ とができる。 その際該 Vの値を 0 にする orの値は、 検出誤差の大きな原因となる V。 の値 (こ の V。 の値は回転コ ー ド板が回転するにつれて固定ス リ ツ ト 板との間のギヤ ップが変動するこ となどのために回転板が 1 回転する間においても変動し、 更に発光ダイオー ドの発光量 の時間的変動などによっても変動する) とは無関係に上記し た a = 6 土 η πの閬係をみたしており、 結局該 orの値により . 該正弦波 1 サイ クル (回転コ一ド板上のス リ ッ トの 1 ピッチ 間隔に相当する) 内を、 所要の分割数 (例えば 1000) で直線 状に捕間分割 (等分割) し、 それによつて回転コー ド板の変 位量 (一般的には移動体の移動量) を従来例のものより飛躍 的に高い分解能 (例えば回転コー ド板上のス リ ッ ト数を 2000
新たな用敏 とし、 上記補間分割数を 1000とすれば 回転)
2000 X 1000 で検出する こ とができる。
また本発明の他の形態においては 、 上記本発明方法によつ て上記 Vの値を 0 にする の値を算出するにあたり、 ア ップ ダウ ンカウ ンタ、 co s変換器および s i n変換器、 乗算手段お よび減算手段などを通して該 Vの値に対応する出力を生じさ せ、 更に該 Vの値を補償する捕償器、 該補償器の出力の絶対 値に応じた数のパルスを発生する手段、 および該補償器の出 力の極性を検出する極性検出器を用いて、 該 Vの値が 0 にな るまで、 該極性検出器からの出力信号に応じて該パルスの数 だけ該ア ップダウ ンカウ ンタをカウ ン トア ップ又はカウ ン ト ウ ンさせ、 それによつてえ られたカウ ン ト値から上記回転 変位量が検出される。 図面の簡単な説明
第 1図 (a) , ib) , (c)は、 従来技術における この種の位置検出 方法を説明するための波形図、
第 2図は、 本発明にかかる位置検出方法の基本概念を示す ブロ ック図、
第 3図および第 4図は、 それぞれ本発明にかかる位置検出 方法をコ ンピュータを用いて実施する場合の検出装置の構成 を例示したブロ ック図、
第 5図は、 本発明方法を実施するにあたり、 コ ンピュータ により検出位置情報を箕出する場合の制御プログラムの 1例 - 1
5 をフ ロ ーチ ヤ一 卜 によって示す図、
第 6図は、 本発明にかかる位置検出方法をフ ィ ー ドバッ ク 回路によって実施する場合の全体構成図を示すプロ ッ ク図で ある。 発明を実施するための最良の形態
第 2図は、 上記本発明にかかる位置検出方法の基本概念を 示すブロ ッ ク図であり、 第 3図および第 4図は、 かかる位置 検出方法をコ ンピュータを用いて実施する場合の検出装置の
10 構成を示すブ σ ッ ク図である。
すなわち本癸明による位置検出方法においては、 回転コ ー ド板の回転凭度 (一般的には移動体の移勣位置) に応じて上 記従来技術で説明したよ う にして出力される 2相の正弦波信 号の電圧値 V a , V b を一定周期 (例えば 5 0 マイ ク ロ秒) 毎に読み取り、 次式すなわち
V = V a c o s o - V b s i n orを 0 にする orを求め、 このよ う にして求めた を、 該正弦波 1 サイ クル (すなわち回転コ - ド扳上における相隣接するス リ ッ ト間隔に対応する) 内を 所定の分割表で直線的に補間分割 (等分割) した位置情報
20 (この場合は回転角度を表す情報) と している。
本発明において、 このよう な方法によって位置情報を求め る理由を更に詳述すれば、
上式 V = V a c o s な— V b s i n α (1)において、
V a = V o s i n 5 , V b = V o c o s Θ
25 (ただし V。 は 2相の正弦波信号の振巾
V e は回転コ ー ド板の回転位置 (回転角)ノ であるから、
これらを上記(1)式に代入すれば、
V = V o (. s i n Θ - c o s cx — c o s σ · s ι α )
= V。 · s i η ( 5 — な ) となり、
したがって該 V の値を 0 とする αの値は、
= θ ± η η (ただし ηは整数) となる。
したがって回転コ ー ド板が回転して が変化した場合、 該 e の変化速度に比較して所定の短い周期で (具体的には回転 コ - ド扳の回転に伴って上記正弦波信号が i だけ変化する時 間より短い周期で) 上記 "を求めて行けば、 該 の変化によ り Θすなわち回転角の変位量 (その初期位置からの移動量) を正し く検出する こ とができ る。
第 3図および第 4図は、 上述した本発明にかかる位置検出 方法をコ ンピュータを用いて実施する場合の検出装置の構成 洌を示すもので、 まず第 3図に示される検出装置においては 該コ ン ピュータ内のマイ ク ロプロセ ッ サ 2 は、 タイ マ 1 力、ら 一定周期毎に入力されるタイ ミ ング信号にもとづいて、 その 一定周期毎に各サ ンプルホール ド回路 31 , 32 (該サ ンプルホ 一ル ド回路 3 1 , 32にはそれぞれ上記正弦波信号 V a , V- b が 入力される。 ) にホール ド指令を出力して各正弦波信号 V a
V b の値をサ ンプルホール ド し、 その間に該正弦波信号
V a , V b のアナ ロ グ値をそれぞれ Aノ D変換器 41 , 42によ つて所定の精度のディ ジタル値に変換し、 それらのディ ジタ ル値を上記所定の周期毎にバスを通して該マイ ク 口プロセ ッ サ 2 に入力させている。
そしてこれらのディ ジタル入力を上記(1)式の V a および V b の値と して各周期毎に該マイ ク 口プロセ ッサ 2 において 該 (1)式すなわち V の値を 0 とする の値を演算する。 なおそ の各周期毎の演算結果すなわち該周期毎の位置情報《は逐次 該コ ンピュ一タのメ モ リ あるいは外部の出力レジスタ 5 に記 億させる こ とができる。
一方第 4図に示される装置においては, 上記第 3図におけ る 2偭の Αノ D変換器 41 , 42を設ける代り に、 サンプルホ一 ル ド回路 3 1 および 3 2 にそれぞれサ ンプルホ一ル ドされた 出力を、 該マ イ ク コプロ セ ッ サ 2 からマルチプ レク サ 4 3 に 入力される切渙指令により各周期の途中で切換えて共通の A / D変換器 4 に順次入力させ、 該変換器 4 4 の出力を順次 マイ ク ロプロセ ッサ 2 に入力させるよう にして、 A / D変換 器を 1 個節約している。
次に該マイ ク コプコセ ッ サ 2 において、 上記(1)式すなわち Vの値を 0 にする なの値を求める場合の具体的方法について 説明する。
すなわちその第 1 の方法は、 所謂フ ィ ー ドバッ ク法とでも いうべき もので次のよう な演箕過程を経て各検出周期毎の を求める。
いま、 ある検出周期における位置情報 を求めよ う とす る ときには、 先ずその 1周期前に求めた位置情報 i と、 上述したよう にして各 Aノ D変換器 41 , 42又は 4 4から新た に入力された V a および V b の各ディ ジタル値とをもとにし て V i = V a cos a i_ t - V b sin or i_ , を求め、 更にこの V i をもとにして、
a i = i - I K V i (ただし Kは定数) (2)
によって新たな位置情報 を求める。 (所請比例補償法。 ) あるいは、 上記 (2)式による代りに、 まず上記 V i を累積加 算して S i を求め、
(すなわち S i = S i— t ÷ V i = ∑ V„) 該 V i および S i を n = o
もとにして、
or i = or £. , - p · V i - K s · S i ……(3)
(ただし K P : K s はそれぞれ定数で通常 K p > K s )
によって新たな位置情報 a を求める。 (所請比例積分補償 法) 。
なお上記比例補償法は実現が簡単であるが、 3が一定速度 で変化する ときその速度に比例した検出誤差が生ずるのは避 けえないのに対し、 該比例積分補償法は、 回路がやや複雑に なるが、 そのよう な速度に比例した検出誤差を生じない。 またその第 2 の方法は、 上記 に関する非線形方程式
V a · cos a - V b · sin or = 0 を例えば二 ユ ー ト ン法で解く 方 法である。 この場合には先ず
V ( a ) = V acos — V bsiri o とする と についての微分 値 V ' ( ) は、
V ' ( a ) = — V asin α — V bC0S となり該非線形方程式 の近似解,は次の反復によ って求められる。 いま、 ある検出周期における位置情報 " i を求めよう とす るときには、 先ずその 1 周期前に求めた位置情報 " , をも とにして、 これを該 の最初の近似値 (第 0 近似という意 味で QT i— 1 = or i 0とする) と し、 a i i = a i 0i 0
V ( a o) V a - cos QT i o - V b - sin tar i 0
V ' ( x i Q) V a ' sin io ÷ V b ' cos a を求め該 a ^を該 or i の第 1 近似とする。
以下こ の演算過程を操返し、 その第 n近似を o i nとする と、 第 ( n - 1 ) 近似は、
a i - = Qr i n - c¾r i n (n = 0 , 1 , 2…)
V { o ι η) V a ' c o s a i n— V b · s i n だし or i
V ' ( a i n) V a ' sin Qr i n ÷ b - cos a となる。 '
そ して該 i nの絶対値 i„ が ^ <x i n ■ く s
ε は要求精度に応じた所定の微小量)
となったとき上記反復をやめ、 該近似解 i · (n | ) を該検 出) "f 期における位置情報 a i とする ものである。
第 5図は、 マイ ク ロプロセ ッサ 2が上記ニ ュ ー ト ン法によ つて演箕処理を行う場合のフ ロ ーチ ヤ - トを示すもので、 タ イ マ 1 から一定周期でタ イ ミ ング信号が発生し、 それにより 該マイ ク ロプロセ ッサ 2 は該タイ ミ ング信号が入力:される毎 に次の処理を始める。
すなわち、 ステ ッ プ 1 でス タ ー ト後、 ステ ッ プ 2 でサ ンプ ルホ一ル ド回路 31 , 32にホ一ル ド指令を出し、 その時点で 2 つの正弦波信号 V a , V b の値をサ ンプルホ一ル ド し、 その 値 (アナログ値) を A Z D変換器 41 , 42に通して所定の精度 のデ ィ ジタル値とし、 ステ ッ プ 3 において該デ ィ ジタル値 V a , V b を読みとる。
次にステ ップ 4においてその 1 周期前に求められた検出値 (位置情報 い! をとり出しこれを《 i。とする。
そしてステ ッ プ 5 において、
V a · cos <x n ― V b * s i n ατ„
} a Λ = および … = c n -" ! c
V a · s in or„ - V b ' cos ex n
(ただし n = 0 , 1 , 2 , …とし、 最初は n = 0 からスタ ー トする) を計算する。
次いでステッ プ 6 において or n 力" (ただし ε は検 出精度誤差を規定する量で予め与えられてい とする) .より 小か否かを判断し、 小になっていな -ければ該 η - を新たな c n と して (ステ ップ? ) 、 同様の演箕を橾返し、 該 α Λ '- が該 ミ より .小となればステ ップ 8 において該 „. t をその周 期における新しい検出位置情報 " i と して出力し、 次いでス テ ッ プ 9 において該ホ -ル ド指令を解條し、 その周期におけ る演箕処理を終了する。 (ステ ッ プ 1 0 ) 。
上記した本発明方法によれば、 上記 Vの値を 0 にする orの 値が、 上述したように検出誤差の大きな原因となる 2相の正 弦波信号それぞれの振巾の値 V。 に何等影響される こ とがな いので、 該 V。 にもとづく 誤差が全く 生じないものであり、 更に該正弦波信号の電圧値 V a. , V b は、 所定ビ ッ トの A / D変換器を用いる ことにより高精度に読みとる ことができ る ため、 該 A / D変換器のビッ ト数に応じて該正弦波 1 サイ ク ル (回転コ ー ド板上の相隨接するス リ ッ ト間のピッチに相当) を所要の分割数 (例えば 1 000 ) で直線状に補間分割した高分 解能の位置情報を検出する こ とができ る。
こ とろで上述した第 2 の方法 (例えばニュ ー ト ン法) によ つて上記各周期における上記 の値を求める場合には上述し たよう にコ ン ピュータを用いて演箕処理を行う必要がある力 上述の第 1 の方法すなわち所謂フ ィ一 ドバッ ク法によって の値を求める場合には、 必ずしも第 3図 (又は第 4図) に示 されるよう なコ ン ピュータ (すなわちマイ ク ロプコセ ッサ 2 ) を含む装置による こ とな く 、 以下に第 6図を用いて説明する よ う なフ ィ一 ドバッ ク回路を用いて該 の値をほぼ連読的に 求める こ ともできる。
すなわち第 6図において、 V a , V b は上述したよ う に多 数のス リ ッ トが形成された回転コ一ド板に光を当て、 該回転 コ一ド扳および回転コ一 ド扳と対向する固定板に設けられた 2偭' Oス リ ッ ト (該回転コ ー ド板上の相瞵接するス リ ッ ト間
1
のピッ チの整数倍とは一ピ ッ チだけずれた) をそれぞれ通過
4
した光をフォ トダイ ォー ド等の受光素子で受光してえられた 電気信号であつて、 回転コ ー ド板が回転する とき、 それぞれ 空間的に 9 0 ' の位相差を有する正弦波信号となり 、 その電 圧値 それぞれ次のよう に表される。 すなわち、
V a = V 0 s i n θ
V b = V o c o s Θ
こ こで は該回転ユ ー ド板の回転角に比例する量で、 相隣 接するス リ ッ ト間隔 ( 1 ピ ッ チ) に対して = 2 ラ ジア ン となり、 該 V a および V b はそれぞれ 1 サイ ク ル変化する。 いまある時点において、 第 6図のア ップダウ ンカ ウ ンタ 7 に現に計数されている計数値を Nとする と、 該計数値- \を cos変換器 8 1 および sin変換器 8 2 に入力させてそれらの
2 π N 出力側からそれぞれ cos αおよび s i η α (ただし "
し であり 、 Lは上記ス リ ッ ト 1 サイ ク ルについての捕間分割数 であって、 仮に L = 1000とすれば、 該カ ウ ンタ 7からは 0 か ら 999までのカ ウ ン ト値がサイ ク リ ッ ク に出力される) を出 力させる。 なお cos変換器および sin変換器と しては R 0 M を用い、 該 R 0 Mに内蔵された s i nコ ー ド表および cosコ ー ド表によ ってそれぞれ上記 s i n岀カおよび cos出力を出力す る ことができ る。 そしてその際、 該ア ップダウ ンカウ ンタか ら該 R 0 ίに入力される計数値 Νは該 R Q Μに対するァ ドレ ス信号として使用される。
そして該 cos変換器 8 1 の出力 cos は乗算器 8 3 におい て電压値 V a と乗算され、 一方 sin変換器 8 2 の出力 sin or は乗箕器 8 4において電圧値 V b と乗算され、 次いでそれら の各出力は減箕器 6 1 に入力されてそれらの差すなわち V = ( V a cos or - V b sin c ) が出力される。 なお該乗算器と して 例えば乗箕形 D / A変換器が用いられ、 その基準電圧 として V a 又は V b が入力され、 該基準電圧の値に比例して 該 R O Mの出力 (デ ィ ジタル値) が D Z A変換されて上記乗 算値が出力される。 更に該 D Z A変換器として、 cosおよび sinの重み付けされた D / A変換器を用いれは、 上記 cosお よび siri変換器を乗箕器とを一体として構成する ことができ る。
次いで該出力 Vは補償器 6 2 に入力され、 仮に該補償器が 比例捕償器である とすれば、 その出力側か K V (ただし Kは 所定の定数) がえられる。
次いでこの出力 K Vは絶対値変換器 6 3 においてその絶対 値 K V : のみがとり 出され該 : K V : の値は電圧周波数変 換器 6 4 に入力されて該 ' K V 5 ; の大き さに比例した周波数 に変換され、 該周波数に応じた数のパルスが出力される。 一 方極性検出器 6 δ は該 Κ Vの極性に応じた符号を出力し、 こ れら 2 つの出力が入力されるァ ップダウ ンカ ゥ ンタ Ί は該符 号出力に応じて該パルス数でけカ ウ ン ト ァ 'ン プ又はカ ウ ン ト ダゥ ンして新しい計数値を出力する。
すなわち上記 Vの値が 0 でないと所定符号を伴う所定数の パルスによってァ ップダウ ンカ ウ ンタ の内容が変化し、 V = 0 になれば該パルス出力は停止する。 すなわち、 第 6 図のフ ィ 一 ドバフ ク回路は該 V の値が 0 になるよう にフ ィ 一 ドバ ッ ク動作が行われる。
こ と ろで上記 V = V a cos a - V b s in を更に展開する と V a - V 0 sin θ , V b = V ο cos 5である こ とから、
V = V 0 ( s i n 5 ' cos — cos ' sin )
= V o sin ( d - a ) となり、
L · θ
Θ、 すなわちカ ウ ンタ の計数値 N = の と き
2 r. V = 0 となる。
2 π N
すなわち V = 0 となったときの = はその時点
L
での回転板の回転角に等しい。
またこのよ う にして = の関係が成り立つている とき Θ が変化したとする と、 該 6 がプラ ス側に変化して — α > 0 となった場合に 、 該極性検出器 6 5から出力される符号出 力がプラ スになり、 ア ッ プダウ ンカ ウ ンタ 7 は所定のパルス
2 π Ν
数だけア ップカ ウ ン ト しその結果 α = はプラス側に変 し
化する。
一方 がマイ ナス側に変化して - a < 0 となった場合に :ま、 該符号出力がマイ ナスになり 、 ァ ノ プダウ ンカウ ンタ 7
2 π は所定のパルス数だけダウ ンカ ウ ン ト しその結果な =■
し はマイ ナス側に変化する。 このよう にして orは 5 の変化に追 従し、 ァ ッ プダウ ンカ ウ ンタ 7 の内容 Xが間接的にその時点 での回転角 Θを表わす。
なお補償器 6 2 は回転角 5 に対する の追従の速さを制御 する もので、 簡単には上記比例補償によ り単純に增巾又は減 衰する機能であってよい。 しかしながらこの場合には回転速 度に比例してある程度の検出誤差を生ずる ことは避けえない のに対し、 該捕償器 6 2 によって先に述べた比例積分補償を 行う (すなわち Vに比例した成分と Vを積分した成分との和 をとつて出力する) よ う にすれば、 が定常速度で変化して いる とき誤差無しで orが 5 に追従できるよ う になる。
本発明の方法および装置によれば、 従来形の位置検出方法 に比較して格段に高い分解能で、 移勣体におけるその初期位 置からの移動量したがってその移動位置を検出す ¾ こ とがで さる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 移動体の移動に応じて空間的に 9 0 ' の位相差を有す る 2枏の正弦波信号を発生させる手段、 該 2相の正弦波信号 の各電圧値 V a , V b を検出して V = V a ' COs ar — V b ' s i η αの値を 0 にする αの値を箕出する段階、 および該算出 された αの値を該正弦波 1 サイ クル内での捕間分割位置情報 として該移動体の移動量を検出する段階を具備することを特 徵とする位置検出方法。
0 2. 移動体の移動に応じて空間的に 9 0 。 の位相差を有す る 2相の正弦波信号を発生させる段階、 ァ ップダウ ンカ ウ ン タの計数値と該正弦波信号 1 サイ ク ル内での補間分割数との 比をそれぞれ cos変換および sin変換する cos変換器および sin変換器、 該 cos変換器の出力と該 2相の正弦波信号の一5 方の電圧値 V a との積および該 sin変換器の出力と該 2相の 正弦波信号の他方の電圧値 V b との積をそれぞれ出力する乗 箕手段および該 2つの乗算手段の岀力の差の値 Vをとり出す 減算手段、 該 Vの値を補償する補償器、 該補償器の出力の絶 対値に比例した周波数をもったパルスを究生するパルス発生 手段、 および該補償器の出力の極性を検出する極性検出器を そなえ、 該 Vの値が 0になるまで、 該極性検出器からの出力 信号に応じて該パルスの数だけ該ァ ップダウ ンカウ ンタを力 ゥ ン トア ップ又はカウ ン トダウ ンさせる ことを特徵とする位 検出: £ε o
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