WO1998021553A1

WO1998021553A1 - Circuit d'interpolation de codeur

Info

Publication number: WO1998021553A1
Application number: PCT/JP1997/004102
Authority: WO
Inventors: Mitsuyuki Taniguchi; Tadashi Inoue
Original assignee: Fanuc Ltd.
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 1998-05-22
Also published as: US6188341B1; EP0874223A4; JP3659976B2; EP0874223B1; EP0874223A1; DE69727368T2; DE69727368D1

Description

明細書

エンコーダの内揷回路

技術分野

本発明は、回転角度や直線上の位置を検出するェンコーダの検出信号を内挿する内挿回路に関する。

背景技術

N C装置の工作機械のテーブルやモータの位置を検出する検出装置では、モータの軸等に取り付けられるロータリ形式のパルスエンコーダと工作テーブル等に取り付けられるリニア形式のパルスエンコーダが知られており、これによつて、移動体の移動量や移動速度の検出を行つている。このようなエンコーダでは、移動体の移動によつて正弦波信号（ K s i η θ ) の Α相信号と、該信号に対して 9 0 ° 位相がずれている B相の正弦波信号（ K s i η ( Θ 士 π / 2 ) ) を発生させ、該二つの正弦波信号を用いて内挿演算を行なって角度データ（ Θ ) を求め、位置や速度の分解能を向上させている。

このような内挿技術として、信号源からの正弦波信号及び余弦波信号を複数個の抵抗器及びコンパレータァレィによって変換回路を構成する方法や、図 1 5 に示す内揷回路の構成によって、正弦波信号 V A 及び余弦波信号 V Β を A Z D コンバータ 1 a , 2 a によって A / D変換してから内挿演算手段 2 に入力し、内挿演算手段 2 で t a n — ¹ ( V A / V B ) の演算を行うことによって、角度データ Θ を求める方法が知られている。この t a n の逆変換の演算は、例えばテーラ一展開の計算処理等を用いて行うことができる。

従来のエンコーダに使用される内揷回路は、そこに振幅 Kが等しく位相が π 2 だけずれた A相信号（正弦波信号）と B相信号（余弦波信号）が入力してくることを前提として、内揷演算を行なっている。

しかしながら、一般に、エンコーダの内挿回路に入力される A相信号と B相信号とは、正確に π 2 の位相差をもっているとは限らず、また、振幅が互いに等しいとは限らない。すなわち、両信号の位相差が πノ 2 からずれたり、振幅比が 1 からずれたりすることがある。

このようなずれのある信号を用いて内揷演算を行うと、該ずれによって求められた角度 Θ に内揷誤差が生じるという問題点がある。

そこで、このような内挿誤差を除くために、従来は、アナログ調整回路を A / D コンバータの前に設けることによって、アナログ調整回路に入力する A相信号と B相信号との振幅比を 1 に調整したり、あるいは A相信号と B相信号との位相差を π Ζ 2 に調整する方法も行われている。しかし、このようなアナログ調整回路による内揷誤差の除去では、複雑な回路構成が必要となり、また、調整回路がアナログ回路であるため調整回路自体を調整する必要となるという問題点がある。

発明の開示

本発明の目的は、入力信号を調整することなく、内挿演算によって得た内挿データの補正によって、信号ずれによる内挿誤差を除去した内挿データを得ることができるエンコーダの内挿回路を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によるエンコーダ内揷回路は、位相を異にする 2 つのエンコーダ信号を入力して、これらの信号を内挿演算して内挿角度データを出力する内揷演算手段と、 2 つのエンコーダ信号の正常波形に対するずれ量と上記内挿演算手段から出力された内揷角度データとの組み合わせに対応する補正データを求めて出力する補正データ形成手段と、上記内挿演算手段から出力された内挿角度デ一夕を上記補正データ形成手段から出力された補正デ一夕でもって補正して、補正された内挿角度データを出力する補正演算手段とを含む。

好ましくは、上記信号ずれ検出手段で検出される 2 つのエンコーダ信号のずれ量とは、 1 方の正弦波ェンコ一ダ信号の振幅に対する他方の正弦波ェンコ一ダ信号の振幅の比である。

好ましくは、上記信号ずれ検出手段で検出される 2 つのエンコーダ信号のずれ量とは、あらかじめ定めた 2 つのエンコーダ信号間の位相差と、実際の 2 つのェンコ一ダ信号間の位相差との差異としての位相誤差である。

好ましくは、上記補正データ形成手段は、上記内揷演算手段の出力と上記信号ずれ検出手段の出力とを、予め設定してある補正データを求める計算式の中の変数にそれぞれ代入して、その計算式を演算することによって補正データを形成する。

好ましくは、上記補正データ形成手段には、上記内挿演算手段の出力と上記補正データ形成手段の出力との組み合わせに対する補正デ一夕の値を予め記憶しておいて、補正データ形成手段は、内挿演算手段及び補正データ形成手段からそれぞれ出力を受け取ると、これら出力の組み合わせに対応した補正データを取り出して出力する。

好ましくは、上記補正データ形成手段に記憶される補正データは、上記内挿演算手段の出力と上記補正データ形成手段の出力との組み合わせがアドレスになって取り出せるようになつている。

さらに好ましくは、上記補正データ形成手段には、限定された範囲内での角度データと検出された信号ずれとの組み合わせをァドレスとして対応するデータが取り出せるように、データテーブルが記憶されており、さらに、上記補正データ形成手段は、信号ずれ検出手段及び内挿演算手段からの出力を受け取ると、それら出力に基づいて上記アドレスを確定する手段と、その確定されたアドレスでもって上記データテーブルにアクセスして対応のデータを取り出し、その取りだしたデータを処理して上記補正データを形成する手段とを含む。

本発明によれば、入力信号を調整することなく、内挿演算によって得た内挿データの補正によって、信号ずれによる内挿誤差を除去した内挿データを得ることができる。図面の簡単な説明

図 1 は、本発明によるエンコーダ内挿回路の概要を説明するためのブロック線図である。

図 2 は、本発明の第一の実施例によるエンコーダ内挿回路を説明するためのブロック線図である。

図 3 は、本発明の第二の実施例によるエンコーダ内挿回路を説明するためのプロック線図である。

図 4 は、 2 つのエンコーダ信号の振幅比を説明するための図である。

図 5 は、 2 つのエンコーダ信号の振幅差が π / 2 からずれると、内揷デ一夕に誤差が含まれることを説明するための図である。

図 6 は、 2 つのエンコーダ信号の振幅比が 1 からずれているために演算された内揷デ一夕の中に含まれることになった誤差のパターンを模式的に表した図である。

図 7 は、図 3 のエンコーダ内揷回路における補正デー夕記憶手段を構成する要素を説明するためのブロック線図である。

図 8 は、図 6 に示す誤差を打ち消すための補正データパターンを、振幅比別に模式的に表した図である。

図 9 は、本発明の第三の実施例によるエンコーダ内挿回路を説明するためのプロック線図である。

図 1 0 は、本発明の第四の実施例によるエンコーダ内揷回路を説明するためのブ口ック線図である。

図 1 1 は、 2 つのエンコーダ信号間の位相誤差を説明するための図である。

図 1 2 は、 2 つのエンコーダ信号間に位相差が πノ 2 からずれているために演算された内挿データの中に含まれることになつた誤差のパターンを模式的に表した図である。

図 1 3 は、図 1 0 のエンコーダ内挿回路における補正データ記憶手段を構成する要素を説明するためのブ口ック線図である。

図 1 4 は、図 1 2 に示す誤差を打ち消すための補正デ一夕パターンを、位相差による誤差別に模式的に表した図である。

図 1 5 は、従来のエンコーダ内揷回路を説明するための図である。

発明を実施するための最良の形態

[ エンコーダの内揷回路の概要]

まず、本発明によるエンコーダの内揷回路の概要について図 1 のブロック図を参照して説明する。

1 つのエンコーダ信号（正弦波信号である Α相信号） V A と、それと振幅が同じで位相が 9 0度異なるもう 1 つのエンコーダ信号（余弦信号である B相信号） V B は、それぞれ A / D コンバータ 1 a 、 1 b でアナログ信号からディジ夕ル信号に変換される。 A Z D コンバ一夕 1 a、 1 b でディジタル信号に変換された A相信号 V A と B相信号 V B とは内挿演算手段 2 に入力する。内挿演算手段 2 は、 θ ' = t a n - ¹ ( V A / V B )

の演算をして内挿データ θ ' を出力する。ただし、この内揷データ Θ ' には、 Α相信号 V Α と B相信号 V B との振幅のずれ或いは位相差のずれなどによって誤差（内挿誤差 δ Θ ) が含まれている。

また、 Αノ D コンバータ 1 a、 1 b でディジタル信号に変換された A相信号 V A と B相信号 V B とは、信号ずれ検出手段 3 にも入力され、ここで、 A相信号 V A と B 相信号 V B とのずれ（振幅の差、位相の差が）が検出される。

補正データ形成手段 4 は、内挿演算手段 2 の出力（内揷デ一夕 θ ' ) と信号ずれ検出手段 3 の出力とを受け取つて、これらのデ一夕から補正データ Δ Θ を求める。補正演算手段 5 は、内挿演算手段 2 の出力 θ ' と補正データ形成手段 4 の出力 Δ Θ とを受け取って、

θ = θ ' + Δ Θ

の計算をして、内挿誤差を含まない内挿データ Θ を出力する。

[八相信号と Β相信号 V B との信号ずれを、両信号の振幅差でもって検出する例 ]

次に、図 1 の信号ずれ検出手段 3 が検出する信号ずれを、具体的には Α相信号 V Α と B相信号 V B との振幅差とした例を、図 2乃至図 8 を用いて説明する。

(第 1 の態様）

まず、この例によるエンコーダ内揷回路の第 1 の態様を図 2 のブロック図により示す。図 2 のブロック図で示すエンコーダ内揷回路は、図 1 のブロック図で示すェンコーダ内揷回路の信号ずれ検出手段 3が振幅比検出手段 3 k に置き代わった点を除けば、図 1 のブロック図で示すエンコーダ内挿回路と同様である。したがって、図 2 のエンコーダ内挿回路における振幅比検出手段 3 k 以外の構成要素についての説明は省略する。なお、内挿演算手段 2 は、 A Z D コンバータ 1 a、 1 b の出力、すなわちディジタル信号に変換された A相信号 V A と B相信号 V B とを受け取って、 1 波内（ 0 から 2 π までの区間）の内揷演算を実行する。

ここで、図 4 を用いて、 2 つのエンコーダ信号 V A と V Β との振幅比 k について説明する。なお、図 4 においては、正弦波信号であるエンコーダ信号 V A と余弦波信号であるエンコーダ信号 V B とをそれぞれ簡略化のため、三角波で表している。これら 2 つのエンコーダ信号 V A と V B との間には正確に π / 2 の位相差があるとする。ただし、両信号 V Α と V B の振幅は等しくないとする。

図 4 において、エンコーダ信号 V B のゼロクロス時点でのエンコーダ信号 V A の値を V AH、 V ALとし、また、エンコーダ信号 V A のゼロクロス時点でのエンコーダ信号 V B の値を V BH, V BLとすると、振幅比 k は以下の式で表される。

( V AH- V AL) > ( V BH— V BL) のとき

C AB= 0 k = ( V AH- V AL) ( V BH- V BL)

( 1 )

( V AH- V AL) く ( V BH- V BL) のとき

C AB= 1

k = ( V BH- V BL) / ( V AH- V AL)

… ( 2 ) なお、 C ABはエンコーダ信号 V A , V B のいずれの振幅が大きいかを表す比較フラグであり、 C AB = 0 は信号 V A の振幅が信号 V B の振幅より大きい場合を表し、 C AB= 1 は信号 V A の振幅が信号 V B の振幅より小さい場合を表している。

なお、上記振幅比のデータ k 及びフラグ C ABの状態を求めるには、 A / D コンバータ 1 a 及び 1 b の出力について、その一方がゼロの時の他方の値をサンプリングして平均値を算出することによって求めることができる。

2 つのエンコーダ信号 V A , V B の振幅比 k が 1 であるときは、これら信号 V A , V B は、図 5 に示すように、直交座標系上にその原点を中心に描かれた円上の一点で示される。すなわち、円上の 1 点の横軸の値が V B であリ、縦軸の値が V A となり、また、この点と原点を結んだ直線の角度が角度データ Θ となる。しカヽし、ェンコ一ダ信号 V A の振幅がエンコーダ信号 V B の振幅より大であって k 力 1 にはならないときは、これら信号 V A , V B は、円ではなく楕円の上の一点となる。例えば、図 5 に示すように、信号 V A の振幅が信号 V B の振幅よりも大であるときは、 1 方のエンコーダ信号が V B のとき、他方のエンコーダ信号は V A ではなく、 k V A となる ( k 〉 1 ) 。この楕円上の一点（ V B、 k V A ) と原点とを結んだ直線の角度が内挿データ Θ ' となる。すなわち、信号 k V A と信号 V B とから内挿データ Θ ' が演算されてしまう。この内揷データ θ ' は、図 5 に示すように、 δ θ ( = Θ ' — Θ ) の誤差（内挿誤差）を含んでいる。

2 つのエンコーダ信号 V A , V B が正確に π ノ 2 の位相差である場合、すなわち、一方のエンコーダ信号 V A が正弦波とすると他方のエンコーダ信号 V B が余弦波となる場合、図 5 に示す内挿データ Θ と内挿誤差 δ θ との関係は例えば図 6 に示すようになる。図 6 において、 Θ 力 0 カヽら π ノ 2 までの δ Θ のノヽ。ターンは Θが π カヽら 3 π 2 までの δ Θ のパターンと同じである。また、 Θが π / 2 力、ら π までの δ Θ のノ、。夕一ンは Θ力¹ f 3 π / 2 π カヽら 2 π までの δ θ のパターンと同じである。さらに、 Θ が π ノ 2 カヽら π までの δ Θ のパターンと Θが 0 カヽら π 2 までの δ Θ のノ、。ターンとは θ = π / 2 を中心に点対称となっている。

次に、正弦波のエンコーダ信号（ Α相信号）と余弦波とエンコーダ信号（ Β相信号）とはそれらの振幅比が k ( ≠ 1 ) であるとき、内挿誤差を含む内揷デ一夕 Θ ' に対する補正データ △ Θ について以下に説明する。

内挿誤差を含む内挿データ Θ ' は、 A相信号（以下、 k V A で表す）及び B相信号（以下、 V B で表す）を用いて以下の式で表される。

θ ' = t a n '' ( k V A / V B ) ■·· ( 3 ) さらに、上記式（ 3 ) から、以下の式が得られる。 k V A / V B = s i n 0 ' / c o s 0 '

… （ 4 )

V A / V B = s i n 0 ' / k c o s 0 '

… ( 5 ) 一方、 k = 1 で内挿誤差を含まない内挿データ Θ は以下の式で表される。

0 = t a n "¹ ( V A / V B ) -" ( 6 ) 従って、補正デ一夕 Δ Θ は以下の式で表される。

Δ θ = Θ - Θ '

= t a n "' ( s i n 0 / k c o s Θ ) — Θ

… ( 7 ) 上記式（ 7 ) は、補正データ Δ Θ は内挿誤差を含む内挿データ Θ ' と振幅比 k によって得られることを示している。

そこで、図 2 の補正データ演算手段 4 k 1 は、内揷演算手段 2 から受け取った内挿データ Θ ' と、振幅比検出手段 3 k から受け取った振幅比 k とから、上記式（ 7 ) による演算を行って補正データ△ Θ を得て出力する。

そこで、図 2 の補正演算手段 5 は、内挿演算手段 2 から受け取った内挿データ Θ ' と、補正データ記憶手段 4 k 1 から受け取った補正データ△ Θ とから、

θ = θ ' + Δ Θ ··■ ( 8 ) の計算をして、内揷誤差 δ θ を補正した内揷データ Θ を出力する。

(第 2 の態様）

図 2 に示す第 1 の態様では、補正データ Δ Θ を補正デ —夕演算手段 4 k 1 による式（ 7 ) の演算で得ている。ところが、この演算をして補正データ Δ Θ を求める代わりに、入力値（ Θ ' ， k ) とその入力値に対応する補正データ△ Θ との関係をテーブルの形式で補正データ記憶手段にあらかじめ記憶しておいて、入力値 θ ' と k との組み合わせに対応する補正データ Δ Θ を読み出すようにしてもよい。

そこで、このような補正データ記憶手段を補正データ演算手段 4 k 1 に代えて設けたエンコーダ内挿回路を、図 3 のブロック図に第 2 の態様として示す。

図 3 のブロック図で示すエンコーダ内揷回路は、図 2 のプロック図で示すエンコーダ内揷回路の補正データ演算手段 4 k 1 が補正データ記憶手段 4 k 2 に置き代わつた点を除けば、図 3 のブロック図で示すェンコ一ダ内揷回路と同様である。したがって、図 3 のブロック図で示すエンコーダ内挿回路における補正データ演算手段 4 k 1 以外の構成要素についての説明は省略する。

補正データ記憶手段 4 k 2 には、種々の振幅比 k と内揷データ Θ ' の組み合わせ（ k , Θ ' ) に対する補正デ一夕 Δ Θが記憶されている。そして、振幅比 k と内揷デ一夕 Θ ' を内挿演算手段 2及び振幅比検出手段 3 k 1 とから受け取ると、（ k , θ ' ) をアドレスとして補正デ一夕△ Θが補正データ記憶手段 4 k 2 から読み出される。

この補正データ記憶手段 4 k 2 に、可能な振幅比 k と内揷デ一夕 Θ ' とのすベての組み合わせに対処できるように補正データを格納しておくには、大量の記憶容量を要する。ところが、内揷データ θ ' の範囲および振幅比 k を限定して、補正データ記憶手段 4 k 2 に記憶すべき量をその分減少させても、可能な振幅比 k と内挿データ Θ ' とのすベての組み合わせに対して補正データを取り出すことができる方法がある。以下にその方法について説明する。

図 5 及び図 6 を参照して前に説明したように、内揷デ一夕 Θが 0 から π / 2 まで（第 1 象限）の内挿誤差 δ Θ のターンから、内揷デ一夕 Θカ< π / 2 から π まで（第 2 象限）の内挿誤差 δ Θ のパターン、内挿デ一夕 Θ力¹! ' π から 3 π Ζ 2 まで（第 3象限）の内揷誤差 δ Θ のパターン、及び内挿データ Θが 3 π / 2 から 2 π まで（第 4象限）の内揷誤差 δ Θ のパターンをそれぞれ得ることができるので、この内揷誤差 δ θ を打ち消すための補正デー夕 Δ Θ も内揷デ一夕 Θ ' (内挿演算手段 2 の出力）が 0 から π Ζ 2 まで（第 1 象限）の補正データ Δ Θ のパターンのみ記憶しておけばよい。このような限定された範囲での補正データの記憶によって、補正データ記憶手段 4 に記憶されるデータ量の減少を図ることができる。

また、内挿誤差 δ Θ の値が小さい場合には、内挿誤差 δ Θ の値と振幅比 k とはほぼ比例関係にあると見なせる。従って、所定の振幅比 k 0 に対する補正データ Δ Θ 0 のみ記憶しておいて、その他の振幅比 k n のときの補正デ一夕 Δ θ n は、所定振幅比 k 0 に対する補正データを振幅比の比率だけ遲倍することによって得ることができる。これによつて、補正データ記憶手段 4 k 2 に記憶すべき振幅比 k の数を限定して、記憶する補正データのデータ量を減少させることができる。

図 7 のブロック図は、内揷データ Θ ' の範囲および振幅比 k を限定して補正データを記憶する補正データ記憶手段 4 k 2 の構成を説明している。この補正データ記憶手段 4 k 2 は、内挿データ Θ ' と比較フラグ C ABを入力してアドレスを形成するアドレス変換回路 1 1 と、限定された範囲の内挿データ Θ ' と限定された振幅比 k との組み合わせに対応する補正データのみ格納されていて、アドレス変換回路 1 1 によるアドレス指定によってその補正データを読み出す補正デ一夕テーブル 1 2 と、読み出した補正データの符号を演算された内挿データ θ ' と比較フラグ C ΑΒとに基づいて反転する符号反転選択回路 1 3 と、検出された振幅比 k によって補正データの遲倍を行う通倍回路 1 4 とを備える。

図 8 は、内挿データ θ ' に対する補正データ Δ Θ の関係を、振幅比 k ごとに表したものである。図 8 において、各補正データ Δ Θ は前記図 6 に示す振幅差 k に基づく内揷誤差 δ Θ を打ち消す大きさと符号とを備えている。内揷データ θ ' が 0 から π ノ 2 までの Δ Θ のノ、。ターンは、 Θ ' が π から 3 n Z 2 までの Δ Θ のパターンと同じである。また、 Θ ' 力¹ f π / 2 から π までの Δ Θ のノヽ。ターンは Θ ' が 3 π Ζ 2 π カヽら 2 π までの Δ Θ のノ\°ターンと同じである。さらに、 Θ ' が π / 2 から n までの△ Θ のパ夕ーンと Θ ' が 0 から π 2 までの Δ Θ のパターンとは、 θ = π Ζ 2 を中心に点対称となっている。以上であるため、内揷デ一夕 Θ ' 力 0 から π / 2 までの△ Θ のノ、。ターンのみ記憶して、内揷デ一夕 Θ ' が π ノ 2 から 2 π までの補正データは、この記憶された内挿データ Θ ' 力¹ f 0 から π Z 2 までの Δ Θ のノ、ターンから得ることができる。

また、補正データ Δ Θ は、振幅比 k によってその大きさが変化する力振幅比 k が小さな範囲ではほぼ振幅比 k の比に比例すると見なすことができ、所定の振幅比 k について補正データ Δ Θ を代表値として記憶し、その他の振幅比 k については遞倍することによって求めることができる。

図 8 では k = 1 . 0， k = 1 . 0 2 , k = 1 . 0 4， k = 1 . 0 6 の場合を例示的に示しており、例えば k = 1 . 0 2 についての補正デ一夕 Δ Θ のみを記憶し、その他の振幅比 k については、 k = 1 . 0 2 との比率を遲倍係数として補正データ △ Θ に遲倍させることで求めることができる。なお、 k = 1 . 0 は両エンコーダ信号の振幅が等しいことを表している。

アドレス変換回路 1 1 は演算された内挿データ Θ ' と比較フラグ C ABを入力して、補正デ一夕テーブル 1 2 を読み出すためのァドレスを形成する回路である。ァドレスの形成では、以下の表 1 に示すように、 0 ≤ θ ' < π ノ 2 を単位とし、入力した内挿データ θ ' の範囲および比較フラグ C ABの正負に応じてァドレスを出力する。

符号反転選択回路〗 3 は、補正データテーブル 1 2 から読み出したデ一夕の符号を、表 1 に示すように、演算された内揷デ一夕 Θ ' の範囲および比較フラグ C A Bの正負に応じて反転あるいは非反転する。

【表 1 】

さらに、通倍回路 1 4 は、所定の振幅比 k で記憶されている補正データについて、振幅比 k に応じた比率の遲倍係数で通倍する回路である。以下に示す表 2 は週倍係数の一例であり、振幅比 k = 1 . 0 2 について補正デ一タを格納しておき、この補正データを基準とし、異なる振幅比 k については振幅比 k = 1 . 0 2 を基準として所定の遲倍係数によって遍倍して求める。

【表 2 】

例えば、振幅比 kが 1 . 0 3から 1 . 0 5 の間の場合には、振幅比 k = 1 . 0 2 の補正データに対して 2倍の遲倍係数を乗じ、振幅比 k が 1 . 0 5 から 1 . 0 7 の間の場合には、振幅比 k = 1 . 0 2 の補正データに対して 3 倍の遍倍係数を乗じて補正データ Δ Θ を求める。

また、遲倍回路 1 4 における遲倍方法として、補正デ一夕テーブル 1 2 に一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より大きい特定の振幅比 k 1 に対する補正デ一夕のみを記憶し、検出した振幅比 k力 1 より大の場合には第 1 の補正デ一夕に（ 1 一 k ) / ( 1 - k 1 ) を乗じ、検出した振幅比 k 力 1 より小の場合には補正データに一（ 1 — k ) ノ（ 1 — k 1 ) を乗じることによって、遲倍係数を定めて補正データ厶 Θ を求めることもできる。

さらに、遲倍回路 1 4 における遲倍方法として、補正データテーブル 1 2 に一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より大きい特定振幅比 k 1 に対する第 1 の補正データと、一方のエンコーダ信号の振幅が他方のェンコ一ダ信号の振幅よリ小さい特定振幅比 k 2 に対する第 2 の補正データとを記憶し、検出した振幅比 k 力 1 より大の場合には第 1 の補正デ一夕に（ 1 ― k ) / ( 1 - k 1 ) を乗じ、検出した振幅比 k 力 1 より小の場合には第 2 の補正データに（ 1 一 k ) / ( 1 ― k 2 ) を乗じることによって、週倍係数を定めて補正デ一夕 Δ Θ を求めることもできる。

[ A相信号 V A と B相信号との信号ずれを、両信号の位相差でもって検出する例 ]

次に、 2 つのエンコーダ信号の位相誤差による内揷誤差を補正するエンコーダ内揷回路について、図 9 乃至図 1 4 を参照して説明する。

(第 1 の態様）

この例によるエンコーダ内揷回路の第 1 の態様を図 9 のブロック図により示す。図 9 のブロック図で示すェンコーダ内揷回路は、図 1 のブロック図で示すエンコーダ内挿回路の信号ずれ検出手段 3が位相誤差検出手段 3 p に置き代わった点を除けば、図 1 のブロック図で示すェンコ一ダ内揷回路と同様であるので、図 9 のブ□ ック図で示すエンコーダ内挿回路の位相誤差検出手段 3 p以外の構成についての説明は省略する。

ここで、 2 つのエンコーダ信号間の位相誤差を図 1 1 を用いて説明する。なお、図 1 1 では正弦波信号および余弦波信号を三角波によって簡略化し、それぞれ V A ,

V B で示している。これら 2つのエンコーダ信号 V A ,

V B は振幅は等しい力位相差は π / 2 からずれている (位相誤差がある ) とする。

これら 2 つのェンコーダ信号 V A , V B 間の位相誤差 P d を検出するには、まず、エンコーダ信号 V A のゼロクロス点を起点とし、各信号のゼロクロス点の時刻 t 1 , t 2 , t 3, t 4， t 5 を測定する。すると、位相誤差 P d は以下のようにして求めることができる。

位相差 P 1 = { ( t 1 + t 3 ) / 2

- t 2 / 2 } / t 4 x 2 π

… ( 9 ) 位相差 P 2 = { ( t 3 + t 5 ) 2

一 ( t 2 / 2 + t 4 2 ) } / t 4 x 2 π

- ( 1 0 ) 位相差 P = ( P 1 + Ρ 2 ) / 2 ■■· ( 1 1 ) 位相誤差 P d = p - t 4 / 4 x 2 n -" ( 1 2 ) なお、上記式は検出精度を高めるために位相差 Ρ 1 と位相差 P 2 の平均を求めているが、位相差 Ρ 1 のみにより求めることもできる。

なお、上記位相誤差 P d を求めるには、被検出体の移動速度が安定して時刻 t 1 〜 t 5 の間での速度変動が無視できる状態で測定する。また、入力信号の複数周期にわたってサンプリングして平均値を算出することによつて求める。

2 つのエンコーダ信号 V A , V B が π / 2 の位相差からはずれたとき（すなわち、位相差による誤差が生じたとき、）は、図 1 2 に模式的に示すように、信号 V A , V B に基づいて演算された内揷デ一夕 Θ ' に含まれる誤差 δ Θノ、'ターンは、図 1 2 に示すようになる。図 1 2 は誤差 δ Θ をふくまない真の角度デ一夕 Θ に対する誤差 δ Θ の関係を模式的に示したものであり、角度データ Θ 力 0 から π までの誤差 δ Θ のパターンと、角度データ Θ 力 πから 2 π までの誤差 δ Θのパターンとは、 θ = π を中心として左右対称である。

次に、 2 つのエンコーダ信号の位相差が π 2 から P d だけずれているため、これらのエンコーダ信号を内揷演算すると真の値 Θ から δ Θ ずれた内揷デ一夕 Θ ' が与えられるとする。そこで、この内挿誤差 δ θ を打ち消すために内揷デ一夕 θ ' に補正誤差 Δ Θ を与えるとする。

この場合、内揷誤差 δ θ を含む内挿データ θ ' と、真の角度 Θ と、位相誤差 P d との間には以下の式が成り立つ。

Θ ' = t a n — ' ( s i n e / c o s ( θ - P d ) )

- ( 1 3 ) したがって、

s i η θ ' / c o s Θ '

= s i η θ / c o s ( Θ - P d )

= s i n 0 / { c o s 9 - c o s ( P d ) + s i n θ · s i n ( P d ) }

■■■ ( 1 4 ) 式（ 1 4 ) から、

s i n Θ / c o s Θ

= s i n Θ ' « c o s ( P d ) / ( c o s 0 '

— s i n e ' - s i n ( P d ) )

-• ( 1 5 ) 従って、真の角度 Θ は以下の式で表される。

Θ = t a n ¹ { ( s i η θ

• c o s ( P d ) /^/ ( c o s 6 '

一 s i n e ' - s i n ( P d ) ) }

■■■ ( 1 6 ) 上記式（ 1 6 ) から補正データ Δ Θ は以下の式で表される。

Δ θ = Θ - Θ '

= t a n "' { ( s i n 6 '

• c o s ( P d ) / ( c o s θ

— s i n e ' - s i n ( P d ) ) } - e '

- ( 1 7 ) 上記式（ 1 了）は、補正データ Δ Θ は内挿誤差 δ Θ を含む内挿データ Θ ' と位相誤差 P d によって得られることを示している。

そこで、図 9 の補正データ演算手段 4 p 1 は、内揷演算手段 2 から受け取った内挿データ Θ ' と、位相誤差検出手段 3 pから受け取った位相誤差 P d とから、上記式 ( 1 7 ) による演算を行って、補正データ Δ Θ を求め出力する。

そこで、図 9 の補正演算手段 5 は、内挿演算手段 2 から受け取った内挿データ Θ ' と、補正データ演算手段 4 p 1 から受け取った補正データ Δ Θ とから、

θ = θ ' + Δ Θ ·■· ( 1 8 ) の計算をして、内挿誤差 δ Θ を補正した真の角度、すなわち内揷デ一夕 Θ を出力する。

(第 2 の態様）

図 9 に示す第 1 の態様では、. 補正データ Δ Θ を補正デ一夕演算手段 4 ρ 1 による式（ 1 7 ) の演算で得ている。この演算をする補正デ一夕演算手段 4 ρ 1 に代えて補正デ一夕記憶手段 4 ρ 2 を用いてもよい。その第 2 の態様としてのエンコーダ内揷回路を図 1 0 のブロック図に示す。

図 1 0 のブロック図で示すエンコーダ内揷回路は、図 9 のブロック図で示すエンコーダ内揷回路の補正デ一夕演算手段 4 ρ 1 が補正データ記憶手段 4 ρ 2 に置き代わつた点を除けば、図 9 のブロック図で示すエンコーダ内揷回路と同様である。したがって、図 1 0 のエンコーダ内挿回路における補正データ記憶手段 4 ρ 2以外の構成要素についての説明は省略する。

補正データ記憶手段 4 k 2 には、種々の位相誤差 P d と内揷デ一夕 θ ' の組み合わせ（ P d、 θ ' ) に対する補正データ△ Θが記憶されている。そして、位相誤差 Ρ d と内挿データ θ ' を内挿演算手段 2及び位相誤差検出手段 3 ρ とから受け取ると、（ P d 、 θ ' ) をアドレスとする補正デ一夕 Δ Θが補正データ記憶手段 4 ρ 2 から言冗み出される。

可能な位相誤差 P d と内挿データ Θ ' とのすベての組み合わせに対処できるように補正データ Δ Θ を格納しておくには、大量の記憶容量を要する。ところ力内揷デ一夕 θ ' の範囲および位相誤差 P d を限定して、補正デ一夕記憶手段 4 p 2 に記憶すべき量をその分減少させても、可能な位相誤差 P d と内挿データ Θ ' とのすベての組み合わせに対して補正データを取り出すことができる方法がある。以下にその方法について説明する。

前記図 1 2 に示すように、角度データ Θ力 0 から π の範囲における内挿誤差 δ Θ のパターンは、角度データ Θ 力 πから 2 π の範囲における内揷誤差 δ Θ のパターンと、 Θ = n を境として対称の関係にある。そのため、内揷デ一夕 Θ ' に含まれる内挿誤差 δ Θ を打ち消すためにその内挿データ Θ ' に与えべき補正デ一夕 Δ Θ は、内揷デー夕 Θ ' 力 0 から π の範囲のものだけ補正データ記憶手段 4 ρ 2 に記憶しておけばよい。そして、内挿デ一夕 Θ ' が π から 2 π の範囲のときには、補正データ記憶手段 4 Ρ 2 に記憶されているデータとの対称性を利用して対応の補正データ Δ Θ を得ることができる。以上のようにして、記憶させべき内挿データ Θ ' の範囲を限定することで、記憶する補正データのデータ量を減少させること力 < できる。

また、内挿誤差の誤差量が小さい場合には、誤差量と位相誤差 P d とはほぼ比例関係と見なせる。従って、所定の位相誤差 P d に対する補正データのみを記憶し、その他の位栢誤差 P d については、所定位相誤差 P d 0 に対する補正データを位相誤差の比率だけ遇倍することによって得ることができ、これによつて、位相誤差 P d を限定して、記憶する補正データのデータ量を減少させることができる。

図 1 3 のブロック図は、内揷デ一夕 Θ ' の範囲および位相誤差 P d を限定して補正デ一夕を記憶する場合の補正データ記憶手段 4 p 2 の構成を説明している。図 1 3 において、補正データ記憶手段 4 p 2 は、内揷データ Θ ' と位相誤差 P d を入力してアドレスを形成するアドレス変換回路 2 1 と、限定された範囲の内挿データ θ ' と限定された位相誤差 P d との組み合わせに対応する補正データのみ格納されていて、ァドレス変換回路 2 1 によるァドレス指定によって補正デ一夕を読み出す補正デ —夕テーブル 2 2 と、読み出した補正データの符号を位相誤差 P d によって反転する符号反転選択回路 2 3 と、位相誤差 P d によって補正データの遲倍を行う遲倍回路 2 4 を備える。

図 1 4 は位相誤差による内挿誤差の補正データ△ Θ の内揷デ一夕 Θ ' の範囲および位相誤差 P d の関係を示す図である。図 1 4 において、各補正データ Δ Θ は前記図 1 2 に示す内挿誤差 δ Θ を打ち消す大きさと符号を備えている。補正デ一夕 Δ Θ は、 0 から π を単位としその他の範囲（ π 〜 2 π ) は π を境として対称の関係にあるため、 0 から π の範囲のみを記憶することによって、他の範囲（ π ~ 2 π ) の補正データを得ることができる。

また、補正デ一夕 Δ Θ は、位相誤差 P d によってその大きさが変化するが、位相誤差 P dが小さな範囲ではほぼ位相誤差 P d の比に比例すると見なすことができ、所定の位相誤差 P d について補正データ Δ Θ を代表値として記憶し、その他の位相誤差 P d については適倍することによって求めることができる。図 1 4 では P d = 1 . 0 ° , P d = 2. 0 ° , P d = 3. 0 ° , の場合を例示的に示しており、例えば P d = 1 . 0 ° についての補正データ Δ Θ のみを記憶し、その他の位相誤差 P d については、 P d = 1 . 0 ° との比率を遷倍係数として補正デ一夕△ Θ に適倍させることで求めることができる。なお、 P d = 0 ° は両エンコーダ信号の位相誤差がないことをしい ®

アドレス変換回路 2 1 は演算された内挿データ Θ ' と検出された位相誤差 P d とを入力して、補正データテ一ブル 2 2 を読み出すアドレスを形成する回路である。ァドレスの形成では、以下の表 3 に示すように、 0 ≤ Θ ' < π を単位とし、 θ ' の範囲および位相誤差 P d の正負に応じてアドレスを出力する。

また、符号反転選択回路 2 3 は、補正デ一夕テーブル 2 2から読み出したデ一夕の符号を、表 3 に示すように Θ ' の範囲および位相誤差 P d の正負に応じて反転あるいは非反転する。

【表 3 】

2

6

さらに、通倍回路 2 4 は、所定の位相誤差 P d で記憶されている補正デ一夕について、位相誤差 P d に応じた比率の遷倍係数で遲倍する回路である。以下に示す表 4 は遲倍係数の一例であり、位相誤差 P d = 1 . 0 ° について補正デ一夕を格納しておき、この補正データを基準とし、異なる位相誤差 P d については位相誤差 P d == 1 . 0 ° を基準として所定の遷倍係数によって遅倍して求め。。

【表 4 】

例えば、位相誤差 P d が 1 . 5 ° から 2 . 5 ° の間の場合には、位相誤差 P d = 1 . 0 ° の補正データに対して 2倍の遲倍係数を乗じ、位相誤差 P dが 2 . 5 ° から 3 . 5 ° の間の場合には、位相誤差 P d = 1 . 0 ° の補正データに対して 3倍の遲倍係数を乗じ、て補正データ Δ Θ を求める。

また、遁倍回路 2 4 における遅倍方法として、補正デ一夕テーブル 2 2 に所定位相誤差に対する補正デ一夕のみを記憶し、所定誤差と検出した位相誤差が同符号の場合には読み出した補正データに所定位相誤差と検出した位相誤差の比で定まる係数を乗じ、所定誤差と検出した位相誤差が異符号の場合には読み出した補正データに所定位相誤差と検出した位相誤差の比で定まる係数を乗じ、符号を反転させて補正データ△ Θ を求めることもできる。

さらに、通倍回路 1 4 における遲倍方法として、補正データテーブル 2 2 に正の所定位相誤差に対する第 1 の補正データと、負の所定位相誤差に対する第 2 の補正デ一夕とを記憶し、検出した位相誤差が正の場合には第 1 の補正データから読み出した補正データに正の所定位相誤差と検出した位相誤差の比で定まる係数を乗じ、検出した位相誤差が負の場合には第 2 の補正データから読み出した補正データに負の所定位相誤差と検出した位相誤差との比で定まる係数を乗じることによって、遲倍係数を定めて補正データ△ Θ を求めることもできる。

なお、以上説明した実施態様では、信号ずれ検出手段 (振幅比検出手段、位相誤差検出手段）はエンコーダ内揷回路に組み込まれている。しかし、信号ずれ検出手段はエンコーダ内挿回路の外部に設けることもできる。例えば、エンコーダ信号を外部のシンクロなどを用いて取り出して、正常波形に対するずれ量を検出して、その検出結果を補正データ形成手段に入力するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、内揷デ一夕の生成において、振幅差による内挿誤差を減少させることができ、また、位相誤差による内挿誤差を減少させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 位相を異にする 2 つのエンコーダ信号を入力して、これらの信号を内挿演算して内挿角度データを出力する内挿演算手段と、

2 つのエンコーダ信号の正常波形に対するずれ量と上記内挿演算手段から出力された内挿角度デ一夕との組み合わせに対応する補正データを求めて出力する補正データ形成手段と、

上記内挿演算手段から出力された内挿角度デ一夕を上記補正デ一夕形成手段から出力された補正データでもって補正して、補正された内揷角度データを出力する補正演算手段と

を含む上記のエンコーダ内揷回路。

2 . 上記補正データ形成手段は、上記内挿演算手段の出力と上記信号ずれ検出手段の出力とを、予め設定してある補正データを求める計算式の中の変数にそれぞれ代入して、その計算式を演算することによって補正デ一夕を形成する、請求の範囲第 1 項記載のエンコーダ内挿回路。

3 . 上記補正データ形成手段には、上記内挿演算手段の出力と上記補正デ一夕形成手段の出力との組み合わせに対する補正データの値を予め記憶しておいて、

補正データ形成手段は、内挿演算手段及び補正デー夕形成手段からそれぞれ出力を受け取ると、これら出力の組み合わせに対応した補正データを取り出して出力する、請求の範囲第 1 項記載のエンコーダ内挿回路。

4 . 上記補正データ形成手段に記憶される補正データは、上記内挿演算手段の出力と上記補正データ形成手段の出力との組み合わせがアドレスになって取り出せるようになつている、請求の範囲第 3 項記載のエンコーダ内挿回路。

5 . 上記補正データ形成手段には、限定された範囲内での角度データと検出された信号ずれとの組み合わせをァドレスとして対応するデータが取り出せるように、データテーブルが記憶されており、さらに、

上記補正デ一夕形成手段は、

信号ずれ検出手段及び内挿演算手段からの出力を受け取ると、それら出力に基づいて上記アドレスを確定する手段と、

その確定されたアドレスでもって上記データテ一ブルにアクセスして対応のデータを取り出し、その取リだしたデータを処理して上記補正データを形成する手段と

を含む、請求の範囲第 3項記載のエンコーダ内揷回路。

6 . 上記補正データ形成手段には、基準の信号ずれ値と限定された範囲内での角度デ一夕との組み合わせに対応する補正データを記憶しており、

上記補正データ形成手段は、

信号ずれ検出手段及び内挿演算手段からの出力を受け取ると、それら出力に基づいて、上記記憶された補正データの中から対応するデータを取り出し、その取り出したデータに対して、上記基準の信号ずれ値と上記信号ずれ検出手段との関係を考慮した処理を含む処理を施して、上記補正データを形成する手段とを含む、請求の範囲第 3項記載のエンコーダ内挿回路。 7 . 上記信号ずれ検出手段で検出される 2 つのェンコ一ダ信号のずれ量とは、 1 方の正弦波エンコーダ信号の振幅に対する他方の正弦波エンコーダ信号の振幅の比である、請求の範囲第 1 項記載のエンコーダ内揷回路。 8 . 上記補正データ形成手段は、上記内挿演算手段の出力と上記信号ずれ検出手段からの出力である振幅比とを、予め設定してある補正データを求める計算式の中の変数にそれぞれ代入して、その計算式を演算することによって補正デ一夕を形成する、請求の範囲第 7項記載のエンコーダ内揷回路。

9 . 上記補正データ形成手段には、振幅比と角度デ一夕との組み合わせをァドレスとして取り出せるデータ力、' テーブル形式で記憶されており、

上記補正データ形成手段は、受け取った信号ずれ検出手段の出力と内挿演算手段の出力とに基づいて上記ァドレスを確定し、その確定されたァドレスにより上記テーブルからデータを取り出し、その取り出したデ一夕に基づいて補正データを出力する、請求の範囲第 7項記載のエンコーダ内挿回路。

1 0 . 上記アドレスを構成する角度データは 0 から π / 2 までの範囲である、請求の範囲第 9 項記載のェンコ一ダ内挿回路。

1 . 上記補正データ形成手段は、一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より大きい特定振幅比 k 1 に対する第 1 の補正データと、一のェンコーダ信号の振幅が他方のェンコ一ダ信号の振幅より小さい特定振幅比 k 2 に対する第 2 の補正データとを記憶し、検出した振幅比 k が 1 より大の場合には第 1 の補正デ一夕に（ 1 — k ) Z ( 1 — k 1 ) を乗じ、検出した振幅比 k 力 1 より小の場合には第 2 の補正デ一夕に（ 1 — k ) / ( 1 - k 2 ) を乗じることを特徴とする請求の範囲第 9項記載のエンコーダ内挿回路。3. 上記補正データ形成手段は、一方のエンコーダ信号の振幅が他方のエンコーダ信号の振幅より大きい特定振幅比 k 1 に対する補正デ一夕のみを記憶し、検出した振幅比 k カヾ 1 より大の場合には第 1 の補正デ一夕に（ 1 — k ) / ( 1 一 k 1 ) を乗じ、検出した振幅比 k 力 1 より小の場合には補正データに— （ 1 — k ) / ( 1 一 k 1 ) を乗じることを特徴とする請求の範囲第 9項記載のエンコーダ内挿回路。

4. 上記信号ずれ検出手段で検出される 2 つのェンコーダ信号のずれ量とは、あらかじめ定めた 2 つのェンコーダ信号間の位相差と、実際の 2 つのエンコーダ信号間の位相差との差異としての位相誤差である、請求の範囲第 1 項記載のエンコーダ内挿回路。

1 5 . 上記補正データ形成手段は、上記内挿演算手段の出力と上記信号ずれ検出手段からの出力である位相差を、予め設定してある補正データを求める計算式の中の変数にそれぞれ代入して、その計算式を演算することによって補正データを形成する、請求の範囲第 1 4 項記載のエンコーダ内揷回路。

1 6 . 上記補正データ形成手段には、上記位相誤差と角度データとの組み合わせをァドレスとして取り出せるデ一夕がテ一ブル形式で記憶されており、

上記補正データ形成手段は、受け取った信号ずれ検出手段の出力である位相誤差と内挿演算手段の出力とに基づいて上記アドレスを確定し、その確定されたァドレスにより上記テーブルからデ一夕を取り出し、その取り出したデータに基づいて補正データを出力する、請求の範囲第 1 4項記載のエンコーダ内挿回路。

1 7 . 上記あらかじめ定めた 2 つのエンコーダ信号間の位相差とは π ノ 2 であり、上記アドレスを構成する角度デ一夕は 0 から π までの範囲である、請求の範囲第 1 6項記載のエンコーダ内揷回路。

1 8 . 上記補正データ形成手段は、正の所定位相誤差に対する第 1 の補正データと、負の所定位相誤差に対する第 2 の補正データとを記憶し、検出した位相誤差が正の場合には第 1 の補正データから読み出した補正デ一夕に正の所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じ、検出した位相誤差が負の場合には第 2 の補正データから読み出した補正データに負の所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じることを特徴とする、請求の範囲第 1 6 項記載のエンコーダ内揷回路。

9 . 上記補正デ一夕形成手段は、所定位相誤差に対する補正データのみを記憶し、所定誤差と検出した位相誤差が同符号の場合には読み出した補正データに所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じ、所定誤差と検出した位相誤差が異符号の場合には読み出した補正データに所定位相誤差と検出した位相誤差で定まる係数を乗じ、符号を反転させることを特徴とする、請求の範囲第 1 6項記載のエンコーダ内挿回路。