WO2007055063A1 - エンコーダ信号処理装置 - Google Patents

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WO2007055063A1
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Ikuma Murokita
Takefumi Kabashima
Yuji Arinaga
Yasushi Yoshida
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Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471—Error correction
    • G01D5/2449—Error correction using hard-stored calibration data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D18/00—Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00
    • G01D18/001—Calibrating encoders

Definitions

  • the present invention relates to an encoder signal processing device such as a rotary encoder that detects a rotation angle of a rotating body such as a motor, or a linear encoder that detects displacement of a linear stage or the like.
  • the position detection error due to the offset voltage, amplitude error, phase error, waveform distortion, etc., possessed by the two-phase analog signal obtained by the sensor signal detection unit is calculated in advance and stored in the storage unit. There is one that corrects the position detection signal based on this detection error data at the time of detection. (For example, see Patent Document 1)
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional encoder signal processing apparatus.
  • 51 is an analog amplification circuit that amplifies two-phase analog signals S a and Sb obtained from a sensor signal detector (not shown)
  • 52 is an analog-to-digital conversion that converts the amplified two-phase analog signals into digital signals.
  • Circuit, 53 is a digital interpolation circuit that converts the converted two-phase digital signal into position data
  • 54 is a detection error data calculator that receives position data from the digital interpolation circuit 53 and calculates correction detection error data
  • the circuit 55 is a detection error correction circuit for correcting the detection error of the position data using the correction detection error data, and includes a correction detection error storage register 551 and a correction calculation circuit 552.
  • Reference numeral 56 denotes a position data generation circuit that generates position data in a plurality of cycles with respect to the corrected position data in one cycle and the number of cycles of the original signal.
  • the object to be measured (not shown) is moved at a constant speed, and the two-phase analog signal obtained by the sensor signal detector is amplified by the analog amplifier circuit 51, converted to a digital signal by the analog-digital converter circuit 52, and then the digital interpolation circuit 53 To convert to position data.
  • the object to be measured is moving at a constant speed, and the moving distance of one cycle is divided in advance. Therefore, by sampling at regular intervals within one period, the moving distance at each sampling can be calculated. Therefore, the detection error data calculation circuit 54 calculates the movement distance at each sampling, calculates the position error from the ideal position data obtained by this calculation and the position data detected at each sampling, and outputs the position error data. Is stored in the correction detection error storage register 551 (storage unit) in the detection error correction circuit 55.
  • the correction calculation circuit 552 detects the detection stored in the correction detection error storage register 551.
  • the position data detection error is corrected using the error data and output to the position data generation circuit 56.
  • the conventional encoder signal processing apparatus stores the position error data corresponding to the detected position in the correction detection error storage register that is a storage unit, and this position error data is used during normal position detection. Used to correct position data detection error.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-254785 (Page 10, Figure 2)
  • the conventional encoder position calculation device stores the position error data for the detected position in a storage device and performs correction based on this data, it corrects even higher-order distortion errors.
  • it is necessary to divide the position error data within one period of the analog signal and increase the number of position error data. Therefore, there is a problem that a large-capacity storage unit is required and the device size becomes large.
  • Another problem is that the program becomes complicated to process a large amount of data, and the signal processing circuit becomes large.
  • the analog signal has a problem that the detected position error data varies depending on the moving direction because the distortion changes due to various disturbances.
  • the present invention has been made in view of such problems, and does not require a large-capacity storage unit. Further, even a high-order distortion error can be obtained with a simple signal processing circuit and signal processing method. It is an object of the present invention to provide an encoder position calculation device and a correction method that can be corrected and can be corrected in consideration of the moving direction.
  • the present invention is configured as follows.
  • the encoder signal processing device includes an AZD converter that converts a periodic analog signal obtained from sensor signal detection unit force into digital data according to the displacement of two objects that are relatively displaced, and a position detection error.
  • a storage unit that stores information, a calculation unit that includes a position data calculation unit that calculates position data from the digital data, and an error correction unit that corrects the position data based on the position detection error information.
  • the storage unit stores a first-direction movement correction coefficient in which the position error data included in the position data is encoded by the calculation unit.
  • a third storage unit that stores a correction coefficient for movement in the reverse direction, and error-containing position data for movement in the forward direction generated based on position error data obtained by decoding the correction coefficient by the calculation unit
  • a second storage unit that stores normal data and a fourth storage unit that stores error-containing position data and correction data in the reverse direction, and the arithmetic unit determines a moving direction based on the position data. Based on the results of the moving direction discriminating unit and the moving direction discriminating unit, a switching unit for switching the storage unit is provided.
  • the first storage unit and the third storage unit include a nonvolatile memory
  • the second storage unit and the fourth storage unit The section is characterized by comprising a volatile memory
  • the moving direction determining unit determines a moving direction based on a sign of a difference in position data obtained from the position data calculating unit. It is said.
  • the moving direction determination unit has hysteresis depending on a position data difference value obtained from the position data calculation unit and a sign of the position data difference. It is characterized by discriminating the moving direction.
  • the switching unit includes the moving method.
  • a first switching unit that switches between the first storage unit and the third storage unit based on the result of the direction determination unit; and the second storage unit and the A second switching unit for switching the fourth storage unit is provided.
  • the second switching unit is configured to immediately the second storage unit after determining the moving direction based on the result of the moving direction determining unit. And the fourth storage unit is switched.
  • the second switching unit is configured to determine whether the second switching unit passes the zero point position after the moving direction is determined based on the result of the moving direction determining unit.
  • the second storage unit and the fourth storage unit are switched.
  • the encoder apparatus of the present invention since the detection error information is encoded and stored, a large-capacity storage unit is not required, and even a high-order distortion error can be obtained with a simple signal processing circuit. Since it can be corrected, a highly accurate position detection signal can be obtained.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an encoder signal processing apparatus in a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a correction coefficient generation operation in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a correction coefficient generation operation in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a moving direction determining operation in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a correction table creation operation in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a correction operation in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an encoder signal processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional encoder signal processing apparatus.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an encoder signal processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 1! / 1 is not shown depending on the displacement of the two objects that are displaced relative to each other!
  • Sensor signal Periodic analog signals Sa and Sb obtained from the detector are converted to digital data AZ D Converter
  • 2 is a position data calculation unit that calculates position data from two-phase digital data
  • 3 is an error correction parameter acquisition unit that encodes position error data included in the position data, and calculates its correction coefficient
  • 4 Is a first storage unit for storing a correction coefficient of position error data for forward movement
  • 5 is a third storage unit for storing a correction coefficient for reverse movement
  • 6 is a first storage unit.
  • An error correction position table creation unit that creates a correction table corresponding to the correction data
  • 8 is a second storage unit that stores a correction table for forward movement
  • 9 is a correction table for movement in the reverse direction.
  • a fourth storage unit, 10 is a movement direction determination unit that determines the movement direction
  • 11 is a first storage unit that switches between the first storage unit and the third storage unit based on the result of the movement direction determination unit 10.
  • 12 is a second switching unit that switches between the second storage unit and the fourth storage unit based on the result of the moving direction determination unit
  • 13 is an error correction unit that corrects position data.
  • Reference numeral 14 denotes a calculation unit, which includes a position data calculation unit 2, an error correction parameter acquisition unit 3, an error containing position data calculation unit 6, an error correction position table creation unit 7, a movement direction determination unit 10, and a first switching unit 11
  • the second switching unit 12 and the error correction unit 13 are included.
  • the sensor signal detector may use a linear encoder detector as the sensor signal detector.
  • the two objects are relatively displaced in a rotational direction.
  • a detection unit of a rotary encoder may be used.
  • the sensor signal detection unit may use any method such as a magnetic method, an optical method, a capacitance method, or a resolver method as long as the analog signal changes according to the relative displacement. Absent.
  • the calculation unit 14 can be configured by using one or a plurality of various devices having a digital calculation function such as a microcomputer or DSP.
  • the first storage unit 4 and the third storage unit 5 may be integrated with the calculation unit 14 or the second storage unit 8 and the fourth storage unit 9, but may be a ROM or flash memory.
  • a non-volatile memory such as is preferable.
  • the second storage unit 8 and the fourth storage unit 9 may be integrated with the calculation unit 14 V. Both volatile and non-volatile memory are acceptable.
  • the operation of the present invention is roughly divided into three operations.
  • the first operation is the operation (correction coefficient generation operation) until the position error data is encoded and the correction coefficient is stored in the first storage unit and the third storage unit.
  • the second operation is to decode the position error data stored in the first storage unit and the third storage unit, create a correction table before driving, and store it in the second storage unit and the fourth storage unit. Operation until correction (correction table creation operation)
  • the third operation is to read the correction table force correction data during actual operation and correct the position data (correction operation).
  • FIG. 2 is a block diagram showing the correction coefficient generation operation, in which a portion related to the correction coefficient generation operation is extracted from the block diagram of the signal processing apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the correction coefficient generation operation.
  • step 101 Move or rotate the two objects to be measured at a constant speed (step 101), and from the sensor signal detector (not shown), the two-phase analog corresponding to the relative displacement of the two objects Signals Sa and Sb are detected (step 102).
  • This two-phase analog signal is converted into two-phase digital data by AZD conversion 1 (step 103), the position data calculation unit 2 calculates the position data ⁇ (step 104), and the movement direction determination unit 10 Paragraph 002 below
  • the moving direction is determined by the method described in 0 (step 105).
  • the error correction parameters The data acquisition unit 3 encodes the position error data included in the position data by Fourier transform, and calculates the forward direction correction coefficients Gcos and Gsin and the reverse direction correction coefficients Gcos_r and Gsin_r (step 106).
  • the storage unit for storing the correction coefficient is selected by the first switching unit 11 (step 107).
  • the correction coefficient is stored in the storage unit 5 (step 108). This is the end of the operation for generating the correction coefficient.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the detailed operation of the moving direction discrimination.
  • the moving direction is determined using the position difference magnitude and sign.
  • the number of pulses N (position difference value) is set in advance as a threshold value.
  • the direction of movement is detected.
  • the forward direction mode when the position difference ⁇ pos is smaller than the preset number of pulses N, it is determined as the reverse mode.
  • the reverse direction mode it is determined as the forward direction mode when the position difference A pos becomes larger than the preset number of pulses ⁇ .
  • the moving direction discrimination may be determined only by the sign of the position difference A pos. However, as described above, by taking hysteresis into the direction discriminating, the fluctuation of the direction discriminating at rest is eliminated.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the correction table creation operation, in which portions related to the correction table creation operation are extracted from the block diagram of the signal processing apparatus of FIG.
  • the error-containing position data creation unit 6 stores the positive direction correction coefficients Gcos [n] and Gsin [n] stored in the first storage unit 4 and the third storage unit.
  • the backward correction coefficients Gcosjfn] and Gsin_r [n] stored in 13 are read out, the position error data is decoded, and error-containing position data is created from the decoded position error data.
  • the error correction position table creation unit 7 creates a forward direction correction table Tbl [m] and a reverse direction correction table TbLr [m], which associates error-containing position data with correction data. These are stored in the second storage unit 8 and the fourth storage unit 9, respectively.
  • Fig. 6 is a block diagram showing the correction operation.
  • the block diagram of the signal processing device in Fig. 1 is extracted from the part related to the correction operation.
  • the direction determination unit 10 determines the moving direction.
  • the error correction unit 13 reads the position data ⁇ , and the second switching unit 12 reads this position data.
  • the correction table of the storage unit 8 is referred to, and the correction table of the fourth storage unit 9 is referred to, and corrected position data (true position data 0) is output.
  • the correction table of the second storage unit 8 is used immediately or when the position data ⁇ force ⁇ point is passed next.
  • the correction table in the storage unit 9 is switched. Whether to switch immediately or switch when passing 0 points is defined in advance parameters.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the encoder signal processing apparatus in the second embodiment of the present invention.
  • 3 is an error correction parameter acquisition unit
  • 4 is a first storage unit
  • 5 is a third storage unit
  • 6 is an error-containing position data creation unit.
  • the first storage unit 4 sets parameters for position error correction with the amplitude Gcos [n] of the multiple-order COS components and the multiple-order COS component.
  • the SIN component amplitude Gsin [n] is stored
  • the third storage 5 stores the multi-order COS component amplitude Gcos_r [n] and the multi-order SIN component amplitude Gsin_r [n].
  • the first storage unit 4 stores Gcos [n] and its phase d ⁇ [n]
  • the third storage unit 5 stores Gcos_r [n] and its phase d ⁇ _r [ It is a point memorized in [n].
  • Gsin_r [ n] and its phase d ⁇ _r [n] can also be stored.
  • the error correction parameter acquisition unit 3 acquires position error data included in the position data in the same manner as the error correction parameter acquisition unit 3 of the first embodiment, and here, the error data is converted into COS or SIN by Fourier transform.
  • COS component amplitude Gcos [n] and its phase d ⁇ [n] or SIN component amplitude Gsin [n] and its phase d ⁇ [n] Calculate the COS component amplitude Gcos_r [n] and its phase d ⁇ _r [n] or the SIN component amplitude Gsin_r [n] and its phase d ⁇ _r [n], which are correction factors for the reverse movement.
  • the error-containing position data creation unit 6 decodes the parameters stored in the form of amplitude and phase.
  • the present invention can be applied to any type of encoder position detection error correction having a reproducible periodic error regardless of the magnetic type, optical type, rotary type, or linear motion type.

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Abstract

　簡単な処理回路で、移動方向による影響の小さい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て得られた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（３）で位置誤差データを符号化し、移動方向に対応した正方向補正係数および逆方向補正係数を算出し、それぞれ第１の記憶部（４）および第３の記憶部（５）に格納する。次に、誤差含有位置データ作成部（６）で、位置誤差データを復号化し、これを基に作成された誤差含有位置データの正方向補正テーブルおよび逆方向補正テーブルをそれぞれ第２の記憶部（８）および第４の記憶部（９）に記憶する。誤差補正部（１３）は位置データθ0を読みとり、移動方向にあわせた補正テーブルを参照し位置データを出力する。補正テーブル切替え点は、即時あるいは正逆差の少ない０点通過時に行うようにする。

Description

明 細 書
エンコーダ信号処理装置
技術分野
[0001] 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ェンコーダ等のェンコーダ信号処理装置に関す る。
背景技術
[0002] 従来、センサ信号検出部力 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 8は従来のエンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。 図 8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 S a、 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力も複数周期の位置 データを生成するポジションデータ生成回路である。
[0003] 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、センサ信号検出部力 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。
被測定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力つている 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！、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相のアナ口 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。
[0004] このように従来のエンコーダ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ぉ 、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 、た。
特許文献 1 :特開 2003— 254785号公報 (第 10頁、図 2)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 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つてし 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 するため移動方向によっても検出位置誤差データに差異が生じるという問題があつ 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移動方向も考慮した補正ができるエンコーダ位置算出装置 および補正方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 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に記載のエンコーダ信号処理装置は、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力 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 AZD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 、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、を備えたェンコ一 ダ信号処理装置にぉ 、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た正方向の移動の補正係数を記憶する第 1の記憶部お よび逆方向の移動の補正係数を記憶する第 3の記憶部と、前記演算部で前記補正 係数を復号化した位置誤差データを基に生成された正方向の移動の誤差含有位置 データおよび補正データを記憶する第 2の記憶部並びに逆方向の移動の誤差含有 位置データおよび補正データを記憶する第 4の記憶部を備え、前記演算部は前記位 置データに基づいて移動方向を判別する移動方向判別部および前記移動方向判 別部の結果に基づ!/、て前記記憶部を切替える切替部を備えたことを特徴として 、る
[0007] また、請求項 2に記載のエンコーダ信号処理装置は、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の記憶部および前記第 4の記憶 部は揮発性メモリからなることを特徴として 、る。
[0008] また、請求項 3に記載のエンコーダ信号処理装置は、前記移動方向判別部は、前 記位置データ算出部より得られた位置データの差分の符号により移動方向を判別す ることを特徴としている。
[0009] また、請求項 4に記載のエンコーダ信号処理装置は、前記移動方向判別部は、前 記位置データ算出部より得られた位置データの差分値および位置データの差分の 符号によりヒステリシスを持たせて移動方向を判別することを特徴としている。
[0010] また、請求項 5に記載のエンコーダ信号処理装置は、前記切替部は、前記移動方 向判別部の結果に基づいて、前記第 1の記憶部と前記第 3の記憶部を切替える第 1 の切替部と、前記移動方向判別部の結果に基づいて、前記第 2の記憶部と前記第 4 の記憶部を切替える第 2の切替部を備えたことを特徴としている。
[0011] また、請求項 6に記載のエンコーダ信号処理装置は、前記第 2の切替部は、前記移 動方向判別部の結果に基づいて、移動方向判別後、即時、前記第 2の記憶部と前 記第 4の記憶部を切替えることを特徴として 、る。
[0012] また、請求項 7に記載のエンコーダ信号処理装置は、前記第 2の切替部は、前記移 動方向判別部の結果に基づいて、移動方向判別後、次の 0点位置通過時に前記第 2の記憶部と前記第 4の記憶部を切替えることを特徴としている。
発明の効果
[0013] 本発明のエンコーダ装置によれば、検出誤差情報を符号ィ匕して記憶するので、大 容量の記憶部を必要せず、また、簡素な信号処理回路で高次の歪誤差までも補正 することができるので精度の高い位置検出信号を得ることができる。
また、補正係数を記憶する記憶部として不揮発性メモリを使用し、補正データを記 憶する部として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 ヽ う動作を必要とせず、補正データのみを生成すればよ!、ので動作が簡単になる。 また、検出誤差情報を符号化して処理するので、処理するデータ数が少なくて済み 、簡単な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。
また、移動方向によって補正データを切り替えることにより、移動方向に応じた補正 をするので、さらに、精度の高い位置検出信号を得ることができる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の第 1実施例におけるエンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図 [図 2]本発明の第 1実施例における補正係数生成動作を示すブロック図
[図 3]本発明の第 1実施例における補正係数生成動作を示すフローチャート
[図 4]本発明の第 1実施例における移動方向判別動作を示すフローチャート
[図 5]本発明の第 1実施例における補正テーブル作成動作を示すブロック図
[図 6]本発明の第 1実施例における補正動作を示すブロック図
[図 7]本発明の第 2実施例におけるエンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図 [図 8]従来のエンコーダ信号処理装置の構成を示すブロック図
符号の説明
1 ·· ••A/D変
2 ·· ··位置データ算出部
3 ·· •，誤差補正用パラメータ取得部
4 ·· ··第 1の記憶部
5 ·· ··第 3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 4の記憶部
10·· •移動方向判別部
11·· '第 1の切替部
12·· '第 2の切替部
13·· ，誤差補正部
14·· •演算部
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
発明を実施するための最良の形態
[0016] 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。
実施例 1
[0017] 図 1は、本発明の第 1実施例におけるエンコーダ信号処理装置の構成を示すブロッ ク図である。
図 1にお!/、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!、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 AZ D変換器、 2は 2相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、 4は正方向の移動の位置誤差データの補正係数を 記憶するための第 1の記憶部、 5は逆方向の移動の補正係数を記憶するための第 3 の記憶部、 6は第 1の記憶部 4および第 3の記憶部 5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を作成する誤差補正位置テーブル作 成部、 8は正方向の移動の補正テーブルを記憶する第 2の記憶部、 9は逆方向の移 動の補正テーブルを記憶する第 4の記憶部、 10は移動方向を判別する移動方向判 別部、 11は移動方向判別部 10の結果に基づいて第 1の記憶部と第 3の記憶部の切 替えを行う第 1の切替部、 12は移動方向判別部 10の結果に基づいて第 2の記憶部 と第 4の記憶部の切替えを行う第 2の切替部、 13は位置データを補正する誤差補正 部である。
また、 14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 3、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、移動方向判別部 10、 第 1の切替部 11、第 2の切替部 12、誤差補正部 13から成る。
[0018] センサ信号検出部は、 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ぐ 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。
[0019] また、 AZD変換器 2の前段に演算増幅器等の信号増幅回路を設けても力まわな い。 また、演算部 14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 4および第 3の記憶部 5は、演算部 14または第 2の記憶部 8およ び第 4の記憶部 9と一体になつたものでも良いが、 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および第 4の記憶部 9は、演算部 14と一体になつたものでも良 V、。揮発性メモリでも不揮発性メモリでも力まわな 、。
[0020] 次に、本発明の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 3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の記憶部および第 3の記憶部に記憶されている位置誤差データ を復号化し、運転前に補正テーブルを作成し、第 2の記憶部および第 4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、実際の運転時に補正テーブル力 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 、て順に説明する。
[0021] (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 生成動作を示すフローチャートである。
図示しな!、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 AZD変 翻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 Θ を演算し (ステップ 104)、移動方向判別部 10で後述する段落 002
0
0記載の方法によって移動方向を判別する (ステップ 105)。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、その正方向補正係数 Gcosおよび Gsin並びに逆方向補正係数 Gcos_rおよび Gsi n_rを算出する (ステップ 106)。次に、第 1の切替部 11で補正係数を格納する記憶部 を選択し (ステップ 107)、正方向の移動の場合は第 1の記憶部 4に、逆方向の移動 の場合は第 3の記憶部 5に補正係数を格納する (ステップ 108)。ここまでで、補正係 数を生成する動作は終了する。
[0022] ここで、移動方向を判別する動作の詳細について説明する。
図 4は移動方向判別の詳細な動作を示すフローチャートである。
移動方向の判別は、位置の差分の大きさと符号を使用して行なう。あらかじめ閾値 としてのパルス数 N (位置差分値)を設定しておく。
先ず、被測定物である 2つの物体を相対的に移動または回転させ、算出された位 置データ Θ を一定周期でサンプリングし、今回値と前回値の位置差分 A posを取得
0
する。位置データの差分の符号力 移動方向を検出し、正方向モードの場合は位置 差分 Δ posがあら力じめ設定されたパルス数 Nよりも小さくなつた場合に逆方向モ ードと判別する。また、逆方向モードの場合は位置差分 A posがあらかじめ設定され たパルス数 Νよりも大きくなつた場合に正方向モードと判別する。移動方向判別は位 置差分 A posの符号だけで決定しても良いが、上記のように、方向判別にヒステリシス を考慮することで、静止時の方向判別のばたつきがなくなる。
[0023] (補正テーブル作成動作）
次に補正テーブルを作成する動作について説明する。
図 5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 4に記憶されている正方向補正係数 Gcos[n]、 Gsin[n]および第 3の記憶 部 13に記憶されている逆方向補正係数 Gcosjfn]、 Gsin_r[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 た正方向補正テーブル Tbl [m]および逆方向補正テーブル TbLr [m]を作成し、それ ぞれ第 2の記憶部 8および第 4の記憶部 9に記憶する。
[0024] (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、センサ信号検出部力 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、 AZD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 Θ を演算し、移動
0
方向判別部 10で移動方向を判別する。
次に、誤差補正部 13は位置データ Θ を読みとり、第 2の切替部 12でこの位置デー
0
タ Θ で参照する補正テーブルを切替え、すなわち、正方向の移動の場合は第 2の記
0
憶部 8の補正テーブルを、逆方向の移動の場合は第 4の記憶部 9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 0 )を出力する。
ここで、第 2の切替部 12では、移動方向判別部 10で移動方向を判別後、即時ある いは次に位置データ Θ 力 ^点を通過するときに第 2の記憶部 8の補正テーブルと第 4
0
の記憶部 9の補正テーブルを切替えるようにする。即時切替か 0点通過時切替かは、 あら力じめパラメータにて定義しておく。
実施例 2
[0025] 図 7は、本発明の第 2実施例におけるエンコーダ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 3は誤差補正用パラメータ取得部、 4は第 1の記憶部、 5は第 3の記憶 部、 6は誤差含有位置データ作成部である。
本実施例が第 1の実施例と異なる点は、第 1の実施例では第 1の記憶部 4は位置誤 差補正用のパラメータを複数次の COS成分の振幅 Gcos[n]および複数次の SIN成分 の振幅 Gsin[n]で記憶し、第 3の記憶部 5は複数次の COS成分の振幅 Gcos_r[n]およ び複数次の SIN成分の振幅 Gsin_r[n]の形で記憶して 、るが、本実施例では第 1の記 憶部 4は Gcos[n]及びその位相 d θ [n]で記憶し、第 3の記憶部 5は Gcos_r[n]及びその 位相 d Θ _r[n]で記憶している点である。 また、 Gcos[n]及びその位相 d θ [η]の代わりに Gsin[n]及びその位相 d θ [n]で、 Gcos _r[n]及びその位相 d Θ _r[n]の代わりに Gsin_r[n]及びその位相 d Θ _r[n]で記憶すること も可能である。
[0026] 次に本実施例の補正係数生成動作にっ 、て説明する。
誤差補正用パラメータ取得部 3では、第 1実施例の誤差補正用パラメータ取得部 3 と同様の方法で位置データに含まれる位置誤差データを取得し、ここでフーリエ変換 によって誤差データを COS又は SINの成分へ分離し、正方向の移動の補正係数であ る COS成分の振幅 Gcos[n]とその位相 d θ [n]又は SIN成分の振幅 Gsin[n]とその位相 d θ [n]、及び逆方向の移動の補正係数である COS成分の振幅 Gcos_r[n]とその位相 d Θ _r[n]又は SIN成分の振幅 Gsin_r[n]とその位相 d Θ _r[n]を算出し、第 1の切替部 11で 選択された第 1の記憶部 4及び第 3の記憶部へ格納する。誤差含有位置データ作成 部 6は、この振幅と位相の形で記憶されたパラメータを復号ィ匕する。
なお、補正テーブル作成動作及び補正動作は第 1実施例と同じであるのでその説 明を省略する。
このように本実施例では誤差波形を COS又は SIN曲線 1つで表現できるため、補正 パラメータの微調整が容易に行える。 産業上の利用可能性
[0027] 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ェンコーダ位置検出誤差補正に適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 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力 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 AZD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ィ匕 した正方向の移動の補正係数を記憶する第 1の記憶部および逆方向の移動の補正 係数を記憶する第 3の記憶部と、
前記演算部で前記補正係数を復号化した位置誤差データを基に生成された正方 向の移動の誤差含有位置データおよび補正データを記憶する第 2の記憶部並びに 逆方向の移動の誤差含有位置データおよび補正データを記憶する第 4の記憶部を 備え、
前記演算部は前記位置データに基づいて移動方向を判別する移動方向判別部お よび前記移動方向判別部の結果に基づいて前記記憶部を切替える切替部を備えた ことを特徴とするエンコーダ信号処理装置。
[2] 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 記憶部および前記第 4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記 載のエンコーダ信号処理装置。
[3] 前記移動方向判別部は、前記位置データ算出部より得られた位置データの差分の 符号により移動方向を判別す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。
[4] 前記移動方向判別部は、前記位置データ算出部より得られた位置データの差分値 および位置データの差分の符号によりヒステリシスを持たせて移動方向を判別するこ 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。
[5] 前記切替部は、前記移動方向判別部の結果に基づいて、前記第 1の記憶部と前 記第 3の記憶部を切替える第 1の切替部と、前記移動方向判別部の結果に基づいて 、前記第 2の記憶部と前記第 4の記憶部を切替える第 2の切替部を備えたことを特徴 とする請求項 1記載のエンコーダ信号処理装置。
[6] 前記第 2の切替部は、前記移動方向判別部の結果に基づいて、移動方向判別後、 即時、前記第 2の記憶部と前記第 4の記憶部を切替えることを特徴とする請求項 5記 載のエンコーダ信号処理装置。
[7] 前記第 2の切替部は、前記移動方向判別部の結果に基づいて、移動方向判別後、 次の 0点位置通過時に前記第 2の記憶部と前記第 4の記憶部を切替えることを特徴と する請求項 5記載のエンコーダ信号処理装置。
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