JP2006003307A - エンコーダ、及び、その信号調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オシロスコープを見ることなく、信号調整状態を無段階で確認しながら信号調整できるようにして、最適な調整、確認を可能とし、エンコーダ信号の調整による内挿誤差を小さくする。
【解決手段】検出器３０と、該検出器から出力される２相アナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３２と、前記２相アナログ信号の誤差を補正する誤差補正回路３４と、この補正されたＡ／Ｄ変換結果から内挿処理を行なう内挿回路３６と、補正データを格納するメモリ４０と、通信手段４４を持った中央処理装置（ＣＰＵ）４２とを備えたエンコーダで、前記２相アナログ信号のＡ／Ｄ変換結果を通信手段により外部のパソコン５０に送信し、該パソコンで正弦波、余弦波信号の所定の値からの誤差を検出して、通信手段によりエンコーダの誤差を送信し、エンコーダでは受信した補正データにより誤差補正した内挿処理を行なう。
【選択図】図８

Description

本発明は、エンコーダ、及び、その信号調整方法に係り、特に、スケールと検出ヘッドが別体とされたセパレート型の絶対位置測定（ＡＢＳ）リニアエンコーダやロータリエンコーダに用いるのに好適な、信号調整が容易なエンコーダ、及び、その信号調整方法に関する。

特許文献１に記載されているように、正弦波及び余弦波の２相アナログ信号から位置を検出するエンコーダでは、その信号周期よりも小さい位置の変化（移動量）を検出するために、一般的に内挿（分割）回路を搭載し、信号周期を所定のピッチで等分割して、信号周期よりも小さい分解能を得ている。

内挿回路では、エンコーダから出力される正弦波（Ｂ相）及び余弦波（Ａ相）信号が、図１に示す如く、所定の中心電圧、振幅、位相差であることを前提として、次式により位相角θを演算している。

θ＝arctan（sinθ／cosθ） …（１）

しかしながら、正弦波及び余弦波信号が所定の中心電圧、振幅、位相差からずれていた場合、検出した位相角（信号周期以下の位置変化量）が一定ピッチとはならず、図２乃至図６に例示する如く、信号周期に一致した誤差（内挿誤差）が発生する。図２は、Ａ相信号に０．２のオフセット誤差がある場合、図３は、Ａ相信号の振幅が１．０であるのにＢ相信号の振幅が１．２で振幅差がある場合、図４は、Ｂ相信号に１０°の位相誤差がある場合、図５は、Ａ相信号の振幅が１．０、オフセットが０．０５、Ｂ相信号の振幅が０．９５、オフセットが−０．０５、位相誤差が−５°で、オフセット、振幅差、位相誤差が重なった場合の内挿誤差の例である。

このため、従来のエンコーダでは、オシロスコープで信号（例えばＡ相信号とＢ相信号のリサージュ波形）を確認しながら、所定の中心電圧、振幅、位相差に調整する必要があった。

オシロスコープを見ながらの調整は熟練を要するため、特許文献２で提案されているように、エンコーダ内部（あるいは外部）に所定のレベルかどうかを識別して、最適な信号でないことを出力する比較器を持たせることで、オシロスコープを使用することなく、所定の信号が得られているかどうかを確認することが可能なエンコーダも提案されている。

特開昭５４−１９７７３号公報 特許第３２０２３１６号公報

しかしながら、特許文献２に記載されたエンコーダであっても、自己調整機能は持っていないため、比較器により最適な信号と判断する範囲を小さくした場合には、取付時の機械的な調整が難しくなり、逆に、前記範囲を大きくした場合には、信号誤差の許容範囲も大きくなり、結果的には内挿誤差が大きくなってしまうという問題点を有していた。

一方、エンコーダを搭載した工作機械や産業機械では、（１）始動時の原点復帰が不要、（２）リニアモータのフィードバック用途ではモータの磁極検出器が不要等の理由から、絶対位置検出が可能なＡＢＳエンコーダが広く利用されている。このＡＢＳエンコーダは、複数のトラックのエンコーダを持ち、複数のトラックから得られた信号を合成することで、絶対位置を求めている。

複数トラックの合成にはＣＰＵを用いており、ＣＰＵを搭載したエンコーダは、一般的に使用されてきている。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ＣＰＵを搭載したエンコーダで、オシロスコープを見ながら、リサージュ波形がきれいな円になるように信号調整をしたり、あるいは、エンコーダに所定範囲に入っていることを出力する比較器等を持たせることなく、最適な信号に容易に調整可能なエンコーダを提供することを課題とする。

本発明は、検出器と、該検出器から出力される、少なくとも２相のアナログ信号をＡ／Ｄ変換する手段と、前記アナログ信号の誤差を補正する手段と、この補正されたＡ／Ｄ変換結果から内挿処理を行なう内挿回路と、補正データを格納する手段と、通信手段を持った中央処理手段と、を備えたことを特徴とするエンコーダにより、前記課題を解決したものである。

又、該エンコーダで、前記アナログ信号のＡ／Ｄ変換結果を通信手段により外部装置に送信し、外部装置で信号の所定の値からの誤差を検出して、通信手段によりエンコーダに誤差を送信し、エンコーダでは受信した補正データにより誤差補正した内挿処理を行なうようにして、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、検出器と、該検出器から出力される、少なくとも２相のアナログ信号をＡ／Ｄ変換する手段と、前記アナログ信号の誤差を検出する手段と、前記アナログ信号の誤差を補正する手段と、この補正されたＡ／Ｄ変換結果から内挿処理を行なう内挿回路と、補正データを格納する手段と、通信手段を持った中央処理手段と、を備えたことを特徴とするエンコーダにより、前記課題を解決したものである。

又、該エンコーダで、補正後のアナログ信号のＡ／Ｄ変換結果を通信手段により外部装置に送信し、外部装置で補正後の信号を表示、判定するようにして、前記課題を解決したものである。

本発明によれば、オシロスコープを用いることなく高精度の信号調整が可能となる。又、特許文献２のようなＬＥＤを用いた段階的な表示ではなく、信号調整状態が無段階で確認できる。更に、大まかな調整結果ではなく、細かいデータの確認が可能なため、最適な調整、確認が可能となる。

特に、パソコン等の外部装置に記憶機能を持たせれば、個々のエンコーダの調整データを一括管理することも可能となる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図６に示す如く、機械装置（図示省略）の一方に取り付けられる、例えばスケール一体型のスケールベース１０と、該スケールベース１０に対して所定の間隔で、機械装置の他方に固定される、電源ＯＮ及びアラーム表示用のＬＥＤ２１を備えた検出ヘッド２０と、該検出ヘッド２０を、調整終了後に、図７に示す如く、機械装置のフィードバックケーブル２６及びサーボアンプ２８に接続するためのヘッドケーブル２２及び出力コネクタ２４と、調整時に、図６に示した如く、サーボアンプ２８の代わりに出力コネクタ２４に接続されるパソコン（ＰＣ）５０と、を主に備えている。

前記検出ヘッド２０には、図８に詳細に示す如く、例えば発光素子及び受光素子を備えた、３トラックの光電型の検出器３０と、該検出器３０から出力される２相のアナログ信号である正弦波及び余弦波信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３２と、前記正弦波及び余弦波信号の誤差（中心電圧差、振幅差、位相差）を補正する誤差補正回路３４と、該誤差補正回路３４で補正されたＡ／Ｄ変換結果から内挿処理を行なう内挿回路３６と、該内挿回路３６の出力を制御装置（サーボアンプ２８）に出力する通信手段３８と、補正データを格納するメモリ４０と、パソコン５０との通信手段４４を持った中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、を備えている。

本実施形態においては、正弦波及び余弦波のＡ／Ｄ変換器３２によるＡ／Ｄ変換結果（生データ）を、通信手段４４により外部装置であるパソコン５０に送信し、該パソコン５０で正弦波及び余弦波信号の所定の値からの誤差を検出する。

そして、通信手段４４によりパソコン５０から検出ヘッド２０に誤差を送信し、検出ヘッド２０では、受信してメモリ４０に格納した補正データを用いて誤差補正した内挿処理を行なうことで、最適な信号調整と確認が可能となる。又、検出ヘッド２０から送信された正弦波及び余弦波のデータに誤差を補正した波形をパソコン５０に表示することで、調整後の信号確認も可能となる。

具体的な処理手順を図９に示す。

まずステップ１００で信号の振幅を確認する。該ステップ１００の判定結果が否で振幅が足りないと判断された場合には、ステップ１０２に進み、検出ヘッド２０の位置を機械的に調整する。この際、図８に破線で示した如く、増幅率が可変なアンプ４６を検出ヘッド２０内に追加して、ＣＰＵ４２の出力で検出器３０の入力信号自体の振幅を調整することも可能である。この場合には、振幅調整の範囲を広くできる。

ステップ１００の判定結果が正となったときには、ステップ１０４に進み信号調整を行なう。具体的には、例えば画面の指示に従って検出ヘッドをスケール１０の全長に亘って走査させ、ＬＥＤ２１が異常を表示しないか確認し、ＬＥＤ２１の点灯状態に応じて、必要な調整を行なう。

調整の結果、スケール全長に亘りＬＥＤ２１が点灯しなくなった場合には、ステップ１０６で振幅を再確認し、問題なければ信号調整を終了し、その位置で検出ヘッド２０を機械装置の他方に固定する。

調整時のパソコン５０の画面表示の例を図１０に示す。この画面はスケールが3トラックの場合であり、検出ヘッド２０をスケール（１０）に対し走査させると、各トラックのリサージュ信号が表示される。

このようにして、検出ヘッド２０をスケール（１０）に対して適切な位置に調整、固定することが可能となる。なお、電源や接続ケーブルに問題があり通信が行なわれない場合には、図１１に例示する如く、通信エラーのメッセージを表示し、電源の確認や接続ケーブルの確認を検査者に促すことができる。

本実施形態においては、正弦波及び余弦波信号の誤差検出を外部のパソコン５０側で行なっているため、検出ヘッド２０の構成が比較的簡略である。

次に、誤差検出を外部装置でなく検出ヘッド２０内で行なうようにした、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、図１２に示す如く、第１実施形態と同様の装置において、ＣＰＵ４２内で誤差検出も行なうようにしたものである。

他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。

本実施形態においては、通信手段４２からパソコン５０へ、生データでなくＣＰＵ４０で検出された誤差が送られるので、このパソコン５０で補正後の信号を表示、判定することにより、最適な調整となっているかどうかを容易に判定できる。

なお、前記実施形態においては、いずれも、本発明が、スケールと検出ヘッドが別体とされたセパレータタイプのリニアスケールに適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、同じくセパレータタイプのロータリエンコーダや、一体型のエンコーダの調整結果確認にも用いることができる。

アナログ信号の相数も２相に限定されず、例えば１２０°位相差で３相アナログ信号を出力するエンコーダにも適用可能である。この場合には、３相アナログ信号を公知の３相→２相変換回路に入力し、２相アナログ信号を取り出してから、同様に処理すれば良い。

エンコーダにおける内挿の原理を説明するための線図 従来の問題点を説明するためのオフセット誤差の影響を示す線図 同じく振幅差の影響を示す線図 同じく位相誤差の影響を示す線図 同じくオフセット、振幅差及び位相誤差の複合的な影響を示す線図 本発明の第１実施形態の信号調整時の接続を示す斜視図 同じく最終的な接続を示す正面図 第１実施形態の内部構成を示すブロック図 同じく処理手順を示す流れ図 同じく調整時の画面表示例を示す図 同じく通信エラー時の画面表示例を示す図 本発明の第２実施形態の内部構成を示すブロック図

符号の説明

１０…スケールベース
２０…検出ヘッド
２１…ＬＥＤ
２８…サーボアンプ（制御装置）
３０…検出器
３２…Ａ／Ｄ変換器
３４…誤差補正回路
３６…内挿回路
３８、４４…通信手段
４０…メモリ
４２…中央処理装置（ＣＰＵ）
５０…パソコン（ＰＣ）

Claims (4)

1. 検出器と、
   該検出器から出力される、少なくとも２相のアナログ信号をＡ／Ｄ変換する手段と、
   前記アナログ信号の誤差を補正する手段と、
   この補正されたＡ／Ｄ変換結果から内挿処理を行なう内挿回路と、
   補正データを格納する手段と、
   通信手段を持った中央処理手段と、
   を備えたことを特徴とするエンコーダ。
2. 請求項１に記載のエンコーダで、
   前記アナログ信号のＡ／Ｄ変換結果を通信手段により外部装置に送信し、
   外部装置で信号の所定の値からの誤差を検出して、通信手段によりエンコーダに誤差を送信し、
   エンコーダでは受信した補正データにより誤差補正した内挿処理を行なうことを特徴とするエンコーダの信号調整方法。
3. 検出器と、
   該検出器から出力される少なくとも２相のアナログ信号をＡ／Ｄ変換する手段と、
   前記アナログ信号の誤差を検出する手段と、
   前記アナログ信号の誤差を補正する手段と、
   この補正されたＡ／Ｄ変換結果から内挿処理を行なう内挿回路と、
   補正データを格納する手段と、
   通信手段を持った中央処理手段と、
   を備えたことを特徴とするエンコーダ。
4. 請求項３に記載のエンコーダで、
   補正後のアナログ信号のＡ／Ｄ変換結果を通信手段により外部装置に送信し、
   外部装置で補正後の信号を表示、判定することを特徴とするエンコーダの信号調整方法。

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