DE69616505T2

DE69616505T2 - Verfahren und gerät zur verarbeitung von winkeldaten eines kodierers

Info

Publication number: DE69616505T2
Application number: DE69616505T
Authority: DE
Inventors: Mitsuyuki Taniguchi; Hiroshi Yamaguchi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1995-08-17
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2016-08-15
Also published as: JP3375642B2; WO1997007382A1; DE69616505D1; US5786781A; EP0787973B1; EP0787973A4; EP0787973A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Berechnen von Winkeldaten für Kodierer und eine Technik zum Interpolieren von Erfassungssignalen in einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Positionen eines Tisches und eines Motors einer Werkzeugmaschine mit einem NC-Gerät oder dgl..
Ein Dreh-Impulskodierer, der auf einer Motorwelle oder dgl. montiert ist, und ein Linear-Impulskodierer, der an einem Arbeitstisch oder dgl. angebracht ist, sind als Erfassungseinrichtungen zum Erfassen der Positionen eines Tisches und eines Motors einer Werkzeugmaschine mit einem NC-Gerät bekannt, mittels welcher der Betrag einer Bewegung und die Bewegungsgeschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers erfasst werden. Gewöhnlich werden in diesem Impulskodierer ein Phase- A-Signal, ein Sinuswellen-Signal (Ksinθ) und ein Phäse-B-Signal, ein Sinuswellen-Signal (Ksinθ ± π/2) mit einer Phasen- differenz von 90º von dem Phase-A-Signal erzeugt, wenn der sich bewegende Körper eine Bewegung ausführt, und aus diesen zwei Sinuswellen-Signalen wird ein Interpolationssignal gebildet, um Winkeldaten zu gewinnen, wodurch die Auflösungen von Positionen und Geschwindigkeiten verbessert werden.
Eine derartige Interpolationstechnik ist bekannt, bei der Sinuswellen-Signale und Cosinuswellen-Signals aus einer Signalquelle einer Wandlerschaltung zugeführt werden, die aus einer Vielzahl von Widerständen und einer Komparatormatrix zusammengesetzt ist.
Als ein anderes Interpolationsmittel ist ein Verfahren bekannt, bei dem Winkeldaten θ durch Eingeben von Werten a u. b, die durch A/D-Wandlung von Phase-A- und Phase-B-Sinuswellen-Signalen gewonnen sind, in ein Arithmetikmittel 4 zum Berechnen von tan&supmin;¹(a/b), das in Fig. 14 gezeigt ist, gewonnen werden. Die arithmetische Operation der inversen Transformation dieses Tangens wird durch die Taylor-Entwicklungs-Berechnung ausgeführt.
Überdies ist eine andere vorgeschlagene Interpolation-Technik eine solche, die A/D-Wandler und Speichermittel, wie einen ROM, umfasst. Fig. 15 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer herkömmlichen Interpolationseinrichtung, die ein Speicherelement benutzt. In der Interpolationseinrichtung, die in Fig. 15 gezeigt ist, werden Werte a u. b, die durch A/D-Wandlung von Phase-A- und Phase-B-Sinuswellen- Signalen gewonnen sind, einem Speichermittel 8, wie einem ROM, eingegeben. Das Speichermittel 8 ist mit interpolierten Winkeldaten beschrieben und gibt Winkeldaten θ aus, wobei digitale Signale aus A/D-Wandlern 1 u. 2 als Adressen benutzt werden.
Fig. 16 zeigt ein Diagramm, das Beziehungen zwischen Adressen und Speicherinhalten des Speichermittels in der herkömmlichen Interpolationseinrichtung darstellt, die mit den A/D-Wandlern und dem Speichermittel versehen ist. In Fig. 16 repräsentiert die Achse der Abszisse X-Richtungsadressen, während die Achse der Ordinate Y-Richtungsadressen repräsentiert. Jede Adresse entspricht den Werten von Sinus- und Cosinuswellen, die durch die A/D-Wandler in digitale Signale umgewandelt sind. Beispielsweise wird, wenn jede Adresse durch 8 Bits dargestellt wird, der Wert jeder Achse durch 256 Adressen von 0 bis 255 repräsentiert. Die Speicherinhalte sind in Positionen gespeichert, die den individuellen Gitternetzwerken entsprechen, die aus den X- und Y-Richtungsadressen zusammengesetzt sind. In Fig. 16 sind die Teile, in die Speicherinhalte geladen werden, schraffiert.
Ein Kreis, der in der Figur gezeigt ist, gibt Positionsdaten an die durch Signale A u. B dargestellt sind, und die Positionsdaten werden durch Einsehen der Speicherinhalte auf einem Kreis, der durch Adressen definiert ist, die den eingegebenen Signalen A u. B entsprechen, abgeholt.
In dem Fall jedoch, in dem eine Wandlerschaltung, die aus Widerständen und einer Komparatormatrix zusammengesetzt ist, bei der herkömmlichen Interpolation-Technik benutzt wird, bereiten beispielsweise die Widerstände und die Komparatormatrix Probleme hinsichtlich hoher Kosten und eines großen Platzbedarfs. Ferner besteht in einem Fall, in dem tan&supmin;¹(a/b) zu berechnen ist, ein Problem dahingehend, dass die Taylor- Entwicklungs-Berechnung eine komplizierte Arithmetikschaltung erfordert. Im Falle einer Interpolationseinrichtung, die mit den A/D-Wandlern und dem Speichermittel versehen ist, müssen dessen Speicherinhalte vorab entsprechend allen Adressen geladen werden, so dass ein Speichermittel großer Kapazität notwendig ist.
Typische Kodierer-Winkeldatenberechnungs-Verfahren und -Geräte nach dem Stand der Technik können in der Druckschrift EP-A-0408799 und auf den Seiten 183, 184 des Berichts "IEEE Conference Record of Instrumentation und Measurement Tbchnology Conference", gehalten am 14. bis 16. Mai 1991, gefunden werden. Das letztere Dokument enthält eine Beschreibung dessen, wie Verzerrungen von Quadratursignalen unter Benutzung von Abweichungsgrößen, die über wiederholtes Auslesen gemittelt sind, kompensiert werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kodierer-Winkeldatenberechnungs-Verfahren und ein Berechnungs- Gerät zu schaffen, die in der Lage sind, die zuvor beschriebenen Probleme bei der herkömmlichen Technik zu lösen und in der Lage sind, Winkeldaten mittels einer einfachen Arithmetik-Schaltung und eines Speichermittels kleiner Kapazität zu interpolieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein erster Winkel aus zwei Sinuswellen-Kodiererausgangsignalen in verschiedenen Phasen durch Benutzung einer Gleichung zur Gewinnung eines Winkels aus zwei Sinuswellen-Ausgangssignalen in verschiedenen Phasen berechnet, und es wird ein zweiter Winkel durch Benutzung einer Gleichung zur Gewinnung eines Winkels aus zwei Dreieckwellen-Ausgangssignalen in verschiedene Phasen berechnet, wodurch ein Winkelfehler, die Differenz zwischen dem zweiten Winkel und dem ersten Winkel, der diesem entspricht, vorab in einem Winkelfehlerdaten-Speichermittel entsprechend dem zweiten Winkel gespeichert wird. Während der Operation werden zwei Kodiererausgangssignale in verschiedenen Phasen gewonnen, und der zweite Winkel wird aus diesen Ausgangsdaten mittels eines Winkelberechnungsmittels gewonnen. Dann wird der erste Winkel durch Addieren des Winkelfehlers, der dem gewonnenen zweiten Winkel entspricht, zu dem zweiten Winkel mittels eines Addierer/Subtrahierer-Mittels gewonnen.
Vorzugsweise werden die zwei Kodiererausgangssignale in der Form absoluter Werte gewonnen, und der zweite Winkel in einem ersten Quadranten wird aus diesen Ausgangssignaldaten berechnet, während der Quadrant, ob der erste, ein zweiter, ein dritter oder ein vierter, in dem sich der erste oder der zweite Winkel befindet, durch Erkennung det jeiligen Vorzeichen, positive oder negative, der zwei Kodiererausgangssignale unterschieden wird und der berechnete zweite Winkel in dem ersten Quadranten in einen Winkel in dem unterschiedenen Quadranten umgewandelt wird.
Ferner wird der Winkelfehler, der entsprechend dem zweiten Winkel gespeichert wird, vorzugsweise derart eingeschränkt, dass der zweite Winkel von 0 to π/4 reicht, und der Winkelfehler, der einem Bereich von π/4 bis π/2 für den zweiten Winkel entspricht, wird auf der Grundlage der Winkelfehlerdaten innerhalb des Bereichs von 0 to π/4 für den gespeicherten zweiten Winkel gewonnen.
Wie zuvor beschrieben können zwei Kodierersignale A u. B in verschiedenen Phasen durch zuerst Ausführen einer einfachen Berechnung, A/(A + B), ohne Berechnung von θ = tan&supmin;¹(A + B) jedes Mal und dann Abholen der Winkelfehlerdaten, die zuvor in dem Speicherelement gespeichert wurden, und Addieren derselben als Korrekturdaten zu dem Ergebnis der Berechnung interpoliert (dividiert) werden. Die Menge von Daten, die in dem Speicherelement zu speichern sind, kann dadurch kleiner gemacht werden.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Kodierer-Winkeldatenberechnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2A zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Lieferung zweier Sinuswellen-Kodierersignale in verschiedenen Phasen.
Fig. 2B zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Lieferung zweier Dreieckwellen-Kodierersignale in verschiedenen Phasen.
Fig. 2C zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung von Winkelfehlern gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein Signaldiagramm, das Beziehungen zwischen Sinuswellen-Signalen, Dreieckwellen-Signalen und Korrekturdaten darstellt.
Fig. 4 zeigt eine Tabelle, die Beziehungen zwischen Adressen eines Korrekturdaten-Speichermittels und den Korrekturdaten darstellt.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehungen zwischen den Adressen des Korrekturdaten- Speichermittels und den Korrekturdaten.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Quadrant-Umwandlung.
Fig. 7 zeigt eine Tabelle, welche die Beziehungen zwischen Quadranten und Winkeldaten darstellt.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Verringerung der Kapazität der Korrekturdaten.
Fig. 9A bis Fig. 9C zeigen Diagramme zur Veranschaulichung von Beziehungen zwischen Kodierersignalen und Dreieckwellen-Signalen.
Fig. 10 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der Einstellung der Korrekturdaten.
Fig. 11 bis Fig. 13 zeigen Beispiele für Schaltungskonfigurationen zum Einstellen der Korrekturdaten.
Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Berechnung von Winkeldaten gemäß einer herkömmlichen arithmetischen Operation.
Fig. 15 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer herkömmlichen Interpolationseinrichtung, die ein Speicherelement benutzt.
Fig. 16 zeigt ein Diagramm, das Beziehungen zwischen Adressen und Speicherinhalten des Speichermittel in einer herkömmlichen Interpolationseinrichtung darstellt, die mit A/D-Wandlern und dem Speichermittel versehen ist.
Zuerst wird das Prinzip der Winkeldatenberechnung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Von einem ersten Kodierer wird ein Phase-A-Signal, d. h. ein Ausgangssignal, das auf a = Ksinθ basiert, gewonnen. Von einem zweiten Kodierer wird ein Phase-B-Signal, d. h. ein Ausgangssignal, das auf b = Ksin(θ + π/2) = Kcosθ basiert, gewonnen. Wie in Fig. 2A gezeigt, können die Beziehungen zwischen einem Winkel θ und den jeweiligen Ausgangssignalen a u. b der Phase-A- und Phase-B-Signale durch einen Kreis mit einem Radius K um einen Punkt einer Durchschneidung zwischen zwei rechtwinkligen Koordinatenachsen herum dargestellt werden. Eine Ordinatenachsen-Komponente eines Liniensegments OP, das den Mittelpunkt O und einen Punkt P auf dem Kreis verbindet, repräsentiert das Ausgangssignal a des Phase-A-Signals, während eine Abszissenachsen-Komponente das Ausgangssignal b des Phase-B-Signals repräsentiert. Ferner ist der Winkel θ ein Winkel des Liniensegments OP gemessen in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn von dem Abszissenachsen-Teil auf der rechten Seite des Mittelpunkts O. Der Quadrant, ob der erste, zweite, dritte oder vierte, in dem sich der Punkt P befindet, wird abhängig von der Kombination der jeweiligen Vorzeichen, positiv oder negativ, der Ausgangssignale a u. b festgelegt.
Allgemein wird der Winkel θ (0 ≤ θ < 2π) durch Beurteilung, ob die Ausgangssignale a u. b positiv oder negativ sind, und durch Berechnung von
θ = tan&supmin;¹( a / b ). (1)
gewonnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Rotationswinkel θ jedoch nicht direkt aus diesen Ausgangssignalen a u. b in Übereinstimmung mit der vorstehenden Gl. (1) gewonnen. Zuerst (a) wird bestimmt, ob a u. b positiv oder negativ sind (oder ob der gegenwärtige Winkel θ in dem ersten; dem zweiten, dem dritten oder dem vierten Quadranten liegt), und (b) eine Berechnung ausgeführt für
θd = { a /( a + b )}·(π/2), (2)
wobei 0 < θd < π/2 gilt.
Die vorstehende Gl. (2) ist eine Gleichung zur individuellen Bestimmung eines Winkels Ad aus den Kodierer-Ausgangssignalwerten a u. b, wenn die Ausgangssignale a u. b Dreieckwellen- Signale sind. In den meisten Fälle ist daher der Winkel θd, der in Übereinstimmung mit der vorstehenden Gl. (2) gewonnen wird, nicht gleich dem Winkel θ (0 ≤ θ < π/2), der in Übereinstimmung mit der vorstehenden Gl. (1) gewonnen wird. Daher ist vorab
(c) ein Korrektur Wert äquivalent zu Δθd = θ - θd in Korrelation mit [θd, Δθd) gegeben, und dieses Δθd wird zu dem Winkel θd addiert, der in Übereinstimmung mit Gl. (b) (θ = θd + Δθd) gewonnen ist.
Jedoch muss
(d) der korrigierte Winkel θ die Ungleichung 0 ≤ θd < π/2 erfüllen, so dass der wahre Winkel θ (0 ≤ θ < π/2) durch Addieren der Quadrant-Information, die in (a) definiert ist, zu dem korrigierten Winkel gewonnen wird.
Der Winkel, der durch die Dreieckwellen-Signale a u. b, nämlich durch (a + b = R), bestimmt ist, kann durch ein Liniensegment (Quadrat) gezeigt werden, welches (R, O), (O, R), (-R, O) u. (O, -R) auf zwei rechtwinkligen Koordinatenachsen verbindet, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist. Eine Ordinatenachsen-Komponente eines Liniensegments OQ, die einen Durchschneidungs-Punkt O der zwei Achsen und einen Punkt Q auf diesem Liniensegment verbindet, repräsentiert a, während eine Abszissenachsen-Komponente b repräsentiert. Außerdem ist das Produkt der Ordinatenachsen-Komponente a des. Liniensegments OQ und von (π/2)/R der Winkel θd (0 ≤ θd < π2) zu der Achse der Abszisse.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der obenstehenden Voraussetzungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Kodierer-Winkeldatenberechnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 1 werden Phase-A- und Phase-B-Sinuswellen- Signale, die in ihrer Phase um π/2 verschieden sind, von zwei Kodierern einem A/D-Wandlermitteln 1 bzw. einem A/D-Wandlermittel 2 zugeführt. Die A/D-Wandlermittel 1 u. 2 wandeln die eingegebenen Kodierersignale in digitale Signale a u. b um und legen diese einzeln an ein Quadrant-Unterscheidungsmittel 3. Das Quadrant-Unterscheidungsmittel 3 unterscheidet eine der ersten bis vierten Quadranten von den anderen, zu dem die Kodierersignale gehören, abhängig von positiven oder negativen Vorzeichen der eingegebenen digitalen Signale a u. b.
Die digitalen Signale a u. b werden ferner einem Arithmetikmittel 4 zugeführt, und es werden arithmetisch Datensignale θd, von denen angenommen wird, dass sie Dreieckwellen-Signale sind, in Übereinstimmung mit der vorstehenden Gl. (2), d. h. θd = { a /( a + b )}·(π/2), berechnet.
Ein Korrekturdaten-Speichermittel 5 liest Korrekturdaten Δθd (genauer Δθd1, Δθd2, Δθd3, Δθd4, ...) aus, die mit Adressen gespeichert sind, welche die arithmetischen Daten θd (genauer θd1, θd2, θd3, θd4, ...) sind, die durch das Arithmetikmittel 4 berechnet sind, und führt diese einem Addierer-Subtrahieer- Mittel 6 zu. Das Addierer-Subtrahierer-Mittel 6 addiert arithmetische Daten θdj und Korrekturdaten Δθdj (θdj + Δθdj), um dadurch Fehler zu korrigieren, die sich aus der Annahme ergeben, dass die Signale Dreieckwellen-Signale sind. Da dieses (θdj + Δθdj) ein Winkel ist, der gebildet wird, wenn die Kodierersignale in dem ersten Quadranten liegen, wird es in Reaktion auf ein Quadrantsignal aus dem Quadrant-Unterscheidungsmittel 3 in einen Winkel umgewandelt, der dem Quadranten entspricht, zu dem die Kodierersignale gehören.
Im folgenden werden Winkelfehler zwischen Sinuswellen-Signalen und Dreieckwellen-Signalen und die Korrekturdaten Δθd zum Korrigieren der Winkelfehler beschrieben.
In bezug auf den ersten Quadranten (a ≥ 0, b ≥ 0) ist das Winkelsignal θ, das auf den Grundlagen der Phase-A- und Phase-B-Sinuswellen-Signale, die von dem ersten und dem zweiten Kodierer zugeführt werden, in Übereinstimmung mit der zuvor angegebenen Gl. (1), gewonnen wird, gegeben durch
θ = tan&supmin;¹(a/b).
Andererseits ist der Winkel θd, der mit den Phase-A- und Phase-B-Signalen berechnet wird, die als Dreieckwellen-Signal- Ausgangssignale betrachtet werden,
θd = {a/(a + b)}·(π/2),
so dass die Winkelfehler Δθd gegeben sind durch
Δθd = θ - θd = tan&supmin;¹(a/b) - {a/(a + b)}·(π/2) (3)
wobei
a → A,
b → B,
ausgeführt wird, und
dann
Andererseits gilt
θ = tan&supmin;¹A/B
(durch Gl. (1)),
daher gelten
Δθd = θ - θd
(s. Gl. (3))
Gemäß Gl. (3)' ist Δθd durch θd bestimmt.
In bezug auf dieses Δθd gilt:
Δθd = 0, wenn θ = 0, und demzufolge ist der Wert des Phase-A-Signals gegeben durch a = Ksinθ = 0;
Δθd = π/4 - π/4 = 0, und demzufolge sind der Wert des Phase-A-Signals a = Ksinθ und der Wert des Phase-B-Signals b = Kcosθ gleich, d. h. wenn a = b ist;
Δθd = π/2 - π/2 = 0, wenn die Werte des Phase-A- und des Phase-B-Signals a = Ksinθ = K bzw. b = Kcosθ = 0 sind.
Wenn sich der Winkel von θ (0 < θ < π/4) in [π/2 - θ] ändert, ändert sich der Wert des Phase-A-Signals von a in b, während sich der Wert des Phase-B-Signals von b in a ändert, so dass die Winkelfehler Δθd in diesem Fall durch Ersetzen von a mit b und von b mit a in der vorstehenden Gl. (3) wie folgt geschrieben werden:
Δθd = tan&supmin;¹(b/a) - {b/(a + b)}·(π/2) = π/2 - tan&supmin;¹(a/b) - {1 - a/(a + b)·(π/2) = -tan&supmin;¹(a/b) + {a/(a + b)}·(π/2). (4)
Die vorstehende Gl. (4) zeigt an, dass die Winkelfehler, wenn der Winkel θ (0 < θ < π/4) ist, und die Winkelfehler, wenn der Winkel [π/2 - θ] ist, gleiche absolute Werte und entgegengesetzte Vorzeichen haben. Fig. 2C zeigt ein Diagramm, das diese Tatsachen veranschaulicht.
Wie aus Fig. 2C ersichtlich ist, haben die Winkelfehler Δθd, wenn der Winkel, der irr Übereinstimmung mit der vorstehenden Gl. (2) gewonnen wird, θd (0 ≤ θd π/4) ist, und die Winkel fehler Δθd, wenn der Winkel [π/2 - θd] ist, entgegengesetzte Vorzeichen und gleiche absolute Werte. Auf diese Weise können die Winkelfehler Δθd, die dem Winkel innerhalb des Bereichs von π/4 ≤ θd π/2 entsprechen, durch vorheriges Gewinnen der Korrelationen zwischen dem Winkel θd und den Winkelfehlern Δθd innerhalb des Bereichs 0 ≤ θd π/4 durch Berechnung oder dgl. erfasst werden. Das bedeutet, dass alle der Winkelfehler Δθd in dem Fall, in dem 0 = θd π/I2 (erster Quadrant) ist, bestimmt werden können. Diese Werte können in gleicher Weise für die anderen Quadranten gewonnen werden.
Fig. 3 zeigt ein Signaldiagramm, das die Beziehungen zwischen den Sinuswellen-Signalen, den Dreieckwellen-Signalen und den Korrekturdaten darstellt. In Fig. 3 zeigen (a), (b) u. (c) die Sinuswellen-Signale, die Dreieckwellen-Signale bzw. die Winkelfehler Δθd. Die Winkelfehler Aθd sind Signale mit einer Periode von π/2 und sind symmetrisch in bezug auf einen Mittelpunkt, der π/4 entspricht.
Im folgenden wird das Korrekturdaten-Speichermittel 5 zum Speichern der Winkelfehler Δθd als Korrekturdaten Beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die Winkelfehler Δθd als "Korrekturdaten" bezeichnet.
Das Korrekturdaten-Speichermittel 5 kann aus einem Speicherelement, wie einem ROM, gebildet sein und speichert die Korrekturdaten Δθd mit den arithmetischen Daten θd, die durch das Arithmetik-Mittel 4 berechnet werden und die als Adressen dienen. Fig. 4 zeigt Beziehungen zwischen Adressen θa des Korrekturdaten-Speichermittels 5 und den Korrekturdaten Δθd. Die Adressen θa werden individuell mit den Korrekturdaten Δθd geladen.
Fig. 5 zeigt Beziehungen zwischen den Adressen θa und den Kotrekturdaten Δθd. In Fig. 5 repräsentiert (a) Beziehungen der Adressen θa zu den arithmetischen Daten θd, während (b) Beziehungen der Korrekturdaten Δθd zu den Adressen θa repräsentiert. Wie in Fig. 4 u. Fig. 5 gezeigt sind die Adressen θa als diskrete Werts von z. B. θa1, θa2, ... θai, θaj, θak, ... gesetzt. Andererseits können die arithmetischen Daten θd irgenwelche anderen Werte als die zuvor genannten diskreten Werte in Übereinstimmung mit der vorstehenden Gl. (2) annehmen. Dabei wird eine der Adressen θa entsprechend den arithmetischen Daten θd in einem bestimmten Bereich gesetzt, wie dies in Fig. 5(a) gezeigt, die Korrekturdaten Δθd werden entsprechend den Adressen θa in einer 1 : 1-Weise gesetzt, wie dies in Fig. 5(b) gezeigt ist, und die Korrekturdaten Δθd werden individuell entsprechend den Adressen gespeichert, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.
Die arithmetischen Daten θd und die Korrekturdaten Δθd, die durch das Addierer-Subtrahierer-Mittel 6 addiert sind, beruhen auf dem ersten Quadranten, so dass wenn die Kodierersignale in irgendeinem anderen Quadranten liegen, das Datenquadrant-Umwandlungsmittel 7 in Reaktion auf ein Quadrantsignal, das von dem Quadrant-Unterscheidungsmittel 3 gewonnen wird, den Quadranten umwandelt. Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung dieser Quadrant-Umwandlung. Auf diese Weise werden in dem Fall gemäß Fig. 6, wenn der Winkel in dem ersten Quadranten θ ist, Winkelbeziehungen derart aufgestellt, dass in dem zweiten, dem dritten und dem vierten Quadranten (π - θ), (π + A) bzw. (2π - θ) gegegeben sind. Fig. 7 zeigt Beziehungen zwischen den Quadranten und den Winkeldaten. In dem Fall, in dem die Signale a u. b aus den Kodierern z. B. auf a > 0 bzw. b > 0 beruhen, schließt das Quadrant-Unterscheidungsmittel 3 darauf, dass die Kodierersignale in dem ersten Quadranten liegen, und das Datenquadrant-Umwandlungsmittel 7 gibt die Winkeldaten θ aus. Andererseits schließt das Quadrant-Unterscheidungsmittel 3, wenn die Signale a u. b auf a > 0 bzw. b < 0 beruhen, darauf, dass die Kodierersignale in dem zweiten Quadranten liegen, und das Datenquadrant-Umwandlungsmittel 7 gibt die Winkeldaten (π - θ) aus. In dem Fall, in dem die Signale a u. b auf a < 0 bzw. b < 0 beruhen, schließt das Quadrant-Unterscheidungmittel 3 darauf, dass die Kodierersignale in dem dritten Quadranten liegen, und das Datenquadrant-Umwandlungsmittel 7 gibt die Winkeldaten (π + θ) aus. Andrerseits schließt das Quadrant-Unterscheidungsmittel 3, wenn die Signale a u. b auf a < 0 bzw. b > 0 beruhen, darauf, dass die Kodierersignals in dem vierten Quadranten liegen, und das Datenquadrant-Umwandlungsmittel 7 gibt die Winkeldaten (2π + θ) aus.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Korrekturdaten-Speichermittel 5 mit den Korrekturdaten Δθd beschrieben, die den Adressen θa für Winkel von 0 bis π/2 in dem ersten Quadranten entsprechen, und die Kapazität, die für die Speicherung erforderlich ist, kann durch Ausnutzung der symmetrischen Charakteristik der Korrekturdaten Δθd verringert sein.
Im folgenden wird anhand von Fig. 8 die Verringerung der Speicherkapazität beschrieben, die für die Korrekturdaten Δθd erforderlich ist.
Die Korrekturdaten Δθd, die den Adressen für Winkel von 0 bis π/4 entsprechen, werden vorbereitet, und
(a) die Korrekturdaten Δθd, welche die Adresse θa entsprechend dem Ausgangssignal θd des Arithmetik-Mittels 4 haben, werden abgeholt, wenn θd als 0 ≤ θd ≤ π/4 gegeben ist, und
(b) die Korrekturdaten Δθa, welche die Adresse entsprechend [π/2 - θd) haben, werden abgeholt, und deren Vorzeichen wird invertiert, wenn θd als π/4 ≤ θd < π/2 gegeben ist.
Anhand von Fig. 8 wird der Fall (b) beschrieben. Wenn das Ausgangssignal θd auf einem Punkt E (in einer Distanz s der positiven Bewegung von dem Punkt fr π/4) liegt, werden die Korrekturdaten Δθd, die eine Adresse haben, die durch einen Punkt F (bei einer Distanz s der negativen Bewegung von dem Punkt für π/4) angegeben ist, abgeholt, und deren Vorzeichen wird invertiert.
Das Folgende ist eine Beschreibung eines anderen Ausführungsbeispiels der Korrekturdaten-Berechnung gemäß der vorliegenden Erfindung. In dem Fall des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels werden die Korrekturdaten zum Korrigieren der Fehler durch Vergleichen mit den Dreieckwellen-Signalen unter der Voraussetzung berechnet, dass die Eingangssignale Sinuswellen-Signale sind. Die Korrekturdaten sind nicht notwendig, wenn die Eingangsignale Dreieckwellen-Signale sind. Demzufolge werden in dem Fall, in dem die Eingangssignale Sinuswellen-Signale sind, die Fehler zwischen den Sinuswellen-Signalen und den Dreieckwellen-Signalen mittels der berechneten Korrekturdaten korrigiert, und die Winkelsignale werden als die Dreieckwellen-Signale berechnet.
Im Gegensatz dazu ist das folgende Ausführungsbeispiel ein Fall, in dem die Eingangssignale periodische Signale sind, deren Größen sich wie diejenigen der Sinuswellen-Signale oder der Dreieckwellen-Signal mit dem Winkel ändern, obwohl die Wellenformen weder solche der Sinuswellen-Signale noch solche der Dreieckwellen-Signale sind. Die Interpolation der Winkeldaten in diesen synchronisierenden Signalen mit willkürlichen Wellenformen wird im folgenden diskutiert.
Fig. 9A zeigt die Beziehung zwischen einem Sinuswellen-Signal A und einem Dreieckwellen-Signal B. Die Korrekturdaten, die in Übereinstimmung mit dem vorstehenden Ausführungsbeispiel berechnet sind, sind Daten zum Korrigieren der Eingangswellenform des Sinuswellen-Signals B in ein Dreieckwellen-Signal A, und die Korrekturdaten beruhen auf der Grundlage der Voraussetzung, dass die Eingangswellenformen solche von Dreieckwellen-Signalen sind.
Die Signal-Wellenformen, die von dem tatsächlichen Kodierer geliefert werden, sind Verglichen mit diesen Dreieckwellen- Signalen nicht immer solche der Sinuswellen-Signale. Beispielsweise ändert sich in einem optischen Kodierer, der Winkel auf der Grundlage von Änderungen der senge übertragenen Lichts erfasst, die durch eine relative Bewegung von stationären und sich bewegenden Schlitzen verursacht werden, die Lichtmenge, die einem Lichtempfänger zugeführt wird, infolge eines Verlustes von Licht oder dgl., so dass keine idealen Dreieckwellen-Signale gewonnen werden können. Beispielsweise werden synchronisierende Signale gewonnen, die weder Dreieckwellen-Signale noch Sinuswellen-Signale sind, wie dies durch eine strichpunktierte C in Fig. 9B oder eine Zweipunkt/Strichlinie D in Fig. 9C angedeutet ist.
Ein zufriedenstellender Korrektureffekt kann nicht gewonnen werden, wenn die Korrekturdaten, die auf Eingangswellenformen von Sinuswellen-Signalen basieren, auf Signale mit willkürlichen Wellenformen angewendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel werden daher die Korrekturdaten, die auf der Grundlage der Sinuswellen-Signals gewonnen sind, benutzt, und es werden Korrekturdaten, die in der Lage sind, einen zufriedenstellenden Korrektureffekt zu erzeugen, durch Einstellung solcher Korrekturdaten bereitgestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel werden, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist, die Korrekturdaten Δθd, die auf der Grundlage eines Sinuswellen-Signals gewonnen sind, mit 1/2n multipliziert, woraufhin eingestellte Korrekturdaten Δθd' gewonnen sind. Gemäß Fig. 10 sind die Korrekturdaten Δθd 5-Bit-Binärdaten, die Daten 0, 1, 2, 3 u. 4 einschließen. Die Datenlänge dieser Korrekturdaten ist nicht auf fünf Bits begrenzt und kann auf irgendeine Anzahl von Bits eingestellt werden. Im folgenden werden diese Daten in dem Anzeigeformat von [4, 3, 2, 1, 0] dargestellt.
Allgemein nehmen binäre Daten durch 1/2 oder ein Vielfaches von 2 zu einem Zeitpunkt ab oder zu, wenn deren numerischer Wert durch die Einheit eines Bits geändert wird. Beispielsweise werden, wenn die Korrekturdaten Δθd [4, 3, 2, 1, 0] um ein Bit in Richtung auf das LSB verschoben werden, Korrekturdaten Δθd' [3, 2, 1, 0] gewonnen, was dem Produkt der Korrekturdaten Δθd und 1/2 (= 1/21) äquivalent ist. Wenn die Korrekturdaten um zwei Bits in Richtung auf das LSB verschöben werden, werden Korrekturdaten Δθd' [2, 1, 0] gewonnen, was dem Produkt der Korrekturdaten Δθd und 1/4 (= 1/2²) äquivalent ist. Im Gegensatz dazu werden, wenn die Korrekturdaten in Richtung auf das MSB um ein Bit verschoben werden, Korrekturdaten Δθd' [4, 3, 2, 1, 0, 0] gewonnen, was dem Produkt der Korrekturdaten Δθd und 2 (= 1/2&supmin;¹) äquivalent ist.
Der Grad der Datenkorrektur beim Berechnen der Winkeldaten aus den Eingangswellenformen kann durch Benutzung der Korrekturdaten Δθd', die durch die zuvor genannte arithmetische Operation eingestellt sind, eingestellt werden. Beispielsweise werden in dem Fall, in dem die Eingangswellenformen solche von Dreieckwellen-Signalen sind, die Korrekturdaten Δθd direkt ohne Einstellung der Korrekturdaten θd benutzt.
Andererseits kann in dem Fall, in dem die Eingangswellenformen solchen von Dreieckwellen-Signalen ähneln, das Ausmaß der Einstellung der korrekturdaten Δθd mittels der Korrekturdaten Δθd' (3, 2, 1, 0] auf der Grundlage der Multiplikation mit 1/2 (= 1/2¹) durch eine arithmetisch Operation derart verringert werden, dass die Korrekturdaten Δθd um ein Bit in Richtung auf das LSB verschoben werden. Ferner kann in dem Fall, in dem die Eingangswellenformen solchen von Dreieckwellen-Signalen mehr ähnlich sind und einen niedrigeren Grad an Korrektur erfordern, das Ausmaß der Einstellung der Korrekturdaten Δθd mittels der Korrekturdaten Δθd' (2, 1, 0] auf der Grundlage der Multiplikation mit 1/4 (= 1/2²) weiter durch eine arithmetische Operation derart, dass die Korrekturdaten Δθd um zwei Bits in Richtung auf das LSB verschoben, verringert werden.
Ferner wird in dem Fall, in dem die Eingangswellenformen solche sind, die durch Abflachen der oberen und unteren Spitzenwertteile von Sinuswellen-Signalen gewonnen sind und mehr Rechteckwellen ähnlich sind, das Ausmaß der Einstellung der Korrekturdaten Δθd mittels der Korrekturdaten Δθd' [4, 3, 2, 1, 0, 0] auf der Grundlage der Multiplikation mit 2 (= 1/2&supmin;¹) durch eine arithmetische Operation derart, dass die Korrekturdaten Δθd um ein Bit in Richtung auf das MSB verschoben werden, erhöht.
Das Ausmaß der Einstellung der Korrekturdaten ist nicht auf 1/2 oder Vielfache von 2 begrenzt, und diese Vielfache können kombiniert werden, um verschiedene Multiplikationsfaktoren, wie 3/4 (= 1/2 + 1/4), zu gewinnen.
Die Einstellung der Korrekturdaten kann durch Bewegen der Bits der Korrekturdaten vorgenommen werden, die durch Binärzahlen dargestellt sind, wie dies zuvor beschrieben wurde. Diese Bits können entweder durch Hardware- oder Softwaremittel bewegt werden, und das Ausmaß der Einstellung kann durch Benutzung irgendwelcher verfügbarer Mittel in Übereinstimmung mit den Eingangswellenformen ausgewählt werden. Beispielsweise können Auswahlsignale von außen in Übereinstimmung mit den Eingangswellenformen eingegeben werden, so dass der Bewegungsbetrag der Bits geändert werden kann und das Ausmaß der Einstellung ausgewählt werden kann.
Auf Fig. 11 bis Fig. 13 bezugnehmend werden Beispiele für Schaltungen für einen Fall beschrieben, in dem das Ausmaß der Einstellung der Korrekturdaten mittels Hardware ausgewählt wird. Die Schaltung gemäß Fig. 11 stellt einen Fall dar, in dem die Korrekturdaten benutzt werden, ohne eingestellt zu sein (im folgenden als Total-Korrektur bezeichnet), die Schaltung gemäß Fig. 12 stellt einen Fall dar, in dem die Hälfte des Werts der Korrekturdaten zu benutzen ist, wobei die Korrekturdaten zur Einstellung mit 1/2 multipliziert werden (im folgenden als 1/2-Korrektur bezeichnet), und die Schaltung gemäß Fig. 13 stellt einen Fall dar, in dem 1/4 des Werts der Korrekturdaten is zu benutzen ist, wobei die Korrekturdaten zur Einstellung mit 1/4 multipliziert werden (im folgenden als 1/4-Korrektur bezeichnet).
In Fig. 11 bis Fig. 13 ist ein Teil P1 ein Schaltungsteil, der Signale zum Auswählen der Korrekturdaten bildet, und P2 ist ein Schaltungsteil, der die Korrekturdaten zur Einstellung in Reaktion auf Korrekturdaten-Auswahlsignale auswählt. Dem Korrekturdaten-Auswahlsignalerzeugungsteil P1 werden Signale S1 u. S2 zugeführt, wodurch Auswahlsignale zum Einstellen von vier Typen von Korrekturdaten gebildet werden können. Ferner werden dem Korrekturdaten-Auswahlteil P2 die Korrekturdaten dθ zugeführt, die in der zuvor beschriebenen Art und Weise gewonnen wurden. In Übereinstimmung mit einem Auswahlsignal aus dem Korrekturdaten-Auswahlsignalerzeugungsteil P1 werden Bitdaten für jedes Bit der Korrekturdaten Δθd ausgewählt und als eingestellte Korrekturdaten Δθd' ausgegeben. Fig. 11 bis Fig. 13 zeigen Fälle, in denen 5-Bit-Daten (4, 3, 2, 1, 0] als die Korrekturdaten Δθd eingegeben werden.
Fig. 11 zeigt einen Fall, in dem die Total-Korrekturdaten ausgewählt werden. Wenn "1" an die Signaleingänge S1 u. S2 gelegt wird, wählt der Korrekturdaten-Auswahlteil P2 Daten für jedes Bit der Korrekturdaten Δθd aus, und es werden Daten für alle Bits, erstes Bit bis fünftes Bit, an die Datenausgänge gelegt. Daraufhin können alle Daten der Korrekturdaten Δθd ausgewählt werden.
Fig. 12 zeigt einen Fall für die 1/2-Korrektur. Wenn "1" und "0" an die Signaleingänge S1 bzw. S2 gelegt werden, wählt der Korrekturdaten-Auswahlteil P2 Daten für die einzelnen Bits mit Ausnahme das Bits LMS der Korrekturdaten Δθd aus legt 4- Bit-Daten, erstes Bit gis viertes Bit, an die Datenausgänge. Durch diese Vorgehensweise kann die Hälfte des Werts der Korrekturdaten Δθd ausgewählt werden.
Ferner zeigt Fig. 13 einen Fall für die 1/4-Korrektur. Wenn "0" und "1" an die Signaleingänge S1 bzw. 82 gelegt werden, wählt der Korrekturdaten-Auswahlteil P2 Daten für die einzelnen Bits mit Ausnahme des Bits LMS Bit und des nächsten Bits der Korrekturdaten Δθd aus Und legt 3-Bit-Daten, erstes Bit bis drittes Bit, an die Datenausgänge. Durch diese Vorgehensweise kann 1/4 des Werts der Korrekturdaten Δθd ausgewählt werden.
Wie vorstehend beschrieben können gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kodiererwinkel-Berechnungsverfahren und ein Berechnunggerät geschaffen werden, in denn die Winkeldaten mittels einer einfachen Arithmetikschaltung und eines Speichermittels kleiner Kapazität interpoliert werden können.

Claims

1. Winkeldaten-Berechnungsverfahren für einen Kodierer, das Schritte umfasst zum

(a) Berechnen eine ersten Winkels (θ) aus zwei Sinuswellen-Kodiererausgangssignalen (a, b) in verschiedenen Phasen durch Benutzen einer Gleichung zum Gewinnen eines Winkels aus zwei Sinuswellen-Ausgangssignalen in verschiedenen Phasen, gekennzeichnet durch das Berechnen eines zweiten Winkels (θd) durch Benutzen einer Gleichung zum Gewinnen eines Winkels aus zwei Dreieckwellen-Ausgangssignalen in verschiedenen Phasen, um dadurch vorab einen Winkelfehler (Δθd), die Differenz zwischen dem zweiten Winkel (θd) und dem ersten Winkel (θ), der diesem entspricht, entsprechend dem zweiten Winkel (θd) zu speichern,

(b) Gewinnen zweier Kodierer-Ausgangssignale in verschiedenen Phasen und Bestimmen des zweiten Winkels (θd) auf der Grundlage der Daten, und

(c) Gewinnen des ersten Winkels (θ) durch Addieren des Winkelfehlers (Δθd), der dem gewonnenen zweiten Winkel (θd) entspricht, zu dem zweiten Winkel (θd).

2. Winkeldaten-Berechnungsverfahren für einen Kodierer nach Anspruch 1, bei dem die zwei Kodierer-Ausgangssignale (a, b) in Form von absoluten Werten gewonnen werden und der zweite Winkel (θd) in einem ersten Quadranten aus diesen Daten berechnet wird, während der Quadrant, ob erster, zweiter, dritter oder vierter, zu dem der erste oder zweite Winkel gehört, durch Erkennen der jeweiligen Vorzeichen, positive oder negative, der zwei Kodierer-Ausgangssignale (a, b) unterschieden wird, und der berechnete zweite Winkel (θd) in dem ersten Quadranten in einen Winkel in dem unterschiedenen Quadranten umgewandelt wird.

3. Winkeldaten-Berechnungsverfahren für einen Kodierer nach Anspruch 2, bei dem der Winkelfehler (Δθd) gemäß Schritt (a), der entsprechend dem zweiten Winkel (θd) gespeichert wird, so definiert ist, dass er innerhalb eines Bereichs von 0 bis π/4 liegt, und der Winkelfehler, der einem Bereich von π/4 bis π/2 für den zweiten Winkel (θd) entspricht, durch Benutzen von Winkelfehlerdaten für den Bereich von 0 bis π/4 für den zweiten Winkel (θd) gewonnen wird.

4. Winkeldaten-Berechnungsverfahren für einen Kodierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Winkel (θd) als eine Adresse dient, wenn der Winkelfehler (Δθd) entsprechend dem zweiten Winkel in Schritt (a) gespeichert ist.

5. Winkeldaten-Berechnungsverfahren für einen Kodierer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Winkelfehler (Δθd), der in Schritt (c) zu addieren ist, nicht der Winkelfehler selbst ist, der in Schritt (a) gespeichert ist, sondern ein eingestellter Wert desselben ist, der einer Abweichung von Sinuswellen der Kodierersignale (a, b) entspricht.

6. Winkeldaten-Berechnungsverfahren für einen Kodierer nach Anspruch 5, bei dem der eingestellte Wert durch Erhöhen oder Erniedrigen des gespeicherten Winkelfehlers (Δθd) auf der Grundlage eines Multiplikationsfaktors 2n (n ist eine positive oder negative ganze Zahl) oder einer Kombination von 2n gewonnen wird.

7. Winkeldaten-Berechnungsgerät für einen Kodierer, das umfasst:

ein Winkelfehlerdaten-Speichermittel (5) zum Speichern eines Winkelfehlers (Δθd), der Differenz zwischen einem ersten Winkel (θ), der aus zwei Sinuswellen-Kodiererausgangssignalen (a, b) in verschiedenen Phasen durch Benutzen einer Gleichung zum Gewinnen eines Winkels aus zwei Sinuswellen- Ausgangssignalen in verschiedenen Phasen berechnet wird, und einem zweiten Winkel (θd), der aus den zwei Sinuswellen-Kodiererausgangssignalen (a, b) durch Benutzen einer Gleichung zum Gewinnen eines Winkels aus zwei Dreieckwellen-Ausgangssignalen in verschiedenen Phasen entsprechend dem zweiten Winkel (θd) berechnet wird,

ein Winkelberechnungsmittel (4) zum Empfangen der Eingabe zweier Kodierersignale (a, b) in verschiedenen Phasen und Berechnen und Ausgeben des zweiten Winkels (θd) auf der Grundlage der eingegebenen Signale durch Benutzen einer Gleichung zum Gewinnen eines Winkels aus zwei Dreieckwellen-Ausgangssignallen in verschiedenen Phasen, und

ein Addiermittel (6) zum Gewinnen des ersten Winkels (θ) Addieren des Winkelfehlers (Δθd), der dem zweiten Winkel entspricht und in dem Winkelfehlerdaten-Speichermittel (5) gespeichert ist, zu dem zweiten Winkel (θd), der durch das Winkelberechnungsmittel (4) berechnet ist.

8. Winkeldaten-Berechnungsgerät für einen Kodierer nach Anspruch 7, bei dem das Winkelberechnungsmittel (4) den zweiten Winkel (θd) nach Umwandlung der zwei Kodierer-Ausgangssignale (a, b) in absolute Werte berechnet und das umfasst: ein Quadrantunterscheidungsmittel (3) zum Unterscheiden des Quadranten, ob erster, zweiter, dritter oder vierter, zu dem der erste oder zweite Winkel gehört, durch Erkennen der Vorzeichen, positive oder negative, der Kodierer-Ausgangssignale (a, b) und ein Datenquadrant-Umwandlungsmittel (7) zum Umwandeln des zweiten Winkels (θd), der durch das Winkelberechnungsmittel (4) berechnet ist, in einen Winkel in dem unterschiedenen Quadranten.

9. Winkeldaten-Berechnungsgerät für einen Kodierer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Winkelfehlerdaten, die in dem Winkelfehlerdaten-Speichermittel (5) gespeichert sind, nur solche Daten enthalten, die gewonnen werden, wenn der zweite Winkel (θd) von 0 bis π/4 reicht, und das ein Mittel umfasst zum Gewinnen des Winkelfehlers, der dem zweiten Winkel entspricht, auf der Grundlage der gespeicherten Winkelfehlerdaten für den Bereich von 0 bis π/4 für den zweiten Winkel, wenn der zweite Winkel von π/4 bis π/2 reicht.