JPH08145719A - 位置または角度の検出方法 - Google Patents
位置または角度の検出方法Info
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 テーブルのメモリ容量を低減し、処理が簡単
で、信号の変動にも対処できる高精度な位置または角度
の検出方法を得る。 【解決手段】 周期信号の各周期を複数の領域に等分
し、周期信号の位相が等分された領域の何番目の領域内
にあるかを計数し、周期信号の値に基づきあらかじめ記
憶されている内挿データを参照して等分された領域内の
内挿値を求め、等分された領域の計数結果に内挿データ
の数を乗じた値と、等分された領域内の内挿値とを加算
して位置または角度を求める。また、周期信号が90度
位相の異なる2つの周期信号のとき、2つの周期信号の
比を計算し、比の値から記憶されている内挿データを参
照して、等分された領域内の計数結果を得る。そして、
信号の変動成分である振幅オフセット、さらに2つの周
期信号間の位相差を補正し、正確な検出値を得る。
で、信号の変動にも対処できる高精度な位置または角度
の検出方法を得る。 【解決手段】 周期信号の各周期を複数の領域に等分
し、周期信号の位相が等分された領域の何番目の領域内
にあるかを計数し、周期信号の値に基づきあらかじめ記
憶されている内挿データを参照して等分された領域内の
内挿値を求め、等分された領域の計数結果に内挿データ
の数を乗じた値と、等分された領域内の内挿値とを加算
して位置または角度を求める。また、周期信号が90度
位相の異なる2つの周期信号のとき、2つの周期信号の
比を計算し、比の値から記憶されている内挿データを参
照して、等分された領域内の計数結果を得る。そして、
信号の変動成分である振幅オフセット、さらに2つの周
期信号間の位相差を補正し、正確な検出値を得る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、位置または角度の移動
に応じて周期信号を発生する検出器を用いて、その周期
信号の各周期を内挿し、より細かく位置または角度を検
出する方法に関するものである。
に応じて周期信号を発生する検出器を用いて、その周期
信号の各周期を内挿し、より細かく位置または角度を検
出する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図15は従来の位置または角度の検出方
法の一例を示す図であり、1周期分の内挿データをもつ
内挿方法を説明する図である。
法の一例を示す図であり、1周期分の内挿データをもつ
内挿方法を説明する図である。
【0003】図15(a)において、aおよびbは、位
相が90度異なる2つの周期信号であり、エンコーダ等
の検出器から得られる位置または角度信号である。A軸
は、周期信号aの振幅値を表わし、B軸は周期信号bの
振幅値を表わしている。また、横軸は検出器の回転角度
θを表わしている。これらの周期信号は、正規化されて
零(0)を中心に±1の範囲で振動しているものとす
る。
相が90度異なる2つの周期信号であり、エンコーダ等
の検出器から得られる位置または角度信号である。A軸
は、周期信号aの振幅値を表わし、B軸は周期信号bの
振幅値を表わしている。また、横軸は検出器の回転角度
θを表わしている。これらの周期信号は、正規化されて
零(0)を中心に±1の範囲で振動しているものとす
る。
【0004】図15(b)に示すように、周期信号aお
よびbの振幅を、縦軸にB軸、横軸にA軸をとって描く
と、位相を表わす円101を描くことができる。周期信
号aおよびbの初期状態は、a=1、b=0であり、矢
印の点cの位置になる。位相は、この点cから信号の変
動にしたがって反時計周りに回転する。
よびbの振幅を、縦軸にB軸、横軸にA軸をとって描く
と、位相を表わす円101を描くことができる。周期信
号aおよびbの初期状態は、a=1、b=0であり、矢
印の点cの位置になる。位相は、この点cから信号の変
動にしたがって反時計周りに回転する。
【0005】テーブル102は、1周期を16に分割し
たときの内挿データの配置を表わしており、信号の位相
に対応する内挿データがあらかじめ記憶されている。こ
の円101の中の数字は、16分の1周期の何番目の領
域にあるかを示しており、内挿データは、信号の変動に
対応して、1から16まで変動する。このことによっ
て、信号の1周期を16に内挿することができる。
たときの内挿データの配置を表わしており、信号の位相
に対応する内挿データがあらかじめ記憶されている。こ
の円101の中の数字は、16分の1周期の何番目の領
域にあるかを示しており、内挿データは、信号の変動に
対応して、1から16まで変動する。このことによっ
て、信号の1周期を16に内挿することができる。
【0006】なお、テーブル102内の数字は、信号の
ひずみにも対応するため同じ数字が複数設定されてい
る。また、周期信号aおよびbの値からテーブル102
を参照する際には、それぞれの周期信号をアナログデジ
タル変換し、変換されたデジタル信号を使って行なわれ
ている。
ひずみにも対応するため同じ数字が複数設定されてい
る。また、周期信号aおよびbの値からテーブル102
を参照する際には、それぞれの周期信号をアナログデジ
タル変換し、変換されたデジタル信号を使って行なわれ
ている。
【0007】次に、8分の1周期分の内挿データで1周
期を内挿する方法について説明する。
期を内挿する方法について説明する。
【0008】図16は従来の位置または角度の検出方法
の一例を示す図であり、8分の1周期分の内挿データで
1周期を内挿する方法を説明する図である。
の一例を示す図であり、8分の1周期分の内挿データで
1周期を内挿する方法を説明する図である。
【0009】図16において、円31は、図15(b)
と同様に2つの周期信号aおよびbから得られる位相を
表わす図であり、円111の中の数字は、1周期分の位
相を8分割したとき、8分の1周期の何番目の領域にあ
るかを示している。
と同様に2つの周期信号aおよびbから得られる位相を
表わす図であり、円111の中の数字は、1周期分の位
相を8分割したとき、8分の1周期の何番目の領域にあ
るかを示している。
【0010】ここで、現在の位相が、どの8分の1周期
の領域内にあるかが分かれば、内挿データを記憶するテ
ーブルには、8分の1周期分の内挿データのみもってい
れば1周期全体を内挿することができる。
の領域内にあるかが分かれば、内挿データを記憶するテ
ーブルには、8分の1周期分の内挿データのみもってい
れば1周期全体を内挿することができる。
【0011】例として、1周期を512に分割する場合
で説明する。
で説明する。
【0012】1周期を512に分割するには、例えば8
分割された各領域を、さらに64に分ける内挿データを
もつテーブルを持っていればよい。
分割された各領域を、さらに64に分ける内挿データを
もつテーブルを持っていればよい。
【0013】たとえば、現在の位相が3番目の領域にあ
るとき、まず、その領域が何番目であるかを求め、次に
その領域のどこにあるかをテーブルの内挿データを使っ
て求める。その値に、2番目の領域の最終値に相当する
内挿値(512に分割するならば128)を加えれば1
周期中の正しい内挿値を得ることができる。
るとき、まず、その領域が何番目であるかを求め、次に
その領域のどこにあるかをテーブルの内挿データを使っ
て求める。その値に、2番目の領域の最終値に相当する
内挿値(512に分割するならば128)を加えれば1
周期中の正しい内挿値を得ることができる。
【0014】また、位相が2番目の領域にあるとき、縦
軸をA軸、横軸をB軸とした位相を表わす円を仮定する
と、1番目の領域のテーブルを使うことができる。つま
り、1番目の領域のテーブルを使い仮のデータを得た
後、2番目の領域の最終値に相当する値から仮のデータ
を減算すると、2番目の領域における正しい内挿値を得
ることができる。
軸をA軸、横軸をB軸とした位相を表わす円を仮定する
と、1番目の領域のテーブルを使うことができる。つま
り、1番目の領域のテーブルを使い仮のデータを得た
後、2番目の領域の最終値に相当する値から仮のデータ
を減算すると、2番目の領域における正しい内挿値を得
ることができる。
【0015】具体的には、2番目の領域のとき1番目の
領域のテーブルを使い仮の値として、50を得たとする
と、真の内挿値は128−50=78となる。
領域のテーブルを使い仮の値として、50を得たとする
と、真の内挿値は128−50=78となる。
【0016】同様にして、1、5、7番目の領域では、
内挿データにそれぞれ0、256、384の値を加算
し、4、6、8番目の領域では、それぞれ256、38
4、512の値から仮のデータを減算することで、1周
期中の真の内挿値を得ることができる。
内挿データにそれぞれ0、256、384の値を加算
し、4、6、8番目の領域では、それぞれ256、38
4、512の値から仮のデータを減算することで、1周
期中の真の内挿値を得ることができる。
【0017】以上説明したように、8分割した領域のい
ずれにあるかによって、加算または減算することで、1
周期すべてを内挿することができる。
ずれにあるかによって、加算または減算することで、1
周期すべてを内挿することができる。
【0018】なお、基準点からの位置または角度は、零
(0)を横切るたび(1回転)に1回計数される値N
に、上記のようにして得られた内挿値を加えることで求
めることができる。
(0)を横切るたび(1回転)に1回計数される値N
に、上記のようにして得られた内挿値を加えることで求
めることができる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の位置または角度の検出方法のうち、1周期分
の内挿データをもつ方法においては、2つの周期信号そ
れぞれを使って、1周期分の内挿データのテーブルを参
照しているため、テーブルが二次元になり、内挿値を参
照するためのアドレスが多数必要になる。すなわち、ア
ドレス容量は、内挿データ数のほぼ2乗になり、内挿デ
ータ数を増やそうとすると大きなメモリ空間が必要にな
ってしまう問題がある。
うな従来の位置または角度の検出方法のうち、1周期分
の内挿データをもつ方法においては、2つの周期信号そ
れぞれを使って、1周期分の内挿データのテーブルを参
照しているため、テーブルが二次元になり、内挿値を参
照するためのアドレスが多数必要になる。すなわち、ア
ドレス容量は、内挿データ数のほぼ2乗になり、内挿デ
ータ数を増やそうとすると大きなメモリ空間が必要にな
ってしまう問題がある。
【0020】一方、1周期を8分割などにして8分の1
周期の領域内の内挿値を求め、その後、領域の位置に応
じて一定値を加算又は減算する方法では、周期信号の位
相によって、加算、減算の場合分け処理が必要になり、
処理が煩雑になるため、位置決めに時間がかかり、装置
の高性能化が困難になる恐れがある。特に、この方法で
は2つの周期信号の振幅が等しく、それぞれのオフセッ
トがゼロで、さらに各領域の境界付近の位相差が正確に
90度になっていないと、位置または角度に対する内挿
値の直線性が保たれず、十分な精度が得られなくなって
いた。
周期の領域内の内挿値を求め、その後、領域の位置に応
じて一定値を加算又は減算する方法では、周期信号の位
相によって、加算、減算の場合分け処理が必要になり、
処理が煩雑になるため、位置決めに時間がかかり、装置
の高性能化が困難になる恐れがある。特に、この方法で
は2つの周期信号の振幅が等しく、それぞれのオフセッ
トがゼロで、さらに各領域の境界付近の位相差が正確に
90度になっていないと、位置または角度に対する内挿
値の直線性が保たれず、十分な精度が得られなくなって
いた。
【0021】本発明は上記したような従来の技術が有す
る問題点を解決するためになされたものであり、参照テ
ーブルのメモリ容量を低減し、内挿する処理が簡単な位
置または角度の検出方法を得ることを目的とする。
る問題点を解決するためになされたものであり、参照テ
ーブルのメモリ容量を低減し、内挿する処理が簡単な位
置または角度の検出方法を得ることを目的とする。
【0022】また、エンコーダなどの実際の検出器の出
力信号で問題となる、2つの周期信号の振幅、オフセッ
ト、および位相差の理想値からのずれに対しても対処で
きる精度のよい内挿方法を提供する。
力信号で問題となる、2つの周期信号の振幅、オフセッ
ト、および位相差の理想値からのずれに対しても対処で
きる精度のよい内挿方法を提供する。
【0023】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の位置または角度の検出方法は、位置の変動また
は角度の変動に応じて検出器が発生する周期信号を内挿
する位置または角度の検出方法において、前記周期信号
の各周期を複数の領域に等分し、前記周期信号の位相が
前記等分された領域の何番目の領域内にあるかを計数
し、前記周期信号の値に基づきあらかじめ記憶されてい
る内挿データを参照して前記等分された領域内の内挿値
を求め、前記等分された領域の計数結果に前記内挿デー
タの数を乗じた値と、前記等分された領域内の内挿値と
を加算して位置または角度を求めることを特徴とする。
このとき、周期信号として、周期が等しく所望の位相差
を有する2つの周期信号を使ってよく、2つの周期信号
の比を計算し、前記比の値から記憶されている内挿デー
タを参照して、前記等分された領域内の内挿値を得ても
よい。
本発明の位置または角度の検出方法は、位置の変動また
は角度の変動に応じて検出器が発生する周期信号を内挿
する位置または角度の検出方法において、前記周期信号
の各周期を複数の領域に等分し、前記周期信号の位相が
前記等分された領域の何番目の領域内にあるかを計数
し、前記周期信号の値に基づきあらかじめ記憶されてい
る内挿データを参照して前記等分された領域内の内挿値
を求め、前記等分された領域の計数結果に前記内挿デー
タの数を乗じた値と、前記等分された領域内の内挿値と
を加算して位置または角度を求めることを特徴とする。
このとき、周期信号として、周期が等しく所望の位相差
を有する2つの周期信号を使ってよく、2つの周期信号
の比を計算し、前記比の値から記憶されている内挿デー
タを参照して、前記等分された領域内の内挿値を得ても
よい。
【0024】また、内挿値は、前記2つの周期信号の各
振幅の大小によって分母分子が適宜入れ替えられ、比の
計算結果が1未満になるように設定された該計算結果に
対する内挿データを備えたテーブルを参照してもよい。
振幅の大小によって分母分子が適宜入れ替えられ、比の
計算結果が1未満になるように設定された該計算結果に
対する内挿データを備えたテーブルを参照してもよい。
【0025】さらに、等分された領域は、4分の1周期
であってもよく、等分された領域は、8分の1周期であ
ってもよい。
であってもよく、等分された領域は、8分の1周期であ
ってもよい。
【0026】また、2つの周期信号の符号の遷移を記憶
し、異常判定をおこなってもよく、2つの周期信号の符
号の遷移、および前記2つの周期信号の絶対値の比較結
果を記憶し、異常判定をおこなってもよい。
し、異常判定をおこなってもよく、2つの周期信号の符
号の遷移、および前記2つの周期信号の絶対値の比較結
果を記憶し、異常判定をおこなってもよい。
【0027】周期信号は、周期信号の最大値と最小値と
を検出し、最大値と最小値の絶対値の和から振幅補正値
を求めて周期信号の振幅補正を行ってもよく、増幅率が
変更可能な可変増幅器を有し、該可変増幅器の増幅率を
変えることで周期信号の振幅補正を行ってもよく、周期
信号の最大値と最小値の差からオフセット補正値を求
め、周期信号のオフセット補正を行ってもよい。
を検出し、最大値と最小値の絶対値の和から振幅補正値
を求めて周期信号の振幅補正を行ってもよく、増幅率が
変更可能な可変増幅器を有し、該可変増幅器の増幅率を
変えることで周期信号の振幅補正を行ってもよく、周期
信号の最大値と最小値の差からオフセット補正値を求
め、周期信号のオフセット補正を行ってもよい。
【0028】このような状態で、2つの周期信号が交差
する第1の交点の振幅を検出し、該検出した交点の振幅
と各周期信号が望ましい位相差であるときの第2の交点
との差を求め、前記第1の交点および第2の交点間の振
幅の差から各周期信号が望ましい状態にあるときの位相
からのずれ量である位相誤差を求め、前記位相誤差から
各周期信号の位相差を望ましい位相差に補正するための
係数である補正係数を求め、前記2つの周期信号を前記
補正係数を用いて位相補正をしてもよい。
する第1の交点の振幅を検出し、該検出した交点の振幅
と各周期信号が望ましい位相差であるときの第2の交点
との差を求め、前記第1の交点および第2の交点間の振
幅の差から各周期信号が望ましい状態にあるときの位相
からのずれ量である位相誤差を求め、前記位相誤差から
各周期信号の位相差を望ましい位相差に補正するための
係数である補正係数を求め、前記2つの周期信号を前記
補正係数を用いて位相補正をしてもよい。
【0029】このとき、交点の振幅の検出は、2つの周
期信号間の差の絶対値があらかじめ決められた範囲より
小さいところで行ってもよく、2つの周期信号間の差の
絶対値が最小となるところで行ってもよく、第1の交点
および第2の交点間の振幅の差から位相誤差を求めるこ
とを、各周期信号の位相差が望ましい状態にあるときの
交点付近で周期信号を線形化し、代数計算で求めること
により行ってもよい。また、第1の交点および第2の交
点間の振幅の差から位相誤差を求めることを、各周期信
号の位相差が望ましい状態にあるときの交点付近におけ
る逆三関数のテーブルを参照することにより行ってもよ
く、第1の交点および第2の交点間の振幅の差から位相
誤差を求めることを、逆三角関数の計算によって行って
もよい。
期信号間の差の絶対値があらかじめ決められた範囲より
小さいところで行ってもよく、2つの周期信号間の差の
絶対値が最小となるところで行ってもよく、第1の交点
および第2の交点間の振幅の差から位相誤差を求めるこ
とを、各周期信号の位相差が望ましい状態にあるときの
交点付近で周期信号を線形化し、代数計算で求めること
により行ってもよい。また、第1の交点および第2の交
点間の振幅の差から位相誤差を求めることを、各周期信
号の位相差が望ましい状態にあるときの交点付近におけ
る逆三関数のテーブルを参照することにより行ってもよ
く、第1の交点および第2の交点間の振幅の差から位相
誤差を求めることを、逆三角関数の計算によって行って
もよい。
【0030】また、位相補正の他の方法として、2つの
周期信号のうちいずれか一方を基準信号とし、前記基準
信号がある位相のときに他方の信号の振幅を測定し、前
記振幅から各周期信号が望ましい状態にあるときの位相
からの位相のずれ量である位相誤差を求め、前記位相誤
差から各信号の位相差を望ましい位相差に補正するため
の補正係数を求め、前記2つの周期信号を前記補正係数
を用いて位相補正してもよい。
周期信号のうちいずれか一方を基準信号とし、前記基準
信号がある位相のときに他方の信号の振幅を測定し、前
記振幅から各周期信号が望ましい状態にあるときの位相
からの位相のずれ量である位相誤差を求め、前記位相誤
差から各信号の位相差を望ましい位相差に補正するため
の補正係数を求め、前記2つの周期信号を前記補正係数
を用いて位相補正してもよい。
【0031】上述した位相補正の補正係数は、位相誤差
に基づいた近似計算により求め、前記近似計算は、漸化
式の反復計算を有限回繰り返してもよく、位相誤差と補
正係数との関係のテーブルを参照して求めてもよく、位
相誤差に基づいた三角関数の計算によって求めてもよ
い。
に基づいた近似計算により求め、前記近似計算は、漸化
式の反復計算を有限回繰り返してもよく、位相誤差と補
正係数との関係のテーブルを参照して求めてもよく、位
相誤差に基づいた三角関数の計算によって求めてもよ
い。
【0032】さらに、2つの周期信号の値と補正係数と
を用いた位相補正の計算は代数計算で求めてもよい。
を用いた位相補正の計算は代数計算で求めてもよい。
【0033】上述したいずれにおいても、位相差を有す
る周期が等しい2つの周期信号のそれぞれをデジタル化
するためのアナログデジタル変換手段と、前記デジタル
化された2つの周期信号を使って、等分された領域の数
の計算、前記等分された領域内の内挿値を求める計算、
位置または角度を求める計算、前記2つの周期信号の比
の計算、前記異常判定、および位相の補正をおこなうデ
ジタル信号処理手段とを有していてもよく、前記内挿デ
ータの数を、2のべき乗としてもよく、電源のオンオフ
にかかわらず記憶値を失わない記憶手段を有し、そし
て、デジタル信号処理手段は、補正係数を装置に記憶し
ておき、電源をオンにしたときの前回の補正値を使って
補正してもよい。
る周期が等しい2つの周期信号のそれぞれをデジタル化
するためのアナログデジタル変換手段と、前記デジタル
化された2つの周期信号を使って、等分された領域の数
の計算、前記等分された領域内の内挿値を求める計算、
位置または角度を求める計算、前記2つの周期信号の比
の計算、前記異常判定、および位相の補正をおこなうデ
ジタル信号処理手段とを有していてもよく、前記内挿デ
ータの数を、2のべき乗としてもよく、電源のオンオフ
にかかわらず記憶値を失わない記憶手段を有し、そし
て、デジタル信号処理手段は、補正係数を装置に記憶し
ておき、電源をオンにしたときの前回の補正値を使って
補正してもよい。
【0034】
【作用】上記のような本発明の位置または角度信号の内
挿方法は、周期信号の各周期を複数の領域に等分し、等
分された領域の何番目の領域内にあるかを計数し、周期
信号の値に基づきあらかじめ記憶されている内挿データ
を参照して等分された領域内の内挿値を求め、等分され
た領域の計数結果に内挿データの数を乗じた値と、等分
された領域内の内挿値とを加算して位置または角度を求
めることで、周期信号中の位相によって場合分けするこ
となく、乗算と加算のいわゆる積和計算で位置または角
度情報が得られる。
挿方法は、周期信号の各周期を複数の領域に等分し、等
分された領域の何番目の領域内にあるかを計数し、周期
信号の値に基づきあらかじめ記憶されている内挿データ
を参照して等分された領域内の内挿値を求め、等分され
た領域の計数結果に内挿データの数を乗じた値と、等分
された領域内の内挿値とを加算して位置または角度を求
めることで、周期信号中の位相によって場合分けするこ
となく、乗算と加算のいわゆる積和計算で位置または角
度情報が得られる。
【0035】また、周期信号が90度位相の異なる2つ
の周期信号の場合、2つの周期信号の比を計算し、比の
値に対応したアドレスから第2の計数結果を得るため、
2つの周期信号それぞれに対応した2つのアドレスから
内挿値を求める方法に比べてテーブルの容量が小さくな
る。
の周期信号の場合、2つの周期信号の比を計算し、比の
値に対応したアドレスから第2の計数結果を得るため、
2つの周期信号それぞれに対応した2つのアドレスから
内挿値を求める方法に比べてテーブルの容量が小さくな
る。
【0036】また、比を求める計算結果が1未満になる
ようにしたことでテーブル容量を効果的に低減でき、振
幅オフセット、位相誤差を補正することで正確な内挿値
を求めることができる。
ようにしたことでテーブル容量を効果的に低減でき、振
幅オフセット、位相誤差を補正することで正確な内挿値
を求めることができる。
【0037】さらに、補正係数を保存することで、電源
をオフした後も新たに補正すること無しに前回の補正係
数を使うことができる。
をオフした後も新たに補正すること無しに前回の補正係
数を使うことができる。
【0038】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0039】(第1実施例)図1は本発明の位置または
角度の検出方法の第1実施例を示す図であり、同図
(a)は、信号図、同図(b)は、符号の状態遷移図、
同図(c)は、位相と内挿データのテーブルを表わす図
である。
角度の検出方法の第1実施例を示す図であり、同図
(a)は、信号図、同図(b)は、符号の状態遷移図、
同図(c)は、位相と内挿データのテーブルを表わす図
である。
【0040】図1(a)において、aおよびbは、位相
が90度異なる2つの周期信号であり、検出器から得ら
れる位置または角度信号である。A軸は、周期信号aの
振幅値を表わし、B軸は周期信号bの振幅値を表わして
いる。また、横軸は、検出器の回転角度θを表わしてい
る。これらの周期信号は、正規化されて零(0)を中心
に±1の範囲で振動しているものとする。
が90度異なる2つの周期信号であり、検出器から得ら
れる位置または角度信号である。A軸は、周期信号aの
振幅値を表わし、B軸は周期信号bの振幅値を表わして
いる。また、横軸は、検出器の回転角度θを表わしてい
る。これらの周期信号は、正規化されて零(0)を中心
に±1の範囲で振動しているものとする。
【0041】図1(c)に示すように、周期信号aおよ
びbを、縦軸にB軸、横軸にA軸をとって描くと、位相
を表わす円1を描くことができる。本実施例では、4分
の1周期ずつ内挿しており、円1の中の数字は、1周期
中の何番目の領域にあるかを示している。
びbを、縦軸にB軸、横軸にA軸をとって描くと、位相
を表わす円1を描くことができる。本実施例では、4分
の1周期ずつ内挿しており、円1の中の数字は、1周期
中の何番目の領域にあるかを示している。
【0042】また、テーブル2には、あらかじめ2つの
周期信号の振幅比に対応した4分の1周期分の内挿デー
タが格納されている。本実施例では、テーブル2の内挿
デー夕数を128にし、1周期毎の内挿数を512にし
ている。
周期信号の振幅比に対応した4分の1周期分の内挿デー
タが格納されている。本実施例では、テーブル2の内挿
デー夕数を128にし、1周期毎の内挿数を512にし
ている。
【0043】ここで、図2に示すように、テーブル2の
データには角度に対する逆正接関数の値が格納されてい
る。図2は図1に示したテーブルの具体例を示した図で
あり、インデックスの値に対する角度の値の様子を示し
たグラフである。逆正接関数は45度を境に傾きが急激
に水平に近づく特性を持っているため、0度から90度
までを一つのテーブルで保持しようとするとテーブルに
大きな容量が必要になる。
データには角度に対する逆正接関数の値が格納されてい
る。図2は図1に示したテーブルの具体例を示した図で
あり、インデックスの値に対する角度の値の様子を示し
たグラフである。逆正接関数は45度を境に傾きが急激
に水平に近づく特性を持っているため、0度から90度
までを一つのテーブルで保持しようとするとテーブルに
大きな容量が必要になる。
【0044】そこでテーブル2のデータを、0度から4
5度まではA/Bの値を基にインデックス(アドレス)
を設定したデータを有するテーブル、また、45度から
90度まではB/Aの値を基にインデックスを設定した
値から(内挿値−45度相当の逆正接関数の値)に変更
したデータを有するデーブルの、2つのテーブルで保持
する。これら2つのテーブルのうち、45度を境にいづ
れかのテーブルを適宜参照する。このときの2つのテー
ブルは縦軸に内挿値、横軸にインデックスをとると図3
(a)、(b)のような形になる。
5度まではA/Bの値を基にインデックス(アドレス)
を設定したデータを有するテーブル、また、45度から
90度まではB/Aの値を基にインデックスを設定した
値から(内挿値−45度相当の逆正接関数の値)に変更
したデータを有するデーブルの、2つのテーブルで保持
する。これら2つのテーブルのうち、45度を境にいづ
れかのテーブルを適宜参照する。このときの2つのテー
ブルは縦軸に内挿値、横軸にインデックスをとると図3
(a)、(b)のような形になる。
【0045】図3は図1に示したテーブルの具体例を示
した図でインデックスの値に対する角度の値の様子を示
したグラフであり、同図(a)は0〜45度の範囲の様
子を示したグラフであり、同図(b)は45〜90度の
範囲の様子を示したグラフである。
した図でインデックスの値に対する角度の値の様子を示
したグラフであり、同図(a)は0〜45度の範囲の様
子を示したグラフであり、同図(b)は45〜90度の
範囲の様子を示したグラフである。
【0046】図3に示した周期信号の比の値B/A(B
<A)、A/B(A<B)はいずれも1未満の値になる
が、このように1未満の値を用いることは固定小数点方
式のデジタル信号処理においてはシフト処理を必要とし
ないため、処理手順を著しく簡素化できる利点がある。
<A)、A/B(A<B)はいずれも1未満の値になる
が、このように1未満の値を用いることは固定小数点方
式のデジタル信号処理においてはシフト処理を必要とし
ないため、処理手順を著しく簡素化できる利点がある。
【0047】また、図4にこのときのインデックスのフ
ォーマットの例を示す。図4の(a)は計算後の値の様
子で、sは最上位ビットの符号を表している。また、矢
印の位置が小数点を表す。斜線の部分が参照しようとす
るテーブル中のデータの長さとすると、たとえばテーブ
ル長が1024のときは10ビット分である。これを図
4の(b)のように最下位ビットから並ぶようにシフト
すると斜線部分をインデックスとしてテーブルのデータ
を参照することができ、逆正接関数値すなわち内挿値を
得ることができる。
ォーマットの例を示す。図4の(a)は計算後の値の様
子で、sは最上位ビットの符号を表している。また、矢
印の位置が小数点を表す。斜線の部分が参照しようとす
るテーブル中のデータの長さとすると、たとえばテーブ
ル長が1024のときは10ビット分である。これを図
4の(b)のように最下位ビットから並ぶようにシフト
すると斜線部分をインデックスとしてテーブルのデータ
を参照することができ、逆正接関数値すなわち内挿値を
得ることができる。
【0048】次に、位置または角度を検出するための装
置構成について説明する。
置構成について説明する。
【0049】図5は図1に示した位置または角度の検出
方法を実現する一手段であり、同図(a)は装置のブロ
ック図、同図(b)は検出信号の構成を表わす図であ
る。図5(a)において、検出器であるエンコーダ3か
らの周期信号aおよびbは、それぞれアナログデジタル
変換器4a、4bでアナログ信号からデジタル信号に変
換されデジタル信号処理手段5に送られる。デジタル信
号処理手段5では2つの周期信号の振幅比を計算した
後、振幅比の値から対応するアドレスを割りだし、テー
ブル2に記憶してある内挿データを参照して4分の1周
期の内挿値を得ている。
方法を実現する一手段であり、同図(a)は装置のブロ
ック図、同図(b)は検出信号の構成を表わす図であ
る。図5(a)において、検出器であるエンコーダ3か
らの周期信号aおよびbは、それぞれアナログデジタル
変換器4a、4bでアナログ信号からデジタル信号に変
換されデジタル信号処理手段5に送られる。デジタル信
号処理手段5では2つの周期信号の振幅比を計算した
後、振幅比の値から対応するアドレスを割りだし、テー
ブル2に記憶してある内挿データを参照して4分の1周
期の内挿値を得ている。
【0050】このとき、周期信号aの振幅Aと周期信号
bの振幅Bの大小関係がB<Aのとき、すなわち0から
45度、90度から135度、180度から225度、
270度から315度ではB/Aをインデックスとし
て、図3(a)に示したテーブルを参照する。
bの振幅Bの大小関係がB<Aのとき、すなわち0から
45度、90度から135度、180度から225度、
270度から315度ではB/Aをインデックスとし
て、図3(a)に示したテーブルを参照する。
【0051】その他の領域ではA/Bをインデックスと
して、図3(b)に示したテーブルを参照する。この結
果、4分の1周期の内挿値として0から128の値を得
ることができる。
して、図3(b)に示したテーブルを参照する。この結
果、4分の1周期の内挿値として0から128の値を得
ることができる。
【0052】図5(b)において、第1の計数値6a
は、4分の1周期を1つの単位として、ある基準点から
の数を計数しており、4分の1周期の内挿値である第2
の計数値6bと加算することで、位置または角度の検出
信号6を得ることができる。
は、4分の1周期を1つの単位として、ある基準点から
の数を計数しており、4分の1周期の内挿値である第2
の計数値6bと加算することで、位置または角度の検出
信号6を得ることができる。
【0053】図1(a)、(b)に示したように、aお
よびbのような周期信号は、どちらかの信号が4分の1
周期毎に基準値(中央値、正規化した場合は零(0))
を横切るため、この基準値と2つの周期信号の符号の関
係から4分の1周期を計数する第1の計数値6aを求め
ることができる。なお、これらの計算もデジタル信号処
理手段5によっておこなっている。
よびbのような周期信号は、どちらかの信号が4分の1
周期毎に基準値(中央値、正規化した場合は零(0))
を横切るため、この基準値と2つの周期信号の符号の関
係から4分の1周期を計数する第1の計数値6aを求め
ることができる。なお、これらの計算もデジタル信号処
理手段5によっておこなっている。
【0054】以上のような構成において、位置または角
度を求めるには、上記のようにして求めた第1の計数値
6aと第2の計数値6bを使って以下のように計算すれ
ばよい。
度を求めるには、上記のようにして求めた第1の計数値
6aと第2の計数値6bを使って以下のように計算すれ
ばよい。
【0055】位置または角度=第1の計数値6a×重み
係数+第2の計数値6b すなわち、第1の計数値6aに、内挿データの数よって
決まる重み係数を乗じた値と、第2の計数値6bとを加
算することで、内挿された精度における基準点からの位
置または角度信号である検出信号6を得ることができ
る。
係数+第2の計数値6b すなわち、第1の計数値6aに、内挿データの数よって
決まる重み係数を乗じた値と、第2の計数値6bとを加
算することで、内挿された精度における基準点からの位
置または角度信号である検出信号6を得ることができ
る。
【0056】具体的には、たとえば現在の位相が1周目
の3番目の領域にあるとき、2つの周期信号の比を求
め、テーブル2の内挿データから第2の計数値6bとし
て7を得たとすると、内挿された位置または角度信号
は、2(第1の計数値)×128(重み係数)+7(第
2の計数値)=263となる。
の3番目の領域にあるとき、2つの周期信号の比を求
め、テーブル2の内挿データから第2の計数値6bとし
て7を得たとすると、内挿された位置または角度信号
は、2(第1の計数値)×128(重み係数)+7(第
2の計数値)=263となる。
【0057】また、現在の位相が2周目の3番目の領域
にあるとき、第2の計数値6bとして4を得たとする
と、内挿された位置または角度信号は、6(第1の計数
値)×128(重み係数)+4(第2の計数値)=77
2となる。
にあるとき、第2の計数値6bとして4を得たとする
と、内挿された位置または角度信号は、6(第1の計数
値)×128(重み係数)+4(第2の計数値)=77
2となる。
【0058】ここで、デジタル信号処理手段5では、0
と1の組み合せの2進数で処理されているため、内挿デ
ータの数を2のべき乗にすると、内挿データの数によっ
て必要な桁数に、第2の計数値6bを過不足なく収める
ことができる。つまり、第2の計数値6bが、デジタル
表現ですべての桁が1となったあと、さらに1増加する
場合、第2の計数値6bのすべての桁は0になり、第1
の計数値6aが1増加する。このような場合、上位の桁
に第1の計数値6a、下位の桁に第2の計数値6bを代
入することによって、第1の計数値6aに重み係数の乗
算をすることなしに、検出信号6を得ることができる。
と1の組み合せの2進数で処理されているため、内挿デ
ータの数を2のべき乗にすると、内挿データの数によっ
て必要な桁数に、第2の計数値6bを過不足なく収める
ことができる。つまり、第2の計数値6bが、デジタル
表現ですべての桁が1となったあと、さらに1増加する
場合、第2の計数値6bのすべての桁は0になり、第1
の計数値6aが1増加する。このような場合、上位の桁
に第1の計数値6a、下位の桁に第2の計数値6bを代
入することによって、第1の計数値6aに重み係数の乗
算をすることなしに、検出信号6を得ることができる。
【0059】また、周期信号aおよびbの符号の変化の
組み合せ、すなわち状態遷移の順番は、図1(b)に示
すように、移動する方向によって決まっている。したが
って、この符号の遷移を観察すれば、位置または角度の
移動方向が分かる。また、この順番を飛び越えて組み合
せが変化した場合、なんらかの異常と判断することもで
きる。このような移動方向の判定機能や異常判定機能も
デジタル信号処理手段5で簡単に実現できる。
組み合せ、すなわち状態遷移の順番は、図1(b)に示
すように、移動する方向によって決まっている。したが
って、この符号の遷移を観察すれば、位置または角度の
移動方向が分かる。また、この順番を飛び越えて組み合
せが変化した場合、なんらかの異常と判断することもで
きる。このような移動方向の判定機能や異常判定機能も
デジタル信号処理手段5で簡単に実現できる。
【0060】なお、第1の計数値6aは、比較回路と、
係数器回路を使つても実現できるが、デジタル信号処理
手段5で処理することで、異常判定機能などの他に、オ
フセットやゲインの補正機能、フィルタ機能などを組み
込むこともできる。
係数器回路を使つても実現できるが、デジタル信号処理
手段5で処理することで、異常判定機能などの他に、オ
フセットやゲインの補正機能、フィルタ機能などを組み
込むこともできる。
【0061】以上説明したように、本実施例の方法にお
いては、周期信号の位相の領域によって場合分けするこ
となく、乗算と加算の積和計算で位置情報を得ることが
できる。積和計算は、デジタル信号処理で非常に高速に
計算できるため、サンプル時間を短縮できるなど位置決
め装置の高性能化に都合がよい。
いては、周期信号の位相の領域によって場合分けするこ
となく、乗算と加算の積和計算で位置情報を得ることが
できる。積和計算は、デジタル信号処理で非常に高速に
計算できるため、サンプル時間を短縮できるなど位置決
め装置の高性能化に都合がよい。
【0062】また、2つの周期信号の比を計算し、比の
値に対応したアドレス(インデックス)から内挿値を得
ているため、2つの周期信号それぞれに対応した2つの
アドレス(インデックス)から内挿値を求める方法に比
べてテーブルの容量を小さくすることができる。
値に対応したアドレス(インデックス)から内挿値を得
ているため、2つの周期信号それぞれに対応した2つの
アドレス(インデックス)から内挿値を求める方法に比
べてテーブルの容量を小さくすることができる。
【0063】さらに、周期信号の比を使うことは、振幅
変動に対して正規化されるので、光源の劣化や電源電圧
の変動などで、振幅が一様に変化したときでも、内挿精
度に影響がない。
変動に対して正規化されるので、光源の劣化や電源電圧
の変動などで、振幅が一様に変化したときでも、内挿精
度に影響がない。
【0064】また、デジタル信号処理の素子を使うこと
で、2つの周期信号の比を求める演算機能や異常検出機
能以外に、オフセットや振幅(ゲイン)の補正処理、位
相誤差の補正処理、フィルタ機能などの追加機能を持た
せることができるため、低価格でより高性能な装置を得
ることができる。
で、2つの周期信号の比を求める演算機能や異常検出機
能以外に、オフセットや振幅(ゲイン)の補正処理、位
相誤差の補正処理、フィルタ機能などの追加機能を持た
せることができるため、低価格でより高性能な装置を得
ることができる。
【0065】ここで、内挿データ数を2のべき乗にする
と、乗算を桁の移動だけで置き換えることができるた
め、上記した積和計算すら不要になり、より高速な位置
決め処理が可能になる。
と、乗算を桁の移動だけで置き換えることができるた
め、上記した積和計算すら不要になり、より高速な位置
決め処理が可能になる。
【0066】(第2実施例)第1実施例で用いたテーブ
ルはインデックスの最大の点を軸にして対称である。し
たがって、参照方法を変えるとテーブルを半分にするこ
とができる。すなわち、8分の1周期分の内挿データで
1周期全てについて内挿することができる。本実施例で
はその方法について説明する。
ルはインデックスの最大の点を軸にして対称である。し
たがって、参照方法を変えるとテーブルを半分にするこ
とができる。すなわち、8分の1周期分の内挿データで
1周期全てについて内挿することができる。本実施例で
はその方法について説明する。
【0067】図6は本発明の位置または角度信号の内挿
方法の第2実施例を表わす図である。
方法の第2実施例を表わす図である。
【0068】図6において、円11は第1実施例と同様
に2つの周期信号から得られる位相を表わす図であり、
円11の中の数字は、1周期分の位相を8分割したと
き、8分の1周期の何番目の領域にあるかを示してい
る。また、テーブル12には、あらかじめ2つの信号の
振幅比に対応した8分の1周期分の内挿データが記憶さ
れており、本実施例では、テーブル12の内挿データ数
を16にし、1周期毎の内挿数を128としている。
に2つの周期信号から得られる位相を表わす図であり、
円11の中の数字は、1周期分の位相を8分割したと
き、8分の1周期の何番目の領域にあるかを示してい
る。また、テーブル12には、あらかじめ2つの信号の
振幅比に対応した8分の1周期分の内挿データが記憶さ
れており、本実施例では、テーブル12の内挿データ数
を16にし、1周期毎の内挿数を128としている。
【0069】周期信号の8分の1周期を検出するために
は、2つの周期信号のどちらかが零(0)を横切る時に
加えて、絶対値が等しい位相を計算すればよい。また、
異常判定機能は、2つの周期信号の符号と絶対値の大小
を比較することで第1実施例と同様の状態遷移図が得ら
れる。
は、2つの周期信号のどちらかが零(0)を横切る時に
加えて、絶対値が等しい位相を計算すればよい。また、
異常判定機能は、2つの周期信号の符号と絶対値の大小
を比較することで第1実施例と同様の状態遷移図が得ら
れる。
【0070】その他の方法は第1実施例と同様であるの
で、その説明は省略する。
で、その説明は省略する。
【0071】このような方法においては、テーブル12
に格納されている内挿データの数が第1実施例と同じで
あっても、1周期あたりの内挿数を第1実施例に比べて
2倍にすることができる。
に格納されている内挿データの数が第1実施例と同じで
あっても、1周期あたりの内挿数を第1実施例に比べて
2倍にすることができる。
【0072】(第3実施例)上記した第1実施例および
第2実施例で説明した内挿方法は信号のオフセットがな
く、2つの周期信号の振幅が等しく、さらに位相差が正
確に90度であることを前提にしている。これらの前提
が崩れると2つの周期信号の比に対する角度又は位置の
変位が正しい値でなくなり、精度が保証されなくなる。
エンコーダなどの検出器では振幅、オフセット、および
位相を製造段階で完全に調整することが困難であり、ま
た経時変化も避けられないため、内挿の精度を保持する
ためには何らかの補正が必要である。そして、その補正
方法も自動的になされることが望ましい。本実施例で
は、上記した2つの周期信号の振幅、及びオフセットの
補正方法について説明する。
第2実施例で説明した内挿方法は信号のオフセットがな
く、2つの周期信号の振幅が等しく、さらに位相差が正
確に90度であることを前提にしている。これらの前提
が崩れると2つの周期信号の比に対する角度又は位置の
変位が正しい値でなくなり、精度が保証されなくなる。
エンコーダなどの検出器では振幅、オフセット、および
位相を製造段階で完全に調整することが困難であり、ま
た経時変化も避けられないため、内挿の精度を保持する
ためには何らかの補正が必要である。そして、その補正
方法も自動的になされることが望ましい。本実施例で
は、上記した2つの周期信号の振幅、及びオフセットの
補正方法について説明する。
【0073】図7は本発明の位置および角度の検出方法
の第3実施例の装置構成を示すブロック図であり、図8
は周期信号の振幅補正の方法を説明する図である。
の第3実施例の装置構成を示すブロック図であり、図8
は周期信号の振幅補正の方法を説明する図である。
【0074】図7において、位置または角度を検出する
エンコーダ23からの周期信号a、およびbはそれぞれ
可変増幅器26a、26bで増幅され、アナログデジタ
ル変換器24a、24bでアナログ信号からデジタル信
号に変換されてデジタル信号処理手段25に送られる。
可変増幅器26a、26bにはデジタル信号処理手段2
5から増幅率を変えるための増幅率設定信号が入力さ
れ、可変増幅器26a、26bは増幅率設定信号に基づ
いて増幅率を変え、それぞれの周期信号を出力する。
エンコーダ23からの周期信号a、およびbはそれぞれ
可変増幅器26a、26bで増幅され、アナログデジタ
ル変換器24a、24bでアナログ信号からデジタル信
号に変換されてデジタル信号処理手段25に送られる。
可変増幅器26a、26bにはデジタル信号処理手段2
5から増幅率を変えるための増幅率設定信号が入力さ
れ、可変増幅器26a、26bは増幅率設定信号に基づ
いて増幅率を変え、それぞれの周期信号を出力する。
【0075】このような構成において、まず周期信号の
振幅補正の方法について説明する。周期信号a、bの振
幅を補正するためには、まず、それぞれの周期信号a、
bの最大値と最小値とを求める処理を行う。周期信号
a、bの振幅は可変増幅器26a、26bによって、ア
ナログデジタル変換器24a、24bが変換可能な範囲
(フルスケール)に対して、小さい値に設定されて出力
される。デジタル信号処理手段25は、この周期信号
a、bの振幅を設定するための補正係数を含み、2つの
可変増幅器26a、26bから出力される周期信号の振
幅が一致するように、それぞれに増幅率設定信号を送出
する。なお、以下の説明では、最大値はプラスの符号を
持つものとし、最小値はマイナスの符号を持つものとす
る。
振幅補正の方法について説明する。周期信号a、bの振
幅を補正するためには、まず、それぞれの周期信号a、
bの最大値と最小値とを求める処理を行う。周期信号
a、bの振幅は可変増幅器26a、26bによって、ア
ナログデジタル変換器24a、24bが変換可能な範囲
(フルスケール)に対して、小さい値に設定されて出力
される。デジタル信号処理手段25は、この周期信号
a、bの振幅を設定するための補正係数を含み、2つの
可変増幅器26a、26bから出力される周期信号の振
幅が一致するように、それぞれに増幅率設定信号を送出
する。なお、以下の説明では、最大値はプラスの符号を
持つものとし、最小値はマイナスの符号を持つものとす
る。
【0076】例えば、可変増幅器26a、26bの出力
をアナログデジタル変換器24a、24bのフルスケー
ルの80%の振幅に調整する場合、補正係数は、 補正係数=(0.8×フルスケールの振幅)/((最大
値−最小値)/2) で求めることができる。このような補正係数の基で、2
つの周期信号a、bの振幅が同じになるように可変増幅
器26a、26bの増幅率をそれぞれ設定する。なお、
フルスケールに対して小さめの補正係数に設定するの
は、エンコーダ23からの周期信号の振幅が標準より大
きい場合に飽和しないようにするためであり、あわせ
て、オフセットによって中心がゼロ(0)からずれた場
合にも飽和しないようにするためである。この補正係数
で増幅率を設定すれば、周期信号a、bともにフルスケ
ールの80%の振幅になる。振幅補正はデジタル信号処
理手段25で処理することも可能であるが、アナログデ
ジタル変換器24a、24bの変換範囲を有効に使うた
めに、変換を行う前の可変増幅器26a、26bを用い
て振幅補正を行う。
をアナログデジタル変換器24a、24bのフルスケー
ルの80%の振幅に調整する場合、補正係数は、 補正係数=(0.8×フルスケールの振幅)/((最大
値−最小値)/2) で求めることができる。このような補正係数の基で、2
つの周期信号a、bの振幅が同じになるように可変増幅
器26a、26bの増幅率をそれぞれ設定する。なお、
フルスケールに対して小さめの補正係数に設定するの
は、エンコーダ23からの周期信号の振幅が標準より大
きい場合に飽和しないようにするためであり、あわせ
て、オフセットによって中心がゼロ(0)からずれた場
合にも飽和しないようにするためである。この補正係数
で増幅率を設定すれば、周期信号a、bともにフルスケ
ールの80%の振幅になる。振幅補正はデジタル信号処
理手段25で処理することも可能であるが、アナログデ
ジタル変換器24a、24bの変換範囲を有効に使うた
めに、変換を行う前の可変増幅器26a、26bを用い
て振幅補正を行う。
【0077】次に、周期信号のオフセット補正の方法に
ついて説明する。図8(b)にオフセットを含んだ周期
信号の様子を示す。この周期信号は図8(b)に示すよ
うにゼロ(0)が中心0’からずれている。周期信号の
中心は最大値27と最小値28とを加算した値の半分の
値となるため、オフセットを補正するためのオフセット
補正値は、 オフセット補正値=(最大値+最小値)/2 で求めることができる。したがって、オフセット補正し
た後の周期信号a、bそれぞれの修正値は、 修正値=変換値−オフセット補正値 で求めることができる。
ついて説明する。図8(b)にオフセットを含んだ周期
信号の様子を示す。この周期信号は図8(b)に示すよ
うにゼロ(0)が中心0’からずれている。周期信号の
中心は最大値27と最小値28とを加算した値の半分の
値となるため、オフセットを補正するためのオフセット
補正値は、 オフセット補正値=(最大値+最小値)/2 で求めることができる。したがって、オフセット補正し
た後の周期信号a、bそれぞれの修正値は、 修正値=変換値−オフセット補正値 で求めることができる。
【0078】なお、オフセットの補正はアナログデジタ
ル変換後、デジタル信号処理手段25で行う。
ル変換後、デジタル信号処理手段25で行う。
【0079】(第4実施例)第3実施例では、周期信号
の振幅とオフセットについて望ましい値に補正できるこ
と、つまり正規化できることを説明した。本実施例では
位相関係の正規化、すなわち位相補正について説明す
る。
の振幅とオフセットについて望ましい値に補正できるこ
と、つまり正規化できることを説明した。本実施例では
位相関係の正規化、すなわち位相補正について説明す
る。
【0080】以下の説明では振幅とオフセットとは正規
化されていることを前提にしているが、すでに第3実施
例で説明しているので無理のない前提である。
化されていることを前提にしているが、すでに第3実施
例で説明しているので無理のない前提である。
【0081】図9は本発明の位置および角度の検出方法
の第4実施例の装置構成を示すブロック図であり、図1
0は2つの周期信号の位相関係を説明する図である。
の第4実施例の装置構成を示すブロック図であり、図1
0は2つの周期信号の位相関係を説明する図である。
【0082】図9において、位置または角度を検出して
2つの周期信号a、bを発生するエンコーダの出力は可
変増幅器36a、36bによって増幅され、後述するデ
ジタル信号処理手段からの信号で増幅率が可変され、エ
ンコーダ33からの周期信号の振幅を等しく保ってい
る。可変増幅器36a、36bの出力はアナログデジタ
ル変換器34a、34bによってそれぞれデジタル信号
に変換され、デジタル信号処理手段35に入力される。
2つの周期信号a、bを発生するエンコーダの出力は可
変増幅器36a、36bによって増幅され、後述するデ
ジタル信号処理手段からの信号で増幅率が可変され、エ
ンコーダ33からの周期信号の振幅を等しく保ってい
る。可変増幅器36a、36bの出力はアナログデジタ
ル変換器34a、34bによってそれぞれデジタル信号
に変換され、デジタル信号処理手段35に入力される。
【0083】このような構成において、図10に示すよ
うに2つの周期信号はそれぞれ可変増幅器36a、36
bで調整されて振幅が等しくなっている。
うに2つの周期信号はそれぞれ可変増幅器36a、36
bで調整されて振幅が等しくなっている。
【0084】図10において、周期信号bは2つの周期
信号のうち基準となる信号であり、周期信号a−1は位
相誤差のないときの信号で周期信号bとの位相差は90
度である。また、周期信号a−2は位相誤差がδのとき
の周期信号である。周期信号bと位相誤差のない周期信
号a−1とは交点36で交わり、交点36の振幅値は最
大振幅の値を1.0とすると45度における正弦あるい
は余弦の値になり、この値をDEG45とする。また、
周期信号bと位相誤差δがある周期信号a−2の交点3
7の振幅値をCROSSABとする。
信号のうち基準となる信号であり、周期信号a−1は位
相誤差のないときの信号で周期信号bとの位相差は90
度である。また、周期信号a−2は位相誤差がδのとき
の周期信号である。周期信号bと位相誤差のない周期信
号a−1とは交点36で交わり、交点36の振幅値は最
大振幅の値を1.0とすると45度における正弦あるい
は余弦の値になり、この値をDEG45とする。また、
周期信号bと位相誤差δがある周期信号a−2の交点3
7の振幅値をCROSSABとする。
【0085】まずはじめに、CROSSABの求め方を
フローチャートで説明する。
フローチャートで説明する。
【0086】これらの処理は一定のサンプリング周期毎
にアナログデジタル変換手段でデジタル信号に変換され
た値を元にデジタル信号処理手段35で実施される。
にアナログデジタル変換手段でデジタル信号に変換され
た値を元にデジタル信号処理手段35で実施される。
【0087】図11に交点を求めるための第1の方法の
フローチャートを示す。
フローチャートを示す。
【0088】交点検出モードが開始されると、まず、各
サンプリング毎に2つの周期信号のデジタル変換値を得
る(ステップS1)。次に、2つの周期信号の値の差の
絶対値と予め定められたしきい値ERRとの差を比較す
る(ステップS2)。差の絶対値がしきい値EERより
大きいときは交点でないとして何も行わずに終了判定を
行う(ステップS4)。一方、差の絶対値がしきい値E
ERより小さいときには周期信号aまたはbの値の絶対
値を交点の値CROSSABし(ステップS3)し、終
了判定を行う(ステップS4)。以上の操作を交点検出
モードを抜けるまで繰り返し、交点検出モードを抜けた
ときのCROSSABの値を交点37の値とする。交点
検出モードにおいては、位相の補正は行わない。すなわ
ち、位相誤差0に設定される。
サンプリング毎に2つの周期信号のデジタル変換値を得
る(ステップS1)。次に、2つの周期信号の値の差の
絶対値と予め定められたしきい値ERRとの差を比較す
る(ステップS2)。差の絶対値がしきい値EERより
大きいときは交点でないとして何も行わずに終了判定を
行う(ステップS4)。一方、差の絶対値がしきい値E
ERより小さいときには周期信号aまたはbの値の絶対
値を交点の値CROSSABし(ステップS3)し、終
了判定を行う(ステップS4)。以上の操作を交点検出
モードを抜けるまで繰り返し、交点検出モードを抜けた
ときのCROSSABの値を交点37の値とする。交点
検出モードにおいては、位相の補正は行わない。すなわ
ち、位相誤差0に設定される。
【0089】図12はCROSSABを求める第2の方
法を示すフローチャートである。
法を示すフローチャートである。
【0090】CROSSABを求める第2の方法につい
て図12を参照して説明する。
て図12を参照して説明する。
【0091】図12において、交点検出モードが開始さ
れると、まず、変数ERRMINに十分大きな値を設定
し(ステップS11)、各サンプリング毎に周期信号の
デジタル変換値を得る(ステップ12)。次に、2つの
周期信号の差の絶対値とステップS11で設定した変数
ERRMINの値とを比較する(ステップS13)。差
の絶対値が変数ERRMMINより大きなときには交点
でないとして何も行わずに終了判定を行う(ステップS
15)。一方、差の絶対値が変数ERRMINより小さ
いときには、この時の差の絶対値を新しいERRMIN
の値として、周期信号aまたはbの値をCROSSAB
として(ステップS14)、交点検出モードを抜けるま
でステップS12からの処理を繰り返し、交点検出モー
ドを抜けたときのCROSSABの値を交点の値とす
る。
れると、まず、変数ERRMINに十分大きな値を設定
し(ステップS11)、各サンプリング毎に周期信号の
デジタル変換値を得る(ステップ12)。次に、2つの
周期信号の差の絶対値とステップS11で設定した変数
ERRMINの値とを比較する(ステップS13)。差
の絶対値が変数ERRMMINより大きなときには交点
でないとして何も行わずに終了判定を行う(ステップS
15)。一方、差の絶対値が変数ERRMINより小さ
いときには、この時の差の絶対値を新しいERRMIN
の値として、周期信号aまたはbの値をCROSSAB
として(ステップS14)、交点検出モードを抜けるま
でステップS12からの処理を繰り返し、交点検出モー
ドを抜けたときのCROSSABの値を交点の値とす
る。
【0092】次に、交点36と交点37の差から位相誤
差δを求める方法を説明する。
差δを求める方法を説明する。
【0093】図13は交点の振幅の値CROSSABか
ら位相誤差を求める方法を説明する図である。
ら位相誤差を求める方法を説明する図である。
【0094】周期信号a−1、a−2、bを45度にお
ける微分係数で直線近似したときの直線をそれぞれ近似
直線39a、近似直線39b、近似直線40aとする。
ける微分係数で直線近似したときの直線をそれぞれ近似
直線39a、近似直線39b、近似直線40aとする。
【0095】交点37の値をCROSSABとすると近
似直線39a、近似直線39b、および近似直線10a
で囲む三角形の底辺の長さの半分は、 δ/2(CROSSAB− DEG45)÷ DEG45
--- (1)で求めることができる。
似直線39a、近似直線39b、および近似直線10a
で囲む三角形の底辺の長さの半分は、 δ/2(CROSSAB− DEG45)÷ DEG45
--- (1)で求めることができる。
【0096】近似直線10aと平行で横軸(軸41)と
近似直線39bとの交点を通る線を直線40bとすると
軸41、直線40b、近似直線39bで囲まれる三角形
と、近似直線39a、近似直線39b、近似直線40a
で囲まれる三角形とは同じものであるから底辺の長さ、
すなわち位相誤差δは(1)式で求めた値を2倍にして
求めることができる。
近似直線39bとの交点を通る線を直線40bとすると
軸41、直線40b、近似直線39bで囲まれる三角形
と、近似直線39a、近似直線39b、近似直線40a
で囲まれる三角形とは同じものであるから底辺の長さ、
すなわち位相誤差δは(1)式で求めた値を2倍にして
求めることができる。
【0097】次に、位相誤差δをもつ周期信号a−2か
ら位相誤差のない周期信号a−1を求める方法について
説明する。
ら位相誤差のない周期信号a−1を求める方法について
説明する。
【0098】周期信号bをA=cosθ、周期信号a−
1をB=sinθ、周期信号a−2をB’=sin(θ
+δ)とすると、位相を補正することは位相誤差δを含
んだ測定値B’を位相誤差のないBにすることである。
三角関数の公式からB’は次式のように分解できる。
1をB=sinθ、周期信号a−2をB’=sin(θ
+δ)とすると、位相を補正することは位相誤差δを含
んだ測定値B’を位相誤差のないBにすることである。
三角関数の公式からB’は次式のように分解できる。
【0099】 B’=sin(θ+δ)=sinθcosδ+cosθsinδ =Bcosδ+Asinδ…(2) したがって、Bは測定値A、B’と位相誤差δから求め
られるsinδとcosδとを使って次式から求めるこ
とができる。
られるsinδとcosδとを使って次式から求めるこ
とができる。
【0100】 B=(B’−Asinδ)÷cosδ…(3) したがって、補正するためには係数sinδとcosδ
の値を求めなければならない。
の値を求めなければならない。
【0101】そこで、位相誤差δから補正係数sinδ
とcosδを求める方法について説明する。
とcosδを求める方法について説明する。
【0102】sinδはδが0近傍の時δにほぼ等しい
という性質を利用して、sinδをδで近似する。
という性質を利用して、sinδをδで近似する。
【0103】cosδはsin2δ+cos2δ=1の関
係から、sinδ≒δを代入して、 cosδ=(1−δ2)1/2…(4) の計算で求めることができる。平方根の計算はデジタル
信号処理の中の関数計算を使用して実施するか、または
α=1−δ2 とおいてx2 −α=0の解をニュートン法
の近似計算を繰り返して求める。繰り返し回数は収束を
判定して打ち切る方法が一般的であるが、平方根の値を
求めるように解の存在と収束性がわかっていて、かつサ
ンプリング周期中に計算を終了したいときはあらかじめ
反復計算の回数を決めておき、その回数だけ計算したら
近似計算を終了するようにすることもできる。このよう
にして求めた解xはcosδの近似値である。
係から、sinδ≒δを代入して、 cosδ=(1−δ2)1/2…(4) の計算で求めることができる。平方根の計算はデジタル
信号処理の中の関数計算を使用して実施するか、または
α=1−δ2 とおいてx2 −α=0の解をニュートン法
の近似計算を繰り返して求める。繰り返し回数は収束を
判定して打ち切る方法が一般的であるが、平方根の値を
求めるように解の存在と収束性がわかっていて、かつサ
ンプリング周期中に計算を終了したいときはあらかじめ
反復計算の回数を決めておき、その回数だけ計算したら
近似計算を終了するようにすることもできる。このよう
にして求めた解xはcosδの近似値である。
【0104】上記のようにして求めたsinδとcos
δの近似値を(3)式のsinδとcosδに代入して
位相補正する。補正係数であるsinδとcosδの近
似値は位相誤差δを求めた後は一定値であるのでサンプ
リング中に十分計算することができる。
δの近似値を(3)式のsinδとcosδに代入して
位相補正する。補正係数であるsinδとcosδの近
似値は位相誤差δを求めた後は一定値であるのでサンプ
リング中に十分計算することができる。
【0105】なお、補正係数をバッテリバックアップさ
れたメモリや不揮発性のメモリなどに記憶(保存)して
おけば電源をオフにしても値を失うことなく、電源オン
の時に前回の補正係数で補正することができる。なお、
補正はエンコーダを交換したときや、経時変化が起きた
ときなど必要なときだけでよい。
れたメモリや不揮発性のメモリなどに記憶(保存)して
おけば電源をオフにしても値を失うことなく、電源オン
の時に前回の補正係数で補正することができる。なお、
補正はエンコーダを交換したときや、経時変化が起きた
ときなど必要なときだけでよい。
【0106】(第5実施例)本発明の第5実施例につい
て説明する。
て説明する。
【0107】本実施例の構成および交点の求め方の二つ
の方法については第4実施例と同じであり、位相誤差δ
の求め方のみが第4実施例と異なるため、以下には位相
誤差δの他の求め方について図10を参照して説明す
る。
の方法については第4実施例と同じであり、位相誤差δ
の求め方のみが第4実施例と異なるため、以下には位相
誤差δの他の求め方について図10を参照して説明す
る。
【0108】位相誤差のないときの周期信号は45度で
交わり、このときの位相はπ/4ラジアンである。位相
誤差δのときの交点の位相をθc とする。
交わり、このときの位相はπ/4ラジアンである。位相
誤差δのときの交点の位相をθc とする。
【0109】交点の位相θc を求めるためには、余弦の
逆三角関数が必要である。このため、デジタル信号処理
手段35(図9参照)には図14(a)に示すような4
5度前後の余弦の逆三角関数を第1のテーブルに格納し
ておく。図14(a)に示す第1のテーブルは45度を
中心に±5度の範囲をカバーしている場合を示す。交点
CROSSABの値を指標にして第1のテーブルを参照
すると、交点の位相θc を求めることができる。位相差
δは以下の式から求められる。
逆三角関数が必要である。このため、デジタル信号処理
手段35(図9参照)には図14(a)に示すような4
5度前後の余弦の逆三角関数を第1のテーブルに格納し
ておく。図14(a)に示す第1のテーブルは45度を
中心に±5度の範囲をカバーしている場合を示す。交点
CROSSABの値を指標にして第1のテーブルを参照
すると、交点の位相θc を求めることができる。位相差
δは以下の式から求められる。
【0110】δ=(θc−π/4)×2…(5) 次に、位相誤差δから補正係数を求める方法について説
明する。
明する。
【0111】図14(b)、(c)のそれぞれは0度前
後の正弦と余弦の関係を示す第2のテーブル、第3のテ
ーブルであり、デジタル信号処理手段35に格納されて
いる。図では±5度までの範囲をカバーしている場合を
示している。位相誤差δを指標にして各テーブルからs
inδとcosδの値を求めることができる。
後の正弦と余弦の関係を示す第2のテーブル、第3のテ
ーブルであり、デジタル信号処理手段35に格納されて
いる。図では±5度までの範囲をカバーしている場合を
示している。位相誤差δを指標にして各テーブルからs
inδとcosδの値を求めることができる。
【0112】なお、上記の各テーブルの構成は、0度に
対するsinとcosの対称性(sinは絶対値が等し
く符号が異なる、cosはδの符号にかかわらず同じ値
である)を利用してテーブルの容量を半分にすることも
できる。
対するsinとcosの対称性(sinは絶対値が等し
く符号が異なる、cosはδの符号にかかわらず同じ値
である)を利用してテーブルの容量を半分にすることも
できる。
【0113】上記の各テーブルに書き込まれた値を
(3)式に代入して位相を補正する。補正係数の保存に
ついても第4実施例と同様にできる。
(3)式に代入して位相を補正する。補正係数の保存に
ついても第4実施例と同様にできる。
【0114】(第6実施例)上記第4実施例、第5実施
例では三角関数計算および逆三角関数を直接できない場
合について説明したが、三角関数および逆三角関数を計
算できる場合にはもっと単純にできる。その場合につい
て説明する。
例では三角関数計算および逆三角関数を直接できない場
合について説明したが、三角関数および逆三角関数を計
算できる場合にはもっと単純にできる。その場合につい
て説明する。
【0115】交点の求め方は第4実施例と同じである。
逆三角関数が計算できれば、交点の位相を、 θc =cos-1(CROSSAB)…(6) と計算でき、この値と45度(π/4)との差が、求め
る位相差の半分に相当するので、(5)式に代入して位
相誤差δを求めることができる。補正計数もsinδと
cosδが計算できるので求めることができる。
逆三角関数が計算できれば、交点の位相を、 θc =cos-1(CROSSAB)…(6) と計算でき、この値と45度(π/4)との差が、求め
る位相差の半分に相当するので、(5)式に代入して位
相誤差δを求めることができる。補正計数もsinδと
cosδが計算できるので求めることができる。
【0116】したがって、このsinδとcosδの値
を(3)式に適用すれば、位相を補正できる。補正係数の
保存についても第4実施例と同様にできる。
を(3)式に適用すれば、位相を補正できる。補正係数の
保存についても第4実施例と同様にできる。
【0117】第4実施例では位相誤差検出と補正係数の
両者を近似計算で求める方法について説明し、第5実施
例では両者をテーブル参照で求める方法について説明
し、第6実施例では両者を関数で求める方法について説
明したが、位相誤差検出をテーブル参照で行い、補正係
数を近似計算で求めたり、任意に組み合わせて実現する
ことももちろん可能である。
両者を近似計算で求める方法について説明し、第5実施
例では両者をテーブル参照で求める方法について説明
し、第6実施例では両者を関数で求める方法について説
明したが、位相誤差検出をテーブル参照で行い、補正係
数を近似計算で求めたり、任意に組み合わせて実現する
ことももちろん可能である。
【0118】(第7実施例)第4実施例から第6実施例
までの各実施例では、基準信号のある位相の時の他方の
信号の振幅値から位相誤差δを求める際に、2つの周期
信号の交点から位相誤差δを求める場合について示した
が、本実施例では一方の周期信号を基準としてある位相
における他方の振幅から位相誤差δを求める方法につい
て説明する。本実施例について図10を参照して説明す
る。周期信号bを基準信号とする。例として基準信号で
ある周期信号bの振幅が1になるときのときの周期信号
aの振幅を測定する方法について説明する。位相誤差δ
が0のときの周期信号a−1の値は図10に示すように
ゼロ(0)である。周期信号a−2の様に位相誤差δが
あるときは周期信号a−2は縦軸の図10に示す点で交
わり、このときの振幅の値をCROSSZとする。この
CROSSZから位相誤差δを求める方法は第4実施例
から第6実施例で説明したように3通りの手段がある。
までの各実施例では、基準信号のある位相の時の他方の
信号の振幅値から位相誤差δを求める際に、2つの周期
信号の交点から位相誤差δを求める場合について示した
が、本実施例では一方の周期信号を基準としてある位相
における他方の振幅から位相誤差δを求める方法につい
て説明する。本実施例について図10を参照して説明す
る。周期信号bを基準信号とする。例として基準信号で
ある周期信号bの振幅が1になるときのときの周期信号
aの振幅を測定する方法について説明する。位相誤差δ
が0のときの周期信号a−1の値は図10に示すように
ゼロ(0)である。周期信号a−2の様に位相誤差δが
あるときは周期信号a−2は縦軸の図10に示す点で交
わり、このときの振幅の値をCROSSZとする。この
CROSSZから位相誤差δを求める方法は第4実施例
から第6実施例で説明したように3通りの手段がある。
【0119】方法1:線形化による近似では、位相誤差
δの時のCROSSZの値はsinδであるから第4実
施例の補正係数の導出で説明した場合とは逆の近似でs
inδの値をδの近似値とする。すなわち、CROSS
Zの値を位相誤差δの近似値とする。
δの時のCROSSZの値はsinδであるから第4実
施例の補正係数の導出で説明した場合とは逆の近似でs
inδの値をδの近似値とする。すなわち、CROSS
Zの値を位相誤差δの近似値とする。
【0120】方法2:0度付近の正弦の逆三角関数をテ
ーブルで持っていて、CROSSZを指標としてテーブ
ルを参照してδの値を求める。テーブルは図14(a)
の第1のテーブルと同様のもので第1のテーブルが45
度を中心とするのに対し、0度を中心とする。図14
(d)に±5度の範囲の第4のテーブルを示す。
ーブルで持っていて、CROSSZを指標としてテーブ
ルを参照してδの値を求める。テーブルは図14(a)
の第1のテーブルと同様のもので第1のテーブルが45
度を中心とするのに対し、0度を中心とする。図14
(d)に±5度の範囲の第4のテーブルを示す。
【0121】方法3:逆三角関数を計算して次式で位相
誤差δを求める。
誤差δを求める。
【0122】δ=sin-1(CROSSZ)…(7) 上記の3通りの手段のいずれかによって位相誤差δを求
めれば、第4実施例から第6実施例に述べた方法で補正
係数を導出し、位相補正の計算を実行することができ
る。補正係数の保存についても第4実施例と同様にでき
る。
めれば、第4実施例から第6実施例に述べた方法で補正
係数を導出し、位相補正の計算を実行することができ
る。補正係数の保存についても第4実施例と同様にでき
る。
【0123】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような方法を採
用しているので、以下に記載する効果を奏する。
用しているので、以下に記載する効果を奏する。
【0124】1、周期信号の各周期を複数の領域に等分
し、周期信号の位相が等分された領域の何番目の領域内
にあるかを計数し、周期信号の値に基づきあらかじめ記
憶されている内挿データを参照して等分された領域内の
内挿値を求め、等分された領域の計数結果に内挿データ
の敷を乗じた値と、等分された領域内の内挿値とを加算
して位置または角度を求めることで、周期信号の位相の
領域によって場合分けすることなく、乗算と加算のいわ
ゆる積和計算で位置または角度情報を得ることができ
る。
し、周期信号の位相が等分された領域の何番目の領域内
にあるかを計数し、周期信号の値に基づきあらかじめ記
憶されている内挿データを参照して等分された領域内の
内挿値を求め、等分された領域の計数結果に内挿データ
の敷を乗じた値と、等分された領域内の内挿値とを加算
して位置または角度を求めることで、周期信号の位相の
領域によって場合分けすることなく、乗算と加算のいわ
ゆる積和計算で位置または角度情報を得ることができ
る。
【0125】2、2つの周期信号の符号の遷移を観察す
ることで、位置または角度の移動方向がわかる。
ることで、位置または角度の移動方向がわかる。
【0126】3、2つの周期信号の比を計算し、比の値
に対応したアドレスから内挿値を得ているため、2つの
周期信号それぞれに対応した2つのアドレスから内挿値
を求める方法に比べてテーブルの容量を小さくすること
ができる。また、周期信号の比を使うことは、振幅変動
に対して正規化されるので、光源の劣化や電源電圧の変
動などで、振幅が一様に変化したときでも、内挿精度に
は影響を及ぼさない。 4、2つの周期信号のどちらかが零(0)を横切る時、
あるいはそれに加えて絶対値が等しい位相の時、および
2つの周期信号の符号の関係から、簡単に第1の計数値
を求めることができる。
に対応したアドレスから内挿値を得ているため、2つの
周期信号それぞれに対応した2つのアドレスから内挿値
を求める方法に比べてテーブルの容量を小さくすること
ができる。また、周期信号の比を使うことは、振幅変動
に対して正規化されるので、光源の劣化や電源電圧の変
動などで、振幅が一様に変化したときでも、内挿精度に
は影響を及ぼさない。 4、2つの周期信号のどちらかが零(0)を横切る時、
あるいはそれに加えて絶対値が等しい位相の時、および
2つの周期信号の符号の関係から、簡単に第1の計数値
を求めることができる。
【0127】5、2つの周期信号の符号変化の組み合
せ、すなわち状態遷移の順番を観察するという簡単な方
法で異常判定機能を実現できる。
せ、すなわち状態遷移の順番を観察するという簡単な方
法で異常判定機能を実現できる。
【0128】6、位置または角度を求める計算を、乗算
と加算のいわゆる積和計算でおこなっているため、デジ
タル信号処理で非常に高速に計算でき、サンプル時間を
短縮できるため、位置決め装置の高性能化に都合がよ
い。また、2つの周期信号の比を求める演算機能以外
に、異常判定機能、オフセットやゲインの補正機能、フ
ィルタ機能など追加機能を組み込むこともできる。
と加算のいわゆる積和計算でおこなっているため、デジ
タル信号処理で非常に高速に計算でき、サンプル時間を
短縮できるため、位置決め装置の高性能化に都合がよ
い。また、2つの周期信号の比を求める演算機能以外
に、異常判定機能、オフセットやゲインの補正機能、フ
ィルタ機能など追加機能を組み込むこともできる。
【0129】7、内挿データ数を2のべき乗にすること
で、乗算を桁の移動だけで置き換えることができるた
め、積和計算すら不要になり、より高速な位置決め処理
が可能になる。
で、乗算を桁の移動だけで置き換えることができるた
め、積和計算すら不要になり、より高速な位置決め処理
が可能になる。
【0130】8、振幅、オフセット補正することで内挿
結果の精度を上げることができる。また、個々の信号が
正規化されるので信号間の位相差を補正する処理が可能
となる。これによって精度を上げることができる。
結果の精度を上げることができる。また、個々の信号が
正規化されるので信号間の位相差を補正する処理が可能
となる。これによって精度を上げることができる。
【0131】9、振幅、オフセットに加え位相補正をす
ることで、エンコーダ信号の変動成分はすべて補正でき
る。したがって、内挿処理に使う信号は完全に正規化さ
れるため内挿処理の精度を最良なものにすることがで
き、微小な位相差を検出することが可能なため高精度に
補正できる。
ることで、エンコーダ信号の変動成分はすべて補正でき
る。したがって、内挿処理に使う信号は完全に正規化さ
れるため内挿処理の精度を最良なものにすることがで
き、微小な位相差を検出することが可能なため高精度に
補正できる。
【0132】これらの処理はあらかじめ定められた手順
にしたがって自動的に実施されるため、出来上った装置
の精度を調整した個人差による精度のバラつきが少ない
ものとすることができる。
にしたがって自動的に実施されるため、出来上った装置
の精度を調整した個人差による精度のバラつきが少ない
ものとすることができる。
【0133】10、デジタル信号処理手段を有すること
で、使用状態から取り外したり測定器を取り付けること
なく、実際に使用している状態のまま振幅補正、オフセ
ット補正、位相補正などを行うことが可能になる。
で、使用状態から取り外したり測定器を取り付けること
なく、実際に使用している状態のまま振幅補正、オフセ
ット補正、位相補正などを行うことが可能になる。
【0134】11、電源のオンオフにかかわらず記憶値
を失わない記憶手段を有することで、補正係数を保存し
ておけるので、電源を入れる度に補正しなければならな
いという手間が省ける。補正はエンコーダを交換したと
きや、経時変化が起きたときなど必要なときだけでよ
い。
を失わない記憶手段を有することで、補正係数を保存し
ておけるので、電源を入れる度に補正しなければならな
いという手間が省ける。補正はエンコーダを交換したと
きや、経時変化が起きたときなど必要なときだけでよ
い。
【図1】本発明の位置または角度信号の内挿方法の第1
実施例を示す図であり、同図(a)は、信号図、同図
(b)は、符号の状態遷移図、同図(c)は、位相と内
挿データのテーブルを表わす図である。
実施例を示す図であり、同図(a)は、信号図、同図
(b)は、符号の状態遷移図、同図(c)は、位相と内
挿データのテーブルを表わす図である。
【図2】図1に示したテーブルの具体例を示した図であ
り、インデックスの値に対する角度の値の様子を示した
グラフである。
り、インデックスの値に対する角度の値の様子を示した
グラフである。
【図3】図1に示したテーブルの具体例を示した図でイ
ンデックスの値に対する角度の値の様子を示したグラフ
であり、同図(a)は0〜45度の範囲の様子を示した
グラフであり、同図(b)は45〜90度の範囲の様子
を示したグラフである。
ンデックスの値に対する角度の値の様子を示したグラフ
であり、同図(a)は0〜45度の範囲の様子を示した
グラフであり、同図(b)は45〜90度の範囲の様子
を示したグラフである。
【図4】図1に示したテーブルのインデックスのフォー
マットの例を示した図である。
マットの例を示した図である。
【図5】図1に示した位置または角度信号の内挿方法を
実現する一手段であり、同図(a)は装置のブロック
図、同図(b)は検出信号の構成を表わす図である。
実現する一手段であり、同図(a)は装置のブロック
図、同図(b)は検出信号の構成を表わす図である。
【図6】本発明の位置または角度信号の内挿方法の第2
実施例を表わす図である。
実施例を表わす図である。
【図7】本発明の位置および角度の検出方法の第3実施
例の装置構成を示すブロック図である。
例の装置構成を示すブロック図である。
【図8】周期信号の振幅補正の方法を説明する図であ
る。
る。
【図9】本発明の位置および角度の検出方法の第4実施
例の装置構成を示すブロック図である。
例の装置構成を示すブロック図である。
【図10】2つの周期信号の位相関係を説明する図であ
る。
る。
【図11】交点を求めるための第1の方法のフローチャ
ートである。
ートである。
【図12】CROSSABを求める第2の方法を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図13】交点の振幅の値CROSSABから位相誤差
を求める方法を説明する図である。
を求める方法を説明する図である。
【図14】位相補正で使用するテーブルを説明する図で
ある。
ある。
【図15】従来の位置または角度信号の内挿方法の一例
を示す図であり、1周期分の内挿データをもつ内挿方法
を説明する図である。
を示す図であり、1周期分の内挿データをもつ内挿方法
を説明する図である。
【図16】従来の位置または角度信号の内挿方法の一例
を示す図であり、8分の1周期分の内挿データで1周期
を内挿する方法を説明する図である。
を示す図であり、8分の1周期分の内挿データで1周期
を内挿する方法を説明する図である。
1、11 円 2、12 テーブル 3、23、33 エンコーダ 4a、4b、24a、24b、34a、34b アナ
ログデジタル変換器 5、25、35 デジタル信号処理手段 6 検出信号 6a 第1の計数値 6b 第2の計数値 26a、26b、36a、36b 可変増幅器 27 最大値 28 最小値 29 補正値 36、37 交点 39a、39b、40a、40b 近似直線 41 軸 a、b、a−1、a−2 周期信号 θ 検出器の回転角度 δ 位相誤差
ログデジタル変換器 5、25、35 デジタル信号処理手段 6 検出信号 6a 第1の計数値 6b 第2の計数値 26a、26b、36a、36b 可変増幅器 27 最大値 28 最小値 29 補正値 36、37 交点 39a、39b、40a、40b 近似直線 41 軸 a、b、a−1、a−2 周期信号 θ 検出器の回転角度 δ 位相誤差
Claims (25)
- 【請求項1】 位置の変動または角度の変動に応じて検
出器が発生する周期信号を内挿する位置または角度の検
出方法において、 前記周期信号の各周期を複数の領域に等分し、前記周期
信号の位相が前記等分された領域の何番目の領域内にあ
るかを計数し、 前記周期信号の値に基づきあらかじめ記憶されている内
挿データを参照して前記等分された領域内の内挿値を求
め、 前記等分された領域の計数結果に前記内挿データの数を
乗じた値と、前記等分された領域内の内挿値とを加算し
て位置または角度を求めることを特徴とする位置または
角度の検出方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の位置または角度の検出
方法において、 周期信号として、周期が等しく所望の位相差を有する2
つの周期信号を使うことを特徴とする位置または角度の
検出方法。 - 【請求項3】 請求項2に記載の位置または角度の検出
方法において、 2つの周期信号の比を計算し、前記比の値から記憶され
ている内挿データを参照して、前記等分された領域内の
内挿値を得ることを特徴とする位置または角度の検出方
法。 - 【請求項4】 請求項3に記載の位置または角度の検出
方法において、 前記2つの周期信号の各振幅の大小によって分母分子が
適宜入れ替えられ、比の計算結果が1未満になるように
設定された該計算結果に対する内挿データを備えたテー
ブルを有することを特徴とする位置または角度の検出方
法。 - 【請求項5】 請求項2ないし4いずれか1項に記載の
位置または角度の検出方法において、 等分された領域は、4分の1周期であることを特徴とす
る位置または角度の検出方法。 - 【請求項6】 請求項2ないし4いずれか1項に記載の
位置または角度の検出方法において、 等分された領域は、8分の1周期であることを特徴とす
る位置または角度の検出方法。 - 【請求項7】 請求項5に記載の位置または角度の検出
方法において、 2つの周期信号の符号の遷移を記憶し、異常判定をおこ
なうことを特徴とする位置または角度の検出方法。 - 【請求項8】 請求項6に記載の位置または角度信号の
検出方法において、 2つの周期信号の符号の遷移、および前記2つの周期信
号の絶対値の比較結果を記憶し、異常判定をおこなうこ
とを特徴とする位置または角度の検出方法。 - 【請求項9】 請求項2ないし8いずれか1項に記載の
位置または角度の検出方法において、 周期信号の最大値と最小値とを検出し、最大値と最小値
の絶対値の和から振幅補正値を求めて周期信号の振幅補
正を行うことを特徴とする位置または角度の検出方法。 - 【請求項10】 請求項2ないし9いずれか1項に記載
の位置または角度の検出方法において、 増幅率が変更可能な可変増幅器を有し、該可変増幅器の
増幅率を変えることで周期信号の振幅補正を行うことを
特徴とする位置または角度の検出方法。 - 【請求項11】 請求項2ないし10いずれか1項に記
載の位置または角度の検出方法において、 周期信号の最大値と最小値の差からオフセット補正値を
求め、周期信号のオフセット補正を行うことを特徴とす
る位置または角度の検出方法。 - 【請求項12】 請求項11に記載の位置または角度の
検出方法において、 2つの周期信号が交差する第1の交点の振幅を検出し、
該検出した交点の振幅と各周期信号が望ましい位相差で
あるときの第2の交点との差を求め、 前記第1の交点および第2の交点間の振幅の差から各周
期信号が望ましい状態にあるときの位相からのずれ量で
ある位相誤差を求め、 前記位相誤差から各周期信号の位相差を望ましい位相差
に補正するための係数である補正係数を求め、 前記2つの周期信号を前記補正係数を用いて位相補正す
ることを特徴とする位置または角度の検出方法。 - 【請求項13】 請求項12に記載の位置または角度の
検出方法において、 交点の振幅の検出は、2つの周期信号間の差の絶対値が
あらかじめ決められた範囲より小さいところで行うこと
を特徴とする位置または角度の検出方法。 - 【請求項14】 請求項12に記載の位置または角度の
検出方法において、 交点の振幅の検出は、2つの周期信号間の差の絶対値が
最小となるところで行うことを特徴とする位置または角
度の検出方法。 - 【請求項15】 請求項12ないし14いずれか1項に
記載の位置または角度の検出方法において、 第1の交点および第2の交点間の振幅の差から位相誤差
を求めることを、各周期信号の位相差が望ましい状態に
あるときの交点付近で周期信号を線形化し、代数計算で
求めることにより行うことを特徴とする位置または角度
の検出方法。 - 【請求項16】 請求項12ないし14いずれか1項に
記載の位置または角度の検出方法において、 第1の交点および第2の交点間の振幅の差から位相誤差
を求めることを、各周期信号の位相差が望ましい状態に
あるときの交点付近における逆三関数のテーブルを参照
することにより行うことを特徴とする位置または角度の
検出方法。 - 【請求項17】 請求項12ないし14いずれか1項に
記載の位置または角度の検出方法において、 第1の交点および第2の交点間の振幅の差から位相誤差
を求めることを、逆三角関数の計算によって行うことを
特徴とする位置または角度の検出方法。 - 【請求項18】 請求項2ないし11いずれか1項に記
載の位置または角度の検出方法において、 2つの周期信号のうちいずれか一方を基準信号とし、 前記基準信号がある位相のときに他方の信号の振幅を測
定し、 前記振幅から各周期信号が望ましい状態にあるときの位
相からの位相のずれ量である位相誤差を求め、 前記位相誤差から各信号の位相差を望ましい位相差に補
正するための補正係数を求め、 前記2つの周期信号を前記補正係数を用いて位相補正す
ることを特徴とする位置または角度の検出方法。 - 【請求項19】 請求項12ないし18いずれか1項に
記載の位置または角度の検出方法において、 補正係数は、位相誤差に基づいた近似計算により求め、 前記近似計算は、漸化式の反復計算を有限回繰り返すこ
とを特徴とする位置または角度の検出方法。 - 【請求項20】 請求項12ないし18いずれか1項に
記載の位置または角度の検出方法において、 補正係数は、位相誤差と補正係数との関係のテーブルを
参照して求めることを特徴とする位置または角度の検出
方法。 - 【請求項21】 請求項12ないし18いずれか1項に
記載の位置または角度の検出方法において、 補正係数は、位相誤差に基づいた三角関数の計算によっ
て求めることを特徴とする位置または角度の検出方法。 - 【請求項22】 請求項12ないし21いずれか1項に
記載の位置または角度の検出方法において、 2つの周期信号の値と補正係数とを用いた位相補正の計
算は代数計算で求めることを特徴とする位置または角度
の検出方法。 - 【請求項23】 位相差を有する周期が等しい2つの周
期信号のそれぞれをデジタル化するためのアナログデジ
タル変換手段と、 前記デジタル化された2つの周期信号を使って、請求項
2ないし22のいずれかに記載の方法により、等分され
た領域の数の計算、前記等分された領域内の内挿値を求
める計算、位置または角度を求める計算、前記2つの周
期信号の比の計算、前記異常判定、および位相の補正を
おこなうデジタル信号処理手段と、を有することを特徴
とする位置または角度の検出方法。 - 【請求項24】 請求項23に記載の位置または角度の
検出方法において、 前記内挿データの数を、2のべき乗とすることを特徴と
する位置または角度の検出方法。 - 【請求項25】 請求項23または24に記載の位置ま
たは角度の検出方法において、 電源のオンオフにかかわらず記憶値を失わない記憶手段
を有し、 デジタル信号処理手段は、補正係数を装置に記憶してお
き、電源をオンにしたときの前回の補正値を使って補正
することを特徴とする位置または角度の検出方法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7234109A JPH08145719A (ja) | 1994-09-22 | 1995-09-12 | 位置または角度の検出方法 |
US08/531,056 US5719789A (en) | 1994-09-22 | 1995-09-20 | Method of and apparatus for detecting an amount of displacement |
EP95114913A EP0704678B1 (en) | 1994-09-22 | 1995-09-21 | Method of and apparatus for detecting an amount of displacement |
DE69524347T DE69524347T2 (de) | 1994-09-22 | 1995-09-21 | Vorrichtung und Verfahren zum Wegmessung |
KR1019950031278A KR100204454B1 (ko) | 1994-09-22 | 1995-09-22 | 변위량 검출방법 및 장치 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22773294 | 1994-09-22 | ||
JP6-227732 | 1994-09-22 | ||
JP7234109A JPH08145719A (ja) | 1994-09-22 | 1995-09-12 | 位置または角度の検出方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08145719A true JPH08145719A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=26527837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7234109A Pending JPH08145719A (ja) | 1994-09-22 | 1995-09-12 | 位置または角度の検出方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5719789A (ja) |
EP (1) | EP0704678B1 (ja) |
JP (1) | JPH08145719A (ja) |
KR (1) | KR100204454B1 (ja) |
DE (1) | DE69524347T2 (ja) |
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