複合自己校正機能付き角度検出器
【課題】センサヘッドの個数を最少限にとどめながら、高次成分まで周波数成分の抜けがない、精度の高い校正値を得る。
【解決手段】目盛り盤の周囲に等間隔に配置される第1センサヘッドと、該第1センサヘッドの1つの位置に、第1センサヘッドに換えて配置した第2センサヘッドとからなり、第2センサヘッドと各第1センサヘッドとの計測差を求めて平均値を得ることにより自己校正を行う自己校正機能付き角度検出器において、第1センサヘッド及び第2センサヘッドを、等間隔にL個配置した第1の組と、等間隔にM個配置した第2の組で校正し、第2の組により求めた校正値を、目盛り盤に設けられた全目盛りの数をPとしたとき、j*P/L(j=1〜L−1)目盛りずつ位相をずらせ、第2の組により求めた校正値と、シフトされた校正値との平均値を求め、該平均値を第1の組により求めた校正値とを加算して校正値として出力する。
【解決手段】目盛り盤の周囲に等間隔に配置される第1センサヘッドと、該第1センサヘッドの1つの位置に、第1センサヘッドに換えて配置した第2センサヘッドとからなり、第2センサヘッドと各第1センサヘッドとの計測差を求めて平均値を得ることにより自己校正を行う自己校正機能付き角度検出器において、第1センサヘッド及び第2センサヘッドを、等間隔にL個配置した第1の組と、等間隔にM個配置した第2の組で校正し、第2の組により求めた校正値を、目盛り盤に設けられた全目盛りの数をPとしたとき、j*P/L(j=1〜L−1)目盛りずつ位相をずらせ、第2の組により求めた校正値と、シフトされた校正値との平均値を求め、該平均値を第1の組により求めた校正値とを加算して校正値として出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は回転角度を検出するロータリエンコーダ等の角度検出器に関し、特に自己校正機能を備えることにより角度検出器が出力する角度情報に含まれる使用環境下での取り付け軸偏心、角度検出器の経年変化の影響等により発生する角度誤差も含めた目盛りの校正値を求めることができるようにした自己校正機能付き角度検出器の改良に関する。
【背景技術】
【0002】
ロータリエンコーダ等の角度検出器の一般的な原理は、円形の目盛り盤の周囲に目盛りが刻まれ、その目盛り本数を目盛り読み取り用のセンサヘッドで数えることにより角度情報を出力する装置であり各種の装置が用いられている。角度検出器は、目盛りを人工的に書き込むため、目盛り線は等角度間隔には書き込まれておらず、その目盛り線の位置から得られる角度情報には誤差が生ずる。図1の放射状の直線は理想的な目盛り線位置(等角度間隔線)であり、放射状の短い破線は実際の目盛り線位置で、理想位置からの差をプロットしたのが図1の右のグラフになる。
【0003】
図1右図の点が角度検出器の目盛り線の校正値になり、図では目盛り線が36本あるとして描かれているが、実際の角度検出器は数千から数10万本の目盛り線がある。これらの線を校正する方法として、2つの角度検出器の目盛りを互いに比較し、自己校正する方法が幾つかある。この方法では2つの角度検出器が校正されていなくても、同時に校正することができるため、上位の高精度な角度検出器を必要としない。なお、自己校正の意味は、角度誤差が未知数の2つの角度検出器を比べても、同時に両方の角度誤差である校正値がわかるということである。
【0004】
角度の国家標準器(角度測定器)では、角度測定器の内部にある角度検出器とその上部に設置されている被校正角度検出器を、等分割平均法による自己校正方法を用いて校正している。
【0005】
図2を用いて等分割平均法を単純化し簡単に説明する。下部の第1角度検出器11の目盛り盤に配置されている第1センサヘッド12、12・・・の一つと、上部の第2角度検出器13の目盛り盤に配置されている第2センサヘッド14の目盛り信号の差を測定(SA1)する。次に下部隣の別のセンサヘッド12と上部の第2センサヘッド14の差(SA2)を同様に測定する。同様に他の第1センサヘッド12と第2センサヘッド14の差を測定し、それら(SA1,SA2,SA3,SA4,SA5)の平均値SAVを求めると、上部の第2角度検出器13の校正曲線が求まるという方法である。
下部の第1角度検出器11から出力される角度誤差をaiとし、上部の第2角度検出器13から出力される角度誤差をbiとすると差は、SAj=bi−ai+(j-1)P/Nとなり、平均値SAVは、
【数1】
となる。ここで、i=1,2,3,..,Pは目盛り線の番号であり、Pは目盛り盤に設けられた目盛りの総数である。
第1センサヘッド12は5箇所設置する場合は一周360°の5分の1の角度間隔で配置する。N個の角度検出器を配置する場合は同様にN分の1の等角度間隔に配置する。これは等分割平均法と読ばれる。
【0006】
出願人は、下記特許文献1に示されるように、角度検出器の校正時に、校正装置内の角度検出器との回転軸の接続時に発生する軸偏心による誤差を解消するために、角度検出器自身が軸偏心の影響や角度検出器の経年変化等も含めて目盛りの校正値を得ることを可能にすることによって、常に正確な校正を行うことができると共に、小型することができるようにした自己校正機能付き角度検出器を提案している。
【0007】
下記特許文献1のものによれば、回転軸に固定した目盛り盤の周囲にセンサヘッドを備えた角度検出器において、同一目盛り盤の周囲に複数の第1センサヘッドと、1個の第2センサヘッドとを備え、前記第2センサヘッドと各第1センサヘッドとの計測差を求めて平均値を得ることにより自己校正を行うことにより、目盛りの校正値と共に回転軸の接続による誤差等も検出でき、またその角度検出器の使用中においても、回転軸の接続操作なしに必要なとき校正作業を容易に行うことができ、長期間安定して正確な計測を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第3826207号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記先行技術において、図3に示されるように、ロータリエンコーダの目盛盤(目盛りの数P=36000)の周りに、7個の目盛読み取り用のセンサヘッドを等角度間隔(360°/7)に配置した場合、得られた校正値を図4、その校正値の周波数成分分析結果を図5に示す。
【0010】
同様に、図6に示されるように、ロータリエンコーダの目盛盤の周りに、12個のセンサヘッドを等角度間隔に配置した場合、得られた校正値を図7、その校正値の周波数成分分析結果を図8に示す。
【0011】
以上の周波数成分分析結果から明らかなように、7個配置した場合は7の倍数次の成分が求まらず、12個配置した場合は12の倍数次の成分が求まらない。
すなわち、等角度間隔にセンサヘッドをN個配置した場合はNの倍数次の周波数成分が求まらない。
これは任意の周期曲線について数学的に証明できる性質、「任意の周期曲線は、任意の正の整数Nに対して、その曲線の位相を周期の1/NずつずらしたN個の曲線の平均をとると、元の曲線の周波数成分の中でNの整数倍次の周波数成分だけを持った曲線が得られる」を用いると、上記特許文献1の[数3]で示す校正値SAVが右辺第2項はNの倍数次の周波数成分を持った曲線に対応し、このため左辺はNの倍数次の周波数成分がもとまらないことに起因する。
つまり、段落0005で示した式において、bi=aiであるから、次式が得られる。
【数2】
ここで、i=1,2,3,...,Pは目盛り線の番号であり、右辺第2項はaiを周期の1/NずつずらしたN個の曲線の平均値になるため、左辺はaiからaiのNの整数倍次の周波数成分が差し引かれた校正値となる。
【0012】
一般に、ロータリエンコーダの角度誤差は、低次成分が大きく、高次成分になるにしたがって小さくなる傾向があるから、より高次成分まで成分の抜けがない、精度の高い校正値を求めるためには、等角度間隔に配置するセンサヘッドの数Nを大きくせざるを得ず、高価なセンサヘッドを増やすことになり、大幅なコストアップを余儀なくされる。
【0013】
そこで、本発明は、センサヘッドの個数を最小限にとどめながら、先行技術において当該個数で得られる次数よりはるかに高い高次成分まで成分の抜けがない、精度の高い校正値を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
この課題を解決するため、本発明の自己校正機能付き角度検出器は、回転軸に固定した目盛り盤の周囲に目盛り読み取り用のセンサヘッドを備えた角度検出器であって、同一目盛り盤の周囲に等間隔に配置される第1センサヘッドと、該第1センサヘッドの1つの位置に、第1センサヘッドに換えて配置した第2センサヘッドとからなり、前記第2センサヘッドと各第1センサヘッドとの計測差を求めて平均値を得ることにより自己校正を行う自己校正機能付き角度検出器において、前記第1センサヘッド及び第2センサヘッドは、等間隔にL個配置した第1の組と、等間隔にM個配置した第2の組からなり、前記第2の組により求めた校正値を、前記目盛り盤に設けられた全目盛りの数をPとしたとき、j*P/L(j=1〜L−1)目盛りずつ位相をずらせる位相シフト手段と、前記第2の組により求めた校正値と、前記位相シフト手段により求めた(L−1)個のシフトされた校正値との平均値を求め、該平均値を前記第1の組により求めた校正値とを加算して校正値として出力する演算手段を備えている。
ただし、jは自然数であり、かつ、LとMは、両者の最小公倍数が両者の和より大きくなる自然数とする。
【0015】
同一目盛り盤の周囲に等間隔に配置される第1の組と前記第2の組のセンサヘッドうち、その1つを共有するようにしてもよい。
【発明の効果】
【0016】
本発明による自己校正機能付き角度検出器は、第1センサヘッド及び第2センサヘッドの第1の組はL個(例えば4個)、第2の組はM個(例えば7個)、合計(M+N)個のセンサヘッドを使用し、第2の組により求めた校正値を、目盛り盤に設けられた目盛りの数をPとしたとき、j*P/L(j=1〜L−1)目盛りずつ位相をシフトさせ、第2の組により求めた校正値と、位相シフト手段により求めた(L−1)個のシフトされた校正値の平均値を求め、該平均値を第1の組により求めた校正値とを加算して校正値として出力することにより、第1の組により求めることのできなかった、Lの倍数次の周波数成分を補完し、MとNの最小公倍数まで、すなわち、MとNの最小公倍数のセンサヘッドを用いた場合と同等の精度を得ることが可能になる。
【0017】
同一目盛り盤の周囲に等間隔に配置される第1の組と第2の組のセンサヘッドうち、その1つを共有すれば、必要なセンサヘッドをさらにひとつ減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】ロータリエンコーダの原理を示す図である。
【図2】等分割平均法を用いた角度検出器を示す図である。
【図3】センサヘッドを7個等間隔に配置した場合の配置図である。
【図4】センサヘッドを7個等間隔に配置した場合に得られる校正値を示す図である。
【図5】センサヘッドを7個等間隔に配置した場合に得られる校正値の周波数成分分析結果を示す図である。
【図6】センサヘッドを12個等間隔に配置した場合の配置図である。
【図7】センサヘッドを12個等間隔に配置した場合に得られる校正値を示す図である。
【図8】センサヘッドを12個等間隔に配置した場合に得られる校正値の周波数成分を示す図である。
【図9】本発明の実施例による、センサヘッドを4個等間隔に配置した第1の組とセンサヘッドを7個等間隔に配置した第2の組の配置を示す図である。
【図10】センサヘッドを4個等間隔に配置した場合に得られる校正値を示す図である。
【図11】センサヘッドを4個等間隔に配置した場合に得られる校正値の周波数成分分析結果を示す図である。
【図12】本発明の実施例による、センサヘッドを7個等間隔に配置した第2の組による校正値(1番上の曲線)を、全目盛り数を36000としたとき、9000目盛りずつ位相シフトさせることで、2、3、4番目の曲線を作成し、さらにこれら4本の曲線の平均値を求めた値を5番目の曲線で示した図である。
【図13】本発明の実施例によるセンサヘッドを7個等間隔に配置した第2の組による校正値と、9000目盛りずつシフトさせた3つの曲線の平均値の周波数成分分析結果を示す図である。
【図14】本発明の実施例による、図12に示すセンサヘッドを7個等間隔に配置した第2の組により得られる上から5番目の曲線と図10に示すセンサヘッドを4個等間隔に配置した第1の組により得られる校正値とを加算して得られる校正値を示す図である。
【図15】本発明の実施例による、校正値の周波数成分分析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【0019】
図9は、目盛り盤(目盛りの数P=36000)の1の位置を起点として、360°/4毎に1/4〜4/4の4個のセンサヘッドを第1の組として、また、360°/7毎に1/7〜7/7の7個のセンサヘッドを第2の組として配置するとともに、同じく目盛り盤の1の位置を起点として配置した例を示しており、目盛り盤の1の位置において、90°毎に1/4と360°/7毎に1/7は共用できるから、センサヘッドは全体で10個用いている。
なお、この例では、角度検出器は、第1の組、第2の組それぞれにおいて、上記特許文献1に記載されているように、1個のセンサヘッドと他のセンサヘッドとの計測差を求め、自己校正を行う自己校正機能を有している。
【0020】
センサヘッドを360°/7毎に1/7〜7/7の7個のセンサヘッドを配置した場合について、上記特許文献1に記載されている自己校正機能による校正値及びその校正値の周波数成分分析結果については、従来技術として説明した図4及び図5に示されているから、センサヘッドを目盛り盤の1を起点に90°毎に4個のセンサヘッドを配置した場合、得られた校正値を図10、その校正値の周波数成分分析結果を図11に示す。
前述の説明から明らかなように、この場合は、4の倍数次の周波数成分(4、8、12・・・・)を求めることができない。
【0021】
一方、センサヘッドを目盛り盤の1の位置を起点として、360°/7毎に1/7〜7/7の7個配置した場合は、前述のとおり、7個配置した場合は7の倍数次の成分が求まらず、12個配置した場合は12の倍数次の成分を求めることができない。
【0022】
そこで、本発明に基づいて、目盛盤にM個のセンサヘッド(図9の例では7個)を等角度間隔に配置したときに得られる校正値と、L個のセンサヘッド(図9の例では4個)を等角度間隔に配置したときに得られる校正値から、校正値を求める手順について説明する。
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
このμi(-7,4)の周波数成分を計算すると、図13に示すように4の倍数次の周波数成分のみを持つ。ただし、7の倍数次成分は含まれていない。したがって、28の倍数次成分が含まれていないことになる。
【0031】
【0032】
このように、図6のように12個のセンサヘッドを用いた場合でも、従来のものでは、12次、24次・・・の周波数成分を求めることが不可能であったが、上述の例では、10個のセンサヘッドで、1〜27次までの周波数成分を求めることができる。
なお、上記の例では、目盛り盤の1の位置において、90°毎に1/4と360°/7毎に1/7は共用できるから、センサヘッドはさらに一個減らすことができる。
【産業上の利用可能性】
【0033】
本発明は、高価なセンサヘッドの使用個数を低減しつつ、高次成分まで回転角度検出を行うことができるので、大幅なコストアップを招くことなく、特に精密な回転角度測定を行う必要がある産業分野において、広くかつ有効に利用することができる。
【符号の説明】
【0034】
11 第1角度検出器
12 第1角度検出器に配置されている第1センサヘッド
13 第2角度検出器
14 第2角度検出器に配置されている第2センサヘッド
【技術分野】
【0001】
本発明は回転角度を検出するロータリエンコーダ等の角度検出器に関し、特に自己校正機能を備えることにより角度検出器が出力する角度情報に含まれる使用環境下での取り付け軸偏心、角度検出器の経年変化の影響等により発生する角度誤差も含めた目盛りの校正値を求めることができるようにした自己校正機能付き角度検出器の改良に関する。
【背景技術】
【0002】
ロータリエンコーダ等の角度検出器の一般的な原理は、円形の目盛り盤の周囲に目盛りが刻まれ、その目盛り本数を目盛り読み取り用のセンサヘッドで数えることにより角度情報を出力する装置であり各種の装置が用いられている。角度検出器は、目盛りを人工的に書き込むため、目盛り線は等角度間隔には書き込まれておらず、その目盛り線の位置から得られる角度情報には誤差が生ずる。図1の放射状の直線は理想的な目盛り線位置(等角度間隔線)であり、放射状の短い破線は実際の目盛り線位置で、理想位置からの差をプロットしたのが図1の右のグラフになる。
【0003】
図1右図の点が角度検出器の目盛り線の校正値になり、図では目盛り線が36本あるとして描かれているが、実際の角度検出器は数千から数10万本の目盛り線がある。これらの線を校正する方法として、2つの角度検出器の目盛りを互いに比較し、自己校正する方法が幾つかある。この方法では2つの角度検出器が校正されていなくても、同時に校正することができるため、上位の高精度な角度検出器を必要としない。なお、自己校正の意味は、角度誤差が未知数の2つの角度検出器を比べても、同時に両方の角度誤差である校正値がわかるということである。
【0004】
角度の国家標準器(角度測定器)では、角度測定器の内部にある角度検出器とその上部に設置されている被校正角度検出器を、等分割平均法による自己校正方法を用いて校正している。
【0005】
図2を用いて等分割平均法を単純化し簡単に説明する。下部の第1角度検出器11の目盛り盤に配置されている第1センサヘッド12、12・・・の一つと、上部の第2角度検出器13の目盛り盤に配置されている第2センサヘッド14の目盛り信号の差を測定(SA1)する。次に下部隣の別のセンサヘッド12と上部の第2センサヘッド14の差(SA2)を同様に測定する。同様に他の第1センサヘッド12と第2センサヘッド14の差を測定し、それら(SA1,SA2,SA3,SA4,SA5)の平均値SAVを求めると、上部の第2角度検出器13の校正曲線が求まるという方法である。
下部の第1角度検出器11から出力される角度誤差をaiとし、上部の第2角度検出器13から出力される角度誤差をbiとすると差は、SAj=bi−ai+(j-1)P/Nとなり、平均値SAVは、
【数1】
となる。ここで、i=1,2,3,..,Pは目盛り線の番号であり、Pは目盛り盤に設けられた目盛りの総数である。
第1センサヘッド12は5箇所設置する場合は一周360°の5分の1の角度間隔で配置する。N個の角度検出器を配置する場合は同様にN分の1の等角度間隔に配置する。これは等分割平均法と読ばれる。
【0006】
出願人は、下記特許文献1に示されるように、角度検出器の校正時に、校正装置内の角度検出器との回転軸の接続時に発生する軸偏心による誤差を解消するために、角度検出器自身が軸偏心の影響や角度検出器の経年変化等も含めて目盛りの校正値を得ることを可能にすることによって、常に正確な校正を行うことができると共に、小型することができるようにした自己校正機能付き角度検出器を提案している。
【0007】
下記特許文献1のものによれば、回転軸に固定した目盛り盤の周囲にセンサヘッドを備えた角度検出器において、同一目盛り盤の周囲に複数の第1センサヘッドと、1個の第2センサヘッドとを備え、前記第2センサヘッドと各第1センサヘッドとの計測差を求めて平均値を得ることにより自己校正を行うことにより、目盛りの校正値と共に回転軸の接続による誤差等も検出でき、またその角度検出器の使用中においても、回転軸の接続操作なしに必要なとき校正作業を容易に行うことができ、長期間安定して正確な計測を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第3826207号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記先行技術において、図3に示されるように、ロータリエンコーダの目盛盤(目盛りの数P=36000)の周りに、7個の目盛読み取り用のセンサヘッドを等角度間隔(360°/7)に配置した場合、得られた校正値を図4、その校正値の周波数成分分析結果を図5に示す。
【0010】
同様に、図6に示されるように、ロータリエンコーダの目盛盤の周りに、12個のセンサヘッドを等角度間隔に配置した場合、得られた校正値を図7、その校正値の周波数成分分析結果を図8に示す。
【0011】
以上の周波数成分分析結果から明らかなように、7個配置した場合は7の倍数次の成分が求まらず、12個配置した場合は12の倍数次の成分が求まらない。
すなわち、等角度間隔にセンサヘッドをN個配置した場合はNの倍数次の周波数成分が求まらない。
これは任意の周期曲線について数学的に証明できる性質、「任意の周期曲線は、任意の正の整数Nに対して、その曲線の位相を周期の1/NずつずらしたN個の曲線の平均をとると、元の曲線の周波数成分の中でNの整数倍次の周波数成分だけを持った曲線が得られる」を用いると、上記特許文献1の[数3]で示す校正値SAVが右辺第2項はNの倍数次の周波数成分を持った曲線に対応し、このため左辺はNの倍数次の周波数成分がもとまらないことに起因する。
つまり、段落0005で示した式において、bi=aiであるから、次式が得られる。
【数2】
ここで、i=1,2,3,...,Pは目盛り線の番号であり、右辺第2項はaiを周期の1/NずつずらしたN個の曲線の平均値になるため、左辺はaiからaiのNの整数倍次の周波数成分が差し引かれた校正値となる。
【0012】
一般に、ロータリエンコーダの角度誤差は、低次成分が大きく、高次成分になるにしたがって小さくなる傾向があるから、より高次成分まで成分の抜けがない、精度の高い校正値を求めるためには、等角度間隔に配置するセンサヘッドの数Nを大きくせざるを得ず、高価なセンサヘッドを増やすことになり、大幅なコストアップを余儀なくされる。
【0013】
そこで、本発明は、センサヘッドの個数を最小限にとどめながら、先行技術において当該個数で得られる次数よりはるかに高い高次成分まで成分の抜けがない、精度の高い校正値を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
この課題を解決するため、本発明の自己校正機能付き角度検出器は、回転軸に固定した目盛り盤の周囲に目盛り読み取り用のセンサヘッドを備えた角度検出器であって、同一目盛り盤の周囲に等間隔に配置される第1センサヘッドと、該第1センサヘッドの1つの位置に、第1センサヘッドに換えて配置した第2センサヘッドとからなり、前記第2センサヘッドと各第1センサヘッドとの計測差を求めて平均値を得ることにより自己校正を行う自己校正機能付き角度検出器において、前記第1センサヘッド及び第2センサヘッドは、等間隔にL個配置した第1の組と、等間隔にM個配置した第2の組からなり、前記第2の組により求めた校正値を、前記目盛り盤に設けられた全目盛りの数をPとしたとき、j*P/L(j=1〜L−1)目盛りずつ位相をずらせる位相シフト手段と、前記第2の組により求めた校正値と、前記位相シフト手段により求めた(L−1)個のシフトされた校正値との平均値を求め、該平均値を前記第1の組により求めた校正値とを加算して校正値として出力する演算手段を備えている。
ただし、jは自然数であり、かつ、LとMは、両者の最小公倍数が両者の和より大きくなる自然数とする。
【0015】
同一目盛り盤の周囲に等間隔に配置される第1の組と前記第2の組のセンサヘッドうち、その1つを共有するようにしてもよい。
【発明の効果】
【0016】
本発明による自己校正機能付き角度検出器は、第1センサヘッド及び第2センサヘッドの第1の組はL個(例えば4個)、第2の組はM個(例えば7個)、合計(M+N)個のセンサヘッドを使用し、第2の組により求めた校正値を、目盛り盤に設けられた目盛りの数をPとしたとき、j*P/L(j=1〜L−1)目盛りずつ位相をシフトさせ、第2の組により求めた校正値と、位相シフト手段により求めた(L−1)個のシフトされた校正値の平均値を求め、該平均値を第1の組により求めた校正値とを加算して校正値として出力することにより、第1の組により求めることのできなかった、Lの倍数次の周波数成分を補完し、MとNの最小公倍数まで、すなわち、MとNの最小公倍数のセンサヘッドを用いた場合と同等の精度を得ることが可能になる。
【0017】
同一目盛り盤の周囲に等間隔に配置される第1の組と第2の組のセンサヘッドうち、その1つを共有すれば、必要なセンサヘッドをさらにひとつ減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】ロータリエンコーダの原理を示す図である。
【図2】等分割平均法を用いた角度検出器を示す図である。
【図3】センサヘッドを7個等間隔に配置した場合の配置図である。
【図4】センサヘッドを7個等間隔に配置した場合に得られる校正値を示す図である。
【図5】センサヘッドを7個等間隔に配置した場合に得られる校正値の周波数成分分析結果を示す図である。
【図6】センサヘッドを12個等間隔に配置した場合の配置図である。
【図7】センサヘッドを12個等間隔に配置した場合に得られる校正値を示す図である。
【図8】センサヘッドを12個等間隔に配置した場合に得られる校正値の周波数成分を示す図である。
【図9】本発明の実施例による、センサヘッドを4個等間隔に配置した第1の組とセンサヘッドを7個等間隔に配置した第2の組の配置を示す図である。
【図10】センサヘッドを4個等間隔に配置した場合に得られる校正値を示す図である。
【図11】センサヘッドを4個等間隔に配置した場合に得られる校正値の周波数成分分析結果を示す図である。
【図12】本発明の実施例による、センサヘッドを7個等間隔に配置した第2の組による校正値(1番上の曲線)を、全目盛り数を36000としたとき、9000目盛りずつ位相シフトさせることで、2、3、4番目の曲線を作成し、さらにこれら4本の曲線の平均値を求めた値を5番目の曲線で示した図である。
【図13】本発明の実施例によるセンサヘッドを7個等間隔に配置した第2の組による校正値と、9000目盛りずつシフトさせた3つの曲線の平均値の周波数成分分析結果を示す図である。
【図14】本発明の実施例による、図12に示すセンサヘッドを7個等間隔に配置した第2の組により得られる上から5番目の曲線と図10に示すセンサヘッドを4個等間隔に配置した第1の組により得られる校正値とを加算して得られる校正値を示す図である。
【図15】本発明の実施例による、校正値の周波数成分分析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【0019】
図9は、目盛り盤(目盛りの数P=36000)の1の位置を起点として、360°/4毎に1/4〜4/4の4個のセンサヘッドを第1の組として、また、360°/7毎に1/7〜7/7の7個のセンサヘッドを第2の組として配置するとともに、同じく目盛り盤の1の位置を起点として配置した例を示しており、目盛り盤の1の位置において、90°毎に1/4と360°/7毎に1/7は共用できるから、センサヘッドは全体で10個用いている。
なお、この例では、角度検出器は、第1の組、第2の組それぞれにおいて、上記特許文献1に記載されているように、1個のセンサヘッドと他のセンサヘッドとの計測差を求め、自己校正を行う自己校正機能を有している。
【0020】
センサヘッドを360°/7毎に1/7〜7/7の7個のセンサヘッドを配置した場合について、上記特許文献1に記載されている自己校正機能による校正値及びその校正値の周波数成分分析結果については、従来技術として説明した図4及び図5に示されているから、センサヘッドを目盛り盤の1を起点に90°毎に4個のセンサヘッドを配置した場合、得られた校正値を図10、その校正値の周波数成分分析結果を図11に示す。
前述の説明から明らかなように、この場合は、4の倍数次の周波数成分(4、8、12・・・・)を求めることができない。
【0021】
一方、センサヘッドを目盛り盤の1の位置を起点として、360°/7毎に1/7〜7/7の7個配置した場合は、前述のとおり、7個配置した場合は7の倍数次の成分が求まらず、12個配置した場合は12の倍数次の成分を求めることができない。
【0022】
そこで、本発明に基づいて、目盛盤にM個のセンサヘッド(図9の例では7個)を等角度間隔に配置したときに得られる校正値と、L個のセンサヘッド(図9の例では4個)を等角度間隔に配置したときに得られる校正値から、校正値を求める手順について説明する。
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
このμi(-7,4)の周波数成分を計算すると、図13に示すように4の倍数次の周波数成分のみを持つ。ただし、7の倍数次成分は含まれていない。したがって、28の倍数次成分が含まれていないことになる。
【0031】
【0032】
このように、図6のように12個のセンサヘッドを用いた場合でも、従来のものでは、12次、24次・・・の周波数成分を求めることが不可能であったが、上述の例では、10個のセンサヘッドで、1〜27次までの周波数成分を求めることができる。
なお、上記の例では、目盛り盤の1の位置において、90°毎に1/4と360°/7毎に1/7は共用できるから、センサヘッドはさらに一個減らすことができる。
【産業上の利用可能性】
【0033】
本発明は、高価なセンサヘッドの使用個数を低減しつつ、高次成分まで回転角度検出を行うことができるので、大幅なコストアップを招くことなく、特に精密な回転角度測定を行う必要がある産業分野において、広くかつ有効に利用することができる。
【符号の説明】
【0034】
11 第1角度検出器
12 第1角度検出器に配置されている第1センサヘッド
13 第2角度検出器
14 第2角度検出器に配置されている第2センサヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸に固定した目盛り盤の周囲に目盛り読み取り用のセンサヘッドを備えた角度検出器であって、
同一目盛り盤の周囲に等間隔に配置される第1センサヘッドと、該第1センサヘッドの1つの位置に、第1センサヘッドに換えて配置した第2センサヘッドとからなり、前記第2センサヘッドと各第1センサヘッドとの計測差を求めて平均値を得ることにより自己校正を行う自己校正機能付き角度検出器において、
前記第1センサヘッド及び第2センサヘッドは、等間隔にL個配置した第1の組と、等間隔にM個配置した第2の組からなり、
前記第2の組により求めた校正値を、前記目盛り盤に設けられた全目盛りの数をPとしたとき、j*P/L(j=1〜L−1)目盛りずつ位相をずらせる位相シフト手段と、
前記第2の組により求めた校正値と、前記位相シフト手段により求めた(L−1)個のシフトされた校正値の平均値を求め、該平均値を前記第1の組により求めた校正値とを加算して校正値として出力する演算手段を備えたことを特徴とする自己校正機能付き角度検出器。
ただし、jは自然数であり、かつ、LとMは、両者の最小公倍数が両者の和より大きくなる自然数とする。
【請求項2】
前記第1の組と前記第2の組のセンサヘッドの1つを共有したことを特徴とする請求項1記載の自己校正機能付き角度検出器。
【請求項1】
回転軸に固定した目盛り盤の周囲に目盛り読み取り用のセンサヘッドを備えた角度検出器であって、
同一目盛り盤の周囲に等間隔に配置される第1センサヘッドと、該第1センサヘッドの1つの位置に、第1センサヘッドに換えて配置した第2センサヘッドとからなり、前記第2センサヘッドと各第1センサヘッドとの計測差を求めて平均値を得ることにより自己校正を行う自己校正機能付き角度検出器において、
前記第1センサヘッド及び第2センサヘッドは、等間隔にL個配置した第1の組と、等間隔にM個配置した第2の組からなり、
前記第2の組により求めた校正値を、前記目盛り盤に設けられた全目盛りの数をPとしたとき、j*P/L(j=1〜L−1)目盛りずつ位相をずらせる位相シフト手段と、
前記第2の組により求めた校正値と、前記位相シフト手段により求めた(L−1)個のシフトされた校正値の平均値を求め、該平均値を前記第1の組により求めた校正値とを加算して校正値として出力する演算手段を備えたことを特徴とする自己校正機能付き角度検出器。
ただし、jは自然数であり、かつ、LとMは、両者の最小公倍数が両者の和より大きくなる自然数とする。
【請求項2】
前記第1の組と前記第2の組のセンサヘッドの1つを共有したことを特徴とする請求項1記載の自己校正機能付き角度検出器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【公開番号】特開2011−99804(P2011−99804A)
【公開日】平成23年5月19日(2011.5.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−255714(P2009−255714)
【出願日】平成21年11月9日(2009.11.9)
【出願人】(301021533)独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年5月19日(2011.5.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年11月9日(2009.11.9)
【出願人】(301021533)独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Fターム(参考)】
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