JP2007327770A

JP2007327770A - Output signal correcting device and output signal correcting method of digital scale

Info

Publication number: JP2007327770A
Application number: JP2006157172A
Authority: JP
Inventors: Masateru Doi; 正照土居; Takayuki Kurata; 隆行倉田; Naoyuki Harada; 直幸原田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-06-06
Also published as: JP4979988B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a digital scale output signal correcting device for accurately detecting and correcting an offset, gain and a phase of a two-phase sine wave signal of an encoder. <P>SOLUTION: A correction is made by offset addition and primary conversion, by determining an error in the respective offset, gain and phase of a two-phase signal, by using a large number of data of six pieces or more, with an atctan conversion value of the two-phase signal near to a sine wave as a parameter. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、サーボモータの回転角度の検出装置やリニアステージの位置検出装置の改良に関するものであり、移動体の位置を検出する際に、その検出信号である位相の異なる２相交流信号に含まれる各種の誤差成分を検出し、自動的にこの誤差を補正する出力信号補正方法、及び誤差補正機能付き位置検出方法を用いた、高精度三次元測定装置や薄板の厚み測定を行う測定装置としての出力信号補正装置に関する。 The present invention relates to improvements in a rotation angle detection device for a servo motor and a position detection device for a linear stage, and is included in a two-phase AC signal having a different phase as a detection signal when detecting the position of a moving body. As a high-precision three-dimensional measuring device and a measuring device that measures the thickness of a thin plate using an output signal correction method that automatically corrects this error and a position detection method with an error correction function The present invention relates to an output signal correction apparatus.

従来のデジタルスケール（以下、位置検出器と表記する。）の一例として、図８に示すものがある。図８の位置検出器は、被検出体の移動体１には透磁材の目盛２が取付けられており、目盛２に対向して光学センサ３０３，３０４が配設されている。光学センサ３０３及び３０４の出力Ｖ_ｘ及びＶ_ｙはそれぞれ瞬時値検出部３１０内のサンプルホールド回路３１１及び３１２に入力されると共に、位置上位桁検出回路３２０内の比較演算器３２１及び３２２に入力される。サンプルホールド回路３１１及び３１２の出力はそれぞれＡ／Ｄ変換器３１３及び３１４に入力され、Ａ／Ｄ変換されたデジタル瞬時値Ｘ＝ｃｏｓθ及びＹ＝ｓｉｎθは除算器３３１に入力され、その除算結果Ｙ／Ｘがａｒｃｔａｎ部３３２に入力されている。 An example of a conventional digital scale (hereinafter referred to as a position detector) is shown in FIG. In the position detector of FIG. 8, a magnetically permeable material scale 2 is attached to the moving body 1 of the detection object, and optical sensors 303 and 304 are disposed opposite the scale 2. The outputs V _x and V _y of the optical sensors 303 and 304 are respectively input to the sample hold circuits 311 and 312 in the instantaneous value detection unit 310 and are also input to the comparison calculators 321 and 322 in the position upper digit detection circuit 320. The The outputs of the sample and hold circuits 311 and 312 are input to A / D converters 313 and 314, respectively, and the digital instantaneous values X = cos θ and Y = sin θ that are A / D converted are input to the divider 331, and the division result Y / X is input to the arctan unit 332.

このａｒｃｔａｎ部３３２の出力は、移動体２の１目盛に相当する回転角を２π[ｒａｄｉａｎ]とした場合の１目盛の微小な位置θを内挿検出した結果である。比較演算器３２１及び３２２の出力はそれぞれパルスカウンタ３２３に入力され、計数された位置の上位桁データＴＮは位置検出部３３０内の加算器３３３に入力される。加算器３３３では上述の１目盛内の内挿検出した位置θと、位置の上位桁データＴＮとを加算することにより、移動体１の位置ＰＳを得ている。このような構成において、位置検出部３３０における処理は、マイクロプロセッサ等を用いたソフトウェア処理や、ＲＯＭテーブルを持つハードウェアで実現することが考えられる。 The output of the arctan unit 332 is the result of interpolating and detecting a minute position θ on one scale when the rotation angle corresponding to one scale on the moving body 2 is 2π [radian]. The outputs of the comparison calculators 321 and 322 are respectively input to the pulse counter 323, and the upper digit data TN of the counted position is input to the adder 333 in the position detection unit 330. The adder 333 obtains the position PS of the moving body 1 by adding the position θ detected by interpolation within the above-mentioned one scale and the upper digit data TN of the position. In such a configuration, the processing in the position detection unit 330 can be realized by software processing using a microprocessor or the like, or hardware having a ROM table.

図９は、特許文献２に示す位置検出装置を搭載するプローブ走査型３次元測定機の構成図である。図において、定盤３８１上に、ＸＹテーブル３８２が設けられる。ＸＹテーブル３８２上に架台３８３が設けられている。架台３８３上には、発振周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザからなる測定用スケール設定手段３８４と、垂直方向に上下移動するＺ軸移動台３８５と、干渉計とレンズを含む光学系からなるＺ１位置検出器３８６−１及びＺ２位置検出器３８６−２が設けられている。また、測定用スケール設定手段３８４には、各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムが含まれている。さらに、定盤３８１上に、支持体３８８を設け、この支持体３８８を介して、前記Ｚ軸移動台３８５の上方に、水平ミラーをＸ―Ｙ軸基準面３８９として設ける。そして、被測定物３８７は、定盤３８１上の、前記Ｚ１位置検出器３８６−１の下方に位置する場所に固定される。 FIG. 9 is a configuration diagram of a probe scanning type three-dimensional measuring machine equipped with the position detection device shown in Patent Document 2. In the figure, an XY table 382 is provided on a surface plate 381. A stand 383 is provided on the XY table 382. On the gantry 383, Z1 position detection comprising an optical system including a measurement scale setting means 384 made of an oscillation frequency stabilized He—Ne laser, a Z-axis moving table 385 moving up and down in the vertical direction, and an interferometer and a lens. A device 386-1 and a Z2 position detector 386-2 are provided. The measurement scale setting means 384 includes optical systems such as various mirrors, prisms, and polarizing plates. Further, a support 388 is provided on the surface plate 381, and a horizontal mirror is provided as an XY axis reference surface 389 above the Z-axis moving table 385 via the support 388. The object to be measured 387 is fixed at a position on the surface plate 381 below the Z1 position detector 386-1.

測定光は、前記各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムによって、２つに分けられ、その１つは、前記Ｚ軸移動台３８５上に設けられたＺ１位置検出器３８６−１のレンズによって、被測定物３８７上に集光され、反射されて、架台３８３上に設けたＺ１位置検出器３８６−１に入射する。他の１つは、各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムによって、直接、架台３８３上に設けたＺ１位置検出器３８６−1に入射する。このＺ１位置検出器３８６−1は、内蔵している干渉計によって、これら２つの測定光Ｆから前記被測定物の被測定点と前記架台３８３上の第１特定点との距離Ｚ1を測定する。参照光Ｆは、各種ミラー、プリズムによって、２つに分けられ、その一方の参照光Ｆが、各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムによってＸ−Ｙ軸基準面３８９のミラー上に集光されて反射され、各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムによってＺ２位置検出器３８６−２に集光されると共に、他方の参照光Ｆが各種ミラー、プリズム、偏光板等の光学システムによって、直接、Ｚ２位置検出器３８６−２に集光され、Ｚ２位置検出器３８６−２に内蔵されている干渉計によってＸ−Ｙ軸基準面３８９と、架台３８３上にある、第１特定点とのＺ軸方向の距離が特定できる第２特定点との距離Ｚ２が測定される。 The measuring light is divided into two by the optical system such as the various mirrors, prisms, polarizing plates, etc., one of which is by the lens of the Z1 position detector 386-1 provided on the Z-axis moving table 385. The light is condensed on the object to be measured 387, reflected, and incident on the Z1 position detector 386-1 provided on the gantry 383. The other is directly incident on the Z1 position detector 386-1 provided on the mount 383 by an optical system such as various mirrors, prisms, and polarizing plates. This Z1 position detector 386-1 measures a distance Z 1 between the measurement point of the object to be measured and the first specific point on the mount 383 from these two measurement lights F by means of a built-in interferometer. . The reference light F is divided into two by various mirrors and prisms, and one of the reference lights F is condensed on the mirror of the XY axis reference plane 389 by an optical system such as various mirrors, prisms, and polarizing plates. And reflected on the Z2 position detector 386-2 by an optical system such as various mirrors, prisms and polarizing plates, and the other reference light F is reflected by an optical system such as various mirrors, prisms and polarizing plates. Directly focused on the Z2 position detector 386-2, and the interferometer built in the Z2 position detector 386-2 is connected to the XY axis reference plane 389 and the first specific point on the mount 383. A distance Z2 to the second specific point where the distance in the Z-axis direction can be specified is measured.

上記三次元測定装置のＺ１位置検出器３８６−１、Ｚ２位置検出器３８６−２、Ｘ位置検出器３８６−Ｘ、Ｙ位置検出器３８６−Ｙは、図８の目盛２の替わりに、発振周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザからなる測定用スケール設定手段３８４を用いることで高精度な位置検出を実現し、図８の光学センサ３０３、３０４に対応する光学センサよりなる干渉計を配設し、図８の光学センサ出力Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙと同様に
Ｖ_ｘ＝ｃｏｓθ 及びＶ_ｙ＝ｓｉｎθ
（θは測定物の位置を示す）
となる信号Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙを出力する。 The Z1 position detector 386-1, the Z2 position detector 386-2, the X position detector 386-X, and the Y position detector 386Y of the above three-dimensional measuring apparatus have an oscillation frequency instead of the scale 2 in FIG. By using the measurement scale setting means 384 made of a stabilized He-Ne laser, highly accurate position detection is realized, and an interferometer made up of optical sensors corresponding to the optical sensors 303 and 304 in FIG. Similarly to the optical sensor outputs V _x and V _{y of FIG.} 8, V _x = cos θ and V _y = sin θ
(Θ indicates the position of the object to be measured)
The signals V _x and V _y are output.

また、測定用スケール手段３８４の発振周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長は約０．６３３μｍであり、１ｅ^−８以上の周波数安定性を持ち、光路が測定対象との間を一往復するシングルパスの場合、リサージュ１回転は波長の半分の０．３１６５μｍとなる。 The wavelength of the oscillation frequency stabilized He—Ne laser of the measuring scale means 384 is about 0.633 μm, has a frequency stability of 1e ⁻⁸ or more, and a single path in which the optical path makes a round trip between the measuring object. In this case, one rotation of Lissajous is 0.3165 μm, which is half the wavelength.

しかしながら、従来の位置検出装置では、光学センサ３０３及び３０４の出力Ｖ_ｘ及びＶ_ｙは互いに振幅が等しく、位相差が正確に９０°異なっており、また、直流オフセット成分を０として扱っている。ただし、一般的には直流オフセットについては、０でなくても予め既知である一定の値として扱っている例も多く、この場合でも位置検出部３３０の内部処理において、既知である一定の直流オフセットをＶａ及びＶｂから減算することによって、前述のように直流オフセットが０である場合と同様に扱っている。 However, in the conventional position detection device, the outputs V _x and V _y of the optical sensors 303 and 304 have the same amplitude, the phase difference is exactly 90 ° different, and the DC offset component is treated as zero. However, in general, there are many examples in which the DC offset is treated as a constant value that is known in advance even if it is not 0, and even in this case, the constant DC offset that is known in the internal processing of the position detection unit 330 Is subtracted from Va and Vb, as described above, in the same way as when the DC offset is zero.

ところが実際の位置検出装置においては、光学センサ３０３及び３０４により出力される実際の２相交流信号について、オフセット又はオフセットの変動が生じていたり、各振幅が異なっていたり、位相差が９０°からずれていたりする。図１０Ａ〜図１０Ｄは、横軸をＶ_ｘ、縦軸をＶ_ｙとしたときのＶ_ｘ、Ｖ_ｙの軌跡（リサージュ波形と呼ぶ）を具体的に表示したものである。図１０Ａは、理想的に調整された状態であり中心が原点に一致した円である。図１０Ｂはオフセットのみがずれた状態、図１０Ｃはゲインのみがずれた状態、図１０Ｄは位相のみがずれた状態をそれぞれ模式的に表示している。信号に誤差がある場合、その信号は検出されるべきｓｉｎθ，ｃｏｓθとは異なった値として検出されていた。このような誤差を含んだ検出値に基づいて演算を行なっていたので、従来は高精度な位置検出ができないという問題点があった。 However, in the actual position detection device, the actual two-phase AC signals output from the optical sensors 303 and 304 have offsets or offset fluctuations, the amplitudes are different, or the phase difference is shifted from 90 °. I'm going. FIGS. 10A to 10D specifically show the trajectories (referred to as Lissajous waveforms) of V _x and V _y when the horizontal axis is V _x and the vertical axis is V _y . FIG. 10A is a circle that is ideally adjusted and whose center coincides with the origin. FIG. 10B schematically shows a state in which only the offset is shifted, FIG. 10C schematically shows a state in which only the gain is shifted, and FIG. 10D schematically shows a state in which only the phase is shifted. When there was an error in the signal, the signal was detected as a value different from sin θ and cos θ to be detected. Since the calculation is performed based on the detection value including such an error, there has been a problem that the position cannot be detected with high accuracy.

なお、従来そのような場合に、図１１のようにＶ_ｘ、Ｖ_ｙをＶ_ｘオフセット調整用可変抵抗３１５、Ｖ_ｘゲイン調整用可変抵抗３１６、Ｖ_ｙオフセット調整用可変抵抗３１７、Ｖ_ｙゲイン調整用可変抵抗３１８による各誤差補正回路を設けることにより対処している。しかし、当該各誤差補正回路はハード的に処理を行うため、可変抵抗等の人間または自動機による調整が必要であり、Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙの位相差を９０°の調整を抵抗等の安価な部品のみで実現することはむずかしかった。さらに、人為的な調整ミスが発生したり、回路素子の温度変動等による特性変化や経年変化による特性劣化等により、常に高精度な位置検出を行なうことができなかった。 Conventionally, in such a case, as shown in FIG. 11, V _x and V _y are changed to V _x offset adjusting variable resistor 315, V _x gain adjusting variable resistor 316, V _y offset adjusting variable resistor 317, and V _y gain. This is dealt with by providing each error correction circuit with an adjustment variable resistor 318. However, since each error correction circuit performs hardware processing, adjustment by a human or automatic machine such as a variable resistor is necessary, and adjustment of the phase difference of V _x and V _y by 90 ° is inexpensive such as resistance. It was difficult to achieve with only parts. Furthermore, position detection cannot always be performed with high accuracy due to an artificial adjustment error, characteristic changes due to temperature fluctuations of circuit elements, characteristic deterioration due to secular changes, and the like.

図１２，１３は、従来の補正を行う３次元測定機により、被測定物３８７に平面度の保障された平面を設置して、測定した一例である。被測定物３８７は水平に設置するが、実作業上１μｍ／ｍｍ以下の傾きをなくすことは難しいため、測定結果よりデータの後処理により、平面の傾き分を補正して表示している（当該平面の傾き分の補正を、以下、傾き補正と表記する）。 FIGS. 12 and 13 show an example in which a flat surface with a guaranteed flatness is set on the measurement object 387 using a conventional three-dimensional measuring machine that performs correction. The object to be measured 387 is installed horizontally, but since it is difficult to eliminate the inclination of 1 μm / mm or less in actual work, the inclination of the plane is corrected and displayed by the post-processing of the data from the measurement result (the relevant The correction of the plane inclination is hereinafter referred to as inclination correction).

図１２の測定結果は、傾き補正つきで１．２ｍｍ／秒にてＹ方向（横軸（ｍｍ））に測定した結果である。被測定物の設置条件は変えずに、左側は本補正を実施せずに測定した場合である。実際の測定物は、Ｙ方向に０．３６μｍ／ｍｍの傾きがあり、リサージュ１回転あたりが発振周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長の半分、つまり約０．３１５μｍにあたる。したがって、補正前の左側の測定データは、Ｙ方向に
０．３１５[μｍ]／０．３６[μｍ／ｍｍ]＝０．８７５ｍｍ
ごとの周期的な変動（測定誤差）が発生することが予想され、実際に補正前のデータには、約１ｍｍ弱ごとに約５ｎｍの周期的誤差があることが確認できる。 The measurement result of FIG. 12 is the result of measurement in the Y direction (horizontal axis (mm)) at 1.2 mm / second with tilt correction. The left-hand side is the case where measurement is performed without performing this correction without changing the installation conditions of the object to be measured. The actual measurement object has an inclination of 0.36 μm / mm in the Y direction, and one rotation of the Lissajous corresponds to half the wavelength of the oscillation frequency stabilized He—Ne laser, that is, about 0.315 μm. Therefore, the measurement data on the left before correction is 0.315 [μm] /0.36 [μm / mm] = 0.875 mm in the Y direction.
It is expected that a periodic variation (measurement error) occurs every time, and it can be confirmed that the data before correction actually has a periodic error of about 5 nm for every about 1 mm.

図１０Ｂ〜図１０Ｄのような誤差を含んだ検出値に基づいて演算を行なうことにより、高精度な位置検出ができないという問題を解決するため、特許第３０２６９４９号（特許文献３）に開示されるように、２相交流信号Ｖ_ｘ，Ｖ_ｙの複数組の瞬時値から検出する誤差検出方法を提案している。たとえば、特許第３０２６９４９号においては、図１４、図１５に示すようにＶ_ｘがゼロクロスするときのＶ_ｙ１、Ｖ_ｙ２と、Ｖ_ｙがゼロクロスするときのＶ_ｘ１，Ｖ_ｘ２とを求め、Ｖ_ｙ１とＶ_ｙ２の平均（Ｖ_ｙ１＋Ｖ_ｙ２）／２、Ｖ_ｘ１とＶ_ｘ２の平均（Ｖ_ｘ１＋Ｖ_ｘ２）／２をオフセットとする方法が提案されている。 In order to solve the problem that high-precision position detection cannot be performed by performing calculations based on detection values including errors as shown in FIGS. 10B to 10D, Japanese Patent No. 3026949 (Patent Document 3) discloses. Thus, an error detection method for detecting from a plurality of sets of instantaneous values of the two-phase AC signals V _x and V _y has been proposed. For example, in Japanese Patent No. 3026949, as shown in FIGS. 14 and 15, V _y 1 and V _y 2 when V _x zero-crosses and V _x 1 and V _x 2 when V _y zero-crosses are obtained. A method is proposed in which the average of V _y 1 and V _y 2 (V _y 1 + V _y 2) / 2 and the average of V _x 1 and V _x 2 (V _x 1 + V _x 2) / 2 are offset.

また、特許第３０９２１００号（特許文献１）においては、Ｖ_ｘがゼロクロスするときのＶ_ｘ１、Ｖ_ｘ２と、Ｖ_ｙがゼロクロスするときのＶ_ｘ１，Ｖ_ｘ２、Ｖ_ｘ＝Ｖ_ｙとなるときのＶ_ｘ３、Ｖ_ｙ３の６つのＶ_ｘ、Ｖ_ｙの組から、オフセット、ゲイン、位相差を求める方法が提案されている。
特許第３０９２１００号公報特許第３０４６６３５号公報特許第３０２６９４９号公報 In Japanese Patent No. 3092100 (Patent Document 1), V _x 1 and V _x 2 when V _x zero-crosses, and V _x 1, V _x 2 and V _x = V _y when V _y zero-crosses. A method for obtaining an offset, a gain, and a phase difference from a set of six V _x and V _y of V _x 3 and V _y 3 is proposed.
Japanese Patent No. 3092100 Japanese Patent No. 3046635 Japanese Patent No. 3026949

しかしながら、前記従来の特許第３０２６９４９号（特許文献３）に開示された方法では、図１６に示すように、２つの正弦波入力Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙの間に位相誤差がある場合は、ゼロクロスの平均で求めた位置と真の中心は異なるため、正確に求めることができないという課題を有していた。また、ゼロクロスサンプル回路を付加する分だけ高価になるという課題も有していた。 However, in the method disclosed in the above-mentioned conventional patent No. 3026949 (Patent Document 3), when there is a phase error between two sine wave inputs V _x and V _y as shown in FIG. Since the average position and the true center are different, there is a problem that the position cannot be determined accurately. In addition, there is a problem that the cost is increased by adding a zero-cross sample circuit.

また、前記従来の特許第３０９２１００（特許文献１）に開示された方法では、光学センサ３０３及び３０４の出力Ｖ_ａ及びＶ_ｂのわずか６組から誤差を求めるため、光学センサ３０３及び３０４のノイズ等により高精度に求めることができない、Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙのゼロクロス、Ｖ_ｘ＝Ｖ_ｙとなる値を検出する高価なゼロクロスサンプル回路が必要となるという課題を有していた。 Further, in the method disclosed in the conventional patent No. 3092100 (Patent Document 1), since errors are obtained from only 6 sets of the outputs V _a and V _b of the optical sensors 303 and 304, noise of the optical sensors 303 and 304, etc. Therefore, there is a problem that an expensive zero cross sample circuit for detecting a value of V _x , V _y zero cross and V _x = V _y that cannot be obtained with high accuracy is required.

通常ＸＹテーブル３８２と架台３８３の動作面は、Ｘ−Ｙ基準面３８９と平行に調整されるため、Ｚ２位置検出器３８６−２はＸＹテーブル３８２の全可動範囲でも一定値となり、静止時に位置検出器の測定変動は０．０１μｍ以下である。このため、通常のリサージュ波形は縁にならず点に近く、外乱を与えても、図１３に示すように、その測定点は、非常に偏った分布を示す。 Normally, the operation surfaces of the XY table 382 and the gantry 383 are adjusted in parallel with the XY reference surface 389, so that the Z2 position detector 386-2 has a constant value even in the entire movable range of the XY table 382, and detects the position when stationary. The measurement variation of the vessel is 0.01 μm or less. For this reason, the normal Lissajous waveform does not become an edge but is close to a point, and even if a disturbance is applied, the measurement point shows a very biased distribution as shown in FIG.

このような、偏り存在するデータを用いて補正を行った場合、上記２つの方法では十分な精度を得られないばかりか、逆に精度が悪化するという課題があった。 When correction is performed using such biased data, there is a problem that not only the above two methods cannot obtain sufficient accuracy but also the accuracy deteriorates.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、上記各誤差を簡単かつ安価な演算処理回路により演算して、センサのノイズ等の不確定さの影響を小さくし、かつ、偏りのあるデータを用いても、十分な精度の位置検出を行なうことのできる出力信号補正装置と誤差補正機能を有効に使用する出力信号補正方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and calculates the above errors by a simple and inexpensive arithmetic processing circuit to reduce the influence of uncertainties such as sensor noise, and biased data. It is an object of the present invention to provide an output signal correction apparatus capable of performing position detection with sufficient accuracy and an output signal correction method that effectively uses an error correction function.

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成のデジタルスケール出力信号補正装置を提供する。 In order to solve the above technical problem, the present invention provides a digital scale output signal correction apparatus having the following configuration.

本発明の第１態様によれば、誤差を含むＡ相正弦波信号及び前記Ａ相正弦波信号に対して位相差を有する誤差を含むＢ相正弦波信号を含むエンコーダ信号を入力し、前記誤差を補正した位置情報又は角度情報を出力するデジタルスケール出力信号補正装置であって、
Ａ相正弦波信号がＡＤ変換された前記Ａ相正弦波信号値と、Ｂ相正弦波信号がＡＤ変換されたＢ相正弦波信号値を記憶するデータ保持部と、
前記データ保持部に格納されている、前記Ａ相正弦波信号値とＢ相正弦波信号値の瞬時値に関し、６個以上の複数のＡ相Ｂ相ペアを入力値とし、それぞれの入力値について、前記Ａ相正弦波信号値のオフセット、前記Ｂ相正弦波信号値のオフセット、前記Ａ相正弦波信号値と前記Ｂ相正弦波信号値の大きさ比、前記Ａ相正弦波信号値と前記Ｂ相正弦波信号値の位相差を算出する誤差演算部と、
前記誤差演算部が算出した結果により前記Ａ相Ｂ相ペアを補正するデータ変換部と、
データ変換部の出力を割り算する割算器と、
割算器からの出力のarctan値を出力するarctan部を有し、
前記誤差演算部は、（Ｂ相正弦波信号値／Ａ相正弦波信号値）のarctan値をパラメータとし、
前記パラメータに対し前記Ａ相正弦波信号値を正弦波に近似したときのＡ相オフセットとＡ相大きさとＡ相位相と、前記パラメータに対し前記Ｂ相正弦波信号値を正弦波に近似したときのＢ相オフセットとＡ相に対するＢ相大きさ誤差とＡ相に対するＢ相位相誤差とを演算することを特徴とする、デジタルスケール出力信号補正装置を提供する。 According to the first aspect of the present invention, an encoder signal including an A-phase sine wave signal including an error and a B-phase sine wave signal including an error having a phase difference with respect to the A-phase sine wave signal is input. A digital scale output signal correction device that outputs position information or angle information corrected for
A data holding unit for storing the A-phase sine wave signal value obtained by AD-converting the A-phase sine wave signal and the B-phase sine wave signal value obtained by AD-converting the B-phase sine wave signal;
Regarding the instantaneous value of the A-phase sine wave signal value and the B-phase sine wave signal value stored in the data holding unit, six or more A-phase B-phase pairs are used as input values, and the respective input values , The offset of the A phase sine wave signal value, the offset of the B phase sine wave signal value, the magnitude ratio of the A phase sine wave signal value and the B phase sine wave signal value, the A phase sine wave signal value and the An error calculator that calculates the phase difference between the B-phase sine wave signal values;
A data converter that corrects the A-phase / B-phase pair based on the result calculated by the error calculator;
A divider for dividing the output of the data converter;
It has an arctan part that outputs the arctan value of the output from the divider,
The error calculation unit uses the arctan value of (B phase sine wave signal value / A phase sine wave signal value) as a parameter,
When the A phase sine wave signal value is approximated to a sine wave with respect to the parameter, and when the B phase sine wave signal value is approximated to a sine wave with respect to the parameter A digital scale output signal correction apparatus is provided that calculates a B phase offset error, a B phase magnitude error for the A phase, and a B phase error for the A phase.

上記構成において、Ａ相正弦波信号とＢ相正弦波信号とは、それぞれ独立して誤差を含むものであり、互いに位相に差を有している信号である。位相差は、例えば、９０゜である。Ｂ相正弦波信号値は、Ａ相正弦波信号値の前記ＡＤ変換と同時にＡＤ変換されるように構成されていてもよい。 In the above configuration, the A-phase sine wave signal and the B-phase sine wave signal each independently include an error, and are signals having a difference in phase. The phase difference is 90 °, for example. The B-phase sine wave signal value may be AD-converted simultaneously with the AD conversion of the A-phase sine wave signal value.

また、当該出力信号の補正は、繰り返し行われてもよい。具体的には、デジタルスケール出力信号補正装置は、さらに、前記デジタルスケール出力信号補正装置において実行される補正回数設定入力部と、
補正後のデータを再度補正装置に入力する切り替え部と、
実際の補正回数と前記補正回数の設定部の設定数とを比較する制御部を具備し、
前記補正回数設定入力部によって指定された回数の補正を繰り返し行うように構成されていてもよい。 Further, the correction of the output signal may be repeatedly performed. Specifically, the digital scale output signal correction device further includes a correction number setting input unit executed in the digital scale output signal correction device,
A switching unit for inputting the corrected data again into the correction device;
A controller that compares the actual number of corrections and the number of corrections set in the setting unit;
The correction may be repeatedly performed the number of times designated by the correction number setting input unit.

本発明の第２態様によれば、誤差を含むＡ相正弦波信号及び前記Ａ相正弦波信号に対して位相差を有する誤差を含むＢ相正弦波信号を含むエンコーダ信号を入力し、前記誤差を補正した位置情報又は角度情報を出力するデジタルスケール出力信号補正方法であって、
Ａ相正弦波信号がＡＤ変換された前記Ａ相正弦波信号値と、Ｂ相正弦波信号がＡＤ変換されたＢ相正弦波信号値に関して、６個以上の複数のＡ相Ｂ相ペアを入力値とし、
それぞれの入力値について、前記Ａ相正弦波信号値のオフセット、前記Ｂ相正弦波信号値のオフセット、前記Ａ相正弦波信号値と前記Ｂ相正弦波信号値の大きさ比、前記Ａ相正弦波信号値と前記Ｂ相正弦波信号値の位相差を算出し、
データ変換部の出力を割り算し、
割算器からの出力のarctan値を出力し、
（Ｂ相正弦波信号値／Ａ相正弦波信号値）のarctan値をパラメータとし、
前記パラメータに対し前記Ａ相正弦波信号値を正弦波に近似したときのＡ相オフセットとＡ相大きさとＡ相位相と、前記パラメータに対し前記Ｂ相正弦波信号値を正弦波に近似したときのＢ相オフセットとＡ相に対するＢ相大きさ誤差とＡ相に対するＢ相位相誤差とを演算する、ことを特徴とする、デジタルスケール出力信号補正方法を提供する。 According to a second aspect of the present invention, an encoder signal including an A-phase sine wave signal including an error and a B-phase sine wave signal including an error having a phase difference with respect to the A-phase sine wave signal is input. A digital scale output signal correction method for outputting position information or angle information corrected for
6 or more A phase B phase pairs are input for the A phase sine wave signal value obtained by AD conversion of the A phase sine wave signal and the B phase sine wave signal value obtained by AD conversion of the B phase sine wave signal. Value and
For each input value, the offset of the A phase sine wave signal value, the offset of the B phase sine wave signal value, the magnitude ratio of the A phase sine wave signal value and the B phase sine wave signal value, the A phase sine wave Calculating the phase difference between the wave signal value and the B-phase sine wave signal value,
Divide the output of the data converter,
Output the arctan value of the output from the divider,
With the arctan value of (B-phase sine wave signal value / A-phase sine wave signal value) as a parameter,
When the A phase sine wave signal value is approximated to a sine wave with respect to the parameter, and when the B phase sine wave signal value is approximated to a sine wave with respect to the parameter A digital scale output signal correction method is provided, which calculates a B phase offset, a B phase magnitude error for the A phase, and a B phase error for the A phase.

また、上記方法において、記出力補正を行うとき、意図的に装置に外乱を与えることにより、補正結果をより均一に取得することができる。 In the above method, when the output correction is performed, the correction result can be obtained more uniformly by intentionally giving a disturbance to the apparatus.

以上のように、本発明のデジタルスケール出力信号補正装置及びデジタルスケール出力信号補正方法によれば、高価なゼロクロスサンプル回路を使うことなく、６個以上任意の多数のデータを使用することで高精度に、かつ、高度な調整や経時変化に対応して移動体の位置を検出することができる。 As described above, according to the digital scale output signal correction apparatus and the digital scale output signal correction method of the present invention, high accuracy can be obtained by using any number of data of 6 or more without using an expensive zero-cross sample circuit. In addition, the position of the moving body can be detected in response to advanced adjustments and changes with time.

また、Ａ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号の大きな誤差がある場合、上記の補正を複数回繰り返すことで高精度の補正とすることができる。 Further, when there is a large error between the A-phase sine wave signal and the B-phase sine wave signal, the above correction can be repeated a plurality of times to achieve a highly accurate correction.

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるエンコーダ出力信号補正装置の構成図である。図１において、図８と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。また、図１の例においても、図８の位置上位桁検出回路３２０は存在するが、図８の位置上位桁検出回路３２０と全く同一で、本発明とは直接関係ないので、記載を省略している。 (First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of an encoder output signal correction apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIG. Also in the example of FIG. 1, the upper position digit detection circuit 320 of FIG. 8 exists, but it is completely the same as the upper position digit detection circuit 320 of FIG. 8 and is not directly related to the present invention, so the description is omitted. ing.

データ保持部４０は、信号Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙをＡ／Ｄ変換した瞬時値検出部３１０の出力のデジタルデータｘ、ｙを６組以上保持する部分で、メモリと制御部から構成されている。誤差演算部５０は、データ保持部４０の保持した６個以上の出力をもとにして下記アルゴリズムに従って、Ｖ_ｘのオフセット、Ｖ_ｙのオフセット、ゲインと位相差を補正する１次変換補正値の合計６つの補正値を算出する。データ変換部６０は、誤差演算部５０の出力した６つも補正値により、瞬時値検出部１０の出力のデジタル化された数値データＸ、Ｙをリアルタイムで変換し、変換結果のＸ’、Ｙ’を位置検出部３３０に入力する。 The data holding unit 40 is a part that holds six or more sets of digital data x and y output from the instantaneous value detection unit 310 obtained by A / D converting the signals V _x and V _y , and includes a memory and a control unit. Error calculation unit 50, according to the following algorithm based on the six or more output holding the data holding unit 40, the V _x offset, the offset of V _y, gain and linear transformation correction value for correcting a phase difference A total of six correction values are calculated. The data conversion unit 60 converts the digitized numerical data X, Y output from the instantaneous value detection unit 10 in real time using the six correction values output from the error calculation unit 50, and converts the conversion results X ′, Y ′. Is input to the position detector 330.

以下、誤差演算部５０の処理アルゴリズムを説明する。図１において、光学センサ３０３，３０４の出力は数１、数２ Hereinafter, a processing algorithm of the error calculation unit 50 will be described. In FIG. 1, the outputs of the optical sensors 303 and 304 are expressed by Equations 1 and 2.

に示したように振幅誤差（Ｖ_１，Ｖ_２）、位相誤差（ｃ，ｄ）、直流オフセット（Ｐ，Ｑ）などの誤差を含む２相正弦波信号である。

As shown in FIG. 4, the two-phase sine wave signal includes errors such as amplitude error (V ₁ , V ₂ ), phase error (c, d), and DC offset (P, Q).

この２相正弦波信号Ｖ_ｘ及びＶ_ｙはサンプルホールド回路３１１及び３１２、Ａ／Ｄ変換器３１３，３１４によってデジタル化された数値データＸ、Ｙに変換される。Ｘ及びＹは、それぞれ次の式のように表される。 The two-phase sine wave signals V _x and V _y are converted into digitized numerical data X and Y by sample and hold circuits 311 and 312 and A / D converters 313 and 314, respectively. X and Y are each expressed by the following equations.

この２相正弦波信号ＸおよびＹは、図１の目盛り１個分を１周期（またはｎ周期）、すなわち２π[ｒａｄｉａｎ]とする正弦波であり、理想的な２相正弦波Ｘ＝ｃｏｓθ 及び、Ｙ＝ｓｉｎθに対して、
振幅

位相誤差

直流オフセット

となる。 The two-phase sine wave signals X and Y are sine waves in which one scale of FIG. 1 is one period (or n period), that is, 2π [radian], and an ideal two-phase sine wave X = cos θ and , For Y = sin θ
amplitude

Phase error

DC offset

It becomes.

これらの各誤差量は、このような位置検出装置において直接検出することは不可能であるので、２相正弦波信号Ａ及びＢの瞬時値の多数のペアからこれらの各誤差量

を検出することを考える。 Since each of these error amounts cannot be directly detected by such a position detecting device, each of these error amounts is obtained from a large number of pairs of instantaneous values of the two-phase sinusoidal signals A and B.

Think about detecting.

１からＮ（Ｎは６以上）個までのＡＤ変換値の組を

とする。ｎは１からＮまでの任意の数である。そのそれぞれの組について

を求める。入力Ｖ_ｘ，Ｖ_ｙは、ほぼ理想状態に調整できているため、

と考えられる。 A set of AD conversion values from 1 to N (N is 6 or more)

And n is an arbitrary number from 1 to N. About each pair

Ask for. Since the inputs V _x and V _y can be adjusted to the ideal state,

it is conceivable that.

この条件で上記誤差分をもとめる。たとえば、評価関数を数１２、数１３のように設定できる。 Under this condition, the above error is obtained. For example, the evaluation function can be set as in Expression 12 and Expression 13.

評価関数数１２、数１３を最小にする解は The solution that minimizes the number of evaluation functions 12 and 13 is

となり、連立１次方程式を解くことで求めることができる。

And can be obtained by solving simultaneous linear equations.

したがって、

の関係を利用することで、ＡＤ変換結果Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎに

の変換を行えばよい。 Therefore,

By using the relationship, the AD conversion results X _n and Y _n

It is sufficient to perform the conversion.

ここで、
オフセット

ゲイン

フェイズ

である。 here,
offset

gain

Phase

It is.

としたのは、Ｖ_ｘを基準にすることにより、時間ごとに分けて補正を行ったときに、時間分割の継ぎ目で位置が不連続になるのを避けるためである。

The reason for this is to avoid the discontinuity of positions at the time division seams when correction is performed for each time by using V _x as a reference.

図１の誤差演算部５０は、数１４、数１５に従い、Ｘ，ＹからＸ’、Ｙ’に変換する係数を求める。データ変換部６０は、数１７の変換を行う部分である。 The error calculation unit 50 in FIG. 1 obtains coefficients for converting X and Y into X ′ and Y ′ according to the equations 14 and 15. The data converter 60 is a part that performs the conversion of Equation 17.

高速にリアルタイムに補正を行う場合は、誤差演算部５０及びデータ変換部６０をＦＰＧＡのようなＬＳＩによりハードウェアで構築すればよい。 When correction is performed in real time at high speed, the error calculation unit 50 and the data conversion unit 60 may be constructed by hardware using an LSI such as an FPGA.

高速にリアルタイムに補正を行う必要がない場合は、データ保持部４０および誤差演算部５０をＬＳＩと比べて安価なパソコン等のＣＰＵを用いて、数１４、数１５をソフト処理により実現できる。通常、図９に示した３次元測定機には、モータ等を制御し、測定を行い、測定データを保持し、解析し、解析結果を表示するためのパソコン及びディスプレイが装備されている。データ保持部４０、誤差演算部５０を３次元測定装置に具備されたパソコンにて実施することで、追加ハードウェアなく本誤差演算部を実装することが可能となる。 When it is not necessary to perform correction in real time at high speed, the data holding unit 40 and the error calculation unit 50 can be realized by software processing using a CPU such as a personal computer that is less expensive than an LSI. Usually, the three-dimensional measuring machine shown in FIG. 9 is equipped with a personal computer and a display for controlling a motor and the like, performing measurement, holding measurement data, analyzing it, and displaying the analysis result. By implementing the data holding unit 40 and the error calculation unit 50 with a personal computer provided in the three-dimensional measuring apparatus, the error calculation unit can be implemented without additional hardware.

以上は、

とし、入力Ｖ_ｘ，Ｖ_ｙは、ほぼ理想状態に調整できているため、

と考え、一度の補正方式を例にあげた。 The above is

And the inputs V _x and V _y can be adjusted to the ideal state.

I took this as an example.

しかし、実際にはＶ_ｘ、Ｖ_ｙにも誤差があるため、上記の補正を複数回繰り返すことで高精度の補正とすることができる。具体的には、数１７で変換したＸ_ｎ’、Ｙ_ｎ’を測定データとして再度誤差をもとめ、再度補正をかけてやればよい。２回の補正を行った結果をＸ''、Ｙ''とすると

の変換を行えばよい。 However, since there are actually errors in V _x and V _y , high-precision correction can be performed by repeating the above correction a plurality of times. Specifically, X _n ′ and Y _n ′ converted in Expression 17 are used as measurement data to obtain an error again, and correction is performed again. If the result of two corrections is X ″, Y ″

It is sufficient to perform the conversion.

１度目の変換と同様に
オフセット

ゲイン

フェイズ

である。 Offset as in the first conversion

gain

Phase

It is.

変換行列を

とすると、

となる。 Transformation matrix

Then,

It becomes.

同様に、２回のみでなく、３回以上の任意の十分な回数変換を行うこともできる。 Similarly, the conversion can be performed not only twice, but any sufficient number of times three or more times.

図２、３は、本補正方式によるデータ保持部４０、誤差演算部５０をパソコンに実装し、データ変換部６０のみをハードウェアで実現し、補正パラメータを設定後はリアルタイムの出力を可能にした図９の３次元測定機により、被測定物３８７に平面度の保障された平面を設置して、測定した一例である。 2 and 3, the data holding unit 40 and the error calculation unit 50 according to the present correction method are mounted on a personal computer, only the data conversion unit 60 is realized by hardware, and real-time output is possible after setting correction parameters. FIG. 10 shows an example in which a plane with guaranteed flatness is set on the object to be measured 387 and measured by the three-dimensional measuring machine of FIG.

図２の測定結果は、図１２と同様に傾き補正つきで１．２ｍｍ／秒にてＹ方向に測定した結果である。被測定物の設置条件は変えずに、本補正を実施して補正パラメータを設定した後、測定した場合であり、補正パラメータの設定前後に測定を行っている。先に説明したように、この測定時に被測定物は、Ｙ方向に０．３６μｍ／ｍｍの傾きがあり、リサージュ１回転あたりが発振周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長の半分、つまり約０．３１５μｍにあたる。 The measurement result of FIG. 2 is the result of measurement in the Y direction at 1.2 mm / second with tilt correction as in FIG. This is the case where the measurement is performed after the correction is performed and the correction parameter is set without changing the installation condition of the object to be measured, and the measurement is performed before and after the correction parameter is set. As described above, during this measurement, the object to be measured has an inclination of 0.36 μm / mm in the Y direction, and one rotation of the Lissajous is half the wavelength of the oscillation frequency stabilized He-Ne laser, that is, about 0. It corresponds to 315 μm.

これに対し、補正前の図１２の測定データは、
０．３１５[μｍ]／０．３６[μｍ／ｍｍ]＝０．８７５ｍｍ
ごとの約５ｎｍの周期的誤差が補正前には確認できる。一方、図２の補正後の測定結果からは、発振周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長に依存する０．８７５ｍｍごとの誤差がなくなっている。なお、図１２のデータにおいて、測定形状が若干異なるのは、２度測定（被測定物を動かさず）したためである。 On the other hand, the measurement data of FIG.
0.315 [μm] /0.36 [μm / mm] = 0.875 mm
A periodic error of about 5 nm can be confirmed before correction. On the other hand, from the measurement result after correction in FIG. 2, there is no error every 0.875 mm depending on the wavelength of the oscillation frequency stabilized He—Ne laser. In the data of FIG. 12, the measurement shape is slightly different because it was measured twice (without moving the object to be measured).

図３の×点は、図２の測定を行う直前に補正の実施に用いた図９のＺ２位置検出器３８６−２の測定点である。図３において、円は参考のために表示した原点を中心とする円である。このデータは、Ｚ２位置検出器３８６−２の補正機能をオペレータの意思により実施し、補正データを収集するときにオペレータが意図的に外乱を与えたものである。本３次元測定装置が完全に停止している場合は、測定データが０．０１μｍ以下で安定しているため測定データがリサージュ面と比較して偏ってしまい、補正を行うことはできないが、外乱をあたえることで補正データに図３のような偏りはあるが補正を実施できる。収集した補正データには偏りがあるが、図３で見る限りオフセット誤差、ゲイン誤差、位相誤差が正しく補正されていることが確認できる。 The x point in FIG. 3 is a measurement point of the Z2 position detector 386-2 in FIG. 9 used for the correction immediately before the measurement in FIG. 2 is performed. In FIG. 3, the circle is a circle centered on the origin displayed for reference. In this data, the correction function of the Z2 position detector 386-2 is implemented by the operator's intention, and the operator intentionally gives disturbance when collecting the correction data. When the three-dimensional measuring apparatus is completely stopped, the measurement data is stable at 0.01 μm or less, and the measurement data is biased compared to the Lissajous surface and cannot be corrected. The correction data can be corrected although there is a deviation as shown in FIG. Although the collected correction data is biased, it can be confirmed that the offset error, gain error, and phase error are corrected correctly as seen in FIG.

また、補正精度を上げるため、補正データを収集するとき、ステージを前記位置検出器の正弦波１周期分以上かつ動作を検知できない幅以下動作させる方法もある。本測定機の場合、３μｍほど動作させれば、Ｚ１位置検出器３８６−１、Ｘ位置検出器３８６−Ｘ、Ｙ位置検出器３８６−Ｙは確実に補正を行うことができる。３μｍであれば、オペレータからみて装置動作の許容範囲内であり、測定の支障になることはない。 In order to improve the correction accuracy, there is a method in which when the correction data is collected, the stage is operated for one cycle or more of the sine wave of the position detector and within a width where the operation cannot be detected. In the case of this measuring machine, if it is operated by about 3 μm, the Z1 position detector 386-1, the X position detector 386-X, and the Y position detector 386-Y can reliably perform correction. If it is 3 micrometers, it is in the tolerance | permissible_range of apparatus operation | movement seeing from an operator, and does not become a trouble of a measurement.

また、３次元測定装置を立ち上げたとき最初に行う原点復帰動作と同期させて行い、より均一な測定データを得ることにより補正精度をあげることも可能である。位置検出器はインクリメンタルであり、電源投入直後は絶対位置を検出できないため、自動測定を行うためには別のセンサを用いてアクチュエータの絶対位置を検出することが必要である。この動作を原点復帰動作と呼んでいる。ＸＹテーブル３８２の動作面は、Ｘ−Ｙ基準面３８９と平行に調整されるが、ＸＹテーブルの可動範囲数十ｍｍ角の範囲では、０．５μｍ以上の傾きが調整できず残るため、上記原点復帰中には十分な偏りのない補正データを収集することができる。 It is also possible to increase the correction accuracy by obtaining more uniform measurement data by synchronizing with the initial return operation performed when the three-dimensional measurement apparatus is started up. Since the position detector is incremental and cannot detect the absolute position immediately after the power is turned on, it is necessary to detect the absolute position of the actuator using another sensor in order to perform automatic measurement. This operation is called an origin return operation. The operation surface of the XY table 382 is adjusted in parallel with the XY reference surface 389, but in the range of several tens of mm square of the XY table, an inclination of 0.5 μm or more cannot be adjusted. Correction data without sufficient bias can be collected during return.

（第２実施の形態）
特開２０００−２８３７２８号公報に開示の薄板材の厚み変動測定装置に、上記第１実施形態にかかる補正方式を適用した場合及び適用しなかった場合について測定し、その結果を比較する。測定方法は図４、図５に示すように、位置検出器１２０を用いて、薄板材Ｗの両側から測定することにより、薄板材の厚み変動を測定する方式である。図９の位置検出器と同様に測定用スケール設定手段３８４を用いて構成できる。しかも、薄板材の厚み変動測定装置は測定光路が非常に短いため、高精度の測定が可能である。 (Second Embodiment)
Measurement is performed for the case where the correction method according to the first embodiment is applied to the thin plate material thickness variation measuring apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-283728, and the results are compared. As shown in FIGS. 4 and 5, the measurement method is a method of measuring the thickness variation of the thin plate material by measuring from both sides of the thin plate material W using the position detector 120. Similar to the position detector of FIG. 9, the measurement scale setting means 384 can be used. In addition, since the thin plate material thickness variation measuring apparatus has a very short measurement optical path, high-precision measurement is possible.

リアルタイムでの補正と測定結果が不要の場合には、Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙを一度保存し、測定後に第１実施形態の補正処理を行い、測定データを変換することもできる。 When real-time correction and measurement results are unnecessary, V _x and V _y can be stored once, and the measurement data can be converted by performing the correction process of the first embodiment after the measurement.

図６Ａ及び図６Ｂに本補正方式を適用した場合としなかった場合との実施結果を示す。図６Ａは、センサＺ１からの出力波形Ｖ_ｘ１、Ｖ_ｙ１、センサＺ２からの出力波形Ｖ_ｘ２、Ｖ_ｙ２をＶ_ｘ１、Ｖ_ｘ２を横軸にＶ_ｙ１、Ｖ_ｙ２を縦軸表示（リサージュ波形）したものである。拡大リサージュ波形は

ｋ_const＝０．９として、Ｖ_ｘmagを横軸、Ｖ_ｙmagを縦軸にとり、リサージュ波形の歪分を拡大表示している。 FIG. 6A and FIG. 6B show the implementation results with and without applying this correction method. 6A shows the output waveforms V _x 1 and V _y 1 from the sensor Z1, the output waveforms V _x 2 and V _y 2 from the sensor Z2 as V _x 1 and V _x 2 as the horizontal axes as V _y 1 and V _y 2. Is displayed on the vertical axis (Lissajous waveform). Expanded Lissajous waveform

With k _const = 0.9, V _x mag is plotted on the horizontal axis and V _y mag is plotted on the vertical axis, and the distortion of the Lissajous waveform is enlarged and displayed.

本方式による補正前は、非常に大きい歪をもっていることがわかるが、本方式による補正後は、ほとんど歪がわからなくなっている。 It can be seen that there is a very large distortion before the correction by this method, but the distortion is almost unknown after the correction by this method.

図７Ａ及び図７Ｂは、１２５ｋＨｚのサンプリングのフィルタ処理なしの測定を、時間（測定時間０．２秒）横軸に、薄板材の同一場所の位置と厚さを縦軸に表示したものである。被測定物は薄板材であり、薄板材の厚み変動測定装置では被測定物の外周３点だけ保持する方式のため測定点を含む被測定物は測定中４０〜５０Ｈｚで、１ミクロン前後振動している。補正前は薄板材の同一点を測定しているにもかかわらず、測定した被測定物の厚さは周波数１ｋＨｚ以上、振幅８ｎｍで高速に変動しているようにみえる。しかし、上記データを本方式による補正すると、１ｎｍ以下の精度で安定して測定できていることがわかる。この薄板材の厚み変動測定装置でも、測定用スケール手段の発振周波数安定化Ｈｅ−Ｎｅレーザの波長は約０．６３３μｍであり、リサージュ一回転の距離は３１６．５ｎｍであり、３００分割以上の内挿精度があることが推測できる。 FIG. 7A and FIG. 7B show the measurement of 125 kHz sampling without filtering, with the time (measurement time 0.2 seconds) on the horizontal axis and the position and thickness of the same location of the thin plate on the vertical axis. . The object to be measured is a thin plate material, and the thin plate material thickness variation measuring device holds only 3 points on the outer periphery of the object to be measured, so the object to be measured including the measurement point vibrates around 1 micron at 40 to 50 Hz during measurement. ing. Although the same point of the thin plate material is measured before correction, the measured thickness of the object to be measured seems to fluctuate at a high speed with a frequency of 1 kHz or more and an amplitude of 8 nm. However, when the above data is corrected by this method, it can be seen that measurement can be stably performed with an accuracy of 1 nm or less. Also in this thin plate thickness variation measuring device, the wavelength of the oscillation frequency stabilized He-Ne laser of the measuring scale means is about 0.633 μm, the distance of one rotation of Lissajous is 316.5 nm, and within 300 divisions or more It can be inferred that there is an insertion accuracy.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement in another various aspect.

本発明のデジタルスケール出力信号補正装置は、位置検出の高精度化を可能にする機能を有し、従来の目盛の代わりに波長安定性の保証されたＨｅ−Ｎｅレーザの干渉を応用した測長システムに適用し、位置検出器を使用する測定機の動作と同期させて補正を実施することにより測定装置の測定精度を高精度化することができる。 The digital scale output signal correction apparatus of the present invention has a function that enables high accuracy of position detection, and uses a He-Ne laser interference whose wavelength stability is guaranteed instead of a conventional scale. By applying the correction to the system in synchronization with the operation of the measuring machine using the position detector, the measurement accuracy of the measuring device can be increased.

本発明の第１実施形態１におけるデジタルスケール出力信号補正装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the digital scale output signal correction apparatus in 1st Embodiment of this invention. 図１のデジタルスケール出力信号補正装置を用いた測定結果の一例を示す図。The figure which shows an example of the measurement result using the digital scale output signal correction apparatus of FIG. 図１のデジタルスケール出力信号補正装置を用いた補正結果とリサージュ図形との比較を示す図。The figure which shows the comparison with the correction result and Lissajous figure using the digital scale output signal correction apparatus of FIG. 図１のデジタルスケール出力信号補正装置を搭載した測定装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the measuring apparatus carrying the digital scale output signal correction apparatus of FIG. 図４の測定装置の部分拡大図。The elements on larger scale of the measuring apparatus of FIG. 本補正方式を適用しなかった場合の実施結果を示すグラフ。The graph which shows the implementation result when not applying this correction method. 本補正方式を適用した場合の実施結果を示すグラフ。The graph which shows the implementation result at the time of applying this correction method. 本補正方式を適用しなかった場合の補正結果の一例を示す図。The figure which shows an example of the correction result at the time of not applying this correction system. 本補正方式を適用した場合の補正結果の一例を示す図。The figure which shows an example of the correction result at the time of applying this correction system. 従来のデジタルスケール出力信号補正装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the conventional digital scale output signal correction apparatus. 従来のプローブ走査型３次元測定機の構成図。The block diagram of the conventional probe scanning type three-dimensional measuring machine. リサージュ波形の一例であり、理想的に調整された状態を示す図。It is an example of a Lissajous waveform, and is a diagram showing an ideally adjusted state. リサージュ波形の一例であり、オフセットのみがずれた状態を示す図。It is an example of a Lissajous waveform, and is a figure which shows the state from which only the offset shifted | deviated. リサージュ波形の一例であり、ゲインのみがずれた状態を示す図。It is an example of a Lissajous waveform, and is a diagram showing a state in which only the gain is shifted. リサージュ波形の一例であり、位相のみがずれた状態を示す図。The figure which is an example of a Lissajous waveform, and shows the state from which only the phase shifted | deviated. 従来のハード調整による補正方法の構成図。The block diagram of the correction method by the conventional hardware adjustment. 従来の測定結果の一例を示す図。The figure which shows an example of the conventional measurement result. 従来の補正結果とリサージュ図形との比較を示す図。The figure which shows the comparison with the conventional correction result and a Lissajous figure. 従来のエンコーダ出力信号補正方式の説明図。Explanatory drawing of the conventional encoder output signal correction system. 従来の他のエンコーダ出力信号補正方式の説明図。Explanatory drawing of the other conventional encoder output signal correction system. 図１４に示すエンコーダ出力信号補正方式の課題を説明する図。The figure explaining the subject of the encoder output signal correction system shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１移動体
２目盛
４０データ保持部
５０誤差演算部
６０データ変換部
３０３，３０４光学センサ
３１０瞬時値検出部
３１１，３１２サンプルホールド回路
３１３，３１４Ａ／Ｄ変換器
３２０位置上位桁検出回路
３３１除算器
３３２ａｒｃｔａｎ部
３４０データ保持部
３５０誤差演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mobile body 2 Scale 40 Data holding part 50 Error calculating part 60 Data conversion part 303,304 Optical sensor 310 Instantaneous value detection part 311,312 Sample hold circuit 313,314 A / D converter 320 Position high-order digit detection circuit 331 Divider 332 arctan unit 340 data holding unit 350 error calculation unit

Claims

誤差を含むＡ相正弦波信号及び前記Ａ相正弦波信号に対して位相差を有する誤差を含むＢ相正弦波信号を含むエンコーダ信号を入力し、前記誤差を補正した位置情報又は角度情報を出力するデジタルスケール出力信号補正装置であって、
Ａ相正弦波信号がＡＤ変換された前記Ａ相正弦波信号値と、Ｂ相正弦波信号がＡＤ変換されたＢ相正弦波信号値を記憶するデータ保持部と、
前記データ保持部に格納されている、前記Ａ相正弦波信号値とＢ相正弦波信号値の瞬時値に関し、６個以上の複数のＡ相Ｂ相ペアを入力値とし、それぞれの入力値について、前記Ａ相正弦波信号値のオフセット、前記Ｂ相正弦波信号値のオフセット、前記Ａ相正弦波信号値と前記Ｂ相正弦波信号値の大きさ比、前記Ａ相正弦波信号値と前記Ｂ相正弦波信号値の位相差を算出する誤差演算部と、
前記誤差演算部が算出した結果により前記Ａ相Ｂ相ペアを補正するデータ変換部と、
データ変換部の出力を割り算する割算器と、
割算器からの出力のarctan値を出力するarctan部を有し、
前記誤差演算部は、（Ｂ相正弦波信号値／Ａ相正弦波信号値）のarctan値をパラメータとし、
前記パラメータに対し前記Ａ相正弦波信号値を正弦波に近似したときのＡ相オフセットとＡ相大きさとＡ相位相と、前記パラメータに対し前記Ｂ相正弦波信号値を正弦波に近似したときのＢ相オフセットとＡ相に対するＢ相大きさ誤差とＡ相に対するＢ相位相誤差とを演算することを特徴とする、デジタルスケール出力信号補正装置。 An A-phase sine wave signal including an error and an encoder signal including a B-phase sine wave signal including an error having a phase difference with respect to the A-phase sine wave signal are input, and position information or angle information corrected for the error is output. A digital scale output signal correcting device,
A data holding unit for storing the A-phase sine wave signal value obtained by AD-converting the A-phase sine wave signal and the B-phase sine wave signal value obtained by AD-converting the B-phase sine wave signal;
Regarding the instantaneous value of the A-phase sine wave signal value and the B-phase sine wave signal value stored in the data holding unit, six or more A-phase B-phase pairs are used as input values, and the respective input values , The offset of the A phase sine wave signal value, the offset of the B phase sine wave signal value, the magnitude ratio of the A phase sine wave signal value and the B phase sine wave signal value, the A phase sine wave signal value and the An error calculator that calculates the phase difference between the B-phase sine wave signal values;
A data converter that corrects the A-phase / B-phase pair based on the result calculated by the error calculator;
A divider for dividing the output of the data converter;
It has an arctan part that outputs the arctan value of the output from the divider,
The error calculation unit uses the arctan value of (B phase sine wave signal value / A phase sine wave signal value) as a parameter,
When the A phase sine wave signal value is approximated to a sine wave with respect to the parameter, and when the B phase sine wave signal value is approximated to a sine wave with respect to the parameter A digital scale output signal correction apparatus, comprising: calculating a B-phase offset of B, a B-phase magnitude error for A-phase, and a B-phase error for A-phase.

さらに、前記デジタルスケール出力信号補正装置において実行される補正回数設定入力部と、
補正後のデータを再度補正装置に入力する切り替え部と、
実際の補正回数と前記補正回数の設定部の設定数とを比較する制御部を具備し、
前記補正回数設定入力部によって指定された回数の補正を繰り返し行うことを特徴とする請求項１に記載のデジタルスケール出力信号補正装置。 Further, a correction number setting input unit executed in the digital scale output signal correction device,
A switching unit for inputting the corrected data again into the correction device;
A controller that compares the actual number of corrections and the number of corrections set in the setting unit;
2. The digital scale output signal correction apparatus according to claim 1, wherein the correction is repeatedly performed a number of times designated by the correction number setting input unit.

誤差を含むＡ相正弦波信号及び前記Ａ相正弦波信号に対して位相差を有する誤差を含むＢ相正弦波信号を含むエンコーダ信号を入力し、前記誤差を補正した位置情報又は角度情報を出力するデジタルスケール出力信号補正方法であって、
Ａ相正弦波信号がＡＤ変換された前記Ａ相正弦波信号値と、Ｂ相正弦波信号がＡＤ変換されたＢ相正弦波信号値に関して、６個以上の複数のＡ相Ｂ相ペアを入力値とし、
それぞれの入力値について、前記Ａ相正弦波信号値のオフセット、前記Ｂ相正弦波信号値のオフセット、前記Ａ相正弦波信号値と前記Ｂ相正弦波信号値の大きさ比、前記Ａ相正弦波信号値と前記Ｂ相正弦波信号値の位相差を算出し、
データ変換部の出力を割り算し、
割算器からの出力のarctan値を出力し、
（Ｂ相正弦波信号値／Ａ相正弦波信号値）のarctan値をパラメータとし、
前記パラメータに対し前記Ａ相正弦波信号値を正弦波に近似したときのＡ相オフセットとＡ相大きさとＡ相位相と、前記パラメータに対し前記Ｂ相正弦波信号値を正弦波に近似したときのＢ相オフセットとＡ相に対するＢ相大きさ誤差とＡ相に対するＢ相位相誤差とを演算することを特徴とする、デジタルスケール出力信号補正方法。 An A-phase sine wave signal including an error and an encoder signal including a B-phase sine wave signal including an error having a phase difference with respect to the A-phase sine wave signal are input, and position information or angle information corrected for the error is output. A digital scale output signal correction method
6 or more A phase B phase pairs are input for the A phase sine wave signal value obtained by AD conversion of the A phase sine wave signal and the B phase sine wave signal value obtained by AD conversion of the B phase sine wave signal. Value and
For each input value, the offset of the A phase sine wave signal value, the offset of the B phase sine wave signal value, the magnitude ratio of the A phase sine wave signal value and the B phase sine wave signal value, the A phase sine wave Calculating the phase difference between the wave signal value and the B-phase sine wave signal value,
Divide the output of the data converter,
Output the arctan value of the output from the divider,
With the arctan value of (B-phase sine wave signal value / A-phase sine wave signal value) as a parameter,
When the A phase sine wave signal value is approximated to a sine wave with respect to the parameter, and when the B phase sine wave signal value is approximated to a sine wave with respect to the parameter A digital scale output signal correction method, comprising: calculating a B phase offset of B, a B phase magnitude error for A phase, and a B phase error for A phase.

前記出力補正を行うとき、意図的に装置に外乱を与え、補正結果をより均一に取得することを特徴とする請求項３に記載のデジタルスケール出力信号補正方法。
4. The digital scale output signal correction method according to claim 3, wherein when performing the output correction, disturbance is intentionally given to the apparatus, and the correction result is obtained more uniformly.