JP3685944B2

JP3685944B2 - Encoder device high accuracy method and high accuracy encoder device

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Publication number: JP3685944B2
Application number: JP06158299A
Authority: JP
Inventors: 秀幸石井; 茂春加藤; 隆寿佐久間; 智春関根; 昭二伊藤
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2019-03-09
Also published as: JPH11325972A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリ式のエンコーダの回転軸の軸中心と回転ディスクの中心との芯ずれが原因となって発生する絶対角度誤差を補正して検出精度を高めることができるエンコーダ装置の高精度化方法及び高精度エンコーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工場内で実用されている産業用ロボット等のシステムでは、サーボモータの回転位置などを検知してこれらの制御に利用する位置データを得るために、エンコーダが使用されている。典型的な光電式のロータリエンコーダにおいては、回転ディスクに設けられた８１９２のスリットを通して受光する４つのフォトダイオードをそれぞれ電気角で９０°ずれるように配置し、図２に示すような電気角で９０°ずれるＡ′，Ｂ′，Ａ′＊及びＢ′＊信号を得る。この電流信号を増幅し、Ｉ／Ｖ変換してさらに作動増幅して得られたＡ，Ｂ，Ａ＊及びＢ＊信号（図３）に基づいて相互に１８０°位相のずれた２種類のパルス列からなるエンコーダ信号を得て、さらにこれらエンコーダ信号の立上がり及び立下がりのタイミングを利用して４倍周波数のパルス列信号に変換し、機械角の３６０°を８１９２×４＝３２７６８に分割した絶対角度位置データを得ることができるようになっている。
【０００３】
このような光学式ロータリエンコーダは、回転軸に複数のスリットが形成された回転ディスクが固定され、この回転ディスクの両側に発光素子と受光素子（検出器）とが配置された構造を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら回転軸の軸中心または回転中心と回転ディスクの中心とを完全に一致させて組み立てることは非常に難しく、一般的に両中心間には僅かなずれがある。このずれが芯振れと呼ばれるものであり、このような芯振れがあると、回転ディスクの中心はシャフトの回転中心の回りを回転することになって、エンコーダから出力される絶対角度位置データに誤差が発生する。
【０００５】
図５を用いて、芯振れ量（回転軸の回転中心Ｏと回転ディスクの回転中心との間のずれ量の寸法ｒの２倍の寸法）と絶対角度誤差αとの関係を説明する。図５において、検出点Ａ及びＢは、エンコーダに設けられる２つの受光素子（検出器）の取付け位置即ち検出点である。検出点Ａには、図２に示したＡ´信号を得るための受光素子が配置され、検出点Ｂには図２に示したＢ´信号を得るための受光素子が配置される。
【０００６】
回転ディスクが、Ａの位置からＣの位置まで回転した場合、エンコーダの回転中心Ｏを中心とする真の回転角度（角度ＡＯＣ）はθである。しかしながら回転ディスクの芯振れから、実際にエンコーダが出力する角度（角度ＡＤＣ）はθ´である。この角度のずれαすなわちα＝θ´−θが芯振れ量に基づく絶対角度誤差である。真の角度θはθ＝θ´−αであるにもかかわらず、エンコーダからは角度θ´に基づく絶対角度位置データが出力されている。検出精度を高めるためには、この絶対角度誤差を補正値としてエンコーダの出力から除去すれば、芯振れ量を考慮した高精度の検出値となる。
【０００７】
本発明の目的は、ロータリ式のエンコーダの回転軸の軸中心と回転ディスクの中心との芯ずれが原因となって発生する絶対角度誤差を補正して検出精度を高めることができるエンコーダ装置の高精度化方法及び高精度エンコーダ装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、上記目的に加えて、簡単な構成で高い精度の高分割化を実現したエンコーダ装置の高精度化方法及び高精度エンコーダ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、ロータリ式のエンコーダの回転ディスクとこの回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差を補正してエンコーダ装置の位置検出精度を高めるエンコーダ装置の高精度化方法を対象とする。本発明では、まず回転ディスクの中心と回転ディスクが固定される回転軸の中心とのずれ量の２倍の値に相当する芯振れ量を検出する（芯振れ量検出工程）。次に芯振れ量から絶対角度誤差を求め（絶対角度誤差決定工程）、その後絶対角度誤差を補正する補正値を求める（補正値決定工程）。芯振れ量は一定であるが、絶対角度誤差は回転ディスクの回転位置によって異なってくる。したがって回転ディスクの回転位置毎に補正値を求めることになる。実際上は、予め定めた角度間隔毎に補正値を求め、予め求めることができない角度の補正値については、周知の補間法等を用いて演算により求めることができる。そしてエンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに、その絶対角度位置データに対応する補正値を加えて（補正値の極性によっては結果として減算となる場合がある）絶対角度位置データを補正する（位置データ補正工程）。すなわちエンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに含まれる絶対角度誤差に基く誤差を補正値によって除去する。本発明のように芯振れ量から絶対角度誤差を求め、この絶対角度誤差を補正する補正値により絶対角度位置データに含まれる誤差を除去すると、検出精度を非常に高いものとすることができる。
【００１０】
補正値は、各エンコーダ装置について、一度設定すればよい。したがって前述の芯振れ量検出工程と、絶対角度誤差決定工程と補正値決定工程は、エンコーダ装置の使用を開始する前に実施することになる。そして位置データ補正工程は、補正値決定工程で求めた補正値を補正値メモリ手段に記憶させておき、エンコーダ装置が作動しているときに実施される。すなわちエンコーダ装置に、リクエスト信号が入力されるごとに、エンコーダ装置から出力される絶対角度位置データとリクエスト信号の発生位置（回転ディスクの回転角度または位置）に対応して補正値メモリ手段から読み出した補正値とを加算し、その加算した値を真の絶対角度位置データとして出力する。
【００１１】
本発明の方法が対象とするエンコーダ装置は、ロータリ式のエンコーダであればよいが次のような高分割エンコーダ装置に本発明を適用すると、検出精度が更に高くなる。すなわち高分割エンコーダ装置とは、電気角で９０°位相が異なるサイン波状の複数のエンコーダ信号（Ａ信号，Ｂ信号のみ、Ａ信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号またはＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号（Ａ信号の反転信号）及びＢ＊信号（Ｂ信号の反転信号）に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、このエンコーダから出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度位置データ出力手段とを具備するエンコーダ装置である。このようなエンコーダ装置に本発明を適用する場合には、高分割絶対角度位置データに補正値が加算されることになる。
【００１２】
ここで高分割絶対角度位置データ出力手段は、少なくとも切り替え信号生成手段と、信号切り替え回路と、切り替わり電圧値メモリ手段と、演算手段とを具備する。切り替え信号生成手段は、複数のエンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する。信号切り替え回路は、複数のエンコーダ信号の中から続いて発生する２つの信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つのエンコーダ信号を選択して出力する。電気角で９０°位相が異なる例えばＡ信号、Ｂ信号及びＢ＊信号を用いて電気角で９０°位相が異なる信号切り替え信号を作って信号を切り換えると、信号切り替え回路から出力されるエンコーダ信号は不連続な信号となる。これに対してＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号の４つのエンコーダ信号を用いて電気角で９０°位相が異なる信号切り替え信号を作って信号を切り換える場合には、信号切り替え回路から出力されるエンコーダ信号（基準電圧信号）は連続した信号となる。なお後の処理をコンピュータを利用して処理するためには、信号切り替え回路の出力を所定のビット数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路を用意する。切り替わり電圧値メモリ手段は、信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていた１つのエンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つのエンコーダ信号の電圧値を（Ａ／Ｄ変換回路の出力から）ラッチして切り替わり電圧値として記憶する。そして演算手段は、外部からリクエスト信号が入力されたときに選択されているエンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった信号切り替え信号と、リクエスト信号が入力されたときに切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分の切り替わり電圧値とに基づいてリクエスト信号が入力されたときの相対的角度位置データを演算し、この相対的角度位置データをリクエスト信号が入力される前にエンコーダから出力された絶対角度位置データに加算して高分割絶対角度位置データとして出力する。
【００１３】
このような高分割絶対角度位置データ出力手段の一例では、Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を入力として各信号を比較し、Ａ信号とＢ信号との交点、Ｂ信号とＡ＊信号との交点、Ａ＊信号とＢ＊信号との交点、及びＢ＊信号とＡ信号との交点で信号切り替え信号を出力するコンパレータ回路を用いる。そして信号切り替え回路は、コンパレータ回路から出力される信号切り替え信号に基づいて、Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を選択的に切り替えてＡ信号→Ｂ＊信号→Ａ＊信号→Ｂ信号の順で連続して繰り返し現れる基準電圧信号を出力する。信号切り替え回路から出力された基準電圧信号を、Ａ／Ｄ変換回路を用いて所定のビット数（所定のサンプリング周波数）でＡ／Ｄ変換する。そして切り替わり電圧値メモリ手段は、信号切り替え信号が出力されたときのＡ／Ｄ変換された基準電圧信号の切り替わり電圧値をラッチして記憶する。演算手段は、エンコーダ装置に制御部側からリクエスト信号が入力されたときのＡ／Ｄ変換された基準電圧信号の電圧値及び信号切り替え回路で選択されている信号の種類と、リクエスト信号が入力されたときに切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の（１サイクル前の）４つの切り替わり電圧値とに基づいてリクエスト信号が入力されたときの相対的角度位置データを演算し、この相対的角度位置データをリクエスト信号が入力される前にエンコーダから出力された絶対角度位置データに加算して高分割絶対角度位置データとして出力する。
【００１４】
このような高分割エンコーダ装置を用いる場合には、芯振れ量検出工程では、回転軸を回転させてＡ信号とＢ信号との位相差を求める。前述のより具体的な高分割絶対角度位置データ出力手段を用いる場合には、回転軸を所定の角度回転させたときに基準電圧信号が予め定め基準電圧（各信号の中心電圧）になったときから特定の切り替わり電圧値が発生するまでの基準電圧信号の電圧の変化総量と１サイクル前の１サイクル中の基準電圧信号の電圧変化総量との比から例えばＡ信号とＢ信号との位相差を求めることができる。そして芯振れ量検出工程では、位相差の最大値と最小値の差をジッタ量とし、このジッタ量と芯振れ量との関係に基づいてこのジッタ量から芯振れ量を決定する。なおジッタ量と芯振れ量（２ｒ）との関係とは、例えばジッタ量×（３６０／エンコーダの分割数）＝ARCTAN(L/(R-r))-ARCTAN(L/(R+r)) ［ここでＬは前記特定の切り替わり電圧値の基となる信号を出力する２つの検出器が配置される検出点間の距離（図５の検出点Ａと検出点Ｂとの間の距離）、ｒは芯振れ量の１／２の値、Ｒは回転中心から前記特定の切り替わり電圧値の基となるエンコーダの検出器（Ａ信号の基となる信号（Ａ´信号またはＡ´＊信号）を出力する１つの検出器）が配置される検出点との間の距離（図５の検出点Ａと回転中心０との間の距離）］である。ここで検出点とは、光学式ロータリエンコーダの場合には、受光素子（検出器）とこれに対応する発光素子とを結ぶ線と回転ディスクとが交わる交点である。
【００１５】
また絶対角度誤差決定工程では、絶対角度誤差αをα＝ARCTAN［（ｒ×sin θ）／Ｒ］の式から求める［ここでθは位相差が最大値となる位置の機械角度を０°としてみた機械角度である。］。そして位置データ補正工程では、絶対角度誤差αを電気角に変換して補正値とし、該補正値を高分割絶対角度位置データに加算する。
【００１６】
本発明の高精度エンコーダ装置は、リクエスト信号に応じて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダを備えたエンコーダ装置と、回転ディスクと回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む絶対角度位置データを補正する位置データ補正手段とを備えている。そして位置データ補正手段は、予めエンコーダの回転ディスクと回転ディスクが固定される回転軸との芯振れ量を検出して、芯振れ量から絶対角度誤差を求め、この絶対角度誤差から求めた補正値を記憶する補正値メモリ手段を有している。また位置データ補正手段は、リクエスト信号が入力されるとエンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに補正値メモリ手段に記憶した補正値からリクエスト信号の発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算する補正演算手段とを具備して構成される。なお補正演算手段は、リクエスト信号の発生位置に対応する補正値が無い場合には、その前及び後の補正値の少なくとも１つの補正値を補正値メモリ手段から読み出し、その読み出した補正値に基づいて周知の補間法により対応する補正値を作って補正演算を行うように構成されているのが好ましい。なおズバリの補正値が無い場合には、その前または後の補正値を対応する補正値として、補正演算を行ってもよいのは勿論である。本発明の装置によれば、芯振れに基づく誤差が除去された精度の近い絶対角度位置データを得ることができる。
【００１７】
なお本発明を適用するのがより好ましいエンコーダ装置について、具体的に説明する。エンコーダはスリット透過式の光電式ロータリエンコーダが好ましい。エンコーダは被検知物である回転体の回動等にともない、電気角で９０°位相が異なるＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を含むエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力する。Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を得るために、典型的には発光素子としてＬＥＤ、受光素子としてフォトダイオードが用いられる。４つのフォトダイオードＡ，Ｂ，Ａ＊，Ｂ＊は電気角で９０°位相がずれるように配置されている。４つのフォトダイオードＡ，Ｂ，Ａ＊，Ｂ＊は、例えば回転方向に並べられ、また２つずつ回転方向に並べ、径方向に２セット配置してもよい。ロータリ式のエンコーダの場合、スリット数は通常、８１９２である。４つのフォトダイオードＡ，Ｂ，Ａ＊，Ｂ＊から得られるＡ´信号，Ｂ´信号，Ａ´＊信号及びＢ´＊信号の波形は、理想的には三角波であるが、実際にはピーク部分が歪んだサイン波状になる。
【００１８】
高分割絶対角度位置データ出力手段はコンパレータ回路と、信号切り替え回路と、Ａ／Ｄ変換回路と、メモリ手段と、演算手段とを具備している。コンパレータ回路は、Ａ´信号，Ｂ´信号，Ａ´＊信号及びＢ´＊信号を差動増幅器で差動増幅して得た電気角で位相が９０°異なるＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を入力として各信号を比較する。各信号はそれぞれ電気角で９０°位相がずれているので、移動体が移動して位置が変わると、各信号の電圧の大きさは相互に相対的に上下する。コンパレータ回路は、Ａ信号とＢ信号との交点、Ｂ信号とＡ＊信号との交点、Ａ＊信号とＢ＊信号との交点、及びＢ＊信号とＡ信号との交点で信号切り替え信号を出力する。ここで「交点」は信号の一致点と言い換えることもできる。
【００１９】
信号切り替え回路は、コンパレータ回路から出力される信号切り替え信号に基づいて、基準電圧信号を出力する。この基準電圧信号は、基本的にはＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を部分的に組み合わせて構成される。そのためＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号が選択的に切り替えられる。すなわち基準電圧信号は、Ａ信号→Ｂ＊信号→Ａ＊信号→Ｂ信号の順で連続して繰り返し現れる。各切り替えのタイミングは、信号切り替え信号に基づいており、Ａ信号とＢ＊信号との交点でＡ信号→Ｂ＊信号に切り替わり、Ｂ＊信号とＡ＊信号との交点でＢ＊信号→Ａ＊信号と切り替わる。
【００２０】
基準電圧信号はＡ／Ｄ変換回路に出力され、所定のビット数でＡ／Ｄ変換されてデジタル信号化される。所定のビット数を、例えば８ビットとすると、基準電圧信号は２５６分割されることになる。
【００２１】
切り替わり電圧値メモリ手段は、コンパレータ回路から信号切り替え信号が出力されたときのＡ／Ｄ変換された基準電圧信号の切り替わり電圧値をラッチして記憶する。このラッチは、ラッチ回路を用いればよい。
【００２２】
演算手段は、外部からリクエスト信号が入力されると、そのときの高分割絶対角度位置データを算出する。演算手段はまず、リクエスト信号が入力されたときの信号切り替え回路で選択されている信号の種類即ちそのときの信号切り替え信号によって、基準電圧信号でＡ信号，Ｂ＊信号，Ａ＊信号，Ｂ信号のいずれを選択しているのかを決定する。この決定により、電気角で何度の区間でリクエスト信号が発生したか（例えば９０°〜１８０°の区間でリクエスト信号が発生したか）を知る。これにより基準電圧信号の電圧値だけでは分からない、リクエスト信号の発生区間の特定ができる。そしてリクエスト信号が入力されたときの基準電圧信号の電圧値とリクエスト信号が入力されたときにメモリ手段に記憶されている直前（１サイクル前の電気角で３６０°前までの）４つの切り替わり電圧値により、例えば電気角で９０°〜１８０°の間のどの位置でリクエスト信号が発生したかを演算して、その結果を相対的角度位置データとする。
【００２３】
この演算では、例えば１サイクル前の１サイクル中の基準電圧信号の電圧の変化総量に対する当該サイクルが開始されてからリクエスト信号が入力されたときまでの基準電圧信号の電圧の変化総量との比を求め、この比を分割数（Ａ／Ｄ変換器のビット数で定まる数：８ビットであれば２５６×４）に乗算して、相対的角度位置データを得ることができる。次に、相対的角度位置データを、リクエスト信号が入力される前にエンコーダから出力された最新の絶対角度位置データに加算して高分割絶対角度位置データを得る。高分割絶対角度位置データは、リクエスト信号を送信した外部の制御装置、例えばサーボアンプ等に出力される。
【００２４】
なお演算手段で演算するに当たっては、切り替わり電圧値間の電圧が直線的に変化するものとみなして、先に入力された絶対角度位置データで示された位置からの相対的角度位置を示す相対的角度位置データを演算すると、演算が容易になる。
【００２５】
Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号は、理想的には三角波である。しかし実際には各波形のピーク部分は歪んでおり、三角波Ａ，Ａ＊，Ｂ，Ｂ＊信号をそのまま全部利用して高分割化をしても精度がでない。そこで本発明では、各三角波の直線性の良い部分だけを利用するようにした。
【００２６】
すなわち、基準電圧信号は位相がそれぞれ電気角で９０°ずれたＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号が相互に交点で切り替えられて構成されるため、Ａ，Ｂ，Ａ＊及びＢ＊信号それぞれの歪みの大きいピーク部分が切り捨てられて、各切り替わり電圧値をピークとし、各ピーク間がほとんど直線的に変化する三角波状の波形となる。従って、各ピーク間を直線とみなして演算を行っても大きな誤差は生じず、その結果単純な演算で速やかに相対的角度位置データを算出することができる。
【００２７】
またエンコーダ装置が、電気角で９０°位相が異なるサイン波状のエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、エンコーダから連続して出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度位置データ出力手段とを具備する高分割エンコーダ装置である場合に、高分割絶対角度位置データ出力手段を次のように構成することもできる。即ち、高分割絶対角度位置データ出力手段は、エンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する号切り替え信号生成手段と、Ａ信号及びＢ信号のエンコーダ信号の中から続いて発生する２つの信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つのエンコーダ信号を選択して出力する信号切り替え回路と、信号切り替え回路の出力を所定のビット数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていた１つのエンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つのエンコーダ信号の電圧値をＡ／Ｄ変換回路の出力からラッチして切り替わり電圧値として記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、リクエスト信号が入力されたときに選択されているエンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった信号切り替え信号と、リクエスト信号が入力されたときに切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分の切り替わり電圧値とに基づいてリクエスト信号が入力されたときの相対的角度位置データを演算し、この相対的角度位置データをリクエスト信号が入力される前にエンコーダから出力された絶対角度位置データに加算して高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備している。このような構成の高分割絶対角度位置データ出力手段を用いると、選択するエンコーダ信号がＡ信号とＢ信号の２つで済むため、信号処理が容易になり、信号処理回路または信号処理用のソフトウエアが簡単になる利点がある。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下図示の実施の形態について説明する。図１は、本発明の方法を適用する本発明の高精度エンコーダ装置の一実施の形態の主要部を示す回路ブロック図である。この高精度エンコーダ装置は、リクエスト信号に応じて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダ１を備えた高分割エンコーダ装置（１〜２７）に、エンコーダ１の回転ディスクと回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む絶対角度位置データを補正する位置データ補正手段（２８，２６）とを備えて構成される。
【００２９】
まず高分割エンコーダ装置（１〜２７）の構成を説明する。図１において、高分割エンコーダ装置はロータリ式のエンコーダ１と位置データ補正手段（２８，２６）を含む高分割絶対角度位置データ出力手段２とから構成される。エンコーダ１は回転スリット透過式の光学式ロータリ・アブソリュート・エンコーダであって、いわゆるＡ，Ｂ，Ｃチャンネルのエンコーダ信号の他にこれらの信号に基づいて絶対角度位置データを演算して出力する機能を有している。このエンコーダ１は、位置検知用のフォトダイオード・ユニット１１とフォトダイオード・ユニット１１からの出力を差動増幅する差動増幅回路１２とを含んでいる。このほか原点検知用（Ｃチャンネル用）のフォトダイオード等も備えられているが、ここでは説明を省略する。
【００３０】
フォトダイオード・ユニット１１は、それぞれ電気角で９０°位相がずれるように配置された４つのフォトダイオードＡ，Ｂ，Ａ＊，Ｂ＊からなる。これら４つのフォトダイオードＡ，Ｂ，Ａ＊，Ｂ＊は、例えば回転板に設けられた複数のスリットに沿うようにＡ，Ａ＊，Ｂ，Ｂ＊の順に並置されていてもよい。また回転板の周方向に沿って並べたフォトダイオードＡ，Ａ＊と同様に回転板の周方向に沿って並べたフォトダイオードＢ，Ｂ＊の２つのセットを、径方向に並べて、スリットをこれら２つのセットと対向するように長くした構成でもよい。この例では、いずれの場合も通常スリット数は８１９２である。各フォトダイオードＡ，Ｂ，Ａ＊，Ｂ＊は、図２に示すような９０°位相がずれた電流信号であるＡ′信号，Ｂ′信号，Ａ′＊信号，Ｂ′＊信号を発生する。
【００３１】
差動増幅回路１２はＡ′信号とＡ′＊信号とをそれぞれＩ／Ｖ変換してさらに差動増幅し、またＢ′信号とＢ′＊信号とをそれぞれＩ／Ｖ変換してさらに差動増幅して、図３に示すようなＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号，Ｂ＊信号を作成する。すなわち、フォトダイオード・ユニット１１の４つのフォトダイオードから出力されるＡ´信号，Ａ´＊信号またはＢ´信号，Ｂ´＊信号は、図２に示すようにそれぞれ位相が９０°ずれた電流信号である。しかしながらこれらの電流信号は、数１０μＡと小さく、増幅しなければそのままでは使用できない。また温度変化の影響を受けて変動する。そこで差動増幅回路１２を用いて、Ｉ／Ｖ変換して更に差動増幅した信号Ａ´−Ａ´＊＝Ａ信号、Ａ´＊−Ａ´＝Ａ＊信号、Ｂ´−Ｂ´＊＝Ｂ信号及びＢ´＊−Ｂ´＝Ｂ＊信号を得ている。
【００３２】
従来のエンコーダ装置によれば、前述のようにＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号，Ｂ＊信号に基づいて４倍周波数のパルス信号を作成し、各パルス信号の位相関係から絶対角度位置データを得ていた。しかし本実施の形態においてはさらに高分割化された位置データを得るために、高分割絶対角度位置データ出力手段２によりＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号，Ｂ＊信号に演算処理を施して、まず高分割化した相対的角度位置データを得て、この相対的角度位置データを絶対角度位置データに加える。
【００３３】
高分割絶対角度位置データ出力手段２は、コンパレータ回路２１，信号切り替え回路２２，Ａ／Ｄ変換回路２３，ラッチ回路２４，演算・指令回路２５，メモリ回路２６，信号入出力回路２９からなる。絶対角度位置データ２７はエンコーダ１より与えられる。なお最新の絶対角度位置データ２７は、専用のメモリに記憶してもよいが、メモリ回路２６に記憶させてもよい。このメモリ回路２６は、切り替わり電圧値メモリ手段と後に詳しく説明する補正値記憶手段の両方のメモリ手段として兼用されている。
【００３４】
差動増幅回路１２からの出力は、理想的には三角波状のＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号となる。しかしながら実際には、各波形はピーク部分（変曲点の部分）が歪んでおり、図３に示すようなサイン波状である。そのため、これらの三角波状のＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及びＢ＊信号をそのまま全部利用して高分割化しようとしても容易には精度が出ないし、精度を出そうとすると演算が非常に複雑になる。そこで本発明では、図４（Ａ）に示すようにＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及びＢ＊信号の直線性の良い部分だけを利用する。
【００３５】
図１には、差動増幅回路１２が１つのブロックで示されているが、内部には複数の差動増幅回路が含まれており、特にコンパレータ回路２１にＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及びＢ＊信号を供給する差動増幅回路としては増幅度が非常に大きなものを用いている。したがってコンパレータ回路２１に入力さえるＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及びＢ＊信号は矩形状の信号波形となっている。コンパレータ回路２１は、Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号の各信号を比較して、Ａ信号とＢ信号との交点（レベルの一致点），Ｂ信号とＡ＊信号との交点（レベルの一致点），Ａ＊信号とＢ＊信号との交点（レベルの一致点），及びＢ＊信号とＡ信号との交点（レベルの一致点）で信号切り替え信号を出力する。具体的にコンパレータ回路２１では、４つのＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号のうち、Ａ信号とＢ信号とを比較し、Ａ信号とＢ＊信号とを比較し、Ａ＊信号とＢ＊信号とを比較し、Ａ＊信号とＢ信号とを比較して、図４（Ｂ）〜（Ｅ）に示すような信号を得る。図４（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号は、Ａ信号がＢ信号より大きくなっている期間ｈｉｇｈに立上がっており、図４（Ｃ）の「Ａ＞Ｂ＊」信号はＡ信号がＢ＊信号より大きくなっている期間ｈｉｇｈに立上がっており、図４（Ｄ）の「Ａ＊＞Ｂ＊」信号は、Ａ＊信号がＢ＊信号より大きくなっている期間ｈｉｇｈに立上がっており、図４（Ｅ）の「Ａ＊＞Ｂ」信号はＡ＊信号がＢ信号より大きくなっている期間ｈｉｇｈに立上がっている。これらの比較をするためにコンパレータ回路２１には４つの比較手段が含まれている。
【００３６】
図４（Ｂ）〜（Ｅ）に示した４つの信号の立上がり位置に基づいて、４分割の（電気角で９０°間隔で発生する）信号切り替え信号が得られる。コンパレータ回路２１は、図４（Ｂ）〜（Ｅ）に示す各信号の立上がりに同期した信号を信号切り替え信号として出力する。この例では、図４（Ｂ）〜（Ｅ）に示した４つの立上がり部（図面上に丸印を付した部分）を利用しているため、信号切り替え信号の精度が高くなる。
【００３７】
信号切り替え回路２２は、コンパレータ回路２１から出力される信号切り替え信号に基づき、Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を選択的に切り替えて、Ａ信号→Ｂ＊信号→Ａ＊信号→Ｂ信号の順で連続して繰り返し現れる基準電圧信号ＲＶＳ［図４（Ａ）］を作成する。具体的には、信号切り替え回路２２は、コンパレータ回路２１から出力される切り替え信号に基づいて、Ａ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号を切り替えて、図４（Ａ）に示す基準電圧信号ＲＶＳを出力する。図４（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号の立上がりはＢ信号の使用中止とＡ信号の使用開始を示すタイミング信号となり、図４（Ｃ）の「Ａ＞Ｂ＊」信号の立上がりはＡ信号の使用中止とＢ＊信号の使用開始を示すタイミング信号となり、図４（Ｄ）の「Ａ＊＞Ｂ＊」信号の立上がりはＢ＊信号の使用中止とＡ＊信号の使用開始を示すタイミング信号となり、図４（Ｅ）の「Ａ＊＞Ｂ」信号の立上がりはＡ＊信号の使用中止とＢ信号の使用開始を示すタイミング信号となる。
【００３８】
これらの切り替え信号に基づいて、Ａ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号を切り替えて作られた基準電圧信号ＲＶＳは、１サイクル中にＶａ，Ｖｂ＊，Ｖａ＊，Ｖｂの４つのピークを有し、Ａ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号の１周期と同じ周期で発生する。すなわち１スリットが電気角で３６０°移動して発生する信号である。このような基準電圧信号ＲＶＳを用いることにより、Ａ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号のピーク部分を使用することを避けている。
【００３９】
Ａ／Ｄ変換回路２３は、以後デジタル処理（マイコン処理）をするために、基準電圧信号ＲＶＳをＡ／Ｄ変換する。具体的に、Ａ／Ｄ変換回路２３は、信号切り替え回路２２から出力される基準電圧信号ＲＶＳを８ビットでデジタル信号に変換する。すなわちＡ／Ｄ変換回路２３は、１／４周期分の基準電圧信号ＲＶＳを８ビットすなわち２５６の分割数で分割してデジタル信号に変換する。そのため１周期分の分割数は、２５６×４となる。
【００４０】
ラッチ回路２４は、切り替え信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換された基準電圧信号ＲＶＳからＶａ，Ｖｂ＊，Ｖａ＊，Ｖｂの４つのピーク電圧のデータを順次ラッチする。ラッチした値はメモリ回路２６にメモリされる。メモリ回路２６は、少なくとも直前の即ち１サイクル前の４つのピーク電圧及び現在のサイクルでラッチする値を記憶している。そしてラッチした値で前の記憶データが更新される。なお基準電圧信号ＲＶＳをＡ／Ｄ変換した値をそのままメモリ回路２６に順次メモリしてもよい。実際に演算のベースに使用するのは１サイクル（１周期：電気角で３６０°）前即ち１スリット前の測定データである。
【００４１】
演算・指令回路２５は、サーボアンプの信号入出力回路３から信号入出力回路２９を通じてリクエスト信号Ｘが入力されたときに、そのときの高分割絶対角度位置データを演算して作成し、さらに角度データに変換して信号入出力回路２９を通じてサーボアンプの信号入出力回路３に出力する。
【００４２】
すなわちサーボアンプの信号入出力回路３からリクエスト信号Ｘが入力されると、演算・指令回路２５はリクエスト信号Ｘが入力された位置における回転位置を演算して出力する。まずエンコーダ１から絶対角度位置データ２７を入力する。絶対角度位置データ２７は、エンコーダ１から出力され、エンコーダ１は１スリットが電気角で３６０°回転するたびに回転方向に応じて絶対角度位置データ２７を加減算していく。図４（Ａ）において、Ｄab1 及びＤab2 が絶対角度位置データの更新位置であり、Ｄab1 とＤab2 の間で１スリットが電気角で３６０°回転して１周期または１サイクルとなる。本実施の形態では、この１周期を更に分割数２５６×４で分割して高分割化する。
【００４３】
演算・指令回路２５は、まず、リクエスト信号Ｘが入力されたときの信号切り替え回路２２で選択されている信号の種類によって、基準電圧信号ＲＶＳでＡ信号，Ｂ＊信号，Ａ＊信号，Ｂ信号のいずれを選択しているのかを特定する。この特定により、電気角で何度の区間でリクエスト信号Ｘが発生したかを決定する。これにより基準電圧信号ＲＶＳの電圧値だけでは分からない、リクエスト信号Ｘの発生区間［図４（Ａ）の（１）〜（４）の区間］の特定ができる。そしてリクエスト信号Ｘが入力されたときの基準電圧信号ＲＶＳの電圧値とリクエスト信号Ｘが入力されたときにメモリ回路２６に記憶されている直前（１サイクル前の電気角で３６０°前までの）４つの切り替わり電圧値（Ｖｂ，Ｖａ，Ｖｂ＊，Ｖａ＊）により、１サイクル中の期間の何分割目の位置でリクエスト信号が発生したかを演算して、それを相対的角度位置データとする。
【００４４】
これをもう少し具体的に説明すると、演算・指令回路２５では絶対角度位置データ２７に高分割された相対的角度位置データを加算することにより、リクエスト信号Ｘが出力されたときの高分割絶対角度位置データを演算する。リクエスト信号Ｘが１スリット中のどこで発生したかは、図４（Ｂ）〜（Ｅ）のいずれの信号が信号切り替え信号として利用されているのかと、リクエスト信号Ｘが入力されたときの電圧Ｖｘ（そのときの切り替え信号の位相関係から選択されている信号、例えば図４（Ａ）の例ではＡ信号の電圧）と、予め用意された４つの演算式とから求める。
【００４５】
図４（Ａ）に示した位置でリクエスト信号Ｘが入力されたとすると、「Ａ＞Ｂ」信号の立上がり部が切り替え信号として用いられているから、区間（１）すなわち（電気角で０°〜９０°の区間）でリクエスト信号が発生したことが特定できる。この特定と、リクエスト信号が入力された基準電圧信号の電圧値と、１サイクル前の４つの切り替わり電圧値とから、下記（１）の式を用いて相対的角度位置データを演算する。なお演算式は、選択されている信号の種類とリクエスト信号Ｘが入力された区間に応じて４種類用意されている。すなわちリクエスト信号Ｘが０°〜９０°の位置で入力された場合に用いる式（１）と、リクエスト信号Ｘが９０°〜１８０°の位置で入力された場合に用いる式（２）と、リクエスト信号Ｘが１８０°〜２７０°の位置で入力された場合に用いる式（３）と、リクエスト信号Ｘが２７０°〜３６０°の位置で入力された場合に用いる式（４）である。
【００４６】
【数１】

図４（Ａ）の場合には、上記式（１）が選択されて、実際の測定電圧Ｖｘが代入され、相対的角度位置データＤＸが算出される。これらの演算式は、リクエスト信号Ｘが入力された位置が、絶対角度位置Ｄab1 からどの程度進んだ位置にあるかを求め、その位置に応じた分割数を得る式である。この式の基本は、Ｄab1 からＤab2 までの電圧の加算値即ち変化総量（分母）とＶｘが入力された位置までのＤab1 からの電圧の加算値即ち変化総量（分子）との比率を求めて、この比率をＡ／Ｄ変換器のビット数により決まる分割数に乗算して得ることである。すなわちこの演算方法では、三角波のピークであるＶａ，Ｖｂ＊，Ｖａ＊，Ｖｂのそれぞれへの電圧変化は直線的であるとみなしている。前述のように三角波状のＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号はピーク部分が歪んだサイン波状であるが、それ以外の部分はほぼ直線に近い。よってコンパレータ回路２１及び信号切り替え回路２２により歪みの多い部分を切り捨てて、演算のしやすい直線部分のみを残した基準電圧信号ＲＶＳを得て、さらに本実施の形態ではこれを直線とみなして演算式により相対的角度位置データを得るようにしたのである。
【００４７】
この装置で、分割精度はＡ／Ｄ変換回路２３のビット数に依存する。すなわち８ビットで分割すれば、１サイクルの間を最大２５６×４分割、一回転では最大８１９２×２５６×４＝８３８８６０８のかなりの高分割化が可能である。Ａ／Ｄ変換回路２３のビット数を更に大きくすれば、更に高分割化が可能である。
【００４８】
演算・指令回路２５では、演算式に基づいて得た相対的角度位置データＤＸに絶対角度位置データ２７を加算し、高分割絶対角度位置データを得て、さらにこれを角度データに変換し、補正演算手段２８に出力する。この例では、演算・指令回路２５が演算手段を構成している。
【００４９】
次に、補正演算手段２８とメモリ回路２６内に構成されるまたはメモリ回路２６によって兼用される補正値メモリ手段とから構成される位置データ補正手段について説明する。この位置データ補正手段（２８，２６）は、エンコーダ１の回転ディスクの中心と回転ディスクが固定される回転軸の中心との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む絶対角度位置データを補正するものである。メモリ回路２６内に構成される補正値メモリ手段には、予めエンコーダ１の回転ディスクの中心と回転ディスクが固定される回転軸の回転中心との芯振れ量を検出し、この芯振れ量から回転ディスクを所定の角度間隔で１回転させたときの１回転あたりの絶対角度誤差を求め、この絶対角度誤差から求めた補正値が記憶されている。そして補正演算手段２８は、リクエスト信号が入力されるとエンコーダ装置から出力される（具体的には演算・指令回路２５から出力される）絶対角度位置データに、メモリ回路２６内に構成される補正値メモリ手段に電気角で記憶した補正値からリクエスト信号の発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算して、信号入出力回路２９から出力する。なお補正値メモリ手段に補正値を機械角で記憶している場合には、補正演算手段２８が補正値を加算する過程において、機械角の補正値を電気角の補正値に変換すればよい。
【００５０】
ここでメモリ回路２６内に構成される補正値メモリ手段に記憶させる補正値の求め方について図５以降の図面を用いて説明する。まず回転ディスクの中心と回転ディスクが固定される回転軸の回転中心Ｏとの芯振れ量（２ｒ）を求める。次に芯振れ量（２ｒ）から絶対角度誤差αを求め、その後絶対角度誤差αを補正する補正値を求める。
【００５１】
芯振れ量を求めるためにはまずジッタ量を求める。このジッタ量とは図５に示すように、２つのフォトダイオード（検出器）が設置される２つの検出点Ａ及び検出点Ｂの間の検出角度（θ1 〜θ2 ）に関連するものであり、芯振れで現れる２つの信号（例えばＡ信号とＢ信号）の位相差の変化幅である。これをエンコーダ１から出力される信号で見ると、例えば図６に示すように、ＡｃｈのＡ信号を基準として、ＢｃｈのＢ信号の位相差の変化幅すなわち振れがジッタ量となる。芯振れが無ければ、ＡｃｈのＡ信号の立上がり位置からＢｃｈのＢ信号の立上がり位置までの位相差は常に一定である。しかし芯振れがあるとこの位相差は変化する。この位相差の最大値と最小値の差がジッタ量に相当するもの（関係するもの）となる。図５を用いて説明すると、回転ディスクがＰ１の位置にあるときと、１８０°異なるＰ２の位置にあるときで、検出点ＡＢ間の検出角度はθ1 からθ2 の間で変化する。Ｐ１の位置でこの角度θ1 は最大となり（位相差も最大になり）、Ｐ２の位置でこの角度θ2 は最小となる（位相差も最小になる）。この検出角度の変化量θ1 −θ2 を知ることによってもジッタ量を検出できる。
【００５２】
図１の例では、この位相差は図７の基準電圧信号ＲＶＳから求めることができる。図７は、芯振れにより誤差が発生していることを示すために図４と比べて誇張して描いてある。図７の例では、Ｂ信号の位相が進んでＡ信号との位相差が小さくなった状態を示している。回転軸を所定の角度回転させたときに基準電圧信号ＲＶＳが基準電圧Ｖｒになったときから特定の切り替わり電圧値Ｖａが発生するまでの基準電圧信号の電圧の変化総量（Ｖａ−Ｖｒ）と１サイクル前の１サイクル中の基準電圧信号の電圧変化総量［（Ｖａ−Ｖｂ）＋（Ｖａ−Ｖｂ＊）＋（Ｖａ＊−Ｖｂ＊）＋（Ｖａ＊−Ｖｂ）］との比｛（Ｖａ−Ｖｒ）／［（Ｖａ−Ｖｂ）＋（Ｖａ−Ｖｂ＊）＋（Ｖａ＊−Ｖｂ＊）＋（Ｖａ＊−Ｖｂ）］｝×１００％から位相差を％で求める。なお各切り替わり電圧値は図１のメモリ回路２６に記憶されているので、位相差を求める場合にはメモリ回路２６に記憶されている切り替わり電圧値を用いればよい。基準電圧Ｖｒは各信号の中心電圧である。
【００５３】
回転ディスクを機械角で１０°ずつ回転させて１回転中の各角度ごとに前述の位相差を求め、その中から最大位相差と最小位相差をみつけてその差を求める。この差が各角度における前述のジッタ量である。回転ディスクを機械角で１０°ずつ回転させて位相差を％で求めた一例は、図８の左側の図表に示す通りである。この図表において、１％は電気角で見て３６０／１００°＝３．６°である。図９は、この図８の位相差の変化と絶対角度誤差αの変化を示したものである。図９を見ると明らかなように、位相差は１回転で最大値と最小値をとる。この最大値と最小値の差がジッタ量である。位相差が最大値となる場合には、回転ディスクの中心は検出点ＡとＢに最も近く、また位相差が最小値になる場合には、回転ディスクの中心は検出点ＡとＢから最も遠くなる。このことから図５の検出角度の変化量（θ1 −θ2 ）がジッタ量に関係するものであることが理解できるであろう。
【００５４】
ジッタ量と検出角度の変化量（θ1 −θ2 ）との間には、ジッタ量×［３６０／８１９２（エンコーダの基本分割数）］＝検出角度の変化量の関係がある。そして検出角度の変化量と芯振れ量（２ｒ）との間には、図５に示した各部の寸法を用いて表すと下記の関係式が成立する。
【００５５】
検出角度の変化量＝ARCTAN(L/(R-r)−ARCTAN(L/(R+r)）
上記関係式からｒを逆算し、このｒを２倍にした値が芯振れ量である。ジッタ量と芯振れ量との関係の一例は、図１０の計算例に示す通りである。図１０の計算例は、Ｒ＝４５ｍｍ、Ｌ＝１．５ｍｍ、エンコーダの基本分割数＝８１９２／回転の場合である。
【００５６】
図８の左側の図表に示した例では、最大位相差が２４．２５％であり、最小位相差が１９．６５％であるから、ジッタ量は４．６％となる。図１０のジッタ量と芯振れ量との関係でジッタ量４．６％に相当する芯振れ量を求めると、芯振れ量は約０．０２４となる。
【００５７】
ここで図５に戻って、絶対角度誤差αと芯振れ量の関係を明らかにする。回転ディスクの中心がＤにある場合の真の回転角度をθとし、実際の検出角度（角度ＡＤＣ）をθ´とし、回転中心から検出点Ａまでの距離をＲとして、回転中心Ｏと回転ディスクとの間の距離をｒとすると、絶対角度誤差αは次のように表すことができる。
【００５８】
α＝θ−θ´＝ARCTAN［ｒ×ｓｉｎ（θ）／（Ｒ−ｒ×ｃｏｓ（θ）］
Ｒ＞＞ｒであるから、この式はα＝ARCTAN（ｒ×ｓｉｎ（θ）／Ｒ）と表すことができる。
【００５９】
そして図８の左側の図表に示した位相差が最大になる機械角度の位置をθ＝０即ち補正値０とし、前述のジッタ量から求めた芯振れ量２ｒを０．０２４、Ｒを４５ｍｍとして、各機械角度θにおける絶対角度誤差αを演算した。その結果が図８の右側の図表のαの欄の値である。図８の右側の図表の補正値は機械角で表した補正値βである。この補正値をそのまま図１のメモリ回路２６の内部に構成される補正値メモリ手段にメモリしておいてもよい。この場合に図１の演算・指令回路２５から出力される高分割化絶対値データを補正するときには、補正演算手段２８は、この機械角の補正値を電気角に変換した後に、高分割化絶対値データに変換した補正値を加算して補正を行う。機械角で表した補正値をβとしたとき、これを電気角β´で表すとβ´＝β／［３６０°／８１９２（分割数）］である。したがって予め補正値を電気角で図１のメモリ回路２６の内部に構成される補正値メモリ手段にメモリしておけば、補正演算手段２８で補正値を電気角に変換する必要はない。
【００６０】
図８の例では、補正値を１０°間隔で示しているが、角度間隔をもっと小さくしてもよく、また実際にはリクエスト信号が入力される周期に合わせて、高分割化絶対値データに応じた補正値を予め求めておけばよい。
【００６１】
また予め求めることができない角度の補正値については、周知の補間法等を用いて演算により求めればよい。そしてエンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに、その絶対角度位置データに対応する補正値を加えて（補正値の極性によっては結果として減算となる場合がある）絶対角度位置データを補正すればよい。また予め求めることができない角度の補正値については、補間法を用いずに、なるべく近い補正値（前の補正値または後の補正値のいずれか）を補正値として用いてもよい。このようにしても補正をしない場合に比べれば、検出精度は大幅に上がる。
【００６２】
補正値は、対象とするエンコーダ装置１台１台について設定することになる。補正値を決定するにあたっては、対象となるエンコーダ装置のメモリ回路２６に記憶されるデータを読み出して、前述の通りの工程で補正値を決定する。そして決定した補正値をメモリ回路２６に記憶させればよい。なおマイクロコンピュータを用いて補正値の決定を自動的に行って決定した補正値をメモリ回路２６に自動的に記憶させるようにしてもよいのは勿論である。
【００６３】
図１１は、本発明の高精度エンコーダ装置の他の実施の形態の構成のブロックである。図１１において、図１の実施の形態を構成する部分と同じ部分には、図１に付した符号と同じ符号を付してあり、構成が異なる部分には図１に付した符号にダッシュを付した符号を付してある。この実施の形態では、エンコーダ１´が２つの差動増幅回路１２´ａ及び１２´ｂを備えている点と、コンパレータ回路２１´が図１の場合と位相の異なる信号切り替え信号を生成する点と、信号切り替え回路２２´がＡ信号とＢ信号の２つのエンコーダ信号のみを切り替えの対象とする点と、演算・指令回路２５´で用いる演算式が異なる点で相違する。その他の点は、図１の実施の形態と同様である。
【００６４】
まず差動増幅回路１２´ａは増幅度があまり大きくなく、図１２（Ａ）に示すようなサイン波状のＡ信号とＢ信号とを出力する。差動増幅回路１２´ｂは、差動増幅回路１２´ａよりも増幅度がかなり大きく、矩形波状になったＡ信号、Ｂ信号及びＢ＊信号を出力する。切り替え信号生成手段を構成するコンパレータ回路２１´は、Ａ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号，Ｂ＊信号のうち、Ａ信号とＢ信号とを比較し、Ａ信号とＢ＊信号とを比較して、図１２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すような信号を得る。図１２（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号は、Ａ信号がＢ信号より大きくなっている期間ｈｉｇｈに立上がっており、図１２（Ｃ）の「Ａ＞Ｂ＊」信号はＡ信号がＢ＊信号より大きくなっている期間ｈｉｇｈに立上がっている。これらの比較をするためにコンパレータ回路２１´には２つの比較手段が含まれている。
【００６５】
図１２（Ｂ）及び（Ｃ）に示した２つの信号の立上がり位置に基づいて、電気角で９０°間隔で発生する信号切り替え信号が得られる。コンパレータ回路２１´は、図１２（Ｂ）及び（Ｃ）に示す各信号の立上がりに同期した信号を信号切り替え信号として出力する。この例では、図１２（Ｂ）及び（Ｃ）に示した４つの立上がり部（図面上に丸印を付した部分）を利用する。
【００６６】
信号切り替え回路２２´は、コンパレータ回路２１´から出力される信号切り替え信号に基づき、差動増幅回路１２ａ´から出力されるＡ信号及びＢ信号を選択的に切り替えて出力する。具体的には、信号切り替え回路２２´は、コンパレータ回路２１´から出力される切り替え信号に基づいて、Ａ信号及びＢ信号を切り替えて、図１２（Ａ）に太線で示す不連続な基準電圧信号ＲＶＳ´を出力する。図１２（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号の立上がり及び立下がりはＢ信号の使用中止とＡ信号の使用開始を示すタイミング信号となり、図１２（Ｃ）の「Ａ＞Ｂ＊」信号の立上がりと立下がりはＡ信号の使用中止とＢ信号の使用開始を示すタイミング信号となる。
【００６７】
これらの切り替え信号に基づいて、Ａ信号及びＢ信号を切り替えて作られた基準電圧信号ＲＶＳ´は、Ａ信号及びＢ信号の１周期と同じ周期で繰り返し発生する。すなわち１スリットが電気角で３６０°移動して発生する信号である。基準電圧信号ＲＶＳ´は不連続な電圧信号であるが、Ａ信号及びＢ信号のピーク部分を使用することを避けている。
【００６８】
ラッチ回路２４は、前述の切り替え信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換回路２３によりＡ／Ｄ変換された基準電圧信号ＲＶＳ´から、信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていたＡ信号及びＢ信号の一方の電圧値と次に選択されるＡ信号及びＢ信号の他方の電圧値をラッチして、切り替わり電圧値メモリ手段として用いられるメモリ回路２６に記憶させる。図１２を参照すると、具体的には、図１２（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号の立上がりで発生する切り替え信号がラッチ回路２４に入力されると、ラッチ回路２４はＡ信号の電圧Ｖa1とＢ信号の電圧Ｖb1とをラッチする。図１２の例では、Ｖa1＝Ｖb1となっているが、現実には差動増幅回路１２´ａの回路構成によってはＶa1とＶb1とが一致しない場合も多いので、この例ではラッチ回路２４がＡ信号の電圧Ｖa1とＢ信号の電圧Ｖb1とをラッチして、ラッチした電圧値をメモリ回路２６に記憶させる。同様にして、図１２（Ｃ）の「Ａ＞Ｂ＊」信号の立上がりで発生する切り替え信号がラッチ回路２４に入力されると、ラッチ回路２４はＡ信号の電圧Ｖa2とＢ信号の電圧Ｖb2とをラッチして、メモリ回路２６にラッチした電圧値を記憶させる。また図１２（Ｂ）の「Ａ＞Ｂ」信号の立下がりで発生する切り替え信号がラッチ回路２４に入力されると、ラッチ回路２４はＡ信号の電圧Ｖa3とＢ信号の電圧Ｖb3とをラッチして、メモリ回路２６にラッチした電圧値を記憶させる。また図１２（Ｃ）の「Ａ＞Ｂ＊」信号の立下がりで発生する切り替え信号がラッチ回路２４に入力されると、ラッチ回路２４はＡ信号の電圧Ｖa4とＢ信号の電圧Ｖb4とをラッチして、メモリ回路２６にラッチした電圧値を記憶させる。
【００６９】
演算・指令回路２５´は、まず、リクエスト信号Ｘが入力されたときの信号切り替え回路２２´で選択されている信号の種類と、リクエスト信号Ｘが入力される前の切り替え信号とにより、電気角で何度の区間でリクエスト信号Ｘが発生したかを決定する。これにより基準電圧信号ＲＶＳ´の電圧値だけでは分からない、リクエスト信号Ｘの発生区間［図１２（Ａ）の（１）〜（４）の区間］の特定ができる。そしてリクエスト信号Ｘが入力されたときの基準電圧信号ＲＶＳ´の電圧値とリクエスト信号Ｘが入力されたときにメモリ回路２６に記憶されている直前（１サイクル前の電気角で３６０°前までの）８つの切り替わり電圧値（Ｖa1〜Ｖa4, Ｖb1〜Ｖb4）により、１サイクル中の期間の何分割目の位置でリクエスト信号Ｘが発生したかを演算して、それを相対的角度位置データとする。
【００７０】
具体的に説明すると、演算・指令回路２５´では絶対角度位置データ２７に高分割された相対的角度位置データを加算することにより、リクエスト信号Ｘが出力されたときの高分割絶対角度位置データを演算する。リクエスト信号Ｘが１スリット中のどこで発生したかは、図１２（Ｂ）及び（Ｃ）のいずれの信号が信号切り替え信号として利用されているのかと、リクエスト信号Ｘが入力されたときの電圧Ｖｘ（そのときの切り替え信号の位相関係から選択されている信号、例えば図１２（Ａ）の例ではＡ信号の電圧）と、予め用意された４つの演算式とから求める。
【００７１】
図１２（Ａ）に示した位置でリクエスト信号Ｘが入力されたとすると、「Ａ＞Ｂ」信号の立上がり部が切り替え信号として用いられているから、区間（１）すなわち（電気角で０°〜９０°の区間）でリクエスト信号が発生したことが特定できる。この特定と、リクエスト信号が入力された基準電圧信号の電圧値と、１サイクル前の８つの切り替わり電圧値（Ｖa1〜Ｖa4，Ｖb1〜Ｖb4）とから、下記（５）の式を用いて相対的角度位置データを演算する。なお演算式は、選択されている信号の種類（Ａ信号かＢ信号か）とリクエスト信号Ｘが入力された区間に応じて４種類用意されている。すなわちリクエスト信号Ｘが０°〜９０°の位置で入力された場合に用いる式（５）と、リクエスト信号Ｘが９０°〜１８０°の位置で入力された場合に用いる式（６）と、リクエスト信号Ｘが１８０°〜２７０°の位置で入力された場合に用いる式（７）と、リクエスト信号Ｘが２７０°〜３６０°の位置で入力された場合に用いる式（８）である。
【００７２】
【数２】

上記式（５）〜式（８）において、Ｖ0 はＡ信号とＢ信号の中心電圧となる基準電圧であり、Ｖｘは測定電圧であり、ＫはＡ信号の振幅とＢ信号の振幅が異なる場合に、Ａ信号の振幅を基準にしてＢ信号の振幅を補正する補正係数である。図１２（Ａ）のようにＡ信号の振幅とＢ信号の振幅が等しいときには、Ｋ＝１となる。
【００７３】
図１２（Ａ）のように区間（１）でリクエスト信号Ｘが入力されたときには、上記式（５）が選択されて、実際の測定電圧Ｖｘが代入され、相対的角度位置データＤＸが算出される。これらの演算式は、リクエスト信号Ｘが入力された位置が、絶対角度位置Ｄab1 からどの程度進んだ位置にあるかを求め、その位置に応じた分割数を得る式である。この式の基本も前述の式（１）〜（４）と同様に、絶対角度位置Ｄab1 からＤab2 までの電圧の加算値即ち変化総量（分母）とＶｘが入力された位置までのＤab1 からの電圧の加算値即ち変化総量（分子）との比率を求めて、この比率をＡ／Ｄ変換器のビット数により決まる分割数に乗算して得ることである。
【００７４】
演算・指令回路２５´では、演算式（５）〜（８）に基づいて得た相対的角度位置データＤＸに絶対角度位置データ２７を加算し、高分割絶対角度位置データを得て、さらにこれを角度データに変換し、補正演算手段２８に出力する。
【００７５】
次に、補正演算手段２８とメモリ回路２６によって兼用される補正値メモリ手段とから構成される位置データ補正手段（２８，２６）は、エンコーダ１´の回転ディスクの中心と回転ディスクが固定される回転軸の中心との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む絶対角度位置データを補正する。補正演算手段２８は、図１の実施の形態の動作説明と同じ動作をする。したがって補正演算手段２８は、リクエスト信号Ｘが入力されるとエンコーダ装置（１´，２´）から出力される（具体的には演算・指令回路２５´から出力される）絶対角度位置データに、メモリ回路２６内に構成される補正値メモリ手段に電気角で記憶した補正値からリクエスト信号Ｘの発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算し、信号入出力回路２９から出力する。
【００７６】
差動増幅回路１２´ａと差動増幅回路１２´ｂの増幅度が異なると、これらの回路の処理速度には差が発生する（即ち両者の回路の出力に時間遅れが発生する）。増幅度が小さい場合には、時間遅れが発生しやすい傾向がある。したがってこのような場合には、図１１の回路であれば、図１に符合ＲＣで示した位置に遅延回路を挿入すればよい。またコンパレータ回路２１´の入力側に遅延回路を挿入してもよいのは勿論である。
【００７７】
また回転軸の回転速度が速くなるほど、信号処理の時間遅れの影響は大きくなる。そこで遅延回路を回転軸の回転速度に応じて、挿入したり切り離したりしてもよいのは勿論である。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、芯振れに基づく誤差が除去された精度の高い絶対角度位置データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高精度エンコーダ装置の一つの実施の形態の主要な構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１の実施の形態の４つのフォトダイオードの出力を示す図である。
【図３】図２のフォトダイオードの出力をＩ／Ｖ変換した信号を示す図である。
【図４】（Ａ）は、高分割の原理を説明するためにＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を用いて得た基準電圧信号ＲＶＳを示す図であり、（Ｂ）〜（Ｅ）は４種類の信号切り替え信号をそれぞれ示す図である。
【図５】芯振れにより絶対角度誤差が発生することを説明するために用いる説明図である。
【図６】ジッタ量を説明するために用いる波形図である。
【図７】ジッタ量の算出方法を説明するために用いる模擬波形図である。
【図８】位相差、絶対角度誤差及び補正値の計算例の関係を示す図表である。
【図９】位相差と絶対角度誤差の関係を示す図である。
【図１０】芯振れ量とジッタ量の計算例を示す図表である。
【図１１】本発明に係る高精度エンコーダ装置の他の実施の形態の主要な構成を示す回路ブロック図である。
【図１２】（Ａ）は、図１１の実施の形態で用いる高分割の原理を説明するためにＡ信号，Ｂ信号を用いて得た基準電圧信号ＲＶＳ´を示す図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は２種類の信号切り替え信号をそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
１，１´ エンコーダ
１１フォトダイオード・ユニット
１２，１２´ａ，１２´ｂ差動増幅回路
２，２´ 高分割絶対角度位置データ出力手段
２１，２１´ コンパレータ回路
２２，２２´ 信号切り替え回路
２３Ａ／Ｄ変換回路
２４ラッチ回路
２５，２５´ 演算・指令回路
２６メモリ回路
２７絶対角度位置データ
２８補正演算手段
２９信号入出力回路
３サーボアンプの信号入出力回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention improves the accuracy of an encoder device capable of correcting the absolute angle error caused by the misalignment between the center of the rotary shaft of the rotary encoder and the center of the rotary disk and improving the detection accuracy. The present invention relates to a method and a high-precision encoder device.
[0002]
[Prior art]
In systems such as industrial robots in practical use in factories, an encoder is used to detect the rotational position of a servo motor and obtain position data used for these controls. In a typical photoelectric rotary encoder, four photodiodes that receive light through 8192 slits provided on a rotating disk are arranged so as to be shifted by 90 ° in electrical angle, and 90 ° in electrical angle as shown in FIG. A ', B', A '* and B' * signals are obtained which are shifted. Two types of pulse trains that are 180 ° out of phase with each other based on the A, B, A *, and B * signals (FIG. 3) obtained by amplifying this current signal, performing I / V conversion, and further amplifying the operation. Absolute angle position obtained by converting the 360 ° mechanical angle into 8192 × 4 = 32768 by converting the encoder signal to a quadruple frequency pulse train signal using the rising and falling timings of the encoder signal. Data can be obtained.
[0003]
Such an optical rotary encoder has a structure in which a rotating disk having a plurality of slits formed on a rotating shaft is fixed, and a light emitting element and a light receiving element (detector) are arranged on both sides of the rotating disk. Yes.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is very difficult to assemble the shaft center of the rotating shaft or the center of the rotating shaft and the center of the rotating disc completely, and there is generally a slight deviation between the centers. This misalignment is called center runout. If there is such center runout, the center of the rotating disk will rotate around the rotation center of the shaft, resulting in an error in the absolute angular position data output from the encoder. Will occur.
[0005]
With reference to FIG. 5, the relationship between the center runout amount (dimension twice the dimension r of the deviation amount between the rotation center O of the rotating shaft and the rotation center of the rotating disk) and the absolute angle error α will be described. In FIG. 5, detection points A and B are attachment positions, that is, detection points of two light receiving elements (detectors) provided in the encoder. A light receiving element for obtaining the A ′ signal shown in FIG. 2 is arranged at the detection point A, and a light receiving element for obtaining the B ′ signal shown in FIG.
[0006]
When the rotating disk rotates from the position A to the position C, the true rotation angle (angle AOC) about the rotation center O of the encoder is θ. However, the angle (angle ADC) that is actually output from the encoder due to the runout of the rotating disk is θ ′. This angle deviation α, that is, α = θ′−θ is an absolute angle error based on the center deflection amount. Although the true angle θ is θ = θ′−α, the absolute angle position data based on the angle θ ′ is output from the encoder. In order to increase the detection accuracy, if this absolute angle error is removed from the output of the encoder as a correction value, a highly accurate detection value that takes into account the amount of center deflection is obtained.
[0007]
An object of the present invention is to increase the accuracy of an encoder apparatus that can correct an absolute angle error caused by a misalignment between the center of a rotary shaft of a rotary encoder and the center of a rotary disk to improve detection accuracy. An object of the present invention is to provide a precision method and a high precision encoder device.
[0008]
In addition to the above object, another object of the present invention is to provide a method for improving the accuracy of an encoder apparatus and a highly accurate encoder apparatus that achieve high precision and high division with a simple configuration.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The method of the present invention corrects an absolute angle error caused by a center runout between a rotary disk of a rotary encoder and a rotary shaft to which the rotary disk is fixed, thereby improving the position detection accuracy of the encoder apparatus. Targeting high accuracy methods. In the present invention, first, a center runout amount corresponding to a value twice as large as the amount of deviation between the center of the rotary disk and the center of the rotary shaft to which the rotary disk is fixed is detected (core runout detection step). Next, an absolute angle error is obtained from the center deflection amount (absolute angle error determination step), and then a correction value for correcting the absolute angle error is obtained (correction value determination step). The center runout amount is constant, but the absolute angle error varies depending on the rotational position of the rotating disk. Therefore, a correction value is obtained for each rotational position of the rotating disk. In practice, a correction value is obtained for each predetermined angle interval, and an angle correction value that cannot be obtained in advance can be obtained by calculation using a known interpolation method or the like. Then, a correction value corresponding to the absolute angular position data is added to the absolute angular position data output from the encoder device (there may be subtraction depending on the polarity of the correction value) to correct the absolute angular position data ( Position data correction step). That is, the error based on the absolute angle error included in the absolute angle position data output from the encoder device is removed by the correction value. When the absolute angle error is obtained from the center deflection amount and the error included in the absolute angle position data is removed by the correction value for correcting the absolute angle error as in the present invention, the detection accuracy can be made extremely high.
[0010]
The correction value may be set once for each encoder device. Therefore, the above-described center deflection amount detection step, absolute angle error determination step, and correction value determination step are performed before the use of the encoder device is started. The position data correction step is performed when the correction value obtained in the correction value determination step is stored in the correction value memory means and the encoder device is operating. That is, every time a request signal is input to the encoder device, the absolute angle position data output from the encoder device and the request signal generation position (rotation angle or position of the rotating disk) are read from the correction value memory means. The correction value is added and the added value is output as true absolute angular position data.
[0011]
The encoder apparatus targeted by the method of the present invention may be a rotary encoder. However, when the present invention is applied to the following high-division encoder apparatus, the detection accuracy is further increased. In other words, the high-division encoder device refers to a plurality of sine wave encoder signals (A signal, B signal only, A signal, B signal, B * signal or A signal, B signal, A * signal that are 90 degrees in electrical angle and different in phase) The rotary encoder that outputs absolute angular position data based on (inverted signal of A signal) and B * signal (inverted signal of B signal) and the absolute angular position data output from this encoder are further divided. An encoder apparatus comprising high-divided absolute angle position data output means for outputting high-divided absolute angle position data When applying the present invention to such an encoder apparatus, a correction value is added to the high-divided absolute angle position data. Will be added.
[0012]
Here, the high division absolute angle position data output means includes at least a switching signal generation means, a signal switching circuit, a switching voltage value memory means, and a calculation means. The switching signal generating means generates a signal switching signal that is generated at intervals of 90 ° in electrical angle based on a plurality of encoder signals. The signal switching circuit selects and outputs one encoder signal having no inflection point in a period between two subsequently generated signal switching signals from among a plurality of encoder signals. When a signal switching signal having a phase difference of 90 ° in electrical angle is made using, for example, A signal, B signal and B * signal having a phase difference of 90 ° in electrical angle, the encoder signal output from the signal switching circuit is It becomes a discontinuous signal. On the other hand, when a signal switching signal is generated by using four encoder signals of A signal, B signal, A * signal, and B * signal to make a signal switching signal having a 90 ° phase difference in electrical angle, the signal switching circuit The output encoder signal (reference voltage signal) is a continuous signal. In order to process the subsequent processing using a computer, an A / D conversion circuit for A / D converting the output of the signal switching circuit with a predetermined number of bits is prepared. The switching voltage value memory means outputs the voltage value of one encoder signal previously selected when the signal switching signal is generated and the voltage value of one encoder signal selected next (output of the A / D conversion circuit). To latch) and store as a switching voltage value. The calculation means switches when the request signal is input, the voltage value of the encoder signal selected when the request signal is input from the outside, the signal switching signal used as a reference for selecting the encoder signal, and the request signal. Based on the switching voltage value for the previous cycle stored in the voltage value memory means, the relative angular position data when the request signal is input is calculated, and the relative angular position data is input to the request signal. It is added to the absolute angular position data output from the encoder before being output, and is output as high-divided absolute angular position data.
[0013]
In an example of such high-divided absolute angular position data output means, the A signal, B signal, A * signal, and B * signal are input and the signals are compared, and the intersection of the A signal and B signal, the B signal and A A comparator circuit that outputs a signal switching signal at the intersection of the * signal, the intersection of the A * signal and the B * signal, and the intersection of the B * signal and the A signal is used. Then, the signal switching circuit selectively switches the A signal, the B signal, the A * signal, and the B * signal based on the signal switching signal output from the comparator circuit, so that the A signal → B * signal → A * signal → B A reference voltage signal that appears repeatedly in the order of the signals is output. The reference voltage signal output from the signal switching circuit is A / D converted at a predetermined number of bits (a predetermined sampling frequency) using an A / D conversion circuit. The switching voltage value memory means latches and stores the switching voltage value of the A / D converted reference voltage signal when the signal switching signal is output. The calculation means is supplied with the request signal and the voltage value of the reference voltage signal subjected to A / D conversion when the request signal is input from the control unit side to the encoder device, the type of the signal selected by the signal switching circuit. The relative angular position data when the request signal is inputted is calculated based on the four switching voltage values immediately before (one cycle before) stored in the switching voltage value memory means. The angle position data is added to the absolute angle position data output from the encoder before the request signal is input, and is output as high-division absolute angle position data.
[0014]
When such a high-division encoder device is used, the phase difference between the A signal and the B signal is obtained by rotating the rotating shaft in the center deflection amount detection step. When the above-described more specific high-divided absolute angular position data output means is used, when the reference voltage signal becomes a predetermined reference voltage (center voltage of each signal) when the rotary shaft is rotated by a predetermined angle For example, the phase difference between the A signal and the B signal is calculated from the ratio of the total voltage change amount of the reference voltage signal until the specific switching voltage value is generated and the total voltage change amount of the reference voltage signal in the previous cycle. Can be sought. In the center shake amount detection step, the difference between the maximum value and the minimum value of the phase difference is set as the jitter amount, and the center shake amount is determined from the jitter amount based on the relationship between the jitter amount and the center shake amount. The relationship between the jitter amount and the runout amount (2r) is, for example, jitter amount × (360 / number of encoder divisions) = ARCTAN (L / (Rr)) − ARCTAN (L / (R + r)) [here L is a distance between detection points (distance between detection point A and detection point B in FIG. 5) where two detectors that output a signal serving as a basis of the specific switching voltage value are arranged, and r is A value half that of the center runout, R is an encoder detector (A signal (A ′ signal or A ′ * signal) that is the basis of the A signal) that is the basis of the specific switching voltage value from the center of rotation. (A distance between the detection point A and the rotation center 0 in FIG. 5)]. Here, in the case of an optical rotary encoder, the detection point is an intersection where a line connecting a light receiving element (detector) and a corresponding light emitting element and a rotating disk intersect.
[0015]
In the absolute angle error determination step, the absolute angle error α is obtained from the equation α = ARCTAN [(r × sin θ) / R], where θ is the mechanical angle at the position where the phase difference becomes the maximum value, 0 °. It is the machine angle seen. ]. In the position data correction step, the absolute angle error α is converted into an electrical angle to obtain a correction value, and the correction value is added to the high-division absolute angle position data.
[0016]
The high-accuracy encoder device of the present invention is caused by the runout of the encoder device including a rotary encoder that outputs absolute angular position data in response to a request signal and the rotating disk and the rotating shaft to which the rotating disk is fixed. Position data correction means for correcting absolute angle position data including an error based on the generated absolute angle error. Then, the position data correction means detects the center runout amount between the rotary disk of the encoder and the rotating shaft to which the rotary disk is fixed, calculates the absolute angle error from the center runout amount, and the correction value obtained from this absolute angle error Correction value memory means for storing. When the request signal is input, the position data correction means reads out a correction value corresponding to the generation position of the request signal from the correction value stored in the correction value memory means as the absolute angle position data output from the encoder device, And a correction calculation means for adding. If there is no correction value corresponding to the generation position of the request signal, the correction calculation means reads at least one correction value before and after the correction value from the correction value memory means, and based on the read correction value. It is preferable that the correction calculation is performed by creating a corresponding correction value by a known interpolation method. If there is no deviation correction value, the correction calculation may be performed using the correction value before or after that as the corresponding correction value. According to the apparatus of the present invention, it is possible to obtain absolute angular position data with close accuracy from which an error due to center runout has been removed.
[0017]
An encoder apparatus to which the present invention is preferably applied will be specifically described. The encoder is preferably a slit transmission type photoelectric rotary encoder. Encoder outputs absolute angular position data based on encoder signals including A signal, B signal, A * signal, and B * signal with 90 ° phase difference in electrical angle as the rotating body that is the object to be detected rotates To do. In order to obtain the A signal, the B signal, the A * signal, and the B * signal, typically, an LED is used as a light emitting element and a photodiode is used as a light receiving element. The four photodiodes A, B, A *, B * are arranged so that their phases are shifted by 90 ° in electrical angle. For example, the four photodiodes A, B, A *, and B * may be arranged in the rotation direction, or may be arranged in the rotation direction two by two, and two sets may be arranged in the radial direction. In the case of a rotary encoder, the number of slits is usually 8192. The waveforms of the A ′ signal, B ′ signal, A ′ * signal, and B ′ * signal obtained from the four photodiodes A, B, A *, and B * are ideally triangular waves, but are actually peaks. The part becomes sine wave shape with distortion.
[0018]
The high-divided absolute angular position data output means includes a comparator circuit, a signal switching circuit, an A / D conversion circuit, a memory means, and an arithmetic means. The comparator circuit is an A signal, a B signal, and an A * signal that differ in phase by 90 ° in electrical angle obtained by differentially amplifying the A ′ signal, the B ′ signal, the A ′ * signal, and the B ′ * signal with a differential amplifier. And B * signals as inputs and compare each signal. Since each signal is 90 degrees out of phase in terms of electrical angle, when the moving body moves and changes its position, the voltage level of each signal goes up and down relatively. The comparator circuit outputs a signal switching signal at the intersection of the A signal and the B signal, the intersection of the B signal and the A * signal, the intersection of the A * signal and the B * signal, and the intersection of the B * signal and the A signal. To do. Here, the “intersection point” can be rephrased as a signal coincidence point.
[0019]
The signal switching circuit outputs a reference voltage signal based on the signal switching signal output from the comparator circuit. This reference voltage signal is basically configured by partially combining the A signal, the B signal, the A * signal, and the B * signal. Therefore, the A signal, B signal, A * signal, and B * signal are selectively switched. That is, the reference voltage signal repeatedly appears in the order of A signal → B * signal → A * signal → B signal. The timing of each switching is based on the signal switching signal, switching from the A signal to the B * signal at the intersection of the A signal and the B * signal, and the B * signal to the A * at the intersection of the B * signal and the A * signal. Switch to signal.
[0020]
The reference voltage signal is output to an A / D conversion circuit, A / D converted with a predetermined number of bits, and converted into a digital signal. When the predetermined number of bits is, for example, 8 bits, the reference voltage signal is divided into 256 parts.
[0021]
The switching voltage value memory means latches and stores the switching voltage value of the A / D converted reference voltage signal when the signal switching signal is output from the comparator circuit. A latch circuit may be used for this latch.
[0022]
When a request signal is input from the outside, the calculation means calculates high-division absolute angle position data at that time. The arithmetic means first uses the reference voltage signal as the A signal, B * signal, A * signal, B signal according to the type of signal selected by the signal switching circuit when the request signal is input, that is, the signal switching signal at that time. Decide which one is selected. By this determination, it is known how many times the request signal is generated in the electrical angle (for example, whether the request signal is generated in the 90 ° to 180 ° interval). As a result, it is possible to specify the generation section of the request signal, which is not known only by the voltage value of the reference voltage signal. And the voltage value of the reference voltage signal when the request signal is input and the four switching voltages immediately before being stored in the memory means when the request signal is input (up to 360 ° before the electrical angle of one cycle) For example, at which position between 90 ° and 180 ° in electrical angle the request signal is generated is calculated based on the value, and the result is used as relative angular position data.
[0023]
In this calculation, for example, the ratio of the total change in the voltage of the reference voltage signal in the previous cycle to the total change in the voltage of the reference voltage signal from the start of the cycle to the time when the request signal is input. The relative angular position data can be obtained by multiplying this ratio by the number of divisions (number determined by the number of bits of the A / D converter: 256 × 4 if 8 bits). Next, the relative angular position data is added to the latest absolute angular position data output from the encoder before the request signal is input to obtain high-divided absolute angular position data. The high-divided absolute angle position data is output to an external control device that has transmitted the request signal, such as a servo amplifier.
[0024]
In the calculation by the calculation means, it is assumed that the voltage between the switching voltage values changes linearly, and the relative angle position from the position indicated by the absolute angle position data input earlier is indicated. If the angular position data is calculated, the calculation becomes easy.
[0025]
The A signal, B signal, A * signal, and B * signal are ideally triangular waves. In practice, however, the peak portion of each waveform is distorted, and even if the triangular wave A, A *, B, and B * signals are all used as they are, the accuracy is not high. Therefore, in the present invention, only the portion with good linearity of each triangular wave is used.
[0026]
That is, the reference voltage signal is configured by switching the A signal, B signal, A * signal, and B * signal whose phases are shifted from each other by 90 ° in electrical angle, so that A, B, A *, and B * The peak part with large distortion of each signal is cut off, and each switching voltage value becomes a peak, and a waveform of a triangular wave that changes almost linearly between each peak is obtained. Therefore, even if the calculation is performed by regarding each peak as a straight line, a large error does not occur, and as a result, the relative angular position data can be quickly calculated by a simple calculation.
[0027]
In addition, the encoder device further divides between a rotary encoder that outputs absolute angular position data based on a sine wave encoder signal that is 90 ° out of phase with an electrical angle, and absolute angular position data that is continuously output from the encoder. In the case of a high-division encoder apparatus having high-division absolute angular position data output means for outputting high-division absolute angular position data, the high-division absolute angular position data output means can be configured as follows. . That is, the high-divided absolute angular position data output means includes a signal switching signal generating means for generating a signal switching signal generated at an electrical angle interval of 90 ° based on an encoder signal, and an A signal and a B signal encoder signal. And a signal switching circuit for selecting and outputting one encoder signal having no inflection point in a period between two signal switching signals generated subsequently, and an output of the signal switching circuit with a predetermined number of bits. The A / D conversion circuit for conversion, the voltage value of one encoder signal previously selected when the signal switching signal is generated, and the voltage value of one encoder signal selected next are A switching voltage value memory means that latches from the output and stores it as a switching voltage value, and an encoder signal that is selected when the request signal is input Based on the pressure value, the signal switching signal used as a reference for selecting the encoder signal, and the switching voltage value for one cycle immediately before being stored in the voltage value memory means when the request signal is input. Calculates the relative angular position data when the request signal is input, and adds this relative angular position data to the absolute angular position data output from the encoder before the request signal is input to obtain a high-divided absolute angular position Arithmetic means for outputting as data. When the high-divided absolute angular position data output means having such a configuration is used, since only two A signals and B signals need to be selected, signal processing becomes easy and a signal processing circuit or signal processing software is provided. There is an advantage that wear is simplified.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The illustrated embodiment will be described below. FIG. 1 is a circuit block diagram showing the main part of an embodiment of a high-precision encoder apparatus of the present invention to which the method of the present invention is applied. In this high-precision encoder device, a rotary disk and a rotary disk of the encoder 1 are fixed to a high-division encoder device (1-27) including a rotary encoder 1 that outputs absolute angular position data in response to a request signal. Position data correction means (28, 26) for correcting absolute angle position data including an error based on an absolute angle error generated due to the centering of the rotation axis.
[0029]
First, the configuration of the high-division encoder device (1-27) will be described. In FIG. 1, the high-division encoder device is composed of a rotary encoder 1 and a high-division absolute angular position data output means 2 including position data correction means (28, 26). The encoder 1 is a rotary slit transmission type optical rotary absolute encoder having a function of calculating and outputting absolute angular position data based on these signals in addition to so-called encoder signals of A, B, and C channels. Have. The encoder 1 includes a photodiode unit 11 for position detection and a differential amplifier circuit 12 that differentially amplifies the output from the photodiode unit 11. In addition, a photodiode for origin detection (for C channel) is also provided, but the description thereof is omitted here.
[0030]
The photodiode unit 11 is composed of four photodiodes A, B, A *, and B * arranged so as to be 90 ° out of phase with each other in electrical angle. These four photodiodes A, B, A *, B * may be juxtaposed in the order of A, A *, B, B *, for example, along a plurality of slits provided in the rotating plate. Similarly to the photodiodes A and A * arranged along the circumferential direction of the rotating plate, two sets of photodiodes B and B * arranged along the circumferential direction of the rotating plate are arranged in the radial direction, and the slits are formed. It may be configured to be long so as to face two sets. In this example, the number of normal slits is 8192 in any case. Each photodiode A, B, A *, B * generates an A ′ signal, a B ′ signal, an A ′ * signal, and a B ′ * signal, which are current signals that are 90 ° out of phase as shown in FIG. .
[0031]
The differential amplifier circuit 12 performs I / V conversion on the A ′ signal and the A ′ * signal for further differential amplification, and further performs I / V conversion on the B ′ signal and the B ′ * signal for further differential operation. Amplification is performed to create an A signal, a B signal, an A * signal, and a B * signal as shown in FIG. That is, the A ′ signal, A ′ * signal or B ′ signal and B ′ * signal output from the four photodiodes of the photodiode unit 11 are current signals whose phases are shifted by 90 ° as shown in FIG. It is. However, these current signals are as small as several tens of μA and cannot be used as they are unless amplified. It also fluctuates under the influence of temperature changes. Therefore, using the differential amplifier circuit 12, I / V conversion and further differentially amplified signals A'-A '* = A signal, A' *-A '= A * signal, B'-B' * = B signal and B ′ * − B ′ = B * signal are obtained.
[0032]
According to the conventional encoder apparatus, as described above, a quadruple frequency pulse signal is created based on the A signal, B signal, A * signal, and B * signal, and the absolute angular position data is obtained from the phase relationship of each pulse signal. I was getting. However, in this embodiment, in order to obtain position data that has been further divided, the high-divided absolute angle position data output means 2 performs arithmetic processing on the A signal, B signal, A * signal, and B * signal, First, the highly divided relative angular position data is obtained, and this relative angular position data is added to the absolute angular position data.
[0033]
The high division absolute angle position data output means 2 includes a comparator circuit 21, a signal switching circuit 22, an A / D conversion circuit 23, a latch circuit 24, an arithmetic / command circuit 25, a memory circuit 26, and a signal input / output circuit 29. The absolute angular position data 27 is given from the encoder 1. The latest absolute angle position data 27 may be stored in a dedicated memory or may be stored in the memory circuit 26. The memory circuit 26 is used as a memory means for both the switching voltage value memory means and the correction value storage means described in detail later.
[0034]
The output from the differential amplifier circuit 12 is ideally a triangular wave A signal, A * signal, B signal, and B * signal. However, in reality, each waveform has a distorted peak portion (inflection point portion) and has a sine wave shape as shown in FIG. For this reason, even if these triangular wave A signal, A * signal, B signal, and B * signal are all used as they are to achieve high division, the accuracy is not easily obtained, and if it is attempted to obtain accuracy, the calculation is very difficult. It becomes complicated. Therefore, in the present invention, only the portions with good linearity of the A signal, A * signal, B signal, and B * signal are used as shown in FIG.
[0035]
In FIG. 1, the differential amplifier circuit 12 is shown as a single block, but a plurality of differential amplifier circuits are included therein. In particular, the comparator circuit 21 includes an A signal, an A * signal, and a B signal. As the differential amplifier circuit for supplying the B * signal, one having a very large amplification degree is used. Therefore, the A signal, A * signal, B signal, and B * signal input to the comparator circuit 21 have rectangular signal waveforms. The comparator circuit 21 compares the A signal, the B signal, the A * signal, and the B * signal, and the intersection of the A signal and the B signal (level matching point), and the intersection of the B signal and the A * signal. Signal switching signals are output at (level coincidence points), intersections between A * signals and B * signals (level coincidence points), and intersections between B * signals and A signals (level coincidence points). Specifically, the comparator circuit 21 compares the A signal and the B signal among the four A signals, the A * signal, the B signal, and the B * signal, the A signal and the B * signal, and the A * signal. And the B * signal are compared, and the A * signal and the B signal are compared to obtain signals as shown in FIGS. The “A> B” signal in FIG. 4B rises during a period in which the A signal is larger than the B signal, and the “A> B *” signal in FIG. * The signal rises during the period when it is larger than the signal, and the signal “A *> B *” in FIG. 4D rises during the period when the signal A * is larger than the signal B *. The “A *> B” signal in FIG. 4E rises during a period in which the A * signal is larger than the B signal. In order to make these comparisons, the comparator circuit 21 includes four comparison means.
[0036]
Based on the rising positions of the four signals shown in FIGS. 4B to 4E, a signal switching signal divided into four parts (generated at an electrical angle of 90 °) is obtained. The comparator circuit 21 outputs a signal synchronized with the rising of each signal shown in FIGS. 4B to 4E as a signal switching signal. In this example, since the four rising portions (portions marked with a circle on the drawing) shown in FIGS. 4B to 4E are used, the accuracy of the signal switching signal is increased.
[0037]
The signal switching circuit 22 selectively switches the A signal, the B signal, the A * signal, and the B * signal based on the signal switching signal output from the comparator circuit 21, and the A signal → B * signal → A * signal → A reference voltage signal RVS [FIG. 4A] that repeatedly appears in the order of the B signal is created. Specifically, the signal switching circuit 22 switches the A signal, the A * signal, the B signal, and the B * signal based on the switching signal output from the comparator circuit 21, and the reference voltage shown in FIG. The signal RVS is output. The rise of the “A> B” signal in FIG. 4B becomes a timing signal indicating the stop of use of the B signal and the start of use of the A signal, and the rise of the “A> B *” signal in FIG. 4 is a timing signal indicating the stop of use of the B * signal and the start of use of the B * signal. The rise of the “A *> B *” signal in FIG. Thus, the rise of the “A *> B” signal in FIG. 4E becomes a timing signal indicating the stop of use of the A * signal and the start of use of the B signal.
[0038]
Based on these switching signals, the reference voltage signal RVS generated by switching the A signal, A * signal, B signal, and B * signal has four peaks of Va, Vb *, Va *, and Vb in one cycle. And is generated in the same cycle as one cycle of the A signal, A * signal, B signal, and B * signal. That is, it is a signal generated when one slit moves 360 ° in electrical angle. By using such a reference voltage signal RVS, the use of the peak portions of the A signal, A * signal, B signal, and B * signal is avoided.
[0039]
The A / D conversion circuit 23 performs A / D conversion on the reference voltage signal RVS for subsequent digital processing (microcomputer processing). Specifically, the A / D conversion circuit 23 converts the reference voltage signal RVS output from the signal switching circuit 22 into a digital signal with 8 bits. In other words, the A / D conversion circuit 23 divides the reference voltage signal RVS for ¼ period by 8 bits, that is, by a division number of 256, and converts it into a digital signal. Therefore, the number of divisions for one cycle is 256 × 4.
[0040]
The latch circuit 24 sequentially latches data of four peak voltages Va, Vb *, Va *, and Vb from the A / D converted reference voltage signal RVS based on the switching signal. The latched value is stored in the memory circuit 26. The memory circuit 26 stores at least the four peak voltages immediately preceding, i.e., one cycle before, and the value latched in the current cycle. Then, the previous stored data is updated with the latched value. A value obtained by A / D converting the reference voltage signal RVS may be sequentially stored in the memory circuit 26 as it is. Actually, the measurement data before one cycle (one period: 360 degrees in electrical angle), that is, one slit before, is used as the base of calculation.
[0041]
When the request signal X is input from the signal input / output circuit 3 of the servo amplifier through the signal input / output circuit 29, the calculation / command circuit 25 calculates and creates the high-division absolute angle position data at that time, and further calculates the angle. The data is converted and output to the signal input / output circuit 3 of the servo amplifier through the signal input / output circuit 29.
[0042]
That is, when the request signal X is input from the signal input / output circuit 3 of the servo amplifier, the arithmetic / command circuit 25 calculates and outputs the rotational position at the position where the request signal X is input. First, absolute angle position data 27 is input from the encoder 1. The absolute angular position data 27 is output from the encoder 1, and the encoder 1 adds / subtracts the absolute angular position data 27 according to the rotation direction every time one slit rotates 360 ° in electrical angle. In FIG. 4A, Dab1 and Dab2 are the update positions of the absolute angular position data, and one slit rotates 360 ° in electrical angle between Dab1 and Dab2, resulting in one cycle or one cycle. In the present embodiment, this one cycle is further divided by a division number of 256 × 4 to achieve high division.
[0043]
The arithmetic / command circuit 25 first selects the A signal, B * signal, A * signal, and B signal using the reference voltage signal RVS depending on the type of signal selected by the signal switching circuit 22 when the request signal X is input. Identify which one is selected. With this specification, it is determined how many times the request signal X is generated in terms of electrical angle. As a result, it is possible to specify the generation period of the request signal X [section (1) to (4) in FIG. 4A], which cannot be understood only by the voltage value of the reference voltage signal RVS. The voltage value of the reference voltage signal RVS when the request signal X is input and immediately before it is stored in the memory circuit 26 when the request signal X is input (up to 360 ° before the electrical angle of one cycle before). Based on the four switching voltage values (Vb, Va, Vb *, Va *), it is calculated at which division position in the period in one cycle the request signal is generated, and is used as relative angular position data. .
[0044]
More specifically, the arithmetic / command circuit 25 adds the highly divided relative angular position data to the absolute angular position data 27 to obtain a high divided absolute angular position when the request signal X is output. Calculate the data. Where the request signal X is generated in one slit, which signal in FIGS. 4B to 4E is used as a signal switching signal, and the voltage Vx when the request signal X is input. (A signal selected from the phase relationship of the switching signal at that time, for example, the voltage of the A signal in the example of FIG. 4A) and four arithmetic expressions prepared in advance.
[0045]
If the request signal X is input at the position shown in FIG. 4A, the rising portion of the “A> B” signal is used as the switching signal. It can be determined that the request signal has occurred in the 90 ° section. From this specification, the voltage value of the reference voltage signal to which the request signal is input, and the four switching voltage values one cycle before, the relative angular position data is calculated using the following equation (1). Four types of arithmetic expressions are prepared according to the type of the selected signal and the section in which the request signal X is input. That is, the expression (1) used when the request signal X is input at a position of 0 ° to 90 °, the expression (2) used when the request signal X is input at a position of 90 ° to 180 °, and the request Expression (3) used when the signal X is input at a position of 180 ° to 270 ° and Expression (4) used when the request signal X is input at a position of 270 ° to 360 °.
[0046]
[Expression 1]

In the case of FIG. 4A, the above equation (1) is selected, the actual measurement voltage Vx is substituted, and the relative angular position data DX is calculated. These arithmetic expressions are expressions for determining how far the position where the request signal X is input is from the absolute angle position Dab1, and obtaining the number of divisions corresponding to the position. The basis of this equation is to determine the ratio between the added value of the voltage from Dab1 to Dab2, that is, the total amount of change (denominator) and the added value of the voltage from Dab1 to the position where Vx is input, ie, the total amount of change (numerator) This ratio is obtained by multiplying the division number determined by the number of bits of the A / D converter. That is, in this calculation method, the voltage change to each of Va, Vb *, Va *, and Vb, which are triangular wave peaks, is considered to be linear. As described above, the triangular wave A signal, A * signal, B signal, and B * signal have a sine wave shape with a distorted peak portion, but the other portions are almost linear. Therefore, the comparator circuit 21 and the signal switching circuit 22 cut off a portion with much distortion to obtain a reference voltage signal RVS that leaves only a straight line portion that is easy to calculate. Further, in this embodiment, this is regarded as a straight line, and the calculation formula Thus, the relative angular position data is obtained.
[0047]
In this apparatus, the division accuracy depends on the number of bits of the A / D conversion circuit 23. In other words, if divided by 8 bits, a considerably high division of 256 × 4 at maximum for one cycle and 8192 × 256 × 4 = 8388608 at maximum for one rotation is possible. If the number of bits of the A / D conversion circuit 23 is further increased, further division can be achieved.
[0048]
In the arithmetic / command circuit 25, the absolute angular position data 27 is added to the relative angular position data DX obtained on the basis of the arithmetic expression to obtain high-divided absolute angular position data, which is further converted into angular data for correction. It outputs to the calculating means 28. In this example, the arithmetic / command circuit 25 constitutes an arithmetic means.
[0049]
Next, the position data correcting means constituted by the correction calculating means 28 and the correction value memory means configured in the memory circuit 26 or shared by the memory circuit 26 will be described. The position data correction means (28, 26) includes an absolute angle position including an error based on an absolute angle error generated due to a center runout between the center of the rotating disk of the encoder 1 and the center of the rotating shaft to which the rotating disk is fixed. The data is corrected. In the correction value memory means configured in the memory circuit 26, the center runout amount between the center of the rotary disk of the encoder 1 and the center of rotation of the rotary shaft to which the rotary disk is fixed is detected in advance, and the center runout amount is rotated. An absolute angle error per rotation when the disk is rotated once at a predetermined angular interval is obtained, and a correction value obtained from the absolute angle error is stored. When the request signal is input, the correction calculation means 28 is corrected in the memory circuit 26 into absolute angular position data output from the encoder device (specifically, output from the calculation / command circuit 25). A correction value corresponding to the generation position of the request signal is read from the correction value stored in the value memory means with the electrical angle, added together, and output from the signal input / output circuit 29. In the case where the correction value is stored in the correction value memory means as a mechanical angle, the correction value of the mechanical angle may be converted into the correction value of the electrical angle in the process in which the correction calculation means 28 adds the correction value.
[0050]
Here, a method of obtaining the correction value stored in the correction value memory means configured in the memory circuit 26 will be described with reference to FIGS. First, the center runout amount (2r) between the center of the rotating disk and the rotation center O of the rotating shaft to which the rotating disk is fixed is obtained. Next, an absolute angle error α is obtained from the center deflection amount (2r), and then a correction value for correcting the absolute angle error α is obtained.
[0051]
In order to obtain the center runout amount, first, the jitter amount is obtained. As shown in FIG. 5, this jitter amount relates to the detection angle (θ1 to θ2) between the two detection points A and B where two photodiodes (detectors) are installed. This is a change width of a phase difference between two signals (for example, A signal and B signal) appearing due to the center shake. When this is viewed as a signal output from the encoder 1, for example, as shown in FIG. 6, the change width of the phase difference of the Bch B signal, that is, the fluctuation, becomes the jitter amount with reference to the Ach A signal. If there is no center deflection, the phase difference from the rising position of the A signal of Ach to the rising position of the B signal of Bch is always constant. However, this phase difference changes when there is runout. The difference between the maximum value and the minimum value of the phase difference is equivalent to (related to) the jitter amount. Referring to FIG. 5, the detection angle between the detection points AB changes between θ1 and θ2 when the rotating disk is at the position P1 and at the position P2 that is 180 ° different. The angle θ1 is maximum at the position P1 (the phase difference is also maximum), and the angle θ2 is minimum at the position P2 (the phase difference is also minimum). The amount of jitter can also be detected by knowing the change amount θ1−θ2 of the detection angle.
[0052]
In the example of FIG. 1, this phase difference can be obtained from the reference voltage signal RVS of FIG. FIG. 7 is exaggerated in comparison with FIG. 4 to show that an error has occurred due to the runout. The example of FIG. 7 shows a state in which the phase of the B signal has advanced and the phase difference from the A signal has become smaller. The total voltage change (Va−Vr) of the reference voltage signal from when the reference voltage signal RVS becomes the reference voltage Vr when the rotation shaft is rotated by a predetermined angle until the specific switching voltage value Va is generated, and 1 The ratio {(Va−Vb) + (Va−Vb) + (Va−Vb *) + (Va * −Vb *) + (Va * −Vb)]] of the reference voltage signal during one cycle before the cycle Vr) / [(Va−Vb) + (Va−Vb *) + (Va * −Vb *) + (Va * −Vb)]] × 100% is used to obtain the phase difference in%. Since each switching voltage value is stored in the memory circuit 26 of FIG. 1, when the phase difference is obtained, the switching voltage value stored in the memory circuit 26 may be used. The reference voltage Vr is the center voltage of each signal.
[0053]
The rotating disk is rotated by 10 ° at a mechanical angle to determine the above-mentioned phase difference for each angle during one rotation, and the maximum phase difference and the minimum phase difference are found from them to determine the difference. This difference is the above-described jitter amount at each angle. An example of obtaining the phase difference in% by rotating the rotating disk by 10 ° at a mechanical angle is as shown in the left chart of FIG. In this chart, 1% is 360/100 ° = 3.6 ° in terms of electrical angle. FIG. 9 shows the change of the phase difference and the change of the absolute angle error α in FIG. As apparent from FIG. 9, the phase difference takes the maximum value and the minimum value in one rotation. The difference between the maximum value and the minimum value is the jitter amount. When the phase difference is maximum, the center of the rotating disk is closest to the detection points A and B, and when the phase difference is minimum, the center of the rotating disk is farthest from the detection points A and B. Become. From this, it can be understood that the change amount (θ1−θ2) of the detection angle in FIG. 5 is related to the jitter amount.
[0054]
Between the jitter amount and the detection angle change amount (θ1−θ2), there is a relationship of jitter amount × [360/8192 (number of basic divisions of encoder)] = detection angle change amount. The following relational expression is established between the change amount of the detected angle and the center deflection amount (2r) using the dimensions of the respective parts shown in FIG.
[0055]
Change in detection angle = ARCTAN (L / (Rr) −ARCTAN (L / (R + r))
From the above relational expression, r is calculated backward, and a value obtained by doubling r is the center runout amount. An example of the relationship between the jitter amount and the runout amount is as shown in the calculation example of FIG. The calculation example of FIG. 10 is a case where R = 45 mm, L = 1.5 mm, and the basic division number of the encoder = 8192 / rotation.
[0056]
In the example shown in the left chart of FIG. 8, the maximum phase difference is 24.25% and the minimum phase difference is 19.65%, so that the jitter amount is 4.6%. When the center runout amount corresponding to the jitter amount of 4.6% is obtained from the relationship between the jitter amount and the center runout amount of FIG. 10, the center runout amount is about 0.024.
[0057]
Now, returning to FIG. 5, the relationship between the absolute angle error α and the center runout amount will be clarified. The true rotation angle when the center of the rotating disk is at D is θ, the actual detection angle (angle ADC) is θ ′, the distance from the rotation center to the detection point A is R, and the rotation center O and the rotating disk If the distance between and is r, the absolute angle error α can be expressed as follows.
[0058]
α = θ−θ ′ = ARCTAN [r × sin (θ) / (R−r × cos (θ)]
Since R >> r, this equation can be expressed as α = ARCTAN (r × sin (θ) / R).
[0059]
The position of the mechanical angle at which the phase difference shown in the left chart of FIG. 8 is maximum is θ = 0, that is, the correction value is 0, the center runout amount 2r obtained from the jitter amount is 0.024, and R is 45 mm. The absolute angle error α at each mechanical angle θ was calculated. The result is the value in the column of α in the chart on the right side of FIG. The correction value in the chart on the right side of FIG. 8 is a correction value β expressed in mechanical angle. This correction value may be stored as it is in the correction value memory means configured in the memory circuit 26 of FIG. In this case, when correcting the highly divided absolute value data output from the arithmetic / command circuit 25 of FIG. 1, the correction calculating means 28 converts the mechanical angle correction value into an electrical angle, Correction is performed by adding the correction value converted to the value data. When the correction value expressed in mechanical angle is β, this is expressed as β ′ = β / [360 ° / 8192 (number of divisions)] when expressed as an electrical angle β ′. Therefore, if the correction value is stored in advance in the correction value memory means configured in the memory circuit 26 of FIG. 1 as an electrical angle, it is not necessary for the correction calculation means 28 to convert the correction value into an electrical angle.
[0060]
In the example of FIG. 8, the correction values are shown at 10 ° intervals, but the angle intervals may be made smaller. A corresponding correction value may be obtained in advance.
[0061]
The angle correction value that cannot be obtained in advance may be obtained by calculation using a known interpolation method or the like. Then, by correcting the absolute angular position data output from the encoder device by correcting the absolute angular position data by adding a correction value corresponding to the absolute angular position data (which may result in subtraction depending on the polarity of the correction value). Good. For the angle correction value that cannot be obtained in advance, a correction value as close as possible (either the previous correction value or the subsequent correction value) may be used as the correction value without using the interpolation method. Even if it does in this way, compared with the case where correction | amendment is not carried out, detection accuracy goes up significantly.
[0062]
The correction value is set for each target encoder device. In determining the correction value, the data stored in the memory circuit 26 of the target encoder device is read, and the correction value is determined by the process described above. Then, the determined correction value may be stored in the memory circuit 26. Of course, the correction value may be automatically stored in the memory circuit 26 by automatically determining the correction value using a microcomputer.
[0063]
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the high-precision encoder device of the present invention. 11, parts that are the same as the parts that constitute the embodiment of FIG. 1 are given the same reference numerals as those shown in FIG. 1, and parts that are different in configuration are indicated by dashes. The reference numerals are attached. In this embodiment, the encoder 1 ′ includes two differential amplifier circuits 12′a and 12′b, and the comparator circuit 21 ′ generates a signal switching signal having a phase different from that in FIG. The difference is that the signal switching circuit 22 'switches only two encoder signals of the A signal and the B signal, and the arithmetic expression used in the arithmetic / command circuit 25' is different. Other points are the same as in the embodiment of FIG.
[0064]
First, the differential amplifier circuit 12'a does not have a very high degree of amplification, and outputs a sine wave A signal and a B signal as shown in FIG. The differential amplifier circuit 12'b has a much higher degree of amplification than the differential amplifier circuit 12'a, and outputs an A signal, a B signal, and a B * signal in a rectangular wave shape. Comparator circuit 21 'constituting the switching signal generating means compares A signal and B signal among A signal, A * signal, B signal and B * signal, and compares A signal and B * signal. , Signals as shown in FIGS. 12B and 12C are obtained. The “A> B” signal in FIG. 12B rises during a period in which the A signal is larger than the B signal, and the “A> B *” signal in FIG. * It rises during a period that is larger than the signal high. In order to make these comparisons, the comparator circuit 21 'includes two comparison means.
[0065]
Based on the rising positions of the two signals shown in FIGS. 12B and 12C, a signal switching signal generated at an electrical angle of 90 ° is obtained. The comparator circuit 21 ′ outputs a signal synchronized with the rise of each signal shown in FIGS. 12B and 12C as a signal switching signal. In this example, four rising portions (portions marked with circles on the drawing) shown in FIGS. 12B and 12C are used.
[0066]
The signal switching circuit 22 ′ selectively switches and outputs the A signal and the B signal output from the differential amplifier circuit 12a ′ based on the signal switching signal output from the comparator circuit 21 ′. Specifically, the signal switching circuit 22 ′ switches between the A signal and the B signal based on the switching signal output from the comparator circuit 21 ′, and the discontinuous reference voltage signal indicated by a thick line in FIG. RVS 'is output. The rise and fall of the “A> B” signal in FIG. 12B becomes a timing signal indicating the stop of use of the B signal and the start of use of the A signal, and the rise of the “A> B *” signal in FIG. The falling edge is a timing signal indicating the stop of use of the A signal and the start of use of the B signal.
[0067]
Based on these switching signals, the reference voltage signal RVS ′ generated by switching the A signal and the B signal is repeatedly generated in the same cycle as one cycle of the A signal and the B signal. That is, it is a signal generated when one slit moves 360 ° in electrical angle. The reference voltage signal RVS ′ is a discontinuous voltage signal, but avoids using the peak portions of the A and B signals.
[0068]
Based on the aforementioned switching signal, the latch circuit 24 uses the A signal previously selected when the signal switching signal is generated from the reference voltage signal RVS ′ A / D converted by the A / D conversion circuit 23, and One voltage value of the B signal and the other voltage value of the A signal and B signal to be selected next are latched and stored in the memory circuit 26 used as the switching voltage value memory means. Referring to FIG. 12, specifically, when a switching signal generated at the rising edge of the “A> B” signal in FIG. 12B is input to the latch circuit 24, the latch circuit 24 detects the voltage Va1 of the A signal. The voltage Vb1 of the B signal is latched. In the example of FIG. 12, Va1 = Vb1, but in reality, there are many cases where Va1 and Vb1 do not match depending on the circuit configuration of the differential amplifier circuit 12'a. The voltage Va1 of the signal and the voltage Vb1 of the B signal are latched, and the latched voltage value is stored in the memory circuit 26. Similarly, when a switching signal generated at the rise of the “A> B *” signal in FIG. 12C is input to the latch circuit 24, the latch circuit 24 sets the voltage Va2 of the A signal and the voltage Vb2 of the B signal. And the latched voltage value is stored in the memory circuit 26. When a switching signal generated at the falling edge of the “A> B” signal in FIG. 12B is input to the latch circuit 24, the latch circuit 24 latches the voltage Va3 of the A signal and the voltage Vb3 of the B signal. Thus, the latched voltage value is stored in the memory circuit 26. When a switching signal generated at the falling edge of the “A> B *” signal in FIG. 12C is input to the latch circuit 24, the latch circuit 24 latches the voltage Va4 of the A signal and the voltage Vb4 of the B signal. Then, the latched voltage value is stored in the memory circuit 26.
[0069]
The arithmetic / command circuit 25 ′ first calculates an electrical angle based on the type of signal selected by the signal switching circuit 22 ′ when the request signal X is input and the switching signal before the request signal X is input. The number of sections in which the request signal X is generated is determined. As a result, it is possible to specify the generation period of the request signal X [section (1) to (4) in FIG. 12 (A)], which is not known only by the voltage value of the reference voltage signal RVS ′. Then, the voltage value of the reference voltage signal RVS ′ when the request signal X is inputted and immediately before being stored in the memory circuit 26 when the request signal X is inputted (until 360 ° before the electrical angle of one cycle). ) Based on the eight switching voltage values (Va1 to Va4, Vb1 to Vb4), the position in which division of the request signal X is generated in the period in one cycle is calculated and used as relative angular position data. .
[0070]
More specifically, the arithmetic / command circuit 25 'adds the highly divided relative angular position data to the absolute angular position data 27 to obtain the high divided absolute angular position data when the request signal X is output. Calculate. Where the request signal X is generated in one slit, which signal in FIGS. 12B and 12C is used as a signal switching signal, and the voltage Vx when the request signal X is input (A signal selected from the phase relationship of the switching signal at that time, for example, the voltage of the A signal in the example of FIG. 12A) and four arithmetic expressions prepared in advance.
[0071]
If the request signal X is input at the position shown in FIG. 12A, since the rising portion of the “A> B” signal is used as the switching signal, the section (1), that is, (electrical angle 0 ° ˜ It can be determined that the request signal has occurred in the 90 ° section. Based on this specification, the voltage value of the reference voltage signal to which the request signal is input, and the eight switching voltage values (Va1 to Va4, Vb1 to Vb4) one cycle before, the relative values are expressed using the following equation (5). Calculate angular position data. Four types of arithmetic expressions are prepared according to the type of the selected signal (A signal or B signal) and the section in which the request signal X is input. That is, Formula (5) used when the request signal X is input at a position of 0 ° to 90 °, Formula (6) used when the request signal X is input at a position of 90 ° to 180 °, Expression (7) used when the signal X is input at a position of 180 ° to 270 ° and Expression (8) used when the request signal X is input at a position of 270 ° to 360 °.
[0072]
[Expression 2]

In the above formulas (5) to (8), V0 is a reference voltage that is the center voltage of the A signal and the B signal, Vx is a measurement voltage, and K is a case where the amplitude of the A signal and the amplitude of the B signal are different And a correction coefficient for correcting the amplitude of the B signal on the basis of the amplitude of the A signal. As shown in FIG. 12A, when the amplitude of the A signal and the amplitude of the B signal are equal, K = 1.
[0073]
When the request signal X is input in the section (1) as shown in FIG. 12A, the above equation (5) is selected, the actual measurement voltage Vx is substituted, and the relative angular position data DX is calculated. The These arithmetic expressions are expressions for determining how far the position where the request signal X is input is from the absolute angle position Dab1, and obtaining the number of divisions corresponding to the position. The basis of this formula is the same as the above formulas (1) to (4), but the voltage from Dab1 up to the position where the added value of the voltage from absolute angle position Dab1 to Dab2, that is, the total amount of change (denominator) and Vx is input. Is obtained by multiplying the number of divisions determined by the number of bits of the A / D converter.
[0074]
In the arithmetic / command circuit 25 ', the absolute angular position data 27 is added to the relative angular position data DX obtained on the basis of the arithmetic expressions (5) to (8) to obtain highly divided absolute angular position data. Is converted into angle data and output to the correction calculation means 28.
[0075]
Next, in the position data correction means (28, 26) constituted by the correction calculation means 28 and the correction value memory means shared by the memory circuit 26, the center of the rotating disk of the encoder 1 'and the rotating disk are fixed. Absolute angle position data including an error based on the absolute angle error generated due to the runout from the center of the rotation axis is corrected. The correction calculation means 28 performs the same operation as that described in the embodiment of FIG. Therefore, when the request signal X is input, the correction calculation means 28 outputs the absolute angular position data output from the encoder device (1 ′, 2 ′) (specifically, output from the calculation / command circuit 25 ′), The correction value corresponding to the generation position of the request signal X is read from the correction value stored in the correction value memory means configured in the memory circuit 26 as an electrical angle, added together, and output from the signal input / output circuit 29.
[0076]
If the amplification levels of the differential amplifier circuit 12′a and the differential amplifier circuit 12′b are different, a difference occurs in the processing speed of these circuits (that is, a time delay occurs in the outputs of both circuits). When the amplification degree is small, there is a tendency that a time delay is likely to occur. Therefore, in such a case, in the case of the circuit of FIG. 11, a delay circuit may be inserted at the position indicated by the symbol RC in FIG. Of course, a delay circuit may be inserted on the input side of the comparator circuit 21 '.
[0077]
In addition, as the rotational speed of the rotating shaft increases, the influence of the signal processing time delay increases. Therefore, it goes without saying that the delay circuit may be inserted or disconnected according to the rotational speed of the rotating shaft.
[0078]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain highly accurate absolute angular position data from which an error due to center runout has been removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a main configuration of one embodiment of a high-precision encoder device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating outputs of four photodiodes according to the embodiment of FIG. 1;
3 is a diagram showing a signal obtained by performing I / V conversion on the output of the photodiode of FIG. 2; FIG.
FIG. 4A is a diagram illustrating a reference voltage signal RVS obtained using an A signal, a B signal, an A * signal, and a B * signal to explain the principle of high division. (E) is a diagram showing four types of signal switching signals.
FIG. 5 is an explanatory diagram used for explaining that an absolute angle error occurs due to a center deflection.
FIG. 6 is a waveform diagram used to explain the amount of jitter.
FIG. 7 is a simulated waveform diagram used to explain a method of calculating a jitter amount.
FIG. 8 is a chart showing a relationship among calculation examples of a phase difference, an absolute angle error, and a correction value.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a phase difference and an absolute angle error.
FIG. 10 is a chart showing an example of calculation of a center runout amount and a jitter amount.
FIG. 11 is a circuit block diagram showing a main configuration of another embodiment of the high-precision encoder device according to the present invention.
12A is a diagram showing a reference voltage signal RVS ′ obtained using the A signal and the B signal in order to explain the principle of high division used in the embodiment of FIG. 11, and FIG. And (C) are diagrams showing two types of signal switching signals.
[Explanation of symbols]
1,1 'encoder
11 Photodiode unit
12, 12'a, 12'b differential amplifier circuit
2,2 'High division absolute angle position data output means
21,21 'Comparator circuit
22, 22 'signal switching circuit
23 A / D conversion circuit
24 Latch circuit
25,25 'arithmetic / command circuit
26 Memory circuit
27 Absolute angular position data
28 Correction calculation means
29 Signal input / output circuit
3. Servo amplifier signal input / output circuit

Claims

ロータリ式のエンコーダの回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差を補正してエンコーダ装置の位置検出精度を高めるエンコーダ装置の高精度化方法であって、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出する芯振れ量検出工程と、
前記芯振れ量から絶対角度誤差を決定する絶対角度誤差決定工程と、
前記絶対角度誤差を補正する補正値を決定する補正値決定工程と、
前記エンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに前記補正値を加えて前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正工程とからなり、
前記芯振れ量検出工程と、前記絶対角度誤差決定工程と前記補正値決定工程は、エンコーダ装置の使用を開始する前に実施し、
前記位置データ補正工程では、前記補正値決定工程で求めた前記補正値を補正値メモリ手段に記憶しておき、リクエスト信号が入力されるごとに、前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データと前記リクエスト信号の発生位置に対応して前記補正値メモリ手段から読み出した前記補正値とを加算し、
前記エンコーダ装置が、電気角で９０°位相が異なるサイン波状の複数のエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、前記エンコーダから出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度位置データ出力手段とを具備し、
前記高分割絶対角度位置データに前記補正値が加算され、
前記高分割絶対角度位置データ出力手段は、
前記複数のエンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する切り替え信号生成手段と、
前記複数のエンコーダ信号の中から続いて発生する２つの前記信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つの前記エンコーダ信号を選択して出力する信号切り替え回路と、
前記信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていた１つの前記エンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つの前記エンコーダ信号の電圧値とをラッチして切り替わり電圧値として記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、
前記リクエスト信号が入力されたときに選択されている前記エンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった前記信号切り替え信号と、前記リクエスト信号が入力されたときに前記切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分の前記切り替わり電圧値とに基づいて前記リクエスト信号が入力されたときの相対的角度位置データを演算し、この相対的角度位置データを前記リクエスト信号が入力される前に前記エンコーダから出力された前記絶対角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備してなるエンコーダ装置の高精度化方法。This is a method for improving the accuracy of an encoder device by correcting the absolute angle error caused by the center runout between the rotary disk of the rotary encoder and the rotary shaft to which the rotary disk is fixed, thereby increasing the position detection accuracy of the encoder device. And
A center runout amount detecting step for detecting a center runout amount between the rotating disk and the rotating shaft to which the rotating disk is fixed;
An absolute angle error determining step of determining an absolute angle error from the amount of runout;
A correction value determining step for determining a correction value for correcting the absolute angle error;
A position data correction step of correcting the absolute angle position data by adding the correction value to the absolute angle position data output from the encoder device ,
The center deflection amount detection step, the absolute angle error determination step, and the correction value determination step are performed before starting to use the encoder device,
In the position data correction step, the correction value obtained in the correction value determination step is stored in a correction value memory means, and the absolute angular position data output from the encoder device each time a request signal is input. And the correction value read from the correction value memory means corresponding to the generation position of the request signal,
The encoder device further divides between a rotary encoder that outputs absolute angular position data based on a plurality of sine wave encoder signals whose phases are 90 ° different in electrical angle, and absolute angular position data output from the encoder And high division absolute angle position data output means for outputting high division absolute angle position data,
The correction value is added to the high division absolute angle position data,
The high division absolute angle position data output means includes:
A switching signal generating means for generating a signal switching signal generated at intervals of 90 ° in electrical angle based on the plurality of encoder signals;
A signal switching circuit that selects and outputs one encoder signal having no inflection point in a period between the two signal switching signals generated successively from the plurality of encoder signals;
A switching voltage for latching and storing a voltage value of one encoder signal previously selected when the signal switching signal is generated and a voltage value of one encoder signal selected next, as a switching voltage value A value memory means;
The voltage value of the encoder signal selected when the request signal is input, the signal switching signal serving as a reference for selecting the encoder signal, and the switching voltage value when the request signal is input Relative angular position data when the request signal is input is calculated based on the switching voltage value for one cycle immediately before stored in the memory means, and the relative angular position data is calculated by the request signal. A method for increasing the accuracy of an encoder apparatus, comprising: an arithmetic unit that adds the absolute angle position data output from the encoder before being input and outputs the absolute angle position data as the highly divided absolute angle position data .

ロータリ式のエンコーダの回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差を補正してエンコーダ装置の位置検出精度を高めるエンコーダ装置の高精度化方法であって、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出する芯振れ量検出工程と、
前記芯振れ量から絶対角度誤差を決定する絶対角度誤差決定工程と、
前記絶対角度誤差を補正する補正値を決定する補正値決定工程と、
前記エンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに前記補正値を加えて前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正工程とからなり、
前記芯振れ量検出工程と、前記絶対角度誤差決定工程と前記補正値決定工程は、エンコーダ装置の使用を開始する前に実施し、
前記位置データ補正工程では、前記補正値決定工程で求めた前記補正値を補正値メモリ手段に記憶しておき、リクエスト信号が入力されるごとに、前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データと前記リクエスト信号の発生位置に対応して前記補正値メモリ手段から読み出した前記補正値とを加算し、
前記エンコーダ装置が、電気角で９０°位相が異なるサイン波状のＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を含むエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、
前記エンコーダから連続して出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度位置データ出力手段とを具備する高分割エンコーダ装置であって、
前記高分割絶対角度位置データ出力手段は、
前記Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を入力として各信号を比較し、前記Ａ信号と前記Ｂ信号との交点、前記Ｂ信号と前記Ａ＊信号との交点、前記Ａ＊信号と前記Ｂ＊信号との交点、及び前記Ｂ＊信号と前記Ａ信号との交点で信号切り替え信号を出力するコンパレータ回路と、
前記コンパレータ回路から出力される前記信号切り替え信号に基づいて、前記Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号が選択的に切り替えられて前記Ａ信号→前記Ｂ＊信号→前記Ａ＊信号→前記Ｂ信号の順で連続して繰り返し現れる基準電圧信号を出力する信号切り替え回路と、
前記基準電圧信号を所定のビット数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記信号切り替え信号が出力されたときのＡ／Ｄ変換された前記基準電圧信号の切り替わり電圧値をラッチして記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、
リクエスト信号が入力されたときの前記基準電圧信号の電圧値及び前記信号切り替え信号と、前記リクエスト信号が入力されたときに前記切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の４つの切り替わり電圧値とに基づいて前記リクエスト信号が入力されたときの相対的角度位置データを演算し、この相対的角度位置データを前記リクエスト信号が入力される前に前記エンコーダから出力された前記絶対角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備してなるエンコーダ装置の高精度化方法。 This is a method for improving the accuracy of an encoder device by correcting the absolute angle error caused by the center runout between the rotary disk of the rotary encoder and the rotary shaft to which the rotary disk is fixed, thereby improving the position detection accuracy of the encoder device. And
A center runout amount detecting step for detecting a center runout amount between the rotating disk and the rotating shaft to which the rotating disk is fixed;
An absolute angle error determining step of determining an absolute angle error from the amount of runout;
A correction value determining step for determining a correction value for correcting the absolute angle error;
A position data correction step of correcting the absolute angle position data by adding the correction value to the absolute angle position data output from the encoder device,
The center deflection amount detection step, the absolute angle error determination step, and the correction value determination step are performed before starting to use the encoder device,
In the position data correction step, the correction value obtained in the correction value determination step is stored in a correction value memory means, and the absolute angular position data output from the encoder device each time a request signal is input. And the correction value read from the correction value memory means corresponding to the generation position of the request signal,
A rotary encoder that outputs absolute angular position data based on an encoder signal including a sine wave A signal, a B signal, an A * signal, and a B * signal having a phase difference of 90 ° in electrical angle;
A high-division encoder device comprising high-division absolute angular position data output means for further dividing the absolute angular position data continuously output from the encoder and outputting high-division absolute angular position data,
The high division absolute angle position data output means includes:
The A signal, the B signal, the A * signal, and the B * signal are input to compare the signals, the intersection of the A signal and the B signal, the intersection of the B signal and the A * signal, the A * signal And a comparator circuit that outputs a signal switching signal at the intersection of the B * signal and the intersection of the B * signal and the A signal;
Based on the signal switching signal output from the comparator circuit, the A signal, B signal, A * signal, and B * signal are selectively switched so that the A signal → the B * signal → the A * signal → A signal switching circuit that outputs a reference voltage signal that appears repeatedly in the order of the B signal;
An A / D conversion circuit for A / D converting the reference voltage signal with a predetermined number of bits;
Switching voltage value memory means for latching and storing the switching voltage value of the reference voltage signal that has been A / D converted when the signal switching signal is output;
A voltage value of the reference voltage signal when the request signal is input and the signal switching signal, and four switching voltage values immediately before being stored in the switching voltage value memory means when the request signal is input; And calculating the relative angular position data when the request signal is input, and adding the relative angular position data to the absolute angular position data output from the encoder before the request signal is input. Then, a method for improving the accuracy of the encoder device, comprising: an arithmetic unit that outputs the high-division absolute angular position data.

ロータリ式のエンコーダの回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差を補正してエンコーダ装置の位置検出精度を高めるエンコーダ装置の高精度化方法であって、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出する芯振れ量検出工程と、
前記芯振れ量から絶対角度誤差を決定する絶対角度誤差決定工程と、
前記絶対角度誤差を補正する補正値を決定する補正値決定工程と、
前記エンコーダ装置から出力される絶対角度位置データに前記補正値を加えて前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正工程とからなり、
前記芯振れ量検出工程と、前記絶対角度誤差決定工程と前記補正値決定工程は、エンコーダ装置の使用を開始する前に実施し、
前記位置データ補正工程では、前記補正値決定工程で求めた前記補正値を補正値メモリ手段に記憶しておき、リクエスト信号が入力されるごとに、前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データと前記リクエスト信号の発生位置に対応して前記補正値メモリ手段から読み出した前記補正値とを加算し、
前記エンコーダ装置が、電気角で９０°位相が異なるサイン波状のＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及びＢ＊信号を含むエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、前記エンコーダから連続して出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度位置データ出力手段とを具備する高分割エンコーダ装置であって、
前記高分割絶対角度位置データ出力手段は、
前記エンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する切り替え信号生成手段と、
前記Ａ信号及びＢ信号の中から続いて発生する２つの前記信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つの前記エンコーダ信号を選択して出力する信号切り替え回路と、
前記信号切り替え回路の出力を所定のビット数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていた１つの前記エンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つの前記エンコーダ信号の電圧値を前記Ａ／Ｄ変換回路の出力からラッチして切り替わり電圧値として記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、
リクエスト信号が入力されたときに選択されている前記エンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった前記信号切り替え信号と、前記リクエスト信号が入力されたときに前記切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分の前記切り替わり電圧値とに基づいて前記リクエスト信号が入力されたときの相対的角度位置データを演算し、この相対的角度位置データを前記リクエスト信号が入力される前に前記エンコーダから出力された前記絶対角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備してなるエンコーダ装置の高精度化方法。 This is a method for improving the accuracy of an encoder device by correcting the absolute angle error caused by the center runout between the rotary disk of the rotary encoder and the rotary shaft to which the rotary disk is fixed, thereby improving the position detection accuracy of the encoder device. And
A center runout amount detecting step for detecting a center runout amount between the rotating disk and the rotating shaft to which the rotating disk is fixed;
An absolute angle error determining step of determining an absolute angle error from the amount of runout;
A correction value determining step for determining a correction value for correcting the absolute angle error;
A position data correction step of correcting the absolute angle position data by adding the correction value to the absolute angle position data output from the encoder device,
The center deflection amount detection step, the absolute angle error determination step, and the correction value determination step are performed before starting to use the encoder device,
In the position data correction step, the correction value obtained in the correction value determination step is stored in a correction value memory means, and the absolute angular position data output from the encoder device each time a request signal is input. And the correction value read from the correction value memory means corresponding to the generation position of the request signal,
Wherein the encoder device comprises a 90 ° phase difference sinusoidal A signal in electrical angle, A * signal, the rotary outputting the absolute angular position data based on the encoder signal containing a B signal and B * signal encoder, the A high-division encoder device comprising high-division absolute angular position data output means for further dividing the absolute angular position data continuously output from the encoder and outputting high-division absolute angular position data,
The high division absolute angle position data output means includes:
A switching signal generating means for generating a signal switching signal generated at intervals of 90 ° in electrical angle based on the encoder signal;
A signal switching circuit that selects and outputs one encoder signal having no inflection point in a period between the two signal switching signals generated successively from the A signal and the B signal;
An A / D conversion circuit for A / D converting the output of the signal switching circuit with a predetermined number of bits;
The voltage value of one encoder signal previously selected when the signal switching signal is generated and the voltage value of one encoder signal selected next are latched from the output of the A / D conversion circuit. A switching voltage value memory means for storing the switching voltage value;
The voltage value of the encoder signal that is selected when a request signal is input, the signal switching signal that is a reference for selecting the encoder signal, and the switching voltage value memory that is input when the request signal is input The relative angular position data when the request signal is input is calculated based on the switching voltage value for one cycle immediately before stored in the means, and the relative angular position data is input to the request signal. the accuracy of the method of the encoder apparatus comprising comprises a calculating means for the output from the encoder absolute angular position data by adding output as the high-split absolute angular position data before being.

前記芯振れ量検出工程では、前記回転軸を回転させて前記Ａ信号と前記Ｂ信号との位相差を求め、前記位相差の最大値と最小値の差をジッタ量とし、前記ジッタ量と前記芯振れ量との関係に基づいて前記ジッタ量から前記芯振れ量を求め、
前記絶対角度誤差決定工程では、絶対角度誤差αをα＝ARCTAN［（ｒ×sin θ）／Ｒ］の式から求め［ここでｒは芯振れ量の１／２の値、Ｒは前記回転軸の回転中心と前記Ａ信号の基となる信号を出力する１つの検出器が配置される検出点との間の距離、θは前記位相差が最大値となる位置の機械角度を０°としたときの機械角度である。］、
前記位置データ補正工程では絶対角度誤差αを電気角に変換して前記補正値とし、該補正値を前記高分割絶対角度位置データに加算する請求項２または３に記載のエンコーダ装置の高精度化方法。In the center shake amount detection step, the rotation shaft is rotated to obtain a phase difference between the A signal and the B signal, a difference between the maximum value and the minimum value of the phase difference is set as a jitter amount, and the jitter amount and the Obtain the amount of runout from the amount of jitter based on the relationship with the amount of runout,
In the absolute angle error determination step, the absolute angle error α is obtained from the equation α = ARCTAN [(r × sin θ) / R] [where r is a half value of the center runout amount, and R is the rotation axis. The distance between the center of rotation and the detection point at which one detector that outputs the signal that is the basis of the A signal is disposed, and θ is the mechanical angle at the position where the phase difference is maximum. It is a mechanical angle. ],
4. The encoder apparatus according to claim 2, wherein in the position data correction step, the absolute angle error α is converted into an electrical angle to obtain the correction value, and the correction value is added to the high-division absolute angle position data. Method.

前記芯振れ量検出工程では、前記回転軸を所定の角度回転させたときに前記基準電圧信号が基準電圧になったときから特定の前記切り替わり電圧値が発生するまでの前記基準電圧信号の電圧の変化総量と１サイクル前の１サイクル中の前記基準電圧信号の電圧変化総量との比から前記Ａ信号と前記Ｂ信号との位相差を求め、前記位相差の最大値と最小値の差をジッタ量とし、前記ジッタ量と前記芯振れ量との関係に基づいて前記ジッタ量から前記芯振れ量を決定し、
前記絶対角度誤差決定工程では、絶対角度誤差αをα＝ARCTAN［（ｒ×sin θ）／Ｒ］の式から求め［ここでｒは芯振れ量の１／２の値、Ｒは前記回転軸の回転中心と前記Ａ信号の基となる信号を出力する１つの検出器が配置される検出点との間の距離、θは前記位相差が最大値となる位置の機械角度を０°としたときの機械角度である。］、
前記位置データ補正工程では絶対角度誤差αを電気角に変換して前記補正値とし、該補正値を前記高分割絶対角度位置データに加算する請求項２に記載のエンコーダ装置の高精度化方法。In the center deflection amount detection step, the voltage of the reference voltage signal from when the reference voltage signal becomes a reference voltage when the rotation shaft is rotated by a predetermined angle until the specific switching voltage value is generated. The phase difference between the A signal and the B signal is obtained from the ratio between the total change amount and the voltage change total amount of the reference voltage signal in one cycle before one cycle, and the difference between the maximum value and the minimum value of the phase difference is determined as jitter. And determining the amount of runout from the amount of jitter based on the relationship between the amount of jitter and the amount of runout,
In the absolute angle error determination step, the absolute angle error α is obtained from the equation α = ARCTAN [(r × sin θ) / R] [where r is a half value of the center runout amount, and R is the rotation axis. The distance between the center of rotation and the detection point at which one detector that outputs the signal that is the basis of the A signal is disposed, and θ is the mechanical angle at the position where the phase difference is maximum. It is a mechanical angle. ],
3. The method for improving the accuracy of an encoder device according to claim 2 , wherein, in the position data correction step, an absolute angle error α is converted into an electrical angle to obtain the correction value, and the correction value is added to the high-division absolute angle position data.

前記ジッタ量と前記芯振れ量（２ｒ）との関係が、ジッタ量×（３６０／エンコーダの分割数）＝ARCTAN(L/(R-r))-ARCTAN(L/(R+r)) ［ここでＬは前記Ａ信号及び前記Ｂ信号の基となる信号をそれぞれ出力する２つの検出器が配置される２つの検出点間の距離］である請求項３または４に記載のエンコーダ装置の高精度化方法。The relationship between the jitter amount and the center runout amount (2r) is as follows: jitter amount × (360 / number of encoder divisions) = ARCTAN (L / (Rr)) − ARCTAN (L / (R + r)) [where 5. The accuracy of the encoder device according to claim 3 or 4 , wherein L is a distance between two detection points at which two detectors that respectively output signals serving as the basis of the A signal and the B signal are arranged. Method.

リクエスト信号に応じて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダを備えたエンコーダ装置と、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正手段とを備えてなる高精度エンコーダ装置であって、
前記位置データ補正手段は、
予め前記エンコーダの前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出して、前記芯振れ量から絶対角度誤差を求め、この前記絶対角度誤差から求めた補正値を記憶する補正値メモリ手段と、
前記リクエスト信号が入力されると前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データに前記補正値メモリ手段に記憶した前記補正値から前記リクエスト信号の発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算する補正演算手段とを具備し、
前記エンコーダ装置は、電気角で９０°位相が異なるサイン波状の複数のエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、
前記エンコーダから出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度位置データ出力手段とを具備する高分割エンコーダ装置からなり、
前記高分割絶対角度位置データに前記補正値が加算され、
前記高分割絶対角度位置データ出力手段は、
前記複数のエンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する切り替え信号生成手段と、
前記複数のエンコーダ信号の中から、連続して発生する２つの前記信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つの前記エンコーダ信号を選択して出力する信号切り替え回路と、
前記信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていた１つの前記エンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つの前記エンコーダ信号の電圧値をラッチして切り替わり電圧値として記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、
リクエスト信号が入力されたときに選択されている前記エンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった前記信号切り替え信号と、前記リクエスト信号が入力されたときに前記切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分の前記切り替わり電圧値とに基づいて前記リクエスト信号が入力されたときの相対的角度位置データを演算し、この相対的角度位置データを前記リクエスト信号が入力される前に前記エンコーダから出力された前記絶対角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備してなることを特徴とする高精度エンコーダ装置。An encoder device having a rotary encoder that outputs absolute angular position data in response to a request signal;
A high-accuracy encoder comprising position data correction means for correcting the absolute angle position data including an error based on an absolute angle error caused by a center runout between the rotating disk and a rotating shaft to which the rotating disk is fixed. A device,
The position data correction means includes
A center runout amount between the rotary disk of the encoder and the rotary shaft to which the rotary disk is fixed is detected in advance, an absolute angle error is obtained from the center runout amount, and a correction value obtained from the absolute angle error is obtained. Correction value memory means for storing;
When the request signal is input, the correction value corresponding to the generation position of the request signal is read out from the correction value stored in the correction value memory means to the absolute angular position data output from the encoder device, and both are added. Holders of Bei and correction calculation means for,
The encoder device is a rotary encoder that outputs absolute angular position data based on a plurality of sine-wave encoder signals having different electrical phases by 90 °, and
A high-division encoder device comprising high-division absolute angle position data output means for further dividing the absolute angular position data output from the encoder and outputting high-division absolute angle position data;
The correction value is added to the high division absolute angle position data,
The high division absolute angle position data output means includes:
A switching signal generating means for generating a signal switching signal generated at intervals of 90 ° in electrical angle based on the plurality of encoder signals;
A signal switching circuit that selects and outputs one encoder signal having no inflection point in a period between two signal switching signals generated continuously from the plurality of encoder signals;
A switching voltage value that latches and stores a voltage value of one encoder signal previously selected when the signal switching signal is generated and a voltage value of one encoder signal selected next, as a switching voltage value Memory means;
The voltage value of the encoder signal that is selected when a request signal is input, the signal switching signal that is a reference for selecting the encoder signal, and the switching voltage value memory that is input when the request signal is input The relative angular position data when the request signal is inputted is calculated based on the switching voltage value for one cycle immediately before stored in the means, and the relative angular position data is inputted by the request signal. A high-accuracy encoder device comprising arithmetic means for adding to the absolute angular position data output from the encoder before output and outputting as the highly divided absolute angular position data .

前記エンコーダ装置は、電気角で９０°位相が異なるサイン波状のＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を含むエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、前記エンコーダから連続して出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度位置データ出力手段とを具備する高分割エンコーダ装置からなり、
前記高分割絶対角度位置データ出力手段は、
前記Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を入力として各信号を比較し、前記Ａ信号と前記Ｂ信号との交点、前記Ｂ信号と前記Ａ＊信号との交点、前記Ａ＊信号と前記Ｂ＊信号との交点、及び前記Ｂ＊信号と前記Ａ信号との交点で信号切り替え信号を出力するコンパレータ回路と、
前記コンパレータ回路から出力される前記信号切り替え信号に基づいて、前記Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号が選択的に切り替えられて前記Ａ信号→前記Ｂ＊信号→前記Ａ＊信号→前記Ｂ信号の順で連続して繰り返し現れる基準電圧信号を出力する信号切り替え回路と、
前記基準電圧信号を所定のビット数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記信号切り替え信号が出力されたときのＡ／Ｄ変換された前記基準電圧信号の切り替わり電圧値をラッチして記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、
リクエスト信号が入力されたときの前記基準電圧信号の電圧値及び前記信号切り替え信号と、前記リクエスト信号が入力されたときに前記切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の４つの切り替わり電圧値とに基づいて前記リクエスト信号が入力されたときの相対的角度位置データを演算し、この相対的角度位置データを前記リクエスト信号が入力される前に前記エンコーダから出力された前記絶対角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備してなるものである請求項７に記載の高精度エンコーダ装置。The encoder device includes a rotary encoder that outputs absolute angular position data based on an encoder signal including a sine wave A signal, a B signal, an A * signal, and a B * signal that are 90 ° out of phase with an electrical angle; A high-division encoder device comprising high-division absolute angular position data output means for further dividing the absolute angular position data continuously output from the encoder and outputting high-division absolute angular position data;
The high division absolute angle position data output means includes:
The A signal, the B signal, the A * signal, and the B * signal are input to compare the signals, the intersection of the A signal and the B signal, the intersection of the B signal and the A * signal, the A * signal And a comparator circuit that outputs a signal switching signal at the intersection of the B * signal and the intersection of the B * signal and the A signal;
Based on the signal switching signal output from the comparator circuit, the A signal, B signal, A * signal, and B * signal are selectively switched so that the A signal → the B * signal → the A * signal → A signal switching circuit that outputs a reference voltage signal that appears repeatedly in the order of the B signal;
An A / D conversion circuit for A / D converting the reference voltage signal with a predetermined number of bits;
Switching voltage value memory means for latching and storing the switching voltage value of the reference voltage signal that has been A / D converted when the signal switching signal is output;
A voltage value of the reference voltage signal when the request signal is input and the signal switching signal, and four switching voltage values immediately before being stored in the switching voltage value memory means when the request signal is input; And calculating the relative angular position data when the request signal is input, and adding the relative angular position data to the absolute angular position data output from the encoder before the request signal is input. The high-precision encoder apparatus according to claim 7 , further comprising arithmetic means that outputs the high-division absolute angular position data.

リクエスト信号に応じて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダを備えたエンコーダ装置と、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正手段とを備えてなる高精度エンコーダ装置であって、
前記位置データ補正手段は、
予め前記エンコーダの前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出して、前記芯振れ量から絶対角度誤差を求め、この前記絶対角度誤差から求めた補正値を記憶する補正値メモリ手段と、
前記リクエスト信号が入力されると前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データに前記補正値メモリ手段に記憶した前記補正値から前記リクエスト信号の発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算する補正演算手段とを具備し、
前記エンコーダ装置は、電気角で９０°位相が異なるサイン波状のＡ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を含むエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式の光学式アブソリュート・エンコーダと、前記エンコーダから連続して出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度位置データ出力手段とを具備する高分割エンコーダ装置からなり、
前記高分割絶対角度位置データ出力手段は、
前記Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号を入力として各信号を比較し、前記Ａ信号と前記Ｂ信号の信号レベルが一致し、前記Ｂ信号と前記Ａ＊信号の信号レベルが一致し、前記Ａ＊信号と前記Ｂ＊信号の信号レベルが一致し、及び前記Ｂ＊信号と前記Ａ信号の信号レベルが一致するたびに信号切り替え信号を出力するコンパレータ回路と、
前記コンパレータ回路から出力される前記信号切り替え信号に基づいて、前記Ａ信号，Ｂ信号，Ａ＊信号及びＢ＊信号が選択的に切り替えられて前記Ａ信号→前記Ｂ＊信号→前記Ａ＊信号→前記Ｂ信号の順で連続して繰り返し現れる基準電圧信号を出力する信号切り替え回路と、
前記基準電圧信号を所定のビット数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記信号切り替え信号が出力されたときのＡ／Ｄ変換された前記基準電圧信号の切り替わり電圧値をラッチするラッチ回路と、
前記ラッチ回路でラッチした電圧値を記憶するメモリ手段と、
リクエスト信号が入力されたときの前記基準電圧信号のＡ／Ｄ変換された電圧値及び前記信号切り替え信号と、前記リクエスト信号が入力されたときに前記メモリ手段に記憶されている１サイクル前の４つの切り替わり電圧値とに基づいて相対的角度位置データを演算し、該相対的角度位置データを前記リクエスト信号が入力される前に前記エンコーダから出力された最新の前記絶対角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備し、
前記演算手段はリクエスト信号が入力されたときの信号切り替え信号によってリクエスト信号が発生したときに前記信号切り替え回路で選択している信号を特定し、次に１サイクル前の１サイクル中の基準電圧信号の電圧の変化総量に対する当該サイクルが開始されてからリクエスト信号が入力されたときまでの基準電圧信号の電圧の変化総量との比を求め、この比を前記ビット数により定まる分割数に乗算して前記相対的角度位置データを得ることを特徴とする高精度エンコーダ装置。 An encoder device having a rotary encoder that outputs absolute angular position data in response to a request signal;
A high-accuracy encoder comprising position data correction means for correcting the absolute angle position data including an error based on an absolute angle error caused by a center runout between the rotating disk and a rotating shaft to which the rotating disk is fixed. A device,
The position data correction means includes
A center runout amount between the rotary disk of the encoder and the rotary shaft to which the rotary disk is fixed is detected in advance, an absolute angle error is obtained from the center runout amount, and a correction value obtained from the absolute angle error is obtained. Correction value memory means for storing;
When the request signal is input, the correction value corresponding to the generation position of the request signal is read out from the correction value stored in the correction value memory means to the absolute angular position data output from the encoder device, and both are added. Correction calculating means for performing,
The encoder device is a rotary optical absolute type that outputs absolute angular position data based on an encoder signal including a sine wave A signal, B signal, A * signal and B * signal having a phase difference of 90 ° in electrical angle. A high-division encoder device comprising an encoder and high-division absolute angular position data output means for further dividing the absolute angular position data continuously output from the encoder and outputting high-division absolute angular position data;
The high division absolute angle position data output means includes:
The A signal, B signal, A * signal, and B * signal are input to compare the signals, the signal levels of the A signal and the B signal match, and the signal levels of the B signal and the A * signal are equal. A comparator circuit that outputs a signal switching signal each time the signal levels of the A * signal and the B * signal match and the signal levels of the B * signal and the A signal match;
Based on the signal switching signal output from the comparator circuit, the A signal, B signal, A * signal, and B * signal are selectively switched so that the A signal → the B * signal → the A * signal → A signal switching circuit that outputs a reference voltage signal that appears repeatedly in the order of the B signal;
An A / D conversion circuit for A / D converting the reference voltage signal with a predetermined number of bits;
A latch circuit that latches a switching voltage value of the reference voltage signal that has been A / D converted when the signal switching signal is output;
Memory means for storing the voltage value latched by the latch circuit;
The A / D converted voltage value of the reference voltage signal when the request signal is input and the signal switching signal, and 4 cycles before one cycle stored in the memory means when the request signal is input. The relative angular position data is calculated based on the two switching voltage values, and the relative angular position data is added to the latest absolute angular position data output from the encoder before the request signal is input. Calculating means for outputting as the high-divided absolute angle position data,
The arithmetic means specifies a signal selected by the signal switching circuit when a request signal is generated by a signal switching signal when a request signal is input, and then a reference voltage signal in one cycle before one cycle The ratio of the reference voltage signal to the total change in voltage from the start of the cycle to the time when the request signal is input to the total change in voltage is obtained, and this ratio is multiplied by the number of divisions determined by the number of bits. A high- precision encoder device characterized in that the relative angular position data is obtained.

前記補正値メモリ手段に記憶される前記補正値は、前記回転軸を所定の角度回転させたときに前記基準電圧信号が基準電圧になったときから特定の前記切り替わり電圧値が発生するまでの前記基準電圧信号の電圧の変化総量と１サイクル前の１サイクル中の前記基準電圧信号の電圧変化総量との比から前記Ａ信号と前記Ｂ信号との位相差を求め、前記位相差の最大値と最小値の差をジッタ量とし、前記ジッタ量から前記芯振れ量を求め、前記絶対角度誤差αをα＝ARCTAN［（ｒ×sin θ）／Ｒ］の式から求め［ここでｒは芯振れ量の１／２の値、Ｒは前記回転軸の回転中心と前記Ａ信号の基となる信号を出力する１つの検出器が配置される検出点との間の距離、θは前記位相差が最大値となる位置の機械角度を０°としたときの機械角度である。］、前記絶対角度誤差αを電気角に変換したものである請求項９に記載の高精度エンコーダ装置。The correction value stored in the correction value memory means is the time from when the reference voltage signal becomes a reference voltage when the rotation shaft is rotated by a predetermined angle until the specific switching voltage value is generated. The phase difference between the A signal and the B signal is obtained from the ratio between the total voltage change amount of the reference voltage signal and the total voltage change amount of the reference voltage signal in one cycle before one cycle, and the maximum value of the phase difference is obtained. Using the difference between the minimum values as the jitter amount, the amount of run-out is obtained from the amount of jitter, and the absolute angle error α is obtained from the equation α = ARCTAN [(r × sin θ) / R], where r is the run-out. The value of 1/2 of the quantity, R is the distance between the rotation center of the rotating shaft and the detection point where one detector that outputs the signal that is the basis of the A signal is disposed, and θ is the phase difference. This is the mechanical angle when the mechanical angle at the maximum position is 0 °. The high-precision encoder device according to claim 9 , wherein the absolute angle error α is converted into an electrical angle.

リクエスト信号に応じて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダを備えたエンコーダ装置と、
前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される回転軸との芯振れが原因で発生する絶対角度誤差に基づく誤差を含む前記絶対角度位置データを補正する位置データ補正手段とを備えてなる高精度エンコーダ装置であって、
前記位置データ補正手段は、
予め前記エンコーダの前記回転ディスクと前記回転ディスクが固定される前記回転軸との芯振れ量を検出して、前記芯振れ量から絶対角度誤差を求め、この前記絶対角度誤差から求めた補正値を記憶する補正値メモリ手段と、
前記リクエスト信号が入力されると前記エンコーダ装置から出力される前記絶対角度位置データに前記補正値メモリ手段に記憶した前記補正値から前記リクエスト信号の発生位置に対応する補正値を読み出して両者を加算する補正演算手段とを具備し、
前記エンコーダ装置は、電気角で９０°位相が異なるサイン波状のＡ信号，Ａ＊信号，Ｂ信号及びＢ＊信号を含むエンコーダ信号に基づいて絶対角度位置データを出力するロータリ式のエンコーダと、
前記エンコーダから連続して出力される絶対角度位置データ間を更に分割して高分割絶対角度位置データを出力する高分割絶対角度位置データ出力手段とを具備する高分割エンコーダ装置であって、
前記高分割絶対角度位置データ出力手段は、
前記エンコーダ信号に基いて電気角で９０°の間隔で発生する信号切り替え信号を生成する切り替え信号生成手段と、
前記Ａ信号及びＢ信号のエンコーダ信号の中から続いて発生する２つの前記信号切り替え信号の間の期間において変曲点を有しない１つの前記エンコーダ信号を選択して出力する信号切り替え回路と、
前記信号切り替え回路の出力を所定のビット数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記信号切り替え信号が発生したときに先に選択されていた１つの前記エンコーダ信号の電圧値と次に選択される１つの前記エンコーダ信号の電圧値を前記Ａ／Ｄ変換回路の出力からラッチして切り替わり電圧値として記憶する切り替わり電圧値メモリ手段と、
リクエスト信号が入力されたときに選択されている前記エンコーダ信号の電圧値と、該エンコーダ信号を選択する基準となった前記信号切り替え信号と、前記リクエスト信号が入力されたときに前記切り替わり電圧値メモリ手段に記憶されている直前の１サイクル分の前記切り替わり電圧値とに基づいて前記リクエスト信号が入力されたときの相対的角度位置データを演算し、この相対的角度位置データを前記リクエスト信号が入力される前に前記エンコーダから出力された前記絶対角度位置データに加算して前記高分割絶対角度位置データとして出力する演算手段とを具備してなる高精度エンコーダ装置。 An encoder device having a rotary encoder that outputs absolute angular position data in response to a request signal;
A high-accuracy encoder comprising position data correction means for correcting the absolute angle position data including an error based on an absolute angle error caused by a center runout between the rotating disk and a rotating shaft to which the rotating disk is fixed. A device,
The position data correction means includes
A center runout amount between the rotary disk of the encoder and the rotary shaft to which the rotary disk is fixed is detected in advance, an absolute angle error is obtained from the center runout amount, and a correction value obtained from the absolute angle error is obtained. Correction value memory means for storing;
When the request signal is input, the correction value corresponding to the generation position of the request signal is read out from the correction value stored in the correction value memory means to the absolute angular position data output from the encoder device, and both are added. Correction calculating means for performing,
The encoder device includes a rotary encoder that outputs absolute angular position data based on an encoder signal including a sine wave A signal, an A * signal, a B signal, and a B * signal that are 90 ° out of phase with an electrical angle;
A high-division encoder device comprising high-division absolute angular position data output means for further dividing the absolute angular position data continuously output from the encoder and outputting high-division absolute angular position data,
The high division absolute angle position data output means includes:
A switching signal generating means for generating a signal switching signal generated at intervals of 90 ° in electrical angle based on the encoder signal;
A signal switching circuit that selects and outputs one encoder signal having no inflection point in a period between the two signal switching signals generated successively from the encoder signals of the A signal and the B signal;
An A / D conversion circuit for A / D converting the output of the signal switching circuit with a predetermined number of bits;
The voltage value of one encoder signal previously selected when the signal switching signal is generated and the voltage value of one encoder signal selected next are latched from the output of the A / D conversion circuit. A switching voltage value memory means for storing the switching voltage value;
The voltage value of the encoder signal that is selected when a request signal is input, the signal switching signal that is a reference for selecting the encoder signal, and the switching voltage value memory that is input when the request signal is input The relative angular position data when the request signal is input is calculated based on the switching voltage value for one cycle immediately before stored in the means, and the relative angular position data is input to the request signal. A high- precision encoder apparatus comprising: an arithmetic unit that adds the absolute angle position data output from the encoder before being output and outputs the absolute angle position data as the high-division absolute angle position data.

前記補正値メモリ手段に記憶される前記補正値は、前記回転軸を所定の角度回転させたときの前記Ａ信号と前記Ｂ信号との位相差を求め、前記位相差の最大値と最小値の差をジッタ量とし、前記ジッタ量と前記芯振れ量との関係に基づいて前記ジッタ量から前記芯振れ量を決定し、絶対角度誤差αをα＝ARCTAN［（ｒ×sin θ）／Ｒ］の式から求め［ここでｒは芯振れ量の１／２の値、Ｒは前記回転軸の回転中心から前記Ａ信号の基となる信号を出力する検出器が配置される検出点との間の距離、θは前記位相差が最大値となる位置の機械角度を０°としたときの機械角度である。］、前記絶対角度誤差αを電気角に変換したものである請求項１１に記載の高精度エンコーダ装置。The correction value stored in the correction value memory means obtains a phase difference between the A signal and the B signal when the rotation shaft is rotated by a predetermined angle, and determines the maximum value and the minimum value of the phase difference. The difference is set as a jitter amount, and the center shake amount is determined from the jitter amount based on the relationship between the jitter amount and the center shake amount, and the absolute angle error α is set to α = ARCTAN [(r × sin θ) / R]. [Where r is a half value of the center runout amount, and R is between the rotation point of the rotation shaft and a detection point at which a detector that outputs a signal that is the basis of the A signal is disposed. , Θ is the mechanical angle when the mechanical angle at the position where the phase difference is maximum is 0 °. The high-precision encoder device according to claim 11 , wherein the absolute angle error α is converted into an electrical angle.