JP6494330B2 - 位置検出装置およびこれを用いた装置 - Google Patents
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Description
[P2]sinθ/[P2]cosθ
[P2′]sinθ/[P2′]
として表すと、P2,P2′の逆正接変換は以下の式(1),(2)で求められる。
θ2=ATAN2([P2]sinθ,[P2]cosθ) (1)
θ2′=ATAN2([P2′]sinθ,[P2′]cosθ) (2)
この逆正接変換処理の後、絶対位置演算部106は、ステップS304にてピッチ切り替え信号出力部107にP1,P1′に対応する受光ピッチの選択命令を出力する。その後、ステップS301に戻る。
[P1]sinθ/[P2]cosθ
[P1′]sinθ/[P1′]
として表すと、P1,P1′の逆正接変換は以下の式(3),(4)で求められる。
θ1=ATAN2([P1]sinθ,[P1]cosθ) (3)
θ1′=ATAN2([P1′]sinθ,[P1′]cosθ) (4)
この逆正接変換処理の後、絶対位置演算部106は、ステップS307にてピッチ切り替え信号出力部107にP2,P2′に対応する受光ピッチの選択命令を出力する。その後、ステップS308に進む。
θ1−1′=INT(θ1−θ1′) (5)
図4中の403はバーニア信号θ1−1′を示している。
θ2−2′=INT(θ2−θ2′) (6)
バーニア信号の0〜2πにおける折り返しの位置は、バーニア演算の対象となった2つの信号の折り返しが一致する位相(つまりは2つの信号に対応する周期パターンのパターン数の最小公倍数)となる。このため、0〜2πにおいてθ1−1′の折り返しは1回、θ2−2′の折り返しは10回となる。
θ1−1′の折り返しの位置は、P1とP1′に対応する周期パターン201−1,202−1における下記の位置となる。
(P1:P1′)=(75,74)
θ2−2′の折り返しの位置は、P2とP2′に対応する周期パターン201−2,202−2における下記の位置となる。
(P2:P2′)=(30,29),(60,58),(90,87),
(120,116),(150,145),(180,174),(210,203),(240,232),(270,261),(300,290)
以上説明したステップS301からステップS308の処理によって、絶対位置を算出するための上位信号θ1−1′と、中位信号θ2−2′と、下位信号としての信号θ1と、最下位信号としての信号θ2の4種類の信号が算出される。中位信号θ2−2′、下位信号θ1および最下位信号θ2が第1の位置信号に相当する。
[下位信号と最下位信号の結合処理(ステップS309)]
最下位信号がスケール101上で300回の折り返しを有し、下位信号がスケール101上で75回の折り返しを有するので、下位信号を4(=300/75)倍すると最下位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部106は、以下の式(7)に示すように、下位信号θ1を4倍することで得られた信号と最下位信号θ2との差分をとることでゾーン信号Zone(θ1)を得る。
Zone(θ1)=(θ1)×4−(θ2) (7)
さらに、以下の式(8)によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ZoneN(θ1)=INT((Zone(θ1)+180)/360) (8)
次に、離散化されたゾーン信号ZoneN(θ1)と最下位信号θ2を以下の式(9)のように足し合わせることで、下位信号と最下位信号とを結合した下位結合信号Abs−θ1を算出する。
Abs−θ1=ZoneN(θ1)+θ2 (9)
[中位信号と下位信号の結合処理(ステップS310)]
下位信号がスケール101上で75回の折り返しを有し、中位信号がスケール101上で10回の折り返しを有するので、中位信号を7.5(=75/10)倍すると下位信号との傾きが一致する。絶対位置演算部106は、以下の式(10)に示すように、中位信号θ2−2′を7.5倍することで得られた信号と下位信号θ1との差分をとってゾーン信号Zone(θ2−2′)を得る。
Zone(θ2−2′)=(θ2−2′)×7.5−(θ1) (10)
さらに、以下の式(11)によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
次に、離散化されたゾーン信号ZoneN(θ2−2′)と下位結合信号abs−θ1を以下の式(12)のように足し合わせることで、中位信号と下位信号とを結合した中位結合信号Abs−(θ2−2′)を算出する。
Abs−(θ2−2′)=ZoneN(θ2−2′)+(abs−θ1) (12)
ここで、下位結合信号abs−θ1は下位信号と最下位信号とが結合された信号であるので、中位結合信号Abs−(θ2−2′)は中位信号、下位信号および最下位信号が結合された信号に相当する。
「上位信号と中位信号の結合処理(ステップS311)」
上位信号がスケール101上で1回の折り返しを有し、中位信号がスケール101上で10回の折り返しを有するので、上位信号を10(=10/1)倍すると中位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部106は、以下の式(13)に示すように、上位信号θ1−1′を10倍することで得られた信号と中位信号θ2−θ2′との差分をとってゾーン信号を得る。
Zone(θ1−1′)=(θ1−1′)×10−(θ2−θ2′) (13)
さらに、以下の式(14)によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ZoneN(θ1−1′)=INT((Zone(θ1−1′)+180)/360) (14)
次に、離散化されたゾーン信号ZoneN(θ1−1′)と中位結合信号Abs−(θ2−2′)を以下の式(15)のように足し合わせることで、上位信号と中位信号とを結合した上位結合信号Abs−(θ1−1′)を算出する。
Abs−(θ1−1′)=ZoneN(θ1−1′)+(Abs−(θ2−2′)) (15)
ここで、中位結合信号Abs−(θ2−2′)は中位信号、下位信号および最下位信号を結合した信号であるので、上位結合信号Abs−(θ1−1′)は上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号が全て結合された信号に相当する。したがって、上位結合信号Abs−(θ1−1′)は、最下位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持った信号となる。
W=1024/(AD(b)−AD(a)) (16)
次に、ステップS913では、絶対位置演算部106は、中位信号θ2−2′により得られた累積角度を用いて、ポテンショメータ108のスケールレンジを正規化するための補正係数Hを求める。補正係数Hは、以下の式(17)により算出できる。
H=累積角度/360 (17)
このようにして、ポテンショメータ108の出力レンジおよびスケールレンジの正規化処理が完了する。
AD(x)″=W×AD(x)′ (19)
AD(x)″がポテンショメータ108の正規化された出力レンジにおける出力である。
Potがポテンショメータ108の正規化されたスケールレンジ(および正規化された出力レンジ)における出力である。
[上位信号と中位信号との結合処理(ステップS1014)]
正規化された上位信号はスケール101上で1回の折り返しを有する信号を10倍した信号に相当し、下位信号と傾きが一致する。絶対位置演算部106は、以下の式(21)に示すように、上位信号Potと中位信号θ2−θ2′との差分をとってゾーン信号を得る。
Zone(Pot)=(Pot)−(θ2−θ2′) (21)
さらに、以下の式(22)によりゾーン信号の離散化処理を行ってノイズを除去する。
ZoneN(Pot)=INT((Zone(Pot)+180)/360) (22)
次に、絶対位置演算部106は、離散化されたゾーン信号ZoneN(Pot)とステップS1013で生成された中位結合信号Abs−(θ2−2′)を以下の式(23)のように足し合わせる。これにより、上位信号と中位信号とを結合した上位結合信号Abs−(Pot)を算出する。
Abs−(Pot)=ZoneN(Pot)+(Abs−(θ2−2′)) (23)
ここで、中位結合信号Abs−(θ2−2′)は中位信号、下位信号および最下位信号を結合した信号であるので、上位結合信号Abs−(Pot)は上位信号、中位信号、下位信号および最下位信号の全てが結合された信号に相当する。したがって、上位結像信号Abs−(Pot)は、最下位信号と同じ分解能と上位信号と同じスケールレンジとを併せ持った信号となる。このようにして、可動部材102(110)の絶対位置を示す信号である絶対位置信号Abs−(Pot)が生成される。
(スケール101上の異物判定処理と位置誤検出回避処理)
上述した構成および処理により、上位信号に対する汚れや塵埃の影響は回避することができる。しかし、光学センサ103からの出力信号から生成される中位信号、下位信号および最下位信号についてはスケール101に付いた汚れや塵埃(以下、これらをまとめて異物という)の影響を回避することができない。以下では、スケール101上の異物の存在を判定するための構成と処理(異物判定処理)と、異物に起因する位置の誤検出を回避する処理(位置誤検出回避処理)について説明する。
Diff=|Q1−Q2| (24)
続いて、ステップSS1204では、選択部にて、ステップS1203で求めた位置差分Diffが所定値(閾値)Diff_THより大きいか否かを判定する。
ポテンショメータ108は前述したように異物の影響を受けにくい。仮にスケール101に異物が付いていると、位置差分Diffは所定値Diff_TH以下に収まる。したがって、位置差分Diffが所定値Diff_THを上回っている場合はスケール101に異物が付いており、絶対位置演算部106はその影響で誤った位置を示す値Yaを出力していると判定できる。
ただし、Yp(k)とYp(k+1)はポテンショメータ108の分解能で分解可能な隣接する位置でのポテンショメータ108からの位置信号の値Ypを示す。また、αはノイズ等の影響を考慮したマージンであり、0以上の値である。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
102,110 可動部材
103 光学センサ
106 絶対位置演算部
108 ポテンショメータ
120 選択部
Claims (11)
- 互いに周期が異なる複数の周期パターンが形成された光学スケールとともに用いられ、可動部材の移動に伴って前記光学スケールと相対移動する際に前記複数の周期パターンからの光を受光して該複数の周期パターンの周期に応じた周期でそれぞれ変化する複数の第1の検出信号を生成する光学式の第1の位置検出手段と、
前記可動部材の移動に伴って変化する第2の検出信号を生成する非光学式の第2の位置検出手段と、
前記複数の第1の検出信号を用いて第1の位置信号を生成するとともに、前記第2の検出信号を用いて前記第1の位置信号とは分解能が異なる第2の位置信号を生成し、前記第1の位置信号と前記第2の位置信号とに基づいて前記可動部材の絶対位置を示す絶対位置信号を生成する演算手段と、
前記絶対位置信号と前記第2の位置信号との差が所定値より小さい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記絶対位置信号を選択し、前記差が前記所定値より大きい場合は前記可動部材の位置を示す信号として前記第2の位置信号を選択する選択手段とを有することを特徴とする位置検出装置。 - 前記所定値は、前記第2の位置信号の分解能に基づいて設定されることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
- 前記選択手段は、前記第2の位置信号を前記可動部材の位置を示す信号として選択した後、前記第2の位置信号の所定変化量以上の変化が生じた場合または前記可動部材が停止してから前記第2の位置信号の変動が所定変動量以下となった場合に、前記可動部材の位置を示す信号の選択を再度行うことを特徴とする請求項1または2に記載の位置検出装置。
- 前記第2の位置信号は、前記第1の位置信号よりも分解能が低いことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の位置検出装置。
- 前記第1の位置信号は、複数の折り返しを有する信号であり、
前記第2の位置信号は、前記第1の位置信号における前記複数の折り返しのうち1つを特定可能な分解能を有する信号であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の位置検出装置。 - 前記第2の位置検出手段は、前記可動部材の移動に伴って電気抵抗値が変化する可変抵抗器であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の位置検出装置。
- 前記演算手段は、前記第2の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジをそれぞれ前記第1の位置信号の出力レンジおよびスケールレンジに対して正規化する処理を行ってから、前記第1の位置信号と前記第2の位置信号とを結合する演算を行うことで前記絶対位置信号を生成することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の位置検出装置。
- 前記複数の第1の検出信号は、互いに位相が90°異なる2相の信号であり、
前記第1の位置信号は前記2相の信号を逆正接変換して0から360°の角度に変換した出力レンジを有しており、
前記演算手段は、前記第2の位置信号の出力レンジを、前記第1の位置信号の0から360°の角度に対応するように正規化することを特徴とする請求項7に記載の位置検出装置。 - 前記演算手段は、前記第2の位置信号のスケールレンジを、前記可動部材がその全移動範囲を移動したときの前記第1の位置信号における累積角度で正規化することを特徴とする請求項7または8に記載の位置検出装置。
- 前記第1の位置信号は、互いに異なる周期P1,P1′で変化する2つの信号の逆正接変換により得られた信号θ1,θ1′と、それぞれ前記周期P1,P1′より短い周期であって互いに異なる周期P2,P2′で変化する2つの信号の逆正接変換により得られた信号θ2,θ2′とを含み、
前記演算手段は、
前記信号θ2,θ2′に対してバーニア演算を行って中位信号を生成し、
前記信号θ1から下位信号を生成し、
前記信号θ2から最下位信号を生成し、
上位信号としての前記第2の位置信号と前記中位信号と前記下位信号と前記最下位信号とを結合する演算を行って前記絶対位置を示す信号を生成することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の位置検出装置。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の位置検出装置と、
該位置検出装置により絶対位置が検出される可動部材とを有することを特徴とする装置。
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