JP7350559B2 - エンコーダ装置、駆動装置、ロボット装置、位置検出方法、物品の製造方法、プログラム、及び記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、ロータリエンコーダの技術に関する。

パターンを有するスケールを、回転軸線を中心に検出ユニットに対して相対的に回転させ、検出ユニットにパターンを読み取らせて、スケールの回転角度、即ち回転位置を求めるロータリエンコーダが知られている。

ロータリエンコーダには、相対的な回転位置を求めるインクリメンタル型と絶対的な回転位置を求めるアブソリュート型が存在する。アブソリュート型のロータリエンコーダは、絶対的な回転位置、即ち絶対位置を高精度に検出するために、回転軸線に対するスケールの偏心に起因する誤差について対策が必要である。その対策の１つとして、特許文献１には、補正値をメモリユニットに記憶させておき、絶対位置を測定した時に求めた位置値をメモリユニットに記憶されている補正値で補正する方法が提案されている。

特開２０１０－１１２９４９号公報

しかしながら、エンコーダによって検出される絶対位置が、スケールの回転に応じて滑らかに変化せずにシフトするように大幅にずれることがあった。このような場合、位置値を補正値で補正したとしても、絶対位置を正確に求めることは困難であった。

本発明は、絶対位置を高精度に検出することを目的とする。

本発明のエンコーダ装置は、検出ユニットと、前記検出ユニットに対向して配置され、前記検出ユニットに対して相対的に回転可能なスケールと、前記検出ユニットから出力された出力信号を処理して、基準位置に対する前記スケールの相対位置を求めることで、前記スケールの絶対位置を検出する処理部と、を備え、前記処理部は、前記検出ユニットに対する前記スケールの相対的な回転に伴って変化する、回転軸線に対する前記スケールの所定方向のずれ量が、閾値以下となる位置を、前記基準位置に設定する設定処理を実行することを特徴とする。

本発明の位置検出方法は、検出ユニットに対向して配置されたスケールが、前記検出ユニットに対して相対的に回転可能であり、前記検出ユニットから出力された出力信号を取得し、前記スケールの絶対位置を求める位置検出方法であって、前記検出ユニットに対する前記スケールの相対的な回転に伴って変化する、回転軸線に対する前記スケールの所定方向のずれ量が、閾値以下となる位置を、前記スケールの絶対位置を検出するための基準位置に設定する設定処理を行い、前記設定処理を行った後、取得した前記出力信号を処理して前記基準位置に対する前記スケールの相対変位を求めることで、前記スケールの絶対位置を求めることを特徴とする。

本発明によれば、絶対位置を高精度に検出することができる。

実施形態に係るロボット装置を示す説明図である。 実施形態に係るロボットアームの関節を示す部分断面図である。 （ａ）は、実施形態に係るエンコーダ装置の説明図である。（ｂ）は、実施形態に係るエンコーダ装置の検出ユニットの正面図である。 （ａ）は、実施形態に係るエンコーダ装置のスケールの平面図である。（ｂ）は、実施形態に係るスケールのパターンを示す模式図である。 実施形態に係る受光素子アレイの平面図である。 実施形態に係る処理ユニットの処理回路を示す回路図である。 実施形態に係るバーニア信号及び位相信号を示す図である。 実施形態においてスケールが偏心している状態を示す説明図である。 （ａ）は、実施形態に係るロータリエンコーダの説明図である。（ｂ）は、実施形態において絶対位置を求める処理を説明するための図である （ａ）は、実施形態における絶対位置のグラフである。（ｂ）は、実施形態におけるスケールの回転角度に対するずれ量のプロファイルを示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、実施形態における絶対位置を検出するフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、実施形態に係るロボット装置を示す説明図である。図１に示すロボット装置１００は、産業用ロボットであり、製造ラインに用意されている。ロボット装置１００は、駆動装置の一例である。ロボット装置１００は、ロボット本体２００と、ロボット本体２００の動作を制御する、制御部の一例である制御装置３００と、を有する。また、ロボット装置１００は、ティーチングペンダント４００と、ランプユニット５００と、表示装置６００と、を備えている。ティーチングペンダント４００は、作業者が操作して指令やデータを入力する入力部の一例である。ランプユニット５００及び表示装置６００の各々は、警告を発生する警告部の一例である。

ロボット本体２００は、ロボットアーム２０１と、ロボットアーム２０１の先端に取り付けられた、エンドエフェクタの一例であるロボットハンド２０２と、を有している。ロボット本体２００は、製造ラインに設けられ、物品を製造するのに用いられる。

ロボットアーム２０１は、直列に連結された複数のリンク２１０～２１６を有する垂直多関節のロボットアームである。これらリンク２１０～２１６は、関節Ｊ１～Ｊ６で回転可能に連結されている。基端側のリンク２１０は、不図示の架台に固定されるベース部である。先端側のリンク２１６には、ロボットハンド２０２が取り付けられている。

図２は、実施形態に係るロボット装置１００のロボットアーム２０１の関節Ｊ２を示す部分断面図である。以下、関節Ｊ２を例に代表して説明し、他の関節Ｊ１，Ｊ３～Ｊ６については、同様の構成であるため、説明を省略する。

リンク２１１とリンク２１２とは、クロスローラベアリング２３７を介して回転自在に連結されている。ここで、リンク２１１は、第１部材の一例であり、第１リンクの一例である。リンク２１２は、第２部材の一例であり、第２リンクの一例である。ロボットアーム２０１は、関節Ｊ２を駆動する駆動機構２３０を有している。即ち、駆動機構２３０は、リンク２１１に対してリンク２１２を相対的に回転駆動する。

駆動機構２３０は、駆動源の一例であるモータ２３１と、モータ２３１の回転軸の回転を減速して出力する減速機２３４と、を有する。モータ２３１は、サーボモータであり、例えばブラシレスＤＣサーボモータやＡＣサーボモータである。モータ２３１は、リンク２１２に固定されたハウジング２３２と、ハウジング２３２内に収容された不図示の固定子及び回転子と、を有する。不図示の固定子は、ハウジング２３２の内側に固定されている。不図示の回転子には、回転軸２３３が固定されている。

減速機２３４は、本実施形態では波動歯車減速機である。減速機２３４は、モータ２３１の回転軸２３３に結合されたウェブジェネレータ２４１と、リンク２１２に固定されたサーキュラスプライン２４２と、を備えている。また、減速機２３４は、ウェブジェネレータ２４１とサーキュラスプライン２４２との間に配置され、リンク２１１に固定されたフレクスプライン２４３を備えている。フレクスプライン２４３は、ウェブジェネレータ２４１の回転に対して所定の減速比で減速され、サーキュラスプライン２４２に対して相対的に回転する。したがって、モータ２３１の回転軸２３３の回転は、減速機２３４で所定の減速比で減速され、フレクスプライン２４３が固定されたリンク２１１に対してサーキュラスプライン２４２が固定されたリンク２１２を、回転軸線Ｃ０を中心に相対的に回転させる。

関節Ｊ２には、モータ２３１の回転軸２３３の回転角度、即ち回転位置を検出するためのロータリエンコーダ２５０が設けられている。また、関節Ｊ２には、リンク２１１に対するリンク２１２の回転角度、即ち回転位置を検出するためのロータリエンコーダ２６０が設けられている。ロータリエンコーダ２６０は、関節Ｊ２の角度を検出するためのものである。

ロータリエンコーダ２６０は、リンク２１１，２１２のうちの一方、本実施形態ではリンク２１１に配置された一対の検出ユニット７_１，７_２を有する。また、ロータリエンコーダ２６０は、リンク２１１，２１２のうちの他方、本実施形態ではリンク２１２に配置され、一対の検出ユニット７_１，７_２に対して相対的に回転可能なスケール２を有する。スケール２と、一対の検出ユニット７_１，７_２とは、互いに対向して配置されている。スケール２は、リンク２１２に対して位置調整可能にねじ等の締結部材でリンク２１２に固定されている。リンク２１２がリンク２１１に対して回転することにより、スケール２は回転軸線Ｃ０を中心に一対の検出ユニット７_１，７_２に対して相対的に回転する。一対の検出ユニット７_１，７_２は、回転軸線Ｃ０を挟んで対向して配置され、リンク２１１に固定されている。なお、スケール２がリンク２１１に配置され、一対の検出ユニット７_１，７_２がリンク２１２に配置されている場合であっても、同様に、スケール２が一対の検出ユニット７_１，７_２に対して相対的に回転する。

本実施形態では、ロータリエンコーダ２５０，２６０は、絶対的な回転位置、即ち絶対位置を検出するためのアブソリュート型のロータリエンコーダである。例えば減速機２３４の減速比が５０：１の場合、仮にリンク２１２がリンク２１１に対して１回転したとすると、モータ２３１の回転軸２３３は５０回転する。したがって、ロータリエンコーダ２６０は、ロータリエンコーダ２５０よりも高精度に絶対位置を検出する必要がある。ロータリエンコーダ２６０の絶対位置の情報は、スケール２の１回転、つまり角度３６０［ｄｅｇ．］に対し、例えば２２［ｂｉｔ］＝２^２２［ＬＳＢ］／３６０［ｄｅｇ．］＝４１９４３０４［ＬＳＢ］／３６０［ｄｅｇ．］の分解能で得られる。

図１に示す制御装置３００は、ロボットアーム２０１、具体的には図２の駆動機構２３０を制御する。制御装置３００は、コンピュータで構成されており、図１に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１を備えている。また、制御装置３００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）３０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）３０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）３０４を備えている。また、制御装置３００は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３０５を備えている。ＣＰＵ３０１には、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、ＨＤＤ３０４及びインタフェース３０５が、バスを介して接続されている。インタフェース３０５には、ロボット本体２００、ティーチングペンダント４００、ランプユニット５００及び表示装置６００が接続されている。

ＣＰＵ３０１は、インタフェース３０５を介してロボットアーム２０１の各関節Ｊ１～Ｊ６のロータリエンコーダ２５０，２６０に接続された処理部から回転位置を示す信号を取得し、ロボットアーム２０１の各関節Ｊ１～Ｊ６のモータ２３１を制御する。また、ＣＰＵ３０１は、インタフェース３０５を介して各関節Ｊ１～Ｊ６のロータリエンコーダ２５０，２６０の処理部からアラート信号を取得したとき、取得したアラート信号に基づき、ランプユニット５００及び表示装置６００を制御する。

ＲＯＭ３０２には、ＣＰＵ３０１に基本演算を行わせるプログラムが記憶されている。ＲＡＭ３０３は、ＣＰＵ３０１の演算結果等を一時的に格納する記憶装置である。ＨＤＤ３０４は、ＣＰＵ３０１の演算処理結果や外部から取得した各種データ等を記憶する記憶装置である。

ティーチングペンダント４００は、ユーザの操作を受け付ける。ランプユニット５００は、それぞれ異なる色で発光する複数（本実施形態では３つ）のランプ５０１，５０２，５０３を有する。ランプ５０１は、例えば青色で発光し、ランプ５０２は、例えば黄色で発光し、ランプ５０３は、例えば赤色で発光する。これらランプ５０１～５０３の点滅は、制御装置３００のＣＰＵ３０１により制御される。

表示装置６００は、例えば液晶ディスプレイ等の画像を表示する装置である。表示装置６００は、制御装置３００のＣＰＵ３０１から取得した画像データに対応する画像を表示する。

図３（ａ）は、実施形態に係るエンコーダ装置７００の説明図である。図３（ｂ）は、実施形態に係るエンコーダ装置７００の検出ユニット７_１の正面図である。以下、ロータリエンコーダ２６０が光学式である場合について説明するが、磁気式や静電容量式であってもよい。また、ロータリエンコーダ２６０が光反射型である場合について説明するが、光透過型であってもよい。

エンコーダ装置７００は、上述したロータリエンコーダ２６０と、処理部の一例である処理ユニット６０と、記憶装置６６と、を備えている。ロータリエンコーダ２６０は、上述したように、スケール２と、一対の検出ユニット７_１，７_２と、を有する。

スケール２は、基材２Ａと、基材２Ａに設けられたパターン４０と、を有する。検出ユニット７_１は、パターン４０に対向して配置されている。検出ユニット７_２は、パターン４０に対向して配置されている。検出ユニット７_１は、パターン４０を検出し、その検出結果に応じた出力信号（エンコーダ信号）Ｓ_１を処理ユニット６０に出力する。検出ユニット７_２は、パターン４０を検出し、その検出結果に応じた出力信号（エンコーダ信号）Ｓ_２を処理ユニット６０に出力する。処理ユニット６０は、ロータリエンコーダ２６０から取得した出力信号Ｓ_１，Ｓ_２を処理して、スケール２の絶対角度、即ち絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを求め、その結果を、図１の制御装置３００に出力する。

一対の検出ユニット７_１，７_２は、回転軸線Ｃ０に対して１８０度対称となる位置に配置されている。なお、以下の説明においては、ロータリエンコーダ２６０が一対の検出ユニット７_１，７_２を有する場合を例に説明するが、これに限定するものではない。ロータリエンコーダ２６０が、検出ユニットを１つのみ有する場合であってもよい。

処理ユニット６０は、ＣＰＵ６０１、ＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０３、インタフェース（Ｉ／Ｆ）６０４等を有する処理装置６５と、処理装置６５に接続された処理回路６１_１，６２_１，６１_２，６２_２とを有している。ＲＯＭ６０２には、ＣＰＵ６０１に各種処理を行わせるプログラム６０５が格納されている。ＣＰＵ６０１がプログラム６０５を実行することにより、一対の検出ユニット７_１，７_２が出力した出力信号Ｓ_１，Ｓ_２を処理して、スケール２の絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを検出する位置検出方法の各工程を実行する。ここで、絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを検出するとは、絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを求めることと同義である。

ＲＯＭ６０２は、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記録媒体でもある。本実施形態では、ＲＯＭ６０２にプログラム６０５が格納されるが、これに限定するものではない。プログラム６０５は、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、プログラム６０５を供給するための記録媒体としては、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、不揮発性メモリ等を用いることができる。光ディスクは、例えばＤＶＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒである。不揮発性メモリは、例えばＵＳＢメモリ、メモリカード、ＲＯＭである。

処理回路６１_１，６２_１は、例えばプリント基板７３_１に実装され、処理回路６１_２，６２_２は、例えばプリント基板７３_２に実装されている。なお、処理ユニット６０は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の専用ＩＣを有して構成されていてもよい。処理ユニット６０は、検出ユニット７_１，７_２から取得した出力信号Ｓ_１，Ｓ_２（読取情報）の内挿処理、記憶装置６６へのデータの書き込み及び読み出し、並びに検出した絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴの情報の出力等を行う。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、検出ユニット７_１は、ＬＥＤ等の発光素子からなる光源７０_１、受光素子アレイ７６_１を有する受光素子７１_１、受光素子アレイ７７_１を有する受光素子７２_１を備えている。光源７０_１及び受光素子７１_１，７２_１は、プリント基板７３_１に実装され、透明の樹脂７４_１で封止されている。樹脂７４_１上には透明のガラス板７５_１が設けられている。このように、検出ユニット７_１は、受光素子及び発光素子が一体型のパッケージである。

２つの受光素子７１_１，７２_１は、部品の共通化が図れ、コストダウンにも繋がるなどの利点が多いため、同一構成のものとするのが好ましい。なお、２つの受光素子７１_１，７２_１は、読み取る周期パターンの変調周期に適したものであれば、互いに別々の構成のものであってもよい。

本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、光源７０_１の発光中心と受光素子アレイ７６_１の受光中心との距離、及び光源７０_１の発光中心と受光素子アレイ７７_１の受光中心との距離を、同一の距離Ｄ１とする。距離Ｄ１は、例えば１．７５［ｍｍ］である。

図３（ａ）に示すように、検出ユニット７_２は、ＬＥＤ等の発光素子からなる光源７０_２、受光素子アレイ７６_２を有する受光素子７１_２、受光素子アレイ７７_２を有する受光素子７２_２を備えている。光源７０_２及び受光素子７１_２，７２_２は、プリント基板７３_２に実装され、透明の樹脂７４_２で封止されている。樹脂７４_２上には透明のガラス板７５_２が設けられている。このように、検出ユニット７_２は、受光素子及び発光素子が一体型のパッケージである。

本実施形態では、検出ユニット７_２は、検出ユニット７_１と同一の構成のものである。このように、部品の共通化を図ることにより、コストダウンを実現することができる。

図４（ａ）は、実施形態に係るエンコーダ装置のスケール２の平面図である。図４（ｂ）は、スケール２のパターン４０を示す模式図である。図４（ａ）に示すように、中心線Ｃ１の延びる方向、即ち図３（ａ）の回転軸線Ｃ０の延びる方向に見て、スケール２の基材２Ａは、中心線Ｃ１を中心とする円環状に形成されている。なお、基材２Ａの形状はこれに限定するものではなく、回転軸線Ｃ０の延びる方向に見て、例えば円盤形状であってもよい。検出ユニット７_１，７_２に読み取らせるためのパターン４０は、回転軸線Ｃ０の延びる方向に見て、中心線Ｃ１を中心に円環状に基材２Ａに配置されている。

パターン４０は、同心円状に配置された、互いに異なる周期を有する２つの周期パターン４１，４２を有する。第１周期パターンである周期パターン４１は、中心線Ｃ１を中心とする円周方向ＣＲに沿って配置された複数の第１パターン要素である複数のマーク５１を有する。第２周期パターンである周期パターン４２は、円周方向ＣＲに沿って配置された複数の第２パターン要素である複数のマーク５２を有する。周期パターン４２は、周期パターン４１の外側に配置されている。周期パターン４２のマーク５２の数は、周期パターン４１のマーク５１の数と異なる。周期パターン４１は、周期Ｐθ１を持ったスケールパターンであり、周期パターン４２は、周期Ｐθ１とは異なる周期Ｐθ２を持ったスケールパターンである。

一対の検出ユニット７_１，７_２の各々は、両方の周期パターン４１，４２を読み取る位置に配置されている。つまり、受光素子７１_１，７１_２は、周期パターン４１を読み取る位置に配置され、受光素子７２_１，７２_２は、周期パターン４２を読み取る位置に配置されている。

基材２Ａは、例えばガラス材等の板材である。マーク５１，５２は、基材２Ａ上に形成されたクロム膜等の光反射膜である。なお、基材２Ａは、ポリカーボネートなどの樹脂やＳＵＳなどの金属でもよい。また、マーク５１，５２は、アルミニウム膜など、光反射膜であればクロムとは別の材料の膜であってもよい。各周期パターン４１，４２を構成するマーク５１，５２は、中心線Ｃ１から放射状に形成されている。

周期Ｐθ１と周期Ｐθ２とはわずかに異なっている。処理ユニット６０のＣＰＵ６０１が、周期Ｐθ１，Ｐθ２のマーク５１，５２からの反射光から得られる信号間の位相差を求めることによって、元の周期Ｐθ１，Ｐθ２と異なる周期のバーニア信号を得るバーニア演算を行うことにより、角度を検出する。即ち、周期Ｐθ１及び周期Ｐθ２から得られるバーニア信号の周期は、周期Ｐθ１と周期Ｐθ２との最小公倍数となる。したがって、所望のバーニア周期となるように、周期Ｐθ１と周期Ｐθ２とが決定されている。例えば、周期Ｐθ１が３６０／１６５０［ｄｅｇ．］、周期Ｐθ２が３６０／１６４９［ｄｅｇ．］である場合、３６０［ｄｅｇ．］で１ピッチの差が生じる。

図３（ａ）に示すように、スケール２と対向して配置された検出ユニット７_１の光源７０_１から出射された発散光束は、両方の周期パターン４１，４２に照射される。周期パターン４１で反射した光束は、検出ユニット７_１の受光素子アレイ７６_１に向けて反射され、受光素子アレイ７６_１で、周期パターン４１の反射率分布が像として受光される。周期パターン４２で反射した光束は、検出ユニット７_１の受光素子アレイ７７_１に向けて反射され、受光素子アレイ７７_１で、周期パターン４２の反射率分布が像として受光される。受光素子アレイ７６_１，７７_１によって受光された光束は、電気信号に変換され、スケール２の回転角度に対応した周期パターン４１，４２の読取情報として検出信号Ｓ１_１，Ｓ２_１が処理ユニット６０の処理回路６１_１，６２_１に出力される。

即ち、検出ユニット７_１が出力する出力信号Ｓ_１には、周期パターン４１の検出に応じた第１検出信号である検出信号Ｓ１_１と、周期パターン４２の検出に応じた第２検出信号である検出信号Ｓ２_１とが含まれている。

検出ユニット７_２についても、検出ユニット７_１と同様に、スケール２と対向して配置された検出ユニット７_２の光源７０_２から出射された発散光束は、両方の周期パターン４１，４２に照射される。周期パターン４１で反射した光束は、検出ユニット７_２の受光素子アレイ７６_２に向けて反射され、受光素子アレイ７６_２で、周期パターン４１の反射率分布が像として受光される。周期パターン４２で反射した光束は、検出ユニット７_２の受光素子アレイ７７_２に向けて反射され、受光素子アレイ７７_２で、周期パターン４２の反射率分布が像として受光される。受光素子アレイ７６_２，７７_２によって受光された光束は、電気信号に変換され、スケール２の回転角度に対応した周期パターン４１，４２の読取情報として検出信号Ｓ１_２，Ｓ２_２が処理ユニット６０の処理回路６１_２，６２_２に出力される。

即ち、検出ユニット７_２が出力する出力信号Ｓ_２には、周期パターン４１の検出に応じた第１検出信号である検出信号Ｓ１_２と、周期パターン４２の検出に応じた第２検出信号である検出信号Ｓ２_２とが含まれている。

ここでまず、周期パターン４２の位相情報である検出信号Ｓ２_１を取得する動作について説明する。図５は、受光素子アレイ７７_１の平面図である。なお、受光素子アレイ７６_１，７６_２，７７_２は、受光素子アレイ７７_１と同様の構成であるため、説明を省略する。

図５に示す受光素子アレイ７７_１は、受光素子片がＸ方向に６４μｍピッチで３２個並んで構成されている。１つの受光素子片は、Ｘ方向の幅Ｘ＿ｐｄが６４μｍ、Ｙ方向の幅Ｙ＿ｐｄが８００μｍである。受光素子アレイ７７_１の全幅Ｘ＿ｔｏｔａｌは、２０４８μｍである。

受光素子アレイ７７_１のＸ方向がスケール２のタンジェンシャル方向と略平行、かつ受光素子アレイ７７_１のＹ方向がスケール２のラジアル方向と略平行となるように受光素子アレイ７７_１が配置されている。これにより、受光素子アレイ７７_１からは、スケール２の絶対位置を求めるための検出信号Ｓ２_１が出力される。

スケール２のパターン４０は、受光素子アレイ７７_１において、２倍の拡大投影となる。このため、受光素子アレイ７７_１によるスケール２上の検出範囲は１０２４μｍ×４００μｍの範囲となる。受光素子アレイ７７_１で周期パターン４２を読み取る際の中心線Ｃ１に対するスケール２上の半径方向の読取位置を３３．５９３ｍｍに合わせると、Ｐθ２＝１２８μｍとなる。このため、周期パターン４２上の検出範囲は８×Ｐθ２となる。なお、矩形形状の受光素子アレイ７７_１を用いて放射形状のパターン４０を読み取る例について説明したが、受光部の形状がパターン４０の形状に合わせて放射形状としてもよい。

図６は、処理ユニット６０の処理回路６２_１を示す回路図である。処理回路６２_１の構成と、処理回路６２_１により周期パターン４２の位相情報を求める処理動作について説明する。なお、処理回路６１_１，６１_２，６２_２は、処理回路６２_１と同様の構成である。ここで、受光素子アレイ７７_１から出力される検出信号Ｓ２_１は、４つの信号Ａ＋，Ｂ＋，Ａ－，Ｂ－を含む。

処理回路６２_１は、受光素子アレイ７７_１の出力に接続された、初段増幅器である４つのＩ－Ｖ変換アンプ３１，３２，３３，３４を有している。４つのＩ－Ｖ変換アンプ３１，３２，３３，３４は、受光素子アレイ７７_１から得られる信号Ａ＋，Ｂ＋，Ａ－，Ｂ－に基づき、４相正弦波出力Ｓ（Ａ＋），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ａ－），Ｓ（Ｂ－）を生成する。４相正弦波出力の相対位相は、Ｓ（Ａ＋）を基準とすると、検出ピッチに対し、Ｓ（Ｂ＋）は約＋９０度、Ｓ（Ａ－）は約＋１８０度、Ｓ（Ｂ－）は約＋２７０度の関係にある。

また、処理回路６２_１は、４相正弦波出力Ｓ（Ａ＋），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ａ－），Ｓ（Ｂ－）のうちのＳ（Ａ＋），Ｓ（Ａ－）に基づき、以下の式（１）の演算を行うＡ相用差動アンプ３５を有する。また、処理回路６２_１は、４相正弦波出力Ｓ（Ａ＋），Ｓ（Ｂ＋），Ｓ（Ａ－），Ｓ（Ｂ－）のうちのＳ（Ｂ＋），Ｓ（Ｂ－）に基づき、以下の式（２）の演算を行うＢ相用差動アンプ３６を有する。式（１），（２）の演算により、直流分が除去された２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）が生成される。
Ｓ（Ａ）＝Ｓ（Ａ＋）－Ｓ（Ａ－） ・・・（１）
Ｓ（Ｂ）＝Ｓ（Ｂ＋）－Ｓ（Ｂ－） ・・・（２）

ここで、各アンプ３５，３６のゲインばらつきに起因する誤差が２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）に重畳するのを防止するために、ゲイン比を補正しておくのが好ましい。また、各アンプ３５，３６のオフセットに起因する誤差が２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）に重畳するのを防止するために、オフセットを補正しておくのが好ましい。図３（ａ）に示す処理装置６５は、所定の領域の２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）それぞれの（最大値－最小値）／２から振幅比を求め、振幅を等しくするように補正を行う。同様に、処理装置６５は、（最大値＋最小値）／２から、オフセット誤差量を求め、そのオフセットの補正を行う。いずれも、処理装置６５は、補正値を記憶装置６６に記憶させ、位置検出時にその補正値を読み出して、２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を補正する。

さらに、処理装置６５は、以上のようにして得られた２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を用いて、以下の式（３）の演算を行って、周期信号である位相信号Φ２を求める。
Φ２＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］・・・（３）
ここで、ＡＴＡＮ２［Ｙ，Ｘ］は、象限を判別して０～２π位相に変換する逆正接演算関数である。

図７は、バーニア信号Ｓｖ２１及び位相信号Φ２と、スケール２の回転角度との関係を示す図である。位相信号Φ２は、スケール２の回転角度に対して、図７のようなプロファイルの周期信号となる。よって、位相信号Φ２は、インクリメント信号として、スケール２の回転角度の相対変位を検出するのに用いることが可能である。

次に、処理回路６１_１により周期パターン４１の位相情報を求める処理動作について説明する。処理回路６１_１は、上述したように、処理回路６２_１と同様の回路構成である。これにより、処理回路６１_１は、検出ユニット７_１の受光素子アレイ７６_１から取得した読取信号から２相正弦波信号Ｓ（Ａ）’，Ｓ（Ｂ）’を生成する。

ここで、前述したように、受光素子アレイ７７_１で周期パターン４２を読み取る際の中心線Ｃ１に対するスケール２上の半径方向の読取位置を３３．５９３ｍｍに合わせると、Ｐθ２＝１２８μｍとなる。本実施形態では、光源７０_１の発光中心と受光素子アレイ７６_１及び７７_１の受光中心との距離Ｄ１が１．７５ｍｍである。このため、受光素子アレイ７６_１で周期パターン４１を読み取る際の中心線Ｃ１に対するスケール２上の半径方向の読取位置は、３１．８４３ｍｍとなる。この場合、Ｐθ１＝１２１．３μｍとなる。よって、周期パターン４１から得られる信号は、受光素子アレイ７６_１の検出ピッチ１２８μｍに対し、スケール２上のパターン周期の２倍からずれている。このため、処理装置６５は、２相正弦波信号Ｓ（Ａ）’，Ｓ（Ｂ）’間の相対位相差を補正する処理を行うことが望ましい。以下に、位相差を補正する方法について説明する。

相対位相差である誤差ｅを含む２相正弦波信号Ｓ（Ａ）’，Ｓ（Ｂ）’は、位相をθとして、式（４），（５）で表される。
Ｓ（Ａ）’＝ｃｏｓ（θ＋ｅ／２）・・・（４）
Ｓ（Ｂ）’＝ｓｉｎ（θ－ｅ／２）・・・（５）

式（４），（５）より、２相正弦波信号Ｓ（Ａ）’，Ｓ（Ｂ）’の和と差を計算すると、式（６），（７）に示すように誤差ｅを分離することができる。
Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’＝２×ｃｏｓ（θ－π／４）ｓｉｎ（ｅ／２－π／４）
・・・（６）
－Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’＝２×ｓｉｎ（θ－π／４）ｃｏｓ（ｅ／２－π／４）
・・・（７）

誤差ｅは、設計値より、ｅ＝（１－１２８／１２１．３）×πと表せる。そこで、処理装置６５は、式（６），（７）の振幅成分２×ｓｉｎ（ｅ／２－π／４）、２×ｃｏｓ（ｅ／２－π／４）について、それぞれ逆数を乗じることにより、式（８），（９）に示す、誤差ｅを相殺した２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を算出する。
Ｓ（Ａ）＝（Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’）／（２×ｓｉｎ（ｅ／２－π／４））＝ｃｏｓφ
・・・（８）
Ｓ（Ｂ）＝（－Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’）／（２×ｃｏｓ（ｅ／２－π／４））＝ｓｉｎφ
・・・（９）
ただし、φ＝θ－π／４である。なお、誤差ｅについては、初期化動作によって記憶装置６６に記憶させてもよい。

例えば、Ｘ方向の所定範囲におけるＳ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’の（最大値－最小値）／２から、振幅成分２×ｓｉｎ（ｅ／２－π／４）を取得する。また、－Ｓ（Ａ）’＋Ｓ（Ｂ）’の（最大値－最小値）／２から、振幅成分２×ｃｏｓ（ｅ／２－π／４）を取得する。これら振幅成分を記憶装置６６に記憶させるようにしてもよい。この場合、光源７０_１と受光素子アレイ７７_１との実装高さのずれや、スケール２と検出ユニット７_１との相対的な傾きによる像倍率の誤差の影響を含めて補正することが可能である。

なお、処理回路６１_１に含まれる各アンプのゲインばらつきに起因する誤差が２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）に重畳するのを防止するために、ゲイン比を補正しておくのが好ましい。また、処理回路６１_１に含まれる各アンプのオフセットに起因する誤差が２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）に重畳するのを防止するために、オフセットを補正しておくのが好ましい。

処理装置６５は、以上のようにして得られた２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を用いて、以下の式（１０）の演算を行って、周期信号である位相信号Φ１を求める。
Φ１＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］・・・（１０）

処理装置６５は、式（３），（１０）によって求めた位相信号Φ１，Φ２を用いて、以下の式（１１）の演算を行って、バーニア信号Ｓｖ２１を求める。
Ｓｖ２１＝Φ２－Φ１・・・（１１）

ここで、処理装置６５は、Ｓｖ２１＜０のときはＳｖ２１＝Ｓｖ２１＋２πの演算を行って、０～２πの出力範囲に変換する。このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ２１とスケール２の回転角度との関係は、図７のようになる。バーニア信号Ｓｖ２１に対するスケール２の回転角度は一意に決定できるため、スケール２の回転角度を特定することが可能である。

このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ２１のみを用いた場合でも絶対位置の検出はできる。しかし、本実施形態では、処理装置６５は、バーニア信号Ｓｖ２１と位相信号Φ２との同期処理を行い、より高精度な絶対位置ＡＢＳ１を、式（１２）により生成する。
ＡＢＳ１＝（ＲＯＵＮＤ［（（Ｓｖ２１／（２π））×（ＦＳ／Ｐθ２）－Φ２）×（２π）］＋Φ２／（２π））×Ｐθ２［ｄｅｇ．］・・・（１２）

ここでＲＯＵＮＤ［Ｘ］は、Ｘに最も近い整数に変換する関数である。また、ＦＳは回転角度方向の総回転角度であり、本実施形態では、ＦＳ＝３６０［ｄｅｇ．］である。ＡＢＳ１の値は、ＭＯＤ［ＡＢＳ１，２^２２］の演算を行い、０～２^２２の間の値を取るようにしておく。ＭＯＤ［Ｘ，Ｙ］は、ＸをＹで除算した余りの値に変換する関数である。

以上、処理装置６５は、検出ユニット７_１から取得した検出信号Ｓ１_１，Ｓ２_１を含む出力信号Ｓ_１に基づき、第１位置である絶対位置ＡＢＳ１を求める。

ここで、スケール２は、回転軸線Ｃ０に対して偏心してリンク２１２に取り付けられたり、使用状況や使用期間に応じて、回転軸線Ｃ０に対して偏心したりすることがある。図８は、実施形態においてスケール２が偏心している状態を示す説明図である。スケール２におけるパターン４０の中心線Ｃ１が回転軸線Ｃ０に対して偏心していると、求められた絶対位置ＡＢＳ１には、偏心による誤差が重畳していることになる。本実施形態では、出力されるスケール２の絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴに重畳する偏心誤差を低減するために、一対の検出ユニット７_１，７_２を用いる。

処理装置６５は、検出ユニット７_２から取得した検出信号Ｓ２_２に基づき、検出ユニット７_１から取得した検出信号Ｓ２_１の場合と同様に２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を求め、以下の式（１３）から周期信号である位相信号Φ２’を求める。
Φ２’＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］・・・（１３）

また、処理装置６５は、検出ユニット７_２から取得した検出信号Ｓ１_２に基づき、検出ユニット７_１から取得した検出信号Ｓ１_１の場合と同様に２相正弦波信号Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）を求め、以下の式（１４）から周期信号である位相信号Φ１’を求める。
Φ１’＝ＡＴＡＮ２［Ｓ（Ａ），Ｓ（Ｂ）］・・・（１４）

さらに、処理装置６５は、式（１３），（１４）を用いた下記の式（１５）の演算によってバーニア信号Ｓｖ２１’を求める。
Ｓｖ２１’＝Φ２’－Φ１’・・・（１５）

ここで、処理装置６５は、Ｓｖ２１’＜０のときはＳｖ２１’＝Ｓｖ２１’＋２πの演算を行って、０～２πの出力範囲に変換する。このようにして得られたバーニア信号Ｓｖ２１’のみを用いた場合でも絶対角度の検出はできる。しかし、本実施形態では、処理装置６５は、バーニア信号Ｓｖ２１’と位相信号Φ２’との同期処理を行い、より高精度な絶対位置ＡＢＳ２を、式（１６）により生成する。
ＡＢＳ２＝（ＲＯＵＮＤ［（（Ｓｖ２１’／（２π））×（ＦＳ／Ｐθ２）－Φ２’）×（２π）］＋Φ２’／（２π））×Ｐθ２［ｄｅｇ．］・・・（１６）

絶対位置ＡＢＳ２の値は、ＭＯＤ［ＡＢＳ２，２^２２］の演算により、０～２^２２の間の値を取るようにしておく。

以上、処理装置６５は、検出ユニット７_２から得られた検出信号Ｓ１_２，Ｓ２_２を含む出力信号Ｓ_２に基づき、第２位置である絶対位置ＡＢＳ２を求める。

図９（ａ）は、回転軸線Ｃ０の方向から見た、検出ユニット７_１，７_２に対して偏心しているスケール２が回転したときのロータリエンコーダ２６０の説明図である。回転軸線Ｃ０に対してスケール２の中心線Ｃ１が偏心している場合、スケール２（即ちパターン４０）の中心線Ｃ１は、スケール２が回転軸線Ｃ０を中心に回転するのに伴い、図９（ａ）に破線で示すように回転軸線Ｃ０のまわりを公転することになる。回転軸線Ｃ０に対する中心線Ｃ１の偏心量Ｍ１の大きさは、スケール２の回転に対して、ほとんど変化しない。回転軸線Ｃ０に対する中心線Ｃ１の偏心方向は、スケール２の回転に伴って変化する。

ここで、回転軸線Ｃ０の方向から見て、一対の検出ユニット７_１，７_２の各々の中心及び回転軸線Ｃ０を通過する直線Ｃ２に直交するＲＹ方向において、回転軸線Ｃ０に対する中心線Ｃ１のずれ量をΔＤとする。ＲＹ方向は、所定方向であり、回転軸線Ｃ０から延びる半径方向のうちの一方向である。ずれ量ΔＤは、回転軸線Ｃ０に対するスケール２の中心線Ｃ１の偏心によって生じる。そして、ずれ量ΔＤの大きさは、スケール２の回転に伴って変化する。

各検出ユニット７_１，７_２を用いて演算される絶対位置ＡＢＳ１，ＡＢＳ２において偏心誤差となるのは、ＲＹ方向のずれ量ΔＤである。即ち、ずれ量ΔＤが大きいほど、絶対位置ＡＢＳ１，ＡＢＳ２に重畳する偏心誤差が大きくなる。なお、直線Ｃ２の延びる方向であるＲＸ方向に回転軸線Ｃ０に対して中心線Ｃ１がずれている場合、ずれていない場合と比較して、各検出ユニット７_１，７_２により読み取られるパターン４０のマーク５１，５２の位置は、ほとんど変わらない。そのため、この場合は、絶対位置ＡＢＳ１，ＡＢＳ２に重畳する偏心誤差は極めて小さい。

本実施形態では、検出ユニット７_１と検出ユニット７_２は、回転軸線Ｃ０に対して１８０度対称となる位置に配置されている。このため、以下の式（１７）の関係が成立する。
ＡＢＳ１＝ＡＢＳ２＋１８０［ｄｅｇ．］・・・（１７）

また、検出ユニット７_１と検出ユニット７_２は、回転軸線Ｃ０に対して１８０度対称となる位置に配置されているので、絶対位置ＡＢＳ１に重畳する偏心誤差と、絶対位置ＡＢＳ２に重畳する偏心誤差は、正負が逆である。

そこで、本実施形態では、処理ユニット６０は、絶対位置ＡＢＳ１と絶対位置ＡＢＳ２との平均値を求めることで、偏心誤差が相殺された絶対位置ＡＢＳを取得する。具体的に説明すると、処理ユニット６０は、絶対位置ＡＢＳ１及び絶対位置ＡＢＳ２を用いて、以下の式（１８）に示す演算を行って、絶対位置ＡＢＳを求める。
ＡＢＳ＝（ＡＢＳ１＋ＡＢＳ２）／２・・・（１８）

絶対位置ＡＢＳの値は、ＭＯＤ［ＡＢＳ，２^２２］の演算により、０～２^２２の間の値を取るようにしておく。以上の計算により、絶対位置ＡＢＳにおいてスケール２の偏心に起因する誤差が低減される。

処理ユニット６０は、制御装置３００に出力するための絶対位置の情報を、その都度、上述した方法で求めてもよいが、本実施形態では、別の方法で求める。図９（ｂ）は、実施形態において絶対位置を求める処理を説明するための図である。

まず、検出ユニット７_１に着目して説明する。本実施形態では、処理ユニット６０は、所定タイミングで取得した出力信号Ｓ_１に基づいて絶対位置ＡＢＳ１を算出し、この絶対位置ＡＢＳ１を基準位置ＡＢＳ１０とする。この基準位置ＡＢＳ１０は、スケール２の絶対位置を検出するための基準位置である。所定タイミングは、例えばロボット装置１００の電源投入のタイミングや作業者によるリセット操作のタイミングなどである。それ以降、処理ユニット６０は、基準位置ＡＢＳ１０に対するスケール２の相対変位ＩＮＣ１から、スケール２の絶対位置ＡＢＳ１１を求める。

検出ユニット７_２についても同様に、処理ユニット６０は、所定タイミングで取得した出力信号Ｓ_２に基づいて絶対位置ＡＢＳ２を算出し、この絶対位置ＡＢＳ２を基準位置ＡＢＳ２０とする。この基準位置ＡＢＳ２０は、スケール２の絶対位置を検出するための基準位置である。それ以降、処理ユニット６０は、基準位置ＡＢＳ２０に対するスケール２の相対変位ＩＮＣ２から、スケール２の絶対位置ＡＢＳ２１を求める。

処理ユニット６０は、式（１８）と同様の演算を行って、検出結果であるスケール２の絶対位置を求める。この絶対位置を絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴとする。処理ユニット６０は、検出結果として絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴの情報を制御装置３００に出力する。このような方法で処理ユニット６０が絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを検出する、即ち絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを算出することで、計算時間を短縮することができ、ロボットアーム２０１の制御の高速化を実現することができる。

ところで、スケール２の偏心量Ｍ１がある許容量を超えてしまうと、一対の検出ユニット７_１，７_２を用いて絶対位置ＡＢＳ１，ＡＢＳ２を求めても、求めた絶対位置ＡＢＳ１，ＡＢＳ２が実際の位置から大きくシフトしてしまうことがある。図１０（ａ）は、実際の位置と、演算により求まる絶対位置ＡＢＳ１との関係を示すグラフである。図１０（ａ）において、一点鎖線は、スケール２の偏心量Ｍ１が許容量内である場合、実線は、スケール２の偏心量Ｍ１が許容量を超える場合を示す。図１０（ａ）に示すように、スケール２の偏心量Ｍ１が許容量を超える場合の絶対位置ＡＢＳ１が、スケール２の偏心量Ｍ１が許容量内である場合の絶対位置ＡＢＳ１に対して、ずれΔθの分、増加又は減少する方向にシフトしてしまうことがあった。仮に、このずれΔθが生じた状態で基準位置ＡＢＳ１０が設定されてしまうと、以降、検出される絶対位置ＡＢＳ１１の値がずれΔθだけシフトしてしまうことになる。絶対位置ＡＢＳ２１についても同様である。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを検出するフローチャートである。図１１（ａ）は、スケール２の絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを検出するための初期設定をする、即ち基準位置を設定する設定処理を示すフローチャートである。まず、図１１（ａ）の処理について具体的に説明する。

処理ユニット６０は、所定タイミングで一対の検出ユニット７_１，７_２から取得した出力信号Ｓ_１，Ｓ_２に基づき、絶対位置ＡＢＳ１，ＡＢＳ２を算出する（Ｓ１０１）。次に、処理ユニット６０は、上述した式（１８）により、絶対位置ＡＢＳを算出する（Ｓ１０２）。

次に、処理ユニット６０は、絶対位置ＡＢＳ１又はＡＢＳ２と、絶対位置ＡＢＳとに基づき、ずれ量ΔＤを算出する（Ｓ１０３）。ここで、ずれ量ΔＤは、偏心量に含まれるＲＹ方向の偏心成分の大きさであり、０又は正の値である。ずれ量ΔＤの測定方法は、別途、レーザ変位計などを用いて測定してもよいが、本実施形態では、絶対位置ＡＢＳ１又はＡＢＳ２と、絶対位置ＡＢＳとを用いる。例えば、処理ユニット６０は、絶対位置ＡＢＳ１又はＡＢＳ２と、絶対位置ＡＢＳとの差分を、ずれ量ΔＤとして算出する。なお、ずれ量ΔＤの算出方法は、これに限定するものではない。このように、処理ユニット６０は、所定タイミングで一対の検出ユニット７_１，７_２から取得した出力信号Ｓ_１，Ｓ_２に基づいて、ずれ量ΔＤを求める。

処理ユニット６０は、ずれ量ΔＤが閾値ＴＨ以下であるかどうかを判定する（Ｓ１０４）。閾値ＴＨは、偏心量Ｍ１の許容量でもある。閾値ＴＨは、ずれ量ΔＤと同様、正の値であり、予め記憶装置６６に設定されている。

図１０（ｂ）は、スケール２の回転角度に対するずれ量ΔＤのプロファイルを示すグラフである。図１０（ｂ）に示すように、ずれ量ΔＤは、スケール２の回転角度、即ち回転位置に対して正弦波状に変化する。正弦波の最大振幅がスケール２の偏心量Ｍ１ということになる。偏心量Ｍ１が大きいほど、正弦波の最大振幅が大きくなる。

スケール２の偏心量Ｍ１が閾値ＴＨ以下であれば、図１０（ｂ）において一点鎖線の正弦波となり、スケール２の偏心量Ｍ１が閾値ＴＨを超えれば、図１０（ｂ）において実線の正弦波となる。

処理ユニット６０は、ずれ量ΔＤが閾値ＴＨ以下の場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、基準位置ＡＢＳ１０，ＡＢＳ２０を設定する（Ｓ１０５）。即ち、処理ユニット６０は、ステップＳ１０１で求めた絶対位置ＡＢＳ１，ＡＢＳ２を基準位置ＡＢＳ１０，ＡＢＳ２０として基準位置ＡＢＳ１０，ＡＢＳ２０のデータを記憶装置６６に設定する。

ずれ量ΔＤが図１０（ｂ）に一点鎖線で示す正弦波となる場合、スケール２の回転位置が０［ｄｅｇ．］以上３６０［ｄｅｇ．］未満のいずれの位置であっても、ずれ量ΔＤは、閾値ＴＨ以下である。したがって、この場合は、所定タイミングで取得した出力信号Ｓ_１，Ｓ_２に基づき得られる絶対位置ＡＢＳ１，ＡＢＳ２の精度は、約２０［ａｒｃｓｅｃｏｎｄ］以下と高精度である。したがって、求めた絶対位置ＡＢＳ１，ＡＢＳ２を基準位置ＡＢＳ１０，ＡＢＳ２０とすればよい。

ずれ量ΔＤが図１０（ｂ）に実線で示す正弦波となる場合は、スケール２の１回転中、ずれ量ΔＤが閾値ＴＨを超える区間が存在するが、超えない区間も存在する。閾値ＴＨを超えない区間には、例えば、図１０（ｂ）中、ずれ量ΔＤが０となる絶対位置Ｐ１，Ｐ２が含まれる。これら絶対位置Ｐ１，Ｐ２に対して、±９０［ｄｅｇ．］の条件では、ずれ量ΔＤが閾値ＴＨを超える。仮に、ずれ量ΔＤが閾値ＴＨを超える位置を基準位置に設定してしまうと、図１０（ａ）に示すような大きなずれΔθが重畳した絶対位置を出力してしまうことになる。このずれΔθが生じるのは、バーニア信号と下位信号との位相同期がずれてしまうことが原因である。図１０（ｂ）においてハッチングで示した区間が、図１０（ａ）に示す区間Ｐ３，Ｐ４に対応する。区間Ｐ３，Ｐ４におけるずれΔθは、例えば数分から数十度と、偏心誤差と比較して非常に大きい。

本実施形態では、処理ユニット６０は、ずれ量ΔＤが閾値ＴＨを超える場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、アラート信号を制御装置３００に出力して（Ｓ１０６）、ステップＳ１０１の処理に戻る。ずれ量ΔＤが閾値ＴＨ以下となるまで、スケール２を回転させてステップＳ１０１～Ｓ１０６を繰り返す。これにより、処理ユニット６０は、ずれ量ΔＤが閾値ＴＨを超える位置にスケール２が回転している場合には、ずれ量ΔＤが閾値ＴＨ以下となる位置までスケール２が回転するのを待機することになる。

制御装置３００は、アラート信号の入力を受けたとき、ランプユニット５００のランプ５０３を点灯させたり、又は表示装置６００にアラート画像を表示させたりして、作業者に警告を発する。作業者は、警告を受けて、ティーチングペンダント４００を操作する。作業者によるティーチングペンダント４００の操作に応じて、制御装置３００がロボット本体２００を動作させることで、スケール２を回転させる。なお、制御装置３００は、アラート信号の入力を受けたとき、自動でロボット本体２００を動作させて、スケール２を回転させてもよい。即ち、制御装置３００は、処理ユニット６０が設定処理を実行しているときに、ずれ量ΔＤが閾値ＴＨを超える場合には、ずれ量ΔＤが閾値ＴＨ以下となるように、リンク２１２がリンク２１１に対して相対的に回転するよう駆動機構２３０を制御する。

処理ユニット６０は、スケール２が回転することによってずれ量ΔＤが閾値ＴＨ以下となったとき、ずれ量ΔＤが閾値ＴＨ以下となる位置にスケール２が回転しているときの絶対位置ＡＢＳ１，ＡＢＳ２を、基準位置ＡＢＳ１０，ＡＢＳ２０とする。以上のようにして、精度の高い基準位置ＡＢＳ１０，ＡＢＳ２０が設定される。

次に、処理ユニット６０は、図１１（ａ）に示す設定処理にて基準位置ＡＢＳ１０，ＡＢＳ２０を設定した後、図１１（ｂ）に示すフローチャートに従って、制御装置３００に出力する検出値である、スケール２の絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを求める。

具体的に説明すると、処理ユニット６０は、取得した出力信号Ｓ_１，Ｓ_２を処理して基準位置ＡＢＳ１０，ＡＢＳ２０に対するスケール２の相対変位ＩＮＣ１，ＩＮＣ２を求める（Ｓ２０１）。相対変位ＩＮＣ１は、位相信号Φ１又はΦ２をカウントすることにより求まる。相対変位ＩＮＣ２は、位相信号Φ１’又はΦ２’をカウントすることにより求まる。なお、相対変位ＩＮＣ１は、バーニア信号Ｓｖ２１をカウントすることによっても求まる。相対変位ＩＮＣ２は、バーニア信号Ｓｖ２１’をカウントすることによっても求まる。

次に、処理ユニット６０は、絶対位置ＡＢＳ１１，ＡＢＳ２１を求め（Ｓ２０２）、これら絶対位置ＡＢＳ１１，ＡＢＳ２１を用いてスケール２の絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを求める（Ｓ２０３）。処理ユニット６０は、絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴのデータを制御装置３００に出力する（Ｓ２０４）。

絶対位置ＡＢＳ１１は、ＡＢＳ１０、ＩＮＣ１を用いて、以下の式（１９）を用いて算出される。
ＡＢＳ１１＝ＡＢＳ１０＋ＩＮＣ１ ・・・（１９）

同様に、絶対位置ＡＢＳ２１は、ＡＢＳ２０、ＩＮＣ２を用いて、以下の式（２０）を用いて算出される。
ＡＢＳ２１＝ＡＢＳ２０＋ＩＮＣ２ ・・・（２０）

制御装置３００に出力する絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴは、以下の式（２１）を用いて算出される。
ＡＢＳ_ＯＵＴ＝（ＡＢＳ１１＋ＡＢＳ２１）／２・・・（２１）

以上、処理ユニット６０は、一対の検出ユニット７_１，７_２から得られた出力信号Ｓ_１，Ｓ_２に基づき絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを検出し、その絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを示す信号を制御装置３００に出力する。

なお、ロータリエンコーダ２６０が一対の検出ユニット７_１，７_２を有する場合について説明したが、ロータリエンコーダ２６０が検出ユニットとして１つの検出ユニット７_１のみ有する場合には、以上の式（２１）の演算は行わなくてよい。この場合、制御装置３００に出力する絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴは、絶対位置ＡＢＳ１１ということになる。

以上、本実施形態によれば、スケール２の偏心量Ｍ１が閾値ＴＨを超えるような場合であっても、ずれΔθが重畳することなく、高精度にスケール２の絶対位置ＡＢＳ_ＯＵＴを検出することができる。

ところで、ロータリエンコーダ２６０が組み込まれたロボットアーム２０１は、工場等の製造ラインに導入される。ロボットアーム２０１には、製造ラインを構成する部材や隣のロボットアームと衝突するなど、外力や過負荷が付与されることがある。また、ロボットアーム２０１を長年使用すると、軸受けなどの部品が劣化する。これらの要因によりスケール２の偏心量が許容量を超える場合には、アラートが発せられる。

制御装置３００は、アラート画像と共に、関節Ｊ１～Ｊ６のいずれの関節において偏心量が許容量を超えたのか、更にその偏心量を示すデータを、表示装置６００に表示させる。作業者は、ロボットアーム２０１の経時変化によるスケール２の偏心量を表示装置６００等で確認することができる。

作業者がスケール２の偏心量を確認してメンテナンスが必要と判断した場合であっても、例えば定期メンテナンスで製造ラインを停止させる時までの間、引き続きロボットアーム２０１を使い続けることができる。これにより、製造ラインをすぐに止めることがないため、製造ラインにおいて物品の生産性は低下しない。ロボットアーム２０１の再調整、又はロボットアーム２０１の部品の交換などの作業は、定期メンテナンスの時に行えばよい。

また、ロータリエンコーダ２６０がロボットアーム２０１の関節Ｊ１～Ｊ６に組み込まれる際に、粗い精度で組み込まれた場合においても、高精度に関節Ｊ１～Ｊ６の角度を検出することができる。よって、ロボットアーム２０１の組み立てにかかるコストを、大幅に削減することが可能となる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されない。

上述の実施形態において、スケール２のパターン４０に含まれる周期パターンの数が２である場合について説明したが、この数に限定するものではない。また、周期パターンを構成するパターン要素がスケール２の中心線Ｃ１から外側に向けて放射状に形成されている場合について説明したが、この形状に限定するものでない。

更に、アブソリュート型のロータリエンコーダがバーニア方式のものとして説明したが、これに限定するものではない。例えば、ロータリエンコーダが、グレイコード、ＢＣＤコード、又はＭ系列パターンなどのスケールを有するものであってもよい。この場合、スケールは、検出ユニットがインクリメント信号を生成するために、少なくとも１つの周期パターンを有していればよい。

また、上述の実施形態では、スケール２の偏心量が閾値以下の場合であっても、基準位置を決めて、基準位置に対する相対変位から絶対位置を求める場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、スケール２の偏心量が閾値以下の場合、処理ユニットの演算負荷が高くなるものの、基準位置を求めるときと同様、逐一、バーニア信号に基づいて絶対位置を求めるようにしてもよい。そして、スケール２の偏心量が閾値を超えたら、上述の実施形態の方法で、絶対位置を求めるようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、駆動機構２３０が、モータ２３１と減速機２３４とが直結されて構成されている場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、駆動機構が、モータと減速機との間に設けられたベルト機構などの伝達機構を有していてもよい。

また、上述の実施形態では、ロボットアーム２０１が垂直多関節のロボットアームである場合について説明したが、これに限定するものではない。ロボットアームが、例えば、水平多関節のロボットアーム、パラレルリンクのロボットアーム、直交ロボット等、種々のロボットアームであってもよい。

また、上述の実施形態では、一対のリンク間に配置されたロータリエンコーダ２６０を用いた位置検出方法ついて説明したが、これに限定するものではない。同様の位置検出方法を、モータ２３１に配置されたロータリエンコーダ２５０に適用してもよい。

また、上述の実施形態では、駆動装置の一例としてロボット装置について説明したが、これに限定するものではない。駆動装置が、駆動機構を有する、ロボット装置以外の装置、例えば撮像装置であってもよい。撮像装置は、例えば、水平方向（パン）と垂直方向（チルト）に回転駆動機構を持った監視カメラであってもよい。監視カメラに含まれる、レンズ鏡筒の回転角度の検出するアブソリュート型のロータリエンコーダにおいて本発明を適用してもよい。

（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。

２…スケール、７_１…検出ユニット、７_２…検出ユニット、４０…パターン、６０…処理ユニット（処理部）、１００…ロボット装置、２０１…ロボットアーム、２１１…リンク（第１リンク）、２１２…リンク（第２リンク）、２３０…駆動機構、７００…エンコーダ装置

Claims (16)

1. 検出ユニットと、
   前記検出ユニットに対向して配置され、前記検出ユニットに対して相対的に回転可能なスケールと、
   前記検出ユニットから出力された出力信号を処理して、基準位置に対する前記スケールの相対位置を求めることで、前記スケールの絶対位置を検出する処理部と、を備え、
   前記処理部は、
   前記検出ユニットに対する前記スケールの相対的な回転に伴って変化する、回転軸線に対する前記スケールの所定方向のずれ量が、閾値以下となる位置を、前記基準位置に設定する設定処理を実行することを特徴とするエンコーダ装置。
2. 前記処理部は、
   前記設定処理において、前記ずれ量が前記閾値を超える位置に前記スケールが回転している場合には、前記ずれ量が前記閾値以下となる位置まで前記スケールが回転するのを待ってから、前記基準位置を設定することを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
3. 前記スケールは、周期パターンを含み、
   前記検出ユニットが出力する前記出力信号には、前記周期パターンの検出に応じた検出信号が含まれており、
   前記処理部は、前記検出信号を処理して、前記スケールの相対変位を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ装置。
4. 前記スケールは、互いに異なる周期を有する第１周期パターン及び第２周期パターンを含み、
   前記検出ユニットが出力する前記出力信号には、前記第１周期パターンの検出に応じた第１検出信号、及び前記第２周期パターンの検出に応じた第２検出信号が含まれており、
   前記処理部は、前記第１検出信号又は前記第２検出信号を処理して、前記スケールの相対変位を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ装置。
5. 前記処理部は、
   前記設定処理において、前記第１検出信号及び前記第２検出信号を処理してバーニア信号を生成し、前記バーニア信号を用いて、前記基準位置を設定することを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ装置。
6. 前記回転軸線を挟んで配置された一対の前記検出ユニットを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエンコーダ装置。
7. 前記処理部は、
   前記一対の検出ユニットから取得した前記出力信号に基づいて、前記ずれ量を求めることを特徴とする請求項６に記載のエンコーダ装置。
8. 第１部材と、
   第２部材と、
   前記第１部材に対して前記第２部材を相対的に回転駆動する駆動機構と、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエンコーダ装置と、を備え、
   前記検出ユニットが前記第１部材および前記第２部材の一方に設けられ、
   前記スケールが前記第１部材および前記第２部材の他方に設けられることを特徴とする駆動装置。
9. 前記駆動機構を制御する制御部を更に備え、
   前記制御部は、前記設定処理において、前記ずれ量が前記閾値を超える場合には、前記ずれ量が前記閾値以下となるように、前記第２部材が前記第１部材に対して相対的に回転するよう前記駆動機構を制御することを特徴とする請求項８に記載の駆動装置。
10. 第１リンクと、
    第２リンクと、
    前記第１リンクに対して前記第２リンクを相対的に回転駆動する駆動機構と、
    請求項１乃７のいずれか１項に記載のエンコーダ装置と、を備え、
    前記検出ユニットが前記第１リンクおよび前記第２リンクの一方に設けられ、
    前記スケールが前記第１リンクおよび前記第２リンクの他方に設けられることを特徴とするロボット装置。
11. 前記駆動機構を制御する制御部を更に備え、
    前記制御部は、前記設定処理において、前記ずれ量が前記閾値を超える場合には、前記ずれ量が前記閾値以下となるように、前記第２リンクが前記第１リンクに対して相対的に回転するよう前記駆動機構を制御することを特徴とする請求項１０に記載のロボット装置。
12. 警告を発する警告部を更に備え、
    前記制御部は、前記ずれ量が前記閾値を超える場合、前記警告部に警告を発生させることを特徴とする請求項１１に記載のロボット装置。
13. 検出ユニットに対向して配置されたスケールが、前記検出ユニットに対して相対的に回転可能であり、前記検出ユニットから出力された出力信号を取得し、前記スケールの絶対位置を求める位置検出方法であって、
    前記検出ユニットに対する前記スケールの相対的な回転に伴って変化する、回転軸線に対する前記スケールの所定方向のずれ量が、閾値以下となる位置を、前記スケールの絶対位置を検出するための基準位置に設定する設定処理を行い、
    前記設定処理を行った後、取得した前記出力信号を処理して前記基準位置に対する前記スケールの相対変位を求めることで、前記スケールの絶対位置を求めることを特徴とする位置検出方法。
14. 前記スケール及び前記検出ユニットが関節に配置されたロボットアームを用意し、
    請求項１３に記載の位置検出方法により求めた前記スケールの絶対位置の情報に基づいて前記ロボットアームを動作させて、物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。
15. 請求項１３に記載の位置検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
16. 請求項１５に記載のプログラムを記録した、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体。

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