JPH08101045A - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH08101045A JPH08101045A JP6237571A JP23757194A JPH08101045A JP H08101045 A JPH08101045 A JP H08101045A JP 6237571 A JP6237571 A JP 6237571A JP 23757194 A JP23757194 A JP 23757194A JP H08101045 A JPH08101045 A JP H08101045A
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Abstract
も、正しく補正して正確な測定ができるようにするこ
と。 【構成】 センサで読取った3相信号A,B,Cの加算
平均をとることによりオフセット値を算出し、これを使
って3相信号A,B,Cのオフセット値を補正する。上
記3相信号の中の1つを基準としてその信号Aの2乗を
計算するとともに、他の2信号の差(B−C)をとり、
その差信号を2乗して3で割って(B−C)2 /3を作
り、A2 +(B−C)2 /3の計算をしてゲインGを
得、検出信号のゲイン補正をすることにより正しい位置
検出ができるようにする。
Description
特に、複数検出素子から検出した複数相の検出信号に対
して内挿処理して高分解能の位置検出信号を得る装置に
関する。
て、図9に示すような検出装置が知られている。
902はMRセンサであり、3組の磁気抵抗素子から成
る。これら3組の磁気抵抗素子で検出した3相信号は、
夫々バッファ増幅器903,904,905を通してサ
ンプリング回路906,907,908に供給され、こ
こで夫々の信号がサンプリングされる。
は順次オンしてバッファ増幅器903,904,905
からのアナログ出力信号を順次AD変換回路909に供
給する。AD変換回路909はそれらのアナログ信号を
ディジタル信号に変換して、集中処理ユニット(CP
U)910に供給する。
Cについて、演算処理を行なって移動体の位置を求め
る。
6に示すとおり、3相信号A,B,Cは互いに120°
ずつ位相がずれた信号であり、Aを基準にして考える
と、これらの3相信号はA=GA sinθ,B=GB s
in{θ+(2π/3)},C=GC sin{θ−(2
π/3)}で表わすことができる。
間、A>B>Cの第2区間、B>A>Cの第3区間、B
>C>Aの第4区間、C>B>Aの第5区間、及びC>
A>Bの第6区間に分けることができる。従って、A,
B,Cの大小関係を検出することによってどの区間であ
るかを判別することができる。
で結ぶと、上記第1、第3、第5区間は右下がりの直線
で表わされ、第2、第4、第6区間は右上りの直線で表
わされる。
ので、A,B,Cの信号の振幅が大きい場合には、同図
の実線で示すように、勾配が大きく、それらの信号の振
幅が小さい場合には、点線で示すように、勾配が小さく
なる。
大きい場合はaのように位相ずれが小さく、勾配が小さ
い場合はbのように位相ずれ量が大きく検出される。こ
のように同一の検出信号に対して異なった位相ずれ量を
与えると、位相ずれ量に基づく位置の検出を正確に行な
うことができない。
対してA,B,C信号の大きさ、即ちゲインを乗算した
信号v2を作れば同図に示すとおり、信号v1と信号v
2に対して同一の位相ずれ量bを得ることができる。
では、各相の信号の交点電圧の最大値Vmax と最小値V
min を検出し、これらの値の平均値(Vmax +Vmin )
/2を計算して中点電位、即ち、オフセット電圧を求
め、オフセット電圧を補正し、次に、(Vmax −
Vmin )を計算してゲインを求め、検出信号にこのゲイ
ンを乗じて、ゲインによる補正を行なった信号により位
相ずれを検出して位置検出を行なっている。
位置検出装置においては、現在の検出電圧をVとする
と、現在の振れ幅(V−Vmin )と最大振れ幅(Vmax
−Vmin )の比(V−Vmi n )/(Vmax −Vmin )に
基いて実際の位相ずれ量を検出し、位置検出を行なって
いるため、予め前回のVmax 及びVmin を検出しておく
必要がある。
源を入れる時、スケールの位置が変化したり、電源の変
動等により、電源オン時のゲインレベルが電源オフ時の
ゲインレベルと変わっていることがあり、そのような場
合には正しい検出ができなかったり、場合によっては位
置不定になったりすることがある。
又はセンサーを動かし、それぞれの最大値Vmax 及び最
小値Vmin を検出し、その後に位置検出を行なうように
することもできるが、工作機械、産業機械の場合で、図
10に示すようなゲージシステムの場合には、電源のオ
ン時のスケールの位置は必ずしも電源オフ時のスケール
の位置と同じであるとは云えず、これが戻り誤差とな
る。
ケールを動かし、最大値及び最小値を検出した後に測定
を開始すると、機械を壊す恐れがある。
点を克服し、電源オン時に、ゲインレベルが変化してい
ても、正しく補正して正確な測定ができる位置検出装置
を提供することを目的とする。
課題を解決するため下記の構成を有する位置検出装置を
提供する。すなわち、スケール上に記録された信号を読
み取って3相信号として出力するセンサ402と、該セ
ンサ402で読み取った3相信号の総和を計算する加算
手段412と、該加算手段の出力を1/3の大きさにす
るための乗算又は除算手段416と、該乗算又は除算手
段の出力を上記3相信号の各相の信号から減算又は加算
することによって各相の信号のオフセット値を補正する
手段406,407,408と、を備えたことを特徴と
する位置検出装置を提供する。また、本発明によれば、
上記位置検出装置に更に次の手段を付加する。すなわ
ち、前記3相信号のうちの任意の1相の信号を2乗した
信号を生成する正弦波2乗信号生成手段417と、他の
2相の信号の差をとる減算器413と、該減算器の出力
を2乗する2乗器418と、該2乗器の出力を1/3倍
する乗算器又は除算器419を含む余弦波2乗信号生成
手段と、上記正弦波2乗信号生成手段の出力と上記余弦
波2乗信号生成手段の出力が供給され、両信号の加算を
行なう加算器420と加算結果の平方根を計算する平方
根計算器423を含むゲイン計算手段と、前記オフセッ
ト補正により補正された3相信号A1,B1,C1の各
相の信号を上記ゲインによって補正し、補正後の信号か
ら位置情報を計算する手段とを備えた位置検出装置を提
供する。この位置検出装置は、前記現在ゲインGと、基
準ゲインG0 との比率G/G0を求め、その比率で上記
3相信号の各相の信号の大きさを調整し、調整後の信号
に基いて位置情報θを得るようにすることができる。
セット値やゲインを知るために、信号の最大値及び最小
値を実測する必要がなく、電源投入時に直に計算により
オフセット値及びゲインが得られるので、特に準備操作
をしなくても、検出した3相信号についてオフセット値
を補正し、ゲインを補正した、正しい位置検出信号を得
ることができる。
て説明する。まず、本発明の位置検出装置では、いかに
して検出誤差をなくしているかについて理論的な説明を
する。
した3相信号A,B,Cは、それぞれゲインGA ,GB
及びGC を有し、それぞれオフセット値AOFF ,BOFF
及びCOFF を有するものとすると、 A=GA sinθ+AOFF B=GB sin{θ+(2π/3)}+BOFF C=GC sin{θ−(2π/3)}+COFF で表わすことができる。
さになるように設定されており、外部条件の変化に伴う
これらの値の変化は同じような傾向を有する。即ち、G
A が大きくなるときはGB ,GC も大きくなり、GA が
小さくなるときはGB ,GCも小さくなると考えられる
から、GA =GB =GC と考えてよい。
s{(x−y)/2} の関係が成立することに注目すれば、上記3信号の和
は、 GA sinθ+AOFF +GB sin{θ+(2π/3)}+BOFF +Gc sin{θ−(2π/3)}+COFF =GA 〔sinθ+sin{θ+(2π/3)} +sin{θ−(2π/3)}〕+AOFF +BOFF +COFF =AOFF +BOFF +COFF ‥‥(1) となり、3相信号A,B,Cの和は各信号のオフセット
値の和で与えられる。
よって受ける影響はほぼ同じであると考えてさしつかえ
ないので、AOFF =BOFF =COFF =DOFF とおけば、
AOFF +BOFF +COFF =3DOFF となるので、この値
を3で割れば、各信号に対するオフセット値DOFF が求
まる。
としてゼロでない任意の値G0 を定め、これと現在のゲ
インGとを比較することによってゲインの調整をするこ
とができる。
B =GC =Gとして2つの信号B=Gsin{θ+(2
π/3)}とC=Gsin{θ−(2π/3)}との差
をとると、 B−C=Gsin{θ+(2π/3)}−Gsin{θ−(2π/3)} =2Gcosθsin(2π/3)=+√3Gcosθ‥‥(2) となるので、前記3相信号の中のもう1つの信号A=G
sinθの2乗と(2)式の値の2乗をとって3で割っ
た値とを加算する式を考えると、 G2 sin2 θ+3G2 cos2 θ/3=G2 ‥‥(3) となり現在のゲインの値が求められる。
ゲインGが求まったら、基準ゲインG0 と現在ゲインの
比G/G0 を計算し、これに基準ゲインG0 を乗じた値
を2で割り、オフセット値を加えることにより、図7及
び図8に示した三角波状の特性のVmax とVmin を定め
ることができる。すなわち、 Vmax =(G0 ・G/G0 )/2+DOFF Vmin =−(G0 ・G/G0 )/2+DOFF で表わすことができる。
置検出装置の説明をする。同図に示した装置はディジタ
ル信号による場合であって、センサ101で検出したス
ケール読み取り信号がスイッチ102で120°ずつ位
相のずれたアナログ信号をクロック信号により順次取り
出されて増幅器103を介してA/D変換器104に供
給される。
ト値計算器105に供給され、ここで各相の信号A0 ,
B0 及びC0 が加算されて1/3にされて前述のオフセ
ット値が算出される。このオフセット計算器105から
のオフセット値は減算器106,107,108に供給
され、A/D変換器104の出力から順次供給され減算
器106,107及び108に入力されるA0 ,BO 及
びC0 信号に対して減算器106,107及び108で
オフセット値の減算を行なう。ここで、減算とは、オフ
セット値を補正することを意味し、オフセット値が負
(−)の時は減算器106,107,108は加算動作
を行なうものである。
にはオフセット値の除かれた信号A1,B1,C1が出
力される。減算器106の出力A1は2乗器109に供
給され、そこでG2 sin2 θを作り出力端114に出
力する。
出力される信号B1,C1は減算器110に供給され
て、そこでこれらの信号の差(B1−C1)を計算す
る。減算器110の出力は2乗器111に供給されて、
そこで(B1−C1)2 を作り、除算器112に供給す
る。除算器112は(B1−C1)2 を3で割る除算器
で(B1−C1)2 /3を作る。この信号は前述のとお
りG2 cos2 θを与えており、これが出力端116へ
出力される。
ことができる。その場合3で割る代わりに、0.33を
掛けるようにすればよい。
信号と、出力端116に出力されたG2 cos2 θ信号
とは、図2の加算器203の入力端201,202に供
給され、ここで前述のとおりG2 sin2 θ+G2 co
s2 θ=G2 の演算が行なわれ、出力にG2 を出すの
で、これを平方根計算器204で平方根をとって出力に
Gを出す。この値は前述のゲインを示しており、除算器
205で基準のゲインG 0 で割った値G/G0 を作る。
力には図1の出力端113,115,117に出力され
た信号A1,B1,C1が入力され、他の入力には除算
器205からのゲイン比G/G0 が入力される。従っ
て、乗算器209,210,211の出力には3相信号
A,B,Cの現在のゲインによって補正された信号A
2,B2,C2が現れ、この信号の位相θに基いて正し
い位置の検出が行なわれる。
で、図1の回路によって得られた信号B1とC1を使っ
て減算器303において差信号(B1−C1)を作る。
この差信号の値は前述の式(2)で示されるとおり√3
Gcosθであるから、減算器303から供給されるこ
の差信号に乗算器304で1/√3を乗算すればGco
sθが得られる。
osθ信号と図1の回路の出力端113に得られるGs
inθ信号とを使ってθ=tan-1(sinθ/cos
θ)を計算すれば位置情報θが得られる。
出装置についての説明であるが、本発明の位置検出装置
はアナログ信号処理によっても実施することができる。
検出装置の一例を示す。図4において、401はスケー
ル、402はセンサで、一方が固定位置に取り付けら
れ、他方が移動体に取り付けられる。
に120°ずつ位相がずれた3相信号A0 ,B0 ,C0
であって、増幅器403,404,405によってゲイ
ン調整され、加算器412で和(A0 +B0 +C0 )が
とられ、増幅器414を通って除算器416に供給され
る。和信号(A0 +B0 +C0 )は式(1)で示したと
おりオフセット値の和3DOFF で与えられるから、これ
を除算器(又は乗算器)416において3で割って(又
は1/3を掛けて)各信号に対するオフセット値DOFF
を出力する。
力に現れる各相の信号A0 ,B0 ,C0 は減算器40
6,407,408において、除算器(又は乗算器)4
16から供給される信号で夫々オフセット値が減算又は
加算され、増幅器409,410,411の出力にオフ
セット値が取り除かれた信号A1 ,B1 ,C1 を出力す
る。
0からの信号B1 は減算器413において減算されて差
信号(B1 −C1 )を作る。減算器413の出力に現れ
る差信号はオフセット分が除かれた信号であり、前述の
式(2)で与えられる値√3Gcosθを有する。なお
増幅器409,410の出力信号C1 ,B1 の代わりに
増幅器403,404の出力信号C0 ,B0 を用いるこ
ともできる。
G2 cos2 θとなる。2乗器418からの出力は除算
器(又は乗算器)419に供給され、そこで3で割られ
て(又は1/3を掛けて)G2 cos2 θになる。
信号A1=Gsinθが2乗器417で2乗されてG2
sin2 θとなる。従って2乗器417の出力と除算器
419の出力とを加算器420で加算すると、G2 si
n2 θ+G2 cos2 θ=G 2 、となり、この信号を平
方根計算回路423で平方根をとるとその出力にGが得
られる。
A1 ,B1 ,C1 の振幅に関係するパラメータである。
図8を参照して前述したとおりゲインGが大きいとき
は、信号の値もそれに比例して大きくしないと、正確な
位置情報が得られないので、次にこのゲイン補正を行な
う。
示しており、除算器503において、今回測定したゲイ
ンGと基準のゲインG0 の比G/G0 を計算する。除算
器503の出力は乗算器507,508,509に印加
され、入力504,505,506に供給される信号C
1 ,B1 ,A1 の大きさを上記ゲインの割合(G/
G 0 )に従って補正するために各信号に乗算される。
1 ,C1 はスイッチ515,514,513を順次オン
にすることによって直列に取り出されてA/D変換器に
供給され、ディジタル信号に変換され、後段の回路51
7に出力される。なお後段の処理回路は従来と同じ回路
でよい。
を任意に決定した場合を説明したが、センサの各信号
A,B,Cに対するオフセット値及びゲインのバラツキ
が大きい場合にはEEROMやNVRAMを使って、前
回電源オフ時の最大値及び最小値を記憶してとくのが好
ましい。
読み取った最大値及び最小値を記憶しておいてもよい。
源オン時にゲイン調整を行なう場合について図11のフ
ローチャートを参照して説明する。ここで、記憶した最
大値、最小値は各信号について夫々GA max ,
GA min ;GB max ,GB min ;GC max ,GC min と
する。
サから3相の各信号A,B,Cを読み込む。ステップ2
において、記憶された最大値及び最小値に基いて中点の
値を計算する。即ち、 GA mid =(GA max +GA min )/2 GB mid =(GB max +GB min )/2 GC mid =(GC max +GC min )/2
み込んだ信号A,B,Cと各信号に対する中点
GA mid ,GB mid ,GC mid との差をとり(A−G
A mid ),(B−GB mid ),(C−GB mid )を作り
これらと、各信号に対する最大振幅を表わす(GA max
−GA min ),(GB max −GB min ),(GC max −
GC min)との比をとって入力信号に対するゲインを計
算する。即ち、 GA =(A−GA mid )/(GA max −GA min ) GB =(B−GB mid )/(GB max −GB min ) GC =(C−GC mid )/(GC max −GC min ) を計算する。
する。 GA =Gsinθ,GB =Gsin{θ+(2π/
3)}, GC =Gsin{θ−(2π/3)}として GA 2 +{(GB −GC )2 /3}=G2 の関係を使っ
てG2 を計算し、その平方根を計算してGを求める。
前回記憶値に基く最大振幅を補正したゲイン振幅を計算
する。即ち GAOF =G(GA max −GA min )/2 GBOF =G(GB max −GB min )/2 GCOF =G(GC max −GC min )/2 を計算する。
B mid ,GC mid と上記ゲイン振幅GAOF ,GBOF ,G
COF を使って今回の最大及び最小ゲイン値を計算する。
即ち GA max = GA mid +GAOF GA min = GA mid −GAOF GB max = GB mid +GBOF GB min = GB mid −GBOF GC max = GC mid +GCOF GC min = GC mid −GCOF を計算する。
の最大値及び最小値を計算した後は、通常のルーチンに
より測定を実行できる。
成を備えることにより、電源オン時にゲインが変化して
いても正しく位置の検出を行なうことができる。また、
熱的又は機械的な変化によってゲインが変わっていて
も、求めたデータを補正して正しい検出を行なうことが
できる。
回路の回路図である。
る。
る。
ある。
れるゲイン特性を示す特性図である。
れるゲイン特性を示す特性図である。
を計算するフローチャートである。
Claims (3)
- 【請求項1】 スケール上に記録された信号を読み取っ
て3相信号として出力するセンサと、 該センサで読み取った3相信号の総和を計算する加算器
と、該加算器の出力を1/3の大きさにするための乗算
又は除算器とを含むオフセット値演算手段と、 該オフセット値演算手段の出力を上記3相信号の各相の
信号から減算又は加算することによって各相の信号のオ
フセット値を補正する手段と、 を備えたことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の位置検出装置におい
て、 前記3相信号のうちの任意の1相の信号を2乗した信号
を生成する正弦波2乗信号生成手段と、 他の2相の信号の差をとる減算器と、該減算器の出力を
2乗する2乗器と、該2乗器の出力を1/3倍する乗算
器又は除算器を含む余弦波2乗信号生成手段と、 上記正弦波2乗信号生成手段の出力と上記余弦波2乗信
号生成手段の出力が供給され、両信号の加算を行なう加
算器と加算結果の平方根を計算する平方根計算器を含む
ゲイン計算手段と、 前記オフセット補正により補正された3相信号の各相の
信号を上記ゲインによって補正し、補正後の信号から位
置情報を計算する手段とを備えた位置検出装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の位置検出装置におい
て、前記現在ゲインGと、基準ゲインG0 との比率G/
G0 を求め、その比率で上記3相信号の各相の信号の大
きさを調整し、調整後の信号に基いて位置情報θを得る
ようにした位置検出装置。
Priority Applications (4)
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JP23757194A JP3312504B2 (ja) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | 位置検出装置 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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EP (1) | EP0704679B1 (ja) |
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