KR101829521B1 - 로터리 인코더를 자기 교정하기 위한 방법 - Google Patents

로터리 인코더를 자기 교정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

단일 판독 헤드(111) 및 원형 스케일(101)을 포함하는 로터리 인코더를 자기 교정하기 위한 방법은 원형 스케일의 회전 각도(Θ)에 대하여 판독 헤드에 의해 교정 샘플(150)을 취득하는 스텝과, 로터리 인코더를 자기 교정하기 위해 해당 교정 샘플로부터 인코더의 공간 주파수(F) 및 공간 왜곡 파라미터(α, β)를 추정하는 스텝을 포함한다.

Description

로터리 인코더를 자기 교정하기 위한 방법{METHOD FOR SELF-CALIBRATING A ROTARY ENCODER}
본 발명은 측정 장치에 관한 것이고, 특히, 절대 회전 각도를 측정하기 위한 앱솔루트(absolute) 로터리 인코더에 관한 것이다.
선형 위치 및 회전 각도의 정확한 추정은 산업 자동화 및 유사한 용도에 있어서의 중요한 과제이다. 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계, 드릴 비트, 로봇 암 또는 레이저 절단기, 및 조립 라인 등의 장치는 정확한 측정을 필요로 한다. 피드백 제어는 종종 정밀 측정을 위해 이용된다.
전형적인 인코더는 스케일 및 판독 헤드를 포함한다. 광학 인코더는 전형적으로 절대 또는 상대적인 선형 위치 또는 회전 각도를 측정하기 위해 이용된다. 상대 인코더는 스케일 주기 내의 상대 위치 또는 상대 각도를 측정하고, 절대 위치 또는 절대 각도를 결정하기 위해 횡단된 스케일 주기의 수를 세는 것을 필요로 한다. 앱솔루트 인코더는 현재 위치 또는 현재 각도를 기억하기 위해 메모리 또는 전력을 필요로 하지 않고, 또한, 현재 위치 또는 현재 각도를 언제라도, 특히 기동시에 얻을 수 있다.
광학 인코더는 리니어 또는 로터리일 수 있다. 리니어 인코더는 위치를 측정하고, 로터리 인코더는 각도를 측정한다. 종래의 앱솔루트 로터리 인코더는 전형적으로 고분해능을 달성하기 위해 복수의 트랙을 이용하고, 사인-코사인 베이스의 보간법(sine-cosine based interpolation method)을 적용한다.
단일 스케일 및 단일 CCD/CMOS 센서를 이용하는 단일 트랙 앱솔루트 리니어 인코더가 본원의 모출원에 설명되어 있다. 해당 인코더는 종래의 사인-코사인 베이스의 보간법을 이용하지 않는다. 대신에, 그 인코더는 고분해능의 절대 위치 정보를 얻기 위해 주사선에 있어서의 에지, 또는 제로 교차(zero-crossing)를 검출하고, 에지 위치에 모델을 맞춘다. 해당 인코더는 선형 판독 헤드를 이용하여 선형 스케일의 1D 화상을 취득한다.
높은 정밀도의 로터리 인코더는 정밀 기계 가공 및 제조 설비에 있어서 필요하게 된다. 그렇지만, 몇몇의 오차가 제조 중에 로터리 인코더에 도입될 수 있다. 해당 오차는 스케일 패턴에 있어서의 오차, 회전 샤프트상의 스케일의 설치 오차, 판독 헤드 얼라인먼트 오차, 및 전기 회로에 있어서의 노이즈의 오차를 포함한다.
로터리 인코더에 관하여, 스케일 라인 사이의 간격은 스케일의 원형성(circular nature)에 의존하여 변화한다. 다른 오차의 원인은 회전 디스크상의 스케일이 회전 샤프트상에 배치되는 경우에 유발되는 편심(eccentricity)이다. 또한, 면 외 운동(out-of-plane motion)(워블) 및 설치에 있어서의 불량 얼라인먼트가 또한 판독 헤드와 스케일의 사이의 거리의 변동으로 이어질 수 있다. 이들 요인은 로터리 인코더의 전체적인 정밀도에 영향을 준다. 인코더는 제조 격차, 스케일 패턴에 있어서의 오차, 회전 샤프트상의 스케일의 설치 오차, 판독 헤드 얼라인먼트 오차, 및 전기 회로에 있어서의 노이즈의 오차를 보정할 수 있다. 동작 중에, 온도 변동 및 기계적 진동은 추가적인 왜곡을 일으키고, 정밀도를 더 저하시킬 수 있다.
광원에 대하여 보다 가까운 것 때문에, 센서의 중심은 그 측부와 비교하여 보다 많은 광을 받는다. 이것은 비네팅(vignetting)을 야기하고, 취득된 1D 화상은 중심이 보다 밝고 측부가 보다 어둡다. 비네팅은 검출되는 제로 교차(에지)에 있어서의 오차로 이어지고, 그것에 의해 전체적인 정밀도를 저하시킨다.
몇몇의 이전의 방법은 편심에 의한 오차를 상쇄하기 위해 복수의 추가 판독 헤드를 필요로 한다. 예컨대, 특허 U.S. 6,215,119 및 U.S. 7,143,518을 참조하라. 균등 분할 평균(EDA)법이 Masuda et al. in "High accuracy calibration system for angular encoders", J. Robotics and Mechatronics, 5(5), 448-452, 1993에 설명되어 있다. 편심 오차를 저감하기 위해 복수의 판독 헤드를 이용하는 로터리 인코더는 시스템의 비용을 증가시키고 또한 시스템 설계를 번거롭게 한다.
종래의 수법은 또한 자기 교정용으로 회전 부분의 정확한 동작을 필요로 한다. 예컨대, 미국 특허 U.S. 5,138,564는 교정용으로 저속 및 고속으로 인코더를 움직이게 하는 방법을 개시한다. U.S. 6,598,196은 인코더 오차가 서보 피드백 루프의 바깥쪽의 주파수에서 발생하도록 소정의 궤도로 서보 시스템을 구동한다. 이러한 요건은 교정 작업량(calibration effort) 및 시간을 증가시킨다.
U.S. 7,825,367은 각도 차이가 푸리에 급수로서 결정되는 자기 교정 로터리 인코더를 설명한다. 사인-코사인 보간 베이스의 로터리 인코더가 U.S. 8,250,901에 설명되어 있는 바와 같이 교정될 수 있다. 회전 각도의 사인 및 코사인에 대응하는 전압 데이터는 타원에 맞추어진다. 선형 교정 파라미터는 타원을 원으로 변형하는 것에 의해 취득된다.
U.S. 7,825,367은 자기 교정 가능한 로터리 인코더를 설명한다. 로터리 인코더는 각도 코드를 구비한 회전 디스크, 광원, 및 각도 코드를 판독하는 선형 센서(CCD)를 포함한다. 처리 장치는 소정의 각도용의 판독치 f(θ)를 취득한다. 선형 센서상의 판독 범위 내의 판독치 f(θ+φ)와 f(θ)의 사이의 차이가 g(θ, φ)이다. 차이는 푸리에 급수로서 결정된다. 그래서, 어느 위치에 있어서의 회전 각도 θ는 CCD 화상을 분석하는 것에 의해 취득된다. 자기 교정은 2개의 상이한 위치에서 회전 각도를 찾는 것, 및 자기 교정에서 사용하기 위해 차이를 분석하는 것에 근거하고 있다.
본 발명의 실시 형태는 자기 교정, 단일 트랙, 단일 판독 헤드의 앱솔루트 로터리 인코더를 제공한다. 그 인코더는 한 번의 전회전(full rotation)(360°) 또는 전회전의 일부에 걸친 측정치를 취득한다. 따라서, 그 인코더는 환경상의 또는 기계적인 조건이 변화함에 따라 제조 중 및 이후의 사용 중에 도입되는 어떠한 오차 또는 왜곡도 보상한다. 그 인코더는 또한 조명 변동에 기인하는 비네팅을 보상할 수 있다.
실시 형태는 편심 오차를 해소하기 위해 복수의 판독 헤드를 필요로 하지 않는다. 이것은 인코더의 비용 및 복잡함을 현저하게 저감한다. 또한, 실시 형태는 교정용으로 다양한 속도 또는 소정의 궤도로 모터를 움직이게 하는 것을 필요로 하지 않는다. 또한, 본 발명은 또한 갭(gap) 및 샤프트 워블(shaft wobble)의 변화 등의 다른 설치 오차를 보정한다.
도 1a는 본 발명의 실시 형태에 의한 로터리 인코더의 개략도이다.
도 1b는 본 발명의 실시 형태에 의한 섹터(sector)의 원형 스케일의 개략도이다.
도 1c는 본 발명의 실시 형태에 의한 원형 스케일 및 선형 판독 헤드의 개략도이다.
도 1d는 본 발명의 실시 형태에 따라서 도 1a의 인코더를 교정하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 의한, 회전 각도를 구비한 공간 주파수 F(θ)의 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 의한, 노이즈에 기인하는 공간 주파수 변동의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 의한, 회전 각도를 구비한 공간 왜곡 파라미터 α(θ)에 있어서의 변동의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 의한, 회전 각도를 구비한 공간 왜곡 파라미터 β(θ)에 있어서의 변동의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따라서, α(θ)에 적합하게 된 4차 다항식의 그래프이다.
도 7은 1D 센서에 의해 얻어진 주사선의 그래프이고 비네팅을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 의한 스케일링 인자(scaling factor)의 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 의한 오프셋 인자(offset factor)의 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 의한 비네팅 보정을 적용한 후의 보정된 센서값의 그래프이다.
본 발명의 실시 형태는 단일 트랙 앱솔루트 로터리 인코더를 제공한다. 판독 헤드는 회전 원형 스케일의 1D 화상을 취득하기 위해 선형 전하 결합 소자(CCD) 또는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS)일 수 있다. 1D 화상은 선형 화소 어레이를 포함한다. 스케일은 드 브루인 시퀀스(de Bruijn sequence)에 따라서 배치된 반사 및 무반사 영역을 포함한다. 드 부루인 시퀀스는 패턴 자체가 본질적으로 원형이므로 잘 맞는다.
절대 원형 스케일
도 1은 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 앱솔루트 인코더의 원형 스케일(100)의 작은 부분을 나타낸다. 스케일의 상세는 미국 출원 13/100092에 설명되어 있다. 스케일은 고분해능 위상 P(120)을 결정하기 위해 이용된다.
스케일은 교대의 반사광(101) 및 무반사(102) 마크 또는 비트를 포함할 수 있다. 마크는 또한 판독 헤드에 대한 광원의 상대 위치에 의존하여, 불투명 및 투명을 교대로 반복할 수 있다. 각 마크는, B 마이크로미터의 폭이고, 그것은 스케일 간격이다. 각 마크의 폭 B는 하프 피치이다. 일 실시 형태에 있어서, B는 20마이크로미터이다. 마크는 상대적으로 작은 사이즈이기 때문에, 도면에 나타나 있는 예시적인 마크는 정확한 축척이 아니다.
판독 헤드(110)는 어느 거리만큼 스케일로부터 이간하여 또한 스케일과 평행하게 설치된다. 판독 헤드는 센서(111), (LED) 광원(112), 및 임의 선택의 렌즈를 포함한다. 센서는 N개의 센서의 검출기 어레이일 수 있고, 예컨대, N은 512일 수 있다. 어레이는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 또는 전하 결합 소자(CCD)일 수 있다. 판독 헤드는 또한 센서 및 메모리에 접속된 디지털 신호 프로세서(117)에 접속될 수 있다. 다른 타입의 프로세서가 사용될 수 있는 것이 이해된다.
예시적인 스케일(100)상의 마크 또는 비트는 회전 가능 디스크(130) 또는 샤프트상에 배치될 수 있다. 이때의 유일한 요건은 마크가 특정한 코드 또는 비주기적인 시퀀스용으로 순차적으로 배치된다고 하는 것이다.
도 1b 및 1c에 나타나 있는 바와 같이, 마크는 스케일의 원(130)의 섹터로서 배치된다. 판독 헤드(110)의 센서(111)는 선형 센서 어레이(114)를 포함한다. 여기서, 판독 헤드는 회전 중심(116)에 대하여 접선 방향에 있어서의 중앙에 배치되고, 또한, 회전 중심(116)으로부터 오프셋(115)만큼 어긋난 위치에 배치된다. 따라서, 선형 판독 헤드의 양단 근처의 센서 화소가 판독 헤드의 중심 근처의 센서보다 넓은 섹터 부분을 관찰하는 것이 주목된다. 이것은 1D 센서상의 신호의 왜곡으로 이어진다.
교정(calibration)
DSP는 도 1d에 나타나 있는 바와 같이 인코더의 교정을 실행한다. 교정은 인코더의 동작 중에 오프라인으로 주기적 또는 연속적으로 실행될 수 있다.
교정 중에, 360°의 전회전 또는 어떤 부분 회전에 대하여, 원형 스케일(100)의 회전 각도에 관하여, 교정 샘플(150)이 판독 헤드(110)의 센서(111)에 의해 취득된다. 부분 회전은 스케일이 전회전을 행하는 대신에 둘레 방향으로 왕복하는 경우에 유용할 수 있다. 교정 샘플은 또한 복수 회의 회전에 대하여 취득될 수 있는 것을 유의하라.
주파수 F, 및 왜곡 파라미터 α 및 β(161)는 교정 샘플로부터 추정된다(160). 주파수 F, 및 왜곡 파라미터 α및 β는, 예컨대, 룩업테이블로서 메모리에 직접 기억될 수 있고, 동작 중에 인코더의 위상을 정확하게 결정하기에 충분하다. 룩업테이블 검색은 검색이 고속인 경우, 또는 파라메트릭 함수(parametric function)를 평가하는 것보다 시간도 메모리도 적게 필요한 경우에 유리할 수 있다.
편의상, 본 발명에서는 파라메트릭 함수(171)를 이용하여 주파수 F 및 왜곡 파라미터 α및 β에 있어서의 변동을 모델화하고(170), 또한 인코더의 온라인 리얼타임 동작 중에 있어서의 사용을 위해 해당 변동을 메모리에 기억한다.
리얼타임 동작
리얼타임 동작 중에, 인코더의 위상(195)은 시험 샘플(151)과 주파수 F 및 왜곡 파라미터 α및 β에 있어서의 모델화된 변동으로부터 결정된다(190). 해당 변동은 동작 중에 룩업테이블로서 메모리에 기억된 원래의(raw) 파라미터로부터 취득될 수 있는 것이 이해되어야 한다. 또한 파라미터는 인코더의 리얼타임 동작 중에 취득될 수 있는 것이 이해된다.
여기서 인코더의 구조 및 교정의 상세가 보다 자세하게 설명된다.
드 브루인 시퀀스(De Bruijn Sequence)
스케일상에서 100%의 정보 밀도를 달성하기 위해, 비트 시퀀스가 이용된다. 각 서브시퀀스는 유한한 길이를 갖고, 고유(unique)하고, 예컨대 드 브루인 시퀀스(103)이다. 각 고유한 시퀀스는 대략적인(coarse) 위상 각도에 대응한다. 본 발명의 목적은 미세한 또는 정확한 각도가 얻어지도록 인코더를 자기 교정하는 것이다.
k항 n차의 드 브루인 시퀀스 B(k, n)은 사이즈 k를 구비한 미리 정해진 알파벳(각도의 수)의 순회 시퀀스이고, 이것에 관하여, 알파벳에 있어서의 길이 n의 모든 가능한 서브시퀀스는 연속하는 캐릭터의 시퀀스로서 정확하게 한 번 나타난다. 각 B(k, n)이 길이 kn을 갖는 경우에, (k!k(n-1))/kn의 별개의 드 브루인 시퀀스 B(k, n)이 존재한다. 시퀀스가 앞 또는 뒤로부터 잘라버려지는(truncated) 경우에, 결과로서의 시퀀스는 또한 동일한 n을 구비한 일의성(uniqueness)의 특성을 갖는다. 비반복 서브시퀀스를 구비한 임의의 비주기적인 시퀀스가 사용될 수 있는 것이 유의되어야 한다.
검출기 어레이는 복호를 가능하게 하기 위해 적어도 n비트의 시야(FOV)를 필요로 한다. 하프 피치 B=20 마이크로미터에 대하여, 16차의 드 브루인 시퀀스를 이용하는 것은 FOV가 스케일상에서 16×20=320 마이크로미터인 것을 필요로 한다. 일 실시 형태에 있어서, 시야는 바람직한 정밀도를 갖기 위해 1~2㎜이도록 설계된다.
나이퀴스트 샘플링(Nyquist sampling)에 관하여, 시퀀스의 각 비트, 즉 스케일의 각 하프 피치는 선형 검출기 어레이에 있어서의 적어도 2개의 화소에 맵핑된다. 이것은 적어도 16×2=32 화소를 필요로 하고, 그것은 종래의 센서에 있어서의 화소의 수보다 상당히 아래이다. 디포커스 블러(defocus blur) 또는 회절(diffraction) 등의 광학 수차(optical aberration)를 처리하기 위해, 하프 피치마다의 화소의 수가 증가될 수 있다.
스케일이 원형이기 때문에, 반사 및 무반사 영역은 등각(equi-angular)이고, 선형 센서를 이용하는 경우에는 등거리(equi-distance)가 아니다(도 1c를 참조). 원형 스케일인 것에 기인하여, 반사/무반사 영역의 폭은 센서의 양 단부에 있어서 증가한다. 따라서, 공간 주파수 F는 센서를 따라서 일정하지 않다.
z(i)를 검출된 제로 교차(에지 위치)로 하고, P를 위상 각도로 하고, F를 주파수로 한다. k(i)를 2개의 연속하는 제로 교차 z(i)와 z(i+1)의 사이의 비트의 수로 한다. 본 발명에 있어서,
Figure 112015124912188-pct00001
로 정의하면, 로터리 인코더의 i번째의 제로 교차는 c(i)의 입체 모델
Figure 112015124912188-pct00002
로서 기재될 수 있고, 식 중, 입체 모델의 파라미터는 위상 P, 공간 주파수 F, 및 공간 왜곡 파라미터 α 및 β를 포함한다. 이 모델은 원형 디스크(130)상의 스케일 라인의 불균일한 간격에 기인하는 오차를 고려하여 생성되어 있다. N개의 제로 교차를 이용하면, N개의 방정식이 얻어진다. 예컨대, 20개의 제로 교차 z(1), …, z(20)이 존재하는 경우에, 대응하는 c(1), …, c(20)을 알 수 있다. 이들 방정식은 미지수 P, F, α 및 β에 있어서의 선형계(linear system)를 나타낸다. 본 발명에 있어서는 P, F, α 및 β의 값을 얻기 위해 선형계를 푼다.
회전 각도 θ는 θ=P/F×360/K+Coarse_Position을 이용하여 얻어지고, 식 중 K는 스케일에 있어서의 계조의 수이고 Coarse_Position은 화상의 기본 코드 서브시퀀스에만 근거한 위상 각도이다. 예컨대, K는 1024일 수 있다.
자기 교정
추정 파라미터 F, α 및 β(161)는 F(θ), α(θ) 및 β(θ)로서 실제 회전 각도 θ의 관점으로부터 표현된다. 실시 형태는 3개의 파라미터 F(θ), α(θ), β(θ)에 있어서의 변동을 검토한다. 촬상 노이즈에 기인하여, 이들의 파라미터에는 작은 변동(정상 변동)이 존재한다.
설치에 있어서의 어떠한 기계적 오차 및 어떠한 편심 오차도 없는 상태에 있어서는, 이들 파라미터에 있어서의 변동은, θ가 0~360도에서 변화하므로, 한 번의 전회전 또는 그 일부의 회전에 있어서의 정상 변동일 것이다. 그렇지만, 편심, 워블, 또는 갭 변화(판독 헤드와 스케일 사이의 거리)에 기인하여, 공간 파라미터 F(θ), α(θ), β(θ)는 노이즈에 기인할 수 있는 변동보다 더 큰 변동을 나타낸다.
도 2는 한 번의 전회전에 걸친 회전 각도를 구비한 추정 F(θ)의 예(200)를 나타낸다.
도 3은 주파수 변동(300)을 보다 상세하게 나타낸다. 높은 주파수 변동(301)은 노이즈에 기인한다. 낮은 주파수 변동(302)은 편심 워블 및 갭 변화에 기인한다. 본 발명의 목적은 이들 변동을 보정하는 것이다.
자기 교정 프로세스 중에, 이들 변동은 파라메트릭 함수를 이용하여 모델화된다. 스케일을 구비한 샤프트는 전회전(360°) 또는 부분 회전(<360°)으로 회전되고, 인코더 스케일은 몇몇의 위치에서 샘플링된다. 예컨대, 스케일은 2°마다 회전될 수 있고, 각도에 대응하는 센서 화상이 메모리에 기억된다. 이들 모든 각도에 관하여, 주파수 및 왜곡 파라미터의 추정치가 추정 인코더 위상 P와 함께 기억된다.
곡선 피팅(Curve Fitting)
적절한 파라메트릭 함수 또는 스플라인(spline)이 최소 제곱 피팅(least square fitting)을 이용하여 주파수 및 왜곡 파라미터에 있어서의 변동을 모델화하기 위해 이용된다.
도 4는 회전 각도 θ에 대하여 4차 다항식 모델을 이용하여 모델화될 수 있는 α(θ)(400)에 있어서의 변동을 나타낸다.
Figure 112015124912188-pct00003
식 중, t1, t2, t3, t4 및 t5는 모델 파라미터이다. 모델 파라미터는 추정 α(θ)의 최소 제곱 피팅을 이용하여 추정된다. 도 5는 β(θ)에 관한 변동(500)을 나타낸다. 모델 차수 또는 형식이 3개의 모든 파라미터에 대하여 동일할 필요가 없는 것을 유의하라. 예컨대, 주파수 F(θ)는 스플라인 기저 함수를 이용하여 모델화될 수 있고, α(θ) 및 β(θ)는 다항식 함수를 이용하여 모델화될 수 있다. 도 6은 전회전에 관한 4차 다항식(600)에 맞추어진 추정 α(θ)를 나타낸다. 곡선 피팅 후, 모델 파라미터는 DSP(115)의 메모리에 기억된다.
동작
인코더 동작 중에, 최후의 인코더 위치는 현재 위치에 관하여 주파수 및 공간 왜곡 파라미터의 값을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 이들 값은 위상 P를 결정하기 위해 이용된다. 이와 달리, 주파수 및 왜곡 파라미터는 위상과 함께 반복하여 결정될 수 있다. 이것은 기동시에 유용하고, 최후의 인코더 위상은 미지이거나 또는 무효하다. 현재의 회전 각도, 주파수 및 왜곡 파라미터의 제 1 추정치는 상기에서 설명한 바와 같이 얻어질 수 있다. 추정 회전 각도 θ를 이용하면, 현재 위치에 관한 파라미터 F, α 및 β는 그들의 각각의 모델을 이용하여 재결정된다. 다음으로 이들 파라미터의 새로운 값이 위상 P를 재결정하기 위해 이용된다.
나카무라에게 허여된 U.S. 7,825,367에 있어서는, 자기 교정이 2개의 상이한 위치에 있어서의 회전 각도에 근거하고, 해당 자기 교정의 차이를 분석하고, 그것을 교정에 이용하고 있다. 나카무라에 있어서는 공간 주파수 및 왜곡 파라미터에 대해서는 기재하고 있지 않다. 본 발명에 의한 인코더는 나카무라에 있어서와 같이 실제의 회전 각도에 근거하는 것이 아니고, 특정한 회전 각도에 있어서 제로 교차를 모델화하기 위해 이용되는 기본 주파수 및 왜곡 파라미터에 근거하고 있다.
비네팅 보정
도 7에 나타나 있는 바와 같이, 비네팅 보정은 스케일의 회전 중에 측정치(700)를 취득하는 것에 의해 실행될 수 있다.
센서에 있어서의 각 화소 p에 관하여 도 8에 나타나 있는 바와 같이, 최대 화소치 m1(p)는 스케일링 인자(800)이고, 도 9에 나타나 있는 바와 같이, 최소 화소치 m2(p)는 오프셋 인자(900)이다. 이들은 이하와 같이 비네팅 보정에 이용된다.
모든 위치에 관하여 도 10에 나타나 있는 바와 같이, 센서값 i(p)는 다음과 같이 수정된다(1000).
Figure 112015124912188-pct00004
이 수정은 인코더가 회전될 때에 각 화소의 최소 강도(the minimal intensity)가 0으로 설정되고 각 화소의 최대 강도(the maximal intensity)가 255로 설정되는 것을 보증한다. 이것은 비네팅의 영향을 제거한다.
자기 교정 및 비네팅 보정을 실행하는 방법의 스텝은 해당 기술 분야에 있어서의 알려진 바와 같이 메모리 및 입력/출력 인터페이스에 접속된 DSP 또는 유사한 마이크로프로세서에 있어서 실행될 수 있다.

Claims (20)

  1. 단일 판독 헤드 및 원형 스케일을 포함하는 로터리 인코더를 자기 교정하기 위한 방법으로서,
    상기 판독 헤드에 의해 상기 원형 스케일의 회전 각도에 대한 교정 샘플을 취득하는 스텝과,
    상기 로터리 인코더를 자기 교정하기 위해 상기 교정 샘플로부터 상기 로터리 인코더의 공간 주파수 및 공간 왜곡 파라미터를 추정하는 스텝
    을 포함하고,
    상기 공간 주파수 및 상기 공간 왜곡 파라미터는 상기 원형 스케일상의 스케일 라인의 불균일한 간격에 기인하는 오차를 고려하여 모델화되고,
    상기 공간 주파수 및 상기 공간 왜곡 파라미터는 제로 교차(zero-crossing) 및 상기 제로 교차 사이의 비트수를 이용하여 추정되고,
    상기 제로 교차는 상기 판독 헤드의 주사선에 있어서의 에지 위치를 나타내는
    방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원형 스케일상의 2개의 연속하는 제로 교차 사이의 비트수를 측정하는 스텝과,
    상기 제로 교차를 c(i)의 입체 모델
    Figure 112017077056568-pct00021
    ,
    Figure 112017077056568-pct00022

    로서 모델화하는 스텝
    을 더 포함하고,
    식 중, z(i)는 제로 교차이고, k(i)는 상기 2개의 연속하는 제로 교차 z(i)와 z(i+1) 사이의 비트수이고, i는 정수 파라미터이고, P는 위상치(phase value)이고, F는 상기 공간 주파수이고, α 및 β는 상기 공간 왜곡 파라미터인
    방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 원형 스케일의 시험 샘플을 취득하는 스텝과,
    상기 공간 주파수 및 상기 공간 왜곡 파라미터를 이용하여 상기 로터리 인코더의 위상 각도를 결정하는 스텝
    을 더 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터리 인코더는 비주기적인 시퀀스를 갖는 앱솔루트 로터리 인코더인 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 원형 스케일은 드 브루인 시퀀스(de Bruijn sequence) 형식인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 원형 스케일상의 마크는 섹터로서 배치되고,
    상기 판독 헤드는 상기 원형 스케일의 회전 중심에 대하여 오프셋되어 접선 방향의 중앙에 배치되어 있는
    방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    파라메트릭 함수(parametric function)를 이용하여 상기 공간 주파수 및 상기 공간 왜곡 파라미터에 있어서의 변동을 모델화하는 스텝과,
    상기 원형 스케일의 시험 샘플을 취득하는 스텝과,
    모델화된 상기 공간 주파수 및 상기 공간 왜곡 파라미터를 이용하여 상기 로터리 인코더의 위상 각도를 결정하는 스텝
    을 더 포함하고,
    상기 공간 주파수 및 상기 공간 왜곡 파라미터는 실제 회전 각도의 함수로서 모델화되는
    방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 판독 헤드의 데이터는 360도 이하의 회전 각도에 대하여 취득되는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 공간 주파수는 F(θ)이고, 상기 공간 왜곡 파라미터는 α(θ) 및 β(θ)이고, 4차 다항식은
    Figure 112015125345617-pct00023

    이고, 식 중, θ는 회전 각도이고, t1, t2, t3, t4 및 t5는 최소 제곱 피팅(least square fitting)을 이용하여 추정된 상기 4차 다항식의 파라미터인
    방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 주파수 및 상기 공간 왜곡 파라미터를 룩업테이블로서 메모리에 기억하는 스텝을 더 포함하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 주파수 및 상기 공간 왜곡 파라미터는 상기 로터리 인코더의 리얼타임 동작 중에 취득되는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 판독 헤드는 선형 화소 어레이를 포함하고,
    스케일링 인자로서 최대 강도를 취득하고, 오프셋 인자로서 최소 강도를 취득하기 위해 상기 선형 화소 어레이에 있어서의 화소의 화소치의 강도를 측정하는 스텝을 더 포함하고,
    상기 화소치의 강도는 상기 스케일링 인자 및 상기 오프셋 인자를 이용하여 수정되는
    방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 화소치의 강도 i(p)는
    Figure 112017077056568-pct00024

    에 따라서 수정되고,
    식 중, m1(p)는 상기 최대 강도이고, m2(p)는 상기 최소 강도인
    방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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