JP4782553B2 - アブソリュート位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転又は直線的に相対移動する部材の、アブソリュート位置を検出するアブソリュート位置検出装置に関し、特に、センサ出力信号の信号処理に関する。

近年、高精度化高速化が容易な、ビルトインモータを組み込んだダイレクトモータ駆動方式が工作機械の円テーブル等に使用されるようになってきた。一般に、ダイレクトモータ駆動方式では、モータの磁極位置検出が可能な点と起動後に原点調整が不要であるという点から、アブソリュート位置が検出できるアブソリュート位置検出装置が使用されている。

従来のアブソリュート位置検出装置としては、図１２のような磁気を利用した回転型のアブソリュート位置検出装置がある。図１３は、図１２のマイクロコンピュータ１３がソフトウェアによって信号処理する動作を説明するためのブロック図である。また、図１４は、図１３の２値化処理器１４の動作を説明するためのブロック図である。また、図１５には、信号Ｓ４からオフセット量を修正した信号ＳＡ４の回転位置特性をグラフに示す。また、図１６には、信号ＳＡ４と信号ＳＡ５を選択器によって選択後の信号Ｃ２の回転位置特性をグラフに示す。

図１２において、アブソリュートコード盤２は軟磁性体から成り、回転軸１に固定されている。また、アブソリュートコード盤２の外周部には、円周の１／１８０回転の長さを１ビットとし、０を凹部、１を凸部とする１８０ビットのアブソリュートコードが記録されている。なお、１８０ビットのコードは、連続する８ビットのコードパターンが、読み取り位置によってすべて異なるという性質を有している。したがって、８ビットの連続するコードを読み取ることができれば、回転軸１の回転位置をアブソリュートに検知することが可能である。また、図示されていないが、アブソリュートコード盤２の裏側には、インクリメンタルコード盤が回転軸１に固定されている。インクリメンタルコード盤は、１／１８０回転のピッチで凹凸を繰り返す軟磁性体から成る歯車のような形状をしている。アブソリュートコード盤２の外周部と近接している固定部材には、アブソリュートコード盤２のほぼ１／３６０回転相当の間隔で２４個の磁気センサから成る磁気センサ群３が直線上に配置されている。また、固定部材にはインクリメンタルコード盤の外周部と近接し、インクリメンタルコード盤のほぼ１／７２０回転相当の間隔をあけて２つの磁気センサ７、８が配置されている。

磁気センサ群３と磁気センサ７、８はともに、永久磁石又は電磁石により、直流や交流の磁界をコード盤側へ発し、磁性体から成るコード盤外周部の凹凸による磁気抵抗変化に応じて変化する磁束を磁気抵抗素子やコイルなどによって電気信号に変換する。磁気センサ群３の２４個のセンサ出力信号を右側のセンサからｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８、ｓ９、ｓ１０、ｓ１１、ｓ１２、ｓ１３、ｓ１４、ｓ１５、ｓ１６、ｓ１７、ｓ１８、ｓ１９、ｓ２０、ｓ２１、ｓ２２、ｓ２３とすると、２４入力１出力のアナログスイッチからなる選択器４では、マイクロコンピュータ１３からの選択信号ＳＥＬに従って順次ｓ０からｓ２３までのセンサ信号を一定時間ごとに切り替えて増幅器５へ出力する。増幅器５では、センサ信号を増幅してＡＤ変換器６へ出力する。ＡＤ変換器６ではｓ０からｓ２３までの増幅後のセンサ出力信号を順次デジタル信号Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９、Ｓ２０、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３に変換して、マイクロコンピュータ１３へ出力する。また、磁気センサ７、８からの出力信号ＡＳ、ＡＣはそれぞれ増幅器９、１０で増幅され、さらにＡＤ変換器１１、１２により、それぞれデジタル信号ＤＳ、ＤＣに変換される。デジタル化された磁気センサ７、８からの信号ＤＳ、ＤＣは、マイクロコンピュータ１３へ出力される。図１２のような構成では、数値ＤＳ、ＤＣはそれぞれ、回転軸１の１／１８０回転を１サイクルとする回転位置の正弦値と余弦値に比例した数値として出力される。

磁気センサ７、８からの出力信号をデジタル化した信号ＤＳとＤＣは、内挿処理器１６に入力され、２変数の逆正接演算が行われる。これにより、内挿処理器１６からは、回転軸１の１／１８０回転内のアブソリュート位置を示す８ビットの数値ＰＬが出力される。また、磁気センサ群３からの出力信号を数値化した信号Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９、Ｓ２０、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３は、２値化処理器１４に入力される。２値化処理器１４では、隣り合う２つのセンサ信号Ｓ_ｎとＳ_ｎ＋１（ｎは０≦ｎ≦２２の偶数）から、それぞれ減算器２７と２８にて、予め記憶器２１、２２に記憶されたオフセット量Ｏ_ｎ、Ｏ_ｎ＋１が減算され、信号ＳＡ_ｎとＳＡ_ｎ＋１として出力する。選択器３１では、８ビットの数値ＰＬの最上位ビット（ＭＳＢ）が１か０によって、信号ＳＡ_ｎと信号ＳＡ_ｎ＋１のどちらか一方の数値を選択し、比較器３２へ出力する。比較器３２では、選択された信号が０より小さいか大きいかを判定し、２値化した数値Ｂｍ（ｍ＝ｎ／２）として出力する。

数値ＰＬの最上位ビット（ＭＳＢ）は、回転軸１の１回転内を３６０箇所の領域に分けた場合の偶数番目か奇数番目かを示している。このため、２値化処理器１４の選択器３１は、アブソリュートコード盤２の１ビット相当（１／１８０回転）の範囲内にある２つのセンサ信号ＳＡ_ｎとＳＡ_ｎ＋１のうち、ビット変化の境界部から離れた側のセンサ信号を選択する。これにより、読み取りミスの発生しやすいビット境界の信号を避けて、アブソリュートコードの特定のビットを２値化できる。以上から、２値化処理器１４では、磁気センサ群３の２４個の出力信号から、アブソリュートコード盤２に記録された連続する１２ビットの数値をコードＢとして読み取ることができる。２値化処理器１４が特定した１２ビットのコードＢは、解読器１５によって、中央部のＢ２からＢ９の８ビットのコードに対応する回転位置を解読し、回転軸１の１回転内を８ビットの数値ＰＨとして出力する。加算器１７では、回転軸１の１／１８０回転内のアブソリュート位置を示す８ビットの数値ＰＬを下位ビットとし、解読器１５からの８ビットの数値ＰＨを上位ビットとする１６ビットの数値に合成し、数値ＰＯとして出力する。よって、ＰＯにより回転軸１の１回転内のアブソリュートな回転位置を１６ビットの数値で示すことができる。

図１２で示した従来のアブソリュートエンコーダでは、ロータ部を鉄材等の磁性体から製造できるため、金属加工により様々な大きさの外径と内径穴を有するロータを比較的安く容易に製造可能である。また、ロータ外周の曲率に関係なく、直線上に配置した多数の磁気センサによりアブソリュート位置を検出できるため、同一のセンサユニットで様々な外径サイズのロータに対して、アブソリュート位置の検出が可能である。このため、図１２のアブソリュートエンコーダは、少ない開発コストで様々なサイズの外径と穴径を有するアブソリュートエンコーダを実現でき、工作機械の円テーブルのように、機種によって様々なサイズの外径と穴径のエンコーダを必要とする用途に最適なアブソリュートエンコーダと言える。また、金属の塊からできているロータ部と比べ、故障する可能性が高いセンサユニットが１種類でよいため、保守コストを低く抑えることも可能である。

しかし、図１４に示した磁気を利用したアブソリュートエンコーダでは、磁気センサを一直線上に配置しているため、アブソリュートコード盤２の曲率の関係から、両端の磁気センサほど、アブソリュートコード盤２とのギャップが大きくなる。したがって、両端の磁気センサほどアブソリュートコード盤２の凹凸による信号変化が小さく、コードの読み取り精度が悪くなっていた。このため、解読器１５では、比較的読み取り精度の良い中央部の１６個のセンサ信号から２値化した８ビットコードにより、アブソリュート位置を求めている。しかしながら、図１５のグラフのｅ部や図１６のグラフのｆ部が示すように、中央付近のセンサ信号を使用したとしても、８ビットコードの端のビットである数値Ｂ２を決めるセンサ信号では、コードの読み取りをミスする可能性が高いことが理解できる。このような読み取りミスは、磁気を利用したセンサでは磁束の直進性が悪く、近接するコード盤外周部の凹凸の状態だけでなく、その周囲のコード盤形状の影響を受けやすいという性質から生じていた。そのため、従来は読み取りミスしたビットに対応するセンサのオフセット量を微妙に調整して、読み取りミスを防止していた。

しかしながら、この方法では種類の異なるコード盤ごとにオフセット量の調整が必要であり、手間がかかるという問題があった。また、調整直後には読み取りミスが無かったとしても、温度変化や経時変化等によるセンサ特性の僅かな変化で、読み取りミスが発生するような場合もあった。なお、このような問題は磁気センサだけでなく、直進性の良い光を利用したセンサでもアブソリュートトラックに記録されたコードのビット間隔が狭くなるほど、光センサ間の信号干渉が発生し、同様な問題が発生していた。

本発明の目的は、アブソリュートトラックに記録されたコードを高い信頼性で正確に読み取ることのできるアブソリュート位置検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るアブソリュート位置検出装置は、固定部材に対向し、移動する移動部材のアブソリュート位置を検出するものであり、固定部材と移動部材の一方は、２進数からなる数列であって、連続するＮビットが読み取る位置によって異なるコードとなる数列パターンがビット間隔λで記録されたアブソリュートトラックを有し、他方は、アブソリュートトラックに対向して配置され、連続する少なくともＮビットの値を読み取る複数のセンサを有し、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近いセンサである読取センサの出力信号と、このセンサからλ／２以上、３・λ／２以下の間隔で配置されたセンサである補償センサの出力信号とに基づき、読み取り対象ビットの値を特定するビット値特定手段を備え、前記ビット値特定手段は、該読取センサの出力信号をＳｐ、補償センサの出力信号をそれぞれＳｑ、Ｓｒとした場合、（ａ・Ｓｐ）−（ｂ・Ｓｑ）−（ｃ・Ｓｒ）（ただし、ａ＞（ｂ＋ｃ））に基づき、前記読み取り対象ビットの値を特定することを特徴とするアブソリュート位置検出装置である。

さらに、前記アブソリュート位置検出装置は、前記ビット値特定手段が、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近いセンサである読取センサと、このセンサの両側にλの間隔で配置された補償センサとの出力信号に基づき前記読み取り対象ビットの値を特定することを特徴とするアブソリュート位置検出装置であってもよい。

また、本発明に係る別のアブソリュート位置検出装置は、固定部材に対向し、移動する移動部材のアブソリュート位置を検出するものであり、固定部材と移動部材の一方は、２進数からなる数列であって、連続するＮビットが読み取る位置によって異なるコードとなる数列パターンがビット間隔λで記録されたアブソリュートトラックを有し、他方は、アブソリュートトラックに対向して配置され、連続する少なくともＮビットの値を読み取る複数のセンサを有し、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近いセンサである読取センサの出力信号と、前記複数のセンサの出力信号の総和に比例した値を加算して、読み取り対象ビットの値を特定するビット値特定手段を備えることを特徴とするアブソリュート位置検出装置である。

さらに、ビット値特定手段が、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近いセンサである読取センサの出力信号と、Ｎ・λ以上の領域内にあるセンサ出力信号の総和とに基づき前記読み取り対象ビットの値を特定するものであり、該読取センサの出力信号と、Ｎ・λ以上の領域内にあるセンサ出力信号の平均値とを加算することで、前記読み取り対象ビットの値を特定することを特徴とするアブソリュート位置検出装置であってもよい。

また、本発明に係るさらに別のアブソリュート位置検出装置は、固定部材に対向し、移動する移動部材のアブソリュート位置を検出するものであり、固定部材と移動部材の一方は、２進数からなる数列であって、連続するＮビットが読み取る位置によって異なるコードとなる数列パターンがビット間隔λで記録されたアブソリュートトラックと、ビット間隔λの整数倍が１サイクルとして繰り返すパターンが記録されたインクリメンタルトラックとを有し、他方は、アブソリュートトラックに対向して配置され、連続する少なくともＮビットの値を読み取る複数のセンサと、インクリメンタルトラックに対向して配置され、ビット間隔λ内のアブソリュート位置を読み取るインクリメンタルセンサとを有し、インクリメンタルセンサの出力信号から得たビット間隔λ内のアブソリュート位置情報に基づき、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近い２つのセンサ信号を選択するセンサ選択手段と、前記選択した２つのセンサ信号に基づき、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心にある仮想のセンサ出力信号を推定し、読み取り対象ビットの値を特定するビット値特定手段とを備えること特徴とするアブソリュート位置検出装置である。

さらに、ビット値特定手段が、前記選択した２つのセンサ信号と、インクリメンタルセンサからのアブソリュート位置情報とに基づき前記読み取り対象ビットの値を特定するものであり、前記選択した２つのセンサ信号に、前記アブソリュート位置情報に応じて変更する係数を乗算し、それらの和を求める補間演算に基づき、前記読み取り対象ビットの値を特定することを特徴とするアブソリュート位置検出装置であってもよい。

前記読取センサの出力と補償センサの出力に基づき、読み取り対象ビットの値を特定するアブソリュート位置検出装置においては、前記読取センサの出力を、補償センサの出力で修正するため、センサが受ける周囲からの影響を減少させることができる。これにより、読み取りミスの発生が起きやすいセンサの出力信号をコード盤に記録されたビット情報に近い信号波形に修正できるため、読み取りミスを防止することができる。

また、前記読取センサの出力と、少なくともＮビットの値を読み取る複数のセンサの出力の総和とに基づき読み取り対象ビットの値を特定するアブソリュート位置検出装置においては、前記読取センサの出力を、前記複数のセンサの出力で修正するため、前記読取センサが受ける周辺からの影響を減少させることができる。

また、インクリメンタルセンサの出力信号から得たλ内をアブソリュートに示す位置情報に基づいて、選択した２つのセンサ信号から読み取り対象ビットの１ビット幅の中心位置にある仮想センサ出力信号を推定して、読み取り対象ビットの値を特定する本発明のアブソリュート位置検出装置にあっては、２つのセンサ信号のどちらか１つに基づいて読み取り対象ビットの値を特定する従来方法に比べ、高い精度で読み取り対象ビットの値を特定することができ、信頼性の高いアブソリュート位置検出装置を実現できる。

以下、図面に従って本発明の実施形態を説明する。

本実施形態に係るアブソリュート位置検出装置の全体構成は、図１２に示した従来の装置と基本的に同様であり、本実施形態において特徴的な部分は２値化処理器の構成であり、従来の２値化処理器１４に替えて、図１に示す２値化処理器３３を用いている。図１は、本実施形態の２値化処理器３３の構成を示すブロック図であり、図１４に示した２値化処理器１４と同様の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。また、図２は、図１の補償器１８の動作を示すブロック図である。

図１で、減算器２７、２８によりオフセットが除去されたセンサ信号ＳＡ_ｎ−２、ＳＡ_ｎ−１、ＳＡ_ｎ、ＳＡ_ｎ＋１、ＳＡ_ｎ＋２、ＳＡ_ｎ＋３は、補償器１８に入力される。補償器１８では、図２に示すように記憶器３４、３６、３８が記憶する値と乗算器４０、４２、４４と減算器４６により式（１）の演算と記憶器３５、３７、３９に記憶する値と乗算器４１、４３、４５と減算器４７により式（２）の演算が行われる。
ＳＢ_ｎ＝１．５×ＳＡ_ｎ−０．２５×ＳＡ_ｎ−２−０．２５×ＳＡ_ｎ＋２・・・（１）
ＳＢ_ｎ＋１＝１．５×ＳＡ_ｎ＋１−０．２５×ＳＡ_ｎ−１−０．２５×ＳＡ_ｎ＋３・・・（２）
選択器３１では、８ビットの数値ＰＬの最上位ビット（ＭＳＢ）が１か０によって、信号ＳＢ_ｎまたはＳＢ_ｎ＋１のどちらか一方を選択し、比較器３２へ出力する。比較器３２では、選択された信号が０より小さいか大きいかを判定し、０と１の２値で出力する。

図３のグラフに、信号ＳＡ４が補償器１８により修正された信号ＳＢ４の回転位置特性を示す。また、図４のグラフに、信号ＳＢ４と信号ＳＢ５を選択器３１によって選択後の信号ＣＢ２の回転位置特性を示す。これらのグラフを見て理解できるように、補償器１８の適用によって、図１５や図１６のグラフと比べ、信号特性が大幅に改善されていることが理解できる。図１４のような構成のアブソリュートエンコーダのセンサ出力信号は、読み取り対象ビットのセンサの信号変化だけでなく、読み取り対象ビットの両隣のセンサの信号の影響を大きく受ける性質がある。通常、読み取り対象ビットの値と隣のビットの値が異なっていた場合、読み取り対象ビットに対応するセンサの出力値は、異なる値の側へ出力値が振られる傾向が強い。このため、図１２のアブソリュートエンコーダのセンサ信号Ｓ_ｎでは、読み取り対象ビットの両隣の状態に対応した出力信号となる信号ＳＡ_ｎ−２とＳＡ_ｎ＋２の値側へ信号レベルが振られることになる。この性質から、信号ＳＡ_ｎ−２と信号ＳＡ_ｎ＋２に一定の係数を乗算して、信号ＳＡ_ｎの値から減算することにより、読み取り対象ビットの隣のビットの影響により変化した分を修正する効果がある。なお、この効果はアブソリュートトラックの１ビット分を記録するピッチをλとすると、上記理由から出力信号を修正すべき読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近いセンサである読取センサからλ離れたセンサである補償センサの出力値を用いて、前記読取センサの出力値を修正した場合に最も効果がある。しかし、前記読取センサからλ／２以上から３・λ／２以下の補償センサ信号であれば、正確にλだけ離れていなくても、ある程度修正効果を期待できる。また、前記読取センサの出力信号をＳｐとし、前記読取センサからλ離れた両側の補償センサの出力信号をそれぞれＳｑ、Ｓｒとした場合、式（１）、（２）の信号修正演算は、式（３）で表すことができる。
（ａ・Ｓｐ）−（ｂ・Ｓｑ）−（ｃ・Ｓｒ）・・・（３）
式（３）では、読み取り対象ビットに対応する信号Ｓｐを他の信号よりも大きくする必要があるため、必ずａ＞（ｂ＋ｃ）の関係となる。そのほか、通常３・λ／２以内のセンサであれば、ロータとのギャップ量がほぼ等しいため、比較的信号特性が揃っており、式（１）、（２）のようにｂ＝ｃの関係でよい。しかし、各センサとロータギャップの違いによるセンサ出力特性を加味して、ギャップの広さに比例して係数ａ、ｂ、ｃを設定すれば、より精度の高い修正効果を得ることができる。

このように２値化処理器３３は、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近いセンサである読取センサの出力信号と、このセンサからλ／２以上、３・λ／２以下の間隔で配置されたセンサである補償センサの出力信号とに基づき、読み取り対象ビットの値を特定する機能を有する。

図５は、図１３で説明したアブソリュート位置検出装置の２値化処理器１４を本発明による２値化処理器５３に置き換えた本発明の別の実施形態を説明するブロック図である。同図で図１４と同じ機能のものは同じ符号としその説明を省略する。

図５で、減算器２５、２６、・・・、３０によりオフセットが除去されたセンサ信号ＳＡ０、ＳＡ１、・・・、ＳＡ２３は、加算器５１に入力され、これらの信号の総和となる信号ＳＧが加算器５１から出力される。信号ＳＧは記憶器５０が記憶する係数Ｋと乗算器５２で乗算され信号ＳＫとして出力される。図５の実施形態では、Ｋ＝１／２４として処理されており、信号ＳＫはセンサ信号ＳＡ０、ＳＡ１、・・・、ＳＡ２３の平均値となっている。オフセット修正後のセンサ信号ＳＡ_ｎとＳＡ_ｎ＋１はそれぞれ加算器４８、４９で、信号ＳＫが加算され、それぞれ信号ＳＣ_ｎ、ＳＣ_ｎ＋１として出力される。選択器３１では、８ビットの数値ＰＬの最上位ビット（ＭＳＢ）が１か０によって、信号ＳＣ_ｎまたはＳＣ_ｎ＋１のどちらか一方の信号を選択し、比較器３２へ出力する。比較器３２では、選択された信号が０より小さいか大きいかを判定し、０と１の２値で出力する。

図６のグラフに、信号ＳＡ４から信号ＳＫが加算された信号ＳＣ４の回転位置特性を示す。また、図７のグラフには、信号ＳＣ４と信号ＳＣ５を選択器３１によって選択後の信号ＣＣ２の回転位置特性を示す。図６と図７のグラフを見て理解できるように、図１５や図１６のグラフと比べ、センサ信号の総和に比例した値を個々のセンサ信号に加算することで、信号特性が改善されていることが理解できる。図１４のような構成のアブソリュートエンコーダでは、読み取るコードに１が多い場合、センサ信号の出力レベルが低下する傾向がある。また、読み取るコードに０が多い場合は、全体のセンサ信号の出力レベルが上昇する傾向がある。このため、２値化処理器５３は、前記読取センサの出力値に、多数のセンサ出力信号の総和に比例した数値を加算することにより、図６や図７のグラフのようにビット情報に近い信号特性に改善することができる。

なお、図５の実施形態では、オフセット修正後の全センサの総和に比例した値で、個々のセンサ信号を修正したが、実際は、ロータ曲率の関係から、両端に近いセンサへ通過する磁束は、読み取り対象ビットの値に関係なく小さい。したがって、すべてのセンサの総和でなくても、アブソリュートトラックの１ビット分を記録するピッチをλとし、アブソリュートを認識できる最小ビット数をＮとすると、少なくともセンサ中央部のＮ・λ以上の領域にあるセンサ信号の総和に基づいて個々のセンサ信号を修正すれば、特性改善効果を得ることができる。また、図８のグラフに、２値化処理器５３内で、選択器３１の直前に図２の補償器１８を適用した場合の信号ＣＣ２の回転位置特性を示す。図８のグラフと図４や図７のグラフとを比較して理解できるように、２つの信号処理を組み合わせることで、両者よりも特性を改善することが可能である。

このように２値化処理器５３は、前記読取センサの出力信号と、前記複数のセンサの出力信号の総和とに基づき、読み取り対象ビットの値を特定する機能を有する。

図９は、図１３で説明したアブソリュート位置検出装置の２値化処理器１４を本発明による２値化処理器６３に置き換えた本発明の別の実施形態を説明するブロック図である。同図で図１４と同じ機能のものは同じ符号としその説明を省略する。

図９で、減算器２６、２７、２８、２９によりオフセットが除去されたセンサ信号ＳＡ_ｎ−1、ＳＡ_ｎ、ＳＡ_ｎ＋１、ＳＡ_ｎ＋２は、それぞれ乗算器５８、５９、６０、６１により、回転軸１の１／１８０回転内をアブソリュート位置として示す８ビットの数値ＰＬを入力とするそれぞれ式（４）、（５）、（６）、（７）の演算を行う関数Ｌ（ＰＬ）、関数Ｍ（ＰＬ）、関数Ｎ（ＰＬ）、関数Ｒ（ＰＬ）値と乗算され、信号ＳＬ_ｍ、ＳＭ_ｍ、ＳＮ_ｍ、ＳＲ_ｍとして出力される。
ＰＬ＜１９２のとき Ｌ（ＰＬ）＝０、ＰＬ≧１９２のとき Ｌ（ＰＬ）＝（ＰＬ−１９２）／１２８・・・（４）
ＰＬ＜６４のとき Ｍ（ＰＬ）＝０、６４≦ＰＬ＜１９２のとき Ｍ（ＰＬ）＝（ＰＬ−６４）／１２８、ＰＬ≧１９２のとき Ｍ（ＰＬ）＝（３２０−ＰＬ）／１２８・・・（５）
ＰＬ＜６４のとき Ｎ（ＰＬ）＝（ＰＬ＋６４）／１２８、６４≦ＰＬ＜１９２のとき Ｎ（ＰＬ）＝（１９２−ＰＬ）／１２８、ＰＬ≧１９２のとき Ｎ（ＰＬ）＝０ ・・・（６）
ＰＬ＜６４のとき Ｒ（ＰＬ）＝（６４−ＰＬ）／１２８、ＰＬ≧６４のとき Ｒ（ＰＬ）＝０・・・（７）
乗算後の４つの値ＳＬ_ｍ、ＳＭ_ｍ、ＳＮ_ｍ、ＳＲ_ｍは、加算器６２で１つの値に加算され信号Ｕ_ｍとして出力される。信号Ｕ_ｍは、比較器３２で０より小さいか大きいかを判定し、０と１の２値で出力する。

図１０のグラフに、加算器６２が出力したＵ２の回転位置特性を示す。図１０のグラフでは、図１６のグラフｇ部のような特性悪化が無くなり、信号特性が改善されていることが理解できる。従来の２値化処理器１４のような読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に近いセンサ信号を選択する方法では、隣接する２つのセンサの中間に読み取り対象ビットの１ビット幅の中心がきた場合にどちらのセンサ値を選択しても、理想とするセンサ値に対して比較的大きな誤差が出てしまうため、図１６のグラフｇ部のように特性が悪化していた。それに対して、図９の２値化処理器６３では、式（４）、（５）、（６）、（７）に示す関数と乗算器５８、５９、６０、６１を用いて、ＰＬの値によって分けられた４つの区間において、４つの関数値のうち２つがいつも０となるようにすることで、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に近い２つのセンサ信号を選択している。さらに選択した２つセンサ信号に対して、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心からの距離（ＰＬ）に応じて変更する係数を乗算し、加算器６２によりそれらの和を求めることで２つのセンサ出力値を補間演算し、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心にある仮想のセンサ出力信号を求めている。このように、従来の２つの信号を選択する方式の欠点を大幅に解消し、高い精度で読み取り対象ビットの値を特定することができる。なお、図１１のグラフに、図２の補償器１８を通した信号を図９の２値化処理器６３の中で、乗算器５８、５９、６０、６１に入力する信号ＳＡ_ｎ−1、ＳＡ_ｎ、ＳＡ_ｎ＋１、ＳＡ_ｎ＋２とした場合の出力信号Ｕ２の回転位置特性を示す。図１１のグラフと図４や図１０のグラフとを比較して理解できるように、２つの信号処理を組み合わせることで、さらに特性を改善することが可能である。

なお、本実施形態においては、センサ出力信号から、先にオフセットを減算した信号に対して信号処理を行った例を述べたが、オフセットを修正せずに信号処理を行った後の信号とオフセット値とを比較して２値化してもよい。また、本実施形態において補償器を通した信号に対して、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心にある仮想センサ信号を求める例を示したが、各読み取り対象ビットの仮想センサ信号を求めてから、補償器により仮想センサ信号の修正を行うことも可能である。さらには、センサ信号に本発明とは異なる信号処理を加えた後の信号に対して、本発明に述べた信号処理を行ってもよい。また、本実施形態において磁気を用いた回転型のアブソリュートエンコーダを例に挙げたが、光を用いたものや直線型のアブソリュートエンコーダでも本発明のアブソリュート位置検出装置を実現できる。なお、本実施形態においては、移動する部材にアブソリュートトラックを、固定された部材にセンサを配置したが、この逆の構成、すなわちアブソリュートトラックが固定部材に、センサが移動部材に設けられる構成を採ることもできる。

本発明のアブソリュート位置検出装置の２値化処理器３３の動作を示すブロック図である。 補償器１８の動作を説明するブロック図である。 ２値化処理器３３の信号ＳＢ４の回転位置特性を示す図である。 ２値化処理器３３の信号ＣＢ２の回転位置特性を示す図である。 本発明のアブソリュート位置検出装置の２値化処理器５３の動作を示すブロック図である。 ２値化処理器５３の信号ＳＣ４の回転位置特性を示す図である。 ２値化処理器５３の信号ＣＣ２の回転位置特性を示す図である。 ２値化処理器５３に補償器１８適用時の信号ＣＣ２の回転位置特性を示す図である。 本発明のアブソリュート位置検出装置の２値化処理器６３の動作を示すブロック図である。 ２値化処理器６３の信号Ｕ２の回転位置特性を示す図である。 ２値化処理器６３に補償器１８適用時の信号Ｕ２の回転位置特性を示す図である。 従来のアブソリュートエンコーダ及びその位置検出装置を示す図である。 マイクロコンピュータ１３のソフト処理動作を説明するブロック図である。 従来のアブソリュート位置検出装置の２値化処理器１４の動作を示すブロック図である。 オフセット除去後のセンサ信号ＳＡ４の回転位置特性を示す図である。 ２値化処理器１４の信号Ｃ２の回転位置特性を示す図である。

符号の説明

１ 回転軸、２ アブソリュートコード盤、３，７，８ センサ、４，３１ 選択器、５，９，１０ 増幅器、６，１１，１２ ＡＤ変換器、１３ マイクロコンピュータ、１４，３３，５３，６３ ２値化処理器、１５ 解読器、１６ 内挿処理器、１７，４８，４９，５１，６２ 加算器、１８ 補償器、１９，２０，２１，２２，２３，２４，３４，３５，３６，３７，３８，３９，５０ 記憶器、２５，２６，２７，２８，２９，３０，４６，４７ 減算器、３２ 比較器、４０，４１，４２，４３，４４,４５，５２，５８，５９，６０，６１ 乗算器。

Claims (6)

1. 固定部材に対向し、移動する移動部材のアブソリュート位置を検出するアブソリュート位置検出装置において、
   固定部材と移動部材の一方は、２進数からなる数列であって、連続するＮビットが読み取る位置によって異なるコードとなる数列パターンがビット間隔λで記録されたアブソリュートトラックを有し、
   他方は、アブソリュートトラックに対向して配置され、連続する少なくともＮビットの値を読み取る複数のセンサを有し、
   読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近いセンサである読取センサの出力信号と、このセンサからλ／２以上、３・λ／２以下の間隔で配置されたセンサである補償センサの出力信号とに基づき、読み取り対象ビットの値を特定するビット値特定手段を備え、
   前記ビット値特定手段は、該読取センサの出力信号をＳｐ、補償センサの出力信号をそれぞれＳｑ、Ｓｒとした場合、（ａ・Ｓｐ）−（ｂ・Ｓｑ）−（ｃ・Ｓｒ）（ただし、ａ＞（ｂ＋ｃ））に基づき、前記読み取り対象ビットの値を特定する、
   ことを特徴とするアブソリュート位置検出装置。
2. 請求項１に記載のアブソリュート位置検出装置において、
   前記ビット値特定手段は、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近いセンサである読取センサと、このセンサの両側にλの間隔で配置された補償センサとの出力信号に基づき前記読み取り対象ビットの値を特定することを特徴とするアブソリュート位置検出装置。
3. 固定部材に対向し、移動する移動部材のアブソリュート位置を検出するアブソリュート位置検出装置において、
   固定部材と移動部材の一方は、２進数からなる数列であって、連続するＮビットが読み取る位置によって異なるコードとなる数列パターンがビット間隔λで記録されたアブソリュートトラックを有し、
   他方は、アブソリュートトラックに対向して配置され、連続する少なくともＮビットの値を読み取る複数のセンサを有し、
   読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近いセンサである読取センサの出力信号と、前記複数のセンサの出力信号の総和に比例した値を加算して、読み取り対象ビットの値を特定するビット値特定手段、
   を備えることを特徴とするアブソリュート位置検出装置。
4. 請求項３に記載のアブソリュート位置検出装置において、
   ビット値特定手段は、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近いセンサである読取センサの出力信号と、Ｎ・λ以上の領域内にあるセンサ出力信号の総和とに基づき前記読み取り対象ビットの値を特定するものであり、
   該読取センサの出力信号と、Ｎ・λ以上の領域内にあるセンサ出力信号の平均値とを加算することで、前記読み取り対象ビットの値を特定することを特徴とするアブソリュート位置検出装置。
5. 固定部材に対向し、移動する移動部材のアブソリュート位置を検出するアブソリュート位置検出装置において、
   固定部材と移動部材の一方は、２進数からなる数列であって、連続するＮビットが読み取る位置によって異なるコードとなる数列パターンがビット間隔λで記録されたアブソリュートトラックと、ビット間隔λの整数倍が１サイクルとして繰り返すパターンが記録されたインクリメンタルトラックとを有し、
   他方は、アブソリュートトラックに対向して配置され、連続する少なくともＮビットの値を読み取る複数のセンサと、インクリメンタルトラックに対向して配置され、ビット間隔λ内のアブソリュート位置を読み取るインクリメンタルセンサとを有し、
   インクリメンタルセンサの出力信号から得たビット間隔λ内のアブソリュート位置情報に基づき、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心に最も近い２つのセンサ信号を選択するセンサ選択手段と、
   前記選択した２つのセンサ信号に基づき、読み取り対象ビットの１ビット幅の中心にある仮想のセンサ出力信号を推定し、読み取り対象ビットの値を特定するビット値特定手段と、
   を備えること特徴とするアブソリュート位置検出装置。
6. 請求項５に記載のアブソリュート位置検出装置において、
   ビット値特定手段は、前記選択した２つのセンサ信号と、インクリメンタルセンサからのアブソリュート位置情報とに基づき前記読み取り対象ビットの値を特定するものであり、
   前記選択した２つのセンサ信号に、前記アブソリュート位置情報に応じて変更する係数を乗算し、それらの和を求める補間演算に基づき、前記読み取り対象ビットの値を特定することを特徴とするアブソリュート位置検出装置。

Images