エンコーダ校正装置
【課題】エンコーダにおいて内挿計算によって算出される内挿値に対しても高精度な校正を能率良く行えるようにする。
【解決手段】等速回転モータ（Ｍ）に連結された基準エンコーダ（Ｅ１）及び被校正エンコーダ（Ｅ２）それぞれから出力されるパルス信号（２２ａ、２２ｂ）の時間差（δ）を測定する時間差測定回路（１２）と、前記時間差に応じて被校正エンコーダの校正を行う演算処理部（１８）とを備えるエンコーダ校正装置において、擬似正弦波信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器（２４）を備え、演算処理部で擬似正弦波信号の完全な正弦波からの偏差に応じて被校正エンコーダの内挿計算によって算出される内挿値の校正も行う。
【解決手段】等速回転モータ（Ｍ）に連結された基準エンコーダ（Ｅ１）及び被校正エンコーダ（Ｅ２）それぞれから出力されるパルス信号（２２ａ、２２ｂ）の時間差（δ）を測定する時間差測定回路（１２）と、前記時間差に応じて被校正エンコーダの校正を行う演算処理部（１８）とを備えるエンコーダ校正装置において、擬似正弦波信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器（２４）を備え、演算処理部で擬似正弦波信号の完全な正弦波からの偏差に応じて被校正エンコーダの内挿計算によって算出される内挿値の校正も行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測量機に備えられるエンコーダの校正に関し、さらに詳細にはインクリメンタル式エンコーダの校正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測量機には、水平角と鉛直角を測定するために、エンコーダが備えられている。エンコーダにはインクリメンタル式とアブソリュート式がある（下記非特許文献１参照）。
【０００３】
インクリメンタル式エンコーダとは、図３に示したように、目盛盤１として回転するメインスケール１ａと固定されたインデックススケール1ｂの２枚を有しており、メインスケール１ａには等間隔に同じ幅のスリット３ａが全周に配置されており、インデックススケール１ｂには周方向の１箇所にメインスケール１ａと同間隔で同幅のスリット３ｂが配置されているものである。目盛盤１の一方側に光源５を配置し、目盛盤１の他方側に光検出器９を配置し、光源５から出射された光がコリメータレンズ７経て目盛盤１の一方側を照射するようにしてある。
【０００４】
メインスケール１ａが回転すると、メインスケール１ａのスリット３ａとインデックススケール１ｂのスリット３ｂの相対位置が変化することによって、光源５から出射された光の光検出器９に入射する光量が変化し、光検出器９は略正弦波に近い電気信号を出力する。この略正弦波を矩形波に変換し、さらに矩形波の立上がりと立下りにパルスを発生させ、このパルスの数を数えることによりメインスケール１ａが回転した角度を求めることができる。
【０００５】
なお、図３には図示していないが、インデックススケール１ｂに配置されたスリット３ｂは、メインスケール１ａにおけるスリット３ａの間隔の１／４だけ互いの位置をずらした２つのスリット群（Ａ相、Ｂ相）に分けられているとともに、スリット３ｂに対応する光検出器９が設けられている。このため、光検出器９からは、Ａ相（０°位相）の略正弦波のＡ相信号と、Ｂ相（９０°位相）の略正弦波（余弦波）のＢ相信号の２つの電気信号が出力される。このＡ相信号とＢ相信号の位置から、メインスケール１ａが右回りか左回りかが判定できるようになっている。
【０００６】
高級な測量機では０．２〜１秒程度の角度分解能が要求されるが、このような狭い間隔で目盛盤１にスリット３ａを形成することは困難である。そこで、測量機のエンコーダでは、微小な角度分解能を達成するために、スリットとスリットの間の角度については、内挿計算で求めている。
【０００７】
このため、光検出器９から出力されるＡ相信号とＢ相信号とをデジタル化して、Ａ相信号値／Ｂ相信号値の逆正接値を計算して、スリットの間隔（１ピッチ）をさらに細分化して、各スリット間の内挿値を得ている。この内挿値を求めることにより、０．２〜１秒程度の角度分解能を得ることができる。
【０００８】
ところで、製造された各エンコーダは校正する必要がある。そこで、従来のエンコーダの校正装置は、基準エンコーダを基に各エンコーダを校正するため、図４に示したように、基準エンコーダＥ１の軸に被校正エンコーダＥ２を取り付け、等速回転モータＭに連結して回転させ、両エンコーダＥ１、Ｅ２の出力を比較して校正を行っていた（下記非特許文献２参照）。
【０００９】
この校正においては、まず、両エンコーダＥ１、Ｅ２から出力されたＡ相信号又はＢ相信号（Ａ相信号だけでもよい）の各信号２０ａ、２０ｂ（両者とも略正弦波なので、以下、両者とも擬似正弦波信号と呼ぶ。）が、それぞれ波形変換器１０ａ、１０ｂによりパルス信号２２ａ、２２ｂに変換される。これらのパルス信号２２ａ、２２ｂは、時間間隔測定回路１２に送られる。時間間隔測定回路１２にはクロックパルス発振器１４からクロックパルスも送られてきており、このクロックパルスを数えることによって、擬似正弦波信号２０ａ、２０ｂから変換された各パルス信号２２ａ、２２ｂの発生時刻の時間差δｔが測定される。従来のエンコーダ校正装置では、その時間差δｔを記憶部１６に記憶しておき、この時間差δｔを用いて演算処理部（ＣＰＵ）１８でもって被校正エンコーダＥ２の校正値を算出していた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】日本測量機器工業会、最新測量機器便覧、山海堂、Ｐ．５９〜６３、２００３年７月２９日
【非特許文献２】益田正、梶谷誠、精密機械工学会誌、「角度検出器の精密自動校正システムの開発」、５２−１０、Ｐ．１７３２〜１７３８、１９８６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のエンコーダ校正装置では、基準エンコーダＥ１と被校正エンコーダＥ２からそれぞれ発生するパルス信号２２ａ、２２ｂの時間差δｔを測定するものであるから、目盛盤1の各スリット３間の角度を内挿計算によって算出するエンコーダに対しては、適切な校正ができないという問題があった。
【００１２】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、エンコーダにおいて内挿計算によって算出される内挿値に対しても高精度な校正を能率良く行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、基準エンコーダ及び被校正エンコーダそれぞれから出力される擬似正弦波信号をパルス信号に変換する波形変換器と、２つの前記擬似正弦波信号から変換されたパルス信号の時間差を測定する時間差測定回路と、前記時間差に応じて被校正エンコーダの校正を行う演算処理部とを備えるエンコーダ校正装置において、さらに、前記被校正エンコーダから出力された擬似正弦波信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器を備え、前記演算処理部で前記デジタル化した擬似正弦波信号の完全な正弦波からの偏差に応じて前記被校正エンコーダの内挿計算によって算出される内挿値の校正も行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る各発明によれば、従来のエンコーダ校正装置に、さらに被校正エンコーダから出力された擬似正弦波信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器を備え、演算処理部で前記デジタル化した擬似正弦波信号の完全な正弦波からの偏差に応じて被校正エンコーダの内挿計算によって算出される内挿値の校正も行うから、エンコーダにおいて内挿計算によって算出される内挿値に対しても高精度な校正を能率良く行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係るエンコーダ校正装置のブロック図である。
【図２】被校正エンコーダから出力される擬似正弦波を示す図である。
【図３】インクリメンタル式エンコーダを説明する図である。
【図４】従来のエンコーダ校正装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に基づいて、本発明の一実施例について説明する。本実施例のエンコーダ校正装置も、図４に示した従来のものと同じく、基準エンコーダＥ１と被校正エンコーダＥ２とを等速回転モータＭに連結して回転させ、両エンコーダＥ１、Ｅ２が発生する擬似正弦波２０ａ、２０ｂに応じてパルス信号２２ａ、２２ｂを発生させ、両パルス信号２２ａ、２２ｂの時間差δｔを測定することによって、被校正エンコーダＥ２の校正を行っている。
【００１７】
この他に、このエンコーダ校正装置は、被校正エンコーダＥ２から出力されるＡ相信号又はＢ相信号の擬似正弦波信号２０ｂを取り出して、これから目盛盤１のスリット３間の角度を内挿計算によって算出した内挿値の校正もできることである。なお、Ａ相とＢ相の校正を同時に行うことも可能である。
【００１８】
これには、まずＡ相又はＢ相の擬似正弦波信号２０ｂをＡ／Ｄ変換器２４に入力させる。Ａ/Ｄ変換器２４には、クロックパルス発振器１４から出力されたクロックパルスが分周器２６で１／Ｎ（Ｎは正の整数）に分周されて入力されている。Ａ／Ｄ変換器２４では、この分周されたクロックパルスに応じてＡ相又はＢ相の擬似正弦波信号２０ｂをサンプリングし、デジタル化する。このデジタル化された擬似正弦波信号２０ｂは、記憶部１６に送られて記憶される。なお。前記Ｎは、擬似正弦波信号２０ｂのサンプリング周波数に応じて決定される。
【００１９】
演算処理部１８は、記億部１６に記憶された擬似正弦波信号２０ｂのデータに基づいて、最小二乗法を用いて擬似正弦波信号２０ｂを適当な周期関数に再生し、または擬似正弦波信号２０ｂを適当なフーリエ級数を用いて再生し、図２に示したように、基準エンコーダＥ１から出力された正弦波２０ａと比較して、再生した擬似正弦波信号２０ｂの完全な正弦波２０ｃからの偏差δｐを算出する。この偏差δｐが求まれば、被校正エンコーダＥ２から完全な正弦波２０ｂが出力された場合の位相角が求まるので、目盛盤１のスリット３間の角度を内挿計算によって算出した内挿値の校正を行うことができる。
【００２０】
本実施例によれば、擬似正弦波信号２０ｂの完全な正弦波２０ｃからの偏差δｐを測定することによって、目盛盤１の各スリットの間の角度を内挿計算によって算出した内挿値の校正も行うから、目盛盤１の各スリットの間の角度を内挿計算によって算出するエンコーダの校正でも高精度に能率良く行うことができる。
【００２１】
なお、アブソリュート式エンコーダの校正は、本実施例のエンコーダ校正装置で校正されたインクリメンタル式エンコーダとアブソリュート式エンコーダそれぞれの測定値を比較することによって行うことができる。
【符号の説明】
【００２２】
１ 目盛盤
３ スリット
１０ａ、１０ｂ 波形変換器
１２ 時間間隔測定回路
１８ 演算処理部
２０ａ、２０ｂ 擬似正弦波信号
２０ｃ 完全な正弦波
２２ａ、２２ｂ パルス信号
Ｅ１ 基準エンコーダ
Ｅ２ 被校正エンコーダ
δｔ 時間差
δｐ 偏差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測量機に備えられるエンコーダの校正に関し、さらに詳細にはインクリメンタル式エンコーダの校正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測量機には、水平角と鉛直角を測定するために、エンコーダが備えられている。エンコーダにはインクリメンタル式とアブソリュート式がある（下記非特許文献１参照）。
【０００３】
インクリメンタル式エンコーダとは、図３に示したように、目盛盤１として回転するメインスケール１ａと固定されたインデックススケール1ｂの２枚を有しており、メインスケール１ａには等間隔に同じ幅のスリット３ａが全周に配置されており、インデックススケール１ｂには周方向の１箇所にメインスケール１ａと同間隔で同幅のスリット３ｂが配置されているものである。目盛盤１の一方側に光源５を配置し、目盛盤１の他方側に光検出器９を配置し、光源５から出射された光がコリメータレンズ７経て目盛盤１の一方側を照射するようにしてある。
【０００４】
メインスケール１ａが回転すると、メインスケール１ａのスリット３ａとインデックススケール１ｂのスリット３ｂの相対位置が変化することによって、光源５から出射された光の光検出器９に入射する光量が変化し、光検出器９は略正弦波に近い電気信号を出力する。この略正弦波を矩形波に変換し、さらに矩形波の立上がりと立下りにパルスを発生させ、このパルスの数を数えることによりメインスケール１ａが回転した角度を求めることができる。
【０００５】
なお、図３には図示していないが、インデックススケール１ｂに配置されたスリット３ｂは、メインスケール１ａにおけるスリット３ａの間隔の１／４だけ互いの位置をずらした２つのスリット群（Ａ相、Ｂ相）に分けられているとともに、スリット３ｂに対応する光検出器９が設けられている。このため、光検出器９からは、Ａ相（０°位相）の略正弦波のＡ相信号と、Ｂ相（９０°位相）の略正弦波（余弦波）のＢ相信号の２つの電気信号が出力される。このＡ相信号とＢ相信号の位置から、メインスケール１ａが右回りか左回りかが判定できるようになっている。
【０００６】
高級な測量機では０．２〜１秒程度の角度分解能が要求されるが、このような狭い間隔で目盛盤１にスリット３ａを形成することは困難である。そこで、測量機のエンコーダでは、微小な角度分解能を達成するために、スリットとスリットの間の角度については、内挿計算で求めている。
【０００７】
このため、光検出器９から出力されるＡ相信号とＢ相信号とをデジタル化して、Ａ相信号値／Ｂ相信号値の逆正接値を計算して、スリットの間隔（１ピッチ）をさらに細分化して、各スリット間の内挿値を得ている。この内挿値を求めることにより、０．２〜１秒程度の角度分解能を得ることができる。
【０００８】
ところで、製造された各エンコーダは校正する必要がある。そこで、従来のエンコーダの校正装置は、基準エンコーダを基に各エンコーダを校正するため、図４に示したように、基準エンコーダＥ１の軸に被校正エンコーダＥ２を取り付け、等速回転モータＭに連結して回転させ、両エンコーダＥ１、Ｅ２の出力を比較して校正を行っていた（下記非特許文献２参照）。
【０００９】
この校正においては、まず、両エンコーダＥ１、Ｅ２から出力されたＡ相信号又はＢ相信号（Ａ相信号だけでもよい）の各信号２０ａ、２０ｂ（両者とも略正弦波なので、以下、両者とも擬似正弦波信号と呼ぶ。）が、それぞれ波形変換器１０ａ、１０ｂによりパルス信号２２ａ、２２ｂに変換される。これらのパルス信号２２ａ、２２ｂは、時間間隔測定回路１２に送られる。時間間隔測定回路１２にはクロックパルス発振器１４からクロックパルスも送られてきており、このクロックパルスを数えることによって、擬似正弦波信号２０ａ、２０ｂから変換された各パルス信号２２ａ、２２ｂの発生時刻の時間差δｔが測定される。従来のエンコーダ校正装置では、その時間差δｔを記憶部１６に記憶しておき、この時間差δｔを用いて演算処理部（ＣＰＵ）１８でもって被校正エンコーダＥ２の校正値を算出していた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】日本測量機器工業会、最新測量機器便覧、山海堂、Ｐ．５９〜６３、２００３年７月２９日
【非特許文献２】益田正、梶谷誠、精密機械工学会誌、「角度検出器の精密自動校正システムの開発」、５２−１０、Ｐ．１７３２〜１７３８、１９８６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のエンコーダ校正装置では、基準エンコーダＥ１と被校正エンコーダＥ２からそれぞれ発生するパルス信号２２ａ、２２ｂの時間差δｔを測定するものであるから、目盛盤1の各スリット３間の角度を内挿計算によって算出するエンコーダに対しては、適切な校正ができないという問題があった。
【００１２】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、エンコーダにおいて内挿計算によって算出される内挿値に対しても高精度な校正を能率良く行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、基準エンコーダ及び被校正エンコーダそれぞれから出力される擬似正弦波信号をパルス信号に変換する波形変換器と、２つの前記擬似正弦波信号から変換されたパルス信号の時間差を測定する時間差測定回路と、前記時間差に応じて被校正エンコーダの校正を行う演算処理部とを備えるエンコーダ校正装置において、さらに、前記被校正エンコーダから出力された擬似正弦波信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器を備え、前記演算処理部で前記デジタル化した擬似正弦波信号の完全な正弦波からの偏差に応じて前記被校正エンコーダの内挿計算によって算出される内挿値の校正も行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る各発明によれば、従来のエンコーダ校正装置に、さらに被校正エンコーダから出力された擬似正弦波信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器を備え、演算処理部で前記デジタル化した擬似正弦波信号の完全な正弦波からの偏差に応じて被校正エンコーダの内挿計算によって算出される内挿値の校正も行うから、エンコーダにおいて内挿計算によって算出される内挿値に対しても高精度な校正を能率良く行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係るエンコーダ校正装置のブロック図である。
【図２】被校正エンコーダから出力される擬似正弦波を示す図である。
【図３】インクリメンタル式エンコーダを説明する図である。
【図４】従来のエンコーダ校正装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に基づいて、本発明の一実施例について説明する。本実施例のエンコーダ校正装置も、図４に示した従来のものと同じく、基準エンコーダＥ１と被校正エンコーダＥ２とを等速回転モータＭに連結して回転させ、両エンコーダＥ１、Ｅ２が発生する擬似正弦波２０ａ、２０ｂに応じてパルス信号２２ａ、２２ｂを発生させ、両パルス信号２２ａ、２２ｂの時間差δｔを測定することによって、被校正エンコーダＥ２の校正を行っている。
【００１７】
この他に、このエンコーダ校正装置は、被校正エンコーダＥ２から出力されるＡ相信号又はＢ相信号の擬似正弦波信号２０ｂを取り出して、これから目盛盤１のスリット３間の角度を内挿計算によって算出した内挿値の校正もできることである。なお、Ａ相とＢ相の校正を同時に行うことも可能である。
【００１８】
これには、まずＡ相又はＢ相の擬似正弦波信号２０ｂをＡ／Ｄ変換器２４に入力させる。Ａ/Ｄ変換器２４には、クロックパルス発振器１４から出力されたクロックパルスが分周器２６で１／Ｎ（Ｎは正の整数）に分周されて入力されている。Ａ／Ｄ変換器２４では、この分周されたクロックパルスに応じてＡ相又はＢ相の擬似正弦波信号２０ｂをサンプリングし、デジタル化する。このデジタル化された擬似正弦波信号２０ｂは、記憶部１６に送られて記憶される。なお。前記Ｎは、擬似正弦波信号２０ｂのサンプリング周波数に応じて決定される。
【００１９】
演算処理部１８は、記億部１６に記憶された擬似正弦波信号２０ｂのデータに基づいて、最小二乗法を用いて擬似正弦波信号２０ｂを適当な周期関数に再生し、または擬似正弦波信号２０ｂを適当なフーリエ級数を用いて再生し、図２に示したように、基準エンコーダＥ１から出力された正弦波２０ａと比較して、再生した擬似正弦波信号２０ｂの完全な正弦波２０ｃからの偏差δｐを算出する。この偏差δｐが求まれば、被校正エンコーダＥ２から完全な正弦波２０ｂが出力された場合の位相角が求まるので、目盛盤１のスリット３間の角度を内挿計算によって算出した内挿値の校正を行うことができる。
【００２０】
本実施例によれば、擬似正弦波信号２０ｂの完全な正弦波２０ｃからの偏差δｐを測定することによって、目盛盤１の各スリットの間の角度を内挿計算によって算出した内挿値の校正も行うから、目盛盤１の各スリットの間の角度を内挿計算によって算出するエンコーダの校正でも高精度に能率良く行うことができる。
【００２１】
なお、アブソリュート式エンコーダの校正は、本実施例のエンコーダ校正装置で校正されたインクリメンタル式エンコーダとアブソリュート式エンコーダそれぞれの測定値を比較することによって行うことができる。
【符号の説明】
【００２２】
１ 目盛盤
３ スリット
１０ａ、１０ｂ 波形変換器
１２ 時間間隔測定回路
１８ 演算処理部
２０ａ、２０ｂ 擬似正弦波信号
２０ｃ 完全な正弦波
２２ａ、２２ｂ パルス信号
Ｅ１ 基準エンコーダ
Ｅ２ 被校正エンコーダ
δｔ 時間差
δｐ 偏差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準エンコーダ及び被校正エンコーダそれぞれから出力される擬似正弦波信号をパルス信号に変換する波形変換器と、前記２つの擬似正弦波信号から変換されたパルス信号の時間差を測定する時間差測定回路と、前記時間差に応じて被校正エンコーダの校正を行う演算処理部とを備えたエンコーダの校正装置において、
さらに、前記被校正エンコーダから出力された擬似正弦波信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器を備え、前記演算処理部で前記デジタル化した擬似正弦波信号の完全な正弦波からの偏差に応じて前記被校正エンコーダの内挿計算によって算出される内挿値の校正も行うことを特徴とするエンコーダ校正装置。
【請求項１】
基準エンコーダ及び被校正エンコーダそれぞれから出力される擬似正弦波信号をパルス信号に変換する波形変換器と、前記２つの擬似正弦波信号から変換されたパルス信号の時間差を測定する時間差測定回路と、前記時間差に応じて被校正エンコーダの校正を行う演算処理部とを備えたエンコーダの校正装置において、
さらに、前記被校正エンコーダから出力された擬似正弦波信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換器を備え、前記演算処理部で前記デジタル化した擬似正弦波信号の完全な正弦波からの偏差に応じて前記被校正エンコーダの内挿計算によって算出される内挿値の校正も行うことを特徴とするエンコーダ校正装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２４７７４７（Ｐ２０１１−２４７７４７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２１２７１（Ｐ２０１０−１２１２７１）
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（０００１４８６２３）株式会社 ソキア・トプコン (114)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【出願人】（０００１４８６２３）株式会社 ソキア・トプコン (114)
【Ｆターム（参考）】
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