專利名稱：分度誤差估計(jì)裝置、分度誤差校準(zhǔn)裝置和分度誤差估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分度誤差估計(jì)裝置、分度誤差校準(zhǔn)裝置和分度誤差估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)編碼器是分度誤差校準(zhǔn)裝置，其檢測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)角。旋轉(zhuǎn)編碼器包括圓光柵盤和檢測(cè)器作為其的基本結(jié)構(gòu)，例如，光柵盤蝕刻有包括在外圍部分輻射方向上的幾百到幾十萬個(gè)分度線的分度圖形，檢測(cè)器布置 在光柵盤上并計(jì)數(shù)光柵盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過的分度線。提供這樣的旋轉(zhuǎn)編碼器從而光柵盤參與到被測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)部分。與被測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)相關(guān)的通過檢測(cè)器的分度線的數(shù)量被計(jì)數(shù)以檢測(cè)被測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)角度(即，光柵盤的旋轉(zhuǎn)角度)。通常，上面描述的光柵盤具有人工標(biāo)記的分度線。因此，分度線并不是以均勻的角度距離標(biāo)記的，并且因此偏離了理想分度線位置(具有均勻的角度距離)。因此，由檢測(cè)器基于上面描述的分度線檢測(cè)的檢測(cè)值包含誤差(此處稱為分度誤差)。為校準(zhǔn)這樣的分度誤差，傳統(tǒng)地會(huì)使用等分平均(equaldivision averaging)方法(參見，例如，WATANABE 等人的 “Automatic HighPrecision Calibration System for RotaryEncoder(First Issue),，，Journal of thejapan Society for Precision Engineering,Vol. 67No. 7(2001),1091-1095)。圖4示出了校正分度誤差的傳統(tǒng)方法。如圖4所示，傳統(tǒng)分度誤差校正裝置100采用同軸旋轉(zhuǎn)軸220上提供的、用于校正的光柵盤200A;并采用用于參考的光柵盤200B。用于校正的光柵盤200A的外圍提供有與光柵盤200A的分度圖形210相對(duì)的第一檢測(cè)器300A。用于參考的光柵盤200B的外圍提供有多個(gè)(圖4示出的示例中有6個(gè))第二檢測(cè)器300B，該第二檢測(cè)器300B與光柵盤200B的分度圖形210相對(duì)，每個(gè)檢測(cè)器具有沿著光柵盤200B的圓周方向的均勻角度距離。配置分度誤差校正裝置100的計(jì)算裝置(圖中未示出)計(jì)算第一檢測(cè)器300A的檢測(cè)值和第二檢測(cè)器300B的每個(gè)檢測(cè)值之間的差值；通過平均所計(jì)算的差值獲得分度誤差；并用該分度誤差校正第一檢測(cè)器300A的檢測(cè)值。附帶地，等分平均法通常具有當(dāng)傅里葉分量是檢測(cè)器數(shù)量的倍數(shù)時(shí)不可能識(shí)別分度誤差的傅里葉分量的缺點(diǎn)。因此，為了估計(jì)高準(zhǔn)確度的分度誤差(該高精確分度誤差不缺少包括更高階分量的分量)，需要增加以均勻角度距離布置的檢測(cè)器(第二檢測(cè)器300B)的數(shù)量。然而，由于光柵盤的尺寸限制，可以布置的檢測(cè)器的數(shù)量同樣受到限制，從而使得在實(shí)際應(yīng)用中難以識(shí)別更高階分量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種分度誤差估計(jì)裝置、分度誤差校正裝置和分度誤差估計(jì)方法，其可以在將檢測(cè)器數(shù)量保持在最小的同時(shí)估計(jì)高準(zhǔn)確度的分度誤差。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的分度誤差估計(jì)裝置被用于分度誤差校準(zhǔn)裝置，該分度誤差校準(zhǔn)裝置具有由旋轉(zhuǎn)軸支撐的光柵盤和布置在光柵盤上的至少四個(gè)檢測(cè)器。該分度誤差估計(jì)裝置包括檢測(cè)值合成器，其通過將從至少四個(gè)檢測(cè)器的每個(gè)獲得的每個(gè)檢測(cè)值乘以預(yù)定的系數(shù)計(jì)算線性和；和傅里葉分量識(shí)別器，其使用線性和的傅里葉分量并識(shí)別分度誤差的傅里葉分量。根據(jù)本發(fā)明的分度誤差估計(jì)裝置包括上述檢測(cè)值合成器和傅里葉分量識(shí)別器。因此，分度誤差估計(jì)裝置可以比較分度誤差的傅里葉分量和線性和的傅里葉分量，該線性通過從至少四個(gè)檢測(cè)器的每個(gè)中獲得的每個(gè)檢測(cè)值乘以預(yù)定的系數(shù)計(jì)算。該分度誤差估計(jì)裝置可以隨后識(shí)別該分度誤差的傅里葉分量。因此，在最小化檢測(cè)器數(shù)量的同時(shí)，可以估計(jì)高準(zhǔn)確度的分度誤差，該高準(zhǔn)確度的分度誤差不缺少包括更高階分量的任何分量。使用根據(jù)本發(fā)明的方面的分度誤差估計(jì)裝置，優(yōu)選地定義所述預(yù)定的系數(shù)從而移除包含在線性和中的旋轉(zhuǎn)角和運(yùn)動(dòng)誤差(kinematic error)。附帶地，檢測(cè)器的檢測(cè)值除了分度誤差以外還包括當(dāng)旋轉(zhuǎn)光柵盤時(shí)與光柵盤的旋轉(zhuǎn)角相關(guān)的光柵盤的偏差(此處稱為 運(yùn)動(dòng)誤差)。也就是說，用與光柵盤的旋轉(zhuǎn)角相關(guān)的項(xiàng)、與分度誤差相關(guān)的項(xiàng)和與運(yùn)動(dòng)誤差相關(guān)的項(xiàng)配置由檢測(cè)值合成器計(jì)算的線性和。因此，當(dāng)簡單地比較線性和的傅里葉分量和分度誤差的傅里葉分量時(shí)，分度誤差的傅里葉分量無法識(shí)別，因?yàn)榫€性和包含與光柵盤的旋轉(zhuǎn)角相關(guān)的項(xiàng)和與運(yùn)動(dòng)誤差相關(guān)的項(xiàng)。然而，根據(jù)本發(fā)明的方面，如上所述地定義系數(shù)。所以，可以從線性和中移除與光柵盤的旋轉(zhuǎn)角和運(yùn)動(dòng)誤差相關(guān)的項(xiàng)，并通過比較線性和的傅里葉分量和分度誤差的傅里葉分量，可以識(shí)別分度誤差的傅里葉分量。根據(jù)本發(fā)明的方面的分度誤差校準(zhǔn)裝置包括由旋轉(zhuǎn)軸支撐的光柵盤；和布置在光柵盤上的至少四個(gè)檢測(cè)器。分度誤差校準(zhǔn)裝置包括上述分度誤差估計(jì)裝置。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的方面的分度誤差校準(zhǔn)裝置包括上述分度誤差估計(jì)裝置，可以獲得如上所述的分度誤差估計(jì)裝置的類似效果和優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步，通過使用估計(jì)的高準(zhǔn)確度的分度誤差，可以優(yōu)選地估計(jì)光柵盤的旋轉(zhuǎn)角作為沒有分度誤差的角度。附帶地，借助于傳統(tǒng)分度誤差估計(jì)裝置100，當(dāng)旋轉(zhuǎn)用于參考的光柵盤200B時(shí)的偏差(運(yùn)動(dòng)誤差)可通過使用多個(gè)第二檢測(cè)器300B的每個(gè)檢測(cè)值來移除。然而，對(duì)用于校準(zhǔn)的光柵盤200A來說，僅提供第一檢測(cè)器300A。所以，第一檢測(cè)器300A的檢測(cè)值除了分度誤差以外還包括當(dāng)用于校準(zhǔn)的光柵盤200A旋轉(zhuǎn)時(shí)的偏差(運(yùn)動(dòng)誤差)。所以，即使當(dāng)使用分度誤差校準(zhǔn)第一檢測(cè)器300A的檢測(cè)值時(shí)，運(yùn)動(dòng)誤差依然存在。因此，沒有優(yōu)選地估計(jì)用于校準(zhǔn)的光柵盤200A的旋轉(zhuǎn)角。相反地，根據(jù)本發(fā)明，向光柵盤提供至少四個(gè)檢測(cè)器。所以，分別使用從該至少四個(gè)檢測(cè)器獲得的每個(gè)檢測(cè)值，可以優(yōu)選地估計(jì)光柵盤的旋轉(zhuǎn)角作為沒有分度誤差的角度。所以，光柵盤的旋轉(zhuǎn)機(jī)械不要求極其準(zhǔn)確，從而減少了制造分度誤差校準(zhǔn)裝置的成本。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的分度誤差估計(jì)方法被用于分度誤差校準(zhǔn)裝置，該分度誤差校準(zhǔn)裝置包括由旋轉(zhuǎn)軸支撐的光柵盤；和在光柵盤上布置的至少四個(gè)檢測(cè)器。分度誤差估計(jì)方法包括合成檢測(cè)值以計(jì)算線性和，該線性和通過將從所述至少四個(gè)檢測(cè)器的每個(gè)獲得的每個(gè)檢測(cè)值乘以預(yù)定的系數(shù)來計(jì)算；并通過使用線性和的傅里葉分量識(shí)別分度誤差的傅里葉分量。進(jìn)一步，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的分度誤差估計(jì)方法是由上述分度誤差校準(zhǔn)裝置使用的方法，可以獲得如上所述的分度誤差校準(zhǔn)裝置的類似效果和優(yōu)點(diǎn)。


參考記錄的作為本發(fā)明的實(shí)施例的非限制性例子的多個(gè)附圖，在隨后的詳細(xì)描述中對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表貫穿若干附圖的視圖的類似部分，并且其中圖I是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的分度誤差校準(zhǔn)裝置的配置的示意圖；圖2是圖示根據(jù)實(shí)施例的分度誤差估計(jì)方法的流程圖；圖3圖示了根據(jù)實(shí)施例的分度誤差估計(jì)方法；和圖4圖示了傳統(tǒng)分度誤差校準(zhǔn)方法。
具體實(shí)施方式
此處示出的細(xì)節(jié)僅是舉例說明本發(fā)明的實(shí)施例并且僅用于本發(fā)明的實(shí)施例的示例性討論，并且為提供被認(rèn)為是最有用的和最易于理解的、本發(fā)明的原理和概念性方面的描述。在這點(diǎn)上，為了對(duì)本發(fā)明的，未試圖示出比本發(fā)明的基本理解所需更詳細(xì)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，結(jié)合附圖進(jìn)行描述使得本發(fā)明的形式如何在實(shí)際中具體化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的。 下面參考

本發(fā)明的實(shí)施例。(分度誤差校準(zhǔn)裝置的配置)圖I是圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的分度誤差校準(zhǔn)裝置I的配置的示意圖。如圖I所示，分度誤差校準(zhǔn)裝置I配置有包括光柵盤2的旋轉(zhuǎn)編碼器、檢測(cè)器3、計(jì)算裝置4等。該光柵盤2形成為圓盤形狀，在其上沿著外部邊界蝕刻有分度圖形21。該光柵盤2由旋轉(zhuǎn)軸22可繞軸地且可旋轉(zhuǎn)地支撐。分度圖形21在圖中未詳細(xì)示出，但是配置有在光柵盤2的輻射方向上延伸的精細(xì)的分度線。檢測(cè)器3相對(duì)分度圖形21地布置并且當(dāng)光柵盤2旋轉(zhuǎn)時(shí)，該檢測(cè)器3輸出具有對(duì)應(yīng)于通過檢測(cè)器3的分度線的正弦波形的檢測(cè)信號(hào)。在此實(shí)施例中，如圖I所示，四個(gè)檢測(cè)器3沿著光柵盤2的外部邊界布置。來自四個(gè)檢測(cè)器3的輸出經(jīng)由四組插值器5和計(jì)數(shù)器6傳送到計(jì)算裝置4。進(jìn)一步，該計(jì)數(shù)器6從來自外部源的鎖存信號(hào)和初始化信號(hào)6A接收輸入，并且每個(gè)計(jì)數(shù)器6進(jìn)行當(dāng)前計(jì)數(shù)的掃描和重置計(jì)數(shù)器至零。計(jì)算裝置4經(jīng)由插值器5和計(jì)數(shù)器6處理來自檢測(cè)器3的檢測(cè)信號(hào)輸入，并估計(jì)光柵盤2的旋轉(zhuǎn)角、變化量、旋轉(zhuǎn)速度等。計(jì)算裝置4配置有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基于特定的程序執(zhí)行處理。該計(jì)算裝置4從外部輸入設(shè)備(圖中未示出)操作并且向輸出設(shè)備輸出信號(hào)和/或視頻圖像。在圖I所示的計(jì)算裝置4之中，僅圖示用于進(jìn)行本發(fā)明的主要部分的功能性。例如，該計(jì)算裝置4作為根據(jù)本發(fā)明的分度誤差估計(jì)裝置，并包括圖I中所示的檢測(cè)值合成器41和傅里葉分量識(shí)別器42。該檢測(cè)值合成器41通過將從每個(gè)檢測(cè)器3中獲得的每個(gè)檢測(cè)值乘以預(yù)定系數(shù)來計(jì)算線性和。傅里葉分量識(shí)別器42使用由檢測(cè)值合成器41計(jì)算的線性和的傅里葉分量并識(shí)別分度誤差的傅里葉分量。(分度誤差估計(jì)方法)接下來，描述使用計(jì)算裝置4的分度誤差估計(jì)方法。圖2是圖示分度誤差估計(jì)方法的流程圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的分度誤差估計(jì)方法。為了說明的方便，如圖3所示，下列示例將四個(gè)檢測(cè)器3稱為第一至第四檢測(cè)器3A-3D。此外，在與旋轉(zhuǎn)軸22正交的平面上，互相垂直相交的兩軸命名為X軸和Y軸。如圖3中所示，在此例中在X軸上提供第一檢測(cè)器。第二至第四檢測(cè)器3B-3D在光柵盤2的外部邊界從第一檢測(cè)器3A的位置起以不等間距(不等角度距離)布置。在此例中，為了說明第一至第四檢測(cè)器3A-3D的位置關(guān)系，相對(duì)X軸的每個(gè)角度被分別定義為α1-α4。因?yàn)樵赬軸上提供第一檢測(cè)器3Α，第一檢測(cè)器3Α的位置(角度α I)是“O”。首先，當(dāng)旋轉(zhuǎn)光柵盤2時(shí)，計(jì)算裝置4 (檢測(cè)值合成器41)經(jīng)由通過插值器5和計(jì)數(shù)器6處理來自第一至第四檢測(cè)器3A-3D的檢測(cè)到的信號(hào)輸入。然后，計(jì)算裝置4 (檢測(cè)值合成器41)將由第一至第四檢測(cè)器3A-3D檢測(cè)到的每個(gè)檢測(cè)值乘以預(yù)定系數(shù)，并獲得線性和(步驟STl :檢測(cè)值合成步驟)。在此例中，從第一至第四檢測(cè)器3A-3D獲得的每個(gè)檢測(cè)值1111(0)-1]14(0)由下列的表達(dá)式I表示·
(表達(dá)式I)Θ ) = Θ 十 ω ( Θ +Ct1)十q! = [-sin ( a J cos ( α ) ]，α ι = 0
r
Q ■ C ( θ )m2( θ ) 二 θ 十 ω ( θ +α2)十^-，q2 = [-sin ( α 2) cos ( α 2)]
r
G * C (θ^m3( θ ) =θ 十 ω ( θ +α3)十-，q3 = [—sin ( α 3) cos ( α 3)]
rm4( θ ) = θ + ω (θ+α4)十·^~q4 = [—sin ( α 4) cos ( α 4) ]... (I)
r在以上表達(dá)式中，“ θ ”是光柵盤2的旋轉(zhuǎn)角，“r”是光柵盤2的半徑?！癱(9)”是光柵盤2旋轉(zhuǎn)時(shí)該光柵盤2的偏差(運(yùn)動(dòng)誤差)(在圖3中，當(dāng)光柵盤2的旋轉(zhuǎn)角為O時(shí)，光柵盤2的中心位置在“O”處，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為Θ時(shí)，中心位置在“O”處)。如圖3所示，“qi”是第一至第四檢測(cè)器3A-3D的敏感方向向量(切線向量)(參考圖3)。此外，“i”是第一至第四檢測(cè)器3A-3D的檢測(cè)器號(hào)碼(1-4依次表示第一至第四檢測(cè)器3A-3D的檢測(cè)器號(hào)碼)?！唉?φ)”是分度誤差。該分度誤差ω(φ)由下面的表達(dá)式2表示。(表達(dá)式2)ω (φ) = 2]_^Ck expiik φ ) ... ( 2 )具體地，在步驟ST1，計(jì)算裝置4將從第一至第四檢測(cè)器3A-3D獲得的每個(gè)檢測(cè)值ml ( Θ ) -m4 ( Θ )(表達(dá)式I)乘以各自的系數(shù)al_a4，以便于計(jì)算如下面的表達(dá)式3表示的線性和 πιτ(θ)。(表達(dá)式3)mT( Θ ) =Θ ) + a2m2( θ ) + a3m3( θ ) +a4m4(0)= ( E1+a2+a3+a4) Θ十 S1Co ( Θ ) + a 2ω ( Θ + a 2)十 a3co ( Θ + a 3) + a4oj ( Θ 十 ct 4)十(aWi+asqz+asqs+adq」·-~...(3)
r定義上面描述的系數(shù)al_a4以移除在表達(dá)式3中所表示的線性和mT ( Θ )中包括的旋轉(zhuǎn)角Θ和運(yùn)動(dòng)誤差c(0)的項(xiàng)。具體地，定義系數(shù)al_a4以滿足下面的表達(dá)式4。此外，來自表達(dá)式4的系數(shù)al_a4不是一致的，并且因此系數(shù)al可被定義為，例如，“al = _1”，以確保系數(shù)al_a4不全為“O”。(表達(dá)式4)
權(quán)利要求
1.一種用于分度誤差校準(zhǔn)裝置的分度誤差估計(jì)裝置，所述分度誤差校準(zhǔn)裝置具有由旋轉(zhuǎn)軸支撐的光柵盤和布置在光柵盤上的至少四個(gè)檢測(cè)器，所述估計(jì)裝置包括 檢測(cè)值合成器，被配置以通過將從所述至少四個(gè)檢測(cè)器的每個(gè)獲得的每個(gè)檢測(cè)值乘以預(yù)定系數(shù)來計(jì)算線性和；以及 傅里葉分量識(shí)別器，其使用所述線性和的傅里葉分量并且其被配置以識(shí)別所述分度誤差的傅里葉分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分度誤差估計(jì)裝置，其中定義所述預(yù)定系數(shù)從而移除包含在所述線性和中的旋轉(zhuǎn)角和運(yùn)動(dòng)誤差。
3.一種分度誤差校準(zhǔn)裝置，包括 光柵盤，由旋轉(zhuǎn)軸支撐； 至少四個(gè)檢測(cè)器，布置在所述光柵盤上；和 分度誤差估計(jì)器，包括 檢測(cè)值合成器，被配置以通過將從所述至少四個(gè)檢測(cè)器的每個(gè)獲得的每個(gè)檢測(cè)值乘以預(yù)定系數(shù)來計(jì)算線性和；以及 傅里葉分量識(shí)別器，其使用所述線性和的傅里葉分量并且其被配置以識(shí)別所述分度誤差的傅里葉分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分度誤差校準(zhǔn)裝置，其中定義所述預(yù)定系數(shù)從而移除包含在所述線性和中的旋轉(zhuǎn)角和運(yùn)動(dòng)誤差。
5.一種用于分度誤差校準(zhǔn)裝置的分度誤差估計(jì)方法，所述分度誤差校準(zhǔn)裝置具有由旋轉(zhuǎn)軸支撐的光柵盤和布置在光柵盤上的至少四個(gè)檢測(cè)器，所述估計(jì)方法包括 合成檢測(cè)值以通過將從所述至少四個(gè)檢測(cè)器的每個(gè)獲得的每個(gè)檢測(cè)值乘以預(yù)定系數(shù)來計(jì)算線性和；以及 通過使用所述線性和的傅里葉分量識(shí)別所述分度誤差的傅里葉分量。
全文摘要
分度誤差估計(jì)裝置、分度誤差校準(zhǔn)裝置和分度誤差估計(jì)方法。用于分度誤差校準(zhǔn)裝置的分度誤差估計(jì)裝置，所述分度誤差校準(zhǔn)裝置具有由旋轉(zhuǎn)軸支撐的光柵盤和布置在光柵盤上的至少四個(gè)檢測(cè)器，所述分度誤差估計(jì)裝置包括檢測(cè)值合成器，其通過將從所述至少四個(gè)檢測(cè)器的每個(gè)獲得的每個(gè)檢測(cè)值乘以預(yù)定系數(shù)來計(jì)算線性和；以及傅里葉分量識(shí)別器，其使用所述線性和的傅里葉分量并識(shí)別所述分度誤差的傅里葉分量。
文檔編號(hào)G01D18/00GK102954815SQ20121038746
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者奈良正之 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐