JPH0371017A - 信号校正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、元信号がコサイン、サイン関数状であるも
のにおいて、クロストークの変動を検出し自動的に補償
する装置に関し、特に、前記コサイン、サイン関数状の
信号が位置の関数であるエンコーダ信号から逆正接演算
により微細な角度を検出する際に好適な信号の前処理装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

コサイン、サイン関数状の信号は計測装置などにおいて
はしばしば用いられる。この代表的な例は微細な角度を
計測するための装置であって、エンコーダのアナログ出
力が１回転をＮ周期（Ｎは一般に数百〜数千）とするコ
サイン、サイン関数状であることを利用して逆正接演算
により■周期を更に細分化することが行われている。

〔発明が解決しようとする課題） このような装置において、元信号にクロストーク（コサ
イン信号とサイン信号がまざりあうこと）があると、計
測結果に誤差を含む。特に、上述したエンコーダから得
られるコサイン１サイン信号は検出器の設定位置が９０
°位相の異なる位置からずれると、クロストーク成分を
含むようになる。コサイン用の検出器とサイン用の検出
器は一体に形成する場合が多いが、磁気ドラムを用いた
回転式エンコーダの場合、検出器とドラムの間隔が変化
すると検出部の周長が変化し、検出器を一定の間隔にセ
ットしても位相がずれ、クロストークを含むようになる
。また、コサイン、サインの信号線が近接した位置に設
けられると、相互の干渉によってクロストークを生じる
。

この発明は、このような問題点を解消するためになされ
たもので、クロストーク係数が容易に検出でき、クロス
トークの補正が簡便に行える信号校正装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかる信号校正装置は、クロストク除去手段
と、逆正接演算手段と、ピーク値廠出手段と、クロスト
ーク係数演算手段と、判断手段とからなるものである。

〔作用〕

この発明においては、入力信号を ｘ０＝ＣＯＳθ十ｋ　−ｓｉｎθ。

ｘ、＝ｓｉｎ　　θ＋ｋ　　−ｃｏｓ　　θ（ただし、
ｌｋｌ＜＜１．−π≦θ≦π）とするとき、 イ、クロストーク係数ｋに初期値を与えること、ロ、ク
ロストーク係数にと入力信号Ｘ。＋Ｘｌかうｃｏｓθ、
　ｓｉｎθの近似値を求めること、ハ、上記ｃｏｓ　θ
、　ｓｉｎ　ｅの近似値からθを得ること 二、δを微小角度とするとき、 θがπ／４−δ以上であり、かっπ／４＋δ以下である
とき、 ｘ（、＋ｘ、の値からＸ。＋ｘ１の最大値ｄ。

を求めること、 θが３π／４−δ以上であり、かっ３π／４＋δ以下で
あるとき、 −ｘ０　＋ｘＩの値から−ｘ０＋ｘ１の最大値ｄ、を求
めること、 θが一３π／４−δ以上であり、かつ−３π／４＋δ以
下であるとき、 −ｘ０−ｘ、の値から−ｘ０−ｘ、の最大値ｄ２を求め
ること、 θが一π／４−δ以上であり、かつ−π／４＋δ以下で
あるとき、 ｘ０−ｘ、の値からｘ０−ｘ、の最大値ｄ３を求めるこ
と、 ホ、これらの最大値を用いて前記クロストーク係数比を
次式で求めること、 ｋ−（ｄｏ　　ｄ＋　＋ｄ２　ｄｓ　）／４「「へ、信
号Ｘ　Ｏｒ　　Ｘ　ｌが得られるごとに上記０〜ホを繰
り返し行うこと によってクロストークを検出し、補正することができる
。

０はｃｏｓθ、　ｓｉｎθの近似値から逆正接演算によ
り求めることができる。また、各角度範囲における最大
値の算出を次式で行うことでノイズの影響を最小限に抑
えることができる。

ｄ　＝ｄ’　＋ｐ　（ｘ−ｄ’　） ここで、ｄはそれぞれの範囲で求められる最大値、ｄ′
はｄの前回までに得られた値、Ｘは入力信号Ｘ。＋Ｘ＋
の加減算によって得られる値、ｐは定数を表す。さらに
、ｄｏとｄ２．ｄ、とｄ３の補正を交互に行うことによ
り、均等な補正か行われ、θがたまたまある補正範囲内
で停止している場合も無用な補正によるクロストーク係
数のシフトを防止する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。この図で１はクロストーク除去手段で、入力信号
Ｘ。、ｘｌからｃｏｓθ、　ｓｉｎθの近似値を求める
ものである。２は逆正接演算手段で、クロストーク除去
手段１で得られるＣＯＳθｓｉｎθの値からθを求める
演算を行う。３はピク値検出手段で、 π／４−δ≦θ≦π／４＋δのとき ＸＯ＋Ｘ宜の最大値　ｄ。

３π／４−δ≦θ≦３π／４＋δのときｘ、）＋ｘｌの
最大値　ｄ。

一３π／４−δ≦θ≦−３π／４＋δのときＸ　（４Ｘ
　１の最大値　ｄ２ −π／４−δ≦θ≦−π／４＋δのときｘ０−ｘ、の最
大値　ｄ３ を求めるものである。４はクロストーク係数演算手段で
、ピーク値検出手段３て求めた最大値ｄ。

〜ｄ３を用いてクロストーク係数比を求める演算を行う
。５は前記各部を制御する制御手段である。

この発明の信号校正装置は、実用的にはマイクロプロセ
ッサを用いて構成される。元信号はそれぞれアナログ−
ディジタル変換されてマイクロプロセッサに人力される
。マイクロプロセッサはメモリ（普通はＲＯＭ：リード
オンリーメモリ）に書かれたプログラムに従って、信号
入力、クロストーク補正、逆正接演算、角度範囲の判断
と必要なら最大値の補正を順次、繰り返し実行する。プ
ログラムフローチャートの一例を第２図に示す。

この図の（１）〜（１５）は各ステップを示す。

第３図はこの発明の原理を示すもので、コサイン、サイ
ン関数状である元信号である２つの信号Ｘ　ｏ　＋　Ｘ
　＋をそれぞれＸ座標１Ｙ座標として直交座標上にプロ
ットしたときの図を示している。図ではクロストークを
強調して示しており、実際のクロストークは図から読み
取れるものよりはるかに小さい。

第１図の実施例の動作を、第２図、第３図を用いて説明
する。

まず、クロストーク除去手段１において、既に与えられ
ているクロストーク係数（初期値として適当な値が不明
の場合は○を与えておく）ｋを用いてｓｉｎθ、　ｃｏ
ｓθを求める（１）〜（５）。この演算は、一般にクロ
ストーク係数比が１に比べて十分に小さいため、次式に
より行うことができる。

ｃｏｓ　θ＝ｘ、−に−ｘ。

ｓｔｎθ＝ｘ、−に−ｘ。

こうして得られた５ｉｎｏ、　ｃｏｓθの値を用いて逆
正接演算手段２によりＯを求める（６）。この演算に際
しては単にサインとコサインの比を先に計算してアーク
タンジェントを求めるのではなく、サインとコサインの
符号関係により、−π〜＋πの範囲でθを求めることが
必要である。このような関数は、例えばＣ言語ではａｔ
ａｎ２として知られている。

求めたθが、π／４．３π／４．−３π／４゜π／４付
近である時のＸ　Ｏ＋　Ｘ　Ｉ値（７）〜（１０）から
図のようにｄ。、ｄ、、ｄ、、ｄ、をピーク値検出手段
３で求める（１１）〜（１４）。三角関数の値、 ｃｏｓ　（π／４）　−−ｃｏｓ　（３ｙｒ　／４）　
−−ｃｏｓ　（−３ｒｔ　／４）−ｃｏｓ　（−π／４
）　−（ｒ／２ ｓｉｎ（ｙｃｌｏ−５ｉｎ（３ｙｃ／４）−−ｓｉｎ（
−３７Ｅ／４）−−ｓｉｎ　（−π／４）　−ＪＴ／２
より、 ［＋、−ＪＴ＋　ｋ（丁、　　ｄｌ−１丁−ｋＦＴｄ２
　・ＪＴ＋ｋＪ′Ｔ、ｄ３・バーｋＪ−丁となり、クロ
ストーク係数演算手段４において次式によりクロストー
ク係数比が算出される（１５）。

ｋ＝　（ｄｏ　　ｄｌ　＋ｄ２　ｄ３）／４ｒｙｒ回か
らの信号補正は新しく求められたクロストーク係数比を
用いて行えばよい。

θが正確に、π／４，３π／４．−３π／４−π／４と
なることは滅多にないため、これらの近辺（土δの範囲
）でｄ。、ｄｒ、ｄ２＋　ｄ３の更新を行う。δは１／
１０回転から１／１０００回転の範囲、好ましくは１１
５０回転から１／２００回転の範囲で適宜選択する。δ
の範囲を大きくすると更新の行われる頻度は増加するが
誤差が増える。誤差は１１５０回転で約０８％、１／２
００回転で約０．０５％である。次に述べるように、最
大値、最小値の更新を単一の値を用いるのではなく、重
み付き平均により行うことで、実際の誤差は更に少なく
なる。

最大値の更新は指数平滑フィルタによって行うのがよい
。これは実質的に、過去に向かって指数関数的に重み係
数が減少する加重平均を求めることに相当する。計算式
は、人力信号から得られる値をｘ１更新すべき値をｄと
するとき、式％式％） で与えられる。ここでｐは小さな定数であり、この値を
２−ｎとすることで乗算をシフト演算に置き換えること
ができる。ここでｎは４〜２０程度で、更新の速度と値
の安定性の兼ね合から適宜選択すればよい。ｎの値を小
さくすると、補正は急速に行われるが、ノイズの影響を
受は易くなる。

衝撃その他の原因でゼロ点が急激に変化することもあろ
う。このような場合、もしθがある補正の行われる範囲
で停止していると、特定の最大値のみが補正されて定数
項の影響が現われる。これによる誤差は一般にクロスト
ークの誤差より害が大きいため、このような動作は好ま
しくない。これを避けるため、ｄｏを補正した後はｄ２
が補正されるまで、ｄｌを補正した後はｄ３が補正され
るまでが補正を中断すればよい。マイクロプロセッサで
はメモリ中に補正フラグを設けることで、この機能は、
容易に実現できる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、この発明はクロストーク除
去手段と、逆正接演算手段と、ピーク値検出手段と、ク
ロストーク係数演算手段とで信号校正装置を構成したの
で、計測装置などにおいてしばしば用いられるコサイン
、サイン関数状の信号のクロストークが自動的に除去さ
れ、安価な部１ 品を用い、単純な構成の回路で誤差を低減することが可
能であり、また、精密な調整も不要であり、精度の高い
計測装置を安価に構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は第１図の実施例を説明するためのフローチャー
ト、第３図はこの発明の原理を示す図である。 図中、１はクロストーク除去手段、２は逆正接演算手段
、３はピーク値検出手段、４はクロストーク係数演算手
段、５は制御手段である。 　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コサイン、サイン関数で近似され、クロストーク成分を
   含む、９０°位相の異なる２つの信号 ｘ＿０＝ｃｏｓθ＋ｋ・ｓｉｎθ、 ｘ＿１＝ｓｉｎθ＋ｋ・ｃｏｓθ、 ただし、｜ｋ｜＜＜１、−π≦θ≦πからｃｏｓθ、ｓ
   ｉｎθに近似される信号もしくはθに相当する信号を得
   る装置であって、 クロストーク係数ｋと入力信号ｘ＿０、ｘ＿１からｃｏ
   ｓθ、ｓｉｎθの近似値を求めるクロストーク除去手段
   と、 前記ｃｏｓθ、ｓｉｎθの近似値からθを得る逆正接演
   算手段と、 δを微小角度とするとき、θがπ／４−δ以上であり、
   かつπ／４＋δ以下であるとき、ｘ＿０＋ｘ＿１の値か
   らｘ＿０＋ｘ＿１の最大値ｄ＿０を求め、θが３π／４
   −δ以上であり、かつ３π／４＋δ以下であるとき、−
   ｘ＿０＋ｘ＿１の値から−ｘ＿０＋ｘ＿１の最大値ｄ＿
   １を求め、θが−３π／４−δ以上であり、かつ−３π
   ／４＋δ以下であるとき、−ｘ＿０−ｘ＿１の値から−
   ｘ＿０−ｘ＿１の最大値ｄ＿２を求め、θが−π／４−
   δ以上であり、かつ−π／４＋δ以下であるとき、ｘ＿
   ０−ｘ＿１の値からｘ＿０−ｘ＿１の最大値ｄ＿３を求
   める和差信号に対するピーク値検出手段と、 これらの最大値を用いて前記クロストーク係数ｋを ｋ＝（ｄ＿０−ｄ＿１＋ｄ＿２−ｄ＿３）／４√２で求
   めるクロストーク係数演算手段と前記入力信号ｘ＿０、
   ｘ＿１が得られるごとに上記を繰り返し行う制御手段と
   、 を備えたことを特徴とする信号校正装置。