JPH07139969A - ロータリエンコーダ用変換テーブル作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正弦波状のＡ相及びＢ相の２相の信号を内挿
分割するロータリエンコーダに用いられ、周期波信号を
回転角度信号に変換する変換テーブルを効率的に作成す
る方法を得る。 【構成】 製造エンコーダは、マスターエンコーダと連
結され、同期して回転する。マスターエンコーダからの
出力信号が変化するタイミングで、製造エンコーダの２
相の正弦波状信号がメモリに記憶される。この正弦波状
信号に基づき、製造エンコーダの内挿分割しきい値θが
算出される。内挿分割しきい値以外の角度値に対応する
周期波信号の値に対しては、内挿分割しきい値θに対応
する変換後の回転角度信号を変換値として変換テーブル
に書き込む。従って、周期波信号の採りうる全ての値に
対してサンプリングをしなくとも、変換テーブルの構築
が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転角度の検出に用い
られるロータリエンコーダに関する。特に、回転に伴っ
て発生する正弦波状信号を、Ａ／Ｄ（アナログ−ディジ
タル）変換することによって、回転角度のディジタル値
を出力するロータリエンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軸の回転速度、回転角度等を検出
するために、ロータリエンコーダが広く用いられてい
る。このロータリエンコーダは、大別するとアブソリュ
ート型と、インクリメンタル型とに分類される。

【０００３】インクリメンタル型は、軸の回転に伴って
変化する矩形波・正弦波などの周期波信号を出力するも
のであり、この矩形波の信号の周波数を測定することに
より、軸の回転速度が求められ、矩形波の信号のパルス
をカウントすることにより、軸の回転角度の相対値が求
められる。

【０００４】アブソリュート型は、軸の回転角度の値
（以下、回転角度値という）の絶対値を出力するロータ
リエンコーダであり、通常は、軸の回転角度値を表すコ
ードをパターンとして形成された円板が軸に取り付けら
れている。そして、光学センサ等によりこのパターンが
読みとられ、軸の回転角度値がディジタルデータとして
出力される。

【０００５】アブソリュート型は、回転角度値のビット
数を増やすと、各ビットのセンサの検出遅れが問題とな
り、高速回転時の検出が難しくなる。

【０００６】そこで、数ビットのアブソリュート信号を
上位ビットとし、その下に、正弦波状の９０度位相差信
号（Ａ相、Ｂ相の２相信号）を電気的に分割した角度分
割したデータを下位ビットとして組み合わせた高速応答
可能なアブソリュート型ロータリエンコーダを特願平４
−２１９２３３号において提案した。ここで提案したロ
ータリエンコーダは、回転角に対して９０度位相の違う
正弦波状の出力信号（Ａ相、Ｂ相の２相信号）をＲＯＭ
を用いて多ビットの絶対値デジタル信号に変換してより
精度を向上させたものである。

【０００７】尚、その他、特開平１ー３０５３１６号公
報には、アブソリュート型によるアブソリュート信号を
上位ビットとし、インクリメンタル型によるインクリメ
ンタル信号を下位ビットとしたロータリエンコーダが示
されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図８に、理想的な正弦
波の場合のＡ相Ｂ相センサ出力と、そのＡ／Ｄ変換後の
データ、及び対応するエンコーダ出力が示されている。
ここに挙げた例においては、８ビットのＡ／Ｄ変換器を
用いた場合の例が示されている。また、Ａ相Ｂ相の出力
信号は、それらの波形の中心がＡ／Ｄ変換器のフルスケ
ールの１／２になるように設定され、振幅はＡ相Ｂ相の
大きさが一定となるように合わせられている。理想的な
正弦波の２相信号が得られる場合、Ａ相Ｂ相信号から回
転角度値（エンコーダ出力）への変換は、ＲＯＭテーブ
ルなどを用いて実現される。このＲＯＭテーブルには、
正接関数の逆関数が構築されている。すなわち、このＲ
ＯＭテーブルのアドレスには、以下のようなデータＤＡ
ＴＡが格納されている。

【０００９】ここで、上位アドレスＤ_A は、Ａ相信号の
Ａ／Ｄ変換値とし、下位アドレスＤをＢ相信号のＡ／Ｄ
変換値とする。

【００１０】Ｄａｔａ＝ｔａｎ^-1（（Ｄ_A −１２８）／
（Ｄ_B −１２８）） このようなＲＯＭテーブルを用い、軸の回転角度値に対
し正弦波のように変化する信号をこのＲＯＭテーブルに
対し、アドレス信号として与え、このＲＯＭテーブルか
らデータを読み出すことにより、回転角度信号値を得る
ことが可能である。

【００１１】しかし、軸の回転に伴って正確に変化する
理想的な正弦波の信号を得ることは光学的に難しく、一
般には正弦波に近似した正弦波状信号が用いられる。従
って、実際には、上記ＲＯＭテーブルに書き込まれてい
る値は、正接関数の逆関数に所定の補正データを加えた
値とすることが望ましい。

【００１２】ロータリエンコーダが出力する周期波信号
が正確に正弦波とはならない原因について説明する。

【００１３】（１）まず、Ａ相、Ｂ相の２相出力が正し
く正弦波とならない理由は、以下の通りである。 （ａ）ＬＥＤの光量分布が均一でなく、明るい部分と、
暗い部分ができてしまう。 （ｂ）回転スリットの開口部のエッジからの光は回析さ
れる。また、ＬＥＤから発せられる光は完全な平行光で
はないので、スリット通りの遮光ができない。 （ｃ）受光素子の感度分布が均一でない。

【００１４】このような理由により、出力信号を完全な
正弦波の信号とすることは一般に困難である。従って、
Ａ相、Ｂ相の２相出力信号としては一般に疑似正弦波状
の信号が出力される。

【００１５】（２）上述したように、Ａ相、Ｂ相の２相
出力信号は疑似正弦波となるが、最終的には、この出力
信号はＲＯＭなどの変換テーブルを介して回転位置に変
換できればよいのであるから、疑似正弦波だからという
理由のみで、高精度なロータリエンコーダではないとは
言えない。しかし、もし、生産された各ロータリエンコ
ーダのセンサ出力波形が、個々のロータリエンコーダで
ばらつく場合には、それらのロータリエンコーダに対し
共通の内容を持つＲＯＭを適用すると、上記センサ出力
波形のばらつきが、個々のロータリエンコーダの出力信
号にそのまま現れ、高精度なロータリエンコーダの歩留
まりが悪化してしまう。

【００１６】生産されたロータリエンコーダのセンサ出
力波形が、個々のロータリエンコーダでばらつく理由
は、以下の通りである。これらの理由は、センサ出力信
号である疑似正弦波の一周期の波形がばらつく理由であ
る。 （ａ）ＬＥＤの光量分布が製品毎にばらつく。 （ｂ）ＬＥＤの取り付けの位置及び傾き調整（誤差）が
組み付け時にばらつく。 （ｃ）回転スリットと、受光素子の距離が製品毎にばら
つく。 （ｄ）受光素子の位置あわせ（誤差）が組み付け時にば
らつく。

【００１７】このような理由により、センサ出力波形が
ロータリエンコーダ個々でばらついてしまう。その結
果、近似正弦波のＲＯＭテーブルを共通ＲＯＭにする
と、ばらつきによる誤差が生じてしまう。

【００１８】（３）上述したように、センサ出力信号は
個々のロータリエンコーダにおいてばらついてしまう。
また、センサ出力信号は、ロータリエンコーダの軸が一
回転する間にも変動する。このような一回転におけるセ
ンサ出力信号も、上述した疑似正弦波の一周期における
センサ波形がばらつくのと同様に、個々のロータリエン
コーダでばらついてしまう。

【００１９】軸の一回転におけるセンサ出力波形が個々
のロータリエンコーダでばらつく理由は、以下の通りで
ある。 （ａ）回転スリットの面ふれによる受光素子−スリット
間のギャップ変動。なお、この場合の面ふれの原因は、
主軸端面の加工精度、組み付け・接着時の傾きである。 （ｂ）回転スリットの偏心。なお、この場合の偏心の原
因は、回転スリット組み付け、接着時のずれである。

【００２０】以上のような原因によって、エンコーダ精
度が悪化する。すなわち、これらの要因が、ロータリエ
ンコーダの出力信号に対し、悪影響を与える。例えば、
ギャップ変動によって、このエンコーダの出力信号には
一回転を周期とした誤差が現れる。この誤差は回転量に
対して一般にリニアではないので、数式でその誤差を表
すことは一般に困難である。また、偏心によって、この
エンコーダの出力信号には一回転を周期として正弦波状
に値が変化する誤差が発生してしまう。

【００２１】このように、ロータリエンコーダの出力す
る正弦波状信号には多くの原因による複雑な誤差が生じ
るだけでなく、その誤差の値自体も、各個別のロータリ
エンコーダにおいてばらつきが生じる。従って、理想的
には個々のロータリエンコーダ毎に異なる値を記憶した
ＲＯＭを個別に用意することが望ましく、これによっ
て、理論的にはばらつきを抑制することが可能となる。

【００２２】誤差を打ち消すデータを求めるための古典
的な手法は、高精度のマスターエンコーダを用意してお
き、その回転角度値と、製造の対象となる製造エンコー
ダの回転角度値とを比較することである。ロータリエン
コーダにおけるこのようないわゆる「校正」は、マスタ
ーエンコーダの軸と、製造エンコーダの軸とを連結し、
軸を回転させながら、両者の出力値を比較することによ
って達成される。

【００２３】特に、上述したようなＲＯＭテーブルを備
えたロータリエンコーダにおいては、この校正は、マス
ターエンコーダの出力値をそのまま上記ＲＯＭテーブル
に書き込むことである。これによって、同一の回転角度
に対し、マスターエンコーダと同じように回転角度値を
出力する製造エンコーダが得られる。

【００２４】しかし、ロータリエンコーダが高精度にな
ればなるほど上記ＲＯＭテーブルの容量は増大してしま
う。従って、このＲＯＭテーブルに書き込むべき全ての
データをマスターエンコーダから読み出すには長時間必
要となってしまう。更に問題なのは、マスターエンコー
ダと連結した製造エンコーダを高精度で所定の角度ステ
ップ毎に回転させなければならないことである。すなわ
ち、全てのＲＯＭテーブルの欄を埋めるために、正確に
所定の回転角度位置に回転させる必要がある。そのた
め、軸の回転を制御するための特別な装置が必要とな
る。

【００２５】従って、従来は、特別注文品等を除いて全
てのロータリエンコーダについて同一の（内容が記憶さ
れた）ＲＯＭテーブルが適用されている。

【００２６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、Ａ相、Ｂ相の２相信号を
電気的に内挿分割するロータリエンコーダに用いられ、
周期波信号を回転角度を表す量に変換する変換テーブル
を効率的に作成する方法を得ることである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するために、本発明は、軸の回転に伴って周期波信号を
発生する信号発生手段と、前記周期波信号を軸の回転角
度を表す回転角度信号に変換するために、前記周期波信
号に対応する回転角度信号を記憶した変換テーブルと、
を備えたロータリエンコーダの前記変換テーブルの記憶
内容を作成する方法において、前記ロータリエンコーダ
の軸を校正用エンコーダの軸と連結し、前記ロータリエ
ンコーダと前記校正用エンコーダとを同期して回転させ
る連結回転工程と、前記校正用エンコーダの出力信号の
値を監視し、この出力信号の値が変化するのと同期して
前記周期波信号をサンプリングし、そのサンプリング値
に対し、前記校正用エンコーダの出力信号の値を、前記
回転角度信号として前記変換テーブル内に記憶する書き
込むサンプリング値書き込み工程と、前記サンプリング
値以外の前記周期波信号の所定の値に対し、下記の回転
角度信号書き込み工程を繰り返す繰り返し工程と、前記
所定の値に隣接するいずれかの前記サンプリング値を選
択し、この選択されたサンプリング値に対し記憶されて
いる前記回転角度信号を、前記所定の値に対する回転角
度信号として、前記変換テーブル内に書き込む回転角度
信号書き込み工程と、を含むことを特徴とするロータリ
エンコーダ用変換テーブル作成方法である。

【００２８】

【作用】本発明におけるサンプリング書き込み工程にお
いて書き込まれた周期波信号のサンプリング値は、いわ
ば、この製造エンコーダの最終的な出力信号においてそ
の出力される回転角度信号が切り替わるべきタイミング
を表す。

【００２９】そして、サンプリング値以外の各周期波信
号に対する角度信号は、その周期波信号に隣接するサン
プリング値における回転角度信号と等しいことは明らか
である。なぜならば、最終的に出力されるべき、回転角
度信号はサンプリング値においてのみ変化するので合る
から、その他の周期波信号の値の場合は、隣接するサン
プリング値における回転角度値のいずれか一方と必ず等
しいからである。

【００３０】従って、全ての周期波信号の値に対して、
変換すべき回転角度信号をマスターエンコーダからサン
プリングしなくとも、全ての周期波信号の値に対して変
換すべき回転角度信号を求めることができ、変換テーブ
ルが完成する。

【００３１】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施
例を説明する。

【００３２】図１には、本実施例の変換テーブル作成方
法を実現するための装置の全体構成図が示されている。
図１に示されているように、製造の対象となる製造エン
コーダ１０は、その軸が、高精度のマスターエンコーダ
１２の軸に連結されている。これによって、製造エンコ
ーダ１０とマスターエンコーダ１２とは同期して回転
し、マスターエンコーダ１２の出力信号を参照すること
により、製造エンコーダ１０に適用できる変換テーブル
を構築することが可能である。なお、製造エンコーダ１
０及びマスターエンコーダ１２は、モータ１３によって
回転駆動される。

【００３３】製造エンコーダ１０と、マスターエンコー
ダ１２の出力信号は、両方ともデータ収集部１４に供給
されている。このデータ収集部１４は、通信制御部１６
と、カウンタ１８と、タイミング制御部２０と、メモリ
２２とを含んでいる。

【００３４】マスターエンコーダ１２からは高分解能の
パルス信号が出力されている。このマスターエンコーダ
１２は、一回転あたり８１９２（＝２¹³）個のパルスを
発生する。このマスターエンコーダ１２のパルス信号
は、カウンタ１８によってカウントされ、軸の回転角度
値を表す１３ビットの信号が得られる。

【００３５】製造エンコーダ１０からは、Ａ相とＢ相と
の２相の正弦波状信号が出力されている。このＡ相とＢ
相との正弦波状信号は、疑似正弦波信号であり、この製
造エンコーダは、この正弦波状信号を回転角度信号に変
換する変換テーブルをＲＯＭ内に備えている。本実施例
においては、この変換テーブルによって変換される前の
Ａ相とＢ相との正弦波信号をマスターエンコーダ１２の
出力信号と比較することにより、変換テーブルの内容、
すなわちＲＯＭ内に書き込むべき内容を高速に求める方
法について説明する。

【００３６】Ａ相とＢ相との２相の正弦波状信号は、製
造エンコーダ内のＡ／Ｄ変換器であって、Ａ／Ｄ接続さ
れ、データ収集部１４の通信制御部１６へシリアル送信
される。この送信されたデータはＡ相Ｂ相とも、８ビッ
トのディジタルデータである。

【００３７】メモリ２２は、製造エンコーダ１０から読
み出された上記Ａ相とＢ相との信号を記憶するメモリで
あり、書き込むタイミングはタイミング制御部２０によ
って決定され、書き込むべきアドレスはカウンタ１８の
出力信号が使用される。

【００３８】タイミング制御部２０は、カウンタ１８の
出力値が変化するタイミングを検出し、メモリ２２にデ
ータを書き込むタイミングを表す信号をメモリ２２に供
給する。これによって、マスターエンコーダ１２の出力
信号が変化したタイミングにおける製造エンコーダ１０
の出力信号をメモリ２２に書き込むことが可能となる。

【００３９】本実施例において特徴的なことは、このよ
うな構成により、製造エンコーダ１０の最終的な出力信
号が変化すべきタイミングにおける製造エンコーダ１０
のいわば「生の」（変換前の）正弦波状信号の値を得た
ことである。そして、そのデータが書き込まれるアドレ
スは、上述したように、マスターエンコーダの出力信号
（をカウントした値）、すなわち、その（変換前の）正
弦波状信号が変換されるべき回転角度信号の値である。
従って、メモリ２２においては、最終的な変換テーブル
が書き込まれるＲＯＭテーブルとはそのアドレスとデー
タが逆になっている。すなわち、メモリ２２に書き込ま
れたデータ（正弦波状信号）をアドレスとして、そのデ
ータのアドレスを新たにデータとして、所定のＲＯＭに
書き込むことにより、所望の変換テーブルが書き込まれ
たＲＯＭテーブルが得られる。

【００４０】本実施例においては上記サンプリングされ
た正弦波状信号の値をしきい値と呼ぶ。そして、このよ
うにして求めたしきい値に挟まれた他の正弦波状信号に
おいては、隣接するしきい値に対する変換後の回転角度
信号が出力されるように、ＲＯＭテーブルにその値が書
き込まれるのである。

【００４１】本実施例において特徴的なことは、このよ
うに変換値が変化するタイミングにおけるデータのみを
サンプリングし、そのいわばしきい値の間の他のデータ
は、各しきい値におけるデータをそのまま使用したこと
である。

【００４２】この原理の説明図が図２に示されている。
図２には、Ａ相Ｂ相の信号波形の１周期のリサージュ波
形が示されている。図２において、横軸は、Ａ相信号の
Ａ／Ｄ変換値であり、縦軸はＢ相信号のＡ／Ｄ変換値で
ある。そして、図２において実線で示されているのが、
製造エンコーダ１０のリサージュ波形である。

【００４３】マスターエンコーダ１２の出力信号が「０
０」から「０１」に変化した場合、その変化した瞬間の
製造エンコーダ１０の出力をＤＡａ（Ａ相信号のＡ／Ｄ
変換値）、ＤＢｂ（Ｂ相信号のＡ／Ｄ変換値）とする
と、図中のａ点の逆正接関数は、以下の式で表される。 θａ＝｛ｔａｎ^-1（（θＢａ−80h ）／（θＡａ−80h ））｝−９０度 ・・・（ａ） ここで、「−９０度」とあるのは、製造エンコーダ１０
のシステムに起因するオフセット位相である。同じよう
に、マスターエンコーダ１２の出力信号が「０１」から
「０２」に変化した瞬間の製造エンコーダの出力信号
を、ＤＡｂ、ＤＢｂ、θｂ＝｛ｔａｎ^-1（（θＢｂ−80
h ）／（θＡａ−80h ））｝−９０度とする。

【００４４】ここで、ａ点からｂ点へ、製造エンコーダ
１０が回転するまでの間のマスターエンコーダ１２の出
力信号は、当然「０１ｈ」が出力される。よって、点Ｎ
の製造エンコーダ１０の出力信号をＤＡＮ、ＤＢＮ、θ
Ｎ＝｛ｔａｎ^-1（（θＢＮ−80h ）／（θＡＮ−80h
））｝−９０度とした場合に、 θａ≦θＮ＜θｂ ・・・（ｂ） が成り立てば、点Ｎのマスターエンコーダ１２の出力信
号は、「０１ｈ」であるといえる。

【００４５】次に、製造エンコーダ１０のＡ相及びＢ相
の出力信号の振幅が変動した場合、例えば、振幅が１／
２になった場合（図２中、破線ロで示す）について説明
する。製造エンコーダ１０のＡ相及びＢ相の信号波形の
上述した各種変動要因は、変わらずに、ＬＥＤの出力信
号のみが１／２になった場合、Ａ相とＢ相との信号のリ
サージュ図形は振幅が大きい場合と相似形になるはずで
ある（図２中、実線イと、破線ロとを比較されたい）。
その理由は、Ａ相とＢ相との信号を出力する光センサ
は、両方とも、単一のＬＥＤによって照射されているか
らである。従って、マスターエンコーダ１２の出力信号
が「００」から「０１」に変化するポイント点ａ´、
「０１」から「０２」に変化するポイント点ｂ´の逆正
接関数θａ´、θｂ´は、θａ＝θａ´、θｂ＝θｂ´
という関係を有する。

【００４６】従って、点Ｎ´のθＮ´が θａ´≦θＮ＜θｂ ・・・（ｃ） という条件を満足すれば、 θａ≦θＮ´＜θｂ ・・・（ｄ） が成り立つことを意味する。従って、点Ｏ、点ａ、点ｂ
の扇形の部分の領域は、マスターエンコーダ１２が「０
１ｈ」を出力すると言える。また、同様のことが、振幅
が大きくなる場合にも言えるので、点ａ´´、点ｂ´
´、点Ｏで囲まれる三角形の領域が「０１ｈ」が出力さ
れる領域となる。その結果、製造エンコーダ１０の出力
信号に合致させるのであるから、ＲＯＭの内容も点ａ´
´、点ｂ´´、点Ｏで囲まれるアドレスの領域のデータ
に「０１」を格納しておくことにより、高精度の内挿分
割が可能となる。

【００４７】従って、本実施例によれば、Ａ相Ｂ相の正
弦波状信号の全ての値に対するマスターエンコーダの出
力値を全て取り出すような校正方法と比較して変換テー
ブルの構築が、容易に、かつ短時間で可能である。

【００４８】なお、本実施例では、正弦波状信号を所定
の時間ステップで区切り、その各時間タイミングにおけ
る変換値はいわば内挿によって求めている。従って、本
実施例では変換値、すなわち回転角度信号を、内挿分割
データと呼ぶ。

【００４９】求められた変換テーブルの値（内挿分割デ
ータ）は、Ａ相Ｂ相の正弦波状信号の値とともに、パー
ソナルコンピュータ２４を介して、ＲＯＭライタ２６に
送出される。ＲＯＭライタ２６は、このデータを用い
て、Ａ相Ｂ相の正弦波状信号の値をアドレスとして、上
記変換テーブルの値（内挿分割データ）を、ＲＯＭに書
き込む。このＲＯＭをその製造エンコーダに備え付けれ
ばきわめて精度の高いロータリエンコーダが得られる。

【００５０】以下、このような装置を用いて、本発明に
係る方法が実現される様子を説明する。

【００５１】１．原点合わせ まず、いわゆる原点合わせを行う。すなわち、製造エン
コーダ１０と、マスターエンコーダ１２との出力信号の
原点を一致させるのである。これを行うには、マスター
エンコーダ１２の出力信号が「０」に変化したタイミン
グで、製造エンコーダ１０も「０」に変化するように調
節するのである。

【００５２】本実施例における製造エンコーダ１０のセ
ンサ出力は、アブソリュート出力６ビットと、Ａ相及び
Ｂ相の２相の出力信号を有するロータリエンコーダであ
る。アブソリュート出力信号を、上位とし、Ａ相及びＢ
相の２相出力信号を内挿分割した８ビットのディジタル
信号を組み合わせ、最終的に１３ビットのアアブソリュ
ート信号を得ている。従って、上述した原点合わせで
は、製造エンコーダ１０の上位６ビットが全て「１」で
あり、上記Ａ相とＢ相との正弦波状信号をＡ／Ｄ変換し
た後の値が、Ａ相が１２８（８０ｈ）、Ｂ相が１２８
（７０ｈ）以上である場合に、上記カウンタ１８をリセ
ットすることによって行われる。このように調節するこ
とにより、マスターエンコーダ１２の出力信号が「０」
に変化したタイミングで、製造エンコーダ１０の出力信
号も「０」に変化する。

【００５３】２．内挿分割データの作成 （１）マスターエンコーダ１２の出力データは、カウン
タ１８によってカウントされ、１３ビットのディジタル
データとなる。本実施例ではこの１３ビットのディジタ
ルデータがメモリ２２にアドレス信号として供給されて
いる。また、通信制御部１６は製造エンコーダ１０から
のＡ／Ｄ変換された正弦波状信号を受信し、Ａ相とＢ相
とのそれぞれ８ビット（計１６ビット）のデータを出力
している。この１６ビットのデータはメモリ２２にデー
タとして供給されている。

【００５４】一方、タイミング制御部２０は、カウンタ
１８の出力値（１３ビット）を監視しており、その値が
変化することを検出した場合には、メモリ２２に書き込
みパルスを印可する。

【００５５】このように、製造エンコーダ１０とマスタ
ーエンコーダ１２とを連結し、それらを同期して回転さ
せるだけで、データ収集部１４の内部のメモリ２２に
は、マスタエンコーダの出力信号が変化したタイミング
における製造エンコーダの出力信号（のＡ／Ｄ変換値）
が自動的にサンプリングされ、記憶される。

【００５６】本実施例において特徴的なことは変化した
タイミングにおいてのみデータをサンプリングしたこと
である。このような構成により、製造エンコーダ１０の
正弦波信号の全ての採りうる値に対してデータをサンプ
リングするのに比較して、メモリ２２に記憶すべきデー
タの個数を少なくすることが可能である。

【００５７】更に、製造エンコーダ１０の回転にはモー
タ１３が使用されるが、この回転速度の正確さや、回転
速度の安定性などは、本実施例においては全く要求され
ない。その理由はタイミング制御部２０が、カウンタ１
８の出力信号を監視し、変化があった場合には自動的に
書き込みパルスがメモリ２２に印可されるので、回転の
速度などは理論的にはサンプリングされるデータとは関
係がないからである。

【００５８】本実施例においてはモータ１３により回転
を行ったが、上述した理由により人の「手」による回転
であってもかまわない。

【００５９】このようにして、カウンタ１８の出力信号
の上位１３ビットをアドレスとして、製造エンコーダの
Ａ相Ａ／Ｄ変換データ８ビット、Ｂ相Ａ／Ｄ変換データ
８ビットのデータが１回転分メモリ２２に記憶される。

【００６０】これによって、一回転分のいわば「生」
（変換前）の出力データが記憶されるのである。

【００６１】なお、本実施例における製造エンコーダ１
０は一回転の間に３２波形の正弦波状の信号（Ａ相及び
Ｂ相）を出力する。これは、本実施例における製造エン
コーダ１０のアブソリュート型の部分が５ビットの出力
信号を有しており、一回転の間に「０」〜「３１」の値
を採りうるからである。すなわち、製造エンコーダ１０
のＡ相Ｂ相の出力信号の部分は、上位のアブソリュート
型の部分に対して下位ビットの信号を生成するために、
一回転あたり３２波形の正弦波状信号を出力するのであ
る。この正弦波状信号（Ａ相及びＢ相）は最終的にはＲ
ＯＭに記憶された変換テーブルによって８ビットのディ
ジタル信号に変換され、更に上位５ビットと合成され
る。このようにして、製造エンコーダ１０は、実際の使
用に当たっては１３ビットのディジタル信号を最終的に
出力する。

【００６２】さて、上述したようにして得られた一回転
分のいわば「生」の出力データには、マスタエンコーダ
の出力データ１３ビット分、２¹³＝８１９２個のデータ
が記憶されている。つまり、２５６点（一波形分）のデ
ータが、３２波形分記憶されているのである（２５６×
３２＝８１９２）。

【００６３】このようにしてサンプリングされた出力デ
ータの表の例が図３に示されている。図３においては、
マスタエンコーダ１２の出力信号が「Ｎ−１」から
「Ｎ」に変化するタイミングにおける製造エンコーダ１
０のＡ相及びＢ相の正弦波状信号のＡ／Ｄ変換値が、そ
れぞれＡ_N-1,N ，Ｂ_N-1,N と表されている。例えば、マ
スタエンコーダ１２の出力信号が「０」から「１」に変
化するタイミングにおける製造エンコーダ１０のＡ相及
びＢ相の正弦波状信号のＡ／Ｄ変換値が、それぞれＡ
_0,1 ，Ｂ_0,1 と表されている。

【００６４】このようにして、マスターエンコーダ１２
の出力信号が「８１９１」から「０」に変化するタイミ
ングまで、すなわち、一周分のデータがサンプリングさ
れ、メモリ２２に記憶される。

【００６５】（２）上記（１）で記憶した全ての（８１
９２組の）データに対して、そのＡ相Ｂ相のデータに対
する角度θの計算を行う。この計算は、図１に示された
パーソナルコンピュータ２４で行われる。すなわち、以
下の計算は、パーソナルコンピュータ２４内のプログラ
ムと、マイクロプロセッサによって、実行される。角度
θ_N+1 の計算は以下の式によって行われる。 θ_N ＝［ｔａｎ^-1（（Ｂ_N-1,N −128 ）／（Ａ_N-1,N −128 ））］−９０度 ・・・（ａ） ここで、０≦θ≦３６０度であり、Ａ_N-1,N ，は、Ａ相
Ａ／Ｄ変換データ（０≦Ａ_N-1,N ≦２５５）であり、Ｂ
_N-1,N は、Ｂ相Ａ／Ｄ変換データ（０≦Ｂ_{N-1, N} ≦２５
５）である。

【００６６】上記（ａ）式による計算はメモリ２２に格
納されている全てのデータについて行われ、得られた８
１９２個のθ_N （０≦ｎ≦８１９２）は、パーソナルコ
ンピュータ２４内のメモリ、ディスク装置等に記憶され
る。

【００６７】（３）上記（２）において計算されたデー
タを用いて、内挿分割しきい値データを計算する。

【００６８】まず、上記（２）で得られたθの３２波形
分の平均をとる。上述したように、上記（１）でサンプ
リングされたＡ相及びＢ相の正弦波状信号は３２波形分
記憶されている。そこで、各波形において同位相と認め
られる位置における上記θの平均値を求めるのである。
上述したように、一波形当たり２５６個のサンプリング
点が得られており、各サンプリング点に対して３２波形
の平均値が求められる。

【００６９】この平均値は、以下の処理を繰り返すこと
により達成される。

【００７０】（３−Ａ）変数Ｍを「０」に設定する。 （３−Ｂ）アドレスの下位８ビットが「Ｍ」であるサン
プリングデータ（３２波形分存在する）から求められる
θの平均値を取る。 （３−Ｃ）Ｍに「１」を加算する。 （３−Ｄ）Ｍが、「２５５」以下ならば、上記ステップ
（３−Ｂ）に戻り、平均値の算出を続ける。 以上のような計算によって、平均値が２５６個算出され
る。これらの平均値をθ₀ 〜θ₂₅₅ と記す。

【００７１】本実施例において特徴的なことは、マスタ
ーエンコーダ１２の出力値が変化するタイミングでのみ
製造エンコーダ１０の出力信号をサンプリングしたこと
である。この値は、完成後の製造エンコーダ１０が出力
する回転角度信号値の値が切り替わるべきタイミングに
おける、前記製造エンコーダ１０の内挿分割前の正弦波
状信号である。本実施例においては、この切り替わるべ
きタイミングにおける製造エンコーダ１０の内挿分割
（変換）前の正弦波状信号を、しきい値または境界値と
呼ぶ。

【００７２】さて、上述したようにして算出された（平
均の）θ₀ 〜θ₂₅₅ は、角度を２５６個の区間に区分け
する。本実施例ではこれらの（平均の）θ₀ 〜θ₂₅₅ を
内挿分割しきい値と呼ぶ。そして、本実施例において
は、内挿分割しきい値θ₀ 〜θ₁ で区切られた角度範囲
をΘ₀ と呼び、内挿分割しきい値θ₁ 〜θ₂ で区切られ
た角度範囲をΘ₁ と呼ぶ。

【００７３】上述したように、内挿分割しきい値θ0 に
おいては、マスターエンコーダ１２の出力信号が「８１
９１」から「０」に変化し、内挿分割しきい値θ₁ にお
いては、マスターエンコーダ１２の出力信号が「０」か
ら「１」に変化している。従って、角度範囲Θ₀ におい
ては、マスターエンコーダ１２は、「０」を出力し続け
ており、角度範囲Θ₁ においては、マスターエンコーダ
１２は、「１」を出力し続けていることが理解されよ
う。つまり、角度範囲Θ_n においては、マスタエンコー
ダ１２は、「ｎ」を出力し続けているのである。

【００７４】このように、本実施例においては、出力信
号が切り替わるべきタイミングを表す内挿分割しきい
値、すなわち同一の出力信号を出力すべき範囲である角
度範囲Θの境界値を、まず算出したのである。

【００７５】そして、同一の角度範囲Θにおいては、同
一の出力信号が出力されなければならない。そのため、
上記Ａ相及びＢ相の正弦波状信号からそのまま、上記
（ａ）式の逆正接関数により算出される角度が、所定の
角度範囲Θ_n に属する場合には、その内挿分割データ
（変換値）として、「ｎ」を変換テーブルに記憶させる
のである。

【００７６】このように、本実施例においてはまずしき
い値を算出したので、変換テーブルに含まれる全ての内
挿分割データ（変換値）を測定する必要がない。従っ
て、極めて迅速に変換テーブル（の内容の）構築が可能
である。つぎの（４）において、具体的な変換テーブル
の構築について説明する。

【００７７】（４）ＲＯＭテーブルの各欄に格納する内
挿分割データを作成する。

【００７８】ＲＯＭテーブルは、アドレス線が１６ビッ
トであり、データ線が８ビットのＲＯＭ上に構築され
る。すなわち、このＲＯＭのアドレス線には、上記Ａ相
及びＢ相の８ビットの信号Ａ_N-1,N ，Ｂ_N-1,N が並列に
加えられるのである。すなわち、Ａ_N-1,N ，Ｂ_N-1,N が
採りうる値の全てに対しテーブルの（内挿分割データが
記憶されている）欄が設けられている。

【００７９】本実施例に係るＲＯＭテーブルの記憶領域
の模式図が図４に示されている。この図は、Ａ相のディ
ジタルデータを横軸に、Ｂ相のディジタルデータを縦軸
に表したものであり、テーブルに記憶されている値が四
角形の内部に示されている。図４中、原点を中心として
描かれているが複数の扇形は、上述した角度範囲Θをそ
れぞれ表す。そして、それぞれの角度範囲Θにおいて示
された数値はその角度範囲Θに割り当てられた代表値を
表す。但し、図４においてはこの代表値は１６進数で示
されている。例えば、図４中、「３Ｅｈ」と示された扇
形は、Θ₆₂を表す。

【００８０】このように、Ａ相の入力信号と，Ｂ相の入
力信号との、図４上におけるいわば交点がΘ₆₂に属して
いれば、その内挿分割データ（変換値）として、「３Ｅ
ｈ（＝６２）」がその欄に記憶されている。

【００８１】ＲＯＭテーブルの各欄に記憶すべき内挿分
割データは、以下のように算出される。

【００８２】まず、各欄に対応するＡ相Ｂ相の正弦波状
信号が正確な正弦波信号や余弦波信号である場合に算出
される回転角度信号を求める。これは、上記（ａ）式を
計算することに他ならない。全ての欄に対し上記（ａ）
式を計算する。

【００８３】そして、この求められた値を、上記（３）
で求められた内挿分割しきい値と比較することによっ
て、どの角度範囲に属するか否かが検査される。例え
ば、この検査によって、求められた値θが内挿分割しき
い値θ_n とθ_n+1 との間に存在していることが判明する
と、θは角度範囲Θ_n に属すると判断されて、その結果
上述したようにその（θを算出した）入力信号に対する
内挿分割データ（変換値）として角度範囲Θ_n の代表値
「ｎ」がその欄に格納される。

【００８４】以上のようにして全ての欄に対する内挿分
割データが求められ、格納される。これらの演算は、全
てパーソナルコンピュータ２４上で行われ、求められた
全ての内挿分割データは、パーソナルコンピュータ２４
内部のメモリや、またはディスク装置などに一旦格納さ
れる。

【００８５】３．周回補正データの作成 上記２．において個別の製造エンコーダ１０が有する誤
差を補正するように内挿分割データを容易に算出するこ
とができ、それぞれ専用の変換テーブルの内容が迅速に
構築可能である。従って、ここで求められた内挿分割デ
ータをＲＯＭに書き込めば、誤差が好適に補正された性
能の良いロータリエンコーダが得られる。 しかし、上
記２．においては、一回転分のデータに含まれる３２波
形を平均して内挿分割データを得た。従って、製造エン
コーダ１０が３２波形においてそれぞれ異なる値の誤差
を有している場合、すなわち一回転に亘って変動する誤
差を有している場合には、その誤差は完全には補正しき
れていない。

【００８６】そこで、本実施例においては、更に誤差を
少なくするために、一回転に亘って変動している誤差を
も補正すべく、以下の処理を行って、周回補正データを
得ている。

【００８７】（１）上記２．で作成した内挿分割データ
を用いて、製造エンコーダ１０の出力信号を変換した値
をパーソナルコンピュータ２４上で仮想的に算出する。
製造エンコーダ１０の出力信号としては、上記２．でサ
ンプリングしたＡ相Ｂ相の正弦波状信号をＡ／Ｄ変換し
た値Ａ_N-1,N ，Ｂ_N-1,N が用いられる。

【００８８】このようにして得られた仮想的な出力値か
ら、マスターエンコーダ１２の出力値を減算する。上述
したように、マスターエンコーダの出力値はＡ_N-1,N ，
Ｂ_{N- 1,N} をメモリ２２に記憶する際のアドレスとして用
いられたので、マスターエンコーダ１２の出力値は、Ａ
_N-1,N ，Ｂ_N-1,N のアドレスをそのまま用いればよい。

【００８９】この減算値が、いうまでもなく誤差データ
であり、誤差データの補数が周回補正データとなる。こ
の補数（符号を反転した値）を、上記２．で求めた内挿
分割データに加えることによって、周回補正をも考慮し
た内挿分割データが得られる。

【００９０】ここで留意すべきことは、上記２．で求め
た内挿分割データは１／３２回転分しかないということ
である。すなわち、上記２．で求めたのは軸の一回転に
おける３２波形の正弦波状信号の平均値である一波形分
に対するものである。上記２．においては、この平均値
に対する変換テーブルを３２波形全てに対して適用した
のである。

【００９１】一方、この３．で求めた周回補正データは
軸の一回転に及ぶものであるため、変換テーブルの入力
アドレスのビット数が異なってしまう。従って、ここで
求めた周回補正データを加算し、一回転における誤差を
も補償した内挿分割データを記憶するには、より大きな
容量のＲＯＭが必要となる。具体的には、１／３２波形
分から、一回転分の変換テーブルが必要となるのである
から、３２倍の容量のＲＯＭが必要である。すなわち、
アドレス線が１６本から、５本増加し２１本必要であ
る。この増えた５本のアドレス線に対しては、本実施例
の製造エンコーダ１０のアブソリュート型の部分から出
力される５ビットのアブソリュート信号が供給される。

【００９２】この５ビットのアブソリュート信号によっ
て、３２波形のうちのどの波形であるかが指定される。
換言すれば、上記２．において一回転の３２波形を一つ
の変換テーブルで共用していたのに対し、３２波形それ
ぞれについて専用の変換テーブルを用意したとも言えよ
う。

【００９３】このようにして決定された最終的な変換テ
ーブルの内容（内挿分割データ）は、パーソナルコンピ
ュータ２４からＲＯＭライタ２６に転送され、ＲＯＭラ
イタ２６において所定のＲＯＭに書き込まれる。

【００９４】こうして作成されたＲＯＭを製造エンコー
ダ１０に備え付けることにより、各製造エンコーダ１０
毎にばらつきが補正されたロータリエンコーダが得られ
る。そして、製造エンコーダ１０に一回転周期で変化
し、エンコーダ毎にばらつく誤差も上述したように周回
補正データを加味することによって補正することがで
き、精度の高い、出力データのばらつきの少ないロータ
リエンコーダが得られるという効果を有する。

【００９５】（２）ところで、この誤差データは軸の一
回転によって例えば、図５に示されたグラフのように変
化する。このグラフにおいて横軸は回転角度であり、そ
の単位は、製造エンコーダ１０のアブソリュート型の部
分からの出力信号で表されている。すなわち、アブソリ
ュート型の部分は上述したように５ビットの出力信号を
有しており、軸の一回転によって「０」から「３１」ま
での値を採るのである。縦軸は、上述した誤差データで
ある。図５のグラフに示されているように、この誤差デ
ータには一般にオフセットが含まれている。上記２．に
おける原点合わせが正確に行われていれば、このような
オフセットは生じないのであるが、現実には原点合わせ
が正確に行われるとは限らないので、一定のオフセット
が生じる。上記（１）においては、このようなオフセッ
トも含めて補正データを作成した。しかし、オフセット
の値があまり大きな値であると、変換テーブル内の有効
桁数が大きくなり、その結果、変換テーブルを格納する
ＲＯＭが大きな容量となってしまう。そこで、ＲＯＭ内
の変換テーブル内の内挿分割データの絶対値を小さくす
るために、このオフセットを取り除いた値を周回補正デ
ータとして採用することも好適である。図５のグラフに
示されている誤差データからオフセットが取り除かれた
補正データのグラフが図６に示されている。図６に示さ
れているグラフにおいても、横軸は軸の回転角度を表
し、縦軸は（オフセットを取り除かれた）誤差データを
表す。このように、オフセットを取り除くことによっ
て、誤差データの最小値は「０」になる。オフセットを
取り除いた後の誤差データの補数（符号を反転させた値
＝補正データ）を上記２．で求めた内挿分割データに加
えることによって、最終的な変換テーブルの内容（内挿
分割データ）が決定される。

【００９６】このようにすれば、内挿分割データの桁数
を増加させることなく、精度の高いロータリエンコーダ
が得られる。

【００９７】（３）上記（１）や（２）においては、上
記２．で求めた内挿分割データに、この３．で求めた周
回誤差データの補数を加えることにより、より正確な内
挿分割データを得た。しかし、その結果、３２倍の変換
テーブルの容量が必要となってしまった。

【００９８】ところで、上述したように、軸の一回転に
おいては３２波形の正弦波状信号が出力されるが、この
中の一波形の間程度であるならば、上記誤差データはほ
ぼ同一の値を採ることが期待される。従って、上記誤差
データとして、一波形に対し唯一個の誤差データのみを
準備し、一波形の間はその一個の誤差データのみを用い
ることも好適である。

【００９９】このような一波形に対して一個の誤差デー
タを用いる場合の誤差データの作成法を以下に示す。 （ａ）アブソリュート出力が「０」のときの周回誤差デ
ータを計算する。アドレス値が１２８〜３８３（十進
数）の場合の誤差の平均値を求めることにより、誤差デ
ータが算出される。 （ｂ）アブソリュート出力が「１」のときの周回誤差デ
ータを計算する。アドレス値が３８４〜６３９（十進
数）の場合の誤差の平均値を求めることにより、誤差デ
ータが算出される。 ： （ｃ）アブソリュート出力が「ｎ」のときの周回誤差デ
ータを計算する。アドレス値が１２８＋２５６＊ｎ〜３
８３＋２５６＊ｎ（十進数）の範囲における誤差の平均
値を求めることにより、誤差データが算出される。 （ｄ）アブソリュート出力が「３１」のときの周回誤差
データを計算する。アドレス値が８０６４〜８１９１
と、０〜１２７までの範囲における誤差の平均値を求め
ることにより、誤差データが算出される。

【０１００】このように、一波形の間における誤差デー
タの平均値の補数を補正データとした場合、補正データ
としては、一波形当たり一個、つまり一回転３２個の補
正データで済み、記憶容量の大幅な低減が期待される。

【０１０１】３２個の補正データのみで構成した場合の
構成図が図７に示されている。図７に示されているよう
に、上記２．における内挿分割データを記憶したＲＯＭ
３０と、３２個の補正データ（誤差データの補数）のみ
を記憶したＲＯＭ３２と、８ビットの加算器３４とが必
要となる。これらの構成を含み、製造エンコーダ１０か
らのＡ相及びＢ相の正弦波信号波は、８ビットのディジ
タル信号にＡ／Ｄ変換される。この２相の８ビットの信
号が一波形分の内挿分割データのみを記憶するＲＯＭ３
０にアドレス信号として供給され、５ビットのアブソリ
ュート信号は、３２個の周回補正データを記憶するＲＯ
Ｍ３２にアドレス信号として供給される。

【０１０２】そして、ＲＯＭ３０からは、上記２．にお
いて計算された（３２波形の平均値である）内挿分割デ
ータが出力される。ＲＯＭ３２からは、３２個の周回補
正データの内いずれか一個が出力される。この周回補正
データは、加算器３４において内挿分割データと加算さ
れ、周回補正が施された最終出力信号が加算器３４から
出力される。

【０１０３】このように構成すれば、一回転分の変換テ
ーブルを構築するのに比較して、より少ない記憶容量の
ＲＯＭで構成できるので、装置の小型化、低コスト化が
可能となる。

【０１０４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、校
正用エンコーダの出力信号が変化するタイミングでロー
タリエンコーダの出力する周期波信号をサンプリングし
たので、ロータリエンコーダの周期波信号の全ての値に
対してデータをサンプリングする必要がなく、容易に、
かつ迅速に変換テーブルの作成が可能である。

【０１０５】従って、個々のロータリエンコーダの誤差
を補償するような変換テーブルの構築が容易になるた
め、個々のロータリエンコーダにあった変換テーブルを
個々のロータリエンコーダに備えさせることが安価に可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る変換テーブル構成方法を実行する
補償データ検出・作成装置のブロック構成図である。

【図２】本発明に係る変換テーブル構成方法の原理を表
す説明図である。

【図３】図１に示された装置によって、サンプリングさ
れた製造エンコーダ１０のＡ相及びＢ相の正弦波状信号
をサンプリングした値等を示す表の説明図である。

【図４】内挿分割テーブルが構築されるＲＯＭの記憶領
域を模式的に表した模式図である。

【図５】周回誤差データの回転量に対する変化を表すグ
ラフを表すグラフ図である。

【図６】図５に示されている周回誤差データからオフセ
ットが取り除かれた後の周回誤差データを示すグラフ図
である。

【図７】周回誤差データを３２波形毎に平均し、その平
均値の補数を周回補正データとした場合の、製造エンコ
ーダを補償する装置の構成を表す構成図である。

【図８】ロータリエンコーダのＡ相Ｂ相出力信号が理想
的な正弦波信号の場合のＡ相Ｂ相センサ出力と、そのＡ
／Ｄ変換値と、エンコーダ出力との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 製造エンコーダ １２ マスターエンコーダ １３ モータ １４ データ収集部 １６ 通信制御部 １８ カウンタ ２０ タイミング制御部 ２２ メモリ ２４ パーソナルコンピュータ ２６ ＲＯＭライタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸の回転に伴って周期波信号を発生する
   信号発生手段と、 前記周期波信号を軸の回転角度を表す回転角度信号に変
   換するために、前記周期波信号に対応する回転角度信号
   を記憶した変換テーブルと、 を備えたロータリエンコーダの前記変換テーブルの記憶
   内容を作成する方法において、 前記ロータリエンコーダの軸を校正用エンコーダの軸と
   連結し、前記ロータリエンコーダと前記校正用エンコー
   ダとを同期して回転させる連結回転工程と、 前記校正用エンコーダの出力信号の値を監視し、この出
   力信号の値が変化するのと同期して前記周期波信号をサ
   ンプリングし、そのサンプリング値に対し、前記校正用
   エンコーダの出力信号の値を、前記回転角度信号として
   前記変換テーブル内に書き込むサンプリング値書き込み
   工程と、 前記サンプリング値以外の前記周期波信号の所定の値に
   対し、下記の回転角度信号書き込み工程を繰り返す繰り
   返し工程と、 前記所定の値に隣接するいずれかの前記サンプリング値
   を選択し、この選択されたサンプリング値に対し記憶さ
   れている前記回転角度信号を、前記所定の値に対する回
   転角度信号として、前記変換テーブル内に書き込む回転
   角度信号書き込み工程と、 を含むことを特徴とするロータリエンコーダ用変換テー
   ブル作成方法。