JPH07174586A - 増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置測定方法及びその装置 - Google Patents
増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置測定方法及びその装置Info
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- JPH07174586A JPH07174586A JP6218628A JP21862894A JPH07174586A JP H07174586 A JPH07174586 A JP H07174586A JP 6218628 A JP6218628 A JP 6218628A JP 21862894 A JP21862894 A JP 21862894A JP H07174586 A JPH07174586 A JP H07174586A
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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-
- G—PHYSICS
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- G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
- G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
- G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 増分位置検出器による位置検出精度をより高
精度なものにする。 【構成】 増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置
値を測定する方法であって、目盛盤に向かって固定され
た2つの走査要素があり、前記走査要素は、位置検出の
ために逆タンジェント関数に基づき解析される2つのサ
インおよびコサインに似た測定信号を発信するように、
セグメントの長さないしは周囲を基準とする間隔を互い
に維持して配置されており、位置検出器における干渉や
不正確さに対して解析値を補正するため、測定プロセス
を識別する1つのパラメータベクトルないしはベクトル
成分が使用され、そのパラメータベクトルは、測定動作
が進行中、予め決められている最適化基準に従って常時
更新される。
精度なものにする。 【構成】 増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置
値を測定する方法であって、目盛盤に向かって固定され
た2つの走査要素があり、前記走査要素は、位置検出の
ために逆タンジェント関数に基づき解析される2つのサ
インおよびコサインに似た測定信号を発信するように、
セグメントの長さないしは周囲を基準とする間隔を互い
に維持して配置されており、位置検出器における干渉や
不正確さに対して解析値を補正するため、測定プロセス
を識別する1つのパラメータベクトルないしはベクトル
成分が使用され、そのパラメータベクトルは、測定動作
が進行中、予め決められている最適化基準に従って常時
更新される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、目盛盤の上において、
特に等間隔の目盛によって周期性をもって形成され、お
よび/または仕切られている増分位置検出器のピッチセ
グメント群の1つの内部において、および/またはその
ピッチセグメント群の1つを基準として、増分位置検出
器の可動周期目盛盤の絶対位置を測定するための方法と
これに使用する装置に関するものであり、印刷機械の駆
動装置等の制御に主として使用されるものである。
特に等間隔の目盛によって周期性をもって形成され、お
よび/または仕切られている増分位置検出器のピッチセ
グメント群の1つの内部において、および/またはその
ピッチセグメント群の1つを基準として、増分位置検出
器の可動周期目盛盤の絶対位置を測定するための方法と
これに使用する装置に関するものであり、印刷機械の駆
動装置等の制御に主として使用されるものである。
【0002】その測定は、目盛盤に向かって位置固定的
に設けられ、そして、目盛に対して応答する2つの走査
要素によっておこなわれるものであり、それらの走査要
素は、ピッチセグメント長さのほぼ4分の1に相当する
間隔を互いに有し、その結果、それら走査要素は近似的
にサインおよびコサインに似た2つの位相がずれた測定
信号を生み出す。そのあと、測定信号は、位置検出のた
めに逆タンジェント関数により解析される。
に設けられ、そして、目盛に対して応答する2つの走査
要素によっておこなわれるものであり、それらの走査要
素は、ピッチセグメント長さのほぼ4分の1に相当する
間隔を互いに有し、その結果、それら走査要素は近似的
にサインおよびコサインに似た2つの位相がずれた測定
信号を生み出す。そのあと、測定信号は、位置検出のた
めに逆タンジェント関数により解析される。
【0003】
【従来の技術】冒頭に述べた様態の公知の周期的絶対的
位置検出器においては、回転可能な目盛盤や長手方向に
移動可能な目盛盤の上に形成された目盛ピッチ(目盛と
目盛との間隔)が走査される。このピッチは、それ自体
周知の通り、磁性や非磁性の光学的に透視可能若しくは
透視不可能のセグメントにより、又は、それぞれ交互に
相前後して連らなる歯および歯隙間(歯車又はラックの
上における)により実現されうる。セグメントに対応す
る走査要素の出力におけるその個数(増分)から、おお
まかな角度位置値又は長さ位置値に相当する一連の電流
パルス又は電圧パルスが得られる。
位置検出器においては、回転可能な目盛盤や長手方向に
移動可能な目盛盤の上に形成された目盛ピッチ(目盛と
目盛との間隔)が走査される。このピッチは、それ自体
周知の通り、磁性や非磁性の光学的に透視可能若しくは
透視不可能のセグメントにより、又は、それぞれ交互に
相前後して連らなる歯および歯隙間(歯車又はラックの
上における)により実現されうる。セグメントに対応す
る走査要素の出力におけるその個数(増分)から、おお
まかな角度位置値又は長さ位置値に相当する一連の電流
パルス又は電圧パルスが得られる。
【0004】また、解像度向上のため、測定信号のサイ
ン関数およびコサイン関数が無差別に分けられたのち
に、絶対位置をピッチセグメント(増分)の内部におい
て逆タンジェント関数を用いて算出することが知られて
いる(ロルフディター・クルーク "電気サーボ駆動装置
の試験のためのメカニカルな負荷システムのリアルタイ
ムシミュレーション”、エアランゲン・ニュルンベルク
大学工学部学位論文、1992年、特に99〜131を
参照)。そして、マイクロコンピュータにおいて、カウ
ントされた目盛の個数ないしはピッチセグメントの個数
と、全体位置に対する絶対位置との組み合わせ関係の解
析が、公知の数学的処理により可能となる。
ン関数およびコサイン関数が無差別に分けられたのち
に、絶対位置をピッチセグメント(増分)の内部におい
て逆タンジェント関数を用いて算出することが知られて
いる(ロルフディター・クルーク "電気サーボ駆動装置
の試験のためのメカニカルな負荷システムのリアルタイ
ムシミュレーション”、エアランゲン・ニュルンベルク
大学工学部学位論文、1992年、特に99〜131を
参照)。そして、マイクロコンピュータにおいて、カウ
ントされた目盛の個数ないしはピッチセグメントの個数
と、全体位置に対する絶対位置との組み合わせ関係の解
析が、公知の数学的処理により可能となる。
【0005】周期的絶対位置測定原理による公知の位置
検出器のサインおよびコサインの測定信号の劣悪な信号
品質は、ゼロ点を介しての変動(電気的なオフセットに
起因)、振幅比率の変動、そして相互の角度関係の変動
(走査要素の固定位置の誤差等に起因)に起因するので
あるが、いずれにしても測定信号の解析における誤差を
発生させる。
検出器のサインおよびコサインの測定信号の劣悪な信号
品質は、ゼロ点を介しての変動(電気的なオフセットに
起因)、振幅比率の変動、そして相互の角度関係の変動
(走査要素の固定位置の誤差等に起因)に起因するので
あるが、いずれにしても測定信号の解析における誤差を
発生させる。
【0006】例えば、前記測定信号の誤差は、目盛盤の
長手方向又は周辺に対応するセグメントないしは周期の
不規則な、すなわち製造上の許容公差によって制約され
る不規則なピッチ、光学的ディスク(目盛盤)の目盛ノ
ッチの幅の僅かの差異、あるいは、目盛盤の芯だし不良
または支持不良等に起因する。また、従来型の位置検出
器を備える機械が暖機運転されると、目盛盤の軸芯のず
れが生まれ、これが信号解析ないしは位置検出のエラー
を惹き起こす。
長手方向又は周辺に対応するセグメントないしは周期の
不規則な、すなわち製造上の許容公差によって制約され
る不規則なピッチ、光学的ディスク(目盛盤)の目盛ノ
ッチの幅の僅かの差異、あるいは、目盛盤の芯だし不良
または支持不良等に起因する。また、従来型の位置検出
器を備える機械が暖機運転されると、目盛盤の軸芯のず
れが生まれ、これが信号解析ないしは位置検出のエラー
を惹き起こす。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従前のこの
種位置検出器に於ける上述の如き問題、即ち目盛盤の製
造上の誤差や芯だし不良、支持不良等に起因する位置検
出誤差が不可避であるため、高解像度の位置検出器によ
る精度の高い位置制御が不可欠な印刷機械分野では、大
幅な印刷品質の低下を招くと云う問題を解決せんとする
ものである。即ち、本発明の課題は、冒頭に述べた測定
システムにおいて、物理的ないしは構造的には同じピッ
チ構成を保ちながら、とりわけ2つの目盛の間の、ない
しは1つのピッチセグメントの内部における絶対位置の
より精度の高い解像度を得ることにある。
種位置検出器に於ける上述の如き問題、即ち目盛盤の製
造上の誤差や芯だし不良、支持不良等に起因する位置検
出誤差が不可避であるため、高解像度の位置検出器によ
る精度の高い位置制御が不可欠な印刷機械分野では、大
幅な印刷品質の低下を招くと云う問題を解決せんとする
ものである。即ち、本発明の課題は、冒頭に述べた測定
システムにおいて、物理的ないしは構造的には同じピッ
チ構成を保ちながら、とりわけ2つの目盛の間の、ない
しは1つのピッチセグメントの内部における絶対位置の
より精度の高い解像度を得ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願方法発明は目盛盤1
の上の目盛2によって周期性をもって形成され、および
/または、仕切られている増分位置検出器のピッチセグ
メント群の1つの内部において、および/または、その
ピッチセグメント群の1つの基準として、増分位置検出
器またはシンクロ/リゾルバーの可動周期目盛盤1の絶
対位置値(α)を測定するための方法であって、目盛盤
1に向かって位置が固定されて設けられ、そして、目盛
2に応答する2つの走査要素4があり、それらの走査要
素4は、絶対位置(α)の検出ために、逆タンジェント
関数に基づき解析される2つのサインおよびコサインに
似た測定信号(x、y)を発信するように、セグメント
3の長さないしは周囲を基準とする間隔を互いに維持し
て配置されているような構造の位置検出器において、当
該位置検出器における干渉や不正確さに対して解析値を
補正するために、測定プロセスを識別する1つのパラメ
ータベクトルないしアダブティブ測定信号(X0、Y
0、Xc、Yc、Xd、Yd)の数値ないしはベクトル
成分が使用され、そのパラメータベクトルは、測定動作
が進行中予め決められた最適化基準に従って常時新しく
決められることを特徴とするものである。
の上の目盛2によって周期性をもって形成され、および
/または、仕切られている増分位置検出器のピッチセグ
メント群の1つの内部において、および/または、その
ピッチセグメント群の1つの基準として、増分位置検出
器またはシンクロ/リゾルバーの可動周期目盛盤1の絶
対位置値(α)を測定するための方法であって、目盛盤
1に向かって位置が固定されて設けられ、そして、目盛
2に応答する2つの走査要素4があり、それらの走査要
素4は、絶対位置(α)の検出ために、逆タンジェント
関数に基づき解析される2つのサインおよびコサインに
似た測定信号(x、y)を発信するように、セグメント
3の長さないしは周囲を基準とする間隔を互いに維持し
て配置されているような構造の位置検出器において、当
該位置検出器における干渉や不正確さに対して解析値を
補正するために、測定プロセスを識別する1つのパラメ
ータベクトルないしアダブティブ測定信号(X0、Y
0、Xc、Yc、Xd、Yd)の数値ないしはベクトル
成分が使用され、そのパラメータベクトルは、測定動作
が進行中予め決められた最適化基準に従って常時新しく
決められることを特徴とするものである。
【0009】また、本願装置発明は、目盛2によって周
期性をもって形成され、および/または、仕切られてい
る増分位置検出器のピッチセグメント群の1つの内部に
おいて、および/または、そのピッチセグメント群の1
つを基準として、増分位置検出器またはシンクロ/リゾ
ルバーの可動周期目盛盤1の絶対位置を測定するための
装置であって、この装置は、目盛盤1に向かって位置が
固定されて設けられ、そして、目盛に応答する二つのサ
インおよびコサインに似た測定信号(x、y)を発信す
るように、セグメント3の長さないしは周囲を基準とす
る間隔を互いに維持して配置されている二つの走査要素
4を有し、そして、測定信号(x、y)を受信する解析
ユニット14を有する演算装置13を有し、その演算装
置13において測定信号(x、y)が絶対位置値(α)
の検出のための逆タンジェント関数をベースに演算され
る形態の、とりわけ上記の請求項1乃至請求項8の何れ
かの方法を実施するための増分位置検出器の可動周期目
盛盤の絶対位置測定装置において、上記の演算装置13
は、フィルタユニットおよび/またはアダプションユニ
ットを備えており、それらのユニットは、入力側で解析
ユニット14に平行して測定信号(x、y)と連絡し、
アダプションユニットにおいて実行されているアダプシ
ョン制御によって、測定信号(x、y)に対応して発生
せしめられるパラメータベクトルないしアダプティブ測
定信号(X0、Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)の伝送
のための解析ユニット14に連結され、そしてまた、そ
の解析ユニット14において、アダプティブ測定信号は
補正演算制御により測定信号と連結されることを特徴と
するものである。
期性をもって形成され、および/または、仕切られてい
る増分位置検出器のピッチセグメント群の1つの内部に
おいて、および/または、そのピッチセグメント群の1
つを基準として、増分位置検出器またはシンクロ/リゾ
ルバーの可動周期目盛盤1の絶対位置を測定するための
装置であって、この装置は、目盛盤1に向かって位置が
固定されて設けられ、そして、目盛に応答する二つのサ
インおよびコサインに似た測定信号(x、y)を発信す
るように、セグメント3の長さないしは周囲を基準とす
る間隔を互いに維持して配置されている二つの走査要素
4を有し、そして、測定信号(x、y)を受信する解析
ユニット14を有する演算装置13を有し、その演算装
置13において測定信号(x、y)が絶対位置値(α)
の検出のための逆タンジェント関数をベースに演算され
る形態の、とりわけ上記の請求項1乃至請求項8の何れ
かの方法を実施するための増分位置検出器の可動周期目
盛盤の絶対位置測定装置において、上記の演算装置13
は、フィルタユニットおよび/またはアダプションユニ
ットを備えており、それらのユニットは、入力側で解析
ユニット14に平行して測定信号(x、y)と連絡し、
アダプションユニットにおいて実行されているアダプシ
ョン制御によって、測定信号(x、y)に対応して発生
せしめられるパラメータベクトルないしアダプティブ測
定信号(X0、Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)の伝送
のための解析ユニット14に連結され、そしてまた、そ
の解析ユニット14において、アダプティブ測定信号は
補正演算制御により測定信号と連結されることを特徴と
するものである。
【0010】
【発明の要約】この課題の解決のため、本発明では以下
の提案がなされる。すなわち、冒頭に述べた特徴を有す
るシステムにおいて、位置検出器における上記の干渉や
不正確に対して、解析値の補正がおこなわれる。その補
正には、位置検出器の測定プロセスを識別するために生
み出されるパラメータベクトルないしはアダプティブ測
定信号の数値が使われる。そのパラメータベクトルは測
定動作中は常に予め決められた最適化基準によってチェ
ックされ、更新される。
の提案がなされる。すなわち、冒頭に述べた特徴を有す
るシステムにおいて、位置検出器における上記の干渉や
不正確に対して、解析値の補正がおこなわれる。その補
正には、位置検出器の測定プロセスを識別するために生
み出されるパラメータベクトルないしはアダプティブ測
定信号の数値が使われる。そのパラメータベクトルは測
定動作中は常に予め決められた最適化基準によってチェ
ックされ、更新される。
【0011】解決策として、逆タンジェント関数をベー
スとする測定信号を受信する解析ユニットを備えた演算
装置を有する測定装置が提案される。この演算装置は、
フィルタユニットおよび/またはアダプションユニット
を備えており、それらのユニットは、入力側で解析ユニ
ットに平行して測定信号と連絡され、出力側で、アダプ
ションユニットにおいて実行/インプレメンテーション
されているアダプション制御によって、測定信号に対応
して発生せしめられるアダプティブ測定信号の伝送のた
めに解析ユニットに連結され、そしてまた、その解析ユ
ニットにおいて、アダプティブ測定信号は補正演算制御
により測定信号と連結される。
スとする測定信号を受信する解析ユニットを備えた演算
装置を有する測定装置が提案される。この演算装置は、
フィルタユニットおよび/またはアダプションユニット
を備えており、それらのユニットは、入力側で解析ユニ
ットに平行して測定信号と連絡され、出力側で、アダプ
ションユニットにおいて実行/インプレメンテーション
されているアダプション制御によって、測定信号に対応
して発生せしめられるアダプティブ測定信号の伝送のた
めに解析ユニットに連結され、そしてまた、その解析ユ
ニットにおいて、アダプティブ測定信号は補正演算制御
により測定信号と連結される。
【0012】これを言い替えるならば、冒頭に述べた測
定誤差の補正は、アダプション法則によりパラメータベ
クトルないしはアダプティブ測定信号ベクトルが発生せ
しめられ、そのベクトルは測定動作の進行中は連続的に
調整されるのである。しかるのち、このベクトルはサイ
ンおよびコサイン状の測定信号の解析の補正に用いられ
る。この補正は、とりわけ測定信号解析時のピッチ誤差
を修正するために、ピッチを基準として(例えば、1つ
の歯を基準に)および/またはピッチ構成(例えば、歯
車)を基準としておこなわれる。
定誤差の補正は、アダプション法則によりパラメータベ
クトルないしはアダプティブ測定信号ベクトルが発生せ
しめられ、そのベクトルは測定動作の進行中は連続的に
調整されるのである。しかるのち、このベクトルはサイ
ンおよびコサイン状の測定信号の解析の補正に用いられ
る。この補正は、とりわけ測定信号解析時のピッチ誤差
を修正するために、ピッチを基準として(例えば、1つ
の歯を基準に)および/またはピッチ構成(例えば、歯
車)を基準としておこなわれる。
【0013】サインおよびコサイン状の測定信号による
位置検出器に対する本発明によるアダプティブ補正のた
めの特殊な機構によれば、最適化基準はアダプション制
御方法を含んでいる。このアダプション制御方法は、特
に最小誤差2乗法および/またはグラジェント法、場合
によっては感度解析法を加味して構成される。これによ
り、パラメータベクトルは進行中の測定動作に対してオ
ンラインで調整されることができ、あるいは、最新の測
定プロセスに適合せしめられ、とりわけ個々のピッチセ
グメントに適合せしめられうる。尚、グラジェント法、
系統的なサーチ手法又は偶然性サーチ手法のような最適
化法又は最適化アルゴリズム、ならびにパラメータ感度
解析による実際のシステムの動態挙動の判定は、それ自
体としては公知である(“アダプティブ・制御システ
ム”、Heinz Unbehauen、シュツッツガ
ルト大学での論文および講義録、1971/1975、
とくに、15〜26頁)。
位置検出器に対する本発明によるアダプティブ補正のた
めの特殊な機構によれば、最適化基準はアダプション制
御方法を含んでいる。このアダプション制御方法は、特
に最小誤差2乗法および/またはグラジェント法、場合
によっては感度解析法を加味して構成される。これによ
り、パラメータベクトルは進行中の測定動作に対してオ
ンラインで調整されることができ、あるいは、最新の測
定プロセスに適合せしめられ、とりわけ個々のピッチセ
グメントに適合せしめられうる。尚、グラジェント法、
系統的なサーチ手法又は偶然性サーチ手法のような最適
化法又は最適化アルゴリズム、ならびにパラメータ感度
解析による実際のシステムの動態挙動の判定は、それ自
体としては公知である(“アダプティブ・制御システ
ム”、Heinz Unbehauen、シュツッツガ
ルト大学での論文および講義録、1971/1975、
とくに、15〜26頁)。
【0014】効果的であるのは、進行中の測定動作に平
行に、測定プロセスのパラメータ化されたアルゴリズム
モデルが設定され、修正された位置値および/またはア
ダプティブ測定信号ベクトルによって常時更新される点
である。そのモデルの出力値は、最適化のために走査要
素を通じて把握できる測定信号と対比されうる。調査対
象のシステムになるべく類似した構造を有するアダプテ
ィブモデル、特に平行の比較モデルによる識別法はそれ
自体公知である(上記のUnbehauen、とりわけ
28頁参照)。これは、最小誤差2乗法にも当てはまる
(上記のUnbehauen参照)。
行に、測定プロセスのパラメータ化されたアルゴリズム
モデルが設定され、修正された位置値および/またはア
ダプティブ測定信号ベクトルによって常時更新される点
である。そのモデルの出力値は、最適化のために走査要
素を通じて把握できる測定信号と対比されうる。調査対
象のシステムになるべく類似した構造を有するアダプテ
ィブモデル、特に平行の比較モデルによる識別法はそれ
自体公知である(上記のUnbehauen、とりわけ
28頁参照)。これは、最小誤差2乗法にも当てはまる
(上記のUnbehauen参照)。
【0015】本発明に使用される、平行の、そしてパラ
メータ化された比較モデルの特殊な形態においては、
(1)式の如き実変数αの複素関数が使われる。複素数
としては(2)式の型となる。ただし、(2)式に於い
てjは(3)式の通りである。このようにして、下記の
モデル方程式である(4)式が立てられる。(Bron
stein−Semendjajev“数学ハンドブッ
グ、ハリードイチュ出版1973、431〜433参
照)。パラメータ形態で表わせば(5)式及び(6)式
となる。下記(7)式〜(12)式により(前述のBr
onstein、425〜426参照)、若干の変換を
経て(13)式〜(17)式の方程式を得る。
メータ化された比較モデルの特殊な形態においては、
(1)式の如き実変数αの複素関数が使われる。複素数
としては(2)式の型となる。ただし、(2)式に於い
てjは(3)式の通りである。このようにして、下記の
モデル方程式である(4)式が立てられる。(Bron
stein−Semendjajev“数学ハンドブッ
グ、ハリードイチュ出版1973、431〜433参
照)。パラメータ形態で表わせば(5)式及び(6)式
となる。下記(7)式〜(12)式により(前述のBr
onstein、425〜426参照)、若干の変換を
経て(13)式〜(17)式の方程式を得る。
【0016】
【数1】
【0017】この方法により、測定プロセスないしは実
際の測定信号又は少なくともそれらの基本波が、楕円も
しくは特殊なケースでは円の数学的定義を用いて識別さ
れることができ、場合によっては、モデル化されること
ができる。また、しかるべく最適化されたパラメータベ
クトルの設定もできる。すなわち、この比較モデルは、
本発明の特質を特によく発揮する構成によれば、一般的
な楕円に基づいているが、その楕円は、デカルト座標系
の座標系軸を基準として任意の位置を占めており、モデ
ル比較ないしは対応のパラメータ組によって描かれる。
各目盛ないしは各ピッチセグメントに対応するパラメー
タ組のアダプションは、本発明の測定装置の演算装置に
おいて、バックグラウンドプロセスとして適切により緩
慢な速度で動作せしめられうる。上書きないしは初期化
をおこなうには、演算装置に目盛個数ないしは長さ単位
又は角度単位当たりのピッチを入力しなければならな
い。
際の測定信号又は少なくともそれらの基本波が、楕円も
しくは特殊なケースでは円の数学的定義を用いて識別さ
れることができ、場合によっては、モデル化されること
ができる。また、しかるべく最適化されたパラメータベ
クトルの設定もできる。すなわち、この比較モデルは、
本発明の特質を特によく発揮する構成によれば、一般的
な楕円に基づいているが、その楕円は、デカルト座標系
の座標系軸を基準として任意の位置を占めており、モデ
ル比較ないしは対応のパラメータ組によって描かれる。
各目盛ないしは各ピッチセグメントに対応するパラメー
タ組のアダプションは、本発明の測定装置の演算装置に
おいて、バックグラウンドプロセスとして適切により緩
慢な速度で動作せしめられうる。上書きないしは初期化
をおこなうには、演算装置に目盛個数ないしは長さ単位
又は角度単位当たりのピッチを入力しなければならな
い。
【0018】本発明は、増分位置検出器による使用に限
定されない。公知のシンクロ/リゾルバーに使用して
も、同じ効果を出せる。従って、本発明の増分位置検出
器にはシンクロ/リゾルバーも含まれているものとす
る。尚、リゾルバーはステータとロータにそれぞれ2つ
の90°ほど位相のずれた巻線を走査要素として有し、
その結果、やはり2つのサインおよびコサイン状の出力
信号が生まれ、その信号は、目盛盤としてのロータの角
度位置により左右される。冒頭に述べた測定信号解析装
置(前述のR.D.クルーク参照)への実際の応用で
は、さらにリゾルバーの搬送周波数を除去しなければな
らない。本発明の更に詳しい内容、特徴および長所は、
サブクレーム、本発明のひとつの特に優れた実施例なら
びに図面により明らかとなる。
定されない。公知のシンクロ/リゾルバーに使用して
も、同じ効果を出せる。従って、本発明の増分位置検出
器にはシンクロ/リゾルバーも含まれているものとす
る。尚、リゾルバーはステータとロータにそれぞれ2つ
の90°ほど位相のずれた巻線を走査要素として有し、
その結果、やはり2つのサインおよびコサイン状の出力
信号が生まれ、その信号は、目盛盤としてのロータの角
度位置により左右される。冒頭に述べた測定信号解析装
置(前述のR.D.クルーク参照)への実際の応用で
は、さらにリゾルバーの搬送周波数を除去しなければな
らない。本発明の更に詳しい内容、特徴および長所は、
サブクレーム、本発明のひとつの特に優れた実施例なら
びに図面により明らかとなる。
【0019】
【実施例】図1では、(図示されていない)軸に強固に
とりつけられている目盛盤(ディスク)1が回転せしめ
られる。この目盛盤1はその周囲に均等に分布されるノ
ッチを有し、それらのノッチは目盛2を形成しつつ、そ
れぞれ1つのピッチセグメント3を仕切っている。この
目盛2は、目盛盤1の回転にともない、例えば、光学的
機能をおこなう走査要素(走査ヘッド)4の前を通過し
てゆく。走査ヘッド4の2つの間の距離は、ディスクな
いしは目盛盤1の目盛2の間隔のほぼ4分の1となり、
走査要素4の出力にはサイン及びコサイン状の測定信号
が生まれ、これらの測定信号は互いに目盛盤1のピッチ
の精度および/または走査要素4の相互の間隔に応じ
て、サイン/コサイン状の位相関係を有する。インパル
ス形成手段5は、これらの信号がデジタルで再処理さ
れ、特に目盛カウンタ6においてカウントされることが
できるように、これらの信号を方形パルスに変換する。
とりつけられている目盛盤(ディスク)1が回転せしめ
られる。この目盛盤1はその周囲に均等に分布されるノ
ッチを有し、それらのノッチは目盛2を形成しつつ、そ
れぞれ1つのピッチセグメント3を仕切っている。この
目盛2は、目盛盤1の回転にともない、例えば、光学的
機能をおこなう走査要素(走査ヘッド)4の前を通過し
てゆく。走査ヘッド4の2つの間の距離は、ディスクな
いしは目盛盤1の目盛2の間隔のほぼ4分の1となり、
走査要素4の出力にはサイン及びコサイン状の測定信号
が生まれ、これらの測定信号は互いに目盛盤1のピッチ
の精度および/または走査要素4の相互の間隔に応じ
て、サイン/コサイン状の位相関係を有する。インパル
ス形成手段5は、これらの信号がデジタルで再処理さ
れ、特に目盛カウンタ6においてカウントされることが
できるように、これらの信号を方形パルスに変換する。
【0020】アナログ/デジタル変換手段7は、サイン
およびコサイン状の両信号をそれぞれ1つのバイナリー
値の測定信号x、yに変換する。これらの変換されたバ
イナリー値の測定信号x、yは、上記の等式(2)によ
り、デカルト座標系に基づく複素数および/または楕円
座標として処理されることができる。これらの(デジタ
ル化された)測定信号x、yは、本発明に従って構成さ
れる測定解析装置8に導入される。この測定解析装置8
は、ピッチセグメント3の両方の目盛2を基準とする実
際の絶対位置値α′を、干渉や不正確さが適度に除去さ
れた絶対位置値αに修正する。しかるのち、この絶対位
置値αは、回転により変わる目盛に応じてそのカウンタ
のカウントを増やした目盛カウンタ6の結果値と組み合
わされて、全絶対位置値となる。このために、2つのレ
ジスタ10および11と一致性監視装置12を有する演
算ユニット9が設けられる。この一致性監視装置12
は、第一レジスタ10において絶対値αを示すバイナリ
ー値と、第二レジスタ11においてカウントされたピッ
チセグメント3ないしは目盛2を示すバイナリー値と
の、一致性のある又は位置が正しい相互組み入れを制御
する。
およびコサイン状の両信号をそれぞれ1つのバイナリー
値の測定信号x、yに変換する。これらの変換されたバ
イナリー値の測定信号x、yは、上記の等式(2)によ
り、デカルト座標系に基づく複素数および/または楕円
座標として処理されることができる。これらの(デジタ
ル化された)測定信号x、yは、本発明に従って構成さ
れる測定解析装置8に導入される。この測定解析装置8
は、ピッチセグメント3の両方の目盛2を基準とする実
際の絶対位置値α′を、干渉や不正確さが適度に除去さ
れた絶対位置値αに修正する。しかるのち、この絶対位
置値αは、回転により変わる目盛に応じてそのカウンタ
のカウントを増やした目盛カウンタ6の結果値と組み合
わされて、全絶対位置値となる。このために、2つのレ
ジスタ10および11と一致性監視装置12を有する演
算ユニット9が設けられる。この一致性監視装置12
は、第一レジスタ10において絶対値αを示すバイナリ
ー値と、第二レジスタ11においてカウントされたピッ
チセグメント3ないしは目盛2を示すバイナリー値と
の、一致性のある又は位置が正しい相互組み入れを制御
する。
【0021】測定解析装置8は、図2に示されるよう
に、バイナリー値の測定信号x、yに対する逆タンジェ
ントをベースとしてはたらく解析ユニット14を有する
演算装置13を備える。この解析ユニット14は、その
出力として補正された絶対位置信号(ないしは対応する
バイナリー値)αを発生させる。これらの測定信号x、
yは、前記測定解析装置8の演算装置13において、さ
らに2つの積算ないしは比較手段15x、15yにおい
て比較モデル16の出力値Xm、Ymとそれぞれ比較さ
れるか、あるいは出力値が減算される。その結果生まれ
る差異△x、△yは、増幅手段17において定数Kと掛
け合わされ、誤差信号Ex、Eyとして再処理される。
に、バイナリー値の測定信号x、yに対する逆タンジェ
ントをベースとしてはたらく解析ユニット14を有する
演算装置13を備える。この解析ユニット14は、その
出力として補正された絶対位置信号(ないしは対応する
バイナリー値)αを発生させる。これらの測定信号x、
yは、前記測定解析装置8の演算装置13において、さ
らに2つの積算ないしは比較手段15x、15yにおい
て比較モデル16の出力値Xm、Ymとそれぞれ比較さ
れるか、あるいは出力値が減算される。その結果生まれ
る差異△x、△yは、増幅手段17において定数Kと掛
け合わされ、誤差信号Ex、Eyとして再処理される。
【0022】さらに、演算装置13は、誤差信号Ex、
Eyが導入される最適化演算モジュール18を備える。
さらに、このモジュール18には、補正された絶対位置
信号αからそのサインおよびコサインを算出するサイン
コサイン関数トランスミッター19の出力が接続され
る。最適化演算モジュール18には、誤差信号(誤差ベ
クトル)Ex、Eyとのマトリックス乗算のかたちで感
度関数が補足されていて、この感度関数は、比較手段1
5x、15yとの組合せによるグラジェント法および最
小誤差2乗法(前述したUnbehauenを参照され
たい)によって、アダプション法則を実現する。
Eyが導入される最適化演算モジュール18を備える。
さらに、このモジュール18には、補正された絶対位置
信号αからそのサインおよびコサインを算出するサイン
コサイン関数トランスミッター19の出力が接続され
る。最適化演算モジュール18には、誤差信号(誤差ベ
クトル)Ex、Eyとのマトリックス乗算のかたちで感
度関数が補足されていて、この感度関数は、比較手段1
5x、15yとの組合せによるグラジェント法および最
小誤差2乗法(前述したUnbehauenを参照され
たい)によって、アダプション法則を実現する。
【0023】最適化演算モジュール18の出力には、ま
ず、微分パラメータベクトルdX0、dY0、dXc、
dXd、dYc、dYdが発生する。この微分パラメー
タベクトルはリミッタ手段20に導かれ、このリミッタ
手段20は微分入力信号の限定をおこなう。限定ののち
積分手段21において、微分パラメータベクトル信号d
Xo〜dYdの積分がおこなわれる。
ず、微分パラメータベクトルdX0、dY0、dXc、
dXd、dYc、dYdが発生する。この微分パラメー
タベクトルはリミッタ手段20に導かれ、このリミッタ
手段20は微分入力信号の限定をおこなう。限定ののち
積分手段21において、微分パラメータベクトル信号d
Xo〜dYdの積分がおこなわれる。
【0024】アナログ計算機の代りに、数値計算方式の
デジタル計算機を設けるならば、最適化演算モジュール
18の出力信号dX0〜dYdは、ほぼ同じ機能の積算
手段21において積算される微分信号となる。従って、
この積分手段ないしは積算手段21の出力には、補正さ
れたパラメータベクトルないしはパラメータ組X0、Y
0、Xc、Xd、Yc、Ydが生まれ、入力パラメータ
として解析ユニット14に、また比較モデル16にもそ
れぞれ導入される。さらになお、比較モデル16には、
補正された絶対位置値αのサインおよびコサインのしか
るべき関数値を発するサインコサイン関数トランスミッ
ター19の出力が直接導入される。
デジタル計算機を設けるならば、最適化演算モジュール
18の出力信号dX0〜dYdは、ほぼ同じ機能の積算
手段21において積算される微分信号となる。従って、
この積分手段ないしは積算手段21の出力には、補正さ
れたパラメータベクトルないしはパラメータ組X0、Y
0、Xc、Xd、Yc、Ydが生まれ、入力パラメータ
として解析ユニット14に、また比較モデル16にもそ
れぞれ導入される。さらになお、比較モデル16には、
補正された絶対位置値αのサインおよびコサインのしか
るべき関数値を発するサインコサイン関数トランスミッ
ター19の出力が直接導入される。
【0025】比較モデル16は、補正されたパラメータ
ベクトルないしはパラメータ組X0〜Ydならびに補正
された絶対位置値αのサインとコサインとを上記の等式
(16)(実数部)および(17)(イメージ部)に従
って処理する。しかるのち、実数部およびイメージ部X
m、Ymは、それぞれの比較手段15x、15yにマイナス
記号をもって導入される。比較モデル16の演算プロセ
スは、演算システムにおいては比較的緩慢なバックグラ
ウンドプロセスの一環として推移することができる。
ベクトルないしはパラメータ組X0〜Ydならびに補正
された絶対位置値αのサインとコサインとを上記の等式
(16)(実数部)および(17)(イメージ部)に従
って処理する。しかるのち、実数部およびイメージ部X
m、Ymは、それぞれの比較手段15x、15yにマイナス
記号をもって導入される。比較モデル16の演算プロセ
スは、演算システムにおいては比較的緩慢なバックグラ
ウンドプロセスの一環として推移することができる。
【0026】補正された絶対位置値αの速い“オンライ
ン”演算には、次式が用いられる: (18) x=xo +(Xc +Xd ) cos α - (yc -yd )sinα (19) y=yo +(Xc -Xd ) sin α + (yc -yd )cosα ここから、変換後に(20)、(21)が生まれる。 (20) (Xc +Xd ) cos α - (yc -yd )sinα = x - xo (21) (Yc +Yd ) cosα + (xc -xd )sinα=y-yo この、両方の未知のコサインαおよびサインαに対する
線形等式系は、公知の解法(前述のBronstein
127頁参照)により、 (22) cosα =D1/ D (23) sinα =D2/ D または、直ちに(24)となる。 (24) tanα =sinα/cosα =D2/D1 このとき、行列式は以下の通り: (25) D2= (Xc +Xd )(y-yo ) - (yc -yd )(x - xo ) (26) D1= (Xc -Xd )(x-xo ) + (yc -yd )(y - yo ) かくして、絶対位置値αは、求められた変数として次ぎ
の修正された式となって得られる。 (27) α = arctan{(Xc +Xd )(y-yo ) - (yc -yd )(x - xo )}/ { (Xc -Xd )(x-xo ) + (yc -yd )(y - yo )}
ン”演算には、次式が用いられる: (18) x=xo +(Xc +Xd ) cos α - (yc -yd )sinα (19) y=yo +(Xc -Xd ) sin α + (yc -yd )cosα ここから、変換後に(20)、(21)が生まれる。 (20) (Xc +Xd ) cos α - (yc -yd )sinα = x - xo (21) (Yc +Yd ) cosα + (xc -xd )sinα=y-yo この、両方の未知のコサインαおよびサインαに対する
線形等式系は、公知の解法(前述のBronstein
127頁参照)により、 (22) cosα =D1/ D (23) sinα =D2/ D または、直ちに(24)となる。 (24) tanα =sinα/cosα =D2/D1 このとき、行列式は以下の通り: (25) D2= (Xc +Xd )(y-yo ) - (yc -yd )(x - xo ) (26) D1= (Xc -Xd )(x-xo ) + (yc -yd )(y - yo ) かくして、絶対位置値αは、求められた変数として次ぎ
の修正された式となって得られる。 (27) α = arctan{(Xc +Xd )(y-yo ) - (yc -yd )(x - xo )}/ { (Xc -Xd )(x-xo ) + (yc -yd )(y - yo )}
【0027】本発明の測定解析装置の作動原理について
なお以下の通り説明する。測定信号X、Y(場合によっ
ては、アナログ計算機の代りにデジタル計算機が設けら
れてデジタル化されている)は、2つの目盛2の間のピ
ッチセグメント3の内部において、不正確ないしは干渉
された絶対位置信号α′として存在している絶対位置値
を確定する。その際、ピッチセグメント3は1つの周期
ないしはサイクルを形成する。目的は、2つの目盛2の
間に構造的に微細な刻み目を付けなくてもよいように、
高度の解像度を目的とした両目盛2間の微細再分割を形
成することにある。
なお以下の通り説明する。測定信号X、Y(場合によっ
ては、アナログ計算機の代りにデジタル計算機が設けら
れてデジタル化されている)は、2つの目盛2の間のピ
ッチセグメント3の内部において、不正確ないしは干渉
された絶対位置信号α′として存在している絶対位置値
を確定する。その際、ピッチセグメント3は1つの周期
ないしはサイクルを形成する。目的は、2つの目盛2の
間に構造的に微細な刻み目を付けなくてもよいように、
高度の解像度を目的とした両目盛2間の微細再分割を形
成することにある。
【0028】両方の走査要素4により供給される測定信
号X、Yにより、特に閉鎖された曲線が数学的に複合的
な形態で示される(前述のBronsteinの著作4
32頁と433頁を参照)。現実には、干渉と不正確さ
を伴う絶対位置値α′は、両目盛2の間に分布させ、図
4の不規則に歪んだ曲線Z(実線)で表現することもで
きるであろう。この不規則に歪んだ曲線Zには、特に以
下の乃至の干渉ないしは不正確が含まれている。
デカルト座標系の座標原点ないしはゼロ点からのズレ移
動。これは例えば電気的なオフセットに起因することが
ある。両走査要素4からの測定信号の振幅比の変動に
よる、理想的なケースにおいて存在している円の歪み。
走査要素4からの両測定信号X、Yの相互の角度およ
び位相に照らした場合の変動および干渉。これは、座標
系軸に対する楕円ないしはその軸のねじれを招く。これ
らの測定値の歪みは大抵の場合組み合わされて発生す
る。
号X、Yにより、特に閉鎖された曲線が数学的に複合的
な形態で示される(前述のBronsteinの著作4
32頁と433頁を参照)。現実には、干渉と不正確さ
を伴う絶対位置値α′は、両目盛2の間に分布させ、図
4の不規則に歪んだ曲線Z(実線)で表現することもで
きるであろう。この不規則に歪んだ曲線Zには、特に以
下の乃至の干渉ないしは不正確が含まれている。
デカルト座標系の座標原点ないしはゼロ点からのズレ移
動。これは例えば電気的なオフセットに起因することが
ある。両走査要素4からの測定信号の振幅比の変動に
よる、理想的なケースにおいて存在している円の歪み。
走査要素4からの両測定信号X、Yの相互の角度およ
び位相に照らした場合の変動および干渉。これは、座標
系軸に対する楕円ないしはその軸のねじれを招く。これ
らの測定値の歪みは大抵の場合組み合わされて発生す
る。
【0029】さて、戦略は、上記の干渉作用および不正
確さによって生じる前述のひずみは、デカルト座標系に
おいて任意の、場合によっては曲げられ、そして移動せ
しめられた楕円に簡約されるように、比較モデル16に
おける測定信号Zを解釈することに求められる。これ
は、比較モデル出力Zmがそのような楕円を描いている
図3に見ることができる。もし、測定が理想的におこな
われたとしたら、この楕円は、中心点が座標原点にある
曲率半径R=1の円(統一円)にまで簡約されるであろ
う。
確さによって生じる前述のひずみは、デカルト座標系に
おいて任意の、場合によっては曲げられ、そして移動せ
しめられた楕円に簡約されるように、比較モデル16に
おける測定信号Zを解釈することに求められる。これ
は、比較モデル出力Zmがそのような楕円を描いている
図3に見ることができる。もし、測定が理想的におこな
われたとしたら、この楕円は、中心点が座標原点にある
曲率半径R=1の円(統一円)にまで簡約されるであろ
う。
【0030】さて、本発明により、上記の等式(2)に
よる測定信号Zに最も近い、一般的には横型の複合的な
形状Zmで描かれた楕円が求められる。これは、図4に
おいて、モデル曲線Zmと実際に測定された測定信号の
曲線Zとの重合に見ることができる。図5により、実測
の曲線Zに最も近いモデル曲線Zmに対する基準とし
て、最小誤差2乗法(品質汎関数−前述のUnbeha
uenを参照)が用いられる。それによれば、(28)
の品質汎関数(図5参照)は可能な限り小さくなければ
ならない。 (28) E2 = E2x + E2y=Min
よる測定信号Zに最も近い、一般的には横型の複合的な
形状Zmで描かれた楕円が求められる。これは、図4に
おいて、モデル曲線Zmと実際に測定された測定信号の
曲線Zとの重合に見ることができる。図5により、実測
の曲線Zに最も近いモデル曲線Zmに対する基準とし
て、最小誤差2乗法(品質汎関数−前述のUnbeha
uenを参照)が用いられる。それによれば、(28)
の品質汎関数(図5参照)は可能な限り小さくなければ
ならない。 (28) E2 = E2x + E2y=Min
【0031】これは、不規則に歪んだ曲線Zに最も近く
存在するモデル曲線Zmに相当する。そのためには、比
較モデル16(図2参照)の最適適合ないしは常の調整
が必要である。これは、感度関数を用いて測定経過パラ
メータの変更に係わる局部的な導関数を形成する最適化
演算モジュール18を用いて達成される。しかるのち、
積分手段21ののちに発生する補正されたパラメータベ
クトルXo〜Ydは、まず一方において、比較モデル1
6の更新のために使われる。他方、図3の一般的に横型
の楕円Zmは、逆タンジェントの一環としておこなわれ
る解析ユニット14の補正計算規則により原円に変換さ
れる。楕円変換等式は基本的には公知である(Bron
stein、前述、182、183頁参照)。
存在するモデル曲線Zmに相当する。そのためには、比
較モデル16(図2参照)の最適適合ないしは常の調整
が必要である。これは、感度関数を用いて測定経過パラ
メータの変更に係わる局部的な導関数を形成する最適化
演算モジュール18を用いて達成される。しかるのち、
積分手段21ののちに発生する補正されたパラメータベ
クトルXo〜Ydは、まず一方において、比較モデル1
6の更新のために使われる。他方、図3の一般的に横型
の楕円Zmは、逆タンジェントの一環としておこなわれ
る解析ユニット14の補正計算規則により原円に変換さ
れる。楕円変換等式は基本的には公知である(Bron
stein、前述、182、183頁参照)。
【0032】前記パラメータベクトルXoおよびYo
は、実施例において平行移動ないしはゼロ点移動を表現
する。その他のパラメータベクトルXc〜Ydは、楕円
表示に用いられ、そして理想的なケースでは、あるいは
全くの初期には、Xcの外はゼロに等しく置かれる(図
2の、Xc=1が理想的な原円の曲率半径を表象してい
る初期条件を参照)。このように修正された絶対位置値
αは、次ぎには高精度の最新の測定信号x、yを形成
し、かかる測定信号x、yは、例えば印刷機械の直接駆
動装置の位置制御信号として用いることができる。すな
わち、言ってみれば目盛2の個数が増えることなしに、
ピッチが何倍にもなるということである。すなわち、複
素関数Z(α)の実変数として、絶対位置値αは楕円曲
線ないしは両目盛2の間のピッチセグメント3を分割す
る。
は、実施例において平行移動ないしはゼロ点移動を表現
する。その他のパラメータベクトルXc〜Ydは、楕円
表示に用いられ、そして理想的なケースでは、あるいは
全くの初期には、Xcの外はゼロに等しく置かれる(図
2の、Xc=1が理想的な原円の曲率半径を表象してい
る初期条件を参照)。このように修正された絶対位置値
αは、次ぎには高精度の最新の測定信号x、yを形成
し、かかる測定信号x、yは、例えば印刷機械の直接駆
動装置の位置制御信号として用いることができる。すな
わち、言ってみれば目盛2の個数が増えることなしに、
ピッチが何倍にもなるということである。すなわち、複
素関数Z(α)の実変数として、絶対位置値αは楕円曲
線ないしは両目盛2の間のピッチセグメント3を分割す
る。
【0033】より具体的に構成上の特徴を挙げれば、本
発明の絶対位置測定方法に於いては、前記最適化基準
は、とりわけ最小誤差2乗法(Σ2)および/またはグ
ラジェント法により、また場合によっては最適化演算モ
ジュール(18)を用いて動作するアダプション演算制
御を含み、このアダプション演算制御によって、パラメ
ータベクトル(X0、Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)
は常時調整されるか、ないしは最新の測定プロセスに適
合せしめられることを特徴とする。
発明の絶対位置測定方法に於いては、前記最適化基準
は、とりわけ最小誤差2乗法(Σ2)および/またはグ
ラジェント法により、また場合によっては最適化演算モ
ジュール(18)を用いて動作するアダプション演算制
御を含み、このアダプション演算制御によって、パラメ
ータベクトル(X0、Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)
は常時調整されるか、ないしは最新の測定プロセスに適
合せしめられることを特徴とする。
【0034】進行中の測定動作に平行して、例えば、絶
対位置値(α)の複素関数(Zm)の形で比較モデル
(16)が測定プロセスから計算され、そして、修正さ
れた位置値(α)および/またはパラメータベクトル
(X0、Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)を手がかりに
常時更新されること、そして、最適化のため、前記比較
モデル(16)の出力値(Xm、Ym)は走査要素
(4)からの測定信号(x、y)と比較されることを特
徴とする。
対位置値(α)の複素関数(Zm)の形で比較モデル
(16)が測定プロセスから計算され、そして、修正さ
れた位置値(α)および/またはパラメータベクトル
(X0、Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)を手がかりに
常時更新されること、そして、最適化のため、前記比較
モデル(16)の出力値(Xm、Ym)は走査要素
(4)からの測定信号(x、y)と比較されることを特
徴とする。
【0035】比較結果値(△x、△y)は、場合によっ
ては修正された位置値(群)(α)と共に、アダプショ
ン計算制御のための入力値(e)として使用されること
を特徴とする。
ては修正された位置値(群)(α)と共に、アダプショ
ン計算制御のための入力値(e)として使用されること
を特徴とする。
【0036】測定プロセスないしは測定信号(x、y)
または少なくとも測定信号(x、y)の基本波の識別を
おこなうために、また場合によってはモデル化のため
に、最適化されたパラメータベクトル(X0、Y0、X
c、Yc、Xd、Yd)や場合によっては数学的方程式
が使用され、前記パラメータベクトルや方程式は、楕円
(Zm)または円の数学的定義のために構成されること
を特徴とする。
または少なくとも測定信号(x、y)の基本波の識別を
おこなうために、また場合によってはモデル化のため
に、最適化されたパラメータベクトル(X0、Y0、X
c、Yc、Xd、Yd)や場合によっては数学的方程式
が使用され、前記パラメータベクトルや方程式は、楕円
(Zm)または円の数学的定義のために構成されること
を特徴とする。
【0037】位置算出のために、測定信号(x、y)は
その解析の補正のために、パラメータベクトル(X0、
Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)および/または方程式
と数学的に結び付けられることを特徴とする。
その解析の補正のために、パラメータベクトル(X0、
Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)および/または方程式
と数学的に結び付けられることを特徴とする。
【0038】パラメータベクトル(X0、Y0、Xc、
Yc、Xd、Yd)の成分から、そして、測定信号
(x、y)に対応する数値から、絶対位置のサインとコ
サインとの決定のための等式システムが形成されるこ
と、そして、測定信号(x、y)に対応する数値から
は、逆タンジェント関数により絶対位置値(α)に対す
る値が算出されることを特徴とする。
Yc、Xd、Yd)の成分から、そして、測定信号
(x、y)に対応する数値から、絶対位置のサインとコ
サインとの決定のための等式システムが形成されるこ
と、そして、測定信号(x、y)に対応する数値から
は、逆タンジェント関数により絶対位置値(α)に対す
る値が算出されることを特徴とする。
【0039】測定信号値の補正のために、楕円(Zm)
の曲線中心点へのデカルト座標原点の移動、および/ま
たは、楕円(Zm)の交差する軸に対応するデカルト座
標系の回転、および/または、それぞれ数学的座標変換
による円形成のための楕円軸の相互の同化、および/ま
たはパラメータベクトル(X0、Y0、Xc、Yc、X
d、Yd)と測定信号(x、y)との結び付きが実行さ
れる。
の曲線中心点へのデカルト座標原点の移動、および/ま
たは、楕円(Zm)の交差する軸に対応するデカルト座
標系の回転、および/または、それぞれ数学的座標変換
による円形成のための楕円軸の相互の同化、および/ま
たはパラメータベクトル(X0、Y0、Xc、Yc、X
d、Yd)と測定信号(x、y)との結び付きが実行さ
れる。
【0040】また、本発明の絶対位置測定装置に於いて
は、アダプションユニットではパラメータ化された比較
モデル(16)が実行され、この比較モデル(16)
は、入力側においてパラメータの調整のために解析ユニ
ット(14)の出力と、そしてパラメータベクトルない
しアダプティブ測定信号(X0、Y0、Xc、Yc、X
d、Yd)とに連結され、そして、修正された絶対位置
信号(α)に応じて位置測定プロセスを計算によりモデ
ル化できるように形成されることを特徴とする。
は、アダプションユニットではパラメータ化された比較
モデル(16)が実行され、この比較モデル(16)
は、入力側においてパラメータの調整のために解析ユニ
ット(14)の出力と、そしてパラメータベクトルない
しアダプティブ測定信号(X0、Y0、Xc、Yc、X
d、Yd)とに連結され、そして、修正された絶対位置
信号(α)に応じて位置測定プロセスを計算によりモデ
ル化できるように形成されることを特徴とする。
【0041】微分信号および/または誤差信号(△x、
△y;Ex,Ey)の形成のために、比較モデル(1
6)の出力と位置検出器の出力(x、y)とに連結され
る比較手段(15X、15Y)を設けたことを特徴とす
る。
△y;Ex,Ey)の形成のために、比較モデル(1
6)の出力と位置検出器の出力(x、y)とに連結され
る比較手段(15X、15Y)を設けたことを特徴とす
る。
【0042】比較手段(15X、15Y)の後ろに、乗
算ないしは増幅手段(17)が接続されることを特徴と
する。
算ないしは増幅手段(17)が接続されることを特徴と
する。
【0043】アダプティブユニットは、最適化演算モジ
ュール(18)を有し、このモジュール(18)は、場
合によっては間接的に入力側で測定信号(x、y)およ
び/または修正された絶対位置信号(α)に結び付き、
そして、出力側で解析ユニット(14)に結び付くこ
と、そして、このモジュール(18)において最適化演
算制御のインプレメンテーションがおこなわれることを
特徴とする。
ュール(18)を有し、このモジュール(18)は、場
合によっては間接的に入力側で測定信号(x、y)およ
び/または修正された絶対位置信号(α)に結び付き、
そして、出力側で解析ユニット(14)に結び付くこ
と、そして、このモジュール(18)において最適化演
算制御のインプレメンテーションがおこなわれることを
特徴とする。
【0044】最適化演算モジュール(18)は入力側に
おいて比較手段(15X、15Y)または乗算ないしは
増幅手段(17)に連結されることを特徴とする。
おいて比較手段(15X、15Y)または乗算ないしは
増幅手段(17)に連結されることを特徴とする。
【0045】最適化演算モジュール(18)では、グラ
ジェント法ないしは1つ又は複数の感度関数が最適化演
算制御手段として実行されるので、最適化演算モジュー
ル(18)の出力には、ひとつ又は複数の差信号又は微
分された信号(dX0、dY0、dXc、dYc、dX
d、dYd)が発生すること、そしてこの生まれた信号
はその後ろに接続され且つ解析ユニット(14)に連結
された積分手段ないし合算手段(21)において、積分
され、解析ユニット(14)および/または比較モデル
(16)のためのアダプティブ測定信号(X0、Y0、
Xc、Yc、Xd、Yd)に入力されることを特徴とす
る。
ジェント法ないしは1つ又は複数の感度関数が最適化演
算制御手段として実行されるので、最適化演算モジュー
ル(18)の出力には、ひとつ又は複数の差信号又は微
分された信号(dX0、dY0、dXc、dYc、dX
d、dYd)が発生すること、そしてこの生まれた信号
はその後ろに接続され且つ解析ユニット(14)に連結
された積分手段ないし合算手段(21)において、積分
され、解析ユニット(14)および/または比較モデル
(16)のためのアダプティブ測定信号(X0、Y0、
Xc、Yc、Xd、Yd)に入力されることを特徴とす
る。
【0046】最適化演算モジュール(18)と合算手段
ないし積分手段(21)との間に接続されるか、又はそ
の後ろに接続される低域手段ないしリミッター手段(2
0)を設けたことを特徴とする。
ないし積分手段(21)との間に接続されるか、又はそ
の後ろに接続される低域手段ないしリミッター手段(2
0)を設けたことを特徴とする。
【0047】出力が、全絶対位置の形成のために演算ユ
ニット(9)を通じて測定解析装置(8)の出力に連結
されている目盛カウンタ(6)を設けたことを特徴とす
る。
ニット(9)を通じて測定解析装置(8)の出力に連結
されている目盛カウンタ(6)を設けたことを特徴とす
る。
【0048】演算ユニット(9)は、測定解析装置
(8)の解析ユニット(14)から出てくる修正された
絶対位置値(α)と目盛カウンタ(6)からのカウント
結果のための合算回路を有し、後ろに接続される、目盛
り全数に対して設定された割算回路ないし少なくとも二
つの数値レジスタ(10,11)を有し、この数値レジ
スタ(10,11)は解析ユニット(14)および目盛
カウンタ(6)のそれぞれの出力と連結し、数値けた、
特にバイナリーけたの一貫性のある相互移入のための形
態を成し、および/または一致性監視装置(12)を備
えていることを特徴とする。
(8)の解析ユニット(14)から出てくる修正された
絶対位置値(α)と目盛カウンタ(6)からのカウント
結果のための合算回路を有し、後ろに接続される、目盛
り全数に対して設定された割算回路ないし少なくとも二
つの数値レジスタ(10,11)を有し、この数値レジ
スタ(10,11)は解析ユニット(14)および目盛
カウンタ(6)のそれぞれの出力と連結し、数値けた、
特にバイナリーけたの一貫性のある相互移入のための形
態を成し、および/または一致性監視装置(12)を備
えていることを特徴とする。
【0049】
【発明の効果】本発明に於いては、位置検知器における
干渉や不正確さに対する解析値の補正を測定プロセスを
識別する一つのパラメータベクトルを用いて行なうと共
に、測定動作が進行中当該パラメータベクトルを予かじ
め決められた最適化基準に従って常に新しく更新するよ
うにしている。その結果、回転位置検出器による位置検
出(絶対位置値αの演算)に於いて、回転円盤等の中心
と回転軸芯間の偏心等に起因する測定誤差のみならず、
その他の原因例えば目盛線の線引き精度や円盤、ギア等
の加工精度、走査要素の取付精度、走査要素等の電気的
オフセット等に起因する測定誤差も完全に補正すること
ができ、より高精度な回転位置検出が可能となる。
干渉や不正確さに対する解析値の補正を測定プロセスを
識別する一つのパラメータベクトルを用いて行なうと共
に、測定動作が進行中当該パラメータベクトルを予かじ
め決められた最適化基準に従って常に新しく更新するよ
うにしている。その結果、回転位置検出器による位置検
出(絶対位置値αの演算)に於いて、回転円盤等の中心
と回転軸芯間の偏心等に起因する測定誤差のみならず、
その他の原因例えば目盛線の線引き精度や円盤、ギア等
の加工精度、走査要素の取付精度、走査要素等の電気的
オフセット等に起因する測定誤差も完全に補正すること
ができ、より高精度な回転位置検出が可能となる。
【図1】本発明に係る増分位置検出器の可動周期目盛盤
の絶対位置測定装置の全体ブロック構成図である。
の絶対位置測定装置の全体ブロック構成図である。
【図2】本装置発明の要部を形成する測定解析装置を構
成する演算装置13のブロック構成図である。
成する演算装置13のブロック構成図である。
【図3】デカルト座標系で表示した比較モデル出力Zm
を表わす線図である。
を表わす線図である。
【図4】デカルト座標系で表示した現実の絶対位置値
α′を表わす曲線Zと、本発明に従って部分的に修正さ
れた絶対位置値αを表わす曲線Zmを示すものである。
α′を表わす曲線Zと、本発明に従って部分的に修正さ
れた絶対位置値αを表わす曲線Zmを示すものである。
【図5】図4の一部を拡大して示した図である。
【図6】各ピッチセグメントにおける絶対位置α′を示
す図である。
す図である。
1は目盛盤、2は目盛、3はピッチセグメント、4は走
査要素、5はインパルス形成手段、6は目盛カウンタ
ー、7はアナログディジタル交換手段、8は測定解析装
置、9は演算ユニット、10、11はレジスタ、12は
一致性監視装置、13は測定解析装置8の演算装置、1
4は演算装置13の解析ユニット、15X、15Yは比
較手段、16は比較モデル、17は増幅手段、18は最
適化演算モジュール、19はサインコサイン関数トラン
スミッター、20はリミッター手段、21は積分手段、
X、Yはバイナリー値測定信号、α′は実際の絶対位置
値、αは補正された絶対位置値、Xmは実数部、Ymは
イメージ部、Kは定数、EX、EYは誤差信号、dX0
〜dYdは微分パラメータベクトル、X0〜Ydは補正
されたパラメータベクトルないしアダプティブ測定信
号、Zは実際の絶対位置値α′の表わす歪んだ曲線、Z
mは補正された絶対位置値αを表わす楕円。
査要素、5はインパルス形成手段、6は目盛カウンタ
ー、7はアナログディジタル交換手段、8は測定解析装
置、9は演算ユニット、10、11はレジスタ、12は
一致性監視装置、13は測定解析装置8の演算装置、1
4は演算装置13の解析ユニット、15X、15Yは比
較手段、16は比較モデル、17は増幅手段、18は最
適化演算モジュール、19はサインコサイン関数トラン
スミッター、20はリミッター手段、21は積分手段、
X、Yはバイナリー値測定信号、α′は実際の絶対位置
値、αは補正された絶対位置値、Xmは実数部、Ymは
イメージ部、Kは定数、EX、EYは誤差信号、dX0
〜dYdは微分パラメータベクトル、X0〜Ydは補正
されたパラメータベクトルないしアダプティブ測定信
号、Zは実際の絶対位置値α′の表わす歪んだ曲線、Z
mは補正された絶対位置値αを表わす楕円。
Claims (18)
- 【請求項1】 目盛盤(1)の上の目盛(2)によって
周期性をもって形成され、および/または、仕切られて
いる増分位置検出器のピッチセグメント群の1つの内部
において、および/または、そのピッチセグメント群の
1つを基準として、増分位置検出器またはシンクロ/リ
ゾルバーの可動周期目盛盤(1)の絶対位置値(α)を
測定するための方法であって、目盛盤(1)に向かって
位置が固定されて設けられ、そして、目盛(2)に応答
する2つの走査要素(4)があり、それらの走査要素
(4)は、絶対位置(α)の検出のために、逆タンジェ
ント関数に基づき解析される2つのサインおよびコサイ
ンに似た測定信号(x、y)を発信するように、セグメ
ント(3)の長さないしは周囲を基準とする間隔を互い
に維持して配置されているような構造の位置検出器にお
いて、当該位置検出器における干渉や不正確さに対して
解析値を補正するために、測定プロセスを識別する1つ
のパラメータベクトルないしアダプティブ測定信号(X
0、Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)の数値ないしはベ
クトル成分が使用され、そのパラメータベクトルは、測
定動作が進行中予め決められた最適化基準に従って常時
新しく決められることを特徴とする増分位置検出器の可
動周期目盛盤の絶対位置測定法。 - 【請求項2】 請求項1の方法において、前記最適化基
準は、とりわけ最小誤差2乗法(Σ2)および/または
グラジェント法により、また場合によっては最適化演算
モジュール(18)を用いて動作するアダプション演算
制御を含み、このアダプション演算制御によって、パラ
メータベクトル(X0、Y0、Xc、Yc、Xd、Y
d)は常時調整されるか、ないしは最新の測定プロセス
に適合せしめられることを特徴とする増分位置検出器の
可動周期目盛盤の絶対位置測定方法。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2の方法におい
て、進行中の測定動作に平行して、例えば、絶対位置値
(α)の複素関数(Zm)の形で比較モデル(16)が
測定プロセスから計算され、そして、修正された位置値
(α)および/またはパラメータベクトル(X0、Y
0、Xc、Yc、Xd、Yd)を手がかりに常時更新さ
れること、そして、最適化のため、前記比較モデル(1
6)の出力値(Xm、Ym)は走査要素(4)からの測
定信号(x、y)と比較されることを特徴とする増分位
置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置測定方法。 - 【請求項4】 請求項2および請求項3の方法におい
て、比較結果値(△x、△y)は、場合によっては修正
された位置値(群)(α)と共に、アダプション計算制
御のための入力値(e)として使用されることを特徴と
する増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置測定方
法。 - 【請求項5】 上記の請求項1乃至請求項4の何れかの
方法において、測定プロセスないしは測定信号(x、
y)または少なくとも測定信号(x、y)の基本波の識
別をおこなうために、また場合によってはモデル化のた
めに、最適化されたパラメータベクトル(X0、Y0、
Xc、Yc、Xd、Yd)や場合によっては数学的方程
式が使用され、前記パラメータベクトルや方程式は、楕
円(Zm)または円の数学的定義のために構成されるこ
とを特徴とする増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対
位置測定方法。 - 【請求項6】 請求項5の方法において、位置算出のた
めに、測定信号(x、y)はその解析の補正のために、
パラメータベクトル(X0、Y0、Xc、Yc、Xd、
Yd)および/または方程式と数学的に結び付けられる
ことを特徴とする増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶
対位置測定方法。 - 【請求項7】 請求項6の方法において、パラメータベ
クトル(X0、Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)の成分
から、そして、測定信号(x、y)に対応する数値か
ら、絶対位置のサインとコサインとの決定のための等式
システムが形成されること、そして、測定信号(x、
y)に対応する数値からは、逆タンジェント関数により
絶対位置値(α)に対する値が算出されることを特徴と
する増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置測定方
法。 - 【請求項8】 請求項5乃至請求項7の何れかの方法に
おいて、測定信号値の補正のために、楕円(Zm)の曲
線中心点へのデカルト座標原点の移動、および/また
は、楕円(Zm)の交差する軸に対応するデカルト座標
系の回転、および/または、それぞれ数学的座標変換に
よる円形成のための楕円軸の相互の同化、および/また
はパラメータベクトル(X0、Y0、Xc、Yc、X
d、Yd)と測定信号(x、y)との結び付きが実行さ
れることを特徴とする増分位置検出器の可動周期目盛盤
の絶対位置測定方法。 - 【請求項9】 目盛(2)によって周期性をもって形成
され、および/または、仕切られている増分位置検出器
のピッチセグメント群の1つの内部において、および/
または、そのピッチセグメント群の1つを基準として、
増分位置検出器またはシンクロ/リゾルバーの可動周期
目盛盤(1)の絶対位置を測定するための装置であっ
て、この装置は、目盛盤(1)に向かって位置が固定さ
れて設けられ、そして、目盛に応答する二つのサインお
よびコサインに似た測定信号(x、y)を発信するよう
に、セグメント(3)の長さないしは周囲を基準とする
間隔を互いに維持して配置されている二つの走査要素
(4)を有し、そして、測定信号(x、y)を受信する
解析ユニット(14)を有する演算装置(13)を有
し、その演算装置(13)において測定信号(x、y)
が絶対位置値(α)の検出のために逆タンジェント関数
をベースに演算される形態の、とりわけ上記の請求項1
乃至請求項8の何れかの方法を実施するための増分位置
検出器の可動周期目盛盤の絶対位置測定装置において、
上記の演算装置(13)は、フィルタユニットおよび/
またはアダプションユニットを備えており、それらのユ
ニットは、入力側で解析ユニット(14)に平行して測
定信号(x、y)と連絡し、出力側で、アダプションユ
ニットにおいて実行されているアダプション制御によっ
て、測定信号(x、y)に対応して発生せしめられるパ
ラメータベクトルないしアダプティブ測定信号(X0、
Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)の伝送のために解析ユ
ニット(14)に連結され、そしてまた、その解析ユニ
ット(14)において、アダプティブ測定信号は補正演
算制御により測定信号と連結されることを特徴とする増
分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置測定装置。 - 【請求項10】 請求項9の装置において、アダプショ
ンユニットではパラメータ化された比較モデル(16)
が実行され、この比較モデル(16)は、入力側におい
てパラメータの調整のために解析ユニット(14)の出
力と、そしてパラメータベクトルないしアダプティブ測
定信号(X0、Y0、Xc、Yc、Xd、Yd)とに連
結され、そして、修正された絶対位置信号(α)に応じ
て位置測定プロセスを計算によりモデル化できるように
形成されることを特徴とする増分位置検出器の可動周期
目盛盤の絶対位置測定装置。 - 【請求項11】 請求項10の装置において、微分信号
および/または誤差信号(△x、△y;Ex,Ey)の
形成のために、比較モデル(16)の出力と位置検出器
の出力(x、y)とに連結される比較手段(15X、1
5Y)を設けたことを特徴とする増分位置検出器の可動
周期目盛盤の絶対位置測定装置。 - 【請求項12】 請求項11の装置において、比較手段
(15X、15Y)の後ろに、乗算ないしは増幅手段
(17)が接続されることを特徴とする増分位置検出器
の可動周期目盛盤の絶対位置測定装置。 - 【請求項13】 請求項9乃至請求項12の何れかの装
置において、アダプティブユニットは、最適化演算モジ
ュール(18)を有し、このモジュール(18)は、場
合によっては間接的に入力側で測定信号(x、y)およ
び/または修正された絶対位置信号(α)に結び付き、
そして、出力側で解析ユニット(14)に結び付くこ
と、そして、このモジュール(18)において最適化演
算制御のインプレメンテーションがおこなわれることを
特徴とする増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置
測定装置。 - 【請求項14】 請求項13および請求項11または1
2のうちのひとつの装置において、最適化演算モジュー
ル(18)は入力側において比較手段(15X、15
Y)または乗算ないしは増幅手段(17)に連結される
ことを特徴とする増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶
対位置測定装置。 - 【請求項15】 請求項14の装置において、最適化演
算モジュール(18)では、グラジェント法ないしは1
つ又は複数の感度関数が最適化演算制御手段として実行
されるので、最適化演算モジュール(18)の出力に
は、ひとつ又は複数の差信号又は微分された信号(dX
0、dY0、dXc、dYc、dXd、dYd)が発生
すること、そしてこの生まれた信号はその後ろに接続さ
れ且つ解析ユニット(14)に連結された積分手段ない
し合算手段(21)において、積分され、解析ユニット
(14)および/または比較モデル(16)のためのア
ダプティブ測定信号(X0、Y0、Xc、Yc、Xd、
Yd)に入力されることを特徴とする増分位置検出器の
可動周期目盛盤の絶対位置測定装置。 - 【請求項16】 請求項15の装置において、最適化演
算モジュール(18)と合算手段ないし積分手段(2
1)との間に接続されるか、又はその後ろに接続される
低域手段ないしリミッター手段(20)を設けたことを
特徴とする増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置
測定装置。 - 【請求項17】 請求項9乃至請求項16の何れかの装
置において、出力が、全絶対位置の形成のために演算ユ
ニット(9)を通じて測定解析装置(8)の出力に連結
されている目盛カウンタ(6)を設けたことを特徴とす
る増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置測定装
置。 - 【請求項18】 請求項17の装置において、演算ユニ
ット(9)は、測定解析装置(8)の解析ユニット(1
4)から出てくる修正された絶対位置値(α)と目盛カ
ウンタ(6)からのカウント結果のための合算回路を有
し、後ろに接続される、目盛り全数に対して設定された
割算回路ないし少なくとも二つの数値レジスタ(10,
11)を有し、この数値レジスタ(10,11)は解析
ユニット(14)および目盛カウンタ(6)のそれぞれ
の出力と連結し、数値けた、特にバイナリーけたの一貫
性のある相互移入のための形態を成し、および/または
一致性監視装置(12)を備えていることを特徴とする
増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4331151:2 | 1993-09-14 | ||
| DE4331151A DE4331151C2 (de) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | System zur Messung der Absolutposition des beweglichen, zyklischen Teilungsmarken-Trägers eines inkrementalen Positionsgebers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07174586A true JPH07174586A (ja) | 1995-07-14 |
Family
ID=6497670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6218628A Pending JPH07174586A (ja) | 1993-09-14 | 1994-09-13 | 増分位置検出器の可動周期目盛盤の絶対位置測定方法及びその装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5612906A (ja) |
| EP (1) | EP0643285B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07174586A (ja) |
| AT (1) | ATE192845T1 (ja) |
| DE (2) | DE4331151C2 (ja) |
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