專利名稱：編碼器輸出信號校正設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種編碼器輸出信號校正設備和方法，其用于校正從檢測位置、角度、速度、角速度等的編碼器輸出的兩相正弦信號。
背景技術：
形成在編碼器中標尺(scale)上的光柵(grating)之間的間距受加工的限制。為了測量比標尺光柵之間的間距更精確的間距，從該編碼器輸出的正弦信號中的相變化空間周期應當被劃分得更加精確，并且被內插值。在現(xiàn)有技術中已經(jīng)應用了多種內插器。例如，數(shù)字化內插器包含A/D轉換器和存儲器。該A/D轉換器用于接收從該編碼器輸出的具有90°相差的A、B相正弦信號，并以一定頻率對該信號采樣，以將它們轉換成數(shù)字數(shù)據(jù)。將該存儲器用來存儲查尋表，其中根據(jù)該A/D轉換器獲得的該數(shù)字數(shù)據(jù)DA、DB，該查尋表用于在每個采樣點處搜索相位角數(shù)據(jù)PH。使用反正切(ATAN)函數(shù)，基于PH＝ATAN(DA/DB)創(chuàng)建該查尋表。
從該編碼器輸出的該A、B相正弦信號通常不是完全的正弦波，并且通?？梢栽谡蛔鴺讼抵斜槐硎緸槊枋鰴E圓形Lissajous波形。當該A、B相正弦波具有不同的電壓幅度時，該Lissajous波就成為橢圓形。每個信號電壓的偏移值使Lissajous波形變成偏離原點的圓形或橢圓形波形。相位誤差的存在使橢圓的長軸和短軸處于不與坐標軸平行而是在那傾斜45°的狀態(tài)。在假定A、B相正弦信號是正弦波的情況下制造內插器。因而，相對理想正弦波的偏差對插值精度產(chǎn)生副作用。為了校正幅度誤差、相位誤差和在A、B相正弦信號中的偏移，例如已在JP-A10-311741和JP-A2003-222534中提出針對此目的的設備。
然而，在這樣的幅度誤差等被校正之后的該兩相正弦信號中，相對理想正弦信號波形的偏差或波形失真是大的，并且特別是當主尺和索引尺(Index scale)之間的間隔波動時失真度劇烈波動。該波形失真主要是由奇數(shù)階的較高諧波分量(第三階、第五階等等)引起的。當將帶有這樣波動失真度的該兩相正弦信號應用在測量中時，會產(chǎn)生大的測量誤差。
已經(jīng)提出一些技術來提供正弦信號，從這些正弦信號中已經(jīng)將這些較高諧波分量消除。例如，JP-A3-48122提出一項技術，該技術在刻度尺上提供兩個具有輕微相差的矩形柵格測試圖，并且將其中的輸出相加以正好消除較高諧波分量。日本專利No.2695623提出另一項技術，其中將帶有均勻光柵的標尺和帶有不均勻光柵的標尺結合以提供正弦信號，其中從這些正弦信號中將這些較高諧波分量消除。
雖然該精度不足以應用到精確加工等中的位置測量，但JP-A3-48122的技術將該波形失真降低到了一定程度。日本專利No.2695623的系統(tǒng)需要精確創(chuàng)建在亮區(qū)和暗區(qū)之間的占空因數(shù)，而在精密標度中的精確創(chuàng)建是困難的。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠使用相對簡單的數(shù)字計算消除包含在正弦信號中的第三諧波分量因此改進內插器中的插值精度的編碼器輸出信號校對設備和方法。也有可能改進由于編碼器中標尺的不均勻和對準的不一致引起的偏移誤差、幅度誤差、相位誤差或較高諧波分量誤差的穩(wěn)定性。

發(fā)明內容
為了實現(xiàn)上述目的，一方面本發(fā)明提供一種編碼器輸出信號校正設備，用于校正從編碼器輸出的帶有相差的兩相正弦信號。該設備包含檢測器裝置，其用于檢測來自包含在從該兩相正弦信號獲得的Lissajous波形中的理想Lissajous波形的誤差；和校正器裝置，其用于根據(jù)在該檢測器裝置上檢測到的誤差使用校正系數(shù)校正該兩相正弦信號。該檢測器裝置檢測來自包含在該校正器裝置校正過的該兩相正弦信號中的理想Lissajous波形的誤差，并且將檢測到的誤差加到累計相加的最后值中以產(chǎn)生新的校正系數(shù)，從而動態(tài)更新該校正系數(shù)。
一方面本發(fā)明提供一種編碼器輸出信號校正方法，包含檢測并校正包含在從編碼器輸出的、帶有相差的兩相正弦信號中的偏移誤差；檢測并校正包含在已校正過偏移的兩相正弦信號中的幅度誤差；檢測并校正包含在已校正過幅度的兩相正弦信號中的相位誤差；和檢測并校正包含在已校正過相位的兩相正弦信號中的第三諧波失真。每個校正步驟包括檢測來自包含在校正過的兩相正弦信號中的理想Lissajous波形的誤差，和將檢測到的誤差加到累計相加的最后值以產(chǎn)生新的校正系數(shù)，從而動態(tài)更新該校正系數(shù)。
這里的該檢測器裝置包括包含在從該兩相正弦信號中獲得的Lissajous波形中的偏移誤差、幅度誤差、相位誤差和第三諧波失真的至少其中之一。在這種情況下，可以將該檢測器配置成計算該Lissajous波形半徑的最大值和最小值，并且根據(jù)該最大值和該最小值之間的差值計算作為第三諧波失真的該第三諧波分量的幅度。另外，可以將該檢測器配置成當該Lissajous波形半徑達到該最大值和最小值時檢測相位，并且根據(jù)檢測到的結果，計算作為第三諧波失真的該第三諧波分量的相位。
也可以將該檢測器配置成通過傅立葉分析導出該Lissajous波形半徑的變化量，從而計算該第三諧波分量的幅度和相位。
另一方面，可以將該校正器配置成以該探測器計算出的相位旋轉從包含第三諧波分量的該兩相正弦信號中獲得的該Lissajous波形，使得該第三諧波分量具有0°或90°的相位；導出對應該于兩相正弦信號的每個值的該第三諧波分量的值；從對應于被旋轉了的Lissajous波形的兩相正弦信號減去該第三諧波分量的值以校正幅度；并且以與所旋轉的角度相同的角度反向旋轉從被校正的兩相正弦信號中獲得的Lissajouos波形。
在本發(fā)明中，檢測來自包含在該校正器裝置校正過的該兩相正弦信號中的理想Lissajous波形的誤差，并且將檢測到的誤差加到累計相加的最后值中以產(chǎn)生新的校正系數(shù)，從而動態(tài)更新該校正系數(shù)。因此，該Lissajous波形誤差參數(shù)的計算不需要復雜的步驟并且可以導致快速收斂。因此，可以改進在內插器中的插值精度。還可以改進對抗由于編碼器中標尺的不均勻和對準的不一致引起的較高諧波誤差的強度。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的編碼器輸出信號校正裝置1的基本結構的方框圖；圖2是表示在校正裝置1中處理流程的流程圖；圖3是表示圖2的偏移校正、幅度校正和相位校正的細節(jié)的流程圖；圖4表示觀測到Lissajous波形的例子；圖5是表示圖2的第三諧波失真校正細節(jié)的流程圖(第一方法)；圖6圖解在第三諧波中幅度a1、a3的計算方法；圖7是表示圖2的第三諧波失真校正細節(jié)的流程圖(第二方法)；圖8圖解說明在圖7的校正步驟中的坐標旋轉；圖9是表示在圖7的校正處理中A相(或B相)和第三諧波的電壓之間的關系圖；圖10表示在動態(tài)校正中收斂的校正值的原理圖；圖11是表示偏移/幅度/相位校正器30和第三諧波失真校正器40的特定電路的電路圖；和圖12是表示根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的編碼器輸出信號校正裝置2的基本結構的方框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施例。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的編碼器輸出信號校正裝置1的基本結構的方框圖。該編碼器輸出信號校正裝置1包含A/D轉換器20、21；偏移/幅度/相位校正器30；偏移/幅度/相位檢測器31；第三諧波失真校正器40；第三諧波計算機/檢測器41和r-θ轉換器50。該裝置用于校正來自該編碼器10的輸出信號A0、B0，以消除那里的第三諧波失真。
例如該編碼器10可以是不存在檢測原理區(qū)別的光電類型或磁類型。從該編碼器10中輸出的A和B相正弦信號A0、B0通常可能包含幅度誤差、相位誤差、偏移和第三諧波失真。
該A/D轉換器20、21以一定頻率采樣該信號A0、B0，并將它們轉換成數(shù)字信號A1、B1，將這些數(shù)字信號供給該偏移/幅度/相位校正器30。根據(jù)在該偏移/幅度/相位檢測器31中計算出的校正系數(shù)，該偏移/幅度/相位校正器30校正該數(shù)字信號A1、B1的偏移、幅度和相位，并提供輸出信號A4、B4。以該輸出信號A4、B4為基礎，該偏移/幅度/相位檢測器31計算在偏移/幅度/相位校正器30中使用的校正系數(shù)。計算該校正系數(shù)的方法將在后面描述。
該輸出信號A4、B4是校正過幅度、相位和偏移的正弦輸出信號，但仍然含有包括第三諧波的較高諧波分量。因此，該第三諧波失真校正器40校正在輸出信號A4、B4中的第三諧波分量，并提供輸出信號A7、B7。根據(jù)由該第三諧波計算機/檢測器41給定的校正系數(shù)(基諧波幅度a1、第三諧波幅度a3、和第三諧波相位φ3，這些將在后面介紹)執(zhí)行該校正。該r-θ轉換器50從該輸出信號A7、B7中產(chǎn)生Lissajous波形，并且計算在該Lissajous波形的每個相位θ處的半徑r。該第三諧波計算機/檢測器41根據(jù)r、θ計算該校正系數(shù)。
下面的介紹是針時使用這樣配置的該編碼器輸出信號校正裝置1的校正步驟的細節(jié)。
圖2是表示該校正步驟的流程圖。
從該編碼器10輸出的A-和B-相正弦信號A0、B0被AD轉換(S11)成數(shù)字A和B相正弦信號A1、B1。這些信號A1、B1由下面的表達式1表示。
A1＝a0+a1cosu+a3cos3(u-φ3)B1=b0+b1cos(u-π4-φ1)+b3cos3(u-π4-φ3)]]>其中a0、b0表示A相和B相的偏移誤差；a1、b1表示A相和B相的幅度誤差；φ1表示B相到A相的相位誤差；a3、b3表示A相和B相第三諧波的幅度；φ3表示第三諧波與基諧波的相位誤差；u＝2πx/λ，x表示位移(displacement)；λ表示信號間距(signalpitch)。這些誤差中，該偏移誤差、幅度誤差和相位誤差是在由該偏移/幅度/相位校正器30和該偏移/幅度/相位檢測器31執(zhí)行的偏移校正步驟(S12)、幅度校正步驟(S13)和相位校正步驟(S14)中被順序消除的。第三諧波失真是在由該第三諧波失真校正器40和第三諧波計算機/檢測器41執(zhí)行的第三諧波失真校正步驟(S15)中被消除的。最后，在該r-θ轉換器50中使用該消除了誤差的兩相正弦信號A7、B7，從而提供輸出信號θ。
在該實施例中，在上述校正步驟(S12-S15)中，使用遞歸公式來執(zhí)行動態(tài)校正。
(偏移校正)圖3表示該校正步驟(S12-S14)的細節(jié)。
首先，如在圖4中所示，從該A相和B相正弦信號A1、B1中獲得一輪的Lissajous波形。該Lissajous波形具有四個穿過X軸和Y軸的交叉點P12、P23、P34、P41，如下從中導出在X軸和Y軸方向上的偏移校正值中的變化量Δda1、Δdb1(S111)。
Δda1＝(x41+x23)/2Δdb1＝(y12+y34)/2這里導出的Δda1、Δdb1接近于該偏移誤差a0、b0，但是由于幅度誤差和相位誤差而不能完全與其相符。因此，重復幾次反饋步驟以逐漸收斂該誤差。也就是說，依據(jù)下列表達式3獲得作為累計相加值的校正值da1、db1(S112)。
da1←da1+Δda1db1←db1+Δdb1然后，依據(jù)下列表達式4執(zhí)行校正步驟以從該信號A1、B1中消除偏移誤差(S113)。
A2＝A1-da1B2＝B1-db1(幅度校正)以與上面相同的方式，從在該Lissajous波形上的穿過X軸和Y軸的四個交叉點P12、P23、P34、P41中，如下導出在X軸和Y軸方向上的幅度校正值中的變化量Δka1、Δkb1(S121)。
Δka1＝(x41-x23)/2Δkb1＝(y12-y34)/2同樣在這種情況下，重復幾次反饋步驟以逐漸收斂該誤差。也就是說，依據(jù)下列表達式6獲得作為累計相除值的校正值ka1、kb1(S122)。
ka1←ka1/Δka1kb1←kb1/Δkb1然后，依據(jù)下列表達式7執(zhí)行校正步驟以從該信號A2、B2中消除幅度誤差(S123)。

A3＝A2×ka1B3＝B2×kb1[相位校正]以與上相同的方式，從穿過以45°角相對于X軸和Y軸傾斜的直線(y＝x，y＝-x)的四個交叉點P1、P2、P3、P4中，如下導出用于A相和B相的相位校正值中的變化量Δkp1(S131)。
Δkp1＝(x4+y2-x2-y4)/(x1+y1-x3-y3)同樣在這種情況下，幾次重復反饋步驟以逐漸收斂該誤差。也就是說，依據(jù)下列表達式9獲得作為累積相乘值的校正值kp1(S132)。
kp1←kp1×Δkp1kph1＝(kp1+1)/2kph2＝(kp1-1)/2然后，依據(jù)下列表達式10執(zhí)行校正步驟以從該信號A3、B3中消除相位誤差(S133)。
A4＝kph1·A3+kph2·B3B4＝kph2·A3+kph1·B3(第三諧波失真校正)該輸出信號A4、B4是校正過幅度、相位和偏移的正弦輸出信號，但仍然含有包括第三諧波的較高諧波分量。
可以假定該第三諧波具有相同的幅度和相位。既然這樣，如果基諧波具有幅度a1(＝b1)，第三諧波具有幅度a3(＝b3)，第三諧波具有相位φ3，那么該輸出信號A4、B4可以由下列表達式表示。
A4＝a1cosu+a3cos3(u-φ3)B4=a1cos(u-π4)+a3cos3(u-π4-φ3)]]>因此，可以依據(jù)下面表達式能計算出與該信號A4、B4相關的Lissajous半徑r。
r2=A42+B42]]>=a12+a32+2a1a3cos(4u-3φ3)]]>正如從上述表達式顯而易見的，該Lissajous半徑r以λ/4的周期隨相位3φ3在最大值rmax＝a1+a3和最小值rmin＝a1-a3之間變化。因此，a1、a3和φ3的確定能夠校正該第三諧波失真。
(方法1在φ3＝0的情況下)圖5表示更加簡單的第一方法。如上所述，由于該第三諧波失真該Lissajous波形的半徑r以λ/4的周期變化，并且具有最大值rmax＝a1+a3和最小值rmin＝a1-a3(參見圖6)。因此，可以如下使用rmax、rmin計算出a1、a3。
Δa1＝Δb1＝(rmax+rmin)/2Δa3＝Δb3＝(rmax-rmin)/2為了簡化起見，這里假定該相位被認作為φ3＝0。例如，假定該半徑的最小值rmin存在于X、Y軸上，最大值rmax存在于相對于X、Y軸傾斜45°的線上?？梢匀缦芦@得該值rmin、rmax(S151)。
rmax=28(x1+x4+y1+y2-x2-x3-y3-y4)]]>rmin=14(x41+y12-x23-y34)]]>
同樣在這種情況下，重復幾次反饋步驟以逐漸收斂該誤差。也就是說，依據(jù)下面表達式15獲得作為累積相加值的校正值a1、a3(S152)。
a1←a1+Δa1a3←a3+Δa3然后，依據(jù)下面表達式16執(zhí)行校正步驟以從該信號A4、B4中消除第三諧波失真(S153)。
A7=A4-(4a3a13A43-3a3a1A4)]]>B7=B4-(4a3a13B43-3a3a1B4)]]>(方法2在φ3是任意值的情況下)圖7表示當φ3是任意值時的第二方法。該方法1簡單，而且充分提供輕的負荷到計算機。相反地，當φ3是任意值時，該第三諧波分量的幅度a3越小，該相位φ3的檢測精度就可能越低。下面描述的方法2是一種能夠更加精確地計算φ3的方法。該方法2在下面得到描述。該方法2使用傅立葉分析來計算該幅度a1、a3和該相位φ3。也就是說，將包含在Lissajous波形中的具有λ/4波長(空間頻率為4·2π/λ)的信號成分傅立葉變換成實部Re和虛部Im。為了用于動態(tài)校正，從在所校正過的波形中檢測到實部和虛部中，由[表達式17]和[表達式18]導出dRe和dIm(S154)，以根據(jù)由[表達式19]表示的遞歸公式更新Re和Im(S155)。該更新被重復幾次，以收斂Re、Im到一定值。從而，將這些值確定為Re、Im。
dRe=Σi=0N-1ricos(2π4Ni)]]>[表達式18]
dIm=Σi=0N-1risin(2π4Ni)]]>[表達式19]Re＝Re+dReIm＝Im+dIm依據(jù)下面表示的[表達式20]，獲得a1。另外，根據(jù)由上述的[表達式19]確定的Re和Im，依據(jù)下面的[表達式21]和[表達式22]獲得作為在由Re、Im確定的復數(shù)空間中相對于坐標原點的距離和角度的a3和φ3。因為通過傅立葉變換獲得的信號大小是有效值，并且該幅度是該值的 倍，所以在[表達式21]中，使用乘法系數(shù) [表達式20]a1=1NΣi=0N-1ri]]>[表達式21]a3=12N2(Re2+Im2)]]>[表達式22]φ3＝tan-1(Im/Re)如圖8中左側所示，在該第三諧波失真校正處理中，執(zhí)行在下面[表達式23]中表示的計算，從而以對應于該第三諧波相位的角度φ3逆時針旋轉該信號A4、B4的Lissajous波形L4。在這種情況下，如圖8中右側所示，產(chǎn)生對應于該信號A5、B5的Lissajous波形L5。角度φ3的旋轉是為了使該第三諧波在該Lissajous波形上具有0°或90°的相位，并在這種狀態(tài)下執(zhí)行幅度校正步驟。
A5B5=cosφ3-sinφ3sinφ3cosφ3A4B4]]>在這種狀態(tài)下，根據(jù)圖9中與該第三諧波電壓有關的A相(或B相)電壓曲線為基礎，使用該基諧波幅度a1和第三諧波幅度a3執(zhí)行校正。該校正是為了依據(jù)下面表達式從具有相位為0°或90°的第三諧波的輸出信號A5、B5中消除該第三諧波分量。
A6=A5-(4a3a13A53-3a3a1A5)]]>B6=B5-(4a3a13B53-3a3a1B5)]]>最后，執(zhí)行下面計算，以反向旋轉該信號A6、B6的Lissajous波形(以角度-φ3)，來產(chǎn)生信號A7、B7(S156)。以角度-φ3旋轉的該Lissajous波形或該輸出信號A7、B7包含與該原始輸出信號A4、B4的基諧波相同的基諧波，并且從中減去該第三諧波分量。
A7B7=cos(-φ3)-sin(-φ3)sin(-φ3)cos(-φ3)A6B6]]>在該實施例中，為了獲得快速收斂，對ka1、kb1使用了除法遞歸公式，對kp1使用了乘法遞歸公式，但加法/減法的方法也是可使用的。
在該Lissajous波形旋轉了至少一輪或更多輪之后，需要執(zhí)行上述校正步驟。當考慮到從該信號中消除噪音時，可以考慮獲得N輪平均值。在需要的輪數(shù)期間，在校正計算中使用以前檢測的校正值da1、db1、…、Im。因此，校正計算從初始值狀態(tài)開始(未校正的情況下所有值都為0)。根據(jù)檢測需要的輪數(shù)，將上述da1、db1、…、Im應用到該校正計算。使用校正值，繼續(xù)該校正計算直到一定的圈數(shù)。校正過的Lissajous信號具有更小誤差的值。因此，使用該值作為初始點以用于下一個校正檢測。也就是說，得到Δda1、Δdb1、…、ΔIm，并將它們累計到da1、db1、…、Im中。當無限制地重復上述步驟時，該校正值da1、db1、…、Im接近各自的真實值，并且最后在檢測分辨率上收斂。
關于該第三諧波失真的校正，舉例說明了兩種方法，并且任何一種方法可以通過加法、減法、乘法和除法中任何一個的遞歸公式實現(xiàn)。依據(jù)計算速度和收斂條件可以選擇最佳的方法。
圖10表示檢測的校正值在常數(shù)值上收斂的狀態(tài)。
當在以這種方式充分收斂后停止該動態(tài)校正時，可以將該值存儲到非易失性存儲器中，并且也可以在靜態(tài)校正的自校準系統(tǒng)中利用該值。
參照附圖11介紹該偏移/幅度/相位校正器30和該第三諧波失真校正器40的特定電路。
偏移/幅度/相位校正器30包含偏移校正器301、幅度校正器302和相位校正器303。該偏移校正器301包括加法器310、311，并且執(zhí)行該偏移校正，從而將由偏移/幅度/相位檢測器31給定的加法系數(shù)da1、db1分別加到該信號A1、B1。該幅度校正器302包括乘法器320、321，并且執(zhí)行該幅度校正，從而將由偏移/幅度/相位檢測器31給定的乘法系數(shù)ka1、kb1分別乘以該信號A2、B2。該相位檢測器303包括乘法器330-333和加法器340、341，并且執(zhí)行該相位校正，從而使用由偏移/幅度/相位檢測器31給定的乘法系數(shù)kph1、kph2將信號A3、B3轉換成輸出信號A4、B4。
該第三諧波失真校正器40包含坐標旋轉器401、幅度校正器402和坐標反向旋轉器403。該坐標旋轉器401包括乘法器410-413和加法器414、415。該坐標旋轉器401用于以對應于第三諧波相位的角度φ3逆時針旋轉該信號A4、B4的Lissajous波形L4，從而產(chǎn)生對應于該信號A5、B5的Lissajous波形L5。為了校正，該幅度校正器402使用該基諧波幅度a1和在該第三諧波計算機/檢測器41上計算出的該第三諧波幅度a3，以從具有相位為0°或90°的第三諧波的輸出信號A5、B5中消除該第三諧波分量。該計算可以通過提供查尋表402T實現(xiàn)，該查尋表存儲了表達式24中表示的A5和A6之間的關系或B5和B6之間的關系。也就是說，輸出信號A5(或B5)的每個采樣值實際上被用作對查尋表402T的索引，來讀取該第三諧波分量的值，從而提供輸出值A6、B6。
該坐標反向旋轉器403包括乘法器430-433和加法器434、435，并且以在坐標旋轉器401處旋轉的角度φ3順時針或反向地(以角度-φ3)旋轉該信號A6、B6的Lissajous波形，從而通過下列計算產(chǎn)生該信號A7、B7。以角度-φ3旋轉的該Lissajous波形或該輸出信號A7、B7包含與原始輸出信號A4、B4的基諧波相同的基諧波，并且從中減去該第三諧波分量。
這樣，該第三諧波計算機/檢測器41計算a1、a3、φ3，它們用于該第三諧波失真校正器40中的校正。在第三諧波失真校正器40中的該校正、在r-θ轉換器50中的r-θ轉換和在該第三諧波計算機/檢測器41中校正系數(shù)的計算被重復幾次，以進一步從該輸出信號A7、B7中消除該第三諧波分量。結果，可以將該輸出信號A7、B7近似為理想的正弦波形。
圖12是表示根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的編碼器輸出信號校正裝置2的基本結構的方框圖。本實施例包含存儲器60，存儲器的提供是用來存儲在該偏移/幅度/相位檢測器31和該第三諧波計算機/檢測器41上動態(tài)校正的校正系數(shù)。校正系數(shù)可以在一些特定時間被保存在存儲器60中，例如，(1)當外部開關被按下時，(2)當電源被關掉(被用完)時，和(3)在任何時候(與操作時鐘一致或當每個校正系數(shù)在校正器30、40中被更新時)。在重新開始的時刻，將校正系數(shù)從該存儲器60中讀取出來，并將其作為初始值存儲在該檢測器31、41中。接下來的步驟與上述動態(tài)校正的步驟類似。可以提供可用來使動態(tài)更新校正系數(shù)的操作無效的動態(tài)校正無效指示設備。當該動態(tài)校正無效指示設備指示動態(tài)校正的無效時，該校正器30、40可以使用從該存儲器60中讀取出來的校正系數(shù)來校正該兩相正弦信號。
盡管本發(fā)明的實施例已經(jīng)在上面得到描述，但本發(fā)明不限于這些實施例，而是可以在不脫離本發(fā)明的范圍和宗旨的情況下，將其設計為提供各種修改和增加。例如，在上述實施例中，首先對從該編碼器輸出的該A和B相正弦信號進行該偏移、幅度和相位校正，然后進行該第三諧波校正，但這種順序是可以被改變的。也就是，可以首先執(zhí)行該第三諧波校正，然后執(zhí)行該偏移、幅度和相位校正。在上述實施例中，該幅度和相位校正是在數(shù)字電路中執(zhí)行的，但相同的步驟可以使用DSP或軟件來執(zhí)行。
權利要求
1.一種編碼器輸出信號校正設備，用于校正從編碼器輸出的帶有相差的兩相正弦信號，包含檢測器裝置，其用于檢測來自包含在從所述兩相正弦信號獲得的Lissajous波形中的理想Lissajous波形的誤差；和校正器裝置，其使用基于在所述檢測器裝置上檢測到的所述誤差的校正系數(shù)，校正所述兩相正弦信號，其中，所述檢測器裝置檢測來自包含在所述兩相正弦信號中的所述理想Lissajous波形的誤差，并累積計算所述檢測誤差以產(chǎn)生新的校正系數(shù)，由此動態(tài)更新所述校正系數(shù)，其中該兩相正弦信號已在校正設備中校正了。
2.根據(jù)權利要求1所述的編碼器輸出信號校正設備，其中所述檢測器裝置能夠檢測包含在從所述兩相正弦信號中獲得的所述Lissajous波形中的偏移誤差、幅度誤差、相位誤差和第三諧波失真中的至少一個。
3.根據(jù)權利要求1所述的編碼器輸出信號校正設備，其中所述檢測器裝置能夠檢測包含于從所述兩相正弦信號中獲得的所述Lissajous波形中的偏移誤差。
4.根據(jù)權利要求3所述的編碼器輸出信號校正設備，其中從四個零交叉點(P12、P23、P34、P41)中，所述檢測器裝置導出在X軸和Y軸方向上偏移校正值中的變化量(Δda1，Δdb1)，并累積計算所述變化量來檢測所述偏移誤差，所述四個零交叉點在從所述兩相正弦信號獲得的所述Lissajous波形上穿過X軸和Y軸。
5.根據(jù)權利要求1所述的編碼器輸出信號校正設備，其中所述檢測器裝置能夠檢測包含于從所述兩相正弦信號獲得的所述Lissajous波形中的幅度誤差。
6.根據(jù)權利要求5所述的編碼器輸出信號校正設備，其中從四個零交叉點(P12、P23、P34、P41)中，所述檢測器裝置導出在X軸和Y軸方向上的幅度校正值中的變化量(Δka1，Δkb1)，并累積計算所述變化量來檢測所述幅度誤差，所述四個零交叉點在從所述兩相正弦信號獲得的所述Lissajous波形上穿過X軸和Y軸。
7.根據(jù)權利要求1所述的編碼器輸出信號校正設備，其中所述檢測器裝置能夠檢測包含于從所述兩相正弦信號獲得的所述Lissajous波形中的相位誤差。
8.根據(jù)權利要求7所述的編碼器輸出信號校正設備，其中從四個點(P1，P2，P3，P4)中，所述檢測器裝置導出用于兩相正弦信號的相位校正值中的變化量(Δkp1)，并累積計算所述變化量來檢測所述相位誤差，所述四個點在從所述兩相正弦信號獲得的所述Lissajous波形上穿過與X軸和Y軸傾斜45°的直線(y＝x，y＝-x)。
9.根據(jù)權利要求1所述的編碼器輸出信號校正設備，其中所述檢測器裝置能夠檢測包含于從所述兩相正弦信號獲得的所述Lissajous波形中的第三諧波失真。
10.根據(jù)權利要求9所述的編碼器輸出信號校正設備，其中在所述兩相正弦信號中的基諧波具有幅度a1，所述第三諧波具有幅度a3，以及所述第三諧波具有相位φ3＝0，其中從四個點(P1、P2、P3、P4)和穿過X軸和Y軸的四個零交叉點(P12、P23、P34、P41)中，所述檢測器裝置導出所述Lissajous波形半徑的最大值(rmax)和最小值(rmin)，并累積計算兩相正弦信號中基諧波的變化量(Δa1)和第三諧波校正值中的變化量(Δa3)，所述四個點(P1，P2，P3，P4)在從所述兩相正弦信號獲得的所述Lissajous波形上穿過與X軸和Y軸傾斜45°的直線(y＝x，y＝-x)，其中所述兩相正弦信號在時間的每個點具有值Va1，所述第三諧波分量在時間的每個點具有值Va3，并且其中所述檢測器裝置從Va3＝K1·Va13-K2·Va1(這里K1、K2為由a1、a3確定的系數(shù))中導出Va3來檢測所述第三諧波分量。
11.根據(jù)權利要求9所述的編碼器輸出信號校正設備，其中所述兩相正弦信號中的基諧波具有幅度a1，所述第三諧波具有幅度a3，所述第三諧波具有相位φ3＝0，其中，所述檢測器裝置通過具有λ/4波長(空間頻率為4·2π/λ)的信號成分的傅立葉變換，導出所述幅度a1、a3、φ3，所述具有λ/4波長的信號成分包含在從所述兩相正弦信號獲得的所述Lissajous波形中，其中，所述校正器裝置以φ3旋轉所述Lissajous波形，其中，所述兩相正弦信號在時間的每個點具有值Va1，所述第三諧波分量在時間的每個點具有值Va3，其中所述校正器裝置從Va3＝K1·Va13-K2·Va1(這里K1、K2是由a1、a3確定的系數(shù))中導出Va3來校正所述第三諧波分量，并且其中所述校正器裝置以φ3反向旋轉所述校正過的Lissajous波形。
12.根據(jù)權利要求2所述的編碼器輸出信號校正設備，其中所述檢測器根據(jù)所述最大值和所述最小值之間的差值計算所述Lissajous波形半徑的最大值和最小值，計算作為所述第三諧波失真的所述第三諧波分量的幅度。
13.根據(jù)權利要求2所述的編碼器輸出信號校正設備，其中所述檢測器通過傅立葉分析導出所處Lissajous波形半徑中的變化量，從而計算作為所述第三諧波失真的所述第三諧波分量的幅度和相位。
14.根據(jù)權利要求2所述的編碼器輸出信號校正設備，其中所述校正器以在所述檢測器計算出的相位旋轉從包含第三諧波分量的所述兩相正弦信號中獲得的所述Lissajous波形，因此所述第三諧波分量具有相位0°或90°；導出對應于所述兩相正弦信號的每個值的所述第三諧波分量的值；從對應于所述旋轉了的Lissajous波形的兩相正弦信號減去所述第三諧波分量的所述值，來校正幅度；并且以與所述旋轉角相同的角反向旋轉從所述校正過的兩相正弦信號中獲得的Lissajous波形。
15.根據(jù)權利要求1所述的編碼器輸出信號校正設備，進一步包含存儲器，其用于存儲所述校正系數(shù)，其中激活的所述檢測器裝置讀取出存儲在所述存儲器中用作所述動態(tài)更新操作中的初始值的所述校正系數(shù)。
16.根據(jù)權利要求1所述的編碼器輸出信號校正設備，進一步包含存儲器，其用于存儲所述校正系數(shù)；和動態(tài)校正無效指示器設備，其用于使動態(tài)更新所述校正系數(shù)的所述操作無效，其中，當所述動態(tài)校正無效指示器設備指示動態(tài)校正的無效時，所述校正器裝置使用從所述存儲器中讀取出的所述校正系數(shù)校正所述兩相正弦信號。
17.一種編碼器輸出信號校正方法，包含檢測并校正包含在從編碼器輸出的帶有相差的兩相正弦信號中的偏移誤差；檢測并校正包含在所述校正過偏移的兩相正弦信號中的幅度誤差；檢測并校正包含在所述校正過幅度的兩相正弦信號中的相位誤差；和檢測并校正包含在所述校正過相位的兩相正弦信號中的第三諧波失真，其中每個校正步驟包括檢測來自包含在所述校正過的兩相正弦信號中的理想Lissajous波形的誤差，和將所述檢測到的誤差加到累積相加的最后值以產(chǎn)生新的校正系數(shù)，由此動態(tài)更新所述校正系數(shù)。
18.根據(jù)權利要求17所述的編碼器輸出信號校正方法，其中通過根據(jù)所述最大值和所述最小值之間的差值計算所述Lissajous波形半徑的最大值和最小值，和計算作為所述第三諧波失真的所述第三諧波分量的幅度，來執(zhí)行第三諧波失真的所述檢測并校正。
19.根據(jù)權利要求17所述的編碼器輸出信號校正方法，其中通過經(jīng)傅立葉分析導出所述Lissajous波形半徑的變化量來計算作為所述第三諧波失真的所述第三諧波分量的幅度和相位，執(zhí)行所述第三諧波失真的所述檢測并校正。
全文摘要
使用相對簡單的數(shù)字計算消除包含在兩相正弦信號中的偏移誤差、幅度誤差、相位誤差和第三諧波分量。檢測并校正包含在從編碼器輸出的帶有相差的兩相正弦信號中的偏移誤差。然后，檢測并校正包含在校正過偏移的兩相正弦信號中的幅度誤差。接下來，檢測并校正包含在校正過幅度的兩相正弦信號中的相位誤差。進一步地，檢測并校正包含在校正過相位的兩相正弦信號中的第三諧波失真。每個校正步驟包括檢測來自包含在該校正過的兩相正弦信號中的理想Lissajous波形的誤差。并將檢測到的誤差加到累積相加的最后值中，以產(chǎn)生新的校正系數(shù)，由此動態(tài)更新該校正系數(shù)。
文檔編號G01D18/00GK1769844SQ200510124979
公開日2006年5月10日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權日2004年10月13日
發(fā)明者桐山哲郎, 小磯隆一, 吉中敏郎 申請人:三豐株式會社