计算绝对位移量的装置及其方法
【专利摘要】本发明以检测移动体的绝对位移量作为课题。在本实施例中，从利用与主轴及副轴相结合的角度传感器所检测出的旋转角度计算出主轴的多旋转绝对旋转角。与旋转驱动源（11）相结合的主轴（12）的旋转以预先设定的变速比传输至副轴（13，14）。主轴（12）及副轴（13，14）的旋转角度（Ss，Sp，Sq）由角度传感器（15a，15b，15c）来检测出，这些值在AD转换角度计算部（16）中作为角度检测值（θs，θp，θq）分别被发送至同步化/整数化处理部（17），从而计算出整数化后的周期信号（p，q）。周期信号（p，q）分别被发送至周期运算部（18），从而计算出主轴的周期信号（r）。旋转角合成部（19）基于主轴的周期信号（r）及主轴的角度检测值（θs），计算出主轴的多旋转绝对旋转角（θc）。本发明也适用于检测直线移动的移动体的位移量的装置。
【专利说明】计算绝对位移量的装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算绝对位移量的装置及其方法，进一步详细而言，涉及从不同周期的多个周期信号中计算出周期较长的周期信号、并从该周期信号中计算出绝对位移量的装置及其方法。
【背景技术】
[0002]在机床等领域，对检测移动体的移位量的各种方式进行了探讨，并应用于实际的使用中。例如，在日本专利第3967963号公报(专利文献I)中公开了下述装置，在该装置中设有绝对检测周期不同的两个旋转变压器(图1)，利用从这两个旋转变压器输出的位移检测信号来检测出绝对位移。该检测装置利用行程值来检测出绝对位移，该行程值是转换成用于从两个周期信号中得到这两者的最小公倍数的周期信号的数据、并预先存储于ROM中且被数值化后的行程值。
[0003]此外，在日本专利第3665732号公报(专利文献2 )中公开了下述装置，该装置利用三个从动齿轮咬合于主轴驱动齿轮的齿轮结构，检测出主转轴的多旋转的绝对位置(图2)。该检测装置利用与三个从动齿轮结合而成的旋转变压器检测出机械角，从该机械角中求出各从动齿轮的转速，对预先存储于ROM中的各从动齿轮的转速与主转轴的转速之间的关系(图9)进行比较，从而检测出主转轴的绝对位置。
现有技术文献 专利文献
[0004]专利文献1:日本专利第3967963号公报 专利文献2:日本专利第3665732号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0005]在专利文献2所记载的发明中，由于将被数值化后的数据存储于R0M，因此，需要具有较大存储容量的半导体装置，与此同时，还要耗费较大的安装面积。由于这样的原因，会产生检测装置的成本较高的问题。此外，在专利文献I所记载的发明中，通过将用于从两个周期信号中获得其最小公倍数的周期信号所需的二维数据排列设为一维数据排列，虽然减少了数据量，但是，对于预先将数据存储于ROM并进行的处理没有变化。
[0006]本发明是为解决上述现有问题而完成的，提供一种绝对位移检测装置、以及计算绝对周期信号的方法，该绝对位移检测装置不需要预先在ROM内存储参照用数据，从利用检测位移量的多个位移检测机构所检测出的多个位移检测信号中计算绝对周期信号，该绝对周期信号具有比多个位移检测信号的周期更宽的周期。
解决技术问题所采用的技术方案
[0007]本发明的绝对位移检测装置是从利用检测位移量的多个位移检测机构所检测出的多个位移检测信号中，计算出具有比多个位移检测信号的周期更宽周期的绝对周期信号的绝对位移检测装置，其特征在于，包括:第一计算单元，该第一计算单元从多个位移检测信号中生成周期不同的第一周期信号及第二周期信号，利用共用的基本单位量将第一周期信号及第二周期信号数值化，且使这两个信号同步地进行变化；第二计算单元，该第二计算单元将第一周期信号乘以第一系数后所得的值和第二周期信号乘以第二系数后所得的值之差，除以第一周期信号的周期与第二周期信号的周期的公倍数，从而算出第一余数，其中，第一系数是用公倍数除以第一周期信号的周期后所得的值，第二系数是用公倍数除以第二周期信号的周期后所得的值；第三计算单元，该第三计算单元用第一余数除以第一系数和第二系数之差，从而算出第二余数；以及第四计算单元，该第四计算单元通过将第一余数、和用第二余数乘以公倍数后所得的值相加，计算出绝对周期信号。
[0008]本发明的特征在于，本发明所涉及的第四计算单元还包括除法单元，该除法单元用绝对周期信号除以第一系数和第二系数之差。
[0009]本发明的特征在于，本发明所涉及的公倍数还包括最小公倍数。
[0010]本发明的特征在于，本发明所涉及的多个位移检测机构还包括用于检测直线运动的移动体的位移的位移传感器。
[0011]本发明的特征在于，本发明所涉及的多个位移检测机构包括变速结构，该变速结构由旋转运动的主轴、以第一变速比传输主轴的旋转的第一副轴、以及以第二变速比传输主轴的旋转的第二副轴来构成，从用于检测主轴、及第一和第二副轴的旋转角度的角度传感器输出多个位移检测信号。
[0012]本发明的特征在于，还包括检测单元，该检测单元通过将利用除法单元所得到的值乘以基本单位量，再与主轴的旋转角度相加，由此检测出主轴的绝对旋转角。
[0013]本发明的方法是从利用检测位移量的多个位移检测机构所检测出的多个位移检测信号中，计算出具有比多个位移检测信号的周期更宽周期的绝对周期信号的计算方法，其特征在于，包括:第一计算阶段，在该第一计算阶段中，从多个位移检测信号中生成周期不同的第一周期信号及第二周期信号，利用共用的基本单位量将第一周期信号及第二周期信号数值化，且使这两个信号同步地进行变化；第二计算阶段，在该第二计算阶段中，将第一周期信号乘以第一系数后所得的值和第二周期信号乘以第二系数后所得的值之差，除以第一周期信号的周期与第二周期信号的周期的公倍数，从而算出第一余数，其中，第一系数是用公倍数除以第一周期信号的周期后所得的值，第二系数是用公倍数除以第二周期信号的周期后所得的值；第三计算阶段，在该第三计算阶段中，用第一余数除以第一系数和第二系数之差，从而算出第二余数；以及第四计算阶段，在该第四计算阶段中，通过将第一余数、和用第二余数乘以公倍数后所得的值相加，计算出周期信号。
[0014]本发明的方法的特征在于，本发明所涉及的第四计算阶段还包括除法阶段，在该除法阶段中，用绝对周期信号除以第一系数和第二系数之差。
[0015]本发明的方法的特征在于，本发明所涉及的公倍数是最小公倍数。
[0016]本发明的方法的特征在于，本发明所涉及的多个位移检测机构还包括用于检测直线运动的移动体的位移的位移传感器。
[0017]本发明的方法的特征在于，本发明所涉及的多个位移检测机构包括变速结构，该变速结构由旋转运动的主轴、以第一变速比传输主轴的旋转的第一副轴、以及以第二变速比传输主轴的旋转的第二副轴来构成，从用于检测主轴、及第一和第二副轴的旋转角度的角度传感器输出多个位移检测信号。
[0018]本发明的方法的特征在于，还包括检测单元，在该检测单元中，通过将利用除法单元所得到的值乘以基本单位量，再与主轴的旋转角度相加，由此检测出主轴的绝对旋转角。
发明效果
[0019]根据本发明，无需将参照数据存储于存储器，就可以从两个周期信号中通过简单的计算处理来求得两者的最小公倍数的周期信号。由于无需对存储于存储器的参照数据进行循环的检索处理，因此可以实现对移动体位移量的高速处理。此外，由于无需使用预先存储数据的存储器，因此在降低成本的同时，还可以缩减存储器用的空间。
[0020]下面，参照附图对本发明的实施例进行说明，但附图及与该附图相对应的说明仅仅是用于实施本发明的示例性的记载，而并不意味着将权利要求所涉及的发明限定于本实施例中。此外，本发明是可以检测出直线运动的移动体的位移量，以及旋转运动的移动体的位移量的发明，但在下述的实施例中，基于检测电动机等旋转驱动源的位移量(旋转角)的实施例进行说明。然而，权利要求范围所定义的发明并不限定于实施例所示出的检测旋转驱动源的位移量的装置及方法。并且，本发明仅通过权利要求所定义的语言来解释，该语言遵从其一般的解释。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是作为本发明的一个实施例的多旋转绝对旋转角检测装置的框图。
图2是表示在作为本发明的一个实施例的多旋转绝对旋转角检测装置中、用于说明周期信号P，Q和主轴的旋转数I之间的关系的波形的图。
图3是表示在周期运算部中从周期信号P，q来计算周期信号r的流程的框图。
图4是表示用于说明主轴的旋转数与数值d，e之间的关系的波形的图。
图5是表示用于说明主轴的旋转数与数值f，g之间的关系的波形的图。
图6是表示在本发明的一个实施例中、从输入周期运算部的周期信号P，q计算出周期信号r的处理过程中的计算结果的表。
图7表示用于一览地显示本发明的计算方法所能处理的30个周期内的周期P，Q的组合的表。
图8是表示在本发明的其他实施例中、从输入周期运算部的周期信号P，q计算出周期信号r的处理过程中的计算结果的表。
图9是表示在由三个周期信号的周期计算最小公倍数、从而计算具有该周期的周期信号的情况下是否可以计算的表。
【具体实施方式】
[0022]图1是作为本发明的一个实施例的多旋转绝对旋转角计算装置10的框图。图1的多旋转绝对旋转角计算装置10是计算与作为旋转驱动源的电动机11的转轴相结合的主轴12的多旋转绝对旋转角Θ的装置。在与电动机11的转轴相结合的主轴12上安装有第一主轴齿轮12a及第二主轴齿轮12b，这两者分别与第一副轴13的第一副轴齿轮13a和第二副轴14的第二副轴齿轮14a相咬合。第一副轴齿轮13a对第一主轴齿轮12a的变速比为4/5，且第二副轴齿轮14a对第二主轴齿轮12b的变速比为8/9。在本实施例的变速比下，第一、第二副轴13、14的转速相对于主轴12进行减速。
[0023]在主轴12、第一副轴13、以及第二副轴14上安装有使用了 MR元件的角度传感器15a，15b，15c，检测出各轴的旋转角度。角度传感器15a，15b，15c只要是检测旋转角度的传感器即可，可以是旋转变压器、光学式编码器、以及其他传感器。角度传感器15a，15b，15c在转轴旋转一圈后，输出这一个周期的两相正弦波信号(Ksin θ ,Kcos θ )。基于利用角度传感器15a，15b，15c检测出的两相正弦波信号Ss, Sp, Sq，计算出主轴12的多旋转绝对旋转角9c，其步骤简要如下所述。另外，主轴12，第一及第二副轴13、14，第一及第二主轴齿轮12a、12b，第一及第二副轴齿轮13a、14a，以及角度传感器15a、15b、15c构成位移检测机构，输出多个位移检测信号。
[0024]将利用以上述方式构成的齿轮结构中的角度传感器检测出的各轴的两相正弦波信号输入到AD转换及角度计算部16，计算表示各转轴的旋转一周内的角度的角度检测值0s, θρ, 0qo接着，将这些角度检测值θ8，θρ, 0q分别发送至同步化/整数化处理部17，计算出周期信号p，q。周期信号P是将主轴旋转一周时的相位差量设为1、且对主轴角度检测值θs与第一副轴角度检测值θP之间的相位差进行计数后得到。周期信号q是将主轴旋转一周时的相位差量设为1、且对主轴角度检测值θ S与第一副轴角度检测值θ (!之间的相位差进行计数后得到。周期信号P，周期信号q在与主轴的每转I次的旋转数同步并进行变化。
[0025]在本实施例中，由 于第一主轴齿轮12a与第一副轴齿轮13a的变速比为4/5，因此，主轴12每旋转5周(每当主轴的旋转角为360X5 = 1800°的整数倍)，第一副轴13旋转4周，主轴旋转角检测值θs与第一副轴角度检测值θP之间的相位关系恢复为原先的状态。即，周期信号P具有周期P (在本实施例中为5转)。此外，由于第二主轴齿轮12b与第二副轴齿轮14a的变速比为8/9，因此，主轴12每旋转9周(每当主轴的旋转角为360X9=3240°的整数倍)，第二副轴13旋转8周，主轴旋转角检测值θ s与第二副轴角度检测值Qq之间的相位关系恢复为原先的状态。即，周期信号q具有周期Q (在本实施例中为9转)。这些周期信号P，q被进一步发送至周期运算部18，此处，周期信号p，q计算出表示第一副轴齿轮13a的旋转角度与第二副轴齿轮14a的旋转角度同步的周期(周期P与周期Q的最小公倍数L，在本实施例中为45周期)的信号即周期信号r。最后，基于该周期信号r与角度检测值θ s,在旋转角合成部19计算出主轴12的多旋转绝对旋转角θ Co下面,进一步对各框图中的计算处理进行详细地说明。
[0026]AD转换及角度计算部16将所输入的两相正弦波信号Ss，Sp，Sq转换为数字值，通过计算这两个信号的反正切(反正切函数)，来分别求出各轴的角度检测值θ8，θρ，0q。这里，若将每旋转一周的基本单位量u设为例如360(° )，则对于转轴的旋转输出O~360的角度检测值。另外，在下文的描述中，“角度”表示旋转一周内的角度的显示(例如，O~360(° ))，此外，“旋转角”包含多旋转的角度的显示(例如，旋转2周的情况下为720(° ))。另外，基本单位量u也可以设为1，在这种情况下，旋转角I是指旋转一周。
[0027]若将主轴12的旋转角设为θ，则由安装于主轴12的主轴角度传感器15a的输出信号Ss所求得的角度检测值θ s可以通过对主轴12的旋转角θ实施基本单位量u的余数计算来获得，因此可以表示为下式(1)。所谓余数是指，在式(1)中，用被除数θ除以除数u时所得的余数。此外，第一、第二副轴13、14的角度检测值θΡ、0q也可以通过对第一、第二副轴13、14的旋转角实施基本单位量u的余数计算来获得。考虑到齿轮的间隙、角度传感器的检测误差，由于第一、第二副轴13、14相对于主轴12的变速比为4/5、8/9，因此，角度检测值θρ，0q可以分别表示成下式(2)，(3)。
【数学式I】
【权利要求】
1.一种绝对位移检测装置，所述绝对位移检测装置从利用检测位移量的多个位移检测机构所检测出的多个位移检测信号中，计算出具有比所述多个位移检测信号的周期更宽周期的绝对周期信号，其特征在于，包括: 第一计算单元，该第一计算单元从所述多个位移检测信号中生成周期不同的第一周期信号及第二周期信号，利用共用的基本单位量将所述第一周期信号及所述第二周期信号数值化，且使这两个信号同步地进行变化； 第二计算单元，该第二计算单元将所述第一周期信号乘以第一系数后所得的值和所述第二周期信号乘以第二系数后所得的值之差，除以所述第一周期信号的周期与所述第二周期信号的周期的公倍数，从而算出第一余数，其中，所述第一系数是用所述公倍数除以所述第一周期信号的周期后所得的值，所述第二系数是用所述公倍数除以所述第二周期信号的周期后所得的值； 第三计算单元，该第三计算单元用所述第一余数除以所述第一系数和所述第二系数之差，从而算出第二余数；以及 第四计算单元，该第四计算单元通过将所述第一余数、和用所述第二余数乘以所述公倍数后所得的值相加，计算出所述绝对周期信号。
2.如权利要求1所述的绝对位移检测装置，其特征在于， 所述第四计算单元还包括除法单元，该除法单元用所述绝对周期信号除以所述第一系数和所述第二系数之差。
3.如权利要求1所述的绝对位移检测装置，其特征在于， 所述公倍数是最小公倍数。
4.如权利要求1所述的绝对位移检测装置，其特征在于， 所述多个位移检测机构还包括用于检测直线运动的移动体的位移的位移传感器。
5.如权利要求2所述的绝对位移检测装置，其特征在于， 所述多个位移检测机构包括变速结构，该变速结构由旋转运动的主轴、以第一变速比传输所述主轴的旋转的第一副轴、以及以第二变速比传输所述主轴的旋转的第二副轴来构成，从用于检测所述主轴、及第一和第二副轴的旋转角度的角度传感器输出所述多个位移检测信号。
6.如权利要求5所述的绝对位移检测装置，其特征在于， 还包括检测单元，该检测单元通过将利用所述除法单元所得到的值乘以所述基本单位量，再与所述主轴的旋转角度相加，由此检测出所述主轴的绝对旋转角。
7.一种方法，所述方法从利用检测位移量的多个位移检测机构所检测出的多个位移检测信号中，计算出具有比所述多个位移检测信号的周期更宽周期的绝对周期信号，其特征在于，包括: 第一计算阶段，在该第一计算阶段中，从所述多个位移检测信号中生成周期不同的第一周期信号及第二周期信号，利用共用的基本单位量将所述第一周期信号及第二周期信号数值化，且使这两个信号同步地进行变化； 第二计算阶段，在该第二计算阶段中，将所述第一周期信号乘以第一系数后所得的值和所述第二周期信号乘以第二系数后所得的值之差，除以所述第一周期信号的周期与所述第二周期信号的周期的公倍数，从而算出第一余数，其中，所述第一系数是用所述公倍数除以所述第一周期信号的周期后所得的值，所述第二系数是用所述公倍数除以所述第二周期信号的周期后所得的值； 第三计算阶段，在该第三计算阶段中，用所述第一余数除以所述第一系数和所述第二系数之差，从而算出第二余数；以及 第四计算阶段，在该第四计算阶段中，通过将所述第一余数、和用所述第二余数乘以所述公倍数后所得的值相加，计算出所述周期信号。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于， 所述第四计算阶段还包括除法阶段，在该除法阶段中，用所述绝对周期信号除以所述第一系数和所述第二系数之差。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于， 所述公倍数是最小公倍数。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于， 所述多个位移检测机构还包括用于检测直线运动的移动体的位移的位移传感器。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于， 所述多个位移检测机构包括变速结构，该变速结构由旋转运动的主轴、以第一变速比传输所述主轴的旋转的第一副轴、以及以第二变速比传输所述主轴的旋转的第二副轴来构成，从用于检测所述主轴、及第一和第二副轴的旋转角度的角度传感器输出所述多个位移检测信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，` 还包括检测阶段，在该检测阶段中，通过将利用所述除法阶段所得到的值乘以所述基本单位量，再与所述主轴的旋转角度相加，由此检测出所述主轴的绝对旋转角。
【文档编号】G01B7/00GK103649672SQ201280032645
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2011年7月12日
【发明者】宝田明彦, 古田雅治 申请人:东方马达股份有限公司