JP4447938B2 - Position detection device - Google Patents
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Description
本発明は、相対移動する2部材の移動位置データを検出する位置検出装置に関し、詳しくは、相対移動の距離に応じた2部材の移動位置データを検出する位置検出装置に関する。 The present invention relates to a position detection device that detects movement position data of two members that move relative to each other, and more particularly to a position detection device that detects movement position data of two members according to the distance of relative movement.
位置検出装置は、相対移動をする2部材の移動位置を検出する。ここで、位置検出装置の構成について以下に述べる。位置検出装置は、一定の波長で信号レベルが変動する周期信号が一定方向に沿って記録されたスケールと、このスケールに記録された周期信号を検出するヘッド部と、ヘッド部から検出された周期信号の信号処理をして位置情報を出力する演算処理部とを備えて構成される。スケール及びヘッド部は、相対移動する2部材の可動部と基準部とに取り付けられる。位置検出装置では、ヘッド部が、2部材の相対移動に応じて、信号レベルが変動する周期信号をスケール検出して、この検出した周期信号を演算処理部に供給する。演算処理部は、ヘッド部が検出した周期信号に基づき、2部材の相対移動位置を示す位置情報を出力する。このような位置検出装置では、スケールに記録された周期信号の記録波長をさらに内挿して高い分解能で位置検出を行うため、検出した周期信号を極座標変換して角度信号を生成し、この角度信号を用いて位置情報を生成する。 The position detection device detects the movement position of the two members that move relative to each other. Here, the configuration of the position detection device will be described below. The position detection device includes a scale in which a periodic signal whose signal level varies at a certain wavelength is recorded along a certain direction, a head unit that detects the periodic signal recorded in the scale, and a cycle that is detected from the head unit. And an arithmetic processing unit that performs signal processing of the signal and outputs position information. The scale and the head portion are attached to the movable portion and the reference portion of the two members that move relative to each other. In the position detection device, the head unit detects the scale of a periodic signal whose signal level varies according to the relative movement of the two members, and supplies the detected periodic signal to the arithmetic processing unit. The arithmetic processing unit outputs position information indicating the relative movement position of the two members based on the periodic signal detected by the head unit. In such a position detection device, in order to detect the position with high resolution by further interpolating the recording wavelength of the periodic signal recorded on the scale, the detected periodic signal is converted into polar coordinates to generate an angle signal. Is used to generate position information.
ところで、位置検出装置では、ヘッド部から供給されるsin信号及びcos信号をADC(analog to digital converter)により量子化した後、arctan(sinθ/cosθ)で極座標変換し、この角度データを所望の分割数に正規化し、内挿している。このADCを用いた内挿では、ルックアップテーブルを用いて極座標変換することが一般的である。しかし、ADCには、基本的にヒステリシスがなく不安定な出力しか得られず、また、分割数もADCの分解能に依存してしまい、高内挿を行うためには高分解能のADCと大容量のルックアップテーブル、つまりはメモリが必要となる。 By the way, in the position detection device, the sine signal and the cosine signal supplied from the head unit are quantized by an ADC (analog to digital converter), and then are subjected to polar coordinate conversion by arctan (sin θ / cos θ), and the angle data is divided into desired divisions. Normalized to numbers and interpolated. In the interpolation using the ADC, polar coordinate conversion is generally performed using a lookup table. However, the ADC basically has no hysteresis and can only provide an unstable output, and the number of divisions also depends on the resolution of the ADC. For high interpolation, a high resolution ADC and a large capacity are required. Requires a lookup table, that is, memory.
このような問題を解決する方法として、角度データの様にモジュロ数に対して高域周波数成分を除去するLPF(Low Pass Filter)効果のあるデジタルフィルタ等が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 As a method for solving such a problem, a digital filter having an LPF (Low Pass Filter) effect that removes a high-frequency component from the modulo number, such as angle data, has been proposed (for example, Patent Document 1). reference.).
通常、ADCから出力されるデータは、一つの値を連続して出力することはなく、図19に示すように、ガウシアン分布状に変化しているデータが出力される。 Normally, the data output from the ADC does not output one value continuously, and data changing in a Gaussian distribution is output as shown in FIG.
また、同様に、角度データを得るためのルックアップテーブルから読み出されるデータも、X−Y平面に対し、一点の角度データではなく、ある領域においてガウシアン分布状に変化している角度データである。したがって、ルックアップテーブルに欠損があっても、ルックアップテーブルから読み出された角度データを積分することにより現在の位置を類推することができる。 Similarly, the data read from the look-up table for obtaining the angle data is not angle data at one point with respect to the XY plane but angle data that changes in a Gaussian distribution in a certain region. Therefore, even if there is a defect in the lookup table, the current position can be inferred by integrating the angle data read from the lookup table.
また、LPFは、一般的に積分器と呼ばれており、有限領域でのみ有効であるので、角度データの様なモジュロデータの場合は、特殊なLPFが必要となる。しかしながら、LPFは、有限領域でのみ可能であるので、モジュロ数のように折り返し部分が存在するデータが入力された場合には、図20に示すように、出力信号は鈍ってしまう。 The LPF is generally called an integrator and is effective only in a finite region. Therefore, in the case of modulo data such as angle data, a special LPF is required. However, since LPF is possible only in a finite region, when data having a folded portion such as a modulo number is input, the output signal becomes dull as shown in FIG.
そこで、特許文献1では、フェイズアキュムレータ(VCO、Voltage Control Oscillator)を用いた位相比較型LPFを採用している。位相比較型LPFは、図21に示すように、PLL(Phase Locked Loop)の位相比較出力又はチャージポンプ出力が有限領域で、その出力にLPFを掛けている。また、位相比較された値は、図22に示すように、ロックレンジを外れない限りVL〜VH間の有限領域に存在することになる。
Therefore, in
しかし、デジタルフィルタは、高分割を安定にする効果があるが、一方で、時間領域で積分しているために、ヘッド部がスケールに対して相対的に高速移動する場合には、角度データが正しく変化しない問題がある。一方で、このような高速移動時の不都合を回避するために、LPFを外してしまうと、低速時の安定度が確保しにくい問題がある。 However, the digital filter has an effect of stabilizing the high division. On the other hand, since the integration is performed in the time domain, the angle data is not obtained when the head unit moves at a high speed relative to the scale. There is a problem that does not change correctly. On the other hand, if the LPF is removed in order to avoid such inconvenience during high speed movement, there is a problem that it is difficult to ensure stability at low speed.
解決しようとする問題点は、ヘッド部とスケールとが相対的に移動する速度に関わらず安定したデータの出力を行う点にある。 The problem to be solved is that stable data output is performed regardless of the speed at which the head portion and the scale move relatively.
本発明は、上述の課題を解決するために、周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する1つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による1周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、基準信号を発生する基準信号発生手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う積分演算手段と、上記積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、所定の信号を生成する偏差検出手段と、上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する利得増減手段とを備え、上記偏差検出手段は、上記基準信号発生手段により生成された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、上記偏差信号生成手段で生成された偏差信号と、上記絶対値信号とを減算処理し、減算後の値を絶対値として出力する減算処理手段と、上記減算処理手段により減算処理された値と、所定値とを比較する比較手段とを備え、上記利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1にし、上記積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記利得増減手段により利得が増減された信号を積分演算することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem , the present invention provides a recording medium on which a position signal composed of a periodic signal is recorded, and a relative movement with respect to the recording medium along the recording direction of the position signal. And an absolute value signal generation unit that generates an absolute value signal indicating an absolute position between the recording medium and the detection head within one cycle based on a position signal detected by the detection head. A position detection device having a reference signal generating means for generating a reference signal, an integration calculating means for performing an integration calculation on an input signal based on the reference signal generated by the reference signal generating means, and the integration calculating means. A phase comparison unit that compares the phase of the integral calculation signal with the phase of the absolute value signal and generates a phase error signal according to the comparison result, and the reference signal generation unit Deviation detection means for detecting a deviation of the absolute value signal based on the quasi signal and generating a predetermined signal; and a phase error signal generated by the phase comparison means in accordance with the signal generated by the deviation detection means Gain increase / decrease means for increasing / decreasing the gain of the deviation signal generation means for detecting a deviation of the absolute value signal and generating a deviation signal based on the reference signal generated by the reference signal generation means Means, a subtraction process means for subtracting the deviation signal generated by the deviation signal generation means and the absolute value signal, and outputting the value after the subtraction as an absolute value, and a subtraction process by the subtraction processing means A comparator for comparing the value with a predetermined value, and the gain increasing / decreasing unit sets the gain of the phase error signal to 1 when a signal indicating that the predetermined value is smaller is supplied from the comparing unit. Less than Of the predetermined value, when a signal indicating that the larger the predetermined value from said comparing means is supplied, the gain of the phase error signal to 1, the integral calculation means it is generated by the reference signal generating means based on the reference signal, wherein the gain is integral calculation increase or decrease the signal by the gain adjusting unit.
また、本発明は、上述の課題を解決するために、周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する1つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による、1周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、基準信号を発生する基準信号発生手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う第1の積分演算手段と、上記第1の積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、所定の信号を生成する偏差検出手段と、上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する第1の利得増減手段と、上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第2の利得増減手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記第2の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号に積分演算を行う第2の積分演算手段と、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号と、上記第2の積分演算手段により積分演算された信号とを加算演算する加算演算手段とを備え、上記偏差検出手段は、上記基準信号発生手段により生成された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、上記偏差信号生成手段で生成された偏差信号と、上記絶対値信号とを絶対値減算処理する減算処理手段と、上記減算処理手段により絶対値減算処理された値と、所定値とを比較する比較手段とを備え、上記第1の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1にし、上記第2の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を0にし、上記第1の積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記加算演算手段により加算演算された信号を積分演算することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention moves relative to the recording medium along the recording direction of the position signal and the recording medium on which the position signal composed of a periodic signal is recorded, Absolute value signal generation for generating an absolute value signal indicating an absolute position between the recording medium and the detection head within one cycle based on one or more detection heads for detecting a position signal and the position signal detected by the detection head A reference signal generation means for generating a reference signal, and a first integration calculation means for performing an integration calculation on the input signal based on the reference signal generated by the reference signal generation means; A phase comparison means for comparing the phase of the absolute value signal with the signal integrated by the first integration calculation means and generating a phase error signal according to the comparison result; and the reference signal generation Deviation detection means for detecting a deviation of the absolute value signal based on the reference signal generated by the stage and generating a predetermined signal, and generated by the phase comparison means according to the signal generated by the deviation detection means First gain increase / decrease means for increasing / decreasing the gain of the phase error signal, and the gain of the phase error signal whose gain has been increased / decreased by the first gain increase / decrease means in accordance with the signal generated by the deviation detection means. Based on the second gain increasing / decreasing means for increasing / decreasing and the reference signal generated by the reference signal generating means, a second integral calculating for performing an integrating calculation on the phase error signal whose gain has been increased / decreased by the second gain increasing / decreasing means. and means, the phase error signal gain is increased or decreased by the first gain adjusting unit, and an adding arithmetic means for adding operation on the integral calculation signal by the second integral calculation section, the upper The deviation detecting means detects a deviation of the absolute value signal based on the reference signal generated by the reference signal generating means, and generates a deviation signal, and the deviation generated by the deviation signal generating means A subtraction processing means for performing an absolute value subtraction process on the signal and the absolute value signal; a comparison means for comparing the value subjected to the absolute value subtraction process by the subtraction processing means with a predetermined value; When the signal indicating that the predetermined value is smaller is supplied from the comparing means, the increasing / decreasing means sets the gain of the phase error signal to a predetermined value of 1 or less, and the predetermined value is larger from the comparing means. When the signal is supplied, the gain of the phase error signal is set to 1, and the second gain increasing / decreasing means supplies the signal indicating that the predetermined value is smaller from the comparing means. By the first gain increasing / decreasing means When the gain of the phase error signal whose gain has been increased or decreased is set to a predetermined value of 1 or less and a signal indicating that the predetermined value is larger is supplied from the comparing means, the gain is increased or decreased by the first gain increasing / decreasing means. is the gain of the phase error signal to zero, the first integral calculation section, based on the reference signal generated by said reference signal generating means, the integrating operation of the addition operation signal by the addition operation means Features .
また、本発明は、上述の課題を解決するために、周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する1つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による、1周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、基準信号を発生する基準信号発生手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う積分演算手段と、上記積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号を絶対値の信号に変換し、変換後の信号から所定の信号を生成する絶対値変換手段と、上記絶対値変換手段から供給された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する利得増減手段とを備え、上記絶対値変換手段は、上記位相比較手段から供給された位相誤差信号を絶対値の信号に変換する変換手段と、上記変換手段で変換された絶対値の信号と所定値とを比較する比較手段とを備え、上記利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1にし、上記積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記利得増減手段により利得が増減された信号を積分演算することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention moves relative to the recording medium along the recording direction of the position signal and the recording medium on which the position signal composed of a periodic signal is recorded, Absolute value signal generation for generating an absolute value signal indicating an absolute position between the recording medium and the detection head within one cycle based on one or more detection heads for detecting a position signal and the position signal detected by the detection head A reference signal generating means for generating a reference signal, an integration calculating means for performing an integration operation on an input signal based on the reference signal generated by the reference signal generating means, and the integration A phase comparison unit that compares the phase of the absolute value signal with the signal that has been integrated by the calculation unit and generates a phase error signal according to the comparison result, and the phase comparison unit The phase error signal is converted into an absolute value signal and an absolute value conversion means for generating a predetermined signal from the converted signal and generated by the phase comparison means according to the signal supplied from the absolute value conversion means Gain increasing / decreasing means for increasing / decreasing the gain of the phase error signal, wherein the absolute value converting means converts the phase error signal supplied from the phase comparing means into an absolute value signal, and the converting means. A comparison means for comparing the absolute value signal converted in step (b) with a predetermined value, and the gain increase / decrease means receives the signal indicating that the predetermined value is smaller from the comparison means. When the gain of the error signal is set to a predetermined value of 1 or less and a signal indicating that the predetermined value is larger is supplied from the comparison means, the gain of the phase error signal is set to 1, and the integration calculation means By reference signal generation means Based on the generated reference signal, wherein the gain is integral calculation increase or decrease the signal by the gain adjusting unit.
さらに、本発明は、上述の課題を解決するために、周期性信号からなる位置信号が記録された記録媒体と、上記位置信号の記録方向に沿って上記記録媒体に対して相対移動し、上記位置信号を検出する1つ以上の検出ヘッドと、上記検出ヘッドが検出した位置信号による、1周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの絶対位置を示す絶対値信号を生成する絶対値信号生成部とを有する位置検出装置において、基準信号を発生する基準信号発生手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う第1の積分演算手段と、上記第1の積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号を絶対値の信号に変換し、変換後の信号から所定の信号を生成する絶対値変換手段と、上記絶対値変換手段から供給された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する第1の利得増減手段と、上記絶対値変換手段により生成された信号に応じて、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第2の利得増減手段と、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記第2の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号に積分演算を行う第2の積分演算手段と、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号と、上記第2の積分演算手段により積分演算された信号とを加算演算する加算演算手段とを備え、上記絶対値変換手段は、上記位相比較手段から供給された位相誤差信号を絶対値の信号に変換する変換手段と、上記変換手段で変換された絶対値の信号と所定値とを比較する比較手段とを備え、上記第1の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1にし、上記第2の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を0にし、上記第1の積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記加算演算手段により加算演算された信号を積分演算することを特徴とする。 Furthermore, in order to solve the above-mentioned problem, the present invention moves relative to the recording medium in which a position signal composed of a periodic signal is recorded and the recording medium along the recording direction of the position signal. Absolute value signal generation for generating an absolute value signal indicating an absolute position between the recording medium and the detection head within one cycle based on one or more detection heads for detecting a position signal and the position signal detected by the detection head A reference signal generation means for generating a reference signal, and a first integration calculation means for performing an integration calculation on the input signal based on the reference signal generated by the reference signal generation means; A phase comparison unit that compares the phase of the absolute value signal with the signal integrated by the first integration calculation unit and generates a phase error signal according to the comparison result; and the phase comparison unit The phase error signal generated by step (b) is converted into an absolute value signal, and an absolute value conversion unit that generates a predetermined signal from the converted signal, and the phase comparison according to the signal supplied from the absolute value conversion unit First gain increase / decrease means for increasing / decreasing the gain of the phase error signal generated by the means, and phase error whose gain has been increased / decreased by the first gain increase / decrease means in accordance with the signal generated by the absolute value conversion means Based on the second gain increase / decrease means for increasing / decreasing the gain of the signal and the reference signal generated by the reference signal generation means, an integration operation is performed on the phase error signal whose gain is increased / decreased by the second gain increase / decrease means. 2 integration calculation means, and an addition calculation means for adding and calculating the phase error signal whose gain has been increased or decreased by the first gain increase and decrease means and the signal that has been integrated and calculated by the second integral calculation means. The absolute value converting means converts the phase error signal supplied from the phase comparing means into an absolute value signal, and compares the absolute value signal converted by the converting means with a predetermined value. And the first gain increase / decrease means sets the gain of the phase error signal to a predetermined value of 1 or less when the signal indicating that the predetermined value is smaller is supplied from the comparing means. When a signal indicating that the predetermined value is larger is supplied from the comparing means, the gain of the phase error signal is set to 1, and the second gain increasing / decreasing means indicates that the predetermined value is smaller than the comparing means. Is supplied, the gain of the phase error signal whose gain has been increased or decreased by the first gain increasing / decreasing means is set to a predetermined value of 1 or less, and a signal indicating that the predetermined value is larger from the comparing means. When supplied, the first gain increasing / decreasing means The gain of the phase error signal whose gain has been increased or decreased by 0 is set to 0, and the first integration calculation means integrates the signal added and calculated by the addition calculation means based on the reference signal generated by the reference signal generation means It is characterized by calculating.
本発明に係る位置検出装置は、周期性信号から得られる角度データのようなモジュロ数を扱うことができ、入力値(角度データPI)と出力値(平滑角度データPF)の偏差が大きくなったとき、すなわち、ヘッド部3がスケール2に対して高速で移動しているときには、利得増減部の増幅率の値を強制的に1にすることで、LPFの効果を外すので、平滑角度データPFを正しく出力することができ、また、入力値(角度データPI)と出力値(平滑角度データPF)の偏差が小さいとき、すなわち、ヘッド部3がスケール2に対して低速で移動しているときには、利得増減部により位相誤差信号に所定の利得の増減を行い、LFPの効果を発揮させるので、安定した平滑角度データPFを出力することができる。
The position detection device according to the present invention can handle a modulo number such as angle data obtained from a periodic signal, and a deviation between an input value (angle data PI) and an output value (smooth angle data PF) is increased. When the
また、本願発明に係る位置検出装置は、ヘッド部がスケールに対して低速で移動するときも、高速で移動するときにも同一の積分器(フェイズアキュムレータ)を用いるので、出力される平滑角度データPFに誤差が発生しない利点がある。 In addition, since the position detection device according to the present invention uses the same integrator (phase accumulator) when the head unit moves at a low speed relative to the scale and also when the head unit moves at a high speed, the output smooth angle data There is an advantage that no error occurs in the PF.
さらに、本願発明に係る位置検出装置は、入力値(角度データPI)と出力値(平滑角度データPF)の偏差を所望の乗数で利得を増減し、LPFのカットオフ周波数fcを決定する乗数をコントロールするので、ヘッド部とスケールの相対速度に応じてカットオフ周波数fcを変化させることができ、より高次のノイズ成分を制御することができ、どのような速度であっても安定した出力を得ることができる。 Furthermore, the position detection device according to the present invention increases or decreases the gain by a desired multiplier for the deviation between the input value (angle data PI) and the output value (smooth angle data PF), and sets a multiplier that determines the cutoff frequency fc of the LPF. Since it is controlled, the cut-off frequency fc can be changed according to the relative speed of the head unit and the scale, higher-order noise components can be controlled, and a stable output can be obtained at any speed. Obtainable.
また、本願発明に係る位置検出装置は、ヘッド部とスケールの相対速度が低速のときの遅れ速度も、高速のときの遅れ速度も滑らかに変化するので、制御系に適した構成となっている。 The position detection device according to the present invention has a configuration suitable for the control system because the delay speed when the relative speed of the head unit and the scale is low and the delay speed when the relative speed is high change smoothly. .
以下、本発明の実施の形態として、直線移動をする工作機械(例えば、固定部と可動部とからなる2部材を有する工作機械)等の直線移動位置を検出する位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。図1に、本発明を適用した位置検出装置のブロック構成図を示す。 Hereinafter, as an embodiment of the present invention, a position detection device for detecting a linear movement position of a machine tool that moves linearly (for example, a machine tool having two members including a fixed portion and a movable portion) will be described with reference to the drawings. While explaining. FIG. 1 is a block diagram of a position detection apparatus to which the present invention is applied.
位置検出装置1は、図1に示すように、所定間隔で信号が記録されているスケール2と、スケール2と相対移動し、スケール2に記録されている信号を読み出すヘッド部3と、ヘッド部3により読み出した信号をデジタル変換する第1のアナログ/デジタル変換部4と、ヘッド部3により読み出した信号をデジタル変換する第2のアナログ/デジタル変換部5と、第1のアナログ/デジタル変換部4と第2のアナログ/デジタル変換部5から供給されるデータに基づき極座標変換し、角度データPIと、振幅データLIを生成する極座標変換部6と、極座標変換部6から供給された角度データPIに基づき、所定の処理を行い平滑角度データPFを生成するPLLローパスフィルタ7と、極座標変換部6から供給された振幅データLIとPLLローパスフィルタ7から供給されるデータに基づき、角度データPIに含まれているノイズを検出するノイズ検出部8と、所定の演算処理を行うフィルタ制御部9と、PLLローパスフィルタ7で生成された平滑角度データPFに所定の信号処理を行う微分回路10と、微分回路10の出力値(微分値)に所定の処理を行う積分回路11と、サンプリングクロック(基準信号)を発生するクロック発生部(基準信号発生部)12とを備えている。 As shown in FIG. 1, the position detection device 1 includes a scale 2 on which signals are recorded at predetermined intervals, a head unit 3 that moves relative to the scale 2 and reads signals recorded on the scale 2, and a head unit 1, a first analog / digital conversion unit 4 that digitally converts the signal read by the head 3, a second analog / digital conversion unit 5 that digitally converts the signal read by the head unit 3, and a first analog / digital conversion unit 4 and polar coordinate conversion based on the data supplied from the second analog / digital conversion unit 5 to generate angle data PI and amplitude data LI, and angle data PI supplied from the polar conversion unit 6 The PLL low-pass filter 7 that performs predetermined processing and generates smooth angle data PF, and amplitude data LI and PL supplied from the polar coordinate converter 6 Based on data supplied from the low-pass filter 7, a noise detection unit 8 that detects noise included in the angle data PI, a filter control unit 9 that performs predetermined arithmetic processing, and a smoothing generated by the PLL low-pass filter 7 Differentiating circuit 10 that performs predetermined signal processing on the angle data PF, integrating circuit 11 that performs predetermined processing on the output value (differential value) of the differentiating circuit 10, and a clock generation unit (reference signal) that generates a sampling clock (reference signal) Signal generation unit) 12.
なお、位置検出装置1は、PLLローパスフィルタ7と、微分回路10との間に、図示しない応答制限部を備えるような構成であっても良い。この場合には、応答制限部は、PLLローパスフィルタ7から供給された平滑角度データPFから、応答制限を行った応答制限角度データPHを生成し、生成した応答制限角度データPHを微分回路10に供給する。
The
位置検出装置1では、スケール2とヘッド部3とが直線移動する2部材にそれぞれ取り付けられ、この2部材の相対移動位置を検出する。例えば、スケール2が2部材のうちの可動部に取り付けられ、ヘッド部3が2部材のうちの固定部に取り付けられる。この位置検出装置1は、スケール2には位置信号が記録されており、ヘッド部3が工作機械等の直線移動に応じてこのスケール2に記録されている位置信号を検出して、この工作機械等の移動位置情報を出力する。この位置検出装置1からは、この工作機械等の移動位置情報として、位置信号によって生成される連続信号が出力される。
In the
したがって、本願発明に係る位置検出装置1では、工作機械の動作を制御する制御装置に連続信号を供給することにより、工作機械の移動位置情報を提供することができる。
Therefore, in the
このような位置検出装置1の各構成要素の内容についてさらに詳細に説明する。
The contents of each component of the
スケール2は、図2に示すように長尺状の形状をしている。このスケール2は、直線移動をする2部材の一方の部材、例えば、可動部に、その長手方向が2部材の移動方向に対して並行となるように取り付けられる。スケール2には、長手方向に沿って、所定の波長λで繰り返される磁気信号が、位置信号として記録されている。
The
なお、スケール2は、移動位置を検出する工作機械の相対移動の内容に応じて、その形状が定まる。例えば、直線移動をする工作機械の移動位置を検出する場合には、スケール2は図2に示すような長尺状の形状をしていることが好ましいが、回転移動する部材の回転位置を検出する場合には、円板状の形状をしていることが好ましい。また、位置信号は、一定の波長で繰り返される周期信号であって、その相対移動方向に沿って記録されていれば、磁気信号に限らずどのような信号であってもよい。例えば、位置信号は、光学的に検出される信号であってもよい。また、例えば円板状のスケールを用いて回転移動位置を検出する場合であれば、位置信号の記録位置はスケールの円弧部分に記録されるのが一般的である。
The shape of the
ヘッド部3は、図3に示すように、位置信号を検出する第1の位置検出ヘッド15及び第2の位置検出ヘッド16を有している。このような各ヘッド15,16を有しているヘッド部3は、直線移動をする2部材のうちスケール2が取り付けられていない部材、例えば、固定部に取り付けられている。従って、2部材の直線移動に伴って、スケール2とヘッド部3とが相対移動することとなる。各ヘッド15,16は、例えばMRヘッドやコイルセンサ等の磁気信号を電気信号に変換する磁気ヘッドからなる。各ヘッド15,16は、位置信号が検出できるような位置に固定されている。すなわち、スケール2が長手方向に直線移動したときに、このスケール2の長手方向に記録された位置信号が常に検出できるように、例えば、位置信号に対向する位置に配置されている。
As illustrated in FIG. 3, the
また、第1の位置検出ヘッド15と第2の位置検出ヘッド16とは、スケール2の長手方向すなわち工作機械の相対移動方向に、(m+1/4)λだけ離間して配置されている。λは、位置信号の波長であり、mは、整数である。位置信号が波長λの周期信号であるので、第2の位置検出ヘッド16からは、第1の位置検出ヘッド15から検出される信号に対して、1/4波長位相がずれた信号が検出される。
Further, the first
従って、第1の位置検出ヘッド15からは、図4(A)に示すように、工作機械の相対移動に伴い周期λで繰り返される正弦波信号が検出され、また、第2の位置検出ヘッド16からは、図4(B)に示すように、工作機械の相対移動に伴い周期λで繰り返され且つ第1の位置検出ヘッド15が検出する信号と1/4波長位相がずれた正弦波信号が検出される。なお、以下、第1の位置検出ヘッド15が検出した信号を、SIN信号といい、第2の位置検出ヘッド16が検出した信号をCOS信号という。
Therefore, as shown in FIG. 4A, a sine wave signal that is repeated with a period λ is detected from the first
このようなヘッド部3は、SIN信号を第1のアナログ/デジタル変換部4に供給し、COS信号を第2のアナログ/デジタル変換部5に供給する。
Such a
なお、スケール2に光学的に位置信号が記録されている場合には、ヘッド3は、光学ヘッドを用いてこれらを検出することにより、図4(A)及び図4(B)に示すようなSIN信号及びCOS信号を出力することができる。
In the case where the position signal is optically recorded on the
また、第1の位置検出ヘッド15と第2の位置検出ヘッド16とは、検出する信号に1/4波長の位相ずれが生じるように配置をしているが、この位置検出装置1では、後述する極座標変換部5により検出した2つの信号から位置信号の1周期における位置を角度で特定できればよいので、1/4波長のみならず他の位相値で位相ずれを生じるように配置してもよい。
Further, the first
また、第1の位置検出ヘッド15及び第2の位置検出ヘッド16として、MRヘッドを用いた場合、このMRヘッドが検出する位置信号の波長は、スケール2に記録された位置信号の波長の1/2とすることもできる。このとき、MRヘッドを用いた場合には、スケール2に記録された位置信号の1/2の波長の周期信号が、第1の位置検出ヘッド15及び第2の位置検出ヘッド16から出力される。なお、本装置においては、以下の処理で、この第1の位置検出ヘッド15及び第2の位置検出ヘッド16から出力される信号が、位置信号として用いられる。
When MR heads are used as the first
第1のアナログ/デジタル変換部4は、ヘッド部3から供給されたSIN信号をデジタルデータに変換する。また、第2のアナログ/デジタル変換部5は、ヘッド部3から供給されたCOS信号をデジタルデータに変換する。これら第1のアナログ/デジタル変換部4及び第2のアナログ/デジタル変換部5のサンプリングクロックは、クロック発生部12から供給される。この第1のアナログ/デジタル変換部4及び第2のアナログ/デジタル変換部5に用いられるサンプリングクロックは、後述する極座標変換部6、PLLローパスフィルタ7、ノイズ検出部8、フィルタ制御部9、微分回路10、積分回路11にも供給され、基準クロックとして参照される。なお、このサンプリングクロックは、第1のアナログ/デジタル変換部4及び第2のアナログ/デジタル変換部5の分解能分、すなわち、A/Dの量子化単位分、位置検出対象となる工作機械が直線移動するのに必要な時間よりも、充分に高い周波数のクロックであるものとする。例えば、位置検出対象となる工作機械がA/Dの量子化単位分移動するのに、最低1μ秒必要という仕様が定められていれば、それより充分高い周波数のサンプリングクロックであるものとする。
The first analog /
このような第1のアナログ/デジタル変換部4及び第2のアナログ/デジタル変換部5は、SIN信号及びCOS信号をそれぞれ、例えば、10ビットのデジタルデータに変換して、極座標変換部6に供給する。なお、SIN信号をデジタルデータに変換した信号を、以下、SINデータといい、COS信号をデジタルデータに変換した信号を、以下、COSデータという。
The first analog /
極座標変換部6は、SINデータ及びCOSデータを極座標変換し、スケール2に記録された位置信号の1波長λ内におけるスケール2とヘッド部3との相対移動位置を示す振幅データ及び角度データとを生成する。
The polar coordinate
すなわち、COSデータを横軸、SINデータを縦軸に取って、ベクトルを描くと、図5に示すような、スケール2とヘッド部3との相対移動方向に応じて左右方向に回転するリサージュ波形となる。このリサージュ波形は、1回転が位置信号の1波長λに対応しており、角度が位置信号の1波長内の絶対位置を示している。このことから、SINデータ及びCOSデータが極座標変換を行うことによって、1波長λ内におけるスケール2とヘッド3との絶対位置を表すことができる。つまり、スケール2に記録された位置信号が周期信号であるので、その周期信号のレベルを極座標に変換することにより、1周期内の位置情報を示す角度データを生成することができる。
That is, when the COS data is taken on the horizontal axis and the SIN data is taken on the vertical axis and the vector is drawn, a Lissajous waveform that rotates in the left-right direction according to the relative movement direction of the
PLLローパスフィルタ7は、極座標変換部6により変換された角度データPIに対して、高域周波数成分を除去するローパスフィルタリング処理を行う。このPLLローパスフィルタ7は、入出力の位相誤差を求め、この位相誤差が0となるようにフィードバック制御してフィルタリングを行う。すなわち、PLLローパスフィルタ7は、PLL(Phase Locked Loop)回路構成と類似した回路構成となる。
The PLL low-
PLLローパスフィルタ7は、通常、図6に示すように、位相比較器20と、LPF21と、電圧制御発信器(VCO)22からなる帰還閉回路で構成されてなり、入力信号の周波数及び位相と、VCO22の発信周波数および位相とが位相比較器20によって、比較され、その誤差に比例した信号を出力する。この誤差信号は、LPF21を通り増幅されて、VCO22に入力され、入力信号とVCO22の発信周波数及び位相差を低減させる方向にVCO22の周波数を変化させるようになっている。なお、VCO22は、フェイズアキュムレータ23と、信号変換器(θ→SIN)24とから構成されている。また、位相比較器20は、乗算器で構成されている。
As shown in FIG. 6, the PLL low-
本発明に係る位置検出装置1では、内挿回路で使用するLPFに位相比較型を採用している。また、VOCのフェイズアキュムレータから出力される信号は、角度値(角度データ)のため、図7に示すように、位相比較器20が加算器で構成され、かつ、VCOの信号変換器(θ→SIN)が不要なため、取り除かれた構成となっている。
In the
したがって、図7に示すようなPLLローパスフィルタ7を用いることにより、角度データに良好なフィルタ効果を得ることができ、さらに、有限領域に対する平均化効果により容量の小さなルックアップテーブルでも高分割が可能となる。また、カットオフ周波数は、次式で与えられる。
fc=A・fs/2π
したがって、周波数応答を向上させるには、カットオフ周波数(fc)を上げれば良く、通常Aは、1以下が設定されている。ここで、Aを1に設定した場合には、カットオフ周波数は、
fc=fs/2π
となり、これが最大値となる。以上は、周期性信号の場合であり、一方向に進む角度データの場合には、fs/2まで追従可能となる。
Therefore, by using the PLL low-
fc = A · fs / 2π
Therefore, in order to improve the frequency response, the cut-off frequency (fc) may be increased, and A is usually set to 1 or less. Here, when A is set to 1, the cutoff frequency is
fc = fs / 2π
This is the maximum value. The above is a case of a periodic signal, and in the case of angle data traveling in one direction, it is possible to follow up to fs / 2.
ここで、本願発明に係る位相検出装置1のPLLローパスフィルタ7の具体的な構成例について以下に述べる。なお、構成例は、第1のPLLローパスフィルタ7から第3のPLLローパスフィルタ7により示す。
Here, a specific configuration example of the PLL low-
第1のPLLローパスフィルタ7は、図8に示すように、入力された信号の偏差を検出する偏差検出器30と、入力された信号を比較し、位相誤差信号を生成する位相比較器31と、偏差検出器30で検出された偏差に応じて、位相誤差信号の利得を増減する利得増減部32と、フェイズアキュムレータからなる積分器33とからなる。
As shown in FIG. 8, the first PLL low-
偏差検出器30は、クロック発生部12により発生されるサンプリングクロックfsと、極座標変換部6から供給された角度データPIが入力される。そして、偏差検出器30は、サンプリングクロックfsに基づき、角度データPIの偏差を検出し、偏差信号を生成する。偏差検出器30は、生成した偏差信号を利得増減部32に供給する。
The
偏差検出器30は、例えば、図9に示すように、クロック発生部12から発生されたサンプリングクロックfsに基づき、極座標変換器6から供給された角度データPIの偏差を検出し、偏差信号を生成する偏差信号生成部34と、極座標変換部6から供給された角度データPIと、偏差信号生成部34により生成された偏差信号とを減算し、減算後の値を絶対値に変換する減算部35と、減算部35により生成された減算値と、所定値Vとを比較する比較部36とにより構成されている。
For example, as shown in FIG. 9, the
位相比較器31は、極座標変換部6から全周の角度データPIが入力され、積分器33から平滑角度データPFがフィードバックされて入力される。位相比較器31は、角度データPIと平滑角度データPFとの位相誤差を求め、位相誤差信号PEを生成する。位相比較器31は、生成した位相誤差信号PEを利得増減部32に供給する。
The
利得増減部32は、図10(A)に示すように、増減器37と、スイッチ38とからなっている。増減器37は、偏差検出器30から供給される信号に応じて、位相比較器31から供給される位相誤差信号PEの利得(ゲイン)を増減し、利得を増減した位相誤差信号PEを生成する。増減器37は、利得を増減した位相誤差信号PEをスイッチ38に供給する。スイッチ38は、増減器37から利得が増減された位相誤差信号PEが供給される端子aと、位相比較器31から位相誤差信号PEが供給される端子bとを有し、偏差検出部30から供給される信号に応じて、端子aと端子bを切り替える。
As shown in FIG. 10A, the gain increasing / decreasing
スイッチ38は、例えば、偏差検出器30の比較部36から供給された信号が、所定値Vの方が小さい旨の信号(V<|A−B|)であった場合には、端子bの側へスイッチを切り替え、また、所定値Vの方が大きい旨の信号(V>|A−B|)であった場合には、端子aの側へスイッチを切り替える。
For example, when the signal supplied from the
利得増減部32が図10(A)に示すような構成であった場合、周波数レスポンスは、図11に示すようになる。実線は、減算部35により生成された減算値(偏差)よりも所定値が大きいとき、すなわちスイッチ38が端子aの側に切り替えられたときを示しており、点線は、減算部35により生成された減算値(偏差)よりも所定値が小さいとき、すなわちスイッチ38が端子bの側に切り替えられたときを示している。また、スイッチ38が端子aの側に切り替えられているときのカットオフ周波数fcは、A・fs/2πであり、スイッチ38が端子bの側に切り替えられているときのカットオフ周波数fcは、fs/2πである。
When the gain increase /
また、利得増減部32は、図10(B)に示すように、偏差検出器30の比較部36から供給された信号に応じて、位相比較器31から供給される位相誤差信号PEの利得を連続的に増減するような構成であってもよい。このような構成の場合には、周波数レスポンスは、図12に示すように、偏差検出器30の比較部36から供給される信号に応じて、カットオフ周波数fcがA・fs/2πからfs/2πの間を連続的に変化する。
Further, as shown in FIG. 10B, the gain increasing / decreasing
積分器33は、利得増減部32により利得が増減された位相誤差信号PEと、クロック発生部12により発生されたサンプリングクロックfsに基づき、積分演算を行い、積分後の信号を平滑角度データPFとして微分回路10に出力する。また、積分器33は、平滑角度データPFを位相比較器31に供給する。
The
したがって、第1のPLLローパスフィルタ7は、あらかじめ入力されるサンプルごとの角度データの偏差を求めるので、偏差が大きい場合、すなわち、ヘッド部3がスケール2に対して相対的に高速移動しているときには、Aを1となるように強制的に切り替えることができるので、高速応答に対応することが可能となる。なお、切り替える値は、A倍以下を設定する。
Therefore, the first PLL low-
つぎに、PLLローパスフィルタ7の第2の構成について以下に述べる。なお、上述した第1の構成例と同一の動作をする構成部分に関しては、第1の構成例と同じ符号を付け、説明を省略する。
Next, a second configuration of the PLL low-
第2のPLLローパスフィルタ7は、図13に示すように、入力された信号の偏差を検出する偏差検出器30と、入力された信号を比較し、位相誤差信号を生成する位相比較器31と、偏差検出器30で生成された信号に応じて、位相誤差信号の利得を増減する第1の利得増減部40と、偏差検出器30で生成された信号に応じて、第1の利得増減部40で利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第2の利得増減部41と、第2の利得増減部41の出力信号とサンプリングクロックfsとに基づき、積分演算を行う第1の積分器42と、第1の積分器42の出力信号と、第1の利得増減部40の出力信号とを加算処理する加算処理部43と、加算処理後の信号と、サンプリングクロックfsとに基づき、積分演算を行う第2の積分器44からなる。
As shown in FIG. 13, the second PLL low-
第1の利得増減部40は、図14(A)に示すように、増減器45と、スイッチ46とからなっている。増減器45は、偏差検出器30から供給される信号に応じて、位相比較器31から供給される位相誤差信号PEの利得を増減し、利得を増減した位相誤差信号PEを生成する。増減器45は、利得を増減した位相誤差信号PEをスイッチ46に供給する。スイッチ46は、増減器45から利得が増減された位相誤差信号PEが供給される端子aと、位相比較器31から位相誤差信号PEが供給される端子bとを有し、偏差検出器30から供給される信号に応じて、端子aと端子bを切り替える。なお、第1の利得増減部40は、位相誤差信号PEの速度偏差の利得を増減している。
As shown in FIG. 14A, the first gain increasing / decreasing
また、スイッチ46は、例えば、偏差検出器30の比較部36から供給された信号が、所定値Vの方が小さい旨の信号(V<|A−B|)であった場合には、端子bの側へスイッチを切り替え、また、所定値Vの方が大きい旨の信号(V>|A−B|)であった場合には、端子aの側へスイッチを切り替える。
For example, when the signal supplied from the
第2の利得増減部41は、図14(A)に示すように、増減器47と、スイッチ48とからなっている。増減器47は、偏差検出器30から供給される信号に応じて、第1の利得増減器40から供給される利得が増減された位相誤差信号PEの利得を増減し、利得を増減した位相誤差信号PEを生成する。増減器47は、利得を増減した位相誤差信号PEをスイッチ48に供給する。スイッチ48は、増減器47から利得が増減された位相誤差信号PEが供給される端子aと、所定の信号が供給される端子bとを有し、偏差検出器30から供給される信号に応じて、端子aと端子bを切り替える。なお、第2の利得増減部41は、位相誤差信号PEの加速度偏差の利得を増減している。
As shown in FIG. 14A, the second gain increase /
また、スイッチ48は、例えば、偏差検出器30の比較部36から供給された信号が、所定値Vの方が小さい旨の信号(V<|A−B|)であった場合には、端子aの側へスイッチを切り替え、また、所定値Vの方が大きい旨の信号(V>|A−B|)であった場合には、端子bの側へスイッチを切り替える。
For example, when the signal supplied from the
したがって、第1の利得増減部40のスイッチ46が端子a側に切り替えられたときには、第2の利得増減部41のスイッチ48は端子b側に切り替えられ、一方、第1の利得増減部40のスイッチ46が端子b側に切り替えられたときには、第2の利得増減部41のスイッチ48は端子a側に切り替えられる。
Therefore, when the
また、第1の利得増減部40は、図14(B)に示すように、偏差検出器30の比較部36から供給された信号に応じて、位相比較器31から供給される位相誤差信号PEの利得を連続的に増減するような構成であっても良く、また、第2の利得増減部41は、図14(B)に示すように、偏差検出器30の比較部36から供給された信号に応じて、第1の利得増減部40から供給される位相誤差信号PEの利得を段階的に増減する構成であっても良い。このような構成の場合には、偏差検出器30から所定値の方が小さい旨の信号、すなわち、偏差が小さい旨の信号が供給された場合には、第1の利得増減部40は、位相誤差信号PEの利得の増減値を所定値Aにし、第2の利得増減部41は、第1の利得増減部40により利得が所定値Aに増減された位相誤差信号PEの利得の増減値を所定値Bにする。また、偏差検出器30から所定値の方が大きい旨の信号、すなわち、偏差が大きい旨の信号が供給された場合には、第1の利得増幅部40は、位相誤差信号PEの利得の増減値を所定値Bにし、第2の利得増減部41は、第1の利得増減部40により利得が所定値Bに増減された位相誤差信号PEの利得の増減値を所定値Bにする。なお、A>Bとし、AとBを加算すると1になるものとする。
Further, as shown in FIG. 14B, the first gain increase /
上述した、第1のPLLローパスフィルタ7及び第2のPLLローパスフィルタ7は、偏差を検出する偏差検出器30と、位相誤差信号を生成する位相比較器31とを別個に構成したが、これは、極座標変換部6から供給された角度データPIの単位時間ごとの偏差を求める構成例である。
The first PLL low-
位相比較器31は、極座標変換器6から供給された角度データPIに追従するように平滑角度データPFを出力するため、角度データPIと平滑角度データPFとは遅延時間を伴って位相を直接比較することになる。したがって、位相比較器31で生成される位相誤差信号は、偏差であり、この偏差により利得増減部32をコントロールすることも可能である。
Since the
ここで、偏差検出器30を有さないPLLローパスフィルタ7の構成(第3のPLLローパスフィルタ7)について以下に述べる。なお、上述した第1の構成例及び第2の構成例と同一の動作をする構成部分に関しては、第1の構成例及び第2の構成例と同じ符号を付け、説明を省略する。
Here, the configuration of the PLL low-
第3のPLLローパスフィルタ7は、図15に示すように、入力された信号を比較し、位相誤差信号を生成する位相比較器31と、位相比較器31で生成された位相誤差信号を絶対値に変換する絶対値変換器50と、絶対値変換器50で変換された信号に応じて、位相誤差信号の利得を増減する第1の利得増減部40と、絶対値変換器50で変換された信号に応じて、第1の利得増減部40で利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第2の利得増減部41と、第2の利得増減部41の出力信号とサンプリングクロックfsとに基づき、積分演算を行う第1の積分器42と、第1の積分器42の出力信号と、第1の利得増減部40の出力信号とを加算処理する加算処理部43と、加算処理後の信号と、サンプリングクロックfsとに基づき、積分演算を行う第2の積分器44からなる。また、位相比較器31で生成される位相誤差信号は、基準位相に対して遅れ位相か進み位相かを判断する必要があり、符号付き又は、2の補数で扱われるものとする。なお、2の補数から絶対値に変換するには、2の補数のMSBが0の場合はそのままにし、MSBが1の場合は、MSBより小さいビットをすべて反転し、1を加算する。
As shown in FIG. 15, the third PLL low-
絶対値変換器50は、位相比較器31から供給された位相誤差信号PEを絶対値信号に変換し、変換された絶対値信号を所定値と比較し、比較結果に応じて所定の信号を生成する。
The
第1の利得増減部40及び第2の利得増減部41の構成は、第2のPLLローパスフィルタ7と同様である。したがって、第1の利得増減部40及び第2の利得増減部41は、偏差検出器30から供給される信号が、絶対値変換器50から供給される信号に置き換わるだけで、以降の動作は第2のPLLローパスフィルタ7と同一である。
The configurations of the first gain increasing / decreasing
また、第1のPLLローパスフィルタ7における偏差検出器30を絶対値変換器50に置き換えるだけで、以降の動作は第1のPLLローパスフィルタ7と同様である。したがって、利得増減部32は、置き換わった絶対値変換器50から供給される信号に応じて、位相比較器31から供給された位相誤差信号PEの利得を増減する。
Further, only the
第1の積分器42は、第2の利得増減部41から供給される信号と、クロック発生部12から供給されるサンプリングクロックfsに基づき、積分演算を行い、積分演算後の信号を加算器43に供給する。
The
加算器43は、第1の積分器42から供給された信号と、第1の利得増減部40から供給された信号とを加算処理し、加算処理後の信号を第2の積分器44に供給する。
The
第2の積分器44は、加算器43から供給された信号と、クロック発生部12から供給されるサンプリングクロックfsに基づき、積分演算を行い、積分演算後の信号を平滑角度データPFとして微分回路10に出力する。また、第2の積分器44は、平滑角度データPFを位相比較器31に供給する。
The
ノイズ検出部8は、極座標変換部6から供給された振幅データLI及びPLLローパスフィルタ7から供給された位相誤差データPEに基づき、PLLローパスフィルタ7に入力される角度データPIにノイズが含まれているかどうかを検出する処理を行う。
The
フィルタ制御部9は、PLLローパスフィルタ7に対して、初期化、外来ノイズの抑圧、過負荷時のカットオフアップ、定常時のカットオフダウン、ゲインの連動処理の制御を行う。
The
微分回路10には、平滑化された角度データである平滑角度データPFが、PLLローパスフィルタ7から供給される。ここで、微分回路10の動作について説明する。PLLローパスフィルタ7から供給された平滑角度データPFと、サンプリングクロックfsとを比較し、比較結果を平滑角度データPFから除算し、除算した値を絶対値(以下、微分信号という。)にする。また、比較結果と平滑角度データPFとから所定の信号(以下、極性信号という。)を生成する。
Smoothing angle data PF, which is smoothed angle data, is supplied from the PLL low-
なお、平滑角度データPFは、ノイズや量子化誤差、衝撃、振動等が発生したとき、瞬間的に変化量が大きくなる場合がある。このような場合、本装置から最終的に出力される2相増減パルスは本来1カウント毎にカウントされなければならないが、例えば、パルスが1カウント分以上飛び越され、カウント値の順序が破綻してしまう可能性がある。そのため、微分回路10の前段に応答制御部を設け、該応答制御部により、平滑角度データPFの変化量が一定以上となったときにその変化量をクリップする制限(スルーレート制限)を行っても良い。
Note that the amount of change in the smooth angle data PF may increase instantaneously when noise, quantization error, impact, vibration, or the like occurs. In such a case, the two-phase increase / decrease pulse that is finally output from this device must be counted for every one count. For example, the pulse is skipped by one count or more, and the order of the count values is broken. There is a possibility that. Therefore, a response control unit is provided in the preceding stage of the differentiating
また、平滑角度データPFは、同様にノイズや量子化誤差、微小な振動等が発生したとき、本来は本装置の測定対象である工作機械が静止しているのにも関わらず、即ち、本来平滑角度データPFの変化が無いのにも関わらず、平滑角度データPFが変化してしまう場合がある。そのため、微分回路10の前段に応答制御部を設け、該応答制御部により、平滑角度データPFが微小変化しかしていない場合には、その変化量を0に制限する不感帯(ヒステリシス)を設けるとともに、それ以外の部分ではこのヒステリシス分だけ変化を遅らせる制限を行っても良い。
Similarly, the smooth angle data PF is similar to that when noise, quantization error, minute vibrations, etc. occur in spite of the fact that the machine tool that is originally the object of measurement of this apparatus is stationary, The smooth angle data PF may change even though the smooth angle data PF does not change. Therefore, a response control unit is provided in the preceding stage of the differentiating
積分回路11は、微分回路10から供給される微分信号及び極性信号に基づき、連続データを生成する。また、例えば、積分回路11から出力される連続データの開始点を原点とし、該原点から所定時間経過後に出力される連続データの位置までの距離により、工作機械との相対的な移動量を求めることができる。なお、スケール2に原点信号を記録しておき、該原点信号を検出するヘッドを設け、該ヘッドから供給される原点信号に基づき、工作機械との相対的な移動量を求めても良いし、また、リセット信号を発生するリセット信号発生部を設け、該リセット信号生成部から供給されるリセット信号に基づき、工作機械との相対的な移動量を求めても良い。
The integration circuit 11 generates continuous data based on the differentiation signal and the polarity signal supplied from the
このように構成された位置検出装置1は、極座標変換器6から供給される角度データPIと、平滑角度データPFの偏差に基づき、位相比較器31により生成された位相誤差信号PEの利得を変化させるので、周期性信号から得られる角度データのようなモジュロ数を扱うことのでき、入力値(角度データPI)と出力値(平滑角度データPF)の偏差が大きくなったとき、すなわち、ヘッド部3がスケール2に対して高速で移動しているときには、利得増減部32の増幅率の値を強制的に1にすることで、LPFの効果を外すので、平滑角度データPFを正しく出力することができ、また、入力値(角度データPI)と出力値(平滑角度データPF)の偏差が小さいとき、すなわち、ヘッド部3がスケール2に対して低速で移動しているときには、利得増減部32により位相誤差信号に所定の利得の増減を行い、LFPの効果を発揮させるので、安定した平滑角度データPFを出力することができる。
The
また、本願発明に係る位置検出装置1は、ヘッド部3がスケール2に対して低速で移動するときも、高速で移動するときにも同一の積分器(フェイズアキュムレータ)33を用いるので、出力される平滑角度データPFに誤差が発生しない利点がある。
Further, the
さらに、本願発明に係る位置検出装置1は、入力値(角度データPI)と出力値(平滑角度データPF)の偏差を所望の乗数で利得を増減し、LPFのカットオフ周波数fcを決定する乗数をコントロールするので、ヘッド部3とスケール2の相対速度に応じてカットオフ周波数fcを変化させることができ、より高次のノイズ成分を制御することができ、どのような速度であっても安定した出力を得ることができる。
Further, the
また、本願発明に係る位置検出装置1は、ヘッド部3とスケール2の相対速度が低速のときの遅れ速度も、高速のときの遅れ速度も滑らかに変化するので、制御系に適した構成となっている。
The
また、本願発明に係る位置検出装置1は、位置信号の1周期内の絶対位置を示すモジュロ数のデータを出力するエンコーダ(例えば、1回点で1周期の絶対値信号を出力するロータリーエンコーダや、1周期内の絶対位置を示すモジュロ数のデータを出力する直線スケール等)に広く使用されるものである。
Further, the
したがって、位置検出装置1は、図2に示したスケール以外の構成でも良く、例えば、図16に示すように、所定サイズの矩形パターンで窓を開け、該矩形パターンが連続して形成されてなるスケール2aであっても良い。スケール2aから周期的な信号を検出するヘッド部60は、該スケール2aの長手方向(図中a方向)に対して相対的に移動する。ここで、ヘッド部60の構成について説明する。
Therefore, the
ヘッド部60は、図17に示すように、所定の波長λを有する光を出射する光源部61と、光を平行光にするコリメータレンズ62と、所定幅の間隙を有するスリット63と、スケール2aの透過光を集光する集光レンズ64と、光を受光する受光部65とを有する。なお、スケール2aに形成される矩形パターンのサイズは、光源部61が出射する光の波長λサイズとする。
As shown in FIG. 17, the
また、本構成では、スケール2aを固定し、該スケール2a上を長手方向にヘッド部60が移動するものとするが、ヘッド部60を固定し、スケール2aを移動させる構成であっても良い。
In this configuration, the scale 2a is fixed and the
光源部61は、所定の波長λを有する光を生成し、該光をコリメータレンズ62に出射する。なお、光源部61は、スケール2aに形成されている矩形パターンのサイズに応じて生成する光の波長を可変できるものであっても良い。
The
コリメータレンズ62は、光源部61から出射された光を平行光にし、スリット63に出射する。
The
スリット63は、所定幅の間隙を有しており、コリメータレンズ62から出射された光を所定幅の光に変換し、変換した所定幅の光をスケール2aに出射する。
The
スケール2aに出射された光は、該光が照射されているスケール2aを透過して集光レンズ64に入射される。
The light emitted to the scale 2a passes through the scale 2a irradiated with the light and enters the
集光レンズ64は、スケール2aを透過して入射された光を集光し、集光した光を受光部65に出射する。
The condensing
受光部65は、集光レンズ64から出射された光を受光し、所定の信号を生成する。受光部65で生成された信号は、スケール2aの矩形パターンに応じた波形となる。この信号波形は、モジュロ数を示している。受光部65で生成された信号は、PLLローパスフィルタ7に入力される。
The
したがって、スケール上に形成されるパターンを、矩形状のパターンにすることによって、ヘッド3を一つの検出ヘッドから構成されるものに小型化することができる。
Therefore, by making the pattern formed on the scale a rectangular pattern, the
なお、スケール2aは、単一の検出ヘッドにより構成されるヘッド3により1周期内の絶対値の検出が可能なパターンであれば良く、図18に示すように、所定サイズの直角三角形状のパターンで窓を開け、該パターンが連続して形成されてなるスケール2bでも良い。
The scale 2a may be a pattern that can detect an absolute value within one period by the
1 位置検出装置、2 スケール、3 ヘッド部、4 第1のアナログ/デジタル変換部、5 第2のアナログ/デジタル変換部、6 極座標変換部、7 PLLローパスフィルタ、8 ノイズ検出部、10 微分回路、11 積分回路、12 クロック発生部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
基準信号を発生する基準信号発生手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う積分演算手段と、
上記積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、所定の信号を生成する偏差検出手段と、
上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する利得増減手段とを備え、
上記偏差検出手段は、上記基準信号発生手段により生成された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、上記偏差信号生成手段で生成された偏差信号と、上記絶対値信号とを減算処理し、減算後の値を絶対値として出力する減算処理手段と、上記減算処理手段により減算処理された値と、所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1にし、
上記積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記利得増減手段により利得が増減された信号を積分演算する位置検出装置。 A recording medium on which a position signal composed of a periodic signal is recorded; one or more detection heads that move relative to the recording medium along a recording direction of the position signal to detect the position signal; and the detection In a position detection device having an absolute value signal generation unit that generates an absolute value signal indicating an absolute position between the recording medium and the detection head within one cycle based on a position signal detected by the head,
A reference signal generating means for generating a reference signal;
Based on the reference signal generated by the reference signal generation means, an integration calculation means for performing an integration calculation on the input signal;
A phase comparison means for comparing the phase of the absolute value signal with the signal calculated by the integration calculation means, and generating a phase error signal according to the comparison result;
Deviation detection means for detecting a deviation of the absolute value signal based on the reference signal generated by the reference signal generation means and generating a predetermined signal;
Gain increasing / decreasing means for increasing / decreasing the gain of the phase error signal generated by the phase comparing means according to the signal generated by the deviation detecting means,
The deviation detecting means detects a deviation of the absolute value signal based on the reference signal generated by the reference signal generating means, and generates a deviation signal, and the deviation signal generating means generates the deviation signal. Subtraction processing means for subtracting the deviation signal and the absolute value signal and outputting the value after subtraction as an absolute value; comparison means for comparing the value subtracted by the subtraction processing means with a predetermined value; With
The gain increasing / decreasing means sets the gain of the phase error signal to a predetermined value equal to or less than 1 when a signal indicating that the predetermined value is smaller is supplied from the comparing means, and the predetermined value from the comparing means is When a large signal is supplied, the gain of the phase error signal is set to 1,
The position detecting device that integrates and calculates a signal whose gain has been increased or decreased by the gain increasing / decreasing means based on the reference signal generated by the reference signal generating means.
上記絶対値信号生成部は、上記検出ヘッドが検出した位置信号を、1周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの相対位置を角度で示す角度信号に変換する極座標変換部であることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。 The detection head moves relative to the recording medium along the recording direction of the position signal, detects the position signal, and the first detection head in the recording direction of the position signal. A second detection head that is provided at a predetermined distance from the first detection head and moves relative to the recording medium in conjunction with the first detection head, and detects the position signal.
The absolute value signal generation unit is a polar coordinate conversion unit that converts a position signal detected by the detection head into an angle signal that indicates a relative position between the recording medium and the detection head within one cycle. The position detection device according to claim 1.
基準信号を発生する基準信号発生手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う第1の積分演算手段と、
上記第1の積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、所定の信号を生成する偏差検出手段と、
上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する第1の利得増減手段と、
上記偏差検出手段により生成された信号に応じて、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第2の利得増減手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記第2の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号に積分演算を行う第2の積分演算手段と、
上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号と、上記第2の積分演算手段により積分演算された信号とを加算演算する加算演算手段とを備え、
上記偏差検出手段は、上記基準信号発生手段により生成された基準信号に基づき、上記絶対値信号の偏差を検出し、偏差信号を生成する偏差信号生成手段と、上記偏差信号生成手段で生成された偏差信号と、上記絶対値信号とを絶対値減算処理する減算処理手段と、上記減算処理手段により絶対値減算処理された値と、所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記第1の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1にし、
上記第2の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を0にし、
上記第1の積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記加算演算手段により加算演算された信号を積分演算する位置検出装置。 A recording medium on which a position signal composed of a periodic signal is recorded; one or more detection heads that move relative to the recording medium along a recording direction of the position signal to detect the position signal; and the detection In a position detection apparatus having an absolute value signal generation unit that generates an absolute value signal indicating an absolute position between the recording medium and the detection head within one cycle based on a position signal detected by the head,
A reference signal generating means for generating a reference signal;
First integration calculation means for performing integration calculation on the input signal based on the reference signal generated by the reference signal generation means;
Phase comparison means for comparing the phase of the absolute value signal with the signal integrated by the first integration calculation means, and generating a phase error signal according to the comparison result;
Deviation detection means for detecting a deviation of the absolute value signal based on the reference signal generated by the reference signal generation means and generating a predetermined signal;
First gain increasing / decreasing means for increasing / decreasing the gain of the phase error signal generated by the phase comparing means according to the signal generated by the deviation detecting means;
Second gain increase / decrease means for increasing / decreasing the gain of the phase error signal whose gain has been increased / decreased by the first gain increase / decrease means in accordance with the signal generated by the deviation detection means;
Based on the reference signal generated by the reference signal generation means, second integration calculation means for performing an integration calculation on the phase error signal whose gain has been increased or decreased by the second gain increase / decrease means;
An addition calculation means for adding and calculating a phase error signal whose gain has been increased or decreased by the first gain increase / decrease means and a signal obtained by integration calculation by the second integral calculation means;
The deviation detecting means detects a deviation of the absolute value signal based on the reference signal generated by the reference signal generating means, and generates a deviation signal, and the deviation signal generating means generates the deviation signal. A subtraction processing means for performing an absolute value subtraction process on the deviation signal and the absolute value signal; a comparison means for comparing the value subjected to the absolute value subtraction process by the subtraction processing means with a predetermined value;
The first gain increasing / decreasing means sets the gain of the phase error signal to a predetermined value equal to or less than 1 when the signal indicating that the predetermined value is smaller is supplied from the comparing means, and sets the predetermined value from the comparing means to the predetermined value. When a signal indicating that is greater is supplied, the gain of the phase error signal is set to 1,
When the signal indicating that the predetermined value is smaller is supplied from the comparison unit, the second gain increase / decrease unit sets the gain of the phase error signal whose gain is increased or decreased by the first gain increase / decrease unit to 1 When a signal indicating that the predetermined value is larger is supplied from the comparison means, the gain of the phase error signal whose gain has been increased or decreased by the first gain increase / decrease means is set to 0,
The position detection device, wherein the first integration calculation means integrates the signal added and calculated by the addition calculation means based on the reference signal generated by the reference signal generation means.
上記絶対値信号生成部は、上記検出ヘッドが検出した位置信号を、1周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの相対位置を角度で示す角度信号に変換する極座標変換部であることを特徴とする請求項3記載の位置検出装置。 The detection head moves relative to the recording medium along the recording direction of the position signal, detects the position signal, and the first detection head in the recording direction of the position signal. A second detection head that is provided at a predetermined distance from the first detection head and moves relative to the recording medium in conjunction with the first detection head, and detects the position signal.
The absolute value signal generation unit is a polar coordinate conversion unit that converts a position signal detected by the detection head into an angle signal that indicates a relative position between the recording medium and the detection head within one cycle. The position detection device according to claim 3 .
基準信号を発生する基準信号発生手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う積分演算手段と、
上記積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、
上記位相比較手段により生成された位相誤差信号を絶対値の信号に変換し、変換後の信号から所定の信号を生成する絶対値変換手段と、
上記絶対値変換手段から供給された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する利得増減手段とを備え、
上記絶対値変換手段は、上記位相比較手段から供給された位相誤差信号を絶対値の信号に変換する変換手段と、上記変換手段で変換された絶対値の信号と所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1にし、
上記積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記利得増減手段により利得が増減された信号を積分演算する位置検出装置。 A recording medium on which a position signal composed of a periodic signal is recorded; one or more detection heads that move relative to the recording medium along a recording direction of the position signal to detect the position signal; and the detection In a position detection apparatus having an absolute value signal generation unit that generates an absolute value signal indicating an absolute position between the recording medium and the detection head within one cycle based on a position signal detected by the head,
A reference signal generating means for generating a reference signal;
Based on the reference signal generated by the reference signal generation means, an integration calculation means for performing an integration calculation on the input signal;
A phase comparison means for comparing the phase of the absolute value signal with the signal calculated by the integration calculation means, and generating a phase error signal according to the comparison result;
An absolute value conversion means for converting the phase error signal generated by the phase comparison means into an absolute value signal and generating a predetermined signal from the converted signal;
Gain increasing / decreasing means for increasing / decreasing the gain of the phase error signal generated by the phase comparing means according to the signal supplied from the absolute value converting means,
The absolute value conversion means includes a conversion means for converting the phase error signal supplied from the phase comparison means into an absolute value signal, and a comparison means for comparing the absolute value signal converted by the conversion means with a predetermined value. And
The gain increasing / decreasing means sets the gain of the phase error signal to a predetermined value equal to or less than 1 when a signal indicating that the predetermined value is smaller is supplied from the comparing means, and the predetermined value is supplied from the comparing means. When a large signal is supplied, the gain of the phase error signal is set to 1,
The position detecting device that integrates and calculates a signal whose gain has been increased or decreased by the gain increasing / decreasing means based on the reference signal generated by the reference signal generating means.
上記絶対値信号生成部は、上記検出ヘッドが検出した位置信号を、1周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの相対位置を角度で示す角度信号に変換する極座標変換部であることを特徴とする請求項5記載の位置検出装置。 The detection head moves relative to the recording medium along the recording direction of the position signal, detects the position signal, and the first detection head in the recording direction of the position signal. A second detection head that is provided at a predetermined distance from the first detection head and moves relative to the recording medium in conjunction with the first detection head, and detects the position signal.
The absolute value signal generation unit is a polar coordinate conversion unit that converts a position signal detected by the detection head into an angle signal that indicates a relative position between the recording medium and the detection head within one cycle. The position detection device according to claim 5 .
基準信号を発生する基準信号発生手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、入力された信号に積分演算を行う第1の積分演算手段と、
上記第1の積分演算手段により積分演算された信号と、上記絶対値信号の位相を比較し、比較結果に応じて位相誤差信号を生成する位相比較手段と、
上記位相比較手段により生成された位相誤差信号を絶対値の信号に変換し、変換後の信号から所定の信号を生成する絶対値変換手段と、
上記絶対値変換手段から供給された信号に応じて、上記位相比較手段により生成された位相誤差信号の利得を増減する第1の利得増減手段と、
上記絶対値変換手段により生成された信号に応じて、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を増減する第2の利得増減手段と、
上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記第2の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号に積分演算を行う第2の積分演算手段と、
上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号と、上記第2の積分演算手段により積分演算された信号とを加算演算する加算演算手段とを備え、
上記絶対値変換手段は、上記位相比較手段から供給された位相誤差信号を絶対値の信号に変換する変換手段と、上記変換手段で変換された絶対値の信号と所定値とを比較する比較手段とを備え、
上記第1の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記位相誤差信号の利得を1にし、
上記第2の利得増減手段は、上記比較手段から所定値の方が小さい旨の信号が供給された場合には、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を1以下の所定値にし、上記比較手段から所定値の方が大きい旨の信号が供給された場合には、上記第1の利得増減手段により利得が増減された位相誤差信号の利得を0にし、
上記第1の積分演算手段は、上記基準信号発生手段により発生された基準信号に基づき、上記加算演算手段により加算演算された信号を積分演算する位置検出装置。 A recording medium on which a position signal composed of a periodic signal is recorded; one or more detection heads that move relative to the recording medium along a recording direction of the position signal to detect the position signal; and the detection In a position detection apparatus having an absolute value signal generation unit that generates an absolute value signal indicating an absolute position between the recording medium and the detection head within one cycle based on a position signal detected by the head,
A reference signal generating means for generating a reference signal;
First integration calculation means for performing integration calculation on the input signal based on the reference signal generated by the reference signal generation means;
Phase comparison means for comparing the phase of the absolute value signal with the signal integrated by the first integration calculation means, and generating a phase error signal according to the comparison result;
An absolute value conversion means for converting the phase error signal generated by the phase comparison means into an absolute value signal and generating a predetermined signal from the converted signal;
First gain increasing / decreasing means for increasing / decreasing the gain of the phase error signal generated by the phase comparing means according to the signal supplied from the absolute value converting means;
Second gain increase / decrease means for increasing / decreasing the gain of the phase error signal whose gain has been increased / decreased by the first gain increase / decrease means in accordance with the signal generated by the absolute value conversion means;
Based on the reference signal generated by the reference signal generation means, second integration calculation means for performing an integration calculation on the phase error signal whose gain has been increased or decreased by the second gain increase / decrease means;
An addition calculation means for adding and calculating a phase error signal whose gain has been increased or decreased by the first gain increase / decrease means and a signal obtained by integration calculation by the second integral calculation means;
The absolute value conversion means includes a conversion means for converting the phase error signal supplied from the phase comparison means into an absolute value signal, and a comparison means for comparing the absolute value signal converted by the conversion means with a predetermined value. And
The first gain increasing / decreasing means sets the gain of the phase error signal to a predetermined value equal to or less than 1 when the signal indicating that the predetermined value is smaller is supplied from the comparing means, and sets the predetermined value from the comparing means to the predetermined value. When a signal indicating that is greater is supplied, the gain of the phase error signal is set to 1,
When the signal indicating that the predetermined value is smaller is supplied from the comparison unit, the second gain increase / decrease unit sets the gain of the phase error signal whose gain is increased or decreased by the first gain increase / decrease unit to 1 When a signal indicating that the predetermined value is larger is supplied from the comparison means, the gain of the phase error signal whose gain has been increased or decreased by the first gain increase / decrease means is set to 0,
The position detection device, wherein the first integration calculation means integrates the signal added and calculated by the addition calculation means based on the reference signal generated by the reference signal generation means.
上記絶対値信号生成部は、上記検出ヘッドが検出した位置信号を、1周期内における上記記録媒体と上記検出ヘッドとの相対位置を角度で示す角度信号に変換する極座標変換部であることを特徴とする請求項7記載の位置検出装置。 The detection head moves relative to the recording medium along the recording direction of the position signal, detects the position signal, and the first detection head in the recording direction of the position signal. A second detection head that is provided at a predetermined distance from the first detection head and moves relative to the recording medium in conjunction with the first detection head, and detects the position signal.
The absolute value signal generation unit is a polar coordinate conversion unit that converts a position signal detected by the detection head into an angle signal that indicates a relative position between the recording medium and the detection head within one cycle. The position detection device according to claim 7 .
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