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專(zhuān)利名稱(chēng)：檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置檢測(cè)表示待檢測(cè)對(duì)象的 位置的由余弦函數(shù)和正弦函數(shù)近似的兩個(gè)位置信號(hào)中所包含的誤差分 量。
背景技術(shù)：
如下這樣的檢測(cè)裝置在工業(yè)中被用于諸如編碼器或干涉儀之類(lèi)的 寬范圍領(lǐng)域，該檢測(cè)裝置檢測(cè)表示位置或角度的由余弦函數(shù)和正弦函
數(shù)近似的兩個(gè)位置信號(hào)中所包含的誤差分量。這些位置信號(hào)由例如A =Gcos0和B - Gsin0的兩個(gè)表達(dá)式近似。
通過(guò)使用A/D轉(zhuǎn)換器將這些位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并且，通 過(guò)使用微處理單元(MPU)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)執(zhí)行反正切計(jì) 算。根據(jù)這些計(jì)算，可以高分辨率獲得與位置或角度成比例的值(相 位6)。
從檢測(cè)器輸出的信號(hào)中包含偏移誤差或幅度誤差等。作為校正這 些誤差以執(zhí)行檢測(cè)的檢測(cè)裝置，例如，美國(guó)專(zhuān)利第4458322號(hào)是已知 的。并且，作為另 一種用于校正誤差的技術(shù)，例如，美國(guó)專(zhuān)利第5581488 號(hào)已被提出。美國(guó)專(zhuān)利第5581488號(hào)公開(kāi)了除了偏移誤差或幅度誤差 以外還校正由相位差誤差、二次畸變和三次畸變導(dǎo)致的誤差的方法。
從檢測(cè)器輸出的位置信號(hào)包含由與理想的余弦函數(shù)和正弦函數(shù)不 同的各種類(lèi)型的頻率成分構(gòu)成的誤差分量。例如，通過(guò)用從檢測(cè)器頭 輸出的兩個(gè)位置信號(hào)除以幅度G獲得的信號(hào)由下列表達(dá)式1和2表示。 稍后將對(duì)系數(shù)進(jìn)行說(shuō)明。
A/G-cosQ+ZA+gcosQ+hsinQ+…+pkCOsk9+qkSink6(1)
B/G=sin6+ZB - gsin6+hcos6+...+rkcosk0+sksink0( 2 )號(hào)(具有相位e) 包含各種類(lèi)型的誤差分量。常規(guī)的檢測(cè)裝置(誤差校正技術(shù))對(duì)于各 誤差因素獨(dú)立地執(zhí)行校正。因此，存在為了處理大量的誤差因素使得 檢測(cè)裝置極其復(fù)雜的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了校正由高次分量導(dǎo)致的檢測(cè)誤差的高度精確的檢測(cè) 裝置。
作為本發(fā)明的一個(gè)方面的檢測(cè)裝置被配置為檢測(cè)表示待檢測(cè)對(duì)象 的位置的由余弦函數(shù)和正弦函數(shù)近似的兩個(gè)信號(hào)中所包含的誤差分
量。該檢測(cè)裝置包含運(yùn)算部，被配置為確定誤差預(yù)測(cè)值以基于該誤 差預(yù)測(cè)值減小在所述兩個(gè)信號(hào)中包含的誤差，并且輸出兩個(gè)誤差校正 信號(hào)；相位運(yùn)算部，被配置為基于所述兩個(gè)誤差校正信號(hào)計(jì)算表示待 檢測(cè)對(duì)象的位置的相位；存儲(chǔ)部，被配置為存儲(chǔ)所述兩個(gè)誤差校正信 號(hào)和所述兩個(gè)誤差校正信號(hào)的在多個(gè)相位處的多個(gè)采樣值；和傅立葉 變換部，被配置為通過(guò)使用所述多個(gè)采樣值執(zhí)行傅立葉變換以獲得表
示所述兩個(gè)誤差校正信號(hào)的兩個(gè)表達(dá)式中的各項(xiàng)的系數(shù)OCk、 (3k、 w和
5k,該兩個(gè)表達(dá)式纟皮表示如下
A女-ao+a!cos0+pisin9+…+akCosk6+pkSink6 B^yo+yiCos6+5iSin0+…+YkCosk6+5kSink0
這里，入*和8*是兩個(gè)誤差校正信號(hào)，e是信號(hào)之間的相位，k大 于或等于2。運(yùn)算部被配置成通過(guò)使用這兩個(gè)表達(dá)式中各項(xiàng)的系數(shù)迭 代地更新誤差預(yù)測(cè)值。
從下文參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其它特征和方 面將變得清楚。


圖l是本實(shí)施例中的檢測(cè)裝置的檢測(cè)框圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
本實(shí)施例的檢測(cè)裝置是檢測(cè)表示待測(cè)量對(duì)象的位置的由余弦函數(shù) 和正弦函數(shù)近似的兩個(gè)信號(hào)中所包含的誤差分量的檢測(cè)裝置。本實(shí)施 例的檢測(cè)裝置抑制由各位置信號(hào)中包含的高次分量導(dǎo)致的檢測(cè)誤差。
由于涉及復(fù)雜的信號(hào)處理，因此優(yōu)選通過(guò)使用數(shù)字運(yùn)算單元構(gòu)成
本發(fā)明。因此，首先，作為模擬信號(hào)輸出的位置信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)?？筛鶕?jù)需要的分辨率選擇A/D轉(zhuǎn)換器的位寬度，并且， 一般使用寬度為8~18位的A/D轉(zhuǎn)換器。
在本實(shí)施例中，當(dāng)檢測(cè)器的相位e在0至2Ti之間變化時(shí)，大量的 檢測(cè)值是必需的。因此，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度(即，釆樣頻率)優(yōu) 選地高得足以檢測(cè)大部分檢測(cè)值。 一般地，當(dāng)待檢測(cè)對(duì)象低速移動(dòng)時(shí)， 需要高度精確的檢測(cè)。因此，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換不能追隨移動(dòng)速度時(shí)，即使 停止誤差校正，實(shí)際上也不存在問(wèn)題。
但是，通常地，優(yōu)選在更寬的范圍內(nèi)執(zhí)行誤差校正。因此，作為 用于本實(shí)施例的檢測(cè)裝置的A/D轉(zhuǎn)換器，例如，諸如逐次近似型A/D 轉(zhuǎn)換器之類(lèi)的高速A/D轉(zhuǎn)換器被使用。在本實(shí)施例中，A/D轉(zhuǎn)換頻率 優(yōu)選地被設(shè)定為大于或等于100kHz，但是不限于此。
可使用微處理單元(MPU)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)處理從 A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)。但是，通過(guò)使用門(mén)陣列的流水線處理執(zhí) 行如本實(shí)施例那樣的高速處理是現(xiàn)實(shí)的。
近來(lái)，可以獲得各種類(lèi)型的可編程可重寫(xiě)FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén) 陣列)。當(dāng)使用該FPGA時(shí)，即使在小批量生產(chǎn)的情況下也可構(gòu)成使 用門(mén)陣列的高速流水線數(shù)字信號(hào)處理器。
在信號(hào)處理之前，去除在數(shù)字化后的位置信號(hào)中包含的誤差分量。 這是因?yàn)槭褂酶盗⑷~系數(shù)的角度校正是一種近似，因此，如果包含大 量的誤差，則難以高精度地校正誤差。例如通過(guò)構(gòu)建用于計(jì)算表達(dá)式 3和4的邏輯電路執(zhí)行誤差的去除。
<formula>formula see original document page 5</formula>B* = B/G - ZB + gsin9 - hcos0 ... (4)
可以使用適當(dāng)值作為G、 ZA、 Zb、 g和h (誤差預(yù)測(cè)值)的初始 值。如果所述適當(dāng)值是未知的，那么這些初始值可被設(shè)為零。可通過(guò) 使用稍后描述的一次和二次傅立葉系數(shù)校正(更新)這些初始值。
可通過(guò)對(duì)于先前獲得的相位e使用相位e的時(shí)間回歸系數(shù)的傾斜度 預(yù)測(cè)在下一采樣時(shí)間的相位e的值，給出相位e。通過(guò)使用rom的表 查找來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦函數(shù)和余弦函數(shù)。
隨后，通過(guò)使用入*和B* (得自上述表達(dá)式(3 )和(4 ))執(zhí)行
反正切計(jì)算來(lái)獲得相位e。在反正切計(jì)算中，必須在o到27i的范圍內(nèi)
獲得值。
這種算法例如作為諸如C語(yǔ)言中的atan2函數(shù)之類(lèi)的函數(shù)是眾 所周知的。該算法的概要如下。首先，存儲(chǔ)各符號(hào)和幅值關(guān)系，并且， 在較小的信號(hào)和較大的信號(hào)兩者被轉(zhuǎn)換成絕對(duì)值之后，將較小的信號(hào) 除以較大的信號(hào)。除法結(jié)果被作為索引對(duì)待，并且，通過(guò)使用反正切 表在0-71/4的范圍中獲得它們之間的角度。基于先前存儲(chǔ)的符號(hào)和幅 值關(guān)系，可以構(gòu)建擴(kuò)展到0 27U的范圍的算法。
由于通過(guò)fft算法執(zhí)行傅立葉變換，因此優(yōu)選地，通過(guò)在信號(hào)的 一個(gè)周期被等分為2m (m3)份的各點(diǎn)處進(jìn)行采樣來(lái)計(jì)算a+和B*。 如果與位置信號(hào)的波動(dòng)周期相比，a/D轉(zhuǎn)換器的速度足夠高，那么可 以使用在最接近理想點(diǎn)的點(diǎn)處的信號(hào)值。但是，在本實(shí)施例中，為了 確實(shí)地抑制噪聲，優(yōu)選執(zhí)行以下的方法。
可通過(guò)保持大量(即， 一批)先前的值執(zhí)行用于獲得用于校正誤 差的角度e的回歸計(jì)算。但是，為了容易地執(zhí)行回歸計(jì)算，優(yōu)選地使用 卡爾曼濾波器。雖然使用卡爾曼濾波器的方法是已知的，但其算法將 被簡(jiǎn)短描述如下。
獨(dú)立變量e、 A+和8*被表示為x。由于這些值可無(wú)限制地增大或 減小，因此，如果直接使用這些值，那么保持這些值所需要的寄存器
的寬度是巨大的。因此，這些值優(yōu)選地被作為相對(duì)于最新值Xo的差值
而處理。時(shí)間優(yōu)選被表示為這樣的值，即在當(dāng)前的時(shí)間為零的條件下，對(duì)
于每一先前的釆樣間隔，該值增加1。通過(guò)下列表達(dá)式5給出采用這 種表示方法的回歸表達(dá)式，其中，c和b是回歸系數(shù)。 p ( x-x0) =c+bkp …(5)
這里，p是2-N(N:自然數(shù))并且與用于回歸的采樣的幅值對(duì)應(yīng)。 當(dāng)采樣數(shù)太大時(shí)，該值與要通過(guò)回歸獲得的直線極為不同，因此，回 歸誤差大。在高速移動(dòng)中產(chǎn)生這種現(xiàn)象?；貧w計(jì)算具有抑制在各值中 包含的噪聲的效果。但是，當(dāng)p的值大并且采樣數(shù)小時(shí)，不能充分地 產(chǎn)生該效果。當(dāng)準(zhǔn)備p的值相互不同的多個(gè)卡爾曼濾波器并且裝置被 配置為根據(jù)移動(dòng)速度切換要被使用的回歸系數(shù)時(shí)，可以總是用最佳的 采樣大小執(zhí)行計(jì)算。
每當(dāng)獲得新的數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)使用下列表達(dá)式6~10執(zhí)行重復(fù)的計(jì)算， 獲得回歸系數(shù)。
q=f'x-pAx ... ( 6 ) b= V'x，k+pq …(7) Vx，k=(l-p)b …(8) fx=(l-p)q …(9) c=fx-Vx，k …(10)
這里，q是工作信號(hào)線或工作寄存器，fx和Vx，k是在裝置內(nèi)保持 的濾波器值，附加有撇號(hào)(')的各濾波器值是作為先前計(jì)算的結(jié)果的 濾波器值。
當(dāng)通過(guò)使用表達(dá)式6~10的計(jì)算獲得b和c的值時(shí)，可以通過(guò)將這
些系數(shù)應(yīng)用于以上回歸表達(dá)式，計(jì)算在任意時(shí)間的相位e、 A和B的 值。還可計(jì)算當(dāng)相位e表現(xiàn)出特定值時(shí)的時(shí)間k(在這種情況下，k 包含小數(shù)值)。
在本實(shí)施例中，A,和B,被存儲(chǔ)，所述A^和B,分別是在相位e 的0 27i的范圍被等分為2M(M23)份的各點(diǎn)處的入*和8*的值。在這 種情況下，先前存儲(chǔ)的值可被完全重寫(xiě)，或者，也可通過(guò)使用下列表 達(dá)式11和12的計(jì)算僅改變它們的一部分。可通過(guò)執(zhí)行這種處理提供抑制噪聲的影響的檢測(cè)裝置。
V = A/+r ( A廠A/) ... (11) Bj* = B/+r (Bj-Bj') " (12)
在本實(shí)施例中，當(dāng)采用根據(jù)移動(dòng)速度切換p的值的檢測(cè)裝置的配 置時(shí)，優(yōu)選地與p的值的切換同步地改變r(jià)的值。換句話說(shuō)，當(dāng)移動(dòng) 速度低并且選擇大的采樣大小時(shí)，由于希望充分抑制在Aj和Bj中包 含的噪聲，因此r的值可被設(shè)為大的值。從而，可以提高對(duì)于誤差變 動(dòng)的追隨能力。
在本實(shí)施例中，僅必需在0-27i的范圍內(nèi)存儲(chǔ)相位e。但是，如在 雙反射激光干涉儀的信號(hào)中所見(jiàn)，如果對(duì)于信號(hào)的每?jī)蓚€(gè)周期包含一 個(gè)周期的誤差分量，那么優(yōu)選在0-47i的范圍內(nèi)存儲(chǔ)相位e。因此，除 了通常的高次分量以外，可分離地觀察1/2周期的誤差分量，并且， 還可通過(guò)與上述算法相同的算法校正誤差分量。
可通過(guò)對(duì)使用上述方法存儲(chǔ)的Aj和Bj執(zhí)行FFT (快速傅立葉變 換)計(jì)算，獲得在下列表達(dá)式13和14中用于表示厶*和8*的傅立葉 系數(shù)0Ck、 pk、 Yk和Sk的組合。
AA-ao+o^cos6+J3iSin6+a2COs29+p2sin20+…+akCosk6+(3kSink6
" (13)
BA-Yo+yiCos9+5iSin9+Y2Cos29+52sin26+…+YkCoskB+8kSiiik9
...(14)
因此，可通過(guò)下列表達(dá)式15和16校正在八*和8*中包含的誤差。
AA-(A、ao-A'sin9誦a2Cos20誦p2sin20-…-akCosk6畫(huà)PkSink0)/0^
...(15)
BA-(B"o卞'sin6國(guó)Y2Cos29畫(huà)52sin20-…畫(huà)YkCosk0-SkSink9)/Si
...(16)
這里，滿(mǎn)足(31' = 丫1'= ((3rh^)/2。這是因?yàn)椋绻鸌V-y/不為零， 那么，從AA和BA計(jì)算的相位改變。
如下列表達(dá)式17-21所表示，使用上述系數(shù)校正(更新)輸入級(jí) 的用于誤差校正的系數(shù)G、 g、 ZA、 ZB和h (誤差預(yù)測(cè)值)。G-G+w(a!+50 … (17) g-g+w(a廣5,) …(18) ZA=ZA+wa0 … (19) ZB=ZB+wy0... (20) h二h+w(Prh^)/2 … (21)
這里，w是弛豫系數(shù)，并且是0 1的范圍內(nèi)的預(yù)定常數(shù)。當(dāng)弛豫 系數(shù)w的值較大時(shí)，輸入級(jí)的誤差校正系數(shù)迅速變得合適。但是，在 這種情況下，其容易受噪聲等影響。由于信號(hào)畸變還可在后面的級(jí)中 被校正，因此輸入級(jí)的誤差校正不必被極好地執(zhí)4亍。因此，在本實(shí)施 例中，弛豫系數(shù)w的值優(yōu)選被設(shè)為0.01-0.1的范圍。
以下，將描述本實(shí)施例的檢測(cè)裝置中的檢測(cè)誤差的校正方法。圖 1是本實(shí)施例中的檢測(cè)裝置的檢測(cè)框圖。
在圖1中，附圖標(biāo)記20表示檢測(cè)待檢測(cè)對(duì)象的位置以輸出兩個(gè)位 置信號(hào)A和B的檢測(cè)部。檢測(cè)部20例如為編碼器，并且它輸出相位 彼此相差卯度的兩相位置信號(hào)。兩相位置信號(hào)A和B在理想情況下 分別被表示為Gcose和Gsin6 (G:幅度，6:相位)。
從檢測(cè)部20輸出的位置信號(hào)A和B是模擬信號(hào)，并且分別被輸 入到A/D轉(zhuǎn)換器1和2。 A/D轉(zhuǎn)換器1和2將作為模擬信號(hào)的位置信 號(hào)A和B轉(zhuǎn)換成要被輸出的數(shù)字信號(hào)。
這些數(shù)字信號(hào)分別被輸入到運(yùn)算單元3和4 (運(yùn)算部)。運(yùn)算單 元3和4確定誤差預(yù)測(cè)值，并且基于該誤差預(yù)測(cè)值去除在這些數(shù)字信 號(hào)中包含的誤差分量，以產(chǎn)生輸出信號(hào)八*和B*(兩個(gè)誤差校正信號(hào))。
從運(yùn)算單元3輸出的信號(hào)A* (誤差校正信號(hào))被輸入到第 一反正 切運(yùn)算單元5和回歸運(yùn)算單元7。從運(yùn)算單元4輸出的信號(hào)B* (誤差 校正信號(hào))也被輸入到第一反正切運(yùn)算單元5 (其作為相位運(yùn)算部) 和回歸運(yùn)算單元8。
第一反正切運(yùn)算單元5 (相位運(yùn)算部)基于從運(yùn)算單元3和4輸 入的信號(hào)入*和B* (兩個(gè)誤差校正信號(hào))計(jì)算表示待檢測(cè)對(duì)象的位置
的相位e，以輸出該相位e。從第一反正切運(yùn)算單元5輸出的相位e被輸入到回歸運(yùn)算單元6。
回歸運(yùn)算單元6是計(jì)算相位e的回歸系數(shù)的一次回歸運(yùn)算單元。回
歸運(yùn)算單元7和8分別是計(jì)算信號(hào)人*和8*的回歸系數(shù)的二次回歸運(yùn) 算單元。由回歸運(yùn)算單元6和7計(jì)算的信號(hào)AA和相位0的回歸系數(shù)被 輸入到運(yùn)算存儲(chǔ)單元9 (存儲(chǔ)部)。由回歸運(yùn)算單元6和8計(jì)算的信 號(hào)8*和相位6的回歸系數(shù)被輸入到運(yùn)算存儲(chǔ)單元10 (存儲(chǔ)部)。
運(yùn)算存儲(chǔ)單元9執(zhí)行在相位JTi/8 ( 0Sj《15 )處的信號(hào)厶*和相位0 的值的采樣，以存儲(chǔ)通過(guò)采樣獲得的多個(gè)采樣值的組合。類(lèi)似地，運(yùn) 算存儲(chǔ)單元10執(zhí)行在相位J7t/8 ( 0a《15 )處的信號(hào)8*和相位6的值的 采樣，以存儲(chǔ)通過(guò)采樣獲得的多個(gè)采樣值的組合。
在本實(shí)施例中，j被設(shè)為0~15的范圍，但是本實(shí)施例不局限于此。 根據(jù)需要的精度，j的最大值可被設(shè)為小于15的值或者大于或等于16 的值。在本實(shí)施例中，如稍后描述的那樣執(zhí)行傅立葉變換，并且，在 這種情況下，優(yōu)選在27i被等分為2M (M3)份的各相位處執(zhí)行釆樣。 運(yùn)算存儲(chǔ)單元9和10分別將在預(yù)定相位處采樣的信號(hào)A,和B,輸出 到FFT運(yùn)算單元11和12 (傅立葉變換部)。
FFT運(yùn)算單元11通過(guò)使用從運(yùn)算存儲(chǔ)單元9輸入的信號(hào)Aj* (采 樣值)執(zhí)行傅立葉變換，計(jì)算上述表達(dá)式13中的各次的各項(xiàng)(余弦項(xiàng) 和正弦項(xiàng)中的每一個(gè))的系數(shù)otk和(3k。類(lèi)似地，F(xiàn)FT運(yùn)算單元12通 過(guò)使用從運(yùn)算存儲(chǔ)單元10輸入的信號(hào)Bj*(采樣值)執(zhí)行傅立葉變換， 計(jì)算上述表達(dá)式14中的各次的各項(xiàng)(余弦項(xiàng)和正弦項(xiàng)中的每一個(gè))的
系數(shù)Yk和Sk。
因此，F(xiàn)FT運(yùn)算單元11和12分別通過(guò)使用由運(yùn)算存儲(chǔ)單元9和 10采樣的多個(gè)采樣值執(zhí)行傅立葉變換以獲得由表達(dá)式13和14表示的 兩個(gè)表達(dá)式，以獲得這兩個(gè)表達(dá)式中的各項(xiàng)的系數(shù)ock、 pk、 "/k和5k。 A* (以及B"的多個(gè)值的獲得由圖1中的從FFT運(yùn)算單元11 (12) 的輸出返回到運(yùn)算單元3 (4)的輸入的箭頭示出。
通過(guò)FFT運(yùn)算單元ll計(jì)算出的系數(shù)被輸入到校正運(yùn)算單元13(校 正部)。作為運(yùn)算單元3的輸出信號(hào)的信號(hào)A^皮輸入到校正運(yùn)算單元13 (如圖l中的一箭頭所示)。校正運(yùn)算單元13校正信號(hào)A*，使得 通過(guò)使用由FFT運(yùn)算單元11計(jì)算出的各項(xiàng)的系數(shù)減小在信號(hào)A*中包 含的誤差，以輸出校正后的信號(hào)AA。
類(lèi)似地，通過(guò)FFT運(yùn)算單元12計(jì)算出的系數(shù)被輸入到校正運(yùn)算 單元14 (校正部)。作為運(yùn)算單元4的輸出信號(hào)的信號(hào)B^皮輸入到 校正運(yùn)算單元14。校正運(yùn)算單元14校正信號(hào)B、^吏得通過(guò)使用由FFT 運(yùn)算單元12計(jì)算出的各項(xiàng)的系數(shù)減小在信號(hào)B*中包含的誤差，以輸 出校正后的信號(hào)BA。
因此，校正運(yùn)算單元13和14分別通過(guò)使用系數(shù)ock、 pk、 yk和Sk 才交正兩個(gè)信號(hào)A食和B*。
由FFT運(yùn)算單元11和12計(jì)算出的各次的余弦項(xiàng)和正弦項(xiàng)的系數(shù) 與在信號(hào)A,和B^中的每一個(gè)中包含的誤差量相對(duì)應(yīng)。因此，本實(shí)施 例的檢測(cè)裝置向運(yùn)算單元3和4中的每一個(gè)反饋這些系數(shù)以執(zhí)行控制， 以便通過(guò)使用這些系數(shù)更新在運(yùn)算單元3和4中4呆持的誤差預(yù)測(cè)值來(lái) 減小這些系數(shù)。校正系數(shù)otk、 pk、 yk和Sk的反饋和迭代改進(jìn)在圖1中 由從FFT運(yùn)算單元11和12中每一個(gè)的輸出分別返回到運(yùn)算單元3和 4的輸入的箭頭示出。
由校正運(yùn)算單元13和14校正的信號(hào)AA和B"皮輸入到第二反正 切運(yùn)算單元15，并且，通過(guò)第二反正切運(yùn)算單元15計(jì)算相位6*。由 第二反正切運(yùn)算單元15計(jì)算出的相位0*是檢測(cè)誤差已被校正的相位， 并且，本實(shí)施例的檢測(cè)裝置通過(guò)將校正后的值作為測(cè)量值對(duì)待而執(zhí)行 待檢測(cè)對(duì)象的位置檢測(cè)。
當(dāng)檢測(cè)位置或角度時(shí)，本實(shí)施例的檢測(cè)裝置可有效地預(yù)測(cè)在位置 信號(hào)中包含的各種類(lèi)型的誤差分量，以校正這些誤差分量。因此，它 可被用于范圍廣泛的位置或角度的檢測(cè)和控制的工業(yè)領(lǐng)域中。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，由于由高次分量導(dǎo)致的檢測(cè)誤差被校 正，因此，可以提供高度精確的檢測(cè)裝置。
此外，根據(jù)本實(shí)施例，可以自動(dòng)地檢測(cè)由余弦函數(shù)和正弦函數(shù)近 似的兩個(gè)位置信號(hào)中包含的信號(hào)畸變，以估計(jì)由該畸變導(dǎo)致的包含于位置或角度中的誤差。因此，可通過(guò)減去估計(jì)的誤差來(lái)高度精確地檢 測(cè)位置或角度。
在本實(shí)施例中使用的算法是傅立葉變換，并且，可通過(guò)選擇次數(shù) 構(gòu)建對(duì)于工業(yè)界中的范圍廣泛的目的最佳的裝置。換句話說(shuō)，雖然可 通過(guò)使用直到高次的項(xiàng)獲得高精度，但是，如果不需要那么高的精度， 則也可通過(guò)僅使用低次的項(xiàng)構(gòu)建簡(jiǎn)單的裝置。
雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限 于公開(kāi)的示例性實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)凈皮賦予最寬的解釋 以包含所有變型以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
例如，本實(shí)施例使用校正兩個(gè)信號(hào)厶*和8*的校正運(yùn)算單元13和
14，但是不限于此。作為其替代，也可使用校正相位e的校正運(yùn)算單元。 在這種情況下，使用輸入從第一反正切運(yùn)算單元5輸出的相位e和從
FFT運(yùn)算單元11和12輸出的各系數(shù)的另一校正運(yùn)算單元?？赏ㄟ^(guò)使 用從該校正運(yùn)算單元輸出的校正后的相位9*檢測(cè)待檢測(cè)對(duì)象。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置被配置為檢測(cè)表示待檢測(cè)對(duì)象的位置的由余弦函數(shù)和正弦函數(shù)近似的兩個(gè)信號(hào)中所包含的誤差分量，所述檢測(cè)裝置包含運(yùn)算部，被配置為確定誤差預(yù)測(cè)值以基于所述誤差預(yù)測(cè)值減小在所述兩個(gè)信號(hào)中包含的誤差，從而輸出兩個(gè)誤差校正信號(hào)；相位運(yùn)算部，被配置為基于所述兩個(gè)誤差校正信號(hào)計(jì)算表示所述待檢測(cè)對(duì)象的位置的相位；存儲(chǔ)部，被配置為存儲(chǔ)所述兩個(gè)誤差校正信號(hào)和所述兩個(gè)誤差校正信號(hào)在多個(gè)相位處的多個(gè)采樣值；和傅立葉變換部，被配置為通過(guò)使用所述多個(gè)采樣值執(zhí)行傅立葉變換獲得表示所述兩個(gè)誤差校正信號(hào)的兩個(gè)表達(dá)式中的各項(xiàng)的系數(shù)αk、βk、γk和δk，所述兩個(gè)表達(dá)式被如下表示A＊＝α0+α1cosθ+β1sinθ+...+αkcoskθ+βksinkθB＊＝γ0+γ1cosθ+δ1sinθ+...+γkcoskθ+δksinkθ這里，A＊和B＊是兩個(gè)誤差校正信號(hào)，θ是信號(hào)之間的相位，k大于或等于2，其中，所述運(yùn)算部被配置成通過(guò)使用所述兩個(gè)表達(dá)式中各項(xiàng)的系數(shù)迭代地更新誤差預(yù)測(cè)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的檢測(cè)裝置，其中，所述存儲(chǔ)部被配置為存儲(chǔ)在2TT被等分為2M (MS)份的相位處的多個(gè)采樣值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的檢測(cè)裝置，還包括檢測(cè)部，被配置為檢測(cè)所述待檢測(cè)對(duì)象的位置以輸出所述兩個(gè)信 號(hào)；和校正部，被配置為執(zhí) 校正以使得通過(guò)使用所述各項(xiàng)中的系數(shù)減 小在所述兩個(gè)誤差校正信號(hào)中包含的誤差。
全文摘要
本發(fā)明提供一種檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置檢測(cè)表示對(duì)象位置的由余弦函數(shù)和正弦函數(shù)近似的兩個(gè)信號(hào)(A、B)中所包含的誤差分量，該檢測(cè)裝置包含基于誤差預(yù)測(cè)值減小在信號(hào)(A、B)中包含的誤差以輸出兩個(gè)誤差校正信號(hào)(A^*、B^*)的運(yùn)算部(3、4)；基于誤差校正信號(hào)(A^*、B^*)計(jì)算相位(θ)的相位運(yùn)算部(5)；存儲(chǔ)誤差校正信號(hào)(A^*、B^*)和相位(θ)的多個(gè)采樣值的運(yùn)算存儲(chǔ)單元(9、10)；和獲得以下兩個(gè)表達(dá)式中的系數(shù)α_k、β_k、γ_k和δ_k的傅立葉變換部(11、12)A^*＝α₀+α₁cosθ+β₁sinθ+…+α_kcoskθ+β_ksinkθB^*＝γ₀+γ₁cosθ+δ₁sinθ+…+γ_kcoskθ+δ_ksinkθ(k≥2)其中，運(yùn)算部(3、4)通過(guò)使用這些系數(shù)更新誤差預(yù)測(cè)值。
文檔編號(hào)G01D18/00GK101639369SQ20091016553
公開(kāi)日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者瀨尾雄三 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社