CN1769844A - 编码器输出信号校正设备和方法 - Google Patents

Abstract

使用相对简单的数字计算消除包含在两相正弦信号中的偏移误差、幅度误差、相位误差和第三谐波分量。检测并校正包含在从编码器输出的带有相差的两相正弦信号中的偏移误差。然后，检测并校正包含在校正过偏移的两相正弦信号中的幅度误差。接下来，检测并校正包含在校正过幅度的两相正弦信号中的相位误差。进一步地，检测并校正包含在校正过相位的两相正弦信号中的第三谐波失真。每个校正步骤包括检测来自包含在该校正过的两相正弦信号中的理想Lissajous波形的误差。并将检测到的误差加到累积相加的最后值中，以产生新的校正系数，由此动态更新该校正系数。

Description

编码器输出信号校正设备和方法

本申请基于2004年10月13日提出的申请号为2004-299001的在先日本专利申请，并要求其优先权，该申请的全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种编码器输出信号校正设备和方法，其用于校正从检测位置、角度、速度、角速度等的编码器输出的两相正弦信号。

背景技术

形成在编码器中标尺(scale)上的光栅(grating)之间的间距受加工的限制。为了测量比标尺光栅之间的间距更精确的间距，从该编码器输出的正弦信号中的相变化空间周期应当被划分得更加精确，并且被内插值。在现有技术中已经应用了多种内插器。例如，数字化内插器包含A/D转换器和存储器。该A/D转换器用于接收从该编码器输出的具有90°相差的A、B相正弦信号，并以一定频率对该信号采样，以将它们转换成数字数据。将该存储器用来存储查寻表，其中根据该A/D转换器获得的该数字数据DA、DB，该查寻表用于在每个采样点处搜索相位角数据PH。使用反正切(ATAN)函数，基于PH＝ATAN(DA/DB)创建该查寻表。

从该编码器输出的该A、B相正弦信号通常不是完全的正弦波，并且通常可以在正交坐标系中被表示为描述椭圆形Lissajous波形。当该A、B相正弦波具有不同的电压幅度时，该Lissajous波就成为椭圆形。每个信号电压的偏移值使Lissajous波形变成偏离原点的圆形或椭圆形波形。相位误差的存在使椭圆的长轴和短轴处于不与坐标轴平行而是在那倾斜45°的状态。在假定A、B相正弦信号是正弦波的情况下制造内插器。因而，相对理想正弦波的偏差对插值精度产生副作用。为了校正幅度误差、相位误差和在A、B相正弦信号中的偏移，例如已在JP-A10-311741和JP-A2003-222534中提出针对此目的的设备。

然而，在这样的幅度误差等被校正之后的该两相正弦信号中，相对理想正弦信号波形的偏差或波形失真是大的，并且特别是当主尺和索引尺(Index scale)之间的间隔波动时失真度剧烈波动。该波形失真主要是由奇数阶的较高谐波分量(第三阶、第五阶等等)引起的。当将带有这样波动失真度的该两相正弦信号应用在测量中时，会产生大的测量误差。

已经提出一些技术来提供正弦信号，从这些正弦信号中已经将这些较高谐波分量消除。例如，JP-A3-48122提出一项技术，该技术在刻度尺上提供两个具有轻微相差的矩形栅格测试图，并且将其中的输出相加以正好消除较高谐波分量。日本专利No.2695623提出另一项技术，其中将带有均匀光栅的标尺和带有不均匀光栅的标尺结合以提供正弦信号，其中从这些正弦信号中将这些较高谐波分量消除。

虽然该精度不足以应用到精确加工等中的位置测量，但JP-A3-48122的技术将该波形失真降低到了一定程度。日本专利No.2695623的系统需要精确创建在亮区和暗区之间的占空因数，而在精密标度中的精确创建是困难的。

本发明的目的是提供一种能够使用相对简单的数字计算消除包含在正弦信号中的第三谐波分量因此改进内插器中的插值精度的编码器输出信号校对设备和方法。也有可能改进由于编码器中标尺的不均匀和对准的不一致引起的偏移误差、幅度误差、相位误差或较高谐波分量误差的稳定性。

发明内容

为了实现上述目的，一方面本发明提供一种编码器输出信号校正设备，用于校正从编码器输出的带有相差的两相正弦信号。该设备包含：检测器装置，其用于检测来自包含在从该两相正弦信号获得的Lissajous波形中的理想Lissajous波形的误差；和校正器装置，其用于根据在该检测器装置上检测到的误差使用校正系数校正该两相正弦信号。该检测器装置检测来自包含在该校正器装置校正过的该两相正弦信号中的理想Lissajous波形的误差，并且将检测到的误差加到累计相加的最后值中以产生新的校正系数，从而动态更新该校正系数。

一方面本发明提供一种编码器输出信号校正方法，包含：检测并校正包含在从编码器输出的、带有相差的两相正弦信号中的偏移误差；检测并校正包含在已校正过偏移的两相正弦信号中的幅度误差；检测并校正包含在已校正过幅度的两相正弦信号中的相位误差；和检测并校正包含在已校正过相位的两相正弦信号中的第三谐波失真。每个校正步骤包括检测来自包含在校正过的两相正弦信号中的理想Lissajous波形的误差，和将检测到的误差加到累计相加的最后值以产生新的校正系数，从而动态更新该校正系数。

这里的该检测器装置包括包含在从该两相正弦信号中获得的Lissajous波形中的偏移误差、幅度误差、相位误差和第三谐波失真的至少其中之一。在这种情况下，可以将该检测器配置成计算该Lissajous波形半径的最大值和最小值，并且根据该最大值和该最小值之间的差值计算作为第三谐波失真的该第三谐波分量的幅度。另外，可以将该检测器配置成当该Lissajous波形半径达到该最大值和最小值时检测相位，并且根据检测到的结果，计算作为第三谐波失真的该第三谐波分量的相位。

也可以将该检测器配置成通过傅立叶分析导出该Lissajous波形半径的变化量，从而计算该第三谐波分量的幅度和相位。

另一方面，可以将该校正器配置成以该探测器计算出的相位旋转从包含第三谐波分量的该两相正弦信号中获得的该Lissajous波形，使得该第三谐波分量具有0°或90°的相位；导出对应该于两相正弦信号的每个值的该第三谐波分量的值；从对应于被旋转了的Lissajous波形的两相正弦信号减去该第三谐波分量的值以校正幅度；并且以与所旋转的角度相同的角度反向旋转从被校正的两相正弦信号中获得的Lissajouos波形。

在本发明中，检测来自包含在该校正器装置校正过的该两相正弦信号中的理想Lissajous波形的误差，并且将检测到的误差加到累计相加的最后值中以产生新的校正系数，从而动态更新该校正系数。因此，该Lissajous波形误差参数的计算不需要复杂的步骤并且可以导致快速收敛。因此，可以改进在内插器中的插值精度。还可以改进对抗由于编码器中标尺的不均匀和对准的不一致引起的较高谐波误差的强度。

附图说明

图1是表示根据本发明实施例的编码器输出信号校正装置1的基本结构的方框图；

图2是表示在校正装置1中处理流程的流程图；

图3是表示图2的偏移校正、幅度校正和相位校正的细节的流程图；

图4表示观测到Lissajous波形的例子；

图5是表示图2的第三谐波失真校正细节的流程图(第一方法)；

图6图解在第三谐波中幅度a1、a3的计算方法；

图7是表示图2的第三谐波失真校正细节的流程图(第二方法)；

图8图解说明在图7的校正步骤中的坐标旋转；

图9是表示在图7的校正处理中A相(或B相)和第三谐波的电压之间的关系图；

图10表示在动态校正中收敛的校正值的原理图；

图11是表示偏移/幅度/相位校正器30和第三谐波失真校正器40的特定电路的电路图；和

图12是表示根据本发明另一个实施例的编码器输出信号校正装置2的基本结构的方框图。

具体实施方式

现在将参照附图详细地说明本发明的实施例。

图1是表示根据本发明实施例的编码器输出信号校正装置1的基本结构的方框图。该编码器输出信号校正装置1包含：A/D转换器20、21；偏移/幅度/相位校正器30；偏移/幅度/相位检测器31；第三谐波失真校正器40；第三谐波计算机/检测器41和r-θ转换器50。该装置用于校正来自该编码器10的输出信号A0、B0，以消除那里的第三谐波失真。

例如该编码器10可以是不存在检测原理区别的光电类型或磁类型。从该编码器10中输出的A和B相正弦信号A0、B0通常可能包含幅度误差、相位误差、偏移和第三谐波失真。

该A/D转换器20、21以一定频率采样该信号A0、B0，并将它们转换成数字信号A1、B1，将这些数字信号供给该偏移/幅度/相位校正器30。根据在该偏移/幅度/相位检测器31中计算出的校正系数，该偏移/幅度/相位校正器30校正该数字信号A1、B1的偏移、幅度和相位，并提供输出信号A4、B4。以该输出信号A4、B4为基础，该偏移/幅度/相位检测器31计算在偏移/幅度/相位校正器30中使用的校正系数。计算该校正系数的方法将在后面描述。

该输出信号A4、B4是校正过幅度、相位和偏移的正弦输出信号，但仍然含有包括第三谐波的较高谐波分量。因此，该第三谐波失真校正器40校正在输出信号A4、B4中的第三谐波分量，并提供输出信号A7、B7。根据由该第三谐波计算机/检测器41给定的校正系数(基谐波幅度a₁、第三谐波幅度a₃、和第三谐波相位φ₃，这些将在后面介绍)执行该校正。该r-θ转换器50从该输出信号A7、B7中产生Lissajous波形，并且计算在该Lissajous波形的每个相位θ处的半径r。该第三谐波计算机/检测器41根据r、θ计算该校正系数。

下面的介绍是针时使用这样配置的该编码器输出信号校正装置1的校正步骤的细节。

图2是表示该校正步骤的流程图。

从该编码器10输出的A-和B-相正弦信号A0、B0被AD转换(S11)成数字A和B相正弦信号A1、B1。这些信号A1、B1由下面的表达式1表示。

[表达式1]

A1＝a₀+a₁cosu+a₃cos3(u-φ₃)

$B1=b_0+b_1\cos (u-\frac{\mathrm{\π}}{4}-{\mathrm{\φ}}_1)+b_3\cos 3(u-\frac{\mathrm{\π}}{4}-{\mathrm{\φ}}_3)$

其中a₀、b₀表示A相和B相的偏移误差；a₁、b₁表示A相和B相的幅度误差；φ₁表示B相到A相的相位误差；a₃、b₃表示A相和B相第三谐波的幅度；φ₃表示第三谐波与基谐波的相位误差；u＝2πx/λ，x表示位移(displacement)；λ表示信号间距(signalpitch)。这些误差中，该偏移误差、幅度误差和相位误差是在由该偏移/幅度/相位校正器30和该偏移/幅度/相位检测器31执行的偏移校正步骤(S12)、幅度校正步骤(S13)和相位校正步骤(S14)中被顺序消除的。第三谐波失真是在由该第三谐波失真校正器40和第三谐波计算机/检测器41执行的第三谐波失真校正步骤(S15)中被消除的。最后，在该r-θ转换器50中使用该消除了误差的两相正弦信号A7、B7，从而提供输出信号θ。

在该实施例中，在上述校正步骤(S12-S15)中，使用递归公式来执行动态校正。

(偏移校正)

图3表示该校正步骤(S12-S14)的细节。

首先，如在图4中所示，从该A相和B相正弦信号A1、B1中获得一轮的Lissajous波形。该Lissajous波形具有四个穿过X轴和Y轴的交叉点P12、P23、P34、P41，如下从中导出在X轴和Y轴方向上的偏移校正值中的变化量Δda1、Δdb1(S111)。

[表达式2]

Δda1＝(x41+x23)/2

Δdb1＝(y12+y34)/2

这里导出的Δda1、Δdb1接近于该偏移误差a₀、b₀，但是由于幅度误差和相位误差而不能完全与其相符。因此，重复几次反馈步骤以逐渐收敛该误差。也就是说，依据下列表达式3获得作为累计相加值的校正值da1、db1(S112)。

[表达式3]

da1←da1+Δda1

db1←db1+Δdb1

然后，依据下列表达式4执行校正步骤以从该信号A1、B1中消除偏移误差(S113)。

[表达式4]

A2＝A1-da1

B2＝B1-db1

(幅度校正)

以与上面相同的方式，从在该Lissajous波形上的穿过X轴和Y轴的四个交叉点P12、P23、P34、P41中，如下导出在X轴和Y轴方向上的幅度校正值中的变化量Δka1、Δkb1(S121)。

[表达式5]

Δka1＝(x41-x23)/2

Δkb1＝(y12-y34)/2

同样在这种情况下，重复几次反馈步骤以逐渐收敛该误差。也就是说，依据下列表达式6获得作为累计相除值的校正值ka1、kb1(S122)。

[表达式6]

ka1←ka1/Δka1

kb1←kb1/Δkb1

然后，依据下列表达式7执行校正步骤以从该信号A2、B2中消除幅度误差(S123)。

[表达式7]

A3＝A2×ka1

B3＝B2×kb1

[相位校正]

以与上相同的方式，从穿过以45°角相对于X轴和Y轴倾斜的直线(y＝x，y＝-x)的四个交叉点P1、P2、P3、P4中，如下导出用于A相和B相的相位校正值中的变化量Δkp1(S131)。

[表达式8]

Δkp1＝(x4+y2-x2-y4)/(x1+y1-x3-y3)

同样在这种情况下，几次重复反馈步骤以逐渐收敛该误差。也就是说，依据下列表达式9获得作为累积相乘值的校正值kp1(S132)。

[表达式9]

kp1←kp1×Δkp1

kph1＝(kp1+1)/2

kph2＝(kp1-1)/2

然后，依据下列表达式10执行校正步骤以从该信号A3、B3中消除相位误差(S133)。

[表达式10]

A4＝kph1·A3+kph2·B3

B4＝kph2·A3+kph1·B3

(第三谐波失真校正)

该输出信号A4、B4是校正过幅度、相位和偏移的正弦输出信号，但仍然含有包括第三谐波的较高谐波分量。

可以假定该第三谐波具有相同的幅度和相位。既然这样，如果基谐波具有幅度a₁(＝b₁)，第三谐波具有幅度a₃(＝b₃)，第三谐波具有相位φ₃，那么该输出信号A4、B4可以由下列表达式表示。

[表达式11]

A4＝a₁cosu+a₃cos3(u-φ₃)

$B4=a_1\cos (u-\frac{\mathrm{\π}}{4})+a_3\cos 3(u-\frac{\mathrm{\π}}{4}-{\mathrm{\φ}}_3)$

因此，可以依据下面表达式能计算出与该信号A4、B4相关的Lissajous半径r。

[表达式12]

$r^2={A4}^2+{B4}^2$

$=a_1^2+a_3^2+2a_1{a}_3\cos (4u-3{\mathrm{\φ}}_3)$

正如从上述表达式显而易见的，该Lissajous半径r以λ/4的周期随相位3φ₃在最大值r_max＝a₁+a₃和最小值r_min＝a₁-a₃之间变化。因此，a₁、a₃和φ₃的确定能够校正该第三谐波失真。

(方法1：在φ₃＝0的情况下)

图5表示更加简单的第一方法。如上所述，由于该第三谐波失真该Lissajous波形的半径r以λ/4的周期变化，并且具有最大值r_max＝a₁+a₃和最小值r_min＝a₁-a₃(参见图6)。因此，可以如下使用r_max、r_min计算出a₁、a₃。

[表达式13]

Δa₁＝Δb₁＝(r_max+r_min)/2

Δa₃＝Δb₃＝(r_max-r_min)/2

为了简化起见，这里假定该相位被认作为φ₃＝0。例如，假定该半径的最小值r_min存在于X、Y轴上，最大值r_max存在于相对于X、Y轴倾斜45°的线上。可以如下获得该值r_min、r_max(S151)。

[表达式14]

$r_{\max }=\frac{\sqrt{2}}{8}(x1+x4+y1+y2-x2-x3-y3-y4)$

$r_{\min }=\frac{1}{4}(x41+y12-x23-y34)$

同样在这种情况下，重复几次反馈步骤以逐渐收敛该误差。也就是说，依据下面表达式15获得作为累积相加值的校正值a₁、a₃(S152)。

[表达式15]

a1←a1+Δa1

a3←a3+Δa3

然后，依据下面表达式16执行校正步骤以从该信号A4、B4中消除第三谐波失真(S153)。

[表达式16]

$A7=A4-(\frac{{4a}_3}{{a_1}^3}{A4}^3-\frac{{3a}_3}{a_1}A4)$

$B7=B4-(\frac{{4a}_3}{{a_1}^3}{B4}^3-\frac{{3a}_3}{a_1}B4)$

(方法2：在φ₃是任意值的情况下)

图7表示当φ₃是任意值时的第二方法。该方法1简单，而且充分提供轻的负荷到计算机。相反地，当φ₃是任意值时，该第三谐波分量的幅度a3越小，该相位φ₃的检测精度就可能越低。下面描述的方法2是一种能够更加精确地计算φ₃的方法。该方法2在下面得到描述。该方法2使用傅立叶分析来计算该幅度a1、a3和该相位φ₃。也就是说，将包含在Lissajous波形中的具有λ/4波长(空间频率为4·2π/λ)的信号成分傅立叶变换成实部Re和虚部Im。为了用于动态校正，从在所校正过的波形中检测到实部和虚部中，由[表达式17]和[表达式18]导出dRe和dIm(S154)，以根据由[表达式19]表示的递归公式更新Re和Im(S155)。该更新被重复几次，以收敛Re、Im到一定值。从而，将这些值确定为Re、Im。

[表达式17]

$\mathrm{dRe}=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i\cos \left(2\mathrm{\π}\frac{4}{N}i\right)$

[表达式18]

$\mathrm{dIm}=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i\sin \left(2\mathrm{\π}\frac{4}{N}i\right)$

[表达式19]

Re＝Re+dRe

Im＝Im+dIm

依据下面表示的[表达式20]，获得a₁。另外，根据由上述的[表达式19]确定的Re和Im，依据下面的[表达式21]和[表达式22]获得作为在由Re、Im确定的复数空间中相对于坐标原点的距离和角度的a₃和φ₃。因为通过傅立叶变换获得的信号大小是有效值，并且该幅度是该值的

倍，所以在[表达式21]中，使用乘法系数

[表达式20]

$a_1=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i$

[表达式21]

$a_3=\frac{1}{2N}\sqrt{2({\mathrm{Re}}^2+I{m}^2)}$

[表达式22]

φ₃＝tan^-1(Im/Re)

如图8中左侧所示，在该第三谐波失真校正处理中，执行在下面[表达式23]中表示的计算，从而以对应于该第三谐波相位的角度φ₃逆时针旋转该信号A4、B4的Lissajous波形L4。在这种情况下，如图8中右侧所示，产生对应于该信号A5、B5的Lissajous波形L5。角度φ₃的旋转是为了使该第三谐波在该Lissajous波形上具有0°或90°的相位，并在这种状态下执行幅度校正步骤。

[表达式23]

$\left(\begin{array}{c}A5\\ B5\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\φ}}_3& -\sin {\mathrm{\φ}}_3\\ \sin {\mathrm{\φ}}_3& \cos {\mathrm{\φ}}_3\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}A4\\ B4\end{array}\right)$

在这种状态下，根据图9中与该第三谐波电压有关的A相(或B相)电压曲线为基础，使用该基谐波幅度a₁和第三谐波幅度a₃执行校正。该校正是为了依据下面表达式从具有相位为0°或90°的第三谐波的输出信号A5、B5中消除该第三谐波分量。

[表达式24]

$A6=A5-(\frac{{4a}_3}{{a_1}^3}{A5}^3-\frac{{3a}_3}{a_1}A5)$

$B6=B5-(\frac{{4a}_3}{{a_1}^3}{B5}^3-\frac{{3a}_3}{a_1}B5)$

最后，执行下面计算，以反向旋转该信号A6、B6的Lissajous波形(以角度-φ₃)，来产生信号A7、B7(S156)。以角度-φ₃旋转的该Lissajous波形或该输出信号A7、B7包含与该原始输出信号A4、B4的基谐波相同的基谐波，并且从中减去该第三谐波分量。

[表达式25]

$\left(\begin{array}{c}A7\\ B7\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \left({-\mathrm{\φ}}_3\right)& -\sin \left({-\mathrm{\φ}}_3\right)\\ \sin \left({-\mathrm{\φ}}_3\right)& \cos \left({-\mathrm{\φ}}_3\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}A6\\ B6\end{array}\right)$

在该实施例中，为了获得快速收敛，对ka1、kb1使用了除法递归公式，对kp1使用了乘法递归公式，但加法/减法的方法也是可使用的。

在该Lissajous波形旋转了至少一轮或更多轮之后，需要执行上述校正步骤。当考虑到从该信号中消除噪音时，可以考虑获得N轮平均值。在需要的轮数期间，在校正计算中使用以前检测的校正值da1、db1、…、Im。因此，校正计算从初始值状态开始(未校正的情况下所有值都为0)。根据检测需要的轮数，将上述da1、db1、…、Im应用到该校正计算。使用校正值，继续该校正计算直到一定的圈数。校正过的Lissajous信号具有更小误差的值。因此，使用该值作为初始点以用于下一个校正检测。也就是说，得到Δda1、Δdb1、…、ΔIm，并将它们累计到da1、db1、…、Im中。当无限制地重复上述步骤时，该校正值da1、db1、…、Im接近各自的真实值，并且最后在检测分辨率上收敛。

关于该第三谐波失真的校正，举例说明了两种方法，并且任何一种方法可以通过加法、减法、乘法和除法中任何一个的递归公式实现。依据计算速度和收敛条件可以选择最佳的方法。

图10表示检测的校正值在常数值上收敛的状态。

当在以这种方式充分收敛后停止该动态校正时，可以将该值存储到非易失性存储器中，并且也可以在静态校正的自校准系统中利用该值。

参照附图11介绍该偏移/幅度/相位校正器30和该第三谐波失真校正器40的特定电路。

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。该偏移校正器301包括加法器310、311，并且执行该偏移校正，从而将由偏移/幅度/相位检测器31给定的加法系数da1、db1分别加到该信号A1、B1。该幅度校正器302包括乘法器320、321，并且执行该幅度校正，从而将由偏移/幅度/相位检测器31给定的乘法系数ka1、kb1分别乘以该信号A2、B2。该相位检测器303包括乘法器330-333和加法器340、341，并且执行该相位校正，从而使用由偏移/幅度/相位检测器31给定的乘法系数kph1、kph2将信号A3、B3转换成输出信号A4、B4。

该第三谐波失真校正器40包含坐标旋转器401、幅度校正器402和坐标反向旋转器403。该坐标旋转器401包括乘法器410-413和加法器414、415。该坐标旋转器401用于以对应于第三谐波相位的角度φ₃逆时针旋转该信号A4、B4的Lissajous波形L4，从而产生对应于该信号A5、B5的Lissajous波形L5。为了校正，该幅度校正器402使用该基谐波幅度a₁和在该第三谐波计算机/检测器41上计算出的该第三谐波幅度a₃，以从具有相位为0°或90°的第三谐波的输出信号A5、B5中消除该第三谐波分量。该计算可以通过提供查寻表402T实现，该查寻表存储了表达式24中表示的A5和A6之间的关系或B5和B6之间的关系。也就是说，输出信号A5(或B5)的每个采样值实际上被用作对查寻表402T的索引，来读取该第三谐波分量的值，从而提供输出值A6、B6。

该坐标反向旋转器403包括乘法器430-433和加法器434、435，并且以在坐标旋转器401处旋转的角度φ₃顺时针或反向地(以角度-φ₃)旋转该信号A6、B6的Lissajous波形，从而通过下列计算产生该信号A7、B7。以角度-φ₃旋转的该Lissajous波形或该输出信号A7、B7包含与原始输出信号A4、B4的基谐波相同的基谐波，并且从中减去该第三谐波分量。

这样，该第三谐波计算机/检测器41计算a₁、a₃、φ₃，它们用于该第三谐波失真校正器40中的校正。在第三谐波失真校正器40中的该校正、在r-θ转换器50中的r-θ转换和在该第三谐波计算机/检测器41中校正系数的计算被重复几次，以进一步从该输出信号A7、B7中消除该第三谐波分量。结果，可以将该输出信号A7、B7近似为理想的正弦波形。

图12是表示根据本发明另一个实施例的编码器输出信号校正装置2的基本结构的方框图。本实施例包含存储器60，存储器的提供是用来存储在该偏移/幅度/相位检测器31和该第三谐波计算机/检测器41上动态校正的校正系数。校正系数可以在一些特定时间被保存在存储器60中，例如，(1)当外部开关被按下时，(2)当电源被关掉(被用完)时，和(3)在任何时候(与操作时钟一致或当每个校正系数在校正器30、40中被更新时)。在重新开始的时刻，将校正系数从该存储器60中读取出来，并将其作为初始值存储在该检测器31、41中。接下来的步骤与上述动态校正的步骤类似。可以提供可用来使动态更新校正系数的操作无效的动态校正无效指示设备。当该动态校正无效指示设备指示动态校正的无效时，该校正器30、40可以使用从该存储器60中读取出来的校正系数来校正该两相正弦信号。

尽管本发明的实施例已经在上面得到描述，但本发明不限于这些实施例，而是可以在不脱离本发明的范围和宗旨的情况下，将其设计为提供各种修改和增加。例如，在上述实施例中，首先对从该编码器输出的该A和B相正弦信号进行该偏移、幅度和相位校正，然后进行该第三谐波校正，但这种顺序是可以被改变的。也就是，可以首先执行该第三谐波校正，然后执行该偏移、幅度和相位校正。在上述实施例中，该幅度和相位校正是在数字电路中执行的，但相同的步骤可以使用DSP或软件来执行。

Claims (19)

1.一种编码器输出信号校正设备，用于校正从编码器输出的带有相差的两相正弦信号，包含：

检测器装置，其用于检测来自包含在从所述两相正弦信号获得的Lissajous波形中的理想Lissajous波形的误差；和

校正器装置，其使用基于在所述检测器装置上检测到的所述误差的校正系数，校正所述两相正弦信号，

其中，所述检测器装置检测来自包含在所述两相正弦信号中的所述理想Lissajous波形的误差，并累积计算所述检测误差以产生新的校正系数，由此动态更新所述校正系数，其中该两相正弦信号已在校正设备中校正了。

2、根据权利要求1所述的编码器输出信号校正设备，其中所述检测器装置能够检测包含在从所述两相正弦信号中获得的所述Lissajous波形中的偏移误差、幅度误差、相位误差和第三谐波失真中的至少一个。

3、根据权利要求1所述的编码器输出信号校正设备，其中所述检测器装置能够检测包含于从所述两相正弦信号中获得的所述Lissajous波形中的偏移误差。

4、根据权利要求3所述的编码器输出信号校正设备，其中从四个零交叉点(P12、P23、P34、P41)中，所述检测器装置导出在X轴和Y轴方向上偏移校正值中的变化量(Δda1，Δdb1)，并累积计算所述变化量来检测所述偏移误差，所述四个零交叉点在从所述两相正弦信号获得的所述Lissajous波形上穿过X轴和Y轴。

5、根据权利要求1所述的编码器输出信号校正设备，其中所述检测器装置能够检测包含于从所述两相正弦信号获得的所述Lissajous波形中的幅度误差。

6、根据权利要求5所述的编码器输出信号校正设备，其中从四个零交叉点(P12、P23、P34、P41)中，所述检测器装置导出在X轴和Y轴方向上的幅度校正值中的变化量(Δka1，Δkb1)，并累积计算所述变化量来检测所述幅度误差，所述四个零交叉点在从所述两相正弦信号获得的所述Lissajous波形上穿过X轴和Y轴。

7、根据权利要求1所述的编码器输出信号校正设备，其中所述检测器装置能够检测包含于从所述两相正弦信号获得的所述Lissajous波形中的相位误差。

8、根据权利要求7所述的编码器输出信号校正设备，其中从四个点(P1，P2，P3，P4)中，所述检测器装置导出用于两相正弦信号的相位校正值中的变化量(Δkp1)，并累积计算所述变化量来检测所述相位误差，所述四个点在从所述两相正弦信号获得的所述Lissajous波形上穿过与X轴和Y轴倾斜45°的直线(y＝x，y＝-x)。

9、根据权利要求1所述的编码器输出信号校正设备，其中所述检测器装置能够检测包含于从所述两相正弦信号获得的所述Lissajous波形中的第三谐波失真。

10、根据权利要求9所述的编码器输出信号校正设备，其中在所述两相正弦信号中的基谐波具有幅度a1，所述第三谐波具有幅度a3，以及所述第三谐波具有相位φ3＝0，其中从四个点(P1、P2、P3、P4)和穿过X轴和Y轴的四个零交叉点(P12、P23、P34、P41)中，所述检测器装置导出所述Lissajous波形半径的最大值(r_max)和最小值(r_min)，并累积计算两相正弦信号中基谐波的变化量(Δa1)和第三谐波校正值中的变化量(Δa3)，所述四个点(P1，P2，P3，P4)在从所述两相正弦信号获得的所述Lissajous波形上穿过与X轴和Y轴倾斜45°的直线(y＝x，y＝-x)，

其中所述两相正弦信号在时间的每个点具有值Va1，所述第三谐波分量在时间的每个点具有值Va3，并且

其中所述检测器装置从Va3＝K1·Va1³-K2·Va1(这里K1、K2为由a1、a3确定的系数)中导出Va3来检测所述第三谐波分量。

11、根据权利要求9所述的编码器输出信号校正设备，其中所述两相正弦信号中的基谐波具有幅度a1，所述第三谐波具有幅度a3，所述第三谐波具有相位φ3＝0，

其中，所述检测器装置通过具有λ/4波长(空间频率为4·2π/λ)的信号成分的傅立叶变换，导出所述幅度a1、a3、φ3，所述具有λ/4波长的信号成分包含在从所述两相正弦信号获得的所述Lissajous波形中，

其中，所述校正器装置以φ3旋转所述Lissajous波形，

其中，所述两相正弦信号在时间的每个点具有值Va1，所述第三谐波分量在时间的每个点具有值Va3，

其中所述校正器装置从Va3＝K1·Va1³-K2·Va1(这里K1、K2是由a1、a3确定的系数)中导出Va3来校正所述第三谐波分量，并且

其中所述校正器装置以φ3反向旋转所述校正过的Lissajous波形。

12、根据权利要求2所述的编码器输出信号校正设备，其中所述检测器根据所述最大值和所述最小值之间的差值计算所述Lissajous波形半径的最大值和最小值，计算作为所述第三谐波失真的所述第三谐波分量的幅度。

13、根据权利要求2所述的编码器输出信号校正设备，其中所述检测器通过傅立叶分析导出所处Lissajous波形半径中的变化量，从而计算作为所述第三谐波失真的所述第三谐波分量的幅度和相位。

14、根据权利要求2所述的编码器输出信号校正设备，其中所述校正器以在所述检测器计算出的相位旋转从包含第三谐波分量的所述两相正弦信号中获得的所述Lissajous波形，因此所述第三谐波分量具有相位0°或90°；导出对应于所述两相正弦信号的每个值的所述第三谐波分量的值；从对应于所述旋转了的Lissajous波形的两相正弦信号减去所述第三谐波分量的所述值，来校正幅度；并且以与所述旋转角相同的角反向旋转从所述校正过的两相正弦信号中获得的Lissajous波形。

15、根据权利要求1所述的编码器输出信号校正设备，进一步包含存储器，其用于存储所述校正系数，

其中激活的所述检测器装置读取出存储在所述存储器中用作所述动态更新操作中的初始值的所述校正系数。

16、根据权利要求1所述的编码器输出信号校正设备，进一步包含：

存储器，其用于存储所述校正系数；和

动态校正无效指示器设备，其用于使动态更新所述校正系数的所述操作无效，

其中，当所述动态校正无效指示器设备指示动态校正的无效时，所述校正器装置使用从所述存储器中读取出的所述校正系数校正所述两相正弦信号。

17、一种编码器输出信号校正方法，包含：

检测并校正包含在从编码器输出的带有相差的两相正弦信号中的偏移误差；

检测并校正包含在所述校正过偏移的两相正弦信号中的幅度误差；

检测并校正包含在所述校正过幅度的两相正弦信号中的相位误差；和

检测并校正包含在所述校正过相位的两相正弦信号中的第三谐波失真，

其中每个校正步骤包括检测来自包含在所述校正过的两相正弦信号中的理想Lissajous波形的误差，和将所述检测到的误差加到累积相加的最后值以产生新的校正系数，由此动态更新所述校正系数。

18、根据权利要求17所述的编码器输出信号校正方法，其中通过根据所述最大值和所述最小值之间的差值计算所述Lissajous波形半径的最大值和最小值，和计算作为所述第三谐波失真的所述第三谐波分量的幅度，来执行第三谐波失真的所述检测并校正。

19、根据权利要求17所述的编码器输出信号校正方法，其中通过经傅立叶分析导出所述Lissajous波形半径的变化量来计算作为所述第三谐波失真的所述第三谐波分量的幅度和相位，执行所述第三谐波失真的所述检测并校正。

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