(57)【要約】【課題】安価で簡易な構成によりスライダの位置検出を安定して行うことができるとともに、設計の自由度の高い位置決め装置を実現する。【解決手段】Ｘ軸方向に位置制御されるスライダ１と、このスライダ１と対向する面に磁極の歯が形成されてスライダ１と平面モータを構成するプラテン１０とを有するとともに、  スライダ１のＸ軸方向の位置に応じた信号を出力するレゾルバ３０と、スライダ１のＸ軸方向の加速度を検出する加速度センサ３１とを備えた位置検出装置３００を備え、  位置検出装置３００がレゾルバ３０と加速度センサ３１の出力に基づいてスライダ１の位置を求めることを特徴とする位置決め装置。【選択図】図３
2010038896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の速度を検出する速度検出装置において、
移動体の加速度を検出する加速度センサと、
この加速度センサの出力を時間積分する第１の積分器と、
この第１の積分器の出力のうち高い周波数成分のみを通過させる第１のハイパスフィルタと、
前記移動体の位置に応じた信号を出力する位置センサと、
この位置センサの出力を時間微分する微分器と、
この微分器の出力のうち低い周波数成分のみを通過させる第１のローパスフィルタと、
前記微分器の出力と前記第１の積分器の出力との差分に基づいて前記第１の積分器の出力に生じた誤差を前記第１の積分器の入力にフィードバックする第１の誤差制御器と、
前記第１のハイパスフィルタと前記第１のローパスフィルタの出力に基づいて前記移動体の速度を求める第１の演算器と、
を備えたことを特徴とする速度検出装置。
【請求項２】
前記加速度センサの出力に生じる遅延時間を調整する遅延時間調整部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の速度検出装置。
【請求項３】
前記遅延時間調整部は、前記加速度センサの出力に生じる遅延時間が、前記位置センサの出力に生じる遅延時間に一致するように調整することを特徴とする請求項２に記載の速度検出装置。
【請求項４】
前記遅延時間調整部は、
前記加速度センサの出力に所定のゲインを乗じて得られる値を前記第１の積分器の出力に加算することを特徴とする請求項２または３に記載の速度検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の速度検出装置と、
この速度検出装置の出力を時間積分する第２の積分器と、
この第２の積分器の出力のうち高い周波数成分のみを通過させる第２のハイパスフィルタと、
前記位置センサの出力のうち低い周波数成分のみを通過させる第２のローパスフィルタと、
前記位置センサの出力と前記第２の積分器の出力との差分に基づいて前記第２の積分器の出力に生じた誤差を前記第２の積分器の入力にフィードバックする第２の誤差制御器と、
前記第２のハイパスフィルタと前記第２のローパスフィルタの出力に基づいて前記移動体の位置を求める第２の演算器と、
を備えたことを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
互いに直交するＸ軸およびＹ軸の少なくとも１軸方向に位置制御されるスライダと、このスライダと対向する面に磁極の歯が形成されて前記スライダと平面モータを構成するプラテンとを有するとともに、
請求項５に記載の位置検出装置を備え、
前記位置センサが前記スライダの前記１軸方向の位置に応じた信号を出力するレゾルバであり、
前記加速度センサが前記スライダの前記１軸方向の加速度を検出し、
前記位置検出装置が前記レゾルバと前記加速度センサの出力に基づいて前記スライダの位置を求めることを特徴とする位置決め装置。
【請求項７】
前記第１および第２のハイパスフィルタと前記第１および第２のローパスフィルタの少なくともいずれかは、遮断周波数を切り替える切替手段を備えたことを特徴とする請求項６に記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記切替手段は、前記スライダの移動状況に応じて前記遮断周波数を切り替えることを特徴とする請求項７に記載の位置決め装置。
【請求項９】
前記切替手段は、前記スライダの速度が所定値以上の場合には前記遮断周波数を比較的低い周波数に切り替え、前記スライダの速度が前記所定値以下の場合には前記遮断周波数を比較的高い周波数に切り替えることを特徴とする請求項７または８に記載の位置決め装置。
【請求項１０】
前記加速度センサは、前記スライダの前記１軸方向に平行な中心線から前記１軸と直交する方向に等しい距離で配置されたことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１１】
前記加速度センサは、前記スライダの対角の角部に配置されたことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は速度検出装置および位置検出装置およびこれらを用いた位置決め装置に関し、詳しくは、加速度センサおよび位置センサの出力に基づいて移動体の速度や位置を求めるものである。
【背景技術】
【０００２】
図２７は従来の位置決め装置の一例を示す構成図である。四辺形のプラテン１０上に四辺形のスライダＡ，Ｂが搭載されており、プラテン１０上でそれぞれ個別にＸ軸方向およびＹ軸方向に位置制御される。プラテン１０とスライダＡ，Ｂのそれぞれの対向面には所定ピッチの磁極の歯（以下単に歯という）が形成されており、平面モータを構成している。この平面モータを駆動することによって、スライダＡ，Ｂはそれぞれ指定された位置に移動する。
【０００３】
スライダＡ，Ｂの側辺の３辺にはバーミラーが設けられている。プラテン１０の各辺１０ａ〜１０ｄには複数のレーザ干渉計が固定配置されている。一方の対向する辺１０ａ，１０ｂに配置されたレーザ干渉計はスライダＡ，ＢのＸ軸方向の位置検出を行い、他方の対向する辺１０ｃ，１０ｄに配置されたレーザ干渉計はスライダＡ，ＢのＹ軸方向の位置検出を行う。これらのレーザ干渉計は、出射したレーザ光とこのレーザ光が各スライダＡ，Ｂのバーミラーで反射されて戻ってくる反射光との干渉に基づき、スライダＡ，Ｂの位置検出を行う。下記特許文献１には、レーザ干渉計を用いてスライダの位置検出を行う位置決め装置が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６３４１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スライダの位置検出に上記のようなレーザ干渉計を使用したシステムを採用すると、レーザ干渉計やバーミラーが高価であるため、多額の費用がかかるという問題がある。位置検出の精度や位置決め装置の規模によっては、スライダ１台につき３０００万円に達する場合もある。さらに、レーザ干渉計に用いるレーザ光源は寿命が短く、１万〜数万時間程度で交換が必要となる。
【０００６】
また、レーザ干渉計を使用したシステムでは、レーザ光を遮るものがあると位置検出ができないため、位置決め装置全体としての設計の自由度が低いという問題がある。たとえば図２７の例では、スライダＢのＸ軸方向の位置はプラテン１０の辺１０ｂに配置されたレーザ干渉計で検出されるが、スライダＢがスライダＡの背後（すなわちスライダＡと辺１０ａの間）に回り込んでしまうと、辺１０ｂのレーザ干渉計からのレーザ光がスライダＡで遮られ、位置検出ができなくなってしまう。したがって、スライダＡ，Ｂの可動範囲は制約され、この点を考慮して位置決め装置を設計しなければならない。
【０００７】
さらに、レーザ干渉計を使用したシステムでは、レーザ光を利用するため、温度や空気の揺らぎなどの周囲環境による影響が大きいという問題がある。
【０００８】
本発明は、従来技術の問題をなくし、安価で簡易な構成によりスライダの位置検出を安定して行うことができるとともに、設計の自由度の高い位置決め装置と、これに必要な速度検出装置および位置検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するために、請求項１の発明は、
移動体の速度を検出する速度検出装置において、
移動体の加速度を検出する加速度センサと、
この加速度センサの出力を時間積分する第１の積分器と、
この第１の積分器の出力のうち高い周波数成分のみを通過させる第１のハイパスフィルタと、
前記移動体の位置に応じた信号を出力する位置センサと、
この位置センサの出力を時間微分する微分器と、
この微分器の出力のうち低い周波数成分のみを通過させる第１のローパスフィルタと、
前記微分器の出力と前記第１の積分器の出力との差分に基づいて前記第１の積分器の出力に生じた誤差を前記第１の積分器の入力にフィードバックする第１の誤差制御器と、
前記第１のハイパスフィルタと前記第１のローパスフィルタの出力に基づいて前記移動体の速度を求める第１の演算器と、
を備えたことを特徴とする速度検出装置である。
【００１０】
請求項２の発明は、
請求項１に記載の速度検出装置において、
前記加速度センサの出力に生じる遅延時間を調整する遅延時間調整部を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、
請求項２に記載の速度検出装置において、
前記遅延時間調整部は、前記加速度センサの出力に生じる遅延時間が、前記位置センサの出力に生じる遅延時間に一致するように調整することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、
請求項２または３に記載の速度検出装置において、
前記遅延時間調整部は、
前記加速度センサの出力に所定のゲインを乗じて得られる値を前記第１の積分器の出力に加算することを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、
請求項１〜４のいずれかに記載の速度検出装置と、
この速度検出装置の出力を時間積分する第２の積分器と、
この第２の積分器の出力のうち高い周波数成分のみを通過させる第２のハイパスフィルタと、
前記位置センサの出力のうち低い周波数成分のみを通過させる第２のローパスフィルタと、
前記位置センサの出力と前記第２の積分器の出力との差分に基づいて前記第２の積分器の出力に生じた誤差を前記第２の積分器の入力にフィードバックする第２の誤差制御器と、
前記第２のハイパスフィルタと前記第２のローパスフィルタの出力に基づいて前記移動体の位置を求める第２の演算器と、
を備えたことを特徴とする位置検出装置である。
【００１４】
請求項６の発明は、
互いに直交するＸ軸およびＹ軸の少なくとも１軸方向に位置制御されるスライダと、このスライダと対向する面に磁極の歯が形成されて前記スライダと平面モータを構成するプラテンとを有するとともに、
請求項５に記載の位置検出装置を備え、
前記位置センサが前記スライダの前記１軸方向の位置に応じた信号を出力するレゾルバであり、
前記加速度センサが前記スライダの前記１軸方向の加速度を検出し、
前記位置検出装置が前記レゾルバと前記加速度センサの出力に基づいて前記スライダの位置を求めることを特徴とする位置決め装置である。
【００１５】
請求項７の発明は、
請求項６に記載の位置決め装置において、前記第１および第２のハイパスフィルタと前記第１および第２のローパスフィルタの少なくともいずれかは、遮断周波数を切り替える切替手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、
請求項７に記載の位置決め装置において、前記切替手段は、前記スライダの移動状況に応じて前記遮断周波数を切り替えることを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明は、
請求項７または８に記載の位置決め装置において、前記切替手段は、前記スライダの速度が所定値以上の場合には前記遮断周波数を比較的低い周波数に切り替え、前記スライダの速度が前記所定値以下の場合には前記遮断周波数を比較的高い周波数に切り替えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０の発明は、
請求項６〜９のいずれかに記載の位置決め装置において、前記加速度センサは、前記スライダの前記１軸方向に平行な中心線から前記１軸と直交する方向に等しい距離で配置されたことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１の発明は、
請求項６〜９のいずれかに記載の位置決め装置において、前記加速度センサは、前記スライダの対角の角部に配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、
移動体の速度を、高い周波数領域の成分については加速度センサの出力に基づいて得られる速度信号を参照し、低い周波数領域の成分については位置センサの出力に基づいて得られる速度信号を参照して求めることにより、高い周波数領域および低い周波数領域のどちらの領域においても誤差の少ない速度信号を得ることができ、高精度に速度を検出できる。また、第１の誤差制御器を備えたことにより、第１の積分器による積分誤差が検出速度に与える影響を低減することができ、さらに高精度に速度を検出できる。
【００２１】
請求項２の発明によれば、
加速度センサの出力に生じる遅延時間を調整する遅延時間調整部を備えているため、遅延時間を調整することにより、加速度センサの出力に基づいて得られる信号の精度を高めることができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、
遅延時間調整部は、加速度センサの出力に生じる遅延時間が、位置センサの出力に生じる遅延時間に一致するように調整するため、加速度センサと位置センサの出力に生じる遅延時間の差を解消でき、より高精度に速度を検出できる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、
遅延時間調整部は、加速度センサの出力に所定のゲインを乗じて得られる値を第１の積分器の出力に加算するため、簡単な構成で遅延時間調整部を実現できる。
【００２４】
請求項５の発明によれば、
移動体の位置を、高い周波数領域の成分については請求項１〜４のいずれかに記載の速度検出装置の出力に基づいて得られる位置信号を参照し、低い周波数領域の成分については位置センサの出力に基づいて得られる位置信号を参照して求めることにより、高い周波数領域および低い周波数領域のどちらの領域においても誤差の少ない位置信号を得ることができ、高精度に位置を検出できる。また、第２の誤差制御器を備えたことにより、第１の積分器による積分誤差が検出位置に与える影響を低減することができ、さらに高精度に位置を検出できる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、
スライダの位置検出のためのセンサとして、レーザ干渉計ではなくレゾルバを利用することによって、安価で簡易な構成によりスライダの位置検出を安定して行うことができるとともに、設計の自由度の高い位置決め装置を実現できる。
また、スライダの位置検出を請求項５に記載の位置検出装置で行うことにより、平面モータへのフィードバック信号の精度が向上し、スライダを高精度に位置決めできる。
【００２６】
請求項７の発明によれば、
第１および第２のハイパスフィルタと第１および第２のローパスフィルタの遮断周波数を切り替える切替手段を備えているため、ハイパスフィルタとローパスフィルタの遮断周波数を可変にできる。
【００２７】
請求項８の発明によれば、
遮断周波数をスライダの移動状況に応じて切り替えるため、スライダの加速、減速などの状態に合わせて最適な遮断周波数を選択できる。
【００２８】
請求項９の発明によれば、
遮断周波数を、スライダの速度が所定値以上の場合には比較的低い周波数とし、スライダの速度が前記所定値以下の場合には比較的高い周波数に切り替えるため、スライダの速度リップルおよび加速度リップルを低減することができるとともに、位置決め動作時の待ち時間を短縮できる。
【００２９】
請求項１０の発明によれば、
加速度センサがスライダの１軸方向に平行な中心線からその１軸と直交する方向に等しい距離で配置されているため、加速度センサの出力の平均を取ることでその１軸方向の加速度を精度よく検出できる。さらに、その１軸方向のスライダの加速度を、スライダの回転方向の加速度に関係なく求めることができ、加速度を求める計算を簡単にできる。
【００３０】
請求項１１の発明によれば、
加速度センサがスライダの対角の角部に配置されているため、加速度センサ間の距離を大きくとることができ、スライダの回転方向の加速度をより精度よく検出できる。また、加速度センサとして２軸以上の加速度が検出できる加速度センサを用いれば、Ｘ軸およびＹ軸の両軸方向の加速度を少ない個数の加速度センサで検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明では、スライダの位置検出のためのセンサとしてレゾルバを利用する。レゾルバはコアとコイルのみで構成されているため、レーザ干渉計など他のセンサに比較して構造が簡単で安価であり、また高い耐環境性を持っている。さらに、レゾルバにはレーザ干渉計のレーザ光源のように寿命の短い部品がないため、メンテナンスが容易である。まず、レゾルバの動作原理について説明する。
【００３２】
図１はレゾルバが位置に応じた信号を出力する動作原理の説明図である。レゾルバのセンサ部２００は、コア２０１と、このコア２０１に巻かれたコイル２０２で構成される。センサ部２００はプラテン１０上に所定の空隙を介して配置される。コア２０１のプラテン１０と対向する面には、プラテン１０の歯と同じピッチＬで歯が形成されている。
【００３３】
プラテン１０とコア２０１との間には、プラテン１０の歯とコア２０１の歯の相対位置に応じたインピーダンスＺが存在する。コイル２０１に励磁電圧として一定振幅の矩形電圧を入力すると、コア２０１が励磁されてプラテン１０との間に磁気回路Ｂが形成される。この磁気回路ＢはインピーダンスＺにより影響を受けるため、結果としてコイル２０２の端子間電圧はプラテン１０とコア２０１の相対位置に応じて変化する。そこで、コイル２０２の端子間電圧を取り出し、その振幅を検出信号とする。
【００３４】
図１の（ａ）は、コア２０１の歯とプラテン１０の歯との対向する面積が最大、すなわち位相差が０°となる相対位置を示している。このときインピーダンスＺは最小となり、検出信号は最大となる。
一方、図１の（ｂ）は、コア２０１の歯とプラテン１０の歯との対向する面積が最小、すなわち位相差が１８０°となる相対位置を示している。このときインピーダンスＺは最大となり、検出信号は最小となる。
【００３５】
センサ部２００がプラテン１０上を移動すると、インピーダンスＺは正弦波状に変化する。そのため、検出信号は、図１の（ｃ）に示すように、ピッチＬの周期で正弦波状に変化する。
【００３６】
レゾルバは、このようなセンサ部２００を２組用意し、図２に示すようにプラテン１０に対する位相を９０°ずらして配置して構成する。センサ部２００の一方をｓｉｎ相、他方をｃｏｓ相とし、これらのセンサ部から得られる検出信号のアークタンジェントを取ることによって、レゾルバのプラテン１０に対する位相差、すなわちプラテン１０の歯に対する相対位置が求められる。なお、プラテン１０のどの歯に対する相対位置かは、検出信号が原点位置から繰り返す正弦波の山の数をカウントして求められる。以上より、レゾルバによって原点位置からの位置に応じた信号を取り出すことができる。
【実施例１】
【００３７】
図３は、実施例１として、本発明を位置決め装置としてのリニアモータに適用した構成を示す上面図である。
プラテン１０上にエアベアリングを利用してスライダ１が搭載されている。プラテン１０とスライダ１のそれぞれの対向面にはＸ軸方向に一定ピッチＬで歯１０ａが形成されており、平面モータを構成している。スライダ１は、プラテン１０上でこの平面モータによりＸ軸方向に位置制御される。なお、本図ではプラテン１０の歯を一部省略して示している。
【００３８】
スライダ１は矩形状をしており、スライダ１の各辺はＸ軸またはこのＸ軸に直交するＹ軸のいずれかに沿うようにプラテン１０上に配置されている。
【００３９】
スライダ１のＸ軸に沿った側面の一方に、Ｘ軸方向の位置に応じた検出信号を出力するレゾルバ３０が固定されている。レゾルバ３０はスライダ１の側面のＸ軸方向の中央部に配置されている。レゾルバ３０の出力は、スライダ１の中央部のＸ位置に応じた信号とみなせる。レゾルバ３０のプラテン１０との対向面にはＸ軸方向に一定ピッチＬで歯が形成されており、これらの歯がプラテン１０の歯と対向するように配置されている。
【００４０】
スライダ１はプラテン１０上をサーボ制御により目標位置まで移動する。平面モータにスライダ１の中央部の目標位置となる位置指令を与え、レゾルバ３０の出力に基づいて検出されるスライダ１の中央部の現在位置をフィードバックすることにより速度指令を生成する。さらに、この速度指令に、レゾルバ３０の出力に基づいて検出されたスライダ１の現在位置から算出される現在速度をフィードバックすることにより、スライダ１のサーボ制御を行う。スライダ１を精度よくかつ滑らかに移動させるためには、平面モータへのフィードバック信号の精度が重要である。
【００４１】
ところで、レゾルバ３０の出力に基づいて算出されるスライダ位置には、プラテン１０の歯ピッチＬを基本周期としたそのｎ次成分ｎ／Ｌ（ｎ:１〜∞）の和で表現される固定パターンの誤差が生じる。そのため、スライダ１を速度ｖで移動させると、レゾルバ３０の出力に基づいて検出された位置には、周波数ｆ＝ｎｖ／Ｌで位置検出誤差が発生してしまう。したがって、レゾルバ３０の出力をそのまま用いても、精度の高いフィードバック信号を生成することができず、スライダ１を精度よく滑らかに移動させることができない。
【００４２】
例として、スライダ１を速度ｖで等速運動させる場合について説明する。スライダ１の真の現在位置、真の現在速度、真の現在加速度をそれぞれｘ，ｖ，ａ（等速運動のためａ＝０となる。）とする。レゾルバ３０の出力に基づいて得られたスライダ１の位置検出値をｘRとし、この位置検出値ｘRに基づいて算出される速度検出値および加速度検出値をｖR，ａRとする。
【００４３】
位置検出値ｘRは次式で表現される。Δｘnおよびφnは、それぞれｎ次成分の誤差および位相である。
2010038896.tif 000003
【００４４】
スライダ１の速度検出値ｖRは、位置検出値ｘRの時間微分で表される。
2010038896.tif 000004
【００４５】
2010038896.tif 000005
であるため、
2010038896.tif 000006
【００４６】
スライダ１の加速度検出値ａRは、ｘRの二階時間微分で表される。
2010038896.tif 000007
【００４７】
スライダ１は等速運動しているため、
2010038896.tif 000008
であり、式（４）の右辺第２項はゼロとなる。したがって、加速度検出値ａRは、
2010038896.tif 000009
となる。
【００４８】
式（５）に表されるように、レゾルバ３０の出力に基づいて加速度検出値ａRを算出すると、スライダ１は等速運動しているにもかかわらず、加速度検出値ａRはゼロにならない。
【００４９】
すなわち、レゾルバ３０の出力に基づいて得られた位置検出値ｘRを参照してスライダ１をサーボ制御すると、スライダ１には余計な加速度ａRが与えられることになる。そのため、スライダ１が等速で移動するようにサーボ制御しているつもりでも、実際にはスライダ１を加速度ａRで揺らしながら移動させることになってしまう。
【００５０】
スライダ１には位置決めの対象となるワークが搭載される。スライダ１に加速度ａRが与えられると、スライダ１に搭載されたワークにはＦ＝Ｍ・ａR（Ｍ：ワーク質量）の力が加えられる。力Ｆによって、ワークがスライダ１上で位置ずれを起こしたり、疲労破壊に至る場合がある。
【００５１】
なお、式（５）によれば加速度ａRの振幅は周波数ｆ＝ｎｖ／Ｌの２乗に比例する。つまり、レゾルバ３０の出力に基づいて得られる位置検出値ｘRの誤差成分の周波数ｆが高いほど、加速度ａRは大きくなり、ワークが受ける力Ｆも大きくなってしまう。
【００５２】
そこで、スライダ１を精度よく滑らかに移動させてワークが受ける力Ｆを低減するため、スライダ１のサーボ制御にあたり、所定の周波数ｆ0よりも低い周波数領域の成分についてはレゾルバ３０の出力に基づいてフィードバック信号を生成し、周波数ｆ0よりも高い周波数領域の成分については別の機構によりフィードバック信号を生成するものとする。
【００５３】
図３に戻り、スライダ１に、スライダ１の加速度を検出する加速度センサ３１が設けられている。本実施例では、加速度センサ３１を用いて周波数ｆ0よりも高い周波数領域の成分についてフィードバック信号を生成する。加速度センサ３１で検出される加速度には、レゾルバ３０と異なり、プラテン１０の歯ピッチＬに起因する固定パターンの誤差がない。そのため、検出された加速度を時間積分してスライダ１の速度信号や位置信号を求めても、周波数の高い領域で誤差を生じない。
【００５４】
加速度センサ３１は、スライダ１の上面の中央部に埋設され、スライダ１の上面は平滑な面となっている。レゾルバ３０および加速度センサ３１の出力は演算部３２に入力される。レゾルバ３０、加速度センサ３１、演算部３２でスライダ１の現在位置を検出する位置検出装置３００を構成する。
【００５５】
図４はスライダの位置決めを行うサーボ制御部のブロック図である。図示しない上位装置からスライダ１の位置指令Ｐcmdが与えられる。位置指令Ｐcmdはスライダ１を移動させたいＸ座標、すなわち目標位置を示す信号である。位置指令Ｐcmdは位置制御部１００に入力される。位置制御部１００は、スライダ１の目標位置に到達するまでの移動速度を決定し、速度指令Ｖcmdを速度制御部１０１に出力する。速度制御部１０１は速度指令Ｖcmdに応じた電流指令Ｉcmdを生成し、アンプ１０２に出力する。アンプ１０２は、電流指令Ｉcmdに応じた電流Ｉoをモータ１０３に供給する。モータ１０３は、電流Ｉoを駆動電流としてスライダ１を移動させる。スライダ１の移動に伴いスライダ１上に搭載されたワーク１０４が位置決めされる。
【００５６】
位置検出装置３００は、レゾルバ３０および加速度センサ３１によって、スライダ１の現在位置に応じた検出信号Ｘおよび現在加速度ａを検出する。位置検出装置３００は、検出信号Ｘおよび加速度ａに基づいて、位置フィードバック信号Ｐfbおよび速度フィードバック信号Ｖfbを生成する。位置検出装置３００は、生成した位置フィードバック信号Ｐfbを位置制御部１００へフィードバックし、速度フィードバック信号Ｖfbを速度制御部１０１へフィードバックする。位置制御部１００および速度制御部１０１は、これらのフィードバック信号Ｐfb，Ｖfbと、位置指令Ｐcmdおよび速度指令Ｖcmdとの偏差がそれぞれゼロとなるようにサーボ制御を行う。
なお、本図では位置制御部１０１と速度制御部１０２を機能ブロックのみで示しているが、実際にはＣＰＵで構成される。
【００５７】
図５は位置検出装置３００のブロック図である。レゾルバ３０から出力される検出信号Ｘは、位置情報であり、式（１）におけるｘRに相当するものである。検出信号Ｘは微分器３２ａによって時間微分され、速度信号ｖRに変換される。この速度信号ｖRには、式（３）に示されるように、さまざまな周波数の成分が含まれている。ローパスフィルタ３２ｂは、遮断周波数ｆ0より低い周波数成分のみを通過させるフィルタである。速度信号ｖRは、ローパスフィルタ３２ｂに入力され、周波数ｆ0より高い周波数成分が除去される。ローパスフィルタ３２ｂの出力ｖR’は、演算部３２ｃに出力される。
【００５８】
加速度センサ３１から出力される加速度ａは、積分器３２ｄによって時間積分され、速度信号ｖaに変換される。ハイパスフィルタ３２ｅは、ローパスフィルタ３２ｂと同じ遮断周波数ｆ0より高い周波数成分のみを通過させるフィルタである。速度信号ｖaは、ハイパスフィルタ３２ｅに入力され、周波数ｆ0よりも低い周波数成分が除去される。ハイパスフィルタ３２ｅの出力ｖa’は、演算部３２ｃに出力される。
【００５９】
演算部３２ｃは、ローパスフィルタ３２ｂから入力される速度信号ｖR’と、ハイパスフィルタ３２ｅから入力される速度信号ｖa’を加算し、速度信号Ｖfbを生成する。速度信号Ｖfbは、スライダ１の現在速度を示す速度フィードバック信号として、速度制御部１０１へフィードバックされる。
【００６０】
速度信号ｖR’と速度信号ｖa’を加算することは、周波数ｆ0よりも低い周波数成分についてはレゾルバ３０で検出された速度信号ｖR’を利用し、周波数ｆ0よりも高い周波数成分については加速度センサ３１で検出された速度信号ｖa’で補完したことに相当する。これにより、周波数ｆ0よりも高い周波数領域においても誤差の少ない速度信号Ｖfbを生成できる。
また、この速度信号Ｖfbを速度フィードバック信号として利用することにより、周波数ｆ0よりも高い周波数領域の成分については加速度センサ３１で検出した速度信号ｖa’を参照し、周波数ｆ0よりも低い周波数領域の成分についてはレゾルバ３０により検出した速度信号ｖR’を参照して、スライダ１の速度フィードバック制御が行われる。
【００６１】
ところで、加速度センサ３１から出力される加速度ａは、オフセット誤差やゲイン誤差を有している。そのため、加速度ａを単純に積分器３２ｄで積分するだけでは、これらの誤差に起因した積分誤差が速度信号ｖaに重畳してしまう。したがって、この積分誤差を低減するための機構が必要となる。
【００６２】
積分器３２ｄの積分誤差を低減するための機構として、誤差制御器３２ｆを設ける。
オフセット誤差やゲイン誤差に起因する積分誤差は、周波数の低い領域の成分である。そのため、周波数の低い領域においては、加速度センサ３１に基づいて求めた速度信号よりも、レゾルバ３０に基づいて求めた速度信号の方が、誤差が少なく真値に近い値となる。
そこで、誤差制御器３２ｆでは、速度信号ｖRに対する速度信号ｖaの偏差に基づいて加速度ａに含まれるオフセット誤差やゲイン誤差を算出し、積分器３２ｄの入力にフィードバックする。
【００６３】
図６は誤差制御器３２ｆの詳細とその周辺の構成を示す図であり、誤差制御の制御帯域を周波数ｆC＝ω0／２πとした場合の構成例である。本図では、微分の処理を伝達関数ｓ、積分の処理を伝達関数１／ｓで表現している。
誤差制御器３２ｆに、速度信号ｖRと速度信号ｖaが入力される。誤差制御器３２ｆは、入力された速度信号ｖRと速度信号ｖaとの差分を求めて、その差分に帰還ゲインω0を乗じる。さらに、（ｓ＋ω0）／ｓの処理を行い、積分器３２ｄの入力に加算する。これにより、速度信号ｖaに重畳する積分誤差が低減され、速度フィードバック信号Ｖfbの精度を高めることができる。
周波数ｆCは、先に説明した遮断周波数ｆ0よりも十分低く設定する。そのため、速度信号ｖRに重畳しているが、ローパスフィルタ３２ｂで除去される周波数領域の誤差成分は、誤差制御器３２ｆの動作には影響しない。
【００６４】
ハイパスフィルタ３２ｅおよびローパスフィルタ３２ｂについて、さらに詳細に説明する。図７はハイパスフィルタ３２ｅおよびローパスフィルタ３２ｂの構成を示すブロック図であり、ハイパスフィルタ３２ｅおよびローパスフィルタ３２ｂをデジタル機能ブロックで表現したものである。
【００６５】
ハイパスフィルタ３２ｅおよびローパスフィルタ３２ｂは、入力される速度信号ｖa，ｖRを周期Ｔでデジタル変換し、下記の式（６）で表される処理を行う。式（６）の処理は、一般的なＩＩＲフィルタの処理である。ＩＩＲフィルタは少ない次数でフィルタ特性を得ることができるデジタルフィルタであり、ＣＰＵの計算負荷を減らすことができる利点がある。なお、式（６）は１次のＩＩＲフィルタである。
2010038896.tif 000010
ｐi：現在の入力値
ｑi：現在の出力値
ｐi-1：１周期前の入力値
ｑi-1：１周期前の出力値
ａ，ｂ，ｃ：係数
【００６６】
図７において、式（６）の入力値ｐiに相当するものが速度信号ｖa，ｖRであり、出力値ｑiに相当するものが速度信号ｖa’，ｖR’である。ｚ-1はｚ関数の逆関数であり、１周期Ｔ分の時間遅れに相当する。係数ａH，ｂH，ｃHは、それぞれ式（６）における係数ａ，ｂ，ｃに相当するものであり、３２ｅ全体が遮断周波数ｆ0のハイパスフィルタとなるように決定される。同様に、係数ａL，ｂL，ｃLは、それぞれ式（６）における係数ａ，ｂ，ｃに相当するものであり、３２ｂ全体が遮断周波数ｆ0のローパスフィルタとなるように決定される。
【００６７】
ハイパスフィルタ３２ｅにおいて、乗算器４０で速度信号ｖaに係数ｂHを乗算し、加算器４１に出力する。また、ｚ-1演算子４２で速度信号ｖaの１周期前の速度信号を求め、この速度信号に乗算器４３で係数ｃHを乗算し、加算器４４に出力する。さらに、ｚ-1演算子４５により速度信号ｖa’の１周期前の速度信号を求め、この速度信号に乗算器４６で係数ａHを乗算し、加算器４４に出力する。加算器４４は、乗算器４３，４６からの出力を加算し、加算器４１に出力する。加算器４１は、加算器４０，４４からの出力を加算し、速度信号ｖa’として出力する。以上により、式（６）の処理が実行される。
【００６８】
同様に、ローパスフィルタ３２ｂにおいて、乗算器５０で速度信号ｖRに係数ｂLを乗算し、加算器５１に出力する。また、ｚ-1演算子５２で速度信号ｖRの１周期前の速度信号を求め、この速度信号に乗算器５３で係数ｃLを乗算し、加算器５４に出力する。さらに、ｚ-1演算子５５により速度信号ｖR’の１周期前の速度信号を求め、この速度信号に乗算器５６で係数ａLを乗算し、加算器５４に出力する。加算器５４は、乗算器５３，５６からの出力を加算し、加算器５１に出力する。加算器５１は、加算器５０，５４からの出力を加算し、速度信号ｖR’とする。以上により、式（６）の処理が実行される。
【００６９】
遮断周波数ｆ0の決定について説明する。
図８は遮断周波数ｆ0を決定するプロセスを説明するための図であり、（ａ）は速度信号ｖRの誤差成分、（ｂ）は速度信号ｖRを微分して得られる加速度信号の誤差成分、（ｃ）は速度信号ｖR’の誤差成分、（ｄ）は速度信号ｖR’を微分して得られる加速度信号の誤差成分を例示したものである。すべて横軸はスライダ１の速度である。
【００７０】
速度信号ｖRおよびこの速度信号ｖRを時間微分して得られる加速度信号には、（ａ），（ｂ）に示すように、ｎ次（ｎ＝１〜∞）の誤差成分が含まれている。各次数の誤差成分の大きさは、スライダ１の速度に応じて変化する。なお、図８では、ｎ＝１，２，３，６次成分のみを代表して示している。また、図８の（ａ）は式（３）、（ｂ）は式（５）を図示したものと同等である。
【００７１】
まず、スライダ１を移動させる速度範囲を定める。その後、ローパスフィルタ３２ｂの遮断周波数を仮決めする。そして、ローパスフィルタ３２ｂを通過した速度信号ｖR’を求め、さらにこの速度信号ｖR’を時間微分して得られる加速度信号に含まれる誤差成分を求める。求めた誤差成分のうち、スライダ１の速度範囲内で発生する誤差成分の絶対値の最大値を抽出する。抽出した誤差成分の絶対値をスライダ１に搭載されるワークが許容できる許容加速度値と比較する。誤差成分の絶対値が許容加速度値を上回っていた場合には、ローパスフィルタ３２ｂの遮断周波数をより低い周波数に仮決めし、再度許容加速度値との比較を行う。誤差成分の最大値が許容加速度値以下となるまで一連の処理を繰り返し、誤差成分の最大値が許容加速度値以下となる最大周波数ｆmaxを求める。そして、遮断周波数ｆ0は、この最大周波数ｆmaxよりも低い値に設定する。
【００７２】
このように遮断周波数ｆ0を適切に設定することにより、図８の（ｃ），（ｄ）に示すように、速度信号ｖR’および速度信号ｖR’を時間微分して得られる加速度信号に含まれる誤差成分を大きく除去することができる。
【００７３】
図５に戻り説明する。演算器３２ｃの出力は、積分器３３ｄによって時間積分され、位置信号ｘaに変換される。ハイパスフィルタ３３ｅはハイパスフィルタ３２ｅと同じ構成のものであり、遮断周波数ｆ0より高い周波数成分を通過させるフィルタである。位置信号ｘaは、ハイパスフィルタ３３ｅに入力され、周波数ｆ0よりも低い周波数成分が除去される。ハイパスフィルタ３３ｅの出力ｘa’は、演算器３３ｃに出力される。
【００７４】
ローパスフィルタ３３ｂはローパスフィルタ３２ｂと同じ構成のものであり、遮断周波数ｆ0より低い周波数成分を通過させるフィルタである。レゾルバ３０の検出信号Ｘは、ローパスフィルタ３３ｂに入力され、周波数ｆ0より高い周波数成分が除去される。ローパスフィルタ３３ｂの出力ｘR’は、演算器３３ｃに出力される。
【００７５】
演算器３３ｃは、ローパスフィルタ３３ｂから入力される位置信号ｘR’と、ハイパスフィルタ３３ｅから入力される位置信号ｘa’を加算し、位置信号Ｐfbとする。位置信号Ｐfbは、スライダ１の現在位置を示す位置フィードバック信号として、位置制御部１００へフィードバックされる。
【００７６】
位置信号ｘR’と位置信号ｘa’を加算することは、周波数ｆ0よりも低い周波数成分についてはレゾルバ３０で検出された位置信号ｘR’を利用し、周波数ｆ0よりも高い周波数成分については加速度センサ３１で検出された位置信号ｘa’で補完したことに相当する。これにより、周波数ｆ0よりも高い周波数領域においても誤差の少ない位置信号Ｐfbを生成できる。
また、この位置信号Ｐfbを位置フィードバック信号として利用することにより、周波数ｆ0よりも高い周波数領域の成分については加速度センサ３１により検出した位置信号ｘa’を参照し、周波数ｆ0よりも低い周波数領域の成分についてはレゾルバ３０により検出した位置信号ｘR’を参照して、スライダ１の位置フィードバック制御が行われる。
【００７７】
ところで、積分器３２ｄの積分誤差の低減のために誤差制御器３２ｆが設けられているが、速度信号ｖaから完全に積分誤差を除去することはできない。そのため、速度信号ｖaから生成される速度信号Ｖfbにはわずかに積分誤差が残留してしまう。そのため、速度信号Ｖfbを単純に積分器３３ｄで積分するだけでは、速度信号Ｖfbに残留した積分誤差に起因した積分誤差が位置信号ｘaに重畳してしまう。そこで、このような積分誤差の累積を防ぐために、誤差制御器３３ｆを設ける。
【００７８】
誤差制御器３３ｆは、誤差制御器３２ｆと同じ構成のものである。誤差制御器３３ｆに、積分器３３ｄから出力される位置信号ｘaおよびレゾルバの検出信号Ｘが入力される。誤差制御器３２ｆは、検出信号Ｘに対する位置信号ｘaの偏差に基づいて速度信号Ｖfbに含まれる積分誤差を算出し、積分器３３ｄの入力にフィードバックする。これにより積分器３３ｄの積分誤差が低減され、積分誤差の累積が防止される。
【００７９】
なお、微分器３２ａ、積分器３２ｄ，３３ｄ、ローパスフィルタ３２ｂ，３３ｂ、ハイパスフィルタ３２ｅ，３３ｅ、演算器３２ｃ，３３ｃ、誤差制御器３２ｆ，３３ｆで演算部３２を構成している。
また、レゾルバ３０、加速度センサ３１、微分器３２ａ、ローパスフィルタ３２ｂ、演算器３２ｃ、積分器３２ｄ、ハイパスフィルタ３２ｅ、誤差制御器３２ｆで速度検出装置３３ａを構成している。
また、速度検出装置３３ａ、ローパスフィルタ３３ｂ、演算器３３ｃ、積分器３３ｄ、ハイパスフィルタ３３ｅ、誤差制御器３３ｆで位置検出装置３００を構成している。
なお、図５において演算部３２は機能ブロック図のみで示してあるが、実際には演算部３２はプログラムがダウンロードされたＣＰＵなどで構成される。
【００８０】
図９は、速度検出装置３３ａの動作波形として、スライダ１の実速度から速度信号ｖR’，ｖa’，Ｖfbへの伝達特性を示した図であり、（ａ）はレゾルバ３０の出力に基づいて得られた速度信号ｖR’の伝達特性、（ｂ）は加速度センサ３１の出力に基づいて得られた速度信号ｖa’の伝達特性、（ｃ）は速度信号Ｖfbの伝達特性である。本図では、遮断周波数ｆ0はおよそ１００Ｈｚに設定されている。
【００８１】
図９の（ａ）に示すように、速度信号ｖR’は、ローパスフィルタ３２ｂの作用により、およそ１００Ｈｚよりも高い周波数成分が減衰している。
一方、速度信号ｖa’は、図９の（ｂ）に示すように、ハイパスフィルタ３２ｅの作用により、およそ１００Ｈｚよりも低い周波数成分が減衰している。
【００８２】
図９の（ａ）と（ｂ）を加算すると、図９の（ｃ）に示す速度信号Ｖfbとなる。速度信号Ｖfbでは、ローパスフィルタ３２ｂで減衰した高い周波数成分がハイパスフィルタ３２ｅを通過した高い周波数成分で補完され、低い周波数成分から高い周波数成分まで広い周波数領域にわたり振幅が維持されている。
このようにして、速度信号Ｖfbを構成する速度信号は、遮断周波数ｆ0を境として、速度信号ｖR’から速度信号ｖa’へと切り替えられる。
【００８３】
なお、すべての周波数領域において加速度センサ３１の出力に基づいて速度信号および位置信号を求めることも可能である。しかし、加速度ａのオフセット誤差は経時変化を伴いやすく、その変化量は予測しにくい。そのため、低い周波数領域の成分に関してはレゾルバ３０の出力に基づいて求めた速度信号および位置信号の方が誤差の経時変化が少ない。そこで、すべての周波数領域について加速度センサ３１によって速度信号および位置信号を求めることはせず、低い周波数領域の成分についてはレゾルバ３０、高い周波数領域の成分については加速度センサ３１によって求めた速度信号および位置信号を参照して、スライダ１のフィードバック制御を行う。
【００８４】
本実施例のリニアモータは以上のように構成され、とくに速度検出装置３３ａが、
スライダ１の速度を、高い周波数領域の成分については加速度センサ３１の出力に基づいて得られる速度信号ｖa’を参照し、低い周波数領域の成分についてはレゾルバ３０の出力に基づいて得られる速度信号ｖR’を参照して求めることにより、高い周波数領域および低い周波数領域のどちらの領域においても誤差の少ない速度信号を得ることができ、高精度にスライダ１の速度を検出することができる。また、誤差制御器３２ｆを備えたことにより、積分器３２ｄによる積分誤差が速度信号Ｖfbに与える影響を低減することができ、さらに高精度にスライダ１の速度を検出することができる。
【００８５】
また、位置検出装置３００が、
スライダ１の位置を、高い周波数領域の成分については請求項１に記載の速度検出装置３３ａの出力に基づいて得られる位置信号ｘa’を参照し、低い周波数領域の成分についてはレゾルバの出力に基づいて得られる位置信号ｘR’を参照して求めるので、高い周波数領域および低い周波数領域のどちらの領域においても誤差の少ない位置信号を得ることができ、高精度にスライダ１の位置を検出することができる。また、誤差制御器３３ｆを備えたことにより、積分器３３ｄによる積分誤差が位置信号Ｐfbに与える影響を低減することができ、さらに高精度にスライダ１の位置を検出することができる。
【００８６】
また、スライダ１の位置検出のためのセンサとして、レーザ干渉計ではなくレゾルバ３０を利用するので、安価で簡易な構成によりスライダ１の位置検出を安定して行うことができるとともに、設計の自由度の高い位置決め装置を実現することができる。
また、スライダ１の位置検出を位置検出装置３００で行うことにより、平面モータへのフィードバック信号Ｐfb，Ｖfbの精度が向上し、スライダ１を高精度に位置決めすることができる。
【００８７】
なお、本実施例では、加速度センサ３１はスライダ１の上面部に埋設されているが、加速度センサ３１はスライダ１に内蔵されていてもよい。
【００８８】
また、本実施例では、ローパスフィルタ３２ｂ，３３ｂおよびハイパスフィルタ３２ｅ，３３ｅを１次のＩＩＲフィルタで構成したが、２次以上の高次のものとしてもよい。高次のＩＩＲフィルタを用いれば、フィルタの遮断特性を向上させることができる。
【００８９】
また、本実施例では、ローパスフィルタ３２ｂ，３３ｂおよびハイパスフィルタ３２ｅ，３３ｅの遮断周波数ｆ0を、速度信号ｖR’を時間微分して得られる加速度値に含まれる誤差成分に基づいて決定した。しかし、速度信号ｖR’を時間微分を計算するためには、Δｘnおよびφn（ｎ＝１〜∞）がすべて既知である必要がある。実際には、Δｘnおよびφn（ｎ＝１〜∞）のすべてを把握するのは困難であるため、Δｘn，φnの代表的な値（たとえば、ｎ＝１，２，３，６）のみを用いて計算してもよい。あるいは、周波数ｆ0は実験などにより経験的に求めてもよい。
【実施例２】
【００９０】
スライダ１の移動状況に応じて、位置フィードバック信号Ｐfbに含まれる周波数成分の分布は変化する。
たとえば、スライダ１が停止している場合には、スライダ１には位置変化も加速度変化もないため、位置フィードバック信号Ｐfbには低い周波数領域の成分が多くなる。そのため、位置フィードバック信号Ｐfbを構成する位置信号は、レゾルバ３０によって求められた位置信号ｘR”が支配的となる。
【００９１】
一方、スライダ１の移動開始直後や停止直後には、スライダ１の加速度の変化が急峻となり、位置フィードバック信号Ｐfbには高い周波数領域の成分が多くなる。そのため、位置フィードバック信号Ｐfbを構成する位置信号は、加速度センサ３１によって求められた位置信号ｘa”が支配的となる。
【００９２】
つまり、スライダ１の移動状況に応じて、位置フィードバック信号Ｐfbに対してレゾルバ３０および加速度センサ３１がそれぞれ占める割合は変化する。この変化は、位置フィードバック信号Ｐfbを、共通の遮断周波数ｆ0を有するローパスフィルタ３３ｂおよびハイパスフィルタ３３ｅを組み合わせて生成しているためである。
【００９３】
位置フィードバック信号Ｐfbに占めるレゾルバ３０および加速度センサ３１の割合が変化するということは、位置フィードバック信号Ｐfbに含まれる検出誤差についても、レゾルバ３０および加速度センサ３１の占める割合が変化することを意味する。
【００９４】
上記の例においては、スライダ１の停止直後は加速度センサ３１の検出系に起因する誤差が支配的となり、停止後しばらく経過した後にはレゾルバ３０の検出系に起因する誤差が支配的となる。これらレゾルバ３０の検出系に起因する誤差と加速度センサ３１の検出系に起因する誤差は、それぞれの検出系に固有の誤差である。そのため、スライダ１の移動状況に応じて位置フィードバック信号Ｐfbの検出誤差は時間とともに変化してしまう。
【００９５】
したがって、スライダ１がプラテン１０上の同じ地点に位置している場合であっても、スライダ１がその地点に停止した直後に得られる位置フィードバック信号Ｐfbと、停止後しばらく経過してから得られる位置フィードバック信号Ｐfbは異なるものとなる。つまり、位置フィードバック信号Ｐfbは時間とともに変化してしまう。そのため、この位置フィードバック信号Ｐfbをフィードバックしてスライダ１をサーボ制御すると、位置フィードバック信号Ｐfbの誤差の時間変化に応じてスライダ１が移動してしまう。
【００９６】
最終的には、スライダ１はレゾルバ３０の位置検出誤差が乗った位置に停止する。スライダ１を停止させて何らかの作業を行う場合には、スライダ１の位置が許容される誤差範囲内となるまでの待ち時間が必要になる。この待ち時間は、遮断周波数ｆ0が高いほど短くなる。しかし、遮断周波数ｆ0を高く設定すると、高い周波数領域までレゾルバ３０による位置信号を参照して位置フィードバック制御を行うことになり、スライダ１の移動中の速度リップル、加速度リップルが大きくなってしまう。
【００９７】
図１０は遮断周波数ｆ0が高い場合と低い場合の動作波形を示す図である。
図１０の（ａ）は、位置制御部１００に入力される位置指令Ｐcmdの時間微分値を示したものである。位置指令Ｐcmdの時間微分値は、スライダ１の目標位置に到達するまでの位置指令の時間微分値が台形波となるように制御される。スライダ１は、時刻ｔ１〜ｔ２は加速し、時刻ｔ２〜ｔ３は等速移動し、時刻ｔ３〜ｔ４は減速する。時刻ｔ４でスライダ１は目標位置に到着し、位置指令の更新が完了する。
【００９８】
図１０の（ｂ１）〜（ｂ３）は遮断周波数ｆ0が高い周波数に設定された場合の実際のスライダ１の動作波形例図であって、（ｂ１）はスライダ１の速度、（ｂ２）はスライダ１の加速度である。（ｂ３）はスライダ１と目標位置までの距離であり、実線がスライダ１の実際の位置、破線が位置指令値Ｐcmdである。なお、スライダ１が最終的に目標位置からずれた位置で安定するのは、レゾルバ３０の位置検出誤差のためである。
遮断周波数ｆ0を高い周波数に設定したことにより、位置フィードバック信号Ｐfbに占めるレゾルバ３０の割合が高くなり、スライダ１は目標位置に速やかに接近する。そのため、待ち時間は短い。しかし、速度および加速度に大きなリップルが発生してしまう。
【００９９】
一方、図１０の（ｃ１）〜（ｃ３）は遮断周波数ｆ0が低い周波数に設定された場合の実際のスライダ１の動作波形例図であって、（ｃ１）はスライダ１の速度、（ｃ２）はスライダ１の加速度、（ｃ３）はスライダ１の位置指令値Ｐcmdとの比較である。
遮断周波数ｆ0を低い周波数に設定したことにより、速度および加速度のリップルが大幅に低減される。しかし、位置フィードバック信号Ｐfbに占めるレゾルバ３０の割合が低くなるため、スライダ１が目標位置に到達するまで時間がかかり、待ち時間は長くなる。
【０１００】
スライダ１の位置決め動作を行う場合、すなわち位置制御部１００への位置指令を時間変化させてスライダ１を目標位置へ移動させる場合には、位置指令の更新が完了した後、いかに速やかにスライダ１を目標位置に到達させて待ち時間を短くするかが重要である。
【０１０１】
実施例２では、先の実施例１に対して、ローパスフィルタ３２ｂ，３３ｂおよびハイパスフィルタ３２ｅ，３３ｅの遮断周波数ｆ0を可変とすることにより、スライダ移動中の速度リップルと加速度リップルの抑制および位置決め動作時の待ち時間の短縮化が図れる。
【０１０２】
図１１は実施例２のサーボ制御部のブロック図である。以下実施例１と同じ構成要素には同じ番号を付して説明を省略する。
【０１０３】
位置検出装置３００’は、レゾルバ３０および加速度センサ３１によってスライダ１の現在位置に応じた検出信号Ｘおよび現在加速度ａを検出する。位置検出装置３００’は、検出信号Ｘおよび現在加速度ａに基づいて位置フィードバック信号Ｐfb’および速度フィードバック信号Ｖfb’を生成し、位置制御部１００および速度制御部１０１へフィードバックする。位置制御部１００および速度制御部１０１は、これらのフィードバック信号Ｐfb’，Ｖfb’と、位置指令Ｐcmdおよび速度指令Ｖcmdとの偏差がそれぞれゼロになるようにサーボ制御を行う。
【０１０４】
切替信号生成部１０５は、位置指令Ｐcmdに基づいて切替信号Ｓを生成する。切替信号生成部１０５は、位置指令Ｐcmdを時間微分して速度信号Ｖjを生成し、速度信号Ｖjの絶対値を所定の閾値Ｖthと比較する。切替信号生成部１０５は、速度信号Ｖjが閾値Ｖth以下の場合には切替信号ＳとしてＨ信号を出力し、速度信号Ｖjが閾値Ｖthを越えている場合にはＬ信号を出力する。
【０１０５】
切替信号Ｓは位置検出装置３００’に入力される。位置検出装置３００’には、遮断周波数を周波数ｆLまたはｆH（ｆL＜ｆH）に切り替え可能なローパスフィルタおよびハイパスフィルタが備えられている。位置検出装置３００’は、切替信号Ｓによってこれらのフィルタの遮断周波数を切り替える。
【０１０６】
図１２は位置検出装置３００’のブロック図である。ローパスフィルタ３２ｂ’，３３ｂ’は、遮断周波数を周波数ｆLまたはｆHに切り替えることができる。また、ハイパスフィルタ３２ｅ’，３３ｅ’は、遮断周波数を周波数ｆLまたはｆHに切り替えることができる。各フィルタは、切替信号ＳがＬ信号の場合には遮断周波数を周波数ｆLに切り替え、切替信号ＳがＨ信号の場合には遮断周波数を周波数ｆHに切り替える。すなわち、速度信号Ｖjが閾値Ｖth以下の場合には遮断周波数として周波数ｆHが選択され、速度信号Ｖjが閾値Ｖthを越えている場合には遮断周波数として周波数ｆLが選択される。
【０１０７】
ローパスフィルタ３２ｂ’は、切替信号ＳがＬ信号の場合には入力された速度信号ｖRから周波数ｆLよりも高い周波数成分を除去し、速度信号ＳがＨ信号の場合には速度信号ｖRから周波数ｆHよりも高い周波数成分を除去する。
【０１０８】
ハイパスフィルタ３２ｅ’は、切替信号ＳがＬ信号の場合には入力された速度信号ｖaから周波数ｆLよりも低い周波数成分を除去し、速度信号ＳがＨ信号の場合には速度信号ｖaから周波数ｆHよりも低い周波数成分を除去する。
【０１０９】
ローパスフィルタ３２ｂ’の出力ｖR”およびハイパスフィルタ３２ｅ’の出力ｖa”は、演算器３２ｃに入力される。演算器３２ｃは、速度信号ｖR”と速度信号ｖa”を加算し、速度信号Ｖfb’を生成する。速度信号Ｖfb’は、スライダ１の現在速度を示す速度フィードバック信号として利用される。
【０１１０】
同様に、ローパスフィルタ３３ｂ’は、切替信号ＳがＬ信号の場合には入力された位置信号Ｘから周波数ｆLよりも高い周波数成分を除去し、速度信号ＳがＨ信号の場合には位置信号Ｘから周波数ｆHよりも高い周波数成分を除去する。
【０１１１】
ハイパスフィルタ３３ｅ’は、切替信号ＳがＬ信号の場合には入力された速度信号Ｖfb’から周波数ｆLよりも低い周波数成分を除去し、速度信号ＳがＨ信号の場合には速度信号Ｖfb’から周波数ｆHよりも低い周波数成分を除去する。
【０１１２】
ローパスフィルタ３３ｂ’の出力ｘR”およびハイパスフィルタ３３ｅ’の出力ｘa”は、演算器３３ｃに入力される。演算器３３ｃは、位置信号ｘR”と位置信号ｘa”を加算し、位置信号Ｐfb’を生成する。位置信号Ｐfb’は、スライダ１の現在位置を示す位置フィードバック信号として利用される。
【０１１３】
ハイパスフィルタ３２ｅ’およびローパスフィルタ３２ｂ’についてさらに詳細に説明する。
図１３はハイパスフィルタ３２ｅ’およびローパスフィルタ３２ｂ’の構成を示すブロック図である。本図は、実施例１のハイパスフィルタ３２ｅおよびローパスフィルタ３２ｂに、切替手段４７〜４９、５７〜５９を追加した構成となっている。
【０１１４】
係数ａHH，ｂHH，ｃHHはハイパスフィルタ３２ｅ’全体を遮断周波数ｆHのハイパスフィルタとする係数であり、係数ａHL，ｂHL，ｃHLはハイパスフィルタ３２ｅ’全体を遮断周波数ｆLのハイパスフィルタとする係数である。
係数ａLH，ｂLH，ｃLHはローパスフィルタ３２ｂ’全体を遮断周波数ｆHのローパスフィルタとする係数であり、係数ａLL，ｂLL，ｃLLはローパスフィルタ３２ｂ’全体を遮断周波数ｆLのローパスフィルタとする係数である。
【０１１５】
切替信号ＳがＬ信号の場合には、切替手段４７〜４９、５７〜５９はそれぞれ係数ａHL，ｂHL，ｃHL，ａLL，ｂLL，ｃLLを選択する。切替信号ＳがＨ信号の場合には、切替手段４７〜４９、５７〜５９はそれぞれ係数ａHH，ｂHH，ｃHH，ａLH，ｂLH，ｃLHを選択する。乗算器４６，４０，４３，５６，５０，５３は、それぞれ切替手段４７〜４９、５７〜５９で選択された係数を乗算する。これにより、切替信号ＳがＬ信号の場合にはハイパスフィルタ３２ｅ’とローパスフィルタ３２ｂ’の遮断周波数は周波数ｆLに設定され、切替信号がＨ信号の場合には周波数ｆHに設定される。
【０１１６】
周波数ｆLは、最大周波数ｆmaxよりも十分に低い周波数に設定する。周波数ｆHについては、スライダ１の最大速度を速度Ｖthに制限した場合に許容される最大周波数ｆmax’を求め、この最大周波数ｆmax’以下の値とする。
【０１１７】
このように構成された位置決め装置では、スライダ１の速度が速度Ｖthを超えると切替信号ＳがＬ信号となり、ローパスフィルタ３２ｂ’，３３ｂ’およびハイパスフィルタ３２ｅ’，３３ｅ’の遮断周波数が周波数ｆLとなる。遮断周波数が低い周波数に設定されることにより、加速度センサ３１に基づいて生成された位置信号が位置フィードバック信号Ｐfb’に占める割合が高くなり、速度リップルと加速度リップルが抑えられる。
【０１１８】
スライダ１が減速して速度Ｖth以下となると、切替信号ＳがＨ信号に切り替わり、ローパスフィルタ３２ｂ’，３３ｂ’およびハイパスフィルタ３２ｅ’，３３ｅ’の遮断周波数が周波数ｆHとなる。遮断周波数が高い周波数に設定されることにより、レゾルバ３０に基づいて生成された位置信号が位置フィードバック信号Ｐfb’に占める割合が高くなり、スライダ１は速やかに目標位置に停止する。
【０１１９】
図１４は本実施例のスライダ１の動作波形を示す図であって、（ａ）はスライダ１の速度、（ｂ）はスライダ１の加速度である。（ｃ）はスライダ１と目標位置までの距離であり、実線はスライダ１の実際の位置、破線は位置指令値である。
【０１２０】
図１４の（ａ）では、図１０の（ｂ１）と比較して、速度リップルが大幅に低減されている。また、図１４の（ｂ）では、図１０の（ｂ２）と比較して、加速度リップルが大幅に低減されている。これにより、スライダ１は目標位置まで滑らかに移動する。
また、図１４の（ｃ）では、図１０の（ｃ３）と比較して、スライダ１が目標位置まで速やかに到達している。そのため、位置決め動作時の待ち時間が短くなる。
【０１２１】
本実施例によれば、実施例１と同じ効果を有するとともに、さらにローパスフィルタ３２ｂ’，３３ｂ’およびハイパスフィルタ３２ｅ’，３３ｅ’の遮断周波数を切り替える切替手段４７〜４９，５７〜５９を備えているため、これらのフィルタの遮断周波数を可変とすることができる。
【０１２２】
また、遮断周波数をスライダ１の移動状況に応じて切り替えるため、スライダ１の加速、減速などの状態に合わせて最適な遮断周波数を選択することができる。
【０１２３】
また、遮断周波数を、スライダ１の速度が所定の速度Ｖth以上の場合には比較的低い周波数ｆLとし、スライダ１の速度が速度Ｖth以下の場合には比較的高い周波数ｆHに切り替えるため、スライダ１の速度リップルおよび加速度リップルを低減することができるとともに、位置決め動作時の待ち時間を短縮することができる。
【０１２４】
なお、本実施例では、遮断周波数ｆHの決定にあたり、遮断周波数を切り替える速度Ｖthを先に決定しておき、スライダ１がこの速度Ｖthで移動したときに許容される最大周波数ｆmax’から遮断周波数ｆHを決定した。しかし、遮断周波数ｆHを先に決定しておき、その遮断周波数で許容されるスライダ１の移動速度から速度Ｖthを決定してもよい。
また、遮断周波数ｆHをパラメータとして変えながらスライダ１を移動させ、加速度センサ３１から出力される加速度ａが許容加速度値を満足しているかを確認しながら決定してもよい。
【０１２５】
また、本実施例では、切替信号Ｓの切り替えをひとつの閾値（速度Ｖth）を基準に行ったが、Ｌ信号からＨ信号に切り替える場合と、Ｈ信号からＬ信号に切り替える場合とで異なる閾値を用意してもよい。
【０１２６】
また、本実施例では、切替信号Ｓをスライダ１への位置指令の時間微分値、いわば速度に応じて切り替えたが、速度以外のものに応じて切り替えてもよい。たとえば、スライダ１の位置指令の更新前に切替信号ＳをＬ信号に切り替え、位置指令の更新が終了する所定時間前にＨ信号に切り替えるなど、位置指令のイベントに合わせて切り替えてもよい。なお、位置指令の更新終了から実際にスライダ１が目標位置に到達するまで時差があるため、位置指令の更新が終了した瞬間にＨ信号に切り替えてもよい。
【０１２７】
また、本実施例では、切替信号Ｓの生成に位置指令Ｐcmdから生成した速度信号Ｖjを利用したが、速度指令Ｖcmdやスライダ１の実速度を利用してもよい。ただし、速度指令Ｖcmdやスライダ１の実速度には種々の外乱やその外乱に対する補正量などが含まれているため、これらの信号に基づいて切替信号Ｓを生成する場合には、閾値となる速度Ｖthにヒステリシスを設けると切替処理が安定する。
あるいは、切替信号Ｓは、位置指令Ｐcmdを出力する上位装置において生成し、直接位置検出装置３００’に出力してもよい。
【０１２８】
また、本実施例では、切替手段４７〜４９，５７〜５９で切り替えられる段数は２段であったが、より多くの係数を保持して複数段の切り替えを行うようにしてもよい。より多くの段数に切り替えることができれば、ローパスフィルタ３２ｂ’，３３ｂ’およびハイパスフィルタ３２ｅ’，３３ｅ’で切り替え可能な遮断周波数の段数を増やすことができる。スライダ１の停止間際から序所に遮断周波数を高い周波数に切り替えれば、スライダ１をより滑らかに停止させることができる。
【実施例３】
【０１２９】
図１５は、実施例３として、本発明を２次元方向の平面モータに適用した構成を示す図である。
プラテン１０上にはエアベアリングを利用してスライダ１’が搭載されている。スライダ１’は、プラテン１０上でＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向に位置制御される。プラテン１０のスライダ１’の対向面にはＸ軸方向およびＹ軸方向に一定ピッチＬの格子状に歯１０ｂが形成されている。なお、本図ではプラテン１０の歯１０ｂを一部のみに示している。
【０１３０】
スライダ１’は矩形状をしており、スライダ１’の各辺はＸ軸またはこのＸ軸に直交するＹ軸のいずれかに沿うようにプラテン１０上に配置されている。
【０１３１】
図１６はスライダ１’のコアの配置図である。スライダ１’のプラテン１０との対向面には、複数のコア１ａ〜１ｄが設けられており、プラテン１０と平面モータを構成している。コア１ａ，１ｂには一定ピッチＬの歯がＸ軸方向に形成され、スライダ１’をＸ軸方向に移動させる。コア１ａ，１ｂには一定ピッチＬの歯がＹ軸方向に形成され、スライダ１’をＹ軸方向に移動させる。この平面モータを駆動することによって、スライダ１’はプラテン１０上の指定されたＸ位置およびＹ位置に移動する。また、コア１ａ，１ｂに逆向きに推力を発生させることにより、スライダ１’のθ軸方向に推力を発生させる。以下、コア１ａをＸ１コア、コア１ｂをＸ２コア、コア１ｃおよび１ｄをＹコアと称する。
【０１３２】
スライダ１’の各側面の中央部にレゾルバ３０ａ〜３０ｄが固定されている。スライダ１’のＸ軸に沿う対向辺にレゾルバ３０ａ，３０ｂが配置され、Ｙ軸に沿う対向辺にレゾルバ３０ｃ，３０ｄが配置されている。レゾルバ３０ａ，３０ｂはＸ軸方向の位置に応じた検出信号を出力し、レゾルバ３０ｃ，３０ｄはＹ軸方向の位置に応じた検出信号を検出する。
【０１３３】
レゾルバ３０ａ，３０ｂの出力の平均をとり、スライダ１’の中央部のＸ軸方向の現在位置に応じた検出信号ＸRとする。また、レゾルバ３０ｃ，３０ｄの出力の平均をとり、スライダ１’の中央部のＹ軸方向の現在位置に応じた検出信号ＹRとする。また、レゾルバ３０ａとレゾルバ３０ｂの出力の差分からスライダ１’の回転角θRを求める。
【０１３４】
スライダ１’の上面部に、加速度センサ３１ａ〜３１ｄが埋設されている。加速度センサ３１ａ，３１ｂはＸ軸方向の加速度を検出し、加速度センサ３１ｃ，３１ｄはＹ軸方向の加速度を検出する。加速度センサ３１ａ〜３１ｄの出力に基づいて、スライダ１’のＸ軸方向の加速度ＡX，Ｙ軸方向の加速度ＡY，θ軸方向の加速度Ａθを求める。
【０１３５】
図１７はスライダ１’上の加速度センサ３１ａ〜３１ｄの配置を示す図である。加速度センサ３１ａ〜３１ｄは、スライダ１’の中心点Ｃを原点としたとき、以下の位置に取り付けられている。なお、式（７−１）〜式（７−４）は、加速度センサの位置を極座標表示したものである。
加速度センサ３１ａ：（ｒX1，θX1）      ・・・（７−１）
加速度センサ３１ｂ：（ｒX2，θX2）      ・・・（７−２）
加速度センサ３１ｃ：（ｒY1，θY1）      ・・・（７−３）
加速度センサ３１ｄ：（ｒY2，θY2）      ・・・（７−４）
【０１３６】
加速度センサ３１ａ〜３１ｄの出力は、以下のように表される。なお、ＢX1〜ＢY2は各加速度センサの出力に含まれるオフセット誤差である。
2010038896.tif 000011
【０１３７】
式（８−１）〜式（８−４）を整理すると、加速度ＡX，ＡY，Ａθは以下のように表される。
2010038896.tif 000012
加速度センサ３１ａ〜３１ｄの出力に基づいて式（９）〜式（１１）を計算することによって、加速度ＡX，ＡY，Ａθを求める。
【０１３８】
図１５に戻り、レゾルバ３０ａ〜３０ｄおよび加速度センサ３１ａ〜３１ｄの出力は、図示しない演算部３２０に入力される。レゾルバ３０ａ〜３０ｄ、加速度センサ３１ａ〜３１ｄ、演算部３２０で、スライダ１’のＸ軸方向およびＹ軸方向の現在位置および回転角θRを検出する位置検出装置３０１（図示せず）を構成する。この位置検出装置３０１の出力に基づいて、スライダ１’をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向にサーボ制御する。
【０１３９】
図１８はスライダ１’の位置決めを行うサーボ制御部のブロック図である。図示しない上位装置からスライダ１’の位置指令Ｐxcmd，Ｐycmd，Ｐθcmdが与えられる。位置指令Ｐxcmd，Ｐycmdはスライダ１’を移動させたいＸ座標とＹ座標、すなわち目標位置を示す信号である。位置指令Ｐθcmdは、スライダ１’の目標回転角を示す信号である。位置指令Ｐxcmd，Ｐycmd，Ｐθcmdは、それぞれ位置制御部に入力される。各位置制御部は、位置指令Ｐxcmd，Ｐycmd，Ｐθcmdに応じた速度指令Ｖxcmd，Ｖycmd，Ｖθcmdを生成し、それぞれ速度制御部に出力する。各速度制御部は、入力された速度指令Ｖxcmd，Ｖycmd，Ｖθcmdに応じた電流指令Ｉrx，Ｉry，Ｉrθを生成し、指令分配器１０６に出力する。
【０１４０】
Ｘ１アンプ、Ｘ２アンプ、Ｙアンプは、それぞれＸ１コア、Ｘ２コア、Ｙコアに対応するアンプである。指令分配器１０６は、入力された電流指令Ｉrx，Ｉry，Ｉrθに基づいて、各アンプに与える実効電流指令Ｉx1cmd，Ｉx2cmd，Ｉycmdを生成する。Ｘ１アンプは実効電流指令Ｉx1cmdに応じた電流Ｉox1をＸ１アンプに供給し、Ｘ２アンプは実効電流指令Ｉx2cmdに応じた電流Ｉox2をＸ２アンプに供給し、Ｙアンプは実効電流指令Ｉycmdに応じた電流ＩoyをＹアンプに供給する。各コアは、電流Ｉox1，Ｉox2，Ｉoyを駆動電流としてスライダ１’を移動させる。スライダ１’の移動に伴いスライダ１’上に搭載されたワークが位置決めされる。
【０１４１】
位置検出装置３０１は、レゾルバ３０ａ〜３０ｄによって、スライダ１’のＸ軸方向およびＹ軸方向の現在位置に応じた検出信号ＸR，ＹRと、回転角θRを検出する。また、位置検出装置３０１は、加速度センサ３１ａ〜３１ｄによって、スライダ１’のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向の加速度ＡX，ＡY，Ａθを検出する。
【０１４２】
位置検出装置３０１は、検出信号ＸR，ＹR、回転角θRおよび加速度ＡX，ＡY，Ａθに基づいて、位置フィードバック信号Ｐxfb、Ｐyfb、Ｐθfbおよび速度フィードバック信号Ｖxfb、Ｖyfb、Ｖθfbを生成する。位置検出装置３０１は、生成した位置フィードバック信号Ｐxfb、Ｐyfb、Ｐθfbを、それぞれ対応する位置制御部へフィードバックする。また、位置検出装置３０１は、生成した速度フィードバック信号Ｖxfb、Ｖyfb、Ｖθfbを、それぞれ対応する速度制御部へフィードバックする。
【０１４３】
各位置制御部は、フィードバック信号Ｐxfb、Ｐyfb、Ｐθfbと位置指令Ｐxcmd，Ｐycmd，Ｐθcmdとの偏差がそれぞれゼロとなるようにサーボ制御を行う。また、各速度制御部は、速度フィードバック信号Ｖxfb、Ｖyfb、Ｖθfbと速度指令Ｖxcmd，Ｖycmd，Ｖθcmdとの偏差がそれぞれゼロとなるようにサーボ制御を行う。
なお、図１８では位置制御部、速度制御部、および指令分配器１０６を機能ブロックのみで示しているが、実際にはＣＰＵで構成される。
【０１４４】
図１９は指令分配器１０６の構成を示す図である。指令分配器１０６は、電流指令ＩrxからＩrθを減算して実効電流指令Ｉx1cmdを生成する。また、指令分配器１０６は、電流指令ＩrxとＩrθを加算して実効電流指令Ｉx2cmdを生成する。これにより、Ｘ１コアおよびＸ２コアにはスライダ１’の電流指令Ｉrθが反映された実効電流指令が与えられることになり、スライダ１’の回転角が制御される。なお、電流指令Ｉryは、実効電流指令Ｉycmdとして出力される。
【０１４５】
図２０は位置検出装置３０１を示すブロック図である。加速度算出部３２１および演算部３２２〜３２４で演算部３２０を構成する。演算部３２２〜３２４は実施例１における演算部３２と同じ構成のものである。
【０１４６】
加速度算出部３２１は加速度センサ３１ａ〜３１ｄの出力が入力される。加速度算出部３２１は、式（９）〜式（１１）の計算を行い、スライダ１’の加速度ＡX，ＡY，Ａθを算出する。算出された加速度ＡX，ＡY，Ａθは、それぞれ演算部３２２〜３２４に出力される。
【０１４７】
演算部３２２は、加速度ＡXおよび検出信号ＸRが入力され、Ｘ軸方向の位置フィードバック信号Ｐxfbおよび速度フィードバック信号Ｖxfbを出力する。
同様に、演算部３２３は、加速度ＡYおよび検出信号ＹRが入力され、Ｙ軸方向の位置フィードバック信号Ｐyfbおよび速度フィードバック信号Ｖyfbを出力する。
また、演算部３２４は、加速度Ａθおよび回転角θRが入力され、スライダ１’のθ軸方向の位置フィードバック信号Ｐθfbおよび回転速度フィードバック信号Ｖθfbを出力する。
【０１４８】
演算部３２２〜３２４から出力される各フィードバック信号は、スライダ１’のサーボ制御のフィードバック信号として利用される。
【０１４９】
なお、演算部３２０は、プログラムがダウンロードされたＣＰＵなどで構成される。その他の構成は前記実施例１と同じである。
【０１５０】
本実施例によれば、スライダ１’のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置フィードバック信号および速度フィードバック信号の精度を高めることができる。さらに、スライダ１’の１軸方向を検出するレゾルバおよび加速度センサがそれぞれ複数個設けられているため、スライダ１’のθ軸方向の加速度を求めることができる。これを用いることにより、スライダ１’のθ軸周りの位置フィードバック信号および速度フィードバック信号の精度を高めることができ、スライダ１’を精度よく制御することができる。
【０１５１】
なお、加速度センサ３１ａ，３１ｂを、
2010038896.tif 000013
となるように配置すれば、式（９）の右辺第２項＝０となる。このように配置すれば、加速度Ａθに関係なく加速度ＡXを求めることができる。式（９）の計算を簡単にし、加速度Ａθの影響を排除することにより、加速度ＡXの精度を高めることができる。
同様に、加速度センサ３１ｃ，３１ｄを、
2010038896.tif 000014
となるように配置すれば、式（１０）の右辺第２項＝０となる。このように配置すれば、加速度Ａθに関係なく加速度ＡYを求めることができる。式（１０）の計算を簡単にし、加速度Ａθの影響を排除することにより、加速度ＡYの精度を高めることができる。
【０１５２】
図２１は、式（１２）および式（１３）を満たす加速度センサ３１ａ〜３１ｄの配置の一例を示す図である。ＣｘおよびＣｙは、それぞれスライダ１’のＸ軸方向およびＹ軸方向の中心線である。加速度センサ３１ａ，３１ｃと、加速度センサ３１ｄ，３１ｂは、中心線Ｃｘを間に挟むようにしてそれぞれＸ軸方向に距離ｄｘの位置に配置されている。さらに、加速度センサ３１ａ，３１ｄと、加速度センサ３１ｃ，３１ｂは、中心線Ｃｙを間に挟むようにしてそれぞれＹ軸方向に距離ｄｙの位置に配置されている。
【０１５３】
また、本実施例では、演算部３２２〜３２４を実施例１の演算部３２と同じ構成のものとしたが、実施例２における演算部３２’と同じ構成のものを使用してもよい。
【０１５４】
また、本実施例では、スライダ１’の回転角θRをレゾルバ３０ａとレゾルバ３０ｂの出力の差分に基づいて求めたが、レゾルバ３０ｃとレゾルバ３０ｄの出力の差分に基づいてスライダ１’の回転角θRを求めてもよい。さらに、レゾルバ３０ａとレゾルバ３０ｂから求めた回転角と、レゾルバ３０ｃとレゾルバ３０ｄから求めた回転角との平均をスライダ１’の回転角θRとしてもよい。
【実施例４】
【０１５５】
図２２は本発明の実施例４を示す上面図である。本実施例は、先の実施例３に対して、加速度センサの種類や配置を変更したものである。
【０１５６】
実施例３では、加速度センサ３１ａ〜３１ｄはそれぞれ１軸方向の加速度を検出した。しかし、近年は、１つのデバイスで２軸以上の加速度が検出できる加速度センサが実用化されている。
【０１５７】
図２２において、３１ｅ，３１ｆはＸ軸方向およびＹ軸方向の２軸方向の加速度を検出する加速度センサである。加速度センサ３１ｅは、スライダ１’のレゾルバ３０ａ，３０ｃが配置された側辺の角部に取り付けられている。加速度センサ３１ｆは、スライダ１’のレゾルバ３０ｂ，３０ｄが配置された側辺の角部に取り付けられている。
【０１５８】
本実施例は位置検出装置３０１’（図２２では図示せず）を備える。位置検出装置３０１’は、レゾルバ３０ａ〜３０ｄによって、スライダ１’のＸ軸方向およびＹ軸方向の現在位置に応じた検出信号ＸR，ＹRと、回転角θRを検出する。また、位置検出装置３０１’は、加速度センサ３１ｅ，３１ｆによって、スライダ１’のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向の加速度ＡX，ＡY，Ａθを検出する。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向におけるサーボ制御部の構成は、実施例３と同様である。
【０１５９】
図２３は本実施例における位置検出装置３０１’を示す図である。
位置検出装置３０１’は、加速度算出部３２１’および演算部３２２〜３２４から構成されている。
加速度算出部３２１’には、加速度センサ３２ｅ，３２ｆから、それぞれＸ軸方向およびＹ軸方向の２軸方向の加速度が入力される。加速度算出部３２１’は、加速度センサ３２ｅ，３２ｆの出力を、それぞれ同じ位置に配置された２つの加速度センサ（Ｘ軸方向用とＹ軸方向用）の出力とみなし、式（９）〜式（１１）の計算を行う。その他の構成は前記実施例３と同じである。
【０１６０】
本実施例によれば、実施例３と同じ効果を有するとともに、さらに、加速度センサ３２ｅ，３２ｆがスライダ１’の対角の角部に配置されているため、加速度センサ間の距離を大きくとることができ、スライダ１’のθ軸方向の加速度Ａθをより精度よく検出することができる。
また、加速度センサ３２ｅ，３２ｆとして２軸以上の加速度が検出できる加速度センサを用いたことにより、Ｘ軸およびＹ軸の両軸方向の加速度を少ない個数の加速度センサで検出することができる。
【実施例５】
【０１６１】
図２４は実施例５の位置検出装置３００”を示す図である。本実施例は、先の実施例１に対して、遅延時間調整部３２ｇを追加したものである。
【０１６２】
レゾルバ３０から出力される検出信号Ｘおよび加速度センサ３１から出力される加速度ａがそれぞれ演算部３２”に到達するまでには、それぞれ固有の遅延時間ｔdr，ｔdaが存在する。加速度ａの遅延時間ｔdaと検出信号Ｘの遅延時間ｔdrに差が生じている場合には、演算部３２”に到達した加速度ａおよび検出信号Ｘをそのまま利用するだけでは、遅延時間の差（ｔgap＝ｔda−ｔdr）により速度信号ｖa’と速度信号ｖR’に位相ずれが生じ、現在速度Ｖfbに誤差が生じてしまう。また、現在速度Ｖfbに基づいて算出される現在位置Ｘfbにも誤差が生じてしまう。
そこで、加速度ａと検出信号Ｘの遅延時間の差（ｔgap）を低減することにより、より精度よく現在速度Ｖfbと現在位置Ｘfbを検出できるようにする。
【０１６３】
加速度ａと検出信号Ｘの遅延時間の差（ｔgap）を低減する機構として、速度検出装置３３ａ”に遅延時間調整部３２ｇを設ける。遅延時間調整部３２ｇは、加速度ａの遅延時間ｔdaを検出信号Ｘの遅延時間ｔdrに一致させるように、速度信号ｖaに対して近似的に時間進み、もしくは時間遅れを生じさせる。これにより、速度信号ｖaと速度信号ｖRの位相ずれを解消し、ひいては速度信号ｖa’と速度信号ｖR’の位相ずれを解消する。
【０１６４】
遅延時間調整部３２ｇは、誤差制御器３２ｆによる補正後の加速度ａが入力される。遅延時間調整部３２ｇは、この加速度ａに所定のゲインＫffを乗算して調整信号ｖadを生成し、この調整信号ｖadを積分器３２ｄの出力に加算する。調整信号ｖadを加算して得られた速度信号は、速度信号ｖaとしてハイパスフィルタ３２ｅおよび誤差制御器３２ｆに入力される。
【０１６５】
ゲインＫffは、加速度ａと検出信号Ｘの遅延時間の差（ｔgap）に応じた値であり、実験的または経験的に求める。ゲインＫffは、あらかじめ遅延時間調整部３２ｇに保持させておく。ゲインＫffに正の値を設定することにより速度信号ｖaに時間進みを生じさせ、ゲインＫffに負の値を設定することにより速度信号ｖaに時間遅れを生じさせる。
【０１６６】
図２５は遅延時間調整部３２ｇによる遅延時間の調整を示す図であり、速度信号ｖaを示したものである。横軸は時間［ｓ］、縦軸は速度［ｍ／ｓ］である。
ラインＬは速度信号ｖaに遅延時間の調整を行わない場合、ラインＬｒは速度信号ｖaに時間進みを生じさせた場合、ラインＬｓは速度信号ｖaに時間遅れを生じさせた場合を示したものである。
なお、ゲインＫff＝０に設定した場合には、速度信号ｖaの調整を行わないことと同じであり、前記実施例１の構成と等価になる。
【０１６７】
検出信号Ｘの遅延時間ｔdrが加速度ａの遅延時間ｔdaよりも大きい場合には、遅延時間ｔdaを大きくして遅延時間ｔdrに一致させるため、ゲインＫffに負の値を設定し、速度信号ｖaに時間遅れを生じさせる。
一方、検出信号Ｘの遅延時間ｔdrが加速度ａの遅延時間ｔdaよりも小さい場合には、遅延時間ｔdaを小さくして遅延時間ｔdrに一致させるため、ゲインＫffに正の値を設定し、速度信号ｖaに時間進みを生じさせる。
【０１６８】
なお、ゲインＫffに正の値を設定することは、現在の加速度ａに基づいてゲインＫffにに相当する時間分だけ将来の速度信号ｖaを推定していることに相当する。また、ゲインＫffに負の値を設定することは、現在の加速度ａに基づいてゲインＫffに相当する時間分だけ過去の速度信号ｖaを推定していることに相当する。
このような遅延時間調整部３２ｇを設けることにより、加速度ａの遅延時間ｔdaを近似的に調整できる。その他の構成は前記実施例１と同じである。
【０１６９】
図２６は、レゾルバ３１の遅延時間ｔdrと加速度センサａの遅延時間ｔdaに差がある場合における、遅延時間調整部３２ｇの効果の一例を示す図である。図２６の（ａ）は位置指令値Ｐcmdを示している。図２６の（ｂ１）と（ｂ２）は遅延時間調整部３２ｇを設けていない場合、（ｃ１）と（ｃ２）は遅延時間調整部３２ｇを設けた場合を示している。また、図２６の（ｂ１）と（ｃ１）は位置指令Ｐcmdと検出された現在位置Ｐfbとの偏差、（ｂ２）と（ｃ２）は現在位置Ｐfbとスライダ１の現在位置の真値との偏差である。
なお、図２６の（ｂ１），（ｂ２）は、位置指令Ｐcmdと検出された現在位置Ｐfbとの偏差であるため、０近傍の値となるのが望ましい。同様に、図２６の（ｃ１），（ｃ２）は、現在位置Ｐfbとスライダ１の現在位置の真値との偏差であるため、０近傍の値となるのが望ましい。
【０１７０】
図２６の（ａ）に示すように、位置指令値Ｐcmdによれば、スライダ１はおよそｔ＝０．３［ｓ］で目標位置に到達し、モータ１０３は停止するはずである。
【０１７１】
これに対し、図２６の（ｂ１）では、位置指令Ｐcmdと現在位置Ｐfbとの偏差が０に安定するまでにｔ＝０．６［ｓ］程度かかっている。また、（ｂ２）では、現在位置Ｐfbと真値との偏差が０に安定するまでにｔ＝１．０［ｓ］程度と長時間を要している。これは、ｔ＝０．３［ｓ］以降もスライダ１が移動し続け、位置が安定しないことを意味する。スライダ１の位置が安定するまでに時間かかると、スライダ１に搭載されたワークに対する作業を開始できる時刻が遅れ、スループットの低下を招くという問題がある。
【０１７２】
一方、図２６の（ｃ１），（ｃ２）では、偏差が０に安定するまでの時間がともにｔ＝０．５［ｓ］に短縮され、それぞれ図２６の（ｂ１），（ｂ２）と比較して大幅に改善されている。
【０１７３】
本実施例によれば、実施例１と同じ効果を有するとともに、加速度ａに生じる遅延時間ｔdaを調整する遅延時間調整部３２ｇを備えているため、速度信号ｖaや速度信号ｖa’など加速度センサ３１の出力に基づいて得られる信号の精度を高めることができる。
【０１７４】
また、遅延時間調整部３２ｇは、加速度ａに生じる遅延時間ｔdaを、レゾルバ３０から出力される検出信号Ｘに生じる遅延時間ｔdrに一致するように調整するため、加速度センサ３１とレゾルバ３０の出力に生じる遅延時間の差を解消できる。これにより、より高精度に現在速度Ｖfbおよび現在位置Ｐfbを検出できる。
【０１７５】
また、遅延時間調整部３２ｇは、加速度ａに所定のゲインＫffを乗じて得られる調整信号ｖadを積分器３２ｄの出力に加算するため、簡単な構成で遅延時間調整部を実現できる。
なお、遅延時間調整部３２ｇはソフトウェア的に構成できるため、ハードウェアの変更なしに安価に実現できる。また、遅延時間調整部３２ｇをソフトウェアで構成すれば、ゲインＫffの設定や変更も簡単に行うことができる。
【０１７６】
なお、本実施例は前記実施例１の変更例として説明したが、前記実施例２〜４にも同様に適用できる。すなわち、前記実施例２〜４において、遅延時間調整部３２ｇを追加することで、加速度ａと検出信号Ｘの遅延時間に差がある場合に、現在速度Ｖfbと現在位置Ｐfbをより精度よく検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】レゾルバによる位置検出の動作原理の説明図である。
【図２】レゾルバの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１を示す上面図である。
【図４】スライダの位置決めを行うサーボ制御部のブロック図である。
【図５】位置検出装置３００のブロック図である。
【図６】誤差制御器３２ｆの詳細とその周辺の構成を示す図である。
【図７】ハイパスフィルタ３２ｅおよびローパスフィルタ３２ｂのブロック図である。
【図８】遮断周波数ｆ0を説明するための図である。
【図９】速度信号ｖR’，ｖa’，Ｖfbの伝達特性を示す図である。
【図１０】遮断周波数ｆが高い場合と低い場合の動作波形を示す図である。
【図１１】本発明の実施例２の位置決め装置のサーボ制御を示すブロック図である。
【図１２】位置検出装置３００’のブロック図である。
【図１３】ハイパスフィルタ３２ｅ’およびローパスフィルタ３２ｂ’のブロック図である。
【図１４】実施例２のスライダ１の動作波形を示す図である。
【図１５】本発明の実施例３を示す上面図である。
【図１６】スライダ１’のコアの配置図である。
【図１７】加速度センサ３１ａ〜３１ｄの配置を示す図である。
【図１８】スライダ１’の位置決めを行うサーボ制御部のブロック図である。
【図１９】指令分配器１０６の構成を示す図である。
【図２０】実施例３の位置検出装置３０１を示すブロック図である。
【図２１】加速度センサ３１ａ〜３１ｄの位置を示す図である。
【図２２】本発明の実施例４を示す上面図である。
【図２３】実施例４の位置検出装置３０１’を示すブロック図である。
【図２４】実施例５の位置検出装置３００”を示す図である。
【図２５】遅延時間調整部３２ｇによる遅延時間の調整を示す図である。
【図２６】遅延時間調整部３２ｇの効果の一例を示す図である。
【図２７】従来例の位置決め装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１７８】
１    スライダ
１０  プラテン
３０  レゾルバ
３１  加速度センサ
３２  演算部
３２ａ  微分器
３２ｂ  ローパスフィルタ
３２ｃ  演算器
３２ｄ  積分器
３２ｅ  ハイパスフィルタ
３２ｆ  誤差制御器
３２ｇ  遅延時間調整部
３３ａ  速度検出装置
３３ｂ  ローパスフィルタ
３３ｃ  演算器
３３ｄ  積分器
３３ｅ  ハイパスフィルタ
３３ｆ  誤差制御器
１００  位置制御部
１０１  速度制御部
１０２  アンプ
１０３  モータ
１０４  ワーク
３００  位置検出装置
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２６】
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【図２７】
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【図３】
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【図１５】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２５】
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