(57)【要約】【課題】回路構成に変更を加えることなく、ステッピングモータに接続された被駆動部を高い精度で位置制御することが可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係るモータ制御装置は、モータの可動子の動作量に応じた数のパルス信号を出力する位置センサ、モータの駆動回路及び制御回路を具えている。制御回路は、パルス信号の数を計数する計数手段と、計数手段及び駆動回路の動作を制御する動作制御手段とを具えており、該動作制御手段は、駆動回路に初期励磁を実行させる手段と、初期励磁が終了した時点で駆動回路にモータの駆動を開始させると共に計数手段に計数動作を開始させる手段と、モータの駆動及び計数動作が開始された後、計数手段の計数値が目標計数値に達したか否かを判断する手段と、計数手段の計数値が目標計数値に達したと判断されたときに駆動回路に停止励磁を開始させる手段とを具えている。【選択図】図３
2010110095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの動作に伴なってステッピングモータの可動子の動作量に応じた数のパルス信号を出力する位置センサと、ステッピングモータを駆動する駆動回路と、位置センサから得られるパルス信号に基づいて該駆動回路を制御する制御回路とを具えたモータ制御装置において、該制御回路は、
位置センサから得られるパルス信号の数を計数する計数手段と、
ステッピングモータに接続された被駆動部を目標位置まで移動させる際に前記計数手段の動作及び前記駆動回路の動作を制御する動作制御手段
とを具えており、該動作制御手段は、
前記駆動回路にステッピングモータの可動子を初期位置へ位置決めするための初期励磁を実行させる第１制御手段と、
初期励磁が終了した時点で、前記駆動回路にステッピングモータの駆動を開始させる制御動作と前記計数手段に計数動作を開始させる制御動作とを行なう第２制御手段と、
前記第２制御手段による制御動作が実行された後、前記計数手段の計数値が目標計数値に達したか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段によって前記計数手段の計数値が目標計数値に達したと判断されたときに、前記駆動回路にステッピングモータを停止させるための停止励磁を開始させる第３制御手段
とを具えていることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御回路の第３制御手段は、前記判断手段によって前記計数手段の計数値が目標計数値に達したと判断されたときに前記計数手段に計数動作を停止させ、前記制御回路は、前記計数手段の計数動作が停止した時点での計数値に基づいて被駆動部の現在位置を認識し、その認識結果に基づいて、その後に被駆動部を目標位置まで移動させる際の目標計数値を算出する目標計数値算出手段を具えている請求項１に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータの動作に伴なってステッピングモータの可動子の動作量に応じた数のパルス信号を出力する位置センサと、ステッピングモータを駆動する駆動回路と、位置センサから得られるパルス信号に基づいて該駆動回路を制御する制御回路とを具えたモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カメラにおいては、フォーカスレンズ、絞り機構、ズームレンズ等の駆動モータとして、ステッピングモータが採用されている。
図７は、ステッピングモータ(３)の制御装置の構成を表わしており、モータ駆動回路(２)からステッピングモータ(３)に駆動電圧が供給され、これによって被駆動部(６)が駆動される。ステッピングモータ(３)には、ロータリエンコーダ(４)が取り付けられており、ロータリエンコーダ(４)から得られるエンコーダパルス信号は波形整形回路(５)に供給される。波形整形回路(５)では、入力されたエンコーダパルス信号の値が所定の閾値を上回っている場合にハイの値、下回っている場合にローの値をとるエンコーダパルス信号が生成され、該エンコーダパルス信号がモータ制御回路(10)に供給される。そして、モータ制御回路(10)によってモータ駆動回路(２)が制御されている。
【０００３】
ロータリエンコーダ(４)は、図８及び図９に示す如く、外周部に複数(図示する例では４枚)の羽根部(410)を有する回転板(41)と、該回転板(41)の外周部を挟んで発光素子及び受光素子(共に図示省略)を互いに対向させて配置したコ字型の透過型フォトインタラプタ(42)とを具えている。ステッピングモータ(３)の出力軸には、被駆動部に動力を伝達するためのギア(61)が一体回転可能に取り付けられると共に、ロータリエンコーダ(４)の前記回転板(41)が一体回転可能に取り付けられている。
ステッピングモータ(３)の回転に伴なってロータリエンコーダ(４)の回転板(41)が回転すると、ロータリエンコーダ(４)から、フォトインタラプタ(42)の発光素子から出射された光が回転板(41)の羽根部(410)によって遮られた状態でハイの値、該発光素子から出射された光が互いに隣接する２つの羽根部(410)(410)の間を通過して受光素子に入射した状態でローの値をとるエンコーダパルス信号が出力される。
【０００４】
図４(ａ)(ｂ)はそれぞれ、被駆動部(６)を目標位置まで移動させる際にステッピングモータ(３)に印加される２相の電圧波形及びロータリエンコーダの出力波形を表わしている。
ステッピングモータに励磁が行なわれていない状態ではステッピングモータのロータは前回の停止位置からずれているため、同図(ａ)に示す如く、ステッピングモータのロータを該停止位置(初期位置)へ位置決めするべく前回の最終の駆動パルスと同じパルスをステッピングモータに供給する初期励磁を行なった後、ステッピングモータに対する駆動電圧の印加を開始する。その後、ステッピングモータを停止させる際には、駆動電圧のパルス幅を徐々に増大させてステッピングモータを徐々に減速させ、最後に、最終の駆動パルスをステッピングモータに供給する停止励磁を行なってステッピングモータを停止させる。ロータリエンコーダからは、同図(ｂ)に示す如く、ステッピングモータのロータの回転量に比例した数のエンコーダパルス信号が出力される。
図７に示す従来のモータ制御回路(10)は、被駆動部(６)を目標位置まで移動させる際、上記エンコーダパルス信号の数をカウントし、カウント値が目標カウント値に達したときに停止励磁を開始させてステッピングモータ(３)を停止させる。
【０００５】
しかしながら、従来のモータ制御装置においては、被駆動部(６)を精度良く位置制御することが出来ない問題があった。その理由は次の通りである。
即ち、図５(ａ)に示す如くパルス幅の大きい電圧がステッピングモータに印加される初期励磁の期間には、ロータリエンコーダの回転板に振動(チャタリング)が発生するのであるが、ステッピングモータのロータの初期位置が例えば図９に点Ｐで示す如く回転板(41)の羽根部(410)の外縁付近に設定されることがあり、この場合、初期励磁の期間に回転板(41)の振動によりロータリエンコーダから図５(ｂ)に示す如く複数のエンコーダパルス信号が出力されることになる。従来のモータ制御装置においては、初期励磁の開始時点からエンコーダパルス信号のカウント動作が開始されて、初期励磁期間にロータリエンコーダから出力されるエンコーダパルス信号の数がカウントされるため、カウント値は、本来、停止励磁を開始すべき位置よりも手前の位置で目標カウント値に達することになり、その結果、被駆動部は目標位置よりも手前の位置で停止されることになる。
【０００６】
又、図６(ａ)に示す如くパルス幅の大きい駆動電圧がステッピングモータに印加される停止励磁の期間にも回転板に振動が発生するのであるが、ステッピングモータのロータの停止位置が例えば図９に点Ｐで示す如く回転板(41)の羽根部(410)の外縁付近に設定されることがあり、この場合、停止励磁の期間には、ステッピングモータのロータは１ステップ分しか回転しないにも拘わらず、回転板(41)の振動によりロータリエンコーダから同図(ｂ)に示す如く１ステップ分を上回る数のエンコーダパルス信号が出力されることになる。従来のモータ制御装置においては、停止励磁が終了した時点でエンコーダパルス信号のカウント動作が停止されるので、停止励磁の期間にロータリエンコーダから出力されるエンコーダパルス信号の数がカウントされることとなって、カウント動作が停止した時点でのカウント値はステッピングモータの実際の回転量に応じた値よりも大きくなる。従って、該カウント値に基づいて認識される被駆動部の位置は実際の位置よりも進んだ位置となり、その後、この様にして認識された位置に基づいて被駆動部を目標位置まで移動させる際の目標カウント値が算出され、該目標カウント値に基づいてステッピングモータの制御が行なわれると、被駆動部は目標位置よりも手前の位置で停止されることになる。被駆動部を目標位置まで移動させる制御が繰り返されるにつれて、カウント値に基づいて認識される位置と実際の位置との誤差が徐々に増大して、位置制御の精度が徐々に低下していくことになる。
【０００７】
そこで、初期励磁の期間及び停止励磁の期間にロータリエンコーダから出力されるエンコーダパルス信号の数がカウントされることを防止する方法として、エンコーダパルス信号の応答速度を低下させてエンコーダパルス信号のピーク値を減小させる第１の方法と、エンコーダパルス信号の立上りを検知する際の閾値と立下りを検知する際の閾値とを異なる値に設定する第２の方法が知られている。第１の方法及び第２の方法の何れの方法によっても、初期励磁の期間及び停止励磁の期間にロータリエンコーダから出力されるエンコーダパルス信号が波形整形回路からモータ制御回路に供給されることを防止することが出来、これによって、それらのエンコーダパルス信号の数がカウントされることを防止することが出来る。
【０００８】
尚、初期励磁の期間に発生するロータの振動を小さく抑えることが可能なステッピングモータの駆動方法が提案されている(特許文献１参照)。
【特許文献１】特開２００５−７３４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記第１の方法を採用する場合には、波形整形回路にコンデンサを追加しなければならず、回路構成を変更せねばならない問題があった。又、上記第２の方法を採用する場合にも、波形整形回路に比較器を追加しなければならず、回路構成を変更せねばならない問題があった。
そこで本発明の目的は、回路構成に変更を加えることなく、ステッピングモータに接続された被駆動部を高い精度で位置制御することが可能なモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るモータ制御装置は、ステッピングモータの動作に伴なってステッピングモータの可動子の動作量に応じた数のパルス信号を出力する位置センサと、ステッピングモータを駆動する駆動回路と、位置センサから得られるパルス信号に基づいて該駆動回路を制御する制御回路とを具えており、該制御回路は、
位置センサから得られるパルス信号の数を計数する計数手段と、
ステッピングモータに接続された被駆動部を目標位置まで移動させる際に前記計数手段の動作及び前記駆動回路の動作を制御する動作制御手段
とを具えている。
【００１１】
そして、該動作制御手段は、
前記駆動回路にステッピングモータの可動子を初期位置へ位置決めするための初期励磁を実行させる第１制御手段と、
初期励磁が終了した時点で、前記駆動回路にステッピングモータの駆動を開始させる制御動作と前記計数手段に計数動作を開始させる制御動作とを行なう第２制御手段と、
前記第２制御手段による制御動作が実行された後、前記計数手段の計数値が目標計数値に達したか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段によって前記計数手段の計数値が目標計数値に達したと判断されたときに、前記駆動回路にステッピングモータを停止させるための停止励磁を開始させる第３制御手段
とを具えている。
前記位置センサとしては、例えば、光センサと、外周部に複数の遮光部を有してステッピングモータの可動子と一体動作可能に取り付けられる動作板とを具えた光学式の位置センサが採用される。
【００１２】
上記本発明に係るモータ制御装置においては、ステッピングモータの可動子の初期位置が位置センサの動作板の遮光部の外縁付近に設定されて、初期励磁の期間に動作板の振動により位置センサからパルス信号が出力された場合であっても、初期励磁の期間は計数手段によるパルス信号の計数動作が開始されておらず、その後、ステッピングモータの可動子が初期位置から動作を開始する時点から該計数動作が開始されるので、計数手段から得られる計数値は停止励磁を開始すべき位置で目標計数値に達することとなる。従って、その時点で停止励磁が開始されることによって、被駆動部は目標位置で停止することになる。
上記動作制御手段はソフトウエアによって実現することが出来る。従って、回路構成に変更を加えることなくソフトウエアに簡易な変更を加えることによって、被駆動部を精度良く位置制御することが出来る。
【００１３】
具体的構成において、前記制御回路の第３制御手段は、前記判断手段によって前記計数手段の計数値が目標計数値に達したと判断されたときに前記計数手段に計数動作を停止させ、前記制御回路は、前記計数手段の計数動作が停止した時点での計数値に基づいて被駆動部の現在位置を認識し、その認識結果に基づいて、その後に被駆動部を目標位置まで移動させる際の目標計数値を算出する目標計数値算出手段を具えている。
【００１４】
上記具体的構成においては、ステッピングモータの可動子の停止位置が位置センサの動作板の遮光部の外縁付近に設定されて、停止励磁の期間に動作板の振動により位置センサからパルス信号が出力された場合であっても、停止励磁の開始時点で計数手段によるパルス信号の計数動作は停止されているので、停止励磁の期間に位置センサから出力されるパルス信号が計数されることはなく、計数手段の計数動作が停止した時点での計数値に基づいて被駆動部の現在位置を正確に認識することが出来る。従って、認識した現在位置に基づいて、その後に被駆動部を目標位置まで移動させる際の目標計数値を正確に算出することが出来、その結果、被駆動部を目標位置まで移動させることが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るモータ制御装置によれば、回路構成に変更を加えることなくソフトウエアに簡易な変更を加えることによって、ステッピングモータに接続された被駆動部を精度良く位置制御することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図１は、本発明に係るステッピングモータ(３)の制御装置の構成を表わしており、モータ駆動回路(２)からステッピングモータ(３)に駆動電圧が供給され、これによって被駆動部(６)が駆動される。ステッピングモータ(３)には、ロータリエンコーダ(４)が取り付けられており、ロータリエンコーダ(４)から得られるエンコーダパルス信号は波形整形回路(５)に供給される。波形整形回路(５)では、入力されたエンコーダパルス信号の値が所定の閾値を上回っている場合にハイの値、下回っている場合にローの値をとるエンコーダパルス信号が生成され、該エンコーダパルス信号がモータ制御回路(１)に供給される。そして、モータ制御回路(１)によってモータ駆動回路(２)が制御されている。ロータリエンコーダ(４)の構成及び動作は従来と同一であるので、それらの説明は省略する。
【００１７】
上記モータ制御回路(１)は、図２に示す如く、ＣＰＵ(11)と、メモリ(12)と、ロータリエンコーダから得られるエンコーダパルス信号の数をカウントするカウンタ(13)とを具えており、前記メモリ(12)には、被駆動部を目標位置まで移動させる際に実行される制御プログラムが格納されている。
【００１８】
図３は、前記制御プログラムによる制御手続きを表わしており、先ずステップＳ１にて、ステッピングモータのロータを初期位置に位置決めするための初期励磁を行なった後、ステップＳ２では、ステッピングモータに対する駆動電圧の印加を開始すると共にカウンタにカウント動作を開始させる。続いてステップＳ３では、カウンタのカウント値が目標カウント値と一致するか否かを判断し、ノーと判断された場合は該判断を繰り返す。これによって、ステッピングモータに対する駆動電圧の印加及びカウント動作が継続して行なわれる。尚、目標カウント値の算出方法については、後述する。
【００１９】
その後、カウンタのカウント値が目標カウント値と一致してステップＳ３にてイエスと判断されると、ステップＳ４にて、カウンタにカウント動作を停止させると共にステッピングモータに最終の駆動パルスを供給する停止励磁を行なって、手続きを終了する。
【００２０】
上記目標カウント値は、次の様にして算出される。即ち、上述の如くカウント動作が停止された時点でのカウント値に停止励磁期間のステッピングモータの回転量に応じた数が加算され、その加算結果と前回認識された現在位置とから被駆動部の現在位置が認識される。そして、認識された現在位置と目標位置とに基づいて目標カウント値が算出される。
【００２１】
上記手続きによれば、ステッピングモータのロータの初期位置がロータリエンコーダ(４)の回転板(41)の羽根部(410)の外縁付近に設定されて、初期励磁の期間に回転板(41)の振動によりロータリエンコーダ(４)からエンコーダパルス信号が出力された場合であっても、初期励磁の期間はエンコーダパルス信号のカウント動作が開始されておらず、その後、ステッピングモータのロータが初期位置から回転を開始する時点から該カウント動作が開始されるので、カウンタのカウント値は停止励磁を開始すべき位置で目標カウント値に達することになる。従って、その時点で停止励磁が開始されることによって、被駆動部(６)は目標位置で停止することになる。
又、ステッピングモータのロータの停止位置がロータリエンコーダ(４)の回転板(41)の羽根部(410)の外縁付近に設定されて、停止励磁の期間に回転板(41)の振動によりロータリエンコーダ(４)からエンコーダパルス信号が出力された場合であっても、停止励磁の開始時点でエンコーダパルス信号のカウント動作は停止されているので、停止励磁の期間にロータリエンコーダ(４)から出力されるエンコーダパルス信号がカウントされることはなく、カウンタのカウント動作が停止した時点でのカウント値に基づいて被駆動部(６)の現在位置を正確に認識することが出来る。従って、認識した現在位置に基づいて、その後に被駆動部(６)を目標位置まで移動させる際の目標カウント値を正確に算出することが出来、その結果、被駆動部(６)を目標位置まで移動させることが出来る。
尚、ステッピングモータの正転及び反転を繰り返す際にも、上記手続きを実行することによって精度の高い位置制御が可能となる。
【００２２】
本発明に係るモータ制御装置によれば、回路構成に変更を加えることなく制御プログラムに簡易な変更を加えることによって、被駆動部(６)を精度良く位置制御することが出来る。
【００２３】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態においては、本発明を回転運動を行なうステッピングモータの制御装置に実施しているが、直線運動を行なうステッピングモータ(リニア・ステッピングモータ)等、種々のステッピングモータの制御装置に実施することが可能である。尚、本発明をリニア・ステッピングモータの制御装置に実施される場合には、ロータリエンコーダに代えてリニアエンコーダが採用される。
又、上記実施の形態においては、透過型フォトインタラプタを具えたロータリエンコーダを採用しているが、反射型フォトセンサを具えたロータリエンコーダを採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るモータ制御装置の構成を表わすブロック図である。
【図２】上記モータ制御装置を構成するモータ制御回路の構成を表わすブロック図である。
【図３】上記モータ制御回路によって実行される制御手続きを表わすフローチャートである。
【図４】被駆動部を目標位置まで移動させる際のステッピングモータに印加される２相の電圧波形及びロータリエンコーダの出力波形を表わす波形図である。
【図５】初期励磁の期間にステッピングモータに印加される２相の電圧波形及びロータリエンコーダの出力波形を表わす波形図である。
【図６】停止励磁の期間にステッピングモータに印加される２相の電圧波形及びロータリエンコーダの出力波形を表わす波形図である。
【図７】従来のモータ制御装置の構成を表わすブロック図である。
【図８】ロータリエンコーダの構成を表わす斜視図である。
【図９】ロータリエンコーダの回転板を表わす平面図である。
【符号の説明】
【００２５】
(１)       
モータ制御回路
(11)  ＣＰＵ
(12)  メモリ
(13)  カウンタ
(２)  モータ駆動回路
(３)  ステッピングモータ
(４)  ロータリエンコーダ
(５)  波形整形回路
(６)  被駆動部
【図１】
2010110095.tif 000003
【図２】
2010110095.tif 000004
【図３】
2010110095.tif 000005
【図４】
2010110095.tif 000006
【図５】
2010110095.tif 000007
【図６】
2010110095.tif 000008
【図７】
2010110095.tif 000009
【図８】
2010110095.tif 000010
【図９】
2010110095.tif 000011