(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動構造物の両側に、モータを有する駆動機構および前記モータの回転角位置を検出するモータ位置検出器を含み位置指令値に基づき前記可動構造物の各側を移動させる第１、第２位置制御系をそれぞれ設け、この第１、第２位置制御系で前記可動構造物の両側を同期位置決めする同期位置制御装置において、
前記両位置制御系の駆動機構の間に前記可動構造物の移動位置を検出する１つの機械位置検出器を前記可動構造物の移動方向に沿って設け、
前記機械位置検出器で検出された移動位置を前記第１位置制御系の位置指令値にフィードバックするクローズドループを形成するとともに、
前記機械位置検出器で検出された移動位置と前記第１位置制御系のモータ位置検出器で検出された位置との差を前記第２位置制御系のモータ位置検出器で検出された位置に加えて、前記第２位置制御系の位置指令値にフィードバックするセミクローズドループを形成したことを特徴とする同期位置制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の同期位置制御装置において、前記第１位置制御系の位置フィードバック値と前記第２位置制御系の位置フィードバック値との差を前記第２位置制御系の位置指令値に加えるループを形成したことを特徴とする同期位置制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の同期位置制御装置において、前記機械位置検出器は、前記両位置制御系の駆動機構の中間に配置されていることを特徴とする同期位置制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の同期位置制御装置において、前記クローズドループは、前記機械位置検出器で検出された移動位置と前記第１位置制御系のモータ位置検出器で検出された位置との差をフィルタを通したのち、これに前記第１位置制御系のモータ位置検出器で検出された位置を加えて前記第１位置制御系の位置指令値にフィードバックすることを特徴とする同期位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期位置制御装置に関する。たとえば、門形などの可動構造物を備えた工作機械において、その可動構造物の両側を同期位置決めする同期位置制御装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
同期制御とは、ガントリ型機械のように１軸を２台のモータで駆動する場合に、２台のモータを同時に制御する必要があり、２台のモータ間の位置の差（以下、同期誤差と呼ぶ）を許容値以上にならないような制御を行うものである。
【０００３】
工作機械において、門型のコラムを駆動させる場合、図３に示すように、可動構造物であるコラム３１の中心に対して対称な両側の脚部３２，３３にボールねじ軸３４，３５をそれぞれ配設し、このボールねじ軸３４，３５にモータ３６，３７を連結するとともに、各ボールねじ軸３４，３５と平行に前記コラム３１の各脚部３２，３３の移動位置を検出するリニヤスケール３８１，３８２  を設けた構造が知られている。なお、３９１，３９２  はモータ３６，３７の回転角位置を検出するモータ位置検出器である。
【０００４】
ここで、同期誤差の基準となる軸をマスター軸と呼び、補正量の加えられる軸をスレーブ軸と呼ぶ。図３では、ボールねじ軸３４およびモータ３６側をマスター軸ＳＭ  と呼び、ボールねじ軸３５およびモータ３７側をスレーブ軸ＳＳ  と呼ぶ。
【０００５】
従来の位置制御系を図４に示す。同図において、４１は前記ボールねじ軸３４、モータ３６およびモータ位置検出器３９１  を含む位置制御系、４２は前記ボールねじ軸３５、モータ３７およびモータ位置検出器３９２  を含む位置制御系、４３は補償回路である。また、Ｒは位置指令値、Ｃ１，Ｃ２  は前記モータ位置検出器３９１，３９２  で検出された各モータ３６，３７の回転角位置、Ｌ１，Ｌ２  は前記リニヤスケール３８１，３８２  で検出された移動位置である。
【０００６】
以上において、まず、各リニヤスケール３８１，３８２  で検出された移動位置Ｌ１，Ｌ２  からモータ位置検出器３９１，３９２  で検出された位置Ｃ１，Ｃ２  をそれぞれ差引き、その差（Ｌ１  −Ｃ１  ），  （Ｌ２  −Ｃ２  ）を求める。ここで、差（Ｌ１  −Ｃ１  ），  （Ｌ２  −Ｃ２  ）がある一定値よりも大きくなったとき、エラーとする。
【０００７】
また、この差（Ｌ１  −Ｃ１  ），  （Ｌ２  −Ｃ２  ）にモータ位置検出器３９１，３９２  の位置Ｃ１，Ｃ２  を加え（Ｌ１  −Ｃ１  ＋Ｃ１  ＝Ｌ１  ），  （Ｌ２  −Ｃ２  ＋Ｃ２  ＝Ｌ２  ）、これを最終的な位置フィードバック値としている。そして、マスター軸ＳＭ  の位置フィードバック値（Ｌ１  ）からスレーブ軸ＳＳ  の位置フィードバック値（Ｌ２  ）を差引き（Ｌ１  −Ｌ２  ）、補償回路４３で補償を行い、スレーブ軸ＳＳ  の位置指令値Ｒに加えている。
【０００８】
すなわち、上述した方式では、２つの軸３４，３５をマスター軸ＳＭ  とスレーブ軸ＳＳ  とに分けて、マスター軸ＳＭ  側の移動位置に一致するようにスレーブ軸ＳＳ  の移動位置を制御している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の同期位置制御方法では、マスター軸ＳＭ  とスレーブ軸ＳＳ  とのそれぞれに１本ずつのリニヤスケール３８１，３８２  が必要であるため、コストアップになっていた。ちなみに、リニヤスケールを用いないセミクローズドループ方式では、熱変位によるボールねじ軸の伸び縮みによる影響により精度が悪くなる。
従って、従来の同期位置制御方法では、精度を維持しようとすると２本のリニヤスケール３８１，３８２  が必要であるため、精度の向上とコストダウンとを同時に満足させることが困難であった。
【００１０】
本発明の目的は、このような従来の欠点を解消し、精度を維持しつつ、コストを低減することができる同期位置制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の同期位置制御装置は、可動構造物の両側に、モータを有する駆動機構および前記モータの回転角位置を検出するモータ位置検出器を含み位置指令値に基づき前記可動構造物の各側を移動させる第１、第２位置制御系をそれぞれ設け、この第１、第２位置制御系で前記可動構造物の両側を同期位置決めする同期位置制御装置において、前記両位置制御系の駆動機構の間に前記可動構造物の移動位置を検出する１つの機械位置検出器を前記可動構造物の移動方向に沿って設け、前記機械位置検出器で検出された移動位置を前記第１位置制御系の位置指令値にフィードバックするクローズドループを形成するとともに、前記機械位置検出器で検出された移動位置と前記第１位置制御系のモータ位置検出器で検出された位置との差を前記第２位置制御系のモータ位置検出器で検出された位置に加えて、前記第２位置制御系の位置指令値にフィードバックするセミクローズドループを形成したことを特徴としている。
【００１２】
このような構成であるから、第１位置制御系では、機械位置検出器で検出された移動位置が位置指令値に一致するように制御される。一方、第２位置制御系では、機械位置検出器で検出された移動位置と第１位置制御系のモータ位置検出器で検出された位置との差が、前記第２位置制御系のモータ位置検出器で検出された位置に加えられ、第２位置制御系の位置指令値にフィードバックされるいるから、同期誤差を従来の方法とほぼ同等にできる。従って、精度を維持しつつ、１つの機械位置検出器でよいから、コストも低減することができる。
【００１３】
以上の構成において、前記第１位置制御系の位置フィードバック値と前記第２位置制御系の位置フィードバック値との差を前記第２位置制御系の位置指令値に加えるループを形成するのが望ましい。
また、前記機械位置検出器は、前記両位置制御系の駆動機構の中間に配置されていることが望ましい。
また、前記クローズドループは、前記機械位置検出器で検出された移動位置と前記第１位置制御系のモータ位置検出器で検出された位置との差をフィルタを通したのち、これに前記第１位置制御系のモータ位置検出器で検出された位置を加えて前記第１位置制御系の位置指令値にフィードバックするのが望ましい。
このようにすれば、精度をより向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図を参照しながら詳細に説明する。
図１は本実施形態の駆動系を示している。同図に示すように、可動構造物であるコラム１１の中心に対して対称な両側の脚部１２，１３に、駆動機構１４，１５がそれぞれ設けられている。各駆動機構１４，１５は、前記各脚部１２，１３に螺合されたボールねじ軸１４Ａ，１５Ａと、このボールねじ軸１４Ａ，１５Ａを回転させるモータ１４Ｂ，１５Ｂとから構成されている。各モータ１４Ｂ，１５Ｂには、そのモータ１４Ｂ，１５Ｂの回転角位置を検出するレゾルバなどのモータ位置検出器１６，１７がそれぞれ連結されている。
【００１５】
前記両側の駆動機構１４，１５の中間位置、つまり、両側のボールねじ軸１４Ａ，１５Ａの間の中間には、コラム１１の中心の移動位置を検出する機械位置検出器として１本のリニヤスケール１８がボールねじ軸１４Ａ，１５Ａと平行に設けられている。ここで、ボールねじ軸１４Ａおよびモータ１４Ｂ側をマスター軸ＳＭ  と呼び、ボールねじ軸１５Ａおよびモータ１５Ｂ側をスレーブ軸ＳＳ  と呼ぶ。また、各側の駆動機構１４，１５は同一構造で、モータ位置検出器１６，１７による位置の差も微小で、問題ないものとする。
【００１６】
図２は本実施形態の制御系を示している。同図において、２１は前記駆動機構１４およびモータ位置検出器１６を含む位置制御系、２２は前記駆動機構１５およびモータ位置検出器１７を含む位置制御系、２３は補償回路である。また、Ｒは位置指令値、Ｃ１，Ｃ２  は前記モータ位置検出器１６，１７によって検出された各モータ１４Ｂ，１５Ｂの回転角位置、Ｌは前記リニヤスケール１８によって検出された移動位置である。
【００１７】
前記リニヤスケール１８による移動位置Ｌからモータ位置検出器１６による移動位置Ｃ１  を引き、この値（Ｌ−Ｃ１  ）の信号をフィルタ２７を通してノイズを除去したのち、モータ位置検出器１６による移動位置Ｃ１  に加え（Ｃ１  ＋Ｌ−Ｃ１  ＝Ｌ）、その値（Ｌ）をマスター軸ＳＭ  の位置フィードバック値としている。ここに、リニヤスケール１８で検出された移動位置Ｌを位置制御系２１の位置指令値Ｒにフィードバックするクローズドループ２４が形成されている。
【００１８】
また、前記値（Ｌ−Ｃ１  ）を、位置制御系２２のモータ位置検出器１７による移動位置Ｃ２  に加え、その値（Ｃ２  ＋Ｌ−Ｃ１  ）をスレーブ軸ＳＳ  の位置フィードバック値としている。ここに、リニヤスケール１８で検出された移動位置Ｌとモータ位置検出器１６で検出された位置Ｃ１  との差（Ｌ−Ｃ１  ）を位置制御系２２のモータ位置検出器１７で検出された位置Ｃ２  に加えて（Ｃ２  ＋Ｌ−Ｃ１  ）、位置制御系２２の位置指令値Ｒにフィードバックするセミクローズドループ２５が形成されている。
【００１９】
また、マスター軸ＳＭ  の位置フィードバック値（Ｌ）からスレーブ軸ＳＳ  の位置フィードバック値（Ｃ２  ＋Ｌ−Ｃ１  ）を引き、その値（Ｃ１  −Ｃ２  ）を補償回路２３で補償を行い、スレーブ軸ＳＳ  の位置指令値Ｒに加えている。ここに、位置制御系２１の位置フィードバック値（Ｌ）と位置制御系２２の位置フィードバック値（Ｃ２  ＋Ｌ−Ｃ１  ）との差（Ｃ１  −Ｃ２  ）を位置制御系２２の位置指令値Ｒに加えるループ２６が形成されている。
【００２０】
本実施形態では、マスター軸ＳＭ  とスレーブ軸ＳＳ  の駆動機構１４，１５の中間に１本のリニヤスケール１８を設け、このリニヤスケール１８で検出された移動位置Ｌをマスター軸ＳＭ  側の位置指令値Ｒにフィードバックするクローズドループ２４を形成するとともに、リニヤスケール１８で検出された移動位置Ｌとマスター軸ＳＭ  側のモータ位置検出器１６で検出された位置Ｃ１  との差（Ｌ−Ｃ１  ）をスレーブ軸ＳＳ  側のモータ位置検出器１７で検出された位置Ｃ２  に加えて（Ｃ２  ＋Ｌ−Ｃ１  ）、スレーブ軸ＳＳ  側の位置指令値Ｒにフィードバックするセミクローズドループ２５を形成したので、１本のリニヤスケール１８を使用する構成であっても、マスター軸ＳＭ  とスレーブ軸ＳＳ  との同期誤差を微小にできる。
【００２１】
従って、２本のリニヤスケールを用いた従来構造および制御方法に比べ、コストを低減することができる。しかも、精度的にも従来の制御方法と遜色のない精度を維持することができる。
【００２２】
しかも、１本のリニヤスケール１８を駆動機構１４，１５の中間に配置するとともに、マスター軸ＳＭ  の位置フィードバック値（Ｌ）とスレーブ軸ＳＳ  の位置フィードバック値（Ｃ２  ＋Ｌ−Ｃ１  ）との差をスレーブ軸ＳＳ  の位置指令値Ｒに加えるようにしたので、精度をより向上させることができる。
【００２３】
以上述べた実施形態では、駆動機構１４，１５は、ボールねじ軸１４Ａ，１５Ａを含んで構成したが、必ずしもボールねじ軸に限られるものでなく、回転によってコラム１１を移動できるものであれば他の構造でもよい。
また、可動構造物としては、上記実施形態で挙げた門形コラム１１に限らず、比較的大型で両側に駆動機構が必要なもの全てに適用できる。
【００２４】
また、上述した実施形態では、マスター軸ＳＭ  とスレーブ軸ＳＳ  との駆動機構１４，１５は同一構造で、モータ位置検出器１６，１７による位置の差も微小であったが、たとえば、マスター軸ＳＭ  とスレーブ軸ＳＳ  との駆動機構の構造が異なる場合などで、双方にモータ位置検出器による位置間に差が生じる場合には、補正を加えることが望ましい。
また、モータ位置検出器１６，１７についても、直接、モータ１４Ｂ，１５Ｂの回転角位置を検出するものに限らず、モータ１４Ｂ，１５Ｂの回転角と関連するボールねじ軸１４Ａ，１５Ｂの角度位置を検出するものであってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の同期位置制御装置によれば、１つの機械位置検出器によって、第１、第２位置制御系の同期制御を行うので、精度を維持しつつ、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における駆動系を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態のブロック図である。
【図３】従来の駆動系を示す平面図である。
【図４】従来の制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１            コラム（可動構造物）
１２，１３      脚部
１４，１５      駆動機構
１４Ａ，１５Ａ  ボールねじ軸
１４Ｂ，１５Ｂ  モータ
１６，１７      モータ位置検出器
１８            リニヤスケール（機械位置検出器）
２１            位置制御系（第１位置制御系）
２２            位置制御系（第２位置制御系）
２３            補償回路
２４            クローズドループ
２５            セミクローズドループ
２６            ループ
２７            フィルタ
Ｒ              位置指令値
Ｃ１，Ｃ２          モータの回転角位置
Ｌ              機械の移動位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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