(57)【要約】【課題】  リニアモータとリニアスケールとを備えたリニアサーボシステムにおいて、高精度な磁極位置検出ができるリニアサーボシステムの磁極位置検出方法を得る。【解決手段】  リニアモータと、絶対位置データ、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する絶対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、電源投入時に、一定の電圧指令で直流励磁する段階と、停止した位置の絶対位置を基に磁極位置を作成する段階と、再び励磁し、右側および左側へ移動させる段階と、停止した位置の絶対位置を記憶する段階と、この記憶した右側移動時の絶対位置と左側移動時の絶対位置との中心を真の磁極位置として作成する段階と、を有するようにした。【選択図】      図１
2006136200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアモータと、絶対位置データ、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する絶対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、
電源投入時に、一定の電圧指令で直流励磁する段階と、
停止した位置の絶対位置を基に磁極位置を作成する段階と、
再び励磁し、右側および左側へ移動させる段階と、
停止した位置の絶対位置を記憶する段階と、
この記憶した右側移動時の絶対位置と左側移動時の絶対位置との中心を真の磁極位置として作成する段階と、
を有するリニアサーボシステムの磁極位置検出方法。
【請求項２】
上下軸として使用されるリニアモータと、このリニアモータを制動するブレーキと、絶対位置データ、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する絶対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、
上下軸のブレーキはかけたままでブレーキの保持力よりも小さな励磁力の電圧指令による一定の直流励磁のパターンにより励磁を行なう段階と、
ｑ軸電流の方向を確認し、下降方向の場合は、励磁相を逆転する段階と、
を有するリニアサーボシステムの磁極位置検出方法。
【請求項３】
リニアモータと、絶対位置データ、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する絶対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、
一定の電圧指令で直流励磁を行ない、検出した相電流が規定値より大きい場合は、励磁用電圧指令を減少し、再度直流励磁を行なうようにするリニアサーボシステムの磁極位置検出方法。
【請求項４】
リニアモータと、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する相対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、
電源投入時に、一定の電圧指令で直流励磁する段階と、
リニアモータの移動方向をチェックする段階と、
停止した位置のインクリメンタルのカウント値を記憶する段階と、
励磁パターンを変更し、異なる電圧指令で直流励磁する段階と、
リニアモータの移動方向をチェックする段階と、
リニアモータの移動方向が励磁パターン変更前のリニアモータの移動方向と反対方向であれば、前記記憶した停止位置を基に磁極位置を検出する段階と、
また、リニアモータの移動方向が励磁パターン変更前のリニアモータの移動方向と同じであれば、停止位置のインクリメンタルのカウント値を記憶し、この記憶停止位置のインクリメンタルのカウント値を基に磁極位置を検出する段階と、
を有するリニアサーボシステムの磁極位置検出方法。
【請求項５】
リニアモータと、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する相対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、
直流励磁により磁極基準位置を算出する段階と、
往復運転を行ない、加減速に必要なピーク電流のバランスを見ながら基準位置を補正するする段階と、
を有し、数回の加減速運転により収束した時点で、適正な磁極基準位置とすることを特徴とするリニアサーボシステムの磁極位置検出方法。
【請求項６】
リニアモータと、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する相対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、
直流励磁により磁極基準位置を算出する段階と、
両方向に加減速する段階と、
加減速時のピーク電流を測定する段階と、
測定したこの加減速時のピーク電流を基準ピーク値とを比較する段階と、
測定したこの加減速時のピーク電流が基準ピーク値より小さければ、前記磁極基準位置を磁極基準位置とする段階と、
また、測定したこの加減速時のピーク電流が基準ピーク値より大きければ、前記磁極基準位置に定数を加算し、再度両方向に加減速する段階に戻す段階と、
を有し、測定したこの加減速時のピーク電流が基準ピーク値より小さくなるまで、前記段階を繰り返すことを特徴とするリニアサーボシステムの磁極位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リニアモータとリニアスケールとを備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２２は従来のリニアサーボ制御装置の制御ブロックを示す図である。図において、１０１は、上位コントローラ等（図示せず）から与えられた位置指令Ｐ．ＣＭＤとリニアスケール（図示せず）が出力する位置フィードバック量Ｐ．ＦＢとを比較し、その差分量を基に速度指令Ｖ．ＣＭＤを演算し、出力する位置制御部、１０２は、この速度指令Ｖ．ＣＭＤとリニアスケール（図示せず）からの位置フィードバック量Ｐ．ＦＢを微分して得られる速度フィードバック量Ｖ．ＦＢとの差分量を基に電流指令Ｉ．ＣＭＤを作成する速度制御部、１０３は、この電流指令Ｉ．ＣＭＤとサーボモータ（図示せず）に流れている電流をサンプリングした電流フィードバック量Ｉ．ＦＢとの差分量を基に電流制御を行なう電流制御部である。
【０００３】
電流制御部１０３で電圧指令を作成し、サーボモータに電圧印加することにより、実際の電流（以下、実電流と記す）が流れるが、この時の発生トルクは電流に比例するので、トルク定数ＫＴを乗算したものが実際の発生トルク（以下、実トルクと記す）であり、これをサーボモータと負荷の重量Ｍで割ったものが加速度、これを２回積分したものが実際の位置（以下、実位置と記す）となる。上述の位置制御・速度制御・電流制御は、通常マイクロプロセッサ等を用いたソフトウエアにより、ある周期毎に実行される。
【０００４】
上述では位置フィードバック量Ｐ．ＦＢを微分して速度フィードバック量Ｖ．ＦＢを得ている例を示したが、ここで速度分解能について考えてみると、位置分解能が低いほど、また処理周期が短いほど、速度分解能は粗くなる。例えば、分解能が低い位置検出器を使用した場合、またサーボ性能を上げようとして演算周期を短くしていった場合に、速度分解能は粗くなる。
【０００５】
一般に工作機械で使用される回転型モータ用エンコーダにおいて、一般に１回転の分解能が１０万パルスのものが使用され、ボールネジ１０ｍｍで直結の機械で、この１０万パルスエンコーダを使用し、速度演算周期を２２２μｓｅｃとすると、位置フィードバック１パルス当たりの速度フィードバックの分解能は２７ｍｍ／ｍｉｎとなる。
【０００６】
これに対し、リニアスケールでは１μｍの分解能のものが一般に使用されるが、速度演算周期を上述と同様に２２２μｓｅｃとすると、速度分解能は２７０ｍｍ／ｍｉｎと、回転型モータ用エンコーダと比べて１桁大きな値となっていた。
【０００７】
図２３は外乱補正を含む従来のリニアサーボ制御装置の制御ブロックを示す図である。ただし、位置制御・速度制御については図２２と同様であり、説明を省略する。リニアサーボではボールネジ駆動と異なり、外乱Ｔｄ成分が直にモータに加わる構成のため、インパクト負荷等の抑制性能の向上が必須であり、以下の処理を行っていた。
【０００８】
トルク制御を行なうために加速度を演算する必要があることから、位置フィードバック量Ｐ．ＦＢを２回微分し、さらに予想されるトルク定数ＫＴＣ、重量Ｍｃを逆算することにより、トルク外乱Ｔｄを取り除いた電流値Ｉｃを得る。この電流値Ｉｃと電流指令Ｉ．ＣＭＤとを比較し、差分量に補正用のゲインＫＤを乗算して、電流指令に加算するという外乱補正を行っていた。しかし、加速度を演算するために２回微分を行なうので、機械に対し加振源として扱わねばならなかった。
【０００９】
ギヤなどの減速機構によりイナーシャ量を小さくでき、ワークの重量の影響の少ないボールネジ駆動と異なり、リニアサーボではワークの重量が速度ループゲインに直接関係してくるので、速度ループゲインを従来のボールネジ駆動に比べて大きくしなければならないが、速度分解能が粗い場合、電流指令に速度分解能分のトルクリップルが発生し、実トルクにもリップルが発生するので、振動が発生し易くなり、位置ゲイン・速度ゲインを上げることができなかった。
【００１０】
さらに、回転型モータ用エンコーダにおいては１回転の分解能が１００万パルスのものも使用されるようになってきており、リニアサーボにおいて超高速・超加速度システム実現のためサーボ性能の向上が望まれていた。
【００１１】
図２４は、従来のリニアサーボシステムにおける磁極位置検出の位置関係を示す図である。図は固定子側を磁石、可動子側をコイルとした例を示したもので、固定子側に何らかの信号発生源を、可動子側にこの発生信号を受信する機構あるいは電気的な装置を設け、サーボ制御装置に伝達する。
固定子の磁極をａ，ｂ，ｃの３種のパルス信号を用いて可動子側で検出するもので、磁極位置検出の精度は図に示すように電気角３６０°を６分割した電気角６０°となる。ただし、この信号は位置のフィードバック用の信号とは別の信号である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来技術においては、速度フィードバック量Ｖ．ＦＢを位置フィードバック量Ｐ．ＦＢを微分して得ているので、速度分解能が粗くなるという問題点があった。
【００１３】
永久磁石を用いた同期型サーボモータでは、磁極の位置を検出する必要がある。回転型のモータでは、モータとこのモータの背後に取り付けるエンコーダ等の検出器との基準パルス位置を製造時に合せることにより、磁極位置が自動で検出できる。
しかし、リニアモータではモータとスケール（検出器）との距離が長く、またモータとスケールとが一体でないため、スケールの位置とモータの磁極とが一致せず、磁極検出用の特別な検出機構および回路が必要であるという問題点があった。さらに、磁極位置検出の精度が電気角６０°と粗いという問題点があった。
【００１４】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、磁極位置検出精度の高いリニアサーボシステムの磁極位置検出方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、リニアモータと、絶対位置データ、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する絶対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、電源投入時に、一定の電圧指令で直流励磁する段階と、停止した位置の絶対位置を基に磁極位置を作成する段階と、再び励磁し、右側および左側へ移動させる段階と、停止した位置の絶対位置を記憶する段階と、この記憶した右側移動時の絶対位置と左側移動時の絶対位置との中心を真の磁極位置として作成する段階と、を有するものである。
【００１６】
また、第２の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、上下軸として使用されるリニアモータと、このリニアモータを制動するブレーキと、絶対位置データ、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する絶対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、上下軸のブレーキはかけたままでブレーキの保持力よりも小さな励磁力の電圧指令による一定の直流励磁のパターンにより励磁を行なう段階と、ｑ軸電流の方向を確認し、下降方向の場合は、励磁相を逆転する段階と、を有するものである。
【００１７】
また、第３の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、リニアモータと、絶対位置データ、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する絶対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、一定の電圧指令で直流励磁を行ない、検出した相電流が規定値より大きい場合は、励磁用電圧指令を減少し、再度直流励磁を行なうようにするものである。
【００１８】
また、第４の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、リニアモータと、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する相対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、電源投入時に、一定の電圧指令で直流励磁する段階と、リニアモータの移動方向をチェックする段階と、停止した位置のインクリメンタルのカウント値を記憶する段階と、励磁パターンを変更し、異なる電圧指令で直流励磁する段階と、リニアモータの移動方向をチェックする段階と、リニアモータの移動方向が励磁パターン変更前のリニアモータの移動方向と反対方向であれば、前記記憶した停止位置を基に磁極位置を検出する段階と、また、リニアモータの移動方向が励磁パターン変更前のリニアモータの移動方向と同じであれば、停止位置のインクリメンタルのカウント値を記憶し、この記憶停止位置のインクリメンタルのカウント値を基に磁極位置を検出する段階と、を有するものである。
【００１９】
また、第５の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、リニアモータと、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する相対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、直流励磁により磁極基準位置を算出する段階と、往復運転を行ない、加減速に必要なピーク電流のバランスを見ながら基準位置を補正するする段階と、を有し、数回の加減速運転により収束した時点で、適正な磁極基準位置とすることを特徴とするものである。
【００２０】
さらに、第６の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、リニアモータと、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する相対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、直流励磁により磁極基準位置を算出する段階と、両方向に加減速する段階と、加減速時のピーク電流を測定する段階と、測定したこの加減速時のピーク電流を基準ピーク値とを比較する段階と、測定したこの加減速時のピーク電流が基準ピーク値より小さければ、前記磁極基準位置を磁極基準位置とする段階と、また、測定したこの加減速時のピーク電流が基準ピーク値より大きければ、前記磁極基準位置に定数を加算し、再度両方向に加減速する段階に戻す段階と、を有し、測定したこの加減速時のピーク電流が基準ピーク値より小さくなるまで、前記段階を繰り返すようにしたものである。
【発明の効果】
【００２１】
第１の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、リニアモータと、絶対位置データ、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する絶対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、電源投入時に、一定の電圧指令で直流励磁する段階と、停止した位置の絶対位置を基に磁極位置を作成する段階と、再び励磁し、右側および左側へ移動させる段階と、停止した位置の絶対位置を記憶する段階と、この記憶した右側移動時の絶対位置と左側移動時の絶対位置との中心を真の磁極位置として作成する段階と、を有するようにしたので、高精度な磁極位置検出ができる。
【００２２】
また、第２の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、上下軸として使用されるリニアモータと、このリニアモータを制動するブレーキと、絶対位置データ、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する絶対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、上下軸のブレーキはかけたままでブレーキの保持力よりも小さな励磁力の電圧指令による一定の直流励磁のパターンにより励磁を行なう段階と、ｑ軸電流の方向を確認し、下降方向の場合は、励磁相を逆転する段階と、を有するようにしたので、初期磁極位置調整の難しい上下軸についても容易に磁極位置の調整ができる。
【００２３】
また、第３の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、リニアモータと、絶対位置データ、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する絶対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、一定の電圧指令で直流励磁を行ない、検出した相電流が規定値より大きい場合は、励磁用電圧指令を減少し、再度直流励磁を行なうようにするようにしたので、初期磁極位置調整時にリニアモータを減磁から保護できる。
【００２４】
また、第４の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、リニアモータと、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する相対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、電源投入時に、一定の電圧指令で直流励磁する段階と、リニアモータの移動方向をチェックする段階と、停止した位置のインクリメンタルのカウント値を記憶する段階と、励磁パターンを変更し、異なる電圧指令で直流励磁する段階と、リニアモータの移動方向をチェックする段階と、リニアモータの移動方向が励磁パターン変更前のリニアモータの移動方向と反対方向であれば、前記記憶した停止位置を基に磁極位置を検出する段階と、また、リニアモータの移動方向が励磁パターン変更前のリニアモータの移動方向と同じであれば、停止位置のインクリメンタルのカウント値を記憶し、この記憶停止位置のインクリメンタルのカウント値を基に磁極位置を検出する段階と、を有するようにしたので、リニアモータを大きく動かさずに磁極位置検出ができる。
【００２５】
また、第５の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、リニアモータと、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する相対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、直流励磁により磁極基準位置を算出する段階と、往復運転を行ない、加減速に必要なピーク電流のバランスを見ながら基準位置を補正するする段階と、を有し、数回の加減速運転により収束した時点で、適正な磁極基準位置とするようにしたので、磁極基準位置の誤差を容易に補正できる。
【００２６】
さらに、第６の発明に係るリニアサーボシステムの磁極位置検出方法は、リニアモータと、位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスおよびアナログの正余弦波を出力する相対位置検出リニアスケールと、を備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出方法において、直流励磁により磁極基準位置を算出する段階と、両方向に加減速する段階と、加減速時のピーク電流を測定する段階と、測定したこの加減速時のピーク電流を基準ピーク値とを比較する段階と、測定したこの加減速時のピーク電流が基準ピーク値より小さければ、前記磁極基準位置を磁極基準位置とする段階と、また、測定したこの加減速時のピーク電流が基準ピーク値より大きければ、前記磁極基準位置に定数を加算し、再度両方向に加減速する段階に戻す段階と、を有し、測定したこの加減速時のピーク電流が基準ピーク値より小さくなるまで、前記段階を繰り返すようにしたので、磁極基準位置の誤差を容易に補正できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１であるアナログの正余弦波を内挿して速度フィードバック量を得るサーボ制御装置の制御ブロックを示す図である。
図において、１は機械位置を検出すると共にアナログの正余弦波原信号を出力するリニアスケール、３はアナログの正余弦波原信号を伝送するアナログ波伝送路、４は位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスを伝送するＡ，Ｂ相パルス伝送路、６はリニアモータ、１０はリニアモータ６およびリニアスケール１を搭載したリニアサーボ機械、１１は位置制御部、１２は速度制御部、１３は電流制御部、１４はアナログの正余弦波を内挿して速度フィードバック量を得る内挿／データ化手段である。
【００２８】
位置制御部１１、速度制御部１２、電流制御部１３を経てリニアモータ６に指令電圧が印加され、リニアモータ６が駆動されて、動いた位置がリニアスケール１によって検出される。
位置制御用の位置フィードバック量は、リニアスケール１から出力される位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスを使用し、速度制御用の速度フィードバック量は、リニアスケール１から出力されるアナログの正余弦波を内挿／データ化手段１４で内挿したデータを使用する。
【００２９】
図２はこの発明の実施の形態１であるサーボ制御装置のブロック図である。図において、１はリニアスケール、２はアナログの正余弦波を内挿し高分解能な速度検出を行なう速度検出手段、３はアナログ波伝送路、４はＡ，Ｂ相パルス伝送路、５は絶対位置データ伝送路、６はリニアモータ、７ａはリニアモータ６を位置制御するサーボ制御装置、８は位置指令をサーボ制御装置７に出力する数値制御装置、１０はリニアサーボ機械である。
【００３０】
次にフィードバック量の処理について説明する。
電源投入時に、絶対位置データ伝送路５で伝送される絶対位置データを読み込む。その後は、Ａ，Ｂ相パルス伝送路４で伝送されるインクリメンタル信号のＡ，Ｂ相パルス出力をカウントし、加算することにより、上述の電源投入時に絶対位置データ伝送路５で伝送された絶対位置を、更新して位置フィードバック量を演算する。
また、速度についてはアナログ波伝送路３で伝送されるアナログの正余弦波を速度検出手段２で内挿して速度フィードバック量を得る。
【００３１】
図３は、この発明の実施の形態１である内挿／データ化手段１４でアナログの正余弦波を内挿して速度フィードバック量を得るフローチャートである。
ステップＳ１０１で、アナログ正弦波／余弦波を同時サンプリングし、Ａ／Ｄ変換する。
ステップＳ１０２で、それぞれのオフセット補正データＳＩＮ（ＯＦ），ＣＯＳ（ＯＦ）
を除去したデータＳＩＮθ’，ＣＯＳθ ’を得る。
ステップＳ１０３で、振幅補正ゲインＳＩＮ（ＡＭ），ＣＯＳ（ＡＭ）をＳＩＮθ ’，ＣＯＳθ ’に乗算し、振幅差のない理想振幅の正弦波／余弦波ＳＩＮθ”，ＣＯＳθ”を得る。
ステップＳ１０４で、余弦波側を次式加法定理によりｒだけずらしてＳＩＮθ”，ＣＯＳθ”を基準にＣＯＳθ'''を得る。（ここで、ｒはＳＩＮθとのずれ角で、ＳＩＮθとＣＯＳθとの位相差が９０°からｒずれていることを示す。）
ＣＯＳθ'''＝ＣＯＳθ”・ＣＯＳｒ−ＳＩＮθ”・ＳＩＮｒ
ステップＳ１０５で、ＳＩＮθ”とＣＯＳθ'''とからｔａｎ−１θを演算する。
【００３２】
このｔａｎ−１θにより、１周期内角度θｎを算出し、前回までの速度累積位置Σθｎ−１に今回のθｎを加算し、今回の速度累積位置を算出する。
【００３３】
ここで、上述のフローチャートにより得られる速度フィードバック量の分解能を求める。例えば、Ａ，Ｂ相パルス出力の４逓倍後の分解能が１μｍに対しアナログ原信号の１周期が４０μｍで、８ビットＡ／Ｄコンバータを使用して内挿し、ｔａｎ−１θを求めた場合、９ビットの精度まで分割することが可能であり、４０／５１２＝０．０８０μｍの分解能となるので、従来の約１０倍の分解能が得られたことになる。
これは、回転型モータを使用した直結のボールネジ１０ｍｍの機械の場合と比較すると、１２万パルス／回転となる。
【００３４】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るサーボ制御装置のブロック図である。図において、１、３〜６、１０は、実施の形態１の図２と同様のものであり、その説明を省略する。７ｂはリニアモータ６を位置制御するサーボ制御装置、１５はアナログの正余弦波を内挿して高分解能な速度データを得ると共にこのデータをシリアルデータ化して、サーボ制御装置７ｂに伝送するリニアサーボＩ／Ｆ装置である。
前述の実施の形態１では、内挿／データ化手段１４を速度検出手段２としてサーボ制御装置７ａに内蔵した例を示したが、この実施の形態ではリニアサーボＩ／Ｆ装置１５でアナログの正余弦波を内挿して高分解能な速度データを得ると共にこのデータをシリアルデータ化して、サーボ制御装置７ｂに伝送するようにしたものである。
【００３５】
この実施の形態では、リニアサーボＩ／Ｆ装置１５によりアナログの正余弦波を内挿して高分解能な速度データを得ると共にこのデータをシリアルデータ化して、サーボ制御装置７ａに伝送するようにしたので、専用のサーボ制御装置を使用する図２と異なり、標準のサーボ制御装置を使用することができ、また、アナログ伝送路を短くすることができるので、信頼性の高い速度データを得ることができる。
【００３６】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係るサーボ制御装置の制御ブロック図である。図において、１、３、４、６、１０〜１４は、実施の形態１の図２と同様のものであり、その説明を省略する。１６は、内挿／データ化手段１４により算出された速度データとリニアスケール１から出力される位置信号としてのＡ，Ｂ相パルスをカウントした位置データとから位置データを合成する位置データ合成手段である。
【００３７】
図６は、この発明の実施の形態３に係る位置データ合成手段１６の位置データ合成方法を示すフローチャートである。
ステップＳ２０１で、アナログの正余弦波を内挿して高分解能な速度データＰｖを得る。ステップＳ２０２で、アナログの正余弦波のサンプリングと同時にサンプリングしたＡ，
Ｂ相パルス出力をカウントした位置データＰ．ＦＢを参照する。
ステップＳ２０３で、位置データＰ．ＦＢに基準誤差量Ｐｂｅを加算した位置補正データＰｃを得る。（ここで、基準誤差量Ｐｂｅは位置と速度とのデータ差であり、リニアスケールを初めて使用した時に測定し、予め不揮発性メモリ等に格納しておく。）
Ｐｃ＝Ｐ．ＦＢ＋Ｐｂｅ
ステップＳ２０４で、位置補正データＰｃと速度データＰｖとを重ね合わせ、この重ね合わせで発生する誤差をＰｅとする。（この場合の基準は、精度の高い速度側とする。）
続けて、位置補正データＰｃに誤差Ｐｅを加算して、高分解能の位置データＰｃ’を得る。
Ｐｅ＝Ｐｃ−Ｐｖ
（ただし、位置データＰ．ＦＢの１パルスを基準として、｜Ｐｅ｜≦１／２パルス）
Ｐｃ’＝Ｐｃ＋Ｐｅ
この位置データは、位置制御・速度制御毎に毎回作成し、位置情報・速度情報として使用する。
【００３８】
図７は、この発明の実施の形態３に係るサーボ制御装置の他の例を示すブロック図である。
図において、１、３、４、６、１０は、実施の形態１の図２と同様のものであり、その説明を省略する。７ｃはサーボ制御装置、１７はアナログの正余弦波を内挿して高分解能な速度データを得ると共に位置データ合成をする速度検出／位置データ合成手段である。内挿／データ化手段１４および位置データ合成手段１６を速度検出／位置データ合成手段１７としてサーボ制御装置７ｃに内蔵したものである。
【００３９】
図８は、この発明の一実施の形態に係るサーボ制御装置のブロック図である。
図において、１、３、４、６、１０は、実施の形態１の図１と同様のものであり、その説明を省略する。７ｄはサーボ制御装置、１８はアナログの正余弦波を内挿して高分解能な速度データを得、位置データ合成をすると共にこのデータをシリアルデータ化して、サーボ制御装置７ｄに伝送するリニアサーボＩ／Ｆ装置である。
【００４０】
リニアサーボＩ／Ｆ装置１８によりアナログの正余弦波を内挿して高分解能な速度データを得ると共に位置データ合成をし、このシリアルデータ化した位置データを、サーボ制御装置７ｄに伝送するようにしたので、専用のサーボ制御装置を使用する図７のサーボ制御装置７ｃと異なり、標準のサーボ制御装置を使用することができ、また、アナログ伝送路を短くすることができ、信頼性の高い位置データを得ることができる。
【００４１】
実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４に係る速度累積位置と位置累積位置との関係を示す図である。
速度データと位置データとを累積し、この累積値の差を常に監視し、この累積値の差が一定値を越えた場合にアラームとするものである。
【００４２】
実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５に係るサーボ制御装置のブロック図である。図において、１、３、４、６、１０は、実施の形態１の図１と同様のものであり、その説明を省略する。７ｅはサーボ制御装置、２１は温度サーマルなどのモータ情報用の伝送路、２２は機械情報用の伝送路、２３はリニアサーボＩ／Ｆ装置である。
【００４３】
リニアサーボＩ／Ｆ装置２３は，アナログの正余弦波を内挿して高分解能な速度データを得ると共に位置データ合成をする速度検出／位置データ合成手段を備え、位置データをシリアルデータ化して、サーボ制御装置７ｃに伝送すると共に、温度サーマルなどのモータ情報の入力部と機械情報の入力部とを備え、モータ情報および機械情報をシリアルデータ化して、サーボ制御装置７ｅに伝送する。
【００４４】
実施の形態６．
図１１は、この発明の実施の形態６に係るサーボ制御装置のブロック図である。
図において、１ａは絶対位置検出リニアスケール、６はリニアモータ、７ｆはサーボ制御装置、２４は機械負荷、２５は直流電圧指令可変手段である。リニアモータの磁極位置を検出するために行なう直流励磁は実機においては、機械負荷２５に応じて変化させる必要があり、直流電圧指令可変手段２５は、パラメータによりサーボ制御装置７ｆがリニアモータ６に印加する直流電圧指令を可変するので、常に適正な位置に停止させる。
【００４５】
図１２は、この発明の実施の形態６に係る直流電圧パターンをパラメータで可変に調整する場合の各相に印加する電圧指令の比を示した図である。図のＮＯ．１はＵ相にＭＡＸ電圧を加え、他のＶ相，Ｗ相にはその−１／２の電圧を加える例である。
直流励磁に対し、リニアモータ６は磁気的に吸引される位置で停止するが、機械によっては調整位置が制限される場合が想定され、図では３相のパターン６個の例を示したが、更に細かい角度レベルで任意に選べるようにして、なるべく少ない移動距離で停止できるようにしてもよい。
【００４６】
図１３は、この発明の実施の形態６に係る駆動時の磁極検出方法（初期調整時）を示すフローチャートである。
ステップＳ３０１で、同期型リニアサーボモータ（ＬＳＭ）の磁極位置を検出するために、モータをあるパターンの直流励磁をする。
ステップＳ３０２で、モータは直流励磁のパターンにより所定の電気角で停止するので、この位置における絶対位置カウンタを基準磁極位置（ＭＰＢＰ）として、サーボ制御装置あるいはその上位のコントローラに記憶する。
【００４７】
図１４は、この発明の実施の形態６に係る駆動時の磁極検出方法を示すフローチャートである。初期調整時に図１３に示す磁極検出を１回実行すれば、次回の電源投入時からは、以下のフローチャートにより、自動で磁極位置を検出する。
ステップＳ３１１で、電源投入時絶対位置カウンタ（ＡＢＳ０）を読み込む。
ステップＳ３１２で、初期調整時に記憶した基準磁極位置（ＭＰＢＰ）とサーボパラメータのリニアスケール分解能（ＳＫＰ（ｐ／ｍｍ））、磁極ピッチ（ＭＰＩＴ（ｍｍ））を基に、次式により現在のモータ電気角θを得る。
Ａ＝余り（（ＡＢＳ０−ＭＰＢＰ）／（ＳＫＰ＊ＭＰＩＴ））
θ＝（Ａ＊３６０）／（ＳＫＰ＊ＭＰＩＴ）
ステップＳ３１３で、モータ電気角θを使用して電流制御を行なう。
【００４８】
実施の形態７．
図１５は、この発明の実施の形態７に係る駆動時の磁極検出方法（初期調整時）を示すフローチャートである。
ステップＳ３２１で、自動で一定の直流励磁のパターンにより励磁を行なう。
ステップＳ３２２で、停止位置の絶対位置（ＭＰＢＰ０）を記憶する。
ステップＳ３２３で、上述の図１４のフローチャートにより絶対位置（ＭＰＢＰ０）を基に作成された磁極位置から、モータを例えば左側へ電気角で３０°程度ずらした位置に移動した後、再び励磁し停止した位置の絶対位置（ＭＰＢＰＬ）を記憶する。
ステップＳ３２４で、モータを右側（ステップＳ３２３と逆方向）へ電気角で３０°程度ずらした位置に移動した後、再び励磁し停止した位置の絶対位置（ＭＰＢＰＲ）を記憶する。
ステップＳ３２５で、ステップＳ３２３で記憶した絶対位置（ＭＰＢＰＬ）とステップＳ３２４で記憶した絶対位置（ＭＰＢＰＲ）との中心を真の磁極位置とする。
真の磁極位置  ＭＰＢＰ＝（ＭＰＢＰＬ＋ＭＰＢＰＲ）／２
【００４９】
実施の形態８．
図１６は、この発明の実施の形態８に係る上下軸の駆動時の磁極検出方法（初期調整時）を示すフローチャートである。
ステップＳ３３１で、上下軸のブレーキはかけたままとする。
ステップＳ３３２で、ブレーキの保持力よりも小さな励磁力の電圧指令Ｖｐによる一定の直流励磁のパターンにより励磁を行なう。
ステップＳ３３３で、ｑ軸電流の方向を確認し、この方向が上昇方向の場合はステップＳ３３５に進む。
ｑ軸電流の方向が下降方向の場合は、ステップＳ３３４で励磁相を逆転する。ステップＳ３３５で、電圧指令Ｖｐを徐々に大きくし、動き出すのを確認した後、ブレーキを解除する。
ステップＳ３３６で、停止位置の絶対位置（ＭＰＢＰＰ）を記憶する。
【００５０】
以後の処理は、上述の図１３、図１４により電流制御を行なう。この実施の形態では、重力が影響する上下軸などでブレーキをかけながら直流励磁パターンを決定し、初期調整時には必ず上方向に移動して停止する。
【００５１】
実施の形態９．
図１７は、この発明の実施の形態９に係る駆動時の磁極検出方法（初期調整時）を示すフローチャートである。
ステップＳ３４１で、一定の電圧指令Ｖｐで直流励磁する。
ステップＳ３４２で、相電流を検出する。
Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ））
ステップＳ３４３で、検出した相電流を規定値と比較する。
検出した相電流が規定値より大きい場合は、ステップＳ３４４で電圧指令Ｖｐを減少し、ステップＳ３４３に戻る。検出した相電流が規定値より小さい場合は、ステップＳ３４５で停止位置の絶対位置（ＭＰＢＰ）を記憶する。
【００５２】
以後の処理は、上述の図１３、図１４により電流制御を行なう。この実施の形態では、初期調整時の相電流を監視し、過大な電流が検出された場合には励磁用電圧指令を小さく絞って、モータを減磁から保護する。
【００５３】
実施の形態１０．
図１８は、この発明の実施の形態１０に係る相対位置検出リニアスケールを使用した場合の磁極検出方法を示すフローチャートである。
ステップＳ４０１で、サーボ制御装置の電源を投入する。
ステップＳ４０２で、一定の電圧指令Ｖｐで直流励磁する。
ステップＳ４０３で、停止位置のインクリメンタルのカウント値（ＭＰＯＳ）を記憶する。
ステップＳ４０４で、リニアスケール分解能（ＳＫＰ（ｐ／ｍｍ））と磁極ピッチ（ＭＰＩＴ（ｍｍ））と停止位置のインクリメンタルのカウント値（ＭＰＯＳ）と現在のフィードバックカウンタ位置ＭＰＡＭとを基に、次式により現在のモータ電気角θを得る。
Ａ＝余り（（ＭＰＡＭ−ＭＰＯＳ）／（ＳＫＰ＊ＭＰＩＴ））
θ＝（Ａ＊３６０）／（ＳＫＰ＊ＭＰＩＴ）
ステップＳ４０５で、モータ電気角θを使用して電流制御を行なう。
【００５４】
図１９は、この発明の実施の形態１０に係る相対位置検出リニアスケールを使用した場合の磁極検出方法の別の例を示すフローチャートである。上述の図１８では、一定の電圧指令での直流励磁の例を示したが、図１９は直流励磁のパターンを自動で変化させ、磁極検出をするものである。
ステップＳ４１１で、一定の電圧指令Ｖｐ1で直流励磁する。
ステップＳ４１２で、モータの動き出す方向をチェックする。このフローチャートでは、最初に左側へ動いたかチェックする例で以下説明する。モータの動き出す方向が左側の場合、ステップＳ４１８へ進む。
【００５５】
モータの動き出す方向が右側の場合、ステップＳ４１３で、停止した位置を記憶し、電圧指令Ｖｐ6の励磁パターンに変更する。
ステップＳ４１４で、左側に移動したかチェックし、左側に移動した場合、この位置を記憶し、ステップＳ４２１へ進む。
右側に移動した場合、ステップＳ４１５で、停止した位置を記憶し、電圧指令Ｖｐ5の励磁パターンに変更する。
ステップＳ４１６で、左側に移動したかチェックし、左側に移動した場合、この位置を記憶し、ステップＳ４２１へ進む。
右側に移動した場合、ステップＳ４１５で、電圧指令Ｖｐ4の励磁パターンに変更し、停止した位置を記憶し、ステップＳ４２１へ進む。
【００５６】
ステップＳ４１２のチェックで、モータの動き出す方向が左側の場合、ステップＳ４１８で、停止した位置を記憶し、電圧指令Ｖｐ2の励磁パターンに変更する。
ステップＳ４１９で、左側に移動かチェックし、右側に移動した場合、この位置を記憶し、ステップＳ４２１へ進む。
左側に移動した場合、ステップＳ４２０で、電圧指令Ｖｐ3の励磁パターンに変更し、停止した位置を記憶し、ステップＳ４２１へ進む。
【００５７】
ステップＳ４２１では、記憶した位置と最終励磁パターンにより、磁極位置ＭＰＢＰを算出する。
以降、上述の図１８のステップＳ４０４、ステップＳ４０５と同様に、モータ電気角θを算出して電流制御を行なう。
この実施の形態では、励磁パターンを自動で変化させながら一番近い位置で、磁極位置を検出するものである。
【００５８】
実施の形態１１．
図２０は、この発明の実施の形態１１に係る相対位置検出リニアスケールを使用した場合の磁極調整時の最終微調の状況を示す図である。
直流励磁により調整された磁極位置は、機械負荷などにより微小なずれを持っている可能性がある。そこで、磁極調整の最後に往復運転を数回行ない、加減速に必要なピーク電流のバランスを見ながら基準位置を補正する。
図のように、モータ早送り加速時の電流が左方向１００％で右方向９０％と１０％のずれがある場合、磁極基準位置ＭＰＢＰを以下の式で算出し、
ＭＰＢＰ＝ＭＰＢＰ＋（Ａ−Ｂ）＊Ｋｃ
（ここで、ＫｃはＭＰＢＰ調整用比例定数）
再び加減速を行なう。数回の加減速運転により収束した時点で、適正なＭＰＢＰとする。
【００５９】
実施の形態１２．
図２１は、この発明の実施の形態１２に係る相対位置検出リニアスケールを使用した場合の磁極調整時の最終微調を示すフローチャートである。
ステップＳ５０１で、両方向に加減速する。
ステップＳ５０２で、加減速時のＩｄｍａｘを測定する。
ステップＳ５０３で、Ｉｄｍａｘと基準ピーク値Ｉｐｄｍａｘとを比較し、Ｉｄｍａｘが基準ピーク値Ｉｐｄｍａｘより小さければ、現状の磁極基準位置ＭＰＢＰでＯＫとする。
Ｉｄｍａｘが基準ピーク値Ｉｐｄｍａｘより大きければ、ステップＳ５０４で、磁極基準位置ＭＰＢＰに定数ｋを加算し、ステップＳ５０１に戻る。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
この発明のリニアサーボシステムの磁極位置検出方法によれば、リニアモータとリニアスケールとを備えたリニアサーボシステムの磁極位置検出の高精度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明の一実施の形態１であるアナログの正余弦波を内挿して速度フィードバック量を得るサーボ制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１であるサーボ制御装置のブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１である内挿／データ化手段１４でアナログの正余弦波を内挿して速度フィードバック量を得るフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２に係るサーボ制御装置のブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係るサーボ制御装置の制御ブロック図である。
【図６】この発明の一実施の形態３に係る位置データ合成手段１６の位置データ合成方法を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態３に係るサーボ制御装置の他の例を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係るサーボ制御装置の異なる他の例を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る速度累積位置と位置累積位置との関係を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態５に係るサーボ制御装置のブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態６に係るサーボ制御装置のブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態６に係る直流電圧パターンをパラメータで可変に調整する場合の各相に印可する電圧指令の比を示した図である。
【図１３】この発明の実施の形態６に係る駆動時の磁極検出方法（初期調整時）を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態６に係る駆動時の磁極検出方法を示すフローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態７に係る駆動時の磁極検出方法（初期調整時）を示すフローチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態８に係る上下軸の駆動時の磁極検出方法（初期調整時）を示すフローチャートである。
【図１７】この発明の実施の形態９に係る駆動時の磁極検出方法（初期調整時）を示すフローチャートである。
【図１８】この発明の実施の形態１０に係る相対位置検出リニアスケールを使用した場合の磁極検出方法の他の例を示すフローチャートである。
【図１９】この発明の実施の形態１０に係る相対位置検出リニアスケールを使用した場合の磁極検出方法を示すフローチャートである。
【図２０】この発明の実施の形態１１に係る相対位置検出リニアスケールを使用した場合の磁極調整時の最終微調の状況を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態１２に係る相対位置検出リニアスケールを使用した場合の磁極調整時の最終微調を示すフローチャートである。
【図２２】従来のリニアサーボ制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図２３】外乱補正を含む従来のリニアサーボ制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図２４】従来のリニアサーボシステムにおける磁極位置検出の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  リニアスケール
２  速度検出手段
３  アナログ波伝送路
４Ａ  Ｂ相パルス伝送路
５  絶対位置データ伝送路
６  リニアモータ
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ  サーボ制御装置
８  数値制御装置
１０  リニアサーボ機械
１１  位置制御手段
１２  速度制御手段
１３  電流制御手段
１４  内挿／データ化手段
１５  リニアサーボＩ／Ｆ装置
１６  位置データ合成手段
１７  速度検出／位置データ合成手段
１８  サーボ制御装置
２１  モータ情報用の伝送路
２２  機械情報用の伝送路
２３  リニアサーボＩ／Ｆ装置
２４  機械負荷
２５  直流電圧指令可変手段
【図１】
2006136200.tif 000003
【図２】
2006136200.tif 000004
【図３】
2006136200.tif 000005
【図４】
2006136200.tif 000006
【図５】
2006136200.tif 000007
【図６】
2006136200.tif 000008
【図７】
2006136200.tif 000009
【図８】
2006136200.tif 000010
【図９】
2006136200.tif 000011
【図１０】
2006136200.tif 000012
【図１１】
2006136200.tif 000013
【図１２】
2006136200.tif 000014
【図１３】
2006136200.tif 000015
【図１４】
2006136200.tif 000016
【図１５】
2006136200.tif 000017
【図１６】
2006136200.tif 000018
【図１７】
2006136200.tif 000019
【図１８】
2006136200.tif 000020
【図１９】
2006136200.tif 000021
【図２０】
2006136200.tif 000022
【図２１】
2006136200.tif 000023
【図２２】
2006136200.tif 000024
【図２３】
2006136200.tif 000025
【図２４】
2006136200.tif 000026