(57)【要約】【課題】  アクチュエータの温度が変化した場合であっても、高速かつ高精度に移動体を位置決めすることができる移動体の位置決め装置及びこのような移動体の位置決め制御装置により移動体の位置を制御するレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】  電流制御回路の内部パラメータ推定器１７は、電流制御回路７がロータリ・アクチュエータ１のコイル１ｃに印加するコイル印加電圧信号Ｖｄと電流検出信号ｉｄとから推定トルク定数１８と推定コイル抵抗１９を求める。そして、温度推定器２０により、推定コイル抵抗値１９からコイル１ｃの温度を推定し、ねじり振動周波数の修正量ΔΩ１を求めてねじり振動周波数Ω１を補正すると共に、推定トルク定数１８を用いてループゲイン１０の値を修正する。【選択図】図１
2006134253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータの駆動電流を制御する電流制御回路と前記アクチュエータによって駆動される移動体の位置を検出する位置センサとを備える移動体の位置決め制御装置において、
前記アクチュエータの内部温度を推定する推定手段と、
前記推定手段によって推定された前記アクチュエータの内部温度に基づいて前記駆動電流を補正する補正手段と、
を設けたことを特徴とする移動体の位置決め制御装置。
【請求項２】
前記推定手段によって推定される前記内部温度は、前記アクチュエータのコイルまたは／およびマグネットの温度であることを特徴とする請求項１に記載の移動体の位置決め制御装置。
【請求項３】
前記推定手段によって推定された前記内部温度に基づいて推定される対象が前記アクチュエータのトルク定数または／および前記アクチュエータによって駆動される回転軸のねじり振動周波数であることを特徴とする請求項１または２に記載の移動体の位置決め制御装置。
【請求項４】
前記移動体がガルバノミラーであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の移動体の位置決め制御装置。
【請求項５】
レーザ出力手段と、
前記レーザ出力手段から出力されたレーザを位置決めするガルバノミラーと、
請求項４記載の移動体の位置決め制御装置と、
を備えたレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、指定された目標値に移動体を追従させるため、移動体の位置を検出しながら移動体の位置を制御する移動体の位置決め制御装置及びこのような移動体の位置決め制御装置により移動体の位置を制御するレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体の高速・高精度な位置決め装置は、精密工作機械、コンピュータ用ストレージ装置、半導体製造装置等、産業上広く利用されている。例えば、プリント配線板の製造工程において穴明け加工を行うレーザ加工装置では、被加工物の複数の加工位置にレーザ光を次々と照射するためのレーザ光位置決め制御装置が必要であり、高い加工スループットと高精度な加工を実現するためにガルバノミラー制御装置が多く用いられている。
【０００３】
レーザ加工装置は通常、階層的な制御構造を有する数値制御（ＮＣ）装置であり、ガルバノミラー制御装置はその最下位の階層に含まれる。上位階層の制御装置（以下、「上位制御」と呼ぶ）では、プリント配線板のＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）データに基づき、高いスループットを実現するように加工順序が最適化され、穴位置座標が加工される順番でＮＣプログラムに記述される。
【０００４】
このようなＮＣプログラムは事前に作られており、加工が始まると、上位制御はプログラム中の穴位置座標を次々と座標変換し、ガルバノミラー制御装置に対して時系列的な角度指令データを送信する。穴を真円に加工するには、ガルバノミラーが角度指令データで指令された角度で静止したあとにレーザ光を照射する必要があるため、角度指令データの送信とレーザ光の照射制御は、上位制御の内部で同期を取って行われる。
【０００５】
ガルバノミラー制御装置の主な構成要素は、移動体であるガルバノミラー、ガルバノミラーの位置すなわち角度を最大約±１５°の範囲で変えるロータリ・アクチュエータ及びガルバノミラーの角度をフィードバックする制御回路である。
【０００６】
ロータリ・アクチュエータとしては電磁気的な原理で駆動トルクを発生する電磁アクチュエータが多く用いられており、ガルバノミラーは支持体であるロータリ・アクチュエータの回転軸に固定されている。この回転軸には、ガルバノミラーのほかにセンサや可動コイルまたは可動磁石が取り付けられている。
【０００７】
ガルバノミラーの回転角度はセンサにより検出され、角度検出データはフィードバック制御回路に送られる。フィードバック制御回路はオペアンプからなるアナログ制御あるいはマイクロ・プロセッサとプログラムを合わせたディジタル制御ファームウェアにより実現されている。ガルバノミラーの１回の位置決めは角度ストロークで、０．０１°のオーダーから約３０°までバリエーションがあり、位置決め時間は１ｍｓ未満から数ｍｓである。
【０００８】
ガルバノミラー制御装置は、１つの角度指令データをステップ入力信号として受信し、１回の位置決め動作を行う。すなわち、受信した１つの角度指令データに基づいて、ガルバノミラーを回転させる。ガルバノミラーが回転動作を開始すると、ミラー角度を角度指令データに誤差なく一致させるための積分補償が働く。この補償では、角度指令データから角度検出データを引き算した値、すなわち追従誤差信号を時間積分する。さらに、ガルバノミラー制御装置のフィードバック・ループが安定に動作するには、一巡伝達関数の位相余有やゲイン余有を十分大きくする必要がある。このため、角度検出データを微分したり、いわゆる状態オブザーバを用いることで、角速度信号による安定化補償や位相進み補償が作用する。これらの制御方式はフィードバック制御理論の基本として、良く知られている（非特許文献１）。
【０００９】
また、ガルバノミラーの位置決め時間を短縮するために、フィードバック・ループを広帯域化する技術が使われている。すなわち、前述の電磁アクチュエータでは、回転軸に取り付けられたガルバノミラーやセンサ等が慣性負荷として作用するので、高速動作では軸ねじり振動を発生することがある。通常、数ｋＨｚ以上の領域に複数のねじり振動モードが存在するので、振動モードの安定化補償器によってフィードバック・ループを広帯域化している。このねじり振動安定化補償器はねじり振動モードの状態量を推定してフィードバックする（特許文献１、２）。
【００１０】
以下、特許文献２に基づく技術について説明する。
【００１１】
図７は従来のガルバノミラー制御装置のブロック線図である。
【００１２】
このガルバノミラー制御装置は、図示を省略するマイクロプロセッサを用いたディジタル制御ファームウェアで実現されており、積分補償器２、比例補償器３、速度オブザーバ４、ねじり振動安定化補償器５およびループゲイン１０に関する処理は、上記マイクロ・プロセッサが実行するプログラムの一部に記述されている。そして、上記処理演算は、一定サンプル周期の離散的な時刻（以下、「離散的時刻」と呼ぶ）毎に実行される。
【００１３】
ロータリ・アクチュエータ１の回転軸には、図示を省略する１個のガルバノミラーが取り付けられている。このガルバノミラーの角度（すなわちロータリ・アクチュエータ１の回転軸の回転角度）がこの制御装置の制御量信号１１である。また、ロータリ・アクチュエータ１に内蔵された図示を省略するロータリ・エンコーダは離散的時刻毎に角度検出データ９を出力する。そして、ガルバノミラーやロータリ・エンコーダを保持するロータリ・アクチュエータ１の回転軸には１つ以上のねじり振動モードが存在し、図示の場合は一次のねじり振動モードを補償するように構成されている。
【００１４】
ロータリ・アクチュエータ１の駆動電流を制御する電流制御回路７から出力された電流検出信号ｉｄは、速度オブザーバ４とねじり振動安定化補償器（ねじり一次補償回路）５に入力される。
【００１５】
次に、従来のガルバノミラー制御装置の動作を説明する。
【００１６】
図８は、従来のガルバノミラー制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００１７】
タイマー割り込みが発生すると（スタート）、上位の制御装置から送信される時系列的な角度指令データ８を受信し、角度検出データ９を取り込む（手順Ｓ１０、２０）。そして、定常状態における偏差信号の値を０にするため、角度指令８と角度検出データ９の偏差信号（追従誤差信号）を演算し、積分補償器２で積分する（手順Ｓ３０、４０）。また、このサーボ機構の安定性を保つため、比例補償器３、速度オブザーバ４およびねじり振動安定化補償器５によりそれぞれ補償値を演算する（手順Ｓ５０、６０、７０）。なお、比例補償器３は角度検出データ９に比例ゲインを係数倍する。また、速度オブザーバ４はミラーの角速度の推定値を演算する。また、ねじり振動安定化補償器５はねじり振動モードの角変位と角速度の状態推定量を演算する。
【００１８】
そして、手順Ｓ４０の出力値から手順Ｓ５０〜７０で得られた出力値を減算し、その結果を係数倍（ループゲイン演算）して（手順Ｓ８０）、その結果をＤ／Ａ変換器６を介しアナログ信号として電流制御回路７に入力する（手順Ｓ９０）。
【００１９】
電流制御回路７はロータリ・アクチュエータ１に対し、入力信号に応じた駆動電流を供給する。
【００２０】
また、モータの固有振動に対しては角度指令データにフィルタ処理を行い、残留振動を抑制するものもある。（特許文献３）
そしてこれらの方式を上述の積分補償や位相進み補償を組み合わせて、フィードバック・ループが構成される。フィードバック・ループの特性は、１回の位置決め時間に要する時間（位置決め時間）が目標仕様を満たし、かつ目標角度近傍での過渡応答（セトリング応答）に含まれるオーバーシュートや残留ねじり振動が許容範囲以内に収まるように調整される。
【００２１】
ところで、高速で位置決めを行う場合、目標位置到達までの加速時及び等速または加速状態から目標位置への減速時に大電流が必要となり、コイルは発熱して温度上昇しコイル抵抗値は増加する。
【００２２】
保磁力の高いマグネットは一般的に温度変化による特性の変化が著しく、環境温度の変化及び自己発熱等によりトルク定数は大幅に変化する。このため、マグネットの温度が上昇すると、セトリング応答のオーバーシュートが増大し、位置決め時間の増大を引き起こす。また、温度上昇によりねじり振動モードの周波数が変化するため、ねじり振動安定化補償器５で設定された周波数との間に誤差が生じ、残留ねじり振動となって穴加工位置精度が悪くなることが考えられる。
【００２３】
このように自己発熱等による温度の変化は、多くの精密位置決め制御装置に起こり得ることであり、例えばハードディスク装置においては、所望のトラックに位置決め（フォロイング）中のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）端子間電圧とＶＣＭ電流をＶＣＭ端子間電圧検出回路とＶＣＭ電流検出回路で測定し、アナログデジタル（ＡＤ）変換器を介してドライブ制御部に取り込みコイル抵抗値を算出することで自己発熱等によるアクチュエータ内部の温度推定して、ループゲインを修正し（特許文献４）、あるいは、ＶＣＭに一定時間電圧を加えてＶＣＭに流れる電流を検出し、この電流値から算出したＶＣＭ内部の温度と温度センサにより検出したアクチュエータ近傍の環境温度とを用いて、ＶＣＭから温度検出手段に至る熱勾配を考慮して磁性体の温度を算出し、温度変化による磁気回路特性が変化した場合には電気系の伝達特性のゲインを変化させて修正する（特許文献５）。
【００２４】
また、車両に搭載される電動パワーステアリングシステムにおいては、温度センサとモータ電流によって温度を推定し、推定された温度からモータ回路抵抗の誤差及びモータ定数の誤差の両方を累積して補正するための１つあるいは複数の条件付積分器を設けたものもある（特許文献６）。
【特許文献１】特開２００２−４０３５７号公報
【特許文献２】特開２００２−４０３５８号公報
【特許文献３】特開２００３−４３４０４号公報
【特許文献４】特開２００２−３６７３０７号公報
【特許文献５】特許第３３５８２７１５号
【特許文献６】特開２００３−１１６２９１号公報
【非特許文献１】片山  徹著「フィードバック制御の基礎」、朝倉書店、１９８７年  ５月２０日、６章〜７章
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
ねじり振動周波数がほとんど変化しない場合、特許文献１〜３の技術によりガルバノミラーのねじり振動を抑制することができる。
【００２６】
しかし、自己発熱等によりアクチュエータの温度が変化するとそれに伴なってねじり振動周波数も変化するが、特許文献１〜３には、ねじり振動周波数が変化する場合に対してねじり振動を抑制する手段は示されていない。
【００２７】
また、レーザ加工装置のスループットを向上するためには、ガルバノミラーがセトリング応答振幅の許容範囲に入った直後にレーザ光の照射を行い、次の位置決め動作に移ることが必要になる。
【００２８】
しかし、特許文献１〜３にはアクチュエータの温度変化に伴なうセトリング応答の特性変化に対応する手段が示されていない。このため、位置決め精度が低下し、角度指令パターンのステップ信号の時間間隔（以下、「指令インターバル」と呼ぶ）を短縮することができない。
【００２９】
また、ハードディスク装置の場合、目標データトラックの中心に対する磁気ヘッドの位置ずれ量が制御量であり、制御モードを高精度位置決めモードに切り替えた後の目標値は常に一定値ゼロであるので、フォロイング中にコイル抵抗値を演算により求めることができる。
【００３０】
これに対して、ガルバノミラー制御装置の場合、目標値となる角度指令パターンがステップ信号的に次々と変化するので、上記演算手法を用いることは困難である。
【００３１】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、アクチュエータの温度が変化した場合であっても、高速かつ高精度に移動体を位置決めすることができる移動体の位置決め装置及びこのような移動体の位置決め制御装置により移動体の位置を制御するレーザ加工装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本願発明者は、従来のガルバノミラー制御装置によりガルバノミラーを制御した場合に発生するガルバノミラーのオーバーシュートや振動的なセトリング応答が、アクチュエータの自己発熱に伴う温度変化に起因するトルク定数の変化とねじり振動モードにおける周波数の変化の影響であることを見出した。
【００３３】
上記の知見に基づき、本発明の第１の手段は、アクチュエータの駆動電流を制御する電流制御回路とアクチュエータによって駆動される移動体の位置を検出する位置センサとを備える移動体の位置決め制御装置において、前記アクチュエータの内部温度の推定手段と、前記内部温度の推定手段によって推定された前記アクチュエータの内部温度に基づいて前記駆動電流を補正する補正手段と、を設けたことを特徴とする。
【００３４】
また、本発明の第２の手段は、レーザ出力手段から出力されたレーザをガルバノミラーにより位置決めするようにしたレーザ加工装置において、ガルバノミラーを移動体をとする移動体を位置決め制御装置により前記ガルバノミラーの角度を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、アクチュエータ内部の温度上昇によるトルク定数とねじり振動周波数の変化を直ちに修正することができるので、移動体の位置決め精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明をガルバノミラー制御装置に適用する場合について説明する。
【００３７】
図１は、本発明の実施形態に係るガルバノミラー制御装置のブロック線図であり、図７と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３８】
このガルバノミラー制御装置は、図示を省略するマイクロプロセッサを用いたディジタル制御ファームウェアで実現されており、積分補償器２、比例補償器３、速度オブザーバ４、ねじり振動安定化補償器５、ループゲイン１０、電流制御回路の内部パラメータ推定器１７、温度推定器２０およびねじり振動周波数温度依存性テーブル１２に関する処理は、上記マイクロ・プロセッサが実行するプログラムの一部に記述されている。そして、上記処理は散的時刻毎に実行される。
【００３９】
ねじり振動安定化補償器５にはサーボパラメータとして予め基準となるねじり振動周波数が設定されており、ねじり振動周波数温度依存性テーブル１２から出力されるねじり振動周波数の修正量から、ねじり振動周波数の設定値を現在のコイル温度に応じて修正する。なお、ねじり振動安定化補償器５は、特許文献１、２の技術をマイクロプロセッサで実現するために離散化されている。
【００４０】
ループゲイン１０は電流制御回路の内部パラメータ推定器１７から出力される推定トルク定数１８に応じて操作量２１を増幅する係数が補正される。
【００４１】
ＡＤ変換器１３は、電流制御回路７におけるコイル印加電圧信号Ｖａをディジタル値信号Ｖｄに変換する。
【００４２】
ＡＤ変換器１５は、電流制御回路７から出力された駆動電流に対応する電流検出信号ｉａをディジタル値信号ｉｄに変換する。
【００４３】
ＡＤ変換器１３とＡＤ変換器１５から出力されたディジタル値信号Ｖｄ、ｉｄは、電流制御回路の内部パラメータ推定器１７に入力される。
【００４４】
電流制御回路の内部パラメータ推定器１７はサンプリング周期毎に推定した内部パラメータである推定トルク定数１８と推定コイル抵抗値１９を出力する。
【００４５】
温度推定器２０は入力された推定コイル抵抗値１９から現在のコイル内部温度を推定し、ねじり振動周波数温度依存性テーブル１２にコイル内部温度を入力する。
【００４６】
電流制御回路７についてさらに説明する。
【００４７】
図２は図１における電流制御回路７の回路図である。
【００４８】
図中点線で囲んで示すロータリ・アクチュエータ１のコイル１ｃのインダクタンスの値はＬｃ、抵抗の値はＲｃである。
【００４９】
抵抗５１、抵抗５２、抵抗７８およびオペアンプ５３からなる減算回路は、電流指令３９と電流検出信号ｉａとの差を演算する。
【００５０】
抵抗５４、抵抗５５およびオペアンプ５６からなる増幅回路は、オペアンプ５３の出力を係数倍する。
【００５１】
抵抗５７、コンデンサ５８、抵抗５９、コンデンサ６０およびオペアンプ６１からなる第１のパワーアンプから出力されるパワーアンプ出力電圧７９はコイル１ｃの一端に印加される。また、抵抗６４、コンデンサ６５、抵抗６６、コンデンサ６３およびオペアンプ６２からなる第２のパワーアンプから出力されるパワーアンプ出力電圧８０はコイル１ｃの他端に印加される。パワーアンプ出力電圧８０の電圧はパワーアンプ出力電圧７９と符号が逆であり、コイル１ｃの両端にはパワーアンプ出力電圧７９からパワーアンプ出力電圧８０を差し引いたコイル印加電圧信号Ｖａが印加される。
【００５２】
電流センサ６９はコイル１ｃに流れる電流を検出する。
【００５３】
抵抗７０、オペアンプ７１、抵抗７２、抵抗７３、抵抗７４、コンデンサ７５、抵抗７６およびオペアンプ７７からなる電流検出回路は、電流センサ６９によって検出された電流を電圧信号に変換する。この電流検出信号回路の出力が電流検出信号ｉａとなる。
【００５４】
図３は図２をブロック線図としたものである。
【００５５】
なお、メカ特性は２次系の特性であるとして構成されている。
ゲイン９０は電流指令３９と電流検出信号ｉａの引き算からコイル印加電圧信号Ｖａまでの回路抵抗値で求まるゲインである。伝達関数９１は、インダクタンスＬｃとコイル抵抗Ｒｃの直列接続に対するコイル印加電圧信号Ｖａから電流検出信号ｉａまでの伝達特性である。また、トルク定数Ｋｔ、慣性モーメントＪｃ、ゲイン９４、ゲイン９５、積分器９６、積分器９７は２次系の特性の構成要素である。この２次系の特性における積分器９６の出力に対して、逆起電力係数Ｋｂを掛けたものを逆起電力として、コイル印加電圧信号Ｖａに付加する。
【００５６】
電流検出ゲインＫｉｄはコイルに流れる電流から電流検出信号ｉａまでの特性である。
【００５７】
図２におけるコイル印加電圧信号Ｖａから電流検出信号ｉａまでの伝達関数は、Ｊｃを慣性モーメント、ωをロータリ・アクチュエータの折れ点周波数、ζを減衰係数とすると、式１で表される。
【数１】
2006134253.tif 000003
【００５８】
式１より、コイル印加電圧信号Ｖａから電流検出信号ｉａまでの伝達関数は３次で表されることが分かる。
【００５９】
この実施形態では、式１の伝達関数の係数を推定することにより、コイル内部温度を推定する。
【００６０】
次に、電流制御回路の内部パラメータ推定器１７が式１で表される伝達関数の係数を推定する手順について説明する。
【００６１】
式１を構成する電流制御回路の内部パラメータをマイクロプロセッサで推定するには、連続時間系から離散時間系に変換する必要がある。
【００６２】
連続時間系から離散時間系に変換する手段として双一次変換等があるが、高次数になるほど連続時間系との係数の対応が困難になる。
【００６３】
そこで、この実施形態では、電流制御回路モデルとして、コイル印加電圧信号Ｖｄを入力、電流検出信号ｉｄを出力とするデルタオペレータを用いた３次のＡＲＸ（ａｕｔｏ−ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ  ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ）モデルを採用する。
【００６４】
デルタオペレータ演算子δは連続時間系を離散時間系に変換する変換手段の一つであり、双一次変換等に比べてサンプリング周波数Ｔｓが短いほどラプラス演算子ｓと整合性が高くなるという利点があり、式１の伝達関数の各係数と同定された係数はそれぞれに対応する。
【００６５】
ここで、デルタオペレータの定義について説明する。サンプリング周期をＴｓとするとデルタオペレータを表す記号δは式２で表される。
【数２】
2006134253.tif 000004
【００６６】
式２におけるｚは、離散時間系モデルにおけるサンプリング周期Ｔｓに対する前進差分演算子を表すので、演算子δの持つ意味は式３で表される微分演算を行うことと同じになる。
【数３】
2006134253.tif 000005
【００６７】
ただし、
ｉ：離散的時刻を表すインデクス
ｆ（ｉ）：ある関数
ｆ’（ｉ）：ある関数ｆ（ｉ）の微分
である。
【００６８】
このデルタオペレータを用いて、単一入出力連続時間システムをサンプリング周期Ｔｓで離散化した場合の伝達関数は、式５、式６を用いて式４で表される。
【数４】
2006134253.tif 000006
【００６９】
ただし、
ｕν（ｉ）：離散的時刻のコイル印加電圧信号
ｙｉ（ｉ）：離散的時刻の電流検出信号
ε（ｉ）：離散的時刻の観測ノイズを含む誤差
である。
【００７０】
ここで、θとφ（ｉ）を式７、式８の右辺で表すと、式４は式９で表される。
【数５】
2006134253.tif 000007
【００７１】
パラメータ同定はこの分母、分子の式の各係数ベクトルである式７のθを求めることを意味する。
【００７２】
したがって、φ（ｉ）を得ることができれば、式９から伝達関数の各係数を算出することができるが、φ（ｉ）の構成要素である近似微分は雑音の影響を受けやすい。そこで、Ａ（δ）と同次数の安定な３次フィルタとして式１０を導入し、式４を変形すると式１１が得られる。
【数６】
2006134253.tif 000008
【００７３】
ここで、式１４〜式１８を用いてθｆとφｆ（ｉ）をそれぞれ式１２、式１３の右辺で定義すると、式１９が成り立つ。
【数７】
2006134253.tif 000009
【００７４】
式１５の要素は式２０で表される３次元状態空間モデルにより生成することができ、式２３、式２４を用いて式２１で表すことができる。同様にして、φｕ（ｉ）は式２２で表すことができる。
【数８】
2006134253.tif 000010
【００７５】
ここで、評価関数Ｊを式２５で定義する。
【００７６】
そして、逐次最小二乗法（ＲＬＳ法）を用いて、その誤差を最小とするパラメータを逐次算出することにより同定処理を行う。
【００７７】
具体的な演算処理は、一般の重み付き逐次最小二乗法と同一であり、式２５からの詳細な式展開は省略するが、Ｐ（ｉ）を共分散行列、λを忘却係数として、式２６、式２７に示す時間更新式（ｉ＝１、２、…、Ｎ）を計算することにより行う。
【数９】
2006134253.tif 000011
【００７８】
従って、式２０、式２５、式２６により、入力信号であるコイル印加電圧信号と出力信号である電流検出信号とからθｆを求めることができる。
【００７９】
上記で示したように、θｆの構成要素であるａ２，ａ１，ａ０，ｂ２，ｂ１，ｂ０は式１の伝達関数の各係数に対応するので、推定コイル抵抗値Ｒｃと推定トルク定数１８は式１とθｆを用いて式２８、式２９で算出される。
【００８０】
ＳＩ単位で考えると逆起電力係数と推定トルク定数１８は同じ（Ｋｔ＝Ｋｂ）なので、式２８の右辺の平方根を取れば、推定トルク定数１８が求まる。
【００８１】
以上説明したように、電流制御回路の内部パラメータ推定器１７は、式２８、式２９により求められた推定トルク定数１８と推定コイル抵抗値Ｒｃを出力する。
【数１０】
2006134253.tif 000012
【００８２】
次に温度推定器２０について説明する。
【００８３】
基準温度時のコイル温度をＴ０、基準温度時のコイル抵抗値をＲ０、温度係数をα、とすると、現在のコイル温度Ｔ１は式３０により求めることができるので、基準温度時のコイル抵抗値Ｒ０を予めメモリに記憶しておく。
【数１１】
2006134253.tif 000013
【００８４】
なお、現在のコイル温度Ｔ１に代えてマグネットの温度を推定する場合は、予め温度によるトルク定数Ｋｔの変化を調べておくことにより、推定トルク定数１８を用いて推定することができる。
【００８５】
次に、サーボパラメータの修正方法について説明する。
【００８６】
この実施形態では、サーボパラメータである第１次モードのねじり振動周波数Ω１とトルク定数Ｋｔとを修正する。
【００８７】
（１）第１次モードのねじり振動周波数Ω１の修正
ここでは、予めコイル温度と第１次モードのねじり振動周波数Ω１との関係を調べておき、温度推定器２０の出力である現在のコイル温度に基づいて第１次モードのねじり振動周波数Ω１を算出する。
【００８８】
なお、コイル温度と第１次モードのねじり振動周波数Ω１との関係は、以下のようにして求める。
【００８９】
すなわち、恒温恒湿槽を用いて周囲温度を一定に保ち、ロータリ・アクチュエータ１のコイル温度を周囲温度と同じにした状態で駆動信号を加え、その時の第１次モードのねじり振動周波数Ω１を測定する。これをある温度間隔（例えば、１０度毎）で繰り返し測定する。
【００９０】
ねじり振動周波数Ω１と温度との関係は、テーブルにしてメモリに蓄える方法もあるが、ここでは、測定したデータを線形近似し、式３１の形で記憶されている。なお、式３１において、ΔΩ１はねじり振動周波数Ω１の修正量、α１はねじり振動第１次モードの温度係数である。
【００９１】
そして、式３１によって求めたねじり振動周波数の修正量ΔΩ１をねじり振動安定化補償器５に設定されたサーボパラメータであるねじり振動周波数Ω１に加えて、温度変化に伴う誤差を低減する。
【数１２】
2006134253.tif 000014
【００９２】
式３２はねじり振動安定化補償器５の離散化した状態方程式であり、式３６はねじり振動安定化補償器５の出力方程式である。なお、式３２，式３６の各要素は式３３〜式３５で示す通りであり、式３２の係数は式３７〜式４８に示す通りである。
【数１３】
2006134253.tif 000015
【数１４】
2006134253.tif 000016
【００９３】
ただし、
ｕ（ｉ）：操作量２１
ｙ（ｉ）：ねじり振動安定化補償器５の出力
θ１（ｉ）：ねじり振動第１次モードの角変位の状態推定量［ｒａｄ］
ω１（ｔ）：ねじり振動第１次モードの角速度の状態推定量［ｒａｄ／ｓ］
Ａｄ：状態方程式のＸ（ｉ）に係る離散化した行列
Ｂｄ１：状態方程式のｕ（ｉ−１）に係る離散化した行列
Ｂｄ２：状態方程式のｕ（ｉ）に係る離散化した行列
Ｃｄ：出力方程式のＸ（ｉ）に係る離散化した行列
ｅｘｐ：自然対数
ζ１：ねじり振動第１次モードの減衰係数
Ω１：ねじり振動第１次モードの固有角振動数［ｒａｄ／ｓ］
Ｌ：ｕ（ｉ）の時間遅れ［ｓ］
ｋ１：ねじり振動第１次モードのモード定数
なお、他の次数のねじり振動モードに対して制御をする場合、上記と同様にして、当該次数に関するサーボパラメータの修正を行うことができる。
【００９４】
また、ねじり振動モードの減衰係数やモード定数についても、温度による変動を予め測定しておくことにより、サーボパラメータの修正を行うことができる。
【００９５】
また、この実施例形態では、フィードバック・ループ内のねじり振動安定化補償器５について述べたが、フィルタを設けておき角度指令に対してフィルタ処理を行うことにより残留振動を低減するようにしたフィードフォワード補償を行う場合にも適用する（この場合は、温度による変動を推定してフィルタの残留振動に関するパラメータを修正する）ことができる。
【００９６】
（２）トルク定数Ｋｔの修正
温度変化に伴うトルク定数Ｋｔの変化に対しては、推定トルク定数１８を用いてセトリング応答が整定範囲の仕様を満たすようにループゲイン１０を増減させる。
【００９７】
具体的には、ループゲインの分母を推定トルク定数１８とし、分子をトルク定数Ｋｔのノミナル値とする。このようにすると、例えば推定トルク定数１８がトルク定数Ｋｔのノミナル値よりも小さくなった場合、ループゲイン１０は、両者の比の分だけ増加する。
【００９８】
次に、この実施形態の動作を説明する。
【００９９】
図４は、本発明における制御手順を示すフローチャートである。
【０１００】
なお、手順Ｓ１０〜手順９０は図８で説明した従来の手順と同じであるので、重複する説明を省略する。
【０１０１】
手順Ｓ９０によりＤＡ変換器６から電流指令３９が出力されると、この時のコイル印加電圧信号Ｖａと電流検出信号ｉａが電流制御回路７から取り出され、ＡＤ変換器１３及びＡＤ変換器１５によりディジタル値信号に変換される（手順Ｓ２００）。電流制御回路の内部パラメータ推定器１７は、入力されたコイル印加電圧信号Ｖｄと電流検出信号ｉｄを用い、式２１、式２２により、φｙ（ｉ）、φｕ（ｉ）を算出する（手順Ｓ２１０）。また、式２６により共分散行列であるＰ（ｉ）を算出する（手順Ｓ２２０）。そして、求めたＰ（ｉ）、φｆ（ｉ）と式２７によりφｆ（ｉ）を演算する（手順Ｓ２３０）。θｆ（ｉ）が算出されることにより、式１の伝達関数の各係数が求まる。
【０１０２】
次に、上記で求めたθｆ（ｉ）の構成要素であるａ０、ｂ０を用いて式２８により推定コイル抵抗値１９を求める（手順Ｓ２４０）。また、θｆ（ｉ）の構成要素であるａ１、ａ０、ｂ２、ｂ１、ｂ０を用いて式２９に基づき、推定トルク定数１８を演算する（手順Ｓ２５０）。
【０１０３】
次に、推定コイル抵抗値１９を用いて式３０により現在のコイル温度を算出し（手順Ｓ２６０）、式３１によりねじり振動周波数Ω１の修正量ΔΩ１を演算する（手順Ｓ２７０）。
【０１０４】
そして、ねじり振動周波数の修正量ΔΩ１を用いて式３８〜式４５のΩ１をΔΩ１＋Ω１に修正する（手順Ｓ２８０）。
【０１０５】
そして、上記で求めた推定トルク定数１８を用いて、ループゲイン１０を修正する（手順Ｓ２９０）。
【０１０６】
修正されたねじり振動周波数Ω１およびループゲイン１０は、次のサンプリング周期のサーボ処理に反映される。
【０１０７】
図５は本発明による移動体の位置決め応答曲線を示す図であり、縦軸は位置偏差、横軸は時間である。図中の太線が本発明の場合であり、比較のために従来の場合を破線で示している。なお、図中の一点鎖線は整定の許容範囲（以下、「整定範囲」と呼ぶ）を示している。
【０１０８】
同図に示すように、本発明を適用した場合、目標位置に達すると、移動体は速やかに整定範囲内に位置決めされ、残留振動も少なく良好なセトリング応答が実現されている。
【０１０９】
一方、従来技術の場合、温度が上昇することによってオーバーシュートが増大し、位置決め時間が遅れる。また、ねじり振動周波数の変化によって、残留振動が生じている。
【０１１０】
以上説明したように、本発明のパラメータ同定からねじり振動安定化補償器５のねじり振動周波数の修正とループゲイン１０の修正により、自己発熱等の温度変化の影響を受けることなく、ガルバノミラーを所望の位置に高精度に位置決めすることができる。
【０１１１】
次に、本発明をプリント配線板加工用のレーザ加工装置に適用する場合について説明する。
【０１１２】
図６は、本発明を適用したレーザ加工装置の概略を示す図である。
【０１１３】
レーザ光源３０１は、レーザを発振させて、レーザ光を照射する。レーザ光の照射は上位制御からの指令によって制御されている。
【０１１４】
ガルバノスキャナ３０２は、レーザ光源３０１から照射されたレーザ光を加工位置に照射するために、ガルバノミラーを角度指令データで指令された角度で位置決めをする。
【０１１５】
ガルバノスキャナ３０３は、ガルバノスキャナ３０２で反射されたレーザ光を加工位置に照射するために、ガルバノミラーを角度指令データで指令された角度で位置決めをする。
【０１１６】
ここで、ガルバノスキャナ３０２、３０３の制御装置は、図１に示した構成により、ねじり振動周波数とループゲインの修正を行う。
【０１１７】
ｆθレンズ３０４は、ガルバノスキャナ３０３で反射されたレーザ光を集光し、プリント配線板３０６の加工位置に照射する。
【０１１８】
Ｘ−Ｙテーブル３０５は、プリント配線板３０６を保持して移動する。ガルバノスキャナ３０２及びガルバノスキャナ３０３の稼動できる角度範囲内での加工が終了すると、次の加工位置へ移動する。
【０１１９】
レーザ加工装置に本発明を適用することによって、ガルバノスキャナ３０２及びガルバノスキャナ３０３は、温度上昇によるオーバーシュートや残留振動を抑えることができ、位置決め時間と位置決め精度の向上が図れる。
【０１２０】
従って、レーザ光を反射するガルバノミラーが高速、高精度に加工位置へ位置決めされるため、レーザ加工装置の加工スループットや加工精度を向上させることができる。
【０１２１】
ところで、ロータリ・アクチュエータの折れ点周波数ωや減衰係数ζは、ロータリ・アクチュエータの軸受等の摩擦に起因するものと考えられるが、本発明に係る電流制御回路の内部パラメータ推定器１７を用いると、推定コイル抵抗値１９と推定トルク定数１８だけでなく、同様にしてコイルインダクタンスＬｃやロータリ・アクチュエータの折れ点周波数ωあるいは減衰係数ζを式４６〜４８により求めることができる。
【０１２２】
したがって、電流制御回路の内部パラメータ推定器１７により推定したロータリ・アクチュエータの折れ点周波数ωや減衰係数ζを使って、外乱オブザーバを構築できる。このようにすると、摩擦に起因するトルク外乱を相殺して高速高精度な位置決めを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明に係るガルバノミラー制御装置のブロック線図である。
【図２】本発明に係る電流制御回路の回路図である。
【図３】図２をブロック線図としたものである
【図４】本発明における制御手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の効果を示す図である。
【図６】本発明を適用したレーザ加工装置の概略を示す図である。
【図７】従来のガルバノミラー制御装置のブロック線図である。
【図８】従来のガルバノミラー制御装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２４】
１  ロータリ・アクチュエータ
１ｃ  コイル
７  電流制御回路
１０  ループゲイン
１７  電流制御回路の内部パラメータ推定器
１８  推定トルク定数
１９  推定コイル抵抗値
ｉｄ  電流検出信号
Ｖｄ  コイル印加電圧信号
２０  温度推定器
Ω１  ねじり振動周波数
ΔΩ１  ねじり振動周波数の修正量
【図１】
2006134253.tif 000017
【図２】
2006134253.tif 000018
【図３】
2006134253.tif 000019
【図４】
2006134253.tif 000020
【図５】
2006134253.tif 000021
【図６】
2006134253.tif 000022
【図７】
2006134253.tif 000023
【図８】
2006134253.tif 000024