(57)【要約】【課題】複雑な同期指令を要することなく、機械の動作に伴って発生する振動を抑制する。【解決手段】機械振動抑制機能を備えた駆動装置が、機械ベースに固定された固定部と、可動部とを有するダンパー側リニアモータと、ダンパー側リニアモータの可動部に固定された固定部と、可動部とを有する駆動側リニアモータと、機械ベースに対する駆動側リニアモータの可動部の位置である第１位置を検出する第１検出手段と、機械ベースに対するダンパー側リニアモータの可動部の位置である第２位置を検出する第２検出手段と、ダンパー側リニアモータの可動部に対する駆動側リニアモータの可動部の位置である第３位置を検出する第３検出手段と、第１位置と第３位置とに基づいて駆動側リニアモータの制御を行う駆動側制御手段と、第２位置に基づいてダンパー側リニアモータの制御を行うことでダンパー側リニアモータをダンパーとして機能させるダンパー側制御手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械ベースに固定された固定部と、可動部とを有するダンパー側リニアモータと、
前記ダンパー側リニアモータの可動部に固定された固定部と、可動部とを有する駆動側リニアモータと、
前記機械ベースに対する前記駆動側リニアモータの可動部の位置である第１位置を検出する第１検出手段と、
前記機械ベースに対する前記ダンパー側リニアモータの可動部の位置である第２位置を検出する第２検出手段と、
前記ダンパー側リニアモータの可動部に対する前記駆動側リニアモータの可動部の位置である第３位置を検出する第３検出手段と、
前記第１検出手段が検出した第１位置と、前記第３検出手段が検出した第３位置とに基づいて前記駆動側リニアモータの制御を行う駆動側制御手段と、
前記第２検出手段が検出した第２位置に基づいて前記ダンパー側リニアモータの制御を行うことにより、前記ダンパー側リニアモータをダンパーとして機能させるダンパー側制御手段と、
を備える機械振動抑制機能を備えた駆動装置。
【請求項２】
前記ダンパー側制御手段の応答帯域は、前記駆動側制御手段に与えられる指令周波数の帯域、もしくは前記駆動側制御手段の応答帯域と比較して、低い応答帯域である請求項１に記載の機械振動抑制機能を備えた駆動装置。
【請求項３】
前記ダンパー側制御手段の応答帯域は、前記駆動側制御手段に与えられる指令周波数の帯域、もしくは前記駆動側制御手段の応答帯域に応じて調整が可能である請求項１又は２に記載の機械振動抑制機能を備えた駆動装置。
【請求項４】
前記調整は、前記ダンパー側制御手段が前記ダンパー側リニアモータの制御を行うために用いるパラメータを調整することにより行う請求項３に記載の機械振動抑制機能を備えた駆動装置。
【請求項５】
前記第３検出手段は、前記第１検出手段が検出した第１位置と、前記第２検出手段が検出した第２位置との差分を算出し、該算出した差分から前記第３位置を検出する請求項１から４いずれかに記載の機械振動抑制機能を備えた駆動装置。
【請求項６】
前記駆動側リニアモータの重量よりも、前記ダンパー側リニアモータの重量が重い請求項１から５いずれかに記載の機械振動抑制機能を備えた駆動装置。
【請求項７】
前記駆動側リニアモータを駆動させることにより、当該機械振動抑制機能を備えた駆動装置を工作機械として機能させる請求項１から６いずれかに記載の機械振動抑制機能を備えた駆動装置。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載の機械振動抑制機能を備えた駆動装置と、上位制御装置とを備えた機械振動抑制機能を備えたシステムであって、
前記駆動側制御手段と、前記ダンパー側制御手段は、それぞれがフィードバック制御を行う制御手段であり、
前記上位制御装置は、前記駆動側制御手段に位置指令を与えるが、前記ダンパー側制御手段には位置指令を与えない機械振動抑制機能を備えたシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械振動を抑制する、機械振動抑制機能を備えた駆動装置、及び機械振動抑制機能を備えたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作物を加工するための被駆動体を往復移動させるために、回転運動をするサーボモータと、この回転運動を直線運動に変換するボールねじとを組み合わせた機構が広く用いられていた。しかしながら、近年被駆動体を高い加速度で往復移動させたいという要求があり、これに応じて被駆動体を高い加速度で往復移動させることができるリニアモータが一般的に利用されている。
【０００３】
この点、リニアモータによって被駆動体を往復移動させると、この往復移動に伴い騒音が発生したり、振動が発生したりするという問題があった。特に発生した振動で被駆動体や工作物が揺れてしまうと、被駆動体と、工作物との位置関係が変動してしまい、加工精度が低下してしまうために問題となる。
【０００４】
この問題を考慮した、騒音や振動の発生を抑えるための技術の一例が特許文献１や特許文献２に開示されている。
特許文献１に開示の技術では、リニアモータにより駆動するスライダを２つ用意し、この２つのスライダを、ベース上に設置された直線的に延びる軌道レール上に、背中合わせに配置する。そして、これら２つのスライダを、互いに反対方向に軌道レール上で往復移動させることにより、これら２つのスライダの往復移動で発生する加速度による反力を打ち消すようにする。
具体的には、２つのスライダそれぞれに指令を与えることにより、２つのスライダを、軌道レール上を互いに離れる方向に同時に移動させたり、軌道レール上を互いに接近する方向に同時に移動させたりする。これによって、両スライダにそれぞれ発生する反力が打ち消し合うことになるので、両スライダに発生する反力を低減でき、両スライダに発生する反力に起因して発生する騒音や振動が抑制できる。
【０００５】
また、特許文献２に開示の技術においても、特許文献１と同様に、リニア可動部を２つ用意し、それぞれのリニア可動部が互いに力を打ち消す方向に動くように指令を与える。これにより、振動や騒音の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６３８９８０号公報
【特許文献２】特開２００１−１９５１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、特許文献１や特許文献２に開示の技術を利用することにより、リニア可動部の往復運動により発生する騒音や振動を抑制することができる。
しかしながら、これらの技術を利用するためには、２つのリニア可動部それぞれに対応した、それぞれ異なる２つの指令を与え続ける必要があった。
【０００８】
例えば、特許文献１に開示の技術を利用するためには、２つのスライダを互いに反対方向に動かすための指令を、この２つのスライダそれぞれに対して与え続ける必要があった。しかも、単に反対方向に動かせばよいのではなく、それぞれの反対方向の動きを同期させる必要もあり、このような同期をさせるための同期指令を生成して制御するのは容易ではなかった。
【０００９】
更に、特許文献１に開示の技術では、２つの同じ構造のスライダという形状や重量が同一のものを動かすことを想定しているが、特許文献２に開示の技術では、ステージと定盤という形状や重量の異なるものを動かすことを想定している。このように重量等が異なる場合には、重量比等も考慮してステージと定盤のそれぞれに同期指令を与える必要があり、同期指令による制御はより困難となっていた。
【００１０】
そこで、本発明は、複雑な同期指令による制御を要することなく、機械の動作に伴って発生する振動を抑制することが可能な、機械振動抑制機能を備えた駆動装置、及び機械振動抑制機能を備えたシステム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】
【００１１】
本発明によれば、機械ベース（例えば、後述の機械ベース４００）に固定された固定部（例えば、後述のダンパー固定部２３０）と、可動部（例えば、後述のダンパー可動部２２０）とを有するダンパー側リニアモータと、前記ダンパー側リニアモータの可動部に固定された固定部（例えば、後述のリニア固定部１３０）と、可動部（例えば、後述のリニア可動部１２０）とを有する駆動側リニアモータと、前記機械ベースに対する前記駆動側リニアモータの可動部の位置である第１位置を検出する第１検出手段（例えば、後述の第１検出器３１０）と、前記機械ベースに対する前記ダンパー側リニアモータの可動部の位置である第２位置を検出する第２検出手段（例えば、後述の第２検出器３２０）と、前記ダンパー側リニアモータの可動部に対する前記駆動側リニアモータの可動部の位置である第３位置を検出する第３検出手段（例えば、後述の第３検出器３３０）と、前記第１検出手段が検出した第１位置と、前記第３検出手段が検出した第３位置とに基づいて前記駆動側リニアモータの制御を行う駆動側制御手段（例えば、後述のリニア側制御部）と、前記第２検出手段が検出した第２位置に基づいて前記ダンパー側リニアモータの制御を行うことにより、前記ダンパー側リニアモータをダンパーとして機能させるダンパー側制御手段（例えば、後述のダンパー側制御部）と、を備える機械振動抑制機能を備えた駆動装置が提供される。
【００１２】
上記の機械振動抑制機能を備えた駆動装置においては、前記ダンパー側制御手段の応答帯域は、前記駆動側制御手段に与えられる指令周波数の帯域、もしくは前記駆動側制御手段の応答帯域と比較して、低い応答帯域にしてもよい。
【００１３】
上記の機械振動抑制機能を備えた駆動装置においては、前記ダンパー側制御手段の応答帯域は、前記駆動側制御手段に与えられる指令周波数の帯域、もしくは前記駆動側制御手段の応答帯域に応じて調整が可能にしてもよい。
【００１４】
上記の機械振動抑制機能を備えた駆動装置においては、前記調整は、前記ダンパー側制御手段が前記ダンパー側リニアモータの制御を行うために用いるパラメータ（例えば、後述の位置ループ制御における比例ゲイン）を調整することにより行うようにしてもよい。
【００１５】
上記の機械振動抑制機能を備えた駆動装置においては、前記第３検出手段は、前記第１検出手段が検出した第１位置と、前記第２検出手段が検出した第２位置との差分を算出し、該算出した差分から前記第３位置を検出するようにしてもよい。
【００１６】
上記の機械振動抑制機能を備えた駆動装置においては、前記駆動側リニアモータの重量よりも、前記ダンパー側リニアモータの重量が重いようにしてもよい。
【００１７】
上記の機械振動抑制機能を備えた駆動装置においては、前記駆動側リニアモータを駆動させることにより、当該機械振動抑制機能を備えた駆動装置を工作機械として機能させるようにしてもよい。
【００１８】
上記の機械振動抑制機能を備えた駆動装置と、上位制御装置（例えば、後述の上位制御装置１１１）とを備えた機械振動抑制機能を備えたシステムであって、前記駆動側制御手段と、前記ダンパー側制御手段は、それぞれがフィードバック制御を行う制御手段であり、前記上位制御装置は、前記駆動側制御手段に位置指令を与えるが、前記ダンパー側制御手段には位置指令を与えない機械振動抑制機能を備えたシステムにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複雑な同期指令による制御を要することなく、機械の動作に伴って発生する振動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態全体の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における各制御回路の構成及び信号の流れを示す図である。
【図３】本発明の実施形態の適用例について示す図（１／２）である。
【図４】本発明の実施形態の適用例について示す図（２／２）である。
【図５】本発明の実施形態の変形例における各制御回路の構成及び信号の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず本実施形態の概略について説明をする。
本実施形態は、リニアモータを２段（以下、上段を「リニア軸」と呼ぶ。また、下段を「ダンパー軸」と呼ぶ。）に重ねることで、リニア軸で発生した力をダンパー軸で吸収する。これにより、各リニアモータの往復運動により発生する反力を、リニアモータを設置した機械ベースに伝達しないようにする。また、特にリニア軸の高周波揺動において高速化により高周波運動となる場合の、高加速による機械ベースの振動を低減する。
【００２２】
この点、特許文献１等に開示の先行技術では、ダンパー軸に相当する駆動系を、リニア軸に相当する駆動系と同期して互いに力を打ち消すように指令を与えて駆動していた。しかしながら、このようにして同期して動作するための同期指令を、それぞれの軸に対して与えることは困難であった。
【００２３】
一方、本実施形態は、ダンパー軸の特性をリニア軸に与えられる高周波揺動に応答しないような低い周波数特性とすると共に、ダンパー軸に対する指令としてはゼロを与える。また、リニア軸の位置決めは、機械ベースに取り付けた検出器で行う。これにより、ダンパー軸が高周波揺動に対しては自由運動となり、低周波に対しては同じ位置に位置決めができるようになる。
結果、本実施形態は、ダンパー軸に同期指令を与えることなく、リニア軸駆動時の反力を機械ベースに与えないようになることから、機械振動を抑制することが可能となる。すなわち、本実施形態は、［発明が解決しようとする課題］の欄で述べた「複雑な同期指令による制御を要することなく、機械の動作に伴って発生する振動を抑制する」という課題を解決することが可能となる。
以上が本実施形態の概略である。
【００２４】
次に、本実施形態について図面を参照して詳細に説明をする。まず図１を参照して本実施形態全体の構成について説明をする。
図１に示すように本実施形態は、ダンパー軸として、機械ベース４００の上に設置されたリニアモータである、ダンパー固定部２３０と、ダンパー固定部２３０に設けられたリニアガイドに沿ってＸ軸方向に往復運動を行うダンパー可動部２２０を備える。また、リニア軸として、ダンパー可動部２２０に設置されたリニアモータである、リニア固定部１３０と、リニア固定部１３０に設けられたリニアガイドに沿ってＸ軸方向に往復運動を行うリニア可動部１２０を備える。すなわち、本実施形態は、リニア軸となるリニアモータと、ダンパー軸となるリニアモータを二段重ねた構成をとる。
【００２５】
ここで、図中の右下に図示するように、Ｘ軸は、上述したようにリニア可動部１２０及びダンパー可動部２２０による往復運動の方向に対応する軸であり、Ｚ軸は、Ｘ軸と直交して高さ方向に伸びる軸であり、図１はこれらＸ軸及びＺ軸により形成されるＸＺ−平面を平面視した図である。
【００２６】
リニア可動部１２０は、工作物を加工するための工具として、例えばバイト（図示を省略する。）を備えている。そして、リニア可動部１２０がＸ軸方向に往復運動するのに伴い、同様にＸ軸方向に往復運動を行うバイトにより工作物が加工される。この往復運動は、リニア側制御部１１０の制御に基づいて実現される。
かかるリニア側制御部１１０の制御を行うためには、リニア側制御部１１０に、機械ベース４００に対するリニア可動部１２０の現在位置と、ダンパー可動部２２０に対するリニア可動部１２０の現在位置とを通知する必要がある。
【００２７】
そのために、リニア可動部１２０は第１リニアスケール１２１を備えている。また、機械ベース４００にはこの第１リニアスケール１２１を読み取ることにより、機械ベース４００に対するリニア可動部１２０の現在位置を検出するための第１検出器３１０が設置されている。そして、第１検出器３１０が検出した、機械ベース４００に対するリニア可動部１２０の現在位置は、リニア側制御部１１０に出力される。
【００２８】
同様に、リニア可動部１２０は第３リニアスケール１２３を備えている。また、機械ベース４００にはこの第３リニアスケール１２３を読み取ることにより、ダンパー可動部２２０に対するリニア可動部１２０の現在位置を検出するための第３検出器３３０が設置されている。ここで、ダンパー可動部２２０に対するリニア可動部１２０の現在位置とは、リニア可動部１２０の磁極位置に相当する。そして、第３検出器３３０が検出した、ダンパー可動部２２０に対するリニア可動部１２０の現在位置は、リニア側制御部１１０に出力される。
【００２９】
リニア側制御部１１０は、上位制御装置１１１、リニア側位置速度部１１２及びリニア側電流駆動部１１３を備える。
【００３０】
上位制御装置１１１は、工作物を加工するための位置指令を、リニア側位置指令としてリニア側位置速度部１１２に対して与える装置である。上位制御装置１１１は、例えば、数値制御装置（ＣＮＣ：Computer  Numerical  Control）により実現される。
【００３１】
リニア側位置速度部１１２は、上位制御装置１１１から与えられたリニア側位置指令から、第１検出器３１０から与えられた第１位置フィードバックを減算することによって位置偏差量を算出する。そして、リニア側位置速度部１１２は、算出した位置偏差量に基づいて位置制御及び速度制御を行うことにより、リニア側電流指令を生成する。更に、リニア側位置速度部１１２は、生成したリニア側電流指令をリニア側電流駆動部１１３に対して出力する。
【００３２】
リニア側電流駆動部１１３は、リニア側位置速度部１１２から与えられたリニア側電流指令と、第３検出器３３０から与えられた第３位置フィードバックとに基づいて、リニア側駆動電流を生成する。そして、リニア側電流駆動部１１３は、生成したリニア側駆動電流により、リニア固定部１３０の磁極を切り替えてリニア可動部１２０の往復運動を実現する。
これにより、上位制御装置１１１が与えたリニア側位置指令に応じた位置及び速度でリニア可動部１２０が移動することになり、工作物をユーザ等の設定に基づいた所望の形状に加工することが可能となる。
【００３３】
ダンパー可動部２２０は、リニア軸で発生した力をダンパー軸で吸収するために、リニア可動部１２０の往復運動を打ち消すような反力を発生させるように往復運動を行う。かかるダンパー可動部２２０の往復運動は、ダンパー側制御部２１０の制御に基づいて実現される。
かかるダンパー側制御部２１０の制御を行うためには、ダンパー側制御部２１０に、機械ベース４００に対するダンパー可動部２２０の現在位置を通知する必要がある。
【００３４】
そのために、ダンパー可動部２２０は第２リニアスケール２２２備えている。また、機械ベース４００にはこの第２リニアスケール２２２を読み取ることにより、機械ベース４００に対するダンパー可動部２２０の現在位置を検出するための第２検出器３２０が設置されている。そして、第２検出器３２０が検出した、機械ベース４００に対するダンパー可動部２２０の現在位置は、ダンパー側制御部２１０に出力される。
【００３５】
ダンパー側制御部２１０は、ダンパー側ゼロ値出力部２１１、ダンパー側位置速度部２１２及びダンパー側電流駆動部２１３を備える。
ダンパー側ゼロ値出力部２１１は、ダンパー側位置指令を出力する。しかしながら、形式上ダンパー側位置指令とは呼ぶものの、本実施形態では、状況に応じたダンパー側位置指令を生成して出力するのではなく、ダンパー側位置指令として常にゼロを出力する。つまり、本実施形態では、実質的にダンパー側位置指令を生成する必要はない。すなわち、リニア軸とダンパー軸とを同期させるための同期指令を生成する必要はない。これは、本実施形態の説明の冒頭に述べた通りである。なお、図中ではダンパー側ゼロ値出力部２１１に対応する機能ブロックに、出力に対応するゼロを記載する。
【００３６】
ダンパー側位置速度部２１２は、上位制御装置１１１から与えられたダンパー側位置指令（すなわち、ゼロ）から、第２検出器３２０から与えられた第２位置フィードバックを減算することによって位置偏差量を算出する。そして、ダンパー側位置速度部２１２は、算出した位置偏差量に基づいて位置制御及び速度制御を行うことにより、ダンパー側電流指令を生成する。更に、ダンパー側位置速度部２１２は、生成したダンパー側電流指令をダンパー側電流駆動部２１３に対して出力する。
【００３７】
ダンパー側電流駆動部２１３は、ダンパー側位置速度部２１２から与えられたダンパー側電流指令と、第２検出器３２０から与えられた第２位置フィードバックとに基づいて、ダンパー側駆動電流を生成する。そして、ダンパー側電流駆動部２１３は、生成したダンパー側駆動電流により、ダンパー固定部２３０の磁極を切り替えてダンパー可動部２２０の往復運動を実現する。これにより、リニア軸で発生した力をダンパー軸で吸収することができる。そのため、振動や騒音の発生を抑制することが可能となる。
【００３８】
次に、図２を参照して、本実施形態のより詳細な構成について説明を行う。図２は、図１に示した各制御回路の構成及び信号の流れをより詳細に記載した図である。
ここで、図２のリニア側位置制御部１１、リニア側速度制御部１３及びリニア側微分回路１９は、図１のリニア側位置速度部１１２に相当する部分である。また、図２のリニア側電流制御部１５及びリニア側電流増幅器１６は、図１のリニア側電流駆動部１１３に相当する部分である。
また、同様に、図２ダンパー側位置制御部２１、ダンパー側速度制御部２３及びダンパー側微分回路２９は、図１のダンパー側位置速度部２１２に相当する部分である。また、図２のダンパー側電流制御部２５及びダンパー側電流増幅器２６は、図１のダンパー側電流駆動部２１３に相当する部分である。
【００３９】
まず、リニア軸について説明をする。上位制御装置１１１は、動作プログラム等に基づいて所定周期毎に、リニア側位置制御部１１に対してリニア側位置指令を出力する。
リニア側位置制御部１１よりも後段の各部は、このリニア側位置指令を読みとり、所定周期毎に、位置制御、速度制御、及び電流制御を行い、リニア固定部１３０の磁極を切り替えてリニア可動部１２０を駆動する。
【００４０】
上位制御装置１１１とリニア側位置制御部１１の間には減算器１０が配置される。そして、この減算器１０により、上位制御装置１１１が出力した位置指令から、第１検出器３１０が検出したリニア側位置フィードバックが減算される。ここで、第１検出器３１０が検出したリニア側位置フィードバックとは、図１を参照して上述したように「機械ベース４００に対するリニア可動部１２０の現在位置」のことである。なお、図中では、フィードバックを単に「ＦＢ」と表記する。
また、この減算器１０は、減算後の値をリニア側位置制御部１１に対して出力する。ここで、かかる減算後の値は、リニア側位置偏差量となる。
【００４１】
そして、リニア側位置制御部１１は、このリニア側位置偏差量に基づいて、比例演算を行うという位置ループ処理によりリニア側速度指令を生成し、生成したリニア側速度指令をリニア側速度制御部１３に対して出力する。
【００４２】
リニア側位置制御部１１と、リニア側速度制御部１３の間には減算器１２が配置される。そして、この減算器１２により、リニア側位置制御部１１が出力したリニア側速度指令から、後述のリニア側微分回路１９が出力したリニア側速度フィードバックが減算される。また、この減算器１２は、減算後の値をリニア側速度制御部１３に対して出力する。ここで、かかる減算後の値は、リニア側速度偏差量となる。
【００４３】
リニア側速度制御部１３は、このリニア側速度偏差量に基づいて、比例演算や積分演算を行なうといった速度ループ処理によりリニア側電流指令を出力する。なお、電流指令は、トルク指令と呼ばれることもある。
【００４４】
リニア側速度制御部１３と、リニア側電流制御部１５の間には減算器１４が配置される。この減算器１４により、リニア側速度制御部１３が出力したリニア側電流指令から、後述のリニア側電流増幅器１６からの電流フィードバックが減算される。これにより電流ループ制御が実現される。また、この減算器１４は、減算後の値をリニア側電流制御部１５に対して出力する。ここで、かかる減算後の値は、リニア側電流偏差量となる。
【００４５】
リニア側電流制御部１５は、このリニア側電流偏差量と、第３検出器３３０が検出したリニア側磁極位置とに基づいて、リニア側電圧指令を生成する。ここで、第３検出器３３０が検出したリニア側磁極位置とは、図１を参照して上述したように「ダンパー可動部２２０に対するリニア可動部１２０の現在位置」のことである。
そして、リニア側電流制御部１５は、生成したリニア側電圧指令をリニア側電流増幅器１６に対して出力する。
【００４６】
リニア側電流増幅器１６は、このリニア側電圧指令に基づいて、リニア固定部１３０の磁極を切り替えてリニア可動部１２０を駆動させるためのリニア側駆動電流を形成し、このリニア側駆動電流をリニア固定部１３０に対して出力する。図中では、リニア側駆動電流が、リニア固定部１３０を含んだリニア側機構部１８に出力されるものとして、以後の説明を行う。
【００４７】
なお、他方で、リニア側電流増幅器１６は自身の出力するリニア側駆動電流に基づいてリニア側電流フィードバックを生成する。そして、リニア側電流増幅器１６は、生成したリニア側電流フィードバックを、リニア側速度制御部１３と、リニア側電流制御部１５の間の減算器１４に対して出力する。
【００４８】
次にリニア側機構部１８について説明をする。リニア側機構部１８に対して出力された（すなわち、リニア固定部１３０に対して出力された）リニア側駆動電流は、リニア可動部１２０を駆動する力である推力Ｆ１を発生させる。
ここで、推力Ｆ１は、推力定数Ｋｔと、リニア側駆動電流の値ｉを乗算することにより算出できる。この推力定数Ｋｔは、単位電流あたりで発生する推力の大きさであり、リニアモータの種類により定まる。
推力Ｆ１は、分岐してリニア固定部１３０とダンパー側機構部２８に出力される。なお、ここで推力Ｆ１がダンパー側機構部２８に出力されるというのは、推力Ｆ１がダンパー軸に対して反力として作用することを表す。
また、推力Ｆ１の分岐点とリニア固定部１３０の間には減算器１７が配置される。そして、この減算器１７により、推力Ｆ１から、外乱ＦＬｏａｄが減算される。また、この減算器１７は、この減算後の値をリニア固定部１３０に出力する。そして、リニア固定部１３０は、この減算後の推力によりリニア可動部１２０を動作させる。
【００４９】
ここで、リニア側機構部１８について上述のように説明をしたが、リニア側機構部１８は本実施形態を図示するための概念的な部分を含んでいるので、この点について説明をする。
現実には、リニア側駆動電流は直接リニア固定部１３０に供給され、これによりリニア可動部１２０が推力Ｆ１で駆動しようとすると、外乱ＦＬｏａｄにより、この推力Ｆ１が物理的に影響を受け、この影響を受けた後の推力にてリニア可動部１２０が駆動をする。ここで、外乱ＦＬｏａｄは、リニア可動部１２０の駆動に伴って駆動する工具と、工作物とが接触することにより、リニア可動部１２０に作用する反力である。
つまり、リニア側駆動電流そのものが直接推力Ｆ１となり、そこから実在の減算器にて外乱ＦＬｏａｄが減算されてからリニア固定部１３０に入力されるわけではない。しかしながら、図２では説明を容易とするため、概念的に分岐点を設けて推力Ｆ１ダンパー軸に対して反力として作用することや、概念的に減算器を設けて外乱ＦＬｏａｄの影響を受けることを図示するものとする。
【００５０】
何れにせよ、外乱ＦＬｏａｄにより、影響を受けた推力にてリニア可動部１２０が駆動をする。すると、これに伴い、リニア可動部１２０が備える第１リニアスケール１２１と第３リニアスケール１２３も駆動する。
すると、第３検出器３３０が、駆動後の新たなリニア側磁極位置を検出する。検出した新たなリニア側磁極位置は、リニア側速度制御部１３とリニア側電流制御部１５の間に配置された減算器１４に対して出力される。
【００５１】
他方で、第１検出器３１０が、駆動後の新たなリニア側位置フィードバックを検出する。検出した新たなリニア側位置フィードバックは、上位制御装置１１１とリニア側位置制御部１１の間に配置された減算器１０に出力される。これにより、位置ループ制御が実現される。
また、減算器１０の前段においてリニア側位置フィードバックは分岐され、リニア側微分回路１９にも出力される。
【００５２】
リニア側微分回路１９は、このリニア側位置フィードバックを微分することにより、新たなリニア側速度フィードバックを生成する。そして、リニア側微分回路１９は生成した新たなリニア側速度フィードバックを、リニア側位置制御部１１と、リニア側速度制御部１３の間に配置される減算器１２に出力する。これにより、速度ループ制御が実現される。
【００５３】
以上説明したようにして、所定周期毎に、位置ループ制御、速度ループ制御、及び電流ループ制御を行うことにより、リニア側位置指令に応じてリニア可動部１２０を駆動することができる。
【００５４】
次に、ダンパー軸について説明をする。なお、上述したリニア軸と重複する内容については、一部説明を省略する。
まず、ダンパー側ゼロ値出力部２１１は、ダンパー側位置指令を出力する。図１を参照して上述したが、このダンパー側位置指令は、常にゼロである。つまり、ダンパー側制御部２１０では、実質的に位置指令を与えずに、ダンパー可動部２２０が位置指令に応じた能動的な移動をせず、所定の位置に留まるようにする。これにより、リニア側の移動に伴う応力によりダンパー軸が動いた場合に、ダンパー軸は元の位置に戻ろうとすることとなる。
【００５５】
ダンパー側ゼロ値出力部２１１とダンパー側位置制御部２１の間には減算器２０が配置される。そして、この減算器２０により、ダンパー側ゼロ値出力部２１１が出力した位置指令から、第２検出器３２０が検出したダンパー側位置フィードバックが減算される。ここで、第２検出器３２０が検出したダンパー側位置フィードバックとは、図１を参照して上述したように「機械ベース４００に対するダンパー可動部２２０の現在位置」のことである。
また、この減算器２０は、減算後の値をダンパー側位置制御部２１に対して出力する。ここで、かかる減算後の値は、ダンパー側位置偏差量となる。
【００５６】
そして、ダンパー側位置制御部２１は、このダンパー側位置偏差量に基づいて、比例演算を行うという位置ループ処理によりダンパー側速度指令を生成し、生成したダンパー側速度指令をダンパー側速度制御部２３に対して出力する。
【００５７】
続く、ダンパー側位置制御部２１、減算器２２、ダンパー側速度制御部２３及び減算器２４での動作は、上述したリニア側位置制御部１１、減算器１２、リニア側速度制御部１３及び減算器１４の動作と同様なので説明を省略する。
【００５８】
ダンパー側電流制御部２５は、減算器２４が出力するダンパー側電流偏差量と、第２検出器３２０が検出したダンパー側磁極位置とに基づいて、ダンパー側電圧指令を生成する。ここで、第２検出器３２０が検出したダンパー側磁極位置とは、図２を参照して上述したように「機械ベース４００に対するダンパー可動部２２０の現在位置」のことである。
そして、ダンパー側電流制御部２５は、生成したダンパー側電圧指令をダンパー側電流増幅器２６に対して出力する。
【００５９】
ダンパー側電流増幅器２６は、このダンパー側電圧指令に基づいて、ダンパー固定部２３０の磁極を切り替えてダンパー可動部２２０を駆動させるためのダンパー側駆動電流を形成し、このダンパー側駆動電流をダンパー固定部２３０に対して出力する。図中では、ダンパー側駆動電流が、ダンパー固定部２３０を含んだダンパー側機構部２８に出力されるものとして、以後の説明を行う。
【００６０】
なお、他方で、ダンパー側電流増幅器２６は自身の出力するダンパー側駆動電流に基づいてダンパー側電流フィードバックを生成する。そして、ダンパー側電流増幅器２６は、生成したダンパー側電流フィードバックを、ダンパー側速度制御部２３と、ダンパー側電流制御部２５の間の減算器２４に対して出力する。
【００６１】
次にダンパー側機構部２８について説明をする。ダンパー側機構部２８に対して出力された（すなわち、ダンパー固定部２３０に対して出力された）ダンパー側駆動電流は、ダンパー可動部２２０を駆動する力である推力Ｆ２を発生させる。
ここで、推力Ｆ２は、推力Ｆ１と同様に推力定数Ｋｔと、ダンパー側駆動電流の値ｉを乗算することにより算出できる。推力Ｆ２は、ダンパー固定部２３０に出力される。
ダンパー側電流増幅器２６とダンパー固定部２３０の間には減算器２７が配置される。そして、この減算器２７により、推力Ｆ２から、推力Ｆ１が減算される。これは、推力Ｆ１がダンパー軸に対して反力として作用することを表す。
また、この減算器２７は、この減算後の値をダンパー固定部２３０に出力する。そして、ダンパー固定部２３０は、この減算後の推力によりダンパー可動部２２０を動作させる。
【００６２】
なお、ダンパー側機構部２８もリニア側機構部１８のように、本実施形態を図示するための概念的な部分を含んでいるので、この点について説明をする。
現実には、ダンパー側駆動電流は直接ダンパー固定部２３０に供給され、これによりダンパー可動部２２０が推力Ｆ２で駆動しようとすると、
推力Ｆ１で動作するリニア軸により、この推力Ｆ２が物理的に影響を受け、この影響を受けた後の推力にてダンパー可動部２２０が駆動をする。
つまり、ダンパー側駆動電流そのものが直接推力Ｆ２となり、そこから実在の減算器にて推力Ｆ１が減算されてからダンパー固定部２３０に入力されるわけではない。しかしながら、図２では説明を容易とするため、概念的に減算器を設けて推力Ｆ１の影響を受けることを図示するものとする。
【００６３】
何れにせよ、推力Ｆ１により、影響を受けた推力にてダンパー可動部２２０が駆動をする。すると、これに伴い、ダンパー可動部２２０が備える第２リニアスケール２２２も駆動する。
すると、第２検出器３２０が、機械ベース４００に対するダンパー可動部２２０の駆動後の新たな現在位置を検出する。検出した新たな現在位置は、ダンパー側ゼロ値出力部２１１とダンパー側位置制御部２１の間に配置された減算器２０にダンパー側位置フィードバックとして出力される。これにより、位置ループ制御が実現される。
【００６４】
また、第２検出器３２０が、検出した新たな現在位置は、減算器２０の前段において分岐され、ダンパー側電流制御部２５にダンパー側磁極位置フィードバックとして出力される。
【００６５】
加えて、第２検出器３２０が、検出した新たな現在位置は、減算器２０の前段において更に分岐され、ダンパー側微分回路２９にも出力される。
ダンパー側微分回路２９は、このダンパー側位置フィードバックを微分することにより、新たなダンパー側速度フィードバックを生成する。そして、ダンパー側微分回路２９は生成した新たなダンパー側速度フィードバックを、ダンパー側位置制御部２１と、ダンパー側速度制御部２３の間に配置される減算器２２に出力する。これにより、速度ループ制御が実現される。
【００６６】
以上説明したようにして、所定周期毎に、位置ループ制御、速度ループ制御、及び電流ループ制御を行うことにより、リニア軸で発生した力をダンパー軸で吸収することが可能となる。
具体的には、リニア軸が推力Ｆ１により生じる反力に伴う振動が直接機械ベース４００に伝達するのではなく、ダンパー軸の推力Ｆ２により減算された反力に伴う振動が機械ベース４００に伝達することになり、機械ベース４００に伝達する振動を抑制することができる、という効果を奏する。更に、この場合に、位置指令としてはゼロを与え続ければよいため、複雑な同期指令を生成して制御をする必要がない、という効果も奏する。
また、複雑な同期指令を生成する必要がないので、リニア軸とダンパー軸とで重さが違うようにした場合に、特許文献２に開示の技術のようにリニア軸とダンパー軸との重量比を考慮して複雑な同期指令を生成しなければならないという問題も生じない。そのため、例えばダンパー軸の重さをリニア軸よりも重くすることにより、リニア軸で発生した力をダンパー軸でより吸収しやすくするようなことも容易に実現することができる。
【００６７】
次に、ダンパー軸の特性をリニア軸に与えられる高周波に応答しないような低い周波数特性とすることについて説明をする。すなわち、低周波には高いゲインで応答するが、所定の基準を上回る高周波に対しては低ゲインで応答するような周波数特性とする。
ダンパー軸の特性をこのような周波数特性とすることにより、ダンパー軸が高周波揺動に対しては自由運動となる。そのため、例えば１００ヘルツ等の高周波で揺動するダンパー軸とは反対側の方向に動くことになるので、リニア軸で発生した力をダンパー軸でより吸収しやすくなる。
一方で、低周波に対しては高いゲインで応答するため同じ位置に位置決めができるようになる。そのため、ダンパー可動部２２０が特定の位置に留まるようになる。また、低周波である場合には、ダンパー軸は低加速で移動するので振動は微小である。そのため、これに対してダンパー軸が高いゲインで応答して特定の位置に留まるようにしても機械ベース４００に振動が生じるような問題は起きない。
【００６８】
このような周波数特性とするためには、ダンパー側制御部２１０による、位置制御、電流制御及び速度制御の制御ループの特性を決定するパラメータを調整して、このような周波数特性となるようにすればよい。例えば位置ループ制御における比例ゲインを調整して、このような周波数特性となるようにすればよい。なお、位置ループ制御における比例ゲインはポジションゲインと呼ばれることもある。
また、他にも例えば速度ループ制御における積分ゲインや比例ゲインも調整するようにしてもよい。
【００６９】
このように、本実施形態では、パラメータの調整により周波数特性を変更することにより、ダンパー軸をダンパーとして望ましい特性とすることが可能となる。従って、例えば、バネ等の機構によりダンパーを実現する場合と比べて、自由度の高いダンパー特性を得ることができる。なぜならば、バネ等の機構によりダンパーを実現する場合は、バネ等を取り外して他のバネ等に変更する必要があるが、本実施形態であればパラメータを変更すれば足りるからである。
【００７０】
なお、以上ダンパー軸の周波数特性について説明したが、これはリニア軸からの観点で見てみれば、リニア軸はダンパー軸と比較して、高周波に高いゲインで応答するような周波数特性とするということである。
つまり、以上をまとめると、ダンパー側制御部２１０が高いゲインで応答する周波数帯域（本発明の「ダンパー側制御手段の応答帯域」に相当。）は、リニア側制御部１１０に与えられる指令周波数の帯域（本発明の「駆動側制御手段に与えられる指令周波数の帯域」に相当。）もしくは、リニア側制御部１１０が高いゲインで応答する周波数帯域（本発明の「駆動側制御手段の応答帯域」に相当。）よりも低い応答帯域にするとよい、ということになる。
【００７１】
次に、本実施形態を適用例について図３及び図４を参照して説明をする。
図３には、リニア固定部５００、リニア可動部５１０、バイト５１１、ピストン６００及び回転機構７００を図示する。リニア固定部５００は、リニア固定部１３０に相当する。リニア可動部５１０は、リニア可動部１２０に相当する。リニア可動部５１０には、工作物であるピストン６００を加工するためのバイト５１１が取り付けられている。リニア可動部５１０は、Ｘ軸方向に高速揺動しこれに伴いバイト５１１もＸ軸方向に高速揺動する。一方で、ピストン６００は回転機構７００に取り付けられる。そして、回転機構７００により、Ｘ軸と直交して高さ方向に伸びる軸であるＺ軸方向に上下移動する。また、Ｚ軸を軸として一定の速度で高速に回転する。このようにリニア可動部５１０によるＸ軸方向の高速揺動と、Ｚ軸方向に上下移動と、Ｚ軸を軸とした高速回転を、数値制御装置等の制御により行うことにより、ピストン６００に対する加工を行うことができる。
【００７２】
次に、Ｘ軸方向に高速揺動する理由について説明をする。仮に、図中に破線で表すようにピストン６００の断面が真円形状なのであれば、バイト５１１とピストン６００の距離を所定距離で維持したままピストン６００を回転させることにより、ピストン６００の側面を一定の深さで加工することができる。しかしながら、例えば図４に示すようにピストン６００の断面が楕円形状である場合には、一定の深さで加工を行うためには、ピストン６００が高速に一回転するたびにリニア可動部５１０をＸ軸方向に２回往復移動させる必要がある。そのため、リニア可動部５１０をＸ軸方向に高速揺動する必要がある。
しかしながら、リニア可動部５１０をＸ軸方向に高速揺動する場合には、振動が発生し、機械ベースにこの振動が伝達してしまう。そこで、上述したようなダンパー軸を設ける本実施形態の構成を図３及び図４の構成に適用することにより、機械ベースへの振動の伝達を抑制することができる。
【００７３】
このように、本実施形態は任意の用途に適用可能であるが、例えば図３及び図４のようなリニア可動部の高速揺動が要求されるような用途に適用すると、特に好適である。
なお、このようなリニア可動部５１０をＸ軸方向に高速揺動する用途としては、他にも例えば筒状のパイプの内径のねじ切り加工等が挙げられる。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について説明をした。上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
【００７５】
種々の変更の一例について図５を参照して説明をする。上述の実施形態では、図１や図２を参照して説明したように、第３リニアスケール１２３と第３検出器３３０を利用して、ダンパー可動部２２０に対するリニア可動部１２０の現在位置（すなわち、リニア側磁極位置）を検出していた。
しかしながら、上述の実施形態を変形することにより、第３リニアスケール１２３と第３検出器３３０を省略することができる。この構成について図５を参照して説明をする。
【００７６】
図５に示すように、本変形例では第３リニアスケール１２３と第３検出器３３０が省略されている。その一方で、減算器３０が新たに追加されていると共に、第１検出器３１０と第２検出器３２０それぞれの出力が分岐して減算器３０に出力されている。
そして、減算器３０は、第１検出器３１０の出力から第２検出器３２０の出力を減算することにより、両者の差分を算出し、この差分を第３検出器３３０の出力に代えてリニア側電流制御部１５に出力する。
つまり、本実施形態では、第１検出器３１０が検出した「機械ベース４００に対するリニア可動部１２０の現在位置」と、第２検出器３２０が検出した「機械ベース４００に対するダンパー可動部２２０の現在位置」の差分を、第３検出器３３０が検出する「ダンパー可動部２２０に対するリニア可動部１２０の現在位置（すなわち、リニア側磁極位置）」として取り扱う。
【００７７】
これにより、第３リニアスケール１２３と第３検出器３３０を省略した構成としつつ、上述の実施形態と同様の制御を行うことが可能となる。
【００７８】
また、以上説明した実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組合せにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。ハードウェアで構成する場合、各実施形態の一部又は全部を、例えば、ＬＳＩ(Large  Scale  Integrated  circuit)、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit)、ゲートアレイ、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等の集積回路（ＩＣ）で構成することができる。
【００７９】
また、各実施形態の一部又は全部をソフトウェアとハードウェアの組み合わせで構成する場合、フローチャートで示されるサーボ制御装置の動作の全部又は一部を記述したプログラムを記憶した、ハードディスク、ＲＯＭ等の記憶部、演算に必要なデータを記憶するＤＲＡＭ、ＣＰＵ、及び各部を接続するバスで構成されたコンピュータにおいて、演算に必要な情報をＤＲＡＭに記憶し、ＣＰＵで当該プログラムを動作させることで実現することができる。
プログラムは、様々なタイプのコンピュータ可読媒体（computer  readable  medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。コンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible  storage  medium）を含む。コンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable  ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable  PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random  access  memory））を含む。
【符号の説明】
【００８０】
１０、１２、１４、１７、２０、２２、２４、２７、３０  減算器
１１  リニア側位置制御部
１３  リニア側速度制御部
１５  リニア側電流制御部
１６  リニア側電流増幅器
１８  リニア側機構部
１９  リニア側微分回路
２１  ダンパー側位置制御部
２３  ダンパー側速度制御部
２５  ダンパー側電流制御部
２６  ダンパー側電流増幅器
２８  ダンパー側機構部
２９  ダンパー側微分回路
１１０  リニア側制御部
１１１  上位制御装置
１１２  リニア側位置速度部
１１３  リニア側電流駆動部
１２１  第１リニアスケール
１２３  第３リニアスケール
１２０  リニア可動部
１３０  リニア固定部
２１０  ダンパー側制御部
２１１  ダンパー側ゼロ値出力部
２１２  ダンパー側位置速度部
２１３  ダンパー側電流駆動部
２２２  第２ダンパースケール
２２０  ダンパー可動部
２３０  ダンパー固定部
３１０  第１検出器
３２０  第２検出器
３３０  第３検出器
４００  機械ベース
５００  リニア固定部
５１０  リニア可動部
５１１  バイト
６００  ピストン
７００  回転機構
【図１】
2018057067.tif 000003
【図２】
2018057067.tif 000004
【図３】
2018057067.tif 000005
【図４】
2018057067.tif 000006
【図５】
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