(57)【要約】【課題】たまりパルスに相当する位置補正をサーボドライバ側ではなく位置決めユニット側で行う位置決めシステムを提供する。【解決手段】位置決めユニット１１は、パルス列指令を出力する位置決め指令部２１と、位置決め指令部２１から出力されたパルス列指令のパルス数を積算する指令位置カウンタ２２と、エンコーダ１４からのパルス列信号のパルス数を積算する実位置カウンタ２４と、指令位置カウンタ２２の積算値と実位置カウンタ２４の積算値との偏差に相当するたまりパルスを算出するたまりパルス演算部２３とを備え、位置決め指令部２１は、制御切替信号に応じて、それ以後の位置制御のために出力するパルス列指令の総パルス数をたまりパルスにしたがって補正する位置補正部２１ａを有する。【選択図】  図３
2004258803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の位置決めを行うためのサーボモータと、該サーボモータの回転角度に応じたパルス数のパルス列信号を出力するエンコーダと、前記エンコーダからのパルス列信号をフィードバック信号として前記サーボモータを駆動するサーボドライバと、該サーボモータに対して速度制御用のパルス列指令を出力すると共に、制御切替信号にしたがって前記サーボモータの制御を速度制御から位置制御に切り替える位置決めユニットとを備えた位置決めシステムであって、
前記位置決めユニットは、出力したパルス列指令のパルス数を積算することによって前記サーボモータの指令位置を求め、前記エンコーダからのパルス列信号のパルス数を積算することによって前記サーボモータの実位置を求め、前記制御切替信号に応じて前記指令位置と前記実位置との偏差であるたまりパルスを算出し、それ以後の位置制御のために出力するパルス列指令の総パルス数を前記たまりパルスにしたがって補正することを特徴とする位置決めシステム。
【請求項２】
請求項１記載の位置決めシステムを構成する位置決めユニットであって、前記パルス列指令を出力する位置決め指令部と、該位置決め指令部から出力されたパルス列指令のパルス数を積算する指令位置カウンタと、前記エンコーダからのパルス列信号のパルス数を積算する実位置カウンタと、前記指令位置カウンタの積算値と前記実位置カウンタの積算値との偏差に相当するたまりパルスを算出するたまりパルス演算部とを備え、
前記位置決め指令部は、前記制御切替信号に応じて、それ以後の位置制御のために出力するパルス列指令の総パルス数を前記たまりパルスにしたがって補正する位置補正部を有することを特徴とする位置決めユニット。
【請求項３】
請求項１記載の位置決めシステムを構成するサーボドライバであって、前記位置決めユニットから受信したパルス列指令のパルス数を積算する指令位置カウンタと、前記サーボモータの回転角度に応じたパルス数のパルス列信号をエンコーダから受信してそのパルス数を積算する実位置カウンタと、前記指令位置カウンタの積算値と前記実位置カウンタの積算値との偏差に相当するたまりパルスを算出するたまりパルス演算部と、前記たまりパルスに応じたサーボモータの駆動信号を出力する駆動信号出力部と、前記エンコーダから受信したパルス列信号をそのまま出力するパルス列出力ポートとを有することを特徴とするサーボドライバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の位置決めを行うためのサーボモータ、サーボドライバ及び位置決めユニットを含む位置決めシステムに関する。特に、速度制御から位置制御に切り替わる際のたまりパルス相当分の位置補正処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
位置決めシステムは、モータの制御によって物体をある位置から目的の位置まで正確に移動させるシステムをいう。位置決めシステムは通常、サーボモータと、その回転角度に応じたパルス数のパルス列信号を出力するエンコーダと、エンコーダからのパルス列信号をフィードバック信号としてサーボモータを駆動するサーボドライバと、サーボモータに対して速度制御用のパルス列指令を出力する位置決めユニットを含む。エンコーダは通常、サーボモータの内部に組み込まれている。
【０００３】
図１は、従来の位置決めシステムの使用例を示す図である。この例では、物体ＷＫがコンベア１５によって搬送され、コンベア１５がサーボモータ１３によって駆動される。サーボモータ１３の回転角度に応じたパルス数のパルス列信号を出力するエンコーダ（ＲＥ）１４が設けられ、そのパルス列信号がフィードバック信号としてサーボドライバ１２に入力されている。また、位置決めユニット１１からパルス列指令がサーボドライバ１２に与えられる。パルス列指令のパルス数はサーボモータ１３の回転角度に比例し、パルス周期（周波数）はサーボモータ１３の回転速度に比例する。
【０００４】
サーボドライバ１２は、位置決めユニット１１から与えられたパルス列指令のパルス積算値とエンコーダ１４からのパルス列信号のパルス積算値との偏差であるたまりパルスに対応する電圧の信号を駆動信号としてサーボモータ１３に与える。また、物体ＷＫ（の端部又はマーク）の位置を検出する位置センサー１６が設けられ、その検出信号が制御切替信号として位置決めユニット１１に入力される。
【０００５】
図２は、図１の位置決めシステムにおけるサーボモータの速度制御及び位置制御の様子を例示するグラフである。横軸は時間を表し、縦軸はサーボモータ１３の回転速度（したがって物体ＷＫの移動速度）を表している。この例では、実線の台形で示す如く、以下のようなサーボモータ１３の制御が実行される。
【０００６】
時刻ゼロから時刻ｔ１までは一定の加速度でサーボモータ１３の速度が増加する。速度は前述のように、位置決めユニット１１からサーボドライバ１２に与えられるパルス列指令のパルス周期（周波数）によって決まる。時刻ｔ１で速度ｖ１に達した後は、その速度ｖ１を維持するようにサーボモータ１３が制御される。
【０００７】
やがて、時刻ｔ２で制御切替信号（図１では位置センサー１６の検出信号）を受信すると、位置決めユニット１１は所定位置まで物体ＷＫを移動させた後に停止させるように位置制御を行う。サーボモータ１３の起動から制御切替信号を受信するまでの制御を速度制御と呼称し、制御切替信号を受信してからサーボモータ１３を停止させるまでの制御を位置制御と呼称する。つまり、位置決めユニット１１は、制御切替信号の受信に伴ってサーボモータ１３の制御を速度制御から位置制御に切り替える。
【０００８】
位置決めユニット１１は、時刻ｔ３まで速度ｖ１を維持した後に一定の率（減速率）でサーボモータ１３の速度を減速させ、時刻ｔ４で完全に停止させる。このとき、制御切替信号を受信した時刻ｔ２から停止した時刻ｔ４までの速度の積分、すなわち、図２におけるハッチング部の面積Ｓが、時刻ｔ２から時刻ｔ４までのサーボモータ１３の回転角度（物体ＷＫの移動距離）に相当することになる。
【０００９】
この面積Ｓは、位置決めユニット１１からサーボドライバ１２に与えられるパルス列指令のパルス数の積算値でもある。つまり、位置決めユニット１１は、制御切替信号の受信に伴ってサーボモータ１３の制御を速度制御から位置制御に切り替える際に、物体ＷＫが設定距離だけ移動して停止するように、それ以後に出力するパルス列指令の総パルス数を決定する。
【００１０】
ところが、上記のようなサーボ制御系では、前述のたまりパルスが常に発生している状態で制御が行われるので、実際のサーボモータ１３の速度の変化は図２に破線で示すように、実線の台形から少し遅れて追従する。この遅れ部分の積分値（面積）がたまりパルスに相当する。また、このたまりパルスは、サーボモータ１３の慣性や駆動される物体の質量を含む機械系の慣性によって変化する。
【００１１】
したがって、位置決めユニット１１は、制御切替信号の受信に伴って、それ以後に出力するパルス列指令の総パルス数を図２の面積Ｓとなるように決定してサーボモータ１３の制御を行った場合に、物体ＷＫが目標位置よりたまりパルス分だけ余分に移動して停止する現象が発生する。しかも、その余分な移動量（たまりパルス相当分）はサーボモータ１３の慣性や駆動される物体の質量を含む機械系の慣性によって変化する。
【００１２】
上記のような問題を解決する方法として、サーボドライバにたまりパルス相当分の位置補正手段を設けることが提案されている（特許文献１参照）。つまり、位置決めユニットに与える制御切替信号をサーボドライバにも与え、制御切替信号を受信したとき（図２の時刻ｔ２）にサーボドライバに発生しているたまりパルスの分だけ、パルス列指令のパルス積算値及びパルス列信号のパルス積算値を増加させる補正を行う。こうすれば、制御切替信号を受信したときのたまりパルスの大小にかかわらず、その後に位置決めユニット１１から与えられるパルス列指令の総パルス数にしたがって、物体ＷＫが目標位置で正しく停止する制御が行われる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１１−１０２２２３号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、サーボドライバでたまりパルス分の位置補正を行う場合は、位置決めユニットが認識している物体の位置と実際の位置との間で齟齬（食い違い）が生じている状態が発生するので、位置決め制御を連続して行うような場合に問題が発生する可能性がある。また、サーボドライバに制御切替信号を受信する機能と、たまりパルス相当分だけパルス列指令のパルス積算値及びパルス列信号のパルス積算値を補正する機能が必要となるので、既存のサーボドライバが使用できなくなる問題もある。
【００１５】
そこで、本発明は、たまりパルスに相当する位置補正をサーボドライバ側ではなく位置決めユニット側で行うことにより、上記のような課題を解決することができる位置決めシステムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明による位置決めシステムは、物体の位置決めを行うためのサーボモータと、該サーボモータの回転角度に応じたパルス数のパルス列信号を出力するエンコーダと、エンコーダからのパルス列信号をフィードバック信号としてサーボモータを駆動するサーボドライバと、該サーボモータに対して速度制御用のパルス列指令を出力すると共に、制御切替信号にしたがってサーボモータの制御を速度制御から位置制御に切り替える位置決めユニットとを備えた位置決めシステムであって、位置決めユニットは、出力したパルス列指令のパルス数を積算することによってサーボモータの指令位置を求め、エンコーダからのパルス列信号のパルス数を積算することによってサーボモータの実位置を求め、制御切替信号に応じて指令位置と実位置との偏差であるたまりパルスを算出し、それ以後の位置制御のために出力するパルス列指令の総パルス数をたまりパルスにしたがって補正することを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、たまりパルス相当分の位置補正を位置決めユニットが実行する。サーボモータの慣性や駆動される物体の質量を含む機械系の慣性によって変化するたまりパルスの大小にかかわらず、制御切替信号から物体を停止させるまでに出力されるパルス列指令の総パルス数が適切に補正され、物体を目標位置で正確に停止させることができる。しかも、たまりパルス相当分の位置補正をサーボドライバ側ではなく位置決めユニット側で行うので、既存のサーボドライバを使用することができる。また、位置決めユニットが認識している物体の位置と実際の位置との間で齟齬が生じている状態が発生することも無くなる。
【００１８】
また、本発明による位置決めユニットは、上記のような位置決めシステムを構成する位置決めユニットであって、パルス列指令を出力する位置決め指令部と、該位置決め指令部から出力されたパルス列指令のパルス数を積算する指令位置カウンタと、エンコーダからのパルス列信号のパルス数を積算する実位置カウンタと、指令位置カウンタの積算値と実位置カウンタの積算値との偏差に相当するたまりパルスを算出するたまりパルス演算部とを備え、位置決め指令部は、制御切替信号に応じて、それ以後の位置制御のために出力するパルス列指令の総パルス数をたまりパルスにしたがって補正する位置補正部を有することを特徴とする。
【００１９】
このような構成の位置決めユニットを使用することにより、上記のような作用効果を奏する位置決めシステムを構成することができる。なお、位置決めユニットがエンコーダからのパルス列信号を直接受信するように配線してもよいし、下記のような構成のサーボドライバを使用することにより、位置決めユニットがエンコーダからのパルス列信号をサーボドライバ経由で受信するように構成してもよい。
【００２０】
すなわち、本発明によるサーボドライバは、上記のような位置決めシステムを構成するサーボドライバであって、位置決めユニットから受信したパルス列指令のパルス数を積算する指令位置カウンタと、サーボモータの回転角度に応じたパルス数のパルス列信号をエンコーダから受信してそのパルス数を積算する実位置カウンタと、指令位置カウンタの積算値と実位置カウンタの積算値との偏差に相当するたまりパルスを算出するたまりパルス演算部と、たまりパルスに応じたサーボモータの駆動信号を出力する駆動信号出力部と、エンコーダから受信したパルス列信号をそのまま出力するパルス列出力ポートとを有することを特徴とする。
【００２１】
このような構成のサーボドライバを使用することにより、前述のような作用効果を奏する位置決めシステムを構成することができる。また、エンコーダから受信したパルス列信号をそのまま出力する（位置決めユニットに分配する）パルス列出力ポートを備えているので、位置決めユニットとエンコーダとの配線が不要になる効果も得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図３は、本発明の実施形態に係る位置決めシステムの構成を示すブロック図である。このブロック図において、従来技術の説明で用いた図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付している。
【００２４】
この位置決めシステムは、サーボモータ１３とそれを駆動するサーボドライバ１２、そしてサーボモータ１３の速度制御及び位置制御のためのパルス列指令をサーボドライバ１２に与える位置決めユニット１１を備えている。サーボモータ１３は、その回転角度に応じたパルス数のパルス列信号を出力するエンコーダ１４を有する。
【００２５】
サーボドライバ１２は、位置決めユニット１１から受信したパルス列指令のパルス数を積算する指令位置カウンタ３１、サーボモータ１３の回転角度に応じたパルス数のパルス列信号をエンコーダ１４から受信してそのパルス数を積算する実位置カウンタ３４、指令位置カウンタ３１の積算値と実位置カウンタ３４の積算値との偏差に相当するたまりパルスを算出するたまりパルス演算部３２、及び、たまりパルスに応じたサーボモータの駆動信号を出力する駆動信号出力部３３を備えている。このような構成により、サーボドライバ１２は、エンコーダ１４から受信したパルス列信号をフィードバック信号とするフィードバック制御によってサーボモータを駆動する。
【００２６】
また、サーボドライバ１２はエンコーダ１４から受信したパルス列信号をそのまま出力する（すなわち、位置決めユニット１１にパルス列信号を分配するための）パルス列出力ポート３５を有する。これにより、位置決めユニット１１はサーボドライバ１２を経由してエンコーダ１４からのパルス列信号を受信することができる。つまり、位置決めユニット１１とエンコーダ１４との配線が不要である。
【００２７】
位置決めユニット１１は、パルス列指令を出力する位置決め指令部２１、出力されたパルス列指令のパルス数を積算する指令位置カウンタ２２、エンコーダ１４からのパルス列信号のパルス数を積算する実位置カウンタ２４、及び、指令位置カウンタ２２の積算値と実位置カウンタ２４の積算値との偏差に相当するたまりパルスを算出するたまりパルス演算部２３を備えている。位置決めユニット１１の指令位置カウンタ２２、実位置カウンタ２４及びたまりパルス演算部２３は、サーボドライバ１２の指令位置カウンタ３１、実位置カウンタ３４及びたまりパルス演算部３２とそれぞれ同等の機能を有する。
【００２８】
位置決めユニット１１において、たまりパルス演算部２３からの出力であるたまりパルスは位置決め指令部２１に与えられる。また、実位置カウンタ２４は、サーボドライバ１２を介してエンコーダからのパルス列信号を受信する。位置決め指令部２１及びたまりパルス演算部２３には、制御切替信号が入力される。この制御切替信号は、例えば図１における位置センサー１６による物体ＷＫの検出信号であり、サーボモータ１３の制御を速度制御から位置制御に切り替えるための信号である。但し、位置センサー１６の検出信号のように外部から与えられる信号に限らず、位置決めユニット１１の内部で発生するイベントカウンタの出力等（高速カウンタのコンパレータの位置やリレーの立上り等）を制御切替信号として使用してもよい。
【００２９】
位置決めユニット１１の位置決め指令部２１は、制御切替信号を受信すると、サーボモータ１３の制御をそれまでの速度制御から位置制御に切り替える。すなわち、サーボモータ１３を所定の角度だけ（物体を所定の距離だけ）移動させた後に停止させるように、サーボドライバ１２にパルス列指令を与える。
【００３０】
この際に、位置決め指令部２１は、位置制御に切り替えてから停止までにサーボドライバ１２に与えるパルス列指令の総パルス数（積算値）をたまりパルスにしたがって補正する。位置決め指令部２１に備えられた位置補正部２１ａがこの補正を実行する。
【００３１】
図４は、図３の位置決めシステムにおけるサーボモータの速度制御及び位置制御の様子を例示するグラフである。従来技術の説明で参照した図２に対応させて図４を描いている。図４において、実線の台形で示すようにサーボモータ１３の速度が制御実行される。制御切替信号を受信するまでの速度制御において、時刻ゼロから時刻ｔ１までは一定の加速度でサーボモータ１３の速度が増加する。時刻ｔ１で速度ｖ１に達した後は、その速度ｖ１を維持するようにサーボモータ１３が制御される。
【００３２】
時刻ｔ２で制御切替信号を受信すると、位置決めユニット１１の位置決め指令部２１は、サーボモータ１３の制御を位置制御に切り替え、サーボモータ１３を所定の角度だけ移動させた後に停止させるように、サーボドライバ１２にパルス列指令を与える。
【００３３】
この際に、位置決め指令部２１は、位置制御に切り替えてから停止までにサーボドライバ１２に与えるパルス列指令の総パルス数（積算値）が所定値になるように制御する。この所定値は、図２におけるハッチング部の面積Ｓからたまりパルス（図４における逆ハッチング部の面積ΔＳに相当する）を減じた値（図４におけるハッチング部の面積Ｓ’）である。つまり、Ｓ’＝Ｓ−ΔＳであり、この補正処理を実行するのが位置決め指令部２１に備えられた位置補正部２１ａである。
【００３４】
このような補正処理により、位置決め指令部２１が制御切替信号を受信した時点でのたまりパルスの大小にかかわらず、サーボモータ１３を所望の角度で（物体を所望の位置で）正確に停止させることができる。また、制御切替信号を受信した時点で位置決め指令部２１（位置決めユニット１１）が認識しているサーボモータ１３の角度（物体の位置）がたまりパルス分だけ遅れた実際の角度（位置）に合わせられることになるので好ましい。
【００３５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施することができる。例えば、上記の実施形態では位置決めユニット１１がサーボモータ１３を介してエンコーダ１４からのパルス列信号を受信するが、位置決めユニット１１がエンコーダ１４からパルス列信号を直接受信するように構成してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の位置決めシステムとその位置決めユニット及びサーボドライバによれば、たまりパルスに相当分の位置補正を位置決めユニットが実行するので、サーボモータの慣性や駆動される物体の質量を含む機械系の慣性によって変化するたまりパルスの大小にかかわらず、制御切替信号から物体を停止させるまでに出力するパルス列指令の総パルス数を適切に補正し、物体を目標位置で正確に停止させることができる。しかも、たまりパルス相当分の位置補正をサーボドライバ側ではなく位置決めユニット側で行うので、既存のサーボドライバを使用することができ。また、位置決めユニットが認識している物体の位置と実際の位置との間で齟齬が生じている状態が発生することもなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の位置決めシステムの使用例を示す図である。
【図２】図１の位置決めシステムにおけるサーボモータの速度制御及び位置制御の様子を例示するグラフである。
【図３】本発明の実施形態に係る位置決めシステムの構成を示すブロック図である。
【図４】図３の位置決めシステムにおけるサーボモータの速度制御及び位置制御の様子を例示するグラフである。
【符号の説明】
１１  位置決めユニット
１２  サーボドライバ
１３  サーボモータ
１４  エンコーダ
２１  位置決め指令部
２１ａ  位置補正部
２２  位置決めユニットの指令位置カウンタ
２３  位置決めユニットのたまりパルス演算部
２４  位置決めユニットの実位置カウンタ
３１  サーボドライバの指令位置カウンタ
３２  サーボドライバのたまりパルス演算部
３３  駆動信号出力部
３４  サーボドライバの実位置カウンタ
３５  パルス列出力ポート
【図１】
2004258803.tif 000003
【図２】
2004258803.tif 000004
【図３】
2004258803.tif 000005
【図４】
2004258803.tif 000006