(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定台に搭載されて移動可能に支持された可動部と、モータと、そのモータの回転を伝えて前記可動部を移動させる伝達機構と、前記モータの回転を検出して信号Ｘを出力する回転センサと、前記モータの回転指令Ｆと前記回転センサの信号Ｘを受けて前記モータの回転を制御するサーボ装置とを複数備えて複数のサーボ系をなすモータ制御装置において、
前記モータの回転指令Ｆを出力し、前記回転センサの信号Ｘを入力して次式に基づいて周波数特性を演算することを特徴とするモータ制御装置の周波数特性演算装置。
【数１】
0004683255.tif 000005
0004683255.tif 000006
ここで、Ｈは周波数特性、Ｘは回転センサの信号、Ｆはモータの回転指令であり、
＊は複素共役、−１は逆行列、添字１〜ｎは回転センサにつけた番号、添字Ａ〜Ｍは各サーボ系に入力するモータの回転指令につけた番号である。
【請求項２】
固定台に搭載されて移動可能に支持された可動部と、モータと、そのモータの回転を伝えて前記可動部を移動させる伝達機構と、前記モータの回転を検出して信号を出力する回転センサと、前記モータの回転指令Ｆと前記回転センサの信号を受けて前記モータの回転を制御するサーボ装置とを複数備えて複数のサーボ系をなすモータ制御装置において、
前記サーボ系とは別に１つ以上の振動センサを前記可動部もしくは前記固定台に設け、前記モータの回転指令Ｆを出力して前記振動センサの信号Ｘを入力し、次式に基づいて周波数特性を演算することを特徴とするモータ制御装置の周波数特性演算装置。
【数２】
0004683255.tif 000007
0004683255.tif 000008
ここで、Ｈは周波数特性、Ｘは振動センサの信号、Ｆはモータの回転指令であり、＊は複素共役、−１は逆行列、添字１〜ｎは振動センサにつけた番号、添字Ａ〜Mは各サーボ系に入力するモータの回転指令につけた番号である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置や工作機械、産業用ロボット等に用いられて位置決め制御をするモータ制御装置に関するものであり、特にその調整を最適なものとするために、制御対象を含む周波数特性を正しく測定する周波数特性演算装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置やロボットなどのサーボ系を有する機械装置は、その性能を向上するため、サーボ系のサーボ特性を向上させる努力が払われてきた。その際、機械を含むサーボ系の周波数特性を知ることが重要であり、様々な方法で計測されている。特に、２軸以上のサーボ系を有するモータ制御装置の場合は、１軸毎の周波数特性を別々に計測し、その結果を総合して全体の特性が把握されていた。また、周波数特性の測定を正確なものとするため、サーボ系で用いるセンサと別に固定台等に振動センサを設け、振動信号を測定するということも行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記のような従来技術では、全軸の周波数特性を計測するには長時間を要するという問題があった。特に、軸間に干渉がある場合は、軸間の組み合わせを考慮する必要があるため、１軸の周波数特性を計測するよりも多くの時間と手間を要し、計測した結果を処理するときにも多大の時間を要すという問題があった。さらに、少数の振動センサを順番に機械全体に配置するような場合は、１軸ごとに計測を繰り返して機械の振動モードや振動の挙動が把握されており、莫大な時間と手間が必要であるという問題があった。本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、モータ制御系の周波数特性を容易に計測することができる周波数特性演算装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の周波数特性演算装置は、固定台に搭載されて移動可能に支持された可動部と、モータと、そのモータの回転を伝えて前記可動部を移動させる伝達機構と、前記モータの回転を検出して信号Ｘを出力する回転センサと、前記モータの回転指令Ｆと前記回転センサの信号Ｘを受けて前記モータの回転を制御するサーボ装置とを複数備えて複数のサーボ系をなすモータ制御装置において、前記モータの回転指令Ｆを出力し、前記回転センサの信号Ｘを入力して所定の式に基づいて周波数特性を演算することを特徴とするものである。
【０００５】
また本発明は、固定台に搭載されて移動可能に支持された可動部と、モータと、そのモータの回転を伝えて前記可動部を移動させる伝達機構と、前記モータの回転を検出して信号Ｘを出力する回転センサと、前記モータの回転指令Ｆと前記回転センサの信号Ｘを受けて前記モータの回転を制御するサーボ装置とを複数備えて複数のサーボ系をなすモータ制御装置において、前記サーボ系とは別に１つ以上の振動センサを前記可動部もしくは前記固定台に設け、前記モータの回転指令Ｆを出力して前記振動センサの信号Ｘを入力し、所定の式に基づいて周波数特性を演算することを特徴とするものである。
このようになっているので、容易にモータ制御系の周波数特性を計測することができるのである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて説明する。図１は本発明の請求項１に記載の発明に係わる実施例を示す構成図である。図において、１は演算装置であり、２は第１軸のサーボ装置、３は第２軸のサーボ装置、４は第１軸のセンサ、５は第２軸のセンサ、６は第１軸のモータ、７は第２軸のモータ、８は第１軸の伝達機構、９は第２軸の伝達機構、１０は第１軸の可動部、１１は第２軸の可動部、１２は固定台であり、センサ４、５はモータ６、７の回転と振動を検出する。
【０００７】
次に動作について図３のフローチャートに沿って説明する。まず、（Ｓ１）演算装置１が相関関係のない第１軸の動作指令信号Ｆ１と第２軸の動作指令信号Ｆ２を生成して、（Ｓ２）それぞれ第１軸のサーボ装置２と第２軸のサーボ装置３に送ると、（Ｓ３）各サーボ装置２、３が入力した各動作指令信号と等価な制御信号Ｓ１、Ｓ２を生成して、それぞれ第１軸のモータ６と第２軸のモータ７に出力し、モータ６、７を回転させる。その回転は第１軸の伝達機構８と第２軸の伝達機構９を介して、それぞれ第１軸の可動部１０と第２軸の可動部１１に伝えられて動作し、固定台１２を含む機械系全体に振動が発生する。（Ｓ４）そしてセンサ４、５がそれぞれモータ６、７の回転と振動を検出し、（Ｓ５）検出された信号Ｘ１、Ｘ２がサーボ装置２とサーボ装置３を介して演算装置１に入力される。すると（Ｓ６）演算装置１は２つの指令Ｓ１、Ｓ２と２つの入力信号Ｘ１、Ｘ２を周波数分析し、請求項１に記載の式（１）に基づいて周波数特性を計算する。
【０００８】
センサ出力Ｘ１の周波数分析結果Ｘ1とセンサ出力Ｘ２の周波数分析結果Ｘ2には、双方とも指令Ｓ１の周波数分析結果ＦAと指令Ｓ２の周波数分析結果ＦBで加振され、各周波数特性となる伝達要素を経由した結果が含まれる。例えば、センサ出力Ｘ１の周波数分析結果Ｘ1は、指令Ｓ１とセンサ出力Ｘ１間の周波数特性Ｈ1Aに、指令Ｓ１の周波数分析結果ＦAが掛け合わされた成分と、指令Ｓ２とセンサ出力Ｘ１間の周波数特性Ｈ1Bに、指令Ｓ２の周波数分析結果ＦBが掛け合わされた成分が足し合わされているため、式（３）のように表すことができる。
【０００９】
【数３】
0004683255.tif 000002
ここで、Ｈは周波数特性、Ｘはセンサ信号、Ｆは演算装置１の動作指令信号、センサ信号Ｘの添字１、２は第１軸と第２軸の何れであるかを示し、動作指令信号Ｆの添字Ａ、Ｂは第１軸と第２軸の何れであるかを示している。
【００１０】
式（３）に動作指令信号Ｆ１の周波数分析結果ＦAと動作指令信号Ｆ２の周波数分析結果ＦBの複素共役の転置行列を右から掛けた上、動作指令信号Ｆ１の周波数分析結果ＦAと動作指令信号Ｆ２の周波数分析結果ＦBの動作指令信号の要素のみからなる行列の逆行列を右から掛けると、式（１）と等価となり、動作指令信号Ｆ１とセンサ信号Ｘ１間の周波数特性Ｈ1Aと、動作指令信号Ｆ２とセンサ信号Ｘ２間の周波数特性Ｈ2Bと、動作指令信号Ｆ１とセンサ信号Ｘ２間の周波数特性Ｈ2Aと、動作指令信号Ｆ２とセンサ信号Ｘ１間の周波数特性Ｈ1Bを一度に求めることができる。
なお、以上の実施例で示したモータ制御装置では、軸数とセンサの数が何れも２で一致していたが、本発明の趣旨に従えば、これらは一致していなくても良い。
【００１１】
次に本発明の第２の実施例を図にもとづいて説明する。図２は請求項２の発明に係わる実施例を示す構成図であり、図１と異なるのは、可動部１０、１１に振動センサ１３、１４を取り付けた点である。この振動センサ１３、１４により可動部１０、１１の振動が検出されて、その信号が演算装置１に入力される。図２の場合は振動センサ１３の信号のみが演算装置１に入力されている。振動センサ以外については、第１実施例の場合と同様の動作をするので説明を省略する。
この実施例の場合は、各軸を同時に動作させ、第１軸と第２軸の動作指令信号Ｆ１、Ｆ２と、振動センサ１、２の検出信号Ｘ１、Ｘ２間の周波数特性を分離して求められる。
【００１２】
演算装置１が動作指令信号Ｆ１、Ｆ２を出力するとサーボ装置２、３がモータ６、７を駆動し、それぞれ伝達機構８、９を介して、可動部１０、１１が同時に動作する。そして固定台１２を含む機械系全体に振動が発生し、振動センサ１３、１４が振動を検出して検出信号Ｘ３、Ｘ４を演算装置１に出力する。演算装置１は、動作指令信号Ｆ１、Ｆ２と振動センサ１３、１４の信号Ｘ３、Ｘ４を周波数分析し、請求項２に記載の式（２）に基づいて周波数特性を求める。請求項１に記載の式（１）と異なっているのは、Ｘが振動センサの信号であり、その添字１、２は振動センサの番号を表している。この構成によると、動作指令信号Ｆ１と振動センサ１３の信号Ｘ３間の周波数特性Ｈ1Aと、動作指令信号Ｆ２と振動センサ１４の信号Ｘ４間の周波数特性Ｈ2Bと、動作指令信号Ｆ１と振動センサ１４の信号Ｘ４間の周波数特性Ｈ2Aと、動作指令信号Ｆ１と振動センサ１３の信号Ｘ３間の周波数特性Ｈ1Bを一度に求めることができる。
【００１３】
なお、第２実施例のモータ制御装置では、振動センサ１３、１４を２つとした例を示したが、振動センサは２つ以上でも２つ以下でもよく、軸数と振動センサの数が一致していなくても良い。
また、第２実施例のモータ制御装置では、振動センサ１３、１４は可動部１０、１１の振動を検出するとしたが、請求項２に記述したように、振動センサ１３、１４は位置や方向を変えて固定台１２の振動を検出してもよく、さらに、振動センサ１３、１４を可動部１０もしくは１１と固定台１２に別けて配置して振動を検出してもよい。
また、上記２つの実施例では、モータの回転を検出するセンサを用いる例と振動センサを用いる例を分けて記述したが、これら２種類のセンサを混合して使用しても良い。
【００１４】
また、上記２つの実施例では、各軸の影響を除去した周波数特性を求めたが、各軸の影響を含めた周波数特性を求める場合には、請求項１の式（１）の演算途中結果、例えば  第１軸の動作指令信号１３と第２軸の動作指令信号１４の各々のオートパワースペクトルＦA・ＦA*、ＦB・ＦB*やクロススペクトルＦB・ＦA*などを別途記録しておけば、式（４）を用いて後で演算処理して求めることができる。
【００１５】
【数４】
0004683255.tif 000003
0004683255.tif 000004
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、請求項１または請求項２に記載の構成としたため、多軸構成のモータを同時に動作させ、各軸の加振の影響を分離した周波数特性と、これまで簡単に得られなかった各軸間の周波数特性を計測できる周波数特性演算装置を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明を用いたモータ制御装置の構成図
【図２】請求項２記載の発明を用いたモータ制御装置の構成図
【図３】周波数特性を求める手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１：演算装置
２、３：サーボ装置
４、５：センサ
６、７：モータ
８、９：伝達機構
１０、１１：可動部
１２：固定台
１３、１４：振動センサ
【図１】
0004683255.tif 000009
【図２】
0004683255.tif 000010
【図３】
0004683255.tif 000011