(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
個々のステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎにおいて、同一基本周波数ｆａで各周期単位でのステップ長ＳＬ１、ＳＬ２… ＳＬｎが異なった結果になるようにプリセットされていて、その場合ステップモータＳＭ１には、比ステップ長ＳＬ１が、ステップモータＳＭ２には比ステップ長ＳＬ２が、以下同様の関係が想定されていることを特徴とする、ステップモータＳＭ１、ＳＭ２… ＳＭｎが基本周波数ｆａによって制御され、且つ基本周波数ｆａの周期がそれぞれプリセットしたステップ長ＳＬに比例している移動配置システムにおいて、駆動装置として用いられる複数ステップモータＳＭ１、ＳＭ２… ＳＭｎのセルシン制御方法。
【請求項２】
ステップモータＳＭ１の駆動では、そのステップ長ＳＬ１が、回転フィールドの全回転に相当するステップ全長に設定されていて、一方その他残りのステップモータＳＭ２、ＳＭ３… ＳＭｎは、それぞれ回転フィールドの部分回転に相当するステップ長ＳＬ２、ＳＬ３ … ＳＬｎに設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法
【請求項３】
回転フィールドの回転領域がｚのマイクロステップに区分されていて、等価指数ｋ１〜ｋｎがそれぞれステップモータＳＭ１ＳＭ２… ＳＭｎについてプリセットされるマイクロステップ数の尺度であるとすれば、ステップ長ＳＬ１、ＳＬ２… ＳＬｎに関してＳＬ１＝ｋ１／ｚ、ＳＬ２＝ｋ２／ｚ… ＳＬｎ＝ｋｎ／ｚが成立することを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
−  移動配置システム内の個々のステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎに対し、特にスタートポジション、転換ポジションおよび／または停止ポジションなどの特徴的な設定ポジションを持つ軌道を割り当てること、および
−  ステップ長ＳＬ１、ＳＬ２ … ＳＬｎおよび等価指数ｋ１、ｋ２… ｋｎが、基本周波数ｆａで同一数の周期を持つ全ステップモータＳＭ１、ＳＭ２… ＳＭｎの制御において、軌道上異なった速度で移動配置が誘起され、それにより一連の周期の経過後には全軌道上で特徴的な設定ポジションが達成されるよう、特徴的な設定ポジション間の距離に依存して軌道上にプリセットされる
ことを特徴とする、請求項１、２または３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎが基本周波数ｆａによって制御され、且つ基本周波数ｆａの周期がそれぞれプリセットしたステップ長ＳＬに比例している移動配置システムにおいて、駆動装置として用いられる複数ステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎのセルシン制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各ステップモータについて、制御のため定義付けの上方プリセットしたステップ角を線運動の増分として変換することおよびこれを基礎に、機器構成群の位置調整領域または軌道を辿っての移動を極めて正確に行うポジショニングシステムを駆動させることは、公知になっている。
【０００３】
ステップモータのコイルや位相制御器に然るべき開閉器が装備されている場合には、ステップ角を小さく設定することで、鋭敏な制御およびそれに伴う回転運動が実現可能となる。例えば、ズーム装置を持つ顕微鏡のような光学精密機器の場合でも、そうすることにより、結像鮮鋭度を維持したままで拡大率を変更する際に必要となる個別ズームレンズ群の精確なポジショニングが達成される。
【０００４】
現在の開発状況では、ステップ角は永久励起ステップモータで３.７５°、ハイブリッドステップモータで１.８°およびリラクタンス型ステップモータで１°が通例となっている。
【０００５】
回転運動から線運動への転換は通常スピンドルシステムによって行われる。
【０００６】
他での適用と同じようにズームレンズへの適用にもポジショニングシステムが開発された。それによると、それぞれ一つのステップモータに対して軌道を辿って移動する一つの構成群が割り当てられている。その場合、特にズームレンズへの適用では移動後にズームレンズ群のそれぞれが、新たに設定した拡大率にとって十分な、且つ結像鮮鋭度の維持に必要な予備設定距離内に収まるように、当該構成群がそれぞれ異なった速度で移動することが必要である。この原理で作動する制御装置については、例えば、ＷＯ ９９／６０４３６の「立体顕微鏡ズームシステムの移動における直接的制御装置」に記述されている。
【０００７】
現状技術では、ポジショニングシステムに属する複数のステップモータを制御する場合には、各ステップモータ、各軌道にそれぞれ一つずつ計数器ユニットまたはタイマーユニットが配備されている。各々の計数器ユニットまたはタイマーユニットは、当該軌道および当該ポジションの設定条件を基礎として計算された、それぞれ異なった周波数および時間の負荷を受けている。
【０００８】
ステップモータはそれぞれ足並みを揃えて始動し、基本周波数、制御周波数についてプリセットされた一連の周期の経過後には、出力ユニットを通じて移動が促される。出力ユニットは常に一台のステップモータについて一つ設置されている。その後に追加的位置調整を行う場合、計数器ユニットまたはタイマーユニットは、それに応じた新たな負荷を受けて再スタートすることになる。
【０００９】
この経過は新たなポジションニングの度毎に繰り返され、機器構成群はその都度自身の軌道上でプリセット・ターゲットに到達する。その場合、各構成群はそれぞれ同一時間で異なった距離を移動する。すなわち、それぞれ異なった速度で目的ポジションに到達する。個々のステップモータは制御されていて、目的ポジションへはそれぞれ異なった周波数で到達する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特にズームレンズ群の位置調整では各軌道毎に加速特性も異なっているので、この種形式のポジショニングシステムでは比較的大きな記憶容量、それに伴い相当に長い計算時間も必要となる。
【００１１】
さらにそれに加えて、当該例の場合、すべての駆動装置において最大軌道誤差が１０μmを越えてはならないという高い移動配置精度が要求されるため、それぞれの計数器ユニットまたはタイマーユニットは、少なくとも三つの個別計数器から構成されていなければならないという問題もある。
【００１２】
最大可能な位置調整速度を達成するために、所定の軌道上を最大距離移動するステップモータを、先導駆動装置として定め、それより位置調整距離の短いその他の駆動装置は、すべて先導駆動装置より遅い作動速度に設定される。
【００１３】
上記説明から明らかなように、記憶容量および計算時間に関して比較的高いコストが必要な理由は、そのようなポジショニングシステムでは、周波数計算が個別のステップモータ毎に別々に行われるところに原因がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の状況を踏まえ、本発明では高いポジション設定精度および最高の位置調整速度を維持しつつ、ポジショニングシステム全体の制御が、より低技術コストで可能になるように、上記種類の方法を改良することを課題としている。
【００１５】
そのために本発明では、個々のステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎにおいて、同一基本周波数ｆａでの各周期単位のステップ長ＳＬ１、ＳＬ２ … ＳＬｎが異なった結果になるようにプリセットされている。その場合ステップモータＳＭ１には比ステップ長ＳＬ１が、ステップモータＳＭ２には比ステップ長ＳＬ２が、以下も同様の関係が想定されている。
【００１６】
このようにすることにより、それぞれのステップモータに別々な制御周波数を用意する必要がなくなる。その結果すべてのステップモータが同一周波数で制御でき、ポジショニングシステムのすべてのステップモータに対して唯一つの計数器ユニットまたはタイマーユニットが必要なだけとなる。
【００１７】
同一周波数による制御の場合、それぞれのステップモータの対応する比ステップ長はＳＬ１、ＳＬ２ … ＳＬｎなので、個々のステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎはそれぞれ異なった速度で動き、したがって位置調整終了後には、各構成群の移動距離はそれぞれ異なっていて、それぞれが独自の目標ポジションに達することになるが、これは容易に実現されることである。
【００１８】
【発明の実施の態様】
本発明の特に好ましい態様として、例えば、ステップモータＳＭ１を、回転フィールド全回転時の該モータＳＭ１のステップ全長に相当するステップ長ＳＬ１で駆動させることができる。その場合ステップモータＳＭ１は、ポジション設定命令の発せられた際に、他のどの構成群よりも長い距離を移動する構成群と連結している。
【００１９】
その他残りのステップモータＳＭ２ … ＳＭｎは、それぞれ回転フィールドの部分回転に相当するより短いステップ長ＳＬ２ … ＳＬｎに設定される。したがって、これらのステップモータＳＭ２ … ＳＭｎに連結する構成群は移動距離が短くなる。
【００２０】
回転フィールド全回転時のステップ全長に相当するステップＳＭ１を幾つかの部分ステップ、いわゆる「マイクロステップ」に分割するのは、個々の段階に刻印された電流に対する適合化制御によって、回転フィールド内における回転モーメントのそれぞれのベクトル位置を理論的に調整することが可能であるということに依拠している。この制御方法はそれ自体公知であり、例えば、Schoerlin． Ｆ．著「ステップモータによる制御、調整および作動」１９９６年Fransis社刊、第２版（１９９６年）に記述されている。
【００２１】
このようにして不連続なマイクロステップがｚ個生成される。この効果を実用化するにはステップ全長をｚ＝１００のマイクロステップに分割すれば十分であり、ポジショニングシステムの構成原理として完全であると実証されている。
【００２２】
その限りでは、本発明の一態様としてステップ長ＳＬ２ … ＳＬｎについてＳＬ１＝ｋ１／ｚ、ＳＬ２＝ｋ２／ｚ … ＳＬｎ＝ｋｎ／ｚが成立する。なお、ｋ１〜ｋｚは基本周波数ｆａにおける周期当たりのプリセット・マイクロステップ数を表わす等価指数である。
【００２３】
ステップモータＳＭ１に回転フィールド全回転に相当するステップ全長が割り当てられる場合では、ｚ＝１００として、ステップモータＳＭ１について等価指数ｋ１＝１００が成立する。したがってｋ１＝１００とプリセットした場合、ステップモータＳＭ１の比ステップ長ＳＬ１は１００マイクロステップ、すなわちステップ全長となる。これは、各制御インパルス、つまり基本周波数ｆａの各周期単位でステップ全長または１００マイクロステップに相当する距離移動が誘起されることを意味している。
【００２４】
例えば、ステップモータＳＭｎに対し等価指数ｋｎ＝２５と設定すれば、同一基本周波数ｆａによる制御の場合、ステップモータＳＭｎによって誘起されるマイクロステップは、各制御インパルスにつき２５／１００の割合になろう。したがって、ステップモータＳＭ１の速度はステップモータＳＭｎの速度より“４”ファクター高いことになる。
【００２５】
その他のステップモータＳＭ２ … ＳＭｎ−１に対する等価指数ｋ２ … ｋｎ−１が、それぞれ対応の連結構成群のプリセット移動距離に相応して設定されているのであれば、上記の関係は、同一ポジショニングシステムのこれらステップモータＳＭ２ … ＳＭｎ−１にもそれ相応に準用できる。このように、同一基本周波数ｆａによる制御の場合、すべてのステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎがそれぞれ異なった速度で動き、プリセットされた一連の周期の経過後には、それぞれがプリセットされた目標ポジションに同時に到達する。
【００２６】
本発明の特別有利な実施態様として、個々のステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎおよび対応の軌道に対し、例えば、スタートポジション、転換ポジションおよび／または停止ポジションなど移動対象の構成群に、特徴的な設定ポジションを割り当て、基本周波数ｆａで同一数の周期を持つ全ステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎの制御において二つの設定ポジション間の移動が誘起されるように、ステップ長ＳＬ１、ＳＬ２ … ＳＬｎを特徴的設定ポジション間の距離の依存下で、等価指数ｋ１、ｋ２ … ｋｎを用いて軌道上にプリセットすることが可能である。
【００２７】
以下では本発明を実施例に基づき詳しく説明する。
【００２８】
【実施例】
まず最初に、図１に基づき、マイクロステップの生成について説明する。
図１内の上図左上には、まずステップモータの回転モーメント・ベクトルが描いてある。図に描かれた方向軸ＹからＸへの１／４回転移動が回転フィールド全回転に相当する。
【００２９】
この回転フィールドの全回転が、中央部分のグラフに転記されたステップ全長（ＶＳＬ）に相当することになる。マイクロステップは回転フィールドの部分的回転から生まれ、図左上に直径群として描かれている。わかりやすくするために、マイクロステップ数はここでは限定して僅かｚ＝８とした。それにより、各マイクロステップで誘起される移動距離は全ステップで誘起される移動距離の１／８に相当することになる。
【００３０】
したがって、例えば、ステップモータＳＭ１に対して等価指数ｋ１＝８と設定すれば、その比ステップ長ＳＬ１は、式ＳＬ１＝ｋ１／ｚから８／８となり、８つのマイクロステップ、つまりステップ全長に相当することになる。すなわち、このステップモータＳＭ１により、各制御インパルスまたは基本周波数ｆａの各周期毎に８マイクロステップの移動距離が達成される。
【００３１】
それに対し、例えば、等価指数ｋ５＝４のステップモータＳＭ５は、一連の同一制御インパルスでは半分の行程、すなわち、４マイクロステップの距離しか移動しない。
【００３２】
以上の結果、ステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎは対応の等価指数ｋ１、ｋ２ … ｋｎに依存した様々な速度で動くことになる。
例えば、ｚ＝８の代りに、ｚ＝１００マイクロステップを基礎とするより細かな速度等級を構成すれば、様々な構成群をこの原理に基づいて極めて精確にポジショニングできることが容易に認め得る。
【００３３】
複数のステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎに対する本発明に記載の制御例は、図２に描かれている。
それによると、出力ユニット３.１、３.２ … ３.ｎを通じてステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎと連結している計数器ユニット２が、周波数生成器１の後に配置されている。この場合では周波数生成器１によって基本周波数ｆａがプリセットされ、計数器ユニット２によって、その基本周波数ｆａがそれぞれ各構成群のスタートポジションから停止ポジションへの所期移動距離に相当する連続パルスに変換され、その後、個々のステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎに対する回転フィールド位置制御のための実電流が、出力ユニット３.１、３.２ … ３.ｎを通じてプリセットされた比ステップ長ＳＬ１、ＳＬ２ … ＳＬｎの依存のもとで出力される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に記載の方法の長所は、図２と公知技術に記載の同時制御の方法を表わした図３との比較から明らかである。
比較から分かるように、図３ではそれぞれのステップモータＳＭ１、ＳＭ２ … ＳＭｎに一つずつ、全体で複数の計数器ユニット２.１、２.２ … ２.ｎが割り当てられているが、図２、すなわち、本発明の方法では共通の計数器ユニット２が一つ必要なだけである。
【００３５】
本発明の適用から生じる大きな利点は、ハードウェアおよびソフトウェアのコスト縮小にある。記述例における補足として同時連結信号を利用すれば、出力ユニット３.１、３.２ … ３.ｎも、すべてのモータを、多重方式で操作する一つの出力ユニットに統合することができる。
【００３６】
加えて、制御コストを大幅に増加させることなく、任意多数のステップモータを一つのポジショニングシステムに組み入れることができるのも有利である。
【００３７】
基本周波数ｆａの変更だけでポジショニングシステム全体を加速または減速させることが可能である。但し、その場合量子化誤差は一定とする。以上のほかに、量子化誤差は簡単に計算できて、制御もしやすいという側面もある。
【００３８】
さらに、全同期モータの走行時騒音性が改善されされていることも大きな長所である。それは、ステップ出力が常に同時に行われるので制御周波数相互間のうなりが避けられるからである。このことから、本発明に記載の方法は非直線性加速ランプとの組み合わせにも非常に適している。
【００３９】
これらすべてより、本発明に記載のポジショニングシステムは任意数のズームレンズ群を持つズーム装置への適用に特に適していると結論づけられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ステップ全長をマイクロステップに分割した例
【図２】  複数ステップモータに対する本発明に記載の制御例
【図３】  図２との比較で見た、公知技術に記載のポジショニングシステム内における複数ステップモータの制御
【符号の説明】
１      周波数生成器
２      計数器ユニット
３      出力ユニット
Ｘ,Ｙ      方向軸
ｋ      等価指数
ｚ      マイクロステップ
ＳＬ１,ＳＬ２ ・・・ ＳＬｎ      ステップ長
ＳＭ１,ＳＭ２ ・・・ ＳＭｎ      ステップモータ
ｆａ      基本周波数
【図１】
0004665084.tif 000002
【図２】
0004665084.tif 000003
【図３】
0004665084.tif 000004