(57)【要約】【課題】    エンコーダの出力信号に含まれる高調波成分やスケールピッチの加工誤差に伴う検出誤差を補正する変位検出方法を提供する。【解決手段】    変位検出方法は、駆動手段１を用いて可動部３を駆動するステップと、変位検出手段５を用いて可動部３の変位量６（検出角度θｍ’）を検出するステップと、変位検出手段５で検出した変位量６（検出角度θｍ’）の変位速度（ｄθｍ’／ｄｔ）が一定となるように、変位補正テーブルを用いて変位量６（検出角度θｍ’）を補正するステップと、変位補正テーブルにより補正された変位量（検出角度θｍ’’）を可動部３の変位量として検出するステップとを有する。【選択図】図１
2009303358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動手段を用いて可動部を駆動するステップと、
変位検出手段を用いて前記可動部の変位量を検出するステップと、
前記変位検出手段で検出した前記変位量の変位速度が一定となるように、変位補正テーブルを用いて該変位量を補正するステップと、
前記変位補正テーブルにより補正された変位量を前記可動部の前記変位量として検出するステップと、を有することを特徴とする変位検出方法。
【請求項２】
前記変位量の前記変位速度は、周期性のある速度むらを有し、
前記変位補正テーブルは、前記速度むらの少なくとも一周期の期間内で前記変位速度が一定となるように補正することを特徴とする請求項１記載の変位検出方法。
【請求項３】
前記変位補正テーブルは、前記可動部の実際の変位量がゼロのとき、補正後の前記変位量がゼロとなるように補正することを特徴とする請求項１記載の変位検出方法。
【請求項４】
駆動手段を用いて可動部を駆動するステップと、
変位検出手段を用いて前記可動部の変位量を検出するステップと、
微分器を用いて前記変位量の変位速度を算出するステップと、
前記変位検出手段で検出した前記変位量の前記変位速度が一定となるように該変位量を補正する変位補正テーブルを作成するステップと、を有することを特徴とする補正テーブル作成方法。
【請求項５】
可動部と、
駆動トルクを前記可動部に供給する駆動手段と、
前記可動部の変位量を検出する変位検出手段と、
前記変位検出手段で検出した前記変位量の変位速度が一定となるように該変位量を補正する変位補正テーブルを備えた制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記変位補正テーブルにより補正された変位量を用いて前記駆動手段を制御することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
前記変位量の前記変位速度は、周期性のある速度むらを有し、
前記変位補正テーブルは、前記速度むらの少なくとも一周期の期間内で前記変位速度が一定となるように前記変位量を補正することを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記変位補正テーブルは、前記可動部の実際の変位量がゼロのとき、補正後の前記変位量がゼロとなるように補正することを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記変位検出手段はエンコーダであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか一に記載のモータ制御装置を有することを特徴とする工作機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位情報を補正して検出精度を向上させる変位検出方法、補正テーブル作成方法、モータ制御装置及び工作機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、レーザ穴あけ加工機やレーザトリマ装置、レーザリペア装置などの工作機械装置に使用するガルバノモータの開発を行っている。ガルバノモータには、高精度な角度検出器として、インクリメンタルエンコーダが採用されており、本出願人はエンコーダ信号の電気分割手段について検討している。
【０００３】
従来、インクリメンタルエンコーダでは、信号の振幅及びオフセットの値が揃っており、互いに位相が９０度異なる２相のアナログ正弦波信号及び余弦波信号が出力されていること前提にして、電気分割が行われていた。また、上記の前提条件に近づけるようにエンコーダからの出力信号を補正した後、電気分割が行われる場合もあった。
【０００４】
ここで、電気分割の方法としては、特許文献１に開示されるような抵抗分割による方法や、特許文献２に開示されるようなｔａｎ−１（アークタンジェント）による方法が知られている。
【特許文献１】特開平０２−１３８８１９号公報
【特許文献２】特開平０６−５８７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のとおり、従来、エンコーダからの出力信号が正弦波信号であるとして、振幅、オフセット及び位相の補正が行われていた。しかしながら、エンコーダ出力信号は、高調波成分や非線形成分を含んでおり、理想的な正弦波信号でない。このため、エンコーダ出力信号を補正した場合でも、補正後の信号は厳密には正弦波信号とはならない。その結果、電気分割を行う際に、誤差の原因となっていた。
【０００６】
また、エンコーダのスケールピッチは等間隔となるように加工されているが、実際には、加工誤差が生じている。
【０００７】
そこで本発明は、エンコーダ出力信号に含まれる高調波成分又はスケールピッチの加工誤差に伴う検出誤差を補正して、検出精度を向上させた変位検出方法、モータ制御装置及び工作機械装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての変位検出方法は、駆動手段を用いて可動部を駆動するステップと、変位検出手段を用いて前記可動部の変位量を検出するステップと、前記変位検出手段で検出した前記変位量の変位速度が一定となるように、変位補正テーブルを用いて該変位量を補正するステップと、前記変位補正テーブルにより補正された変位量を前記可動部の前記変位量として検出するステップとを有する。
【０００９】
また、本発明の他の側面としての補正テーブル作成方法は、駆動手段を用いて可動部を駆動するステップと、変位検出手段を用いて前記可動部の変位量を検出するステップと、微分器を用いて前記変位量の変位速度を算出するステップと、前記変位検出手段で検出した前記変位量の前記変位速度が一定となるように該変位量を補正する変位補正テーブルを作成するステップとを有する。
【００１０】
また、本発明の他の側面としてのモータ制御装置は、可動部と、駆動トルクを前記可動部に供給する駆動手段と、前記可動部の変位量を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段で検出した前記変位量の変位速度が一定となるように該変位量を補正する変位補正テーブルを備えた制御手段とを有し、前記制御手段は、前記変位補正テーブルにより補正された変位量を用いて前記駆動手段を制御する。
【００１１】
また、本発明の他の側面としての工作機械装置は、前記モータ制御装置を有する。
【００１２】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エンコーダ出力信号に含まれる高調波成分又はスケールピッチの加工誤差に伴う検出誤差を補正して、検出精度を向上させた変位検出方法、モータ制御装置及び工作機械装置を提供することができる。また、そのための補正テーブル作成方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
まず、本実施例における工作機械装置の一例として、レーザ加工機の構成を説明する。図２６にレーザ加工機１００の概略図を示す。レーザ加工機１００は、基板の切断や穴あけ、金属間の溶接など、幅広い用途に利用される。
【００１６】
本実施例のレーザ加工機１００は、二つのモータ制御装置２００ａ、２００ｂを備える。各々のモータ制御装置２００ａ、２００ｂは、ミラー及び回転モータを備える。回転モータは、ミラーを回転駆動するために設けられている。ミラーは、回転モータにより回転駆動され、その向きが変化する。
【００１７】
このように、レーザ加工機１００は、二つの回転モータを用いてそれぞれのミラーの向きを変化させることにより、レーザ光Ｌの進行方向を変えることができる。なお、後述のように、回転モータにはその回転変位量を検出するためのエンコーダが設けられている。エンコーダを用いて回転モータの回転変位量を正確に検知することにより、レーザ光Ｌの進行方向を正確に制御することができる。
【００１８】
レーザ発振器１０５から射出されたレーザ光Ｌは、モータ制御装置２００ａ、２００ｂのミラーを経由して、レーザ加工面１０６に照射される。加工の対象となるレーザ加工面１０６としては、金属やガラス、プラスチックなど広範の材料が選択できる。
【００１９】
上記のとおり、レーザ加工機１００においては、モータ制御装置２００ａ、２００ｂのミラーが回転することにより、レーザ光Ｌの進行方向を正確に制御することができる。このため、レーザ加工面１０６が平坦でない場合でも、レーザ加工面１０６を高精度に加工することが可能である。
【００２０】
次に、レーザ加工機１００に用いられるモータ制御装置の構成を説明する。図２７にモータ制御装置の概略図を示す。また、図２８にエンコーダのスケール２０１の概略平面図を示す。
【００２１】
本実施例のモータ制御装置２００は、回転モータ１０４の回転変位量を検出するための光学式のエンコーダを有する。エンコーダは、回転スリット円板及び固定スリット円板を有するスケール２０１と、発光素子（発光ダイオード）と受光素子（フォトダイオード）を有するセンサ部２０２とからなる。回転スリット円板は、回転モータ１０４の回転とともに回転し、固定スリット円板は固定されている。エンコーダは、発光素子と受光素子の間に回転スリット円板と固定スリット円板を配置した構成となっている。
【００２２】
回転スリット円板と固定スリット円板には、多数のスリットが設けられている。発光素子の光は、回転スリット円板が回転することにより、透過又は遮断する。また、固定スリット円板は、エンコーダの出力信号を複数相にするため、固定スリットは複数に分かれている。このため、発光素子と受光素子も複数個設けられている。
【００２３】
図２８に示されるように、エンコーダのスケール２０１は、複数のスリット２０５が設けられている。スケール２０１は、回転モータ１０４の回転変位に伴い、スケール中心２０４（回転軸）を中心として回転する。センサ部２０２には２つの受光素子が設けられており、それぞれの受光素子は、発光素子からの光がスリット２０５を通過したとき、その光を検出する。これらの２つの受光素子は、スリット２０５を通過した光に基づいて、それぞれ、Ａ相パターンとＢ相パターンの２種のパターンを形成する。
【００２４】
この結果、図２９に示されるように、互いに位相が９０°異なるＡ相信号とＢ相信号が生成される。なお、図２９のＡ相信号及びＢ相信号は、正弦波状のエンコーダ出力を波形整形回路により波形整形した矩形波信号である。
【００２５】
図２７において、モータコントローラ２０３は、回転モータ１０４の回転駆動を制御する。モータコントローラ２０３は、回転モータ１０４に駆動トルクを供給する駆動手段、及び、この駆動手段を制御する制御手段を備える。モータコントローラ２０３は、目標値であるモータ回転角度と実測値であるモータ検出角度とを比較して、実測値が目標値に等しくなるように、フィードバック制御する。この結果、ミラー１０３の向きを目標値どおりの角度に変更することができる。
【００２６】
なお、エンコーダの検出原理は光学式に限られず、磁気式など他の方式を採用することも可能である。
【実施例１】
【００２７】
次に、本発明の実施例１における変位検出方法及びモータ制御装置を説明する。図１は、モータ制御装置が実行する制御ブロック図である。
【００２８】
図1の制御ブロックは、モータの回転角度θｍを検出するための角度検出器としてロータリエンコーダを用いた位置決め制御系である。本図では、トルク指令に対する位置応答が１／ｓ２となる簡易な可動部のモデルを示している。
【００２９】
１は駆動手段（駆動トルク発生器）である。駆動手段１は、上位の制御手段（不図示）からの出力信号に基づいて、所定の駆動トルク２を可動部３（回転モータ）に供給する。本実施例の可動部３は、駆動手段１から入力される駆動トルク２（トルク指令）に対し、伝達関数１／ｓ２の位置応答を示す。
【００３０】
可動部３は、駆動トルク２が入力されることにより、所定の回転角度だけ変位する。このとき、可動部３の変位量４、すなわち可動部３の実際の回転角度をθｍとする。
【００３１】
５は可動部３の回転角度θｍ（変位量４）を検出する変位検出手段である。変位検出手段５としては例えばエンコーダが用いられるが、これに限定されるものではない。変位検出手段５は、可動部３の変位量４を検出して、その検出角度θｍ’（変位量６）を出力する。
【００３２】
ただし、変位検出手段５から出力される信号（正弦波信号）には、高調波成分や非線形成分が含まれている。また、変位検出手段５としてエンコーダが用いられる場合、エンコーダのスケールに加工誤差が含まれている可能性もある。このため、厳密には、変位検出手段５により求められた可動部３の検出角度θｍ’（変位量６）は、可動部３の実際の回転角度θｍ（変位量４）とは異なる。すなわち、可動部３の実際の回転角度θｍ（変位量４）と変位検出手段５により検出された可動部３の検出角度θｍ’（変位量６）との間には誤差がある。そこで、変位検出手段５の検出精度を向上させるには、後述のとおり、検出角度θｍ’（変位量６）を補正して、検出角度θｍ’（変位量６）に対する誤差を小さくする必要がある。
【００３３】
７は可動部３の回転速度８（変位速度）を求めるために設けられている微分器である。微分器７は、変位検出手段５により検出された検出角度θｍ’（変位量６）の時間微分値（ｄθｍ’／ｄｔ）を算出する。微分器７で算出された時間微分値は、可動部３の回転速度８（変位速度）に相当する。９は記憶器である。記憶器９は、回転角度θｍ’（変位量６）及び微分器７で算出された回転速度８を記憶する。
【００３４】
１０は変位補正テーブル作成器である。変位補正テーブル作成器１０は、記憶器９に記憶されたデータ（回転角度θｍ’（変位量６）及び回転速度８）から変位補正テーブルを作成する。変位補正テーブルは、微分器７で算出した回転速度８（変位速度）が一定となるように、変位検出手段５で検出した検出角度θｍ’（変位量６）を補正する。このようにして、変位補正テーブルは、変位検出手段５で検出した検出角度θｍ’（変位量６）が可動部３の実際の回転角度θｍ（変位量４）に等しくなるように補正する。なお、変位補正テーブルは制御手段（不図示）に備えられている。
【００３５】
次に、本実施例における変位検出方法について、詳細に説明する。
（１）高調波成分を含むエンコーダ信号が角度検出に与える誤差
まず、本実施例において、高周波成分を含むエンコーダ信号が角度検出に与える誤差について説明する。
【００３６】
本実施例において、エンコーダ（変位検出手段５）は、回転モータ（可動部３）１回転当たり、正弦波状の二相信号を各々１４００００周期分だけ出力する。ここで、回転モータの回転角度をθｍ［ｒａｄ］とすると、エンコーダの位相角度θe［ｒａｄ］は、 以下の式（１）で表される。
【００３７】
【数１】
2009303358.tif 000003
【００３８】
また、理想的な正弦波信号を出力するエンコーダの二相信号Ａｓｉｇ、Ｂｓｉｇは、下記の式（２）及び式（３）で求められる。
【００３９】
【数２】
2009303358.tif 000004
【００４０】
【数３】
2009303358.tif 000005
【００４１】
エンコーダの二相信号Ａｓｉｇ、Ｂｓｉｇには、通常、高調波成分が含まれる。このため、下記の式（４）及び式（５）で表されるような３次及び５次の高調波成分を含むエンコーダ信号について考える。
【００４２】
【数４】
2009303358.tif 000006
【００４３】
【数５】
2009303358.tif 000007
【００４４】
次に、高調波成分を含むエンコーダ信号を理想的な正弦波信号であるとして、ｔａｎ−１（アークタンジェント)により電気分割した場合の誤差を考える。このとき、以下の式（６）を用いて、高調波成分を含むエンコーダ信号からエンコーダの位相角度θｅ’を求めることができる。
【００４５】
【数６】
2009303358.tif 000008
【００４６】
ここで、エンコーダ信号は周期関数であるため、エンコーダの角度θｅを−π≦θｅ≦πの範囲で考えればよい。このとき、図２及び図３に示されるように、高調波成分による可動部の回転角度の検出誤差を有していることがわかる。
【００４７】
図２は、モータの回転角度検出誤差θｍ’−θｍとモータの回転角度θｍとの関係を示している。横軸はモータ（可動部）の回転角度θｍであり、縦軸はモータの回転角度θｍと電気分割により求められた検出角度θｍ’との検出誤差θｍ’−θｍである。図２に示されるように、本実施例のモータ制御装置には周期的に大きく変化する検出誤差θｍ’−θｍが含まれている。
【００４８】
図３は、モータの検出角度θｍ’とモータの回転角度θｍとの関係を示している。横軸はモータの回転角度θｍであり、縦軸は電気分割により算出された回転角度θｍ’を表している。高調波成分に起因する誤差が生じていない場合、図３に示される関係は直線で表される。しかし、本実施例では高調波成分が含まれているため、図３に示される関係は直線ではなく歪んだ線で表される。
（２）角度検出の補正方法
次に、本実施例における角度検出の補正方法について説明する。ここでは、具体的な例を示しながら補正手順を説明する。
【００４９】
まず、可動部（モータ）にトルクを印加して、可動部を駆動する。本実施例では、可動部に供給するトルクとして、図４に示される波形を印加した。図４は、本実施例における駆動トルクの入力波形図である。図４に示されるように、０〜０．１秒間に、０．０１Ｎの駆動トルクが印加されている。
【００５０】
図５は、トルクとして図４に示される波形を印加したときの検出角度θｍ’及び回転速度の時間依存性である。図５において、検出角度θｍ’を実線で表示し、回転速度を点線で表示している。なお、可動部の初期位置は、−２π／１４００００［ｒａｄ］としている。
【００５１】
図５において、点線で表示されている回転速度に着目すると、０．１秒以後の回転速度（変位速度）は、周期性のある速度むらを有していることがわかる。すなわち、回転速度は、短い周期で高速及び低速を繰り返している。エンコーダ信号に高調波成分が含まれていない場合、０．１秒後以後の回転速度は一定になる。しかし、本実施例のエンコーダ信号には高調波成分が含まれているため、回転速度には、一定速度になるべき期間で速度むらが生じている。
【００５２】
本実施例では、速度むらの一周期分を１００［ｍｓｅｃ］から１１１．５６［ｍｓｅｃ］の間と考え、この期間内の速度むらが０となるように検出角度を補正する。補正後の検出角度はθｍ’’とする。
【００５３】
図６は、１００［ｍｓｅｃ］から１１１．５６［ｍｓｅｃ］の間（速度むら一周期）における検出角度θｍ’及び回転速度の時間依存性である。図６において、検出角度θｍ’を実線で表示し、回転速度を点線で表示している。速度むらを０にするため、本実施例では、１００［ｍｓｅｃ］から１１１．５６［ｍｓｅｃ］までの期間（速度むら一周期）において、検出角度θｍ’の時間依存性について、直線近似を行う。
【００５４】
直線近似は、補正期間である速度むら一周期において二点を選択し、その二点おける傾きを算出することにより行われる。例えば、本実施例においては、補正期間の最初である１００［ｍｓｅｃ］及び最後の１１１．５６［ｍｓｅｃ］の二つの検出角度θｍ’を用いて、時間微分値（直線の傾き）を算出する。
【００５５】
図７は、図６に示される検出角度θｍ’を直線近似した様子を一点鎖線で示す。これにより、検出角度θｍ’と直線近似により得られた補正後の検出角度θｍ’’との関係が得られる。この関係を図８に示す。図８に示される検出角度θｍ’’と検出角度θｍ’との関係は、変位補正テーブルとして、モータ制御装置２００のモータコントローラ２０３（制御手段）に保持される。このように、変位補正テーブルは、速度むらの少なくとも一周期の期間で回転速度（変位速度）が一定となるように検出角度θｍ’（変位量６）を補正する。
【００５６】
次に、本実施例における補正手順について説明する。図２５は、本実施例における補正手順（変位補正テーブル作成方法）を示すフローチャートである。
【００５７】
まず、ステップＳ１において、上位の制御手段の指令に基づき、駆動手段１を用いて可動部３（モータ）を駆動する。次に、ステップＳ２において、モータ駆動時の応答として、変位検出手段５を用いてモータの検出角度θｍ’（変位量６）を検出する。また、微分器７を用いて検出角度θｍ’（変位量６）の時間微分値（変位速度）を算出する。
【００５８】
ステップＳ３では、回転速度（変位速度）の速度むら範囲すなわち補正範囲を決定する。回転速度の速度むら範囲（補正範囲）は、使用される可動部３（モータ）の種類等により適宜決定される。
【００５９】
ステップＳ４では、ステップＳ３で決定された速度むら範囲において、回転速度の速度むらがゼロになるように、補正前の検出角度θｍ’から補正後の検出角度θｍ’’を算出する。すなわち、検出角度θｍ’（変位量６）の時間微分値（変位速度）が一定となるように検出角度θｍ’を補正する。補正前の検出角度θｍ’と補正後の検出角度θｍ’’との関係は、変位補正テーブル作成器１０により作成された変位補正テーブルとして保持される。上記のとおり、本実施例の変位補正テーブルは作成される。  
【００６０】
本実施例の変位検出方法では、このような変位補正テーブルを用いて補正された変位量（検出角度θｍ’’）を、可動部３の変位量４（回転角度θｍ）として検出する。なお、図２５に示される補正手順は、後述の実施例２及び実施例３にも適用される。
（３）角度検出の補正前後での検出誤差
次に、本実施例における角度検出の補正前後での検出誤差について説明する。
【００６１】
図９は、補正前の検出誤差θｍ’−θｍ及び補正後の検出誤差θｍ’’−θｍと、回転角度θｍとの関係である。図９において、横軸はモータの回転角度θｍであり、縦軸は補正前の検出誤差θｍ’−θｍ及び補正後の検出誤差θｍ’’−θｍである。なお、実線は補正前の検出誤差θｍ’−θｍを示し、点線は補正後の検出誤差θｍ’’−θｍを示している。
【００６２】
図９に示されるように、本実施例で補正した範囲において、補正後の検出角度θｍ’’は、補正前の検出角度θｍ’と比較して、検出誤差が大幅に低減している。このため、本実施例によれば、理想的な電気分割が可能となる。
【００６３】
以上のとおり、本実施例によれば、高調波信号を含むエンコーダ信号について角度検出誤差を低減することができる。本実施例における検出角度の補正方法は、可動部（モータ）の初期位置を変えて繰り返し実行することにより、広範囲に渡って検出角度を補正することができる。
【実施例２】
【００６４】
次に、本発明の実施例２について説明する。
【００６５】
本実施例では、回転モータのトルク指令に対する位置応答が１／（ｓ２＋ｓ＋１００） となる可動部のモデルを考える。このモデルは、実施例１のモデルに対して、粘性及びばね系のモデルを加味したものである。粘性のモデルについては上記式における分母の「ｓ」で反映され、ばね系のモデルについては同式における分母の「１００」で反映されている。
（４）角度検出の補正方法
まず、本実施例における角度検出の補正方法について説明する。
【００６６】
本実施例においても、実施例１と同様の手順で補正を行う。まず、トルクとして、実施例１と同様に図４に示される波形を印加する。このときの検出角度θｍ’及び回転速度（時間微分値）の時間依存性を図１０に示す。図１０において、検出角度θｍ’を実線で表示し、回転速度を点線で表示している。
【００６７】
なお、本実施例において、可動部３（モータ）の初期位置は０［ｒａｄ］としている。
【００６８】
図１０において回転速度に着目すると、０．３〜０．４秒の期間における回転速度は、ほぼ一定速度であり、かつ、速度むらを有する。そこで、速度むらの一周期分を３５８．１６［ｍｓｅｃ］から３７１．８９［ｍｓｅｃ］までの期間と考え、この期間の速度むらがゼロになるように検出角度θｍ’を補正し、補正後の検出角度θｍ’’を求める。
【００６９】
図１１は、３５８．１６［ｍｓｅｃ］から３７１．８９［ｍｓｅｃ］までの期間（速度むらの一周期分）の検出角度θｍ’及び回転速度（時間微分値）の時間依存性である。本図において、検出角度θｍ’を実線で表示し、回転速度を点線で表示している。本図は、図１０の一部を拡大した図に相当する。
【００７０】
回転速度の速度むらをゼロにするため、本実施例では、図１２の一点鎖線で示されるように、３５８．１６［ｍｓｅｃ］から３７１．８９［ｍｓｅｃ］までの期間（速度むらの一周期分）における検出角度θｍ’を直線近似する。これにより、補正前の検出角度θｍ’と直線近似により得られた補正後の検出角度θｍ’’との関係が得られる。この関係を図１３に示す。
【００７１】
図１３に示される補正後の検出角度θｍ’’と補正前の検出角度θｍ’との関係は、変位補正テーブルとして、モータ制御装置２００のモータコントローラ２０３に保持される。
（５）角度検出の補正前後での検出誤差
次に、本実施例における角度検出の補正前後での検出誤差について説明する。
【００７２】
図１４は、本実施例において、補正前の検出誤差θｍ’−θｍ及び補正後の検出誤差θｍ’’−θｍと、回転角度θｍとの関係を示す図である。図１４において、横軸はモータの回転角度θｍであり、縦軸は補正前の検出誤差θｍ’−θｍ及び補正後の検出誤差θｍ’’−θｍである。なお、実線は補正前の検出誤差θｍ’−θｍを示し、点線は補正後の検出誤差θｍ’’−θｍを示している。
【００７３】
図１４に示されるように、本実施例で補正した範囲において、補正後の検出角度θｍ’’は、補正前の検出角度θｍ’と比較して、検出誤差が大幅に低減している。このため、本実施例によれば、理想的な電気分割が可能となる。
【００７４】
以上のとおり、本実施例によれば、高調波信号を含むエンコーダ信号について角度検出誤差を低減することができる。本実施例における検出角度の補正方法は、可動部（モータ）の初期位置を変えて繰り返し実行することにより、広範囲に渡って検出角度を補正することができる。
【実施例３】
【００７５】
次に、本発明の実施例３について説明する。
【００７６】
本実施例では、エンコーダのスケールピッチに加工誤差が生じている場合を考える。実施例１及び実施例２と同様に、可動部として回転モータを用い、変位検出手段としてロータリエンコーダ（角度検出器）を用いている。エンコーダは、モータ一回転当たり、正弦波状の二相信号を各々１４００００周期分だけ出力とする。
【００７７】
ここで、モータの回転角度をθｍ［ｒａｄ］とすると、エンコーダの位相角度θe［ｒａｄ］は、 以下の式（７）で表される。
【００７８】
【数７】
2009303358.tif 000009
【００７９】
また、エンコーダの二相正弦波信号Ａｓｉｇ、Ｂｓｉｇは、以下の式（８）及び式（９）で表される。
【００８０】
【数８】
2009303358.tif 000010
【００８１】
【数９】
2009303358.tif 000011
【００８２】
しかしながら、スケールピッチに加工誤差が生じていると、上記の式（７）の関係が満たされず、正確な位置を検出することができない。
【００８３】
そこで、本実施例ではスケールピッチに加工誤差が生じている場合における検出補正手順について説明する。
（６）スケール加工誤差を含むエンコーダ信号が角度検出に与える誤差
まず、スケール加工誤差を含むエンコーダ信号が角度検出に与える誤差について説明する。本実施例において、エンコーダのスケールは、モータの回転角度に対して、以下の式（１０）及び式（１１）を満たすように構成されているとする。
【００８４】
モータの回転角度範囲が（−π／１４００００）×１．２≦θｍ＜0のとき、エンコーダの位相角度θe’［ｒａｄ］は、 以下の式（１０）で表される。
【００８５】
【数１０】
2009303358.tif 000012
【００８６】
また、モータの回転角度範囲が0≦θｍ＜（π／１４００００）×０．８ のとき、エンコーダの位相角度θe’［ｒａｄ］は、 以下の式（１１）で表される。
【００８７】
【数１１】
2009303358.tif 000013
【００８８】
このとき、本実施例のエンコーダのスケールには、式（１０）及び式（１１）の関係を満たす加工誤差が生じている。上記以外の範囲では、エンコーダのスケールの加工誤差はないものとする。ここで、エンコーダのスケールが理想的なものとすると、モータの回転角θｍ’は、 エンコーダ信号θe’を用いて、式（１２）で求められる。
【００８９】
【数１２】
2009303358.tif 000014
【００９０】
図１５は、本実施例におけるモータの検出角度θｍ’とモータの回転角度θｍとの関係である。図１５において、横軸にモータの回転角度θｍを表示し、縦軸に電気分割により求めたモータ回転角度θｍ’を表示する。
【００９１】
図１６は、本実施例におけるモータの回転角度検出誤差θｍ’−θｍとモータの回転角度θｍとの関係である。図１６において、横軸にモータの回転角度θｍを表示し、縦軸にモータの回転角度θｍと電気分割により求めたモータ回転角度θｍ’との検出誤差θｍ‘−θｍを表示する。
【００９２】
図１５及び図１６に示されるように、本実施例のエンコーダは、スケール加工誤差による角度検出誤差を有している。
（７）角度検出の補正方法
次に、本実施例における角度検出の補正方法について説明する。
【００９３】
本実施例における補正は、実施例１と同様の手順で行われる。本実施例では、駆動トルクとして、図１７に示される波形を印加した。図１７は、本実施例における駆動トルクの入力波形図である。図１７に示されるように、０〜０．１秒間に、０．１Ｎの駆動トルクが印加されている。
【００９４】
図１８は、本実施例において、トルクとして図１７に示される波形を印加したときの検出角度θｍ’及び回転速度の時間依存性を示す図である。図１８において、検出角度θｍ’を実線で表示し、回転速度を点線で表示している。なお、可動部（モータ）の初期位置は０［ｒａｄ］としている。
【００９５】
図１８において回転速度に着目すると、０．３５〜０．３８秒の期間における回転速度は、ほぼ一定速度である。しかし、３６５［ｍｓｅｃ］前後において回転速度の速度むらが生じている。そこで、速度むらの範囲を３５０［ｍｓｅｃ］から３８０［ｍｓｅｃ］までの間と考え、この期間における速度むらがゼロとなるように検出角度を補正し、補正後の検出角度θｍ’’を求める。
【００９６】
図１９は、本実施例における速度むらを含む期間（３５８［ｍｓｅｃ］から３８０［ｍｓｅｃ］までの期間）の検出角度θｍ’及び回転速度の時間依存性を示す図である。図１９において、検出角度θｍ’を実線で表示し、回転速度を点線で表示している。
【００９７】
回転速度の速度むらをゼロにするため、本実施例では、図２０の一点鎖線で示されるように、３５８［ｍｓｅｃ］から３８０［ｍｓｅｃ］までの期間（速度むらを含む期間）における検出角度θｍ’を直線近似する。これにより、補正前の検出角度θｍ’と直線近似により得られた補正後の検出角度θｍ’’との関係が得られる。この関係を図２１に示す。
【００９８】
図２１に示される補正後の検出角度θｍ’’と補正前の検出角度θｍ’との関係は、変位補正テーブルとして、モータ制御装置２００のモータコントローラ２０３に保持される。
（８）角度検出の補正前後での検出誤差
次に、本実施例における角度検出の補正前後での検出誤差について説明する。
【００９９】
図２２は、補正前の検出角度θｍ’及び補正後の検出角度θｍ’’と、回転角度θｍとの関係である。図２２において、横軸はモータの回転角度θｍを示し、縦軸は補正前の検出角度θｍ’及び補正後の検出角度θｍ’’を示している。なお、補正前の検出角度θｍ’を実線で表示し、直線近似により得られた補正後の検出角度θｍ’’ を点線で表示している。
【０１００】
図２２に示されるように、モータの回転角度θｍが０のとき、補正後の検出角度θｍ’’が０以外の値となっている。そこで、モータの回転角度θｍが０のときに補正後の検出角度θｍ’’が０となるように、ゼロ補正を追加して行う。ゼロ補正後の検出角度をθｍ’’’とする。
【０１０１】
図２３は、補正前の検出角度θｍ’及びゼロ補正後の検出角度θｍ’’’と、回転角度θｍとの関係である。図２３において、横軸はモータの回転角度θｍであり、縦軸は検出角度θｍ’及びゼロ補正後の検出角度θｍ’’’である。また、検出角度θｍ’は実線で表示し、ゼロ補正後の検出角度θｍ’’’ は点線で表示している。
【０１０２】
図２３に示されるように、回転角度θｍが０のとき、ゼロ補正後の検出角度θｍ’’’も０となっている。このように、本実施例の変位補正テーブルは、可動部（モータ）の回転角度θｍ（変位量）がゼロのとき、補正後の回転角度θｍ’’’（変位量）がゼロとなるように補正する。
【０１０３】
図２４は、補正前の検出誤差θｍ’−θｍ及びゼロ補正後の検出誤差θｍ’’’−θｍと、回転角度θｍとの関係である。図２４において、横軸はモータの回転角度θｍであり、縦軸は補正前の検出誤差θｍ’−θｍ及びゼロ補正後の検出誤差θｍ’’’−θｍである。また、補正前の検出誤差θｍ’−θｍを実線で表示し、ゼロ補正後の検出誤差θｍ’’’−θｍを点線で表示している。
【０１０４】
図２４に示されるように、本実施例で補正した範囲において、ゼロ補正後の検出角度θｍ’’’は、補正前の検出角度θｍ’と比較して、検出誤差が大幅に低減している。
【０１０５】
以上のとおり、本実施例によれば、スケール加工誤差を含むエンコーダ信号について角度検出誤差を低減することができる。また、本実施例において、エンコーダのスケールピッチが不均質としても、不均質を含む角度又は位置範囲を設定して、変位補正を行うこともできる。
【０１０６】
上記各実施例における補正方法を用いたガルバノモータの位置決め装置（モータ制御装置）、また、このモータ制御装置を用いたレーザ加工機及び工作機械装置では、従来と比較してエンコーダの分割精度を容易に改善できる。
【０１０７】
このため、上記各実施例によれば、エンコーダで検出した変位量の変位速度（測定した位置応答の時間微分）の速度むらを抑制することができる。その結果、エンコーダからの出力信号の振幅、オフセット、二相信号の位相差、高調波成分又はエンコーダスケールのピッチ誤差に依存せずに正確な変位検出が可能となる。
【０１０８】
従って、上記各実施例によれば、エンコーダ出力信号に含まれる高調波成分又はスケールピッチの加工誤差等に伴う検出誤差を補正して、検出精度を向上させた変位検出方法、モータ制御装置及び工作機械装置を提供することができる。また、そのための補正テーブル作成方法を提供することができる。その結果、機械の性能を向上させ、加工物、工作物の品質を向上させることが可能となる。
【０１０９】
以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。
【０１１０】
例えば、上記各実施例では、可動部として回転モータ（回転機構）を用いているが、これに代えて直動機構を用いてもよい。また、可動部の駆動手段として、モータやピエゾなどのアクチュエータや、人の手により駆動してもよい。
【０１１１】
また、上記各実施例では、変位検出手段としてエンコーダが用いられているが、これに代えて、静電容量センサやＰＳＤ（光位置センサ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いることもできる。静電容量センサやＰＳＤを用いれば、変位検出のリニアリティ補正を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】実施例１におけるモータ制御装置が実行する制御ブロック図である。
【図２】実施例１におけるモータの回転角度検出誤差θｍ’−θｍとモータの回転角度θｍとの関係を示す図である。
【図３】実施例１におけるモータの検出角度θｍ’とモータの回転角度θｍとの関係を示す図である。
【図４】実施例１における駆動トルクの入力波形図である。
【図５】実施例１において、トルクとして図４に示される波形を印加したときの検出角度θｍ’及び回転速度の時間依存性を示す図である。
【図６】実施例１における速度むら一周期分の検出角度及び回転速度の時間依存性を示す図である。
【図７】実施例１において、図６に示される検出角度θｍ’を直線近似した様子を示す図である。
【図８】実施例１における補正後の検出角度θｍ’’と補正前の検出角度θｍ’との関係を示す図である。
【図９】実施例１において、補正前の検出誤差θｍ’−θｍ及び補正後の検出誤差θｍ’’−θｍと、回転角度θｍとの関係を示す図である。
【図１０】実施例２において、トルクとして図４に示される波形を印加したときの検出角度θｍ’及び回転速度の時間依存性を示す図である。
【図１１】実施例２における速度むら一周期分の検出角度及び回転速度の時間依存性を示す図である。
【図１２】実施例２において、図１１に示される検出角度θｍ’を直線近似した様子を示す図である。
【図１３】実施例２における補正後の検出角度θｍ’’と補正前の検出角度θｍ’との関係を示す図である。
【図１４】実施例２において、補正前の検出誤差θｍ’−θｍ及び補正後の検出誤差θｍ’’−θｍと、回転角度θｍとの関係を示す図である。
【図１５】実施例３におけるモータの検出角度θｍ’とモータの回転角度θｍとの関係を示す図である。
【図１６】実施例３におけるモータの回転角度検出誤差θｍ’−θｍとモータの回転角度θｍとの関係を示す図である。
【図１７】実施例３における駆動トルクの入力波形図である。
【図１８】実施例３において、トルクとして図１７に示される波形を印加したときの検出角度θｍ’及び回転速度の時間依存性を示す図である。
【図１９】実施例３における速度むらを含む期間の検出角度及び回転速度の時間依存性を示す図である。
【図２０】実施例３において、図１９に示される検出角度θｍ’を直線近似した様子を示す図である。
【図２１】実施例３における補正後の検出角度θｍ’’と補正前の検出角度θｍ’との関係を示す図である。
【図２２】実施例３において、補正前の検出角度θｍ’及び補正後の検出角度θｍ’’と、回転角度θｍとの関係を示す図である。
【図２３】実施例３において、補正前の検出角度θｍ’及びゼロ補正後の検出角度θｍ’’’と、回転角度θｍとの関係を示す図である。
【図２４】実施例３において、補正前の検出誤差θｍ’−θｍ及びゼロ補正後の検出誤差θｍ’’’−θｍと、回転角度θｍとの関係を示す図である。
【図２５】実施例１における補正手順を示すフローチャートである。
【図２６】本実施例におけるレーザ加工機の一例を示す概略図である。
【図２７】本実施例におけるモータ制御装置の一例を示す概略図である。
【図２８】ロータリエンコーダのスケールの一例を示す平面図である。
【図２９】エンコーダの出力信号を示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  駆動手段
２  駆動トルク
３  可動部
４  変位量（回転角度θｍ）
５  変位検出手段
６  変位量（検出角度θｍ’）
７  微分器
８  回転速度
９  記憶器
１０  変位補正テーブル作成器
１００  レーザ加工機
１０３  ミラー
１０４  回転モータ
１０５  レーザ発信器
１０６  レーザ加工面
２００  モータ制御装置
２０１  スケール
２０２  センサ部
２０３  モータコントローラ
２０４  スケール中心
２０５  スリット
【図１】
2009303358.tif 000015
【図２】
2009303358.tif 000016
【図３】
2009303358.tif 000017
【図４】
2009303358.tif 000018
【図５】
2009303358.tif 000019
【図６】
2009303358.tif 000020
【図７】
2009303358.tif 000021
【図８】
2009303358.tif 000022
【図９】
2009303358.tif 000023
【図１０】
2009303358.tif 000024
【図１１】
2009303358.tif 000025
【図１２】
2009303358.tif 000026
【図１３】
2009303358.tif 000027
【図１４】
2009303358.tif 000028
【図１５】
2009303358.tif 000029
【図１６】
2009303358.tif 000030
【図１７】
2009303358.tif 000031
【図１８】
2009303358.tif 000032
【図１９】
2009303358.tif 000033
【図２０】
2009303358.tif 000034
【図２１】
2009303358.tif 000035
【図２２】
2009303358.tif 000036
【図２３】
2009303358.tif 000037
【図２４】
2009303358.tif 000038
【図２５】
2009303358.tif 000039
【図２６】
2009303358.tif 000040
【図２７】
2009303358.tif 000041
【図２８】
2009303358.tif 000042
【図２９】
2009303358.tif 000043