(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの回転運動を運動変換機構により直進運動に変換して被移動部を目標位置へ移動させる移動装置の制御方法において、前記被移動部の位置をリニアエンコーダにより検出し、前記ステッピングモータの駆動開始から予め設定したｎ番目のエンコーダパルスが前記リニアエンコーダより出力するまでのモータ駆動パルスのパルス数ｍをカウントするとともに、前記目標位置までのエンコーダパルスのパルス数Ｎから前記ｎを減じたパルス数（Ｎ−ｎ）を移動させた後、エンコーダパルスのｎ周期に対応するモータ駆動パルスのパルス数Ｍから前記パルス数ｍを減じたパルス数（Ｍ−ｍ）だけ前記ステッピングモータを駆動して停止させる制御を行うことを特徴とする移動装置の制御方法。
【請求項２】
エンコーダパルスが前記パルス数（Ｎ−ｎ）に達する手前のパルス数（Ｎ−ｎ）−ｐ（ｐ：任意の設定数）を出力するまでは、第一設定速度により制御するとともに、前記パルス数（Ｎ−ｎ）−ｐを出力したなら、前記第一設定速度よりも低速となる第二設定速度により制御することを特徴とする請求項１記載の移動装置の制御方法。
【請求項３】
前記ｎは、「１」に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の移動装置の制御方法。
【請求項４】
前記運動変換機構は、駆動側プーリと、被動側プーリと、前記駆動側プーリと被動側プーリ間に架け渡したタイミングベルトを備えることを特徴とする請求項１記載の移動装置の制御方法。
【請求項５】
前記被移動部を多次元方向に移動させる多次元移動システムに適用したことを特徴とする請求項１記載の移動装置の制御方法。
【請求項６】
ステッピングモータの回転運動を運動変換機構により直進運動に変換して被移動部を目標位置へ移動させる移動装置の制御方法において、前記被移動部の位置をリニアエンコーダにより検出し、前記ステッピングモータの駆動開始から予め設定したｎ番目のエンコーダパルスが前記リニアエンコーダより出力するまでのモータ駆動パルスの仮想上のパルス数ｍを予め設定するとともに、前記目標位置までのエンコーダパルスのパルス数Ｎから前記ｎを減じたパルス数（Ｎ−ｎ）を移動させた後、エンコーダパルスのｎ周期に対応するモータ駆動パルスのパルス数Ｍから前記パルス数ｍを減じたパルス数（Ｍ−ｍ）だけ前記ステッピングモータを駆動して停止させる制御を行うことを特徴とする移動装置の制御方法。
【請求項７】
エンコーダパルスが前記パルス数（Ｎ−ｎ）に達する手前のパルス数（Ｎ−ｎ）−ｐ（ｐ：任意の設定数）を出力するまでは、第一設定速度により制御するとともに、前記パルス数（Ｎ−ｎ）−ｐを出力したなら、前記第一設定速度よりも低速となる第二設定速度により制御することを特徴とする請求項６記載の移動装置の制御方法。
【請求項８】
前記ｎは、「１」に設定することを特徴とする請求項６又は７記載の移動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動モータの回転運動を運動変換機構により直進運動に変換して被移動部を目標位置へ移動させる移動装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び課題】
従来、ヘッド部等の被移動部を目標位置まで移動させる移動装置には、高精度の位置制御を行うことができるサーボモータを用いたサーボ制御機構が広く用いられているが、コスト面を考慮して、供給するモータ駆動パルスの数値により位置制御を行うステッピングモータを用いる場合も少なくない。
【０００３】
しかし、ステッピングモータは、通常、オープンループ制御により駆動するため、ステッピングモータと被移動部間に運動変換機構が介在する場合には、運動変換機構で生じる誤差を解消することができず、制御精度を高めるには限界があった。例えば、駆動側プーリと被動側プーリ間にタイミングベルトを架け渡して構成する運動変換機構では、タイミングベルトのピッチ間の許容誤差を３〔ｍｍ〕±０．００２〔μｍ〕とした場合、６５〔ｍｍ〕移動したときの最大誤差が、（６５／３）×０．００２＝４３．３〔μｍ〕になるため、位置の制御精度として、６５〔ｍｍ〕±４０〔μｍ〕の仕様が要求された場合には、この仕様を満たすことができなくなる。そして、この問題は、特に、被移動部をＸ方向及びＹ方向等へ多次元で移動させる多次元移動システムや工作機械等の大型移動装置のように、被移動部の重量（慣性）が大きい場合により顕著となる。
【０００４】
本発明は、このような従来技術に存在する課題を解決したものであり、比較的安価な駆動モータを使用した場合であっても正確な位置制御を実現し、低コスト化と制御精度の高度化の双方を同時に達成できるとともに、汎用性を高めることができる移動装置の制御方法の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る移動装置１ｘ（１ｙ）の制御方法は、駆動モータ２としてステッピングモータ２ｓ（２ｓａ）を使用し、このステッピングモータ２ｓ（２ｓａ）の回転運動を運動変換機構３により直進運動に変換して被移動部４を目標位置Ｘｃへ移動させるに際し、被移動部４の位置をリニアエンコーダ５により検出し、ステッピングモータ２ｓ（２ｓａ）の駆動開始から予め設定したｎ番目のエンコーダパルスＰｅがリニアエンコーダ５より出力するまでのモータ駆動パルスＰｍのパルス数ｍをカウントするとともに、目標位置ＸｃまでのエンコーダパルスＰｅのパルス数Ｎからｎを減じたパルス数（Ｎ−ｎ）を移動させた後、エンコーダパルスＰｅのｎ周期に対応するモータ駆動パルスＰｍのパルス数Ｍからパルス数ｍを減じたパルス数（Ｍ−ｍ）だけステッピングモータ２ｓ（２ｓａ）を駆動して停止させる制御を行うようにしたことを特徴とする。なお、ステッピングモータ２ｓ（２ｓａ）の駆動開始から予め設定したｎ番目のエンコーダパルスＰｅがリニアエンコーダ５より出力するまでのモータ駆動パルスＰｍのパルス数ｍをカウントする代わりに、予め仮想上のパルス数ｍを設定しても同様に実施できる。
【０００６】
この場合、好適な実施の態様により、エンコーダパルスＰｅがパルス数（Ｎ−ｎ）に達する手前のパルス数（Ｎ−ｎ）−ｐ（ｐ：任意の設定数）を出力するまでは、第一設定速度Ｖｆにより制御するとともに、パルス数（Ｎ−ｎ）−ｐを出力したなら、第一設定速度Ｖｆよりも低速となる第二設定速度Ｖｓにより制御することができる。なお、ｎは「１」に設定することが望ましい。一方、運動変換機構３は、駆動側プーリ１１（１１ａ，１１ｂ）と、被動側プーリ１２（１２ａ，１２ｂ）と、駆動側プーリ１１（１１ａ，１１ｂ）と被動側プーリ１２（１２ａ，１２ｂ）間に架け渡したタイミングベルト１３（１３ａ，１３ｂ）を備えて構成できるとともに、移動装置１ｘ（１ｙ）は、被移動部４を多次元方向に移動させる多次元移動システムＭ等に適用して最適である。
【０００７】
これにより、ステッピングモータ２ｓ（２ｓａ）の駆動開始から予め設定したｎ番目のエンコーダパルスＰｅがリニアエンコーダ５より出力するまでの区間と、パルス数（Ｍ−ｍ）のモータ駆動パルスＰｍによりステッピングモータ２ｓ（２ｓａ）を駆動して停止するまでの区間は、オープンループ制御により駆動制御されるとともに、これ以外の区間は、リニアエンコーダ５の検出結果に基づくクローズドループ制御により駆動制御されるため、オープンループ制御による誤差が発生するのは、エンコーダパルスＰｅのｎ周期分の僅かな区間のみとなる。なお、クローズドループ制御の区間で発生する誤差は、リニアエンコーダ５の精度に基づく誤差であり、その誤差分は僅かである。よって、比較的安価なステッピングモータ２ｓ（２ｓａ）を用いた場合であっても、リニアエンコーダ５を組合わせることにより、低コスト化と制御精度の高度化の双方が同時に実現される。
【０００８】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【０００９】
まず、本実施例に係る移動装置１ｘ（１ｙ）の構成について、図３〜図５を参照して説明する。
【００１０】
図５は、被移動部４を多次元方向に移動させる多次元移動システムＭを示す。この多次元移動システムＭは、被移動部４、例えば、ヘッド部４ｈをＸ方向及びＹ方向に移動させることができる。なお、図５に示す多次元移動システムＭの全体を、不図示の移動装置によりＺ方向に移動させることもできる。ヘッド部４ｈの一例としては、インク，合成樹脂，塗料等の液体を正確な位置へ噴射するインクジェットヘッド等を挙げることができる。
【００１１】
多次元移動システムＭは、Ｘ方向移動装置１ｘとＹ方向移動装置１ｙを備えており、Ｘ方向移動装置１ｘを図４に示す。Ｘ方向移動装置１ｘは、Ｘ方向に長いフレーム部５１を備え、このフレーム部５１の両端に、駆動側プーリ（ギア付プーリ）１１と被動側プーリ（ギア付プーリ）１２を、それぞれ軸部を介して回動自在に取付けるとともに、駆動側プーリと１１と被動側プーリ１２間に無端のタイミングベルト１３を架け渡して運動変換機構３を構成する。フレーム部５１は、ガイドレールを兼ねており、このフレーム部５１にキャリッジ５２をスライド自在に装填する。そして、キャリッジ５２は、ジョイント５３を介してタイミングベルト１３に固定するとともに、このキャリッジ５２にはヘッド部４ｈを取付ける。
【００１２】
また、フレーム部５１には、長手方向に沿ったリニアエンコーダ（リニアスケール）５を取付け、このリニアエンコーダ５のセンサ部５ｓは、キャリッジ５２に固定する。このリニアエンコーダ５によりヘッド部４ｈの位置を検出することができる。さらに、フレーム部５１における駆動側プーリ１１の近傍には、ステッピングモータ２ｓを取付ける。そして、ステッピングモータ２ｓの回転シャフトに第一伝達プーリ５５を取付けるとともに、駆動側プーリ１１の軸部に第二伝達プーリ５６を取付け、この第一伝達プーリ５５と第二伝達プーリ５６間に、伝達用タイミングベルト５７を架け渡して回転伝達機構を構成する。これにより、ステッピングモータ２ｓの回転運動を直進運動に変換し、ヘッド部４ｈをＸ方向へ移動させることができる。また、ステッピングモータ２ｓとリニアエンコーダ５は駆動制御部５８に接続する。
【００１３】
駆動制御部５８のブロック構成を図３に示す。駆動制御部５８は、ＣＰＵ（コンピュータ機能部）２１，モータ駆動パルスＰｍを発生するモータパルス発生部２２，モータ駆動パルスＰｍに基づく駆動電力をステッピングモータ２ｓに供給するモータドライバ２３，モータ駆動パルスＰｍのパルス数をカウントするモータパルスカウンタ２４，リニアエンコーダ５から出力するエンコーダパルスＰｅのパルス数をカウントするエンコーダパルスカウンタ２５，モータパルスカウンタ２４とエンコーダパルスカウンタ２５の切換タイミング制御やモータ駆動パルスＰｍの停止制御を行うカウンタ切換制御部２６を備える。なお、５ｃは、リニアエンコーダ５に付属する変換部であり、エンコーダパルスＰｅを３００〔ｌｐｉ〕から６００〔ｌｐｉ〕に変換する機能を有する。なお、各部の信号経路は図３に示すようになる。
【００１４】
他方、Ｙ方向移動装置１ｙは、上述したＸ方向移動装置１ｘと同様に構成した一対の移動機構１ｙａと１ｙｂを備える。この場合、一対の移動機構１ｙａと１ｙｂは平行に配し、かつ移動機構１ｙａと１ｙｂの長手方向はそれぞれＹ方向に向けて配するとともに、各駆動側プーリ１１ａと１１ｂ，各被動側プーリ１２ａと１２ｂは、それぞれシャフト６１，６２により結合する。なお、一方の移動機構１ｙｂは、ステッピングモータ，第一伝達プーリ，第二伝達プーリ及び伝達用タイミングベルトは不要となる。そして、移動機構１ｙａと１ｙｂのキャリッジ５２ａ，５２ｂに、Ｘ方向移動機構１ｘの上面両端を取付ければ、Ｙ方向移動装置１ｙを構成することができる。
【００１５】
これにより、ステッピングモータ２ｓを駆動制御すれば、ヘッド部４ｈをＸ方向へ移動させることができるとともに、ステッピングモータ２ｓａを駆動制御すれば、ヘッド部４ｈをＹ方向へ移動させることができる多次元移動システムＭが構成される。
【００１６】
次に、移動装置１ｘの動作を含む本実施例に係る制御方法について、図２〜図５を参照しつつ図１に示すフローチャートに従って説明する。なお、Ｙ方向移動装置１ｙの動作も、基本的にはＸ方向移動機構１ｘの動作と同じになる。
【００１７】
実施例は、ヘッド部４ｈをホームポジション（位置０）から目標位置Ｘｃまで移動させる場合を例示する。まず、ＣＰＵ２１から駆動指令（クロック）が出力する。これにより、ステッピングモータ２ｓは駆動を開始する。具体的には、モータパルス発生部２２から図２（ｂ）に示すモータ駆動パルスＰｍが出力し、モータドライバ２３に付与されるとともに、モータドライバ２３からステッピングモータ２ｓに駆動電力が供給される。この結果、ステッピングモータ２ｓは、モータ駆動パルスＰｍのパルス数に比例した回転角だけ回転する。この場合、ステッピングモータ２ｓは、オープンループ制御により駆動制御される（ステップＳ１）。
【００１８】
また、ＣＰＵ２１から駆動指令が出力することにより、モータパルスカウンタ２４は、モータ駆動パルスＰｍ（クロック）をダウンカウントする（ステップＳ１）。この場合、モータパルスカウンタ２４には、エンコーダパルスＰｅのｎ周期に対応するモータ駆動パルスＰｍのパルス数Ｍがセットされているため、モータパルスカウンタ２４は、パルス数Ｍからダウンカウントを開始する。なお、実施例はＭ＝「１２」に設定した。
【００１９】
一方、ステッピングモータ２ｓの駆動により、駆動側プーリ１１が回転し、ヘッド部４ｈはフレーム部５１に沿ってＸ方向に移動する。ヘッド部４ｈの移動により、このヘッド部４ｈの位置は、リニアエンコーダ５により検出され、リニアエンコーダ５（変換部５ｃ）からは図２（ａ）に示すエンコーダパルスＰｅが出力し、エンコーダパルスカウンタ２５に付与される。
【００２０】
そして、ステッピングモータ２ｓの駆動開始から予め設定したｎ番目のエンコーダパルスＰｅ（フロントエッジ）がリニアエンコーダ５から出力したなら、カウンタ切換制御部２６は、モータパルスカウンタ２４のダウンカウントを停止する（ステップＳ２，Ｓ３）。実施例はｎ＝「１」に設定した。なお、ｎは、通常「１」に設定することが望ましいが、「１」以外の数値を排除するものではない。これにより、ステッピングモータ２ｓの駆動開始からｎ番目のエンコーダパルスＰｅが出力するまでのモータ駆動パルスＰｍのパルス数ｍがカウントされることになる。また、ｎ番目のエンコーダパルスＰｅが出力したなら、エンコーダパルスカウンタ２５はエンコーダパルスＰｅのアップカウントを開始する。
【００２１】
これにより、ステッピングモータ２ｓは、いわば、リニアエンコーダ５の監視下に置かれることになり、クローズドループ制御によるステッピングモータ２ｓの駆動制御が行われる（ステップＳ４）。そして、ステッピングモータ２ｓの作動が継続し、目標位置ＸｃまでのエンコーダパルスＰｅのパルス数Ｎからｎを減じたパルス数（Ｎ−ｎ）、実施例の場合、パルス数（Ｎ−１）だけ移動させたなら、カウンタ切換制御部２６は、エンコーダパルスカウンタ２５のアップカウントをリセットするとともに、同時に、モータパルスカウンタ２４のダウンカウントを再開する（ステップＳ５，Ｓ６）。
【００２２】
この場合、モータパルスカウンタ２４は、パルス数Ｍからパルス数ｍを減じたパルス数（Ｍ−ｍ）、実施例の場合、パルス数（１２−ｍ）からダウンカウントを再開する。この際、ステッピングモータ２ｓはオープンループ制御により駆動制御される。そして、モータパルスカウンタ２４が「０」までカウントダウンしたなら、ステッピングモータ２ｓの駆動を停止するとともに、モータパルスカウンタ２４をリセット（Ｍをセット）する（ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９）。
【００２３】
これにより、図２に示すように、ステッピングモータ２ｓの駆動開始からｎ番目のエンコーダパルスＰｅ（フロントエッジ）がリニアエンコーダ５から出力するまでの区間Ｚ１と、パルス数（Ｍ−ｍ）のモータ駆動パルスＰｍだけステッピングモータ２ｓを駆動して停止するまでの区間Ｚ３は、オープンループ制御により駆動制御されるとともに、これ以外の区間Ｚ２は、リニアエンコーダ５の検出結果に基づくクローズドループ制御により駆動制御されるため、オープンループ制御による誤差が発生するのは、エンコーダパルスＰｅのｎ周期分の僅かな期間のみとなる。なお、クローズドループ制御の区間Ｚ２で発生する誤差は、リニアエンコーダ５の精度に基づく誤差であり、その誤差分は僅かである。
【００２４】
ところで、ステッピングモータ２ｓの速度制御は、図２（ｃ）に示すように、エンコーダパルスＰｅがパルス数（Ｎ−ｎ）に達する手前のパルス数（Ｎ−ｎ）−ｐ（ｐ：任意の設定数）を出力するまでは、比較的高速となる第一設定速度Ｖｆにより制御するとともに、パルス数（Ｎ−ｎ）−ｐを出力したなら、第一設定速度Ｖｆよりも低速となる第二設定速度Ｖｓにより制御する。即ち、ステッピングモータ２ｓを停止させる際には、キャリッジ５２…を移動させる機構のガタツキにキャリッジ５２…の慣性力が働くため、キャリッジ５２…の姿勢が乱れてしまう。そこで、ステッピングモータ２ｓが停止する直前に、低速となる第二設定速度Ｖｓのパルスを数個付与するようにした。これにより、キャリッジ５２…の姿勢の乱れを防止できるとともに、より制御精度と安定性を高めることができる。なお、ｐは、ＶｆやＶｓの大きさ等を考慮して任意に設定できる。また、第一設定速度Ｖｆによる制御区間の前部と後部では、徐々に加速する加速領域と徐々に減速する減速領域を設けることが望ましい。
【００２５】
よって、このような本実施例に係る制御方法によれば、比較的安価なステッピングモータ２ｓ，２ｓａを用いた場合であっても、リニアエンコーダ５を組合わせることにより、正確な位置制御を実現できる。特に、実施例で示した多次元移動システムＭのように、Ｘ方向移動装置１ｘの全体をＹ方向移動装置１ｙにより移動させる場合、重量の大きいＸ方向移動装置１ｘの全体が被移動部４となるため、慣性も大きくなり、従来の制御方法では、タイミングベルト１３ａ，１３ｂの伸び等により、正確な位置制御を行うことが困難であるが、本実施例に係る制御方法により、誤差の少ない正確な位置制御を行うことができ、低コスト化と制御精度の高度化の双方を同時に達成することができる。したがって、小型の移動装置は勿論のこと、実施例で挙げた多次元移動システムＭのような被移動部４の重量が大きくなる場合でも十分に使用可能となるため、汎用性を高めることができる。また、ステッピングモータ２ｓを用いたため、ステッピングモータ２ｓを駆動制御する駆動制御部５８は、カウンタ等の組合わせにより簡易に構成できる。
【００２６】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，回路構成，制御手法，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更，追加，削除することができる。
【００２７】
例えば、実施例の駆動制御部５８はハードウェアにより構成した場合を示したが、同様の処理をソフトウェアにより実行してもよい。また、実施例は、ステッピングモータ２ｓ（２ｓａ）の駆動開始から予め設定したｎ番目のエンコーダパルスＰｅがリニアエンコーダ５より出力するまでのモータ駆動パルスＰｍのパルス数ｍをカウントする場合を説明したが、この代わりに、予め仮想上のパルス数ｍを設定しても同様に実施できる。仮想上のパルス数ｍは任意に設定でき、０も含まれる。本発明に係る制御方法の場合、オープンループ制御による誤差が発生するのは、エンコーダパルスＰｅのｎ周期分の僅かな区間のみとなるため、このような仮想上のパルス数ｍを任意に設定しても、パルス数ｍを実際に求める場合に準ずる制御精度を得ることができる。一方、運動変換機構３は、駆動側プーリ１１…と、被動側プーリ１２…と、駆動側プーリ１１…と被動側プーリ１２…間に架け渡したタイミングベルト１３…により構成した場合を例示したが、ラックアンドピニオン機構やボールねじ機構等の他の機構であってもよい。本発明に係る移動装置の制御方法は、特に、実施例で挙げた多次元移動システムＭをはじめ、Ｘ−Ｙテーブル，工作機械等の大型移動装置に好適である。
【００２８】
【発明の効果】
このように、本発明に係る移動装置の制御方法は、被移動部の位置をリニアエンコーダにより検出し、ステッピングモータの駆動開始から予め設定したｎ番目のエンコーダパルスがリニアエンコーダより出力するまでのモータ駆動パルスのパルス数ｍをカウントする（又は予め仮想上のパルス数ｍを設定する）とともに、目標位置までのエンコーダパルスのパルス数Ｎからｎを減じたパルス数（Ｎ−ｎ）を移動させた後、エンコーダパルスのｎ周期に対応するモータ駆動パルスのパルス数Ｍからパルス数ｍを減じたパルス数（Ｍ−ｍ）だけステッピングモータを駆動して停止させる制御を行うようにしたため、次のような顕著な効果を奏する。
【００２９】
（１）  比較的安価なステッピングモータを使用した場合であっても誤差の少ない正確な位置制御を行うことができ、低コスト化と制御精度の高度化の双方を同時に達成することができる。
【００３０】
（２）  小型の移動装置は勿論のこと、多次元移動システムのような被移動部の重量が大きくなる場合でも十分に使用可能となるため、汎用性を高めることができる。
【００３１】
（３）  ステッピングモータを用いたため、ステッピングモータを駆動制御する駆動制御部は、カウンタ等の組合わせにより簡易に構成できる。
【００３２】
（４）  好適な実施の態様により、エンコーダパルスがパルス数（Ｎ−ｎ）に達する手前のパルス数（Ｎ−ｎ）−ｐを出力するまでは、第一設定速度により制御するとともに、パルス数（Ｎ−ｎ）−ｐを出力したなら、第一設定速度よりも低速となる第二設定速度により制御すれば、被移動部の姿勢の乱れを防止できるとともに、より制御精度と安定性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る制御方法の処理手順を示すフローチャート、
【図２】同制御方法を実施した際の各部の信号のタイムチャート、
【図３】同制御方法を実施できる駆動制御部のブロック回路図、
【図４】同制御方法を実施できる移動装置の一部断面構成図、
【図５】同制御方法を実施できる移動装置を備える多次元移動システムの模式的な斜視図、
【符号の説明】
１ｘ…  移動装置
２ｓ…  ステッピングモータ
３      運動変換機構
４      被移動部
５      リニアエンコーダ
１１…  駆動側プーリ
１２…  被動側プーリ
１３…  タイミングベルト
Ｍ      多次元移動システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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