JPH0844431A - 位置決め制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多額な投資をせず位置決め対象体の長ストロ
ーク移送を温度外乱の影響を排除して良好な位置決め精
度を得る位置決め制御方法を提供する。 【構成】 最長ストローク位置近傍に対象体の検知セン
サを送りねじと切離して配置し、対象体の位置情報を記
憶した指令部からの指令に基づきサーボ機構により対象
体を検知センサの検知位置までは速度制御により移送
し、検知位置から位置決め位置までは位置制御により移
送して停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、タイヤ製造産業など
の特殊産業用に使用する専用機械、その他の一般産業用
機械、また産業用ロボットなどに用いる可動部品のう
ち、サーボ機構を用いて或る位置から所定位置まで移動
させて停止させる可動部品（対象体）の位置決め制御方
法に関し、さらに詳細には、予め位置決め対象体の位置
情報を記憶させた指令部より該対象体に対し所定位置へ
向わせる指令をカウンタを備える位置更新部に出力し、
これを受けて位置更新部は上記位置情報をサーボモータ
駆動用信号として次のサーボドライブ部に出力し、サー
ボドライブ部はこの信号を増幅して長尺送りネジと連結
するサーボモータを回転させ、上記送りねじと嵌合する
ナット部を有する対象体をその原点位置から長ストロー
クにわたり所定位置まで移送して停止させる位置決め制
御方法並びに対象体を一旦所定位置に位置決めした後、
別の所定位置に対象体を再移送して位置決めする位置決
め制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述の制御方法において、位置決め対象
体の移送ストロークが著しく長く、従って送りねじも長
尺であることを要する場合、外乱としての温度変化に伴
う送りねじの長さ変化量（伸縮量）が著しく大きくなる
のは不可避であり、この変化量が許容値を遙に越える値
に達すれば、所期する対象体の位置決め精度が大きく損
なわれる問題が生じる。

【０００３】この問題解決のため、所定一定温度を保つ
室内に位置決め対象体を有する装置全体を設置し、かつ
ねじ部分を潤滑油や空気で冷却する機器を併用するか、
そうでなければ定期的に、しかも頻繁に人手により位置
決め精度をチェックしてサーボパラメータの調整を実施
するか何れかの手段が採用されている。

【０００４】またサーボ機構における位置決め対象体の
位置検出部に長尺ポテンショメータ乃至長尺差動トラン
スなどの長尺リニヤスケールを適用して、制御系全体を
フルクローズドループ方式とする駆動形態を採用するこ
と、又は別途温度検出部を設け、検出された温度の基準
温度からの温度変化を指令部にフィードバックして位置
決め対象体に対する位置指令に温度補正を施す制御方法
を用いることも行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし装置全体を所定
の一定温度に保つ方法は余分な多額の投資を必要とする
に止まらず、ランニングコストが高価につくため実用性
に欠け、定期的かつ頻繁な人手による位置決め精度チェ
ックとサーボパラメータの調整は煩雑で時間を要し作業
能率の低下がもたらされる上、装置操作中の温度変化に
即応したチェックは事実上不可能である。

【０００６】また長尺リニヤースケールを用いる場合、
スケール長さが例えば１〜３ｍ以上に達するもので所望
する高精度な位置検出を可能とするためには高度な製造
技術が要求され、仮にかような長尺リニヤースケールを
入手できたとしても極めて高価である上、例えば４ｍに
及ぶストロークでの所望位置決め精度±０．０１ｍｍ
（±１０μｍ）を達成することは極めて困難である。さ
らにねじの剛性及びバックラッシュなど機械系の影響を
受けるためサーボ応答性に不利な点を有する。

【０００７】また温度検出部を設ける方法は、使用する
温度検出器が高価で、かつ温度検出器をボールねじに取
付けるシステムが高価になり、さらに他からの熱伝導、
例えば太陽光や他の機器からの熱伝導に基づく温度変化
による外乱の影響を受けるため位置決め精度向上に対す
る好適手段とはいえない。

【０００８】従ってこの発明の目的は、上述した諸問題
を排除すると共に位置決め対象体を長いストロークにわ
たって移送駆動して所定位置に停止させるに際し、長尺
送りねじに対する温度変化の外乱による悪影響を排除し
て位置決め対象体の位置決め精度を大幅に向上させ得る
位置決め制御方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
この発明のその一は、冒頭にて詳細に述べた前者の位置
決め制御方法において、位置決め対象体の最長ストロー
ク終端位置近傍に対象体の検知センサを送りねじと切離
して配置し、上記指令部は対象体を所定停止位置に向わ
せる単位時間当りの所定パルス数をもつ指令信号を出力
し、まず上記対象体の原点位置から検知センサによる対
象体の検知位置までの間は、上記指令部からの上記所定
パルス数の指令信号に基づき、サーボモータと、そのセ
ンサとして連係動作するパルス発生エンコーダと、それ
に接続されたサーボドライブ部とをもつ第一の制御系の
下で対象体を速度制御により駆動移送し、次いで検知セ
ンサにより対象体を検知した後は、検知センサと、それ
からの検知信号を入力して対象体の所定停止位置までの
パルス数を演算する演算部と、この演算結果を入力して
カウントする位置更新部とを第一の制御系に加えた第二
の制御系の下で、演算されたパルス数指定に基づき対象
体を位置制御により所定位置に停止させ、これにより対
象体の長ストローク移送における高度な位置決め精度を
得ることを特徴とする位置決め制御方法であり、また、
この発明のその二は、上記制御方法により対象体を一旦
所定位置に位置決めした後、別の所定位置に対象体を再
移送して位置決めするに際し、対象体の複数位置情報を
記憶させた指令部より再移送の位置指令を位置更新部及
び演算部に出力し、これを受けて演算部は、検知センサ
による検知を経た位置決め位置と原点位置との間のパル
ス数カウントにより定まる距離（Ｐａ）と、この距離
（Ｐａ）に対応する物理量として定めた距離（Ｌａ）と
の比（Ｐａ／Ｌａ）を演算してこの演算結果を補正値と
して位置更新部に出力し、これら両出力を受けた位置更
新部からの補正パルス数に基づき対象体を別の所定位置
に移送して停止させることを特徴とする位置決め制御方
法である。なおこの発明の制御方式はセミクローズドル
ープ方式である。

【００１０】この発明を実施するに際し、上記送りねじ
はボールねじであること、そして検知センサには近接ス
イッチ又は光電スイッチを適用するのが望ましい。また
エンコーダにはインクリメンタル型、アブソリュート型
のいずれもが適合し、サーボモータはやはりＡＣ、ＤＣ
何れのサーボモータでも適用することができる。

【００１１】

【作用】位置決め対象体の最長ストローク終端位置近傍
に対象体の検知センサを送りねじと切離して配置するこ
と、上記指令部は対象体を所定停止位置に向わせる単位
時間当りの所定パルス数をもつ指令信号を出力するこ
と、そして、まず上記対象体の原点位置から検知センサ
による対象体の検知位置までの間は、上記指令部からの
上記所定パルス数の指令信号に基づき、サーボモータ
と、そのセンサとして連係動作するパルス発生エンコー
ダと、それに接続されたサーボドライブ部とをもつ第一
の制御系の下で対象体を速度制御により駆動移送するこ
と、次いで検知センサにより対象体を検知した後は、検
知センサと、それからの検知信号を入力して対象体の所
定停止位置までのパルス数を演算する演算部と、この演
算結果を入力してカウントする位置更新部とを第一の制
御系に加えた第二の制御系の下で、演算されたパルス数
指定に基づき対象体を位置制御により所定位置に停止さ
せることにより、大幅な温度変化の外乱を受ける環境の
下で、長尺送りねじに沿って対象体を実際上あり得るど
のような長ストロークにわたり移送させても、送りねじ
全体の伸縮量の大部分を占めるところの、対象体の原点
位置から検知センサによる対象体検知位置に至る間のね
じ伸縮量を位置決め精度と完全に無縁とすることがで
き、残余の極く短いねじ部分の無視できるほど僅少な伸
縮量のみが位置決め精度に関与することになり、その結
果位置制御を極く短いねじ部分で有利に活用することが
できるので対象体の高度な位置決め精度が達成可能とな
る。

【００１２】また対象体の原点位置から検知センサによ
る対象体検知位置に至る間のストロークがいかに長くと
も、この間は速度制御により対象体を移送するので高応
答かつ短時間で済む利点を有し、装置の稼働率の向上と
生産性の向上とに寄与するところ大である。

【００１３】さらに、上記制御方法により対象体を一旦
所定位置に位置決めした後、別の所定位置に対象体を再
移送して位置決めするに際し、対象体の複数位置情報を
記憶させた指令部より再移送の位置指令を位置更新部及
び演算部に出力すること、これを受けて演算部は、検知
センサによる検知を経た位置決め位置と原点位置との間
のパルス数カウントにより定まる距離（Ｐａ）と、この
距離（Ｐａ）に対応する物理量として定めた距離（Ｌ
ａ）との比（Ｐａ／Ｌａ）を演算してこの演算結果を補
正値として位置更新部に出力すること、そしてこれら両
出力を受けた位置更新部からの補正パルス数に基づき対
象体を別の所定位置に移送して停止させることにより、
対象体のその都度の原点復帰及びそこからの再位置決め
の不利を排除して複数の所定位置間を対象体が、それぞ
れの位置決め精度を十分良好に保持した上で自在に移動
することが可能となり、これは同時に装置の稼働率の一
層の向上と生産性の更なる向上とに結びつく有利な効果
をもたらす。

【００１４】

【実施例】図１に模式により要部を簡略図解した解説図
を一部含むブロック図を示し、図２（ａ）、（ｂ）には
同様に要部を簡略図解した動作説明図を示す。図１にお
いて、１は指令部、２は位置更新部、３はサーボドライ
ブ部であり、大きな枠４は駆動部を示し、枠４内におい
て５はサーボモータ（Ｍ）、６はエンコーダ（Ｅ）、７
は送りねじとしてのボールねじ、８は位置決め対象体、
この例ではタイヤ成形に用いる未加硫部材の担持体、９
は検知センサとしての光電スイッチ、そして１０は演算
部である。また図において担持体８の位置決め対象の物
理量として定めた絶対位置をＡ、Ｂ、Ｃの符号にてボー
ルねじ７上に小マル印を付して示し、ボールねじ７の始
端をＯＰ、終端をＥとして同様に示した。なお担持体８
の原点位置は始端ＯＰの近傍におく。

【００１５】ボールねじ７の始端ＯＰをサーボモータ５
の回転軸とボールねじ７との連結部とし、そこから終端
Ｅまでの距離（ボールねじ７の長さ）は５１００ｍｍ、
始端ＯＰから各絶対位置Ａ、Ｂ、Ｃまでの距離はそれぞ
れＯＰ〜Ａ間が５０００ｍｍ、ＯＰ〜Ｂ間が３０００ｍ
ｍ、ＯＰ〜Ｃ間が１５００ｍｍである。なおボールねじ
７の材質は一般の炭素鋼とした。この材質の線膨張率β
は１０×１０^-6／℃である。ここに光電スイッチ９はそ
の検知開始位置が絶対位置Ａから始端ＯＰ寄りに５０ｍ
ｍ離れた位置で、ボールねじ７との間で相互に熱伝導が
なるべくないように断熱的に配置した。

【００１６】まず予め絶対位置Ａ、Ｂ、Ｃの各位置情報
を記憶させておいた指令部１から、例えば絶対位置Ａに
向う位置指令及び速度指令を単位時間当りの所定パルス
数、例えば２６０×１０³ パルス／秒の指令信号を位置
更新部２に出力する。このパルス信号を入力して位置更
新部２はカウンタにより入力パルスをカウントし、併せ
てサーボモータ５駆動用信号として次のサーボドライブ
部３に出力し、サーボドライブ部３はこの駆動用信号を
増幅してサーボモータ５を回転させ、併せてサーボモー
タ５のセンサとして連係動作するエンコーダ６からパル
スを出力させ、このパルスを位置更新部２に戻し入力パ
ルスのカウントを更新させる。

【００１７】サーボモータ５の回転軸に連結されたボー
ルねじ７の回転により担持体８は、サーボドライブ部
３、サーボモータ５及びエンコーダ６がつくる第一の制
御系の下で速度制御により終端Ｅに向け移動を続ける。
一旦光電スイッチ９が担持体８を検知すると、その検知
信号が演算部１０に伝送される。一方演算部１０には指
令部１から絶対位置Ａに向う位置指令が入力されてい
て、この指令と検知信号とから演算部１０は検知開始位
置から絶対位置まで担持体８を移送するのに必要なパル
ス数を演算してこの演算値を指定信号として位置更新部
２に出力し、これを受けた位置更新部２は、それと光電
スイッチ９と演算部１０とを第一の制御系に加えた第二
の制御系の下で、指定されたパルス数分だけ、すなわち
位置制御によりサーボモータ５を回転させた後、担持体
８を停止させる。

【００１８】図２（ａ）に速度制御と位置制御とによる
担持体８の移送の有り様を駆動部１０の一部と重ね合せ
て示す。図の下方の線図は縦軸に移送速度を、横軸に移
送時間をとった時の担持体８の速度分布を示し、台形状
の全体面積Ｐａが始端ＯＰ〜停止位置間の距離に相当
し、図示のＬａは始端ＯＰ〜絶対位置Ａまでの距離を示
す。なお距離Ｐａ、Ｌａは極く僅差であるため重ねてあ
らわした。図示の台形のうち白抜き部分は光電スイッチ
９が担持体８を検知するまでの速度制御領域部分であ
り、斜線を施した部分Ｐｏは位置制御領域部分での移動
距離である。すなわちこの移動距離は光電スイッチ９の
検知信号に基づき担持体８がＰｏ分移動し停止すること
をあらわしている。

【００１９】この実施例における位置決め精度Ｌと位置
制御による移動距離Ｐｏとの関係は、βを線膨張率（１
／℃）、ｔを基準温度に対する変化幅（±℃）として、
Ｌ≒Ｐｏ×β×ｔにて求めることができる。この実施例
ではＰｏ＝５０ｍｍ、β＝１０×１０^-6／℃であり、例
えばｔ＝±２０℃の外乱を受けた場合、Ｌ≒±１０μｍ
となり、大幅な温度変化に伴うボールねじ（送りねじ）
７の大幅な伸縮量の影響を受けることなく、長いストロ
ークにおける位置決め精度として極めて良い結果が得ら
れる。

【００２０】絶対位置Ａに一旦位置決めした担持体８を
絶対位置Ａと始端ＯＰとの間に位置する別の絶対位置Ｂ
又はＣに再位置決めするとき、担持体８を原点復帰させ
る場合とそうでない場合との何れの場合も、良好な位置
決め精度を保持して担持体８を位置決めすることができ
る。それは絶対位置Ｂ又はＣの位置情報を記憶させた指
令部１から位置更新部２及び演算部１０に対し絶対位置
Ｂ又はＣに向う位置指令を出力し、これを受けて演算部
１０は距離Ｐａと距離Ｌａとの比Ｐａ／Ｌａに、絶対位
置Ｂの場合なら図２（ｂ）に示すように、始端ＯＰから
絶対位置Ｂまでの距離Ｌｂを掛け合せた（Ｐａ／Ｌａ）
×Ｌｂを演算してこの演算結果を補正値として位置更新
部２に出力する。

【００２１】この補正値入力に基づき位置更新部２は指
令部１からの指令パルス数に対し補正を施した補正パル
ス数をサーボドライブ部３に出力する。位置更新部２は
補正パルス数をカウントして、担持体８を絶対位置Ａか
ら絶対位置Ｂまで位置制御により移送し停止させる。上
記補正により位置決め精度はボールねじ７の伸縮量の影
響を受けることなく良好に保持される。なおこの補正は
作業の始業時や環境の変化に合せ、また定期的に実施す
ることにより位置決め精度を常に良好に保持することが
できる。

【００２２】

【発明の効果】この発明によれば、位置決め対象体を長
いストロークにわたって移送駆動して複数の所定位置に
停止させるに際し、多額の投資を必要とせず、また作業
能率を高度に保持し、機械系の不利な影響を最小限に抑
制した上で、長尺送りねじに対する温度変化の外乱によ
る悪影響を排除して位置決め対象体の位置決め精度を大
幅に向上させ得る位置決め制御方法を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による装置の一部を含むブロック図で
ある。

【図２】この発明による動作の一部説明図である。

【符号の説明】

１ 指令部 ２ 位置更新部 ３ サーボドライブ部 ５ サーボモータ ６ エンコーダ ７ ボールねじ ８ 位置決め対象体（担持体） ９ 検知センサ １０ 演算部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め位置決め対象体の位置情報を記憶さ
   せた指令部より該対象体に対し所定位置へ向わせる指令
   をカウンタを備える位置更新部に出力し、これを受けて
   位置更新部は上記位置情報をサーボモータ駆動用信号と
   して次のサーボドライブ部に出力し、サーボドライブ部
   はこの信号を増幅して長尺送りネジと連結するサーボモ
   ータを回転させ、上記送りねじと嵌合するナット部を有
   する対象体をその原点位置から長ストロークにわたり所
   定位置まで移送して停止させるにあたり、 上記対象体の最長ストローク終端位置近傍に対象体の検
   知センサを送りねじと切離して配置し、 上記指令部は対象体を所定停止位置に向わせる単位時間
   当りの所定パルス数をもつ指令信号を出力し、 まず上記対象体の原点位置から検知センサによる対象体
   の検知位置までの間は、上記指令部からの上記所定パル
   ス数の指令信号に基づき、サーボモータと、そのセンサ
   として連係動作するパルス発生エンコーダと、それに接
   続されたサーボドライブ部とをもつ第一の制御系の下で
   対象体を速度制御により駆動移送し、 次いで検知センサにより対象体を検知した後は、検知セ
   ンサと、それからの検知信号を入力して対象体の所定停
   止位置までのパルス数を演算する演算部と、この演算結
   果を入力してカウントする位置更新部とを第一の制御系
   に加えた第二の制御系の下で、演算されたパルス数指定
   に基づき対象体を位置制御により所定位置に停止させ、
   これにより対象体の長ストローク移送における高度な位
   置決め精度を得ることを特徴とする位置決め制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した制御方法により対象
   体を一旦所定位置に位置決めした後、別の所定位置に対
   象体を再移送して位置決めするに際し、 対象体の複数位置情報を記憶させた指令部より再移送の
   位置指令を位置更新部及び演算部に出力し、これを受け
   て演算部は、検知センサによる検知を経た位置決め位置
   と原点位置との間のパルス数カウントにより定まる距離
   （Ｐａ）と、この距離（Ｐａ）に対応する物理量として
   定めた距離（Ｌａ）との比（Ｐａ／Ｌａ）を演算してこ
   の演算結果を補正値として位置更新部に出力し、これら
   両出力を受けた位置更新部からの補正パルス数に基づき
   対象体を別の所定位置に移送して停止させることを特徴
   とする位置決め制御方法。