JPS6380310A - リニアモータを用いたサーボ位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、サーボ位置決め装置に係り、特に、ＮＣ工作
椴械、測定機、セツティングツール等に用いるのに好適
な、サーボモータの関与する駆動軸に沿って相対移動す
る２つの部材の相対位置を、速度イこ号及び位ｉ　（エ
サをサーボモータの制御回路にフィードバックすること
により自動制御するサーボ位置決め装置の改良に閂する
。

【従来の技術］ ＮＣ工作殿械、測定礪、セツティングツール笠の分野に
おいて、サーボモータを用いて位置や速度の情報をフィ
ードバックすることにより、自うり的に工程を制御する
サーボａｍが普及してしている。 これらのサーボＰ４　ｍにおいても、加工や測定のの効
串化の要求に応じて、より高速化、當巴能（ヒが求めら
れている。 第６図は、高速化、眼措の簡略１ヒを目的として。 リニアサーボモータ１２を用いてクローズトループで移
動テーブル１０の位置決めを１１うサーボシステムの祠
を示したものである。このサーボシステムにおいて、移
動テーブル１０は図示しない案内機椙に拘束されている
が、Ｘ方向には、ロッド（２次導体）１４とステータ１
６よりなるリニアサーボモータ１２で駆動されている。 このサーボシステムにおいて、［’＋２７ｔのフィード
バックは、メインスケール１８」−に形成された明暗の
縦縞状の周期的な目盛からなる格子１９を用いて、該周
期的目盛に対応する目盛が形成されたインデックスケー
ル（図示省略）含にむ検出器２０から、９０’位相の異
なる２相の正弦波信号を出力し、これを計数回路２２で
パルス化して、インクリメンタル方式で計数することに
よって行われる０図において、２・１はラッチ回路、２
６は比較回路、２８は設定回路、３０はＣＰＵ、３２は
パスライン、３４はモータ用ドライブ回路である。 一方、速度のフィードバックは、前記ステータ１６に連
結された直線型速度センサ３６からの信号を速度検出回
路３８に入力して速度信号に変換した後、前記モータ用
ドライブ回路３４に入力することによって行われる。前
記直線型速度センサ３６は、交流タコメータを直線上に
展開したものとされている。 なお音速化は、リニアサーボモータを用いたサーボシス
テムだけでなく、スピンドル型のサーボモータを用いた
場合でも開発が進められている。 【発明が解決しようとする問題点】 しかしながら従来の装置においては、位置フィードバッ
ク要素が、インクリメンタル型の測長撮であるため、高
速で杉士すする場合に計数が追従できない場合がある。 又、工場の現ｊ％は電源環境が悪く、途中でノイズが混
入し易いため、インクリメンタル型の場合には、誤差が
Ｗｔｎされて位置決め誤差が生ずる等の問題点を有して
いた。 なお、位置フィードバック要素として、ボールねじ１回
転内の侠い範囲ではアブソリュート型である、回転型ポ
テンションメータを用いれば上記の問題点は多少緩和さ
れるが、広範囲ではインクリメンタル型になるため、木
質的な解決策とはならない。 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、応答速度に制限を受けることがなく、ノイズによ
る誤差も積算されることがないサーボ位ご決め装置を提
供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

本発明は、サーボモータの関与する駆動軸に沿って相対
移動する２つの部材の相対位置を、速度信号及び位置信
号をサーボモータの′：＃制御回路にフィードバックす
ることにより自動制御するサーボ位置決め装置において
、一方の部材に、駆動軸に沿って非周期的パターンから
なる目盛を形成したスケールを配し、他方の部材に、前
記非周期的パターンから変位量を読取る検出器を配し、
その検出した値を位置信号として用いることにより、前
記目的を達成したものである。 又、本発明の実施Ｒ様は、前記非周期的パターンを、一
定ピッチで配設された基準エツジと該基準エツジを識別
する位置パターンとから構成したものである。 又、本発明の他の実施態様は、前記サーボモータを、前
記駆！ＩＪ軸を２次導体とするリニアサーボモータとし
たものである。

【作用】

本発明においては、従来のインクリメンタル方式の変位
検出器による位置フィードバックに代えて、アブソリュ
ート方式の変位検出器で位置のフィードバックを行うよ
うにしている。従って、応答速度の制限がなく、又、ノ
イズが混入しても、誤差がＷｔｎされて位置決め誤差が
生ずることがない。 又、前記非周期的パターンを、一定ピッチで配設された
基準エツジと該基準エツジを識別する位置パターンとか
ら構成した場合には、構成が簡略である。 又、前記サーボモータを、前記駆動軸を２次導体とする
リニアサーボモータとした場合には、本発明の効果が特
に大きい。

【実施例】

以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 本発明の第１実施例においては、第１図に示す如く、従
来と同様のリニアサーボモータ１２のロッド１４と平行
にメインスケール１８が配設されている。該メインスケ
ール１８には、従来と同様の周期的目盛からなる第１格
子１９と、非周期的な絶対目盛からなる第２格子６０が
設けられている。 前記第１格子１９は、所定ピッチの明暗の縞状パターン
からなり、従来と同様の第１検出器２０には、対応する
パターンのインデックススケールが設けられている。従
って、移動テーブル１０の変位に従って、２相の所定ピ
ッチの正弦波信号ａ１、ｂｌが出力される。この正弦波
信号ａ＋、ｂｌは、「ハ変換回路６２に入力されて、速
度に比例する速度信号ｑが生成され、モータ用ドライブ
回路３４にフィードバックされている。 前記「ハ変換回路６２は、例えば第２図に詳細に示す如
く、正弦波信号ａ１、ｂｌをそれぞれ２値化して２値信
号ａ２、ｂｌとするシュミット回路６４．６６と、移動
テーブル１０の進行方向を弁別するための、ＪＫフリッ
プフロップ７０．７２及びＡＮＤゲーデー４．７６から
なる方向弁別回路６８と、方向弁別回路６８出力（ａ３
、ｂ３）を長さの等しいパルスａ、、ｂ、に変換するた
めのパルス化回路７８．８０と、該パルスａ、、ｂ４を
直流信号に変換するための、整流ダイオード８４．８６
を含む整流回路８２と、その差！ｌＪ信号を増幅して速
度出力ｑとする差動増幅器８８とから構成されている。 なお、差動増幅器８８に、フィルタ効果を持たせても良
い。 このｆ／ｖ変換回路６２における、移動テーブル１０が
右方向−停止−左方向に動く場合の各信号のタイムチャ
ートは第３図に示す如くである。即ち、２相の正弦波信
号ａ、、ｂ、は、シュミット回路６４．６６で２値化さ
れて２ｆｔｇ信号ａ２、ｂｌとなる０次いで方向弁別口
１＠　６８によって移動テーブル１０の進行方向に応じ
てパルスａ３又はｂ３に変換される０次にパルス化回路
７８．８０によって長さの等しいパルスａ４、ｂ４に変
換され、それぞれ整流回路８２で直流イス号に変換され
、その差出り増幅値が速度出力（１になる。原理的には
、移動テーブル１０が一方向に早く移動すると、パルス
ａ４又はｂ＜の周波数が高くなり整流値も大きくなるこ
とを利用し、移動方向に応じて速度出力には正負になる
。 又、前記メインスケール１８上に形成された第２格子６
０は、第・１図に詳細に示す如く、一定ピッチＰで配置
された基準エツジ９０Ａｔ含む線１幅１゛の基準パター
ン９０と、該基準パターン相互を藏別するための、基準
パターン９０の間に配置された、Ｂ−ＩＪえは図の左側
の基準パターンが左側から何番目のパターンであるかを
示す、線幅ｓｒｎビットのバイナリパターンからなる位
置パターン９２とからなっている。この第２格子６０に
相対して配設される第２検出器９４には、第４図に示さ
れるような、少くとも２本の基準エツジ９０Ａの係を同
時に受光可能な受光長りを有する、画素ピッチ℃、画Ｌ
ＱＮのラインセンサ９６が含まれており、基準パターン
９０の識別と、ラインセンサ９６の例えば左端の画素９
６Ａから基準パターンまでの長さＹに基づいて、第１図
の原点から現在位置までの距離を分ｓｇ：１μｍで検出
できるよう　゛にされている。第２図のピッチＰを５ｎ
１、位置パターン９２を９ビツトまで設ければ、約２．
５１の範囲まで絶対値を検出することができる。 この第２検出器９４の出力による距離検出は、アブソリ
ュート検出回路９８で行われ、その値が位Ｒ１８号とし
てＣＰＵ３０に直接取込まれる。このアブソリュート検
出回路９８は、インクリメンタル型と異なり、計で；値
が求まるまでに１００μｓｅｃ程度の時間が必要である
ため、演算が終る毎に、ラッチ回路２・１に値を保持し
ている。 なお、一定ピッチで配設された基準エツジと該基準エツ
ジを識別する位置パターンを利用した絶　′対位置検出
に関しては、出願人が既に特願昭６１−１５７５８１で
提案しているので、詳細は、この先願を参照されたい。 この第１実施例は、本発明を、駆動軸を２次秤体とする
リニアサーボモータ１２に適用しており、本発明が特に
効果的である。 なお、本発明の適用範囲はこれに限定されず、第５図に
示す第２実施例のように、スピンドル型のサーボモータ
１００でボールねじ１０２を駆動し、移動テーブル１０
の位置決めを行うＮＣサーボ装置に本発明を適用して、
その位置フィードバック要素として第１実施例と同様の
アブソリュート型測長器を用いることも可能である０図
において、１０４はギヤボックスである。他の点につい
ては前記第１実施例と同様であるので説明は省略する。 前記実施例においては、いずれも、アブソリュート方式
の第２格子６０及び第２検出器９４として、光学式スケ
ールが用いられていたが、アブソリュート方式の測長器
はこれに限定されず、１１程度の範囲を１０μｍ程度の
分解能で測長できるものであれば、例えば静電容量式ス
ケール等、他のスケールを用いることも可能である。

【発明の効果】

以」二説明した通り、本発明によれば、アブソリュート
方式の位置フィードバック要素を用いているので、応答
速度のホ１１限がない、又、ノイズが混入しても、誤差
がｒ算されて位置決ｙ）誤差が生ずることがない等の殴
れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るサーボ位置決め装置の第１実施
例の全体構成を示すブロック線図、第２図は、第１実施
例で用いられているｆ／ｖ変換回路の梢成例を示す回路
図、第３図は、第２図に示したｆ／ｖ変換回路の各部信
号波形の例を示す線図、第４図は、第１実施例で用いら
れている第２格子と第２検出器の構成を示す拡大展開図
、第５図は、第２実施例の仝体措成を示すブロック線図
、第６図は、従来のクローズドルーズによるサーボ位置
決め装置の一例の構成を示すブロック線図である。 １０・・・移動テーブル、 １２・・・リニアサーボモータ、 １４・・・ロッド（２次導体）、 １６・・・ステータ、 １８・・・メインスケール、 １９．６０川格子、 ２０．９４・・・検出器、 ９８・・・アブソリュート検出回路、 １００・・・サーボモータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）サーボモータの関与する駆動軸に沿つて相対移動
   する２つの部材の相対位置を、速度信号及び位置信号を
   サーボモータの制御回路にフィードバックすることによ
   り自動制御するサーボ位置決め装置において、 一方の部材に、駆動軸に沿つて非周期的パターンからな
   る目盛を形成したスケールを配し、他方の部材に、前記
   非周期的パターンから変位量を読取る検出器を配し、 その検出した値を位置信号として用いることを特徴とす
   るサーボ位置決め装置。
2. （２）前記非周期的パターンが、一定ピッチで配設され
   た基準エッジと該基準エッジを識別する位置パターンと
   から構成されている特許請求の範囲第１項記載のサーボ
   位置決め装置。
3. （３）前記サーボモータが、前記駆動軸を２次導体とす
   るリニアサーボモータである特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載のサーボ位置決め装置。