CN116745708A - 控制系统和控制方法 - Google Patents

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CN116745708A CN202180091769.7A CN202180091769A CN116745708A CN 116745708 A CN116745708 A CN 116745708A CN 202180091769 A CN202180091769 A CN 202180091769A CN 116745708 A CN116745708 A CN 116745708A
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control system
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山本英词
小岛俊之
安井勇人
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Abstract

基于致动器的实际的驱动量，对下一个针对致动器的指令施加反馈。控制系统具备：存储器，其存储用于生成与作业位置有关的指令的程序；控制部，其用于执行程序；第1输出部，其向第1驱动部输出驱动信号；第2输出部，其向第2驱动部输出其他驱动信号；以及计测部，其计测第1驱动部的驱动量。控制部提取指令中包含的低频成分，将低频成分传送到第1输出部，基于表示第1驱动部的驱动量的信号，校正指令中包含的高频成分，将高频成分传送到第2驱动部。

Description

控制系统和控制方法
技术领域
本发明涉及控制系统，更具体而言，涉及对控制系统的指令的反馈技术。
背景技术
在激光加工机或路由器等CNC(Computer Numerical Control：计算机数值控制)加工机、检查机或其他任意的装置中，需要用于控制多个致动器来执行动作命令的技术。
关于致动器的控制，例如日本特开2000-078875号公报(专利文献1)公开了伺服控制装置。该伺服控制装置“设置有发出针对控制对象的指令信号的指令部、用于得到与控制对象的运动状态有关的相位信息的相位检测部、以及通过该两者的信号间的相位比较而得到相位差信号的相位比较部。并且，在学习/存储由相位检测器的精度误差引起的脉动成分的图案信息的学习模式时，对控制对象串联连接梳形滤波器，将在恒定速度控制指令下使梳形滤波器输出的脉动成分消失时得到的相位误差的校正用信息与来自相位检测部的信号同步地存储于存储部。在实际的动作模式时，在去掉梳形滤波器的基础上，与来自相位检测部的信号同步地从存储部读出上述校正用信息，基于该信息对相位比较部的输出信号或相位检测部的相位检测信号进行校正。(参照[摘要])。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-078875号公报
发明内容
发明所要解决的课题
根据专利文献1所公开的技术，无法基于致动器的实际的驱动量，对下一个针对致动器的指令施加反馈。因此，需要用于基于致动器的实际的驱动量，对下一个针对致动器的指令施加反馈的技术。
本公开是鉴于上述那样的背景而完成的，一个方面的目的在于提供一种用于基于致动器的实际的驱动量来对下一个针对致动器的指令施加反馈的技术。
用于解决课题的手段
根据本公开的一例，提供一种控制系统。控制系统具备：存储器，其存储用于生成与作业位置有关的指令的程序；控制部，其用于执行程序；第1输出部，其向第1驱动部输出驱动信号；第2输出部，其向第2驱动部输出其他驱动信号；以及计测部，其计测第1驱动部的驱动量。控制部提取指令中包含的低频成分，将低频成分传送到第1输出部，基于表示第1驱动部的驱动量的信号，校正指令中包含的高频成分，将高频成分传送到第2驱动部。
根据本公开，能够基于表示第1驱动部的驱动量的信号对指令中包含的高频成分进行校正。
在上述公开中，控制系统还包含第1驱动部和第2驱动部。
根据本公开，能够基于指令中包含的低频成分驱动第1驱动部，基于指令中包含的高频成分驱动第2驱动部。
在上述公开中，对指令中包含的高频成分进行校正包含：基于信号，对低频成分加上第1驱动部的位置偏差；以及从指令中减去加法处理后的低频成分。
根据本公开，能够基于第1驱动部的位置偏差来校正高频成分。
在上述公开中，控制部还通过比例积分微分控制即PID控制调节位置偏差。
根据本公开，能够抑制对高频成分施加过度的校正。
在上述公开中，控制部还对位置偏差施加限制。
根据本公开，能够抑制对高频成分施加过度的校正。
在上述公开中，控制部还基于位置偏差变更低频成分和高频成分的分离比率。
根据本公开，能够基于位置偏差调节低频成分和高频成分的分离比率。
在上述公开中，基于位置偏差变更低频成分及高频成分的分离比率包含：反复变更分离比率；对每个分离比率的位置偏差进行比较；以及选择位置偏差最小的分离比率。
根据本公开，能够选择位置偏差最小的低频成分和高频成分的分离比率。
根据本公开的另一例，提供一种控制方法。控制方法包含以下步骤：生成与作业位置有关的指令；提取指令中包含的低频成分；基于低频成分驱动设备的第1驱动部；基于表示第1驱动部的驱动量的信号对指令中包含的高频成分进行校正；以及基于高频成分驱动设备的第2驱动部。
根据本公开，能够基于表示第1驱动部的驱动量的信号对指令中包含的高频成分进行校正。
在上述公开中，对指令中包含的高频成分进行校正的步骤包含以下步骤：基于信号，对低频成分加上第1驱动部的位置偏差；以及从指令中减去加法处理后的低频成分。
根据本公开，能够基于第1驱动部的位置偏差校正高频成分。
在上述公开中，控制方法还包含通过PID控制调节位置偏差的步骤。
根据本公开，能够抑制对高频成分施加过度的校正。
在上述公开中，控制方法还包含对位置偏差施加限制的步骤。
根据本公开，能够抑制对高频成分施加过度的校正。
在上述公开中，控制方法还包含以下步骤：基于位置偏差变更低频成分和高频成分的分离比率。
根据本公开，能够基于位置偏差调节低频成分和高频成分的分离比率。
在上述公开中，基于位置偏差变更低频成分和高频成分的分离比率的步骤包含以下步骤：反复变更分离比率；对每个分离比率的位置偏差进行比较；以及选择位置偏差最小的分离比率。
根据本公开，能够选择位置偏差最小的低频成分和高频成分的分离比率。
发明效果
根据某个实施方式，能够基于致动器的实际的驱动量，对下一个针对致动器的指令施加反馈。
本公开内容的上述以及其他目的、特征、方面以及优点根据与附图相关联地理解的本公开所涉及的接下来的详细说明而明确。
附图说明
[图1]是表示一个实施方式的控制系统1的结构例的示意图。
[图2]是表示一个实施方式的控制系统1的主要硬件结构例的示意图。
[图3]是表示一个实施方式的控制系统1的主要软件结构例的第1示意图。
[图4]是表示一个实施方式的控制系统1的XY工作台位置误差检测器360的周边的结构例的示意图。
[图5]是表示一个实施方式的控制系统1的主要软件结构例的第2示意图。
[图6]是表示一个实施方式的控制系统6的结构例的示意图。
[图7]是表示一个实施方式的控制系统6的主要软件结构例的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的技术思想的实施方式进行说明。在以下的说明中，对相同的部件标注相同的附图标号。它们的名称和功能也相同。因此，不重复对它们的详细说明。
＜A.应用例＞
首先，对应用本发明的场景的一例进行说明。
图1是表示本实施方式的控制系统1的结构例的示意图。在图1中，作为典型例，示出激光加工系统的例子，但应用本发明的应用没有任何限定。在某个方面，应用本发明的应用能够包含CNC加工机、3D打印机、拾取装置以及检查装置等任意的应用。另外，控制系统1可以通过单个装置或多个装置的组合来实现，也可以是用于与其他装置协作的一个或多个装置。
控制系统1对配置在XY工作台20上的工件4进行开孔、切断、标记等激光加工。更具体而言，控制系统1包含控制装置10、XY工作台20、激光器30及检流镜(Galvano mirror)40。
对工件4的激光加工是将XY工作台20对工件位置的调整与检流镜40对激光器30所产生的激光的照射位置的调整组合起来进行的。XY工作台20对工件4的位置的调整的位移量相对较大，且响应时间相对较长。与此相对，检流镜40对照射位置的调整的位移量相对较小，且响应时间相对较短。
控制装置10包含主控制单元100、轴接口单元200以及激光控制单元300。
主控制单元100相当于执行应用程序110(参照图2)的运算部。应用程序110是根据控制对象的机构及工件4等而任意制作的。主控制单元100执行应用程序110而得到的执行结果用于轴接口单元200及激光控制单元300中的控制信号的生成。
轴接口单元200经由控制线52与XY工作台20连接，输出用于驱动XY工作台20的工作台控制信号520。XY工作台20包含配置工件4的板22、驱动板22的伺服马达24以及伺服马达26。在图1所示的例子中，伺服马达24使板22沿X轴方向位移，伺服马达26使板22沿Y轴方向位移。来自轴接口单元200的工作台控制信号520被提供给驱动伺服马达24及伺服马达26的伺服驱动器23及伺服驱动器25(参照图2)。在某个方面，轴接口单元200可以控制一个以上的任意数量的伺服马达。
激光控制单元300是一种通信装置，经由控制线53与激光器30连接，对激光器30输出指示开/关的激光控制信号530。另外，激光控制单元300经由通信线54与检流镜40连接，对检流镜40输出指示光学路径的镜控制信号540。检流镜40包含X轴扫描镜43、Y轴扫描镜45和透镜47。从激光器30照射的光按照透镜47、Y轴扫描镜45、X轴扫描镜43的顺序传播，投射到XY工作台20上。
X轴扫描镜43的反射面的各度由X轴扫描马达42调整，Y轴扫描镜45的反射面的各度由Y轴扫描马达44调整。透镜47与激光器30的相对距离由Z轴扫描马达46调整。
此处，工作台控制信号520及激光控制信号530的实体为脉冲信号等电信号，接收信号的XY工作台20及激光器30根据脉冲信号的电平(电位或电压)或电平变化而动作。与此相对，镜控制信号540是通信信号，镜控制信号540的实体是任意的数据被调制后的信号。
本实施方式的控制系统1通过伺服马达24、26来使作为大负荷的XY工作台20动作。因此，当控制系统1使XY工作台20动作时，存在实际的工件的加工位置无法追随来自主控制单元100的指令而产生位置偏差(Following Error)的情况。
以上，以控制系统1是激光加工机的情况为例，将通过各马达的驱动而变化的位置(激光加工机等设备的作业位置)作为工件的加工位置进行了说明，但这是一例。作为另一例，若应用本发明的应用为检查装置，则通过各马达的驱动而变化的位置成为工件的检查位置。另外，如果应用本说明书所公开的技术思想的应用是拾取装置，则通过各马达的驱动而变化的位置成为工件的把持位置。此外，如果应用该技术思想的应用是3D打印机，则通过各马达的驱动而变化的位置成为造型位置。
作为主控制单元100执行应用程序110得到的执行结果而输出指令。作为一例，指令是工件的加工位置等的移动命令或位置命令等。
另一方面，在控制系统1仅以X轴扫描镜43和Y轴扫描镜45的角度执行来自主控制单元100的指令的情况下(使加工位置移动的情况下)，X轴扫描马达42和Y轴扫描马达44的负荷少，因此几乎不产生位置偏差。
因此，控制系统1基于由低速且对马达的负荷高的XY工作台20的驱动而产生的位置偏差(延迟)，对激光器30侧的动作成分进行校正，由此提高位置控制精度。由此，控制系统1能够使用负荷少的X轴扫描马达42及Y轴扫描马达44来校正XY工作台20的位置偏差。其结果，各马达的相对于指令值的动作延迟变少，控制系统1的位置控制精度能够简单且有效地提高。
＜B.控制系统1的硬件结构例＞
接下来，对本实施方式的控制系统1的硬件结构例进行说明。
图2是表示本实施方式的控制系统1的主要硬件结构例的示意图。如上所述，控制装置10包含主控制单元100、轴接口单元200以及激光控制单元300。
主控制单元100包含处理器102、主存储器104、存储装置106及总线控制器112作为主要组件。
存储装置106由SSD(Solid State Disk)、闪存等构成。作为一例，存储装置106保存用于提供基本的程序执行环境的系统程序108以及根据工件4而任意制作的应用程序110。
处理器102典型地说由CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro-ProcessingUnit，)等构成，读出保存在存储装置106中的系统程序108及应用程序110，在主存储器104中展开并执行，由此来实现控制系统1的整体的控制。
主控制单元100经由内部总线114与轴接口单元200以及激光控制单元300电连接。总线控制器112对基于内部总线114的数据通信进行中介。
此外，示出了通过处理器102执行程序来提供必要的处理的结构例，但该处理的一部分或全部也可以使用专用的硬件电路(例如，ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)或FPGA(Field-Programmable Gate Array)等)来安装。
轴接口单元200生成及输出提供给伺服驱动器23及伺服驱动器25的工作台控制信号520。更具体而言，轴接口单元200包含轴控制运算部210和输出接口电路220。
轴控制运算部210根据通过主控制单元100执行应用程序110而计算出的运算值(指令值)，生成要提供给伺服驱动器23及伺服驱动器25的指令。轴控制运算部210例如通过使用处理器、ASIC、FPGA或它们的组合而构成的运算电路来实现。
输出接口电路220相当于按照应用程序110的执行结果而输出工作台控制信号520(第1控制信号)的信号输出部。更具体而言，输出接口电路220按照由轴控制运算部210生成的指令，生成提供给伺服驱动器23及伺服驱动器25的工作台控制信号520。作为工作台控制信号520，也可以使用通过脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)对各控制周期中的位移量、速度、角速度等信息进行调制所得的信号。即，输出接口电路220也可以通过PWM对要发送的信息进行调制而生成工作台控制信号520。或者，也可以使用将位移量、速度、角速度等信息作为脉冲数进行调制后的信号。在某个方面，轴接口单元200可以控制一个以上的任意数量的伺服马达。此时，输出接口电路220也可以连接于三个以上的伺服驱动器。
此外，轴控制运算部210以及输出接口电路220能够由单一的ASIC或者FPGA实现。
作为主控制单元100执行应用程序110得到的执行结果而输出指令。作为一例，指令是工件的加工位置的移动命令或者指定下一个加工位置的位置命令等。在某个方面，指令也可以包含工件的加工位置的移动速度或加速度的信息。实际的工件的加工位置的移动通过各伺服马达的驱动以及反射镜的角度的调节来实现。
在伺服马达24的附近设置有编码器27，在伺服马达26的附近设置有编码器28。作为一例，编码器27、编码器28也可以是机械式编码器、光学式编码器、磁式编码器或电磁感应式编码器。在某个方面，各伺服马达及各编码既可以为一体型，也可以为单独的装置。
编码器27将表示伺服马达24的轴或传递伺服马达24的旋转的机械部件的转速的信号输出至伺服驱动器23。伺服驱动器23将表示该转速的信号输出到轴控制运算部210或处理器102。在某个方面，编码器27也可以将表示转速的信号直接输出到轴控制运算部210或处理器102。
编码器28将表示伺服马达26的轴或传递伺服马达26的旋转的机械部件的转速的信号输出至伺服驱动器25。伺服驱动器25将表示该转速的信号输出到轴控制运算部210或处理器102。在某个方面，编码器28也可以将表示转速的信号直接输出到轴控制运算部210或处理器102。
在轴控制运算部210取得了表示各伺服马达的转速的信号的情况下，轴控制运算部210基于表示各伺服马达的转速的信号来计算实际的工件的加工位置，将该实际的工件的加工位置输出至处理器102。在处理器102取得了表示各伺服马达的转速的信号的情况下，处理器102基于表示各伺服马达的转速的信号，计算实际的工件的加工位置。
处理器102基于实际的工件的加工位置来校正向激光控制运算部310输出的指令值。由此，控制系统1能够通过X轴扫描镜43和Y轴扫描镜45的角度的调节来校正XY工作台20的位置偏差。
激光控制单元300生成并输出提供给激光器30的激光控制信号530以及提供给检流镜40的镜控制信号540。更具体而言，激光控制单元300包含激光控制运算部310、输出接口电路314以及通信接口电路316。
激光控制运算部310按照通过主控制单元100执行应用程序110而计算出的运算值(指令值)，生成要提供给激光器30及检流镜40的指令。激光控制运算部310例如通过使用处理器、ASIC、FPGA或它们的组合等构成的运算电路来实现。
输出接口电路314按照由激光控制运算部310生成的指令，生成提供给激光器30的激光控制信号530。作为激光控制信号530，可以使用具有开/关两个电平的信号。
通信接口电路316相当于按照应用程序110的执行结果，以直接或间接地使用时钟信号的任意通信方式来发送镜控制信号540(第2控制信号)的通信部。具体而言，通信接口电路316与检流镜40进行通信，将由激光控制运算部310生成的指令发送到检流镜40。通信接口电路316与检流镜40之间的通信例如可使用XY2-100协议(以16比特的精度指定扫描角度范围的方式)或SL2-100协议(以20比特的精度指定扫描角度范围的方式)等。另外，本实施方式不限于这样的检流镜或检流扫描器所特有的通信协议，能够应用直接或间接地使用时钟信号的任意的通信方式。
此外，激光控制运算部310、输出接口电路314以及通信接口电路316也可以通过单一的ASIC、FPGA或者它们的组合等来实现。
＜C.控制系统1的软件结构例＞
接下来，对本实施方式的控制系统1的软件结构例进行说明。
图3是表示本实施方式的控制系统1的主要软件结构例的第1示意图。在某个方面，图3所示的结构的一部分或全部也可以作为在图2所示的硬件上工作的软件来实现。在这种情况下，图3所示的结构可以作为软件组件在处理器102上工作。另外，图3所示的结构的一部分也可以作为软件组件在轴控制运算部210上工作。
在另一方面，图3所示的结构的一部分或全部例如也可以通过使用处理器、ASIC、FPGA或它们的组合而构成的运算电路来实现。在该情况下，处理器102也可以具备图3所示的结构作为硬件的功能。另外，轴控制运算部210以及激光控制单元300也可以具备图3所示的结构的一部分作为硬件的功能。
控制系统1包含指令位置生成器350、运动学转换器351、低通滤波器(Low-passfilter)352、伺服驱动器353、逆运动学转换器354、运动学转换器355、激光驱动器356、XY工作台位置误差检测器360、加法器361及减法器362作为主要结构。
指令位置生成器350生成与工件的加工位置有关的指令值。由指令位置生成器350生成的指令值包含工件的加工位置、工件的加工位置的移动方向或移动速度等。指令位置生成器350生成的指令值也可以表现为矢量值。在某个方面，由指令位置生成器350生成的指令值也可以包含工件的加工位置的加速度。
控制系统1基于该指令值，驱动伺服马达24、伺服马达26、X轴扫描马达42及Y轴扫描马达44，由此使工件的加工位置移动。
运动学转换器351将由指令位置生成器350生成的指令值(矢量值)转换为物理量的指令值(各机构或致动器等的每单位时间的移动量等)。而且，运动学转换器351将所述物理量的指令值输出至伺服驱动器353。运动学转换器351输出的物理量的指令值包含高频成分和低频成分。高频成分是指每单位时间的移动量大的成分。低频成分是指每单位时间的移动量小的成分。
低通滤波器352仅使运动学转换器351所输出的物理量的指令值中的低频成分输出至伺服驱动器353。在某个方面，处理器102也可以基于伺服马达24、伺服马达26的响应速度来决定低通滤波器352的滤波的阈值。该阈值是用于将物理量的指令值分离为低频成分和高频成分的阈值。在这种情况下，处理器102可以适当地变更低通滤波器352的参数或设置。
伺服驱动器353相当于伺服驱动器23、25。伺服驱动器353取得低通滤波器352所输出的低频成分的物理量的指令值。而且，伺服驱动器353将与所述低频成分的物理量的指令值对应的驱动信号输出至伺服马达24、伺服马达26。
XY工作台位置误差检测器360检测实际的工件的加工位置与指令位置生成器350输出的指令值中包含的工件的加工位置的差分(位置偏差)。更具体而言，XY工作台位置误差检测器360基于从编码器27、28得到的转速，计算XY工作台20的实际的位置。另外，XY工作台位置误差检测器360基于低通滤波器352输出的低频成分的物理量的指令值，计算XY工作台20的目标位置。XY工作台位置误差检测器360通过计算XY工作台20的实际位置与XY工作台20的目标位置之间的差分(位置偏差)来检测是否存在位置偏差。此外，XY工作台位置误差检测器360将差分(位置偏差)输出到加法器361。
加法器361将从XY工作台位置误差检测器360输入的差分(位置偏差)与低通滤波器352输出的低频成分的物理量的指令值相加。加法器361将根据差分(位置偏差)校正后的低频成分的物理量的指令值输出到逆运动学转换器354。
逆运动学转换器354将物理量的指令值转换为矢量值的指令值。更具体而言，逆运动学转换器354将根据差分(位置偏差)校正后的低频成分的物理量的指令值转换为指令位置生成器350生成的指令值的格式(矢量值)。另外，逆运动学转换器354将转换后的指令值输出到减法器362。
减法器362从由指令位置生成器350生成的指令值中减去从逆运动学转换器354输入的指令值。另外，减法器362将减法运算后的指令值输出到运动学转换器355。减法运算后的指令值是高频成分的指令值。
运动学转换器355将从减法器362输入的减法运算后的指令值(高频成分的矢量值的指令值)转换为物理量的指令值(高频成分的物理量的指令值)。另外，运动学转换器355将该物理量的指令值输出到激光驱动器356。
激光驱动器356相当于激光控制运算部310。激光驱动器356从运动学转换器355取得高频成分的物理量的指令值。然后，激光驱动器356将与该高频成分的物理量的指令值对应的驱动信号输出到X轴扫描马达42和Y轴扫描马达44。
如上所述，控制系统1从指令位置生成器350所生成的指令值(包含高频成分及低频成分这两方)中减去校正后的低频成分。另外，控制系统1向激光驱动器356输出减法运算后的指令值。由此，控制系统1能够控制X轴扫描马达42及Y轴扫描马达44，以校正XY工作台20的位置偏差。
在某个方面，XY工作台位置误差检测器360也可以将从低通滤波器352取得的低频成分的物理量的指令值与从XY工作台位置误差检测器360输入的差分(位置偏差)相加后的值直接输出到逆运动学转换器354。在该情况下，控制系统1也可以不具备加法器361。
在另一方面，XY工作台位置误差检测器360也可以将对从低通滤波器352取得的低频成分的物理量的指令值加上从XY工作台位置误差检测器360输入的差分(位置偏差)得到的值转换为矢量值，将该矢量值直接输出到减法器362。在该情况下，控制系统1也可以不具备加法器361和逆运动学转换器354。
图4是表示本实施方式的控制系统1的XY工作台位置误差检测器360的周边的结构例的示意图。图4所示的结构通过对XY工作台位置误差检测器360的输出值进行PID控制，并且设置限制，来抑制对激光驱动器356的指令值施加急剧的校正。
在某个方面，图4所示的结构的一部分或全部也可以作为在图2所示的硬件上工作的软件来实现。在该情况下，图4所示的结构可以作为软件组件在处理器102上工作。另外，图4所示的结构的一部分也可以作为软件组件在轴控制运算部210上工作。
在另一方面，图4所示的结构的一部分或全部例如也可以通过使用处理器、ASIC、FPGA或它们的组合而构成的运算电路来实现。在该情况下，处理器102也可以具备图4所示的结构作为硬件的功能。另外，轴控制运算部210以及激光控制单元300也可以具备图4所示的结构的一部分作为硬件的功能。
控制系统1具备P控制部451、I控制部452、K控制部453、加法器454以及限制器455。在某个方面，控制系统1也可以仅具备PID控制部(P控制部451、I控制部452以及K控制部453)或者限制器455中的一方。
P控制部451对XY工作台位置误差检测器360的输出(位置偏差)进行比例控制。I控制部452对XY工作台位置误差检测器360的输出(位置偏差)进行积分控制。K控制部453对XY工作台位置误差检测器360的输出(位置偏差)进行微分控制。
加法器454将P控制部451、I控制部452以及K控制部453的输出值相加，将相加后的输出值(PID控制后的位置偏差)输出到限制器455。
限制器455基于从加法器454取得的输入值(PID控制后的位置偏差)为预先决定的阈值以上这一情况，使该输入值为阈值以下的值。另外，限制器455将转换后的值(成为阈值以下的值后的位置偏差)输出到加法器361。在输入值(PID控制后的位置偏差)小于预先决定的阈值的情况下，限制器455将该输入值直接输出到加法器361。
控制系统1通过具备图4所示的结构，不会向激光驱动器356输出被过度地大幅校正后的指令值。由此，控制系统1能够抑制X轴扫描马达42和Y轴扫描马达44进行非预期的动作。
图5是表示本实施方式的控制系统1的主要软件结构例的第2示意图。图5所示的结构与图3所示的结构不同，具备针对低通滤波器352的反馈功能。
在某个方面，图5所示的结构的一部分或全部也可以作为在图2所示的硬件上工作的软件来实现。在该情况下，图5所示的结构可以作为软件组件在处理器102上工作。另外，图5所示的结构的一部分也可以作为软件组件在轴控制运算部210上工作。
在另一方面，图5所示的结构的一部分或全部例如也可以通过使用处理器、ASIC、FPGA或它们的组合而构成的运算电路来实现。在该情况下，处理器102也可以具备图5所示的结构作为硬件的功能。另外，轴控制运算部210以及激光控制单元300也可以具备图5所示的结构的一部分作为硬件的功能。
控制系统1除了图3所示的结构以外，还具备调节工具(tuning tool)550。调节工具550基于从XY工作台位置误差检测器360得到的差分(位置偏差)来调节低通滤波器352的参数。
更具体而言，作为第1处理，调节工具550向指令位置生成器350输出指令，使指令位置生成器350输出特征性动作的指令值。取得该指令的指令位置生成器350输出包含梯形驱动或直线驱动等的任意的指令值560。
接下来，作为第2处理，调节工具550从XY工作台位置误差检测器360取得位置偏差。该位置偏差可以是矢量值和物理量中的任一方。
接着，作为第3处理，调节工具550向低通滤波器352输出参数的变更指令。通过该变更指令，调节工具550使低通滤波器352对指令值的高频成分和低频成分的分离比率发生变化。在某个方面，调节工具550也可以将参数的变更指令直接输出至低通滤波器352。在另一方面，调节工具550也可以经由XY工作台位置误差检测器360向低通滤波器352输出参数的变更指令。
调节工具550反复执行这些第1处理至第3处理。然后，调节工具550比较各参数中的位置偏差，选择位置偏差最小的参数。由此，控制系统1能够自动地使高频成分和低频成分的分离比率最优化。
＜D.其他应用例＞
图6是表示本实施方式的控制系统6的结构例的示意图。图6所示的结构与图1所示的结构不同，具备包含2轴的驱动部的头700来代替激光器30及检流镜40。
控制系统6包含控制装置60、XY工作台20及头700。控制装置60包含主控制单元100、两个轴接口单元200以及工具控制单元400。
第1个轴接口单元200经由控制线52与XY工作台20连接，输出用于驱动XY工作台20的工作台控制信号520。另外，第2个轴接口单元200经由控制线52与头700连接，输出用于驱动头700的头控制信号720。在某个方面，一个轴接口单元200也可以控制XY工作台20和头700的全部伺服马达。
工具控制单元400是一种通信装置，经由控制线754与工具770连接，向工具770输出任意格式的工具控制信号740。工具控制单元400具备工具控制运算部(未图示)来代替激光控制运算部310。工具控制单元400经由输出接口电路314控制安装于工具770的任意的机构。
头700具备工具770、用于在X方向上驱动工具770的伺服马达724、用于在Y方向上驱动工具770的伺服马达726。伺服马达724、726的负荷比伺服马达24、26小，能够高速地驱动工具770。
工具770安装于头700，并且，包含任意的机构。作为一例，工具770可以具备激光器、路由器、检查用照相机、机械臂及3D打印机的喷嘴等任意机构。另外，头700也可以根据工具770所具备的机构而具备3轴以上的驱动部。
控制系统6基于低速且对马达的负荷高的XY工作台20的位置偏差(延迟)，校正头700侧的伺服马达724、726的高速的动作成分，由此提高位置控制精度。由此，控制系统1能够使用负荷少的头700侧的伺服马达724、726，对XY工作台20的位置偏差进行校正。其结果，各马达的相对于指令值的动作延迟减少，控制系统6的位置控制精度能够简单且有效地提高。
图7是表示本实施方式的控制系统6的主要软件结构例的示意图。图7所示的结构与图3及图5所示的结构不同，包含第2个伺服驱动器756来代替激光驱动器356。
在某个方面，图7所示的结构的一部分或全部也可以作为在图6所示的硬件上工作的软件来实现。在该情况下，图7所示的结构可以作为软件组件在处理器102上工作。另外，图7所示的结构的一部分也可以作为软件组件在轴控制运算部210上工作。
在另一方面，图7所示的结构的一部分或全部例如也可以通过使用处理器、ASIC、FPGA或它们的组合而构成的运算电路来实现。
在图7所示的结构中，控制系统1能够将高频成分的指令值分配给伺服驱动器353，将低频成分的指令值分配给伺服驱动器756。控制系统1通过具备图7所示的结构，除了激光加工机以外，还能够将本实施方式的技术应用于具备多个伺服驱动器和伺服马达的任意的CNC控制装置。在某个方面，控制系统1也可以除了包含伺服马达以外，还包含步进马达及直流(Direct Current，DC)马达等任意的马达。在该情况下，伺服驱动器353及伺服驱动器756这两方或其中一方被替换成与所使用的马达对应的驱动器。
如以上所说明的那样，依据本实施方式的控制系统1、控制系统6基于低速且对马达的负荷高的XY工作台20的位置偏差(延迟)，对检流镜40或头700的高速的动作成分进行校正，由此提高位置控制精度。由此，控制系统1、控制系统6能够使用负荷少的检流镜40或头700侧的伺服马达来校正XY工作台20的位置偏差。其结果，各马达的相对于指令值的动作延迟变少，控制系统1、控制系统6的位置控制精度能够简单且有效地提高。
＜E.附记＞
如上所述，在本实施方式中包含以下的公开。
(结构1)
一种控制系统，其具备：存储器(106)，其存储用于生成与作业位置有关的指令的程序；控制部(102)，其用于执行上述程序；第1输出部(220)，其向第1驱动部(20)输出驱动信号；第2输出部(316)，其向第2驱动部(40)输出其他驱动信号；以及计测部，其计测上述第1驱动部(20)的驱动量，上述控制部(102)提取上述指令所包含的低频成分，将上述低频成分传送至上述第1输出部(220)，基于表示上述第1驱动部(20)的驱动量的信号对上述指令所包含的高频成分进行校正，将上述高频成分传送至上述第2驱动部(40)。
(结构2)
根据结构1的控制系统，其中，还包含上述第1驱动部(20)和上述第2驱动部(40)。
(结构3)
根据结构1或2的控制系统，其中，对上述指令中包含的高频成分进行校正包含：基于上述信号，将上述低频成分与上述第1驱动部(20)的位置偏差相加；以及从上述指令减去加法处理后的上述低频成分。
(结构4)
根据结构3的控制系统，其中，上述控制部(102)还通过比例积分微分(Proportional-Integral-Differential，PID)控制来调节上述位置偏差。
(结构5)
根据结构3或4的控制系统，其中，上述控制部(102)还对上述位置偏差施加限制。
(结构6)
根据结构3～结构5中的任意一个控制系统，其中，上述控制部(102)还基于上述位置偏差，变更上述低频成分和上述高频成分的分离比率。
(结构7)
根据结构6的控制系统，其中，基于上述位置偏差变更上述低频成分和上述高频成分的分离比率包含：反复变更上述分离比率；比较每个上述分离比率的上述位置偏差；以及选择上述位置偏差最小的分离比率。
(结构8)
一种具备驱动部的设备的控制方法，其包含以下步骤：生成与作业位置有关的指令；提取上述指令所包含的低频成分；基于上述低频成分来驱动上述设备的第1驱动部(20)；基于表示上述第1驱动部(20)的驱动量的信号对上述指令所包含的高频成分进行校正；以及基于上述高频成分来驱动上述设备的第2驱动部(40)。
(结构9)
根据结构8的控制方法，其中，对上述指令所包含的高频成分进行校正的步骤包含以下步骤：基于上述信号，将上述低频成分与上述第1驱动部(20)的位置偏差相加；以及从上述指令减去加法处理后的上述低频成分。
(结构10)
根据结构9的控制方法，其中，还包含通过PID控制来调节上述位置偏差的步骤。
(结构11)
根据结构9或10的控制方法，其中，还包含对上述位置偏差施加限制的步骤。
(结构12)
根据结构9～结构11的控制方法，其中，还包含基于上述位置偏差来变更上述低频成分和上述高频成分的分离比率的步骤。
(结构13)
根据结构12的控制方法，其中，基于上述位置偏差来变更上述低频成分和上述高频成分的分离比率的步骤包含以下步骤：反复变更上述分离比率；比较每个上述分离比率的上述位置偏差；以及选择上述位置偏差最小的分离比率。
应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示而非限制性的。本公开的范围不是由上述的说明表示而是由权利要求书表示，意图包含在与权利要求书等同的意思和范围内的全部变更。另外，在实施方式以及各变形例中说明的公开内容意味着只要可能，就既可以单独实施，也可以组合实施。
标号说明
1、6：控制系统；4：工件；10、60：控制装置；20：工作台；22：板；23、25、353、756：伺服驱动器；24、26、724、726：伺服马达；27、28：编码器；30：激光器；40：检流镜；42、44、46：轴扫描马达；43、45：轴扫描镜；47：透镜；52、53、754：控制线；54：通信线；100：主控制单元；102：处理器；104：主存储器；106：存储装置；108：系统程序；110：应用程序；112：总线控制器；114：内部总线；200：轴接口单元；210：轴控制运算部；220、314：输出接口电路；300：激光控制单元；310：激光控制运算部；316：通信接口电路；350：指令位置生成器；351、355：运动学转换器；352：低通滤波器；354：逆运动学转换器；356：激光驱动器；360：工作台位置误差检测器；361、454：加法器；362：减法器；400：工具控制单元；451、452、453：控制部；455：限制器；520：工作台控制信号；530：激光控制信号；540：镜控制信号；550：调节工具；560：指令值；700：头；720：头控制信号；740：工具控制信号；770：工具。

Claims (13)

1.一种控制系统，其具备：
存储器，其存储用于生成与作业位置有关的指令的程序；
控制部，其用于执行所述程序；
第1输出部，其向第1驱动部输出驱动信号；
第2输出部，其向第2驱动部输出其他驱动信号；以及
计测部，其计测所述第1驱动部的驱动量，
所述控制部提取所述指令中包含的低频成分，将所述低频成分传送至所述第1输出部，基于表示所述第1驱动部的驱动量的信号，对所述指令中包含的高频成分进行校正，将所述高频成分传送至所述第2驱动部。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，
所述控制系统还包含所述第1驱动部和所述第2驱动部。
3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，
对所述指令中包含的高频成分进行校正包含：
基于所述信号，对所述低频成分加上所述第1驱动部的位置偏差；以及
从所述指令减去加法处理后的所述低频成分。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，
所述控制部还通过比例积分微分控制即PID控制调节所述位置偏差。
5.根据权利要求3或4所述的控制系统，其中，
所述控制部还对所述位置偏差施加限制。
6.根据权利要求3～5中的任一项所述的控制系统，其中，
所述控制部还基于所述位置偏差变更所述低频成分和所述高频成分的分离比率。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其中，
基于所述位置偏差变更所述低频成分和所述高频成分的分离比率包含：
反复变更所述分离比率；
比较每个所述分离比率的所述位置偏差；以及
选择所述位置偏差最小的分离比率。
8.一种控制方法，是具备驱动部的设备的控制方法，其包含以下步骤：
生成与作业位置有关的指令；
提取所述指令中包含的低频成分；
基于所述低频成分驱动所述设备的第1驱动部；
基于表示所述第1驱动部的驱动量的信号对所述指令中包含的高频成分进行校正；以及
基于所述高频成分驱动所述设备的第2驱动部。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，
对所述指令中包含的高频成分进行校正的步骤包含以下步骤：
基于所述信号，对所述低频成分加上所述第1驱动部的位置偏差；以及
从所述指令减去加法处理后的所述低频成分。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其中，
所述控制方法还包含以下步骤：通过PID控制调节所述位置偏差。
11.根据权利要求9或10所述的控制方法，其中，
所述控制方法还包含以下步骤：对所述位置偏差施加限制。
12.根据权利要求9～11中的任一项所述的控制方法，其中，
所述控制方法还包含以下步骤：基于所述位置偏差变更所述低频成分和所述高频成分的分离比率。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其中，
基于所述位置偏差变更所述低频成分和所述高频成分的分离比率的步骤包含以下步骤：
重复变更所述分离比率；
比较每个所述分离比率的所述位置偏差；以及
选择所述位置偏差最小的分离比率。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09150282A (ja) * 1995-11-27 1997-06-10 Fanuc Ltd レーザ加工方式
JP2000078875A (ja) 1998-08-31 2000-03-14 Sony Corp 位相同期ループを用いたサーボ制御装置及びサーボ制御方法、ジッターの測定方法並びに軌道指定のための制御方法
JP4184640B2 (ja) * 2001-09-12 2008-11-19 日立ビアメカニクス株式会社 レーザ加工方法及びレーザ加工装置
JP2004230441A (ja) * 2003-01-31 2004-08-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd 加工機の制御方法及び装置
JP2008131762A (ja) * 2006-11-21 2008-06-05 Canon Inc 制御装置及び露光装置
JP7127594B2 (ja) * 2019-03-29 2022-08-30 オムロン株式会社 制御装置

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