DE102005024086A1

DE102005024086A1 - Verfahren zum Antrieb eines Galvanoscanners

Info

Publication number: DE102005024086A1
Application number: DE102005024086A
Authority: DE
Inventors: Nozomu Tanioka
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2005-12-15
Also published as: US7359102B2; JP2005338450A; US20050277305A1

Abstract

Ein Galvanoscanner-System weist einen Galvanoscanner und einen Scannerantrieb zum Antrieb des Scanners auf, wobei ein Mikrocomputer zur Erzeugung von Befehlen, in welchen digitale Daten, die ein Antriebsmuster des Scanners repräsentieren, geschrieben werden, in dem Scannerantrieb angebracht ist. Der Mikrocomputer zur Erzeugung von Befehlen wird durch ein externes oder internes Trigger-Signal betrieben, und die digitalen Daten des Antriebsmusters werden sequenziell ausgegeben. Die ausgegebenen Daten werden zu einem analogen Signal in einem DA-Umsetzer konvertiert, und eine Antriebssteuerschaltung generiert ein Antriebssignal des Scanners auf der Grundlage des analogen Signals, um den Galvanoscanner anzutreiben. Es kann ein System, das einen Galvanoscanner in optimaler Weise antreiben kann, mit einer kleinen kostengünstigen Systemkonfiguration erreicht werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsverfahren, welches geeignet ist, einen Galvanoscanner unter Benutzung einer kleinen und kostengünstigen Systemkonfiguration optimal anzutreiben, und ein Galvanoscanner-System sowie einen Antrieb zum Antrieb eines Galvanoscanners unter Benutzung des Antriebsverfahrens.

2. Beschreibung des in Beziehung stehenden Stands der Technik

Um einen Galvanoscanner oder Galvanometer-Scanner (vom analogen Eingabe/Ausgabe-Typ) in einem frei wählbaren Antriebsmuster oder Antriebsschema anzutreiben, muss ein Antriebsbefehl von einem externen Befehlsgenerator in seinen Scannerantrieb in Echtzeit gespeist werden. Der Befehlsgenerator ist mit einem Funktionsgenerator, oder einem Personalcomputer und einem DA-Umsetzer (Digital-Analog-Umsetzer) konfiguriert.

Wenn der Galvanoscanner beispielsweise von einer bestimmten Position A zu einer Zielposition B angetrieben wird, muss der Wert einer Befehlsspannung, die in den Scannerantrieb (analoger Antrieb) gespeist wird, von einem Befehlsspannungswert a, der der Position A entspricht, zu einem Befehlsspannungswert b, welcher der Position B entspricht, verändert werden. Die Befehlsspannung, die von dem Befehlsgenerator ausgegeben wird, wird lediglich zu dem Wert b verändert, welcher der endgültigen Zielposition B entspricht. Es müssen deshalb durch Einstellung des Scannerantriebs ein Weg von der Position A zu der Position B und die Ankunftszeit eingestellt werden.

Wenn die Differenz zwischen den Befehlsspannungswerten a und b groß ist, muss der Scannerantrieb derart eingestellt werden, dass der Galvanoscanner ohne einen Anstieg eines Überschwingbetrags angetrieben werden kann. 4A ist eine Darstellung, die die Befehlseingabe und die tatsächliche Bewegung des Galvanoscanners zeigt, nachdem der Scannerantrieb derart eingestellt wurde, dass ein Überschwingen nicht auftritt. 4B ist eine Darstellung, die die Befehlseingabe und die Scannerbewegung zeigt, wenn ein Überschwingen ohne eine Einstellung aufgetreten ist. Wie es von den Darstellungen ersichtlich ist, wird, wenn eine Einstellung zur Elimination von Überschwingen vorgenommen wird, eine längere Zeitdauer benötigt, bis das Einschwingen abgeschlossen ist. Um diese Situation zu vermeiden, wird gemeinhin ein Verfahren angewandt, wobei Einstellungen in der Weise vorgenommen werden, dass eine Befehlseingabe mit einer Form von dem Befehlsgenerator in den Scannerantrieb eingegeben wird, die mit einem Gradienten versehen ist, und der Scannerantrieb im Hinblick auf die Form der Befehlseingabe optimiert wird, wenn von dem Befehlsspannungswert a zu dem Befehlsspannungswert b verfahren wird. 4C zeigt die tatsächliche Bewegung des Scanners in Bezug auf die Befehlseingabe mit dem Gradienten.

Jedoch benötigt ein Befehlsgenerator, der geeignet ist, eine Befehlseingabe mit einer solchen Signalform zu erzeugen, einen Funktionsgenerator, einen Spezialcontroller, PC, DA-Umsetzer und andere hoch funktionelle Hardware, was zu einem größeren, kostenintensiveren Galvanoscanner-Antriebssystem führt.

Als Folge von Unterschieden im Service-Equipment und dergleichen ist es möglich, dass die Befehlseingabe-Signalform, die in dem Befehlsgenerator durch den Benutzer eingestellt ist, nicht notwendigerweise der Eingabe-Signalform des Befehlsgenerators angepasst ist, der bei der Einstellung des Scannerantriebs vorgesehen war. Wenn die Befehlseingabe-Signalform, die in den Scannerantrieb eingegeben wird, mit einem Offset im Hinblick auf die Eingabe-Signalform versehen ist, die während der Einstellung vorgesehen war, können Vibrationen und andere unstete Aktionen in dem Scanner erzeugt wer den, und ein stabiler Antrieb sowie ein Hochgeschwindigkeitsantrieb des Scanners kann beeinträchtigt werden.

Im Hinblick auf den oben beschriebenen Sachverhalt ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebsverfahren bereitzustellen, das in optimaler Weise einen Galvanoscanner unter Benutzung einer kleinen und kostengünstigen Systemkonfiguration antreiben kann, und ein Galvanoscanner-System und einen Galvanoscanner-Antrieb bereitzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die obige und andere Aufgaben zu lösen, umfasst ein Verfahren zum Antrieb eines Galvanoscanners gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte:
Ausrüsten eines Gebers oder eines Antriebs des Galvanoscanners mit einem Mikrocomputer zur Erzeugung von Befehlen, in welchen digitale Daten, die ein Antriebsmuster oder Antriebsschema des Galvanoscanners repräsentieren, geschrieben werden;
Betreiben des Mikrocomputers zur Erzeugung von Befehlen und sequentielles Ausgeben der digitalen Daten des Antriebsmusters durch ein von extern eingegebenes Trigger-Signal oder ein intern erzeugte Trigger-Signal,
Umsetzen der ausgegebenen digitalen Daten in ein analoges Signal, und
Erzeugung eines Antriebssignals des Scanners auf der Grundlage des analogen Signals.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die digitalen Daten, die das Antriebsmuster repräsentieren, in einem zurückschreibbaren Zustand in den Mikrocomputer zur Erzeugung von Befehlen geschrieben werden.

Weiterhin umfasst ein Scannerantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung:
einen Mikrocomputer zur Erzeugung von Befehlen, der über einen Speicher verfügt, in welchen digitale Daten, die ein Antriebsmuster eines Galvanoscanners repräsentieren, geschrieben werden, und der durch ein von extern eingegebenes Trigger-Signal oder ein intern erzeugtes Trigger-Signal betrieben wird, um die digitalen Daten des Antriebsmusters sequenziell auszugeben,
einen DA-Umsetzer (Digital-Analog-Umsetzer) zum Umsetzen der ausgegebenen digitalen Daten in ein analoges Signal, und
eine Antriebssteuerschaltung zur Erzeugung eines Antriebssignals des Galvanoscanners auf der Grundlage des analogen Signals.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Speicher ein Speichertyp verwendet werden, in welchen die digitalen Daten, die das Antriebsmuster repräsentieren, in einem zurückschreibbaren Zustand geschrieben werden können.

In einem weiteren Aspekt umfasst ein Galvanoscanner-System gemäß der vorliegenden Erfindung:
einen Galvanoscanner und
einen Scannerantrieb zum Antrieb des Galvanoscanners, wobei der Scannerantrieb die oben beschriebene Konfiguration aufweist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Mikrocomputer zur Erzeugung von Befehlen, in welchen Antriebsmuster geschrieben werden, in dem Spezialantrieb (Scannerantrieb) des Galvanoscanners angeordnet oder angebracht. Aus diesem Grund wird ein Befehl, der den Galvanoscanner mit einem voreingestellten Antriebsmuster antreiben kann, erzeugt, falls ein Puls oder ein anderes einfaches Trigger-Signal (Auslösepuls-Signal) in den Antrieb eingegeben wird. Ein großer, kostspieliger Befehlsgenerator wird daher nicht benötigt, um mit dem Äußeren verbunden zu werden.

Im Gegensatz zu dem Fall, in welchem ein Antriebsmuster in einem externen Befehlssignalgenerator eingestellt wird und ein Befehlssignal von dort in den Scannerantrieb eingegeben wird, kann der Offset des Befehlssignals, der auftritt zwischen den Fällen, in denen der Antrieb optimal eingestellt wird und während der tatsächlichen Benutzung, gesteuert werden, und die Variabilität in dem Rauschniveau des Befehlssignals kann minimiert werden. Der Galvanoscanner kann deshalb mit Stabilität und hoher Präzision angetrieben werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Blockdarstellung eines Galvanoscanner-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;

2 ist eine Darstellung, die ein Beispiel von Daten mit einer Wellenform, die in einen Mikrocomputer zur Erzeugung von Befehlen eines Antriebs geschrieben werden, zeigt;

3A bis 3D sind Darstellungen, die den Betrieb des Systems gemäß 1 zeigen; und

4A bis 4C sind Darstellungen, die den Betrieb des Galvanoscanners im Hinblick auf die Eingabebefehl-Signalform zeigen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Galvanoscanner-System gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen im Folgenden beschrieben.
1 ist eine schematische Blockdarstellung eines Galvanoscanner-Systems gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Ein Galvanoscanner-System 1 weist einen Galvanoscanner 2 und einen Scannerantrieb 3 zur Antriebssteue rung des Galvanoscanners 2 auf. Der Scannerantrieb 3 ist derart ausgelegt, dass er betrieben wird und den Scanner 2 antreibt, wenn ein Benutzer ein Eingangssignal 4 eingibt. Der Scannerantrieb 3 ist ausgestattet mit einem Mikrocomputer 5 zur Erzeugung von Befehlen, einem DA-Umsetzer 6 zur Analog-Umsetzung von digitalen Signalen, die von dem Mikrocomputer ausgegeben werden, und einer Antriebssteuerschaltung 7 zur Erzeugung eines Scannerantriebssignals auf der Grundlage des analog-umgesetzten Befehlssignals und zum Anlegen des Signals an den Scanner 2.
Der Mikrocomputer 5 zur Erzeugung von Befehlen verfügt über eine CPU (central processing unit), ein ROM (read only memory) und ein RAM (random access memory). Das ROM hat Speicherbereiche 11, 12, usw., in welche digitale Daten 100, 101, usw., geschrieben sind, die periodische willkürliche Befehlseingabe-Signalformen darstellen. Die digitalen Daten können in einem zurückschreibbaren Zustand gespeichert werden (wenn das Antriebsmuster in der Form der digitalen Daten zurückgeschrieben werden kann, ist dies vorteilhaft, wenn das Antriebsmuster verändert oder modifiziert werden muss). 2 ist eine konzeptionelle Darstellung von Daten 100 mit einer Wellenform oder Signalform, die in den Speicherbereich 11 geschrieben sind.
3A bis 3C sind Darstellungen, die Beispiele eines Betriebs des Galvanoscanner-Systems 1 zeigen. Eine Beschreibung erfolgt im weiteren Verlauf mit Bezug auf die Darstellungen. Ein einfaches Start-Signal, beispielsweise ein Pulssignal von einigen Millivolt oder einigen Volt wird als das Eingangssignal 4 verwendet, das durch den Benutzer eingegeben wird, wie in 3A gezeigt. Wenn das Eingangssignal 4 in den Scannerantrieb 3 eingegeben wird, gibt der Mikocomputer 5 zur Erzeugung von Befehlen sequenziell die digitalen Daten 100 der Befehls-Signalform oder Befehls-Wellenform von einem der Speicherbereiche des ROM, in welchem vorbestimmte Befehlseingabe-Signalformen oder -Wellenformen gespeichert sind, z.B. von dem Speicherbereich 11 aus (3B, 3C).
Die daraufhin ausgegebenen digitalen Daten 100 werden zu einem analogen Wert in dem DA-Umsetzer 6 umgesetzt oder gewandelt und werden in die Antriebssteuerschaltung 7 eingespeist. Die Antriebssteuerschaltung 7 verstärkt oder verarbeitet anderweitig den daraufhin eingespeisten analogen Wert, generiert eine Antriebsspannung entsprechend der Befehlseingabe-Signalform oder Befehlseingabe-Wellenform und speist die Spannung in den Scanner 2. Der Scanner 2 wird dadurch in interativer Weise angetrieben mit einem Antriebsmuster oder Antriebsschema 200 entsprechend der Eingabesignal-Wellenform, nämlich den digitalen Daten 100 der Befehls-Wellenform, wie in 3D gezeigt.
Der Mikrocomputer 5 zur Erzeugung von Befehlen kann beispielsweise in Synchronisation mit dem Einschalten (power-on) in Betrieb gesetzt werden, um eine Ausgabe entsprechend einer vorgeschriebenen Eingabebefehls-Wellenform zu generieren, ohne auf eine Eingabe des Benutzers angewiesen zu sein. Neben der Benutzereingabe kann das Trigger-Signal für das Betreiben durch einen Sequenzer generiert werden, und ein Stopp-Signal kann ebenso eine manuelle Eingabe, eine Sequenzer-Ausgabe oder dergleichen sein.
Das Galvanoscanner-System 1 des vorliegenden Beispiels weist die folgenden Vorteile auf.

(1) Die benötigte Hardware zur Erzeugung der analogen Befehlseingabe wird in beträchtlichem Umfang vereinfacht. Insbesondere werden ein Funktionsgenerator, ein Spezialcontroller, PC, DA-Umsetzer und andere hoch funktionelle Hardware nicht benötigt, und die Größe und die Kosten des Systems können insgesamt reduziert werden. Im Folgenden wird dieser Punkt im Detail näher erläutert: Befehlseingabe-Equipment, das eine entsprechende Verarbeitungsgeschwindigkeit und Auflösung aufweist, wird benötigt, um sich die Scannersystem-Leistungsfähigkeit zu Nutze zu machen, welche eine Einschwingzeit von einigen 100 ms und eine iterative Positionierungs-Genauigkeit von 1 s oder weniger in analogen Antrieben in derzeitiger Anwendung aufweist, wobei die Gesamtkosten des Systems ansteigen. Mit anderen Worten ist die Befehlseingabe in einem bekannten DA-Umsetzer, da eine Auflösung des Befehls bestimmt ist durch Zuweisung einer Befehlsspannung von beispielsweise 20 V (p-p) zu einer Bit-Auflösung, auf 1,08-Sekunden-Intervalle beschränkt, sogar wenn ein 16-Bit DA-Umsetzer benutzt wird (wenn die Skalierungs-Einstellung des Antriebs 1V = 1° während der Einstellung ist). In dieser Situation gibt es Applikationen (Applikationen, in welchen beispielsweise eine hohe Präzision in einem sehr kleinen Bereich benötigt wird), in welchen die Leistungsfähigkeit unangemessen ist für ein Scannersystem wie eines, das eine iterative Positionierungs-Präzision von 1° gewährleistet. Gegenüber der oben beschriebenen Situation kann das System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen tatsächlich benötigten sehr kleinen Bereich einem maximalen Bit-Wert von aufgenommenen Daten zuweisen, und eine Befehlsauflösung von 1 s oder weniger kann erreicht werden, ohne hoch funktionelles, kostspieliges, zweckbestimmtes Equipment zu benutzen.
(2) Die Befehlseingabe-Wellenform oder -Signalform und die Wellenform bzw. Signalform zur Zeit der Einstellung sind die gleichen, und die Stabilität wird verbessert. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass die Befehlseingabe-Wellenform durch den Benutzer nicht notwendigerweise der Wellenform zu der Zeit der Einstellung entsprechen muss aufgrund der folgenden Unterschiede und von anderen Faktoren in dem Service-Equipment: Auflösung des DA-Umsetzers (8 Bit, 16 Bit); die Unmöglichkeit, Rauschen von einem Verbindungskabel mit erhöhter Auflösung des DA-Umsetzers zu ignorieren; Eingabe-Genauigkeit der Befehls-Wellenform oder -Signalform (der Gradient kann unterschiedlich sein); Betriebsgeschwindigkeit des PC (Reduktion der Verarbeitungsgeschwindigkeit und vorübergehender Verlust des Befehlssignals als Folge der OS (operating speed – Betriebsgeschwindigkeit) des PC). Da Stabilität und ein Hochgeschwindigkeits-Antrieb des Scannersystems ermöglicht werden, indem optimale Einstellungen an der tatsächlichen Antriebsbefehls-Wellenform oder -Signalform vorgenommen werden, können Fehlanpassungen zwischen der Befehlseingabe-Wellenform durch den Benutzer und der Wellenform zu der Zeit der Einstellung Vibrationen oder andere Formen von Destabilität verursachen. In dem System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hingegen kann der Antrieb mit dem gleichen Befehl durchgeführt werden wie der Befehl zu der Zeit der Einstellung ohne den Bezug zu der Konfiguration der Benutzervorrichtungen.
(3) Es ist möglich, an einer willkürlichen Position in einem Stopp-Zustand zu verweilen, bis ein nächstes Start-Signal eingegeben wird, und eine konventionelle Steuerung, die weiterhin eine Offset-Spannung eingibt, wird nicht länger benötigt.
(4) Der Galvanoscanner wird oftmals in Applikationen benutzt, die Hochfrequenz-Operationen mit sehr kleiner Amplitude mit sich bringen, an der ein rollendes Element in einem Lager, das die Antriebswelle des Scanners unterstützt, keine volle Umdrehung vollzieht, wobei eine Degradation der Lebensdauer als Folge des lokalen Mangels an Schmierung des Lagers oftmals als ein Problem gesehen wird. Verfahren zur Durchführung einer Schmierung, indem in periodischer Weise Operationen über einen weiten Bereich kombiniert werden, können als beispielhafte Gegenmaßnahmen für Lebensdauer-Degradation zitiert werden. Das System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Anzahl von gegenläufigen Bewegungen zählen (Reset, wenn die Leistungszufuhr ausgeschaltet wird), über einen weiten Bereich zum Zwecke der Schmierung arbeiten, und mit anderen Operationen in einer einfachen Art und Weise umgehen. Das System kann ebenso mit komplexeren Selbsttest-Routinen umgehen, wie beispielsweise das Prüfen von Lagerschäden (den Erhalt und der Vergleich von aufeinander folgenden Signalen).

(Andere Ausführungsformen)
In dem oben beschriebenen System ist ein ROM, in welches die digitalen Daten des Antriebsmusters geschrieben sind, in dem Scannerantrieb beherbergt. Es ist ebenso möglich, solch ein ROM in dem Scannergeber oder Scannersensor zu beherbergen.
Das System gemäß der vorliegenden Erfindung kann in der Bildverarbeitung, in Messequipment, Verschlüssen, und anderen Fällen, in welchen spezifizierte Operationen in einer iterativen Art und Weise durchgeführt werden müssen, verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Antrieb eines Galvanoscanners, umfassend die Schritte: Ausrüsten eines Gebers oder eines Antriebs des Galvanoscanners mit einem Mikrocomputer zur Erzeugung von Befehlen, in welchen digitale Daten, die ein Antriebsmuster des Galvanoscanners repräsentieren, geschrieben werden, Betreiben des Mikrocomputers zur Erzeugung von Befehlen und sequentielles Ausgeben der digitalen Daten des Antriebsmusters durch ein von extern eingegebenes Trigger-Signal oder ein intern erzeugtes Trigger-Signal, Umsetzen der ausgegebenen digitalen Daten in ein analoges Signal, und Erzeugung eines Antriebssignals des Scanners auf der Grundlage des analogen Signals.
Verfahren zum Antrieb eines Galvanoscanners nach Anspruch 1, bei dem die digitalen Daten, die das Antriebsmuster repräsentieren, in einem zurückschreibbaren Zustand in den Mikrocomputer zur Erzeugung von Befehlen geschrieben werden.
Scannerantrieb, umfassend: einen Mikrocomputer zur Erzeugung von Befehlen, der über einen Speicher verfügt, in welchen digitale Daten, die ein Antriebsmuster eines Galvanoscanners repräsentieren, geschrieben werden, und der durch ein von extern eingegebenes Trigger-Signal oder ein intern erzeugtes Trigger-Signal betrieben wird, um die digitalen Daten des Antriebsmusters sequentiell auszugeben, einen Digital-Analog-Umsetzer zum Umsetzen des ausgegebenen digitalen Signals in ein analoges Signal, und eine Antriebssteuerschaltung zur Erzeugung eines Antriebssignals des Galvanoscanners auf der Grundlage des analogen Signals.
Scannerantrieb nach Anspruch 3, bei dem die digitalen Daten, die das Antriebsmuster repräsentieren, in einem zurückschreibbaren Zustand in den Speicher geschrieben werden.
Galvanoscanner-System, umfassend: einen Galvanoscanner und einen Scannerantrieb zum Antrieb des Galvanoscanners, wobei der Scannerantrieb ein Scannerantrieb nach einem der Ansprüche 3 oder 4 ist.