JP2000205835A - Shape measuring instrument - Google Patents

Shape measuring instrument

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JP2000205835A
JP2000205835A JP11008120A JP812099A JP2000205835A JP 2000205835 A JP2000205835 A JP 2000205835A JP 11008120 A JP11008120 A JP 11008120A JP 812099 A JP812099 A JP 812099A JP 2000205835 A JP2000205835 A JP 2000205835A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect abnormality such as collision of a probe within a sampling time needed for positioning control when a probe is provided and moved in one direction, e.g. reciprocated vertically to measure a shape. SOLUTION: The instrument is equipped with a current limiter 7 which calculates the stationary current value of a motor 3 to the force that a spring 2 generates from the spring constant (k) of the spring 2 and the motor thrust constant and position signal X of the motor 3, regards the value obtained by adding a specific value to the current value as the upper-limit or lower-limit of the current of the motor 3, and compares a manipulated variable ic with the upper-limit or lower-limit. When the manipulated variable varies above the upper-limit or below the lower-limit, abnormality occurrence can be detected and the calculation of the upper-limit or lower-limit and the comparison with the manipulated variable ic are low-grade operations, so they can be completed within the sampling time needed for positioning control.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はリニアアクチュエー
タの位置決め制御装置に関し、特にリニアアクチュエー
タにプローブを備えた形状測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positioning control device for a linear actuator, and more particularly to a shape measuring device provided with a probe on a linear actuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】プローブを有し、プローブを一方向、例
えば上下に往復させて面の形状を測定する3次元測定装
置には、従来、特許2638157号に記載の形状測定
装置や特開平9−308283号公報における位置決め
制御装置がある。特許2638157号に記載の形状測
定装置を図8に示す。ばね51により支持されたリニア
モータ52が一方向に往復する。リニアモータ52には
Z移動部53が取付けられ、リニアモータ52によりZ
軸方向に駆動される。Z移動部53からは光線が測定対
象の測定面57に照射される。なお、光線はプローブの
対物レンズ56により集光される。Z移動部53の位置
は位置検出器54により検出され、サーボ回路55に送
信される。サーボ回路55は位置検出器54により検出
されたZ移動部53の位置に基づきリニアモータ52に
所定の制御信号を送信する。
2. Description of the Related Art A three-dimensional measuring apparatus having a probe and measuring the shape of a surface by reciprocating the probe in one direction, for example, up and down, includes a shape measuring device described in Japanese Patent No. There is a positioning control device disclosed in Japanese Patent Publication No. 308283. FIG. 8 shows a shape measuring device described in Japanese Patent No. 2638157. A linear motor 52 supported by a spring 51 reciprocates in one direction. A Z moving unit 53 is attached to the linear motor 52, and the Z moving unit 53 is
Driven in the axial direction. Light rays are emitted from the Z moving unit 53 to the measurement surface 57 to be measured. The light beam is collected by the objective lens 56 of the probe. The position of the Z moving unit 53 is detected by the position detector 54 and transmitted to the servo circuit 55. The servo circuit 55 transmits a predetermined control signal to the linear motor 52 based on the position of the Z moving unit 53 detected by the position detector 54.

【0003】また、特開平9−308283号公報に記
載の位置決め制御装置は、位置決め制御の対象であるキ
ャリッジがモータによって駆動されている。この位置決
め制御装置はモータの状態量を推定する外乱オブザーバ
を有する。外乱オブザーバにより推定された外乱の値に
よって、位置決め制御装置の異常を検出する。
In the positioning control device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-308283, a carriage to be subjected to positioning control is driven by a motor. This positioning control device has a disturbance observer for estimating the state quantity of the motor. The abnormality of the positioning control device is detected based on the value of the disturbance estimated by the disturbance observer.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】特許2638157号
に記載の形状測定装置においては、Z軸方向のZ移動部
53が測定面57に衝突したり、過負荷がかかったり、
リニアモータ52の異常を検知できない。よって、プロ
ーブの対物レンズ56を損傷させる可能性がある。
In the shape measuring device described in Japanese Patent No. 2638157, the Z moving portion 53 in the Z-axis direction collides with the measuring surface 57, or is overloaded.
An abnormality of the linear motor 52 cannot be detected. Therefore, the objective lens 56 of the probe may be damaged.

【0005】また、特開平9−308283号公報に記
載の位置決め制御装置においては、外乱オブザーバの設
計に使用するノミナルモデルをばね支持されたモデルと
すれば、上記のような異常を検知できる。しかし、外乱
オブザーバを機能させるためには、高次元演算が必要と
なり、コントローラ演算を行う演算器への負荷が大きく
なってしまう。よって、位置決め制御に要求されるサン
プリング時間では演算が間に合わなくなる可能性があ
る。
In the positioning control device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-308283, if the nominal model used for designing the disturbance observer is a spring-supported model, the above abnormality can be detected. However, in order for the disturbance observer to function, a high-dimensional operation is required, and the load on the operation unit that performs the controller operation increases. Therefore, there is a possibility that the calculation cannot be performed in time for the sampling time required for the positioning control.

【0006】そこで、本発明は、プローブを有し、プロ
ーブを一方向、例えば上下に往復させて面の形状を測定
する形状測定装置において、プローブの衝突等の異常
を、位置決め制御に要求されるサンプリング時間内に間
に合わせて検知することを課題とする。
Accordingly, the present invention provides a shape measuring apparatus having a probe, which reciprocates the probe in one direction, for example, up and down, to measure the shape of the surface. It is an object to detect in time within the sampling time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、ばねで支持さ
れ、モータによって駆動されるリニアアクチュエータ
と、リニアアクチュエータの変位を検出し位置信号とし
て出力する位置検出部と、リニアアクチュエータの目標
位置と位置信号を比較し操作量を出力する位置決めコン
トローラと、操作量に応じてモータ駆動電流を出力しリ
ニアアクチュエータを駆動するモータドライバとを有す
る形状測定装置に関するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a linear actuator supported by a spring and driven by a motor, a position detector for detecting a displacement of the linear actuator and outputting it as a position signal, a target position of the linear actuator, The present invention relates to a shape measuring device including a positioning controller that compares position signals and outputs an operation amount, and a motor driver that outputs a motor drive current according to the operation amount and drives a linear actuator.

【0008】この形状測定装置は電流リミッタを備え、
電流リミッタは、(a)ばねのばね定数、モータのモー
タ推力定数および位置信号から、ばねに発生する力に対
するモータの定常的な電流値を算出する、(b)電流値
に所定の値を加算したものをモータの電流の上限値ある
いは下限値とする、(c)上限値あるいは下限値と操作
量あるいはモータの電流を比較する、ものであることを
特徴とする。
[0008] The shape measuring device includes a current limiter.
The current limiter calculates (a) a constant current value of the motor with respect to the force generated in the spring from the spring constant of the spring, the motor thrust constant and the position signal, and (b) adds a predetermined value to the current value. The upper limit or lower limit of the current of the motor is used as the upper limit or lower limit. (C) The upper limit or lower limit is compared with the operation amount or the current of the motor.

【0009】上限値あるいは下限値と操作量あるいはモ
ータの電流を比較し、操作量等が上限値を超え、あるい
は下限値を下回れば、異常が発生したことが検知でき
る。しかも、上限値あるいは下限値の算出や操作量等と
の比較は、高次元演算ではなく、低次元の演算なので、
位置決め制御に要求されるサンプリング時間内に間に合
わせることができる。
The upper limit or lower limit is compared with the operation amount or the motor current. If the operation amount exceeds the upper limit or falls below the lower limit, it can be detected that an abnormality has occurred. Moreover, the calculation of the upper limit or the lower limit and the comparison with the manipulated variables are not high-dimensional calculations but low-dimensional calculations,
It is possible to make it within the sampling time required for the positioning control.

【0010】また、本発明においては、電流リミッタ
が、モータの駆動方向に応じてモータの電流の上限値あ
るいは下限値を異なる値にしてもよい。駆動方向に応じ
たアクチュエータの過負荷設定を別々に設定できる。
Further, in the present invention, the current limiter may set the upper limit value or the lower limit value of the motor current to a different value according to the driving direction of the motor. The overload setting of the actuator according to the driving direction can be set separately.

【0011】さらに、本発明においては、電流リミッタ
が、操作量あるいはモータの電流が入力されるローパス
フィルタと、モータの電流の上限値あるいは下限値とロ
ーパスフィルタの出力を比較する比較器を備えてもよ
い。
Further, in the present invention, the current limiter includes a low-pass filter to which an operation amount or a motor current is input, and a comparator for comparing an upper limit value or a lower limit value of the motor current with an output of the low-pass filter. Is also good.

【0012】ローパスフィルタによって、操作量あるい
はモータの電流のノイズによる誤動作を防ぐことができ
る。さらに、ローパスフィルタの遮断周波数を変更する
ことで、異常検知の応答性能を調整できる。
The low-pass filter can prevent a malfunction due to the operation amount or noise of the motor current. Further, by changing the cutoff frequency of the low-pass filter, the response performance of the abnormality detection can be adjusted.

【0013】さらに、本発明においては、電流リミッタ
が、ローパスフィルタの出力がモータの電流の上限値に
対し、所定の時間大きくなっていたかを判定する判定器
を備えてもよい。
Further, according to the present invention, the current limiter may include a determiner for determining whether or not the output of the low-pass filter has been larger than the upper limit value of the motor current for a predetermined time.

【0014】過渡応答のために瞬間的に大きくなった操
作量、モータの電流、ノイズ成分による誤動作を防ぐこ
とができる。
It is possible to prevent a malfunction caused by an operation amount, a motor current, and a noise component that instantaneously increase due to a transient response.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明の第1の実施の形態
に係る形状測定装置の構成図である。質量Mのキャリッ
ジ1は、ばね2によって吊されている。ただし、実際に
はばね2は、弾性と粘性を示す部分があるため、弾性部
分2aと粘性部分2bにわけて表わしている。キャリッ
ジ1はボイスコイルモータ3によって上下方向に駆動さ
れる。よって、キャリッジ1はリニアアクチュエータと
して機能する。キャリッジ1の原点からの変位量である
位置信号Xはキャリッジ1に取付けられているリニアエ
ンコーダ4によって検出される。リニアエンコーダ4の
出力である位置信号Xを使用してキャリッジ1の位置決
めを行う。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. The carriage 1 having a mass M is suspended by a spring 2. However, since the spring 2 actually has a portion showing elasticity and viscosity, the spring 2 is represented by an elastic portion 2a and a viscous portion 2b. The carriage 1 is driven vertically by a voice coil motor 3. Therefore, the carriage 1 functions as a linear actuator. The position signal X, which is the amount of displacement of the carriage 1 from the origin, is detected by a linear encoder 4 attached to the carriage 1. The position of the carriage 1 is determined using the position signal X output from the linear encoder 4.

【0016】キャリッジ1上には、被検物12との距離
を非接触で検出するフォーカス式プローブ11が搭載さ
れる。フォーカス式プローブ11の出力信号を使用して
追従制御を行うことにより、被検物の表面形状を測定す
る。なお、フォーカス式プローブ11のかわりに接触式
プローブを搭載してもよい。
On the carriage 1 is mounted a focus probe 11 for detecting the distance to the object 12 in a non-contact manner. By performing tracking control using the output signal of the focusing probe 11, the surface shape of the test object is measured. Note that a contact probe may be mounted instead of the focus probe 11.

【0017】ここで、モータ推力定数をKf、モータ電
流をI、モータ推力をF、弾性部分2aのばね定数を
k、粘性部分2bの減衰係数をCとすると、ばねに吊さ
れたキャリッジ1のモデルは(1)、(2)式で表わさ
れる。
Here, assuming that the motor thrust constant is Kf, the motor current is I, the motor thrust is F, the spring constant of the elastic portion 2a is k, and the damping coefficient of the viscous portion 2b is C, the carriage 1 suspended by the spring The model is represented by equations (1) and (2).

【0018】[0018]

【数1】 (Equation 1)

【0019】よって、モータ電流Iから位置信号Xへの
伝達関数は(3)式で表わされる。
Therefore, the transfer function from the motor current I to the position signal X is expressed by the following equation (3).

【0020】[0020]

【数2】 (Equation 2)

【0021】目標位置Xrefとリニアエンコーダ4に
よって検出された位置信号Xは位置決めコントローラ5
で比較され偏差に応じた電流司令値ic(操作量)が出
力される。電流司令値icは電流リミッタ7に入力され
モータ電流制限値ilimと比較される。電流司令値i
cがモータ電流制限値ilim以下である場合ic’と
してモータドライバ6に入力される。モータドライバ6
はボイスコイルモータ3に電流司令値icに比例したモ
ータ電流Iを流してキャリッジ1を上下方向に駆動す
る。また、電流司令値icがモータ電流制限値ilim
を越えた場合、アクチュエータの異常を検知し、ic’
を操作しリニアアクチュエータの動作を停止させる。
The position signal X detected by the linear encoder 4 and the target position Xref
And a current command value ic (operating amount) corresponding to the deviation is output. The current command value ic is input to the current limiter 7 and compared with the motor current limit value ilim. Current command value i
When c is equal to or smaller than the motor current limit value ilim, it is input to the motor driver 6 as ic '. Motor driver 6
Drives the carriage 1 in the vertical direction by flowing a motor current I proportional to the current command value ic to the voice coil motor 3. The current command value ic is the motor current limit value ilim
Is exceeded, an actuator error is detected and ic '
To stop the operation of the linear actuator.

【0022】電流リミッタ7では(4)式によって、モ
ータ電流制限値ilimを算出する。
The current limiter 7 calculates the motor current limit value ilim according to equation (4).

【0023】[0023]

【数3】 (Equation 3)

【0024】(4)式では、ばね定数k、モータ推力定
数Kf、位置信号Xからモータ電流制限値ilimを常
時計算し、電流リミッタ7におけるモータ電流制限値に
使用する。また、iaddはばね力以外のリニアアクチ
ュエータに加わる外力やモータの過渡応答特性やパラメ
ータ変動等を考慮して設定する所定の値とする。
In the equation (4), the motor current limit value ilim is constantly calculated from the spring constant k, the motor thrust constant Kf, and the position signal X, and is used as the motor current limit value in the current limiter 7. In addition, iadd is a predetermined value set in consideration of an external force applied to the linear actuator other than the spring force, a transient response characteristic of the motor, a parameter variation, and the like.

【0025】図2に異常検知の動作を図示する。位置信
号Xが変化するのに伴い、モータ電流制限値ilimは
比例して変化していく。電流司令値icもばね力の増加
に伴い変化していく。電流リミッタ7は電流司令値ic
がモータ電流制限値ilimを越えるか否かを比較す
る。もし越えれば、何らかの異常があったことになる。
そこで、ic’を操作しリニアアクチュエータを停止さ
せる。
FIG. 2 shows the operation of the abnormality detection. As the position signal X changes, the motor current limit value ilim changes in proportion. The current command value ic also changes as the spring force increases. The current limiter 7 has a current command value ic.
Is larger than the motor current limit value ilim. If it does, then something has gone wrong.
Then, ic 'is operated to stop the linear actuator.

【0026】本発明の第1の実施の形態によれば、ばね
で支持されたアクチュエータに加わるばね力以外の外力
が所定の値にならないように制限し、アクチュエータの
過負荷や衝突等の異常を検知する機構を備えた形状測定
装置を提供できる。しかも、モータ電流制限値ilim
の算出や電流司令値icとの比較は、高次元演算ではな
く、低次元の演算なので、位置決め制御に要求されるサ
ンプリング時間内に間に合わせることができる。
According to the first embodiment of the present invention, the external force other than the spring force applied to the actuator supported by the spring is limited so as not to be a predetermined value, and abnormalities such as overload and collision of the actuator are prevented. A shape measuring device provided with a mechanism for detecting can be provided. Moreover, the motor current limit value ilim
And the comparison with the current command value ic are not high-dimensional calculations but low-dimensional calculations, so that the calculation can be completed within the sampling time required for positioning control.

【0027】本発明の第2の実施の形態に係る形状測定
装置においては、第1の実施の形態とモータ電流制限値
ilimの求め方が異なる。すなわち、電流リミッタ7
において、あらかじめ計算し段階的にテーブルとして設
定してあるモータ電流制限値ilim(n)を位置信号
Xによって選択し、電流司令値icがモータ電流制限値
ilim(n)を越えた場合、リニアアクチュエータの
異常を検知し、ic’を操作しリニアアクチュエータを
停止させる。ilim(n)を位置信号Xによって選択
するために、例えば、以下のようなテーブルを作成して
おく。
The shape measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention differs from the first embodiment in the method of obtaining the motor current limit value ilim. That is, the current limiter 7
, A motor current limit value ilim (n) calculated in advance and set as a table in a stepwise manner is selected by the position signal X. If the current command value ic exceeds the motor current limit value ilim (n), the linear actuator Is detected, and ic 'is operated to stop the linear actuator. In order to select ilim (n) based on the position signal X, for example, the following table is created.

【0028】[0028]

【数4】 (Equation 4)

【0029】図3に異常検知の動作を図示する。位置信
号Xが変化するのに伴い、電流司令値icは連続的にモ
ータ電流制限値ilim(n)は段階的に変化してい
く。電流司令値icがモータ電流制限値ilim(n)
を越えるとリニアアクチュエータの異常を検知する。
FIG. 3 shows the operation of the abnormality detection. As the position signal X changes, the current command value ic changes continuously and the motor current limit value ilim (n) changes stepwise. The current command value ic is the motor current limit value ilim (n)
If it exceeds, the abnormality of the linear actuator is detected.

【0030】本発明の第2の実施の形態によれば、モー
タ電流制限値ilim(n)を計算せずに選択すればす
むため、計算負荷を低減できる。
According to the second embodiment of the present invention, since the motor current limit value ilim (n) can be selected without being calculated, the calculation load can be reduced.

【0031】本発明の第3の実施の形態に係る形状測定
装置においては、第1の実施の形態とモータ電流制限値
ilimの求め方が異なる。キャリッジ1は位置信号X
が負になる部分を移動している。電流リミッタ7におい
ては、キャリッジ1が正方向に駆動されている、あるい
は負方向に外力が働いているときは(5)式により算出
される値を電流司令値icの上限とする。電流司令値i
cがilim+より大きくなれば、キャリッジ1に異常
があったということになる。
The shape measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention differs from the first embodiment in the method of obtaining the motor current limit value ilim. The carriage 1 has a position signal X
Is moving the part where it becomes negative. In the current limiter 7, when the carriage 1 is driven in the positive direction or an external force is acting in the negative direction, the value calculated by equation (5) is set as the upper limit of the current command value ic. Current command value i
If c becomes larger than ilim +, it means that the carriage 1 has an abnormality.

【0032】[0032]

【数5】 (Equation 5)

【0033】キャリッジ1が負方向に駆動されている、
あるいは正方向に外力が働いているときは(6)式によ
り算出される値を電流司令値icの下限とする。電流司
令値icがilim−より小さくなれば、キャリッジ1
に異常があったということになる。
The carriage 1 is driven in the negative direction,
Alternatively, when an external force acts in the positive direction, the value calculated by the equation (6) is set as the lower limit of the current command value ic. If the current command value ic becomes smaller than ilim-, the carriage 1
Has an abnormality.

【0034】[0034]

【数6】 (Equation 6)

【0035】(5)式では、ばね定数k、モータ推力定
数Kf、位置信号Xからモータ電流制限値ilim+を
常時計算し、電流リミッタ7におけるモータ電流制限値
に使用する。また、iadd+はばね力以外のアクチュ
エータに加わる外力やモータの過渡応答特性やパラメー
タ変動等を考慮して設定する所定の値とする。同様に、
(6)式では、モータ電流制限値ilim−を常時計算
する。(5)、(6)式で使用する所定の値iadd
+、ilim−を変更することによって、アクチュエー
タの駆動方向もしくは外力の方向によってモータ電流制
限値を変更できる。
In the equation (5), the motor current limit value ilim + is constantly calculated from the spring constant k, the motor thrust constant Kf, and the position signal X, and is used as the motor current limit value in the current limiter 7. Further, iadd + is a predetermined value set in consideration of an external force applied to the actuator other than the spring force, a transient response characteristic of the motor, a parameter variation, and the like. Similarly,
In the equation (6), the motor current limit value ilim- is always calculated. Predetermined value iadd used in equations (5) and (6)
By changing + and ilim-, the motor current limit value can be changed depending on the driving direction of the actuator or the direction of the external force.

【0036】図4に異常検知の動作を図示する。位置信
号Xが変化するのに伴い、モータ電流の上限値ilim
+や下限値ilim−は変化する。キャリッジ1が正方
向に駆動されている、あるいは負方向に外力が印加され
た場合は、電流司令値icがilim+より大きくなれ
ば、キャリッジ1に異常があったということになる。キ
ャリッジ1が負方向に駆動されている、あるいは正方向
に外力が印加された場合は、電流司令値icがilim
−より小さくなれば、キャリッジ1に異常があったとい
うことになる。
FIG. 4 illustrates the operation of the abnormality detection. As the position signal X changes, the upper limit value of the motor current ilim
+ And the lower limit value ilim- change. When the carriage 1 is driven in the positive direction or an external force is applied in the negative direction, if the current command value ic becomes larger than ilim +, it means that the carriage 1 has an abnormality. When the carriage 1 is driven in the negative direction or when an external force is applied in the positive direction, the current command value ic becomes ilim.
If it becomes smaller, it means that the carriage 1 has failed.

【0037】本発明の第3の実施の形態によれば、印加
される外力の方向によって異常検知のスレッシュレベル
を変えることができるようになるため、駆動方向に応じ
たアクチュエータの過負荷設定を別々に設定できる。
According to the third embodiment of the present invention, the threshold level of abnormality detection can be changed depending on the direction of the applied external force. Can be set to

【0038】例えば、負方向に駆動される場合のスレッ
シュレベルを小さいものとすると、衝突時、フォーカス
式プローブ11等のキャリッジ1に搭載されるプローブ
に加わる力を小さくでき、プローブの損傷を防ぐことが
できる。
For example, if the threshold level in the case of driving in the negative direction is made small, the force applied to the probe mounted on the carriage 1 such as the focus type probe 11 at the time of collision can be made small, and the probe can be prevented from being damaged. Can be.

【0039】本発明の第4の実施の形態に係る形状測定
装置においては、第1の実施の形態における電流リミッ
タ7の構成を特定したものである。図5に電流リミッタ
7の構成を示す。位置決めコントローラ5の出力である
電流司令値icあるいは検出されたモータ電流が電流リ
ミッタ7に入力される。電流リミッタ7内では、電流司
令値icをローパスフィルタ8を通してノイズ成分やパ
ルス成分を除去する。ローパスフィルタ8を通った電流
司令値icと位置信号Xは比較器9へ入力される。比較
器9では、電流司令値icと位置信号Xから算出または
選択されるモータ電流制限値とを比較してリニアアクチ
ュエータの異常の有無を検知する。リニアアクチュエー
タの異常が検知されると、異常を知らせ、同時に切換え
器10によりリニアアクチュエータを停止させる。
In the shape measuring apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, the configuration of the current limiter 7 according to the first embodiment is specified. FIG. 5 shows the configuration of the current limiter 7. The current command value ic output from the positioning controller 5 or the detected motor current is input to the current limiter 7. In the current limiter 7, a noise component and a pulse component are removed from the current command value ic through a low-pass filter 8. The current command value ic and the position signal X that have passed through the low-pass filter 8 are input to the comparator 9. The comparator 9 compares the current command value ic with a motor current limit value calculated or selected from the position signal X to detect whether or not the linear actuator is abnormal. When the abnormality of the linear actuator is detected, the abnormality is notified, and at the same time, the linear actuator is stopped by the switching device 10.

【0040】本発明の第4の実施の形態によれば、操作
量あるいはモータの電流のノイズによる誤動作を防ぐこ
とができる。さらに、ローパスフィルタの遮断周波数を
変更することで、ローパスフィルタの入出力の応答性能
を変更できることから異常検知の応答時間を調整でき
る。
According to the fourth embodiment of the present invention, it is possible to prevent malfunction due to noise of the operation amount or the motor current. Further, by changing the cut-off frequency of the low-pass filter, the input / output response performance of the low-pass filter can be changed, so that the response time of abnormality detection can be adjusted.

【0041】本発明の第5の実施の形態に係る形状測定
装置においては、リニアアクチュエータの異常の検知の
方法が第1の実施の形態と異なる。位置決め制御コント
ローラ5の出力である電流司令値icはリミッタ7に入
力され、モータ電流制限値ilimと比較される。電流
司令値icがモータ電流制限値ilimを越えた時間t
cが所定の時間tlimを越えた場合、アクチュエータ
の異常を検知しアクチュエータを停止させる。すなわ
ち、(7)式に示す通りに異常を検知する。
In the shape measuring apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, the method of detecting the abnormality of the linear actuator is different from that of the first embodiment. The current command value ic output from the positioning controller 5 is input to the limiter 7 and compared with the motor current limit value ilim. Time t when current command value ic exceeds motor current limit value ilim
When c exceeds a predetermined time tlim, the controller detects an abnormality of the actuator and stops the actuator. That is, an abnormality is detected as shown in equation (7).

【0042】[0042]

【数7】 (Equation 7)

【0043】図6に異常検知の動作を図示する。電流司
令値icがモータ電流制限値ilimを越えた場合、所
定の時間tlimを越えていなければ、異常検知されな
い。越えた場合は、異常検知される。
FIG. 6 shows the operation of the abnormality detection. When the current command value ic exceeds the motor current limit value ilim, the abnormality is not detected unless it exceeds a predetermined time tlim. If it exceeds, an abnormality is detected.

【0044】本発明の第5の実施の形態によれば、過渡
応答のために瞬間的に大きくなった操作量、モータの電
流、ノイズ成分による誤動作を防ぐことができる。
According to the fifth embodiment of the present invention, it is possible to prevent a malfunction due to an operation amount, a motor current, and a noise component that instantaneously increase due to a transient response.

【0045】本発明の第6の実施の形態に係る形状測定
装置においては、第1の実施の形態とモータ電流制限値
ilimの求め方およびリニアアクチュエータの異常の
検知の方法が異なる。キャリッジ1は位置信号Xが負に
なる部分を移動している。電流リミッタ7においては、
キャリッジ1が正方向に駆動されている、あるいは負方
向に外力が働いているときはilim+を電流司令値i
cの上限とする。ここで、(8)式に示すように、電流
司令値icがilim+よりも大きくなった時間tc+
が所定の時間tlim+を越えた場合、リニアアクチュ
エータの異常を検知する。
The shape measuring apparatus according to the sixth embodiment of the present invention differs from the first embodiment in the method of obtaining the motor current limit value ilim and the method of detecting an abnormality of the linear actuator. The carriage 1 is moving in a position where the position signal X becomes negative. In the current limiter 7,
When the carriage 1 is driven in the positive direction or an external force is acting in the negative direction, ilim + is changed to the current command value i.
c is the upper limit. Here, as shown in Expression (8), the time tc + when the current command value ic becomes larger than ilim +
Exceeds a predetermined time tlim +, an abnormality of the linear actuator is detected.

【0046】[0046]

【数8】 (Equation 8)

【0047】キャリッジ1が負方向に駆動されている、
あるいは正方向に外力が働いているときは(6)式によ
り算出される値を電流司令値icの下限とする。ここ
で、(9)式に示すように、電流司令値icがilim
−より小さくなった時間tc−が所定の時間tlim−
を越えた場合、リニアアクチュエータの異常を検知す
る。
The carriage 1 is driven in the negative direction.
Alternatively, when an external force acts in the positive direction, the value calculated by the equation (6) is set as the lower limit of the current command value ic. Here, as shown in Expression (9), the current command value ic is ilim
-The time tc that has become smaller is a predetermined time tlim-
If it exceeds, the abnormality of the linear actuator is detected.

【0048】[0048]

【数9】 (Equation 9)

【0049】所定の時間tlim+、tlim−を異な
る値に設定することによってアクチュエータの駆動方向
もしくは外力の方向によって異常検知のスレッシュレベ
ルを変更できる。
By setting the predetermined times tlim + and tlim- to different values, the abnormality detection threshold level can be changed depending on the driving direction of the actuator or the direction of the external force.

【0050】図7に異常検知の動作を図示する。キャリ
ッジ1が正方向に駆動されている、あるいは負方向に外
力が印加された場合は、電流司令値icがilim+よ
りも大きくなった時間tc+が所定の時間tlim+を
越えた場合、リニアアクチュエータの異常を検知する。
負方向に駆動されている、あるいは正方向に外力が印加
された場合は、電流司令値icがilim−より小さく
なった時間tc−が所定の時間tlim−を越えた場
合、リニアアクチュエータの異常を検知する。
FIG. 7 shows the operation of the abnormality detection. When the carriage 1 is driven in the positive direction or when an external force is applied in the negative direction, if the time tc + at which the current command value ic becomes larger than ilim + exceeds a predetermined time tlim +, the linear actuator malfunctions. Is detected.
When the actuator is driven in the negative direction or an external force is applied in the positive direction, if the time tc- when the current command value ic becomes smaller than ilim- exceeds a predetermined time tlim-, an abnormality of the linear actuator is determined. Detect.

【0051】本発明の第6の実施の形態によれば、リニ
アアクチュエータの駆動方向に応じたリニアアクチュエ
ータの過負荷時間を別々に設定できる。
According to the sixth embodiment of the present invention, the overload time of the linear actuator according to the driving direction of the linear actuator can be set separately.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、モータの電流の上限値
あるいは下限値と操作量あるいはモータの電流を比較
し、操作量等が上限値を超え、あるいは下限値を下回れ
ば、異常が発生したことが検知できる。しかも、上限値
あるいは下限値の算出や操作量等との比較は、高次元演
算ではなく、低次元の演算なので、位置決め制御に要求
されるサンプリング時間内に間に合わせることができ
る。
According to the present invention, the upper limit or lower limit of the motor current is compared with the operation amount or the motor current. If the operation amount exceeds the upper limit or falls below the lower limit, an abnormality occurs. Can be detected. In addition, the calculation of the upper limit value or the lower limit value and the comparison with the operation amount and the like are not high-dimensional calculations but low-dimensional calculations, so that the calculations can be made within the sampling time required for positioning control.

【0053】また、本発明によれば、駆動方向に応じた
アクチュエータの過負荷設定を別々に設定できる。
According to the present invention, the overload setting of the actuator according to the driving direction can be set separately.

【0054】しかも、本発明によれば、電流リミッタが
ローパスフィルタを備えることで、操作量あるいはモー
タの電流のノイズによる誤動作を防ぐことができる。さ
らに、ローパスフィルタの遮断周波数を変更すること
で、異常検知の応答性能を調整できる。
Further, according to the present invention, since the current limiter includes the low-pass filter, it is possible to prevent the malfunction due to the operation amount or the noise of the motor current. Further, by changing the cutoff frequency of the low-pass filter, the response performance of the abnormality detection can be adjusted.

【0055】また、本発明によれば、電流リミッタが、
ローパスフィルタの出力がモータの電流の上限値に対
し、所定の時間大きくなっていたかを判定することで、
過渡応答のために瞬間的に大きくなった操作量、モータ
の電流、ノイズ成分による誤動作を防ぐことができる。
According to the present invention, the current limiter is
By determining whether the output of the low-pass filter has increased for a predetermined time with respect to the upper limit value of the motor current,
It is possible to prevent a malfunction due to an operation amount, a motor current, and a noise component that instantaneously increase due to a transient response.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る形状測定装置
の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態に係る形状測定装置
の異常検知の動作を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing an operation of detecting an abnormality of the shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態に係る形状測定装置
の異常検知の動作を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing an operation of detecting an abnormality of a shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態に係る形状測定装置
の異常検知の動作を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing an operation of detecting an abnormality of a shape measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図5】電流リミッタ7の構成を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a current limiter 7;

【図6】本発明の第5の実施の形態に係る形状測定装置
の異常検知の動作を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing an operation of detecting an abnormality of a shape measuring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第6の実施の形態に係る形状測定装置
の異常検知の動作を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing an operation of detecting an abnormality of a shape measuring apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.

【図8】従来技術の形状測定装置の構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional shape measuring apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 キャリッジ 2 ばね 2a 弾性部分 2b 粘性部分 3 ボイスコイルモータ 4 リニアエンコーダ 5 位置決めコントローラ 6 モータドライバ 7 電流リミッタ 8 ローパスフィルタ 9 比較器 10 切換え器 11 フォーカス式プローブ 12 被検物 51 ばね 52 リニアモータ 53 Z移動部 54 位置検出器 55 サーボ回路 56 対物レンズ 57 測定面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carriage 2 Spring 2a Elastic part 2b Viscous part 3 Voice coil motor 4 Linear encoder 5 Positioning controller 6 Motor driver 7 Current limiter 8 Low-pass filter 9 Comparator 10 Switching device 11 Focusing probe 12 Test object 51 Spring 52 Linear motor 53Z Moving part 54 Position detector 55 Servo circuit 56 Objective lens 57 Measurement surface

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ばねで支持され、モータによって駆動され
るリニアアクチュエータと、 前記リニアアクチュエータの変位を検出し位置信号とし
て出力する位置検出部と、 前記リニアアクチュエータの目標位置と位置信号を比較
し操作量を出力する位置決めコントローラと、 前記操作量に応じてモータ駆動電流を出力し前記リニア
アクチュエータを駆動するモータドライバとを有する形
状測定装置において、 前記ばねのばね定数、前記モータのモータ推力定数およ
び前記位置信号から、前記ばねに発生する力に対する前
記モータの定常的な電流値を算出し、前記電流値に所定
の値を加算したものを前記モータの電流の上限値あるい
は下限値とし、前記上限値あるいは前記下限値と前記操
作量あるいは前記モータの電流を比較する電流リミッタ
を備えたことを特徴とする形状測定装置。
A linear actuator supported by a spring and driven by a motor; a position detector for detecting a displacement of the linear actuator and outputting it as a position signal; comparing a target position of the linear actuator with a position signal to operate; A shape controller having a positioning controller that outputs an amount, and a motor driver that outputs a motor drive current in accordance with the operation amount and drives the linear actuator, wherein a spring constant of the spring, a motor thrust constant of the motor, and From the position signal, a steady-state current value of the motor with respect to the force generated in the spring is calculated, and a value obtained by adding a predetermined value to the current value is set as an upper limit value or a lower limit value of the motor current, and the upper limit value is set. Alternatively, a current limiter for comparing the lower limit value with the operation amount or the motor current is provided. A shape measuring device comprising:
【請求項2】前記電流リミッタが、前記モータの駆動方
向に応じて前記モータの電流の前記上限値あるいは前記
下限値を異なる値にすることを特徴とする請求項1に記
載の形状測定装置。
2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the current limiter sets the upper limit value or the lower limit value of the current of the motor to a different value according to a driving direction of the motor.
【請求項3】前記電流リミッタが、 前記操作量あるいは前記モータの電流が入力されるロー
パスフィルタと、 前記モータの電流の前記上限値あるいは前記下限値と前
記ローパスフィルタの出力を比較する比較器と、 を備えたことを特徴とする請求項1または2のいずれか
1項に記載の形状測定装置。
3. The low-pass filter to which the operation amount or the motor current is input, and a comparator that compares the upper limit value or the lower limit value of the motor current with the output of the low-pass filter. The shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising:
【請求項4】前記電流リミッタが、 前記ローパスフィルタの出力が前記モータの電流の前記
上限値に対し、所定の時間大きくなっていたかを判定す
る判定器、 を備えたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
1項に記載の形状測定装置。
4. The current limiter further comprises: a determiner for determining whether or not the output of the low-pass filter has been larger than the upper limit of the current of the motor for a predetermined time. The shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005037184A (en) * 2003-07-17 2005-02-10 Ricoh Co Ltd Shape measuring device and control method thereof
JP2011163796A (en) * 2010-02-05 2011-08-25 Mitsutoyo Corp Three-dimensional measuring machine
JP2011163795A (en) * 2010-02-05 2011-08-25 Mitsutoyo Corp Three-dimensional measuring machine
JP2015169641A (en) * 2014-03-11 2015-09-28 株式会社ミツトヨ Surface roughness measurement unit, three-dimensional measurement system, method of displaying operational state of surface roughness measurement unit

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