JP2004258700A

JP2004258700A - 位置決めシステムの同期曲線設定方法及びコンピュータプログラム

Info

Publication number: JP2004258700A
Application number: JP2003045292A
Authority: JP
Inventors: Tomonobu Kitagawa; 知伸北川
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】複数の制御点を順次接続して得られる折れ線グラフで同期曲線を設定する際に、各制御点の近傍における出力軸の速度の急激な変化を無くして、同期曲線にほぼ忠実な出力軸の制御を可能にする。
【解決手段】入力軸の変位量をＸ軸にとり、出力軸の変位量をＹ軸にとったときのＸＹ平面において、複数の制御点をＸＹ座標で設定し、複数の制御点のそれぞれにおいて、制御点のＸ座標を中心とするＸ軸方向の加速区間ＡＰを設定し、Ｘ軸方向に沿って複数の制御点を順番に直線で仮接続することによって折れ線グラフを仮に生成し、複数の制御点のそれぞれにおける加速区間ＡＰについては、折れ線グラフを構成する直線Ｌ１，Ｌ２の一部を削除すると共に、両側の直線Ｌ１，Ｌ２の端点をそれぞれの直線Ｌ１，Ｌ２に接する曲線ＣＬで接続することによって得られる滑らかな折れ線グラフを同期曲線とする。
【選択図】図１０

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置決めシステムにおいて、入力の変位量に対する出力の変位量を設定するための同期設定方法及びコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
位置決めシステムは、モータの制御によって物体をある位置から目的の位置まで正確に移動させるシステムをいう。クラッチ、ギア、カム等の機械的要素を使用せずに、例えばロータリーエンコーダで入力軸の位相を検出し、それに応じたパルス数の信号によって出力軸のモータの駆動を制御する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような位置決めシステムにおける同期とは、入力の変位量（位相）に対する出力の変位量（位相）を所定の関係にしたがって制御することを意味する。入力軸を主軸と呼称し、出力軸を従軸と呼称することもある。
【０００４】
図１は、位置決めシステムにおける同期機能の例を示す概念図である。図１に例示するように、主軸１０１の位相がロータリーエンコーダ１０２で検出され、その出力信号であるパルス列が位置決め装置（同期機能）１０３に入力される。位置決め装置１０３は、ユーザが設定した同期曲線で決まる駆動用パルス列を出力し、モータの駆動回路１０４に与える。モータの駆動回路１０４は、その駆動用パルス列にしたがってサーボモータ１０５を駆動し、その回転軸である従軸１０６が所定の位相まで回転する。
【０００５】
図１の例では、位置決め装置（同期機能）の入力及び出力がいずれもパルス列の信号であるが、ユーザは実際の物理量である位相角（度）や、移動距離（ｍｍ）で同期曲線を設定することができる。位置決め装置に備えられた単位変換機能が実際の物理量（設定値）とパルス列信号との変換を行う。
【０００６】
図２は、ユーザが設定する同期曲線の例を示す図である。同期曲線とは、主軸の位相に対する従軸の位相の変化を示す曲線である。この例では、原点及び複数の点Ｐ１〜Ｐ６を順番に結ぶ複数の直線で構成された折れ線グラフで同期曲線が構成されている。これら複数の点（折れ点）Ｐ１〜Ｐ６を制御点と呼称する。
【０００７】
同期曲線を規定する別の方法として、例えば主軸の位相角を一定角度ずつ変化させたときに、主軸の各位相角に対応する従軸の位相角を規定し、それらの対応表（テーブル）を同期曲線のデータとして記憶しておく方法がある。しかし、この方法では記憶すべきデータ量が多くなり、ユーザが同期曲線を設定する作業も面倒なものになる。
【０００８】
したがって、図２に例示したように、ユーザが複数の制御点を設定し、それらの制御点を順番に直線で結ぶことによって得られる折れ線グラフで同期曲線を規定する方法が一般的である。通常の位置決めシステムでは、制御点Ｐ２とＰ３を結ぶ直線Ｌ１又は制御点Ｐ４とＰ５を結ぶ直線Ｌ２のように、従軸の位相が変化しない（速度ゼロの）停止区間を正確に規定する必要があることが多い。
【０００９】
図３は、図２の同期曲線に対応する従軸速度対主軸位相を示すグラフである。図２の同期曲線にしたがって制御するには、従軸の速度を図３に実線で示すように変化させる必要がある。しかしながら、実際の位置決めシステムでは、モータや機械系の慣性のために、従軸の速度が図３に示すように変化することは無理である。例えば制御点Ｐ１（時刻ｔ１）でモータの速度が瞬時にゼロから一定速度に変化することは無理であり、所定の加速期間Δｔ１が必要である。同様に、制御点Ｐ２（時刻ｔ２）でモータの速度が瞬時に一定速度からゼロに変化することは無理であり、所定の減速期間Δｔ２が必要である。したがって、図２に実線で示す折れ線の同期曲線で制御した場合のモータの速度変化は破線で例示するようになり、その結果、図２における従軸位相の変化は、実際には破線で例示するようなものとなる。
【００１０】
前述のように、図２における直線Ｌ１又は直線Ｌ２の如く従軸の位相が変化しない停止区間を正確に規定する必要がある場合に、実際には破線で示すように従軸位相が変化したのでは不都合である。つまり、必要な加速期間の影響で、実際の停止区間が制御点を結ぶ区間からずれてしまう（制御点を結ぶ区間より短くなる）ことになる。
【００１１】
上記のような問題を解決する一つの方法として、図４に例示するように、停止区間と停止区間の間（例えば制御点Ｐ１と制御点Ｐ２との間）を直線ではなくＳ字曲線で接続した同期曲線を使用する方法がある。図４は、図２の同期曲線において停止区間と停止区間の間を直線ではなくＳ字曲線で接続した場合を示している。また、図５は、図４の同期曲線に対応する従軸速度対主軸位相を示すグラフである。
【００１２】
図４に示すような同期曲線を使用すれば、図５に示すように従軸の速度が急激に変化することがなくなるので、実際の位置決めシステムにおいて従軸位相の変化が同期曲線にほぼ従うものとなる。その結果、停止区間Ｌ１及びＬ２を同期曲線で正確に規定することが可能になる。
【００１３】
【特許文献１】
特許第２６９７３９９号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示したように、停止区間と停止区間の間をＳ字曲線で接続した同期曲線を使用する場合は、上述のように停止区間を正確に規定することができる。他方、停止区間と停止区間の間における従軸の速度は一定ではなく、図５に示したように台形状に、あるいは三角形状に変化する。
【００１５】
用途によっては、一定の速度で従軸位相が変化する区間（以下、定速度区間という）を正確に規定したい場合もある。このような用途では、図４に示した同期曲線よりも、図２に示した同期曲線のほうが定速度区間を規定しやすい。しかし、この場合は前述のように、実際の位置決めシステムにおいてモータや機械系の慣性のために同期曲線で規定した従軸位相と制御結果の従軸位相とがずれる問題がある。
【００１６】
また、停止区間と定速度区間の両方を正確に規定したい用途もある。このような場合に、制御点を増やせば従来の同期曲線設定方法でもきめ細かい制御が可能になるが、制御点が増える分だけユーザの設定に要する手間が増えると共に、制御部が記憶すべきデータ量が増加することになる。
【００１７】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、複数の制御点を順番に結ぶ折れ線グラフで同期曲線を設定する際に、各制御点の近傍における出力軸の速度の急激な変化を無くして、同期曲線にほぼ忠実な出力軸の制御を可能にすることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による位置決めシステムの同期曲線設定方法は、入力軸の変位量と出力軸の変位量との関係を規定する同期曲線をあらかじめ設定しておき、入力軸の変位量を検出し、その検出信号と同期曲線とにしたがって出力軸の変位量を制御する位置決めシステムにおいて、同期曲線を設定するための方法であって、入力軸の変位量をＸ軸にとり、出力軸の変位量をＹ軸にとったときのＸＹ平面において、複数の制御点をＸＹ座標で設定し、複数の制御点のそれぞれにおいて、制御点のＸ座標を中心とするＸ軸方向の加速区間を設定し、Ｘ軸方向に沿って複数の制御点を順番に直線で仮接続することによって折れ線グラフを仮に生成し、複数の制御点のそれぞれにおける加速区間については、折れ線グラフを構成する直線の一部を削除すると共に、両側の直線の端点をそれぞれの直線に接する曲線で接続することによって得られる滑らかな折れ線グラフを同期曲線とすることを特徴とする。
【００１９】
このような方法によれば、制御点の近傍における出力軸の速度の急激な変化が無くなり、実際の出力軸の変位が同期曲線にほぼ忠実に追従するようになる。また、制御点のＸ座標を中心とするＸ軸方向の加速期間を設定するので、例えば出力軸の停止区間や定速度期間は、制御点の間隔から加速期間を引いたものとして正確に規定することができる。したがって、複数の制御点と各制御点における加速区間を設定するだけで、出力軸の速度の急激な変化を伴わない出力軸の正確な制御が可能になる。なお、各制御点における加速区間の幅は通常は一定でよいが、制御点ごとに変えてもよい。
【００２０】
好ましい実施形態において、上記の加速区間において両側の直線の端点を接続する曲線が、仮に生成された折れ線グラフから演算によって求められる二次曲線である。この演算の詳細については後述する。
【００２１】
また、本発明によるコンピュータプログラムは、入力軸の変位量と出力軸の変位量との関係を規定する同期曲線をあらかじめ設定しておき、入力軸の変位量を検出し、その検出信号と同期曲線とにしたがって出力軸の変位量を制御する位置決めシステムにおいて、同期曲線を設定するために、位置決めシステムに内蔵又は接続されたコンピュータに実行させるプログラムであって、入力軸の変位量をＸ軸にとり、出力軸の変位量をＹ軸にとったときのＸＹ平面において、複数の制御点をＸＹ座標で設定するためのステップと、複数の制御点のそれぞれにおいて、制御点のＸ座標を中心とするＸ軸方向の加速区間を設定するためのステップと、Ｘ軸方向に沿って複数の制御点を順番に直線で仮接続することによって折れ線グラフを仮に生成するステップと、複数の制御点のそれぞれにおける加速区間については、折れ線グラフを構成する直線の一部を削除すると共に、両側の直線の端点をそれぞれの直線に接する曲線で接続することによって得られる滑らかな折れ線グラフを同期曲線とするステップとを有することを特徴とする。
【００２２】
このようなコンピュータプログラムをインストールしたコンピュータを位置決めシステムの位置決め装置（制御ユニット）に接続することにより、コンピュータの画面上で容易に同期曲線を設定することができる。そして、この同期曲線によれば、前述のように、出力軸の速度の急激な変化を伴わない出力軸の正確な制御が可能になると共に、出力軸の停止区間や定速度期間を、制御点の間隔から加速区間を引いたものとして正確に規定することができる。
【００２３】
好ましい実施形態において、コンピュータプログラムは、仮に生成された折れ線グラフから演算によって、加速区間において両側の直線の端点を接続する二次曲線を生成するステップを更に有する。この演算の詳細については後述する。
【００２４】
また、本発明の記憶媒体は、上記のようなプログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。このような記憶媒体を用いて当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールし、実行させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図６は、本発明の実施形態に係る位置決めシステムの構成図である。このシステムは、工場の製造ラインや倉庫等の設備で使用され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のスライドテーブルを駆動するモータ４，６とそれぞれのドライバ５，７、そしてそれらの制御ユニットである位置決め／高速カウンタユニット２を備えている。
【００２７】
位置決め／高速カウンタユニット２のコネクタ２ａには、ティーチングユニットと呼称されるコンソール１がケーブル３で接続され、別のコネクタ２ｂ，２ｃにＸ軸ドライバ５とＹ軸ドライバ７がそれぞれ接続されている。また、コネクタ２ｄには複数のリミットスイッチ又は原点センサーからなる位置センサー８が接続されている。位置決め／高速カウンタユニット２は、隣に配置されたＣＰＵユニット９に接続され、ＣＰＵユニット９にはパーソナルコンピュータ１０が接続されている。接続用インターフェイスとして、ＲＳ２３２Ｃ、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢ等の通信インターフェイスが使用される。
【００２８】
Ｘ軸駆動用モータ４及びＹ軸駆動用モータ６には、サーボモータ又はステッピングモータが使用される。サーボモータを使用するときはそのドライバ５，７としてパルス列入力タイプのサーボアンプが使用される。
【００２９】
位置決め／高速カウンタユニット２は、内蔵メモリに記憶されている制御用パラメータにしたがってモータ４，６のドライバ５，７を制御する。制御用パラメータには、位置決めポイントごとに設定されるポイントパラメータ、移動速度を設定する速度パラメータ、位置決め／高速カウンタユニット２の全体動作に関するシステムパラメータが含まれる。
【００３０】
制御用パラメータはティーチングコンソール１を用いて設定することができる。また、ＣＰＵユニット９には、メモリカードのリード・ライター９ａが備えられており、メモリカードから読み込んだパラメータを位置決め／高速カウンタユニット２に転送することもできる。
【００３１】
あるいは、パーソナルコンピュータ１０を用いてＣＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスク等の記憶媒体から読み込んだ制御用パラメータをＣＰＵユニット９経由で位置決め／高速カウンタユニット２に転送することもできる。パーソナルコンピュータ１０にインストールした専用ソフトウェアを用いて設定した制御用パラメータをＣＰＵユニット９経由で位置決め／高速カウンタユニット２に転送することもできる。このようにして設定された制御用パラメータの値は位置決め／高速カウンタユニット２の内蔵メモリに書き込まれる。
【００３２】
位置決め／高速カウンタユニット２の動作状態、すなわち、パルス出力中、原点復帰中、エラー発生中のような動作状態は、位置決め／高速カウンタユニット２に割り当てられた入力リレーで確認できる。例えば、パルス出力中は移動中リレーがオンになり、停止中は移動中リレーがオフになる。
【００３３】
また、ＣＰＵユニット９のシーケンスプログラムで出力リレーを操作することにより、運転開始、原点復帰、エラーのリセット等の動作が位置決め／高速カウンタユニット２に指示される。例えば、運転開始リレーをオンにすれば位置決め／高速カウンタユニット２の運転が開始する。必要な場合は、ＣＰＵユニット９のシーケンスプログラムで位置決め／高速カウンタユニット２の内蔵メモリから制御パラメータを読み出したり、その値を書き換えたりすることができる。
【００３４】
図６に示すように、本実施形態の位置決めシステムでは、主軸ドライバ１３で駆動される主軸モータ１２の位相（主軸の変位）がロータリーエンコーダ１１で検出され、そのパルス列信号出力が位置決め／高速カウンタユニット２に入力されている。位置決め／高速カウンタユニット２の高速カウンタ機能によって、入力されたパルス列信号のパルスがカウントされる。そして、あらかじめ設定された同期曲線に沿って、Ｘ軸モータ４及びＹ軸モータ６の変位量を主軸（入力軸）の変位量に同期させる同期機能を実行することができる。この場合、Ｘ軸モータ４及びＹ軸モータ６の変位量が従軸の変位量（位相）に相当する。以下、この同期機能について説明する。
【００３５】
図７は、本発明の実施形態に係る位置決めシステムにおける同期機能のブロック図である。主軸デバイス選択部１６によって高速カウンタＸ，Ｙ、位置決め軸Ｘ，Ｙを含む複数の主軸デバイス１５のうちの１つが位相（変位量）を検出する対象の主軸として選択される。図６に示した例では、主軸の変位量を検出するロータリーエンコーダ１１の出力信号がＹ軸コネクタ２ｃから位置決め／高速カウンタユニット２に入力されているので、高速カウンタＹが選択される。
【００３６】
主軸クラッチ（制御用リレー）１７のオン・オフ制御により、必要なタイミングで主軸の変位量の検出信号（例えば高速カウンタＹの出力）が取り込まれる。そして、同期微調整部１８によってタイミングの微調整が行われた検出信号が同期曲線による変換部１９に与えられる。同期曲線による変換部１９では、あらかじめ設定された同期曲線にしたがって、主軸（入力軸）の変位量が従軸（出力軸）の変位量に変換される。求められた従軸の変位量は、出力フィルタ２０を介して出力軸（従軸）に与えられる。図６に示した構成では、従軸の変位量に対応するパルス列信号がＸ軸ドライバ５及びＹ軸ドライバ７に与えられ、Ｘ軸モータ４及びＹ軸モータ６が所定の変位量だけ駆動される。
【００３７】
同期曲線は、従来技術の説明で述べたように、主軸の位相（変位量）に対する従軸の位相（変位量）の変化を示す曲線である。例えば図２に示したように、入力軸（主軸）の変位量をＸ軸にとり、出力軸（従軸）の変位量をＹ軸にとったときのＸＹ平面において折れ線グラフとして設定される。以下、本発明に係る同期曲線の設定方法について説明する。
【００３８】
図８は、位置決めシステムのＣＰＵユニット９に接続されたパーソナルコンピュータ１０のハードウェア構成例を示すブロック図である。パーソナルコンピュータ１０は、ＣＲＴ又はＬＣＤ等の表示装置５１、キーボード５２、マウス（又は他のポインティングデバイス）５３、ＲＳ２３２Ｃ、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢ等の通信インターフェイス５４、処理装置（ＣＰＵ）５５、半導体記憶媒体である主メモリ５６、補助記憶装置である固定ディスク装置５７及びリムーバブルディスク装置５８を備えている。
【００３９】
同期曲線の設定等を行うための専用ソフトウェア（コンピュータプログラム）は、ＣＤ−ＲＯＭのような記憶媒体５９に記憶された状態で供給され、ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置のようなリムーバブルディスク装置５８によって記憶媒体５９から読み出され、固定ディスク装置５７にインストールされる。固定ディスク装置５７にインストールされた専用ソフトウェアは、主メモリ５６にロードされ、処理装置５５によって実行される。
【００４０】
このような専用ソフトウェアによって実行される処理には、同期曲線の設定の他に、各種制御用パラメータの設定、動作の実行・停止の指令、動作状態のモニター等が含まれる。ここでは、同期曲線の設定について説明する。
【００４１】
図９は、同期曲線の設定のための画面表示例を示す図である。ユーザは、パーソナルコンピュータ１０の表示装置５１に表示される同期曲線の設定のための画面を用いて同期曲線の設定を行うことができる。図９において、制御点等を数値入力するための入力ウィンドウ３１と、入力された制御点等の値にしたがって生成された同期曲線を表示する表示ウィンドウ３２とが、左右に並ぶように表示されている。
【００４２】
入力ウィンドウ３１に示されているように、本実施形態の同期曲線設定方法では、同期曲線加速幅、主軸周期、従軸送り量、及び複数の制御点を数値入力することによって同期曲線が設定される。本実施形態の同期曲線設定方法では制御点１から制御点８まで合計８個の制御点を設定することができ、図示の例では制御点１から制御点６まで合計６個の制御点が設定されている。主軸の変位量をＸ軸にとり、従軸の変位量をＹ軸にとったときのＸＹ平面において、複数の制御点をＸＹ座標で設定する。図示の例では、主軸及び従軸の変位量がパルス数（ＰＬＳ）で入力されている。
【００４３】
入力ウィンドウ３１で入力された制御点１〜６の主軸及び従軸の値に対応するＸＹ平面上の座標は、表示ウィンドウ３２において点Ｐ１〜Ｐ６で示すようになる。また、入力ウィンドウ３１で入力された主軸周期及び従軸送り量の値に対応するＸＹ平面上の座標は、表示ウィンドウ３２において点Ｐｅで示すようになる。
【００４４】
原点Ｐ０から制御点１〜６（Ｐ１〜Ｐ６）を順番に経て最終点Ｐｅまでを直線で結んだ折れ線グラフが表示ウィンドウ３２に表示されている。この折れ線グラフが同期曲線の基礎となる。後述する同期曲線加速幅による加速・減速要素を考慮しなければ、この折れ線グラフに沿って、従軸の変位量が主軸の変位量に同期するように制御される。
【００４５】
つまり、主軸の変位量が制御点１（Ｐ１）の値３００ＰＬＳに達するまで従軸の変位量は０のままであり、更に主軸の変位量が制御点２（Ｐ２）の値６００ＰＬＳに達すれば従軸の変位量は値５００ＰＬＳになる。制御点１（Ｐ１）と制御点２（Ｐ２）との間は、直線的に（比例関係で）移動する。以下同様にして、制御点３〜６（Ｐ３〜Ｐ６）を経由し、最終的に主軸の変位量が最終点Ｐｅの値２１００ＰＬＳ（主軸周期）に達すれば従軸の変位量は値５００ＰＬＳ（従軸送り量）になる。主軸がさらに移動する場合は、最終点Ｐｅを原点Ｐ０として同期曲線に沿う制御が繰り返される。
【００４６】
なお、入力ウィンドウ３１で各制御点の入力項目として、主軸及び従軸に加えてＭコードがある。これは、同期曲線を構成する各直線に対応する区間を特定するための識別コードである。この例では、従軸の速度がゼロの区間（停止区間）に対して５５〜５８のＭコードが入力されている。また、表示ウィンドウ３２において、同期曲線を表示する座標平面の下側に表示された横バーグラフ３３を用いて各区間とＭコードとの対応が表示されている。
【００４７】
上記のような折れ線グラフを同期曲線とした制御では、各制御点において、従軸用モータの速度の急激な変化が発生することになる。従来技術の説明で述べたように、実際の位置決めシステムではモータや機械系の慣性のために従軸用モータの速度の急激な変化は無理であり、したがって同期曲線に忠実な従軸用モータの制御が困難になる。
【００４８】
そこで、本実施形態の位置決めシステムでは、各制御点のＸ座標（主軸の変位量）を中心とするＸ軸方向の加速区間を設定し、この加速区間については折れ線を曲線で置き換えることによって鈍らせる処理を行う。この加速区間の幅が入力ウィンドウ３１における同期曲線加速幅によって設定される。図９の例では同期曲線加速幅として５０ＰＬＳが設定されている。つまり、各制御点において、そのＸ座標（主軸の変位量）の前後に５０ＰＬＳずつ、合計１００ＰＬＳの区間が加速区間として設定される。表示ウィンドウ３２の同期曲線を示す折れ線グラフとその下の横バーグラフ３３において、加速区間の帯状表示３４が設けられている。
【００４９】
本実施形態では、すべて（最大８個）の制御点について、同期曲線加速幅は等しい。なお、隣り合う制御点（例えばＰ３とＰ４）のＸ座標間隔の最小値をＤとすれば、設定可能な同期曲線加速幅の最大値はＤ／２である。それ以上の値を入力した場合は、Ｄ／２が同期曲線加速幅として設定される。図９の例では、Ｘ座標間隔の最小値は３００であり、設定可能な同期曲線加速幅の最大値は１５０である。
【００５０】
各制御点において、そのＸ座標を中心とする加速区間については、折れ線グラフを構成する直線の一部を削除すると共に、両側の直線の端点をそれぞれの直線に接する曲線で接続する。このように、各制御点の近傍の折れ線を曲線で置き換えることによって、従軸用モータの速度の急激な変化が無くなり、同期曲線にほぼ忠実な従軸用モータの制御が可能になる。この加速区間における曲線を求めるアルゴリズムについて次に説明する。
【００５１】
図１０は、制御点を中心とする加速区間において折れ線グラフを曲線で置き換えた例を示す図である。この例では、３つの制御点Ｐ（ｋ−１），Ｐ（ｋ）及びＰ（ｋ＋１）を結ぶ折れ線グラフが２つの直線Ｌ１及びＬ２で構成されている。直線Ｌ１及びＬ２の接続点である制御点Ｐ（ｋ）において、そのＸ座標ｘ（ｋ）を中心として両側に同期曲線加速幅ｄ（合計幅２ｄ）の加速区間ＡＰが設定されている。
【００５２】
この加速区間ＡＰにおいて、折れ線グラフを構成する２つの直線Ｌ１及びＬ２の一部（破線で示す部分）が削除され、両側の直線Ｌ１及びＬ２の端点が、それぞれの直線Ｌ１及びＬ２に接する曲線ＣＬで接続されている。この曲線ＣＬを特定する必要がある。すなわち、加速区間ＡＰにおける各Ｘ座標に対する曲線ＣＬ上のＹ座標を求める必要がある。
【００５３】
図１１は、加速区間ＡＰにおける曲線ＣＬを特定するアルゴリズムの説明のための図である。図１１は図１０に対応しているが、加速区間ＡＰにおける曲線ＣＬを破線で描き、直線Ｌ１及びＬ２の削除される部分を実線で描いている。また、見やすくするために、図１０における各制御点および各座標の添え字（Ｋ−１），（Ｋ）及び（ｋ＋１）を図１１ではそれぞれ１，２及び３で置き換えている。
【００５４】
図１１に示すように、加速区間ＡＰにおける任意のＸ座標ｘに対応する曲線ＣＬ上のＹ座標ｙを求めるために、Ｘ座標ｘを中心とする加速区間ＡＰと同じ幅２ｄの区間（ｘ−ｄからｘ＋ｄ）を設定し、この区間において直線Ｌ１及びＬ２とＸ軸とで囲まれた領域（ハッチング領域）の面積Ｓを求める。そして、この面積ＳをＸ軸方向の幅２ｄで割った値Ｓ／（２ｄ）を曲線ＣＬ上のＹ座標ｙとする。換言すれば、Ｘ座標ｘを中心とする幅２ｄの区間における直線Ｌ１及びＬ２上のＹ座標の平均値をＸ座標ｘに対応する曲線ＣＬ上のＹ座標ｙとして求める。
【００５５】
上記の面積Ｓは、制御点Ｐ２より左側の台形部分（正ハッチング領域）の面積Ｓ１と、制御点Ｐ２より右側の台形部分（逆ハッチング領域）の面積Ｓ２との和（Ｓ１＋Ｓ２）として求めることができる。
【００５６】
また、直線Ｌ１の式は、
ｙ＝（ｘ−ｘ２）（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）＋ｙ２で表せるから、Ｘ座標ｘ−ｄに対応する直線Ｌ１上のＹ座標ｙ［ｘ−ｄ］は、
ｙ［ｘ−ｄ］＝（ｘ−ｄ−ｘ２）（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）＋ｙ２となる。したがって、左側の台形の面積Ｓ１は、
Ｓ１＝（１／２）（（ｘ−ｄ−ｘ２）（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）＋ｙ２＋ｙ２）（ｘ２−（ｘ−ｄ））となり、整理すると、
Ｓ１＝−（１／２）（ｘ−ｄ−ｘ２）^２（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）−ｙ２（ｘ−ｄ−ｘ２）となる。つまり、Ｓ１はｘの二次式となる。
【００５７】
同様に、直線Ｌ２の式は、
ｙ＝（ｘ−ｘ２）（ｙ３−ｙ２）／（ｘ３−ｘ２）＋ｙ２で表せるから、Ｘ座標ｘ＋ｄに対応する直線Ｌ２上のＹ座標ｙ［ｘ＋ｄ］は、
ｙ［ｘ＋ｄ］＝（ｘ＋ｄ−ｘ２）（ｙ３−ｙ２）／（ｘ３−ｘ２）＋ｙ２となる。したがって、右側の台形の面積Ｓ１は、
Ｓ２＝（１／２）（ｙ２＋（ｘ＋ｄ−ｘ２）（ｙ３−ｙ２）／（ｘ３−ｘ２）＋ｙ２）（ｘ＋ｄ−ｘ２）となり、整理すると、
Ｓ２＝（１／２）（ｘ＋ｄ−ｘ２）^２（ｙ３−ｙ２）／（ｘ３−ｘ２）＋ｙ２（ｘ＋ｄ−ｘ２）となる。Ｓ２もｘの二次式である。
【００５８】
加速区間ＡＰにおける各Ｘ座標ｘに対する曲線ＣＬ上のＹ座標ｙは、上述のように、ｙ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／（２ｄ）で求められる。したがって、Ｙ座標ｙはＸ座標ｘの二次式で表され、曲線ＣＬは二次曲線として求められる。なお、このようにして求めた曲線ＣＬが直線Ｌ１及びＬ２に接することは、曲線ＣＬを表す式を微分して座標（ｘ−ｄ，ｙ［ｘ−ｄ］）及び（ｘ＋ｄ，ｙ［ｘ＋ｄ］）における接線の勾配を求めることによって確認することができる。
【００５９】
ちなみに、計算の結果、座標（ｘ−ｄ，ｙ［ｘ−ｄ］）における曲線ＣＬの接線の勾配は（ｙ２−ｙ１）／（ｘ２−ｘ１）となり、直線Ｌ１の傾きと同じであることが確認された。同様に、座標（ｘ＋ｄ，ｙ［ｘ＋ｄ］）における曲線ＣＬの接線の勾配は（ｙ３−ｙ２）／（ｘ３−ｘ２）となり、直線Ｌ２の傾きと同じであることが確認された。
【００６０】
このようにして、加速区間ＡＰにおいて、折れ線グラフを構成する直線Ｌ１及びＬ２の一部が削除されると共に、両側の直線Ｌ１及びＬ２の端点がそれぞれの直線に接する二次曲線ＣＬ、つまり折れ線グラフから演算によって求めた二次曲線ＣＬで接続される。
【００６１】
なお、この二次曲線ＣＬを求める演算は、言い換えれば加速区間ＡＰにおいて任意のＸ座標に対応するＹ座標を求める処理であり、実際の位置決め装置では、主軸の単位変位量ごとに実行される。また、同期曲線設定時にはコンピュータ上で折れ線グラフを規定する複数の制御点と同期曲線加速幅ｄを設定しておき、実際に従軸の駆動制御を実行する際に、位置決め装置（制御ユニット）側で加速区間ＡＰにおける従軸の変位量（Ｙ座標）を上記のようにして主軸の変位量（Ｘ座標）から計算するようにしてもよい。この場合は、コンピュータ側から位置決め装置側に転送するデータは複数の制御点と同期曲線加速幅のみであり、加速区間ＡＰにおける曲線のデータは転送する必要がない。したがって、データ転送時間の短縮化が可能になる。また、コンピュータの代わりに簡便なコンソール等を用いて制御点と同期曲線加速幅を設定することが可能になる。
【００６２】
その他にも、本発明は種々の形態で実施することができる。例えば、上記の実施形態では加速区間ＡＰにおける同期曲線を二次曲線で設定するが、三次以上の曲線で設定するようにしてもよい。
【００６３】
また、上記の実施形態では同期曲線の設定用画面（表示ウィンドウ３２）において、折れ線グラフと制御点を中心に設けられた加速区間の帯状表示３４とで同期曲線を表示しているが、同期曲線の設定時点で加速区間における曲線を求め、滑らかな折れ線グラフとして設定された同期曲線を表示するようにしてもよい。
【００６４】
また、上記の実施形態では位置決めシステムに接続されたコンピュータ１０を用いて、その表示装置５１の画面上で複数の制御点の座標及び加速区間の同期曲線加速幅を入力して同期曲線を設定する例を説明したが、本発明の同期曲線設定方法はそのような実施形態に限るわけではなく、位置決めシステムに接続されたコンソール１から複数の制御点の座標及び加速区間の同期曲線加速幅を数値入力することにより同期曲線を設定してもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の位置決めシステムの同期曲線設定方法及びコンピュータプログラムによれば、複数の制御点を順次接続して得られる折れ線グラフで同期曲線を設定する際に、各制御点の近傍における出力軸の速度の急激な変化が無くなり、実際の出力軸の変位が同期曲線にほぼ忠実に追従するようになる。また、制御点のＸ座標を中心とするＸ軸方向の加速期間を設定するので、例えば出力軸の停止区間や定速度期間は、制御点の間隔から加速期間を引いたものとして正確に規定することができる。したがって、複数の制御点と各制御点における加速区間を設定するだけで、出力軸の速度の急激な変化を伴わない出力軸の正確な制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】位置決めシステムにおける同期機能の例を示す概念図である。
【図２】ユーザが設定する同期曲線の例を示す図である。
【図３】図２の同期曲線に対応する従軸速度対主軸位相を示すグラフである。
【図４】図２の同期曲線において停止区間と停止区間の間を直線ではなくＳ字曲線で接続した場合の同期曲線の例を示す図である。
【図５】図４の同期曲線に対応する従軸速度対主軸位相を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係る位置決めシステムの構成図である。
【図７】本発明の実施形態に係る位置決めシステムにおける同期機能のブロック図である。
【図８】位置決めシステムのＣＰＵユニットに接続されたパーソナルコンピュータのハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図９】同期曲線の設定のための画面表示例を示す図である。
【図１０】制御点を中心とする加速区間において折れ線グラフを曲線で置き換えた例を示す図である。
【図１１】加速区間における曲線を求めるアルゴリズムの説明のための図である。
【符号の説明】
２位置決めシステムの位置決め／高速カウンタユニット
４，６出力軸（従軸）のモータ
９位置決めシステムのＣＰＵユニット
１０パーソナルコンピュータ
１１ロータリーエンコーダ
１２入力軸（主軸）のモータ
１９同期曲線による変換部
３１入力ウィンドウ
３２表示ウィンドウ
３４加速区間の帯状表示
ＡＰ加速区間
ｄ同期曲線加速幅
Ｌ１，Ｌ２折れ線グラフを構成する直線

Claims

入力軸の変位量と出力軸の変位量との関係を規定する同期曲線をあらかじめ設定しておき、前記入力軸の変位量を検出し、その検出信号と前記同期曲線とにしたがって前記出力軸の変位量を制御する位置決めシステムにおいて、前記同期曲線を設定するための方法であって、
前記入力軸の変位量をＸ軸にとり、前記出力軸の変位量をＹ軸にとったときのＸＹ平面において、複数の制御点をＸＹ座標で設定し、
前記複数の制御点のそれぞれにおいて、制御点のＸ座標を中心とするＸ軸方向の加速区間を設定し、
前記Ｘ軸方向に沿って前記複数の制御点を順番に直線で仮接続することによって折れ線グラフを仮に生成し、
前記複数の制御点のそれぞれにおける加速区間については、前記折れ線グラフを構成する直線の一部を削除すると共に、両側の直線の端点をそれぞれの直線に接する曲線で接続する
ことによって得られる滑らかな折れ線グラフを前記同期曲線とすることを特徴とする位置決めシステムの同期曲線設定方法。
前記加速区間において両側の直線の端点を接続する曲線が、前記仮に生成された折れ線グラフから演算によって求められる二次曲線であることを特徴とする
請求項１記載の位置決めシステムの同期曲線設定方法。
入力軸の変位量と出力軸の変位量との関係を規定する同期曲線をあらかじめ設定しておき、前記入力軸の変位量を検出し、その検出信号と前記同期曲線とにしたがって前記出力軸の変位量を制御する位置決めシステムにおいて、前記同期曲線を設定するために、前記位置決めシステムに内蔵又は接続されたコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記入力軸の変位量をＸ軸にとり、前記出力軸の変位量をＹ軸にとったときのＸＹ平面において、複数の制御点をＸＹ座標で設定するためのステップと、
前記複数の制御点のそれぞれにおいて、制御点のＸ座標を中心とするＸ軸方向の加速区間を設定するためのステップと、
前記Ｘ軸方向に沿って前記複数の制御点を順番に直線で仮接続することによって折れ線グラフを仮に生成するステップと、
前記複数の制御点のそれぞれにおける加速区間については、前記折れ線グラフを構成する直線の一部を削除すると共に、両側の直線の端点をそれぞれの直線に接する曲線で接続することによって得られる滑らかな折れ線グラフを前記同期曲線とするステップと
を有することを特徴とするコンピュータプログラム。
前記仮に生成された折れ線グラフから演算によって、前記加速区間において両側の直線の端点を接続する二次曲線を生成するステップを更に有することを特徴とする
請求項３記載のコンピュータプログラム。
入力軸の変位量と出力軸の変位量との関係を規定する同期曲線をあらかじめ設定しておき、前記入力軸の変位量を検出し、その検出信号と前記同期曲線とにしたがって、前記出力軸の変位量を制御する位置決めシステムにおいて、前記同期曲線を設定するために前記位置決めシステムに内蔵又は接続されたコンピュータに実行させるプログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、請求項３又は４記載のプログラムが記憶されていることを特徴とする記憶媒体。