JP2005003583A - 駆動制御装置およびこれを用いた測定機 - Google Patents
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Abstract
【課題】ジョイスティックのデッドバンドを実現すると共に、操作性と機能性も満足する駆動制御装置及びそれを用いた測定機を提供すること。
【解決手段】駆動装置を制御する駆動制御装置は、中立位置ｐに復帰可能な操作レバー１３Ａ，１３Ｂを有するジョイスティック１１と、ジョイスティックの揺動角度に応じた速度で駆動装置を制御すると共に、操作レバーが最大揺動角度のときに駆動装置を最高速度で移動させる制御手段とを備え、制御手段は、操作レバーの揺動角度θを判定し、揺動角度θが中立位置ｐから予め設定した停止指令角度領域内ｑにあると判定した際に、駆動装置に対して停止指令を出力すると共に、揺動角度θが揺動可能角度領域ｒから停止指令角度領域ｑを差引いた速度可変角度領域ｓ内にあると判定した際に、速度可変角度領域の速度を０超〜最高速度として、操作レバーの揺動角度に対応する速度で駆動装置を指令制御する。
【選択図】図４
【解決手段】駆動装置を制御する駆動制御装置は、中立位置ｐに復帰可能な操作レバー１３Ａ，１３Ｂを有するジョイスティック１１と、ジョイスティックの揺動角度に応じた速度で駆動装置を制御すると共に、操作レバーが最大揺動角度のときに駆動装置を最高速度で移動させる制御手段とを備え、制御手段は、操作レバーの揺動角度θを判定し、揺動角度θが中立位置ｐから予め設定した停止指令角度領域内ｑにあると判定した際に、駆動装置に対して停止指令を出力すると共に、揺動角度θが揺動可能角度領域ｒから停止指令角度領域ｑを差引いた速度可変角度領域ｓ内にあると判定した際に、速度可変角度領域の速度を０超〜最高速度として、操作レバーの揺動角度に対応する速度で駆動装置を指令制御する。
【選択図】図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の工具や測定装置の測定子などを移動させる駆動装置の動作を制御する駆動制御装置およびこれを用いた測定機に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、測定機や工作機械においては、プログラムによる自動実行が行われる前の準備段階や、実際の測定操作や加工操作などとして、手動操作により測定部位や工具を対象物に近接させる操作が行われる。このような手動操作にあたっては、操作の容易性から、また、リアルタイムでの追従動作が容易なことから、ジョイスティック等が多用されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
ジョイスティックは、所定の回転軸周りに揺動する操作レバーを有し、この回転軸周りの操作レバーの揺動角度等をエンコーダやポテンショメータ等で検出してその大きさを示す信号を出力するように構成されている。ジョイスティックからの信号を受けた制御装置は、受け取った信号に応じた速度で測定機や工作機械などの対応する軸方向の可動部材を移動させる。
従って、可動部材の状態を見ながら操作レバーを揺動することで、容易な手動操作を行うことができる。
【０００３】
通常、このようなジョイスティックの操作レバーは、操作者による外力が解除された際は中立位置に復帰可能であり、操作レバーが中立位置にある場合に可動部材は停止状態となるが、ジョイスティックの個体差、つまり、復帰位置のばらつきにより、操作レバーに対する外力が解除されても操作レバーが中立位置に復帰せずに、中立位置近傍に位置する場合がある。すると、中立位置近傍に位置する操作レバーの揺動角度が速度指令に変換され、操作者の意に反して可動部材が移動してしまうという問題が生じる。
この問題を解決するため、一般的には、ジョイスティックの操作レバーが中立位置にあるとみなす一定の角度領域（停止指令角度領域＝デッドバンド）を設け、操作レバーが停止指令角度領域内にあるとき、制御装置は操作レバーが中立位置にある場合と同様、可動部材を停止させる構成としてある。
【０００４】
一般に、ジョイスティックの操作レバーの位置（揺動角度）はアナログで出力され、それがＡＤ変換される。たとえば、ＡＤ変換のビット数を８ビットとすると、揺動角度に対応して、操作レバーの位置は「０〜２５５」に数値化される。この場合は、「１２７」が中立位置にいることになるが、通常は、「１２７±α」の間にいる場合は、中立とみなし、可動部材を停止させる構成としている。
ここで、「１２７±α」の「α」はデッドバンドと呼ばれ、「α」の大きさは使用する操作レバーによって実験的に求められる。
【０００５】
さて、たとえば、「α」を「５」とした場合、「０〜１２１」が逆方向への移動、「１２２〜１３２」が停止、「１３３〜２５５」が正方向への移動というようになるが、これを速度指令に変換する際、従来では、次の二通りの方法があった。
（第１の方法）
デッドバンドの「１２２〜１３２」を除いて、「０〜１２１」を逆方向への移動、「１３３〜２５５」を正方向への移動とする方法。
（第２の方法）
デッドバンドの「５」を考慮し、逆方向の移動に対しては「５」を加算し、正方向の移動に対しては「５」を減算する方法。つまり、「５〜１２６」を逆方向への移動、「１２８〜２５０」が正方向への移動とする方法。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２３９０４２号公報（［００１５］［００１６］段落、図１参照）
【特許文献２】
特開２０００−１５５０２４号公報（［００１２］［００１８］段落、図１参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
第１の方法では、操作レバーの最大揺動角度に対応する数値が「０」「２５５」であるから、最大速度（可動部材の最大移動速度）を維持することができる一方、中立位置から移動を開始する際、最小移動速度に段差（この場合、数値「５」に対応する速度）が生じ、停止状態からの加速あるいは移動状態からの減速が円滑に行えないという課題がある。
第２の方法では、中立位置から移動を開始する際、最小移動速度が最小の「１」に相当する速度であるため、段差が生じないものの、最大速度を維持することが不可能になる。つまり、最大速度が「５」「２５０」に相当する速度に制限されるから、予め設定された最高速度が減殺されるという課題がある。
【０００８】
本発明の目的は、操作レバーの傾きに応じて測定子等の可動部材を円滑に加速・減速させることができ、測定機等における駆動装置の機能仕様として予め設定されている最高速度も達成することのできる駆動制御装置およびこれを用いた測定機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の駆動制御装置は、可動部材を変位させる駆動装置の動作を制御する駆動制御装置であって、本体、前記本体に予め設定された揺動可能角度領域内で揺動可能かつ外力が解除された際に中立位置に復帰可能に設けられた操作レバー、および、前記操作レバーの揺動角度を検出する角度検出器を有するジョイスティックと、前記ジョイスティックの角度検出器からの検出信号に応じた速度で前記駆動装置を介して前記可動部材を移動させるとともに、前記操作レバーが最大揺動角度のときに前記駆動装置を介して前記可動部材を予め設定された最高速度で移動させる制御手段とを備え、前記制御手段は、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、前記操作レバーの揺動角度が中立位置から予め設定した停止指令角度領域内にあると判定した際に、前記駆動装置に対して停止指令を出力するとともに、前記操作レバーの揺動角度が前記揺動可能角度領域から前記停止指令角度領域を差し引いた速度可変角度領域内にあると判定した際に、速度可変角度領域の速度を０超〜前記最高速度として、前記操作レバーの揺動角度に対応する速度で前記可動部材が移動するように、前記駆動装置を指令制御することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、ジョイスティックにおいて、操作レバーの揺動角度が角度検出器により検出され、その検出信号が駆動制御装置に与えられると、駆動制御装置は、角度検出器からの検出信号を基に操作レバーの揺動角度を判定し、その判定結果に従って駆動装置を制御する。
つまり、操作レバーの揺動角度が停止指令角度領域にあると判定した場合には、駆動装置に対して速度指令０に相当する停止指令を出力する。また、操作レバーの揺動角度が速度可変角度領域にあると判定した場合には、速度可変角度領域の速度を０超〜最高速度として、操作レバーの揺動角度に対応する速度指令を駆動装置に対して出力する。
【００１１】
制御手段から速度指令０が出力される場合、駆動装置は可動部材を停止させ、制御手段から速度指令０超〜最高速度が出力される場合、駆動装置は対応する駆動量を求めて可動部材を速度０超〜最高速度で移動させる。その結果、操作レバーの揺動角度に可動部材の移動速度が連動し、最高速度を有効範囲として可動部材を円滑に加速・減速できる。
また、外力が解除された状態において、操作レバーが中立位置近傍に位置して中立位置に復帰しない場合でも、操作レバーの揺動角度が停止指令角度領域にあれば操作レバーは中立位置にあるとみなされ制御手段から停止指令が出力されるため、駆動装置による可動部材の自走を招くという問題も同時に解決されている。
【００１２】
本発明において、前記制御手段は、前記揺動可能角度領域、前記停止指令角度領域、および、前記速度可変角度領域が予め記憶された記憶手段と、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、前記駆動装置に対して速度指令を出力する指令手段とを有し、前記指令手段は、前記操作レバーの揺動角度が前記記憶手段に記憶された前記停止指令角度領域、および、前記速度可変角度領域のいずれに属するかを判定し、前記操作レバーの揺動角度が前記停止指令角度領域内にあると判定した際に、前記駆動装置に対して速度０の速度指令を出力するとともに、前記操作レバーの揺動角度が前記速度可変角度領域内にあると判定した際に、前記揺動可能角度領域の角度巾を前記速度可変角度領域の角度巾で割った値に前記操作レバーの揺動角度を掛合わせた値の速度指令を前記駆動装置に対して出力することを特徴とすることが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、揺動可能角度領域、停止指令角度領域、速度可変角度領域を記憶手段に予め記憶しておき、これらの各領域を必要に応じて記憶手段から読み出すことにより、各領域ごとに値が一元化され、制御手段による処理プロセスが簡略な構成となるという利点がある。
操作レバーの揺動角度が速度可変角度領域にあると判定された場合、揺動可能角度領域の角度巾を速度可変角度領域の角度巾で割った値に操作レバーの揺動角度を掛合わせて速度指令を求めるため、つまり、揺動可能角度領域、停止指令角度領域、速度可変角度領域を予め記憶しておくだけで速度指令を求めることができるから、記憶エリアを少なくできる。
また、速度可変角度領域において、操作レバーの揺動角度と速度指令とは正比例の関係となり、可動部材の初動における加速と停止状態への減速について、より円滑に行うことができる。
【００１４】
本発明において、前記制御手段は、前記停止指令角度領域内の各角度に対応して速度０を、前記速度可変角度領域内の各角度に対応して速度０超〜前記最高速度をそれぞれ予め記憶した記憶手段と、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、前記駆動装置に対して速度指令を出力する指令手段とを有し、前記指令手段は、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、その揺動角度に相当する前記停止指令角度領域内の、および、前記速度可変角度領域内の角度を求めるとともに、その角度に対応する速度指令を前記記憶手段の中から読み出し、読み出した速度を速度指令として前記駆動装置に対して出力することを特徴とすることが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、停止指令角度領域内の各角度に対応して速度０を、速度可変角度領域内にあって停止指令角度領域に近接する境界角度を起点に速度０超〜最高速度をそれぞれ記憶手段内に予め記憶しておき、この記憶手段内から、指令手段が操作レバーの揺動角度に相当する角度を求めるとともに、その角度に対応する速度指令を読み出し、これを駆動装置に出力するようにしたので、操作レバーの揺動角度が停止指令角度領域、および、速度可変角度領域のいずれに属するかの判定を、そして、操作レバーの揺動角度を速度指令に変換する処理を、不要にできる。このため、制御手段の処理プロセスを少なくかつ単純化することができ、処理の効率化をはかることができるうえ、処理系によって出力値に影響がないという利点がある。
【００１６】
また、本発明の測定機は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の駆動制御装置を用いて、測定対象物の位置および／または座標を測定するための測定子を移動させる駆動装置を構成していることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、測定機を構成する既存の駆動制御装置と請求項１から請求項３のいずれかに記載の駆動制御装置とを置き換えるだけで、測定機に予め備わる機能の利用効率を容易に改善することができる。ジョイスティックの復帰位置のばらつきに関する問題は本発明の駆動制御装置において解決されているため、本発明の駆動制御装置を組み込んだ測定機は、その駆動装置の停止状態を確保できる。同時に、駆動装置の機能仕様として予め設定されている最高速度範囲が有効に活用され、ジョイスティックの操作レバーの傾きに応じて測定子等の可動部材を円滑に加速・減速させることができ、操作感も良好にできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第一実施形態）
図１には、本発明の駆動制御装置を適用した測定システム１の全体斜視図が、図２には、測定システム１のブロック図がそれぞれ示されている。測定システム１は、接触時にタッチ信号を発する可動部材としてのプローブ８と被測定物２とを三次元方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向）へ相対移動させる三次元測定機Ａと、手動で操作することにより三次元測定機Ａのプローブ８を移動させる操作盤Ｂと、三次元測定機Ａの動作を制御するとともに三次元測定機Ａから与えられるプローブ８と被測定物２との相対移動データなどを取り込むモーションコントローラＣと、このモーションコントローラＣを介して三次元測定機Ａを動作させるとともに三次元測定機Ａからのプローブ８と被測定物２との相対移動データ等を処理して被測定物２の寸法や形状などを求めるホストシステムＤとを備えて構成されている。
【００１９】
三次元測定機Ａは、ベース３と、このベース３上に設置され上面に被測定物２を載置するテーブル４と、このテーブル４に前後方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に設けられた門形フレーム５と、この門形フレーム５のＸビーム５Ａに沿って左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられたスライダ６と、このスライダ６に上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降可能に設けられかつ下端にプローブ８を有するＺ軸スピンドル７とを備えて構成されている。
スライダ６、門形フレーム５およびＺ軸スピンドル７には、これらをそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ移動させるために図示しないボールねじ軸およびモータによる駆動機構が設けられている。この駆動機構とこれらのスライダ６、門形フレーム５およびＺ軸スピンドル７とから、本発明の駆動装置としての駆動部１０が構成されている。スライダ６、門形フレーム５およびＺ軸スピンドル７には、それぞれの軸方向の位置を検出し、その検出信号をモーションコントローラＣに送信する位置検出部９が設けられている。この位置検出部９としては、リニアエンコーダ等が採用できる。プローブ８は、被測定物２との接触によってタッチ信号を出力可能に構成され、かつ、モーションコントローラＣに電気的に接続されている。
【００２０】
ホストシステムＤは、測定プログラムやデータ処理プログラムなどを実行するホストコンピュータ、キーボード、モニタおよびプリンタ等を備えている。このホストシステムＤは、モーションコントローラＣに電気的に接続されており、モーションコントローラＣを通してプローブ８の位置の検出信号を受信したり、プローブ８を設定位置へ移動させる指令をモーションコントローラＣに対して送信することが可能となっている。
【００２１】
操作盤Ｂは、図３に示すように、三次元測定機Ａのプローブ８をＸＹＺ軸方向へ手動操作により駆動するためのジョイスティック１１を有し、このジョイスティック１１は、所定方向に傾けることによりプローブ８の移動方向および移動速度を指示する操作レバー１３Ａ，１３Ｂを備えている。
操作レバー１３Ａの下端には、操作盤Ｂに向かって左右方向の揺動角度を検出する角度検出器１４Ｘ（図２）と、前後方向の揺動角度を検出する角度検出器１４Ｙ（図２）とが設けられている。操作レバー１３Ｂの下端には、操作盤Ｂに向かって前後方向の揺動角度を検出する角度検出器１４Ｚが設けられている。これらの角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚは、図２に示すように、モーションコントローラＣと電気的に接続されており、操作レバー１３Ａを左右に傾けると角度検出器１４ＸがＸ軸方向の検出信号を、前後に傾けると角度検出器１４ＹがＹ軸方向の検出信号を、また、操作レバー１３Ｂを前後方向に傾けると角度検出器１４ＺがＺ軸方向の検出信号をモーションコントローラＣに出力する。
ここで、角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚとしては、ロータリエンコーダやポテンショメータ等が採用できる。
【００２２】
モーションコントローラＣは、図２に示すように、プローブ８の駆動制御や計数値の取り込み制御などを行うＣＰＵ２１と、プローブ８の移動方向・速度を決定する制御手段としての移動方向速度決定部２２とを備えている。
移動方向速度決定部２２は、ホストシステムＤからの移動指令の信号またはジョイスティック１１からの検出信号が入力される入力部２３を備えている。この入力部２３への入力信号は、ホストシステムＤからの移動指令によってプローブ８を制御する自動測定の場合と、ジョイスティック１１の手動操作によってプローブ８を制御する場合とでモード切替可能となっている。
ジョイスティック１１を手動操作する場合は、入力部２３から入力された信号が指令手段２４へ送信され、指令手段２４は、この入力信号と、記憶手段２５に予め記憶されているジョイスティック１１の設定情報とから速度指令を算出し、出力部２６を通してＣＰＵ２１に速度指令を送信する。
【００２３】
ジョイスティック１１の操作レバー１３Ａ，１３Ｂは、図４に示すように、外力が解除された状態では中立位置ｐまたはその近傍に復帰可能に構成されている。
ここで、中立位置ｐから操作レバー１３Ａ，１３Ｂを最大限傾けることができる角度領域を揺動可能角度領域ｒ、操作レバー１３Ａ，１３Ｂが復帰動作したとき中立位置ｐから操作レバー１３Ａ，１３Ｂの復帰位置の角度までを包含できる角度領域を停止指令角度領域ｑ、揺動可能角度領域ｒから停止指令角度領域ｑを差し引いた角度領域を速度可変角度領域ｓとして、それぞれ設定されている。
なお、停止指令角度領域ｑは、操作レバー１３Ａ，１３Ｂが復帰動作したときの復帰位置のばらつきを考慮して、予め、実験・計測により求める。また、停止指令角度領域ｑ，揺動可能角度領域ｒ，速度可変角度領域ｓは、中立位置ｐを中心としてそれぞれ対称に設定する。本実施形態において、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度はθで表す。
【００２４】
指令手段２４には、角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚから送信されるアナログ信号をデジタル信号に変換する処理が含まれる。本実施形態では、符号なし８ビット整数のデジタル信号に変換される。
例えば、図４に示すように、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動可能角度領域が「０〜２５５」に設定されている。操作レバー１３Ａ，１３Ｂの中立位置ｐを中心として片側毎でみると、停止指令角度領域ｑが「１２２〜１２７」「１２７〜１３２」に、速度可変角度領域ｓが「０〜１２１」「１３３〜２５５」にそれぞれ設定されている。
【００２５】
ＣＰＵ２１は、移動方向速度決定部２２から送信される速度指令の信号「０〜２５５」に対応するトルク信号を駆動部１０に出力し、駆動機構のモータを回転させる。信号が「１２７」のときプローブ８を停止させ、「０」または「２５５」のときは駆動部１０の機能仕様として予め設定されている最高速度でプローブ８を移動させるように、トルク信号が算出される。なお、速度指令の信号が「０〜１２６」のときと「１２８〜２５５」のときとでは、プローブ８の移動方向は対称となる。
【００２６】
記憶手段２５には、図５に示されるように、揺動可能角度領域ｒ、停止指令角度領域ｑ、速度可変角度領域ｓが予め記憶される。本実施形態では、揺動可能角度領域ｒとして「０〜１２７」および「１２７〜２５５」を記憶した記憶エリア２３Ａ、停止指令角度領域ｑとして「１２２〜１３２」を記憶した記憶エリア２３Ｂ、速度可変角度領域ｓとして「０〜１２１」および「１３３〜２５５」を記憶した記憶エリア２３Ｃを備えている。
なお、これらの領域を記憶手段２５に記憶させるには、ホストシステムＤの所定のプログラムを実行して記憶手段２５に領域データを送信してもよいし、記憶手段２５に領域データを直接書き込んでもよい。記憶手段２５としては、例えばＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置が採用できる。
【００２７】
本実施形態における測定システム１は、以下のように動作する。
まず、ホストシステムＤによる自動測定モード、つまり、プローブ８の移動の指示をホストシステムＤによって行う場合の動作について説明する。
ホストシステムＤから移動方向速度決定部２２に送信される移動指令の信号は、移動方向速度決定部２２の入力部２３から図示しないサンプルタイム処理部、位置ループのフィードバック処理部に送信され、その移動指令の信号に基づいて求められた速度指令は、出力部２６からＣＰＵ２１へ送信される。ＣＰＵ２１は、この速度指令に応じたトルク信号を駆動部１０に出力し、プローブ８を所定位置へ移動させる。
また、プローブ８が被測定物２に接触すると、プローブ８からタッチ信号が出力され、ＣＰＵ２１に与えられる。ＣＰＵ２１はこの時のプローブ８の位置を位置検出部９より取り込んでホストシステムＤに送信し、ホストシステムＤがこれらの位置データを処理することにより、被測定物２の寸法や形状が求められる。
【００２８】
次に、プローブ８の移動の指示を操作盤Ｂによって行う場合には、測定システム１は以下のように動作する。
ここではＸ軸方向の移動の制御について説明するが、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向についても同様の動作となる。
ジョイスティック１１の操作レバー１３Ａを操作盤Ｂに向かって左右方向（Ｘ方向）に揺動すると、その操作レバー１３Ａの揺動角度は角度検出器１４Ｘによって検出され、検出されたアナログ信号は移動方向速度決定部２２の入力部２３を通して指令手段２４へ送信される。指令手段２４は、受信した操作レバー１３Ａの揺動角度θの信号をデジタル信号に変換し、記憶手段２５から読み出した領域データを参照して操作レバー１３Ａの揺動角度θが停止指令角度領域ｑおよび速度可変角度領域ｓのいずれに属するかを判定した上で、デジタル信号に応じた速度指令を求める。
【００２９】
速度指令は、操作レバー１３Ａの揺動角度θが停止指令角度領域ｑにある場合は速度０の速度指令である停止指令となり、操作レバー１３Ａの揺動角度θが速度可変角度領域ｓにある場合は揺動可能角度領域ｒの角度巾を速度可変角度領域ｓの角度巾で割った値と操作レバー１３Ａの揺動角度θであるデジタル信号とを掛合わせた値となる。
本実施形態では停止指令角度領域ｑの角度巾は「５」であり、操作レバー１３Ａの揺動角度θのデジタル信号が「１２２〜１３２」のときは記憶手段２５から読み出した停止指令角度領域ｑに該当するため、一律に速度０の速度指令が求められる。
実際に行われる計算は、操作レバー１３Ａの揺動角度θであるデジタル信号をＲＡＷ、求められる速度指令をＯＵＴとすると、次のようになる。
ＲＡＷが０〜１２１のとき、ＯＵＴ ＝ ＲＡＷ ＊ （１２６／１２１）
ＲＡＷが１２２〜１３２のとき、ＯＵＴ ＝ １２７
ＲＡＷが１３３〜２５５のとき、ＯＵＴ ＝ （ＲＡＷ − ２５５） ＊ （１２７／１２２） ＋ ２５５
【００３０】
このようにして求めた速度指令は、指令手段２４により出力部２６を通してＣＰＵ２１に送信される。ＣＰＵ２１に停止指令が送信された場合、ＣＰＵ２１は駆動部１０へ出力していたトルク信号を停止し、Ｘ軸のモータを停止させる。一方、ＣＰＵ２１に速度０超の速度指令が送信された場合は、ＣＰＵ２１はその速度指令に対応したトルク信号を駆動部１０へ出力し、Ｘ軸のモータを回転させる。よって、操作レバー１３Ａを傾けた方向に、つまり、操作レバー１３Ａを左に傾ければ左に、右に傾ければ右に、操作レバー１３Ａの揺動角度θに応じた速度で、スライダ６がプローブ８を移動させる。
これにより、操作盤Ｂにおいて、操作者が操作レバー１３Ａを操作する前、もしくは、ごくわずかに左あるいは右に傾けた状態では、操作レバー１３Ａは、中立位置ｐもしくは停止指令角度領域ｑに位置するためプローブ８は停止し、操作者が停止指令角度領域ｑよりも操作レバー１３Ａを傾けると、その揺動角度θに応じた速度でプローブ８が移動する。
【００３１】
Ｙ軸およびＺ軸についても、以上のような制御と同様に、指令手段２４が操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの所定方向の揺動角度θに応じた速度指令を出力することにより、プローブ８は所望の速度でＹ軸、Ｚ軸方向に移動される。つまり、操作レバー１３Ａを前に傾ければ前に、後ろに傾ければ後ろに、その揺動角度θに応じた速度で門形フレーム５が移動することで、プローブ８はＹ軸方向に移動される。また、操作レバー１３Ｂを前に傾ければ下に、後ろに傾ければ上に、その揺動角度θに応じた速度でＺ軸スピンドル７が昇降することで、プローブ８はＺ軸方向に移動される。
【００３２】
本実施形態によれば、次の作用効果が期待できる。
（１）操作レバー１３Ａの中立位置ｐを中心とする停止指令角度領域ｑを設け、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが停止指令角度領域ｑにある場合は操作レバー１３Ａ，１３Ｂは中立位置ｐにあるものとみなしているので、移動方向速度決定部２２からは停止指令が発せられ、三次元測定機Ａの駆動部１０へと伝わるトルク信号が停止する。
よって、ジョイスティック１１の復帰位置のばらつきにより、外力を解除しても操作レバー１３Ａ，１３Ｂが停止指令角度領域ｑにとどまって中立位置ｐに復帰しない場合でも、可動部材であるプローブ８の停止状態を確保できる。
【００３３】
（２）操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが停止指令角度領域ｑにある停止状態では信号値を「１２７」とする停止指令が移動方向速度決定部２２から出力され、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが停止指令角度領域ｑを超え、速度可変角度領域ｓに入ったときは信号値を「１２６」もしくは「１２８」とする速度指令を出力可能である。
よって、速度指令の速度の段差は最小となるため、可動部材であるプローブ８の初動を円滑に行うことができ、また停止状態に向かって円滑に減速できる。
【００３４】
（３）操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが速度可変角度領域ｓにある場合に、移動方向速度決定部２２が出力する速度指令の信号値「０〜１２６」および「１２８〜２５５」に対して、ＣＰＵ２１が駆動部１０に対して送信するトルク信号の値となる初動制御量〜最大制御量が対応する。
よって、操作レバー１３Ａを左方向に最大限傾けた状態では、信号値を０とする速度指令が出力され、駆動部１０はこれに対応する最大制御量のトルク信号を受信してスライダ６を左方向に移動する。また、操作レバー１３Ａを右方向に最大限傾けた状態では、信号値を「２５５」とする速度指令が出力され、駆動部１０はこれに対応する最大制御量のトルク信号を受信してスライダ６を右方向に移動する。このようにして、駆動部１０の機能仕様である最高速度を達成することができる。
【００３５】
（４）記憶手段２５に、停止指令角度領域ｑ、揺動可能角度領域ｒ、速度可変角度領域ｓを予め記憶手段２５に記憶させ、指令手段２４が速度指令を出力する際に、これらの領域を記憶手段２５から読み出して参照する。指令手段２４は、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが、読み出された停止指令角度領域ｑおよび速度可変角度領域ｓのいずれの領域に属するかを判定し、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが速度可変角度領域ｓにある場合は、読み出された揺動可能角度領域ｒ、速度可変角度領域ｓを用いて演算を行い速度を求める。
操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが速度可変角度領域ｓにあると判定された場合、揺動可能角度領域ｒの角度巾を速度可変角度領域ｓの角度巾で割った値に操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θを掛合わせて速度指令が求められる。このように、各領域ごとに値が一元化され、指令手段２４による処理プロセスが簡略な構成となるうえに、揺動可能角度領域ｒ、停止指令角度領域ｑ、速度可変角度領域ｓを予め記憶しておくだけで速度指令を求めることができるから、記憶エリアを少なくできる。
また、速度可変角度領域ｓでは、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θと速度指令とは正比例の関係となり、プローブ８の初動における加速と停止状態への減速について、より円滑に行うことができる。
【００３６】
（第二実施形態）
第二実施形態では記憶手段３２に記憶する情報と指令手段３１の処理が第一実施形態とは異なり、他の構成は第一実施形態と共通する。以下、第二実施形態に特有の構成について説明する。ここで、第一実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００３７】
図６は、第一実施形態の図２における移動方向速度決定部２２を表すブロック図である。
記憶手段３２には、図７に示すように、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度と速度指令が対応付けられて予め記憶される。第一実施形態と同様、指令手段３１において角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚからのアナログ信号を符号なし８ビットのデジタル信号に変換しており、停止指令角度領域ｑの角度巾は５としている。操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれのとりうる揺動角度に対応する信号は「０〜２５５」であって、停止指令角度領域ｑに相当する揺動角度「１２２〜１３２」に対しては一律に速度指令「１２７」が、速度可変角度領域ｓに相当する揺動角度「０〜１２１」および「１３３〜２５５」に対しては速度指令「０〜１２６」および「１２８〜２５５」がそれぞれ対応する。
【００３８】
本実施形態での測定システム１の動作は、まず、第一実施形態と同様、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚで検出され、検出されたアナログ信号は入力部２３を通して指令手段３１に送信され、指令手段３１は受信したアナログ信号を０〜２５５のデジタル信号に変換する。
その後、指令手段３１は、記憶手段３２に記憶されている揺動角度のうちこのデジタル信号に一致する角度を読み出して参照し、この角度に対応付けられた速度指令を出力部２６を通してＣＰＵ２１に送信する。この後は第一実施形態と同様、ＣＰＵ２１により速度指令に対応するトルク信号が駆動部１０に送信され、駆動部１０によってプローブ８が移動される。
【００３９】
第二実施形態では、第一実施形態における（１）〜（４）と同様の作用効果を奏する他、次の作用効果を奏することができる。
【００４０】
（５）操作レバー１３Ａ，１３Ｂの取りうる揺動角度とこれらの各角度に対応する速度指令が記憶手段３２に予め記憶されており、指令手段３１は、これらを読み出して参照することにより、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θに応じた角度の速度指令を容易に得ることができる。
よって、第一実施形態の指令手段２４においては必要であった、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが停止指令角度領域ｑ、および、速度可変角度領域ｓのいずれに属するかの判定、さらに、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θを速度指令に変換する処理が、本実施形態の指令手段３１では不要にできる。このため、指令手段３１の処理プロセスをより少なく、かつ単純化して効率化を図ることができるうえ、処理系によって出力値に影響がないという利点がある。
【００４１】
（第三実施形態）
第三実施形態は駆動装置の制御手段としての移動方向速度決定部２２での処理が第一、第二実施形態とは異なり、他の構成は第一実施形態と共通する。以下、第三実施形態に特有の構成について説明する。ここで、第一実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００４２】
図８は、第一実施形態の図２における移動方向速度決定部２２を表すブロック図である。
Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に対応するＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚは、図９に示すように、ジョイスティック１１による手動操作時においては、位置のフィードバックループ（図９の点線）を無効とする一方、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θの検出信号を直接、ＰＩＤ制御の偏差として設定することにより、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θに応じた速度指令を得る構成とされる。Ｐ（比例）Ｉ（積分）Ｄ（微分）各成分の重み付けは別途ゲインの設定により行うことができ、ジョイスティック１１の操作による制御の場合には、Ｉのゲインを０として、ＰＤ制御を行うこととする。
速度補正部４２は、ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚからの速度指令と、入力部２３を通じて角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚから送信される揺動角度θの信号とを合成した速度指令を出力部２６を通してＣＰＵ２１に送信する。
なお、記憶手段４３は、第一実施形態の記憶手段２５と同様の構成とされる（図５）。
【００４３】
本実施形態での測定システム１の動作は、移動方向速度決定部２２での処理の一部が異なる以外は、第一実施形態と同様である。操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θがサンプルタイムごとに角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚで検出され、検出されたアナログ信号は、入力部２３を通じて、対応する軸のＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚ、および、速度補正部４２へ送信される。
ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚは、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θであるアナログ信号をデジタル信号に変換し、この信号を偏差として設定する。その結果、設定された偏差を解消するように、ゲイン設定に応じたＰ（比例）制御が行われ、速度指令が出力される（図９）。サンプルタイムごとに操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θに応じた偏差が設定され続けるため、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれを一定の揺動角度に保つ場合は、一定の速度指令が出力される。この場合、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが大きいと、ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚに入力される偏差は大きいので、出力される速度指令の速度も速く、逆に、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが小さいと、偏差は小さいので、出力される速度指令の速度も遅くなる。ここで、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが変化する場合は、Ｄ（微分）制御により、加減速が円滑となるように出力が調整される。
【００４４】
速度補正部４２は、ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚから出力された速度指令と、入力部２３から操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θの検出信号を受信し、揺動角度θの検出信号をデジタル信号に変換する。さらに、記憶手段４３に記憶されている各領域を読み出し、操作レバー１３Ａ，１３Ｂが停止指令角度領域ｑおよび速度可変角度領域ｓのいずれに属するかを判定し、揺動角度θの信号とＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚから得た速度指令とから新たな速度指令を求めて、求めた速度指令を出力部２６に出力する。
具体的には、第一実施形態と同様、符号なし８ビットのデジタル変換を行う場合、揺動角度θが停止指令角度領域ｑにあるとき、速度補正部４２は信号値「１２７」とする停止指令を出力し、揺動角度θが速度可変角度領域ｓにあるときは、揺動可能角度領域ｒの角度巾を速度可変角度領域ｓの角度巾で割った値にＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚからの出力値を掛合わせて速度指定を求め、出力部２６を通してＣＰＵ２１に送信する。この後は第一実施形態と同様、ＣＰＵ２１により速度指令に対応するトルク信号が駆動部１０に送信され、駆動部１０によってプローブ８が移動される。
【００４５】
なお、ホストシステムＤによる自動測定を行う場合は、図９に示すように、設定値としてホストシステムＤからの移動指令、つまり目標位置が、サンプルタイムごとに設定される。位置のフィードバックループ（図９の点線）は有効であり、プローブ８の位置検出部９から送信される現在位置の検出信号がフィードバックループに入力される。
この場合は、ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚは、設定値（目標位置）とフィードバック信号（現在位置）との差を偏差として設定する。その結果、ジョイスティック１１による手動操作による場合と同様、設定された偏差を解消するように、ゲイン設定に応じたＰＩＤ制御が行われ、速度指令が出力される。そして、プローブ８が目標位置に達すると偏差は解消し、ホストシステムＤのプログラムにより、目標位置の座標を変化させながら自動測定が続行される。
【００４６】
第三実施形態では、第一実施形態における（１）〜（４）と同様の作用効果を奏する他、次の作用効果を奏することができる。
【００４７】
（６）一般的に、測定機の制御手段においては、ホストシステムによる自動測定時とジョイスティックの手動操作による測定時とを問わず、位置のフィードバックループを有し、手動操作時においては、ジョイスティックの操作レバーの揺動角度θに応じた速度に変換するプロセスを必要とするため、応答性が損なわれる。
しかし、本実施形態では、ジョイスティック１１による手動操作時には位置のフィードバックループを無効化し、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θを位置の信号としてＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚの偏差に入力するため、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θを速度に変換するプロセスなしに、ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚの備える偏差解消の機能を利用して移動速度を求めることができる。また、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが変化した際もＰＩＤのＤ（微分）成分による加減速がなされるため、速度変換のプロセスの中で加減速を行う場合と比べ、サンプルタイムごとの処理を着実に行うことができる。さらに、ＰＩＤの各成分のゲインを調整することにより、出力される移動速度の大きさや操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θの変化による加減速の態様を容易に変更することができ、例えば、測定前の準備時と測定時とで調整することができるため、操作性に優れる。
このようなＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚからの出力に基づいて速度補正部４２は速度指令を求めることができる。よって、既存のＰＩＤ制御器を利用した簡略な構成により、応答性や柔軟性にも優れる駆動制御装置および測定機を構成することができる。
【００４８】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態ではジョイスティック１１は、二つの操作レバー１３Ａ，１３Ｂを有するものであったが、これに限らず、形態、構造は任意である。画像測定機に使用されるようなジョイスティックのように、一つの操作レバーを有するものであってもよい。この場合には、Ｘ，Ｙ軸方向の移動はそれぞれ左右、前後の揺動角度で操作し、Ｚ軸方向の移動は操作レバーの捻り角（回転角度）で操作する。したがって、操作レバーの回転角度検出器を設け、移動方向速度決定部２２に入力すれば、前記実施形態と同様に操作レバーの捻り角に応じた移動速度を実現できる。
【００４９】
また、前記各実施形態では、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θの検出信号を符号なし８ビットのデジタル信号に変換しているが、この変換を行わず、アナログの検出信号に基づいて、揺動角度θに応じた移動速度の制御を行ってもよい。デジタル信号に変換する場合でも、信号のデータ幅及び符号の有無は任意であり、例えば、符号あり８ビットのデジタル変換を行うこととし、データ範囲「−１２７〜１２８」において、操作レバーの中立位置を示す値を「０」としてもよい。
【００５０】
さらに、前述のように、操作レバー１３Ａ，１３Ｂは、中立位置ｐを中心として、停止指令角度領域ｑ、揺動可能角度領域ｒ、速度可変角度領域ｓが対称に設けられていたが、これは非対称であってもよく、中立位置ｐも中心である必要はない。また、停止指令角度領域の角度幅は「５」に限らず、任意である。
【００５１】
そして、プローブ８が可動である構成に限らず、例えば、被測定物２を載置するテーブル４がプローブ８に対して可動である構成、あるいは、プローブ８およびテーブル４が共に移動する構成でも構わない。
なお、本発明の駆動制御装置は、一次元や二次元、さらに多次元の測定機にも適用できる。この場合には、門形フレーム５やスライダ６、Ｚ軸スピンドル７をそれぞれ可動部材として制御対象にし、移動の制御を行ってもよい。また、測定機に限らず、工作機械など、手動で可動部材を操作する必要がある機械に適用できる。
【００５２】
前述のように、記憶手段３２には、操作レバー１３の揺動角度とその各角度に対応する速度指令が記憶されており、これらの揺動角度と速度指令は１：１で対応し、操作レバー１３の揺動可能角度領域全体に渡る１組であったが、２以上の組を記憶したり、１：ｎの対応として、制御の種類により切替可能としてもよい。さらには、揺動角度と速度指令を記憶する複数の記憶手段を設けてもよい。
【００５３】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００５４】
【発明の効果】
このような本発明によれば、操作レバーの傾きに応じて測定子等の可動部材を円滑に加速・減速させることができるとともに、測定機等における駆動装置の機能仕様として予め設定されている最高速度も達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の駆動制御装置を適用した第一実施形態を示す斜視図である。
【図２】同上実施形態における三次元測定機、操作盤、モーションコントローラおよびホストシステムのブロック図である。
【図３】同上実施形態における駆動制御装置の操作盤を示す斜視図である。
【図４】同上実施形態におけるジョイスティックを示す側面模式図である。
【図５】同上実施形態における記憶手段を示すブロック図である。
【図６】本発明の第二実施形態における制御手段としての移動方向速度決定部を示すブロック図である。
【図７】同上実施形態における記憶手段を示す図である。
【図８】本発明の第三実施形態における制御手段としての移動方向速度決定部を示すブロック図である。
【図９】同上実施形態におけるＰＩＤ制御器を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 測定システム
２ 被測定物
８ プローブ（可動部材）
１０ 駆動部（駆動装置）
１１ ジョイスティック
１３Ａ，１３Ｂ 操作レバー
１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚ 角度検出器
２２ 移動方向速度決定部（制御手段）
２４ 指令手段
２５ 記憶手段
３１ 指令手段
３２ 記憶手段
４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚ ＰＩＤ制御器
４２ 速度補正部
４３ 記憶手段
Ａ 三次元測定機（測定機）
Ｂ 操作盤（［Ｂ，Ｃ，Ｄ］…駆動制御装置）
Ｃ モーションコントローラ
Ｄ ホストシステム
ｐ 中立位置
ｑ 停止指令角度領域
ｒ 揺動可能角度領域
ｓ 速度可変角度領域
θ 揺動角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の工具や測定装置の測定子などを移動させる駆動装置の動作を制御する駆動制御装置およびこれを用いた測定機に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、測定機や工作機械においては、プログラムによる自動実行が行われる前の準備段階や、実際の測定操作や加工操作などとして、手動操作により測定部位や工具を対象物に近接させる操作が行われる。このような手動操作にあたっては、操作の容易性から、また、リアルタイムでの追従動作が容易なことから、ジョイスティック等が多用されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
ジョイスティックは、所定の回転軸周りに揺動する操作レバーを有し、この回転軸周りの操作レバーの揺動角度等をエンコーダやポテンショメータ等で検出してその大きさを示す信号を出力するように構成されている。ジョイスティックからの信号を受けた制御装置は、受け取った信号に応じた速度で測定機や工作機械などの対応する軸方向の可動部材を移動させる。
従って、可動部材の状態を見ながら操作レバーを揺動することで、容易な手動操作を行うことができる。
【０００３】
通常、このようなジョイスティックの操作レバーは、操作者による外力が解除された際は中立位置に復帰可能であり、操作レバーが中立位置にある場合に可動部材は停止状態となるが、ジョイスティックの個体差、つまり、復帰位置のばらつきにより、操作レバーに対する外力が解除されても操作レバーが中立位置に復帰せずに、中立位置近傍に位置する場合がある。すると、中立位置近傍に位置する操作レバーの揺動角度が速度指令に変換され、操作者の意に反して可動部材が移動してしまうという問題が生じる。
この問題を解決するため、一般的には、ジョイスティックの操作レバーが中立位置にあるとみなす一定の角度領域（停止指令角度領域＝デッドバンド）を設け、操作レバーが停止指令角度領域内にあるとき、制御装置は操作レバーが中立位置にある場合と同様、可動部材を停止させる構成としてある。
【０００４】
一般に、ジョイスティックの操作レバーの位置（揺動角度）はアナログで出力され、それがＡＤ変換される。たとえば、ＡＤ変換のビット数を８ビットとすると、揺動角度に対応して、操作レバーの位置は「０〜２５５」に数値化される。この場合は、「１２７」が中立位置にいることになるが、通常は、「１２７±α」の間にいる場合は、中立とみなし、可動部材を停止させる構成としている。
ここで、「１２７±α」の「α」はデッドバンドと呼ばれ、「α」の大きさは使用する操作レバーによって実験的に求められる。
【０００５】
さて、たとえば、「α」を「５」とした場合、「０〜１２１」が逆方向への移動、「１２２〜１３２」が停止、「１３３〜２５５」が正方向への移動というようになるが、これを速度指令に変換する際、従来では、次の二通りの方法があった。
（第１の方法）
デッドバンドの「１２２〜１３２」を除いて、「０〜１２１」を逆方向への移動、「１３３〜２５５」を正方向への移動とする方法。
（第２の方法）
デッドバンドの「５」を考慮し、逆方向の移動に対しては「５」を加算し、正方向の移動に対しては「５」を減算する方法。つまり、「５〜１２６」を逆方向への移動、「１２８〜２５０」が正方向への移動とする方法。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２３９０４２号公報（［００１５］［００１６］段落、図１参照）
【特許文献２】
特開２０００−１５５０２４号公報（［００１２］［００１８］段落、図１参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
第１の方法では、操作レバーの最大揺動角度に対応する数値が「０」「２５５」であるから、最大速度（可動部材の最大移動速度）を維持することができる一方、中立位置から移動を開始する際、最小移動速度に段差（この場合、数値「５」に対応する速度）が生じ、停止状態からの加速あるいは移動状態からの減速が円滑に行えないという課題がある。
第２の方法では、中立位置から移動を開始する際、最小移動速度が最小の「１」に相当する速度であるため、段差が生じないものの、最大速度を維持することが不可能になる。つまり、最大速度が「５」「２５０」に相当する速度に制限されるから、予め設定された最高速度が減殺されるという課題がある。
【０００８】
本発明の目的は、操作レバーの傾きに応じて測定子等の可動部材を円滑に加速・減速させることができ、測定機等における駆動装置の機能仕様として予め設定されている最高速度も達成することのできる駆動制御装置およびこれを用いた測定機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の駆動制御装置は、可動部材を変位させる駆動装置の動作を制御する駆動制御装置であって、本体、前記本体に予め設定された揺動可能角度領域内で揺動可能かつ外力が解除された際に中立位置に復帰可能に設けられた操作レバー、および、前記操作レバーの揺動角度を検出する角度検出器を有するジョイスティックと、前記ジョイスティックの角度検出器からの検出信号に応じた速度で前記駆動装置を介して前記可動部材を移動させるとともに、前記操作レバーが最大揺動角度のときに前記駆動装置を介して前記可動部材を予め設定された最高速度で移動させる制御手段とを備え、前記制御手段は、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、前記操作レバーの揺動角度が中立位置から予め設定した停止指令角度領域内にあると判定した際に、前記駆動装置に対して停止指令を出力するとともに、前記操作レバーの揺動角度が前記揺動可能角度領域から前記停止指令角度領域を差し引いた速度可変角度領域内にあると判定した際に、速度可変角度領域の速度を０超〜前記最高速度として、前記操作レバーの揺動角度に対応する速度で前記可動部材が移動するように、前記駆動装置を指令制御することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、ジョイスティックにおいて、操作レバーの揺動角度が角度検出器により検出され、その検出信号が駆動制御装置に与えられると、駆動制御装置は、角度検出器からの検出信号を基に操作レバーの揺動角度を判定し、その判定結果に従って駆動装置を制御する。
つまり、操作レバーの揺動角度が停止指令角度領域にあると判定した場合には、駆動装置に対して速度指令０に相当する停止指令を出力する。また、操作レバーの揺動角度が速度可変角度領域にあると判定した場合には、速度可変角度領域の速度を０超〜最高速度として、操作レバーの揺動角度に対応する速度指令を駆動装置に対して出力する。
【００１１】
制御手段から速度指令０が出力される場合、駆動装置は可動部材を停止させ、制御手段から速度指令０超〜最高速度が出力される場合、駆動装置は対応する駆動量を求めて可動部材を速度０超〜最高速度で移動させる。その結果、操作レバーの揺動角度に可動部材の移動速度が連動し、最高速度を有効範囲として可動部材を円滑に加速・減速できる。
また、外力が解除された状態において、操作レバーが中立位置近傍に位置して中立位置に復帰しない場合でも、操作レバーの揺動角度が停止指令角度領域にあれば操作レバーは中立位置にあるとみなされ制御手段から停止指令が出力されるため、駆動装置による可動部材の自走を招くという問題も同時に解決されている。
【００１２】
本発明において、前記制御手段は、前記揺動可能角度領域、前記停止指令角度領域、および、前記速度可変角度領域が予め記憶された記憶手段と、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、前記駆動装置に対して速度指令を出力する指令手段とを有し、前記指令手段は、前記操作レバーの揺動角度が前記記憶手段に記憶された前記停止指令角度領域、および、前記速度可変角度領域のいずれに属するかを判定し、前記操作レバーの揺動角度が前記停止指令角度領域内にあると判定した際に、前記駆動装置に対して速度０の速度指令を出力するとともに、前記操作レバーの揺動角度が前記速度可変角度領域内にあると判定した際に、前記揺動可能角度領域の角度巾を前記速度可変角度領域の角度巾で割った値に前記操作レバーの揺動角度を掛合わせた値の速度指令を前記駆動装置に対して出力することを特徴とすることが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、揺動可能角度領域、停止指令角度領域、速度可変角度領域を記憶手段に予め記憶しておき、これらの各領域を必要に応じて記憶手段から読み出すことにより、各領域ごとに値が一元化され、制御手段による処理プロセスが簡略な構成となるという利点がある。
操作レバーの揺動角度が速度可変角度領域にあると判定された場合、揺動可能角度領域の角度巾を速度可変角度領域の角度巾で割った値に操作レバーの揺動角度を掛合わせて速度指令を求めるため、つまり、揺動可能角度領域、停止指令角度領域、速度可変角度領域を予め記憶しておくだけで速度指令を求めることができるから、記憶エリアを少なくできる。
また、速度可変角度領域において、操作レバーの揺動角度と速度指令とは正比例の関係となり、可動部材の初動における加速と停止状態への減速について、より円滑に行うことができる。
【００１４】
本発明において、前記制御手段は、前記停止指令角度領域内の各角度に対応して速度０を、前記速度可変角度領域内の各角度に対応して速度０超〜前記最高速度をそれぞれ予め記憶した記憶手段と、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、前記駆動装置に対して速度指令を出力する指令手段とを有し、前記指令手段は、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、その揺動角度に相当する前記停止指令角度領域内の、および、前記速度可変角度領域内の角度を求めるとともに、その角度に対応する速度指令を前記記憶手段の中から読み出し、読み出した速度を速度指令として前記駆動装置に対して出力することを特徴とすることが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、停止指令角度領域内の各角度に対応して速度０を、速度可変角度領域内にあって停止指令角度領域に近接する境界角度を起点に速度０超〜最高速度をそれぞれ記憶手段内に予め記憶しておき、この記憶手段内から、指令手段が操作レバーの揺動角度に相当する角度を求めるとともに、その角度に対応する速度指令を読み出し、これを駆動装置に出力するようにしたので、操作レバーの揺動角度が停止指令角度領域、および、速度可変角度領域のいずれに属するかの判定を、そして、操作レバーの揺動角度を速度指令に変換する処理を、不要にできる。このため、制御手段の処理プロセスを少なくかつ単純化することができ、処理の効率化をはかることができるうえ、処理系によって出力値に影響がないという利点がある。
【００１６】
また、本発明の測定機は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の駆動制御装置を用いて、測定対象物の位置および／または座標を測定するための測定子を移動させる駆動装置を構成していることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、測定機を構成する既存の駆動制御装置と請求項１から請求項３のいずれかに記載の駆動制御装置とを置き換えるだけで、測定機に予め備わる機能の利用効率を容易に改善することができる。ジョイスティックの復帰位置のばらつきに関する問題は本発明の駆動制御装置において解決されているため、本発明の駆動制御装置を組み込んだ測定機は、その駆動装置の停止状態を確保できる。同時に、駆動装置の機能仕様として予め設定されている最高速度範囲が有効に活用され、ジョイスティックの操作レバーの傾きに応じて測定子等の可動部材を円滑に加速・減速させることができ、操作感も良好にできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第一実施形態）
図１には、本発明の駆動制御装置を適用した測定システム１の全体斜視図が、図２には、測定システム１のブロック図がそれぞれ示されている。測定システム１は、接触時にタッチ信号を発する可動部材としてのプローブ８と被測定物２とを三次元方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向）へ相対移動させる三次元測定機Ａと、手動で操作することにより三次元測定機Ａのプローブ８を移動させる操作盤Ｂと、三次元測定機Ａの動作を制御するとともに三次元測定機Ａから与えられるプローブ８と被測定物２との相対移動データなどを取り込むモーションコントローラＣと、このモーションコントローラＣを介して三次元測定機Ａを動作させるとともに三次元測定機Ａからのプローブ８と被測定物２との相対移動データ等を処理して被測定物２の寸法や形状などを求めるホストシステムＤとを備えて構成されている。
【００１９】
三次元測定機Ａは、ベース３と、このベース３上に設置され上面に被測定物２を載置するテーブル４と、このテーブル４に前後方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に設けられた門形フレーム５と、この門形フレーム５のＸビーム５Ａに沿って左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられたスライダ６と、このスライダ６に上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降可能に設けられかつ下端にプローブ８を有するＺ軸スピンドル７とを備えて構成されている。
スライダ６、門形フレーム５およびＺ軸スピンドル７には、これらをそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ移動させるために図示しないボールねじ軸およびモータによる駆動機構が設けられている。この駆動機構とこれらのスライダ６、門形フレーム５およびＺ軸スピンドル７とから、本発明の駆動装置としての駆動部１０が構成されている。スライダ６、門形フレーム５およびＺ軸スピンドル７には、それぞれの軸方向の位置を検出し、その検出信号をモーションコントローラＣに送信する位置検出部９が設けられている。この位置検出部９としては、リニアエンコーダ等が採用できる。プローブ８は、被測定物２との接触によってタッチ信号を出力可能に構成され、かつ、モーションコントローラＣに電気的に接続されている。
【００２０】
ホストシステムＤは、測定プログラムやデータ処理プログラムなどを実行するホストコンピュータ、キーボード、モニタおよびプリンタ等を備えている。このホストシステムＤは、モーションコントローラＣに電気的に接続されており、モーションコントローラＣを通してプローブ８の位置の検出信号を受信したり、プローブ８を設定位置へ移動させる指令をモーションコントローラＣに対して送信することが可能となっている。
【００２１】
操作盤Ｂは、図３に示すように、三次元測定機Ａのプローブ８をＸＹＺ軸方向へ手動操作により駆動するためのジョイスティック１１を有し、このジョイスティック１１は、所定方向に傾けることによりプローブ８の移動方向および移動速度を指示する操作レバー１３Ａ，１３Ｂを備えている。
操作レバー１３Ａの下端には、操作盤Ｂに向かって左右方向の揺動角度を検出する角度検出器１４Ｘ（図２）と、前後方向の揺動角度を検出する角度検出器１４Ｙ（図２）とが設けられている。操作レバー１３Ｂの下端には、操作盤Ｂに向かって前後方向の揺動角度を検出する角度検出器１４Ｚが設けられている。これらの角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚは、図２に示すように、モーションコントローラＣと電気的に接続されており、操作レバー１３Ａを左右に傾けると角度検出器１４ＸがＸ軸方向の検出信号を、前後に傾けると角度検出器１４ＹがＹ軸方向の検出信号を、また、操作レバー１３Ｂを前後方向に傾けると角度検出器１４ＺがＺ軸方向の検出信号をモーションコントローラＣに出力する。
ここで、角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚとしては、ロータリエンコーダやポテンショメータ等が採用できる。
【００２２】
モーションコントローラＣは、図２に示すように、プローブ８の駆動制御や計数値の取り込み制御などを行うＣＰＵ２１と、プローブ８の移動方向・速度を決定する制御手段としての移動方向速度決定部２２とを備えている。
移動方向速度決定部２２は、ホストシステムＤからの移動指令の信号またはジョイスティック１１からの検出信号が入力される入力部２３を備えている。この入力部２３への入力信号は、ホストシステムＤからの移動指令によってプローブ８を制御する自動測定の場合と、ジョイスティック１１の手動操作によってプローブ８を制御する場合とでモード切替可能となっている。
ジョイスティック１１を手動操作する場合は、入力部２３から入力された信号が指令手段２４へ送信され、指令手段２４は、この入力信号と、記憶手段２５に予め記憶されているジョイスティック１１の設定情報とから速度指令を算出し、出力部２６を通してＣＰＵ２１に速度指令を送信する。
【００２３】
ジョイスティック１１の操作レバー１３Ａ，１３Ｂは、図４に示すように、外力が解除された状態では中立位置ｐまたはその近傍に復帰可能に構成されている。
ここで、中立位置ｐから操作レバー１３Ａ，１３Ｂを最大限傾けることができる角度領域を揺動可能角度領域ｒ、操作レバー１３Ａ，１３Ｂが復帰動作したとき中立位置ｐから操作レバー１３Ａ，１３Ｂの復帰位置の角度までを包含できる角度領域を停止指令角度領域ｑ、揺動可能角度領域ｒから停止指令角度領域ｑを差し引いた角度領域を速度可変角度領域ｓとして、それぞれ設定されている。
なお、停止指令角度領域ｑは、操作レバー１３Ａ，１３Ｂが復帰動作したときの復帰位置のばらつきを考慮して、予め、実験・計測により求める。また、停止指令角度領域ｑ，揺動可能角度領域ｒ，速度可変角度領域ｓは、中立位置ｐを中心としてそれぞれ対称に設定する。本実施形態において、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度はθで表す。
【００２４】
指令手段２４には、角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚから送信されるアナログ信号をデジタル信号に変換する処理が含まれる。本実施形態では、符号なし８ビット整数のデジタル信号に変換される。
例えば、図４に示すように、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動可能角度領域が「０〜２５５」に設定されている。操作レバー１３Ａ，１３Ｂの中立位置ｐを中心として片側毎でみると、停止指令角度領域ｑが「１２２〜１２７」「１２７〜１３２」に、速度可変角度領域ｓが「０〜１２１」「１３３〜２５５」にそれぞれ設定されている。
【００２５】
ＣＰＵ２１は、移動方向速度決定部２２から送信される速度指令の信号「０〜２５５」に対応するトルク信号を駆動部１０に出力し、駆動機構のモータを回転させる。信号が「１２７」のときプローブ８を停止させ、「０」または「２５５」のときは駆動部１０の機能仕様として予め設定されている最高速度でプローブ８を移動させるように、トルク信号が算出される。なお、速度指令の信号が「０〜１２６」のときと「１２８〜２５５」のときとでは、プローブ８の移動方向は対称となる。
【００２６】
記憶手段２５には、図５に示されるように、揺動可能角度領域ｒ、停止指令角度領域ｑ、速度可変角度領域ｓが予め記憶される。本実施形態では、揺動可能角度領域ｒとして「０〜１２７」および「１２７〜２５５」を記憶した記憶エリア２３Ａ、停止指令角度領域ｑとして「１２２〜１３２」を記憶した記憶エリア２３Ｂ、速度可変角度領域ｓとして「０〜１２１」および「１３３〜２５５」を記憶した記憶エリア２３Ｃを備えている。
なお、これらの領域を記憶手段２５に記憶させるには、ホストシステムＤの所定のプログラムを実行して記憶手段２５に領域データを送信してもよいし、記憶手段２５に領域データを直接書き込んでもよい。記憶手段２５としては、例えばＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置が採用できる。
【００２７】
本実施形態における測定システム１は、以下のように動作する。
まず、ホストシステムＤによる自動測定モード、つまり、プローブ８の移動の指示をホストシステムＤによって行う場合の動作について説明する。
ホストシステムＤから移動方向速度決定部２２に送信される移動指令の信号は、移動方向速度決定部２２の入力部２３から図示しないサンプルタイム処理部、位置ループのフィードバック処理部に送信され、その移動指令の信号に基づいて求められた速度指令は、出力部２６からＣＰＵ２１へ送信される。ＣＰＵ２１は、この速度指令に応じたトルク信号を駆動部１０に出力し、プローブ８を所定位置へ移動させる。
また、プローブ８が被測定物２に接触すると、プローブ８からタッチ信号が出力され、ＣＰＵ２１に与えられる。ＣＰＵ２１はこの時のプローブ８の位置を位置検出部９より取り込んでホストシステムＤに送信し、ホストシステムＤがこれらの位置データを処理することにより、被測定物２の寸法や形状が求められる。
【００２８】
次に、プローブ８の移動の指示を操作盤Ｂによって行う場合には、測定システム１は以下のように動作する。
ここではＸ軸方向の移動の制御について説明するが、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向についても同様の動作となる。
ジョイスティック１１の操作レバー１３Ａを操作盤Ｂに向かって左右方向（Ｘ方向）に揺動すると、その操作レバー１３Ａの揺動角度は角度検出器１４Ｘによって検出され、検出されたアナログ信号は移動方向速度決定部２２の入力部２３を通して指令手段２４へ送信される。指令手段２４は、受信した操作レバー１３Ａの揺動角度θの信号をデジタル信号に変換し、記憶手段２５から読み出した領域データを参照して操作レバー１３Ａの揺動角度θが停止指令角度領域ｑおよび速度可変角度領域ｓのいずれに属するかを判定した上で、デジタル信号に応じた速度指令を求める。
【００２９】
速度指令は、操作レバー１３Ａの揺動角度θが停止指令角度領域ｑにある場合は速度０の速度指令である停止指令となり、操作レバー１３Ａの揺動角度θが速度可変角度領域ｓにある場合は揺動可能角度領域ｒの角度巾を速度可変角度領域ｓの角度巾で割った値と操作レバー１３Ａの揺動角度θであるデジタル信号とを掛合わせた値となる。
本実施形態では停止指令角度領域ｑの角度巾は「５」であり、操作レバー１３Ａの揺動角度θのデジタル信号が「１２２〜１３２」のときは記憶手段２５から読み出した停止指令角度領域ｑに該当するため、一律に速度０の速度指令が求められる。
実際に行われる計算は、操作レバー１３Ａの揺動角度θであるデジタル信号をＲＡＷ、求められる速度指令をＯＵＴとすると、次のようになる。
ＲＡＷが０〜１２１のとき、ＯＵＴ ＝ ＲＡＷ ＊ （１２６／１２１）
ＲＡＷが１２２〜１３２のとき、ＯＵＴ ＝ １２７
ＲＡＷが１３３〜２５５のとき、ＯＵＴ ＝ （ＲＡＷ − ２５５） ＊ （１２７／１２２） ＋ ２５５
【００３０】
このようにして求めた速度指令は、指令手段２４により出力部２６を通してＣＰＵ２１に送信される。ＣＰＵ２１に停止指令が送信された場合、ＣＰＵ２１は駆動部１０へ出力していたトルク信号を停止し、Ｘ軸のモータを停止させる。一方、ＣＰＵ２１に速度０超の速度指令が送信された場合は、ＣＰＵ２１はその速度指令に対応したトルク信号を駆動部１０へ出力し、Ｘ軸のモータを回転させる。よって、操作レバー１３Ａを傾けた方向に、つまり、操作レバー１３Ａを左に傾ければ左に、右に傾ければ右に、操作レバー１３Ａの揺動角度θに応じた速度で、スライダ６がプローブ８を移動させる。
これにより、操作盤Ｂにおいて、操作者が操作レバー１３Ａを操作する前、もしくは、ごくわずかに左あるいは右に傾けた状態では、操作レバー１３Ａは、中立位置ｐもしくは停止指令角度領域ｑに位置するためプローブ８は停止し、操作者が停止指令角度領域ｑよりも操作レバー１３Ａを傾けると、その揺動角度θに応じた速度でプローブ８が移動する。
【００３１】
Ｙ軸およびＺ軸についても、以上のような制御と同様に、指令手段２４が操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの所定方向の揺動角度θに応じた速度指令を出力することにより、プローブ８は所望の速度でＹ軸、Ｚ軸方向に移動される。つまり、操作レバー１３Ａを前に傾ければ前に、後ろに傾ければ後ろに、その揺動角度θに応じた速度で門形フレーム５が移動することで、プローブ８はＹ軸方向に移動される。また、操作レバー１３Ｂを前に傾ければ下に、後ろに傾ければ上に、その揺動角度θに応じた速度でＺ軸スピンドル７が昇降することで、プローブ８はＺ軸方向に移動される。
【００３２】
本実施形態によれば、次の作用効果が期待できる。
（１）操作レバー１３Ａの中立位置ｐを中心とする停止指令角度領域ｑを設け、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが停止指令角度領域ｑにある場合は操作レバー１３Ａ，１３Ｂは中立位置ｐにあるものとみなしているので、移動方向速度決定部２２からは停止指令が発せられ、三次元測定機Ａの駆動部１０へと伝わるトルク信号が停止する。
よって、ジョイスティック１１の復帰位置のばらつきにより、外力を解除しても操作レバー１３Ａ，１３Ｂが停止指令角度領域ｑにとどまって中立位置ｐに復帰しない場合でも、可動部材であるプローブ８の停止状態を確保できる。
【００３３】
（２）操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが停止指令角度領域ｑにある停止状態では信号値を「１２７」とする停止指令が移動方向速度決定部２２から出力され、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが停止指令角度領域ｑを超え、速度可変角度領域ｓに入ったときは信号値を「１２６」もしくは「１２８」とする速度指令を出力可能である。
よって、速度指令の速度の段差は最小となるため、可動部材であるプローブ８の初動を円滑に行うことができ、また停止状態に向かって円滑に減速できる。
【００３４】
（３）操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが速度可変角度領域ｓにある場合に、移動方向速度決定部２２が出力する速度指令の信号値「０〜１２６」および「１２８〜２５５」に対して、ＣＰＵ２１が駆動部１０に対して送信するトルク信号の値となる初動制御量〜最大制御量が対応する。
よって、操作レバー１３Ａを左方向に最大限傾けた状態では、信号値を０とする速度指令が出力され、駆動部１０はこれに対応する最大制御量のトルク信号を受信してスライダ６を左方向に移動する。また、操作レバー１３Ａを右方向に最大限傾けた状態では、信号値を「２５５」とする速度指令が出力され、駆動部１０はこれに対応する最大制御量のトルク信号を受信してスライダ６を右方向に移動する。このようにして、駆動部１０の機能仕様である最高速度を達成することができる。
【００３５】
（４）記憶手段２５に、停止指令角度領域ｑ、揺動可能角度領域ｒ、速度可変角度領域ｓを予め記憶手段２５に記憶させ、指令手段２４が速度指令を出力する際に、これらの領域を記憶手段２５から読み出して参照する。指令手段２４は、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが、読み出された停止指令角度領域ｑおよび速度可変角度領域ｓのいずれの領域に属するかを判定し、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θが速度可変角度領域ｓにある場合は、読み出された揺動可能角度領域ｒ、速度可変角度領域ｓを用いて演算を行い速度を求める。
操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが速度可変角度領域ｓにあると判定された場合、揺動可能角度領域ｒの角度巾を速度可変角度領域ｓの角度巾で割った値に操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θを掛合わせて速度指令が求められる。このように、各領域ごとに値が一元化され、指令手段２４による処理プロセスが簡略な構成となるうえに、揺動可能角度領域ｒ、停止指令角度領域ｑ、速度可変角度領域ｓを予め記憶しておくだけで速度指令を求めることができるから、記憶エリアを少なくできる。
また、速度可変角度領域ｓでは、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θと速度指令とは正比例の関係となり、プローブ８の初動における加速と停止状態への減速について、より円滑に行うことができる。
【００３６】
（第二実施形態）
第二実施形態では記憶手段３２に記憶する情報と指令手段３１の処理が第一実施形態とは異なり、他の構成は第一実施形態と共通する。以下、第二実施形態に特有の構成について説明する。ここで、第一実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００３７】
図６は、第一実施形態の図２における移動方向速度決定部２２を表すブロック図である。
記憶手段３２には、図７に示すように、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度と速度指令が対応付けられて予め記憶される。第一実施形態と同様、指令手段３１において角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚからのアナログ信号を符号なし８ビットのデジタル信号に変換しており、停止指令角度領域ｑの角度巾は５としている。操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれのとりうる揺動角度に対応する信号は「０〜２５５」であって、停止指令角度領域ｑに相当する揺動角度「１２２〜１３２」に対しては一律に速度指令「１２７」が、速度可変角度領域ｓに相当する揺動角度「０〜１２１」および「１３３〜２５５」に対しては速度指令「０〜１２６」および「１２８〜２５５」がそれぞれ対応する。
【００３８】
本実施形態での測定システム１の動作は、まず、第一実施形態と同様、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚで検出され、検出されたアナログ信号は入力部２３を通して指令手段３１に送信され、指令手段３１は受信したアナログ信号を０〜２５５のデジタル信号に変換する。
その後、指令手段３１は、記憶手段３２に記憶されている揺動角度のうちこのデジタル信号に一致する角度を読み出して参照し、この角度に対応付けられた速度指令を出力部２６を通してＣＰＵ２１に送信する。この後は第一実施形態と同様、ＣＰＵ２１により速度指令に対応するトルク信号が駆動部１０に送信され、駆動部１０によってプローブ８が移動される。
【００３９】
第二実施形態では、第一実施形態における（１）〜（４）と同様の作用効果を奏する他、次の作用効果を奏することができる。
【００４０】
（５）操作レバー１３Ａ，１３Ｂの取りうる揺動角度とこれらの各角度に対応する速度指令が記憶手段３２に予め記憶されており、指令手段３１は、これらを読み出して参照することにより、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θに応じた角度の速度指令を容易に得ることができる。
よって、第一実施形態の指令手段２４においては必要であった、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが停止指令角度領域ｑ、および、速度可変角度領域ｓのいずれに属するかの判定、さらに、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θを速度指令に変換する処理が、本実施形態の指令手段３１では不要にできる。このため、指令手段３１の処理プロセスをより少なく、かつ単純化して効率化を図ることができるうえ、処理系によって出力値に影響がないという利点がある。
【００４１】
（第三実施形態）
第三実施形態は駆動装置の制御手段としての移動方向速度決定部２２での処理が第一、第二実施形態とは異なり、他の構成は第一実施形態と共通する。以下、第三実施形態に特有の構成について説明する。ここで、第一実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略もしくは簡略化する。
【００４２】
図８は、第一実施形態の図２における移動方向速度決定部２２を表すブロック図である。
Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に対応するＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚは、図９に示すように、ジョイスティック１１による手動操作時においては、位置のフィードバックループ（図９の点線）を無効とする一方、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θの検出信号を直接、ＰＩＤ制御の偏差として設定することにより、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θに応じた速度指令を得る構成とされる。Ｐ（比例）Ｉ（積分）Ｄ（微分）各成分の重み付けは別途ゲインの設定により行うことができ、ジョイスティック１１の操作による制御の場合には、Ｉのゲインを０として、ＰＤ制御を行うこととする。
速度補正部４２は、ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚからの速度指令と、入力部２３を通じて角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚから送信される揺動角度θの信号とを合成した速度指令を出力部２６を通してＣＰＵ２１に送信する。
なお、記憶手段４３は、第一実施形態の記憶手段２５と同様の構成とされる（図５）。
【００４３】
本実施形態での測定システム１の動作は、移動方向速度決定部２２での処理の一部が異なる以外は、第一実施形態と同様である。操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θがサンプルタイムごとに角度検出器１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚで検出され、検出されたアナログ信号は、入力部２３を通じて、対応する軸のＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚ、および、速度補正部４２へ送信される。
ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚは、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θであるアナログ信号をデジタル信号に変換し、この信号を偏差として設定する。その結果、設定された偏差を解消するように、ゲイン設定に応じたＰ（比例）制御が行われ、速度指令が出力される（図９）。サンプルタイムごとに操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θに応じた偏差が設定され続けるため、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれを一定の揺動角度に保つ場合は、一定の速度指令が出力される。この場合、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが大きいと、ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚに入力される偏差は大きいので、出力される速度指令の速度も速く、逆に、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが小さいと、偏差は小さいので、出力される速度指令の速度も遅くなる。ここで、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが変化する場合は、Ｄ（微分）制御により、加減速が円滑となるように出力が調整される。
【００４４】
速度補正部４２は、ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚから出力された速度指令と、入力部２３から操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θの検出信号を受信し、揺動角度θの検出信号をデジタル信号に変換する。さらに、記憶手段４３に記憶されている各領域を読み出し、操作レバー１３Ａ，１３Ｂが停止指令角度領域ｑおよび速度可変角度領域ｓのいずれに属するかを判定し、揺動角度θの信号とＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚから得た速度指令とから新たな速度指令を求めて、求めた速度指令を出力部２６に出力する。
具体的には、第一実施形態と同様、符号なし８ビットのデジタル変換を行う場合、揺動角度θが停止指令角度領域ｑにあるとき、速度補正部４２は信号値「１２７」とする停止指令を出力し、揺動角度θが速度可変角度領域ｓにあるときは、揺動可能角度領域ｒの角度巾を速度可変角度領域ｓの角度巾で割った値にＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚからの出力値を掛合わせて速度指定を求め、出力部２６を通してＣＰＵ２１に送信する。この後は第一実施形態と同様、ＣＰＵ２１により速度指令に対応するトルク信号が駆動部１０に送信され、駆動部１０によってプローブ８が移動される。
【００４５】
なお、ホストシステムＤによる自動測定を行う場合は、図９に示すように、設定値としてホストシステムＤからの移動指令、つまり目標位置が、サンプルタイムごとに設定される。位置のフィードバックループ（図９の点線）は有効であり、プローブ８の位置検出部９から送信される現在位置の検出信号がフィードバックループに入力される。
この場合は、ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚは、設定値（目標位置）とフィードバック信号（現在位置）との差を偏差として設定する。その結果、ジョイスティック１１による手動操作による場合と同様、設定された偏差を解消するように、ゲイン設定に応じたＰＩＤ制御が行われ、速度指令が出力される。そして、プローブ８が目標位置に達すると偏差は解消し、ホストシステムＤのプログラムにより、目標位置の座標を変化させながら自動測定が続行される。
【００４６】
第三実施形態では、第一実施形態における（１）〜（４）と同様の作用効果を奏する他、次の作用効果を奏することができる。
【００４７】
（６）一般的に、測定機の制御手段においては、ホストシステムによる自動測定時とジョイスティックの手動操作による測定時とを問わず、位置のフィードバックループを有し、手動操作時においては、ジョイスティックの操作レバーの揺動角度θに応じた速度に変換するプロセスを必要とするため、応答性が損なわれる。
しかし、本実施形態では、ジョイスティック１１による手動操作時には位置のフィードバックループを無効化し、操作レバー１３Ａ，１３Ｂそれぞれの揺動角度θを位置の信号としてＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚの偏差に入力するため、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θを速度に変換するプロセスなしに、ＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚの備える偏差解消の機能を利用して移動速度を求めることができる。また、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θが変化した際もＰＩＤのＤ（微分）成分による加減速がなされるため、速度変換のプロセスの中で加減速を行う場合と比べ、サンプルタイムごとの処理を着実に行うことができる。さらに、ＰＩＤの各成分のゲインを調整することにより、出力される移動速度の大きさや操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θの変化による加減速の態様を容易に変更することができ、例えば、測定前の準備時と測定時とで調整することができるため、操作性に優れる。
このようなＰＩＤ制御器４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚからの出力に基づいて速度補正部４２は速度指令を求めることができる。よって、既存のＰＩＤ制御器を利用した簡略な構成により、応答性や柔軟性にも優れる駆動制御装置および測定機を構成することができる。
【００４８】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態ではジョイスティック１１は、二つの操作レバー１３Ａ，１３Ｂを有するものであったが、これに限らず、形態、構造は任意である。画像測定機に使用されるようなジョイスティックのように、一つの操作レバーを有するものであってもよい。この場合には、Ｘ，Ｙ軸方向の移動はそれぞれ左右、前後の揺動角度で操作し、Ｚ軸方向の移動は操作レバーの捻り角（回転角度）で操作する。したがって、操作レバーの回転角度検出器を設け、移動方向速度決定部２２に入力すれば、前記実施形態と同様に操作レバーの捻り角に応じた移動速度を実現できる。
【００４９】
また、前記各実施形態では、操作レバー１３Ａ，１３Ｂの揺動角度θの検出信号を符号なし８ビットのデジタル信号に変換しているが、この変換を行わず、アナログの検出信号に基づいて、揺動角度θに応じた移動速度の制御を行ってもよい。デジタル信号に変換する場合でも、信号のデータ幅及び符号の有無は任意であり、例えば、符号あり８ビットのデジタル変換を行うこととし、データ範囲「−１２７〜１２８」において、操作レバーの中立位置を示す値を「０」としてもよい。
【００５０】
さらに、前述のように、操作レバー１３Ａ，１３Ｂは、中立位置ｐを中心として、停止指令角度領域ｑ、揺動可能角度領域ｒ、速度可変角度領域ｓが対称に設けられていたが、これは非対称であってもよく、中立位置ｐも中心である必要はない。また、停止指令角度領域の角度幅は「５」に限らず、任意である。
【００５１】
そして、プローブ８が可動である構成に限らず、例えば、被測定物２を載置するテーブル４がプローブ８に対して可動である構成、あるいは、プローブ８およびテーブル４が共に移動する構成でも構わない。
なお、本発明の駆動制御装置は、一次元や二次元、さらに多次元の測定機にも適用できる。この場合には、門形フレーム５やスライダ６、Ｚ軸スピンドル７をそれぞれ可動部材として制御対象にし、移動の制御を行ってもよい。また、測定機に限らず、工作機械など、手動で可動部材を操作する必要がある機械に適用できる。
【００５２】
前述のように、記憶手段３２には、操作レバー１３の揺動角度とその各角度に対応する速度指令が記憶されており、これらの揺動角度と速度指令は１：１で対応し、操作レバー１３の揺動可能角度領域全体に渡る１組であったが、２以上の組を記憶したり、１：ｎの対応として、制御の種類により切替可能としてもよい。さらには、揺動角度と速度指令を記憶する複数の記憶手段を設けてもよい。
【００５３】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００５４】
【発明の効果】
このような本発明によれば、操作レバーの傾きに応じて測定子等の可動部材を円滑に加速・減速させることができるとともに、測定機等における駆動装置の機能仕様として予め設定されている最高速度も達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の駆動制御装置を適用した第一実施形態を示す斜視図である。
【図２】同上実施形態における三次元測定機、操作盤、モーションコントローラおよびホストシステムのブロック図である。
【図３】同上実施形態における駆動制御装置の操作盤を示す斜視図である。
【図４】同上実施形態におけるジョイスティックを示す側面模式図である。
【図５】同上実施形態における記憶手段を示すブロック図である。
【図６】本発明の第二実施形態における制御手段としての移動方向速度決定部を示すブロック図である。
【図７】同上実施形態における記憶手段を示す図である。
【図８】本発明の第三実施形態における制御手段としての移動方向速度決定部を示すブロック図である。
【図９】同上実施形態におけるＰＩＤ制御器を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 測定システム
２ 被測定物
８ プローブ（可動部材）
１０ 駆動部（駆動装置）
１１ ジョイスティック
１３Ａ，１３Ｂ 操作レバー
１４Ｘ，１４Ｙ，１４Ｚ 角度検出器
２２ 移動方向速度決定部（制御手段）
２４ 指令手段
２５ 記憶手段
３１ 指令手段
３２ 記憶手段
４１Ｘ，４１Ｙ，４１Ｚ ＰＩＤ制御器
４２ 速度補正部
４３ 記憶手段
Ａ 三次元測定機（測定機）
Ｂ 操作盤（［Ｂ，Ｃ，Ｄ］…駆動制御装置）
Ｃ モーションコントローラ
Ｄ ホストシステム
ｐ 中立位置
ｑ 停止指令角度領域
ｒ 揺動可能角度領域
ｓ 速度可変角度領域
θ 揺動角度
Claims (4)
- 可動部材を変位させる駆動装置の動作を制御する駆動制御装置であって、
本体、前記本体に予め設定された揺動可能角度領域内で揺動可能かつ外力が解除された際に中立位置に復帰可能に設けられた操作レバー、および、前記操作レバーの揺動角度を検出する角度検出器を有するジョイスティックと、
前記ジョイスティックの角度検出器からの検出信号に応じた速度で前記駆動装置を介して前記可動部材を移動させるとともに、前記操作レバーが最大揺動角度のときに前記駆動装置を介して前記可動部材を予め設定された最高速度で移動させる制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、前記操作レバーの揺動角度が中立位置から予め設定した停止指令角度領域内にあると判定した際に、前記駆動装置に対して停止指令を出力するとともに、前記操作レバーの揺動角度が前記揺動可能角度領域から前記停止指令角度領域を差し引いた速度可変角度領域内にあると判定した際に、速度可変角度領域の速度を０超〜前記最高速度として、前記操作レバーの揺動角度に対応する速度で前記可動部材が移動するように、前記駆動装置を指令制御することを特徴とする駆動制御装置。 - 請求項１に記載の駆動制御装置において、
前記制御手段は、前記揺動可能角度領域、前記停止指令角度領域、および、前記速度可変角度領域が予め記憶された記憶手段と、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、前記駆動装置に対して速度指令を出力する指令手段とを有し、
前記指令手段は、前記操作レバーの揺動角度が前記記憶手段に記憶された前記停止指令角度領域、および、前記速度可変角度領域のいずれに属するかを判定し、前記操作レバーの揺動角度が前記停止指令角度領域内にあると判定した際に、前記駆動装置に対して速度０の速度指令を出力するとともに、前記操作レバーの揺動角度が前記速度可変角度領域内にあると判定した際に、前記揺動可能角度領域の角度巾を前記速度可変角度領域の角度巾で割った値に前記操作レバーの揺動角度を掛合わせた値の速度指令を前記駆動装置に対して出力することを特徴とする駆動制御装置。 - 請求項１または請求項２に記載の駆動制御装置において、
前記制御手段は、前記停止指令角度領域内の各角度に対応して速度０を、前記速度可変角度領域内の各角度に対応して速度０超〜前記最高速度をそれぞれ予め記憶した記憶手段と、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、前記駆動装置に対して速度指令を出力する指令手段とを有し、前記指令手段は、前記角度検出器からの検出信号を基に前記操作レバーの揺動角度を判定し、その揺動角度に相当する前記停止指令角度領域内の、および、前記速度可変角度領域内の角度を求めるとともに、その角度に対応する速度指令を前記記憶手段の中から読み出し、読み出した速度を速度指令として前記駆動装置に対して出力することを特徴とする駆動制御装置。 - 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の駆動制御装置を用いて、測定対象物の位置および／または座標を測定するための測定子を移動させる駆動装置を構成していることを特徴とする測定機。
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