JP2006170946A

JP2006170946A - ロータリテーブル制御装置

Info

Publication number: JP2006170946A
Application number: JP2004367613A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tsumagari; 秀夫津曲
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】電源遮断時に回転位置の変動が発生しても、バックアップ電源なしで回転位置を正しく検出できるロータリテーブル制御装置を実現する。
【解決手段】インクリメンタルエンコーダ１３のＣ相パルスｂで、Ｃ相パルスｂ入力時のモータ１２の回転位置データをラッチする。Ｃ相パルス入力点の理想回転位置データを演算し、この理想回転位置データから回転位置データを差し引くことによって誤差分εｆを計算する。以後、誤差分εｆで回転位置データを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリテーブルを位置決め制御する制御装置に関し、特に、インクリメンタルエンコーダによってロータリテーブルの絶対位置を検出するロータリテーブル制御装置に関する。

従来、ロータリテーブル制御装置において、ロータリテーブルを駆動するモータの回転軸に、モータの回転角に応じたパルス（インクリメンタルパルス）および一回転に１パルス（Ｃ相パルス）を発生するモータエンコーダ（パルス発生器）を連結し、インクリメンタルパルスおよびＣ相パルスをカウントし、絶対位置を検出するアブソリュート位置検出装置を備えたロータリテーブル制御装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。
図６は、従来技術と、後述する本発明に共通の一般的なロータリテーブル制御装置の構成を示ブロック図である。
図において、１はロータリテーブル制御装置の機構部で、ロータリテーブル１１、サーボモータ１２、サーボモータ１２の回転軸に直結されたモータエンコーダ１３、ウォームホイール１４、ウォームネジ１５、及びロータリテーブル停止時にテーブルクランプするブレーキ１６から構成されている。サーボモータ１２は、サーボモータ１２の回転軸に固着されたウォームネジ１５とロータリテーブル１１に固着されたウォームホイール１４を介して、回転力をロータリテーブル１１に伝達する。
ブレーキ１６は、モータ停止時や電源切り時にロータリテーブルをクランプし、ロータリテーブルが外力によって回転させられることを防ぐ。
また、２はロータリテーブルの回転位置を指令するコントローラ、３はコントローラ１の指令を受けて回転位置を制御すると共にサーボモータに必要な電力を供給するモータ制御手段、４はサーボモータの回転位置を検出する位置検出手段である。
図７は、特許文献１におけるロータリテーブルに適用された従来のアブソリュート位置検出装置のブロック図である。
図において、５０は位置検出手段で、インクリメンタルパルスをカウントする１回転内カウンタ５１、およびＣ相パルスをカウントする多回転カウンタ５２を備えている。
また、６０はコントローラ（ＮＣ装置）で、ロータリテーブルのアブソリュート位置を演算する演算装置６１と、通常の処理の間にデータの読み書きを行う記憶装置６２と、電源がｏｆｆになってもデータを保持するバックアップメモリ６３を有している。

次に、アブソリュート位置の検出動作について説明する。
先ず、ロータリテーブル装置の起動時に、前回停止したときのロータリテーブルの回転位置情報をバックアップメモリ６３から読み出す。以後、位置指令が与えられサーボモータ１２が起動すると、ロータリテーブルが回る間、１回転内カウンタ５２は、インクリメンタルパルスａをカウントし、多回転カウンタ５２は、Ｃ相パルスｂをカウントする。演算装置６１は、両カウンタの値と、起動時に読み込まれたバックアップメモリ６３のデータからアブソリュート位置を演算する。もし、停止時に外力によってテーブルが動いたとしてもモータエンコーダ１３及び位置検出手段５０はバックアップ電源が供給され、外力による回転位置の変動を検出する。
このように従来のロータリテーブル制御装置は、バックアップ電源をもつアブソリュート位置検出装置を用いて回転位置を検出していた。
特開２００４−２７９１８８号公報

従来のアブソリュート位置検出装置を備えたロータリテーブル制御装置は、絶対位置を保存する有効な手段であるが、インクリメンタル位置検出装置と比較して、バックアップ電源を供給する必要があるなど保守性の問題や、コストアップとなる問題があげられる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、絶対位置座標を検出でき、保守性の良いローコストのロータリテーブル制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、ロータリテーブルの回転位置を指令するコントローラと、ロータリテーブルを駆動するモータと、前記コントローラの指令を受けて前記モータを制御するモータ制御手段と、前記モータの回転角に対応したインクリメンタルパルスおよび前記モータ１回転に対して１パルスのＣ相パルスを発生するエンコーダと、前記インクリメンタルパルスおよび前記Ｃ相パルスから前記サーボモータの回転位置を検出する位置検出手段とを備えたロータリテーブル制御装置において、前記位置検出手段は、前記インクリメンタルパルスおよび前記Ｃ相パルスをカウントし回転位置データを生成するカウンタと、前記Ｃ相パルスで前記回転位置データをラッチするラッチと、前記Ｃ相パルス検出点の理想回転位置データを生成する理想位置演算部と、前記ラッチされた回転位置データと前記理想回転位置データの差から位置検出誤差を演算する誤差演算部と、この位置検出誤差で前記回転位置データを補正する補正演算部と、を備えたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前期位置検出手段は、前記モータの回転速度を検出する速度検出部を備え、前記検出された回転速度を基に、前記回転位置データのラッチ遅れを補正することを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前期位置検出手段は、前記モータの回転速度を検出する速度検出部を備え、回転速度が所定の速度以下のときの前記Ｃ相パルスで、前記回転位置データをラッチすることを特徴としている。

請求項１記載の発明によると、電源投入後の動作において、Ｃ相パルス検出時の理想回転位置データから位置検出誤差を演算し、回転位置データを補正しているので、従来インクリメンタル位置検出装置を備えたロータリテーブル制御装置で必要となっていた電源投入時に毎回行っていた原点設定処理が不要となり、作業効率が向上する。
また、主電源遮断時の位置ずれを検出する必要が無いので、アブソリュート位置検出装置を備えたロータリテーブル制御装置で必要となっていたバックアップ電源を必要とせずコストダウンできる。
請求項２記載の発明によると、モータの回転速度を検出し、検出された回転速度を基に、想定される回転位置データのラッチ遅れを補正すれば、精度の高い回転位置データが得られる。
請求項３記載の発明によると、モータの回転速度を検出し、回転速度が所定の速度以下のときの回転位置データをラッチし、位置誤差を補正すれば、ラッチ遅れの影響の小さい精度の高い回転位置データが得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の位置検出手段の構成示すブロック図である。
図において、４は位置検出手段、４１はモータエンコーダ１３のインクリメンタルパルスａおよびＣ相パルスｂをカウントするカウンタ、４２は座標補正演算装置である。また、４２１はＣ相パルスのカウントデータｄから理想位置データを算出する理想位置演算部、４２２はＣ相パルスで回転位置データｃをラッチするラッチ、４２３は理想位置データと回転位置データとの差を演算する誤差演算部、４２４は回転位置データｃの誤差を補正する補正演算部である。
本発明が従来技術と異なる点は、位置検出手段４に、検出誤差補正機能を備えた座標補正演算装置４２を備えた点と、モータエンコーダ１３およびカウンタ４１はバックアップ電源を持たず、インクリメンタルエンコーダとなっている点である。

次に、本発明の全体の動作について図２及び図６に基づいて説明する。
図２は、本発明の動作を示すフローチャートである。
図において、初期状態（停止時）は外部ブレーキ装置１６によりテーブルクランプされる（ステップ１１）。コントローラ２から位置決め開始指令が出力されると（ステップ１２）、テーブルアンクランプされ（ステップ１３）、モータ制御手段３はモータ１２に電力を供給し、位置決め運転を開始する（ステップ１４）。位置検出手段４で、座標補正演算処理（ステップ１５）を含んだ位置補正が行われ、目標位置に到達したら（ステップ１６）、外部ブレーキ装置１６により再びテーブルクランプされる。

次に、位置検出手段の動作について図１および図３に基づいて説明する。
図３は、座標補正演算装置の動作を示すフローチャートである。
図において、モータ１回転する度に発生するＣ相パルスｂがモータエンコーダ１３からラッチ４２２入力されると（ステップ２１）、ラッチ４２２はＣ相パルス入力時のモータの回転位置データｃをラッチする（ステップ２２）。
なお、ステップ２２における回転位置データは、本来のＣ相入力時の理想位置データＰｒに誤差分εｆが加わったものになる。また、誤差分εｆは、電源切り時に外部ブレーキ装置によりテーブルクランプされているロータリテーブルが、何らかの外力によって微小に動いた場合に発生する。
よって、誤差演算部４２３は、Ｃ相入力時の理想位置演算部４２１で演算された理想位置データＰｒからラッチされた回転位置データを差し引くことによって誤差分εｆを計算し（ステップ２３）、補正演算部４２４は、誤差分εｆを座標補正に加える（ステップ２４）ことによって補正された位置データを出力する。

ここで、理想位置データＰｒの演算方法について説明する。
図４は、モータエンコーダのパルスとロータリテーブルの回転角との関係を示すグラフである。
図において、ａはモータエンコーダからのインクリメンタルパルス、ｂはＣ相パルスである。Ｐｏはロータリテーブル基準位置から、最初のＣ相パルスが発生するまでのインクリメンタルパルス数で、ＰｎはＣ相パルス間で発生するインクリメンタルパルス数である。また、Ｎｍはロータリテーブルのある回転角θにおける、基準位置からのＣ相パルス数で、ＰｓはＮｍからのインクリメンタルパルス数である。
Ｎｍ番目のＣ相パルスが入力した点での理想位置データＰｒ（Ｎｍ）は、
Ｐｒ（Ｎｍ）＝（Ｐｏ＋Ｐｎ×Ｎｍ）
で計算できる。

図５は、本発明の第２実施例を示す位置検出装置のブロック図である。
図において４２５は速度検出部、４２６はラッチ誤差演算部である。
実施例１において、Ｃ相パルス入力時のモータの回転位置とラッチされた回転位置データ間にラッチ時間遅れがあると、ラッチ遅れ誤差εｒが発生する。本実施例では、ラッチ遅れ誤差εｒを演算し、回転位置データの補正をする。
本発明が第１実施例と異なる点は、座標補正演算装置４２に速度検出部４２５とラッチ誤差演算部４２６を備えた点である。

次に本発明の動作について説明する。
まず、速度検出部４２５は、モータエンコーダ１３からのインクリメンタルパルスａを基にサーボモータ１２の速度を検出し、ラッチ誤差演算部４２６に入力する。ラッチ誤差演算部４２６は、ラッチ時の回転速度Ｆｒとラッチ時間遅れｔｒの積からラッチ遅れ誤差εｒを演算し、補正演算部４２４に入力する。
ラッチ遅れ誤差εｒは、
εｒ＝Ｆｒ×Ｐｎ×ｔｒ
で計算できる。
補正演算部４２４は、ラッチ遅れ誤差εｒを考慮して回転位置データｃを補正する。
また、ある速度以下まで減速されたことを検出し、補正動作を行えば、低速時のラッチ遅れ誤差εｒは小さいので、ラッチ時間遅れの影響の小さい回転位置データが得られる。

このように、本実施例では、ラッチ時間遅れがある場合、ラッチ遅れ誤差を考慮して補正すれば、回転速度の影響を受けない精度の高い回転位置データが得られる。
なお、速度の検出は、一定時間間隔におけるパルス数をカウントする方法、モータエンコーダからのパルス間の時間を計測する方法があるが、公知であるのでその説明は省略する。

座標補正演算装置を適用することによって、位置座標の補正を行うことができるので、ロータリテーブルと同様に、停止時に外部ブレーキによりクランプされ電源遮断時は、基本的にモータが固定されるような、昇降（上下）軸の用途にも適用できる。

本発明の位置検出手段の構成示すブロック図ロータリテーブル制御装置の動作を示すフローチャート座標補正演算装置の動作を示すフローチャートモータエンコーダのパルスとロータリテーブルの回転角との関係を示すグラフ本発明の第２実施例を示す位置検出手段の構成示すブロック図従来例と本発明に共通な一般のロータリテーブル制御装置の構成を示ブロック図特許文献１のロータリテーブルに適用された従来のアブソリュート位置検出装置のブロック図

符号の説明

１ロータリテーブル機構部
１１ロータリテーブル
１２サーボモータ
１３モータエンコーダ
１４ウォームホイール
１５ウォームネジ
１６ブレーキ
２コントローラ
３モータ制御手段
４位置検出手段
４１カウンタ
４２座標補正演算装置
４２１理想位置算出部
４２２ラッチ
４２３誤差演算部
４２４補正演算部
４２５速度検出部
４２６ラッチ誤差演算部

Claims

ロータリテーブルの回転位置を指令するコントローラと、ロータリテーブルを駆動するモータと、前記コントローラの指令を受けて前記モータを制御するモータ制御手段と、前記モータの回転角に対応したインクリメンタルパルスおよび前記モータ１回転に対して１パルスのＣ相パルスを発生するエンコーダと、前記インクリメンタルパルスおよび前記Ｃ相パルスから前記サーボモータの回転位置を検出する位置検出手段とを備えたロータリテーブル制御装置において、
前記位置検出手段は、前記インクリメンタルパルスおよび前記Ｃ相パルスをカウントし回転位置データを生成するカウンタと、
前記Ｃ相パルスで前記回転位置データをラッチするラッチと、
前記Ｃ相パルス検出点の理想回転位置データを生成する理想位置演算部と、
前記ラッチされた回転位置データと前記理想回転位置データの差から位置検出誤差を演算する誤差演算部と、
この位置検出誤差で前記回転位置データを補正する補正演算部と、
を備えたことを特徴とするロータリテーブル制御装置。
前期位置検出手段は、前記モータの回転速度を検出する速度検出部を備え、前記検出された回転速度を基に、前記回転位置データのラッチ遅れを補正することを特徴とする請求項１記載のロータリテーブル制御装置。
前期位置検出手段は、前記モータの回転速度を検出する速度検出部を備え、回転速度が所定の速度以下のときの前記Ｃ相パルスで、前記回転位置データをラッチすることを特徴とする請求項１記載のロータリテーブル制御装置。