JP2007213443A - 移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーボ制御系が宿命的に持つ位置決め完了後のゆらぎ振動現象を、実用上、問題にならない値に抑制し、位置決め完了後の位置の安定性の向上を図ること。
【解決手段】移動体１３の位置を検出するリニアスケール１４と、前記第１の位置検出手段の分解能より高い分解能を有し移動体駆動用のサーボモータ２６の位置を検出するロータリエンコーダ３４とを設け、リニアスケール１４によって検出される位置情報に基づく位置決めが完了した後は、リニアスケール１４によって検出される位置情報に基づく位置制御を無効にし、ロータリエンコーダ３４によって検出される位置情報のみに基づいて位置制御を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、直線移動あるい回転移動する移動体を有する移動装置に関し、特に、ディジタル位置信号を用いて移動体の位置制御をフィードバック制御式に行う移動装置に関するものである。

移動体の位置決めを制御するサーボ制御系は、現在、多くのものがディジタル位置信号を用いたディジタル方式である。ディジタル位置信号を用いて移動体の位置制御をフィードバック制御式に行う移動装置は、アナログ制御方式のものでは目立たなかった現象として、位置決めが完了した定常状態において、外力の有無に拘わらず、ディジタル位置信号の最小単位のプラス１単位とマイナス１単位に相当する範囲の幅をもって移動体がゆらぐ（行ったり来たりする）、ゆらぎ振動が生じる。このゆらぎ振動の周期は、サーボ制御系の電気的パラメータ（位置ループゲイン、速度ループゲイン、時定数、ＰｉＤパラメータ等）にのみ影響され、機械的時定数の影響を受けない。

このゆらぎ振動は、一般的な工作機械では、適切な位置決め分解能の設定によって精度上、問題にならないが、機械動作中の位置変動をきらう分野、例えば、サブミクロン程度の精度を要する超精密分野における鏡面加工などにおいて問題になる。

これを避けるために、位置決めが完了した後は、数位置検出単位の幅内のディジタル位置信号の変化に対して制御指令を出さない、いわゆる不感帯を設ける手法や位置制御系の積分ゲインをオフする手法が採用されることがある。

しかし、不感帯を設ける手法は、制御系が無効になっている訳ではないので、サイクルタイムが大きくなった状態で、移動体が不感帯幅内を行ったり来たりする現象が生じるようになるだけで、ゆらぎ振動は解消しない。しかも、移動体に対して一方向に力がかかっている場合には、不感帯の片方の端に移動体が位置するため、位置制御の精度を上げる効果が小さい。

不感帯を設ける手法に比べて効果が大きいのは、移動体の位置を検出するリニアスケール等、ディジタル位置信号を出力するディジタル位置センサの分解能を高める手法である。ディジタル位置センサの分解能が高まれば、それに応じてゆらぎ振動幅を小さくできる。しかし、この場合も、ゆらぎ振動がなくなる訳でない。また、リニアスケールの分解能を高めることには、物理的に限度があり、しかも、リニアスケールは、モータ位置を検出するロータリエンコーダ等に比して、高分解能のものほど、高価なものになる。

現在、ゆらぎ振動を解消する、もっとも確実な手法として、機械的クランプとサーボ制御系の制御を無効化する手法がある。しかし、超精密加工等、サブミクロンの値が問題とになる場合には、機械的クランプの動作時に、移動体が、許容値以上、動かされてしまうことが通常であるため、低クランプ力にせざるを得えいことが多く、外力により動かされてしまう危険があった。外力によって移動体の位置にずれが生じると、位置復帰ができなかったり、位置復帰が遅れると云う問題がある。

この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、サーボ制御系が宿命的に持つ位置決め完了後のゆらぎ振動現象を、実用上、問題にならない値に抑制し、併せて外乱に対しても迅速に対応することができ、位置決め完了後の位置の安定性の向上を図った移動装置を提供することを目的としている。

この発明による移動装置は、移動案内部を有する固定台と、前記固定台の前記移動案内部に案内されて移動する移動体と、前記移動体を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置とを有する移動装置において、前記移動体の位置を検出する第１の位置検出手段と、前記第１の位置検出手段より高い分解能を有し前記駆動装置の位置を検出する第２の位置検出器とを有し、前記制御装置は、前記第１の位置検出手段によって検出される位置情報に基づく位置決めが完了した後は、当該第１の位置検出手段によって検出される位置情報に基づく位置制御を無効にし、前記第２の位置検出器によって検出される位置情報のみに基づいて位置制御を行う。

この発明による移動装置によれば、位置決めが完了した後は、移動体の位置を検出する第１の位置検出手段による位置情報に基づく位置制御を無効にし、第１の位置検出手段より高い分解能を有して駆動装置の位置を検出する第２の位置検出器による位置情報のみに基づいて位置制御を行うから、第２の位置検出器の分解能に応じて移動体のゆらぎ振動幅が小さくなる。しかも、第２の位置検出器による位置制御では、駆動装置のばね定数の影響により、駆動装置でのゆらぎ振動幅が縮小されるため、移動体のゆらぎ振動幅が、更に小さくなる効果を期待できる。これにより、この発明による移動装置によれば、サーボ制御系が宿命的に持つ位置決め完了後のゆらぎ振動現象が、実用上、問題にならない値に抑制される。

位置決めが完了した後は、第２の位置検出器によって検出される位置情報によるサーポ系が動作しているから、移動体に一定内の外力が働いても、位置ずれを生じることがなく、併せて外乱に対しても迅速に対応することができる。

（実施形態１）
この発明による移動装置の実施形態１を、図１、図２を参照して説明する。

本実施形態の移動装置は、直線型移動装置であり、上面に直線移動案内部１２を有する固定台１１と、固定台１１の直線移動案内部１２に案内されて直線移動する移動体１３と、移動体１３を駆動する駆動装置２０と、駆動装置２０を制御する制御装置５０とを有する。

固定台１１には、移動体１３の直線移動位置を検出する第１の位置検出手段として、リニアスケール１４が取り取れられている。リニアスケール１４は移動体１３の直線移動位置を表すディジタル位置信号を制御装置５０のサーボ制御部５１に入力する。

駆動装置２０は、移動体１３に取り付けられている送りナット２１とねじ係合する送りねじ２２と、送りねじ２２を回転可能に支持する軸受２３、２４と、駆動箱２５と、駆動箱２５に取り付けられて送りねじ２２を回転駆動するサーボモータ（電気サーボモータ）２６と、必要ならば、駆動箱２５に収容された減速用の歯車２７、２８、歯車軸２９、３０、軸受３１、３２、３３等により構成される。

サーボモータ２６の後端部には、駆動装置２０の位置を検出する第２の位置検出器として、サーボモータ２６の回転位置を検出するロータリエンコーダ３４が取り付けられている。ロータリエンコーダ３４は、サーボモータ２６の回転位置を表すディジタル位置信号を制御装置５０のサーボ制御部５１に入力する。

ロータリエンコーダ３１の分解能は、移動体１３の送り量に換算すると、リニアスケール１４の分解能より十分に高いものでなければならない。ロータリエンコーダ３４の分解能が十分でない場合には、送りねじ２２とサーボモータ２６との間に、減速機構を設けることが必要になる。この一例が、歯車２７、２８による減速歯車列である。

なお、駆動装置２０の位置を検出する第２の位置検出器として、サーボモータ２６に直結されたロータリエンコーダ３４に代えて、駆動箱２５の歯車軸３０に接続された別置きのロータリエンコーダ３５を用いてもよい。ロータリエンコーダ３５は、歯車軸３０の回転位置を表すディジタル位置信号を制御装置５０のサーボ制御部５１に入力する。

また、サーボモータ２６のロータリエンコーダ３４と歯車軸３０のロータリエンコーダ３５とを併用し、サーボモータ２６のロータリエンコーダ３４をサーボ制御部５１における速度制御専用（速度ループ）の位置検出器とし、位置制御（位置ループ）のための第２の位置検出器として、歯車軸３０のロータリエンコーダ３５を十分な高分解能をもったものとした形態のサーボ制御系を構築することも可能である。

ロータリエンコーダ３５の分解能が不足する場合には、サーボモータ２６より送りねじ２２に至る動力伝達系の途中から分岐して増速機構を設け、これにロータリエンコーダ３５を取り付けることにより、ロータリエンコーダ３５の１パルス当たりの送り量を小さくすることができる。この１パルス当たりの送り量を小さくすることは、ゆらぎ振動の片振幅を小さくすることに繋がる。

この場合、注意すべきことは、増速機構にバックラッシがないことである。バックラッシがあると、バックラッシの回転角度に相当する分、ロータリエンコーダ３５のサーボ回路に不感帯が生じ、当初の目的を達成することができない。

なお、サーボモータ２６のロータリエンコーダ３４が十分な分解能を有していれば、別置きのロータリエンコーダ３５は不要である。

また、サーボモータ２６のロータリエンコーダ３４の分解能が不足する場合には、ロータリエンコーダ３４のエンコーダ信号は、速度フィードバック補償にのみ使用し、十分な分解能を有する別置きのロータリエンコーダ３５を設置して、これのエンコーダ信号を位置フィードバック補償に用いるようにしてもよい。

制御装置５０は、サーボ制御部５１と、マイクロコンピュータによる上位制御部５２とを有する。

サーボ制御部５１は、リニアスケール１４からの信号がフィードバックされる回路と、ロータリエンコーダ３４あるいは３５あるいはその双方の信号がフィードバックされる回路とが併存する構成になっている。

リニアスケール１４、ロータリエンコーダ３４、３５の信号回路には変換係数器５３、５４、５５が設けられている。変換係数器５３、５４、５５は、変換係数ＤＭＲ１４、ＤＭＲ３４、ＤＭＲ３５によって、リニアスケール１４、ロータリエンコーダ３４、３５の各信号の１単位と指令信号ＭＣＭＤの１単位の大きさが異なる場合、それが等値になるように補正するものである。

上位制御部５２は、指令信号ＭＣＭＤを出力する位置指令部５６を有する。位置指令部５６が出力する指令信号ＭＣＭＤとロータリエンコーダ３４、３５の信号は、常時、比較器Ｃｍ１によって加減算され、指令値に対する偏差量が偏差カウンタ５７（ＥＲ１）に記憶される。また、位置指令部５６が出力する指令信号ＭＣＭＤとリニアスケール１４の信号は、常時、比較器Ｃｍ４によって加減算され、指令値に対する偏差量が偏差カウンタ５８（ＥＲ３）に記憶される。偏差カウンタ５７、５８の記憶データは、上位制御部５２のずれ監視部５９に送信される。

変換係数器５３、５４、５５を経たリニアスケール１４とロータリエンコーダ３４、３５の信号は、比較器Ｃｍ６によって加減算され、その両位置検出器の相互偏差が相互偏差カウンタ６０（ＥＲ４）に書き込まれる。相互偏差カウンタ６０に書き込まれた相互偏差は、上位制御部５２のずれ監視部５９に送信されると共に、次の機能器であるゲート付きバッファ６１に渡される。

ゲート付きバッファ６１の設定値は、上位制御部５２の定数・開閉指令部６３からの信号によって変更可能であり、出力側に設けられているゲートを閉じて回路を遮断することができる。

ローパスフィルタ６２は、両位置検出器の相互偏差の高周波成分を除去する働きをするものであり、一次遅れフィルタと呼ばれることもある。ローパスフィルタ６２による信号流れ抑制率を決める周波数の変更と、ローパスフィルタ６２の動作を止める、すなわち、相互偏差量の更新を止めることが、上位制御部５２に設けられた周波数変更指令部６４、機能停止指令部６５によって行えるようになっている。

相互偏差は、ローパスフィルタ６２を経た後、比較器Ｃｍ５によってロータリエンコーダ３４あるいは３５の信号と加算される。従って、相互偏差の変化率が小さい場合、サーボ制御系（位置ループ）の比較器Ｃｍ２には、リニアスケール１４による位置検出値と全く同値の信号がフィードバックされることになる。つまり、この回路構成によれば、移動体１３の最終位置決めは、リニアスケール１４の位置信号によって実施される。

比較器Ｃｍ２は、位置指令部５６が出力する指令信号ＭＣＭＤと比較器Ｃｍ５の信号との加減算を行い、指令信号ＭＣＭＤに対する比較器Ｃｍ５の信号（位置フィードバック信号）の偏差は偏差カウンタ６８（ＥＲ２）に書き込まれる。

比較器Ｃｍ２の手前にある速度・加減速時定数設定器６６は、通常の移動時とは異なった状態で、移動体１３が強制的に引きずられた時の復帰動作の速度と加減速を制御するためのものである。速度・加減速時定数設定器６６による復帰動作速度、加減速は、上位制御部５２の定数・カーブ指令部６７によって変更可能になっている。

偏差カウンタ６８の偏差はゲイン設定器７０を経て比較器Ｃｍ３に送られる。比較器Ｃｍ３は、ゲイン設定器７０の出力に対する速度指令とロータリエンコーダ３４の信号を微分器７５によって微分することにより得られる速度フィードバック値との偏差を算出し、その偏差を速度制御器７１に渡す。速度制御器７１はサーボアンプ７２に電流指令を出力する。これにより、サーボアンプ７２によってサーボモータ２６に流れる電流が制御される。

偏差カウンタ６８は、書き込まれた偏差を上位制御部５２のずれ監視部５９に送る。上位制御部５２のずれ監視部５９は、位置決め時インポジョンチェック機能によって、偏差カウンタ６８よりの偏差がゼロあるいは予め設定された値以内に入っているか否かを判別する。ずれ監視部５９は、偏差カウンタ６８よりの偏差がゼロあるいは予め設定された値以内に入っていれば、位置決めが完了したと判断し、位置決め完了（インポジョン）信号を出力する。

上位制御部５２において、位置決め完了信号が出力されると、機能停止指令部６５が機能停止信号をローパスフィルタ６２に出力するか、定数・開閉指令部６３がゲート付きバッファ６１のゲート閉あるいはバッファ値を極大化（最大化）する指令信号をゲート付きバッファ６１に出力する。

これにより、ローパスフィルタ６２の機能停止（相互偏差の更新停止）、あるいはゲート付きバッファ６１のゲート閉、バッファ値極大化が行われ、リニアスケール１４の位置信号を用いる相互偏差回路が遮断される。この結果、ローパスフィルタ６２の出力値は一定値となり、サーボ制御系（位置ループ）のフィードバック信号は、ロータリエンコーダ３４あるいは３５の信号に一定値を加えた値になる。

つまり、位置決めが完了した後は、リニアスケール１４によって検出される位置情報に基づく位置制御が無効になり、ロータリエンコーダ３４あるいは３５によって検出される位置情報のみに基づいて位置制御が行われる。

なお、ローパスフィルタ６２の機能停止、ゲート付きバッファ６１のゲート閉、ゲート付きバッファ６１のバッファ値の最大化の複数の組み合わせにより、リニアスケール１４によって検出される位置情報に基づく位置制御を無効にしてもよい。

したがって、位置決め完了後は、サーボ制御系のゆらぎ振動は、ロータリエンコーダ３４あるいは３５の信号によるゆらぎ振動となる。つまり、位置決め完了後のゆらぎ振動の片振幅は、ロータリエンコーダ３４あるいは３５の最小分解能相当になり、ロータリエンコーダ３４あるいは３５が十分に高い分解能を有していれば、ゆらぎ振動幅を小さくすることができる。

例えば、１回転１０万パルスのロータリエンコーダ３４を組み込まれたサーボモータ２６を、ピッチ１０ｍｍの送りねじ２２に直結した場合、ロータリエンコーダ３４の１パルス当たりの移動体１３の送り量（＝ゆらぎ振動の片振幅）は、０．１μｍとなり、移動体１３の移動現象にもよるが、ゆらぎ振動幅Ａは、プラス・マイナス０．１μｍとなる。このゆらぎ振動幅は、実用上、無視することができる。

更に、送り駆動系のばね定数Ｋと送り抵抗値Ｆｆとのバランスによっては、ゆらぎ振動幅が、より一層、小さくなることを期待できる。例えば、送り駆動系のばね定数Ｋが送り方向（直線）換算で４００Ｎ／μｍ（＝４Ｎ／０．０１μｍ）で、送り抵抗値Ｆｆが５０Ｎである場合、サーボ制御系によるゆらぎ振動片振幅（ロータリエンコーダ３４の１パルス当たりの移動体１３の送り量）Ａ＝０．１０μｍであれば、送り駆動系のばね系に作用する力は４０Ｎであり、送り抵抗値Ｆｆ＝５０Ｎより小さいことから、移動体１３が動くことはなく、送り駆動系のばね系を縮めたり、伸ばしたり（弾性変形）するだけである。つまり、Ａ・Ｋ＜Ｆｆならば、移動体１３は、ゆらぎ振動しない。

したがって、移動体１３の送り抵抗Ｆｆと、移動体１３の送り駆動系のばね定数Ｋと、ロータリエンコーダ３４の１パルス当たりの移動体１３の送り量Ａとが、Ａ・Ｋ＜Ｆｆを満足するように設定されていることが好ましい。

なお、リニアスケール１４の信号によるフィードバック回路を遮断した時、ローパスフィルタ６２の出力が一定値になるので、相互偏差カウンタ６０には、既に残量がないので、サーボ制御系が動作することはない。つまり、リニアスケール１４とロータリエンコーダ３４、３５との間で発生する虞れのある精度上の差からくる偏差によって移動体１３が不必要に動かされることはない。

位置決め完了後、移動体１３は、リニアスケール１４の信号によって位置決め保持されている場合よりも、遙かに小さな振幅のゆらぎ振動状態で、実質的に停止した状態にある。しかし、この状態で、送り抵抗値Ｆｆより大きい外力Ｐが移動体１３に働くと、移動体１３は動かされ、外力Ｐの大きさによっては、移動体１３は、リニアスケール１４の最小検出単位を超えた移動量のずれを生じることがある。一般に、リニアスケール１４は、最小検出単位が、望ましい位置決め精度に等しいか、約半分程度のものを用いられるので、この移動体１３のずれ動きの現象は見逃すことができない。

ここで、移動体１３のずれ量を具体例で見てみる。送り駆動系のばね定数Ｋ＝４００Ｎ／μｍ、移動体１３の送り抵抗値Ｆｆ＝５０Ｎ、外力Ｐ＝１０００Ｎ、リニアスケール１４の分解能Ｓ＝１．０μｍ、ロータリエンコーダ３４あるいは３５の分解能Ｒ＝０．１μｍとすると、送り駆動系に作用する荷重Ｐｆは、下式（１）により表される。

Ｐｆ＝Ｐ−Ｆｆ＝１０００Ｎ−５０Ｎ＝９５０Ｎ …（１）
サーボモータ２６がロックして動かないものと仮定すると、送り駆動系のたわみ＝移動体１３のずれ量Δχは、下式（２）により表される。

Δχ＝Ｐｆ／Ｋ＝９５０Ｎ／４００Ｎ／μｍ＝２．３７５μｍ
実際には、サーボモータ２６は完全にはロックされておらず、機械系および電気系の要因によって決まるサーボ剛性と応答周波数を持っているので、外力が応答周波数より速い速度で移動体１３に作用すると、サーボモータ２６は逆転させられてしまうので、移動体１３は、上述のずれ量Δχより、さらに大きい量、動かされてしまうことになる。

このような事態に対処するため、本実施形態の移動装置のサーボ制御系は、以下のような構成、特徴を有するものになっている。

位置決め完了後、移動体１３は、ロータリエンコーダ３４あるいは３５の信号によってフィードバック補償式に位置制御されている。この状態下では、リニアスケール１４の信号はサーボ制御系では無効化されているが、リニアスケール１４の信号自体は存在し、フィードバック回路（位置ループ）の偏差カウンタ６８は、指令信号ＭＣＭＤと移動体１３の現在値、つまり、リニアスケール１４の信号値との偏差（ずれ）を表している。

上位制御部５２は、位置決め完了後、移動体１３の停止位置のずれ量を監視するずれ監視部５９を有する。ずれ監視部５９は、偏差カウンタ５８およびリニアスケール１４の信号（相互偏差カウンタ６０の記憶値）を常時監視しており、指令信号ＭＣＭＤとリニアスケール１４の信号との偏差、つまり、移動体１３の停止位置のずれ量があらかじめ設定された閾値以内であるか否かをチェック（運転中スケールずれ過大チェック）している。ずれ量があらかじめ設定された閾値を超えると、上位制御部５２に設けられている特殊サーボ制御部６９が必要と認めて修正信号を送出する。

この修正信号の送出により、サーボ制御系でリニアスケール１４の信号が再び有効になるように、上位制御部５２の定数・開閉指令部６３、機能停止指令部６５から、ゲート付きバッファ６１、ローパスフィルタ６２を元の動作状態にする制御信号が送出される。これにより、リニアスケール１４の信号に基づく位置制御が有効になる。

こうして、位置決め時と同様に、ロータリエンコーダ３４あるいは３５とリニアスケール１４の両方の信号によるサーボ制御が併存するように、サーボ制御系が切り換わる際に必要になるのは、ゲート付きバッファ６１に溜まったフィードバック補償量が一気にステップ状に位置ループに突入することによりサーボモータ２６を瞬時に回転させ、駆動装置２０や移動体１３にショックが発生することを防ぐ機能である。速度・加減速時定数設定器６６と定数・カーブ指令部６７が、この機能を司る。

これにより、ステップ状に流れ込んできた移動指令量は、定数・カーブ指令部６７によって指定された速度、加速度およびカーブをもってサーボ制御系（位置ループ）に入り、駆動装置２０や移動体１３にショックが発生することが防止される。

なお、ローパスフィルタ６２と周波数変更指令部６４に適切な値を設定して同様の効果を得ることもできる。

また、本実施形態では、サーボアンプ７２を介してサーボモータ２６のトルクを変更することができるトルク可変制御指令部７３が、定トルク制御指令部７４に加えて、上位制御部５２に設けられている。これにより、位置信号と負荷に基づいて出力トルクが制御される通常のサーボ制御に加えて、必要に応じてトルクをも制御することが可能である。

この制御機能を用いれば、移動体１３が指令位置に到達するまでの間、所定のトルクをもって移動体１３を送り移動させることができるほか、位置決めされてサーボ制御系がリニアスケール１４の信号を無効にしてロータリエンコーダ３４あるいは３５の信号のみによって位置制御している間、所定のトルクをもって移動体１３を定位置に保持することができる。

また、ロータリエンコーダ３４あるいは３５の信号のみによって位置制御している状態で、移動体１３の偏差（ずれ）が大きくなり、リニアスケール１４の信号を併用した位置制御に戻って、移動体１３を指令位置に戻す制御が行われる時に、トルク制御を、加減速時定数処理された位置制御方式と併用あるいは単独で用いることもできる。なお、ここで云う所定のトルクは、一定のトルクだけでなく、任意に変化させたトルクをも含む。

これにより、移動体１３の復帰制御において、移動体１３の停止位置のずれ量をゼロあるいは所定値内に戻す動作を、指定された定トルクあるいは指定された割合で変化する可変トルク方式によって行うことができる。

（実施形態２）
この発明による移動装置の実施形態２を、図３を参照して説明する。

この実施形態では、固定台１１上に二組の直線移動案内部１２Ｒ、１２Ｌが互いに平行に設けられており、直線移動案内部１２Ｒに案内されて直線移動する移動体１３Ｒと、直線移動案内部１２Ｌに案内されて直線移動する移動体１３Ｌとが並列に設けられている。移動体１３Ｒと１３Ｌは、連結体１４によって互いに連結され、一体的に直線移動する形態をとることができる。

移動体１３Ｒを駆動する駆動装置２０Ｒと、移動体１３Ｌを駆動する駆動装置２０Ｌとが個別に設けられている。駆動装置２０Ｒ、２０Ｌは、制御装置５００によって総括的に制御される。

固定台１１には、移動体１３Ｒ、１３Ｌの各々の直線移動位置を検出する第１の位置検出手段として、リニアスケール１４Ｒ、１４Ｌが取り取れられている。リニアスケール１４Ｒは移動体１３Ｒの直線移動位置を表すディジタル位置信号を制御装置５００に入力し、リニアスケール１４Ｌは移動体１３Ｌの直線移動位置を表すディジタル位置信号を制御装置５００に入力する。

駆動装置２０Ｒと２０Ｌは、各々実施形態１の駆動装置２０と同様に構成されており、移動体１３Ｒ、１３Ｌに取り付けられている送りナット２１Ｒ、２１Ｌとねじ係合する送りねじ２２Ｒ、２２Ｌと、駆動箱２５Ｒ、２５Ｌと、駆動箱２５Ｒ、２５Ｌに取り付けられて送りねじ２２Ｒ、２２Ｌを回転駆動するサーボモータ２６Ｒ、２６Ｌ等により構成される。

サーボモータ２６の後端部には、駆動装置２０Ｒ、２０Ｌの位置を検出する第２の位置検出器として、サーボモータ２６Ｒ、２６Ｌの回転位置を検出するロータリエンコーダ３４Ｒ、３４Ｌが取り付けられている。ロータリエンコーダ３４Ｒ、３４Ｌは、各々、サーボモータ２６Ｒ、２６Ｌの回転位置を表すディジタル位置信号を制御装置５００に入力する。

ロータリエンコーダ３４Ｒ、３４Ｌの分解能は、実施形態１と同様に、リニアスケール１４Ｒ、１４Ｌの分解能より十分に高いものでなければならない。

駆動装置２０Ｒ、２０Ｌには、必要に応じて、駆動装置２０Ｒ、２０Ｌの位置を検出する第２の位置検出器として、駆動箱２５Ｒ、２５Ｌ内の歯車軸（図示省略）に接続された別置きのロータリエンコーダ３５Ｒ、３５Ｌが取り付けられることがある。ロータリエンコーダ３５Ｒ、３５Ｌの分解能も、実施形態１と同様に、リニアスケール１４Ｒ、１４Ｌの分解能より十分に高いものでなければならない。

制御装置５００は、詳細の図示を省略されているが、実施形態１に示されている制御装置５０のサーボ制御部５１と同等のサーボ制御部を、サーボモータ２６Ｒ用と、サーボモータ２６Ｌ用として、二台分有している。制御装置５００は、実施形態１に示されている制御装置５０の上位制御部５１と同等の上位制御部を一つ有している。

この上位制御部は、サーボモータ２６Ｒ用のサーボ制御部とサーボモータ２６Ｌ用のサーボ制御部の双方を統括制御し、二台の移動体１３Ｒ、１３Ｌを、同一位置に、同一速度・加減速度をもって位置決めする指令を各サーボ制御部へ送出する。

制御装置５００は、移動体１３Ｒと１３Ｌの位置の差が設定された閾値を超えた場合に、自動的に、あるいは上位制御部からの信号によって、直近の位置決め位置に、選択された側の移動体１３Ｒあるいは１３Ｌを位置復帰させる機能を有する。

制御装置５００は、上位制御部がサーボモータ２６Ｒ用のサーボ制御部とサーボモータ２６Ｌ用のサーボ制御部の片方にのみ位置決めする指令を送出することもできる。この場合には、二台の移動体１３Ｒ、１３Ｌのうちの一方だけが、指定された位置に、指定された速度・加減速度をもって位置決めされる。

上述以外のことは、実施形態１と同様に、位置制御が行われる。したがって、実施形態２においても、実施形態１と同様の作用、効果が得られる。

（実施形態３）
この発明による移動装置の実施形態３を、図４を参照して説明する。なお、図４において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態３は、油圧・電気サーボ式のものであり、移動体１３を駆動する駆動装置８０は、油圧シリンダ装置８１と、油圧シリンダ装置８１に送る油量を制御する電気モータ・ポンプ式油圧サーボバルブ８７あるいは電磁式油圧サーボバルブ８８と、油圧供給源ユニット８９とを有する。電気モータ・ポンプ式油圧サーボバルブ８８は、電気サーボモータ９０によって駆動される油ポンプ９１を有する。

油圧シリンダ装置８１は、シリンダ部８２を固定台１１上に固定され、ピストンロッド８３の先端を適当なばね定数のブラケット８４によって移動体１３に直結固定されている。油圧シリンダ装置８１の後部ロッド８５には、移動体１３の位置を検出する第１の位置検出手段して、リニアスケール８６が接続されている。リニアスケール８６は、移動体１３の直線移動位置を表すディジタル位置信号を制御装置５０に入力する。

なお、リニアスケール８６は、実施形態１と同様に、移動体１３の位置を直接検出するように設けられていてもよい。

電気モータ・ポンプ式油圧サーボバルブ８５の電気サーボモータ８６には、駆動装置２０の位置を検出する第２の位置検出器として、電気サーボモータ８６の回転位置を検出するロータリエンコーダ９２が取り付けられている。ロータリエンコーダ９２は、電気サーボモータ２６の回転位置を表すディジタル位置信号を制御装置５０に入力する。

ロータリエンコーダ９２の分解能は、実施形態１と同様に、リニアスケール８６の分解能より十分に高いものでなければならない。

電磁式油圧サーボバルブ８８が用いられる場合には、駆動装置２０の位置を検出する第２の位置検出器として、油圧サーボバルブ８８のスプール位置を検出する位置検出器９３が油圧サーボバルブ８８に取り付けられる。位置検出器９３は、油圧サーボバルブ８８のスプール位置を表すディジタル位置信号を制御装置５０に入力する。この場合、位置検出器９３の分解能は、油圧サーボバルブ８８のスプール位置を検出する１単位がリニアスケール８６の１単位より十分に小さいことが必要である。

実施形態３の制御装置５０は、実施形態１の制御装置５０と同様に構成されており、電気サーボモータ８６あるいは油圧サーボバルブ８８の制御を行う。したがって、実施形態３においても、実施形態１と同様に位置制御が行われ、実施形態１と同様の作用、効果が得られる。

（実施形態４）
この発明による移動装置の実施形態４を、図４を参照して説明する。

実施形態４は回転型の移動装置である。本実施形態の移動装置は、固定台１０１上に回転テーブル（回転移動体）１０２が、流体静圧軸受（図示省略）によって固定台１０１より支持された形態で、回転可能に設けられている。

固定台１０１には、回転テーブル１０２の位置を検出する第１の位置検出手段として、回転位置検出器１０３が取り付けられている。回転位置検出器１０３は、回転テーブル１０２の回転位置を表すディジタル位置信号を制御装置５０に入力する。

固定台１０１には回転テーブル１０２を回転駆動する駆動装置１１０が取り付けられている。駆動装置１１０は、駆動箱１１１内に設けられた摩擦駆動式の減速部（図示省略）と、駆動箱１１１に取り付けられたサーボモータ（電気サーボモータ）１１２と有する。

サーボモータ１１２には、駆動装置１１０の位置を検出する第２の位置検出器として、サーボモータ１１２の回転位置を検出するロータリエンコーダ１１３が取り付けられている。ロータリエンコーダ１１３は、サーボモータ１１２の回転位置を表すディジタル位置信号を制御装置５０に入力する。

ロータリエンコーダ１１３の分解能は、回転位置検出器１０３の分解能より十分に高いものでなければならない。

駆動装置１１０には、必要に応じて、駆動装置１１０の位置を検出する第２の位置検出器として、駆動箱１１１内の減速部の軸（図示省略）に接続された別置きのロータリエンコーダ１１４が取り付けられることがある。ロータリエンコーダ１１４の分解能は、回転位置検出器１０３の分解能より十分に高いものでなければならない。

実施形態４の制御装置５０は、実施形態１の制御装置５０と同様に構成されており、サーボモータ１１２の制御を行う。したがって、実施形態４においても、実施形態１と同様に位置制御が行われ、実施形態１と同様の作用、効果が得られる。

この発明による移動装置の実施形態１を示す斜視図である。 この発明による移動装置の実施形態１を示すブロック図である。 この発明による移動装置の実施形態２を示す斜視図である。 この発明による移動装置の実施形態３を示す斜視図である。 この発明による移動装置の実施形態４を示す斜視図である。

符号の説明

１１ 固定台
１２、１２Ｒ、１２Ｌ 直線移動案内部
１３、１３Ｒ、１３Ｌ 移動体
１４、１４Ｒ、１４Ｌ リニアスケール
２０、２０Ｒ、２０Ｌ 駆動装置
２１、２１Ｒ、２１Ｌ 送りナット
２２、２２Ｒ、２２Ｌ 送りねじ
２３、２４ 軸受
２５、２５Ｒ、２５Ｌ 駆動箱
２６、２６Ｒ、２６Ｌ サーボモータ
２７、２８ 歯車
２９、３０ 歯車軸
３１、３２、３３ 軸受
３４、３４Ｒ、３４Ｌ ロータリエンコーダ
３５、３５Ｒ、３５Ｌ ロータリエンコーダ
５０、５００ 制御装置
５１ サーボ制御部
５２ 上位制御部
５３、５４、５５ 変換係数器
５６ 位置指令部
５７、５８ 偏差カウンタ
５９ ずれ監視部
６０ 相互偏差カウンタ
６１ ゲート付きバッファ
６２ ローパスフィルタ
６３ 定数・開閉指令部
６４ 周波数変更指令部
６５ 機能停止指令部
６６ 速度・加減速時定数設定器
６７ 定数・カーブ指令部
６８ 偏差カウンタ
６９ 特殊サーボ制御部
７０ ゲイン設定器
７１ 速度制御器
７２ サーボアンプ
７３ トルク可変制御指令部
７４ 定トルク制御指令部
７５ 微分器
Ｃｍ１〜Ｃｍ６ 比較器
８０ 駆動装置
８１ 油圧シリンダ装置
８２ シリンダ部
８３ ピストンロッド
８４ ブラケット
８５ 後部ロッド
８６ リニアスケール
８７ 電気モータ・ポンプ式油圧サーボバルブ
８８ 電磁式油圧サーボバルブ
８９ 油圧供給源ユニット
９０ 電気サーボモータ
９１ 油ポンプ
９２ ロータリエンコーダ
９３ 位置検出器
１０１ 固定台
１０２ 回転テーブル
１０３ 回転位置検出器
１１０ 駆動装置
１１１ 駆動箱
１１２ サーボモータ
１１３、１１４ ロータリエンコーダ

Claims (10)

1. 固定台と、前記固定台に対して移動可能に設けられた移動体と、前記移動体を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置とを有する移動装置において、
   前記移動体の位置を検出する第１の位置検出手段と、
   前記第１の位置検出手段の分解能より高い分解能を有し前記駆動装置の位置を検出する第２の位置検出器とを有し、
   前記制御装置は、前記第１の位置検出手段によって検出される位置情報に基づく位置決めが完了した後は、当該第１の位置検出手段によって検出される位置情報に基づく位置制御を無効にし、前記第２の位置検出器によって検出される位置情報のみに基づいて位置制御を行うことを特徴とする移動装置。
2. 前記第１の位置検出手段の信号フィードバック回路に、ローパスフィルタと、ゲート付きバッファとが設けられており、位置決め完了後は、前記ローパスフィルタの機能停止、前記ゲート付きバッファのゲート閉、前記ゲート付きバッファのバッファ値の最大化のいずれか一つあるいは複数の組み合わせにより、前記第１の位置検出手段によって検出される位置情報に基づく位置制御を無効にする請求項１に記載の移動装置。
3. 前記制御装置は、前記移動体の停止位置のずれ量を監視するずれ監視部を有し、前記移動体の停止位置のずれ量があらかじめ設定された閾値を超えると、前記第１の位置検出手段によって検出される位置情報に基づく位置制御を有効にし、前記移動体の停止位置のずれ量をゼロあるいは所定値内に戻す復帰制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の移動装置。
4. 前記復帰制御において、前記移動体の停止位置のずれ量をゼロあるいは所定値内に戻す動作を、指定された速度および加減速時定数に従って行うことを特徴とする請求項３に記載の移動装置。
5. 前記復帰制御において、前記移動体の停止位置のずれ量をゼロあるいは所定値内に戻す動作を、指定された定トルクあるいは指定された割合で変化する可変トルク方式によって行うことを特徴とする請求項３に記載の移動装置。
6. 前記移動体は前記固定台に対して直線移動するのであり、前記第１の位置検出手段として前記移動体の直線移動位置を検出するリニアセンサが用いられ、前記第２の位置検出手段として前記移動体を駆動する電気サーボモータに接続されたロータリエンコーダが用いられていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の移動装置。
7. 前記移動体は前記固定台に対して回転する回転テーブルであり、前記第１の位置検出手段として前記回転テーブルの回転位置を検出する回転位置検出器が用いられ、前記第２の位置検出手段として前記回転テーブルを駆動する電気サーボモータに接続されたロータリエンコーダが用いられていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の移動装置。
8. 前記移動体は前記固定台に対して直線移動するのであり、前記第１の位置検出手段として前記移動体の直線移動位置を検出するリニアセンサが用いられ、前記第２の位置検出手段として前記移動体を駆動する油圧シリンダ装置に送る油量を制御する電気モータ・ポンプ式油圧サーボバルブの電気モータサーボモータに接続されたロータリエンコーダが用いられていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の移動装置。
9. 前記移動体は前記固定台に対して直線移動するのであり、前記第１の位置検出手段として前記移動体の直線移動位置を検出するリニアセンサが用いられ、前記第２の位置検出手段として前記移動体を駆動する油圧シリンダ装置に送る油量を制御する電磁式油圧サーボバルブのスプール位置を検出する位置検出器が用いられていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の移動装置。
10. 前記移動体の送り抵抗Ｆｆと、前記移動体の送り駆動系のばね定数Ｋと、前記第２の位置検出手段の最小検出単位当たりの送り量Ａとが、Ａ・Ｋ＜Ｆｆを満足するように設定されている請求項１から９の何れか一項に記載の移動装置。
    

Images