JP2010102622A - Industrial machine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an industrial machine having a controller suppressing a follow error caused by change speed and correction of a target position. <P>SOLUTION: A three-dimensional measuring machine 1 has: a moving mechanism 2 for moving a probe for measuring an object to be measured; and the controller 3 for making a position of the probe follow a position instruction value by controlling the moving mechanism 2. The controller 3 has: a position detection part 31 for detecting the position of the probe moved by the moving mechanism 2; a correction part 32 for correcting the detection position by the position detection part 31; a position control part 33 for controlling the position of the probe based on a difference of the detection position corrected by the correction part 32 to the position instruction value; a position feedforward control part 34 for performing feedforward-control of the moving mechanism 2 based on the position instruction value; and a correction amount feedforward control part 35 for performing feedforward-control of the moving mechanism 2 based on a correction amount of the detection position by the correction part 32. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、産業機械に関し、特に制御対象を移動させる移動機構と、移動機構を制御することで制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備える産業機械に関する。   The present invention relates to an industrial machine, and more particularly to an industrial machine including a moving mechanism that moves a control target and a control device that controls the position of the control target to follow the position command value by controlling the moving mechanism.

従来、制御対象を移動させる移動機構と、移動機構を制御することで制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備え、制御装置は、制御対象の位置を検出する位置検出部と、位置検出部による検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、制御対象の位置を制御する位置制御部とを備える産業機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の三次元位置制御システム（制御装置）では、位置検出器（位置検出部）と、位置制御器（位置制御部）とを備え、制御対象の位置をフィードバック制御している。また、三次元位置制御システムは、フィードバック制御のループ外において、位置検出器による検出位置を補正するとともに、制御対象の目標位置を逆補正することで位置指令値を算出して空間誤差を補正している。なお、空間誤差とは、指令座標系と、運動座標系との間の誤差である（特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a moving mechanism that moves a control object and a control device that controls the position of the control object by following the position command value by controlling the movement mechanism, the control device includes a position detection unit that detects the position of the control object, An industrial machine is known that includes a position control unit that controls the position of a control target based on a deviation from a position command value of a detection position by a position detection unit (see, for example, Patent Document 1).
The three-dimensional position control system (control device) described in Patent Literature 1 includes a position detector (position detection unit) and a position controller (position control unit), and feedback-controls the position of a control target. In addition, the 3D position control system corrects the position detected by the position detector outside the feedback control loop, and corrects the spatial error by calculating the position command value by reverse correcting the target position to be controlled. ing. The spatial error is an error between the command coordinate system and the motion coordinate system (see Patent Document 1).

しかしながら、逆補正の処理は複雑な演算を必要とするので、特許文献１に記載の三次元位置制御システムでは、近似関数を用いた簡易的な逆補正を採用している。このため、適切に空間誤差を補正することができないという問題がある。
これに対して、目標位置を逆補正することなく、空間誤差を補正することができる制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２に記載の空間誤差補正装置（制御装置）では、位置検出器と、位置制御器とを備え、制御対象の位置をフィードバック制御している。また、空間誤差補正装置は、フィードバック制御のループ内において、位置検出器による検出位置を補正する補正部を備えることで空間誤差を適切に補正している。 However, since the reverse correction process requires complicated calculation, the three-dimensional position control system described in Patent Document 1 employs simple reverse correction using an approximate function. For this reason, there is a problem that the spatial error cannot be corrected appropriately.
On the other hand, a control device that can correct a spatial error without reversely correcting the target position is known (see, for example, Patent Document 2).
The spatial error correction device (control device) described in Patent Literature 2 includes a position detector and a position controller, and feedback-controls the position of the controlled object. In addition, the spatial error correction device appropriately corrects the spatial error by including a correction unit that corrects the position detected by the position detector in the feedback control loop.

ところで、このような制御装置では、目標位置の変化速度が大きくなると、制御対象の位置が位置指令値に追従できなくなり、追従誤差が生じるという問題がある。そこで、このような制御装置には、追従誤差を抑制するために、一般的にフィードフォワード制御が用いられている。   By the way, in such a control apparatus, when the change speed of a target position becomes large, there exists a problem that the position of a control object cannot follow a position command value, and a follow-up error arises. Therefore, feed-forward control is generally used in such a control device in order to suppress a tracking error.

図２は、フィードバック制御のループ外で補正をする制御装置にフィードフォワード制御を用いた場合の一例を示すブロック図である。
制御装置１０は、図２に示すように、制御対象の位置を検出する位置検出部１１と、位置検出部１１による検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、移動機構１９に速度指令値を出力することで制御対象の位置を制御する位置制御部１２と、目標位置を逆補正することで位置指令値を算出して出力する簡易逆補正部１３と、位置検出部１１による検出位置を補正する直線補正部１４、及び空間誤差補正部１５と、フィードフォワード制御部１６とを備える。なお、制御装置１０において、フィードフォワード制御部１６を除く各構成要素１１〜１５は、特許文献１に記載の三次元位置制御システムにおける各構成要素と同様の機能を有しているので説明を省略する。 FIG. 2 is a block diagram illustrating an example in which feedforward control is used in a control device that performs correction outside the feedback control loop.
As shown in FIG. 2, the control device 10 sends a speed command value to the moving mechanism 19 based on the position detection unit 11 that detects the position of the control target and the deviation from the position command value of the detected position by the position detection unit 11. The position control unit 12 that controls the position of the control target by outputting, the simple reverse correction unit 13 that calculates and outputs the position command value by reverse correcting the target position, and the position detected by the position detection unit 11 is corrected. A straight line correction unit 14, a spatial error correction unit 15, and a feedforward control unit 16. In the control device 10, the constituent elements 11 to 15 other than the feedforward control unit 16 have the same functions as the constituent elements in the three-dimensional position control system described in Patent Document 1, and thus the description thereof is omitted. To do.

フィードフォワード制御部１６は、位置指令値に基づいて、制御対象の位置をフィードフォワード制御するものであり、フィードフォワード制御部１６のループ内には、フィードフォワード補償器１７が設けられている。
このような構成によれば、制御装置１０は、フィードフォワード制御部１６を備えているので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。また、制御装置１０は、フィードバック制御、及びフィードフォワード制御のループ外で空間誤差を補正しているので、空間誤差の補正に起因する追従誤差が生じることもない。 The feedforward control unit 16 performs feedforward control of the position to be controlled based on the position command value, and a feedforward compensator 17 is provided in the loop of the feedforward control unit 16.
According to such a configuration, since the control device 10 includes the feedforward control unit 16, it is possible to suppress a tracking error that occurs due to the change speed of the target position. Further, since the control device 10 corrects the spatial error outside the loops of the feedback control and the feedforward control, no follow-up error due to the correction of the spatial error occurs.

図３は、フィードバック制御のループ内で補正をする制御装置にフィードフォワード制御を用いた場合の一例を示すブロック図である。
制御装置２０は、図３に示すように、制御対象の位置を検出する位置検出部２１と、位置検出部２１による検出位置を補正する補正部２２と、補正部２２にて補正された検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、移動機構２９に速度指令値を出力することで制御対象の位置を制御する位置制御部２３と、フィードフォワード制御部２４とを備える。なお、制御装置２０において、フィードフォワード制御部２４を除く各構成要素２１〜２３は、特許文献２に記載の空間誤差補正装置における各構成要素と同様の機能を有しているので説明を省略する。 FIG. 3 is a block diagram illustrating an example in which feedforward control is used in a control device that performs correction in a feedback control loop.
As illustrated in FIG. 3, the control device 20 includes a position detection unit 21 that detects the position of the control target, a correction unit 22 that corrects a detection position by the position detection unit 21, and a detection position that is corrected by the correction unit 22. A position control unit 23 that controls the position of the control target by outputting a speed command value to the moving mechanism 29 based on a deviation from the position command value, and a feedforward control unit 24 are provided. In the control device 20, the components 21 to 23 except for the feedforward control unit 24 have the same functions as those of the components in the spatial error correction device described in Patent Document 2, and thus description thereof is omitted. .

フィードフォワード制御部２４は、位置指令値に基づいて、制御対象の位置をフィードフォワード制御するものであり、フィードフォワード制御部２４のループ内には、フィードフォワード補償器２５が設けられている。
このような構成によれば、制御装置２０は、フィードフォワード制御部２４を備えているので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。 The feedforward control unit 24 performs feedforward control of the position to be controlled based on the position command value, and a feedforward compensator 25 is provided in the loop of the feedforward control unit 24.
According to such a configuration, since the control device 20 includes the feedforward control unit 24, it is possible to suppress a tracking error caused by the change speed of the target position.

特開平７−８４６１９号公報JP 7-84619 A 特開平５−２４８８５２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-248852

しかしながら、制御装置２０では、フィードバック制御のループ内で空間誤差を補正しているので、位置制御部２３には、空間誤差の補正を含む位置指令値が入力され、フィードフォワード補償器２５には、空間誤差の補正を含まない位置指令値が入力されることになる。したがって、制御装置２０には、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差に加えて、補正に起因する追従誤差が生じるという問題がある。   However, since the control device 20 corrects the spatial error in the feedback control loop, the position control unit 23 receives the position command value including the correction of the spatial error, and the feedforward compensator 25 A position command value that does not include spatial error correction is input. Therefore, the control device 20 has a problem that a tracking error caused by correction occurs in addition to the tracking error caused by the change speed of the target position.

本発明の目的は、目標位置の変化速度、及び補正に起因する追従誤差を抑制することができる制御装置を備える産業機械を提供することにある。   The objective of this invention is providing an industrial machine provided with the control apparatus which can suppress the tracking error resulting from the change speed of a target position, and correction | amendment.

本発明の産業機械は、制御対象を移動させる移動機構と、前記移動機構を制御することで前記制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記制御対象の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部による検出位置を補正する補正部と、前記補正部にて補正された前記検出位置の前記位置指令値に対する偏差に基づいて、前記制御対象の位置を制御する位置制御部とを備える産業機械であって、前記制御装置は、前記位値指令値に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する位置フィードフォワード制御部と、前記補正部による前記検出位置の補正量に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する補正量フィードフォワード制御部とを備えることを特徴とする。   The industrial machine of the present invention includes a moving mechanism that moves a control target, and a control device that controls the movement mechanism to cause the position of the control target to follow a position command value, and the control device includes the control target. A position detection unit for detecting the position of the control unit, a correction unit for correcting the detection position by the position detection unit, and a deviation of the detection position corrected by the correction unit from the position command value. An industrial machine including a position control unit that controls a position, wherein the control device feeds the moving mechanism with a position feedforward control unit based on the position command value, and the correction unit And a correction amount feedforward control unit that feedforward-controls the moving mechanism based on the correction amount of the detection position.

このような構成によれば、制御装置は、位置検出部と、補正部と、位置制御部とを備えるので、フィードバック制御のループ内で空間誤差を補正することができる。また、制御装置は、位置フィードフォワード制御部を備えるので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。さらに、制御装置は、補正量フィードフォワード制御部を備えるので、補正に起因する追従誤差を抑制することができる。なお、補正部による検出位置の補正量は、例えば、補正部の入出力の差を取ることで算出することができる。   According to such a configuration, since the control device includes the position detection unit, the correction unit, and the position control unit, it is possible to correct the spatial error in the feedback control loop. Further, since the control device includes the position feedforward control unit, it is possible to suppress a follow-up error caused by the change speed of the target position. Furthermore, since the control device includes a correction amount feedforward control unit, it is possible to suppress a tracking error caused by the correction. Note that the correction amount of the detection position by the correction unit can be calculated, for example, by taking a difference between input and output of the correction unit.

本発明では、前記産業機械は、被測定物を測定するための測定子を前記制御対象とする測定機であることが好ましい。
このような構成によれば、前述した産業機械と同様の作用効果を奏することができる。 In this invention, it is preferable that the said industrial machine is a measuring machine which uses the measuring element for measuring a to-be-measured object as the said control object.
According to such a configuration, the same operational effects as those of the industrial machine described above can be achieved.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る三次元測定機１の概略構成を示すブロック図である。
産業機械としての三次元測定機１は、図１に示すように、被測定物を測定するための測定子（制御対象）を移動させる移動機構２と、移動機構２を制御することで測定子の位置を位置指令値に追従させる制御装置３とを備える。
制御装置３は、位置検出部３１と、補正部３２と、位置制御部３３とを備え、測定子の位置をフィードバック制御している。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a coordinate measuring machine 1 according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the coordinate measuring machine 1 as an industrial machine has a moving mechanism 2 that moves a measuring element (control target) for measuring an object to be measured, and a measuring element by controlling the moving mechanism 2. And a control device 3 that causes the position of the position to follow the position command value.
The control device 3 includes a position detection unit 31, a correction unit 32, and a position control unit 33, and feedback-controls the position of the probe.

位置検出部３１は、移動機構２にて移動される測定子の位置を検出する。
補正部３２は、位置検出部３１による検出位置を補正する。具体的に、補正部３２は、位置検出部３１による検出位置を補正することで指令座標系と、運動座標系との間の誤差である空間誤差を補正する。なお、本実施形態では、三次元測定機１は、補正部３２にて補正された検出位置を測定値として出力する。
位置制御部３３は、補正部３２にて補正された検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、移動機構２に速度指令値を出力することで測定子の位置を制御する。なお、本実施形態では、測定子の目標位置を位置指令値として位置制御部３３に入力する。 The position detection unit 31 detects the position of the probe moved by the moving mechanism 2.
The correction unit 32 corrects the position detected by the position detection unit 31. Specifically, the correction unit 32 corrects a spatial error that is an error between the command coordinate system and the motion coordinate system by correcting the position detected by the position detection unit 31. In the present embodiment, the coordinate measuring machine 1 outputs the detection position corrected by the correction unit 32 as a measurement value.
The position control unit 33 controls the position of the probe by outputting a speed command value to the moving mechanism 2 based on the deviation of the detected position corrected by the correction unit 32 from the position command value. In the present embodiment, the target position of the probe is input to the position control unit 33 as a position command value.

また、制御装置３は、位置フィードフォワード制御部３４と、補正量フィードフォワード制御部３５とを備える。
位置フィードフォワード制御部３４は、位値指令値に基づいて、移動機構２をフィードフォワード制御するものであり、位置フィードフォワード制御部３４のループ内には、位置ＦＦ（フィードフォワード）補償器３６が設けられている。位置ＦＦ補償器３６は、位値指令値に基づく速度指令値を移動機構２に出力する。
そして、位置ＦＦ補償器３６にて出力される速度指令値は、位置制御部３３にて出力される速度指令値に加算されて移動機構２に出力される。 The control device 3 includes a position feedforward control unit 34 and a correction amount feedforward control unit 35.
The position feedforward control unit 34 performs feedforward control of the moving mechanism 2 based on the position value command value. In the loop of the position feedforward control unit 34, a position FF (feedforward) compensator 36 is provided. Is provided. The position FF compensator 36 outputs a speed command value based on the position command value to the moving mechanism 2.
The speed command value output by the position FF compensator 36 is added to the speed command value output by the position control unit 33 and output to the moving mechanism 2.

補正量フィードフォワード制御部３５は、補正部３２による検出位置の補正量に基づいて、移動機構２をフィードフォワード制御するものであり、補正量フィードフォワード制御部３５のループ内には、補正量ＦＦ（フィードフォワード）補償器３７が設けられている。補正量ＦＦ補償器３７は、補正部３２による検出位置の補正量に基づく速度指令値を移動機構２に出力する。
ここで、補正部３２の入力は、補正部３２にて補正をする前の位置検出部３１による検出位置であり、補正部３２の出力は、補正部３２にて補正をした後の検出位置であるので、補正部３２による検出位置の補正量は、補正部３２の入出力の差を取ることで算出される。
そして、補正量ＦＦ補償器３７にて出力される速度指令値は、位置制御部３３にて出力される速度指令値から減算されて移動機構２に出力される。 The correction amount feedforward control unit 35 performs feedforward control of the moving mechanism 2 based on the correction amount of the detection position by the correction unit 32. In the loop of the correction amount feedforward control unit 35, the correction amount FF A (feed forward) compensator 37 is provided. The correction amount FF compensator 37 outputs a speed command value based on the correction amount of the detection position by the correction unit 32 to the moving mechanism 2.
Here, the input of the correction unit 32 is a detection position by the position detection unit 31 before correction by the correction unit 32, and the output of the correction unit 32 is a detection position after correction by the correction unit 32. Therefore, the correction amount of the detection position by the correction unit 32 is calculated by taking the input / output difference of the correction unit 32.
The speed command value output from the correction amount FF compensator 37 is subtracted from the speed command value output from the position control unit 33 and output to the moving mechanism 2.

このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）制御装置３は、位置検出部３１と、補正部３２と、位置制御部３３とを備えるので、フィードバック制御のループ内で空間誤差を補正することができる。また、制御装置３は、位置フィードフォワード制御部３４を備えるので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。さらに、制御装置３は、補正量フィードフォワード制御部３５を備えるので、補正に起因する追従誤差を抑制することができる。
（２）制御装置３は、目標位置を逆補正することなく、空間誤差を補正することができるので、適切に空間誤差を補正することができる。 According to this embodiment, there are the following effects.
(1) Since the control device 3 includes the position detection unit 31, the correction unit 32, and the position control unit 33, it is possible to correct a spatial error in a feedback control loop. Moreover, since the control apparatus 3 is provided with the position feedforward control part 34, it can suppress the tracking error resulting from the change speed of a target position. Furthermore, since the control device 3 includes the correction amount feedforward control unit 35, it is possible to suppress a tracking error caused by the correction.
(2) Since the control device 3 can correct the spatial error without reverse correcting the target position, it can appropriately correct the spatial error.

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記各実施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、前記実施形態では、補正量フィードフォワード制御部３５は、補正部３２の入出力の差を取ることで算出される補正量に基づいて、移動機構２をフィードフォワード制御していた。これに対して、例えば、補正部による補正量が既知である場合には、補正量フィードフォワード制御部は、既知の補正量に基づいて、移動機構をフィードフォワード制御してもよい。
前記実施形態では、産業機械として三次元測定機１を例示していたが、例えば、他の測定機や、工作機械等の他の産業機械を採用してもよい。要するに、本発明は、制御対象を移動させる移動機構と、移動機構を制御することで制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備える産業機械に適用することができる。 [Modification of Embodiment]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the correction amount feedforward control unit 35 feedforward-controls the moving mechanism 2 based on the correction amount calculated by taking the input / output difference of the correction unit 32. On the other hand, for example, when the correction amount by the correction unit is known, the correction amount feedforward control unit may perform feedforward control of the moving mechanism based on the known correction amount.
In the said embodiment, although the three-dimensional measuring machine 1 was illustrated as an industrial machine, you may employ | adopt other industrial machines, such as another measuring machine and a machine tool, for example. In short, the present invention can be applied to an industrial machine including a moving mechanism that moves a control target and a control device that controls the position of the control target to follow the position command value by controlling the moving mechanism.

本発明の一実施形態に係る三次元測定機の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the coordinate measuring machine which concerns on one Embodiment of this invention. フィードバック制御のループ外で補正をする制御装置にフィードフォワード制御を用いた場合の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example at the time of using feedforward control for the control apparatus which correct | amends outside the loop of feedback control. フィードバック制御のループ内で補正をする制御装置にフィードフォワード制御を用いた場合の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example at the time of using feedforward control for the control apparatus which correct | amends in the loop of feedback control.

符号の説明Explanation of symbols

１…三次元測定機（産業機械）
２…移動機構
３…制御装置
３１…位置検出部
３２…補正部
３３…位置制御部
３４…位置フィードフォワード制御部
３５…補正量フィードフォワード制御部。 1 ... CMM (industrial machine)
2 ... Moving mechanism 3 ... Control device 31 ... Position detection unit 32 ... Correction unit 33 ... Position control unit 34 ... Position feedforward control unit 35 ... Correction amount feedforward control unit.

Claims (2)

制御対象を移動させる移動機構と、前記移動機構を制御することで前記制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記制御対象の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部による検出位置を補正する補正部と、前記補正部にて補正された前記検出位置の前記位置指令値に対する偏差に基づいて、前記制御対象の位置を制御する位置制御部とを備える産業機械であって、
前記制御装置は、
前記位値指令値に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する位置フィードフォワード制御部と、
前記補正部による前記検出位置の補正量に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する補正量フィードフォワード制御部とを備えることを特徴とする産業機械。 A movement mechanism that moves the control object; and a control device that controls the movement mechanism to cause the position of the control object to follow a position command value, and the control apparatus detects a position of the control object. A correction unit that corrects a detection position by the position detection unit, and a position control unit that controls the position of the control target based on a deviation of the detection position corrected by the correction unit from the position command value An industrial machine comprising
The control device includes:
A position feedforward control unit that feedforward-controls the moving mechanism based on the position command value;
An industrial machine comprising: a correction amount feedforward control unit that feedforward-controls the moving mechanism based on a correction amount of the detection position by the correction unit. 請求項１に記載の産業機械において、
前記産業機械は、被測定物を測定するための測定子を前記制御対象とする測定機であることを特徴とする産業機械。 The industrial machine according to claim 1,
The industrial machine is a measuring machine whose control target is a probe for measuring an object to be measured.
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