JP3341775B2 - ディジタルサーボ回路 - Google Patents
ディジタルサーボ回路Info
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- JP3341775B2 JP3341775B2 JP18588891A JP18588891A JP3341775B2 JP 3341775 B2 JP3341775 B2 JP 3341775B2 JP 18588891 A JP18588891 A JP 18588891A JP 18588891 A JP18588891 A JP 18588891A JP 3341775 B2 JP3341775 B2 JP 3341775B2
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- circuit
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＸＹテーブル等の位置
決め制御に用いるサーボモータに取り付けたエンコー
ダ、リニアスケール等の出力信号であるＡ相信号、Ｂ相
信号の分周に好適な分周器を備えたディジタルサーボ回
路に関する。
決め制御に用いるサーボモータに取り付けたエンコー
ダ、リニアスケール等の出力信号であるＡ相信号、Ｂ相
信号の分周に好適な分周器を備えたディジタルサーボ回
路に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ＸＹテーブル等の位置決め装置に
おいて、数μｍの精度が要求されている。図７は、現在
一般に使用されているテーブルの送り機構及びサーボ回
路の概略を示している。エンコーダ１７を備えたサーボ
モータ１８は、カップリング（図示せず）を介して送り
ネジ１９を回転駆動する。該送りネジ１９の回転によ
り、テーブル２０は、サーボモータ１８の回転方向に応
じてナット部２１を介して左右に送られる。この送り機
構は、温度上昇、例えば環境の温度や摩擦によるナット
部の温度上昇により、精度が低下する
おいて、数μｍの精度が要求されている。図７は、現在
一般に使用されているテーブルの送り機構及びサーボ回
路の概略を示している。エンコーダ１７を備えたサーボ
モータ１８は、カップリング（図示せず）を介して送り
ネジ１９を回転駆動する。該送りネジ１９の回転によ
り、テーブル２０は、サーボモータ１８の回転方向に応
じてナット部２１を介して左右に送られる。この送り機
構は、温度上昇、例えば環境の温度や摩擦によるナット
部の温度上昇により、精度が低下する
【０００３】前記送りネジを鉄で形成した場合、鉄の熱
膨張率は、１２×１０-6／℃であるから、原点から１ｍ
の目標値まで移動させた時、温度変化があると精度は前
記熱膨張率の割合で変化する。例えば、±１℃で±１．
２μｍ，±２℃で２．４μｍ，±３℃で３．６μｍ変化
する。
膨張率は、１２×１０-6／℃であるから、原点から１ｍ
の目標値まで移動させた時、温度変化があると精度は前
記熱膨張率の割合で変化する。例えば、±１℃で±１．
２μｍ，±２℃で２．４μｍ，±３℃で３．６μｍ変化
する。
【０００４】この温度変化による精度変化を補うため
に、リニアスケール２２等を付けてサーボ系を組むこと
が行われている。この場合、リニアスケール２２に温度
変化に対して強いガラススケールを使用すると、３×１
０-6／℃の変化内に精度を入れることができる。この方
法を採用すると精度は上がるが送りスピードが遅くな
る。図７のＢに示すように、サーボ増幅器２３の入力周
波数を最大１５０ＫＨｚとし、リニアスケール２２の１
波長分の長さを０．１３８μｍとすると、２１ｍｍ／ｓ
ｅｃでしか移動できない。
に、リニアスケール２２等を付けてサーボ系を組むこと
が行われている。この場合、リニアスケール２２に温度
変化に対して強いガラススケールを使用すると、３×１
０-6／℃の変化内に精度を入れることができる。この方
法を採用すると精度は上がるが送りスピードが遅くな
る。図７のＢに示すように、サーボ増幅器２３の入力周
波数を最大１５０ＫＨｚとし、リニアスケール２２の１
波長分の長さを０．１３８μｍとすると、２１ｍｍ／ｓ
ｅｃでしか移動できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は送り機構が熱
膨張を受けやすい環境でも数μｍ以内の精度で、しかも
数１００ｍｍ／ｓｅｃの移動速度を実現する方法を提供
するものである。
膨張を受けやすい環境でも数μｍ以内の精度で、しかも
数１００ｍｍ／ｓｅｃの移動速度を実現する方法を提供
するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記移動速度
を実現するために、リニアスケールやエンコーダの出力
をそのまま使用すると、例えばリニアスケールは、その
１波長分が短いため、数１００ｍｍ／ｓｅｃの移動速度
で移動させるとリニアスケールの出力周波数が数ＭＨｚ
のオーダーになり、サーボ系はこの周波数に追従するこ
とができない。そこでリニアスケールやエンコーダの出
力周波数を分割（分周）し、出力として波長を０．１３
８μｍ×ｎとして周波数を下げてサーボ系に入力するこ
とを特徴とする。
を実現するために、リニアスケールやエンコーダの出力
をそのまま使用すると、例えばリニアスケールは、その
１波長分が短いため、数１００ｍｍ／ｓｅｃの移動速度
で移動させるとリニアスケールの出力周波数が数ＭＨｚ
のオーダーになり、サーボ系はこの周波数に追従するこ
とができない。そこでリニアスケールやエンコーダの出
力周波数を分割（分周）し、出力として波長を０．１３
８μｍ×ｎとして周波数を下げてサーボ系に入力するこ
とを特徴とする。
【０００７】
【実施例】図２は、本発明の構成図であって、高分解能
エンコーダ又はリニアスケール２２の出力周波数を分周
器１６で分周してサーボ増幅器２２に入力しサーボモー
タを制御する。以下に、分周器を兼ねたディジタルサー
ボ回路について高分解能エンコーダを使用した実施例で
説明する。図８に示すように、サーボモータのエンコー
ダの出力信号であるＡ相信号（ｓｉｎ信号）及びＢ相
（ｃｏｓ信号）信号を通常のアナログ処理による分周器
で例えば２分の１に分周しても精確な波形が得られない
が、本発明によれば以下説明するように精確なＡ相信号
及びＢ相信号の分周波形が得られる。
エンコーダ又はリニアスケール２２の出力周波数を分周
器１６で分周してサーボ増幅器２２に入力しサーボモー
タを制御する。以下に、分周器を兼ねたディジタルサー
ボ回路について高分解能エンコーダを使用した実施例で
説明する。図８に示すように、サーボモータのエンコー
ダの出力信号であるＡ相信号（ｓｉｎ信号）及びＢ相
（ｃｏｓ信号）信号を通常のアナログ処理による分周器
で例えば２分の１に分周しても精確な波形が得られない
が、本発明によれば以下説明するように精確なＡ相信号
及びＢ相信号の分周波形が得られる。
【０００８】図１は、本発明の分周器を兼ねたディジタ
ルサーボ回路の実施例を示している。サーボモータに取
り付けた高分解能エンコーダの出力信号であるＡ相信号
及びＢ相信号を角度検出器１に入力する。該角度検出器
１は、図３に示すように、Ａ相信号を基準に位相差が９
０度、１８０度、２７０度、３６０度に位相分割した４
種類の角度信号Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を出力する。こ
れら４種の角度信号を４ビット比較器２の一方の入力信
号とする。
ルサーボ回路の実施例を示している。サーボモータに取
り付けた高分解能エンコーダの出力信号であるＡ相信号
及びＢ相信号を角度検出器１に入力する。該角度検出器
１は、図３に示すように、Ａ相信号を基準に位相差が９
０度、１８０度、２７０度、３６０度に位相分割した４
種類の角度信号Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３を出力する。こ
れら４種の角度信号を４ビット比較器２の一方の入力信
号とする。
【０００９】また、前記位相分割した４種類の角度信号
を同じ遅延時間を有する遅延線３に入力し、図３に示す
ようにその出力信号Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を前記４ビ
ット比較器２の他方の入力信号とする。前記４ビット比
較器２の入力は、９０度信号が４ビット比較器２のＡ０
に繋がり、Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、Ａ３が最も重み
が高く（ＭＳＢ）、Ａ０が最も重みが低い（ＬＳＢ）と
する。Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３についても同様である。
を同じ遅延時間を有する遅延線３に入力し、図３に示す
ようにその出力信号Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を前記４ビ
ット比較器２の他方の入力信号とする。前記４ビット比
較器２の入力は、９０度信号が４ビット比較器２のＡ０
に繋がり、Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、Ａ３が最も重み
が高く（ＭＳＢ）、Ａ０が最も重みが低い（ＬＳＢ）と
する。Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３についても同様である。
【００１０】この時、前記４ビット比較器２の出力信号
（Ａ＞Ｂ、Ａ＜Ｂ）は、図３にＡ＞Ｂ及びＡ＜Ｂとして
実線で示す波形の信号を出力する。このことは、４ビッ
ト比較器の入力信号が、図３に示すように、（Ａ０、Ａ
１、Ａ２、Ａ３）が（Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）より大
きければＡ＞Ｂ出力信号として出力され、また、（Ａ
０、Ａ１、Ａ２、Ａ３）より（Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ
３）が大きければＡ＜Ｂ出力信号として出力される。例
えば、（Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３）が（０、１、０、
０）で、（Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）が（１、０、０、
０）ならば、前者が大きいからＡ＞Ｂ出力信号として出
力される。
（Ａ＞Ｂ、Ａ＜Ｂ）は、図３にＡ＞Ｂ及びＡ＜Ｂとして
実線で示す波形の信号を出力する。このことは、４ビッ
ト比較器の入力信号が、図３に示すように、（Ａ０、Ａ
１、Ａ２、Ａ３）が（Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）より大
きければＡ＞Ｂ出力信号として出力され、また、（Ａ
０、Ａ１、Ａ２、Ａ３）より（Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ
３）が大きければＡ＜Ｂ出力信号として出力される。例
えば、（Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３）が（０、１、０、
０）で、（Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）が（１、０、０、
０）ならば、前者が大きいからＡ＞Ｂ出力信号として出
力される。
【００１１】ここで、本来必要な信号は、モータの回転
方向がＣＷ時には、Ａ＞Ｂ側にパルスを出力し、ＣＣＷ
時には、Ａ＜Ｂ側にパルスを出力しなければならない。
こうすることによって、今サーボモータがどちらの回転
方向になっているかを検出できる。そこで、前記４ビッ
ト比較器２のＡ＞Ｂ側に、パルスデリート（パルス除
去）回路４及びパルスアッド（パルス追加）回路５を、
またＡ＜Ｂ側に同じくパルスデリート（パルス除去）回
路６及びパルスアッド（パルス追加）回路７を設けるこ
とにより、Ｅ点及びＦ点のパルスデリート回路４及び６
の出力信号、Ｃ及びＤ点のパルスアッド回路５及び７の
出力信号は、図４に示すような信号として得られる。
方向がＣＷ時には、Ａ＞Ｂ側にパルスを出力し、ＣＣＷ
時には、Ａ＜Ｂ側にパルスを出力しなければならない。
こうすることによって、今サーボモータがどちらの回転
方向になっているかを検出できる。そこで、前記４ビッ
ト比較器２のＡ＞Ｂ側に、パルスデリート（パルス除
去）回路４及びパルスアッド（パルス追加）回路５を、
またＡ＜Ｂ側に同じくパルスデリート（パルス除去）回
路６及びパルスアッド（パルス追加）回路７を設けるこ
とにより、Ｅ点及びＦ点のパルスデリート回路４及び６
の出力信号、Ｃ及びＤ点のパルスアッド回路５及び７の
出力信号は、図４に示すような信号として得られる。
【００１２】前記パルスデリート回路４とパルスアッド
回路７において、前記４ビット比較器２の入力信号が同
時にＨレベルとなる角度信号Ａ３及びＢ０が入力される
アンド回路８の出力で、Ａ＞Ｂ側のパルスの除去とＡ＜
Ｂ側のパルスの追加がなされ、また、前記パルスデリー
ト回路６とパルスアッド回路５において、前記４ビット
比較器２の入力信号が同時にＨレベルとなる角度信号Ａ
０及びＢ３が入力されるアンド回路９の出力で、Ａ＜Ｂ
側のパルスの除去とＡ＞Ｂ側のパルスの追加がなされ、
前記図４に示すように、Ｃ点にはＣＷ時のパルスアッド
出力が、またＤ点にはＣＣＷ時のパルスアッド出力が得
られる。図４に示すパルスアッド出力の波形図におい
て、×印は除去されるパルスを、○印は追加されたパル
スをそれぞれ示している。
回路７において、前記４ビット比較器２の入力信号が同
時にＨレベルとなる角度信号Ａ３及びＢ０が入力される
アンド回路８の出力で、Ａ＞Ｂ側のパルスの除去とＡ＜
Ｂ側のパルスの追加がなされ、また、前記パルスデリー
ト回路６とパルスアッド回路５において、前記４ビット
比較器２の入力信号が同時にＨレベルとなる角度信号Ａ
０及びＢ３が入力されるアンド回路９の出力で、Ａ＜Ｂ
側のパルスの除去とＡ＞Ｂ側のパルスの追加がなされ、
前記図４に示すように、Ｃ点にはＣＷ時のパルスアッド
出力が、またＤ点にはＣＣＷ時のパルスアッド出力が得
られる。図４に示すパルスアッド出力の波形図におい
て、×印は除去されるパルスを、○印は追加されたパル
スをそれぞれ示している。
【００１３】前記パルスアッド回路５及び７の出力信号
はオア回路１０に入力され、該オア回路１０からパルス
出力が得られる。さらに、ディレクション信号は、前記
Ｃ点及びＤ点の信号をＲ−Ｓフリップフロップ回路１１
にインバータ１２及び１３を介して入力し、Ｒ−Ｓフリ
ップフロップ回路１１から図４に示すようなＣＷ信号
（Ｈレベル）、ＣＣＷ信号（Ｌレベル）が出力される。
はオア回路１０に入力され、該オア回路１０からパルス
出力が得られる。さらに、ディレクション信号は、前記
Ｃ点及びＤ点の信号をＲ−Ｓフリップフロップ回路１１
にインバータ１２及び１３を介して入力し、Ｒ−Ｓフリ
ップフロップ回路１１から図４に示すようなＣＷ信号
（Ｈレベル）、ＣＣＷ信号（Ｌレベル）が出力される。
【００１４】次に、前記オア回路１０のパルス出力信号
と前記Ｒ−Ｓフリップフロップ回路１１のディレクショ
ン出力信号を図５に示す双方向シフトレジスタ１４及び
１５に入力する。この２つの双方向シフトレジスタ１４
及び１５は、ＤＩＲ入力によりシフトライトとシフトレ
フトを選べるようになっており、この回路の場合は、論
理１の時にはシフトライト、論理０の時にはシフトレフ
トにされる。
と前記Ｒ−Ｓフリップフロップ回路１１のディレクショ
ン出力信号を図５に示す双方向シフトレジスタ１４及び
１５に入力する。この２つの双方向シフトレジスタ１４
及び１５は、ＤＩＲ入力によりシフトライトとシフトレ
フトを選べるようになっており、この回路の場合は、論
理１の時にはシフトライト、論理０の時にはシフトレフ
トにされる。
【００１５】また、前記双方向シフトレジスタ１４及び
１５をリングカウンタとして動作させるため、シフトラ
イト時（前記論理１）の入力ＳＲＩＮは、シフトライト
出力であるＲＯＵＴに接続され、シフトレフト時（前記
論理０）の入力ＳＬＩＮは、シフトレフト出力であるＬ
ＯＵＴに接続する。さらに、前記双方向シフトレジスタ
１４には、ＳＩＮ信号を、前記双方向シフトレジスタ１
５には、ＣＯＳ信号を予めセットしておき、これらＳＩ
Ｎ信号、ＣＯＳ信号は、プラス側を論理１、マイナス側
を論理０とする信号である。
１５をリングカウンタとして動作させるため、シフトラ
イト時（前記論理１）の入力ＳＲＩＮは、シフトライト
出力であるＲＯＵＴに接続され、シフトレフト時（前記
論理０）の入力ＳＬＩＮは、シフトレフト出力であるＬ
ＯＵＴに接続する。さらに、前記双方向シフトレジスタ
１４には、ＳＩＮ信号を、前記双方向シフトレジスタ１
５には、ＣＯＳ信号を予めセットしておき、これらＳＩ
Ｎ信号、ＣＯＳ信号は、プラス側を論理１、マイナス側
を論理０とする信号である。
【００１６】図６は、高分解能エンコーダ信号Ａ相及び
Ｂ相による図１の回路のパルス信号出力とディレクショ
ン出力を、図５に示す回路の双方向シフトレジスタとし
て８ビットシフトレジスタを採用して入力した時のタイ
ミングチャート、及び８ビットシフトレジスタの内部が
前記パルス信号入力と前記ディレクション信号入力によ
り論理値がどのように変わっていくかその変遷を示して
いる。前記８ビットシフトレジスタの論理値の変遷によ
りＡ相及びＢ相の信号は、２分の１に分周されてＳＩＮ
ｏｕｔ及びＣＯＳｏｕｔ信号として、ＳＩＮシフトレジ
スタ１３及びＣＯＳシフトレジスタ１４から出力され
る。このことから判かるように、Ｎ分周させる場合、前
記シフトレジスタのビット長は、（４×Ｎ）となる。前
記実施例の場合は、シフトレジスタのビット長が８ビッ
トであるから、Ｎ＝２となることは明らかである。
Ｂ相による図１の回路のパルス信号出力とディレクショ
ン出力を、図５に示す回路の双方向シフトレジスタとし
て８ビットシフトレジスタを採用して入力した時のタイ
ミングチャート、及び８ビットシフトレジスタの内部が
前記パルス信号入力と前記ディレクション信号入力によ
り論理値がどのように変わっていくかその変遷を示して
いる。前記８ビットシフトレジスタの論理値の変遷によ
りＡ相及びＢ相の信号は、２分の１に分周されてＳＩＮ
ｏｕｔ及びＣＯＳｏｕｔ信号として、ＳＩＮシフトレジ
スタ１３及びＣＯＳシフトレジスタ１４から出力され
る。このことから判かるように、Ｎ分周させる場合、前
記シフトレジスタのビット長は、（４×Ｎ）となる。前
記実施例の場合は、シフトレジスタのビット長が８ビッ
トであるから、Ｎ＝２となることは明らかである。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、Ａ相及びＢ相信号が精
確に分周できるとともに、高分解能エンコーダやリニア
スケール（ガラススケール、レーザスケール）を採用し
ても、高速の位置制御、回転制御が可能となる。また、
分周器を兼ねたサーボモータのディジタル制御回路を安
価に実現することができる。
確に分周できるとともに、高分解能エンコーダやリニア
スケール（ガラススケール、レーザスケール）を採用し
ても、高速の位置制御、回転制御が可能となる。また、
分周器を兼ねたサーボモータのディジタル制御回路を安
価に実現することができる。
【図１】本発明の実施例の回路図である。
【図２】本発明の構成図である。
【図３】本発明の動作を説明する図である。
【図４】本発明の動作を示す波形図である。
【図５】本発明の分周器の実施例の回路図である。
【図６】本発明の分周器の実施例の動作説明図である。
【図７】従来例を示す図である。
【図８】Ａ相及びＢ相信号を分周した時の波形図であ
る。
る。
１・・角度検出器 ２・・ビット比較器 ３・・遅延線
４、６・・パルスデリート回路 ５、７・・パルスア
ッド回路 １１・・Ｒ−Ｓフリップフロップ回路 １
４、１５・・双方向シフトレジスタ
４、６・・パルスデリート回路 ５、７・・パルスア
ッド回路 １１・・Ｒ−Ｓフリップフロップ回路 １
４、１５・・双方向シフトレジスタ
Claims (1)
- 【請求項１】 エンコーダのＡ相信号及びＢ相信号を入
力して、Ａ相信号を基準に位相差を９０度、１８０度、
２７０度、３６０度に位相分割する角度検出器と、該角
度検出器で位相分割された位相差９０度、１８０度、２
７０度、３６０度の角度信号及び該角度信号を同じ所定
時間遅延した複数の角度信号を入力するビット比較器
と、該ビット比較器の出力に基づいてパルス信号及びデ
ィレクション信号を出力する回路と、該パルス信号と該
ディレクション信号を入力してＡ相信号及びＢ相信号を
１／Ｎ（Ｎは整数）に分周する分周回路とを具備してな
ることを特徴とするディジタルサーボ回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18588891A JP3341775B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | ディジタルサーボ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18588891A JP3341775B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | ディジタルサーボ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0540526A JPH0540526A (ja) | 1993-02-19 |
| JP3341775B2 true JP3341775B2 (ja) | 2002-11-05 |
Family
ID=16178640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18588891A Expired - Lifetime JP3341775B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | ディジタルサーボ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3341775B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011059848A (ja) * | 2009-09-08 | 2011-03-24 | Seiko Epson Corp | Ｘｙテーブルの制御方法およびｘｙテーブル |
-
1991
- 1991-07-01 JP JP18588891A patent/JP3341775B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011059848A (ja) * | 2009-09-08 | 2011-03-24 | Seiko Epson Corp | Ｘｙテーブルの制御方法およびｘｙテーブル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0540526A (ja) | 1993-02-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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