JP3736907B2 - 記録ペン駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は記録ペン駆動装置に関し、さらに詳しく言えば、サーボモータにて記録ペンを駆動して被測定変量の波形を記録紙に記録するサーボレコーダの記録ペン駆動装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図5には自動平衡方式による記録計(サーボレコーダ)の一般的な構成例が示されている。これによると、記録ペンPの現在位置がペン位置検出部1にて検出され、そのペン位置に応じた電圧が比較電圧として減算器2にフィードバックされる。
【0003】
この減算器2において、入力部3からの被測定電圧(被測定変量)と比較電圧との電位差がとられ、その電位差信号がサーボアンプ部4に出力される。サーボアンプ部4はその電位差信号を増幅し、常にその電位差が0となる方向にサーボモータMを回転させる。これにより、記録ペンPが所定方向に動かされ、記録紙上に被測定変量の波形が記録される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このサーボレコーダによれば、外部から特別にサーボモータMを制御する必要がなく、また、分解能にしても原理的には無限大であるが、従来ではそのペン位置検出部1にスライド抵抗器や磁歪型のポテンショメータが用いられているため、その部分の構造が複雑であり、また、検出精度の面でも限界があった。
【0005】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、構成が簡単でありながら検出精度の高いペン位置検出手段を備えているとともに、被測定変量に対する応答性の良好な記録ペン駆動装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、被測定変量に応じてサーボモータを制御し、同サーボモータにて記録ペンを移動させて上記被測定変量の波形を記録紙に記録する記録ペン駆動装置において、上記被測定変量をA/D変換するA/D変換器と、上記サーボモータに連結されその回転数および回転方向を検出するロータリーエンコーダと、同ロータリーエンコーダからの出力パルスを受けてカウント動作するアップダウンカウンタと、上記A/D変換器の出力値と上記アップダウンカウンタのカウント値とを比較し、その差信号を上記サーボモータのモータ制御部に与えて上記サーボモータの回転を制御するディジタルコンパレータとを備え、上記ディジタルコンパレータは、上記A/D変換器にサンプリング信号を供給するサンプリング信号発生手段を含み、上記A/D変換器の出力値と上記アップダウンカウンタのカウント値とが一致した場合には、上記A/D変換器に対して即座にサンプリング信号を与えて次のデータをサンプリングさせることを特徴としている。
【0007】
これによれば、従来の例えばスライド抵抗器などからなるペン位置検出手段よりもその構造がはるかに簡単であり、また、目標値(A/D出力)との比較もディジタル的に行なわれるため、精度的にも高いものが得られる。また、サーボモータの回転角は常にA/Dデータにほぼ一致することになり、脱調するおそれはない。さらに、周波数が高い波形に対しては、その記録振幅が小さくなるようなレンジを選択することにより、サンプリングレートをより速めることができる。
【0008】
また、請求項2においては、上記モータ制御部に印加する駆動パルスを上記ディジタルコンパレータから出力される差信号に比例して可変とするタイマ部を備えていることを特徴としており、これによれば、サーボモータは差が大きければ高速で、小さければ低速で回転することになり、記録波形がなめらかになる。
【0009】
さらに、請求項3においては、上記A/D変換器の出力値と上記アップダウンカウンタのカウント値の一致により上記サーボモータが停止状態となった際、上記ディジタルコンパレータは一時的にそのカウント値の比較幅を広げることを特徴としており、これによれば、サーボモータが停止時に振動したとしても、その振動によるカウントが無視(不感)されるため誤動作が防止される。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の技術的思想をよりよく理解する上で、図面を参照しながらその実施の形態について説明する。
【0011】
まず、図1の第1実施例について説明する。被測定電圧は増幅器11を介してA/D変換器12に入力され、そのディジタル出力値Aがディジタルコンパレータ13の一方の入力端子に供給される。記録ペンPは記録紙上においてステッピングモータMにより往復的に動かされるが、この場合、同ステッピングモータMにはペン位置検出手段としてのロータリーエンコーダ14が連結されている。
【0012】
ロータリーエンコーダ14は、一対の発光素子および受光素子と、それらの間に配置されたスリット付き円板とからなる公知のものであってよく、その円板の回転に伴なって受光素子からはパルスが出力される。この出力パルスによりアップダウンカウンタ15がカウント動作を行ない、そのカウント値Bがディジタルコンパレータ13の他方の入力端子に与えられる。
【0013】
なお、アップダウンカウンタ15はステッピングモータMの正方向回転時に例えばアップカウントし、これに対して逆方向回転時にはダウンカウントするが、いずれにしてもオーバーカウントしないようにオーバーラン防止策が講じられている。
【0014】
ディジタルコンパレータ13はA/D出力値Aとアップダウンカウンタ15のカウント値Bとを比較し、その差信号をモータ制御部16に出力する。モータ制御部16はパルス発生部17からの駆動パルスを受けてステッピングモータMを回転駆動するが、ディジタルコンパレータ13からの差信号により、A/D出力値Aに対してカウント値Bが一致するようにステッピングモータMの回転方向および回転量を制御する。
【0015】
このように、ステッピングモータMはA/D出力値Aとカウント値Bとが等しくなる方向に回転させられるため、自動平衡方式が成立する。なお、ステッピングモータMに代えて、ACモータやDCモータを採用してもよい。
【0016】
ところで、上記の第1実施例ではパルス発生部17からA/D変換器12にサンプリング信号が出力され、また、モータ制御部16へは同パルス発生部17から一定の駆動パルスが与えられ、データサンプリングとステッピングモータMの回転は同期がとられているが、A/D変換器12のサンプリングレートに比べて被測定信号の周波数が極端に高い場合にはその周波数に追従することが困難になる。また、サンプリングレートを高速にするにしても、ステッピングモータMの回転数との関係からあまり高くすることもできない。
【0017】
そこで、図2の第2実施例においては、ディジタルコンパレータ13にA/D変換器12に対するサンプリング信号発生手段を持たせている。すなわち、ディジタルコンパレータ13はA/D出力値Aとカウント値Bとが一致した時点で、即座にA/D変換器12に対してサンプリング信号を出力し、次のデータの取り込みを行なう。そして、そのデータに変化がなければ当初設定されたサンプリングレートに戻し、定期的にサンプリングを継続する。
【0018】
これにより、ステッピングモータMの回転角は常にA/Dデータに一致することになり、脱調を起こすことなく回転する。また、被測定信号の周波数が高い場合には、記録振幅が小さくなるようなレンジ処理を行なうことにより、サンプリングレートを速くすることができる。
【0019】
上記各実施例によると、ステッピングモータMは定速回転であるため、例えば記録ペンPの移動距離が短い場合には階段状記録になるおそれがある。そこで、図3の第3実施例ではパルス発生部17とモータ制御部16との間にタイマ部18を設け、A/D出力値Aとカウント値Bとの差に応じてステッピングモータMの回転速度を変えるようにしている。
【0020】
すなわち、この第3実施例においては、タイマ部18にもディジタルコンパレータ13からの差信号が供給され、同タイマ部18からモータ制御部16にその差信号に比例した駆動パルスが出力される。これにより、ステッピングモータMはその差が大きければ高速に回転され、小さければ低速で回転することになり、記録波形が滑らかになる。
【0021】
ステッピングモータMは回転停止時にそのイナーシャなどにより振動する。そこで、ダンパなどにてその振動を抑えるようにしているが、上記各実施例のようにペン位置検出手段としてロータリーエンコーダ14を用いると、高精度ゆえにその振動を拾ってしまい、誤動作の原因になりかねない。
【0022】
図4にはこのような誤動作を防止するための第4実施例としての動作フローチャートが示されている。なお、ハード状の構成は第1実施例ないし第3実施例のいずれでも良い。
【0023】
ディジタルコンパレータ13でA/D出力値(目標値)Aとカウント値Bとの比較が行なわれ、一致(A=B)した時点でステッピングモータMが停止状態とされるが、この第4実施例によれば、それに伴なってディジタルコンパレータ13での比較の幅が広げられる(ヒステリシスを持つ比較動作状態とされる)。
【0024】
例えば、目標値Aが「10」であるとすると、通常の比較動作ではアップダウンカウンタ15のカウント値Bが「10」となるようにステッピングモータMの回転が制御され、同カウント値Bが「10」とった時点でディジタルコンパレータ13から一致信号が出力されるが、一旦この一致信号が出力されると、カウント値Bの比較範囲が例えば「9〜11」の範囲に広げられ、ステッピングモータMの振動によりカウント値Bがふらついても、それが「9〜11」の範囲であれば、モータ停止状態を保つ。
【0025】
しかしながら、カウント値Bのふらつきがそれ以上(B<9,11<B)の場合、もしくはその範囲内(9<B<11)であっても目標値A自体に変化があった場合には、通常の比較動作に戻される。なお、広げる比較範囲の幅は実験などにより適宜決められてよい。また、ディジタルコンパレータ13は実質的にCPU(中央演算処理ユニット)から構成されるため、この第4実施例はそのCPU内にて実行される。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が奏される。すなわち、請求項1によれば、ペン位置検出手段をロータリーエンコーダと、その出力パルスを計数するアップダウンカウンタとにより構成したことにより、従来の例えばスライド抵抗器などからなるペン位置検出手段よりもその構造がはるかに簡単であり、また、目標値(A/D出力)との比較もディジタル的に行なわれるため、精度的にも高いものが得られる。また、A/D変換器の出力値とアップダウンカウンタのカウント値とが一致した場合に、ディジタルコンパレータよりA/D変換器に対して即座にサンプリング信号を与えて次のデータをサンプリングさせるようにしたことにより、サーボモータの回転角は常にA/Dデータにほぼ一致することになり、同モータが脱調するおそれはない。また、周波数が高い波形に対しては、その記録振幅が小さくなるようなレンジを選択することにより、サンプリングレートをより速めることができる。
【0027】
また、モータ制御部に印加する駆動パルスをディジタルコンパレータから出力される差信号に比例して可変とするようにした請求項2によれば、サーボモータは差が大きければ高速で、小さければ低速で回転することになり、なめらかな記録波形が得られる。
【0028】
さらに、請求項3においては、A/D変換器の出力値とアップダウンカウンタのカウント値の一致によりサーボモータが停止状態となった際、ディジタルコンパレータは一時的にそのカウント値の比較幅を広げるようにしたことにより、サーボモータが停止時に振動したとしても、その振動によるカウントが無視(不感)されるため誤動作が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例についてのブロック線図。
【図2】 本発明の第2実施例についてのブロック線図。
【図3】 本発明の第3実施例についてのブロック線図。
【図4】 本発明の第4実施例についての動作フローチャート。
【図5】 従来の一般的なサーボレコーダの構成を示したブロック線図。
【符号の説明】
11 増幅器
12 A/D変換器
13 ディジタルコンパレータ
14 ロータリーエンコーダ
15 アップダウンカウンタ
16 モータ制御部
17 パルス発生部
18 タイマ部
Claims (3)
- 被測定変量に応じてサーボモータを制御し、同サーボモータにて記録ペンを移動させて上記被測定変量の波形を記録紙に記録する記録ペン駆動装置において、
上記被測定変量をA/D変換するA/D変換器と、上記サーボモータに連結されその回転数および回転方向を検出するロータリーエンコーダと、同ロータリーエンコーダからの出力パルスを受けてカウント動作するアップダウンカウンタと、上記A/D変換器の出力値と上記アップダウンカウンタのカウント値とを比較し、その差信号を上記サーボモータのモータ制御部に与えて上記サーボモータの回転を制御するディジタルコンパレータとを備え、
上記ディジタルコンパレータは、上記A/D変換器にサンプリング信号を供給するサンプリング信号発生手段を含み、上記A/D変換器の出力値と上記アップダウンカウンタのカウント値とが一致した場合には、上記A/D変換器に対して即座にサンプリング信号を与えて次のデータをサンプリングさせることを特徴とする記録ペン駆動装置。 - 上記モータ制御部に印加する駆動パルスを上記ディジタルコンパレータから出力される差信号に比例して可変とするタイマ部を備えていることを特徴とする請求項1に記載の記録ペン駆動装置。
- 上記A/D変換器の出力値と上記アップダウンカウンタのカウント値の一致により上記サーボモータが停止状態となった際、上記ディジタルコンパレータは一時的にそのカウント値の比較幅を広げることを特徴とする請求項1に記載の記録ペン駆動装置。
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