JP4211303B2

JP4211303B2 - 楕円振動装置の制御装置、楕円振動装置

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Publication number: JP4211303B2
Application number: JP2002199962A
Authority: JP
Inventors: 恭次村岸; 裕栗田
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-07-09
Also published as: JP2004043055A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動により部品等を供給する楕円振動装置の制御装置、楕円振動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の楕円振動装置の一例である楕円振動パーツフィーダは、図１３において、全体として１で示され、公知のボウル２を備えている。ボウル２の内周面にはスパイラル状のトラックが形成され、この下流側の適所にワイパーが設けられている。このワイパーはすでに周知であるので図を省略するが、平板を折り曲げてなり、その下端とトラックの移送面との距離は整送すべき部品ｍ（平板状とする）の厚さよりは大きいが、この倍よりは小さい。トラックの排出端には姿勢保持手段が設けられ、ここを通って所望の姿勢の部品（例えば長辺を移送方向に向けた部品ｍ）が図示しない直線式振動フィーダに供給される。
【０００３】
ボウル２は図１４に明示される十字状の上側可動フレーム７に固定されており、この上側の可動フレーム７に図１５に明示されるやはり十字状の下側可動フレーム８に直立した４組の重ね板ばね９により結合されている。すなわち、上側可動フレーム７の４つの端部７ａに重ね板ばね９の上端部がボルトにより固定され、下側可動フレーム８の４つの端部８ａに重ね板ばね９の下端がボルトにより固定されている。端部７ａ、８ａは上下方向に整列している。
【０００４】
固定フレーム１０の中央には、上側可動フレーム７の中央部に対向して垂直駆動電磁石１１が固定され、この垂直駆動電磁石１１に対向して上側可動フレーム７の下面には垂直可動コア１３が固定されている。また固定フレーム１０の相対向する側壁部には垂直駆動電磁石１１を挟んで対照的に一対の水平駆動電磁石１４ａ、１４ｂが固定され、これら電磁石１４ａ、１４ｂにはそれぞれコイル１５ａ、１５ｂが巻装されている。上側可動フレーム７の下面には水平駆動電磁石１４ａ、１４ｂに対向して水平可動コア１６ａ、１６ｂが固定されている。
【０００５】
固定フレーム１０にはこれと一体的に４個の脚部１７が形成され、これら脚部１７が防振ゴム１８を介して基台上に支持されている。脚部１７には横方向に延在するばね取付部１７ａが一体的に形成され、これらばね取付部１７ａに図１５に示されるように垂直駆動用の重ね板ばね１９が両端部で４組、ボルトにより固定されている。重ね板ばね１９は図１３に示されるようにスペーサ２０を介して重ねられ、これらの中央部分が下側可動フレーム８にボルトにより固定されている。
【０００６】
以上の構成において、水平駆動電磁石１４ａ、１４ｂは、水平方向の加振力を発生させる第１の振動駆動子であり、またこれによって駆動される第１の振動系はボウル２、板ばね９、可動コア１６ａ、１６ｂなどからなり、また電磁石１１は垂直方向の加振力を発生させる第２の振動駆動子であり、ボウル２、板ばね１９、可動コア１３などにより第２の振動系が構成される。
【０００７】
上記のように構成される楕円振動装置では、水平方向と垂直方向の振動系に対しそれぞれ所定の振幅、位相差を与えて楕円振動を発生させている。このような楕円振動装置では、水平・垂直方向の振幅とその位相差により搬送速度が決まるが、特に位相差に対しては極値を持つような特性を示し、各振幅に対して最適な位相差が存在する。一般に位相差が−６０［ｄｅｇ］程度で搬送速度が最大となることから（図１６参照）、楕円振動装置の水平振動と垂直振動もこの付近に設定して使用されることが多い。
楕円振動装置における水平方向と垂直方向の位相・位相差調整方法は、従来、振動を制御するための、２台の信号源から供給される指令に位相差を与えるか、あるいは、１台の信号源の信号を分岐し、その一方を位相調節手段を介して位相差を持たせた指令を供給することにより行っていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
楕円振動装置を小さいエネルギーで、効率よく駆動するためには、水平・垂直の各振動系の固有振動数を一致させ、その周波数で駆動すればよい。しかし、各振動系に対して、後述する可変速度フィードバックゲイン制御などの自励振動制御を行えばそれぞれ固有振動数で駆動できるが、何らかの要因で固有振動数が変動し、２つの固有振動数にわずかでもずれが生じると大きな位相差となり、楕円振動の波形も変動する。このため、常に最適な楕円波形を得ようとすると都度加振信号の位相差を調整する必要がある。
図１７は、図１８に示す強制加振系において、２つの振動系の固有振動数に１パーセントの差が出た場合を示している（なお、固有振動数ｗ１＝１［ｒａｄ／ｓｅｃ］，ｗ２＝１．０１［ｒａｄ／ｓｅｃ］、共振倍率：それぞれ１００倍、ｍ₁＝ｍ₂＝１．０，ｃ₁＝ｃ₂＝０．０１，ｋ₁＝１．００，ｋ₂＝１．０２０１）。このとき２つの振動系の位相差は最大で９０［ｄｅｇ］程度生じる。
【０００９】
ここで、図１８に示す強制加振系について説明する。
同図上段の制御系では、一方の信号源からの出力をゲインＫ_v1の可変増幅器３８ａで増幅し、さらに第１振動系３５ａに対応する電力増巾器で増幅して対応する振動駆動子（共に図示せず）に供給し、当該振動駆動子が第１振動系３５ａを加振する。ここで、ゲインＫ_v1の可変増幅器３８ａは、第１振幅コントローラ３２ａにより、第１振動振幅検出器３７ａが検出する第１振動系３５ａの振動振幅に応じた制御を受ける。
同様に、同図下段の制御系では、一方の信号源とは位相をφだけずらせた他方の信号源からの出力をゲインＫ_v2の可変増幅器３８ｂで増幅し、さらに第２振動系３５ｂに対応する電力増巾器で増幅して対応する振動駆動子（共に図示せず）に供給し、当該振動駆動子が第２振動系を加振する。そして、ゲインＫ_v2の可変増幅器３８ｂは、第２振幅コントローラ３２ｂにより、第２振動振幅検出器３７ｂが検出する第２振動系３５ｂの振動振幅に応じた制御を受ける。
【００１０】
このように構成された強制加振系では、例えば第１振動系３５ａに対しては、対応する振動駆動子からの加振力が第１振動系３５ａをなす可動部に与えられる。この可動部の質量はｍ₁であり、その加速度Ｘ₁”を積分要素４６により積分して得られる速度がＸ₁’であり、更に積分要素４７による出力が変位Ｘ₁ となる。変位Ｘ₁はこの第１振動系３５ａのばね乗数をｋ₁とすれば、比較部としての可動部にはゲインｋ₁で変位Ｘ₁が負帰還される。更に積分要素４６の出力は速度Ｘ₁’であるが、この速度に粘性係数（減衰係数）ｃ₁に対応するゲインｃ₁を乗じた力も負帰還される。
以上は、振動系３５ａの運動の微分方程式、ｍ₁（ｄ² ｘ／ｄｔ² ）＋ｃ₁（ｄｘ／ｄｔ）＋ｋ₁Ｘ₁＝加振力の方程式から導き出される。なお、第２振動系３５ｂの場合も上記第１振動系３５ａの場合と同様となる。
【００１１】
次に、図１８に示す強制加振系による楕円振動のシミュレーション結果を図１９示す。ここでは、ｍ₁＝ｍ₂＝１，ｋ₁＝ｋ₂＝１，ｃ₁＝ｃ₂＝０．０１の場合の上記強制加振系に対して、固有振動数が１％ずつ変化した場合を想定してシミュレーションを行っている。このときの加振周波数は、第１方向およびこれに垂直な第２方向ともにω＝１［ｒａｄ／ｓｅｃ］で加振しており、加振信号の位相差はφ＝６０［ｄｅｇ］に設定した。
図１９に示すように、固有振動数の変動にともない、楕円振動の形状も変動している。このような楕円振動の変動が生じると、搬送が正常に行われなくなる。したがって、例えば、構成部品の経時変化や搬送する部品による負荷の変動による固有振動の変動があっても、２つの振動系の位相差を一定に保ち、安定した楕円振動を行わせることができる楕円振動装置の制御装置が望まれた。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、例えば水平方向と垂直方向の固有振動数を一致またはごく接近させて楕円振動駆動させた場合に、どちらか、あるいは両方の固有振動数が変動しても、２つの振動系の位相差を一定に保ち、安定した楕円振動を行わせることができる楕円振動装置の制御装置、楕円振動装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る楕円振動装置の制御装置は、第１方向に加振する第１加振力によって前記第１方向に振動する第１振動系と、前記第１方向とは垂直な第２方向に加振する第２加振力により、前記第１方向の振動と所定の位相差を有して、前記第２方向に振動する第２振動系とからなる可動部が楕円振動をする楕円振動装置を駆動するための制御装置であって、前記可動部の駆動周波数に関し位相特性が互いに逆の特性となる第１位相調節器および第２位相調節器を設けるか、または、それぞれの入出力の位相差を加算すると−３６０度または＋３６０度となる第１位相調節器および第２位相調節器を設け、さらに、前記第１振動系の振動振幅を検出する第１振動振幅検出手段と、入力信号を増幅する第１可変増幅器と、前記第１振動振幅検出手段により検出される前記第１振動系の振動振幅に応じて前記第１可変増幅器の出力レベルを調節する第１振幅コントローラと、前記第１可変増幅器の出力と前記第２位相調節器の出力とを加算する第１加算器と、該第１加算器の出力を電力増巾する第１電力増巾器と、該第１電力増巾器の出力を受け前記第１方向の加振力を発生させる第１振動駆動子と、前記第２振動系の振動振幅を検出する第２振動振幅検出手段と、入力信号を増幅する第２可変増幅器と、前記第２振動振幅検出手段により検出される前記第２振動系の振動振幅に応じて前記第２可変増幅器の出力レベルを調節する第２振幅コントローラと、前記第２可変増幅器の出力と前記第１位相調節器の出力または該出力の成分を含む信号とを加算する第２加算器と、該第２加算器の出力を電力増巾する第２電力増巾器と、該第２電力増巾器の出力を受け前記第２方向の加振力を発生させる第２振動駆動子と、を設け、前記第１振動系の振動速度の信号を前記第１可変増幅器に帰還する閉ループを形成するとともに該信号を前記第１位相調節器に入力し、前記第２振動系の振動速度の信号を前記第２可変増幅器に帰還する閉ループを形成し、前記第１位相調節器の出力と前記第２振動系の振動速度の信号とを加算する第３加算器と該第３加算器の出力を増幅する増幅器を設け、前記増幅器の出力を前記第２位相調節器と前記第２加算器に供給することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の楕円振動装置の制御装置において、前記第１位相調節器および第２位相調節器は、前記第１位相調節器の時定数をＴ₁、前記第２位相調節器の時定数をＴ₂、Ｔ₁およびＴ₂の関係をＴ₁＞Ｔ₂、ｓをラプラス変数として、
前記第１位相調節器の伝達関数Ｇ₁₁（ｓ）が、
【数７】

であり、前記第２位相調節器の伝達関数Ｇ₁₂（ｓ）が、
【数８】

であるフィルタであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の楕円振動装置の制御装置において、前記第１位相調節器および第２位相調節器は、前記第１位相調節器の時定数をＴ₁、前記第２位相調節器の時定数をＴ₂、前記第１振動系および第２振動系の駆動周波数であるｆ_pと前記Ｔ₁およびＴ₂との関係をｆ_p＝１／（Ｔ₁＋Ｔ₂）、ｓをラプラス変数として、
前記第１位相調節器の伝達関数Ｇ_d1（ｓ）が、
【数９】

であり、前記第２位相調節器の伝達関数Ｇ_d2（ｓ）が、
【数１０】

であるフィルタであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の楕円振動装置の制御装置において、前記第１位相調節器および第２位相調節器は、前記第１位相調節器の時定数をＴ₁、所定のパラメータをα、ｓをラプラス変数として、
前記第１位相調節器の伝達関数Ｇ_psf1（ｓ）が、
【数１１】

であり、前記第２位相調節器の伝達関数Ｇ_psf2（ｓ）が、
【数１２】

であるフィルタであることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る楕円振動装置は、第１方向に加振する第１加振力によって前記第１方向に振動する第１振動系と、前記第１方向とは垂直な第２方向に加振する第２加振力により、前記第１方向の振動と所定の位相差を有して、前記第２方向に振動する第２振動系とからなる可動部が楕円振動をする楕円振動装置であって、前記可動部の楕円振動を駆動するための制御装置として、上述したいずれかの制御装置を用いることを特徴とする。
【００１８】
前記第１振動系および第２振動系は、同一の固有振動数又はその近傍で加振される。第１振動系を駆動するための制御系に対しては、第２振動系から検出された振動速度の信号またはその成分を含む信号と、第１振動系から検出され第１可変増幅器により増幅された振動速度の信号とが加算され、加算された信号が、第１電力増幅器と第１振動駆動子を介して、第１振動系に帰還される。一方、第２振動系を駆動するための制御系に対しては、第１振動系から検出された振動速度の信号またはその成分を含む信号と、第２振動系から検出され第２可変増幅器により増幅された振動速度の信号とが加算され、加算された信号が、第２電力増幅器と第２振動駆動子を介して、第２振動系に帰還される。このようにして各振動系から検出された振動速度の信号またはその成分を含む信号を、２つの制御系間で相互に供給することにより、２つの制御系は同期するようになり、各振動系は同期して駆動される。
【００１９】
さらに、２つの制御系間に第１位相調節器および第２位相調節器を設けることで、この２つの制御系間で相互に供給される信号に任意の位相差を設けることができる。ここで設定される位相差は、通常、第１方向と第２方向との最適な位相差角は楕円振動においては理論的に６０度であるので６０度に設定される。なお、この第１位相調節器と第２位相調節器は、前記可動部の駆動周波数に関し、逆の位相特性をもつか、あるいはそれぞれの入出力の位相差を加算すると−３６０度または＋３６０度となるような特性を持つものが望ましい。このような特性をもつ第１、第２位相調節器としては、前記した伝達関数Ｇ₁₁（ｓ）とＧ₁₂（ｓ）またはＧ_d1（ｓ）とＧ_d2（ｓ）またはＧ_psf1（ｓ）とＧ_psf2（ｓ）を有するフィルタが挙げられる。
【００２０】
また、第１位相調節器の出力と、第２振動系の振動速度の信号とを加算する第３加算器と、該第３加算器の出力を増幅する増幅器を設け、この増幅器の出力を第２位相調節器と第２加算器に供給する構成では、各振動系から検出された振動速度の信号は第３加算器で加算された後、前記増幅器で、所定のレベルに（例えば平均値レベルに）増幅され各制御系に供給される。
【００２１】
本発明の楕円振動装置の制御装置では、制御対象の第１振動系および第２振動系からなる可動部に何らかの原因による全質量の変化、例えば、当該楕円振動装置にて搬送するワーク（搬送物）の数・量またははその状態の変化に伴い、実質的な各振動系の固有振動数の変化があっても、従来のようにその振巾及び位相差角は殆ど変動することはない。すなわち各振動系の固有振動数が変動しても一定の楕円振動を得ることができ、安定したワークの搬送を行うことができるものとなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
はじめに、本実施の形態で用いる可変速度フィードバックゲイン制御系について、図１を参照し説明する。
【００２３】
図１に示す可変速度フィードバックゲイン制御系では、振動振幅検出器３７により出力される振動系３５の振幅が設定値より小さい場合には、振幅コントローラ３２が振動系３５の減衰係数ｃをキャンセルするように、可変速度フィードバックゲインＫv の可変増幅器３８を制御し（０＜ｃ≦Ｋ_v）、ゲインＫ₀の電力増幅器３３および振動駆動子３４を介して当該振動系３５に帰還させ、見かけの減衰を０とすることで自励振動を励起する。一方、自励振動の振幅が設定値より大きくなると、上記可変増幅器３８を制御し（例えば、Ｋｖ＜０）、減衰を大きくして振幅が小さくなるように当該振動系３５を制御する。
【００２４】
このような自励振動系に、図１に示すような外乱要因ｗが作用した場合のシミュレーション結果を図２に示す。
外乱要因ｗが作用した場合、この外乱要因ｗが小さい間は当該振動系３５の固有振動数で自励振動を持続するが、ｗが大きくなりこの外乱によって振動の振幅が目標振幅よりも大きくなるようになると、可変速度フィードバックゲインＫ_vは負となり、制御系は制振制御系として作用するようになり、振動系には減衰力が付加される。また、減衰が大きくなっているため、位相変化も緩やかになっている。
この結果、自励振動は抑制され、外乱要因ｗの周波数ω_dに同期し、設定振幅で振動するようになる。このように一定周期の外力に同期する引き込み現象があらわれる。
【００２５】
本実施の形態では、以上に説明した可変速度フィードバックゲイン制御系を使用し、この可変速度フィードバックゲイン制御系の、外力による強制引き込み特性を利用して、２つの振動系を駆動する。
図３は、本発明の一実施の形態である、楕円振動装置の制御装置の概略構成と各振動系の数学モデルを示す図である。
【００２６】
本実施の形態の制御装置３１は、楕円振動装置において、第１方向（例えば、垂直方向）に加振する第１加振力によって第１方向に振動し、かつ、第１方向とは垂直な第２方向（例えば、水平方向）に加振する第２加振力により、第１方向の振動と所定の位相差をもって、第２方向に振動することにより楕円振動を行う可動部（従来例のボウル等）を駆動する。本実施の形態では、この可動部の第１方向の振動系を第１振動系（図３に示す３５ａ）と称し、第２方向の振動系を第２振動系（図３に示す３５ｂ）と称す。
【００２７】
第１振動系３５ａの振動振幅は、第１振動振幅検出器３７ａから第１振幅コントローラ３２ａに供給される。また、第１振動系３５ａの振動速度は微分器３６ａから、第１位相調節器４０ａおよび第１可変増幅器３８ａに供給される。第１可変増幅器３８ａは、第１振動振幅検出器３７ａから与えられる第１方向の振動振幅に応じた第１振幅コントローラ３２ａの制御により、その増幅率が調整される。この第１可変増幅器３８ａの出力と第２位相調節器４０ｂの出力が、３９ａに示す第１加算器３９ａに入力され、その出力がパワーアンプである第１電力増幅器３３ａに供給される。そして、この第１電力増幅器３３ａの増幅出力が、従来例に示した駆動電磁石等のアクチュエータである第１振動駆動子３４ａに供給され、この第１振動駆動子３４ａにより第１振動系３５ａ、例えば従来例における垂直方向の振動系が駆動される。
【００２８】
一方、第２振動系３５ｂの振動振幅は、第２振動振幅検出器３７ｂから第２振幅コントローラ３２ｂに供給される。また、第２振動系３５ｂの振動速度は微分器３６ｂから、第３加算器３９ｃおよび第２可変増幅器３８ｂに供給される。第２可変増幅器３８ｂは、第２振動振幅検出器３７ｂから与えられる第２方向の振動振幅に応じた第２振幅コントローラ３２ｂの制御により、その増幅率が調整される。第３加算器３９ｃには、上記第２振動系３５ｂの振動速度の他、第１位相調節器４０ａの出力が供給され、この第３加算器３９ｃにより加算された出力は、増幅器４１により、例えば平均値レベルに調整され出力される。そして、この増幅器４１の出力と第２可変増幅器３８ｂの出力が、３９ｂに示す第２加算器３９ｂに入力され、その出力がパワーアンプである第２電力増幅器３３ｂに供給される。そして、この第２電力増幅器３３ｂの増幅出力が、アクチュエータである第２振動駆動子３４ｂに供給され、この第２振動駆動子３４ｂにより第２振動系３５ｂ、例えば従来例における水平方向の振動系が駆動される。
なお、各振動振幅検出器は、それぞれ各振動系の振動方向の振動振幅を、図示しない変位センサから得られる変位信号を振幅値に変換する。また、各振動方向の振動速度は、上記変位センサの出力を微分器３６ａ，３６ｂを用いて微分することで得る。各位相調節器の詳細については後述する。
【００２９】
このように構成された楕円振動装置の制御装置３１は、第１方向および第２方向の各振動系を、それぞれ可変速度フィードバックゲイン制御により駆動する。そして、各振動系の振動速度を加算し、例えばその平均値を、各振動系に前述の可変速度フィードバックゲイン制御系に対する外乱要因としてフィードバックすることで、第１振動系と第２振動系を同期させている。このとき２つの振動系はともに減衰の大きい状態であるため、位相の変化も緩やかになっている。このため、２つの振動の位相差も小さくなる。
本実施の形態では、前述の外乱要因として第１および第２方向の振動速度の信号の加算値をあるゲインＫを介して与えている。このゲインＫが十分に大きければ２つの振動系は同期し、その振動周波数は第１方向と第２方向の固有振動数間の値となる。固有振動数から大きく離れることはないので、効率よく駆動できる。
【００３０】
また、本実施の形態では、図３に示すような２つの位相調節器を設けることで、各可変速度フィードバックゲイン制御系間で供給する信号に任意の位相差を設けることができる。上記のように、第１振動系３５ａから検出された振動速度の信号は、第２振動系３５ｂを含む他方の可変速度フィードバックゲイン制御系に供給されるとともに、第３加算器３９ｃと増幅器４１を介して当該可変速度フィードバックゲイン制御系にその成分が戻るので、この第１位相調節器４０ａと第２位相調節器４０ｂは、制御対象の楕円振動装置の駆動周波数に関し、逆の位相特性（位相反転した特性）をもつか、あるいはそれぞれの入出力の位相差を加算すると−３６０度または＋３６０度となるような特性を持つものが望ましい。本実施の形態では、このような特性をもつ位相調節器として、次のようなフィルタのいずれかを使用する。
【００３１】
（１）一次遅れ要素、一次進み要素の特性をもつ。すなわち、各伝達関数が、第１位相調節器４０ａの時定数をＴ₁、第２位相調節器４０ｂの時定数をＴ₂、Ｔ₁およびＴ₂の関係をＴ₁＞Ｔ₂、ｓをラプラス変数として、
第１位相調節器４０ａでは、
【数１３】

第２位相調節器４０ｂでは、
【数１４】

で現される特性をもつ。
図４に、第１位相調節器４０ａの特性例を示し、図５に第２位相調節器４０ｂの特性例を示している。これらの図に示す例で、第１位相調節器４０ａと第２位相調節器４０ｂとが、互いに逆の位相特性をもっていることがわかる。
【００３２】
（２）むだ時間要素の特性をもつ。すなわち、各伝達関数が、第１位相調節器４０ａの時定数をＴ₁、第２位相調節器４０ｂの時定数をＴ₂、第１振動系３５ａおよび第２振動系３５ｂの駆動周波数であるｆ_pとＴ₁およびＴ₂との関係をｆ_p＝１／（Ｔ₁＋Ｔ₂）、ｓをラプラス変数として、
第１位相調節器４０ａでは、
【数１５】

第２位相調節器４０ｂでは、
【数１６】

で現される特性をもつ。
図６に第１位相調節器４０ａ（または、第２位相調節器４０ｂ）の特性例（Ｔ₁＝０７８［ｓｅｃ］またはＴ₂＝０７８［ｓｅｃ］の場合）を示している。
【００３３】
（３）位相シフトフィルタの特性をもつ。すなわち、各伝達関数が、第１位相調節器４０ａの時定数をＴ₁、所定のパラメータをα、ｓをラプラス変数として、
第１位相調節器４０ａでは、
【数１７】

第２位相調節器４０ｂでは、
【数１８】

で現される特性をもつ。
図７に第１位相調節器４０ａの特性例を示している。
以上、３種の特性をもつ位相調節器の組を示したが、第１位相調節器と第２位相調節器が有する上記伝達関数は、もちろん、それぞれ逆に第１位相調節器と第２位相調節器とが有するように構成してもよい。
【００３４】
ここで、図８に、本実施形態の制御装置３１の２つの位相調節器として、上記（３）の位相シフトフィルタを用いた場合のシミュレーション結果を示す。
この図では、第１方向の振幅指令（目標振幅）Ｘ₁の値をＸ₁＝１．０とし、第２方向の振幅指令（目標振幅）Ｘ₂の値をＸ₂＝１．０とし、第１方向の振動速度と第２方向の振動速度の位相差を６０度とし、パラメータαの値をα＝３．７３としてシミュレーションし、第１振動系と第２振動系の固有振動数を１％ずつ変化させた場合の９例を図示している。
このシミュレーション結果からわかるように、各振動系の固有振動数が変動しても一定の楕円振動を得ることができていることがわかる。
【００３５】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の構成等も含まれる。
以下に、楕円振動装置の制御装置において、一定の楕円振動を得るための他の実施例を、図面を参照し説明する。
なお、上記実施の形態と共通する部分には、同一の符号を用いている。
【００３６】
［他の実施例１］
図９に、本実施例の数学モデルを含む概略構成を示している。本実施例においても使用する可変速度フィードバックゲイン制御系に関する構成およびその作用は、上記実施の形態において前述した通りである。本実施例が、上記実施の形態と異なるのは、上記実施の形態では、第３加算器３９ｃと増幅器４１を用い、各可変速度フィードバックゲイン制御系にて検出された各振動系の振動速度を加算して増幅した信号を２つの位相調節器を介して他方の制御系にフィードバックしていたのに対し、本実施例では、ゲインＫ_a1の第１増幅器４１ａとゲインＫ_a2の第２増幅器４１ｂを用いて、第１位相調節器４０ａおよび第２位相調節器４０ｂの出力を、それぞれゲインＫ_a1の第１増幅器４１ａとゲインＫ_a2の第２増幅器４１ｂで増幅し他方の制御系にフィードバックする構成をとっている点である。すなわち、上記実施の形態のように各振動系の振動速度の例えばその平均値をそれぞれの制御系にフィードバックするのではなく、各位相調節器の出力を上記２つの増幅器を介して他方の制御系へたすきがけ状に接続し、各々の振動系の振動速度の信号を他方へフィードバックする構成としている。この例における同期周波数は、上記実施の形態と同様に各振動系の固有振動数の中間の周波数となる。
【００３７】
［他の実施例２］
図１０に、本実施例の数学モデルを含む概略構成を示している。本実施例が、上記他の実施例１と異なるのは、第１加算器３９ａと、第２位相調節器４０ｂと、ゲインＫ_a2の第２増幅器４１ｂを省き、第１振動系３５ａの振動速度の信号を、他の可変速度フィードバックゲイン制御系にのみフィードバックする構成としている点である。このように、第１加算器３９ａと、第２位相調節器４０ｂと、ゲインＫ_a2の第２増幅器４１ｂを省く点で、他の実施例１よりもその構成が簡略化できている。
本実施例では、第１振動系３５ａの振動速度の信号のみが、第２振動系３５ｂを含む他方の可変速度フィードバックゲイン制御系の外乱要因となる。この例の同期周波数は、第１振動系３５ａの自励振動の周波数となる。
【００３８】
［他の実施例３］
図１１に、本実施例の数学モデルを含む概略構成を示している。本実施例が、上記他の実施例２と異なるのは、上記他の実施例２においては、第１振動系３５ａの振動速度の信号を、第２振動系３５ｂを含む他の可変速度フィードバックゲイン制御系にフィードバックしていたのに対し、本実施例では、第１振動系３５ａの振動変位の信号（この振動変位は、図示しない変位センサにより検出される）を、第２振動系３５ｂを含む他の可変速度フィードバックゲイン制御系にフィードバックしている。
本実施例では、第１振動系３５ａの振動変位の信号のみが、第２振動系３５ｂを含む他方の可変速度フィードバックゲイン制御系の外乱要因となる。本実施例では、振動変位検出器３６ａを設けるが、微分器３６ａと第１増幅器４１ａを省く点で、他の実施例２よりもその構成が簡略化できている。なお、この例の同期周波数は、他の実施例２と同様に第１振動系の自励振動の周波数となる。
［他の実施例４］
図１２に、本実施例の数学モデルを含む概略構成を示している。本実施例は、同図に示すように、発信器を用いて強制加振するものであり、同図上段の制御系では、発信器からの加振信号と増幅器Ｋ₁₁により調整された第１振動系３５ａの振動速度の信号とを比較器を通して、その出力信号を増幅器Ｋ₂₁等を介し上段の制御系にフィードバックしている。また、同図下段の制御系では、位相調節器によりその位相を調節した発信器からの加振信号と増幅器Ｋ₁₂により調整された第２振動系３５ｂの振動速度の信号とを同図下段の比較器を通して、その出力信号を増幅器Ｋ₂₂等を介し下段の制御系にフィードバックしている。このように構成すると、発信器を要するものの、可変増幅器や振幅コントローラ等を必要としない。
【００３９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の楕円振動装置の制御装置によれば、楕円振動装置おける第１振動系と第２振動系の一方あるいは両方の固有振動数が、何らかの原因で変動しても、２つの振動系の位相差を一定に保つことができる。したがって、各振動系の駆動中に、上記固有振動数が変動したとしても、一定の楕円振動を得られるため、ワークの搬送特性の劣化などを生じない。
また、本発明の楕円振動装置の制御装置では、自励振動をするため発信器が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】可変速度フィードバックゲイン制御系の数学モデルを含む概略構成を示す図である。
【図２】同可変速度フィードバックゲイン制御系の動作を、振動振幅に関してシミュレーションした結果を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態である楕円振動装置の制御装置の概略構成（数学モデルを含む）を示す図である。
【図４】一次遅れ要素、一次進み要素の特性をもつ第１位相調節器の特性例である。
【図５】一次遅れ要素、一次進み要素の特性をもつ第２位相調節器の特性例である。
【図６】むだ時間要素の特性をもつ位相調節器の特性例である。
【図７】位相シフトフィルタの特性をもつ位相調節器の特性例である。
【図８】位相シフトフィルタの特性をもつ位相調節器を用いた同実施の形態の楕円振動装置の制御装置の動作を、振動変位に関してシミュレーションした結果を示す図である。
【図９】他の実施例１の楕円振動装置の制御装置の数学モデルを含む概略構成を示す図である。
【図１０】他の実施例２の楕円振動装置の制御装置の数学モデルを含む概略構成を示す図である。
【図１１】他の実施例３の楕円振動装置の制御装置の数学モデルを含む概略構成を示す図である。
【図１２】他の実施例４の楕円振動装置の制御装置の数学モデルを含む概略構成を示す図である。
【図１３】従来例の振動パーツフィーダの部分破断側面図である。
【図１４】図１３における［１１］−［１１］線方向の断面図である。
【図１５】同振動パーツフィーダの背面図である。
【図１６】楕円振動装置における２つの振動系間の振動の位相差と搬送速度の関係を示すグラフである。
【図１７】２つの振動系の固有振動数に１パーセントの差が出た場合の位相および位相差を示すグラフである。
【図１８】強制加振系の一例（概略構成）を示す図である。
【図１９】同強制加振系に対して、固有振動数が１％ずつ変化した場合の２方向の振動をシミュレーションした結果を示す図である。
【符号の説明】
３１制御装置
３２振幅コントローラ
３２ａ第１振幅コントローラ
３２ｂ第２振幅コントローラ
３３電力増幅器
３３ａ第１電力増巾器
３３ｂ第２電力増巾器
３４振動駆動子
３４ａ第１振動駆動子
３４ｂ第２振動駆動子
３５振動系
３５ａ第１振動系
３５ｂ第２振動系
３６，３６ａ，３６ｂ微分器
３７振動振幅検出器
３７ａ第１振動振幅検出器
３７ｂ第２振動振幅検出器
３８可変増幅器
３８ａ第１可変増幅器
３８ｂ第２可変増幅器
３９加算器
３９ａ第１加算器
３９ｂ第２加算器
３９ｃ第３加算器
４０ａ第１位相調節器
４０ｂ第２位相調節器
４１増幅器
４１ａ第１増幅器
４１ｂ第２増幅器

Claims

第１方向に加振する第１加振力によって前記第１方向に振動する第１振動系と、前記第１方向とは垂直な第２方向に加振する第２加振力により、前記第１方向の振動と所定の位相差を有して、前記第２方向に振動する第２振動系とからなる可動部が楕円振動をする楕円振動装置を駆動するための制御装置であって、
前記可動部の駆動周波数に関し位相特性が互いに逆の特性となる第１位相調節器および第２位相調節器を設けるか、または、それぞれの入出力の位相差を加算すると−３６０度または＋３６０度となる第１位相調節器および第２位相調節器を設け、
さらに、
前記第１振動系の振動振幅を検出する第１振動振幅検出手段と、
入力信号を増幅する第１可変増幅器と、
前記第１振動振幅検出手段により検出される前記第１振動系の振動振幅に応じて前記第１可変増幅器の出力レベルを調節する第１振幅コントローラと、
前記第１可変増幅器の出力と前記第２位相調節器の出力とを加算する第１加算器と、
該第１加算器の出力を電力増巾する第１電力増巾器と、該第１電力増巾器の出力を受け前記第１方向の加振力を発生させる第１振動駆動子と、
前記第２振動系の振動振幅を検出する第２振動振幅検出手段と、
入力信号を増幅する第２可変増幅器と、
前記第２振動振幅検出手段により検出される前記第２振動系の振動振幅に応じて前記第２可変増幅器の出力レベルを調節する第２振幅コントローラと、
前記第２可変増幅器の出力と前記第１位相調節器の出力または該出力の成分を含む信号とを加算する第２加算器と、
該第２加算器の出力を電力増巾する第２電力増巾器と、
該第２電力増巾器の出力を受け前記第２方向の加振力を発生させる第２振動駆動子と、
を設け、
前記第１振動系の振動速度の信号を前記第１可変増幅器に帰還する閉ループを形成するとともに該信号を前記第１位相調節器に入力し、
前記第２振動系の振動速度の信号を前記第２可変増幅器に帰還する閉ループを形成し、
前記第１位相調節器の出力と前記第２振動系の振動速度の信号とを加算する第３加算器と該第３加算器の出力を増幅する増幅器を設け、前記増幅器の出力を前記第２位相調節器と前記第２加算器に供給する
ことを特徴とする楕円振動装置の制御装置。
前記第１位相調節器および第２位相調節器は、
前記第１位相調節器の時定数をＴ₁、前記第２位相調節器の時定数をＴ₂、Ｔ₁およびＴ₂の関係をＴ₁＞Ｔ₂、ｓをラプラス変数として、
前記第１位相調節器の伝達関数Ｇ₁₁（ｓ）が、

であり、前記第２位相調節器の伝達関数Ｇ₁₂（ｓ）が、

であるフィルタである
ことを特徴とする請求項１に記載の楕円振動装置の制御装置。
前記第１位相調節器および第２位相調節器は、
前記第１位相調節器の時定数をＴ₁、前記第２位相調節器の時定数をＴ₂、前記第１振動系および第２振動系の駆動周波数であるｆ_pと前記Ｔ₁およびＴ₂との関係をｆ_p＝１／（Ｔ₁＋Ｔ₂）、ｓをラプラス変数として、
前記第１位相調節器の伝達関数Ｇ_d1（ｓ）が、

であり、前記第２位相調節器の伝達関数Ｇ_d2（ｓ）が、

であるフィルタである
ことを特徴とする請求項１に記載の楕円振動装置の制御装置。
前記第１位相調節器および第２位相調節器は、
前記第１位相調節器の時定数をＴ₁、所定のパラメータをα、ｓをラプラス変数として、
前記第１位相調節器の伝達関数Ｇ_psf1（ｓ）が、

であり、前記第２位相調節器の伝達関数Ｇ_psf2（ｓ）が、

であるフィルタである
ことを特徴とする請求項１に記載の楕円振動装置の制御装置。
第１方向に加振する第１加振力によって前記第１方向に振動する第１振動系と、前記第１方向とは垂直な第２方向に加振する第２加振力により、前記第１方向の振動と所定の位相差を有して、前記第２方向に振動する第２振動系とからなる可動部が楕円振動をする楕円振動装置であって、
前記可動部の楕円振動を駆動するための制御装置として、請求項１から請求項４のいずれかに記載の制御装置を用いることを特徴とする楕円振動装置。