JP4460127B2

JP4460127B2 - ガルバノ駆動装置

Info

Publication number: JP4460127B2
Application number: JP2000272794A
Authority: JP
Inventors: 一志境
Original assignee: サンクス株式会社
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2020-09-08
Also published as: JP2002082304A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガルバノ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガルバノ駆動装置の一例として、例えば、特開平９−３０８９７６号公報には、レーザマーカに組み込まれたものが開示されている。このガルバノ駆動装置は、図４に示すように、一対のガルバノミラー１，２を、レーザ光Ｌの光路の途中に配して備え、これらガルバノミラー１，２を駆動部３，４にて所定の角度に傾けることで、レーザ光ＬをワークＷ上で走査し、もって、所望のマークをワークＷの表面に印字する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したようなガルバノ駆動装置では、ノイズや外部からの衝撃或いは入力信号の異常により、運転中に、駆動部３，４が異常な駆動信号を受ける場合がある。しかしながら、上記公報のガルバノ駆動装置では、起動時の動作の安定化を図る構成は備えているものの、運転中に駆動信号が異常な値になった場合の対策は施されていない。このため、異常な駆動信号を受けた駆動部３，４が、規定の範囲を超えてガルバノミラー１，２を回動させ、ガルバノミラー１，２同士が互いに干渉したり、或いは、ガルバノミラー１，２とそれらに近接するケースなどの部材とが干渉するという事態が生じ得る。
【０００４】
これに対処すべく、本願出願人は、図５に示した構成を検討した。即ち、このものは、ポジションセンサ５にて検出したガルバノミラー１，２の実際の角度と、予め設定した基準角度とを、振角リミット回路６にて比較し、その結果、異常を検出したときには、駆動部３，４への電力ラインに係るＳＷ８及び／又はＳＷ９をオフする。これにより電力供給をオフされた駆動部３，４が、例えば内蔵した永久磁石の磁力により、ガルバノミラー１，２を初期状態の位置に復帰させて、ガルバノミラー１，２同士の干渉防止を図る、というものである。
【０００５】
ところが、上記構成では、ガルバノミラー１，２の動作中に、駆動部３，４への給電停止が行われても、ガルバノミラー１，２は停止せずに、慣性力により、規定範囲から外れる方向に向かって回動して干渉するという事態が生じ得る。また、上記構成では、駆動部３，４の駆動回路９に入力された駆動信号自体が、例えば、ノイズによって異常な値になった場合には、その異常な駆動信号に基づいた角度にガルバノミラー１，２が回動されてから、この結果をポジションセンサ５で検出して、初めて異常が検出されるから、ガルバノミラー１，２の異常動作自体を未然に防ぐことができない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、異常発生時に、ガルバノミラーを、迅速に所定の退避位置へと回動させることが可能なガルバノ駆動装置の提供を目的とする。
【０００７】
【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の発明に係るガルバノ駆動装置は、ガルバノミラーと、順次に駆動信号を受け、それら駆動信号に基づく角度にガルバノミラーを回動させる駆動手段と、ガルバノミラーの実際の角度を検出する角度検出手段と、角度検出手段から出力された検出結果が、正規の回動範囲内であるか否かを判断し、正規の回動範囲外であるときに、ガルバノミラーを、正規の回動範囲内に設定した非常用角度へと回動させるための駆動信号を、駆動手段に与えて、ガルバノミラーを非常用角度に固定する角度監視手段とを備えたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項２の発明に係るガルバノ駆動装置は、ガルバノミラーと、予め設定した角度にガルバノミラーを回動させるための駆動信号を、順次に出力するデータ生成手段と、データ生成手段から受けた駆動信号に基づく角度にガルバノミラーを回動させる駆動手段と、データ生成手段から出力された検出結果が、正規の回動範囲内であるか否かを判断し、正規の回動範囲外であるときに、データ生成手段に代わって、ガルバノミラーを、正規の回動範囲内に設定した非常用角度へと回動させるための駆動信号を、駆動手段に与えて、ガルバノミラーを非常用角度に固定する入力データ監視手段とを備えたところに特徴を有する。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１のガルバノ駆動装置によれば、何らかの原因によって、ガルバノミラーが、異常な回動範囲まで回動した場合には、角度監視手段がこれを検出し、たとえガルバノミラーが動作中であっても、駆動手段の駆動力により、ガルバノミラーを慣性力に抗して強制的に非常用角度に退避させる。これにより、ガルバノミラーの異常な回動範囲での動作が迅速に回避されて、干渉防止が図られる。
【００１０】
＜請求項２の発明＞
請求項２のガルバノ駆動装置では、データ生成手段からの駆動信号に異常が発生した場合には、入力データ監視手段がこれを検出し、たとえガルバノミラーが動作中であっても、駆動手段の駆動力により、ガルバノミラーを慣性力に抗して強制的に非常用角度に退避させる。しかも、入力データ監視手段は、異常発生時に、データ生成手段に代わって、非常用角度に係る駆動信号を駆動手段に与えるから、ガルバノミラーの異常動作自体が未然に防がれ、もって、ガルバノミラーの干渉が防がれる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図３に基づいて説明する。
本実施形態のガルバノ駆動装置は、例えばレーザマーカに備えた一対のガルバノミラー１０を駆動させるために対をなして設けられ、各ガルバノミラー１０毎に設けたガルバノ駆動装置の主要部は、共通していて、図１に示したように構成されている。
【００１２】
図１において、１２は、駆動部であって、駆動軸１３をケーシング１１（図２参照）に対して回動可能に備え、その駆動軸１３には、前記したガルバノミラー１０が固定されている。駆動部１２は、例えば、駆動軸１３に設けた可動側磁石（図示せず）と、ケーシング１１側に設けた固定側磁石（図示せず）との間の磁力によって、電力供給をオフした状態で、駆動軸１３が初期位置に保持されるように構成されている。ここで、図２には、駆動軸１３が初期位置となったときの、ケーシング１１に対するガルバノミラー１０の相対的な姿勢が、実線で記載して例示されており、本実施形態では、このときのガルバノミラー１０の角度を、原点と呼ぶことにする。また、後に詳説するように、本実施形態では、この原点を、本発明に係る「非常用角度」としてある。
【００１３】
図１において、１４は、駆動部１３を回動させるための駆動コイルであって、例えば、駆動コイル１４に流される電流の大きさ及び向きに対応して、ガルバノミラー１０が所定の角度に回動される。また、このガルバノミラー１０の回動範囲は、図２に示すように、原点を中心として、左右に所定のメカ限界角度θ１まで回動可能となっている。
【００１４】
図１において、１５は、本願発明の角度検出手段に相当するポジションセンサであって、駆動軸１３に連結され、ガルバノミラー１０が、例えば、実際に原点からどれだけ離れた角度に位置しているかを検出する。
【００１５】
３０は、駆動部１２を駆動するための駆動回路であって、これら駆動部１２と駆動回路３０とによって、本発明の駆動手段が構成されている。駆動回路３０は、複数のアンプを備え、後述のデータ生成部２０から受けた駆動信号を増幅して、前記駆動コイル１４に与える駆動電力を生成する。また、駆動回路３０は、ポジションセンサ１５の検出結果を、帰還路３１を介してフィードバックしており、ガルバノミラー１０の現在角度とデータ生成部２０から受けた駆動信号との偏差、及び、その偏差の時間微分値に応じて、前記駆動コイル１４への駆動電力を制御する。また、その駆動コイル１４に流れた電流を、帰還路３２を介してフィードバックして、駆動軸１３の回動動作の安定化を図ってある。
【００１６】
前記帰還路３２にて閉ループ回路とされた主幹路の途中には、ＳＷ１が設けられ、駆動コイル１４への電力の供給／停止が切り替えられる。なお、このＳＷ１は、電源監視回路３３又は電源ＯＦＦ時保護回路３４からの駆動命令によって、駆動される。また、前記主幹路に設けたアンプ３５には、そのアンプ３５を駆動させるための給電部にＳＷ２が設けられ、このＳＷ２をオンして、アンプ３５が停止されるようにしてある。さらに、駆動回路３０の入力側には、ＳＷ３が設けられている。このＳＷ３は、オンすると、駆動回路３０の入力端子がＧＮＤに短絡され、これにより、駆動回路３０の入力側の電圧が強制的に０［Ｖ］にされる。
【００１７】
２０は、データ生成部である。データ生成部２０は、例えば、レーザーマーカに所定のマークを印字させるために予め設定されたデータに基づいて、各ガルバノミラー１０の角度データを生成し、その角度データに応じた駆動信号を、電圧信号として駆動回路３０に出力する。また、本実施形態では、ガルバノミラー１０の角度を、原点にするときの駆動信号が、０［Ｖ］になるように設定されている。
【００１８】
さて、２１は、入力リミット回路であって、本願発明の入力データ監視手段に相当し、データ生成部２０からの駆動信号の異常を検出する。具体的には、例えば、入力リミット回路２１は、所定の角度範囲を超えてガルバノミラー１０を回動させる駆動信号を、異常な角度範囲に係る信号として検出し、本実施形態では、前記異常な角度範囲を、原点を基準にして両側に同一角度に割り振って設定してある。また、入力リミット回路２１の電気的構成は、図３に示されており、入力側には、絶対値検出回路２２が備えられ、ここで、データ生成部２０からの入力信号の絶対値を求める。絶対値検出回路２２の出力側には、コンパレータ２３が備えられ、ここで、駆動信号の絶対値が、所定の基準値を超えたか否かを検出する。さらに、コンパレータ２３の出力側には、フリップフロップ回路２４が備えられ、そのＣＫ端子に、コンパレータ２３の出力信号が取り込まれている。そして、駆動信号の絶対値が、所定の基準値を超えたときに、コンパレータ２３の出力信号がオンして、フリップフロップ回路２４の出力端子がオンする。また、フリップフロップ回路２４の出力端子には、前記ＳＷ３が接続されており、その出力端子の出力信号がオンしたときに、ＳＷ３がオンする。
【００１９】
２５は、振角リミット回路であって、本願発明の角度監視手段に相当し、前記ポジションセンサ１５の検出結果を取り込み、これを予め設定した基準値と比較することで、ガルバノミラー１０の現在角度の異常を検出する。ここで、本実施形態では、振角リミット回路２５の構成は、図示しないが、絶対値検出回路と、コンパレータと、フリップフロップ回路とを備えて、前記入力リミット回路２１と同様の構成になっており、そのために、ポジションセンサ１５からの検出信号を、データ生成部２０からの駆動信号に対応させてある。そして、振角リミット回路２５に備えたフリップフロップ回路の出力端子は、ＳＷ３に接続されており、ガルバノミラー１０の実際の角度が、予め設定した基準値を超えたときに、ＳＷ３をオンさせる。また、振角リミット回路２５のフリップフロップ回路の出力端子は、図示しない遅延回路を介して、前記したＳＷ２に接続されており、ＳＷ３をオンしてから所定の遅延時間後に、ＳＷ２をオンさせる。
【００２０】
次に、本実施形態のガルバノ駆動装置の動作について説明する。ここで、動作説明を具体化するために、ガルバノミラー１０が回動するメカ限界角度（図２のθ１参照）を原点から±２０度とし、レーザーマーカの印字に必要なガルバノミラー１０の規定限界角度（図２のθ２参照）を、原点から±１５度とする。また、データ生成部２０から出力される駆動信号は、ガルバノミラー１０の目標角度をそのまま電圧値にした値（例えば、ガルバノミラー１０を原点から５度離れた目標角度に回動するときには、駆動信号は５［Ｖ］）になるように、設定されているものとする。さらに、前記規定限界角度の±１５度に対応させて、入力リミット回路２１のコンパレータ２３の基準値を１５［Ｖ］に設定してあるものとする。また、振角リミット回路２５も、前記規定限界角度の±１５度に対応させて、コンパレータの基準値を設定してあるものとする。
【００２１】
ガルバノミラー１０を、所定の現在角度から、例えば原点から＋１０度離れた角度に変更する場合には、データ生成部２０から＋１０［Ｖ］の駆動信号が出力される。ここで、この駆動信号＋１０［Ｖ］が、ノイズの影響を受けずに、正常に駆動回路３０に与えられた場合は、以下のようにある。即ち、入力リミット回路２１は、駆動信号として＋１０［Ｖ］を取り込み、絶対値検出回路２２にて、絶対値である１０［Ｖ］が求められる。そして、この１０［Ｖ］がコンパレータ２３にて、基準値の１５［Ｖ］以下であると判別され、コンパレータ２３の出力信号がオフしたままとなり、ＳＷ３がオフ状態に保持される。これにより、駆動信号の＋１０［Ｖ］が、そのまま駆動回路３０に取り込まれる。
【００２２】
すると、この駆動信号（＋１０［Ｖ］）を受けた駆動回路３０は、各アンプにて駆動信号を増幅させて駆動電力を生成し、これを駆動部１２の駆動コイル１４に与える。これにより、駆動部１２の駆動軸１３が駆動して、ガルバノミラー１０が、原点から＋１０度離れた目標角度に向けて回動する。このとき、ポジションセンサ１５にて検出した現在角度と目標角度である＋１０度との偏差、及び、その偏差の時間微分値が、帰還路３１にてフィードバックされ、ガルバノミラー１０が、迅速に目標角度に到達するように制御される。
【００２３】
さて、上記した駆動信号の＋１０［Ｖ］が、ノイズの影響を受けて、駆動回路３０に取り込んだときに、例えば＋１８［Ｖ］の異常値になっていた場合は、以下のようである。即ち、入力リミット回路２１は、駆動信号の＋１８［Ｖ］を取り込み、その絶対値が、基準値の１５［Ｖ］を超えたことに基づき、異常を検出し、コンパレータ２３の出力信号がオンし、このオン信号がフリップフロップ回路２４にてホールドされて、ＳＷ１がオン状態に保持される。すると、駆動回路３０の入力端子が、ＧＮＤに短絡されて、駆動回路３０がデータ生成部２０から０［Ｖ］の駆動信号を受けた場合と同じ状態になる。
【００２４】
すると、駆動回路３０では、駆動信号としての０［Ｖ］を受けたが如く、ガルバノミラー１０を、現在角度から駆動信号０［Ｖ］に相当する原点へと回動させるべく、駆動部１２を駆動させる。即ち、ポジションセンサ１５にて検出した現在角度と目標角度である原点との偏差、及び、偏差の時間微分値をフィードバックして、強制的にガルバノミラー１０を原点に向けて回動させる。従って、たとえガルバノミラー１０が動作中であっても、駆動部１２の駆動力により、ガルバノミラー１０を慣性力に抗して強制的に原点に退避させることができる。しかも、入力リミット回路２１は、異常発生時に、実質的にデータ生成部２０に代わって、原点に係る駆動信号を駆動部１２に与えるから、ガルバノミラー１０の異常動作自体が未然に防がれ、もって、ガルバノミラー１０の干渉が防がれる。
【００２５】
次に、データ生成部２０から駆動回路３０に与えた駆動信号が正常であっても、駆動回路３０内でノイズの影響を受けて、駆動信号が異常値に変化する場合について説明する。データ生成部２０から、例えば駆動信号＋１０［Ｖ］が正常に駆動回路３０に与えられたとすると、入力リミット回路２１は、駆動信号の＋１０［Ｖ］が正常値であると認識して、ＳＷ１はオフのままとなり、従って、駆動信号の＋１０［Ｖ］が、駆動回路３０に取り込まれる。
【００２６】
しかし、駆動信号が駆動回路３０内で、ノイズの影響を受けて変化し、その結果、ガルバノミラー１０が、規定の±１５度を超えて（例えば原点から＋２０度離れた角度まで）回動したと場合、これがポジションセンサ１５にて検出される。そして、この検出結果を取り込んだ振角リミット回路２５は、前記入力リミット回路２１と同じようにして、絶対値検出回路、コンパレータ、フリップフロップ回路を作動し、まずは、ＳＷ３をオンさせる。これにより、やはり、駆動回路３０の入力端子が、ＧＮＤに短絡されて、駆動回路３０がデータ生成部２０から０［Ｖ］の駆動信号を受けた場合と同じ状態になり、駆動部１２によりガルバノミラー１０が原点に向けて強制的に回動させる。そして、振角リミット回路２５は、ＳＷ３をオンしてから、所定の遅延時間後に、ＳＷ２をオンする。すると、駆動部１２への電力供給が停止される。ここで、前記ＳＷ３がオンした結果、ガルバノミラー１０が完全に原点まで回動されていなくても、ひとたびガルバノミラー１０を原点に向けて駆動力を受けているから、後は、駆動部１２に内蔵して永久磁石の磁力だけでも、迅速に原点に収束させることができる。
【００２７】
このように、本実施形態のガルバノ駆動装置によれば、駆動信号の異常を各リミット回路２１，２５で検出し、ガルバノミラー１０を強制的に原点に向けて回動するから、たとえガルバノミラー１０が異常な角度に向かって動作中であっても、駆動部１２の駆動力により、ガルバノミラー１０が慣性力に抗して強制的に原点に戻されて、これによりガルバノミラー１０の干渉が防がれる。
【００２８】
なお、異常発生によって、ガルバノミラー１０が原点に退避したときには、例えば、図示しない警告灯が点灯し、ガルバノ装置が一時停止する。そして、作業者が所定の処理を施してから、各リミット回路２１，２５のフリップフロップ回路をリセットすると、ガルバノ駆動装置が再び運転可能な状態に戻る。また、本実施形態のガルバノ駆動装置では、その電源のオフ操作に連動して、電源ＯＦＦ時保護回路３４によりＳＷ１がオフされ、駆動部１２への電力供給ラインが強制的に遮断される。これにより、駆動回路３０に備えたアンプ等から、不正規の電力供給が行われて、駆動部１２が異常動作するという事態が防がれる。さらに、駆動回路３０に給電を行う電源に異常が発生したときには、電源監視回路３３がこれを検出して、やはり、ＳＷ１がオフし、駆動部１２への電力供給ラインを強制的に遮断する。
【００２９】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３０】
（１）前記実施形態の駆動部１２は、内蔵した永久磁石同士の磁力により、駆動軸１３を原点に復帰する構成であったが、例えば、バネ、ゴム等の弾性体による弾性力や重力でもって、駆動軸を原点に復帰するのものあってもよい。
【００３１】
（２）前記実施形態の振角リミット回路２５は、駆動部１２にてガルバノミラー１０を原点に向けて強制的に回動させてから、駆動部１２への給電を停止する構成であったが、ガルバノミラーを原点に向けて強制的に回動させるだけで、駆動部への給電停止を行わない構成であってもよい。ただし、前記実施形態の振角リミット回路２５のようにすれば、ガルバノミラー１０を原点に回動させた後で、駆動回路３０にノイズがのっても、駆動部１２にてガルバノミラー１０を異常動作させるような事態が防がれる。
【００３２】
（３）前記実施形態のガルバノミラー１０に関する非常用角度（原点）は、正規の回動範囲に中心に位置していたが、正規の回動範囲であれば、どのような位置に非常用角度を設けてもよい。
【００３３】
（４）前記実施形態の角度検出手段としてのポジションセンサ１５は、駆動部１２の回動軸１３に連結されていたが、例えば、駆動部の回動軸に対して非接触に設けた光学式のポジションセンサで、角度検出手段を構成してもよい。
【００３４】
（５）前記実施形態では、入力リミット回路２１（入力データ監視手段）及び振角リミット回路２５（角度監視手段）に設けたコンパレータの基準値を同じ値に設定してあったが、両リミット回路に設定した基準値は、互いに異なっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガルバノ駆動装置の回路図
【図２】ガルバノミラーの正面図
【図３】入力リミット回路の回路図
【図４】従来のレーザマーカの斜視図
【図５】先行技術としてのガルバノ駆動装置の回路図
【符号の説明】
１０…ガルバノミラー
１２…駆動部（駆動手段）
１５…ポジションセンサ（角度検出手段）
２０…データ生成部（データ生成手段）
２１…入力リミット回路（入力データ監視手段）
２５…振角リミット回路（角度監視手段）
３０…駆動回路（駆動手段）

Claims

ガルバノミラーと、
順次に駆動信号を受け、それら駆動信号に基づく角度に前記ガルバノミラーを回動させる駆動手段と、
前記ガルバノミラーの実際の角度を検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段から出力された検出結果が、正規の回動範囲内であるか否かを判断し、正規の回動範囲外であるときに、前記ガルバノミラーを、正規の回動範囲内に設定した非常用角度へと回動させるための駆動信号を、前記駆動手段に与えて、前記ガルバノミラーを前記非常用角度に固定する角度監視手段とを備えたことを特徴とするガルバノ駆動装置。
ガルバノミラーと、
予め設定した角度に前記ガルバノミラーを回動させるための駆動信号を、順次に出力するデータ生成手段と、
前記データ生成手段から受けた前記駆動信号に基づく角度に前記ガルバノミラーを回動させる駆動手段と、
前記データ生成手段から出力された検出結果が、正規の回動範囲内であるか否かを判断し、正規の回動範囲外であるときに、前記データ生成手段に代わって、前記ガルバノミラーを、正規の回動範囲内に設定した非常用角度へと回動させるための駆動信号を、前記駆動手段に与えて、前記ガルバノミラーを前記非常用角度に固定する入力データ監視手段とを備えたことを特徴とするガルバノ駆動装置。