JP5383887B2 - Displacement detection device, control device, machine tool device, irradiation device, and displacement detection method - Google Patents

Displacement detection device, control device, machine tool device, irradiation device, and displacement detection method Download PDF

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Description

本発明は変位検出方法及びモータ制御装置に係り、特に、検出角度の補正を行う変位検出方法及び検出角度の補正を行うことにより検出精度を向上させたモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a displacement detection method and a motor control device, and more particularly, to a displacement detection method that corrects a detection angle and a motor control device that improves detection accuracy by correcting the detection angle.

レーザ穴あけ加工機、レーザトリマ装置、レーザリペア装置などの工作機械装置には、ガルバノモータと呼ばれる小出力電気モータが用いられる。ガルバノモータには高精度な角度検出器を備えることが要求され、インクリメンタルエンコーダが採用されている。   A small output electric motor called a galvano motor is used in machine tool devices such as a laser drilling machine, a laser trimmer device, and a laser repair device. The galvano motor is required to have a highly accurate angle detector, and an incremental encoder is employed.

インクリメンタルエンコーダとしては、光学式のロータリエンコーダやリニアエンコーダが知られている。このようなエンコーダは、位相が90°異なる2つの信号(正弦波信号と余弦波信号)を利用することにより、被検出物の変位量や変位方向などの変位情報を検出している。   Optical incremental encoders and linear encoders are known as incremental encoders. Such an encoder detects displacement information such as a displacement amount and a displacement direction of an object to be detected by using two signals (a sine wave signal and a cosine wave signal) whose phases are different by 90 °.

従来から、多くのエンコーダでは、検出精度を高めるため、出力信号の振幅、オフセット、位相を補正することが行われている。   Conventionally, in many encoders, the amplitude, offset, and phase of an output signal are corrected in order to improve detection accuracy.

例えば、特開平8−145719号公報(特許文献1)には、エンコーダの出力信号の最大値と最小値や2相の出力信号の交点の情報に基づいて、振幅補正、オフセット補正、及び、位相補正を行うことが記載されている。また、特開平10−254549号公報(特許文献2)には、エンコーダの出力信号の最大値の平均値と最小値の平均値に基づいて、振幅補正及びオフセット補正を行うことが記載されている。
特開平8−145719号公報 特開平10−254549号公報
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-145719 (Patent Document 1) discloses amplitude correction, offset correction, and phase based on information on the maximum and minimum values of an encoder output signal and the intersection of two-phase output signals. It is described that correction is performed. Japanese Patent Laid-Open No. 10-254549 (Patent Document 2) describes that amplitude correction and offset correction are performed based on the average value of the maximum value and the average value of the minimum value of the output signal of the encoder. .
JP-A-8-145719 JP-A-10-254549

しかしながら、従来の補正手段は、エンコーダの出力信号が理想的な正弦波信号であるとして補正を行っていた。ところが実際には、エンコーダの出力信号は、高調波成分や非線形成分を含んでいるため、理想的な正弦波信号ではない。このため、従来の補正手段にてエンコーダの出力信号を補正した場合でも、エンコーダの出力信号は理想的な正弦波信号にはならない。   However, the conventional correction means performs correction on the assumption that the output signal of the encoder is an ideal sine wave signal. Actually, however, the output signal of the encoder is not an ideal sine wave signal because it includes harmonic components and nonlinear components. For this reason, even when the output signal of the encoder is corrected by the conventional correction means, the output signal of the encoder is not an ideal sine wave signal.

多くのエンコーダは、正弦波信号と余弦波信号から分割単位に相当する位相差を有する複数の分割パルスを生成し、被検出物の変位情報の検出分解能を高めている。このような手法を電気分割というが、エンコーダの出力信号が理想的な正弦波信号でないことは、電気分割の際における誤差の原因となっていた。   Many encoders generate a plurality of divided pulses having a phase difference corresponding to a division unit from a sine wave signal and a cosine wave signal, thereby increasing the detection resolution of displacement information of an object to be detected. Such a method is called electric division, but the fact that the output signal of the encoder is not an ideal sine wave signal has caused an error in electric division.

また、エンコーダは、そのスケールピッチが等間隔になるように加工されているが、実際には加工誤差を有している。   Further, the encoder is processed so that the scale pitch becomes equal intervals, but actually has a processing error.

そこで、本発明は、エンコーダ等の変位検出手段により検出される変位の誤差を低減する。   Therefore, the present invention reduces an error in displacement detected by a displacement detection means such as an encoder.

本発明のうちの代表的な一つは、アクチュエータの出力としての変位を検出する変位検出手段を含む変位検出装置であって、振動する駆動指令が前記アクチュエータに供給されて前記変位検出手段により検出された前記変位の振幅と前記駆動指令の振幅との比を前記変位の予め定められた範囲にわたって複数得、得られた複数の比に基づいて、前記変位検出手段により検出された前記変位を補正する補正手段を有することを特徴とする変位検出装置である。   A representative one of the present invention is a displacement detection device including displacement detection means for detecting displacement as an output of an actuator, and a vibration drive command is supplied to the actuator and detected by the displacement detection means. A plurality of ratios between the amplitude of the displacement and the amplitude of the drive command are obtained over a predetermined range of the displacement, and the displacement detected by the displacement detection means is corrected based on the obtained plurality of ratios. It is a displacement detection apparatus characterized by having the correction means to do.

また、本発明のうちの代表的な一つは、アクチュエータの出力としての変位を検出する変位検出手段を用いた変位検出方法であって、振動する駆動指令が前記アクチュエータに供給されて前記変位検出手段により検出された前記変位の振幅と前記駆動指令の振幅との比を前記変位の予め定められた範囲にわたって複数得、得られた複数の比に基づいて、前記変位検出手段により検出された前記変位を補正することを特徴とする変位検出方法である。   A representative one of the present invention is a displacement detection method using displacement detection means for detecting displacement as an output of an actuator, wherein a vibration drive command is supplied to the actuator to detect the displacement. A plurality of ratios between the amplitude of the displacement detected by the means and the amplitude of the drive command are obtained over a predetermined range of the displacement, and the detection of the displacement detected by the displacement detection means based on the obtained plurality of ratios The displacement detection method is characterized by correcting the displacement.

本発明によれば、エンコーダ等の変位検出手段により検出される変位の誤差を低減することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce a displacement error detected by a displacement detection means such as an encoder.

実施例1におけるモータ制御装置の制御ブロック図である。1 is a control block diagram of a motor control device in Embodiment 1. FIG. 実施例1におけるモータの回転角度θmとエンコーダによる検出角度θm’との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between rotation angle (theta) m of the motor in Example 1, and detection angle (theta) m 'by an encoder. 実施例1におけるモータの回転角度θmと検出誤差θm’−θmとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between rotation angle (theta) m of the motor in Example 1, and detection error (theta) m'-thetam. 実施例1におけるモータの駆動トルクTmの振幅スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the amplitude spectrum of the drive torque Tm of the motor in Example 1. FIG. 実施例1におけるモータの検出角度θm’の角度応答θm’pの振幅スペクトルを示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an amplitude spectrum of an angle response θm′p of a detected angle θm ′ of the motor in the first embodiment. 実施例1における補正データを示す図である。It is a figure which shows the correction data in Example 1. FIG. 実施例1において補正前の検出誤差θm’−θと補正後の検出誤差θm’’−θを示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a detection error θm′−θ before correction and a detection error θm ″ −θ after correction in the first embodiment. 実施例2におけるモータの回転角度θmとエンコーダによる検出角度θm’との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between rotation angle (theta) m of the motor in Example 2, and detection angle (theta) m 'by an encoder. 実施例2におけるモータの回転角度θmと検出誤差θm’−θmとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between rotation angle (theta) m of the motor in Example 2, and detection error (theta) m'-thetam. 実施例2における補正データを示す図である。It is a figure which shows the correction data in Example 2. FIG. 実施例2において補正前の検出誤差θm’−θと補正後の検出誤差θm’’−θを示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a detection error θm′−θ before correction and a detection error θm ″ −θ after correction in the second embodiment. 実施例1における補正手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a correction procedure in the first embodiment. レーザ加工機の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a laser processing machine. モータ制御装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a motor control apparatus. ロータリエンコーダのスケールの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the scale of a rotary encoder. エンコーダ出力のA相信号とB相信号を示す図である。It is a figure which shows the A phase signal and B phase signal of an encoder output.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、工作機械装置の一例として、レーザ加工機の構成を説明する。図13にレーザ加工機100の概略図を示す。レーザ加工機100は、基板の切断や穴あけ、金属間の溶接など、幅広い用途に利用される。   First, a configuration of a laser processing machine will be described as an example of a machine tool device. FIG. 13 shows a schematic diagram of the laser processing machine 100. The laser processing machine 100 is used for a wide range of applications such as cutting and drilling of substrates and welding between metals.

本実施例のレーザ加工機100は、回転モータ101、102を備える。回転モータ101、102は、ミラー103、104をそれぞれ回転駆動するために設けられている。ミラー103、104は、回転モータ101、102により回転駆動され、その向きが変化する。   The laser processing machine 100 of this embodiment includes rotary motors 101 and 102. The rotation motors 101 and 102 are provided to rotate the mirrors 103 and 104, respectively. The mirrors 103 and 104 are rotationally driven by the rotary motors 101 and 102, and their directions change.

このように、回転モータ101、102を用いてミラー103、104の向きを変化させることにより、レーザ光Lの進行方向を変えることができる。なお、後述のように、回転モータ101、102にはモータの回転変位量を検知するためのエンコーダが設けられている。モータの回転変位量を正確に検知することにより、レーザ光Lの進行方向を正確に制御することができる。   Thus, the traveling direction of the laser light L can be changed by changing the direction of the mirrors 103 and 104 using the rotary motors 101 and 102. As will be described later, the rotary motors 101 and 102 are provided with an encoder for detecting the rotational displacement amount of the motor. By accurately detecting the rotational displacement amount of the motor, the traveling direction of the laser light L can be accurately controlled.

レーザ発振器105から射出されたレーザ光Lは、ミラー103、104を経由して、レーザ加工面106に照射される。加工の対象となるレーザ加工面106としては、金属やガラス、プラスチックなど広範の材料が選択できる。   The laser beam L emitted from the laser oscillator 105 is applied to the laser processing surface 106 via the mirrors 103 and 104. A wide range of materials such as metal, glass, and plastic can be selected as the laser processed surface 106 to be processed.

上記のとおり、レーザ加工機100においては、ミラー103、104が回転することによりレーザ光Lの進行方向を正確に制御することができる。このため、レーザ加工面106が平坦でない場合でも、レーザ加工面106を高精度に加工することが可能である。   As described above, in the laser processing machine 100, the traveling direction of the laser light L can be accurately controlled by rotating the mirrors 103 and 104. For this reason, even when the laser processing surface 106 is not flat, the laser processing surface 106 can be processed with high accuracy.

次に、レーザ加工機100に用いられるモータ制御装置の構成を説明する。図14にモータ制御装置の概略図を示す。また、図15にエンコーダのスケール201の概略平面図を示す。   Next, the configuration of the motor control device used in the laser processing machine 100 will be described. FIG. 14 shows a schematic diagram of the motor control device. FIG. 15 is a schematic plan view of the encoder scale 201.

本実施例のモータ制御装置200は、回転モータ101の回転変位量を検出するための光学式のエンコーダを有する。エンコーダは、回転スリット円板及び固定スリット円板を有するスケール201と、発光素子(発光ダイオード)と受光素子(フォトダイオード)を有するセンサ部202とからなる。回転スリット円板は回転モータ101の回転とともに回転し、固定スリット円板は固定されている。エンコーダは、発光素子と受光素子の間に回転スリット円板と固定スリット円板を配置した構成となっている。   The motor control device 200 of this embodiment has an optical encoder for detecting the rotational displacement amount of the rotary motor 101. The encoder includes a scale 201 having a rotating slit disk and a fixed slit disk, and a sensor unit 202 having a light emitting element (light emitting diode) and a light receiving element (photodiode). The rotary slit disk rotates with the rotation of the rotary motor 101, and the fixed slit disk is fixed. The encoder has a configuration in which a rotating slit disk and a fixed slit disk are disposed between a light emitting element and a light receiving element.

回転スリット円板と固定スリット円板には、多数のスリットが設けられている。発光素子の光は、回転スリット円板が回転することにより、透過又は遮断する。また、固定スリット円板は、エンコーダの出力信号を複数相にするため、固定スリットは複数に分かれている。このため、発光素子と受光素子も複数個設けられている。   A large number of slits are provided in the rotating slit disk and the fixed slit disk. The light of the light emitting element is transmitted or blocked by the rotation of the rotating slit disk. The fixed slit disk is divided into a plurality of fixed slits in order to make the encoder output signal into a plurality of phases. For this reason, a plurality of light emitting elements and light receiving elements are also provided.

図15に示すように、エンコーダのスケール201は、A相パターン205とB相パターン206のスリットが設けられている。スケール201は、回転軸204を中心に回転する。回転中に、発光素子からの光がA相パターン及びB相パターンそれぞれのスリットを透過すると、2つの受光素子それぞれが発光素子の光を検知する。この結果、図16に示すように、互いに位相が90°異なるA相信号とB相信号が生成される。なお、図16のA相信号及びB相信号は、正弦波状のエンコーダ出力を波形整形回路により波形整形した矩形波信号である。   As shown in FIG. 15, the encoder scale 201 is provided with slits of an A-phase pattern 205 and a B-phase pattern 206. The scale 201 rotates around the rotation shaft 204. During rotation, when light from the light emitting element passes through the slits of the A phase pattern and the B phase pattern, each of the two light receiving elements detects light of the light emitting element. As a result, as shown in FIG. 16, an A-phase signal and a B-phase signal that are 90 ° out of phase with each other are generated. Note that the A-phase signal and the B-phase signal in FIG. 16 are rectangular wave signals obtained by waveform-shaping the sinusoidal encoder output by the waveform shaping circuit.

モータコントローラ203は、回転モータ101の回転駆動を制御する。モータコントローラ203は、目標値であるモータ回転角度と実測値であるモータ検出角度とを比較して、実測値が目標値に等しくなるように、フィードバック制御する。この結果、ミラー103の向きを目標値どおりの角度に変更することができる。   The motor controller 203 controls the rotational drive of the rotary motor 101. The motor controller 203 compares the motor rotation angle that is the target value with the motor detection angle that is the actual measurement value, and performs feedback control so that the actual measurement value becomes equal to the target value. As a result, the direction of the mirror 103 can be changed to an angle as the target value.

なお、エンコーダの検出原理は光学式に限られず、磁気式など他の方式を採用することも可能である。   Note that the detection principle of the encoder is not limited to the optical method, and other methods such as a magnetic method may be employed.

次に、本発明の実施例1における変位検出方法及びモータ制御装置を説明する。図1は、モータ制御装置のコントローラが実行する制御ブロック図である。   Next, a displacement detection method and a motor control device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a control block diagram executed by the controller of the motor control device.

図1の制御ブロックは、モータの回転角度θmを検出するための角度検出器としてロータリエンコーダを用いた位置決め制御系である。本図では、トルク指令に対する位置応答が1/sとなる簡易なモータモデルと、位置及び速度フィードバックを行う比例制御の位置決め制御系を示している。 The control block in FIG. 1 is a positioning control system that uses a rotary encoder as an angle detector for detecting the rotation angle θm of the motor. This figure shows a simple motor model in which the position response to the torque command is 1 / s 2 and a proportional control positioning control system that performs position and speed feedback.

1は目標角度指令である。目標角度指令1は、モータ17から出力される回転角度θmの目標値を指令する。2は第1の加算器である。第1の加算器2は、補正手段18から出力される補正角度19をフィードバックして、目標角度指令1による目標値と補正角度19を加算する。3は第2の加算器である。第2の加算器3は、第1の加算器2の出力信号と微分器12から出力された速度フィードバック信号とを加算する。   1 is a target angle command. The target angle command 1 commands a target value of the rotation angle θm output from the motor 17. Reference numeral 2 denotes a first adder. The first adder 2 feeds back the correction angle 19 output from the correction means 18 and adds the target value based on the target angle command 1 and the correction angle 19. Reference numeral 3 denotes a second adder. The second adder 3 adds the output signal of the first adder 2 and the speed feedback signal output from the differentiator 12.

4はトルク指令である。トルク指令4は、目標角度指令1を第1の加算器2及び第2の加算器3を介することにより計算される。5は第3の加算器である。第3の加算器5は、信号生成手段13により生成された正弦波信号をトルク指令4に重畳する。6は駆動トルクである。駆動トルク6は、第3の加算器5から出力され、モータ17に供給される。このように、第3の加算器は、駆動トルク6をモータに供給する駆動手段として機能する。   4 is a torque command. The torque command 4 is calculated by passing the target angle command 1 through the first adder 2 and the second adder 3. Reference numeral 5 denotes a third adder. The third adder 5 superimposes the sine wave signal generated by the signal generator 13 on the torque command 4. 6 is a driving torque. The driving torque 6 is output from the third adder 5 and supplied to the motor 17. As described above, the third adder functions as a driving unit that supplies the driving torque 6 to the motor.

17はモータである。モータ17は積分器7,8を備え、これらの積分器を介して、モータの回転角度9(θm)を出力する。本実施例のモータ17が2つの積分器7,8を有するのは、トルク指令4に対する位置応答が1/sとなるモータモデルを考えているからである。 Reference numeral 17 denotes a motor. The motor 17 includes integrators 7 and 8 and outputs a rotation angle 9 (θm) of the motor through these integrators. The reason why the motor 17 of this embodiment includes the two integrators 7 and 8 is that a motor model in which the position response to the torque command 4 is 1 / s 2 is considered.

ここで、モータの変位量である回転角度9(θm)はモータの実際の回転角度を示している。すなわち、回転角度9(θm)はモータの実際の変位量である。このため、エンコーダで検出した検出角度(実測値)とは異なる。   Here, the rotation angle 9 (θm), which is the displacement amount of the motor, indicates the actual rotation angle of the motor. That is, the rotation angle 9 (θm) is an actual displacement amount of the motor. For this reason, it differs from the detected angle (actually measured value) detected by the encoder.

10はエンコーダである。エンコーダ10は、モータ17の実際の回転角度9(θm)を検出する変位検出手段である。11は検出角度θm’である。検出角度11(θm’)は、変位検出手段であるエンコーダ10により検出された変位量(角度)である。エンコーダ10は、モータ17の実際の回転角度9(θm)を検出して、モータ17の検出角度11(θm’)を算出する。なお、エンコーダ10から出力される正弦波信号には、高調波成分が含まれている。また、エンコーダ10のスケールには加工誤差がある可能性もある。このため、厳密には、エンコーダ10により求められたモータの検出角度11(θm’)は、モータ17の実際の回転角度9(θm)とは異なる。すなわち、モータ17の実際の回転角度9(θm)とエンコーダ10により検出されたモータ17の検出角度(θm’)の間には誤差がある。   Reference numeral 10 denotes an encoder. The encoder 10 is a displacement detection unit that detects an actual rotation angle 9 (θm) of the motor 17. Reference numeral 11 denotes a detection angle θm ′. The detection angle 11 (θm ′) is a displacement amount (angle) detected by the encoder 10 which is a displacement detection means. The encoder 10 detects the actual rotation angle 9 (θm) of the motor 17 and calculates the detection angle 11 (θm ′) of the motor 17. Note that the sine wave signal output from the encoder 10 includes a harmonic component. Further, there is a possibility that the scale of the encoder 10 has a processing error. Therefore, strictly speaking, the detected angle 11 (θm ′) of the motor obtained by the encoder 10 is different from the actual rotational angle 9 (θm) of the motor 17. That is, there is an error between the actual rotation angle 9 (θm) of the motor 17 and the detected angle (θm ′) of the motor 17 detected by the encoder 10.

12は微分器である。微分器12は、補正手段18により補正された補正角度19(θ’’)を時間で微分することにより、モータの回転速度を求める。微分器12で求められた回転速度は、速度フィードバック信号として第2の加算器3に入力される。   Reference numeral 12 denotes a differentiator. The differentiator 12 obtains the rotational speed of the motor by differentiating the correction angle 19 (θ ″) corrected by the correction means 18 with time. The rotational speed obtained by the differentiator 12 is input to the second adder 3 as a speed feedback signal.

13は信号生成手段である。本実施例の信号生成手段13は、所定の振幅及び周波数を有する正弦波信号を生成して、この正弦波信号を駆動手段である第3の加算器に供給する。なお、本実施例の信号生成手段13は正弦波信号を生成するが、これに代えて、ガウシアンノイズや三角波など他の信号を生成して第3の加算器に供給するものであってもよい。   Reference numeral 13 denotes signal generation means. The signal generating means 13 of the present embodiment generates a sine wave signal having a predetermined amplitude and frequency, and supplies this sine wave signal to a third adder that is a driving means. The signal generating means 13 of the present embodiment generates a sine wave signal, but instead of this, other signals such as Gaussian noise and triangular wave may be generated and supplied to the third adder. .

14は第1のフーリエ変換器である。第1のフーリエ変換器14は、第3の加算器5から出力された駆動トルク6を入力し、駆動トルク6のフーリエ変換を行う。第1のフーリエ変換器14からは、駆動トルク6のフーリエ変換を行った結果として、第1の振幅スペクトルが出力される。   Reference numeral 14 denotes a first Fourier transformer. The first Fourier transformer 14 receives the drive torque 6 output from the third adder 5 and performs a Fourier transform of the drive torque 6. A first amplitude spectrum is output from the first Fourier transformer 14 as a result of performing a Fourier transform of the driving torque 6.

15は第2のフーリエ変換器である。第2のフーリエ変換器15は、エンコーダの出力信号に基づいて求められたモータの検出角度11(θm’)を入力し、検出角度11のフーリエ変換を行う。第2のフーリエ変換器15からは、検出角度11のフーリエ変換を行った結果として、第2の振幅スペクトルが出力される。   Reference numeral 15 denotes a second Fourier transformer. The second Fourier transformer 15 receives the detection angle 11 (θm ′) of the motor obtained based on the output signal of the encoder, and performs a Fourier transform of the detection angle 11. A second amplitude spectrum is output from the second Fourier transformer 15 as a result of performing a Fourier transform of the detection angle 11.

16は補正データ生成手段である。補正データ生成手段16は、第1の振幅スペクトルと第2の振幅スペクトルの振幅スペクトル比を求める。また、補正データ生成手段16は、振幅スペクトル比から補正データW〔n〕を生成する。すなわち補正データ生成手段16は、所定の正弦波信号が第3の加算器5に供給されたときの駆動トルク6及びエンコーダ10により検出された検出角度θm’から補正データを生成する。   Reference numeral 16 denotes correction data generation means. The correction data generation unit 16 obtains an amplitude spectrum ratio between the first amplitude spectrum and the second amplitude spectrum. Further, the correction data generating means 16 generates correction data W [n] from the amplitude spectrum ratio. That is, the correction data generation means 16 generates correction data from the driving torque 6 when a predetermined sine wave signal is supplied to the third adder 5 and the detection angle θm ′ detected by the encoder 10.

18は補正手段である。補正手段18は、補正データ生成手段16にて生成された補正データW〔n〕を用いてエンコーダで検出されたモータの検出角度11(θm’)を補正する。補正手段18は、変位検出手段であるエンコーダによる検出角度11(θm’)を、実際のモータの回転角度9(θm)に等しくなるように補正を行う。このため、補正手段18にて補正された補正角度19は、実際のモータの回転角度(θm)に極めて近い値となる。補正角度19は、第1の加算器2及び第2の加算器3へフィードバックされる。   Reference numeral 18 denotes correction means. The correction unit 18 corrects the detected angle 11 (θm ′) of the motor detected by the encoder using the correction data W [n] generated by the correction data generation unit 16. The correction unit 18 corrects the detection angle 11 (θm ′) by the encoder serving as the displacement detection unit so as to be equal to the actual rotation angle 9 (θm) of the motor. For this reason, the correction angle 19 corrected by the correction means 18 is a value very close to the actual rotation angle (θm) of the motor. The correction angle 19 is fed back to the first adder 2 and the second adder 3.

次に、図1の制御ブロックにて生じる検出角度の誤差及びその補正方法について、以下、詳細に説明する。   Next, a detection angle error generated in the control block of FIG. 1 and a correction method thereof will be described in detail below.

まず、高調波成分を含むエンコーダ信号がモータの検出角度θm’に与える誤差について説明する。なお、本実施例では、回転型のモータにおける角度検出器として、ロータリエンコーダが用いられている。エンコーダは、モータの変位検出手段として機能する。
エンコーダは、モータの1回転当たり、正弦波状の2相信号を各々140000周期で出力する。モータの回転角度をθm〔rad〕とすると、エンコーダの位相角度θeは、
First, an error that an encoder signal including a harmonic component gives to the detection angle θm ′ of the motor will be described. In this embodiment, a rotary encoder is used as an angle detector in a rotary motor. The encoder functions as a motor displacement detection means.
The encoder outputs a sinusoidal two-phase signal at 140000 cycles per rotation of the motor. When the rotation angle of the motor is θm [rad], the phase angle θe of the encoder is

で表され、理想的な正弦波を出力するエンコーダの2相信号Asig、Bsigは、 The two-phase signals Asig and Bsig of the encoder that outputs an ideal sine wave are

となる。また、ここでは、下記のような3次及び5次の高調波を含むエンコーダ信号について考える。 It becomes. Here, an encoder signal including the following third and fifth harmonics is considered.

ここで、高調波を含むエンコーダ信号を理想的な正弦波信号であるとして、tan−1(アークタンジェント)により電気分割した場合の誤差を考える。高調波を含むエンコーダ信号よりエンコーダの位相角度θe’ を求めると、 Here, assuming that an encoder signal including harmonics is an ideal sine wave signal, an error in the case of electrical division by tan −1 (arc tangent) is considered. When the phase angle θe ′ of the encoder is obtained from the encoder signal including harmonics,

となる。また、モータの検出角度をθm’〔rad〕は、エンコーダの位相角度θe’より、 It becomes. Further, the detected angle of the motor θm ′ [rad] is determined from the phase angle θe ′ of the encoder.

で表わされる。ここで、エンコーダは周期関数であるため、エンコーダの位相角度θeを−π≦θe≦πの範囲で考える。 It is represented by Here, since the encoder is a periodic function, the phase angle θe of the encoder is considered in the range of −π ≦ θe ≦ π.

このときのモータの検出角度θm’とモータの回転角度θmとの関係を図2に示す。図2において、横軸はモータの回転角度θm、縦軸は電気分割により求めたモータの検出角度θm’を示している。検出誤差がゼロの理想的な場合には、図2に示されるグラフは直線状になる。しかし、実際には誤差が生じているため、図2に示されるグラフは歪んだ直線になっている。   FIG. 2 shows the relationship between the detected angle θm ′ of the motor and the rotational angle θm of the motor at this time. In FIG. 2, the horizontal axis represents the motor rotation angle θm, and the vertical axis represents the motor detection angle θm ′ obtained by electrical division. In the ideal case where the detection error is zero, the graph shown in FIG. 2 is linear. However, since an error actually occurs, the graph shown in FIG. 2 is a distorted straight line.

また、エンコーダによる検出誤差θm’−θmとモータの回転角度θmとの関係を図3に示す。図3において、横軸はモータの回転角度θm、縦軸はモータの回転角度θmと電気分割により求めたモータの検出角度θm’との検出誤差θm’−θmを示している。検出誤差がゼロの理想的な場合、縦軸の検出誤差θm’−θmは横軸の回転角度θmに依存せず常にゼロを示す。しかし、実際には誤差が生じているため、図3に示されるグラフは正弦波状に変化する。   FIG. 3 shows the relationship between the detection error θm′−θm by the encoder and the rotation angle θm of the motor. In FIG. 3, the horizontal axis represents the motor rotation angle θm, and the vertical axis represents the detection error θm′−θm between the motor rotation angle θm and the motor detection angle θm ′ obtained by electrical division. In an ideal case where the detection error is zero, the detection error θm′−θm on the vertical axis always shows zero regardless of the rotation angle θm on the horizontal axis. However, since an error actually occurs, the graph shown in FIG. 3 changes in a sine wave shape.

以上のとおり、モータの実際の回転角度θmとエンコーダにより検出された検出角度θm’の間には、エンコーダ出力の高調波成分による検出誤差が生じている。   As described above, a detection error due to the harmonic component of the encoder output occurs between the actual rotation angle θm of the motor and the detection angle θm ′ detected by the encoder.

次に、エンコーダにより検出された検出角度θm’の補正方法について、図12に示す補正手順のフローチャートを参照しながら説明する。なお、本実施例の補正方法は、エンコーダをモータに組み込んだ状態にて行われる。   Next, a correction method of the detection angle θm ′ detected by the encoder will be described with reference to a correction procedure flowchart shown in FIG. The correction method of this embodiment is performed in a state where the encoder is incorporated in the motor.

また、本実施例のモータ制御装置は、エンコーダの検出角度を補正するための補正モードと、実際のモータ制御を行う制御モードとを有する。モータ制御装置は、補正モードにて検出角度を補正してから、制御モードに移行して通常のモータ制御を行う。   In addition, the motor control device of the present embodiment has a correction mode for correcting the detection angle of the encoder and a control mode for performing actual motor control. The motor control device corrects the detection angle in the correction mode and then shifts to the control mode to perform normal motor control.

図1に示される制御系において、エンコーダによりモータの検出角度θm’を検出して、モータの位置決め制御を行う。ここでは、   In the control system shown in FIG. 1, a motor detection angle θm ′ is detected by an encoder to perform motor positioning control. here,

で表される360点での補正係数を求める。 The correction coefficient at 360 points represented by

最初に、数式(8)おいて、θm’〔0〕=−π/140000(n=0の場合)を満たす位置(角度)を検出する(ステップS1)。そして、モータをこの位置に位置決め制御する(ステップS2)。次に、位置決め制御した状態で、信号生成手段13にて生成された100Hzの正弦波信号をトルク指令4に重畳する(ステップS3)。なお、正弦波の周波数は100Hzに限定されるものではなく、他の周波数を用いることもできる。   First, in Equation (8), a position (angle) that satisfies θm ′ [0] = − π / 140000 (when n = 0) is detected (step S1). Then, the motor is controlled to be positioned at this position (step S2). Next, with the positioning controlled, the 100 Hz sine wave signal generated by the signal generating means 13 is superimposed on the torque command 4 (step S3). The frequency of the sine wave is not limited to 100 Hz, and other frequencies can be used.

この結果に基づいて、第3の加算器5から出力された駆動トルク6をモータ17に供給し、駆動トルク6及び検出角度θm’の角度応答を測定する(ステップS4)。このときの駆動トルクをTm〔0〕、また、モータの検出角度θm’の角度応答をθm’p〔0〕とする。   Based on this result, the driving torque 6 output from the third adder 5 is supplied to the motor 17 and the angular response of the driving torque 6 and the detected angle θm ′ is measured (step S4). The driving torque at this time is Tm [0], and the angle response of the detected angle θm ′ of the motor is θm′p [0].

ここで、nの値が360より小さいか否かを判定する(ステップS5)。nの値が360より小さい場合には、nに1を加えて(ステップS6)、ステップS2乃至ステップS4の動作を繰り返す。すなわち、n=1、2、…、358、359(n<360)の場合について、n=0の場合と同様に、モータの駆動トルクTm〔n〕、及び、検出角度θm’の角度応答θm’p〔n〕を求める(ステップS4)。   Here, it is determined whether or not the value of n is smaller than 360 (step S5). If the value of n is smaller than 360, 1 is added to n (step S6), and the operations from step S2 to step S4 are repeated. That is, in the case of n = 1, 2,... 358, 359 (n <360), similarly to the case of n = 0, the motor driving torque Tm [n] and the angle response θm of the detected angle θm ′. 'p [n] is obtained (step S4).

nの値が360に達した場合には、モータの駆動トルクTm及び角度応答θm’pを各々フーリエ変換し、各々の振幅スペクトルを求める(ステップS7)。モータの駆動トルクTmの振幅スペクトルを図4に示す。また、角度応答θm’pの振幅スペクトルを図5に示す。なお、図4及び図5に示される振幅スペクトルは、正弦波信号の重畳周波数100Hzの項のみを表している。   When the value of n reaches 360, each of the motor drive torque Tm and the angle response θm′p is Fourier-transformed to obtain each amplitude spectrum (step S7). FIG. 4 shows an amplitude spectrum of the motor driving torque Tm. Further, the amplitude spectrum of the angle response θm′p is shown in FIG. Note that the amplitude spectrum shown in FIGS. 4 and 5 represents only the term of the superimposed frequency 100 Hz of the sine wave signal.

ここで、エンコーダによる検出誤差がない場合、駆動トルクTmに対して、モータ17の検出角度θm’の角度応答θm’pは一定である。換言すると、駆動トルクTmの振幅スペクトルに対する角度応答の振幅スペクトル(振幅スペクトル比)は一定となる。   Here, when there is no detection error by the encoder, the angle response θm′p of the detection angle θm ′ of the motor 17 is constant with respect to the driving torque Tm. In other words, the amplitude spectrum (amplitude spectrum ratio) of the angle response with respect to the amplitude spectrum of the drive torque Tm is constant.

しかしながら、実際にはエンコーダによる検出誤差が生じている。このため、図4及び図5に示されるように、検出角度θm’を用いた場合、振幅スペクトル比は一定にならない。   However, in reality, a detection error by the encoder has occurred. For this reason, as shown in FIGS. 4 and 5, when the detection angle θm ′ is used, the amplitude spectrum ratio is not constant.

そこで、検出誤差が生じている場合に、振幅スペクトル比を一定にするための補正データW〔n〕を作成する(ステップS8)。補正データW〔n〕は、検出角度θm’がθm’〔n〕 ≦θm’< θm’〔n+1〕のときの重みデータであり、下記の数式(9)及び数式(10)を満足するように求める。   Therefore, when a detection error occurs, correction data W [n] for making the amplitude spectrum ratio constant is created (step S8). The correction data W [n] is weight data when the detected angle θm ′ is θm ′ [n] ≦ θm ′ <θm ′ [n + 1], and satisfies the following formulas (9) and (10). Ask for.

ここで、数式(9)におけるKは任意の定数である。DFT(θm’p)は、検出角度θmの角度応答θm’pをフーリエ変換して求めた振幅スペクトル(100Hzの項)である。また、DFT(Tm)は、駆動トルクTmをフーリエ変換して求めた振幅スペクトル(100Hzの項)である。図6に、補正データWと検出角度θm’との関係を示す。このような補正データWを用いて補正を行うことにより、駆動トルクTmと角度応答θm’pの振幅スペクトル比は一定となる。なお、振幅スペクトルの測定及び振幅スペクトル比の測定は、駆動トルクTm〔n〕と角度応答θm’p〔n〕の測定(図12のステップS4)の直後に行うこともできる。     Here, K in Equation (9) is an arbitrary constant. DFT (θm′p) is an amplitude spectrum (100 Hz term) obtained by Fourier transform of the angle response θm′p of the detection angle θm. DFT (Tm) is an amplitude spectrum (100 Hz term) obtained by Fourier transforming the drive torque Tm. FIG. 6 shows the relationship between the correction data W and the detection angle θm ′. By performing correction using such correction data W, the amplitude spectrum ratio between the drive torque Tm and the angle response θm′p becomes constant. The measurement of the amplitude spectrum and the measurement of the amplitude spectrum ratio can also be performed immediately after the measurement of the drive torque Tm [n] and the angle response θm′p [n] (step S4 in FIG. 12).

検出角度θm’に補正を施した補正角度θm’’は、補正データW〔n〕を用いることにより求められる(ステップS9)。補正角度θm’’は、検出角度θm’が(2π/360)×(n−180)/140000≦θm’<(2π/360)×((n+1)−180))/140000を満たすとき、   A correction angle θm ″ obtained by correcting the detection angle θm ′ is obtained by using the correction data W [n] (step S9). When the detection angle θm ′ satisfies (2π / 360) × (n−180) / 140000 ≦ θm ′ <(2π / 360) × ((n + 1) −180)) / 140000, the correction angle θm ″

で表される。 It is represented by

図7に、モータの回転角度θに対する補正後の検出誤差θm’’−θm及び補正前の検出誤差θm’−θmを示す。図7において、横軸はモータの回転角度θm、縦軸は検出誤差である。また、モータの回転角度θmと補正前の検出角度θm’との検出誤差θm’−θmを破線で示し、
モータの回転角度θmと補正後の検出角度θm’’との検出誤差θm’’−θmを実線で示している。
FIG. 7 shows the detection error θm ″ −θm after correction and the detection error θm′−θm before correction with respect to the rotation angle θ of the motor. In FIG. 7, the horizontal axis represents the motor rotation angle θm, and the vertical axis represents the detection error. Further, the detection error θm′−θm between the rotation angle θm of the motor and the detection angle θm ′ before correction is indicated by a broken line,
A detection error θm ″ −θm between the motor rotation angle θm and the corrected detection angle θm ″ is indicated by a solid line.

図7に示されるように、補正前の検出誤差θm’−θmは大きい。しかし、補正後の検出誤差θm’’−θmは極めて小さくなっている。すなわち、補正データWを用いて算出された補正角度θm’’は、実際のモータの回転角度θmに極めて近い値になっている。   As shown in FIG. 7, the detection error θm′−θm before correction is large. However, the corrected detection error θm ″ −θm is extremely small. That is, the correction angle θm ″ calculated using the correction data W is very close to the actual motor rotation angle θm.

上記のとおり、本実施例の変位検出方法では、モータの検出角度θm’のうち補正すべき範囲内の複数の検出角度にて、順次振幅スペクトルの測定を行う。そして、任意の駆動トルクに対する検出角度θm’の位置応答が駆動トルクの応答と同じになるように、検出角度θm’の補正を行う。   As described above, in the displacement detection method of this embodiment, the amplitude spectrum is sequentially measured at a plurality of detection angles within the range to be corrected among the detection angles θm ′ of the motor. Then, the detection angle θm ′ is corrected so that the position response of the detection angle θm ′ with respect to an arbitrary driving torque is the same as the response of the driving torque.

モータ制御装置は、補正モードにおいて補正角度θm’’が算出されると、通常のモータ制御を行う制御モードに移行する。制御モードにおいて、モータ制御装置の駆動手段である第3の加算器5は、補正モードにおいて算出された補正角度θm’’を利用してモータ17を駆動制御する。   When the correction angle θm ″ is calculated in the correction mode, the motor control device shifts to a control mode in which normal motor control is performed. In the control mode, the third adder 5 which is a driving unit of the motor control device drives and controls the motor 17 using the correction angle θm ″ calculated in the correction mode.

以上のとおり、本実施例によれば、振幅スペクトル比を一定にするための補正データWを用いることにより、高調波信号を含むエンコーダの出力信号に対する検出誤差を効果的に低減することができる。この結果、エンコーダの出力信号に含まれる高調波成分による誤差を低減する変位検出方法を提供することができる。また、エンコーダの検出誤差が小さくなるようにエンコーダの検出角度を補正するため、高精度なモータ制御装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, the detection error for the output signal of the encoder including the harmonic signal can be effectively reduced by using the correction data W for making the amplitude spectrum ratio constant. As a result, it is possible to provide a displacement detection method that reduces errors due to harmonic components included in the output signal of the encoder. Further, since the detection angle of the encoder is corrected so as to reduce the detection error of the encoder, a highly accurate motor control device can be provided.

本実施例では、エンコーダのスケールピッチに加工誤差を有する場合を考える。実施例1と同様に回転型モータに角度検出器としてロータリエンコーダを用いている。   In this embodiment, a case is considered in which there is a machining error in the encoder scale pitch. Similar to the first embodiment, a rotary encoder is used as an angle detector in the rotary motor.

実施例1と同様に、本実施例のエンコーダは、モータの1回転当たり、正弦波状の2相信号を各々140000周期で出力する。実際のモータの回転角度をθm〔rad〕とすると、エンコーダの位相角度θeは、数式(1)と同様に、   Similar to the first embodiment, the encoder of the present embodiment outputs a sinusoidal two-phase signal at 140000 cycles per rotation of the motor. Assuming that the actual rotation angle of the motor is θm [rad], the phase angle θe of the encoder is similar to Equation (1),

で表される。また、エンコーダの2相の正弦波信号Asig、Bsigは、数式(2)、数式(3)と同様に、下記のようになる。 It is represented by Further, the two-phase sine wave signals Asig and Bsig of the encoder are as follows, similarly to the equations (2) and (3).

しかしながら、スケールピッチに加工誤差を有している場合には、数式(12)の関係が満たされず、正確な位置を検出することができない。本実施例では、上記のようにスケールピッチの加工誤差がある場合のモータの検出角度θm’を補正する手順について説明する。 However, when there is a processing error in the scale pitch, the relationship of Expression (12) is not satisfied, and an accurate position cannot be detected. In this embodiment, a procedure for correcting the detected angle θm ′ of the motor when there is a processing error of the scale pitch as described above will be described.

まず、スケールピッチに加工誤差を有するエンコーダの出力信号が、モータの検出角度に与える誤差を説明する。   First, an error that an encoder output signal having a processing error in the scale pitch gives to the detected angle of the motor will be described.

モータの回転角度θmに対して、数式(15)、数式(16)を満たすスケールについて考える。モータの回転角度範囲が(−π/140000)×1.2≦θm<0のとき、エンコーダの位相角度θe’は、   Consider a scale that satisfies Equations (15) and (16) with respect to the rotation angle θm of the motor. When the rotation angle range of the motor is (−π / 140000) × 1.2 ≦ θm <0, the phase angle θe ′ of the encoder is

で表される。また、モータの回転角度範囲が0≦θm<(π/140000)×0.8のとき、エンコーダの位相角度θe’は、 It is represented by When the rotation angle range of the motor is 0 ≦ θm <(π / 140000) × 0.8, the phase angle θe ′ of the encoder is

で表される。このとき、本実施例のエンコーダのスケールには、数式(15)、数式(16)の関係を満たす加工誤差が生じている。なお、上記以外の範囲では、スケールの加工誤差はないとする。エンコーダの出力信号が高調波を含まない理想的なものであるとすると、モータの検出角度θm’は、 It is represented by At this time, a processing error that satisfies the relationship of Expressions (15) and (16) occurs in the scale of the encoder of the present embodiment. It is assumed that there is no scale processing error in a range other than the above. Assuming that the output signal of the encoder is an ideal one that does not include harmonics, the detected angle θm ′ of the motor is

となる。 It becomes.

このときのモータの検出角度θm’とモータの回転角度θmとの関係を図8に示す。図8において、横軸はモータの回転角度θm、縦軸はスケール加工誤差を有するエンコーダで検出したモータの検出角度θm’を示している。加工誤差がゼロの理想的な場合には、図8に示されるグラフは直線状になる。しかし、本実施例のスケールには数式(15)、数式(16)を満たす加工誤差が生じているため、図2に示されるグラフは歪んだ直線になっている。   FIG. 8 shows the relationship between the detected angle θm ′ of the motor and the rotational angle θm of the motor at this time. In FIG. 8, the horizontal axis represents the motor rotation angle θm, and the vertical axis represents the motor detection angle θm ′ detected by the encoder having a scale processing error. In an ideal case where the processing error is zero, the graph shown in FIG. 8 is linear. However, since a processing error that satisfies Equations (15) and (16) occurs in the scale of this embodiment, the graph shown in FIG. 2 is a distorted straight line.

また、スケール加工誤差を有するエンコーダによる検出誤差θm’−θmとモータの回転角度θmとの関係を図9に示す。図9において、横軸はモータの回転角度θm、縦軸はモータの回転角度θmとスケール加工誤差を有するエンコーダで検出したモータの検出角度θm’との検出誤差θm’−θmを示している。加工誤差がゼロの理想的な場合、縦軸の検出誤差θm’−θmは横軸の回転角度θmに依存せず常にゼロを示す。しかし、実際には加工誤差が生じているため、図3に示されるように変化する。   FIG. 9 shows the relationship between the detection error θm′−θm by the encoder having a scale processing error and the rotation angle θm of the motor. In FIG. 9, the horizontal axis represents the rotation angle θm of the motor, and the vertical axis represents the detection error θm′−θm between the rotation angle θm of the motor and the detection angle θm ′ of the motor detected by the encoder having a scale processing error. In an ideal case where the processing error is zero, the detection error θm′−θm on the vertical axis always shows zero regardless of the rotation angle θm on the horizontal axis. However, since a machining error has actually occurred, it changes as shown in FIG.

次に、スケールの加工誤差に伴う検出誤差θm’−θmの補正方法を説明する。補正方法は実施例1における補正方法と同様である。まず、位置決め制御した状態で、モータへのトルク指令に100Hzの正弦波信号を重畳する。正弦波信号が重畳された駆動トルクをモータに印加し、駆動トルクTm及びモータの角度応答θm’pを測定する。その後は、数式(8)〜数式(10)を用いて、補正データを作成する。   Next, a method of correcting the detection error θm′−θm accompanying the scale processing error will be described. The correction method is the same as the correction method in the first embodiment. First, in a state where positioning control is performed, a 100 Hz sine wave signal is superimposed on the torque command to the motor. A driving torque superimposed with a sine wave signal is applied to the motor, and the driving torque Tm and the motor angular response θm′p are measured. Thereafter, correction data is created using Equations (8) to (10).

本実施例において作成された補正データWを図10に示す。縦軸は補正データW、横軸は検出角度θm’を示している。本実施例のスケールの加工誤差は、数式(15)、数式(16)を満たすものであるから、補正データWは、検出角度θm’が0より小さいところで1.2を示している。また、補正データWは、検出角度θm’が0以上のところで0.8を示している。   FIG. 10 shows the correction data W created in this embodiment. The vertical axis represents the correction data W, and the horizontal axis represents the detection angle θm ′. Since the processing error of the scale of the present embodiment satisfies Expressions (15) and (16), the correction data W indicates 1.2 when the detection angle θm ′ is smaller than 0. The correction data W indicates 0.8 when the detection angle θm ′ is 0 or more.

次に、補正データWを用いて検出角度θm’を補正した補正角度θm’’を説明する。   Next, the correction angle θm ″ obtained by correcting the detection angle θm ′ using the correction data W will be described.

図11に、モータの回転角度θに対する補正後の検出誤差θm’’−θm及び補正前の検出誤差θm’−θmを示す。図11において、横軸はモータの回転角度θm、縦軸は検出誤差である。なお、モータの回転角度θmと補正前の検出角度θm’との検出誤差θm’−θmを破線で示し、モータの回転角度θmと補正後の検出角度θm’’との検出誤差θm’’−θmを実線で示している。   FIG. 11 shows a detection error θm ″ −θm after correction and a detection error θm′−θm before correction with respect to the rotation angle θ of the motor. In FIG. 11, the horizontal axis represents the motor rotation angle θm, and the vertical axis represents the detection error. A detection error θm′−θm between the motor rotation angle θm and the detection angle θm ′ before correction is indicated by a broken line, and a detection error θm ″ − between the motor rotation angle θm and the correction detection angle θm ″ is corrected. θm is indicated by a solid line.

図11に示されるように、補正前の検出誤差θm’−θmは大きい。しかし、補正後の検出誤差θm’’−θmは極めて小さくなっている。すなわち、補正データWを用いて算出された補正角度θm’’は、実際のモータの回転角度θmに極めて近い値になっている。   As shown in FIG. 11, the detection error θm′−θm before correction is large. However, the corrected detection error θm ″ −θm is extremely small. That is, the correction angle θm ″ calculated using the correction data W is very close to the actual motor rotation angle θm.

モータ制御装置は、補正モードにおいて補正角度θm’’が算出されると、通常のモータ制御を行う制御モードに移行する。制御モードにおいて、モータ制御装置の駆動手段である第3の加算器5は、補正モードにおいて算出された補正角度θm’’を利用してモータ17を駆動制御する。   When the correction angle θm ″ is calculated in the correction mode, the motor control device shifts to a control mode in which normal motor control is performed. In the control mode, the third adder 5 which is a driving unit of the motor control device drives and controls the motor 17 using the correction angle θm ″ calculated in the correction mode.

以上のとおり、本実施例によれば、振幅スペクトル比を一定にするための補正データWを用いることにより、エンコーダのスケール加工誤差による検出誤差を効果的に低減することができる。この結果、スケール加工誤差による検出誤差を低減する変位検出方法を提供することができる。また、スケール加工誤差に基づくエンコーダの検出角度を補正することにより、高精度なモータ制御装置を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to effectively reduce the detection error due to the encoder scale processing error by using the correction data W for making the amplitude spectrum ratio constant. As a result, it is possible to provide a displacement detection method that reduces detection errors due to scale processing errors. In addition, a highly accurate motor control device can be provided by correcting the detected angle of the encoder based on the scale processing error.

以上、本発明を実施例に基づいて具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲で適宜変更が可能である。   The present invention has been specifically described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention.

例えば、実施例1及び2では、可動機構として回転機構が用いられているが、これに代えて、直動機構を用いることもできる。したがって、本発明は、ロータリエンコーダ及びリニアエンコーダのいずれにも適用できる。また、可動機構としてモータが用いられているが、これに代えて、ピエゾなどのアクチュエータを用いることもできる。   For example, in the first and second embodiments, a rotating mechanism is used as the movable mechanism, but a linear motion mechanism can be used instead. Therefore, the present invention can be applied to both a rotary encoder and a linear encoder. Further, although a motor is used as the movable mechanism, an actuator such as a piezo can be used instead.

また、変位検出手段としてエンコーダが用いられているが、これに代えて、静電容量センサやPSD(光位置センサ:Position Sensitive Detector)を用いることもできる。静電容量センサやPSDを用いれば、変位検出のリニアリティ補正を行うことが可能である。   Further, an encoder is used as the displacement detection means, but instead of this, a capacitance sensor or PSD (Position Sensitive Detector) can be used. If a capacitance sensor or PSD is used, it is possible to perform linearity correction for displacement detection.

また、駆動力に対して変位量を一定の関係となるように、駆動力又は変位量の1階以上の微分値もしくはその積分値を用いてもよい。   Further, a differential value of the first or higher order of the driving force or the displacement amount or an integral value thereof may be used so that the displacement amount has a fixed relationship with the driving force.

また、実施例2において、エンコーダのスケールピッチが不均質としても、不均質を含む角度もしくは位置範囲を設定して、補正重み係数を求めることで変位補正を行うことができる。   In the second embodiment, even if the encoder scale pitch is inhomogeneous, displacement correction can be performed by setting an angle or position range including inhomogeneity and obtaining a correction weighting factor.

また、上記実施例の補正方法を用いたガルバノモータの位置決め装置、又は、これを用いたレーザ加工機、工作機械によれば、エンコーダの検出精度が容易に改善し、位置決め精度を向上させることができる。このことにより機械の性能を向上させ、加工物、工作物の品質を向上させることが可能になる。   Further, according to the galvano motor positioning device using the correction method of the above embodiment, or the laser processing machine and the machine tool using the same, the detection accuracy of the encoder can be easily improved and the positioning accuracy can be improved. it can. This can improve the performance of the machine and improve the quality of the workpiece and workpiece.

1 目標角度指令
2 第1の加算器
3 第2の加算器
4 トルク指令
5 第3の加算器
6 駆動トルク
7、8 積分器
9 回転角度
10 エンコーダ
11 検出角度
12 微分器
13 信号生成手段
14 第1のフーリエ変換器
15 第2のフーリエ変換器
16 補正データ生成手段
17 モータ
18 補正手段
19 補正角度
100 レーザ加工機
101、102 回転モータ
103、104 ミラー
105 レーザ発信器
106 レーザ加工面
200 モータ制御装置
201 スケール
202 センサ部
203 コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Target angle instruction | command 2 1st adder 3 2nd adder 4 Torque instruction | command 5 3rd adder 6 Driving torque 7, 8 Integrator 9 Rotation angle 10 Encoder 11 Detection angle 12 Differentiator 13 Signal generation means 14 1st 1 Fourier transform 15 Second Fourier transform 16 Correction data generation means 17 Motor 18 Correction means 19 Correction angle 100 Laser processing machine 101, 102 Rotation motor 103, 104 Mirror 105 Laser transmitter 106 Laser processing surface 200 Motor controller 201 Scale 202 Sensor unit 203 Controller

Claims (10)

アクチュエータの出力としての変位を検出する変位検出手段を含む変位検出装置であって、
振動する駆動指令が前記アクチュエータに供給されて前記変位検出手段により検出された前記変位の振幅と前記駆動指令の振幅との比を前記変位の予め定められた範囲にわたって複数得、得られた複数の比に基づいて、前記変位検出手段により検出された前記変位を補正する補正手段を有することを特徴とする変位検出装置。
A displacement detection device including displacement detection means for detecting displacement as an output of an actuator,
A plurality of drive commands to be oscillated are supplied to the actuator, and a plurality of ratios of the amplitudes of the displacements detected by the displacement detection means and the drive commands are obtained over a predetermined range of the displacements. A displacement detection apparatus comprising correction means for correcting the displacement detected by the displacement detection means based on the ratio.
前記補正手段は、前記範囲にわたって前記比が一定となるように補正データを生成し、該補正データを用いて、前記変位検出手段により検出された前記変位を補正することを特徴とする請求項1に記載の変位検出装置。   The correction means generates correction data so that the ratio is constant over the range, and corrects the displacement detected by the displacement detection means using the correction data. The displacement detection device described in 1. 前記駆動指令は、正弦波信号であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の変位検出装置。   The displacement detection apparatus according to claim 1, wherein the drive command is a sine wave signal. 前記補正手段は、前記変位検出手段により検出された前記変位の振幅スペクトルと前記駆動指令の振幅スペクトルとを求めて前記比を得ることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の変位検出装置。   The said correction | amendment means calculates | requires the amplitude spectrum of the said displacement detected by the said displacement detection means, and the amplitude spectrum of the said drive command, The said ratio is obtained, The any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. The displacement detection device described in 1. 前記変位検出手段はエンコーダであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の変位検出装置。   The displacement detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the displacement detection means is an encoder. 前記アクチュエータはモータであることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の変位検出装置。   The displacement detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein the actuator is a motor. アクチュエータと、
前記アクチュエータの出力としての変位を検出する請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の変位検出装置と、
前記変位検出装置により検出された前記変位に基づいて前記アクチュエータを制御する制御手段と、を有することを特徴とする制御装置。
An actuator,
The displacement detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein displacement as an output of the actuator is detected.
And a control means for controlling the actuator based on the displacement detected by the displacement detection device.
請求項7に記載の制御装置を有する、ことを特徴とする工作機械装置。   A machine tool device comprising the control device according to claim 7. 請求項7に記載の制御装置と、
前記アクチュエータにより駆動されるミラーと、を有し、
前記ミラーを介して光を対象に照射することを特徴とする照射装置。
A control device according to claim 7;
A mirror driven by the actuator,
An irradiation apparatus for irradiating a target with light through the mirror.
アクチュエータの出力としての変位を検出する変位検出手段を用いた変位検出方法であって、
振動する駆動指令が前記アクチュエータに供給されて前記変位検出手段により検出された前記変位の振幅と前記駆動指令の振幅との比を前記変位の予め定められた範囲にわたって複数得、得られた複数の比に基づいて、前記変位検出手段により検出された前記変位を補正することを特徴とする変位検出方法。
A displacement detection method using displacement detection means for detecting displacement as an output of an actuator,
A plurality of drive commands to be oscillated are supplied to the actuator, and a plurality of ratios of the amplitudes of the displacements detected by the displacement detection means and the drive commands are obtained over a predetermined range of the displacements. A displacement detection method comprising correcting the displacement detected by the displacement detection means based on a ratio.
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