JP5848873B2 - 制御装置、および測定装置 - Google Patents
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Description
この特許文献1の表面性状測定装置は、測定子を微小範囲で変位させる微動機構、および測定子を大変位させる粗動機構を有する駆動機構を備えている。微動機構は、微動機構制御回路により制御されており、この微動機構制御回路には、2段の比例+積分過程を行う2段PI回路(第1PI回路、第2PI回路)を備えている。ここで、この第1PI回路および第2PI回路は同一構成に構成され、時定数およびゲイン定数が同一に設定されており、応答性が最大となるように設定されている。
一方、駆動速度が低下する場合、比例ゲインや積分ゲインの値が小さいと、駆動機構の応答性や追従性が悪化し、制御性能が低下する場合がある。これに対して、本発明では、駆動機構の目標駆動速度が低下する場合では、比例ゲインや積分ゲインの値を大きくし、応答性や追従性を向上させ、制御性能を向上させることができる。
なお、本発明の制御装置では、前記電流制御手段は、前記可動部材をあらかじめ設定された停止位置に停止させて待機状態とする場合、前記積分ゲインおよび前記比例ゲインのうちの少なくともいずれか一方を0に設定する。
以下、本発明に係る第一実施形態の三次元測定機(測定装置)について、図面に基づい
図1は、本発明に係る第一実施形態の産業機械である三次元測定機の概略構成を示す図である。図2は、本実施形態の装置本体に組み込まれた制御回路基板の概略構成を示すブロック図である。
また、駆動機構25は、それぞれ、駆動モーターMから供給される駆動力をスライド機構24に伝達する駆動伝達機構を備えており、駆動モーターの駆動力により、コラム241、スライダ243、ラム244をスライド移動させる。
そして、位置制御部31は、入力された操作指令信号に基づいて、駆動機構25の駆動モードを切り替えて、各駆動モードに応じた速度指令値を速度制御部32に出力する。
ここで、本実施形態では、位置制御部31は、各駆動モードに対して、駆動機構25を駆動させる駆動速度が予め設定されており、駆動モードが切り替わるたびに、この予め設定された駆動速度を速度指令値として速度制御部32に出力する。例えば、移動指令コマンドが入力された場合では、位置制御部31は、300mm/sの駆動速度で駆動機構25を駆動させるための速度指令値(目標駆動速度)を速度制御部32に出力し、測定指令コマンドが入力された場合では、位置制御部31は、3mm/sの駆動速度で駆動機構25を駆動させるための速度指令値(目標駆動速度)を生成し、速度制御部32に出力する。
速度制御部32は、図3に示すように、速度指令値の信号を整える目標速度算出回路321と、実速度を算出する実速度算出回路322と、目標速度および実速度を比較して差(速度偏差)を算出する速度比較器323と、速度比較器323からの信号値に積分ゲインおよび比例ゲインをかける速度ゲイン制御回路324と、速度ゲイン制御回路324からの信号値にフィルタをかけて信号を整える速度ループ出力フィルタ回路325と、速度ループ出力フィルタ回路325からの信号値に基づいて、電流指令値を算出する電流指令リミット回路326とを備えている。
速度変化算出部322Aは、変位検出センサ26から出力された変位信号の信号値と、図示略の変位信号カウンタでラッチされた前回の変位信号との信号値との差を算出し、算出された差を微分することで、プローブ21の実際の駆動速度(実速度)を算出する。
速度フィードバック正規化回路322Bは、速度変化算出部322Aで算出された信号値に、算出された実速度を正規化する係数をかける。また、速度フィードバックフィルタ回路322Cは、速度フィードバック正規化回路322Bからの信号にフィルタをかけて信号波形を整え、速度比較器323に出力する。
速度ゲイン制御回路324は、速度比較器323から入力された信号(速度偏差)に対して、積分ゲインをかける速度ループ積分ゲイン回路324Aと、速度比較器323から入力された信号(速度偏差)に対して、比例ゲインをかける速度ループ比例ゲイン回路324Bとを備えている。
そして、速度ゲイン制御回路324は、速度ループ積分ゲイン回路324Aで積分ゲインをかけた信号値と、速度ループ比例ゲイン回路324Bで比例ゲインをかけた信号値とを加算し、速度ループ出力フィルタ回路325に出力する。
この速度ゲイン制御回路324における積分ゲインおよび比例ゲインの値は、予め設定された最適値が設定されており、例えば、三次元測定機1の製造時において予め適正値試験を行うことにより決定されている。
電流指令リミット回路326は、速度ループ出力フィルタ回路325から入力された信号値(駆動速度値)から、駆動モーターMに流す目標電流値を算出し、電流指令値として電流制御部33に出力する。
電流制御部33は、図4に示すように、検出電流算出回路331と、電流比較器332と、電流ゲイン制御回路333と、を備えている。
ここで、電流ループ積分ゲイン回路333Aにおける積分ゲイン、および電流ループ比例ゲイン回路333Bにおける比例ゲインの値は、それぞれ、駆動機構25の実速度によって切り替えられる。つまり、位置制御部31に入力される指令コマンドにより、駆動機構25の駆動モードが切り替わると、電流ゲイン制御回路333における積分ゲインおよび比例ゲインは、各駆動モードにおける駆動機構25の駆動速度に対して最適な適正値に切り替えられる。
図5のように、本実施形態では、駆動モード(位置制御部31に入力される指令コマンド)が切り替わり、目標駆動速度が切り替わると、その目標駆動速度に応じて駆動機構25が駆動される。これにより、実速度算出回路322で算出された実速度も変化し、これにより、電流ゲイン制御回路333における積分ゲインおよび比例ゲインが切り替わる。
そして、電流ゲイン制御回路333で、上述のような積分ゲインおよび比例ゲインがかけられた信号は、出力電流として駆動モーターMに出力される。
図6は、本実施形態の三次元測定機1の電流制御処理を示すフローチャートである。
位置制御部31に指令コマンドが入力され、位置制御部31から速度制御部32に速度指令値が入力されると、その速度指令値に応じた電流が電流制御部33から駆動モーターMに出力される。
この時、速度制御部32の実速度算出回路322は、変位検出センサの変化量sから実速度V(=s/t)を算出する(ステップS1)。
そして、電流制御部33の電流ゲイン制御回路333は、このステップS1において算出された実速度Vと、予め設定された測定用駆動速度V1(=3mm/s)とを比較する(ステップS2)。
上述したように、上記第一実施形態の三次元測定機1では、駆動機構25の駆動モーターMに流す電流を制御する駆動制御回路3は、速度制御部32から入力された電流指令値およびフィードバック電流値(検出電流)の電流偏差に、駆動機構25の駆動速度に積分ゲイン、比例ゲインをかける電流ゲイン制御回路333が設けられている。そして、この電流ゲイン制御回路333は、駆動機構25の駆動速度に応じて、積分ゲインおよび比例ゲインの適正値を切り替えている。
このため、駆動速度が変化する駆動機構25に対し、電流偏差に1種の積分ゲインおよび比例ゲインをかけて駆動モーターMに出力する電流値を設定する場合に比べて、駆動速度に応じたゲインをかけることで、駆動機構25の応答性および追従性をより向上させることができ、駆動機構25の制御性能をより向上させることができる。
一方、測定用駆動速度V1(=3mm/s)から停止状態(駆動速度=0mm/s)に切り替える場合、測定用ゲインから、さらに小さい値である停止用ゲインに設定される。これにより、停止時における電流消費を抑制することができ、省電力化を測ることができる。
次に本発明の第二実施形態について説明する。
第二実施形態の三次元測定機は、第一実施形態と同様の構成を有するものであり、電流ゲイン制御回路333における設定ゲインのみが相違する。
すなわち、第二実施形態の電流ゲイン制御回路333では、駆動機構25の駆動速度に応じて、駆動速度が増大すると、積分ゲインおよび比例ゲインの値を減少させ、駆動機構25の駆動速度が低下すると、積分ゲインおよび比例ゲインの値を増大させる。
一方、駆動機構25の駆動速度が、測定用駆動速度V1(=3mm/s)に設定されている状態から、停止状態(駆動速度=0)に切り替わり、駆動速度が減少した場合、電流ゲイン制御回路333は、測定用ゲイン(測定用積分ゲイン、測定用比例ゲイン)より大きい積分ゲインおよび比例ゲインを設定する。
この第二実施形態の三次元測定機では、上述したように、電流ゲイン制御回路333は、駆動機構25の駆動速度が増大すると、積分ゲインおよび比例ゲインを減少させ、駆動機構25の駆動速度が減少すると、積分ゲインおよび比例ゲインを増大させる。
このような構成とすることで、停止状態においても、応答性を良好にすることができ、例えば、駆動機構25が停止している待機状態から、測定に復帰させる場合に、良好な応答性で駆動機構25を駆動させることができる。
なお、本発明は、上述した一実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で以下に示される変形をも含むものである。
例えば、ロボットアーム等の可動部材によりワークと加工する加工装置など、可動部材を可動させる装置で、可動部材の速度が可変する産業機械であれば、可動部材の電流を制御する制御装置として用いることができる。
また、上記実施形態では、三次元測定機のプローブ21の動作モードを、高速移動時、測定時、停止時の3つの駆動状態に分け、これらの駆動状態を切り替える際に、電流ゲイン制御回路333のゲインを切り替える構成としたが、4つ以上の駆動状態を切り替える構成としてもよい。この場合であっても、それぞれの駆動状態の駆動機構25の駆動速度に応じて、適切な積分ゲイン、比例ゲインを設定することで、上記実施形態と同様に、駆動機構25の制御性能を向上させることができる。
Claims (5)
- 複数の駆動モードで可動部材を変位させる駆動機構を駆動制御する制御装置であって、
前記駆動機構を駆動するための電流を検出する電流検出手段と、
前記駆動機構を駆動させる駆動速度に応じた目標電流を設定する速度制御手段と、
前記目標電流および前記電流検出手段により検出された検出電流の偏差に、積分ゲインおよび比例ゲインをかけて前記駆動機構に出力する出力電流を設定する電流制御手段と、
を具備し、
前記電流制御手段は、前記駆動モード毎に設定された前記駆動機構の目標駆動速度に応じて、前記積分ゲインおよび前記比例ゲインのうちの少なくともいずれか一方を、前記目標駆動速度に対して設定された値に切り替え、
前記可動部材をあらかじめ設定された停止位置に停止させて待機状態とする場合、前記積分ゲインおよび前記比例ゲインのうちの少なくともいずれか一方を0に設定する
ことを特徴とする制御装置。 - 請求項1に記載の制御装置において、
前記電流制御手段は、前記駆動機構の前記目標駆動速度に応じて、前記積分ゲインおよび前記比例ゲインの双方を切り替える
ことを特徴とする制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の制御装置において、
前記電流制御手段は、
前記駆動機構の前記目標駆動速度が先に設定された前記目標駆動速度よりも増大した場合、前記積分ゲインおよび前記比例ゲインのうちの少なくともいずれか一方を、先に設定されたゲインよりも小さいゲインに設定し、
前記駆動機構の前記目標駆動速度が先に設定された前記目標駆動速度よりも減少した場合、前記積分ゲインおよび前記比例ゲインのうちの少なくともいずれか一方を、先に設定されたゲインよりも大きいゲインに設定する
ことを特徴とする制御装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の制御装置を備えた測定装置であって、
前記可動部材は、被測定対象物に対して接触可能な測定子である
ことを特徴とする測定装置。 - 請求項4に記載の測定装置であって、
前記電流制御手段は、
前記測定子により前記被測定対象物を測定する測定時に、前記積分ゲインおよび前記比例ゲインのうちの少なくともいずれか一方を、測定用ゲインに切り替え、
前記測定子を前記被測定対象物に対して相対移動させる高速移動時に、前記積分ゲインおよび前記比例ゲインのうちの少なくともいずれか一方を、移動用ゲインに切り替え、
前記測定子による測定処理、および前記測定子の移動を実施しない停止時に、前記積分ゲインおよび前記比例ゲインのうちの少なくともいずれか一方を、停止用ゲインに切り替える
ことを特徴とする測定装置。
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