JP6085201B2 - 制御装置、制御方法及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、制御方法及び制御プログラムに関し、特に直流モータの制御装置、制御方法及び制御プログラムに関する。

今日、立体的形状を有する製作物の加工精度などを検査するために、例えば三次元測定機などの形状測定手段が用いられる。このような形状測定手段は、プローブを立体的形状に沿って移動させることにより、形状測定を行う。

ここで、特許文献１には、図９に示すように、形状測定手段の駆動モータを位置、速度及び電流の三重制御ループによるフィードバック制御する制御技術が開示されている。

特開２０１３−２１８０４号公報

特許文献１の制御技術は、例えば大きな電流値を読み取ることが可能な電流検出センサを使用する必要がある。電流検出センサの精度はその最大値と線形の関係にあるため、大電流値を読み取ることが可能なセンサでは、微小電流値における検出精度が悪くなる。そのため、大電流が必要な駆動モータを制御する場合、微小電流領域において制御性能が悪くなる課題を有する。

本発明の一形態に係る制御装置は、直流モータを制御する制御装置であって、前記直流モータの電流値を検出する第１の電流検出系統と、前記直流モータの電流値を検出する第２の電流検出系統と、前記第１の電流検出系統又は前記第２の電流検出系統から入力される電流値を示す信号に基づいて、前記直流モータを制御する制御部と、を備え、前記第２の電流検出系統は増幅器を備える。

上記の制御装置において、前記第１の電流検出系統が有する電流検出センサと前記第２の電流検出系統が有する電流検出センサとは等しい又は共通することが好ましい。

上記の制御装置において、前記制御部は、前記直流モータによって移動される移動部の移動速度が閾値以上であると、前記第１の電流検出系統から入力される電流値を示す信号に基づいて前記直流モータを制御し、前記移動部の移動速度が閾値未満であると、前記第２の電流検出系統から入力される電流値を示す信号に基づいて前記直流モータを制御することが好ましい。

上記の制御装置において、前記制御部は、前記直流モータによって移動される移動部の加速度が閾値以上であると、前記第１の電流検出系統から入力される電流値を示す信号に基づいて前記直流モータを制御し、前記移動部の加速度が閾値未満であると、前記第２の電流検出系統から入力される電流値を示す信号に基づいて前記直流モータを制御することが好ましい。

本発明の一形態に係る制御方法は、直流モータの制御方法であって、前記直流モータの電流値を検出する第１の電流検出系統から入力される電流値を示す信号、又は前記直流モータの電流値を検出して増幅する第２の電流検出系統から入力される電流値を示す信号に基づいて、前記直流モータを制御する。

本発明の一形態に係る制御プログラムは、直流モータの制御プログラムであって、コンピュータに、前記直流モータの電流値を検出する第１の電流検出系統から入力される電流値を示す信号、又は前記直流モータの電流値を検出して増幅する第２の電流検出系統から入力される電流値を示す信号に基づいて、前記直流モータを制御する処理を実行させる。

本発明によれば、制御性能が高い制御装置、制御方法及び制御プログラムを提供することができる。

本実施の形態の三次元測定機を概略的に示す斜視図である。 本実施の形態の三次元測定機の制御系ブロック図である。 本実施の形態の三次元測定機における制御装置の制御系ブロック図である。 プローブの移動速度を示す図である。 第１の電流検出系統でのモータの電流値を示す信号とプローブの移動速度との関係を示す図である。 第２の電流検出系統でのモータの電流値を示す信号とプローブの移動速度との関係を示す図である。 第１の電流検出系統でのモータの電流値を示す信号と第２の電流検出系統でのモータの電流値を示す信号とを組み合わせた信号とプローブの移動速度との関係を示す図である。 本実施の形態の制御装置の動作の処理フローを示す図である。 一般的な三次元測定機に用いられる制御装置のブロック図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
先ず、本実施の形態の制御装置が搭載される三次元測定機の一例を簡単に説明する。但し、三次元測定機の構成は、以下の構成に限定されない。また、当該制御装置は、三次元測定機に限らず、直流モータが搭載される他の装置に適宜用いることができる。ここで、図１は、三次元測定機を概略的に示す斜視図である。図２は、三次元測定機の制御系ブロック図である。

図１及び図２に示すように、三次元測定機１は、基台２、テーブル３、門型フレーム４、プローブ５、Ｘ方向駆動機構６、Ｙ方向駆動機構７及びＺ方向駆動機構８等を備えている。なお、本実施の形態においては、テーブル３の上面で互いに直交する二方向をそれぞれＸ方向（左右方向）、Ｙ方向（前後方向）とする。また、テーブル３の上面に垂直な方向をＺ方向（上下方向）とする。

基台２は、テーブル３及び門型フレーム４等を支持する。ここで、基台２は、積層ゴム等の除振台上に配置されていることが好ましい。テーブル３は、被測定対象物を載せるために精密平坦加工された上面を有する。このテーブル３は、基台２の上面に設けられている。

門型フレーム４は、テーブル３をＸ方向に跨ぐ。そして、門型フレーム４は、Ｙ方向に移動可能に、Ｙ方向駆動機構７を介して基台２に設けられている。

プローブ５は、Ｘ方向及びＺ方向に移動可能に、Ｘ方向駆動機構６及びＺ方向駆動機構８を介して門型フレーム４のビーム４ａに設けられている。このプローブ５は、被測定対象物に接触し、接触信号をホストコンピュータ９に出力する。但し、プローブ５としては、非接触式のプローブを用いてもよい。

ホストコンピュータ９は、入力された接触信号に基づいて、被測定対象物の位置及び座標の一方又は両方を測定する。つまり、三次元測定機１とホストコンピュータ９とで三次元測定システムを構築する。

Ｘ方向駆動機構６は、プローブ５をＸ方向に移動させる。Ｙ方向駆動機構７は、門型フレーム４をＹ方向に移動させる。Ｚ方向駆動機構８は、プローブ５をＺ方向に移動させる。なお、Ｘ方向駆動機構６、Ｙ方向駆動機構７及びＺ方向駆動機構８の機構は、本発明の本質的な部分でないので説明を省略するが、要するにプローブ５をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させることができる構成であればよい。

次に、Ｘ方向駆動機構６、Ｙ方向駆動機構７及びＺ方向駆動機構８の制御系について説明する。ここで、図３は、これらの駆動機構を制御するための制御装置１０の制御系ブロック図である。図３に示すように、制御装置１０は、制御部１１、モータ１２、電流検出センサ１３、増幅器１４、速度検出センサ１５、位置検出センサ１６、第１の演算増幅器１７、第２の演算増幅器１８及び第３の演算増幅器１９を備えている。

制御部１１は、第１の演算増幅器１７から入力される信号に基づいて、モータ１２をＰ制御（比例制御）、ＰＩ制御（比例・積分制御）又はＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）する。

モータ１２は、Ｘ方向駆動機構６、Ｙ方向駆動機構７又はＺ方向駆動機構８に搭載されているモータである。なお、図３では、Ｘ方向駆動機構６のモータ、Ｙ方向駆動機構７のモータ及びＺ方向駆動機構８のモータのいずれかのモータを選択的に示している。モータ１２としては、直流モータが用いられる。電流検出センサ１３は、モータ１２の電流値を検出する。

ここで、本実施の形態の制御装置１０は、モータ１２の電流値を検出するために、第１の電流検出系統と第２の電流検出系統とを備えている。第１の電流検出系統は、電流検出センサ１３が検出したモータ１２の電流値を示す信号を増幅せずに第１の演算増幅器１７に出力する。第２の電流検出系統は、電流検出センサ１３が検出したモータ１２の電流値を示す信号を増幅器１４に出力し、当該増幅器１４で増幅した信号を第１の演算増幅器１７に出力する。つまり、第１の電流検出系統と第２の電流検出系統とで共通の電流検出センサ１３を用い、電流検出センサ１３で検出したモータ１２の電流値を示す信号を第１の電流検出系統と第２の電流検出系統とで用いている。

速度検出センサ１５は、プローブ５の移動速度を検出する。本実施の形態の速度検出センサ１５は、モータ１２に設けられたエンコーダを備えており、当該エンコーダで検出したモータ１２の回転角を示す信号を第２の演算増幅器１８に出力する。

位置検出センサ１６は、プローブ５の位置を検出する。本実施の形態の位置検出センサ１６は、駆動機構に設けられたスケールを備えており、スケールからのパルス信号を第３の演算増幅器１９に出力する。

第１の演算増幅器１７は、第２の演算増幅器１８から入力される信号と第１の電流検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号との差分、及び第２の演算増幅器１８から入力される信号と第２の電流検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号との差分を増幅し、増幅した信号を制御部１１に出力する。

第２の演算増幅器１８は、第１の演算増幅器１９から入力される信号と速度検出センサ１５から入力されるエンコーダの検出信号との差分を増幅し、増幅した信号を第１の演算増幅器１７に出力する。

第３の演算増幅器１９は、指令信号と位置検出センサ１６から入力されるスケールからのパルス信号との差分を増幅し、増幅した信号を第２の演算増幅器１８に出力する。

次に、本実施の形態の制御部１１において、第１の電流検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号と第２の電流検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号とを組み合わせてモータ１２を制御するに至った着想を説明する。

図４は、プローブ５の移動速度を示す図である。図５は、第１の電流検出系統でのモータ１２の電流値を示す信号とプローブ５の移動速度との関係を示す図である。図６は、第２の電流検出系統でのモータ１２の電流値を示す信号とプローブ５の移動速度との関係を示す図である。図７は、第１の電流検出系統でのモータ１２の電流値を示す信号と第２の電流検出系統でのモータ１２の電流値を示す信号とを組み合わせた信号とプローブ５の移動速度との関係を示す図である。

プローブ５の移動速度が略一定又はプローブ５が略停止している状態（例えば移動速度がｖ１未満の状態）では、モータ１２の電流値は略ゼロになる。そのため、第１の電流検出系統でのモータ１２の電流値を示す信号のように信号を増幅していない場合は、図５に示すように、プローブ５が略停止している状態では、電流検出センサ１３の分解能の限界により、信号にうねりが生じる（図中Ａの部分）。

一方、第２の電流検出系統で検出したモータ１２の電流値を示す信号のように、信号を増幅する場合でも、図６に示すように、プローブ５が略停止している状態で若干のうねりが発生する（図中Ｂの部分）。また、プローブ５の移動速度が所定の速度以上になると、信号がオーバーフロー状態になり（図中Ｃの部分）、第１の演算増幅器１７等の受動回路で演算不可能になる。

そこで、本実施の形態の制御部１１は、図７に示すように、第１の電流検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号と、第２の電流検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号と、を組み合わせ、即ち適宜いずれか一方の信号を用いてモータ１２を制御する。

これにより、大きな電流を検出するための電流検出センサ１３を用いても、プローブ５の移動速度が略一定状態及びプローブ５が略停止している状態において、精度良くプローブ５を制御することができる。特に、三次元測定機１においては、被測定対象物に接触する直前のプローブ５の制御が重要であり、プローブ５を一定速度で被測定対象物に接触させる際の精度を向上させることができる。その結果、三次元測定機１の測定精度の向上に寄与できる。

ここで、制御部１１は、上述のプローブ５の移動速度がｖ１以上であると、第１の電流検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号に基づいてモータ１２を制御し、プローブ５の移動速度がｖ１未満であると、第２の電流検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号に基づいてモータ１２を制御することが好ましい。ここで、図８は、上述の動作の処理フローを示す図である。

先ず、制御部１１は、例えばプローブ５の移動距離及び移動に費やした時間に基づいて、プローブ５の移動速度を算出する（Ｓ１）。但し、制御部１１は、速度検出センサ１５からプローブ５の移動速度を示す信号を取得してもよい。

次に、制御部１１は、算出したプローブ５の移動速度がｖ１以上か否かを判定する（Ｓ２）。

次に、制御部１１は、プローブ５の移動速度がｖ１以上であると（図７のＤの範囲、Ｓ２のＹＥＳ）、第１の速度検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号に基づいてモータ１２を制御する（Ｓ３）。

一方、制御部１１は、プローブ５の移動速度がｖ１未満であると（図７のＥの範囲、Ｓ２のＮＯ）、第２の速度検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号に基づいてモータ１２を制御する（Ｓ４）。

このような処理は、電流検出センサ１３のサンプリング周期毎に実行する。
これにより、制御部１１は、プローブ５の移動速度に基づいて精度良くプローブ５を制御することができる。

＜他の実施の形態＞
実施の形態１の制御部１１は、プローブ５の移動速度に基づいて、第１の電流検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号を用いるか、又は第２の電流検出系統から入力されるモータ１２の電流値を示す信号を用いるか、を判定しているが、プローブ５の加速度に基づいて判定してもよい。これにより、プローブ５の移動速度が略一定の場合においても精度良くプローブ５を制御することができる。

実施の形態１の第１の電流検出系統は、増幅器を備えていないが、増幅器を備えていてもよい。このとき、第１の電流検出系統の増幅器は、第２の電流検出系統の増幅器１４に比べて小さい倍率で電流検出センサ１３から入力されるモータ１２の電流値を示す信号を増幅する。

実施の形態１では、第１の電流検出系統と第２の電流検出系統とで共通の電流検出センサ１３を備えているが、個別に等しい電流検出センサを備えた構成でもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１ 三次元測定機
２ 基台
３ テーブル
４ 門型フレーム、４ａ ビーム
５ プローブ
６ Ｘ方向駆動機構
７ Ｙ方向駆動機構
８ Ｚ方向駆動機構
９ ホストコンピュータ
１０ 制御装置
１１ 制御部
１２ モータ
１３ 電流検出センサ
１４ 増幅器
１５ 速度検出センサ
１６ 位置検出センサ
１７ 第１の演算増幅器
１８ 第２の演算増幅器
１９ 第３の演算増幅器

Claims (4)

1. 三次元測定機のプローブを移動させるためのＸ方向駆動機構、Ｙ方向駆動機構及びＺ方向駆動機構の直流モータを制御する制御装置であって、
   前記直流モータの電流値を検出する第１の電流検出系統と、
   増幅器を有し、前記直流モータの電流値を検出して増幅する第２の電流検出系統と、
   前記プローブの移動速度を検出する速度検出センサと、
   前記速度検出センサから入力される前記プローブの移動速度を示す信号と指令信号との差分を増幅する第１の演算増幅器と、
   前記第１の演算増幅器から入力される前記プローブの移動速度を示す信号と指令信号との差分を増幅した信号と、前記第１の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を示す信号と、の差分、及び前記第１の演算増幅器から入力される前記プローブの移動速度を示す信号と指令信号との差分を増幅した信号と、前記第２の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を増幅した信号と、の差分を増幅する第２の演算増幅器と、
   前記速度検出センサから入力される信号が示す前記プローブの移動速度が閾値以上の場合、前記第１の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を示す信号に基づいて当該直流モータを制御し、前記速度検出センサから入力される信号が示す前記プローブの移動速度が閾値未満の場合、前記第２の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を増幅した信号に基づいて当該直流モータを制御する制御部と、を備える、制御装置。
2. 前記第１の電流検出系統が有する電流検出センサと前記第２の電流検出系統が有する電流検出センサとは等しい又は共通する請求項１に記載の制御装置。
3. 三次元測定機のプローブを移動させるためのＸ方向駆動機構、Ｙ方向駆動機構及びＺ方向駆動機構の直流モータの制御方法であって、
   第１の電流検出系統が前記直流モータの電流値を検出する工程と、
   第２の電流検出系統が前記直流モータの電流値を検出して増幅する工程と、
   速度検出センサが前記プローブの移動速度を検出する工程と、
   第１の演算増幅器が前記速度検出センサから入力される前記プローブの移動速度を示す信号と指令信号との差分を増幅する工程と、
   第２の演算増幅器が、前記第１の演算増幅器から入力される前記プローブの移動速度を示す信号と指令信号との差分を増幅した信号と、前記第１の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を示す信号と、の差分、及び前記第１の演算増幅器から入力される前記プローブの移動速度を示す信号と指令信号との差分を増幅した信号と、前記第２の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を増幅した信号と、の差分を増幅する工程と、
   前記速度検出センサから入力される信号が示す前記プローブの移動速度が閾値以上の場合、制御部が前記第１の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を示す信号に基づいて当該直流モータを制御し、前記速度検出センサから入力される信号が示す前記プローブの移動速度が閾値未満の場合、前記制御部が前記第２の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を増幅した信号に基づいて当該直流モータを制御する工程と、を備える、制御方法。
4. 三次元測定機のプローブを移動させるためのＸ方向駆動機構、Ｙ方向駆動機構及びＺ方向駆動機構の直流モータの制御プログラムであって、
   コンピュータに、
   第１の電流検出系統が前記直流モータの電流値を検出する処理と、
   第２の電流検出系統が前記直流モータの電流値を検出して増幅する処理と、
   速度検出センサが前記プローブの移動速度を検出する処理と、
   第１の演算増幅器が前記速度検出センサから入力される前記プローブの移動速度を示す信号と指令信号との差分を増幅する処理と、
   第２の演算増幅器が、前記第１の演算増幅器から入力される前記プローブの移動速度を示す信号と指令信号との差分を増幅した信号と、前記第１の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を示す信号と、の差分、及び前記第１の演算増幅器から入力される前記プローブの移動速度を示す信号と指令信号との差分を増幅した信号と、前記第２の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を増幅した信号と、の差分を増幅する処理と、
   前記速度検出センサから入力される信号が示す前記プローブの移動速度が閾値以上の場合、制御部が前記第１の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を示す信号に基づいて当該直流モータを制御し、前記速度検出センサから入力される信号が示す前記プローブの移動速度が閾値未満の場合、前記制御部が前記第２の電流検出系統から入力される前記直流モータの電流値を増幅した信号に基づいて当該直流モータを制御する処理と、を実行させる、制御プログラム。

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