JPH04315553A - 位置決め制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置決め制御装置に係
り、特に多軸プリント基板穴明機に使用するに好適な位
置決め制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーボモータを使用したこの種の位置決
め制御装置としては、サーボモータの回転角度及び回転
速度を検出してこれらの検出出力を制御系にフィードバ
ックし、これらの検出出力に基づいてサーボモータを駆
動制御することにより対象物の位置決めを行なう閉ルー
プ制御方式、制御対象物である移動体の位置を検出し、
この位置検出出力に基づいてサーボモータを駆動制御す
ることにより対象物の位置決めを行なう開ループ制御方
式が知られている。

【０００３】開ループ制御方式は、制御系の安定限界が
高く、そのループゲインを高く設定することができるの
で位置決め指令に対する移動体（対象物）の位置追従の
遅れ位置偏差を小さくすることができる。しかしながら
、開ループ制御方式では、サーボモータと移動体との間
に介在する駆動要素（たとえば、ボールネジ）の加工精
度や熱変位等がそのまま移動体の位置決めの位置精度に
影響するために高精度の位置決め制御を行なうことが難
しい。

【０００４】一方、閉ループ制御方式では、移動体の位
置を直接、検出してサーボモータを駆動するので高精度
の位置決め制御が可能である。しかし、サーボモータと
移動体との間に介在する駆動要素（たとえば、ボールネ
ジ）の弾性変形やバックラッシュにより制御系の安定限
界が低くなり、制御系のループゲインを高く設定するこ
とが難しく、位置決め指令に対する移動体（対象物）の
位置追従の遅れ位置偏差が大きくなり、高速の位置決め
制御を行なうことが難しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような位置決
め制御装置が使用される加工機械としては、たとえばプ
リント基板の製造に使用されている多軸プリント基板穴
明機がある。現在、使用されているこの多軸プリント基
板穴明機の仕様の一例を挙げると、加工対象物を載置す
るテーブルの寸法が２０００×８００ｍｍ，テーブル重
量が４００ｋｇ，テーブルの最大移動距離が８００ｍｍ
，位置決め精度が０．００５ｍｍである。

【０００６】このようにテーブルの移動距離、換言すれ
ば移動体の移動距離が長い場合においても高精度の位置
決め制御を実現するには、リニアスケール等の位置検出
器によりテーブルの位置を検出し、閉ループ制御方式に
よりテーブルの位置決め制御を行なうのが一般的である
。

【０００７】一方、多軸プリント基板穴明機では単位時
間あたりの加工穴数の向上が強く要請されているが、こ
のためにはテーブルの位置決め制御時の追従遅れを極力
、小さくすることが大きな課題となる。上述したような
重量物（テーブル）を長い移動距離に対して位置決め制
御を行なう装置では、既述したようにボールネジ等の駆
動要素の弾性変形等により閉ループ制御方式では開ルー
プ制御方式と比較して制御系（サーボ系）の安定限界が
小さくなり、テーブル移動時の限界加減速度が低くなる
ために位置決め制御時間が長くなる。また制御系のルー
プゲインの設定が低くなるために位置決め制御時の追従
遅れが大きくなるという問題があった。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、重量物である制御対象物を長い距離にわた
って高精度でかつ高速度の位置決め制御を行なうことが
できる位置決め制御装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の位置決め制御装
置は、対象物の位置決め指令及び速度指令を生成する移
動情報生成手段と、対象物を移動させる駆動手段と、駆
動手段の回転角度を検出する第１の位置検出手段と、対
象物の現在位置を検出する第２の位置検出手段と、移動
情報生成手段、第１の位置検出手段及び第２の位置検出
手段の出力信号を取り込み、これらの出力信号に基づい
て駆動手段を制御する制御手段とを有し、制御手段は、
対象物の移動開始点から目標位置手前の所定位置までは
第２の位置検出手段の検出出力に基づいて、目標位置手
前の所定位置から目標位置までは第１の位置検出手段の
検出出力に基づいて駆動手段を制御することを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】上記構成の位置決め制御装置においては、移動
情報生成手段により対象物の位置決め指令及び速度指令
が生成され、制御手段を介して駆動手段に供給される。

【００１１】駆動手段は制御手段により与えられた位置
決め指令及び速度指令に基づいて目標位置に向けて対象
物を移動させる。駆動手段は、対象物の移動開始点から
目標位置手前の所定位置までは第２の位置検出手段の検
出出力に基づいて開ループで、目標位置手前の所定位置
から目標位置までは第１の位置検出手段の検出出力に基
づいて閉ループで制御手段により制御される。したがっ
て、長い移動距離に対して重量物の位置決め制御を行な
うものにおいて、高精度でかつ高速の位置決め制御が可
能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１に本発明に係る位置決め制御装置の一実施例
の電気的構成を、図２及び図３にその機械的構成を、そ
れぞれ示す。図２及び図３において、本発明に係る位置
決め制御装置は、テーブル３０を有している。テーブル
３０は、その下面の両側部に固設されたボールベアリン
グガイド３１、３１を介してベース４２に敷設されたレ
ール３２、３２上に載置されている。またテーブル３０
の下面のほぼ中央には支持部材３３が固設されており、
この支持部材３３にはベース４２に固設されたブラケッ
ト３４、３４に枢支されたボールねじ３５がナット４３
により固定されている。

【００１３】テーブル３０の下面にはテーブル３０の位
置検出を行なうリニアスケール３６の検出ヘッド３７が
固設されており、この検出ヘッド３７に対向してレール
３２と平行にリニアスケール３６がベース４２に固設さ
れている。このリニアスケール３６は、移動体としての
テーブル３０の位置をたとえば、０．００１ｍｍの分解
能で検出する。

【００１４】またボールねじ３５の一端は、カップリン
グ３８を介してサーボモータ３９の回転軸に結合されて
いる。サーボモータ３９にはサーボモータ３９の回転速
度を検出する速度検出器４０と、サーボモータ３９の回
転角度を検出するエンコーダ４１とが設けられている。 このエンコーダ４１はサーボモータ３９の１回転あたり
１００００個のパルス信号を出力し、テーブル３０の移
動距離０．００１ｍｍに相当する分解能でサーボモータ
３９の回転角度（テーブル３０の移動量に相当）を検出
する。

【００１５】ここでテーブル３０の重量は、たとえば６
００ｋｇ、ボールねじ３５は直径が２５ｍｍ，長さ１０
００ｍｍである。

【００１６】次に本発明に係る位置決め制御装置の電気
的構成を図１を参照して説明する。図１において本発明
に係る位置決め制御装置は、移動情報生成回路１０を有
している。移動情報生成回路１０は、テーブル３０の位
置決め指令及び速度指令を位置偏差演算回路１１に出力
し、切換信号生成回路１９にテーブル３０の現在位置を
示す信号を出力する。

【００１７】位置偏差演算回路は、位置検出信号切換回
路２１から出力されるテーブル３０の現在位置を示す位
置検出信号と移動情報生成回路１０からの位置決め指令
により特定される位置情報との偏差を算出する。位置偏
差演算回路１１の出力信号は増幅回路１２で増幅された
後、速度偏差演算回路１３に入力される。

【００１８】速度偏差演算回路１３は、移動情報生成回
路１０より位置偏差演算回路１１及び増幅回路１２を介
して入力される速度指令により特定される速度情報と速
度検出器４０から入力されるサーボモータ３９の回転速
度検出信号との偏差を算出し、モータ駆動回路１４に出
力する。

【００１９】モータ駆動回路１４は、サーボモータ３９
に速度偏差演算回路１３から出力される速度偏差に応じ
た駆動信号をサーボモータ３９に出力する。テーブル３
０の移動速度、すなわちサーボモータ３９の回転速度は
速度検出器４０により、テーブル３０の位置、すなわち
サーボモータ３９の回転角度は位置検出器としてのエン
コーダ４１により検出される。またテーブル３０の位置
は移動体位置検出器１８によっても検出される。この移
動体位置検出器１８は、実際にはリニアスケール３６及
び検出ヘッド３７により構成されている。エンコーダ４
１及び移動体位置検出器１８の出力信号は位置検出手信
号切換回路２１に入力される。テーブル３０が基準位置
に復帰した時点でエンコーダ４１及び移動体位置検出器
１８に内蔵されている位置信号を計数するカウンタがリ
セットされるようになっている。位置検出信号切換回路
２１は切換信号生成回路１９から出力される切換信号に
基づいてエンコーダ４１または移動体位置検出器１８の
いずれか一方の検出出力を位置偏差演算回路１１に選択
的に出力する。

【００２０】切換信号生成回路１９は、移動情報生成回
路１０から得られた位置決め指令からテーブル３０の現
在位置が目標位置の前方の所定距離内になった際に、ゲ
イン切換回路２０及び位置検出信号切換回路２１に切換
信号を出力する。この切換信号を受けてゲイン切換回路
２０は、増幅回路１２のゲインをこれまでより小さく設
定する。また位置検出信号切換回路２１はテーブル３０
の位置検出信号を移動体位置検出器１８からエンコーダ
４１に切り換える。

【００２１】上記構成からなる位置決め制御装置の動作
を図４のフローチャートを参照して説明する。まずテー
ブル３０を目標位置に向けて位置決め制御を行なうのに
先立ち、初期設定が行なわれる（ステップ５０）。すな
わち、目標位置までのテーブル３０の移動量を指示する
位置決め指令及びテーブル３０の移動速度を指定する速
度指令が移動情報生成回路１０より位置偏差演算回路１
１、増幅回路１２、速度偏差演算回路１３及びモータ駆
動回路１４を介してサーボモータ３９に出力される。こ
れと同時に増幅回路１２のゲインＧをＧ＝Ａ（一定値）
に設定し、かつ位置検出信号切換回路２１を移動体位置
検出器１８側に切り換えるための制御信号が移動情報生
成回路１０よりゲイン切換回路２０及び位置検出信号切
換回路２１に出力される。尚、この時点でエンコーダ４
１及び移動体位置検出器１８に内蔵されているカウンタ
はリセットされている。この結果、サーボモータ３９は
、所定の回転速度で回転駆動され、テーブル３０は目標
位置に向けて移動させられる。　　次いで速度検出器４
０によりサーボモータ３９の回転速度が検出され、移動
体位置検出器１８によりテーブル３０の現在位置が検出
される（ステップ５１、５２）。

【００２２】更に検出された速度検出器４０及び移動体
位置検出器１８の検出出力に基づいて位置偏差演算回路
１１、速度偏差演算回路１３において位置偏差、速度偏
差が、それぞれ算出され、これらの演算値に対応した駆
動信号がモータ駆動回路１４を介してサーボモータ３９
に出力される（ステップ５３、５４、５５）。ステップ
５１〜５５の処理はテーブル３０が目標位置より手前側
の所定距離内に到達するまで続行される。ここで目標位
置より手前側の所定距離とはたとえば、テーブル３０の
移動開始点から目標位置までの距離の９０％に相当する
距離である。

【００２３】テーブル３０が目標位置より手前側の所定
距離内に到達すると、切換信号生成回路１９から出力さ
れる制御信号に基づいて位置検出信号切換回路２１によ
りテーブル３０の位置検出信号がエンコーダ４１側に切
り換えられ、ゲイン切換回路２０により増幅回路１２の
ゲインＧはＧ＝Ｂ（Ｂ＜Ａ）に設定される（ステップ５
６、５７、５８）。

【００２４】次いで速度検出器４０によりサーボモータ
３９の回転速度が検出され、移動体位置検出器１８によ
りテーブル３０の現在位置が検出される（ステップ５９
、６０）。

【００２５】更に検出された速度検出器４０及び移動体
位置検出器１８の検出出力に基づいて位置偏差演算回路
１１、速度偏差演算回路１３において位置偏差、速度偏
差が、それぞれ算出され、これらの演算値に対応した駆
動信号がモータ駆動回路１４を介してサーボモータ３９
に出力される（ステップ６１、６２、６３）。ステップ
５９〜６３の処理はテーブル３０が目標位置に到達する
まで続行される。

【００２６】テーブル３０が目標位置に到達すると、サ
ーボモータ３９の駆動は停止され、プリント基板の穴明
加工が行なわれる（ステップ６４、６５、６６）。

【００２７】プリント基板の穴明加工が終了すると、サ
ーボモータ３９は逆方向に回転駆動され、テーブル３０
が基準位置に到達すると、サーボモータ３９の駆動は停
止される（ステップ６７、６８、６９）。このように本
実施例ではサーボモータ３９はステップ５１〜５６では
開ループで、ステップ５９〜６５では閉ループで駆動制
御される。

【００２８】本実施例によれば従来の閉ループ制御方式
を適用した位置決め制御装置に比較して位置決め精度を
従来装置と同等の前提条件で限界ループゲインが約２０
％、限界加減速度が約２０％それぞれ、向上した。また
サーボモータ３９に駆動停止指令が出力されてからテー
ブル３０が停止するまでの時間が約３０％、短縮するこ
とができた。

【００２９】尚、本実施例ではサーボモータ３９の回転
角度をエンコーダ４１により検出するようにしているが
、これに限定されるものではない。また本実施例ではテ
ーブル３０の位置検出を行なう移動体位置検出器１８と
してリニアスケールを使用しているが、これに限定され
るものではない。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明の位置決め制御装置
によれば、対象物の移動開始点から目標位置の手前側前
方の所定距離まではテーブル等の移動体の位置を間接的
に検出する第２の位置検出手段の検出出力に基づいて移
動体を移動させる駆動手段を開ループで制御し、目標位
置手前前方の所定距離から目標位置までは移動体の位置
を直接的に検出する第１の位置検出手段の検出出力に基
づいて駆動手段を閉ループで制御するように構成したの
で、重量物である制御対象物を長い距離にわたって高精
度でかつ高速度の位置決め制御を行なうことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る位置決め制御装置の一実施例の電
気的構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係る位置決め制御装置の一実施例の機
械的構成を示す正面図である。

【図３】図２に示した位置決め制御装置のテーブル駆動
機構部の側面図である。

【図４】図１に示した位置決め制御装置の動作内容を示
すフローチャートである。

【図５】図１に示した位置決め制御装置の動作内容を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１０　　移動情報生成回路 １１　　位置偏差演算回路 １２　　増幅回路 １３　　速度偏差演算回路 １４　　モータ駆動回路 １９　　切換信号生成回路 ２０　　ゲイン切換回路 ２１　　位置検出信号切換回路 ３９　　サーボモータ ４０　　速度検出器 ４１　　エンコーダ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　対象物の位置決め指令及び速度指令を
   生成する移動情報生成手段と、対象物を移動させる駆動
   手段と、該駆動手段の回転角度を検出する第１の位置検
   出手段と、対象物の現在位置を検出する第２の位置検出
   手段と、前記移動情報生成手段、第１の位置検出手段及
   び第２の位置検出手段の出力信号を取り込み、これらの
   出力信号に基づいて駆動手段を制御する制御手段とを有
   し、該制御手段は、対象物の移動開始点から目標位置手
   前の所定位置までは前記第２の位置検出手段の検出出力
   に基づいて、目標位置手前の所定位置から目標位置まで
   は第１の位置検出手段の検出出力に基づいて前記駆動手
   段を制御することを特徴とする位置決め制御装置。