JPH1097322A - 位置制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の移動体位置制御方式では、回転部の慣
性力による移動量の誤差が生ずるという問題がある。本
発明は２組のセンサーを設け、正転と逆転を別個に制御
することにより慣性力による誤差を相殺させる。 【解決手段】 正転用と逆転用の２枚の半円盤を慣性力
により生じる誤差分φだけずらして取り付け、正転用と
逆転専用のそれぞれの遮蔽センサを用いることで、慣性
力による誤差を相殺させ精度上げる移動体位置制御方式
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面に等ピッチのネ
ジ加工が施されたネジ軸を該ネジ軸の回転に伴い移動す
る直線運動体の位置制御方式に関し、特に正転、逆転の
検知機能を組合せ慣性力によるネジ軸の回転誤差を防止
した２枚組半円盤型検知器による位置制御方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】各種の電気装置、電子装置、機械装置等
に於いて使用される直線運動機構の構造として、等ピッ
チのオネジ加工が表面に施された回転運動体に該回転運
動体と同じピッチのメネジ加工が施された貫通孔を有す
る移動体を挿入し、前記回転運動体を回転させることに
より該移動体を直線運動させる機構が用いられている。
該移動体の位置制御の一つとして回転運動体と直結した
半円盤が遮蔽センサーに内蔵する発光−受光部における
光の透過あるいは遮断するときに得られる「明」あるい
は「暗」の信号から遮蔽信号を検知し、これを制御する
ことで移動体の位置を制御するものが知られている。

【０００３】図３（ａ）は従来の移動体制御装置の構成
を示す図である。この移動体制御装置は、大きく分ける
と駆動部１１と位置制御部１２から構成される。駆動部
１１は等ピッチのオネジ加工が表面に施されたネジ軸１
３と、ネジ軸１３を支持する側板１４と、ネジ軸１３と
の接触部にネジ軸１３と同じピッチのメネジ加工が施さ
れた移動体１５と、ネジ軸１３を回転駆動するモータ等
の駆動手段１６から構成される。また、位置制御部１２
はネジ軸１３の一端に取り付けた半円盤１７と、該半円
盤１７が発光−受光部内を回転する際に光線の遮断の有
無を検知する遮蔽センサ１８とから構成されている。こ
の遮蔽センサ１８は発光素子と受光素子を対向配置した
ものであり、半円盤１７の半円部通過するとき光を遮蔽
し、それ以外のときは光が透過する位置に配設する。上
記の移動体制御装置はネジ軸１３を駆動手段１６により
回転運動させることにより移動体１５を直線運動させる
ものであり、図３（ｂ）はネジ軸１３と移動体１５の拡
大図である。移動体１５を図中左方向に移動させる場合
は駆動手段１６を正転させ、また、右方向に移動させる
場合は駆動手段１６を逆転させることにより、移動体１
５の位置を自在に制御することができる。

【０００４】図４は上記の移動体制御装置の正転動作
（移動体１５を左方向へ移動させること）を時間経過の
各瞬間を模式図（動作１から５）を用いて一枚の図に描
写した説明図である。正転動作は、初期状態である動作
１の状態から駆動手段１６によりネジ軸１３を正転させ
て、移動体１５を図中左方向に移動させることである。
このとき半円盤１７の動作は図中右側に示すように遮蔽
センサ１８の光線を透過させ、所謂「明」の状態であ
る。続いて動作２の状態でも遮蔽センサ１８は「明」を
検知している。更に駆動手段１６によりネジ軸１３を回
転させると、動作３、４に示すように半円盤１７は遮蔽
センサ１８の光線を遮断し、遮蔽センサ１８は「明」の
状態から「暗」の状態に切り替わることを検知する。更
に駆動手段１６を回転させると、半円盤１７は動作５に
示すように再び初期状態の位置に戻り、遮蔽センサ１８
は「暗」から「明」の状態に切り替わり、図４の右端に
示すように正転時の遮蔽信号λを得て、駆動手段１６を
停止させ１サイクルが終了する。即ち、正転時の遮蔽信
号λは図４の右端に示すように「明」−「暗」−「明」
の信号から構成されている。

【０００５】上記のように半円盤１７の回転により遮蔽
センサ１８が「暗」から「明」の状態に切り替わり、正
転時の遮蔽信号λを１回検知することによりネジ軸１３
を１回転させ、移動体１５を１ピッチ分左方向に移動さ
せることができる。また、移動体１５を左方向にネジ軸
１３の２回転分、即ち２ピッチ移動させたい場合は遮蔽
信号λを２回検知した後でネジ軸１３の回転を停止すれ
ばよい。同様に移動体１５をｍピッチ分進めたい場合に
はネジ軸１３をｍ回回転させて遮蔽信号λをｍ個検知し
後で駆動手段１６を停止させれば、移動体１５をｍピッ
チ分だけ移動させることができ、位置制御を行うことが
できる。

【０００６】図５は移動体制御装置の逆転動作（移動体
１５を右方向へ移動させること）を説明する時間経過の
各瞬間の模式図（動作１〜５）であり、移動体１５を右
方向に移動させる場合には動作１の初期状態から駆動手
段１６を逆転させ、ネジ軸１３を逆回転させる。このと
き半円盤１７の動作に従い遮蔽センサ１８は動作１、２
に示すように「暗」の状態を検知している。更に、駆動
手段１６を回転させると半円盤１７の状態は動作３、４
に示すように変化し、遮蔽センサ１８を「暗」から
「明」の状態に切り替える。更に駆動手段１６を回転さ
せると半円盤１７は再び初期状態の位置に戻る。この時
遮蔽センサ１８は動作５に示すように「明」から「暗」
の状態に切り替わり、図５の右端に示す逆転時の遮蔽信
号λ’を得ることにより駆動手段１６を停止させ１サイ
クルが終了する。即ち、逆転時の遮蔽信号λ’は「暗」
−「明」−「暗」の信号から構成されている。

【０００７】このように半円盤１７が遮蔽センサ１８の
光線を遮ることにより「明」から「暗」の状態に切り替
わる逆転時の遮蔽信号λ’を１回を検知することにより
ネジ軸１３を１回転させ、移動体１５を１ピッチだけ右
方向に移動させることができる。また、移動体１５をｎ
ピッチ分右方向に移動させたい場合は遮蔽信号λ’をｎ
回検知した後で駆動手段１６を停止する。このように半
円盤１７の回転を遮蔽センサ１８で「明」と「暗」の信
号に変換し検知することにより、移動体１５を所定量だ
け、左右に移動させることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の移
動体制御装置の使用法は、図６に示すように正転と逆転
を組合せて用いる場合が一般的である。正転の場合は駆
動手段１６を停止させても移動体１５の慣性力で、半円
盤１７は動作５に示す所定の停止位置からずれて動作６
に示す位置で停止する。この時、動作７に示すように所
定の位置（動作５）からθの誤差が生じる。更に、正転
時の誤差θの状態からネジ軸１３に逆転動作をさせると
動作８に示すように「明」から「暗」の状態に切替る
が、逆転時の遮蔽信号λ’を得ていないため駆動手段１
６は動作８、９に示すようにネジ軸１３を回転し続け
る。動作１０に於いて再び「暗」の状態から「明」の状
態に切替り、更に回転させることにより動作１２で
「明」から「暗」の状態に切り替わる。ここで「暗」−
「明」−「暗」の信号が形成され、逆転時の遮蔽信号
λ’を検知したことになり１サイクルを終了し駆動手段
１６を停止する。しかし逆転の場合も移動体１５の慣性
力によって半円盤１７は所定の位置（動作１２）からず
れ、動作１３に示すように所定の位置から誤差θ’を生
じて停止する。このように正転と逆転を１回づつ繰返す
と、図６の動作７〜１０ように遮蔽信号の不検知部分が
生じ、正転、または逆転動作のみの繰返しに比べ移動体
１５の移動量誤差は１サイクル＋θ＋θ’＝１サイクル
＋２θとなる（θ’は大きさはθと同じで符号が異なる
だけである）。即ち、従来の制御方式では、ネジ軸１３
の１サイクル＋２θの回転に相当する移動量の誤差が生
ずるという問題がある。本発明は上記問題を解決するた
めになされたものであって、移動体を左右に移動させた
場合に生じる慣性力による移動量誤差を極小した移動体
制御方式の提供を目的する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る請求項１記載の位置制御方式の発明は、
回転軸上に板状の遮蔽部材を固定し遮蔽部材の通過時に
光が遮蔽される位置に遮蔽センサを設け、該遮蔽センサ
の出力信号に応じて前記回転軸の回転位置を制御する回
転制御方式に於いて、前記回転軸に２枚の遮蔽部材を回
転軸の慣性力により生ずる誤差分θだけずらして固定
し、各遮蔽部材に対応する２つの遮蔽センサを設け、こ
れらをそれぞれ正転用、逆転用とすることにより回転軸
の正、逆転時に生ずる慣性力による回転誤差を極限した
ことを特徴とする位置制御方式である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明係
る一実施例であって移動体制御装置の全体構成を示す斜
視図であり、該装置は大きく分けると駆動部１と位置制
御部２から構成される。

【００１１】駆動部１は等ピッチのオネジ加工が表面に
施されたネジ軸３と、ネジ軸３を支持する側板４と、ネ
ジ軸３との接触部にネジ軸３と同じピッチのメネジ加工
が施され、ネジ軸３に沿って直線運動する移動体５と、
ネジ軸３を回転駆動するモータ等の駆動手段６から構成
される。ネジ軸３には定ピッチのオネジ加工が表面に施
されており、更に移動体５とネジ軸３との接触部にはネ
ジ軸３と同ピッチのメネジ加工が施されているため、ネ
ジ軸３を回転させることにより移動体５を直線運動させ
ることが可能である。

【００１２】また、位置制御部２はネジ軸３の一端に取
り付けられ、図１（ｂ）の拡大図に示すように、ネジ軸
３が正転する場合の正転用半円盤７による「明」と
「暗」の切替りを検知する遮蔽センサ８と、逆転する場
合の逆転用半円盤９よる「明」と「暗」の切替りを検知
する遮蔽センサ１０とから構成されている。正転用半円
盤７と逆転用半円盤９はネジ軸３の慣性力によって生ず
る回転誤差θだけ互いにずらしてネジ軸３に取付けられ
ている。

【００１３】図２は本発明に係る移動体制御方式の動作
を示す図であって、時間経過を追った模式図であり、各
瞬間の動作状態を動作１から１２までに示している。初
めに移動体５を図中左方向に移動させる場合を動作１〜
６を用いて説明する。動作１の初期状態に於いて、移動
体５の位置は初期の位置にある。この状態から駆動体６
でネジ軸３を回転させることにより、移動体５を左方向
に直線運動させる。このとき正転用半円盤７による光線
の透過状態は動作２のように透過の状態であり、遮蔽セ
ンサ９は「明」の状態にある。更にネジ軸３を回転させ
ると正転用半円盤７は動作３、４に示すように「明」の
状態から「暗」の状態に切替わる。更に回転させると動
作５の状態に於いて「暗」の状態から「明」の状態に切
替わり、「明」−「暗」−「明」の正転時の遮蔽信号λ
を得ることにより駆動体６を停止させる。

【００１４】また、移動体５を左方向にネジ軸３の２回
転分移動させる場合は、正転時の遮蔽信号λを２回検知
した後で駆動体６を停止する。ｍ回転分に相当する距離
を移動させる場合は遮蔽信号λをｍ回検知した後で駆動
体６を停止するというように、移動体５を所望の位置に
移動させる場合には、その距離に相当するネジ軸３の回
転数だけ遮蔽信号λを検知した後で、駆動体６を停止さ
せれば移動体５の位置を任意に制御することができる。
しかし実際の動作は移動体５に慣性力が働くため動作６
に示すように回転誤差θが生じ、その分たけ位置誤差が
生ずる。

【００１５】次に、動作６の状態から移動体５を右方向
に移動させる場合を動作７〜１２を用いて説明する。本
発明に係る移動体制御方式に於いては移動体５の右方向
制御は逆転用半円盤９とそれと対になる遮蔽センサ１０
を用いて行う。動作７に示すように逆転用半円盤９の位
置は正転用半円盤７の取付け位置から慣性力による誤差
分θだけずらして取り付けられ、遮蔽センサ６は「暗」
の状態にある。この状態から動作８に示すように、駆動
体６を逆転させることにより右方向に移動させることが
できる。更にネジ軸３を回転させ逆転用半円盤９により
遮蔽センサ１０は「暗」の状態から動作９に示すように
「明」の状態に切替わる。更にネジ軸３を回転させるこ
とにより「明」の状態から動作１１に示すように「暗」
の状態に切替わる。従って、「暗」−「明」−「暗」の
逆転時の遮蔽信号λ’を得ることにより駆動体６を停止
させる。このとき移動体５を右方向にネジ軸３の２回転
分だけ移動させたい場合は、遮蔽信号λ’を２回検知し
た後で駆動手段６を出停止しする。ｎ回転分に相当する
距離を移動させたい場合は、ｎ回の逆転時の遮蔽信号
λ’を検知して停止させるというように移動体５の位置
制御を行うことができる。しかし実際は移動体５に慣性
力が働くため動作１２に示すように誤差θ’が生じて回
転は停止する。

【００１６】本発明の制御方式を用いて移動体５を精度
よく移動させる方法は、移動体５を左方向にネジ軸３を
ｍ回分だけ移動させる、即ち、正転用半円盤７による
「明」−「暗」−「明」の遮蔽信号λをｍ回検知して駆
動手段６を停止させた後、右方向にネジ軸３をｎ回分だ
け移動させる、即ち、逆転用半円盤９による「暗」−
「明」−「暗」の遮蔽信号λ’をｎ回検知して、駆動手
段６を停止させることにより位置誤差を無くした位置制
御が可能である。即ち、正転運動による回転誤差θと逆
転運動による回転誤差θ’は同じ大きさで垂直軸に関し
反対となるため、正転と逆転を同じ回数繰り返すことに
より回転誤差を零とすることができるのである。

【００１７】なお、本発明に係る制御方式は移動体が鉛
直方向に移動する位置制御にも適用可能であり、下方向
移動の場合には慣性力誤差と重力加速度分を補正し、上
方向移動の場合には移動体の慣性力分だけ補正して、半
円盤をネジ軸に取付けることにより適用可能である。ま
た、本発明に係る位置制御は半月型円盤、または円盤に
スリット加工を施し複数の明暗状態を作り出すものを遮
蔽部材として利用して回転軸の停止の精度向上などに応
用することができる。さらに、本発明に係る制御方式は
ネジ軸による移動体の位置制御以外の回転体、例えばタ
ーンテーブルの様な鉛直の回転軸の位置制御にも容易に
適用できることは云うまでもない。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、半円盤が１つの場合に生ずる１サイクルの回転誤
差を除去すると共に、正転と逆転を同数回動作させるこ
とにより正転と逆転時の慣性力による回転誤差を相殺で
きるため、位置精度を大幅に改善することができ高精密
な移動体制御装置を構成できるという著しい効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明係る駆動部と位置制御部の構成
図、（ｂ）はその位置制御部の拡大図である。

【図２】本発明に係る位置制御方式の動作を説明する図
である。

【図３】（ａ）は従来の駆動部と位置制御部の構成を示
す図、（ｂ）ネジ軸と移動体の接触部を示す図である。

【図４】従来の移動体制御方式に於ける正転時の動作説
明図である。

【図５】従来の移動体制御方式に於ける逆転時の動作説
明図である。

【図６】従来の移動体制御方式に於ける正転、逆転の組
合せ動作説明図である。

【符号の説明】

１・・・位置制御部 ２・・・駆動部 ３・・・正転用半円盤 ４、６・・・遮蔽センサー ５・・・逆転用半円盤 ７・・・ネジ軸 ８・・・側板 ９・・・移動体 １０・・・駆動手段 θ、θ’、φ、φ’・・・回転角 λ・・・正転時の遮蔽信号 λ’・・・逆転時の遮蔽信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸上に板状の遮蔽部材を固定し遮蔽
   部材の通過時に光が遮蔽される位置に遮蔽センサを設
   け、該遮蔽センサの出力信号に応じて前記回転軸の回転
   位置を制御する回転制御方式に於いて、 前記回転軸に２枚の遮蔽部材を回転軸の慣性力により生
   ずる誤差分θだけずらして固定し、各遮蔽部材に対応す
   る２つの遮蔽センサを設け、これらをそれぞれ正転用、
   逆転用とすることにより回転軸の正、逆転時に生ずる慣
   性力による回転誤差を極限したことを特徴とする位置制
   御方式。