JPS5922243B2 - サ−ボモ−タ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサーボモータの駆動装置に関し、特に位置決め
サーボ機構に用いられるものを対象とする。

対象物を現在位置から目的位置まで移動し停止させる位
置決め装置としてサーボモータを用いた位置決めサーボ
機構がーー般に知られている。

この位置決めサーボ機構は、駆動信号が与えられる駆動
回路と、モータの軸方向に取り付けられた速度検出器（
タコメータ等）を有し、この速度検出器の信号を上記駆
動回路に帰還（速度帰還）しており、信号を駆動回路に
与えることによつてモータに電圧を印加してモータを回
転させ、目的位置に近づいた段階でその印加電圧を低下
させ、速度帰還によつてモータを減速し、目的位置直前
で最終駆動電圧を印加し目的位置で停止せしめることに
よつて位置決めを行うものである。ところで、上記減速
時に印加する最終駆動電圧は定常回転時に必要な電圧よ
りも相当低いものではあるが、モータが回転を持続する
のに十分なものでなければならない。

このため、モータの負荷が軽くなると目的位置で停止せ
ずに行き過ぎるということが起る。かかる場合には、逆
の電圧（負電圧）を印加し、モータを逆回転させること
によつて戻し、目的位置に停止させるようにしなければ
ならないが、周知のように、モータ駆動信号と実際の回
転とには時間的ズレ（信号に追随してモータが動かない
ということ）が生ずることにより、場合によつては永久
にモータが止まらなくなるという現象（これをハンチン
グという）が生ずる。このため、迅速な位置決めが行え
ない。したがつて、位置決めを迅速に行うためには上記
減速時の印加電圧を極小にすることが得策であるといえ
る。

しかしながら、減速時の最終駆動電圧を極小にすると、
今度は新たな問題が生ずる。

この問題は以下のように説明できる。減速時の極小な最
終駆動電圧印加時に例えば摩擦等に基づいて負荷が大き
くなると目的位置手前・ でモータが停止してしまう。

この場合には、上記減速時の最小駆動印加電圧よりも大
きな電圧を印加し、再度モータを回転させ目的位置に移
動させなければならないが、この電圧印加によつて、モ
ータが回り過ぎ、目的位置を通り過ぎてしまう場合が生
じ、逆極性の電圧を印加して逆回転させなければならな
い。かかる場合は、上記のようなハンチングの現象は起
らないが、印加信号と実際の回転との間に時間的なズレ
が生ずるため、それが機械的な振動を発生させることに
なるとともに迅速な位置決めができない。特に、半導体
装置の製造途上で行われるペレツトとリードとの金線付
け（ワイヤボンデイング）装置におけるＸ−Ｙテーブル
の移動等では、対象物及び、移動距離が微小であるため
、かかる装置に用いられるサーボ機構に上記振動が生ず
ることは大きな問題となり、正確な位置決めが行えない
こととなる。

したがつて本発明の目的とするところは、迅速かつ正確
な位置決めを行うことができるサーボモータの駆動装置
を提供することにある。

本発明の他の目的は、ワイヤボンデイング装置のＸ−Ｙ
テーブル等の微小なものの位置決めに適したサーボモー
タの駆動装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の基本的な構成は、サ
ーボモータの回転速度を検出する速度検出器と、上記サ
ーボモータの回転速度に比例した周波数の信号を出力し
かつこの信号の積算量が現在位置と対応される回転量検
出器と、上記現在位置とあらかじめ設定された目的位置
との差に応じて上記サーボモータの回転速度を制御する
ための制御手段とを含む位置決めサーボ機構において、
上記現在位置が目的位置に到達する直前であつてかつ上
記サーボモータの回転速度が不所望な値まで低下した時
に立上がり、その立下がり時期が上記サーボモータの回
転速度によつて決定されるパルス状駆動電圧を発生する
電圧発生手段を備えて −なり、上記パルス状駆動電圧
に基づいて上記サーボモータが最終駆動されるようにさ
れてなることを特徴とする。

以下実施例にそつて図面を参照し本発明を具体的に説明
する。

４第１図は本発明
のサーボモータ駆動装置の一汐１を示すプロツク線図で
ある。図中１は予め定めたモータの目的回転量（対象物
の移動量でもある）をデイジタル値に変換する目的値レ
ジスタであり、２はモータの回転量を検出する手段（例
えばエンコータリ１１からの信号すなわちサーボモータ
の回転速度に比例した周波数の信号を積算し、そのデイ
ジタル値を記憶する現在値レジスタであり、３は上記目
的値レジスタ１のデイジタル出力Ａと現在値レジスタ２
の出力Ｂを引き算する（Ａ−Ｂ）ための引き算器である
。

上記目的値レジスタの出力Ａは設定された段階で固定し
ているが、現在値レジスタの出力Ｂはモータが回転する
のに応じて加算されて行くものである。したがつてこの
引き算器３の出力は減算される形となり、その値によつ
て出力Ｃ１〜Ｃ，の２値信号の状態が変るものとなる。
図中４は切り替え器であり、後述するＤ／Ａ変換器５と
、最終駆動電圧発生手段１２とを切り替える役割をする
。そのＤ／Ａ（デイジタル、アナログ）変換器５はモー
タ駆動信号を作り出すものであり、上記引き算器の出力
に応じて出力電圧Ｄが変化する（例えばモータ起動時は
引き算器の出力が大であることよりＤ／Ａ変換器の出力
電圧Ｄも大であるが、引き算器出力が徐々に減少すると
それに応じて徐々に減少する出力電圧を発生させる）。
この電圧の変化は引き算器３の出力Ｃ１〜Ｃ，の２値信
号の状態の変化によつて左右されるものである。図中６
はｒ（ルート）開平器であり、駆動信号の変化を滑らか
にして、適正な駆動を行わせる役割をするものである。
図中７はオペアンプであり、後述する最終駆動電圧発生
手段等との関係で特に設けられたものである。８は駆動
回路であり、９はサーボモータ、１０は速度検出器（タ
コメータ）、１１は回転量検出器（エンコーダ）であり
、速度検出器１０の出力が駆動回路８に負帰還されてい
る。

図中１２は最終駆動電圧発生手段であり、切替え器の出
力信号に基づいて動作し、その出力をオペアンプ７の正
の端子に印加している。切替え器４は、対象物の現在位
置が目的位置の直前まできたときに、上記Ｄ／Ａ変換器
５等の動作に替えてこの最終駆動電圧発生手段を動作さ
せるとともに、上記現在位置と目的位置とが一致したと
きに、上記最終駆動電圧発生手段の動作をとめ、これに
よつて対象物を目的位置で停止させるためのものである
。上記最終駆動電圧発生手段１２の出力は、例えば一定
電圧（上記駆動時の電圧よりも低い電圧）とされる。し
かしながら、このような最終駆動電圧発生手段によつて
は、前述のように、迅速かつ正確な位置決めを行うこと
は困難である。

図中１３は、本願発明の思想に基づいて設けられたパル
ス状駆動電圧発生手段である。

上記電圧発生手段１３は、現在位置が目的位置に到達す
る直前であつてかつ上記サーボモータの回転速度が不所
望な値まで低下した時に立上がり、その立下がり時期が
上記サーボモータの回転速度によつて決定されるパルス
状駆動電圧を発生するものである。上記電圧発生手段１
３の一方の入力には、例えば上記切替え器４の出力信号
が印加され、他方の入力には、例えば上記速度検出器１
０の出力信号が印加される。

電圧発生手段１３の一汐ｕを第２図に示す。

電源電圧端子Ｖと接地端子間に抵抗Ｒ。、導電型の異な
る絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴと称
す）Ｑ，（ｐチヤンネルＦＥＴ）とＱｎ（ｎチヤンネル
ＦＥＴ）を直列接続し、上記接地側に設けられたｎチャ
ンネルＦＥＴＱｎと並列にコンデンサＣ。を接続し、そ
の接続点を出力０ｕｔとする。また、切替え器４の信号
と速度検出器１０の信号を２入力とするゲート回路Ｌ。
を設け、この出力を上記両ＦＥＴのゲートに共通に印加
するものとする。このような回路にすれば、例えば切替
え器の出力が”１，，レベル、モータ停止時の速度検出
器の出力が”１，，レベルとすれば、ゲート回路Ｌ。の
出力が゛１，，レベルとなり、ｐチヤンネルＦＥＴＱｐ
がオン、ｎチヤンネルＦＥＴＱＯがオフとなり、コンデ
ンサＣ。が充電され、出力０ｕｔは電圧Ｖまで上昇する
。次にモータが回転し、速度検出器の出力が“０，，（
又は切替え器の出力が゛０，，となること、両者が゛０
，，となる場合でも同じ）となるとＦＥＴＱ，がオフ、
Ｑｎがオンとなるからコンデンサは放電し、出力０ｕｔ
には図のようなワンパルスの出力波形が得られることに
な，る。以上のように、オペアンプ７には定常駆動時に
はルート開平器からの出力電圧Ｖ１が、最終駆動時には
最終駆動電圧発生手段の出力電圧Ｖ２が、そして、最終
駆動時であつて、かつモータが停止したときは上記電圧
Ｖ２と、電圧発生手段の電圧Ｖ３が加算された電圧（Ｖ
２＋Ｖ３）が出力され、それぞれの出力電圧に基づいて
モータが駆動されることになる。

本発明のサーボモータの駆動装置によつて目的が達成で
きる理由は以下に示す動作説明によりさらに明らかとな
るであろう。

第３図は、上記動作説明のための、モータの速度Ｖと、
時間ｔとの関係を示す曲線図である。

図中点線で示すものが指令速度であり、実線で示すもの
がモータの実際の速度である。起動時（ＴＯ）はＤ／Ａ
変換器５の出力が比較的高い電圧出力しているため、こ
れに基づく電圧Ｖ１が駆動電圧（指令電圧）となつて、
モータの回転は徐々に上昇し、やがて定速回転になる。

そして、引き算器３の出力が次第に減少すると、これに
伴つてＤ／Ａ変換器の出力電圧も減少しはじめる（期間
ｔ１ ）。駆動回路には速度帰還がなされているから、
駆動電圧が減少するに従いモータの速度が減少してくる
。すなわち、指令速度が下降線を辿るのと一緒にモータ
の速度も下降線を辿る。そして、目的位置の直前に来た
ところで（期間Ｔ２）切替え器４を動作させ（この動作
は、減算カウンタ等により、値を設定しておき、カウン
タ出力がＯとなつたときに信号を印加して行わせればよ
い）その出力Ｅにより最終駆動電圧発生手段１２に切替
えて、この出力Ｖ２に基づいてモータを駆動する。この
とき、モータの負荷が大きい場合には、目的位置到達前
にモータが停止してしまう場合がある（期間Ｔ３のとこ
ろ）。そこで、上記したように電圧発生手段１３を動作
させ、上記電圧Ｖ２よりも高い電圧（Ｖ２＋Ｖ３）を印
加してモータを回転させ目的位置（期間Ｔ４）で停止さ
せるようにする。なお、前述のように、この電圧発生手
段は、一回の動作ではワンパルスの電圧しか発生させな
いこととなるから、場合によつては再び目的位置に到達
せずにモータが停止してしまうことがあるが、かかる場
合には再度ワンパルスが印加され、目的位置に到達する
まで何回も同様の動作がくり返されるものとなり、必ず
目的位置まで移動するようになる。以上のような本発明
によれば、次のような種々の効果が得られる。

（１）本発明では負荷の変動があつて目的位置直前で停
止したとしてもパルス電圧発生手段によつて再駆動する
ものであるから微調整ができ、したがつて、減速時の印
加電圧は比較的低い電圧で済む。

（２）最終駆動時の印加電圧が低くて済むから、ハンチ
ングの問題が生ずることがなく停止動作が迅速になり、
したがつて迅速な位置決めができる。

（３）最終駆動時の印加電圧が低いから目的位置を通り
過ぎるということは殆んどなく、したがつて、振動の問
題が生じないから正確な位置決めができる。

（４）以上のように、迅速かつ正確な位置決めができる
とともに機械的な振動が生じないから、微小な対象物の
位置決めに適したサーボモータの駆動装置となる。

本発明は上記実施例に限定されず種々の変形を用いるこ
とができる。

例えば、上記第２図の実施例に示した電圧発生手段はど
んな構成であつてもよく、ワンシヨツトパルス発生器の
ようなものを用いてもよい。

また、ルート開平器は用途によつては特に用いなくても
よい。さらに、上記実施例ではタコメータとエンコーダ
を用いてモータの回転量等を検出しているが、必ずしも
両方用いる必要はなく、いずれか一方のみでもよい。

本発明はサーボモータ駆動装置として広く利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例を示すプロツク線図、第２図は電
圧発生手段の一例を示す回路図、第３図は動作説明のた
めの曲線図である。 １・・・・・・目的値レジスタ、２・・・・・・現在値
レジスタ、３・・・・・・引き算器、４・・・・・・切
替え器、５・・・・・・Ｄ／Ａ変換器、６・・・・・・
ルート開平器、７・・・・・・オペアンプ、８・・・・
・・駆動回路、９・・・・・・モータ、１０・・・・・
・タコメータ、１１・・・・・・エンコーダ、１２・・
・・・・最終駆動電圧発生手段、１３・・・・・・電圧
発生手段、ＬＯ・・・・・・ゲート回路、ＲＯ・・・・
・・抵抗、Ｑ，，Ｑｎ・・・・・・ＦＥＴｌＣＯ・・・
・・・コンデンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ サーボモータの回転速度を検出する速度検出器と、
   上記サーボモータの回転速度に比例した周波数の信号を
   出力しかつこの信号の積算量が現在位置と対応される回
   転量検出器と、上記現在位置とあらかじめ設定された目
   的位置との差に応じて上記サーボモータの回転速度を制
   御するための制御手段とを含む位置決めのサーボ機構に
   おいて、上記現在位置が目的位置に到達する直前であつ
   てかつ上記サーボモータの回転速度が不所望な値まで低
   下した時に立上がり、その立下がり時期が上記サーボモ
   ータの回転速度によつて決定されるパルス状駆動電圧を
   発生する電圧発生手段を備えてなり、上記パルス状駆動
   電圧に基づいて上記サーボモータが最終駆動されるよう
   にされてなることを特徴とするサーボモータ駆動装置。