JPS6129006B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は印字装置等に利用される位置決め装
置に関し、特にデイジタル形の位置決め装置に関
する。

デイジタル形の位置決め装置としては、第１図
のブロツク図で示すような装置が良く知られてい
る。第１図において、１は負荷（図示されていな
い）を駆動するサーボモータであり、これはモー
タ駆動回路２によつて駆動される。さらにサーボ
モータ１にはモータの回転に同期した周期的な波
形（速度信号）を出力するセンサ５が連結されて
おり、センサ５の出力はプリアンプ６によつて所
定の振幅に増幅される。プリアンプ６の出力信号
８はアナログデイジタル変換器（以下AD変換器
と略す）７によつてデイジタル化され、位置信号
９として駆動時間巾演算回路４に送出される。こ
の位置信号９の周期はサーボモータ１が１ステツ
プ（場合によつては複数ステツプでもよい。）だ
け回転するに要する時間に等しい。

駆動時間巾演算回路４は、位置決めを行う停止
点までの距離と方向（位置決め情報）を指示する
送り量指示装置１０と、前記位置信号９からサー
ボモータ１を駆動させる時間巾（サーボモータ１
への供給電力の大きさに対応するもので、ここで
はサーボモータ１に印加される駆動パルスのパル
ス幅に相当する値である。）を計算し、此を駆動
時間信号１１としてパルス巾変換器３に送出し、
他方サーボモータ１の回転方向を指示する方向指
示信号１３を前記モータ駆動回路２に送る。パル
ス巾変換器３は駆動時間信号１１をパルス巾に変
換したパルス信号１２をモータ駆動回路２に与え
る。この場合モータ駆動回路２は消費電力が少な
く制御回路が簡単なスイツチング電力増幅器が使
用される。又、前記AD変換器７は入力のアナロ
グ信号を単に２値化ないしパルス整形して出力す
るのが一般的である。

第２図に前記プリアンプ６の出力信号８と位置
信号９の一例を示す。出力信号８はサーボモータ
１の回転速度に反比例する周期の周期波形であり
位置信号９はこの信号８をスレシユホールドレベ
ルL₀で２値化したものである。サーボモータ１
の回転速度が上昇すると周期Ｔが短かくなり、逆
に回転速度が下降すると周期Ｔは長くなる。そこ
で周期Ｔの逆数を求めるとサーボモータの回転速
度が判り、周期数を計数することによつて移動距
離が判明する。以上の様に出力信号８をデイジタ
ル化することの利点は、出力信号の振幅あるいは
零レベルが変動しても正確に速度、位置を検出す
ることが可能な点である。

第３図は上述した従来の駆動時間巾演算回路４
の構成を示すブロツク図である。偏差カウンター
１４は位置決め動作の開始時に送り量指示信号１
０をセツトされ、その後に位置信号９によつて順
次カウントダウンし、その内容に応じた出力信号
１８をリードオンリーメモリ等によつて構成され
る記憶テーブル１５に送出する。偏差カウンター
１４の内容は目標停止点までのステツプ数即ち距
離を意味し、記憶テーブル１５には上記ステツプ
数に対応する基準速度が記憶されており出力信号
１８をアドレス入力として基準速度信号１９を減
算器１６の一方の入力側に送出する。減算器１６
の他方の入力端には、速度検出器１７から送出さ
れる現在速度信号２０が接続されている。減算器
１６は基準速度信号１９と現在速度信号２０の差
の絶対値と符号（正、負）をそれぞれ駆動時間信
号１１と方向指示信号１３としてパルス幅変換器
３とモータ駆動回路２に送出する。しかして、現
在速度信号２０が基準速度信号１９より小さい場
合にはモータ駆動回路２によつてサーボモータに
回転速度を増大させる電力がまた逆の場合には回
転速度を低下させる電力がそれぞれ供給され、現
在速度を基準速度に追従させる動作が行われる。
つまり、駆動時間幅演算回路４は、送り量指示信
号１０によつて与えられた目標停止位置に至るま
での速度パターンを想定し、サーボモータ１の回
転つまり負荷の移動をこの速度パターンに追従さ
せるように駆動時間信号１１と方向指示信号１３
とをサーボモータ１のステツプ毎（場合によつて
は数ステツプ毎でもよい。）に求め、それをパル
ス幅変換器３とモータ駆動回路２に供給する。

第４図は前記速度検出器１７の構成を示すブロ
ツク図である。時間カウンター２１は位置信号９
の１周期間に発振器２２からの一定周期の出力パ
ルスをカウントアツプすることによつて位置信号
９の周期Ｔを計数し、計数結果を速度変換器２３
に供給する。速度変換器２３はこの計数結果の逆
数を求める。即ち周期Ｔをその逆数によつて表わ
される速度に変換するものである。

第５図は前記パルス巾変換器３の構成を示すブ
ロツク図である。カウンター２４は駆動時間信号
１１を入力された後に発振器２５からの一定周期
の出力パルスでカウントダウンされる。零検出器
２６はカウンタ２４の内容が零でないときのみハ
イレベル（論理“１”）のパルス信号１２を出力
する機能を有するものである。そこで上記カウン
ター２４の内容が零の時にはカウントダウン動作
が行われないようにしておけば駆動時間信号１１
に比例したパルス巾のパルス信号１２を得ること
が出来る。

第６図は前記モータ駆動回路２の構成の一例を
示すブロツク図である。トランジスタQ₂，Q₃，
Q₄，Q₅はサーボモータ１に流れる電流の方向を
切換えるブリツジ回路を形成し、トランジスタ
Q₁はこのブリツジ回路に駆動電源電圧Ｖ_Dを印加
するものである。パルス信号１２及び方向指示信
号１３がハイレベルの時、トランジスタQ₁，
Q₃，Q₄がON状態に、又トランジスタQ₂，Q₅が
OFF状態になつてサーボモータ１には矢線２７
で示される方向に電流が流れてサーボモータ１を
正回転させる。よつてパルス信号がハイレベルに
なつている時間巾つまりパルス幅を変えればサー
ボモータ１に必要な電力を供給することが出来
る。なお、方向指示信号１３をローレベル（論理
“０”）にすればサーボモータ１を逆回転させる方
向に電流を流すことができる。

第７図は上記位置決め装置の動作を説明する図
であり、３０は位置決め動作の開始点、３１は始
点３０から送り量指示装置１０で与えられた距離
だけ離れた目標停止点（終点）である。２８は基
準速度信号１９によつて示される基準速度パター
ンであり、２９はサーボモータ１の実際の回転速
度パターンである。始点３０からサーボモータ１
を正方向に加速させ（加速区間）、サーボモータ
１の回転速度が基準速度に達したのちはサーボモ
ータ１を定速回転させ（定速区間）、終点３１か
らある距離（サーボモータ１のステツプ数換算）
に達した後はサーボモータ１を負方向加速つまり
減速させる（減速区間）。終点３１では駆動時間
幅演算回路４の偏差カウンタ１４の内容は「１」
であり、残り１ステツプ先つまり位置信号９の次
の一周期後に負の駆動パルス３３によつて制動さ
れサーボモータ１が停止する。前記の加速区間で
は正のパルス電圧がまた減速区間では負のパルス
電圧がサーボモータ１に印加される。この正負の
パルス電圧３２のパルス幅は各ステツプにおける
基準速度とサーボモータ１の実際の速度との差に
ほぼ比例して変化する。

第８図は、サーボモータ１を３ステツプ動作さ
せる場合における各部の動作を説明する為の図で
あり、偏差カウンタ１４には初期値として「３」
がセツトされる。時間Tdは、現在速度信号２０
等の演算を行うのに必要な時間である。この図の
場合、終点３１以後に発生する負の電圧波形３３
によつて制動が加えられ、ほぼ１ステツプ後にサ
ーボモータ１は停止して最終的な位置決めが行わ
れる。終点３１以後を位置ロツク領域と呼ぶ。

ところで目標停止点３１以降の最後の１ステツ
プ、つまり位置ロツク領域ではサーボモータ１の
速度が相当に低く、波形３３のパルス幅の演算時
刻から波形３３が出される時刻までと波形３３が
出されてからサーボモータ１が実際に停止する時
刻までにかなりの時間が経過すると、位置ロツク
領域においては波形３３のみによるオープンルー
プ的な制御が行なわれているためこの比較的長い
時間内におけるサーボモータ１を含む負荷系の状
態変化による影響を受け易く、位置決め精度が低
下し易い。

この発明の目的は、叙上の如き問題点を改善し
た位置決め装置を提供することにある。しかして
この発明にあつては、例えばサーボモータの１ス
テツプ回転毎に出る位置信号のほかに１ステツプ
回転期間の２分の１以下の周期の位置信号を発生
させ、停止位置近傍では後者の位置信号を用いて
サーボモータへの供給電力を演算する。つまりオ
ープンループ制御される前述のロツク領域の幅を
実質的に減らし、外乱の影響を受け難たくし、か
つ停止点近傍での演算回数を増して可能な限り停
止点直前までクローズドループ制御を行なおうと
いうものである。

次にこの発明を一実施例によつて具体的に説明
する。

第９図はこの発明による位置決め装置の一例を
示すブロツク図であり、第１図と同等部分には同
符号を付してある。この発明では、構成の新しい
AD変換器７ａが用いられ、また位置信号選択器
３７が新たに設けられる。

第１０図はAD変換器７ａの動作を説明するた
めの波形図である。このAD変換器７ａは、プリ
アンプ６の出力信号８をスレツシヨールドレベル
L₀で２値化した第１の位置信号９のほかに、ス
レツシヨールドレベルL₁，L₂で２値化した信号
３４，３５と第１の位置信号９とを合成した第２
の位置信号３６を出力する。前記レベルL₀，
L₁，L₂は、サーボモータ１が等速回転している
とき同期T₀，T₁，T₂が夫々等しくなる様に選ん
である。

前記位置信号選択器３７は、駆動時間幅演算回
路４内の偏差カウンタ１４（第４図参照）の出力
信号１８からサーボモータ１の位置を判断し、通
常は第１の位置信号９を選択して位置信号９ａと
して送出し、前述の位置ロツク領域で第２の位置
信号３６を選択して位置信号９ａとして送出す
る。

前記AD変換器７ａと位置信号選択器３７の具
体的構成例を第１１図に示す。AD変換器７ａ
は、出力信号８から前記信号９，３４及び３５を
出力するレベル比較器３８，３９及び４０を有
し、論理回路４１は上記３個の信号９，３４，３
５から前記信号３６を合成する。位置信号選択器
３７は、終点検出器４２及びデータセレクタ４４
から構成され、該データセレクタ４４は終点検出
器４２から送出される切換信号４３がハイレベル
のとき第１の位置信号９を選択し、ローレベルの
とき第２の位置信号３６を選択して位置信号９ａ
として送出する。終点検出器４２は、偏差カウン
タ１４の出力信号１８の値が「３」になり位置信
号９がローレベルからハイレベルに切換わる時点
即ち終点３１を検出すると、切換信号４３をロー
レベルにする。なお、本実施例の場合には、送り
量指示信号１０の値を予め２ステツプだけ増加さ
せておく。

次に本実施例の動作を第１２図を参照して説明
する。始点３０（第７図および第８図参照）から
終点３１までは、偏差カウンタ１４の内容は
「４」以上であるから切換信号４３はハイレベル
であり、したがつて位置信号選択回路３７は第１
の位置信号９を位置信号９ａとして選択し出力す
る。つまり前述の従来例と全く同一の動作を行な
う。終点３１に達すると、つまり第７図および第
８図での位置ロツク領域に達すると、偏差カウン
タ１４の内容が「３」以下になるため切替信号４
３がローレベルになり、位置信号選択回路３７が
第２の位置信号９ａとして選択出力する。かくし
て終点３１以降にパルス信号４５，４６，４７が
出される。最後のパルス信号４７は第７図および
第８図の電圧波形３３に対応するものであり、こ
のパルス信号４７によつてサーボモータ１が最終
的に位置決めされる。

このように本実施例では、位置ロツク領域内に
おいて２個のパルス信号４５，４６が余分に出さ
れ、オープンループ制御される位置ロツク領域が
実質的に1/3に狭ばまり、位置決め誤差をほぼ1/3
以下にすることができる。

なお前記実施例では、第２の位置信号の同期を
第１の位置信号の周期のほぼ1/3としたが1/2ない
し1/4以下にすることもできる。また位置信号選
択器をAD変換器および駆動時間幅演算回路と独
立させたが、これはあくまで便宜的に区分したも
のであつてこれら各部と一体化できることは勿論
である。また第１の位置信号から第２の位置信号
への切替時点は停止位置近傍の任意時点で行なつ
てよいことも勿論である。

以上述べたように、この発明によれば位置決め
精度を改善することができる。なお、停止位置近
傍ではサーボモータの回転速度は相当に低くなつ
ているから、サーボモータの１ステツプ回転期間
より短い周期の位置信号に切替えても、演算速度
は充分に低速になつたり、駆動時間幅演算回路の
演算速度を従来より高める必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は従来の位置決め装置を説
明するものであり、第１図は位置決め装置の全体
のブロツク図、第２図は位置信号の説明図、第３
図は駆動時間幅演算回路の具体的構成を示すブロ
ツク図、第４図は速度検出器の具体的構成を示す
ブロツク図、第５図はパルス幅変換器の具体的構
成を示すブロツク図、第６図はモータ駆動回路の
具体的構成を示すブロツク図、第７図および第８
図は位置決め装置の動作を説明するための図であ
り、第９図ないし第１２図はこの発明の一実施例
を説明するものであり、第９図は位置決め装置の
全体ブロツク図、第１０図は位置信号の説明図、
第１１図はAD変換器と位置信号選択器の具体的
構成を示すブロツク図、第１２図は第９図の位置
決め装置の動作説明図である。 １……サーボモータ、２……モータ駆動回路、
３……パルス幅変換器、４……駆動時間幅演算回
路、５……速度センサ、６……プリアンプ、７ａ
……AD変換器、３７……位置信号選択器、９ａ
……位置信号、９……第１の位置信号、３６……
第２の位置信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ サーボモータにより可動物体を駆動し、該可
   動物体を所定位置に位置決めする装置において、
   前記サーボモータの回転に応じて、該サーボモー
   タが１ステツプ回転する時間に一致または比例す
   る周期の第１位置信号と該第１位置信号の周期よ
   り短かい周期の第２位置信号を発生する手段と、
   初期値として前記サーボモータにより駆動される
   可動物体の前記第１位置信号を基準にした移動量
   Ａと前記第２位置信号を基準にした移動量Ｂとを
   加えた値が設定され、その値が前記第１あるいは
   第２位置信号により順次減算せしめられる偏差カ
   ウンタと、前記サーボモータの回転開始後は前記
   第１位置信号を選択して前記偏差カウンタの入力
   とし、前記可動物体が前記移動量Ａだけ移動した
   後は前記第２位置信号を選択して前記偏差カウン
   タの入力とする手段と、前記偏差カウンタの値に
   応じた基準速度信号を発生して前記サーボモータ
   の速度を順次減速し、前記偏差カウンタが零にな
   つて前記可動物体が移動量（Ａ＋Ｂ）移動すると
   停止せしめる手段とを具備してなる位置決め装
   置。