KR20010081999A

KR20010081999A - 반송 구동 장치의 위치 제어 방법 및 위치 제어 시스템

Info

Publication number: KR20010081999A
Application number: KR1020010002350A
Authority: KR
Inventors: 후지따준
Original assignee: 추후제출; 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2001-08-29
Also published as: KR100404153B1; JP2001198765A; US6771036B2; US20010008370A1

Abstract

병렬의 반송 나사 기구를 개별 서보 모터(105. 106)로 구동할 때에 각 서보 모터(105. 106)의 토크를 검출하고, 그 차이에 따라서 슬레이브측 서보 모터(106)의 위치 지령을 보정함으로써 슬레이브측 서보 모터(106)의 토크를 마스터측 서보 모터 (106)의 토크에 맞춘다.

Description

반송 구동 장치의 위치 제어 방법 및 위치 제어 시스템{POSITION CONTROL METHOD OF CONVEY DRIVING UNIT AND POSITION CONTROL SYSTEM}

본 발명은 반송 구동 장치의 위치 제어 방법 및 위치 제어 시스템에 관한 것이며, 특히 비교적 큰 이동체를 피드하는 복수의 반송 나사를 구비한 반송 구동 장치의 위치 제어 방법 및 위치 제어 시스템에 관한 것이다.

예를 들면 대형공작 기계 워크테이블과 같이 비교적 큰 이동체를 피드하는 반송 구동 장치 중에는 복수의 반송 나사를 병렬 설치하여, 그 반송 나사를 개별의 서보 모터로 구동하는 방식의 것이 있다. 이 방식에 의하면 비교적 저용량의 모터를 이용할 수 있다.

상기 방식의 반송 구동 장치는 복수의 서보 모터에 같은 위치 지령을 분배함으로써, 복수의 반송 나사와 회전 위치를 ??추는 위치 제어를 행하고 있다.

이 때문에 반송 나사 기구 간에서 실제의 피치가 다르면 진행에 차이가 생기어, 이동체를 틀어서 방향을 바꾸는 방향으로 짝힘(a couple of force)이 발생하여, 이동체의 위치 맞춤의 정밀도가 저하된다. 또 비교적 저용량의 서보 모터를 이용하는 경우에는 이들 서보 모터가 이동체 자신의 필드에 대응한 부하와는 별도로 상기 짝힘에 대응한 부하를 부담하기 때문에, 과부하로 될 우려가 있다. 또한 반송 나사 기구 간의 피치의 상이는 그 사이의 온도차에도 의존하고 있어, 반송 나사 기구의 공작 정밀도를 올리는 것만으로는 커버할 수 없다.

이에 관하여, 각 반송 나사 기구의 진행을 검출하고, 진행을 정렬하는 위치 제어를 하는 것은 가능하다.

그러나 그 경우 반송 나사 기구별로 위치 스케일을 설치한 풀클로즈(full-close) 방식의 위치 제어가 필요하게 된다. 또 스케일은 일반적으로 유리제이면 청소에 시간이 걸리고, 자기 방식이면 위치 정밀도를 높일 수 없다.

본 발명은 상술의 점에 비추어서 된 것이며, 반송 나사 기구 간에 실제의 피치의 차이 또는 온도차가 있어도, 진행을 정렬로써 이동체의 위치 맞춤의 정밀도를 유지하고, 모터의 과부하를 방지할 수 있고, 또한 세미클로즈(semi-close) 방식과 풀클로즈 방식 중의 어느 것으로도 실현할 수 있고, 풀클로즈 방식의 경우에 스케일의 다용이 불필요하게 되는 반송 구동 장치의 위치 제어 방법 및 위치 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 의한 위치 제어 시스템의 블록도.

도2는 본 발명의 제2실시예에 의한 위치 제어 시스템의 블록도.

도3은 본 발명의 제3실시예에 의한 위치 제어 시스템의 블록도.

도4는 본 발명의 실시예 의한 위치 제어 시스템을 갖는 반송 구동 장치를 구비한 공작 기계의 사시도.

상술의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 하나의 태양에 의하면, 이동체를 반송 구동하기 위해 병설된 복수의 반송 나사 기구를 서보 모터(복수)로 개별로 구동하는 반송 구동 장치의 위치 제어 방법으로서, 상기 서보 모터의 토크를 검출하고, 검출된 토크에 의해서 각 서보 모터의 위치 지령을 보정하여 서보 모터의 토크를 정렬하는 반송 구동 장치의 위치 제어 방법이 제공된다.

상술의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 태양에 의하면, 이동체를 반송 구동하기 위해 병설된 복수의 반송 나사 기구를 서보 모터로 개별로 구동하는 반송 구동 장치의 위치 제어 시스템으로서, 상기 서보 모터의 토크를 검출하고, 검출된 토크에 의해서 각 서보 모터의 위치 지령을 보정하여 서보 모터의 토크를 정렬하는 제어부를 갖는 반송 구동 장치의 위치 제어 시스템이 제공된다.

(실시예)

이하에 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 적절한 실시예를 상세하게 설명하겠다. 같은 부재 또는 요소는 같은 참조부호로 표시하여 설명을 생략한다.

(제1실시예)

도1은 본 발명의 제1실시예에 의한 세미클로즈드 루프 방식의 반송 구동 장치의 위치 제어 시스템(1)을 나타낸다. 이 위치 제어 시스템(1)이 적용되는 반송 구동 장치는 하나의 이동체(100)에 부착 플랜지(101a, 102a)에 고정 병설된 동일 구조의 제1반송 너트(101) 및 제2반송 너트(102)와 이들의 반송 너트(101, 102)에개별로 나사 맞춤되는 동일 구조의 제1볼 나사(103) 및 제2볼 나사(104)를 갖는다. 제1 및 제2볼 나사(103, 104)는 서로 병행으로 배치된다. 제1볼 나사(103)는 제1축 서보 모터(105)에 의해서 회전 구동되고, 제2볼 나사(103)는 제2축 서보 모터(106)에 의해서 회전 구동된다.

제1축 서보 모터(105)는 그 회전 위치(모터 위치)를 검출하는 모터 위치 검출기로서, 로타리 엔코더(107)를 구비하고, 제2축 서보 모터(106)는 그 회전 위치(모터 위치)를 검출하는 모터 위치 검출기로서, 로타리 엔코더(108)를 구비한다.

위치 제어 시스템(1)은 제1축용 위치 제어부(10)와, 제2축용 위치 제어부(20)와, 보정치 연산부(30)에 의해서 구성된다.

여기서 제1축을 마스터축으로 하고, 제2축을 슬레이브축으로 상정한다.

마스터축인 제1축의 위치 제어부(10)는 위치 편차 검출부(11)와 위치 제어기(12)와, 미분기(13)와, 속도 편차 산출부(14)와 속도 제어부(15)와, 전류 지령 작성부(16)와, 제1축 서보 모터용의 서보 앰프(17)를 갖는다.

위치 편차 산출부(11)는 위치 지령을 입력하고, 위치 지령치와 제1축용 로타리 엔코더(107)에 의해 검출되는 제1축 서보 모터(105)의 위치(위치 피드백 신호)와의 편차를 산출한다. 위치 제어기(12)는 제1축의 위치 편차가 0으로 되는 속도 지령을 생성한다. 미분기 (13)는 제1축용 로타리 엔코더(107)의 위치 신호를 미분하여 제1축 서보 모터(105)의 속도 피드백 신호를 생성한다. 속도 편차 산출기(14)는 위치 제어기(12)가 출력하는 속도 지령치와 미분기(13)에서의 속도 피드백 신호에 의한 모터 속도와의 편차를 산출한다. 속도 제어기(15)는 제1축의 속도 편차가0으로 되는 토크 지령을 생성한다. 전류 지령 작성부(16)는 속도 제어기(15)에서 지령을 받아서 토크 지령치에 따른 전류 지령을 작성한다. 서보 앰프(17)는 전류 지령 작성부(16)에서 전류 지령을 받는다.

슬레이브축인 제2축의 위치 제어부(20)는 위치 지령 보정부(31)를 전단(前段)에 갖고, 또 위치 편차 산출부(21)와, 위치 제이기(22)와 미분기(23)와, 속도 편차 산출부(24)와, 속도 제어기(25)와, 전류 지령 작성부(26)와, 제2축 서보 모터용의 서보 앰프(27)를 갖는다.

위치 지령 보정부(31)는 위치 지령치(제1축용 위치 제어부(10)에 주는 위치 지령치와 동일치의 위치 지령치)에 후술하는 보정치 연산부(30)에 의해서 작성되는 모터 토크 대응의 보정치를 가산한다. 위치 편차 산출부(21)는 위치 지령 보정부(31)에서의 보정후의 위치 지령치와 제2축용 로타리 엔코더(107)에 의해서 검출되는 제2축 서보 모터(106)의 위치(위치 피드백 신호)와의 편차를 산출한다. 위치 제어기(22)는 제2축의 위치 편차가 0으로 되는 속도 지령을 생성한다. 미분기(23)는 제2축용 로타리 엔코더(108)의 위치 신호를 미분하여 제2축 서보 모터(106)의 속도 피드백 신호를 생성한다. 속도 편차 산출부(24)는 위치 제어기(22)가 출력하는 속도 지령치와 미분기(23)에서의 속도 피드백 신호에 의한 모터 속도와의 편차를 산출한다. 속도 제어기(25)는 제2축의 속도 편차가 0으로 되는 토크 지령을 생성한다. 전류 지령 작성부(26)는 속도 제어기(25)에서 토크 지령을 받아서 토크 지령치에 따른 전류 지령을 작성한다. 서보 앰프(27)는 전류 지령 작성부(26)에 의해서 전류 지령을 받는다.

보정 연산부(30)는 마스터축 측의 속도 제어기(15)로부터 출력되는 토크 지령의 지령치를 제1축 서보 모터(105)의 토크(Tm)로서 검출하고, 슬레이브축 측의 속도 제어기(25)로부터 출력되는 토크 지령의 지령치를 제2축 서보 모터(106)의 토크(Ts)로서 검출한다.

이 보정치 연산부(30)는 제1축 서보 모터(105)의 토크(Tm)와 제2축 서보 모터(106)의 토크(Ts)와의 편차가 0으로 되도록, 제2축 서보 모터(106)에 주어지는 위치 지령을 보정하기 위한 보정치(모터 토크 대응의 보정치)를 생성한다. 이 보정치는 로패스 필터에 통해서 노이즈 성분을 제거한다.

따라서 보정치 연산부(30)와 위치 지령 보정부(31)에 의해서 위치 지령 보정 수단이 구성된다.

본 실시예에 의하면 슬레이브축 측에서 제1축 서보 모터(105)의 토크(Tm)와 슬레이브축 측의 제2축 서보 모터(106)의 토크(Ts)와의 편차가 0으로 되도록 보정된 위치 지령에 의해서 위치 제어가 행하여진다. 이에 의해서 제1축 측의 반송 나사의 피치 오차와 제2축 측의 반송 나사의 피치 오차에 차이가 있어도, 또 제1볼 나사(103)와 제2볼 나사(104)와의 사이에 온도차가 생겨도, 이동체(10)를 비트는 방향으로 이상한 힘이 발생하는 것이 방지되고, 이동체(100)의 위치 맞춤의 정밀도가 향상된다. 또 마스터·슬레이브 간에서 서보 모터(105, 106)가 서로 밀어붙이거나 반발하거나 하지 않고, 이들의 서보 모터(105, 106)가 과부하 상태로 되는 일이 미연에 방지된다.

(제2실시예)

도2는 본 발명의 제2실시예에 의한 반송 구동 장치의 위치 제어 시스템(2)을 나타낸다. 본 실시예는 마스터축 측이 리니어 스케일(110)을 부가하여 이동체(100)의 실제 이동 위치를 검출하고, 그 검출 신호를 피드백하여 풀클로즈드 위치 루프 제어 방식으로 되어 있는 점에서 제1실시예와 다르다. 슬레이브축 측은 제1실시예와 마찬가지로 세미클로즈드 위치 루프로 되어 있다.

(제3실시예)

도3은 본 발명의 제3실시예에 의한 세미클로즈드 위치 루프 방식의 반송 구동 장치의 위치 제어 시스템(3)을 나타낸다.

이 위치 제어 시스템(3)에서는 보정치 연산부(40)가 속도 제어기(15)로부터 출력되는 토크 지령의 지령치를 제1축 서보 모터(105)의 토크(Tm)로서 검출하고, 속도 제어기(25)로부터 출력되는 토크 지령의 지령치를 제2축 서보 모터(106)의 토크(Ts)로서 검출한다. 그리고, 토크(Tm, Ts)의 평균치를 연산하고, 각 축의 토크가 이 평균치로 정렬되도록 제1축 서보 모터(105)에 주는 위치 지령을 보정하기 위한 보정치와, 제2축 서보 모터(106)에 주는 위치 지령을 보정하기 위한 보정치를 생성한다.

제1축용 위치 제어부(10)는 보정치 연산부(40)에 의해서 생성된 모터 토크 대응의 보정치를 위치 지령치에 가산하는 위치 지령치 보정부(41)를 전단에 갖는다. 제2축용 위치 제어부(20)는 보정치 연산부(40)에 의해서 생성된 모터 토크 대응의 보정치를 위치 지령치(제1축용 위치 제어부(10)에 주는 위치 지령치와 동일치의 위치 지령치)에 가산하는 위치 지령 보정부(42)를 전단에 갖는다.

본 실시예에 의하면, 제1축 서보 모터(105)의 토크(Tm)와 게2축 서보 모터(106)의 토크(Ts)와 함께 평균토크로 정렬되도록 보정된 위치 지령에 의해서 위치 제어가 행하여진다. 이에 의해서 제1축 측의 반송 나사의 피치 오차와 제2추측의 반송 나사의 피치 오차에 차이가 있어도, 또 제1볼 나사(103)와 제2볼 나사(104)와의 사이에 온도차가 생겨도, 이동체(100)를 비트는 이상한 힘이 발생하는 일이 방지되고, 이동체(100)의 위치 맞춤 정밀도가 향상된다. 또 마스터·슬레이브 간에서 서보 모터(105, 106)가 서로 밀어붙이거나 반발하거나 하지 않고, 이들 서보 모터(105, 106)가 과부하 상태로 되는 일이 미연에 방지된다.

또 이 실시예에서도, 위치 제어 시스템은 세미클로즈드 루프 방식의 것에 한정하지 않고, 리니어 스케일 등에 의해서 검출되는 이동체의 실제 이동 위치에 의한 피드백 신호에 의해서 위치루프를 구성하는 풀클로즈드 루프 방식이나, 풀클로즈드 루프 방식과 세미클로즈드 루프 방식을 조합한 하이브리드 제어 방식에도 적용할 수 있다.

이상의 실시예1-3에 의하면, 반송 나사 기구 간에 실제의 피치의 차이 또는 온도차가 있어도, 진행을 정렬함으로써 이동체의 위치 맞춤 정밀도를 유지하고, 모터의 과부하를 방지할 수 있고, 또한 세미클로즈 방식과 풀클로즈 방식의 어느 것도 실현할 수 있어, 풀클로즈 방식의 경우에 스케일의 다용이 불필요하게 된다.

또 속도 제어기가 출력하는 토크 지령의 지령치를 서보 모터의 토크로서 검출하므로, 특별한 토크 검출 수단을 필요로 하지 않는다.

도4는 이상의 실시예 중의 어느 것에 의한 위치 제어 시스템을 구비한 2축식 반송구동 장치(Fx, Fy,. Fz)에 의해서 X축, Y축 및 Z축 방향의 반송을 행하는 수치 제어공작 기계(M)의 사시도이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반송 나사 기구 간에 실제의 피치의 차이 또는 온도차가 있어도, 진행을 정렬로써 이동체의 위치 맞춤의 정밀도를 유지하고, 모터의 과부하를 방지할 수 있고, 또한 세미클로즈 방식과 풀클로즈 방식 중의 어느 것으로도 실현할 수 있고, 풀클로즈 방식의 경우에 스케일의 다용이 불필요해진다.

Claims

이동체를 반송 구동하기 위해 병렬 설치된 복수의 반송 나사 기구를 서보 모터(복수)로 개별로 구동하는 반송 구동 장치의 위치 제어 방법으로서,

상기 서보 모터의 토크를 검출하고, 검출된 토크에 의해서 각 서보 모터의 위치 지령을 보정하여 서보 모터의 토크를 정렬하는 반송 구동 장치의 위치 제어 방법.
제1 항에 있어서,

각 서보 모터의 토크를 상기 검출된 토크의 평균치에 맞추는 반송 구동 장치의 위치 제어 방법.
제1 항에 있어서,

하나의 서보 모터의 토크의 검출치에 다른 서보 모터의 토크를 맞추는 반송 구동 장치의 위치 제어 방법.
제1 항에 있어서,

각 서보 모터의 전류 제어기에 입력되는 토크 지령의 값을 상기 서보 모터의 토크로서 검출하는 반송 구동 장치의 위치 제어 방법.
이동체를 반송 구동하기 위해 병렬 설치된 복수의 반송 나사 기구를 서보 모터로 개별로 구동하는 반송 구동 장치의 위치 제어 시스템으로서,

상기 서보 모터의 토크를 검출하고, 검출된 토크에 의해서 각 서보 모터의 위치 지령을 보정하여 서보 모터의 토크를 맞추는 제어부를 갖는 반송 구동 장치의 위치 제어 시스템.
제5 항에 있어서,

상기 제어부는 각 서보 모터의 토크를 상기 검출된 토크의 평균치에 맞추는 반송 구동 장치의 위치 제어 시스템.
제5항에 있어서,

상기 제어부는 하나의 서보 모터의 토크의 검출치에 다른 서보 모터의 토크를 맞추는 반송 구동 장치의 위치 제어 시스템.
제5항에 있어서,

상기 제어부는 각 서보 모터의 전류 제어기에 입력되는 토크 지령의 값을 상기 서보 모터의 토크로서 검출하는 반송 구동 장치의 위치 제어 시스템.