JP2012018008A - 産業機械および産業機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で容易かつ確実に原点位置の検出ができる産業機械および産業機械の制御方法を提供する。
【解決手段】 三次元測定機１は、所定の軸方向へ制御対象物を移動させるスピンドル２と、スピンドル２を移動させる駆動力を発生する駆動モータ３と、スピンドル２の位置を制御するとともに駆動モータ３の回転速度を制御する制御装置４とを備えるものであって、スピンドル２の位置に基づく信号を検出するインクリメンタル型のリニアエンコーダ１１と、駆動モータ３の絶対角度に基づく信号を検出するアブソリュート型のロータリーエンコーダ１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は産業機械および産業機械の制御方法に関する。

従来、被測定物を測定するために設けられた制御対象物としてのプローブを互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させる移動機構と、移動機構を移動させる駆動力を発生する駆動モータと、移動機構の位置を制御するとともに駆動モータのモータ速度を制御する制御装置とを備える産業機械としての三次元測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような三次元測定機では、移動機構は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に立設され、プローブを水平面内のＸ軸方向に移動させるＸ軸方向移動機構としての門形フレームと、門形フレームのＹ軸方向に延びる水平部にＹ軸方向に沿って移動可能にＺ軸方向に立設され、プローブをＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動機構としてのスライダと、スライダにＺ軸方向に沿って移動可能に設けられ、プローブを支持するとともにＺ軸方向に移動させるＺ軸方向移動機構としてのスピンドルとを備えている。

各軸方向移動機構にはそれぞれインクリメンタル型のリニアエンコーダが設けられ、このリニアエンコーダからの各軸方向移動機構の各軸方向の位置に基づく信号が制御装置に送られる。この信号に基づいて、プローブの各軸方向における位置が制御装置によってフィードバック制御される。
また、Ｘ軸方向移動機構はＸ軸駆動モータからの駆動力によって、Ｙ軸方向移動機構はＹ軸駆動モータからの駆動力によって、Ｚ軸方向移動機構はＺ軸駆動モータからの駆動力によって駆動される。

各駆動モータにはインクリメンタル型のロータリーエンコーダが取り付けられており、各駆動モータのモータ速度は、このロータリーエンコーダからのパルス信号に基づいて検出され、このパルス信号に基づいて制御装置によってフィードバック制御される。
このような三次元測定機では、移動機構の絶対位置ひいては制御対象物の絶対位置を検出するために、インクリメンタル型のリニアエンコーダの原点位置を検出する必要がある。このインクリメンタル型のリニアエンコーダの原点位置は、リミットスイッチの機械的な位置に対する距離から認識されているため、リミットスイッチの機械的な位置を最初に検出することによって検出される。

特表２００９−５２７７４７号公報

しかし、このような三次元測定機では、リミットスイッチの機械的な位置を最初に検出し、その後に原点位置を検出する動作が必要となり、原点位置の検出動作に時間がかかる。

本発明の目的は、短時間で容易かつ確実に原点位置の検出ができる産業機械および産業機械の制御方法を提供することである。

本発明の産業機械は、所定の軸方向へ制御対象物を移動させる移動機構と、前記移動機構を移動させる駆動力を発生する駆動モータと、前記移動機構の位置を制御するとともに前記駆動モータの回転速度を制御する制御装置とを備えた産業機械であって、前記移動機構の位置に基づく信号を出力するインクリメンタル型のリニアエンコーダと、前記駆動モータの絶対角度に基づく信号を出力するアブソリュート型のロータリーエンコーダとを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、アブソリュート型のロータリーエンコーダで検出される駆動モータの絶対角度に基づいて制御対象物の絶対位置が検出可能となるので、制御対象物の絶対位置に基づいてインクリメンタル型のリニアエンコーダの原点位置を検出することを容易に行うことができる。

本発明の産業機械において、前記制御装置は、前記インクリメンタル型のリニアエンコーダの原点の絶対位置を記憶する原点位置記憶部と、前記アブソリュート型のロータリーエンコーダで検出される前記駆動モータの絶対角度に基づいて制御対象物の絶対位置を取得する取得部とを備えることが好ましい。

このような構成によれば、取得部が、アブソリュート型のロータリーエンコーダで検出される駆動モータの絶対角度に基づいて制御対象物の絶対位置を取得するため、制御対象物の絶対位置が容易にわかる。そして、原点位置記憶部に記憶された原点の絶対位置と取得部で取得された制御対象物の絶対位置とに基づいて原点位置の検出を行うことができ、従来のようにリミットスイッチの機械的な位置を検出する動作を省略することができて、インクリメンタル型のリニアエンコーダの原点位置を短時間で確実に検出することができる。

本発明の産業機械の制御方法は、所定の軸方向へ制御対象物を移動させる移動機構と、前記移動機構を移動させる駆動力を発生する駆動モータと、前記移動機構の位置を制御するとともに前記駆動モータの回転速度を制御する制御装置とを備えた産業機械の制御方法であって、前記産業機械は、前記移動機構の位置に基づく信号を出力するインクリメンタル型のリニアエンコーダと、前記駆動モータの絶対角度に基づく信号を出力するアブソリュート型のロータリーエンコーダとを備え、前記制御装置は、前記インクリメンタル型のリニアエンコーダの原点の絶対位置を記憶する原点位置記憶工程と、前記アブソリュート型のロータリーエンコーダで検出される前記駆動モータの絶対角度に基づいて制御対象物の絶対位置を取得する取得工程とを実行することを特徴とする。

このような構成によれば、前述した、原点位置記憶部と取得部とを備える産業機械と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の実施形態に係る三次元測定機を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る三次元測定機の制御方法を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す産業機械としての三次元測定機１には、図示しない被測定物を測定するための制御対象物としてのプローブが設けられ、三次元測定機１は、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向（図１中左右方向）へプローブを移動させる移動機構と、この移動機構を移動させる駆動力を発生する駆動モータ３と、移動機構の位置を制御するとともに駆動モータ３の回転速度としてのモータ速度を制御する制御装置４とを備える。移動機構は、図示しないＸ軸方向移動機構とＹ軸方向移動機構、および図１に示すＺ軸方向移動機構としてのスピンドル２を備える。
以下の説明では、スピンドル２を駆動するＺ軸駆動モータ３などの構成等についてのみ説明し、他は説明を省略する。

スピンドル２にはリニアスケール１１１が設けられている。スピンドル２とリニアスケール１１１とは、駆動モータ３からの駆動力によって、駆動モータ３の出力側に取り付けられたボールねじ３１の軸方向に沿って一体で移動される。リニアスケール１１１に対向してヘッド１１２が固定配置されており、リニアスケール１１１とヘッド１１２とでインクリメンタル型のリニアエンコーダ１１が構成されている。
ヘッド１１２は、スピンドル２とリニアスケール１１１との移動により、スピンドル２のＺ軸方向における位置に基づくパルス波形の信号を出力する。この信号は位置信号値Ｋ１として制御装置４に送られる。

駆動モータ３には、アブソリュート型のロータリーエンコーダ１２が取り付けられている。ロータリーエンコーダ１２は、駆動モータ３の絶対角度に基づくパルス波形の信号を出力する。この信号は信号値Ｋ３として制御装置４に送られる。

制御装置４は、移動機構の位置を制御するとともにモータ速度の制御を実行するモーションコントローラ４１と、モーションコントローラ４１に所定の指令を与えるホストコンピュータ４２とを備える。
モーションコントローラ４１は、位置制御部４１１と速度制御部４１２と電流制御部４１３とを備える。
位置制御部４１１は、ホストコンピュータ４２からのＺ軸方向の位置指令値Ｋ０と位置信号値Ｋ１に基づくスピンドル２のＺ軸方向における位置との差を受け取り、その差を０とするように速度指令値Ｋ２を出力する。

速度制御部４１２は、速度指令値Ｋ２と信号値Ｋ３に基づく駆動モータ３の回転速度との差を受け取り、その差を０とするように電流指令値Ｋ４を出力する。
電流制御部４１３は、電流指令値Ｋ４を受け取り、フィードバック制御により、電流指令値Ｋ４に等しい電流指令値Ｋ５を駆動モータ３に出力する。これにより、駆動モータ３は電流指令値Ｋ５に基づいて駆動される。

ホストコンピュータ４２は原点位置記憶部４２１と取得部４２２を備える。
原点位置記憶部４２１は、リニアエンコーダ１１の原点の絶対位置を記憶する。原点はリニアスケール１１１にマークとして付されている。
取得部４２２は、ロータリーエンコーダ１２で検出される駆動モータ３の絶対角度に基づいてプローブの絶対位置を取得する。

次に、以上のような三次元測定機１の制御方法について図２に基づいて説明する。以下では、各制御工程をＳ１，Ｓ２で示す。
三次元測定機１の電源を投入後、Ｓ１の原点位置記憶工程で、まず、原点位置記憶部４２１がリニアエンコーダ１１の原点の絶対位置を記憶する。

次に、Ｓ２の取得工程で、取得部４２２が、ロータリーエンコーダ１２で検出される駆動モータ３の絶対角度に基づいてプローブの絶対位置を取得する。具体的には、プローブの絶対位置と駆動モータ３の絶対角度とが予め関連付けられた対応テーブルがホストコンピュータ４２に記憶されており、この対応テーブルとロータリーエンコーダ１２で検出された駆動モータ３の絶対角度とに基づいてプローブの絶対位置が取得される。

その後、ホストコンピュータ４２のＣＰＵが、Ｓ１の原点位置記憶工程で記憶された原点の絶対位置と、Ｓ２の取得工程で取得されたプローブの絶対位置とから、リニアスケール１１１に付されたリニアエンコーダ１１の原点をヘッド１１２に対応する位置に至らせるためのリニアスケール１１１の移動距離を算出し、モーションコントローラ４１に移動制御指令を出す。この指令に基づいて、モーションコントローラ４１は、駆動モータ３を制御し、スピンドル２を介して、まずリニアスケール１１１を高速で移動させる。その後、リニアエンコーダ１１の原点がヘッド１１２に対応する位置付近までくると、モーションコントローラ４１は、リニアスケール１１１の移動速度を小さくしてリニアエンコーダ１１の原点をヘッド１１２に対応する位置に至らせる。そして、ヘッド１１２を介してホストコンピュータ４２のＣＰＵがリニアエンコーダ１１の原点を検出する。

以上のような本実施形態の三次元測定機１では、以下の効果がある。
本実施形態の三次元測定機１では、アブソリュート型のロータリーエンコーダ１２で検出される駆動モータ３の絶対角度に基づいてプローブの絶対位置が検出可能となるので、プローブの絶対位置に基づいてリニアエンコーダ１１の原点位置を検出することを容易に行うことができる。
また、本実施形態の三次元測定機１および三次元測定機１の制御方法では、以下の効果がある。
本実施形態の三次元測定機１では、制御装置４は原点位置記憶部４２１と取得部４２２とを備え、三次元測定機１は原点位置記憶工程Ｓ１と取得工程Ｓ２とで制御される。
取得部４２２が、ロータリーエンコーダ１２で検出される駆動モータ３の絶対角度に基づいてプローブの絶対位置を取得するため、プローブの絶対位置が容易にわかる。そして、原点位置記憶部４２１に記憶されたリニアエンコーダ１１の原点の絶対位置と取得部４２２で取得されたプローブの絶対位置とに基づいて原点位置の検出を行うことができ、従来のようにリミットスイッチの機械的な位置を検出する動作を省略することができて、リニアエンコーダ１１の原点位置を短時間で確実に検出することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、プローブをＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って移動させる三次元測定機１について説明したが、プローブを少なくとも１軸方向、例えばＸ軸方向に移動させる産業ロボットなどであってもよい。

また、前記実施形態では、プローブの絶対位置は、予め記憶された対応テーブルに基づいて取得されたが、ホストコンピュータ４２が、所定の数式を用いることで、ロータリーエンコーダ１２で検出される駆動モータ３の絶対角度からプローブの絶対位置を算出してもよい。

本発明は産業機械および産業機械の制御方法に利用することができる。

１…三次元測定機（産業機械）
２…スピンドル（移動機構）
３…駆動モータ
４…制御装置
１１…インクリメンタル型のリニアエンコーダ
１２…アブソリュート型のロータリーエンコーダ
４２１…原点位置記憶部
４２２…取得部
Ｓ１…原点位置記憶工程
Ｓ２…取得工程

Claims (3)

1. 所定の軸方向へ制御対象物を移動させる移動機構と、前記移動機構を移動させる駆動力を発生する駆動モータと、前記移動機構の位置を制御するとともに前記駆動モータの回転速度を制御する制御装置とを備えた産業機械であって、
   前記移動機構の位置に基づく信号を出力するインクリメンタル型のリニアエンコーダと、前記駆動モータの絶対角度に基づく信号を出力するアブソリュート型のロータリーエンコーダとを備えることを特徴とする産業機械。
2. 請求項１に記載の産業機械において、
   前記制御装置は、前記インクリメンタル型のリニアエンコーダの原点の絶対位置を記憶する原点位置記憶部と、前記アブソリュート型のロータリーエンコーダで検出される前記駆動モータの絶対角度に基づいて制御対象物の絶対位置を取得する取得部とを備えることを特徴とする産業機械。
3. 所定の軸方向へ制御対象物を移動させる移動機構と、前記移動機構を移動させる駆動力を発生する駆動モータと、前記移動機構の位置を制御するとともに前記駆動モータの回転速度を制御する制御装置とを備えた産業機械の制御方法であって、
   前記産業機械は、前記移動機構の位置に基づく信号を出力するインクリメンタル型のリニアエンコーダと、前記駆動モータの絶対角度に基づく信号を出力するアブソリュート型のロータリーエンコーダとを備え、
   前記制御装置は、前記インクリメンタル型のリニアエンコーダの原点の絶対位置を記憶する原点位置記憶工程と、前記アブソリュート型のロータリーエンコーダで検出される前記駆動モータの絶対角度に基づいて制御対象物の絶対位置を取得する取得工程とを実行することを特徴とする産業機械の制御方法。

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