JP5297759B2 - 産業機械 - Google Patents

Description

本発明の産業機械は、制御対象を移動させる移動機構と、前記移動機構を制御することで前記制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記制御対象の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部による検出位置を補正して指令座標系と運動座標系との間の空間誤差を補正する補正部と、前記補正部にて補正された前記検出位置の前記位置指令値に対する偏差に基づいて、前記制御対象の位置を制御する位置制御部とを備える産業機械であって、前記制御装置は、前記位値指令値に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する位置フィードフォワード制御部と、前記位置検出部で検出された前記制御対象の位置と前記補正部の出力との差に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する補正量フィードフォワード制御部とを備えることを特徴とする。

従来、制御対象を移動させる移動機構と、移動機構を制御することで制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備え、制御装置は、制御対象の位置を検出する位置検出部と、位置検出部による検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、制御対象の位置を制御する位置制御部とを備える産業機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の三次元位置制御システム（制御装置）では、位置検出器（位置検出部）と、位置制御器（位置制御部）とを備え、制御対象の位置をフィードバック制御している。また、三次元位置制御システムは、フィードバック制御のループ外において、位置検出器による検出位置を補正するとともに、制御対象の目標位置を逆補正することで位置指令値を算出して空間誤差を補正している。なお、空間誤差とは、指令座標系と、運動座標系との間の誤差である（特許文献１参照）。

しかしながら、逆補正の処理は複雑な演算を必要とするので、特許文献１に記載の三次元位置制御システムでは、近似関数を用いた簡易的な逆補正を採用している。このため、適切に空間誤差を補正することができないという問題がある。
これに対して、目標位置を逆補正することなく、空間誤差を補正することができる制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２に記載の空間誤差補正装置（制御装置）では、位置検出器と、位置制御器とを備え、制御対象の位置をフィードバック制御している。また、空間誤差補正装置は、フィードバック制御のループ内において、位置検出器による検出位置を補正する補正部を備えることで空間誤差を適切に補正している。

ところで、このような制御装置では、目標位置の変化速度が大きくなると、制御対象の位置が位置指令値に追従できなくなり、追従誤差が生じるという問題がある。そこで、このような制御装置には、追従誤差を抑制するために、一般的にフィードフォワード制御が用いられている。

図２は、フィードバック制御のループ外で補正をする制御装置にフィードフォワード制御を用いた場合の一例を示すブロック図である。
制御装置１０は、図２に示すように、制御対象の位置を検出する位置検出部１１と、位置検出部１１による検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、移動機構１９に速度指令値を出力することで制御対象の位置を制御する位置制御部１２と、目標位置を逆補正することで位置指令値を算出して出力する簡易逆補正部１３と、位置検出部１１による検出位置を補正する直線補正部１４、及び空間誤差補正部１５と、フィードフォワード制御部１６とを備える。なお、制御装置１０において、フィードフォワード制御部１６を除く各構成要素１１〜１５は、特許文献１に記載の三次元位置制御システムにおける各構成要素と同様の機能を有しているので説明を省略する。

フィードフォワード制御部１６は、位置指令値に基づいて、制御対象の位置をフィードフォワード制御するものであり、フィードフォワード制御部１６のループ内には、フィードフォワード補償器１７が設けられている。
このような構成によれば、制御装置１０は、フィードフォワード制御部１６を備えているので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。また、制御装置１０は、フィードバック制御、及びフィードフォワード制御のループ外で空間誤差を補正しているので、空間誤差の補正に起因する追従誤差が生じることもない。

図３は、フィードバック制御のループ内で補正をする制御装置にフィードフォワード制御を用いた場合の一例を示すブロック図である。
制御装置２０は、図３に示すように、制御対象の位置を検出する位置検出部２１と、位置検出部２１による検出位置を補正する補正部２２と、補正部２２にて補正された検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、移動機構２９に速度指令値を出力することで制御対象の位置を制御する位置制御部２３と、フィードフォワード制御部２４とを備える。なお、制御装置２０において、フィードフォワード制御部２４を除く各構成要素２１〜２３は、特許文献２に記載の空間誤差補正装置における各構成要素と同様の機能を有しているので説明を省略する。

フィードフォワード制御部２４は、位置指令値に基づいて、制御対象の位置をフィードフォワード制御するものであり、フィードフォワード制御部２４のループ内には、フィードフォワード補償器２５が設けられている。
このような構成によれば、制御装置２０は、フィードフォワード制御部２４を備えているので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。

特開平７−８４６１９号公報 特開平５−２４８８５２号公報

しかしながら、制御装置２０では、フィードバック制御のループ内で空間誤差を補正しているので、位置制御部２３には、空間誤差の補正を含む位置指令値が入力され、フィードフォワード補償器２５には、空間誤差の補正を含まない位置指令値が入力されることになる。したがって、制御装置２０には、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差に加えて、補正に起因する追従誤差が生じるという問題がある。

本発明の目的は、目標位置の変化速度、及び補正に起因する追従誤差を抑制することができる制御装置を備える産業機械を提供することにある。

本発明の産業機械は、制御対象を移動させる移動機構と、前記移動機構を制御することで前記制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記制御対象の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部による検出位置を補正する補正部と、前記補正部にて補正された前記検出位置の前記位置指令値に対する偏差に基づいて、前記制御対象の位置を制御する位置制御部とを備える産業機械であって、前記制御装置は、前記位値指令値に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する位置フィードフォワード制御部と、前記補正部による前記検出位置の補正量に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する補正量フィードフォワード制御部とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、制御装置は、位置検出部と、補正部と、位置制御部とを備えるので、フィードバック制御のループ内で空間誤差を補正することができる。また、制御装置は、位置フィードフォワード制御部を備えるので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。さらに、制御装置は、補正量フィードフォワード制御部を備えるので、補正に起因する追従誤差を抑制することができる。なお、補正部による検出位置の補正量は、例えば、補正部の入出力の差を取ることで算出することができる。

本発明では、前記産業機械は、被測定物を測定するための測定子を前記制御対象とする測定機であることが好ましい。
このような構成によれば、前述した産業機械と同様の作用効果を奏することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る三次元測定機１の概略構成を示すブロック図である。
産業機械としての三次元測定機１は、図１に示すように、被測定物を測定するための測定子（制御対象）を移動させる移動機構２と、移動機構２を制御することで測定子の位置を位置指令値に追従させる制御装置３とを備える。
制御装置３は、位置検出部３１と、補正部３２と、位置制御部３３とを備え、測定子の位置をフィードバック制御している。

位置検出部３１は、移動機構２にて移動される測定子の位置を検出する。
補正部３２は、位置検出部３１による検出位置を補正する。具体的に、補正部３２は、位置検出部３１による検出位置を補正することで指令座標系と、運動座標系との間の誤差である空間誤差を補正する。なお、本実施形態では、三次元測定機１は、補正部３２にて補正された検出位置を測定値として出力する。
位置制御部３３は、補正部３２にて補正された検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、移動機構２に速度指令値を出力することで測定子の位置を制御する。なお、本実施形態では、測定子の目標位置を位置指令値として位置制御部３３に入力する。

また、制御装置３は、位置フィードフォワード制御部３４と、補正量フィードフォワード制御部３５とを備える。
位置フィードフォワード制御部３４は、位値指令値に基づいて、移動機構２をフィードフォワード制御するものであり、位置フィードフォワード制御部３４のループ内には、位置ＦＦ（フィードフォワード）補償器３６が設けられている。位置ＦＦ補償器３６は、位値指令値に基づく速度指令値を移動機構２に出力する。
そして、位置ＦＦ補償器３６にて出力される速度指令値は、位置制御部３３にて出力される速度指令値に加算されて移動機構２に出力される。

補正量フィードフォワード制御部３５は、補正部３２による検出位置の補正量に基づいて、移動機構２をフィードフォワード制御するものであり、補正量フィードフォワード制御部３５のループ内には、補正量ＦＦ（フィードフォワード）補償器３７が設けられている。補正量ＦＦ補償器３７は、補正部３２による検出位置の補正量に基づく速度指令値を移動機構２に出力する。
ここで、補正部３２の入力は、補正部３２にて補正をする前の位置検出部３１による検出位置であり、補正部３２の出力は、補正部３２にて補正をした後の検出位置であるので、補正部３２による検出位置の補正量は、補正部３２の入出力の差を取ることで算出される。
そして、補正量ＦＦ補償器３７にて出力される速度指令値は、位置制御部３３にて出力される速度指令値から減算されて移動機構２に出力される。

このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）制御装置３は、位置検出部３１と、補正部３２と、位置制御部３３とを備えるので、フィードバック制御のループ内で空間誤差を補正することができる。また、制御装置３は、位置フィードフォワード制御部３４を備えるので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。さらに、制御装置３は、補正量フィードフォワード制御部３５を備えるので、補正に起因する追従誤差を抑制することができる。
（２）制御装置３は、目標位置を逆補正することなく、空間誤差を補正することができるので、適切に空間誤差を補正することができる。

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記各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。
例えば、前記実施形態では、補正量フィードフォワード制御部３５は、補正部３２の入出力の差を取ることで算出される補正量に基づいて、移動機構２をフィードフォワード制御していた。これに対して、例えば、補正部による補正量が既知である場合には、補正量フィードフォワード制御部は、既知の補正量に基づいて、移動機構をフィードフォワード制御してもよい。
前記実施形態では、産業機械として三次元測定機１を例示していたが、例えば、他の測定機や、工作機械等の他の産業機械を採用してもよい。要するに、本発明は、制御対象を移動させる移動機構と、移動機構を制御することで制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備える産業機械に適用することができる。

本発明の一実施形態に係る三次元測定機の概略構成を示すブロック図。 フィードバック制御のループ外で補正をする制御装置にフィードフォワード制御を用いた場合の一例を示すブロック図。 フィードバック制御のループ内で補正をする制御装置にフィードフォワード制御を用いた場合の一例を示すブロック図。

符号の説明

１…三次元測定機（産業機械）
２…移動機構
３…制御装置
３１…位置検出部
３２…補正部
３３…位置制御部
３４…位置フィードフォワード制御部
３５…補正量フィードフォワード制御部。

Claims (2)

1. 制御対象を移動させる移動機構と、前記移動機構を制御することで前記制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記制御対象の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部による検出位置を補正して指令座標系と運動座標系との間の空間誤差を補正する補正部と、前記補正部にて補正された前記検出位置の前記位置指令値に対する偏差に基づいて、前記制御対象の位置を制御する位置制御部とを備える産業機械であって、
   前記制御装置は、
   前記位値指令値に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する位置フィードフォワード制御部と、
   前記位置検出部で検出された前記制御対象の位置と前記補正部の出力との差に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する補正量フィードフォワード制御部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、
   前記産業機械は、被測定物を測定するための測定子を前記制御対象とする測定機であることを特徴とする産業機械。

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