JP6390138B2 - 制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置に関する。
従来、ローラの回転によりシートを搬送する搬送システムが知られている。また、高精度なシート搬送を実現するために、ローラの回転位相θの原点を検出するシステムが知られている(例えば、特許文献1参照)。ローラが偏心している場合等には、シートの搬送量が搬送時の回転位相θ(0≦θ<2π)によって変化する。このために、回転位相θの原点を検出して、回転位相θを加味しながらローラの回転制御を行うことにより、高精度なシートの搬送制御を実現する。
特開2010−234757号公報
しかしながら、従来の原点検出方法では、エンコーダディスクに原点検出用のスリット及びセンサを設けたり、原点検出用の構造物を設けたりする必要がある。従って、原点検出のための部品点数が多くなり、又は、製造コストが高くなるといった問題があった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、モータにより回転駆動される被駆動体の位相検出技術として、部品点数や製造コストの点で有利な技術を提供することを目的とする。
本発明の制御装置は、モータと、モータにより回転駆動される被駆動体と、ロータリエンコーダと、検出ユニットと、制御ユニットとを備える。
ロータリエンコーダは、ディスクと、センサとを備える。ディスクは、被駆動体の回転軸に対し偏心した状態で被駆動体に固定される。センサは、ディスク内のスケール(目盛り)を読み取ることによって、ディスクの回転に応じたパルス信号を出力する。検出ユニットは、ロータリエンコーダからのパルス信号に基づき、ディスクの回転位置及び回転速度を検出する。制御ユニットは、データ生成処理と、位相特定処理と、主制御処理とを実行する。
データ生成処理において、制御ユニットは、モータの駆動制御を少なくとも被駆動体が一回転以上するまで行う一方、この駆動制御の実行期間に検出ユニットが検出した回転位置及び回転速度に基づき、回転位置に対する回転速度の軌跡を示す速度データを生成する。
位相特定処理において、制御ユニットは、速度データが示す上記軌跡の周期的な速度成分であって被駆動体の回転周期に対応する周期的な速度成分についての、回転位置に対する位相を検出する。これにより、制御ユニットは、回転位置と被駆動体の回転位相との対応関係である位置位相関係を特定する。
主制御処理において、制御ユニットは、上記位相特定処理により特定された位置位相関係に基づいたモータの駆動制御によって、被駆動体の回転又は被駆動体からの作用を受けて変位する物体の変位を制御する。
本発明では、ロータリエンコーダのディスクが、意図的に被駆動体の回転軸に対して偏心した状態で設けられていることが特徴的である。偏心によっては、上記回転位置に対する回転速度の軌跡に、ディスクの回転周期に対応した変動が生じる。この変動成分の位相は、被駆動体の回転位相、及び、被駆動体に固定されたディスクの回転位相に対し一定の関係で定まる。従って、変動成分の位相に基づけば、ディスク及び被駆動体の回転位相を特定することができる。
本発明は、このような原理に従って、周期的な速度成分から上記位置位相関係を特定し、この関係に基づいたモータの駆動制御を行う。
このような位置位相関係の特定方法によれば、従来のように原点検出のために専用のセンサや構造物を設ける必要がなく、部品点数及び製造コストを抑えて、高精度に、位置位相関係を特定することができる。そして、被駆動体の回転又は被駆動体からの作用を受けて変位する物体の変位を、被駆動体の位相を加味して高精度に制御することができる。
ところで、上述のデータ生成処理では、被駆動体を定速回転させるための駆動制御を実行し、被駆動体が定速回転するように駆動制御されている期間での上記軌跡を示す速度データを生成するのが好ましい。例えば、被駆動体が一定速度ではない目標速度軌跡に従って非定速回転されている期間の速度データを用いて、位置位相関係を特定する場合には、目標速度の変動を加味して速度データにおける軌跡の変動成分を評価しなければ、位置位相関係を高精度に特定することができない可能性がある。
一方、被駆動体が定速回転するように駆動制御されている期間の速度データを用いて、位置位相関係を特定する場合には、偏心以外の要因による速度の変動成分を極力含まない速度データに基づいて、位置位相関係を特定することができる。従って、この場合には、特に高精度に位置位相関係を特定することができる。
また、位相特定処理では、被駆動体の回転周期と同一周期の正弦波であって上記軌跡に適合する正弦波の回転位置に対する位相を検出する手法により、位置位相関係を特定することができる。例えば、位相特定処理では、軌跡に適合する正弦波として、被駆動体の回転周期と同一周期の正弦波であって上記軌跡との内積が最大となる正弦波を、正弦波の初期位相をずらしながら探索することができる。そして、内積が最大となる正弦波の初期位相から位置位相関係を特定することができる。
この手法によれば、内積演算と最大値の検出といった速度データに対する簡単な演算処理により、軌跡に適合する正弦波を特定することができる。
また、制御ユニットは、速度データが示す軌跡から直流成分を除去する除去処理を実行し、位相特定処理では、除去処理による直流成分除去後の軌跡に基づき、位相を検出する構成にされ得る。例えば、除去処理では、上記軌跡における回転速度の平均値を算出し、軌跡を構成する各回転位置での回転速度の夫々から当該平均値を減算することにより、軌跡から直流成分を除去することができる。
位置位相関係の特定に際しては、その特定に不要な成分を速度データから除去するのが、精度のよい特定のために好ましい。直流成分は、位置位相関係の特定には基本的に不要な成分であるため、これを除去した軌跡に基づき、位置位相関係を特定すれば、高精度に当該関係を特定することができる。
また、被駆動体としては、シートを搬送するための搬送機構に設けられたローラを一例に挙げることができる。この搬送機構において、シートは、ローラの回転によりローラからの力の作用を受けて、ローラの回転軸とは直交する方向に搬送される。
この場合、制御ユニットは、主制御処理において、上記位置位相関係に基づき、シートの目標搬送量に対応した回転位置の目標値を設定し、検出ユニットにより検出される回転位置が目標値まで変化するようにモータの駆動制御を行うことにより、シートの搬送量を目標搬送量に制御する構成にされ得る。この制御によれば、高精度にシートの搬送量を、目標搬送量に制御することができる。
また、制御ユニットは、回転位相と、その回転位相を基準にローラが回転位置の1単位分変化したときのシートの搬送量と、の対応関係である搬送量対応関係を記憶することができる。そして、主制御処理では、位置位相関係及び搬送量対応関係に基づき、シートの搬送開始時の回転位置である初期位置から目標値までのシートの搬送量を特定することにより、シートの目標搬送量に対応した回転位置の目標値を設定することができる。
具体的に、主制御処理では、上記偏心が存在しないと仮定したときの目標搬送量に対応した回転位置の目標値を、仮の目標値として設定し、この仮定に起因した、初期位置から仮の目標値までのシートの搬送量の目標搬送量からの誤差をゼロにする方向に、搬送量対応関係に従って、仮の目標値を補正することによって、その補正後の値を、回転位置の目標値に設定することができる。このように目標値を設定すれば、簡単且つ適切にシートの搬送量を制御することができる。
画像形成システムにおける用紙の搬送機構周辺の概略断面図である。 画像形成システムの電気的構成を表すブロック図である。 ロータリエンコーダが備えるディスク及び光学センサの配置を示す図である。 ロータリエンコーダによって観測される回転位置及び回転速度を示すグラフである。 ディスク中心の変位に起因したスケールの変位を示す図である。 原点設定部が実行する原点設定処理を表すフローチャートである。 速度軌跡に適合する正弦波の探索態様を説明した図であり、図7(A)は、探索前の正弦波を示す図であり、図7(B)は、探索された速度軌跡に適合する位相を有する正弦波を示す図である。 目標設定部が実行する目標補正処理を表すフローチャートである。 搬送ズレ量を説明した図である。
以下に本発明の実施例を、図面と共に説明する。図1に示す本実施例の画像形成システム1は、用紙Qが通過するプラテン39の上方に、インクジェットヘッド10を備えるインクジェットプリンタである。
インクジェットヘッド10は、キャリッジ21に搭載された状態で、プラテン39の上方に配置される。インクジェットヘッド10は、キャリッジ21と共に、用紙搬送方向と直交する主走査方向(図1紙面法線方向)に搬送される。そして、この搬送中に、インク液滴を吐出する。これによって、用紙Qに主走査方向の画像を形成する。
即ち、画像形成システム1は用紙Qを画像形成位置まで搬送した後、キャリッジ21を主走査方向に定速搬送させる。そして、定速搬送されるキャリッジ21に搭載されるインクジェットヘッド10にインク液滴を吐出させることによって、主走査方向に画像を形成する。その後、次の画像形成位置まで用紙Qを下流に搬送する。このような動作を繰返し実行することにより、用紙Qの全体に画像を形成する。
用紙Qは、搬送ローラ31及び排紙ローラ35の回転によって搬送ローラ31及び排紙ローラ35からの力の作用を受けて、プラテン39の上流から下流に搬送される。用紙搬送方向は、搬送ローラ31及び排紙ローラ35の回転軸とは直交する。搬送ローラ31は、プラテン39の上流で従動ローラ32に対向配置される。排紙ローラ35は、プラテン39の下流で従動ローラ36に対向配置される。
搬送ローラ31は、従動ローラ32との間に用紙Qを挟持した状態で回転することにより、用紙Qを下流に搬送する。搬送ローラ31は、直流モータで構成されるPFモータ61によって回転駆動される。排紙ローラ35は、従動ローラ36との間に用紙Qを挟持した状態で回転することにより、搬送ローラ31側からプラテン39に沿って到来する用紙Qを更に下流に搬送する。
排紙ローラ35は、接続機構38(例えばギヤ機構)を介して搬送ローラ31と接続されており、PFモータ61からの動力を、搬送ローラ31及び接続機構38を介して受けて、搬送ローラ31と同期回転する。これら搬送ローラ31、従動ローラ32、排紙ローラ35、従動ローラ36、接続機構38、及び、プラテン39は、用紙Qの搬送機構30(図2参照)を構成する。
続いて、画像形成システム1の詳細構成を説明する。図2に示すように、画像形成システム1は、メインユニット40と、通信インタフェース49と、給紙部50と、用紙搬送部60と、記録部100とを備える。
メインユニット40は、画像形成システム1を統括制御するものであり、CPU41、ROM43及びRAM45を備える。CPU41は、ROM43に格納されたプログラムに従う処理を実行する。RAM45は、CPU41による処理実行時に作業用メモリとして使用される。
メインユニット40は、通信インタフェース49を介して外部装置5から印刷対象データを受信すると、この印刷対象データに基づく画像が用紙Qに形成されるように、給紙部50、用紙搬送部60及び記録部100に対して指令入力する。通信インタフェース49は、パーソナルコンピュータ等の外部装置5と通信可能な構成にされ、例えば、USBインタフェース又はLANインタフェースとして構成される。
給紙部50は、メインユニット40からの指令に従って、図示しない給紙トレイから搬送ローラ31と従動ローラ32とによる用紙Qのニップ位置まで用紙Qを搬送する。用紙搬送部60は、メインユニット40からの指令に従って、給紙部50から供給された用紙Qを画像形成位置に間欠搬送する。
記録部100は、用紙搬送部60によって間欠搬送される用紙Qの各搬送停止時に、主走査方向の画像を用紙Qに形成する。記録部100は、インクジェットヘッド10、及び、インクジェットヘッド10を搭載するキャリッジ21を主走査方向に搬送(往復動)可能なキャリッジ搬送機構20を備える。
記録部100は、用紙Qの各搬送停止時に、メインユニット40からの指令に従って、キャリッジ21を主走査方向に搬送しつつ、インクジェットヘッド10に印刷対象データに基づくインク液滴の吐出動作を実行させる。これにより、用紙Qに対する主走査方向の画像形成を行う。
メインユニット40は、印刷対象データを受信すると、上記指令入力により、給紙部50に用紙Qを上記ニップ位置まで供給させた後、用紙搬送部60に対して目標搬送量Yrを指定し、用紙搬送部60に、用紙Qを目標搬送量Yrに対応する位置まで搬送させる。その後、記録部100に、キャリッジ21を主走査方向に片道分搬送させて、用紙Qに対する当該片道分の画像形成動作を実行させる。
メインユニット40は、その後、用紙搬送部60に対して目標搬送量Yrを指定し、用紙搬送部60に、用紙Qを目標搬送量Yrに対応する次の画像形成位置まで搬送させる。その後、記録部100に、キャリッジ21を主走査方向に片道分搬送させて、用紙Qに対する片道分の画像形成動作を実行させる。メインユニット40は、用紙搬送部60及び記録部100に上述した処理を交互に実行させることにより、用紙Qに、印刷対象データに基づく画像を形成する。
続いて、用紙搬送部60の詳細構成を説明する。図2に示すように用紙搬送部60は、搬送機構30と、PFモータ61と、モータ駆動回路65と、ロータリエンコーダ70と、信号処理回路80と、コントローラ90とを備える。
搬送機構30は、上述したように、搬送ローラ31、従動ローラ32、排紙ローラ35、従動ローラ36、接続機構38、及び、プラテン39(図2において図示省略)を含む用紙Qの搬送機構である。搬送ローラ31及び排紙ローラ35は、接続機構38を介して、互いに同期回転するように連結される。搬送機構30は、搬送ローラ31及び排紙ローラ35がPFモータ61からの動力を受けて回転することにより、主走査方向への用紙Qの搬送動作を実現する。搬送ローラ31は、PFモータ61とギヤを介して接続される。
PFモータ61は、モータ駆動回路65により駆動されて、搬送ローラ31を回転駆動する。モータ駆動回路65は、コントローラ90から入力される操作量Uに応じた駆動電流(又は駆動電圧)をPFモータ61に印加することによって、PFモータ61を駆動する。
ロータリエンコーダ70は、搬送ローラ31の回転を観測するために設けられる。このロータリエンコーダ70は、周知のロータリエンコーダと同様、スケール71A(目盛)が形成されたディスク71と、このスケール71Aを読み取る光学センサ75とを備える。ディスク71は、図3に示すように、搬送ローラ31に固定される。
スケール71Aは、ディスク71の内側において、ディスク71の同心円上に目盛要素としてのスリットが等間隔に配列された構成にされる。本実施例のディスク71は、搬送ローラ31の端部において、搬送ローラ31の回転軸Orから外れた位置に、ディスク71の中心Oeが配置されるように固定される。即ち、ディスク71は、搬送ローラ31の回転軸Orに対して偏心した状態で、搬送ローラ31の端部に固定される。
光学センサ75は、画像形成システム1の筐体内において、スケール71Aが通過する領域に、固定配置され、搬送ローラ31の回転に伴ってディスク71が回転し、スリットが光学センサ75上を通過する度に、パルス信号を出力する。即ち、光学センサ75は、スリットの通過毎に、パルス信号として、位相のπ/2異なるA相エンコーダ信号及びB相エンコーダ信号を出力する。
即ち、ロータリエンコーダ70は、周知の二相ロータリエンコーダが、搬送ローラ31に対して偏心された状態で取り付けられてなる。ロータリエンコーダ70は、回転するディスク71のスケール71Aを光学センサ75で読み取ることにより、ディスク71の回転に応じた上記A相及びB相エンコーダ信号を出力する。
信号処理回路80は、このロータリエンコーダ70からのA相及びB相エンコーダ信号に基づき、ディスク71の回転位置X及び回転速度Vを検出して、これをコントローラ90に入力する。具体的に、信号処理回路80は、ディスク71が正回転しているときには、A相信号及びB相信号のパルスエッジを検出する度に、カウント値Xを1カウントアップする。また信号処理回路80は、ディスク71が負回転しているときには、A相信号及びB相信号のパルスエッジを検出する度に、カウント値Xを1カウントダウンする。信号処理回路80は、このカウント値Xを回転位置Xとしてコントローラ90に入力する。
また、信号処理回路80は、A相エンコーダ信号又はB相エンコーダ信号のパルスエッジの発生時間間隔を計測し、発生時間間隔の逆数に対応する値を、ディスク71の回転速度Vとしてコントローラ90に入力する。
この他、コントローラ90は、目標設定部91と、位置制御器93と、原点設定部95とを備える。目標設定部91は、メインユニット40から指定された目標搬送量Yrに対応する目標停止位置Xrを位置制御器93に設定する構成にされる。
位置制御器93は、目標設定部91にて設定された目標停止位置Xrと信号処理回路80から得られる回転位置Xとの偏差E=Xr−Xに応じた操作量Uをモータ駆動回路65に入力する構成にされる。この動作により、位置制御器93は、回転位置Xが目標停止位置Xrに一致する地点で搬送ローラ31の回転が停止するように、PFモータ61を駆動制御する。即ち、位置制御器93は、信号処理回路80で検出される回転位置Xが目標停止位置Xrまで変化するようにPFモータ61の駆動制御を行うことにより、搬送ローラ31の回転及び用紙Qの搬送量を制御する構成にされる。
また、原点設定部95は、位置制御器93が搬送ローラ31を定速回転させるようにPFモータ61を駆動制御した際に、得られた回転位置X及び回転速度Vに基づき、ディスク71の回転位置Xと回転位相θとの対応関係である位置位相関係を特定する構成にされる。原点設定部95は、特定した上記位置位相関係から回転位置Xに対して原点位置X0を設定する。ディスク71は、搬送ローラ31に固定されていることから、ディスク71の回転位置Xは、搬送ローラ31の回転位置Xと言うこともでき、ディスク71の回転位相θは、搬送ローラ31の回転位相θと言うこともできる。
具体的に、原点設定部95は、位置制御器93が搬送ローラ31を定速回転させるようにPFモータ61を駆動制御しているときの、回転位置Xに対する回転速度Vの軌跡を示す速度データを生成する。そして原点設定部95は、速度データが示す上記軌跡の変動に基づき、位置位相関係を特定する。
図4には、搬送ローラ31を定速回転させるようにPFモータ61を駆動制御している期間における回転位置Xに対する回転速度Vのグラフを示す。図4における左端領域は、回転速度Vが目標とする一定速度Vcに到達するまでの加速区間における速度Vの軌跡を表す。図4から理解できるように、定速区間の回転速度Vは、回転位置Xに対して搬送ローラ31及びディスク71の回転周期に一致した周期で変動する速度成分を含む。
ここで、搬送ローラ31の回転速度を一定に制御しているのにも関わらず変動する速度成分が現れるのは、ディスク71が搬送ローラ31に対して偏心した状態で取り付けられているためである。図5には、搬送ローラ31が角速度ωで回転しているときの時刻T1及び時刻T2におけるディスク中心Oeの変化を示す。図5には、搬送ローラ31の回転軸Orとディスク中心Oeとが距離Δrだけ離れている状態を示す。この場合、ディスク中心Oeは、搬送ローラ31の回転に伴って、搬送ローラ31の回転軸Orに対して半径Δrの円弧上(図5一点鎖線上)を移動するように変位する。
尚、図5に示す破線は、時刻T2におけるスケール71Aの配置(スリットの配列)を概念的に表すものであり、太実線は、時刻T2におけるディスク71の円弧を概念的に表すものである。一方、二点鎖線は、時刻T1におけるディスク71の円弧を概念的に表すものである。図5では、距離Δrを実際よりも大きく表している。距離Δrが大きいとディスク71の変動も大きくなり、スケール71Aが光学センサ75による読取位置から外れてしまう可能性がある。本実施例では、そうならないように、距離Δrが適切に設定されているものと理解されたい。
図5に示すようにディスク中心Oeが回転軸Orと一致していない場合には、搬送ローラ31が時刻T1と時刻T2との間に角度Δθ=ω(T2−T1)だけ回転したとき、スケール71Aは、ディスク中心Oeが回転軸Orに一致している場合と比較して距離ΔLだけ余分に変化する。
図4に示す回転速度Vの変動は、この距離ΔLの影響が現れたものである。この変動は、回転軸Or、ディスク中心Oe及び光学センサ75の位置によって幾何学的に定まる。例えば、ディスク中心Oeの変位が光学センサ75を通過するスリットの変位方向に平行に生じる場合と垂直に生じる場合とがあることによって、上記変動は生じる。このため、変動する速度成分の位相θと回転位置Xとの対応関係を求めれば、結果として、搬送ローラ31の回転位相θと回転位置Xとの対応関係を求めることができる。本実施例では、このような原理を利用して、上記位置位相関係を特定する。
具体的に、原点設定部95は、ロータリエンコーダ70によって観測された回転速度Vの軌跡に適合する正弦波を、搬送ローラ31の回転周期に一致する周期の正弦波の初期位相を変えながら探索する。そして、原点設定部95は、軌跡に適合する正弦波の初期位相と、回転位置Xとの関係に基づいて、位置位相関係を特定する。
ここで、原点設定部95が、メインユニット40からの指令に従って実行する原点設定処理を、図6を用いて説明する。メインユニット40は、画像形成システム1の電源投入時に、原点設定指令をコントローラ90に入力する。原点設定部95は、この指令に従って原点設定処理を開始する。
原点設定処理を開始すると、原点設定部95は、搬送ローラ31を定速回転させるためのPFモータ61に対する駆動制御を開始する(S110)。具体的には、PFモータ61に対する操作量Uを演算して、これをモータ駆動回路65に入力することによって、搬送ローラ31を定速回転させるようにPFモータ61を制御する。
ここでは、信号処理回路80から得られる回転速度Vに基づいたフィードバック制御により、搬送ローラ31を定速回転させるようにPFモータ61を制御することができる。但し、この際には、上記偏心による回転速度Vの変動を抑制するようなフィードバック制御とならないように、フィードバック制御の感度を低くする必要がある。フィードバック制御に代えて、フィードフォワード制御により、搬送ローラ31を定速回転させるようにPFモータ61を制御することもできる。
S110における駆動制御の開始後、原点設定部95は、搬送ローラ31が静止状態から定速回転状態に移行するまでの時間待機する。そして、搬送ローラ31が定速回転する定速区間において、信号処理回路80から入力される回転位置X及び回転速度Vに基づき、回転位置Xが1増加する度に、その時の回転速度Vを回転位置Xと関連付けて記憶する。これにより、原点設定部95は、定速区間における回転位置Xと回転速度Vとの関係を表す速度データを生成する(S120)。
原点設定部95は、搬送ローラ31が少なくとも定速で一回転以上回転する期間における回転位置Xと回転速度Vとの関係を表す速度データを生成する。高精度な位置位相関係の特定のためには、搬送ローラ31の回転周期に対して十分に長い期間、回転位置Xと回転速度Vとを関連付けて記憶して、上記速度データを生成するのが好ましい。
このようにして定速区間における速度データの生成を完了すると、原点設定部95は、S110で開始したPFモータ61の駆動制御を終了した後(S130)、S140に移行する。S140では、上記生成した速度データが示す回転速度Vの軌跡から直流成分を除去する。例えば、搬送ローラ31が回転速度V=Vcで定速回転するようにPFモータ61の駆動制御を行った場合、速度データが示す回転速度Vの軌跡は、回転速度V=Vcを振幅中心とした波形を示す(図4参照)。S140では、この軌跡から直流成分を除去することにより、この軌跡の振幅中心をゼロに修正するような速度データに対する加工を行う。
具体的に、S140では、速度データが示す回転速度Vの平均値VAを演算し、速度データが示す各回転位置Xでの回転速度Vを、平均値VAだけ減算することにより、上記回転速度Vの軌跡から直流成分を除去することができる。
その後、原点設定部95は、直流成分除去後の速度データに基づき、当該速度データのベクトルH=(V[1],…,V[N])を生成する(S150)。ベクトルHは、直流成分除去後の速度データが示す各回転位置Xでの回転速度Vを、回転位置Xの小さい順に、速度データが有する回転速度Vのサンプル数N分だけ配列したものである。
この処理を終えると、原点設定部95は、変数k=1に設定し(S160)、正弦波の初期位相Pを式P=(k−1)・dPに従って設定する(S170)。ここで用いる初期位置Pの単位はラジアンではなく、回転位置Xと同じ単位である。定数dPは、初期位相Pのずらし量に対応し、例えば値1に定めることができる。但し、定数dPは1より大きい値に定められてもよい。定数dPの値は、適宜に定めることができる。定数dPの値を大きくするほど演算量は減少する。但し、原点位置X0の高精度な設定のためには、dPは小さいほうが好ましい。
その後、原点設定部95は、初期位相Pの正弦波を表すベクトルW=(W[1],…,W[N])を生成する(S180)。ベクトルWの要素W[n](n=1,…,N)は次式で表される。
W[n]=sin{2π・{(n−1)−P}/Xc}
ここで値Xcは、ディスク71が1回転するときの回転位置Xの増分である。即ち、値Xcは、ディスク71の1回転分、換言すれば搬送ローラ31の1回転分の回転位置Xの変化量を表す。値Xcは、固定値であり、原点設定部95又はROM43において予め記憶しておくことができる。初期位相P=0であるときには、ベクトルHの要素V[1]に対応する回転位置Xhで、位相がゼロとなる正弦波のベクトルWを生成する。
別例として、原点設定部95は、S120において、回転位置Xが1増加する時間よりも長い予め定められたサンプリング周期毎に、信号処理回路80から入力される回転位置X及び回転速度Vを互いに関連付けて速度データを生成することができる。この場合には、S180において、正弦波のベクトルWとして、ベクトルHの各要素に対応する回転位置X毎に、対応する正弦波の値を要素に有するベクトルWを生成することができる。
その後、原点設定部95は、ベクトルHとベクトルWとの内積Z=<H,W>を演算し、この内積Zを変数kの値と関連付けて記憶する(S190)。その後、原点設定部95は、初期位相Pを1回転分ずらして内積Zを算出したかを判断する(S200)。具体的には、k≧(Xc/dP)であるかを判断することができる。原点設定部95は、ここで否定判断すると(S200でNo)、変数kを1加算した値に更新し(S210)、S170に移行する。
再度のS170において、原点設定部95は、更新後の変数kの値に基づく初期位相Pを設定し、S180では、初期位相Pを前回からdPだけずらした正弦波のベクトルWを生成する。そして、S190では、このベクトルWと、直流成分除去後の速度データに基づくベクトルHとの内積Zを算出し、内積Zを変数kの値と関連付けて記憶する。
原点設定部95は、このようにしてS170〜S210の処理を繰返し実行することにより、図7(A)に示すように、初期位相PをdPずつずらしながら、速度データが示す軌跡と正弦波との内積Zを演算する。そして、1回転分の内積Zを算出したと判断すると(S200でYes)、S220に移行する。
S220において、原点設定部95は、1回転分の内積Zに基づき、内積Zが最大値を示すときの変数kの値k=Kmを特定する(S220)。内積Zが最大値となるのは、図7(B)に示すように、正弦波の位相と、回転速度Vの変動成分の位相とが適合する場合である。その後、原点設定部95は、回転位置Xの原点位置X0を、速度データが示す、ベクトルHの要素V[1]に対応する回転位置Xhから、{(Km−1)・dP}だけずらした値に設定する(S230)。即ち、原点位置X0を、X0=Xh+{(Km−1)・dP}に設定する(S230)。この原点位置X0は、内積Zが最大値となった正弦波の位相ゼロの地点に対応する。その後、原点設定処理を終了する。
続いて、目標設定部91が実行する目標補正処理について図8及び図9を用いて説明する。図8に示す目標補正処理は、メインユニット40から指定された目標搬送量Yr、用紙Qを搬送するための搬送ローラ31の目標停止位置Xrを、偏心を加味しない目標停止位置Xr=Xr0から補正するステップを有する処理である。
目標設定部91は、メインユニット40から目標搬送量Yrと共に用紙Qの搬送指令が入力されると、この目標補正処理を実行して、目標搬送量Yrに対応する目標停止位置Xrを、偏心を加味しない目標停止位置Xr=Xr0から補正して設定する。位置制御器93は、目標設定部91から設定された補正後の目標停止位置Xrに基づきPFモータ61の駆動制御を行う。これによって、用紙Qを目標搬送量Yrだけ搬送可能な目標停止位置Xrまでの搬送ローラ31の回転制御を実現する。
従来装置のように、ディスク中心Oeが搬送ローラ31の回転軸Orに一致するように、ディスク71が搬送ローラ31に取り付けられている場合を考える。この場合、ディスク71の回転位置Xが1増加するときの用紙搬送量dYは、理想的には一定である。従って、用紙Qを目標搬送量Yr搬送するためには、目標停止位置Xrを、搬送開始時の回転位置Xである搬送開始位置X=Xsを基準に、Xr=Xs+(Yr/dY)に設定して、位置制御器93にPFモータ61の位置制御を実行させれば、用紙Qを目標搬送量Yrだけ搬送することができる。
しかしながら、本実施例では、ディスク71が搬送ローラ31の回転軸Orに対して偏心した状態で取り付けられている。この場合には、ディスク71の回転位置Xが1増加するときの用紙搬送量dY(θ)は、ディスク71の回転位相θに応じて変動する。図9に示すグラフは、ディスク中心Oeが搬送ローラ31に偏心した状態で取り付けられている場合の、用紙Qの搬送ズレ量δ(θ)を示したものである。
図9では、横軸を回転位置Xで表すが、回転位相θ(0≦θ<2π)と回転位置Xとの関係は、原点位置X0を用いて、式θ=2π・(X−X0)/Xcで表すことができる。ディスク71が偏心している場合において、ディスク71が回転位相θから、回転位置Xの1増加分回転するときの用紙搬送量dY(θ)は、dY(θ)=dY+δ(θ)で表すことができる。即ち、図9に示す搬送ズレ量δ(θ)は、ディスク71が偏心している場合において、ディスク71が回転位相θから、回転位置Xの1増加分回転するときの用紙搬送量dY(θ)の、ディスク71が偏心していない場合の用紙搬送量dYからの増加量{dY(θ)−dY}を表す。
原点位置X0は、上述したように、回転速度Vの変動成分が振幅中心を正方向に跨ぐときの回転位置Xに対応する。即ち、回転位相θが0からπの局面においては、計測される回転速度Vが偏心に起因して実際の速度より大きく表われる。このことは、当該局面では、回転位置Xから算出される見かけ上の用紙搬送量が、実際の用紙搬送量よりも大きいことを表している。よって、図9に示す搬送ズレ量δ(θ)は、回転位相θが0からπの範囲で負値を採る。
図9に示すように、回転位相θから、その回転位相θが回転位置Xの1単位分(2π/Xc)増加するときの用紙Qの搬送ズレ量δ(θ)は、正弦波δ(θ)=−A・sin(θ)で表される。振幅A(>0)は、ディスク中心Oeの変位が光学センサ75におけるスリットの変位方向に平行に生じるときの、ディスク中心Oeの変位に起因する回転位置Xの変動分に対応する見かけ上の用紙Qの搬送量に対応する。振幅Aは、机上計算又は実測により求めることができ、予め目標設定部91又はROM43に記憶することができる。
搬送ズレ量δ(θ)が、回転位相θに対してこのような関係を示す場合、用紙Qの搬送開始位置X=Xsから目標停止位置Xrまでの用紙Qの搬送誤差Yeは、図9に示すハッチング領域の面積に対応し、次式で表すことができる。
Figure 0006390138
搬送誤差Yeは、偏心を考慮しないときの回転位置X=Xsから目標停止位置Xrまでの用紙搬送量Y=dY・(Xr−Xs)から増加する搬送量を表す。
図8に示す目標補正処理では、メインユニット40から指定された目標搬送量Yrに対応する目標停止位置Xrを、偏心がないと仮定したときの目標停止位置Xr=Xr0=Xs+Yr/dYに設定し、この目標停止位置Xr=Xr0を、搬送誤差Yeに対応する量補正することにより、用紙Qが目標搬送量Yr分搬送されるような目標停止位置Xrを算出する。
具体的に、この目標補正処理を開始すると、目標設定部91は、上述したように、メインユニット40から指定された目標搬送量Yrに対応する目標停止位置Xrを、偏心がないと仮定したときの目標停止位置Xr=Xr0=Xs+Yr/dYに設定する(S210)。その後、式(1)に従って、目標停止位置Xr=Xr0に設定してPFモータ61の駆動制御を行ったときの、用紙搬送量Yの目標搬送量Yrからの搬送誤差(増加分)Yeを算出する(S220)。
S220での処理後、目標設定部91は、算出した搬送誤差Yeがゼロであるかを判断し(S230)、Ye=0であると判断すると(S230でYes)、目標停止位置Xrを補正せずに、当該目標補正処理を終了する。
一方、目標設定部91は、搬送誤差Ye=0ではないと判断すると(S230でNo)、搬送誤差Yeが正であるかを判断する(S240)。そして、正であると判断すると(S240でYes)、S250に移行する。
S250に移行すると、目標設定部91は、変数j=0に設定する。更に、搬送誤差Yaとして、S220で算出した搬送誤差Yeをセットする(S260)。その後、S270以降の処理を実行する。
S270において、目標設定部91は、目標停止位置Xrを値(Xr0−j)から値(Xr0−(j+1))に1減少させたときの搬送誤差Yaの変化量である誤差変化量ΔY[j]を、次式に従って算出する。dYは、上述したように偏心がないときの回転位置Xの1増加当たりの用紙搬送量である。
ΔY[j]=dY−A・sin{2π・(Xr0−j−X0)/Xc}
その後、目標設定部91は、S280に移行して、搬送誤差Yaを、現在の搬送誤差Yaから値ΔY[j]だけ減算した値に更新する(Ya←Ya−ΔY[j])。
目標設定部91は、この更新後の搬送誤差Yaがゼロ以下であるかを判断し(S290)、ゼロ以下ではないと判断すると(S290でNo)、S300に移行して、変数jを1加算した値に更新し、S270に移行する。このようにして、搬送誤差Yaがゼロ以下となるまで、目標停止位置Xrを減少させたときの目標搬送量Yrからの搬送誤差Yaを段階的に計算する。
そして、搬送誤差Yaがゼロ以下であると判断すると(S290でYes)、目標設定部91は、目標停止位置Xrを、Xr={Xr0−(j+1)}に補正し(S310)、当該目標補正処理を終了する。
一方、目標設定部91は、S240で搬送誤差Yeが負であると判断すると(S240でNo)、変数j=−1に設定する(S320)。更に、搬送誤差Yaとして、S220で算出した搬送誤差Yeをセットする(S330)。その後、S340以降の処理を実行する。
S340において、目標設定部91は、目標停止位置Xrを値(Xr0−(j+1))から値(Xr0−j)に1増加させたときの搬送誤差Yaの変化量である誤差変化量ΔY[j]を、次式に従って算出する。
ΔY[j]=dY−A・sin{2π・(Xr0−j−X0)/Xc}
その後、目標設定部91は、S350に移行して、搬送誤差Yaを、現在の搬送誤差Yaから値ΔY[j]だけ加算した値に更新する(Ya←Ya+ΔY[j])。
目標設定部91は、この更新後の搬送誤差Yaがゼロ以上であるかを判断し(S360)、ゼロ以上ではないと判断すると(S360でNo)、S370に移行して、変数jを1減算した値に更新し、S340に移行する。このようにして、搬送誤差Yaがゼロ以上となるまで、目標停止位置Xrを増加させたときの目標搬送量Yrからの搬送誤差Yaを段階的に計算する。
そして、搬送誤差Yaがゼロ以上であると判断すると(S360でYes)、目標設定部91は、目標停止位置Xrを、Xr=(Xr0−j)に補正して(S380)、当該目標補正処理を終了する。
目標設定部91は、このようにして目標補正処理を終了すると、目標補正処理で補正された目標停止位置Xrに対して、ディスク71の搬送ローラ31に対する偏心以外の要因による用紙Qの搬送誤差を考慮した補正を行い、補正後の目標停止位置Xrを位置制御器93に設定する。
例えば、目標設定部91は、搬送ローラ31の回転軸Orの真の軸中心からのズレに起因する搬送誤差を解消するように、目標停止位置Xrを、周知技術を用いて更に補正し、この補正後の目標停止位置Xrを位置制御器93に設定することができる。この補正には、搬送ローラ31の回転位相θの情報が必要であるが、この情報として、原点設定部95で特定されたディスク71の回転位相θと回転位置Xとの対応関係の情報を用いることができる。
但し、このような搬送ローラ31の回転軸Orの真の軸中心からのズレによる影響は、目標補正処理の実行後において目標停止位置Xrの更なる補正をしなくても、目標補正処理で用いる式(1)の振幅A及び式(1)のsin関数内における初期位相の調整により実質的に取り除くことができる。なぜなら、このズレに起因する振動成分は、ディスク71の偏心に起因する振動成分と同じ周波数の振動成分であるためである。
従って、目標設定部91は、更なる補正なしに、目標補正処理で補正された目標停止位置Xrを位置制御器93に設定することによって、搬送ローラ31の偏心に起因した搬送誤差を抑えて、用紙Qの高精度な搬送を実現することができる。搬送ローラ31の偏心を加味した上記振幅A及び初期位相の調整は、例えばテスト印字の結果に基づいて行うことができる。
以上、本実施例の画像形成システム1について説明したが、本実施例では、ロータリエンコーダ70のディスク71が、意図的に搬送ローラ31の回転軸Orに対して偏心した状態で設けられている。偏心によっては、回転位置Xに対する回転速度Vの軌跡に、ディスク71の回転周期に対応した変動が生じる。この変動成分の位相θは、ディスク71の回転位相θ及び搬送ローラ31の回転位相θに対応する。本実施例では、この変動成分の位相θと回転位置Xとの関係を求めて、変動成分の位相θ=0の回転位置Xを原点位置X0に定める。即ち、回転位置Xと搬送ローラ31及びディスク71の回転位相θとの間の位置位相関係をθ=2π・(X−X0)/Xcに特定し、その後のモータ制御(用紙Qの搬送制御)を、この関係に基づいて行う。
従って、本実施例によれば、従来のように原点検出のために専用のセンサや構造物を設ける必要がなく、部品点数及び製造コストを抑えて、高精度に、位置位相関係を特定し、原点を設定することができ、搬送ローラ31の回転、又は、搬送ローラ31からの作用を受けて変位する用紙Qの変位(搬送)を、回転位相を加味して高精度に制御することができる。
特に、本実施例によれば、速度データを生成するに際して搬送ローラ31を定速回転させ、この速度データに対して直流成分を除去する処理を行った。このようにして速度データにおいて、位置位相関係の特定に不要な成分を抑えるようにした。従って、位置位相関係の特定及び原点位置の設定を一層高精度に行うことができる。
また、本実施例では、搬送ローラ31の回転周期と同一周期の正弦波であって上記速度データが示す速度軌跡に適合する正弦波の回転位置Xに対する位相θを検出する手法により、位置位相関係を特定した。具体的には、上記速度軌跡に適合する正弦波として、搬送ローラ31の回転周期と同一周期の正弦波であって直流成分除去後の上記速度軌跡との内積が最大となる正弦波を、正弦波の初期位相Pをずらしながら探索し、位置位相関係を特定した。従って、本実施例によれば、内積演算と最大値の検出といった速度データに対する簡単な演算処理により、高精度に位置位相関係を特定し、原点位置を設定することができる。
また、本実施例によれば、回転位相θと、その回転位相θを基準に搬送ローラ31が回転位置Xの1単位分変化したときの用紙搬送量ΔY==dY−A・sinθと、の対応関係に基づき、目標停止位置Xrを、搬送誤差Yeをゼロにする方向に補正し、用紙Qの目標搬送量Yrに対応した目標停止位置Xrを設定するようにした。従って、本実施例によれば、簡単且つ適切に目標搬送量Yrに対応した目標停止位置Xrを設定して、用紙Qの搬送量を高精度に制御することができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。例えば、コントローラ90によって実現される処理は、ハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアによって実現されてもよい。
この他、上記実施例では、回転速度Vの変動成分に適合した正弦波の位相がゼロの地点を原点位置X0に設定したが、正弦波の位相がゼロ以外の地点に原点位置X0を設定することも可能である。例えば、原点位置X0は、正弦波の位相がπの地点を原点位置X0に設定されてもよいし、搬送誤差Yeの算出に都合よく設定されてもよい。
また、上記実施例では、回転速度VのベクトルHと初期位相Pの異なる正弦波のベクトルWとの内積演算により、速度データが示す速度軌跡に適合する正弦波を探索したが、速度データが示す速度軌跡の位相は、その他の技術を用いて求めることができる。
この他、本発明は、モータにより被駆動体を回転駆動して、被駆動体の回転又は被駆動体からの作用を受けて変位する物体の変位を制御する様々な制御装置に適用することができる。
[用語間の対応関係]
最後に、用語間の対応関係について説明する。搬送ローラ31は、被駆動体の一例に対応し、用紙Qは、被駆動体からの作用を受けて変位する物体の一例に対応する。信号処理回路80は、検出ユニットの一例に対応し、コントローラ90は、制御ユニットの一例に対応する。この他、原点設定部95が実行するS110〜S130の処理は、データ生成処理の一例に対応し、S140の処理は、除去処理の一例に対応し、S150〜S230の処理は、位相特定処理の一例に対応する。また、目標設定部91及び位置制御器93による処理は、主制御処理の一例に対応する。この他、誤差変化量ΔYの算出式は、搬送量対応関係の一例に対応する。
1…画像形成システム、5…外部装置、10…インクジェットヘッド、20…キャリッジ搬送機構、21…キャリッジ、30…搬送機構、31…搬送ローラ、32…従動ローラ、35…排紙ローラ、36…従動ローラ、38…接続機構、39…プラテン、40…メインユニット、41…CPU、43…ROM、45…RAM、49…通信インタフェース、50…給紙部、60…用紙搬送部、61…モータ、65…モータ駆動回路、70…ロータリエンコーダ、71…ディスク、71A…スケール、75…光学センサ、80…信号処理回路、90…コントローラ、91…目標設定部、93…位置制御器、95…原点設定部、100…記録部、Q…用紙。

Claims (10)

  1. モータと、
    前記モータにより回転駆動される被駆動体と、
    前記被駆動体の回転軸に対し偏心した状態で前記被駆動体に固定されるディスクと、前記ディスク内のスケールを読み取ることによって、前記ディスクの回転に応じたパルス信号を出力するセンサと、を備えるロータリエンコーダと、
    前記ロータリエンコーダからの前記パルス信号に基づき、前記ディスクの回転位置及び回転速度を検出する検出ユニットと、
    制御ユニットと、
    を備え、
    前記制御ユニットは、
    前記モータの駆動制御を少なくとも前記被駆動体が一回転以上するまで行う一方、この駆動制御の実行期間に前記検出ユニットが検出した前記回転位置及び前記回転速度に基づき、前記回転位置に対する前記回転速度の軌跡を示す速度データを生成するデータ生成処理と、
    前記速度データが示す前記軌跡の周期的な速度成分であって前記被駆動体の回転周期に対応する周期的な速度成分についての、前記回転位置に対する位相を検出することにより、前記回転位置と前記被駆動体の回転位相との対応関係である位置位相関係を特定する位相特定処理と、
    前記位相特定処理により特定された前記位置位相関係に基づいた前記モータの駆動制御によって、前記被駆動体の回転又は前記被駆動体からの作用を受けて変位する物体の変位を制御する主制御処理と、
    を実行すること
    を特徴とする制御装置。
  2. 前記データ生成処理では、前記被駆動体を定速回転させるための前記駆動制御を実行し、前記被駆動体が定速回転するように駆動制御されている期間での前記軌跡を示す速度データを生成すること
    を特徴とする請求項1記載の制御装置。
  3. 前記位相特定処理では、前記被駆動体の回転周期と同一周期の正弦波であって前記軌跡に適合する正弦波の前記回転位置に対する位相を検出することにより、前記位置位相関係を特定すること
    を特徴とする請求項2記載の制御装置。
  4. 前記位相特定処理では、前記軌跡に適合する正弦波として、前記被駆動体の回転周期と同一周期の正弦波であって前記軌跡との内積が最大となる正弦波を、前記正弦波の初期位相をずらしながら探索し、前記内積が最大となる前記正弦波の前記初期位相から前記位置位相関係を特定すること
    を特徴とする請求項3記載の制御装置。
  5. 前記制御ユニットは、
    前記速度データが示す前記軌跡から直流成分を除去する除去処理を更に実行し、
    前記位相特定処理では、前記除去処理による前記直流成分除去後の前記軌跡に基づき、前記位相を検出すること
    を特徴とする請求項3又は請求項4記載の制御装置。
  6. 前記除去処理では、前記軌跡における前記回転速度の平均値を算出し、前記軌跡を構成する各回転位置での前記回転速度の夫々から前記平均値を減算することにより、前記軌跡から前記直流成分を除去すること
    を特徴とする請求項5記載の制御装置。
  7. 前記データ生成処理では、前記回転位置及び前記回転速度を関連付けて記録した前記速度データを生成し、
    前記除去処理では、前記軌跡を構成する各回転位置での前記回転速度の夫々から前記直流成分を除去することにより、直流成分除去後の速度データを生成し、
    前記位相特定処理では、前記被駆動体の少なくとも一回転分に対応する前記回転位置の範囲に関し、前記回転位置毎に、前記直流成分除去後の速度データが示す回転速度と、前記正弦波の値とを乗算し、これらの乗算値を加算することにより、前記直流成分除去後の速度データが示す前記軌跡と前記正弦波との内積を演算する処理を、前記正弦波の初期位相をずらしながら繰返し実行することにより、前記軌跡に適合する正弦波として、前記内積が最大となる正弦波の前記回転位置に対する位相を検出し、これによって前記位置位相関係を特定すること
    を特徴とする請求項5又は請求項6記載の制御装置。
  8. 前記被駆動体は、シートを搬送するための搬送機構に設けられたローラであり、
    前記搬送機構において、前記シートは、前記ローラの回転により前記ローラからの力の作用を受けて、前記ローラの回転軸とは直交する方向に搬送され、
    前記主制御処理では、前記位置位相関係に基づき、前記シートの目標搬送量に対応した前記回転位置の目標値を設定し、前記検出ユニットにより検出される前記回転位置が前記目標値まで変化するように前記モータの駆動制御を行うことにより、前記シートの搬送量を前記目標搬送量に制御すること
    を特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項記載の制御装置。
  9. 前記制御ユニットは、
    前記回転位相と、前記回転位相を基準に前記ローラが前記回転位置の1単位分変化したときの前記シートの搬送量と、の対応関係である搬送量対応関係を記憶し、
    前記主制御処理では、前記位置位相関係及び前記搬送量対応関係に基づき、前記シートの搬送開始時の前記回転位置である初期位置から前記目標値までの前記シートの搬送量を特定することにより、前記シートの目標搬送量に対応した前記目標値を設定すること
    を特徴とする請求項8記載の制御装置。
  10. 前記主制御処理では、前記偏心が存在しないと仮定したときの前記目標搬送量に対応した前記回転位置の目標値を、仮の目標値として設定し、前記仮定に起因した、前記初期位置から前記仮の目標値までの前記シートの搬送量の前記目標搬送量からの誤差をゼロにする方向に、前記搬送量対応関係に従って、前記仮の目標値を補正することによって、その補正後の値を、前記回転位置の目標値に設定すること
    を特徴とする請求項9記載の制御装置。
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