JP2000099160A - 高精度原点復帰機能を備えたパルスモータコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルスモータによって物体を駆動する装置に
おいて、予め定めた一定の位置から原点復帰を行うこと
なく高精度の原点復帰を行うことの可能なパルスモータ
コントローラを提供する。 【解決手段】 物体の原点復帰にあたり原点センサ１８
がＯＮとなる区間を予め計測し、メモリ３８に記憶して
おく。この区間のどの位置を原点とするか原点位置指定
部４２で指定し、メモリ３８のデータに基づいて原点停
止位置を原点演算部４０で算出する。算出したデータと
遮光幅カウンタ３６の値を原点比較部４４で比較し、値
が一致したときにパルスモータへの動作命令パルスを停
止することにより原点復帰を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可動テーブルや可
動キャリッジのような可動物体をパルスモータによって
並進駆動するようになった物品位置決め装置や可動キャ
リッジ装置において、パルスモータを制御するためのパ
ルスモータコントローラ関する。より詳しくは、本発明
は、パルスモータコントローラの原点復帰機能に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】物品位置決め装置などにおいては、可動
テーブルや可動キャリッジのような可動物体の原点復帰
は、位置決めのための基準位置を設定するために行われ
る。原点復帰動作は、原点復帰命令に応じてパルスモー
タを作動させ、原点センサから信号が出力された位置で
パルスモータへの駆動信号を停止してパルスモータを停
止させることにより行われる。この位置は機械制御にお
ける基準位置として原点と呼ばれる。原点は、制御の基
準となるので、原点復帰動作において常に一定の位置で
あることが要求される。

【０００３】斯る要求に応えるため、従来技術において
は、例えば特許第2653057号公報（特開平１−３１２１
０号）に開示されているように、原点以外の任意の位置
から原点復帰命令を入力し、常に同一方向から原点位置
に復帰させることができる原点復帰方法により、原点精
度を上げることが提案されている。この先行技術文献に
開示された手法を説明するに、同公報の図４に示された
関節型の産業ロボットにおいては、基台に対して旋回可
能に取り付けられた旋回台にアームが回転可能に取り付
けてあり、この旋回台及びアームは、一般的には、電動
ないし油圧によって駆動されるようになっている。アー
ムの原点復帰動作は、次のように行われる。

【０００４】中央処理装置（ＣＰＵ）からの命令により
パルスモータ駆動回路から駆動信号を出力させ、これに
よりパルスモータを回転させ、パルスモータの回転動力
を減速機により伝達させることにより、アームは回転さ
れる。パルスモータの回転動作は、パルスジェネレータ
により同公報の図８に示された信号に変換され、パルス
カウンタと原点パルスゲートに伝達される。パルスカウ
ンタは、図８のＡ相、Ｂ相信号により回転量のパルスカ
ウントを行う。このパルスカウンタによりパルスモータ
が何パルス分回転したかの判別を行う。

【０００５】原点パルスゲートは、Ｚ相信号（図８）を
受け取る。Ｚ相信号は、パルスモータ１回転につき１パ
ルス出力される。そこで、Ｚ相信号は、図１の回路にお
いては原点パルスとして使用され、中央処理装置からの
命令により原点信号として中央処理装置に取り込まれ、
アーム角度格納メモリに記憶される。一方、パルスモー
タにより駆動されたアームの位置情報は、ポテンショメ
ータにより角度データとしてＡ／Ｄ変換器に伝えられ、
デジタルデータに変換され、中央処理装置によりポテン
ショ電圧格納メモリに格納される。

【０００６】一般的な原点復帰方法では、同公報の図９
に示されているように、原点復帰命令が出力されたタイ
ミングが位置Ｅの場合と位置Ｆの場合に応じて原点パル
スがＯＦＦからＯＮに変化した位置Ｇ、Ｉを原点ＯＮと
判断して、次に入力される位置パルスＨ、Ｊでパルスモ
ータを停止させる。このため停止位置がＨとＪのように
ずれてしまい、位置制御においては、誤動作を引き起こ
す原因となる。

【０００７】そこで、原点でない任意の位置まで移動さ
せるためのシーケンスが追加された同公報の図２に示さ
れた原点復帰方法により原点位置の精度を上げることが
図ってある。即ち、同公報の図２と図３を参照するに、
図３のＫ点に位置しているときに原点復帰命令を受けた
場合には、中央処理装置はポテンショメータの値を読み
込み（図２のステップ２０、図３のＰ０）、次にポテン
ショ電圧格納メモリ内のなかで最も近い原点位置の値を
算出して（図２のステップ２１、図３のＰｉ＋１）、目
標とするポテンショメータの値を算出し（図２のステッ
プ２２、図３のＰ’）、パルスモータを動作させ、先
ず、予め定めたＬ点まで移動させる。この後に、通常の
原点復帰を行い、原点パルスを認識して停止する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】特開平１−３１２１０
号に記載された原点復帰方法の第１の問題点は、原点復
帰を行う場合、先ず原点以外の予め定めた任意の位置
（Ｌ点）まで移動させなければならないということであ
る。第２の問題点は、現在の停止位置をポテンショメー
タにより測定し、その近傍の原点パルス位置と比較して
原点パルス位置以外の任意の位置まで移動させてから原
点復帰動作するので、ポテンショメータやパルスジェネ
レータのようなパルスモータの回転動作等をフィードバ
ックする機構がない場合には、この制御方式を適用する
ことができないということである。第３の問題点は、パ
ルスジェネレータのＺ相信号を原点停止に使用する場
合、この信号はパルスモータの１回転毎に１パルス出力
されるので、パルスモータの軸の停止位置は、ある角度
に固定されてしまい、１回転中の任意の位置を原点とす
ることができないということである。

【０００９】本発明の目的は、高精度の原点復帰を可能
にすることにある。本発明の他の目的は、原点復帰にあ
たり、先ず原点以外の任意の位置まで可動物体を移動さ
せる必要のない原点復帰を実現することにある。本発明
の更に他の目的は、ポテンショメータ等のフィードバッ
ク機能を有していない制御装置においても原点復帰を可
能にすることにある。本発明の他の目的は、モータ回転
軸の任意の位置を原点に設定することにより、高精度の
原点復帰を実現することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、可動物体を駆
動するためのパルスモータを制御するパルスモータコン
トローラにおいて、可動物体の走程のうち原点センサが
遮光板によって遮光される区間の長さを検出して記憶す
る手段と、前記長さの途中に原点停止位置を決定する手
段とを設け、原点復帰にあたり、原点センサが遮光板に
よる遮光を感知した後、前記原点停止位置に対応する所
定パルス出力後に、パルスモータへの駆動パルスの出力
を終了させるようにしたことを特徴とするものである。

【００１１】図面を参照にしながら後述するように、本
発明によれば、可動物体が原点センサに関して正逆いづ
れの方向から原点に復帰するかに関係なく、可動物体は
常に同一の原点停止位置に停止せられるので、可動物体
の位置決めを迅速にかつ高精度で行うことができる。ま
た、可動物体を所定の同一方向から原点位置に復帰させ
る必要がないので、原点復帰を迅速に行うことができ
る。

【００１２】具体的実施態様においては、原点センサが
遮光板によって遮光される区間の長さの検出は、可動物
体の駆動中に原点センサが遮光板によって遮光されてい
る期間に出力される駆動パルス数を計測することにより
行われ、原点停止位置はこの区間の中点に設定される。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のパルスモータコ
ントローラを適用することの可能な装置の一例として部
品位置決め装置を示す。図１を参照するに、この部品位
置決め装置は並進運動可能な可動テーブル１０を備え、
この可動テーブル１０は、パルスモータ１２の回転運動
を可動テーブル１０の並進運動に変換する変換機構を介
して、パルスモータ１２によって並進駆動される。図示
した実施例では、運動変換機構はパルスモータ１２の出
力軸に連結されたリードスクリュー１４からなり、この
リードスクリュー１４は可動テーブル１０に設けた内ネ
ジ（図示せず）に噛み合っている。変換機構としては、
ベルト伝動機構やギア装置等を用いてもよい。

【００１４】パルスモータ１２は本発明のパルスモータ
コントローラ１６によって制御される。可動テーブル１
０の進路に近接して原点センサ１８が設けてある。この
原点センサ１８に関してパルスモータ１２の正回転方向
側には正（＋）リミットセンサ２０が設けてあり、逆回
転方向側には逆（−）リミットセンサ２２が設けてあ
る。各センサ１８、２０、２２はフォトマイクロセンサ
からなり、図２に示したように投光部２４と受光部２６
を備え、受光部２６は可動テーブル１０の移動方向に沿
って若干の幅をもっている。図１に示したように、可動
テーブル１０にはセンサ１８、２０、２２と協働する遮
光板２８が取り付けてあり、可動テーブル１０の移動に
応じて遮光板２８が移動するようになっている。各セン
サ１８、２０、２２の出力信号は可動テーブル１０の遮
光板２８が受光部２６を完全に遮光した時に例えばＯＮ
（高レベル）になる。各センサ１８、２０、２２の信号
は、パルスモータコントローラ１６に送られる。パルス
モータコントローラ１６は、センサの種類と動作命令に
対応して処理を行い、パルスモータ１２の制御を行うこ
とにより、テーブル１０の位置決め制御を行う。

【００１５】次に図３を参照するに、パルスモータコン
トローラ１６は、パルスモータドライバ３０に対して駆
動命令信号Ｓ１を出力するパルス発生部３２を備えてい
る。パルスモータドライバ３０は、モータ駆動信号Ｓ１
２によりパルスモータ１２を駆動する。パルスモータ１
２の駆動力は、リードスクリュー１４を介してテーブル
１０を移動させる。テーブル１０の移動に伴いセンサ１
８、２０、２２が作動すると、パルスモータコントロー
ラ１６はパルスモータコントローラ１６のパルス発生部
３２に入力する信号に応じて駆動命令信号Ｓ１の制御を
行う。即ち、パルスモータドライバ３０に対して駆動信
号Ｓ１が出力されている時に＋リミットセンサ２０の高
レベル信号Ｓ４が検出されると、パルスモータコントロ
ーラ１６は駆動信号Ｓ１の出力を中止し、パルスモータ
１２を停止させる。また、原点復帰動作命令中に原点セ
ンサ１８の高レベル信号Ｓ３が検出されると、駆動信号
Ｓ１の出力を中止し、パルスモータ１２を停止させる。
但し、他の動作命令中この信号は無効である。同様に、
パルスモータドライバ３０に対して駆動信号Ｓ１が出力
されている時に−リミットセンサ２２の高レベル信号Ｓ
２が検出されると、パルスモータコントローラ１は駆動
信号Ｓ１の出力を中止し、パルスモータ１２を停止させ
る。

【００１６】図３を更に参照しながら、原点復帰機能に
関連するパルスモータコントローラ１６の構成要素を説
明する。パルスモータコントローラ１６は、遮光幅カウ
ンタ３６と遮光幅格納メモリ３８と原点演算部４０と原
点位置指定部４２と原点比較部４４と中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）４６を有する。

【００１７】図示した実施例では、パルスモータコント
ローラ１６はカウンタ入力切り換え部３４を備え、遮光
幅カウンタ３６のカウンタを動作させるためのパルス信
号Ｓ５を、ＣＰＵ４６の指令に応じて、パルス発生部３
２からの動作命令パルスＳ１か、パルスモータ１２に取
り付けられたロータリエンコーダ４８からの位置パルス
Ｓ１１（エンコーダ４８から出力されるエンコーダ信号
Ａ相、Ｂ相、Ｚ相のうちのパルスモータ１２の実際の回
転量を表すＡ相、Ｂ相の位置パルス）かに切り換えるよ
うになっている。しかし、本発明の最も簡素な実施態様
においてはエンコーダ４８とカウンタ入力切り換え部３
４は不可欠ではなく、省略することができる。遮光幅カ
ウンタ３６は、原点センサ１８がＯＮになっている区間
（原点センサ１８の受光部が遮光板２８によって遮光さ
れている区間）の長さ（即ち、前記区間の幅。以下、遮
光幅と言う）を検出するためのもので、カウンタ入力切
り換え部３４から出力されるパルス信号Ｓ５によりカウ
ンタ動作を行い、カウンタ値Ｓ１０は、常に原点位置比
較部４４に出力される。また、遮光幅カウンタ３６は、
原点センサ１８からの原点信号Ｓ３に応じてリセットさ
れ、スタートならびにストップを行う。

【００１８】原点位置指定部４２は、原点センサ１８が
ＯＮになっている区間（原点センサ１８の受光部が遮光
板２８によって遮光されている区間）のうちのどの位置
に原点停止位置を設定するかを決定するデータＳ８を原
点演算部４０に出力する。遮光幅格納メモリ３８は、遮
光幅カウンタ３６により算出された遮光幅の値Ｓ６を記
憶する。原点演算部４０は、原点位置指定部４２により
指定された原点位置Ｓ８と遮光幅格納メモリ３８の遮光
幅データＳ７に基づいて原点停止位置の算出を行い、原
点停止位置データＳ９を原点位置比較部４４に出力す
る。原点位置比較部４４は、原点演算部４０により算出
された原点停止位置Ｓ９と遮光幅カウンタ３６からの遮
光幅データＳ１０を比較して、両者の値が一致したとき
パルス発生部３２に対して動作停止命令パルスＳ１３を
出力し、モータ１２を停止させる。

【００１９】次に、図４のフローチャートを参照しなが
ら、遮光幅（原点センサ１８がＯＮとなる区間の幅）を
計測するためのシーケンスを説明する。この遮光幅検出
シーケンスはパルスモータコントローラ１６に電源が投
入された時に行われる。パルスモータコントローラ１６
に電源が投入されると、先ず、遮光幅格納メモリ３８に
データが存在するかの確認を行う（ステップ１００）。
遮光幅格納メモリ３８にデータが存在する場合は、デー
タを書き換えてもよいか確認を行う（１０１）。これ
は、遮光幅格納メモリ３８がフラッシュメモリのような
不揮発メモリからなる場合にデータ書き換えの機会を与
えるためである。オペレータは、ＣＰＵ４６に接続され
たキーボードのような外部入力装置（図示省略）を介し
てデータ書き換えの許可を与えることができる。データ
書き換え不可の場合は、エラーとなり（１０２）、処理
を中断する。

【００２０】遮光幅格納メモリ３８にデータがない場合
やデータを書き換えてもよい場合には、遮光幅を取得す
るためパルスモータ１２の動作を開始する（１０３）。
パルスモータ１２の回転に伴い、移動するテーブル１０
に取り付けられた遮光板２８が図５に示すように原点セ
ンサ１８の受光部を完全に遮った時に原点センサ１８の
出力信号がＯＮ（高レベル）となる（ステップ１０４。
図５の状態５１）。図５の状態５１は、遮光板２８の＋
側のエッジが原点センサ１８の受光部の＋側のエッジに
一致する位置（Ａ点）に対応する。原点センサ信号がＯ
Ｎになると同時に遮光幅カウンタ３６を初期化し（ステ
ップ１０５）、遮光幅カウンタ３６をスタートさせる
（１０６）。パルスモータ１２の回転は原点センサ信号
がＯＦＦ（低レベル）になるまで続けられる（ステップ
１０７。図５の状態５３）。図５の状態５３は、遮光板
２８の−側のエッジが原点センサ１８の受光部の−側の
エッジに一致する位置（Ｂ点）に対応する。

【００２１】原点センサ信号がＯＦＦになると同時に、
パルスモータ１２の回転を停止し（ステップ１０８）、
遮光幅カウンタ３６を停止させる（１０９）。これによ
り原点センサ信号がＯＮとなっている間のカウンタ値が
取得され、この値は遮光幅格納メモリ３８に格納される
（１１０）。こうして、パルスモータコントローラ１６
が初めて起動された時には遮光幅の計測が行われ、以
後、この遮光幅格納メモリ３８の値が破壊されたり、原
点センサ自身が変更されない限り、値は有効である。図
５から分かるように、可動テーブル１０の走程のうち原
点センサ１８が遮光板２８によって遮光される区間の長
さ（遮光幅）は、状態５１と状態５３との間で可動テー
ブル１０および遮光板２８が移動する距離に等しい。

【００２２】次に、図６のフローチャートに基づいてパ
ルスモータコントローラ１６による可動テーブル１０の
原点復帰動作を説明する。原点復帰命令が実行されると
ＣＰＵ４６は原点位置指定部４２のデータを取得する
（ステップ２００）。原点位置指定部４２は、原点セン
サ１８がＯＮになっている区間（図５の状態５１と状態
５３との間の区間）の中のどの位置を原点にするかを指
定するもので、指定方法は、前記区間の１／２、１／３
のように指定してもよいし、或いはパルス数などで指定
することもできる。図５には、一例として、前記区間の
中点Ｃを指定した場合を示す。或いは、図５に示したよ
うに、状態５１からの△ｔ１の距離にあり状態５３から
の△ｔ２の距離にある点Ｄを指定することも可能であ
る。原点の指定はＣＰＵ４６に接続された外部入力装置
からの入力による。

【００２３】次に、原点位置指定部４２からの命令によ
り遮光幅格納メモリ３８に格納された遮光幅の値が原点
演算部４０に取り込まれ（ステップ２０１）、原点演算
部４０は、遮光幅格納メモリ３８から取り込まれた遮光
幅の値と、原点位置指定部４２の指定に基づいて、原点
停止位置を算出する（２０２）。原点停止位置データが
確定すると、パルスモータ１２の駆動が開始される（２
０３）。パルスモータ１２の回転によりテーブル１０が
移動し、それに取り付けられた遮光板２８が原点センサ
１８を遮ったときに、原点センサの信号がＯＮとなる
（ステップ２０４。図５の状態５１）。

【００２４】原点センサ信号がＯＮになると同時に遮光
幅カウンタ３６は初期化され（ステップ２０５）、遮光
幅カウンタがスタートする（２０６）。カウンタ入力切
り換え部３４がパルス発生部３２に切り換えてある場合
には遮光幅カウンタ３６はパルス発生部３２からの信号
Ｓ１に応じてカウントアップされ、カウンタ入力切り換
え部３４がロータリエンコーダ４８に切り換えてある場
合には遮光幅カウンタ３６はロータリエンコーダ４８か
らの位置パルス信号Ｓ１１によってカウントアップされ
る。遮光幅カウンタ３６の遮光幅信号Ｓ１０は原点位置
比較部４４に送られ、原点位置比較部４４は原点演算部
４０で算出した原点停止位置のデータＳ９と遮光幅カウ
ンタ３６の値とを比較し、両者が一致したとき（ステッ
プ２０７。図５の状態５２）にパルスモータ１２の回転
を停止させる（２０８）。これによりテーブル１０の原
点復帰が終了する。以上の動作により、この実施例で
は、図５に示す原点センサがＯＮとなっている区間（Ａ
点〜Ｂ点）のうちの中点Ｃを基準として可動テーブル１
０の原点復帰が行われる。勿論、Ａ点〜Ｂ点のうちの任
意の点Ｄを原点として設定することもできる。

【００２５】図５を参照しながら従来技術の原点復帰動
作と本発明のそれとを対比説明するに、従来技術の一般
的な原点復帰においては、原点センサ信号がＯＮになる
とパルスモータは停止するので、可動テーブルの停止位
置は、状態５１（−側から原点復帰する場合）、又は、
状態５３（＋側から原点復帰する場合）となる。その結
果、可動テーブルの原点停止位置には、−側から原点復
帰するか＋側から原点復帰するかの相違に応じて、遮光
板２８の幅にほぼ等しいズレ（より正確には、遮光板２
８の幅から原点センサの受光部の幅を減じた幅に等しい
ズレ）が生じる。本発明によれば、−側から原点復帰す
るか＋側から原点復帰するかに関係なく、可動テーブル
は所望の原点に高精度で位置決めすることができる。ま
た、Ｃ点（Ａ点とＢ点との間の中間点）や、Ｄ点のよう
な任意の点も原点として設定することができる。Ｄ点の
ような任意の点を原点とした場合でも、−側からの位置
△ｔ１と＋側からの位置△ｔ２を算出することによりど
ちらの方向から原点復帰しても同一地点で停止させるこ
とができる。

【００２６】更に、原点センサがＯＮになると可動物体
を停止させる従来の制御では、原点センサがＯＮになっ
ている（状態５１、５３）にも拘わらずパルスモータの
振動などから原点センサ１８を遮る遮光板２８が微妙に
移動することにより原点センサ１８の信号がＯＮ／ＯＦ
Ｆして誤動作を引き起こすことがあるが、本発明によれ
ば、ＯＦＦからＯＮに変化する点（図５のＡ点およびＢ
点）以外の位置で原点停止させることができるので、誤
動作を防ぐことができる。

【００２７】以上には本発明の特定の実施例を記載した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の修
正や変更を施すことができる。例えば、前述したよう
に、エンコーダ４８とカウンタ入力切り換え部３４は省
略することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の第１の
効果は、高精度の原点復帰を行うことができることであ
る。本発明の第２の効果は、原点復帰動作において、原
点以外の一定位置まで可動物体を移動させることなく、
迅速に原点復帰動作が行えるということである。本発明
の第３の効果は、ポテンショメータ等のフィードバック
機能を有していない制御装置においても高精度の原点復
帰が行えることである。更に他の効果は、原点センサが
ＯＮになる範囲ならばどの位置でも原点を設定できるこ
とである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルスモータコントローラを適用する
ことの可能な部品位置決め装置の斜視図である。

【図２】図１に示した装置のセンサの拡大斜視図であ
る。

【図３】本発明のパルスモータコントローラのブロック
図である。

【図４】本発明のパルスモータコントローラの動作を示
すフローチャートである。

【図５】原点センサと遮光板の関係を示すダイヤグラム
である。

【図６】本発明のパルスモータコントローラの動作を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１０： 可動テーブル（可動物体） １２： パルスモータ １６： パルスモータコントローラ １８： 原点センサ ３６／４６： 遮光幅を検出する手段 ３８： 遮光幅を記憶する手段 ４０／４２／４６： 原点停止位置を決定する手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H303 AA01 BB01 BB06 BB11 CC01 DD03 EE10 FF06 HH05 HH09 LL03 LL09 MM08 5H580 AA03 BB09 FA04 FA14 FB03 FD12 GG03 HH02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動物体を並進駆動するパルスモータへ
   の駆動パルスを制御することにより可動物体の並進運動
   を制御し、可動物体と連動する遮光板に応答する原点セ
   ンサにより可動物体の原点を検出するようになったパル
   スモータコントローラにおいて：可動物体の走程のうち
   原点センサが遮光板によって遮光される区間の長さを検
   出して記憶する手段と、前記長さの途中に原点停止位置
   を決定する手段とを設け、 可動物体の原点復帰時には、原点センサが遮光板による
   遮光を感知した後、前記原点停止位置に対応する所定パ
   ルス出力後に、パルスモータへの駆動パルスの出力を終
   了させるようにしたことを特徴とするパルスモータコン
   トローラ。
2. 【請求項２】 原点センサが遮光板によって遮光される
   区間の長さの検出は、可動物体の駆動中に原点センサが
   遮光板によって遮光されている期間に出力される駆動パ
   ルス数を計測することにより行われることを特徴とする
   請求項１に基づくパルスモータコントローラ。
3. 【請求項３】 前記原点停止位置は原点センサが遮光板
   によって遮光される区間の中点であることを特徴とする
   請求項１又は２に基づくパルスモータコントローラ。