位置決め制御システム
【課題】高精度かつ高速な位置決め制御を可能にする。
【解決手段】位置決め制御システム１において、変位センサ４は、共振回路６に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路６から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更可能であり、置決め制御装置５は、可動体２の目標位置Ｔに対する検出位置Ｋの偏差Ｈに応じて、変位センサ４にカウント数Ｎの変更指令を出力する手段を備え、該手段が偏差Ｈの減少に応じてカウント数Ｎを増加させる。
【解決手段】位置決め制御システム１において、変位センサ４は、共振回路６に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路６から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更可能であり、置決め制御装置５は、可動体２の目標位置Ｔに対する検出位置Ｋの偏差Ｈに応じて、変位センサ４にカウント数Ｎの変更指令を出力する手段を備え、該手段が偏差Ｈの減少に応じてカウント数Ｎを増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
製造設備などの設備装置においては、ワーク、金型などの可動体を所定の目標位置に位置決めするために、位置決め制御システムが組み込まれている。位置決め制御システムは、例えば、可動体を移動させるアクチュエータと、可動体の変位を検出する変位センサと、変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置とを備えて構成される。そして、高精度な位置決めが要求される場合は、可動体の位置を高精度に検出可能な変位センサが選定され、さらに、使用環境がクリーンでない場合は、耐環境性にも優れた変位センサを選定する必要がある。
【０００３】
検出精度及び耐環境性に優れる変位センサとしては、金属の変位を磁気的に検出する磁気式変位センサ（渦電流センサ）が知られている。例えば、検出コイルを含む高周波発振回路を備えた高周波発振型の磁気式変位センサは、金属と検出コイルとの距離に応じて、高周波発振回路の発振振幅や発振周波数が変化することを利用し、金属の変位を検出するようになっている。また、高周波発振回路の発振振幅や発振周波数は、金属との距離に応じて変化するだけでなく、金属の材質（透磁率、導電率などの違い）に応じて変化するため、例えば、振幅測定方式の磁気式変位センサでは、磁性金属（鉄など）の変位を良好に検出でき、周波数測定方式の磁気式変位センサでは、非磁性金属（アルミなど）の変位を良好に検出することができる。
【０００４】
しかしながら、従来における周波数測定方式の磁気式変位センサは、高周波発振を継続しつつ、その僅かな位相ズレを測定しているため、同期検波回路などの複雑な回路が必要になり、振幅測定方式の磁気式変位センサに比べて、著しく高価になるという問題がある。また、僅かな位相ズレをデジタル回路で検出することも可能ではあるが、この場合には、極めて高速で動作するカウンタやＣＰＵが必要になるため、却ってコスト高となる可能性がある。
【０００５】
そこで、本出願人は、検出コイルにコンデンサを接続してなる共振回路と、該共振回路に対して駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、該駆動信号出力手段の信号出力停止後に前記共振回路から減衰状に出力される自由振動波にもとづいて、金属の変位（近接）に伴う振動波の位相ズレを測定する位相ズレ測定手段とを備える変位センサ（近接センサ）を過去に提案した（特許文献１参照）。そして、このような変位センサによれば、金属の変位に伴う振動波の位相ズレを簡単な回路構成で精度良く測定することが可能になる。すなわち、共振回路から減衰状に出力される自由振動波にあっては、金属の変位に伴う振動波の位相ズレが明確に現れるだけでなく、位相ズレが振動波の数だけ蓄積されるので、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレを高精度に測定することができる。
【０００６】
さらに、本出願人は、前記駆動信号出力手段の信号出力停止後に前記共振回路から出力される自由振動波の数をカウントし、所定数の自由振動波をカウントしたタイミングで、前記駆動信号出力手段に駆動信号を出力させる、という回帰動作を所定回数繰り返すことによって、自由振動波の位相ズレを増幅させる変位センサ（近接センサ）を提案した（特願２００６−２３２２６７号）。
【特許文献１】特開２００７−６８０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本出願人が過去に提案した上記の変位センサでは、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎや、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを多くすることにより、検出精度を上げることが可能であるが、その反面、カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを多くすると、一回の測定時間が長くなるため、応答性が低下してしまうという問題がある。したがって、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合には、応答速度の遅れに応じて可動体の移動速度を遅くする必要があるので、高速な位置決め動作が困難になるという問題があった。また、位置決め動作速度を優先する位置決め制御システムに適用する場合には、カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを減らす必要があるので、位置決め精度が低下してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作された本発明の位置決め制御システムは、位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、可動体の変位を検出する変位センサと、変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、を備える位置決め制御システムにおいて、前記変位センサは、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段を備え、前記位置決め制御装置は、可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令出力手段を備え、該カウント数変更指令出力手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎを増加させることを特徴とする。
このようにすると、位置決め制御の開始当初は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎを少なくし、変位センサの応答速度を高めることができるので、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎを多くし、変位センサの検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【０００９】
また、本発明の位置決め制御システムは、位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、可動体の変位を検出する変位センサと、変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、を備える位置決め制御システムにおいて、前記変位センサは、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段を備え、前記位置決め制御装置は、可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令出力手段を備え、該カウント数変更指令出力手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎを増加させることを特徴とする。
このようにすると、位置決め制御の開始当初は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎを少なくし、変位センサの応答速度を高めることができるので、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎを多くし、変位センサの検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００１０】
また、本発明の位置決め制御システムは、位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、可動体の変位を検出する変位センサと、変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、を備える位置決め制御システムにおいて、前記変位センサは、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段を備え、前記位置決め制御装置は、可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段を備え、該繰り返し回数変更指令手段が前記偏差の減少に応じて前記繰り返し回数Ｍを増加させることを特徴とする。
このようにすると、位置決め制御の開始当初は、変位センサにおける自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを少なくし、変位センサの応答速度を高めることができるので、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサにおける自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを多くし、変位センサの検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００１１】
また、本発明の位置決め制御システムは、位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、可動体の変位を検出する変位センサと、変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、を備える位置決め制御システムにおいて、前記変位センサは、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段と、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段とを備え、前記位置決め制御装置は、可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令手段と、前記繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段とを備え、カウント数変更指令手段及び繰り返し回数変更指令手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎ及び／又は繰り返し回数Ｍを増加させることを特徴とする。
このようにすると、位置決め制御の開始当初は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを少なくし、変位センサの応答速度を高めることができるので、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを多くし、変位センサの検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
また、前記位置決め制御装置は、前記偏差の減少に応じて可動体の移動速度を遅くすることを特徴とする。
このようにすると、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍの増加、すなわち変位センサにおける応答性の低下に応じて、可動体の移動速度を自動的に遅くするので、変位センサの応答性と可動体の移動速度との不適合を回避でき、その結果、高精度かつ高速な位置決め制御が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１４】
［位置決め制御システム］
図１は、位置決め制御システムの構成を示すブロック図である。この図に示される位置決め制御システム１は、位置決めの対象である可動体２を移動させるアクチュエータ３と、可動体２の変位を検出する変位センサ４と、変位センサ４の検出信号に応じてアクチュエータ３の動作を制御し、可動体２を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置５とを備えて構成されている。なお、可動体２やアクチュエータ３は、本発明の位置決め制御システム１を適用する設備装置に応じて、適宜変更されるものである。例えば、製造設備においては、ワーク、金型などを可動体２とし、該可動体２を、電動アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータなどのアクチュエータ３で移動させる。
【００１５】
［変位センサ］
変位センサ４は、金属の変位を検出する磁気式変位センサ（渦電流センサ）であって、共振回路６及び検出回路７を備えて構成されている。共振回路６は、検出コイルＬにコンデンサＣを接続して構成され、検出回路７から出力される駆動信号により駆動される。検出回路７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、比較器（コンパレータ）などが内蔵された１チップマイコンを用いて構成され、ＲＯＭに書き込まれたプログラムに従い、後述する位相ズレ検出処理を行う。
【００１６】
検出回路７は、共振回路６を駆動し、該共振回路６から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて、金属の変位を検出するにあたり、共振回路６に対して所定数（一又は複数）の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路６から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するようになっている。これにより、振動波の位相ズレ成分を簡単な回路構成で精度良く検出することが可能になる。すなわち、共振回路６から減衰状に出力される自由振動波にあっては、強制振動波に比して位相ズレ成分が明確に現れるだけでなく、位相ズレ成分が振動波の数だけ蓄積されるので、回路構成が複雑な同期検波回路や、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレ成分を高精度に検出することができる。
【００１７】
また、検出回路７は、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させるようになっている。このようにすると、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを増やすだけで、位相ズレ成分の検出精度をさらに向上させることができる。
【００１８】
さらに、本発明の変位センサ４には、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段と、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段とが備えられている。このようにすると、使用条件に応じて自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを変更し、変位センサ４の測定精度や応答性能を調整することができる。例えば、測定精度が優先される用途では、一回の検出処理における合計カウント数（Ｎ×Ｍ）が多くなるように自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを増やし、また、応答性能が優先される用途では、一回の検出処理における合計カウント数（Ｎ×Ｍ）が少なくなるように自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを減らすことができる。また、自由振動波の減衰が大きく、自由振動波のカウント数Ｎを多くできない状況にあっては、自由振動波カウント数Ｎを減らし、かつ、繰り返し回数Ｍを増やすことにより、要求精度を満たすことができる。
【００１９】
次に、変位センサ４の具体的な構成について説明する。
【００２０】
共振回路６は、検出コイルＬにコンデンサＣを並列に接続した並列共振回路であってもよいが、検出コイルＬにコンデンサＣを直列に接続した直列共振回路であることが好ましい。このようにすると、直列共振回路の作用によって、最大でソース電圧（例えば５Ｖ）のＱ倍（例えば８倍）の電圧を検出コイルＬに印加できるので、共振回路６から振幅の大きい自由振動波を出力することができる。これにより、自由振動波カウント数を多くし、測定精度を更に高めることができるだけでなく、ノイズにも強いものとできる。しかも、振幅の大きい自由振動波は、増幅器を介さずに検出回路７に直接入力できるので、回路構成がよりシンプルになり、更なるコストダウンが可能になる。
【００２１】
なお、検出コイルＬに印加される最大電圧ＶＬＭＡＸは、以下に示す式で求めることができる。ただし、ω０は共振角周波数、Ｌは検出コイルＬのインダクタンス、Ｒは検出コイルＬの抵抗、ＣはコンデンサＣのキャパシタンス、ＶＳはソース電圧、Ｑは共振回路の良好度である。
【００２２】
【数１】
【００２３】
本実施形態の検出回路７は、駆動パルス信号によって共振回路６を強制振動させるにあたり、複数の駆動パルス信号により共振回路６を強制振動させた後、駆動信号出力を停止する。このようにすると、単発の駆動パルス信号で共振回路６を強制振動させる場合に比べ、強制振動波の振幅を大きくできる。特に、強制振動波の振幅が最大になるように所定の共振周波数で数発（例えば６発）の駆動パルス信号を出力すれば、駆動信号出力停止後に共振回路６から出力される自由振動波の振幅をより大きくし、測定精度を更に高めることが可能になる。
ちなみに、共振回路６を強制振動させる共振周波数ｆは、以下に示す式で求めることができる。
【００２４】
【数２】
【００２５】
自由振動波カウント数変更手段や繰り返し回数変更手段は、検出回路７内に構成することができる。この場合、検出回路７は、内部で記憶保持している自由振動波カウント数Ｎを、外部からの自由振動波カウント数変更指令信号に応じて増減させ、また、内部で記憶保持している繰り返し回数Ｍを、外部からの繰り返し回数変更指令信号に応じて増減させる。そして、検出回路７に対する自由振動波カウント数変更指令信号や繰り返し回数変更指令信号の入力は、変位センサ４（検出回路７）に接続される位置決め制御装置５から行われる。
【００２６】
次に、自由振動波における位相ズレの蓄積作用（増幅作用）について、図２〜図１０を参照して説明する。
【００２７】
図２は、駆動パルス信号波形（ａ点）及び共振回路の振動波形（ｂ点）を示す説明図である。この図に示すように、検出回路７は、所定電圧（例えば５Ｖ）の駆動パルス信号を出力し、共振回路６を強制振動させる。このとき、本実施形態では、所定の共振周波数で数発（例えば６発）の駆動パルス信号を出力することにより、検出コイルＬに最大電圧（例えば４０Ｖ）を印加させる。そして、駆動パルス信号の出力を停止した後は、共振回路６から複数の自由振動波が減衰状に出力される。
【００２８】
図３は、十数個目の自由振動波を拡大した説明図、図４は、検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図、図５は、検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図である。これらの図に示すように、共振回路６から出力される自由振動波は、十数個目であっても検出に十分な振幅を保っている。ここで、検出コイルＬに金属が近接すると、検出コイルＬから発生する磁束が近接した金属に磁気的に干渉し、自由振動波の位相が進む。金属の近接に伴う自由振動波の位相ズレは、強制振動波に比べて明確に現れるだけでなく、自由振動波の個数分だけ蓄積されるので、低速なカウンタでも高精度に位相ズレを測定することが可能になる。
【００２９】
また、図４及び図５に示すように、自由振動波の位相ズレは、検出コイルＬに金属が近づくほど大きくなるので、自由振動波の位相ズレにもとづいて、検出コイルＬと金属の距離を高精度に測定することが可能になる。図１０は、金属の近接距離（ｍｍ）と位相ズレ（μｓｅｃ）の関係を示しており、検出コイルＬに金属が近づくほど自由振動波の位相ズレが大きくなることが解る。特に、１０〜２０個目の自由振動波を見ている位相ズレデータにあっては、位相ズレが１０〜２０倍に加算されているので、極めて高精度な距離測定（変位測定）が可能になる。
【００３０】
図６は、自由振動波形（ｂ点）と比較器出力（ｃ点）の関係を示す説明図、図７は、検出コイルに金属が近接していないときの比較器出力を示す拡大図、図８は、検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとの比較器出力を示す説明図、図９は、検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとの比較器出力を示す説明図である。これらの図に示すように、共振回路６から出力される自由振動波は、十数個目であっても検出に十分な振幅を保っているので、比較器によって明確な矩形波に変換することができる。ここで、検出コイルＬに金属が近接すると、比較器出力波形の位相が進む。図８及び図９から明らかなように、金属の近接に伴う位相ズレは、自由振動波の個数が増えるほど蓄積され、測定が容易になる。
【００３１】
次に、自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用（蓄積作用）について、図１１を参照して説明する。
【００３２】
図１１は、自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用を示す説明図である。この図に示す波形は、一回の検出処理における共振回路６の出力波形であって、２発の駆動パルス信号を出力して、共振回路６を強制振動させた後、共振回路６から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、カウント数が所定数５に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数５に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を１０回繰り返した場合の波形であり、上側の波形は、下側の波形よりも金属を近づけた場合を示している。この図から明らかなように、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数繰り返すと、自由振動波の位相ズレが増幅される。これにより、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、金属の近接に伴う位相ズレの測定精度を飛躍的に向上させることができる。さらに、本発明においては、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段と、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段とが備えられているので、位置決め制御状態に応じて自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを変更し、変位センサ４の測定精度や応答性能を調整することができる。
【００３３】
次に、検出回路７の検出処理手順及び設定値変更処理手順（自由振動波カウント数変更手段及び繰り返し回数変更手段）について、図１２及び図１３を参照して説明する。
【００３４】
図１２は、検出回路の検出処理手順を示すフローチャート、図１３は、検出回路の設定値変更処理手順を示すフローチャートである。図１２に示すように、検出回路７は、まず、比較器のＲＥＦ電圧を設定した後（Ｓ１０１）、設定値変更処理（Ｓ１０２）と、カウンタクリア処理（Ｓ１０３）と、自由振動波カウント処理（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）と、自由振動波カウント処理の繰り返し処理（Ｓ１０７、Ｓ１０８）と、検出信号出力処理（Ｓ１０９、Ｓ１１０）とからなる検出処理を繰り返し実行する。
【００３５】
設定値変更処理は、図１３に示すように、位置決め制御装置５からの設定値変更指令（自由振動波カウント数変更指令及び繰り返し回数変更指令）に応じて（Ｓ２０１）、前述したカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを変更する処理である（Ｓ２０２）。なお、設定値変更指令は、変更後のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを示す絶対値指令（例えば、Ｎ＝１０、Ｍ＝１０）でもよいし、変更前のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍに対する相対値を示す相対値指令（例えば、Ｎ＝Ｎ＋５、Ｍ＝Ｍ＋５）でもよい。
【００３６】
カウンタクリア処理は、繰り返し回数カウンタ及び時間計測カウンタをクリアする処理である（Ｓ１０３）。また、自由振動波カウント処理は、強制振動波の振幅が最大になるように、共振回路６に対して所定の共振周波数で数発の駆動パルス信号を出力した後（Ｓ１０４）、自由振動波カウンタをクリアし（Ｓ１０５）、共振回路６から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントすると共に、カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する処理である（Ｓ１０６）。また、繰り返し処理は、自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングで、繰り返し回数カウンタをインクリメントすると共に（Ｓ１０７）、繰り返し回数カウンタが所定数Ｍに達したか否かを判断し（Ｓ１０８）、該判断結果がＹＥＳになるまで、自由振動波カウント処理（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）を繰り返す処理である。また、検出信号出力処理は、自由振動波カウント処理の繰り返し回数が所定数Ｍになったら、時間計測カウンタ値を読み込むと共に（Ｓ１０９）、読み込んだ時間計測カウンタ値を所定の検出信号形式（例えば、距離信号）に変換して出力する処理である（Ｓ１１０）。
【００３７】
［位置決め制御装置］
位置決め制御装置５は、変位センサ４の検出信号に応じてアクチュエータ３の動作を制御し、可動体２を所定の目標位置に位置決めする位置決め用のコントローラであって、可動体２の目標位置Ｔに対する検出位置Ｋの偏差Ｈに応じて、変位センサ４にカウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令手段と、繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段とを備えており、カウント数変更指令手段及び繰り返し回数変更指令手段は、偏差Ｈの減少に応じてカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを増加させるようになっている。
【００３８】
このようにすると、位置決め制御の開始当初は、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを少なくし、変位センサ４の応答速度を高めることができるので、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを多くし、変位センサ４の検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体２の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００３９】
位置決め制御装置５は、偏差Ｈの減少に応じて可動体２の移動速度Ｓを遅くすることが好ましい。このようにすると、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍの増加、すなわち変位センサ４における応答性の低下に応じて、可動体２の移動速度Ｓを自動的に遅くすることができるので、変位センサ４の応答性と可動体２の移動速度Ｓとの不適合を回避し、高精度かつ高速な位置決め制御が可能になる。
【００４０】
次に、位置決め制御装置５の位置決め制御処理手順及び設定値変更指令処理手順（自由振動波カウント数変更指令出力手段及び繰り返し回数変更指令出力手段）について、図１４〜図１７を参照して説明する。ただし、Ｎ１〜Ｎ５（Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４＜Ｎ５）は、カウント数Ｎを変更するための設定値、Ｍ１〜Ｍ５（Ｍ１＜Ｍ２＜Ｍ３＜Ｍ４＜Ｍ５）は、繰り返し回数Ｍを変更するための設定値、Ｓ１〜Ｓ５（Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４＜Ｓ５）は、移動速度Ｓを変更するための設定値、Ｈ１〜Ｈ４（Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ４）は、偏差Ｈの大きさを判断するための設定値である。また、本実施形態では、偏差Ｈに応じてカウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍを変更するが、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍのいずれかを変更するようにしてもよい。
【００４１】
図１４は、位置決め制御装置における位置決め制御の処理手順を示すフローチャート、図１５は、位置決め制御装置における設定値変更指令出力の処理手順を示すフローチャート、図１６の（Ａ）及び（Ｂ）は、位置決め制御装置における設定値変更指令出力の作用説明図である。図１４に示すように、位置決め制御では、まず、後述する設定値変更指令出力処理（Ｓ３０１）を実行した後、変位センサ４による可動体２の検出位置（検出距離）Ｋを入力する（Ｓ３０２）。次に、変位センサ４の検出位置Ｋと、予め設定される目標位置（目標距離）Ｔとを比較し、両位置が一致しているか否かを判断する（Ｓ３０３）。この判断結果がＮＯである場合は、検出位置Ｋが目標位置Ｔよりも上手側であるか否かを判断し（Ｓ３０４）、該判断結果がＹＥＳの場合は、アクチュエータ３を前進方向に動作させる一方（Ｓ３０５）、判断結果がＮＯの場合は、アクチュエータ３を後退方向動作させる（Ｓ３０６）。そして、検出位置Ｋが目標位置Ｔに一致したら、アクチュエータ３を停止させた後（Ｓ３０７）、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度Ｓに初期値であるＮ１、Ｍ１、Ｓ５をセットし（Ｓ３０８、Ｓ３０９）、一連の位置決め動作を終了する。
【００４２】
図１５に示すように、設定値変更指令出力処理では、まず、前述したカウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍが未設定であるか否かを判断する（Ｓ４０１）。この判断結果がＹＥＳの場合は、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度Ｓに初期値であるＮ１、Ｍ１、Ｓ５をセットする（Ｓ４０２、Ｓ４０３）。カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍが設定済みである場合は、偏差Ｈ（Ｈ＝Ｔ−Ｋ）がＨ４以上であるか否かを判断し（Ｓ４０４）、該判断結果がＹＥＳの場合も、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度Ｓに初期値であるＮ１、Ｍ１、Ｓ５をセットする（Ｓ４０２、Ｓ４０３）。また、偏差ＨがＨ４未満である場合は、偏差ＨがＨ３以上であるか否かを判断し（Ｓ４０５）、該判断結果がＹＥＳの場合は、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度ＳにＮ２、Ｍ２、Ｓ４をセットする（Ｓ４０６、Ｓ４０７）。また、偏差ＨがＨ３未満である場合は、偏差ＨがＨ２以上であるか否かを判断し（Ｓ４０８）、該判断結果がＹＥＳの場合は、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度ＳにＮ３、Ｍ３、Ｓ３をセットする（Ｓ４０９、Ｓ４１０）。また、偏差ＨがＨ２未満である場合は、偏差ＨがＨ１以上であるか否かを判断し（Ｓ４１１）、該判断結果がＹＥＳの場合は、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度ＳにＮ４、Ｍ４、Ｓ２をセットし（Ｓ４１２、Ｓ４１３）、ＮＯの場合は、Ｎ５、Ｍ５、Ｓ１をセットする（Ｓ４１４、Ｓ４１５）。そして、カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍが変更された場合は（Ｓ４１６）、変位センサ４に対して設定値変更指令が出力される（Ｓ４１７）。
【００４３】
叙述の如く構成された本実施形態によれば、位置決めの対象である可動体２を移動させるアクチュエータ３と、可動体２の変位を検出する変位センサ４と、変位センサ４の検出信号に応じてアクチュエータ３の動作を制御し、可動体２を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置５と、を備える位置決め制御システム１において、変位センサ４は、検出コイルＬとコンデンサＣとを接続してなる共振回路６を駆動し、該共振回路６から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、共振回路６に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路６から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段と、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段とを備え、位置決め制御装置５は、可動体２の目標位置Ｔに対する検出位置Ｋの偏差Ｈに応じて、変位センサ４にカウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令手段と、繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段とを備え、カウント数変更指令手段及び繰り返し回数変更指令手段が偏差Ｈの減少に応じてカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを増加させるので、位置決め制御の開始当初は、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを少なくすることにり、変位センサ４の応答速度を高め、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを多くし、変位センサ４の検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体２の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００４４】
また、位置決め制御装置５は、偏差Ｈの減少に応じて可動体２の移動速度Ｓを遅くするので、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍの増加、すなわち変位センサ４における応答性の低下に応じて、可動体２の移動速度Ｓを自動的に遅くすることができる。その結果、変位センサ４の応答性と可動体２の移動速度Ｓとの不適合を回避し、高精度かつ高速な位置決め制御が可能になる。
【００４５】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されないことは勿論であって、例えば、本実施形態の変位センサは、検出回路から出力される駆動信号で共振回路を直接駆動しているが、検出コイルとは別個に設けられる励磁コイルを駆動し、該駆動に応じて励磁コイルから発生する交流磁界の変化を検出コイル（共振回路）で検出する変位センサも好適に用いることができる。また、前記実施形態では、一回の検出処理において自由振動波カウント処理をＭ回繰り返すが、本発明は、一回の検出処理において自由振動波カウント処理を繰り返さない変位センサでも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】位置決め制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】駆動パルス信号波形（ａ点）及び共振回路の振動波形（ｂ点）を示す説明図である。
【図３】十数個目の自由振動波を拡大した説明図である。
【図４】検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図である。
【図５】検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図である。
【図６】自由振動波形（ｂ点）と比較器出力（ｃ点）の関係を示す説明図である。
【図７】検出コイルに金属が近接していないときの比較器出力を示す拡大図である。
【図８】検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとの比較器出力を示す説明図である。
【図９】検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとの比較器出力を示す説明図である。
【図１０】金属の近接距離と位相ズレの関係を示すグラフである。
【図１１】自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用を示す説明図である。
【図１２】検出回路の検出処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】検出回路の設定値変更処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】位置決め制御装置における位置決め制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】位置決め制御装置における設定値変更指令出力の処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、位置決め制御装置における設定値変更指令出力の作用説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 位置決め制御システム
２ 可動体
３ アクチュエータ
４ 変位センサ
５ 位置決め制御装置
６ 共振回路
７ 検出回路
Ｃ コンデンサ
Ｌ 検出コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
製造設備などの設備装置においては、ワーク、金型などの可動体を所定の目標位置に位置決めするために、位置決め制御システムが組み込まれている。位置決め制御システムは、例えば、可動体を移動させるアクチュエータと、可動体の変位を検出する変位センサと、変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置とを備えて構成される。そして、高精度な位置決めが要求される場合は、可動体の位置を高精度に検出可能な変位センサが選定され、さらに、使用環境がクリーンでない場合は、耐環境性にも優れた変位センサを選定する必要がある。
【０００３】
検出精度及び耐環境性に優れる変位センサとしては、金属の変位を磁気的に検出する磁気式変位センサ（渦電流センサ）が知られている。例えば、検出コイルを含む高周波発振回路を備えた高周波発振型の磁気式変位センサは、金属と検出コイルとの距離に応じて、高周波発振回路の発振振幅や発振周波数が変化することを利用し、金属の変位を検出するようになっている。また、高周波発振回路の発振振幅や発振周波数は、金属との距離に応じて変化するだけでなく、金属の材質（透磁率、導電率などの違い）に応じて変化するため、例えば、振幅測定方式の磁気式変位センサでは、磁性金属（鉄など）の変位を良好に検出でき、周波数測定方式の磁気式変位センサでは、非磁性金属（アルミなど）の変位を良好に検出することができる。
【０００４】
しかしながら、従来における周波数測定方式の磁気式変位センサは、高周波発振を継続しつつ、その僅かな位相ズレを測定しているため、同期検波回路などの複雑な回路が必要になり、振幅測定方式の磁気式変位センサに比べて、著しく高価になるという問題がある。また、僅かな位相ズレをデジタル回路で検出することも可能ではあるが、この場合には、極めて高速で動作するカウンタやＣＰＵが必要になるため、却ってコスト高となる可能性がある。
【０００５】
そこで、本出願人は、検出コイルにコンデンサを接続してなる共振回路と、該共振回路に対して駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、該駆動信号出力手段の信号出力停止後に前記共振回路から減衰状に出力される自由振動波にもとづいて、金属の変位（近接）に伴う振動波の位相ズレを測定する位相ズレ測定手段とを備える変位センサ（近接センサ）を過去に提案した（特許文献１参照）。そして、このような変位センサによれば、金属の変位に伴う振動波の位相ズレを簡単な回路構成で精度良く測定することが可能になる。すなわち、共振回路から減衰状に出力される自由振動波にあっては、金属の変位に伴う振動波の位相ズレが明確に現れるだけでなく、位相ズレが振動波の数だけ蓄積されるので、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレを高精度に測定することができる。
【０００６】
さらに、本出願人は、前記駆動信号出力手段の信号出力停止後に前記共振回路から出力される自由振動波の数をカウントし、所定数の自由振動波をカウントしたタイミングで、前記駆動信号出力手段に駆動信号を出力させる、という回帰動作を所定回数繰り返すことによって、自由振動波の位相ズレを増幅させる変位センサ（近接センサ）を提案した（特願２００６−２３２２６７号）。
【特許文献１】特開２００７−６８０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本出願人が過去に提案した上記の変位センサでは、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎや、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを多くすることにより、検出精度を上げることが可能であるが、その反面、カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを多くすると、一回の測定時間が長くなるため、応答性が低下してしまうという問題がある。したがって、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合には、応答速度の遅れに応じて可動体の移動速度を遅くする必要があるので、高速な位置決め動作が困難になるという問題があった。また、位置決め動作速度を優先する位置決め制御システムに適用する場合には、カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを減らす必要があるので、位置決め精度が低下してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作された本発明の位置決め制御システムは、位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、可動体の変位を検出する変位センサと、変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、を備える位置決め制御システムにおいて、前記変位センサは、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段を備え、前記位置決め制御装置は、可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令出力手段を備え、該カウント数変更指令出力手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎを増加させることを特徴とする。
このようにすると、位置決め制御の開始当初は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎを少なくし、変位センサの応答速度を高めることができるので、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎを多くし、変位センサの検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【０００９】
また、本発明の位置決め制御システムは、位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、可動体の変位を検出する変位センサと、変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、を備える位置決め制御システムにおいて、前記変位センサは、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段を備え、前記位置決め制御装置は、可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令出力手段を備え、該カウント数変更指令出力手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎを増加させることを特徴とする。
このようにすると、位置決め制御の開始当初は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎを少なくし、変位センサの応答速度を高めることができるので、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎを多くし、変位センサの検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００１０】
また、本発明の位置決め制御システムは、位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、可動体の変位を検出する変位センサと、変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、を備える位置決め制御システムにおいて、前記変位センサは、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段を備え、前記位置決め制御装置は、可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段を備え、該繰り返し回数変更指令手段が前記偏差の減少に応じて前記繰り返し回数Ｍを増加させることを特徴とする。
このようにすると、位置決め制御の開始当初は、変位センサにおける自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを少なくし、変位センサの応答速度を高めることができるので、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサにおける自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを多くし、変位センサの検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００１１】
また、本発明の位置決め制御システムは、位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、可動体の変位を検出する変位センサと、変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、を備える位置決め制御システムにおいて、前記変位センサは、検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段と、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段とを備え、前記位置決め制御装置は、可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令手段と、前記繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段とを備え、カウント数変更指令手段及び繰り返し回数変更指令手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎ及び／又は繰り返し回数Ｍを増加させることを特徴とする。
このようにすると、位置決め制御の開始当初は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを少なくし、変位センサの応答速度を高めることができるので、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを多くし、変位センサの検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
また、前記位置決め制御装置は、前記偏差の減少に応じて可動体の移動速度を遅くすることを特徴とする。
このようにすると、変位センサにおける自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍの増加、すなわち変位センサにおける応答性の低下に応じて、可動体の移動速度を自動的に遅くするので、変位センサの応答性と可動体の移動速度との不適合を回避でき、その結果、高精度かつ高速な位置決め制御が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１４】
［位置決め制御システム］
図１は、位置決め制御システムの構成を示すブロック図である。この図に示される位置決め制御システム１は、位置決めの対象である可動体２を移動させるアクチュエータ３と、可動体２の変位を検出する変位センサ４と、変位センサ４の検出信号に応じてアクチュエータ３の動作を制御し、可動体２を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置５とを備えて構成されている。なお、可動体２やアクチュエータ３は、本発明の位置決め制御システム１を適用する設備装置に応じて、適宜変更されるものである。例えば、製造設備においては、ワーク、金型などを可動体２とし、該可動体２を、電動アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータなどのアクチュエータ３で移動させる。
【００１５】
［変位センサ］
変位センサ４は、金属の変位を検出する磁気式変位センサ（渦電流センサ）であって、共振回路６及び検出回路７を備えて構成されている。共振回路６は、検出コイルＬにコンデンサＣを接続して構成され、検出回路７から出力される駆動信号により駆動される。検出回路７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、比較器（コンパレータ）などが内蔵された１チップマイコンを用いて構成され、ＲＯＭに書き込まれたプログラムに従い、後述する位相ズレ検出処理を行う。
【００１６】
検出回路７は、共振回路６を駆動し、該共振回路６から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて、金属の変位を検出するにあたり、共振回路６に対して所定数（一又は複数）の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路６から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するようになっている。これにより、振動波の位相ズレ成分を簡単な回路構成で精度良く検出することが可能になる。すなわち、共振回路６から減衰状に出力される自由振動波にあっては、強制振動波に比して位相ズレ成分が明確に現れるだけでなく、位相ズレ成分が振動波の数だけ蓄積されるので、回路構成が複雑な同期検波回路や、高速なカウンタを持たない安価なデジタル回路でも、位相ズレ成分を高精度に検出することができる。
【００１７】
また、検出回路７は、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させるようになっている。このようにすると、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを増やすだけで、位相ズレ成分の検出精度をさらに向上させることができる。
【００１８】
さらに、本発明の変位センサ４には、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段と、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段とが備えられている。このようにすると、使用条件に応じて自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを変更し、変位センサ４の測定精度や応答性能を調整することができる。例えば、測定精度が優先される用途では、一回の検出処理における合計カウント数（Ｎ×Ｍ）が多くなるように自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを増やし、また、応答性能が優先される用途では、一回の検出処理における合計カウント数（Ｎ×Ｍ）が少なくなるように自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを減らすことができる。また、自由振動波の減衰が大きく、自由振動波のカウント数Ｎを多くできない状況にあっては、自由振動波カウント数Ｎを減らし、かつ、繰り返し回数Ｍを増やすことにより、要求精度を満たすことができる。
【００１９】
次に、変位センサ４の具体的な構成について説明する。
【００２０】
共振回路６は、検出コイルＬにコンデンサＣを並列に接続した並列共振回路であってもよいが、検出コイルＬにコンデンサＣを直列に接続した直列共振回路であることが好ましい。このようにすると、直列共振回路の作用によって、最大でソース電圧（例えば５Ｖ）のＱ倍（例えば８倍）の電圧を検出コイルＬに印加できるので、共振回路６から振幅の大きい自由振動波を出力することができる。これにより、自由振動波カウント数を多くし、測定精度を更に高めることができるだけでなく、ノイズにも強いものとできる。しかも、振幅の大きい自由振動波は、増幅器を介さずに検出回路７に直接入力できるので、回路構成がよりシンプルになり、更なるコストダウンが可能になる。
【００２１】
なお、検出コイルＬに印加される最大電圧ＶＬＭＡＸは、以下に示す式で求めることができる。ただし、ω０は共振角周波数、Ｌは検出コイルＬのインダクタンス、Ｒは検出コイルＬの抵抗、ＣはコンデンサＣのキャパシタンス、ＶＳはソース電圧、Ｑは共振回路の良好度である。
【００２２】
【数１】
【００２３】
本実施形態の検出回路７は、駆動パルス信号によって共振回路６を強制振動させるにあたり、複数の駆動パルス信号により共振回路６を強制振動させた後、駆動信号出力を停止する。このようにすると、単発の駆動パルス信号で共振回路６を強制振動させる場合に比べ、強制振動波の振幅を大きくできる。特に、強制振動波の振幅が最大になるように所定の共振周波数で数発（例えば６発）の駆動パルス信号を出力すれば、駆動信号出力停止後に共振回路６から出力される自由振動波の振幅をより大きくし、測定精度を更に高めることが可能になる。
ちなみに、共振回路６を強制振動させる共振周波数ｆは、以下に示す式で求めることができる。
【００２４】
【数２】
【００２５】
自由振動波カウント数変更手段や繰り返し回数変更手段は、検出回路７内に構成することができる。この場合、検出回路７は、内部で記憶保持している自由振動波カウント数Ｎを、外部からの自由振動波カウント数変更指令信号に応じて増減させ、また、内部で記憶保持している繰り返し回数Ｍを、外部からの繰り返し回数変更指令信号に応じて増減させる。そして、検出回路７に対する自由振動波カウント数変更指令信号や繰り返し回数変更指令信号の入力は、変位センサ４（検出回路７）に接続される位置決め制御装置５から行われる。
【００２６】
次に、自由振動波における位相ズレの蓄積作用（増幅作用）について、図２〜図１０を参照して説明する。
【００２７】
図２は、駆動パルス信号波形（ａ点）及び共振回路の振動波形（ｂ点）を示す説明図である。この図に示すように、検出回路７は、所定電圧（例えば５Ｖ）の駆動パルス信号を出力し、共振回路６を強制振動させる。このとき、本実施形態では、所定の共振周波数で数発（例えば６発）の駆動パルス信号を出力することにより、検出コイルＬに最大電圧（例えば４０Ｖ）を印加させる。そして、駆動パルス信号の出力を停止した後は、共振回路６から複数の自由振動波が減衰状に出力される。
【００２８】
図３は、十数個目の自由振動波を拡大した説明図、図４は、検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図、図５は、検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図である。これらの図に示すように、共振回路６から出力される自由振動波は、十数個目であっても検出に十分な振幅を保っている。ここで、検出コイルＬに金属が近接すると、検出コイルＬから発生する磁束が近接した金属に磁気的に干渉し、自由振動波の位相が進む。金属の近接に伴う自由振動波の位相ズレは、強制振動波に比べて明確に現れるだけでなく、自由振動波の個数分だけ蓄積されるので、低速なカウンタでも高精度に位相ズレを測定することが可能になる。
【００２９】
また、図４及び図５に示すように、自由振動波の位相ズレは、検出コイルＬに金属が近づくほど大きくなるので、自由振動波の位相ズレにもとづいて、検出コイルＬと金属の距離を高精度に測定することが可能になる。図１０は、金属の近接距離（ｍｍ）と位相ズレ（μｓｅｃ）の関係を示しており、検出コイルＬに金属が近づくほど自由振動波の位相ズレが大きくなることが解る。特に、１０〜２０個目の自由振動波を見ている位相ズレデータにあっては、位相ズレが１０〜２０倍に加算されているので、極めて高精度な距離測定（変位測定）が可能になる。
【００３０】
図６は、自由振動波形（ｂ点）と比較器出力（ｃ点）の関係を示す説明図、図７は、検出コイルに金属が近接していないときの比較器出力を示す拡大図、図８は、検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとの比較器出力を示す説明図、図９は、検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとの比較器出力を示す説明図である。これらの図に示すように、共振回路６から出力される自由振動波は、十数個目であっても検出に十分な振幅を保っているので、比較器によって明確な矩形波に変換することができる。ここで、検出コイルＬに金属が近接すると、比較器出力波形の位相が進む。図８及び図９から明らかなように、金属の近接に伴う位相ズレは、自由振動波の個数が増えるほど蓄積され、測定が容易になる。
【００３１】
次に、自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用（蓄積作用）について、図１１を参照して説明する。
【００３２】
図１１は、自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用を示す説明図である。この図に示す波形は、一回の検出処理における共振回路６の出力波形であって、２発の駆動パルス信号を出力して、共振回路６を強制振動させた後、共振回路６から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、カウント数が所定数５に達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数５に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を１０回繰り返した場合の波形であり、上側の波形は、下側の波形よりも金属を近づけた場合を示している。この図から明らかなように、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数に達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数繰り返すと、自由振動波の位相ズレが増幅される。これにより、回路構成を複雑にすることなく、自由振動波カウント処理の繰り返し回数を増やすだけで、金属の近接に伴う位相ズレの測定精度を飛躍的に向上させることができる。さらに、本発明においては、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段と、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段とが備えられているので、位置決め制御状態に応じて自由振動波カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを変更し、変位センサ４の測定精度や応答性能を調整することができる。
【００３３】
次に、検出回路７の検出処理手順及び設定値変更処理手順（自由振動波カウント数変更手段及び繰り返し回数変更手段）について、図１２及び図１３を参照して説明する。
【００３４】
図１２は、検出回路の検出処理手順を示すフローチャート、図１３は、検出回路の設定値変更処理手順を示すフローチャートである。図１２に示すように、検出回路７は、まず、比較器のＲＥＦ電圧を設定した後（Ｓ１０１）、設定値変更処理（Ｓ１０２）と、カウンタクリア処理（Ｓ１０３）と、自由振動波カウント処理（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）と、自由振動波カウント処理の繰り返し処理（Ｓ１０７、Ｓ１０８）と、検出信号出力処理（Ｓ１０９、Ｓ１１０）とからなる検出処理を繰り返し実行する。
【００３５】
設定値変更処理は、図１３に示すように、位置決め制御装置５からの設定値変更指令（自由振動波カウント数変更指令及び繰り返し回数変更指令）に応じて（Ｓ２０１）、前述したカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを変更する処理である（Ｓ２０２）。なお、設定値変更指令は、変更後のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを示す絶対値指令（例えば、Ｎ＝１０、Ｍ＝１０）でもよいし、変更前のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍに対する相対値を示す相対値指令（例えば、Ｎ＝Ｎ＋５、Ｍ＝Ｍ＋５）でもよい。
【００３６】
カウンタクリア処理は、繰り返し回数カウンタ及び時間計測カウンタをクリアする処理である（Ｓ１０３）。また、自由振動波カウント処理は、強制振動波の振幅が最大になるように、共振回路６に対して所定の共振周波数で数発の駆動パルス信号を出力した後（Ｓ１０４）、自由振動波カウンタをクリアし（Ｓ１０５）、共振回路６から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントすると共に、カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する処理である（Ｓ１０６）。また、繰り返し処理は、自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングで、繰り返し回数カウンタをインクリメントすると共に（Ｓ１０７）、繰り返し回数カウンタが所定数Ｍに達したか否かを判断し（Ｓ１０８）、該判断結果がＹＥＳになるまで、自由振動波カウント処理（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）を繰り返す処理である。また、検出信号出力処理は、自由振動波カウント処理の繰り返し回数が所定数Ｍになったら、時間計測カウンタ値を読み込むと共に（Ｓ１０９）、読み込んだ時間計測カウンタ値を所定の検出信号形式（例えば、距離信号）に変換して出力する処理である（Ｓ１１０）。
【００３７】
［位置決め制御装置］
位置決め制御装置５は、変位センサ４の検出信号に応じてアクチュエータ３の動作を制御し、可動体２を所定の目標位置に位置決めする位置決め用のコントローラであって、可動体２の目標位置Ｔに対する検出位置Ｋの偏差Ｈに応じて、変位センサ４にカウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令手段と、繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段とを備えており、カウント数変更指令手段及び繰り返し回数変更指令手段は、偏差Ｈの減少に応じてカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを増加させるようになっている。
【００３８】
このようにすると、位置決め制御の開始当初は、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを少なくし、変位センサ４の応答速度を高めることができるので、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを多くし、変位センサ４の検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体２の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００３９】
位置決め制御装置５は、偏差Ｈの減少に応じて可動体２の移動速度Ｓを遅くすることが好ましい。このようにすると、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍの増加、すなわち変位センサ４における応答性の低下に応じて、可動体２の移動速度Ｓを自動的に遅くすることができるので、変位センサ４の応答性と可動体２の移動速度Ｓとの不適合を回避し、高精度かつ高速な位置決め制御が可能になる。
【００４０】
次に、位置決め制御装置５の位置決め制御処理手順及び設定値変更指令処理手順（自由振動波カウント数変更指令出力手段及び繰り返し回数変更指令出力手段）について、図１４〜図１７を参照して説明する。ただし、Ｎ１〜Ｎ５（Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４＜Ｎ５）は、カウント数Ｎを変更するための設定値、Ｍ１〜Ｍ５（Ｍ１＜Ｍ２＜Ｍ３＜Ｍ４＜Ｍ５）は、繰り返し回数Ｍを変更するための設定値、Ｓ１〜Ｓ５（Ｓ１＜Ｓ２＜Ｓ３＜Ｓ４＜Ｓ５）は、移動速度Ｓを変更するための設定値、Ｈ１〜Ｈ４（Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３＜Ｈ４）は、偏差Ｈの大きさを判断するための設定値である。また、本実施形態では、偏差Ｈに応じてカウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍを変更するが、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍのいずれかを変更するようにしてもよい。
【００４１】
図１４は、位置決め制御装置における位置決め制御の処理手順を示すフローチャート、図１５は、位置決め制御装置における設定値変更指令出力の処理手順を示すフローチャート、図１６の（Ａ）及び（Ｂ）は、位置決め制御装置における設定値変更指令出力の作用説明図である。図１４に示すように、位置決め制御では、まず、後述する設定値変更指令出力処理（Ｓ３０１）を実行した後、変位センサ４による可動体２の検出位置（検出距離）Ｋを入力する（Ｓ３０２）。次に、変位センサ４の検出位置Ｋと、予め設定される目標位置（目標距離）Ｔとを比較し、両位置が一致しているか否かを判断する（Ｓ３０３）。この判断結果がＮＯである場合は、検出位置Ｋが目標位置Ｔよりも上手側であるか否かを判断し（Ｓ３０４）、該判断結果がＹＥＳの場合は、アクチュエータ３を前進方向に動作させる一方（Ｓ３０５）、判断結果がＮＯの場合は、アクチュエータ３を後退方向動作させる（Ｓ３０６）。そして、検出位置Ｋが目標位置Ｔに一致したら、アクチュエータ３を停止させた後（Ｓ３０７）、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度Ｓに初期値であるＮ１、Ｍ１、Ｓ５をセットし（Ｓ３０８、Ｓ３０９）、一連の位置決め動作を終了する。
【００４２】
図１５に示すように、設定値変更指令出力処理では、まず、前述したカウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍが未設定であるか否かを判断する（Ｓ４０１）。この判断結果がＹＥＳの場合は、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度Ｓに初期値であるＮ１、Ｍ１、Ｓ５をセットする（Ｓ４０２、Ｓ４０３）。カウント数Ｎ及び繰り返し回数Ｍが設定済みである場合は、偏差Ｈ（Ｈ＝Ｔ−Ｋ）がＨ４以上であるか否かを判断し（Ｓ４０４）、該判断結果がＹＥＳの場合も、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度Ｓに初期値であるＮ１、Ｍ１、Ｓ５をセットする（Ｓ４０２、Ｓ４０３）。また、偏差ＨがＨ４未満である場合は、偏差ＨがＨ３以上であるか否かを判断し（Ｓ４０５）、該判断結果がＹＥＳの場合は、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度ＳにＮ２、Ｍ２、Ｓ４をセットする（Ｓ４０６、Ｓ４０７）。また、偏差ＨがＨ３未満である場合は、偏差ＨがＨ２以上であるか否かを判断し（Ｓ４０８）、該判断結果がＹＥＳの場合は、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度ＳにＮ３、Ｍ３、Ｓ３をセットする（Ｓ４０９、Ｓ４１０）。また、偏差ＨがＨ２未満である場合は、偏差ＨがＨ１以上であるか否かを判断し（Ｓ４１１）、該判断結果がＹＥＳの場合は、カウント数Ｎ、繰り返し回数Ｍ及び移動速度ＳにＮ４、Ｍ４、Ｓ２をセットし（Ｓ４１２、Ｓ４１３）、ＮＯの場合は、Ｎ５、Ｍ５、Ｓ１をセットする（Ｓ４１４、Ｓ４１５）。そして、カウント数Ｎや繰り返し回数Ｍが変更された場合は（Ｓ４１６）、変位センサ４に対して設定値変更指令が出力される（Ｓ４１７）。
【００４３】
叙述の如く構成された本実施形態によれば、位置決めの対象である可動体２を移動させるアクチュエータ３と、可動体２の変位を検出する変位センサ４と、変位センサ４の検出信号に応じてアクチュエータ３の動作を制御し、可動体２を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置５と、を備える位置決め制御システム１において、変位センサ４は、検出コイルＬとコンデンサＣとを接続してなる共振回路６を駆動し、該共振回路６から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、共振回路６に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路６から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段と、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段とを備え、位置決め制御装置５は、可動体２の目標位置Ｔに対する検出位置Ｋの偏差Ｈに応じて、変位センサ４にカウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令手段と、繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段とを備え、カウント数変更指令手段及び繰り返し回数変更指令手段が偏差Ｈの減少に応じてカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを増加させるので、位置決め制御の開始当初は、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを少なくすることにり、変位センサ４の応答速度を高め、高速な位置決め動作が可能になる。また、位置決め制御の終了直前は、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍを多くし、変位センサ４の検出精度を高めることができるので、高精度な位置決めが可能になる。その結果、位置決め精度を優先する位置決め制御システムに適用する場合であっても、可動体２の移動速度を可及的に速くし、位置決め制御の所要時間を大幅に短縮することができる。
【００４４】
また、位置決め制御装置５は、偏差Ｈの減少に応じて可動体２の移動速度Ｓを遅くするので、変位センサ４における自由振動波カウント処理のカウント数Ｎや繰り返し回数Ｍの増加、すなわち変位センサ４における応答性の低下に応じて、可動体２の移動速度Ｓを自動的に遅くすることができる。その結果、変位センサ４の応答性と可動体２の移動速度Ｓとの不適合を回避し、高精度かつ高速な位置決め制御が可能になる。
【００４５】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されないことは勿論であって、例えば、本実施形態の変位センサは、検出回路から出力される駆動信号で共振回路を直接駆動しているが、検出コイルとは別個に設けられる励磁コイルを駆動し、該駆動に応じて励磁コイルから発生する交流磁界の変化を検出コイル（共振回路）で検出する変位センサも好適に用いることができる。また、前記実施形態では、一回の検出処理において自由振動波カウント処理をＭ回繰り返すが、本発明は、一回の検出処理において自由振動波カウント処理を繰り返さない変位センサでも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】位置決め制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】駆動パルス信号波形（ａ点）及び共振回路の振動波形（ｂ点）を示す説明図である。
【図３】十数個目の自由振動波を拡大した説明図である。
【図４】検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図である。
【図５】検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとの位相ズレを示す説明図である。
【図６】自由振動波形（ｂ点）と比較器出力（ｃ点）の関係を示す説明図である。
【図７】検出コイルに金属が近接していないときの比較器出力を示す拡大図である。
【図８】検出コイルに金属が近接（７ｍｍ）したときとの比較器出力を示す説明図である。
【図９】検出コイルに金属が近接（３ｍｍ）したときとの比較器出力を示す説明図である。
【図１０】金属の近接距離と位相ズレの関係を示すグラフである。
【図１１】自由振動波カウント処理の繰り返しによる位相ズレの増幅作用を示す説明図である。
【図１２】検出回路の検出処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】検出回路の設定値変更処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】位置決め制御装置における位置決め制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】位置決め制御装置における設定値変更指令出力の処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、位置決め制御装置における設定値変更指令出力の作用説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 位置決め制御システム
２ 可動体
３ アクチュエータ
４ 変位センサ
５ 位置決め制御装置
６ 共振回路
７ 検出回路
Ｃ コンデンサ
Ｌ 検出コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、
可動体の変位を検出する変位センサと、
変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、
を備える位置決め制御システムにおいて、
前記変位センサは、
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段を備え、
前記位置決め制御装置は、
可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令出力手段を備え、該カウント数変更指令出力手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎを増加させる
ことを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項２】
位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、
可動体の変位を検出する変位センサと、
変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、
を備える位置決め制御システムにおいて、
前記変位センサは、
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段を備え、
前記位置決め制御装置は、
可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令出力手段を備え、該カウント数変更指令出力手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎを増加させる
ことを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項３】
位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、
可動体の変位を検出する変位センサと、
変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、
を備える位置決め制御システムにおいて、
前記変位センサは、
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段を備え、
前記位置決め制御装置は、
可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段を備え、該繰り返し回数変更指令手段が前記偏差の減少に応じて前記繰り返し回数Ｍを増加させる
ことを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項４】
位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、
可動体の変位を検出する変位センサと、
変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、
を備える位置決め制御システムにおいて、
前記変位センサは、
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段と、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段とを備え、
前記位置決め制御装置は、
可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令手段と、前記繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段とを備え、カウント数変更指令手段及び繰り返し回数変更指令手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎ及び／又は繰り返し回数Ｍを増加させる
ことを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項５】
前記位置決め制御装置は、前記偏差の減少に応じて可動体の移動速度を遅くすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置決め制御システム。
【請求項１】
位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、
可動体の変位を検出する変位センサと、
変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、
を備える位置決め制御システムにおいて、
前記変位センサは、
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段を備え、
前記位置決め制御装置は、
可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令出力手段を備え、該カウント数変更指令出力手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎを増加させる
ことを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項２】
位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、
可動体の変位を検出する変位センサと、
変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、
を備える位置決め制御システムにおいて、
前記変位センサは、
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段を備え、
前記位置決め制御装置は、
可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令出力手段を備え、該カウント数変更指令出力手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎを増加させる
ことを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項３】
位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、
可動体の変位を検出する変位センサと、
変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、
を備える位置決め制御システムにおいて、
前記変位センサは、
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段を備え、
前記位置決め制御装置は、
可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段を備え、該繰り返し回数変更指令手段が前記偏差の減少に応じて前記繰り返し回数Ｍを増加させる
ことを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項４】
位置決めの対象である可動体を移動させるアクチュエータと、
可動体の変位を検出する変位センサと、
変位センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、可動体を所定の目標位置に位置決めする位置決め制御装置と、
を備える位置決め制御システムにおいて、
前記変位センサは、
検出コイルとコンデンサとを接続してなる共振回路を駆動し、該共振回路から出力される振動波の位相ズレ成分にもとづいて金属の変位を検出するものであって、前記共振回路に対して所定数の駆動信号を出力すると共に、駆動信号出力停止後に共振回路から減衰状に出力される自由振動波の数をカウントし、該カウント数が所定数Ｎに達したか否かを判断する自由振動波カウント処理を行い、該自由振動波カウント処理に要した時間測定にもとづいて自由振動波の位相ズレ成分を検出するにあたり、前記自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数が所定数Ｎに達したタイミングを基準として、前記自由振動波カウント処理を所定回数Ｍだけ繰り返すことにより、自由振動波の位相ズレ成分を増幅させ、さらに、一回の自由振動波カウント処理における自由振動波のカウント数Ｎを変更する自由振動波カウント数変更手段と、自由振動波カウント処理の繰り返し回数Ｍを変更する繰り返し回数変更手段とを備え、
前記位置決め制御装置は、
可動体の目標位置に対する検出位置の偏差に応じて、前記変位センサに前記カウント数Ｎの変更指令を出力するカウント数変更指令手段と、前記繰り返し回数Ｍの変更指令を出力する繰り返し回数変更指令出力手段とを備え、カウント数変更指令手段及び繰り返し回数変更指令手段が前記偏差の減少に応じて前記カウント数Ｎ及び／又は繰り返し回数Ｍを増加させる
ことを特徴とする位置決め制御システム。
【請求項５】
前記位置決め制御装置は、前記偏差の減少に応じて可動体の移動速度を遅くすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置決め制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−３１２４２（Ｐ２００９−３１２４２Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６８４４１（Ｐ２００７−２６８４４１）
【出願日】平成１９年１０月１５日（２００７．１０．１５）
【出願人】（５９１１２３２７４）株式会社アヅマシステムズ (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１５日（２００７．１０．１５）
【出願人】（５９１１２３２７４）株式会社アヅマシステムズ (31)
【Ｆターム（参考）】
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