位置決め制御装置及びレーザ加工機
【課題】
位置決め時間を短くする位置決め制御装置を提供する。
【解決手段】
モータの位置決め制御を行う閉ループ制御系の位置決め制御装置１００であって、モータの目標位置が入力される目標位置入力ブロック１と、モータの実位置及び実速度をフィードバックして、目標位置入力ブロック１に入力された目標位置とモータの実位置との偏差に応じた第一の目標指令信号を生成する制御則Ａ（１７ａ）と、モータの実位置及び実速度をフィードバックして、目標位置とモータの実位置との偏差に応じた第二の目標指令信号を生成する制御則Ｂ（１７ｂ）と、目標位置に応じて、第一の目標指令信号と第二の目標指令信号とのいずれかをモータに入力するように切り替えるスイッチブロック５とを有し、制御則Ａ及び制御則Ｂは、閉ループ制御系の極配置が互いに異なるように設定されている。
位置決め時間を短くする位置決め制御装置を提供する。
【解決手段】
モータの位置決め制御を行う閉ループ制御系の位置決め制御装置１００であって、モータの目標位置が入力される目標位置入力ブロック１と、モータの実位置及び実速度をフィードバックして、目標位置入力ブロック１に入力された目標位置とモータの実位置との偏差に応じた第一の目標指令信号を生成する制御則Ａ（１７ａ）と、モータの実位置及び実速度をフィードバックして、目標位置とモータの実位置との偏差に応じた第二の目標指令信号を生成する制御則Ｂ（１７ｂ）と、目標位置に応じて、第一の目標指令信号と第二の目標指令信号とのいずれかをモータに入力するように切り替えるスイッチブロック５とを有し、制御則Ａ及び制御則Ｂは、閉ループ制御系の極配置が互いに異なるように設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの位置決め制御装置及びレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、レーザ穴あけ加工機やレーザトリマ、レーザリペアに使用するガルバノモータの位置決め装置の開発を行っている。レーザ穴あけ加工機では、高速かつ高精度に加工を行うため、ガルバノモータの位置決め時間を短縮する最適な整定波形となるように位置決め制御を行う必要がある。
【０００３】
ところで、フィードバック制御系の設計法として、極配置法を用いる方法がある。極配置法とは、閉ループ制御系の極配置に着目して、フィードバック制御系の特性を設計する方法である。フィードバック制御系における極配置法に関しては、フィードバック制御系の固有値と位置決め応答波形との関係がよく知られている（非特許文献１参照）。この関係を利用した設計法の一例として、特許文献１がある。
【特許文献１】特開平８−６６０３号公報
【非特許文献１】演習で学ぶ現代制御理論 森北出版Ｐ６１〜Ｐ８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ加工の加工対象により、ガルバノモータの移動量は様々であり、また、レーザ加工に要求される位置決め精度も異なる。このため、モータの移動量や位置決め精度を勘案しながら、位置決めにかかる全体の時間を短くする制御方法が望まれている。
【０００５】
そこで本発明は、位置決め時間を短くする位置決め制御装置及びレーザ加工機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての位置決め制御装置は、モータの位置決め制御を行う閉ループ制御系の位置決め制御装置であって、前記モータの目標位置が入力される目標位置入力部と、前記モータの実位置及び実速度をフィードバックして、前記目標位置入力部に入力された前記目標位置と前記モータの実位置との偏差に応じた第一の目標指令信号を生成する第一の制御部と、前記モータの前記実位置及び前記実速度をフィードバックして、前記目標位置と前記モータの前記実位置との偏差に応じた第二の目標指令信号を生成する第二の制御部と、前記目標位置に応じて、前記第一の目標指令信号と前記第二の目標指令信号とのいずれかを前記モータに入力するように切り替えるスイッチ部とを有し、前記第一の制御部及び前記第二の制御部は、閉ループ制御系の極配置が互いに異なるように設定されている。
【０００７】
また、本発明の他の側面としてのレーザ加工機は、被加工面の加工を行うレーザ加工機であって、前記被加工面に照射するレーザ光を走査するミラーと、前記ミラーを回転させるモータと、前記位置決め制御装置を備え、前記モータを制御する制御部とを有する。
【０００８】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、位置決め時間を短くする位置決め制御装置及びレーザ加工機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
まず、本実施例におけるレーザ加工機の構成について説明する。図６は、本実施例におけるレーザ加工機５０の概略構成図である。レーザ加工機５０は、被加工面の加工を行うものであり、基板の切断や穴あけ、金属間の溶接など、幅広い用途に利用される。
【００１２】
本実施例のレーザ加工機５０は、Ｘ軸回転モータ２４及びＹ軸回転モータ２９を備える。Ｘ軸回転モータ２４は、Ｘ軸ミラー２３を回転駆動する。同様に、Ｙ軸回転モータ２９は、Ｙ軸ミラー２８を回転駆動する。Ｘ軸ミラー２３及びＹ軸ミラー２８は、Ｘ軸回転モータ２４及びＹ軸回転モータ２９によりそれぞれ回転駆動され、その向きが変化する。このように、Ｘ軸回転モータ２４及びＹ軸回転モータ２９は、Ｘ軸ミラー２３及びＹ軸ミラー２８をそれぞれ回転させる。
【００１３】
レーザ加工機コントローラ部２０は、所定の入力値に基づいて、Ｘ軸モータ位置指令部２１にＸ軸モータ位置に関する制御信号を出力する。同様に、レーザ加工機コントローラ部２０は、Ｙ軸モータ位置指令部２６にＹ軸モータ位置に関する制御信号を出力する。
【００１４】
また、レーザ加工機コントローラ部２０は、レーザ光ＯＮ／ＯＦＦ部３５に対してＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。レーザ光ＯＮ／ＯＦＦ部３５は、レーザ加工機コントローラ部２０からのＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて、加工用レーザ光３１のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００１５】
Ｘ軸モータ位置指令部２１は、レーザ加工機コントローラ部２０からの制御信号に基づいて、Ｘ軸モータコントローラ２２に所定の指令信号を出力する。また、Ｙ軸モータ位置指令部２６は、レーザ加工機コントローラ部２０からの制御信号に基づいて、Ｙ軸モータコントローラ２７に所定の指令信号を出力する。
【００１６】
Ｘ軸回転モータ２４は、Ｘ軸モータコントローラ２２からの制御信号に基づいて駆動制御されることにより回転する。同様に、Ｙ軸回転モータ２９は、Ｙ軸モータコントローラ２７からの制御信号に基づいて駆動制御されることにより回転する。なお、Ｘ軸モータコントローラ２２及びＹ軸モータコントローラ２７は、後述の位置決め制御装置を備え、Ｘ軸回転モータ２４及びＹ軸回転モータ２９を制御する制御部として機能する。
【００１７】
Ｘ軸ロータリエンコーダ３３は、Ｘ軸回転モータ２４の回転角度を検知する。すなわち、Ｘ軸ロータリエンコーダ３３は、Ｘ軸回転モータ２４の角度検知手段として用いられる。Ｘ軸モータコントローラ２２は、Ｘ軸ロータリエンコーダ３３により検知されるＸ軸回転モータ２４の実際の回転角度と、目標とする回転角度との差異が小さくなるように制御する。
【００１８】
Ｙ軸ロータリエンコーダ３４は、Ｙ軸回転モータ２９の回転角度を検知する。すなわち、Ｙ軸ロータリエンコーダ３４は、Ｙ軸回転モータ２９の角度検知手段として用いられる。Ｙ軸モータコントローラ２７は、Ｙ軸ロータリエンコーダ３４により検知されるＹ軸回転モータ２９の実際の回転角度と、目標とする回転角度との差異が小さくなるように制御する。
【００１９】
Ｘ軸ミラー２３は、Ｘ軸回転モータ２４の回転軸に固定されている。このため、Ｘ軸回転モータ２４が回転駆動されることにより、Ｘ軸ミラー２３は回転する。同様に、Ｙ軸ミラー２８は、Ｙ軸回転モータ２９の回転軸に固定されている。このため、Ｙ軸回転モータ２９が回転駆動されることにより、Ｙ軸ミラー２８は回転する。後述のとおり、Ｘ軸ミラー２３及びＹ軸ミラー２８は、被加工面としてのレーザ加工面３２に照射するレーザ光を走査する。
【００２０】
レーザ光ＯＮ／ＯＦＦ部３５から射出した加工用レーザ光３１は、Ｙ軸ミラー２８及びＸ軸ミラー２３で反射して、加工対象としてのレーザ加工面３２（被加工面）に照射される。加工用レーザ光３１は、Ｘ軸ミラー２３が回転することにより、レーザ加工面３２上におけるＸ軸方向（正側及び負側）に走査される。また、加工用レーザ光３１は、Ｙ軸ミラー２８が回転することにより、レーザ加工面３２上におけるＹ軸方向（正側及び負側）に走査される。このように、加工用レーザ光３１がレーザ加工面３２を照射しながらＸ軸方向及びＹ軸方向に走査されることにより、レーザ加工面３２に所定の加工が行われる。なお、レーザ加工面３２としては、金属やガラス、プラスチックなど広範の材料を選択することができる。
【００２１】
次に、本実施例における位置決め制御装置の構成について説明する。図１は、本実施例における位置決め制御装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示される位置決め制御系は、サーボモータ１６及びサーボモータ１６を位置決め制御する閉ループ制御系の位置決め制御装置１００から構成されている。
【００２３】
１は、モータの目標位置が入力される目標位置入力ブロック（目標位置入力部）である。本実施例の目標位置入力ブロック１では、目標位置指令がステップ上に入力される。
【００２４】
１７ａは制御則Ａである。制御則Ａ（１７ａ）は、積分ゲインブロック２ａ、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ａ、位置フィードバックの比例ゲインブロック４ａ、減算器ブロック１２、及び、加算器ブロック１３から構成されている。
【００２５】
１７ｂは制御則Ｂである。制御則Ｂ（１７ｂ）は、積分ゲインブロック２ｂ、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ｂ、位置フィードバックの比例ゲインブロック４ｂ、減算器ブロック１４、及び、加算ブロック１５から構成されている。
【００２６】
５は、目標位置（移動量）に応じて制御則Ａ（１７ａ）と制御則Ｂ（１７ｂ）とを切替えるスイッチブロック（スイッチ部）である。スイッチブロック５には、目標位置入力ブロック１からの出力値、制御則Ａ（１７ａ）の減算器ブロック１２の出力値、及び、制御則Ｂ（１７ｂ）の減算器ブロック１４の出力値が入力される。スイッチブロック５は、目標位置入力ブロック１からの出力値に応じて、制御則Ａ（１７ａ）と制御則Ｂ（１７ｂ）のいずれか一方の出力値を選択して出力する。
【００２７】
１６はサーボモータである。サーボモータ１６は、モータトルクブロック６及びモータイナーシャブロック７から構成されている。
【００２８】
モータトルクブロック６には、スイッチブロック５から出力された電流（目標値指令電流）が入力される。トルク定数Ｋｔのモータトルクを出力する。モータイナーシャブロック７は、サーボモータの特性であるモータイナーシャＪ０及び負荷イナーシャＪ１を有する。モータイナーシャブロック７は、モータトルクブロック６から出力されたモータトルクを入力し、加速度を出力する。
【００２９】
８は積分器ブロックである。積分器ブロック８は、サーボモータ１６（モータイナーシャブロック７）から出力されたモータ（サーボモータ１６）の加速度を入力し、モータの速度を出力する。９は積分器ブロックである。積分器ブロック９は、積分器ブロック８から出力されたモータの速度を入力し、モータの位置（実位置）を出力する。１０は、モータの位置を外部へ出力する位置出力ブロックである。このように、積分器ブロック９の出力値（位置出力ブロック１０の入力値）は、サーボモータ１６の実位置（実角度）となる。
【００３０】
１１は減算器ブロックである。減算器ブロック１１は、目標位置入力ブロック１の出力値からサーボモータ１６の実位置（積分器ブロック９の出力値）を減算し、これらの差（偏差）を積分ゲインブロック２ａ及び積分ゲインブロック２ｂに出力する。
【００３１】
積分ゲインブロック２ａは、偏差にゲインＨ（０）を乗じて積分し、減算器ブロック１２へ出力する。また、積分ゲインブロック２ｂは、偏差にゲインＨ（１）を乗じて積分し、減算器ブロック１４へ出力する。
【００３２】
積分器ブロック８から出力されたモータの速度は、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ａ、３ｂに入力される。また、積分器ブロック９から出力されたモータの位置は、位置フィードバックの比例ゲインブロック４ａ、４ｂに入力される。
【００３３】
速度フィードバックの比例ゲインブロック３ａは、モータの速度にゲインＦ１（０）を乗じて加算器ブロック１３へ出力する。また、位置フィードバックの比例ゲインブロック４ａは、モータの位置にゲインＦ２（０）を乗じて加算器ブロック１３へ出力する。加算器ブロック１３は、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ａと位置フィードバックの比例ゲインブロック４ａとを加算して、減算器ブロック１２に出力する。減算器ブロック１２は、積分ゲインブロック２ａの出力値から加算器ブロック１３の出力値を減算して、スイッチブロック５へ出力する。
【００３４】
上述と同様に、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ｂは、モータの速度にゲインＦ１（１）を乗じて加算ブロック１５へ出力する。また、位置フィードバックの比例ゲインブロック４ｂは、モータの位置にゲインＦ２（１）を乗じて加算ブロック１５へ出力する。加算ブロック１５は、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ｂと位置フィードバックの比例ゲインブロック４ｂとを加算して、減算器ブロック１４に出力する。減算器ブロック１４は、積分ゲインブロック２ｂの出力値から加算ブロック１５の出力値を減算して、スイッチブロック５へ出力する。
【００３５】
このように、制御則Ａ（第一の制御部）は、モータの実位置及び実速度をフィードバックして、目標位置入力ブロック１に入力された目標位置とモータの実位置との偏差に応じた第一の目標指令信号（減算器ブロック１２の出力値）を生成する。また、制御則Ｂ（第二の制御部）は、モータの実位置及び実速度をフィードバックして、目標位置入力ブロック１に入力された目標位置とモータの実位置との偏差に応じた第二の目標指令信号（減算器ブロック１４の出力値）を生成する。
【００３６】
次に、位置決め制御装置１００の動作について説明する。
【００３７】
目標位置指令が目標位置入力ブロック１においてステップ上に入力されると、目標位置（移動量）に応じて２つの制御則Ａ（１７ａ）又は制御則Ｂ（１７ｂ）のいずれか一方の出力値がスイッチブロック５により選択される。すなわち、スイッチブロック５は、目標位置（移動量）に応じて、第一の目標指令信号（減算器ブロック１２の出力値）と第二の目標指令信号（減算器ブロック１４の出力値）のいずれかをモータに入力するように切り替える。制御則Ａ（１７ａ）及び制御則Ｂ（１７ｂ）の出力値のうち選択された一方は、モータへの指令電流として、サーボモータ１６へ通電される。
【００３８】
この指令電流をサーボモータ１６へ通電することにより、モータの加速度、速度、及び、位置のそれぞれを得ることができる。モータの速度及び位置は、フィードバック要素として、制御則Ａ（１７ａ）及び制御則Ｂ（１７ｂ）へ戻される。
【００３９】
スイッチブロック５により制御則Ａ（１７ａ）が選択されている場合、目標位置入力ブロック１からモータの位置出力ブロック１０までの入出力伝達関数Ｇ０（ｓ）は、次の式（１）で表される。
【００４０】
【数１】
【００４１】
一方、スイッチブロック５により制御則Ｂ（１７ｂ）が選択されている場合、目標位置入力ブロック１からモータの位置出力ブロック１０までの入出力伝達関数Ｇ１（ｓ）は、次の式（１’）で表される。
【００４２】
【数２】
【００４３】
式（１）、（１’）において、定数Ｋは、Ｋ＝Ｋｔ／（Ｊ０＋Ｊ１）で表されるモータ特性の定数である。
【００４４】
式（１）より、制御則Ａ（１７ａ）における入出力伝達関数Ｇ０（ｓ）の特性方程式は、式（２）のように表される。
【００４５】
【数３】
【００４６】
ここで、式（２）における方程式の根ｓを、α０、β０±ｉγ０（ｉ：虚数記号）とすると、入出力伝達関数Ｇ０（ｓ）の極をα０、β０±ｉγ０と配置することとなり、式（２）は式（３）のように表される。
【００４７】
【数４】
【００４８】
式（３）をｓに関してまとめると、式（４）のように表される。
【００４９】
【数５】
【００５０】
式（２）と式（４）との係数を比較することにより、ゲインＦ１（０）、Ｆ２（０）、Ｈ（０）を求めることができる。ゲインＦ１（０）、Ｆ２（０）、Ｈ（０）は、それぞれ、以下の式（５）、（６）、（７）のように表される。
【００５１】
【数６】
【００５２】
【数７】
【００５３】
【数８】
【００５４】
同様に、制御則Ｂ（１７ｂ）における入出力伝達関数Ｇ１（ｓ）の特性方程式は、式（２’）のように表される。
【００５５】
【数９】
【００５６】
ここで、式（２’）における方程式の根ｓを、α１、β１±ｉγ１（ｉ：虚数記号）とすると、入出力伝達関数Ｇ１（ｓ）の極をα１、β１±ｉγ１と配置することとなり、式（２’）は式（３’）のように表される。
【００５７】
【数１０】
【００５８】
式（３’）をｓに関してまとめると、式（４’）のように表される。
【００５９】
【数１１】
【００６０】
式（２’）と式（４’）との係数を比較することにより、ゲインＦ１（１）、Ｆ２（１）、Ｈ（１）を求めることができる。ゲインＦ１（１）、Ｆ２（１）、Ｈ（１）は、それぞれ、以下の式（５’）、（６’）、（７’）のように表される。
【００６１】
【数１２】
【００６２】
【数１３】
【００６３】
【数１４】
【００６４】
ここで、上記各式に具体的な数値を代入して考える。モータトルクＫｔを０．０４１［Ｎｍ／Ａ］、モータイナーシャＪ０を１５［ｇｃｍ−ｓｑ］、負荷イナーシャＪ１を１０［ｇｃｍ−ｓｑ］とする。また、モータの目標位置（移動量）は０．５［ｍｒａｄ］、５［ｍｒａｄ］の２種類、必要な位置決め精度は１５［μｒａｄ］であるとする。
【００６５】
制御則Ａ（１７ａ）の極配置（α０、β０±ｉγ０）について、α０＝β０＝γ０＝−１００００とする。このとき、制御則Ａ（１７ａ）の入出力伝達関数Ｇ０（ｓ）は、以下の式（８）で表される。
【００６６】
【数１５】
【００６７】
また、制御則Ｂ（１７ｂ）の極配置（α１、β１±ｉγ１）について、α１＝β１＝−１００００、γ１＝√２・α１（２１／２・α１）とする。このとき、制御則Ｂ（１７ｂ）の入出力伝達関数Ｇ１（ｓ）は、以下の式（８’）で表される。
【００６８】
【数１６】
【００６９】
位置決め制御装置１００が式（８）で表される入出力伝達関数Ｇ０（ｓ）を有する場合、目標位置（移動量）を０．５［ｍｒａｄ］、５［ｍｒａｄ］として制御則Ａ（１７ａ）で制御したとき、整定波形は、図２及び図３のようになる。
【００７０】
図２は、移動開始から目標位置に至るまでの偏差と時間との関係（整定波形の全体）を示す。図３は、目標位置付近での偏差と時間との関係（図２の整定波形の拡大図）を示す。
【００７１】
図３に示されるように、必要な位置決め精度に到達する位置決め時間は、目標位置（移動量）が０．５［ｍｒａｄ］の場合に４１０［μｓｅｃ］であり、また、目標位置（移動量）が５［ｍｒａｄ］の場合に５３０［μｓｅｃ］である。
【００７２】
一方、位置決め制御装置１００が式（８’）で表される入出力伝達関数Ｇ１（ｓ）を有する場合、目標位置（移動量）を０．５［ｍｒａｄ］、５［ｍｒａｄ］として制御則Ｂ（１７ｂ）で制御したとき、整定波形は
図４及び図５のようになる。
【００７３】
図４は、移動開始から目標位置に至るまでの偏差と時間との関係（整定波形の全体）を示す。図５は、目標位置付近での偏差と時間との関係（図４の整定波形の拡大図）を示す。
【００７４】
図５に示されるように、必要な位置決め精度に到達する位置決め時間は、目標位置（移動量）が０．５［ｍｒａｄ］の場合に３３０［μｓｅｃ］であり、また、目標位置（移動量）が５［ｍｒａｄ］の場合に６６０［μｓｅｃ］である。
【００７５】
このように、本実施例において、目標位置（移動量）が５［ｍｒａｄ］の場合、制御則Ａを選択したほうが位置決め時間を短縮することができる。一方、目標位置（移動量）が０．５［ｍｒａｄ］の場合、制御則Ｂを選択したほうが位置決め時間を短縮することができる。
【００７６】
上述のとおり、制御則Ａ（第一の制御部）及び制御則Ｂ（第二の制御部）は、閉ループ制御系の極配置が互いに異なるように設定されている。このため、制御則Ａは、目標位置が第一の目標位置（移動量：５ｍｒａｄ）であるとき、モータの位置決め制御に必要な位置決め時間は、制御則Ｂの場合よりも短い。一方、制御則Ｂは、目標位置が第二の目標位置（移動量：０．５ｍｒａｄ）であるとき、位置決め時間は、制御則Ａの場合よりも短い。
【００７７】
本実施例では、例えば、目標位置（移動量）が０．５［ｍｒａｄ］以下の場合に制御則Ｂを用い、０．５［ｍｒａｄ］より大きい場合に制御則Ａを用いることにより、位置決め時間の大幅な短縮が可能となる。すなわち、１つの制御則のみで位置決め制御装置を設計するよりも、制御則Ａ及び制御則Ｂの２つの制御則を用いて目標位置（移動量）に基づいて切り替えるように構成することが好ましい。
【００７８】
本実施例では、説明を簡略化するために２つの制御則を用いているが、これに限定されるものではない。３つ以上の制御則を用いることもできる。制御則を増やすことにより、目標位置（移動量）毎により最適な整定波形を調整することが可能となる。また、本実施例では、目標位置に基づいてスイッチブロック５を切り替えるように構成しているが、これに限定されるものでない。例えば、要求される位置決め精度に応じてスイッチブロック５を切り替えるように構成することもできる。
【００７９】
本実施例のような閉ループ制御系において、位置指令に対する整定波形は、極配置により決定される。このため、本実施例の位置決め制御装置によれば、目標位置（移動量）又は位置決め精度に対して、位置決め時間を短縮する最適な整定波形を構成するように閉ループ制御系の極配置を目標位置（移動量）毎に切替えることができる。したがって、位置決め時間を短くする位置決め制御装置を提供することができる。
【００８０】
本実施例のレーザ加工機は、上述の位置決め制御装置を備えるため、目標位置（移動量）又は位置決め精度に応じて制御則を簡便に調整及び切替え可能となる。このため、目標位置又は加工対象が要求する位置決め精度によって制御則を切替え、必要な精度を実現した上で加工機の生産性能を改善することができる。したがって、位置決め時間を短くするレーザ加工機を提供することができる。
【００８１】
以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本実施例における位置決め制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例の制御則Ａを用いた場合において、移動開始から目標位置に至るまでの偏差と時間との関係（整定波形の全体）を示す。
【図３】本実施例の制御則Ａを用いた場合において、目標位置付近での偏差と時間との関係（図２の整定波形の拡大図）を示す。
【図４】本実施例の制御則Ｂを用いた場合において、移動開始から目標位置に至るまでの偏差と時間との関係（整定波形の全体）を示す。
【図５】本実施例の制御則Ｂを用いた場合において、目標位置付近での偏差と時間との関係（図４の整定波形の拡大図）を示す。
【図６】本実施例におけるレーザ加工機の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 目標位置入力ブロック
２ａ、２ｂ 積分ゲインブロック
３ａ、３ｂ 速度フィードバックの比例ゲインブロック
４ａ、４ｂ 位置フィードバックの比例ゲインブロック
５ スイッチブロック
６ モータトルクブロック
７ モータイナーシャブロック
８、９ 積分器ブロック
１０ 位置出力ブロック
１１、１２、１４ 減算器ブロック
１３、１５ 加算器ブロック
１６ サーボモータ
１７ａ 制御則Ａ
１７ｂ 制御則Ｂ
２３ Ｘ軸ミラー
２４ Ｘ軸回転モータ
２８ Ｙ軸ミラー
２９ Ｙ軸回転モータ
３２ レーザ加工面
５０ レーザ加工機
１００ 位置決め制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの位置決め制御装置及びレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、レーザ穴あけ加工機やレーザトリマ、レーザリペアに使用するガルバノモータの位置決め装置の開発を行っている。レーザ穴あけ加工機では、高速かつ高精度に加工を行うため、ガルバノモータの位置決め時間を短縮する最適な整定波形となるように位置決め制御を行う必要がある。
【０００３】
ところで、フィードバック制御系の設計法として、極配置法を用いる方法がある。極配置法とは、閉ループ制御系の極配置に着目して、フィードバック制御系の特性を設計する方法である。フィードバック制御系における極配置法に関しては、フィードバック制御系の固有値と位置決め応答波形との関係がよく知られている（非特許文献１参照）。この関係を利用した設計法の一例として、特許文献１がある。
【特許文献１】特開平８−６６０３号公報
【非特許文献１】演習で学ぶ現代制御理論 森北出版Ｐ６１〜Ｐ８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ加工の加工対象により、ガルバノモータの移動量は様々であり、また、レーザ加工に要求される位置決め精度も異なる。このため、モータの移動量や位置決め精度を勘案しながら、位置決めにかかる全体の時間を短くする制御方法が望まれている。
【０００５】
そこで本発明は、位置決め時間を短くする位置決め制御装置及びレーザ加工機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての位置決め制御装置は、モータの位置決め制御を行う閉ループ制御系の位置決め制御装置であって、前記モータの目標位置が入力される目標位置入力部と、前記モータの実位置及び実速度をフィードバックして、前記目標位置入力部に入力された前記目標位置と前記モータの実位置との偏差に応じた第一の目標指令信号を生成する第一の制御部と、前記モータの前記実位置及び前記実速度をフィードバックして、前記目標位置と前記モータの前記実位置との偏差に応じた第二の目標指令信号を生成する第二の制御部と、前記目標位置に応じて、前記第一の目標指令信号と前記第二の目標指令信号とのいずれかを前記モータに入力するように切り替えるスイッチ部とを有し、前記第一の制御部及び前記第二の制御部は、閉ループ制御系の極配置が互いに異なるように設定されている。
【０００７】
また、本発明の他の側面としてのレーザ加工機は、被加工面の加工を行うレーザ加工機であって、前記被加工面に照射するレーザ光を走査するミラーと、前記ミラーを回転させるモータと、前記位置決め制御装置を備え、前記モータを制御する制御部とを有する。
【０００８】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、位置決め時間を短くする位置決め制御装置及びレーザ加工機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
まず、本実施例におけるレーザ加工機の構成について説明する。図６は、本実施例におけるレーザ加工機５０の概略構成図である。レーザ加工機５０は、被加工面の加工を行うものであり、基板の切断や穴あけ、金属間の溶接など、幅広い用途に利用される。
【００１２】
本実施例のレーザ加工機５０は、Ｘ軸回転モータ２４及びＹ軸回転モータ２９を備える。Ｘ軸回転モータ２４は、Ｘ軸ミラー２３を回転駆動する。同様に、Ｙ軸回転モータ２９は、Ｙ軸ミラー２８を回転駆動する。Ｘ軸ミラー２３及びＹ軸ミラー２８は、Ｘ軸回転モータ２４及びＹ軸回転モータ２９によりそれぞれ回転駆動され、その向きが変化する。このように、Ｘ軸回転モータ２４及びＹ軸回転モータ２９は、Ｘ軸ミラー２３及びＹ軸ミラー２８をそれぞれ回転させる。
【００１３】
レーザ加工機コントローラ部２０は、所定の入力値に基づいて、Ｘ軸モータ位置指令部２１にＸ軸モータ位置に関する制御信号を出力する。同様に、レーザ加工機コントローラ部２０は、Ｙ軸モータ位置指令部２６にＹ軸モータ位置に関する制御信号を出力する。
【００１４】
また、レーザ加工機コントローラ部２０は、レーザ光ＯＮ／ＯＦＦ部３５に対してＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。レーザ光ＯＮ／ＯＦＦ部３５は、レーザ加工機コントローラ部２０からのＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて、加工用レーザ光３１のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００１５】
Ｘ軸モータ位置指令部２１は、レーザ加工機コントローラ部２０からの制御信号に基づいて、Ｘ軸モータコントローラ２２に所定の指令信号を出力する。また、Ｙ軸モータ位置指令部２６は、レーザ加工機コントローラ部２０からの制御信号に基づいて、Ｙ軸モータコントローラ２７に所定の指令信号を出力する。
【００１６】
Ｘ軸回転モータ２４は、Ｘ軸モータコントローラ２２からの制御信号に基づいて駆動制御されることにより回転する。同様に、Ｙ軸回転モータ２９は、Ｙ軸モータコントローラ２７からの制御信号に基づいて駆動制御されることにより回転する。なお、Ｘ軸モータコントローラ２２及びＹ軸モータコントローラ２７は、後述の位置決め制御装置を備え、Ｘ軸回転モータ２４及びＹ軸回転モータ２９を制御する制御部として機能する。
【００１７】
Ｘ軸ロータリエンコーダ３３は、Ｘ軸回転モータ２４の回転角度を検知する。すなわち、Ｘ軸ロータリエンコーダ３３は、Ｘ軸回転モータ２４の角度検知手段として用いられる。Ｘ軸モータコントローラ２２は、Ｘ軸ロータリエンコーダ３３により検知されるＸ軸回転モータ２４の実際の回転角度と、目標とする回転角度との差異が小さくなるように制御する。
【００１８】
Ｙ軸ロータリエンコーダ３４は、Ｙ軸回転モータ２９の回転角度を検知する。すなわち、Ｙ軸ロータリエンコーダ３４は、Ｙ軸回転モータ２９の角度検知手段として用いられる。Ｙ軸モータコントローラ２７は、Ｙ軸ロータリエンコーダ３４により検知されるＹ軸回転モータ２９の実際の回転角度と、目標とする回転角度との差異が小さくなるように制御する。
【００１９】
Ｘ軸ミラー２３は、Ｘ軸回転モータ２４の回転軸に固定されている。このため、Ｘ軸回転モータ２４が回転駆動されることにより、Ｘ軸ミラー２３は回転する。同様に、Ｙ軸ミラー２８は、Ｙ軸回転モータ２９の回転軸に固定されている。このため、Ｙ軸回転モータ２９が回転駆動されることにより、Ｙ軸ミラー２８は回転する。後述のとおり、Ｘ軸ミラー２３及びＹ軸ミラー２８は、被加工面としてのレーザ加工面３２に照射するレーザ光を走査する。
【００２０】
レーザ光ＯＮ／ＯＦＦ部３５から射出した加工用レーザ光３１は、Ｙ軸ミラー２８及びＸ軸ミラー２３で反射して、加工対象としてのレーザ加工面３２（被加工面）に照射される。加工用レーザ光３１は、Ｘ軸ミラー２３が回転することにより、レーザ加工面３２上におけるＸ軸方向（正側及び負側）に走査される。また、加工用レーザ光３１は、Ｙ軸ミラー２８が回転することにより、レーザ加工面３２上におけるＹ軸方向（正側及び負側）に走査される。このように、加工用レーザ光３１がレーザ加工面３２を照射しながらＸ軸方向及びＹ軸方向に走査されることにより、レーザ加工面３２に所定の加工が行われる。なお、レーザ加工面３２としては、金属やガラス、プラスチックなど広範の材料を選択することができる。
【００２１】
次に、本実施例における位置決め制御装置の構成について説明する。図１は、本実施例における位置決め制御装置１００の概略構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示される位置決め制御系は、サーボモータ１６及びサーボモータ１６を位置決め制御する閉ループ制御系の位置決め制御装置１００から構成されている。
【００２３】
１は、モータの目標位置が入力される目標位置入力ブロック（目標位置入力部）である。本実施例の目標位置入力ブロック１では、目標位置指令がステップ上に入力される。
【００２４】
１７ａは制御則Ａである。制御則Ａ（１７ａ）は、積分ゲインブロック２ａ、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ａ、位置フィードバックの比例ゲインブロック４ａ、減算器ブロック１２、及び、加算器ブロック１３から構成されている。
【００２５】
１７ｂは制御則Ｂである。制御則Ｂ（１７ｂ）は、積分ゲインブロック２ｂ、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ｂ、位置フィードバックの比例ゲインブロック４ｂ、減算器ブロック１４、及び、加算ブロック１５から構成されている。
【００２６】
５は、目標位置（移動量）に応じて制御則Ａ（１７ａ）と制御則Ｂ（１７ｂ）とを切替えるスイッチブロック（スイッチ部）である。スイッチブロック５には、目標位置入力ブロック１からの出力値、制御則Ａ（１７ａ）の減算器ブロック１２の出力値、及び、制御則Ｂ（１７ｂ）の減算器ブロック１４の出力値が入力される。スイッチブロック５は、目標位置入力ブロック１からの出力値に応じて、制御則Ａ（１７ａ）と制御則Ｂ（１７ｂ）のいずれか一方の出力値を選択して出力する。
【００２７】
１６はサーボモータである。サーボモータ１６は、モータトルクブロック６及びモータイナーシャブロック７から構成されている。
【００２８】
モータトルクブロック６には、スイッチブロック５から出力された電流（目標値指令電流）が入力される。トルク定数Ｋｔのモータトルクを出力する。モータイナーシャブロック７は、サーボモータの特性であるモータイナーシャＪ０及び負荷イナーシャＪ１を有する。モータイナーシャブロック７は、モータトルクブロック６から出力されたモータトルクを入力し、加速度を出力する。
【００２９】
８は積分器ブロックである。積分器ブロック８は、サーボモータ１６（モータイナーシャブロック７）から出力されたモータ（サーボモータ１６）の加速度を入力し、モータの速度を出力する。９は積分器ブロックである。積分器ブロック９は、積分器ブロック８から出力されたモータの速度を入力し、モータの位置（実位置）を出力する。１０は、モータの位置を外部へ出力する位置出力ブロックである。このように、積分器ブロック９の出力値（位置出力ブロック１０の入力値）は、サーボモータ１６の実位置（実角度）となる。
【００３０】
１１は減算器ブロックである。減算器ブロック１１は、目標位置入力ブロック１の出力値からサーボモータ１６の実位置（積分器ブロック９の出力値）を減算し、これらの差（偏差）を積分ゲインブロック２ａ及び積分ゲインブロック２ｂに出力する。
【００３１】
積分ゲインブロック２ａは、偏差にゲインＨ（０）を乗じて積分し、減算器ブロック１２へ出力する。また、積分ゲインブロック２ｂは、偏差にゲインＨ（１）を乗じて積分し、減算器ブロック１４へ出力する。
【００３２】
積分器ブロック８から出力されたモータの速度は、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ａ、３ｂに入力される。また、積分器ブロック９から出力されたモータの位置は、位置フィードバックの比例ゲインブロック４ａ、４ｂに入力される。
【００３３】
速度フィードバックの比例ゲインブロック３ａは、モータの速度にゲインＦ１（０）を乗じて加算器ブロック１３へ出力する。また、位置フィードバックの比例ゲインブロック４ａは、モータの位置にゲインＦ２（０）を乗じて加算器ブロック１３へ出力する。加算器ブロック１３は、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ａと位置フィードバックの比例ゲインブロック４ａとを加算して、減算器ブロック１２に出力する。減算器ブロック１２は、積分ゲインブロック２ａの出力値から加算器ブロック１３の出力値を減算して、スイッチブロック５へ出力する。
【００３４】
上述と同様に、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ｂは、モータの速度にゲインＦ１（１）を乗じて加算ブロック１５へ出力する。また、位置フィードバックの比例ゲインブロック４ｂは、モータの位置にゲインＦ２（１）を乗じて加算ブロック１５へ出力する。加算ブロック１５は、速度フィードバックの比例ゲインブロック３ｂと位置フィードバックの比例ゲインブロック４ｂとを加算して、減算器ブロック１４に出力する。減算器ブロック１４は、積分ゲインブロック２ｂの出力値から加算ブロック１５の出力値を減算して、スイッチブロック５へ出力する。
【００３５】
このように、制御則Ａ（第一の制御部）は、モータの実位置及び実速度をフィードバックして、目標位置入力ブロック１に入力された目標位置とモータの実位置との偏差に応じた第一の目標指令信号（減算器ブロック１２の出力値）を生成する。また、制御則Ｂ（第二の制御部）は、モータの実位置及び実速度をフィードバックして、目標位置入力ブロック１に入力された目標位置とモータの実位置との偏差に応じた第二の目標指令信号（減算器ブロック１４の出力値）を生成する。
【００３６】
次に、位置決め制御装置１００の動作について説明する。
【００３７】
目標位置指令が目標位置入力ブロック１においてステップ上に入力されると、目標位置（移動量）に応じて２つの制御則Ａ（１７ａ）又は制御則Ｂ（１７ｂ）のいずれか一方の出力値がスイッチブロック５により選択される。すなわち、スイッチブロック５は、目標位置（移動量）に応じて、第一の目標指令信号（減算器ブロック１２の出力値）と第二の目標指令信号（減算器ブロック１４の出力値）のいずれかをモータに入力するように切り替える。制御則Ａ（１７ａ）及び制御則Ｂ（１７ｂ）の出力値のうち選択された一方は、モータへの指令電流として、サーボモータ１６へ通電される。
【００３８】
この指令電流をサーボモータ１６へ通電することにより、モータの加速度、速度、及び、位置のそれぞれを得ることができる。モータの速度及び位置は、フィードバック要素として、制御則Ａ（１７ａ）及び制御則Ｂ（１７ｂ）へ戻される。
【００３９】
スイッチブロック５により制御則Ａ（１７ａ）が選択されている場合、目標位置入力ブロック１からモータの位置出力ブロック１０までの入出力伝達関数Ｇ０（ｓ）は、次の式（１）で表される。
【００４０】
【数１】
【００４１】
一方、スイッチブロック５により制御則Ｂ（１７ｂ）が選択されている場合、目標位置入力ブロック１からモータの位置出力ブロック１０までの入出力伝達関数Ｇ１（ｓ）は、次の式（１’）で表される。
【００４２】
【数２】
【００４３】
式（１）、（１’）において、定数Ｋは、Ｋ＝Ｋｔ／（Ｊ０＋Ｊ１）で表されるモータ特性の定数である。
【００４４】
式（１）より、制御則Ａ（１７ａ）における入出力伝達関数Ｇ０（ｓ）の特性方程式は、式（２）のように表される。
【００４５】
【数３】
【００４６】
ここで、式（２）における方程式の根ｓを、α０、β０±ｉγ０（ｉ：虚数記号）とすると、入出力伝達関数Ｇ０（ｓ）の極をα０、β０±ｉγ０と配置することとなり、式（２）は式（３）のように表される。
【００４７】
【数４】
【００４８】
式（３）をｓに関してまとめると、式（４）のように表される。
【００４９】
【数５】
【００５０】
式（２）と式（４）との係数を比較することにより、ゲインＦ１（０）、Ｆ２（０）、Ｈ（０）を求めることができる。ゲインＦ１（０）、Ｆ２（０）、Ｈ（０）は、それぞれ、以下の式（５）、（６）、（７）のように表される。
【００５１】
【数６】
【００５２】
【数７】
【００５３】
【数８】
【００５４】
同様に、制御則Ｂ（１７ｂ）における入出力伝達関数Ｇ１（ｓ）の特性方程式は、式（２’）のように表される。
【００５５】
【数９】
【００５６】
ここで、式（２’）における方程式の根ｓを、α１、β１±ｉγ１（ｉ：虚数記号）とすると、入出力伝達関数Ｇ１（ｓ）の極をα１、β１±ｉγ１と配置することとなり、式（２’）は式（３’）のように表される。
【００５７】
【数１０】
【００５８】
式（３’）をｓに関してまとめると、式（４’）のように表される。
【００５９】
【数１１】
【００６０】
式（２’）と式（４’）との係数を比較することにより、ゲインＦ１（１）、Ｆ２（１）、Ｈ（１）を求めることができる。ゲインＦ１（１）、Ｆ２（１）、Ｈ（１）は、それぞれ、以下の式（５’）、（６’）、（７’）のように表される。
【００６１】
【数１２】
【００６２】
【数１３】
【００６３】
【数１４】
【００６４】
ここで、上記各式に具体的な数値を代入して考える。モータトルクＫｔを０．０４１［Ｎｍ／Ａ］、モータイナーシャＪ０を１５［ｇｃｍ−ｓｑ］、負荷イナーシャＪ１を１０［ｇｃｍ−ｓｑ］とする。また、モータの目標位置（移動量）は０．５［ｍｒａｄ］、５［ｍｒａｄ］の２種類、必要な位置決め精度は１５［μｒａｄ］であるとする。
【００６５】
制御則Ａ（１７ａ）の極配置（α０、β０±ｉγ０）について、α０＝β０＝γ０＝−１００００とする。このとき、制御則Ａ（１７ａ）の入出力伝達関数Ｇ０（ｓ）は、以下の式（８）で表される。
【００６６】
【数１５】
【００６７】
また、制御則Ｂ（１７ｂ）の極配置（α１、β１±ｉγ１）について、α１＝β１＝−１００００、γ１＝√２・α１（２１／２・α１）とする。このとき、制御則Ｂ（１７ｂ）の入出力伝達関数Ｇ１（ｓ）は、以下の式（８’）で表される。
【００６８】
【数１６】
【００６９】
位置決め制御装置１００が式（８）で表される入出力伝達関数Ｇ０（ｓ）を有する場合、目標位置（移動量）を０．５［ｍｒａｄ］、５［ｍｒａｄ］として制御則Ａ（１７ａ）で制御したとき、整定波形は、図２及び図３のようになる。
【００７０】
図２は、移動開始から目標位置に至るまでの偏差と時間との関係（整定波形の全体）を示す。図３は、目標位置付近での偏差と時間との関係（図２の整定波形の拡大図）を示す。
【００７１】
図３に示されるように、必要な位置決め精度に到達する位置決め時間は、目標位置（移動量）が０．５［ｍｒａｄ］の場合に４１０［μｓｅｃ］であり、また、目標位置（移動量）が５［ｍｒａｄ］の場合に５３０［μｓｅｃ］である。
【００７２】
一方、位置決め制御装置１００が式（８’）で表される入出力伝達関数Ｇ１（ｓ）を有する場合、目標位置（移動量）を０．５［ｍｒａｄ］、５［ｍｒａｄ］として制御則Ｂ（１７ｂ）で制御したとき、整定波形は
図４及び図５のようになる。
【００７３】
図４は、移動開始から目標位置に至るまでの偏差と時間との関係（整定波形の全体）を示す。図５は、目標位置付近での偏差と時間との関係（図４の整定波形の拡大図）を示す。
【００７４】
図５に示されるように、必要な位置決め精度に到達する位置決め時間は、目標位置（移動量）が０．５［ｍｒａｄ］の場合に３３０［μｓｅｃ］であり、また、目標位置（移動量）が５［ｍｒａｄ］の場合に６６０［μｓｅｃ］である。
【００７５】
このように、本実施例において、目標位置（移動量）が５［ｍｒａｄ］の場合、制御則Ａを選択したほうが位置決め時間を短縮することができる。一方、目標位置（移動量）が０．５［ｍｒａｄ］の場合、制御則Ｂを選択したほうが位置決め時間を短縮することができる。
【００７６】
上述のとおり、制御則Ａ（第一の制御部）及び制御則Ｂ（第二の制御部）は、閉ループ制御系の極配置が互いに異なるように設定されている。このため、制御則Ａは、目標位置が第一の目標位置（移動量：５ｍｒａｄ）であるとき、モータの位置決め制御に必要な位置決め時間は、制御則Ｂの場合よりも短い。一方、制御則Ｂは、目標位置が第二の目標位置（移動量：０．５ｍｒａｄ）であるとき、位置決め時間は、制御則Ａの場合よりも短い。
【００７７】
本実施例では、例えば、目標位置（移動量）が０．５［ｍｒａｄ］以下の場合に制御則Ｂを用い、０．５［ｍｒａｄ］より大きい場合に制御則Ａを用いることにより、位置決め時間の大幅な短縮が可能となる。すなわち、１つの制御則のみで位置決め制御装置を設計するよりも、制御則Ａ及び制御則Ｂの２つの制御則を用いて目標位置（移動量）に基づいて切り替えるように構成することが好ましい。
【００７８】
本実施例では、説明を簡略化するために２つの制御則を用いているが、これに限定されるものではない。３つ以上の制御則を用いることもできる。制御則を増やすことにより、目標位置（移動量）毎により最適な整定波形を調整することが可能となる。また、本実施例では、目標位置に基づいてスイッチブロック５を切り替えるように構成しているが、これに限定されるものでない。例えば、要求される位置決め精度に応じてスイッチブロック５を切り替えるように構成することもできる。
【００７９】
本実施例のような閉ループ制御系において、位置指令に対する整定波形は、極配置により決定される。このため、本実施例の位置決め制御装置によれば、目標位置（移動量）又は位置決め精度に対して、位置決め時間を短縮する最適な整定波形を構成するように閉ループ制御系の極配置を目標位置（移動量）毎に切替えることができる。したがって、位置決め時間を短くする位置決め制御装置を提供することができる。
【００８０】
本実施例のレーザ加工機は、上述の位置決め制御装置を備えるため、目標位置（移動量）又は位置決め精度に応じて制御則を簡便に調整及び切替え可能となる。このため、目標位置又は加工対象が要求する位置決め精度によって制御則を切替え、必要な精度を実現した上で加工機の生産性能を改善することができる。したがって、位置決め時間を短くするレーザ加工機を提供することができる。
【００８１】
以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本実施例における位置決め制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例の制御則Ａを用いた場合において、移動開始から目標位置に至るまでの偏差と時間との関係（整定波形の全体）を示す。
【図３】本実施例の制御則Ａを用いた場合において、目標位置付近での偏差と時間との関係（図２の整定波形の拡大図）を示す。
【図４】本実施例の制御則Ｂを用いた場合において、移動開始から目標位置に至るまでの偏差と時間との関係（整定波形の全体）を示す。
【図５】本実施例の制御則Ｂを用いた場合において、目標位置付近での偏差と時間との関係（図４の整定波形の拡大図）を示す。
【図６】本実施例におけるレーザ加工機の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ 目標位置入力ブロック
２ａ、２ｂ 積分ゲインブロック
３ａ、３ｂ 速度フィードバックの比例ゲインブロック
４ａ、４ｂ 位置フィードバックの比例ゲインブロック
５ スイッチブロック
６ モータトルクブロック
７ モータイナーシャブロック
８、９ 積分器ブロック
１０ 位置出力ブロック
１１、１２、１４ 減算器ブロック
１３、１５ 加算器ブロック
１６ サーボモータ
１７ａ 制御則Ａ
１７ｂ 制御則Ｂ
２３ Ｘ軸ミラー
２４ Ｘ軸回転モータ
２８ Ｙ軸ミラー
２９ Ｙ軸回転モータ
３２ レーザ加工面
５０ レーザ加工機
１００ 位置決め制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの位置決め制御を行う閉ループ制御系の位置決め制御装置であって、
前記モータの目標位置が入力される目標位置入力部と、
前記モータの実位置及び実速度をフィードバックして、前記目標位置入力部に入力された前記目標位置と前記モータの実位置との偏差に応じた第一の目標指令信号を生成する第一の制御部と、
前記モータの前記実位置及び前記実速度をフィードバックして、前記目標位置と前記モータの前記実位置との偏差に応じた第二の目標指令信号を生成する第二の制御部と、
前記目標位置に応じて、前記第一の目標指令信号と前記第二の目標指令信号とのいずれかを前記モータに入力するように切り替えるスイッチ部と、を有し、
前記第一の制御部及び前記第二の制御部は、前記閉ループ制御系の極配置が互いに異なるように設定されていることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
前記第一の制御部は、前記目標位置が第一の目標位置であるとき、前記モータの位置決め制御に必要な位置決め時間は、前記第二の制御部の場合よりも短く、
前記第二の制御部は、前記目標位置が第二の目標位置であるとき、前記位置決め時間は、前記第一の制御部の場合よりも短いことを特徴とする請求項１記載の位置決め制御装置。
【請求項３】
被加工面の加工を行うレーザ加工機であって、
前記被加工面に照射するレーザ光を走査するミラーと、
前記ミラーを回転させるモータと、
請求項１記載の位置決め制御装置を備え、前記モータを制御する制御部と、を有することを特徴とするレーザ加工機。
【請求項１】
モータの位置決め制御を行う閉ループ制御系の位置決め制御装置であって、
前記モータの目標位置が入力される目標位置入力部と、
前記モータの実位置及び実速度をフィードバックして、前記目標位置入力部に入力された前記目標位置と前記モータの実位置との偏差に応じた第一の目標指令信号を生成する第一の制御部と、
前記モータの前記実位置及び前記実速度をフィードバックして、前記目標位置と前記モータの前記実位置との偏差に応じた第二の目標指令信号を生成する第二の制御部と、
前記目標位置に応じて、前記第一の目標指令信号と前記第二の目標指令信号とのいずれかを前記モータに入力するように切り替えるスイッチ部と、を有し、
前記第一の制御部及び前記第二の制御部は、前記閉ループ制御系の極配置が互いに異なるように設定されていることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
前記第一の制御部は、前記目標位置が第一の目標位置であるとき、前記モータの位置決め制御に必要な位置決め時間は、前記第二の制御部の場合よりも短く、
前記第二の制御部は、前記目標位置が第二の目標位置であるとき、前記位置決め時間は、前記第一の制御部の場合よりも短いことを特徴とする請求項１記載の位置決め制御装置。
【請求項３】
被加工面の加工を行うレーザ加工機であって、
前記被加工面に照射するレーザ光を走査するミラーと、
前記ミラーを回転させるモータと、
請求項１記載の位置決め制御装置を備え、前記モータを制御する制御部と、を有することを特徴とするレーザ加工機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−９７３１０（Ｐ２０１０−９７３１０Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６６１１３（Ｐ２００８−２６６１１３）
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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