振動フィーダ
【課題】外乱の影響を受けることなく可動台の振動変位の急激な変化を抑制可能な振動フィーダを提供する。
【解決手段】可動台２１と、加振電圧に応じた加振力を可動台２１に与える加振力発生手段３１と、加振力指令値および加振周波数指令値を生成する制御手段４と、加振力指令値および加振周波数指令値に基づいて加振電圧を決定して加振力発生手段３１に出力する加振電圧発生部３２とを備えた振動フィーダであって、可動台２１の振動を検出する振動センサ３３を具備し、制御部４が、振動検出信号と加振電圧との位相差を検出する位相差検出部５７と、位相差の制御目標としての基準位相差を外乱による可動台２１の固有振動数の変化と関連づけて決定する基準位相差決定部５３と、位相差検出部５７による位相差と基準位相差との偏差に基づいて加振周波数指令値を決定する加振周波数決定部５８とを備えるよう構成した。
【解決手段】可動台２１と、加振電圧に応じた加振力を可動台２１に与える加振力発生手段３１と、加振力指令値および加振周波数指令値を生成する制御手段４と、加振力指令値および加振周波数指令値に基づいて加振電圧を決定して加振力発生手段３１に出力する加振電圧発生部３２とを備えた振動フィーダであって、可動台２１の振動を検出する振動センサ３３を具備し、制御部４が、振動検出信号と加振電圧との位相差を検出する位相差検出部５７と、位相差の制御目標としての基準位相差を外乱による可動台２１の固有振動数の変化と関連づけて決定する基準位相差決定部５３と、位相差検出部５７による位相差と基準位相差との偏差に基づいて加振周波数指令値を決定する加振周波数決定部５８とを備えるよう構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被搬送物を載せる搬送面を有する可動台を振動させることによって被搬送物の搬送を行う振動フィーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被搬送物を載置させる可動台を振動させることによって被搬送物の搬送を行う振動フィーダとして多くのものが知られている。
【０００３】
その中でも、特許文献１のように、可動台を弾性的に支持しつつこの可動台に対して振動を与えるための加振手段として電磁石を設けたものがある。こうした電磁石に対して与える電圧を正弦波状に変化させつつ、電圧の大きさ及び周波数を変化させることによって、加振力の大きさ及び加振周波数を変化させることができるようになっている。
【０００４】
さらには、こうした振動フィーダにおいては、可動台の固有振動数に合致した加振周波数でもって加振力を与えて共振現象によって可動台の振動を増大させることによって、少ない電気エネルギでより大きな振動を発生させ、効率よく被搬送物の搬送を行うことができるようにしている。
【０００５】
また、可動台の振動変位の大きさを検出しつつ、この検出値を基にして加振力の大きさを変化させることによって、振動変位を一定に保つ、いわゆる定振幅制御と組み合わせたものも提案されている。
【０００６】
ここで、上記のような共振現象が生じる場合には、理論的には加振力の波形に対して、振動変位の波形は９０°の位相遅れが生じることが知られている。さらには、こうした振動系の有する固有振動数に対して加振周波数が小さい場合には９０°より小さな位相遅れが生じ、固有振動数に対して加振周波数が大きい場合には９０°より大きな位相遅れが生じることが知られている。
【０００７】
そこで、こうした理論を利用して、上記のような振動フィーダにおいては加振力と、振動変位との間の位相差情報を基にして加振周波数の補正を行うことで、加振周波数を固有振動数に一致させた状態を維持させるようにした、いわゆる共振点追尾制御を行うことを可能に構成したものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１８０５２６号公報（神鋼電機）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記共振点追尾制御をより精度良く実現しようとした場合には、可動台の振動変位が安定せず、より不安定な状態になる恐れがある。
【００１０】
具体的には、加振周波数を固有振動数に近づいていく場合には急激に振動が上昇し、固有振動数を通過した後には急激に振動が減少することになる。そのため、固有振動数にほぼ一致させた領域で加振周波数の制御を行った場合には、固有振動数を跨いで加振周波数の増減が繰り返されることで、振動の急激な増大および減少が繰り返されることになる。こうした場合には、可動台の振動変位が不安定となって被搬送物を安定して搬送させることが困難となる恐れがある。
【００１１】
さらには、上述したように、定振幅制御を同時に用いたとしても制御遅れにより振動の変化を吸収しきれず、場合によっては振動のハンチングなどの不具合が生じる恐れもある。
【００１２】
加えて、可動台の固有振動数は一定とは限らず、以下のように外乱の影響によって変化することも考えられる。
【００１３】
例えば、可動台は一般にバネ等を用いて弾性支持されているために、当該バネのヘタリ等の経時変化によってバネ定数が変化して支持条件が変化する場合がある。また、可動台の振幅が一定以上に大きくなる場合には、バネの作用長が長くなるように変化することでバネ定数が低下しているとみられる場合もある。
【００１４】
さらに、振動フィーダにおいては搬送する被搬送物の重量変化や、可動台と被搬送物との摩擦力の発生によって、見かけ上可動台の重量が刻一刻と変化しているようにみられる場合もある。
【００１５】
このように、経時変化、動作条件、被搬送物の重量等の外乱によって、可動台の重量や支持条件が変化して可動台の固有振動数が変化する。従って、加振周波数をできる限り一定に維持しようとした場合であっても、固有振動数が加振周波数の上から下、または下から上へと跨ぐようにして変化することもあり得る。このような場合においても、上記と同様に可動台の振動変位が大きく変動することになる。
【００１６】
また、こうした現象が一度発生して振動が不安定になればなるほど、上記の外乱による影響がより強大に発生して可動台の固有振動数が大きく変動し、加振周波数との一致や離間を繰り返すことで振動変位の急激な変化をより生じやすくなる。このような場合には、上記と同様、定振幅制御を同時に行っても振動の変化を吸収しきれず、場合によっては振動のハンチングなどの不具合に発展する恐れもある。
【００１７】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的にはエネルギ効率の高い共振点追尾制御を行うことを前提にしつつ、外乱の影響を受けることなく可動台の振幅の急激な変化を抑制することが可能な振動フィーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１９】
すなわち、本発明の振動フィーダは、被搬送物を載置可能な搬送面を有する可動台と、入力された加振電圧に対応した加振力を前記可動台に与える加振力発生手段と、加振力指令値および加振周波数指令値を生成する制御手段と、前記制御手段より入力される加振力指令値および加振周波数指令値に基づいて前記加振電圧の大きさおよび周波数を決定して当該加振電圧を前記加振力発生手段に出力する加振電圧発生部とを備えた振動フィーダであって、前記可動台の振動を検出可能な振動センサを具備するとともに、前記制御部が、前記振動センサから得られる検出信号と前記加振電圧発生部より得られる加振電圧との位相差を検出する位相差検出部と、当該位相差の制御目標としての基準位相差を、前記搬送面に載置させた被搬送物の重量変化などの外乱による前記可動台の固有振動数の変化と関連づけて決定する基準位相差決定部と、前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に基づいて前記加振周波数指令値を決定する加振周波数決定部とを備えており、前記外乱によって前記可動台の固有振動数が変化した際に、当該固有振動数の上下のいずれか一方のみで前記加振周波数が変動するように構成したことを特徴とする。
【００２０】
このように構成すると、外乱の影響による急激な振動変位の変化を生じさせることなく、安定して可動台を振動させることができるため、被搬送物をより安定して搬送させることが可能となる。
【００２１】
さらに、可動台に与える加振力の周波数をより高精度に制御して、より振動変位を安定させるためには、前記基準位相差決定部を、前記可動台の振動に対する前記振動センサによる検出の遅れ量、および前記加振電圧に対する前記加振力発生手段による加振力の発生の遅れ量にも基づいて、前記基準位相差を決定するように構成することが好適である。
【００２２】
また、上記の加振周波数の制御をより簡便に行うためには、前記加振周波数決定部を、前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に応じた補正量を決定し、当該補正量を前記加振周波数指令値の現在値に上乗せすることで新たな加振周波数指令値を決定するように構成することが好適である。
【００２３】
また、可動台の振動変位の変化をより小さく安定させるためには、前記加振周波数決定部を、前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差を段階的に減少させるように前記補正量を決定するよう構成することが好適である。
【００２４】
また、外乱による影響を避けつつエネルギ効率を向上させるためには、前記基準位相差決定部を、前記加振力発生手段により前記可動台に対して与えられる加振力に対して、当該加振力によって前記可動台に生じる振動の位相が、−８８°以上−８７°以下、または、−９３°以上−９２°以下の範囲になるように前記基準位相差を決定するよう構成することが好適である。
【００２５】
さらには、可動台の振動変位を一定に保ち、より安定して被搬送物の搬送を行うことができるようにするためには、前記制御部が、制御目標としての振幅設定値を設定する振幅設定部と、前記振幅設定値と前記振動センサから得られる検出信号の大きさに基づいて前記加振力指令値を決定する加振力決定部とをさらに備えているように構成することが好適である。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明した本発明によれば、エネルギ効率の高い共振点追尾制御を行わせつつ、外乱の影響を受けることなく可動台の振幅の急激な変化を抑制して、被搬送物を安定して搬送させることができる振動フィーダを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動フィーダのシステム構成図。
【図２】同振動フィーダの機械装置部を拡大して示す側面図。
【図３】同振動フィーダにおける電磁コイルに与える電圧と、これにより生じる電流および振動変位との関係を模式的に示すグラフ。
【図４】同振動フィーダにおける振幅と加振周波数、位相差と加振周波数との関係を模式的に示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２９】
この実施形態の振動フィーダは、図１に示すように、大きくは機械装置部２と制御部４とから構成されている。制御部４は、機械装置部２が備える加振力発生手段としての電磁コイル３１に対して、加振電圧発生部としてのインバータ３２を介して周期的に変動する電圧を与えることで加振力を与えて振動させることができるようになっている。
【００３０】
具体的な機械装置部２の構成を、図２を基にして説明する。
【００３１】
機械装置部２は、大きくはトラフとして構成された可動台２１と、これを弾性的に支持する基台部２２とから構成されている。また、可動台２１および基台部２２は各々弾性支持柱２３、２４によって支持されており、全体として床や地面等の設置面（図示せず）に対して弾性的に支持された状態を保つことができる。
【００３２】
可動台２１はその上部に被搬送物９〜９を載置するための平面状の搬送面２１ａが形成されており、振動を行うことで複数の被搬送物９〜９を連続して搬送させることができるようになっている。
【００３３】
基台２２はその内部に加振力発生手段としての電磁コイル３１が設けられており、当該電磁コイル３１に電圧を印加して電流を流すことによって、可動台２１に対して図中の左下から右上への斜め方向に変位を生じさせることができるようになっている。この電磁コイル３１に対して、インバータ３２（図１参照）より正弦波状の周期的な電圧（以下、「加振電圧」と称す。）を与えることで、可動台２１に周期的な加振力を与えて振動を生じさせることができる。
【００３４】
このようにして、可動台２１を図中の左下から右上への斜め方向に振動させることによって、搬送面２１ａに載せた被搬送物９〜９を連続して図中の右方向に搬送させていくことができる。
【００３５】
上記の加振力の大きさを示す振幅は与える電圧の振幅にほぼ比例し、加振力の周波数は電圧の周波数と一致する。そのため、電磁コイル３１に与えるインバータ３２（図１参照）からの電圧によって、加振力の大きさおよび周波数は制御されているものといえる。以下、この電圧を「加振電圧」と称す。
【００３６】
また、基台２２には振動センサ３３が設けられている。この振動センサ３３としては、基台２２の側より可動台２１の相対変位を検出する変位センサを用いており、その相対変位をアナログ信号として出力することが可能となっている。
【００３７】
本実施形態においては、可動台２１と基台２２の重量や、弾性支持柱２３と弾性支持柱２４の支持条件を異ならせることによって、電磁コイル３１による加振力が作用している際に基台２２の変位をほとんど生じさせず、専ら可動台２１のみを振動させるように構成している。そのため、上記振動センサ３３によって検出する相対変位はほぼ可動台２１の振動変位と等しくなっている。
【００３８】
上記のように構成された機械装置部２を駆動させるため、図１のようにインバータ３２が設けられている。このインバータ３２からは電磁コイル３１に対して加振電圧が出力される。そして、このインバータ３２に対して制御部４によって生成された加振力指令値および加振周波数指令値が与えられ、当該インバータ３２はそれらの指令値に対応するようにして加振電圧の大きさおよび周波数を決定して電磁コイル３１に対して出力を行うようになっている。
【００３９】
機械装置部２は、スイッチ８２、８３を切り替えることにより、３つの制御モードのいずれかを選択して動作させることが可能となっている。
【００４０】
第一の制御モードは定電圧モードであり、これを実行する定電圧モード実行部４１が制御部４の中に設けられている。この定電圧モード実行部４１の中には、定周波数指令値設定部５１および定電圧指令値設定部５２が設けられている。定周波数指令値設定部５１では、一定値として加振周波数指令値を設定して、スイッチ８３を通じてインバータ３２に出力することができるようになっている。また、定電圧指令値設定部５２では、一定値として加振力指令値としての電圧幅の指令値を設定して、スイッチ８２を通じてインバータ３２に出力することができるようになっている。
【００４１】
このようにして各々一定値とされた加振周波数指令値および加振力指令値を入力され、これに対応してインバータ３２は、一定の大きさおよび周波数を保ちつつ加振電圧を電磁コイル３１に対して出力するようになる。
【００４２】
第二の制御モードは定振幅モードであり、これを実行する定振幅モード実行部４２が制御部４の中に設けられている。なお、当該定振幅モード実行部４２には、上記定電圧モード実行部４１の一部を構成する定周波数指令値設定部５１が含まれている。このように本実施形態に係る制御部４は、特定の機能部分を複数の制御モード実行部によって共通して使用するように構成してある。
【００４３】
この定振幅モードは、加振電圧の周波数を一定値とした上で、加振電圧の大きさを振動センサ３３により検出する可動台２１の振動変位を基にして、当該振動変位を一定とするようにしてフィードバック制御するものである。そのために、振動センサ３３による検出信号を増幅器８１によって増幅した後に振幅検出部５５に入力して、この振幅検出部５５によって振動変位（振幅）として変換を行う。そして振動変位データとして加振力決定部５６に対して出力を行う。
【００４４】
振動変位（振幅）の目標値は、振幅設定部５４によって設定を行うことが可能に構成されている。そして、振幅設定部５４によって設定された振動変位の目標値は加振力決定部５６に対して出力される。
【００４５】
加振力決定部５６では、振動変位（振幅）の目標値と、振動センサ３３より振幅検出部を介して得た現実の振動変位検出値とを比較することによって、加振力を維持または増減させるかを判断して、加振力指令値としての電圧幅の指令値を決定し、スイッチ８２を介してインバータ３２に出力する。
【００４６】
第三の制御モードは共振点追従モードであり、これを実行する共振点追従モード実行部４３が制御部４の中に設けられている。なお、この共振点追従モード実行部４３には、上記定振幅モード実行部４２の一部を構成する定振幅設定部５４、振幅検出部５５および加振力決定部５６が含まれている。
【００４７】
この共振点追従モードは、上記のような可動台２１の振動変位（振幅）の大きさを一定にするためのフィードバック制御に、可動台２１の共振点（固有振動数）の変化に対応して加振電圧の周波数を変化させるフィードバック制御を加えたものである。
【００４８】
そのため、振動センサ３３により得られる可動台２１の振動検出値を増幅器８１を介して入力されるとともに、インバータ３２より出力される加振電圧を入力され、両者の間の位相差を検出する位相差検出部５７が設けられている。さらに、位相差検出部５７によって検出した位相差は、加振周波数決定部５８に対して出力される。こうした実際の検出値としての位相差に対して、制御目標としての基準位相差を決定する基準位相差決定部５３が設けられている。
【００４９】
位相差検出部５７により得られる検出した位相差と、基準位相差決定部５３により決定された基準位相差はともに加振周波数決定部５８に出力され、この加振周波数決定部５８では、検出した位相差と基準位相差との偏差に基づいて加振周波数指令値を決定し、スイッチ８３を通じてインバータ３２に出力するように構成されている。
【００５０】
このように構成することによって、共振点追従モードでは可動台２１の共振点（固有振動数）が変化した場合であっても、その共振点の近くに加振周波数を変更するようにフィードバック制御を行うことで、少ない電気エネルギで効率よく可動台２１に対して振動を生じさせることができるようになっている。
【００５１】
また、この共振点追従モードにおいては、上述した定振幅モード実行部４２と共通する一部の機能を備えることによって、振動センサ３３による検出信号を基に振幅検出部５５によって振動変位（振幅）を検出しつつ、その振動変位と振幅設定部５４によって設定された振幅との偏差に基づいて加振力決定部５６が加振力指令値としての電圧幅の指令値を決定し、インバータ３２に出力することで可動台２１の振動変位を一定にすることができるようになっている。
【００５２】
ここで、上記共振点追従モードにおいて、位相差をもとにして加振周波数を決定する手法について詳細に説明する。
【００５３】
まずは、図１を参照しつつ図３を基に、振動の位相についての理論上の考え方を説明する。
【００５４】
加振電圧発生部としてのインバータ３２より与える加振電圧（コイル電圧）を図３（ａ）のような正弦波状のものとして、加振力発生手段としての電磁コイル３１に与えた場合、この電磁コイル３１を流れる電流（コイル電流）は図３（ｂ）のようになる。
【００５５】
すなわち、電磁コイル３１を流れる電流は、加振電圧の周波数と一致した波形を示すものの、電圧に対して９０°分の位相遅れを生じる。電磁コイル３１により発生する加振力は電流値に比例するものであるために、図３（ｂ）で示す波形のグラフは加振力の波形を示すグラフということもできる。
【００５６】
さらに、この加振力の波形に対する振動変位の波形の関係は図３（ｃ）のように表される。ここで、図中におけるｆは加振力の周波数を示し、ｆ０は固有振動数を示す。すなわち、図中のＡで示した線のように、加振力の周波数（加振周波数）が固有振動数と一致する場合にはその振動変位の位相は加振力に対して９０°の位相遅れが生じる。また、図中のＢで示す線のように、加振力の周波数（加振周波数）が固有振動数よりも小さい場合には、振動変位の位相の加振力の位相に対する遅れ量は９０°よりも小さくなる。さらには、図中のＣで示す線のように、加振力の周波数が固有振動数よりも大きい場合には、振動変位の位相の加振力の位相に対する遅れ量は９０°よりも大きくなる。
【００５７】
なお、以上に述べた振動変位の位相遅れ量は、加振力（コイル電流）ではなく、加振電圧（コイル電圧）を基準とする場合には、さらに９０°の位相遅れがあることになり、固有振動数と加振電圧の周波数が一致する点においては、振動変位は加振電圧に対して１８０°の位相遅れが生じることになる。
【００５８】
上記のような理論を基にして、上述の共振点追尾制御は加振周波数指令値の決定を行うようにしている。
【００５９】
その具体的な内容を、図１を参照しつつ図４を用いて説明する。
【００６０】
可動台２１の振動変位（振幅）の加振周波数ｆに対する関係を図４（ａ）に示す。すなわち、加振周波数ｆが増加していき、可動台２１の固有振動数ｆ０に近接するに従って急激に振動は増加し、固有振動数ｆ０に一致した点で振動変位が最も大きくなり、固有振動数ｆ０を越え離間して行くにつれ急激に振動変位が減少していく。
【００６１】
このような、振動変位の変化を招く加振周波数の変化とともに、位相差は図４（ｂ）、図４（ｃ）のように変化する。図４（ｂ）では、加振力（コイル電流）に対する振動変位の位相差θｉを縦軸にして示しており、上述したように固有振動数と一致するｆ＝ｆ０の箇所で位相差は−９０°となり、この点を境にしてｆ０よりも加振周波数が小さい場合には位相差が大きく（位相遅れ量が小さく）なり、ｆ０よりも加振周波数が大きい場合には位相差が小さく（位相遅れ量が大きく）なる。
【００６２】
同様に、図４（ｃ）では、加振電圧（コイル電圧）に対する振動変位の位相差θｖを縦軸にして示しており、上述したように固有振動数と一致するｆ＝ｆ０の箇所で位相差は−１８０°となり、この点を境にしてｆ０よりも加振周波数が小さい場合には位相差が大きく（位相遅れ量が小さく）なり、ｆ０よりも加振周波数が大きい場合には位相差が小さく（位相遅れ量が大きく）なる。
【００６３】
このように加振電圧（コイル電圧）に対する振動変位の位相差を検出することによって、−１８０°より大きい場合には固有振動数に対して加振周波数が小さいことを、−１８０°よりも小さい場合には固有振動数に対して加振周波数が大きいことを判別することができ、この位相差を−１８０°に合わせるようにフィードバック制御することで原理的には固有振動数に加振周波数を合致させるよう制御することが可能である。
【００６４】
しかしながら、上述したように固有振動数付近での制御は振動変位が急激に増大することから制御が不安定となるおそれがある。また、加振周波数側を固有振動数近くで一定にとどめた場合であっても、可動台２１の支持条件や、被搬送物の重量等の外乱の影響によって、固有振動数そのものが上下に変動する可能性がある。このような場合には、やはり加振周波数と固有振動数が一致することで振動変位が急激に増大し、離間することで振動変位が減少するような現象が生じ、上記と同様に振動変位が安定せず制御が不安定となる。
【００６５】
そこで、本実施形態における基準位相差決定部５３においては、加振電圧（コイル電圧）に対する振動変位の位相差の制御目標である基準位相差を−１８０°ではなく、外乱の影響と関連づけることにより、−１８０°よりずらしたθｖ１に決定するようにされている。基準位相差θｖ１では加振周波数ｆ１が指令値として出力される。外乱が生じた場合には、基準位相差θｖ１を中心としてΔθｖ１の幅で位相差が変動し、これと対応するようにして加振周波数はｆ１を中心としてΔｆ１の幅で変動する。
【００６６】
また、加振周波数の変動と同時に固有振動数ｆ０も変動するが、これが最も大きく変動して低下した場合であっても、ｆ１＋Δｆ１／２を下回ることがないように基準位相差θｖ１を設定するようになっている。
【００６７】
さらに、こうした位相差の検出値においては、可動台２１の振動を振動センサ３３により検出する際の検出遅れや、加振電圧に対して実際の電磁コイル３１により発生する加振力の遅れによって誤差が生じる。そのため、本実施形態における基準位相差決定部５３においては、これらの遅れ量を実測した数値を入力されることで、これらを基準位相差に反映するように構成している。そのため誤差の影響を受けることなく位相差を検出することによって、加振周波数と固有振動数との関係を的確に把握することができる。
【００６８】
以上のように構成することによって、外乱が生じた場合であっても可動台２１の固有振動数と加振周波数とは近接した状態を保ちつつ、加振周波数が固有振動数に対して下側に位置した状態を維持して、両者が完全に一致する状態を避けることができるために、振動変位が急激に増大および減少を繰り返し不安定になることを回避することが可能となっている。
【００６９】
なお、同様の考えに基づいて、基準位相差決定部５３により基準位相差を−１８０°よりも小さなθｖ２として設定させることによっても、加振周波数が固有振動数に対して上側に位置した状態を維持して、両者が完全に一致する状態を避けることができるために、振動変位を安定化させることが可能である。
【００７０】
上記のような、位相差に基づく加振周波数の制御は、加振電圧に対する振動変位の位相差ではなく、加振力すなわちコイル電流に対する振動変位の位相差に基づいて行うことも可能である。この場合には、上記の位相差より９０°ずらして考えれば良く、固有振動数と加振周波数とが一致する点を−９０°として考えれば良い。
【００７１】
このような場合であっても、上記のような加振電圧に対する位相差θｖ１、θｖ２に対応するものとして、加振電流に対する位相差θｉ１、θｉ２を考え、これを基準位相差として制御に用いれば良い。
【００７２】
加振電流に対する位相差θｉ１、θｉ２を基準として考えた場合、各々−８８°≦θｉ１≦−８７°、−９３°≦θｉ２≦−９２°の関係することが好適である。このようにすることで、加振周波数を固有振動数近くに維持させたままで、外乱の影響を生じさせず可動台２１の振動変位が急激に変動することを抑制することが可能となっている。
【００７３】
また、本実施形態において、図１に示した加振周波数決定部５８は、基準位相差決定部５３から入力される基準位相差と、位相差検出部５７より入力される位相差との偏差を算出して、その偏差に基づいて加振周波数を決定するように構成されている。具体的には、その偏差量の大きさに応じて、加振周波数の現在値に対して上乗せを行うように加振周波数指令値を決定するとともに、当該偏差量を段階的に無くしていくように構成している。そのため、偏差量が大きい場合には加振周波数を大きく変化させるものの、目標の加振周波数にまではやや時間を掛けて一致させるようにしてある。このようにすることで、振動変位の急激な変化をより抑制して、制御が不安定となることを防止している。
【００７４】
上記のように構成した振動フィーダ１は、スイッチ８２、８３を切り換えることで３つのモードで動作させることができる。
【００７５】
まず、第一のモードの定電圧モードで運転する場合には、一定の加振周波数および加振力を与えつつ、簡単に可動台２１を動作させることが可能となる。ただし、このモードでは、被搬送物の重量や大きさ等の条件によっていかなる振動変位が発生するかは不明となる。
【００７６】
次に、第二のモードである定振幅モードにおいては、一定の加振周波数で振動を与えつつ、振動変位が設定値となるように加振力の大きさを自動的に変更しつつ制御する。これにより、一定の振動変位を維持することができるもののエネルギ効率が低くなる傾向にある。
【００７７】
第三のモードである共振点追従モードにおいては、可動台２１の固有振動数（共振周波数）に近い領域の基準位相差を設定して、これを制御目標値として加振周波数を設定しているために、少ないエネルギで大きな振動変位をえることができてエネルギ効率が良い。さらには、外乱の影響を受けて固有振動数が変化した場合においても、さらには制御幅として加振周波数が変動した場合であっても、固有振動数と加振周波数とが一致しない程度に基準位相差を固有振動数に相当する位相差よりずらして設定しているために、急激な振動変位の増大や減少が生じて振動変位が不安定になるなどの恐れがない。また、定振幅制御と組み合わせた場合には、定振幅制御のハンチングを生じることもない。
【００７８】
加えて、加振電圧より実際に加振力が発生するまでの時間遅れおよび、実際の振動と振動センサ３３による検出の時間遅れ量を加味して、上記基準位相差を設定しているため、より制御の精度を向上させて、上記の効果を高めることが可能となっている。さらに、位相差の偏差を基にして、その偏差を段階的になくすようにして加振周波数指令値に補正を加えるようにしていることから、より振動変位を安定して制御することが可能となっている。
【００７９】
以上のように、本実施形態に係る振動フィーダ１は、被搬送物９を載置可能な搬送面２１ａを有する可動台２１と、入力された加振電圧に対応した加振力を前記可動台２１に与える加振力発生手段３１と、加振力指令値および加振周波数指令値を生成する制御手段４と、前記制御手段４より入力される加振力指令値および加振周波数指令値に基づいて前記加振電圧の大きさおよび周波数を決定して当該加振電圧を前記加振力発生手段３１に出力する加振電圧発生部３２とを備えた振動フィーダ１であって、前記可動台２１の振動を検出可能な振動センサ３３を具備するとともに、前記制御部４が、前記振動センサ３３から得られる検出信号と前記加振電圧発生部３２より得られる加振電圧との位相差を検出する位相差検出部５７と、当該位相差の制御目標としての基準位相差を、前記搬送面２１ａに載置させた被搬送物９の重量変化などの外乱による前記可動台２１の固有振動数の変化と関連づけて決定する基準位相差決定部５３と、前記位相差検出部５７より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に基づいて前記加振周波数指令値を決定する加振周波数決定部５８とを備えており、前記外乱によって前記可動台２１の固有振動数が変化した際に、当該固有振動数の上下のいずれか一方のみで前記加振周波数が変動するように構成したことを特徴とするものである。
【００８０】
このように構成しているため、外乱の影響を受けることなく可動台２１の振動変位の急激な増大や減少を抑制して、安定した振動を生じさせることが可能となる。
【００８１】
また、前記基準位相差決定部５３を、前記可動台２１の振動に対する前記振動センサ３３による検出の遅れ量、および前記加振電圧に対する前記加振力発生手段３２による加振力の発生の遅れ量にも基づいて、前記基準位相差を決定するように構成しているため、より精度良く加振周波数の制御を行うことができるため、可動台２１の急激な振動変位の変化をより一層抑制することができる。
【００８２】
また、前記加振周波数決定部５８を、前記位相差検出部５７より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に応じた補正量を決定し、当該補正量を前記加振周波数指令値の現在値に上乗せすることで新たな加振周波数指令値を決定するように構成しているため、より簡便に加振周波数を設定して振動変位の制御を行うことが可能となる。
【００８３】
さらに、前記加振周波数決定部５８を、前記位相差検出部５７より得られる位相差と前記基準位相差との偏差を段階的に減少させるように前記補正量を決定するよう構成しているため、加振周波数の変化を緩やかにして可動台２１の振動変位の急激な変化を一層抑制することでき、より安定して制御を行うことが可能となる
【００８４】
また、前記基準位相差決定部５３を、前記加振力発生手段３１により前記可動台２１に対して与えられる加振力に対して、当該加振力によって前記可動台２１に生じる振動の位相が、−８８°以上−８７°以下、または、−９３°以上−９２°以下の範囲になるように前記基準位相差を決定するよう構成しているため、外乱による影響を避けてより安定的に制御を行うことが可能となる。
【００８５】
さらに、前記制御部４が、制御目標としての振幅設定値を設定する振幅設定部５４と、前記振幅設定値と前記振動センサ３３から得られる検出信号の大きさに基づいて前記加振力指令値を決定する加振力決定部５６とをさらに備えるようにして構成したため、可動台２１の振動変位を一定に保つことができ、より安定して被搬送物９の搬送を行うことができるようになる。
【００８６】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００８７】
上記の実施形態においては振動検出センサ３３として変位センサを用いていたが、可動台２１の振動変位を検出することが可能である限り、こうしたタイプのものを用いることは必須とはいえない。例えば、変位センサに代わり振動速度や振動加速度を検出するものを用いた構成としても、振動の周波数を判別することができるとともに、積分器等と組み合わせることによって振動変位の大きさを判別することもできるため差し支えない。
【００８８】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１…振動フィーダ
２…機械装置部
４…制御部
９…被搬送物
２１…可動台
２１ａ…搬送面
３１…電磁コイル（加振力発生手段）
３２…インバータ（加振電圧発生部）
３３…振動センサ
５３…基準位相差決定部
５４…振幅設定部
５５…振幅検出部
５６…加振力決定部
５７…位相差検出部
５８…加振周波数決定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被搬送物を載せる搬送面を有する可動台を振動させることによって被搬送物の搬送を行う振動フィーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被搬送物を載置させる可動台を振動させることによって被搬送物の搬送を行う振動フィーダとして多くのものが知られている。
【０００３】
その中でも、特許文献１のように、可動台を弾性的に支持しつつこの可動台に対して振動を与えるための加振手段として電磁石を設けたものがある。こうした電磁石に対して与える電圧を正弦波状に変化させつつ、電圧の大きさ及び周波数を変化させることによって、加振力の大きさ及び加振周波数を変化させることができるようになっている。
【０００４】
さらには、こうした振動フィーダにおいては、可動台の固有振動数に合致した加振周波数でもって加振力を与えて共振現象によって可動台の振動を増大させることによって、少ない電気エネルギでより大きな振動を発生させ、効率よく被搬送物の搬送を行うことができるようにしている。
【０００５】
また、可動台の振動変位の大きさを検出しつつ、この検出値を基にして加振力の大きさを変化させることによって、振動変位を一定に保つ、いわゆる定振幅制御と組み合わせたものも提案されている。
【０００６】
ここで、上記のような共振現象が生じる場合には、理論的には加振力の波形に対して、振動変位の波形は９０°の位相遅れが生じることが知られている。さらには、こうした振動系の有する固有振動数に対して加振周波数が小さい場合には９０°より小さな位相遅れが生じ、固有振動数に対して加振周波数が大きい場合には９０°より大きな位相遅れが生じることが知られている。
【０００７】
そこで、こうした理論を利用して、上記のような振動フィーダにおいては加振力と、振動変位との間の位相差情報を基にして加振周波数の補正を行うことで、加振周波数を固有振動数に一致させた状態を維持させるようにした、いわゆる共振点追尾制御を行うことを可能に構成したものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１８０５２６号公報（神鋼電機）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記共振点追尾制御をより精度良く実現しようとした場合には、可動台の振動変位が安定せず、より不安定な状態になる恐れがある。
【００１０】
具体的には、加振周波数を固有振動数に近づいていく場合には急激に振動が上昇し、固有振動数を通過した後には急激に振動が減少することになる。そのため、固有振動数にほぼ一致させた領域で加振周波数の制御を行った場合には、固有振動数を跨いで加振周波数の増減が繰り返されることで、振動の急激な増大および減少が繰り返されることになる。こうした場合には、可動台の振動変位が不安定となって被搬送物を安定して搬送させることが困難となる恐れがある。
【００１１】
さらには、上述したように、定振幅制御を同時に用いたとしても制御遅れにより振動の変化を吸収しきれず、場合によっては振動のハンチングなどの不具合が生じる恐れもある。
【００１２】
加えて、可動台の固有振動数は一定とは限らず、以下のように外乱の影響によって変化することも考えられる。
【００１３】
例えば、可動台は一般にバネ等を用いて弾性支持されているために、当該バネのヘタリ等の経時変化によってバネ定数が変化して支持条件が変化する場合がある。また、可動台の振幅が一定以上に大きくなる場合には、バネの作用長が長くなるように変化することでバネ定数が低下しているとみられる場合もある。
【００１４】
さらに、振動フィーダにおいては搬送する被搬送物の重量変化や、可動台と被搬送物との摩擦力の発生によって、見かけ上可動台の重量が刻一刻と変化しているようにみられる場合もある。
【００１５】
このように、経時変化、動作条件、被搬送物の重量等の外乱によって、可動台の重量や支持条件が変化して可動台の固有振動数が変化する。従って、加振周波数をできる限り一定に維持しようとした場合であっても、固有振動数が加振周波数の上から下、または下から上へと跨ぐようにして変化することもあり得る。このような場合においても、上記と同様に可動台の振動変位が大きく変動することになる。
【００１６】
また、こうした現象が一度発生して振動が不安定になればなるほど、上記の外乱による影響がより強大に発生して可動台の固有振動数が大きく変動し、加振周波数との一致や離間を繰り返すことで振動変位の急激な変化をより生じやすくなる。このような場合には、上記と同様、定振幅制御を同時に行っても振動の変化を吸収しきれず、場合によっては振動のハンチングなどの不具合に発展する恐れもある。
【００１７】
本発明は、このような課題を有効に解決することを目的としており、具体的にはエネルギ効率の高い共振点追尾制御を行うことを前提にしつつ、外乱の影響を受けることなく可動台の振幅の急激な変化を抑制することが可能な振動フィーダを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１９】
すなわち、本発明の振動フィーダは、被搬送物を載置可能な搬送面を有する可動台と、入力された加振電圧に対応した加振力を前記可動台に与える加振力発生手段と、加振力指令値および加振周波数指令値を生成する制御手段と、前記制御手段より入力される加振力指令値および加振周波数指令値に基づいて前記加振電圧の大きさおよび周波数を決定して当該加振電圧を前記加振力発生手段に出力する加振電圧発生部とを備えた振動フィーダであって、前記可動台の振動を検出可能な振動センサを具備するとともに、前記制御部が、前記振動センサから得られる検出信号と前記加振電圧発生部より得られる加振電圧との位相差を検出する位相差検出部と、当該位相差の制御目標としての基準位相差を、前記搬送面に載置させた被搬送物の重量変化などの外乱による前記可動台の固有振動数の変化と関連づけて決定する基準位相差決定部と、前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に基づいて前記加振周波数指令値を決定する加振周波数決定部とを備えており、前記外乱によって前記可動台の固有振動数が変化した際に、当該固有振動数の上下のいずれか一方のみで前記加振周波数が変動するように構成したことを特徴とする。
【００２０】
このように構成すると、外乱の影響による急激な振動変位の変化を生じさせることなく、安定して可動台を振動させることができるため、被搬送物をより安定して搬送させることが可能となる。
【００２１】
さらに、可動台に与える加振力の周波数をより高精度に制御して、より振動変位を安定させるためには、前記基準位相差決定部を、前記可動台の振動に対する前記振動センサによる検出の遅れ量、および前記加振電圧に対する前記加振力発生手段による加振力の発生の遅れ量にも基づいて、前記基準位相差を決定するように構成することが好適である。
【００２２】
また、上記の加振周波数の制御をより簡便に行うためには、前記加振周波数決定部を、前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に応じた補正量を決定し、当該補正量を前記加振周波数指令値の現在値に上乗せすることで新たな加振周波数指令値を決定するように構成することが好適である。
【００２３】
また、可動台の振動変位の変化をより小さく安定させるためには、前記加振周波数決定部を、前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差を段階的に減少させるように前記補正量を決定するよう構成することが好適である。
【００２４】
また、外乱による影響を避けつつエネルギ効率を向上させるためには、前記基準位相差決定部を、前記加振力発生手段により前記可動台に対して与えられる加振力に対して、当該加振力によって前記可動台に生じる振動の位相が、−８８°以上−８７°以下、または、−９３°以上−９２°以下の範囲になるように前記基準位相差を決定するよう構成することが好適である。
【００２５】
さらには、可動台の振動変位を一定に保ち、より安定して被搬送物の搬送を行うことができるようにするためには、前記制御部が、制御目標としての振幅設定値を設定する振幅設定部と、前記振幅設定値と前記振動センサから得られる検出信号の大きさに基づいて前記加振力指令値を決定する加振力決定部とをさらに備えているように構成することが好適である。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明した本発明によれば、エネルギ効率の高い共振点追尾制御を行わせつつ、外乱の影響を受けることなく可動台の振幅の急激な変化を抑制して、被搬送物を安定して搬送させることができる振動フィーダを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る振動フィーダのシステム構成図。
【図２】同振動フィーダの機械装置部を拡大して示す側面図。
【図３】同振動フィーダにおける電磁コイルに与える電圧と、これにより生じる電流および振動変位との関係を模式的に示すグラフ。
【図４】同振動フィーダにおける振幅と加振周波数、位相差と加振周波数との関係を模式的に示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２９】
この実施形態の振動フィーダは、図１に示すように、大きくは機械装置部２と制御部４とから構成されている。制御部４は、機械装置部２が備える加振力発生手段としての電磁コイル３１に対して、加振電圧発生部としてのインバータ３２を介して周期的に変動する電圧を与えることで加振力を与えて振動させることができるようになっている。
【００３０】
具体的な機械装置部２の構成を、図２を基にして説明する。
【００３１】
機械装置部２は、大きくはトラフとして構成された可動台２１と、これを弾性的に支持する基台部２２とから構成されている。また、可動台２１および基台部２２は各々弾性支持柱２３、２４によって支持されており、全体として床や地面等の設置面（図示せず）に対して弾性的に支持された状態を保つことができる。
【００３２】
可動台２１はその上部に被搬送物９〜９を載置するための平面状の搬送面２１ａが形成されており、振動を行うことで複数の被搬送物９〜９を連続して搬送させることができるようになっている。
【００３３】
基台２２はその内部に加振力発生手段としての電磁コイル３１が設けられており、当該電磁コイル３１に電圧を印加して電流を流すことによって、可動台２１に対して図中の左下から右上への斜め方向に変位を生じさせることができるようになっている。この電磁コイル３１に対して、インバータ３２（図１参照）より正弦波状の周期的な電圧（以下、「加振電圧」と称す。）を与えることで、可動台２１に周期的な加振力を与えて振動を生じさせることができる。
【００３４】
このようにして、可動台２１を図中の左下から右上への斜め方向に振動させることによって、搬送面２１ａに載せた被搬送物９〜９を連続して図中の右方向に搬送させていくことができる。
【００３５】
上記の加振力の大きさを示す振幅は与える電圧の振幅にほぼ比例し、加振力の周波数は電圧の周波数と一致する。そのため、電磁コイル３１に与えるインバータ３２（図１参照）からの電圧によって、加振力の大きさおよび周波数は制御されているものといえる。以下、この電圧を「加振電圧」と称す。
【００３６】
また、基台２２には振動センサ３３が設けられている。この振動センサ３３としては、基台２２の側より可動台２１の相対変位を検出する変位センサを用いており、その相対変位をアナログ信号として出力することが可能となっている。
【００３７】
本実施形態においては、可動台２１と基台２２の重量や、弾性支持柱２３と弾性支持柱２４の支持条件を異ならせることによって、電磁コイル３１による加振力が作用している際に基台２２の変位をほとんど生じさせず、専ら可動台２１のみを振動させるように構成している。そのため、上記振動センサ３３によって検出する相対変位はほぼ可動台２１の振動変位と等しくなっている。
【００３８】
上記のように構成された機械装置部２を駆動させるため、図１のようにインバータ３２が設けられている。このインバータ３２からは電磁コイル３１に対して加振電圧が出力される。そして、このインバータ３２に対して制御部４によって生成された加振力指令値および加振周波数指令値が与えられ、当該インバータ３２はそれらの指令値に対応するようにして加振電圧の大きさおよび周波数を決定して電磁コイル３１に対して出力を行うようになっている。
【００３９】
機械装置部２は、スイッチ８２、８３を切り替えることにより、３つの制御モードのいずれかを選択して動作させることが可能となっている。
【００４０】
第一の制御モードは定電圧モードであり、これを実行する定電圧モード実行部４１が制御部４の中に設けられている。この定電圧モード実行部４１の中には、定周波数指令値設定部５１および定電圧指令値設定部５２が設けられている。定周波数指令値設定部５１では、一定値として加振周波数指令値を設定して、スイッチ８３を通じてインバータ３２に出力することができるようになっている。また、定電圧指令値設定部５２では、一定値として加振力指令値としての電圧幅の指令値を設定して、スイッチ８２を通じてインバータ３２に出力することができるようになっている。
【００４１】
このようにして各々一定値とされた加振周波数指令値および加振力指令値を入力され、これに対応してインバータ３２は、一定の大きさおよび周波数を保ちつつ加振電圧を電磁コイル３１に対して出力するようになる。
【００４２】
第二の制御モードは定振幅モードであり、これを実行する定振幅モード実行部４２が制御部４の中に設けられている。なお、当該定振幅モード実行部４２には、上記定電圧モード実行部４１の一部を構成する定周波数指令値設定部５１が含まれている。このように本実施形態に係る制御部４は、特定の機能部分を複数の制御モード実行部によって共通して使用するように構成してある。
【００４３】
この定振幅モードは、加振電圧の周波数を一定値とした上で、加振電圧の大きさを振動センサ３３により検出する可動台２１の振動変位を基にして、当該振動変位を一定とするようにしてフィードバック制御するものである。そのために、振動センサ３３による検出信号を増幅器８１によって増幅した後に振幅検出部５５に入力して、この振幅検出部５５によって振動変位（振幅）として変換を行う。そして振動変位データとして加振力決定部５６に対して出力を行う。
【００４４】
振動変位（振幅）の目標値は、振幅設定部５４によって設定を行うことが可能に構成されている。そして、振幅設定部５４によって設定された振動変位の目標値は加振力決定部５６に対して出力される。
【００４５】
加振力決定部５６では、振動変位（振幅）の目標値と、振動センサ３３より振幅検出部を介して得た現実の振動変位検出値とを比較することによって、加振力を維持または増減させるかを判断して、加振力指令値としての電圧幅の指令値を決定し、スイッチ８２を介してインバータ３２に出力する。
【００４６】
第三の制御モードは共振点追従モードであり、これを実行する共振点追従モード実行部４３が制御部４の中に設けられている。なお、この共振点追従モード実行部４３には、上記定振幅モード実行部４２の一部を構成する定振幅設定部５４、振幅検出部５５および加振力決定部５６が含まれている。
【００４７】
この共振点追従モードは、上記のような可動台２１の振動変位（振幅）の大きさを一定にするためのフィードバック制御に、可動台２１の共振点（固有振動数）の変化に対応して加振電圧の周波数を変化させるフィードバック制御を加えたものである。
【００４８】
そのため、振動センサ３３により得られる可動台２１の振動検出値を増幅器８１を介して入力されるとともに、インバータ３２より出力される加振電圧を入力され、両者の間の位相差を検出する位相差検出部５７が設けられている。さらに、位相差検出部５７によって検出した位相差は、加振周波数決定部５８に対して出力される。こうした実際の検出値としての位相差に対して、制御目標としての基準位相差を決定する基準位相差決定部５３が設けられている。
【００４９】
位相差検出部５７により得られる検出した位相差と、基準位相差決定部５３により決定された基準位相差はともに加振周波数決定部５８に出力され、この加振周波数決定部５８では、検出した位相差と基準位相差との偏差に基づいて加振周波数指令値を決定し、スイッチ８３を通じてインバータ３２に出力するように構成されている。
【００５０】
このように構成することによって、共振点追従モードでは可動台２１の共振点（固有振動数）が変化した場合であっても、その共振点の近くに加振周波数を変更するようにフィードバック制御を行うことで、少ない電気エネルギで効率よく可動台２１に対して振動を生じさせることができるようになっている。
【００５１】
また、この共振点追従モードにおいては、上述した定振幅モード実行部４２と共通する一部の機能を備えることによって、振動センサ３３による検出信号を基に振幅検出部５５によって振動変位（振幅）を検出しつつ、その振動変位と振幅設定部５４によって設定された振幅との偏差に基づいて加振力決定部５６が加振力指令値としての電圧幅の指令値を決定し、インバータ３２に出力することで可動台２１の振動変位を一定にすることができるようになっている。
【００５２】
ここで、上記共振点追従モードにおいて、位相差をもとにして加振周波数を決定する手法について詳細に説明する。
【００５３】
まずは、図１を参照しつつ図３を基に、振動の位相についての理論上の考え方を説明する。
【００５４】
加振電圧発生部としてのインバータ３２より与える加振電圧（コイル電圧）を図３（ａ）のような正弦波状のものとして、加振力発生手段としての電磁コイル３１に与えた場合、この電磁コイル３１を流れる電流（コイル電流）は図３（ｂ）のようになる。
【００５５】
すなわち、電磁コイル３１を流れる電流は、加振電圧の周波数と一致した波形を示すものの、電圧に対して９０°分の位相遅れを生じる。電磁コイル３１により発生する加振力は電流値に比例するものであるために、図３（ｂ）で示す波形のグラフは加振力の波形を示すグラフということもできる。
【００５６】
さらに、この加振力の波形に対する振動変位の波形の関係は図３（ｃ）のように表される。ここで、図中におけるｆは加振力の周波数を示し、ｆ０は固有振動数を示す。すなわち、図中のＡで示した線のように、加振力の周波数（加振周波数）が固有振動数と一致する場合にはその振動変位の位相は加振力に対して９０°の位相遅れが生じる。また、図中のＢで示す線のように、加振力の周波数（加振周波数）が固有振動数よりも小さい場合には、振動変位の位相の加振力の位相に対する遅れ量は９０°よりも小さくなる。さらには、図中のＣで示す線のように、加振力の周波数が固有振動数よりも大きい場合には、振動変位の位相の加振力の位相に対する遅れ量は９０°よりも大きくなる。
【００５７】
なお、以上に述べた振動変位の位相遅れ量は、加振力（コイル電流）ではなく、加振電圧（コイル電圧）を基準とする場合には、さらに９０°の位相遅れがあることになり、固有振動数と加振電圧の周波数が一致する点においては、振動変位は加振電圧に対して１８０°の位相遅れが生じることになる。
【００５８】
上記のような理論を基にして、上述の共振点追尾制御は加振周波数指令値の決定を行うようにしている。
【００５９】
その具体的な内容を、図１を参照しつつ図４を用いて説明する。
【００６０】
可動台２１の振動変位（振幅）の加振周波数ｆに対する関係を図４（ａ）に示す。すなわち、加振周波数ｆが増加していき、可動台２１の固有振動数ｆ０に近接するに従って急激に振動は増加し、固有振動数ｆ０に一致した点で振動変位が最も大きくなり、固有振動数ｆ０を越え離間して行くにつれ急激に振動変位が減少していく。
【００６１】
このような、振動変位の変化を招く加振周波数の変化とともに、位相差は図４（ｂ）、図４（ｃ）のように変化する。図４（ｂ）では、加振力（コイル電流）に対する振動変位の位相差θｉを縦軸にして示しており、上述したように固有振動数と一致するｆ＝ｆ０の箇所で位相差は−９０°となり、この点を境にしてｆ０よりも加振周波数が小さい場合には位相差が大きく（位相遅れ量が小さく）なり、ｆ０よりも加振周波数が大きい場合には位相差が小さく（位相遅れ量が大きく）なる。
【００６２】
同様に、図４（ｃ）では、加振電圧（コイル電圧）に対する振動変位の位相差θｖを縦軸にして示しており、上述したように固有振動数と一致するｆ＝ｆ０の箇所で位相差は−１８０°となり、この点を境にしてｆ０よりも加振周波数が小さい場合には位相差が大きく（位相遅れ量が小さく）なり、ｆ０よりも加振周波数が大きい場合には位相差が小さく（位相遅れ量が大きく）なる。
【００６３】
このように加振電圧（コイル電圧）に対する振動変位の位相差を検出することによって、−１８０°より大きい場合には固有振動数に対して加振周波数が小さいことを、−１８０°よりも小さい場合には固有振動数に対して加振周波数が大きいことを判別することができ、この位相差を−１８０°に合わせるようにフィードバック制御することで原理的には固有振動数に加振周波数を合致させるよう制御することが可能である。
【００６４】
しかしながら、上述したように固有振動数付近での制御は振動変位が急激に増大することから制御が不安定となるおそれがある。また、加振周波数側を固有振動数近くで一定にとどめた場合であっても、可動台２１の支持条件や、被搬送物の重量等の外乱の影響によって、固有振動数そのものが上下に変動する可能性がある。このような場合には、やはり加振周波数と固有振動数が一致することで振動変位が急激に増大し、離間することで振動変位が減少するような現象が生じ、上記と同様に振動変位が安定せず制御が不安定となる。
【００６５】
そこで、本実施形態における基準位相差決定部５３においては、加振電圧（コイル電圧）に対する振動変位の位相差の制御目標である基準位相差を−１８０°ではなく、外乱の影響と関連づけることにより、−１８０°よりずらしたθｖ１に決定するようにされている。基準位相差θｖ１では加振周波数ｆ１が指令値として出力される。外乱が生じた場合には、基準位相差θｖ１を中心としてΔθｖ１の幅で位相差が変動し、これと対応するようにして加振周波数はｆ１を中心としてΔｆ１の幅で変動する。
【００６６】
また、加振周波数の変動と同時に固有振動数ｆ０も変動するが、これが最も大きく変動して低下した場合であっても、ｆ１＋Δｆ１／２を下回ることがないように基準位相差θｖ１を設定するようになっている。
【００６７】
さらに、こうした位相差の検出値においては、可動台２１の振動を振動センサ３３により検出する際の検出遅れや、加振電圧に対して実際の電磁コイル３１により発生する加振力の遅れによって誤差が生じる。そのため、本実施形態における基準位相差決定部５３においては、これらの遅れ量を実測した数値を入力されることで、これらを基準位相差に反映するように構成している。そのため誤差の影響を受けることなく位相差を検出することによって、加振周波数と固有振動数との関係を的確に把握することができる。
【００６８】
以上のように構成することによって、外乱が生じた場合であっても可動台２１の固有振動数と加振周波数とは近接した状態を保ちつつ、加振周波数が固有振動数に対して下側に位置した状態を維持して、両者が完全に一致する状態を避けることができるために、振動変位が急激に増大および減少を繰り返し不安定になることを回避することが可能となっている。
【００６９】
なお、同様の考えに基づいて、基準位相差決定部５３により基準位相差を−１８０°よりも小さなθｖ２として設定させることによっても、加振周波数が固有振動数に対して上側に位置した状態を維持して、両者が完全に一致する状態を避けることができるために、振動変位を安定化させることが可能である。
【００７０】
上記のような、位相差に基づく加振周波数の制御は、加振電圧に対する振動変位の位相差ではなく、加振力すなわちコイル電流に対する振動変位の位相差に基づいて行うことも可能である。この場合には、上記の位相差より９０°ずらして考えれば良く、固有振動数と加振周波数とが一致する点を−９０°として考えれば良い。
【００７１】
このような場合であっても、上記のような加振電圧に対する位相差θｖ１、θｖ２に対応するものとして、加振電流に対する位相差θｉ１、θｉ２を考え、これを基準位相差として制御に用いれば良い。
【００７２】
加振電流に対する位相差θｉ１、θｉ２を基準として考えた場合、各々−８８°≦θｉ１≦−８７°、−９３°≦θｉ２≦−９２°の関係することが好適である。このようにすることで、加振周波数を固有振動数近くに維持させたままで、外乱の影響を生じさせず可動台２１の振動変位が急激に変動することを抑制することが可能となっている。
【００７３】
また、本実施形態において、図１に示した加振周波数決定部５８は、基準位相差決定部５３から入力される基準位相差と、位相差検出部５７より入力される位相差との偏差を算出して、その偏差に基づいて加振周波数を決定するように構成されている。具体的には、その偏差量の大きさに応じて、加振周波数の現在値に対して上乗せを行うように加振周波数指令値を決定するとともに、当該偏差量を段階的に無くしていくように構成している。そのため、偏差量が大きい場合には加振周波数を大きく変化させるものの、目標の加振周波数にまではやや時間を掛けて一致させるようにしてある。このようにすることで、振動変位の急激な変化をより抑制して、制御が不安定となることを防止している。
【００７４】
上記のように構成した振動フィーダ１は、スイッチ８２、８３を切り換えることで３つのモードで動作させることができる。
【００７５】
まず、第一のモードの定電圧モードで運転する場合には、一定の加振周波数および加振力を与えつつ、簡単に可動台２１を動作させることが可能となる。ただし、このモードでは、被搬送物の重量や大きさ等の条件によっていかなる振動変位が発生するかは不明となる。
【００７６】
次に、第二のモードである定振幅モードにおいては、一定の加振周波数で振動を与えつつ、振動変位が設定値となるように加振力の大きさを自動的に変更しつつ制御する。これにより、一定の振動変位を維持することができるもののエネルギ効率が低くなる傾向にある。
【００７７】
第三のモードである共振点追従モードにおいては、可動台２１の固有振動数（共振周波数）に近い領域の基準位相差を設定して、これを制御目標値として加振周波数を設定しているために、少ないエネルギで大きな振動変位をえることができてエネルギ効率が良い。さらには、外乱の影響を受けて固有振動数が変化した場合においても、さらには制御幅として加振周波数が変動した場合であっても、固有振動数と加振周波数とが一致しない程度に基準位相差を固有振動数に相当する位相差よりずらして設定しているために、急激な振動変位の増大や減少が生じて振動変位が不安定になるなどの恐れがない。また、定振幅制御と組み合わせた場合には、定振幅制御のハンチングを生じることもない。
【００７８】
加えて、加振電圧より実際に加振力が発生するまでの時間遅れおよび、実際の振動と振動センサ３３による検出の時間遅れ量を加味して、上記基準位相差を設定しているため、より制御の精度を向上させて、上記の効果を高めることが可能となっている。さらに、位相差の偏差を基にして、その偏差を段階的になくすようにして加振周波数指令値に補正を加えるようにしていることから、より振動変位を安定して制御することが可能となっている。
【００７９】
以上のように、本実施形態に係る振動フィーダ１は、被搬送物９を載置可能な搬送面２１ａを有する可動台２１と、入力された加振電圧に対応した加振力を前記可動台２１に与える加振力発生手段３１と、加振力指令値および加振周波数指令値を生成する制御手段４と、前記制御手段４より入力される加振力指令値および加振周波数指令値に基づいて前記加振電圧の大きさおよび周波数を決定して当該加振電圧を前記加振力発生手段３１に出力する加振電圧発生部３２とを備えた振動フィーダ１であって、前記可動台２１の振動を検出可能な振動センサ３３を具備するとともに、前記制御部４が、前記振動センサ３３から得られる検出信号と前記加振電圧発生部３２より得られる加振電圧との位相差を検出する位相差検出部５７と、当該位相差の制御目標としての基準位相差を、前記搬送面２１ａに載置させた被搬送物９の重量変化などの外乱による前記可動台２１の固有振動数の変化と関連づけて決定する基準位相差決定部５３と、前記位相差検出部５７より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に基づいて前記加振周波数指令値を決定する加振周波数決定部５８とを備えており、前記外乱によって前記可動台２１の固有振動数が変化した際に、当該固有振動数の上下のいずれか一方のみで前記加振周波数が変動するように構成したことを特徴とするものである。
【００８０】
このように構成しているため、外乱の影響を受けることなく可動台２１の振動変位の急激な増大や減少を抑制して、安定した振動を生じさせることが可能となる。
【００８１】
また、前記基準位相差決定部５３を、前記可動台２１の振動に対する前記振動センサ３３による検出の遅れ量、および前記加振電圧に対する前記加振力発生手段３２による加振力の発生の遅れ量にも基づいて、前記基準位相差を決定するように構成しているため、より精度良く加振周波数の制御を行うことができるため、可動台２１の急激な振動変位の変化をより一層抑制することができる。
【００８２】
また、前記加振周波数決定部５８を、前記位相差検出部５７より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に応じた補正量を決定し、当該補正量を前記加振周波数指令値の現在値に上乗せすることで新たな加振周波数指令値を決定するように構成しているため、より簡便に加振周波数を設定して振動変位の制御を行うことが可能となる。
【００８３】
さらに、前記加振周波数決定部５８を、前記位相差検出部５７より得られる位相差と前記基準位相差との偏差を段階的に減少させるように前記補正量を決定するよう構成しているため、加振周波数の変化を緩やかにして可動台２１の振動変位の急激な変化を一層抑制することでき、より安定して制御を行うことが可能となる
【００８４】
また、前記基準位相差決定部５３を、前記加振力発生手段３１により前記可動台２１に対して与えられる加振力に対して、当該加振力によって前記可動台２１に生じる振動の位相が、−８８°以上−８７°以下、または、−９３°以上−９２°以下の範囲になるように前記基準位相差を決定するよう構成しているため、外乱による影響を避けてより安定的に制御を行うことが可能となる。
【００８５】
さらに、前記制御部４が、制御目標としての振幅設定値を設定する振幅設定部５４と、前記振幅設定値と前記振動センサ３３から得られる検出信号の大きさに基づいて前記加振力指令値を決定する加振力決定部５６とをさらに備えるようにして構成したため、可動台２１の振動変位を一定に保つことができ、より安定して被搬送物９の搬送を行うことができるようになる。
【００８６】
なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。
【００８７】
上記の実施形態においては振動検出センサ３３として変位センサを用いていたが、可動台２１の振動変位を検出することが可能である限り、こうしたタイプのものを用いることは必須とはいえない。例えば、変位センサに代わり振動速度や振動加速度を検出するものを用いた構成としても、振動の周波数を判別することができるとともに、積分器等と組み合わせることによって振動変位の大きさを判別することもできるため差し支えない。
【００８８】
その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１…振動フィーダ
２…機械装置部
４…制御部
９…被搬送物
２１…可動台
２１ａ…搬送面
３１…電磁コイル（加振力発生手段）
３２…インバータ（加振電圧発生部）
３３…振動センサ
５３…基準位相差決定部
５４…振幅設定部
５５…振幅検出部
５６…加振力決定部
５７…位相差検出部
５８…加振周波数決定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被搬送物を載置可能な搬送面を有する可動台と、
入力された加振電圧に対応した加振力を前記可動台に与える加振力発生手段と、
加振力指令値および加振周波数指令値を生成する制御部と
前記制御部より入力される加振力指令値および加振周波数指令値に基づいて前記加振電圧の大きさおよび周波数を決定して当該加振電圧を前記加振力発生手段に出力する加振電圧発生部とを備えた振動フィーダであって、
前記可動台の振動を検出可能な振動センサを具備するとともに、
前記制御部が、
前記振動センサから得られる検出信号と前記加振電圧発生部より得られる加振電圧との位相差を検出する位相差検出部と、
当該位相差の制御目標としての基準位相差を、前記搬送面に載置させた被搬送物の重量変化などの外乱による前記可動台の固有振動数の変化と関連づけて決定する基準位相差決定部と、
前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に基づいて前記加振周波数指令値を決定する加振周波数決定部とを備えており、
前記外乱によって前記可動台の固有振動数が変化した際に、当該固有振動数の上下のいずれか一方のみで前記加振周波数が変動するように構成したことを特徴とする振動フィーダ。
【請求項２】
前記基準位相差決定部を、前記可動台の振動に対する前記振動センサによる検出の遅れ量、および前記加振電圧に対する前記加振力発生手段による加振力の発生の遅れ量にも基づいて、前記基準位相差を決定するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の振動フィーダ。
【請求項３】
前記加振周波数決定部を、前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に応じた補正量を決定し、当該補正量を前記加振周波数指令値の現在値に上乗せすることで新たな加振周波数指令値を決定するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の振動フィーダ。
【請求項４】
前記加振周波数決定部を、前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差を段階的に減少させるように前記補正量を決定するよう構成したことを特徴とする請求項３に記載の振動フィーダ。
【請求項５】
前記基準位相差決定部を、前記加振力発生手段により前記可動台に対して与えられる加振力に対して、当該加振力によって前記可動台に生じる振動の位相が、−８８°以上−８７°以下、または、−９３°以上−９２°以下の範囲になるように前記基準位相差を決定するよう構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の振動フィーダ。
【請求項６】
前記制御部が、制御目標としての振幅設定値を設定する振幅設定部と、
前記振幅設定値と前記振動センサから得られる検出信号の大きさに基づいて前記加振力指令値を決定する加振力決定部とをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の振動フィーダ。
【請求項１】
被搬送物を載置可能な搬送面を有する可動台と、
入力された加振電圧に対応した加振力を前記可動台に与える加振力発生手段と、
加振力指令値および加振周波数指令値を生成する制御部と
前記制御部より入力される加振力指令値および加振周波数指令値に基づいて前記加振電圧の大きさおよび周波数を決定して当該加振電圧を前記加振力発生手段に出力する加振電圧発生部とを備えた振動フィーダであって、
前記可動台の振動を検出可能な振動センサを具備するとともに、
前記制御部が、
前記振動センサから得られる検出信号と前記加振電圧発生部より得られる加振電圧との位相差を検出する位相差検出部と、
当該位相差の制御目標としての基準位相差を、前記搬送面に載置させた被搬送物の重量変化などの外乱による前記可動台の固有振動数の変化と関連づけて決定する基準位相差決定部と、
前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に基づいて前記加振周波数指令値を決定する加振周波数決定部とを備えており、
前記外乱によって前記可動台の固有振動数が変化した際に、当該固有振動数の上下のいずれか一方のみで前記加振周波数が変動するように構成したことを特徴とする振動フィーダ。
【請求項２】
前記基準位相差決定部を、前記可動台の振動に対する前記振動センサによる検出の遅れ量、および前記加振電圧に対する前記加振力発生手段による加振力の発生の遅れ量にも基づいて、前記基準位相差を決定するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の振動フィーダ。
【請求項３】
前記加振周波数決定部を、前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差に応じた補正量を決定し、当該補正量を前記加振周波数指令値の現在値に上乗せすることで新たな加振周波数指令値を決定するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の振動フィーダ。
【請求項４】
前記加振周波数決定部を、前記位相差検出部より得られる位相差と前記基準位相差との偏差を段階的に減少させるように前記補正量を決定するよう構成したことを特徴とする請求項３に記載の振動フィーダ。
【請求項５】
前記基準位相差決定部を、前記加振力発生手段により前記可動台に対して与えられる加振力に対して、当該加振力によって前記可動台に生じる振動の位相が、−８８°以上−８７°以下、または、−９３°以上−９２°以下の範囲になるように前記基準位相差を決定するよう構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の振動フィーダ。
【請求項６】
前記制御部が、制御目標としての振幅設定値を設定する振幅設定部と、
前記振幅設定値と前記振動センサから得られる検出信号の大きさに基づいて前記加振力指令値を決定する加振力決定部とをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の振動フィーダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−９５５６３（Ｐ２０１３−９５５６３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０６７５（Ｐ２０１１−２４０６７５）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]