JP4882166B2

JP4882166B2 - 位置同期制御装置

Info

Publication number: JP4882166B2
Application number: JP2001179061A
Authority: JP
Inventors: 直樹金沢
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: JP2002370816A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２つの搬送システムを組み合わせて物品を搬送する際に、機械的に絶縁されている各搬送システムの駆動部を所定の搬送比で運転制御する位置同期制御装置に関し、とくに、電動機を含む駆動装置と駆動部とを接続している減速ギアのギア比が正確に知られていなくても、駆動部に対する同期位置制御が可能な位置同期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物品を搬送路に沿って搬送する工場の生産ラインなどにおいて、誘導電動機、同期電動機を可変速制御する制御装置が用いられる。とくに、互いに機械的に絶縁された複数の搬送システムを組み合わせて搬送路を構成する場合には、各搬送システムを位置同期制御するために最適な制御方法が選択される必要がある。
【０００３】
図６は、２本の搬送路１０，２０を組み合わせて物品Ｂを搬送するシステムを示す図である。このシステムは、例えば互いに機械的に絶縁されていない搬送システム、すなわちベルトやチェーンなどで機械的に連結された、２つ以上の駆動装置が組み込まれた単一の搬送システムであれば、シンクロ発振器やドループ制御、あるいはパルス列を利用して、同期速度制御が可能である。このとき、搬送システムが要求する速度制御の精度と、必要なコストとに応じていずれかの同期制御方法が選択されることになる。
【０００４】
一方で、こうした機械的に絶縁されていない搬送システムとは異なり、２本の搬送路１０，２０が独立した搬送システムを構成しているとき、機械的に絶縁されている搬送システムという。この搬送システムでは、その各々を組み合わせて速度を合わせるための同期速度制御は、シンクロ発振器やパルス列を利用した制御が行われる。このような搬送システムにおいて、移送される物品Ｂの搬送路での位置を所定の範囲に指定するためには、上述したような速度の同期制御だけではなく、互いの搬送システムの位置についても同期制御することによって、物品Ｂを一方の搬送路から他方の搬送路に引き渡す相対的な位置関係を精密に制御しなくてはならない。
【０００５】
図７には、機械的に絶縁されている搬送システムを同期速度制御するための構成を示している。この搬送システムでは、搬送路１０を駆動する駆動部１１に対しては、外部からの速度指令値Ｎによって速度設定されるが、搬送路２０を駆動する駆動部２１に対しては、駆動部１１の機械軸に取り付けられたパルスエンコーダ１３の信号を速度制御回路２２に引き渡して形成される同期速度指令によって制御される。
【０００６】
ここで、駆動部１１の速度制御回路１２は、駆動装置１と電動機Ｍ１と減速ギヤＧ１とパルスコーダＰＧ１とから構成されている。駆動部２１の速度制御回路２２も、同様に駆動装置２と電動機Ｍ２と減速ギヤＧ２とパルスコーダＰＧ２とから構成されている。パルスエンコーダ１３の出力パルスは、搬送路１０の速度に対応する周波数のパルスとして分周器１４を介して速度制御回路２２に供給される。速度制御回路２２の駆動装置２では、パルス列の周波数とパルス数によって、駆動部１１と同期するように駆動部２１の速度制御が行われる。
【０００７】
ところが、電動機Ｍ２と駆動部２１との間には、減速ギアＧ２が介在しているため、長時間の運転中に位置ずれが生じる。そこで、減速ギヤＧ１のギア比とは異なる減速ギアＧ２を設けている場合、同期速度制御では速度指令を補正するために分周器１４を設けて、これらのギア比を正確に設定することで、２本の搬送路１０，２０の位置ずれをなくすことが可能である。
【０００８】
図８は、図７のものと同様に、機械的に絶縁されている搬送システムで同期位置制御を行うための構成を示している。ここでは、駆動装置２側にギア比を補正するためのソフトウェア制御手段１５と、搬送路２０の位置を検出するためのリミットスイッチ１７とを備えている。ソフトウェア制御手段１５では、分周器１４で分周された信号に基づいて比率設定することにより、３２ビットレベルでギア比に応じた詳細な位置補正を可能にしている。また、リミットスイッチ１７によって搬送路２０の初期位置を知ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
同期速度制御の場合には位置ずれはシステム上の問題とはならないが、同期位置制御を行う場合は、物品の搬送位置が図６に示すような位置に固定されなくなれば、種々の不都合が生じる。
【００１０】
従来の制御システムでは、複数の搬送路をそれぞれ駆動する電動機と駆動部との間にギアが介在するため、このギアのギア比が正確に分からない場合には、分周器やソフトウェア分周によって、搬送システムを正確に同期位置制御することができない。また、Ｖベルトのような滑りやすい結合手段によって電動機の力が搬送路に伝えられている場合には、長期間の運転中に同期位置にずれが生じる。また、減速ギアを用いないで、電動機に駆動部を直結している場合には、ギア比の問題はなくなるが、駆動装置の容量が大きくなるので、コストアップとなる。
【００１１】
さらに、設計上の仕様に対してばらつきの大きな、安価なギアを使用していると、ギア比そのものが正確でなく、運転テストなどによって正確なギア比を見つけて、プログラム設定を行わなければならない。このようなプログラム設定には時間を要するので、大量生産品に安価なギアを取り付けている場合など、出荷前に全ての機械システムにギア比を設定するには、膨大な時間と手間を要するという問題があった。
【００１２】
この発明の目的は、搬送システムのコストを低減するとともに、調整要素やメンテナンス必要部品の削減が可能な位置同期制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、２つの搬送システムを組み合わせて物品を搬送する際に、機械的に絶縁されている各搬送システムの駆動部を所定の搬送比で運転制御する位置同期制御装置が提供される。この位置同期制御装置は、それぞれ減速ギアを介して各駆動部を駆動するとともに、それぞれの減速ギアのギア比に応じた比率設定値によって同期速度制御する第１、第２の駆動手段と、前記各駆動部による物品の搬送タイミングを検出する第１、第２のタイミング検出手段と、前記第１，第２のタイミング検出手段で検出された搬送タイミングで前記第１、第２の駆動手段に出力される速度指令値に基づいて前記各駆動部の位置偏差を演算することにより、一方の駆動手段に対する同期速度を補正する速度指令値補正手段とから構成される。
また、本発明の別の位置同期制御装置は、それぞれ減速ギアを介して各駆動部を同期速度制御する第１、第２の駆動手段と、前記各駆動部による物品の搬送タイミングを検出する第１、第２のタイミング検出手段と、前記第１、第２のタイミング検出手段で検出された搬送タイミングで前記第１、第２の駆動手段に出力される速度指令値に基づいて前記各駆動部の位置偏差を演算し、演算された位置偏差に一方の駆動手段の位置制御ゲイン量を掛けることにより、前記一方の駆動手段に対する同期速度を補正する速度指令値補正手段と、から構成される。
さらに、本発明の別の位置同期制御装置は、それぞれ減速ギアを介して各駆動部を同期速度制御する第１、第２の駆動手段と、前記各駆動部による物品の搬送タイミングを検出する第１、第２のタイミング検出手段と、前記第１、第２のタイミング検出手段で検出された搬送タイミングで前記第１、第２の駆動手段に出力される速度指令値に基づいて前記各駆動部の位置偏差を演算し、演算された位置偏差に前記各駆動部における初期位置補正量を加算することにより、同期速度を補正する速度指令値補正手段と、から構成される。
さらにまた、本発明の別の位置同期制御装置は、それぞれ減速ギアを介して各駆動部を同期速度制御する第１、第２の駆動手段と、前記各駆動部による物品の搬送タイミングを検出する第１、第２のタイミング検出手段と、前記第１、第２のタイミング検出手段で検出された搬送タイミングで前記第１、第２の駆動手段に出力される速度指令値に基づいて前記各駆動部の位置偏差を演算し、演算された位置偏差に前記各駆動部における経時変化による位置のオフセット量を加算することにより、同期速度を補正する速度指令値補正手段と、から構成される。
【００１４】
この位置同期制御装置では、電動機を含む駆動装置と駆動部とを接続している減速ギアのギア比が正確に知られていなくても、駆動部に対する同期位置制御が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、この発明の位置同期制御装置を示すブロック図である。
【００１６】
２本の搬送路１０，２０は、互いに機械的に絶縁されていない搬送システムを構成している。この搬送システムでは、搬送路１０を駆動する駆動部１１に対しては、外部から速度指令値Ｎ１によって速度設定される。また、電動機Ｍ１の回転速度信号がパルスコーダＰＧ１から駆動装置２に入力され、電動機Ｍ２のパルスコーダＰＧ２からの回転速度信号との間で位置偏差が演算され、搬送路２０を駆動する駆動部２１に対して同期速度制御している。
【００１７】
従来の位置同期制御装置（図８）と異なるのは、搬送路１０の駆動部１１に取り付けていたインクリメンタルエンコーダ（パルスエンコーダ１３）が不要となる点である。また、駆動装置２にリミットスイッチ１７から搬送路２０の位置検出信号（ＬＳ２）が入力されているだけでなく、搬送路１０にもリミットスイッチ１６を設けて、そこから搬送路１０の位置検出信号（ＬＳ１）が駆動装置２に入力するように構成した点でも異なっている。これらのリミットスイッチ１６，１７は、搬送される物品Ｂが搬送路１０と搬送路２０との境界位置に到達したとき、それぞれ同時にオンするように搬送路１０，２０に設置される。すなわち、リミットスイッチ１６，１７は、各搬送路１０，２０上での物品Ｂの搬送周期に同期してオン、オフを繰り返すことにより、各駆動部１１，２１による物品の搬送タイミングを検出する第１、第２のタイミング検出手段を構成している。
【００１８】
駆動装置１，２によって制御される電動機Ｍ１、Ｍ２は、それぞれ減速ギアＧ１、Ｇ２を介して駆動部１１、２１を駆動する。これらの減速ギアＧ１，Ｇ２のギア比は、正確ではないが既知であるものとする。このようなシステム条件において、ギア比を予め設定しておくことで、同期速度制御が可能になる。
【００１９】
また、リミットスイッチ１６，１７がオン、オフする位置の偏差は、時間の経過とともに変化しないように、同期位置制御が行われる。位置偏差が変化した場合には、その変化分を０に収束させるべく、駆動装置２では電動機Ｍ２への速度設定値を増加する。
【００２０】
図２は、リミットスイッチによる２つの搬送システムの位置合わせを説明する図である。
同図（Ａ）は、搬送路１０から搬送路２０に移送される物品Ｂが、搬送路２０で位置ずれを起こした場合である。ここでは、リミットスイッチ１６，１７の信号ＬＳ１，ＬＳ２によって物品Ｂを載せた搬送路１０，２０のステージの区切り部分を検出している。リミットスイッチ１６，１７は、それぞれ同時にＬＳ１，ＬＳ２がオンするように配置されている。同図（Ｂ）の場合には、ＬＳ１，ＬＳ２が同時にオンするように搬送路１０，２０が位置制御されているため、搬送路２０での物品Ｂの位置ずれは生じていない。
【００２１】
図３は、リミットスイッチの信号ＬＳ１，ＬＳ２に基づいて検出される位置偏差を説明する図である。
搬送路１０，２０に設けたリミットスイッチ１６，１７のＬＳ１，ＬＳ２が互いに同じタイミングでオンとなる場合に、位置ずれのない同期位置制御が可能であることを示している。このように、搬送システムの同期位置が合致するように予め機械調整を行っている場合には、位置同期制御装置ではリミットスイッチ１６，１７が同時にオンになるように速度を制御することによって、搬送路１０，２０の位置偏差を０に収束するような位置同期制御ができる。
【００２２】
図４は、同期位置制御を実施するための速度指令値補正回路の構成を示すブロック図である。
速度指令値補正回路３０のインタフェイス回路３１には、パルスコーダＰＧ１からの位置指令信号θ１、パルスコーダＰＧ２からの位置検出信号θ２、及びそれぞれリミットスイッチ１６，１７からのディジタル信号ＬＳ１，ＬＳ２が入力されている。
【００２３】
エッジ検出回路３２は、ディジタル信号ＬＳ１の立ち上がりのタイミングを検出して、パルスコーダＰＧ１からの位置指令信号θ１に対するサンプルホールド回路３３をオンオフするタイミングを決定している。同様に、エッジ検出回路３４では、信号ＬＳ２の立ち上がりのタイミングを検出して、位置検出信号θ２に対するサンプルホールド回路３５をオンオフするタイミングを決定している。
【００２４】
位置検出回路３６は、エッジ検出回路３２及びサンプルホールド回路３３と接続され、駆動部１の位置が検出される。同様に、位置検出回路３７は、エッジ検出回路３４及びサンプルホールド回路３５と接続され、駆動部２の位置が検出される。これらの位置検出信号θ１、θ２は、減算器３８に入力され、駆動部１，２間の位置ずれ量Δθが求められる。積分回路３９では、位置ずれ量Δθのサンプリング毎での時間積算値を演算している。
【００２５】
比率設定回路４０は、サンプルホールド回路３３と接続されることにより、駆動装置１に対する速度設定信号が入力され、駆動装置２の同期速度を決定している。ここでは、減速ギアＧ１、Ｇ２のギア比α：β、ａ：ｂ、及び駆動部１、２における搬送比ｍ：ｎが設定され、駆動装置１に対する設定速度Ｎ１から駆動装置２の同期速度Ｎ２を、次の式（１）のように決定している。
【００２６】
【数１】
Ｎ２＝Ｎ１×（β／α）×（ａ／ｂ）×（ｎ／ｍ） …（１）
ギア比α：β、ａ：ｂが正確であれば、この同期速度Ｎ２によって正確に同期した位置で駆動装置２を制御できる。しかし、実際には製品個体差があるので、このまま運転を続けると、徐々に位置がずれていく。そこで、速度指令値補正回路３０のインタフェイス回路３１には、駆動部１，２が１ステージだけ移動する毎に、それぞれオンするリミットスイッチ１６，１７からの信号ＬＳ１，ＬＳ２が供給され、同期位置制御が行われる。
【００２７】
この同期位置制御装置では、リミットスイッチ１６，１７で検出される搬送路１０，２０の相対的な位置関係が不変であればよい。ここでは、予め機械的な調整によって、リミットスイッチ１６，１７の信号ＬＳ１，ＬＳ２が同時にオンになるよう速度を制御している。
【００２８】
図５は、駆動装置２に対する速度指令値補正回路３０の速度補正原理を説明する図である。
いま、速度指令値補正回路３０に対して、リミットスイッチ１６，１７からのディジタル信号ＬＳ１，ＬＳ２が位置偏差Δθで入力されているものとする。このとき、駆動装置２に対する補正された速度指令値は、位置偏差Δθを０とするようにΔＮの大きさだけ補正された値で出力され、その後に元の大きさに戻る。
【００２９】
そこで、式（１）に示す同期速度Ｎ２は減算器４１に入力され、位置検出信号θ２との差分が演算され、積分回路４２で積分されることで、駆動装置２に対する同期速度Ｎ２が補正される。
【００３０】
さらに、加算器４３で位置ずれ量Δθの時間積算値が加算され、加算器４４では、機械システムの経時変化を考慮してオフセット調整回路４５で決定される位置のオフセット信号θoffsetが加算される。ゲイン回路４６では、加算器４４の出力に位置制御ゲイン（ＡＰＲゲイン）が掛け合わされる。また、ゲイン回路４７では、式（１）に示す同期速度Ｎ２にＦ／Ｆゲインが掛け合わせられる。これらのゲイン回路４６，４７の出力は、互いに加算器４８で加算され、駆動回路２に対する補正された速度指令として出力される。
【００３１】
このように、駆動装置２の同期位置設定は、駆動装置２に対する補正された位置指令Ｎ２とパルスコーダＰＧ２による位置検出量（θ２）との差（位置偏差）に、位置ずれ量Δθ、初期位置補正Δθ０を加えて、さらに位置制御ゲイン（ＡＰＲゲイン）を掛けたものとなり、次の式（２）のように表すことができる。
【００３２】
駆動装置２の同期位置設定
【００３３】
【数２】
＝[Σ｛θ１×(β／α)・(ａ／ｂ)・(ｎ／ｍ)−θ２｝＋Δθ０＋ΣΔθ]×（ＡＰＲゲイン） …（２）
また、機械システムの経時変化を考慮して、位置のオフセット信号θoffsetによる補正を可能とした場合には、次の（３）式となる。
【００３４】
駆動装置２の同期位置設定
【００３５】
【数３】
＝[Σ｛θ１×(β／α)・(ａ／ｂ)・(ｎ／ｍ)−θ２｝＋Δθ０＋θof fset＋ΣΔθ]×（ＡＰＲゲイン） …（３）
なお、θはサンプリング当たりのパルス列の個数、Σはサンプリングごとに位置を時間積分していることを示す。したがって、ソフトウェアで実現する場合には、ΣΔθの量がオーバフローすると、同期位置合わせ制御が不能となるから、通常では６４ビットの変数で保持するようにしている。これによって、ほぼ無限に補正が可能になる。
【００３６】
以上に説明したように、この発明の位置同期制御装置では機械的に絶縁されている２つの搬送システムを組み合わせて物品を搬送する際に、電動機Ｍ１，Ｍ２を駆動部１１，２１と接続している減速ギアＧ１，Ｇ２のギア比が正確に知られていない場合でも、各駆動部による物品の搬送タイミングを検出する第１、第２のタイミング検出手段としてリミットスイッチ１６，１７を設けたことにより、同期位置制御を行うことができる。
【００３７】
また、搬送システムの駆動部１１，２１にインクリメンタルエンコーダのような高価な検出器を設ける従来のものとは異なり、電動機Ｍ１，Ｍ２に付属している速度制御用のパルスコーダＰＧ１，ＰＧ２を用いて、簡単に位置同期制御を行えるので、従来の搬送システムから調整要素やメンテナンス必要部品の削減を図って、コストを低減することができる。
【００３８】
また、機械的に絶縁されている複数の搬送システムを組み合わせる場合に、駆動装置１と駆動装置２との同期位置制御を行い、次に駆動措置２と駆動装置３との同期位置制御を行うなどにより、多数の搬送システムを次々に組み合わせて、容易に拡張することができる。
【００３９】
また、減速ギアＧ１，Ｇ２のギア比が正確に分かっていない場合や、設計上の仕様に対してばらつきの大きな、安価なギアを使用している場合でも、組み合わせた搬送システム毎に面倒な比率設定などを行う必要がなくなるので、搬送システムのコストダウンを簡単に実現できる。
【００４０】
さらに、オフセット調整回路４５を設けていることにより、長期間の運転中に同期位置にずれが生じるなどの経時的な位置ずれに対して、コストのかかるメンテナンスが不要になるという利点がある。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の位置同期制御装置によれば、２つの搬送システムを組み合わせて物品を搬送する際に、搬送システムのコストを低減するとともに、調整要素やメンテナンス必要部品の削減が可能なるので、機械的に絶縁されている各搬送システムの駆動部を簡単に所定の搬送比で運転制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置同期制御装置を示すブロック図である。
【図２】リミットスイッチによる２つの搬送システムの位置合わせを説明する図である。
【図３】リミットスイッチの信号ＬＳ１，ＬＳ２に基づいて検出される位置偏差を説明する図である。
【図４】同期位置制御を実施するための速度指令値補正回路の構成を示すブロック図である。
【図５】駆動装置に対する速度指令値補正回路の速度補正原理を説明する図である。
【図６】２本の搬送路を組み合わせて物品を搬送するシステムを示す図である。
【図７】従来の機械的に絶縁されている搬送システムにおける同期速度制御を行うための構成を示す図である。
【図８】従来の機械的に絶縁されている搬送システムにおける同期位置制御を行うための構成を示す図である。
【符号の説明】
１，２…駆動装置、
１０，２０…搬送路、
１１，２１…駆動部、
Ｍ１，Ｍ２…電動機、
ＰＧ１，ＰＧ２…パルスコーダ、
Ｇ１、Ｇ２…減速ギア、
１６，１７…リミットスイッチ、
３０…速度指令値補正回路

Claims

２つの搬送システムを組み合わせて物品を搬送する際に、機械的に絶縁されている各搬送システムの駆動部を所定の搬送比で運転制御する位置同期制御装置において、
それぞれ減速ギアを介して各駆動部を駆動するとともに、それぞれの減速ギアのギア比に応じた比率設定値によって同期速度制御する第１、第２の駆動手段と、
前記各駆動部による物品の搬送タイミングを検出する第１、第２のタイミング検出手段と、
前記第１、第２のタイミング検出手段で検出された搬送タイミングで前記第１、第２の駆動手段に出力される速度指令値に基づいて前記各駆動部の位置偏差を演算することにより、一方の駆動手段に対する同期速度を補正する速度指令値補正手段と、
を備えることを特徴とする位置同期制御装置。
２つの搬送システムを組み合わせて物品を搬送する際に、機械的に絶縁されている各搬送システムの駆動部を所定の搬送比で運転制御する位置同期制御装置において、
それぞれ減速ギアを介して各駆動部を同期速度制御する第１、第２の駆動手段と、
前記各駆動部による物品の搬送タイミングを検出する第１、第２のタイミング検出手段と、
前記第１、第２のタイミング検出手段で検出された搬送タイミングで前記第１、第２の駆動手段に出力される速度指令値に基づいて前記各駆動部の位置偏差を演算し、演算された位置偏差に一方の駆動手段の位置制御ゲイン量を掛けることにより、前記一方の駆動手段に対する同期速度を補正する速度指令値補正手段と、
を備えることを特徴とする位置同期制御装置。
２つの搬送システムを組み合わせて物品を搬送する際に、機械的に絶縁されている各搬送システムの駆動部を所定の搬送比で運転制御する位置同期制御装置において、
それぞれ減速ギアを介して各駆動部を同期速度制御する第１、第２の駆動手段と、
前記各駆動部による物品の搬送タイミングを検出する第１、第２のタイミング検出手段と、
前記第１、第２のタイミング検出手段で検出された搬送タイミングで前記第１、第２の駆動手段に出力される速度指令値に基づいて前記各駆動部の位置偏差を演算し、演算された位置偏差に前記各駆動部における初期位置補正量を加算することにより、同期速度を補正する速度指令値補正手段と、
を備えることを特徴とする位置同期制御装置。
２つの搬送システムを組み合わせて物品を搬送する際に、機械的に絶縁されている各搬送システムの駆動部を所定の搬送比で運転制御する位置同期制御装置において、
それぞれ減速ギアを介して各駆動部を同期速度制御する第１、第２の駆動手段と、
前記各駆動部による物品の搬送タイミングを検出する第１、第２のタイミング検出手段と、
前記第１、第２のタイミング検出手段で検出された搬送タイミングで前記第１、第２の駆動手段に出力される速度指令値に基づいて前記各駆動部の位置偏差を演算し、演算された位置偏差に前記各駆動部における経時変化による位置のオフセット量を加算することにより、同期速度を補正する速度指令値補正手段と、
を備えることを特徴とする位置同期制御装置。
前記第１、第２の駆動手段は、それぞれパルスエンコーダを用いて同期速度指令値からの偏差による同期速度制御を行っていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の位置同期制御装置。
前記各減速ギアのギア比に応じた比率設定値を有する分周器を備え、
前記一方の駆動手段のパルスエンコーダ信号を分周して他方の駆動手段に出力していることを特徴とする請求項５記載の位置同期制御装置。
前記第１、第２のタイミング検出手段は、前記各駆動部の物品搬送路に設けたリミットスイッチであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の位置同期制御装置。