JPS5946004B2 - 位置決め制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被制御対象物にあけられた孔、あるいは記入、
印刷された円のマークなどを検出し、これを制御ヘッド
と一致せしめて、ピンの挿入、機械加工、印刷加工を行
なう際に、一般に行われるＸ−Ｙ軸の位置決め制御と併
用し、精密位置決めを行なう方式に関するものである。

一般に前記のような制御用途については数値制御の位置
決めで充分な場合が多いが、被加工体の加工精度が充分
でなく、また経年変化により位置寸法のズレを発生して
いるような場合、数値制御位置決めによる一次的位置決
めに対して直接対象物の位置と、所望位置の差を検出し
、一致するように位置を移動させ精密に一致せしめる二
次的位置決めが必要になる。

平面上における被制御点を目標点に一致せしめる位置決
め方式は種々考案されているが、簡単な構成で、かつ位
置検出素子等の経年変化に対しても補償できる位置決め
方式を実現することは難かしいという問題点がある。

本発明の目的はこのような問題点を解決するもので、こ
の目的は走査平面の中心に位置する目標点に、該平面内
に有る被制御点を一致せしめる位置決め方式において、
前記走査平面の中心にある目標点を原点として、Ｘ，Ｙ
軸より成る直交座標系を設定し、各軸に平行なスリツト
を該平面内でＸ，Ｙ軸方向に交互に走査する走査手段と
、このスリツトが目標点および被制御点を通過した事を
検出する検出手段と、各走査毎に発生する目標点と被制
御点間の走査時間間隔を正負方向に計数可能な計数手段
と、この計数手段で計数した値を電圧に変換するデイジ
タル／アナグロ変換手段と、この変換手段から発生する
電圧に比例した速度で被制御点を目標点に接近せしめる
サーボ駆動手段を有し、前記走査手段により発生する目
標点および被制御点の検出信号を時間的に一致せしめる
ように制御を行なう事により達成される。

次に図面により本発明の詳細を説明する。

本発明は例えば第１図に示すような板状材に多数の孔の
あいた被加工体１に、孔径より若干細いピン１３を挿入
する工程を自動化する目的に使われる。

第２図ａは本発明の実施例による位置決め装置の概略平
面図、第２図ｂは同じく側面図を示す。

図において１は被加工体、２，３はＸ−Ｙテーブルを形
成するワークテーブル、４，５はサーボモータ、６はピ
ン挿入機構、７は走査機構、８は走査円板、９はモータ
、１０〜１２は受光素子、１３はピン、１４は光源ラン
プを示す。テーブル２はサーボモータ４により、テーブ
ル３はサーボモータ５により、それぞれ送りネジを介し
て矢印の方向に１駆動される。

テーブル２はテーブル３の上に置かれテーブル３の左右
方向移動と共に左右に動かされる。ピン１３はピン挿入
機構６から１本づつ供給され、被加工体の孔に挿入され
る。

この時ピン１３の中心と被加工体の孔の中心が正確に一
致する必要がある。孔の位置が正確な場合、数値制御に
よりＸ軸、Ｙ軸のサーボモータ４，５をそれぞれ駆動し
て中心を一致させるのみで充分であるが、孔の位置が若
干のバラツキを持つていたり、経年変化でずれていたり
した場合は、さらに現物の孔位置を光学的に探索し、補
正してピン１３の中心に正確に合わせる必要がある。こ
の為に本装置では被加工体１の下面から、光源ランプ１
４により貫通孔を通し光をピン１３位置に当て、そこに
受光素子１０を配置してピン位置と孔位置の一致を行わ
せる。本装置のピン挿入動作の手順は次の通りである。

（１）先づピン挿入機構６を後退させ、ピン位置を通る
光東の検出を妨害しないようにする。（２）次に外部よ
り数値制御によりサーボモータ４，５を駆動してテーブ
ル２，３を移動せしめ、被加工体の孔をピン位置に合わ
せる。

（３）次にピン位置と孔位置の精密位置合わせの為に、
光源ランプ８より被加工体１の所望の孔を通つて来る光
束を検出素子１０により検出し、孔位置とピン位置を精
密に一致させるべく、サーボモータ４，５を駆動してテ
ーブル２，３を制御する。

この時にはサーボモータは数値制御装置から切り離され
、検出素子１０と接続された後述する制御回路に接続さ
れている。

（４）位置合わせを完了するとピン挿入機構６はピン挿
入位置に復帰し、ピン１３を所望の孔に挿入し動作を完
了する。

以上の動作順序をくり返し、次々とピンの挿入を実施す
る。

次に検出素子１０〜１２と接続される制御回路の動作に
ついて詳細に説明する。

本発明の方式の原理を第３図にて説明する。

本発明の方式は前述したように粗い位置決めを行なつた
後、精密に位置決めするのが目的である。このため目標
点と位置決め対象点は数關以内に接近して存在する。本
方式はこの目標点と被制御点の２つの孔をＸ軸、Ｙ軸方
向に交互に走査し、２つの点の走査時間間隔を測定し、
その時間差に応じた速度でサーボモータを駆動する点を
骨子とする。

第３図は走査方法を説明するもので、走査の範囲を定め
る７窓門５は目標点１６を中心としたある範囲をカバー
して居り、これは前述の一次位置決めによりこの範囲に
被制御点１７を追い込むようにしてある。本発明の制御
方式はこの第３図における点１６と点１７を一致せしめ
る事である。

第３図の目標点１６を原点としてＸ−Ｙ座標系を作り、
Ｙ軸に平行なスリツト１８（以下Ｘ軸方向走査用スリツ
トと称す）およびＸ軸に平行なスリツト１９（以下Ｙ軸
方向走査用スリツトと称す）によりＸｌｌｌｌＩＹ軸方
向（図の矢印）を交互に走査する。

本実施例の走査手段は機械的走査を用いているが半導体
による映像変換装置などの電子的方法を用いてもよい。
Ｙ軸方向の走査を例によるとＹ軸方向走査用スリツ口９
は上から下へ向つて走つており、Ｙ軸方向走査用スリツ
ト１９が窓１５の中心１６を切る時に中心を指示するパ
ルスを出すようにしておく。またスリツト１９が被制御
点１７を切る時に検出出力が出るようにしておく。この
ような走査をＸ軸、Ｙ軸交互に行なうと、その中心パル
スと検出パルスは第４図に示すような時間間隔で出現す
る。Ｙ方向走査期間に出現する両パルスの時間間隔は目
標点１６と被制御点１７のＹ軸方向の距離に比例する。

同様にＸ軸方向の走査も行われ、この時現われる時間差
τＹは中心点１６から被制御点１７までのＹ方向の距離
をスリツト１９が移動した時間を、又時間差τＸは中心
点１６から被制御点１７までのＸ方向の距離をスリツト
１８が移動した時間を示す。これを時間計数して、その
計数値をデイジタル／アナログ変換してＸ，Ｙ軸駆動用
のサーボモータに電圧として印加するとサーボモータは
偏差に比例した速度で回転し、いわゆる積分制御が行わ
れる。

目標点の中心パルスと被制御点の検出パルスが重なつて
τＸ＝τＹ＝Ｏになる迄サーボモータは回転する。上記
の制御を行なう制御回路図例を第６図に示す。

図において２０はカウンタ制御回路、２１は可逆カウン
タ、２２，２３はバツフアおよびＤ／Ａ変換回路、２４
，２５はサーボモータ駆動回路を示す。カウンタ制御回
路２０に入る入力は第４図に示す検出パルスと中心パル
ス、そして窓１５内におけるＸ軸方向走査Ｙ軸方向走査
の開始点で発せられるＸ軸方向走査開始パルス、Ｙ軸方
向走査開始パルスである先づＸ軸方向走査開始パルスが
出たとすると、カウンタ制御回路２０は可逆カウンタ２
１を″０″にりセツトしてパルスを待つ。

カウンタ制御回路２０は中心パルスが先に出た場合可逆
カウンタ２１に正方向カウントの指示を与え、カウント
開始する。このカウントはクロツク例えば１ＭＰＰＳで
動作させればよい。カウンタが歩進して、τＸの遅れ時
間後に検出パルスが来るとカウントを中止し、カウンタ
２１の内容をＸ軸用バツフアおよびＡ／Ｄ変換回路２２
に移して、次にＹ軸の走査パルスが来るのを待つ。

Ａ／Ｄ変換回路２２の出力はサーボモータ駆動回路２４
を通してサーボモータ４を駆動させＸが小さくなる方向
へ送りネジを回転させる。もし検出パルスが中心パルス
より先に出たならカウンタ制御回路２０は可逆カウンタ
２１を負方向へ（即ちマイナスカウント）カウントする
ように指示を与え、カウントの結果はＡ／Ｄ変換回路２
２に与えられ、Ｘ軸サーボモータ４は負方向に回転し、
同様にτＸが小さくなる方向へサーボモータを駆動する
。なおＹ軸サーボモータ５の動作も同様に行われる。こ
の制御方法をさらに第５図により詳しく説明する。

（１）において中心パルスが検出パルスよりτ１だけ遅
れているのが制御することによりτ２，τ３と減少する
。

そして両パルスが一致した時に位置決めが終了する。し
かし一般には両パルスの時間幅が第５図のように一致し
ない場合が多い。このような場合は第５図の（１）→（
２）→（３）のように次第に接近して（４）のように両
パルスの立上りにτ４の時間差を有し、立下りが一致す
るようになる。この場合に、更にτ４を減少するように
サーボモータを回し、両パルスの立下り時間差と、立上
り側の時間差を一致させる。これは例えば長い方のパル
スの立上りでカウントを開始し、短い方のパルスの立上
りでカウントを中止し、次に短い方のパルスの立下りで
前記カウントの値を逆に減算カウントし、長い方のパル
スの立下りでカウントを中止する。この時カウントの値
がＩＯ″になつた時に両パルスが一致したことになる。
つまり５に示すτ５′：：．τ５５＝Ｏのときカウンタ
は最終的に２０２となるように位置合わせを行なう。本
実施例では機械的走査方式をとつているが第２図の走査
機構７の詳細を以下に説明する。本走査機構７は所望の
孔の位置の下から光を通す光源ランプ１４、この光を受
光する受光素子１０、走査およびタイミング信号の作成
をする走査円板８、円板を駆動するモータ９、タイミン
グ信号を作成するためのランプ、受光素子１１，１２よ
り構成される。走査円板８の詳細図を第７図に示す。こ
の走査円板の回転を光源ランプ、受光素子の組合わせに
より検出して、各種信号が作られこれを第６図のカウン
タ制御回路２０に入れて位置決め制御を行なう。次に第
７図に従つて走査動作を説明する。

走査円板８は第７図のように回転する円板で偶数個の走
査用スリツトと各種のタイミング検出用孔が明けてある
。

図において窓１５の方形部分が走査される区域でその中
心に相当する位置に受光素子１０を有する検出ヘツドが
置かれ、この位置が位置決めの目標点である。

円板３上には同心円の形で５本のトラツクが有り、第７
図のように配置される。

走査用トラツク２６は検出ヘツド位置を通り、このトラ
ツク２６はＸ軸方向、Ｙ軸方向走査用スリツトの中心に
なる。その外側には順番にＹ軸方向中心パルス検出孔配
置トラツク２７、Ｘ軸方向中心パルス検出孔配置トラツ
ク２８、Ｙ軸方向走査開始パルス検出孔配置トラツク２
９Ｘ軸方向走査開始パルス検出孔配置トラツク３０の４
本のトラツクがある。円板８上にはスリツト、検出孔が
必要数明けてあるのでその機能について以下説明する。
Ｘ，Ｙ軸方向走査用スリツトは走査の中心となるもので
窓１５の内部をＸ軸、Ｙ軸方向へ交互に走査する機能を
持つ。

これは円周を２ｎ等分し（図では８等分）その法線と、
走査トラツクの交点を通り、法線と±４５線の角度で切
られた細い幅のスリツトである。このスリツトが窓１５
を通過する時、窓が充分に小さい時にはＸ軸、Ｙ軸方向
に交互にスリツトが走査することになる。この走査は実
際は扇形に行われるが窓の面積は充分小さいので第３図
のようなＸ，Ｙ軸方向の交互走査と考えてよい。第７図
ではＸ軸方向走査用スリツトが窓１５の中心を走査して
いる状態を示し、Ｙ軸方向走査用スリツトが窓の中心を
走査して状態は点線で示してある。

受光素子１０は窓内の光をすべて検出するようにしてお
く。窓内の被制御点の孔をスリツトが横切ると、その位
置に従つて第４図で示す検出出力が得られる。次にスリ
ツトが窓１５の中心１６を通つた事を示す中心パルスは
第７図の円板のトラツク２７およびトラツク２８の中心
検出孔を、それぞれ第７図に示す位置に配置された光検
出器１２および光検出器１１により検出して得られる。

Ｘ，Ｙ軸方向の中心検出孔は、それぞれＸ，Ｙ軸方向走
査用スリツトの延長線とトラツクの交点に明けてある。

Ｘ，Ｙ軸方向走査用スリツトが窓１５の中心を走査する
時点で、第４図に示す中心パルスが得られるように円板
の下側に光源ランプを置き、走査スリツトが窓の中心を
切る時に中心パルスを得る事が出来る。第７図のトラツ
ク２９およびトラツク３０には第４図に示すＸ方向走査
、Ｙ方向走査の切換を行なう為に使用されるＹ軸方向走
査開始パルス、Ｘ軸方向走査開始パルスを発生する孔が
明けてある。

トラツク２９に明けられた孔を第７図に示す位置に配置
された検出器３２によつて検出しＹ軸方向開始パルスを
発生する。同様にトラツク３０に明けられた孔を検出器
３１によつて検出し、Ｘ軸方向走査開始パルスを発生す
る。

このＸ，Ｙ軸方向走査開始パルスはＸ，Ｙ軸方向走査制
御切換の為に使用されるもので、それぞれＸ，Ｙ軸方向
走査用スリツトが窓１５部分を走査開始に先だつて発生
されるものである。本実施例では１回転当り各軸４回の
走査が行われるが分割数を増やす事により走査回数を増
加する事が出来る。この円板による走査法をまとめて説
明すると次のようにな゜る。

走査円板８は矢印の方向に回転して被制御点の孔は窓の
中に一次的位置決めにより設定されているとする。

第６図に示す制御回路が制御開始の指令を受けるとこの
回路はＸ，Ｙ軸方向走査開始パルスの受信準備をする。
円板が回転してＸ軸またはＹ軸選択の孔が所定の検出位
置に到着すると受光素子はこれを光電的に検出し、カウ
ンタ制御回路２０へＸまたはＹ軸方向走査開始パルスを
送る。

制御回路２０は第４図に示すＸ，Ｙ何れかの走査区間に
入り、検出パルス、中心パルスの到着を待つ。円板８が
回転して窓１５の枠内へ入り、スリツトが窓内を走査し
、被制御点の孔を通過すると、被制御点の孔の下から投
射されている光がスリツトを通過して検出ヘツドの受光
素子１０に当り検出パルスを発生する。

またスリツトが窓１５の中心を通る時に中心パルスが発
生する。制御回路２０は検出パルスと中心パルスの時間
的関係を演算してサーボモータ制御信号を作成し、これ
をＸまたはＹ軸サーボモータの駆動回路２４または２５
へ送つて制御を終了し、次に来る他軸の走査パルス到着
を待つ。

こうしてＸ，Ｙ軸方向の走査を交互に切換えながら制御
を行ないＸ，Ｙ両軸の検出パルスと中心パルスが、それ
ぞれ一致するまで動作をくり返す。

かくして両軸とも一致した時、位置決め完了の信号を発
生して第２図のピン挿入機構６はピン１３を挿入する動
作を行ない、ピン１３は被加工体１の所望の孔へ確実に
挿入される。以上述べたように本方式は １１個の検出素子でＸ，Ｙ軸方向の走査、中心検出が行
われるので素子を２個使つて差動的に中心を検出するよ
うな一般の方式、即ち走査円板の孔の一方から照射され
た光を、例えば２枚の鏡を直角に配置したものを円板の
他方の側に置いて、その鋭つた角の部分に光を当て光を
左右方向に２等分し、２等分された光の光路上にそれぞ
れ光検出素子を配置するような方法に比べて素子の特性
変化の影響がない。

２一枚の回転用板で容易に直交軸制御を実施できる。

３制御回路は本質的にデイジタル処理を行なつているの
でドリフトによる影響などがなく、また積分制御を行な
つているからオフセツトは理論的に″０Ｉになる等の特
長をもつている。

従つて本発明の位置決め制御方式は簡単な構成で、かつ
経年変化にも影響されない信頼度の高い位置決め方式が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による位置決め方式の適用例の説明図、
第２図ａは本発明の実施例による位置決め装置の概略平
面図、第２図ｂは同じく側面図、第３図は本発明の位置
決め方式の原理説明図、第４図および第５図は中心パル
スと検出パルスのタイムチヤート、第６図は本発明の実
施例による位置決め制御回路図、第７図は第２図におけ
る走査円板８の詳細図を示す。 図において１は被加工体、２，３はワークテーブル、４
，５はサーボモータ、６はピン挿入機構、７は走査機構
、８は走査円板、９はモータ、１０〜１２は受光素子、
１３はピン、１４は光源ランプ、１５は窓、１６は目標
点、１７は被制御点、１８はＸ軸方向走査用スリツト、
１９はＹ軸方向走査用スリツト、２０はカウンタ制御回
路、２１は可逆カウンタ、２２，２３はバツフアおよび
Ｄ／Ａ変換回路、２４，２５はサーボモータ駆動回路を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 走査平面の中心に位置する目標点に、該平面内に有
   る被制御点を一致せしめる位置決め方式において、前記
   走査平面の中心にある目標点を原点として、Ｘ、Ｙ軸よ
   り成る直交座標系を設定し、各軸に平行なスリットを該
   平面内でＸ、Ｙ軸方向に交互に走査する走査手段と、こ
   のスリットが目標点および被制御点を通過した事を検出
   する検出手段と、各走査毎に発生する目標点と被制御点
   間の走査時間間隔を正負方向に計数可能な計数手段と、
   この計数手段で計数した値を電圧に変換するディジタル
   ／アナグロ変換手段と、この変換手段から発生する電圧
   に比例した速度で被制御点を目標点に接近せしめるサー
   ボ駆動手段を有し、前記走査手段により発生する目標点
   と被制御点の検出信号の検出時点が時間的に一致した時
   に該サーボ駆動手段を停止する制御手段を設けた事を特
   徴とする位置決め制御方式。 ２ 走査平面内の目標点および被制御点を通過した時発
   生するそれぞれの検出パルス幅の中心が一致する事によ
   り、目標点と被制御点の検出信号の検出時点が一致した
   事を判定する特許請求の範囲１項記載の位置決め制御方
   式。 ３ 回転円板を円周方向に偶数等分し、その法線方向に
   対し、正、逆方向に４５°回転した方向にスリットを設
   け、かつ交互に正、逆方向のスリットを配置し、このス
   リットの通過する部分に設けた小面積の窓内をスリット
   により走査せしめ、この窓の中心をスリットが通過する
   度に、前記回転円板に設けられた中心パルス発生機構よ
   り目標点検出パルスを得ることを特徴とする特許請求の
   範囲１項または２項記載の位置決め制御方式。