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JP2006304511A - ステッピングモータの駆動制御装置及びミシン - Google Patents

ステッピングモータの駆動制御装置及びミシン Download PDF

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Abstract

【課題】 ステッピングモータによる被駆動系の駆動制御に際して、被駆動系における駆動量のヒステリシスによる誤差を解消し、駆動系の駆動量の精度を格段に高めること。
【解決手段】 エンコーダ信号によりX方向駆動モータをフィードバック制御する駆動制御するに際して、X方向駆動モータに対する駆動パルスの数を計数する指令数カウンタと、エンコーダ信号数を計数する信号カウンタを設け、X方向駆動モータで駆動される布送り装置の原点設定動作を実行し(S12)、その原点設定動作終了時の指令数カウント値と信号カウント値×C(但し、Cは所定の正の定数)とが一致しない場合に(S13:No)、X方向駆動モータにより布送り装置を特定のヒステリシス解消動作を実行し(S14)、布送り装置のヒステリシスを解消するように構成した。
【選択図】 図3

Description

本発明は、ステッピングモータの駆動制御装置及びミシンに関し、特に被駆動系をステッピングモータで駆動制御するに際して、ステッピングモータの制御上の指令値に対するヒステリシスを解消させる駆動制御装置に関する。
従来、各種の駆動系を駆動させる場合、オープンループにより駆動制御が簡単なステッピングモータを採用する場合が殆どである。例えば、電子ミシンにおいては、針振り機構により針棒を揺動させたり、布送り駆動機構により送り歯を介して布地を布送りさせる場合に、小型で制御が簡単なステッピングモータが用いられる。
ところで、送り歯や布保持枠を移動させて布送り動作を行う際に、負荷が大きい場合には、制御手段からの指令パルス数と、パルスモータの回転量に対するエンコーダ信号数との間に誤差が生じ、送り歯や布保持枠を正確に移動させることができないため、模様崩れが発生するという問題がある。そこで、パルスモータの出力を常に最大トルクに設定して、常に所定の駆動量を確保することで、模様崩れの発生を防止するようにしたステッピングモータ制御技術が種々提案されている。
例えば、特許文献1に記載のパルスモータ制御プログラムは、パルスモータの加速時や減速前期等の各駆動区間における理想的な偏差値を夫々設定しておき、駆動制御中における任意の時点で、駆動するように指令した第1パルス数と、エンコーダ信号の数である第2パルス数との差である実際の偏差値を演算で求め、設定偏差値と実際偏差値とに基づいて次の駆動パルスの出力タイミングを調節するようにしてある。即ち、所謂、エンコーダ信号を用いたフィードバック制御を採用することで、パルスモータによる刺繍枠の駆動時に最大トルクを発生できるようにしてある。
また、特許文献2に記載の電子サイクルミシンは、X軸及びY軸の原点センサと、原点検索制御手段等を設け、テーブルを相互に直交するX軸方向とY軸方向とに移動させ、X軸及びY軸の原点センサからセンサ信号を入力した時点でテーブルの原点設定を行うようにしてある。
そこで、特許文献1に記載のパルスモータ制御プログラムにおいては、特許文献2のように、電源投入時や縫製開始に際して、パルスモータで刺繍枠を駆動する為、刺繍枠の原点設定を必ず実行するようにしてある。
特許文献1において、刺繍枠の原点設定を行う場合、第1パルス数をカウントする第1カウンタと、第2パルス数をカウントする第2カウンタとが設けられ、原点設定処理に際してこれら第1,第2カウンタのカウント値をクリアするクリア処理が実行され、原点設定処理の後に、再度、第1,第2カウンタのカウント値がクリアされる。
特開2004−321771号公報(第10〜14頁、図6,図7) 特開平6−126049号公報(第3〜5頁、図1)
特許文献1において、原点設定処理が実行される場合に、この原点設定処理の為の刺繍枠駆動に際して、刺繍枠駆動系の駆動負荷がステッピングモータの駆動トルクに比べて比較的大きい場合には、原点設定処理の終了時に、ステッピングモータの駆動軸に連結され、エンコーダ信号を発生させるエンコーダディスクを取付けた駆動軸には、駆動時における負荷の影響を受けて、制御手段からの指令パルスに対応する正規の停止位置に対して回転位相に遅れ(所謂、ヒステリシス)が生じている。
即ち、このようなヒステリシス状態では、第1カウント値に対して第2カウント値の方が少なくなっている場合が多い。しかし、このように、第1カウント値と第2カウント値とが一致していない、つまりヒステリシスが発生した状態で、これら第1,第2カウント値が夫々再度クリアされて縫製処理が実行されるので、縫製処理において、駆動パルスの出力タイミングを偏差値に基づいて調節しても、パルスモータによる最大トルク発生に十分に反映できず、模様崩れを確実に防止することができないという問題がある。
請求項1のステッピングモータの駆動制御装置は、エンコーダ信号によりステッピングモータをフィードバック制御するステッピングモータの駆動制御装置において、ステッピングモータに対する駆動パルスの数を計数する指令数カウンタと、エンコーダ信号数を計数する信号カウンタと、ステッピングモータで駆動される被駆動系の所定の動作終了時の指令数カウント値と信号カウント値×C(但し、Cは所定の正の定数)とが一致しない場合に、ステッピングモータにより被駆動系を特定の動作態様で駆動することにより被駆動系のヒステリシスを解消するヒステリシス解消制御手段とを備えたものである。
ステッピングモータの駆動により駆動系の所定の動作が終了した時点で、駆動パルスの数を計数した指令数カウンタのカウント値と、エンコーダ信号数を計数した信号カウンタのカウント値×Cとが一致しない、所謂ヒステリシス状態が発生した場合には、ステッピングモータの駆動により、被駆動系が特定の動作態様で駆動されるので、ヒステリシス状態が解消され、指令数カウント値と信号カウント値×Cとが一致するようになる。即ち、その後、ステッピングモータによりその最大トルクで駆動系が駆動される。
請求項2のステッピングモータの駆動制御装置は、請求項1において、前記ヒステリシス解消制御手段は、ステッピングモータにより被駆動系を所定の動作の動作方向と反対方向及びその逆方向へ所定パルス数だけ順に駆動するのを繰り返すことにより被駆動系のヒステリシスを解消するものである。
請求項3のステッピングモータの駆動制御装置は、請求項2において、前記被駆動系は駆動対象を水平面内において互いに直交するX方向とY方向に駆動するX軸駆動系とY軸駆動系を有し、ヒステリシス解消制御手段はX軸駆動系とY軸駆動系について同時にヒステリシスの解消を行うものである。
請求項4のステッピングモータの駆動制御装置は、請求項1〜3の何れかにおいて、前記所定の動作は、ステッピングモータで駆動される被駆動系の原点設定のための原点設定動作である。
請求項5のステッピングモータの駆動制御装置は、請求項4において、前記原点設定動作を行う原点設定制御手段を有し、その原点設定制御手段は被駆動系に設けた原点センサの検出信号が切り換わった時に原点設定制御を終了するものである。
請求項6のミシンは、請求項1〜5の何れかに記載したステッピングモータの駆動制御装置を備え、被駆動系を加工布送り機構で構成したものである。
請求項1の発明によれば、エンコーダ信号によりステッピングモータをフィードバック制御するステッピングモータの駆動制御装置において、指令数カウンタと、信号カウンタと、ヒステリシス解消制御手段とを備えたので、ステッピングモータの駆動により駆動系の所定の動作が終了した時点で、指令数カウント値と信号カウント値×Cとが一致しない、所謂ヒステリシス状態が発生した場合でも、ヒステリシス解消手段によりステッピングモータ側のヒステリシスが確実に解消されるため、所定の動作終了以降において、駆動系をステッピングモータの最大トルクで駆動できるようになり、駆動指令に対する駆動系における駆動量の精度を格段に高めることができる。
請求項2の発明によれば、前記ヒステリシス解消制御手段は、ステッピングモータにより被駆動系を所定の動作の動作方向と反対方向及びその逆方向へ所定パルス数だけ順に駆動するのを繰り返すことにより被駆動系のヒステリシスを解消する。この場合、所定の動作により被駆動系にヒステリシスが発生している場合であっても、ステッピングモータを所定の動作の動作方向と反対方向に所定パルス数だけ駆動して、所謂ヒステリシス解消動作を実行することで、駆動系のヒステリシスを解消できる場合がある。
しかし、今回のヒステリシス解消動作で駆動系のヒステリシスを解消できない場合でも、そのヒステリシス解消動作を繰返し実行することで、駆動系のヒステリシスを確実に解消することができる。その他請求1と同様の効果を奏する。
請求項3の発明によれば、前記被駆動系は駆動対象を水平面内において互いに直交するX方向とY方向に駆動するX軸駆動系とY軸駆動系を有し、ヒステリシス解消制御手段はX軸駆動系とY軸駆動系について同時にヒステリシスの解消を行う。この場合、駆動対象を駆動するX軸駆動系に発生したヒステリシスの解消と、Y軸駆動系に発生したヒステリシスの解消とが同時に行われる為、複数の駆動系におけるヒステリシスの解消を、短時間で迅速に行うことができる。その他請求2と同様の効果を奏する。
請求項4の発明によれば、前記所定の動作は、ステッピングモータで駆動される被駆動系の原点設定のための原点設定動作である。この場合、電源投入時に実行される原点設定動作において、駆動系のヒステリシスを確実に解消させておくことができる。その他請求項1〜3の何れかと同様の効果を奏する。
請求項5の発明によれば、前記原点設定動作を行う原点設定制御手段を有し、その原点設定制御手段は被駆動系に設けた原点センサの検出信号が切り換わった時に原点設定制御を終了する。この場合、原点センサを用いて、原点センサを設けた位置に原点位置を設定することができる。その他請求4と同様の効果を奏する。
請求項6の発明によれば、請求項1〜5の何れかに記載したステッピングモータの駆動制御装置を備え、被駆動系を加工布送り機構であるので、加工布送り機構をステッピングモータで駆動制御する場合に、請求項1〜5の何れかに記載したステッピングモータの駆動制御装置で得られる効果を発揮できるミシンを実現させることができる。
本実施例のステッピングモータの駆動制御装置は、模様縫いミシンの布送り装置をステッピングモータからなるX方向及びY方向駆動モータで駆動するようにし、布送り装置の原点設定処理終了時に、各駆動モータを所定ステップ数ずつ往復回転させて、布送り装置のヒステリシスを解消するようにしてある。
図1に示すように、模様縫いミシン1は、ベッド部2と、ベッド部2の後端部から立設された脚柱部3と、その脚柱部3の上端部からベッド部2と対向するように前方へ延びるアーム部4等から構成されている。
脚柱部3及びアーム部4には、図示を省略するが、針棒6を介して縫針を上下駆動するためのミシンモータ7と、そのミシンモータ7の駆動力を主軸を介して針棒6に伝達する駆動力伝達機構等が設けられているが、公知の技術であるため、ここではその詳細な説明を省略する。また、アーム部4の前端部である頭部5の内部に、針棒6を上下動させる針棒上下動機構が設けられている。
ベッド部2には、図示を省略するが、布保持機構と、この布保持機構をX方向(左右方向)とY方向(前後方向)に移動させる布送り装置に加え、縫針の上下動と調時して模様縫目を形成する回転釜と、ミシンモータ7の回転駆動力を主軸を介して回転釜に伝達する下軸と、縫製終了時に上糸と下糸を同時に切断する糸切り機構などが設けられている。
ここで、布保持機構は、後述する布送り装置のX方向移動体に連結され、平面視にて矩形枠状の布保持枠10を下側の布受け板11とで加工布を挟持するもので、周知であり、この発明とは関係しないため、その詳細な説明を省略する。
布保持枠10と布受け板11とからなる布保持体12(これが、駆動対象に相当する)をX方向及びY方向に移動させて布送りする布送り装置について、図示を省略して簡単に説明する。ベッド部2内に、Y方向移動体をY方向に移動させるY方向移動機構と、X方向移動体をX方向に移動させるX方向移動機構等が設けられている。但し、Y方向移動体のY方向移動体でX方向移動機構を駆動するように構成され、X方向移動体で布保持枠10と布受け板11を同時に移動駆動するようになっている。
ここで、X方向移動機構がX軸駆動系に相当し、Y方向移動機構がY軸駆動系に相当する。この場合、ステッピングモータからなるX方向駆動モータ13でX方向移動機構を駆動するように構成され、ステッピングモータからなるY方向駆動モータ15でY方向移動機構を駆動するように構成されている。これらX及びY駆動モータ13,15の分解能は、例えば、800パルスである。
次に、模様縫いミシン1の制御系について簡単に説明しておく。図2に示すように、制御装置20は、入出力インターフェース21と、CPU22とROM23及びRAM24等を含むコンピュータと、駆動回路27〜29等を有する。
入出力インターフェース21には、起動停止スイッチ25と、ミシンモータ7の為の駆動回路27と、X方向駆動機構を駆動させるX方向駆動モータ13の為の駆動回路28と、Y方向駆動機構を駆動させるY方向駆動モータ15の為の駆動回路29と、X方向移動機構に設けられた原点設定用のX方向原点センサ17と、Y方向移動機構に設けられた原点設定用のY方向原点センサ18等が接続されている。但し、これらX方向及びY方向原点センサ17,18は、夫々近接センサからなっている。
ところで、X方向駆動モータ13の駆動軸にXエンコーダ14が付設されている。このXエンコーダ14は、X方向駆動モータ13の実際の回転量を検出するためのもので、駆動軸と共に回転可能に固定され周方向適当間隔にスリットが形成されたディスクと、発光部と受光部とを有する検出器とを備えている。
それ故、Xエンコーダ14において、発光部で発光された光をディスクのスリットを通過して受光部で検出されると、X方向移動に関するエンコーダ信号が入出力インターフェース21に出力され、X方向駆動モータ13の駆動軸の回転角度が検出される。Y方向駆動モータ15の駆動軸にもXエンコーダ14と同様に構成されたYエンコーダ16が付設されており、このYエンコーダ16からもY方向移動に関するエンコーダ信号が入出力インターフェース21に出力されるようになっている。
この場合、Xエンコーダ14からは、X方向駆動モータ13の1回転で800個のエンコーダ信号が出力され、Yエンコーダ16からも同様に、Y方向駆動モータ15の1回転で800個のエンコーダ信号が出力される。
ROM23には、各種の駆動機構を駆動制御するとともに、各種の模様の縫製制御プログラム、後述する本願特有の原点設定制御の制御プログラム等が予め格納されている。RAM24には、縫製に供する縫製データを記憶する縫製データメモリだけでなく、X,Y方向駆動モータ15に対する駆動パルスの数を計数する指令数カウンタ24aと、X,Yエンコーダ14,16から出力されるエンコーダ信号数を計数する信号カウンタ24bと、CPU22で演算処理した演算結果を収容する各種メモリ、ポインタ、カウンタ等が必要に応じて設けられている。
次に、模様縫いミシン1の制御装置20で実行される原点設定制御であって、X方向駆動モータ13によりX方向移動機構について原点設定動作を行う場合について、図3のフローチャートに基づいて説明する。但し、図中符号Si(i=11、12、13・・・)は各ステップである。また、Y方向駆動モータ15についても、このX方向駆動モータ13と同時に実行される原点設定制御は、図3に示すフローチャートと同様であるため、その説明を省略する。
模様縫いミシン1に電源が投入され、CPU22に原点検出開始信号が入力されると、この制御が開始される。先ず、指令数カウンタ24aのカウント値CCがクリアされるとともに、信号カウンタ24bのカウント値SCがクリアされる(S11)。次に、原点設定動作(これが、所定の動作に相当する)が実行される(S12)。
但し、この原点設定動作においては、CPU22からX方向駆動モータ13のための駆動回路28に対して駆動指令が出力される毎に、指令数カウンタ24aのカウント値CCが順次インクリメントされ、Xエンコーダ14からのエンコーダ信号が入出力インターフェース21に出力される毎に、信号カウンタ24bのカウント値SCが順次インクリメントされる。そして、X方向原点センサ17からのセンサ信号が切り換わった時に、原点設定動作を終了する。
次に、原点設定動作が終了した時点において、指令数カウント値CCと、信号カウント値SCとが一致しない場合には(S13:No)、ヒステリシス解消動作(図4参照)が実行される(S14)。この制御が開始されると、先ず、布保持体12をS12で実行された原点設定動作の最終移動方向と反対方向に移動させるように、X方向駆動モータ13が4パルスだけ駆動され(S21)。
続いて、布保持体12をその逆方向に移動させるように、X方向駆動モータ13が4パルスだけ駆動され(S22)、この制御を終了して原点設定制御のS13にリターンする。ここで、S21とS22による布保持体12の移動動作が、特定の動作態様に相当する。そこで、原点設定制御において、指令数カウント値CCと信号カウント値SCとが一致しない場合には(S13:No)、S14が繰返して実行される。
一方、指令数カウント値CCと信号カウント値SCとが一致した場合には(S13:Yes )、指令数カウント値CCと信号カウント値SCとが夫々クリアされ(S15)、この制御を終了する。ここで、ヒステリシス解消制御がヒステリシス解消制御手段に相当し、原点設定制御の特にS12が原点設定制御手段に相当し、制御装置20がステッピングモータの駆動制御装置20に相当する。
このように、原点設定制御のS12における原点設定動作を実行したときに、X方向移動機構の駆動負荷がX方向駆動モータ13の駆動トルクに比べて比較的大きい場合には、原点設定動作の終了時に、Xエンコーダ14を取付けたX方向駆動モータ13の駆動軸には、駆動時における負荷の影響を受けて、制御装置20からの指令パルスに対応する正規の停止位置に対して回転位相に遅れ(所謂、ヒステリシス)が生じている。
即ち、このようなヒステリシス状態では、指令数カウント値CCに対して信号カウント値SCの方が少なくなっている場合が多い。しかし、このように、指令数カウント値CCと信号カウント値SCとが一致していない、つまりX方向移動機構にヒステリシスが発生した状態で、X方向移動機構が原点設定動作と反対方向に移動されることにより、X方向駆動モータ13の駆動軸がX方向移動機構から受ける負荷の影響が回避されるようになり、X方向駆動モータ13の駆動軸の回転位相が、制御装置20からの指令パルスに対応する正規の停止位置に一致するようになる。
そして、このようにX方向移動機構にヒステリシスが解消した時点で、これら指令数カウント値CCと信号カウント値SCとが再度クリアされて、図示しない縫製処理が実行されるので、縫製処理において、駆動パルスの出力タイミングを偏差値に基づいて調節することにより、X方向駆動モータ13による最大トルクを確実に発揮できるよになり、布保持体12の駆動量の精度を格段に高めることができ、模様崩れを確実に防止することができる。
また、布送り装置は布保持体12を水平面内において互いに直交するX方向とY方向に駆動するX方向移動機構とY方向移動機構を有し、X方向移動機構とY方向移動機構について同時にヒステリシスの解消を行うので、布保持体12を駆動するX方向移動機構に発生したヒステリシス状態の解消と、Y方向移動機構に発生したヒステリシス状態の解消が同時に行われる為、複数の駆動系におけるヒステリシスの解消を、短時間で迅速に行うことができる。
また、ヒステリシス状態を解消させる動作(S21、S22)は、X方向駆動モータ13及びY方向駆動モータ15で駆動される布送り装置の原点設定のための原点設定動作で実行されるので、電源投入時に実行される原点設定動作において、布送り装置のヒステリシス状態を確実に解消させておくことができる。
また、原点設定動作を行う原点設定制御は、布送り装置に設けたX及びY方向原点センサ17,18の検出信号が切り換わった時に原点設定制御を終了するので、これらX及びY方向原点センサ17,18を用いて、X及びY方向原点センサ18を設けた位置に原点位置を設定することができる。
次に、前記実施例を部分的に変更した変更形態について説明する。
1〕ヒステリシス解消制御のS21とS22において、X方向駆動モータ13を駆動するパルス数は「4パルス」に限られるものではなく、それ以下であっても、またそれ以上であってもよい。また、そのパルス数を作業者により入力設定可能に構成するようにしてもよい。
更に、ヒステリシス解消制御のS22を省略することも可能である。但し、この場合には、原点設定動作の実行後で、縫製開始前において、S21で反対方向に駆動したパルス数だけ逆方向に移動させておく必要がある。
2〕X及びY方向駆動モータ13,15の分解能(800パルス)と、X及びYエンコーダ14,16から出力されるエンコーダ信号の数が同じであるため、原点設定制御のS13において「CC=SC ?」により判定するようにしたが、エンコーダ信号数の方がステッピングモータの分解能よりも大きい場合には、「CC=SC×C(但し、Cは所定の正の定数) ?」により判定するようにしてもよい。
3〕図3に示す本願特有の原点設定制御は、原点設定動作時に限られるものではなく、縫製開始位置へ布保持体12を移動させた移動終了直後に実行してもよく、また縫製完了後における布保持体12の移動終了時に実行するようにしてもよい。
4〕図3に示す本願特有の原点設定制御は、加工布を保持する布保持体12をX方向とY方向に駆動する布保持体12をステッピングモータで駆動するステッピングモータの駆動制御装置だけに限らず、エンコーダ信号によりステッピングモータをフィードバック制御する各種のステッピングモータの駆動制御装置に適用することが可能である。
5〕本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、当業者でれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施例に種々の変更を付加して実施することができ、本発明はそれらの変更形態をも包含するものである。
本発明の実施形態に係る模様縫いミシンの斜視図である。 本発明の実施形態に係る模様縫いミシンの制御系のブロック図である。 原点設定制御のフローチャートである。 ヒステリシス解消制御のフローチャートである。
符号の説明
1 模様縫いミシン
10 布保持枠
11 布受け板
12 布保持体
13 X方向駆動モータ
14 Xエンコーダ
15 Y方向駆動モータ
16 Yエンコーダ
17 X方向原点センサ
18 Y方向原点センサ
20 制御装置
24a 指令数カウンタ
24b 信号カウンタ

Claims (6)

  1. エンコーダ信号によりステッピングモータをフィードバック制御するステッピングモータの駆動制御装置において、
    前記ステッピングモータに対する駆動パルスの数を計数する指令数カウンタと、
    前記エンコーダ信号数を計数する信号カウンタと、
    前記ステッピングモータで駆動される被駆動系の所定の動作終了時の指令数カウント値と信号カウント値×C(但し、Cは所定の正の定数)とが一致しない場合に、前記ステッピングモータにより前記被駆動系を特定の動作態様で駆動することにより前記被駆動系のヒステリシスを解消するヒステリシス解消制御手段と、
    を備えたことを特徴とするステッピングモータの駆動制御装置。
  2. 前記ヒステリシス解消制御手段は、前記ステッピングモータにより前記被駆動系を前記所定の動作の動作方向と反対方向及びその逆方向へ所定パルス数だけ順に駆動するのを繰り返すことにより前記被駆動系のヒステリシスを解消することを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータの駆動制御装置。
  3. 前記被駆動系は駆動対象を水平面内において互いに直交するX方向とY方向に駆動するX軸駆動系とY軸駆動系を有し、前記ヒステリシス解消制御手段は前記X軸駆動系とY軸駆動系について同時に前記ヒステリシスの解消を行うことを特徴とする請求項2に記載のステッピングモータの駆動制御装置。
  4. 前記所定の動作は、前記ステッピングモータで駆動される被駆動系の原点設定のための原点設定動作であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のステッピングモータの駆動制御装置。
  5. 前記原点設定動作を行う原点設定制御手段を有し、その原点設定制御手段は前記被駆動系に設けた原点センサの検出信号が切り換わった時に原点設定制御を終了することを特徴とする請求項4に記載のステッピングモータの駆動制御装置。
  6. 請求項1〜5の何れかに記載したステッピングモータの駆動制御装置を備え、前記被駆動系が加工布送り機構であることを特徴とするミシン。
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