CN100424602C - 伺服控制装置以及伺服系统的调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种NC装置，特别提供一种伺服控制装置以及其调整方法，廖伺服控制装置用二维图像显示伺服系统的控制精度的评价，利用可见方法能够进行伺服系统的调整。控制装置具有：指示具有周期性的位置指令的指令机构；存储利用对上述位置指令的伺服系统位置反馈的位置数据的履历的机构；以及将上述位置反馈的位置数据和其1/4周期前或1/4周期后的数据或根据其1/4周期前或1/4周期后的上述位置指令的位置数据作为正交两轴的各自轴数据描绘在由上述正交两轴构成的二维平面上的第1描绘机构。

Description

伺服控制装置以及伺服系统的调整方法 
技术领域
本发明涉及NC(Numerical Control)装置，特别涉及伺服系统的控制精度的调整装置以及其调整方法。
背景技术
一直以来，在NC机床等的具有多个轴的机械中，对正交的直线两轴给予圆弧指令，将直线两轴的位置反馈数据描绘在二维平面上，该轨道形状作为评价基准，进行伺服系统的调整(参照特许文献1：特开平4-177408号公报和特许文献2：特开2002-120128号公报)。
图1图示表示NC装置的一构成例，这里利用现有的正交两轴进行伺服系统的调整。
在图1中，NC装置1通过控制X轴驱动用的伺服马达2和Y轴驱动用的伺服马达3，能够在X-Y平面内使安装在各轴前端的工作台4的位置自由移动。
在本例中，NC装置1的控制部11将圆弧指令给予控制工作台4的X轴方向位置的X轴驱动部12，将和上述圆弧指令相位错开90°的圆弧指令给予控制Y轴方向位置的Y轴驱动部13。
控制部11在此将从伺服马达2以及3或工作台4得到的位置反馈信息变换为正规化的极坐标(x＝sinθ，y＝cosθ，0≤θ＜2π)，计算工作台4的实际移动位置。此时，工作台4沿单位圆(x2+y2＝1)移动。控制部11将工作台4的实际移动位置重叠作为伺服系统调整的评价基准值的指令圆弧(单位圆)，并显示在计算机等使用的监视器5的画面上。
图2表示一例图1的监控画面的图。这里，重叠描绘指令圆弧的评价基准值和根据该指令圆弧工作台4实际移动而得到的位置反馈信息。从图2中可知，伺服系统的误差是主要是由象限突起21～24产生的，该象限突起21～24起因于速度极性切换前后的非线性(摩擦)。该象限突起21～24作为对正交的两个轴(X-Y轴)给予圆弧指令时的形状误差呈现。
操作员(调整者)边看监视器5显示的该描绘轨迹边进行伺服系统的调整以使象限突起21～24接近零(指定圆弧)。这样一来，操作员可不必进行实际工件加工就能简便评价机床的加工精度。
但是，在进行不具有邻接正交轴的直线轴或转动轴等的单独控制轴的调整时，与上述同样在速度切换极性前后发生形状误差。但是，此时，不存在如正交两轴那样的能够易于描绘圆弧的邻接轴，因此不存在进行伺服轴的调整时的可见评价基准，存在无法通过视觉辨认简单进行伺服调整的问题。
因此，在进行不具有邻接正交轴的直线轴或转动轴等的单独控制轴的伺服系统调整时，使用进行实际的工件加工来评价机床的加工精度等的方法。这样一来，存在以下问题：不具有邻接正交轴的直线轴或转动轴等的单独控制轴的调整作业效率显著下降，并且该调整成本大幅度上升。
发明内容
因此，本发明的目的是鉴于上述问题点，提供一种伺服系统的调整方法，在不具备邻接正交轴的直线轴或转动轴等的单独控制轴的伺服系统的调整中，也能利用与现有的正交两轴情况相同的可见方法进行伺服系统的调整。
根据本发明，提供一种控制装置，具有：指示具有周期性的位置指令的指令机构；记录对上述位置指令伺服系统的位置反馈的位置数据的履历的机构；以及将上述位置反馈的位置数据和其1/4周期前或1/4周期后的数据或根据其1/4周期前或1/4周期后的上述位置指令的位置数据作为正交两轴的各自的轴数据描绘在由上述正交两轴构成的二维平面上的第1描绘机构。
上述控制装置还具有：将上述位置指令和其1/4周期前或1/4周期后的数据作为上述正交两轴的各自的轴数据重叠描绘在上述二维平面上的第2描绘机构；以及将利用上述第2描绘机构描绘的形状作为评价基准，使利用上述第1描绘机构描绘的形状接近该评价基准的形状地进行上述伺服系统的调整的调整机构。
另外，根据本发明，提供一种伺服系统的调整方法，其包括：指示具有周期性的位置指令；将对上述位置指令伺服系统的位置反馈的位置数据和其1/4周期前或1/4周期后的数据或根据1/4周期前或1/4周期后的上述位置指令的位置数据作为正交两轴的各自的轴数据描绘在由上述正交两轴构成的二维平面上；将根据上述位置指令的位置数据和其1/4周期前或1/4周期后的数据作为上述正交两轴的各自的轴数据重叠描绘在上述二维平面上；以及以根据上述位置指令的位置数据和其1/4周期前或1/4周期后的数据为依据而描绘的形状为评价基准，使以上述位置反馈的位置数据和其1/4周期前或1/4周期后的数据或根据其1/4周期前或1/4周期后的数据的上述位置指令的位置数据为依据而描绘的形状接近该评价基准的形状地进行上述伺服系统的调整。
根据本发明，作为具有周期性的移动指令将正弦波的圆弧指令给予伺服系统，将由此得到的位置反馈数据和其1/4周期前或1/4周期后的数据或根据其1/4周期前或1/4周期后的上述位置指令的位置数据变换为X轴以及Y轴的各自的位置数据，描绘在二维平面(X-Y平面)上。这样一来，和描绘根据对正交两轴的圆弧指令而得到的位置反馈数据的轨迹相同的处理，即使是不具有邻接正交轴的直线轴或转动轴等的单独控制轴，利用与现有相同的可见方法调整伺服系统成为可能。
其结果，即使是不具有邻接正交轴的直线轴或转动轴等的单独控制轴的伺服系统，不必进行实际工件加工也能评价机床加工精度，实现调整作业的效率化及调整成本的降低。
附图说明
从参照附图的前后说明中，将进一步理解本发明。
图1是表示一例可利用正交的两个轴进行调整的系统构成的图。
图2是表示一例图1的监视器的画面的图。
图3是图示表示一例本发明基本构成的图。
图4是表示图3的二维描绘机构的显示例的图。
图5是表示本发明第1实施例的图。
图6是图示表示本发明基本构成的其他例的图。
图7是表示图6的二维描绘机构的显示例的图。
图8是表示本发明第2实施例的图。
具体实施方式
图3是图示表示一例本发明基本构成的图。
在图3中，NC装置的控制轴驱动部31得到用于调整伺服系统32的圆弧指令。这样一来，控制驱动部31将指定后的圆弧位置信号以圆弧的固定周期反复输出给伺服系统32。伺服系统32的减法器35从来自主轴驱动部31的位置信号中减去来自含主轴马达等的位置移动机构34的位置反馈信号，将该差分信号输出给下段的位置环处理部33。
在位置环处理部33中，驱动下段的位置移动机构34以便将输入的差分信号调整为零。在伺服系统32中，如此地进行控制使得根据圆弧指令指定后的移动位置和根据位置移动机构34实际移动的位置一致。
一方面，从1/4周期的时间延迟部37输出用圆弧指令指定的1/4圆周期延迟(90°相位延迟)的位置反馈信号。若用sinθ函数表示与圆弧指令同步的位置反馈信号，则该90°相位延迟的位置反馈信号用cosθ(＝sin(θ-π/2))表示。
在此，预先将位置反馈信号设为x(＝sinθ)并且将90°相位延迟的位置反馈信号设为y(＝cosθ)，从而成为如现有例的图2所说明那样x2+y2＝1。若将其描绘在二维描绘机构38的二维平面(X-Y平面)上则是单位圆。由此容易类推出，将针对正弦波形状指令的位置反馈数据和其1/4周期延迟的数据描绘在二维坐标系上等价于：给与对1个直线轴(X轴)的圆弧指令和对与其正交的轴(Y轴)相位90°延迟后的具有相同伺服特性的圆弧指令，描绘该位置反馈数据的轨迹(参照图1)。
图4表示一例图3的二维描绘机构38所显示的反馈信号的图。图4(a)表示根据对1个直线轴(X轴)的圆弧指令而描绘的位置反馈信号(x)的一例。另外，图4(b)表示将图4(a)的位置反馈信号(x)根据本发明进行变换后描绘在二维平面(X-Y平面)上的位置反馈信号(x，y)的一例。
从图4中可明确，在图4(a)的一维显示中，无法判断反馈信号(x)是否沿圆弧指令正确移动，另外，未付有圆弧部分和象限突起41以及43部分的区别。另一方面，在图4(b)的二维显示中，易于判断反馈信号(x，y)沿圆弧指令的圆弧移动，另外圆弧和象限突起41以及43的区别也很明显。
因此，在不具有邻接正交轴的直线轴或转动轴等的单独控制轴的伺服系统的调整中，使用与现有技术相同的可见方法进行调整成为可能。还有，采用本发明，象限突起41和42，以及象限突起43和44分别是相同形状。
图5表示本发明第1实施例。
在图5中，由CPU电路构成的控制部50在其动作中参照配置在RAM上的参数表51，求出对应1个方向的圆弧指令(x＝sinθ)的位置数据的伺服马达54的移动速度/电流值数据，将其给予X轴驱动部53。这样一来，若驱动伺服马达54，则从伺服马达54内部的脉冲编码器(未图示)或安装在工作台55上的线性标度(未图示)等输出的驱动转数/角度或移动位置等的位置数据被反馈到控制部50中。
控制部50比较接收到的位置反馈数据和自身给予X轴驱动部53的位置数据，为使它们的差分变为零而将该值向X轴驱动部53负反馈。在本发明中，控制部50将进一步接收到的位置反馈数据变换为X轴位置数据(x＝αsinθ，α＝1+Δ(θ))。
一方面，从脉冲编码器或线性标度等输出的位置数据也输入到由FIFO存储器等构成的1/4延迟存储器52。圆弧指令的1/4周期经过以后(90°相位延迟后)，输出该输入数据。在本发明中，控制部50再将该接收数据变换为假想的Y轴位置数据(y＝βcosθ，β＝1+Δ(θ-π/2))，另外，能够将90°相位超前数据设为Y轴位置数据。
控制部50将接收到的X轴数据和Y轴数据通过RS232C或USB等的串行接口向由计算机等构成的监视器末端56输出。监视器末端56将其显示在如图4(b)所示那样的二维平面(X-Y平面)上。另外，也可使X轴位置数据以及Y轴位置数据的运算和该监视器显示全部在监视器末端56侧执行。
操作员观看二维位置数据的同时，为使象限突起41～43的水平在规定的允许值以下而改写对应参数表51的各位置的速度/电流等的参数值。该改写是指从监视器末端56通过上述串行接口向控制部50发出指示，接收到该指示的控制部50更新参数表51的参数值。
图6是图示表示本发明基本构成的其他例的图。另外，图7表示图6的二维描绘机构38所显示的反馈信号的一例。
图6与图3的不同在于：在图3中，伺服系统的位置反馈信号是向1/4周期的时间延迟部37输入，与此相对，在图6中，从控制轴驱动部31输出的圆弧的位置信号直接向1/4周期的时间延迟部37输入。其结果是在本例中，根据X轴方向的圆弧指令的位置数据保持原样被变换为90度延迟后的Y轴方向的位置数据。
这样一来，在本例中不显示图3所示的Y轴方向的象限突起42以及44(将位置反馈信号的象限突起41以及43转动90度后的假想的象限突起)(参照图7)，1个方向(X轴方向)的伺服调整和其监控画面的显示内容一致。因此，操作员能够利用符合实际调整作业的视觉辨认而进行一轴调整。
图8表示本发明的第2实施例。
在本例中，利用构成NC装置内的控制部50的CPU内部的存储器60设置参数表61、指令数据存放区域62以及位置数据存放区域63。这里，参数表61对应图5的参数表。在本例中，X轴驱动部53输出的圆弧指令依次存放在指令数据存放区域62内，与其对应的来自伺服系统的位置反馈数据依次存放在位置数据存放区域63内。
控制部50将来自位置数据存放区域63的位置反馈数据变换为X轴位置数据(x＝αsinθ，α＝1+Δ(θ))，并且，从指令数据存放区域62求出与其相位90度超前延迟的圆弧指令数据，变换为Y轴位置数据(y＝cosθ)。控制部50此后将变换后的位置数据(x，Y)通过RS232C或USB等的串行接口向由计算机等构成的监视器末端56输出。监视器末端56将其作为如图7的一例所示的二维平面(X-Y)的画像显示。另外，X轴位置数据和Y轴位置数据的变换也可在监视器末端56侧执行。
操作员在观看二维位置数据的同时，为使象限突起41以及43的水平控制在所指定的允许值以下而改写对应参数表61的各位置的速度/电流等的参数值。该改写是指从监视器末端56通过上述串行接口向控制部50发出指示，接收到该指示的控制部50更新参数表61的参数值。
如此，在本发明中，通过将单一控制轴以及与其正交的假想轴的反馈轨迹描绘在二维平面上，即使对单一控制轴也可进行现有的对正交两轴进行的可见伺服调整。另外，在本实施例中，例举单一直线轴的例子，但控制轴是转动轴的情况也同样适用，能够进行可见的伺服调整。

Claims (8)

1. 一种控制装置，其特征在于，
具有：指示具有周期性的位置指令的指令机构；记录针对上述位置指令的伺服系统的位置反馈的位置数据的履历的机构；将上述位置反馈的位置数据和上述位置反馈的位置数据的1/4周期前或1/4周期后的位置数据或根据上述位置指令的位置数据的1/4周期前或1/4周期后的位置数据作为正交两轴的各自的轴数据描绘在由上述正交两轴构成的二维平面上的第1描绘机构；将根据上述位置指令的位置数据和上述位置指令的位置数据的1/4周期前或1/4周期后的数据作为上述正交两轴的各自的轴数据重叠描绘在上述二维平面上的第2描绘机构；以及具有调整机构，该调整机构将上述第2描绘机构描绘的形状作为评价基准，进行上述伺服系统的调整，使得上述第1描绘机构描绘的形状接近该评价基准的形状。
2. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
上述位置指令包括正弦函数或余弦函数。
3. 根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，
若将上述正弦函数设为x＝sinθ或将上述余弦函数设为y＝cosθ，则上述第1描绘机构描绘x2+y2＝1的圆弧。
4. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
上述伺服系统具有使根据上述位置指令的位置数据和上述位置反馈的位置数据成为相等地进行控制的机构。
5. 一种伺服系统的调整方法，其特征在于，
包括：指示具有周期性的位置指令；将针对上述位置指令的伺服系统的位置反馈的位置数据和上述位置反馈的位置数据的1/4周期前或1/4周期后的上述位置反馈的位置数据或根据上述位置指令的位置数据的1/4周期前或1/4周期后的上述位置指令的位置数据作为正交两轴的各自的轴数据描绘在由上述正交两轴构成的二维平面上；将根据上述位置指令的位置数据和上述位置指令的位置数据的1/4周期前或1/4周期后的位置数据作为上述正交两轴的各自的轴数据重叠描绘在上述二维平面上；以及将以根据上述位置指令的位置数据和上述位置指令的位置数据的1/4周期前或1/4周期后的数据为依据而描绘的形状为评价基准，进行上述伺服系统的调整，使得以上述位置反馈的位置数据和上述位置反馈的位置数据的1/4周期前或1/4周期后的数据或根据上述位置指令的位置数据的1/4周期前或1/4周期后的位置数据为依据而描绘的形状接近该评价基准的形状。
6. 根据权利要求5所述的调整方法，其特征在于，
上述位置指令包括正弦函数或余弦函数。
7. 根据权利要求6所述的调整方法，其特征在于，
若将上述正弦函数设为x＝sinθ或将上述余弦函数设为y＝cosθ，则上述位置指令描绘x2+y2＝1的圆弧。
8. 根据权利要求5所述的调整方法，其特征在于，
包括上述伺服系统使根据上述位置指令的位置数据和上述位置反馈的位置数据相等地进行控制。
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