CN105549534B

CN105549534B - 数值控制装置

Info

Publication number: CN105549534B
Application number: CN201510689224.2A
Authority: CN
Inventors: 大西优辉
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2019-06-21
Anticipated expiration: 2035-10-21
Also published as: US20160116896A1; JP2016082850A; DE102015013634A1; CN105549534A; JP6121972B2

Abstract

本发明提供一种数值控制装置。控制电动机的数值控制装置具有与紧急停止指令对应地使用紧急停止用位置控制的增益使电动机停止的停止单元，在维持位置控制的状态下进行急停。

Description

数值控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制电动机的数值控制装置，尤其涉及一种缩短电动机停止距离的数值控制装置。

背景技术

在机床、产业用机器人等用电动机驱动的机械中，有时因安全对策上的需要而按下紧急停止开关，或因发生报警等而进入紧急停止状态，需要使被驱动体紧急停止。

在使电动机停止时，通常情况下电动机控制方式在保持位置控制的状态下使电动机停止，但在异常发生等紧急时通过将电动机控制方式从位置控制切换成速度控制，指示速度零，由此速度控制成电动机的转速为零来进行电动机的紧急停止。图1是说明使电动机停止的技术的图。速度控制成电动机的转速为零，与通常停止相比停止距离被缩短。

在日本特开平7-143780号公报中公开了这样的技术，即：在因异常发生等中进行电动机的紧急停止时，在紧急停止指令时将电动机控制方式从位置控制切换成速度控制，速度控制成电动机的转速为零，进行与通常停止相比停止距离被缩短的紧急停止。

根据紧急停止指令将电动机的速度指令值设为零，因此在紧急停止指令时将电动机控制方式从位置控制切换成速度控制而停止的现有技术中，产生了与位置控制的中断有关的问题。

在通过位置控制使切换成速度控制的电动机再次驱动时，需要通过从中断位置控制的时刻开始的移动对累积的伺服位置偏差量进行清零，将该清零量反映(跟踪)到数值控制装置管理的当前位置，成为从紧急停止到运转恢复的时间损失的一个原因。另外，在不进行跟踪地返回到位置控制时，存在电动机急剧运动的可能性以便使累积的伺服位置偏差量变成零，这是危险的。

另外，根据紧急停止指令，为了将电动机控制方式从位置控制切换成速度控制后停止能够实现短停止距离的停止，但因为切换而产生以下的新问题。如果在多个电动机一边进行插补一边进行沿指令路径的运转时执行紧急停止指令，则从位置控制切换成速度控制，多个电动机不协调地分别急停。其结果，失去电动机之间的位置控制中的同步性，在偏离了指令路径的位置停止。由此，继续加工和运转恢复变得困难，此外，还存在产生不合格品的可能性。

发明内容

因此，鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种事先试行基于速度控制的停止来取得电动机的停止特性数据，从该取得数据计算出紧急停止用位置控制的增益，在紧急停止时从通常的增益切换成计算为紧急停止用的高增益，在维持位置控制的状态下进行紧急停止，缩短电动机停止距离的数值控制装置。

在本发明的数值控制装置中，首先，通过事先试行基于速度控制的停止来取得电动机的停止特性数据，根据该取得数据计算出紧急停止用位置控制的增益。在紧急停止时从通常的增益切换成计算为紧急停止用的高增益，在维持位置控制的状态下进行紧急停止。位置控制的增益是针对位置指令的响应的系数，如果提高增益的值，则位置控制的响应提高，但是如果值过度提高则成为不稳定的动作。

本发明的数值控制装置控制电动机，该数值控制装置具有对于紧急停止指令使用紧急停止用位置控制的增益使电动机停止的停止单元，在维持位置控制的状态下进行急停。

可以预先将电动机控制方式设为速度控制来进行急停，根据上述急停时的速度和到上述急停为止所需要的移动距离计算出上述紧急停止用位置控制的增益。

上述数值控制装置可以在上述紧急停止指令时，将指令位置变更为根据当前速度和切换后的增益计算出的紧急停止位置。。

上述数值控制装置可以在多个轴一边进行插补一边沿指令路径运转时执行了上述紧急停止指令的情况下，以成为各轴能够保持同步地停止的最短位置的方式输出指令位置，由此在紧急停止时不失去轴之间的位置关系。

关于上述紧急停止用位置控制的增益，能够与条件不同的多个模式对应地保持多个紧急停止用位置控制的增益，在紧急停止时选择与上述条件对应的紧急停止用位置控制的增益。

本发明通过具有以上的构成，能够计算出用于在急停时以最短距离停止的最佳的位置控制的增益。通过在紧急停止时使用该位置控制的增益，无需将电动机控制方式从位置控制切换成速度控制地能够以最短距离进行紧急停止。因此，在多个轴保持插补的状态下停止，因此能够维持轴之间的同步性地停止。另外，在切换成速度控制并进行了紧急停止的情况下，将停止后进行的伺服位置偏差量清零并把清零了的量反映(跟踪)到数值控制装置管理的当前位置，不需要进行从速度控制返回位置控制等一连串的动作，因此能够缩短从紧急停止到运转恢复为止的工作停止时间。

附图说明

通过参照附图的以下的实施例的说明，使本发明的上述以及其他的目的和特征变得明确。

图1A、图1B是说明使电动机停止的现有技术的图。

图2是说明在使旋转的电动机停止时，如果提高增益则能够迅速停止，但是如果过度提高增益则发生过冲(overshoot)而电动机会逆向旋转的图。

图3A、图3B、图3C是说明切换成高增益，以位置控制方式进行紧急停止的控制的图。

图4是说明具有计算紧急停止用位置控制的增益的单元的控制装置的图。

图5是说明在执行了紧急停止时，将位置控制的增益切换成事先试行的通过现有的紧急停止(速度控制)计算出的紧急停止用位置控制的增益的控制的流程图。

图6A是说明在紧急停止指令时不变更终点(停止位置)的图，图6B是说明变更终点(停止位置)的情况的图。

图7是说明在执行了紧急停止指令时，将位置控制的增益切换成事先试行的通过现有的紧急停止(速度控制)计算出的紧急停止用位置控制的增益，接着，通过当前的电动机速度计算出紧急停止位置，将指令位置变更成紧急停止位置的控制的流程图。

图8A、图8B、图8C是说明在紧急停止时决定不改变轴之间的位置关系的各轴的紧急停止指令位置，不偏离指令路径地停止的控制的图。

图9是表示通过正在进行插补的全部轴进行循环处理，如果是基准轴以外的轴则将紧急停止用位置控制的增益变更成与基准轴相同的值，变更终点位置以便能够在指令路径上停止的处理的流程图。

图10是表示通过多个轴进行加工的正齿轮的热轧轧制(hot form rolling)的图。

图11是说明缩短电动机停止距离的数值控制装置的图。

具体实施方式

通过基于速度控制的紧急停止的事先试行取得紧急停止时的电动机停止特性数据，根据所取得的数据计算出紧急停止用位置控制的增益。提供一种在紧急停止时切换成预先计算出的紧急停止用位置控制的增益，通过位置控制进行急停，由此缩短电动机停止距离的数值控制装置。另外，即使在多个轴一边进行插补一边动作的情况下也通过位置控制进行停止，由此能够维持轴之间的同步性地以最短距离停止。

<第1、2方式所包含的实施方式>

在使旋转的电动机停止时，如果提高增益则可以迅速停止，但是如果过度提高增益，则会像图2所示的那样发生过冲，电动机逆向旋转。

因此，在本实施方式中，最初，试行基于现有的紧急停止单元即速度控制中的速度零指令的紧急停止，根据此时的停止开始时的速度和停止为止移动的距离计算出最佳的位置控制的增益。在紧急停止时，将电动机的位置控制的增益设定值切换成在事先的试行中计算出的紧急停止用位置控制的增益，由此可以实现与速度控制中的速度零指令相当的急停。

图3A、图3B、图3C是说明切换成高增益，通过位置控制进行紧急停止的控制的图。图3A是说明基于位置控制的通常的停止的图。图3B是说明基于速度控制的紧急停止的图。图3C是说明切换成高增益，通过位置控制进行紧急停止的图。通过执行增益切换成为高增益，因此迅速停止

(计算紧急停止用位置控制的增益)

在本实施方式中，试行图3B所示的现有的紧急停止的结果，在减速开始之前的速度为V、从减速开始后到停止为止的移动量为L时，根据以下的式(1)计算出紧急停止用位置控制的增益。

[紧急停止用位置控制的增益]＝V÷L…(1)

图4是说明具有计算紧急停止用位置控制的增益的单元的控制装置的图。控制后述的电动机的数值控制装置10具备试行执行单元30、紧急用增益存储部31以及停止单元32。试行执行单元30使用减速开始时的速度V和从减速开始到停止为止的移动量L，根据式(1)计算出紧急停止用位置控制的增益。速度V和移动量L是数值控制装置10可以取得的物理量。将通过试行执行单元30计算出的紧急停止用位置控制的增益存储在紧急用增益存储部31中。然后，在紧急时执行的停止单元32读入存储在紧急用增益存储部31中的增益，执行基于紧急停止用位置控制的电动机的停止。

(流程图)

图5是说明在执行了紧急停止时，将位置控制的增益切换成事先试行的通过现有的紧急停止(速度控制)计算出的紧急停止用位置控制的增益的控制的流程图。以下，按照各步骤进行说明。

[步骤sa01]判断是否进行了紧急停止指令，在进行了紧急停止指令时转移到步骤sa02，在没有进行紧急停止指令时转移到步骤sa03。

[步骤sa02]将增益的设定值切换成紧急用，结束处理。

[步骤sa03]不切换增益的设定值地结束处理。

<第3方式所包含的实施方式>

图6A、图6B是说明在紧急停止指令时不变更终点即停止位置的情况(图6A)和变更终点(停止位置)的情况(图6B)的图。

通过提高位置控制的增益可以在紧急停止时实现迅速的停止，但如果在紧急停止指令时不变更位置指令，则由于累积能够以通常的位置控制的增益停止的大量的伺服位置偏差量，因此停止时间变短，但与没有提高增益的情况相同地停止距离变长(图6A)。

因此，在紧急停止时计算出紧急停止位置，将该位置变更为指令终点，由此以能够停止的最短距离停止。由此，在紧急停止时能够切换成速度控制进行与以速度指令零停止的情况相同的距离的停止，并且，在停止时维持位置控制的状态下伺服位置偏差量也为零，因此能够立即指令下个移动(图6B)。

(计算紧急停止位置)

通过以下的计算式计算出紧急停止位置。

[紧急停止位置]＝[速度]÷[紧急停止用位置控制的增益]+[减速开始位置]…(2)

如图4的数值控制装置10所示的那样，通过紧急停止位置的计算单元33根据式(2)计算出紧急停止位置。开始减速开始时的速度可以使用进行了紧急停止指令时的、伺服电动机的转速的数据。另外，减速开始位置可以使用进行了紧急停止指令时的、各轴的位置(伺服电动机的旋转位置)的数据。

(流程图)

图7是说明在执行了紧急停止指令时，将位置控制的增益切换成事先试行的通过现有的紧急停止(速度控制)计算出的紧急停止用位置控制的增益，接着，通过当前的电动机速度计算出紧急停止位置，将指令位置变更成紧急停止位置的控制的流程图。以下，按照各步骤进行说明。

[步骤sb01]判断是否进行了紧急停止指令，在进行了紧急停止指令时转移到步骤sb02，在没有进行紧急停止指令时转移到步骤sb05。

[步骤sb02]将增益的设定值切换成紧急用。

[步骤sb03]计算出紧急停止位置。

[步骤sb04]将指令位置变更成紧急停止位置，结束处理。

[步骤sb05]不切换增益的设定值地结束处理。

<第4方式所包含的实施方式>

在通过现有的控制方式多个电动机一边进行插补一边进行沿指令路径的运转时，如果执行紧急停止指令，则从位置控制切换成速度控制，多个电动机不协调地各自进行急停。因此，存在失去电动机间的位置控制的同步性，在偏离了指令路径的位置停止的危险性。

因此，在本实施方式中，将进行插补的轴中的一个轴作为基准轴。然后，输出指令位置以便成为基准轴以外的轴能够保持同步、不偏离路径地停止的最短的位置，由此在紧急停止时决定不失去轴之间的位置关系的各轴的紧急停止指令位置并不偏离指令路径地停止。

在此，以图8A、图8B、图8C为例子，说明在X轴和Y轴两个轴一边进行插补一边通过位置控制进行动作时执行紧急停止指令的情况。图8A是基于现有方式(速度控制)的停止，不在指令路径上停止。图8B是基于本实施方式的位置控制的停止，对于各轴的位置通过X轴和Y轴独立地设定停止位置，此时，存在无法在指令路径上停止各轴的可能性。图8C是基于本实施方式的位置控制进行的停止，根据基准轴变更各轴的终点位置，在该情况下，可以在指令路径上停止各轴。

如上述那样，在图8A所示的现有方式(速度控制)中，由于不进行位置控制，因此X轴和Y轴独立地停止。其结果，存在在不在原来的指令路径上的位置停止的危险性。另外，在本实施方式的位置控制中，根据预先测定的紧急停止用位置控制的增益对每个轴设定终点位置时，成为与图8A的现有方式(速度控制)同样的停止位置，因此如图8B所示的那样存在在不在原来的指令路径上的位置停止的可能性。

因此，在通过本实施方式的位置控制进行紧急停止控制时，在使用基准轴的情况下，例如将紧急停止用位置控制的增益比X轴低的Y轴作为基准轴。与权利要求3同样地，在Y轴设定与预先计算出的紧急停止用位置控制的增益对应的终点位置。

在另一方的X轴中，以Y轴的终点位置为基础决定X轴的终点位置以便能够与基准轴即Y轴同步地在路径上停止，将紧急停止用位置控制的增益变更为与基准轴即Y轴相同来进行紧急停止。由此，可以不失去X轴和Y轴的位置关系地进行紧急停止(图8C)。

(流程图)

图9是表示通过正进行插补的全部轴进行循环处理，如果是基准轴以外的轴则将紧急停止用位置控制的增益变更成与基准轴相同的值，变更终点位置以便能够在指令路径上停止的处理的流程图。

在多个电动机一边进行插补一边进行沿指令路径的运转中执行紧急停止指令时，首先，在正在进行插补的全部轴中比较紧急停止用位置控制的增益来决定基准轴。接着，根据基准轴的紧急停止用位置控制的增益计算出基准轴的终点位置。通过正进行插补的全部轴进行循环处理，如果是基准轴以外的轴则将紧急停止用位置控制的增益变更成与基准轴相同的值，变更终点位置以便能够在路径上停止。以下，按照各步骤进行说明。

[步骤sc01]根据紧急停止增益决定基准轴。

[步骤sc02]计算出基准轴的结束位置。

[步骤sc03]针对正在进行插补的全部轴执行循环处理。

[步骤sc04]判断轴是否为基准轴，如果是基准轴则转移到步骤sc07，如果不是基准轴则转移到步骤sc05。

[步骤sc05]使紧急停止的增益与基准轴一致。

[步骤sc06]为了在指令路径上停止，变更终点位置。

[步骤sc07]进行循环结束判断，如果循环没有结束就返回步骤sc03，如果循环结束就结束处理。

<第1～4方式所包含的具体的应用例>

图10是表示通过多个轴进行加工的正齿轮的热轧轧制的图。在正齿轮的热轧轧制中，在周边形成有轧制的齿型的工具1和工具2之间使加工物3朝箭头4方向通过，由此在加工物3上轧制出齿轮。在正齿轮的轧制作业中，在发生某种异常时，需要紧急停止驱动工具1、2的电动机。另外，由于加工物3是在高温下被加工，因此在发生异常时需要使工具1、2逆向旋转，在温度降低前使加工物3快速地返回。

[现有技术]

在基于现有的速度控制的停止中，各电动机分别进行急停，因此存在工具之间的同步被打乱，齿轮不咬合，加工物破损的可能性。另外，为了通过位置控制再次驱动电动机，需要清零所累积的伺服位置偏差量，向数值控制装置管理的当前位置反映该清零量(跟踪)，因此在停止后不能使加工物快速地返回。因此，存在发生加工物破损或加工机故障的危险性。

[本应用例]

与此相对，本应用例通过位置控制进行停止，因此不改变同步关系，齿轮的咬合不被打乱。另外，在停止后能够立即通过位置控制进行动作，因此能够使加工物快速地返回。

<第5方式所包含的实施方式>

在能够设定的紧急停止用位置控制的增益只有一个时，存在因加工物的重量或机械的位置，不能以最短距离停止，或增益过大而发生过冲的可能性。因此，对每个种类预先存储假定的种类的紧急停止用位置控制的增益，根据紧急停止时的状况进行选择，由此能够在各种状况下以最短距离停止。以下，对增益的切换进行说明。

[基于信号的切换]

根据加工物的重量设定决定事先选择的增益的信号，在紧急停止时参照该信号，选择要切换的紧急停止用位置控制的增益。

[基于速度的切换]

通过参数等决定在各速度下要选择的紧急停止用位置控制的增益。在紧急停止时确认其速度，选择要切换的紧急停止用位置控制的增益。

[基于位置的切换]

通过参数等决定在各坐标值中选择的紧急停止用位置控制的增益。在紧急停止时确认其坐标值，选择要切换的紧急停止用位置控制的增益。

在组合了多个上述的条件时，负载或重量、机械位置或速度等也同样，通过事先进行这些的测定能够与各种模式相对应。

图11是说明缩短电动机停止距离的数值控制装置的图。

数值控制装置10是控制机床或产业用机械等机械本体(未图示)的装置。通过将执行图5、图7、图9所示的流程图的处理的程序存储在存储装置中，并执行该程序，缩短电动机停止距离。处理器(CPU)11是整体地控制数值控制装置10的处理器。处理器(CPU)11经由总线18读出存储在ROM12中的系统程序，按照该系统程序整体地控制数值控制装置10。

存储在ROM12中的系统程序有实施为了生成和编辑加工程序所需的编辑模式的处理或实施用于自动运转的再生模式的处理的各种内容。另外，在本说明书中，包括产业用机械统称为机床。RAM13是暂存临时计算数据等各种数据的存储器。SRAM14通过未图示的电池被备份，作为非易失性存储器发挥作用，使用LCD/MDI单元20将由操作员输入的各种数据经由接口15存储在SRAM14的数据区域中。另外，在SRAM14中存储读入的加工程序或经由LCD/MDI单元20输入的加工程序等。LCD/MDI单元20由液晶显示装置等显示器和键盘等手动输入装置构成。

机床的各轴的当前位置、报警、参数以及图像数据等图像信号被发送到LCD/MDI单元20，显示在LCD/MDI单元20具备的显示器上。LCD/MDI单元20包括液晶显示装置等显示器和键盘等手动输入装置。

接口15从LCD/MDI单元20的手动输入装置接收数据后转发给处理器(CPU)11。接口16与手动脉冲发生器21连接，接收来自手动脉冲发生器21的脉冲。手动脉冲发生器21被安装在机械本体的操作盘上，为了通过基于手动操作的分配脉冲的各轴控制精密地定位机床的可动部而使用。

轴控制电路17从处理器(CPU)11接收各轴的移动指令，输出到伺服放大器22。伺服放大器22接收该指令，驱动机床各轴的伺服电动机23。在各轴的伺服电动机23中内置有位置/速度检测用的检测器(未图示)，将来自该检测器的位置数据分别反馈到轴控制电路17。另外，该位置数据可以通过取差值生成速度数据。在图11中，省略了这些位置/速度的反馈信号的记载。

Claims

1.一种数值控制装置，其控制电动机，

该数值控制装置的特征在于，

具有在紧急停止指令时使用紧急停止用位置控制的增益使电动机停止的停止单元，

在紧急停止时，将指令位置变更为根据当前速度和紧急停止用的增益计算出的紧急停止位置，在维持位置控制的状态下进行急停，

无需将电动机控制方式从位置控制切换成速度控制来进行急停，且

在多个轴一边进行插补一边沿指令路径运转时执行了上述紧急停止指令的情况下，选定基准轴，以成为各轴能够保持同步地停止的最短位置的方式输出指令位置，由此在紧急停止时不失去轴之间的位置关系。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

预先将电动机控制方式设为速度控制来进行急停，根据上述急停时的速度和到上述急停为止所需要的移动距离计算出上述紧急停止用位置控制的增益。

3.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，

关于上述紧急停止用位置控制的增益，能够与条件不同的多个模式对应地保持多个紧急停止用位置控制的增益，在紧急停止时选择与状况对应的紧急停止用位置控制的增益。