CN112106289A - 多轴电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

多轴电动机驱动装置(1)是控制A轴电动机(2A)和B轴电动机(2B)的装置，具备：位置指令生成器(12)，其生成从测定开始位置到测定结束位置为止的位置指令(121)；力指令生成器(11)，其生成与位置指令的轨迹垂直的方向上的力指令(111)；电流指令生成部(13)，其将位置指令(121)、力指令(111)、A轴电动机位置(31A)以及B轴电动机位置(31B)作为输入，来生成A轴电流指令(131A)和B轴电流指令(131B)；电动机控制部(14)，其基于A轴电流指令(131A)和B轴电流指令(131B)，来控制A轴电动机(2A)和B轴电动机(2B)；以及电动机位置存储部(15)，其存储从测定开始位置到测定结束位置为止的A轴电动机位置(31A)和B轴电动机位置(31B)。

Description

多轴电动机驱动装置

技术领域

本公开涉及一种利用驱动多个轴的电动机的多轴电动机驱动装置实现的形状测定功能。

背景技术

在进行高精度的加工时，测定是不可缺少的技术。但是，由于测定精度需要比加工精度更高，因此为了提高测定精度而耗费成本。另外，由于测定本身并不会制作出肉眼可见的物体，因此难以获知测定的价值。由于这些原因，存在难以在测定精度的提高上推进投资的倾向。这在处于发展中的加工机制造商处尤为显著。例如，虽然致力于加工装置的高刚性化和高精度化，但是对于加工结果的评价仍存在目测这样的极端的例子。这不仅由于真正在需要加工精度的用途中的参与仍然较少，还认为为了今后的产量的提高及可靠性的确保而对于测定的投资也会逐渐增加。

作为使这些加工与测定融合的以往的技术，存在一种追加了加工精度测定器的加工机(例如，参照专利文献1)。

所述以往的结构如下：向具有多个伺服电动机的加工机中追加搭载具备测定触头和位置检测器的形状测定器，在加工之后利用气缸由测定触头摹仿出被加工物来进行形状测定，其中，该测定触头以低接触力接触被加工物的表面，该位置检测器用于对所述测定触头的位置进行测定。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-337148号公报

发明内容

发明要解决的问题

在这种以往的结构中，通常将作为其它装置的形状测定器的一部分搭载在加工机中，测定触头和气缸的追加等导致加工机的成本增加。另外，加工机的控制器中也需要追加形状测定功能，从而导致对控制器开发的负担增大。

本公开的目的在于，为解决上述以往的问题，提供一种能够在抑制作为加工机的追加成本的同时实现形状测定功能的多轴电动机驱动装置。

用于解决问题的方案

本公开的一个方式所涉及的多轴电动机驱动装置是控制多个轴的电动机的多轴电动机驱动装置，具备：位置指令生成器，其生成从测定开始位置到测定结束位置为止的位置指令；力指令生成器，其生成与所述位置指令的轨迹垂直的方向上的力指令；电流指令生成部，其将所述位置指令、所述力指令以及所述多个轴的电动机的位置作为输入，来生成针对所述多个轴的电动机的电流指令；电动机控制部，其基于所述电流指令来控制所述多个轴的电动机；以及电动机位置存储部，其存储从所述测定开始位置到所述测定结束位置为止的所述多个轴的电动机的位置。

发明的效果

本公开能够提供一种能够在抑制作为加工机的附加成本的同时实现形状测定功能的多轴电动机控制装置。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的多轴电动机驱动装置的控制框图。

图2是实施方式2所涉及的多轴电动机驱动装置的控制框图。

图3是实施方式3所涉及的多轴电动机驱动装置的控制框图。

图4是实施方式4所涉及的多轴电动机驱动装置的控制框图。

具体实施方式

本公开的一个方式所涉及的多轴电动机驱动装置是控制多个轴的电动机的多轴电动机驱动装置，具备：位置指令生成器，其生成从测定开始位置到测定结束位置为止的位置指令；力指令生成器，其生成与所述位置指令的轨迹垂直的方向上的力指令；电流指令生成部，其将所述位置指令、所述力指令以及所述多个轴的电动机的位置作为输入，来生成针对所述多个轴的电动机的电流指令；电动机控制部，其基于所述电流指令来控制所述多个轴的电动机；以及电动机位置存储部，其存储从所述测定开始位置到所述测定结束位置为止的所述多个轴的电动机的位置。由此，能够减少作为加工机的成本增加，并且能够从电动机位置存储部得到测定对象的形状信息。因此，该多轴电动机驱动装置能够在抑制作为加工机的附加成本的同时实现形状测定功能。

例如，也可以是，所述电流指令生成部包括混合控制器，该混合控制器将所述位置指令、所述力指令以及所述多个轴的电动机的位置作为输入，来生成针对所述多个轴的电动机的所述电流指令。由此，能够通过使用混合控制器来提高测定精度。

例如，也可以是，所述电流指令生成部包括：位置控制器，其基于所述位置指令，来对所述多个轴的电动机中包括的第一电动机进行位置控制；以及力控制器，其基于所述力指令，来对所述多个轴的电动机中包括的与所述第一电动机不同的第二电动机进行力控制。由此，能够以更简单的控制结构对测定对象进行形状测定。

例如，也可以是，所述多轴电动机驱动装置还具备测定指标计算器，该测定指标计算器根据所述多个轴的电动机的位置来生成测定指标。例如，也可以是，所述测定指标示出象限突起量或表面粗糙度。由此，能够削减多轴电动机驱动装置的存储容量，并且使与外部之间的接口简化，能够容易地在外部进行测定指标管理。

例如，也可以是，所述位置指令生成器具备位置指令切换器，该位置指令切换器选择性地输出所述位置指令和来自外部的加工用位置指令中的一方。由此，能够在加工用的动作与形状测定用的动作之间进行切换。

下面，参照附图来说明本公开的实施方式。此外，下面说明的实施方式均用于示出本公开的一个具体例。下面的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接方式、步骤、步骤的顺序等为一例，并不意图对本公开进行限定。另外，对于下面的实施方式中的构成要素中的、表示最上位概念的独立权利要求中未记载的构成要素，设为任意的构成要素来进行说明。

(实施方式1)

图1是本实施方式所涉及的多轴电动机驱动装置1的控制框图。多轴电动机驱动装置1控制多个轴的电动机。在此，多轴电动机驱动装置1控制A轴电动机2A和B轴电动机2B这两个电动机。

A轴电动机2A连接有A轴位置检测器3A，B轴电动机2B连接有B轴位置检测器3B。A轴位置检测器3A检测A轴电动机2A的电动机位置即A轴电动机位置31A，并且将检测到的A轴电动机位置31A反馈给多轴电动机驱动装置1。B轴位置检测器3B检测B轴电动机2B的电动机位置即B轴电动机位置31B，并且将检测到的B轴电动机位置31B反馈给多轴电动机驱动装置1。

A轴电动机2A驱动Y轴滚珠丝杠41，B轴电动机2B驱动X轴滚珠丝杠42。能够通过双轴的滚珠丝杠来使测定头43移动至XY坐标上的任意的位置。

多轴电动机驱动装置1具备力指令生成器11、位置指令生成器12、电流指令生成部13、电动机控制部14以及电动机位置存储部15。

说明使用该机构对测定对象5进行形状测定的情况下的动作。首先，位置指令生成器12生成从测定开始位置到测定结束位置为止的位置指令121。具体而言，为使测定头43在测定对象5的附近进行动作，生成实现位置指令轨迹6的位置指令121，该位置指令轨迹6是在与测定对象5相距测定头43的半径的位置且在测定对象5的外侧经过那样的轨迹。例如，位置指令121是用XY坐标上的连续的值来表现的。测定头43按照该位置指令轨迹6绘出沿着测定对象5的轨迹。此时，为了进行形状测定，需要将测定头43可靠地压在测定对象5上。

为控制对该测定对象施加的加压力7，力指令生成器11生成与位置指令的轨迹垂直的方向上的力指令111。通常，力指令111的值是恒定值即可，但是力指令111的值能够根据测定对象或测定头的刚性而调整。

电流指令生成部13将位置指令121、力指令111以及多个轴的电动机的位置即A轴电动机位置31A和B轴电动机位置31B作为输入，来生成针对多个轴的电动机的电流指令、即A轴电流指令131A和B轴电流指令131B。该电流指令生成部13包括混合控制器13a。

混合控制器13a被输入力指令111和位置指令121以及A轴电动机位置31A和B轴电动机位置31B。混合控制器13a使用这些力指令111和位置指令121以及A轴电动机位置31A和B轴电动机位置31B，来生成A轴电流指令131A和B轴电流指令131B。将某个方向上的位置控制和其余方向上的力控制同时进行的控制一般被称为力与位置的混合控制，用于除毛刺机器人的模仿动作等。具体而言，混合控制器13a通过将用于进行位置控制使得A轴电动机位置31A和B轴电动机位置31B追随位置指令121的电流指令中的、与位置指令轨迹6平行的分量同用于在与位置指令轨迹6垂直的方向上施加力指令111的电流指令合成，来生成A轴电流指令131A和B轴电流指令131B。由此，能够实现位置与力的混合控制。

电动机控制部14基于A轴电流指令131A和B轴电流指令131B，来控制A轴电动机2A和B轴电动机2B。该电动机控制部14包括A轴电流控制器14A和B轴电流控制器14B。

A轴电流控制器14A控制A轴电动机2A的电流，使得A轴电动机2A的电流追随A轴电流指令131A。B轴电流控制器14B控制B轴电动机2B的电流，使得B轴电动机2B的电流追随B轴电流指令131B。

电动机位置存储部15依次存储作为多个轴的电动机位置的A轴电动机位置31A和B轴电动机位置31B。也就是说，电动机位置存储部15存储从测定开始位置到测定结束位置为止的多个轴的电动机的位置。另外，电动机位置存储部15显示所存储的多个轴的电动机的位置，或者将所存储的多个轴的电动机的位置传送至未图示的外部装置。

通过该结构，能够将搭载于加工机的多轴电动机驱动装置1直接用于形状测定。由此，能够在抑制作为加工机的追加成本的同时实现形状测定功能。另外，测定头43在加工时被替换为加工头。例如，如果装备有换刀器，则能够使头的更换自动化。

(实施方式2)

图2是本实施方式所涉及的多轴电动机驱动装置1A的控制框图。图2所示的多轴电动机驱动装置1A相对于图1所示的多轴电动机驱动装置1而言，电流指令生成部13A的结构与电流指令生成部13不同。电流指令生成部13A具备力控制器13b和位置控制器13c。

力控制器13b被输入力指令111和A轴电动机位置31A。力控制器13b使用被输入的力指令111和A轴电动机位置31A，来生成A轴电流指令131A。位置控制器13c被输入位置指令121和B轴电动机位置31B。位置控制器13c使用被输入的位置指令121和B轴电动机位置31B，来生成B轴电流指令131B。也就是说，位置控制器13c基于位置指令121，来对多个轴的电动机中包括的B轴电动机2B(第一电动机)进行位置控制。力控制器13b基于力指令111，来对多个轴的电动机中包括的A轴电动机2A(第二电动机)进行力控制。这样，各轴的电流被独立地控制。

该控制结构能够应用于对测定对象5的一部分进行测定的情况。例如图2的右下方所示，是测定X轴方向上的直线部分的表面粗糙度的情况。在该例子中，需要进行位置控制的轴是X轴，需要进行力控制的轴是Y轴。也就是说，需要进行位置控制的轴和需要进行力控制的轴是完全分离的。在这种情况下，能够应用本实施方式的控制结构。在此，实际上并不需要始终以相同的姿势进行加工和测定，还存在仅需要测定特定的部分的案例，在这样的案例中也能够应用本实施方式的结构。

这样，本实施方式的结构相对于实施方式1的结构来说，虽然在形状测定的方向上产生了限制，但是能够通过相比于使用伴有复杂的坐标变换的混合控制器13a的情况而言更简单的控制来实现位置控制和力控制。由此，能够降低多轴电动机驱动装置1A的开发成本和制造成本。

(实施方式3)

图3是本实施方式所涉及的多轴电动机驱动装置1B的控制框图。图3所示的多轴电动机驱动装置1B除了具备图1所示的结构之外，还具备测定指标计算器16。测定指标计算器16使用存储于电动机位置存储部15中的表示测定对象5的形状的大量的数据来计算测定指标。在此，例如，测定指标的数据量少于存储于电动机位置存储部15中的原数据的数据量。

具体而言，测定指标是示出加工精度的信息，例如是象限突起量。在这种情况下，测定指标计算器16计算实际的电动机位置相对于双轴的电动机位置应绘制的圆形轨迹在半径方向上的偏差量，并计算特定角度范围内的偏差量的最大值和最小值，由此计算象限突起量。

另外，在位置指令轨迹6为直线的情况下，测定指标也可以是加工面的表面粗糙度。在这种情况下，测定指标计算器16根据力控制方向上的电动机位置的变动来生成截面曲线，并且根据作为截面曲线的低频分量的波纹度曲线或者作为高频分量的粗糙度曲线，来计算最大波峰高度、最大波谷高度或者微观不平度十点高度(ten point height ofirregularities)等参数作为测定指标。

此外，测定指标计算器16也可以根据测定对象来切换所要计算的测定指标的种类(象限突起量或表面粗糙度等)。

这样，通过生成测定指标，能够实现形状测定结果的数据压缩。由此，能够削减多轴电动机驱动装置1B的资源。另外，能够通过简单的手段来实现用于向外部控制器传送数据的接口。另外，通过使用测定指标，判断测定结果的操作员能够容易地进行判断。

(实施方式4)

图4是本实施方式所涉及的多轴电动机驱动装置1C的控制框图。图4所示的多轴电动机驱动装置1C相对于图1所示的电动机驱动装置1来说，位置指令生成器12A的结构与位置指令生成器12不同。位置指令生成器12A具备内部位置指令生成器12a、外部位置指令接收器12b以及位置指令切换器12c。

内部位置指令生成器12a具有与图1所示的位置指令生成器12同样的功能，生成用于实现测定用的位置指令轨迹6的内部位置指令。外部位置指令接收器12b从未图示的外部控制器接收例如加工时的位置指令轨迹，并且生成与该位置指令轨迹相对应的外部位置指令。位置指令切换器12c选择性地将这些内部位置指令和外部位置指令中的一方作为位置指令121来输出。具体而言，位置指令切换器12c在测定时将内部位置指令作为位置指令121来输出，在加工时将外部位置指令作为位置指令121来输出。此外，也可以是，在加工时，在将混合控制器13a中的力控制设为无效的基础上，对所有轴进行位置控制。

通过该结构，多轴电动机驱动装置1C在加工时能够按照来自外部控制器的外部位置指令轨迹来进行位置控制，在测定时能够按照内部位置指令轨迹来进行形状测定。这样，能够通过单个多轴电动机驱动装置1C适当地进行加工和测定。

如上所述，本公开所涉及的多轴电动机驱动装置能够通过将用于加工的多轴伺服系统直接用于形状测定，来在抑制作为加工机的附加成本的同时实现形状测定功能。

此外，在上述实施方式中，将多轴设为了双轴，但是即使是三轴以上，也能够实现该形状测定功能。因此，认为本公开的方法不仅能够应用于加工机，还能够应用于产业用机器人。

另外，考虑获得与加工精度同等的精度作为形状测定功能的精度，但是在谋求更高的测定精度的情况下，定期地使用作为基准的校准用测定物来进行形状测定，并且将其误差量用作校准值来进行本测定。由此，能够进行更高精度的形状测定。

当然，还能够将该形状测定结果反馈给加工机的控制器，以用于下次及以后的加工中的指令校正等。

以上，对本实施方式所涉及的多轴电动机驱动装置进行了说明，但是本公开不限定于该实施方式。

例如，本公开也可以被实现为由多轴电动机驱动装置执行的控制方法等。

另外，框图中的功能块的分割是一例，也可以将多个功能块作为一个功能块来实现，或者将一个功能块分割为多个，或者将一部分的功能移至其它功能块。另外，具有相似功能的多个功能块的功能也可以由单个硬件或软件并行地或者分时地进行处理。

以上，基于实施方式对一个或多个方式所涉及的多轴电动机驱动装置进行了说明，但是本公开不限定于该实施方式。只要不脱离本公开的主旨，则对本实施方式实施本领域技术人员所想到的各种变形而得到的方式、将不同实施方式中的构成要素组合而构建的方式也包含在一个或多个方式的范围内。

产业上的可利用性

本公开能够应用于多轴电动机驱动装置等。

附图标记说明

1、1A、1B、1C：多轴电动机驱动装置；11：力指令生成器；111：力指令；12：位置指令生成器；12a：内部位置指令生成器；12b：外部位置指令接收器；12c：位置指令切换器；121：位置指令；13、13A：电流指令生成部；13a：混合控制器；13b：力控制器；13c：位置控制器；131A：A轴电流指令；131B：B轴电流指令；14：电动机控制部；14A：A轴电流控制器；14B：B轴电流控制器；15：电动机位置存储部；16：测定指标计算器；2A：A轴电动机；2B：B轴电动机；3A：A轴位置检测器；3B：B轴位置检测器；31A：A轴电动机位置；31B：B轴电动机位置；41：Y轴滚珠丝杠；42：X轴滚珠丝杠；43：测定头；5：测定对象；6：位置指令轨迹；7：加压力。

Claims (6)

1.一种多轴电动机驱动装置，其用于控制多个轴的电动机，所述多轴电动机驱动装置具备：

位置指令生成器，其生成从测定开始位置到测定结束位置为止的位置指令；

力指令生成器，其生成与所述位置指令的轨迹垂直的方向上的力指令；

电流指令生成部，其将所述位置指令、所述力指令以及所述多个轴的电动机的位置作为输入，来生成针对所述多个轴的电动机的电流指令；

电动机控制部，其基于所述电流指令来控制所述多个轴的电动机；以及

电动机位置存储部，其存储从所述测定开始位置到所述测定结束位置为止的所述多个轴的电动机的位置。

2.根据权利要求1所述的多轴电动机驱动装置，其特征在于，

所述电流指令生成部包括混合控制器，该混合控制器将所述位置指令、所述力指令以及所述多个轴的电动机的位置作为输入，来生成针对所述多个轴的电动机的所述电流指令。

3.根据权利要求1所述的多轴电动机驱动装置，其特征在于，

所述电流指令生成部包括：

位置控制器，其基于所述位置指令，来对所述多个轴的电动机中包括的第一电动机进行位置控制；以及

力控制器，其基于所述力指令，来对所述多个轴的电动机中包括的与所述第一电动机不同的第二电动机进行力控制。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的多轴电动机驱动装置，其特征在于，

所述多轴电动机驱动装置还具备测定指标计算器，该测定指标计算器根据所述多个轴的电动机的位置来生成测定指标。

5.根据权利要求4所述的多轴电动机驱动装置，其特征在于，

所述测定指标示出象限突起量或表面粗糙度。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的多轴电动机驱动装置，其特征在于，

所述位置指令生成器具备位置指令切换器，该位置指令切换器选择性地输出所述位置指令和来自外部的加工用位置指令中的一方。

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