DE102020130130A1

DE102020130130A1 - Motorsteuervorrichtung, numerische steuervorrichtung, robotersteuerung und integriertes steuerungssystem

Info

Publication number: DE102020130130A1
Application number: DE102020130130.8A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Miura; Takaaki Itou
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2021-05-27
Also published as: US20210157320A1; JP2021083282A; US11487291B2; JP7391629B2; CN112835329A

Abstract

Eine Motorsteuervorrichtung 1 umfasst eine Haupt-CPU 11, die Positionsbefehlswerte an mehrere Motoren ausgibt; mehrere integrierte Schaltungen 12, die gemäß der Anzahl der mehreren Motoren ausgebildet sind und an die Haupt-CPU 11 angeschlossen sind; und mehrere Unter-CPUs 13, die den jeweiligen mehreren integrierten Schaltungen 12 entsprechend angeschlossen sind, wobei jede der mehreren integrierten Schaltungen 12 eine Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 aufweist, die einen Antriebsbefehlswert an einen Verstärker ausgibt, der einen Motor so antreibt, dass sich der Motor an die Position des Positionsbefehlswerts bewegt, wobei jede der mehreren Unter-CPUs 13 die Ausgabe des Antriebsbefehlswerts durch die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 in der an die betreffende Unter-CPU 13 angeschlossenen integrierten Schaltung 12 auf Basis des Positionsbefehlswerts, der über die an die betreffende Unter-CPU 13 angeschlossene integrierte Schaltung 12 gelesen wurde, und eines Positionsrückmeldewerts des Motors steuert.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung, eine numerische Steuervorrichtung, eine Robotersteuerung und ein integriertes Steuerungssystem.
Beschreibung des Stands der Technik
In den letzten Jahren wird die Ausführung von Prozessoren mit mehreren Kernen vorangetrieben. Außerdem erfolgt bei einem Teil der Kommunikation zwischen integrierten Schaltungen eine Änderung von der herkömmlichen parallelen Kommunikation zu einer seriellen Kommunikation. Motorsteuervorrichtungen, die unter Verwendung derartiger mit mehreren Kernen ausgeführter Prozessoren und serieller Schnittstellen die Spezifikationen erfüllen, welche von Steuervorrichtungen, die Maschinen wie zum Beispiel Werkzeugmaschinen, Schmiedepressen, Spitzgussmaschinen, Industriemaschinen und dergleichen steuern, oder Robotersteuerungen, die Roboter steuern, verlangt werden, sind umgesetzt. In der Folge werden integrierte Schaltungen als „ICs“ bezeichnet werden und Schnittstellen als „I/Fs“ bezeichnet werden.
Eine numerische Steuervorrichtung wird zur Steuerung von Motoren in Maschinen wie zum Beispiel Werkzeugmaschinen, Spritzgussmaschinen, Industriemaschinen und dergleichen verwendet. Eine Robotersteuerung wird zur Steuerung von Motoren in Robotern verwendet und weist einen Aufbau auf, der jenem einer numerischen Steuervorrichtung ähnlich ist. Eine numerische Steuervorrichtung und eine Robotersteuerung übernehmen die Motorsteuerung und die Ein-/Ausgabesteuerung (E/A-Steuerung). Da sich bei einer Motorsteuervorrichtung, die in einer numerischen Steuervorrichtung oder einer Robotersteuerung ausgebildet wird, die Anzahl der Motoren als Steuerungsobjekte je nach der Anzahl der gesteuerten Achsen und je nach den Spezifikationen verändert, ist gewünscht, die Motorschnittstellen-Steuereinheit durch gesonderte ICs (integrierte Schaltungen) auszuführen und die Anzahl der angeschlossenen integrierten Schaltungen gemäß den Spezifikationen zu verändern. Insbesondere wird bei numerischen Steuervorrichtungen und Robotersteuerungen die Umsetzung eines Aufbaus, der die geforderten Spezifikationen unter Berücksichtigung der Kosten ausreichend erfüllen kann, verlangt, doch wird dabei eine skalierbare Umsetzung, bei der auch eine Verbesserung der Eigenschaften der verwendeten Komponenten, Veränderungen im Hinblick auf die Angebotsstruktur und dergleichen berücksichtigt werden, gewünscht.
Bei der Herstellung einer numerischen Steuervorrichtung oder einer Robotersteuerung werden für die CPU, die für die Bildung der Hauptsteuereinheit und der PLC-Einheit (programmierbare Logiksteuereinheit) verwendet wird, und den gewöhnlich als Motorsteuereinheit verwendeten DSP im Allgemeinen Allzweck-Produkte verwendet. Da eine Verringerung der Anzahl der Komponenten zur Verringerung der Kosten wirksam ist, wird für andere Teile als die CPU und den DSP, das heißt, für die Motorschnittstellen-Steuereinheit, eine Umsetzung durch eine einzelne IC vorgenommen. Eine solche IC, die die Motorschnittstellen-Steuereinheit implementiert, wird im Allgemeinen durch eine als ASIC bezeichnete integrierte Schaltung, die für die spezifische Anwendung gestaltet wurde, umgesetzt. Bei der Gestaltung einer aus einer ASIC bestehenden Motorschnittstellen-Steuerungs-IC kann nur eine Motorschnittstellen-Steuereinheit ausgeführt werden, oder kann durch eine kombinierte Ausführung mit anderen Funktionseinheiten auch auf eine Multifunktionalität der Motorschnittstellen-Steuerungs-IC abgezielt werden. Wenn die in der numerischen Steuervorrichtung oder der Robotersteuerung ausgebildete Motorsteuervorrichtung unter Verwendung einer CPU, eines DSP und einer ASIC gebildet wird, werden die CPU und die ASIC durch eine Kommunikationsleitung verbunden und werden die ASIC und der DSP durch eine Kommunikationsleitung verbunden.
Zum Beispiel ist wie in der Patentoffenlegungsschrift 2017-097474 beschrieben eine numerische Steuervorrichtung bekannt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine CPU, die einen Positionssteuerwert für einen Servomotor ausgibt; eine integrierte Schaltung, die eine Servosteuereinheit zur Ausgabe eines Strombefehls an einen Verstärker, der den Servomotor antreibt, und eine E/A-Einheit, die eine Ein- und Ausgabe von externen Signalen vornimmt, umfasst; einen DSP, der den Positionsbefehlswert ausliest und eine Steuerung zum Bewegen des Servomotors an die Position des Positionsbefehlswerts vornimmt; und einen Vorrichtungskommunikationspfad zwischen der CPU und der integrierten Schaltung aufweist, wobei die integrierte Schaltung einen internen Bus, der an eine an den Vorrichtungskommunikationspfad angeschlossene Kommunikationsschnittstelle und die E/A-Einheit angeschlossen ist, und einen internen Kommunikationspfad, der Signale ohne Verlauf über den internen Bus direkt zwischen der Servosteuereinheit und der E/A-Einheit überträgt, umfasst.
Beispielsweise ist wie in der Patentoffenlegungsschrift 2003-288120 beschrieben eine Synchronstartvorrichtung für ein Positionsbestimmungsmodul bekannt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie so ausgeführt ist, dass sie eine externe Synchronstarteingangsfinne umfasst, die im Zustand einer hohen Impedanz eines externen Synchronstartausgangssignals von mehreren aus Logikschaltungen gebildeten ASICs eine Eingabe eines externen Synchronstarteingangssignals in einem H-Zustand von außen erhält und einen Synchronstart durchführt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Da die Anzahl der Achsen, die von Motoren, welche in einer Maschine wie einer allgemeinen Werkzeugmaschine oder in einem Roboter ausgebildet sind, angetrieben werden, etwa drei bis zweiunddreißig Achsen beträgt, wird die maximale Anzahl der Steuerachsen einer Motorsteuervorrichtung häufig auf etwa zweiunddreißig Achsen eingerichtet. Da es andererseits auch Werkzeugmaschinen oder Roboter mit einer äußerst hohen Anzahl von Steuerachsen, die zweiunddreißig Steuerachsen bei weitem übersteigt, gibt, besteht auch Bedarf an einer Motorsteuervorrichtung mit einer äußerst hohen maximalen Anzahl von Steuerachsen. Beispielsweise ist die Anzahl der Steuerachsen bei einer für die Bearbeitung einer Reihe von Werkstücken optimierten speziellen Werkzeugmaschine (einer Index-Maschine), bei der mehrere Komponentenbearbeitungsprozesse integriert sind, äußerst hoch.
Zur Umsetzung einer Motorsteuervorrichtung werden Gestaltungsänderungen wie eine weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit der CPU und der integrierten Schaltung oder eine weitere Hinzufügung von verschiedenen Arten von Schnittstellen in Bezug auf den Basisaufbau der Motorsteuervorrichtung mit einer standardmäßigen Anzahl von Steuerachsen (zum Beispiel etwa drei bis zweiunddreißig) erforderlich. Es ist jedoch nicht einfach, einer Motorsteuervorrichtung mit einer äußerst hohen Anzahl von Steuerachsen durch eine Gestaltungsänderung des Basisaufbaus der Motorsteuervorrichtung mit einer standardmäßigen Anzahl von Steuerachsen zu entsprechen. Wenn zum Beispiel neben einer ASIC, die für eine standardmäßige Anzahl von Steuerachsen ausgeführt wurde, neu eine ASIC entwickelt wird, die für eine äußerst hohe Anzahl von Steuerachsen ausgeführt ist, nehmen die Entwicklungskosten zu. Oder wenn zum Beispiel eine ASIC, die für eine äußerst hohe Anzahl von Steuerachsen ausgeführt wurde, auch für die Zwecke einer ASIC, die für eine standardmäßige Anzahl von Steuerachsen ausgeführt ist, angewendet wird, kommt es dazu, dass eine hochpreisige ASIC, die für eine Motorsteuervorrichtung mit einer standardmäßigen Anzahl von Steuerachsen überentwickelt ist, verwendet wird, wodurch der Preis für die Motorsteuervorrichtung selbst ansteigt. Oder wenn zum Beispiel einer äußerst hohen Anzahl von Steuerachsen entsprochen wird, indem mehrere Motorsteuervorrichtungen mit einer standardmäßigen Anzahl von Steuerachsen verwendet werden und über ein Netzwerk zusammenwirkend gesteuert werden, wird die Synchronisation und die Interpolation der Steuerachsen zwischen den Motorsteuervorrichtungen verkompliziert. Daher wird eine Verbesserung der Skalierbarkeit der Anzahl der Steuerachsen einer Motorsteuervorrichtung gewünscht.
Nach einer Form der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Motorsteuervorrichtung eine Haupt-CPU, die Positionsbefehlswerte an mehrere Motoren ausgibt; mehrere integrierte Schaltungen, die gemäß der Anzahl der mehreren Motoren ausgebildet sind und an die Haupt-CPU angeschlossen sind; und mehrere Unter-CPUs, die den jeweiligen mehreren integrierten Schaltungen entsprechend angeschlossen sind, wobei jede der mehreren integrierten Schaltungen eine Motorschnittstellen-Steuereinheit aufweist, die einen Antriebsbefehlswert an einen Verstärker ausgibt, der einen Motor so antreibt, dass sich der Motor an die Position des Positionsbefehlswerts bewegt, wobei jede der mehreren Unter-CPUs die Ausgabe des Antriebsbefehlswerts durch die Motorschnittstellen-Steuereinheit in der an die betreffende Unter-CPU angeschlossenen integrierten Schaltung auf Basis des Positionsbefehlswerts, der über die an die betreffende Unter-CPU angeschlossene integrierte Schaltung gelesen wurde, und eines Positionsrückmeldewerts des Motors steuert.
Nach einer Form der vorliegenden Offenbarung umfasst eine numerische Steuervorrichtung, die eine Maschine steuert, die oben beschriebene Motorsteuervorrichtung, wobei jede von mehreren Gruppen aus einer integrierten Schaltung und dieser integrierten Schaltung entsprechend angeschlossenen Unter-CPUs wenigstens einen der betreffenden Gruppe entsprechenden Motor unter den Motoren in der Maschine steuert.
Nach einer Form der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Robotersteuerung, die wenigstens einen Roboter steuert, die oben beschriebene Motorsteuervorrichtung, wobei jede von mehreren Gruppen aus einer integrierten Schaltung und dieser integrierten Schaltung entsprechend angeschlossenen Unter-CPUs wenigstens einen Motor, der eine Antriebsquelle des Roboters darstellt, steuert.
Nach einer Form der vorliegenden Offenbarung umfasst ein integriertes Steuerungssystem, das beide aus wenigstens einer Maschine und wenigstens einem Roboter steuert, die oben beschriebene Motorsteuervorrichtung, wobei wenigstens eine Gruppe unter mehreren Gruppen aus einer integrierten Schaltung und dieser integrierten Schaltung entsprechend angeschlossenen Unter-CPUs wenigstens einen der betreffenden Gruppe entsprechenden Motor unter den Motoren in der Maschine steuert, und eine Gruppe, die sich von der wenigstens einen Gruppe unter den mehreren Gruppen unterscheidet, wenigstens einen Motor, der eine Antriebsquelle des Roboters darstellt, steuert.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die nachstehenden beiliegenden Zeichnungen noch klarer verstanden werden.

1 ist ein Aufbaudiagramm, das eine Motorsteuervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem bei der Motorsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bei einer m-ten integrierten Schaltung eine Ein-/Ausgabesteuereinheit ausgebildet ist.
3 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem bei der Motorsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung integrierte Schaltungen untereinander verbunden sind.
4 ist ein Aufbaudiagramm, das eine numerische Steuervorrichtung zeigt, die mit der Motorsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist.
5 ist ein Aufbaudiagramm, das eine Robotersteuerung zeigt, die mit der Motorsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist.
6 ist ein Aufbaudiagramm, das ein integriertes Steuerungssystem zeigt, das mit der Motorsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist.

Ausführliche Erklärung
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nachstehend eine Motorsteuervorrichtung, eine numerische Steuervorrichtung, eine Robotersteuerung und ein integriertes Steuerungssystem erklärt. In den einzelnen Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Erleichterung des Verständnisses ist der Maßstab dieser Zeichnungen willkürlich verändert. Die in den Zeichnungen gezeigten Formen stellen ein Beispiel für die Ausführung dar, doch besteht keine Beschränkung auf die in den Zeichnungen gezeigten Formen. Außerdem bedeuten in der nachstehenden Erklärung die „Position“ und der „Positionsbefehlswert“ des Motors die „Position des Rotors“ und den „Positionsbefehlswert an den Rotor“ des Motors und bedeutet die „Positionssteuerung des Motors“ die „Positionssteuerung in Bezug auf den Rotor“ des Motors. Da bei einer Differenzierung der „Position“ die „Geschwindigkeit (Umdrehungsgeschwindigkeit“ erhalten wird, schließt die „Position“ des Motors bei der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die „Geschwindigkeit“ des Motors ein. Der „Positionsbefehlswert“ des Motors schließt den „Geschwindigkeitsbefehlswert“ des Motors ein, und der „Positionsrückmeldewert“ des Motors schließt den „Geschwindigkeitsrückmeldewert“ des Motors ein. Die „Geschwindigkeit“ und der „Geschwindigkeitsbefehlswert“ des Motors bedeuten die „Geschwindigkeit des Rotors“ und den „Geschwindigkeitsrückmeldewert in Bezug auf den Rotor“ des Motors. Die „Geschwindigkeitssteuerung“ des Motors bedeutet die „Geschwindigkeitssteuerung in Bezug auf den Rotor“ des Motors.
1 ist ein Aufbaudiagramm, das eine Motorsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Die Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird, wie später beschrieben werden wird, für eine numerische Steuervorrichtung einer Maschine (zum Beispiel einer Werkzeugmaschine) oder eine Robotersteuerung oder dergleichen verwendet. Ein durch die Motorsteuervorrichtung 1 gesteuerter Motor (nicht dargestellt) wird zum Beispiel bei einer Werkzeugmaschine als Antriebsquelle einer Bearbeitungsachse oder einer peripheren Achse verwendet, oder bei einer Robotersteuerung als Antriebquelle eines Arms oder dergleichen oder als Antriebsquelle zum Bewegen des Roboters selbst verwendet.
Die Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Haupt-CPU 11, integrierte Schaltungen (ICs) 12 und Unter-CPUS 13. Die Haupt-CPU 11 ist über serielle Kommunikationseinheiten 41 an die integrierten Schaltungen 12 angeschlossen. Die Unter-CPUs 13 sind über serielle Kommunikationseinheiten 42 an die integrierten Schaltungen 12 angeschlossen. Außerdem umfasst die Motorsteuervorrichtung 1 zum Beispiel einen an die Haupt-CPU 11 angeschlossenen DRAM 31 und an die integrierten Schaltungen 12 angeschlossene Speichervorrichtungen 32, Storage-Class-Memories (SCMs) 33 und Anzeigeschnittstellen (Anzeige-I/Fs) 34.
Die Haupt-CPU 11 ist zum Beispiel durch eine CPU mit mehreren Kernen (mehreren Threads) umgesetzt. Die Haupt-CPU 11 umfasst eine Hauptsteuereinheit (nicht dargestellt), eine PLC-Einheit (programmierbare Logiksteuereinheit) (nicht dargestellt) und eine Peripherie-Einheit (Peripheral) (nicht dargestellt) zur Vornahme der Kommunikation mit Peripheriegeräten, wobei diese Einheiten im Allgemeinen durch Software gebildet sind.
Die Haupt-CPU 11 gibt Positionsbefehlswerte an mehrere Motoren (nicht dargestellt) aus. Wie oben beschrieben wurde, umfassen die „Positionsbefehlswerte“ der Motoren bei der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung „Geschwindigkeitsbefehlswerte“ der Motoren; das heißt, die „Positionsbefehlswerte“ können als „Geschwindigkeitsbefehlswerte“ interpretiert werden.
Noch genauer führt die Hauptsteuereinheit der Haupt-CPU 11 eine Funktion, wodurch sie Betriebsbefehle, die durch ein Bearbeitungsprogramm und ein Ablaufprogramm der numerischen Steuervorrichtung oder ein Roboterbetriebsprogramm der Robotersteuerung oder dergleichen befohlen werden, interpretiert und Positionsbefehlswerte an alle der mehreren Motoren berechnet und ausgibt, eine Funktion, wodurch sie die Betriebsbefehle interpretiert und EIN/AUS-Signale an die Maschine sendet bzw. von dieser empfängt, eine Ablauffunktion, die die Ein- und Ausgabe (E/A) von Signalen in Bezug auf die Maschine steuert, und dergleichen aus. Außerdem weist die Haupt-CPU 11 Funktionen wie eine serielle Hochgeschwindigkeitskommunikationsschnittstelle (zum Beispiel PCI-Express (eingetragenes Warenzeichen)) auf. Ferner umfasst die Peripherie-Einheit in der Haupt-CPU 11 Schnittstellen zur Vornahme einer Ein- und Ausgabe von Daten in Bezug auf eine extern angeschlossene Speichervorrichtung wie eine SD, einen USB oder dergleichen und zur Vornahme einer Ein- und Ausgabe von Daten durch eine Kommunikation über RS232-C (232-C #1 und #2) und nimmt eine Kommunikation mit extern angeschlossenen Geräten vor.
Der DRAM 31 ist ein Hauptspeicher, den die Haupt-CPU 11 zur Vornahme von Verarbeitungen verwendet. Bei dem Beispiel, das in 1 gezeigt ist, ist der DRAM 31 extern an die Haupt-CPU angeschlossen, doch kann er auch extern an die integrierten Schaltungen 12 angeschlossen werden.
Die Haupt-CPU 11 und die integrierten Schaltungen 12 sind über serielle Kommunikationseinheiten 41 verbunden. Ein Beispiel für die seriellen Kommunikationseinheiten 41 ist PCI Express (eingetragenes Warenzeichen).
Die integrierten Schaltungen (ICs) 12 werden zum Beispiel als anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) ausgeführt. Oder die integrierten Schaltungen 12 können auch durch FPGAs oder als Elemente, für die mehrere integrierte Schaltungen auf einer Leiterplatte ausgebildet sind, ausgeführt werden.
Die mehreren integrierten Schaltungen 12 sind der Anzahl der mehreren Motoren als Steuerobjekte der Motorsteuervorrichtung 1 entsprechend ausgebildet. Die Motorsteuervorrichtung 1 kann durch Ändern der Anzahl der integrierten Schaltungen 12 auf die Steuerung von verschiedenen Anzahlen von Motoren angewendet werden. Daher ist es durch Anschließen von mehreren integrierten Schaltungen 12, die aus ASICs, welche zur Steuerung einer standardmäßigen Anzahl von Achsen (zum Beispiel drei Achsen bis dreiunddreißig Achsen oder dergleichen) ausgeführt wurden, bestehen, an die Haupt-CPU 11 möglich, auch eine äußerst große Anzahl von Steuerachsen (zum Beispiel etwa dreiunddreißig bis einige hundert Steuerachsen) zu steuern.
Somit kann durch die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Skalierbarkeit in Bezug auf die Anzahl der Steuerachsen verbessert werden. Bei dem Beispiel, das in 1 gezeigt ist, sind die mehreren integrierten Schaltungen 12 durch n (n ist eine ganze Zahl von 2 oder höher) integrierte Schaltungen, das heißt, als erste integrierte Schaltung 12-1, zweite integrierte Schaltung 12-2, ... n-te integrierte Schaltung 12-n dargestellt.
Die integrierten Schaltungen 12 umfassen eine Motorschnittstellen-Steuereinheit (Motor-I/F-Steuereinheit) 21, eine serielle Haupt-CPU-Schnittstelle (I/F) 22, eine serielle Unter-CPU-Schnittstelle (I/F) 23, einen internen Bus 24, eine serielle Optionaleinheits-Schnittstelle (I/F) 25, eine Ein-/Ausgabe-Steuereinheit (E/A-Steuereinheit) 26 und eine Peripherie-Einheit (Peripheral) 27. Die integrierten Schaltungen 12 können neben den dargestellten Einheiten auch einen RAM oder dergleichen aufweisen. In 1 sind die serielle Optionaleinheits-Schnittstelle (I/F) 25, die Ein-/Ausgabe-Steuereinheit (E/A-Steuereinheit) 26 und die Peripherie-Einheit (Peripheral) 27 zur Vereinfachung der Zeichnung nur für die erste integrierte Schaltung 12-1 angegeben und wurde bei der zweiten integrierten Schaltung 12-2 und der n-ten integrierten Schaltung 12-n auf eine Darstellung verzichtet.
Die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21, die serielle Haupt-CPU-Schnittstelle 22, die serielle Optionaleinheits-Schnittstelle 25, die Ein-/Ausgabe-Steuereinheit 26 und die Peripherie-Einheit 27 sind über den internen Bus 24 verbunden.
Die serielle Haupt-CPU-Schnittstelle 22 ist über eine serielle Kommunikationseinheit 41 an die Haupt-CPU 11 angeschlossen und nimmt die Kommunikation zwischen der Haupt-CPU 11 und der Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 vor. Den einzelnen Hauptelementen neben der seriellen Haupt-CPU-Schnittstelle 22, die durch den internen Bus verbunden sind, sind Adressen zugewiesen. Die serielle Haupt-CPU-Schnittstelle 22 detektiert die in einem von der Haupt-CPU 11 gesendeten seriellen Signal enthaltene Empfängeradresse und sendet die Daten und die Adresse nach einer Umwandlung in parallele Daten über den internen Bus 24 an das den Empfänger darstellende Element. Außerdem nimmt die serielle Haupt-CPU-Schnittstelle 22 eine serielle Umwandlung von Daten, die von den einzelnen Elementen über den internen Bus 24 ausgegeben wurden und die Haupt-CPU 11 als Empfängeradresse aufweisen, vor und sendet sie an die Haupt-CPU 11.
Es kann sein, dass Datensendungen von der Haupt-CPU 11 an die einzelnen Elemente in einer integrierten Schaltung 12 und Datensendungen von der seriellen Haupt-CPU-Schnittstelle 22 an die Haupt-CPU 11 gleichzeitig auftreten. Hierzu weist die serielle Haupt-CPU-Schnittstelle 22 einen Vermittler, der die Reihenfolge der übertragenen Daten gemäß einem Prioritätsgrad der einzelnen Datenkommunikationen entscheidet, und einen Pufferspeicher, der die diese Daten vorübergehend speichert, auf. Da bei der Motorsteuervorrichtung 1 der Prioritätsgrad von Datensignalen im Zusammenhang mit der Motorsteuerung hoch ist und Datensignale im Zusammenhang mit der Motorsteuerung periodisch auftreten, hat die Übertragung von Datensignalen im Zusammenhang mit der Motorsteuerung Vorrang. Es besteht aber keine Beschränkung darauf, es kann sein, dass eine Datenkommunikation mit einer noch höheren Dringlichkeit eine noch höhere Priorität genießt.
Die integrierten Schaltungen 12 und die Unter-CPUs 13 sind über serielle Kommunikationseinheiten 42 verbunden. Ein Beispiel für die seriellen Kommunikationseinheiten 42 ist PCI Express (eingetragenes Warenzeichen).
Die serielle Unter-CPU-Schnittstelle 23 in jeder integrierten Schaltung 12 ist über serielle Kommunikationseinheiten 42 mit Unter-CPUs 13 verbunden und nimmt die Kommunikation zwischen den Unter-CPUs 13 und der Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 vor. Zwischen der Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 und den an diese Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 angeschlossenen Unter-CPUs 13 sind die serielle Unter-CPU-Schnittstelle 23 und die seriellen Kommunikationseinheiten 42 ausgebildet.
Die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 gibt einen Antriebsbefehlswert (zum Beispiel einen Strombefehlswert) an einen Verstärker aus, der einen Motor so antreibt, dass sich der Motor an die Position des Positionsbefehlswerts bewegt (oder dass sich der Motor mit der Geschwindigkeit des Motorgeschwindigkeitswerts dreht). Der von der Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 ausgegebene Motorantriebsbefehl wird über eine außerhalb der integrierten Schaltung 12 befindliche Motorschnittstelle (Motor-I/F) an den Verstärker gesendet. Um den Ablauf einer Abfolge noch genauer zu erklären, wird der Positionsbefehlswert von der Haupt-CPU 11 über die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 an die Unter-CPUs 13 ausgegeben, erzeugen die Unter-CPUs 13 auf Basis dieses Positionsbefehlswerts einen Antriebsbefehlswert für den Motor und geben ihn an die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 aus und gibt die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 den Antriebsbefehlswert über die Motorschnittstelle an den Verstärker aus.
Die integrierte Schaltung 12 weist wenigstens eine Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 auf. Durch die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 verfügt sie über die Fähigkeit, dass sie mehrere Antriebsbefehlswerte an jeden von mehreren Motoren ausgeben kann. Wenn durch eine einzelne integrierte Schaltung 12 mehrere Motoren gesteuert werden, kann die betreffende eine integrierte Schaltung eine einzelne Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 aufweisen oder mehrere Motorschnittstellen-Steuereinheiten 21 in einer Anzahl, die der Anzahl der Motoren gleich ist, aufweisen oder mehrere Motorschnittstellen-Steuereinheiten 21 in einer Anzahl, die geringer als die Anzahl der Motoren ist, aufweisen. Die Anzahl der Motorschnittstellen-Steuereinheiten 21, die in der integrierten Schaltung 12 ausgebildet sind, kann zum Beispiel je nach dem Steuerzyklus oder der Steuergenauigkeit der Motoren oder dergleichen passend festgelegt werden.
Die Motorschnittstelle, die extern an die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 angeschlossen ist, ist eine Schnittstelle zum Anschluss eines Verstärkers. Über die Motorschnittstelle wird die Verstärkersteuerung, die Verwaltung der Ein- und Ausgabe von Digitalsignalen, die Verwaltung der Ein- und Ausgabe von Analogsignalen, die Steuerung von verschiedenen Sensoren und dergleichen vorgenommen. An den Verstärker sind Stromleitungen zu den Motoren, die die einzelnen Steuerachsen der Werkzeugmaschine oder des Roboters antreiben, und Rückmelde-Eingangssignale, wodurch Positionsrückmeldewerte, die Detektionswerte der Positionen der einzelnen Motoren sind, übertragen werden, angeschlossen. Die Anzahl der Motorschnittstellen-Steuereinheiten 21 ist der Anzahl der Motorschnittstellen gleich. An eine einzelne Motorschnittstelle können mehrere Verstärker, die mehreren Motoren entsprechend ausgebildet sind, seriell angeschlossen werden.
Nachstehend wird der Verarbeitungsbetrieb der Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 ausführlicher erklärt. Positionsbefehlswerte von der Haupt-CPU 11 werden über die serielle Kommunikationseinheit 41, die serielle Haupt-CPU-Schnittstelle 22 und den internen Bus 24 in einen RAM-Bereich (nicht dargestellt) in der Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 geschrieben. Die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 sendet einen aus dem Positionsbefehlswert erzeugten Antriebsbefehlswert (zum Beispiel einen Strombefehlswert) für den Verstärker über die Motorschnittstelle an den Verstärker. Die Verarbeitung zur Erzeugung des Antriebsbefehlswerts aus dem Positionsbefehlswert benötigt zahlreiche Rechenverarbeitungen und muss mit einer hohen Geschwindigkeit vorgenommen werden. Daher sind wie nachstehend besprochen DSPs mit mehreren Kernen als Unter-CPUs 13 an die integrierte Schaltung 12 angeschlossen. Die Unter-CPUs 13 aus DSPs mit mehreren Kernen lesen den Positionsbefehlswert über die seriellen Kommunikationseinheiten 42 und nehmen die Rechenverarbeitungen für den Antriebsbefehlswert des Motors, der für die Steuerung, um den Motor an die Position des Positionsbefehlswerts zu bewegen, nötig ist, vor.
Der Verstärker nimmt auf Basis des über die Motorschnittstelle erhaltenen Antriebsbefehlswerts zum Beispiel eine Stromsteuerung durch ein PWM-Signal vor und sendet den Wert eines in den Verstärker eingebauten Stromsensors durch die Motorschnittstelle an die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21. Außerdem wird auch ein an dem Motor detektierter Positionsrückmeldewert durch die Motorschnittstelle an die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 gesendet und der Positionsrückmeldewert in die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 geschrieben. Die Unter-CPUs 13 berechnen auf Basis des Werts des Stromsensors und des Positionsrückmeldewerts, die sie über die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 erhalten haben, einen nächsten Stromsteuerbefehlswert und senden diesen Stromsteuerbefehlswert an die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21. Die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 erhält den Stromsteuerbefehlswert von den Unter-CPUs 13 und sendet ihn über die Motorschnittstelle an den Verstärker.
Die serielle Optionaleinheits-Schnittstelle (I/F) 25 in der integrierten Schaltung 12 ist eine Schnittstelle, die für den Anschluss eines externen optionalen Geräts wie etwa einer optionalen Platine verwendet wird.
Die Ein-/Ausgabe-Steuereinheit (E/A-Steuereinheit) 26 in der integrierten Schaltung 12 steuert die Ein- und die Ausgangskommunikation (die E/A-Kommunikation) und weist zum Beispiel einen E/A-RAM (nicht dargestellt) zum Speichern von Ein- und Ausgangssignaldaten (DI/DO) auf. Die Ein- und Ausgangssignaldaten für die Ein- und die Ausgabe werden durch ein an der Haupt-CPU 11 ausgeführtes Ablaufprogramm über den internen Bus 24, die serielle Haupt-CPU-Schnittstelle 22 und die serielle Kommunikationseinheit 41 gelesen/geschrieben.
Die Peripherie-Einheit 27 in der integrierten Schaltung 12 weist Schnittstellen für eine Tastatur, Signale wie einen Analogausgang, einen Eingang für Sensordaten (zum Beispiel ein Auslasssignal zum Überspringen eines in Ausführung befindlichen Bearbeitungsprogramms, den Eingang eines Berührungssensorsignals oder dergleichen) und einen RTC (real time digital clock, einen digitalen Echtzeittakt) (ein Taktsignal von einer mittels einer Batterie oder eines Kondensators betriebenen Taktschaltung, die durch einen Quarzoszillator und eine Zählschaltung gebildet ist) auf. Außerdem weist die Peripherie-Einheit 27 auch Schnittstellen für eine Speichervorrichtung 32, einen Storage-Class-Memory 33 und eine Anzeigeschnittstelle (I/F) 34 auf.
An die mehreren integrierten Schaltungen 12 sind jeweils mehrere Unter-CPUs 13 angeschlossen. Noch genauer gesagt können mehrere Unter-CPUs 13 an eine einzelne Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 angeschlossen sein und ist in einer einzelnen integrierten Schaltung 12 wie oben beschrieben der Anzahl der Motorschnittstellen entsprechend wenigstens eine Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 ausgebildet. Die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 und die Unter-CPUs 13 sind über eine serielle Unter-CPU-Schnittstelle 23 und serielle Kommunikationseinheiten 42 verbunden. Die Anzahl der Unter-CPUs 13, die an eine Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 angeschlossen werden, kann gemäß der Rechenverarbeitungsfähigkeit der Unter-CPUs 13, dem Steuerzyklus und dergleichen passend festgelegt werden. Wenn es zum Beispiel nötig ist, eine äußerst hohe Anzahl an Motoren (zum Beispiel etwa 100 Motoren) zu steuern oder die Motoren mit einer hohen Genauigkeit zu steuern, wird die Menge der Rechenverarbeitungen, die einer integrierten Schaltung 12 zugewiesen werden, sehr groß. Wenn die Menge der Rechenverarbeitungen, die einer integrierten Schaltung 12 zugewiesen werden, sehr groß wird, können zahlreiche Unter-CPUs 13 angeschlossen werden und die Rechenverarbeitungen auf die mehreren Unter-CPUs 13 verteilt werden. Oder wenn zum Beispiel eine geringe Anzahl an Motoren (zum Beispiel einige Motoren) gesteuert wird oder für die Motoren keine Steuergenauigkeit verlangt wird, ist die Menge der Rechenverarbeitungen, die der integrierten Schaltung 12 zugewiesen werden, gering. Wenn die Menge der Rechenverarbeitungen, die der integrierten Schaltung 12 zugewiesen werden, gering ist, können eine oder wenige Unter-CPUs 13 angeschlossen werden und die Rechenverarbeitungen der einen oder den wenigen Unter-CPUs 13 zugeteilt werden.
Eine Unter-CPU 13 wird zum Beispiel durch eine DSP mit mehreren Kernen (mehreren Threads) umgesetzt. Die Unter-CPU 13 steuert auf Basis der Positionsbefehlswerte und der Positionsrückmeldewerte, die über die an diese Unter-CPU 13 angeschlossene integrierte Schaltung 12 gelesen wurden, die Ausgabe der Motorantriebssignale durch die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 in der integrierten Schaltung 12. Noch genauer liest die Unter-CPU 13 den Positionsbefehlswert und den Positionsrückmeldewert über die serielle Unter-CPU-Schnittstelle 23 und die serielle Kommunikationseinheit 42 und führt die Rechenverarbeitungen für den Antriebsbefehlswert (zum Beispiel den Strombefehlswert) des Motors, der für die Steuerung zum Bewegen des Motors an die Position des Positionsbefehlswerts erforderlich sind, aus. Die Unter-CPU 13 sendet den erzeugten Antriebsbefehlswert über die serielle Kommunikationseinheit 42 und die serielle Unter-CPU-Schnittstelle 23 an die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21, und die Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 sendet den Antriebsbefehlswert über die Motorschnittstelle an den Verstärker. Die Unter-CPU 13 führt diese Rechenverarbeitung wiederholt aus.
Die an die integrierte Schaltung 12 angeschlossene Speichervorrichtung 32 speichert die Software (das Programm), die für den Betrieb der Motorschnittstellen-Steuereinheit 21 erforderlich ist, und steuert ihren Betrieb durch die Peripherie-Einheit 27. Beispiele für die Speichervorrichtung 32 sind eine EMMC (eingetragenes Warenzeichen), eine SD, eine ESSD oder dergleichen. Es wurde zwar auf eine entsprechende Darstellung verzichtet, doch ist ein Boot-ROM, in dem eine Bootloader-Software gespeichert ist, an die integrierte Schaltung 12 angeschlossen, wobei die integrierte Schaltung 12 die Bootloader-Software beim Starten liest und ihre eigenen Initialisierungseinstellungen und dergleichen vornimmt und die in der Speichervorrichtung gespeichert Software lädt und in den DRAM 31 und einen internen Speicher der Unter-CPU 13 entwickelt.
Der an die integrierte Schaltung 12 angeschlossene Storage-Class-Memory 33 wirkt als Betriebsspeicher, der Rechenwerte und dergleichen bei der Verarbeitung der Motorschnittstellen-Speichereinheit 21 speichert, und ist ein nichtflüchtiger Speicher. Beispiele für den Storage-Class-Memory 33 sind etwa ein MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory), ein ReRAM (Resistive Random Access Memory) ein FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory), ein durch eine Batterie gestützter SRAM oder dergleichen.
Die an die integrierte Schaltung 12 angeschlossene Anzeigeschnittstelle 34 ist eine Schnittstelle, die Daten für eine Erzeugung von Bilddaten durch eine externe Anzeigevorrichtung sendet und empfängt. Auf Basis der Daten, die durch die Anzeigeschnittstelle 34 ausgegeben werden, wird durch die Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt) wie etwa eine Flüssigkristallanzeige (LCD) oder eine organische EL-Vorrichtung oder dergleichen die Erzeugung und Anzeige der Bilddaten vorgenommen. Ein Beispiel für die Anzeigeschnittstelle 34 ist Ethernet (eingetragenes Warenzeichen) oder dergleichen.
Wie oben erklärt wurde, sind bei der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mehrere integrierte Schaltungen 12 der Anzahl der mehreren Motoren als Steuerobjekte der Motorsteuervorrichtung 1 entsprechend ausgebildet. Durch Ändern der Anzahl der integrierten Schaltungen 12 wird es möglich, dass die Motorsteuervorrichtung 1 der Steuerung von verschiedenen Anzahlen von Motoren nachkommen kann. Daher ist es durch Anschließen von mehreren integrierten Schaltungen 12 aus ASICs, die für eine standardmäßige Anzahl von Steuerachsen (zum Beispiel etwa drei Achsen bis zweiunddreißig Achsen) gebildet wurden, an die Haupt-CPU 11 möglich, die Verarbeitungsressourcen für die Steuerung mehrerer Achsen zu vermehren, und wird auch eine Steuerung einer äußerst hohen Anzahl von Steuerachsen (zum Beispiel etwa dreiunddreißig Achsen bis einige hundert Achsen) möglich. Daher kann durch die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Skalierbarkeit in Bezug auf die Anzahl der Steuerachsen verbessert werden. Da es für den Aufbau einer Motorsteuervorrichtung 1 für eine äußerst hohe Anzahl von Steuerachsen genügt, die Anzahl der integrierten Schaltungen 12 (zum Beispiel von anwendungsspeifischen integrierten Schaltungen, die für eine standardmäßige Anzahl von Steuerachsen ausgeführt wurden), die an eine einzelne Haupt-CPU 11 (zum Beispiel eine CPU mit mehreren Kernen) angeschlossen werden, zu erhöhen, ist es nicht nötig, eine ASIC, die für eine äußerst hohe Anzahl von Steuerachsen ausgeführt ist, neu zu entwickeln. Da es andererseits für den Aufbau einer Motorsteuervorrichtung 1 mit einer nicht so großen Anzahl von Steuerachsen genügt, die Anzahl der integrierten Schaltungen 12 (zum Beispiel von anwendungsspeifischen integrierten Schaltungen, die für eine standardmäßige Anzahl von Steuerachsen ausgeführt wurden), die an eine einzelne Haupt-CPU 11 angeschlossen werden, passend zu regulieren, können die Gelegenheiten, bei denen überspezifizierte teure integrierte Schaltungen verwendet werden, verringert werden, und kann als Folge ein Anstieg der Kosten für die Motorsteuervorrichtung selbst unterdrückt werden. Da die mehreren integrierten Schaltungen 12, die jeweils einem von mehreren Motoren entsprechen, alle an eine einzelne Haupt-CPU 11 angeschlossen werden, wird es möglich, Fehler, die bei irgendeinem der mehreren Motoren auftreten können, einheitlich in der Haupt-CPU 11 zu behandeln. Und da es leicht ist, für jede integrierte Schaltung gesondert einen Steuerzyklus festzulegen, kann eine dem Verwendungszweck der Motoren entsprechend optimierte Steuerung vorgenommen werden.
Je nach dem Motorverwendungszweck können der integrierten Schaltung, die einem betreffenden Motor entspricht, neben der seriellen Optionaleinheits-Schnittstelle 25, der Ein-/Ausgabe-Steuereinheit 26 und der Peripherie-Einheit 27 noch andere Funktionen hinzugefügt werden. 2 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem bei einer m-ten integrierten Schaltung der Motorsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Ein-/Ausgabesteuereinheit ausgebildet ist. Zum Beispiel kann nicht nur bei der ersten integrierten Schaltung 12-1, sondern auch bei einer m-ten integrierten Schaltung 12-m (m ist eine natürliche Zahl von wenigstens 2) der mehreren integrierten Schaltungen 12 eine Ein-/Ausgabe-Steuereinheit (E/A-Steuereinheit) 26 ausgebildet werden. Dadurch kann die Haupt-CPU 11 die Ein- und Ausgabekommunikation über jede der Ein-/Ausgabe-Steuereinheiten 26 der ersten integrierten Schaltung 12-1 und der m-ten integrierten Schaltung 12-m steuern.
3 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem bei der Motorsteuervorrichtung nach der vorliegenden Offenbarung integrierte Schaltungen untereinander verbunden sind. Es ist möglich, alle der mehreren integrierten Schaltungen 12 oder einige unter den mehreren integrierten Schaltungen 12 über eine serielle Kommunikationseinheit 43 und die serielle Optionaleinheits-Schnittstelle 25 untereinander zu verbinden. Bei dem Beispiel von 3 sind die serielle Optionaleinheits-Schnittstelle 25 in der ersten integrierten Schaltung 12-1 und die serielle Optionaleinheits-Schnittstelle 25 in der zweiten integrierten Schaltung 12-2 über eine serielle Kommunikationseinheit 43 verbunden. Da durch ein solches Verbinden von integrierten Schaltungen 12 Daten nicht über die Haupt-CPU 11, sondern direkt zwischen den betreffenden integrierten Schaltungen 12 ausgetauscht werden können, kann eine Verzögerung der Datenübertragung verringert werden und kann die Belastung der Haupt-CPU 11 durch Rechenverarbeitungen abgeschwächt werden. Ein Beispiel für die serielle Kommunikationseinheit 43 ist PCI Express (eingetragenes Warenzeichen). Integrierte Schaltungen 12 können anstatt durch eine serielle Kommunikationseinheit 43 auch zum Beispiel durch Ethernet (eingetragenes Warenzeichen) untereinander verbunden werden, wobei in den integrierten Schaltungen 12 in diesem Fall eine Ethernet (eingetragenes Warenzeichen) entsprechende Schnittstelle ausgebildet wird.
Die Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann bei einer numerischen Steuervorrichtung, die eine Maschine steuert, verwendet werden. Die numerische Steuervorrichtung, die eine Maschine steuert, umfasst die Motorsteuervorrichtung 1 und steuert durch jede von mehreren Gruppen aus einer integrierten Schaltung und an die betreffende integrierte Schaltung angeschlossenen Unter-CPUs wenigstens einen der betreffenden Gruppe entsprechenden Motor unter den Motoren in der Maschine. Die Maschine ist zum Beispiel eine Werkzeugmaschine, eine Schmiedepresse, eine Spritzgussmaschine, eine Industriemaschine oder dergleichen. Hier wird beispielhaft ein Fall erklärt, bei dem die Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bei einer numerischen Steuervorrichtung verwendet wird, die eine mit einer Bearbeitungsachse und einer peripheren Achse versehene Werkzeugmaschine steuert. 4 ist ein Aufbaudiagramm, das eine mit der Motorsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehene numerische Steuervorrichtung zeigt.
Durch eine Gruppe, die aus einer integrierten Schaltung und an die betreffende integrierte Schaltung angeschlossenen Unter-CPUs besteht, kann ein Motor gesteuert werden oder können auch mehrere Motoren gesteuert werden. Die Anzahl der Gruppen aus einer integrierten Schaltung und an die betreffende integrierte Schaltung angeschlossenen Unter-CPUs kann je nach der Anzahl der Motoren und der Steuergenauigkeit sowie nach der Rechenverarbeitungsfähigkeit der Unter-CPUs 13 und dem Steuerzyklus oder dergleichen passend festgelegt werden. Die Motoren werden als Antriebsquelle der Bearbeitungsachse und der peripheren Achse der Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) verwendet. Die numerische Steuervorrichtung 100, die mit der Motorsteuervorrichtung 1 versehen ist, steuert durch wenigstens eine Gruppe unter mehreren Gruppen, die aus einer integrierten Schaltung 12 und an die integrierte Schaltung 12 angeschlossenen Unter-CPUs 13 bestehen, wenigstens einen Motor (nicht dargestellt) unter den Motoren in der Werkzeugmaschine, der die Bearbeitungsachse der Werkzeugmaschine antreibt, und steuert durch eine andere Gruppe als diese wenigstens eine Gruppe unter den mehreren Gruppen wenigstens einen Motor (nicht dargestellt), der eine periphere Achse der Werkzeugmaschine antreibt.
Bei dem Beispiel, das in 4 gezeigt ist, ist als ein Beispiel ein Fall gezeigt, bei dem durch die mit der Motorsteuervorrichtung 1 versehene numerische Steuervorrichtung 100 ein Motor (nicht dargestellt), der die Bearbeitungsachse der Werkzeugmaschine antreibt, und ein Motor (nicht dargestellt), der eine periphere Achse der Werkzeugmaschine antreibt, gesteuert werden. Eine integrierte Schaltung 12A für die Bearbeitungsachse und eine integrierte Schaltung 12B für die periphere Achse sind über serielle Kommunikationseinheiten 41 an eine Haupt-CPU 11 angeschlossen. Die Haupt-CPU 11 gibt Positionsbefehlswerte an mehrere Motoren in der Werkzeugmaschine aus. Der an die Haupt-CPU 11 angeschlossene DRAM 31 ist nicht dargestellt. Es können auch mehrere integrierte Schaltungen 12A für die Bearbeitungsachse und/oder integrierte Schaltungen 12B für die periphere Achse ausgebildet sein. An die integrierte Schaltung 12A für die Bearbeitungsachse und an die integrierte Schaltung 12B für die periphere Achse sind Unter-CPUs 13 über serielle Kommunikationseinheiten 42 angeschlossen. Die integrierte Schaltung 12A für die Bearbeitungsachse und die integrierte Schaltung 12B für die periphere Achse weisen jeweils eine Motorschnittstellen-Steuereinheit 21, eine serielle Haupt-CPU-Schnittstelle 22 und eine serielle Unter-CPU-Schnittstelle 23 auf. In 4 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung auf eine Darstellung der seriellen Optionaleinheits-Schnittstelle 25, der Ein-/Ausgabesteuereinheit 26 und der Peripherie-Einheit 27, die in der integrierten Schaltung 12A für die Bearbeitungsachse und in der integrierten Schaltung 12B für die periphere Achse ausgebildet sind, und der Speichervorrichtung 32, des Storage-Class-Memory 33 und der Anzeigeschnittstelle 34, die an die integrierte Schaltung 12A für die Bearbeitungsachse und an die integrierte Schaltung 12B für die periphere Achse angeschlossen sind, verzichtet.
Die integrierte Schaltung 12B für die periphere Achse ist nicht auf die Positionssteuerung einer peripheren Achse wie etwa eines Laders oder dergleichen in der Werkzeugmaschine beschränkt, sondern kann zum Beispiel auch die Steuerung der Ausgangsleistung eines Laseroszillators, die Steuerung des Winkels eines Spiegels, der für die Reflexion von Laserlicht verwendet wird, die Steuerung der Presskraft einer Pressmaschine, die Steuerung des Timings einer Entladungsimpulsspannung oder die Steuerung der Korrektur der Temperatur der Maschine oder dergleichen vornehmen. Zum Beispiel kann in einem Fall, in dem durch wenigstens eine Gruppe (eine erste Gruppe, die die integrierte Schaltung 12A für die Bearbeitungsachse enthält) unter den mehreren Gruppen aus einer integrierten Schaltung und an die betreffende integrierte Schaltung angeschlossenen Unter-CPUs 13 wenigstens ein Motor unter den Motoren in der Werkzeugmaschine, der die Bearbeitungsachse der Werkzeugmaschine antreibt, gesteuert wird, durch irgendeine Gruppe (eine zweite Gruppe) unter den anderen Gruppen (der zweiten und einer dritten Gruppe, die die integrierte Schaltung 12B für die periphere Achse enthalten) als diese wenigstens eine Gruppe wenigstens ein Motor, der die periphere Achse der Werkzeugmaschine antreibt, angetrieben werden und durch die andere Gruppe (die dritte Gruppe) die Steuerung der Ausgangsleistung eines Laseroszillators, die Steuerung des Winkels eines Spiegels, der für die Reflexion von Laserlicht verwendet wird, die Steuerung der Presskraft einer Pressmaschine, die Steuerung des Timings einer Entladungsimpulsspannung oder die Steuerung der Korrektur der Temperatur der Maschine oder dergleichen vorgenommen werden.
Da bei der numerischen Steuervorrichtung 100, die mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, durch eine Haupt-CPU 11 Positionsbefehlswerte von mehreren Achsen, über die die Werkzeugmaschine verfügt, berechnet werden können, wird verglichen mit einem Fall, in dem die Positionsbefehlswerte der mehreren Achsen durch mehrere CPUs berechnet werden, eine Synchronisation und eine Interpolation der Positionsbefehlswerte der mehreren Achsen ohne Mehraufwand für die Datenkommunikation möglich.
Da außerdem bei der numerischen Steuervorrichtung 100, die mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, eine einheitliche Behandlung von Fehlern, die bei irgendeiner aus der Bearbeitungsachse und der peripheren Achse der Werkzeugmaschine auftreten können, in der einzelnen Haupt-CPU 11 möglich ist, können zum Beispiel bei Auftreten einer Anomalie bei einer aus der Bearbeitungsachse und der peripheren Achse rasch verschiedene Rückzugsbetriebe und Anhaltebetriebe der Werkzeugmaschine vorgenommen werden. Ein Rückzugsbetrieb ist ein Betrieb, bei dem bei einer Werkzeugmaschine, bei der ein Werkstück und ein Werkzeug synchron numerisch gesteuert werden, das Werkstück und das Werkzeugs bei Auftreten eines Fehlers an Positionen, an denen sie nicht miteinander kollidieren, zurückgezogen werden, während ihre Synchronizität beibehalten wird. Dadurch kann das Auftreten von Beschädigungen durch eine Abweichung der Synchronizität des Werkstücks und des Werkzeugs verhindert werden.
Da es ferner bei der numerischen Steuervorrichtung 100, die mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, möglich ist, die numerische Steuervorrichtung 100 nur durch passendes Regulieren der Anzahl der integrierten Schaltungen 12 (zum Beispiel von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen für eine standardmäßige Anzahl von Steuerachsen), die an eine Haupt-CPU 11 angeschlossen sind, gemäß der Anzahl der Bearbeitungsachsen und der peripheren Achsen (das heißt, der Anzahl der Motoren) aufzubauen, ist die Gestaltung einer der Anzahl der Steuerachsen entsprechenden numerischen Steuervorrichtung 100 leicht und kann ein Anstieg der Kosten der numerischen Steuervorrichtung 100 selbst unterdrückt werden. Zum Beispiel kann während der Vornahme einer Massenherstellung von numerischen Steuervorrichtungen 100 mit einer standardmäßigen Anzahl von Steuerachsen, die in großen Mengen auf den Markt kommen, eine Produktionsverwaltung erfolgen, wodurch für eine numerische Steuervorrichtung 100 mit einer äußerst hohen Anzahl von Steuerachsen, die kaum auf den Markt kommt, die Anzahl der integrierten Schaltungen 12 bei einer numerischen Steuervorrichtung 100 mit einer standardmäßigen Anzahl von Steuerachsen passend erhöht wird. Dadurch kann ein Anstieg der Kosten der numerischen Steuervorrichtung 100 selbst unterdrückt werden.
Und da es bei der numerischen Steuervorrichtung 100, die mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, leicht ist, bei der integrierten Schaltung 12A für die Bearbeitungsachse und der integrierten Schaltung 12B für die periphere Achse gesonderte Steuerzyklen einzurichten, und auch leicht ist, für die Motorschnittstellen der Motoren, die jeweils die Bearbeitungsachse und die periphere Achse antreiben, Kommunikationszyklen einzurichten, wird eine effiziente Verwendung der Verarbeitungsfähigkeit und des Kommunikationsbands der integrierten Schaltung 12A für die Bearbeitungsachse und der integrierten Schaltung 12B für die periphere Achse möglich. Dadurch wird zum Beispiel eine angemessene Verwendung, bei der durch die integrierte Schaltung 12A für die Bearbeitungsachse eine Steuerung einer geringen Anzahl von Motoren für die Bearbeitungsachse mit einem schnellen Steuerzyklus und durch die integrierte Schaltung 12B für die periphere Achse eine Steuerung einer hohen Anzahl von Motoren für die periphere Achse mit einem langsamen Steuerzyklus vorgenommen wird, möglich.
Die Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann bei einer Robotersteuerung, die einen Roboter steuert, verwendet werden. 5 ist ein Aufbaudiagramm, das eine mit der Motorsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehene Robotersteuerung zeigt.
Wie oben beschrieben wurde, kann durch eine Gruppe, die aus einer integrierten Schaltung 12 und an diese integrierte Schaltung 12 angeschlossenen Unter-CPUs 13 besteht, ein Motor gesteuert werden oder ist auch eine Steuerung von mehreren Motoren möglich. Ein solcher Motor kann als Antriebsquelle eines Arms oder dergleichen eines Roboters (nicht dargestellt) oder als Antriebsquelle zum Bewegen des Motors selbst verwendet werden. Ein Motor kann auch als Antriebsquelle, die in einem Roboter, der einen kooperativen Betrieb ausführt, ausgebildet ist, verwendet werden. Die Robotersteuerung 200, die mit der Motorsteuervorrichtung 1 versehen ist, steuert durch jede von mehreren Gruppen aus einer integrierten Schaltung 12 und an die betreffende integrierte Schaltung 12 angeschlossenen Unter-CPUs 13 wenigstens einen Motor (nicht dargestellt), der eine Antriebsquelle des Roboters bildet.
Bei dem Beispiel, das in 5 gezeigt ist, ist ein Fall gezeigt, in dem durch die Robotersteuerung 200, die mit der Motorsteuervorrichtung 1 versehen ist, zwei Roboter gesteuert werden. Eine integrierte Schaltung 12C für den ersten Roboter und eine integrierte Schaltung 12D für den zweiten Roboter sind über serielle Kommunikationseinheiten 41 an eine Haupt-CPU 11 angeschlossen. Die Haupt-CPU 11 gibt Positionsbefehlswerte an mehrere Motoren in den Robotern aus. Der an die Haupt-CPU 11 angeschlossene DRAM 31 ist nicht dargestellt. An die integrierte Schaltung 12C für den ersten Roboter und an die integrierte Schaltung 12D für den zweiten Roboter sind Unter-CPUs 13 über serielle Kommunikationseinheiten 42 angeschlossen. Die integrierte Schaltung 12C für den ersten Roboter und die integrierte Schaltung 12D für den zweiten Roboter weisen jeweils eine Motorschnittstellen-Steuereinheit 21, eine serielle Haupt-CPU-Schnittstelle 22 und eine serielle Unter-CPU-Schnittstelle 23 auf. In 5 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung auf eine Darstellung der seriellen Optionaleinheits-Schnittstelle 25, der Ein-/Ausgabesteuereinheit 26 und der Peripherie-Einheit 27, die in der integrierten Schaltung 12C für den ersten Roboter und in der integrierten Schaltung 12D für den zweiten Roboter ausgebildet sind, und der Speichervorrichtung 32, des Storage-Class-Memory 33 und der Anzeigeschnittstelle 34, die an die integrierte Schaltung 12C für den ersten Roboter und an die integrierte Schaltung 12D für den zweiten Roboter angeschlossen sind, verzichtet.
Da bei der Robotersteuerung 200, die mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, durch eine Haupt-CPU 11 Positionsbefehlswerte für mehrere Motoren in wenigstens einem Roboter oder Positionsbefehlswerte für mehrere Motoren in mehreren Robotern berechnet werden können, wird verglichen mit einem Fall, in dem die Positionsbefehlswerte für mehrere Motoren in den Robotern durch mehrere CPUs berechnet werden, eine Synchronisation und eine Interpolation der Positionsbefehlswerte der mehreren Achsen ohne Mehraufwand für die Datenkommunikation möglich.
Da außerdem bei der Robotersteuerung 200, die mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, eine einheitliche Behandlung von Fehlern, die bei irgendeinem aus mehreren Robotern auftreten können, in der einzelnen Haupt-CPU 11 möglich ist, können zum Beispiel bei Auftreten einer Anomalie bei einem der mehreren Roboter rasch verschiedene Rückzugsbetriebe und Anhaltebetriebe der Roboter vorgenommen werden.
Da es ferner bei der Robotersteuerung 200, die mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, möglich ist, die Robotersteuerung 200 nur durch passendes Regulieren der Anzahl der integrierten Schaltungen 12 (zum Beispiel von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen für eine standardmäßige Anzahl von Steuerachsen), die an eine Haupt-CPU 11 angeschlossen sind, gemäß der Anzahl der Roboter und der Anzahl der in den Robotern ausgebildeten Motoren aufzubauen, ist die Gestaltung einer der Anzahl der Motoren (der Anzahl der Steuerachsen) entsprechenden Robotersteuerung 200 leicht und kann ein Anstieg der Kosten der Robotersteuerung 200 selbst unterdrückt werden. Zum Beispiel kann während der Vornahme einer Massenherstellung von Robotersteuerungen 200 mit einer standardmäßigen Anzahl von Steuerachsen, die in großen Mengen auf den Markt kommen, eine Produktionsverwaltung erfolgen, wodurch für eine Robotersteuerung 200 mit einer äußerst hohen Anzahl von Steuerachsen, die kaum auf den Markt kommt, die Anzahl der integrierten Schaltungen 12 bei einer Robotersteuerung 200 mit einer standardmäßigen Anzahl von Steuerachsen passend erhöht wird. Dadurch kann ein Anstieg der Kosten der Robotersteuerung 200 selbst unterdrückt werden.
Und da es bei der Robotersteuerung 200, die mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, leicht ist, bei den Robotern oder den Motoren in den Robotern gesonderte Steuerzyklen einzurichten, und auch leicht ist, für die Motorschnittstellen der Motoren, die jeweils die Roboter antreiben, Kommunikationszyklen einzurichten, wird eine effiziente Verwendung der Verarbeitungsfähigkeit und des Kommunikationsbands der integrierten Schaltungen 12 möglich. Dadurch wird zum Beispiel eine angemessene Verwendung, bei der durch eine integrierte Schaltung 12 eine Steuerung der Motoren in einem Hochgeschwindigkeitsroboter mit einem schnellen Steuerzyklus vorgenommen wird und durch die andere integrierte Schaltung 12 eine Steuerung der Motoren im einem Niedriggeschwindigkeitsroboter mit einem langsamen Steuerzyklus vorgenommen wird, möglich.
Die Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann für ein integriertes Steuerungssystem, das beide aus wenigstens einer Maschine und wenigstens einem Roboter steuert, verwendet werden. Das integrierte Steuerungssystem umfasst die Motorsteuervorrichtung 1 und steuert durch wenigstens eine Gruppe von mehreren Gruppen, die aus einer integrierten Schaltung und an diese integriere Schaltung angeschlossenen Unter-CPUs bestehen, wenigstens einen dieser Gruppe entsprechenden Motor unter den Motoren in einer Maschine und durch eine andere Gruppe als diese wenigstens eine Gruppe unter den mehreren Gruppen wenigstens einen Motor, der die Antriebsquelle eines Roboters darstellt. Die Maschine ist zum Beispiel eine Werkzeugmaschine, eine Schmiedepresse, eine Spritzgussmaschine, eine Industriemaschine oder dergleichen. Hier wird beispielhaft ein Fall erklärt, bei dem die Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bei einem integrierten Steuerungssystem verwendet wird, das beide aus wenigstens einer Werkzeugmaschine, die mit einer Bearbeitungsachse und einer peripheren Achse versehen ist, und wenigstens einem Roboter steuert. 6 ist ein Aufbaudiagramm, das ein mit der Motorsteuervorrichtung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehenes integriertes Steuerungssystem 300 zeigt.
Das mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehene integrierte Steuerungssystem 300 steuert beide aus wenigstens einer Werkzeugmaschine und wenigstens einem Roboter. Das heißt, das integrierte Steuerungssystem 300 ist ein System, in dem die beiden Funktionen der numerischen Steuervorrichtung 100, die die Werkzeugmaschine steuert, und der Robotersteuerung 200, die den Roboter steuert, über eine Haupt-CPU 11 vereinigt sind. An die Haupt-CPU 11 sind eine integrierte Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine und daran angeschlossene Unter-CPUs 13, wodurch die Funktion der numerischen Steuervorrichtung 100 umgesetzt wird, und eine integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter und daran angeschlossenen Unter-CPUs 13, wodurch die Funktion der Robotersteuerung 200 umgesetzt wird, angeschlossen.
Wie oben beschrieben wurde, kann durch eine Gruppe aus einer integrierten Schaltung und an diese integrierte Schaltung 12 angeschlossenen Unter-CPUs 13 ein Motor gesteuert werden, doch ist auch eine Steuerung von mehreren Motoren möglich. Motoren werden als Antriebquelle der Bearbeitungsachse und der peripheren Achse der Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) verwendet. Außerdem werden Motoren als Antriebsquelle eines Arms oder dergleichen des Roboters (nicht dargestellt) oder als Antriebsquelle zur Bewegung des Roboters selbst verwendet. Sie können auch als Antriebsquelle der einzelnen Motoren, die in einem kooperativen Roboter ausgebildet sind, verwendet werden. In der numerischen Steuervorrichtung 100 in dem integrierten Steuerungssystem 300 wird durch wenigstens eine Gruppe von mehreren Gruppen aus einer integrierten Schaltung 12 und an die betreffende integrierte Schaltung 12 angeschlossenen Unter-CPUs 13 ein Motor (nicht dargestellt) unter den Motoren in der Werkzeugmaschine, der wenigstens eine aus der Bearbeitungsachse und der peripheren Achse der Werkzeugmaschine antreibt, gesteuert. Außerdem wird in der Robotersteuerung 200 in dem integrierten Steuerungssystem 200 durch andere Gruppe als diese wenigstens eine Gruppe unter den mehreren Gruppen jeweils wenigstens ein Motor (nicht dargestellt) als Antriebquelle des Roboters gesteuert.
Bei dem Beispiel, das in 6 gezeigt ist, weist zum Beispiel die numerische Steuervorrichtung 100 in dem integrierten Steuerungssystem 300 die integrierte Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine auf und die Robotersteuerung 200 in dem integrierten Steuerungssystem 300 die integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter auf. Es können auch mehrere integrierte Schaltungen 12-100 für die Werkzeugmaschine und/oder integrierte Schaltungen 12-200 für den Roboter ausgebildet sein. Außerdem sind in der integrierten Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine die integrierte Schaltung 12-1 für die Bearbeitungsachse und die integrierte Schaltung 12-2 für die periphere Achse, die unter Bezugnahme auf 4 erklärt wurden, inbegriffen.
Die integrierte Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine und die integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter sind über serielle Kommunikationseinheiten 41 an die Haupt-CPU 11 angeschlossen. Die Haupt-CPU 11 gibt Positionsbefehlswerte an die mehreren Motoren in der Werkzeugmaschine und an die mehreren Motoren in dem Roboter aus. Der an die Haupt-CPU 11 angeschlossene DRAM 31 ist nicht dargestellt. Unter-CPUs 13 sind über serielle Kommunikationseinheiten 42 an die integrierte Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine und an die integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter angeschlossen. Die integrierte Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine und die integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter weisen jeweils eine Motorschnittstellen-Steuereinheit 21, eine serielle Haupt-CPU-Schnittstelle 22 und eine serielle Unter-CPU-Schnittstelle 23 auf. In 6 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung auf eine Darstellung der seriellen Optionaleinheits-Schnittstelle 25, der Ein-/Ausgabesteuereinheit 26 und der Peripherie-Einheit 27, die in der integrierten Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine und in der integrierten Schaltung 12-200 für den Roboter ausgebildet sind, und der Speichervorrichtung 32, des Storage-Class-Memory 33 und der Anzeigeschnittstelle 34, die an die integrierte Schaltung 12-100 und an die integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter angeschlossen sind, verzichtet.
Die integrierte Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine ist nicht auf die Positionssteuerung von Motoren der Werkzeugmaschine beschränkt, sondern kann zum Beispiel auch die Steuerung der Ausgangsleistung eines Laseroszillators, die Steuerung des Winkels eines Spiegels, der für die Reflexion von Laserlicht verwendet wird, die Steuerung der Presskraft einer Pressmaschine, die Steuerung des Timings einer Entladungsimpulsspannung oder die Steuerung der Korrektur der Temperatur der Maschine oder dergleichen vornehmen. Zum Beispiel kann bei wenigstens einer Gruppe (einer ersten bis dritten Gruppe, die eine integrierte Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine enthält) von mehreren Gruppen aus einer integrierten Schaltung und an die betreffende integrierte Schaltung angeschlossenen Unter-CPUs 13 durch die erste Gruppe wenigstens ein Motor, der die Bearbeitungsachse der Werkzeugmaschine antreibt, unter den Motoren in der Werkzeugmaschine gesteuert werden, durch die zweite Gruppe wenigstens ein Motor, der die periphere Achse der Werkzeugmaschine antreibt, angetrieben werden und durch die dritte Gruppe die Steuerung der Ausgangsleistung eines Laseroszillators, die Steuerung des Winkels eines Spiegels, der für die Reflexion von Laserlicht verwendet wird, die Steuerung der Presskraft einer Pressmaschine, die Steuerung des Timings einer Entladungsimpulsspannung oder die Steuerung der Korrektur der Temperatur der Maschine oder dergleichen vorgenommen werden.
Da bei dem integrierten Steuerungssystem 300, das mit der numerischen Steuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, durch eine Haupt-CPU 11 Positionsbefehlswerte für eine große Anzahl von Motoren für mehrere Motoren in der Werkzeugmaschine und mehrere Motoren in dem Roboter berechnet werden können, wird verglichen mit einem Fall, in dem die Positionsbefehlswerte für die mehreren Motoren in der Werkzeugmaschine und in dem Roboter durch mehrere CPUs berechnet werden, eine Synchronisation und eine Interpolation der Positionsbefehlswerte der mehreren Achsen ohne Mehraufwand für die Datenkommunikation möglich.
Da außerdem bei dem integrierten Steuersystem 300, das mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, eine einheitliche Behandlung von Fehlern, die bei irgendeiner aus der Bearbeitungsachse und der peripheren Achse der Werkzeugmaschine sowie dem Roboter auftreten können, in der einzelnen Haupt-CPU 11 möglich ist, können zum Beispiel bei Auftreten einer Anomalie bei einer aus der Bearbeitungsachse und der peripheren Achse sowie dem Roboter rasch verschiedene Rückzugsbetriebe und Anhaltebetriebe der Werkzeugmaschine und/oder des Roboters vorgenommen werden.
Da es ferner bei dem integrierten Steuerungssystem 300, das mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, möglich ist, das integrierte Steuerungssystem 300 nur durch passendes Regulieren der Anzahl der integrierten Schaltungen 12 (zum Beispiel von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen für eine standardmäßige Anzahl von Steuerachsen), die an eine Haupt-CPU 11 angeschlossen sind, gemäß der Anzahl der Bearbeitungsachsen und der peripheren Achsen sowie der Anzahl der Roboter (das heißt, der Anzahl der Motoren) aufzubauen, ist die Gestaltung eines der Anzahl der Motoren (der Steuerachsen) entsprechenden numerischen integrierten Steuerungssystems 300 leicht und kann ein Anstieg der Kosten des numerischen Steuerungssystems 300 selbst unterdrückt werden. Zum Beispiel kann während der Vornahme einer Massenherstellung von integrierten Steuerungssystemen 300 mit einer standardmäßigen Anzahl von Steuerachsen, die in großen Mengen auf den Markt kommen, eine Produktionsverwaltung erfolgen, wodurch für ein integriertes Steuerungssystem 300 mit einer äußerst hohen Anzahl von Steuerachsen, das das kaum auf dem Markt kommt, die Anzahl der integrierten Schaltungen 12 bei einem integrierten Steuerungssystem 300 mit einer standardmäßigen Anzahl von Steuerachsen passend erhöht wird. Dadurch kann ein Anstieg der Kosten des integrierten Steuerungssystems 300 selbst unterdrückt werden.
Und da es bei dem integrierten Steuersystem 300, das mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, leicht ist, bei der integrierten Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine und der integrierten Schaltung 12-200 für den Roboter gesonderte Steuerzyklen einzurichten, und auch leicht ist, für die Motorschnittstellen der einzelnen Motoren, die jeweils jedes aus der Bearbeitungsachse und der peripheren Achse sowie dem Roboter antreiben, Kommunikationszyklen einzurichten, wird eine effiziente Verwendung der Verarbeitungsfähigkeit und des Kommunikationsbands der integrierten Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine und der integrierten Schaltung 12-200 für den Roboter möglich. Dadurch wird zum Beispiel eine angemessene Verwendung, bei der durch die integrierte Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine eine Steuerung des Motors zum Antrieb der Bearbeitungsachse der Werkzeugmaschine mit einem schnellen Steuerzyklus und durch die integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter eine Steuerung der Motoren in dem Roboter für die periphere Achse mit einem langsamen Steuerzyklus vorgenommen wird, möglich.
Außerdem sind bei dem integrierten Steuerungssystem 300, das mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, die integrierte Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine und die integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter an die einzelne Haupt-CPU 11 angeschlossen. Die Ausführung der verschiedenen Verarbeitungen der numerischen Steuervorrichtung wird durch die integrierte Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine und die daran angeschlossenen Unter-CPUs 13 vorgenommen, und die Ausführung der verschiedenen Verarbeitungen der Robotersteuerung 200 wird durch die integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter und die daran angeschlossenen Unter-CPUs 13 vorgenommen. Da durch die Haupt-CPU 11 die Positionsbefehlswerte für alle Motoren, die in der Werkzeugmaschine und dem Roboter enthalten sind, berechnet werden, wird die Erstellung des Steuersoftwareprogramms der Haupt-CPU 11 einfach. Das heißt, da es nicht nötig ist, für die Werkzeugmaschine und den Roboter jeweils gesonderte Steuersoftwareprogramme zu gestalten, sondern ein Steuersoftwareprogramm gemäß einem identischen Konzept ohne Unterscheidung zwischen der Werkzeugmaschine und dem Roboter gestaltet werden kann, wird die Programmentwicklungseffizienz verbessert.
Im Allgemeinen werden auf dem Gebiet von Werkzeugmaschinen und Robotern Anstrengungen unternommen, um durch Verbesserungen der Softwareprogramme und dergleichen Wirkungen von Zykluszeitverkürzungen in Einheiten von einigen Millisekunden anzuhäufen. Bei dem integrierten Steuerungssystem 300, das mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, sind die Haupt-CPU 11 und die integrierte Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine sowie die integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter durch serielle Kommunikationseinheiten 41 verbunden. Wenn für die seriellen Kommunikationseinheiten 41 PCI Express (eingetragenes Warenzeichen) verwendet wird, beträgt ihre Signalübertragungsverzögerung etwa einige zehn Mikrosekunden, was verglichen mit der Signalübertragungsverzögerung von einigen zehn bis einigen hundert Millisekunden bei Ethernet (eingetragenes Warenzeichen) äußerst kurz ist. Da die Signalübertragungsverzögerung durch die seriellen Kommunikationseinheiten 41 und die seriellen Kommunikationseinheiten 42 bei dem integrierten Steuerungssystem 300 wie oben beschrieben äußerst kurz ist, besteht eine äußerst große Wirkung hinsichtlich der Verkürzung der Zykluszeit. In diesem Zusammenhang werden nachstehend konkrete Beispiele im Hinblick auf die Synchronizität und die Interpolation bei einem fortlaufenden Betrieb der Werkzeugmaschine und des Roboters bei dem integrierten Steuerungssystem 300 gegeben.
Wenn zum Beispiel ein Roboter das Beladen und Entladen einer Werkzeugmaschine vornimmt, erfolgt vor der Bearbeitung eines Werkstücks durch die Werkzeugmaschine ein Beladebetrieb durch den Roboter und nach der Bearbeitung des Werkstücks durch die Werkzeugmaschine ein Entladebetrieb durch den Roboter. Vor und nach dem Bearbeiten des Werkstücks durch die Werkzeugmaschine wird ein Beladeanforderungssignal bzw. ein Entladeanforderungssignal an den Roboter gesendet. Da herkömmlich berücksichtigt wird, dass bei der Übertragung der Positionsinformationen des Werkzeugs und des Werkstücks zu dem Roboter eine vergleichsweise große Zeitverzögerung (zum Beispiel einige zehn bis einige hundert Millisekunden) besteht und der Roboter unter Berücksichtigung dieser Zeitverzögerung bewegt wird, während eine Kollision des Werkzeugs und des Werkstücks vermieden wird, ist es schwierig, den Roboter bei dem Beladebetrieb und dem Entladebetrieb in der Nähe des Werkstücks warten zu lassen und besteht auch die Neigung, den Bewegungspfad des Roboters einen Umweg nehmen zu lassen. Im Gegensatz dazu werden bei dem integrierten Steuerungssystem 300, das mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, die Positionsinformationen des Werkstücks in dem integrierten Steuerungssystem 300 über die seriellen Kommunikationseinheiten 41 augenblicklich zwischen der Haupt-CPU 11 und der integrierten Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine und der integrierten Schaltung 12-200 für den Roboter übertragen und über die seriellen Kommunikationseinheiten 42 augenblicklich zwischen der integrierten Schaltung 12-100 für die Werkzeugmaschine und der integrierten Schaltung 12-200 für den Roboter und den Unter-CPUs 13 übertragen. Und da die Signalübertragungsverzögerung in den seriellen Kommunikationseinheiten 41 und 42 wie oben beschrieben äußerst kurz ist, können die Anfangszeitpunkte für die Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine sowie den Beladebetrieb und den Entladebetrieb durch den Roboter auf Basis „frischerer“ Positionsinformationen des Werkstücks bestimmt werden. Hier bedeutet „frischer“ einen kürzeren Zeitunterschied zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Sensor Positionsinformationen eines Werkstücks detektiert, und dem Zeitpunkt, zu dem die Haupt-CPU 11 die Positionsinformationen des betreffenden Werkstücks erhalten konnte. Je kürzer dieser Zeitunterschied ist, desto „frischer“ sind die Positionsinformationen. Bei dem integrierten Steuerungssystem 300, das mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, ist es möglich, den Beladebetrieb und den Entladebetrieb durch den Roboter auch während der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine vorzunehmen, während unter Berücksichtigung der Positionsbeziehung zwischen dem Werkzeug an der Werkzeugmaschine und dem Werkstück dafür gesorgt wird, dass die beiden nicht kollidieren, so dass die Zykluszeit verkürzt werden kann.
Wenn der Roboter zum Beispiel während der Bewegung des Werkstücks in der Werkzeugmaschine ein Entgraten vornimmt, ist es herkömmlich zur Bewahrung der Entgratungsgenauigkeit nötig, die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks zu senken, und besteht das Problem, dass sich die Zykluszeit verlängert. Da bei dem integrierten Steuerungssystem 300, das mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, die Signalübertragungsverzögerung in den seriellen Kommunikationseinheiten 41 und 42 wie oben beschrieben äußerst kurz ist, kann die Haupt-CPU 11 „frischere“ Positionsinformationen des Werkstücks zum Entgraten erlangen, wodurch auch bei einer Bewegung des Werkstücks ein hochpräzises Entgraten unter Verfolgen der Bewegung des Werkstücks möglich ist. Beispielsweise ist es auch leicht, ein Werkstück auf einem Rotationstisch von allen Richtungen her zu entgraten. Je schneller die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks innerhalb der von dem Werkstück verlangten Genauigkeit wird, desto stärker wird die Zykluszeit verkürzt.
Wenn zum Beispiel bei der Werkzeugmaschine ein Fehler aufgetreten ist, nimmt die Werkzeugmaschine einen Anhaltebetrieb oder einen Rückzugsbetrieb vor. Wenn die Zeit vom Auftreten des Fehlers bei der Werkzeugmaschine bis zur Meldung des Fehlers an die Robotersteuerung lang ist, setzt der Roboter währenddessen seine Bewegung fort und besteht daher das Problem, dass der Roboter mit dem Werkzeug der Werkzeugmaschine oder dem Werkstück kollidiert oder das Entgraten an einer unvorhergesehenen Stelle vornimmt. Da bei dem integrierten Steuerungssystem 300, das mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, in der Haupt-CPU 11 eine integrierte Verwaltung möglich ist und überdies die Signalübertragungsverzögerung in den seriellen Kommunikationseinheiten 41 und 42 wie oben beschrieben äußerst kurz ist, meldet die Haupt-CPU 11 der integrierten Schaltung 12-200 für den Roboter augenblicklich eine Fehlerinformation und steuert die integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter die Motoren in dem betreffenden Roboter entsprechend so, dass der Roboter augenblicklich einen Anhaltebetrieb oder einen Rückzugsbetrieb ausführt, wodurch verhindert werden kann, dass der Roboter mit dem Werkzeug der Werkzeugmaschine oder dem Werkstück kollidiert.
Zum Beispiel kann es als Rückzugbetrieb der Werkzeugmaschine, wenn bei der Werkzeugmaschine ein Fehler aufgetreten ist, vorkommen, dass ein Betrieb vorgenommen wird, bei dem das Werkzeug in eine Richtung ausweicht, die zu der Annäherung beim normalen Betrieb entgegengesetzt ist. Dies ist ein plötzlicher Betrieb, der von dem Roboter her nicht vorhersehbar ist, und es besteht das Problem, dass der Roboter mit dem Werkzeug der Werkzeugmaschine oder dem Werkstück kollidiert. Da bei dem integrierten Steuerungssystem 300, das mit der Motorsteuervorrichtung 1 nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist, in der Haupt-CPU 11 eine integrierte Verwaltung möglich ist und überdies die Signalübertragungsverzögerung in den seriellen Kommunikationseinheiten 41 und 42 wie oben beschrieben äußerst kurz ist, meldet die Haupt-CPU 11 der integrierten Schaltung 12-200 für den Roboter augenblicklich eine Fehlerinformation und Positionsinformationen des Werkstücks und steuert die integrierte Schaltung 12-200 für den Roboter die Motoren in dem betreffenden Roboter entsprechend so, dass der Roboter augenblicklich einen Anhaltebetrieb oder einen Rückzugsbetrieb ausführt, wodurch verhindert werden kann, dass der Roboter mit dem Werkzeug der Werkzeugmaschine oder dem Werkstück kollidiert.
Im Vorhergehenden wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben, doch muss nicht betont werden, dass verschiedene Abwandlungen möglich sind. Beispielsweise kann je nach den Spezifikationen passend festgelegt werden, welche Funktionsteile in welche der einzelnen ICs integriert werden, und sind entsprechend verschiedene Abwandlungen möglich.
Nach einer Form der vorliegenden Offenbarung können eine Motorsteuervorrichtung, eine numerische Steuervorrichtung, eine Robotersteuerung und ein integriertes Steuerungssystem, bei denen die Skalierbarkeit in Bezug auf die Anzahl der Steuerachsen verbessert ist, ausgeführt werden.

Claims

Motorsteuervorrichtung (1), umfassend eine Haupt-CPU (11), die Positionsbefehlswerte an mehrere Motoren ausgibt; mehrere integrierte Schaltungen (12), die gemäß der Anzahl der mehreren Motoren ausgebildet sind und an die Haupt-CPU (11) angeschlossen sind; und mehrere Unter-CPUs (13), die den jeweiligen mehreren integrierten Schaltungen (12) entsprechend angeschlossen sind, wobei jede der mehreren integrierten Schaltungen (12) eine Motorschnittstellen-Steuereinheit (21) aufweist, die einen Antriebsbefehlswert an einen Verstärker ausgibt, der einen Motor so antreibt, dass sich der Motor an die Position des Positionsbefehlswerts bewegt, wobei jede der mehreren Unter-CPUs (13) die Ausgabe des Antriebsbefehlswerts durch die Motorschnittstellen-Steuereinheit (21) in der an die betreffende Unter-CPU (13) angeschlossenen integrierten Schaltung (12) auf Basis des Positionsbefehlswerts, der über die an die betreffende Unter-CPU (13) angeschlossene integrierte Schaltung (12) gelesen wurde, und eines Positionsrückmeldewerts des Motors steuert.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren integrierten Schaltungen (12) eine serielle Haupt-CPU-Schnittstelle (22), die die Kommunikation zwischen der Haupt-CPU (11) und der Motorschnittstellen-Steuereinheit (21) vornimmt, eine serielle Unter-CPU-Schnittstelle (23), die die Kommunikation zwischen den an die integrierten Schaltungen (12) angeschlossenen Unter-CPUs (13) und der Motorschnittstellen-Steuereinheit (21) vornimmt, und einen internen Bus (24), der die serielle Haupt-CPU-Schnittstelle (22) und die Motorschnittstellen-Steuereinheit (21) verbindet, aufweist.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei jede der mehreren integrierten Schaltungen (12) eine an den internen Bus (24) angeschlossene serielle Optionaleinheits-Schnittstelle (25) aufweist, wobei die Motorschnittstellen-Steuereinheiten (21) der jeweiligen mehreren integrierten Schaltungen (12) über die serielle Optionaleinheits-Schnittstelle (25) miteinander verbunden sind.
Motorsteuervorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei jede der mehreren integrierten Schaltungen (12) an den internen Bus (24) angeschlossen ist und eine Ein-/Ausgabesteuereinheit (26) aufweist, die eine Ein- und Ausgabe von externen Signalen vornimmt.
Motorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Haupt-CPU (11) eine CPU mit mehreren Kernen ist.
Motorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Unter-CPUs (13) DSPs mit mehreren Kernen sind.
Motorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die integrierten Schaltungen (12) anwendungsspezifische integrierte Schaltungen sind.
Numerische Steuervorrichtung (100), die eine Maschine steuert, wobei die numerische Steuervorrichtung (100) die Motorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst, wobei jede von mehreren Gruppen aus einer integrierten Schaltung (12) und dieser integrierten Schaltung entsprechend angeschlossenen Unter-CPUs (13) wenigstens einen Motor unter den Motoren in der Maschine, der der betreffenden Gruppe entspricht, steuert.
Numerische Steuervorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei die Maschine eine Werkzeugmaschine ist, wenigstens eine Gruppe unter den mehreren Gruppen wenigstens einen Motor, der eine Bearbeitungsachse der Werkzeugmaschine antreibt, unter den Motoren in der Werkzeugmaschine steuert, und eine andere Gruppe als diese wenigstens eine Gruppe unter den mehreren Gruppen wenigstens einen Motor, der eine periphere Achse der Werkzeugmaschine antreibt, unter den Motoren in der Werkzeugmaschine steuert.
Robotersteuerung (200), die wenigstens einen Roboter steuert, wobei die Robotersteuerung (200) die Motorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst, wobei jede von mehreren Gruppen aus einer integrierten Schaltung (12) und dieser integrierten Schaltung entsprechend angeschlossenen Unter-CPUs wenigstens einen Motor, der eine Antriebsquelle des Roboters darstellt, steuert.
Integriertes Steuerungssystem (300), das beides aus wenigstens einer Maschine und wenigstens einem Roboter steuert, wobei das integrierte Steuerungssystem (300) die Motorsteuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst, wobei wenigstens eine Gruppe unter mehreren Gruppen aus einer integrierten Schaltung (12) und dieser integrierten Schaltung (12) entsprechend angeschlossenen Unter-CPUs (13) wenigstens einen der betreffenden Gruppe entsprechenden Motor unter den Motoren in der Maschine steuert, und eine Gruppe, die sich von der wenigstens einen Gruppe unter den mehreren Gruppen unterscheidet, wenigstens einen Motor, der eine Antriebsquelle des Roboters darstellt, steuert.
Integriertes Steuerungssystem (300) nach Anspruch 11, wobei die Maschine eine Werkzeugmaschine ist, wenigstens eine Gruppe unter den mehreren Gruppen wenigstens einen Motor, der wenigstens eine aus einer Bearbeitungsachse und einer peripheren Achse der Werkzeugmaschine antreibt, unter den Motoren in der Werkzeugmaschine steuert, und eine andere Gruppe als diese wenigstens eine Gruppe unter den mehreren Gruppen wenigstens einen Motor, der eine Antriebsquelle des Roboters darstellt, steuert.