JP2000099156A - 位置制御装置および位置制御方法 - Google Patents

位置制御装置および位置制御方法

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JP2000099156A
JP2000099156A JP10269682A JP26968298A JP2000099156A JP 2000099156 A JP2000099156 A JP 2000099156A JP 10269682 A JP10269682 A JP 10269682A JP 26968298 A JP26968298 A JP 26968298A JP 2000099156 A JP2000099156 A JP 2000099156A
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JP10269682A
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Inventor
Kazuo Mizutani
和男 水谷
Toshio Harada
敏夫 原田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶対位置検出方式の数値制御装置等の位置制
御装置および位置制御方法において、一度原点設定をし
ておけば、絶対位置検出器を交換しても再度の原点設定
操作が不要なものにすること。 【解決手段】 制御対象の基準位置を絶対位置検出器の
出力情報で記憶する基準データ記憶部24と、絶対位置
検出器を交換するに際して検出器交換前の任意位置を交
換前の絶対位置検出器の出力情報で記憶する交換位置記
憶部23と、基準データ記憶手段24に記憶された基準
データと交換位置記憶手段23に記憶された交換前の絶
対位置検出器の出力情報と交換後の絶対位置検出器の出
力情報とから新規基準位置である新基準データを演算し
て基準データ記憶手段24に記憶された基準データを更
新する補正処理部25とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、絶対位置検出に
かかる位置制御方法および位置制御装置に関し、特に、
数値制御(Numerical Control;以下
NCという)装置により制御されるNC工作機械等にお
いて使用される絶対位置検出にかかる位置制御方法およ
び位置制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】NC装置は、加工プログラム中に指令さ
れた工具パスを解析し、工具とワークの相対位置を制御
して加工を行うものであり、加工プログラム中の位置は
機械座標系上に設定されたワーク座標系上の位置として
指令される。
【0003】機械座標系は機械によって決まるものであ
り、機械座標系の原点(機械原点)をワーク座標系を設
定するための基準位置として確立するために原点復帰を
行い、この機械原点から所定のオフセットを持った座標
系をワーク座標系として設定し、加工プログラム中に指
令された工具パスの位置制御を行う。
【0004】上述のような機械座標系を生成するに当た
っては、機械位置を検出するために、機械に直接、絶対
位置検出タイプの直線型または回転型の検出器を取り付
け、その検出器の出力データをNC装置の制御部へフィ
ードバックするか、あるいは駆動モータまたは送りねじ
にパルス発生器を取り付け、これから出力されるパルス
信号を絶対位置に変換し、絶対位置出力データをNC装
置の制御部へフィードバックし、位置制御を行わせる。
特に、後者の方式はセミクローズドループ方式として最
もよく用いられている。
【0005】従来の絶対位置検出方式を採用したNC装
置では、機械位置を検出するための検出器の出力が絶対
位置として出力されており、工作機械とNC装置とを組
み合わせて最初の立ち上げを行った時に原点復帰をして
おけば、原点位置は電源を遮断しても記憶されるように
なっているので、これより以降はプログラム実行開始毎
に原点復帰をしなくても所望の位置を指令すれば、その
位置に位置決めさせることができる。
【0006】しかし、上述のようにNC装置側が最初の
原点復帰以後は原点復帰が不要なシステムになっていて
も、絶対位置をフィードバックする検出器を何らかの理
由で取り換えた場合には、検出器出力が示す絶対位置も
変わってしまうため、再度、原点復帰操作を行って機械
座標系を確立する必要がある。特に、押し当て式の原点
復帰では、機械動作を注意深く監視する必要があり、こ
のため、操作が煩雑で、作業効率が悪いという問題点が
ある。
【0007】上述のような問題点を解決しようとするも
のとして、特開昭51−66660号公報や特開平2−
145247号公報に開示されるような技術が提案され
ている。
【0008】前者は、ロボット制御系において、データ
修正機能を付与し、エンコーダを交換する前後で基準位
置に於ける偏差を測定しておき、データ修正機能を作動
させてプログラム指令値を偏差値で修正することによ
り、自動的に位置調整ができるようにするものであり、
各ステップの指令値を修正しておくことにより、エンコ
ーダ交換前後の検出器の取付誤差を補正できるという効
果がある。
【0009】後者は、位置検出器交換前後のアームの基
準位置までの移動に要するモータ回転数の差を補正デー
タとして算出し、各ステップ移動時に正規の回転数に回
転数差を増減させて修正するものであり、各ステップの
モータの回転数を修正することにより、交換前後の検出
器の取付誤差を補正できるという効果がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の技
術でも、再度原点復帰させなくても自動的に正しいプロ
グラム指令位置に位置決め実行することができるが、し
かし、何れの技術もエンコーダまたは検出器の交換前後
にアーム等を基準位置まで移動させる操作が必要であ
る。これらの操作では、機械を所定の位置に正確に位置
決めする必要があり、実際には原点復帰と同等以上に注
意力が必要であり、やはり操作が面倒である等の難点が
ある。
【0011】この発明は、上述の如き問題点を解消する
ためになされたもので、NC装置により制御されるNC
工作機械等において、絶対位置検出方式を採用した場
合、位置検出器を交換しても基準座標を確立するための
原点復帰を行う必要がなく、絶対位置検出器の交換に際
して面倒な補正操作を伴うことがない位置制御方法およ
び位置制御装置を得ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明による位置制御装置は、絶対位置情報を
出力する絶対位置検出器を用いた位置制御装置におい
て、制御対象の基準位置を絶対位置検出器の出力情報で
記憶する基準データ記憶手段と、絶対位置検出器を交換
するに際して検出器交換前の任意位置を交換前の絶対位
置検出器の出力情報で記憶する交換位置記憶手段と、前
記基準データ記憶手段に記憶された基準データと前記交
換位置記憶手段に記憶された交換前の絶対位置検出器の
出力情報と交換後の絶対位置検出器の出力情報とから新
規基準位置である新基準データを演算して前記基準デー
タ記憶手段に記憶された基準データを更新する補正処理
部とを有しているものである。
【0013】つぎの発明による位置制御装置は、前記補
正処理部は外部から入力された制御対象の位置ずれ量を
位置補正量として加味するものである。
【0014】つぎの発明による位置制御方法は、絶対位
置情報を出力する絶対位置検出器を用いた位置制御方法
において、前記絶対位置検出器の出力を制御対象の基準
位置を原点とする絶対座標系に変換して所定の制御を行
い、絶対位置検出器交換時には交換前後の各絶対位置検
出器の出力位置の差を前記基準位置に加算し、この値で
前記基準位置を更新するものである。
【0015】つぎの発明による位置制御方法は、制御対
象の位置ずれ量を位置補正量として加味して前記基準位
置を更新するものである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照して、この
発明にかかる位置制御装置および位置制御方法の実施の
形態を詳細に説明する。
【0017】図1は、この発明による位置制御装置の全
体構成を示している。この位置制御装置は、CNC装置
10と、サーボアンプユニット30と、絶対位置検出器
付きのサーボモータユニット50とにより構成されてい
る。
【0018】CNC装置10は、制御プログラムを実行
して位置制御のための各種演算・制御を行う制御部(M
PU)11と、NC機能を実現するための制御プログラ
ムを記憶する制御プログラム記憶部12と、各種演算・
制御を行うに際して必要なデータを記憶するデータレジ
スタ13と、NC装置の内部情報を入出力するための設
定・表示部14と、設定・表示部14を制御するための
入出力制御部15と、NC加工プログラムを入力するた
めのプログラム入力部16と、加工プログラムを記憶し
ておくプログラム記憶部17と、サーボアンプ30との
間で制御データの送受信を行うためのデータ送受信部1
8とを有している。
【0019】サーボアンプユニット30は、CNC装置
10およびサーボモータユニット50との間でデータを
授受するためのデータ送受信部31と、エンコーダ出力
による絶対位置を補正するデータを記憶する基準データ
記憶部32と、エンコーダ出力と基準データ記憶部32
のデータから絶対位置を演算する絶対位置演算部33
と、絶対位置演算部33の出力を記憶する絶対位置レジ
スタ34と、エンコーダ出力による位置フィードバック
値(F/Bデータ)とCNC装置10の出力である位置
指令値との偏差を演算する偏差演算部35と、偏差演算
部35の出力を電力増幅する電力増幅部36とを有して
いる。
【0020】サーボモータユニット50は、図示しない
制御対象機械に取り付けられるサーボモータ本体51
と、サーボモータ本体51の反負荷側軸52に接続され
たロータリエンコーダ(パルス発生器)53と、ロータ
リエンコーダ53の出力データを処理するデータ処理部
54と、データ処理部54よりデータ入力してモータ軸
1回転内の現在の角度を示す1回転内カウンタ55と、
データ処理部54よりデータ入力してロータリエンコー
ダ53が何回転したかを計数する回転数カウンタ56
と、1回転内カウンタ55と回転数カウンタ56の内容
をサーボアンプユニット30に送信するためのデータ送
信部57とを有している。
【0021】上述のような構成による位置制御装置が図
示しない制御対象機械に組み込まれて実働に供される
と、CNC装置10の制御部11はNC機能を実現する
ための制御プログラムを制御プログラム記憶部12から
順次読み取り、データレジスタ13を使用しながら各種
制御処理を行う。
【0022】設定・表示部14は、入出力制御部15と
制御部11を介してデータレジスタ13やプログラム記
憶部17に記憶されたデータやプログラムを表示した
り、データやプログラムの変更や編集を行う。
【0023】ワークの加工に当たっては、図示しない紙
テープやフロッピーディスクなどに記録された加工プロ
グラムをプログラム入力部16から入力し、メモリ運転
やスケジュール運転などを行うために、一旦、加工プロ
グラムをプログラム記憶部17に記憶させる。制御部1
1は設定・表示部14などから入力されるプログラム番
号に対応する加工プログラムをプログラム記憶部17か
ら読み出し、同様に入力された運転モードや起動信号に
従って加工プログラムを、制御プログラム記憶部12か
ら読み出した制御プログラムに基づいて解析し、位置指
令をデータ送受信部18よりサーボアンプユニット30
に送出する。
【0024】制御対象機械に取り付けられたサーボモー
タユニット50のロータリエンコーダ53からは、モー
タ軸の回転角度に対応したデータ、例えばロータリエン
コーダの1回転360度を36万分割した0.001度
単位の絶対位置としての回転角度情報が出力される。サ
ーボモータユニット50のデータ処理部54はロータリ
エンコーダ53の出力をサンプリングして回転角度情報
あるいは回転角度変化状況をチェックしてそれぞれのデ
ータを1回転内カウンタ55および回転数カウンタ56
に出力する。
【0025】ここで、回転数カウンタ56は、絶対位置
出力エンコーダであっても、絶対位置は1回転以内での
位置が対象になるだけで、複数回転させると、絶対位置
を周期的に繰り返して出力することになり、位置を特定
できなくなるので、1回転内絶対位置信号の変化の状況
から1回転の範囲を超えたか否かを検出し、この信号を
カウントすることによって複数回転に於いても総合的な
絶対位置を得るために設けられている。
【0026】これらのカウンタ55、56の出力(絶対
位置情報)はデータ送信部57よりサーボアンプユニッ
ト30に送られる。なお、これらカウンタ55、56の
内容はシステム電源が遮断されても消滅しないように電
池によってバックアップされている。
【0027】サーボアンプユニット30では、CNC装
置10のデータ送受信部18より送られている位置指令
信号とサーボモータユニット50のデータ送信部57か
ら送られてくる位置フィードバック信号(検出器フィー
ドバックデータ)をデータ送受信部31で受信し、基準
データ記憶部32に記憶された検出器交換後に絶対位置
を補正するための基準データとサーボモータユニット5
0から送られてきたエンコーダ出力処理信号である位置
フィードバックデータを絶対位置演算部33で内挿(二
つの標本間に追加すべき別の値を導出する演算処理)や
丸め演算等を行って位置情報に変換し、補正演算、具体
的にはサーボモータユニット50よりの位置フィードバ
ック値から基準データ記憶部32に記憶されている基準
値を減じる補正演算を行って、基準データで示される基
準位置(=原点位置)から見た検出器の位置(=機械の
現在位置)を絶対位置として絶対位置レジスタ34に記
憶する。
【0028】絶対位置演算部33は、絶対位置レジスタ
36を初期設定した後の通常の制御においても、所定の
時間毎に、サーボモータユニット50よりの位置フィー
ドバック値から基準データ記憶部32に記憶されている
基準値を減じて絶対位置レジスタ34を更新し、現在の
機械位置を絶対位置として保持する。
【0029】偏差演算部35はCNC装置10より送ら
れてきた位置指令値と絶対位置レジスタ34に記憶され
た機械位置との差を移動すべき量として演算し、これを
偏差電圧に変換して電力増幅部36へ出力する。電力増
幅部36は偏差電圧をサーボモータ駆動の信号形態の電
力に増幅してサーボモータ本体51を駆動する。
【0030】これにより、ロータリエンコーダ53が回
転し、偏差演算部35の出力が0になるように制御され
る。この結果、サーボモータ本体51を取り付けられた
図示しない制御対象機械が作動する。
【0031】図2は、CNC装置10内の絶対位置デー
タの保持および上述の位置指令値を生成するための処理
構成を示すもので、制御部11による制御プログラムの
実行とデータレジスタ13により、補間演算を行う補間
演算部21と、CNC装置10内部の位置出力の演算に
使用されて位置指令(機械指令値)をサーボアンプユニ
ット30に対して出力する絶対位置レジスタ22と、任
意の位置での位置検出器の交換時の位置を記憶する交換
位置記億部23と、原点位置に於ける検出器出力を記憶
する基準データ記憶部24と、補正処理部25を具備す
る。
【0032】補正処理部25は、基準データ記憶部24
に記憶された基準データ(原点位置に於ける検出器出
力)と交換位置記憶部23に記憶された任意の位置での
交換前の検出器出力データと交換後の検出器出力データ
とから新規基準位置である新基準データを演算し、基準
データ記憶部24に記憶されている基準データを更新す
る。
【0033】つぎに、位置検出器の取付時における絶対
位置の設定について詳細に説明する。なお、位置検出器
の取付けは、実際には絶対位置検出器付きのサーボモー
タユニット50の取り付けとして扱われる。
【0034】絶対位置検出方式を採用したNCシステム
等の位置制御装置に於けるモータ駆動電圧発生方法は、
CNC装置10の絶対位置レジスタ22の出力である絶
対位置で表された位置指令値と、エンコーダ出力より得
てサーボアンプユニット30の絶対位置レジスタ34に
記憶した機械の現在位置との差をサーボアンプユニット
30の偏差演算部35にて偏差電圧に変換するものであ
るから、何らかの理由により位置検出器を交換した場合
には、位置検出器の交換前後で、機械が動いていないと
仮定すれば、交換後の検出器の出力データを補正して交
換前の検出器の出力データに一致させれば、原点合わせ
を省略できることになる。
【0035】最初に機械がセットアップされた時の原点
設定は必須であり、データ送信部57およびデータ送受
信部31、18を介して原点設定時の位置検出器出力で
ある1回転内カウンタ55と回転数カウンタ56の内容
(P0,R0)がCNC装置10のデータレジスタ13
内に割り付けられた基準データ記憶部24に記憶され
る。これと同時に、データレジスタ13内にある絶対位
置レジスタ22は機械位置と原点位置が一致するので0
にクリアされる。
【0036】基準データ記憶部24の内容はデータ送受
信部18、31を介してサーボアンプユニット30の基
準データ記憶部32に記憶され、この基準データと、デ
ータ送信部57とデータ送受信部31を介して送られて
きた位置検出器のF/Bデータである1回転内カウンタ
55と回転数カウンタ56が示す値から絶対位置演算部
33で絶対位置(原点位置では0となる)を求め、絶対
位置レジスタ34に記憶する。
【0037】NC加工用のプログラムは命令コードに従
って各種解析が行われ、移動指令は補間演算部21で単
位時間当たりの移動データ(相対値)として計算され、
絶対位置レジスタ22に足し込まれて絶対位置の指令値
としてサーボアンプユニット30に出力される。
【0038】つぎに、位置検出器の交換時における絶対
位置の補正処理について詳細に説明する。なお、位置検
出器の交換も、実際には絶対位置検出器付きのサーボモ
ータユニット50の交換として扱われる。
【0039】位置検出器を交換した時には、前述のよう
に、交換前後で検出器出力値が異なるので、この差分を
どこかで補正する必要がある。この発明による位置制御
方法では、位置検出器を任意の位置で交換しても、この
位置をCNC装置10内部に記憶しておき、交換後の検
出器出力との差で原点位置を補正することによって位置
変化が生じないようにしている。
【0040】つぎに、位置検出器の交換時の操作・処理
手順を図3に示したフローチャートを参照して説明す
る。位置検出器の交換に際しては、まず、機械を位置検
出器(サーボモータユニット50)の交換し易い位置に
位置決めする。この位置で、サーボオフにし、機械がサ
ーボで駆動されないようにする(ステップS10)。続
いて、位置検出器交換中に機械がずれた場合のずれ量e
を監視するためにテーブル等に、例えばダイヤルゲージ
(図示せず)の精密測長器をセットする(ステップS1
1)。
【0041】つぎに、設定・表示部14を操作し、交換
前位置を記憶させる(ステップS12)。これにより、
データレジスタ13内に割り付けられた交換位置記億部
23に位置検出器出力である1回転内カウンタ55と回
転数カウンタ56の内容(Pn,Rn)が記憶される。
【0042】つぎに、位置検出器を交換し(ステップS
13)、設定・表示部14を操作して交換後の位置検出
器出力による位置データを読み取る。これにより新しい
位置検出器の出力である1回転内カウンタ55と回転数
カウンタ56の内容(Pn’,Rn’)が読み取られ、
補正処理部25に入力される(ステップS14)。ま
た、この時に、精密測長器による計測で、機械のずれ量
eが検出されれば、この値を設定・表示部14より補正
処理部25に入力する(ステップS15)。
【0043】つぎに、補正処理部25が記憶または入力
されたデータから下記の補正演算を行う(ステップS1
6)。検出器交換位置(Pn,Rn)と原点位置(P
0,R0)の相対関係を保つための交換後検出器出力デ
ータ(Pn’,Rn’)から見た仮想原点位置(P
0’,R0’)は、 P0’=P0+(Pn’−Pn)+e R0’=R0+(Rn’−Rn) であり、この演算により仮想原点位置(P0’,R
0’)を求める。
【0044】演算により求めた仮想原点位置(P0’,
R0’)を新しい基準データとして設定・表示部14を
操作して、基準データ記憶部24に既に記憶されている
(P0,R0)を書き換える(ステップS17)。これ
により、基準データが修正され、仮想原点位置が元の原
点位置までシフトされることになる。
【0045】基準データ修正後は、検出器出力データ
(Pn’,Rn’)から修正された基準データを減じた
値が絶対位置となるので、 P0’−Pn’={P0+(Pn’−Pn)+e}−P
n’=P0−Pn+e R0’−Rn’={R0+(Rn’−Rn)}−Rn’
=R0−Rn となり、機械ずれ量e=0とすれば検出器交換前と同じ
関係が成り立つ。
【0046】上述のような基準データの更新後に、サー
ボオンにすることにより(ステップS18)、検出器交
換位置において新検出器の出力データから機械原点を示
す新基準データを減じると、旧検出器出力データと同じ
値が出力されるように機械原点がシフトされているの
で、再度原点設定を行うことが不要となる。
【0047】なお、設定・表示部14からの検出器位置
データの書き換え操作は、位置データを入力するのでは
なく、検出器交換・検出器交換完了を示すパラメータを
オンする操作であり、データの入力ミスは生じない。
【0048】また、機械ずれ量eはダイヤルゲージの値
を読み取って設定・表示部14から入力するようにして
いるが、検出量を電気信号で出力できるものであれば、
自動的にCNC装置10で読み取り、演算させることが
できるのは云うまでもない。
【0049】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、この発
明による位置制御装置によれば、絶対位置検出器の交換
前と交換後の検出器データを読み取り、新検出器の出力
データが相対的に旧検出器の出力データと等しくなるよ
うに原点位置を修正しているので、指令位置を修正した
り、原点復帰や基準位置合わせ等の操作なしに原点位置
の更新ができ、再度原点設定をしなくても原点位置が保
持できるから、操作性がよく、またプログラム解析速度
が低下しないので、生産効率が向上するという効果があ
る。
【0050】つぎの発明による位置制御装置によれば、
位置検出器交換中の外力による機械ずれを補正できるの
で、より正確な原点位置が得られ、機械ずれが歩留まり
に影響することがなく、生産効率が向上するという効果
がある。
【0051】つぎの発明による位置制御方法によれば、
絶対位置検出器の交換前と交換後の検出器データを読み
取り、新検出器の出力データが相対的に旧検出器の出力
データと等しくなるように原点位置を修正しているの
で、指令位置を修正したり、原点復帰や基準位置合わせ
等の操作なしに原点位置の更新ができ、再度原点設定を
しなくても原点位置が保持できるから、操作性がよく、
またプログラム解析速度が低下しないので、生産効率が
向上するという効果がある。
【0052】つぎの発明による位置制御方法によれば、
位置検出器交換中の外力による機械ずれを補正できるの
で、より正確な原点位置が得られ、機械ずれが歩留まり
に影響することがなく、生産効率が向上するという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による位置制御装置の全体構成を示
すブロック図である。
【図2】 この発明による位置制御装置におけるCNC
装置内の絶対位置データを保持および位置指令値を生成
するための処理構成を示すブロック図である。
【図3】 この発明による位置制御装置における位置検
出器の交換時の操作・処理手順を示すフローチャートで
ある。
【符号の説明】
10 CNC装置、11 制御部、12 制御プログラ
ム記憶部、13 データレジスタ、14 設定・表示
部、15 入出力制御部、16 プログラム入力部、1
7 プログラム記憶部、18 データ送受信部、21
補間演算部、22絶対位置レジスタ、23 交換位置記
億部、24 基準データ記憶部、25補正処理部、30
サーボアンプユニット、31 データ送受信部、32
基準データ記憶部、33 絶対位置演算部、34 絶
対位置レジスタ、35 偏差演算部、36 電力増幅
部、50 サーボモータユニット、51 サーボモータ
本体、52 反負荷側軸、53 ロータリエンコーダ、
54 データ処理部、551回転内カウンタ、56 回
転数カウンタ、57 データ送信部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F069 AA04 BB01 DD22 DD25 GG65 HH11 2F077 AA31 AA38 AA46 TT61 TT66 5H303 AA01 AA10 BB01 BB14 BB18 EE03 EE08 FF07 FF16 GG21

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶対位置情報を出力する絶対位置検出器
    を用いた位置制御装置において、 制御対象の基準位置を絶対位置検出器の出力情報で記憶
    する基準データ記憶手段と、 絶対位置検出器を交換するに際して検出器交換前の任意
    位置を交換前の絶対位置検出器の出力情報で記憶する交
    換位置記憶手段と、 前記基準データ記憶手段に記憶された基準データと前記
    交換位置記憶手段に記憶された交換前の絶対位置検出器
    の出力情報と交換後の絶対位置検出器の出力情報とから
    新規基準位置である新基準データを演算して前記基準デ
    ータ記憶手段に記憶された基準データを更新する補正処
    理部と、 を有していることを特徴とする位置制御装置。
  2. 【請求項2】 前記補正処理部は外部から入力された制
    御対象の位置ずれ量を位置補正量として加味することを
    特徴とする請求項1に記載の位置制御装置。
  3. 【請求項3】 絶対位置情報を出力する絶対位置検出器
    を用いた位置制御方法において、 前記絶対位置検出器の出力を制御対象の基準位置を原点
    とする絶対座標系に変換して所定の制御を行い、絶対位
    置検出器交換時には交換前後の各絶対位置検出器の出力
    位置の差を前記基準位置に加算し、この値で前記基準位
    置を更新することを特徴とする位置制御方法。
  4. 【請求項4】 制御対象の位置ずれ量を位置補正量とし
    て加味して前記基準位置を更新することを特徴とする請
    求項3に記載の位置制御方法。
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