JP2001202136A - モーションコントローラにおける動的たわみ補正方法およびモーションコントローラ - Google Patents
モーションコントローラにおける動的たわみ補正方法およびモーションコントローラInfo
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- JP2001202136A JP2001202136A JP2000010569A JP2000010569A JP2001202136A JP 2001202136 A JP2001202136 A JP 2001202136A JP 2000010569 A JP2000010569 A JP 2000010569A JP 2000010569 A JP2000010569 A JP 2000010569A JP 2001202136 A JP2001202136 A JP 2001202136A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被駆動部の摩擦力、質量の変化等により駆動
系のたわみ量が動的に変化しても、これを適切に補償
し、高精度な位置決め精度が得られるようにする。 【解決手段】 サーボモータ１１０に駆動される送りね
じ機構（１０７，１０８）により直線移動する被駆動部
１０２を駆動制御するモーションコントローラにおける
動的たわみ補正方法において、送りねじ機構および被駆
動部を含む駆動機械部分のたわみ量をたわみ量推定部２
０で推定し、推定したたわみ量に基づいてサーボモータ
１１０に与える位置指令を補正し、被駆動部の移動誤差
を低減する。
系のたわみ量が動的に変化しても、これを適切に補償
し、高精度な位置決め精度が得られるようにする。 【解決手段】 サーボモータ１１０に駆動される送りね
じ機構（１０７，１０８）により直線移動する被駆動部
１０２を駆動制御するモーションコントローラにおける
動的たわみ補正方法において、送りねじ機構および被駆
動部を含む駆動機械部分のたわみ量をたわみ量推定部２
０で推定し、推定したたわみ量に基づいてサーボモータ
１１０に与える位置指令を補正し、被駆動部の移動誤差
を低減する。
Description
【０００１ 】
【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械の送り
駆動機構等の位置制御に使用されるモーションコントロ
ーラにおける動的たわみ補正方法およびモーションコン
トローラに関するものである。
駆動機構等の位置制御に使用されるモーションコントロ
ーラにおける動的たわみ補正方法およびモーションコン
トローラに関するものである。
【０００２ 】
【従来の技術】工作機械等の送り駆動機構は、サーボモ
ータに駆動されるボールねじ等による送りねじ機構によ
りワークテーブル等の被駆動部（移動物）を直線移動す
るものであり、図３に示されているようにモデルで表す
ことができる。図３において、Ｔはモータ発生トルク
（Ｎｍ）、θｂはモータ回転角（ｒａｄ）、Ｊｂは送り
駆動機構の回転物総イナーシャ（ＮｍＳ2）、Ｔｂは送
り駆動機構の回転部摩擦トルク（Ｎｍ）、Ｒは送り駆動
機構の回転・直線変換係数（ｍ／ｒａｄ）、Ｋは送り駆
動機構の軸方向剛性（Ｎ／ｍ）、Ｍは送り駆動機構の軸
方向移動物質量（Ｋｇ）、Ｘｔは移動物の位置（ｍ）、
Ｃｔは送り駆動機構のリニアガイド部等の軸方向移動物
の摩擦係数（Ｎｓ／ｍ）である。なお、ここで云う回転
物総イナーシャＪｂは、サーボモータのロータイナシャ
と送りねじ部のカップリングイナーシャとボールねじイ
ナシャの合計である。
ータに駆動されるボールねじ等による送りねじ機構によ
りワークテーブル等の被駆動部（移動物）を直線移動す
るものであり、図３に示されているようにモデルで表す
ことができる。図３において、Ｔはモータ発生トルク
（Ｎｍ）、θｂはモータ回転角（ｒａｄ）、Ｊｂは送り
駆動機構の回転物総イナーシャ（ＮｍＳ2）、Ｔｂは送
り駆動機構の回転部摩擦トルク（Ｎｍ）、Ｒは送り駆動
機構の回転・直線変換係数（ｍ／ｒａｄ）、Ｋは送り駆
動機構の軸方向剛性（Ｎ／ｍ）、Ｍは送り駆動機構の軸
方向移動物質量（Ｋｇ）、Ｘｔは移動物の位置（ｍ）、
Ｃｔは送り駆動機構のリニアガイド部等の軸方向移動物
の摩擦係数（Ｎｓ／ｍ）である。なお、ここで云う回転
物総イナーシャＪｂは、サーボモータのロータイナシャ
と送りねじ部のカップリングイナーシャとボールねじイ
ナシャの合計である。
【０００３ 】位置制御を行うサーボ制御系は、サーボ
モータの回転位置（モータ位置）をロータリエンコーダ
によって検出し、ロータリエンコーダにより検出される
モータ位置と指令値との偏差を求めて当該偏差が零にな
るよう、換言すれば、位置指令に追従するように位置制
御を行う。
モータの回転位置（モータ位置）をロータリエンコーダ
によって検出し、ロータリエンコーダにより検出される
モータ位置と指令値との偏差を求めて当該偏差が零にな
るよう、換言すれば、位置指令に追従するように位置制
御を行う。
【０００４ 】従って、送り駆動機構の軸方向剛性Ｋが
無限大であれば、ワークテーブルのような移動物の位置
も正しく指令位置へ移動する。しかしながら、剛性Ｋは
有限の値であり、送り駆動機構は軸方向のたわみを生じ
る。このためモータ回転位置を正しく制御しても、テー
ブル位置には誤差生じることになる。たわみは質量Ｍに
よる慣性力および摩擦力に相関して発生する。
無限大であれば、ワークテーブルのような移動物の位置
も正しく指令位置へ移動する。しかしながら、剛性Ｋは
有限の値であり、送り駆動機構は軸方向のたわみを生じ
る。このためモータ回転位置を正しく制御しても、テー
ブル位置には誤差生じることになる。たわみは質量Ｍに
よる慣性力および摩擦力に相関して発生する。
【０００５ 】送り駆動機構のたわみによる往復移動の
誤差はロストモーションと呼ばれ、バックラッシ補正に
より補正することが行われている。バックラツシ補正
は、予め、ある条件でロストモーション量を測定し、こ
の値をパラメータとしてサーボ制御装置にセットしてお
き、サーボ制御装置が軸移動方向反転時にそのセット値
に相当する量だけサーボモータを余分に駆動することに
より行われる。
誤差はロストモーションと呼ばれ、バックラッシ補正に
より補正することが行われている。バックラツシ補正
は、予め、ある条件でロストモーション量を測定し、こ
の値をパラメータとしてサーボ制御装置にセットしてお
き、サーボ制御装置が軸移動方向反転時にそのセット値
に相当する量だけサーボモータを余分に駆動することに
より行われる。
【０００６ 】
【発明が解決しようとする課題】ロストモーションは、
摩擦力と慣性力の影響により、送り駆動機構が軸方向に
たわむことにより生じるものであり、被駆動部の摩擦
力、慣性量の変化により最適なロストモーション量が変
わることに対して、被駆動部は、通常、案内機構により
支持されており、案内機構には摩擦が存在し、この摩擦
力は移動速度、ワークテーブル上に載る負荷の質量等に
より変化し、また、被駆動部には質量があり、加速、減
速する際に慣性力が発生し、慣性力も被駆動部の質量に
より変化する。従って、実際のロストモーション量は送
り条件が変化すると変化するから、被駆動部の摩擦力、
慣性力の変化により最適な補正量が変わり、従来のバッ
クラッシ補正では対応できず、ロストモーション誤差が
生じる。
摩擦力と慣性力の影響により、送り駆動機構が軸方向に
たわむことにより生じるものであり、被駆動部の摩擦
力、慣性量の変化により最適なロストモーション量が変
わることに対して、被駆動部は、通常、案内機構により
支持されており、案内機構には摩擦が存在し、この摩擦
力は移動速度、ワークテーブル上に載る負荷の質量等に
より変化し、また、被駆動部には質量があり、加速、減
速する際に慣性力が発生し、慣性力も被駆動部の質量に
より変化する。従って、実際のロストモーション量は送
り条件が変化すると変化するから、被駆動部の摩擦力、
慣性力の変化により最適な補正量が変わり、従来のバッ
クラッシ補正では対応できず、ロストモーション誤差が
生じる。
【０００７ 】また、従来のバックラッシ補正では、移
動方向が反転するときのみ補正量を切り替えるが、実際
のロストモーション量は、加速度、摩擦力が変化すると
変化しているため、移動中のロストモーション量の変化
に対応できず、ロストモーション誤差が生じる。
動方向が反転するときのみ補正量を切り替えるが、実際
のロストモーション量は、加速度、摩擦力が変化すると
変化しているため、移動中のロストモーション量の変化
に対応できず、ロストモーション誤差が生じる。
【０００８ 】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、被駆動部の摩擦力、質量の変
化等により駆動系のたわみ量が動的に変化しても、これ
を適切に補償し、高精度な位置決め精度が得られるよう
にするモーションコントローラにおける動的たわみ補正
方法およびその動的たわみ補正方法の実施に使用される
モーションコントローラを提供することを目的としてい
る。
るためになされたもので、被駆動部の摩擦力、質量の変
化等により駆動系のたわみ量が動的に変化しても、これ
を適切に補償し、高精度な位置決め精度が得られるよう
にするモーションコントローラにおける動的たわみ補正
方法およびその動的たわみ補正方法の実施に使用される
モーションコントローラを提供することを目的としてい
る。
【０００９ 】
【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、この発明によるモーションコントローラにおける
動的たわみ補正方法は、サーボモータに駆動される送り
ねじ機構により直線移動する被駆動部を駆動制御するモ
ーションコントローラにおける動的たわみ補正方法にお
いて、前記送りねじ機構および前記被駆動部を含む駆動
機械部分のたわみ量を推定し、推定した前記たわみ量に
基づいて前記サーボモータに与える位置指令を補正し、
前記被駆動部の移動誤差を低減するものである。
めに、この発明によるモーションコントローラにおける
動的たわみ補正方法は、サーボモータに駆動される送り
ねじ機構により直線移動する被駆動部を駆動制御するモ
ーションコントローラにおける動的たわみ補正方法にお
いて、前記送りねじ機構および前記被駆動部を含む駆動
機械部分のたわみ量を推定し、推定した前記たわみ量に
基づいて前記サーボモータに与える位置指令を補正し、
前記被駆動部の移動誤差を低減するものである。
【００１０ 】この発明によるモーションコントローラ
における動的たわみ補正方法では、推力センサにより前
記被駆動部の推力を測定し、前記推力センサによる推力
測定値よりたわみ量を推定するか、あるいは、回転物イ
ナーシャの値と回転系の摩擦係数をパラメータ設定し、
これらパラメータ設定値と位置指令値の微分値より回転
物摩擦トルクと回転物イナーシャ加速トルクを算出し、
前記回転物摩擦トルクと前記回転物イナーシャ加速トル
クとモータ発生トルクを代表するサーボ系のトルク指令
値より前記被駆動部の推力を算出し、当該推力算出値よ
りたわみ量を推定する。
における動的たわみ補正方法では、推力センサにより前
記被駆動部の推力を測定し、前記推力センサによる推力
測定値よりたわみ量を推定するか、あるいは、回転物イ
ナーシャの値と回転系の摩擦係数をパラメータ設定し、
これらパラメータ設定値と位置指令値の微分値より回転
物摩擦トルクと回転物イナーシャ加速トルクを算出し、
前記回転物摩擦トルクと前記回転物イナーシャ加速トル
クとモータ発生トルクを代表するサーボ系のトルク指令
値より前記被駆動部の推力を算出し、当該推力算出値よ
りたわみ量を推定する。
【００１１ 】また、上述の目的を達成するために、こ
の発明によるモーションコントローラは、サーボモータ
に駆動される送りねじ機構により直線移動する被駆動部
を駆動制御するモーションコントローラにおいて、前記
送りねじ機構および前記被駆動部を含む駆動機械部分の
たわみ量を推定するたわみ量推定手段と、前記たわみ量
推定手段が推定した前記たわみ量に基づいて前記サーボ
モータに与える位置指令を補正する位置指令補正手段と
を有しているものである。
の発明によるモーションコントローラは、サーボモータ
に駆動される送りねじ機構により直線移動する被駆動部
を駆動制御するモーションコントローラにおいて、前記
送りねじ機構および前記被駆動部を含む駆動機械部分の
たわみ量を推定するたわみ量推定手段と、前記たわみ量
推定手段が推定した前記たわみ量に基づいて前記サーボ
モータに与える位置指令を補正する位置指令補正手段と
を有しているものである。
【００１２ 】また、この発明によるモーションコント
ローラは、前記被駆動部の推力を測定する推力センサを
有し、前記たわみ量推定手段は前記推力センサによる推
力測定値を入力して当該推力測定値よりたわみ量を推定
するものである。
ローラは、前記被駆動部の推力を測定する推力センサを
有し、前記たわみ量推定手段は前記推力センサによる推
力測定値を入力して当該推力測定値よりたわみ量を推定
するものである。
【００１３ 】また、この発明によるモーションコント
ローラは、回転物イナーシャの値と回転系の摩擦係数を
パラメータ設定するパラメータ設定部を有し、前記たわ
み量推定手段は、前記パラメータ設定部よりパラメータ
設定値を入力すると共に、位置指令値とモータ発生トル
クの代表値としてサーボ系のトルク指令値を入力し、前
記パラメータ設定値と前記位置指令値の微分値より回転
物摩擦トルクと回転物イナーシャ加速トルクを算出し、
前記回転物摩擦トルクと前記回転物イナーシャ加速トル
クと前記トルク指令値より前記被駆動部の推力を算出
し、当該推力算出値よりたわみ量を推定するものであ
る。
ローラは、回転物イナーシャの値と回転系の摩擦係数を
パラメータ設定するパラメータ設定部を有し、前記たわ
み量推定手段は、前記パラメータ設定部よりパラメータ
設定値を入力すると共に、位置指令値とモータ発生トル
クの代表値としてサーボ系のトルク指令値を入力し、前
記パラメータ設定値と前記位置指令値の微分値より回転
物摩擦トルクと回転物イナーシャ加速トルクを算出し、
前記回転物摩擦トルクと前記回転物イナーシャ加速トル
クと前記トルク指令値より前記被駆動部の推力を算出
し、当該推力算出値よりたわみ量を推定するものであ
る。
【００１４ 】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明する。 （実施の形態１）図１はこの発明によるモーションコン
トローラおよびモーションコントローラにより位置制御
される工作機械の送り駆動機構の実施の形態１を示して
いる。
明の実施の形態を詳細に説明する。 （実施の形態１）図１はこの発明によるモーションコン
トローラおよびモーションコントローラにより位置制御
される工作機械の送り駆動機構の実施の形態１を示して
いる。
【００１５ 】工作機械の送り駆動機構は、固定配置の
ベッド１００上にリニアガイド１０１に案内されて図に
て左右方向に直線移動するワークテーブル１０２を有し
ている。ベッド１００はブラケット１０３、１０４およ
び軸受部材１０５、１０６によってボールねじ１０７を
回転可能に支持しており、ワークテーブル１０２にはボ
ールねじ１０７に螺合するボールねじナット１０８が取
り付けられている。
ベッド１００上にリニアガイド１０１に案内されて図に
て左右方向に直線移動するワークテーブル１０２を有し
ている。ベッド１００はブラケット１０３、１０４およ
び軸受部材１０５、１０６によってボールねじ１０７を
回転可能に支持しており、ワークテーブル１０２にはボ
ールねじ１０７に螺合するボールねじナット１０８が取
り付けられている。
【００１６ 】ボールねじ１０７は、カップリング１０
９によりサーボモータ１１０と駆動連結され、サーボモ
ータ１１０によって回転駆動される。サーボモータ１１
０にはサーボモータ１１０の回転位置（モータ位置）を
検出するロータリエンコーダ１１１が取り付けられてい
る。
９によりサーボモータ１１０と駆動連結され、サーボモ
ータ１１０によって回転駆動される。サーボモータ１１
０にはサーボモータ１１０の回転位置（モータ位置）を
検出するロータリエンコーダ１１１が取り付けられてい
る。
【００１７ 】送り駆動機構のボールねじナット１０８
の取付部には、被駆動部（ワークテーブル１０２）の推
力を測定する推力センサ１１２が取り付けられている。
なお、推力センサ１１２は、推力が増える方向、減る方
向の何れをも測定できるようになっている。
の取付部には、被駆動部（ワークテーブル１０２）の推
力を測定する推力センサ１１２が取り付けられている。
なお、推力センサ１１２は、推力が増える方向、減る方
向の何れをも測定できるようになっている。
【００１８ 】モーションコントローラ（サーボコント
ローラ）は、ロータリエンコーダ１１１による検出され
るサーボモータ１１０の回転位置をテーブル位置座標に
変換して位置フィールド信号を出力するテーブル位置座
標変換部１１と、テーブル位置座標変換部１１よりの位
置フィールド信号が示すテーブル位置より後述する推定
たわみ量を差し引いて動的たわみ補正を行う位置指令補
正部１２と、位置指令補正部１２により補正されたテー
ブル位置と位置指令値との偏差を算出する位置偏差算出
部１３と、その位置偏差が零になるような速度指令を生
成する位置制御器１４と、テーブル位置座標変換部１１
のテーブル位置を微分して速度フィードバック信号を生
成する微分器１５と、位置制御器１４が出力する速度指
令値と微分器１５よりテーブル移動速度との偏差を算出
する速度偏差算出部１６と、その速度偏差が零になるよ
うにトルク指令を生成する速度制御器１７と、速度制御
器１７よりトルク指令を与えられてトルク指令値に応じ
た電流指令を作成する電流指令作成部１８と、電流指令
作成部１８より電流指令を与えられるサーボアンプ１９
とにより構成されている。
ローラ）は、ロータリエンコーダ１１１による検出され
るサーボモータ１１０の回転位置をテーブル位置座標に
変換して位置フィールド信号を出力するテーブル位置座
標変換部１１と、テーブル位置座標変換部１１よりの位
置フィールド信号が示すテーブル位置より後述する推定
たわみ量を差し引いて動的たわみ補正を行う位置指令補
正部１２と、位置指令補正部１２により補正されたテー
ブル位置と位置指令値との偏差を算出する位置偏差算出
部１３と、その位置偏差が零になるような速度指令を生
成する位置制御器１４と、テーブル位置座標変換部１１
のテーブル位置を微分して速度フィードバック信号を生
成する微分器１５と、位置制御器１４が出力する速度指
令値と微分器１５よりテーブル移動速度との偏差を算出
する速度偏差算出部１６と、その速度偏差が零になるよ
うにトルク指令を生成する速度制御器１７と、速度制御
器１７よりトルク指令を与えられてトルク指令値に応じ
た電流指令を作成する電流指令作成部１８と、電流指令
作成部１８より電流指令を与えられるサーボアンプ１９
とにより構成されている。
【００１９ 】モーションコントローラは推定たわみ量
を算出するたわみ量推定部２０を有している。たわみ量
推定部２０は、推力センサ１１２により推力測定値を入
力し、次の計算を行って送り駆動機構のたわみ量ΔＸ
（ｍ）を推定する。 ΔＸ＝Ｆ／Ｋ …（１）
を算出するたわみ量推定部２０を有している。たわみ量
推定部２０は、推力センサ１１２により推力測定値を入
力し、次の計算を行って送り駆動機構のたわみ量ΔＸ
（ｍ）を推定する。 ΔＸ＝Ｆ／Ｋ …（１）
【００２０ 】但し、Ｆ：推力センサ１１２により推力
測定値（Ｎ） Ｋ：送り駆動機構の等価剛性（Ｎ／ｍ）
測定値（Ｎ） Ｋ：送り駆動機構の等価剛性（Ｎ／ｍ）
【００２１ 】このたわみ量ΔＸ（ｍ）をロータリエン
コーダ１１１による測定結果から求めた位置フィードバ
ック値から差し引くことにより、軸方向のたわみによる
変位分を補正する。これにより位置指令と比較される値
は、ガイド部の摩擦力あるいは慣性力等による送り駆動
機構のたわみ分により、モータ回転位置から計算したテ
ーブル位置との間に生じる誤差が反映された値となり、
実際のテーブル位置が正しく制御できるようになる。
コーダ１１１による測定結果から求めた位置フィードバ
ック値から差し引くことにより、軸方向のたわみによる
変位分を補正する。これにより位置指令と比較される値
は、ガイド部の摩擦力あるいは慣性力等による送り駆動
機構のたわみ分により、モータ回転位置から計算したテ
ーブル位置との間に生じる誤差が反映された値となり、
実際のテーブル位置が正しく制御できるようになる。
【００２２ 】なお、推定たわみ量を位置指令側に加え
て補正することもできる。
て補正することもできる。
【００２３ 】（実施の形態２）図２はこの発明による
モーションコントローラおよびモーションコントローラ
により位置制御される工作機械の送り駆動機構の実施の
形態２を示している。なお、図２において、図１に対応
する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、
その説明を省略する。
モーションコントローラおよびモーションコントローラ
により位置制御される工作機械の送り駆動機構の実施の
形態２を示している。なお、図２において、図１に対応
する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、
その説明を省略する。
【００２４ 】この実施の形態では、回転物イナーシャ
の値Ｊｂ（Ｎｍｓ2）と回転系の摩擦係数Ｃｂ（Ｎｓ／
ｒａｄ）をパラメータ設定するパラメータ設定部２１が
設けられており、たわみ量推定部２２は、パラメータ設
定部２１よりパラメータ設定値を入力すると共に、位置
指令値とモータ発生トルクＴｍの代表値として速度制御
器１７が出力するトルク指令値を入力する。
の値Ｊｂ（Ｎｍｓ2）と回転系の摩擦係数Ｃｂ（Ｎｓ／
ｒａｄ）をパラメータ設定するパラメータ設定部２１が
設けられており、たわみ量推定部２２は、パラメータ設
定部２１よりパラメータ設定値を入力すると共に、位置
指令値とモータ発生トルクＴｍの代表値として速度制御
器１７が出力するトルク指令値を入力する。
【００２５ 】たわみ量推定部２２は、回転系の摩擦係
数Ｃｂと位置指令値の微分値ｄθ／ｄｔより回転物摩擦
トルクＴｂを算出し、また、回転物イナーシャの値Ｊｂ
の位置指令値の微分値ｄ2θ／ｄｔ2より回転物イナーシ
ャ加速トルクＴａを算出し、回転物摩擦トルクＴｂと回
転物イナーシャ加速トルクＴａとトルク指令値（Ｔｍ）
より被駆動部の推力Ｆ’を算出し、当該推力算出値Ｆ’
よりたわみ量を推定する。
数Ｃｂと位置指令値の微分値ｄθ／ｄｔより回転物摩擦
トルクＴｂを算出し、また、回転物イナーシャの値Ｊｂ
の位置指令値の微分値ｄ2θ／ｄｔ2より回転物イナーシ
ャ加速トルクＴａを算出し、回転物摩擦トルクＴｂと回
転物イナーシャ加速トルクＴａとトルク指令値（Ｔｍ）
より被駆動部の推力Ｆ’を算出し、当該推力算出値Ｆ’
よりたわみ量を推定する。
【００２６ 】ここで、モータ発生トルクＴｍは次の値
の加え合わせたものとなっている。 回転系摩擦トルクＴｂ（Ｎｍ） 回転物イナーシヤの加速トルクＴａ（Ｎｍ） 軸方向移動摩擦トルクＴｃ（Ｎｍ） 軸方向摩擦力をＦｃ（Ｎ）とすると、Ｔｃ＝Ｒ・Ｆｃで
ある。 軸方向移動物の加速トルクＴａｍ（Ｎｍ） 軸方向移動物質量をＭ（Ｋｇ）、加速度をＡ（ｍ／
ｓ2）とすると、Ｔａｍ＝Ｒ・Ａ・Ｍである。従ってモ
ータ発生トルクＴｍ（Ｎｍ）は、 Ｔｍ＝Ｔｂ＋Ｔａ＋Ｔｃ＋Ｔａｍ …（２） であり、この値はトルク指令値とほぼ等しいと考えてよ
い。
の加え合わせたものとなっている。 回転系摩擦トルクＴｂ（Ｎｍ） 回転物イナーシヤの加速トルクＴａ（Ｎｍ） 軸方向移動摩擦トルクＴｃ（Ｎｍ） 軸方向摩擦力をＦｃ（Ｎ）とすると、Ｔｃ＝Ｒ・Ｆｃで
ある。 軸方向移動物の加速トルクＴａｍ（Ｎｍ） 軸方向移動物質量をＭ（Ｋｇ）、加速度をＡ（ｍ／
ｓ2）とすると、Ｔａｍ＝Ｒ・Ａ・Ｍである。従ってモ
ータ発生トルクＴｍ（Ｎｍ）は、 Ｔｍ＝Ｔｂ＋Ｔａ＋Ｔｃ＋Ｔａｍ …（２） であり、この値はトルク指令値とほぼ等しいと考えてよ
い。
【００２７ 】回転の摩擦はクーロン摩擦、粘性摩擦な
ど各種考えられるが、ここでは、粘性摩擦が発生する場
合を考える。回転物イナーシャの値Ｊｂ（Ｎｍｓ2）、
回転系摩擦係数Ｃｂ（Ｎｓ／ｒａｄ）をパラメータとし
て設定する。これにより、たわみ量推定部２２で以下の
演算処理を行う。ワークテーブルの推力は、Ｔｃ＋Ｔａ
ｍに１／Ｒをかけて軸方向に換算することにより求めら
れる。Ｔｃ＋Ｔａｍの値は、（２）式を変形して Ｔｃ＋Ｔａｍ＝Ｔｍ−Ｔｂ−ＴＡ …（３） のように求めることができる。
ど各種考えられるが、ここでは、粘性摩擦が発生する場
合を考える。回転物イナーシャの値Ｊｂ（Ｎｍｓ2）、
回転系摩擦係数Ｃｂ（Ｎｓ／ｒａｄ）をパラメータとし
て設定する。これにより、たわみ量推定部２２で以下の
演算処理を行う。ワークテーブルの推力は、Ｔｃ＋Ｔａ
ｍに１／Ｒをかけて軸方向に換算することにより求めら
れる。Ｔｃ＋Ｔａｍの値は、（２）式を変形して Ｔｃ＋Ｔａｍ＝Ｔｍ−Ｔｂ−ＴＡ …（３） のように求めることができる。
【００２８ 】回転物摩擦トルクＴｂと回転物イナーシ
ャ加速トルクＴａを求めるためには、まず、位置指令値
を微分してｄθ／ｄｔとｄ2θ／ｄｔ2を求める。これか
ら、回転物摩擦トルクＴｂ、回転物イナーシャ加速トル
クＴａが下式により求められる。 Ｔｂ＝Ｃｂ（ｄθ／ｄｔ） …（４） Ｔａ＝Ｊｂ（ｄ2θ／ｄｔ2） …（５） これらの値をモータ発生トルクＴｍより差引き、送り駆
動機構の回転・直線変換係数Ｒで割ることにより、ワー
クテーブルの推力Ｆ’を算出できる。この値を用いて実
施の形態１と同様に、（１）式から、たわみ量ΔＸ’が
求められる。
ャ加速トルクＴａを求めるためには、まず、位置指令値
を微分してｄθ／ｄｔとｄ2θ／ｄｔ2を求める。これか
ら、回転物摩擦トルクＴｂ、回転物イナーシャ加速トル
クＴａが下式により求められる。 Ｔｂ＝Ｃｂ（ｄθ／ｄｔ） …（４） Ｔａ＝Ｊｂ（ｄ2θ／ｄｔ2） …（５） これらの値をモータ発生トルクＴｍより差引き、送り駆
動機構の回転・直線変換係数Ｒで割ることにより、ワー
クテーブルの推力Ｆ’を算出できる。この値を用いて実
施の形態１と同様に、（１）式から、たわみ量ΔＸ’が
求められる。
【００２９ 】なお、微分演算は、実際にはディジタル
演算による差分演算により代替できる。また、回転物摩
擦として粘性摩擦を例に挙げたが、回転物摩擦力の発生
パターンをパラメータで設定できるようにすれば、いろ
いろな摩擦力に対応できる。
演算による差分演算により代替できる。また、回転物摩
擦として粘性摩擦を例に挙げたが、回転物摩擦力の発生
パターンをパラメータで設定できるようにすれば、いろ
いろな摩擦力に対応できる。
【００３０ 】また、機械の位置をリニアスケール等で
直接検出する場合には、ロストモーションの影響で機械
の反転遅れが発生し、加工精度を悪化させる現象に対し
ても反転遅れをうち消すことができ、大きい効果が得ら
れる。
直接検出する場合には、ロストモーションの影響で機械
の反転遅れが発生し、加工精度を悪化させる現象に対し
ても反転遅れをうち消すことができ、大きい効果が得ら
れる。
【００３１ 】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、この発
明によるモーションコントローラにおける動的たわみ補
正方法およびモーションコントローラによれば、送りね
じ機構および前記被駆動部を含む駆動機械部分のたわみ
量を推定し、推定した前記たわみ量に基づいてサーボモ
ータに与える位置指令を補正し、被駆動部の移動誤差を
低減するから、送り駆動機構のたわみ量が動的に変化し
ても、これを適切に補正でき、工作機械の加工精度が向
上する。また、負荷の重量変化、ガイド部の摩擦力の変
化等の影響もうち消すことができる。特に、パラメータ
として必要となるのは、回転系の摩擦を定義するもの、
および回転系のみのイナーシヤの値、軸方向剛性であ
り、これらは負荷の影響を受けにくいので負荷の変化の
影響を受けない。また、加工反力によるたわみも自動的
に補正されることになる。
明によるモーションコントローラにおける動的たわみ補
正方法およびモーションコントローラによれば、送りね
じ機構および前記被駆動部を含む駆動機械部分のたわみ
量を推定し、推定した前記たわみ量に基づいてサーボモ
ータに与える位置指令を補正し、被駆動部の移動誤差を
低減するから、送り駆動機構のたわみ量が動的に変化し
ても、これを適切に補正でき、工作機械の加工精度が向
上する。また、負荷の重量変化、ガイド部の摩擦力の変
化等の影響もうち消すことができる。特に、パラメータ
として必要となるのは、回転系の摩擦を定義するもの、
および回転系のみのイナーシヤの値、軸方向剛性であ
り、これらは負荷の影響を受けにくいので負荷の変化の
影響を受けない。また、加工反力によるたわみも自動的
に補正されることになる。
【００３２ 】また、推力センサにより被駆動部の推力
を測定し、推力センサによる推力測定値よりたわみ量を
推定するものでは、たわみ量の推定に複雑な演算を行う
必要がせなく、高速に対応できる。
を測定し、推力センサによる推力測定値よりたわみ量を
推定するものでは、たわみ量の推定に複雑な演算を行う
必要がせなく、高速に対応できる。
【００３３ 】また、回転物イナーシャの値と回転系の
摩擦係数をパラメータ設定し、これらパラメータ設定値
と位置指令値の微分値より回転物摩擦トルクと回転物イ
ナーシャ加速トルクを算出し、回転物摩擦トルクと回転
物イナーシャ加速トルクとモータ発生トルクを代表する
サーボ系のトルク指令値より被駆動部の推力を算出し、
当該推力算出値よりたわみ量を推定するものでは、推力
センサを特別に必要しない。
摩擦係数をパラメータ設定し、これらパラメータ設定値
と位置指令値の微分値より回転物摩擦トルクと回転物イ
ナーシャ加速トルクを算出し、回転物摩擦トルクと回転
物イナーシャ加速トルクとモータ発生トルクを代表する
サーボ系のトルク指令値より被駆動部の推力を算出し、
当該推力算出値よりたわみ量を推定するものでは、推力
センサを特別に必要しない。
【図１】この発明によるモーションコントローラおよび
モーションコントローラにより位置制御される工作機械
の送り駆動機構の実施の形態１を示すブロック図であ
る。
モーションコントローラにより位置制御される工作機械
の送り駆動機構の実施の形態１を示すブロック図であ
る。
【図２】この発明によるモーションコントローラおよび
モーションコントローラにより位置制御される工作機械
の送り駆動機構の実施の形態２を示すブロック図であ
る。
モーションコントローラにより位置制御される工作機械
の送り駆動機構の実施の形態２を示すブロック図であ
る。
【図３】送り駆動機構の力学モデル図である。
１１ テーブル位置座標変換部 １２ 位置指令補正部 １３ 位置偏差算出部 １４ 位置制御器 １５ 微分器 １６ 速度偏差算出部 １７ 速度制御器 １８ 電流指令作成部 １９ サーボアンプ ２０ たわみ量推定部 ２１ パラメータ設定部 ２２ たわみ量推定部 １００ ベッド １０１ リニアガイド １０２ ワークテーブル １０７ ボールねじ １０８ ボールねじナット １０９ カップリング １１０ サーボモータ １１１ ロータリエンコーダ １１２ 推力センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱村 実 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社内 Ｆターム(参考） 3C001 KA01 KB10 TA02 TB06 5H269 AB01 BB03 EE01 EE05 FF06 GG02 JJ02 NN07 5H303 AA01 BB01 BB06 BB11 CC01 CC09 DD01 DD25 EE03 EE07 FF06 HH05 JJ02 JJ05 KK02 KK11 KK17
Claims (6)
- 【請求項１】 サーボモータに駆動される送りねじ機構
により直線移動する被駆動部を駆動制御するモーション
コントローラにおける動的たわみ補正方法において、 前記送りねじ機構および前記被駆動部を含む駆動機械部
分のたわみ量を推定し、推定した前記たわみ量に基づい
て前記サーボモータに与える位置指令を補正し、前記被
駆動部の移動誤差を低減することを特徴とするモーショ
ンコントローラにおける動的たわみ補正方法。 - 【請求項２】 推力センサにより前記被駆動部の推力を
測定し、前記推力センサによる推力測定値よりたわみ量
を推定することを特徴とする請求項１に記載のモーショ
ンコントローラにおける動的たわみ補正方法。 - 【請求項３】 回転物イナーシャの値と回転系の摩擦係
数をパラメータ設定し、これらパラメータ設定値と位置
指令値の微分値より回転物摩擦トルクと回転物イナーシ
ャ加速トルクを算出し、前記回転物摩擦トルクと前記回
転物イナーシャ加速トルクとモータ発生トルクを代表す
るサーボ系のトルク指令値より前記被駆動部の推力を算
出し、当該推力算出値よりたわみ量を推定することを特
徴とする請求項１に記載のモーションコントローラにお
ける動的たわみ補正方法 - 【請求項４】 サーボモータに駆動される送りねじ機構
により直線移動する被駆動部を駆動制御するモーション
コントローラにおいて、 前記送りねじ機構および前記被駆動部を含む駆動機械部
分のたわみ量を推定するたわみ量推定手段と、 前記たわみ量推定手段が推定した前記たわみ量に基づい
て前記サーボモータに与える位置指令を補正する位置指
令補正手段と、 を有していることを特徴とするモーションコントロー
ラ。 - 【請求項５】 前記被駆動部の推力を測定する推力セン
サを有し、前記たわみ量推定手段は前記推力センサによ
る推力測定値を入力して当該推力測定値よりたわみ量を
推定することを特徴とする請求項４に記載のモーション
コントローラ。 - 【請求項６】 回転物イナーシャの値と回転系の摩擦係
数をパラメータ設定するパラメータ設定部を有し、前記
たわみ量推定手段は、前記パラメータ設定部よりパラメ
ータ設定値を入力すると共に、位置指令値とモータ発生
トルクの代表値としてサーボ系のトルク指令値を入力
し、前記パラメータ設定値と前記位置指令値の微分値よ
り回転物摩擦トルクと回転物イナーシャ加速トルクを算
出し、前記回転物摩擦トルクと前記回転物イナーシャ加
速トルクと前記トルク指令値より前記被駆動部の推力を
算出し、当該推力算出値よりたわみ量を推定することを
特徴とする請求項４に記載のモーションコントローラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000010569A JP4448219B2 (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | モーションコントローラにおける動的たわみ補正方法およびモーションコントローラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000010569A JP4448219B2 (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | モーションコントローラにおける動的たわみ補正方法およびモーションコントローラ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001202136A true JP2001202136A (ja) | 2001-07-27 |
| JP4448219B2 JP4448219B2 (ja) | 2010-04-07 |
Family
ID=18538572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000010569A Expired - Lifetime JP4448219B2 (ja) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | モーションコントローラにおける動的たわみ補正方法およびモーションコントローラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4448219B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003076425A (ja) * | 2001-09-05 | 2003-03-14 | Yamazaki Mazak Corp | 送り駆動系の制御装置 |
| JP2009101444A (ja) * | 2007-10-22 | 2009-05-14 | Okuma Corp | 回転構造物の位置制御方法 |
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| JP2013030005A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Okuma Corp | 多軸工作機械の幾何誤差補正システム。 |
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| CN103853099A (zh) * | 2012-11-30 | 2014-06-11 | 发那科株式会社 | 具有被驱动体的位置修正功能的伺服控制装置 |
| CN106526483A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-03-22 | 西安交通大学 | 一种永磁同步电机可变惯量伺服特性测试系统及方法 |
| WO2018073873A1 (ja) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | 三菱電機株式会社 | サーボ制御装置 |
-
2000
- 2000-01-19 JP JP2000010569A patent/JP4448219B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| CN106526483B (zh) * | 2016-12-06 | 2023-04-07 | 西安交通大学 | 一种永磁同步电机可变惯量伺服特性测试系统及方法 |
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| JP4448219B2 (ja) | 2010-04-07 |
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