JP2002351514A - 手動操作装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工装置の手動操作に用いる手動ハンドルに
よる軸の駆動において、人が操作する為にハンドルの速
度ムラが発生する。速度ムラは移動する軸に対する対応
不可能な移動指令となる。軸の位置制御装置は応答が不
可能な為、位置偏差や振動を起こし不安定になる。この
ような現象が起こることを防止する。 【解決手段】 手動ハンドルの発生するパルス列をカウ
ントし、移動軸の制御装置に位置指令として指令する。
この時人が操作する為に速度ムラのある指令が発生す
る。この場合数値制御装置において、軸の応答可能な最
大加速度及び最大加加速度を規定する。これ以上の加速
度・加加速度が手動ハンドルより入力されても軸に指令
されないように、データをクリップ。移動指令が滑らか
な加速度を行うように変更し、軸の位置制御装置に指令
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工装置の制御装
置であり、特に研削、切削等の精密加工が必要な加工装
置の手動操作装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】研削、切削等を行う精密な加工装置にお
いて、加工の準備、試し加工等で装置の可動軸を手動に
より移動させる機会は多く、またこの際にも精密な移動
が必要である。

【０００３】図３で示す様な手動装置において、手動パ
ルス発生器３のハンドルの回転角度でパルス列を発生さ
せる手動パルス発生器を用いた手動操作が行われる。手
動パルス発生器の回転角度と可動軸の移動量との換算比
率は自由に任意の換算比率に変更できるように倍率スイ
ッチ１を設けてここで換算比率を決定し、多くの移動を
させたい場合には、換算比率の倍率を大きくし、多くの
移動を少ない回転角度で必要な可動軸の移動が行われる
ようにする。

【０００４】ここで、手動パルス発生器の回転角度と可
動軸の移動量との換算比率は可動軸の検出機構の分解能
の１パルスとの比率で表す。例えば可動軸の分解能が１
パルス＝０．００１［ｍｍ］である場合、換算比率の倍
率を１〜１００倍の任意の整数倍とし、例えば倍率が１
００倍ならば手動パルス発生器が発生する１パルスに対
し、可動軸が１００パルス＝０．１［ｍｍ］移動する。
一回転１００パルスの手動パルス発生器であれば１秒間
に１回転させれば、０．１［ｍｍ／ｓｅｃ］の速度で可
動軸が移動する。可動軸の位置制御装置はパルス列で目
標位置を指令され移動するので、手動パルス発生器のパ
ルス列から可動軸の移動量との換算は倍率スイッチの設
定に従い分周する分周器３０１を使用する機構である。
パルス列は分周器３０１でパイ率スイッチ２に従った比
率で分周され、可動軸制御装置６に送られる。可動軸制
御装置６はこの指令に従って、可動軸メカ機構７である
モータを使用して軸を駆動する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来例に
おいては、人が任意の速度で手動パルス発生器を回転さ
せる為、回転速度に“ムラ”が発生しやすく、従って移
動軸への目標指令にもムラが発生した。特に手動パルス
の回転角度から可動軸への換算比率が大きく、なおかつ
比較的ゆっくりと移動させる場合にはこの速度ムラは大
きくなる。速度ムラが発生した場合でも、従来例のよう
に倍率スイッチによる換算比率の変更が分周器を用いて
行う為その速度ムラは直接可動軸の制御装置に指令さ
れ、可動軸が速度ムラによる大きな加速度と加加速度の
変化に追従して移動しようとする。この時の加減速カー
ブが可動軸の応答範囲を超える加速度や加加速度を発生
させる場合には可動軸が追従しえず位置偏差を生じ、最
悪の場合には位置の制御が破綻する事がある。制御不能
に陥らない場合においても位置偏差により、例えば工具
をワークの近くに移動するよう場合には位置偏差でオー
バーシュートが起こると、接触事故が発生する可能性が
ある。特に可動軸がエアベアリングで支持され、リニア
モータで駆動するような非接触の制御対象である場合に
は、摩擦による影響がないので駆動時の制限は最大速度
では無く最大加速度である場合が多く、従来の様に速度
の制限では問題が生じる。

【０００６】また、加速度がモータの推力の限界を超え
るような場合には、位置偏差や制御の破綻が生じ、この
制限は重要である。加加速度についても、大きな加加速
度の変化、特に加速度の不連続点で発生する加加速度の
無限大点があるとインパルス状の衝撃が可動軸に加わる
為、位置偏差や可動軸の振動につながりやすい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転角度に応
じてパルス列を出力する手動パルス発生器を有し、手動
パルス発生器の出力するパルス列を目標移動量に換算し
て可動軸を移動する数値制御の手動操作装置であって、
前記パルス列と可動軸の移動量との換算比率を任意の規
定値に設定する切り替え手段を有し、可動軸の移動量を
前記換算比率で単位時間毎の目標指令に換算する計算手
段において、目標指令が可動軸の加速度と加加速度とを
任意の設定値の範囲内に納める計算手段を有する構成と
する事により、可動軸の加速度及び加加速度を任意の設
定範囲内に納めることが可能である為、可動軸の応答範
囲内に納めることが可能であり、可動軸の位置偏差の発
生を防ぐことができる。また、加減速による可動軸の駆
動源であるモータの負荷を一定範囲内に納めることも可
能である。更に、加速度及び加加速度を可動軸の応答可
能な最大値に規定した場合には、手動パルス発生器を用
いて、位置偏差や制御の破綻を生じることなく最大のパ
フォーマンスで可動軸を素早く移動させることが可能と
なる。

【０００８】また、加加速度の最大値を規定することに
より、加速度の切り替わりによる可動軸へのショックを
軽減し、無用な振動が発生することを防ぐことが可能で
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】手動パルス発生器３で発生するパ
ルス列は１回転の発生パルス数が１００であるエンコー
ダ内蔵の手動パルス発生器３で倍率スイッチ１の設定に
より倍率セレクタ２内の１パルスあたりの移動量が数値
制御装置５に送られる。手動パルス発生器３から出力さ
れたパルス列はカウンタ４でカウントされる。カウンタ
は３２ｂｉｔのアップダウンカウンタで任意の一定時間
Ｔ_ｃ＝５ｍｓｅｃ毎にカウンタ４の値が読み込まれる。

【００１０】数値制御装置５の処理について説明する。
手動モードスタート１０１で開始し、手動モードの開始
時には現在の可動軸の開始時目標位置ｘ_ｎｅｘｔおよび
仮の目標位置ｘ_ｄｍｙとしてそれぞれ別のメモリに記憶
する。

【００１１】１０３の処理において時間間隔Ｔｃになる
まで処理を待ち、Ｔ_ｃ毎にそれ以降の処理が行われる。
１０４の処理にて倍率セレクタ２の換算比率を読み込
む。１０５においてアップダウンカウンタであるカウン
タ４の値を読み込む。この値はカウンタ４が手動パルス
発生器の発生したパルス数をＴｃ間でカウントしたもの
で、任意の一定時間Ｔ_ｃ毎に発生するタイミングで演算
装置がカウンタを読み込むまでのＴ_ｃ間のパルス数を数
値演算装置５に転送する。１０６において換算比率とカ
ウンタの測定値からＴ_ｃｃ毎の可動軸の移動量ｓを算出
する。１０７において演算装置は算出された移動量ｓと
前述の開始時目標位置ｘ_ｎｅｘｔのメモリに入った値と
を加算し、新たなる次回の目標位置ｘ_ｎｅｘｔを算出す
る。１０８においてフィルタは演算装置のプログラムで
あるディジタルの１次ローパスフィルタ（ここではｆｃ
＝５Ｈｚ）であって、目標位置ｘ_ｎｅｘｔをフィルタリ
ングし、フィルタを通した値を目標位置ｘ_{ｆｉｌｔｅｒ}
とする。このフィルタリングにより人が手動パルス発生
器を回転される場合の回転ムラにより発生するパルス列
の速度ムラを平滑化し、速度ムラの影響を軽減する。１
０９で目標位置ｘ_{ｆｉ ｌｔｅｒ}と目標位置ｘ_ｄｍｙから
移動量ｓを算出する。 ｓ＝ｘ_{ｆｉｌｔｅｒ}−ｘ_ｄｍｙ ・・（１） １１０において目標位置ｘ_{ｆｉｌｔｅｒ}から目標位置ｘ
_ｄｍｙの補間計算を行う。目標位置をｘとすると補間計
算で規定する補間式は ｘ＝ａ＋ｂｔ＋ｃｔ^２＋ｄｔ^３ ・・（２） で表す。

【００１２】ここで計算された補間式は加速度及び加加
速度のクリップ手段である１１１のクリップ判断で判断
され、この補間式から算出されるｔ＝１の時の目標位置
ｘを１１３において次回の仮の目標位置ｘ_ｄｍｙとなる
ようにメモリされ、１１４で補間式の係数は可動軸の位
置制御装置に値が転送される。ここでＴｃ間の処理は終
了し、１１５で手動モードが終了していなければ再び処
理は１０３に移る。

【００１３】一方、１１４で転送されるコマンド及び多
項式の係数は、可動軸の位置制御を行う位置制御装置に
対しては同期タイミングＴｃ＝５ｍｓｅｃ毎に（２）式
で示す多項式の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄの形式で目標位置及
び移動のコマンドとして与えられる。ここでｔはＴｃ時
間を１とした無次元の値で［０≦ｔ≦１］の範囲で与え
られ、位置制御装置は任意のサンプリング間隔Ｔｓ＝
０．１ｍｓｅｃ毎にコマンドを与えられた時点からｔ＝
０，０．００２，０．００４・・・１の様に値をいれ算
出された目標位置に可動軸を移動する。

【００１４】ここで、前述の補間の係数の決定方法と１
１２の処理の加速度及び加加速度のクリップ方法につい
て説明する。補間式（２）式はＴ_ｃ間毎に計算される。
この時速度は（２）式を1階微分した式、 ｘ’＝ｂ＋２ｃｔ＋３ｄｔ^２ ・・（３） で与えられる。ここでの補間の条件として,補間式のつ
なぎ目において加速度が無限大になるのを防ぐためには
速度が不連続にならない事が条件である。各補間式のｔ
の範囲が［０≦ｔ≦１］で前回の補間式の係数を
ａ_−１，ｂ_−１，ｃ_−１，ｄ_−１としｔ＝１の値を算出
し今回の補間式の係数をａ_０，ｂ_０，ｃ_０，ｄ_０でｔ＝
０としてつなぎ目の値を算出すると ｂ_−１＋2ｃ_−１＋３ｄ_−１＝ｂ_０ ・・（４） と今回の係数が与えられる。

【００１５】また、最大加速度及び最大加加速度は
（２）式を２階及び３階微分し、それぞれ、 ｘ’’＝２ｃ＋６ｄｔ ・・（５） ｘ’’’＝６ｄ ・・（６） で求められる。加速度についても速度と同様に各Ｔ_ｃ毎
のつなぎ目において不連続にならないことがこの点にお
ける加加速度が無限大にならない条件である。したがっ
てつなぎ目において加速度の値が等しくする必要があ
る。そこで前回の補間式の係数と次回の補間式の件数を
前述の速度と同じように規定すると、 ２ｃ_−１＋６ｄ_−１＝２ｃ_０ ・・（７） となる。

【００１６】前述したようにｔの範囲は［０≦ｔ≦１］
としているので（５）式で示す加速度の最大値はｔ＝０
またはｔ＝１の場合である。しかし、ｔ＝０の場合には
前回の補間式のｔ＝１と同じ点で前回の補間において加
速度のクリップは行われているので加速度の最大値の設
定値をＡ_ｍａｘとすると、 ｜Ａ_ｍａｘ｜≦｜２ｃ＋６ｄ｜ ［ｔ＝１］ ・・（８） を満たす加速度を与える、また、加加速度の最大値も規
定されている。ここで仮に加加速度の規定最大値がＪ
_ｍａｘとすると（６）式より ｜Ｊ_ｍａｘ｜≦｜３ｄ｜ ・・（９） となるようにｄの値を調整する。

【００１７】ここで、今回の補間式の係数を求めると ａ_０＝ａ_−１＋ｂ_−１＋ｃ_−１＋ｄ_−１ ・・（１０） ｂ_０＝ｂ_−１＋２ｃ_−１＋６ｄ_−１ ・・（１１） ｃ_０＝ｃ_−１＋３ｄ_−１ ・・（１２） となるのでｄ０の与え方のみ考慮すればよい。

【００１８】今回の補間式においてｔ＝１の目標位置を
ｘ_１とすると ｄ_０＝ｘ_１−（ａ_−１＋２ｂ_−１＋４ｃ_−１＋１０ｄ_−１） ・・（１ ３） となるので、（７）（８）式の条件に合う場合はそのま
まの係数が可動軸制御装置に与えられる。もしも、条件
を満たさない（７）、（８）式よりＪ_ｍａｘ，Ａ _ｍａｘ
からｄ_０が算出される。しかしながら、ここで
Ｊ_ｍａｘ，Ａ_ｍａｘから算出されたｄ_０により算出され
るｘ_１は本当のｘ_１とは異なる加速度と加加速度をクリ
ップされた補間式により算出された目標位置となる。

【００１９】ここで計算されたｘ_１を１１４のように仮
の目標位置Ｘ_ｄｍｙに入れる。

【００２０】以上の作業をＴ_ｃ間隔で繰り返す。

【００２１】〔他の形態の形態例〕前述の形態例と数値
演算装置５内の処理が異なる。

【００２２】２０２の処理で手動モードの開始時には現
在の可動軸の開始時目標位置を次回の目標位置ｘ
_ｎｅｘｔおよび仮の目標位置ｘ_ｄｍｙとしてそれぞれ別
のメモリに記憶する。

【００２３】２０３の処理で可動軸処理装置６に対する
同期間隔Ｔ_ｓｙｎ＝５ｍｓｅｃの２倍の一定時間Ｔ_ｃ＝
１０ｍｓｅｃ時間を設定。任意の加速度と加加速度の設
定値Ａ_ｍａｘ・Ｊ_ｍａｘからＴｃ間で加速及び減速して
ステップを行うことが可能なステップ距離ｓ_ｍａｘを算
出する。

【００２４】２０４はタイマでありＴｃ時間になるまで
待ちＴｃ時間と共に処理を２０５に移す。処理２０５で
は倍率スイッチ１でセレクトされた倍率セレクタ２の換
算比率を読み込む。２０６ではアップダウンカウンタで
あるカウンタ４のＴｃ間に手動パルス発生器３で発生し
たパルス数を読み込む。

【００２５】２０７で換算比率とカウンタの測定値から
Ｔ_ｃ間の可動軸の移動量ｓ_ｎｅｘｔを算出する。次に２
０８で演算装置５は算出された移動量ｓ_ｎｅｘｔ前述の
開始時目標位置ｘ_ｎｅｘｔのメモリに入った値とを加算
し、新たなる次回の目標位置ｘ_ｎｅｘｔを算出する。ま
た、ここで新たに更新されたｘ_ｎｅｘｔから現在の仮の
目標位置ｘ_ｄｍｙとの差を新たなるｓ_ｎｅｘｔとして算
出する。この処理はあとで述べる２０９以降の処理で前
回のステップ量ｓ_ｎｅｘｔが加速度・加加速度の限界を
超えた場合のステップ量の残量を今回のステップで処理
する為の処理である。

【００２６】２０９において予め計算したｓ_ｍａｘとｓ
_ｎｅｘｔを比較する。比較結果ｓ_{ｎ ｅｘｔ}がｓ_ｍａｘを
超えた場合には２１０に処理を移し、そうでない場合に
は２１１に処理を移す。ここで２１０の処理でｓ
_ｎｅｘｔが大きい場合には指令が加速度または加加速度
の最大値を超えているので、これを超えない最大移動量
であるｓ_ｍａｘを移動量として処理する。２１１におい
ては移動量が加速度・加加速度の最大値を超えないの
で、そのままｓ_ｎｅｘｔをしようとする。２１０，２１
１においてステップ量を半分にし、加速分、減速分のス
テップ量に分け、Ｔｓｙｎ間の移動量に分ける。２１２
では加速分の移動量から、位置のオフセットである係数
ａを除くｂ，ｃ，ｄを算出する。２１３において算出し
た現在の目標位置を位置のオフセットａとして係数ａ〜
ｄ及び移動コマンドを可動軸制御装置６に転送する。次
に２１４で可動軸制御装置６との同期時間Ｔｓｙｎが経
過したかチェックし、経過した場合には２１５で減速分
の係数を算出し２１６で出力する。２１７においては今
回のステップ量を仮の目標位置ｘ_ｄｍｙに加算し、目標
位置を更新する。

【００２７】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、可動軸の加速度及び加加速度を任意の設
定範囲内に納めることが可能であり、したがって、可動
軸の応答範囲内に納めることが可能であり、可動軸の位
置偏差の発生を防ぐことができる。また、加減速による
可動軸の駆動源であるモータの負荷を一定範囲内に納め
ることも可能である。更に、加速度及び加加速度を可動
軸の応答可能な最大値に規定した場合には、手動パルス
発生器を用いて、位置偏差や制御の破綻を生じることな
く最大のパフォーマンスで可動軸を素早く移動させるこ
とが可能となる。

【００２８】また、この発明にあっては、加加速度の最
大値を規定することにより、加速度の切り替わりによる
可動軸へのショックを軽減し、無用な振動が発生するこ
とを防ぐことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における形態例を示す図である。

【図２】本発明における他の形態例を示す図である。

【図３】従来例を示した図である。

【符号の説明】 １ 倍率スイッチ ２ 倍率セレクタ ３ 手動パルス発生器 ４ カウンタ ５ 数値演算処理装置 ６ 可動軸制御装置 ７ 可動軸メカ機構 １０１〜１１６ 数値演算処理装置内処理ルーチン ２０１〜２１９ 数値演算処理装置内処理ルーチン ３０１ 分周器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転角度に応じてパルス列を出力する手
   動パルス発生器を有し、手動パルス発生器の出力するパ
   ルス列を目標移動量に換算して可動軸を移動する数値制
   御の手動操作装置であって、前記パルス列と可動軸の移
   動量との換算比率を任意の規定値に設定する切り替え手
   段を有し、可動軸の移動量を前記換算比率で単位時間毎
   の目標指令に換算する計算手段において、目標指令が可
   動軸の加速度と加加速度とを任意の設定値の範囲内に納
   める計算手段を有することを特徴とする数値制御の手動
   操作装置。
2. 【請求項２】 前記任意の加速度と加加速度が可動軸が
   遅滞無く応答可能な最大加速度及び最大加加速度である
   ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御の手動操作
   装置。