JP2003076408A - 数値制御装置、補間処理方法および工作機械 - Google Patents
数値制御装置、補間処理方法および工作機械Info
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Abstract
制御装置を提供する。 【解決手段】接続可能な複数の制御軸(170)に対し
て補間処理を行い得る数値制御装置(100)におい
て、制御軸に関する制御軸情報を記憶する制御軸情報記
憶手段(150)と、制御軸情報記憶手段から読込んだ
制御軸情報に基づき制御軸に応じて補間処理の間隔であ
る補間制御周期を設定する補間制御周期設定手段とを備
えることを特徴とする数値制御装置。補間制御周期を制
御軸に応じて設定したので、要求性能以上の補間処理を
削減でき、その結果生じたCPUの余裕分を他の処理に
有効活用できるようになった。
Description
を行う数値制御装置またはその補間処理方法に関するも
のである。また、その数値制御装置を備える工作機械に
関するものである。
わず、加工軸や送り軸等の複数の制御軸を備え、それら
が数値制御装置によって高精度に制御されている。この
ような工作機械のシステム構成例を図7に示す。図7の
数値制御装置は、サーボアンプX、Cとサーボモータ
X、Cとからなる高精度制御を可能とする高精度制御系
1と、高精度サーボアンプZとサーボモータZとからな
る同じく高精度制御を可能とする高精度制御系2とを数
値制御するものである。その数値制御装置は、輪郭のト
レースなど滑らかな曲線を描く動作を各制御軸に行わせ
る場合、所定の微小な制御周期(補間制御周期)毎に補
間処理を行い、高精度制御系1、2の各サーボアンプへ
位置指令を出して、各サーボモータを駆動制御する。
た一種類の補間制御周期に基づいて、CPUとその速度
管理基準用タイマであるリアルタイムクロック(以下、
「RTC」と称す。)により起動されていた。そして、
その補間処理は、指令対象であるすべての制御軸に対し
て、共通な補間制御周期で行われていた。
仕様によっては、高精度制御が必要な制御軸(例えば、
輪郭トレース軸など)と、高精度制御を必要としない制
御軸(例えばテーブル送り軸など)とが混在することも
現実には多い。しかし、従来の数値制御装置では、その
ような場合でさえ、両者を区別せずに、高精度を必要と
する制御軸に適合した補間制御周期を基準に、高精度制
御を必要としない制御軸の補間処理をも行っていた。
荷が不必要に大きくなり、CPUの余裕が少なく、工作
機械のさらなる多軸化、高速化、高精度化といった仕様
変更へ、容易には対応し難い状況にあった。また、補間
制御周期を短くした補間処理を実現するには、工作機械
側においても、転送速度の速いハード構成等が必要とな
る。そして、補間制御周期を全制御軸で共通とすると、
制御軸の特性に拘らず、すべての制御軸のハード構成を
高精度仕様とする必要が生じる。つまり、高精度を必要
としない制御軸に対しても、高精度なサーボアンプやサ
ーボモータ等を使用しなければならないことになる。こ
のことは、工作機械の過剰品質によるコスト高要因とな
り、好ましくなかった。
たものである。つまり、工作機械の仕様にあった補間処
理を行い、仕様変更に容易に対応可能な数値制御装置を
提供することを目的とする。また、その補間処理に適し
た補間処理方法、さらには、その数値制御装置を備えた
工作機械を提供することを目的とする。
課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、
制御軸の特性に応じた補間制御周期を適切に設定し、補
間処理を行うことを思いつき、本発明を完成させるに至
ったものである。 (数値制御装置)すなわち、本発明の数値制御装置は、
接続可能な複数の制御軸に対して補間処理を行い得る数
値制御装置において、前記制御軸に関する制御軸情報を
記憶する制御軸情報記憶手段と、該制御軸情報記憶手段
から読込んだ該制御軸情報に基づき該制御軸に応じて前
記補間処理の間隔である補間制御周期を設定する補間制
御周期設定手段とを備えることを特徴とする。
報に基づき、その制御軸に応じた補間制御周期が設定さ
れ、それに基づいて各制御軸の補間処理が為される。従
って、従来のように単一の補間制御周期で全制御軸の補
間処理がされていた場合に較べ、CPU等のハード資源
に不要な負荷を及すことがない。具体的にいうと、例え
ば、要求精度の高い制御軸と要求精度の低い制御軸とが
混在している工作機械を本発明の数値制御装置で数値制
御(補間処理)する場合、補間制御周期設定手段によ
り、前者の制御軸には短い補間制御周期が設定され、後
者の制御軸には長い補間制御周期が設定される。このよ
うに、要求精度の低い制御軸には、より長い補間制御周
期が設定される結果、少なくとも、その補間処理により
生じるCPU等の負荷は小さくなり、その分、CPU等
に余裕が生じる。この余裕を有効活用して、例えば、高
精度が要求される制御軸のさらなる高精度化を図っても
良いし、制御軸を追加してさらなる多軸化を図っても良
いし、割込み処理等のマルチタスク性をさらに向上させ
ても良い。なお、「補間処理」とは、各制御軸の補間制
御周期ごとの移動量を演算し、指令値を更新する処理で
ある。
装置に限らず、それによってなされる補間処理方法でも
良い。すなわち、本発明は、接続可能な複数の制御軸に
対して補間処理を行い得る数値制御装置において、前記
制御軸に関する制御軸情報を取得する制御軸情報取得ス
テップと、該制御軸情報取得ステップにより取得した該
制御軸情報に基づき該制御軸に応じて前記補間処理の間
隔である補間制御周期を設定する補間制御周期設定ステ
ップと、該補間制御周期設定ステップにより設定された
該補間制御周期に基づいて該制御軸の該補間処理を行う
補間処理ステップとを備えることを特徴とする補間処理
方法としても良い。
処理方法を実現する数値制御装置を備えた工作機械でも
良い。すなわち、本発明は、接続可能な複数の制御軸に
対して補間処理を行い得る数値制御装置を備える工作機
械において、前記数値制御装置は、前記制御軸に関する
制御軸情報を記憶する制御軸情報記憶手段と、該制御軸
情報記憶手段から読込んだ該制御軸情報に基づき該制御
軸に応じて前記補間処理の間隔である補間制御周期を設
定する補間制御周期設定手段とを備えることを特徴とす
る工作機械としてもよい。
ード構成は、数値制御装置側の制御軸情報に適したもの
とすることが好ましい。具体的には、工作機械の制御軸
を構成するサーボアンプおよび/またはサーボモータ
が、制御軸情報記憶手段に記憶された制御軸情報に適合
したものであると好適である。なぜなら、本発明による
と、制御軸の特性に応じた補間制御周期が設定されるた
め、各制御軸のハード構成はその補間制御周期に応じた
もので足り、例えば、要求精度の低い制御軸の場合な
ら、短い補間制御周期に対応した必要以上に高精度なサ
ーボアンプやサーボモータ等は不要である。また、それ
により、工作機械の低コスト化を図ることもできる。
は、数値制御装置によって数値制御される駆動系を意味
し、サーボモータ、サーボモータに制御電流を供給する
サーボアンプ等から構成されるものである。上記補間制
御周期設定手段または補間制御周期設定ステップによっ
て設定される補間制御周期は、各制御軸ごとに個別に設
定されるものでも良いし、要求精度等が同じ特定の制御
軸のグループごとに算出し設定されるものでも良い。
を記憶するものでも、長期的に記憶するものでも良く、
また、内部記憶装置でも外部記憶装置でも良い。具体的
には、ROM、RAMの他、各種半導体メモリ(シリコ
ンディスク含)、磁気ディスク(ハードディスク含)、
光ディスク等から構成できる。上記制御軸情報には、種
々のものを考えることができるが、例えば、制御軸の接
続されるインターフェイスの処理周期情報や制御軸に要
求される要求精度情報等である。
プ)は、前記制御軸毎のCPUの処理時間を処理周期で
除して求まるCPU負荷率の合計を所定範囲内とする最
適補間制御周期を算出する最適補間制御周期算出手段
(ステップ)を有すると好適である。数値制御装置の処
理能力は、CPUの能力に左右されることが多いから、
CPU負荷率に基づいて補間制御周期を設定することが
有効である。また、数値制御装置は、通常、補間処理以
外の種々の処理を行っている。そこで、前記CPU負荷
率の合計には、各割込み処理によるCPU負荷率を含め
て考えることが妥当である。
より具体的に説明する。 (ハード構成)本発明の実施形態に係る数値制御式の研
削盤1(工作機械)の全体構成図を図1に示す。研削盤
1は、非真円形状のカムシャフト(工作物)のカム面
を、プロフィールデータに基づいて研削するものであ
り、外部表示器10と、数値制御装置100と、といし
台軸170と、主軸172と、テーブル送り軸174と
からなる。
となるものであり、I/F110により数値制御装置1
00に接続されている。数値制御装置100は、I/F
(インターフェイス)110に接続されたCPU120
と、CPU120に接続されたROM130、シリコン
ディスク140及びRAM150とを有する。また、C
PU120には、サーボI/F160A及びサーボI/
F160Bが接続されている。
用サーボアンプ170Aと、それに接続されたといし台
用サーボモータ170Mとにより構成される。主軸17
2(制御軸)は、主軸用サーボアンプ172Aと、それ
に接続された主軸用サーボモータ172Mとにより構成
される。テーブル送り軸174(制御軸)は、テーブル
送り用サーボアンプ174Aと、それに接続されたテー
ブル送り用サーボモータ174Mとにより構成される。
と主軸用サーボアンプ172Aとは、通信ケーブル18
0Aを介して数値制御装置100のサーボI/F160
Aに接続されている。また、テーブル送り用サーボアン
プ174Aは、通信ケーブル180Bを介して数値制御
装置100のサーボI/F160Bに接続されている。
で、外部表示器10から入力設定された各種パラメータ
は、シリコンディスク140に書き込まれる。シリコン
ディスク140に格納される各種パラメータの内容は、
図2に示すようなものである。以下にその内容を説明す
る。
軸名称に対応した、接続の有無・要求精度・及びサーボ
I/F番号が記憶される。例えば、接続の有無として、
接続される軸には接続を示す“1”が、接続されていな
い軸には接続がないことを示す“0”が記憶される。ま
た、要求精度(要求精度情報)は精度のランクに応じ
て、各軸毎に、1から順に番号(整数値)が記憶され
る。接続されない軸の要求精度は、“0”と記憶され
る。そして、サーボI/F処理周期記憶領域140Dに
は、制御軸情報記憶領域140Aにリンクして、サーボ
I/F番号に対応した処理周期(処理周期情報)が記憶
されている。つまり、このサーボI/F番号を介して、
各サーボI/Fの処理周期が設定される。
よび制御軸Zの接続が有効となっており、それぞれ、図
1のといし台軸170、主軸172、テーブル送り軸1
74に対応する。また、本発明でいう制御軸情報記憶手
段は、シリコンディスク140、より具体的には、その
制御軸情報記憶領域140AとサーボI/F処理周期記
憶領域140Dとにより構成される。
40Bには、処理名称毎に、処理が有効な場合は、処理
有効を示す“1”が、処理が無効な場合は、処理無効を
示す“0”が記憶される。そして、割り込み処理情報記
憶領域140Eには、割り込み処理有効/無効記憶領域
140Bにリンクして、割込み処理名称に対応した処理
周期と処理時間とが記憶されている。
c、fの処理が有効となっている。なお、軸補間処理時
間記憶領域140Cには、最小補間処理時間が記憶され
ている。本実施形態の場合、それは0.1msecであ
り、各種の軸補間処理時間および割込み処理時間は、
0.1msec単位で扱われる。
ータは、電源立ち上げと共にCPU120によって、R
AM150の制御軸情報テーブル記憶領域150Aおよ
び割り込み処理情報テーブル記憶領域150Bに転送さ
れ、図3に示すような内容が記憶される。
記述されたシステムソフトで各種処理を行う。この際、
各軸の補間処理は、RAM150上に書き込まれた軸補
間制御周期に基づいて行なわれる。補間された位置信号
は位置制御の指令値となりサーボI/F160A及びサ
ーボI/F160Bを介して、各サーボアンプ170
A、172A、174Aを制御する。そして、各サーボ
アンプ170A、172A、174Aからは、各サーボ
モータ170M、172M、174Mを駆動するモータ
駆動電流が出力される。なお、上記RAM150、具体
的には、制御軸情報テーブル記憶領域150Aが、本発
明の制御軸情報記憶手段に相当すると考えることもでき
る。
間制御周期を求める演算を図4のフローチャート図を参
照しつつ説明する。ステップ500で、シリコンディス
ク140の制御軸情報記憶領域140A等に記憶されて
いるデータを読み出す(制御軸情報取得ステップ)。次
のステップ502で、その読み出したデータをRAM1
50の制御軸情報テーブル記憶領域150Aに書き込む
(図3参照)。同様に、次のステップ504で、シリコ
ンディスク140の割り込み処理有効/無効記憶領域1
40B等に記憶されているデータを読み出す。次のステ
ップ506で、その読み出したデータをRAM150の
割り込み処理情報テーブル記憶領域150Bに書き込む
(図3参照)。
処理数カウンタを1にセットする。次のステップ510
で、全数の割り込み処理を処理したかを判断する。処理
していない割り込み処理がある場合には、ステップ51
2に進み、その割り込み処理のCPU負荷率を次の
(1)式により演算する。 割り込み処理のCPU負荷率=処理時間/処理周期 (1)
なら、CPU負荷率は、0.1/2=0.05(5%)
となる。そして、ステップ514に進み、割り込み処理
数カウンタを1インクリメントし、ステップ510に戻
る。全割り込み処理についてCPU負荷率の演算を終え
ると、ステップ510からステップ520に進む。
た各割り込み処理のCPU負荷率を合計する。例えば、
本実施形態の場合なら、CPU負荷率の合計は、0.0
5(処理a)+0.05(処理b)+0.15(処理
c)+0.05(処理f)=0.30(30%)とな
る。
係数Kを1にセットする。次のステップ524で、軸数
カウンタMを1にセットする。そして、ステップ526
で、全軸のCPU負荷率の演算が完了したかを判断す
る。その演算が全軸について完了していない場合は、ス
テップ528に進み、各軸のCPU負荷率を次の(2)
式により演算する。 軸補間処理のCPU負荷率=軸補間処理時間 /(サーボI/F周期×K×要求精度)(2)
ンタMを1インクリメントし、ステップ526に戻る。
ステップ526で、全軸についてCPU負荷率の演算を
完了すると、ステップ532に進み、前ステップで演算
した各軸のCPU負荷率を合計する。さらに、ステップ
534で、ステップ532で求めた全軸のCPU負荷率
の合計と、ステップ520で求めた全割込み処理のCP
U負荷率の合計とを加算して、CPUの全負荷率を演算
する。
100%以上となる場合は、ステップ538に進み、軸
補間制御演算係数Kを1インクリメントして、ステップ
524に戻る。そして、ステップ524〜536の処理
を繰返す。そして、ステップ536でCPUの全負荷率
が100%未満(所定範囲内)となった場合、ステップ
540に進み、軸補間制御周期を次の(3)式により、
各軸毎に演算する。 軸補間制御周期=サーボI/F周期×K×要求精度 (3) 次に、ステップ542に進み、ステップ540で得られ
た演算結果(軸補間制御周期)をRAM150の制御軸
情報テーブル領域に書き込む。
は、上記ステップ522〜540が相当する。また、そ
の実行手段である本発明の補間制御周期設定手段または
最適補間制御周期算出手段は、そのプログラムを記憶し
たROM130と各制御軸情報を記憶したRAM150
とそれらを演算処理するCPU120とにより構成され
る。また、ステップ540により算出された各制御軸ご
との軸補間制御周期が、本発明でいう最適補間制御周期
に相当する。
適な軸補間制御周期を用いた補間処理について、図5の
フローチャートを参照しつつ説明する。ステップ201
で、CPU120がRAM150の制御軸情報テーブル
領域に書き込まれた軸補間制御周期を、各制御軸毎に読
込む。ステップ202で、各制御軸について、クロック
タイミングが軸補間制御周期に一致したかを判断する。
一致していないときはステップ204に進み、一致した
ときはステップ203に進んで、制御対象である制御軸
の目標位置を更新する。
置の更新が全制御軸に対して完了したかを判断する。そ
して、その更新が完了していないときは、ステップ20
1に戻り、同様の操作を繰返す。これらのステップ20
1〜204が、本発明の補間処理ステップに相当し、そ
のプログラムを記憶したROM130と各制御軸情報を
記憶したRAM150とそれらを演算処理するCPU1
20とで、その実行手段である補間処理手段が構成され
る。
6のタイミングチャートを参照しつつ説明する。各制御
軸の補間処理が各割込み処理に優先して行われる。そし
て、要求精度の高い制御軸X(といし台軸170)と制
御軸C(主軸172)は、短い軸補間制御周期で各補間
処理がなされている。一方、要求精度の比較的低い制御
軸Z(テーブル送り軸174)は、長い軸補間制御周期
(本実施形態では、上記軸補間制御周期の2倍)で補間
処理がなされている。つまり、各制御軸の要求精度に応
じて、最適な間隔で、各補間処理が行われる。
れていた制御軸Zの補間処理が間引かれ、その分を他の
処理(本実施形態では割込み処理c)に割当てることが
可能となった。そして、大幅にハード構成を変更等せず
とも、システム全体の処理を高速化することが可能とな
った。勿論、その発生した余裕分を、新たに追加した制
御軸の補間処理に利用することができる。つまり、さら
なる多軸化にも容易に対応可能となる。また、CPU1
20の空き時間に、優先度の低い割込み処理fを行うこ
とにより、一層CPU120の有効活用が可能となる。
変更可能としたことにより、要求精度に応じたハード構
成が可能となった。例えば、要求精度の低い制御軸系
(本実施形態では、サーボI/F160B、テーブル送
り用サーボアンプ174A、テーブル送り用サーボモー
タ174M)には、高性能の機器が不要となり、その分
コスト低減を実現できた。
140の制御軸情報記憶領域またはRAM150の制御
軸情報テーブルにある要求精度を、制御軸X、Cおよび
制御軸Zについて全て”1”としたが、比較的要求され
る精度の低い制御軸Zについて、その要求精度を例え
ば、”2”等にしても良い。逆に、高精度が要求される
制御軸X、Cについては、その要求される程度に応じ
て、要求精度を相対的に更に小さくして、軸補間制御周
期をより短く設定しても良い。
法によれば、制御軸情報に基づいて制御軸に適した補間
制御周期を設定し、その補間制御周期に基づいて制御軸
の補間処理を行う。このため、数値制御装置側のCPU
等のハード資源に余裕が生じ、その余裕を新たに有効活
用することで、制御軸のさらなる高精度化やさらなる多
軸化等が可能となる。
に加えて、制御軸のハード構成を数値制御装置側の制御
軸情報に適合したものとすることにより、必要以上に高
精度なサーボアンプやサーボモータ等が不要となり、工
作機械の低コスト化を図ることができる。
た研削盤の全体構成図である。
に格納される各種パラメータの詳細図である。
る各種パラメータの詳細図である。
理を示すフローチャート図である。
チャート図である。
図である。
(制御軸情報記憶手段) 150 RAM(制御軸情報
記憶手段) 120 CPU 160A、160B サーボI/F(イン
ターフェイス) 170 といし台軸(制御
軸) 172 主軸(制御軸) 174 テーブル送り軸(制
御軸) 170A、172A、174A サーボアンプ 170B、172B、174B サーボモータ
Claims (7)
- 【請求項1】接続可能な複数の制御軸に対して補間処理
を行い得る数値制御装置において、 前記制御軸に関する制御軸情報を記憶する制御軸情報記
憶手段と、 該制御軸情報記憶手段から読込んだ該制御軸情報に基づ
き該制御軸に応じて前記補間処理の間隔である補間制御
周期を設定する補間制御周期設定手段と、 を備えることを特徴とする数値制御装置。 - 【請求項2】前記制御軸情報は、前記制御軸の接続され
るインターフェイスの処理周期情報および/または該制
御軸に要求される要求精度情報を備える請求項1記載の
数値制御装置。 - 【請求項3】前記補間制御周期設定手段は、前記制御軸
毎のCPUの処理時間を処理周期で除して求まるCPU
負荷率の合計を所定範囲内とする最適補間制御周期を算
出する最適補間制御周期算出手段を有する請求項1記載
の数値制御装置。 - 【請求項4】前記CPU負荷率の合計は、各割込み処理
によるCPU負荷率を含む請求項3記載の数値制御装
置。 - 【請求項5】接続可能な複数の制御軸に対して補間処理
を行い得る数値制御装置において、 前記制御軸に関する制御軸情報を取得する制御軸情報取
得ステップと、 該制御軸情報取得ステップにより取得した該制御軸情報
に基づき該制御軸に応じて前記補間処理の間隔である補
間制御周期を設定する補間制御周期設定ステップと、 該補間制御周期設定ステップにより設定された該補間制
御周期に基づいて該制御軸の該補間処理を行う補間処理
ステップと、 を備えることを特徴とする補間処理方法。 - 【請求項6】接続可能な複数の制御軸に対して補間処理
を行い得る数値制御装置を備える工作機械において、 前記数値制御装置は、前記制御軸に関する制御軸情報を
記憶する制御軸情報記憶手段と、該制御軸情報記憶手段
から読込んだ該制御軸情報に基づき該制御軸に応じて前
記補間処理の間隔である補間制御周期を設定する補間制
御周期設定手段とを備えることを特徴とする工作機械。 - 【請求項7】前記制御軸は、前記制御軸情報記憶手段に
記憶された制御軸情報に適合したサーボアンプおよび/
またはサーボモータからなる請求項6記載の工作機械。
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CN109768738A (zh) * | 2017-11-07 | 2019-05-17 | 发那科株式会社 | 电动机控制装置、控制系统以及电动机控制方法 |
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