JP2004054838A

JP2004054838A - Work mass estimating device

Info

Publication number: JP2004054838A
Application number: JP2002215134A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Kojima; 小島　輝久
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately estimate inertia even when viscosity resistance and sliding resistance change due to environment or secular change. <P>SOLUTION: The work mass estimating device estimates work mass on the basis of information of torque and information of acceleration. It is composed so as to determine a work mass value estimated during acceleration, determine a work mass value estimated during decelerating, and regard an average value as the work mass. In such a constitution, since the viscosity resistance and sliding resistance are canceled out, the inertia (the work mass) can be accurately estimated even when the viscosity resistance and sliding resistance change due to the environment or secular change. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクの情報と加速度の情報とに基づいてワーク質量を推定するワーク質量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータによりメカ機構（例えばボールねじ等）を介してワークを移動させる各種の搬送装置やロボット等においては、ワークをある位置から他の位置へ移動させるサーボ制御を行うための制御装置が設けられている。この種の制御装置においては、ワーク（制御対象）の位置指令に対して実際の位置が一致するように制御が行われる構成となっている。このような制御装置として、ユーザが設定したワーク質量設定値に応じて制御の時定数を変えるように、例えばワーク質量設定値が軽いときは時定数を短くし、重いときは時定数を長くするように構成したものがある。
【０００３】
この構成の場合、ユーザが設定したワーク質量設定値が実際のワーク質量よりも軽い場合には、時定数が適正値よりも短くなってしまい、メカ機構部品の寿命の低減や、振動増加や、メカ機構の破損等が発生する可能性がある。このため、制御装置自身が、ワーク質量を正確に推定できることが好ましい。
【０００４】
ここで、ワーク質量を推定する周知の方法について、以下簡単に述べる。まず、上記した制御系においては、次の式が成り立つ。
【０００５】
トルク＝総イナーシャ×加速度＋粘性抵抗×速度＋摺動抵抗　　　　　（１）
ここで、総イナーシャは、ワーク質量のイナーシャ換算分とワーク無し時のイナーシャの和であるから、

ここで、ワーク無し時のイナーシャは、機械構成が決まれば、一義的に決まる値である。式（２）により、ワーク質量分のイナーシャを正確に求めるためには、粘性抵抗と摺動抵抗が既知である必要があるので、装置出荷時の測定値をパラメータとして予め与えておけば、イナーシャを推定することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、粘性抵抗や摺動抵抗は、装置の使用環境の温度によって大きく変化することがあるし、また、装置を使用していくうちに、メカ機構の摩耗・がたの影響によって変化することがあるので、上記した方法ではイナーシャ（即ち、ワーク質量）を正確に推定することができなかった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、粘性抵抗や摺動抵抗が環境や経年変化によって変化することがあっても、イナーシャを正確に推定することができるワーク質量推定装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のワーク質量推定装置は、トルクの情報と加速度の情報とに基づいてワーク質量を推定するものにおいて、加速時に推定したワーク質量値と、減速時に推定したワーク質量値との平均を求め、この平均値をワーク質量とするようにした。このように構成すると、粘性抵抗及び摺動抵抗をキャンセルすることができるので、粘性抵抗や摺動抵抗が環境や経年変化によって変化することがあっても、イナーシャを正確に推定することができる。
【０００９】
また、上記構成において、加速時にワーク質量を推定する場合、モータの加速度が設定値以上のときのデータを用いることが好ましい。更に、推定したワーク質量を、ユーザが設定したワーク質量と比較して、適切であるか否かを判断し、適切でないときには、報知して停止するように構成することも好ましい構成である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を搬送装置に適用した一実施例について、図面を参照しながら説明する。まず、本発明の原理について、図１に従って説明する。ここでは、説明を簡単にするために、加速度が一定で加速及び減速を実行するものとする。
【００１１】
加速時の速度Ｎ１のときの加速度をα、トルクをＴ１とし、減速時の同速度Ｎ１のときの加速度をα、トルクをＴ２とすると、それぞれのワーク質量イナーシャは、前記式（２）より、次の２つの式で表わされる。
【００１２】

従って、加速時のワーク質量イナーシャ推定値と、減速時のワーク質量イナーシャ推定値との平均は、次の式で表わされる。
【００１３】

この式（５）において、Ｔ１は加速に必要なトルクＴａに摺動抵抗分トルクと粘性抵抗分トルクとを足したものである。また、Ｔ２は減速に必要なトルク−Ｔａに摺動抵抗分トルクと粘性抵抗分トルクとを足したものである。このため、上記式（５）は次のようになる。
【００１４】

以上のことから、加速時のトルクと減速時のトルクの平均をとることにより、粘性抵抗及び摺動抵抗をキャンセルすることができ、加減速に使用されたトルク分だけが求まることがわかる。このトルクを加速度で割って、ワーク無し時のイナーシャを引けば、ワーク重量分のイナーシャが求まる。尚、この場合、直線加減速の例で説明したが、Ｓ字加減速の場合も同様に説明することができる。
【００１５】
また、上述した説明では、加減速の途中のある速度Ｎ１に対して説明したが、ワーク質量の推定精度を高めるために、加速度が設定値以上になった後、所定のサンプリング周期毎に複数回計算して、それらの平均を取るように構成することが好ましい。以下、このように構成した実施例を具体的に説明する。
【００１６】
まず、本実施例の搬送装置の機械的構成について図２を参照して説明する。この図２に示すように、搬送装置１は、ベース２と、このベース２上に設けられたリニアガイド３と、このリニアガイド３上に移動可能に設けられたテーブル４と、このテーブル４をリニアガイド３のボールねじ５を介して移動駆動するモータ６とを備えて構成されている。
【００１７】
そして、上記テーブル４の上に、ワーク７が載置されて固定されている。尚、モータ６のシャフト６ａと、ボールねじ５は、カップリング８を介して連結されている。また、モータ６は、サーボモータで構成されており、エンコーダ６ｂ（図３参照）を備えている。
【００１８】
次に、上記モータ６をサーボ制御する制御装置について、図３のブロック図を参照して説明する。図３に示すように、制御装置８は、数値制御部（ＮＣ）９と、サーボアンプ１０とから構成されている。尚、サーボアンプ１０の電気的構成は、従来周知のサーボアンプの構成とほぼ同じである。
【００１９】
上記数値制御部９は、モーションコントロール部１１と、位置カウンタ１２と、ワーク質量推定部（ワーク質量推定装置）１３とから構成されている。モーションコントロール部１１は、例えば加工プログラムを解釈して位置指令Ｓａを生成し、この位置指令Ｓａをサーボアンプ１０へ送るように構成されている。これと共に、モーションコントロール部１１は、モータ６のエンコーダ６ｂから出力された位置フィードバックＳｂを位置カウンタ１２によりカウントして得られた位置情報（カウント結果）Ｓｃを受け取り、この位置情報Ｓｃに基づいて現在位置を認識し、加工プログラムを進めていくように構成されている。
【００２０】
また、ワーク質量推定部１３は、サーボアンプ１０からのトルク情報Ｔ（ｎ）と、位置カウンタ１２からの位置情報Ｓｃと、モーションコントロール部１１からの加減速情報Ｓｄとを受け取り、これらの情報に基づいて、後述するようにしてワーク重量を推定するように構成されている。
【００２１】
また、サーボアンプ１０は、モーションコントロール部１１からの位置指令Ｓａ通りモータ６が動作するように、モータ６の電流を制御するように構成されている。具体的には、サーボアンプ１０の加算器１４において、位置指令Ｓａと実際の位置（エンコーダ６ｂからの位置フィードバックＳｂ）との位置偏差Ｓｅが算出され、この位置偏差Ｓｅに位置ループゲインＫｐを乗ずることにより、速度指令Ｓｆが算出される。
【００２２】
そして、加算器１５において、上記速度指令Ｓｆと実際の速度（エンコーダ６ｂからの位置フィードバックを微分回路１８で微分して得られた速度）Ｓｇとの速度偏差Ｓｈが算出される。この速度偏差Ｓｈに速度ループ比例ゲインＫｖｐを乗ずることにより得られた電流指令（比例）Ｓｉと、上記速度指令Ｓｆを積分回路１９により積分して、その積分結果に速度ループ積分ゲインＫｖｉを乗ずることにより得られた電流指令（積分）Ｓｊとを、加算器１６により加算することにより、電流指令Ｓｋが算出される。そして、この電流指令Ｓｋにしたがうように電流制御部１７によりモータ６が通電制御される構成となっている。また、電流制御部１７は、モータ６の電流情報、即ち、トルク情報Ｔ（ｎ）を数値制御部９のワーク質量推定部１３へ与えるように構成されている。
【００２３】
次に、ワーク質量推定部１３の制御内容について、図４及び図５のフローチャートを参照して説明する。この図４及び図５のフローチャートにおいて使用されている各記号は、次の３つのグループに分類されて定義されている。まず、機械固有パラメータとして、Ｎｏｋ：ワーク質量推定計算個数許容値、Ｗｅｒｒ：ユーザ設定ワーク質量の許容誤差［ｋｇ］、αｓｔ：ワーク質量推定開始角加速度［ｒａｄ／ｓｅｃ^２］、Ｊ：ワーク無し時の総イナーシャ［ｋｇ・ｍ^２］、Ａ：加速度を角加速度に変換する係数［ｒａｄ／ｓｅｃ^２］、Ｂ：ワーク質量をモータ軸換算イナーシャに変換するパラメータ［ｋｇ・ｍ^２／ｋｇ］がある。また、ユーザ設定パラメータとして、Ｗｓｅｔ：ユーザが設定するワーク質量［ｋｇ］がある。
【００２４】
また、内部レジスタとして、Ｎａｃｃ：加速時のワーク質量計算個数カウンタ、Ｎｄｅｃ：減速時のワーク質量計算個数カウンタ、Ｗａｃｃ：加速時のワーク質量累積［ｋｇ］、Ｗｄｅｃ：減速時のワーク質量累積［ｋｇ］、Ｐ（ｎ）：ｎ時の位置カウンタ［ｐｕｌｓｅ］、Δｔ：サンプリング時間［ｓｅｃ］、Ｆ（ｎ）：ｎ時の速度［ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃ］、α（ｎ）：ｎ時の角加速度［ｒａｄ／ｓｅｃ^２］、Ｊａｌｌ（ｎ）：ｎ時の総イナーシャ推定値［ｋｇ・ｍ^２］、Ｗ（ｎ）：ｎ時のワーク質量推定値［ｋｇ］、Ｗ：ワーク質量推定加減速平均［ｋｇ］がある。
【００２５】
そして、本実施例のワーク質量推定の制御においては、推定精度を上げるために、加速度がある設定値以上になったときに、ワーク質量計算を実行している。また、計算個数が少ないと、推定精度が低下するため、加減速終了後において、加速時、減速時のそれぞれの計算個数が設定値以下の場合には、ワーク質量推定処理を中断するように構成されている。以下、図４、図５のフローチャートに従って、ワーク質量推定処理の制御について説明する。
【００２６】
まず、図４のステップＳ１において、４つの内部レジスタＮａｃｃ、Ｎｄｅｃ、Ｗａｃｃ、Ｗｄｅｃをクリアする。そして、ステップＳ２へ進み、加速開始したか否かを判断する。ここで、加速開始したときには、ステップＳ２にて「ＹＥＳ」へ進み、速度Ｆ（ｎ）の計算と、角加速度α（ｎ）の計算を実行する（ステップＳ３）。
【００２７】
続いて、ステップＳ４へ進み、角加速度α（ｎ）の絶対値が設定値αｓｔ以上であるか否かを判断する。ここで、角加速度α（ｎ）の絶対値が設定値αｓｔ以上であれば、ステップＳ４にて「ＹＥＳ」へ進み、ワーク質量を推定する計算を実行する（ステップＳ５）。この場合、総イナーシャ推定の計算と、ワーク質量推定の計算と、ワーク質量累積の計算と、加速時計算回数の累積の計算とを実行するように構成されている。
【００２８】
そして、ステップＳ６へ進み、加速が終了したか否かを判断するようになっている。ここで、加速が終了していない場合には、ステップＳ６にて、「ＮＯ」へ進み、ステップＳ３へ戻るように構成されている。これにより、ワーク質量推定の計算処理（ステップＳ３、Ｓ５）が所定のサンプリング周期で複数回実行されるようになっている。尚、ステップＳ４にて、角加速度α（ｎ）の絶対値が設定値αｓｔ以上でないときには、「ＮＯ」へ進み、ステップＳ６へ進む。
【００２９】
さて、加速が終了したら、ステップＳ６にて「ＹＥＳ」へ進み、図５のステップＳ７へ進み、減速開始したか否かを判断する。ここで、減速開始したときには、ステップＳ７にて「ＹＥＳ」へ進み、速度Ｆ（ｎ）の計算と、角加速度α（ｎ）の計算を実行する（ステップＳ８）。
【００３０】
続いて、ステップＳ９へ進み、角加速度α（ｎ）の絶対値が設定値αｓｔ以上であるか否かを判断する。ここで、角加速度α（ｎ）の絶対値が設定値αｓｔ以上であれば、ステップＳ９にて「ＹＥＳ」へ進み、ワーク質量を推定する計算を実行する（ステップＳ１０）。この場合、総イナーシャ推定の計算と、ワーク質量推定の計算と、ワーク質量累積の計算と、減速時計算回数の累積の計算とを実行するように構成されている。
【００３１】
そして、ステップＳ１１へ進み、減速が終了したか否かを判断するようになっている。ここで、減速が終了していない場合には、ステップＳ１１にて、「ＮＯ」へ進み、ステップＳ８へ戻るようになっている。これにより、ワーク質量推定の計算処理（ステップＳ８、Ｓ１０）が所定のサンプリング周期で複数回実行されるようになっている。尚、ステップＳ９にて、角加速度α（ｎ）の絶対値が設定値αｓｔ以上でないときには、「ＮＯ」へ進み、ステップＳ１１へ進む。
【００３２】
さて、減速が終了したら、ステップＳ１１にて「ＹＥＳ」へ進み、加速時の推定計算回数並びに減速時の推定計算回数がそれぞれ予め設定された設定回数Ｎｏｋ（ワーク質量推定計算個数許容値）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。ここで、加減速時の推定計算回数が設定回数Ｎｏｋ以上でない場合には、ステップＳ１２にて「ＮＯ」へ進み、ワーク質量の推定処理を終了（中止）するように構成されている。
【００３３】
これに対して、ステップＳ１２にて、加減速時の推定計算回数がそれぞれ設定回数Ｎｏｋ以上であるときは、「ＹＥＳ」へ進み、加減速時の各ワーク質量の推定値の平均を計算する（ステップＳ１３）。この場合、加速時に計測した複数のワーク質量の推定値の平均を計算すると共に、減速時に計測した複数のワーク質量の推定値の平均を計算し、更に、これら２つの平均値の平均を計算しており、この平均値をワーク質量の推定値Ｗとしている。
【００３４】
そして、ステップＳ１４へ進み、上記求めたワーク質量の推定値Ｗと、ユーザが設定したワーク質量Ｗｓｅｔとを比較し、上記ワーク質量の推定値Ｗがユーザが設定したワーク質量Ｗｓｅｔよりも、予め設定された許容誤差Ｗｅｒｒ以上重いか否かを判断する。ここで、上記推定値Ｗが許容誤差Ｗｅｒｒ以上重くなければ、ステップＳ１４にて「ＮＯ」へ進み、ワーク質量推定処理を終了する。
【００３５】
これに対して、上記推定値Ｗが許容誤差Ｗｅｒｒ以上重いときには、ステップＳ１４にて「ＹＥＳ」へ進み、ワーク質量の設定エラー処理へ移行するように構成されている。この場合、上記ワーク質量の推定値Ｗがユーザが設定したワーク質量Ｗｓｅｔよりも許容誤差Ｗｅｒｒ以上重いときは、機械振動が増え、加工精度が悪化し、また、ボールねじやガイド等にダメージを与えて寿命を短くしてしまう等の不具合が発生することがあるためである。
【００３６】
そこで、このような場合には、ワーク質量の設定エラー処理へ移行し、例えば、表示装置の画面に警告を表示したり、アラーム音を鳴動させて装置の動作を停止させたりするように構成されている。尚、ユーザが設定したワーク質量設定値を実際のワーク質量値（推定値Ｗ）に自動的に書き換えると共に、実際のワーク質量に合った時定数に自動的に切り替えるように構成しても良い。
【００３７】
さて、本実施例によってワーク質量を推定（測定）した実測結果を、図６に示す。この図６において、太い実線Ｌ１はモータの速度を示し、細い実線Ｌ２はモータのトルクを示し、破線Ｌ３はモータの角加速度を示している。また、黒い小さい丸のマーク（点）はワーク質量の推定値（計算値）を示し、横線Ｈ１は加速時のワーク質量推定値の平均値を示し、横線Ｈ２は減速時のワーク質量推定値の平均値を示している。
【００３８】
上記図６によれば、加速時のワーク質量推定値の平均値（Ｈ１）が２５５ｋｇであると共に、減速時のワーク質量推定値の平均値（Ｈ２）が１２９ｋｇであるから、これら２つの平均値の平均、即ち、ワーク質量推定値は、１９２ｋｇとなる。これに対して、実際のワークの質量は、１９４ｋｇであることから、上記求めたワーク質量推定値は、かなり正確であることがわかる。
【００３９】
尚、上記実施例においては、モータの加速度（の絶対値）がある設定値以上になったときに、ワーク質量計算を実行するように構成したが、これに代えて、モータのトルクがある設定値以上になったときに、ワーク質量計算を実行するように構成しても良い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は以上の説明から明らかなように、加速時に推定したワーク質量値と、減速時に推定したワーク質量値との平均を求め、この平均値をワーク質量とするように構成したので、粘性抵抗及び摺動抵抗をキャンセルすることが可能となり、粘性抵抗や摺動抵抗が環境や経年変化によって変化することがあっても、イナーシャ、即ち、ワーク質量を正確に推定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すものであり、直線加減速時の速度とトルクの関係を示す特性図
【図２】搬送装置の側面図
【図３】制御装置のブロック図
【図４】フローチャート（その１）
【図５】フローチャート（その２）
【図６】ワーク質量推定の実測値を示す図
【符号の説明】
１は搬送装置、２はベース、３はリニアガイド、４はテーブル、５はボールねじ、６はモータ、６ｂはエンコーダ、７はワーク、８は制御装置、９は数値制御部、１０はサーボアンプ、１１はモーションコントロール部、１２は位置カウンタ、１３はワーク質量推定部（ワーク質量推定装置）を示す。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a work mass estimating device that estimates a work mass based on torque information and acceleration information.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Various types of transfer devices and robots that move a work through a mechanical mechanism (for example, a ball screw or the like) by a motor are provided with a control device that performs servo control that moves the work from one position to another position. I have. In this type of control device, the control is performed such that the actual position matches the position command of the work (control target). As such a control device, the time constant of the control is changed according to the work mass set value set by the user, for example, the time constant is shortened when the work mass set value is light, and the time constant is increased when the work mass set value is heavy. Some are configured as follows.
[0003]
In the case of this configuration, when the work mass set value set by the user is lighter than the actual work mass, the time constant becomes shorter than an appropriate value, and the life of the mechanical mechanism components is reduced, the vibration is increased, The mechanical mechanism may be damaged. For this reason, it is preferable that the control device itself can accurately estimate the work mass.
[0004]
Here, a well-known method for estimating the work mass will be briefly described below. First, in the control system described above, the following equation is established.
[0005]
Torque = total inertia x acceleration + viscous resistance x speed + sliding resistance (1)
Here, the total inertia is the sum of the inertia conversion amount of the work mass and the inertia without the work,

Here, the inertia when there is no work is a value uniquely determined when the machine configuration is determined. According to the equation (2), in order to accurately obtain the inertia corresponding to the work mass, it is necessary that the viscous resistance and the sliding resistance are known. Can be estimated.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, viscous resistance and sliding resistance can vary greatly depending on the temperature of the environment in which the device is used, and during use of the device, it can change due to wear and play of the mechanical mechanism. For this reason, the inertia (that is, the mass of the work) cannot be accurately estimated by the above method.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to estimate a work mass that can accurately estimate inertia even when viscous resistance or sliding resistance changes due to the environment or aging. In providing the device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The work mass estimating device of the present invention estimates the work mass based on the information of the torque and the information of the acceleration, and calculates an average of the work mass value estimated during the acceleration and the work mass value estimated during the deceleration, This average value was used as the work mass. With this configuration, since the viscous resistance and the sliding resistance can be canceled, the inertia can be accurately estimated even if the viscous resistance and the sliding resistance change due to the environment and aging.
[0009]
Further, in the above configuration, when estimating the work mass at the time of acceleration, it is preferable to use data when the motor acceleration is equal to or higher than a set value. Further, it is also preferable that the estimated work mass is compared with a work mass set by the user to determine whether or not the work mass is appropriate.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a transport apparatus will be described with reference to the drawings. First, the principle of the present invention will be described with reference to FIG. Here, for simplicity of explanation, it is assumed that acceleration and deceleration are executed with constant acceleration.
[0011]
Assuming that the acceleration at the speed N1 during acceleration is α and the torque is T1, and the acceleration at the same speed N1 during deceleration is α and the torque is T2, each work mass inertia can be calculated from the above equation (2). It is represented by the following two equations.
[0012]

Therefore, the average of the estimated value of the workpiece mass inertia during acceleration and the estimated value of the workpiece mass inertia during deceleration is expressed by the following equation.
[0013]

In this equation (5), T1 is the sum of the torque Ta required for acceleration and the torque for sliding resistance and the torque for viscous resistance. T2 is a value obtained by adding a torque for sliding resistance and a torque for viscous resistance to the torque -Ta required for deceleration. Therefore, the above equation (5) becomes as follows.
[0014]

From the above, it is understood that by averaging the torque during acceleration and the torque during deceleration, the viscous resistance and the sliding resistance can be canceled, and only the torque used for acceleration / deceleration can be obtained. If this torque is divided by the acceleration and the inertia when there is no work is subtracted, the inertia corresponding to the weight of the work is obtained. In this case, the example of the linear acceleration / deceleration has been described. However, the case of the S-shaped acceleration / deceleration can be similarly described.
[0015]
Further, in the above description, a description has been given for a certain speed N1 during acceleration / deceleration. However, in order to improve the accuracy of estimating the mass of the work, after the acceleration has become equal to or more than the set value, a plurality of times are performed at predetermined sampling intervals. It is preferable to calculate and average them. Hereinafter, the embodiment configured as described above will be specifically described.
[0016]
First, the mechanical configuration of the transport device of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the transport device 1 includes a base 2, a linear guide 3 provided on the base 2, a table 4 movably provided on the linear guide 3, and a table 4. And a motor 6 that is driven to move via the ball screw 5 of the linear guide 3.
[0017]
The work 7 is placed and fixed on the table 4. The shaft 6a of the motor 6 and the ball screw 5 are connected via a coupling 8. The motor 6 is formed of a servomotor, and includes an encoder 6b (see FIG. 3).
[0018]
Next, a control device for servo-controlling the motor 6 will be described with reference to the block diagram of FIG. As shown in FIG. 3, the control device 8 includes a numerical control unit (NC) 9 and a servo amplifier 10. The electrical configuration of the servo amplifier 10 is almost the same as the configuration of a conventionally known servo amplifier.
[0019]
The numerical control unit 9 includes a motion control unit 11, a position counter 12, and a work mass estimating unit (work mass estimating device) 13. The motion control unit 11 is configured to, for example, interpret a machining program to generate a position command Sa, and send the position command Sa to the servo amplifier 10. At the same time, the motion control unit 11 receives position information (count result) Sc obtained by counting the position feedback Sb output from the encoder 6b of the motor 6 by the position counter 12, and based on the position information Sc, It is configured to recognize the position and advance the machining program.
[0020]
Further, the work mass estimating unit 13 receives the torque information T (n) from the servo amplifier 10, the position information Sc from the position counter 12, and the acceleration / deceleration information Sd from the motion control unit 11, and receives these information. On the basis of this, the work weight is estimated as described later.
[0021]
Also, the servo amplifier 10 is configured to control the current of the motor 6 so that the motor 6 operates according to the position command Sa from the motion control unit 11. Specifically, the adder 14 of the servo amplifier 10 calculates the position deviation Se between the position command Sa and the actual position (the position feedback Sb from the encoder 6b), and multiplies the position deviation Se by the position loop gain Kp. Thus, the speed command Sf is calculated.
[0022]
Then, the adder 15 calculates a speed deviation Sh between the speed command Sf and the actual speed (speed obtained by differentiating the position feedback from the encoder 6b by the differentiating circuit 18) Sg. A current command (proportional) Si obtained by multiplying the speed deviation Sh by a speed loop proportional gain Kvp and the speed command Sf are integrated by an integration circuit 19, and the integration result is multiplied by a speed loop integration gain Kvi. The current command Sk is calculated by adding the current command (integral) Sj obtained by the above-described equation (1) to the adder 16. The current control section 17 controls the motor 6 to be energized in accordance with the current command Sk. The current control unit 17 is configured to provide current information of the motor 6, that is, torque information T (n) to the work mass estimation unit 13 of the numerical control unit 9.
[0023]
Next, control contents of the work mass estimating unit 13 will be described with reference to flowcharts of FIGS. The symbols used in the flowcharts of FIGS. 4 and 5 are defined by being classified into the following three groups. First, as machine-specific parameters, Nok: allowable number of workpiece mass estimation calculation numbers, Werr: allowable error of user-set workpiece mass [kg], αst: workpiece mass estimation start angular acceleration [rad / sec ² ], J: no workpiece , Total inertia [kg · m ² ], A: coefficient [rad / sec ² ] for converting acceleration into angular acceleration, and B: parameter [kg · m ² / kg] for converting the work mass into motor axis converted inertia. . The user setting parameter includes Wset: work mass [kg] set by the user.
[0024]
Also, as internal registers, Nacc: work mass calculation number counter during acceleration, Ndec: work mass calculation number counter during deceleration, Wacc: work mass accumulation during acceleration [kg], Wdec: work mass accumulation during deceleration [kg] ], P (n): position counter [pulse] at n time, Δt: sampling time [sec], F (n): speed [pulse / sec] at n time, α (n): angular acceleration at n time [ rad / sec ² ], Jall (n): Total inertia estimated value at n time [kg · m ² ], W (n): Work mass estimated value at n time [kg], W: Work mass estimated acceleration / deceleration average [ kg].
[0025]
In the control of the work mass estimation according to the present embodiment, the work mass calculation is executed when the acceleration exceeds a certain set value in order to increase the estimation accuracy. In addition, if the number of calculations is small, the estimation accuracy will be reduced, and after acceleration / deceleration, if the number of calculations at acceleration or deceleration is less than the set value, the work mass estimation process is interrupted. Have been. Hereinafter, control of the work mass estimation process will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
[0026]
First, in step S1 of FIG. 4, the four internal registers Nacc, Ndec, Wacc, and Wdec are cleared. Then, the process proceeds to step S2, where it is determined whether or not acceleration has started. Here, when the acceleration is started, the process proceeds to “YES” in step S2, and the calculation of the speed F (n) and the calculation of the angular acceleration α (n) are executed (step S3).
[0027]
Subsequently, the process proceeds to step S4, and it is determined whether or not the absolute value of the angular acceleration α (n) is equal to or more than the set value αst. Here, if the absolute value of the angular acceleration α (n) is equal to or larger than the set value αst, the process proceeds to “YES” in step S4, and a calculation for estimating the work mass is executed (step S5). In this case, the calculation of the total inertia estimation, the calculation of the work mass estimation, the calculation of the work mass accumulation, and the calculation of the accumulation of the number of calculations during acceleration are executed.
[0028]
Then, the process proceeds to step S6, where it is determined whether or not the acceleration has been completed. Here, when the acceleration is not completed, the process proceeds to "NO" in step S6, and returns to step S3. Thereby, the calculation processing (steps S3 and S5) of the work mass estimation is performed a plurality of times at a predetermined sampling cycle. If the absolute value of the angular acceleration α (n) is not equal to or larger than the set value αst in step S4, the process proceeds to “NO” and proceeds to step S6.
[0029]
When the acceleration is completed, the process proceeds to “YES” in step S6, proceeds to step S7 in FIG. 5, and determines whether or not deceleration has started. Here, when the deceleration is started, the process proceeds to "YES" in step S7, and the calculation of the speed F (n) and the calculation of the angular acceleration α (n) are executed (step S8).
[0030]
Subsequently, the process proceeds to step S9, and it is determined whether or not the absolute value of the angular acceleration α (n) is equal to or more than the set value αst. Here, if the absolute value of the angular acceleration α (n) is equal to or larger than the set value αst, the process proceeds to “YES” in step S9, and the calculation for estimating the work mass is executed (step S10). In this case, the calculation of the total inertia estimation, the calculation of the work mass estimation, the calculation of the work mass accumulation, and the calculation of the accumulation of the number of calculations at the time of deceleration are executed.
[0031]
Then, the process proceeds to step S11, and it is determined whether or not the deceleration has been completed. If the deceleration has not been completed, the process proceeds to "NO" in step S11, and returns to step S8. Thereby, the calculation processing (steps S8 and S10) of the work mass estimation is executed a plurality of times in a predetermined sampling cycle. If the absolute value of the angular acceleration α (n) is not equal to or larger than the set value αst in step S9, the process proceeds to “NO” and proceeds to step S11.
[0032]
When the deceleration is completed, the process proceeds to "YES" in step S11, and the number of estimated calculations at the time of acceleration and the number of estimated calculations at the time of deceleration are each equal to or greater than the preset number of times Nok (allowable number of workpiece mass estimation calculation number). It is determined whether or not there is (step S12). Here, if the estimated number of calculations during acceleration / deceleration is not equal to or greater than the set number of times Nok, the process proceeds to “NO” in step S12, and the processing for estimating the work mass is terminated (stopped).
[0033]
On the other hand, in step S12, when the estimated number of calculations at the time of acceleration / deceleration is equal to or greater than the set number of times Nok, the process proceeds to “YES”, and the average of the estimated values of the respective workpiece masses at the time of acceleration / deceleration is calculated ( Step S13). In this case, the average of the estimated values of the plurality of workpieces measured during acceleration is calculated, the average of the estimated values of the plurality of workpieces measured during deceleration is calculated, and the average of these two averages is calculated. The average value is used as the estimated value W of the work mass.
[0034]
Then, the process proceeds to step S14, in which the obtained estimated value W of the work mass is compared with the work mass Wset set by the user, and the estimated value W of the work mass is set in advance to be larger than the work mass Wset set by the user. It is determined whether or not the weight is greater than or equal to the allowable error Werr. Here, if the estimated value W is not heavier than the allowable error Werr, the process proceeds to “NO” in step S14, and the work mass estimation processing ends.
[0035]
On the other hand, when the estimated value W is heavier than the allowable error Werr, the process proceeds to "YES" in step S14, and the process shifts to a work mass setting error process. In this case, when the estimated value W of the work mass is heavier than the work mass Wset set by the user by the allowable error Werr or more, the mechanical vibration increases, the machining accuracy deteriorates, and the ball screw or the guide is damaged. This may cause problems such as shortening the service life.
[0036]
Therefore, in such a case, the processing is shifted to the work mass setting error processing, and for example, a warning is displayed on the screen of the display device, or the operation of the device is stopped by sounding an alarm sound. ing. The work mass set value set by the user may be automatically rewritten to the actual work mass value (estimated value W) and automatically switched to a time constant suitable for the actual work mass.
[0037]
FIG. 6 shows an actual measurement result obtained by estimating (measuring) the work mass according to the present embodiment. In FIG. 6, a thick solid line L1 indicates the speed of the motor, a thin solid line L2 indicates the torque of the motor, and a broken line L3 indicates the angular acceleration of the motor. Further, black small circle marks (points) indicate the estimated value (calculated value) of the work mass, the horizontal line H1 indicates the average value of the estimated work mass during acceleration, and the horizontal line H2 indicates the estimated value of the work mass during deceleration. The average value is shown.
[0038]
According to FIG. 6, the average value (H1) of the estimated work mass value during acceleration is 255 kg, and the average value (H2) of the estimated work mass value during deceleration is 129 kg. , That is, the estimated work mass value is 192 kg. On the other hand, since the actual mass of the work is 194 kg, it can be seen that the estimated work mass value obtained above is fairly accurate.
[0039]
In the above-described embodiment, the work mass calculation is executed when the acceleration (absolute value) of the motor becomes equal to or greater than a certain set value. The configuration may be such that the work mass calculation is executed when the value exceeds the value.
[0040]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the present invention obtains the average of the work mass value estimated during acceleration and the work mass value estimated during deceleration, and is configured to use this average value as the work mass. And the sliding resistance can be canceled, so that even if the viscous resistance or the sliding resistance changes due to the environment or aging, the inertia, that is, the work mass can be accurately estimated. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and is a characteristic diagram showing a relationship between speed and torque during linear acceleration / deceleration. FIG. 2 is a side view of a transfer device. FIG. 3 is a block diagram of a control device. 4 Flow chart (1)
FIG. 5 is a flowchart (part 2);
FIG. 6 is a diagram showing measured values of work mass estimation.
1 is a conveying device, 2 is a base, 3 is a linear guide, 4 is a table, 5 is a ball screw, 6 is a motor, 6b is an encoder, 7 is a work, 8 is a control device, 9 is a numerical control unit, and 10 is a servo amplifier. , 11 denotes a motion control unit, 12 denotes a position counter, and 13 denotes a work mass estimating unit (work mass estimating device).

Claims

In a work mass estimating device that estimates a work mass based on torque information and acceleration information,
A work mass estimating apparatus wherein an average of a work mass value estimated during acceleration and a work mass value estimated during deceleration is obtained, and the average value is used as the work mass.

2. The work mass estimating apparatus according to claim 1, wherein when the work mass is estimated during acceleration, data when the motor acceleration is equal to or higher than a set value is used.

The work mass according to claim 1, wherein the estimated work mass is compared with a work mass set by a user to determine whether or not the work mass is appropriate. Estimation device.