JP2006346760A - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変化した機械条件に対して正確にパラメータを切り替えることができる数値制御装置を得ること。
【解決手段】パラメータ解析部６は、条件入力部５から入力される状態量と、パラメータ登録テーブル８に登録されているパラメータおよびパラメータの調整時の状態量とを用いて、条件入力部５から入力された状態量に対応するパラメータを算出し、算出したパラメータをパラメータ設定部７に登録する。ＣＰＵ２は、パラメータ設定部７に登録されたパラメータと、加工プログラム記憶部９に格納される加工プログラムとに基づいて数値制御工作機械の各軸の駆動装置を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、数値制御工作機械を制御する数値制御装置に関するものであり、特に、機械条件が変化した場合のパラメータ切り替えに関するものである。

数値制御装置は、予め定められたパラメータに基づいて数値制御工作機械の駆動装置を制御し、駆動装置を介して工作機械を制御する。数値制御工作機械が様々な質量体を駆動するため、数値制御装置には、予測される最大の質量体に合わせて調整されたパラメータが設定される。そのため、質量体の重量が小さくなった時に駆動装置が十分に性能を発揮することができないという問題があった。

このような問題を改善するための従来技術として特許文献１がある。特許文献１には、必要に応じて数値制御装置で制御しているサーボモータの動特性を変更可能にする技術が開示されている。

具体的には、記憶領域に複数組の制御パラメータを記憶しておき、加工プログラムの最初に質量体の重量範囲に対応した上書きプログラムを呼び出すＧコードを設定し、呼び出された上書きプログラムによって、記憶領域に記憶されている複数組の制御パラメータから選択された制御パラメータの組で駆動装置（サーボモータ）を駆動するサーボ制御部の特性値（伝達関数）のパラメータが設定されるパラメータテーブルを上書きすることで、質量体の重量範囲に対応したパラメータを用いて駆動装置を駆動するようにしている。

特開２００４−７４３４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術では、たとえば、３０ｋｇ以下、４０ｋｇ以下、５０ｋｇ以下というように、登録されたパラメータを負荷範囲に応じて切り替えるようにしているため、実際のワーク重量に対して正確にパラメータを設定することができないという問題があった。

上記特許文献１に記載の従来技術において、実際の質量体の重量に対して正確にパラメータを設定するためには負荷範囲を細分化しなければならず、制御パラメータの数が増加するという問題が生じる。

また、上記特許文献１に記載の従来技術では、パラメータを切り替える場合に質量体の重量の情報が必要であり、質量体の重量が不明である場合には、正確にパラメータを設定することができないという問題があった。

さらに、上記特許文献１に記載の従来技術では、パラメータを切り替えるための上書きプログラムを数値制御装置が実行する加工プログラムから呼び出すようにしているため、加工途中に機械条件が変化した場合には対応することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、変化した機械条件に対して正確にパラメータを切り替えることができる数値制御装置を得ることを第１の目的とする。

第２の目的は、質量体の重量が不明である場合でも、正確にパラメータを切り替えることができる数値制御装置を得ることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、パラメータ設定部に設定された各種パラメータと、予め定められた加工プログラムとに基づいて数値制御工作機械の各軸の駆動装置を制御する数値制御装置において、前記駆動装置のパラメータと、該パラメータを調整した時の機械の状態量とが対応付けて登録されるパラメータ登録テーブルと、前記パラメータ登録テーブルに登録された状態量およびパラメータと、外部から入力される状態量とを用いて前記外部から入力された状態量に対応するパラメータを算出し、算出したパラメータを前記パラメータ設定部に設定するパラメータ解析部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、パラメータ登録テーブルに登録されたパラメータおよびパラメータを調整した時の機械の状態量と、外部から入力される状態量とを用いて、外部から入力された状態量に対応するパラメータを算出し、算出したパラメータを用いて数値制御工作機械の各軸の駆動装置を制御するようにしているので、再調整や自動調整を行う場合と比較して短時間で実際の質量体の重量に対して正確なパラメータを設定することが可能となり、数値制御工作機械の能力を最大限に発揮させ、生産性を向上させることができる数値制御装置を得ることができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる数値制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１〜図４を参照してこの発明の実施の形態１を説明する。図１は、この発明における数値制御装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。図１において、数値制御装置１は、ＣＰＵ２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）３と、記憶部４と、条件入力部５と、パラメータ解析部６と、パラメータ設定部７と、加工プログラム記憶部９とを備えており、図示しない駆動装置制御部を介して数値制御工作機械の駆動装置（たとえば、サーボや主軸など）を制御する。

記憶部４は、たとえば、ＲＡＭ（Random Access Memory）などで構成され、数値制御装置１が制御する数値制御工作機械のワークの最大重量時や最小重量時など、予め推定されるいくつかの機械条件に応じて調整した駆動装置のパラメータを登録したパラメータ登録テーブル８を格納する。

図２は、図１に示したパラメータ登録テーブル８の構成の一例を示す図である。図２に示すように、パラメータ登録テーブル８には、パラメータに対応付けて状態量が登録される。図２においては、パラメータとして比例ゲインおよび時定数が登録され、状態量としてワーク重量（イナーシャ）、速度応答帯域、および摩擦量が登録されている。

状態量は、パラメータ登録テーブル８に対応付けて登録されるパラメータの調整時に測定された値であり、ワーク重量は加減速運転によって取得され、速度応答帯域は周波数応答解析によって取得され、摩擦量は一定低速運動によって取得された機械状態である。

図１に戻って、条件入力部５は、ワーク重量や摩擦量などの機械の状態量（機械条件）を外部から入力するための入力手段として用いられる。

パラメータ解析部６は、条件入力部５から入力される機械条件と、パラメータ登録テーブル８に登録されているパラメータおよび状態量とに基づいて、入力された機械条件の最適パラメータを算出する。

具体的には、速度応答帯域をＦとし、ワーク重量をＪとし、速度制御の比例ゲインをＧｖとすると、下記の式（１）の関係が成り立つ。
Ｆ∝Ｇｖ／Ｊ ・・・式（１）

ワーク重量Ｊｘに対して、「Ｊ１＜Ｊｘ＜Ｊ２」が成り立つワーク重量Ｊ１に対応する比例ゲインをＧｖ１、ワーク重量Ｊ２に対応する比例ゲインをＧｖ２とすると、機械条件が変化しても速度応答帯域を一定に保つ（上記式（１）が成り立つ）ためには、ワーク重量Ｊｘに対応する比例ゲインＧｖｘは、
Ｇｖｘ＝（Ｇｖ２−Ｇｖ１）／（Ｊ２−Ｊ１）×Ｊ ・・・式（２）
で表すことができる。
また、駆動装置のトルクをＴとし、ワーク重量をＪとし、時定数をｔとすると、下記の式（３）の関係が成り立つ。
Ｔ∝Ｊ／ｔ ・・・式（３）

駆動装置の最大トルクが一定であると仮定した場合、ワーク重量Ｊｘに対して、「Ｊ１＜Ｊｘ＜Ｊ２」が成り立つワーク重量Ｊ１に対応する時定数をｔ１、ワーク重量Ｊ２に対応する時定数をｔ２とすると、ワーク重量Ｊｘに対応する時定数ｔｘは、
ｔｘ＝（ｔ２−ｔ１）／（Ｊ２−Ｊ１）×Ｊ ・・・式（４）
で表すことができる。

パラメータ解析部６は、条件入力部５からワーク重量Ｊｘが入力された場合には、パラメータ登録テーブル８の状態量に登録されているワーク重量から「Ｊ１＜Ｊｘ＜Ｊ２」が成り立つワーク重量を検出し、検出したワーク重量Ｊ１，Ｊ２に対応付けて登録されているパラメータである比例ゲインＧｖ１，Ｇｖ２および時定数ｔ１，ｔ２を読み出して、上記式（２）および式（３）を用いて、ワーク重量Ｊｘに対応する最適パラメータとなる比例ゲインＧｘおよび時定数ｔｘを算出する。

また、パラメータ解析部６は、条件入力部５から摩擦量が入力された場合には、パラメータ登録テーブル８の状態量に登録されている摩擦量から象限突起に対する補正の最適パラメータを算出する。

パラメータ設定部７は、数値制御装置１が制御する駆動装置に対応付けて、パラメータ解析部６によって算出された最適パラメータを含む各種パラメータを格納する。パラメータは、比例ゲインや時定数、角加速度、トルク定数などである。

ＲＯＭ３は、ＣＰＵ２が実行するメインプログラムを格納する。ＣＰＵ２は、ＲＯＭ３からメインプログラムを読み出し、読み出したメインプログラムに従って数値制御装置１の各構成要素を統括的に制御するとともに、パラメータ設定部７に格納された最適パラメータを用いて加工プログラム記憶部９に格納されている加工プログラムに従って図示しない駆動装置制御部を介して数値制御工作機械の駆動装置を制御する。

つぎに、図３のフローチャートを参照して、この発明における数値制御装置１の実施の形態１のパラメータ切り替え動作を説明する。作業者は、条件入力部５を用いてパラメータを切り替える駆動装置（制御軸）を選択する。ＣＰＵ２は、条件入力部５を介して入力された制御軸をパラメータ切り替え対象としてパラメータ解析部６に通知する（ステップＳ１０）。

作業者は、条件入力部５を用いて、現在装着されているワークのワーク重量など状態量を入力する。ＣＰＵ２は、条件入力部５を介して入力された状態量をパラメータ解析部６に通知する（ステップＳ１１）。

制御軸および状態量の通知を受けると、パラメータ解析部６は最適パラメータ作成処理を実行する（ステップＳ１２）。図４のフローチャートを参照して最適パラメータ作成処理を詳細に説明する。

パラメータ解析部６は、通知された状態量に対応付けてパラメータ登録テーブル８に登録されているパラメータを取得する（ステップＳ２１）。具体的には、パラメータ解析部６は、通知された状態量が、ワーク重量であるのか、速度応答帯域であるのか、摩擦量であるのかを判定する。たとえば、通知された状態量がワーク重量である場合、パラメータ解析部６は、通知されたワーク重量を検索キーとしてパラメータ登録テーブル８のワーク重量を検索する。検索キーと一致するワーク重量を検出できなかった場合、パラメータ解析部６は、検索キーとしたワーク重量Ｊｘに対して、「Ｊ１＜Ｊｘ＜Ｊ２」が成り立つワーク重量Ｊ１，Ｊ２を検出し、ワーク重量Ｊ１，Ｊ２に対応付けて登録されているパラメータを取得する。

たとえば、検索キーとしたワーク重量Ｊｘが「４０ｋｇ」である場合、パラメータ解析部６は、ワーク重量Ｊ１として「３０ｋｇ」を検出し、ワーク重量Ｊ２として「５０ｋｇ」を検出し、ワーク重量「３０ｋｇ」に対応付けて登録されている比例ゲイン「Ｇｖ３０」および時定数「ｔ３０」と、ワーク重量「５０ｋｇ」に対応付けて登録されている比例ゲイン「Ｇｖ５０」および時定数「ｔ５０」を取得する。

パラメータ解析部６は、取得したパラメータを所定の関数にセットして最適パラメータを算出する（ステップＳ２２）。具体的には、パラメータ解析部６は、先の式（２）のＧｖ１に比例ゲイン「Ｇｖ３０」をセットし、Ｇｖ２に比例ゲイン「Ｇｖ５０」をセットし、Ｊ１にワーク重量「３０ｋｇ」をセットし、Ｊ２にワーク重量「５０ｋｇ」をセットし、Ｊｘにワーク重量「４０ｋｇ」をセットし、ワーク重量「４０ｋｇ」に対応する比例ゲイン「Ｇｖ４０」を算出する。すなわち、パラメータ解析部６は、式（２）より、
Ｇｖ４０＝（Ｇｖ５０−Ｇｖ３０）／（５０−３０）×４０
を算出する。

また、パラメータ解析部６は、先の式（４）のｔ１に時定数「ｔ３０」をセットし、ｔ２に時定数「ｔ５０」をセットし、Ｊ１にワーク重量「３０ｋｇ」をセットし、Ｊ２にワーク重量「５０ｋｇ」をセットし、Ｊｘにワーク重量「４０ｋｇ」をセットし、ワーク重量「４０ｋｇ」に対応する時定数「ｔ４０」を算出する。すなわち、パラメータ解析部６は、式（４）より、
ｔ４０＝（ｔ５０−ｔ３０）／（５０−３０）×４０
を算出する。

パラメータ解析部６は、所定の関数（たとえば、上記式（１）および式（３））から導き出したパラメータの算出式（たとえば、上記式（２）および式（４））を用いて、ＣＰＵ２から通知された状態量に対応するパラメータを算出して、最適パラメータ作成処理を終了する。

一方、通知されたワーク重量を検索キーとしてパラメータ登録テーブル８のワーク重量を検索して、検索キーと一致するワーク重量を検出した場合には、検出したワーク重量に対応付けて登録されている比例ゲインおよび時定数を取得して最適パラメータ作成処理を終了する。

図３に戻って、パラメータ解析部６は、ＣＰＵ２から通知された制御軸に対応付けて最適パラメータ作成処理によって得られたパラメータを最適パラメータとしてパラメータ設定部７に設定する（ステップＳ１３）。

このようにしてパラメータ設定部７に設定された最適パラメータを用いて、数値制御装置１は、加工プログラム記憶部９に格納されている加工プログラムに従って駆動装置を制御する。

以上説明したようにこの実施の形態１では、パラメータ登録テーブルに登録されたパラメータおよびパラメータを調整した時の機械の状態量と、外部から入力される状態量とを用いて、外部から入力された状態量に対応するパラメータを算出し、算出したパラメータを用いて数値制御工作機械の各軸の駆動装置を制御するようにしているため、再調整や自動調整を行う場合と比較して短時間で実際の質量体の重量に対して正確なパラメータを設定することができる。

また、この実施の形態１では、パラメータ登録テーブルに登録されたパラメータおよびパラメータを調整した時の機械の状態量と、外部から入力される状態量とを用いて、外部から入力された状態量に対応するパラメータを算出するようにしているため、パラメータ登録テーブルに登録されていない機械条件の質量体に対しても正確なパラメータを設定することができる。

さらに、実際の質量体の重量に対して正確なパラメータを設定することができるため、数値制御装置が制御する数値制御工作機械の能力を最大限に発揮させ、生産性を向上させることができる。

実施の形態２．
図５〜図７を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。図５は、実施の形態２の数値制御装置の構成を示すブロック図である。図５に示した実施の形態２の数値制御装置１では、先の図１に示した実施の形態１の数値制御装置１に、状態量推定部１２が追加されている。実施の形態１の数値制御装置１と同じ機能を持つ構成部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

加工プログラム記憶部９に格納される加工プログラム１０には、予めワーク量が大きく変化する段階に専用コマンド１１を設定しておく。専用コマンド１１は、たとえば、Ｇコードの場合には、「Ｇ１００」と対称軸Ｘ１，Ｙ１などである。

状態量推定部１２は、専用コマンド１１によって起動される。状態量推定部１２は、対象となる駆動装置を加減速運転させてトルク電流を測定し、測定したトルク電流に基づいてワーク重量を推定する。

具体的には、パラメータ設定部７には、駆動装置であるサーボや主軸に対応付けて角加速度およびトルク定数が設定されている。トルク電流をＩとし、角加速度をαとし、トルク定数をＫとし、ワーク重量をＪとすると、下記の式（５）が成り立つ。
Ｋ×Ｉ＝Ｊ×α ・・・式（５）
上記式（５）より、ワーク重量Ｊは、
Ｊ＝（Ｋ×Ｉ）／α ・・・式（６）
で表すことができる。状態量推定部１２は、専用コマンド１１によって指定された駆動装置を加減速運転させて測定したトルク電流と、パラメータ設定部７に設定されている角加速度およびトルク定数を用いて、式（６）によってワーク重量を算出する。

つぎに、図６のフローチャートを参照して、この発明における数値制御装置１の実施の形態２のパラメータ切り替え動作を説明する。ＣＰＵ２は、加工プログラム１０内の専用コマンド１１によって状態量推定部１２を起動する。すなわちＣＰＵ２は、専用コマンドによって指定された駆動装置（対称軸）を状態量推定部１２に通知する。

対称軸が通知されると、状態量推定部１２は、状態量推定処理を実行する（ステップＳ３０）。図７のフローチャートを参照して、状態量推定処理の詳細な動作について説明する。

状態量推定部１２は、通知された対称軸を設定し、トルク電流測定用に加減速運転を実行する（ステップＳ４０，Ｓ４１）。状態量推定部１２は、加減速運転時のトルク電流を測定する（ステップＳ４２）。

状態量推定部１２は、測定したトルク電流を用いて状態量を算出する（ステップＳ４３）。具体的には、状態量としてワーク重量を算出する場合、状態量推定部１２は、パラメータ設定部７から、対称軸に対応付けて登録されている角加速度およびトルク定数を取得する。状態量推定部１２は、取得した角加速度およびトルク定数と、測定したトルク電流を用いて先の式（６）によってワーク重量を算出する。状態量推定部１２は、ワーク重量を算出して、状態量推定処理を終了する。

図６に戻って、状態量推定処理が終了すると、状態量推定部１２は、状態量推定処理によって算出したワーク重量および制御軸をパラメータ解析部６に通知する。パラメータ解析部６は、状態量推定部１２から通知されたワーク重量および制御軸を用いて、先の図４を参照して実施の形態１で説明した最適パラメータ作成処理を実行する（ステップＳ３１）。

パラメータ解析部６は、状態量推定部１２から通知された制御軸に対応付けて最適パラメータ作成処理によって得られたパラメータを最適パラメータとしてパラメータ設定部７に設定する（ステップＳ３２）。

このようにしてパラメータ設定部７に設定された最適パラメータを用いて、数値制御装置１は、加工プログラム記憶部９に格納されている加工プログラム１０の専用コマンド１０に続くコマンドに従って駆動装置を制御する。

以上説明したようにこの実施の形態２では、加工プログラム内に機械の状態量を推定するための専用コマンドを含めておき、専用コマンドによって指定された駆動装置を加減速運転させてトルク電流を測定し、測定したトルク電流と駆動装置のパラメータとを用いてトルク電流測定時の状態量を算出し、算出した状態量とパラメータ登録テーブルに登録されたパラメータおよびパラメータを調整した時の機械の状態量とを用いて算出した状態量に対応するパラメータを算出し、算出したパラメータを用いて数値制御工作機械の各軸の駆動装置を制御するようにしているため、質量体の重量が不明である場合でも、再調整や自動調整を行う場合と比較して短時間で実際の質量体の重量に対して正確なパラメータを設定することができる。

以上のように、本発明にかかる数値制御装置は、機械条件に応じてパラメータを変更する場合に有用であり、特に、加工途中に機械条件が変化する数値制御工作機械を制御するシステムに適している。

この発明における数値制御装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。 図１に示したパラメータ登録テーブルの構成の一例を示す図である。 この発明における数値制御装置の実施の形態１の動作を説明するためのフローチャートである。 図３に示した最適パラメータ作成処理の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明における数値制御装置の実施の形態２の構成を示すブロック図である。 この発明における数値制御装置の実施の形態２の動作を説明するためのフローチャートである。 図６に示した状態量推定処理の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 数値制御装置
２ ＣＰＵ
３ ＲＯＭ
４ 記憶部
５ 条件入力部
６ パラメータ解析部
７ パラメータ設定部
８ パラメータ登録テーブル
９ 加工プログラム記憶部
１０ 加工プログラム
１１ 専用コマンド
１２ 状態量推定部

Claims (3)

1. パラメータ設定部に設定された各種パラメータと、予め定められた加工プログラムとに基づいて数値制御工作機械の各軸の駆動装置を制御する数値制御装置において、
   前記駆動装置のパラメータと、該パラメータを調整した時の機械の状態量とが対応付けて登録されるパラメータ登録テーブルと、
   前記パラメータ登録テーブルに登録された状態量およびパラメータと、外部から入力される機械の状態量とを用いて前記外部から入力された状態量に対応するパラメータを算出し、算出したパラメータを前記パラメータ設定部に設定するパラメータ解析部と、
   を備えることを特徴とする数値制御装置。
2. 前記加工プログラム内の専用コマンドによって起動され、前記専用コマンドによって指定された駆動装置を加減速運転させてトルク電流を測定し、測定したトルク電流と、前記パラメータ設定部に設定された前記指定された駆動装置のパラメータとを用いてトルク電流測定時の状態量を算出する状態量推定部、
   をさらに備え、
   前記パラメータ解析部は、
   前記パラメータ登録テーブルに登録された状態量およびパラメータと、前記状態量推定部によって算出された状態量とを用いて算出した状態量に対応するパラメータを算出すること、
   を特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記状態量を、加減速運転によって取得したワーク重量、周波数応答解析によって取得した速度応答帯域、または一定低速運転によって取得した摩擦量とすること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の数値制御装置。

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