JP2007058277A - ロストモーション補正機能を有する位置制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーボモータが完全に停止したにもかかわらず、工作機械のテーブル等の移動体は同時に停止するのではなく、ガイド部との摩擦抵抗分によるロストモーションを解消する様に少しずつ移動している。従来考えられてきた移動時のロストモーション補正のみでは、適切に補正できない。
【解決手段】反転検出器２によって、反転を検出する。変位量算出器３は、前記反転検出器２で検出した反転信号と位置指令より反転動作を検出してからの位置指令値の変位量Δｘを算出する。移動方向判定器２１は、速度指令値に基づき移動方向を検出する。停止時間カウント器４は、前記速度指令値より停止を検出してからの経過時間をカウント出力する。位置補正量算出器５は、前記変位量Δｘと前記移動方向信号と前記停止時間カウント数に基づき位置指令補正量Ｘｃを出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械等における送り軸の位置制御装置に関する。

工作機械のセミクローズドループ方式による位置制御装置では、サーボモータの回転運動をボールネジによる送り駆動機構によって直線運動に変換することで、工作機械のテーブル等の移動体を移動させる。送り機構に使用しているボールネジとテーブル側のナット間のガタによりバックラッシがある。このバックラッシが正方向指令と逆方向指令での位置誤差を発生させる。

このバックラッシを無くすために与圧を掛けたボールネジとナットを使用する場合、ボールネジとナット間のガタによるバックラッシはなくなるが、与圧を掛けたことによりボールネジ部分の摩擦抵抗が発生する。また、工作機械の送り機構にはガイドがあり、転がりガイド、摺動面ガイド等のガイドが使用されており、このガイド部でも摩擦抵抗が発生する。この摩擦抵抗分によるロストモーションが起因する位置誤差を補正することが課題となっている。

従来のセミクローズド方式の位置制御では、円弧運動時に生ずるロストモーション量を複数の位置間隔で分割したロストモーション補正データを、指令速度と分割した位置に応じたパルスレートで算出し速度制御系に供給する方式が用いられている（特許文献１）。

図６は、特許文献１に示された数値制御装置の一例を示すブロック図である。指令データ１７からデータ解析部１８によりモータ１２の駆動信号が作成される。この駆動信号は速度制御部８を介してモータ１２に供給され、ボールネジ１３を回転させ移動体１４を指令位置まで移動させる。速度制御部８は、検出器１１を用いて一般的なフィードバック制御を行っている。補正データ部１５ａ〜１５ｎには、図８に示される様な円弧運動時に生ずるロストモーション量を複数の位置間隔で分割した補正データと、この分割した位置に応じて速度制御部に供給する補正量の送り速度に応じたパルスレートを算出するためのパルスレートデータと、が補正量データとして蓄積される。ロストモーション補正量算出部１６は、指令速度に対応して補正データ保存部から補正データを読み出し、指令速度と分割位置に応じたパルスレートデータから補正量を算出する。

図７は、この補正データ部１５ａ〜１５ｎの蓄積された補正データの内容を示す図である。Ｆ１〜Ｆｍは送り速度、Ｄ０〜Ｄｎは分割位置である。補正量データは、ＢＬ０〜ＢＬｎで示される補正データと、Ｌ０〜Ｌｍで示されるパルスレートデータである。

この方式によれば、任意の円弧切削におけるロストモーションに対して改善することが可能であるが、以下の様な課題がある。

特開平０８−２６３１１７号公報

円弧切削が終了すれば、送り速度が０となり、補正量の算出も終了する。この時、サーボモータは完全に停止する。しかしながら、工作機械のテーブル等の移動体は、サーボモータが完全に停止したのと同時に完全に停止するのではなく、ガイド部との摩擦抵抗分によるロストモーションを解消する様に少しずつ移動する。

工作機械の反転動作は、円弧運動のみならず、必ず停止が発生する反転動作がある。この様な動作において発生するロストモーション量は、従来考えられてきた移動時のロストモーション補正のみでは、適切に補正できない。

位置検出器が取り付けられたサーボモータと、該サーボモータにより駆動される送り軸の位置を制御し、位置指令値と前記位置検出器の位置検出値の差からフィードバック制御する位置制御装置において、前記位置指令値または前記位置検出値を微分して速度指令値または速度検出値を算出する微分器と、前記位置指令値または前記位置検出値より前記送り軸またはサーボモータの移動方向または回転方向の反転を検出する反転検出器と、移動方向または回転方向が反転してからの前記位置指令値または前記位置検出値の変位量を算出する変位量算出器と、前記速度指令値または前記速度検出値から送り軸またはサーボモータの移動方向または回転方向を検出する移動方向判定器と、前記速度指令値または前記速度検出値から送り軸またはサーボモータの動作停止を検出してからの経過時間を検出する停止時間カウント器と、前記変位量、前記送り軸またはサーボモータの移動方向または回転方向、前記送り軸またはサーボモータの動作停止を検出してからの経過時間を入力として位置指令補正量Ｘｃを算出する位置指令補正量算出器と、を備え、前記位置指令補正値を前記位置指令値に加算してロストモーション補正を行う位置制御装置。

前記ロストモーション補正量算出器は、前記変位量を入力として位置指令補正量の変位量補正成分を算出する変位量補正成分算出器と、前記送り軸またはサーボモータの移動方向または回転方向、前記送り軸またはサーボモータの動作停止を検出してからの経過時間Δｔを入力として位置指令補正量の停止時間補正成分Ｘｃｔを式
Ｘｃｔ＝ Ｘ×ｅｘｐ［−Δｔ／Ｃ］ ＜移動方向：＋＞
−Ｘ×ｅｘｐ［−Δｔ／Ｃ］ ＜移動方向：−＞
により算出する停止時間補正成分算出器と、を備える。または、前記送り軸またはサーボモータの移動方向または回転方向、前記送り軸またはサーボモータの動作停止を検出してからの経過時間Δｔを入力として位置指令補正量の停止時間補正成分Ｘｃｔをロストモーション補正量テーブルから読み出す停止時間補正成分算出器を備える。

本発明では、動作中のロストモーション量のみでなく、停止してからのロストモーション量も補正することが可能となる。

図１に本発明の実施の形態を示す。図６に示す従来の位置制御装置と同じ構成要素は同一符号で示してあり、その説明を省略する。図１中の位置指令値ｘｃｏｍは、位置制御部７及び速度制御部８及び電流制御部９を介してモータ１２に供給され、ボールネジ１３を回転させ移動体１４を指令位置まで移動させる。位置制御部７及び速度制御部８は、検出器１１を用いて一般的なフィードバック制御を行っている。微分器１は、位置指令値ｘｃｏｍを微分して速度指令値を出力する。

前記微分器１への入力については、図２の別の実施例に示す通り、位置検出値ｘｄｅｔでも良い。反転検出器２は、前記速度指令に基づき反転を検出して、反転検出信号を出力する。変位量算出器３は、前記反転検出器２で検出した反転信号と前記位置指令より反転動作を検出してからの位置指令値の変位量Δｘを算出する。

移動方向判定器２１は、前記速度指令値に基づき移動方向を検出して、移動方向信号を出力する。停止時間カウント器４は、前記速度指令値より動作停止を検出してからの経過時間、すなわち、停止時間カウント数Δｔを出力する。位置補正量算出器５は、前記変位量Δｘと前記移動方向信号と前記停止時間カウント数Δｔに基づき位置指令補正量Ｘｃを出力する。

次に位置補正量算出器５について説明する。図３に補正量算出器５の実施例を示す。図３中の変位量補正成分算出器２４は、変位量とロストモーション量との関係を予め実測等によって求め、数式化しておくか、又は、データテーブルとしておく。変位量を前記数式、または、前記データテーブルに入力して得られる出力値をパルス送りで軸を移動した場合等のロストモーションの変位量成分補正量Ｘｃｘとする。

停止時間補正成分算出器２２は、移動方向信号および停止時間カウント数Δｔを入力として、時間の指数関数等でロストモーションの停止時間補正量Ｘｃｔを算出して出力する。関数の実施の形態を（１−１）式、（１−２）式に示す。
Ｘｃｔ＝ Ｘ×ｅｘｐ［−Δｔ／Ｃ］＜移動方向：＋＞・・・（１−１）
−Ｘ×ｅｘｐ［−Δｔ／Ｃ］＜移動方向：−＞・・・（１−２）
ここで、Ｘ及びＣは任意の係数とする。

移動体１４は、サーボモータ１２の停止後でも、ガイド部との摩擦抵抗分によるロストモーションを解消する様に少しずつ移動しており、複雑な摩擦抵抗モデルを解析することなく、停止時間をパラメータとした指数関数により移動量を近似することが可能である。減算器２５は、前記ロストモーションの変位量成分補正量Ｘｃｘから停止時間補正量Ｘｃｔを減算して、ロストモーションの位置指令補正量Ｘｃを出力する。

次に位置指令ｘおよびロストモーションの位置指令補正量Ｘｃの時間変化について説明する。図４に位置指令ｘおよび位置指令補正量Ｘｃの時間変化の例を示す。

図４の上図は、時間がＴ０からＴ１にかけて位置指令がＸａからＸｂまで＋方向に移動して、Ｔ１からＴ２まで動作停止して、Ｔ２からＴ３にかけてＸｂからＸｃまで−方向に移動して、Ｔ３からＴ４まで動作停止することを示している。この時のロストモーションの位置指令補正量を図４の下図に示す。

時間Ｔ０にて移動を開始した瞬間に位置指令補正量はＸｃ０となる。時間Ｔ０〜Ｔ１の区間では、図３の変位量Δｘと変位量成分補正量Ｘｃｘとの関係に基づき、変位量Ｘｂ−Ｘａに応じて位置指令補正量がＸｃ０からＸｃ１まで変化する。時間Ｔ１〜Ｔ２の区間では、図３の停止時間Δｔと停止時間補正量Ｘｃｔとの関係に基づき、停止時間Ｔ２−Ｔ１に応じて位置指令補正量がＸｃ１からＸｃ２まで変化する。時間Ｔ２にて反対方向に移動を開始した瞬間に位置指令補正量は−Ｘｃ０となる。時間Ｔ２〜Ｔ３の区間では、図３の変位量Δｘと変位量成分補正量Ｘｃｘとの関係に基づき、変位量Ｘｃ−Ｘｂに応じてロストモーション補正量が−Ｘｃ０から−Ｘｃ３まで変化する。時間Ｔ３〜Ｔ４の区間では、図２の停止時間Δｔと停止時間補正量Ｘｃｔとの関係に基づき、停止時間Ｔ４−Ｔ３に応じて位置指令補正量が−Ｘｃ３から−Ｘｃ４まで変化する。

図５にロストモーションの補正量算出器５の別の実施の形態を示す。図５中のロストモーションの変位量補正成分算出器２４は、変位量を入力としてパルス送りで軸を移動した場合等のロストモーション補正量Ｘｃｘを出力する。停止時間補正成分算出器２３は、移動方向信号および停止時間カウント数Δｔを入力として、移動方向信号および停止時間カウント数Δｔに応じたロストモーション補正量テーブルから補正量を読み出して出力する。減算器２５は、前記ロストモーション補正量の変位量成分Ｘｃｘから停止時間成分Ｘｃｔを減算して、ロストモーションの位置指令補正量Ｘｃを出力する。

以上説明した様に、本発明では、動作中のロストモーション量のみでなく、停止してからのロストモーション量も補正することが可能となる。従って、本発明の位置制御装置によれば、動作状態および停止状態においてもロストモーションを適切に補正できる位置制御装置を提供できる。

本発明の実施の形態を示すブロック図である。 本発明の別の実施の形態を示すブロック図である。 本発明の位置指令補正器を示すブロック図である。 本発明の位置指令及び指令位置補正量と時間の関係を示した図である。 本発明の他の位置指令補正器を示すブロック図である。 従来例を示すブロック図である。 従来例を説明する図である。 従来例を説明する図である。

符号の説明

１，１０ 微分器、２ 反転検出器、３ 変位量算出器、４ 停止時間カウント器、５ 位置補正量算出器、６，１９，２０，２５ 加算器、７ 位置制御部、８ 速度制御部、９ 電流制御部、１１ 検出器、１２ モータ、１３ ボールネジ、１４ 移動体、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｎ 補正データ部、１６ 補正量算出部、１７ 指令データ、１８ データ解析部、２１ 移動方向判定器、２２，２３ 停止時間補正成分算出器、２４ 変位量補正成分算出器。

Claims (4)

1. 位置検出器が取り付けられたサーボモータと、該サーボモータにより駆動される送り軸の位置を制御し、位置指令値と前記位置検出器の位置検出値の差からフィードバック制御する位置制御装置において、
   前記位置指令値または前記位置検出値を微分して速度指令値または速度検出値を算出する微分器と、
   前記位置指令値または前記位置検出値より前記送り軸またはサーボモータの移動方向または回転方向の反転を検出する反転検出器と、
   移動方向または回転方向が反転してからの前記位置指令値または前記位置検出値の変位量を算出する変位量算出器と、
   前記速度指令値または前記速度検出値から送り軸またはサーボモータの移動方向または回転方向を検出する移動方向判定器と、
   前記速度指令値または前記速度検出値から送り軸またはサーボモータの動作停止を検出してからの経過時間を検出する停止時間カウント器と、
   前記変位量、前記送り軸またはサーボモータの移動方向または回転方向、前記送り軸またはサーボモータの動作停止を検出してからの経過時間を入力として位置指令補正量Ｘｃを算出する位置指令補正量算出器と、
   を備え、
   前記位置指令補正量を前記位置指令値に加算してロストモーション補正を行う位置制御装置。
2. 前記位置指令補正量算出器は、
   前記変位量を入力として位置指令補正量の変位量補正成分を算出する変位量補正成分算出器と、
   前記送り軸またはサーボモータの移動方向または回転方向、前記送り軸またはサーボモータの動作停止を検出してからの経過時間Δｔを入力として位置指令補正量の停止時間補正成分Ｘｃｔを算出する停止時間補正成分算出器と、
   を備え、
   前記変位量補正成分から前記停止時間補正成分Ｘｃｔを減算することによって位置指令補正量を算出することを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
3. 前記停止時間補正成分算出器は、
   前記送り軸またはサーボモータの移動方向または回転方向、前記送り軸またはサーボモータの動作停止を検出してからの経過時間Δｔを入力として位置指令補正量の停止時間補正成分Ｘｃｔを式
   Ｘｃｔ＝ Ｘ×ｅｘｐ［−Δｔ／Ｃ］ ＜移動方向：＋＞
   −Ｘ×ｅｘｐ［−Δｔ／Ｃ］ ＜移動方向：−＞
   により算出することを特徴とする請求項２記載の位置制御装置。
4. 前記停止時間補正成分算出器は、
   前記送り軸またはサーボモータの移動方向または回転方向、前記送り軸またはサーボモータの動作停止を検出してからの経過時間Δｔを入力として位置指令補正量の停止時間補正成分Ｘｃｔを予め定められたロストモーション補正量テーブルから読み出すことを特徴とする請求項２記載の位置制御装置。
   
   

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