JP2007188246A - モータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】専用コネクタや切替器等を使用せずに、数値制御装置内のモータの制御用データを出力しかつ必要に応じて制御用データを数値制御装置に入力することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】システム１は、数値制御装置１０と、シリアル通信ライン２０を介して数値制御装置１０に接続される複数のアンプ３０ａ及び３０ｂと、アンプ３０ａ及び３０ｂによってそれぞれ駆動されるサーボモータ等のモータ３２ａ及び３２ｂと、数値制御装置１０内のソフトウェアが保持しているモータ制御用データをアナログデータ又はデジタルデータとして入出力できるように構成された入出力装置４０とを有する。入出力装置４０は、モータ制御用データをアナログデータ又はデジタルデータとして数値制御装置１０に送ることもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のモータを制御する数値制御装置と、モータ制御用のデータを入出力するためのデータ入出力装置とを含むモータ制御システムに関する。

サーボモータ等のモータの数値制御においては、アンプやモータが本来備える性能を引き出して高速で高精度な制御を実現するために、サーボ調整を行い、モータ制御用のパラメータを最適な値に調整することが行われる。そのためには、数値制御装置内にある、モータ制御を行うソフトウェアが保持している制御用データ（例えば、モータの速度指令、トルク指令、モータ速度及びモータ位置）を取り出して、数値制御装置の表示器又は外部のオシロスコープ等に表示させる必要がある。

制御用データをオシロスコープに表示させる場合、その制御用データはオシロスコープでの観測に適したアナログデータに変換される必要があり、変換のためのデータ入出力装置が使用される。従来は、このようなデータ入出力装置は、数値制御装置若しくはサーボモータのアンプに設けられた専用のコネクタに接続されるか、又はアンプ内に組み込まれて使用されていた。

一方、特許文献１には、機械側位置検出制御ユニットをシリアル通信ラインに接続した数値制御装置が開示されている。

特許第３６１５５９６号公報

モータ制御用のデータ入出力装置を数値制御装置に接続するか又は組み込む場合、数値制御装置が有する全てのモータ制御用プロセッサの出力回線を上述の専用コネクタに接続する必要がある。近年は数値制御装置が制御すべき軸の数（サーボモータの数）が多数となる傾向が強く、そのような多軸化の場合には切替器等を用いた複雑な回路を構成する必要が生じる。しかし切替器等を用いても、制御軸数が数十〜数百等の多数に及ぶ場合は配線面積や分岐数の増大に伴うコストアップ、ノイズ耐性の低下及び波形の乱れ等の問題がある。

また、数値制御装置の表示器にモータ制御用のデータを表示する場合においても、外部のタイミング信号やセンサの出力をモータ制御用のデータと同時に表示器に表示するケースがあるが、前述のデータ入出力装置に入力部を追加しただけでは、依然として上記と同様の問題が残る。ここで数値制御装置を一般のＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等に用いられているフィールドバスに接続し、モータを制御するソフトウェアからデータの入出力ができるようにすれば、ＰＬＣ経由でのデータ入出力は可能となる。しかし、これらフィールドバスは転送周期が長いため、サーボ調整に必要な、サーボ制御との高度な同期性は得られない。

一方、モータ制御用のデータ入出力装置をサーボモータのアンプに接続するか又は組み込む場合は、データ入出力装置を取り付けた又は組み込んだアンプに対するモータ制御用データしか扱えないという問題がある。従ってこの場合は全てのアンプに入出力装置を用意するか、用途に応じて入出力装置を付け替える等の作業が必要になる。

特許文献１にはシリアル通信ラインに位置検出制御ユニットを接続する構成が開示されているが、モータ制御用のデータ入出力装置に関しては記載がなく、故にデータ入出力装置をシリアル通信ラインに接続することの効果についての記載もない。また位置検出制御ユニットはシリアル通信ラインに対して活線挿抜可能（すなわち一検出制御ユニットを分離しても数値制御部とサーボアンプとの接続が維持される）に接続されたものではない。故にコネクタ数を削減できる等の効果はあるが、位置検出制御ユニットはシステムに不可欠な専用品として常時接続された状態となる。

そこで本発明は、専用コネクタや切替器等を使用せずに、数値制御装置内のモータの制御用データを出力しかつ必要に応じて制御用データを数値制御装置に入力することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、数値制御装置と、該数値制御装置からの指令をシリアル通信ラインを介して受信するように構成された複数のモータアンプと、各々が該複数のモータアンプの各々により駆動される複数のモータと、該複数のモータのための制御用データの入出力を行うための入出力装置と、を有するモータ制御システムであって、前記データ入出力装置は、前記数値制御装置内の前記複数のモータの制御用データを、前記シリアル通信ラインを経由して入出力することができるように構成されることを特徴とする、モータ制御システムを提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、前記データ入出力装置から出力される前記数値制御装置内の前記複数のモータの制御用データは、モータの速度指令、トルク指令、モータ速度及びモータ位置のうちの少なくとも１つを含む、モータ制御システムを提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のモータ制御システムにおいて、前記モータはサーボモータであり、前記データ入出力装置から出力される前記数値制御装置内の前記モータの制御用データによってサーボ調整を行う、モータ制御システムを提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、前記データ入出力装置は、前記複数のモータの制御用データを、前記シリアル通信ラインを経由して前記数値制御装置に入力することができるように構成される、モータ制御システムを提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のモータ制御システムにおいて、前記モータはサーボモータであり、前記データ入出力装置による前記数値制御装置への制御用データの入力によってサーボ調整を行う、モータ制御システムを提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、前記モータによって駆動される構成要素の挙動を測定するセンサと、該センサによる検出データと前記データ入出力装置の出力データとをタイミングを含めて比較するデータ処理装置とをさらに有する、モータ制御システムを提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、前記データ入出力装置は、前記複数のモータのいずれの制御用データを入出力するかを任意のタイミングで切り替えることができるように構成される、モータ制御システムを提供する。

請求項８に記載の発明は、請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、前記モータの負荷を示す出力データを前記入出力装置から受信し、該出力データに基づいて必要に応じて前記モータの負荷低減信号を前記入出力装置に送信するデータ処理装置をさらに有する、モータ制御システムを提供する。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータ制御システムにおいて、前記データ入出力装置は前記シリアル通信ラインに活線挿抜可能に接続される、モータ制御システムを提供する。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータ制御システムにおいて、前記データ入出力装置は、構造的には前記数値制御装置又は前記モータアンプに一体化される、モータ制御システムを提供する。

請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のモータ制御システムにおいて、前記数値制御装置及び前記モータアンプを同期運転可能に接続するシリアル通信ラインに前記データ入出力装置が接続され、それによりデータの入出力が同期動作可能になることを特徴とする、モータ制御システムを提供する。

本発明に係るモータ制御システムによれば、データ入出力装置のための専用コネクタや切替器等が不要となり、システム全体のコストアップや占有領域の増加を抑制することができる。また複数のモータの制御用データの入出力を１つのデータ入出力装置で行うことができ、かつシステムの精度監視や異常検出も容易となる。さらに、データ入出力装置がシリアル通信ラインに活線挿抜可能に接続することにより、制御用データの入出力が不要な場合はデータ入出力装置を取り外して他のシステムに使う等の使い回しが可能となり、さらなるコストダウンが期待できる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係るモータ制御システム１の概略構成を示す図である。なおシステム１の具体例については後述する。図１に示すように、システム１は、数値制御装置１０と、シリアル通信ライン２０を介して数値制御装置１０に接続される複数（図示例では２つ）のアンプ３０ａ及び３０ｂと、アンプ３０ａ及び３０ｂによってそれぞれ駆動されるサーボモータ等のモータ３２ａ及び３２ｂと、数値制御装置１０内のソフトウェアが保持しているモータ制御用データをアナログデータ又はデジタルデータとして入出力できるように構成された入出力装置４０とを有する。また入出力装置４０は、モータ制御用データをアナログデータ又はデジタルデータとして数値制御装置１０に送ることもできる。

またデータ入出力装置４０は、シリアルライン２０に活線挿抜可能に接続されることが好ましい。その場合入出力装置４０は、数値制御装置１０とアンプ３０ａ及び３０ｂとを通信可能な状態に維持したままシステム１から分離することができる。従って入出力装置４０は、必要なときだけシステム１に接続して使用することができ、システム１で使用されないときは他のシステムに接続して使用するような使い回しをすることもできる。

但し、入出力装置４０は、実質的にシリアル通信ライン２０に接続されるのであれば、構造的には数値制御装置やアンプに一体化（例えばアンプ３０ａの筺体内に組み込まれる）されてもよい。但しその場合、入出力装置４０は組み込まれているアンプだけでなく他のアンプや数値制御装置とのデータの入出力も行うことができる。

数値制御装置１０は、システム全体の制御を行うためのソフトウェア１３を含むメインプロセッサ１２、モータの制御を行うソフトウェア１５を含むモータ制御プロセッサ１４及びシリアル通信ライン２０を介する通信を制御するシリアル通信制御デバイス１６等を含むことができる。また数値制御装置１０には、システム１による各種の操作や得られたデータ等を表示する表示器５０を接続することができる。また入出力装置４０には、データを外部から入力するためのＰＬＣ（Programmable Logic Controller）６０やＰＣ（パーソナルコンピュータ）６２等のデータ処理装置を接続してもよい。さらに入出力装置４０には、モータ３２ａ及び３２ｂの位置等を検出するセンサ７０を接続することができる。なおセンサ７０は入出力装置４０に接続される。

システム１におけるモータ制御は、概略次のように行われる。すなわち、メインプロセッサ１２が算出したモータの移動指令に従って、モータ制御プロセッサ１４は、速度制御周期内でモータが回転する速度を算出し、そのために必要なトルクすなわち電流指令値を電流制御周期毎に算出し、さらに、モータに対する電流をスイッチングしているサーボアンプ内のトランジスタのオン／オフ情報を算出する。モータ制御プロセッサ１４は、算出したオン／オフ情報を、シリアル通信制御デバイス１６を経由してパケットデータとしてシリアル通信ライン２０に接続されたサーボアンプ３０ａ及び３０ｂに送信し、次にサーボアンプ３０ａ及び３０ｂは、モータ３２ａ及び３２ｂに対して指令された電流を送ってモータ３２ａ及び３２ｂを回転させる。なお、高速かつ高精度が要求されるサーボモータ制御においては、電流制御周期すなわちデータの更新速度は例えば１６ｋＨｚと非常に高速であり、故にシリアル通信ライン２０に送信されるオン／オフ情報のデータの更新は、モータ制御プロセッサ１４の電流制御周期との高精度な同期性を有している。

本発明に係るモータ制御システムによれば、上述の３つの実施形態を含む種々の機械システムにおいて、機械精度、同期運転精度及びモータ負荷の確認を行うことができる。例えば、上述のデータ入出力装置４０から、数値制御装置１０内のモータ制御プロセッサ１４が保持しているモータ制御用データをシリアル通信制御デバイス１６を経由して出力し、一方、位置センサ７０からの信号又はデータをＰＣ６２で比較することにより、例えばある工作機械が有するサーボモータの位置情報について、入出力装置４０からのフィードバックと位置センサ７０からのフィードバックとを比較して、機械精度の確認、監視又は解析等をタイミングを含めて行うことができる。

また、入出力装置４０から、数値制御装置１０内のモータ制御プロセッサ１４が保持しているモータ制御用データ、例えばトルクコマンド（ＴＣＭＤ）を、シリアル通信制御デバイス１６を経由し出力してＰＣ６２に送り、モータの負荷をある期間にわたって監視し、負荷が大きい場合にはＰＣ６２から負荷低減信号を入出力装置４０に送って加工速度を自動的に下げる等の処置を行うこともできる。その場合、例えば図１に示すように、起動スイッチ８０をＩ／Ｏデバイス８２を介してＰＣ６２に接続し、起動スイッチ８０のオン／オフ信号をトリガとしてＰＣ６２にモータ負荷のデータを取り込むようにすることもできる。

次に、上述のシステム１を用いた本発明の好適な具体例について説明する。先ず第１の実施形態として、上述のシステム１により制御されるモータがサーボモータである場合に、システム１を用いてバックラッシ加速の調整を有利に行うことができる。機械系においてバックラッシや摩擦等の影響が大きいときはモータ反転時に遅れが生じることがあり、例えば被加工物を円弧状に切削する際にいわゆる象限突起の原因となる。この象限突起を改善するための機能がバックラッシ加速機能である。本発明によれば、後述の手順によりバックラッシ加速のためのパラメータを調整し、象限突起を改善することができる。

先ず、円弧切削のプログラムを実行し、上述のモータ制御プロセッサ１４に含まれるモータ制御ソフトウェア１５が保持しているデータのうち、速度指令（ＶＣＭＤ）を入出力装置４０を用いて出力し、観測する。観測には、公知のオシロスコープ等を使用することができる。ここでモータ反転時（速度指令がＧＮＤを通過するとき）のＶＣＭＤの波形に注目し、補正が適正で適切な切削がなされていれば波形は図２（ａ）に示すようになる。一方、上述の象限突起が実際に生じているときは波形は図２（ｂ）のようになり、この場合は入出力装置４０からの入力により、数値制御装置１０に内蔵されているバックラッシ加速量に関するパラメータをより大きな値に再設定する。逆に、被加工物に象限突起ではなく切込みが生じているときは波形は図２（ｃ）のようになり、この場合はやはり入出力装置４０からの入力により、上記パラメータをより小さな値に再設定する。このように、入出力装置４０を利用することにより、サーボモータの最適な駆動を適宜実現することができる。

次に、本発明に係るモータ制御システムを用いた第２の実施形態として、図３に示すような、ベルトコンベア上を流れるプリント板のバーコードをバーコードリーダにて読み取るベルトコンベア装置を説明する。この装置は、プリント板のような被搬送物１００を搬送するベルトコンベア１０２と、プリント板１００の位置を検出する位置センサ７０ａ、７０ｂ及び７０ｃと、プリント板１００に形成されたバーコード（図示せず）を読み取るバーコードリーダ１０４とを有する。ベルトコンベア装置は、プリント板１００をできるだけ高速で搬送するために、バーコードリーダ１０４がバーコードを読み取る間だけはプリント板１００を読み取り可能な速度以下で搬送し、それ以外ではより高速（例えばベルトコンベア１０２の最高搬送速度）で搬送するものとする。なお位置センサ７０ａ、７０ｂ及び７０ｃは上述のセンサ７０に相当するものであり、それぞれ、プリント板１００がバーコード読み取り区間Ｓの手前の減速開始位置Ｐ１、バーコードの読み取り区間Ｓの始点Ｐ２及び終点Ｐ３に達したことを検出するように構成される。

図４は、ベルトコンベア１０２によるプリント板１００の搬送速度の変化をベルトコンベア上の搬送方向位置に対応させて示したグラフである。プリント板１００は減速開始位置Ｐ１までは読み取り可能速度ｖ₀を超える速度ｖ₁で搬送され、プリント板１００がＰ１に達したことをセンサ７０ａが検出したらベルトコンベアは減速を開始し、プリント板１００が読み取り区間Ｓの始点Ｐ２に達する前に読み取り可能速度ｖ₀以下の速度ｖ₂まで減速する。プリント板１００が読み取り区間Ｓに進入したことをセンサ７０ｂが検出したら、その検出信号を入出力装置４０に入力し、入出力装置４０はその信号を数値制御装置１０に転送する。数値制御装置１０は、得られた検出信号及びモータの速度指令（ベルトコンベアの速度）の波形を表示器５０に描画させ、作業者はそれにより読み取り区間Ｓ内の速度がｖ₀以下であるかを確認することができる。プリント板１００が読み取り区間Ｓを通過したことをセンサ７０ｃが検出したら、ベルトコンベア１０２は再び速度ｖ₁に加速される。従ってデータ入出力装置４０及び位置センサ７０ａ〜７０ｃからの信号又はデータをＰＣ６２でフィードバック処理することにより、ベルトコンベアを駆動するサーボモータの位置情報について、入出力装置４０からのフィードバックと位置センサ７０ａ〜７０ｃからのフィードバックとを比較して、機械精度の確認、監視又は解析等をタイミングを含めて行うことができる。

次に、本発明に係るモータ制御システムを用いた第３の実施形態として、図５に示すような、複数の加工ステーションを備えたロータリ式インデックス装置２００を説明する。装置２００は、略円形に配置された複数の（図示例では８つ）ワークステーション２０１〜２０８を有し、ワーク（図示せず）の１サイクルの加工（すなわちワークをワークステーション２０１から２０８まで順次加工していく）を行うものである。このような装置では、１サイクル終了後にワークに加工精度不良が判明した場合、どのワークステーションに問題があったかを特定するために、ステーション毎に加工及びその確認を行わなければならず、非常に手間がかかる。一般にワークステーションでの加工不良や精度不良は、工具がワークに切込み過ぎたり可動部が周辺機器に干渉したりして生じ得ることから、各ワークステーションで使用されるサーボモータのトルクコマンドの変化（異常）として認められる場合が多い。本発明を適用すれば、ある加工サイクルにおいて先ずワークステーション２０１での加工が行われている間はワークステーション２０１のサーボモータのトルクデータを入出力装置４０を用いて出力し、加工がワークステーション２０２に移行したらワークステーション２０２のサーボモータのトルクデータ出力に切り替える、という操作が可能になる。このように加工中のワークステーションのサーボモータのトルクデータを外部に出力し、加工の進行に合わせてデータ出力を順次次のワークステーションに切り替えて監視することにより、異常の判定に必要な情報のみを抽出できるとともに加工サイクル中において異常が発生したら直ちに異常部位を特定することができる。

さらに、ワークの加工状態をセンサにて監視し、ある位置までワークが加工されたときにサーボに新たなコマンドを与えるシステムにおいて、センサからの入力がサーボ軸の制御と同期していないと、加工毎にセンサからの入力タイミングにずれが生じるため、サーボに与えるコマンドのタイミングもまた一定せず、ワークの加工精度が低下する可能性がある。しかし、シリアル通信ラインを用いて構成されたサーボシステムでは、各サーボ軸の制御の同期が保たれる通信方法を採用することができるため、シリアル通信ラインに接続されるデータ入出力装置からの入力信号もまた、サーボ軸の制御と同期させることができる。従って、データ入出力装置にセンサからの信号を入力して、サーボに与えるコマンドとすることにより、タイミングが一定となりワークの加工精度が向上する。

本発明に係るモータ制御システムの概略構成を示す図である。 （ａ）本発明の第１の実施形態としてバックラッシ加速量の調整を説明するグラフであって、パラメータ調整不要の状態を示す図であり、（ｂ）パラメータが過小な状態を示す図であり、（ｃ）パラメータが過大な状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態としてベルトコンベア装置を示す概略図である。 図３のベルトコンベアによるプリント板の搬送速度の変化をベルトコンベア上の搬送方向位置に対応させて示したグラフである。 本発明の第３の実施形態としてロータリ式インデックス装置を示す概略図である。

符号の説明

１ システム
１０ 数値制御装置
２０ シリアル通信ライン
３０ａ、３０ｂ アンプ
３２ａ、３２ｂ モータ
４０ 入出力装置
５０ 表示器
６０ ＰＬＣ
６２ ＰＣ
７０ センサ
１０２ ベルトコンベア
２００ インデックス装置

Claims (11)

1. 数値制御装置と、
   該数値制御装置からの指令をシリアル通信ラインを介して受信するように構成された複数のモータアンプと、
   各々が該複数のモータアンプの各々により駆動される複数のモータと、
   該複数のモータのための制御用データの入出力を行うための入出力装置と、を有するモータ制御システムであって、
   前記データ入出力装置は、前記数値制御装置内の前記複数のモータの制御用データを、前記シリアル通信ラインを経由して入出力することができるように構成されることを特徴とする、モータ制御システム。
2. 前記データ入出力装置から出力される前記数値制御装置内の前記複数のモータの制御用データは、モータの速度指令、トルク指令、モータ速度及びモータ位置のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のモータ制御システム。
3. 前記モータはサーボモータであり、前記データ入出力装置から出力される前記数値制御装置内の前記モータの制御用データによってサーボ調整を行う、請求項１又は２に記載のモータ制御システム。
4. 前記データ入出力装置は、前記複数のモータの制御用データを、前記シリアル通信ラインを経由して前記数値制御装置に入力することができるように構成される、請求項１に記載のモータ制御システム。
5. 前記モータはサーボモータであり、前記データ入出力装置による前記数値制御装置への制御用データの入力によってサーボ調整を行う、請求項４に記載のモータ制御システム。
6. 前記モータによって駆動される構成要素の挙動を測定するセンサと、該センサによる検出データと前記データ入出力装置の出力データとをタイミングを含めて比較するデータ処理装置とをさらに有する、請求項１に記載のモータ制御システム。
7. 前記データ入出力装置は、前記複数のモータのいずれの制御用データを入出力するかを任意のタイミングで切り替えることができるように構成される、請求項１に記載のモータ制御システム。
8. 前記モータの負荷を示す出力データを前記入出力装置から受信し、該出力データに基づいて必要に応じて前記モータの負荷低減信号を前記入出力装置に送信するデータ処理装置をさらに有する、請求項１に記載のモータ制御システム。
9. 前記データ入出力装置は前記シリアル通信ラインに活線挿抜可能に接続される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータ制御システム。
10. 前記データ入出力装置は、構造的には前記数値制御装置又は前記モータアンプに一体化される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータ制御システム。
11. 前記数値制御装置及び前記モータアンプを同期運転可能に接続するシリアル通信ラインに前記データ入出力装置が接続され、それによりデータの入出力が同期動作可能になることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のモータ制御システム。

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