JP2009101444A - Method of controlling position of rotating structure - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば多軸工作機械等に備えられる回転構造物の位置を制御するための制御方法に関するものである。 The present invention relates to a control method for controlling the position of a rotating structure provided in, for example, a multi-axis machine tool.
近年、付加価値のより高い製品が要求されることから、多軸工作機械の使用が増加しており、該多軸工作機械における加工精度の向上が望まれている。そこで、高精度な位置制御(回転角度制御)を可能とすべく、たとえば特許文献1に記載されているような制御装置が考案されている。
以下、特許文献1に記載の制御装置及び該制御装置における位置制御方法について説明する。特許文献1に記載の制御装置は、回転軸の近傍に回転速度検出器や回転角度検出器を備えており、回転軸をバネ及び剛体と仮定して、上記回転速度検出器等より得られる制御情報に基づいてねじり変形による回転角度誤差量等を推定し、該推定値に基づいてトルク指令値を補正するようになっている。
In recent years, since products with higher added value are required, the use of multi-axis machine tools is increasing, and improvement of machining accuracy in the multi-axis machine tools is desired. Therefore, in order to enable highly accurate position control (rotation angle control), for example, a control device as described in Patent Document 1 has been devised.
Hereinafter, a control device described in Patent Document 1 and a position control method in the control device will be described. The control device described in Patent Document 1 includes a rotation speed detector and a rotation angle detector in the vicinity of the rotation shaft, and the control obtained from the rotation speed detector and the like assuming that the rotation shaft is a spring and a rigid body. A rotational angle error amount due to torsional deformation is estimated based on the information, and the torque command value is corrected based on the estimated value.
ここで、回転構造物を回転させた際、厳密には構造物全体が同様に変形することはないため、回転構造物の各位置毎に回転角度誤差量が異なる事態が起こり得る。しかしながら、上記特許文献1に記載の制御方法では、当該事態を考慮していないため、算出した推定量と、回転構造物の特定位置(制御対象位置)における実際の回転角度誤差量とに差が生じてしまうといった事態が発生し、位置制御の信頼性に乏しいという課題を抱えている。 Here, strictly speaking, when the rotating structure is rotated, the entire structure is not similarly deformed in the same manner, and therefore, the rotation angle error amount may be different for each position of the rotating structure. However, since the control method described in Patent Document 1 does not consider the situation, there is a difference between the calculated estimated amount and the actual rotational angle error amount at the specific position (control target position) of the rotating structure. The situation that it occurs occurs, and there is a problem that the reliability of the position control is poor.
そこで、本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、精度の高い位置制御を実施することができ、より高精度な加工等の実現に寄与することができる回転構造物の位置制御方法を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and can perform position control with high accuracy and can contribute to the realization of more accurate machining and the like. Is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、回転構造物を回転動作させる駆動部へ出力するトルク指令をもとに、前記回転構造物の回転軸における誤差である角度誤差を補正する位置制御方法であって、前記回転構造物の制御対象位置に応じて、ねじり剛性係数を予め設定されたテーブルからの選択又は予め設定されている所定の関数にもとづく算出により決定する第1工程と、前記決定したねじり剛性係数を用いて角度誤差を算出する第2工程と、前記角度誤差を補正量として出力する第3工程とを実行することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a position control method for correcting an angular error, which is an error in the rotating shaft of the rotating structure, based on a torque command output to a drive unit that rotates the rotating structure. The first step of determining the torsional stiffness coefficient by selection from a preset table or calculation based on a preset predetermined function according to the control target position of the rotating structure, and the determination The second step of calculating the angle error using the torsional rigidity coefficient and the third step of outputting the angle error as a correction amount are executed.
本発明によれば、制御対象位置を角度誤差推定装置へ入力し、該制御対象位置におけるねじり剛性係数を選択又は算出により決定し、該ねじり剛性係数を用いて角度誤差Δθを算出(推定)して、該角度誤差Δθを加味しつつ駆動部の回転動作を制御する。したがって、制御対象位置に応じて角度誤差を算出しない従来の位置制御と比較して、信頼性の高い位置制御を実施することができ、位置決め精度の向上、ひいては加工精度の向上を図ることができる。 According to the present invention, the position to be controlled is input to the angle error estimation device, the torsional stiffness coefficient at the position to be controlled is selected or calculated, and the angle error Δθ is calculated (estimated) using the torsional stiffness coefficient. Thus, the rotational operation of the drive unit is controlled while taking into account the angle error Δθ. Therefore, compared with the conventional position control that does not calculate the angle error according to the position to be controlled, it is possible to perform position control with higher reliability, and it is possible to improve the positioning accuracy and hence the processing accuracy. .
以下、本発明の一実施形態となる位置制御方法について説明する。 Hereinafter, a position control method according to an embodiment of the present invention will be described.
まず、制御装置による制御対象となる回転構造物1について説明する。図1は、回転構造物1を示した説明図であり、図2は、回転構造物1を模式的に示した説明図である。尚、図2では、図1におけるX軸方向を、紙面の表裏方向として示している。
回転構造物1は、たとえば5軸制御立形マシニングセンタ等の工作機械に設置されるトラニオン構造の二軸ユニットであって、図示しない軸受等に支持された旋回軸部4、4を軸としてX軸と平行なA軸周りで揺動自在(回転動作)なトラニオン2、及びトラニオン2上で回転自在なテーブル3とを備えてなる。
First, the rotating structure 1 to be controlled by the control device will be described. FIG. 1 is an explanatory view showing the rotating structure 1, and FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the rotating structure 1. In FIG. 2, the X-axis direction in FIG. 1 is shown as the front and back direction of the paper.
The rotating structure 1 is a trunnion-structured biaxial unit installed in a machine tool such as a 5-axis control vertical machining center, for example, and an X-axis with
一方、上記トラニオン2の動作を制御する制御装置について、図3をもとに説明する。図3は、A軸周りでの回転動作に係る制御機構を示したブロック構成図である。
図3に示す如く、制御装置では、トラニオン2のA軸周りでの回転動作の制御に係り、NC装置10から入力されるNC位置指令と、トラニオン2を回転させるモータ(駆動部)11に設けられた角度検出器12からの位置フィードバック信号との偏差が0になるような位置制御ループが組まれている。また、微分器13により位置フィードバック信号を微分して得られる速度フィードバック信号と、位置制御部14からの出力信号とを速度制御部15にて比較するとした速度制御ループが、上記位置制御ループの内側に組まれている。尚、速度制御部15から出力されるトルク指令信号は、トルク/電流制御部16を介してモータ11へ伝達される。
On the other hand, a control device for controlling the operation of the
As shown in FIG. 3, the control device is provided in the NC position command input from the
さらに、制御装置には、速度制御部15から出力されるトルク指令Tmを角度誤差推定装置20へ入力し、トラニオン2の弾性変形による角度誤差Δθを算出して、補正信号を出力するとした角度補正ループが組まれており、角度誤差推定装置20には、トラニオン2上(又はテーブル3上)の各点、すなわち制御対象位置R毎に夫々対応させてねじり剛性係数KθRが予めテーブルに設定されている。そして、角度誤差推定装置20にトルク指令Tmが入力されると、NC位置指令にもとづいて算出され入力される制御対象位置Rにもとづき、テーブルから対応するねじり剛性係数KθRを選択して、下式(1)により、角度誤差Δθを算出し、補正量として出力する。尚、角度誤差推定装置20へは、回転角加速度αもNC位置指令にもとづいて算出され入力される。また、制御対象位置Rとは、図2に示す如く、補正対象となる位置の回転中心からの距離であり、NC位置指令にもとづき制御対象演算部21にて算出される。さらに、下式(1)におけるJmとは、旋回軸部4や軸受等におけるイナーシャである。
Furthermore, the angle of the control device, the torque command T m output from the
ここで、図2にもとづいて角度誤差Δθの具体的な算出を説明すると、制御対象位置R1における角度誤差Δθ1を算出する場合、テーブルに記憶されている制御対象位置R1におけるねじり剛性係数KθR1を選択し、Δθ1=(Tm−Jm・α)/KθR1により角度誤差Δθ1を算出する。一方、制御対象位置R2における角度誤差Δθ2を算出する場合、テーブルに記憶されている制御対象位置R2におけるねじり剛性係数KθR2を選択し、Δθ2=(Tm−Jm・α)/KθR2により角度誤差Δθ2算出する。 Here, when describing a specific calculation of the angle error [Delta] [theta] based on FIG. 2, when calculating the angular error [Delta] [theta] 1 in the controlled object position R 1, stiffness coefficient twisting in the controlled object position R 1 stored in the table K θR1 is selected, and the angle error Δθ 1 is calculated from Δθ 1 = (T m −J m · α) / K θR1 . On the other hand, when calculating the angular error [Delta] [theta] 2 in the controlled object position R 2, select the stiffness coefficient K Shitaaru2 torsion in the controlled object position R 2 stored in the table, Δθ 2 = (T m -J m · α) The angle error Δθ 2 is calculated from / K θR2 .
以上のような位置制御方法によれば、制御対象位置Rを角度誤差推定装置20へ入力し、該制御対象位置Rにおけるねじり剛性係数KθRを予め設定されているテーブルから選択し、該ねじり剛性係数KθRを用いて角度誤差Δθを算出(推定)する。そして、該角度誤差Δθを加味しつつモータ11の回転動作を制御する。したがって、制御対象位置Rに応じて角度誤差を算出しない従来の制御装置と比較して、信頼性の高い位置制御を実施することができ、位置決め精度の向上、ひいては加工精度の向上を図ることができる。
According to the position control method as described above, the control target position R input to the angle
なお、本発明の制御装置に係る構成は、上記実施形態に記載の態様に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更可能である。
たとえば、上記実施形態では、予め角度推定誤差装置にねじり剛性係数KθRを各制御対象位置毎に夫々対応させて記憶しておき、入力された制御対象位置に応じて対応するねじり剛性係数KθRを選択するような構成としているが、当該構成ではなく、制御対象位置を変数としてねじり剛性係数KθRを算出可能な所定の関数を角度推定誤差装置に記憶させておき、角度誤差推定装置は、入力された制御対象位置にもとづき所定の関数を用いてねじり剛性係数KθRを算出するような構成としてもよい。また、上記実施形態では、制御対象位置Rを特定するための基準点を回転構造物の回転中心としているが、テーブル上に基準点を設け、そこからの距離により制御対象位置を特定するようにしてもよい。
また、回転構造物の制御対象位置の弾性変形による角度誤差を推定するにあたり、該弾性変形に起因する力の種類(たとえば、重力、回転角加速度、外力や負荷重量等といった集中加重)ごとに、用いるねじり剛性係数Kθを関数又はテーブルにより選択(算出)することにより、推定する角度誤差の精度を更に高めるようにすることも可能である。
さらに、回転構造物の構成も、上述したようなトラニオンに限定されることはなく、テーブルが旋回しないトラニオン等であっても何ら問題はない。
In addition, the structure which concerns on the control apparatus of this invention is not limited to the aspect as described in the said embodiment, It can change suitably as needed in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above embodiment, the angle estimation error device stores in advance the torsional stiffness coefficient KθR corresponding to each control target position, and the corresponding torsional stiffness coefficient KθR corresponding to the input control target position. However, instead of this configuration, a predetermined function capable of calculating the torsional stiffness coefficient KθR using the position to be controlled as a variable is stored in the angle estimation error device, and the angle error estimation device is The torsional stiffness coefficient KθR may be calculated using a predetermined function based on the input control target position. In the above embodiment, the reference point for specifying the control target position R is the rotation center of the rotating structure. However, the reference point is provided on the table, and the control target position is specified by the distance from the reference point. May be.
Further, in estimating the angular error due to the elastic deformation of the control target position of the rotating structure, for each type of force resulting from the elastic deformation (for example, concentrated weighting such as gravity, rotational angular acceleration, external force and load weight), by selecting (calculated) by a function or a table torsional rigidity coefficient K theta used, it is also possible to further improve the accuracy of the estimated angle error.
Further, the configuration of the rotating structure is not limited to the trunnion as described above, and there is no problem even if the table is a trunnion that does not turn.
1・・回転構造物、2・・トラニオン、3・・テーブル、4・・旋回軸部、10・・NC装置、11・・モータ、12・・角度検出器、13・・微分器、14・・位置制御部、15・・速度制御部、16・・トルク/電流制御部、20・・角度誤差推定装置、21・・制御対象位置演算部。
1 ....
Claims (1)
前記回転構造物の制御対象位置に応じて、ねじり剛性係数を予め設定されたテーブルからの選択又は予め設定されている所定の関数にもとづく算出により決定する第1工程と、
前記決定したねじり剛性係数を用いて角度誤差を算出する第2工程と、
前記角度誤差を補正量として出力する第3工程と
を実行する回転構造物の位置制御方法。 A position control method for correcting an angular error, which is an error in the rotating shaft of the rotating structure, based on a torque command output to a drive unit that rotates the rotating structure,
A first step of determining a torsional stiffness coefficient by a selection from a preset table or a calculation based on a preset predetermined function according to a control target position of the rotating structure;
A second step of calculating an angle error using the determined torsional stiffness coefficient;
A position control method for a rotating structure that executes a third step of outputting the angle error as a correction amount.
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