JP2010098837A - Cam operation control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転機構を有する機械装置の回転角度に対応した位置決め制御を電動アクチュエータにより行うようにしたカム運転制御装置であって、機械装置の回転角度ごとの電動アクチュエータの位置決め精度、すなわちカム軌跡の精度を改善するようにしたカム運転制御装置に関するものである。 The present invention is a cam operation control device in which positioning control corresponding to the rotation angle of a mechanical device having a rotation mechanism is performed by an electric actuator, and the positioning accuracy of the electric actuator for each rotation angle of the mechanical device, that is, the cam locus. It is related with the cam operation control apparatus which improved the precision of this.
印刷機械におけるブランケット胴の着脱制御などのように回転機構を有する機械装置の回転角度に対応した位置決め制御を、電動アクチュエータを用いて行うようにしたカム運転制御装置が、例えば特許文献1に開示されている。
この種のカム運転制御装置は、機械装置の回転角度に対する電動アクチュエータの位置を回転角度で微分して得た回転角度ごとの速度データを格納するようにした速度パターンメモリと、前記機械装置に取り付けられている角度発信器の角度パルス信号を入力して機械装置の回転角度を得るようにした回転角度検出回路と、前記角度発信器出力を入力して機械装置の回転速度に比例した回転速度周波数を得るようにした回転速度検出回路と、機械装置の回転角度が変化するごとに前記速度パターンメモリの該当するアドレスから回転角度に対する速度データを読み出し、読み出した速度データと前記機械装置の回転速度周波数との乗算により速度指令データを得るようにした速度演算回路と、当該速度指令データに基づいて電動アクチュエータを駆動する駆動手段とを備えていることを特徴とし機械式カムでは実現困難な複雑なカム動作も可能にすることができる。
For example,
This kind of cam operation control device is provided with a speed pattern memory for storing speed data for each rotation angle obtained by differentiating the position of the electric actuator with respect to the rotation angle of the machine device by the rotation angle, and attached to the machine device. A rotation angle detection circuit that obtains the rotation angle of the mechanical device by inputting an angle pulse signal of the angle transmitter, and a rotational speed frequency proportional to the rotational speed of the mechanical device by inputting the output of the angle transmitter A rotation speed detection circuit that reads the speed data for the rotation angle from the corresponding address of the speed pattern memory each time the rotation angle of the machine device changes, and the read speed data and the rotation speed frequency of the machine device And a speed calculation circuit that obtains speed command data by multiplication with the electric actuator based on the speed command data. Can also enable difficult complex camming action achieved by the mechanical cam is characterized in that a drive means for driving the.
またあらかじめ設定しておいた電動アクチュエータの位置決めパターンに基づいて得た回転角度ごとの速度データに機械装置の回転速度に比例した回転速度周波数を乗じて電動アクチュエータの速度指令データを生成しており、このため電動アクチュエータに位置を検出する手段を設けなくても位置決め制御を行えるという特長も備えている。 Moreover, the speed command data of the electric actuator is generated by multiplying the speed data for each rotation angle obtained based on the preset positioning pattern of the electric actuator by the rotation speed frequency proportional to the rotation speed of the mechanical device, For this reason, it has the feature that positioning control can be performed without providing means for detecting the position of the electric actuator.
しかし、機械装置の回転機構の回転速度に回転ムラや速度変動が存在する場合にはこれが角度発信器の角度パルス信号の周波数変動となり、これは回転角度が変化する周期の変動となるためこの種のカム運転制御装置では大きな問題となる。
すなわち速度パターンメモリに格納する回転角度ごとの速度データは、回転角度が変化する周期が一定であることを前提として機械装置の回転角度に対する電動アクチュエータの位置を回転角度で微分して得ているため、機械装置の回転機構の回転角度が変化する周期の変動は前記速度データに回転速度周波数を乗じて生成している速度指令データに誤差を与えることとなり電動アクチュエータの位置に対する累積誤差を生じさせる。
However, if there is rotation unevenness or speed fluctuation in the rotation speed of the rotation mechanism of the mechanical device, this becomes the frequency fluctuation of the angle pulse signal of the angle transmitter, and this is a fluctuation of the cycle in which the rotation angle changes. This cam operation control device is a big problem.
In other words, the speed data for each rotation angle stored in the speed pattern memory is obtained by differentiating the position of the electric actuator with respect to the rotation angle of the mechanical device based on the rotation angle on the assumption that the cycle in which the rotation angle changes is constant. The fluctuation of the cycle in which the rotation angle of the rotation mechanism of the mechanical device changes gives an error to the speed command data generated by multiplying the speed data by the rotation speed frequency, and causes an accumulated error with respect to the position of the electric actuator.
このような回転機構の回転ムラや回転変動にともなう電動アクチュエータの位置決め精度を改善する手段としては、電動アクチュエータに位置を検出する手段を設けておきフィードバック制御を行う方法が考えられるが、制御が煩雑になりかつ経済的にも有利ではない。
解決しようとする問題点は、機械装置の回転速度に比例した変数である回転速度周波数が正確に得られないと速度演算回路から得る速度指令データに誤差が生じることになり、これが電動アクチュエータ誤差の位置に対する累積誤差となって位置決めの精度を悪化させる点である。 The problem to be solved is that if the rotational speed frequency, which is a variable proportional to the rotational speed of the mechanical device, cannot be obtained accurately, an error will occur in the speed command data obtained from the speed calculation circuit. This is a cumulative error with respect to the position, which deteriorates the positioning accuracy.
図1は本発明の実施の形態のカム運転制御装置の構成を示すブロック図であり本図により課題解決手段を説明する。
本発明は、機械装置1の回転角度ごとの電動アクチュエータ12の位置決め精度を改善するために、機械装置1の回転角度に対する電動アクチュエータ12の位置を回転角度で微分して得た回転角度ごとの速度データを格納するようにした速度パターンメモリ2と、前記機械装置に取り付けられている角度発信器11の角度パルス信号Aを入力して機械装置1の回転角度Bを得るようにした回転角度検出回路3と、前記角度パルス信号Aを入力して機械装置1の回転速度周波数Dを得るようにした回転速度検出回路4と、機械装置1の回転角度Bが変化するごとに前記速度パターンメモリ2の該当するアドレスから回転角度Bに対する速度データCを読出し、読み出した速度データCと前記機械装置1の回転速度周波数Dとの乗算により速度指令データを得るとともに、前記速度データCを積算して目標位置データを生成しかつ当該目標位置データより現在位置データを減じて得られる位置ズレ量を基に位置補正量を算出し、当該位置補正量を前記速度指令データに加算して新たな速度指令データEを得るようにした速度演算回路5と、当該速度指令データEに基づいて周波数変換を行った演算パルスGを発生するとともに当該演算パルスGから電動アクチュエータ12を駆動する駆動パルス信号Fを発生するようにした駆動パルス発生回路6と、前記現在位置データHを得るために前記演算パルスGを加算計数するようにした演算パルス計数回路7とを備えたことを最も主要な特徴とする。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a cam operation control apparatus according to an embodiment of the present invention.
In the present invention, in order to improve the positioning accuracy of the electric actuator 12 for each rotation angle of the
本発明のカム運転制御装置は、機械装置の回転角度が変化するごとに速度パターンメモリから読み出す速度データを積算して目標位置データとし、速度指令データに基づいて周波数変換を行った演算パルスを加算計数して現在位置データとして、目標位置データから現在位置データを減じて得られる位置ズレ量を基に位置補正量を算出するようにし、当該位置補正量を前記速度データと回転速度に比例した回転速度周波数との乗算で得た速度指令データに加算して新たな速度指令データを得て駆動パルス発生回路から電動アクチュエータの駆動パルス信号を出力している。
このため回転機構に回転ムラや速度変動があって電動アクチュエータの位置に対する累積誤差が一時的に発生した場合であっても、位置ズレ分を位置補正量として速度指令データを補正しながらカム運転を行うことができ電動アクチュエータの位置決め精度、すなわちカム軌跡の精度を改善することができる。
The cam operation control device according to the present invention adds the speed data read from the speed pattern memory every time the rotation angle of the mechanical device changes to obtain target position data, and adds a calculation pulse obtained by performing frequency conversion based on the speed command data. The position correction amount is calculated based on the position shift amount obtained by subtracting the current position data from the target position data as the current position data, and the position correction amount is rotated in proportion to the speed data and the rotation speed. A new speed command data is obtained by adding to the speed command data obtained by multiplication with the speed frequency, and the drive pulse signal of the electric actuator is output from the drive pulse generation circuit.
For this reason, even if there is rotation unevenness or speed fluctuation in the rotation mechanism and a cumulative error with respect to the position of the electric actuator occurs temporarily, cam operation is performed while correcting the speed command data with the position deviation as the position correction amount. The positioning accuracy of the electric actuator, that is, the accuracy of the cam trajectory can be improved.
マイクロコンピュータを用い、当該マイクロコンピュータのソフトウェアにより速度パターンメモリと速度演算回路の機能を実現した。 Using a microcomputer, the functions of the speed pattern memory and the speed calculation circuit were realized by software of the microcomputer.
図2は、本発明装置の1実施例の構成を示すブロック図であって、21は読出し専用メモリ(以下ROMとする)、22は処理装置(以下CPUとする)、23はカム運転設定器、24はランダムアクセスメモリ(以下RAMとする)、61はバイナリーレートマルチプライヤ、62は分周器である。またA1は角度原点信号、A2はカム運転開始信号、B1は割り込み要求信号である。図1と同符号の1、3、4、7、11、12およびA〜Hは、図1と同じ機能を有する部分、信号である。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the apparatus of the present invention, in which 21 is a read-only memory (hereinafter referred to as ROM), 22 is a processing device (hereinafter referred to as CPU), and 23 is a cam operation setting device. , 24 is a random access memory (hereinafter referred to as RAM), 61 is a binary rate multiplier, and 62 is a frequency divider. A1 is an angle origin signal, A2 is a cam operation start signal, and B1 is an interrupt request signal. 1, 3, 4, 7, 11, 12 and A to H are the parts and signals having the same functions as those in FIG.
図2において、CPU22とROM21とRAM23はいわゆるマイクロコンピュータを形成しておりソフトウェアにより速度パターンメモリ2と速度演算回路5の機能も実現している。
ROM21はカム運転制御のためにCPU22が処理するべきプログラムを格納するとともに電動アクチュエータ12の位置決めのための速度パターンを複数個格納する。
カム運転設定器23は前記ROM21に格納されている複数個の速度パターンのいずれにより電動アクチュエータ12の位置決め制御を行うかをCPU22に選択させるための設定器であり、例えば印刷機械におけるブランケット胴の着脱制御の場合には印刷紙厚を設定して当該紙厚に応じた速度パターンをCPU22に選択させる。
In FIG. 2, a CPU 22, ROM 21 and RAM 23 form a so-called microcomputer, and the functions of the
The ROM 21 stores a program to be processed by the CPU 22 for cam operation control, and stores a plurality of speed patterns for positioning the electric actuator 12.
The cam operation setting device 23 is a setting device for causing the CPU 22 to select which of the plurality of speed patterns stored in the ROM 21 is used to control the positioning of the electric actuator 12, and for example, attaching and detaching a blanket cylinder in a printing machine. In the case of control, the printing paper thickness is set, and the CPU 22 selects a speed pattern corresponding to the paper thickness.
角度発信器11は機械装置1の回転機構に組み込まれており、機械装置1の回転機構が回転すると角度パルス信号Aと角度原点信号A1とを発生して、角度パルス信号Aを回転角度検出回路3と回転速度検出回路4に、角度原点信号A1を回転角度検出回路3にそれぞれ出力する。
角度パルス信号Aは1回転を等分した角度ごとに発生するパルス信号で、例えば1回転を360等分した場合には1度ごとに1パルスを発生する信号であり、角度原点信号A1は1回転に1度発生するパルス信号で、例えば359度から0度に変化する時に発生する。
The angle transmitter 11 is incorporated in the rotation mechanism of the
The angle pulse signal A is a pulse signal generated at every angle obtained by equally dividing one rotation. For example, when one rotation is divided into 360 equal parts, one pulse is generated every one degree. The angle origin signal A1 is 1 This is a pulse signal that occurs once per rotation, and occurs when it changes from 359 degrees to 0 degrees, for example.
回転角度検出回路3は角度パルス信号Aを入力して計数し、角度原点信号A1を入力して角度原点をプリセットするカウンタ回路で構成しており機械装置1の回転機構の1回転の回転角度Bを保持するとともに、回転角度Bが変化するごとにCPU22に割り込み要求信号B1を出力する。
回転速度検出回路4は角度パルス信号Aの周波数を計測して機械装置1の回転機構の回転速度周波数Dを保持する
回転角度Bと回転速度周波数DはいずれもCPU22から読み出すことができるようになっている。
The rotation
The rotation
バイナリーレートマルチプライヤ61と分周器62は駆動パルス発生回路6を構成する。
バイナリーレートマルチプライヤ61はそのビット数をNとすると2Nを分母、比率設定値を分子とする比率を基準クロック周波数(図示していない)に乗じて得られる周波数のパルス列を出力する比率乗算器であり、CPU22から速度指令データEを入力して比率設定値とし演算パルスGを発生する。
バイナリーレートマルチプライヤ61で高い精度の比率演算を行おうとすると、ビット数を多くし基準クロック周波数を高くしなければならないが、その結果演算パルスGの周波数も高くなってしまい直接電動アクチュエータ12を駆動する駆動パルス周波数を得られない。
分周器62は演算パルスGと駆動パルス信号Fとの間で周波数の整合を行うようにしたバイナリーカウンタである。
The binary rate multiplier 61 and the frequency divider 62 constitute a drive
The binary rate multiplier 61 outputs a pulse train having a frequency obtained by multiplying a reference clock frequency (not shown) by a ratio having 2 N as a denominator and a ratio setting value as a numerator, where N is the number of bits. The speed command data E is input from the CPU 22 to generate a ratio setting value and generate a calculation pulse G.
If a high-accuracy ratio calculation is to be performed by the binary rate multiplier 61, the number of bits must be increased and the reference clock frequency must be increased. The driving pulse frequency to be obtained cannot be obtained.
The frequency divider 62 is a binary counter that performs frequency matching between the calculation pulse G and the drive pulse signal F.
演算パルス計数回路7はレートマルチプライヤ61から演算パルスGを入力して計数し現在位置データを保持する。
現在位置データはCPU22から読み出すことができるようになっている。
The arithmetic
The current position data can be read from the CPU 22.
つぎにCPU22とROM21とRAM24で実現している速度パターンメモリについて図3を用いて説明する。
図3は速度パターンメモリの構成例で、速度パターンメモリのアドレスと回転角度ごとの速度データとの関係を示すものである。
ひとつの速度パターンは回転角度ごとに1回転分の速度データが格納されており、図3では回転角度0度から回転角度359度まで回転角度1度ごとに速度データが格納されている。そしてその並びはひとつの速度パターンの先頭アドレスに回転角度0度における速度データv(θ0)が、(先頭アドレス+1)のアドレスに回転角度1度における速度データv(θ1)が、(先頭アドレス+2)のアドレスに回転角度2度における速度データv(θ2)が、というように回転角度の昇順になっており、最後の(先頭アドレス+359)のアドレスに回転角度359度における速度データv(θ359)が格納されている。
Next, a speed pattern memory realized by the CPU 22, the ROM 21, and the RAM 24 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows an example of the configuration of the speed pattern memory and shows the relationship between the address of the speed pattern memory and the speed data for each rotation angle.
One speed pattern stores speed data for one rotation for each rotation angle. In FIG. 3, speed data is stored for each rotation angle from 0 to 359 degrees. Then, the speed data v (θ0) at the rotation angle 0 degree is at the head address of one speed pattern, the speed data v (θ1) at the
本発明装置の1実施例ではROM21にこのような速度パターンが複数個格納されており、カム運転設定器23の設定により電動アクチュエータ12の位置決め制御を行う速度パターンをCPU22に選択させるようにしているが、カム運転設定器23の設定が変化する都度CPU22において設定に応じて電動アクチュエータ12の位置を回転角度で微分する演算を行い、それにより得た速度パターンをRAM24に格納するという方法でもよくこの場合も速度パターンメモリの構成は図3と同様である。 In one embodiment of the apparatus of the present invention, a plurality of such speed patterns are stored in the ROM 21, and the CPU 22 is made to select a speed pattern for performing positioning control of the electric actuator 12 according to the setting of the cam operation setting device 23. However, every time the setting of the cam operation setting device 23 changes, the CPU 22 performs an operation for differentiating the position of the electric actuator 12 by the rotation angle in accordance with the setting, and the speed pattern obtained thereby may be stored in the RAM 24. In this case, the configuration of the speed pattern memory is the same as that shown in FIG.
つぎにCPU22とROM21とRAM24で実現している速度演算回路について図4を用いて説明する。
図4は速度演算のフローチャートであり、機械装置1からカム運転開始信号A2がCPU22に入力された以降において回転角度検出回路3から入力される割り込み要求信号B1によりCPU22が実行する割り込み処理のフローチャートを示すものである。
図4においてS1(またはS1−1〜S1−3)〜S7はそれぞれ割り込み処理内の処理ステップを示している。
Next, a speed calculation circuit realized by the CPU 22, the ROM 21, and the RAM 24 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a flow chart of speed calculation. After the cam operation start signal A2 is input to the CPU 22 from the
In FIG. 4, S1 (or S1-1 to S1-3) to S7 indicate processing steps in the interrupt processing.
機械装置1からカム運転開始信号A2が入力されており、かつ回転角度検出回路3から入力される回転角度Bが0度の時の割り込み要求ならばカム運転開始とし処理ステップS1−1〜S1−3をカム運転初期化のために実行する。
(S1−1)
速度パターンメモリの選択された速度パターンのアドレスを指すための速度パターンアドレスポインタ(図示していない。CPU22のソフトウェア内に存在する)を速度パターンの先頭アドレスを指すために0にクリアする。
(S1−2)
演算パルス計数回路7をリセットして現在位置データHを0にクリアするとともに、演算用現在位置データPn(図示していない。CPU22のソフトウェア内に存在する)を0にする。
(S1−3)
速度データを積算して得るようにした目標位置データPt(図示していない。CPU22のソフトウェア内に存在する)を0にクリアする。
If the cam operation start signal A2 is input from the
(S1-1)
A speed pattern address pointer (not shown, present in the software of the CPU 22) for indicating the address of the selected speed pattern in the speed pattern memory is cleared to 0 to indicate the head address of the speed pattern.
(S1-2)
The calculation
(S1-3)
The target position data Pt (not shown, present in the software of the CPU 22) obtained by integrating the speed data is cleared to zero.
カム運転開始の後、回転角度Bが1度から359度までの割り込み要求ならばカム運転中とし処理ステップS1〜S7を実行する。なお処理ステップS2〜S7はカム運転開始のフローでも実行される。
(S1)
速度パターンメモリの選択された速度パターンのアドレスを指すための速度パターンアドレスポインタに1を加えて次の回転角度における速度データのアドレスを指すようにする。
(S2)
速度パターンアドレスポインタが指すROM21のアドレスから速度データを読み出してv(θ)とする。
(S3)
回転速度検出回路4から回転速度周波数Dを読み出してωとする。
(S4)
演算パルス計数回路7から現在位置データHを読出しスケーリング処理を行って演算用現在位置データをPnとする。
(S5)
v(θ)×ω×K+(Pt−Pn)×Gを演算し結果を速度指令データEとする。
ここでKおよびGは係数である。
(S6)
前記速度指令データEを比率設定値としてバイナリーレートマルチプライヤ61に書き込む。
(S7)
目標位置データPtに速度データv(θ)を加え新しい目標位置データPtを得る。
After the cam operation is started, if the interrupt request is for the rotation angle B from 1 degree to 359 degrees, the cam operation is being performed and processing steps S1 to S7 are executed. Processing steps S2 to S7 are also executed in the cam operation start flow.
(S1)
1 is added to the speed pattern address pointer for indicating the address of the selected speed pattern in the speed pattern memory to indicate the address of the speed data at the next rotation angle.
(S2)
The speed data is read from the address of the ROM 21 pointed to by the speed pattern address pointer and is set to v (θ).
(S3)
The rotational speed frequency D is read from the rotational
(S4)
The current position data H is read from the arithmetic
(S5)
v (θ) × ω × K + (Pt−Pn) × G is calculated and the result is set as speed command data E.
Here, K and G are coefficients.
(S6)
The speed command data E is written to the binary rate multiplier 61 as a ratio set value.
(S7)
The speed data v (θ) is added to the target position data Pt to obtain new target position data Pt.
以上説明したように回転角度Bが変化するごとに回転角度検出回路3から割り込み要求信号B1が発生し、割り込み処理においてCPU22は処理ステップS2で速度パターンメモリ2を構成するROM21の該当するアドレスから回転角度Bに対する速度データv(θ)を読出し、ステップ5で前記速度データv(θ)と回転角度周波数ωとの乗算により速度指令データv(θ)×ω×Kを得るとともに、処理ステップS7で速度データv(θ)を積算して目標位置データPtを生成するようにし、処理ステップS5で前回割り込み処理時の目標位置データPtより演算用現在位置データPnを減じて得られる位置ズレ量(Pt−Pn)に係数Gを乗じて位置補正量(Pt−Pn)×Gを算出し、当該位置補正量を前記速度指令データv(θ)×ω×Kに加算して新たな速度指令データEを得るようにして速度演算回路5の機能を実現している。
As described above, every time the rotation angle B changes, the interrupt request signal B1 is generated from the rotation
本発明装置では回転角度Bが変化するごとに位置ズレ量から算出される位置補正量を速度指令データに加算して新たな速度指令データEを得るようにしているため、機械装置1の回転機構に回転ムラや速度変動が存在して回転速度周波数Dが変動し電動アクチュエータ12
の位置に対する累積誤差が一時的に発生した場合であっても、位置ズレ分を位置補正量として速度指令データを補正しながらカム運転を行うことができ電動アクチュエータ12の位置決め精度、すなわちカム軌跡の精度を改善するという効果がある。
In the device according to the present invention, every time the rotation angle B changes, the position correction amount calculated from the position shift amount is added to the speed command data to obtain new speed command data E. The rotation speed frequency D fluctuates due to the presence of rotation irregularities and speed fluctuations in the electric actuator 12.
Even if a cumulative error with respect to the current position temporarily occurs, the cam operation can be performed while correcting the speed command data using the position deviation as the position correction amount, that is, the positioning accuracy of the electric actuator 12, that is, the cam locus This has the effect of improving accuracy.
あらかじめ電動アクチュエータの速度パターンを生成しておき、この速度パターンの速度データにより電動アクチュエータの位置決めを行うようにした位置決め装置について適用が可能である。 The present invention can be applied to a positioning device in which a speed pattern of the electric actuator is generated in advance and the electric actuator is positioned based on the speed data of the speed pattern.
1 機械装置
11 角度発信器
12 電動アクチュエータ
2 速度パターンメモリ
21 読出し専用メモリ(ROM)
22 処理装置(CPU)
23 カム運転設定器
24 ランダムアクセスメモリ(RAM)
3 回転角度検出回路
4 回転速度検出回路
5 速度演算回路
6 駆動パルス発生回路
61 バイナリーレートマルチプライヤ
62 分周器
7 演算パルス計数回路
A 角度パルス信号
A1 角度原点信号
A2 カム運転開始信号
B 回転角度
B1 割り込み要求信号
C 速度データ
D 回転速度周波数
E 速度指令データ
F 駆動パルス信号
G 演算パルス
H 現在位置データ
DESCRIPTION OF
22 Processing unit (CPU)
23 Cam operation setting device 24 Random access memory (RAM)
DESCRIPTION OF
Claims (1)
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- 2008-10-16 JP JP2008267187A patent/JP2010098837A/en active Pending
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130702 |