JP2010513998A

JP2010513998A - トリガパルスを位置的に正確に送出するためのパルス送出装置

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Publication number: JP2010513998A
Application number: JP2009540681A
Authority: JP
Inventors: ツェントグラーフ、エバーハルト
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2010-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-19
Also published as: JP5253411B2; DE102007029151A1; WO2008071494A1; US20100019926A1; US8405519B2

Abstract

【課題】制御装置へのトリガパルスの戻しを必要とすることなしに、正確に所望の時点でのトリガパルスの送出を可能にするパルス送出装置を提供する。
【解決手段】制御装置（１）およびトリガ装置（２）がデータ処理のために互いに結合されている。制御装置（１）およびトリガ装置（２）は電子装置である。制御装置（１）は少なくとも１つの軸のために補間サイクル（Ｔ）によりその都度１つの位置目標値（ｐ^*）を求め、トリガ装置（２）に時間遅れ（ｔ）を伝達する、トリガ装置（２）が時間遅れ（ｔ）の伝達以降、時間遅れ（ｔ）がいつ終了するかを監視し、そのときにトリガパルス（Ｉ）を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置と制御装置にデータ技術的に結合されたトリガ装置とを備えたパルス送出装置であって、制御装置およびトリガ装置が電子装置でありかつ次のように構成されている、すなわちパルス送出装置の動作時に、
制御装置が少なくとも１つの軸のために１つの補間サイクルによりその都度１つの位置目標値を求め、
トリガ条件発生時にトリガ装置がトリガパルスを出力する
ように構成されているパルス送出装置に関する。

少なからぬ制御プロセスに関して、移動軌道に沿って位置的に等距離の間隔にてその都度１つのトリガパルスを外部装置に送出することが必要である。外部装置は、例えば加工される工作物を測定する超音波測定ヘッドであってよい。

この種のトリガパルスを供給するために、位置エンコーダシステムが接続されている実在のモータに制御装置が位置目標値を出力することは公知である（例えば、特許文献１参照）。位置エンコーダシステムの出力信号が制御装置に供給され、制御装置によって評価される。この場合に目標値は制御装置によって次のように求められる。すなわち目標値が、移動すべき軌道に沿ってその都度進まれる経路に対応するように求められる（いわゆる軌道軸）。他の可能性は、モータが電子装置によって置き換えられ、電子装置が純粋に計算により位置エンコーダシステムから送出すべき信号を求めて出力する。

いずれの場合にも位置エンコーダ信号が制御装置に戻されて、制御装置から出力される。したがって、制御装置は、正しい個数の位置エンコーダ信号がモータ／センサユニットまたは電子装置のいずれかによって１つの補間サイクル内において送出されるように動作する。本来のトリガ信号は、外部で他の電子装置および位置エンコーダ信号の計数によって、制御装置のサイクルに依存せずに発生させられる。

独国特許第１０３４９９４８号明細書

本発明の課題は、制御装置へのトリガパルスの戻しを必要とすることなしに、正確に所望の時点でのトリガパルスの送出を可能にするパルス送出装置を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を有するパルス送出装置によって解決される。有利な実施形態は後続請求項２乃至９の対象である。

本発明によれば、制御装置が少なくとも１つの軸のために１つの補間サイクルによりその都度１つの位置目標値を求める。同様に、その補間サイクルにより制御装置がトリガ装置に時間遅れを伝達する。トリガ装置が時間遅れの伝達以降、時間遅れがいつ終了するかを監視し、そのときにトリガパルスを出力する。

したがって、本発明によるやり方の場合には、トリガパルスの発生が制御装置から減結合され、したがって補間サイクルからも減結合される。

制御装置がトリガ装置に時間遅れに加えて後続時間を伝達する。この場合にはトリガ装置が、最後に出力されたトリガパルスの出力以降、後続時間がいつ終了するかを監視し、そのときにその都度更に別のトリガパルスを出力する。

制御装置がトリガ装置に時間遅れおよび後続時間に加えてパルス数を伝達する。この場合はトリガ装置が、他のトリガパルスを、時間遅れ、後続時間およびパルス数の最後の伝達以降、出力された他のトリガパルスの個数が伝達されたパルス数（Ｎ）に一致するまでの間のみ出力する。

制御装置が、時間遅れ、後続時間および補間サイクルに基づいてパルス数を求めるとよい。

制御装置が、少なくとも１つの軸のために決定された位置目標値の時間微分および位置的な目標間隔に基づいて後続時間を求めるとよい。それによって、トリガパルスがトリガ装置から補間サイクルにわたって位置的に等距離で出力されることが達成可能である。

制御装置が、最後に出力されたトリガパルスの時点、すぐ次の位置目標値の出力時点、少なくとも１つの軸のために決定された位置目標値の時間微分、および位置的な目標間隔に基づいて時間遅れ（ｔ）を求めるとよい。この措置によって、トリガパルスがトリガ装置から補間サイクルにわたって位置的に等距離で出力されることが達成可能である。

制御装置が、時間遅れを求める際に少なくとも１つの軸の位置目標値に対する少なくとも１つの他の軸の位置実際値の遅れを考慮するとよい。

制御装置が多くの場合において数値制御装置として構成されている。

トリガ装置が補間サイクルよりも大きい周波数の内部クロックにて動作させられるとよい。

図１はパルス送出装置のブロック図である。図２は制御装置の動作例を説明するためのフローチャートである。図３はトリガ装置の動作例を説明するためのフローチャートである。図４はトリガ装置の他の動作例を説明するためのフローチャートである。図５はトリガパルスを説明するためのタイムチャートである。

図面を参照する以下における実施例の説明から他の利点および詳細を明らかにする。

図１によれば、パルス送出装置は制御装置１およびトリガ装置２を有する。制御装置１およびトリガ装置２は電子装置である。これらはデータ技術的に互いに結合されている。制御装置１は、例えば数値制御装置として構成されている。これが図１に文字「ＮＣ」（＝数値制御）によって示されている。トリガ装置２はトリガパルスＩの出力に役立つ。

制御装置１は補間サイクルＴによりクロック動作させられる。補間サイクルＴは実施例によれば（図５参照）５００Ｈｚである。これは２ｍｓの繰り返し時間に相当する。したがって、実施例によれば制御装置１は１つの軌道軸についてその都度２ｍｓ以内に位置目標値ｐ^*を求める。軌道軸のための位置目標値ｐ^*は時間的に単調に上昇する値である。位置目標値ｐ^*は軌道に沿って進まれる全行程に相当する。この場合に、軌道は制御装置１から他の軸に出力される他の位置目標値ｐｉ^*の全体の時間的連続によって決定されている。

図２によれば、制御装置１が、ステップＳ１において、検出位置目標値ｐ^*，ｐｉ^*を求め、場合によってはそれらの出力も行なう。特に、ステップＳ１の枠内において、更に別の軸が実際に制御される。更に、図２によれば、制御装置１がステップＳ２およびＳ３を実行する。

ステップＳ２において制御装置１が少なくとも軌道軸の位置目標値ｐ^*の時間微分ｖ^*を算定する。したがって、結局のところ制御装置１が目標速度ｖ^*を求め、この目標速度ｖ^*により更に別の軸の軌道がこの時点で移動させられる。更に、制御装置１が時間遅れｔおよび後続時間δｔを求める。任意選択的に制御装置１が付加的にパルス個数Ｎを求める。

制御装置１が、トリガ装置２によって最後に出力されたトリガパルスＩの時点ｔ’、すぐ次の位置目標値ｐ^*の出力時点ｔ”、少なくとも１つの軸のために求めた位置目標値ｐ^*の時間微分ｖ^*および位置の目標間隔δｐ^*に基づいて、時間遅れｔを求める。とりわけ、位置の目標間隔δｐ^*と目標速度ｖ^*との商が、最後に出力されたトリガパルスＩからすぐ次のトリガパルスＩが有すべき時間間隔に相当する。最後に出力されたトリガパルスＩは時点ｔ’で出力された。したがって、時間遅れｔは、
ｔ＝δｐ^*／ｖ^*−（ｔ”−ｔ’）＋ｏｆｆｓｅｔ（１）
となる。

方程式（１）に示されたｏｆｆｓｅｔは零であってよい。しかしながら、制御装置１が、ｏｆｆｓｅｔの枠内において、軌道軸の目標値ｐ^*に対するこれ以外の軸の少なくとも１つの位置実際値ｐｉの遅れを考慮することが好ましい。このｏｆｆｓｅｔによって、対応する位置目標値ｐｉ^*に対する位置実際値ｐｉの遅れ（すなわち、輪郭誤差）を考慮することができる。いずれの場合にも制御装置１は、その都度の補間サイクルＴにわたってトリガパルスＩがトリガ装置２から位置的に等距離にて出力されるように時間遅れｔを求める。

更に、制御装置１が、少なくとも１つの軸のために求めた位置目標値ｐ^*の時間微分ｖ^*および位置の目標間隔δｐ^*に基づいて、後続時間δｔを求める。特に、制御装置１が後続時間δｔを、
δｔ＝δｐ^*／ｖ^* （２）
で求める。

制御装置１はまた、トリガパルスＩがトリガ装置２から補間サイクルにわたって位置的に等距離にて出力されるように、後続時間δｔを求める。

制御装置１がパルス数Ｎも求める場合には、制御装置１がパルス数Ｎを時間遅れｔ、後続時間δｔおよび補間サイクルＴに基づいて算定する。特に、制御装置１が場合によってはパルス数Ｎを、
Ｎ＝（１／Ｔ−ｔ）／δｔ（３）
で求める。

ステップＳ３において制御装置１がトリガ装置２に時間遅れｔ、後続時間δｔを出力し、場合によってはパルスＮも出力する。

トリガ装置２は、補間サイクルＴよりも大きい周波数の内部クロックＴ’で動作させられる。例えば、内部クロックは、２ｋＨｚ、５ｋＨｚ、１０ｋＨｚなどであるとよい。トリガ装置２は図３または図４による方法を実行する。この場合に、図３は制御装置１が時間遅れｔおよび後続時間δｔのみをトリガ装置２に伝達する場合に関する。図４は、時間遅れｔおよび後続時間δｔに加えてパルス数Ｎも伝達する場合に関する。以下において先ず図３を検討し、それから図４を検討する。

図３によれば、トリガ装置２が先ずステップＳ１１において時間遅れｔおよび後続時間δｔを受け取る。ステップＳ１２においてトリガ装置２がタイマを時間遅れｔにセットする。ステップＳ１３においてトリガ装置２が時間遅れｔを待つ。時間遅れｔが終了したとき、トリガ装置２がステップＳ１４においてトリガパルスＩを出力する。したがって、トリガ装置２は、時間遅れｔの伝達以降、時間遅れｔがいつ終了するかを監視する。そのときトリガ装置２がトリガパルスＩを出力する。

ステップＳ１５においてトリガ装置２がタイマを後続時間δｔにセットする。ステップＳ１６においてトリガ装置２が、時間遅れｔおよび後続時間δｔの新たな設定が行なわれるべきかどうかをチェックする。これがそうである場合には、トリガ装置２がステップＳ１１に戻る。他の場合には、トリガ装置２が、タイマ動作が終了したか否かをチェックするステップＳ１７を実行する。これがそうでない場合にはトリガ装置２がステップＳ１６に移行する。他の場合にはトリガ装置２がステップＳ１８を実行し、このステップＳ１８ではトリガ装置２が更に別のトリガパルスＩを出力する。ステップＳ１８からトリガ装置２はステップＳ１５へ戻る。

したがって、図３による方法は、トリガ装置２が、最後に出力されたトリガパルスＩの出力以降、後続時間δｔがいつ終了するかを監視し、そのときにその都度更に別のトリガパルスＩを出力するという結果となる。

図４の方法は図３の方法と類似している。特に、図４の方法は、図３のステップＳ１１ないしＳ１５ならびにステップＳ１７およびＳ１８を含む。しかしステップＳ１６がなくなっている。ステップＳ１１ないしＳ１５、ステップＳ１７およびＳ１８に加えてステップＳ２１ないしＳ２３が存在する。以下においてステップＳ２１ないしＳ２３のみを更に詳細に説明する。

ステップＳ２１においてトリガ装置２がパルス数Ｎを受け取る。更にトリガ装置２がインデックスｎを値０にセットする。ステップＳ２１は、場合によってはステップＳ１１と一緒に単一のステップに統合されていてもよい。

ステップＳ２２においてトリガ装置２が、インデックスｎがパルス数Ｎと等しいかどうかをチェックする。

ステップＳ２３においてトリガ装置２がインデックスｎを増加させ、つまりそれの値を１だけ高める。

図４による方法は、トリガ装置２が、その都度最後に出力されたトリガパルスＩの出力以降、後続時間δｔがいつ終了するかを監視し、そのときにその都度１つの更に別のトリガパルスＩを出力するという結果となる。そのかぎりでは図４の方法の作用は図３のそれと同一である。しかしながら、図４による構成では、時間遅れｔ、後続時間δｔおよびパルス数Ｎの最後の伝達以来出力された他のトリガパルスＩの個数が伝達されたパルス数Ｎと一致するまでの間でのみ、他のトリガパルスＩの出力が行なわれる。

本発明による方法によって、簡単なやり方で、トリガ装置２が位置的に等距離でトリガパルスＩを出力することを達成することができる。これは図５から明白である。

トリガパルスＩは種々の形態であってよい。特にトリガパルスＩは簡単なスイッチ信号であってよい。しかしながら、例えば代替として位置エンコーダ信号がシミュレートされてよい。

本発明による方法は多くの利点を有する。例えば、目標速度ｖ^*を走査間隔以内において一定とみなすことができるかぎり、トリガ周波数を走査間隔（＝補間サイクルＴの逆値）に関係なく高めることができる。更に、電子装置の使用によってハードウェアを節約することができる。技術的に高価値の、未来志向の、そして連続動作時に非常に信頼性のある解決策でもある。更に、本発明による方法は、非常に正確に求めることができかつ再現可能である算定目標値に基づいている。トリガパルスＩは、非常に時間的に正確に高精度で出力され得る。ジッター効果もほとんど発生しない。

以上の記載は専ら本発明の説明に役立つ。これに対して本発明の保護範囲は専ら添付の特許請求の範囲によって決定されるべきである。

１制御装置
２トリガ装置
Ｉトリガパルス
Ｎパルス数
ｐ^* 位置目標値
ｐｉ位置実際値
ｐｉ^* 位置の目標値
ｔ時間遅れ
Ｔ補間サイクル
Ｔ’ 内部クロック
δｔ後続時間

Claims

制御装置（１）と制御装置（１）にデータ技術的に結合されたトリガ装置（２）とを備えたパルス送出装置であって、制御装置（１）およびトリガ装置（２）が、電子装置でありかつ次のように構成されている、すなわちパルス送出装置の動作時に、
制御装置（１）が、少なくとも１つの軸のために１つの補間サイクル（Ｔ）によりその都度１つの位置目標値（ｐ^*）を求めて、トリガ装置（２）に時間遅れ（ｔ）を伝達し、
トリガ装置（２）が、時間遅れ（ｔ）の伝達以降、時間遅れ（ｔ）がいつ終了するかを監視し、そのときにトリガパルス（Ｉ）を出力するように構成されているパルス送出装置。
制御装置（１）およびトリガ装置（２）が、次のように構成されていること、すなわちパルス送出装置の動作時に、制御装置（１）がトリガ装置（２）に時間遅れ（ｔ）に加えて後続時間（δｔ）を伝達し、トリガ装置（２）が、最後に出力されたトリガパルス（Ｉ）の出力以降、後続時間（δｔ）がいつ終了するかを監視し、そのときにその都度他のトリガパルス（Ｉ）を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のパルス送出装置。
制御装置（１）およびトリガ装置（２）が、次のように構成されていること、すなわちパルス送出装置の動作時に、制御装置（１）がトリガ装置（２）に時間遅れ（ｔ）に加えて後続時間（δｔ）およびパルス数（Ｎ）を伝達し、トリガ装置（２）が、その都度最後に出力されたトリガパルス（Ｉ）の出力以降、いつ後続時間（δｔ）が終了するかを監視し、そのときにその都度他のトリガパルス（Ｉ）を、時間遅れ（ｔ）、後続時間（δｔ）およびパルス数（Ｎ）の最後の伝達以来出力された他のトリガパルス（Ｉ）の個数（ｎ）が伝達されたパルス数（Ｎ）に一致するまで、出力するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のパルス送出装置。
制御装置（１）が、時間遅れ（ｔ）、後続時間（δｔ）および補間サイクル（Ｔ）に基づいてパルス数（Ｎ）を求めるように構成されていることを特徴とする請求項３記載のパルス送出装置。
制御装置（１）が、少なくとも１つの軸のために決定された位置目標値（ｐ^*）の時間微分（ｖ^*）および位置的な目標間隔（δｐ^*）に基づいて後続時間（δｔ）を求めるように構成されていることにより、トリガパルス（Ｉ）がトリガ装置（２）から補間サイクルにわたって位置的に等距離で出力されることを特徴とする請求項２乃至４の１つに記載のパルス送出装置。
制御装置（１）が、最後に出力されたトリガパルス（Ｉ）の時点（ｔ’）、すぐ次の位置目標値（ｐ^*）の出力時点（ｔ”）、少なくとも１つの軸のために決定された位置目標値（ｐ^*）の時間微分（ｖ^*）、および位置的な目標間隔（δｐ^*）に基づいて時間遅れ（ｔ）を求めるように構成されていることにより、トリガパルス（Ｉ）がトリガ装置（２）から補間サイクルにわたって位置的に等距離で出力されることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のパルス送出装置。
制御装置（１）が、時間遅れ（ｔ）を求める際に少なくとも１つの軸の位置目標値（ｐ^*）に対する少なくとも１つの他の軸の位置実際値（ｐｉ）の遅れを考慮するように構成されていることを特徴とする請求項６記載のパルス送出装置。
制御装置（１）が数値制御装置として構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載のパルス送出装置。
トリガ装置（２）が補間サイクル（Ｔ）よりも周波数の大きい内部クロック（Ｔ’）にて動作させられることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載のパルス送出装置。