JP2015114821A - パラメータ調整を支援する機能を備えたパラメータ調整支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不慣れなオペレータであっても駆動軸の加減速パラメータを効率的に調整できるように構成された、パラメータ調整支援装置の提供。【解決手段】支援装置１０は、駆動軸１４の速度及び加速度に関する実加減速特性曲線を、数値制御装置１６又は他の外部記憶装置１８から取得する実加減速特性取得部２０と、外部からの入力によって加減速パラメータを設定又は変更するパラメータ設定部２２と、設定又は変更された加減速パラメータに基づいて、駆動軸１４の速度及び加速度に関する指令加減速特性曲線を作成し、取得した実加減速特性曲線と作成された指令加減速特性曲線とを、対比可能に表示する加減速特性表示部２４と、設定又は変更された加減速パラメータを、数値制御装置１６に送信する設定情報出力部２６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械等の駆動軸を駆動するモータの加減速パラメータの調整を支援する機能を備えたパラメータ調整支援装置に関する。

従来、工作機械の駆動軸を制御する数値制御装置では、ＮＣプログラムで与えられた移動指令に対して加減速制御処理を行うことが一般的である。この加減速制御処理では、加減速パラメータで与えられる指令加速度特性曲線に従って駆動軸の加減速が行われるように、駆動軸の移動指令が作成される。

ここで、駆動軸への移動指令が該駆動軸（を駆動するモータ）の能力を超えたものとならないように、指令加速度を適切に決める必要がある。例えば特許文献１には、高速で位置決めを行う自動機械に適用可能な加減速制御方法が開示されており、ここでは、速度と加速度の関係が低速部分と高速部分で対称的であるという条件を取り払い、実加速度曲線が可能な限り制限加速度曲線に沿うような加減速を行う、とされている。

特開２００２−１３２３４９号公報

駆動軸の実加速度特性に従った加減速を行うためには、駆動軸の最大加速度を考慮しつつ、理想的な特性に近い指令加減速特性曲線が得られるように、加減速パラメータを適切な値に設定する必要がある。しかし従来は、そのような設定を行う際は、オペレータが複数の加減速パラメータをマニュアルで繰り返し調整しながら設定する必要があったため、多大な時間と労力を要していた。そのため、熟練した技術や知識を備えたオペレータでないと、効率的にパラメータを調整することができなかった。

また移動指令が駆動軸（該駆動軸を駆動するモータ）の能力を超えてしまうと、モータ（駆動軸）が該移動指令に追従できないので、モータ能力の範囲内で指令加速度を適切に決める必要がある。特許文献１に記載の技術は、高速域に合わせて加減速性能を制限すると、低速域で十分な加減速性能を発揮できなくなるので、モータの制限加速度曲線（指令加減速特性曲線）に従って加減速処理する、というものであるが、指令加減速特性曲線を与える加減速パラメータの調整を支援するものではない。

そこで本発明は、不慣れなオペレータであっても駆動軸の加減速パラメータを効率的に調整できるように構成された、パラメータ調整支援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、本願第１の発明は、加減速パラメータにより予め与えられる指令加減速特性曲線を用いて駆動軸の移動指令を作成する数値制御装置とともに使用され、前記加減速パラメータの調整を支援するパラメータ調整支援装置であって、駆動軸の速度及び加速度に関する実加減速特性曲線を、前記数値制御装置又は外部記憶装置から取得する実加減速特性取得部と、外部からの入力によって加減速パラメータを設定又は変更するパラメータ設定部と、前記パラメータ設定部において設定又は変更された加減速パラメータに基づいて、前記駆動軸の速度及び加速度に関する指令加減速特性曲線を作成し、前記実加減速特性曲線と前記指令加減速特性曲線とを、対比可能に表示する加減速特性表示部と、前記パラメータ設定部において設定又は変更された加減速パラメータを、前記数値制御装置に送信する設定情報出力部と、を備えることを特徴とする、パラメータ調整支援装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記パラメータ設定部は、前記駆動軸の速度及び加速度に関するグラフ上の、指定された少なくとも２つの座標を加減速パラメータとして設定又は変更し、前記加減速特性表示部は、前記指定された少なくとも２つの座標を前記グラフ上にプロットし、プロットされた少なくとも２つの座標を線で結んでなる指令加減速特性曲線を表示する、パラメータ調整支援装置を提供する。

第３の発明は、第２の発明において、前記パラメータ設定部は、所定の速度に対する加速度を加減速パラメータとして設定又は変更し、前記加減速特性表示部は、前記所定の速度に対して設定又は変更された加速度を、前記駆動軸の速度及び加速度に関するグラフ上に少なくとも２つプロットし、プロットされた座標を線分で結んでなる指令加減速特性曲線を表示する、パラメータ調整支援装置を提供する。

第４の発明は、第２又は第３の発明において、前記加減速特性表示部は、前記実加減速特性曲線において所定のマージンを考慮した第２の実加減速特性曲線を表示するように構成される、パラメータ調整支援装置を提供する。

第５の発明は、第１の発明において、前記パラメータ設定部は、前記指令加減速特性曲線を示す数式を加減速パラメータとして設定又は変更し、前記加減速特性表示部は、前記数式に基づいて指令加減速特性曲線を作成して表示する、パラメータ調整支援装置を提供する。

第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記パラメータ設定部は、タッチパネル、マウス及びキーボードを含む群から選択される外部入力装置を用いて変更した、指令加減速特性曲線のプロット点の位置又は該プロット点を結ぶ線分の位置に基づいて、前記加減速パラメータを自動で更新する、パラメータ調整支援装置を提供する。

第７の発明は、第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記パラメータ設定部は、前記駆動軸の加速時および減速時のそれぞれについて、又は、前記駆動軸の移動方向が異なる場合のそれぞれについて、異なる加減速パラメータを設定できるように構成され、前記加減速特性表示部は、前記駆動軸の加速時および減速時のそれぞれについて、又は、前記駆動軸の移動方向が異なる場合のそれぞれについて、前記実加減速特性曲線と前記指令加減速特性曲線とを対比可能に表示する、パラメータ調整支援装置を提供する。

本発明によれば、駆動軸の実加減速特性曲線と指令加減速特性曲線とが対比可能に表示されるため、指令加減速特性曲線を決定するための加減速パラメータを、技術や知識が不足しているオペレータでも、少ない労力と時間で容易に調整することができるようになる。またオペレータが調整した加減速パラメータは自動的に数値制御装置に送ることができるので、調整したパラメータに基づく駆動軸の加減速制御を効率的に行うことができる。

本発明の実施形態に係るパラメータ調整支援装置を、工作機械及び数値制御装置とともに示す機能ブロック図である。 図１のパラメータ調整支援装置を用いた処理の一例を示すフローチャートである。 加減速パラメータの第１の設定例を説明するグラフである。 加減速パラメータの第２の設定例を説明するグラフである。 加減速パラメータの第３の設定例を説明するグラフである。 加減速パラメータの第４の設定例を説明するグラフである。 加減速パラメータの第５の設定例を説明するグラフであって、（ａ）駆動軸が穴開け動作を行う場合、（ｂ）駆動軸が引き抜き動作を行う場合を示す。

図１は、本発明の実施形態に係るパラメータ調整支援装置（以降、単に支援装置とも称する）の機能ブロック図である。支援装置１０は、工作機械や多関節ロボット（機構部）等の機械１２が有する少なくとも１つの駆動軸１４を制御する数値制御装置（ＮＣ）１６に関連付けられて使用される装置である。数値制御装置１６は、ＮＣプログラム等により与えられた所定の移動指令に対して加減速制御処理を行うとともに、加減速パラメータにより予め与えられる指令加減速特性曲線に従って、駆動軸１４の移動指令（位置指令）を作成する機能を有する。

支援装置１０は、数値制御装置１６とともに使用され、オペレータによる加減速パラメータの調整を支援するための装置であり、駆動軸１４の速度及び加速度に関する実加減速特性曲線を、数値制御装置１６又は他の外部記憶装置１８から取得する実加減速特性取得部２０と、外部（通常はオペレータ）からの入力によって加減速パラメータを設定又は変更するパラメータ設定部２２と、パラメータ設定部２２において設定又は変更された加減速パラメータに基づいて、駆動軸１４の速度及び加速度に関する指令加減速特性曲線を作成し、取得した実加減速特性曲線と作成された指令加減速特性曲線とを、対比可能に表示する加減速特性表示部２４と、パラメータ設定部２２において設定又は変更された加減速パラメータを、数値制御装置１６に送信する設定情報出力部２６と、を備える。

なお上述の実施形態では、支援装置１０は数値制御装置１６とは別個の装置として図示・説明されているが、支援装置１０と実質同等の機能を有する装置を数値制御装置１６内に一体的に組み込むことも可能であり、そのような形態も本願発明に含まれるものとする。

なお本願明細書において、「実加速度特性曲線」とは、駆動軸（又は該駆動軸を駆動するサーボモータ等のモータ）が、実際に動作できる限界の加速度の特性を示した曲線を意味する。一般に、加速度の上限値は、モータの最大出力トルク及び負荷の慣性（負荷イナーシャ）から定まる。また通常、モータの出力トルク（出力特性）に関連するパラメータは固定値であって変化しないので、実加速度特性も一定のものであると解される。なお実加速度特性曲線は、駆動軸を実際に駆動させた際の実測値に基づいて作成することができる。或いは、実加速度特性曲線は、実測ではなく、モータ出力特性等から、理想的な特性曲線として作成（計算）してもよい。

また本願明細書において、「指令加速度特性曲線」とは、モータに指令する加速度の特性を示した曲線を意味し、速度に応じた指令加速度は、加減速パラメータから定まる。つまり本発明における「加減速パラメータ」に基づき、指令加速度（指令加速度特性曲線）を定めることができる。

以下、支援装置１０の作用について、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。
先ずステップＳ１において、実加減速特性取得部２０が、数値制御装置１６又は外部記憶装置１８に予め記憶された、速度及び加速度で表される駆動軸１４の実加減速特性曲線を取得する。実加減速特性曲線は、駆動軸１４を実際に駆動した際の、各速度における最大加速度を示すものであり、換言すれば駆動軸１４の加速性能を示す。ここで、加速性能にイナーシャを乗算すれば実トルク出力特性が得られるので、実加減速特性曲線の代わりに、実トルク出力特性曲線を取得するようにしてもよい。

次にステップＳ２において、パラメータ設定部２２が、外部入力（通常はオペレータによるテンキー等の入力操作）による情報に基づき、駆動軸の加減速パラメータを設定又は変更（更新）する。表１及び図３は、加減速パラメータの第１の設定例を示しており、ここでは、駆動軸１４の速度及び加速度に関するグラフ上の、指定された少なくとも２つの座標（本例ではＰ０〜Ｐ４の５つ）を加減速パラメータとして設定している。

次にステップＳ３において、例えば図３に示すように、加減速特性表示部２４が、加減速パラメータ設定部２２が設定（変更）した加減速パラメータに基づいて指令加減速特性曲線２８を作成し、作成した指令加減速特性曲線２８と、実加減速特性取得部２０が取得した実加減速特性曲線３０とを、駆動軸の速度及び加速度の関係を表すグラフ３２上に、オペレータが両曲線を容易に対比できるように、適当なディスプレイに表示する。なお、ステップＳ１において実加減速特性曲線の代わりに実トルク出力特性曲線を取得した場合は、ステップＳ３においても、指令加減速特性曲線の代わりに、指令加減速特性にイナーシャを乗じて得られる指令トルク出力特性曲線を使用することが好ましい。実加減速特性曲線及び指令加減速特性曲線の代わりに、それぞれ実トルク出力特性曲線及び指令トルク出力特性曲線を使用することは、本発明では実質同等の作用効果が得られるので、このような形態も本発明の範囲に含まれるものとする。

次にステップＳ４において、加減速特性表示部２４が表示した指令加減速特性曲線２８が最適化されたものであるか否かを判断する。具体的には、オペレータが、指令加減速特性曲線２８が実加減速特性曲線３０を上回っている部分があるか否か、或いは指令加減速特性曲線２８において実加減速特性曲線３０に対して過度に低い部分があるか否か等を判断する。指令加減速特性曲線２８が最適化されていないと判断された場合（例えば、指令加減速特性曲線２８が実加減速特性曲線３０を部分的にでも上回っている場合や、指令加減速特性曲線２８の一部が実加減速特性曲線３０に対して過度に低い場合）は、ステップＳ２に戻り、加減速パラメータの変更（更新）を行う。この場合、加減速特性表示部２４は、更新された加減速パラメータに基づいて指令加減速特性曲線を再作成・再描画する。

一方、指令加減速特性曲線２８が最適化されていると判断された場合は、設定情報出力部２６が、最新の加減速パラメータを数値制御装置１６に送信する（ステップＳ５）。この送信は、自動的に行うことができる。数値制御装置１６は、設定情報出力部２６からの最新の加減速パラメータに基づいて指令加減速特性曲線を作成し、駆動軸１４のための適切な移動指令を作成する。なお設定情報出力部２６が出力した加減速パラメータは、数値制御装置１６の処理に適した数値等に適宜変換して数値制御装置１６に送られてもよく、そのような形態も本発明に含まれるものとする。

表１及び図３に示した例では、横軸を速度、縦軸を加速度としたグラフ３２上のプロット点（Ｐ０〜Ｐ４）の座標を加減速パラメータとして指定し、指令加減速特性曲線２８を描画している。オペレータは、表示された実加減速特性曲線２８と指令加減速特性曲線３０とを比較しながら、指令加減速特性曲線３０が所望の形状になるように加減速パラメータを設定することができる。上述のように、少なくとも２つ以上のプロット点の座標が指定されれば、その情報が加減速パラメータとして設定される。なお図３のグラフ３２では、速度（横軸）の単位をｒｐｍ、加速度（縦軸）の単位を百分率とし、加速度については、モータの最大許容電流値や定格トルク等、他の制約条件に基づいて予め設定される最大加速度を１００％（破線３４で表示）としている。しかしグラフ３２の横軸及び縦軸には、他の単位を用いてもよい。例えば加速度は、［m/s²］等の一般的な加速度単位を用いることも可能である。

オペレータが指定した座標値は、加減速パラメータとして記憶され、表示部２４において、指定された座標値を直線や曲線で結んでなる指令加減速特性曲線２８が作成・表示される。同時に、図３に示すように、実加減速特性取得部２０が取得した実加減速特性曲線３０が、指令加減速特性曲線と対比可能に（通常は同一グラフ上に）表示される。従ってオペレータは、指令加減速特性曲線２８と実加減速特性曲線３０とを比較しながら、最適な加減速パラメータを決定（調整）することができる。またオペレータは、グラフ上の座標を任意に設定することができるが、所定の（固定された）速度に対し、加速度だけを設定又は変更することもできる。

多くの場合、駆動軸１４には、切削等の加工時の負荷や摩擦力が作用するので、この負荷や摩擦力に相当するトルク（又は加速度）が予めわかっていれば、これをマージンとして考慮した第２の実加減速特性曲線を使用することにより、オペレータが繰り返しパラメータ調整をしなくても、最適な加減速パラメータを容易に決定することができる。この具体例として、図４は、上記マージンを考慮した、加減速パラメータの第２の設定例を示している。図４のグラフ３６に示すように、駆動軸１４の切削負荷と摩擦力に関するマージンを、最大加速度（１００％）に対する割合（ここでは２０％）として設定し、上述の実加減速特性曲線３０に対して、第２の実加減速特性曲線３８が作成・表示されている。従ってオペレータは、指令加減速特性曲線２８が第２の実加減速特性曲線３８に適合するように加減速パラメータを決定することができる。この場合、オペレータは、予め与えられた速度に対して、マージンを考慮した加速度を設定・更新する。

なお、実加減速特性曲線３０が、駆動軸１４を実際に駆動させた際の実績に基づいて得られたものである場合、当該実加減速特性曲線には摩擦分が含まれるので、マージンの設定において摩擦分を考慮する必要はない。一方、実加減速特性曲線３０が、実測ではなく、モータ出力特性等から作成（計算）された理想的な実加減速特性曲線の場合は、マージンとして摩擦分も考慮することが好ましい。

表２及び図５は、加減速パラメータの第３の設定例を例示している。ここでは、横軸を速度、縦軸を加速度としたグラフ４０上のプロット点の座標を指定する代わりに、表２に示すように、作成すべき指令加減速特性曲線を表す数式を加減速パラメータとして指定する。表２の例では、指令加減速特性曲線４２を、速度値（Ｖ）に基づいて２つの区間４２ａ及び４２ｂに分割し、それぞれの区間において、傾きと切片を設定することにより、図５に示すような指令加減速特性曲線４２を作成・表示することができる。

表３及び図６は、加減速パラメータの第４の設定例を例示している。表１及び図３に示した第１の設定例では、指令加減速特性曲線は、パラメータ設定部２０で設定された情報（数値）に従って作成・表示されるが、第４の設定例では、横軸を速度、縦軸を加速度としたグラフ４４上のプロット点や、プロット点同士を連結する直線又は曲線を、タッチパネル、マウス、キーボード等の外部入力装置４６（図１に概略図示）によって画面上で移動させることによって、加減速パラメータを変更する。

例えば、図６に示すように、指令加減速特性曲線２８上の２つの点Ｐ０及びＰ１を、上述の外部入力装置４６によってそれぞれＰ０′及びＰ１′に移動させると、表３に示すように、加減速パラメータの情報が自動的に変更される。またこれに伴い、図６に示すように、更新された指令加減速特性曲線４８が表示される。このように、オペレータは、具体的な数値を入力しなくても、視覚的に最適なパラメータ調整を行うことができる。

本発明に係る支援装置１０が適用される機械１２が、主軸を加減速させながらネジ穴加工を行う、いわゆるタッピング加工を行う工作機械である場合は、穴開け時と、穴開け後の引き抜き時とで、主軸（駆動軸）に作用する切削負荷が異なる。また、加速時と減速時とで加減速特性が異なる場合もある。このように、駆動軸の加速時及び減速時のそれぞれについて、又は駆動軸の移動方向が異なるときのそれぞれについて、異なる加減速パラメータを設定すべき場合は、表４及び図７に示す第５の設定例のように、条件ごとに加減速パラメータを設定し、グラフを表示することができる。

具体的には、表４に示すように、所定の速度値に対応する５つのプロット点Ｐ０〜Ｐ４のそれぞれについて、駆動軸の移動方向が異なる場合（穴開け時（＋方向）と引き抜き時（−方向））、さらにそれぞれの移動方向について駆動軸の減速時と加速時の場合の、計４つの条件について、駆動軸の加速度を設定することができる。

その場合、図７（ａ）に示すグラフ５０のように、穴開け時（駆動軸が＋方向に移動）の、減速時及び加速時のそれぞれにおいて、実加減速特性曲線５２ａ及び５２ｂがそれぞれ表示され、同時に、これらに対応する指令加減速特性曲線５４ａ及び５４ｂもそれぞれ対比可能に表示される。同様に、図７（ｂ）に示すグラフ５６のように、引き抜き時（駆動軸が−方向に移動）の、減速時及び加速時のそれぞれにおいて、実加減速特性曲線５８ａ及び５８ｂがそれぞれ表示され、同時に、これらに対応する指令加減速特性曲線６０ａ及び６０ｂもそれぞれ対比可能に表示される。なお表５では、いずれの条件においても各速度値に対して異なる加速度値を設定しているが、条件毎に速度を変更できるようにすることももちろん可能である。

なお図３と同様、図４〜図７のグラフでも、速度（横軸）の単位をｒｐｍ、加速度（縦軸）の単位を（所定の制約条件から予め設定される最大加速度を１００％とする）百分率としているが、他の単位を用いてもよい。例えば加速度は、［m/s²］等の一般的な加速度単位を用いることも可能である。

１０ パラメータ調整支援装置
１２ 機械
１４ 駆動軸
１６ 数値制御装置
１８ 外部記憶装置
２０ 実加減速特性取得部
２２ パラメータ設定部
２４ 加減速特性表示部
２６ 設定情報出力部

Claims (7)

1. 加減速パラメータにより予め与えられる指令加減速特性曲線を用いて駆動軸の移動指令を作成する数値制御装置とともに使用され、前記加減速パラメータの調整を支援するパラメータ調整支援装置であって、
   駆動軸の速度及び加速度に関する実加減速特性曲線を、前記数値制御装置又は外部記憶装置から取得する実加減速特性取得部と、
   外部からの入力によって加減速パラメータを設定又は変更するパラメータ設定部と、
   前記パラメータ設定部において設定又は変更された加減速パラメータに基づいて、前記駆動軸の速度及び加速度に関する指令加減速特性曲線を作成し、前記実加減速特性曲線と前記指令加減速特性曲線とを、対比可能に表示する加減速特性表示部と、
   前記パラメータ設定部において設定又は変更された加減速パラメータを、前記数値制御装置に送信する設定情報出力部と、
   を備えることを特徴とする、パラメータ調整支援装置。
2. 前記パラメータ設定部は、前記駆動軸の速度及び加速度に関するグラフ上の、指定された少なくとも２つの座標を加減速パラメータとして設定又は変更し、
   前記加減速特性表示部は、前記指定された少なくとも２つの座標を前記グラフ上にプロットし、プロットされた少なくとも２つの座標を線で結んでなる指令加減速特性曲線を表示する、請求項１に記載のパラメータ調整支援装置。
3. 前記パラメータ設定部は、所定の速度に対する加速度を加減速パラメータとして設定又は変更し、
   前記加減速特性表示部は、前記所定の速度に対して設定又は変更された加速度を、前記駆動軸の速度及び加速度に関するグラフ上に少なくとも２つプロットし、プロットされた座標を線分で結んでなる指令加減速特性曲線を表示する、請求項２に記載のパラメータ調整支援装置。
4. 前記加減速特性表示部は、前記実加減速特性曲線において所定のマージンを考慮した第２の実加減速特性曲線を表示するように構成される、請求項２又は３に記載のパラメータ調整支援装置。
5. 前記パラメータ設定部は、前記指令加減速特性曲線を示す数式を加減速パラメータとして設定又は変更し、
   前記加減速特性表示部は、前記数式に基づいて指令加減速特性曲線を作成して表示する、請求項１に記載のパラメータ調整支援装置。
6. 前記パラメータ設定部は、タッチパネル、マウス及びキーボードを含む群から選択される外部入力装置を用いて変更した、指令加減速特性曲線のプロット点の位置又は該プロット点を結ぶ線分の位置に基づいて、前記加減速パラメータを自動で更新する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のパラメータ調整支援装置。
7. 前記パラメータ設定部は、前記駆動軸の加速時および減速時のそれぞれについて、又は、前記駆動軸の移動方向が異なる場合のそれぞれについて、異なる加減速パラメータを設定できるように構成され、
   前記加減速特性表示部は、前記駆動軸の加速時および減速時のそれぞれについて、又は、前記駆動軸の移動方向が異なる場合のそれぞれについて、前記実加減速特性曲線と前記指令加減速特性曲線とを対比可能に表示する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のパラメータ調整支援装置。

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