JP2016148978A - Position controller and position control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸受けや案内面に摩擦が作用する各種産業機械において、摩擦によって生じる偏差を低減する位置制御装置に関する。 The present invention relates to a position control device that reduces deviation caused by friction in various industrial machines in which friction acts on bearings and guide surfaces.
精密加工機や精密計測機などには、高精度な位置決め性能を持つステージが搭載される。そのステージに用いられる直動案内には、一般的に、転動ガイド、すべり軸受け、静圧軸受けなどがあるが、その中でも最も幅広く用いられるものが転動ガイドである。転動ガイドは、安価で取り付けも容易であるため、使い勝手が良いというメリットがある。 Precision processing machines and precision measuring machines are equipped with stages with high-precision positioning performance. In general, the linear guide used for the stage includes a rolling guide, a sliding bearing, and a static pressure bearing. Among them, the rolling guide is most widely used. Since the rolling guide is inexpensive and easy to install, there is an advantage that it is easy to use.
一方で、転動ガイドの案内部には、球型もしくは円筒型の転動体が用いられるため、転動体と転がり面との間に接触による摩擦が存在する。その摩擦により、転動体の転がり方向が反転する際に転動体が転がらない領域が存在し、非線形な摩擦特性を示すことが知られている(非特許文献1)。この摩擦特性によって、ステージの移動方向を反転させる際に突起状の偏差が発生するという問題がある。この突起状の偏差は、一般的に象限突起と呼ばれ、ステージ位置をフィードバックする閉ループ制御を用いても無くすことは難しい。 On the other hand, since spherical or cylindrical rolling elements are used for the guide portion of the rolling guide, friction due to contact exists between the rolling elements and the rolling surface. It is known that due to the friction, there is a region where the rolling element does not roll when the rolling direction of the rolling element is reversed (non-patent document 1). Due to this friction characteristic, there is a problem that a projection-like deviation occurs when the moving direction of the stage is reversed. This protrusion-like deviation is generally called a quadrant protrusion, and it is difficult to eliminate even if closed-loop control that feeds back the stage position is used.
象限突起の発生原因である非線形な摩擦特性について説明する。通常、転動体と転がり面との間には固体接触を防ぐための潤滑油が挿入されているが、速度が限りなくゼロに近い状況ではその油膜が薄くなり、転動体と転がり面との間に固体接触が発生するために大きな摩擦力が発生する。そして、反転位置からの変位がゼロ〜数百μm領域では、転動体が転がらずに弾性変形することによって摩擦力(厳密には弾性変形力)は増加する。さらに、変位が大きくなり数百μm以上の領域になると、転動体は転がり始めることによって、弾性変形から解放され摩擦力が減少する。 The non-linear friction characteristic that is the cause of the quadrant projection will be described. Normally, lubricating oil is inserted between the rolling element and the rolling surface to prevent solid contact, but in situations where the speed is almost zero, the oil film becomes thin and the rolling element and the rolling surface A large frictional force is generated because solid contact occurs. When the displacement from the reversal position is in the range of zero to several hundred μm, the frictional force (strictly, the elastic deformation force) is increased by elastically deforming the rolling elements without rolling. Further, when the displacement increases and becomes an area of several hundred μm or more, the rolling element starts to roll, and is released from elastic deformation to reduce the frictional force.
ただし、この摩擦特性は、ステージの変位に依存するというだけでは説明できない。ステージの速度がゼロから大きくなるにつれて転動体が転がり始めるため、転動体と転がり面との間に油膜層が形成されその油膜層の潤滑によって摩擦力が低減する。また、この油膜層は、速度に依存して形成のされ方が変わるため、転動体と転がり面との間の摩擦力は速度にも依存する。 However, this friction characteristic cannot be explained simply by depending on the displacement of the stage. Since the rolling element starts to roll as the stage speed increases from zero, an oil film layer is formed between the rolling element and the rolling surface, and the frictional force is reduced by lubrication of the oil film layer. In addition, since the formation of the oil film layer changes depending on the speed, the frictional force between the rolling element and the rolling surface also depends on the speed.
速度が速い領域では潤滑油の粘性力が大きくなり抵抗となるということは知られているが、上述のように、ステージの速度が極めて遅い領域でも転動体と転がり面との間の摩擦力が速度に依存するということは、あまり知られていない。このように、転動体と転がり面との間の摩擦力は、変位と速度の双方に対して互いに独立でなく依存していることが摩擦特性を複雑化させており、これに係る象限突起を低減するという課題の難易度を高くしている。 It is known that the viscous force of the lubricating oil increases and becomes a resistance in a region where the speed is high, but as described above, the frictional force between the rolling element and the rolling surface is also in a region where the stage speed is extremely slow. It is not well known that it depends on speed. Thus, the frictional force between the rolling element and the rolling surface is not independent of both the displacement and the speed, complicating the frictional characteristics. The difficulty of the problem of reducing is increased.
特許文献1は、象限突起補正に使用する最適パラメータを高効率かつ高精度に決定する技術を開示する。また、特許文献2は、移動機構の制御特性が経年変化したときに、制御パラメータを適正な値に自動調整する技術を開示する。
摩擦補償用のデータベースを用いて摩擦補償を行う位置制御装置において、転動体と転がり面との間の摩擦特性の経年変化のため、使用していると摩擦補償用のデータベースと実際に生じる摩擦との間にずれが生じることがある。摩擦補償用のデータベースにずれが生じ、摩擦力の補償値を誤ることになる。この問題を解決するために、装置使用前に摩擦補償データベース更新を行うことが考えられるが、更新に時間がかかるため装置の稼働率低下につながる。 In a position control device that performs friction compensation using a friction compensation database, the friction compensation database and the actual friction generated when used due to the secular change in friction characteristics between the rolling elements and the rolling surface. Deviation may occur between the two. A deviation occurs in the friction compensation database, and the compensation value of the frictional force is incorrect. In order to solve this problem, it is conceivable to update the friction compensation database before using the apparatus. However, since the update takes time, the operation rate of the apparatus is reduced.
そこで、本発明は、転動ステージのフィードフォワード制御に用いられる摩擦補償用のデータベースの更新にかかる時間を低減する位置制御装置及び位置制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a position control device and a position control method for reducing the time required for updating a friction compensation database used for feedforward control of a rolling stage.
本発明の一実施形態は、リニアモータの駆動力によって転動ステージの可動部を駆動させる位置制御装置であって、可動部のフィードフォワード制御に用いられる、可動部の移動方向が反転する反転位置からの変位及び速度に対する駆動力に係るデータベースを格納するデータベース部と、ワークの加工処理における可動部の位置を記述する加工プログラムから可動部の反転位置を特定し、反転位置からの可動部の変位及び速度を算出する指令生成部と、データベースから指令生成部により算出された変位及び速度に応じた駆動力を抽出し、抽出した駆動力に応じた条件を特定し、条件に対応する反転位置からの位置指令を作成し、作成した位置指令を基に可動部を駆動させ、その際の可動部の変位、速度及び駆動力の測定結果を基にデータベースを更新するデータベース作成部とを備える位置制御装置を提供する。 One embodiment of the present invention is a position control device that drives a movable part of a rolling stage by a driving force of a linear motor, and is used for feedforward control of the movable part, and a reverse position where the moving direction of the movable part is reversed. The database part that stores the database related to the displacement and the driving force with respect to speed, and the reversal position of the movable part from the machining program that describes the position of the movable part in the workpiece machining process, and the displacement of the movable part from the reversal position And a command generation unit that calculates the speed, a driving force corresponding to the displacement and speed calculated by the command generation unit is extracted from the database, a condition corresponding to the extracted driving force is specified, and an inversion position corresponding to the condition is The position command is created, and the movable part is driven based on the created position command, and the data based on the measurement results of the displacement, speed and driving force of the movable part at that time To provide position control device and a database creation unit that updates the over scan.
また、本発明の一実施形態は、リニアモータの駆動力によって駆動する転動ステージの可動部の位置制御方法であって、ワークの加工処理における可動部の位置を記述する加工プログラムから可動部の移動方向が反転する反転位置を特定するステップと、反転位置からの可動部の変位及び速度を算出するステップと、データベースから算出された変位及び速度に応じた駆動力を抽出するステップであって、データベースは、可動部のフィードフォワード制御に用いられる、可動部の反転位置からの変位及び速度に対する駆動力に関するデータベースである、ステップと、抽出した駆動力に応じた条件を特定するステップと、条件に対応する反転位置からの位置指令を作成するステップと、作成した位置指令を基に可動部を駆動させ、その際の可動部の変位、速度及び駆動力の測定結果を基にデータベースを更新するステップとを備える位置制御方法を提供する。 Another embodiment of the present invention is a position control method for a movable part of a rolling stage that is driven by a driving force of a linear motor, and the position of the movable part is determined from a machining program that describes the position of the movable part in a workpiece machining process. A step of specifying a reversal position where the moving direction is reversed, a step of calculating a displacement and a speed of the movable part from the reversal position, and a step of extracting a driving force according to the displacement and speed calculated from the database, The database is a database related to the driving force with respect to the displacement and speed from the reversal position of the movable part, which is used for feedforward control of the movable part, and a step for specifying a condition corresponding to the extracted driving force, The step of creating a position command from the corresponding reverse position, and the movable part is driven based on the created position command. Displacement of the moving part, provides a position control method comprising the steps of updating the database based on the measurement result of the speed and the driving force.
本発明の一実施形態に係る位置制御装置は、動作時のフィードフォワード制御のための2次元データベースを部分的に更新するため、2次元データベースの更新に要する時間が削減される。加工動作前に2次元データベースの更新を行う場合には、装置の稼働率向上にも寄与する。 Since the position control apparatus according to an embodiment of the present invention partially updates the two-dimensional database for feedforward control during operation, the time required for updating the two-dimensional database is reduced. When the two-dimensional database is updated before the machining operation, it contributes to an improvement in the operating rate of the apparatus.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、反転位置からの変位及び速度に対する駆動力の2次元データベースの更新方法を付加した位置制御装置に関する。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment relates to a position control device to which a method for updating a two-dimensional database of driving force with respect to displacement and speed from a reverse position is added.
図1は、本実施形態による位置制御装置100の概略を示す構成図である。まずは、制御対象である転動ステージ1について説明する。転動ステージ1は、固定部と可動部に分けられる。転動ステージ1の固定部は、ベース2とその上面に設置されたレール3を含む。転動ステージ1の可動部は、キャリッジ4とその上面に設置されたテーブル5を含み、テーブル5にはリニアモータ6と位置センサ7が設置されている。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an outline of a
転動ステージ1の固定部のレール3の表面が「転がり面」であり、転動ステージ1の可動部のキャリッジ4に内蔵されているボールが「転動体」である。転がり面と転動体が接触することにより、それらの間に摩擦力が発生する。
The surface of the rail 3 of the fixed part of the
転動ステージ1の可動部を動かすための推力は、リニアモータ6により発生し、当該可動部の移動量は、位置センサ7により、テーブル5とベース2との間の相対位置を測定することにより求まる。
The thrust for moving the movable part of the
指令生成部16は、記憶部15に格納された各種プログラムに応じて、位置制御部8、駆動力演算部10、データベース作成部13、及びデータ測定部14と情報をやりとりし、位置制御装置100全体を制御する。また、記憶部15には、ワークの加工プログラム等が格納されている。
The
次に、位置制御装置100による転動ステージ1の可動部の制御について説明する。位置センサ7にて取得した転動ステージ1の可動部の現在位置と指令生成部16からの指令値(位置指令)との差分を基に、位置制御部8にてPID制御を行い、ドライバ9を介して送られる駆動指令に応じてリニアモータ6が当該可動部の推力を発生する。このようなフィードバック制御の構成に加えて、駆動力演算部10にて駆動力のフィードフォワード制御が行われる。そして、フィードバック制御及びフィードフォワード制御を受けた転動ステージ1の可動部は、指令生成部16からの指令により指定された位置に指定された速度(及び加速度)で移動する。
Next, the control of the movable part of the
ここで、図2のフローチャートを用いて、駆動力演算部10によるフィードフォワード制御処理について説明する。なお、フィードフォワード制御処理は、ワークの加工に係る加工プログラム中の各指令ごとに行われる。
Here, the feedforward control process by the driving
S101で、駆動力演算部10は、指令生成部16から現在指令値Pを取得する。現在指令値Pは、転動ステージ1の可動部がこれから位置すべき位置を示す情報(位置指令)を含む。S102で、駆動力演算部10は、現在指令値Pと過去指令値Poldから転動ステージ1の可動部の現在速度Vを計算する。ここで、駆動力演算部10は、前回のフィードフォワード制御処理におけるS113で内部メモリに記憶された過去指令値Poldを読み出し用いる。また、現在速度Vの計算は、過去指令値Poldを基にした転動ステージ1の可動部の現在の位置と、現在指令値Pで指定されたこれから位置すべき位置及びそこへ到達すべき時間とを基に計算する。
In S <b> 101, the driving
S103で、駆動力演算部10は、現在速度Vの符号s(+又は−)を内部メモリ(不図示)に記憶する。S104で、駆動力演算部10は、現在速度Vの符号sと過去速度の符号soldとが一致しているかどうか判断する。ここで、過去速度の符号soldは、前回のフィードフォワード制御処理におけるS114で駆動力演算部10の内部メモリに記憶された値を読み出し用いる。一致していなければ(S104でNo)、S105で、駆動力演算部10は、転動ステージ1の可動部の現在位置(動き出す前の位置)を反転位置Prevとして内部メモリに記憶する。一致していれば(S104でYes)、S107に進む。
In S103, the driving
S106で、駆動力演算部10は、これから転動ステージ1の可動部を反転移動させるための駆動力(反転時の駆動力Frev)を計算し、内部メモリに記憶する。なお、駆動力Fは、位置指令(又は速度若しくは加速度指令)に応じて、リニアモータ6が出力すべき転動ステージ1の可動部に対する推力を基に計算される。
In S106, the driving
S107で、駆動力演算部10は、現在指令値Pと現在位置(又は反転位置Prev)を基に現在位置(又は反転位置Prev)から現在指令値Pで指定された位置(指令位置)までの変位Xを計算する。S108で、駆動力演算部10は、補間演算部11にS107で計算した変位Xと、S102で計算した現在速度Vの値を渡す。
In S107, the driving
S109で、補間演算部11は、データベース部12と通信し、受け取った変位Xと速度Vに対応する駆動力Fの補間計算を行う。補間計算は、データベース部12に格納された後述する2次元データベースから、変位X及び速度Vに対応する駆動力Fの値を読み出すことにより行う。S110で、駆動力演算部10は、補間演算部11から補間された駆動力Fを受け取る。
In S109, the
S111で、駆動力演算部10は、補間演算部11から受け取った駆動力FとS106で記憶した反転時の駆動力Frevより、数式(1)にて駆動指令Ftotalを求める。なお、反転時ではない場合は、Frevの代わりに、指令生成部16からの指令を基に駆動力演算部10で計算した駆動力が用いられる。
S112で、駆動力演算部10は、位置制御部8からの指令に、求めた駆動指令Ftotalを加算し、加算された駆動指令はドライバ9に出力される。このようにして駆動力のフィードフォワード制御が行われる。S113で、駆動力演算部10は、現在指令値Pを過去指令値Poldとして内部メモリに記憶する。S114で、駆動力演算部10は、現在速度Vの符号sを過去速度の符号soldとして内部メモリに記憶する。
In S <b> 112, the driving
次に、データベース作成部13による、データベース部12に記憶されたデータベースの作成方法について説明する。図3は、データベース測定時における位置制御装置100の概略を示す構成図である。図4は、データベース作成部13による、変位と速度に対する駆動力の2次元データベースの作成手順のフローチャートである。
Next, a method for creating a database stored in the
S201で、データベース作成部13は、条件Noを初期化する(条件No=0)。S202で、データベース作成部13は、条件Noを加算する(条件No=条件No+1)。S203で、データベース作成部13は、条件Noに応じた正弦波状の位置指令を作成する。
In S201, the
ここで、図5(a)の実線(条件1)で示すような正弦波状の加速度指令を考えると、三角関数の微積分の関係から、条件1に関する速度指令は図5(b)の実線に示すようになり、位置指令は図5(c)の実線に示すようになる。なお、条件2、3に関する正弦波状の指令もそれぞれ異なる破線で図5に描かれている。
Here, considering a sinusoidal acceleration command as shown by the solid line (condition 1) in FIG. 5A, the speed command related to
S204で、データベース作成部13は、S203で作成した位置指令を、図3に示すように、位置制御部8に入力される指令値に加える。その指令値をドライバ9を介して受け取ったリニアモータ6が推力を発生し、転動ステージ1の可動部は駆動する。なお、このときには、指令生成部16からの指令値及び駆動力演算部10からの駆動力Ftotalは加えられない。データベース作成部13からの指令値と過去指令値とを基にフィードバック制御が行われ、転動ステージ1の可動部の変位、速度及び加速度の測定結果を基にデータベースの作成が行われる。
In S204, the
S205で、データ測定部14は、転動ステージ1の可動部の駆動時の位置(変位)、速度及び駆動力を測定し、その測定結果をデータベース作成部13に送る。データベース作成部13は、当該測定結果を内部メモリに記憶する。ここで、図6に、データ測定部14で測定される、条件1〜3ごとの変位に対する駆動力の測定結果の例を示す。
In step S <b> 205, the
S206で、データベース作成部13は、データ測定部14から送られた測定結果を基に、予め決めておいた複数の変位に対する速度と駆動力の値をピックアップ(サンプリング)する。なお、当該変位の決め方としては、限定されないが、変位と摩擦力との関係が対数の比例に近い傾向を示すことから、変位の対数刻みで速度及び駆動力の値をピックアップすると良い。また、駆動力が急激な変化を示している箇所(図6の例では低変位側)に対して重点的に速度及び駆動力をピックアップし、データ点数を増やすと、補償誤差の低減に効果的である。
In S <b> 206, the
S207で、データベース作成部13は、S206でピックアップした複数の変位に対する速度及び駆動力を基に、変位と速度に対する駆動力のデータベースを作成し、データベース部12に記憶する。S208で、データベース作成部13は、条件Noが目標条件数より小さいかどうか判断する。なお、目標条件数は、全条件の数(図5の例では3)であってもよいし、全条件の数よりも小さい数であってもよい。条件Noが全条件数より小さければ(S208でYes)、データベース作成部13は、S202〜208の処理を繰り返し行い、S207で作成するデータベースにデータを加えていく。そして、目標条件数に達すると(S208でNo)データベースの作成手順は終了する。
In S207, the
ここで、S203での条件Noに応じた正弦波状の指令は、図5の破線(条件2、3)のように、正弦波の周期を数種類変えて予め作成しておく。周期の変え方としては、速度と摩擦力との関係が対数の比例に近い傾向を示すことから、対数刻みで変えると良い。変位と速度のどちらとも、対数刻みでデータベースを作成することによって、リニアでデータベースを作るよりもデータ点数を減らすことができ、データベースに使用するメモリ領域削減や補間計算での計算時間削減に効果がある。そして、条件数が目標条件数に達すれば、データベースの作成終了である。図7に、作成した変位と速度に対する駆動力の2次元データベースの例を示す。 Here, a sinusoidal command corresponding to the condition No in S203 is created in advance by changing several types of sine wave cycles as indicated by a broken line (conditions 2 and 3) in FIG. As a method of changing the cycle, the relationship between the speed and the frictional force tends to be close to the logarithmic proportion, so it is preferable to change the cycle in logarithmic increments. By creating a database in logarithmic increments for both displacement and speed, the number of data points can be reduced compared to creating a database in a linear fashion, which is effective in reducing the memory area used for the database and reducing the calculation time for interpolation calculations. is there. When the condition number reaches the target condition number, the creation of the database is completed. FIG. 7 shows an example of a two-dimensional database of the driving force with respect to the created displacement and speed.
次に、プログラム動作について説明する。プログラム動作とは、加工プログラムに基づく動作のことで、ワークの加工動作など精密な位置決めが必要な動作を想定している。加工プログラムは、ワークの加工処理において、ワークを載せる転動ステージ1の可動部の位置を記述するプログラムである。
Next, the program operation will be described. The program operation is an operation based on a machining program and assumes an operation that requires precise positioning such as a workpiece machining operation. The machining program is a program that describes the position of the movable portion of the rolling
まず、指令生成部16が、記憶部15に格納された加工プログラムを読込み、加工プログラム中で設定される位置にステージを移動させる動作指令を生成する。このとき、待機位置から加工プログラムの開始位置への移動や、加工プログラムの終了位置から待機位置への移動など、加工動作前後の移動動作指令もこの指令生成部16により生成される。指令生成部16は、生成した動作指令を位置制御部8及び駆動力演算部10に与え、ドライバ9を通じて転動ステージ1の可動部に指令が伝わることで当該可動部が移動する。
First, the
加工プログラムに基づく動作が開始すると、転動ステージ1の可動部が加工動作の開始位置に移動し、そこで当該可動部に配置されたワークに対して加工装置(不図示)により加工動作が開始される。加工動作が全て終了すると、当該可動部は待機位置へと移動し、加工動作は終了する。
When the operation based on the machining program is started, the movable part of the rolling
従来の転動ステージの位置制御装置は、加工動作前に、フィードフォワード制御の補間処理に用いる2次元データベースの全領域(全変位及び全速度)に対して測定及び更新を行うものであった。しかしながら、本実施形態の位置制御装置100は、加工プログラムを事前に読込み、加工動作で使用する2次元データベースのデータ点を予め確認し、それに応じて更新箇所を予め特定する。そして、位置制御装置100は、ワークの加工動作の開始前に、特定した箇所のデータベースを更新する。このように2次元データベースを部分的に更新する構成であるため、2次元データベースの更新に要する時間は削減される。
Conventional position control devices for rolling stages measure and update all regions (total displacement and total velocity) of a two-dimensional database used for interpolation processing in feedforward control before the machining operation. However, the
次に、加工プログラムから2次元データベースの更新箇所を特定する方法について図8を用いて説明する。更新箇所は、2次元データベースのうち、転動ステージ1の可動部が反転する位置からの変位と速度に関する部分である。
Next, a method for specifying the update location of the two-dimensional database from the machining program will be described with reference to FIG. The update location is a portion relating to the displacement and speed from the position where the movable part of the rolling
S301で、指令生成部16は、記憶部15に記憶された加工プログラムを1行読み込む。加工プログラム内には1行ごとに動作開始から一定周期毎の転動ステージ1の可動部の位置すべき位置が設定されている。
In S301, the
S302で、指令生成部16は、S301で読み込んだ加工プログラムの中に、転動ステージ1の可動部の移動方向を反転させる指令があるかどうかを検出する。反転するかどうかは、加工プログラムに記載された速度指令の符号sが反転するか否かにより判定する。
In S302, the
転動ステージ1の可動部の移動方向が反転することを検出すると(S302でYes)、S303で、指令生成部16は、転動ステージ1の可動部の移動方向が反転する位置(反転位置)を内部メモリに記憶する。反転を検出しない場合は(S302でNo)、S308へ進む。
When it is detected that the moving direction of the movable part of the rolling
S304で、指令生成部16は、転動ステージ1の可動部の現在位置と、S303で記憶した反転位置とから反転後の変位を計算し、それが測定範囲の設定値内かを確認する。測定範囲の設定値内であれば(S304でYes)S305の処理へ移行し、そうでなければ(S304でNo)S308の処理へ移行する。
In S304, the
S305で、指令生成部16は、反転位置からその次に位置すべき位置(加工プログラムから読み出す)までの変位Xrを算出し、反転位置からその次に位置すべき位置及び加工プログラムで指定された時間を基に速度Vrを算出する。そして、司令生成部16は、変位Xr及び速度Vrをデータベース作成部13に送る。S306で、データベース作成部13は、データベース部12に格納されたデータベースから、変位Xr及び速度Vrに対するデータベース上での駆動力に係るデータ点をピックアップする。
In S305, the
ここで、データベース上のデータ点のピックアップは、変位Xr及び速度Vrの値が一番近い駆動力に係るデータ点F[i、j]が選択される。例えば、反転動作中から変位x、速度vの動作を抽出した場合、図9に示すように、変位x及び速度vに一番近い駆動力に係るデータ点F[i、j]が選択される。選択するデータ点が決まったら、S307で、データベース作成部13は、選択したデータ点に係る配列インデックス[i、j]を内部メモリに記憶する。
Here, the data point F [i, j] related to the driving force with the closest values of the displacement Xr and the velocity Vr is selected for the pickup of the data point on the database. For example, when an operation of displacement x and speed v is extracted from the reversing operation, a data point F [i, j] related to the driving force closest to the displacement x and speed v is selected as shown in FIG. . When the data point to be selected is determined, in S307, the
S308で、指令生成部16は、加工プログラムの読み込みが終了したか(言い換えると、加工プログラムの最後の行まで本処理を行ったか)どうかをチェックし、終了していなければS301に戻り、S301〜S308を繰り返す。S308でプログラム読込終了を検出したら、S309で、データベース作成部13は、内部メモリに記憶した配列インデックス[i、j]より、更新すべきデータ点に係る配列インデックス[i、j]に対して使用する条件Noの特定を行う。
In S308, the
ここで、2次元データベースの使用箇所から、データベース更新のための動作を特定する方法について説明する。図10は条件Noの違いによる、データベース上の更新できるデータ点の違いを示したものである。たとえば、条件No1の正弦波状の位置指令で転動ステージ1の可動部を動作させた場合、図中の三角記号で示すデータ点を更新することができる。同様に、条件No2、3ではそれぞれ対応する記号で示すデータ点を更新することができる。
Here, a method for specifying an operation for database update from the use location of the two-dimensional database will be described. FIG. 10 shows the difference in the data points that can be updated on the database due to the difference in the condition number. For example, when the movable part of the rolling
2次元データベース上の全データ点を更新する際は、複数ある条件Noに対応する正弦波状の位置指令をそれぞれ与えて全条件で摩擦特性を測定する。しかし、本実施形態のように、加工プログラムのプログラム動作(反転位置からの変位及び速度)に応じて条件を特定する場合は、加工動作中に使用するデータ点が更新できる条件Noでのみ測定動作を行う。 When all the data points on the two-dimensional database are updated, the frictional characteristics are measured under all conditions by giving sine wave position commands corresponding to a plurality of condition Nos. However, when conditions are specified according to the program operation (displacement and speed from the reverse position) of the machining program as in this embodiment, the measurement operation is performed only under the condition No where the data point used during the machining operation can be updated. I do.
例えば、図11の線上の点が、加工プログラムの動作中で使用するデータ点を示したものである。図11の例では、配列インデックス[i、j]=[i1、j1]のデータ点に対しては条件No=1を特定し、配列インデックス[i、j]=[i2、j2]、[i3、j3]、[i4、j4]、[i5、j5]のデータ点に対しては条件No=2を特定する。このようにして、このデータ点を更新するための条件NoをS309で特定する。そして、S310で、データベース作成部13は、図12のフローチャートに示す処理を行い、配列インデックス[i、j]に係る2次元データベースの駆動力Fのデータ値を更新する。
For example, the points on the line in FIG. 11 indicate the data points used during the operation of the machining program. In the example of FIG. 11, the condition No = 1 is specified for the data point of the array index [i, j] = [i 1 , j 1 ], and the array index [i, j] = [i 2 , j 2 ], [I 3 , j 3 ], [i 4 , j 4 ], [i 5 , j 5 ] are specified for condition No = 2. In this way, the condition No. for updating this data point is specified in S309. In step S310, the
次に、加工動作中で使用するデータ点のみを更新する方法について説明する。 Next, a method for updating only the data points used during the machining operation will be described.
図12に動作フローを示す。この更新方法は、先に説明したデーベースの作成方法と一部S403が異なるが同様の処理を行う。S401で、データベース作成部13は、条件Noを初期化する(条件No=0)。S402で、データベース作成部13は、条件Noを加算する(条件No=条件No+1)。
FIG. 12 shows an operation flow. This update method differs from the database creation method described above in part S403, but performs the same processing. In S401, the
S403で、データベース作成部13は、現在の条件NoがS309で特定した条件Noであるかどうかを確認する。現在の条件NoがS309で特定した条件Noに一致する場合(S403でYes)、S404〜S408の処理が行われ、そうで無い場合(S403でNo)、S409へ処理を進める。
In S403, the
S404で、データベース作成部13は、条件Noに応じた正弦波状の位置指令を作成する。S405で、データベース作成部13は、S203で作成した位置指令を図3に示した構成図の位置制御部8に入力される指令値に加えて転動ステージ1の可動部を駆動する。S406で、データ測定部14は、転動ステージ1の可動部の駆動時の変位・速度・駆動力を同時に測定し、データベース作成部13に送り、データベース作成部13はそれを内部メモリに記憶する。
In S404, the
S407で、データベース作成部13は、予め決めておいた変位に対する速度と駆動力の値をピックアップ(サンプリング)する。S408で、データベース作成部13は、変位と速度に対する駆動力をデータベース部12に記憶する。S409で、データベース作成部13は、条件Noが目標条件数より小さいかどうかを判断する。小さければ(S409でYes)、S402〜409の処理を繰り返し行い、小さくなければ(S409でNo)終了である。なお、目標条件数は、全条件の数(図5の例では3)であってもよいし、全条件の数よりも小さい数であってもよい。
In S407, the
次に、本実施形態の効果について説明する。通常、複数の正弦波状の加速度指令でステージ動作を行ってデータベースの更新を行う。それに対し、本実施形態では予め加工プログラムを読み込み、それに応じた条件Noの正弦波状の加速度指令でのみ転動ステージを動作させ、データベース上のデータ点のうち加工動作中に使用するデータ点のみ更新を行う。これにより、データベース更新に要する時間を削減することができる。加工動作前に毎回データベース更新を行う装置であれば、装置の稼働率向上にも寄与することができる。 Next, the effect of this embodiment will be described. Usually, the database is updated by performing a stage operation with a plurality of sinusoidal acceleration commands. On the other hand, in this embodiment, a machining program is read in advance, the rolling stage is operated only with a sinusoidal acceleration command corresponding to the condition No., and only the data points used during the machining operation among the data points on the database are updated. I do. Thereby, the time required for database update can be reduced. An apparatus that updates the database every time before the machining operation can contribute to an improvement in the operating rate of the apparatus.
(その他の実施形態)
なお、本発明のその他の実施形態として、データベースの更新は、実際の加工動作前の実施に限らない。例えば、装置が稼働していないアイドルタイムを利用して、データベース更新処理を実施しすることにより、装置の稼働率低下を防止することが出来る。また、計測機など通常動作時に外力が入らずデータベース算出が可能な場合は、計測動作中にてデータベース更新処理を実施することにより、装置の稼働率低下を防止することが出来る。
(Other embodiments)
As another embodiment of the present invention, the update of the database is not limited to the implementation before the actual machining operation. For example, by performing the database update process using idle time when the apparatus is not operating, it is possible to prevent a decrease in the operating rate of the apparatus. In addition, when the database can be calculated without external force during normal operation, such as a measuring instrument, it is possible to prevent a reduction in the operating rate of the apparatus by performing database update processing during the measurement operation.
また、データベースの更新履歴を用いて最適な更新時期を算出し、必要最小限のデータベース更新処理を実施することにより、装置の稼働率低下を防止することが出来る。
また、要求される精度が低い場合にはデータベース更新処理を実施せず加工動作を行うことにより、装置の稼働率低下を防止することが出来る。
Further, by calculating the optimum update time using the database update history and performing the minimum necessary database update processing, it is possible to prevent the operation rate of the apparatus from being lowered.
In addition, when the required accuracy is low, the operation rate of the apparatus can be prevented from being lowered by performing the processing operation without performing the database update process.
1 転動ステージ
2 ベース
3 レール
4 キャリッジ
5 テーブル
6 リニアモータ
7 位置センサ
8 位置制御部
9 ドライバ
10 駆動力演算部
11 補間演算部
12 テータベース部
13 データベース作成部
14 データ測定部
15 記憶部
16 指令生成部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記可動部のフィードフォワード制御に用いられる、前記可動部の移動方向が反転する反転位置からの変位及び速度に対する駆動力に係るデータベースを格納するデータベース部と、
ワークの加工処理における前記可動部の位置を記述する加工プログラムから前記可動部の反転位置を特定し、前記反転位置からの前記可動部の変位及び速度を算出する指令生成部と、
前記データベースから前記指令生成部により算出された変位及び速度に応じた駆動力を抽出し、前記抽出した駆動力に応じた条件を特定し、前記条件に対応する前記反転位置からの位置指令を作成し、前記作成した位置指令を基に前記可動部を駆動させ、その際の前記可動部の変位、速度及び駆動力の測定結果を基に前記データベースを更新するデータベース作成部と
を備える位置制御装置。 A position control device that drives a movable part of a rolling stage by a driving force of a linear motor,
A database unit for storing a database relating to a driving force with respect to a displacement and a speed from a reversal position where the moving direction of the movable unit is reversed, which is used for feedforward control of the movable unit;
A command generation unit that identifies a reversal position of the movable part from a machining program that describes the position of the movable part in a workpiece processing process, and calculates a displacement and a speed of the movable part from the reversal position;
A driving force corresponding to the displacement and speed calculated by the command generation unit is extracted from the database, a condition corresponding to the extracted driving force is specified, and a position command from the reverse position corresponding to the condition is created. And a database creation unit that drives the movable part based on the created position command and updates the database based on the measurement results of the displacement, speed, and driving force of the movable part at that time. .
ワークの加工処理における前記可動部の位置を記述する加工プログラムから前記可動部の移動方向が反転する反転位置を特定するステップと、
前記反転位置からの前記可動部の変位及び速度を算出するステップと、
データベースから前記算出された変位及び速度に応じた駆動力を抽出するステップであって、前記データベースは、前記可動部のフィードフォワード制御に用いられる、前記可動部の反転位置からの変位及び速度に対する駆動力に関するデータベースである、ステップと、
前記抽出した駆動力に応じた条件を特定するステップと、
前記条件に対応する前記反転位置からの位置指令を作成するステップと、
前記作成した位置指令を基に前記可動部を駆動させ、その際の前記可動部の変位、速度及び駆動力の測定結果を基に前記データベースを更新するステップと
を備える位置制御方法。 A method for controlling the position of a movable part of a rolling stage driven by a driving force of a linear motor,
Identifying a reversal position at which the moving direction of the movable part is reversed from a machining program that describes the position of the movable part in a workpiece machining process;
Calculating the displacement and speed of the movable part from the reversal position;
A step of extracting a driving force in accordance with the calculated displacement and speed from a database, wherein the database is used for feedforward control of the movable part, and is driven with respect to the displacement and speed from the reverse position of the movable part. A database of power, steps,
Identifying a condition according to the extracted driving force;
Creating a position command from the reverse position corresponding to the condition;
A position control method comprising: driving the movable portion based on the created position command; and updating the database based on measurement results of displacement, speed, and driving force of the movable portion at that time.
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