JP2016164768A - 工作機械のスマート制御システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リアルタイム検知とリアルタイム補正方式にて偏差を修正し、スムーズな稼働を実現する、一種の工作機械のスマート制御システムおよびその制御方法を提供する。【解決手段】 一つの回転ユニット、一つのサーボモーター、一つのーボドライブと一つのエンコーダから構成される。回転ユニットは一つの回転部品と一つの伝動機構を備えており、第１回転部品は回転可能な状態で伝動機構の動力出力末端と接続しており、伝動機構は少なくとも一つの第２回転部品を備える。サーボモーターは伝動機構を介して第１回転部品を回転させる。サーボドライブはサーボモーターと電気的に接続されサーボモーターに駆動または制動の制御コマンドを送る。エンコーダはサーボドライブと電気的に接続され第１回転部品または伝動機構の第２回転部品の回転位置を検知してコード化した上でサーボドライブにフィードバックする。【選択図】図１

Description

本発明は、自動制御システムに関わり、特に一種の工作機械のスマート制御システムおよびその制御方法に関わる。

図１と図２に示す通りの従来の工作機械の自動工具交換装置は、一つのディスクカッター１、一つのサーボモーター２、一つの減速機構３、一つのエンコーダ４および一つのサーボドライブ５（servo drives）から構成される。このうち、ディスクカッター１上には異なるカッターが複数取り付けられており、サーボモーター２は減速機構３を介してディスクカッター１を回転させて工具選定作業を行う。減速機構３は歯車比の異なる複数の歯車を備える。エンコーダ４はサーボモーター２上に装設され、サーボモーター２の回転子の回転速度と回転角度が確実か否か、所定の位置にあるか否かを検知する目的に限って用いられる。サーボドライブ５はサーボモーター２に駆動または制動させる制御コマンドを送ることができる。

上記機構は工具選定作業を行えるものの、減速機構３の歯車部分は長期間使用するとバックラッシュ（back lash）問題が発生しやすく、このようなわずかなバックラッシュが出るだけで、伝動上の誤差を引き起こし、ディスクカッター１の回転位置に影響を及ぼす恐れがある。ほかにも、ディスクカッター１は過負荷により回転位置ズレが起こす場合もある。現象はいずれも自動工具交換装置の作動エラーやエンコーダ４からのエラー情報送信の原因となる。この場合、ディスクカッター１が次から所定の位置まで回転できるよう、一度稼働を止めて自動工具交換装置を点検し、問題を解消して校正を行う必要がある。だがそうすると、加工作業の効率が多かれ少なかれ影響を受けてしまう。業者の中に高価な精密型減速機構を導入してバックラッシュ問題の発生を改善または先延ばしする者もいるが、これでは製品の生産コストが増加して競争力を下げてしまう恐れがある。

上記の通り、従来の工作機械の自動工具交換装置の場合、そのエンコーダ４はサーボモーター２上に取り付けられているため、ディスクカッター１の回転にズレが生じた場合しか、サーボモーター２の回転子の回転状況を検知してエラー情報を出して作動停止の形で点検することができない。この点から見ても、従来の技術はまだまだ未熟で改善余地が残っていると言える。

特表２００１−５２２０７８号公報

上記のような従来例の問題点に鑑み、本発明では、リアルタイム検知とリアルタイム補正方式にて偏差を修正し、スムーズな稼働を実現するために、一種の工作機械のスマート制御システムおよびその制御方法を提供した。

上記目的を達成するため、本発明の提供する一種の工作機械のスマート制御システムは一つの回転ユニット、一つのサーボモーター、一つのーボドライブと一つのエンコーダから構成される。このうち回転ユニットは一つの回転部品と一つの伝動機構を備えており、第１回転部品は回転可能な状態で伝動機構の動力出力末端と接続しており、伝動機構は少なくとも一つの第２回転部品を備える。サーボモーターは伝動機構を介して第１回転部品を回転させる。サーボドライブはサーボモーターと電気的に接続されサーボモーターに駆動または制動の制御コマンドを送る。エンコーダはサーボドライブと電気的に接続され第１回転部品または伝動機構の第２回転部品の回転位置を検知してコード化した上でサーボドライブにフィードバックする。

本発明はさらに工作機械のスマート制御方法を提供した。この工作機械は一つの第１回転部品、一つの第２回転部品、一つのドライブおよび一つのサーボモーターから構成される。スマート制御方法は次のような手順で第１回転部品と第２回転部品を同時に回転させる。第１回転部品または第２回転部品の回転位置を検知し、一つの電気信号をドライブに継続的にフィードバックする。電気信号にはコード化された回転位置情報が含まれ、ドライブは受信した電気信号をもとに、サーボモーターの回転子の回転速度および/または回転角度を調整し、第１回転部品が正しい回転位置に着くようにする。

従来の自動工具交換装置の立体図である。 図１の従来の自動工具交換装置を示す略図である。 本発明の実施例の工作機械のスマート制御システムを示す略図である。 本発明の実施例のスマート制御システムの制御信号伝送図である。 本発明の実施例のスマート制御システムの制御方法を示すフローチャートである。 図３と同様、第１歯車のような第２回転部品上に装設されたエンコーダを示す説明図である。

本発明をよりはっきりと理解できるよう、実施例と図面を併用して詳しく説明する。図３〜図５は本発明の一実施例における工作機械のスマート制御システムおよびその制御方法である。主に自動化機械装置分野に応用され、自動化機械装置の動力出力末端に装設された一つの回転可能なターゲットの回転位置を検知し、リアルタイム補正により機械動作のエラーや偏差を修正してスムーズな稼働を実現している。わかりやすく説明するために、この実施例では、スマート制御システムを自動工具交換装置に応用した例を挙げているが、実際はこの限りでない。システムは一つのプログラマブルロジックコントローラ１０（Programmable Logic Controller、以下PLCという）、一つのサーボドライブ２０、一つのサーボモーター３０、一つの回転マシンユニット４０およびエンコーダ５０とエンコーダ６０からなる二つのエンコーダから構成される。

プログラマブルロジックコントローラ１０はサーボドライブ２０と電気的に接続され、サーボドライブ２０はさらにサーボモーター３０と電気的に接続される。サーボモーター３０は回転ユニット４０の一つの伝動機構を介して別の第１回転部品と連結する。本実施例において、第１回転部品は異なる工具を複数搭載したディスクカッター４２で、しかも回転可能な状態で伝動機構の動力出力末端と接続している。具体的には、サーボドライブ２０がプログラマブルロジックコントローラ１０のプログラムに基づきサーボモーター３０に駆動または制動の制御コマンドを送ると、サーボモーター３０は伝動機構によりディスクカッター４２を回しまたは止めて、工具選定作業を行うことができる。本実施例において、伝動機構は一つの減速機構４４、一つの第１歯車４６と一つの第２歯車４８から構成され、このうち減速機構４４はサーボモーター３０の出力軸と接続する。一方で第１歯車４６は減速機構４４と接続して動力を噛み合っている第２歯車４８まで伝送するのに用いられる。第２歯車４８はディスクカッター４２と一体化して一緒に回転することができる。ここで特筆すべきことは、この伝動機構は必要に応じてはすば歯車付き歯車箱で減速機構に取って代わることができる。

エンコーダ５０はアブソリュートエンコーダ（absolute encoder）で、一つの回転可能な主軸５２を備え、主軸５２はディスクカッター４２と同軸芯上に設置される。エンコーダ５０はサーボドライブ２０と電気的に接続されてディスクカッター４２の回転位置を検知し、コード化された電気信号をサーボドライブ２０に送る役割を果たす。電気信号にはコード形式にて表示される回転位置が含まれる。エンコーダ６０もアブソリュートエンコーダで、これもサーボモーター３０上に装設され、しかもサーボドライブ２０と電気的に接続される。エンコーダ６０はサーボモーター３０の回転子の回転速度を検知してコード形式でサーボドライブ２０にフィードバックする。上記の通り、主軸５２はディスクカッター４２の回転位置を検知するために第２歯車４８上で連結されている。もちろん、それ以外の場合において、主軸５２をディスクカッター４２に直接連結してその回転位置を検知する必要がある。

上記の通り、ディスクカッター４２が回転すると、エンコーダ５０はその回転位置を自動的かつ継続的に検知し、その結果を電気信号にリエンコードしてサーボドライバ２０に継続的にフィードバックする。検知対象となるディスクカッター４２の回転位置が所定の位置になると、サーボドライバ２０はプログラマブルロジックコントローラ１０のプログラムに基づきサーボモーター３０に制御コマンドを送り続ける。一方で、検知対象となるディスクカッター４２の回転位置が所定の位置に着かず偏差が生じた場合は、エンコーダ５０からフィードバックされる電気信号にはサーボドライブ２０によるサーボモーター３０の回転子の回転速度および/または回転角度の調整信号が含まれ、これによりディスクカッター４２はリアルタイム補正により偏差を修正してディスクカッター４２が作動都度、所定の回転位置に確実に着くように確保することができる。言い換えれば、本発明は、動力を伝達する末端を利用した検知および追跡方式を用いて、従来の機構に見受けられるエラー情報の通知が遅い、点検するには稼働を停止させる必要があるなどの不便を着実に改善した。しかも、このような末端検知および追跡方式により、自動化機械装置に搭載された伝動機構（減速機構等）の精度の選択範囲がより弾力的となり、結果的にはある程度のコスト削減につながった。

さらに特筆すべきことは、ディスクカッター４２の回転位置の検知に用いるエンコーダ５０は、伝動機構の動力出力末端に装設されることが望ましい。そのため、上記のようなディスクカッター４２と同軸芯上に設置する方法のほか、図６に示すように第１歯車４６のような第２回転部品上に装設しても、リアルタイム検知と偏差補正の効果を実現することができる。

上記実施例はあくまでも推奨する実施態様にすぎず、特許発明の技術的範囲を画するものではない。上記実施形態に種々の変更または改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれる。

１０ … プログラマブルロジックコントローラ
２０ … サーボドライブ
３０ … サーボモーター
４０ … 回転マシンユニット
４２ … ディスクカッター
４４ … 減速機構
４６ … 第１歯車 ４８ … 第２歯車
５０、６０ … エンコーダ
５２ … 主軸

Claims (8)

1. 一つの回転部品と一つの伝動機構とを備え、前記第１回転部品は回転可能な状態で前記伝動機構の動力出力末端と接続し、前記伝動機構は少なくとも一つの第２回転部品を備える回転ユニット、
   前記伝動機構を介して前記第１回転部品を回転させるサーボモーター、
   前記サーボモーターに電気的に接続され、前記サーボモーターに駆動または制動の制御コマンドを送るサーボドライブ、および
   前記サーボドライブに電気的に接続され、前記第１回転部品または前記伝動機構の第２回転部品の回転位置を検知してコード化した上で前記サーボドライブにフィードバックするエンコーダ、を有する、工作機械のスマート制御システム。
2. 前記サーボモーター上に装設され、しかも前記サーボドライブと電気的に接続される別のエンコーダを含み、前記別のエンコーダは前記サーボモーターの回転子の回転速度を検知してコード化した上で前記サーボドライブにフィードバックする請求項１に記載の工作機械のスマート制御システム。
3. 前記エンコーダは回転可能で、前記第１回転部品と同軸芯上に設置される一つの主軸を備える請求項２に記載の工作機械のスマート制御システム。
4. 前記エンコーダは回転可能で、前記第２回転部品と同軸芯上に設置される一つの主軸を備える請求項２に記載の工作機械のスマート制御システム。
5. 前記エンコーダは前記別のエンコーダとともにアブソリュートエンコーダである請求項２に記載の工作機械のスマート制御システム。
6. 第１回転部品と、
   前記第１回転部品を回転させるためのサーボモーターと、
   前記サーボモーターと電気的に接続され、前記サーボモーターに駆動または制動の制御コマンドを送るためのサーボドライブと、
   前記サーボドライブと電気的に接続され、前記第１回転部品の回転位置を検知してコード化した上で前記サーボドライブにフィードバックするエンコーダと、を備える工作機械のスマート制御システム。
7. 一つの第１回転部品、一つの第２回転部品、一つのドライブおよび一つのサーボモーターを備える工作機械のスマート制御方法であって、
   前記工作機械は、前記スマート制御方法は以下の手順により実現される。
   前記第１回転部品と前記第２回転部品を同時に回転させ、
   前記第１回転部品または前記第２回転部品の回転位置を検知し、コード化された回転位置情報が含む電気信号をドライブに継続的にフィードバックし、
   前記ドライブが、フィードバックされた前記電気信号に基づいて、前記サーボモーターの回転子の回転速度および/または回転角度を調整し、前記第１回転部品が正しい回転位置に着くようにする工作機械のスマート制御方法。
8. アブソリュートエンコーダを用いて前記第１回転部品または前記第２回転部品の回転位置を検知し、コード形式にて回転位置を示す電気信号を発生することを特徴とする請求項７に記載の工作機械のスマート制御方法。