JP2016197303A - 基準軸を切り替えて学習制御を行うサーボ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、加工状況に応じて基準軸を切り替える必要が生じるために、角度同期方式の学習制御は適用できないという問題があった。【解決手段】本発明のサーボ制御装置は、位置指令に基づいてサーボモータを駆動制御し、基準軸に同期する複数の同期軸を協調動作させて加工を行う機械のサーボ制御装置であって、サーボモータの位置及び被駆動体の位置のうちの少なくとも一方を検出する位置検出部と、位置指令と位置検出部で検出された位置との偏差を演算する位置偏差演算部と、複数の基準軸の位置を取得する基準軸位置取得部と、取得された複数の基準軸の位置のうちから、被駆動体の加工状況に基づいて１つを選択する基準軸選択部と、偏差及び選択した基準軸の位置に基づいて角度同期方式の学習制御を行う学習制御部と、を有することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、工作機械等の機械に使用されるサーボモータを制御するサーボ制御装置に関し、特に、基準軸に対して、複数の同期軸が同期して加工を行う場合において、加工状況に応じて基準軸を切り替えて学習制御を行うサーボ制御装置に関する。

一般に、学習制御には、時間同期方式と角度同期方式がある。両者の主な違いは、時間同期方式は学習制御を行う周期（学習周期）を基準としている（時間基準）のに対し、角度同期方式は基準軸の角度を基準（位置基準）としている点である。

時間同期方式の場合、学習制御により得られる補正値は時間の関数であるため、基準軸の速度がダイナミックに変わると学習周期が変化してしまう。その結果、前回の試行で得られた補正値は当該試行における補正値と対応しなくなり学習制御の効果が得られなくなる。一方、角度同期方式の場合、角度を基準としているため、基準軸の速度がダイナミックに変わっても学習周期は変化せず、学習制御の効果を得ることができる。

従って、速度の変動があるようなアプリケーションでは、角度同期方式が有利である（例えば、特許文献１）。

角度同期方式を用いた場合の加工方法の一例を図１に示す。図１（ａ）の斜視図に示すように、ワーク１００２は回転軸１００１を中心に回転し、ワークの一部１００３を工具１００４で加工する。ここで、基準となるサーボ軸（図１（ａ）の回転軸１００１）を「基準軸」という。図１（ａ）では、基準軸に対して、複数のサーボ軸（「同期軸」ともいう。具体的には、図１（ａ）、（ｂ）のＸ軸とＹ軸）が同期して加工を行う。図１（ｂ）は平面図であり、ワーク１００２が回転軸１００１を中心にして矢印の向きに回転すると、ワークの一部１００３は１００３´の位置に移動し、同時に工具１００４は１００４´の位置に移動する。

例えば、図２のような偏心した円筒状のワーク１００２を研削する機械では、ワーク１００２を回転させるサーボモータ１００５の回転軸１００１に同期して、テーブル１００９上に載置された砥石等の工具１００４を移動させる揺動軸１００６によって加工が行われる。この機械に角度同期方式の学習制御を適用する場合、回転軸１００１の回転角度を基準にして揺動軸１００６で学習制御を行う。

近年、工作機械の生産性を向上させるために、図３のように２つの回転軸を使って、一方の軸で加工し、その間他方の軸ではワークの脱着などの段取りを行うという方法が採用されている。図３に示すように、加工工程ではワーク１００２をサーボモータ１００５で第１回転軸１００１−１を中心に回転させながら、第１回転軸１００１−１と揺動軸１００６とを同期させてテーブル１００９上の工具１００４で加工を行う。

一方、段取工程では、ワーク１００２の次に加工を行うワーク１００２´を、第２回転軸１００１−２を中心に回転するサーボモータ１００５´に取り付ける作業を行う。段取工程においてはテーブル１００９´上の工具１００４´は使用しない。

ワーク１００２の加工が終了したら、ワーク１００２´の加工を行うために矢印１００８で示すように段取工程と加工工程とを切り替えて、ワーク１００２´をサーボモータ１００５´で第２回転軸１００１−２を中心に回転させながら、第２回転軸１００１−２と揺動軸１００６とを同期させて工具１００４´で加工を行う。このとき、被加工物であるワーク１００２が加工工程にあるか段取工程にあるかという加工状況に応じて、矢印１００７で示すように、サーボモータ１００５を制御するサーボ制御装置（図示せず）を移動させる必要がある。このとき、基準軸は第１回転軸１００１−１から第２回転軸１００１−２に切り替わる。

特許４０４３９９６号公報

従来、このような機械では、被加工物の加工状況に応じて基準軸を切り替える必要が生じるために、角度同期方式の学習制御は適用できないという問題があった。

本発明の一実施例に係るサーボ制御装置は、位置指令に基づいてサーボモータを駆動制御し、基準軸に同期する複数の同期軸を協調動作させて加工を行う機械のサーボ制御装置であって、サーボモータの位置及び被駆動体の位置のうちの少なくとも一方を検出する位置検出部と、位置指令と位置検出部で検出された位置との偏差を演算する位置偏差演算部と、複数の基準軸の位置を取得する基準軸位置取得部と、取得された複数の基準軸の位置のうちから、被駆動体の加工状況に基づいて１つを選択する基準軸選択部と、偏差及び選択した基準軸の位置に基づいて角度同期方式の学習制御を行う学習制御部と、を有することを特徴とする。

本発明の一実施例に係るサーボ制御装置によれば、加工状況に応じて適切な基準軸を選択することが可能となり、加工に応じた効果的な学習制御が可能になる。その結果、高精度な加工を実現できる。

サーボモータの回転軸を基準軸にして工具を同期させて加工を行う従来の角度同期方式を用いた加工方法を示す図である。 偏心した円筒ワークを研削する場合の従来の加工方法を示す図である。 加工工程と段取工程を切り替えて加工を行う従来の加工方法を示す図である。 本発明の実施例１に係るサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係るサーボ制御装置における基準軸選択部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係るサーボ制御装置における角度同期方式の学習制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係るサーボ制御装置の動作手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例２に係るサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係るサーボ制御装置における学習制御器選択部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２に係るサーボ制御装置の動作手順を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係るサーボ制御装置について説明する。

［実施例１］
まず、本発明の実施例１に係るサーボ制御装置について説明する。図４に本発明の実施例１に係るサーボ制御装置の構成を表すブロック図を示す。本発明の実施例１に係るサーボ制御装置１０１は、位置指令に基づいてサーボモータ３０を駆動制御し、基準軸に同期する複数の同期軸を協調動作させて加工を行う機械のサーボ制御装置であって、サーボモータ３０の位置及び被駆動体（図示せず）の位置のうちの少なくとも一方を検出する位置検出部２と、位置指令と位置検出部２で検出された位置との偏差を演算する位置偏差演算部４と、複数の基準軸の位置を取得する基準軸位置取得部６と、取得された複数の基準軸の位置のうちから、被駆動体の加工状況に基づいて１つを選択する基準軸選択部８と、偏差及び選択した基準軸の位置に基づいて角度同期方式の学習制御を行う学習制御部１０と、を有することを特徴とする。

次に、本発明の実施例１に係るサーボ制御装置の動作について説明する。まず、数値制御装置等の上位制御装置２０からサーボ制御装置１０１へ位置指令が入力される。サーボモータ３０の近傍には位置検出部２が設けられており、サーボモータ３０の位置を検出する。このサーボモータ３０の位置によりサーボモータ３０で駆動される被駆動体の位置がわかる。

位置偏差演算部４には上位制御装置２０から入力された位置指令と位置検出部２からフィードバックされた検出位置が入力され、位置指令から検出位置を減算して位置偏差を計算する。

計算された位置偏差は位置制御部１２に入力され、さらに学習制御部１０へ入力される。学習制御部１０では、後述するように基準軸位置取得部６で取得された基準軸の位置に基づいて基準軸選択部８で選択された基準軸に基づいて学習制御が行われる。本発明のサーボ制御装置は角度同期方式を採用しており、基準軸から角度（位置）の情報を取得する。位置の取得は、基準軸が当該基準軸の「位置指令値」、または、「位置フィードバック値」を同期軸に送付することで行われる。これは学習制御の開始と連動して行われることとなる。より詳細には、基準軸と同期軸が同じＤＳＰ（Digital Signal Processor、サーボ軸を制御するＣＰＵ）にある場合は、直接位置の取得をすることが可能である。１つのＤＳＰには複数の軸を割り当てることが可能であり、異なるＤＳＰにまたがる場合は、主に、ＤＳＰ間の通信によるデータ送受信で位置を取得する。また、この他に図４に示す上位制御装置２０を介することで、位置のデータの送付を行うことも可能である。

学習制御部１０は学習制御により補正量を算出し、算出した補正量を位置制御部１２に出力する。位置制御部１２は、学習制御部１０からの補正量に応じて位置偏差を補正し、補正された位置偏差にポジションゲインを乗じて速度指令を求める。

速度制御部１４は、求められた速度指令とサーボモータ３０又は被駆動体の速度を検出する速度検出器（図示せず）からフィードバックされる速度との差である速度偏差に基づいて電流指令を求める。

電流制御部１６は、求められた電流指令とアンプ１８に設けられた電流検出器（図示せず）からフィードバックされる電流値に基づいて駆動電圧を算出する。アンプ１８は、算出された駆動電圧に従ってサーボモータ３０を駆動する。

図５に、本発明の実施例１に係るサーボ制御装置における基準軸選択部８の構成を示す。基準軸選択部８は、図５のように、加工状況に応じて、複数の基準軸（基準軸１，基準軸２，・・・，基準軸ｎ）から１つの基準軸を選択する。加工状況は、サーボ制御装置１０１が信号などで直接取得するか、もしくは上位制御装置２０から取得して、基準軸の切り替えの判断に利用する。具体的には、本実施例に示したケースでは、加工状況はワーク軸の切換えに相当するため、加工状況の取得のためにワーク切換えの信号を使用することとなる。そのため、サーボ制御装置がワーク切換えの信号を取得するか、図４に示す上位制御装置２０がワーク切換えの信号を取得することにより、加工状況を取得することができる。

図６に本発明の実施例１に係るサーボ制御装置における角度同期方式の学習制御部１０の構成を示す。学習制御部１０は、まず、所定のサンプリング周期で位置偏差を取得する。次に、この位置偏差を時間−位置変換部２１で時間から角度に変換し、帯域制限フィルタ２２でフィルタ処理等を行って、これを遅延メモリ２３に保存する。遅延メモリ２３に保存された補正を位置−時間変換部２４で再び角度から時間に変換し、動特性補償部２５を介して出力される。ここで、帯域制限フィルタ２２と遅延メモリ２３は角度領域で動作し、他のブロックは時間領域で動作する。

次に、本発明の実施例１に係るサーボ制御装置の動作手順について、図７に示したフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１０１において、指令とフィードバックから偏差を計算する。具体的には、位置偏差演算部４（図４参照）が、上位制御装置２０から入力された位置指令及び位置検出部２からフィードバックされた位置データから位置偏差を計算する。

次に、ステップＳ１０２において、複数の基準軸の位置を取得する。次に、ステップＳ１０３において、機械及び上位制御装置のうちの一方から加工状況を取得する。具体的には、サーボ制御装置１０１が、機械から直接、加工状況を取得してもよく、あるいは、上位制御装置２０から加工状況を取得するようにしてもよい。

次に、ステップＳ１０４において、加工状況に応じて複数の基準軸から１つを選択する。具体的には、基準軸選択部８が、取得された複数の基準軸の位置のうちから、被駆動体の加工状況に基づいて１つを選択する。

次に、ステップＳ１０５において、偏差、基準軸の位置に基づいて、学習制御部を使って学習制御を行う。具体的には、学習制御部１０が偏差、及び選択した基準軸の位置に基づいて角度同期方式の学習制御を行う。

以上説明したように、本発明の実施例１に係るサーボ制御装置によれば、加工状況に応じて適切な基準軸を選択することが可能となり、加工に応じた効果的な学習制御が可能になる。その結果、高精度な加工を実現できる。

［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係るサーボ制御装置について説明する。図８に本発明の実施例２に係るサーボ制御装置の構成を表すブロック図を示す。本発明の実施例２に係るサーボ制御装置１０２が実施例１に係るサーボ制御装置１０１と異なっている点は、学習制御部１０は、複数の基準軸に対応した複数の学習制御器（１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎ（図９参照））を含み、加工状況に基づいて複数の学習制御器のうちの１つの学習制御器を選択する学習制御器選択部１１をさらに備え、選択された学習制御器は、偏差及び選択した基準軸の位置に基づいて角度同期方式の学習制御を行う点である。実施例２に係るサーボ制御装置１０２のその他の構成は、実施例１に係るサーボ制御装置１０１における構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。

図９に本発明の実施例２に係るサーボ制御装置における学習制御器選択部１１の構成を示す。実施例２に係るサーボ制御装置１０２は、複数（例えば、ｎ個）の学習制御器（第１学習制御器１０−１，第２学習制御器１０−２，・・・，第ｎ学習制御器１０−ｎ）を備えており、複数の基準軸（第１基準軸，第２基準軸，・・・，第ｎ基準軸）のうちから１つの基準軸を選択する基準軸の切り替えと同期して、学習制御器も切り替える点を特徴としている。図９に示した例では学習制御器選択部１１が、偏差入力側の学習制御器選択部１１ａと、補正出力側の学習制御器選択部１１ｂとに分かれた構成を示している。第１基準軸が選択された場合には、第１学習制御器１０−１を選択するように、偏差入力側の学習制御器選択部１１ａ及び補正出力側の学習制御器選択部１１ｂのそれぞれのスイッチが切り替わる。以下同様に、第ｎ基準軸が選択された場合には、第ｎ学習制御器１０−ｎを選択するように、偏差入力側の学習制御器選択部１１ａ及び補正出力側の学習制御器選択部１１ｂのそれぞれのスイッチが切り替わる。

次に、本発明の実施例２に係るサーボ制御装置の動作手順について図１０に示したフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ２０１において、指令とフィードバックから偏差を計算する。具体的には、位置偏差演算部４（図８参照）が、上位制御装置２０から入力された位置指令と位置検出部からフィードバックされた位置データから位置偏差を計算する。

次に、ステップＳ２０２において、複数の基準軸の位置を取得する。次に、ステップＳ２０３において、機械及び上位制御装置のうちの一方から加工状況を取得する。具体的には、サーボ制御装置１０２が、機械から直接、加工状況を取得してもよく、あるいは、上位制御装置２０から加工状況を取得するようにしてもよい。

次に、ステップＳ２０４において、加工状況に応じて複数の基準軸から１つを選択する。具体的には、基準軸選択部８が、取得された複数の基準軸の位置のうちから、被駆動体の加工状況に基づいて１つを選択する。

次に、ステップＳ２０５において、加工状況に応じて複数の学習制御器から１つを選択する。具体的には、学習制御器選択部１１が、被加工物の加工状況に基づいて複数の学習制御器（第１学習制御器１０−１，第２学習制御器１０−２，・・・，第ｎ学習制御器１０−ｎ）のうちの１つを選択する。

次に、ステップＳ２０６において、偏差、基準軸の位置に基づいて、学習制御器を使って学習制御を行う。具体的には、学習制御器が偏差、及び選択した基準軸の位置に基づいて角度同期方式の学習制御を行う。加工状況は、サーボ制御装置１０２が信号などで直接取得するか、もしくは上位制御装置２０から取得して、基準軸の切り替えの判断に利用する。

以上説明したように、本発明の実施例２に係るサーボ制御装置によれば、基準軸の切り換えと同期して、学習制御器を切り替えることにより、加工に応じて生成した補正量を保持することが可能となる。その結果、学習開始から補正生成までの時間を短縮することが可能になり、結果的に生産性を向上させることができる。

２ 位置検出部
４ 位置偏差演算部
６ 基準軸位置取得部
８ 基準軸選択部
１０ 学習制御部
１１ 学習制御器選択部
１１ａ 偏差入力側の学習制御器選択部
１１ｂ 補正出力側の学習制御器選択部
１２ 位置制御部
１４ 速度制御部
１６ 電流制御部
１８ アンプ
２０ 上位制御装置
２１ 時間−位置変換部
２２ 帯域制限フィルタ
２３ 遅延メモリ
２４ 位置−時間変換部
２５ 動特性補償部
３０ サーボモータ
１０１，１０２ サーボ制御装置

Claims (3)

1. 位置指令に基づいてサーボモータを駆動制御し、基準軸に同期する複数の同期軸を協調動作させて加工を行う機械のサーボ制御装置であって、
   前記サーボモータの位置及び被駆動体の位置のうちの少なくとも一方を検出する位置検出部と、
   前記位置指令と前記位置検出部で検出された位置との偏差を演算する位置偏差演算部と、
   複数の基準軸の位置を取得する基準軸位置取得部と、
   取得された前記複数の基準軸の位置のうちから、被駆動体の加工状況に基づいて１つを選択する基準軸選択部と、
   前記偏差及び選択した基準軸の位置に基づいて角度同期方式の学習制御を行う学習制御部と、
   を有することを特徴とするサーボ制御装置。
2. 前記学習制御部は、複数の基準軸に対応した複数の学習制御器を含み、
   被駆動体の加工状況に基づいて前記複数の学習制御器のうちの１つの学習制御器を選択する学習制御器選択部をさらに備え、
   選択された前記学習制御器は、前記偏差及び選択した前記基準軸の位置に基づいて角度同期方式の学習制御を行う、請求項１に記載のサーボ制御装置。
3. 前記加工状況を機械及び上位制御装置のうちの一方から取得する、請求項１または２に記載のサーボ制御装置。

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