JP2019160073A

JP2019160073A - 位置制御システム

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Publication number: JP2019160073A
Application number: JP2018048436A
Authority: JP
Inventors: 憲之福井; Noriyuki Fukui
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2038-03-15
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Abstract

【課題】リニアエンコーダを搭載し、制御対象物を直接的に検出する特長を可能な限り残しつつも、複数の送り軸を同期して加工する場合の極めて緩やかな傾斜面加工や、極めて緩やかなテーパ面加工において、その加工面に、リニアエンコーダの内挿誤差に起因した縞目状の模様を発生させない位置制御システムを提供する。【解決手段】第一、第二位置制御装置１０１ａ，１０１ｂに対応する送り軸それぞれの移動量を特定し、二つの移動量のうち小さい方の移動量を、大きい方の移動量で割った値が、規定の基準範囲内に収まる場合には、当該移動量が小さい送り軸に対応する位置制御装置は、モータ検出位置を位置フィードバック値として選択し、その余の送り軸に対応する位置制御装置は、対象物検出位置を位置フィードバック値として選択する。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械等に搭載される位置制御システムに関し、特に、モータに装着したモータ位置検出器のモータ検出位置と、制御対象物の近傍に装着した対象物位置検出器の対象物検出位置とを基に、駆動系をフィードバック制御するものに関する。

従来の工作機械に搭載された位置制御システムにおけるフィードバック制御システムの概略構成について、図を基に説明する。図５は、従来の制御対象の送り軸が２軸の位置制御システムの概略構成を示すシステムブロック図である。本従来例の位置制御システムは、複数の送り軸を駆動することで、一つの制御対象物１１７の位置を制御するシステムである。なお、図５では、第一送り軸側（上段側）、第二送り軸側（下段側）それぞれに一つずつ、合計二つの制御対象物１１７を図示しているが、この二つの制御対象物１１７は、同一のものを示している。とはいえ、二つの送り軸から見た最終的な制御対象物１１７は、例えば、工具を備えた刃物台のように同一の制御対象物１１７であったとしても、いずれかの送り軸の上に、もう一方の送り軸機構を搭載した状態となるため、厳密に言えば、同一の制御対象物１１７とはならない。ここでは説明のわかりやすさのために、制御対象物１１７を同一のものとして扱うこととする。

位置制御システムは、二つの送り軸それぞれに対応して設けられた第一位置制御装置１０１ａ、第二位置制御装置１０１ｂを有している。なお、第一位置制御装置１０１ａと、第二位置制御装置１０１ｂとは、ほぼ同じ構成をしているため、「第一」と「第二」とを区別する必要がないときは、添え字ａ，ｂを省略して、単に「位置制御装置１０１」と呼ぶ。また、他部材においても同じとする。

位置制御装置１０１は、上位装置たる数値制御装置１０２からの指令位置Ｐと、リニアエンコーダ１０３から出力される検出位置Ｐｄとの差分を、減算器１０４にて算出し、位置誤差Ｐｅとする。速度指令演算器１０５は、位置誤差Ｐｅを基に、比例ゲインＫｐにて増幅し指令速度Ｖを出力する。一方で、モータ位置検出器１０６のモータ検出位置Ｐｍを微分器１０７にて微分し、モータ検出速度Ｖｍとし、指令速度Ｖとの差分を減算器１０８にて算出し、速度偏差とする。この速度偏差は、トルク指令演算器（速度ループ比例ゲインＰｖ）１０９にて速度偏差比例成分に変換され、同時にトルク指令演算器（速度ループ積分ゲインＩｖ）１１０にて速度偏差積分成分にも変換され、加算器１１１にて速度偏差比例成分と速度偏差積分成分とを加算し、トルク指令Ｔとする。トルク指令Ｔは、電流制御部１１２にて各種フィルタリング処理をされた後、モータ１１３を制御するための電流を送出する。

モータ１１３は、位置制御装置１０１からの電流に伴って、回転軸が回転する。モータ１１３の回転軸とカップリング１１４を介して結合されたボールネジ１１５も、回転する。テーブルなどの制御対象物１１７と連結されたボールネジナット１１６は、図示しない案内面などによって、ボールネジ１１５の回転方向に拘束されており、ボールネジ１１５の回転に伴って、ボールネジ１１５の軸方向へ駆動される。モータ１１３の回転軸に結合されたモータ位置検出器１０６も、モータ１１３の回転軸の回転に伴って、モータ検出位置Ｐｍが変化する。更に、制御対象物１１７に固定されたリニアエンコーダ１０３の検出ヘッド１１８も、モータ１１３の回転に伴って、ボールネジ１１５の軸方向へ駆動され、図示しないベッドなどに固定されたリニアエンコーダ１０３のスケール１１９との相対移動量、即ち、制御対象物１１７の検出位置Ｐｄも変化する。このようにして変化した検出位置Ｐｄや、モータ検出位置Ｐｍが位置制御装置１０１へ送出され、数値制御装置１０２からの指令位置Ｐとの差分を無くすようフィードバック制御される。

また、第一位置制御装置１０１ａと第二位置制御装置１０１ｂとは、上位装置たる数値制御装置１０２からの各指令位置の単位区間を補間しながら駆動するために、図示はしないが互いに同期をとりながら位置制御を行っている。ここで、図５に示す位置制御システムが、例えば、１サドル旋盤の数値及び位置制御を行うものとし、第一位置制御装置１０１ａがそのＸ軸、第二位置制御装置１０１ｂがそのＺ軸を担うものとする。ここで、制御対象物１１７である工具の移動方向とＺ軸との角度をθ、Ｘ軸の移動量をＬｘ、Ｚ軸の移動量をＬｚとした場合、ｔａｎθ＝（Ｌｘ／Ｌｚ）となる。図６は、テーパ角度α°のテーパプラグ部品の断面図である。図６に示すテーパプラグ部品６０１のテーパ部６０２を、１サドル旋盤にて精度良く加工するためには、Ｑ点からＲ点までの座標を、Ｘ軸とＺ軸とが同期を取りながら微小区間を補間して、駆動していく必要がある。

図７は、従来の数値制御装置１０２の内部処理を示す概略ブロック図の一例である。テーパプラグ部品６０１などを加工するためのプログラムは、プログラム入力手段３０１にて数値制御装置１０２へ入力される。プログラム入力手段３０１は、操作盤のキーボードによる入力や、ＵＳＢメモリなどのメディアからの転送入力などがあり、かつ、加工プログラム自体を記憶しておく記憶手段を内包しているのが一般的である。加工プログラムは、プログラム解釈手段３０２へ送出され、プログラム解釈手段３０２にて加工プログラムから各送り軸の送り方向などのデータを生成する。生成されたデータは、関数発生手段３０３へ送出される。関数発生手段３０３では、データを入力すると、各送り軸を軸移動制御するために、送り軸の制御周期ごとに関数発生位置（指令位置Ｐａ，Ｐｂ）の算出を行う。算出した指令位置Ｐａ，Ｐｂは、送り軸の制御周期ごとに位置制御装置１０１ａ，ｂへ送出される。

図６のテーパプラグ部品６０１のテーパ部６０２を加工する場合、Ｑ点から開始しＲ点で終了するまでの加工プログラムに対し、数値制御装置１０２の関数発生手段３０３では、加工プログラムに指定された送り速度に従って、送り軸の単一制御周期ごとの目標位置を算出して、二つの送り軸の指令位置Ｐａ，Ｐｂを決定する。ここで、Ｑ点の座標を（ｘ，ｚ）＝（４．５，１００）、Ｒ点の座標を（ｘ，ｚ）＝（１２，４０）とし、加工時の送り速度Ｆ＝１００ｍｍ／ｍｉｎとし、送り軸の制御周期を６．４ｍｓｅｃとすると、単一制御周期ごとの移動量は、約１０．６７μｍとなる。さらにＸ軸の単一制御周期ごとの移動量は、約１．３２μｍ、Ｚ軸の単一制御周期ごとの移動量は、約１０．５８μｍとなる。ただし、開始のＱ点付近では加速状態、終了のＲ点付近では減速状態となるため、詳細な説明は省略するが、関数発生手段３０３では、加減速状態を考慮した指令位置Ｐａ，Ｐｂを算出する。

さて、上述した位置制御システムによるテーパプラグ部品６０１の加工において、リニアエンコーダ１０３の固有の検出誤差は、テーパ角度α°が、設計値からズレるという軌跡誤差を招く。とりわけ、リニアエンコーダ１０３の固有の検出誤差のうち、内挿誤差は、規則的な周期で繰返し現れるため、テーパプラグ部品６０１のテーパ面にも規則的な周期で凹凸が発生する。

リニアエンコーダ１０３は、いろんな性能のものが市販されているが、一般的な工作機械の送り軸には、内挿誤差が±０．１μｍ〜±０．４μｍ程度のリニアエンコーダが選定されている。また、内挿誤差の波長は、リニアエンコーダ１０３のスケール１１９に内蔵されたガラススケールやスチールテープなどの基本ピッチ長か、或いは、その基本ピッチ長を整数で割った波長となる。リニアエンコーダ１０３の検出原理は、大別して、光学式と磁気式（電磁誘導式を含む）とがあり、光学式であれば、前述の基本ピッチ長は、８μｍ〜８０μｍ程度が一般的である。

一方で、モータ位置検出器１０６の内挿誤差もさまざまであるが、一般的な工作機械の送り軸には、内挿誤差が±５角度秒〜±２０角度秒程度のモータ位置検出器１０６が、用途に応じて選定されている。もし、リニアエンコーダ１０３が搭載されていない送り軸の場合、モータ位置検出器１０６で検出されたモータ検出位置Ｐｍを、位置フィードバック値として、Ｐｄに換えて、減算器１０４へ送出して使用される。この場合、モータ位置検出器１０６の内挿誤差によってテーパ面に発生する凹凸のレベルＲｅは、内挿誤差を±ε角度秒とし、ボールネジ１１５のリードをＬｍｍとすると、式（１）によって求められる。

仮に、モータ位置検出器１０６の内挿誤差を±１０角度秒、ボールネジ１１５のリードを１０ｍｍとすると、テーパ面に発生する凹凸のレベル、即ち、送り軸の実際の誤差量は、±０．０７７μｍとなる。これは、選定されるリニアエンコーダ１０３の内挿誤差よりも、モータ位置検出器１０６の内挿誤差の影響の方が小さくなることを意味しており、この様な組合せで選定されることも少なくなかった。

それでは何故、従来の工作機械において、そのような組合せであっても、わざわざリニアエンコーダ１０３を搭載してきたか、というと、次のような幾つかの理由による。一つには、ボールネジ１１５のリードのピッチ誤差を、リニアエンコーダ１０３を搭載することによって直接的に検出が可能であるからである。二つ目には、工作機械の環境温度変化が発生した際、ボールネジ１１５やベッドなどの線膨張によって発生する誤差を、リニアエンコーダ１０３を搭載することによって直接的に検出が可能であるからである。三つ目には、制御対象物１１７の案内面で発生する摩擦抵抗によって捩れたボールネジ１１５の誤差を、リニアエンコーダ１０３を搭載することによって直接的に検出が可能であるからである。他にも、ボールネジ１１５とボールネジナット１１６との間の摩擦熱によって線膨張したボールネジ１１５の誤差を直接的に検出が可能であるなどである。いずれにしても、リニアエンコーダ１０３を搭載することによって、制御対象物１１７の現在位置を直接的に検出することができるがために、搭載されてきた。

このように、リニアエンコーダ１０３やモータ位置検出器１０６の内挿誤差によって発生する送り軸の実際の誤差は、±０．４μｍに満たないレベルであることが多く、通常の工作機械における加工表面性状として、問題とされることは少なかった。しかし、図６のテーパプラグ部品６０１のテーパ角度α°が、小さい角度であった場合や、逆に、１８０°に近い大きい角度であった場合には、Ｘ軸とＺ軸との互いの送り軸の移動量の差も大きくなり、相対的に移動量が少ない側の送り軸において、リニアエンコーダ１０３の内挿誤差が引き伸ばされるがために、テーパ面に視認されやすい状態で出現する現象があった。該当する部品の加工面の一例としては、自動車のアルミホイール部品において、ファッション面を加工する場合であり、テーパ的な見方をすると、テーパ角度α°が大きい事例といえる。このような部品は、外観上の見栄えが重視される部品であり、内挿誤差による規則的な周期の誤差がファッション面に現れていると、面品位を損なうことになっていた。また別の例では、マシニングセンタにおける金型部品の傾斜面加工や自由曲面加工においても、複数の送り軸が同期して加工を行う際、移動量が極めて小さい送り軸と、逆に移動量が極めて大きい送り軸とが発生するような座標区間があった場合、類似の現象が発生していた。

上述した背景技術では、工作機械に搭載したリニアエンコーダの内挿誤差がさほど悪いレベルでなくとも、複数の送り軸を同期して加工する場合において、極めて緩やかな傾斜面加工や、極めて緩やかなテーパ面加工を行うと、複数の送り軸のうち、移動量が少ない送り軸側で、リニアエンコーダの内挿誤差が引き伸ばされ、加工面に視認されやすい縞目状の模様ができてしまっていた。その加工面が、自動車部品のアルミホイールにおける鏡面上のファッション面であった場合には、致命的な外観不良となってしまい、旋盤等の工作機械による加工後に、別途、バフ仕上げ加工などを行わねばならなかった。これを回避するために、リニアエンコーダを使用しなくすると、ボールネジのリードのピッチ誤差を直接的に検出ができなくなってしまう。更に、工作機械の環境温度変化が発生した際、ボールネジやベッドなどの線膨張によって発生する誤差を直接的に検出できなくなってしまう。加えて、制御対象物の案内面で発生する摩擦抵抗によって捩れたボールネジの誤差を直接的に検出できなくなってしまう。他にも、ボールネジとボールネジナットとの間の摩擦熱によって線膨張したボールネジの誤差を直接的に検出できなくなったりしてしまう。いずれにしても、リニアエンコーダを搭載しないと、制御対象物の現在位置を直接的に検出できなくなってしまい、送り軸の位置決め誤差が大きくなってしまっていた。

以上の課題を踏まえ、本発明では、リニアエンコーダを搭載し、制御対象物を直接的に検出する特長を可能な限り残しつつも、複数の送り軸を同期して加工する場合の極めて緩やかな傾斜面加工や、極めて緩やかなテーパ面加工において、その加工面に、リニアエンコーダの内挿誤差に起因した縞目状の模様を発生させない位置制御システムを提供することを目的とする。

本明細書で開示する位置制御システムは、複数の送り軸を駆動して、制御対象物の位置を制御する位置制御システムであって、前記複数の送り軸それぞれに対応して設けられ、前記制御対象物の、対応する送り軸の移動方向の位置を対象物検出位置として検出する対象物位置検出器と、前記複数の送り軸それぞれに対応して設けられ、対応する送り軸を駆動するモータの位置をモータ検出位置として検出するモータ位置検出器と、前記複数の送り軸それぞれに対応して設けられ、位置フィードバック値と指令位置との差分が無くなるように、前記対応する送り軸を駆動するモータの駆動を制御する位置制御装置と、複数の前記位置制御装置それぞれに対して、前記指令位置を出力する数値制御装置と、を備え、前記送り軸の移動量を、前記複数の送り軸の移動量のうち最大の移動量で割った値が、規定の基準範囲内に収まる送り軸に対応する前記位置制御装置は、前記モータ検出位置を基準とする値を前記位置フィードバック値として選択し、その余の送り軸に対応する位置制御装置は、前記対象物検出位置を基準とする値を前記位置フィードバック値として選択する、ことを特徴とする。

また、前記位置制御装置は、前記位置フィードバック値が、前記対象物検出位置に基づく値から、前記モータ検出位置に基づく値に切り替わったタイミングにおける前記対象物検出位置と前記モータ検出位置との差分を初期差分として記憶するとともに、前記モータ検出位置に基づく値が選択されている期間中、前記モータ検出位置と前記初期差分との加算値を、前記位置フィードバック値としてもよい。

本発明の位置制御システムによれば、複数の送り軸を駆動して対象物（例えば工具）の位置を制御して加工する場合の極めて緩やかな傾斜面加工や、極めて緩やかなテーパ面加工において、制御対象物の現在位置を直接的に検出できるように、リニアエンコーダを搭載しつつも、加工面にリニアエンコーダの内挿誤差に起因した縞目状の意図しない模様を発生させなくすることができる。つまり、本発明の位置制御システムを工作機械に採用することにより、加工物の仕上がり寸法と加工面品位とを両立させることができるようになる。

本発明の位置制御システムの概略構成を示すシステムブロック図の一例である。本発明の位置制御システムのうちの数値制御装置の概略構成の一例を示すシステムブロック図である。位置制御ループ選択手段３０４の処理を示すフローチャートの一例である。位置制御ループ切替部１２０ａの処理を示すフローチャートの一例である。従来の位置制御システムを示すブロック図である。テーパ角度α°のテーパプラグ部品の断面図である。従来の数値制御装置の内部処理を示す概略ブロック図の一例である。

本発明の実施例を、以下、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の位置制御システムの概略構成を示すシステムブロック図の一例であり、図５と同一構成要素には、同一符号を付す。また、図５と同様の処理については、説明を省略する。位置制御システムは、二つの送り軸それぞれに対応して設けられた第一位置制御装置１０１ａ、第二位置制御装置１０１ｂを有している。なお、第一位置制御装置１０１ａと、第二位置制御装置１０１ｂとは、ほぼ同じ構成をしているため、「第一」と「第二」とを区別する必要がないときは、添え字ａ，ｂを省略して、単に「位置制御装置１０１」と呼ぶ。また、他部材においても同じとする。位置制御装置１０１の位置制御ループ切替部１２０には、モータ位置検出器１０６が出力するモータ検出位置Ｐｍと、リニアエンコーダ１０３が出力する対象物検出位置Ｐｄとが送られる。他方、位置制御ループ切替部１２０は、位置制御ループ入力（位置フィードバック値）をモータ検出位置Ｐｍとするか、或いは、対象物検出位置Ｐｄとするか、を指令する切替信号Ｃを数値制御装置１０２から受けており、その切替信号に従って、どちらかの検出位置を位置制御ループ入力（位置フィードバック値）として減算器１０４へ送出する。減算器１０４にて、指令位置Ｐから、位置制御ループ切替部１２０が送出する検出位置を減算する処理、及び、それ以降の処理については、図５での例と同様である。

図２は、本発明の位置制御システムのうちの数値制御装置１０２の概略構成の一例を示すシステムブロック図であり、図７と同一構成要素には同一符号を付す。また、図７と同様の処理については、説明を省略する。関数発生手段３０３にて算出された２つの送り軸の指令位置Ｐａ，Ｐｂは、位置制御装置１０１に送出されるだけでなく、位置制御ループ選択手段３０４へも送出される。位置制御ループ選択手段３０４は、ＲＯＭなどの記憶手段を内包したＣＰＵなどで構成されるのが好適である。記憶手段には、後述する位置フィードバック値を選択するための制御プログラムや、選択の基準となる基準範囲の数値等が記憶されている。また、ｎ制御周期目の指令位置をＰａ_ｎ，Ｐｂ_ｎとすると、位置制御ループ選択手段３０４の記憶手段は、現在の指令位置Ｐａ_ｎ，Ｐｂ_ｎに加え、１制御周期前の指令位置Ｐａ_ｎ−１，Ｐｂ_ｎ−１を保持している。

図３は、位置制御ループ選択手段３０４の処理を示すフローチャートの一例である。Ｓ３０にて、第一位置制御装置１０１ａで制御される第一送り軸のｎ回目の移動量と、第二位置制御装置１０１ｂで制御される第二送り軸のｎ回目の移動量とを比較する。換言すれば、二つの送り軸のうち、移動量最大となる送り軸を特定する。なお、ここで言う「移動量」とは、指令位置Ｐ上の移動量であり、かつ、１制御周期分での移動量である。具体的には、位置制御ループ選択手段３０４は、現在の指令位置Ｐ_ｎと、１制御周期前の指令位置Ｐ_ｎ−１との差の絶対値を移動量として算出する。ただし、必要に応じて、他の方法で移動量を算出してもよい。例えば、１制御周期分の移動量に限らず、２制御周期分や、３制御周期分など、より長時間での移動量を算出してもよい。また、指令位置ではなく、対象物検出位置Ｐｄまたはモータ検出位置Ｐｍに基づいて移動量を算出してもよい。

第一位置制御装置１０１ａ側の移動量の方が大きかった場合（第一送り軸の移動量が最大の場合）は、Ｓ３１の処理へ進み、そうでない場合（第二送り軸の移動量が最大、または、第一送り軸と第二送り軸の移動量が等しい場合）は、Ｓ３２の処理へ進む。Ｓ３１（第一送り軸の移動量が最大の場合）においては、第二位置制御装置１０１ｂで制御される送り軸のｎ回目の移動量を、第一位置制御装置１０１ａで制御される送り軸のｎ回目の移動量（最大移動量）で割った値が「０超過かつＫ未満」の基準範囲内に収まるかを判断する。割った値が基準範囲に収まる場合には、Ｓ３３へ進み、そうでない場合は、Ｓ３４の処理へ進む。ここで、基準範囲は、本発明を利用する側で自由に決定される値である。例えば、対象物の移動ベクトルと、移動量最大となる送り軸の移動ベクトルと、が成す角度をθとした場合、当該角度θとして、加工面にリニアエンコーダの内挿誤差に起因した縞目状の意図しない模様を発生させなくする範囲が０°＜θ＜５°の場合、基準範囲は、０超過、Ｋ＝ｔａｎ５°＝０．０８７５未満となる。なお、Ｓ３１の処理において、演算結果が０となる場合は、位置制御装置１０１ｂ側の送り軸が停止状態であることを意味する。

Ｓ３２（第二送り軸の移動量が最大、または、第一送り軸と第二送り軸の移動量が等しい場合）でも、同様に、第一位置制御装置１０１ａで制御される送り軸のｎ回目の移動量を、位置制御装置１０１ｂで制御される送り軸のｎ回目の移動量（最大移動量）で割った値が「０超過かつＫ未満」の基準範囲内に収まるかを判断する。割った値が、基準範囲に収まる場合にはＳ３５の処理へ進み、そうでない場合は、Ｓ３６の処理へ進む。

Ｓ３４、及び、Ｓ３６では、「送り軸の移動量を最大移動量で割った値が基準範囲内」という条件を満たさなかったため、位置制御ループ入力として対象物検出位置Ｐｄａ，Ｐｄｂを採用するよう指令する切替信号Ｃａ，Ｃｂを、第一、第二位置制御ループ切替部１２０ａ，１２０ｂへ送出する。一方、Ｓ３３では、第二送り軸の移動量を、移動量が最大の第一送り軸の移動量で割った値が、基準範囲内に収まっているため、第二位置制御装置１０１ｂに、位置制御ループ入力として、モータ検出位置Ｐｍｂを採用するよう指令する信号Ｃｂを出力し、第一位置制御装置１０１ａに、位置制御ループ入力として、モータ検出位置Ｐｍａを採用するよう指令する信号Ｃａを出力する。

同様に、Ｓ３５では、第一送り軸の移動量を、移動量が最大の第二送り軸の移動量で割った値が、基準範囲内に収まっているため、第一位置制御装置１０１ａに、位置制御ループ入力として、モータ検出位置Ｐｍａを採用するよう指令する信号Ｃａを出力し、第二位置制御装置１０１ｂに、位置制御ループ入力として、モータ検出位置Ｐｍｂを採用するよう指令する信号Ｃｂを出力する。このようにして、位置制御ループ選択手段３０４での処理は行われる。

なお、上記の説明では、直交する２つの送り軸で１つの制御対象物を駆動する場合のみを例として挙げたが、本明細書で開示する技術は、より多数の送り軸で、１つの制御対象物を駆動する場合に適用してもよい。例えば、工作機械のマシニングセンタの送り軸用に、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の直交３軸構成であった場合には、各送り軸のｎ回目の移動量を最大移動量で割った値を算出し、その値が前述した基準範囲内に収まるか否かを判定し、基準範囲内に収まる送り軸については、モータ検出位置Ｐｍを位置制御ループ入力として選択する切替信号Ｃを出力してもよい。

次に、他の実施例について説明する。実施例２では、図１に示す位置制御ループ切替部１２０の処理が複雑化している点が、実施例１と異なる。位置制御ループ切替部１２０は、ＲＯＭなどの記憶手段を内包したＣＰＵなどで構成されるのが好適である。また、ｎ回目の各データは、Ｃａ_ｎやＰｍａ_ｎのように表記して説明する。図４は、第一位置制御ループ切替部１２０ａの処理を示すフローチャートの一例である。Ｓ４０にて、位置制御ループ選択手段３０４から入力された切替信号Ｃａ_ｎを解釈し、モータ検出位置Ｐｍａを採用する指令か否かを判断する。切替信号が、モータ検出位置Ｐｍａの選択を指示する内容であった場合、Ｓ４１の処理へ進み、そうでない場合、つまり、切替信号Ｃａ_ｎが対象物検出位置Ｐｄａの選択を指示する内容であった場合、Ｓ４４の処理へ進む。位置制御ループ切替部１２０ａに内包した記憶手段には、１制御周期前、即ち、ｎ−１回目に位置制御ループ選択手段３０４から入力された切替信号Ｃａ_ｎ−１が保存してある。位置制御ループ切替部１２０は、Ｓ４１にて、切替信号Ｃａ_ｎ−１が対象物検出位置Ｐｄａの選択を指示する内容であったか否かを判断する。切替信号が、対象物検出位置Ｐｄａの選択を指示する内容であった場合、Ｓ４２の処理へ進み、そうでない場合、つまり、切替信号Ｃａ_ｎ−１がモータ検出位置Ｐｍａの選択を指示する内容であった場合、Ｓ４３の処理へ進む。Ｓ４２では、ｎ回目、すなわち、現在の対象物検出位置Ｐｄａ_ｎとモータ検出位置Ｐｍａ_ｎとの差分を初期差分Ｄとして算出し、Ｓ４３の処理へ進む。ここで、初期差分Ｄは、位置制御ループ切替部１２０ａに内包した記憶手段に保存される。記憶手段に保存された初期差分Ｄは、Ｓ４２の処理で新たに算出されるまで、更新されることはない。次に、Ｓ４３では、モータ検出位置Ｐｍａ_ｎと記憶手段に内包した初期差分Ｄとを加算した「Ｐｍａ_ｎ＋Ｄ」を位置制御ループ入力（位置フィードバック値）として、減算器１０４ａへ送出する。一方で、Ｓ４４では、対象物検出位置Ｐｄａ_ｎを位置制御ループ入力として、減算器１０４ａへ送出する。

このように、実施例２で示す位置制御ループ切替部１２０ａは、位置制御ループ選択手段３０４からの切替信号Ｃａが、Ｐｄａ選択からＰｍａ選択に遷移したタイミングに、ＰｄａとＰｍａとの差分である初期差分Ｄを更新するとともに、切替信号ＣａがＰｍａ選択を指示していれば、位置制御ループ入力として「Ｐｍａ_ｎ＋Ｄ」を出力し、それ以外はＰｄａ_ｎを出力するという処理を行うものである。なお、実施例２では、位置制御ループ切替部１２０ａの処理について説明したが、位置制御ループ切替部１２０ｂでも同様の処理が行われることは、言うまでもない。

以上のような実施例にて、本発明の実施形態を説明してきた。このような実施形態とすることで、複数の送り軸を同期して加工する場合において、極めて緩やかな傾斜面加工や、極めて緩やかなテーパ面加工を行っても、複数の送り軸のうち、移動量が少ない送り軸側で、加工面の加工縞目の面性状不良の要因となるリニアエンコーダ１０３の検出位置を採用しなくなるため、加工面への縞目状の凹凸を低減することができる。更に、実施例２の形態を加えることで、リニアエンコーダ１０３を搭載する本来の目的である制御対象物の現在位置の直接的な検出というメリットを享受しつつ、加工面への縞目状の凹凸を低減できる。

以上、本発明の実施例による形態の数例を説明したが、本発明はこれらの形態のみに限定されるものではない。例えば、位置制御ループ選択手段３０４を数値制御装置１０２内の構成要素として説明したが、第一位置制御装置１０１ａと第二位置制御装置１０１ｂとが互いに同期をとりながら制御を行っており、ここで互いの移動量を監視し、各位置制御装置１０１自身で各送り軸の移動量を、他の送り軸の移動量で割った値が、基準範囲内か否かを判断し、判断結果に応じて位置制御ループ入力（位置フィードバック値）を選択するよう構成要素を変形させたとしても、本発明の技術とすることができる。すなわち、位置制御ループ選択手段３０４が、数値制御装置１０２ではなく、各位置制御装置１０１に設けられてもよい。

１０１位置制御装置、１０２数値制御装置、１０３リニアエンコーダ、１０４減算器、１０８減算器、１０５速度指令演算器、１０６モータ位置検出器、１０７微分器、１１１加算器、１１２電流制御部、１１３モータ、１１４カップリング、１１５ボールネジ、１１６ボールネジナット、１１７制御対象物、１１８検出ヘッド、１１９スケール、１２０位置制御ループ切替部、３０１プログラム入力手段、３０２プログラム解釈手段、３０３関数発生手段、３０４位置制御ループ選択手段、６０１テーパプラグ部品、６０２テーパ部。

Claims

複数の送り軸を駆動して、制御対象物の位置を制御する位置制御システムであって、
前記複数の送り軸それぞれに対応して設けられ、前記制御対象物の、対応する送り軸の移動方向の位置を対象物検出位置として検出する対象物位置検出器と、
前記複数の送り軸それぞれに対応して設けられ、対応する送り軸を駆動するモータの位置をモータ検出位置として検出するモータ位置検出器と、
前記複数の送り軸それぞれに対応して設けられ、位置フィードバック値と指令位置との差分が無くなるように、前記対応する送り軸を駆動するモータの駆動を制御する位置制御装置と、
複数の前記位置制御装置それぞれに対して、前記指令位置を出力する数値制御装置と、
を備え、
前記送り軸の移動量を、前記複数の送り軸の移動量のうち最大の移動量で割った値が、規定の基準範囲内に収まる送り軸に対応する前記位置制御装置は、前記モータ検出位置を基準とする値を前記位置フィードバック値として選択し、その余の送り軸に対応する位置制御装置は、前記対象物検出位置を基準とする値を前記位置フィードバック値として選択する、
ことを特徴とする位置制御システム。
請求項１に記載の位置制御システムであって、
前記位置制御装置は、前記位置フィードバック値が、前記対象物検出位置に基づく値から、前記モータ検出位置に基づく値に切り替わったタイミングにおける前記対象物検出位置と前記モータ検出位置との差分を初期差分として記憶するとともに、前記モータ検出位置に基づく値が選択されている期間中、前記モータ検出位置と前記初期差分との加算値を、前記位置フィードバック値とする、ことを特徴とする位置制御システム。