JP2907164B2 - 数値制御装置 - Google Patents
数値制御装置Info
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- JP2907164B2 JP2907164B2 JP8327528A JP32752896A JP2907164B2 JP 2907164 B2 JP2907164 B2 JP 2907164B2 JP 8327528 A JP8327528 A JP 8327528A JP 32752896 A JP32752896 A JP 32752896A JP 2907164 B2 JP2907164 B2 JP 2907164B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣ工作機械やロ
ボットなどのモータ応用システムに用いる数値制御装置
に関し、特に運動方向反転位置からの変位に応じて最適
なバックラッシ補正を行う数値制御装置に関する。
ボットなどのモータ応用システムに用いる数値制御装置
に関し、特に運動方向反転位置からの変位に応じて最適
なバックラッシ補正を行う数値制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、サーボモータを利用したＮＣ工作
機械、ロボット等の制御装置に、マイクロコンピュータ
を用いたデジタルサーボ制御装置が広く用いられてい
る。ＮＣ工作機械等（例えばワイヤ放電加工機等）で
は、サーボモータと駆動力伝達機構で構成した軸を複数
組合わせ、連動することで所望の動作例えば２次元の円
運動等の動作を行っており、動作の制御には数値制御装
置が用いられる。
機械、ロボット等の制御装置に、マイクロコンピュータ
を用いたデジタルサーボ制御装置が広く用いられてい
る。ＮＣ工作機械等（例えばワイヤ放電加工機等）で
は、サーボモータと駆動力伝達機構で構成した軸を複数
組合わせ、連動することで所望の動作例えば２次元の円
運動等の動作を行っており、動作の制御には数値制御装
置が用いられる。
【０００３】数値制御装置は、任意の動作を所定の動作
プログラムで入力し、各軸毎の動作に変換し、各軸毎に
パルス単位で指令して、モータの位置、速度、電流等の
フィードバック制御等や、バックラッシ補正等の各種補
正を行い、機械の所望の動作を実現する。
プログラムで入力し、各軸毎の動作に変換し、各軸毎に
パルス単位で指令して、モータの位置、速度、電流等の
フィードバック制御等や、バックラッシ補正等の各種補
正を行い、機械の所望の動作を実現する。
【０００４】モータの駆動は、数値制御装置のモータド
ライブアンプによって行われる。駆動力伝達機構は、モ
ータの回転運動を直線運動に変換するボールネジ、カッ
プリング、ギヤトレイン、すべり案内等の伝達機構で、
加工テーブル、加工工具等を移動するのに用いられる。
ライブアンプによって行われる。駆動力伝達機構は、モ
ータの回転運動を直線運動に変換するボールネジ、カッ
プリング、ギヤトレイン、すべり案内等の伝達機構で、
加工テーブル、加工工具等を移動するのに用いられる。
【０００５】加工テーブルの位置を制御する場合に、モ
ータの回転位置で制御するセミクローズドループ方式で
は、例えば各軸の運動方向反転時に、モータの反転動作
が駆動力伝達機構において加工テーブルに伝達されない
ために、ロストモーションが生ずることがある。ロスト
モーションの一種であるバックラッシは、このモータの
回転量とテーブルの移動量のズレを示す。ロストモーシ
ョンは、機械の所望の動作に対しての誤差となるため、
従来より各種の補正法が提案されている。
ータの回転位置で制御するセミクローズドループ方式で
は、例えば各軸の運動方向反転時に、モータの反転動作
が駆動力伝達機構において加工テーブルに伝達されない
ために、ロストモーションが生ずることがある。ロスト
モーションの一種であるバックラッシは、このモータの
回転量とテーブルの移動量のズレを示す。ロストモーシ
ョンは、機械の所望の動作に対しての誤差となるため、
従来より各種の補正法が提案されている。
【０００６】図６は、円運動におけるバックラッシ補正
前の加工テーブルの軌跡Ｓとバックラッシ補正後の加工
テーブルの軌跡Ｓ’を、指令値との誤差を拡大して表し
た図である。
前の加工テーブルの軌跡Ｓとバックラッシ補正後の加工
テーブルの軌跡Ｓ’を、指令値との誤差を拡大して表し
た図である。
【０００７】一般に、バックラッシ補正は、予め測定し
たバックラッシ量を送り方向反転時に瞬間的に加えて行
っており、図６の（ａ）に示すステップ状に変化する理
想的なバックラッシＡに対しては、図６の（ｂ）のよう
に効果がある。
たバックラッシ量を送り方向反転時に瞬間的に加えて行
っており、図６の（ａ）に示すステップ状に変化する理
想的なバックラッシＡに対しては、図６の（ｂ）のよう
に効果がある。
【０００８】ところが、機械によっては、図６の（ｃ）
のようにバックラッシＢがステップ状に変化せず徐々に
増加する漸増型バックラッシ特性を有する。この場合、
バックラッシ補正が適正に作用せず、図６の（ｄ）のよ
うに喰込み現象が生ずる場合がある。
のようにバックラッシＢがステップ状に変化せず徐々に
増加する漸増型バックラッシ特性を有する。この場合、
バックラッシ補正が適正に作用せず、図６の（ｄ）のよ
うに喰込み現象が生ずる場合がある。
【０００９】このため、特に高い位置精度を要求される
機械では、この喰込み現象を生じない、機械の位置をフ
ィードバックするクローズドループ方式が用いられるこ
とがあるが、機械の位置を検出するためのセンサが必要
で高コストとなる問題があった。
機械では、この喰込み現象を生じない、機械の位置をフ
ィードバックするクローズドループ方式が用いられるこ
とがあるが、機械の位置を検出するためのセンサが必要
で高コストとなる問題があった。
【００１０】そこで、従来のセミクローズド方式の数値
制御装置では、例えば、特開平３−２０８５４２号公報
に示されるように、円弧補間時に生ずるバックラッシ量
を複数の位置間隔で分割したバックラッシ補正データ
を、指令速度と分割した位置に応じたパルスレートで算
出し速度制御系に供給する方式が用いられている。
制御装置では、例えば、特開平３−２０８５４２号公報
に示されるように、円弧補間時に生ずるバックラッシ量
を複数の位置間隔で分割したバックラッシ補正データ
を、指令速度と分割した位置に応じたパルスレートで算
出し速度制御系に供給する方式が用いられている。
【００１１】図７は、上記公報に示された数値制御装置
の一例を示すブロック図である。指令データ８２からデ
ータ解析部８４によりモータ７の駆動信号が作成され
る。この駆動信号は速度制御部８６を介してモータ７に
供給され、ボールネジ９２を回転させ移動台９０を指令
位置まで移動させる。速度制御部８６は、エンコーダ１
０を用いて一般的なフィードバック制御を行っている。
補正データ部９４ａ〜９４ｎには、図９に示されるよう
な円弧補間時に生ずるバックラッシ量を複数の位置間隔
で分割したバックラッシ補正データと、この分割した位
置に応じて、速度制御部に供給する補正量の送り速度に
応じたパルスレートを算出するためのパルスレートデー
タとが、バックラッシ補正量データとして蓄積される。
バックラッシ補正量算出部９６は指令速度に対応して補
正データ部から補正データを読み出し、指令速度と分割
位置に応じたパルスレートデータからバックラッシ補正
量を算出する。
の一例を示すブロック図である。指令データ８２からデ
ータ解析部８４によりモータ７の駆動信号が作成され
る。この駆動信号は速度制御部８６を介してモータ７に
供給され、ボールネジ９２を回転させ移動台９０を指令
位置まで移動させる。速度制御部８６は、エンコーダ１
０を用いて一般的なフィードバック制御を行っている。
補正データ部９４ａ〜９４ｎには、図９に示されるよう
な円弧補間時に生ずるバックラッシ量を複数の位置間隔
で分割したバックラッシ補正データと、この分割した位
置に応じて、速度制御部に供給する補正量の送り速度に
応じたパルスレートを算出するためのパルスレートデー
タとが、バックラッシ補正量データとして蓄積される。
バックラッシ補正量算出部９６は指令速度に対応して補
正データ部から補正データを読み出し、指令速度と分割
位置に応じたパルスレートデータからバックラッシ補正
量を算出する。
【００１２】図８は、この補正データ部９４ａ〜９４ｎ
の蓄積された補正データの内容を示す図である。Ｆ１〜
Ｆｍは送り速度、Ｄ０〜Ｄｎは分割位置である。バック
ラッシ補正量データは、ＢＬ０〜ＢＬｎで示されるバッ
クラッシ補正データと、Ｌ０〜Ｌｍで示されるパルスレ
ートデータである。
の蓄積された補正データの内容を示す図である。Ｆ１〜
Ｆｍは送り速度、Ｄ０〜Ｄｎは分割位置である。バック
ラッシ補正量データは、ＢＬ０〜ＢＬｎで示されるバッ
クラッシ補正データと、Ｌ０〜Ｌｍで示されるパルスレ
ートデータである。
【００１３】この方式によれば、前記喰込み現象をかな
り改善することが可能であるが、次の点で問題となる。
り改善することが可能であるが、次の点で問題となる。
【００１４】すなわち、円弧補間時の漸増型バックラッ
シを補正対象とするため、複雑な形状の加工では補正が
適正に作用しないことがあるという点である。
シを補正対象とするため、複雑な形状の加工では補正が
適正に作用しないことがあるという点である。
【００１５】図１０は、バックラッシが徐々に増加する
場合の移動量に対するバックラッシ量の変化を示す図で
ある。図１０において、１０１はバックラッシの存在す
る方向に反転した点を原点にとり、原点からバックラッ
シ方向に移動し続けた場合のバックラッシ量の変化であ
る。１０２は、１０１によりｘ１移動後に再反転して移
動し続けた場合のバックラッシ量の変化である。１０３
は、１０２により原点に戻り、原点で再々反転して移動
し続けた場合のバックラッシ量の変化である。
場合の移動量に対するバックラッシ量の変化を示す図で
ある。図１０において、１０１はバックラッシの存在す
る方向に反転した点を原点にとり、原点からバックラッ
シ方向に移動し続けた場合のバックラッシ量の変化であ
る。１０２は、１０１によりｘ１移動後に再反転して移
動し続けた場合のバックラッシ量の変化である。１０３
は、１０２により原点に戻り、原点で再々反転して移動
し続けた場合のバックラッシ量の変化である。
【００１６】バックラッシ量が変化する範囲内で移動方
向を反転した場合、１０２および１０３で示されるよう
に、バックラッシ量の移動量あたりの変化率自体が１０
１の場合から変化する。すなわち、バックラッシ量はヒ
ステリシスを有し、移動の方向によりバックラッシ量が
異なる。
向を反転した場合、１０２および１０３で示されるよう
に、バックラッシ量の移動量あたりの変化率自体が１０
１の場合から変化する。すなわち、バックラッシ量はヒ
ステリシスを有し、移動の方向によりバックラッシ量が
異なる。
【００１７】このようなバックラッシ量に対しては、上
記公報記載の手法によれば、補正量を円弧補間時の特定
のパルスレートで補正データを算出するため、補正に誤
差が生ずることになる。また、補正状態を設定するデー
タが図８に示されるように非常に多く、調整が困難であ
り現実的ではない。
記公報記載の手法によれば、補正量を円弧補間時の特定
のパルスレートで補正データを算出するため、補正に誤
差が生ずることになる。また、補正状態を設定するデー
タが図８に示されるように非常に多く、調整が困難であ
り現実的ではない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記従来技
術の第１の問題点は、円弧補間時に生ずるバックラッシ
量を複数の位置間隔で分割したバックラッシ補正データ
を、指令速度と分割した位置に応じたパルスレートで算
出し速度制御系に供給する方式であるため、円弧補間以
外の複雑な動作を行う場合、漸増型バックラッシを適正
に補正できないことである。その理由は、漸増型バック
ラッシが変化する範囲内で、反転動作を行った場合の漸
増型バックラッシの特性変化について考慮されていない
からである。
術の第１の問題点は、円弧補間時に生ずるバックラッシ
量を複数の位置間隔で分割したバックラッシ補正データ
を、指令速度と分割した位置に応じたパルスレートで算
出し速度制御系に供給する方式であるため、円弧補間以
外の複雑な動作を行う場合、漸増型バックラッシを適正
に補正できないことである。その理由は、漸増型バック
ラッシが変化する範囲内で、反転動作を行った場合の漸
増型バックラッシの特性変化について考慮されていない
からである。
【００１９】第２の問題点は、円弧補間時に生ずるバッ
クラッシ量を複数の位置間隔で分割したバックラッシ補
正データを、指令速度と分割した位置に応じたパルスレ
ートで算出し速度制御系に供給するにしても、調整が困
難なことである。その理由は、図８からのわかるように
設定するパラメータが非常に多いからである。
クラッシ量を複数の位置間隔で分割したバックラッシ補
正データを、指令速度と分割した位置に応じたパルスレ
ートで算出し速度制御系に供給するにしても、調整が困
難なことである。その理由は、図８からのわかるように
設定するパラメータが非常に多いからである。
【００２０】本発明は以上の点にかんがみて成されたも
ので、その目的は、漸増型バックラッシを有する機械
に、高精度な位置制御が可能な数値制御装置を提供する
ことにある。
ので、その目的は、漸増型バックラッシを有する機械
に、高精度な位置制御が可能な数値制御装置を提供する
ことにある。
【００２１】本発明の他の目的は、従来高い位置精度を
要求される機械で用いられていた高価格な機械位置セン
サを用いずに、高精度な位置制御が可能な数値制御装置
を提供することにある。
要求される機械で用いられていた高価格な機械位置セン
サを用いずに、高精度な位置制御が可能な数値制御装置
を提供することにある。
【００２２】本発明の他の目的は、漸増型バックラッシ
の補正の調整を簡単に行える数値制御装置を提供するこ
とにある。
の補正の調整を簡単に行える数値制御装置を提供するこ
とにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明の数値制御装置
は、駆動力伝達機構や案内機構等の機械系に生ずる漸増
型バックラッシを、その特性に最適な補正量を算出して
補正を行うことで、高精度な加工を可能とする。
は、駆動力伝達機構や案内機構等の機械系に生ずる漸増
型バックラッシを、その特性に最適な補正量を算出して
補正を行うことで、高精度な加工を可能とする。
【００２４】より具体的には、この漸増型バックラッシ
の特性と同様の特性を持ち、補正目標値を入力し最適な
補正量を算出する変位依存型補正量算出手段（図１の
１）と、このバックラッシの補正目標の最大値である最
大補正量を入力する手段（図１の２）と、位置移動指令
の反転を判定し補正量の切換えと変位カウンタの初期化
を行う指令反転判定手段（図１の３）と、位置移動指令
反転後の指令量から反転後の変位量を計測する変位カウ
ンタ（図１の４）と、位置移動指令および補正量からモ
ータのサーボ制御をするサーボ制御部（図１の６）とを
有する。
の特性と同様の特性を持ち、補正目標値を入力し最適な
補正量を算出する変位依存型補正量算出手段（図１の
１）と、このバックラッシの補正目標の最大値である最
大補正量を入力する手段（図１の２）と、位置移動指令
の反転を判定し補正量の切換えと変位カウンタの初期化
を行う指令反転判定手段（図１の３）と、位置移動指令
反転後の指令量から反転後の変位量を計測する変位カウ
ンタ（図１の４）と、位置移動指令および補正量からモ
ータのサーボ制御をするサーボ制御部（図１の６）とを
有する。
【００２５】変位依存型補正量算出手段は、変位量を軸
として動作するフィルタ処理によりバックラッシ補正量
を算出している。このフィルタ処理は、漸増型バックラ
ッシ特性と同じ特性（ヒステリシス特性）をもつ補正関
数によるフィルタ演算を行うこと、若しくは、これに相
当する補正処理周期毎に変位量相当の指令パルス回数の
フィルタ処理を行うことで、変位量に応じたバックラッ
シ補正量を算出する。このため、速度および時間の影響
を受けず、円運動のように単純にバックラッシが最大値
に達し切る場合の補正のみならず、バックラッシ量が変
化する範囲内における運動方向反転を伴うような、複雑
な動作でも補正誤差を生じないバックラッシ補正が可能
となり、加工精度を向上できる。
として動作するフィルタ処理によりバックラッシ補正量
を算出している。このフィルタ処理は、漸増型バックラ
ッシ特性と同じ特性（ヒステリシス特性）をもつ補正関
数によるフィルタ演算を行うこと、若しくは、これに相
当する補正処理周期毎に変位量相当の指令パルス回数の
フィルタ処理を行うことで、変位量に応じたバックラッ
シ補正量を算出する。このため、速度および時間の影響
を受けず、円運動のように単純にバックラッシが最大値
に達し切る場合の補正のみならず、バックラッシ量が変
化する範囲内における運動方向反転を伴うような、複雑
な動作でも補正誤差を生じないバックラッシ補正が可能
となり、加工精度を向上できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例
を示す数値制御装置のブロック図である。図１の装置に
おいて、１は運動方向反転後の変位に応じて補正量を算
出する変位依存型補正量算出手段、２は反転時に駆動力
伝達機構に生ずるバックラッシ量と等価な補正目標値を
設定する設定手段であり、徐々に増加するバックラッシ
の最大値を補正目標値として設定する。バックラッシの
最大値は事前に測定して設定することができる。３は位
置移動指令の反転を判定する指令反転判定手段、４は指
令反転後の変位量を指令パルス数から計測する変位カウ
ンタ、５は機械の動作プログラムから軸毎の位置移動指
令に変換する動作指令部、６は位置移動指令およびモー
タ７の回転位置、速度、電流等を一般的なフィードバッ
ク制御で制御するサーボ制御部、８は漸増型バックラッ
シ特性を有する駆動力伝達機構部、９は制御目標の機械
（例えばワイヤ放電加工機）、１０はエンコーダ、１１
は補正周期間の補正量の差分を算出する補正量差分手段
である。
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例
を示す数値制御装置のブロック図である。図１の装置に
おいて、１は運動方向反転後の変位に応じて補正量を算
出する変位依存型補正量算出手段、２は反転時に駆動力
伝達機構に生ずるバックラッシ量と等価な補正目標値を
設定する設定手段であり、徐々に増加するバックラッシ
の最大値を補正目標値として設定する。バックラッシの
最大値は事前に測定して設定することができる。３は位
置移動指令の反転を判定する指令反転判定手段、４は指
令反転後の変位量を指令パルス数から計測する変位カウ
ンタ、５は機械の動作プログラムから軸毎の位置移動指
令に変換する動作指令部、６は位置移動指令およびモー
タ７の回転位置、速度、電流等を一般的なフィードバッ
ク制御で制御するサーボ制御部、８は漸増型バックラッ
シ特性を有する駆動力伝達機構部、９は制御目標の機械
（例えばワイヤ放電加工機）、１０はエンコーダ、１１
は補正周期間の補正量の差分を算出する補正量差分手段
である。
【００２７】次に、本発明の第１の実施例の動作につい
て、図１、図２および図４を参照して説明する。
て、図１、図２および図４を参照して説明する。
【００２８】モータ７と機械１との間でバックラッシが
一方向にのみ存在する状態を基準点として、基準点から
バックラッシを生ずる方向に移動する場合を正方向、基
準点からバックラッシを生じない方向に移動する場合を
逆方向とすると、正方向への移動ではモータ７の移動目
標位置は、設定手段２で設定した最大補正量（バックラ
ッシの最大値に等しい）を位置移動指令に加えた位置と
なる。正方向移動後に逆方向に移動する場合は、モータ
７の移動目標位置は、正方向移動時の補正量を取り除い
た位置で、反転後の位置移動指令から最大補正量を減じ
た位置となる。
一方向にのみ存在する状態を基準点として、基準点から
バックラッシを生ずる方向に移動する場合を正方向、基
準点からバックラッシを生じない方向に移動する場合を
逆方向とすると、正方向への移動ではモータ７の移動目
標位置は、設定手段２で設定した最大補正量（バックラ
ッシの最大値に等しい）を位置移動指令に加えた位置と
なる。正方向移動後に逆方向に移動する場合は、モータ
７の移動目標位置は、正方向移動時の補正量を取り除い
た位置で、反転後の位置移動指令から最大補正量を減じ
た位置となる。
【００２９】指令反転判定手段３は位置移動指令から指
令方向の反転を判定し、反転時にスイッチ切換え信号３
ａを発生するとともに、変位カウンタ４の保持する変位
量をリセットする。変位カウンタ４は、方向反転位置か
らの移動指令パルス数を処理周期毎に積分し変位量に等
価な変位パルス数をもとめる。
令方向の反転を判定し、反転時にスイッチ切換え信号３
ａを発生するとともに、変位カウンタ４の保持する変位
量をリセットする。変位カウンタ４は、方向反転位置か
らの移動指令パルス数を処理周期毎に積分し変位量に等
価な変位パルス数をもとめる。
【００３０】変位依存型補正量算出手段１は、設定手段
２の最大補正量と変位カウンタ４の算出する変位パルス
数とから、変位量に応じた補正量を算出する。
２の最大補正量と変位カウンタ４の算出する変位パルス
数とから、変位量に応じた補正量を算出する。
【００３１】補正量差分手段１１は、変位依存型補正量
算出手段１が算出する補正量から、当該補正周期の補正
量に相当する補正周期間の補正量の差分を算出する。制
御目標である機械９の位置は、サーボ制御部６に位置移
動指令と補正量とをモータ７の目標位置として供給し、
エンコーダ１０によるモータ７の回転位置・速度情報
と、モータ７の電流とを用いて一般的なフィードバック
制御を行うことで、制御している。
算出手段１が算出する補正量から、当該補正周期の補正
量に相当する補正周期間の補正量の差分を算出する。制
御目標である機械９の位置は、サーボ制御部６に位置移
動指令と補正量とをモータ７の目標位置として供給し、
エンコーダ１０によるモータ７の回転位置・速度情報
と、モータ７の電流とを用いて一般的なフィードバック
制御を行うことで、制御している。
【００３２】図２を用いて、変位依存型補正量算出手段
１についてより詳しく説明する。図２を参照すると、変
位依存型補正量算出手段１は、補正目標値（最大補正
量）と変位パルス数と補正量を入力して正方向移動時の
補正量を算出する正方向補正量算出手段２１と、変位パ
ルス数と補正量を入力して逆方向時の補正量を算出する
逆方向補正量算出手段２２と、正方向移動時と逆方向移
動時とで補正量を切換えるスイッチ１２とから構成され
ている。
１についてより詳しく説明する。図２を参照すると、変
位依存型補正量算出手段１は、補正目標値（最大補正
量）と変位パルス数と補正量を入力して正方向移動時の
補正量を算出する正方向補正量算出手段２１と、変位パ
ルス数と補正量を入力して逆方向時の補正量を算出する
逆方向補正量算出手段２２と、正方向移動時と逆方向移
動時とで補正量を切換えるスイッチ１２とから構成され
ている。
【００３３】正方向補正量算出手段２１は正方向移動時
の補正量を式（１）により算出し、逆方向補正量算出手
段２２は逆方向移動時の補正量を式（２）により算出す
る。
の補正量を式（１）により算出し、逆方向補正量算出手
段２２は逆方向移動時の補正量を式（２）により算出す
る。
【００３４】 εxp ＝ εmax − (εmax − εxn ) × ｅｘｐ-xp/X （１） εxn ＝ εxp × ｅｘｐ-xn/X （２）
【００３５】ここで、Ｘを変位定数と定義する。変位定
数は、時間軸での１次遅れの時定数に相当する性質を変
位軸上で持つ。また、xpは正方向反転後の変位量、xnは
逆方向反転後の変位量、εxp、εxnはそれぞれ xp、xn
での補正量であり、０≦(εxp，εxn)≦εmaxとする。
数は、時間軸での１次遅れの時定数に相当する性質を変
位軸上で持つ。また、xpは正方向反転後の変位量、xnは
逆方向反転後の変位量、εxp、εxnはそれぞれ xp、xn
での補正量であり、０≦(εxp，εxn)≦εmaxとする。
【００３６】図４を参照すると、４０１は、基準点から
正方向に移動し続けた場合の補正量を示し、式（１）で
εxn＝０とした場合である。基準点から正方向にx1移動
した場合の補正量は、式（１）でεxn＝０、xp＝x1とし
た場合でありεx1となる。
正方向に移動し続けた場合の補正量を示し、式（１）で
εxn＝０とした場合である。基準点から正方向にx1移動
した場合の補正量は、式（１）でεxn＝０、xp＝x1とし
た場合でありεx1となる。
【００３７】４０２は、４０１により基準点から正方向
にx1移動後、逆方向に再反転して移動し続けた場合の補
正量を示す。x2移動した場合の補正量は、式（２）でε
xp＝εx1、xn＝x2とした場合である。
にx1移動後、逆方向に再反転して移動し続けた場合の補
正量を示す。x2移動した場合の補正量は、式（２）でε
xp＝εx1、xn＝x2とした場合である。
【００３８】４０３は、４０２によりx1の位置からx2移
動して基準点に戻り、基準点で再々反転して、正方向に
x3移動した場合の補正量の変化を示し、式（１）でεxn
＝εx2、xp＝x3とした場合である。
動して基準点に戻り、基準点で再々反転して、正方向に
x3移動した場合の補正量の変化を示し、式（１）でεxn
＝εx2、xp＝x3とした場合である。
【００３９】４０１から４０３は、バックラッシ量の変
化する範囲内の任意の位置で運動方向を反転した場合
に、変位定数によって決まるフィルタ効果で、同一の変
位量に対して異なった値をとり（ヒステリシス特性を有
し）、バックラッシ量に応じた補正量を算出することを
表す。なお、上記「フィルタ効果」とは、一次遅れフィ
ルタの応答特性（但し時間ではなく変位量に依存する）
を実現することを意味する。
化する範囲内の任意の位置で運動方向を反転した場合
に、変位定数によって決まるフィルタ効果で、同一の変
位量に対して異なった値をとり（ヒステリシス特性を有
し）、バックラッシ量に応じた補正量を算出することを
表す。なお、上記「フィルタ効果」とは、一次遅れフィ
ルタの応答特性（但し時間ではなく変位量に依存する）
を実現することを意味する。
【００４０】変位軸での１次遅れフィルタの変位定数Ｘ
は、通常の時間軸での１次遅れフィルタの時定数の場合
と同様に、バックラッシ量が漸増型バックラッシの最大
値の約63.2％となる点までの反転位置からの変位とな
る。変位定数は、バックラッシ量が変位定数の４倍移動
時で約98％、５倍移動時で約99％であるので、実際の工
作機械で補正を行う場合は、例えば、真円運動評価時の
漸増型バックラッシの最大値発生時までの反転後移動量
の1／5程度として次式（３）により設定する。
は、通常の時間軸での１次遅れフィルタの時定数の場合
と同様に、バックラッシ量が漸増型バックラッシの最大
値の約63.2％となる点までの反転位置からの変位とな
る。変位定数は、バックラッシ量が変位定数の４倍移動
時で約98％、５倍移動時で約99％であるので、実際の工
作機械で補正を行う場合は、例えば、真円運動評価時の
漸増型バックラッシの最大値発生時までの反転後移動量
の1／5程度として次式（３）により設定する。
【００４１】 Ｘ ＝ ｒ ( １ − cosθ )／５ （３）
【００４２】ただし、ｒは真円運動の半径、θは最大値
発生位置の座標軸からの回転角度とする。
発生位置の座標軸からの回転角度とする。
【００４３】次に、本発明の第２の実施例の動作につい
て、図１、図３および図５を参照して説明する。第２の
実施例は、図１の変位依存型補正量算出手段１の構成
が、第１の実施例とは異なること以外は、第１の実施例
と同じである。
て、図１、図３および図５を参照して説明する。第２の
実施例は、図１の変位依存型補正量算出手段１の構成
が、第１の実施例とは異なること以外は、第１の実施例
と同じである。
【００４４】図３を用いて、変位依存型補正量算出手段
１についてより詳しく説明する。図３を参照すると、変
位依存型補正量算出手段１は、補正処理周期１回につき
複数回の演算を行う変位軸フィルタ３０と、変位パルス
数を入力して変位軸フィルタの演算回数を設定するＬＯ
ＯＰ回数設定手段３４と、補正量の最低値である０を設
定する０補正量設定手段２ａ、補正目標値を最大補正量
と０補正量とで切換えるスイッチ１１とから構成され
る。変位軸フィルタ３０はデジタルフィルタであって、
図に示すように、フィルタ演算上の遅延手段３２，３３
（ｄｅｌａｙ１，ｄｅｌａｙ２）を備えている。
１についてより詳しく説明する。図３を参照すると、変
位依存型補正量算出手段１は、補正処理周期１回につき
複数回の演算を行う変位軸フィルタ３０と、変位パルス
数を入力して変位軸フィルタの演算回数を設定するＬＯ
ＯＰ回数設定手段３４と、補正量の最低値である０を設
定する０補正量設定手段２ａ、補正目標値を最大補正量
と０補正量とで切換えるスイッチ１１とから構成され
る。変位軸フィルタ３０はデジタルフィルタであって、
図に示すように、フィルタ演算上の遅延手段３２，３３
（ｄｅｌａｙ１，ｄｅｌａｙ２）を備えている。
【００４５】ＬＯＯＰ処理回数設定手段３４は、式
（４）に示されるように、変位カウンタ４の算出する変
位量相当の指令パルス数である変位パルス数Xaから、補
正処理周期毎の移動量相当の指令パルス数δＣを算出す
る。ただし、式（４）でδＣk は、反転後の第 k周期目
の移動量相当の指令パルス数を意味する。
（４）に示されるように、変位カウンタ４の算出する変
位量相当の指令パルス数である変位パルス数Xaから、補
正処理周期毎の移動量相当の指令パルス数δＣを算出す
る。ただし、式（４）でδＣk は、反転後の第 k周期目
の移動量相当の指令パルス数を意味する。
【００４６】 Xa＝ ΣδＣk （４）
【００４７】ここでΣはｋ＝０からｎまでの和を表す。
具体的には、補正処理周期ごとに処理周期間の変位カウ
ンタの差分を算出し、その差分回数だけフィルタ処理を
行い、反転後の変位量に応じた補正量を算出する。
具体的には、補正処理周期ごとに処理周期間の変位カウ
ンタの差分を算出し、その差分回数だけフィルタ処理を
行い、反転後の変位量に応じた補正量を算出する。
【００４８】式（４）においてδＣk は変位軸フィルタ
３０のループ回数となるが、補正処理周期あたりの処理
時間にはマイクロコンピュータの処理時間による制限が
あり、ループ回数は制限を受ける可能性がある。例えば
第 k周期でα回分が制限された場合は、補正位置にズレ
が生じないように第 k+1周期で、ループ回数設定手段３
０はループ回数を( (δＣk+1) + α )と設定する。
３０のループ回数となるが、補正処理周期あたりの処理
時間にはマイクロコンピュータの処理時間による制限が
あり、ループ回数は制限を受ける可能性がある。例えば
第 k周期でα回分が制限された場合は、補正位置にズレ
が生じないように第 k+1周期で、ループ回数設定手段３
０はループ回数を( (δＣk+1) + α )と設定する。
【００４９】変位軸フィルタ３０は、補正目標値を入力
して、これに対し補正処理周期１回につきフィルタ処理
をδＣ回繰り返し行い、１補正周期での変位に相当する
補正量を算出する。補正目標値が最大補正量εmaxのと
き、補正量εは式（５）で表され、図５の５０１で示さ
れる。
して、これに対し補正処理周期１回につきフィルタ処理
をδＣ回繰り返し行い、１補正周期での変位に相当する
補正量を算出する。補正目標値が最大補正量εmaxのと
き、補正量εは式（５）で表され、図５の５０１で示さ
れる。
【００５０】 ε＝εmax ( 1 − ｅｘｐ-Xa/X ) （５）
【００５１】ただし、式（５）でＸは変位定数である。
変位定数は、時間軸での１次遅れの時定数に相当する性
質を変位軸上で持つ。また便宜上、式（５）の特性を変
位軸での１次遅れと呼ぶことにする。
変位定数は、時間軸での１次遅れの時定数に相当する性
質を変位軸上で持つ。また便宜上、式（５）の特性を変
位軸での１次遅れと呼ぶことにする。
【００５２】通常の時間軸でのデジタル１次遅れフィル
タでは、処理周期毎に１回だけフィルタ処理を行う。こ
れに対し、変位軸でのデジタル１次遅れフィルタでは、
処理周期毎に変位パルス回だけフィルタ処理を行うこと
が大きく異なる点である。このことにより、バックラッ
シ補正量を時間に依存させず、変位量によってきめるこ
とができる。変位軸フィルタ３０の入力値は補正目標値
であるが、最大補正量と０補正量とを反転時にスイッチ
１２によって切換えることで、図５の５０１に示すよう
に補正量を変位軸での１次遅れで変化させる。このこと
により、バックラッシが変化する範囲内での運動方向反
転では、フィルタ処理の特性上、反転直前の補正量と反
転後の補正目標値との差分に対する変位軸での１次遅れ
で増減する。
タでは、処理周期毎に１回だけフィルタ処理を行う。こ
れに対し、変位軸でのデジタル１次遅れフィルタでは、
処理周期毎に変位パルス回だけフィルタ処理を行うこと
が大きく異なる点である。このことにより、バックラッ
シ補正量を時間に依存させず、変位量によってきめるこ
とができる。変位軸フィルタ３０の入力値は補正目標値
であるが、最大補正量と０補正量とを反転時にスイッチ
１２によって切換えることで、図５の５０１に示すよう
に補正量を変位軸での１次遅れで変化させる。このこと
により、バックラッシが変化する範囲内での運動方向反
転では、フィルタ処理の特性上、反転直前の補正量と反
転後の補正目標値との差分に対する変位軸での１次遅れ
で増減する。
【００５３】図５で５０２は、５０１により基準点から
正方向に変位定数分の移動後、逆方向に再反転して移動
し続けた場合の補正量を示す。５０３は、５０２により
基準点に戻り、基準点で再々反転して、正方向に移動し
続けた場合の補正量の変化を示す。５０１から５０３
は、バックラッシ量の変化する範囲内の任意の位置で運
動方向を反転した場合に、変位定数によって決まるフィ
ルタ効果で、同一の変位量に対して異なった値をとり
（ヒステリシス特性を有し）、バックラッシ量に応じた
補正量を算出することを表す。第２の実施例において
も、実際の工作機械での補正量の調整は、第１の実施例
の場合と同様である。
正方向に変位定数分の移動後、逆方向に再反転して移動
し続けた場合の補正量を示す。５０３は、５０２により
基準点に戻り、基準点で再々反転して、正方向に移動し
続けた場合の補正量の変化を示す。５０１から５０３
は、バックラッシ量の変化する範囲内の任意の位置で運
動方向を反転した場合に、変位定数によって決まるフィ
ルタ効果で、同一の変位量に対して異なった値をとり
（ヒステリシス特性を有し）、バックラッシ量に応じた
補正量を算出することを表す。第２の実施例において
も、実際の工作機械での補正量の調整は、第１の実施例
の場合と同様である。
【００５４】以上、本発明を２つの実施例によって説明
したが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
く、例えば、図１の変位カウンタ４を変位依存型補正量
算出手段１に包含させたり、あるいは、図１の補正量差
分手段１２をサーボ制御部６に包含させることが可能で
ある。また、図１の変位依存型補正量算出手段１におい
て、補正量算出手段２１，２２においてそれぞれ用いる
算出式（１）および式（２）は、指数関数の近似関数に
変形すること、例えばテーラー展開により指数演算部を
変形することが可能である。さらに、図３のフィルタ３
０は変形が可能であるが、これらは本発明の主旨に従う
ものであり、これらの変形を本発明の範囲から排除する
ものではない。
したが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
く、例えば、図１の変位カウンタ４を変位依存型補正量
算出手段１に包含させたり、あるいは、図１の補正量差
分手段１２をサーボ制御部６に包含させることが可能で
ある。また、図１の変位依存型補正量算出手段１におい
て、補正量算出手段２１，２２においてそれぞれ用いる
算出式（１）および式（２）は、指数関数の近似関数に
変形すること、例えばテーラー展開により指数演算部を
変形することが可能である。さらに、図３のフィルタ３
０は変形が可能であるが、これらは本発明の主旨に従う
ものであり、これらの変形を本発明の範囲から排除する
ものではない。
【００５５】
【発明の効果】第１の効果は、円運動のように単純にバ
ックラッシが最大値に達し切る場合の補正のみならず、
バックラッシ量が変化する範囲内における運動方向反転
を伴うような、複雑な動作でも補正誤差を生じないバッ
クラッシ補正が可能となり、工作機械では加工精度を向
上できることにある。その理由は、漸増型バックラッシ
が変化する範囲内で、反転動作を行った場合の漸増型バ
ックラッシの特性変化に相当する関数演算、若しくは、
バックラッシ特性と同じ特性を有する変位量を軸として
動作するフィルタによる処理を行うことで、変位量に応
じたバックラッシ補正量を算出するからである。
ックラッシが最大値に達し切る場合の補正のみならず、
バックラッシ量が変化する範囲内における運動方向反転
を伴うような、複雑な動作でも補正誤差を生じないバッ
クラッシ補正が可能となり、工作機械では加工精度を向
上できることにある。その理由は、漸増型バックラッシ
が変化する範囲内で、反転動作を行った場合の漸増型バ
ックラッシの特性変化に相当する関数演算、若しくは、
バックラッシ特性と同じ特性を有する変位量を軸として
動作するフィルタによる処理を行うことで、変位量に応
じたバックラッシ補正量を算出するからである。
【００５６】第２の効果は、漸増型バックラッシの補正
の調整が簡単になることにある。その理由は、本方式で
調整するパラメータが、たとえば補正量の最大値と変位
定数の２つだけであり、どちらも容易に測定できるから
である
の調整が簡単になることにある。その理由は、本方式で
調整するパラメータが、たとえば補正量の最大値と変位
定数の２つだけであり、どちらも容易に測定できるから
である
【図１】本発明の一実施例を示す数値制御装置のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】変位依存型補正量算出手段の一例の詳細ブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】変位依存型補正量算出手段の別の例の詳細ブロ
ック図である。
ック図である。
【図４】本発明の第１の実施例の補正量を示す図であ
る。
る。
【図５】本発明の第２の実施例の補正量を示す図であ
る。
る。
【図６】円運動時の喰込み現象を示す図である。
【図７】従来例を示す説明図である。
【図８】従来例を示す説明図である。
【図９】従来例を示す説明図である。
【図１０】漸増型バックラッシ現象を示す説明図であ
る。
る。
１ 変位依存型補正量算出手段 ２ 最大補正量設定手段 ２ａ ０補正量設定手段 ３ 指令反転判定手段 ４ 変位カウンタ ５ 動作指令部 ６ サーボ制御部 ７ モータ ８ 漸増型バックラッシ特性を示す駆動力伝達機構部 ９ 機械 １０ エンコーダ １１ 補正量差分手段 １２ スイッチ ２１ 正方向補正量算出手段 ２２ 逆方向補正量算出手段 ３０ 変位軸フィルタ ３１ 変位定数除算部 ３２ ｄｅｌａｙ１ ３３ ｄｅｌａｙ２ ３４ ＬＯＯＰ回数設定手段 ８２ 指令データ ８４ データ解析部 ８６ 速度制御部 ９０ 移動台 ９２ ボールねじ ９４、９４ａ〜９４ｎ 補正データ部 ９６ バックラッシ補正量算出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05B 19/404
Claims (5)
- 【請求項１】 モータとその駆動力を伝達する駆動力伝
達機構を用いて複数の軸を組合わせて構成した機械の動
作を各種動作プログラムに基づいて指令するとともに、
前記モータの回転位置で位置制御を行うセミクローズド
方式の数値制御装置において、 前記動作プログラムによる位置移動指令に対する前記軸
の送り方向反転時に駆動力伝達機構に生ずる予め判明し
ているバックラッシ量の最大値と等価な補正目標値を設
定する補正目標値設定手段と、 前記位置移動指令の反転を判定する指令反転判定手段
と、 前記位置移動指令に基づいて前記反転後の変位量を算出
する変位カウンタと、前記補正目標値設定手段が設定し
た補正目標値を入力し、バックラッシ量が変化する範囲
内で移動方向を反転した場合にバックラッシ量の移動量
あたりの変化率自体が２回反転前の場合から変化する漸
増型バックラッシの特性変化に相当する関数演算を行う
ことで前記変位カウンタが算出した反転後の変位量に応
じた補正量であって変位の方向によってヒステリシス特
性を有する補正量を算出する変位依存型補正量算出手段
とを備え、 前記変位依存型補正量算出手段が算出した前記補正量に
応じて前記位置移動指令を補正することを特徴とする数
値制御装置。 - 【請求項２】 前記変位依存型補正量算出手段は、指数
関数またはその近似関数で近似される特性を有する請求
項１に記載の数値制御装置。 - 【請求項３】 前記変位依存型補正量算出手段が、関数
演算をすることで一次遅れの応答特性を実現する請求項
１に記載の数値制御装置。 - 【請求項４】 モータとその駆動力を伝達する駆動力伝
達機構を用いて複数の軸を組合わせて構成した機械の動
作を各種動作プログラムに基づいて指令するとともに、
前記モータの回転位置で位置制御を行うセミクローズド
方式の数値制御装置において、 前記動作プログラムによる位置移動指令に対する前記軸
の送り方向反転時に駆動力伝達機構に生ずる予め判明し
ているバックラッシ量と等価な補正目標値を設定する補
正目標値設定手段と、 前記位置移動指令の反転を判定する指令反転判定手段
と、 前記位置移動指令に基づいて前記反転後の変位量を算出
する変位カウンタと、前記補正目標値設定手段が設定し
た補正目標値を入力し、前記変位カウンタが算出した反
転後の変位量に応じた補正量であって変位の方向によっ
てヒステリシス特性を有する補正量を算出する変位依存
型補正量算出手段とを備え、 前記変位依存型補正量算出手段が算出した前記補正量に
応じて前記位置移動指令を補正する数値制御装置におい
て、 前記変位依存型補正量算出手段は、前記補正目標値を入
力し、補正処理周期毎に処理周期間の変位カウンタの差
分を算出して差分回数のフィルタ処理を行い、反転後の
変位量に応じた補正量を算出する数値制御装置。 - 【請求項５】 前記補正量の差分を算出する補正量差分
算出手段を備え、前記補正量の差分を前記位置移動指令
に加える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の数値
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8327528A JP2907164B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 数値制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8327528A JP2907164B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 数値制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10154007A JPH10154007A (ja) | 1998-06-09 |
| JP2907164B2 true JP2907164B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=18200115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8327528A Expired - Lifetime JP2907164B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 数値制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2907164B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3703664B2 (ja) * | 1998-12-28 | 2005-10-05 | 三菱電機株式会社 | バックラッシ補正装置 |
| WO2004103649A1 (ja) * | 2003-05-20 | 2004-12-02 | Fujitsu Limited | バックラッシュ補償制御方法、バックラッシュ補償制御装置およびバックラッシュ補償制御プログラム |
| JP2006039807A (ja) * | 2004-07-26 | 2006-02-09 | Fanuc Ltd | 数値制御装置 |
| JP4750496B2 (ja) * | 2005-07-27 | 2011-08-17 | 大阪機工株式会社 | 数値制御工作機械のロストモーション補正方法及び数値制御工作機械 |
| JP4510722B2 (ja) * | 2005-08-22 | 2010-07-28 | オークマ株式会社 | ロストモーション補正機能を有する位置制御装置 |
| CN102298394B (zh) * | 2010-06-28 | 2014-04-09 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 一种提高电动缸运行精度的方法、装置及电动缸 |
| JP6048174B2 (ja) * | 2013-01-31 | 2016-12-21 | ブラザー工業株式会社 | 数値制御装置とロストモーション補償方法 |
| JP5991249B2 (ja) * | 2013-03-27 | 2016-09-14 | ブラザー工業株式会社 | 数値制御装置 |
| JP5890488B1 (ja) * | 2014-08-05 | 2016-03-22 | ファナック株式会社 | ツールをワークに押付けて作業を行うロボットの制御装置 |
-
1996
- 1996-11-22 JP JP8327528A patent/JP2907164B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10154007A (ja) | 1998-06-09 |
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