JP3040762B1 - 走行加工制御装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 走行加工機の速度パターン生成の自由度を向
上させ、かつ、計画的な速度パターン生成を可能とする
構成の走行加工制御装置を提供する。 【解決手段】 本発明に係る走行加工制御装置は、搬送
ラインにより搬送される加工対象物の移動距離を示す加
工対象物移動距離信号、及び、加工対象物における一の
加工点と一の加工点の次に加工される目標加工点との設
定距離である加工設定長を示す加工設定長信号のみに基
づき、搬送ラインと並行して走行しながら加工対象物の
加工を行う走行加工機が各時点においてとるべき位置、
速度及び加速度を指令する指令位置、指令速度及び指令
加速度を算出し、指令位置信号、指令速度信号及び指令
加速度信号を生成する指令速度パターン生成手段を備え
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工対象物を搬送
する搬送ラインと並行して走行しながら加工を行う走行
加工機を制御する走行加工制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、生産性の向上等を目的とし
て、加工対象物を搬送する搬送ラインと並行して走行し
ながら加工を行う走行加工機が利用されてきた。このよ
うな走行加工機を制御する走行加工制御装置としては、
通常、数値制御装置が使用されている。走行加工制御装
置による制御により、最初に原点位置で待機していた走
行加工機は、加工対象物を搬送する搬送ラインと並行し
て前進動作を行い、搬送ラインの速度と走行加工機の速
度とが一致したとき、即ち、走行加工機が加工対象物に
対して相対的に停止した状態になったときに、加工対象
物に対して種々の加工を行う。加工終了後は原点方向へ
の復帰動作を行い、原点位置で一時的に待機した後、次
の加工のための前進動作を行う。

【０００３】また、走行加工制御装置のなかには、加工
終了後、走行加工機を完全に原点位置まで復帰させるこ
となく、復帰動作途中で再び前進動作を行わせることに
より、加工点と加工点との間隔が短い短尺加工又は中尺
加工を可能としたものもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、走行加
工機に復帰動作途中で再び前進動作を行わせることによ
り短尺加工又は中尺加工を可能にした従来の走行加工制
御装置は、制御対象である走行加工機駆動用モータに設
けられたエンコーダからフィードバックされた信号を使
用して次の加工点までの残長信号を生成し、さらにその
残長信号を使用して次の加工点までの走行加工機の速度
を制御する速度信号を生成し、これにより走行加工機の
速度制御を行っていたため、速度信号により指示される
前進制御における加速過程及び復帰制御における減速過
程は一義的に決定され、自由な速度パターンの生成及び
制御を行うことができないという欠点があった。即ち、
生成される速度パターンは一次関数パターンとなり、各
加速過程及び各減速過程における走行加工機の加速度は
それぞれ一定であるため、加速過程及び減速過程の開始
時及び終了時に走行加工機に強い慣性力が働くことがあ
り、動作の円滑性に欠け、加工効率若しくは加工精度の
低下等を招くことがあった。

【０００５】また、制御対象からのフィードバック信号
を速度パターンの生成に使用している結果、雑音や外乱
の影響を受け易く、走行加工機の円滑な制御が妨げら
れ、加工精度の低下を招くこともあった。

【０００６】さらに、速度パターンの生成を行う構成部
分とフィードバック制御を行う構成部分とが一体不可分
的に構成されており、速度パターンの生成を行う構成部
分の少なくとも一部に必ずハードウェアが含まれるた
め、作業現場における速度パターンの調整又は変更が非
常に困難であり、制御系統の故障時における原因究明も
容易ではなかった。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、走行加工機の速度パターン生成の自由
度を向上させ、かつ、計画的な速度パターン生成を可能
とする構成の走行加工制御装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る走行加工制
御装置によれば、加工対象物である材料上に設けられて
材料移動長に応じたパルス数の測長信号を出力する材料
移動長測長エンコーダと、上記材料移動長測長エンコー
ダから出力された上記測長信号のパルス数をカウント
し、材料移動長信号Ｌl を出力する第１のカウンタと、
上記材料移動長信号Ｌl の差分Δをとることによりライ
ン速度信号Ｖl を出力する第１の伝達要素手段と、上記
加工対象物における一の加工点と上記一の加工点の次に
加工される目標加工点との設定距離である加工設定長を
示す信号として入力される加工設定長信号Ｌset に対し
指令位置信号Ｌc の加算及び上記材料移動長信号Ｌl の
減算を行い、現在指令位置から目標位置までの残長を表
す残長信号Ｌz を出力する第１の加え合わせ手段と、任
意の伝達関数ｆ1 （ｓ）又は入出力変換を設定すること
ができ、上記残長信号Ｌz から速度信号Ｖz を生成する
第２の伝達要素手段と、上記ライン速度信号Ｖl から上
記速度信号Ｖz の減算を行い、前進速度信号ＶF を生成
する第２の加え合わせ手段と、任意の伝達関数ｆ2
（ｓ）又は入出力変換を設定することができ、復帰速度
信号ＶR を生成する第３の伝達要素手段と、上記前進速
度信号ＶF 又は上記復帰速度信号ＶR を切り換えて指令
速度信号Ｖcとして出力する切換スイッチと、上記ライ
ン速度信号Ｖl ，上記指令速度信号Ｖc 及び上記残長信
号Ｌz に基づき上記切換スイッチの切換を制御する切換
スイッチ制御手段と、上記指令速度信号Ｖc の積和Σを
とることにより指令位置信号Ｌc を生成する第４の伝達
要素手段と、上記指令速度信号Ｖc の差分Δをとること
により指令加速度信号Ａc を生成する第５の伝達要素手
段とから構成された指令速度パターン生成手段を備えた
ことを特徴とする。上記本発明に係る走行加工制御装置
において、制御対象である走行加工機駆動用モータに設
けられてモータ動作量に応じたパルス数の加工機位置計
測信号を出力する加工機位置計測エンコーダと、上記加
工機位置計測エンコーダから出力された上記加工機位置
計測信号のパルス数をカウントし、加工機位置信号Ｌm
を出力する第２のカウンタと、上記指令速度パターン生
成手段で生成された上記指令位置信号Ｌc に対し加工機
位置信号Ｌm の減算を行う第３の加え合わせ手段と、偏
差信号（Ｌc −Ｌm ）に第１のゲインＫ1 を乗ずる第６
の伝達要素手段と、上記加工機位置信号Ｌm の差分Δを
とることにより加工機速度信号Ｖm （ｎ）＝Ｌm （ｎ）
−Ｌm （ｎ−１）を出力する第７の伝達要素手段と、上
記指令速度パターン生成手段で生成された上記指令速度
信号Ｖc に対し偏差信号Ｋ1 （Ｌc −Ｌm ）の加算及び
加工機速度信号Ｖm の減算を行う第４の加え合わせ手段
と、上記加工機速度信号Ｖm の差分Δをとることにより
加工機加速度信号Ａm ＝Ｖm （ｎ）−Ｖm （ｎ−１）を
出力する第８の伝達要素と、偏差信号Ｋ1 （Ｌc −Ｌm
）＋Ｖc −Ｖm に第２のゲインＫ2 を乗ずる第９の伝
達要素手段と、上記指令速度パターン生成手段で生成さ
れた上記指令加速度信号Ａc に対し偏差信号Ｋ2 ｛Ｋ1
（Ｌc −Ｌm ）＋Ｖc −Ｖm ｝の加算及び加工機加速度
信号Ａm の減算を行う第５の加え合わせ手段と、偏差信
号Ｋ1 Ｋ2 （Ｌc −Ｌm ）＋Ｋ2 （Ｖc −Ｖm）＋Ａc
−Ａm に第３のゲインＫ3 を乗ずる第１０の伝達要素手
段と、上記第１０の伝達要素手段から出力されたトルク
指令信号Ｑc ＝Ｋ1 Ｋ2 Ｋ3 （Ｌc −Ｌm ）＋Ｋ2 Ｋ3
（Ｖc −Ｖm ）＋Ｋ3 （Ａc −Ａm ）をＤ／Ａ変換する
Ｄ／Ａ変換器と、上記Ｄ／Ａ変換器から出力されたトル
ク指令アナログ信号を増幅して出力する増幅器とから構
成されたフィードバック制御手段をさらに備えたものと
するとよい。上記本発明に係る走行加工制御装置によれ
ば、フィードバック制御手段から完全に分離して構成さ
れた指令速度パターン生成手段により指令位置信号、指
令速度信号及び指令加速度信号を生成し、これらの信号
を使用して、フィードバック制御手段によりトルク指令
信号を生成し、これにより、走行加工機の速度制御を行
うこととしたので、指令速度パターン生成手段を構成す
る伝達要素において任意の伝達関数又は入出力変換を設
定することにより計画的かつ自由な速度パターンの生成
及び制御を行うことができ、最適な関数又は入出力変換
を選択して設定することにより走行加工機の最適な速度
制御、即ち、前進制御及び復帰制御を行うことができ
る。その結果、走行加工機の動作を円滑なものとし、加
工効率及び加工精度の向上等を図ることができる。計画
的かつ自由な速度パターンの生成及び制御により、加工
後原点に戻らない短尺加工から原点に戻って待機する長
尺加工まで、あらゆる設定長の加工に対応することがで
きる。

【０００９】また、指令位置信号、指令速度信号及び指
令加速度信号を生成する指令速度パターン生成手段は、
フィードバック制御手段から完全に分離して構成され、
制御対象からのフィードバック信号を速度パターンの生
成に一切使用していないので、雑音や外乱の影響を受け
にくく、その結果、走行加工機の円滑な制御が可能とな
り、加工精度の低下を防止することができる。

【００１０】さらに、指令位置信号、指令速度信号及び
指令加速度信号を生成する指令速度パターン生成手段
は、ソフトウェアのみで構成することができるので、作
業現場における速度パターンの調整又は変更を容易に行
うことができ、制御系統の故障時における原因究明も容
易に行うことができる。

【００１１】本発明に係る走行加工制御装置は、上述の
ように、指令位置、指令速度及び指令加速度を算出し、
指令位置信号、指令速度信号及び指令加速度信号を生成
するために、加工対象物移動距離信号に基づき算出され
る搬送ラインのライン速度と指令速度信号に基づく現在
指令速度との速度差だけ現在指令速度から加速するため
に必要な加速距離を算出する加速距離算出手段と、指令
位置信号に基づく現在指令位置から加工設定長信号に基
づく目標位置までの目標到達距離と加速距離とを比較
し、加速距離の値が目標到達距離の値以上であるときは
前進制御を選択し、加速距離の値が目標到達距離の値未
満であるときは復帰制御を選択する比較選択手段とを備
えたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る走行加工制御
装置の実施の一形態について、図面を参照しながら説明
する。

【００１３】図１は、本発明に係る走行加工制御装置の
実施の一形態における構成を示したブロック線図であ
る。

【００１４】図１に示した本発明に係る走行加工制御装
置は、走行加工機の速度制御のための指令速度パターン
を生成する指令速度パターン生成部１と、生成された指
令速度パターンと制御対象である走行加工機駆動用モー
タ３からのフィードバック信号とからトルク指令信号を
生成するフィードバック制御部２と、必要に応じて各部
のデータ信号を記憶するメモリ部（図示せず）とから構
成されており、走行加工機駆動用モータ３の動作制御を
行うものである。

【００１５】指令速度パターン生成部１は、加工対象物
である材料上に設けられて材料移動長に応じたパルス数
の測長信号を出力する材料移動長測長エンコーダ（Ｅ
2）１１と、材料移動長測長エンコーダ１１から出力さ
れた測長信号のパルス数をカウントし、材料移動長信号
Ｌlを出力する第１のカウンタ１２と、材料移動長信号
Ｌlの差分Δをとることによりライン速度信号Ｖlを出力
する第１の伝達要素１３と、加工対象物における一の加
工点とその加工点の次に加工される目標加工点との設定
距離である加工設定長を示す信号として入力される加工
設定長信号Ｌsetに対し指令位置信号Ｌcの加算及び材料
移動長信号Ｌlの減算を行い、現在指令位置から目標位
置までの残長（目標到達距離）を表す残長信号Ｌzを出
力する第１の加え合わせ点１４と、任意の伝達関数ｆ1
（ｓ）又は入出力変換を設定することができ、残長信号
Ｌzから速度信号Ｖzを生成する第２の伝達要素１５と、
ライン速度信号Ｖlから速度信号Ｖzの減算を行い、前進
速度信号ＶFを生成する第２の加え合わせ点１６と、任
意の伝達関数ｆ2（ｓ）又は入出力変換を設定すること
ができ、復帰速度信号ＶRを生成する第３の伝達要素１
７と、前進速度信号ＶF又は復帰速度信号ＶRを切り換え
て指令速度信号Ｖcとして出力する切換スイッチ１９
と、ライン速度信号Ｖl，指令速度信号Ｖc及び残長信号
Ｌzに基づき切換スイッチ１９の切換を制御する切換ス
イッチ制御手段２０と、指令速度信号Ｖcの積和Σをと
ることにより指令位置信号Ｌcを生成する第４の伝達要
素２１と、指令速度信号Ｖcの差分Δをとることにより
指令加速度信号Ａcを生成する第５の伝達要素２２とか
ら構成されている。

【００１６】指令速度パターン生成部１は、以上の構成
により、材料移動長測長エンコーダ（Ｅ2 ）１１から出
力された測長信号に基づく材料移動長信号Ｌl ，及び、
加工設定に応じて入力される加工設定長信号Ｌset のみ
に基づいて、指令位置信号Ｌc ，指令速度信号Ｖc 及び
指令加速度信号Ａc を生成する。即ち、これらの信号の
生成には、制御対象である走行加工機駆動用モータ３か
らのフィードバック信号及びフィードバック信号に基づ
く各種信号は一切使用されず、指令速度パターン生成部
１は、フィードバック制御部２とは完全に分離されて構
成されている。

【００１７】フィードバック制御部２は、制御対象であ
る走行加工機駆動用モータ（Ｍ）３に設けられてモータ
動作量に応じたパルス数の加工機位置計測信号を出力す
る加工機位置計測エンコーダ（Ｅ1）３１と、加工機位
置計測エンコーダ３１から出力された加工機位置計測信
号のパルス数をカウントし、加工機位置信号Ｌmを出力
する第２のカウンタ３２と、指令速度パターン生成部１
で生成された指令位置信号Ｌcに対し加工機位置信号Ｌm
の減算を行う第３の加え合わせ点３３と、偏差信号（Ｌ
c−Ｌm）に第１のゲインＫ1を乗ずる第６の伝達要素３
４と、加工機位置信号Ｌmの差分Δをとることにより加
工機速度信号Ｖm（ｎ）＝Ｌm（ｎ）−Ｌm（ｎ−１）を
出力する第７の伝達要素３５と、指令速度パターン生成
部１で生成された指令速度信号Ｖcに対し偏差信号Ｋ1
（Ｌc−Ｌm）の加算及び加工機速度信号Ｖmの減算を行
う第４の加え合わせ点３６と、加工機速度信号Ｖmの差
分Δをとることにより加工機加速度信号Ａm＝Ｖm（ｎ）
−Ｖm（ｎ−１）を出力する第８の伝達要素３７と、偏
差信号Ｋ1（Ｌc−Ｌm）＋Ｖc−Ｖmに第２のゲインＫ2を
乗ずる第９の伝達要素３８と、指令速度パターン生成部
１で生成された指令加速度信号Ａcに対し偏差信号Ｋ2
｛Ｋ1（Ｌc−Ｌm）＋Ｖc−Ｖm｝の加算及び加工機加速
度信号Ａmの減算を行う第５の加え合わせ点３９と、偏
差信号Ｋ1Ｋ2（Ｌc−Ｌm）＋Ｋ2（Ｖc−Ｖm）＋Ａc−Ａ
mに第３のゲインＫ3を乗ずる第１０の伝達要素３９と、
第１０の伝達要素３９から出力されたトルク指令信号Ｑ
c＝Ｋ1Ｋ2Ｋ3（Ｌc−Ｌm）＋Ｋ2Ｋ3（Ｖc−Ｖm）＋Ｋ3
（Ａc−Ａm）＝ＫP（Ｌc−Ｌm）＋ＫV（Ｖc−Ｖm）＋Ｋ
A（Ａc−Ａm）（但し、ＫP＝Ｋ1Ｋ2Ｋ3，ＫV＝Ｋ2Ｋ3，
ＫA＝Ｋ3）をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器４１と、Ｄ／
Ａ変換器４１から出力されたトルク指令アナログ信号を
増幅して出力する増幅器４２とから構成されている。

【００１８】フィードバック制御部２は、以上の構成に
より、指令速度パターン生成部１により生成された指令
位置信号Ｌc，指令速度信号Ｖc及び指令加速度信号Ａ
c，並びに、加工機位置計測エンコーダ３１から出力さ
れたフィードバック信号である加工機位置計測信号に基
づく加工機位置信号Ｌmに基づいて、トルク指令信号Ｑc
＝ＫP（Ｌc−Ｌm）＋ＫV（Ｖc−Ｖm）＋ＫA（Ａc−Ａ
m）を生成し、Ｄ／Ａ変換及び増幅を行って出力するこ
とにより、制御対象である走行加工機駆動用モータ
（Ｍ）３の駆動制御を行う。 本発明に係る走行加工制
御装置は、上述したように、フィードバック制御部２か
ら完全に分離して構成された指令速度パターン生成部１
により指令位置信号Ｌc，指令速度信号Ｖc及び指令加速
度信号Ａcを生成し、これらの信号を使用して、フィー
ドバック制御部２によりトルク指令信号Ｑcを生成し、
これにより、走行加工機の速度制御を行うものである。

【００１９】従って、第２の伝達要素１５及び第３の伝
達要素１７において任意の伝達関数又は入出力変換を設
定することにより計画的かつ自由な速度パターンの生成
及び制御を行うことができ、最適な関数を選択して設定
することにより走行加工機の最適な速度制御、即ち、前
進制御及び復帰制御を行うことができる。その結果、走
行加工機の動作を円滑なものとし、加工効率及び加工精
度の向上等を図ることができる。計画的かつ自由な速度
パターンの生成及び制御により、加工後原点に戻らない
短尺加工から原点に戻って待機する長尺加工まで、あら
ゆる設定長の加工に対応することができる。

【００２０】また、指令位置信号Ｌc，指令速度信号Ｖc
及び指令加速度信号Ａcを生成する指令速度パターン生
成部１は、フィードバック制御部２から完全に分離して
構成され、制御対象からのフィードバック信号を速度パ
ターンの生成に一切使用していないので、雑音や外乱の
影響を受けにくく、その結果、走行加工機の円滑な制御
が可能となり、加工精度の低下を防止することができ
る。

【００２１】さらに、指令位置信号Ｌc，指令速度信号
Ｖc及び指令加速度信号Ａcを生成する指令速度パターン
生成部１は、ソフトウェアのみで構成することができる
ので、作業現場における速度パターンの調整又は変更を
容易に行うことができ、制御系統の故障時における原因
究明も容易に行うことができる。

【００２２】以下、本発明に係る走行加工制御装置によ
る速度パターン生成の具体例について説明する。

【００２３】図２は、本発明に係る走行加工制御装置に
おいて生成された指令速度パターンの第１の例を示した
グラフである。具体的には、指令速度パターンが一次関
数パターン（台形速度パターン）である場合の指令速度
信号Ｖc及び指令加速度信号Ａcの波形を示したグラフで
ある。加工対象物である材料を搬送する搬送ラインは、
ライン速度Ｖlで駆動されているものとし、サンプリン
グ時間はＴsとする。

【００２４】時刻ｔ0から時刻ｔ1までの期間は、指令速
度Ｖc及び指令加速度Ａcは０であり、走行加工機は原点
位置で待機状態にある。

【００２５】時刻ｔ1から時刻ｔ2までの期間は、指令速
度Ｖcは一次関数的に増加しており、従って、指令加速
度Ａcは正の一定値をとっている。時刻ｔ2において、指
令速度Ｖcがライン速度Ｖlに達し、走行加工機の速度と
加工対象物である材料を搬送する搬送ラインの速度とが
一致したところで、指令加速度Ａcは０となる。

【００２６】時刻ｔ1から時刻ｔ2までの期間における速
度パターン生成は、以下のように行われる。図１におけ
る第１の加え合わせ点１４では、加工設定長信号Ｌset
に対し指令位置信号Ｌcの加算及び材料移動長信号Ｌlの
減算が行われ、現在指令位置から目標位置までの残長を
表す残長信号Ｌz＝Ｌset＋Ｌc−Ｌlが出力される。第２
の伝達要素１５では、伝達関数ｆ1（ｓ）＝（２Ａ・
ｓ）^1/2（Ａは加速度）が設定されており、残長信号Ｌz
が入力されることにより、速度信号Ｖz＝ｆ1（Ｌz）＝
（２Ａ・Ｌz）^1/2が出力される。速度信号Ｖzが出力さ
れると、前進速度信号ＶF＝Ｖl−Ｖzが生成され、後述
するように切換が制御される切換スイッチ１９を介して
この前進速度信号ＶFが速度指令信号Ｖc＝ＶFとして出
力される。第４の伝達要素２１では、指令速度信号Ｖc
の積和Σをとることにより指令位置信号Ｌcを出力す
る。即ち、Ｌc（ｎ）＝Ｌc（ｎ−１）＋ＶF（ｎ）・Ｔs
となる。Ｌc（ｎ）は現在のサンプリング時刻における
指令位置信号Ｌcであり、Ｌc（ｎ−１）は前回のサンプ
リング時刻における指令位置信号Ｌcである。第５の伝
達要素２２では、指令速度信号Ｖcの差分Δをとること
により指令加速度信号Ａcを出力する。即ち、Ａc（ｎ）
＝ＶF（ｎ）−ＶF（ｎ−１）となる。Ａc（ｎ），ＶF
（ｎ）は現在のサンプリング時刻における指令加速度信
号Ａc，前進速度信号ＶFであり、ＶF（ｎ−１）は前回
のサンプリング時刻における前進速度信号ＶFである。
また、この指令加速度信号Ａcは、上記伝達関数ｆ1
（ｓ）に含まれる加速度Ａとなる。

【００２７】時刻ｔ2から時刻ｔ3までの期間は、指令速
度信号Ｖcの大きさはライン速度信号Ｖlの大きさと一致
しており、指令加速度信号Ａcは０となっている。即
ち、走行加工機の速度と加工対象物である材料を搬送す
る搬送ラインの速度とが一致しており、走行加工機は材
料に対して相対的に停止した状態となっている。そこ
で、走行加工機は、この期間中に材料に対して所定の加
工を行い、時刻ｔ3までに加工を終了する。

【００２８】時刻ｔ2から時刻ｔ3までの期間における速
度パターン生成は、以下のように行われる。時刻ｔ2に
おいて、走行加工機の現在指令位置から目標位置までの
残長は０となっているので、残長信号Ｌz＝０となる。
従って、速度信号Ｖz＝ｆ1（Ｌz）＝（２Ａ・Ｌz）^1/2
＝０，前進速度信号ＶF＝Ｖl−Ｖz＝Ｖlと一定値となる
ので、ＶF（ｎ）＝ＶF（ｎ−１），Ｌc（ｎ）＝Ｌc（ｎ
−１）＋ＶF（ｎ）・Ｔs，Ａc（ｎ）＝０となり、走行
加工機は等速度運動をすることになる。

【００２９】時刻ｔ3から時刻ｔ4までの期間（復帰制御
開始から復帰方向加速完了までの期間）は、指令速度Ｖ
cは一次関数的に減少しており、従って、指令加速度Ａc
は負の一定値をとっている。時刻ｔ4において、原点復
帰方向の最大速度に達したところで、指令加速度Ａcは
０となっている。

【００３０】時刻ｔ3から時刻ｔ4までの期間における速
度パターン生成は、以下のように行われる。時刻ｔ3か
ら時刻ｔ4までの期間においては、後述するように切換
スイッチ制御手段２０により前進制御と復帰制御とが切
り替えられ、切換スイッチ１９を介して復帰速度ＶRが
指令速度Ｖcとして出力されるようになる。時刻ｔ3から
時刻ｔ4までの期間における第３の伝達要素１７では、
入力信号から一定値を減算した出力信号が出力されるよ
うになっている。また、前回のサンプリング時刻におけ
る指令速度信号Ｖcである復帰速度信号ＶR（ｎ−１）が
メモリ部に記憶されており、この復帰速度信号ＶR（ｎ
−１）を第３の伝達要素１７に入力して、復帰速度信号
ＶR（ｎ−１）から一定値を減算することにより、この
期間の復帰速度信号ＶR（ｎ）が生成され、ＶR（ｎ）＝
ＶR（ｎ−１）−Ａ・Ｔs（Ａは加速度）となる。また、
第４の伝達要素２１では、指令速度信号Ｖc＝ＶR（ｎ）
の積和Σをとることにより指令位置信号Ｌcを出力す
る。即ち、指令位置信号Ｌc（ｎ）は、前回のサンプリ
ング時刻における指令位置信号Ｌc（ｎ−１）にこの期
間の移動距離を加算することにより生成できるため、Ｌ
c（ｎ）＝Ｌc（ｎ−１）＋ＶR（ｎ）・Ｔsとなる。ま
た、加速度指令信号Ａcは、上記復帰速度ＶRにおける加
速度Ａとなる。

【００３１】時刻ｔ4から時刻ｔ5までの期間（復帰方向
等速度期間）は、指令速度Ｖcは原点復帰方向の最大速
度で一定となっており、走行加工機は等速度運動を行
う。

【００３２】時刻ｔ4から時刻ｔ5までの期間における速
度パターン生成は、以下のように行われる。時刻ｔ4か
ら時刻ｔ5までの期間における第３の伝達要素１７で
は、入力信号がそのまま出力信号として出力されるよう
になっている。また、前回のサンプリング時刻における
指令速度信号Ｖcである復帰速度信号ＶR（ｎ−１）がメ
モリ部に記憶されており、この復帰速度信号ＶR（ｎ−
１）を第３の伝達要素１７に入力することにより、この
期間の復帰速度信号ＶR（ｎ）が生成され、ＶR（ｎ）＝
ＶR（ｎ−１）となる。また、第４の伝達要素２１で
は、指令速度信号Ｖc＝ＶR（ｎ）の積和Σをとることに
より指令位置信号Ｌcを出力する。即ち、指令位置信号
Ｌc（ｎ）は、前回のサンプリング時刻における指令位
置信号Ｌc（ｎ−１）にこの期間の移動距離を加算する
ことにより生成できるため、Ｌc（ｎ）＝Ｌc（ｎ−１）
＋ＶR（ｎ）・Ｔsとなる。また、第５の伝達要素２２で
は、指令速度信号Ｖc＝ＶR（ｎ）の差分Δをとることに
より指令加速度信号Ａcを出力する。即ち、Ａc（ｎ）＝
ＶR（ｎ）−ＶR（ｎ−１）＝０となる。

【００３３】時刻ｔ5から時刻ｔ6までの期間（復帰方向
減速開始から停止までの期間）は、原点復帰方向におい
て復帰速度ＶRが一次関数的に減少しているので、指令
速度Ｖcは一次関数的に増加しており、従って、指令加
速度Ａcは正の一定値をとっている。時刻ｔ6において、
指令速度Ｖcが０となったところで、指令加速度Ａcは０
となり、走行加工機は停止して待機状態となる。

【００３４】時刻ｔ5から時刻ｔ6までの期間における速
度パターン生成は、以下のように行われる。時刻ｔ5か
ら時刻ｔ6までの期間における第３の伝達要素１７で
は、伝達関数ｆ2（ｓ）＝−（２Ａ・ｓ）^1/2が設定され
ており、指令位置信号Ｌcが入力されることにより、復
帰速度信号ＶR＝ｆ2（Ｌc）＝−（２Ａ・Ｌc）^1/2が出
力される。復帰速度信号ＶRが出力されると、切換スイ
ッチ１９を介してこの復帰速度信号ＶRが速度指令信号
Ｖc＝ＶRとして出力される。第４の伝達要素２１では、
指令速度信号Ｖcの積和Σをとることにより指令位置信
号Ｌcを出力する。即ち、Ｌc（ｎ）＝Ｌc（ｎ−１）＋
ＶR（ｎ）・Ｔsとなる。第５の伝達要素２２では、指令
速度信号Ｖcの差分Δをとることにより指令加速度信号
Ａcを出力する。即ち、Ａc（ｎ）＝ＶR（ｎ）−ＶR（ｎ
−１）となる。ＶR（ｎ）は現在のサンプリング時刻に
おける復帰速度信号ＶRであり、ＶR（ｎ−１）は前回の
サンプリング時刻における復帰速度信号ＶRである。ま
た、この指令加速度信号Ａcは、上記伝達関数ｆ2（ｓ）
に含まれる加速度Ａとなる。

【００３５】図３は、本発明に係る走行加工制御装置に
おいて生成された指令速度パターンの第２の例を示した
グラフである。具体的には、指令速度パターンが二次関
数パターンである場合の指令速度信号Ｖc及び指令加速
度信号Ａcの波形を示したグラフである。加工対象物で
ある材料を搬送する搬送ラインは、ライン速度Ｖlで駆
動されているものとし、サンプリング時間はＴsとす
る。

【００３６】時刻ｔ0から時刻ｔ1までの期間は、指令速
度Ｖc及び指令加速度Ａcは０であり、走行加工機は原点
位置で待機状態にある。

【００３７】時刻ｔ1から時刻ｔ2までの期間（ジャーク
Ｊが正の一定値である期間）は、指令速度Ｖcは二次関
数的に増加しており、従って、指令加速度Ａcは一次関
数的に増加し、ジャークＪは正の一定値をとっている。
時刻ｔ2において、指令速度Ｖcの二次関数的増加は一次
関数的増加に移行している。

【００３８】時刻ｔ1 から時刻ｔ2 までの期間における
速度パターン生成は、以下のように行われる。時刻ｔ1
から時刻ｔ2 までの期間における第２の伝達要素１５で
は、指令加速度信号Ａc （ｎ）が生成され、Ａc （ｎ）
＝Ａc （ｎ−１）＋Ｊ・Ｔsとなる。また、切換スイッ
チ１９が前進制御を選択した時点の指令速度Ｖc である
ＶB と、指令速度ＶB を基準とした指令速度Ｖd の前回
のサンプリング時刻における速度信号Ｖd （ｎ−１）と
がメモリ部に記憶されている。指令速度Ｖd は、前回の
サンプリング時刻における速度信号Ｖd （ｎ−１）を第
２の伝達要素１５に入力して、加速度とサンプリング時
間との積を加算することにより生成され、Ｖd （ｎ）＝
Ｖd （ｎ−１）＋Ａc （ｎ）・Ｔs となる。さらに、こ
の期間の前進速度信号ＶF （ｎ）は、メモリ部を介して
この指令速度Ｖd （ｎ）を第２の伝達要素１５に入力し
て、上記指令速度ＶB を加算することにより生成され、
ＶF （ｎ）＝ＶB ＋Ｖd （ｎ）となる。また、第４の伝
達要素２１では、指令速度信号Ｖc ＝ＶF （ｎ）の積和
Σをとることにより指令位置信号Ｌc を出力する。即
ち、指令位置信号Ｌc （ｎ）は、前回のサンプリング時
刻における指令位置信号Ｌc （ｎ−１）にこの期間の移
動距離を加算することにより生成できるため、Ｌc
（ｎ）＝Ｌc （ｎ−１）＋ＶF （ｎ）・Ｔs となる。

【００３９】時刻ｔ2から時刻ｔ3までの期間（等加速度
期間）は、指令速度Ｖcは一次関数的に増加しており、
従って、指令加速度Ａcは正の一定値をとっており、ジ
ャークＪは０となっている。

【００４０】時刻ｔ2 から時刻ｔ3 までの期間における
速度パターン生成は、以下のように行われる。時刻ｔ1
から時刻ｔ2 までの期間における指令加速度信号Ａc は
Ａc（ｎ）＝Ａc （ｎ−１）＋Ｊ・Ｔs であるから、時
刻ｔ2 における指令速度ＶcをＶs ，時刻ｔ1 から時刻
ｔ2 までの時間をｔs とすると、Ｖs ＝（１／２）・Ｊ
ｔs ^２ となり、時刻ｔ1 から時刻ｔ2 までの期間にお
ける走行加工機の移動距離、即ち、図の斜線部の面積Ｓ
1 は、Ｓ1 ＝（１／６）・Ｊｔs ^３ となる。従って、
現在指令位置から目標位置までの残長をＬz ，時刻ｔ2
における指令位置を始点とした現在指令位置から目標位
置までの残長をＬz1とすると、Ｌz1＝Ｌz −Ｓ1 とな
る。時刻ｔ2 から時刻ｔ3 までの期間における第２の伝
達要素１５では、残長信号Ｌz が入力されると、内部で
これをＬz1＝Ｌz −Ｓ1 に変換するようになっており、
さらに、この変換残長信号Ｌz1を入力として伝達関数ｆ
1 （ｓ）＝（２Ａ・ｓ＋Ｖs ^２ ）^１／２ （Ａは加速
度）が設定されている。そして、残長信号Ｌz が入力さ
れると、内部でこれをＬz1＝Ｌz −Ｓ1 に変換して、速
度信号Ｖz （ｎ）＝ｆ1 （Ｌz1）＝（２Ａ・Ｌz1＋Ｖs
^２ ）^１／２ が出力される。速度信号Ｖz （ｎ）が出
力されると、前進速度信号ＶF （ｎ）＝Ｖl −Ｖz
（ｎ）が生成され、切換スイッチ１９を介してこの前進
速度信号ＶF （ｎ）が速度指令信号Ｖc ＝ＶF （ｎ）と
して出力される。第４の伝達要素２１では、指令速度信
号Ｖc の積和Σをとることにより指令位置信号Ｌc を出
力する。即ち、Ｌc （ｎ）＝Ｌc （ｎ−１）＋ＶF
（ｎ）・Ｔs となる。第５の伝達要素２２では、指令速
度信号Ｖc の差分Δをとることにより指令加速度信号Ａ
c を出力する。即ち、Ａc （ｎ）＝ＶF （ｎ）−ＶF
（ｎ−１）となる。また、この指令加速度信号Ａc は、
上記伝達関数ｆ1 （ｓ）に含まれる加速度Ａとなる。

【００４１】時刻ｔ3から時刻ｔ4までの期間（ジャーク
Ｊが負の一定値である期間）は、指令加速度信号Ａcが
一次関数的に減少しており、ジャークＪは負の一定値を
とっている。従って、指令速度信号Ｖcは、一次増加関
数から二次増加関数を減算したパターンとなっている。
即ち、走行加工機の加速度は、一次関数的に減少し、走
行加工機の速度がライン速度と一致したところで０とな
っている。

【００４２】時刻ｔ3から時刻ｔ4までの期間における速
度パターン生成は、以下のように行われる。時刻ｔ3か
ら時刻ｔ4までの期間における第２の伝達要素１５で
は、伝達関数ｆ1（ｓ）＝（４．５Ｊ・ｓ²）^1/3が設定
されており、残長信号Ｌzが入力されることにより、速
度信号Ｖz（ｎ）＝ｆ1（Ｌz）＝（４．５Ｊ・Ｌz²）^1/3
が出力される。速度信号Ｖz（ｎ）が出力されると、前
進速度信号ＶF（ｎ）＝Ｖl−Ｖz（ｎ）が生成され、切
換スイッチ１９を介してこの前進速度信号ＶF（ｎ）が
速度指令信号Ｖc＝ＶF（ｎ）として出力される。第４の
伝達要素２１では、指令速度信号Ｖcの積和Σをとるこ
とにより指令位置信号Ｌcを出力する。即ち、Ｌc（ｎ）
＝Ｌc（ｎ−１）＋ＶF（ｎ）・Ｔsとなる。第５の伝達
要素２２では、指令速度信号Ｖcの差分Δをとることに
より指令加速度信号Ａcを出力する。即ち、Ａc（ｎ）＝
ＶF（ｎ）−ＶF（ｎ−１）となる。

【００４３】時刻ｔ4から時刻ｔ5までの前進制御期間に
おける等速度運動期間及び時刻ｔ5から時刻ｔ13までの
復帰制御期間における速度パターンも、以上説明した速
度パターン生成と同様に行うことができる。

【００４４】図４は、本発明に係る走行加工制御装置に
おいて生成された指令速度パターンの典型例を示したグ
ラフである。

【００４５】図４のグラフに示されるように、一の加工
終了から次の加工終了までの指令速度Ｖcのグラフとラ
イン速度Ｖlのグラフとにより囲まれる部分の面積が、
一の加工から次の加工までの加工設定長を示している。
最初の加工は、待機状態から指令速度Ｖcとライン速度
Ｖlとが一致するまでに走行する距離が加工設定長であ
るので、長尺加工となっている。後続の各加工は、それ
ぞれ加工設定長が面積Ｓ51，Ｓ52，Ｓ53，Ｓ54で表され
るので、それぞれ短尺加工、中尺加工、中尺加工、長尺
加工となっている。また、前述したように、一の加工終
了後、原点まで復帰せずに次の目標位置までの前進制御
を行う場合には、その直前の復帰制御から前進制御に切
り替わった時点における指令速度Ｖc即ちＶB51，ＶB5
2，ＶB53を基準として、その直後の前進制御における前
進速度ＶFの生成が行われる。

【００４６】図５は、本発明に係る走行加工制御装置に
おける前進制御と復帰制御との切換制御についての説明
のための指令速度パターンを示したグラフである。

【００４７】前進制御と復帰制御との切換制御において
は、ライン速度Ｖlと指令速度Ｖcとの速度差ΔＶ＝Ｖl
−Ｖcだけ加速するために必要な加速時間Ｔaを求める。
即ち、走行加工機の最大速度をＶmax，最大速度Ｖmaxま
での加速時間をＴAとすると、Ｔa＝ΔＶ・ＴA／Ｖmaxと
なる。さらに、現在速度から目標速度までの加速、即
ち、速度差ΔＶだけ加速するために必要な加速距離Ｓa
を求めると、Ｓa＝ΔＶ・Ｔa／２となる。

【００４８】そしてこの加速距離Ｓaを残長（目標到達
距離）Ｌzと比較し、Ｓaの値がＬzの値以上であるとき
は前進制御を選択する。即ち、図１における切換スイッ
チ制御手段２０により、切換スイッチ１９を介して出力
される指令速度Ｖcとして前進速度ＶFを選択する。一
方、Ｓaの値がＬzの値未満であるときは復帰制御を選択
する。即ち、切換スイッチ制御手段２０により、切換ス
イッチ１９を介して出力される指令速度Ｖcとして復帰
速度ＶRを選択する。

【００４９】図５においては、（ΔＶ，Ｔa，Ｓa）とし
て（ΔＶ1，Ｔa1，Ｓa1），（ΔＶ2，Ｔa2，Ｓa2），
（ΔＶ3，Ｔa3，Ｓa3），（ΔＶ4，Ｔa4，Ｓa4）の値を
用いて、各時点における前進制御と復帰制御との切換制
御を行う。この切換制御のための比較は、図１における
切換スイッチ制御手段２０により行われ、その比較の結
果に応じて、切換スイッチ１９の切換が行われる。

【００５０】

【発明の効果】本発明に係る走行加工制御装置は、フィ
ードバック制御部から完全に分離して構成された指令速
度パターン生成部により指令位置信号Ｌc ，指令速度信
号Ｖc及び指令加速度信号Ａc を生成し、これらの信号
を使用して、フィードバック制御部によりトルク指令信
号Ｑc を生成し、これにより、走行加工機の速度制御を
行うこととしたので、指令速度パターン生成部を構成す
る伝達要素において任意の伝達関数又は入出力変換を設
定することにより計画的かつ自由な速度パターンの生成
及び制御を行うことができ、最適な関数又は入出力変換
を選択して設定することにより走行加工機の最適な速度
制御、即ち、前進制御及び復帰制御を行うことができ
る。その結果、走行加工機の動作を円滑なものとし、加
工効率及び加工精度の向上等を図ることができる。計画
的かつ自由な速度パターンの生成及び制御により、加工
後原点に戻らない短尺加工から原点に戻って待機する長
尺加工まで、あらゆる設定長の加工に対応することがで
きる。

【００５１】また、指令位置信号Ｌc，指令速度信号Ｖc
及び指令加速度信号Ａcを生成する指令速度パターン生
成部は、フィードバック制御部から完全に分離して構成
され、制御対象からのフィードバック信号を速度パター
ンの生成に一切使用していないので、雑音や外乱の影響
を受けにくく、その結果、走行加工機の円滑な制御が可
能となり、加工精度の低下を防止することができる。

【００５２】さらに、指令位置信号Ｌc，指令速度信号
Ｖc及び指令加速度信号Ａcを生成する指令速度パターン
生成部は、ソフトウェアのみで構成することができるの
で、作業現場における速度パターンの調整又は変更を容
易に行うことができ、制御系統の故障時における原因究
明も容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る走行加工制御装置の実施の一形態
における構成を示したブロック線図。

【図２】本発明に係る走行加工制御装置において生成さ
れた指令速度パターンの第１の例を示したグラフ。

【図３】本発明に係る走行加工制御装置において生成さ
れた指令速度パターンの第２の例を示したグラフ。

【図４】本発明に係る走行加工制御装置において生成さ
れた指令速度パターンの典型例を示したグラフ。

【図５】本発明に係る走行加工制御装置における前進制
御と復帰制御との切換制御についての説明のための指令
速度パターンを示したグラフ。

【符号の説明】

１ 指令速度パターン生成部 ２ フィードバック制御部 ３ 走行加工機駆動用モータ １１ 材料移動長測長エンコーダ（Ｅ2 ） １２ 第１のカウンタ １３ 第１の伝達要素 １５ 第２の伝達要素 １７ 第３の伝達要素 １９ 切換スイッチ ２０ 切換スイッチ制御手段 ２１ 第４の伝達要素 ２２ 第５の伝達要素２２ ３１ 加工機位置計測エンコーダ（Ｅ1 ） ３２ 第２のカウンタ ３４ 第６の伝達要素 ３５ 第７の伝達要素 ３７ 第８の伝達要素 ３８ 第９の伝達要素 ４０ 第１０の伝達要素 ４１ Ｄ／Ａ変換器 ４２ 増幅器 Ｖl 搬送ライン速度 Ｌset 加工設定長 Ｌl 材料移動長 Ｖc 指令速度 Ｌc 指令位置 Ａc 指令加速度 Ｌm 加工機位置 Ｖm 加工機速度 Ａｍ 加工機加速度 Ｖｚ 第２の伝達要素の出力速度 ＶF 前進速度 ＶR 復帰速度 Ｑc 指令トルク Δ 差分 Σ 積和 ｆ1 ，ｆ2 伝達関数 ＴA 最大速度までの加速時間 Ｔa 現在速度から目標速度までの加速時間 Ｓa 現在速度から目標速度までの加速に必要な距離 Ｌz 残長（目標到達距離） ＶB 復帰制御から前進制御への切換時の指令速度 Ｖd 速度ＶB を基準とした指令速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 19/18 G05B 19/418

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工対象物である材料上に設けられて材料
   移動長に応じたパルス数の測長信号を出力する材料移動
   長測長エンコーダと、 前記材料移動長測長エンコーダから出力された前記測長
   信号のパルス数をカウントし、材料移動長信号Ｌl を出
   力する第１のカウンタと、 前記材料移動長信号Ｌl の差分Δをとることによりライ
   ン速度信号Ｖl を出力する第１の伝達要素手段と、 前記加工対象物における一の加工点と前記一の加工点の
   次に加工される目標加工点との設定距離である加工設定
   長を示す信号として入力される加工設定長信号Ｌset に
   対し指令位置信号Ｌc の加算及び前記材料移動長信号Ｌ
   l の減算を行い、現在指令位置から目標位置までの残長
   を表す残長信号Ｌz を出力する第１の加え合わせ手段
   と、 任意の伝達関数ｆ1 （ｓ）又は入出力変換を設定するこ
   とができ、前記残長信号Ｌz から速度信号Ｖz を生成す
   る第２の伝達要素手段と、 前記ライン速度信号Ｖl から前記速度信号Ｖz の減算を
   行い、前進速度信号ＶF を生成する第２の加え合わせ手
   段と、 任意の伝達関数ｆ2 （ｓ）又は入出力変換を設定するこ
   とができ、復帰速度信号ＶR を生成する第３の伝達要素
   手段と、 前記前進速度信号ＶF 又は前記復帰速度信号ＶR を切り
   換えて指令速度信号Ｖc として出力する切換スイッチ
   と、 前記ライン速度信号Ｖl ，前記指令速度信号Ｖc 及び前
   記残長信号Ｌz に基づき前記切換スイッチの切換を制御
   する切換スイッチ制御手段と、 前記指令速度信号Ｖc の積和Σをとることにより指令位
   置信号Ｌc を生成する第４の伝達要素手段と、 前記指令速度信号Ｖc の差分Δをとることにより指令加
   速度信号Ａc を生成する第５の伝達要素手段と、 から構成された指令速度パターン生成手段を備えたこと
   を特徴とする走行加工制御装置。
2. 【請求項２】制御対象である走行加工機駆動用モータに
   設けられてモータ動作量に応じたパルス数の加工機位置
   計測信号を出力する加工機位置計測エンコーダと、 前記加工機位置計測エンコーダから出力された前記加工
   機位置計測信号のパルス数をカウントし、加工機位置信
   号Ｌm を出力する第２のカウンタと、 前記指令速度パターン生成手段で生成された前記指令位
   置信号Ｌc に対し加工機位置信号Ｌm の減算を行う第３
   の加え合わせ手段と、 偏差信号（Ｌc −Ｌm ）に第１のゲインＫ1 を乗ずる第
   ６の伝達要素手段と、 前記加工機位置信号Ｌm の差分Δをとることにより加工
   機速度信号Ｖm （ｎ）＝Ｌm （ｎ）−Ｌm （ｎ−１）を
   出力する第７の伝達要素手段と、 前記指令速度パターン生成手段で生成された前記指令速
   度信号Ｖc に対し偏差信号Ｋ1 （Ｌc −Ｌm ）の加算及
   び加工機速度信号Ｖm の減算を行う第４の加え合わせ手
   段と、 前記加工機速度信号Ｖm の差分Δをとることにより加工
   機加速度信号Ａm ＝Ｖm （ｎ）−Ｖm （ｎ−１）を出力
   する第８の伝達要素と、 偏差信号Ｋ1 （Ｌc −Ｌm ）＋Ｖc −Ｖm に第２のゲイ
   ンＫ2 を乗ずる第９の伝達要素手段と、 前記指令速度パターン生成手段で生成された前記指令加
   速度信号Ａc に対し偏差信号Ｋ2 ｛Ｋ1 （Ｌc −Ｌm ）
   ＋Ｖc −Ｖm ｝の加算及び加工機加速度信号Ａm の減算
   を行う第５の加え合わせ手段と、 偏差信号Ｋ1 Ｋ2 （Ｌc −Ｌm ）＋Ｋ2 （Ｖc −Ｖm ）
   ＋Ａc −Ａm に第３のゲインＫ3 を乗ずる第１０の伝達
   要素手段と、 前記第１０の伝達要素手段から出力されたトルク指令信
   号Ｑc ＝Ｋ1 Ｋ2 Ｋ3（Ｌc −Ｌm ）＋Ｋ2 Ｋ3 （Ｖc
   −Ｖm ）＋Ｋ3 （Ａc −Ａm ）をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ
   変換器と、 前記Ｄ／Ａ変換器から出力されたトルク指令アナログ信
   号を増幅して出力する増幅器と、 から構成されたフィードバック制御手段をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の走行加工制御装置。