JP3640909B2 - 多軸補間制御装置 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は工作機械等に利用される装置であって、多軸用の複数のモータを補間動作させる多軸補間制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
NCマシン等においては、テーブル等を自由自在に移動させるために多軸用のモータが備えられている。例えば、X−Yテーブル用のX軸用、Y軸用モータとしてステッピングモータが用いられている場合、図5に示すような多軸補間制御装置により同モータの補間動作が行われている。
【0003】
同装置は、NCマシン等の制御用コンピュータ7から出力された制御信号(X−Yテーブル等を移動させるパターンを示した動作パラメータ)に基づいてX軸、Y軸の動作量を演算する補間演算機能を有したモータコントローラ5と、モータコントローラ5により求められたX軸、Y軸の動作量に応じたX軸用、Y軸用のパルス信号を生成してX軸用、Y軸用モータ3、4に各々出力するX軸、Y軸パルスジェネレータ6x、6yから構成されている。
【0004】
例えば、制御用コンピュータ7から出力された制御信号がX−Yテーブル等を円弧移動させる動作パラメータであったとすると、この動作パラメータに基づいてX−Yテーブル等を円弧移動させるのに必要なX軸、Y軸の動作量をモータコントローラ5が各々演算し、演算されたX軸、Y軸の動作量に対応したパルス長を有したX軸用、Y軸用パルス信号をX軸、Y軸パルスジェネレータ6x、6yが各々生成するようになっている。このような多軸補間制御装置によりX軸用、Y軸用モータ3、4が補間動作されることから、図外のX−Yテーブルが制御用コンピュータ7の指令通りに円弧移動することになる。
【0005】
【発明が解消しようとする課題】
しかしながら、上記従来例による場合、X−Yテーブル等を複雑なパターンで移動させるにはモータコントローラ5内の演算が複雑となり、これに伴って演算時間も長くなる。場合によっては、高速演算プロセッサ等を用いることが必要になる。また、補間動作すべきモータの数が多くなると、ソフトウエアだけでなく、ハードウエア全体が複雑になり大幅なコスト高になる。
【0006】
本発明は上記した背景の下で創作されたものであり、その目的とするところは、演算を行うことなく多軸用の複数のモータの補間動作を実現することが可能な多軸補間制御装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解消するための手段】
本発明に係る多軸補間制御装置は、多軸用の複数のモータを補間動作させる多軸補間制御装置において、多軸間で補間動作を実現するのに必要な複数のモータの単位時間毎の速度のデータがパルス長のデータとして予めモータ毎に順次記録されたメモリ部と、複数のモータを当該速度で各々駆動させるためにメモリ部から読み出されたデータに対応したパルス長を有したパルス信号を各々生成するパルス信号生成部と、基準クロックを計数するとともに当該計数結果が単位時間を示す毎にリセットする単位時間カウンタと、パルス信号生成部の後段に各々設けられており且つ単位時間カウンタのリセットのタイミングに応じて当該パルス信号生成部から出力された各パルス信号を各々リセットするパルス信号同期処理部と、メモリ部上のデータをモータ毎に順次読み出すために単位時間カウンタのリセットのタイミングに応じてメモリ部の読み出しアドレスを順次変化させる読み出しアドレス制御部とを具備している。
【0008】
パルス信号生成部に関しては、基準クロックを計数する基準クロックカウンタと、メモリ部から読み出されたデータと基準クロックカウンタの計数値とを大小比較し当該比較結果を前記パルス信号として出力する比較部とを有し、前記計数値が前記データと等しくなったタイミングで基準クロックカウンタをリセットする構成となっているものを用いる。
【0009】
メモリ部に複数種の単位時間毎の速度のデータがパルス長のデータとして予めモータ毎に順次記録されており且つ制御用コンピュータの指令に従って動作する場合、単位時間カウンタについて、制御用コンピュータにより単位時間の設定値が変更可能になっている一方、読み出しアドレス制御部について、メモリ部の読み出しアドレスを制御用コンピュータの指令に従って切り替え、これにより当該指令に応じた種類の速度のデータをモータ毎に順次読み出すことが可能になっている構成のものを用いると良い。
【0010】
【発明の実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は多軸補間制御装置のブロック図、図2は同装置のメモリ部のデータの内容を説明するための図であってX軸用モータを動作させるためのパルス信号の部分波形図、図3は同装置のメモリ部にデータとして記録されるパルス長の設定方法について説明するための図であってパルス信号のタイミングチャート、図4は同装置のメモリ部にデータとして記録されるパルス長の設定方法について説明するための別のパルス信号のタイミングチャートである。
【0011】
ここに掲げる多軸補間制御装置1は、NCマシンの制御用コンピュータ2とステッピングモータであるX軸用、Y軸用モータ3、4との間に備えられる装置であって、NCマシンのX−Yテーブル(図示せず)に連結されたX軸用、Y軸用モータ3、4を補間動作させる基本構成となっている。ここではX−Yテーブルを複数種のパターン(例えば、円弧動作、直線移動等)で動かせているので、同装置1は制御用コンピュータ2の指令に従って動作するようになっている。
【0012】
同装置1は、X軸用、Y軸用モータ3、4を単位時間T毎に所定速度で各々動作させるためのパルス長のデータが予め各々記録されたメモリ部10と、メモリ部10から出力されたデータx、yに応じたパルス長を有したパルス信号Px、Pyを各々順次生成するとともにX軸用、Y軸用モータ3、4に向けて各々出力するパルス信号生成部20x、20yと、基準クロックを計数するとともに計数結果が単位時間Tを示す毎にリセットする単位時間カウンタ30と、パルス出力信号生成部20x、20yの後段に各々設けられており且つ単位時間カウンタ30のリセットのタイミングに応じてパルス信号生成部20x、20yから出力されたパルス信号Px、Pyを各々リセットするパルス信号同期処理部40x、40yと、単位時間カウンタ30のリセットのタイミングに応じてメモリ部10の読み出しアドレスを順次変化させる読み出しアドレス制御部50とを具備している。
【0013】
メモリ部10としてはここではEPROMを用いている。図2はX軸用モータ3を単位時間T毎に所定速度で各々動作させるためのパルス信号Pxの波形を示している。パルス信号Pxは単位時間Tにおいて同一パルス長のパルスが所定数含められた信号となっている。ここではパルスの半周期の時間を示すデータx(図中ではデータn)がパルス長のデータとしてメモリ部10に記録されている。メモリ部10にはX軸用モータ3用のパルス長のデータが単位時間T毎に記録されている。パルス信号Pyのパルス長のデータについても全く同様にしてメモリ部10に記録されている。要するに、パルス信号Px、Pyのパルス長のデータは単位時間T毎のX軸用、Y軸用モータ3、4の速度を各々示している。なお、パルス長の設定方法について後述する。
【0014】
このようなパルス信号Px、Pyのパルス長のデータはX−Yテーブルを動かせるパターン(円弧動作、直線移動等)の種類毎にメモリ部10に記録されている。パルス長のデータを基礎付ける単位時間Tはパターンの種類に応じて設定されている。なお、円弧動作用のデータについての単位時間T1とし、直線動作用のデータについての単位時間をT2とする。
【0015】
パルス信号生成部20xは、基準クロック(t≪T)を計数する基準クロックカウンタ201xと、メモリ部10から出力されたデータxと基準クロックカウンタ201xの計数値A1とを大小比較し当該比較結果をパルス信号Pxとして出力する比較部202xとを有しており、計数値A1がデータxと等しくなったタイミングで基準クロックカウンタ201xをリセットする構成となっている。メモリ部10の容量を考慮し、図2に示すパルスの半周期の時間を示すデータをメモリ部10に記録するようにした関係上、計数値A1がデータxと等しくなったタイミングで比較部202xの出力をローレベルからハイレベル又はハイレベルからローレベルに反転させている。上記した内容はパルス信号生成部20yについても全く同様である。なお、基準クロックカウンタ201x、201yは単位時間カウンタ30と同時にカウントを開始するようになっている。
【0016】
単位時間カウンタ30はパルス信号生成部20xと似通った構成となっており、基準クロックの計数値が予め設定された単位時間Tに等しくなると、計数値をリセットするとともにこれをリセット信号RSTとして出力するようになっている。なお、単位時間カウンタ30における単位時間Tの設定値は制御用コンピュータ2により任意に書き換え可能になっている。
【0017】
パルス信号同期処理部40xとしてはここではフリップフロップを用いている。パルス信号同期処理部40xには、パルス信号生成部20xから出力されたパルス信号Px及び単位時間カウンタ30から出力されたリセット信号RSTが入力されている。即ち、リセット信号RSTが非アクティブであるときにはパルス信号Pxをそのまま出力させるが、リセット信号RSTがアクティブになると、パルス信号Pxを強制的にリセットするようになっている。上記した内容はパルス信号同期処理部40yについても全く同様である。
【0018】
読み出しアドレス制御部50はメモリ部10の読み出しアドレスを生成するレジスタ回路であって、単位時間カウンタ30から出力されたリセット信号RST及び制御用コンピュータ2から出力された指令データが入力されている。即ち、リセット信号RSTがアクティブとなる度に、読み出しアドレスが順次カウントアップされるようになっている。その結果、メモリ部10から出力されるパルス信号Px、Pyのパルス長のデータはリセット信号RSTがアクティブとなる度に次のデータに移行することになる。
【0019】
メモリ部10には円弧移動用、直線移動用等のパルス長のデータがその種類毎に記録されていることについては上述した。これらのパルス長のデータの読み出しは、制御用コンピュータ2からの指令により読み出しアドレス制御部50を通じてその種類毎に切り替えられるようになっている。
【0020】
ここでメモリ部10にデータとして記録すべきパルス長の設定方法について図3及び図4を参照して説明する。まず、図3(a)に示すように、パルス信号Px、Pyにおいて単位時間T内のパルス数が異なる場合、そのパルス周波数が同一であるときには、少ないパルス数の方、ここではパルス信号Pxの全てのパルスが先に出力されてしまうことになる。よって、パルス信号Pxとパルス信号pyとは単位時間Tの始めにおいて同期がとれているものの、その終わりにおいて同期がとれておらず、その結果、X軸用、Y軸用モータ3、4、ひいてはX軸、Y軸が補間された状態にならない。
【0021】
そこで、図3(b)に示すように、パルス信号Px、Pyが単位時間T内において均等に出力されるようにパルス長を単位時間Tとパルス数によって修正する。具体的には、X軸用、Y軸用モータ3、4において、単位時間T当たりに出力される最大のパルス数をXとし、そのときのパルス長をmとする。所望のパルス数がYであったとすると、その所望のパルス数でのパルス長nは、n=(X/Y)mとなる。このnのパルス長でパルス信号Px、Pyを出力すれば、パルス信号Px、Pyが単位時間T内の均等に割り振られて出力される。
【0022】
このような方法でパルス信号Pxのパルス長が設定されると、パルス信号Pxとパルス信号Pyとは単位時間Tの始めにおいてだけでなく、その終わりにおいても同期がとれることになり、その結果、X軸用、Y軸用モータ3、4、ひいてはX軸、Y軸が補間された状態となる。
【0023】
なお、上記演算で端数が出る場合には、図4に示すようにパルス信号Px又はPyが単位時間Tで立ち下がらないことから、これを防ぐために、パルス信号Px又はPyが単位時間Tで立ち下がるようにパルス長を修正して増分しておくと良い。
【0024】
このようにパルス信号Pxとパルス信号Pyとの間で単位時間Tの初め及び終わりにおいて同期がとれるように両信号のパルス長を設定することが必要である。このように設定された両信号のパルス長のデータが単位時間T毎にメモリ部10に予め記録するようにしている。メモリ部10に予め記録された、X軸用、Y軸用モータ3、4を単位時間T毎に所定速度で各々動作させるためのパルス長のデータとはこのように設定されたデータを指している。
【0025】
以上のように構成された多軸補間制御装置1の動作について説明する。同装置1が通電されると、単位時間カウンタ30及び基準クロックカウンタ201x、201yが同時にカウントを開始する。
【0026】
そして、制御用コンピュータ2から出力された指令がX−Yテーブルを円弧動作させる場合、読み出しアドレス制御部50により当該指令に応じたパターンのデータx、yがメモリ部10から各々出力される。この場合、制御用コンピュータ2により単位時間カウンタ30における単位時間Tの設定値がT1に書き換えられる。
【0027】
基準クロックカウンタ201xの計数値A1がデータxに等しくなると、比較部202xの出力の論理が反転すると同時に、基準クロックカウンタ201xがリセットされ、その後、基準クロックカウンタ201xの計数値A1がデータxに等しくなると、比較部202xの出力の論理が更に反転する。この結果、パルスの半周期がデータxであるパルス信号Pxが生成される。以後はこの繰り返しであり、単位時間カウンタ30のリセット信号RSTがアクティブになるまでパルス信号Pxが連続して生成され、パルス信号同期処理部40xを介してX軸用モータ3に出力される。
【0028】
一方、単位時間カウンタ30の計数値が単位時間T1に等しくなると、リセット信号RSTがアクティブになり、パルス信号同期処理部40xによりパルス信号Pxがリセットされる。リセット信号RSTがアクティブになると、メモリ部10の読み出しアドレスがカウントアップされ、次のデータx’がメモリ部10から出力される。以後は上記と全く同様である。
【0029】
上記した内容はパルス信号Pxであるが、パルス信号Pyについても全く同様である。その結果、パルス信号Px、Pyとの関係については図3(b)に示すようになる。このように単位時間T1毎に同期したパルス信号Px、PyがX軸用、Y軸用モータ3、4に各々出力されるので、X軸用、Y軸用モータ3、4、ひいてはX軸、Y軸が補間動作され、結果として、所望の円弧動作が実現されることになる。
【0030】
また、制御用コンピュータ2から出力された指令がX−Yテーブルを直線移動させる場合、読み出しアドレス制御部50により当該指令に応じたパターンのデータx、yがメモリ部10から各々出力される。この場合、制御用コンピュータ2により単位時間カウンタ30における単位時間Tの設定値がT2に書き換えられる。その後は上記と全く同様の動作となり、単位時間T2毎に同期したパルス信号Px、PyがX軸用、Y軸用モータ3、4に各々出力されるので、X軸用、Y軸用モータ3、4、ひいてはX軸、Y軸が補間動作され、結果として、所望の直線移動が実現されることになる。制御用コンピュータ2から出力された指令が上記以外である場合も全く同様である。
【0031】
よって、従来例による場合とは異なり、演算を行うことなく、X軸用、Y軸用モータ3、4の補間動作を実現することが可能になる。また、メモリ部10に記録されたデータx、yを同じ比率で倍にすることにより、X−Yテーブルの拡大縮小動作を簡単に実現することが可能となる。更に、X−Yテーブルを複雑なパターンで移動させるときであっても、そのためのデータをメモリ部10に用意しておくだけで良く、極めて簡単に実現することが可能である。
【0032】
上記実施形態においては2軸について説明したが、これ以上の多軸であっても同様に適用可能である。この場合、基準クロックカウンタについては各軸毎に必要であるが、単位時間カウンタについては補間する一群について1つのみで良いことになる。このような3軸以上の場合であっても、補間動作のための特別な演算を行う必要がない以上、ハードウエア自体が大幅に複雑にならず、装置の高性能化及び低コスト化を図ることが可能になる。また、NCマシンだけに適用されず、プリンタ等にも同様に適用可能である。更に、制御用コンピュータの下で動作させるのではなく、多軸補間制御装置の単独で多軸用モータの補間動作を行うような形態をとってもかまわない。
【0033】
なお、本発明に係る多軸補間制御装置は上記実施形態に限定されず、メモリ部等については同一機能を有する限り、どのような種類又は構成のものを用いてもかまわない。パルスにより動作し得る限りモータの種類についても限定されず、ステッピングモータの代わりに直流モータ等を用いてかまわない。
【0034】
【発明の効果】
以上、本発明に係る多軸補間制御装置による場合、複数のモータを駆動させるさせるためのパルス信号をモータ毎に生成する一方、そのパルス信号のパルス長を予めメモリ部に記録された多軸間で補間動作を実現するのに必要な複数のモータの単位時間毎の速度のデータに従って各々可変にする構成となっているので、演算を行うことなく多軸用の複数のモータの補間動作を実現させることが可能になった。従来例による場合とは異なり、演算を行うことが不要である以上、たとえ補間動作すべきモータの数が多いときであっても、ハードウエア全体が非常にシンプルとなり、大幅な低コスト化を図ることが可能になる。しかもX−Yテーブル等を複雑なパターンで移動させるときであっても、そのためのデータをメモリ部に用意しておくだけで良く、極めて簡単に実現することが可能になる。よって、同装置の低コスト化及び高性能化を図る上で大きな意義がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明するための図であって、多軸補間制御装置のブロック図である。
【図2】同装置のメモリ部のデータの内容を説明するための図であってX軸用モータを動作させるためのパルス信号の部分波形図である。
【図3】同装置のメモリ部にデータとして記録されるパルス長の設定方法について説明するための図であってパルス信号のタイミングチャートである。
【図4】同装置のメモリ部にデータとして記録されるパルス長の設定方法について説明するための別のパルス信号のタイミングチャートである。
【図5】従来例を説明するための図であって、多軸補間制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
1 多軸補間制御装置
10 メモリ部
20x、20y パルス信号生成部
30 単位時間カウンタ
40x、40y パルス信号同期処理部
50 読み出しアドレス制御部
2、3 X軸用、Y軸用モータ
Claims (2)
- 多軸用の複数のモータを補間動作させる多軸補間制御装置において、多軸間で補間動作を実現するのに必要な複数のモータの単位時間毎の速度のデータがパルス長のデータとして予めモータ毎に順次記録されたメモリ部と、複数のモータを当該速度で各々駆動させるためにメモリ部から読み出されたデータに対応したパルス長を有したパルス信号を各々生成するパルス信号生成部と、基準クロックを計数するとともに当該計数結果が単位時間を示す毎にリセットする単位時間カウンタと、パルス信号生成部の後段に各々設けられており且つ単位時間カウンタのリセットのタイミングに応じて当該パルス信号生成部から出力された各パルス信号を各々リセットするパルス信号同期処理部と、単位時間カウンタのリセットのタイミングに応じてメモリ部の読み出しアドレスを順次変化させる読み出しアドレス制御部とを具備し、前記パルス信号生成部は、基準クロックを計数する基準クロックカウンタと、メモリ部から読み出されたデータと基準クロックカウンタの計数値とを大小比較し当該比較結果を前記パルス信号として出力する比較部とを有しており、前記計数値が前記データと等しくなったタイミングで基準クロックカウンタをリセットする構成となっていることを特徴とする多軸補間制御装置。
- 前記メモリ部に複数種の単位時間毎の速度のデータがパルス長のデータとして予めモータ毎に順次記録されており且つ制御用コンピュータの指令に従って動作する場合の請求項1記載の多軸補間制御装置において、前記単位時間カウンタについて、制御用コンピュータにより単位時間の設定値が変更可能になっている一方、前記読み出しアドレス制御部について、前記メモリ部の読み出しアドレスを制御用コンピュータの指令に従って切り替え、これにより当該指令に応じた種類の単位時間当たりの速度のデータをモータ毎に順次読み出すことが可能になっていることを特徴とする多軸補間制御装置。
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