JP4170567B2

JP4170567B2 - 工作機械の移動装置および工作機械の移動装置の制御方法

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Publication number: JP4170567B2
Application number: JP2000206638A
Authority: JP
Inventors: 隆一沖
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: JP2002018664A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、少なくとも１つの１軸方向に往復移動可能な移動体とその移動体の移動および位置決めを制御する制御装置を備えた工作機械の移動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に、工作機械の移動装置の概略の構成が示されている。この具体例では、図４中に示されたＸ軸方向に移動する移動体１とＹ軸方向に移動する移動体２との２つの移動体が、床に水平に据え置かれるベッド３上に重畳するように搭載されている。
【０００３】
移動体１は、移動体２の移動方向に直交する方向に沿って互いに平行に設けられた２本のガイドレール２２と係り合うガイド体１２（直動軸受）を含むガイド装置４に案内されてＸ軸方向に移動できるテーブル装置である。移動体１は、テーブル１１の下面に取り付けられている可動子である電機子１３と、電機子１３に対向して移動体２のサドル２１の上面に取り付けられた固定子である磁石板２３とで構成されるモータ５（リニアモータ）で駆動される。テーブル１１の位置は、１．００〜０．０１μｍ単位で検出可能な位置検出器６で検出される。具体的には、テーブル１１に設けられた読取器１４と、読取器１４に対向配置されガイドレール２２に沿って移動体２のサドル２１に貼付されたスケール２４を有するリニアスケールが用いられている。
【０００４】
ガイドレール２２の両端は、ガイド体１２がガイドレール２２の外側に飛び出さないように、制限部材で移動体１が往復移動する範囲を規制している。また、テーブル１１の端面に弾性部材が対向するように配置された緩衝部材であるストッパ２５が設けられている。そして、移動体１のガイド体１２がガイドレールの末端、すなわち移動体が移動し得る限界位置の直前で、移動体１をストッパ２５に突き当てて、移動体１が許容される規制された移動範囲を越えてガイド体１２が上記ガイドレール２２の制限部材と衝突する事故を防止している。
【０００５】
移動体２は、ベッド３上にＹ軸方向に沿って互いに平行に設けられた２本のガイドレール３１と係り合う図示しないガイド体を含むガイド装置４に案内されてＹ軸方向に移動できるテーブル装置である。移動体２は、サドル２１の下面に取り付けられている図示しない可動子である電機子と、この電機子に対向してベッド３の上面に取り付けられた固定子である磁石板３２とで構成されるモータ５（リニアモータ）で駆動される。サドル２１の位置は、テーブル１１と同様に、サドル２１に設けられた読取器２６とベッド３に正確に貼付されたスケール３３を有するリニアスケール６が用いられている。そして、ガイドレール３１の両端は、ガイドレール２２と同様に、移動体２のガイド体がガイドレール３１の外側に外れないように形成される。また、サドル２１の端面に弾性部材が対向するように配置されたストッパ３４が設けられている。
【０００６】
移動体１と移動体２には、それぞれその移動範囲の両端に制限位置（機械リミット）が設置されている。この制限位置を決める限界検出装置７は、一対のリミットスイッチ１５または２７と、移動体２およびベッド３に取り付けられた一対のリミットドッグ２８または３５からなる。限界検出装置７は、移動体に設けられたリミットスイッチがそのリミットスイッチに対向するリミットドッグに当たると、リミットスイッチがオンして信号を出力するように構成されている。このように、移動体が物理的に移動できる範囲の両端である２つの限界位置の手前にそれぞれ制限位置を設定し、この制限位置が検出されたら、移動体の所望の移動指令を中断して予め設定されている加速度（減速時を含む、以下同じ）で停止させる。
【０００７】
このとき、上記制限位置に到達したら移動体の移動の制御が中断して、移動体が停止させられてしまうから、数値制御プログラムに規定された移動経路に沿って工具と被加工物とが相対移動するように移動体の移動を制御する上では、移動体が限界検出装置によって制限位置が検出されない範囲内で移動体が停止するようにモータの加減速が制御されている。また、操作者が手元にある操作盤で操作する場合は、移動体の動作を直接目視しながら表示装置を参照するなどして所望の位置に停止させる。
【０００８】
したがって、上記制限位置と上記限界位置との間は、事実上、移動体が加工中は移動が許されない範囲、いわゆるデッドスペースであるので、制限位置は可能な限り限界位置に近い位置に設置されることが望ましい。単純に言えば、制限位置は、移動体が可能な最大レベルの加速度で停止できる位置まで限界位置から離れた位置に設けられればよいが、現実的にはそれ以上離れた位置に設けられる必要がある。
【０００９】
図５に、制限位置と限界位置の関係が示されている。この具体例では、図４に示されたＸ軸方向に移動する移動体１の移動速度を縦軸に、移動位置を横軸にとり、限界位置に到達するまでの移動体の位置と速度との関係が部分的に示されている。なお、移動体の減速時の位置に対する速度の変化は実際は曲線状であるが、図５では、便宜上、その曲線に近似する直線で表されている。
【００１０】
許容される最大の加速度Ａ_ＭＡＸを基準に制限位置Ｘ_Ｌを設置した場合、移動体１の移動の制御が適確に実行されている間は限界位置Ｘ_Ｏの手前で停止される。しかしながら、例えば停電によって、たとえ一時的であるにしても、モータを駆動する電力が供給されなくなり、制限位置Ｘ_Ｌと限界位置Ｘ_Ｏとの間でモータの制御が不能の状態に陥ったときには、移動体１は、慣性によって、少なくとも設定されている加速度Ａ_ＭＡＸによる減速よりも緩やかな減速で走行し続ける。
【００１１】
そして、移動体１が移動体１の衝突を緩衝する緩衝部材に突き当たり、あるいは、移動体１の衝突のときの速度によっては、移動体１のガイド体１２が移動体１の移動を物理的に規制するガイドレール２２の制限部材に衝突する。工作機械の移動装置の移動体やそれに載置される金属製の被加工物が一般に比較的重量があることもあって、この衝突によって、移動体、ガイド体、制限部材、緩衝部材、その他の移動装置周辺の装置部材が損傷する虞れがある。
【００１２】
そこで、一般的に、図５（Ｂ）に示されるように、移動体１が慣性によって走行する距離、あるいは移動体１がストッパやクッションなどの緩衝部材に衝突しても十分にその衝撃を吸収できるのに十分な距離だけ限界位置Ｘ_Ｏから離れた位置を制限位置Ｘ_Ｌと設定して、その位置に限界検出装置７を設置し、安全性を確保している。しかしながら、図５（Ｂ）で明らかなように、このようにして制限位置Ｘ_Ｌを設定すると、何ら異常がない状態下では、許容される最大の加速度Ａ_ＭＡＸで停止できる位置Ｘ_Ｓと限界位置Ｘ _Ｏとの間の距離の分、移動装置の実用可能な移動可能範囲が無駄になっている。なお、以下の説明では、移動体が制御されない慣性によって走行することを空送と称し、移動体が設定される最大の速度からこの空送によって停止するまでに要する距離を空送距離Ｄ_Ｌと称する。
【００１３】
ところで、近年、モータと制御装置の向上にともなって、移動体１をこれまでよりも高加速度かつ高速度で移動させることが可能になってきている。このような高性能の移動装置を備えた工作機械では、図５（Ｃ）に示されるように、上述した構成では、安全性を確保するためには、限界位置Ｘ_Ｏから相当離れた距離に制限位置Ｘ_Ｌを設定しなければならなくなり、機械本体に対する移動体１が移動可能な範囲が小さくなって不都合である。
【００１４】
リニアモータで駆動する移動装置のように回転運動を直線運動に変換する機構がない移動装置、特に移動体１の停止を補助する装置を設置しない場合には、この空送距離Ｄ_Ｌがより一層長くなる。このため、図５（Ｄ）に示されるように、モータ自体が高速度でかつ高加速度の移動を実現できても、現実的には安全な速度Ｖ_Ｓに抑えて移動体１を移動させざるを得ず、その性能を十分に生かしきれないのが現状である。
【００１５】
このとき、仮にその性能を優先させて、移動体をより高速度に移動させる一方で制限位置Ｘ_Ｌを比較的速度が遅いときに設定する位置のまま変更しなかった場合、図５（Ｄ）に示されるように、万一移動体１が緩衝部材に衝突したときの衝撃が大きくなるし、また、安全性を保証するために設けられているはずの限界検出装置７の効果も低下する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の工作機械の移動装置は、移動体の移動を制限する制限位置を移動体の移動が物理的に不可能な限界位置から比較的に近い位置に設定することが現実的には困難であった。本発明は、数値制御操作か手動操作かに関わらず、設定速度を可能な限り維持しつつ、万一のときにも移動体あるいはガイド体が他の部材と限界位置で衝突することを回避し得る、より限界位置に近い位置に制限位置を設定できる工作機械の移動装置を提供することを主たる目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の工作機械の移動装置は、１軸方向に往復移動可能な移動体１と、移動体１を駆動するモータ５と、移動体１の現在位置Ｘ_Ｃを検出する位置検出器６と、現在位置Ｘ_Ｃにおいて移動体１の空送時に移動体１が物理的に移動し得る限界位置Ｘ_Ｏでほぼ停止し得る移動体１の限界速度Ｖ_Ｃを求め、常に限界速度Ｖ_Ｃ以下の速度で移動するように移動体の移動を制御する制御装置８と、を含んでなり、好ましくは、限界速度Ｖ_Ｃと予め設定された設定速度Ｖ_Ｌと比較して、上記限界速度Ｖ_Ｃが設定速度Ｖ_Ｌよりも小さいときには限界速度Ｖ_Ｃで速度指令を出力するように移動体１の移動を制御する制御装置８を含んでなる。
【００１８】
具体的には、１軸方向に往復移動可能な移動体１と、移動体１を駆動するモータ５と、移動体１の現在位置Ｘ_Ｃを検出する位置検出器６と、少なくとも移動体１の設定速度Ｖ_Ｌ、設定加速度Ａ_Ｌ、空送時の加速度Ａ_Ｃ、および移動体１が物理的に移動し得る限界位置Ｘ_Ｏとを含む所定の設定値を予め設定する設定部１１０と、現在位置Ｘ_Ｃと限界位置Ｘ_Ｏとの間の距離Ｄ_Ｃと空送時の加速度Ａ _Ｃとから現在位置Ｘ_Ｃにおける限界速度Ｖ_Ｃを演算する限界速度演算部１３０と、限界速度Ｖ_Ｃと設定速度Ｖ_Ｌとを比較する比較部１４０と、限界速度Ｖ_Ｃが設定速度Ｖ_Ｌよりも大きいときは設定速度Ｖ_Ｌで速度指令を出力し小さいときには限界速度Ｖ_Ｃで速度指令を出力する指令値出力部１６０と、前記速度指令およびモータ５からフィードバックされる信号に基づいてモータ５を制御するモータ制御部とを含む制御装置８と、を含んでなる。
【００１９】
さらに、本発明の工作機械の移動装置は、限界位置Ｘ_Ｏに対して設定される所定の制限位置Ｘ_Ｌを越えたことを検出する限界検出装置を備え、制御装置８が限界検出装置７の信号に応じて移動体１の移動を停止する指令遮断部１６０を含んでなる。
【００２０】
また、上記目的を達成するために、本発明の工作機械の移動装置の制御方法は、移動体１の現在位置Ｘ_Ｃにおいて移動体１の空送時に移動体１が物理的に移動し得る限界位置Ｘ_Ｏでほぼ停止し得る移動体１の限界速度Ｖ_Ｃを計算する工程と、計算された限界速度Ｖ_Ｃと初期の設定速度Ｖ_Ｌを比較する工程と、限界速度Ｖ_Ｃが設定速度Ｖ_Ｌ以上のときは設定速度Ｖ_Ｌで速度指令を出力し小さいときには限界速度Ｖ_Ｃで速度指令を出力する工程と、を含んでなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の一例を示す実施の形態の制御装置の構成が示されている。また、図２に、本発明の実施の形態における移動体の移動の状態と限界位置および制限位置との関係が模式的に示されている。工作機械の本機の概略の構成は、既述した図４が参照される。図１は、主に図４に示されるＸ軸方向に移動する移動体１を制御する制御装置を示している。このとき、説明の便宜上、各設定値や演算されたデータの中で、数値制御装置中の所定の部材で使用されない設定値やデータは、その部材を通過して次の部材へ至るものとして、信号の移動を示す矢印を減じている点に注意されたい。なお、その他の軸の移動装置に関しては、本発明の基本的な技術思想の範囲において同一であるので、図示されていない。
【００２２】
この実施の形態の制御装置８は、主に移動指令を計算して出力する数値制御装置１０と、主にモータ５を制御するモータ制御装置２０とに区分され、さらに、モータ５を駆動する所要の電流を供給するパワーアンプ３０、制御装置８にフィードバック信号を出力する検出装置４０を備えている。
【００２３】
数値制御装置１０は、各手段の役割から、設定部１１０と、解読部１２０と、限界速度演算部１３０と、比較部１４０と、補間部１５０と、指令値出力部１６０とを含んでなる。一方、モータ制御装置２０は、同様に、位置制御部２１０と、速度制御部２２０と、電流制御部２３０とを含んでなる。また、検出装置４０は、位置検出部４１０と、速度検出部４２０と、電流検出部４３０とで構成される。
【００２４】
設定部１１０は、図２に示されるような、少なくとも、移動体１の設定速度Ｖ_Ｌと、移動体１の設定加速度Ａ_Ｌと、限界位置Ｘ_Ｏと、移動体の空送時の加速度Ａ_Ｃとを含む所定の初期の設定値を設定する。同時に、所望の移動体１が移動する目標位置Ｘ_ｎを含む操作者が移動体１に対する所望の移動経路をプログラムした数値制御プログラムのデータあるいは操作者が手元の操作盤などからの指令する移動命令信号を入力する。この実施の形態では、１つの設定部１１０で表されているが、設定値や入力信号の種類や特性によってそれぞれの設定値および入力信号に応じていくつあってもよい。数値制御プログラムのように変換が必要なデータは、解読部１２０で解読されて移動体１の移動を制御するために必要なデータの形態に変換される。
【００２５】
限界速度演算部１３０は、移動体１が移動しているかどうかに関わらず、例えば２ミリ秒毎にリニアスケールなどの位置検出器６からの検出信号を得て、移動体１の現在位置Ｘ_Ｃから、その現在位置Ｘ_Ｃにおいて許容される最大速度である限界速度Ｖ_Ｃを計算する。限界速度Ｖ_Ｃの実施の形態における具体的な計算方法の一例は、次に示される。なお、数１におけるＡ _Ｃは、空送時の加速度であり、Ｄ _Ｃは、現在位置Ｘ _Ｃと限界位置Ｘ _Ｏとの間の距離である。
【００２６】
【数１】

【００２７】
比較部１４０は、設定部１１０で設定されている設定速度Ｖ_Ｌと限界速度演算部１３０で計算された限界速度Ｖ_Ｃを入力して比較する。そして、限界速度Ｖ_Ｃが設定速度Ｖ_Ｌ以上のときには、設定速度Ｖ_Ｌを所定速度とし、設定速度Ｖ_Ｌよりも限界速度Ｖ_Ｃが小さいときは、限界速度Ｖ_Ｃを所定速度として出力する。
【００２８】
補間部１５０は、解読部１２０で得られた数値制御プログラムに基づく座標データに基づいて、所望の工具と被加工物の相対移動経路の線分を求め、その線分に沿って工具と被加工物が相対移動するようにＸ軸方向に移動する移動体１の移動指令信号の配分を決定する。
【００２９】
指令値出力部１６０は、比較部１４０から出力される所定速度（設定速度Ｖ_Ｌまたは限界速度Ｖ_Ｃ）に従い、補間部１５０の出力に基づいて、移動体１がその所定速度で目標位置Ｘ_ｎまで移動するように速度指令を含む移動指令信号を所定のタイミングで出力する。移動体１の加減速時は、次の所定の制御サイクルにおける出力される所定速度がそのとき許容される設定加速度Ａ_Ｌを越えないように監視しながら、その設定加速度Ａ_Ｌに従って移動体が加減速するように速度指令を含む移動指令信号が出力される。
【００３０】
この実施の形態における指令値出力部１６０は、移動体１が制限位置Ｘ_Ｌに到達したときには、指令遮断部として機能し、限界検出装置７からリミット検出信号Ｌ_Ｓを入力したら、速度指令を含む移動指令の出力を停止する。指令値出力部１６０は、移動指令の出力の停止時にまだ出力されていない移動指令の位置データをバッファなどに保持するとともに、移動の制御が中断したときの移動体１の位置を一時記憶装置に記憶しておくように構成できる。ここでは、実質的に移動指令信号の出力を遮断ないし一時的に停止して、設定加速度Ａ_Ｌ、好ましくは許容される最大の加速度Ａ_ＭＡＸで減速して停止させることが目的であるから、その目的を達成し得る範囲であるならば、指令遮断部は、指令値出力部１６０である必要はない。
【００３１】
また、数値制御装置１０は、位置のアップダウンカウンタを具備しており、移動指令の位置データの出力に応じて現在位置が計測され、例えば、現在位置を表示装置に表示するような数値制御装置８の内部のいくつかの演算に利用されている。この現在位置の計測値は、厳密な意味で位置検出器６から検出される現在位置Ｘ_Ｃとは異なっているが、この計測値を位置検出器６の検出値に代えて現在位置のデータとして利用し得る。ただし、一旦何らかの異常によってモータ５の制御が不能になった後は、この計測値は現在位置のデータとしては信用のならないものになるので、本発明を実施する上では、位置検出値６からの検出値を利用することが推奨される。
【００３２】
位置制御部２１０、速度制御部２２０、電流制御部２３０は、それぞれフィードバック制御系の位置制御ループ、速度制御ループ、電流制御ループを形成し、サーボモータまたはリニアモータ５の位置決めを制御する。これらのモータ制御装置２０を構成する手段は、基本的に公知の技術が利用される。このとき、モータの種類に応じて、詳細な部品構成がそれぞれ相違することがあるが、ここでは代表的な例で説明する。
【００３３】
位置制御部２１０は、指令値出力部１６０からの移動指令値と位置検出部４１０からの位置フィードバック信号Ｘｆとを入力して偏差を求め、所定の位置制御ゲインを付与して速度指令値を出力する。速度制御部２２０は、上記速度指令値と速度検出部４２０からの速度フィードバック信号Ｖｆとを入力して偏差を求め、所定の速度制御ゲインを付与して電流指令値を出力する。さらに、電流制御部２３０は、上記電流指令値と電流検出部４３０からの所定の電流フィードバック信号Ｉｆとを入力して偏差を求め、所定の電流制御ゲインを付与してパワーアンプ３０に出力する。
【００３４】
パワーアンプ３０は、図示しない電源からの電力の供給を受け、電流指令値に従い、モータ５の構成に適した形態の電力でモータに駆動電流を供給する電力変換回路である。例えば、ＤＣブラシレスモータなどの３相交流の出力で制御するモータの場合は、電圧形ＰＷＭインバータである。
【００３５】
位置検出部４１０は、位置検出器６からの検出信号を位置制御ループを構成しやすい制御信号に処理して位置フィードバック信号Ｘｆを出力する。速度検出部４２０は、上述した所定速度に従ってモータ５が駆動することを補償するための速度フィードバック信号Ｖｆが出力される手段である。例えば、速度検出部４２０は、タコジェネレータなどの速度検出器から検出信号を得て、あるいは位置検出器６からの位置検出信号に基づいて速度のデータを求めて、速度制御ループを構成しやすい制御信号に処理して速度フィードバック信号Ｖｆを出力する。モータ５が３相リニア直流モータである場合は、ω−ｖ変換回路やＦ−Ｖ変換回路が速度制御におけるフィードバック信号を出力することに使用される。
【００３６】
電流検出部４３０は、ホールＣＴ等の電流検出器からの検出信号を電流制御ループを構成しやすい制御信号に処理して、電流フィードバック信号Ｉｆを出力する。３相交流で制御する場合には、それぞれの相に対応して２〜３つの電流制御部が設けられる。
【００３７】
近年、数値制御装置１０が速度指令を含まない移動指令として位置のデータのみを出力する形態であって、モータ制御装置２０の中に比較部１４０から出力された上記所定速度と設定加速度に関係するデータをモータ５を制御するのに適した信号に演算処理して、速度指令を出力する手段が含まれているタイプの制御装置８がある。制御装置８がこのように構成されている場合も、本発明の技術思想に従った移動装置の概念上は、指令値出力部が各設定値も出力することに変りはない。しかしながら、それらの設定値のデータは上記位置のデータとは別に出力されるものであるから、指令値出力部が上記設定加速度Ａ_Ｌを設定する設定部１１０であってよく、あるいはそれらの設定値を設定する設定部がモータ制御装置２０の中にあってもよいことは、容易に理解され得る。このとき、モータ制御装置２０における各制御ループの設定値と実際値との偏差を求める手段が、より具体的なレベルで異なることも明らかである。
【００３８】
以上のように構成された本発明の工作機械の移動装置の動作について、図２の模式図と、図３のフローチャートを用いて以下に説明する。図３のフローチャートは、実質的には、移動装置を制御する制御装置の主要な動作が含まれていて、本発明の工作機械の移動装置の制御方法が示されている。以下、移動体１について説明されるが、その他の軸の移動装置についても、本発明の基本的な技術思想の範囲において同様に制御され得る。
【００３９】
制御装置８の設定部１１０には、移動体１の設定速度Ｖ_Ｌ、設定加速度Ａ_Ｌ、空送時の加速度Ａ_Ｃ、および限界位置Ｘ_Ｏが予め設定されている（Ｓ１）。移動体１の設定速度Ｖ_Ｌと設定加速度Ａ_Ｌは、好ましくは、モータ自身の能力の他、各部材の剛性や振動などその機械全体のバランスを考慮した所定の移動装置において実質的に許容される最大値である。
【００４０】
一般に、この制御装置８を備えた工作機械を使って被加工物を加工しようとする操作者がこれらの設定値を変更することは殆どない。ただし、設定速度Ｖ_Ｌは、所定の範囲内で設定値が操作者によって変更されることは考えられる。設定加速度Ａ_Ｌは、モータの能力として可能だからといっても、機械が許容し得る値が存在するので、機械の製作者によって設定される最大値を越えて作業者が調節できるような構成は望まれない。このとき、立上りの加速度と立下りの加速度が同じ値である必要はない。
【００４１】
また、空送時の加速度Ａ_Ｃと移動体１の限界位置Ｘ_Ｏは、所定の移動装置に固有の値が決まっているので、初期にそのデータが保持され、操作者が変更する必要がない。このとき、空送時の加速度Ａ_Ｃは、許容される最大の設定速度Ｖ_Ｌとその設定速度Ｖ_Ｌにおける空送距離Ｄ_Ｌに基づいて設定される。空送距離Ｄ_Ｌは、移動体１の自重、載置される被加工物の質量、摺動抵抗（バランス装置やブレーキ装置が備えられている場合はその抵抗を含む）などの必要な基礎データがあれば演算で求められるが、可能な限り、許容される最大積載重量の被加工物を移動体１に載置した状態で試験によって得られる現実のデータに基づいて得ることが好ましい。
【００４２】
限界検出装置７は、図２に示されるように、設定加速度Ａ_Ｌのうち、実際の運用上、少なくとも空送時の加速度Ａ_Ｃよりも大きく、設定し得る加速度の中で最も小さい加速度Ａ_ＬＭＩＮを基準として所定の位置Ｘ_Ｓから限界位置Ｘ_Ｏまでの距離に遊びを考慮した距離だけ限界位置Ｘ_Ｏから離れた制限位置Ｘ_Ｌに固定されている。種々の理由によって、急激な加速度で減速して直ちに停止するのではなく、停止する前に所定の最低速度で走行する区間が設定されている場合は、その最低速度で走行する距離も考慮して制限位置Ｘ_Ｌが決定されてもよい。何れにしても、可能な限り限界位置Ｘ_Ｏに近い位置に制限位置Ｘ_Ｌが設置でき、正常時に移動体１が停止可能な上記所定の位置Ｘ_Ｓと限界位置Ｘ_Ｏとの間の距離が短くできる。
【００４３】
移動体１を移動させるときは、最初に、設定加速度Ａ_Ｌ、設定速度Ｖ_Ｌで速度指令を出力する（Ｓ２）。そして、所定時間毎に位置検出器６から現在位置Ｘ_Ｃを取得して（Ｓ３）、終端からの距離である、限界位置Ｘ_Ｏ（始点の場合は０）と上記現在位置Ｘ_Ｃとの間の距離Ｄ_Ｃと、空送時の加速度Ａ_Ｃから、図３の中に示されている既述した数式に従って、その時点で許容される限界速度Ｖ_Ｃを計算する（Ｓ４）。このとき、空送距離Ｄ_Ｌと空送時の加速度Ａ_Ｌとから得られる位置Ｘ_ｒから速度の平均の変化率が判るので、この変化率に基づいて各位置におけるデータテーブルを作成して限界速度Ｖ_Ｃを得ることもできる。したがって、限界速度Ｖ_Ｃは、上記の数式に限らず種々の方法により求めることができる。
【００４４】
そして、計算で得られた限界速度Ｖ_Ｃと設定速度Ｖ_Ｌとを比較して（Ｓ５）、限界速度Ｖ_Ｃが設定速度Ｖ_Ｌ以上である場合には、設定速度Ｖ_Ｌで移動中に異常が生じてモータが制御できなくなっても、移動体１が緩衝部材以外の他の部材と衝突したり、ガイド体１２がガイドレール２１の制限部材に衝突したりするということなく停止され得る。したがって、設定速度Ｖ_Ｌで移動体１を移動させればよい（Ｓ６）。
【００４５】
しかしながら、限界速度Ｖ_Ｃが設定速度Ｖ_Ｌよりも小さい場合には、設定速度Ｖ_Ｌで移動体１が移動している最中に、万一モータが制御できなくなった場合、移動体１は、移動体１が限界位置Ｘ_Ｏまでに停止できなくなる虞れがある。そこで、限界速度Ｖ_Ｃが設定速度Ｖ_Ｌよりも小さい場合は、限界速度Ｖ_Ｃで移動するように速度指令を出力する（Ｓ７）。
【００４６】
移動体１の移動中に、例えば、手元の操作盤などで操作して移動体１が限界位置Ｘ_Ｌを行き過ぎた場合、あるいは設定されている数値制御プログラム上のエラーで同様に移動体１が限界位置Ｘ_Ｌを行き過ぎたときには、上述したように設置されている限界検出装置７が、移動体１が限界位置Ｘ_Ｃを越えたことを検出する（Ｓ８）。このときは、移動指令の出力を中断して設定加速度Ａ_Ｌ、好ましくは可能な最大加速度Ａ_ＭＡＸで移動体１を停止させる（Ｓ９）。
【００４７】
この間、何らの異常もない場合には、移動体１が目標位置Ｘ_ｎで停止するまで、同じ動作を繰り返し継続する（Ｓ３〜Ｓ１３）。また、移動体１が目標位置Ｘ_ｎで停止した後（Ｓ１３）、次の移動指令がないときは制御を終了し、次の移動指令があるときは、次の移動指令について同様に動作する（Ｓ１）。
【００４８】
一方、移動体１が制限位置Ｘ_Ｌを越えたかどうかに関わらず、瞬間的であっても長時間であっても、停電などの何らかの突発的な異常が生じたときは（Ｓ１０）、その異常が発生した時点の現在位置Ｘ_Ｃを保持する（Ｓ１１）。この間、モータの制御が不能であれば、移動体１は、空送時の加速度Ａ_Ｃで空送する（Ｓ１２）。しかしながら、このとき、移動体１は常に安全な限界速度Ｖ_Ｃで移動しているので、他の部材と衝突しないで停止される。例えば、図２に示されるように、目標位置Ｘ_ｎに移動している最中に異常が発生し、モータを減速させて停止させる制御が不能になったときでも、移動体１は、限界位置Ｘ_Ｏまでに停止することができる。また、同様に、制限位置Ｘ_Ｌを越えた地点で移動体１が許容される最大加速度Ａ_ＭＡＸまたは設定加速度Ａ_Ｌで停止しようとしている最中に異常が発生して移動体１が空送したときでも、移動体１は制限位置Ｘ_Ｏの手前で停止される。
【００４９】
その後、異常が解消されてモータの制御が可能になったときには、次の通り動作する。第１に、移動体１が空送している最中である場合には、移動体１が目標位置Ｘ_ｎに到達するように制御を再開するか（Ｓ３）、移動体１が停止するまで待機する（Ｓ１３）。第２に、移動体１が停止するまで待機したとき、あるいは移動体１が既に停止している場合には、ステップＳ１１で記憶された異常が発生したときの現在位置Ｘ_Ｃまで復帰するように移動体１を移動させるか、または処理を中断する。第３に、さらに、移動体１を異常が発生したときの現在位置Ｘ_Ｃまで復帰させたときは、中断後の未処理の移動指令を出力し、処理を中断したときは、指令値出力部１６０に蓄えられている残りの上記移動指令を破棄する。
【００５０】
以上に説明した実施の形態の移動装置の制御方法は、図２に示されるように、制限位置Ｘ_Ｌに到達する前に、移動体１が空送時にも限界位置Ｘ_Ｏで停止することができるための減速を開始しなければならない位置Ｘ_ｒから移動体１を空送時の加速度Ａ _Ｃに合わせて減速させることが達成されればよいことを表明している。したがって、上記位置Ｘ_ｒを予め記憶装置に記憶させておき、上記位置Ｘ_ｒに到達したことを検知し、上記位置Ｘ_ｒが検出されたとき以後、常に、得られた現在位置Ｘ_Ｃに適する限界速度Ｖ_Ｃを所定速度として移動装置を制御するような方法が採用し得ないとするものではない。
【００５１】
しかしながら、空送距離Ｄ_Ｌと空送時の加速度Ａ_Ｌとから得られる位置Ｘ_ｒは、空送距離Ｄ_Ｌが設定し得る最大の設定速度に基づいて得られた値であるから、設定速度Ｖ_Ｌが設定し得る最大の設定速度よりも小さければ、必ずしも上記位置Ｘ_ｒから減速する必要がない。この実施の形態の方法は、操作者によって設定速度Ｖ_Ｌが変更されるのにともなう上記位置Ｘ_ｒの位置の変化の影響を受けず、演算処理上の新たなパラメータの変更を必要としないので、より望ましいものといえる。
【００５２】
また、以上に説明した実施の形態の移動装置は、移動体１を水平の１軸方向に移動させるものである。したがって、垂直の１軸方向に移動体を移動させる場合には、少なくとも、重力加速度と、移動体とその移動体に取り付けられる工具や被加工物などの被移動体の質量があることが考慮されなければならない。また、１つの機械的なブレーキとしての役割も果たすバランス装置による抵抗も考慮されなければならない。しかしながら、本発明の移動装置の実施に際しては、上述したように、試験によって空送距離や空送時の加速度が求められることが推奨され、それによれば、垂直の１軸方向の移動体についても、容易に同様に制御することができる。
【００５３】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本的な技術思想を逸脱しない範囲で、変形や組合せが可能である。いくつかの点については、実施の形態の説明において既述しているが、例えば、複数の軸の移動装置で共有できる制御装置の設定部や補間部のような部材は共通の部品として構成させることができ、また複数の移動装置を同時に制御することも可能である。なお、本発明の実施に際しては、ストッパやクッションのような物理的に衝突の衝撃を和らげる緩衝部材が設置されていることが好ましいことは、図４に示される通りである。また、移動体を停止させるための制動力を補う装置を併設することは、本発明の装置において、より有益である。
【００５４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、往復移動する移動体が空送したときの空送距離が考慮され、常に、移動体が物理的に移動し得る限界位置までに停止できる安全な速度を設定して移動させる。そして、移動体がその物理的に移動可能な範囲内のどの位置にあっても、また、万一移動体の制御が一時的または長期に制御ができなくなって移動体が空送したときでも、数値制御操作か手動操作かに関わらず、移動体を限界位置までに停止させることができる。その結果、移動体の空送時の空送距離によらず、設定速度を可能な限り維持してモータや制御装置の性能がより発揮されるとともに、限界位置により近い位置に制限位置を設定でき、機械の設置面積に対する移動体の移動可能な範囲をより大きくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の移動体の移動における限界位置と制限位置との関係を示す模式図である。
【図３】本発明の移動装置の制御装置の動作を含む制御方法を示すフローチャートである。
【図４】工作機械のある移動装置の概容を示す構成図である。
【図５】制限位置と限界位置との関係を示す模式図である。
【符号の説明】
５，モータ
６，位置検出器
８，制御装置
１０，数値制御装置
２０，モータ制御装置
４０，検出装置
Ｘ_Ｏ，限界位置
Ｖ_Ｌ，設定速度
Ａ_Ｌ，設定加速度
Ａ_Ｃ，空送時の加速度
Ｖ_Ｃ，限界速度
Ｘ_Ｃ，現在位置
Ｌ_Ｓ，リミット検出信号
Ｘｆ，位置フィードバック信号
Ｖｆ，速度フィードバック信号
Ｉｆ，電流フィードバック信号

Claims

１軸方向に往復移動可能な移動体と、前記移動体を駆動するモータと、前記移動体の現在位置を検出する位置検出器と、前記現在位置において前記移動体の空送時に前記移動体が物理的に移動し得る限界位置でほぼ停止し得る前記移動体の限界速度を求め、常に上記限界速度以下の速度で移動するように上記移動体の移動を制御する制御装置と、を含んでなる工作機械の移動装置。
１軸方向に往復移動可能な移動体と、前記移動体を駆動するモータと、前記移動体の現在位置を検出する位置検出器と、前記現在位置において前記移動体の空送時に前記移動体が物理的に移動し得る限界位置でほぼ停止し得る前記移動体の限界速度を求め、前記限界速度と予め設定された設定速度と比較して、前記限界速度が前記設定速度よりも小さいときには前記限界速度で速度指令を出力するように前記移動体の移動を制御する制御装置と、を含んでなる工作機械の移動装置。
１軸方向に往復移動可能な移動体と；
前記移動体を駆動するモータと；
前記移動体の現在位置を検出する位置検出器と；
少なくとも前記移動体の設定速度、設定加速度、空送時の加速度、および前記移動体が物理的に移動し得る限界位置とを含む所定の設定値を予め設定する設定部と、前記現在位置と前記限界位置との間の距離と前記空送時の加速度とから前記現在位置における限界速度を演算する限界速度演算部と、前記限界速度と前記設定速度とを比較する比較部と、前記限界速度が前記設定速度以上のときは前記設定速度で速度指令を出力し小さいときには前記限界速度で速度指令を出力する指令値出力部と、前記速度指令および前記モータからフィードバックされる信号に基づいて前記モータを制御するモータ制御部とを含む制御装置と；
を含んでなる工作機械の移動装置。
前記限界位置に対して設定される所定の制限位置を越えたことを検出する限界検出装置を備え、前記制御装置が前記限界検出装置の信号に応じて前記移動体の移動を停止する指令遮断部を含んでなる請求項３に記載の工作機械の移動装置。
移動体の現在位置において前記移動体の空送時に前記移動体が物理的に移動し得る限界位置でほぼ停止し得る前記移動体の限界速度を計算する工程と、計算された前記限界速度と初期の設定速度を比較する工程と、前記限界速度が前記設定速度以上のときは前記設定速度で速度指令を出力し小さいときには前記限界速度で速度指令を出力する工程と、を含んでなる工作機械の移動装置の制御方法。