JP4750485B2 - 位置制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの駆動を制御することにより、送り軸の位置制御を行う位置制御装置に関するものである。

図３は、従来の位置制御装置の構成の一例を示すブロック図である。この位置制御装置は、数値制御部１０、送り軸各軸のサーボ制御部２０ｘ，２０ｙ，２０ｚ、交流電源３０、コンバータ部４０、各軸のモータ５０ｘ，５０ｙ，５０ｚを有する構成となっている。また、数値制御部１０は、プログラム入力部１１、プログラム解釈部１２、各軸の最大速度記憶部１３、各軸の最大加速度記憶部１４、及び関数発生部１５を有し、サーボ制御部２０ｘ，２０ｙ，２０ｚは、位置・速度制御部２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ、及びインバータ制御部２２ｘ，２２ｙ，２２ｚを有している。

数値制御部１０では、プログラム入力部１１に入力された加工プログラムの内容からプログラム解釈部１２が目標位置・回転数指令データＭＤを生成する。関数発生部１５は、最大速度記憶部１３に設定した各軸の最大速度単位量Ｎｘ，Ｎｙ，Ｎｚと、最大加速度記憶部１４に設定した各軸の加速度単位量Ａｘ，Ａｙ，Ａｚと、目標位置・回転数指令データＭＤとに基づき、各軸の速度単位量ＭＰｘ，ＭＰｙ，ＭＰｚを演算する。サーボ制御部２０ｘ，２０ｙ，２０ｚは、速度単位量ＭＰｘ，ＭＰｙ，ＭＰｚを時間積分することにより生成した位置指令値と各軸のモータ５０ｘ，５０ｙ，５０ｚに取り付けられた位置検出器（図示せず）から送られる位置検出値から、位置・速度制御部２１ｘ，２１ｙ，２１ｚにてトルク指令値ＭＴｘ，ＭＴｙ，ＭＴｚを生成し、インバータ制御部２２ｘ，２２ｙ，２２ｚを介してモータ５０ｘ，５０ｙ，５０ｚに供給することによりモータを駆動する。コンバータ部４０は、三相交流電源３０を直流電圧に変換し、インバータ制御部２２ｘ，２２ｙ，２２ｚに供給する。尚、最大速度単位量とは、単位時間当たりのモータ速度であり、加速度単位量とは、単位時間当たりの速度単位量の変化分である。

図４は、図３で示した位置制御装置によって制御する機械の構造についての一例である。モータ５０ｘは、カップリング７０ｘを介してボールネジ７１ｘと連結されており、モータ５０ｘが回転することによりボールねじ７１ｘも回転する。ボールねじ７１ｘは、両端を支持軸受７２ｘに支えられており、ナット７３ｘを介してテーブル７４と連結されている。テーブル７４と案内面７５ｘの間には潤滑油が供給されており、ボールねじ７１ｘが回転するとテーブル７４は案内面７５ｘ上をスムーズに直線運動する。尚、モータ５０ｙ、モータ５０ｚに連結される機械構造も上記と同様な構造である。

テーブル７４と案内面７５ｘの間には潤滑油があるものの、少なからず摩擦が発生する。静摩擦はテーブル７４が静止している状態から動き出すために必要な力であり、進行方向と逆の方向に働く。静摩擦は潤滑油の温度や潤滑油の状態（油切れが起きているかいないか、潤滑油が均一になっているか、等）によりその値は大きく変化する。通常、静摩擦はテーブル７４の動作不良を起こすほど大きくはならないが、寒冷地等で潤滑油の温度が低く且つテーブル７４が長時間停止していた直後の動作においては、機械不良でないにも関わらずテーブル７４の動作不良を起こすほど大きくなる場合がある。このような状態で、位置制御装置が通常の加速度でモータを駆動しようとすると、指令通りの加速度でモータを駆動することができず何らかのアラームが発生し、機械停止に陥ってしまう場合がある。尚、テーブル７４の動作不良を起こすほど大きくなった静摩擦は、テーブル７４を一度動作させると、大抵は元の正常な静摩擦に戻るので、通常の加速度でモータを駆動することが可能となる。

上述した従来の位置制御装置では、テーブルを常に同じ加速度で移動させるため、寒冷地等で潤滑油の温度が低く且つテーブルが長時間停止していた直後の動作において、数値制御部からの指令通りに移動できずにアラームが発生し、機械停止に陥ってしまう場合がある。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、テーブルの動作不良を起こすほど静摩擦が大きくなった場合でも、アラームの発生により機械が停止することなく、動作可能な位置制御装置を提供することにある。

本発明は、モータの駆動を制御することにより、入力された位置指令値に従って関数発生部が関数発生し複数の送り軸の位置制御を行う位置制御装置に関し、前記関数発生部から送られる各軸の速度単位に基づき、各送り軸を駆動するモータが停止状態かを判定し、前記送り軸のモータが停止状態と判断された場合、該送り軸のモータのモータ停止時間を積算し、
入力された位置指令値に従って前記停止状態と判断されたモータの駆動を開始するにあたり、前記停止状態と判断されたモータのモータ停止時間が予め設定された許容停止時間を超えているかチェックし、許容停止時間を超えている場合には、モータの加速度を、予め設定された通常時の加速度から予め設定された加速度制限時の加速度に制限し関数発生部に送出するとともに、許容停止時間を超えていない場合には、予め設定された通常時の加速度を関数発生部に送出し、前記送り軸のモータが動作状態と判断された場合、前記許容提訴時間を超えていると判断されたモータは、モータ加速度の制限を開始してから経過した加速度制限経過時間を積算し、該加速度制限経過時間が予め設定された加速度制限有効時間を超えた場合に、該モータの加速度を予め設定された通常時の加速度に戻し関数発生部に送出するとともに、前記許容停止時間を超えていると判断されたモータ以外のモータは、予め設定された通常時の加速度の関数発生部に送出することによって、達成される。

本発明によれば、テーブルが長時間停止していた直後の動作でのみ、モータの加速度を制限するので、テーブルが長時間停止することにより静摩擦が大きくなる状況においても、機械のサイクルタイムを長くすること無く、機械停止に陥らせるアラームの発生を最小限に抑えることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る位置制御装置の構成の一例を示すブロック図である。尚、図１において、図３に示す従来例と同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。本実施形態に係る位置制御装置では、加速度制限実行部１６が新たに追加される。

図２は、加速度制限実行部１６の動作フローチャートの一例を示したものである。加速度制限実行部１６は、関数発生部１５より送られた各軸の速度単位量ＭＰｎが０であるかどうかを判定する（ステップＳ１）。尚、ＭＰｎはｎ軸の速度単位量を示しており、例えばｘ軸の速度単位量はＭＰｘと示される。

ここで、ステップＳ１における判定の結果、ｎ軸の速度単位量ＭＰｎが０であった場合は、その軸のモータが停止状態であると判断する。そして、既にｎ軸の加速度制限有効フラグＦＡｎが立っていれば（ＦＡｎ＝１でフラグ有効）、関数発生部１５に対し、予め設定された加速度制限時のｎ軸加速度単位量Ａｎ１を送る（ステップＳ２、Ｓ３）。そして、関数発生部１５は、受け取ったｎ軸加速度単位量Ａｎ１と、最大速度記憶部１３に設定されたｎ軸の最大速度単位量Ｎｎと、目標位置・回転数指令データＭＤと、に基づいてｎ軸の速度単位量ＭＰｎを演算し、以降は従来の位置制御装置と同様の処理を経て、モータを駆動する。すなわち、モータの加速度を制限してモータを駆動する。

一方、加速度制限有効フラグＦＡｎが立っていなければ（すなわち、ＦＡｎ＝０でフラグ無効）、ｎ軸のモータ停止時間Ｔａｎのカウントを行い（ステップＳ２、Ｓ４）、さらにｎ軸のモータ停止時間Ｔａｎが予め設定されたｎ軸の許容停止時間Ｔａｎ０を超えた場合は、加速度制限有効フラグＦＡｎを立てて、モータ停止時間Ｔａｎをリセットすると共に、関数発生部１５に対し、予め設定された加速度制限時のｎ軸加速度単位量Ａｎ１を送る（ステップＳ５、Ｓ６）。そして、関数発生部１５は、受け取ったｎ軸加速度単位量Ａｎ１と、最大速度記憶部１３に設定したｎ軸の最大速度単位量Ｎｎと、目標位置・回転数指令データＭＤと、に基づいてｎ軸の速度単位量ＭＰｎを演算し、以降は従来の位置制御装置と同様の処理を経て、モータを駆動する。すなわち、モータの加速度を制限してモータを駆動する。

また、ｎ軸のモータ停止時間Ｔａｎがｎ軸の許容停止時間Ｔａｎ０以下である場合は、関数発生部１５に対し、従来のｎ軸の加速度単位量Ａｎ０を送る（ステップＳ５、Ｓ７）。そして、関数発生部１５は、受け取ったｎ軸加速度単位量Ａｎ０と、最大速度記憶部１３に設定したｎ軸の最大速度単位量Ｎｎと、目標位置・回転数指令データＭＤと、に基づいてｎ軸の速度単位量ＭＰｎを演算し、以降は従来の位置制御装置と同様の処理を経て、モータを駆動する。すなわち、モータの加速度を制限せず、通常時の加速度でモータを駆動する。

以上のように、テーブルが長時間停止していた直後の動作でのみ、モータの加速度を制限している。したがって、テーブルが長時間停止することにより静摩擦が大きくなる状況においても、通常の加速度でモータを駆動することができず何らかのアラームが発生して機械停止に陥ってしまうといった従来の問題の発生を、最小限に抑えることができる。

一方、ステップＳ１における判定の結果、ｎ軸の速度単位量ＭＰｎが０でない場合は、その軸のモータが動作状態であると判断する。そして、既にｎ軸の加速度制限有効フラグＦＡｎが立っていれば、ｎ軸の加速度制限経過時間Ｔｂｎのカウントを行い（ステップＳ８、Ｓ９）、さらにｎ軸の加速度制限経過時間Ｔｂｎが予め設定されたｎ軸の加速度制限有効時間Ｔｂｎ０を超えた場合は、ｎ軸の加速度制限有効フラグＦＡｎ及びｎ軸の加速度制限経過時間Ｔｂｎをリセットすると共に、関数発生部１５に対して従来のｎ軸の加速度単位量Ａｎ０を送る（ステップＳ１０、Ｓ１１）。そして、関数発生部１５は、受け取ったｎ軸加速度単位量Ａｎ０と、最大速度記憶部１３に設定したｎ軸の最大速度単位量Ｎｎと、目標位置・回転数指令データＭＤと、に基づいてｎ軸の速度単位量ＭＰｎを演算し、以降は従来の位置制御装置と同様の処理を経て、モータを駆動する。すなわち、モータの加速度制限を無効にし、通常時の加速度でモータを駆動する。

また、ｎ軸の加速度制限経過時間Ｔｂｎがｎ軸の加速度制限有効時間Ｔｂｎ０以下である場合は、加速度制限中であるので、関数発生部１５に対して、予め設定された加速度制限時のｎ軸加速度単位量Ａｎ１を送る（ステップＳ１０、Ｓ１２）。そして、関数発生部１５は、受け取ったｎ軸加速度単位量Ａｎ１と、最大速度記憶部１３に設定したｎ軸の最大速度単位量Ｎｎと、目標位置・回転数指令データＭＤと、に基づいてｎ軸の速度単位量ＭＰｎを演算し、以降は従来の位置制御装置と同様の処理を経て、モータを駆動する。すなわち、モータの加速度を制限した状態のままモータを駆動する。

また、ステップＳ８においてｎ軸の加速度制限有効フラグＦＡｎが立っていない場合は、関数発生部１５へ従来のｎ軸加速度単位量Ａｎ０を送る。そして、関数発生部１５は、受け取ったｎ軸加速度単位量Ａｎ０と、最大速度記憶部１３に設定したｎ軸の最大速度単位量Ｎｎと、目標位置・回転数指令データＭＤと、に基づいてｎ軸の速度単位量ＭＰｎを演算し、以降は従来の位置制御装置と同様の処理を経て、モータを駆動する。すなわち、通常時の加速度のままモータを駆動する。

以上のように、本実施形態に係る位置制御装置によれば、テーブルが長時間停止していた直後の動作でのみ、モータの加速度を制限するので、テーブルが長時間停止することにより静摩擦が大きくなる状況においても、機械のサイクルタイムを長くすること無く、アラームの発生を最小限に抑えることができる。そして、通常の加速度でモータを駆動することができず何らかのアラームが発生して機械停止に陥ってしまうといった従来の問題の発生を、最小限に抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る位置制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１の位置制御装置における加速度制限実行部の動作手順の一例を示すフローチャートである。 従来の位置制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 位置制御装置が駆動するモータを含む機械構造について説明する図である。

符号の説明

１０ 数値制御部、１１ プログラム入力部、１２ プログラム解釈部、１３ 最大速度記憶部、１４ 最大加速度記憶部、１５ 関数発生部、１６ 加速度制限実行部、２０ｘ 送り軸Ｘ軸のサーボ制御部、２０ｙ 送り軸Ｙ軸のサーボ制御部、２０ｚ 送り軸Ｚ軸のサーボ制御部、２１ｘ 送り軸Ｘ軸の位置・速度制御部、２１ｙ 送り軸Ｙ軸の位置・速度制御部、２１ｚ 送り軸Ｚ軸の位置・速度制御部、２２ｘ 送り軸Ｘ軸のモータを駆動するインバータ制御部、２２ｙ 送り軸Ｙ軸のモータを駆動するインバータ制御部、２２ｚ 送り軸Ｚ軸のモータを駆動するインバータ制御部、３０ 交流電源、４０ コンバータ部、５０ｘ 送り軸Ｘ軸のモータ、５０ｙ 送り軸Ｙ軸のモータ、５０ｚ 送り軸Ｚ軸のモータ、７０ｘ カップリング、７１ｘ ボールねじ、７２ｘ 支持軸受、７３ｘ ナット、７４ テーブル、７５ｘ 案内面。

Claims (1)

1. 複数のモータの駆動を制御することにより、入力された位置指令値に従って関数発生部が関数発生し複数の送り軸の位置制御を行う位置制御装置において、
   前記関数発生部から送られる各軸の速度単位に基づき、各送り軸を駆動するモータが停止状態かを判定し、
   前記送り軸のモータが停止状態と判断された場合、該送り軸のモータのモータ停止時間を積算し、
   入力された位置指令値に従って前記停止状態と判断されたモータの駆動を開始するにあたり、前記停止状態と判断されたモータのモータ停止時間が予め設定された許容停止時間を超えているかチェックし、
   許容停止時間を超えている場合には、モータの加速度を、予め設定された通常時の加速度から予め設定された加速度制限時の加速度に制限し関数発生部に送出するとともに、許容停止時間を超えていない場合には、予め設定された通常時の加速度を関数発生部に送出し、
   前記送り軸のモータが動作状態と判断された場合、前記許容停止時間を超えていると判断されたモータは、モータ加速度の制限を開始してから経過した加速度制限経過時間を積算し、該加速度制限経過時間が予め設定された加速度制限有効時間を超えた場合に、該モータの加速度を予め設定された通常時の加速度に戻し関数発生部に送出するとともに、
   前記許容停止時間を超えていると判断されたモータ以外のモータは、予め設定された通常時の加速度を関数発生部に送出する
   機能を有する加速度制限実行部を備え、
   入力された位置指令値に従って前記加速度制限実行部により設定された加速度により送り軸の位置制御を行うことを特徴とする位置制御装置。

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