JP5173522B2 - 電子カム制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機械的なカム機構を実装することなく、ソフトウェアにて設定したカムパターンに基づき、出力軸に対する位置指令値を作成することによりカム機構相当の動作を行う電子カム制御装置に関するものである。

従来の電子カム制御では、カムパターンを設定するために、ストローク下死点とストローク量設定値、一回転を等間隔に分割したカム角度に対応するストローク比を設定した電子カム形状データテーブル（以降、カムテーブルという）を保持し、該カムパターンを参照することによりカム角度に対応する出力軸の位置指令値を算出する。

例えば特許文献１の電子カム制御装置によれば、設定したストローク下死点と入力軸の位置情報からカム角度を算出し、カムテーブルを参照して該算出したカム角度に対応するストローク比を算出し、該算出したストローク比にストローク量設定値を乗じて位置決め量を求める。この位置決め量にストローク下死点を加算し、サーボモータへの位置指令値を算出する。

カムテーブルにおけるストローク比は、カム動作のストローク下死点を0として、ストローク上死点を1とする。カム動作の開始点、終了点を0、カム動作一回転内の任意の点を1と設定することにより往復カム動作、カム動作の開始点を0、終了点を1として設定することにより一方向への位置送りカム動作を行うことができる。

さて、複数の駆動軸を同期させて駆動させる必要がある場合がある。例えば、搬送部を動かすことによって一定間隔に配置されたワークをノズルの真下に持ってくるための動作を駆動する駆動軸と、ノズルを真下に置かれたワークまで押し下げ、液体注入後に押し上げるための動作を駆動する駆動軸と、を有する多数のワークに順番に一本のノズルを用いて液体を注入する充填機においては、ノズルの上下動作を駆動する駆動軸の動作は、搬送部を駆動する駆動軸の動作に同期した動きをとる必要がある。また、ワークがノズルの真下に来たときにノズルが押し下げられるためには、ノズルの駆動軸の位置指令値は、搬送部の駆動軸の位置指令値に対応したものである必要がある。

このような対応対象の駆動軸（以降、マスタ駆動軸という）とマスタ駆動軸の位置指令値に対応した動作を行う駆動軸（以降、スレーブ駆動軸という）とを有するシステムに前記する従来の電子カム制御装置を適用するとき、マスタ駆動軸およびスレーブ駆動軸の動作を同期させるために、マスタ駆動軸およびスレーブ駆動軸の位置指令値を算出するとき、入力軸の位置情報を共有していた。すなわち、従来の電子カム制御装置は、入力軸の位置情報を基準として作成されたカムテーブルに基づいて各駆動軸の位置情報を算出していた。

そして、スレーブ駆動軸の位置指令値がマスタ駆動軸の位置指令値に対応したものであるために、まず入力軸の位置情報をマスタ駆動軸の位置情報と見立ててカム角度とスレーブ駆動軸のストローク比との関係を記述した変換用カムテーブルを作成し、入力軸の位置情報ではなくマスタ駆動軸の位置情報に対応させるために、マスタ駆動軸のカムテーブルにこの変換用カムテーブルを重畳させることによってスレーブ駆動軸のカムテーブルが作成されていた。

特許第２６９７３９９号公報

しかしながら、上記従来の電子カム制御装置をマスタ駆動軸およびスレーブ駆動軸を有するシステムに適用すると、既に述べたようにスレーブ駆動軸のカムテーブルを作成してからスレーブ駆動軸を動作させるので、マスタ駆動軸のカムテーブルや変換用カムテーブルが変更されたとき、再度スレーブ駆動軸のカムテーブルを作成しなければならないという問題点があった。

また、スレーブ駆動軸のストローク比は、入力軸の位置情報を介してマスタ駆動軸のストローク比と対応づけられているので、動作時においてはマスタ駆動軸の位置情報とスレーブ駆動軸の位置情報との関係がわかりづらく、マスタ駆動軸の現在位置を基準としたスレーブ駆動軸の同期位相の調整や開始・終了タイミングの制御がやりにくい、という問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スレーブ駆動軸用のカムパターンを別途作成することなく、マスタ駆動軸の位置情報に対応して動作するスレーブ駆動軸の電子カム制御を簡単に実現する電子カム制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第一の駆動軸の位置情報から換算されたカム角度に基づいて前記第一の駆動軸に同期して動作する第二の駆動軸のストローク比を算出する第一のストローク比算出手段と、第二の駆動軸のストローク比と第二の駆動軸に同期して動作する第三の駆動軸のストローク比との関係である予め設定されているストローク比対応情報を参照し、前記算出された第二の駆動軸のストローク比から第三の駆動軸のストローク比を算出する第二のストローク比算出手段と、前記算出された第三の駆動軸のストローク比と予め設定される第三の駆動軸のストローク量設定値に基づいて第三の駆動軸の位置指令値を算出する位置指令値算出手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、マスタ駆動軸のストローク比とスレーブ側の駆動軸であるスレーブ駆動軸のストローク比との関係であるストローク比対応情報を参照することにより、マスタ駆動軸のストローク比からスレーブ駆動軸のストローク比を算出することができるので、スレーブ駆動軸用のカムパターンを別途作成することなく、マスタ駆動軸の位置情報に対応して動作するスレーブ駆動軸の電子カム制御を簡単に実現する電子カム制御装置を得ることができる。

まず、理解を助けるために、前記する従来の電子カム制御装置にて複数電子カム制御を行う方法を図７〜図９を用いて説明する。従来の電子カム制御装置においては、電子カム制御しているマスタ駆動軸に同期して電子カム制御を行うスレーブ駆動軸のカムテーブル、ストローク量設定値、ストローク下死点が予め用意される。図７は、従来の電子カム制御装置に使用するスレーブ駆動軸のカムテーブルを作成する手法を説明する図である。

図７において、まず、マスタ駆動軸を制御する送りカム動作のマスタ駆動軸のカムテーブル１００、マスタ駆動軸のストローク量設定値１０３、マスタ駆動軸のストローク下死点１０４、変換用カムテーブル３００、変換用カムテーブルのストローク量設定値３０３、および変換用カムテーブルのストローク下死点３０４を用意する。マスタ駆動軸のカムテーブル１００に変換用カムテーブル３００を重畳することにより、スレーブ駆動軸のカムテーブル４００が作成される。スレーブ駆動軸のストローク量設定値４０３およびスレーブ駆動軸のストローク下死点４０４は予め設定される。

マスタ駆動軸のカムテーブル１００は、入力軸の位置情報およびマスタ駆動軸のストローク下死点１０４から変換されて求まるカム角度１０１とマスタ駆動軸のストローク比１０２との対応関係を記述するテーブルとなっている。変換用カムテーブル３００は、同様に、入力軸の位置情報に対応するカム角度３０１とスレーブ駆動軸のストローク比３０２との対応関係を記述している。ただし、ここでのカム角度３０１は、マスタ駆動軸の位置情報を入力軸に見立てたカム角度である。

求まるスレーブ駆動軸のカムテーブル４００は、マスタ駆動軸の位置指令値、すなわちマスタ駆動軸のストローク比に対応するスレーブ駆動軸のストローク比を与えるようにするために、マスタ駆動軸のカムテーブル１００に変換用カムテーブル３００を重畳して作成されたスレーブ駆動軸のカムテーブル４００であるが、入力軸のカム角度４０１とスレーブ駆動軸のストローク比４０２との関係を記述するものとなっている。

図８は、従来の電子カム制御装置がマスタ駆動軸のカムテーブル１００に変換用カムテーブル３００を重畳してスレーブ駆動軸のカムテーブル４００を作成する動作を説明するフローチャートである。

図８において、まず、マスタ駆動軸のカムテーブル１００および変換用カムテーブル３００を取り出す(ステップＳ１０)。続いて、マスタ駆動軸のカムテーブル１００の同期させるカム角度ポイントの数であるポイント数Ｎを設定し(ステップＳ１１)、カウンタｉを０に初期化する(ステップＳ１２)。

続いて、各カム角度ポイントにおけるカム角度に対応するスレーブ駆動軸のストローク比を算出するために以下の処理をＮ回実行する。マスタ駆動軸のカムテーブル１００から、カム角度θｉに対応するストローク比Ｓｉを取り出す(ステップＳ１３)。マスタ駆動軸がカム動作を１サイクル行ったとき、スレーブ駆動軸がカム動作を１サイクル行うために、取り出したストローク比Ｓｉに対応するカム角度θｉ’＝Ｓｉ×３６０°を算出する(ステップＳ１４)。続いて、変換用カムテーブル３００から、算出したカム角度θｉ’に対応するストローク比Ｓｉ’を算出する(ステップＳ１５)。カム角度θｉと算出したストローク比Ｓｉ’をスレーブ駆動軸のカムテーブル４００に格納する(ステップＳ１６)。ここでカウンタｉをインクリメントし(ステップＳ１７)、カウンタｉがポイント数Ｎより大きいか否かを判定する（ステップＳ１８）。

カウンタｉがポイント数Ｎ以下のとき（ステップＳ１８、Ｎｏ）、ステップＳ１３からステップＳ１７を繰り返す。カウンタｉがポイント数Ｎより大きいとき（ステップＳ１８、Ｙｅｓ）、カムテーブルを重畳する処理を終了し、スレーブ駆動軸のカムテーブル４００の作成を完了する。

このように、マスタ駆動軸のカムテーブルであるマスタ駆動軸のカムテーブル１００に、変換用のカムテーブルである変換用カムテーブル３００を重畳することによって、従来の電子カム制御装置に使用されるスレーブ駆動軸のカムテーブル４００が作成される。

図９は、前記するワークに液体を充填する充填機をより詳しく説明する図である。充填機は、搬送部１０、ノズル１１、充填部１２、液体を充填するワーク１３、充填する液体の保管部１４を有する。この充填機は、カム制御によって搬送部１０はワーク１３をノズル１１の下部に位置決めする。位置決め完了後、充填機は、ノズル１１を下方に駆動させ、ワーク１３に挿入する。挿入後、充填機は、ノズル１１が上方へ駆動する動作に合わせて、充填部１２が左右に駆動し、液体をワーク１３に充填する。充填が完了後、充填機は、ノズル１１は初期位置に位置決めし、搬送部１０は次のワーク１３をノズル１１の下部へ位置決めする。

このような充填機において、搬送部１０の動作を司る駆動軸と、ノズル１１の上下駆動を司る駆動軸と、充填部１２の左右駆動を司る駆動軸とを設置して電子カム制御装置を適用すると、ノズル１１の上下駆動は搬送部１０の現在位置、充填部１２の左右駆動はノズル１１の現在位置を基準とした動作が必要であるこの充填機の性質上、ノズル１１の上下駆動を司る駆動軸は搬送部１０の動作を司る駆動軸に対してスレーブであり、さらに、充填部１２の左右駆動を行うための駆動軸はノズル１１の動作を司る駆動軸に対してスレーブとなる。

しかしながら、従来の電子カム制御装置をこの充填機に適用する場合、搬送部１０の動作を司る駆動軸のカムテーブルに変換用カムテーブルを重畳してノズル１１の上下駆動を司る駆動軸のカムテーブルを作成し、さらに作成したノズル１１の上下駆動を司る駆動軸のカムテーブルに別の変換用カムテーブルを重畳して充填部１２の左右駆動を司る駆動軸のカムテーブルを作成しなければならない。

このように、従来の電子カム制御装置においては、マスタ駆動軸のカムテーブルに変換用カムテーブルを重畳してスレーブ駆動軸のカムテーブルを用意してスレーブ駆動軸を動作させるので、マスタ駆動軸のカムテーブルや変換用カムテーブルを変更した際には再度スレーブ駆動軸のカムテーブルを作成しなおす必要があった。また、各カムテーブルは、入力軸の位置情報に基づいて求まるカム角度と対象の駆動軸のストローク比とを対応づけるテーブルであるので、マスタ駆動軸の位置情報とスレーブ駆動軸の位置情報との対応付けを考えるとき、一度入力軸の位置情報に変換しないといけないため、マスタ駆動軸の位置情報に基づいてスレーブ駆動軸の同期位相の調整や開始・終了タイミングの制御を行うことが困難であった。

本願発明は、マスタ駆動軸のストローク比とスレーブ駆動軸のストローク比との相対関係をテーブルにした相対ストローク比テーブルを有することによって、以上の問題点を解決したものである。以下に、本発明にかかる電子カム制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる実施の形態の電子カム制御装置の構成を示す図である。図１において、本実施の形態の電子カム制御装置１０００は、主要な入力を入力する入力軸１、補助的な入力を入力する補助入力軸２、入力軸１と補助入力軸２との位置情報に基づいた電子カム制御を実現する位置指令値を作成する電子カム制御部３、電子カム制御部３からの位置指令値に従って駆動するスレーブ駆動軸である出力軸４を有する。

図２は、電子カム制御部３が、入力軸１および補助入力軸２の位置情報およびマスタ駆動軸のストローク下死点１０４から導出されるカム角度から、出力軸４に対する出力である位置指令値を導出するまでの制御の流れを説明する図である。

図２において、電子カム制御部３は、入力軸１ならびに補助入力軸２の位置情報およびマスタ駆動軸のストローク下死点１０４からからカム角度３０を得る。そして、電子カム制御部３は、マスタ駆動軸のカムテーブル１００を参照することによって、変換して求めたカム角度３０に対応するマスタ駆動軸のストローク比３１を導出する。そして、電子カム制御部３は、ストローク比変換用のテーブル２００を参照し、ストローク比３１に対応するスレーブ駆動軸のストローク比３２を導出する。

ここで、ストローク比変換用のテーブル２００は、スレーブ駆動軸の位置指令値がマスタ駆動軸の位置指令値に対応するように予め計算されて設定されている。

続いて、電子カム制御部３は、導出したスレーブ駆動軸のストローク比３２にスレーブ駆動軸のストローク量設定値２０３を乗じ、さらにスレーブ駆動軸のストローク下死点２０４を加算し、得た値をもって位置指令値３３とし、出力軸４に伝達する。

図３は、マスタ駆動軸のカムテーブル１００の内容を説明する図である。図３に示すように、本発明の実施の形態における電子カム制御装置１０００に使用されるマスタ駆動軸のカムテーブル１００は、図７に示す従来の電子カム制御装置におけるマスタ駆動軸のカムテーブルと同等のものである。マスタ駆動軸のカムテーブル１００のほかに保持するマスタ駆動軸のストローク量設定値１０３およびストローク下死点１０４も、従来の電子カム制御装置において保持されるものと同等である。

図４は、ストローク比変換用のテーブル２００の内容を説明する図である。図４において、ストローク比変換用のテーブル２００は、マスタ駆動軸のストローク比２０１とスレーブ駆動軸のストローク比２０２との対応を記述するものとなっている。その他、スレーブ駆動軸のストローク量設定値２０３およびスレーブ駆動軸のストローク下死点２０４は、夫々従来の電子カム制御装置が保持する、図７におけるスレーブ駆動軸のストローク量設定値４０３およびスレーブ駆動軸のストローク下死点４０４と同等である。

以上に説明する本実施の形態の電子カム制御装置１０００において、電子カム制御部３が入力軸１および補助入力軸２の位置情報からスレーブ駆動軸の位置指令値３３を算出する動作を、図５に示すフローチャートを用いてさらに具体的に説明する。

図５において、まず、電子カム制御部３は、入力軸１および補助入力軸２の位置情報から基準パルスＰを取り込む（ステップＳ１）。続いて、電子カム制御部３は、マスタ駆動軸のカムテーブル１００およびマスタ駆動軸のストローク下死点１０４を取り出す（ステップＳ２）。続いて、電子カム制御部３は、取り込んだ基準パルスＰとマスタ駆動軸のストローク下死点１０４とから以下の式によりカム角度θを算出する(ステップＳ３)。
カム角度θ＝（基準パルスＰ−マスタ駆動軸のストローク下死点ｊ）×３６０°／カム１サイクルの１回転量 （１）

続いて、電子カム制御部３は、マスタ駆動軸のカムテーブル１００を参照し、算出したカム角度θに対応するストローク比Ｓｊを求める（ステップＳ４）。続いて、電子カム制御部３は、ストローク比変換用のテーブル２００、スレーブ駆動軸のストローク量設定値２０３、およびスレーブ駆動軸のストローク下死点２０４を取り出す（ステップＳ５）。そして、電子カム制御部３は、取り出したストローク比変換用のテーブル２００を参照し、ストローク比Ｓｊに対応するストローク比Ｓｋを求める(ステップＳ６)。

算出したストローク比Ｓｋから、以下の式により位置指令値３３を求める（ステップＳ７）。
位置指令値＝スレーブ駆動軸のストローク下死点ｋ＋スレーブ駆動軸のストローク量設定値ｋ×ストローク比Ｓｋ （２）

最後に、電子カム制御部３は、得られた位置指令値３３を出力軸４に出力する(ステップＳ８)。このように、電子カム制御部３は、入力軸１および補助入力軸２の位置情報の基準パルスＰを取得する都度、ステップＳ１〜ステップＳ８を実行することによって、リアルタイムでマスタ駆動軸のカムテーブル１００にストローク比変換用のテーブル２００を重畳したスレーブ駆動軸である出力軸４の電子カム制御を実現する。

次に、マスタ駆動軸のカムテーブル１００にストローク比変換用のテーブル２００を重畳して得られるスレーブ駆動軸のストローク比の具体例を説明する。図６は、マスタ駆動軸のカムテーブル１００の具体例、ストローク比変換用のテーブル２００の具体例、およびそれらから得られるスレーブ駆動軸のストローク比の具体例を説明する図である。

図６において、テーブル１１０はマスタ駆動軸のカムテーブル１００の具体例、テーブル２１０はストローク比変換用のテーブル２００の具体例、テーブル４１０はテーブル１１０にテーブル２１０を重畳することによって得られたテーブル、グラフ１１１、２１１、および４１１は、各テーブルをグラフ化したものである。

従来の電子カム制御装置においては、変換用カムテーブル３００が、マスタ駆動軸のカムテーブル１００と同様に、カム角度とストローク比との関係で与えられているため、図６におけるテーブル４１０を算出してから出力軸４の位置指令値３３を出力していたが、本実施の形態の電子カム制御装置においては、変換用カムテーブル３００の代わりにストローク比変換用のテーブル２００（図６においてはテーブル２１０）のように、マスタ駆動軸のストローク比とスレーブ駆動軸のストローク比との関係で与えられるので、ステップＳ１〜Ｓ８を実行することにより、入力軸（および補助入力軸）の位置情報を取得する都度、スレーブ駆動軸のストローク比を算出することができるので、図６におけるテーブル４１０を予め作成して保持しておく必要がない。

また、ストローク比変換用のテーブル２００は、マスタ駆動軸のストローク比とスレーブ駆動軸のストローク比との関係を直接的に示すものであるため、これを変更することにより、従来の電子カム制御装置に比べて簡単にスレーブ駆動軸の同期位相、開始・終了タイミングを変更できる。

以上のように、本実施の形態の電子カム制御装置によれば、入力軸の位置情報から導出されるカム角度と、このカム角度とマスタ駆動軸のストローク比との関係を有するマスタ駆動軸のカムテーブルと、マスタ駆動軸のストローク比とスレーブ駆動軸のストローク比との関係を有する変換用のカムテーブルとを用いてスレーブ駆動軸の位置指令値を導出するようにしたので、スレーブ駆動軸用のカムパターンを別途作成することなく、マスタ駆動軸の位置情報に対応して動作するスレーブ駆動軸の電子カム制御を簡単に実現することができる。

なお、本実施の形態の説明においては、カム角度とマスタ駆動軸のストローク比との関係を示す駆動軸の関係を記述するマスタ駆動軸のカムテーブルを使用するとしたが、該関係がわかるものであればテーブル形式以外の形式の情報であってよい。例えば、グラフや関数で与えられるものであってよい。変換用のカムテーブルに関しても同様に、マスタ駆動軸のストローク比とスレーブ駆動軸のストローク比との関係を記述する情報であればテーブル形式に限る必要はない。

以上のように、本発明にかかる電子カム制御装置は、機械的なカム機構を実装することなく、ソフトウェアにて設定したカムパターンに基づき、出力軸に対する位置指令値を作成することによりカム機構相当の動作を行う電子カム制御装置に有用であり、特に、他の出力軸に同期させる出力軸を制御する電子カム制御装置に適している。

本発明の実施の形態の電子カム制御装置の構成を示す図である。 電子カム制御部が、カム角度から位置指令値を導出するまでの制御の流れを説明する図である。 マスタ駆動軸のカムテーブルの内容を説明する図である。 ストローク比変換用のテーブルの内容を説明する図である。 本発明の実施の形態の電子カム制御装置のスレーブ駆動軸の位置指令値を算出する動作を説明するフローチャートである。 マスタ駆動軸のカムテーブル、ストローク比変換用のテーブル、およびスレーブ駆動軸のカムテーブルの具体例を示す図である。 従来の電子カム制御装置においてスレーブ駆動軸のカムテーブルを作成する手法を説明する図である。 従来の電子カム制御装置においてスレーブ駆動軸のカムテーブルを作成する動作を説明するフローチャートである。 充填機をより詳しく説明する図である。

符号の説明

１ 入力軸
２ 補助入力軸
３ 電子カム制御部
４ 出力軸
１０ 搬送部
１１ ノズル
１２ 充填部
１３ ワーク
１４ 保管部
３０ カム角度
３１ ストローク比
３２ ストローク比
３３ 位置指令値
１００ マスタ駆動軸のカムテーブル
１０１ カム角度
１０２ ストローク比
１０３ マスタ駆動軸のストローク量設定値
１０４ マスタ駆動軸のストローク下死点
１１０ テーブル
１１１ グラフ
２００ ストローク比変換用のテーブル
２０１ ストローク比
２０２ ストローク比
２０３ スレーブ駆動軸のストローク量設定値
２０４ スレーブ駆動軸のストローク下死点
２１０ テーブル
２１１ グラフ
３００ 変換用カムテーブル
３０１ カム角度
３０２ ストローク比
３０３ 変換用カムテーブルのストローク量設定値
３０４ 変換用カムテーブルのストローク下死点
４００ スレーブ駆動軸のカムテーブル
４０１ カム角度
４０２ ストローク比
４０３ スレーブ駆動軸のストローク量設定値
４０４ スレーブ駆動軸のストローク下死点
４１０ テーブル
４１１ グラフ
１０００ 電子カム制御装置

Claims (2)

1. 第一の駆動軸の位置情報から換算されたカム角度に基づいて前記第一の駆動軸に同期して動作する第二の駆動軸のストローク比を算出する第一のストローク比算出手段と、
   第二の駆動軸のストローク比と第二の駆動軸に同期して動作する第三の駆動軸のストローク比との関係である予め設定されているストローク比対応情報を参照し、前記算出された第二の駆動軸のストローク比から第三の駆動軸のストローク比を算出する第二のストローク比算出手段と、
   前記算出された第三の駆動軸のストローク比と予め設定される第三の駆動軸のストローク量設定値に基づいて第三の駆動軸の位置指令値を算出する位置指令値算出手段と、
   を備えることを特徴とする電子カム制御装置。
2. 前記第一のストローク比算出手段は、予め設定されているカム角度と第二の駆動軸のストローク比との関係であるマスタ駆動軸カム情報を参照することにより、前記第一の駆動軸の位置情報から変換したカム角度に対応する第二の駆動軸のストローク比を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子カム制御装置。

Images