JP5832382B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御装置に関する。

従来、工作機械等、モータを駆動させてモータに接続している負荷の動作を制御する数値制御装置には、モータまたは負荷の発振現象を防止するために、負荷またはモータと負荷を合わせた慣性モーメントを推定し、推定した慣性モーメントに基づいた速度制御ゲインを設定するものがある。

例えば、特許文献１には、モータ加減速時のトルク電流指令値あるいはトルク電流検出値と、モータ加減速時の速度検出値と、に基づいて慣性モーメントを推定し、推定した慣性モーメントから速度制御部の設定定数を修正する技術が開示されている。また、特許文献２には、モータに与えるトルク指令に正弦波指令を加えた後に得られる電流フィードバックおよび速度フィードバックに基づいて慣性モーメントを推定し、推定した慣性モーメントに基づいて速度制御ゲインを変更する技術が開示されている。

特開２００１−３５２７７３号公報 特開２０１０−１４８１７８号公報 特開２０００−３４６７３８号公報 特開２００８−２８７４５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、数値制御装置は、モータ加減速時のトルク電流と速度の情報を用いて慣性モーメントを推定しているため、モータが一定速度で回転している場合には慣性モーメントを推定することができないという問題があった。また、特許文献２に記載の技術によれば、数値制御装置は、不適切なタイミングで付加的な正弦波指令を加えてしまう可能性がある。具体的には、例えば、数値制御装置が加工中に付加的な正弦波指令を加えてしまうと、加工面に悪影響が出てしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工品質に影響を与えることなく速度制御ゲインを算出することができる数値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、ワークを加工するための負荷を駆動する第１モータの位置フィードバックが前記第１モータの位置指令に追随するように前記第１モータの速度指令を算出する位置制御部と、少なくとも比例制御要素を有する制御に基づいて前記第１モータの速度フィードバックが前記速度指令に追随するようにトルク電流指令を生成する速度制御部と、前記トルク電流指令を電力に変換して前記第１モータに供給する電力変換部と、前記第１モータおよび前記第１モータに駆動される負荷の慣性モーメントを推定するか否かを判定する推定許否判定部と、前記推定許否判定部が前記慣性モーメントを推定すると判定したときに、前記速度制御部が生成したトルク電流指令に前記慣性モーメントの推定に供する付加トルク電流指令を加算して、前記付加トルク電流指令が加算されたトルク電流指令を前記電力変換部に入力する付加トルク電流指令生成部と、前記速度制御部が生成したトルク電流指令と、前記付加トルク電流指令と、前記第１モータの速度フィードバックとに基づいて、前記第１モータおよび当該第１モータにより駆動される負荷の慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定部と、を備え、前記推定許否判定部は、前記速度フィードバックに基づいて前記第１モータが一定速度で動作しているか否かを判定するとともに、前記第１モータが前記ワークを加工中であるか非加工中であるかを判定し、前記第１モータが一定速度で動作し、かつ、非加工中である場合、前記慣性モーメントを推定すると判定し、前記第１モータが一定速度で動作していないか、または、加工中である場合、前記慣性モーメントを推定しないと判定する、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、数値制御装置は、非加工中にトルク電流指令に追加トルク電流指令を加算するので、加工品質に影響を与えることなく速度制御ゲインを算出することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の数値制御装置の構成を説明するブロック図である。 図２は、実施の形態１の推定許否判定部による推定を許可するか否かの判定方法を説明するフローチャートである。 図３は、実施の形態２の数値制御装置の構成を説明するブロック図である。 図４は、実施の形態３の数値制御装置の構成を説明するブロック図である。 図５は、第１軸および第２軸の例を説明する図である。 図６は、実施の形態４の数値制御装置の構成を説明するブロック図である。

以下に、本発明にかかる数値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、これら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１．
図１は、本発明の実施の形態１の数値制御装置の構成を説明するブロック図である。図示するように、数値制御装置１５ａは、モータ６と、位置検出部７とに接続される。数値制御装置１５ａは、モータ６に電力を供給する。モータ６は数値制御装置１５ａから供給された電力をトルクに変えて負荷１６に伝えることで、負荷１６の動作を制御する。位置検出部７は、モータ６の位置検出を行って、位置検出値を数値制御装置１５ａに入力する。なお、実施の形態１においては、負荷１６の概念は、モータ６と負荷１６の間のトルク伝達の役割を担う伝達機構をも含むものとしている。

数値制御装置１５ａは、モータ６の位置指令を生成して出力する指令生成部１と、位置検出部７による位置検出値（位置フィードバック）を用いながら指令生成部１が生成した位置指令にモータ６が追従するようにモータ６を制御するサーボ制御装置１２ａを備えている。サーボ制御装置１２ａは、制御部２、電力変換部５、微分部８、慣性モーメント推定部９、速度制御ゲイン算出部１０、付加トルク電流指令生成部１１、推定許否判定部１３ａ、および電流検出部１４を備えている。

微分部８は、位置検出部７から検出された位置検出値を微分して、速度測定値（速度フィードバック）を生成し、出力する。

制御部２は、位置制御部３および速度制御部４を備えて構成される。位置制御部３は、指令生成部１から出力された位置指令と位置検出部７から出力された位置検出値との差を入力として速度指令を出力する。速度制御部４は位置制御部３から出力された速度指令と微分部８から出力された速度測定値との差を入力としてトルク電流指令を生成し、出力する。なお、ここでは一例として、位置制御部３には比例制御、速度制御部４には比例制御と積分制御とを用いたＰＩ制御が適用されるものとする。なお、速度制御部４は、比例制御要素を有していれば、ＰＩ制御だけに限定されない。

電力変換部５は、速度制御部４から出力されたトルク電流指令を電力に変換し、生成された電力をモータ６に供給する。

ここで、本発明の実施の形態１の数値制御装置１５ａは、モータ６が一定速度で動作している際にモータ６および負荷１６の慣性モーメントを推定し、推定結果に応じて速度制御部４の速度制御ゲインを自動設定することができる。なお、ここでいう慣性モーメントはイナーシャと同義である。

具体的には、電流検出部１４はモータ６の電流フィードバックを検出し、電流測定値として推定許否判定部１３ａに対して出力する。

推定許否判定部１３ａは、電流検出部１４から出力された電流測定値と、微分部８から出力された速度測定値を用いて、慣性モーメントを推定するために用いる付加的なトルク電流指令である付加トルク電流指令を加えることを許可するか否かを判定する。そして、許可すると判定した間、付加トルク電流指令生成部１１に対して推定許可指令を出力する。推定許可指令は、付加トルク電流指令生成部１１に付加トルク電流指令を出力せしめる指令として機能する。なお、推定を許可するか否かの判定方法は後ほど詳述する。

付加トルク電流指令生成部１１は、推定許可指令が出力されているときに、予め設定された付加トルク電流指令を出力する。付加トルク電流指令の具体的な波形は特定の波形に限定されない。付加トルク電流指令には、例えば、ステップ信号、矩形波信号、正弦波信号などが採用される。

付加トルク電流指令は、制御部２から出力されたトルク電流指令に加算されて電力変換部５に入力され、電力変換部５は、付加トルク電流指令が加算されたトルク電流指令に基づいてモータ６を駆動する電力を生成する。このように、推定が許可されているときにおいては、付加トルク電流指令が加算されたトルク電流指令に基づいてモータ６が駆動され、推定が禁止されているときにおいては、付加トルク電流指令が加算されていないトルク電流指令に基づいてモータ６が駆動される。

推定が許可されているときにおいては、慣性モーメント推定部９は、微分部８から出力された速度測定値と、トルク電流指令と、付加トルク電流指令とを入力とし、モータ６と負荷１６とを合わせた慣性モーメントを推定し、慣性モーメント推定値を出力する。なお、慣性モーメント推定部９における慣性モーメントの推定方法は、特定の方法に限定されないが、例えば特許文献３に記載されているような逐次最小二乗法や、インパルス応答に基づいた推定法が採用可能である。慣性モーメント推定部９から出力された慣性モーメント推定値は速度制御ゲイン算出部１０に入力される。

速度制御ゲイン算出部１０は、慣性モーメント推定部９から出力された慣性モーメント推定値に基づいて速度制御ゲインを算出する。速度制御ゲインの算出方法としては、予め設定した速度帯域に慣性モーメント推定値を乗じて速度制御ゲインを求める方法、慣性モーメント推定値を既知であるモータ６の慣性モーメントで除してモータ６単体時の速度制御ゲインを乗じて速度制御ゲインを求める方法、または、慣性モーメントの大きさと速度制御ゲインの大きさとを対応付けたテーブルを予め記憶し、当該テーブルのエントリに内挿法及び外挿法を適用して速度制御ゲインを求める方法等が採用可能である。速度制御ゲイン算出部１０は、算出した速度制御ゲインで速度制御部４の比例制御要素のゲイン（速度制御ゲイン）を更新する。

なお、付加トルク電流指令の出力、慣性モーメントの推定、速度制御ゲインの算出および速度制御ゲインの更新は、前述したように、推定許否判定部１３ａで推定を許可するとして判定されたときに行われる。慣性モーメントの推定、速度制御ゲインの算出および速度制御ゲインの更新が、推定が許可されているときに実行され、推定が禁止されているときには実行されないようにするために、慣性モーメント推定部９および速度制御ゲイン算出部１０にも推定許可信号が入力されるようにしてもよい。

次に、実施の形態１の推定許否判定部１３ａが推定を許可するか否かを判定する方法を説明する。図２は、実施の形態１の推定許否判定部１３ａによる推定を許可するか否かの判定方法を説明するフローチャートである。

なお、推定許否判定部１３ａは、推定を許可するか否かを判定するに当たって、３つの内部的な信号（ｆｌｇＡ、ｆｌｇＢ、およびｆｌｇＣ）を使用する。推定許否判定部１３ａは、推定許否判定部１３ａの内部または外部に例えば小規模なメモリやレジスタなどの記憶装置を具備し、これらの信号は、推定許否判定部１３ａが有する記憶装置内に保持される。ｆｌｇＡは、付加トルク電流指令を加えることを許可するか禁止するかを示す信号であって、「０」のときは禁止、「１」のときは許可を夫々示す。ｆｌｇＢは、加工負荷トルクが発生しているか否かを示す信号であって、「０」のときは加工負荷トルクが発生していないことを、「１」のときは加工負荷トルクが発生していることを夫々示す。なお、モータ６を用いてワークを加工中である場合には、加工負荷トルクが発生し、モータ６は、発生した加工負荷トルクを受ける。また、モータ６を用いてワークを加工していない場合（非加工中である場合）、加工負荷トルクが発生しない。ｆｌｇＣは、モータ６が指令速度で駆動しているか否かを示す信号であって、「０」のときは指令速度で駆動していないことを、「１」のときは指令速度で駆動していることを夫々示す。なお、運転開始直後は３つの信号とも「０」とする。

図２に示すように、推定許否判定部１３ａは、まず、現在のモータ速度が一定であるか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、例えば、サーボ制御装置１２ａが指令速度の情報を予め与えられている場合は、推定許否判定部１３ａは、指令速度と速度測定値との誤差が予め定められた所定の範囲内であるとき、現在のモータ速度が一定であると判定し、指令速度と速度測定値との誤差が所定の範囲から外れているとき、現在のモータ速度が一定でないと判定することができる。また、サーボ制御装置１２ａが指令速度の情報を持っていない場合は、推定許否判定部１３ａは、速度測定値の変動が予め定められた範囲内にあるとき、現在のモータ速度が一定であると判定し、速度測定値の変動が予め定められた範囲内にないとき、現在のモータ速度が一定でないと判定することができる。即ち、推定許否判定部１３ａは、速度測定値に基づいてステップＳ１の判定処理を実行する。

現在のモータ速度が一定である場合（ステップＳ１、Ｙｅｓ）、推定許否判定部１３ａは、ｆｌｇＣに「１」をセットし（ステップＳ２）、ステップＳ３に処理を進める。現在のモータ速度が一定でない場合（ステップＳ１、Ｎｏ）、推定許否判定部１３ａは、ステップＳ２の処理をスキップしてステップＳ３に処理を進める。

ステップＳ３の処理においては、推定許否判定部１３ａは、電流が急激に増加したか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、推定許否判定部１３ａは、電流検出部１４から出力された電流測定値の絶対値を観測し、観測した絶対値の所定区間内における増加量と所定のしきい値（所定第１のしきい値）とを比較することによってステップＳ３の判定処理を実行する。

ここで、電流が急激に増加することは、加工が開始されて加工負荷トルクが発生したことを意味する。電流が急激に増加した場合には（ステップＳ３、Ｙｅｓ）、推定許否判定部１３ａは、ｆｌｇＢに「１」をセットし（ステップＳ４）、ステップＳ５に処理を進める。電流が急激に増加していない場合には（ステップＳ３、Ｎｏ）、推定許否判定部１３ａは、ステップＳ４の処理をスキップしてステップＳ５に処理を進める。

ステップＳ５の処理においては、推定許否判定部１３ａは、電流が急激に減少したか否かを判定する（ステップＳ５）。具体的には、推定許否判定部１３ａは、電流検出部１４から出力された電流測定値の絶対値を観測し、観測した絶対値の所定区間内における減少量と所定のしきい値（所定第２のしきい値）とを比較することによってステップＳ５の判定処理を実行する。なお、ステップＳ５の判定処理で用いられるしきい値は、ステップＳ３の判定処理で用いられるしきい値と同じであってもよいし異なっていてもよい。

ここで、電流が急激に減少することは、加工負荷トルクが発生しなくなったことを意味する。電流が急激に減少した場合には（ステップＳ５、Ｙｅｓ）、推定許否判定部１３ａは、ｆｌｇＢに「０」をセットし（ステップＳ６）、ステップＳ７に処理を進める。電流が急激に減少していない場合には（ステップＳ５、Ｎｏ）、推定許否判定部１３ａは、ステップＳ６の処理をスキップしてステップＳ７に処理を進める。

なお、ステップＳ３の判定処理においてＹｅｓとなったタイミング（第１のタイミング）からステップＳ５の判定処理においてＹｅｓとなったタイミング（第２のタイミング）の間は、加工負荷トルクが発生している状態、即ちモータ６を用いてワークを加工している状態となっている。また、第２のタイミングから、次回以降の演算周期で第１のタイミングとなるまでの間は、加工負荷トルクが発生していない状態、即ちモータ６を用いてワークを加工していない状態となっている。

ステップＳ７の処理においては、推定許否判定部１３ａは、ｆｌｇＢが「０」であるか否かを判定する（ステップＳ７）。ｆｌｇＢが「０」である場合（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、推定許否判定部１３ａは、ｆｌｇＣが「１」であるか否かを判定する（ステップＳ８）。

ｆｌｇＣが「１」である場合（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、推定許否判定部１３ａは、ｆｌｇＡに「１」をセットする（ステップＳ９）。ｆｌｇＢが「０」でないか（ステップＳ７、Ｎｏ）、ｆｌｇＣが「１」でない場合（ステップＳ８、Ｎｏ）、推定許否判定部１３ａは、ｆｌｇＡに「０」をセットする（ステップＳ１０）。

ステップＳ９の処理またはステップＳ１０の処理の後、推定許否判定部１３ａは、ｆｌｇＡが「１」であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。ｆｌｇＡが「１」である場合には（ステップＳ１１、Ｙｅｓ）、推定許否判定部１３ａは、推定を許可すると判定し（ステップＳ１２）、動作を終了する。また、ｆｌｇＡが「０」である場合には（ステップＳ１１、Ｎｏ）、推定許否判定部１３ａは、推定を許可しない（禁止する）と判定し（ステップＳ１３）、動作を終了する。

なお、図２に示した動作は、例えば演算周期毎など、周期的に実行される。これにより、推定許否判定部１３ａは、モータ６の速度が一定で、かつ、加工負荷トルクが発生しなくなってから加工負荷トルクが発生するまでの間（言い換えると非加工中）に、推定を許可すると判断することができる。

なお、以上の説明においては、電流検出部１４から出力される電流測定値が推定許否判定部１３ａに直接入力されるように説明したが、電流検出部１４から出力される電流測定値にフィルタを作用させて電流測定値中の高周波成分を取り除き平滑化した後に推定許否判定部１３ａに入力されるようにしてもよい。また、モータ６が一定速度で駆動している際、電流検出部１４から出力される電流測定値から一定速度で駆動している際に生じる摩擦トルク分の電流値を減じてから推定許否判定部１３ａに入力してもよい。

また、モータ６に位置検出部７を接続してモータ６の位置を検出するとして説明したが、負荷１６に位置検出部７を接続して負荷１６の位置を検出しても良い。ただし、その場合、指令生成部１から出力される位置指令は負荷１６に対する指令となる。

このように、本発明の実施の形態１によれば、数値制御装置１５ａは、モータ６の速度フィードバックに基づいてモータ６が一定速度で動作しているか否かを判定するとともに、モータ６がワークを加工中であるか非加工中であるかを判定し、モータ６が一定速度で動作し、かつ、非加工中である場合、モータ６およびモータ６が駆動する負荷１６の慣性モーメントを推定すると判定し、モータ６が一定速度で動作していないか、または、加工中である場合、慣性モーメントを推定しないと判定する推定許否判定部１３ａを備え、推定許否判定部１３ａが慣性モーメントを推定すると判定したときに慣性モーメントを推定するために供する追加トルク電流指令をトルク電流指令に付加して慣性モーメントを推定し、慣性モーメントの推定値に基づいて速度制御ゲインを算出し、算出した速度制御ゲインで速度制御部４の速度制御ゲインを更新する、ように構成したので、非加工中にトルク電流指令に追加トルク電流指令を加算するので、加工品質に影響を与えることなく速度制御ゲインを算出することができるようになる。

なお、推定許否判定部１３ａは、モータ６の電流測定値（電流フィードバック）に基づいて加工中であるか非加工中であるかを判定する。具体的には、推定許否判定部１３ａは、モータ６の電流フィードバックの絶対値の増加量が所定第１のしきい値を越えた第１のタイミングからモータ６の電流フィードバックの絶対値の減少量が所定第２のしきい値を越えた第２のタイミングまでの期間には、加工中であると判定し、第２のタイミングから第１のタイミングまでの期間には、非加工中であると判定する。これにより、推定許否判定部１３ａは、モータ６が加工中であるか非加工中であるかを確実に判定することができるようになる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２の数値制御装置の構成を説明するブロック図である。なお、実施の形態２の説明においては、実施の形態１と同様の構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

図３に示すように、実施の形態２の数値制御装置１５ｂは、指令生成部１およびサーボ制御装置１２ｂを備えている。サーボ制御装置１２ｂは、制御部２、電力変換部５、微分部８、慣性モーメント推定部９、速度制御ゲイン算出部１０、付加トルク電流指令生成部１１、および推定許否判定部１３ｂを備えている。また、制御部２は、位置制御部３および速度制御部４を備えて構成される。

実施の形態２によれば、推定許否判定部１３ｂは、非加工期間をモータ６の電流フィードバックに基づいて判定するのではなく、指令生成部１から加工に影響を及ぼさない期間（モータ６を用いてワークを加工しない期間）が指令され、当該指令に基づいて判定する。

具体的には、まず、指令生成部１は、入力された加工プログラムから例えば早送りの位置決め命令や工具交換のような加工に影響しない命令を検出する。なお、切削送り命令は加工に影響する命令に該当する。加工に影響しない命令を検出した後、指令生成部１は、加工に影響しない命令が実行される際に、推定許否判定部１３ｂに非加工期間信号を出力する。

推定許否判定部１３ｂは、非加工期間信号が入力されているとき、現在は非加工中であると判定し、非加工期間信号が入力されていないとき、現在は加工中であると判定する。即ち、推定許否判定部１３ｂは、ｆｌｇＣが「１」であり、かつ、指令生成部１から非加工期間信号が入力されたとき、ｆｌｇＡを「１」とし、推定許可指令を出力する。また、推定許否判定部１３ｂは、ｆｌｇＣが「０」であるか、または、指令生成部１から非加工期間信号が入力されていないとき、ｆｌｇＡを「０」とし、推定許可指令を出力しない。

このように、実施の形態２によれば、数値制御装置１５ｂは、加工プログラムに基づいてモータ６の位置指令を生成する指令生成部１を備え、指令生成部１は、加工プログラムに基づいてモータ６を用いてワークを加工しない期間を指定し、推定許否判定部１３ｂは、指令生成部１によって指定された期間には非加工中であると判定し、前記指令生成部１によって指定されていない期間には加工中であると判定する、ように構成したので、実施の形態１と同様に、加工品質に影響を与えることなく速度制御ゲインを算出することができるようになる。なお、実施の形態２によれば、推定許否判定部１３ｂは、フィードバックに基づいて加工中／非加工中を判定するのではなく、加工プログラムに基づいて判定される内容に基づいて判定するようにしたので、実施の形態１よりも正確かつ早期に付加トルク電流指令を加えることができるようになる。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３の数値制御装置の構成を説明するブロック図である。実施の形態３の数値制御装置１５ｃは、協働してワークを加工する複数の軸（ここでは第１軸および第２軸の２つ）を制御し、第１軸目の慣性モーメントの推定を許可するという判定を、第２軸の位置検出値の値に基づいて行う。なお、以降、対象とする軸が異なるだけで同一の機能を有する２つの要素が存在する場合には、第１軸を駆動するための要素には「−１」を、第２軸を駆動するための要素には「−２」を、要素の符号に夫々付して、互いに区別することとする。

数値制御装置１５ｃは、第１軸目の負荷４６を駆動する第１軸目のモータ（第１モータ）３６と、第１軸目のモータ３６の位置を検出する第１軸目の位置検出部３７と、第２軸目の負荷６６を駆動する第２軸目のモータ（第２モータ）５６と、第２軸目のモータ５６の位置を検出する第２軸目の位置検出部５７とに接続されている。そして、数値制御装置１５ｃは、指令生成部１と、第１軸目の位置検出部３７による位置検出値をフィードバック信号として用いながら指令生成部１が生成した位置指令に第１軸目のモータ３６が追従するように第１軸目のモータ３６を制御するサーボ制御装置１２−１と、第２軸目の位置検出部５７による位置検出値をフィードバック信号として用いながら指令生成部１が生成した位置指令に第２軸目のモータ５６が追従するように第２軸目のモータ５６を制御するサーボ制御装置１２−２とを備えている。

サーボ制御装置１２−１は、制御部２−１、電力変換部５−１、微分部８−１、慣性モーメント推定部９、速度制御ゲイン算出部１０、付加トルク電流指令生成部１１、および推定許否判定部１３ｃを備えている。制御部２−１は、位置制御部３−１および速度制御部４−１を備えて構成される。

サーボ制御装置１２−２は、制御部２−２、電力変換部５−２、および微分部８−２を備えている。制御部２−２は、位置制御部３−２および速度制御部４−２を備えて構成される。

制御部２−１、２−２、電力変換部５−１、５−２、および微分部８−１、８−２は、対象の軸が異なるだけで実施の形態１の同名の要素と夫々同じ機能を有するので、これらの要素にかかる説明を省略する。また、慣性モーメント推定部９、速度制御ゲイン算出部１０、および付加トルク電流指令生成部１１は、実施の形態１の同名、同符号の要素を夫々同じ機能を有するので、これらの要素のかかる説明を省略する。

推定許否判定部１３ｃは、第１軸目の位置検出値（第１軸目の位置フィードバック）を微分する微分部８−１から出力される第１軸目のモータ３６の速度測定値と、第２軸目の位置検出部５７から出力される第２軸目のモータ５６の位置検出値（第２軸目の位置フィードバック）とに基づいて、推定を許可するか否かを判定する。

具体的には、推定許否判定部１３ｃは、第２軸目の位置フィードバックと所定の値（非加工期間判定しきい値）との大小関係に基づいてｆｌｇＡの値を決定する。例えば、図５に示すように、第２軸がＺ軸方向を軸線方向としてワーク７３を回転せしめる軸であるとし、第１軸が経路７４で移動せしめられる刃物台７１をＸ軸方向に駆動する軸であるとすると、非加工期間判定しきい値として、ワーク７３を加工中でないことが保証される位置７２のＸ軸座標値が設定される。推定許否判定部１３ｃは、第２軸目の位置フィードバックが非加工期間判定しきい値よりも大きい場合には、非加工中と判定であると判定し、第２軸目の位置フィードバックが非加工期間判定しきい値よりも小さい場合には、加工中であると判定する。即ち、第２軸目の位置フィードバックが非加工期間判定しきい値よりも大きく、かつ、ｆｌｇＣが「１」であるとき、推定許否判定部１３ｃは、推定許可指令を出力する。また、第２軸目の位置フィードバックが非加工期間判定しきい値よりも小さいか、または、ｆｌｇＣが「０」であるとき、推定許否判定部１３ｃは、推定許可指令を出力しない。

なお、実施の形態３の説明においては、第２軸の位置フィードバックが第２軸のサーボ制御装置１２−２を経由して第１軸目のサーボ制御装置１２−１内の推定許否判定部１３ｃに入力されるものとして説明したが、位置検出部５７から推定許否判定部１３ｃに直接に第２軸目の位置フィードバックが入力されるようにしてもよい。

また、推定許否判定部１３ｃは、推定を許可するか否かを判定する際に位置フィードバックを用いているが、位置フィードバックの代わりに位置指令、速度指令、または速度フィードバックを用いてもよい。ただし、速度指令、速度フィードバックを用いる場合には、これらを積分して位置を求める必要がある。

また、第１軸目の推定許否判定部１３ｃに入力される情報は第１軸目のサーボ制御装置１２−１とは異なる１台のサーボ制御装置１２−２に接続されたモータ５６の位置・速度に関する情報であるものとしているが、２以上のサーボ制御装置に接続されたモータの位置・速度に関する情報であっても良い。

また、実施の形態３の数値制御装置１５ｃにおいては、サーボ制御装置１２−１、１２−２の夫々に夫々１つのモータが接続される構成を有するものとして説明したが、サーボ制御装置１２−１、１２−２の夫々に対し１または複数のモータが接続される構成を具備していても構わない。

以上述べたように、実施の形態３によれば、推定許否判定部１３ｃは、モータ３６と協働してワークを加工するモータ５６の位置に基づいて加工中であるか非加工中であるかを判定する、ように構成したので、実施の形態１と同様に、加工品質に影響を与えることなく速度制御ゲインを算出することができるようになる。

実施の形態４．
実施の形態４によれば、数値制御装置は、数値制御装置に接続するすべてのモータまたは負荷の位置信号を用いて加工シミュレーションを実行し、その結果から非加工期間を判定することができる。

図６は、本発明の実施の形態４の数値制御装置の構成を説明するブロック図である。図示するように、実施の形態４の数値制御装置１５ｄは、指令生成部１、加工シミュレーション実行部８１、およびサーボ制御装置１２ｄを備えている。サーボ制御装置１２ｄは、制御部２、電力変換部５、微分部８、慣性モーメント推定部９、速度制御ゲイン算出部１０、付加トルク電流指令生成部１１、および推定許否判定部１３ｄを備えている。また、制御部２は、位置制御部３および速度制御部４を備えて構成される。

まず、指令生成部１は、モータ６を動かすための位置指令（第１位置指令）を生成して制御部２に対して出力することに加えて、実時間もしくは所定の時間先におけるモータ６を動かすための位置指令（第２位置指令）を生成して、生成した第２位置指令を加工シミュレーション実行部８１に対して出力する。実施の形態３のように複数の軸を駆動する場合には、指令生成部１は、全てのモータにかかる第２位置指令を加工シミュレーション実行部８１に出力する。

加工シミュレーション実行部８１は、入力された第２位置指令と、予め記憶するワーク形状データとに基づいて、加工シミュレーションを実行する。なお、加工シミュレーション実行部８１が実行する加工シミュレーションの手法は、特定の手法に限定されない。例えば、特許文献４に開示されているように、ワークをボクセルの集合とみなしてワークと工具の干渉部分のボクセルを除去してゆくことで、工具の動きやワーク形状の幾何学的な変化をシミュレーションする手法が採用可能である。加工シミュレーション実行部８１は、加工シミュレーションを実行しながら、シミュレーション結果に基づいて、工具がワークに接触しているか否かを判定し、工具がワークに接触していないと判定した場合には、非加工期間信号を出力し、工具がワークに接触していると判定した場合には、非加工期間信号を出力しない。なお、加工シミュレーション実行部８１は、実時間と同期を取りながら、推定許否判定部１３ｄに非加工期間信号を出力する。

推定許否判定部１３ｄは、加工シミュレーション実行部８１から非加工期間信号が入力されたとき、非加工中であると判定し、加工シミュレーション実行部８１から非加工期間信号が入力されていないとき、加工中であると判定する。即ち、推定許否判定部１３ｄは、ｆｌｇＣが「１」であり、かつ、加工シミュレーション実行部８１から非加工期間信号が入力されたとき、ｆｌｇＡを「１」に設定して推定許可指令を出力する。また、推定許否判定部１３ｄは、ｆｌｇＣが「１」であるか、または、加工シミュレーション実行部８１から非加工期間信号が入力されていないとき、ｆｌｇＡを「０」に設定して推定許可指令を出力しない。

なお、以上の説明においては、加工シミュレーション実行部８１は第２位置指令に基づいて加工シミュレーションを行うものとして説明したが、モータ６または負荷１６の位置フィードバック、速度指令、または速度フィードバックを入力として用いて加工シミュレーションを行うようにしてもよい。ただし、速度指令または速度フィードバックを用いて加工シミュレーションを行う場合は、これらの情報を積分してモータ６または負荷１６の位置を求める必要がある。

また、オフライン時に加工シミュレーション実行部８１で加工シミュレーションだけを行い、その結果を記憶しておき、オンライン時に加工シミュレーション実行部８１が実時間と同期を取りながら推定許否判定部１３ｄに対し非加工期間信号を出力するようにしてもよい。

以上述べたように、本発明の実施の形態４によれば、推定許否判定部１３ｄは、加工シミュレーションの結果に基づいて加工中であるか非加工中であるかを判定する、ように構成したので、実施の形態１と同様に、加工品質に影響を与えることなく速度制御ゲインを算出することができるようになる。

以上のように、本発明にかかる数値制御装置は、工作機械のモータを駆動する数値制御装置に適用して好適である。

１ 指令生成部
２ 制御部
３ 位置制御部
４ 速度制御部
５ 電力変換部
６、３６、５６ モータ
７ 位置検出部
８ 微分部
９ 慣性モーメント推定部
１０ 速度制御ゲイン算出部
１１ 付加トルク電流指令生成部
１２ａ、１２ｂ、１２ｄ、１２−１、１２−２ サーボ制御装置
１３ａ〜１３ｄ 推定許否判定部
１４ 電流検出部
１５ａ〜１５ｄ 数値制御装置
１６、４６、６６ 負荷
３７ 位置検出部
５７ 位置検出部
７１ 刃物台
７２ 位置
７３ ワーク
７４ 経路
８１ 加工シミュレーション実行部

Claims (7)

1. ワークを加工するための負荷を駆動する第１モータの位置フィードバックが前記第１モータの位置指令に追随するように前記第１モータの速度指令を算出する位置制御部と、
   少なくとも比例制御要素を有する制御に基づいて前記第１モータの速度フィードバックが前記速度指令に追随するようにトルク電流指令を生成する速度制御部と、
   前記トルク電流指令を電力に変換して前記第１モータに供給する電力変換部と、
   前記第１モータおよび前記第１モータに駆動される負荷の慣性モーメントを推定するか否かを判定する推定許否判定部と、
   前記推定許否判定部が前記慣性モーメントを推定すると判定したときに、前記速度制御部が生成したトルク電流指令に前記慣性モーメントの推定に供する付加トルク電流指令を加算して、前記付加トルク電流指令が加算されたトルク電流指令を前記電力変換部に入力する付加トルク電流指令生成部と、
   前記速度制御部が生成したトルク電流指令と、前記付加トルク電流指令と、前記第１モータの速度フィードバックとに基づいて、前記第１モータおよび当該第１モータにより駆動される負荷の慣性モーメントを推定する慣性モーメント推定部と、
   を備え、
   前記推定許否判定部は、
   前記速度フィードバックに基づいて前記第１モータが一定速度で動作しているか否かを判定するとともに、前記第１モータが前記ワークを加工中であるか非加工中であるかを判定し、前記第１モータが一定速度で動作し、かつ、非加工中である場合、前記慣性モーメントを推定すると判定し、前記第１モータが一定速度で動作していないか、または、加工中である場合、前記慣性モーメントを推定しないと判定する、
   を備えることを特徴とする数値制御装置。
2. 前記慣性モーメントの推定値に基づいて前記比例制御要素のゲインの設定値を算出し、算出した設定値で前記比例制御要素のゲインを更新する速度制御ゲイン算出部を備えることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 推定許否判定部は、前記第１モータの電流フィードバックに基づいて加工中であるか非加工中であるかを判定する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の数値制御装置。
4. 推定許否判定部は、前記第１モータの電流フィードバックの絶対値の増加量が所定第１のしきい値を越えた第１のタイミングから前記第１モータの電流フィードバックの絶対値の減少量が所定第２のしきい値を越えた第２のタイミングまでの期間には、加工中であると判定し、前記第２のタイミングから前記第１のタイミングまでの期間には、非加工中であると判定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
5. 加工プログラムに基づいて前記第１モータの位置指令を生成する指令生成部を備え、
   前記指令生成部は、前記加工プログラムに基づいて前記第１モータを用いて前記ワークを加工しない期間を指定し、
   推定許否判定部は、前記指令生成部によって指定された期間には非加工中であると判定し、前記指令生成部によって指定されていない期間には加工中であると判定する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の数値制御装置。
6. 前記推定許否判定部は、前記第１モータと協働して前記ワークを加工する、前記第１モータと異なる第２モータの位置に基づいて加工中であるか非加工中であるかを判定する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の数値制御装置。
7. 前記推定許否判定部は、前記ワークの加工シミュレーションを行い、前記加工シミュレーションの結果に基づいて加工中であるか非加工中であるかを判定する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の数値制御装置。

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