JP7209906B1 - 制御システム - Google Patents

Abstract

制御システムは、データ取得部（１３１１）と、解析部と、を備える。データ取得部（１３１１）は、産業用機械の保持装置に保持された保持対象物の情報を示す保持対象物情報、保持対象物の保持装置への保持状態、および産業用機械の情報を示す機械情報を取得する。解析部は、産業用機械に設けられる制御対象を制御するモータ制御装置でのフィルタリング処理で設定される遮断周波数を、保持対象物を保持装置に保持させた場合の制御対象と保持装置とを含んで構成された機械構成に発生する機械構成の固有振動数として導出する。解析部は、データ取得部（１３１１）によって取得された保持対象物情報、保持状態および機械情報から、保持対象物を産業用機械の保持装置に保持させた状態で加工処理を行ったときに発生する機械構成の固有振動数を導出する。

Description

本開示は、工作機械をはじめとした産業用機械装置を制御する制御システムに関する。

工作機械をはじめとした産業用機械装置の動作を制御する制御装置は、一般に、フィードバック制御手法を採用している。制御装置は、フィードバック制御手法を採用することにより、上位コントローラから送られてくる目標値に安定に追従するとともに外乱の影響にも対応できる。

ところが、フィードバック制御手法を用いても、制御対象の剛性、質量等に依存する機械共振が発生する場合がある。機械共振が発生した際にフィードバックゲインが大きな値に設定されていると、機械共振が増大し制御系が発振してしまうことがある。このような現象を抑制するために、従来、特定の周波数成分だけを減衰させるフィルタであるノッチフィルタを、制御ループ内に設ける手法が用いられていた。しかし、減衰させるすなわち遮断する特定の周波数である遮断周波数を、ノッチフィルタに設定するためには、遮断すべき周波数を事前に実測により求めることになり、専用の計測器が必要になる。また、工作機械のなかには、ワークなどの保持対象物の保持動作を行うものがある。このような工作機械では、保持対象物の構造、材質等の特性、さらに保持対象物を保持しているか否か、すなわち保持状態が変化することに伴い、共振周波数も変化してしまう。このため、事前に専用の計測器を用いて遮断周波数を決定する方法では、上記現象を十分に抑制できない場合がある。

上記のような問題点に対応するため、特許文献１には、保持対象物の特性および状態に応じて変化する共振周波数を、制御ループ内の電流指令、センサ等から取得した位置、電流のフィードバック情報から推定する制御システムが開示されている。特許文献１に記載の制御システムは、推定した共振周波数をノッチフィルタの遮断周波数として決定することで、制御対象が変化した場合であっても振動を抑制することが可能となる。

特許第６６３９７５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、共振周波数が既知でない工作機械の状態である場合には、工作機械等の産業用機械において、実際に機械共振が発生してから、機械共振した際の電流指令および検出器による検出結果を含むフィードバック情報等のデータを用いて機械共振が発生した際の共振周波数を推定する必要がある。このため、ノッチフィルタの遮断周波数を決定するためには、機械共振が発生するための動作が必要となり、産業用機械に好ましくない影響を与えてしまう場合がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、工作機械等の産業用機械の状態によって変化する固有振動数に応じて発生する機械共振の共振周波数を推定するための実際に産業用機械に機械共振を発生させる動作を必要とすることなく、産業用機械の機械共振を抑制することができる制御システム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、本開示の制御システムは、データ取得部と、解析部と、を備える。データ取得部は、産業用機械の保持装置に保持された保持対象物の情報を示す保持対象物情報、保持対象物の保持装置への保持状態、および産業用機械の情報を示す機械情報を取得する。解析部は、産業用機械に設けられる制御対象を制御するモータ制御装置でのフィルタリング処理で設定される遮断周波数を、保持対象物を保持装置に保持させた場合の制御対象と保持装置とを含んで構成された機械構成に発生する機械構成の固有振動数として導出する。解析部は、保持対象物および保持状態のうち少なくとも一方が変化する場合に、産業用機械で加工処理を実行する前に、データ取得部によって取得された保持対象物および保持状態のうち少なくとも一方の変化後の保持対象物情報、保持状態および機械情報から、解析対象についての形状モデルを生成し、形状モデルについて有限要素法を用いた振動解析を実施し、保持対象物を産業用機械の保持装置に保持させた状態で加工処理を行ったときに発生する機械構成の固有振動数を導出する。保持対象物は、産業用機械での加工対象となるワークである。保持対象物情報は、保持対象物の保持位置、構造および材質を含む情報である。

本開示に係る制御システムは、工作機械等の産業用機械の状態によって変化する固有振動数に応じて発生する機械共振の共振周波数を推定するための実際に産業用機械に機械共振を発生させる動作を必要とすることなく、産業用機械の機械共振を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る制御システムの構成の一例を模式的に示す図 実施の形態１に係る制御システムにおけるフィルタ生成部の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態１に係る制御システムにおける演算装置の構成の一例を模式的に示す図 実施の形態１に係る制御システムにおけるフィルタ生成部での処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１の処理回路の構成の一例を示す図 実施の形態１に係る制御システムの構成の他の例を模式的に示す図 実施の形態１に係る制御システムの構成の他の例を模式的に示す図 実施の形態１に係る制御システムの演算装置を実現するコンピュータシステムの構成の一例を示すブロック図

以下に、本開示の実施の形態に係る制御システムを図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る制御システムの構成の一例を模式的に示す図である。実施の形態１の制御システム２０は、モータ制御装置１と、モータ制御装置１を制御する上位コントローラ２と、を備える。制御システム２０は、工作機械３０を制御する。実施の形態１では、制御システム２０の制御対象である工作機械３０は、切削加工を行う工作機械であるとするが、制御システム２０の制御対象は、切削加工を行う工作機械に限定されず、加工対象であるワーク６を保持する動作を行うことが可能な産業用機械であればよい。

図１に示される例では、工作機械３０は、モータ３、減速機８、チャック装置５および切削工具７を備える。工作機械３０は、ワーク６を保持可能である。ワーク６は、工作機械３０が保持可能な保持対象物の一例である。また、ワーク６は、工作機械３０での加工対象となる。チャック装置５は、工作機械３０の保持装置の一例である。具体的には、工作機械３０は、チャック装置５により、ワーク６を固定する。チャック装置５は、上位コントローラ２から、ワーク６を保持することを示すチャック信号を受信した場合に、ワーク６を固定する。モータ３は、モータ制御装置１により制御される。モータ３の回転運動は減速機８を介してチャック装置５に伝達される。これにより、ワーク６はチャック装置５とともに回転する。ワーク６は回転しながら切削工具７により加工される。また、モータ３の位置、すなわちモータ３の回転位置は、検出器４により検出される。検出器４により検出されたモータ３の位置は、モータ制御装置１へ入力される。モータ制御装置１は、モータ３を直接的に制御し、モータ３の回転運動を変換する減速機８を間接的に制御しており、モータ３、減速機８はモータ制御装置１により制御される制御対象の一例である。なお、モータ制御装置１の制御する制御対象は、モータ３、減速機８のほか、図示しないボールねじ等のモータ３の駆動力を伝達する部材も含み得る。

図１に示される例では、チャック装置５は、チャック機構によってワーク６を保持する例を示したが、チャック機構に限定されず、他の機構でワーク６を保持する保持装置であってもよい。また、図１に示される例では、チャック装置５は、１方向に延在するワーク６の一方の端部を保持しているが、ワーク６の任意の位置を保持してもよい。

さらに、図１に示される例では、工作機械３０が、モータ３、減速機８、チャック装置５および切削工具７を含む１組の加工部を有する場合を例に挙げたが、２組の加工部を有していてもよい。この場合には、モータ３、減速機８、チャック装置５および切削工具７を含む加工部は、対称に配置されていてもよい。これによって、両方の加工部がワーク６を保持している状態から、一方の加工部はワーク６を保持し、他方の加工部はワーク６を保持していない状態へと変化する場合がある。このような場合には、工作機械３０全体の共振周波数が変化することになる。

上位コントローラ２は、工作機械３０の加工を制御するための指令、制御信号、制御情報等を生成する。詳細には、上位コントローラ２は、モータ３の位置に関する指令である位置指令を生成し、モータ制御装置１へ出力する。上位コントローラ２は、一例では、加工プログラムに従って、工作機械３０の加工を制御するための指令、制御信号、制御情報等を生成する。モータ制御装置１は、上位コントローラ２から受け取った位置指令と、検出器４から入力されたモータ３の位置と、に基づいて、モータ３を制御するための電流を生成して、モータ３へ出力する。

また、上位コントローラ２は、チャック装置５がワーク６を固定するか解放するかを示す制御信号を生成して、チャック装置５へ出力する。ここでは、ワーク６を固定するか解放するかを示す制御信号は、ワーク６を固定している間出力されるチャック信号であるとする。チャック装置５は、チャック信号を上位コントローラ２から受け取っている間はワーク６を固定する動作を実施し、チャック信号を受け取っていないときには、ワーク６を解放する動作を実施する。なお、ワーク６を固定するか解放するかを示す制御信号は、この例に限らず、ワーク６の開始時および終了時に出力される信号であってもよいし、信号の電圧値等によりワーク６の固定および解放を示すものであってもよい。また、チャック装置５によって固定される例を示したが、上位コントローラ２が、ワーク６が工作機械３０に固定されているか否かを把握できるものであればどのような固定方法であってもよい。

上位コントローラ２は、ワーク６の保持状態を把握している。保持状態は、一例では、ワーク６が工作機械３０に固定されているか否かを示す情報である。図１に示される構成例では、保持状態は、一例では、ワーク６が、チャック装置５に固定されているか否かである。この保持状態は、一例では加工プログラムによって指定されている。上位コントローラ２は、加工プログラムに基づいてワーク６の保持状態を判別することができる。また、保持状態は、工作機械３０の操作者により入力可能であってもよい。一例では、操作者は上位コントローラ２の図示しない入力手段を用いてワーク６の保持状態を入力する。または、モータ制御装置１が入力手段を備え、操作者がモータ制御装置１にワーク６の保持状態を入力するようにしてもよい。また、工作機械３０を用いて加工が行われる際には、加工条件として、ワーク６に関する情報であるワーク情報および工作機械３０に関する情報である機械情報が入力される。上位コントローラ２は、加工条件に基づいて、工作機械３０の加工を制御する。ワーク情報は、ワーク６の保持位置、構造および材質を含む。ワーク情報は、保持対象物情報に対応する。保持位置は、ワーク６の端部から、チャック装置５によって保持されているワーク６の保持箇所までの長さを示す情報である。図１に示される例では、保持位置は、ワーク６が保持されていない方の端部から、チャック装置５によって保持されているワーク６の保持箇所である端部までの長さが保持位置となる。構造は、ワーク６の形状を示す情報である。材質は、ワーク６を構成する材料を示す情報である。機械情報は、工作機械３０に関する情報であり、モータ制御装置１が制御する対象であるモータ３、モータ３の回転速度を変速する減速機８、ワーク６を保持するチャック装置５のイナーシャおよび構造を含む。上位コントローラ２は、ワーク６の保持状態、ワーク６に関する情報であるワーク情報および工作機械３０に関する情報である機械情報をモータ制御装置１に出力する。ワーク情報および機械情報についても、加工プログラムに基づいて判別されてもよいし、操作者により入力可能であってもよい。なお、保持対象物情報は、ワーク６等の保持対象物の情報を示す情報である。また、機械情報は、工作機械３０等の産業用機械の情報を示す情報である。

次に、モータ制御装置１の構成を説明する。図１に示されるように、モータ制御装置１は、位置制御部１１、速度制御部１２、フィルタ生成部１３、電流制御部１４および速度変換部１５を備える。位置制御部１１は、上位コントローラ２から受け取った位置指令と検出器４から入力された位置とに基づいて速度指令を算出し、速度指令を速度制御部１２へ出力する。詳細には、位置指令と検出器４から入力された位置との差に基づいて速度指令を算出する。速度変換部１５は、検出器４から入力された位置を微分することにより速度を算出し、算出した速度を速度制御部１２へ出力する。

速度制御部１２は、速度指令と速度変換部１５から入力された速度とに基づいて電流指令を算出し、電流指令をフィルタ生成部１３へ出力する。詳細には、速度制御部１２は、速度指令と速度変換部１５から入力された速度との差に基づいて電流指令を算出する。すなわち、速度制御部１２は、フィードバック制御により、工作機械３０を制御するための指令を生成する指令生成部である。この指令は、詳細には、フィードバック制御により、工作機械３０のモータ３を制御するための指令である。実施の形態１では、後述するフィルタ生成部１３によりフィルタリング処理を、モータ３を制御するための電流指令に対して行う例を説明するが、電流指令は、保持対象物を保持可能な工作機械３０をフィードバック制御により制御するための指令の一例であり、実施の形態１のフィルタリング処理の対象は、工作機械３０に設けられたモータを制御する指令であればよく、電流指令に限定されない。

フィルタ生成部１３は、工作機械３０をフィードバック制御により制御する指令、この例では電流指令にフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理後の電流指令を電流制御部１４へ出力する。フィルタ生成部１３におけるフィルタリング処理は、特定の周波数である遮断周波数の成分を減衰させる、すなわち遮断周波数の成分を遮断するフィルタリング処理である。フィルタ生成部１３が遮断する遮断周波数を、工作機械３０で共振の発生する周波数、すなわち共振周波数とすることで、機械共振を抑制することができる。一方、機械共振を発生させる周波数は、モータ制御装置１の制御対象とチャック装置５とで構成された工作機械３０の機械構成の固有振動数によって変化する。この固有振動数は、工作機械３０によるワーク６の保持状態、ワーク６の構造および材質、等に依存する。このため、ワーク６の保持状態、ワーク６の構造および材質、等を反映せずに、フィルタ生成部１３が除去する遮断周波数を決定すると、ワーク６の保持状態、ワーク６の構造および材質、等によっては、共振を抑制できないことがある。そこで、実施の形態１では、フィルタ生成部１３は、上位コントローラ２から受け取ったワーク情報、保持状態および機械情報に基づいてフィルタリング処理で除去する遮断周波数を決定する。これにより、実施の形態１では、ワーク６の保持状態、ワーク６の構造および材質、等を反映して、遮断周波数を決定することができる。このため、ワーク６の固有振動数が変化する場合であっても、機械共振を抑制することができる。フィルタ生成部１３の詳細については後述する。ワーク６の保持状態が変化する場合として、一例では、２つの加工部のそれぞれにワーク６が保持されている状態から、一方の加工部からワーク６が取り外され、他方の加工部でワーク６が保持される状態に変化する場合が挙げられる。

電流制御部１４は、フィルタ生成部１３から出力された電流指令に基づいてモータ３へ出力する電流を制御する。フィルタ生成部１３から出力された電流指令は、速度制御部１２が出力した電流指令から、フィルタ生成部１３によって遮断周波数が除去された電流指令である。モータ３は、電流制御部１４から出力された電流に応じて回転運動を行う。以上の動作により、モータ制御装置１は、上位コントローラ２から受け取った位置指令に従った位置にモータ３を制御することができる。モータ３が位置指令に従った位置に制御されることにより、減速機８およびチャック装置５を介してワーク６を所望の位置に制御することができる。

次に、フィルタ生成部１３の詳細について説明する。フィルタ生成部１３は、ワーク情報、保持状態および機械情報を含む情報を用いて振動周波数を求め、電流指令に、振動周波数に応じたフィルタリング処理を実施する。フィルタ生成部１３は、有限要素法による有限要素法（Finite Element Method：ＦＥＭ）モデルを用いた振動解析によりワーク情報、保持状態および機械情報を含む情報から固有振動数を導出する演算装置を有する。有限要素法モデルを用いた振動解析は、公知の技術であるので、説明を省略する。

図２は、実施の形態１に係る制御システムにおけるフィルタ生成部の構成の一例を模式的に示す図である。フィルタ生成部１３は、演算装置１３１およびノッチフィルタ１３２を備える。演算装置１３１は、上位コントローラ２から受け取ったワーク情報、保持状態および機械情報を入力することにより、機械構成の固有振動数を導出する。固有振動数を導出する際に、演算装置１３１は、ワーク情報、保持状態および機械情報から解析対象についての形状モデルを生成し、この形状モデルについてＦＥＭモデルを用いた振動解析を行う。ノッチフィルタ１３２は、演算装置１３１によって出力された固有振動数を遮断周波数として、電流指令にフィルタリング処理を実施する。一例では、フィルタ生成部１３は、ＩＣ（Integrated Circuit）、マイコン等を、フィルタ生成部１３として機能させる機能ブロックである。機能ブロックが、演算装置１３１で導出された遮断周波数を設定することで、ノッチフィルタ１３２として機能する。

図３は、実施の形態１に係る制御システムにおける演算装置の構成の一例を模式的に示す図である。演算装置１３１は、データ取得部１３１１およびＦＥＭ解析部１３１２を備える。

データ取得部１３１１は、ＦＥＭモデルを用いた振動解析における入力データとして上位コントローラ２からワーク６のワーク情報、保持状態および機械情報を取得し、入力データをＦＥＭ解析部１３１２へ入力する。

ＦＥＭ解析部１３１２は、工作機械３０に設けられる制御対象を制御するモータ制御装置１でのフィルタリング処理で設定される遮断周波数を、ワーク６を保持させたときに発生する機械構成の固有振動数として導出する。具体的には、ＦＥＭ解析部１３１２は、データ取得部１３１１によって取得されたワーク情報、保持状態および機械情報から、ワーク６を工作機械３０のチャック装置５に保持させた状態で加工処理を行ったときに発生する機械構成の固有振動数を、遮断する周波数として導出する。このとき、ＦＥＭ解析部１３１２は、有限要素法を用いた振動解析を実施することによって、固有振動数を導出する。つまり、ＦＥＭ解析部１３１２は、データ取得部１３１１から入力された入力データを有限要素法によるＦＥＭモデルを用いた振動解析を実施することにより、ノッチフィルタ１３２に適用するための遮断周波数を導出する。ＦＥＭ解析部１３１２は、解析部に対応する。

図４は、実施の形態１に係る制御システムにおけるフィルタ生成部での処理手順の一例を示すフローチャートである。演算装置１３１のデータ取得部１３１１は、データを取得する（ステップＳ１１）。詳細には、演算装置１３１のデータ取得部１３１１は、振動解析における入力データとして、工作機械３０に保持されるワーク６のワーク情報、保持状態および機械情報を取得し、入力データをＦＥＭ解析部１３１２へ入力する。ここでは、データ取得部１３１１は、上位コントローラ２からワーク６のワーク情報、保持状態および機械情報を取得する。

ＦＥＭ解析部１３１２は、入力データを基に、ＦＥＭモデルを用いた振動解析を行うことによってワーク６を工作機械３０に保持させたときの振動周波数である固有振動数を導出する（ステップＳ１２）。

次に、ＦＥＭ解析部１３１２は、ステップＳ１２で導出した固有振動数をノッチフィルタ１３２へ出力する（ステップＳ１３）。ノッチフィルタ１３２は、ＦＥＭ解析部１３１２から出力されたデータに応じた設定を行う（ステップＳ１４）。詳細には、ノッチフィルタ１３２は、遮断周波数を、演算装置１３１により演算された固有振動数に設定し、電流指令にフィルタリング処理を実施する。以上で処理が終了する。

以上の動作により、フィルタ生成部１３は、ワーク情報、保持状態および機械情報の組み合わせに対応する固有振動数をフィルタリング処理によって抑制することができるため、保持対象物であるワーク６および保持状態のうち少なくとも一方が変化する場合であっても、工作機械３０の機械共振を抑制することができる。すなわち、加工の途中で、ワーク６が付け替えられたり、ワーク６の保持が解除されたりした場合であっても、ワーク６および保持状態のうち少なくとも一方の変化後のワーク情報、保持状態および機械情報の組み合わせに対応する固有振動数が演算装置１３１によって演算され、ノッチフィルタ１３２に設定される。このため、変化後においても工作機械３０の機械共振を抑制することができる。そして、制御システム２０は、ワーク情報、保持状態および機械情報の組み合わせに対応する固有振動数を演算装置１３１によって演算するため、工作機械３０において実際に機械共振を発生させる動作を必要とせず、遮断周波数を導出することができる。

ここで、モータ制御装置１のハードウェア構成について説明する。モータ制御装置１の各部は回路により実現される。電流制御部１４は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路、または直流電力を所望の交流電力に変換するインバータ回路を備えることにより電流指令に追従するようにモータ３へ電流を供給する。位置制御部１１、速度制御部１２、フィルタ生成部１３および速度変換部１５は、処理回路により実現される。処理回路は、プロセッサを備える回路であってもよいし、専用ハードウェアであってもよい。

処理回路がプロセッサを備える回路である場合、処理回路は例えプロセッサとメモリで構成される制御回路である。図５は、実施の形態１の処理回路の構成の一例を示す図である。図５に示される処理回路１００は、プロセッサ１０１およびメモリ１０２を備える。位置制御部１１、速度制御部１２、フィルタ生成部１３および速度変換部１５が制御回路によって実現される場合、プロセッサ１０１が、メモリ１０２に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、これらが実現される。すなわち、位置制御部１１、速度制御部１２、フィルタ生成部１３および速度変換部１５が図５に示される制御回路によって実現される場合、これらの機能は、ソフトウェアであるプログラムを用いて実現される。メモリ１０２はプロセッサ１０１の作業領域としても使用される。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等である。メモリ１０２は、一例では、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等が該当する。

位置制御部１１、速度制御部１２、フィルタ生成部１３および速度変換部１５が専用ハードウェアである場合、処理回路は、一例では、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）である。なお、位置制御部１１、速度制御部１２、フィルタ生成部１３および速度変換部１５は、プロセッサを備える処理回路および専用ハードウェアを組み合わせて実現されてもよい。位置制御部１１、速度制御部１２、フィルタ生成部１３および速度変換部１５は、複数の処理回路により実現されてもよい。

なお、図１に示される例では、上位コントローラ２が、モータ制御装置１のフィルタ生成部１３に、モータ制御装置１の制御対象であるチャック装置５に保持されるワーク６についてのワーク情報、保持状態および機械情報を提供するものであった。しかし、モータ制御装置１の図示しない入力手段を用いて、ワーク６についてのワーク情報、保持状態および機械情報が入力されるようにしてもよい。この場合、遮断周波数を設定するための制御システム２０の構成としては、モータ制御装置１を含むものとなる。

また、図１に示される例では、制御システム２０は、モータ制御装置１と上位コントローラ２とを備え、モータ制御装置１のフィルタ生成部１３が固有振動数を演算する演算装置１３１を有する構成であったが、制御システム２０の構成は、これに限定されるものではない。

図６は、実施の形態１に係る制御システムの構成の他の例を模式的に示す図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図６に示される制御システム２０ａにおいて、モータ制御装置１のフィルタ生成部１３は、演算装置１３１を有さず、上位コントローラ２が固有振動数を演算する演算装置２１を有する点が、図１とは異なる。演算装置２１の構成は、図３に示されるものと同様である。この場合、上位コントローラ２の演算装置２１のデータ取得部が、チャック装置５に保持されるワーク６についてのワーク情報、保持状態および機械情報を取得し、ＦＥＭ解析部が、ＦＥＭモデルを用いてワーク情報、保持状態および機械情報で定められるワーク６を有する工作機械３０における機械構成の固有振動数を導出する。そして、演算装置２１は、導出した固有振動数をモータ制御装置１のフィルタ生成部１３に設定する。

図７は、実施の形態１に係る制御システムの構成の他の例を模式的に示す図である。なお、上記した説明と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図７に示される制御システム２０ｂは、モータ制御装置１および上位コントローラ２のほかに、演算装置５０をさらに備える。モータ制御装置１、上位コントローラ２および演算装置５０は、通信線を介して接続され、演算装置５０は、上位コントローラ２およびモータ制御装置１と通信可能である。また、モータ制御装置１のフィルタ生成部１３は、演算装置１３１を有さない。演算装置５０の構成は、図３に示されるものと同様である。この例では、演算装置５０のデータ取得部が、チャック装置５に保持されるワーク６についてのワーク情報、保持状態および機械情報を取得し、ＦＥＭ解析部が、ＦＥＭモデルを用いてワーク情報、保持状態および機械情報で定められるワーク６を有する工作機械３０における機械構成の固有振動数を導出する。そして、演算装置５０のＦＥＭ解析部は、導出した固有振動数をモータ制御装置１のフィルタ生成部１３に設定する。

この場合の演算装置５０は、一例では、コンピュータシステムによって構成される。すなわち、図７の演算装置５０は、コンピュータシステム上で、固有振動数を導出する処理が記述されたコンピュータプログラムであるプログラムが実行されることにより、コンピュータシステムが演算装置５０として機能する。図８は、実施の形態１に係る制御システムの演算装置を実現するコンピュータシステムの構成の一例を示すブロック図である。図８に示されるように、このコンピュータシステムは、制御部８１と入力部８２と記憶部８３と表示部８４と通信部８５と出力部８６とを備え、これらはシステムバス８７を介して接続されている。

図８において、制御部８１は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサであり、実施の形態１に係る演算装置５０における処理が記述されたプログラムを実行する。なお、制御部８１の一部が、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＦＰＧＡなどの専用ハードウェアにより実現されてもよい。入力部８２は、キーボード、マウスなどで構成され、コンピュータシステムの使用者が、各種情報の入力を行うために使用する。記憶部８３は、ＲＡＭ，ＲＯＭなどの各種メモリおよびハードディスクなどのストレージデバイスを含み、上記制御部８１が実行すべきプログラム、処理の過程で得られた必要なデータ、などを記憶する。また、記憶部８３は、プログラムの一時的な記憶領域としても使用される。表示部８４は、ディスプレイ、液晶表示パネル等で構成され、コンピュータシステムの使用者に対して各種画面を表示する。通信部８５は、通信処理を実施する受信機および送信機である。出力部８６は、プリンタ、スピーカなどである。なお、図８は、一例であり、コンピュータシステムの構成は図８の例に限定されない。

ここで、上記したプログラムが実行可能な状態になるまでのコンピュータシステムの動作例について説明する。上述した構成をとるコンピュータシステムには、たとえば、図示しないＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭドライブまたはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）－ＲＯＭドライブにセットされたＣＤ－ＲＯＭまたはＤＶＤ－ＲＯＭから、コンピュータプログラムが記憶部８３にインストールされる。そして、プログラムの実行時に、記憶部８３から読み出されたプログラムが記憶部８３の主記憶領域に格納される。この状態で、制御部８１は、記憶部８３に格納されたプログラムに従って、図７の演算装置５０としての処理を実行する。

なお、上記の説明においては、ＣＤ－ＲＯＭまたはＤＶＤ－ＲＯＭを記録媒体として、演算装置５０における処理を記述したプログラムを提供しているが、これに限らず、コンピュータシステムの構成、提供するプログラムの容量などに応じて、たとえば、通信部８５を経由してインターネットなどの伝送媒体により提供されたプログラムを用いることとしてもよい。

このコンピュータプログラムは、一例では、コンピュータシステムに、図４に示した処理手順を実行させる。

以上のように、実施の形態１に係る制御システム２０，２０ａ，２０ｂでは、ワーク６のワーク情報、保持状態および機械情報から、工作機械３０で実際にワーク６が保持される状態と、ワーク６の形状および材質と、工作機械３０の機械情報を示す形状モデルを用いて、ワーク６の保持状態を反映した工作機械３０の機械構成がどのような振動をするのかを演算で求めることができる。従来の技術では、工作機械３０にワーク６を保持させた状態で加工処理を実行し、フィードバック制御で、実際に機械共振している共振周波数を電流指令や検出器による検出結果を含むフィードバック情報等のデータを用いて求め、ノッチフィルタ１３２に求めた共振周波数を遮断周波数として設定していた。しかし、実施の形態１では、上記したように、実際に工作機械３０で加工処理を実行する前に、フィードバック制御を用いずに、固有振動数を演算し、演算結果をモータ制御装置１のフィルタ生成部１３に設定することができる。これによって、ワーク６を保持させた工作機械３０で加工処理を実施させて、実際に機械共振を発生させてから機械共振を抑えるという共振周波数を求めるための動作が不要になり、加工処理の最初から、ワーク６に生じる固有振動数での振動を抑えることができる。つまり、工作機械３０等の産業用機械の状態によって変化する固有振動数に応じて発生する機械共振の共振周波数について推定するための動作を必要とすることなく、産業用機械の機械共振を抑制することができるという効果を有する。また、状態が変化した後に、固有振動数を推定するための機械共振を発生させる必要がないので、機械共振による好ましくない影響を工作機械３０に与えてしまうことを抑制することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ モータ制御装置、２ 上位コントローラ、３ モータ、４ 検出器、５ チャック装置、６ ワーク、７ 切削工具、８ 減速機、１１ 位置制御部、１２ 速度制御部、１３ フィルタ生成部、１４ 電流制御部、１５ 速度変換部、２０，２０ａ，２０ｂ 制御システム、２１，５０，１３１ 演算装置、３０ 工作機械、１３２ ノッチフィルタ、１３１１ データ取得部、１３１２ ＦＥＭ解析部。

Claims (6)

1. 産業用機械の保持装置に保持された保持対象物の情報を示す保持対象物情報、前記保持対象物の前記保持装置への保持状態、および前記産業用機械の情報を示す機械情報を取得するデータ取得部と、
   前記産業用機械に設けられる制御対象を制御するモータ制御装置でのフィルタリング処理で設定される遮断周波数を、前記保持対象物を前記保持装置に保持させた場合の前記制御対象と前記保持装置とを含んで構成された機械構成に発生する前記機械構成の固有振動数として導出する解析部と、
   を備え、
   前記解析部は、前記保持対象物および前記保持状態のうち少なくとも一方が変化する場合に、前記産業用機械で加工処理を実行する前に、前記データ取得部によって取得された前記保持対象物および前記保持状態のうち少なくとも一方の変化後の前記保持対象物情報、前記保持状態および前記機械情報から、解析対象についての形状モデルを生成し、前記形状モデルについて有限要素法を用いた振動解析を実施し、前記保持対象物を前記産業用機械の前記保持装置に保持させた状態で加工処理を行ったときに発生する前記機械構成の前記固有振動数を導出し、
   前記保持対象物は、前記産業用機械での加工対象となるワークであり、
   前記保持対象物情報は、前記保持対象物の保持位置、構造および材質を含む情報であることを特徴とする制御システム。
2. 前記保持位置は、前記保持対象物の端部から、前記保持装置によって保持されている前記保持対象物の保持箇所までの長さを示す情報であることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
3. 前記保持状態は、前記保持対象物が前記保持装置に固定されているか否かを示す情報であることを特徴とする請求項１または２に記載の制御システム。
4. 前記機械情報は、前記モータ制御装置の前記制御対象に含まれるモータ、前記モータの回転速度を変速する減速機、および前記保持対象物を保持する保持装置の構造およびイナーシャを含む情報であることを特徴とする請求項１または２に記載の制御システム。
5. 前記解析部は、前記保持対象物情報、前記保持状態および前記機械情報を基に有限要素法を用いた振動解析を実施することによって前記固有振動数を導出することを特徴とする請求項１または２に記載の制御システム。
6. 前記解析部で導出された前記固有振動数の振動を除去する遮断周波数として、前記産業用機械をフィードバック制御により制御する指令に前記フィルタリング処理を行うフィルタ生成部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の制御システム。

Images