JPH02235105A - サーボモータのバックラッシュ補正方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、サーボモータによって駆動される工作機械に
おいて、機械の位置をサーボモータに取付けられた位置
検出器からのフィードバック信号で検出するセミクロー
ズド・ループによるサーボ制御におけるバックラッシュ
補正方式に関する。

特に、ピストン旋盤やカム研削盤等の移動指令周期が短
いサーボ制御にけるバックラッシュ補正に関する。

従来の技術 セミクローズド・ループによるサーボ制御の場合、サー
ボモータで駆動される送り軸（ボールネジ等）にバック
ラッシュがあるため、サーボモータへの移動指令の方向
が変る毎にバックラッシュに相当する分だけの補正パル
ス、即ち、補正移動量を加えてバックラッシュを補正し
、勺一ボモータで駆動される機械（テーブル等）の移動
を移動指令どおりに移動させている。

発明が解決しようとする課題 ピストン旋盤やカム研削盤等のように移動指令の周期が
非常に短い場合や、大型機械でイナーシャの大きい場合
、ある時間内に２回以上の反転指令、即ち、移動方向が
ある時間内に２回以上変っても、機械及びモータが追従
できない場合がある。

このような場合には、バックラッシュ補正を行う必要が
ない。例えば、プラス方向に機械が移動中に移動指令が
マイナス方向の移動指令に変ると、マイナス方向へのバ
ックラッシュ分の補正が行われ、次に、移動指令がプラ
ス方向に変るとプラス方向へのバックラッシュ補正が行
われるが、その間機械は追従できないので、上記２回の
バックラッシュ補正は無駄な処理となる。

特に、本願出願人が特願昭６゛３−８７９１号で提案し
た高精度バルス補間方式のように、数値制御装置から２
以上の補間パルス、即ち、移動指令をサーボ制御回路に
出力し、サーボ制御回路では該各移動指令を、例えば１
ｍＳ程度の短い周期で処理するような場合、移動指令が
短いことから、数周期内に２回以上の反転指令があって
も機械やモータはそれに追従できなく、バックラッシュ
補正を行っても無駄なことになる。

そこで、本発明の目的は、上述した無駄なバックラッシ
ュ補正を省略し、バックラッシュ補正か必要な時のみバ
ックラッシュ補正を行うバックラッシュ補正方式を提供
することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、所定周期毎の移動指令の移動方向が２回以上
反転しても機械が追従できない時間間隔で各周期の移動
指令を区切り、上記時間間隔毎に当該時点における移動
指令の移動方向を検出し、前回と今回の検出移動方向が
異なるときのみバックラッシュ補正を行うようすること
によって上記課題を解決した。

作　　　用 時間間隔Ｔ間に２回以上の反転があってもモータ及び機
械が反転できないとする。そして、この時間間隔Ｔ内に
ｎ個の移動指令があるとし、移動指令を時間間隔下毎に
区切り、ｉ周期の時間間隔Ｔ内の移動指令群を（Ｍｉ，
１　，　Ｍｉ，２　−−−−−・Ｍｉ，ｎ　）とし、各
移動指令の符号（移動指令方向）を（３ｉ，１　，　Ｓ
ｉ，２　・−・−・Ｓｉ，ｎ　）　トｔ６。ナｔＪ、移
動指令がｒＯＪの場合は、その符号を正とする。

このように移動指令を区切ると、移動指令は次のように
区切られることとなる。

（Ｍ　ｉ−１．１　，　Ｍ　ｉ−１．２　・−−−−−
Ｍ　ｉ−１，ｎ）　（Ｍ　ｉ，１　，Ｍ　ｔ　２　−−
−・・−Ｍ　ｉ，ｎ）　（Ｍ　ｉ＋１．１　，　Ｍ　ｉ
＋１．２−・−・Ｍｉ＋１，ｎ）・・・・・・ 移動指令Ｍｉ−１，ｎとＭｉ，１の移動指令方向が反転
しているか否かは、その符号３ｉ−１．１　．　３ｉ，
１の排他的論理和（以下、ＸＯＲと記す）をとればよい
。即ち、（　Ｓ　ｉｌ，ｎ）Ｘ　Ｏ　Ｒ　（　Ｓ　ｉ，
１）の符号が正のときは移動指令Ｍｉ−１，ｎ　，　Ｍ
ｉ，１は同符号であり、反転していない。また、負のと
きは移動指令Ｍｉ−１，ｎ　，　Ｍｉ，１が異符号で、
反転していることがわかる。同様に、移動指令Ｍ１，１
とＭ　ｉ，２の移動指令方向が反転しているか否かは（
Ｓｉ．１）ＸＯＲ　（Ｓｉ，２）の符号が正か負かで反
転しているか否かがわかる。

例えば、移動指令Ｍｉ−１，ｎ　，　Ｍｉ，１　，　Ｍ
ｉ，２について考察すると次のようになる。

千　　十　反転なし　　＋　　　　　＋　　　　　　　
　＋＋　　−　１回反転　　十 ＋　２回反転　　一　　　　　一　　　　　　　　＋１
回反転　　−　　　　　＋ ＋　　＋　１回反転　　−　　　　　＋＋　　−　２回
反転　　一　　　　　一　　　　　　　　＋＋　１回反
転　　十 反転なし　　＋　　　　　＋　　　　　　　　＋移初指
令Ｍｉ−１，ｎとＭ　ｉ，２間に２回反転指令があって
も、モータ及び機械は２回反転できないためモータは結
局同一方向に動くので、バックラッシュ補正を行う必要
がない。その結果、移動指令Ｍｉ−１，ｎからＭ　ｉ，
２までの反転の判定はＭｉ−１，ｎとＭ１，２の符号の
判定だけでよい。即ち、ド・モルガンの定理より明らか
のように、 （Ｓｉ−１，ｎ　ＸＯＲ　Ｓｉ，１）ＸＯＲ　（Ｓｉ，
Ｉ　ＸＯＲ　Ｓｉ，２）−　（Ｓｉ−１，ｎ　ＸＯＲ　
Ｓｉ，２）　　　　　　　　　　−・・−（１）となる
。

そこで、時間間隔Ｔ内で２回以上の反転があってもモー
タ及び機械はその反転に追従できないので、ｉ−１周期
の最後の移動指令Ｍｉ−１，ｎとｉ周期の各移動指令の
符号についてみると、（Ｓｉ−１，ｎ　ＸＯＲ　Ｓｉ，
１）ＸＯＲ　（Ｓｉ．Ｉ　ＸＯＲ　Ｓｉ，２）−−−・
−・ＸＯＲ　（Ｓｉ，ｎ−Ｉ　ＸＯＲ　Ｓｉ　ｎ）＝　
（Ｓｉ−１，ｎ　ＸＯＲ　Ｓｉ，２）ＸＯＲ　（Ｓｉ，
２　ＸＯＲ　Ｓｉ，３）＝ＸＯＲ　（Ｓｉ，ｎ−Ｉ　Ｘ
ＯＲ　Ｓｉ，ｎ）＝　（Ｓｉ−１，ｎ　ＸＯＲ　Ｓｉ，
ｎ）　　　　　　　　　　　　＝（２）となり、ｎ個に
区切った移動指令群のｉ−１番目の周期の最模の移動指
令Ｍ　ｉ−１，ｎ　（！：　ｉ番目の周期の移動指令Ｍ
　ｉ，ｎの符号が同符号か否かを判別し、異符号のとき
バックラッシュ補正を行えば良いこととなる。

そこで、本発明は、２回以上の反転があってもモータが
反転できない上記時間間隔Ｔの周期で、そのときの移動
指令の符号即ち移動方向を検出し、符号が異なるときの
み（移動方向が異なるとぎのみ）バックラッシュ補正を
行うようにする。

実施例 第１図は、本発明を実施する一実施例のＮＣ工作機械の
概要図で、第２図は同実施例におけるＮＧ　！ＩＩ　Ｉ
ＩＩ装置の詳細図である。

第１１ｉ［ｔ−１いて、Ｎｃ制御装置１ｏはＮＣコント
ローラ１２とサーボコントローラ１４を有し、ＮＯコン
トローラ１２がら所定周期（　ｉ　ＴＰ）毎に移動指令
（分配パルス》がサーボコントローラ１４に出力ざれ、
サーボコントローラ１４では該移動指令とサーボモータ
１８に取付けられたパルスコーダ２０からのフィードバ
ックパルスにより位置，速度，電流制御を行ってサーボ
アンプ１６を駆動し、サーボモータ１８を駆動する。

サーボモータ１８のロータ軸にはカップリング２６を介
してボールネジ２２が結合され、該ボールネジ２２によ
り機械の可動部のテーブル２４を移動させる。

ＮＣコントローラ１２はＮＣ用のホストプロセッサ（以
下、ホストＣＰＩＪという）に、制御プログラムを記憶
するＲＯＭやＮＧ加工プログラムの記憶及び演算，デー
タの一時記憶等に利用されるＲＡＭで構成されたメモリ
３２．Ｃ’ＲＴ表示装置３４，図示しないキーボード等
がバス接続されている。また、サーボコントローラ１４
には、サーボ用プロセッサ（以下、サーボＣＰＵという
》４０．サーボ制御用の制御プログラムを記憶するＲＯ
Ｍ，演算，データの一時記憶等に利用されるＲＡＭで構
成ざれたメモリ４２，勺一ボ・インタフエイス回路４４
がバス結合されている（いわゆるデジタルサーボまたは
ソフトウェアサーボを構成している）。

そして、ＮＣコントローラ１２には、工作機械の各軸の
サーボモータを駆動するザーボコントローラが複数（１
４．１４’　　　１４“》、パスアービタコントローラ
５０．コモンメモリ６０を介してバス接続されており（
なお、第１図では、サーボモータ等は１軸のみ図示して
いる）、バスアーピタコントローラ５０でバスを制御し
、コモンメモリ６０を介してＮＯコントローラから出力
される移動指令等を各サーボコントローラ１４，１４’
　　１４”に送信されるようになっている。

上記構成は、従来から公知のデジタルサーボ、またはソ
フトウェアサーボを用いたＮＣ工作機械の構成と同一で
ある。

ＮＧコントローラ１２のホストＣＰＵ３０は、メモリ３
２に格納されたＮＣ加工プログラムに従って、所定周期
（　ｉ　ＴＰ）毎に各軸へパルス分配を行い、各軸への
移動指令をコモンメモリ６０に纏込み、各軸のサーボコ
ントローラ１４．１４’１４″のサーボＣＰＵは自己の
移動指令をコモンメモリ６０から読取り、該移動指令と
バルスコーダ２０からのフィードバックパルスから伝達
，速度，電流制御を行い、サーボアンプ１６を介してサ
ーボモータ２８を駆動し、テーブル２４を移動させる。

なお、これまでの動作は従来と何ら変りはない。

一方、ホストＣＰＵ３０はある時間間隔Ｔ中に２回以上
の移動方向が変る移動指令があった場合、その反転にサ
ーボモー夕が追従できないような、その時間間隔Ｔを周
期として、第３図に示す処理を実行する。

まず、現在の移動指令の符号Ｓを読み（ステップＳ１）
、レジスタＲ（Ｓ）に記憶する前周期の移動指令の符号
と比較しくステップＳ２》、一致していれば、今周期で
検出した符号ＳをレジスタＲ　（Ｓ）に格納し（ステッ
プＳ４）、この処理を終了し、また、一致していなけれ
ばバックラッシュ補正を行う（ステップ８３）。即ち、
検出した移動指令の符号方向にボールネジ２２のバック
ラッシュ分の補正移動量指令をサーボコントローラに出
力する。そして、レジスタＲ（Ｓ）に検出した移動指令
の符号Ｓを格納し処理を終了する。

以上のように、第３図に示す処理を周期Ｔ−ｎ−ｉＴＰ
毎に行い、即ち、ｎ個の移動指令毎に第３図の処理を行
うこととなる。従来のように、毎回の移動指令毎にバッ
クラッシュ補正を行うか否か判断して、必要ならバック
ラッシュ補正を行う場合と比較すると、バックラッシュ
補正を行うか否かの判断処理及びバックラッシ１補正が
従来と比較し１／２回となり、処理時間を短くすること
ができる。

なお、上記実施例では第３図に示す処理をＮＧコントロ
ーラ１２のホストＣＰＬＩ３０が行うようにしたが、各
サーボコントローラ１４．１４’１４″が行うようにし
てもよい。この場合は、ＮＣコントローラ１２から各サ
ーボコントローラ１４．１４’　．１４”がｎ個の移動
指令を受ける毎に第３図の処理を行えばよいことになる
。特に、本願出願人が特願昭６３−８７９１号で提案し
た、ＮＧコントローラから、一度にｎ個の移動指令をサ
ーボコントローラに出力するような福間方式の場合には
、サーボコントローラが第３図の処理を行えばよいこと
になる。

発明の効果 本発明は２回以上の移動方向の反転があってもモータや
機械が追従でぎないような時間間隔で移動指令を区切り
、該時間間隔を周期として、移動指令の符号（移動指令
方向）を検出し、バックラッシュ補正を行うか否が判断
し、符号が異なるときのみバックラッシュ補正を行うよ
うにしたから、従来の方式と比較し、バックラッシュ補
正のための処理時間が少なくなり、かつ、無駄なバック
ラッシュ補正を行なわなくてすみ、効率的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する一実施例のＮＣ工作機械の概
要図、第２図は同実施例におけるＮＣ制御装置の詳゛細
なブロック図、第３図は同実施例におけるＮＣコントロ
ーラの処理のフローヂャートである。 １０・・・ＮＧ制御装置、１２・・・ＮＣコントローラ
、１４・・・サーボコントローラ、１８・・・ザーボモ
ータ、２２・・・ポールネジ、２４・・・テーブル、３
０・・・ホストプロセッサ、４０・・・サーボプロセッ
サ。 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定周期毎の移動指令の移動方向が２回以上反転しても
   機械が追従できない時間間隔で各周期の移動指令を区切
   り、上記時間間隔毎に当該時点における移動指令の移動
   方向を検出し、前回と今回の検出移動方向が異なるとき
   のみバックラッシュ補正を行うようにしたサーボモータ
   のバックラッシュ補正方式。