JPH0231402B2 - Suchiseigyosochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は工作機械等を数値制御する数値制御
装置に関するものである。 市販されている従来の数値制御装置（例えば、
フアナツクシステム6MB）は、テープ読取機、
エンコーダ、エラーレジスタおよびＤ／Ａ変換器
から構成され、Ｄ／Ａ変換器の出力でサーボアン
プを介してサーボモータを回転させて制御対象を
駆動し、制御対象からの位置検出信号をエラーレ
ジスタにフイードバツクすることにより、テープ
により入力したデータにもとづいて制御対象を数
値制御するようになつていた。 このような数値制御装置は、サーボアンプおよ
びサーボモータにより高精度の数値制御を行える
ようになつているが、応答性の良いサーボアンプ
およびサーボモータを使用することを前提として
エラーレジスタの容量を設定しているため、応答
性の悪いサーボ制御ではないモータを使用すれば
たちまち容量オーバーとなり、このようなモータ
を使用しての数値制御は市販のものでは行えなか
つた。 ところが最近、サーボ制御のような高い制御精
度は必要ではないが大出力駆動を要する制御対象
を数値制御することが望まれている。このような
制御対象に市販の数値制御装置を用いて数値制御
を行おうとすれば、高価なサーボアンプやサーボ
モータを使用せざるを得ず、精度が必要以上に高
くなるとともに設備がコスト高になるという欠点
があり、また、サーボ制御ではなくオンオフ制御
が行われていた既設の制御対象を数値制御しよう
とした場合、オンオフ制御系はむだになり設備の
大がかりな改造が必要になるという問題があつ
た。 したがつて、この発明の目的は、市販のものに
簡単な回路を付加するだけで応答性の悪い機械系
を数値制御することができる数値制御装置を提供
することである。 この発明の数値制御装置は、設定部と、この設
定部からの１次指令信号とフイードバツク信号の
誤差を検出する誤差検出回路とからなる数値制御
装置本体と、前記誤差検出回路に通常のサーボ系
が接続されたときに前記誤差検出回路に入力され
るフイードバツク信号と同等の擬似フイードバツ
ク信号を前記誤差検出回路の誤差出力をもとにし
て作成しこの擬似フイードバツク信号を前記フイ
ードバツク信号として前記誤差検出回路に入力す
ることでリアルタイムループを形成する擬似フイ
ードバツク回路と、前記リアルタイムループ中の
信号出力を２次指令信号として受け取り制御対象
を制御するバツチコントロール部とを備える構成
にすることで上記目的を達成しようとするもので
ある。 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。第１図はこの数値制御装置のブロツク図
を示している。第１図において、１は数値制御装
置本体、２は擬似フイードバツク回路、３および
４はそれぞれ制御対象（送り量、送り速度）、５
および６はそれぞれ送り量および送り速度を制御
するバツチコントロール部である。７はテープ
（図示せず）上にプログラムされた位置決め指令
情報および速度指令情報を読取るテープ読取機で
ある。８はテープ読取機７により読取られた位置
決め指令情報に対応する個数の指令パルス列を速
度指令情報に対応する周波数で出力するエンコー
ダである。９は、エンコーダ８から出力される指
令パルス列を正方向送り命令の場合に加算カウン
トするとともに負方向送り命令の場合に減算カウ
ントし、制御対象が正方向に送られたときに送り
量に対応する個数のフイードバツクパルスを減算
カウントするとともに負方向に送られたときに送
り量に対応する個数のフイードバツクパルスを減
算カウントするエラーレジスタである。１０はエ
ラーレジスタ９のカウント値をＤ／Ａ変換して速
度指令電圧を出力するＤ／Ａ変換器である。１１
はＤ／Ａ変換器１０から出力される速度指令電圧
の極性を判別するとともに両極性の速度指令電圧
を単極性に変換する絶対値回路である。１２は絶
対値回路１１の単極性速度指令電圧を電圧−周波
数変換して単極性速度指令電圧に対応する周波数
のコマンドパルスを発生するＡ／Ｄ変換器、１３
は絶対値回路１１からの極性判別信号およびＡ／
Ｄ変換器１２のコマンドパルスをもとに実際のサ
ーボ系のフイードバツクパルスすなわち、パルス
ゼネレータ出力信号と同等の擬似フイードバツク
パルスを作成してエラーレジスタ９に入力するこ
とによりリアルタイムループを形成する擬似フイ
ードバツクパルス作成回路である。１４はＡ／Ｄ
変換器１２からのコマンドパルスを２次指令信号
として取込み、絶対値回路１１の極性判別信号を
参照してこのコマンドパルスを正方向送り命令の
場合に加算カウントするとともに負方向送り命令
の場合に減算カウントし、位置検出部１５からの
フイードバツクパルスを制御対象３が正方向に送
られた場合に減算カウントするとともに負方向に
送られた場合に加算カウントする非同期化エラー
レジスタであり、その容量は制御対象３に応じて
設定している。１６は非同期化エラーレジスタ１
４の誤差出力を制御対象３の特性に応じた作動閾
値と比較し、誤差出力、すなわち非同期化エラー
レジスタ１４のカウント値が作動閾値を越えたと
きにオン出力を発生し、このオン出力により制御
対象３を駆動し、誤差出力が作動閾値より下まわ
つたときにオフ出力を発生して制御対象３の駆動
を停止するデイジタル位置コンパレータで、リア
ルタイムループのＤ／Ａ変換器１０に相当するも
のである。１７は内部クロツクである。１８はテ
ープ読取機７からの１区切りの命令が出力された
後で、かつ機械系が動作中であるときは、その動
作が完了するまでテープ読取機７からつぎの１区
切りの命令が出力されないようにするためのイン
タロツク用のアンドゲートである。 １９はＡ／Ｄ変換器１２からのコマンドパルス
列の周波数成分を２次指令信号として取込み、こ
れを基準パルス列の周波数成分と比較し、Ａ／Ｄ
変換器１２からのコマンドパルス列の周波数成分
が基準パルス列の周波数成分より大きいときは送
り速度を高速にし、Ａ／Ｄ変換器１２からのコマ
ンドパルス列の周波数成分が基準パルス列の周波
数成分より小さいときは送り速度を低速にするデ
イジタル速度コンパレータである。 なお、バツチコントロール部６は、アナログ速
度コンパレータで構成してもよく、この場合は絶
対値回路１１からの単極性速度指令電圧をそのま
ま基準電圧と比較すればよい。 第３図は第１図の数値制御装置により数値制御
される機械系の例としてボール盤の構成を示して
いる。第３図において、２１はラツクピニオン機
構２２によつてＺ軸方向に駆動されるボール盤の
スピンドルである。２３はスピンドルモータ、２
４は早送りモータ、２５はクラツチ、２６は変速
機構、２７は位置検出部１５に相当するパルスゼ
ネレータである。上記スピンドルモータ２３およ
び早送りモータ２４としては安価な交流モータを
使用できる。 この機械系は、早送りモータ２４を回転させる
ことにより、ラツクピニオン機構２２を介してス
ピンドル２１がＺ軸方向に早送りされ、このとき
にパルスゼネレータ２７から送り量に応じた個数
のパルスが送り速度に応じた周波数で発生する。
また、スピンドルモータ２３を回転させ、クラツ
チ２５をつなぐと、スピンドル２１が回転すると
ともに、変速機構２６、クラツチ２５およびラツ
クピニオン機構２２を介してスピンドル２１に伝
えられ、ボール盤のスピンドル２１が切削送りさ
れる。このときもパルスゼネレータ２７から同様
のパルスが出力される。 つぎに、第１図の数値制御装置で第３図の機械
系を、第４図に示すように、上限の原点Ｐから下
方へ50mmだけ10ｍ／minの速度で早送りをし、つ
いでさらに下方へ50mmだけ１ｍ／minの速度で切
削送りをし、ついで上方へ100mmだけ10ｍ／min
の速度で早戻しをして原点Ｐにもどるように制御
する場合について具体的に説明する。 上記シーケンスを実行するために、紙テープに
表に示すようなプログラムがパンチされる。

【表】 この紙テープをテープ読取機７にかけると、シ
ーケンスナンバーN1、N2の命令（−50mmの早送
り）が読取られ、エンコーダ８から送り量−50mm
に応じた個数例えば50000個の指令パルス列が送
り速度10ｍ／minに応じた周波数で出力される。
この指令パルス列がエラーレジスタ９に入力さ
れ、エラーレジスタ９がこれを減算カウントし、
このエラーレジスタ９のカウント値がＤ／Ａ変換
器１０により速度指令電圧に変換される。この速
度指令電圧は絶対値回路１１で極性判別信号と単
極性速度指令電圧に変換されたのちＡ／Ｄ変換器
１２により単極性速度指令電圧に応じた周波数の
コマンドパルスに変換され、擬似フイードバツク
パルス作成回路から適合化された擬似フイードバ
ツクパルス列が出力され、この擬似フイードバツ
クパルス列がエラーレジスタ９に加算入力され
る。早送り指令のときは、指令パルス列の周波数
が高いため、エラーレジスタ９の出力がＤ／Ａ変
換器１０、絶対値回路１１および擬似フイードバ
ツクパルス作成回路１２を通つてフイードバツク
されるまでにエラーレジスタ９にはＤ／Ａ変換器
１０の変換容量を越えるパルスが蓄積され、安定
状態ではＤ／Ａ変換器１０から最大電圧が出力さ
れ、最大電圧に応じた周波数で擬似フイードバツ
クパルス列がエラーレジスタ９にフイードバツク
され、蓄積量が一定する。エンコーダ８からの指
令パルス列がなくなるとエラーレジスタ９の蓄積
量がしだいに減少していき、それに応じて擬似フ
イードバツクパルス列の周波数も低くなり、エン
コーダ８から出力された指令パルス数と同数の
50000個の擬似フイードバツクパルスがエラーレ
ジスタ９にフイードバツクされるとエラーレジス
タ９の蓄積量が零となり、速度指令電圧も零とな
り、擬似フイードバツクパルスもなくなる。 Ａ／Ｄ変換器１２から50000個のコマンドパル
スが非同期化エラーレジスタ１４に順次入力さ
れ、非同期化エラーレジスタ１４がコマンドパル
スを減算カウントし、このカウント値が作動閾値
を越えたときにデイジタル位置コンパレータ１６
がオン出力を発生し、また、このとき、Ａ／Ｄ変
換器１２の出力がデイジタル速度コンパレータ１
９に入力され、デイジタル速度コンパレータ１９
がオン出力を発生し、それにより早送りモータ２
４を回転させる。早送りモータ２４の回転により
スピンドル２１が下方向に早送りされ、それに応
じてパルスゼネレータ２７からパルスが発生し、
このパルスが非同期化エラーレジスタ１９に加え
られ非同期化エラーレジスタ１９がこのパルスを
加算カウントする。スピンドル２１が50mm下方に
送られてパルスゼネレータ２７から略50000個の
パルスが発生すると非同期化エラーレジスタ１９
のカウント値が略零になつて作動閾値を下まわる
ことになり、デイジタル位置コンパレータ１６が
オフ出力を発生し、デイジタル速度コンパレータ
１９もオフ出力を発生し、早送りモータ２４の駆
動を停止する。 50mmの下方への早送りが終了すると、アンドゲ
ート１８によるインタロツクが解除されてシーケ
ンスナンバーN3、N4の命令（50mmの切削送り）
が読取られ、エンコーダ８から送り量−50mmに応
じた50000個のパルス列が送り速度１ｍ／minに
応じた周波数で出力される。この指令パルス列が
エラーレジスタ９に入力され、エラーレジスタ９
がこれを減算カウントし、このエラーレジスタ９
のカウント値がＤ／Ａ変換器１０により速度指令
電圧に変換される。この速度指令電圧は絶対値回
路１１で極性判別信号と単極性速度指令電圧に変
換されたのち、Ａ／Ｄ変換器１２により速度指令
電圧の絶対値に応じた周波数のコマンドパルスに
変換され、このコマンドパルスから擬似フイード
バツクパルス作成回路１３によりパルスゼネレー
タからの出力パルスと同じ形の擬似フイードバツ
クパルスを作りエラーレジスタ９に加算入力して
いる。切削送り指令のときは指令パルスの周波数
が低いため、エラーレジスタ９の蓄積量は少く、
Ｄ／Ａ変換器１０から出力される速度指令電圧は
低レベルで安定する。エンコーダ８からの指令パ
ルス列がなくなると、エラーレジスタ９の蓄積量
がしだいに減少していき、それに応じて擬似フイ
ードバツクパルス列の周波数も低くなり、エンコ
ーダ８から出力された指令パルス数と同数の
50000個擬似フイードバツクパルスがエラーレジ
スタ９に入力されるとエラーレジスタ９の蓄積量
が零となり、速度指令電圧も零となり、擬似フイ
ードバツクパルスもなくなる。 Ａ／Ｄ変換器１２から50000個のコマンドパル
スが非同期化エラーレジスタ１４に順次入力さ
れ、非同期化エラーレジスタ１４がコマンドパル
スを減算カウントし、このカウント値が作動閾値
を越えたときにデイジタル位置コンパレータ１６
がオン出力を発生し、また、このときＡ／Ｄ変換
器１２の出力がデイジタル速度コンパレータ１９
に加えられデイジタル速度コンパレータ１９がオ
ン出力を発生し、それによりクラツチ２５を予め
回転しているスピンドルモータ２３の回転をスピ
ンドル２１に伝え、下方向にスピンドル２１の切
削送りを行う。スピンドル２１の送り量に応じて
パルスゼネレータ２７からパルスが発生し、この
パルスが非同期化エラーレジスタ１９に加えら
れ、非同期化エラーレジスタ１９がこのパルスを
加算カウントする。スピンドル２１の50mm切削送
りが行われてパルスゼネレータ２７から約50000
個のパルスが発生すると非同期化エラーレジスタ
１９のカウント値が略零になつて作動閾値を下ま
わるとデイジタル位置コンパレータ１６がオフ出
力を発生し、デイジタル速度コンパレータ１６も
オフ出力を発生し、クラツチ２５を切る。なお、
スピンドルモータ２３は常時回転している。 つづいて、シーケンスナンバーN5、N6の命令
が読込まれ、早送り時と同様の動作でスピンドル
２１が上方向100mm早戻しされる。 つぎに、シーケンスナンバーN7の命令が読込
まれてプログラムが終了する。 第２図はリアルタイムループを構成する部分の
具体的な構成を示すものである。絶対値回路１１
は、Ｄ／Ａ変要器１０からの速度指令電圧を増幅
するバツフア１１ａと、上記速度指令電圧を反転
増幅するインバータバツフア１１ｂと、速度指令
電圧が正のときに出力を発生するコンパレータ１
１ｃと速度指令電圧が負のときに出力を発生する
コンパレータ１１ｄと、コンパレータ１１ｃの出
力に応答してバツフア１１ａの出力を通過させる
とともにコンパレータ１１ｄの出力に応答してイ
ンバータバツフア１１ｂの出力を通過させるアナ
ログスイツチ１１ｅとから構成され、コンパレー
タ１１ｃ，１１ｄの出力を極性判別信号として取
出すとともにアナログスイツチ１１ｅの出力を単
極性速度指令電圧として取出している。擬似フイ
ードバツクパルス作成回路１３はコンパレータ１
１ｃ，１１ｄの出力に応じてＡ／Ｄ変換器（Ｖ／
Ｆ変換器）１２のコマンドパルスを対象となる数
値制御装置本体１のパラメータに整合させたフイ
ードバツクパルスのＡ相パルスP_AとこのＡ相パ
ルスP_Aに対して位置が90度進むかまたは遅れた
Ｂ相パルスP_Bを内部クロツク発生部１２ａから
のクロツクに同期して発生するクロツク同期ダブ
ルパルス発生部１２ｂとＢ相パルスP_Bを分周し
て１回転マーカーパルスP_Zを作る分周回路１２
ｃとから構成され、パルスゼネレータの出力と同
じ形の信号にしてエラーレジスタ９に帰還するよ
うになつている。なお、エラーレジスタ９にＡ相
パルスP_A、Ｂ相パルスP_Bおよび１回転マーカー
パルスP_Zがそのまま加えられるのではなく、図
示はしていないが数値制御装置本体１に内蔵され
た回路によりＡ相パルスP_AおよびＢ相パルスP_B
の位相差を検出することにより例えばＢ相パルス
P_Bをエラーレジスタ９の減算入力端および加算
入力端に選択的に加えるようになつている。ま
た、前述の位置検出部１５についても図示はして
いないが、同様の処理が行われる。 このように構成した結果、市販の数値制御装置
本体１に簡単な回路を付加するだけで応答性の悪
い機械系を数値制御することができ、高い制御精
度は必要とはしないが大出力駆動を要する制御対
象３，４を市販の数値制御装置本体１により高価
なサーボアンプやサーボモータや高精度のボール
ねじ等や高剛性の機械系を用いることなく数値制
御することができ、設備コストを低減することが
できる。また、既設のオンオフ制御系に大きな改
造を加えることなく簡単に数値制御化することが
できる。 この発明は、上記実施例の他、種々の態様で構
成することができる。例えば、実施例ではスピン
ドル２１の送り量と送り速度とを同時に数値制御
できるように構成しているが、いずれか一方のみ
を数値制御できるように構成してもよい。また、
実施例においては、送り量の数値制御系のバツチ
コントロール部５と制御対象３とを閉ループ構成
としているが、これを開ループ構成としてもよ
い。また、上記実施例はデイジタルサーボ系のも
のに適用したが、アナログサーボ系のものに適用
することもできる。また、擬似フイードバツク部
２、バツチコントロール部５，６の構成は上記実
施例に限定されるものではない。また、制御対象
３，４は位置、速度に限定されることはない。 この発明は上記実施例における送り量制御系か
ら明らかなように、リアルタイムループにおいて
制御対象３，４からの検出フイードバツク信号と
は無関係にテープ読取機７およびエンコーダ８か
らの１次指令信号によつて擬似フイードバツク信
号を作成し、ループを閉じているので、擬似フイ
ードバツクパルス作成回路１３は、例えば位置ル
ープゲインに合わせた時間遅れ回路、位相補償回
路等を必要としない簡単なパルス発生回路でよい
という利点がある。 また、この発明においては、リアルタイムルー
プからの２次指令信号はバツチコントロール部
５，６において制御対象３，４に合わせた制御出
力に変換されるが、このバツチコントロール部
５，６とリアルタイムループとは、時間的に無関
係であり、制御系と機械系をマツチングさせなけ
ればならないという通常のNCサーボシステムに
おける問題から開放される。 以上のように、この発明によれば、市販の数値
制御装置本体に簡単な回路を付加するだけで応答
性の悪い機械系を数値制御することができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロツク図、第
２図はその要部の具体的なブロツク図、第３図は
機械系の構成図、第４図は制御シーケンスの説明
図である。 １……数値制御装置本体、２……擬似フイード
バツク回路、３，４……制御対象、５，６……バ
ツチコントロール部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 設定部と、この設定部からの１次指令信号と
   フイードバツク信号の誤差を検出する誤差検出回
   路とからなる数値制御装置本体と、前記誤差検出
   回路に通常のサーボ系が接続されたときに前記誤
   差検出回路に入力されるフイードバツク信号と同
   等の擬似フイードバツク信号を前記誤差検出回路
   の誤差出力をもとにして作成しこの擬似フイード
   バツク信号を前記フイードバツク信号として前記
   誤差検出回路に入力することでリアルタイムルー
   プを形成する擬似フイードバツク回路と、前記リ
   アルタイムループ中の信号出力を２次指令信号と
   して受け取り制御対象を制御するバツチコントロ
   ール部とを備えた数値制御装置。