JPH0239304A - 数値制御工作機械における学習制御方式 - 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、ＮＧ工作機械の主軸の回転角度と送りｌｌ１
１１１の位置とを高精度に同期制御する学習制御方式（
従来の技術） ＮＧ旋盤等の主軸の回転角度を主軸に装着された主軸パ
ルスジェネレータ（Ｐ、Ｇ、）で検出し、この主＠Ｐ、
Ｇ、からのパルスを使って送り軸の位置指令値を出力し
、主軸の回転角度と送り軸の位置とを同期制御して加工
を行なう場合、加工精度を向上させるには送り軸のサー
ボ系を高性能化する必要がある。例えば位置制御を行な
っている送り軸の追従誤差を小さくするためには送り軸
系の位置ループゲインを高めれば良い。しかしながら、
位置ループゲインを高め過ぎると制御が不安定になるの
て、位置ループゲインを高めて送り軸の追従誤差を小さ
くすることには限界があった。

そこで、上記同期制御中の送り軸の位置指令値は周期的
に繰返されることが多い点に着目し、その繰返し動作時
の応答から学習的に送り軸系の追従精度を向上させる方
式がある。

第４図は、上述した学習制御方式を実現するＮＧ装置の
一例を示すブロック図であり、基本サーボ系に繰返しコ
ントローラ（図示点線枠内）が付加されている。基本サ
ーボ系は第６図で示される様に、位置指令値「（ｔ）か
ら現在位置ｙ　（ｔ）を減算する減算器Ｓと、この減算
器Ｓからの位置偏差値ε（１）により現在位置ｙ　（ｔ
）に位置させるような伝達要素Ｇ。から成る安定した閉
ループで構成されている。

第４図に示されるブロック図においては、位置指令値ｒ
（シ）から現在位置ｙ　（ｔ）を減算する減算器Ｓと、
この減算器Ｓからの位置偏差値ε（１）に繰返しコント
ローラからの補正値Ｃ（ｔ）を加算する加算器層と、こ
の加算器Ａｌからの補正された位置偏差値により現在位
置ｙ（シ）を指令する伝達要素Ｇ０とで構成されている
。繰返しコントローラは、減算器Ｓからの位置偏差値ε
（Ｌ）　に偏差補償値を加算する加算器Ａ２と、帯域制
限のためのフィルタＦ（ｓ）及び位置指令値「（し）の
繰返し周期りに等しい長さの無駄時間要素ｅ−５Ｌから
成る偏差補償器Ｆｅ−５Ｌと、この偏差補償器Ｆｅ−５
Ｌ・からの偏差補償値により補正値Ｃ（シ）を加算器層
に出力し、制御系の安定化、特性改善を図る動特性補償
部Ｇｘ　（ｓ）とから成るポジティブフィートパックル
ープで構成されている（「陽子シンクロトロン電磁石電
源の繰返し運転における高精度制御」弁上、他；電気学
会論文誌Ｃ−１ｏｏ、７　（１９８θ）２３４：　　ｒ
プレイバックサーボ系の高精度制御」弁上、他：電気学
会論文誌Ｃ−１０１゜４（１９８１）８９：　ｒ繰返し
制御の多変数系への拡張」小俣、他；「計測自動制御学
会論文集ＶＯＬ、２０．Ｎｏ９（昭和５９年９月）二周
期時変系に対する繰返し制御」新中：電気学会論文誌Ｃ
−１０１ｉ、ｔｏ（１９８６）２０９参照）。このＮＧ
装置は例えば非円形輪郭切削に使用されている（「油圧
サーボに関する研究」樋口他；昭和５８年度精機学会春
季大会学術講演会論文集Ｐ８７５：　ｒ非円形輪郭切削
に関する研究」樋ロ他、昭和５９年度精機ｑ゛会秋季大
会学術講演会論文集Ｐ：１０５：　ｒ非円形輪郭切削に
関する研究」樋口他；昭和５９年度精機学会秋季大会学
術講演会論文集Ｐ３０７・「非円形輪郭切削に関する研
究」樋口。

他；昭和６０年度精機学会春季大会学術講演会論文集Ｐ
２７参照）。

（発明が解決しようとする課題） 上述した学習制御方式には以下に述べる問題点があった
。

（り学習を繰返すことにより追従精度は理論上向上する
（第５図示実線）が、実際のＮＧ工作機械上では学習を
繰返すことにより一度向上した追従精度が悪化すること
がある（第５図示点線）。追従精度が悪化した場合には
追従精度の絶対値により学習の打切りを指定すれば良い
が、送り軸に指令される位置軌跡形状によって改善され
る追従精度の絶対値が異なるため、上記学習の打切りを
指定することができない。

（２）指定された軌跡に対する学習をワーク加工時に行
なうと加工のサイクルタイムが長くなる。

（３）学習制御で用いられる繰返しコントローラの動特
性補償部の特性が各ＮＣ工作機械によって異なるため、
学習制御の効果が出るものと出ないものとに別れる。

本発明は上述のような事情から成されたものであり、本
発明の目的は、同期制御中の追従精度が悪化すること及
び加工のサイクルタイムが冗長となることを防止し、全
てのＮＣ工作機械において学習制御の効果を出すことが
できる学習制御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１、ＮＣ工作機械の主軸の回転角度と送り軸の
位置とを高精度に同期制御する学習制御方式に関するも
のであり、本発明の上記目的は、予め記ｆＱされている
前記主軸１回転の回転角度に対応した前記送り軸の位置
指令値テーブルのうち前記主軸の現在の回転角度検出値
に対応する送り軸の位置指令値を読出し、読出した送り
軸の位置指令値から前記送り軸の現在の位置検出値を減
算して前記送り軸の位置偏に値テーブルを求め、予め記
憶されている前記送り軸の位置偏差値の補正値テーブル
を前記送り軸の位置偏差値テーブルにより更新し、更新
前の位置偏差値の補正値テーブルが加算された送り軸の
位置偏差値テーブルと更新後の位置偏差値の補正値テー
ブルが加算された送り軸の位置偏差値テーブルとの差分
量が予め設定されている数値以下になったときに前記位
置偏差値の補正値テーブルの更新を終了させるようにす
ることによって達成される。

（作用） 本発明のＮＣ工作機械における学習制御方式は、学習制
御による改善効果を検出し、指定されたパラメータ値以
下となった場合や改善効果が最も良くなった時点を過ぎ
た場合に自動的に繰返しコントローラの動作を停止して
その時点の補正値を最良のものとして使い続ける。また
、学習制御により求められた補正値と位置指令値とをペ
アでファイル管理し、以降このファイルを使って位置制
御するので、ワークの加工を行なう以前に学習制御を行
なっておけば、実際の加工時には上記ファイルのデータ
を使ってすぐに加工が可能となる。さらに、動特性補償
部の特性をソフトウェア可変とし、パラメータ設定によ
り各処理方法の変更や、各処理自体の無効／有効も切換
えることができる。

（実施例） 本発明の学習制御方式は、学習制御中に改善効果を監視
して追従精度が悪化する前に学習動作。

即ち繰返しコントローラの動作（補正値の更新）を停止
させるようにしている。繰返しコントローラの繰返し回
数（学習回数）をｎとし、そのときの主軸の回転角θに
対する位置偏差量をＥｎ（θ）（ｎ＝１．２．・・・）
として予め設定したパラメータ値ｐｏに対して次式（１
）　、　（２）が成立した場合、即ち第５図における曲
線の微分係数がパラメータ値ｐｏ以下になったときに繰
返しコントローラの動作を停止させる。

ΔＥ１．（θ）−Ｅｎ　　（θ）−１Ｅ。−、（θ）　
　　−・・−・（１）＋）ｏ≧［ΔＥ、　　（θ）ＩＲ
ＭＳ　　　　　　　　−＝　（２）なお、上式（２）は
、次式（３）又は（４）としても同様に上式（３）及び
（４）は次式（６）及び（７）で良い。

表わされる。

ｐ０≧［ＪＥｎ（θ）］ｌｐｅａ ｋ・・・・・（３） ９ｏ　≧ｌ　　ＪＥｎ（ｑ） ・・・・・・（６） 但し、［ΔＥ、　（θ）ｌｐｅａｋは１ΔＥｎ（θ）の
最大値を表わす。

ｐ０≧〔ＪＥｎ　（θ））、ｖ。

・・・・・・（４） 実際には、主軸Ｐ、Ｇ、の発生ずる主軸１回転分のパル
ス数をｋとおくと、上式（２）は次式（５）で表わされ
る。

第１図は、上式（４）を適用した場合の本発明の学習制
御方式を実現するＮＣ装置の一例を示すブロック図であ
り、ＮＧ工作機械の主＠１に内蔵された主軸Ｐ、６．２
の発生するパルスＳ２により、主軸１の回転角度と送り
！Ｎ１３の位置と−を制御するタイミングＳ４を作成す
るタイミングコントローラ４と、このタイミングコント
ローラ４の発生するタイミングＳ４を基にして位置指令
値メモリーテーブル５から位置指令値Ｓ５を読出して保
持するデータラッチ６と、送り軸３に内蔵された位置検
出器７からの信号Ｓ７を処理して位置検出値Ｓ８を作成
する位置検出用インターフェイス（１，Ｆ、）　８と、
この位置検出用１．Ｆ、から位置検出値Ｓ８を読出して
保持するデータラッチ９と、データラッチ６からの位置
指令値Ｓ６とデータラッチ９からの位置検出値Ｓ９とを
減算する減算器ＩＯとを有している。さらに、減算器ｌ
Ｏから位置偏差値ＳｔＯを読出して保持するデータラッ
チ１１と、このデータラッチ１１からの位置偏差値Ｓｌ
ｌを位置偏差値メモリーテーブル１２に書込むか否かを
必要に応じて設定することが出来るデータ書込有効／無
効スイッヂ１３（以下、５Ｗ１３という）と、同一容量
の補正値メモリーテーブル１４の区別を０．１とし、ど
ちらか一方の補正値メモリーテーブル１４のデータを選
択することが出来る補正値メモリーテーブル切換スイッ
チ１５（以下、５Ｗ１５という）と、補正値メモリーテ
ーブル１４から補正値５１５を読出して保持するデータ
ラッチ１６と、このデータラッチ１６からの補正値５１
Ｂに減算器ｌＯからの位置偏差値ＳｔＯを加算する加算
器１７と、この加算器１７からの補正された位置偏差値
５１７をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ１８
と、このＤ／＾コンバータ１８　　からのアナログ信号
５１８を増幅するアナログ増幅器１９と、このアナログ
増幅器１９からの増幅されたアナログ信号５１９を増幅
し、増幅したアナログ信号５２０でサーボモータ２１を
駆動するサーボ増幅器２０とで４１が成されている。な
お、ＳＷＩ　３及び５ＩＨ５は主軸ＰＧ、の発生ずるマ
ーカパルスに同期して切換えられ、主軸１回転中の位置
偏差値及び補正値は保証される柱になっている。前述し
た繰返しコントローラは、位置端″ｉ（＋ｉ：ｉメモリ
ーテーブル１２と、補正値メモリーテーブル１４と、５
Ｗ１３と、５Ｗ１５とで構成される。

このような構成において、その動作例を説明すると、各
部の動作は主＠Ｐ、Ｇ、２の発生するＡ相。

Ｂ相、マーカ相のパルス信号により同期して行なわれる
ため高速応答が可能な様にハードウェアで作られている
。繰返しコントローラと勅特性補償部の動作はＮＧ装置
のソフトウェアで行なう。つまり、繰返しコントローラ
が動作していない場合には、５Ｗ１３を無効とし、５Ｗ
１５を０側にしてテーブル内のメモリーの内容をすべて
Ｏとしておく。

次に、学習制御を行なう場合には、ＳＷＩ　３を有効と
する。この５Ｗ１３は主軸Ｐ、Ｇ、　２と同期していな
いため、タイミングコントローラ４が主軸Ｐ、Ｇ、　２
のマーカパルスを検出してから５Ｗ１３を有効として位
置偏差値メモリーテーブル１２に位置偏差値を書込み、
再びマーカパルスを検出すると５Ｗ１３を無効とする様
に動作する。従って、必ず主ｌｌ１１１回転に相当する
送り軸３の位置偏差値テーブルはハードウェアで保証さ
れる。そして、ＮＧソフトウェアで５Ｗ１３の状態を検
出し、無効となっていれば位置偏差値が書込まれたと判
定し、ＮＣソフトウェア上のワークメモリー領域にこの
主軸１回転分の位置偏差値テーブルを転送する。

ここで、学習制御時の各処理の流れを第２図で説明する
。

（＾）平均処理 位置指令値と初回の補正値（通常はすべてＯ）を使って
位置偏差値メモリーテーブル１２に書込まれる位置偏差
値をεｊ　（Ｎ）とする。ここで０≦Ｎ≦に−１，ｊ−
１，２，３，・・・とし、ｋは主軸１回転に主軸Ｐ、Ｇ
。

の発生するパルス数ｋ（パルス／ｒｅｖ）を、ｊは位置
偏差値メモリーテーブル１２に書込まれた回数ｊ（回）
を表わすものとする。

以上より、パラメータｐｔ（回）で指定された回数分の
位置偏差値を取込んで単純移動平均を求める。この平均
処理後の値Ｅｎ（Ｎ）は次式で表わされる。

（但し、ｎ≦ｊ、　ｐ、−２，３，４，・・・）本処理
を無効とした場合には上式（８）でｐ、−１とした場合
に相当し、次式（９）で表わされる。

Ｅ、　（Ｎ）−ε、（Ｎ） ・・・・・・（９） （Ｂ）１次フィルター処理 本フィルターの人力をＥｎ（Ｎ）とし、出力をＥ′。（
Ｎ）とすると次式（ｌＯ）で表わされる。

Ｅ’ｎ（Ｎ＋１）−（１−＋）２）　　ＸＥ、（Ｎ）＋
Ｐ２Ｅ’、１（Ｎ）　　・（ｔｏ）に置換えられる。

Ｅ’。（Ｎ）−Ｅｎ（Ｎ）　　　　　　　　　　・−・
・−（１１）（Ｃ）単純移動平均処理 本処理の人力をＥ’ｎ（Ｎ）とし、出力をＥ’ｎ（Ｎ）
とすると、次式（１２）で表わされる（本処理は、主軸
１回転分に相当するデータに対して処理する点が（＾）
の処理と異なる）。

上式（１０）でＮ−に−１の場合、Ｅ’。（Ｎ＋１）−
Ｅ’ｎ（ｋ）となるがＯ≦Ｎ≦に−１の範囲を越えてい
るので、Ｅ’ｎ（ｋ）−Ｅ’。（０）と処理する。つま
り、環状にデータを使用する。

本処理を無効とした場合に上式（ｌＯ）は次式（１１）
（但し、ｐ３はパラメータ設定される単純移動平均処理
のポイント数） 上式（１２）において、ｊｏ〈０となった場合にはｊ。

＝Ｊｏ”ｋｂ　Ｊｏ＞ｋ−１となった場合にはｊｏ−ｊ
ｏ−にとし、環状にデータを使用する。

本処理を無効とした場合に上式（１２）は次式（１３）
に置換えられる。

ε°。（Ｎ）　　・　Ｅ’ｎ（Ｎ） ・・・・・・（１３） （Ｄ）位相シフト処理 本処理では設定されたパラメータ値ｐ、により前記　Ｅ
ｏ。（Ｎ）のデータをシフトすると次式（１４）で表わ
される。

Ｓ、　（Ｎ）　−Ｅ　’　ｎ（Ｎ−ｐ４）　　　　　　
　　　　・・・・・・（１４）（但し、ｐ４は自然数Ｏ
≦ｐ４≦に−１）上式（１４）において、ローｐ４〈０
となった場合にはＮ−Ｎ−９４＋にとして環状にデータ
を使う。

本処理が無効の場合に上式（１４）は次式（１５）に置
換えられる。

ることか出来るものとする。

このことを利用して実際のＮＣ工作機械に最適の各パラ
メータの数値を決定することができ、ＮＣ工作機械にお
ける機種の違いや機械番号の違いによる学習制御パラメ
ータのばらつきに対し柔軟に対応することができる様に
なる。

（Ｅ）加算処理 補正値メモリテーブル１４へ転送する補正値を作成する
。実際に転送する補正値メモリーテーブル１４の番号は
５Ｗ１５により使用していない方のメモリーテーブル番
号となる様に制御されている。位相シフト処理の出力Ｓ
、、（Ｎ）を加算処理の入力とし、出力をＣｎ　（Ｎ）
　とすると次式（１６）で表わされる。

５ｎ（Ｎ）　−Ｅ’ｎ（Ｎ） ・・・・・・（１５） 以上（Ａ）〜（Ｄ）の処理は各々単独で有効／無効の設
定が可能であり、パラメータで容易に変更すＣ，、（Ｎ
）−Ｃ，１（Ｎ）＋５ｎ（Ｎ）　　　　　　・−・・・
・（１６）通常Ｃ３（Ｎ）−０であるが必らずしも０で
なくとも良い。

（Ｆ）転送処理 前式（］５）で求められたデータテーブルを同期制御中
に使用していない番号の補正値メモリーテーブル１４へ
転送するため５Ｗ１５を切換える（切換は主！ＦｌｂＰ
、Ｇ、のマーカパルスに同期して行なわれる）。

以上の動作を繰返し行ない、前式（４）が成立した時に
上記動作を停止する。

送り軸を主軸と同期制御する際に、ユーザの指定した形
状により作成された位置指令値と補正値（通常初回はす
べて０）がベアになっている形状データファイルをプロ
グラム選択する（第３図参照）。このことにより、形状
データファイル内の位置指令値と補正値を送り軸の位置
制御に使用する各メモリーテーブル中の位置指令値メモ
リーテーブル５と補正値メモリーテーブル（０番もしく
は１番）１４に転送する。このまま主軸との同期制御を
行なうと補正値がすべてＯであるため全く補正がかから
ないことになる。

次に学習制御を行ない（本実施例ではＭコードを使って
いる）、終了すると求められた補正値を形状データファ
イル内の補正値に手動又は自動で書込む。以降、この形
状データファイルが選択されると位置指令値と補正値と
が各メモリーテーブル５．１４へ転送されるため、学習
制御で追従精度が良好となった状態でいつでも実切削が
可能となる。

（発明の効果） 以上のように本発明のＮＣ工作機械における学習制御方
式によれば、学習制御により向上した制御精度が悪化し
てしまう前に繰返しコントローラの動作を停止させるた
め、精度が再び悪化することがなくなる。又、送り軸に
人力される位置軌跡形状によって改善される制御精度の
絶対値が異なっても補正値の書換え前、後の差分量を改
ｌ玉、効果としているため、改善効果が少なくなって来
ると繰返しコントローラの動作を停止させ、各入力位置
軌跡形状の最高の改善効果が得られる。又、自動的に最
良の改善効果を見つけ出して学習が終了できるため、改
善効果を厳しくパラメータ設定した場合においても追従
精度の悪化を防ぐことができる。さらに、形状データフ
ァイルが位置指令値とその位置指令値に最適な補正値に
よって構成されるので、予め学習制御により補正値を求
めておけば実際のＮＧ工作機械上でワークを加工する際
に学習によるワークの加工のサイクルタイムの悪化を全
く無くすことができる。そして、学習制御で使う繰返し
コントローラの構成や処理内容をソフトウェアのパラメ
ータで設定できるため、適用するＮＣ工作機械の機種や
機番による特性の違いを簡単に整合でき、学習時間の短
縮や改善される追従精度の絶対量を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＮＣ工作機械における学習制御方式を
実現するＮＣ装置の一例を示すブロック図、第２図はそ
の各メモリーテーブルを使って学習制御し℃いく過程を
説明するための流れ図、第３図は主軸の回転角度と送り
軸の位置とを同期制御する場合に使用する形状データフ
ァイルの構成とプログラム選択時にデータ転送する転送
先を示した図、第４図は繰返しコントローラを基本サー
ボ系に付加させた一般的なＮＣ装置の一例を示すブロッ
ク図、第５図は繰返しコントローラにより改善されてい
く様子を、横軸に学習回数又は繰返しコントローラの動
作回数をとり、横軸に位置偏差値の２乗平均をとって示
した図、第６図は基本サーボ系を表わす制御ブロック図
である。 １・・・主軸、２・・・主ＩｔｋＰ、Ｇ、、３・・・送
り軸、４・・・タイミングコントローラ、５・・・位置
指令値メモリーテーブル、６，９，１１．１＋ｉ・・・
データラッチ、７・・・位置検出器、８・・・位置検出
用１．Ｆ、、ｌＯ・・・減算器、１２・・・位置偏差値
メモリーテーブル、１３・・・データ書込有効／無効Ｓ
Ｗ、　１４・・・補正値メモリテーブル、１５・・・補
正値メモリーテーブル切換ＳＷ、１７・・・加算器、１
８・・・Ｄハコンバータ、１９・・・アナログ増幅器、
２０・・・サーボ増幅器、２１・・・サーボモータ。 出願人代理人　　　安　形　雄　三 マアでファイル１玉！さＫる 第３　図 第４図 第６　回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、数値制御工作機械の主軸の回転角度と送り軸の位置
   とを同期制御する場合、予め記憶されている前記主軸１
   回転の回転角度に対応した前記送り軸の位置指令値テー
   ブルのうち前記主軸の現在の回転角度検出値に対応する
   送り軸の位置指令値を読出し、読出した送り軸の位置指
   令値から前記送り軸の現在の位置検出値を減算して前記
   送り軸の位置偏差値テーブルを求め、予め記憶されてい
   る前記送り軸の位置偏差値の補正値テーブルを前記送り
   軸の位置偏差値テーブルにより更新し、更新前の位置偏
   差値の補正値テーブルが加算された送り軸の位置偏差値
   テーブルと更新後の位置偏差値の補正値テーブルが加算
   された送り軸の位置偏差値テーブルとの差分量が予め設
   定されている数値以下になったときに前記位置偏差値の
   補正値テーブルの更新を終了させるようにしたことを特
   徴とする数値制御工作機械における学習制御方式。 ２、前記差分量の変化を監視し、その変化が減少から増
   加に変わる直前で自動的に前記位置偏差値の補正値テー
   ブルの更新を終了させるようにした請求項１に記載の数
   値制御工作機械における学習制御方式。 ３、請求項１及び２に記載の学習制御方式を組合わせた
   数値制御工作機械における学習制御方式。 ４、前記位置偏差値の補正値と学習制御が行なわれる以
   前の位置指令値とを一対でファイル管理し、次回以降の
   位置制御に前記ファイルのデータを使用するようにした
   請求項１、２又は３に記載の数値制御工作機械における
   学習制御方式。 ５、前記送り軸の位置偏差値テーブルを予め指定されて
   いる回数分加算し、加算後の送り軸の位置偏差値テーブ
   ルを前記回数で除算する手段と、この除算により求めた
   送り軸の位置偏差値テーブルに対し、予め指定されてい
   るカットオフ周波数で動作するローパスフィルター処理
   手段と、このローパスフィルター処理手段からの送り軸
   の位置偏差値テーブルを予め指定されているポイント数
   及び重みで移動平均処理する手段と、この移動平均処理
   された送り軸の位置偏差値テーブルを予め指定されてい
   る数値分シフトして前記位置偏差値の補正値テーブルに
   加算する手段とを有し、前記各手段を独立で有効，無効
   と設定し、有効と設定したときは前記各手段で使用され
   る設定値を設定するよにした請求項１に記載の数値制御
   工作機械における学習制御方式。