JPH04250950A - バックラッシ量及びロストモーション量の自動測定機能を有する数値制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーボ制御系（特に工
作機械等の位置制御系）の特性を評価するためのバック
ラッシ量及びロストモーション量の測定を自動的に行な
う数値制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のバックラッシ量及びロスト
モーション量の測定の概念を示す図であり、機械の例え
ばベッド７Ｅ等の固定部にミリメスと称する可搬型の簡
易の位置検出器（位置測定器）８を設置し、その測定端
をテーブル７Ｄ等の機械可動部に接触させた後に、パル
スハンドルあるいはＭＤＩ機能により当該軸を１μｍ程
度の微小送りにて一方向に移動させる。この一方向の微
小送りをしばらく繰り返したら、次に移動指令方向を反
転させて反対方向に微小送りを繰り返す。

【０００３】この往復移動指令時の指令値及びそれに対
応する位置検出器８の位置検出値の関係は例えば図４に
示すように表され、バックラッシ量は移動指令方向反転
時の位置検出値と、反転以降最初に変化した位置検出値
との差として求められる。また、ロストモーション量は
同一指令位置におけるプラス方向から位置決めした際の
位置検出値と、マイナス方向から位置決めした際の位置
検出値との差として求めることができる。

【０００４】上述の従来技術においては、工作機械の通
常運転時には必要のない位置検出器（位置測定器）８を
用意する必要があり、測定手順のほとんどが測定者の手
作業となるほか、測定精度も測定者に左右される可能性
がある。すなわち、測定に時間がかかり、測定精度も恣
意的になりがちであった。

【０００５】この問題を解消するものとして、主軸にセ
ンサを装着し、加工テーブル上にマスタゲージを取付け
て、ロストモーション測定用プログラムにより数値制御
部を通して主軸を自動的に移動させ、センサからの信号
を演算してバックラッシ量の補正を行なう数値制御装置
が提案されている（特開昭６３−３０６８５７号公報参
照）。

【０００６】また最近は、３次元測定機の精度検定に用
いられる空間上の点を高精度に測定するいわゆるＤＢＢ
（Ｄｏｕｂｌｅ　　Ｂａｌｌ　　Ｂａｒ）法によっても
ロストモーション量の測定が行なわれることがある。Ｄ
ＢＢ法においては測定部位を変えるには測定機器のセッ
トアップに時間がかかり、さらには、ロストモーション
量測定値の再現が困難という問題がある。

【０００７】例えば図５に示す数値制御装置により駆動
される機械負荷の一例は、軸受７Ａにより両端を支持さ
れているボールネジ７Ｂにモータ３の回転がカップリン
グ６を介して伝達され、ボールネジ７Ｂが回転すること
によりナット７Ｃを介して駆動されるテーブル７Ｄの直
線運動を制御するものである。なお、このテーブル７Ｄ
の上にワークが搭載される。

【０００８】ここに示されるような駆動負荷系には、系
のガタや遊び、軸受７Ａ又は軸受支持部のゆるみ、ボー
ルネジ端の遊び、ボールネジ７Ｂとナット７Ｃ間の遊び
等の広義のバックラッシや、系の摩擦力や剛性に依存す
るボールネジ７Ｂの伸縮や戻り、ナット７Ｃの軸方向の
弾性変位、ボールネジ７Ｂを支持する軸受変位、ベッド
７Ｅとテーブル７Ｄ間の摺動抵抗等のいわゆるロストモ
ーション要因が存在する。

【０００９】このうちボールネジ７Ｂ等の弾性変形はテ
ーブル７Ｄの位置によって変化し、ベッド７Ｅとテーブ
ル７Ｄ間の摺動抵抗や摺動面の摩擦係数μは送り速度あ
るいは摺動面の潤滑状態に大きく依存するものである。 例えば、ロストモーション量と送り速度の関係は図６に
示すようになる。

【００１０】ところが、前述の従来技術においてはこれ
らに対する考慮が為されていないため、同じ機械であっ
てもロストモーション量の測定結果に有意の差が生じる
ことがある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の数値制
御装置においては測定の準備が大がかりとなり、特別な
知識が必要となるという問題があった。また、ロストモ
ーションの発生と深い関係がある送り速度、位置、潤滑
状態に対する考慮が成されていないため、ロストモーシ
ョン測定値の再現が困難である。さらには、工作機械の
通常運転時には必要のないセンサやマスタゲージを用意
する必要があり、それらの管理等が煩雑になるという欠
点があった。

【００１２】本発明は上述した事情から成されたもので
あり、本発明の目的は、特別な測定機器を用意しなくと
も簡便正確にバックラッシ量及びロストモーション量を
自動的に測定することができる機能を有する数値制御装
置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、検出した機械
可動部の位置とモータの回転位置に基づいて前記機械可
動部の位置を制御する数値制御装置に関するものであり
、本発明の上記目的は、当該軸を往復運動させるための
移動指令値に従って読出した前記機械可動部の位置検出
データと前記モータの回転位置検出データに基づいてバ
ックラッシ量及びロストモーション量を算出する算出手
段と、前記バックラッシ量及びロストモーション量の算
出値と前記往復運動時の速度、位置、軸潤滑データを格
納する格納手段とを具備することによって達成される。

【００１４】

【作用】本発明にあっては、バックラッシ量あるいはロ
ストモーション量の測定に必要な往復移動指令を数値制
御装置内の関数発生部にて自動的に生成し、この往復運
動時の移動指令値に従って読出したモータ位置検出器に
よる回転位置検出データ及び機械位置検出器による位置
検出データからバックラッシ量及びロストモーション量
を算出するようにし、同時に上記往復運動時の速度検出
値、測定位置、軸潤滑データを格納するので、特別な測
定機器を用意しなくとも簡便正確にバックラッシ量及び
ロストトモーション量を測定することができる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明のバックラッシ量及びロストモ
ーション量の自動測定機能を有する数値制御装置のシス
テム構成例を示す図であり、図５で示した機械負荷に対
し、機械可動部の位置検出器としてインダクトシンを採
用したサーボ制御系を示すものである。なお、これまで
に説明してきた図３及び図５と同一番号にて示されてい
る構成要素についての機能、処理内容は同一であるので
説明を省略し、本発明の本質的な部分についてのみを以
下に説明する。

【００１６】数値制御（ＮＣ）装置１はモータ３の回転
位置を検出する位置検出器４で検出されるモータ位置検
出値Ｐｍｏ、インダクトシン５で検出される機械位置検
出値Ｐｍａ及び図示しない電流検出値に基づいて所定の
フィードバック制御演算を行なって、モータ３に流すべ
き電流の指令値ＩｃｏｍをＰＷＭ制御指令値の形でパワ
ー増幅器２に転送し、この指令に基づいた電流をパワー
増幅器２からモータ３に給電してモータ３を回転させ、
テーブル７Ｄを所望の位置へ移動させるものである。

【００１７】図２は上述した本発明のバックラッシ量及
びロストモーション量の自動測定機能を有するＮＣ装置
の詳細例を示すブロック図であり、予め作成された当該
軸を往復運動させるためのＮＣプログラムが図示しない
ＮＣプログラム格納部に格納されている。これにより定
義される往復移動指令は例えば次のようなものである。 まず、当該軸をマイナス方向に送り速度Ｆｍ／ｍｉｎに
て数十ｍｍ動かして停止させる（ステップ１）。次に、
当該軸をプラス方向に同速度、同移動距離だけ移動させ
る（ステップ２）。その後、最小指令単位にて当該軸を
マイナス方向に数十μｍ移動させる。たとえば１μｍ仕
様機ならば１μｍ移動指令を繰り返し、当該軸をマイナ
ス方向に数十μｍ移動させる（ステップ３）。さらに当
該軸をマイナス方向に送り速度Ｆｍ／ｍｉｎにて数十ｍ
ｍ動かして停止させる（ステップ４）。

【００１８】このようなＮＣプログラムをバックラッシ
／ロストモーション自動測定モードにおいて図示しない
ＮＣプログラム解釈部が読み込むと通常のＮＣプログラ
ム解釈を実行すると共に、バックラッシ／ロストモーシ
ョン自動測定モード状態にあることを知らせる信号を位
置制御部１６、ロストモーション量算出部１３及びロス
トモーションデータ格納部１４に送出する。そして、関
数発生部１１はＮＣプログラム解釈部でのＮＣプログラ
ムの解釈に従い、ステップ１からステップ４の軸移動指
令データＰｃｏｍ１からＰｃｏｍ４を生成する。

【００１９】位置制御部１６はステップ１の移動指令Ｐ
ｃｏｍ１を受け取ると、モータ位置検出部１８Ｂからの
モータ位置検出値Ｐｍｏ及び機械位置検出部１８Ａから
の機械位置検出値Ｐｍａにより所定の位置フィードバッ
ク制御演算を行ない、速度指令値ｆｉを生成して速度制
御部１７に転送する。速度制御部１７はモータ位置検出
部１８Ｂで検出されるモータ位置検出値Ｐｍｏに基づい
て、速度算出部１９にて算出される速度算出値ｆｃ及び
位置制御部１６からの速度指令値ｆｉにより所定の速度
フィードバック制御演算を行ない、サーボモータ３へ通
電すべき電流指令値Ｉｃｏｍを生成してパワー増幅器２
に転送する。このようにしてステップ１の最終位置への
移動が実現する。

【００２０】位置制御部１６はステップ２の移動指令Ｐ
ｃｏｍ２を受け取ると、ステップ２の最終位置へ移動す
べく位置制御を行なう。この際、位置制御部１６はステ
ップ２の最終位置に至るまでの所定の位置（１カ所）に
モータ位置検出値Ｐｍｏが一致したら直ちにデータラッ
チ信号ＬＡＴ１＋を生成して機械位置データ記憶部１５
Ａ、モータ位置データ記憶部１５Ｂ及び速度データ記憶
部１５Ｃに転送する。これら各記憶部１５Ａ、１５Ｂ、
１５Ｃはこのデータラッチ信号ＬＡＴ１＋をトリガとし
て、その時点での機械位置検出値Ｐｍａ＋、モータ位置
検出値Ｐｍｏ＋及び速度算出値ｆ＋を各検出部１８Ａ、
１８Ｂ及び速度算出部１９から得て記憶する。さらに、
位置制御部１６はステップ２の最終位置に機械位置検出
値Ｐｍａが一致したら直ちにデータラッチ信号ＬＡＴｂ
ｓを生成して機械位置データ記憶部１５Ａに転送する。 機械位置データ記憶部１５Ａはこのデータラッチ信号Ｌ
ＡＴｂｓをトリガとして、その時点での機械位置検出値
Ｐｍａｂｓを機械位置検出部１８Ａから得て記憶する。 これらのデータのラッチは位置制御部１６が検出位置の
一致を検出したのと同じサンプリング周期内に実行され
る。

【００２１】位置制御部１６はステップ３の移動指令Ｐ
ｃｏｍ３を受け取ると、最小指令単位の移動指令（ステ
ップ２とは反対のマイナス方向移動指令）による位置制
御を繰り返す。この際、位置制御部１６は機械位置検出
値Ｐｍａが最初にマイナス方向に変化したことを検出す
ると直ちにデータラッチ信号ＬＡＴｂｅを生成して機械
位置データ記憶部１５Ａに転送する。機械位置データ記
憶部１５Ａはこのデータラッチ信号ＬＡＴｂｅをトリガ
として、その時点での機械位置検出値Ｐｍａｂｅを機械
位置検出部１８Ａから得て記憶する。その後、位置制御
部１６はステップ３の最終位置に至るまでの位置制御を
行なう。

【００２２】位置制御部１６はステップ４の移動指令Ｐ
ｃｏｍ４を受け取ると、ステップ４の最終位置へ移動す
べく位置制御を行なう。この際、位置制御部１６はステ
ップ４の最終位置に至るまでの所定の位置（１カ所かつ
、ステップ２と同じ座標及び指令速度）にモータ位置検
出値Ｐｍｏが一致したら直ちにデータラッチ信号ＬＡＴ
１−を生成して機械位置データ記憶部１５Ａ及びモータ
位置データ記憶部１５Ｂに転送する。これら各記憶部１
５Ａ、１５Ｂはこのデータラッチ信号ＬＡＴ１−をトリ
ガとして、その時点での機械位置検出値Ｐｍａ−及びモ
ータ位置検出値Ｐｍｏ−を各検出部１８Ａ、１８Ｂから
得て記憶する。

【００２３】以上のごとく一連の往復移動が終了すると
、ロストモーション算出部１３は各測定データより数１
からバックラッシ量ＢＬ及びロストモーション量ＬＭを
算出する。

【００２４】

【数１】 ＢＬ　　＝　　Ａｂｓ（Ｐｍａｂｓ　　−　　Ｐｍａｂ
ｅ）ＬＭ　　＝　　Ａｂｓ（Ｐｍａ−　　−　　Ｐｍｏ
−）＋Ａｂｓ（Ｐｍａ＋　　−　　Ｐｍｏ＋）ここでＡ
ｂｓ（　　）は（　　）内の絶対値を示す。

【００２５】ロストモーション算出部１３はバックラッ
シ量ＢＬ及びロストモーション量ＬＭの算出を終了する
と、これらの算出値ＢＬ、ＬＭをロストモーションデー
タ格納部１４に転送して格納する。

【００２６】軸潤滑タイマ１２Ｃは当該摺動面に潤滑油
を噴出するサイクル時間（潤滑周期）Ｔｓを設定するも
のであり、軸ポンプタイマ１２Ｂは軸潤滑用ポンプモー
タがＯＮしている時間Ｔｏを設定するものであり、共に
図示しない設定手段により使用者が設定する。摺動面摩
擦係数μは潤滑油油膜厚さに大いに関係があり、潤滑油
油膜厚さは潤滑周期及び潤滑油噴出時間と相関があるか
らである。そして、潤滑時間算出部１２Ａは軸潤滑タイ
マ１２Ｃ及び軸ポンプタイマ１２Ｂからの設定データＴ
ｓ及びＴｏに従って、潤滑周期内Ｔｓにおいて潤滑開始
からどの位経った時点で測定を開始したかという潤滑経
過時間を算出して軸潤滑データＤとしてロストモーショ
ンデータ格納部１４に転送して格納する。

【００２７】ロストモーションデータ格納部１４にはバ
ックラッシ量ＢＬ、ロストモーション量ＬＭ及び軸潤滑
データＤの他に、測定開始位置及び測定送り速度が格納
される。

【００２８】なお、上述した実施例においては当該軸を
直線軸としたが、回転軸の場合でもまったく同様にして
測定することができる。また、バックラッシ量やロスト
モーション量の算出は機械可動部の位置検出データとモ
ータの回転位置検出データを比較することにより実現し
たが、モータの回転位置検出データの代りに移動指令デ
ータを用いるようにしてもバックラッシ量やロストモー
ション量を算出することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明のバックラッシ量及
びロストモーション量の自動測定機能を有するＮＣ装置
によれば、特別な測定機器を用意しなくとも簡便正確に
バックラッシ量及びロストモーション量を自動的に測定
することができるので、測定等に要する工数を大幅に削
減することができる。特に同一機台におけるロストモー
ション量分布測定（各軸におけるロストモーション量測
定位置をパラメータとしたロストモーション量測定）等
、何度も測定を繰り返す場合には顕著な工数削減効果を
もたらす。また、測定時の速度検出値、測定位置、軸潤
滑データも併せて記録するので、これまで非線形現象で
解析が困難とされてきたロストモーション発生の定量的
解析に有効な測定データを短時間の内に大量に収集でき
るという大きなメリットがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバックラッシ量及びロストモーション
量の自動測定機能を有するＮＣ装置のシステム構成例を
示す図である。

【図２】本発明のバックラッシ量及びロストモーション
量の自動測定機能を有するＮＣ装置の詳細例を示すブロ
ック図である。

【図３】従来の技術を示す概念図である。

【図４】バックラッシ量及びロストモーション量を説明
するための図である。

【図５】ＮＣ装置により駆動される機械負荷の一例を示
す図である。

【図６】ロストモーション量の一般的な性質を示す図で
ある。

【符号の説明】

１　　　　　　ＮＣ装置 １１　　　　関数発生部 １２Ａ　　潤滑時間算出部 １２Ｂ　　軸ポンプタイマ １２Ｃ　　軸潤滑タイマ １３　　　　ロストモーション量算出部１４　　　　ロ
ストモーションデータ格納部１５Ａ　　機械位置データ
記憶部 １５Ｂ　　モータ位置データ記憶部 １５Ｃ　　速度データ記憶部 １６　　　　位置制御部 １７　　　　速度制御部 １８Ａ　　機械位置検出部 １８Ｂ　　モータ位置検出部 １９　　　　速度算出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　検出した機械可動部の位置とモータの
   回転位置に基づいて前記機械可動部の位置を制御する数
   値制御装置において、当該軸を往復運動させるための移
   動指令値に従って読出した前記機械可動部の位置検出デ
   ータと前記モータの回転位置検出データに基づいてバッ
   クラッシ量及びロストモーション量を算出する算出手段
   と、前記バックラッシ量及びロストモーション量の算出
   値と前記往復運動時の速度、位置、軸潤滑データを格納
   する格納手段とを備えたことを特徴とするバックラッシ
   量及びロストモーション量の自動測定機能を有する数値
   制御装置。