JPH04283042A - ２軸補間方式の形状誤差補正方式 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械のテーブル等
の送り軸を駆動するサーボモータの制御方式に関し、特
に、２軸補間時に送り軸の移動が反転するときに生じる
形状誤差を低減させるサーボモータの制御方式に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械においてテーブル等を駆動する
サーボモータの駆動方向を反転させるとき、通常、送り
ねじのバックラッシュや摩擦の影響のため、機械は即座
に反転することができない。そのため、２軸補間で円弧
切削等を行っていてるとき、象限が変わると、切削円弧
面に突起が生じ形状誤差が生じる。例えば、Ｘ，Ｙ２軸
平面上でワークに対し円弧切削を行い、Ｘ軸をプラス方
向、Ｙ軸をマイナス方向に移動させているとき象限が変
わり、Ｙ軸はそのままマイナス方向に駆動し、Ｘ軸をマ
イナス方向に駆動するように切換えた場合、Ｙ軸に対し
ては今までと同一速度で切削が行われるが、Ｘ軸は位置
偏差が「０」になることからトルク指令値が小さくなり
、摩擦によりサーボモータは即座に反転できないこと、
及び、テーブルを送る送りねじのバックラッシュにより
テーブルの移動も即座に反転できないことから、Ｘ軸方
向のワークの移動は移動指令に対し、追従できなく遅れ
ることになる。その結果、切削円弧面に形状誤差が生じ
る。

【０００３】また、２軸補間で直線加工を行なっている
場合においても、この問題は生じる。一方の軸の駆動方
向が変化せず、他方の軸の駆動方向が反転した場合には
、上述した円弧切削の場合と同様に形状誤差が生じる。 さらに、２軸とも駆動方向が反転した場合でも、２軸に
対するそれぞれの負荷の違いや摩擦力の相違によって２
軸の応答性が異なり、形状誤差が生じる。例えば２軸補
間によって直線加工を行なっている場合、２軸の応答性
が同一で理想的な場合には、図４に示すように形状誤差
は生じない。しかし、各軸に加わる負荷の大きさ，摩擦
力の違いによって応答性が異る。そのため負荷や摩擦力
が大きい方の軸は応答が遅れ、２軸が同期した速度（移
動量）とならず、図５に示すように駆動方向の反転時に
形状誤差ｅが生じる。

【０００４】従来はこの様な形状誤差をなくすため、あ
るいは減らすため、移動方向の反転時に位置信号に位置
のバックラッシュ補正を行うと共に速度指令に適当な値
（加速量）を加えて、サーボモータの反転方向に加速を
行い、応答遅れを補正し形状誤差を減らす、いわゆるバ
ックラッシュ加速補正を行っている（特願昭６２−１４
３２６３号参照）。さらには、最適なバックラッシュ加
速量を見つけることが難しいということから、バックラ
ッシュ補正期間、速度ループゲインを上昇させ、バック
ラッシュ補正の負担を軽減させる方法等が提案されてい
る（特願平１−２４８０３１号参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】それぞれの軸にかかる
負荷や摩擦力の状態が変動なければ、上述したようなバ
ックラッシュ加速補正や速度ループゲインの調整等によ
って形状誤差が生じないようにすることができる。しか
し、それぞれの軸にかかる負荷や摩擦力の状態が変動す
ると、２軸の応答性に変化が生じ形状誤差が生じる。

【０００６】例えば、図５の状態で、バックラッシュ加
速補正，及び速度ループゲインを調整し形状誤差ｅを無
くし、図４に示すように状態にすることができるが、図
６に示すように、切削方向が変ることにより、切削条件
が変り各軸にかかる各々の負荷が変動すると、図５の切
削条件で適合していたバックラッシャ加速補正や速度ル
ープゲインがこの条件では適合しなくなり、再び図６に
示すように形状誤差ｅが生じる。

【０００７】そこで本発明の目的は、２軸補間時に切削
条件が変更しても形状誤差の発生を抑える形状誤差補正
方式を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】位置・速度制御をソフト
ウエアで行なうディジタルサーボ制御方式において、２
軸補間時に該２軸の位置フィードバック量の重みを合わ
せて（一方の軸の位置フィードバック量に上記２軸に対
する移動指令の分配比を乗じて他方の軸の位置フィード
バック量に変換して）偏差を求め、この偏差を速度の単
位に変換し、（他方の）位置ループ処理で求められた速
度指令に上記変換された値を補正し、この補正された速
度指令に基づいて速度ループ処理を行なうことによって
、上記課題を解決した。

【０００９】

【作用】２軸補間時に、一方の軸の位置フィードバック
量に２軸に対する移動指令の分配比を乗じて他方の軸の
位置フィードバック量に変換することにより２軸の位置
フィードバック量の重みを合わせると、重みが合わされ
た各位置フィードバック量の差、すなわち偏差は、形状
誤差の原因を意味し、通常、定常状態ではこの偏差は生
じないが、駆動方向が反転し、各軸にかかる負荷等が変
動すると生じる。そして、この偏差を速度の単位に変換
し、この速度単位に変換された値をバックラッシュ加速
補正と同様に一方の軸の速度指令に対して補正すれば、
重みが合わされた位置フィードバック量は同じとなり、
その結果形状誤差は発生しなくなる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例の２つの軸のサーボ
系のブロック図で、１０Ａは第１軸のサーボモータの制
御回路、１０Ｂは第２軸のサーボモータの制御回路であ
る。１ａ，１ｂは位置ループの伝達関数の項でＫｐはポ
ジションゲイン、２ａ，３ａ、２ｂ，３ｂは速度ループ
の伝達関数の項で、Ｋ１は積分定数，Ｋ２は比例定数で
ある。４ａ，４ｂは各サーボモータのトルク定数Ｋｔの
項で、５ａ，５ｂはサーボモータ、６ａ，６ｂは速度を
位置に変換する伝達関数の項である。

【００１１】これら各軸制御回路は従来のサーボ回路と
同様に、位置指令Ｐｃａ，ｐｃｂから位置フィードバッ
クパルスＰｆａ，Ｐｆｂをそれぞれ減じて位置偏差を求
めこの位置偏差にポジションゲインＫｐを乗じて速度指
令Ｖｃａ，Ｖｃｂを求め、この速度指令Ｖｃａ，Ｖｃｂ
から速度フィードバック信号Ｖｆａ，Ｖｆｂを減じて速
度偏差を求め、この速度偏差を積算した値に積分定数Ｋ
１を乗じて得られる値から、速度フィードバック信号Ｖ
ｆａ，Ｖｆｂに比例定数Ｋ２を乗じた値をそれぞれ減じ
てトルク指令（電流指令）を求め、このトルク指令によ
りインバータ等を介してサーボモータ５ａ，５ｂを駆動
する。

【００１２】さらに本実施例においては、第１軸の位置
フィードバックパルスの積算値に第１軸と第２軸に対す
る位置指令の分配比α（＝Ｐｃｂ／Ｐｃａ）を乗じて得
られる値から、第２軸の位置フィードバックパルスの積
算値を減じて偏差を求め、この偏差に位置の単位から速
度の単位に変換する定数βを乗じて得られる値を第２軸
の速度指令Ｖｃｂに加算するようにしている。

【００１３】すなわち、２つの軸が理想的に位置指令に
追従しているとすれば、位置指令Ｐｃａ，Ｐｃｂと位置
フィードバックパルスＰｆａ，Ｐｆｂの積算値はそれぞ
れＰｃａ，Ｐｃｂとなる。そのため、第１軸のフィード
バックパルスの積算値に上記分配比αを乗じて得られる
値は、α×Ｐｃａ＝（Ｐｃｂ／Ｐｃａ）×Ｐｃａ＝Ｐｃ
ｂとなり、第２軸の位置フィードバック量の重みと等し
くなる。このことは、第１軸の移動量が第２軸の対応す
る移動量に変換されていることを意味する。そして、こ
の第２軸の移動量に変換された値から第２軸の位置フィ
ードバックパルスの積算量を減ずれば、位置の偏差が求
められる。通常の定常状態で各軸が指令どおり追従して
いれば、この偏差は生じなく「０」である。しかし、一
方若しくは両方の軸の駆動方向が反転し、切削条件等が
変化し各軸にかかる負荷，摩擦力等が変化するとサーボ
モータの応答遅れが生じる。特にサーボモータの立上が
り時に負荷の違いにより応答遅れに差異が生じ、上記偏
差が生じる。この偏差は一方の軸の位置に対して他方の
軸の位置があるべき位置からずれていることであり形状
誤差を生じる原因である。そこで、上記偏差を位置の単
位から速度の単位に変換する定数βを乗じ、この乗じて
得られる値をバックラッシュ加速補正と同様に、第２軸
の速度指令Ｖｃｂに加算する。そうすれば、上記偏差を
解消するように、第２軸の速度指令が増大若しくは減少
し、この補正された速度指令により速度ループの処理を
行なって第２軸のサーボモータが駆動制御されるので、
上記偏差は生じなくなり、上記偏差に伴う形状誤差の発
生は防止できる。

【００１４】図２は本発明の実施例を実施するサーボモ
ータ制御系のブロック図で、２０は工作機械を制御する
コンピュータ内臓の数値制御装置（ＮＣ装置）、２１は
不揮発性ＲＡＭで構成された共有ＲＡＭで、ＮＣ装置２
０及び各軸のディジタサーボ回路２２からアクセスでき
るものである。２２はプロセッサ（ＣＰＵ），ＲＯＭ，
ＲＡＭ等で構成され、図１で述べたサーボ制御を行なう
ディジタルサーボ回路である。２３はトランジスタイン
バータ等で構成されたサーボアンプで、サーボモータ２
４を駆動するものである。また、２５はサーボモータの
位置，速度を検出する位置・速度検出器でディジタルサ
ーボ回路２２に位置フィードバックパルスＰｆ，速度フ
ィードバック信号Ｖｆをフィードバックするものである
。このサーボモータの制御系の構成はディジタルサーボ
制御としてすでに公知であり、詳細は省略する。

【００１５】なお、図２では１軸のディジタルサーボ回
路２２及びサーボモータ２４等しか示していないが、共
有ＲＡＭ２１には他の軸、すなわち図１で説明した第２
軸のディジタルサーボ回路及びサーボモータ等も接続さ
れているものである。

【００１６】ＮＣ装置２０は従来と同様に、分配周期毎
ＮＣプログラムに基づいて各軸に対する位置指令Ｐｃを
出力すると共に、本発明においては、２軸補間時にその
２軸補間する移動指令の分配比αを出力し、共有ＲＡＭ
に記憶させる。一方、各軸のディジタルサーボ回路のプ
ロセッサは分配された位置指令を位置・速度ループ処理
周期の位置指令に分割し、図１で述べたサーボ制御を実
行し、サーボアンプを介してサーボモータを駆動する。

【００１７】図３は図１で述べた第２軸のディジタルサ
ーボ回路のプロセッサが位置・速度ループ処理周期毎実
施する位置・速度ループ処理のフローチャートで、第１
軸に対しては、従来と同様の位置・速度ループ処理を行
なうものでこの第１軸の処理は説明を省略する。

【００１８】まず、位置指令Ｐｃｂから位置・速度検出
器で検出された位置フィードバックパルスＰｆｂを減じ
位置偏差を求め、該位置偏差にポジションゲインＫｐを
乗じて速度指令Ｖｃｂを求める位置ループ処理を従来と
同様に行なう（ステップＳ１）。次に、共有ＲＡＭ２１
に記憶された分配比αを読み取り、該分配比αが「０」
か否か判断する（ステップＳ２，Ｓ３）。ＮＣ装置２０
は２軸補間時には該２軸に対する位置指令の分配比α＝
Ｐｃｂ／Ｐｃａを出力し、２軸補間時以外のときには分
配比αを「０」として出力し共有ＲＡＭ２１に記憶させ
ている。

【００１９】そこで、上記分配比αが「０」であれば、
２軸補間中でないことから、ステップＳ３からステップ
Ｓ９に移行し、ステップＳ１で求められた速度指令Ｖｃ
ｂに基づいて従来と同様に速度ループ処理を実行し、得
られた電流指令（トルク指令）を電流ループに引き渡し
（ステップＳ１０）、当該位置・速度ループ処理周期の
処理を終了する。

【００２０】一方分配比αが「０」でなく、２軸補間時
においては、ステップＳ３からステップＳ４に移行し、
第１軸，第２軸の位置フィードバックパルスを積算する
レジスタＡ，Ｂの値を読み（ステップＳ４，Ｓ５）、レ
ジスタＡの値にステップＳ２で読み取った分配比αを乗
じ第２軸の位置フィードバックパルスの積算値の重みに
変換し、その値からレジスタＢの値を減じて偏差を求め
レジスタＣに格納する（ステップＳ６）。次にこのレジ
スタＣの値に速度への変換定数βを乗じレジスタＤに格
納し（ステップＳ７）、該レジスタＤの値をステップＳ
１で求めた第２軸の速度指令Ｖｃｂに加算し、補正され
た速度指令を求め（ステップＳ８）、この速度指令に基
づいて従来と同様に速度ループ処理を行ない電流指令を
求め（ステップＳ９）、この電流指令を電流ループに引
き渡し（ステップＳ１０）、当該位置・速度ループ処理
周期の処理を終了する。

【００２１】以上の処理を各位置・速度ループ処理周期
毎行なうことによって、２軸補間時に第１軸と第２軸の
位置フィードバックパルスの重みを合わせた積算値に偏
差が生じた時には、ステップＳ６〜Ｓ８により、第２軸
の速度指令が従来のバックラッシュ加速補正のように補
正され、第２軸の速度が加速若しくは減速されることに
なり、上記偏差をなくすように作動するので、上記偏差
に伴って生じる形状誤差は発生せず、精度の高い加工を
行なうことができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明においては、２軸補間時に切削条
件等が変動し、各軸の応答性に変動が生じても、２軸が
同一応答をとるように速度指令が補正され、１軸と２軸
が対応すべき位置関係になるように制御されるので応答
性の違いによる形状誤差が生ぜず、精度の高い加工を行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における２つの軸のサーボ系
のブロック図である。

【図２】同実施例を実施するサーボモータ制御系のブロ
ック図である。

【図３】同実施例の第２軸の位置・速度ループ処理のフ
ローチャートである。

【図４】２軸補間による理想的な直線切削の説明図であ
る。

【図５】２軸補間による直線切削において駆動方向反転
時に生じる形状誤差の説明図である。

【図６】図５の切削条件でバックラッシュ加速補正，速
度ループゲイン調整を行ない形状誤差をなくすようにし
ても、切削条件が変動すると形状誤差が生じることの説
明図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ　　位置ループの伝達関数の項２ａ，２ｂ　
　速度ループの伝達関数の積分の項３ａ，３ｂ　　速度
ループの伝達関数の比例の項４ａ，４ｂ　　サーボモー
タのトルク定数の項５ａ，５ｂ　　サーボモータ ６ａ，６ｂ　　速度を位置に変換する伝達関数の項７　
　分配比の項

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　位置・速度制御をソフトウエアで行な
   うディジタルサーボ制御方式において、２軸補間時に該
   ２軸の位置フィードバック量の重みを合わせて偏差を求
   め、この偏差を速度の単位に変換し、位置ループ処理で
   求められた速度指令にこの変換された値を補正して、こ
   の補正された速度指令に基づいて速度ループ処理を行な
   うことを特徴とする２軸補間方式の形状誤差補正方式。
2. 【請求項２】　　位置・速度制御をソフトウエアで行な
   うディジタルサーボ制御方式において、２軸補間時に一
   方の軸の位置フィードバック量に上記２軸に対する移動
   指令の分配比を乗じて他方の軸の位置フィードバック量
   に変換し、該変換された位置フィードバック量から上記
   他方の位置フィードバック量を減じて偏差を求め、この
   偏差を速度の単位に変換して他方の軸の位置ループ処理
   で求められた速度指令に加算し、この加算された速度指
   令に基づいて速度ループ処理を行なうことを特徴とする
   ２軸補間方式の形状誤差補正方式。