JPH048451A - サーボモータの制御方式 - 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、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、送り軸の移動方向
が反転するときのバックラッシュ加速補正に関するもの
である。

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、工作機械で円弧切削等を行っ
ているとき、象眼が変わると切削円弧面に突起が生じる
。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
れることとなる。その結果、切削円弧面に突起が生じる
。

従来、この突起をなくすため、あるいは減らすため、移
動方向の反転時に位置偏差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象限突起を減らす
、いわゆるバックラッシュ加速を行っている。

第６図は、従来行われているこのバックラッシュ補正の
ブロック図で、ＣＮＣ（コンピュータ内臓の数値制御装
置）はディジタルサーボ回路側に位置指令、及び位置指
令の符号が反転するときに機械系のバックラッシュを補
正するためにバ・ツクラッシュ補正データ（位置のデー
タ）を与える。

ディジタルサーボ回路のプロセッサ（ＣＰＬ７）はこの
バックラッシュ補正データを受信すると、バックラッシ
ュ補正手段１３によりエラーカウンタ１０にこのバック
ラッシュ補正データを加算する。

この補正データはポジションゲインＫｐを通じて速度ル
ープ１２に作用するが、サーボ系の遅れのために機械は
すぐには動かず、象限突起が生しる。

そこで、位置のバックラッシュ補正と共に速度指令ＶＣ
にも適当な値（加速量）を加えて、サーボモータの反転
方向に加速を行うが、ＣＮＣがバックラッシュ補正デー
タを送出するのと同時にサーボソフト内部（ディジタル
サーボ回路内）でバックラッシュ加速を行うと、サーボ
モータが完全に方向反転をしていないために、逆に円弧
切削面を内側にくい込んで切削してしまう不具合が生じ
る。

すなわち、エラーカウンタ１０で示される位置偏差にポ
ジションゲインＫＰを乗じて得られる速度指令が完全に
逆転しないうちに、バックラッシュ加速が行われて切削
面が内側にくい込んで切削されることとなる。

また、バックラッシュ加速量が大きすぎると、バックラ
ッシュや摩擦トルクを補正する以上に内側へ切り込むこ
とにもなる。

そこで、サーボコントローラはエラーカウンタの値を監
視し、エラーカウンタの値の符号が反転したとき、モー
タの回転方向が反転したタイミングとみなし、バックラ
ッシュ加速を行うようにしている。さらには、速度指令
ＶＣは位置偏差ｅ　（１）にポジションゲインを乗じた
値であるので、チエツクボードを通して速度指令ＶＣを
アナログ信号として観測し、速度指令ＶＣの波形が理想
的な位置偏差ｅ　（ｔ）に対応する速度指令（ＫＰｅ（
ｔ））に近くなるようにバックラッシュ加速量。

加速時間を調整している。

発明が解決しようとする課題 上述したバックラッシュを行う場合において、送り速度
が非常に低速である場合や、停止中から反転方向に１パ
ルス動き出すとき等にバックラッシュ加速補正を行うと
、加速量が過剰になり機械がオーバシュート等を起し加
工面に切り込み過ぎを生じる場合がある。

そこで、本発明の目的は、送り速度が非常に遅い場合や
、停止後反転方向に１パルス程度の移動指令で移動する
場合においても、バックラッシュ加速補正で補正過剰が
生じないサーボモータの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、バックラッシュ加速補正において、移動指令
の方向が反転した後の移動指令値を積算し、該積算値が
設定値以上になった時点でバックラッシュ補正を開始す
るようにした。特に、位置偏差反転後の設定所定時間内
で上記移動指令値が設定値以上になった時点でバックラ
ッシ補正を開始し、上記設定時間を経過するとバックラ
ッシュ加速補正を停止するようにすることによって上記
課題を解決した。

作　　　用 停止後、反転方向に１パルス程度の遅い速度の場合、バ
ックラッシュ分を移動させるに必要なトルクは摩擦抵抗
程度であるから、送り速度に対してバックラッシュ分の
送りは速やかに行われバックラッシュ加速補正を行わな
くても十分である。

また、送り速度が非常に遅い場合のときも、移動指令方
向が反転しても位置偏差は直ちに反転せず、この状態で
バックラッシュ加速補正を行うと切削面が内側にくい込
んで切削されることとなる。そこで、移動指令の方向が
反転した後の移動指令値を積算し、該積算値が設定値以
上になった時点でバックラッシ加速補正を開始するよう
にすることにより、停止後反転方向に移動指令が１パル
ス程度である場合には上記積算値が設定値に達する前に
バックラッシュ加速期間が終了するのでバックラッシュ
加速補正は行われない。また、送り速度が非常に遅い場
合でも、移動指令の積算値が設定値以上になってからバ
ラクラシュ加速補正が行われるので切削面の切り込み過
ぎは防止できる。さらに送り速度が速い場合には上記積
算値が方向反転後直ちに設定値を越えるからバックラッ
シュ加速補正がなされ、切削面に突起を生じさせること
はない。

実施例 第２図は本発明の一実施例を実施する工作機械等におけ
るサーボモータの駆動制御回路のブロック図で、１軸の
サーボモータの駆動制御回路のみを図示している。１は
工作機械等を制御するプロセッサ内臓の数値制御装置、
２は共有メモリで数値制御装置のプロセッサからもまた
ディジタルサーボ回路のプロセッサからもアクセスする
ことができる不揮発性ＲＡＭで構成されたメモリである
。

３はディジタルサーボ回路で、プロセッサ、　　ＲＯＭ
、ＲＡＭ等で構成され、サーボモータの制御をディジタ
ル的に処理（ソフトウェア処理）するものである。４は
ディジタルサーボ回路３で制御されるサーボモータで、
５は該サーボモータに取付けられ、モータが所定量回転
するごとにパルスを発生する位置検出器で、該パルスを
ディジタルサーボ回路にフィードバックしている。

なお、上記構成は従来から公知なものであり、詳細は省
略する。

そして、ディジタルサーボ回路３は所定用期毎数値制御
装置１から出力される移動指令を共有メモリ２を介して
受信し、従来と同様に位置ループ処理、速度ループ処理
を実行している。ただし、本発明と関連して、速度ルー
プ処理が従来の処理と相違する。

第１図（ａ）、　　（ｂ）は、ディジタルサーボ回路３
のプロセッサが所定用期毎実施する速度ループ処理のフ
ローチャートである。

ディジタルサーボ回路３のプロセッサは、移動指令ＭＣ
が零か否か判断しく初めは移動指令がなく、次に移動指
令が一方方向に出され、その後移動指令の方向が反転す
るものとして以下説明する）、零ならば（ステップＳ１
）、ステップＳ８に移行して移動指令を積算するレジス
タＲ２にこの移動指令ＭＣを加算する。なお、電源投入
時イニシャライズによって、このレジスタＲ２、後述す
るレジスタＲ１、バックラッシュカウンタＢＣは零にセ
ットされ、バックラッシュフラグＢＦも零にセットされ
ている。次にプロセッサはバックラッシュフラグＢＦが
１か否か判断しくステップＳ９）、始めは零であるから
ステップＳ１４に移行してバックラッシュカウンタＢＣ
が零以下か否か判断し、始めはバックラッシュカウンタ
ＢＣも零であるから、ステップＳ１８に移行してレジス
タＲ３を零にし、位置ループ処理で算出された速度指令
ＶＣに該レジスタＲ３の値を加算して速度指令とし、こ
の速度指令ＶＣに基づいて従来と同様に速度ループ処理
を行って（ステップＳ１９．８２０）、速度ループ処理
を終了する。すなわち、移動指令ＭＣが零である間はス
テップ３１，３８．Ｓ９゜Ｓ１４．Ｓ１８．Ｓ１９．Ｓ
２０の処理を所定同期毎実行する。

次に、移動指令ＭＣが出力され零でなくなると、ステッ
プＳ１からステップＳ２へ移行し、レジスタＲ１に記憶
する値にこの移動指令ＭＣを乗じてその値が負であるか
否か判断する。始めはイニシャライズでレジスタＲ１の
値は零であるからステップＳ２からステップＳ７移行し
てレジスタＲ１に移動指令ＭＣを格納する。次にレジス
タＲ２に移動指令ＭＣを加算し、バックラッシュフラグ
ＢＦが１か否か判断しくステップＳ８．Ｓ９）、まだバ
ックラッシュフラグＢＦは零であるから、次にバックラ
ッシュカウンタＢＣが負か否か判断しくステップ５１４
）該カウンタＢＣはまだ零であるから、レジスタＲ３を
零にして（ステップ５１８）、位置ループ処理で算出さ
れた速度指令ＶＣにこのレジスタＲ３の値（０）を加算
して移動指令を求めこの移動指令に基づいて速度ループ
処理を行い当該周期の速度ループ処理を終了する。

そして、次の周期でも移動指令ＭＣがあり、前周期の移
動指令方向と同一であるならば、ステップＳ１からステ
ップＳ２へ移行し、ステップＳ２で前周期の移動指令を
記憶するレジスタＲ１と当該周期の移動指令ＭＣの積は
負にはならないから、ステップＳ７に移行し、前周期と
同様にステップＳ７．Ｓ８．Ｓ９．Ｓ１４．Ｓ１８．Ｓ
１９．Ｓ２０の処理を行う。以後、移動指令ＭＣの値が
零もしくは移動方向が反転し移動指令の符号が反転しな
い限り、各周期ごとステップＳｌ、　　Ｓ２．　　Ｓ７
、Ｓ８．Ｓ９．Ｓ１４．Ｓ１８．Ｓ１９．Ｓ２０の処理
を実行して、通常の速度ループ処理、すなわち、位置ル
ープ処理で算出された速度指令に基づき、速度ループ処
理を実行することとなる。

次に、円弧切削等で象限が変り移動指令ＭＣが零になる
と、ステップＳ１からステップＳ８に移行して前述した
ようにステップＳ８．Ｓ９．Ｓ１４、Ｓ１８．Ｓ１９．
Ｓ２０の処理を行う。この場合ステップＳ７の処理を実
行しないからレジスタＲ１には移動指令ＭＣの移動指令
方向が変る前の値が記憶されていることとなる。そして
、次の周期で移動指令方向が反転した移動指令ＭＣが入
力されると、ステップＳ１からステップＳ２移行して、
レジスタＲ１に記憶する値の符号と当該周期の移動指令
ＭＣの符号がことなることからステップＳ２の判断は負
となり、ステップＳ３へ移行して移動指令ＭＣの値を積
算するレジスタＲ２を零にし、バックラッシュフラグＢ
Ｆを１にセットする（ステップＳ３）。そして移動指令
ＭＣの値が正か否か判断し正ならば方向フラグＤＦを零
に負ならば該フラグＤＦを１にセットする（ステップ８
４〜Ｓ６）。次にレジスタＲ１に当該周期の移動指令Ｍ
Ｃの値を格納する。なお、移動指令の方向が反転時に、
移動指令ＭＣが一旦零にならずに直接符号が反転する場
合にも、前周期の移動指令を記憶するレジスタＲ１と当
該周期の移動指令ＭＣの符号がことなることからステッ
プＳ２からステップＳ３へ移行してレジスタＲ２が零に
セットされバックラッシュフラグＢＦが１にセットされ
、方向フラグＤＦが移動指令ＭＣの符号に応じてセット
される。そして、ステップＳ８に移行してレジスタＲ２
に移動指令ＭＣの値が加算されることとなるが、レジス
タＲ２はステップＳ３で零にセットされているから移動
指令ＭＣの方向反転後の移動指令の値を以後積算するこ
ととなる。次にバックラッシュフラグＢＦが１か否か判
断しくステップＳ９）、ステップＳ３で１にセットされ
ているから、ステップＳＩＯに移行し、方向フラグＤＦ
が零か否か判断し、零ならば、位置ループ処理において
求められるエラーカウンタの値すなわち位置偏差Ｅｒが
零以上か否か（ステップ５１１）、方向フラグＤＦが１
であれば、上記位置偏差Ｅｒが零以下か否か判断する（
ステップ５１２）。すなわち、移動指令ＭＣの方向が反
転し、その移動指令の方向と同じ符号に位置偏差Ｅｒが
なっているか否か判断するものである。例えばプラス方
向に移動していたものが、マイナス方向に移動指令ＭＣ
が反転したとき、位置偏差Ｅｒもマイナスに反転したか
否か判断するものである。こうして位置偏差Ｅｒが零に
なるか、もしくは符号が反転すると、バックラッシュカ
ウンタＢＣに設定値Ｎ（正の値）をセットしバックラッ
シュフラグＢＦを零にセットする（ステップ５１３）。

また位置偏差Ｅｒが零またはその符号が反転しなければ
、ステップＳ１３の処理は行わず、前述したようにステ
ップＳ１４．Ｓ１８．Ｓ１９，８２０の処理を行う。そ
して、位置偏差Ｅｒが零もしくはその符号が反転すると
、バックラッシュカウンタＢＣが設定値Ｎに設定され、
ステップＳ１４に移行するからステップ３１４でバック
ラッシュカウンタＢＣの値が正であると判断されるので
、ステップ８１．５に移行して、バックラッシュカウン
タＢＣから１減算し、移動指令ＮＣの値を積算するレジ
スタＲ２の値の絶対値が設定値ＸＳより小さいか否か判
断しくステップ８１６）、小さければステップＳ１８に
移行しレジスタＲ３に零をセットし、小さくなければス
テップ５１−７に移行してレジスタＲ３に設定されたバ
ックラッシュ加速量Ａをセットし、位置ループ処理で算
出された速度指令ＶＣにレジスタＲ３の値を加算してこ
の加算値を速度指令として速度ループ処理を行う（ステ
ップＳ１９．５２０）。

すなわち、移動指令ＭＣの符号が反転（移動指令の方向
が反転）すると、以後の移動指令ＭＣの値の積算が行わ
れ（ステップＳ８）、移動指令ＭＣの符号が反転しても
位置偏差Ｅｒが零にも、もしくはその符号が反転しなけ
れば、各周期ごとステップＳ１．Ｓ２，３７．Ｓ８．Ｓ
９．ＳＩＯ。

ＳｌｌまたはＳ１２．Ｓ１４．Ｓ１８．Ｓ１９゜Ｓ２０
の処理が行われ、バックラッシュ加速補正は行われない
。そして、位置偏差Ｅｒが零もしくはその符号が反転す
ると（ステップＳｌｌ、５１２）、バックラッシュカウ
ンタＢＣが設定値Ｎにセットされバックラッシュ期間を
カウント開始するが（ステップ５１５）、移動指令の符
号反転後の移動指令ＭＣの値の積算値が設定値ＸＳに達
しなければ、各周期ごとステップ３１．　　Ｓ２．　　
Ｓ７゜Ｓ８．Ｓ９．Ｓ１４．８１５．Ｓ１６，８１８゜
Ｓ１９．Ｓ２０の処理を繰り返し、この場合もバックラ
ッシュ加速補正は行われない。そして、移動指令ＭＣの
積算値、すなわちレジスタＲ２の値の絶対値が設定値Ｘ
Ｓ以上になると始めてレジスタＲ３にバックラッシュ加
速量Ａがセットされ（ステップ５１７）、この加速量Ａ
か位置ループ処理で算出された速度指令ＶＣに加算され
てその加算値で速度ループ処理がなされるのでバックラ
ッシュ加速補正が開始されることとなる。そして、以後
はバックラッシュカウンタＢＣが零以下になるまで（ス
テップ５１４）、バックラッシュ加速補正が行われる。

そして、バックラッシュカウンタＢＣが零以下になると
バックラッシュ加速補正は終了する。その結果、移動指
令の方向反転後の移動指令値が±１パルス程度の場合に
は、バックラッシュカウンタＢＣが零になる前に移動指
令の積算値が設定値ＸＳをこえることがないのでバック
ラッシュ加速補正は行われることない。また、送り速度
が非常に遅い場合も、移動指令方向が反転し、位置偏差
の符号も反転してから移動指令の積算値が設定値ＸＳを
こえるまでに時間を要するから、バックラッシュ加速補
正は、バックラッシュカウンタＢＣで設定する後半の期
間のみバックラッシュ加速補正が行われることとなるの
で、過剰なバックラッシュ加速補正が行われることはな
い。また、送り速度が速い場合には、移動指令の方向反
転、位置偏差値の符号反転後直ちに移動指令の積算値は
設定値ＸＳを越えるのでバックラッシュ加速補正は直ち
に実行され象限突起等を生じせしめない。

第３図は、停止中から前回の移動とは反対方向（前回は
一方向に移動していたものが停止し、次に子方向に移動
）に１パルス程度の移動をしたときのバックラッシュ加
速補正の説明図で、第４図は、非常に遅い速度での円弧
切削時の方向反転時のバックラッシュ加速補正の説明図
、第５図は速い速度での円弧切削時の方向反転時のバッ
クラッシュ加速補正の説明図であり、それぞれ、（ａ）
は移動指令の方向反転時のタイミングを示し、（ｂ）は
移動指令の積算値、（Ｃ）は位置偏差、（ｄ）はバック
ラッシュカウンタの値、（ｅ）はバックラッシュ加速補
正を表すものである。

第３図において、移動指令が反転し、位置偏差の符号が
反転して、バックラッシュカウンタがカウント開始して
も、移動指令の積算値がバックラッシュカウンタが零に
なる前に設定値ＸＳを越えないので、バックラッシュ加
速補正は行われない。

第４図においては、送り速度が遅く移動指令の方向が反
転し、位置偏差の符号が反転してバックラッシュカウン
タがカウントを開始しても移動指令の積算値は設定値Ｘ
Ｓに遅れて達し、達した以後始めてバックラッシュ加速
補正がなされるのでバックラッシュ加速期間は短い期間
となる。

第５図は、速い送り速度で円弧切削を行う場合であり、
移動指令の方向が反転し、位置偏差の符号が反転しバッ
クラッシュカウンタがカウントを開始すると同時に、移
動指令の積算値が設定値ＸＳをすでに越えていることか
ら、直ちにバックラッシュ加速補正がなされバックラッ
シュカウンタで設定される期間バックラッシュ加速補正
がなされることを示している。

発明の効果 本発明においては、停止中から今までの移動方向とは反
対方向に１パルス程度のわずかな移動を行う場合や、送
り速度が非常に遅いときの移動方向の反転時などに、過
剰なバックラッシュ加速補正を行わないので、切削面に
切り込み過ぎを生じせしめることはない。また、送り速
度が速い場合における移動方向の反転時には、直ちにバ
ックラッシュ加速補正がなされるので、切削面に突起を
生じせしめることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　　（ｂ）は本発明の一実施例における
ディジタルサーボ回路のプロセッサか実施する速度ルー
プ処理のフローチャート、第２図は本発明を実施する一
実施例の工作機械のサーボモータ制御の要部ブロック図
、第３図は停止中から前回の移動とは反対方向に１パル
ス程度の移動をしたときのバックラッシュ加速補正の説
明図で、第４図は、非常に遅い速度での円弧切削時の方
向反転時のバックラッシュ加速補正の説明図、第５図は
速い速度での円弧切削時の方向反転時のバックラッシュ
加速補正の説明図、第６図は従来から行われているバッ
クラッシュ補正の説明図である。 １・・・数値制御装置、２・・・共有メモリ、３・・・
ディジタルサーボ回路、４・・サーボモータ、５・・・
位置検出器である。 第 呪 （〔）イ立丘ｒ偏差　０ （ｅ）’蓬に 第 第 呪 第 呪

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）サーボモータを用いて駆動される工作機械の送り
   軸の方向反転時に、所定期間、速度指令またはトルク指
   令に設定されたオフセット値を加えてバックラッシュや
   摩擦による方向反転の遅れを補正するバックラッシュ加
   速補正において、移動指令の方向が反転した後の移動指
   令値を積算し、該積算値が設定値以上になった時点でバ
   ックラッシ加速補正を開始することを特徴とするサーボ
   モータの制御方式。
2. （２）サーボモータを用いて駆動される工作機械の送り
   軸の方向反転時に、速度指令またはトルク指令に設定さ
   れたオフセット値を加えてバックラッシュや摩擦による
   方向反転の遅れを補正するバックラッシュ加速補正にお
   いて、移動指令の方向が反転した後の移動指令値を積算
   し、位置偏差反転後の設定所定時間内で上記移動指令値
   が設定値以上になった時点でバックラッシ加速補正を開
   始し、上記設定時間を経過するとバックラッシュ加速補
   正を停止することを特徴とするサーボモータの制御方式
   。