JPH06113579A - 位置制御方法および位置制御装置 - Google Patents

位置制御方法および位置制御装置

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JPH06113579A
JPH06113579A JP4261494A JP26149492A JPH06113579A JP H06113579 A JPH06113579 A JP H06113579A JP 4261494 A JP4261494 A JP 4261494A JP 26149492 A JP26149492 A JP 26149492A JP H06113579 A JPH06113579 A JP H06113579A
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鉄明 長野
Yasuhiko Iwai
靖彦 祝
Masato Koyama
正人 小山
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    • G05B19/02Programme-control systems electric
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    • G05B19/404Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工物あるいは工具部材の移動、停止等に伴
って発生する機械振動を抑制し、加工物と工具部材の円
滑な相対位置制御を行う位置制御装置を得る。 【構成】 加工物を装着すると共に、ベッド260上を
移動可能に構成される加工テーブル4と、前記加工テー
ブル4の加速度を検出する第1の検出手段10と、前記
ベッド260に結合され、工具を装着するコラム264
に装着された工具の前記加工テーブル4の移動方向への
加速度を検出する第2の検出手段11と、前記第1およ
び第2の検出手段10、11の検出結果を入力し、前記
加工テーブル4に装着された加工物と前記コラム264
に装着された工具の前記移動方向の相対振動を抑制す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ターレットパンチプ
レス等の一般工作機械、レーザ加工機、放電加工機ある
いはワイヤボンデイング装置などの工作機械において、
加工物あるいは工具部材の移動、停止等に伴って発生す
る機械振動を抑制し、加工物と工具部材の円滑な相対位
置制御を行う位置制御方法およびその方法を実施する装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ターレットパンチプレス等の一般
工作機械、レーザ加工機、放電加工機あるいはワイヤボ
ンデイング装置などの工作機械(以下、工作機械と称す
る。)における例えば加工物の位置制御装置として、可
動部の加速度を検出し、その検出結果を制御部にフィー
ドバックして可動部の振動を抑制するものがある。図2
4はこの従来装置を示すもので、特開平1−13658
2号公報に開示された装置を示すものである。図24に
おいて、1はサーボアンプ、2は例えばモータ等の駆動
装置、3は継ぎ手および送りねじからなる伝達手段、4
は伝達手段3により移動する移動台等の可動部、5は駆
動装置2の速度VD を検出するタコゼネレータ、6は可
動部4の加速度αL を検出する加速度検出手段、7は加
速度検出手段6により検出される加速度αL を積分し、
可動部4の速度VL を得る積分器、8は可動部4の速度
VL と駆動装置2の速度VD との差VL −VD を増幅す
る増幅器、9はフィルタである。
【0003】前記可動部4の加速度αL を積分して得ら
れる速度VLと駆動装置2の速度VDの差VL −VD は、
機械的固有振動に起因する可動部4の振動を抽出したも
ので、この信号を適切なゲインの増幅器8と適当な時定
数のフィルタ9を通して図示のような極性でフィードバ
ックすることにより、可動部4の振動が抑制される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記工作機
械は、通常、加工テーブルあるいは工具部材などの可動
部をX軸方向、Z軸方向(またはY軸方向)の2軸以上
の方向に移動するように構成されており、このような工
作機械においてはそれぞれの可動部に固定される加工物
と工具部材との相対運動によって加工物の加工が行われ
るので、加工物と工具部材との有害な相対振動を抑制す
ることが加工精度を向上する上で重要である。次に、こ
の振動問題について図を用いて説明する。
【0005】図25は工作機械を簡略化して表現した模
式図である。同図において4はX軸方向に移動可能な第
1の可動部である加工テーブル、2は加工テーブル4を
X軸方向に駆動する第1の駆動装置、5は第1の駆動装
置2の例えば回転位置を検出する位置検出手段、3は加
工テーブル4に第1の駆動装置2の駆動力を伝える継ぎ
手および送りねじからなる第1の伝達手段、260は加
工テーブル4や第1の駆動装置2などを載せるためのベ
ッド、261はZ軸方向に移動可能な第2の可動部であ
る加工ヘッド、262は加工ヘッド261を駆動する第
2の駆動装置、263は加工ヘッド261に駆動力を伝
える継ぎ手および送りねじからなる第2の伝達手段、2
64は加工ヘッド261や第2の駆動装置262を載せ
るためのコラムである。
【0006】従来装置は上記のように構成されており、
加工物を固定した加工テーブル4をX軸方向に、工具が
装着された加工ヘッド261をZ軸方向にそれぞれ第1
および第2の伝達手段3、263を介して第1および第
2の駆動装置2、262によって位置制御しながら加工
物を所望の形状に加工する。この加工物へ加工を施す過
程において、X軸方向に加工テーブル4を加減速する場
合に、第1の伝達手段3が弾性体であるために加工テー
ブル4がX軸方向に振動する。さらに加工テーブル4の
加減速の反作用でベッド260が振動し、それによりコ
ラム264にX軸方向のタワミ振動が発生する。
【0007】図26は前記従来装置において振動対策を
施していない場合に加工テーブル4を停止状態から+X
軸方向に移動させたときの、加工ヘッド261の加速度
βXと加工テーブル4の加速度αX および両者の相対加
速度αX −βX を示す波形図である。同図に示したよう
に振動対策を行わずに加工テーブル1を起動した場合、
加工テーブル4と加工ヘッド261の間の相対加速度波
形には加工テーブル4の加速度波形に比べて有害な残留
振動がより多く含まれている。その結果、加工物には加
工テーブル4と加工ヘッド261とのX軸方向の相対振
動による加工面のうねりなどが生じて加工精度が損なわ
れる。従って、図24に示す従来装置のように、例えば
加工テーブル4の加速度を1軸だけ検出してフィードバ
ック補償したのみでは、上述のような加工テーブル4と
加工ヘッド261との相対振動による振動問題を十分に
解決できない問題点があった。
【0008】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、相対振動を抑制し、高速・高
精度の位置制御を実現できる位置制御方法およびその方
法を実施する装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係わる位置
制御方法は、加工物とこの加工物を加工する工具部材の
いずれか一方を可動部材に装着し、前記可動部材が第1
の部材上を移動できるように構成すると共に、前記第1
の部材に結合される第2の部材に前記加工物と工具部材
のいずれか他方を装着し、前記可動部材あるいはこの可
動部材に装着された加工物と工具部材のいずれか一方の
前記移動方向への加速度成分もしくは加速度成分が算出
できる成分と、前記第2の部材あるいはこの第2の部材
に装着された加工物と工具部材のいずれか他方の前記可
動部材の移動方向への加速度成分もしくは加速度成分が
算出できる成分との両成分を得て、この両成分を前記可
動部材の駆動手段に入力し、この入力に基づいて前記可
動部材あるいはこの可動部材に装着された加工物と工具
部材のいずれか一方と、前記第2の部材あるいはこの第
2の部材に装着された加工物と工具部材のいずれか他方
の前記移動方向の相対振動を抑制するものである。
【0010】第2の発明に係わる位置制御装置は、加工
物とこの加工物を加工する工具部材のいずれか一方を装
着すると共に、第1の部材上を移動可能に構成される可
動部材と、前記可動部材あるいはこの可動部材に装着さ
れた加工物と工具部材のいずれか一方の加速度成分もし
くは加速度成分が算出できる成分を検出する第1の検出
手段と、前記第1の部材に結合され、前記加工物と工具
部材のいずれか他方を装着する第2の部材と、前記第2
の部材あるいはこの第2の部材に装着された加工物と工
具部材のいずれか他方の前記可動部材の移動方向への加
速度成分もしくは加速度成分が算出できる成分を検出す
る第2の検出手段と、前記第1および第2の検出手段の
検出成分に基づく成分を入力し、前記可動部材あるいは
この可動部材に装着された加工物と工具部材のいずれか
一方と前記第2の部材あるいはこの第2の部材に装着さ
れた加工物と工具部材のいずれか他方の前記移動方向の
相対振動を抑制する振動抑制手段とを備えたものであ
る。
【0011】第3の発明に係わる位置制御装置は、第1
の部材上を移動可能に構成され、加工物と工具部材のい
ずれか一方が装着されると共に、その加速度成分もしく
は加速度成分を算出できる成分が第1の検出手段により
検出される可動部材と、前記可動部材に駆動力を与える
駆動手段と、前記駆動手段の前記可動部材あるいはこの
可動部材に装着された加工物と工具部材のいずれか一方
の前記移動方向位置成分を検出する位置成分検出手段
と、位置に関する指令と前記位置成分検出手段の検出成
分とに基づいて前記駆動手段への駆動指令を演算する指
令演算手段と、前記指令演算手段からの駆動指令を入力
して前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記第1
の部材に結合される第2の部材と、前記第2の部材ある
いはこの第2の部材に装着された加工物と工具部材のい
ずれか他方の前記移動方向の加速度成分もしくは加速度
成分が算出できる成分を検出する第2の検出手段と、前
記第1の検出手段の検出成分と前記第2の検出手段の検
出成分とを入力して前記可動部材あるいはこの可動部材
に装着された加工物と工具部材のいずれか一方と、第2
の部材あるいはこの第2の部材に装着された加工物と工
具部材のいずれか他方の前記移動方向の相対振動を抑制
する補正値を演算し、前記駆動手段への駆動指令を補正
する補正手段とを備えたものである。
【0012】第4の発明に係わる位置制御装置は、第1
の部材上を移動可能に構成され、加工物と工具部材のい
ずれか一方が装着されると共に、その加速度成分もしく
は加速度成分を算出できる成分が第1の検出手段により
検出される可動部材と、前記可動部材に駆動力を与える
駆動手段と、前記駆動手段の前記可動部材あるいはこの
可動部材に装着された加工物と工具部材のいずれか一方
の前記移動方向位置成分を検出する位置成分検出手段
と、位置に関する指令と前記位置成分検出手段の検出成
分とに基づいて前記駆動手段への駆動指令を演算する指
令演算手段と、前記指令演算手段からの駆動指令を入力
して前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記第1
の部材に結合される第2の部材と、前記第2の部材ある
いはこの第2の部材に装着された加工物と工具部材のい
ずれか他方の前記移動方向の加速度成分もしくは加速度
成分が算出できる成分を検出する第2の検出手段と、前
記第1の検出手段の検出成分と前記第2の検出手段の検
出成分とを入力して前記可動部材あるいはこの可動部材
に装着された加工物と工具部材のいずれか一方と、第2
の部材あるいはこの第2の部材に装着された加工物と工
具部材のいずれか他方の前記移動方向の相対振動を抑制
する第1の補正値を演算し、前記駆動手段への駆動指令
を補正する第1の補正手段と、前記駆動手段と前記可動
部材を含む部分から前記移動軸方向のモデル位置成分を
得るモデル位置出力手段と、前記位置に関する指令と前
記モデル位置出力手段からのモデル成分に基づいて第2
の補正値を演算し、前記駆動手段への駆動指令を補正す
る第2の補正手段とを備えたものである。
【0013】第5の発明に係わる位置制御装置は、第1
の部材上を移動可能に構成され、加工物と工具部材のい
ずれか一方が装着されると共に、その加速度成分もしく
は加速度成分が算出できる成分が第1の検出手段により
検出される可動部材と、前記可動部材に駆動力を与える
駆動手段と、前記駆動手段の前記可動部材あるいはこの
可動部材に装着された加工物と工具部材のいずれか一方
の前記移動方向位置成分を検出する位置成分検出手段
と、位置に関する指令と前記位置成分検出手段の検出成
分とに基づいて前記駆動手段への駆動指令を演算する指
令演算手段と、前記指令演算手段からの駆動指令を入力
して前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、前記第1
の部材に結合される第2の部材と、前記第2の部材ある
いはこの第2の部材に装着された加工物と工具部材のい
ずれか他方の前記移動方向の加速度成分もしくは加速度
成分が算出できる成分を検出する第2の検出手段と、前
記移動方向の位置に関する指令を入力し、前記移動方向
のモデル加速度成分を得るモデル加速度出力手段と、前
記第1の検出手段の検出成分と前記第2の検出手段の検
出成分および前記モデル加速度出力手段の出力を入力し
て前記可動部材あるいはこの可動部材に装着された加工
物と工具部材のいずれか一方と、前記第2の部材あるい
はこの第2の部材に装着された加工物と工具部材のいず
れか他方の前記移動方向の相対振動を抑制する補正値を
演算し、前記駆動手段への駆動指令を補正する補正手段
とを備えたものである。
【0014】
【作用】第1の発明における位置制御方法は、可動部材
あるいはこの可動部材に装着された加工物と工具部材の
いずれか一方の前記移動方向への加速度成分もしくは加
速度成分が算出できる成分と、前記第2の部材あるいは
この第2の部材に装着された加工物と工具部材のいずれ
か他方の前記可動部材の移動方向への加速度成分もしく
は加速度成分が算出できる成分との両成分を得て、この
両成分を前記可動部材の駆動手段に入力し、この入力に
基づいて前記可動部材あるいはこの可動部材に装着され
た加工物と工具部材のいずれか一方と、前記第2の部材
あるいはこの第2の部材に装着された加工物と工具部材
のいずれか他方の前記移動方向の相対振動を抑制する。
【0015】第2の発明における振動抑制手段は、第1
の部材上を移動可能に構成される可動部材あるいはこの
可動部材に装着された加工物と工具部材のいずれか一方
と、前記第1の部材に結合される第2の部材あるいはこ
の第2の部材に装着される加工物と工具部材のいずれか
他方の前記可動部材の移動方向の相対振動を抑制する。
【0016】第3の発明における補正手段は、第1の部
材上を移動可能に構成された可動部材あるいはその可動
部材に装着された加工物と工具部材のいずれか一方の移
動方向の加速度成分もしくは加速度成分が算出できる成
分と、前記第1の部材に結合される第2の部材あるいは
この第2の部材に装着された加工物と工具部材のいずれ
か他方の前記移動方向の加速度成分もしくは加速度成分
が算出できる成分とから、前記可動部材あるいはその可
動部材に装着された加工物と工具部材のいずれか一方
と、第2の部材あるいはこの第2の部材に装着された加
工物と工具部材のいずれか他方の前記移動方向の補正値
を演算して、駆動手段への駆動指令を補正する。
【0017】第4の発明における第1の補正手段は、第
1の部材上を移動可能に構成された可動部材あるいはこ
の可動部材に装着された加工物と工具部材のいずれか一
方の前記移動方向の加速度成分もしくは加速度成分が算
出できる成分と、前記第1の部材に結合される第2の部
材あるいはこの第2の部材に装着された加工物と工具部
材のいずれか他方の前記移動方向の加速度成分もしくは
加速度成分が算出できる成分とを入力し、前記可動部材
あるいはこの可動部材に装着された加工物と工具部材の
いずれか一方と、前記第2の部材あるいはこの第2の部
材に装着された加工物と工具部材のいずれか他方の前記
移動方向の相対振動を抑制する第1の補正値を演算して
駆動手段への駆動指令を補正し、モデル位置出力手段
は、前記駆動手段と可動部材を含む部分から前記移動方
向のモデル位置成分を出力し、第2の補正手段は、位置
に関する指令と前記モデル位置成分とに基づいて第2の
補正値を演算し前記駆動手段への駆動指令を補正する。
【0018】第5の発明におけるモデル加速度出力手段
は、位置に関する指令を入力してモデル位置出力を出力
し、補正手段は、第1の部材上を移動可能に構成された
可動部材あるいはこの可動部材に装着された加工物と工
具部材のいずれか一方の前記移動方向の加速度成分もし
くは加速度成分が算出できる成分と、前記第1の部材に
結合される第2の部材あるいはこの第2の部材に装着さ
れた加工物と工具部材のいずれか他方の前記移動方向の
加速度成分もしくは加速度成分が算出できる成分と、前
記モデル加速度出力手段の出力とを入力し、前記第1の
部材に結合される第2の部材あるいはこの第2の部材に
装着される加工物と工具部材のいずれか他方の前記可動
部材の移動方向の相対振動を抑制する補正値を演算し、
駆動手段への駆動指令を補正する。
【0019】
【実施例】実施例1.以下第1〜第3の発明の実施例を
図1〜図7により説明する。図中、同一符号で示された
ものは前記従来例と同一もしくは相当部分を示す。図1
は第1の発明による位置制御方法を実施する第2あるい
は第3の発明の一実施例である位置制御装置を工作機械
に適用した実施例を示すブロック図である。図1におい
て10は加工テーブル4のX軸方向の加速度成分を検出
する第1の加速度検出手段、11は加工ヘッド261の
X軸方向の加速度成分を検出する第2の加速度検出手
段、12は第1の加速度検出手段10の出力αX と第2
の加速度検出手段11の出力βX とを入力し、補正値、
例えば補正トルク指令値τ1 を出力する補正手段である
トルク補正手段、13は外部から与えられる位置に関す
る指令値、例えば位置指令値X* と位置検出手段5の出
力Xとに基づいて指令値、例えばトルク指令値τ0 を出
力するトルク指令演算手段等の指令演算手段、14はト
ルク指令値τ0 に補正トルク指令値τ1 を加算して新た
な指令値、例えばトルク指令値τ* を出力する加算手
段、15はトルク指令値τ* に基づいて第1の駆動装置
2の発生トルクを制御するトルク制御手段等の駆動制御
手段である。ここで、工具と加工ヘッド261によりこ
の発明で言う工具部材を構成している。なお、その他の
部分については図25で説明した従来例と同様であり、
その説明を省略する。
【0020】図2は前記トルク補正手段12の一実施例
を示す図で、20は第1の加速度検出手段10の出力α
X と第2の加速度検出手段11の出力βX との偏差を出
力する減算手段、21は減算手段20の出力αX −βX
を比例増幅して減算手段20の出力αX −βX が減少す
るような極性の補正トルク指令値τ1 を出力する比例増
幅手段である。
【0021】また、図3は前記トルク補正手段12の他
の実施例を示す図で、30と31は第1の加速度検出手
段10の出力αX と第2の加速度検出手段11の出力β
X をそれぞれ比例増幅する比例演算増幅手段、20は比
例演算増幅手段30の出力と比例演算増幅手段31の出
力との偏差を出力する減算手段である。
【0022】第1の発明による位置制御方法を実施する
第2あるいは第3の発明の実施例装置は上記のように構
成されており、次にその動作について説明する。前述の
ように、加工テーブル4を停止状態から+X方向に起動
した場合、加工テーブル4と加工ヘッド261の相対加
速度αX −βX は図26(c)に示したような波形にな
る。斜線で示した有害な残留振動を抑制するにはトルク
補正手段12で相対加速度を減少させるような補正トル
ク指令値τ1 を演算してトルク指令演算手段13の出力
τ0 に加え、そしてそれを新たなトルク指令値τ* とし
てトルク制御手段15に与えればよい。図2で具体的に
トルク補正手段12の動作を説明する。ただし、トルク
制御手段15に正のトルク指令値τ* を与えた場合に、
第1の駆動装置2は、図1に示した+X方向に加工テー
ブル4を移動させる駆動トルクを発生し、第1の加速度
検出手段10および第2の加速度検出手段11は+X方
向の加速度に対して正の検出値を出力するものと仮定し
た場合において、加工テーブル4を+X方向に起動した
場合に図26(a)〜(c)のような極性の加速度波形
が得られるものとする。
【0023】図2に示したトルク補正手段12におい
て、減算手段20は加工テーブル4の加速度αX と加工
ヘッド261の加速度βX を入力して相対加速度αX −
βX を出力する。比例増幅手段21はその相対加速度α
X −βX を補正ゲインK1 倍して補正トルク指令値τ1
を出力する。次に、加算手段14はトルク指令演算手段
13の出力τ0 とトルク補正手段12の出力τ1 とを加
算し、新たなトルク指令値τ* を出力する。トルク制御
手段15は加算手段14の出力であるトルク指令値τ*
に基づいて第1の駆動装置2のトルクを制御する。以上
の構成の場合、比例増幅手段21の補正ゲインK1 の極
性を負にすると相対加速度αX −βX の逆極性の信号に
比例したトルク成分をトルク指令演算手段13の出力に
加えることになるので、図26(c)に示す相対加速度
αX −βX に含まれる残留振動を抑制できる。
【0024】次に、図3に示したトルク補正手段12を
用いた場合について説明すると、比例増幅手段30、3
1は第1の加速度検出手段10と第2の加速度検出手段
11の出力をそれぞれ補正ゲインK1 a ,K1 b 倍し、
減算手段20は比例演算増幅手段30と31のそれぞれ
の出力の偏差を出力する。
【0025】ここで第1〜第3の発明により相対加速度
に含まれる残留振動を抑制できる理由を詳細に説明す
る。加算手段14の出力であるトルク指令値τ* から加
工テーブル4の加速度αXまでの伝達関数をG1、同じく
加工ヘッド261の加速度 βXまでの伝達関数をG2 と
する。トルク補正手段12が図2の実施例の場合、トル
ク指令演算手段13の出力τと相対加速度αXーβX
の関数を表すブロック線図は図4のようになる。同図に
おいて、トルク指令値τ から相対加速度αXーβXま
での伝達特性は次のようになる。
【0026】
【数1】
【0027】上式で補正ゲインK1を大きくすると分母
の値が大きくなり、相対加速度αXーβX が小さくなる
ので、相対加速度に含まれる残留振動を抑制できること
がわかる。
【0028】このことをさらにシミュレーションで確認
する。図25に示す工作機械の模式図のX軸方向の振動
モデルの一例を図5に示す。このモデルを使って加工テ
ーブル4を駆動した場合の各部応答のシミュレーション
結果について次に説明する。図6に相対加速度αX −β
X の応答波形を示す。同図より、補正ゲインK1 を大き
くすると相対加速度αX −βX に含まれる残留振動成分
が減少することがわかる。また、トルク補正手段12が
図3に示す実施例の場合、トルク指令値τから相対加
速度αXーβXまでの関数を表すブロック線図は図7のよ
うになり、さらに伝達特性は次のようになる。
【0029】
【数2】
【0030】上式においても補正ゲインK1a,K1b を大
きくすると、分母の値が大きくなり相対加速度 αXーβ
X が小さくなるので、相対加速度に含まれる残留振動を
抑制できることがわかる。
【0031】実施例2.図8は第1の発明による位置制
御方法を実施する第2あるいは第3の発明のー実施例で
ある位置制御装置を、リニアモータによる移動機構を備
えた工作機械に適用した場合の実施例を示す図である。
図において、300はベッド260に固定されたX軸の
リニアモータの固定子、301は加工テーブル4に固定
されたX軸のリニアモータの可動子、302は加工テー
ブル4に取りつけられたリニアスケールのスケール、3
03はベッド260に取りつけられ加工テーブル4の位
置を検出するリニアスケールのヘッド、312は第1の
加速度検出手段10の出力αX と第2の加速度検出手段
11の出力βX とを入力し、加工テーブル4と加工ヘッ
ド261の相対振動加速度αX −βX が減少するような
補正推力指令値F1を出力する推力補正手段、313は
外部から与えられる位置指令値X* とリニアスケールの
ヘッド302の出力である加工テーブル4の位置Xとに
基づいて、位置偏差X* −Xが減少するような推力指令
値F0 を出力する推力指令演算手段、314は推力指令
値F0 に補正推力指令値F1 を加算して新たな推力指令
値F* を出力する加算手段、315は推力指令値F*
に基づいて固定子300と可動子301からなるX軸の
リニアモータに電力を供給しその発生推力を制御する推
力制御手段である。
【0032】なお、ここで、加工テーブル4に作用する
推力と、前記加工テーブル4を駆動するモータのトルク
とは比例関係にあり、前記実施例1における各図で説明
したトルクを、実施例2においては推力に置き換えれば
良い。
【0033】以上の説明のように、第1の発明を実施す
る第2あるいは第3の発明の実施例装置では、トルク補
正手段12あるいは推力補正手段12の補正ゲインを大
きくした方が振動の抑制効果は高くなる。しかし、図2
6(c)に示すように、相対加速度には加工テーブル4
を駆動するのに必要な図26(b)の斜線で示した加速
度成分も含まれているので、あまり補正ゲインを高くし
すぎると位置指令値X* に対する加工テーブル4の応答
が低下してしまうという欠点がある。これは、数1、数
2において補正ゲインの値を例えば無限大にすると、相
対加速度 αXーβX が零になることからもわかる。この
ことを図5のモデルを使ったシミュレーションで確認し
たのが図9である。同図は加工テーブル4を一定量移動
した場合の、加工テーブル4と加工ヘッド261の相対
変位のシミュレーション結果である。同図に示すように
補正ゲインK1 を大きくすると残留振動成分は少なくな
るが、オーバシュートが生じて不都合なことがわかる。
次に説明する第4および第5の発明は、このような欠点
を解決するためになされたものである。
【0034】実施例3.次に第4の発明の実施例につい
て図10〜図13を用いて説明する。図10は第4の発
明の一実施例による位置制御装置を工作機械に適用した
例を示すブロック図である。同図において、90は第1
の補正手段、例えば第1のトルク補正手段で、図1ある
いは図8に示すトルク補正手段12あるいは推力補正手
段12と同等のものである。91は位置に関与する指令
値、例えば位置指令値X* と後述する機械系モデル等の
モデル位置出力手段からのモデル位置出力XM とに基づ
いて第2の補正値、例えば第2の補正トルクτ2 を演算
し出力する第2のトルク補正手段等からなる第2の補正
手段、92は入力した第2の補正トルクτ2 に対するモ
デルの出力XM を演算し出力するモデル位置出力手段で
ある。モデル出力手段92は第1の駆動装置2と第1の
伝達手段3と加工テーブル4とを単なる負荷イナーシャ
とみなして2重積分要素で近似したモデル位置を出力す
るものである。なお、その他の部分は図1あるいは図8
に示したものと同等であり、ここでの説明を省略する。
【0035】図11は前記モデル出力手段92の構成の
一実施例で、100は第2の補正トルク指令τ2 を負荷
イナーシャJの逆数倍する比例増幅手段、101は比例
増幅手段100の出力を2回積分する2重積分手段であ
る。ここで、負荷イナーシャJは第1の伝達手段3およ
び加工テーブル4を第1の駆動装置2の軸換算イナーシ
ャに変換したものと第1の駆動装置2の回転子イナーシ
ャとを加算したものである。
【0036】図12は前記第1のトルク補正手段90の
一実施例であり、図2に示したトルク補正手段12と同
様の構成および動作であるのでここでの説明を省略す
る。
【0037】モデル出力手段92は振動的であってはな
らないので、図10における第1の伝達手段3および加
工テーブル4を第1の駆動装置2の軸換算イナーシャに
変換したものと、第1の駆動装置2の回転子イナーシャ
とを合算した値にほぼ相当する単なる負荷イナーシャと
してモデル化している。この負荷イナーシャの値をJと
する。比例増幅手段100は第2の補正トルク指令τ2
を負荷イナーシャ値Jの逆数倍することによりモデル出
力手段92の加速度XM を出力する。2重積分手段10
1は加速度XM を2回積分することによりモデル位置X
Mを出力する。
【0038】第4の発明の実施例装置は上記のように構
成されており、次にその動作について説明する。第2の
トルク補正手段91はモデル位置出力手段92のモデル
位置XM を位置指令値X* に対して所望の応答で制御す
る働きをする。前述のようにモデル位置出力手段92は
第1の駆動装置2と第1の伝達手段3と加工テーブル4
を一つの負荷イナーシャJとしてモデル化しているの
で、第2のトルク補正手段91の出力τ2 は振動特性や
摩擦などのない単純な負荷イナーシャJを所望の応答で
制御するのに必要なトルク成分となる。
【0039】次に第1のトルク補正手段90は図1ある
いは図8のトルク補正手段12あるいは推力補正手段1
2と同様の作用をし、加速度αX 、βX を入力して相対
振動が減少するような補正トルク指令値τ1 を出力す
る。加算手段14はトルク指令演算手段13の出力τ0
と第1のトルク補正手段90の出力τ1 と第2のトルク
補正手段91の出力τ2 を互いに加算し新たなトルク指
令値τ* として出力する。以上のように構成することに
より、加工テーブル4の駆動に必要な基本的なトルクの
成分は第2のトルク補正手段91が主として分担し、加
工テーブル4と加工ヘッド261の相対振動を抑制する
成分を第1のトルク補正手段90が主として分担する。
したがって、第1の補正トルク手段90のゲインを大き
くして振動抑制効果を高めても、第2のトルク補正手段
91によって加工テーブル4を駆動するための基本的な
トルク成分が確保されるので、第3の発明で説明した実
施例装置のように位置指令値X* に対して加工テーブル
4の応答が低下することがない。
【0040】このことをさらにシミュレーションで確認
する。図13は、加工テーブル4を一定量移動した場合
の、加工テーブル4と加工ヘッド261の相対変位の応
答波形である。第3の発明の実施例装置では補正ゲイン
を大きくすると図9(c)のようにオーバシュートが生
じていたが、第4の発明の実施例によれば補正ゲインK
1 を大きくしても応答特性を損なうことなく残留振動成
分を抑制できることがわかる。
【0041】実施例4. 次に、第5の発明を図14〜
図21を用いて説明する。図14は第5の発明の一実施
例による位置制御装置を工作機械に適用した例を示すブ
ロック図で、同図において130はモデル出力手段とし
てのモデル加速度演算手段、131はトルク補正手段等
の補正手段である。なお、その他の部分は図1あるいは
図8に示したものと同等であり、その説明は省略する。
ここで、モデル加速度演算手段130は振動特性をもた
ない単純な負荷を位置指令X* に対して加工テーブル4
に要求される応答で制御した場合の負荷に加わる加速度
を演算し、モデル加速度αM として出力する。もし実
際の工作機械が振動特性をもたないならば加工テーブル
4と加工ヘッド261の相対加速度αX −βX はモデル
加速度αMに一致するはずである。モデル加速度αM と
加工テーブル4と加工ヘッド261の相対加速度αX −
βX との偏差をとると有害な振動成分を検出することが
できる。また、トルク補正手段131はモデル加速度α
Mと相対加速度αX−βXとの偏差αM−(αX −βX )を
演算してその偏差が減少するような極性の補正トルク指
令τ3 を出力する。加算手段14はトルク指令演算手段
13の出力τ0 に補正トルク指令τ3 を加算し新たなト
ルク指令τ* として出力する。
【0042】図15に前記トルク補正手段131の一実
施例を示す。同図において減算手段140が加工テーブ
ル4と加工ヘッド261の相対加速度αX −βX を検出
し、減算手段141がモデル加速度αM と相対加速度α
X −βX との偏差αM −(αX −βX )すなわち加工テ
ーブル4と加工ヘッド261との間に発生している有害
な振動加速度成分を検出する。比例増幅手段142は偏
差αM−(αX−βX )を補正ゲインK3 倍してその有害
な振動が減少するような極性の補正トルク指令τ3 を出
力する。以上の構成の場合、比例増幅手段142の補正
ゲインK3 の極性を正にすると偏差αM −(αX −βX
)の極性の信号に比例したトルク成分をトルク指令演
算手段13の出力に加えることになるので、図28
(c)に示す相対加速度αX −βX に含まれる残留振動
を抑制できる。
【0043】図16に前記トルク補正手段131の他の
実施例を示す。この場合、各加速度に対して比例増幅手
段150〜152のゲインが独立に設定できるので第1
の駆動装置2の発生トルクから各部加速度への寄与率に
応じてゲインを調整でき、より適切な振動抑制が可能で
ある。なおこの場合補正ゲインK3a〜K3cの極性は負
である。
【0044】第5の発明の実施例装置は上記のように構
成されており、次にその実施例装置により相対加速度に
含まれる残留振動が抑制できる理由を詳細に説明する。
トルク指令値τ* から加工テーブル4の加速度αXまで
の伝達関数をG1、同じく加工ヘッド261の加速度βX
までの伝達関数G2とする。トルク補正手段131が図
15の実施例の場合、モデル加速度αMと相対加速度αX
−βXの関係を表すブロック線図は図17のようにな
る。同図において、モデル加速度αM からαX −βXま
での伝達特性は次式のようになる。
【0045】
【数3】
【0046】数3で例えば補正ゲインK3を無限大とす
ると相対加速度αX −βXはモデル加速度αMに等しくな
る。つまり、補正ゲインK3を大きくすると相対加速度
は振動成分を含まないモデル加速度に近づくことになる
ので、加工テーブル4と加工ヘッド261との間の有害
な残留振動を抑制することができる。このことをさらに
シミュレーションで確認する。図18は加工テーブル4
を駆動した場合の相対加速度αX −βXの応答波形であ
る。同図より、補正ゲインK3を大きくすると相対加速
度に含まれる残留振動成分が減少するとともに、相対加
速度の波形がモデル加速度の波形に近づくことがわか
る。また図19は加工テーブル4を一定量移動した場合
の、加工テーブル4と加工ヘッド261の相対変位の応
答波形である。第1の発明では補正ゲインを大きくする
と図9(c)のようにオーバシュートが生じていたが、
第3の発明によれば補正ゲインK3 を大きくしても応答
特性を損なうことなく残留振動成分を抑制できることが
わかる。トルク補正手段131の構成が図16の実施例
のときも同様に説明できるので、ここでの説明を省略す
る。
【0047】図20に位置指令X* に対するモデル加速
度αM 、加工テーブル4と加工ヘッド261との相対加
速度αX −βX およびそれら偏差αM −(αX −βX )
として検出される有害な振動成分との関係を示す。
【0048】モデル加速度演算手段130の一実施例と
しては、次のような伝達関数で位置指令X*からモデル
加速度αMを演算することができる。いま加工テーブル
4の制御において速度制御の応答帯域がWv[rad/
s]、位置制御の応答帯域がWp[rad/s]に設計
されている場合、位置指令X*からモデル加速度αMまで
の伝達関数は次式で与えられる。ここでSは微分演算子
である。
【0049】
【数4】
【0050】上式を変形すると次式が得られる。
【0051】
【数5】
【0052】数5に対応するブロック線図を図21に示
す。
【0053】実施例5.図23は、この発明をワイヤボ
ンディング装置に適用した場合を説明するものである。
図において、220はワイヤボンディングヘッド、22
1はワイヤボンディングヘッド220に取り付けられた
キャピラリー、222はICチップ、223はICチッ
プ222を保持するキャリア部、224はテレビカメラ
である。なお、その他については前記各実施例と同様で
あり、同一符号を付すことにより説明を省略する。この
実施例装置は上記のように構成されており、次にその動
作について説明する。
【0054】テレビカメラ224によってICチップ2
22のボンディング位置を検出し、XーYテーブルでワ
イヤボンディングヘッド220を高速で移動させる。次
に、キャタピラリー221によってキャリア部223に
把握されたICチップ222にワイヤボンディングを行
う。ワイヤボンディングヘッド220を高速に位置決め
させようとした場合、機械剛性の不足によりテレビカメ
ラ224とキャリア部223との間に残留振動が発生す
る。この残留振動を抑制し、高速な位置決め制御を実現
するためには、テレビカメラ224とキャリア部223
にそれぞれ第1の加速度検出手段10と第2の加速度検
出手段11を取り付け、前記実施例で説明したのと同様
の制御を行う。
【0055】実施例6.以上の各実施例の説明ではX軸
とZ軸の2つの可動部をもつ工作機械を例にとって説明
したが、この発明は3つ以上の可動部をもつ工作機械に
対しても高速、高精度の位置制御の実現の妨げとなる任
意の2軸の間の有害な相対振動の抑制について同様の効
果を発揮する。
【0056】実施例7.また前記各実施例において、第
2の加速度検出手段11の取付位置は第2の可動部その
ものに取りつける必要はなく、第2の可動部の第1軸方
向の加速度成分に相当するものが検出できる位置に取り
付けてもよい。例えば図22はレーザ加工機の構造図で
あるが、同図に示すように加工ヘッド261ではなくコ
ラム264に取りつけても、加工ヘッド261の加工テ
ーブル4の移動方向の加速度成分すなわち第2の可動部
の第1軸方向の加速度成分に相当するものが検出でき
る。なお、このレーザ加工機においては、加工ヘッド2
61およびレーザ光を含む部分がこの発明で言う工具部
材に相当する。
【0057】実施例8.また前記各実施例では、第1の
加速度検出手段10を加工テーブル4に取りつけた場合
を挙げたが、工作機械などにおいて加工テーブル4の位
置を直接検出するために取りつけるリニアスケールの位
置検出出力を2回微分することによっても、等価的に第
1の可動部である加工テーブルの加速度を検出すること
ができる。
【0058】実施例9.上記各実施例において、可動部
の移動位置に関与する各信号として、加速度成分を例に
挙げて説明したが、この発明は、この加速度成分に限定
されるものでなく、速度成分あるいは位置成分等の信号
から加速度成分を算出してこれを用いてもよく、この発
明の技術的思想を逸脱しない範囲の諸種の設計的変更を
包含するものである。
【0059】
【発明の効果】以上のように第1の発明によれば、第1
の可動部と第2の可動部との相対振動を抑制することが
可能になるので、より高速に第一の可動部を運動させて
も位置制御の精度が振動によって損なわれないので、高
速・高精度な位置制御方法が実現できる。また第2〜第
5の発明によれば、第1の可動部と第2の可動部との相
対振動を抑制することが可能になるので、より高速に第
一の可動部を運動させても位置制御の精度が振動によっ
て損なわれないので、高速・高精度な位置制御装置が実
現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1〜第3の発明の一実施例を説明するもの
で、位置制御装置を工作機械へ適用したブロック図であ
る。
【図2】トルク補正手段の一実施例を示すブロック図で
ある。
【図3】トルク補正手段の別の実施例を示すブロック図
である。
【図4】第1〜第3の発明の効果を説明するためのブロ
ック線図である。
【図5】工作機械の振動モデルのブロック線図である。
【図6】第1〜第3の発明の効果を説明するための加工
テーブルと加工ヘッドの相対加速度のシミュレーション
波形図である。
【図7】第1〜第3の発明の効果を説明するためのブロ
ック線図である。
【図8】第1〜第3の発明の他の実施例を説明するもの
で、位置制御装置を工作機械へ適用したブロック図であ
る。
【図9】第1〜第3の発明の効果を説明するための加工
テーブルと加工ヘッドの相対変位のシミュレーション波
形図である。
【図10】第4の発明の一実施例による位置制御装置を
工作機械へ適用した場合のブロック図である。
【図11】機械系モデルの一実施例を示すブロック図で
ある。
【図12】第1のトルク補正手段の一実施例を示すブロ
ック図である。
【図13】第2の発明の効果を説明するための加工テー
ブルと加工ヘッドの相対変位のシミュレーション波形図
である。
【図14】第5の発明の一実施例による位置制御装置を
工作機械へ適用した場合のブロック図である。
【図15】トルク制御手段の一実施例を示すブロック図
である。
【図16】トルク制御手段の別の実施例を示すブロック
図である。
【図17】第5の発明の効果を説明するためのブロック
線図である。
【図18】第5の発明の効果を説明するための加工テー
ブルと加工ヘッドの相対加速度のシミュレーション波形
図である。
【図19】第5の発明の効果を説明するための加工テー
ブルと加工ヘッドの相対変位のシミュレーション波形図
である。
【図20】位置指令に対するモデル加速度、加工テーブ
ルと加工ヘッドとの相対加速度およびそれら偏差として
検出される有害な振動成分との関係を示す波形図であ
る。
【図21】モデル加速度演算手段の一実施例を示すブロ
ック線図である。
【図22】この発明をレーザ加工機に適用した場合を説
明する構造図である。
【図23】この発明をワイヤボンディング装置に適用し
た場合を説明する構造図である。
【図24】従来の位置制御装置を示すブロック図であ
る。
【図25】工作機械を簡略化して表現した模式図であ
る。
【図26】振動対策を施していない場合に加工テーブル
を停止状態から+X方向に移動させたときの、加工ヘッ
ドと加工テーブルの加速度および両者の相対加速度を示
す波形図である。
【符号の説明】
2.第1の駆動装置 4.加工テーブル 5.位置検出手段 10.第1の加速度検出手段 11.第2の加速度検出手段 12.トルク補正手段 13.トルク指令演算手段 14.加算手段 15.トルク制御手段 91.第2のトルク補正手段 92.機械系モデル 130.モデル加速度演算手段 131.トルク補正手段 261.加工ヘッド

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加工物とこの加工物を加工する工具部材
    のいずれか一方を可動部材に装着し、前記可動部材が第
    1の部材上を移動できるように構成すると共に、前記第
    1の部材に結合される第2の部材に前記加工物と工具部
    材のいずれか他方を装着し、前記可動部材あるいはこの
    可動部材に装着された加工物と工具部材のいずれか一方
    の前記移動方向への加速度成分もしくは加速度成分が算
    出できる成分と、前記第2の部材あるいはこの第2の部
    材に装着された加工物と工具部材のいずれか他方の前記
    可動部材の移動方向への加速度成分もしくは加速度成分
    が算出できる成分との両成分を得て、この両成分を前記
    可動部材の駆動手段に入力し、この入力に基づいて前記
    可動部材あるいはこの可動部材に装着された加工物と工
    具部材のいずれか一方と、前記第2の部材あるいはこの
    第2の部材に装着された加工物と工具部材のいずれか他
    方の前記移動方向の相対振動を抑制する位置制御方法。
  2. 【請求項2】 加工物とこの加工物を加工する工具部材
    のいずれか一方を装着すると共に、第1の部材上を移動
    可能に構成される可動部材と、前記可動部材あるいはこ
    の可動部材に装着された加工物と工具部材のいずれか一
    方の加速度成分もしくは加速度成分が算出できる成分を
    検出する第1の検出手段と、前記第1の部材に結合さ
    れ、前記加工物と工具部材のいずれか他方を装着する第
    2の部材と、前記第2の部材あるいはこの第2の部材に
    装着された加工物と工具部材のいずれか他方の前記可動
    部材の移動方向への加速度成分もしくは加速度成分が算
    出できる成分を検出する第2の検出手段と、前記第1お
    よび第2の検出手段の検出成分に基づく成分を入力し、
    前記可動部材あるいはこの可動部材に装着された加工物
    と工具部材のいずれか一方と前記第2の部材あるいはこ
    の第2の部材に装着された加工物と工具部材のいずれか
    他方の前記移動方向の相対振動を抑制する振動抑制手段
    とを備えた位置制御装置。
  3. 【請求項3】 第1の部材上を移動可能に構成され、加
    工物と工具部材のいずれか一方が装着されると共に、そ
    の加速度成分もしくは加速度成分を算出できる成分が第
    1の検出手段により検出される可動部材と、前記可動部
    材に駆動力を与える駆動手段と、前記駆動手段の前記可
    動部材あるいはこの可動部材に装着された加工物と工具
    部材のいずれか一方の前記移動方向位置成分を検出する
    位置成分検出手段と、位置に関する指令と前記位置成分
    検出手段の検出成分とに基づいて前記駆動手段への駆動
    指令を演算する指令演算手段と、前記指令演算手段から
    の駆動指令を入力して前記駆動手段を制御する駆動制御
    手段と、前記第1の部材に結合される第2の部材と、前
    記第2の部材あるいはこの第2の部材に装着された加工
    物と工具部材のいずれか他方の前記移動方向の加速度成
    分もしくは加速度成分が算出できる成分を検出する第2
    の検出手段と、前記第1の検出手段の検出成分と前記第
    2の検出手段の検出成分とを入力して前記可動部材ある
    いはこの可動部材に装着された加工物と工具部材のいず
    れか一方と、第2の部材あるいはこの第2の部材に装着
    された加工物と工具部材のいずれか他方の前記移動方向
    の相対振動を抑制する補正値を演算し、前記駆動手段へ
    の駆動指令を補正する補正手段とを備えた位置制御装
    置。
  4. 【請求項4】 第1の部材上を移動可能に構成され、加
    工物と工具部材のいずれか一方が装着されると共に、そ
    の加速度成分もしくは加速度成分を算出できる成分が第
    1の検出手段により検出される可動部材と、前記可動部
    材に駆動力を与える駆動手段と、前記駆動手段の前記可
    動部材あるいはこの可動部材に装着された加工物と工具
    部材のいずれか一方の前記移動方向位置成分を検出する
    位置成分検出手段と、位置に関する指令と前記位置成分
    検出手段の検出成分とに基づいて前記駆動手段への駆動
    指令を演算する指令演算手段と、前記指令演算手段から
    の駆動指令を入力して前記駆動手段を制御する駆動制御
    手段と、前記第1の部材に結合される第2の部材と、前
    記第2の部材あるいはこの第2の部材に装着された加工
    物と工具部材のいずれか他方の前記移動方向の加速度成
    分もしくは加速度成分が算出できる成分を検出する第2
    の検出手段と、前記第1の検出手段の検出成分と前記第
    2の検出手段の検出成分とを入力して前記可動部材ある
    いはこの可動部材に装着された加工物と工具部材のいず
    れか一方と、第2の部材あるいはこの第2の部材に装着
    された加工物と工具部材のいずれか他方の前記移動方向
    の相対振動を抑制する第1の補正値を演算し、前記駆動
    手段への駆動指令を補正する第1の補正手段と、前記駆
    動手段と前記可動部材を含む部分から前記移動軸方向の
    モデル位置成分を得るモデル位置出力手段と、前記位置
    に関する指令と前記モデル位置出力手段からのモデル成
    分に基づいて第2の補正値を演算し、前記駆動手段への
    駆動指令を補正する第2の補正手段とを備えた位置制御
    装置。
  5. 【請求項5】 第1の部材上を移動可能に構成され、加
    工物と工具部材のいずれか一方が装着されると共に、そ
    の加速度成分もしくは加速度成分が算出できる成分が第
    1の検出手段により検出される可動部材と、前記可動部
    材に駆動力を与える駆動手段と、前記駆動手段の前記可
    動部材あるいはこの可動部材に装着された加工物と工具
    部材のいずれか一方の前記移動方向位置成分を検出する
    位置成分検出手段と、位置に関する指令と前記位置成分
    検出手段の検出成分とに基づいて前記駆動手段への駆動
    指令を演算する指令演算手段と、前記指令演算手段から
    の駆動指令を入力して前記駆動手段を制御する駆動制御
    手段と、前記第1の部材に結合される第2の部材と、前
    記第2の部材あるいはこの第2の部材に装着された加工
    物と工具部材のいずれか他方の前記移動方向の加速度成
    分もしくは加速度成分が算出できる成分を検出する第2
    の検出手段と、前記移動方向の位置に関する指令を入力
    し、前記移動方向のモデル加速度成分を得るモデル加速
    度出力手段と、前記第1の検出手段の検出成分と前記第
    2の検出手段の検出成分および前記モデル加速度出力手
    段の出力を入力して前記可動部材あるいはこの可動部材
    に装着された加工物と工具部材のいずれか一方と、前記
    第2の部材あるいはこの第2の部材に装着された加工物
    と工具部材のいずれか他方の前記移動方向の相対振動を
    抑制する補正値を演算し、前記駆動手段への駆動指令を
    補正する補正手段とを備えた位置制御装置。
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