JPH06138922A - サーボシステムにおける加速制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】送り軸のロストモーションに起因する加工精度
の劣化を低減可能なサーボシステムにおける加速制御方
法及び装置を提供する。 【構成】送り軸の移動指令の停止状態を監視し、停止状
態であるときには送り軸の移動指令停止後のモータの移
動量を求め、この移動量と移動指令再開後の移動方向に
基づいて補正開始位置を定め、移動指令再開後のロスト
モーションを補正する加速制御を上記補正開始位置から
行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、送り軸の駆動制御を行
うサーボシステムにおける加速制御方法及び装置に関
し、特に送り系のバックラッシ、弾性変形、静摩擦に基
づくロストモーションに起因する精度劣化を軽減するサ
ーボシステムにおける加速制御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械等のＮＣ装置ではサーボモータ
の回転により送り軸を駆動し、ワークが載置されたテー
ブルを移動する。送り軸駆動方向を反転する際（円弧加
工等の象限切り換わり時）や一時停止後、再駆動すると
きには、バックラッシ、弾性変形によるねじれ及びテー
ブル案内面の静止摩擦等に起因して、ロストモーション
が発生し、テーブルの実際の動きにモータ駆動指令に対
する時間的遅れが生ずる。このようなロストモーション
が生ずると、加工後のワーク形状に段差や突起等の歪が
残り、加工精度が著しく低下してしまう。特に、ロスト
モーションの少ない他の軸を用いた複数軸同時輪郭加工
を行うと、同期が狂うため輪郭指令経路と実動作軌跡に
誤差が生じ、加工物に食い込み、突起が生じて、形状精
度が劣化する。

【０００３】かかるロストモーションの問題を軽減する
ため、従来、種々提案が為されている。例えば、上記バ
ックラッシによる工具の動作遅れ（工具移動軌跡からの
ズレ）を補償するため、予め当該ズレ量をＮＣ装置内部
に記憶しておき、送り軸の送り方向の反転タイミングを
サーボモータの回転量を検知するパルスコーダからの情
報やテーブル（送り軸）の移動距離を検出するリニアス
ケールからの情報に基づいて補償処理が行われる。すな
わち、反転タイミングで上記ズレ量の補償動作を行わせ
るため、バックラッシ加速度を与える。このような技術
は、例えば、特開平３ー１１０６０３号公報に開示され
ている。

【０００４】上記従来方法では、円弧加工等の送り軸の
送り方向反転時のみ加速制御を行っているので、送り軸
が一旦停止してから再び同一方向に移動するときに生ず
る静摩擦についての配慮が為されておらず、精度面での
問題が依然残っている。また、上記従来方法では、ロス
トモーションの原因であるバックラッシ、弾性変形によ
るねじれ、静摩擦のすべてについて配慮されているわけ
ではない。更に、バックラッシ低減のため、バックラッ
シ加速度を大きくすると、バックラッシの空転動作から
ねじれ動作に移行するときに送りねじとナット、歯車伝
達機構等の送り駆動系の反対方向の歯面に衝撃力が作用
し、機械寿命が短くなる。また、この大きなバックラッ
シ加速を停止したときに、サーボシステムが不安定とな
り、速度に揺らぎが生じ、加工精度が劣下する。

【０００５】このような問題を解決するための技術を、
本願出願人は先に提案している（特願平４−１０８４９
０号）。この技術は、送り軸の移動方向反転時や一旦停
止後の同一方向移動時のようにバックラッシ、ねじれ等
の弾性変形及び静摩擦に起因するロストモーションを、
それぞれの特性及び量に対応した最適な加速制御を行っ
て補償することにより、加工精度を改善するものであ
る。つまり、機械固有のロストモーション幅や弾性変形
量を一定値とし、機械の動作種類（反転動作か一旦停止
後同一方向動作か等）を判別し、判別結果により軸駆動
モータを予め決められた一定量だけ余分に動作させて補
正している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
は移動指令が停止中であっても、位置の微小誤差等に起
因して、ロストモーションの幅の範囲内で軸駆動モータ
は動作するため、停止位置を予め特定することができな
い。すなわち、フルクローズサーボ系の工作機械動作で
は、駆動モータから減速機構を介してテーブル等の移動
体に駆動力が伝達されるが、移動体の位置を読み取るス
ケールで得られる移動体の位置情報に微少な誤差が生じ
たとき、サーボ系動作により駆動モータは誤差を打ち消
すべく駆動されるため、ロストモーションの幅範囲内で
移動してしまう。したがって、機械固有のロストモーシ
ョン幅や弾性変形量を一定値とし、機械の動作種類を判
別し、判別結果により軸駆動モータを、予め決められた
一定量だけ余分に動作させて補正している上記従来技術
では、補正不足が生じたり補正過剰になることがある。
この問題は、特にフルクローズドフィードバック方式を
採用した場合に顕著である。

【０００７】そこで、本発明の目的は、ロストモーショ
ンに起因する加工精度の劣化を著しく低減可能な、サー
ボシステムにおける加速制御方法及び装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明によるサーボシステムにおける加速制御方法
は、モータによる送り軸の駆動制御を行うサーボシステ
ムにおける加速制御方法において、前記送り軸の移動指
令の停止状態を判断し、停止状態であると判断されたと
きには前記送り軸の移動指令停止後の前記モータの移動
量を求め、該モータの移動量に基づいて定まる補正開始
位置から前記送り軸の移動指令再開後のロストモーショ
ンを補正する加速制御を行うように構成される。

【０００９】また、本発明によるサーボシステムにおけ
る加速制御装置は、モータによる送り軸の駆動制御を行
うサーボシステムにおける加速制御装置において、前記
送り軸の移動指令の停止状態を判断する第１の手段と、
前記送り軸を駆動するモータの移動量を求める第２の手
段と、前記第１の手段によって前記送り軸の移動指令が
停止状態であると判断されたときには、前記第２の手段
によって求めた前記送り軸の移動指令停止後のモータ移
動量に基づいて補正開始位置を求める第３の手段と、該
第３の手段で求めた補正開始位置から前記送り軸の移動
指令再開後のロストモーションを補正する加速制御を行
う第４の手段と、を備えて構成される。

【００１０】

【作用】本発明では、送り軸の移動指令の停止状態を監
視し、停止状態であるときには送り軸の移動指令停止後
のモータの移動量を求め、この移動量に基づいて補正開
始位置を定め、移動指令再開後のロストモーションを補
正する加速制御を上記補正開始位置から最適に行ってい
る。

【００１１】

【実施例】本実施例では、本願出願人が先に提案した特
願平４−１０８４９０号の明細書に開示した技術を採用
している。すなわち、送り系のロストモーションを規定
するバックラッシ、弾性変形によるねじれ及び静摩擦の
それぞれに対して最適な補償を施し、その遅れ時間を最
大限に低減させている。上記送り軸の送り方向の反転の
時間的遅れは、先ず、バックラッシによる時間的遅れ、
次いでねじれ等の弾性変形による時間的遅れ、最後に静
摩擦による時間的遅れの順序で発生する。そこで、この
順序によって生ずる時間的遅れをその順序に沿って個々
に補償するような制御を行う。そのため、予め実験等に
より、バックラッシ量及びねじれ量を含んだロストモー
ション量Ｍlと、バックラッシ量Ｍbを求めておき、Ｍt=
Ｍl−Ｍbとして弾性変形によるねじれ量を演算し、予め
メモリ内に格納しておく。また、静摩擦に起因するロス
トモーション量Ｍsも実験的に求めてメモリ内に格納し
ておく。

【００１２】そして送り軸の反転時には、最初にバック
ラッシ加速速度Ｖbを与え、次にそのＶbを衝撃緩和加速
速度Ｖaに低下させる。その後、弾性変形加速速度Ｖtを
与え、弾性変形補償を行う。続いて、静摩擦によるロス
トモーションを補償するため静摩擦加速速度Ｖsを与え
る。

【００１４】一方、送り移動が一旦停止後、再び同一方
向に移動する場合には、静摩擦部加速制御のみを行う。
つまり、一旦停止後、再移動を開始する時点では、バッ
クラッシがなく、弾性変形も保持されているので、送り
方向が反転した場合のようなバックラッシ部加速制御及
び弾性変形部加速制御を行っていない。しかしながら、
これだけでは前述のように補正不足が生じたり、補正過
剰になることがあるので、、本発明では次のようにして
いる。

【００１５】さて、次に本発明の実施例について図面を
参照しながら説明する。図１を参照すると、先ず、送り
軸の停止判断を、移動指令がなくなってから一定時間経
過したかどうかをモニタすることにより行う（ステップ
Ｓ１）。送り軸が停止していると判断されると、モータ
移動量を監視し、移動量を積算して積算値をモータ移動
量ＭP1としてメモリに記憶した後（ステップＳ２）、移
動が再開始されるか否かを判断する（ステップＳ３）。
ステップＳ１において、軸指令が停止ではないと判断さ
れると、モータ移動量Ｍp1を零に設定し（ステップＳ
７）、ステップＳ３の判断を行う。ここで、送り軸の移
動とは移動体が実際に移動することであり、移動指令停
止後のモータ移動量とは、ロストモーションの幅内でモ
ータがふらついているその微少量のことであり、このと
き送り軸は移動していない。

【００１６】ステップＳ３において、移動が再開始と判
断されれば、同一方向の移動か否かを判断する（ステッ
プＳ４）。ここで、同一方向であると判断されれば、ロ
ストモーション補正量Ｍｌからモータ移動量ＭP1を減算
した値を補正開始位置ＰSに設定して（ステップＳ
５）、ステップＳ６のロストモーション加速補正処理に
移行する。また、同一方向でなければ、モータ移動量Ｍ
P1を補正開始位置ＰSに設定した後、ステップＳ６の処
理に移行する。ステップＳ５は、すなわち図４の位置Ｐ
0を起点として右方向へＭl−ＭP1離れた位置を補正開始
点ＰSとし、ステップＳ８は起点Ｐ0から右方向へＭP1離
れた位置を補正開始点ＰSとしている。

【００１７】ステップＳ６のロストモーション加速補正
処理は、図２に示す処理から構成されている。ここで、
Ｍbはバックラッシ量、Ｍaは衝撃緩和量、Ｍlはロスト
モーション量、Ｍsは静摩擦補正量とする。ロストモー
ション補正における位置Ｐ1〜Ｐ4との関係は図４のよう
に指定され、各位置対応で送りモータに与える加速速度
を図５のように設定する

【００１８】図２を参照すると、先ず、Ｐ1＝ＭbーＭ
a，Ｐ2＝Ｍb，Ｐ3＝Ｍl，Ｐ4＝Ｍl＋Ｍsを求め（ステッ
プＳ６１）、ロストモーション幅内のモータ位置である
補正位置Ｐcを補正開始位置Ｐsと補正開始後のモータ移
動量ＭP2との和で求める（ステップＳ６２）。続いてＰ
cがＰ1よりも小さいか否かを判断し（ステップＳ６
３）、小さいと判断されれば、モータ加速速度をバック
ラッシュ加速速度Ｖbとし（ステップＳ６４）、小さく
なければ、補正位置ＰcがＰ1とＰ2の間にあるか否かを
判断する（ステップＳ６５）。ＰcがＰ1とＰ2間にあれ
ば、モータ加速速度をＶbよりも低い衝撃緩和加速速度
Ｖaに設定した（ステップＳ６６）後に、またＰcがＰ1
とＰ2間にないと判断されれば、続いて補正位置Ｐcが位
置Ｐ2とＰ3間にあるか否かを判断する（ステップＳ６
７）。

【００１９】ステップＳ６７において、ＰcがＰ2とＰ3
間にあると判断されればモータ加速速度を弾性変形加速
速度Ｖtに設定した後（ステップＳ６８）、また、Ｐ2と
Ｐ3間にないと判断されれば、補正位置ＰcがＰ3とＰ4間
に位置するか否かを判断する（ステップＳ６９）。ここ
で、ＰcがＰ3とＰ4間に位置すれば、モータ加速速度を
静摩擦に打ち勝つ加速速度Ｖsに設定した後（ステップ
Ｓ７０）、また、ＰcがＰ3とＰ4間に位置しないと判断
されたときには、補正位置ＰcがＰ4以上であるか否かを
判断する（ステップＳ７１）。ステップＳ７１におい
て、ＰcがＰ4以上であれば、減速処理を実行して図１の
処理を終了する。また、ＰcがＰ4以上でなければ同様に
処理を終了する。

【００２０】例えば、図４において、左から右へ進む軸
送りが位置Ｐ3で停止し、その後同一方向へ軸送りが再
開される場合を考える。停止中にモータが移動し、起点
位置Ｐ0から右へＭl−Ｍp1離れた位置ＰSまで来てしま
っており、ここから軸送りが右方向へ再開したとする。
すると、ロストモーション加速補正は、位置Ｐ1とＰS間
の距離に相当するバックラッシ量に見合ったバックラッ
シ加速速度を与えた後、衝撃緩和加速速度Ｖa、弾性変
形加速速度Ｖt、静摩擦加速速度ｖsを与えれば良いこと
がわかる。又、軸送りが位置Ｐsから左方向へ再開され
たとする。このときは、Ｐ3を起点として左方向へモー
タ移動量ＭP1だけ離れた位置、すなわちＰsを補正開始
位置としてロストモーション加速補正を行う。つまり、
位置Ｐ0とＰs間の長さに相当するバックラッシ量（衝撃
緩和量を含む）に見合ったバックラッシ加速速度（衝撃
緩和加速速度Ｖaを含む）を与え、続けて弾性変形加速
速度Ｖt、静摩擦加速速度Ｖsを与えれば良いことがわか
る。図４では、位置Ｐ0の左側に逆方向に軸移動が再開
したときの弾性変形量Ｍtと、静摩擦補正量Ｍsが存在す
るのであるが、図面を簡略化するために便宜的にＰ0の
左側の現象もＰ0の右側の図で代表させている。従っ
て、軸移動の再開が逆方向の場合の補正開始位置Ｐs
は、Ｐ3を起点にして左方向へモータの移動量Ｍp1離れ
た位置と述べたが、これはとりもなおさず、Ｐ0を起点
として右へＭｐ1離れた位置を補正開始位置とし、そこ
から右へ進むと考えたのと実質上同一である。図１のス
テップＳ８で述べた補正開始位置はＰ0からモータ移動
量Ｍp1離れた位置としたのは正にこのことである。

【００２１】図３を参照して、本発明の実施例によるサ
ーボシステムにおける加速制御装置を適用したＮＣ装置
の構成を説明する。テープ等の媒体１からのＮＣ指令信
号は、加減速制御部２で送り速度の加減速制御が行わ
れ、補間部３にて補間処理が施され、位置指令信号とし
て加減算部４に供給される。加減算部４からの出力は、
位置制御部５で位置制御のための処理が施され、速度指
令信号として加減算部６に供給される。速度制御部７
は、加減算部６からの速度指令に基づいて速度制御処理
を行いサーボアンプ８に出力する。サーボアンプ８から
の出力によってモータ１１は回転駆動される。パルスコ
ーダ１２は、モータ１１の回転量を検出して、モータ移
動量情報Ｐ2（送り軸移動量対応情報）として加速制御
部９と速度検出部１０に供給する。加速制御部９は、該
モータ移動量情報Ｐ2を受け、前述したロストモーショ
ンに起因する時間遅れ、加工精度の劣化を除去するた
め、図１及び図２に示す制御シーケンス処理を行うため
の加速速度（補正速度）信号Ｐ1を加減算部６に供給す
る。

【００２２】この加速制御部９に入力されたモータ移動
量情報は、まず移動方向・移動量検出部２０で移動方向
と移動量が刻々検出され、その情報をシーケンス制御部
２１へ送出する。シーケンス制御部２１はその情報から
送り軸は停止中か移動を開始したか、移動方向は前回の
移動と同一か、あるいは反対か等の送り軸の移動状態を
判定し、その判定結果に基づいてバックラッシ加速速度
Ｖb発生部２４、衝撃緩和加速速度Ｖa発生部２５、弾性
変形加速速度Ｖt発生部２６、静摩擦加速速度Ｖs発生部
２７から成る加速速度発生部２３を前述順序に従って制
御し、所定のタイミングで所定の加速速度情報Ｐ1が発
生するようにしている。またメモリ２２にはロストモー
ション量Ｍl、バックラッシ量Ｍb、衝撃緩和量Ｍa、静
摩擦補正量Ｍsを予め記憶しておき、加速速度発生部２
３へ必要に応じて送出し、各加速速度を与える時間を規
定する働きをしている。

【００２３】速度検出部１０は、パルスコーダ１２から
のモータ移動量情報に基づいて、送り速度を検出し、加
減算部６に供給する。加減算部６は、位置制御部５から
の指令速度と加速制御部９からの補正速度を加算し、速
度検出部１０からの速度を減算して速度制御部７に出力
する。モータ１１には減速機構（歯車）１６が結合さ
れ、歯車１６を駆動することにより、送りねじ１３を回
転させてナット１４を介してテーブル１５を移動させ
る。このテーブル１５の移動量、位置はスケール１７に
より検出され、位置検出部１８で、その位置情報を検出
し、加減算部４にフィードバック制御のため供給する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は軸移動指
令停止後のモータ移動量を監視し、得られたモータ移動
量に基づいて最適なロストモーションを補正する加速制
御を行っているので、補正不足や補正過剰を除去でき、
加工精度を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサーボシステムにおける加速制御
の一実施例の処理手順を示すフローチャートである。

【図２】図１に示す実施例におけるロストモーション加
速補正処理手順を示すフローチャートである。

【図３】本発明によるサーボシステムにおける加速制御
装置の構成例を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施例におけるモータ位置とロストモ
ーションとの関係を示す図である。

【図５】本発明の実施例におけるロストモーションの補
正を行うための加速速度の変化を示す図である。

【符号の説明】

１ テープ ２ 加減
速制御部 ３ 補間部 ４ 加減
算部 ５ 位置制御部 ６ 加減
算部 ７ 速度制御部 ８ サー
ボアンプ ９ 加速制御部 １０ 速度
検出部 １１ モータ １２ パル
スコーダ １３ 送りねじ １４ ナッ
ト １５ テーブル １６ 減速
機構（歯車） １７ スケール １８ 位置
検出部 ２０ 移動方向・移動量検出部 ２１ シーケンス制御部 ２２ メモリ ２３ 加速速度発生部 ２４ バックラッシ加速速度Ｖb発生部 ２５ 衝撃緩和加速速度Ｖa発生部 ２６ 弾性変形加速速度Ｖt発生部 ２７ 静摩擦加速速度Ｖs発生部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータによる送り軸の駆動制御を行うサー
   ボシステムにおける加速制御方法において、 前記送り軸の移動指令の停止状態を判断し、停止状態で
   あると判断されたときには前記送り軸の移動指令停止後
   の前記モータの移動量を求め、該モータの移動量に基づ
   いて定まる補正開始位置から前記送り軸の移動指令再開
   後のロストモーションを補正する加速制御を行うことを
   特徴とするサーボシステムにおける加速制御方法。
2. 【請求項２】前記移動指令再開後の送り軸の移動方向が
   同一方向であるときには、前記送り軸のバックラッシ量
   とねじれ量を加算して得られるロストモーション補正量
   から前記モータの移動量を減算して得られる位置を前記
   補正開始位置として前記ロストモーションを補正する加
   速制御を行う請求項１に記載のサーボシステムにおける
   加速制御方法。
3. 【請求項３】前記移動指令再開後の送り軸の移動方向が
   同一方向でないときには、前記モータの移動量に相当す
   る位置を前記補正開始位置として前記ロストモーション
   を補正する加速制御を行う請求項１に記載のサーボシス
   テムにおける加速制御方法。
4. 【請求項４】前記ロストモーションを補正する加速制御
   は、前記補正開始位置に補正開始後のモータ移動量を加
   算して刻々の補正位置を求め、該補正位置に応じて、前
   記送り軸のバックラッシに起因するロストモーションを
   補償するバックラッシ加速速度と、前記送り軸の弾性変
   形に起因するロストモーションを補償する弾性変形加速
   速度と、前記送り軸の静摩擦に起因するロストモーショ
   ンを補償する静摩擦加速速度のうちのいずれかの加速速
   度を順次与えるようにした請求項１ないし３のいずれか
   １項に記載のサーボシステムにおける加速制御方法。
5. 【請求項５】モータによる送り軸の駆動制御を行うサー
   ボシステムにおける加速制御装置において、 前記送り軸の移動指令の停止状態を判断する第１の手段
   と、 前記送り軸を駆動するモータの移動量を求める第２の手
   段と、 前記第１の手段によって前記送り軸の移動指令が停止状
   態であると判断されたときには、前記第２の手段によっ
   て求めた前記送り軸の移動指令停止後のモータ移動量に
   基づいて補正開始位置を求める第３の手段と、 該第３の手段で求めた補正開始位置から前記送り軸の移
   動指令再開後のロストモーションを補正する加速制御を
   行う第４の手段と、を備えて成ることを特徴とするサー
   ボシステムにおける加速制御装置。