JPH0655412A - 工作機械におけるピッチ誤差補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピッチ誤差補正における追従遅れを防止す
る。 【構成】 ピッチ誤差補正データをエラーカウンタ２の
位置偏差に加算すると共に、ピッチ誤差補正データに速
度フィードバック値Ｖｆｂを乗じ（７）、さらに比例定
数ｋv を乗じた値を、位置偏差にポジションゲインを乗
じて得られた速度指令に加算して、速度ループに対する
速度指令とする。また、位置のフィードフォワード制御
を行うときには、ＤＤＡ処理で得られた移動指令に位置
のフィードフォワード係数αを乗じたフィードフォワー
ド量を速度指令に加算する。ピッチ誤差補正量とモータ
の実速度に比例する値が速度指令に加算されるため、位
置ループ処理による遅れが補償されて、ピッチ誤差補正
は機械の位置にただちに反映する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の送り軸を駆
動制御するサーボモタの制御方法に関し、特に、ピッチ
誤差補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーボモータで駆動制御される工作機械
の送り軸の制御において、サーボモータに取付けられた
位置検出器からの位置フィードバック信号により位置の
フィードバック制御（セミクローズド制御）を行う場合
のサーボモータの位置と機械の位置（位置を制御しよう
とする機械の位置でワークを載置するテーブルや工具位
置）は所定の関係にあり、サーボモータの位置によって
機械の位置も理論的には一律的に決まる。しかし、この
サーボモータの位置に対応する理論的な機械位置と実際
の位置にずれが生じる場合がある。また、機械可動部に
設けられたスケールによって可動部の位置を検出しフィ
ードバック制御するフルクローズドループ制御において
は、スケールで検出する位置と位置を制御しようとする
機械の位置（工具位置やテーブル）が離れておりその姿
勢等により検出位置と実際の位置がずれる場合がある。
この位置ずれをを少なくするために、ピッチ誤差補正が
行われる。すなわち、位置指令が出されサーボモータが
駆動し該指令位置に達したとき、機械が該指令位置に対
応する位置にあるべきにもかかわらず、送り軸のボール
ネジの捩じれや撓み等により、機械があるべき位置から
ずれる場合が生じる。そして、このずれ量は機械の各位
置に対応して生じる。そのため、各機械位置に対応して
上記ずれ量を実測し、このデータをテーブル等に記憶し
ておき、機械の位置（指令位置）に応じて、テーブルに
記憶したずれ量をピッチ誤差補正データとして出力して
位置誤差の補正を行っている。

【０００３】図１は従来行っているピッチ誤差補正方式
における要部ブロック線図である。特に、位置のフィー
ドフォワード制御を行い機械が指令位置どおりに応答よ
く移動しているときに上記位置ずれの影響が顕著に生じ
るので、位置のフィードフォワード制御を行うときをも
含めたサーボモータの制御ブロック図を示している。

【０００４】工作機械を制御する数値制御装置からＩＴ
Ｐ周期（分配周期）毎の移動指令が出力される。該ＩＴ
Ｐ周期は複数（４若しくは８）の位置・速度ループ処理
周期に分割され、要素１のＤＤＡの処理によって各位置
・速度ループ処理周期の移動指令が均等になるように上
記ＩＴＰ周期毎の移動指令を分割し、各位置・速度ルー
プ処理周期毎の移動指令を求める。そして、要素２のエ
ラーカウンタによって、上記各位置・速度ループ処理周
期の移動指令から各位置・速度ループ処理周期毎の位置
のフィードバック信号Ｐｆｂを減じてた値を積算した位
置偏差を求める。さらに、数値制御装置から出力される
ピッチ誤差補正データを上記エラーカウンタの位置偏差
に加算してピッチ誤差補正が行われる。

【０００５】ピッチ誤差補正を含むエラーカウンタ２の
出力の位置偏差に要素３のポジションゲインＫｐを乗じ
て速度指令を求め、この速度指令で要素４の速度ループ
処理を行う。また、位置のフィードフォワード制御を行
う場合には、機能的に示されたスイッチ６が閉じ、要素
１のＤＤＡ処理によって出力される位置・速度ループ毎
の移動指令に要素５の位置のフィードフォワード係数α
が乗じられた値が上記速度指令に加算されて、位置のフ
ィードフォワード制御をも行うサーボモータの制御が行
われる。

【０００６】以上が従来のピッチ誤差補正による制御方
法であり、従来のピッチ誤差補正は単にエラーカウンタ
２に記憶する位置偏差にピッチ誤差補正データが加算さ
れるでけである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のピッチ誤差補正はエラーカウンタにピッチ誤差補正デ
ータが加算されるだけであり、このエラーカウンタの出
力である位置偏差にポジションゲインＫｐが乗じられて
得られる速度指令が速度ループに入力され、速度ループ
処理が行われてサーボモータは駆動制御される。例え
ば、速度ループの動作が理想的で、その伝達関数が
「１」であるとすると、サーボモータの速度を積分して
位置が得られるものであるから、位置指令に対してサー
ボモータの位置を求める伝達関数は「Ｋｐ／（Ｓ＋Ｋ
ｐ）＝１／［（１／Ｋｐ）Ｓ＋１］」となり、時定数が
１／Ｋｐの一次遅れとなる。このことは、ピッチ誤差補
正による機械位置への反映が、ポジションゲインＫｐの
逆数の時間程度遅れることを意味し、工作機械が同時２
軸で駆動され切削等を行っている場合において、一方の
軸に対して上記ピッチ誤差補正が行われたとき、上記遅
れがあることにより、ピッチ誤差補正の反映が遅れて形
状誤差を生じることになる。そこで、本発明の目的は、
ピッチ誤差補正を遅れなく実位置に反映させることがで
きるピッチ誤差補正方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、位置偏差にピ
ッチ誤差補正値を加算すると共に、該ピッチ誤差補正値
にサーボモータの速度を乗じた値にほぼ比例する値を位
置ループ処理で算出された速度指令に加算して速度指令
とする。

【０００９】

【作用】従来と同様に、数値制御装置等からピッチ誤差
補正値が出力されると、このピッチ誤差補正値をエラー
カウンタ内の位置偏差に加算すると共に、本発明におい
ては、さらに、このピッチ誤差補正値にサーボモータの
速度、すなわち速度フィードバック信号のサーボモータ
の実速度を乗じた値に比例する値を位置ループ処理で求
められた速度指令に加算して速度指令の補正が行われ
て、この補正された速度指令で速度ループ処理が行われ
る。速度指令も補正されることになるから、応答が速く
なり、位置偏差補正に対する追従遅れを防止することに
なる。特に、本発明のこのピッチ誤差補正方法は、位置
のフィードフォワード制御によって位置指令に対するサ
ーボモータの位置の追従性がよい場合に適用すると、従
来のピッチ誤差補正方式と比較して相対的に優れている
ことが顕著に現れる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図２は本発明の方法を実施する一実施例のブロッ
ク線図である。図１に示す従来のピッチ誤差補正方法の
ブロック線図と同一の要素は同一の符号を付している。
従来のピッチ誤差補正方法と異なる点は要素７と８が付
加されている点である。要素７の乗算器によりピッチ誤
差補正データに速度フィードバック値を乗じ、さらに、
要素８で設定比例定数ｋｖを乗じた値を速度指令に加算
するようにしている点が、従来のピッチ誤差補正方法と
異なる点である。

【００１１】要素１のＤＤＡの処理で数値制御装置から
出力されるＩＴＰ周期毎の移動指令を位置・速度ループ
処理周期毎の移動指令ＭＣＭＤに分割する。各位置・速
度ループ処理周期毎の移動指令ＭＣＭＤから各位置・速
度ループ処理周期毎の位置フィードバックパルスＰｆｂ
を減じた値をエラーカウンタ２で積算し、さらに、ピッ
チ誤差補正データＰich が出力されると、この値Ｐich
をエラーカウンタ２に加算して位置偏差を補正する。エ
ラーカウン２に積算する位置偏差にポジションゲインＫ
ｐを乗じて速度偏差Ｖcmd'を求める。また、さらに、乗
算器７でピッチ誤差補正データＰich に速度フィードバ
ック値Ｖfbを乗じ、要素８で設定比例定数ｋv をさらに
乗じて得られた値を上記速度指令Ｖcmd'に加算し、ピッ
チ誤差補正の速度補正がなされた速度指令Ｖcmd を求
め、この速度指令Ｖcmd を速度ループに対する速度指令
とする。また、位置フィードフォワード制御を行うとき
は、この位置フィードフォワード制御を行うことを示す
スイッチ６を閉じ、移動指令ＭＣＭＤに位置のフイード
フォワード係数αを乗じた値を上記速度ループに入力さ
れる速度指令Ｖcmd に加算されることになる。

【００１２】図３は、上記ピッチ誤差補正方法を実施す
る工作機械における１つの送り軸のサーボモータ駆動制
御系のブロック図である。この構成は従来のデジタルサ
ーボ制御を行う装置と同一構成であるので、概略的に示
している。図３において、１０は工作機械を制御するコ
ンピュータ内蔵の数値制御装置（ＣＮＣ）、１１はＣＮ
Ｃ１０のプロセッサ及び後述するディジタルサーボ回路
のプロセッサが共にアクセスでき、相互に情報のやり取
りを可能にするための共有ＲＡＭ、１２はプロセッサ
（ＣＰＵ），ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するディジタルサー
ボ回路、１３はトランジスタインバータ等のサーボアン
プ、１４はサーボモータ、１５はサーボモータ１４の回
転と共にパルスを発生するパルスコーダである。

【００１３】ＣＮＣ１０はＩＰＴ周期（分配周期）毎に
移動指令を共有ＲＡＭ１１に書込む。ディジタルサーボ
回路１２のＣＰＵは、この移動指令を共有ＲＡＭ１１か
ら読取り、上記ＩＴＰ周期をＮ個に分割した周期Ｔｓ
（ＩＴＰ＝Ｔｓ×Ｎ）で、位置・速度ループ処理を行
う。ディジタルサーボ回路１２のＣＰＵは、ＩＴＰ周期
毎、ＮＣ１０から出力される移動指令がＩＴＰ周期中均
等に分配されるように位置・速度ループ処理周期Ｔｓに
おける移動指令ＭＣＭＤを求め（従来から公知のＤＤＡ
の処理）、この移動指令ＭＣＭＤとパルスコーダ１５か
らのフィードバックパルスによって得られるサーボモー
タ１４の現在位置との位置偏差を求めさらにピッチ誤差
補正データを該位置偏差に加算し、この位置偏差にポジ
ションゲインＫｐを乗じて速度指令を求め、さらに位置
のフィードフォワード制御処理を行って得られるフィー
ドフォワード値を上記速度指令に加算し、さらに、ピッ
チ誤差補正データに速度フィードバック値を乗じた値に
設定比例定数ｋｖを乗じた値を加算して速度ループへの
速度指令Ｖcmd を求める。次に、該速度指令Ｖcmd とパ
ルスコーダ１５からの速度フィードバック値より速度ル
ープ処理を行い、トルク指令（電流指令）を求める。そ
して、電流ループ処理を行い、ＰＷＭ指令を作成し、サ
ーボアンプ１３を介してサーボモータ１４を駆動する。

【００１４】次に、本実施例の動作処理について図４，
図５と共に説明する。図４は、ディジタルサーボ回路１
２のプロセッサが実施するＩＴＰ周期ごとの移動指令読
み取り処理であり、図５は本発明の実施例における位置
・速度ループ処理周期Ｔｓ毎の位置ループ処理、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１２のプロセッサはＩＴＰ周期毎、図４の処理を実行
する。まず、ＣＮＣ１０から指令された移動指令データ
を共有メモリ１１から読み取ると共に（ステップＴ
１）、数値制御装置１０から出力され共有ＲＡＭ１１に
記憶するピッチ誤差補正データＰich を読み取りレジス
タに記憶する（ステップＴ２）。そして、カウンタＣＮ
Ｔを「０」にセットして（ステップＴ３）ＩＴＰ周期毎
の処理を終了する。

【００１５】一方、ディジタルサーボ回路１２のプロセ
ッサは位置・速度ループ処理周期Ｔｓ毎に図５にフロー
チャートで示す処理を実行し、まず、従来から公知のＤ
ＤＡの処理によって位置ループでの移動指令ＭＣＭＤを
求め（ステップＳ１）、パルスコーダ１５から出力され
る位置ループ処理周期毎の位置フィードバック信号Ｐｆ
ｂを取込む（ステップＳ２）。次に、レジスタＥｒ（こ
のレジスタＥｒは初期設定で「０」にセットされてい
る）にステップＳ１で求めた移動指令ＭＣＭＤを加算す
ると共にステップＳ２で求めた位置フィードバック信号
Ｐｆｂを減じて位置偏差を求める（ステップＳ３）。次
に、カウンタＣＮＣが「０」か否か判断する（ステップ
Ｓ４）。この判断は、後述する説明から明らかのよう
に、１ＩＴＰ周期の最初の位置・速度ループ処理周期か
否かの判断であり、カウンタＣＮＴが「０」で最初の周
期であると上記レジスタＥｒにステップＴ２で読み取り
記憶しているピッチ誤差補正データＰich を加算し、位
置偏差に対してピッチ誤差補正を行う（ステップＳ
５）。

【００１６】次に、パルスコーダ１５からの速度フィー
ドバック信号Ｖｆｂを読み取る（ステップＳ６）。そし
て、レジスタＥｒに記憶する位置偏差にポジションゲイ
ンＫｐを乗じて通常の位置ループ処理による速度指令を
求め、さらに、ピッチ誤差補正データＰich にステップ
Ｓ６で読み取った速度フィードバック信号Ｖｆｂ及び比
例定数ｋv を乗じたピッチ誤差補正に伴う速度指令の補
正値を求めこの補正値を上記速度指令に加算すると共
に、ステップＳ１で求めた移動指令ＭＣＭＤに位置のフ
ィードフォワードαを乗じた値の位置のフイードフォワ
ード量を加算して速度ループに対する速度指令Ｖcmd を
求める（ステップＳ７）。そして、カウンタＣＮＴに
「１」加算し（ステップＳ８）、速度ループ処理に移行
する。速度ループ処理ではステップＳ７で求めた速度指
令Ｖcmd に基づいて従来と同様の速度ループ処理が行わ
れる。

【００１７】次の位置・速度ループ処理周期では、ステ
ップＳ１〜ステップＳ４の処理が行われるが、カウンタ
ＣＮＴの値は「０」でなくなっているから、ステップＳ
５の処理は行われず、ステップＳ４からステップＳ６に
移行する。すなわち、ピッチ誤差補正データＰich を位
置偏差に加算する処理は各ＩＴＰ周期の最初の位置・速
度ループ処理周期のみ行われることを意味する。なお、
ピッチ誤差補正データＰich が数値制御装置１０から出
力されない場合はこのデータＰich は「０」であり、位
置偏差は補正されることはない。

【００１８】以上が本実施例のサーボモータ制御におけ
るピッチ誤差補正制御処理であるが、ピッチ誤差補正デ
ータＰich が数値制御装置１０から出力されると、従来
と同様に位置偏差にこのピッチ誤差補正データＰich が
加算され、ピッチ誤差補正が行われると共に、ピッチ誤
差補正データＰich にサーボモータの実速度（速度フィ
ードバック値Ｖｆｂ）が乗じられ、さらに比例定数ｋv
が乗じられた値が速度指令に加算され、ピッチ誤差補正
に伴う速度補正を行われることになる。このピッチ誤差
補正に伴う速度補正により、位置偏差のピッチ誤差補正
分に対するサーボモータの追従遅れが補正されることに
なるから、サーボモータの応答は速くなりピッチ誤差補
正が機械位置にただちに反映され、同時２軸制御して切
削を行っているときなどにおける形状誤差が生じなくな
る。

【００１９】なお、上記実施例では、位置のフィードフ
ォワード制御も行うものとしたが、必ずしも、位置のフ
ィードフォワード制御を行わなくてもよい。行わない場
合は、ステップＳ７の処理において（α・ＭＣＭＤ）を
速度指令に加算しないようにするだけである。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、ピッチ誤差補正を行うとき
に、このピッチ誤差補正量にサーボモータの実速度に比
例する値を速度指令に加算するようにしたから、ピッチ
誤差補正による位置偏差の変化に対するサーボモータの
追従遅れが上記ピツチ誤差補正による速度補正によって
補われて、遅れることなくピッチ誤差補正が機械位置に
反映させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のピッチ誤差補正方法のブロック線図であ
る。

【図２】本発明によるピッチ誤差補正方法のブロック線
図である。

【図３】本発明の一実施例を実施する工作機械における
１つの送り軸のサーボモータ駆動制御系のブロック図で
ある。

【図４】同実施例におけるディジタルサーボ回路のプロ
セッサがＩＴＰ周期（分配周期）毎実施する処理のフロ
ーチャートである。

【図５】同実施例における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ルー
プ処理及びピッチ誤差補正処理のフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０ コンピュータ内臓の数値制御装置（ＣＮＣ） １１ 共有ＲＡＭ １２ ディジタルサーボ回路 １３ サーボアンプ １４ サーボモータ １５ パルスコーダ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の送り軸を駆動するサーボモー
   タの回転位置に対応する工作機械の位置と工作機械の実
   際の位置とのずれを補正するピッチ誤差補正方法におい
   て、位置偏差にピッチ誤差補正値を加算すると共に、該
   ピッチ誤差補正値にサーボモータの速度を乗じた値にほ
   ぼ比例する値を速度ループ処理で算出された速度指令に
   加算して速度指令とし、サーボモータを制御してピッチ
   誤差補正を行う特徴とする工作機械におけるピッチ誤差
   補正方法。
2. 【請求項２】 位置のフィードォワード制御をも行い、
   位置のフィーフォワード量を上記速度指令に加算する請
   求項１記載の工作機械におけるピッチ誤差補正方法。