JPH0697823A - Position controller - Google Patents
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- JPH0697823A JPH0697823A JP24669692A JP24669692A JPH0697823A JP H0697823 A JPH0697823 A JP H0697823A JP 24669692 A JP24669692 A JP 24669692A JP 24669692 A JP24669692 A JP 24669692A JP H0697823 A JPH0697823 A JP H0697823A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ＮＣ制御された工作機
械のテーブル位置検出装置に関する。特に、テーブル位
置をリニアエンコーダにより検出する位置検出装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a table position detecting device for NC controlled machine tools. In particular, it relates to a position detection device that detects a table position by a linear encoder.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ＮＣ制御された工作機械（以下、
ＮＣ工作機械と呼ぶ）は多くの生産部門において幅広く
用いられている。このようなＮＣ工作機械は、テーブル
の移動量を検出するのに、そのテーブルを駆動するサー
ボモータに直結したロータリエンコーダが一般に使用さ
れている。そして、この移動量から、現在のテーブルの
位置を算出することが可能である。しかしながら、特に
高精度を要求される用途においては、テーブルの位置を
直接検出するリニアエンコーダが使用される。そして、
このリニアエンコーダからの信号をフィードバックする
ことによりテーブル位置のフィードバック制御が行われ
ている。このように、フィードバックによりテーブル位
置の制御を行う場合、位置制御の動作を安定化させるた
め、リニアエンコーダからの信号は低域通過フィルタに
より高域が減衰されてから制御部に供給される。図１１
にこのような従来の位置検出装置の構成ブロック図が示
されている。図１１に示されているように、メインプロ
セッサ１０からの位置指令は、サーボプロセッサ１２に
おいてトルク指令に変換されてパワー増幅器１４に供給
される。パワー増幅器１４は、トルク指令を電流値に変
換し、モータ１６に供給する。モータ１６が回転する
と、それに連結されているボールネジが回転することに
よりテーブル１８が駆動される。なお、モータ１６には
ロータリエンコーダ２０が備えられており、モータ１６
の回転速度をサーボプロセッサ１２に供給している。さ
らに、テーブル１８の移動量は、リニアエンコーダ２２
によって計測され、その出力信号Ｌｓは、フィルタ２４
に供給される。信号Ｌｓはフィルタ２４によって高域成
分が減衰された後、サーボプロセッサ１２に位置信号Ｌ
ｆとして供給される。サーボプロセッサ１２は、この位
置信号Ｌｆから位置を算出し、位置検出値としてメイン
プロセッサ１０に供給する。2. Description of the Related Art In recent years, NC-controlled machine tools (hereinafter referred to as
NC machine tools) are widely used in many production departments. In such an NC machine tool, a rotary encoder directly connected to a servo motor that drives the table is generally used to detect the amount of movement of the table. Then, the current position of the table can be calculated from this movement amount. However, a linear encoder that directly detects the position of the table is used particularly in applications requiring high accuracy. And
Feedback control of the table position is performed by feeding back the signal from the linear encoder. In this way, when the table position is controlled by feedback, the signal from the linear encoder is supplied to the control unit after the high band is attenuated by the low pass filter in order to stabilize the position control operation. Figure 11
FIG. 1 shows a block diagram of the configuration of such a conventional position detecting device. As shown in FIG. 11, the position command from the main processor 10 is converted into a torque command in the servo processor 12 and supplied to the power amplifier 14. The power amplifier 14 converts the torque command into a current value and supplies it to the motor 16. When the motor 16 rotates, the ball screw connected to the motor 16 rotates to drive the table 18. The motor 16 is provided with a rotary encoder 20.
Is supplied to the servo processor 12. Further, the moving amount of the table 18 is determined by the linear encoder 22.
The output signal Ls measured by
Is supplied to. The high frequency component of the signal Ls is attenuated by the filter 24, and then the position signal L is sent to the servo processor 12.
supplied as f. The servo processor 12 calculates the position from the position signal Lf and supplies it to the main processor 10 as a position detection value.
【０００３】図１２に、上記フィルタ２４の詳細な構成
ブロック図が示されている。図１２に示されているよう
に、フィルタ２４は、Ｎ個の単位遅延素子３０と、１／
（Ｎ＋１）の除算器３２とから構成されている。したが
って、フィルタ２４はＮ段のデジタルフィルタであり、
Ｎ階の移動平均値フィルタである。以上のような構成に
より、リニアエンコーダ２２からの信号をフィードバッ
ク制御することによりテーブル１８の位置制御が行われ
ていた。FIG. 12 shows a detailed block diagram of the filter 24. As shown in FIG. 12, the filter 24 includes N unit delay elements 30 and 1 /
And (N + 1) divider 32. Therefore, the filter 24 is an N-stage digital filter,
It is a moving average value filter of the Nth floor. With the above configuration, the position of the table 18 is controlled by feedback controlling the signal from the linear encoder 22.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のＮＣ工作機械に
おいては、上記のように、テーブル１８の位置の検出値
であるリニアエンコーダ２２の出力はフィルタ２４によ
って高域が減衰されていた。したがって、低域信号のみ
を用いる制御のため高精度な制御ができないという問題
があった。しかし、上述したように、リニアエンコーダ
２２からのノイズを除去するため、フィルタ２４の遮断
周波数は、このノイズ周波数より高くすることはできな
い。本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目
的は、リニアエンコーダからのノイズ信号の影響を受け
ずに、かつ高精度の位置信号が得られる位置検出装置を
得ることである。In the conventional NC machine tool, as described above, the output of the linear encoder 22 which is the detected value of the position of the table 18 is attenuated in the high frequency range by the filter 24. Therefore, there is a problem in that high-precision control cannot be performed because the control uses only low-frequency signals. However, as described above, since the noise from the linear encoder 22 is removed, the cutoff frequency of the filter 24 cannot be higher than this noise frequency. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to obtain a position detection device that can obtain a highly accurate position signal without being affected by a noise signal from a linear encoder.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】第一の本発明は、上述の
課題を解決するために、テーブル駆動モータの回転角か
ら前記テーブルの移動速度を算出し、その移動速度を表
す速度信号を出力する速度信号発生部と、前記テーブル
の位置を監視し、その位置を表す位置信号を出力する位
置信号発生部と、前記速度信号から、前記位置信号に含
まれるノイズ周波数を算出するノイズ周波数算出部と、
前記位置信号のノイズ周波数成分を減衰させ、フィルタ
信号を出力するフィルタと、前記速度信号と前記フィル
タ信号とから、前記テーブルの位置を算出するテーブル
位置検出部と、を含み、前記フィルタは、低域通過フィ
ルタであって、そのノッチ周波数が前記ノイズ周波数と
同一であることを特徴とする位置検出装置である。した
がって、ノッチ周波数が、ノイズ周波数と一致している
ため、効率的にノイズの低減が行える。In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention calculates the moving speed of the table from the rotation angle of the table drive motor and outputs a speed signal representing the moving speed. Speed signal generator, a position signal generator that monitors the position of the table and outputs a position signal representing the position, and a noise frequency calculator that calculates the noise frequency included in the position signal from the speed signal. When,
The filter includes a filter that attenuates a noise frequency component of the position signal and outputs a filter signal, and a table position detector that calculates the position of the table from the velocity signal and the filter signal. A position detecting device, which is a band-pass filter, wherein a notch frequency thereof is the same as the noise frequency. Therefore, since the notch frequency matches the noise frequency, noise can be efficiently reduced.
【０００６】第二の本発明は、上述の課題を解決するた
めに、第一の本発明の位置検出装置において、前記フィ
ルタは、入力信号の移動平均値を出力する移動平均フィ
ルタであって、そのノッチ周波数が前記ノイズ周波数で
あることを特徴とする位置検出装置である。第三の本発
明は、上述の課題を解決するために、第二の本発明の位
置検出装置において、前記フィルタは、入力信号の平均
化数が可変可能な移動平均フィルタであって、そのノッ
チ周波数が前記ノイズ周波数に一致するように前記平均
化数が変化することを特徴とする位置検出装置である。
したがって、テーブルの移動速度に応じて変化するノイ
ズ周波数に対応してフィルタのノッチ周波数が変化する
ため、テーブルの移動速度が変化しても、高精度の位置
制御が可能である。In order to solve the above-mentioned problems, a second invention of the present invention is the position detecting device of the first invention, wherein the filter is a moving average filter for outputting a moving average value of an input signal, In the position detecting device, the notch frequency is the noise frequency. The third aspect of the present invention is, in order to solve the above-mentioned problems, in the position detecting device of the second aspect of the present invention, wherein the filter is a moving average filter in which the average number of input signals is variable, and its notch The position detecting device is characterized in that the averaging number changes so that the frequency matches the noise frequency.
Therefore, since the notch frequency of the filter changes corresponding to the noise frequency that changes according to the moving speed of the table, highly accurate position control can be performed even if the moving speed of the table changes.
【０００７】[0007]
【作用】第一の本発明においては、ノッチ周波数と同一
のノイズ周波数の信号はフィルタによって減衰される。
第二の本発明においては、フィルタが移動平均フィルタ
で構成されているため、その平均化数を調節することに
より、上記ノイズ周波数と一致させることが可能であ
る。第三の本発明においては、フィルタの平均化数がノ
イズ周波数の変化に応じて変化するため、ノイズ周波数
に変動が生じてもノイズ周波数を減衰することが可能で
ある。In the first aspect of the present invention, the signal having the same noise frequency as the notch frequency is attenuated by the filter.
According to the second aspect of the present invention, since the filter is a moving average filter, it is possible to match the noise frequency by adjusting the averaging number. In the third aspect of the present invention, since the average number of the filter changes according to the change in the noise frequency, it is possible to attenuate the noise frequency even if the noise frequency fluctuates.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【０００９】図１は、本発明の好適な一実施例による位
置検出装置の構成ブロック図である。図１に示されてい
るように、本実施例の構成ブロック図は従来の構成ブロ
ック図である図１１とほとんど同じである。本実施例に
おいて特徴的なことはフィルタ４０の平均化数が、ロー
タリエンコーダ４２からの速度信号に応じて変化するこ
とである。この変化によって、フィルタ４０のノッチ周
波数が常にリニアエンコーダ４４からの信号のノイズ周
波数に一致する。したがって、リニアエンコーダからの
ノイズの影響を最小限度に抑え、高精度な位置制御が可
能である。図２に、このフィルタ４０の構成ブロック図
が示されている。このフィルタ４０は、Ｎ次の移動平均
値を求めるという点では、従来の移動平均フィルタと同
一の構成である。このフィルタ４０の伝達特性を以下に
示す。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a position detecting device according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the configuration block diagram of this embodiment is almost the same as FIG. 11 which is a conventional configuration block diagram. A feature of this embodiment is that the average number of the filter 40 changes according to the speed signal from the rotary encoder 42. Due to this change, the notch frequency of the filter 40 always matches the noise frequency of the signal from the linear encoder 44. Therefore, it is possible to minimize the influence of noise from the linear encoder and perform highly accurate position control. FIG. 2 shows a block diagram of the filter 40. This filter 40 has the same configuration as the conventional moving average filter in that it obtains an Nth-order moving average value. The transfer characteristics of this filter 40 are shown below.
【数１】 ここで、ωは角周波数、Ｔはサンプリング時間を示す。
したがって、振幅、位相を次の式で算出可能である。[Equation 1] Here, ω is the angular frequency, and T is the sampling time.
Therefore, the amplitude and phase can be calculated by the following equations.
【数２】 この式を用いて、サンプリング時間Ｔ＝３．２ｍｓの場
合のボード線図を、平均化次数Ｎをパラメータとして図
３から図６に示されている。各図において横軸は、周波
数であり、縦軸は振幅と位相である。また、図７から図
１０には、平均化次数Ｎ＝３２の場合の、一定周波数信
号に対する出力信号の波形が示されている。各図におい
て、横軸は時間であり、縦軸は入力信号と出力信号との
それぞれの振幅である。図３から図１０に示されている
ように、本フィルタ４０は低域通過フィルタであり、か
つ、多段のノッチフィルタをも構成していることが理解
されよう。さらに、振幅が零となる周波数（ノッチ周波
数ｆｃ）は、次式で表される。[Equation 2] Using this equation, the Bode diagram for the sampling time T = 3.2 ms is shown in FIGS. 3 to 6 with the averaging order N as a parameter. In each figure, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents amplitude and phase. Further, FIGS. 7 to 10 show the waveforms of the output signal with respect to the constant frequency signal when the averaging order N = 32. In each figure, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the amplitude of each of the input signal and the output signal. As shown in FIGS. 3 to 10, it will be understood that the present filter 40 is a low pass filter and also constitutes a multistage notch filter. Further, the frequency at which the amplitude becomes zero (notch frequency fc) is expressed by the following equation.
【数３】 一方、テーブルの位置を検知するリニアエンコーダ４４
の出力信号を用いて、位置決定の精度を向上させるため
には、できるだけ高い周波数成分の位置信号を用いて位
置制御を行う必要がある。しかしながら、従来は上記ノ
イズ周波数を十分に減衰させるために、必要以上に高い
周波数成分の信号を減衰していた。そこで、本実施例に
おいては、上記ノイズ周波数と、上記ノッチフィルタの
ノッチ周波数（式３で示される）を一致させることによ
りノイズ周波数を効果的に減衰させ、低域通過フィルタ
としてのフィルタ４０の遮断周波数自体が不要に低下す
ることを防止している。式２により示されるノッチ周波
数と、リニアエンコーダ４４からの出力信号に含まれる
ノイズ周波数とを常に一致させるために、本実施例にお
けるフィルタ４０はいわゆる可変特性のフィルタを用い
ている。リニアエンコーダ４４の発生するノイズ周波数
はそのほとんどがテーブル４６の移動速度に比例する。
したがって、テーブル４６の移動速度に比例してフィル
タ４０のノッチ周波数を変化すれば常にノイズ周波数と
ノッチ周波数が一致することになる。このために、上述
した図１において示したように、リニアエンコーダ４４
からの位置信号Ｌｓｉだけでなく、ロータリエンコーダ
４２の出力信号である速度信号Ｅｉがフィルタ４０に供
給されている。なお、フィルタ４０の出力信号はＬｆｉ
で表す。ここで、ｉは時刻を表し、時刻ｉからＴ時間経
過後の信号は、それぞれＬｓｉ＋１、Ｅｉ＋１、Ｌｆｉ
＋１と表す。図２において、入力されたＥｉからテーブ
ル速度ｖｉは以下の式により求められる。[Equation 3] On the other hand, the linear encoder 44 that detects the position of the table
In order to improve the accuracy of position determination by using the output signal of 1), it is necessary to perform position control using the position signal of the highest possible frequency component. However, conventionally, in order to sufficiently attenuate the noise frequency, a signal having a frequency component higher than necessary has been attenuated. Therefore, in the present embodiment, the noise frequency is effectively attenuated by matching the noise frequency with the notch frequency of the notch filter (shown by Equation 3), and the filter 40 as a low-pass filter is cut off. The frequency itself is prevented from unnecessarily decreasing. In order to always match the notch frequency represented by the equation 2 with the noise frequency included in the output signal from the linear encoder 44, the filter 40 in this embodiment uses a so-called variable characteristic filter. Most of the noise frequency generated by the linear encoder 44 is proportional to the moving speed of the table 46.
Therefore, if the notch frequency of the filter 40 is changed in proportion to the moving speed of the table 46, the noise frequency and the notch frequency will always match. Therefore, as shown in FIG. 1 described above, the linear encoder 44
The velocity signal Ei, which is the output signal of the rotary encoder 42, is supplied to the filter 40 as well as the position signal Lsi from the filter. The output signal of the filter 40 is Lfi
It is represented by. Here, i represents the time, and the signals after the elapse of T time from the time i are Lsi + 1, Ei + 1, and Lfi, respectively.
Expressed as +1. In FIG. 2, the table speed vi is calculated from the input Ei by the following formula.
【数４】 リニアエンコーダ４４が発生するノイズ周波数ｆｉは、
以下の式で表される。[Equation 4] The noise frequency fi generated by the linear encoder 44 is
It is expressed by the following formula.
【数５】 ここでεは内挿誤差発生ピッチである。上記式５で求め
られた周波数と、前記式３によって求められたノッチ周
波数とが一致するためには、平均化数Ｎｉを以下のよう
に定めれば良いことが分かる。[Equation 5] Here, ε is an interpolation error generation pitch. It can be seen that in order that the frequency obtained by the above equation 5 and the notch frequency obtained by the above equation 3 match, the averaging number Ni may be set as follows.
【数６】 このようにして各時刻ｉにおける平均化数を算出するこ
とができる。以上述べたように、本実施例においては、
フィルタ４０のノッチ周波数をノイズ周波数と一致させ
効率的なノイズの除去を行うことにより不要な信号周波
数の帯域制限を行うことなく高精度な位置制御を行わせ
たることができた。さらに、本実施例においては、この
平均化数Ｎに最大値と最小値が設けられている。これ
は、平均化数Ｎが小さすぎると、低域通過フィルタとし
ての遮断周波数が上昇し安定な位置制御ができない恐れ
が生じ、また、平均化数Ｎが大きすぎる場合には、実際
の段数が物理的な遅延素子の個数によって制限されるか
らである。このようなことを加味すれば上記式６は、以
下のように修正される。[Equation 6] In this way, the averaged number at each time i can be calculated. As described above, in this embodiment,
By matching the notch frequency of the filter 40 with the noise frequency and removing the noise efficiently, it was possible to perform highly accurate position control without limiting the band of the unnecessary signal frequency. Further, in this embodiment, the average number N has a maximum value and a minimum value. This is because if the averaging number N is too small, the cut-off frequency as a low-pass filter rises and stable position control may not be possible, and if the averaging number N is too large, the actual number of stages is This is because it is limited by the number of physical delay elements. Taking this into consideration, the above equation 6 is modified as follows.
【数７】 以上述べたように、本実施例によれば、リニアエンコー
ダのノイズ周波数と、ノッチフィルタのノッチ周波数を
一致させることにより効率的にノイズを減衰させ、フィ
ルタの低域通過特性としてはできるだけ高い周波数を遮
断周波数としたので、テーブルの位置信号として従来よ
り高い周波数の信号が利用可能である。したがって、よ
り精度の高い位置検出装置が得られるという効果を有す
る。[Equation 7] As described above, according to the present embodiment, noise is efficiently attenuated by matching the noise frequency of the linear encoder with the notch frequency of the notch filter, and as high a frequency as the low-pass characteristic of the filter is set. Since the cutoff frequency is used, it is possible to use a signal having a higher frequency than the conventional one as the position signal of the table. Therefore, there is an effect that a more accurate position detection device can be obtained.
【００１０】[0010]
【発明の効果】以上述べたように、第一の本発明によれ
ば、ノッチ周波数とノイズ周波数とが一致しているた
め、ノイズ信号を完全に除去した位置信号が得られると
いう効果を有する。第二の本発明のよれば、移動平均フ
ィルタの平均化数を変化することによりノイズ周波数
と、ノッチ周波数とを容易に一致させることが可能な位
置検出装置が得られるという効果を有する。第三の本発
明によれば、ノイズ周波数が変化しても、それに応じ
て、フィルタの平均化数が変化するので、自動的にノイ
ズの除去が行われるという効果を有する。As described above, according to the first aspect of the present invention, since the notch frequency and the noise frequency coincide with each other, it is possible to obtain a position signal in which the noise signal is completely removed. According to the second aspect of the present invention, there is an effect that it is possible to obtain the position detecting device that can easily match the noise frequency and the notch frequency by changing the averaging number of the moving average filter. According to the third aspect of the present invention, even if the noise frequency changes, the averaging number of the filter changes accordingly, so that the noise is automatically removed.
【図１】本発明の好適な実施例の位置検出装置の構成ブ
ロック図である。FIG. 1 is a configuration block diagram of a position detection device according to a preferred embodiment of the present invention.
【図２】図１のフィルタ４０の詳細な構成ブロック図で
ある。FIG. 2 is a detailed block diagram of a filter 40 of FIG.
【図３】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２の場
合のボード線図である。FIG. 3 is a Bode diagram when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG. 2;
【図４】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝６４の場
合のボード線図である。4 is a Bode diagram of the filter 40 of FIG. 2 when the averaging order is N = 64.
【図５】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝１２８の
場合のボード線図である。5 is a Bode diagram when the averaging order N of the filter 40 of FIG. 2 is 128. FIG.
【図６】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝２５６の
場合のボード線図である。FIG. 6 is a Bode diagram when the averaging order N = 256 of the filter 40 of FIG. 2;
【図７】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、２Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び出
力信号を表す波形図である。7 is a waveform diagram showing input and output signals when a frequency signal of 2 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図８】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、５Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び出
力信号を表す波形図である。8 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 5 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図９】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、１０Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び
出力信号を表す波形図である。9 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 10 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図１０】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２の
ときの、１５Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及
び出力信号を表す波形図である。10 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 15 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 in FIG.
【図１１】従来の位置検出装置の構成ブロック図であ
る。FIG. 11 is a configuration block diagram of a conventional position detection device.
【図１２】図１１のフィルタ２４の詳細な構成ブロック
図である。12 is a detailed configuration block diagram of the filter 24 of FIG.
４０ フィルタ ４２ ロータリエンコーダ ４４ リニアエンコーダ ４６ テーブル 40 Filter 42 Rotary Encoder 44 Linear Encoder 46 Table
─────────────────────────────────────────────────────
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【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年７月１３日[Submission date] July 13, 1993
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【書類名】 明細書[Document name] Statement
【発明の名称】 位置制御装置Position control device
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械のテーブル位
置制御装置に関する。特に、テーブル位置をリニアエン
コーダにより検出する位置制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a table position control device for machine tools. In particular, it relates to a position control device that detects a table position by a linear encoder.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ＮＣ制御された工作機械（以下、
ＮＣ工作機械と呼ぶ）は多くの生産部門において幅広く
用いられている。このようなＮＣ工作機械は、テーブル
の移動量を検出するのに、そのテーブルを駆動するサー
ボモータに直結したロータリエンコーダが一般に使用さ
れている。そして、この移動量から、現在のテーブルの
位置を算出することが可能である。しかしながら、特に
高精度を要求される用途においては、テーブルの位置を
直接検出するリニアエンコーダが使用される。そして、
このリニアエンコーダからの信号をフィードバックする
ことによりテーブル位置のフィードバック制御が行われ
ている。このように、フィードバックによりテーブル位
置の制御を行う場合、位置制御の動作を安定化させるた
め、リニアエンコーダからの信号は低域通過フィルタに
より高域が減衰されてから制御部に供給される。図１１
にこのような従来の位置制御装置の構成ブロック図が示
されている。図１１に示されているように、メインプロ
セッサ１０からの位置指令は、サーボプロセッサ１２に
おいてトルク指令に変換されてパワー増幅器１４に供給
される。パワー増幅器１４は、トルク指令を電流値に変
換し、モータ１６に供給する。モータ１６が回転する
と、それに連結されているボールネジが回転することに
よりテーブル１８が駆動される。なお、モータ１６には
ロータリエンコーダ２０が備えられており、モータ１６
の回転速度をサーボプロセッサ１２に供給している。さ
らに、テーブル１８の移動量は、リニアエンコーダ２２
によって計測され、その出力信号Ｌｓは、フィルタ２４
に供給される。信号Ｌｓはフィルタ２４によって高域成
分が減衰された後、サーボプロセッサ１２に位置信号Ｌ
ｆとして供給される。2. Description of the Related Art In recent years, NC-controlled machine tools (hereinafter referred to as
NC machine tools) are widely used in many production departments. In such an NC machine tool, a rotary encoder directly connected to a servo motor that drives the table is generally used to detect the amount of movement of the table. Then, the current position of the table can be calculated from this movement amount. However, a linear encoder that directly detects the position of the table is used particularly in applications requiring high accuracy. And
Feedback control of the table position is performed by feeding back the signal from the linear encoder. In this way, when the table position is controlled by feedback, the signal from the linear encoder is supplied to the control unit after the high band is attenuated by the low pass filter in order to stabilize the position control operation. Figure 11
FIG. 1 shows a block diagram of the configuration of such a conventional position control device. As shown in FIG. 11, the position command from the main processor 10 is converted into a torque command in the servo processor 12 and supplied to the power amplifier 14. The power amplifier 14 converts the torque command into a current value and supplies it to the motor 16. When the motor 16 rotates, the ball screw connected to the motor 16 rotates to drive the table 18. The motor 16 is provided with a rotary encoder 20.
Is supplied to the servo processor 12. Further, the moving amount of the table 18 is determined by the linear encoder 22.
The output signal Ls measured by
Is supplied to. The high frequency component of the signal Ls is attenuated by the filter 24, and then the position signal L is sent to the servo processor 12.
supplied as f.
【０００３】図１２に、上記フィルタ２４の詳細な構成
ブロック図が示されている。図１２に示されているよう
に、フィルタ２４は、Ｎ個の単位遅延素子３０と、１／
（Ｎ＋１）の除算器３２とから構成されている。したが
って、フィルタ２４はＮ次のデジタルフィルタであり、
平均化点数（Ｎ＋１）の移動平均値フィルタである。以
上のような構成により、リニアエンコーダ２２からの信
号をフィードバック制御することによりテーブル１８の
位置制御が行われていた。FIG. 12 shows a detailed block diagram of the filter 24. As shown in FIG. 12, the filter 24 includes N unit delay elements 30 and 1 /
And (N + 1) divider 32. Therefore, the filter 24 is an Nth-order digital filter,
It is a moving average value filter of averaging points (N + 1). With the above configuration, the position of the table 18 is controlled by feedback controlling the signal from the linear encoder 22.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のＮＣ工作機械に
おいては、上記のように、テーブル１８の位置の検出値
であるリニアエンコーダ２２の出力はフィルタ２４によ
って高域が減衰されていた。したがって、低域信号のみ
を用いる制御のため高精度な制御ができないという問題
があった。しかし、上述したように、リニアエンコーダ
２２からのノイズを除去するため、フィルタ２４の遮断
周波数は、このノイズ周波数より高くすることはできな
い。本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目
的は、リニアエンコーダからのノイズ信号の影響を受け
ずに、かつ高精度の位置制御性能が得られる位置制御装
置を得ることである。In the conventional NC machine tool, as described above, the output of the linear encoder 22 which is the detected value of the position of the table 18 is attenuated in the high frequency range by the filter 24. Therefore, there is a problem in that high-precision control cannot be performed because the control uses only low-frequency signals. However, as described above, since the noise from the linear encoder 22 is removed, the cutoff frequency of the filter 24 cannot be higher than this noise frequency. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to obtain a position control device that is not affected by a noise signal from a linear encoder and that can obtain highly accurate position control performance.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】第一の本発明は、上述の
課題を解決するために、テーブル駆動モータの回転角か
ら前記テーブルの移動速度を算出し、その移動速度を表
す速度信号を出力する速度信号発生部と、前記テーブル
の位置を監視し、その位置を表す位置信号を出力する位
置信号発生部と、前記速度信号から、前記位置信号に含
まれるノイズ周波数を算出するノイズ周波数算出部と、
前記位置信号のノイズ周波数成分を減衰させ、フィルタ
信号を出力するフィルタと、前記速度信号と前記フィル
タ信号とから、前記テーブルの位置を算出するテーブル
位置検出部と、を含み、前記フィルタは、低域通過フィ
ルタであって、そのノッチ周波数が前記ノイズ周波数と
同一であることを特徴とする位置制御装置である。した
がって、ノッチ周波数が、ノイズ周波数と一致している
ため、効率的にノイズの低減が行える。In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention calculates the moving speed of the table from the rotation angle of the table drive motor and outputs a speed signal representing the moving speed. Speed signal generator, a position signal generator that monitors the position of the table and outputs a position signal representing the position, and a noise frequency calculator that calculates the noise frequency included in the position signal from the speed signal. When,
The filter includes a filter that attenuates a noise frequency component of the position signal and outputs a filter signal, and a table position detector that calculates the position of the table from the velocity signal and the filter signal. A position control device, which is a band-pass filter, wherein the notch frequency is the same as the noise frequency. Therefore, since the notch frequency matches the noise frequency, noise can be efficiently reduced.
【０００６】第二の本発明は、上述の課題を解決するた
めに、第一の本発明の位置制御装置において、前記フィ
ルタは、入力信号の移動平均値を出力する移動平均フィ
ルタであって、そのノッチ周波数が前記ノイズ周波数で
あることを特徴とする位置制御装置である。第三の本発
明は、上述の課題を解決するために、第二の本発明の位
置制御装置において、前記フィルタは、入力信号の平均
化点数が可変可能な移動平均フィルタであって、そのノ
ッチ周波数が前記ノイズ周波数に一致するように前記平
均化点数が変化することを特徴とする位置制御装置であ
る。したがって、テーブルの移動速度に応じて変化する
ノイズ周波数に対応してフィルタのノッチ周波数が変化
するため、テーブルの移動速度が変化しても、高精度の
位置制御が可能である。In order to solve the above problems, a second aspect of the present invention is the position control device of the first aspect of the present invention, wherein the filter is a moving average filter that outputs a moving average value of an input signal, The position control device is characterized in that the notch frequency is the noise frequency. In order to solve the above-mentioned problems, the third aspect of the present invention is the position control device according to the second aspect of the present invention, wherein the filter is a moving average filter in which the averaging point of the input signal is variable, and its notch The position control device is characterized in that the averaging score changes so that the frequency matches the noise frequency. Therefore, since the notch frequency of the filter changes corresponding to the noise frequency that changes according to the moving speed of the table, highly accurate position control can be performed even if the moving speed of the table changes.
【０００７】[0007]
【作用】第一の本発明においては、ノッチ周波数と同一
のノイズ周波数の信号はフィルタによって減衰される。
第二の本発明においては、フィルタが移動平均フィルタ
で構成されているため、その平均化数を調節することに
より、上記ノイズ周波数と一致させることが可能であ
る。第三の本発明においては、フィルタの平均化数がノ
イズ周波数の変化に応じて変化するため、ノイズ周波数
に変動が生じてもノイズ周波数を減衰することが可能で
ある。In the first aspect of the present invention, the signal having the same noise frequency as the notch frequency is attenuated by the filter.
According to the second aspect of the present invention, since the filter is a moving average filter, it is possible to match the noise frequency by adjusting the averaging number. In the third aspect of the present invention, since the average number of the filter changes according to the change in the noise frequency, it is possible to attenuate the noise frequency even if the noise frequency fluctuates.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【０００９】図１は、本発明の好適な一実施例による位
置制御装置の構成ブロック図である。図１に示されてい
るように、本実施例の構成ブロック図は従来の構成ブロ
ック図である図１１とほとんど同じである。本実施例に
おいて特徴的なことはフィルタ４０の平均化点数が、ロ
ータリエンコーダ４２からの速度信号に応じて変化する
ことである。この変化によって、フィルタ４０のノッチ
周波数が常にリニアエンコーダ４４からの信号のノイズ
周波数に一致する。したがって、リニアエンコーダから
のノイズの影響を最小限度に抑え、高精度な位置制御が
可能である。図２に、このフィルタ４０の構成ブロック
図が示されている。このフィルタ４０は、（Ｎ＋１）個
の移動平均値を求めるという点では、従来の移動平均フ
ィルタと同一の構成である。このフィルタ４０の伝達特
性を以下に示す。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a position control device according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the configuration block diagram of this embodiment is almost the same as FIG. 11 which is a conventional configuration block diagram. A feature of the present embodiment is that the averaging score of the filter 40 changes according to the speed signal from the rotary encoder 42. Due to this change, the notch frequency of the filter 40 always matches the noise frequency of the signal from the linear encoder 44. Therefore, it is possible to minimize the influence of noise from the linear encoder and perform highly accurate position control. FIG. 2 shows a block diagram of the filter 40. The filter 40 has the same configuration as the conventional moving average filter in that it obtains (N + 1) moving average values. The transfer characteristics of this filter 40 are shown below.
【数１】 ここで、ωは角周波数、Ｔはサンプリング時間を示す。
したがって、振幅、位相を次の式で算出可能である。[Equation 1] Here, ω is the angular frequency, and T is the sampling time.
Therefore, the amplitude and phase can be calculated by the following equations.
【数２】 この式を用いて、サンプリング時間Ｔ＝３．２ｍｓの場
合のボード線図を、平均化次数Ｎをパラメータとして図
３から図６に示す。各図において横軸は、周波数であ
り、縦軸は振幅と位相である。また、図７から図１０に
は、平均化次数Ｎ＝３２の場合の、一定周波数信号に対
する出力信号の波形が示されている。各図において、横
軸は時間であり、縦軸は入力信号と出力信号とのそれぞ
れの振幅である。図３から図１０に示されているよう
に、本フィルタ４０は低域通過フィルタであり、かつ、
多段のノッチフィルタをも構成していることが理解され
よう。さらに、振幅が零となる周波数（ノッチ周波数ｆ
ｃ）は、次式で表される。[Equation 2] Using this equation, Bode plots when the sampling time T = 3.2 ms are shown in FIGS. 3 to 6 with the averaging order N as a parameter. In each figure, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents amplitude and phase. Further, FIGS. 7 to 10 show the waveforms of the output signal with respect to the constant frequency signal when the averaging order N = 32. In each figure, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the amplitude of each of the input signal and the output signal. As shown in FIGS. 3 to 10, the present filter 40 is a low pass filter, and
It will be appreciated that it also constitutes a multi-stage notch filter. Furthermore, the frequency at which the amplitude becomes zero (notch frequency f
c) is expressed by the following equation.
【数３】 一方、テーブルの位置を検知するリニアエンコーダ４４
の出力信号を用いて、位置決定の精度を向上させるため
には、できるだけ高い周波数成分の位置信号を用いて位
置制御を行う必要がある。しかしながら、従来は上記ノ
イズ周波数を十分に減衰させるために、必要以上に高い
周波数成分の信号を減衰していた。そこで、本実施例に
おいては、上記ノイズ周波数と、上記ノッチフィルタの
ノッチ周波数（式３で示される）を一致させることによ
りノイズ周波数を効果的に減衰させ、低域通過フィルタ
としてのフィルタ４０の遮断周波数自体が不要に低下す
ることを防止している。式２により示されるノッチ周波
数と、リニアエンコーダ４４からの出力信号に含まれる
ノイズ周波数とを常に一致させるために、本実施例にお
けるフィルタ４０はいわゆる可変特性のフィルタを用い
ている。リニアエンコーダ４４の発生するノイズ周波数
はそのほとんどがテーブル４６の移動速度に比例する。
したがって、テーブル４６の移動速度に比例してフィル
タ４０のノッチ周波数を変化すれば常にノイズ周波数と
ノッチ周波数が一致することになる。このために、上述
した図１において示したように、リニアエンコーダ４４
からの位置信号Ｌｓｉだけでなく、ロータリエンコーダ
４２の出力信号である速度信号Ｅｉがフィルタ４０に供
給されている。なお、フィルタ４０の出力信号はＬｆｉ
で表す。ここで、ｉは時刻を表し、時刻ｉからＴ時間前
の信号は、それぞれＬｓｉ−１、Ｅｉ−１、Ｌｆｉ−１
と表す。図２において、入力されたＥｉからテーブル速
度ｖｉは以下の式により求められる。[Equation 3] On the other hand, the linear encoder 44 that detects the position of the table
In order to improve the accuracy of position determination by using the output signal of 1), it is necessary to perform position control using the position signal of the highest possible frequency component. However, conventionally, in order to sufficiently attenuate the noise frequency, a signal having a frequency component higher than necessary has been attenuated. Therefore, in the present embodiment, the noise frequency is effectively attenuated by matching the noise frequency with the notch frequency of the notch filter (shown by Equation 3), and the filter 40 as a low-pass filter is cut off. The frequency itself is prevented from unnecessarily decreasing. In order to always match the notch frequency represented by the equation 2 with the noise frequency included in the output signal from the linear encoder 44, the filter 40 in this embodiment uses a so-called variable characteristic filter. Most of the noise frequency generated by the linear encoder 44 is proportional to the moving speed of the table 46.
Therefore, if the notch frequency of the filter 40 is changed in proportion to the moving speed of the table 46, the noise frequency and the notch frequency will always match. Therefore, as shown in FIG. 1 described above, the linear encoder 44
The velocity signal Ei, which is the output signal of the rotary encoder 42, is supplied to the filter 40 as well as the position signal Lsi from the filter. The output signal of the filter 40 is Lfi
It is represented by. Here, i represents time, and signals T time before time i are Lsi-1, Ei-1, and Lfi-1 respectively.
Express. In FIG. 2, the table speed vi is calculated from the input Ei by the following formula.
【数４】 リニアエンコーダ４４が発生するノイズ周波数ｆｉは、
以下の式で表される。[Equation 4] The noise frequency fi generated by the linear encoder 44 is
It is expressed by the following formula.
【数５】 ここでεはリニアエンコーダのノイズ主成分である内挿
誤差発生ピッチである。上記式５で求められた周波数
と、前記式３によって求められたノッチ周波数とが一致
するためには、平均化次数Ｎｉを以下のように定めれば
良いことが分かる。[Equation 5] Here, ε is the interpolation error generation pitch which is the main noise component of the linear encoder. It can be seen that in order for the frequency obtained by the above equation 5 and the notch frequency obtained by the above equation 3 to match, the averaging order Ni should be set as follows.
【数６】 このようにして各時刻ｉにおける平均化数を算出するこ
とができる。以上述べたように、本実施例においては、
フィルタ４０のノッチ周波数をノイズ周波数と一致させ
効率的なノイズの除去を行うことにより不要な信号周波
数の帯域制限を行うことなく高精度な位置制御を行わせ
たることができた。さらに、本実施例においては、この
平均化次数Ｎに最大値と最小値が設けられている。これ
は、平均化次数Ｎが小さすぎると、低域通過フィルタと
しての遮断周波数が上昇し安定な位置制御ができない恐
れが生じ、また、平均化次数Ｎが大きすぎる場合には、
実際の段数が物理的な遅延素子の個数によって制限され
るからである。このようなことを加味すれば上記式６
は、以下のように修正される。[Equation 6] In this way, the averaged number at each time i can be calculated. As described above, in this embodiment,
By matching the notch frequency of the filter 40 with the noise frequency and removing the noise efficiently, it was possible to perform highly accurate position control without limiting the band of the unnecessary signal frequency. Further, in this embodiment, the averaging order N has a maximum value and a minimum value. This is because if the averaging order N is too small, the cut-off frequency as a low-pass filter may increase and stable position control may not be possible. If the averaging order N is too large,
This is because the actual number of stages is limited by the number of physical delay elements. If this is taken into consideration, the above equation 6
Is modified as follows:
【数７】 以上述べたように、本実施例によれば、リニアエンコー
ダのノイズ周波数と、ノッチフィルタのノッチ周波数を
一致させることにより効率的にノイズを減衰させ、フィ
ルタの低域通過特性としてはできるだけ高い周波数を遮
断周波数としたので、テーブルの位置信号として従来よ
り高い周波数の信号が利用可能である。したがって、よ
り精度の高い位置制御装置が得られるという効果を有す
る。[Equation 7] As described above, according to the present embodiment, noise is efficiently attenuated by matching the noise frequency of the linear encoder with the notch frequency of the notch filter, and as high a frequency as the low-pass characteristic of the filter is set. Since the cutoff frequency is used, it is possible to use a signal having a higher frequency than the conventional one as the position signal of the table. Therefore, there is an effect that a more accurate position control device can be obtained.
【００１０】[0010]
【発明の効果】以上述べたように、第一の本発明によれ
ば、ノッチ周波数とノイズ周波数とが一致しているた
め、ノイズ信号を完全に除去した位置信号が得られると
いう効果を有する。第二の本発明のよれば、移動平均フ
ィルタの平均化次数を変化することによりノイズ周波数
と、ノッチ周波数とを容易に一致させることが可能な位
置制御装置が得られるという効果を有する。第三の本発
明によれば、ノイズ周波数が変化しても、それに応じ
て、フィルタの平均化次数が変化するので、自動的にノ
イズの除去が行われるという効果を有する。As described above, according to the first aspect of the present invention, since the notch frequency and the noise frequency coincide with each other, it is possible to obtain a position signal in which the noise signal is completely removed. According to the second aspect of the present invention, by changing the averaging order of the moving average filter, it is possible to obtain the position control device capable of easily matching the noise frequency and the notch frequency. According to the third aspect of the present invention, even if the noise frequency changes, the averaging order of the filter changes accordingly, so that the noise is automatically removed.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明の好適な実施例の位置制御装置の構成ブ
ロック図である。FIG. 1 is a configuration block diagram of a position control device according to a preferred embodiment of the present invention.
【図２】図１のフィルタ４０の詳細な構成ブロック図で
ある。FIG. 2 is a detailed block diagram of a filter 40 of FIG.
【図３】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２の場
合のボード線図である。FIG. 3 is a Bode diagram when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG. 2;
【図４】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝６４の場
合のボード線図である。4 is a Bode diagram of the filter 40 of FIG. 2 when the averaging order is N = 64.
【図５】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝１２８の
場合のボード線図である。5 is a Bode diagram when the averaging order N of the filter 40 of FIG. 2 is 128. FIG.
【図６】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝２５６の
場合のボード線図である。FIG. 6 is a Bode diagram when the averaging order N = 256 of the filter 40 of FIG. 2;
【図７】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、２Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び出
力信号を表す波形図である。7 is a waveform diagram showing input and output signals when a frequency signal of 2 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図８】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、５Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び出
力信号を表す波形図である。8 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 5 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図９】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、１０Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び
出力信号を表す波形図である。9 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 10 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図１０】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２の
ときの、１５Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及
び出力信号を表す波形図である。10 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 15 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 in FIG.
【図１１】従来の位置制御装置の構成ブロック図であ
る。FIG. 11 is a configuration block diagram of a conventional position control device.
【図１２】図１１のフィルタ２４の詳細な構成ブロック
図である。12 is a detailed configuration block diagram of the filter 24 of FIG.
【符号の説明】 ４０ フィルタ ４２ ロータリエンコーダ ４４ リニアエンコーダ ４６ テーブル[Explanation of Codes] 40 Filter 42 Rotary Encoder 44 Linear Encoder 46 Table
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１[Name of item to be corrected] Figure 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１】 [Figure 1]
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図１１[Name of item to be corrected] Fig. 11
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図１１】 FIG. 11
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年７月１４日[Submission date] July 14, 1993
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【書類名】 明細書[Document name] Statement
【発明の名称】 位置制御装置Position control device
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械のテーブル位
置制御装置に関する。特に、テーブル位置をリニアエン
コーダにより検出する位置制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a table position control device for machine tools. In particular, it relates to a position control device that detects a table position by a linear encoder.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ＮＣ制御された工作機械（以下、
ＮＣ工作機械と呼ぶ）は多くの生産部門において幅広く
用いられている。このようなＮＣ工作機械は、テーブル
の移動量を検出するのに、そのテーブルを駆動するサー
ボモータに直結したロータリエンコーダが一般に使用さ
れている。そして、この移動量から、現在のテーブルの
位置を算出することが可能である。しかしながら、特に
高精度を要求される用途においては、テーブルの位置を
直接検出するリニアエンコーダが使用される。そして、
このリニアエンコーダからの信号をフィードバックする
ことによりテーブル位置のフィードバック制御が行われ
ている。このように、フィードバックによりテーブル位
置の制御を行う場合、位置制御の動作を安定化させるた
め、リニアエンコーダからの信号は低域通過フィルタに
より高域が減衰されてから制御部に供給される。図１１
にこのような従来の位置制御装置の構成ブロック図が示
されている。図１１に示されているように、メインプロ
セッサ１０からの位置指令は、サーボプロセッサ１２に
おいてトルク指令に変換されてパワー増幅器１４に供給
される。パワー増幅器１４は、トルク指令を電流値に変
換し、モータ１６に供給する。モータ１６が回転する
と、それに連結されているボールネジが回転することに
よりテーブル１８が駆動される。なお、モータ１６には
ロータリエンコーダ２０が備えられており、モータ１６
の回転速度をサーボプロセッサ１２に供給している。さ
らに、テーブル１８の移動量は、リニアエンコーダ２２
によって計測され、その出力信号Ｌｓは、フィルタ２４
に供給される。信号Ｌｓはフィルタ２４によって高域成
分が減衰された後、サーボプロセッサ１２に位置信号Ｌ
ｆとして供給される。2. Description of the Related Art In recent years, NC-controlled machine tools (hereinafter referred to as
NC machine tools) are widely used in many production departments. In such an NC machine tool, a rotary encoder directly connected to a servo motor that drives the table is generally used to detect the amount of movement of the table. Then, the current position of the table can be calculated from this movement amount. However, a linear encoder that directly detects the position of the table is used particularly in applications requiring high accuracy. And
Feedback control of the table position is performed by feeding back the signal from the linear encoder. In this way, when the table position is controlled by feedback, the signal from the linear encoder is supplied to the control unit after the high band is attenuated by the low pass filter in order to stabilize the position control operation. Figure 11
FIG. 1 shows a block diagram of the configuration of such a conventional position control device. As shown in FIG. 11, the position command from the main processor 10 is converted into a torque command in the servo processor 12 and supplied to the power amplifier 14. The power amplifier 14 converts the torque command into a current value and supplies it to the motor 16. When the motor 16 rotates, the ball screw connected to the motor 16 rotates to drive the table 18. The motor 16 is provided with a rotary encoder 20.
Is supplied to the servo processor 12. Further, the moving amount of the table 18 is determined by the linear encoder 22.
The output signal Ls measured by
Is supplied to. The high frequency component of the signal Ls is attenuated by the filter 24, and then the position signal L is sent to the servo processor 12.
supplied as f.
【０００３】図１２に、上記フィルタ２４の詳細な構成
ブロック図が示されている。図１２に示されているよう
に、フィルタ２４は、Ｎ個の単位遅延素子３０と、１／
（Ｎ＋１）の除算器３２とから構成されている。したが
って、フィルタ２４はＮ次のデジタルフィルタであり、
平均化点数（Ｎ＋１）の移動平均値フィルタである。以
上のような構成により、リニアエンコーダ２２からの信
号をフィードバック制御することによりテーブル１８の
位置制御が行われていた。FIG. 12 shows a detailed block diagram of the filter 24. As shown in FIG. 12, the filter 24 includes N unit delay elements 30 and 1 /
And (N + 1) divider 32. Therefore, the filter 24 is an Nth-order digital filter,
It is a moving average value filter of averaging points (N + 1). With the above configuration, the position of the table 18 is controlled by feedback controlling the signal from the linear encoder 22.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のＮＣ工作機械に
おいては、上記のように、テーブル１８の位置の検出値
であるリニアエンコーダ２２の出力はフィルタ２４によ
って高域が減衰されていた。したがって、低域信号のみ
を用いる制御のため高精度な制御ができないという問題
があった。しかし、上述したように、リニアエンコーダ
２２からのノイズを除去するため、フィルタ２４の遮断
周波数は、このノイズ周波数より高くすることはできな
い。本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目
的は、リニアエンコーダからのノイズ信号の影響を受け
ずに、かつ高精度の位置制御性能が得られる位置制御装
置を得ることである。In the conventional NC machine tool, as described above, the output of the linear encoder 22 which is the detected value of the position of the table 18 is attenuated in the high frequency range by the filter 24. Therefore, there is a problem in that high-precision control cannot be performed because the control uses only low-frequency signals. However, as described above, since the noise from the linear encoder 22 is removed, the cutoff frequency of the filter 24 cannot be higher than this noise frequency. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to obtain a position control device that is not affected by a noise signal from a linear encoder and that can obtain highly accurate position control performance.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】第一の本発明は、上述の
課題を解決するために、テーブル駆動モータの回転角か
ら前記テーブルの移動速度を算出し、その移動速度を表
す速度信号を出力する速度信号発生部と、前記テーブル
の位置を監視し、その位置を表す位置信号を出力する位
置信号発生部と、前記速度信号から、前記位置信号に含
まれるノイズ周波数を算出するノイズ周波数算出部と、
前記位置信号のノイズ周波数成分を減衰させ、フィルタ
信号を出力するフィルタと、前記速度信号と前記フィル
タ信号とから、前記テーブルの位置を算出するテーブル
位置検出部と、を含み、前記フィルタは、低域通過フィ
ルタであって、そのノッチ周波数が前記ノイズ周波数と
同一であることを特徴とする位置制御装置である。した
がって、ノッチ周波数が、ノイズ周波数と一致している
ため、効率的にノイズの低減が行える。In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention calculates the moving speed of the table from the rotation angle of the table drive motor and outputs a speed signal representing the moving speed. Speed signal generator, a position signal generator that monitors the position of the table and outputs a position signal representing the position, and a noise frequency calculator that calculates the noise frequency included in the position signal from the speed signal. When,
The filter includes a filter that attenuates a noise frequency component of the position signal and outputs a filter signal, and a table position detector that calculates the position of the table from the velocity signal and the filter signal. A position control device, which is a band-pass filter, wherein the notch frequency is the same as the noise frequency. Therefore, since the notch frequency matches the noise frequency, noise can be efficiently reduced.
【０００６】第二の本発明は、上述の課題を解決するた
めに、第一の本発明の位置制御装置において、前記フィ
ルタは、入力信号の移動平均値を出力する移動平均フィ
ルタであって、そのノッチ周波数が前記ノイズ周波数で
あることを特徴とする位置制御装置である。第三の本発
明は、上述の課題を解決するために、第二の本発明の位
置制御装置において、前記フィルタは、入力信号の平均
化点数が可変可能な移動平均フィルタであって、そのノ
ッチ周波数が前記ノイズ周波数に一致するように前記平
均化点数が変化することを特徴とする位置制御装置であ
る。したがって、テーブルの移動速度に応じて変化する
ノイズ周波数に対応してフィルタのノッチ周波数が変化
するため、テーブルの移動速度が変化しても、高精度の
位置制御が可能である。In order to solve the above problems, a second aspect of the present invention is the position control device of the first aspect of the present invention, wherein the filter is a moving average filter that outputs a moving average value of an input signal, The position control device is characterized in that the notch frequency is the noise frequency. In order to solve the above-mentioned problems, the third aspect of the present invention is the position control device according to the second aspect of the present invention, wherein the filter is a moving average filter in which the averaging point of the input signal is variable, and its notch The position control device is characterized in that the averaging score changes so that the frequency matches the noise frequency. Therefore, since the notch frequency of the filter changes corresponding to the noise frequency that changes according to the moving speed of the table, highly accurate position control can be performed even if the moving speed of the table changes.
【０００７】[0007]
【作用】第一の本発明においては、ノッチ周波数と同一
のノイズ周波数の信号はフィルタによって減衰される。
第二の本発明においては、フィルタが移動平均フィルタ
で構成されているため、その平均化数を調節することに
より、上記ノイズ周波数と一致させることが可能であ
る。第三の本発明においては、フィルタの平均化数がノ
イズ周波数の変化に応じて変化するため、ノイズ周波数
に変動が生じてもノイズ周波数を減衰することが可能で
ある。In the first aspect of the present invention, the signal having the same noise frequency as the notch frequency is attenuated by the filter.
According to the second aspect of the present invention, since the filter is a moving average filter, it is possible to match the noise frequency by adjusting the averaging number. In the third aspect of the present invention, since the average number of the filter changes according to the change in the noise frequency, it is possible to attenuate the noise frequency even if the noise frequency fluctuates.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【０００９】図１は、本発明の好適な一実施例による位
置制御装置の構成ブロック図である。図１に示されてい
るように、本実施例の構成ブロック図は従来の構成ブロ
ック図である図１１とほとんど同じである。本実施例に
おいて特徴的なことはフィルタ４０の平均化点数が、ロ
ータリエンコーダ４２からの速度信号に応じて変化する
ことである。この変化によって、フィルタ４０のノッチ
周波数が常にリニアエンコーダ４４からの信号のノイズ
周波数に一致する。したがって、リニアエンコーダから
のノイズの影響を最小限度に抑え、高精度な位置制御が
可能である。図２に、このフィルタ４０の構成ブロック
図が示されている。このフィルタ４０は、（Ｎ＋１）個
の移動平均値を求めるという点では、従来の移動平均フ
ィルタと同一の構成である。このフィルタ４０の伝達特
性を以下に示す。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a position control device according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the configuration block diagram of this embodiment is almost the same as FIG. 11 which is a conventional configuration block diagram. A feature of the present embodiment is that the averaging score of the filter 40 changes according to the speed signal from the rotary encoder 42. Due to this change, the notch frequency of the filter 40 always matches the noise frequency of the signal from the linear encoder 44. Therefore, it is possible to minimize the influence of noise from the linear encoder and perform highly accurate position control. FIG. 2 shows a block diagram of the filter 40. The filter 40 has the same configuration as the conventional moving average filter in that it obtains (N + 1) moving average values. The transfer characteristics of this filter 40 are shown below.
【数１】 ここで、ωは角周波数、Ｔはサンプリング時間を示す。
したがって、振幅、位相を次の式で算出可能である。[Equation 1] Here, ω is the angular frequency, and T is the sampling time.
Therefore, the amplitude and phase can be calculated by the following equations.
【数２】 この式を用いて、サンプリング時間Ｔ＝３．２ｍｓの場
合のボード線図を、平均化次数Ｎをパラメータとして図
３から図６に示す。各図において横軸は、周波数であ
り、縦軸は振幅と位相である。また、図７から図１０に
は、平均化次数Ｎ＝３２の場合の、一定周波数信号に対
する出力信号の波形が示されている。各図において、横
軸は時間であり、縦軸は入力信号と出力信号とのそれぞ
れの振幅である。図３から図１０に示されているよう
に、本フィルタ４０は低域通過フィルタであり、かつ、
多段のノッチフィルタをも構成していることが理解され
よう。さらに、振幅が零となる周波数（ノッチ周波数ｆ
ｃ）は、次式で表される。[Equation 2] Using this equation, Bode plots when the sampling time T = 3.2 ms are shown in FIGS. 3 to 6 with the averaging order N as a parameter. In each figure, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents amplitude and phase. Further, FIGS. 7 to 10 show the waveforms of the output signal with respect to the constant frequency signal when the averaging order N = 32. In each figure, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the amplitude of each of the input signal and the output signal. As shown in FIGS. 3 to 10, the present filter 40 is a low pass filter, and
It will be appreciated that it also constitutes a multi-stage notch filter. Furthermore, the frequency at which the amplitude becomes zero (notch frequency f
c) is expressed by the following equation.
【数３】 一方、テーブルの位置を検知するリニアエンコーダ４４
の出力信号を用いて、位置決定の精度を向上させるため
には、できるだけ高い周波数成分の位置信号を用いて位
置制御を行う必要がある。しかしながら、従来は上記ノ
イズ周波数を十分に減衰させるために、必要以上に高い
周波数成分の信号を減衰していた。そこで、本実施例に
おいては、上記ノイズ周波数と、上記ノッチフィルタの
ノッチ周波数（式３で示される）を一致させることによ
りノイズ周波数を効果的に減衰させ、低域通過フィルタ
としてのフィルタ４０の遮断周波数自体が不要に低下す
ることを防止している。式２により示されるノッチ周波
数と、リニアエンコーダ４４からの出力信号に含まれる
ノイズ周波数とを常に一致させるために、本実施例にお
けるフィルタ４０はいわゆる可変特性のフィルタを用い
ている。リニアエンコーダ４４の発生するノイズ周波数
はそのほとんどがテーブル４６の移動速度に比例する。
したがって、テーブル４６の移動速度に比例してフィル
タ４０のノッチ周波数を変化すれば常にノイズ周波数と
ノッチ周波数が一致することになる。このために、上述
した図１において示したように、リニアエンコーダ４４
からの位置信号Ｌｓｉだけでなく、ロータリエンコーダ
４２の出力信号である速度信号Ｅｉがフィルタ４０に供
給されている。なお、フィルタ４０の出力信号はＬｆｉ
で表す。ここで、ｉは時刻を表し、時刻ｉからＴ時間前
の信号は、それぞれＬｓｉ−１、Ｅｉ−１、Ｌｆｉ−１
と表す。図２において、入力されたＥｉからテーブル速
度ｖｉは以下の式により求められる。[Equation 3] On the other hand, the linear encoder 44 that detects the position of the table
In order to improve the accuracy of position determination by using the output signal of 1), it is necessary to perform position control using the position signal of the highest possible frequency component. However, conventionally, in order to sufficiently attenuate the noise frequency, a signal having a frequency component higher than necessary has been attenuated. Therefore, in the present embodiment, the noise frequency is effectively attenuated by matching the noise frequency with the notch frequency of the notch filter (shown by Equation 3), and the filter 40 as a low-pass filter is cut off. The frequency itself is prevented from unnecessarily decreasing. In order to always match the notch frequency represented by the equation 2 with the noise frequency included in the output signal from the linear encoder 44, the filter 40 in this embodiment uses a so-called variable characteristic filter. Most of the noise frequency generated by the linear encoder 44 is proportional to the moving speed of the table 46.
Therefore, if the notch frequency of the filter 40 is changed in proportion to the moving speed of the table 46, the noise frequency and the notch frequency will always match. Therefore, as shown in FIG. 1 described above, the linear encoder 44
The velocity signal Ei, which is the output signal of the rotary encoder 42, is supplied to the filter 40 as well as the position signal Lsi from the filter. The output signal of the filter 40 is Lfi
It is represented by. Here, i represents time, and signals T time before time i are Lsi-1, Ei-1, and Lfi-1 respectively.
Express. In FIG. 2, the table speed vi is calculated from the input Ei by the following formula.
【数４】 リニアエンコーダ４４が発生するノイズ周波数ｆｉは、
以下の式で表される。[Equation 4] The noise frequency fi generated by the linear encoder 44 is
It is expressed by the following formula.
【数５】 ここでεはリニアエンコーダのノイズ主成分である内挿
誤差発生ピッチである。上記式５で求められた周波数
と、前記式３によって求められたノッチ周波数とが一致
するためには、平均化次数Ｎｉを以下のように定めれば
良いことが分かる。[Equation 5] Here, ε is the interpolation error generation pitch which is the main noise component of the linear encoder. It can be seen that in order for the frequency obtained by the above equation 5 and the notch frequency obtained by the above equation 3 to match, the averaging order Ni should be set as follows.
【数６】 このようにして各時刻ｉにおける平均化数を算出するこ
とができる。以上述べたように、本実施例においては、
フィルタ４０のノッチ周波数をノイズ周波数と一致させ
効率的なノイズの除去を行うことにより不要な信号周波
数の帯域制限を行うことなく高精度な位置制御を行わせ
たることができた。さらに、本実施例においては、この
平均化次数Ｎに最大値と最小値が設けられている。これ
は、平均化次数Ｎが小さすぎると、低域通過フィルタと
しての遮断周波数が上昇し安定な位置制御ができない恐
れが生じ、また、平均化次数Ｎが大きすぎる場合には、
実際の段数が物理的な遅延素子の個数によって制限され
るからである。このようなことを加味すれば上記式６
は、以下のように修正される。[Equation 6] In this way, the averaged number at each time i can be calculated. As described above, in this embodiment,
By matching the notch frequency of the filter 40 with the noise frequency and removing the noise efficiently, it was possible to perform highly accurate position control without limiting the band of the unnecessary signal frequency. Further, in this embodiment, the averaging order N has a maximum value and a minimum value. This is because if the averaging order N is too small, the cut-off frequency as a low-pass filter may increase and stable position control may not be possible. If the averaging order N is too large,
This is because the actual number of stages is limited by the number of physical delay elements. If this is taken into consideration, the above equation 6
Is modified as follows:
【数７】 以上述べたように、本実施例によれば、リニアエンコー
ダのノイズ周波数と、ノッチフィルタのノッチ周波数を
一致させることにより効率的にノイズを減衰させ、フィ
ルタの低域通過特性としてはできるだけ高い周波数を遮
断周波数としたので、テーブルの位置信号として従来よ
り高い周波数の信号が利用可能である。したがって、よ
り精度の高い位置制御装置が得られるという効果を有す
る。[Equation 7] As described above, according to the present embodiment, noise is efficiently attenuated by matching the noise frequency of the linear encoder with the notch frequency of the notch filter, and as high a frequency as the low-pass characteristic of the filter is set. Since the cutoff frequency is used, it is possible to use a signal having a higher frequency than the conventional one as the position signal of the table. Therefore, there is an effect that a more accurate position control device can be obtained.
【００１０】[0010]
【発明の効果】以上述べたように、第一の本発明によれ
ば、ノッチ周波数とノイズ周波数とが一致しているた
め、ノイズ信号を完全に除去した位置信号が得られると
いう効果を有する。第二の本発明のよれば、移動平均フ
ィルタの平均化次数を変化することによりノイズ周波数
と、ノッチ周波数とを容易に一致させることが可能な位
置制御装置が得られるという効果を有する。第三の本発
明によれば、ノイズ周波数が変化しても、それに応じ
て、フィルタの平均化次数が変化するので、自動的にノ
イズの除去が行われるという効果を有する。As described above, according to the first aspect of the present invention, since the notch frequency and the noise frequency coincide with each other, it is possible to obtain a position signal in which the noise signal is completely removed. According to the second aspect of the present invention, by changing the averaging order of the moving average filter, it is possible to obtain the position control device capable of easily matching the noise frequency and the notch frequency. According to the third aspect of the present invention, even if the noise frequency changes, the averaging order of the filter changes accordingly, so that the noise is automatically removed.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明の好適な実施例の位置制御装置の構成ブ
ロック図である。FIG. 1 is a configuration block diagram of a position control device according to a preferred embodiment of the present invention.
【図２】図１のフィルタ４０の詳細な構成ブロック図で
ある。FIG. 2 is a detailed block diagram of a filter 40 of FIG.
【図３】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２の場
合のボード線図である。FIG. 3 is a Bode diagram when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG. 2;
【図４】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝６４の場
合のボード線図である。4 is a Bode diagram of the filter 40 of FIG. 2 when the averaging order is N = 64.
【図５】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝１２８の
場合のボード線図である。5 is a Bode diagram when the averaging order N of the filter 40 of FIG. 2 is 128. FIG.
【図６】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝２５６の
場合のボード線図である。FIG. 6 is a Bode diagram when the averaging order N = 256 of the filter 40 of FIG. 2;
【図７】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、２Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び出
力信号を表す波形図である。7 is a waveform diagram showing input and output signals when a frequency signal of 2 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図８】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、５Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び出
力信号を表す波形図である。8 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 5 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図９】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、１０Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び
出力信号を表す波形図である。9 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 10 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図１０】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２の
ときの、１５Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及
び出力信号を表す波形図である。10 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 15 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 in FIG.
【図１１】従来の位置制御装置の構成ブロック図であ
る。FIG. 11 is a configuration block diagram of a conventional position control device.
【図１２】図１１のフィルタ２４の詳細な構成ブロック
図である。12 is a detailed configuration block diagram of the filter 24 of FIG.
【符号の説明】 ４０ フィルタ ４２ ロータリエンコーダ ４４ リニアエンコーダ ４６ テーブル ─────────────────────────────────────────────────────
[Explanation of symbols] 40 filter 42 rotary encoder 44 linear encoder 46 table ─────────────────────────────────── ──────────────────
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年１１月４日[Submission date] November 4, 1993
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【書類名】 明細書[Document name] Statement
【発明の名称】 位置制御装置Position control device
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械のテーブル位
置制御装置に関する。特に、テーブル位置をリニアエン
コーダにより検出する位置制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a table position control device for machine tools. In particular, it relates to a position control device that detects a table position by a linear encoder.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ＮＣ制御された工作機械（以下、
ＮＣ工作機械と呼ぶ）は多くの生産部門において幅広く
用いられている。このようなＮＣ工作機械は、テーブル
の移動量を検出するのに、そのテーブルを駆動するサー
ボモータに直結したロータリエンコーダが一般に使用さ
れている。そして、この移動量から、現在のテーブルの
位置を算出することが可能である。しかしながら、特に
高精度を要求される用途においては、テーブルの位置を
直接検出するリニアエンコーダが使用される。そして、
このリニアエンコーダからの信号をフィードバックする
ことによりテーブル位置のフィードバック制御が行われ
ている。このように、フィードバックによりテーブル位
置の制御を行う場合、位置制御の動作を安定化させるた
め、リニアエンコーダからの信号は低域通過フィルタに
より高域が減衰されてから制御部に供給される。図１１
にこのような従来の位置制御装置の構成ブロック図が示
されている。図１１に示されているように、メインプロ
セッサ１０からの位置指令は、サーボプロセッサ１２に
おいてトルク指令に変換されてパワー増幅器１４に供給
される。パワー増幅器１４は、トルク指令を電流値に変
換し、モータ１６に供給する。モータ１６が回転する
と、それに連結されているボールネジが回転することに
よりテーブル１８が駆動される。なお、モータ１６には
ロータリエンコーダ２０が備えられており、モータ１６
の回転速度をサーボプロセッサ１２に供給している。さ
らに、テーブル１８の移動量は、リニアエンコーダ２２
によって計測され、その出力信号Ｌｓは、フィルタ２４
に供給される。信号Ｌｓはフィルタ２４によって高域成
分が減衰された後、サーボプロセッサ１２に位置信号Ｌ
ｆとして供給される。2. Description of the Related Art In recent years, NC-controlled machine tools (hereinafter referred to as
NC machine tools) are widely used in many production departments. In such an NC machine tool, a rotary encoder directly connected to a servo motor that drives the table is generally used to detect the amount of movement of the table. Then, the current position of the table can be calculated from this movement amount. However, a linear encoder that directly detects the position of the table is used particularly in applications requiring high accuracy. And
Feedback control of the table position is performed by feeding back the signal from the linear encoder. In this way, when the table position is controlled by feedback, the signal from the linear encoder is supplied to the control unit after the high band is attenuated by the low pass filter in order to stabilize the position control operation. Figure 11
FIG. 1 shows a block diagram of the configuration of such a conventional position control device. As shown in FIG. 11, the position command from the main processor 10 is converted into a torque command in the servo processor 12 and supplied to the power amplifier 14. The power amplifier 14 converts the torque command into a current value and supplies it to the motor 16. When the motor 16 rotates, the ball screw connected to the motor 16 rotates to drive the table 18. The motor 16 is provided with a rotary encoder 20.
Is supplied to the servo processor 12. Further, the moving amount of the table 18 is determined by the linear encoder 22.
The output signal Ls measured by
Is supplied to. The high frequency component of the signal Ls is attenuated by the filter 24, and then the position signal L is sent to the servo processor 12.
supplied as f.
【０００３】図１２に、上記フィルタ２４の詳細な構成
ブロック図が示されている。図１２に示されているよう
に、フィルタ２４は、Ｎ個の単位遅延素子３０と、１／
（Ｎ＋１）の除算器３２とから構成されている。したが
って、フィルタ２４はＮ次のデジタルフィルタであり、
平均化点数（Ｎ＋１）の移動平均値フィルタである。以
上のような構成により、リニアエンコーダ２２からの信
号をフィードバック制御することによりテーブル１８の
位置制御が行われていた。FIG. 12 shows a detailed block diagram of the filter 24. As shown in FIG. 12, the filter 24 includes N unit delay elements 30 and 1 /
And (N + 1) divider 32. Therefore, the filter 24 is an Nth-order digital filter,
It is a moving average value filter of averaging points (N + 1). With the above configuration, the position of the table 18 is controlled by feedback controlling the signal from the linear encoder 22.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のＮＣ工作機械に
おいては、上記のように、テーブル１８の位置の検出値
であるリニアエンコーダ２２の出力はフィルタ２４によ
って高域が減衰されていた。したがって、低域信号のみ
を用いる制御のため高精度な制御ができないという問題
があった。しかし、上述したように、リニアエンコーダ
２２からのノイズを除去するため、フィルタ２４の遮断
周波数は、このノイズ周波数より高くすることはできな
い。本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目
的は、リニアエンコーダからのノイズ信号の影響を受け
ずに、かつ高精度の位置制御性能が得られる位置制御装
置を得ることである。In the conventional NC machine tool, as described above, the output of the linear encoder 22 which is the detected value of the position of the table 18 is attenuated in the high frequency range by the filter 24. Therefore, there is a problem in that high-precision control cannot be performed because the control uses only low-frequency signals. However, as described above, since the noise from the linear encoder 22 is removed, the cutoff frequency of the filter 24 cannot be higher than this noise frequency. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to obtain a position control device that is not affected by a noise signal from a linear encoder and that can obtain highly accurate position control performance.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】第一の本発明は、上述の
課題を解決するために、テーブル駆動モータの回転角か
ら前記テーブルの移動速度を算出し、その移動速度を表
す速度信号を出力する速度信号発生部と、前記テーブル
の位置を監視し、その位置を表す位置信号を出力する位
置信号発生部と、前記速度信号から、前記位置信号に含
まれるノイズ周波数を算出するノイズ周波数算出部と、
前記位置信号のノイズ周波数成分を減衰させ、フィルタ
信号を出力するフィルタと、前記速度信号と前記フィル
タ信号とから、前記テーブルの位置を算出するテーブル
位置検出部と、を含み、前記フィルタは、低域通過フィ
ルタであって、そのノッチ周波数が前記ノイズ周波数と
同一であることを特徴とする位置制御装置である。した
がって、ノッチ周波数が、ノイズ周波数と一致している
ため、効率的にノイズの低減が行える。In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention calculates the moving speed of the table from the rotation angle of the table drive motor and outputs a speed signal representing the moving speed. Speed signal generator, a position signal generator that monitors the position of the table and outputs a position signal representing the position, and a noise frequency calculator that calculates the noise frequency included in the position signal from the speed signal. When,
The filter includes a filter that attenuates a noise frequency component of the position signal and outputs a filter signal, and a table position detector that calculates the position of the table from the velocity signal and the filter signal. A position control device, which is a band-pass filter, wherein the notch frequency is the same as the noise frequency. Therefore, since the notch frequency matches the noise frequency, noise can be efficiently reduced.
【０００６】第二の本発明は、上述の課題を解決するた
めに、第一の本発明の位置制御装置において、前記フィ
ルタは、入力信号の移動平均値を出力する移動平均フィ
ルタであって、そのノッチ周波数が前記ノイズ周波数で
あることを特徴とする位置制御装置である。第三の本発
明は、上述の課題を解決するために、第二の本発明の位
置制御装置において、前記フィルタは、入力信号の平均
化点数が可変可能な移動平均フィルタであって、そのノ
ッチ周波数が前記ノイズ周波数に一致するように前記平
均化点数が変化することを特徴とする位置制御装置であ
る。したがって、テーブルの移動速度に応じて変化する
ノイズ周波数に対応してフィルタのノッチ周波数が変化
するため、テーブルの移動速度が変化しても、高精度の
位置制御が可能である。In order to solve the above problems, a second aspect of the present invention is the position control device of the first aspect of the present invention, wherein the filter is a moving average filter that outputs a moving average value of an input signal, The position control device is characterized in that the notch frequency is the noise frequency. In order to solve the above-mentioned problems, the third aspect of the present invention is the position control device according to the second aspect of the present invention, wherein the filter is a moving average filter in which the average number of input signals is variable, The position control device is characterized in that the averaging score changes so that the frequency matches the noise frequency. Therefore, since the notch frequency of the filter changes corresponding to the noise frequency that changes according to the moving speed of the table, highly accurate position control can be performed even if the moving speed of the table changes.
【０００７】[0007]
【作用】第一の本発明においては、ノッチ周波数と同一
のノイズ周波数の信号はフィルタによって減衰される。
第二の本発明においては、フィルタが移動平均フィルタ
で構成されているため、その平均化数を調節することに
より、上記ノイズ周波数と一致させることが可能であ
る。第三の本発明においては、フィルタの平均化数がノ
イズ周波数の変化に応じて変化するため、ノイズ周波数
に変動が生じてもノイズ周波数を減衰することが可能で
ある。In the first aspect of the present invention, the signal having the same noise frequency as the notch frequency is attenuated by the filter.
According to the second aspect of the present invention, since the filter is a moving average filter, it is possible to match the noise frequency by adjusting the averaging number. In the third aspect of the present invention, since the average number of the filter changes according to the change in the noise frequency, it is possible to attenuate the noise frequency even if the noise frequency fluctuates.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【０００９】図１は、本発明の好適な一実施例による位
置制御装置の構成ブロック図である。図１に示されてい
るように、本実施例の構成ブロック図は従来の構成ブロ
ック図である図１１とほとんど同じである。本実施例に
おいて特徴的なことはフィルタ４０の平均化点数が、ロ
ータリエンコーダ４２からの速度信号に応じて変化する
ことである。この変化によって、フィルタ４０のノッチ
周波数が常にリニアエンコーダ４４からの信号のノイズ
周波数に一致する。したがって、リニアエンコーダから
のノイズの影響を最小限度に抑え、高精度な位置制御が
可能である。図２に、このフィルタ４０の構成ブロック
図が示されている。このフィルタ４０は、（Ｎ＋１）個
の移動平均値を求めるという点では、従来の移動平均フ
ィルタと同一の構成である。このフィルタ４０の伝達特
性を以下に示す。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a position control device according to a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the configuration block diagram of this embodiment is almost the same as FIG. 11 which is a conventional configuration block diagram. A feature of the present embodiment is that the averaging score of the filter 40 changes according to the speed signal from the rotary encoder 42. Due to this change, the notch frequency of the filter 40 always matches the noise frequency of the signal from the linear encoder 44. Therefore, it is possible to minimize the influence of noise from the linear encoder and perform highly accurate position control. FIG. 2 shows a block diagram of the filter 40. The filter 40 has the same configuration as the conventional moving average filter in that it obtains (N + 1) moving average values. The transfer characteristics of this filter 40 are shown below.
【数１】 ここで、ωは角周波数、Ｔはサンプリング時間を示す。
したがって、振幅、位相を次の式で算出可能である。[Equation 1] Here, ω is the angular frequency, and T is the sampling time.
Therefore, the amplitude and phase can be calculated by the following equations.
【数２】 この式を用いて、サンプリング時間Ｔ＝３．２ｍｓの場
合のボード線図を、平均化次数Ｎをパラメータとして図
３から図６に示す。各図において横軸は、周波数であ
り、縦軸は振幅と位相である。また、図７から図１０に
は、平均化次数Ｎ＝３２の場合の、一定周波数信号に対
する出力信号の波形が示されている。各図において、横
軸は時間であり、縦軸は入力信号と出力信号とのそれぞ
れの振幅である。図３から図１０に示されているよう
に、本フィルタ４０は低域通過フィルタであり、かつ、
多段のノッチフィルタをも構成していることが理解され
よう。さらに、振幅が零となる周波数（ノッチ周波数ｆ
ｃ）は、次式で表される。[Equation 2] Using this equation, Bode plots when the sampling time T = 3.2 ms are shown in FIGS. 3 to 6 with the averaging order N as a parameter. In each figure, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents amplitude and phase. Further, FIGS. 7 to 10 show the waveforms of the output signal with respect to the constant frequency signal when the averaging order N = 32. In each figure, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the amplitude of each of the input signal and the output signal. As shown in FIGS. 3 to 10, the present filter 40 is a low pass filter, and
It will be appreciated that it also constitutes a multi-stage notch filter. Furthermore, the frequency at which the amplitude becomes zero (notch frequency f
c) is expressed by the following equation.
【数３】 一方、テーブルの位置を検知するリニアエンコーダ４４
の出力信号を用いて、位置決定の精度を向上させるため
には、できるだけ高い周波数成分の位置信号を用いて位
置制御を行う必要がある。しかしながら、従来は上記ノ
イズ周波数を十分に減衰させるために、必要以上に高い
周波数成分の信号を減衰していた。そこで、本実施例に
おいては、上記ノイズ周波数と、上記ノッチフィルタの
ノッチ周波数（式３で示される）を一致させることによ
りノイズ周波数を効果的に減衰させ、低域通過フィルタ
としてのフィルタ４０の遮断周波数自体が不要に低下す
ることを防止している。式２により示されるノッチ周波
数と、リニアエンコーダ４４からの出力信号に含まれる
ノイズ周波数とを常に一致させるために、本実施例にお
けるフィルタ４０はいわゆる可変特性のフィルタを用い
ている。リニアエンコーダ４４の発生するノイズ周波数
はそのほとんどがテーブル４６の移動速度に比例する。
したがって、テーブル４６の移動速度に比例してフィル
タ４０のノッチ周波数を変化すれば常にノイズ周波数と
ノッチ周波数が一致することになる。このために、上述
した図１において示したように、リニアエンコーダ４４
からの位置信号Ｌｓｉだけでなく、ロータリエンコーダ
４２の出力信号である速度信号Ｅｉがフィルタ４０に供
給されている。なお、フィルタ４０の出力信号はＬｆｉ
で表す。ここで、ｉは時刻を表し、時刻ｉからＴ時間前
の信号は、それぞれＬｓｉ−１、Ｅｉ−１、Ｌｆｉ−１
と表す。図２において、入力されたＥｉからテーブル速
度ｖｉは以下の式により求められる。[Equation 3] On the other hand, the linear encoder 44 that detects the position of the table
In order to improve the accuracy of position determination by using the output signal of 1), it is necessary to perform position control using the position signal of the highest possible frequency component. However, conventionally, in order to sufficiently attenuate the noise frequency, a signal having a frequency component higher than necessary has been attenuated. Therefore, in the present embodiment, the noise frequency is effectively attenuated by matching the noise frequency with the notch frequency of the notch filter (shown by Equation 3), and the filter 40 as a low-pass filter is cut off. The frequency itself is prevented from unnecessarily decreasing. In order to always match the notch frequency represented by the equation 2 with the noise frequency included in the output signal from the linear encoder 44, the filter 40 in this embodiment uses a so-called variable characteristic filter. Most of the noise frequency generated by the linear encoder 44 is proportional to the moving speed of the table 46.
Therefore, if the notch frequency of the filter 40 is changed in proportion to the moving speed of the table 46, the noise frequency and the notch frequency will always match. Therefore, as shown in FIG. 1 described above, the linear encoder 44
The velocity signal Ei, which is the output signal of the rotary encoder 42, is supplied to the filter 40 as well as the position signal Lsi from the filter. The output signal of the filter 40 is Lfi
It is represented by. Here, i represents time, and signals T time before time i are Lsi-1, Ei-1, and Lfi-1 respectively.
Express. In FIG. 2, the table speed vi is calculated from the input Ei by the following formula.
【数４】 リニアエンコーダ４４が発生するノイズ周波数ｆｉは、
以下の式で表される。[Equation 4] The noise frequency fi generated by the linear encoder 44 is
It is expressed by the following formula.
【数５】 ここでεはリニアエンコーダのノイズ主成分である内挿
誤差発生ピッチである。上記式５で求められた周波数
と、前記式３によって求められたノッチ周波数とが一致
するためには、平均化次数Ｎｉを以下のように定めれば
良いことが分かる。[Equation 5] Here, ε is the interpolation error generation pitch which is the main noise component of the linear encoder. It can be seen that in order for the frequency obtained by the above equation 5 and the notch frequency obtained by the above equation 3 to match, the averaging order Ni should be set as follows.
【数６】 このようにして各時刻ｉにおける平均化数を算出するこ
とができる。以上述べたように、本実施例においては、
フィルタ４０のノッチ周波数をノイズ周波数と一致させ
効率的なノイズの除去を行うことにより不要な信号周波
数の帯域制限を行うことなく高精度な位置制御を行わせ
たることができた。さらに、本実施例においては、この
平均化次数Ｎに最大値と最小値が設けられている。これ
は、平均化次数Ｎが小さすぎると、低域通過フィルタと
しての遮断周波数が上昇し安定な位置制御ができない恐
れが生じ、また、平均化次数Ｎが大きすぎる場合には、
実際の段数が物理的な遅延素子の個数によって制限され
るからである。このようなことを加味すれば上記式６
は、以下のように修正される。[Equation 6] In this way, the averaged number at each time i can be calculated. As described above, in this embodiment,
By matching the notch frequency of the filter 40 with the noise frequency and removing the noise efficiently, it was possible to perform highly accurate position control without limiting the band of the unnecessary signal frequency. Further, in this embodiment, the averaging order N has a maximum value and a minimum value. This is because if the averaging order N is too small, the cut-off frequency as a low-pass filter may increase and stable position control may not be possible. If the averaging order N is too large,
This is because the actual number of stages is limited by the number of physical delay elements. If this is taken into consideration, the above equation 6
Is modified as follows:
【数７】 以上述べたように、本実施例によれば、リニアエンコー
ダのノイズ周波数と、ノッチフィルタのノッチ周波数を
一致させることにより効率的にノイズを減衰させ、フィ
ルタの低域通過特性としてはできるだけ高い周波数を遮
断周波数としたので、テーブルの位置信号として従来よ
り高い周波数の信号が利用可能である。したがって、よ
り精度の高い位置制御装置が得られるという効果を有す
る。[Equation 7] As described above, according to the present embodiment, noise is efficiently attenuated by matching the noise frequency of the linear encoder with the notch frequency of the notch filter, and as high a frequency as the low-pass characteristic of the filter is set. Since the cutoff frequency is used, it is possible to use a signal having a higher frequency than the conventional one as the position signal of the table. Therefore, there is an effect that a more accurate position control device can be obtained.
【００１０】[0010]
【発明の効果】以上述べたように、第一の本発明によれ
ば、ノッチ周波数とノイズ周波数とが一致しているた
め、ノイズ信号を完全に除去した位置信号が得られると
いう効果を有する。第二の本発明のよれば、移動平均フ
ィルタの平均化次数を変化することによりノイズ周波数
と、ノッチ周波数とを容易に一致させることが可能な位
置制御装置が得られるという効果を有する。第三の本発
明によれば、ノイズ周波数が変化しても、それに応じ
て、フィルタの平均化次数が変化するので、自動的にノ
イズの除去が行われるという効果を有する。As described above, according to the first aspect of the present invention, since the notch frequency and the noise frequency coincide with each other, it is possible to obtain a position signal in which the noise signal is completely removed. According to the second aspect of the present invention, by changing the averaging order of the moving average filter, it is possible to obtain the position control device capable of easily matching the noise frequency and the notch frequency. According to the third aspect of the present invention, even if the noise frequency changes, the averaging order of the filter changes accordingly, so that the noise is automatically removed.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明の好適な実施例の位置制御装置の構成ブ
ロック図である。FIG. 1 is a configuration block diagram of a position control device according to a preferred embodiment of the present invention.
【図２】図１のフィルタ４０の詳細な構成ブロック図で
ある。FIG. 2 is a detailed block diagram of a filter 40 of FIG.
【図３】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２の場
合のボード線図である。FIG. 3 is a Bode diagram when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG. 2;
【図４】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝６４の場
合のボード線図である。4 is a Bode diagram of the filter 40 of FIG. 2 when the averaging order is N = 64.
【図５】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝１２８の
場合のボード線図である。5 is a Bode diagram when the averaging order N of the filter 40 of FIG. 2 is 128. FIG.
【図６】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝２５６の
場合のボード線図である。FIG. 6 is a Bode diagram when the averaging order N = 256 of the filter 40 of FIG. 2;
【図７】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、２Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び出
力信号を表す波形図である。7 is a waveform diagram showing input and output signals when a frequency signal of 2 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図８】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、５Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び出
力信号を表す波形図である。8 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 5 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図９】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２のと
きの、１０Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及び
出力信号を表す波形図である。9 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 10 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 of FIG.
【図１０】図２のフィルタ４０の平均化次数Ｎ＝３２の
ときの、１５Ｈｚの周波数信号が入力した場合の入力及
び出力信号を表す波形図である。10 is a waveform diagram showing an input signal and an output signal when a frequency signal of 15 Hz is input when the averaging order N = 32 of the filter 40 in FIG.
【図１１】従来の位置制御装置の構成ブロック図であ
る。FIG. 11 is a configuration block diagram of a conventional position control device.
【図１２】図１１のフィルタ２４の詳細な構成ブロック
図である。12 is a detailed configuration block diagram of the filter 24 of FIG.
【符号の説明】 ４０ フィルタ ４２ ロータリエンコーダ ４４ リニアエンコーダ ４６ テーブル[Explanation of Codes] 40 Filter 42 Rotary Encoder 44 Linear Encoder 46 Table
Claims (3)
ーブルの移動速度を算出し、その移動速度を表す速度信
号を出力する速度信号発生部と、 前記テーブルの位置を監視し、その位置を表す位置信号
を出力する位置信号発生部と、 前記速度信号から、前記位置信号に含まれるノイズ周波
数を算出するノイズ周波数算出部と、 前記位置信号のノイズ周波数成分を減衰させ、フィルタ
信号を出力するフィルタと、 前記速度信号と前記フィルタ信号とから、前記テーブル
の位置を算出するテーブル位置検出部と、 を含み、 前記フィルタは、低域通過フィルタであって、そのノッ
チ周波数が前記ノイズ周波数と同一であることを特徴と
する位置検出装置。1. A speed signal generator that calculates a moving speed of the table from a rotation angle of a table drive motor and outputs a speed signal indicating the moving speed, and a position that monitors the position of the table and indicates the position. A position signal generator that outputs a signal, a noise frequency calculator that calculates a noise frequency included in the position signal from the speed signal, and a filter that attenuates a noise frequency component of the position signal and outputs a filter signal. A table position detection unit that calculates the position of the table from the speed signal and the filter signal, wherein the filter is a low-pass filter, and the notch frequency of which is the same as the noise frequency. A position detecting device characterized by the above.
平均フィルタであって、そのノッチ周波数が前記ノイズ
周波数であることを特徴とする位置検出装置。2. The position detecting device according to claim 1, wherein the filter is a moving average filter that outputs a moving average value of an input signal, and a notch frequency thereof is the noise frequency. Detection device.
平均フィルタであって、そのノッチ周波数が前記ノイズ
周波数に一致するように前記平均化数が変化することを
特徴とする位置検出装置。3. The position detecting device according to claim 2, wherein the filter is a moving average filter in which an average number of input signals is variable, and the average is adjusted so that a notch frequency thereof matches the noise frequency. A position detecting device characterized in that the number of digitization changes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24669692A JPH0697823A (en) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | Position controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24669692A JPH0697823A (en) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | Position controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697823A true JPH0697823A (en) | 1994-04-08 |
Family
ID=17152274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24669692A Pending JPH0697823A (en) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | Position controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697823A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2848358A1 (en) * | 2002-12-04 | 2004-06-11 | Roulements Soc Nouvelle | Actuator with digital position detector controlling fuel delivery to aeronautical turbine, uses encoder attached to motor to deliver direct and quadrature positions of motor to allow determination of position of actuator |
| JP2006141140A (en) * | 2004-11-12 | 2006-06-01 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | Transport device, image scanner, and image forming apparatus |
| JP2011142739A (en) * | 2010-01-07 | 2011-07-21 | Yaskawa Electric Corp | Notch filter and motor controller equipped therewith |
| JP2019158382A (en) * | 2018-03-08 | 2019-09-19 | Dmg森精機株式会社 | Encoder |
| WO2022185777A1 (en) * | 2021-03-01 | 2022-09-09 | 村田機械株式会社 | Displacement detecting device |
-
1992
- 1992-09-16 JP JP24669692A patent/JPH0697823A/en active Pending
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| WO2022185777A1 (en) * | 2021-03-01 | 2022-09-09 | 村田機械株式会社 | Displacement detecting device |
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