JPH11353012A - サーボシステムの制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送り軸反転時のロストモーション補正をあら
ゆる移動パターンにおいて過不足なく行う。 【解決手段】 所定のＮＣプログラムにしたがって送り
軸をサーボモータ１１により駆動して送り軸の駆動によ
り移動するテーブル１２の位置を制御するサーボ制御装
置２０において、ロストモーション補正制御部２３は、
送り軸の同一方向への移動指令が途切れたことを検出
し、移動指令が途切れたことを検出した後に電流制御部
２４へロストモーション補正を開始するトルク指令を送
り、送り軸の反対方向への移動指令がその移動指令の送
信周期の所定回数だけ継続して途切れたことを検出し、
その検出後上記トルク指令をクリアすることによりロス
トモーション補正を中止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はサーボシステムの制
御方法および装置に関し、特に、数値制御工作機械やロ
ボットにおける送り軸のロストモーションを補正するサ
ーボシステムの制御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】数値制御工作機械における各送り軸の駆
動伝達機構には微小なガタや弾性度形があり、送り軸を
反転する移動指令が出されたとき、ロストモーション
（空動き）が生じる。ここでロストモーションとは、そ
の反転移動指令に従い、送り軸を反転方向に移動しても
送り軸の駆動により移動する制御対象の実際の移動とは
ならない空の動きを言う。このロストモーションには、
駆動伝達機構のバックラッシュによるもの、送り軸の駆
動により移動する制御対象、例えばテーブルの案内面と
の静止摩擦により引き起こされる弾性変形によるもの等
がある。また、この弾性変形は剛性の弱い機械程出やす
く、同一静止摩擦力では剛性の弱い機械の方が剛性の強
い機械より大きく弾性変形する。

【０００３】このようなロストモーションを補正する方
法に特開平９−３１９４１８号公報に開示されたものが
ある。このロストモーション補正方法は、ロストモーシ
ョン補正量がサーボモータにより駆動される送り軸の送
りの向きが反転する前の送り速度と移動量とにより異な
ることに着目し、これら送り軸の反転前の送り速度と移
動量とに対応するロストモーション補正量を予め測定し
て求め記憶しておき、ＮＣプログラムを解析して、ある
いは送り軸の速度または位置フィードバック信号を用い
て、求めた送り軸が反転する前の送り速度と移動量とか
ら対応する前記ロストモーション補正量をサーボモータ
への移動指令に重畳させることによりロストモーション
を補正するものである。上記ロストモーション補正方法
は、さらにロストモーション補正量が送り軸の移動範囲
における位置によっても変化するので、送り軸の移動範
囲における位置に対応する補正量をも予め測定して求め
記憶しておき、これを加味したロストモーション補正も
行っている。

【０００４】一方、ロストモーションの一つの要因であ
る弾性変形は、送り軸反転直後から所定時間だけ継続し
て発生し、所定時間経過後に消失するという現象があ
る。この現象に着目し、送り軸反転後、反転時の加速度
に応じた大きさのロストモーション補正量を所定距離ま
たは所定時間だけ動作指令に重畳させる方法が知られて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平９−３１９４１８号公報に開示されたロストモーシ
ョン補正方法は、送り軸の反転前の送り速度や移動量に
対応するロストモーション補正量、さらには送り軸の移
動範囲における位置に対応するロストモーション補正量
を予め測定して記憶しておき、送り軸のサーボモータの
反転方向への移動を、サーボモータの位置フィードバッ
ク信号の極性反転により検出したとき、上記記憶したロ
ストモーション補正量を移動指令に重畳させているの
で、送り軸の反転方向への反転直後の移動指令がロスト
モーション補正量より少なく出されたとき、過補正して
しまうという問題が生じる。また、上記ロストモーショ
ン補正方法において、上記過補正を防止するためロスト
モーション補正量を少なく設定すると、ロストモーショ
ンの補正精度を悪化するという問題がある。

【０００６】また、前記ロストモーション補正量に相当
する所定時間だけ補正を継続する方法は、送り軸の反転
方向への移動指令の送り速度が速いと過補正になり、そ
の送り速度が遅いと補正不足になるという問題がある。
それゆえ、本発明は上記問題を解決し、送り軸反転後の
あらゆる移動パターンにおいてロストモーションにより
生じる誤差を過不足なく高精度に補正するサーボシステ
ムの制御方法および装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決する本発
明によるサーボシステムの制御方法は、サーボモータに
より駆動する送り軸の反転時にロストモーション補正を
行うサーボシステムの制御方法において、前記ロストモ
ーション補正中の送り軸の移動指令を監視し、前記移動
指令が途切れたら前記ロストモーション補正を中止する
ことを特徴とする。

【０００８】上記方法により、ロストモーション補正を
過不足なく行う。本発明はまた、サーボモータにより駆
動する送り軸の反転時にロストモーション補正を行うサ
ーボシステムの制御方法において、前記ロストモーショ
ン補正中の送り軸の移動指令を監視し、前記移動指令が
前記移動指令の送信周期の所定回数だけ継続して途切れ
たことを検出したとき前記ロストモーション補正を中止
することを特徴とする。

【０００９】上記方法により、ロストモーション補正を
過不足なく行う。上記問題を解決する本発明によるサー
ボシステムの制御装置は、サーボモータにより駆動する
送り軸の反転時にロストモーション補正を行うサーボシ
ステムの制御装置において、前記ロストモーション補正
中の前記送り軸の移動指令の送信周期の回数を計数する
検出手段と、前記検出手段で検出した前記移動指令の送
信周期の回数が所定回数だけ継続して途切れたとき前記
ロストモーション補正を中止する補正制御手段と、を具
備することを特徴とする。

【００１０】上記構成により、ロストモーション補正を
過不足なく行う。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ本発
明の実施の形態について説明する。図１は本発明による
サーボシステムの制御装置の一実施形態のブロック構成
図であり、工作機械の送り軸をサーボモータにより駆動
して制御対象としてのテーブルを移動している所を示し
ている。以下、便宜上、本発明によるサーボシステムの
制御を１つの送り軸に対して説明するが、同様な制御が
複数の送り軸の各々に対して適用される。

【００１２】図１において、サーボ制御装置２０は、Ｎ
Ｃ装置１０から送られる送り軸の移動指令に応じて、サ
ーボモータ１１を駆動してテーブル１２を移動し、テー
ブル１２の位置を制御する。サーボモータ１１により駆
動される送り軸の駆動系は、サーボモータ１１の出力ト
ルクを歯車列１３、１４およびボールネジ１５およびナ
ット１６を介してテーブル１２に伝達する機構になって
いる。サーボモータ１１の回転運動は、案内面１７に沿
ったテーブル１２の直線運動に変換される。

【００１３】ＮＣ装置１０は、ＮＣプログラムに応じた
送り軸Ｘの移動分配指令ｘを所定周期、例えば１ｍｓ毎
にサーボ制御装置２０の位置制御部２１へ送る。位置制
御部２１は、ＮＣ装置１０から送られた移動分配指令ｘ
を所定周期１ｍｓ毎に受け、工作機械の送り軸の位置の
変化を検出できる箇所に配設された位置検出器１８から
位置フィードバック信号ｐを受け、移動分配指令ｘと位
置フィードバック信号ｐとの間の位置偏差εに比例定数
ｋｐを掛けた値εｋｐを速度指令値としてサーボ制御部
２０の速度制御部２２へ送る。

【００１４】速度制御部２２は、この速度指令値εｋｐ
の信号を受けるとともに、サーボモータ１１の出力軸に
取付けられたパルスエンコーダ１９から速度フィードバ
ック信号ｖを受け、速度指令値εｋｐと速度フィードバ
ック信号ｖとの速度偏差によりＰＩ制御を行いトルク発
生用の実トルク指令Ｔq1をサーボ制御部２０の電流制御
部２４へ送る。

【００１５】ロストモーション補正制御部２３は、ＮＣ
装置１０からの送り軸の移動指令を受け、この移動指令
に応じて以下に説明する本発明の補正制御ルーチンを実
行することにより設定されるロストモーション補正トル
ク指令Ｔq2を電流制御部２４へ送る。この移動指令のＮ
Ｃ装置１０からの送信周期は、１ｍｓあるいは２ｍｓに
設定されている。ここで、補正トルク指令Ｔq2の大きさ
は、例えば送り軸反転時の加速度の大きさに応じて決定
され、送り軸反転後の所定距離または所定時間だけ実ト
ルク指令Ｔq1に重畳される。

【００１６】電流制御部２４は、実トルク指令Ｔq1にロ
ストモーション補正トルク指令Ｔq2を重畳した指令値に
相当するトルクをサーボモータ１１に発生させる電流Ｉ
をサーボモータ１１へ流しサーボモータ１１を駆動す
る。ここで、送り軸の種々の移動パターン例について以
下に説明する。図２は送り軸の移動パターン例を示す図
であり、反転後の移動指令パルスが、（Ａ）は一定形か
ら消失形へ移行する例を示す図であり、（Ｂ）は漸増形
の例を示す図であり、（Ｃ）は漸減形の例を示す図であ
り、（Ｄ）は緩やかな漸増形の例を示す図であり、
（Ｅ）は一定形の例を示す図である。図２の（Ａ）〜
（Ｅ）において、太線は送り軸の駆動により移動する制
御対象、例えば図１に示すテーブル１２上の任意の１点
の軌跡を示し、縦方向に太線で示す矢はＸ軸方向を示
し、この矢印方向に垂直な細線はＹ軸に平行な軸を示
す。また、図２の（Ａ）〜（Ｅ）において、Ｘ軸方向へ
の移動指令パルスが１ｍｓ毎に出力されたときのＸ軸方
向の位置を１ｍｓ毎に１ドットで示し、それゆえこれら
ドットを連結した線は、横軸を時間軸とした反転前後の
Ｘ軸方向への位置の変化を示す。

【００１７】図２の（Ａ）〜（Ｅ）に示す移動指令パル
スの出力の特徴を以下に記す。 図２の（Ａ）：反転後数ｍｓの間、反転方向へ一定の移
動指令パルスが出力されるが、その後反転方向への移動
指令パルスは消失する。 図２の（Ｂ）：反転後、反転方向への移動指令パルスは
漸増的に出力される。 図２の（Ｃ）：反転後数ｍｓの間、反転方向への移動指
令パルスは漸減的に出力されるが、その後反転方向への
移動指令パルスは略消失する。

【００１８】図２の（Ｄ）：反転後数ｍｓの間、反転方
向への移動指令パルスはほとんど出力されず、その後反
転方向への移動指令パルスは漸増的に出力される。 図２の（Ｅ）：反転後、反転方向へ一定の移動指令パル
スが出力される。 次に、図１に示す本発明のロストモーション補正制御を
以下に説明する。図３は図１に示すロストモーション補
正制御部により実行される補正制御ルーチンの処理手順
を示すフローチャートである。本ルーチンは、送り軸の
移動指令パルスの出力周期、例えば１ｍｓ毎に実行され
る。先ず、ステップ３０１では、送り軸を移動する軸移
動の動作が実行中か否かを、ＮＣ装置１０から送られた
移動指令の有無により判別し、移動指令有りと判別され
たときはステップ３０２へ進み、移動指令無しと判別さ
れたときは本ルーチンを終了する。

【００１９】ステップ３０２では、今回処理周期の送り
軸の移動指令を読取る。この移動指令は送り軸の移動方
向と移動量のデータを含み、移動方向を＋または−で示
し、移動量は例えば１ｍｓ当たり何μｍの移動量かを数
値で示す。ステップ３０３では、移動方向の反転指令が
出力されたか否かを、ステップ３０２で今回処理周期に
読取った移動指令における移動方向が、例えばＲＡＭに
記憶された前回処理周期の移動指令における移動方向に
対し、＋から−へ、または−から＋へと変化したか否か
により判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ
３０４へ進み、その判別結果がＮＯのときは本ルーチン
を終了する。

【００２０】ステップ３０４では、ロストモーションを
補正する補正トルク指令Ｔq2を設定する。ステップ３０
５では、ステップ３０２で読取った移動指令が、反転方
向への継続的な移動指令か否かを判別し、その判別結果
がＹＥＳのときはステップ３０６へ進み、その判別結果
がＮＯのときはステップ３１０へ進む。

【００２１】ステップ３０６では、反転方向の移動指令
が所定時間継続しているか否かを判別し、その判別結果
がＹＥＳのときはステップ３０７へ進み（図２の
（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ））、その判別結果がＮＯのとき
はステップ３１０へ進む（図２の（Ａ）、（Ｄ））。ス
テップ３０７では、反転方向の移動指令が漸減を示すも
のか否かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステ
ップ３０８へ進み（図２の（Ｃ））、その判別結果がＮ
Ｏのときはステップ３０９へ進む（図２の（Ｂ）、
（Ｅ））。

【００２２】ステップ３０８では、ステップ３０２で読
取った移動指令が、反転方向への継続的な移動指令か否
かを判別し、その判別結果がＹＥＳのときはステップ３
０９へ進み（図２の（Ｃ）の前半）、その判別結果がＮ
Ｏのときはステップ３１０へ進む（図２の（Ｃ）の後
半）。ステップ３０９では、反転方向の移動指令が検出
された後、ロストモーションを補正する所定距離だけ送
り軸が移動されたか否かを判別し、その判別結果がＹＥ
Ｓのときはステップ３１０へ進み、その判別結果がＮＯ
のときはステップ３０５へ戻る。

【００２３】ステップ３１０では、ステップ３０４で設
定した補正トルク指令Ｔq2を０にクリアする。すなわち
ロストモーション補正を中止する。ステップ３１１で
は、ステップ３０２で読取った今回処理周期の送り軸の
移動指令を、例えばＲＡＭに記憶する。また、上記フロ
ーチャートのステップ３０９は、ロストモーションを補
正する所定距離の移動が完了したか否かを判別する処理
であるが、ステップ３０９は、ロストモーションを補正
する所定時間が経過したか否かにより判別する処理に代
えてもよい。さらに、ステップ３０９は、反転時の送り
軸の加速度に応じて、加速度が所定値より大きいときは
ステップ３１０へ進み、加速度が所定値以下のときは本
ルーチンを終了するという処理に代えてもよい。

【００２４】図３のフローチャートを用いて説明したよ
うに、図１に示したロストモーション補正制御部２３
は、ＮＣ装置１０から送られる移動指令を監視し、送り
軸Ｘの同一方向、例えば正方向への移動指令が途切れた
ことを検出し、ＮＣ装置１０から送り軸Ｘの反対（負）
方向への移動指令が送られている間、ロストモーション
を補正する補正トルク指令Ｔq2を電流制御部２４へ送
る。

【００２５】また、ロストモーション補正制御部２３
は、上記移動指令が途切れたことを検出した後に、上記
移動指令が、移動指令の分配周期１ｍｓの所定回数分、
すなわち数ｍｓの間途切れたとき、ロストモーション補
正を補正トルク指令Ｔq2を０にすることにより中止す
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のサーボシ
ステムの制御方法および装置によれば、送り軸反転直後
のロストモーション補正中に移動指令を監視し、その移
動指令が途切れたらロストモーション補正を中止すると
いうことは、つまりロストモーション補正の終了タイミ
ングと弾性度形に起因するロストモーションが実際にな
くなるタイミングとが一致することになり、結果として
ロストモーション補正が過不足なく行える。しかも送り
軸反転後の図２の（Ａ）〜（Ｅ）に示したあらゆる移動
パターンにおいて実現させることができる。これによっ
て工作機械やロボットにおける送り軸の運動精度を向上
させることができる。特に工作機械の２送り軸同時制御
でコンタリング加工を行う場合の象限切換り時の加工精
度が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサーボシステムの制御装置の一実
施形態を示すブロック構成図である。

【図２】送り軸の移動パターン例を示す図であり、反転
後の移動指令パルスが、（Ａ）は一定形から消失形へ移
行する例を示す図であり、（Ｂ）は漸増形の例を示す図
であり、（Ｃ）は漸減形の例を示す図であり、（Ｄ）は
緩やかな漸増形の例を示す図であり、（Ｅ）は一定形の
例を示す図である。

【図３】図１に示すロストモーション補正制御部により
実行される補正制御ルーチンの処理手順を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１０…ＮＣ装置 １１…サーボモータ １２…テーブル １３、１４…歯車列 １５…ボールネジ １６…ナット １７…案内面 １８…位置検出器 １９…パルスエンコーダ ２０…サーボ制御装置 ２１…位置制御部 ２２…速度制御部 ２３…ロストモーション補正制御部 ２４…電流制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーボモータにより駆動する送り軸の反
   転時にロストモーション補正を行うサーボシステムの制
   御方法において、 前記ロストモーション補正中の送り軸の移動指令を監視
   し、 前記移動指令が途切れたら前記ロストモーション補正を
   中止することを特徴としたサーボシステムの制御方法。
2. 【請求項２】 サーボモータにより駆動する送り軸の反
   転時にロストモーション補正を行うサーボシステムの制
   御方法において、 前記ロストモーション補正中の送り軸の移動指令を監視
   し、 前記移動指令が前記移動指令の送信周期の所定回数だけ
   継続して途切れたことを検出したとき前記ロストモーシ
   ョン補正を中止することを特徴としたサーボシステムの
   制御方法。
3. 【請求項３】 サーボモータにより駆動する送り軸の反
   転時にロストモーション補正を行うサーボシステムの制
   御装置において、 前記ロストモーション補正中の前記送り軸の移動指令の
   送信周期の回数を計数する検出手段と、 前記検出手段で検出した前記移動指令の送信周期の回数
   が所定回数だけ継続して途切れたとき前記ロストモーシ
   ョン補正を中止する補正制御手段と、 を具備することを特徴としたサーボシステムの制御装
   置。