JPS59106009A - バツクラツシユ補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はバックラッシュ補正方法に係り、特に数値制御
装置等の駆動系に使用するに好適なバックラッシュ補正
方法に関するものである。

〔従来技術〕

数値制御装置において、サーボモータをコントロールし
て位置制御を行なう場合、サーボモータニ直結されたパ
ルスエンコーダ等から位置帰還パルスを得るようなセミ
クローズドルーズの制御がある。例えば、このセミクロ
ーズトループ制御においては、実際の作業工具であるバ
イトと、サーボモータとの間には駆動伝達手段として歯
車が介在し、移動の際に機械的がた、すなわちバックラ
ッシュがあＱ１位位置度が悪くなるという現象がある。

これに対しては、従来からバックラッシュ補正回路を設
けて、この誤差を補正するようにしていた。しかし、従
来のバックラッシュ補正回路は「特開昭４９−３５７７
５号公報」等にもみられるように、出力パルスが反転し
た際に設定されたバンクラッシュ量の分配全開始するよ
うにしていた。

ところが実際のバックラッシュが発生するタイミングは
出力パルスが反転するときではない。

第１図は、加減速運転する場合の速度パターンを示して
いるが、同図に示す如くバックラッシュが発生するタイ
ミングは機械の回転駆動系における被回転系の慣性のた
め、方向反転する以前にすでにバックラッシュが発生す
る。すなわち回転駆動系における回転側と被回転側間に
ついて述べると、第１図のｔ２で方向が反転するが、そ
れ以前のｔｌにおいてバンクラッシュが発生する。

また、第２図は円弧補間を実施中、指令出力パルスと実
際の工具の動きを説明した図である。一般的に指令値に
対し、実際のサーボモータはある偏差を持って追従して
いる。したがって、第２図に示すように工具が矢印の方
向に移動している場合、例えば指令値がＢの地点である
とき、実際の工具位置はＡの地点にあり、指令がＣの地
点に来たときには実際の工具位置はＢ地点にあるという
具合に、ある偏差を持って移動する。この場合Ｂ地点を
通過するときＹ軸は方向を反転する。したがって、この
時点においてバンクラッシュが発生する。ところが、バ
ックラッシュの発生するタイミングは、実際の工具がＢ
地点を通過するときに発生するのであって、指令値がＢ
地点を通過するときではない。指令がＢ地点を通過する
ときにバックラッシュ補正をかけると、実際の工具軌跡
は、て、工具がバイトであった場合、切削面にきすが発
生する欠点がある。また、偏差をみこしてバックラッシ
ュ補正をかけることも考えられるが、移動速度や、負荷
状態により複雑に変化する欠点がある。

このように従来のバックラッシュ補正回路においては、
バックラッシュ誤差発生開始時点全正確に検出できない
ことから、バックラッシュ補正をかけるタイミングが不
適で高精な数値制御ができないという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、前述した従来技術の欠点に鑑み、バックラッ
シュ誤差発生開始時点全正確に検出し、バックラッシュ
補正をがけるタイミングを適切に設定できるバックラッ
シュ補正方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、駆動モータの発生トルク方向を検出し、駆動
モータの軸移動機構に発生するバックラッシュの補正時
点を、前記発生トルク方向を検出した反転タイミングに
よって決定することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、第３図〜第１２図に従って本発明の実施例を詳述
する。

第３図は、サーボモータと被駆動体である刃物台の間に
介在するボールねじのかみ合い状態を示したものであっ
て、１はサーボモータ側、２は刃物台側のボールねじを
示す。そして、実線矢印ａはボールねじの移動方向、点
線矢印すはサーボモータ側ボールねじのトルク発生方向
を示し、またＣはバックラッシュ量を示す。

第３図（、）は移動方向と発生トルク方向が一致してい
る。第３図（ｂ）はボールねじ１，２の移動方向と発生
トルクの方向が反対になっており、刃物台を減速してい
る場合がこの状態に相当する。第３図（ｃ）は移動方向
と発生トルクの方向が一致しているが、第３図（、）の
方向とは反対方向である。このように、いろいろ・な動
作状態が考えられるが、この第３図（ａ）〜（ｃ）をみ
てわかるように、サーボモータ側と刃物台側とのねじ１
，２の接触面が右側になるか、左側になるかは、移動方
向ではなく、発生トルクの方向によって決まっているこ
とが、わかる。

本発明はこの点に着眼したものであって、バックラッシ
ュ補正の開始時点として、発生トルクの方向を検出し、
その反転するタイミングによって決定するようにしたも
のである。

第４図は回転軸側より見たＤＣモータの概略図を示した
ものである。同モータの発生トルクの方向は、界磁の方
向と、電機子電流の方向によって決まる。界磁の方向は
、界磁巻線りに加える電圧Ｖの極性によって判るので、
発生トルクの方向は、界磁電圧Ｖの極性および電機子電
流工の方向によって判別できる。

第５図は界磁巻線に代え、永久磁石Ｎ、Ｓを使用したも
のを示しである。この場合、発生トルクの方向は電機子
電流の方向のみによって判別できる。

第６図は本発明の具体的一実施例を示したものである。

第６図において、３は数値制御装置の演算装置部で、マ
イクロコンピュータ等によって構成される。４は補間制
御部で、演算装置部３からの補間指令にもとづいて、補
間演算を実行する。

５は位置制御部で、補間制御部４からの移動指令と、サ
ーボモータ７に取り付けられたパルスエンコーダ８から
の帰還パルス１１との偏差により、サーボモータコント
ローラ６の指令値を作る。サーボモータコントローラ６
は位置制御部５からの速度指令と、パルスエンコーダ８
からの速度帰還パルス１２により、サーボモータ７を制
御する。９はサーボモータに取り付けられたボールねじ
、ＩＯは刃物台で、ボールねじ９の回転によって移動す
るものである。また、１３はサーボモータ７の検出電流
１４によりバックラッシュ補正回路を動作させる指令信
号１５を作成するバックラッシュ補正開始信号発生回路
である。１６はそのバックラッシュ補正回路で、バンク
ラッシュ補正時に位置制御部５にパルス信号を出力する
。

第６図の回路においてはモータ７として第５図の永久磁
石形モータを使ったものを示している。

第６図に示すサーボモータ７の駆動回路において、バッ
クラッシュ補正回路１６、その回路を動作させるための
信号を作成するバックラッシュ補正開始信号発生回路１
３の回路周辺以外は、従来よく知られたものであるから
ここでの説明は省略し、バックラッシュ補正回路１６に
ついて説明する際に関連づけて説明する。

第７図はそのバックラッシュ補正回路１６の具体的な回
路図である。

第７図において、１７はコンパレータで、サーボモータ
コントローラ６でサーボモータ７の電流を検出した信号
あの極性によりｔｌ　１　／／又は１１　Ｑ　／／の出
力信号３５を出す。コンパレータ１７は第６図の信号発
生回路１３に、信号３４は検出電流１４に和尚する。１
８゜１９はモノステープルマルチバイブレータで、出力
信号間がゝ＼０〃からＳＳ　１　／Ｉ、又はゝ＼１〃か
らゝ０〃に変化したときの変化を検出し、パルス３６　
、３７を発生するものでおる。例えば、マルチバイブレ
ータ１８゜１９は入力の立上り時にパルスを発生するよ
うに構成したものであれば、マルチバイブレータ１８は
信号部の立上り時に、マルチバイブレータ１９は信号部
の立下り時にパルスを発生する。旬はインバータ回路、
２１はオア回路である。オア回路２１の出力間は、トル
ク検出信号あの信号が反転したときにパルスを発生する
。２２はフリップフロップであり、出力信号３８の立上
ジでＱ出力信号３９がセットされ、Ｒ入力がＩｔ　Ｑ　
／／になったときリセットされる。冴はアンド回路、５
はダウンカウンタであって、あらかじめバックラッシュ
補正量設定器かにセットされた値をロード信号４５によ
りダウンカウンタ５の内部レジスタにセットする。そし
て、出力信号４２のクロック入力（ＣＫ）により、ダウ
ンカウンタδの内容がカウントダウンされ、内容が囁０
〃になるとボロー信号４４が出力される。このボロー信
号４４はダウンカウンタ５のロード信号及び７リンプ７
０ツブｎのリセット信号となる。なお、信号４１はダウ
ンカウンタ５をカウントダウンするクロック入力信号で
あるが、このクロック入力信号４１はアンド回路Ｕによ
りゲートされる。すなわち、バックラッシュ補正開始に
より７リソプ７０ングｎがセットされ、ノア回路３２の
出力４０　ｉｌ　ＳＳ　１　／／のときにダウンカウン
タ５のクロック入力としてアンド回路Ｕを介した信号４
２が入力される。入力信号４７　、４８は指令パルスで
、第６図の補間制御部４の出力信号に和尚する。一方の
入力信号４７は正方向パルス、他方の入力信号４９は負
方向パルスである。ノア回路３２は入力信号４７　、４
８のオアをとり、゛どちらかに信号があれば出力４０け
％　０　／／となる。

したがって、ダウンカウンタ５は、バックラッシュ量設
定器部の値がセットされたのち、バックラッシュ補正開
始と同時にカウントダウンされ、バックラッシュ補正中
に指令パルスと重なったときは、重なったときにカウン
トダウンをやめ、その後指令値がなくなれば引続きカウ
ントダウンを行なう。カウントダウンが進み、０になる
とボローが出てフリップフロップ四をリセットし、バッ
クラッシュ補正を終了し、同時にダウンカウンタ５に新
しいデータをバックラッシュ量設定器２６がらロードす
る。アンド回路Ｉ、２８は、出力信号５によりバックラ
ッシュをかける方向を決めるゲート回路である。また、
２３．２９．５５は信号反転用のインバータ回路である
。

例えば、インバータ回路ｎ、２９の出力信号がアンド回
路υ、２８に入力されることにより、／（ツクラッシュ
補正パルスと指令パルスの重なりのときの調整をとり、
正しくバックラッシュ量（ルスが出るようにしている。

オア回路（９）、３１はそれぞれ、バックラッシュ量と
指令パルスの和のノ（ルスヲ出力し、位置制御部３３に
信号５３　、　！４として入力される０この位置制御部
＆は、第６図の位置制御部５に相当し、サーボモータコ
ントローラに対してコントロール信号５２を出力する。

なお信号５１は入力パルスをサンプリングするクロック
ツ（ルスである、このように構成されｔ第７図の回路動
作は、第８図のタイムチャートで示す如くである。

いま、Ｔ工において、サーボモータの電流が反転すると
、フリップフロップｎがセットされる。出力信号３９と
４０とにより、クロックツくルス４１がゲートされたク
ロックパルス４２が得られる。この第８図のタイムチャ
ートでは、バックラッシュ量を１０パルスに設定した例
を示した。したがって、出力信号４２として１０クロツ
クを数えたところでダウンカウンタ５からポロー信号が
出力され、前述の回路説明の如くバッグラッシュ補正が
完了する。

第９図はＡＣサーボモータを駆動する場合に、本発明を
適用した場合のトルク反転検出手段を示したものである
。

第９図において、５５はＡＣサーボモータコントローラ
、５６はＡＣサーボモータで、この例では非同期機の例
を示しておる。５７はパルスエンコーダである。回転数
指令Ｗ、。ｆに対するパルスエンコーダ５７からのモー
タ回転数帰還量ＷＭとの偏差Ｗｌｉは、加算器５８によ
り求められ、それをモータのすべり回、転とし、これに
よってモータすべ＞Ｘ方向により発生トルクの方向が判
別できるＯすなわち、第９図のすべり回転数Ｗ８を第６
図の信号１４に相当するように入力してやれば、ＤＣサ
ーボモータと同様にバックラッシュ補正回路を適切に動
作させることができる。

第１０図は、さらに本発明の別の実施例を示したもので
ある。すなわち、第１０図はサイリスタモータを駆動す
る場合のトルク反転検出手段を示している。５９は整流
器、６０は半導体を使用したスイッチング回路で、モー
タ６１とでサイリスタモータを構成する。スイッチング
回路６０はよく知られたサイリスタ回□路によるものや
、トランジスタによるスイッチング回路等、汎用回路が
適用できる。

第１０図に示すサイリスタモータ回路における溌生トル
クの方向は、・−整流器５９の直流出力部に流れる電流
の方向により判別できる。したがって、第１０図におい
ては、電流検出器６２の出力信号６３を使用すれば、Ｄ
Ｃサーボモータと同様に、第７図に示すバックラッシュ
補正回路を適切に動作させることができる。

以上の具体例においては、刃物台を駆動する負荷トルク
について説明したが、この他に、回転駆動系に生ずる摩
擦トルクも考えられる。これについては、第１１図につ
いて説明する。

第１１図は負荷トルク曲線すと摩擦トルク曲線Ｃと、速
度曲線ａとの関係を示したものである。速度ａがγの点
で反転すると、摩擦トルク曲線Ｃも同様にγの点で反転
する。しかし、負荷トルク曲線すはそれ以前のα点で反
転する。したがって、これらの合成トルクは点線の６曲
線のようになり、β点が反転する点となる。

第１２図は負荷トルクにかかるバックラッシュ補正に加
え、摩擦トルクを考慮した場合の本発明の具体的−例を
示したものである。回路構成のそのほとんどは第６図と
同一であるが、バンクラッシュ補正開始信号発生回路１
３の入力としてサーボモータコントローラ６のトルク検
出信゛号にさらに速度方向検出器６４によって速、度の
方向を検出して加え合わせ、バックラッシュ補正開始信
号発生回路１３０入力信号とする。この速度方向検出器
６４はパルスエンコーダ８からの検出量トサーボモータ
コントローラ６からの検出量との関係を、負荷トルクと
摩擦トルクとの比に合うように調整する機能を有し、第
１１図に示したβ点を正しく検出できるようにするため
のものである０ さらにＡＣモータとして同期機を採用する場合には、負
荷角を検出する手段を設け、その検出信号をトルクの方
向判別に使うことによって目的を達成できる。

〔発明の効果〕

上述の実施例からも明らかなように、本発明によれば、
バックラッシュ誤差発生開始時点を正しく検出できるの
で、バンクラッシュ補正を正しくかけることができる効
果がある。

従来円弧補間において、バックラッシュ補正をかけるタ
イミングを把握するのが困難であったものも、製品に把
握でき、精度のよい数値制御を行なうことができる。

また加減速時には、バックラッシュ発生時点を正しくと
らえることができるので、このときも精度よく制御でき
る等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、モータの回転速度と負荷トルクの反転時点を
説明するための特性図、第２図は円弧補間をしていると
きの動作説明図、第３図（ａ）　、　（ｂ）　。 （Ｃ）は歯車におけるバックラッシュ誤差を説明するだ
めの歯車断面図、第４．第５図はＤＣザーボモータの発
生トルクの方向を説明するための概略図、第６図は本発
明の具体的な一実施例を示すバックラッシュ補正回路を
備えたサーボモータの駆動回路図、第７図はバックラッ
シュ補正回路の具体的な回路構成図、第８図は第７図の
回路動作を説明するタイムチャート、第９図、第１０図
はサーボモータとしてＡＣサーボモータを使用した場合
の実施例を示す回路図、第１１図はモータの回転速度と
トルクとの関係を示す特性図、第１２図は本発明の他の
具体的実施例を示す回路図である。 １．２・・・ねじ、３・・・数値制御装置の演算部、４
、・・・補間制御部、５・・・位置制御部、６・・・サ
ーボモータコントローラ、７・・・サーボモータ、８・
・・パルスエンコータ“、９・・・ボールネジ、１０・
・・刃物台、１３・・・バックラッシュ補正開始信号発
生回路、１６・・・バックラッシュ補正回路、１７・・
・コンパレータ、１８　、１９・・・モノマルチ、２０
，２３，２９．５５・・・インバータ回路、２１　、３
０　、３１・・・オア回路、２２・・・フリップ７０ツ
ブ、２４．２７．２８・・・アンド回路、６・・・ダウ
ンカウンタ、あ・・・バックラッシュ量設定器、３２・
・・ノア回路、５５・・・ＡＣサーボモータコントロー
ラ、５６・・・ＡＣサーボ−１１−−タ、５７・・・パ
ルスエンコータ、５８・・・加算器、５９・・・整流器
、６０・・・半導体スイッチ回路、６１・・・同期機、
６２・・・電流検出器、６４・・・速度方向検出器０代
理人　弁理士　秋　本　正　実 第１図 第２図 Ｙ 第３図 第４図 υ 第８図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 駆動上−夕と、該駆動モータの回転軸に取付けられて駆
   動制御される軸移動体と、該軸移動体の動きと共に移動
   する被移動体とを備え、それら移動体が構成する軸郡動
   機構に発生するバックラッシュの補正方法において、前
   記駆動モータの発生トルク方向を検出し、バンクラッシ
   ュ補正の開始時点を、前記発生トルク方向を検出した反
   転タイミングによって決定することを特徴とするバック
   ラッシュ補正方法。