JPS604481B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は計算機によって工作機を数値制御する方式に関
し、更に詳しく云えば一定サンプリング時間毎に指令位
置増分数値で逐次サーボ制御装置の位相カゥンタの位相
を進ませて行き、工作機に機械的に結合されていて工作
機が現実の位置を位相変位情報に変換する位置検出器か
らの現実位贋位相と位相カウンタからの指令位置位相と
を位相弁別器で位相比較することにより位相誤差に比例
したアナログ電圧を形成させサーボモータを駆動する数
値制御装置に関する。

従釆の計算機制御ＮＣ装置には大別して二つのシステム
がある。

その一つは輪郭制御に於ける直線補間、円弧補間などの
補間機能をハードウェヤの補間器で実現するものであり
、他の一つはソフトウェャで計算機自体に禍間機能を行
なわせるものである。しかしながら前者に於ては補間器
を設けるので高価になる。

又後者に於いては計算機は１指令単位パルス毎に補間デ
ータを演算および転送しなければならない。ところが現
在のＮＣ装置では最大送り速度に於ける必要補間速度は
５りｓｅｃ毎に１パルスを出すことが必要なため、現状
の計算機のタ演算速度では間に合わず実現困難である。
本発明は上記欠点を克服するもので、その目的とすると
ころは最大送り速度に対しても計算機で容易に補間機能
を行なわせることができる数値制御装置（以下Ｎ／Ｃ装
置と云う）を得ることにある。本発明は現在得られるサ
ーボモ−夕の最も応答の早いものでも１００ＨＺ程度で
あることに着眼している。そして１００ＨＺ以上のサン
プリング制御でサーボモータを制御すれば、連続制御と
ほぼ同じサーボ特性が得られることは明きらかである。
今サンプリング時間を１のｓｅｃとすればサーボシステ
ムは従来のＮ／Ｃ装置のサーボ特性と同等になる。本発
明によれば、計算機はこの１のｓｅｃ毎に軸方向に移動
すべき指令位置増分数値を１回だけ割り出す計算をし、
サーボシステムに転送すれば良い。このため計算機は１
肌ｓｅｃの間に１データを処理すれば良いので、従来の
計算器補間で５ムｓｅｃで１データを処理しなければな
らないのと比較して大中に計算機の負担は軽減される。
以下、本発明を実施した２軸工作機を例にとり第１図を
参照して説明する。計算機２は切削経路を指令する鞠方
向移動データをテープリーダーより受け取る。

計算機２は各サンプル時間毎の指令位置増分数値△×，
△Ｙを形成して、Ｘ軸サーボシステムの指令増分力ゥン
ター０１ここの増分数値△×を、Ｙ軸の指令増分力ゥン
タ２０に△Ｙを入れる。以後の説明では×軸サーボシス
テムをまず説明する。指令増分力ゥン２夕１０は位相カ
ウンタ１１のオーバフロ−パルスＸＯＶＦの位相を制御
する。工作機の×軸の現実の位置に比例した位相を持つ
、波形成形器１８からの出力パルスＸＷＳとＸＯＶＦの
位相差は位置誤差を表わすことになる。この位相差は位
相弁別器１ ３２で比較され、位相差をアナログ電圧に
変換する。このアナログ電圧は増中器１５で増中されサ
ーボモーター６を駆動する。サーボモータ１６は工作機
５を×軸方向に移動させると同時にモータと機械的に結
合されている３レゾルバ１７の回転子ｗを回転させる。
一方クロックパルス発生器３の出力は指令増分力ウンタ
１０、位相カウンター１、基準カウンタ４の各入力へ導
かれ、計数容量が１０００である基準カウンタはこのク
ロックを計数し、クロックパルス１００の固毎４０にオ
ーバフローパルス△Ｔを１個出す。このパルス△Ｔは計
算機２へ導かれる。クロックパルスの亨の周波数持つ互
し、側。位相のずれたＳ瓜、ＣＯＳの波形が、基準カウ
ンタの出力より得られる。

これらのＳｍ、ＣＯＳの出力波形は各々レゾルバ１７の
２個の固定子巻線ｕ，ｖを励磁アンプ６，７を介して励
磁する。かくして、レゾルバタの回転子Ｗには励磁周波
数と同一で回転子の回転角度のこ比例して位相が変わる
電圧が誘起する。この誘起電圧は波形成形器１８に入り
パルスに成形される。Ｙ軸のサーボシステムの構成要素
２０−２８に０関してもＸ軸と全く同様にＹ軸に関して
作用する。

次に第１図回路の作用を更に詳しく説明すると、クロッ
クバルス発生器３は一定周波数〆のクロックパルスを発
生する。

基準カゥンタ４はこのタクロックパルスを計数し、その
内容を０から１個づつ増加して行き、内容が９９９にな
った次の１０００個目のクロツクパルスでオーバフロー
パルス△Ｔを出すと同時にその内容が０になり再び計数
を続ける。この周波数ナ／１０００のパルス△Ｔは計算
機２へサンプリング時刻であることを通知する。このパ
ルス△Ｔの周期はサンプリング周期１肌ｓｅｃなるよう
に〆がＩＭＨｚに決められる。一方、基準カウンタの他
の出力であるＳＩＮ、ＣＯＳについて云えばＳＩＮ信号
は基準カウンタの内容が０〜４９９の間“十Ｅ”、５０
０〜９９９の間“−Ｅ”の電圧を出す。信号ＣＯＳは上
記カウンタの内容が２５０〜７４９の間“一Ｅ”、７５
０〜２４９の間“十Ｅ”の電圧を出す。かくしてＳｍ、
ＣＯＳ信号は位相差が９０ｏ で周波数６／１０００の
矩形波となる。これらのＳｍ、ＣＯＳの矩形波は励磁ア
ンプ６，７により正弦波に変換されるからしゾルバ１７
の互いに機械的に直交している固定子巻線ｕ，ｖを各各
励磁すると回転磁界が発生し、レゾルバ１７の回転子巻
線ｗに周波数が〆／１０００で△Ｔパルスに対するその
電気的位相が回転子ｗの機械的角度８に比例する正弦電
圧が譲起する。この誘起パルス△Ｔに対する位相は回転
角度８が増加するに比例して増加して行き、８が機械的
に３６０ｏ回転すれば誘起電圧の電気的位相も３６０ｏ
変化する。かくして工作機のＸ軸が単位移動量だけ正方
向に動く毎にレゾルバの回転子巻線ｗの位相は３６び／
１０００だけ進むようにＸ軸移動体としゾルバ回転子間
の歯車比を選ぶく。レゾルバ１７の回転子巻線ｗは波形
成形器１８の入力に入る。

波形成形器１８は入力正弦波が一電位より十電位に変化
するときだけ“ＸＷＳ”なるパルスを発生する。このパ
ルスＸＷＳはＸ軸の現実の位置を位相情報に変換したも
のであり、このパルスＸＷＳは位相弁別器１２の構成要
素であるフリツプフロツプ１３をリセットする。クロッ
クパルス発生器３のクロックは位相カウンター１へも導
かれる。位相カウンタは基準カウンタと同じ計数容量１
０００を持つカウンタであって、計算機２が補間演算し
ていなくて△×、△ＹＺ＝０を指令増分力ゥンタ１０に
転送している時は基準カゥンタと全く同位相でクロック
パルスを計数して行き、その内容が９９９になった、次
の１０００個目のクロックパルスでオーバフローパルス
ＸＯＶＦを出すと同時にその内容を０にし、再びクＺロ
ックパルスの計数を続けるので、パルスＸＯＶＦの周波
数は〆／１０００でその位相は△Ｔパルスと同位相であ
る。このパルスＸＯＶＦは位相弁別器１２内のフリップ
フロップ１３をセットする。今第２図ａのようにＸＯＶ
Ｆパルスの中間に波形成形器１ ２８の出力パルスＸＷ
Ｓがあるような位相関係になるようにレゾルバの回転子
の回転角８が位置していたとすれば、パルスＸＷＳでフ
リツプフロツプ１３はリセットし、これより５００クロ
ック分遅れてＸＯＶＦパルスがフリツプフロツプ１ ３
をセット２し、パルスＸＷＳで再びリセットすることを
繰り返えすのでフリツプフロップ１３のセットしている
期間とＩＪセットしている期間は等しい。フリツプフロ
ツプ１３がセットしている時その出力は十Ｖの電圧を出
し、リセットしている時その出力は３−Ｖになるように
し、この電圧をローパスフイルタ１４へ入れ、直流成分
のみその出力に取り出すようにすれば、第２図ａの場合
ローパスフイル夕の出力はＯＶになる。かくしてこの場
合サーボーモータ１６に電圧が印加されないので、サー
ボシ３ステムはこの状態で停止している。さて次に計算
機２が補間演算を実行し始めてサンプリング時間△Ｔ毎
に０でない指令位置増分数値△×を指令増分力ウンタ１
川こ書き込むと、△Ｘが正のとき位相カウンタ１１はク
ロツクパルス４が入る毎に２個づつ位相カウンタの内容
を増加させて行く。

このとき同時に指令増分力ウンタ１０に入るクロックパ
ルスは指令増分力ウンタの内容が０になるまで、その内
容を１個づつ引いて行き、その内容が０になると位相カ
ウンタ１１はクロックバルス毎にその内容を１個づつ増
加させて行く通常の動作に戻る。かくして１つのサンプ
ル期間に於いて、位相カウンタ１１は基準カウンタ４と
比較して見ると△×個だけ余計に計数したことになり、
第２図ｂの如く、ＸＯＶＦパルスの位相は△Ｔパルスよ
り△×クロツク分だけ進む。この時レゾルバ１７の回転
子が回転しなければパルスＸＷＳの位相は第２図ａのと
きと同様である。かくして位相弁別器のフィル夕１４の
出力は第２図ｂのように十Ａの電圧になる。一方、△×
が負のとき指令増分力ウンタの内容が０でない時は位相
カウンタ１ １はクロックパルスに対する計数を阻止し
、その内容は変化しない。この時同時に指令増分力ウン
タ１０に入るクロックパルスで指令カウンタの内容が０
になるまでその内容を１個づつ引いて行き、その内容が
０になると、位相カウンタはクロックを１個づつ計数す
る通常の動作に戻る。かくして位相カウンタ１１は△×
個のクロツクパルスに相当する分だけ計数を阻止される
ので、パルスＸＯＶＦの位相は第２図ｃに示すように△
Ｔパルスより△×クロツク分だけ遅れる。このときレゾ
ルバ１７の回転子が回転していなければ、パルスＸＷＳ
の位相は第２図ａのときと同様である。かくして位相弁
別器のフィルター４の出力は第２図ｃのように−Ａの電
圧となる。尚、計算機からの増分数値△×の最大値は位
相カウンタ１１の容量１０００より必ず小さいことが必
要である。計算機が、△Ｔ時間毎に一連の△×を順次指
令増分力ウンタ１０へ出す時、第２図ｂ，ｃに示すよう
に位相カウンタ１１からのオーバフローパルスＸＯＶＦ
は次々に位相を累積して変えて行く。

増分数値△×が正の時、第２図ｂに示すように位相弁別
器１２の出力は正になり、サーボモータ１６を回転させ
、工作機の×軸を正方向に移動させる。この時レゾルバ
１７の回転子も正方向に回転し、×髄の移動した分だけ
パルスＸＷＳの位相を第２図ｂに示されているパルスＸ
ＷＳの位相より進めることになる。△Ｔパルスに対する
パルスＸＯＶＦの位相は累積指令位置を表わし、△Ｔに
対するパルスＸＷＳの位相は工作機のＸ軸の現実の位置
を表わしているが、位相弁別器１１２内のフリップフロ
ツプ１３はこれらの位相差をアナログ電圧に変換するの
で、このアナログ電圧は位置誤差を表わすことになる。
かくしてこのアナログ電圧でモータを制御する位置制御
がなされて、△Ｔ時間毎の一連の△×の増分指令に対し
て工作機のＸ軸位置が追従することになる。第１図の方
法で位置誤差が極端に大きくなってパルスＸＷＳの位相
がパルスＸＯＶＦの位相と一致したり、それを越えてし
まう、いわゆる脱調現象が起ることがある。この不都合
を防ぐ方法としては基準カウン夕４、位相カウンター
１の容量が、１０００のとき最大位置誤差は土５０の移
動単位迄しか許されないので、最大位置誤差が土Ｐ移動
単位のとき基準カウン夕、位相カゥンタの容量をか以上
にすることで達成できるが、この場合クロックパルス発
生器３の周波数が非常に早くなる欠点がある。この解決
策として、第１図の位置弁別器内のフリップフロップ１
３の代わりに可逆カウン夕を用い、パルスＸＯＶＦでこ
の可逆カウンタを１個だけ加算パルスＸＷＳで可逆カウ
ンタを１個だけ減算するように構成し、これらの可逆カ
ゥンタの重みに従ってデジタルアナログ変換して、この
アナログ電圧をフィル夕を通して位相弁別器の出力とす
る如き位相弁別器を、第１図の位相弁別器１２と層換え
ることができる。次に計算機２により、各サンプル時間
（△Ｔ）毎の一連の指令位置増分数値△×、△Ｙを求め
る方法を説明すると、まず第３図ａに示す×、Ｙ軸移動
距離（単位パルスで表わしたもの）が×、Ｙの直線指令
がテープリーダ１により与えられたとする。

このときの送り速度Ｆパルス／ｓｅｃも又テープリーダ
で与えられれば、サンプルリング時間△ＴｓｅｃにＸ、
Ｙ軸が動くべき指令位置増分数値△×、△Ｙ（単位パル
スで表わしたものは）はＸ△Ｘ＝ＦＪ丙云扇△Ｔパルス Ｙ △Ｙ＝ＦＪ安房黍２△Ｔパルス ‘１１ で与えられる。

この△Ｘ、△Ｙの計算に於いては１パルス以下の小数点
を持つ数値になる。最初のサンプル時刻で△×の小数点
以上の整数部分を第１図の指令増分力ウンタ１０に転送
する。小数点以下は記憶して置き、次のサンプリング時
の△×の小数点以下の部分に累積加算し、小数点よりオ
ーバした桁上部分は△×の整数部に加えて、指令増分力
ゥンタに転送する方法がとられる。さて計算機は基準カ
ウンタ４から１番目の△Ｔ信号を受けると、第３図ａの
増分数値△×，、△Ｙ，を転送し、次に△Ｔが釆る迄待
ち、２番目の△Ｔ信号を受けると△×２、△Ｙ２を転送
すると云う一連の操作を繰り返えす。

このようにして（ｎ−１）番目のＡＴ信号を出した時、
第３図ａの直線の最終点近く迄来るとＺｉだチ，△×ｉ
Ｚヒ１・△Ｙｉが猪んど移動距離Ｘ、Ｙに等しくなり、
次のｎ番目のサンプリング期間で‘１’式の△×「 △
Ｙを転送したのでは移動距離を超過することになるので
、ｎ番目の指令位置増分数値△Ｘｎ、△ＹｎをＸ−Ｚｒ
ｇ，△Ｘｉ、Ｙ−Ｚだ，△Ｙｉなる数値にして指令増分
力ウンター０１こ転送して、次のテープ指令ブロックの
補間に移ることになる。次に第３図ｂに示す移動距離Ｘ
、Ｙの円弧指令がテープリーダーより与えられた時、円
弧上のサンプル毎の指令位置が第３図ｂのＰ仇Ｐ．・・
・・・・・・・・・・・・・Ｐｎとすると、円弧ｐｉ−
，Ｐｉの弧長はＦ△Ｔ（パルス）で与えられるので、計
算機はＰ小Ｐ，・・・・・・・・…・・・・Ｐｎを計算
できる。

故にｉ番目のサンプル時刻の位置指令増分数△Ｘｉは（
Ｐｉ点のＸ座標）一（Ｐｉ‐，点のＸ座標）、△Ｙｉは
（Ｐｊ点のＹ座標）−（Ｐｉ−，点のＹ座標）で与えら
れるからこれを指令増分力ゥンタに転送すれば良い。次
に第３図ｃの移動距離×、Ｙの位置決め指令が、テープ
リーダより与えられると△Ｔ時間毎に働くべき△×、△
Ｙは位置決め速度が決っていれば一定値として与えられ
る。

計算機は基準カウンタ４から１番目のサンプリング信号
△Ｔを受けると、第３図ｃの一定値の△Ｘ．、△Ｙ．を
転送する。以後一連の転送を△Ｔ毎に行ない、（ｍ−１
）番目の△Ｔ信号を出した時第３図ｃのようにＹ軸指令
が終点値近く迄来るので２乍１，△Ｙｊが殆んどＹ軸の
移動距離Ｙに等しくなり、次のｍ番目で同じ一定の△Ｙ
を転送したのでは移動距離Ｙを超過することになるので
ｍ番目のＡＹｍはＹ−２ｉ処９，△Ｙｉにし△Ｘｍは前
と同じ一定値△Ｘにして転送する。以後（ｍ十１）番目
以降のサンプリング時刻からは△Ｙ＝０にし△×を一定
値にして転送し最終のｎ番自のサンプリングでは△Ｘｎ
をＸ−２ｒラ，△Ｘｉにして転送すれば良い。第１図に
於いては計算機２へ基準カウンタ４のオーバフローパル
スを与えているが、他の方式として基準カワンタ４と全
く独立していて、サンプリング時間を周期とするような
周波数源から計算機２へ入力しても良く、例えば計算機
システムのシステムタイマー等を使うことが可能である
。

この場合クロックパルス発生器３の周波数は、サンプリ
ング時間と無関係で良い。第１図のシステムは２軸制御
工作機に関する実施例であるが、本発明はこれにとらわ
れるものでなく、これ以上の軸数または−軸制御の工作
機に応用できることはいうまでもなく、又多数の工作機
を１つの計算機で制御する群管理工作機制御システムに
も適用できることは明らかである。第１図のシステムで
は計算機２より増分力ウンタ１川こ転送された△×の数
値をクロツクパルスが入る毎に位相カゥンタの位相を進
ませている。

この方法では転送後の最初の△×個のクロツクパルスパ
ルスで位相が進んでしまうので、△Ｔのサンプリング期
間中に於ける位相カウンタの位相変化は均等でない欠点
がある。これの解決方法としては第１図の指令増分力ウ
ンタ１０１こ入った△×の数値に応じて△Ｔ時間中にな
るべく均等な間隔で位相カウンタの位相を△Ｔクロツク
分だけ進ますことが必要である。このためには第１図の
指令増分力ゥン夕１０をパルスマルチブラィャに暦換え
、このパルスマルチプライヤヘクロツクパルスを入れた
時、△Ｔ時間中に比較的等間隔の△×個のパルスをクロ
ックに同期して出すような技術は既に公知であるので、
このパルスマルチブライヤからの出力パルスが出た時だ
け、位相カウンター１のクロックパルスに対する計数を
２倍又は阻止して位相カウンタの位相を変え、パルスマ
ルチプライヤからの出力パルスがない時クロツクパルス
で位相カウンタ１１が通常の計数を行うようにすれば良
い。第１図のシステムで、指令位置に比例して変位する
位相情報出力ＸＯＶＦを指令増分力ウンタ１０と位相カ
ウンタ１１で作り出しているが、本発明はこの構成だけ
にとられるものでなく、増分数値△×に応じてＸＯＶＦ
の位相を変位させるものならば他の方式を使っても良い
。

例えば第１図の指令増分力ゥンタ１０、位相カウンタ１
１の部分を第４図の指令増分力ウンタ１００、可逆カウ
ンター０１、ディジタル一致回路１０２の構成に置き換
えても良い。第４図の指令増分力ウンタ１００Ｇま第１
図の計算機２より指令位置増分数値△×を△Ｔ時間毎に
受け取ると、△Ｘが正の時、基準カウンタ４と同一計数
容量の可逆カウンター０１はクロックバルスが来る毎に
１個づっ増加する。

同時に指令増分０カウンター００の内容はクロックパル
スが来る毎にその内容が０になるまで１個づつ減少し、
その内容が０になると、可逆カウンター０１の加算は停
止する。反対に△×が、負の時は可逆カウンタの内容は
クロツクパルスで１個づつ減少し、同時５に指令増分力
ウンタの内容も１個づつ減少し、その内容が０になると
、可変カウンタ１０１の減算は停止する。かくして可変
カゥンタには△Ｔ毎の増分数値△×が累積加算されるの
で、可逆カゥンタの内容は指令位置を示すことになる。
この可逆０カウンタ１０１の内容と基準カウンタ４の内
容をディジタル一致回路１０２で比較し、この両者の内
容が等しくなった時ＸＯＶＦパルスを出す。このＸＯＶ
Ｆパルスの位相は位置指令に比例しているので、これを
第１図の位相弁別器１２内のフリツプタフロップ１３を
セットするようにすれば良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による数値制御装置の一実施例を示すブ
ロック結線図、第２図ａ，ｂ，ｃは位相カウンタ及び位
置検出器の出力の関係を示す波形０図、第３図ａ，ｂ，
ｃは一定時間毎の指令位置増分を説明するための波形図
、第４図は本発明の他の実施例のブロック結線図である
。 １・・・・・・テープリーダー、２・・・・・・計算機
、３・・・・・・クロツクパルス発生器、４・・・・・
・基準カウンタ、５夕・・・・・・工作機械、６，７・
・・・・・励磁アンプ、１０，２０，１００・・・・・
・指令増分力ウンタ、１１，２１．．・…位相カウンタ
、１２，２２・・・・・・位相弁別器、１３，２３……
フリツブフロツブ、１４，２４……フィル夕、１５，２
５・・・・・・増幅器、１６，２６・・・０…サーボモ
ータ、１７，２７……レゾルノゞ、１８，２８・・・・
・・波形器、１０１・・・・・・可逆カウンタ、１０２
・・・・・・ディジタル一致回路。 才ノ図 才２図 才３図 （〇） 才４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも一つ以上の軸移動可能な移動体と、この
   移動体の希望する運動径路を指令する数値情報源と、数
   値情報源を基にして一定周期間毎の望ましい軸方向移動
   量に相当する指令位置増分数値を小数点以下まで求め、
   この増分数値を小数点以上の整数部および小数点以下の
   小数部に分け、通常は一定周期毎の前記小数部の累積値
   の小数点以上の桁上数値と前記整数値の和を一定周期毎
   に出力し、この割り出された各周期毎の出力数値の累積
   値が前記運動経路を指令する数値情報を超過するとき、
   前記指令数値情報源と直前の周期までの前記一定周期毎
   に出力された各周期毎の出力数値の累積値との差を最終
   周期に出力する処理装置と、処理装置で割り出された数
   値を前記一定時間毎に受け取る指令増分カウンタと、ク
   ロツクパルスを計数し一定周波数出力を発生する基準カ
   ウンタと、基準カウンタの出力により励磁され上記移動
   体の現実の移動量に比例してその出力振動の位相が変位
   する位置検出器と、前記一定時間中に前記指令増分カウ
   ンタに入った指令位置増分数値に相当するクロツクパル
   ス分だけ出力の位相が変位する指令位置位相発生装置と
   、この指令位置位相発生装置の出力位相と前記位置検出
   器の出力位置との位相差をアナログ電圧に変換する位相
   弁別器と、この位相弁別器の電圧によって上記移動体を
   軸方向に移動させる駆動装置とから成る数値制御装置。