JPWO2014207779A1

JPWO2014207779A1 - 数値制御装置

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Publication number: JPWO2014207779A1
Application number: JP2013554517A
Authority: JP
Inventors: 輝之小島; 水上　裕司; 裕司水上; 明一加藤; 将人塚本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2017-02-23
Also published as: WO2014207779A1

Abstract

操作者が主軸を手で回転させているとき、主軸の速度を監視し、主軸の速度が動力遮断される安全速度を超えないよう軸制御する軸制御手段を設けることにより、主軸を手回しする際、主軸回転速度が安全速度を超えることがなくなり、ひいては動力遮断されることがなくなる。また、操作者がサーボ軸を手で移動させているとき、サーボ軸の位置を監視し、サーボ軸の位置が動力遮断される安全位置の範囲外にならないよう軸制御する軸制御手段を設けることにより、軸を手移動する際、サーボ軸位置が安全位置を超えることがなくなり、ひいては動力遮断されることがなくなる。

Description

この発明は数値制御装置に係り、特に、操作者が軸を手で回転させたり、軸を手で移動させたりしているとき、軸の速度や位置を制御することができる工作機械の数値制御装置に関するものである。

モータの速度が一定速度を超えないように制限する技術の例として、特許文献1が挙げられる。特許文献1は電動シャッター開閉装置に関するもので、手作業等でシャッターを作動させる際に、モータやギア等の損傷を防止する目的で、シャッターの作動速度が一定以上となった場合、外部のブレーキなどにより速度を制限する手段を具備する電動シャッター開閉装置が公開されている。

特開２００５−３６５４６号公報

近年、国際規格において機械の安全性が要求されており、例えば、加工の段取りや保守作業において、軸の動作領域へ作業者が接近する場合は、軸の速度が安全速度（安全とみなせる速度の最大値のこと）を超えないようにする必要がある。左記要求を満たすため、数値制御装置は、速度監視機能（軸の速度を監視し、規定速度を超えた場合は軸の動力を遮断する機能のこと）を有する場合が多い。

旋盤の安全規格（ISO23125）では、段取りモードの主軸回転速度は最大50r/minとするように規定されており、上記速度監視機能を有する機械では、50r/minを超えると監視異常となり、動力遮断状態となる。また、再起動には、安全状態確認後のリセット操作や電源再投入などが必要となる。これに対して、加工前の段取り作業では、主軸を手で回して調整を行う場合があるが、手回し（操作者が直接的もしくは間接的に、手などで主軸、ワーク及び工具の何れかを掴んで回転させることを指し、手パルスハンドルなどの装置を介して制御により回転させることではない）時に主軸回転速度が50r/minを超える場合があり、そのたびに再起動を行うのは、作業効率の悪化につながる。

また、操作者が軸を手で移動させているとき、前記軸の位置が安全位置（安全とみなせる位置の最大値、もしくは、最小値のこと）の範囲外になった時、前記と同様の問題（軸の位置が安全位置の範囲外になった時、監視異常となり、動力遮断状態となる。また、再起動には、安全位置の範囲内への軸移動後のリセット操作や電源再投入などが必要となる）が発生した。

この発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、操作者が軸を手で回転させているとき、軸の速度が所定速度を超えない数値制御装置を提供することにある。

またこの発明は、操作者が軸を手で移動させているとき、前記軸の位置が所定位置の範囲外にならない数値制御装置を提供することも目的としている。

この発明に係る数値制御装置は、上記課題を解決するため、操作者が軸を手で回転させているとき、軸の速度を監視し、軸の速度が安全速度を超えないよう軸制御する軸制御手段を備えてなるものである。

またこの発明は、操作者が軸を手で移動させているとき、軸の位置を監視し、前記軸の位置が安全位置の範囲外にならないよう軸制御する軸制御手段を備えてなるものである。

この発明によれば、段取り作業中に軸を手回ししているとき、軸速度が、例えば動力遮断される安全速度を超えることを防止することができる。これにより、段取り作業中の速度監視異常の発生を回避でき、作業効率向上につながる。

また、この発明によれば、操作者が軸を手で移動させているとき、前記軸の位置が、例えば動力遮断される安全位置の範囲外になるのを防止することができる。これにより、段取り作業中の位置監視異常の発生を回避でき、作業効率向上につながる。

この発明の実施例１による数値制御装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施例１による主軸回転速度と電流制限状態の関係を示すグラフである。この発明の実施例１による主軸の回転速度制限制御を示すフローチャートである。この発明の実施例２による数値制御装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施例２による主軸回転速度とサーボオンオフ制御状態の関係を示すグラフである。この発明の実施例２による主軸の回転速度制限制御を示すフローチャートである。この発明の実施例３による数値制御装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施例３による主軸回転速度とブレーキ起動状態の関係を示すグラフである。この発明の実施例３による主軸の回転速度制限制御を示すフローチャートである。この発明の実施例４による数値制御装置の構成を示すブロック図である。軸の位置監視における安全位置設定を示す概略図である。この発明の実施例４による軸位置と電流制限状態の関係を示すグラフである。この発明の実施例４による軸の位置制限制御を示すフローチャートである。この発明の実施例５による数値制御装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施例５による軸位置とサーボオンオフ制御状態の関係を示すグラフである。この発明の実施例５による軸の位置制限制御を示すフローチャートである。この発明の実施例６による数値制御装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施例６による軸位置とブレーキ起動状態の関係を示すグラフである。この発明の実施例６による軸の位置制限制御を示すフローチャートである。

実施例１．
以下この発明の実施例１を図１〜図３に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施例１に係る数値制御装置の構成を示すブロック図であり、１は駆動部、２は数値制御装置本体を示す。１１は主軸モータの現在位置を検出する位置検出部、１２は位置検出部１１が検出した前回位置と今回位置の差分を処理周期で割ることで主軸回転速度を算出する速度演算部である。ギア比を設けることで、モータ回転速度と主軸端回転速度が異なる場合があるため、速度演算部１２では、主軸端回転速度を算出する場合もある。１３は速度演算部１２から受け取った主軸回転速度を基に回転中の主軸に減速方向の力を作用させるかどうかを判定する制御判定部である。判定基準となる規定速度を予め記憶部２０に設定しておき、速度演算部１２から受け取った主軸回転速度が記憶部２０から取得した規定速度より大きい場合は減速方向の力を作用させると判定し、速度演算部１２から受け取った主軸回転速度が記憶部２０から取得した規定速度より小さい場合は減速方向の力を作用させないと判定する。速度演算部１２から受け取った主軸回転速度が記憶部２０から取得した規定速度と同じ場合は、どちらと判定しても良い。また、アプリケーションによっては、記憶部２０から取得する規定速度は0（設けない）の場合もあり、その場合は、常に減速方向の力を作用させると判定することとなる。

１４は制御判定部１３で減速方向の力を作用させると判定した場合、減速方向の力を作用させる制御を実施する減速制御部である。本実施例１では、駆動部の性能により出力可能なモータ駆動電流の最大値に対して電流出力の上限値（以下、電流上限値と称する）を設け、電流上限値を下げると出力電流の制限度合いが上がり、減速方向に作用する力が弱まり、また、電流上限値を上げると出力電流の制限度合いが下がり、減速方向に作用する力が強くなるシステムを想定しているが、減速制御部１４は、速度演算部１２から主軸回転速度を取得するとともに、制御判定部１３の判定結果を取得し、記憶部２０に記憶された速度と電流値を対応づけるデータ（電流上限値の切替速度及び速度範囲に応じた電流上限値）の設定値に基づき主軸回転速度に応じて電流上限値を算出し、それを電流制限部１６に渡す。即ち、減速制御部１４は、制御判定部１３で判定される減速方向の力を作用させない領域では、電流上限値を小さくして主軸の手回しを行い易くし、減速方向の力を作用させる領域では、主軸回転速度が大きいほど電流上限値を大きくして手回しに対する負荷を大きくするよう制御する。電流制限部１６は、モータ駆動電流が減速制御部１４からの電流上限値を超えないように制限する。

１５は電流制限部１６での電流制限中に位置検出部１１で検出した位置を数値制御装置本体内部の位置指令に加算するフォローアップ制御部である。１７はフォローアップ制御部１５からのフォローアップ後の位置指令値に基づきモータ駆動電流を算出するモータ制御部であり、このモータ駆動電流に対して電流制限部１６で制限した後の電流をモータに出力する。
なお、この実施例では、位置検出部１１、速度演算部１２、制御判定部１３、減速制御部１４、フォローアップ制御部１５、電流制御部１６、モータ制御部１７及び記憶部２０で、軸制御手段を構成している。
また、１０１は位置検出部１１で検出されるモータ位置情報であり、１０２はモータ位置情報１０１を基に速度演算部１２で算出されたモータ速度情報である。１０３は制御判定部１３における減速方向の力を作用させるかどうかの判定結果であり、１０４は前記判定の基準となる記憶部２０に保存された規定速度設定値である。１０５は速度と電流値を対応づけるデータ（電流上限値の切替速度及び速度範囲に応じた電流上限値）の設定値であり、１０７は減速制御部１４においてモータ速度情報１０２と設定値１０５から算出された電流上限値である。１０６は電流制限中にフォローアップ制御部１５で実施されるフォローアップ後の位置指令であり、１０８はモータ制御部１７が出力する電流値である。１０９は駆動部１から出力されるモータ駆動用の電流である。

図２は、本実施例１により主軸を手回しした際の主軸回転速度と電流上限値の関係を示す。本実施例１では、主軸手回し中の主軸回転速度が規定速度以下の場合、電流制限の状態を「電流上限Lv.0」（電流による負荷が無い状態）として、簡単に手回しを行えるようにする。主軸回転速度が規定速度を超えた場合は、主軸回転速度に応じて電流上限値を制御し、手回しに対する負荷を与える状態とする。このときの電流上限値は、主軸回転速度が切替速度1以下の場合は「電流上限Lv.1」、切替速度1より大きく切替速度2以下の場合は「電流上限Lv.2」、切替速度2より大きく切替速度3以下の場合は「電流上限Lv.3」とし、主軸回転速度が大きいほど電流上限値を大きくして、手回しの負荷を大きくする。さらに、主軸回転速度が切替速度3より大きくなった場合は、電流制限の状態を「電流制限解除」（電流がモータ駆動の支配的な要因となる状態）として、強制的に、主軸回転速度が切替速度3以下となるように制御する。
これにより、操作者に、主軸回転速度の安全速度への近づき具合を感覚的に通知することができる。

なお、電流制限状態（電流上限 Lv.0 〜 Lv.3）ではフォローアップを行うため、指令位置がフィードバック位置よりわずかに遅れて追従する状態となるが、「電流制限解除」状態にした瞬間、フィードバック位置が指令位置に追従する力が手回しの力よりも大きく勝る状態となるため、主軸回転速度が減速することになる。主軸回転速度の減速の結果、切替速度3以下となった場合、ふたたび電流制限状態を「電流上限Lv.3」とするが、「電流制限解除」状態から「電流制限」状態への制御切り替え速度（数値制御装置の性能）によっては、「電流制限」状態になった際に、主軸が停止している可能性もある。この場合においても、安全速度を超えて復帰作業を余儀なくされるよりは、十分に作業効率向上となる。上記は、手回し中に主軸回転速度が上昇していく場合を取りあげて説明したが、主軸回転速度が下降していく場合も同様に、主軸回転速度が切替速度3以下となった場合は電流制限状態を「電流上限Lv.3」とし、切替速度2以下となった場合は「電流上限Lv.2」とし、切替速度1以下となった場合は電流制限状態を「電流上限Lv.1」とし、さらに、規定速度以下となった場合は電流制限状態を「電流上限Lv.0」とする。

また、切替速度1〜切替速度3に対応する主軸回転速度、電流上限Lv.1〜電流上限Lv.3に対応する電流上限値については、図１の記憶部２０に予め設定されており、減速制御部１４が記憶部２０から各設定値を取得して、設定値に応じた制御を行う。

また、本実施例１における電流制限の状態は、「電流上限Lv.0」、「電流上限Lv.1」、「電流上限Lv.2」、「電流上限Lv.3」、「電流制限解除」の5段階（「電流制限解除」では、電流制限は実施していない）としているが、使用方法に応じて、電流上限レベルの切替段数、切替速度、および、各レベルにおける電流上限値は任意に変更しても良い。また、規定速度を設けなくても良い。また本実施例１では、主軸回転速度が各切替速度と等しい場合は、電流上限レベルを上げない制御としていた（例えば、主軸回転速度が切替速度1と等しい場合は「電流上限Lv.1」とする。（「電流上限Lv.2」になるのは、切替速度1を超えてから。））が、逆に電流上限レベルを上げる制御としても良いし、前回の電流上限レベルを引き継ぐ制御等にしても良い。要するに切替境界では、隣り合う電流上限レベルのどちらとしても問題はない。

図３は本実施例１の動作を示すフローチャートである。図３において、速度監視機能が起動すると、ステップＳ１において、速度演算部１２が主軸回転位置データから主軸回転速度を算出し、ステップＳ２において、制御判定部１３がステップＳ１で算出した主軸回転速度が規定速度以下かどうかを判定する。主軸回転速度が規定速度以下であれば、ステップＳ３において、減速制御部１４が電流上限値を最低（電流出力なし）とし、それに基づきステップＳ７において電流制限部１６が電流制限制御を行う。ステップＳ２において、主軸回転速度が規定速度より大きければ、ステップＳ４において、制御判定部１３により主軸回転速度が最大切替速度以下かどうかを判定する。主軸回転速度が最大切替速度以下であれば、減速制御部１４が主軸回転速度に応じた電流上限値を算出し、それに基づきステップＳ７において電流制限部１６が電流制限制御を行う。ステップＳ４において、主軸回転速度が最大切替速度より大きければ、ステップＳ６において、減速制御部１４が電流制限を解除する。ステップＳ７の電流制限制御を実施する場合は、ステップＳ８において、フォローアップ制御部１５がフォローアップ制御を実施し、フィードバック位置の回転量を指令位置にも加算して、指令位置をフィードバック位置に追従させる。ステップＳ９において、速度監視が継続中か否かを判定し、継続中であれば、再びステップＳ１へ戻り処理を実行する。ステップＳ９において、速度監視が継続中でない場合は、処理を終了する。

実施例２．
次に実施例２を図４〜図６に基づいて説明する。
実施例２では、実施例1における電流制限の有効/無効の切り替えの代わりに、サーボオン（主軸の駆動部動力供給）とサーボオフ（主軸の駆動部動力停止）の切り替えを行う。図４は、本実施例２における数値制御装置の構成を示すブロック図であり、実施例１に関する図１に対して、電流制限部１６を動力供給/遮断切替部に変更し、また、減速制御部１４の制御内容を変更した形である。位置検出部１１、速度演算部１２、制御判定部１３、フォローアップ制御部１５及びモータ制御部１７の実施内容は、実施例１と同様である。

減速制御部１４は制御判定部１３で減速方向の力を作用させないと判定した場合、主軸をサーボオフ状態とし、手回しの負荷を最小限に抑える。このとき、フォローアップ制御部１５によるフォローアップ制御を実施する。また、制御判定部１３で減速方向の力を作用させると判定した場合、主軸をサーボオン状態とし、同時に、サーボオン直後の主軸回転速度に対して減速指令を与えることで、減速方向の力を作用させる。この減速方向の力により、主軸回転速度が規定速度以下となった場合は、再び主軸をサーボオフ状態とする。なお、サーボオン直後の減速指令の減速度（負の加速度）が小さい場合は、主軸回転速度が規定速度以下になるまでの時間が長くなり、また、減速度が大きい場合は、サーボオン/サーボオフ切替えのタイムラグがあるため、サーボオフ状態に戻った際の主軸回転速度が小さくなる。減速度は、前記動作を踏まえ、使い勝手に応じて設定を行う。動力供給/遮断切替部１８は、減速制御部１４からのサーボオフからサーボオン、もしくは、サーボオンからサーボオフの切替指令に基づき、駆動部１のサーボオン/サーボオフの切替えを行う。
なお、この実施例では、位置検出部１１、速度演算部１２、制御判定部１３、減速制御部１４、フォローアップ制御部１５、モータ制御部１７、動力供給/遮断切替部１８及び記憶部２０で、軸制御手段を構成している。
また、１１０は減速制御部１４が駆動部１へ出力するサーボオン/サーボオフ指令である。また、１０６はフォローアップ後の位置指令であるが、この位置指令１１０がサーボオン指令の場合は、フォローアップは実施せず、減速制御部１４による減速制御を反映した位置指令となる。

図５は、本実施例２により主軸を手回しした際の主軸回転速度と制御状態の関係を示す。本実施例２では、主軸手回し中の主軸回転速度が規定速度以下の場合、サーボオフ状態とし、手回しの負荷を最小限に抑える。主軸回転速度が規定速度を超えた場合は、サーボオンと同時に数値制御装置により減速指令を作成し、強制的に、主軸回転速度が安全速度以下となるように制御する。

なお本実施例２では、主軸回転速度が規定速度を超えた場合にサーボオン状態としているが、主軸回転速度が規定速度以上となった場合にサーボオン状態としても支障はない。

図６は本実施例２の動作を示すフローチャートである。図６において、速度監視機能が起動すると、ステップＳ１１において、速度演算部１２が主軸回転位置データから主軸回転速度を算出し、ステップＳ１２において、制御判定部１３がステップＳ１１で算出した主軸回転速度が規定速度以下かどうかを判定する。主軸回転速度が規定速度以下であれば、減速制御部１４が動力供給/遮断切替部１８にそのデータ（サーボオフ指令）を出力し、ステップＳ１３において、動力供給/遮断切替部１８が主軸をサーボオフ状態とし、さらにステップＳ１４において、フォローアップ制御部１５がフォローアップ制御を実施する。ステップＳ１２において、主軸回転速度が規定速度より大きければ、減速制御部１４が動力供給/遮断切替部１８にそのデータ（サーボオン指令）を出力し、ステップＳ１５において、動力供給/遮断切替部１８が主軸をサーボオン状態とし、さらにステップＳ1６において、数値制御装置本体２から駆動部１に対して減速指令を出力する。ステップＳ１７において、速度監視が継続中か否かを判定し、継続中であれば、再びステップＳ１１へ戻り処理を実行する。ステップＳ１７において、速度監視が継続中でない場合は、処理を終了する。

実施例３．
次に実施例３を図７〜図９に基づいて説明する。
実施例１、実施例２では、数値制御装置のサーボ制御により、主軸の回転に対して減速方向の力を作用させていた。これに対し実施例３では、主軸手回し中は、主軸回転速度に関わらず常にサーボオフ状態とし、外部ブレーキ、もしくは、モータに付属されたブレーキの起動により、減速方向の力を作用させる。図７は、本実施例３における数値制御装置の構成を示すブロック図であり、位置検出部１１、速度演算部１２及び制御判定部１３の実施内容は、実施例１、実施例２と同様である。

ブレーキ起動信号出力部１９は制御判定部１３で減速方向の力を作用させないと判定した場合、ブレーキ解除状態を保つ。制御判定部１３で減速方向の力を作用させると判定した場合、ブレーキ起動用の信号を出力し、主軸回転の減速を行う。この減速方向の力により、主軸回転速度が規定速度以下となった場合は、ふたたびブレーキを解除する。１１１はブレーキ起動信号出力部が出力するブレーキ起動信号である。
なお、この実施例では、位置検出部１１、制御判定部１３、ブレーキ起動信号出力部１９、記憶部２０及びブレーキで、軸制御手段を構成している。

図８は、本実施例３により主軸を手回しした際の主軸回転速度と制御状態の関係を示す。本実施例３では、主軸手回し中は常にサーボオフ状態とし、主軸回転速度が規定速度を超えた場合は、ブレーキを起動し、強制的に、主軸回転速度が規定速度以下となるようにする。主軸回転速度が規定速度以下となった場合は、ブレーキを解除し、手回しの負荷を最小限に抑える。

図９は本実施例３の動作を示すフローチャートである。図９において、速度監視機能が起動すると、ステップＳ２１において、主軸をサーボオフ状態とし、ステップＳ２２において、速度演算部１２が主軸回転位置データから主軸回転速度を算出し、ステップＳ２３において、制御判定部１３がステップＳ２２で算出した主軸回転速度が規定速度以下かどうかを判定する。主軸回転速度が規定速度以下であれば、ステップＳ２４において、ブレーキ起動信号出力部１９がブレーキ解除信号をブレーキに出力し、ブレーキを解除する。ステップＳ２３において、主軸回転速度が規定速度より大きければ、ステップＳ２５において、ブレーキ起動信号出力部１９がブレーキ起動信号をブレーキに出力し、ブレーキを起動する。ステップＳ２６において、速度監視が継続中か否かを判定し、継続中であれば、再びステップＳ２１へ戻り処理を実行する。速度監視が継続中でない場合は、処理を終了する。

実施例４．
次に実施例４を図１０〜図１３に基づいて説明する。
前記の実施例１〜３では、主軸手回し時に安全速度を超えないよう減速方向の力を作用させる例を説明したが、サーボ軸の位置を監視しながら軸を手移動（操作者が直接的もしくは間接的に、手などでサーボ軸、ワーク及び工具の何れかを掴んで移動させることを指し、手動パルスハンドルなどの装置を介して制御により移動させることではない）させる場合にも、同様の制御を用いることで、安全位置（安全とみなせる位置の最大値、もしくは、最小値のこと）の範囲外とならないように減速方向の力を作用させることができる。

図１０は、この発明の実施例４に係る数値制御装置の構成を示すブロック図であり、実施例１に関する図１に対して速度演算部１２を削除し、制御判定部１３や減速制御部１４が参照するデータを、位置検出部１１からの位置情報に変更した形である。制御判定部１３は、位置検出部１１から受け取った軸の位置情報を基に移動中の軸に減速方向の力を作用させるかどうかを判定する制御判定部である。判定基準となる規定位置を予め記憶部２０に設定しておき、位置検出部１１から受け取った位置が記憶部２０から取得した規定位置より大きい場合は減速方向の力を作用させると判定し、位置検出部１１から受け取った位置が記憶部２０から取得した規定位置より小さい場合は減速方向の力を作用させないと判定する。または、軸の位置と規定位置の関係によっては、位置検出部１１から受け取った位置が記憶部２０から取得した規定位置より小さい場合は減速方向の力を作用させると判定し、位置検出部１１から受け取った位置が記憶部２０から取得した規定位置より大きい場合は減速方向の力を作用させないと判定する場合もある（図１１に示すように、速度監視と異なり、位置監視の場合は、プラス側安全位置とマイナス側安全位置を一つのセットとして設定する場合が多い）。減速制御部１４は、位置検出部１１から位置を取得し、位置に応じて電流上限値を算出し、それを電流制限部１６に渡す。
なお、この実施例では、位置検出部１１、制御判定部１３、減速制御部１４、フォローアップ制御部１５、電流制御部１６、モータ制御部１７及び記憶部２０で、軸制御手段を構成している。
また、１０４は制御判定部１３での判定の基準となる記憶部２０に保存された規定位置設定値である。１０５は位置と電流値を対応づけるデータ（電流上限値の切替位置及び位置範囲に応じた電流上限値）の設定値である。

図１２に、本実施例４により軸を手移動させた際の軸位置と電流上限値の関係を示す。本実施例４では、軸の手移動中の軸位置が規定位置以下の場合、電流制限の状態を「電流上限Lv.0」（電流による負荷が無い状態）として、簡単に手移動を行えるようにする。軸位置が規定位置を超えた場合は、位置に応じて電流上限値を制御し、手移動に対する負荷を与える状態とする。このときの電流上限値は、軸位置が切替位置1以下の場合は「電流上限Lv.1」、切替位置1より大きく切替位置2以下の場合は「電流上限Lv.2」、切替位置2より大きく切替位置3以下の場合は「電流上限Lv.3」とし、軸位置が大きいほど電流上限値を大きくして、手移動の負荷を大きくする。さらに、軸位置が切替位置3より大きくなった場合は、安全位置の方向へ軸が移動中であれば電流制限の状態を「電流制限解除」（電流がモータ駆動の支配的な要因となる状態）として、軸がそれ以上移動しないようにする。実施例１の速度制限の場合と異なり、電流制限解除としても、制御により軸の位置が切替位置3以下となるわけではないが、電流制限解除状態のままだと手移動による軸位置の操作ができないため、軸の移動が無い、もしくは、安全位置に対して逆方向への移動中であれば、軸の位置が切替位置3を超えていても電流制限状態を「電流上限Lv.3」とする。上記は、軸位置が大きくなると安全位置に近づいていく場合を記述したが、図１１で示したように、軸位置が小さくなると安全位置に近づいていく場合もある。その場合も、軸位置と規定位置/切替位置/安全位置の大小関係を逆にして同様の制御を行えばよい。

なお、切替位置1〜切替位置3に対応する軸位置、電流上限Lv.1〜電流上限Lv.3に対応する電流上限値については、図1０の記憶部２０に予め設定されており、減速制御部１３が記憶部２０から各設定値を取得して、設定値に応じた制御を行う。

図１３は本実施例４の動作を示すフローチャートである。図１３において、位置監視機能が起動すると、ステップＳ３１において、位置検出部１１がサーボ軸の位置を検出し、ステップＳ３２において、制御判定部１３がステップＳ３１で検出した軸位置が規定位置以下かどうかを判定する。軸位置が規定位置以下であれば、ステップＳ３３において、減速制御部１４が電流上限値を最低（電流出力なし）とし、それに基づきステップＳ３８において電流制限部１６が電流制限制御を行う。ステップＳ３２において、軸位置が規定位置より大きければ、ステップＳ３４において、制御判定部１３により軸位置が最大切替位置以下かどうかを判定する。軸位置が最大切替位置以下であれば、ステップＳ３５において、減速制御部１４が軸位置に応じた電流上限値を算出し、それに基づきステップＳ３８において電流制限部１６が電流制限制御を行う。ステップＳ３４において、軸位置が最大切替位置より大きければ、ステップＳ３６において、制御判定部１３が、前回の軸位置と今回の軸位置の差分を算出し、ステップＳ３７において、前回の軸位置より今回の軸位置が増加したかを判定する。今回の軸位置が増加している場合は、ステップＳ４０において、減速制御部１４及び電流制限部１６が電流制限を解除する。ステップＳ３７において、今回の軸位置が増加していない場合は、ステップＳ３５へ移行する。ステップＳ３８の電流制限制御を実施する場合は、ステップＳ３９において、フォローアップ制御部１５がフォローアップ制御を実施し、フィードバック位置の移動量を指令位置にも加算して、指令位置をフィードバック位置に追従させる。ステップＳ４１において、今回の軸位置を保存しておき、次回処理時にステップＳ３６、ステップＳ３７を実行する場合、保存した位置情報を参照する。ステップＳ４２において、位置監視が継続中か否かを判定し、継続中であれば、再びステップＳ３１へ戻り処理を実行する。ステップＳ４２において、位置監視が継続中でない場合は、処理を終了する。

実施例５．
次に実施例５を図１４〜図１６に基づいて説明する。
実施例５では、実施例４における電流制限の有効/無効の切り替えの代わりに、サーボオン（軸の駆動部動力供給）とサーボオフ（軸の駆動部動力停止）の切り替えを行う。図１４は、本実施例５における数値制御装置の構成を示すブロック図であり、実施例４に関する図１０に対して、電流制限部１６を動力供給/遮断切替部１８に変更し、また、減速制御部１４の制御内容を変更した形である。位置検出部１１、制御判定部１３、フォローアップ制御部１５及びモータ制御部１７の実施内容は、実施例４と同様である。

制御判定部１３は、位置検出部１１から受け取った軸の位置情報を基に移動中の軸に減速方向の力を作用させるかどうかを判定する制御判定部である。判定基準となる規定位置を予め記憶部２０に設定しておき、位置検出部１１から受け取った位置が記憶部２０から取得した規定位置より大きい場合は減速方向の力を作用させると判定し、位置検出部１１から受け取った位置が記憶部２０から取得した規定位置より小さい場合は減速方向の力を作用させないと判定する。または、軸の位置と規定位置の関係によっては、位置検出部１１から受け取った位置が記憶部２０から取得した規定位置より小さい場合は減速方向の力を作用させると判定し、位置検出部１１から受け取った位置が記憶部２０から取得した規定位置より大きい場合は減速方向の力を作用させないと判定する場合もある（図１１に示すように、速度監視と異なり、位置監視の場合は、プラス側安全位置とマイナス側安全位置を一つのセットとして設定する場合が多い）。

減速制御部１４は制御判定部１３で減速方向の力を作用させないと判定した場合、軸をサーボオフ状態とする指令を動力供給/遮断切替部１８に出力する。これにより、手による軸移動が容易となる。またこのとき、フォローアップ制御部１５によるフォローアップ制御を実施する。また、制御判定部１３で減速方向の力を作用させると判定した場合、軸をサーボオン状態とする指令を動力供給/遮断切替部１８に出力する。またサーボオン状態時に、動力供給/遮断切替部１８より、サーボオン直後の軸回転速度に対して減速指令を与える。これにより、手による軸移動が難となる。また、手による軸移動により、軸位置が規定位置以下となった場合は、再び軸をサーボオフ状態とする。動力供給/遮断切替部１８は減速制御部１４からのサーボオフからサーボオン、もしくは、サーボオンからサーボオフの切替指令に基づき、駆動部１のサーボオン/サーボオフの切替えを行う。１１０は減速制御部１４が駆動部１へ出力するサーボオン/サーボオフ指令である。また、１０６はフォローアップ後の位置指令であるが、サーボオン/サーボオフ指令１１０がサーボオン指令の場合は、フォローアップは実施せず、減速制御部１４による減速制御を反映した位置指令となる。
なお、この実施例では、位置検出部１１、制御判定部１３、減速制御部１４、フォローアップ制御部１５、モータ制御部１７、動力供給/遮断切替部１８及び記憶部２０で、軸制御手段を構成している。

図１５に、本実施例５により軸を手で移動させた際の軸位置と制御状態の関係を示す。
本実施例５では、手による軸移動中の軸位置が規定位置以下の場合、サーボオフ状態とし、手による軸移動の負荷を最小限に抑える。軸位置が規定位置を超えた場合は、サーボオンと同時に数値制御装置本体２により減速指令を作成して、強制的に、手による軸移動を難とし、軸位置が安全位置の範囲を超えないように軸を制御する。
なお図１５は、軸位置が大きくなると安全位置の範囲を外れる場合を記述したが、図１１で示したように、軸位置が小さくなると安全位置の範囲を外れる場合もある。その場合も、軸位置と規定位置/切替位置/安全位置の大小関係を逆にして同様の制御を行えばよい。
また本実施例５では、軸位置が規定位置を超えた場合にサーボオン状態としているが、軸位置が規定位置以上となった場合にサーボオン状態としても支障はない。

図１６は本実施例５の動作を示すフローチャートである。図１６において、位置監視機能が起動すると、ステップＳ５１において位置検出部１１が軸位置を算出し、ステップＳ５２において、制御判定部１３がステップＳ５１で算出した軸位置が規定位置以下かどうかを判定する。軸位置が規定位置以下であれば、減速制御部１４にその判定結果を出力し、また減速制御部１４が動力供給/遮断切替部１８にそのサーボオフ指令を出力し、ステップＳ５３において、動力供給/遮断切替部１８が軸をサーボオフ状態とし、さらにステップＳ５４において、フォローアップ制御部１５がフォローアップ制御を実施する。ステップＳ５２において、軸位置が規定位置より大きければ、減速制御部１４にその判定結果を出力し、また減速制御部１４が動力供給/遮断切替部１８にそのサーボオン指令を出力し、ステップＳ５５において、動力供給/遮断切替部１８が軸をサーボオン状態とし、さらにステップＳ５６において、数値制御装置本体２から駆動部１に対して減速指令を出力する。ステップＳ５７において、位置監視が継続中か否かを判定し、継続中であれば、再びステップＳ５１へ戻り処理を実行する。ステップＳ５７において、位置監視が継続中でない場合は、処理を終了する。

実施例６．
最後に実施例６を図１７〜図１９に基づいて説明する。
実施例４、実施例５では、数値制御装置のサーボ制御により、軸の位置に対して減速方向の力を作用させていた。これに対し実施例６では、手による軸移動中は、軸位置に関わらず常にサーボオフ状態とし、外部ブレーキ、もしくは、モータに付属されたブレーキの起動により、減速方向の力を作用させる。図１７は、本実施例６における数値制御装置の構成を示すブロック図であり、位置検出部１１、制御判定部１３の実施内容は、実施例４、実施例５と同様である。

ブレーキ起動信号出力部１９は制御判定部１３で減速方向の力を作用させないと判定した場合、ブレーキ解除状態を保つ。制御判定部１３で減速方向の力を作用させると判定した場合、ブレーキ起動用の信号を出力し、手による軸移動を難とする。１１１はブレーキ起動信号出力部が出力するブレーキ起動信号である。
なお、この実施例では、位置検出部１１、制御判定部１３、ブレーキ起動信号出力部１９、記憶部２０及びブレーキで、軸制御手段を構成している。

図１８は、本実施例６により軸を手で移動させた際の軸位置と制御状態の関係を示す。本実施例６では、軸を手で移動中は常にサーボオフ状態とし、軸位置が規定位置を超えた場合は、ブレーキを起動して軸を手で移動させることを困難にし、軸が安全位置を超えないようにする。軸が手で反安全位置側に移動させられ、軸位置が規定位置以下となった場合は、ブレーキを解除し、軸を手で移動させる負荷を最小限に抑える。

図１９は本実施例６の動作を示すフローチャートである。図１９において、位置監視機能が起動すると、ステップＳ６１においてサーボ軸をサーボオフ状態とし、ステップＳ６２において位置検出部１１がサーボ軸位置データを検出し、ステップＳ６３において制御判定部１３がステップＳ６２で検出した軸位置が規定位置以下かどうかを判定する。軸位置が規定位置以下であれば、ステップＳ６４において、ブレーキ起動信号出力部１９がブレーキ解除信号をブレーキに出力し、ブレーキを解除する。ステップＳ６３において、軸位置が規定位置より大きければ、ステップＳ６５において、ブレーキ起動信号出力部１９がブレーキ起動信号をブレーキに出力し、ブレーキを起動する。ステップＳ６６において、位置監視が継続中か否かを判定し、継続中であれば、再びステップＳ６１へ戻り処理を実行する。位置監視が継続中でない場合は、処理を終了する。

この発明に係る数値制御装置は、主軸の上限回転速度が規定されており、主軸の回転速度が規定された上限回転速度を超えると、動力遮断状態となる速度監視機能を有する数値制御装置や、サーボ軸の安全位置範囲が規定されており、サーボ軸の位置が規定された安全位置範囲を超えると、動力遮断状態となる位置監視機能を有する数値制御装置などに実施するのに適している。

１駆動部、２数値制御装置本体、１１位置検出部、１２速度演算部、１３制御判定部、１４減速制御部、１５フォローアップ制御部、１６電流制限部、１７モータ制御部、１８動力供給/遮断切替部、１９ブレーキ起動信号出力部、２０記憶部、１０１モータ位置情報、１０２モータ速度情報、１０３減速方向の力を作用させるかどうかの判定結果、１０４規定速度/規定位置設定、１０５切替速度/切替位置設定、速度範囲/位置範囲に応じた電流上限値設定、１０６フォローアップ後の指令位置情報、１０７電流制限情報、１０８出力電流情報、１０９モータ駆動電流、１１０サーボオン/サーボオフ指令、１１１ブレーキ起動信号。

Claims

操作者が軸を手で回転させているとき、軸の速度を監視し、軸の速度が安全速度を超えないよう軸制御する軸制御手段を備えてなる数値制御装置。
前記軸制御手段は、サーボ制御により軸制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
軸の速度が前記安全速度より低い位置に設定された所定速度より高い場合は軸の制御電流値を上げ、軸の速度が前記所定速度より低い場合は軸の制御電流値を下げて軸制御することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
軸の制御電流を制御しながら、検出した位置を、数値制御装置内部の位置指令に加算するフォローアップを実施し、軸の速度が前記安全速度より低い位置に設定された所定速度より高い場合は電流値を上げ、軸の速度が前記所定速度より低い場合は電流値を下げて軸制御することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
軸の速度が前記所定速度より高い場合は軸の制御電流の上限値を上げ、軸の速度が前記所定速度より低い場合は軸の制御電流の上限値を下げることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の数値制御装置。
軸の速度が前記所定速度より高い場合、減速指令を出力して軸制御することを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
軸の速度に応じてサーボオフとサーボオンを切り替え、軸の速度が前記所定速度より高い場合はサーボオン状態とし、軸の速度が前記所定速度より低い場合はサーボオフ状態として、軸制御することを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
軸の速度が前記安全速度より低い位置に設定された所定速度より高い場合、ブレーキを起動して軸制御することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記軸制御手段は、軸の速度を取得するする速度演算部と、この速度演算部にて取得された軸の速度に応じて減速方向の力を作用させるかどうかを判定する制御判定部と、この制御判定部の判定結果に基づいて軸に減速方向の力を作用させる制御を行う減速制御部とを備えてなるものであることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記軸制御手段は、軸の現在位置を検出する位置検出部と、この位置検出部の出力に基づいて軸の速度を算出する速度演算部と、この速度演算部にて演算された軸の速度に応じて減速方向の力を作用させるかどうかを判定する制御判定部と、この制御判定部の判定結果に基づいて軸の速度に応じた電流上限値を出力する減速制御部と、モータ駆動電流が、前記減速制御部からの電流上限値を超えないように制限する電流制限部と、この電流制限部での電流制限中に前記位置検出部で検出した位置を、数値制御装置内部の位置指令に加算するフォローアップ制御部と、このフォローアップ制御部からのフォローアップ後の位置指令値に基づきモータ駆動電流を算出し、前記電流制限部へ出力するモータ制御部とを備えてなるものであることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記軸制御手段は、軸の現在位置を検出する位置検出部と、この位置検出部の出力に基づいて軸の速度を算出する速度演算部と、この速度演算部にて演算された軸の速度に応じて減速方向の力を作用させるかどうかを判定する制御判定部と、この制御判定部の判定結果に基づいてサーボオン指令またはサーボオフ指令を出力する減速制御部と、この減速制御部の出力に基づいてサーボオンまたはサーボオフに切り替える動力供給/遮断切替部と、サーボオフ時に前記位置検出部で検出した位置を、数値制御装置内部の位置指令に加算するフォローアップ制御部と、このフォローアップ制御部からのフォローアップ後の位置指令値に基づきモータ駆動電流を算出し、前記動力供給/遮断切替部へ出力するモータ制御部とを備えてなるものであることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記軸制御手段は、軸の速度を取得する速度演算部と、この速度演算部にて取得された軸の速度に応じて減速方向の力を作用させるかどうかを判定する制御判定部と、この制御判定部の判定結果に基づいて軸に減速方向の力を作用させるブレーキ制御を行うブレーキ起動信号出力部とを備えてなるものであることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
操作者が軸を手で移動させているとき、軸の位置を監視し、前記軸の位置が安全位置の範囲外にならないよう軸制御する軸制御手段を備えてなる数値制御装置。
前記軸制御手段は、サーボ制御により軸の位置を制御するものであることを特徴とする請求項１３に記載の数値制御装置。
軸の位置が前記安全位置範囲内に設定された規定位置を越える場合は軸の制御電流値を上げ、軸の位置が前記規定位置を越えない場合は軸の制御電流値を下げて軸の位置を制御することを特徴とする請求項１４に記載の数値制御装置。
軸の制御電流を制御しながら、検出した位置を、数値制御装置内部の位置指令に加算するフォローアップを実施し、軸の位置が前記安全位置範囲内に設定された規定位置を越える場合は電流値を上げ、軸の位置が前記規定位置を越えない場合は電流値を下げて軸の位置を制御することを特徴とする請求項１４に記載の数値制御装置。
軸の制御電流の上限値を軸の位置に応じて変化させ、軸の位置が前記規定位置を越える場合は電流上限値を上げ、軸の位置が前記規定位置を越えない場合は電流上限値を下げることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の数値制御装置。
軸の位置が前記規定位置を越える場合、減速指令を出力して軸の位置を制御することを特徴とする請求項１５に記載の数値制御装置。
軸の位置に応じてサーボオフとサーボオンを切り替え、軸の位置が前記規定位置を越える場合はサーボオン状態とし、軸の位置が前記規定位置を越えない場合はサーボオフ状態として、軸の位置を制御することを特徴とする請求項１５に記載の数値制御装置。
軸の位置が前記安全位置範囲内に設定された規定位置を越える場合、ブレーキを起動して軸の位置を制御することを特徴とする請求項１３に記載の数値制御装置。
前記軸制御手段は、軸の現在位置を検出する位置検出部と、この位置検出部にて検出された軸の位置に応じて減速方向の力を作用させるかどうかを判定する制御判定部と、この制御判定部の判定結果に基づいて軸に減速方向の力を作用させる制御を行う減速制御部とを備えてなるものであることを特徴とする請求項１３に記載の数値制御装置。
前記軸制御手段は、軸の現在位置を検出する位置検出部と、この位置検出部にて検出された軸の位置に応じて減速方向の力を作用させるかどうかを判定する制御判定部と、この制御判定部の判定結果に基づいて軸の位置に応じた電流上限値を出力する減速制御部と、モータ駆動電流が、前記減速制御部からの電流上限値を超えないように制限する電流制限部と、この電流制限部での電流制限中に前記位置検出部で検出した位置を、数値制御装置内部の位置指令に加算するフォローアップ制御部と、このフォローアップ制御部からのフォローアップ後の位置指令値に基づきモータ駆動電流を算出し、前記電流制限部へ出力するモータ制御部とを備えてなるものであることを特徴とする請求項１３に記載の数値制御装置。
前記軸制御手段は、軸の現在位置を検出する位置検出部と、この位置検出部にて検出された軸の位置に応じて減速方向の力を作用させるかどうかを判定する制御判定部と、この制御判定部の判定結果に基づいてサーボオン指令またはサーボオフ指令を出力する減速制御部と、この減速制御部の出力に基づいてサーボオンまたはサーボオフに切り替える動力供給/遮断切替部と、サーボオフ時に前記位置検出部で検出した位置を、数値制御装置内部の位置指令に加算するフォローアップ制御部と、このフォローアップ制御部からのフォローアップ後の位置指令値に基づきモータ駆動電流を算出し、前記動力供給/遮断切替部へ出力するモータ制御部とを備えてなるものであることを特徴とする請求項１３に記載の数値制御装置。
前記軸制御手段は、軸の現在位置を検出する位置検出部と、この位置検出部にて検出された軸の位置に応じて減速方向の力を作用させるかどうかを判定する制御判定部と、この制御判定部の判定結果に基づいて軸に減速方向の力を作用させるブレーキ制御を行うブレーキ起動信号出力部とを備えてなるものであることを特徴とする請求項１３に記載の数値制御装置。