JPWO2015052844A1 - 多軸制御システム設定・調整機能支援装置 - Google Patents

Abstract

１つのサーボアンプと１つのサーボモータの組み合わせである軸を複数有してモーションコントローラの指令で複数の前記軸を同期して位置決め制御を実行する多軸制御システムに対して、前記サーボアンプに設定する制御パラメータを設定・調整する設定・調整機能を有し、前記複数の軸が機械的に連結された機械軸を構成する複数の前記軸を１つのグループとしてグループ化し、前記グループを構成する前記複数の軸に対して前記制御パラメータの調整を行い、前記グループを構成する全ての前記複数の軸の制御パラメータの調整結果の平均値を前記機械軸の制御パラメータ値として前記制御パラメータの項目毎に表示する。

Description

本発明は、多軸制御システム設定・調整機能支援装置に関する。

従来、１つのサーボアンプと１つのサーボモータとの組み合わせを１軸とし、複数の軸をモーションコントローラの制御指令で同期して位置決め制御を行う多軸制御システムが用いられている。このような多軸制御システムに用いられているエンジニアリングツールにおいて、サーボアンプに設定する制御パラメータであるサーボゲインパラメータのチューニング機能は、単軸システムでのサーボゲインパラメータの設定、調整を想定した仕様とされている。このため、複数軸を使用した多軸制御システムでのサーボゲインパラメータの設定、調整の操作性は十分に考慮されているとは言えない。多軸システムのサーボゲインパラメータの設定、調整を行う場合には、ユーザは複数軸のサーボゲインパラメータの設定、調整を一度に行うことができず、１軸毎に個別にサーボゲインパラメータの設定、調整の作業を行わなければならない。

すなわち、従来のエンジニアリングツールのサーボゲインパラメータのチューニング機能の調整画面では、サーボアンプ１台を調整する機能は実現しているが、単軸を対象とした調整を行う用途しか考慮されていない。このため、従来のエンジニアリングツールは、機械的に連結された複数軸のサーボゲインパラメータの調整を行う用途に関しては適用が難しく、多軸のサーボゲインパラメータの調整経験がない未熟練者（ユーザ）にとっては調整が困難となっていた。

たとえば特許文献１では、以下のような方法が記載されている。すなわち、複数軸の設定・調整を行う際に、まず装置に付属の操作パネル上において一つの軸の一つの設定項目の設定を行う。つぎに、該設定した設定項目を残りの軸の同一設定項目にコピーする。そして、残りの設定項目に関しても同様の手順を反復し、複数の軸からなるシステムの設定を行う。また、ある設定項目の設定値が全ての軸で同一であるときに、該当設定項目の番号の左に特定のマークを表示することが記載されている。

また、特許文献２では、指定したグループの初期設定値を一覧表示する内容が記載されている。

コントローラからの制御指令にサーボモータの動作を追従させるためのサーボアンプでは、位置制御ループや速度制御ループから構成されるサーボ制御において、位置情報・速度情報をサーボモータからフィードバックさせて、コントローラからの制御指令との偏差が０になるように、サーボモータが発生するトルクを制御している。このため、サーボ制御を適切に行うためには、位置制御ゲインおよび速度制御ゲインのサーボゲインの設定値を増減させることでコントローラからの制御指令への追従性を調整するパラメータ調整作業が必要となる。

このサーボゲインは、複数のパラメータから構成されている。このため、最近のサーボアンプでは、サーボ調整の容易化のために、まず移動させるワークの重さ（イナーシャ）を各軸の負荷状況から自動推定する。そして、自動推定したイナーシャに基づいて応答性設定を増減させることにより、関連するサーボゲインパラメータが一括して自動調整される（以降、オートチューニングと呼ぶ場合がある）。このオートチューニングは、各軸が独立して行われるが、１軸毎にコントローラから制御指令を与える多軸システム構成において、機械で連結された複数軸（以降、ガントリ軸と呼ぶ場合がある）を含む場合、ガントリ軸は同じ制御指令を受けて同じ動きを行う必要がある。このため、サーボゲイン値についても、ガントリ軸を構成する該当軸に対して同一の値を設定することが一般的である。

特開２００８−３３８９８号公報 特開平１０−１８７２１０号公報

しかしながら、たとえば平行に設けられたＸａ軸およびＸｂ軸に直角にＹ軸が機械的に連結されたガントリ軸の場合、各軸が独立して行われるオートチューニングだけでは、Ｙ軸の停止位置により負荷状況が変動する。このため、実際にはサーボゲイン値は同一の値にはならない。このため、ガントリ軸の調整においては、構成軸の設定値を個別に参照し、該設定値から構成軸に設定するサーボゲイン値を同一値に集約させる手間がかかる、という問題がある。この問題は、特許文献１に示される特定軸のサーボゲインを参照し、コピーする技術および特許文献２に示される一覧表示技術では解決することができない。

また、調整結果のモニタとして、例えばガントリ軸として見た場合のオーバーシュート量、位置指令が０になってから実際のサーボモータが停止するまでの時間（以降、整定時間と呼ぶ）も構成軸によってばらつきがある。このため、ガントリ軸を構成する各軸のモニタ値では、ガントリ軸としての挙動を直感的に把握することが困難であった。すなわち、従来のエンジニアリングツールのチューニング機能における、各軸に個別対応した調整画面では対象軸以外の状態は把握することができず、ガントリ軸としての挙動を直感的に把握することが困難であった。

また、複数の軸からなる多軸システムの場合は、１軸ごとに個別にサーボゲインパラメータの設定・調整を行い、同様の作業を他の全ての軸に対しても実施する必要がある。このため、多軸制御システムのサーボゲインパラメータの設定、調整には、使用する軸数に比例した作業時間と手間が必要であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の軸を同期して位置決め制御を実行する多軸制御システムに対するサーボゲインパラメータの設定・調整を容易にして、設定・調整に要する時間や手間を低減することが可能な多軸制御システム設定・調整機能支援装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる多軸制御システム設定・調整機能支援装置は、１つのサーボアンプと１つのサーボモータの組み合わせである軸を複数有してモーションコントローラの指令で複数の前記軸を同期して位置決め制御を実行する多軸制御システムに対して、前記サーボアンプに設定する制御パラメータを設定・調整する設定・調整機能を有し、前記複数の軸が機械的に連結された機械軸を構成する複数の前記軸を１つのグループとしてグループ化し、前記グループを構成する前記複数の軸に対して前記制御パラメータの調整を行い、前記グループを構成する全ての前記複数の軸の制御パラメータの調整結果の平均値を前記機械軸の制御パラメータ値として前記制御パラメータの項目毎に表示すること、を特徴とする。

本発明によれば、複数の軸を同期して位置決め制御を実行する多軸制御システムに対するサーボゲインパラメータの設定・調整を容易にして、設定・調整に要する時間や手間を低減することできる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態における多軸制御システムおよび多軸制御システム設定・調整機能支援装置のシステム構成図の一例を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態における多軸制御システムが有する機械構成の一例を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態における多軸制御システムを構成する構成部を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態における設定・調整機能支援装置において複数の軸を含む軸グループを設定するグルーピング設定画面を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態にかかる設定・調整機能支援装置におけるシステム構成設定画面における機械要素に合わせた軸のグルーピング設定結果を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態にかかる設定・調整機能支援装置における各種パラメータの調整画面の一例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態における設定・調整機能支援装置において軸グループのサーボゲインパラメータを設定するための処理を示すフローチャートである。 図８は、本発明の実施の形態における設定・調整機能支援装置におけるシステム構成軸のサーボゲインパラメータ調整結果の表示画面の一例を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態における設定・調整機能支援装置においてグルーピングされた機械軸のチューニング画面（調整画面）の表示の一例を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態における設定・調整機能支援装置におけるオートチューニングによるシステム構成軸のサーボ調整結果の表示画面の一例を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態にかかる設定・調整機能支援装置としての機能を実現するコンピュータ装置の構成の一例を模式的に示すブロック図である。

以下に、本発明にかかる多軸制御システム設定・調整機能支援装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

実施の形態
図１は、実施の形態における多軸制御システム１１および多軸制御システム設定・調整機能支援装置（以下、設定・調整機能支援装置と呼ぶ場合がある）１６のシステム構成図の一例を示す図である。この多軸制御システム１１は、複数の軸が同期して位置決め制御を実行する多軸制御システムであり、たとえば充填機、包装機、工作機械などが一例にあげられる。

多軸制御システム１１は、モーションコントローラ１２、サーボアンプ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ、サーボモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ、および機械要素１５ａ，１５ｂ，１５ｃを備えている。

図２は、本実施の形態における多軸制御システム１１が有する機械構成の一例を示す図である。本実施の形態における多軸制御システム１１では、たとえば図２に示すようにサーボモータ１４ａとサーボモータ１４ｂとの２軸のサーボモータにより駆動される機械要素（Ｘ軸）を有している。Ｘ軸のうちサーボモータ１４ａにより駆動される軸を軸１（Ｘａ軸）とする。Ｘ軸のうちサーボモータ１４ｂにより駆動される軸を軸２（Ｘｂ軸）とする。

また、多軸制御システム１１は、１軸のサーボモータ１４ｃにより駆動され、機械要素（Ｘ軸）に直交する機械要素（Ｙ軸）を有している。また、多軸制御システム１１は、１軸のサーボモータ１４ｄにより駆動され、機械要素（Ｘ軸）および機械要素（Ｙ軸）に直交する機械要素（Ｚ軸）を有している。Ｙ軸は、Ｘ軸に直交するようにＸ軸に機械的に接続されている。Ｚ軸は、Ｘ軸およびＹ軸に直交するようにＹ軸に機械的に接続されている。ここでは、平行に設けられた軸１（Ｘａ軸）および軸２（Ｘｂ軸）がガントリ軸とされている。

モーションコントローラ１２には、多軸制御システム設定・調整機能支援装置（エンジニアリングツール）１６として汎用コンピュータ装置が接続されている。設定・調整機能支援装置１６では、設定された多軸制御システムのシステム構成および多軸制御システムの制御に必要な各種のパラメータをモーションコントローラ１２に送信して書き込む。また、設定・調整機能支援装置１６では、モーションコントローラ１２から各種の情報を受信する。

図３は、本実施の形態における多軸制御システム１１を構成する構成部を示す図である。設定・調整機能支援装置１６は、グルーピング設定部３１と、設定部３２と、対象軸指定部３３と、調整部３４と、入力部３５と、表示部３６と、通信部３７とを有する。グルーピング設定部３１は、グループを指定するグループ選択情報、およびグルーピングする軸を指定する軸選択情報が外部から入力されると、該選択情報に基づいて、機械的に結合された機械軸を構成する複数の軸のグルーピング（グループ化）を行う。

設定部３２は、グループとしてグルーピングされた軸およびグルーピングされていない軸に対して、外部から入力されるシステム構成設定指示情報に基づいて、軸Ｎｏ．に対応させて、サーボアンプ形名および機械軸名称を設定する。設定部３２は、外部から入力される各種の制御パラメータを、グループとしてグルーピングされた軸およびグルーピングされていない軸に対して関連付けて設定する。対象軸指定部３３は、外部から入力される調整対象軸指定情報に基づいて、サーボアンプに設定する制御パラメータであるサーボゲインパラメータを調整する対称軸として、グルーピングされたグループまたは単独の軸を指定する。調整部３４は、対象軸指定部３３で指定されたグループまたは軸に対してチューニングを実施する。

入力部３５は、たとえばキーボード、マウスを含む各種のデバイスが用いられ、設定・調整機能支援装置１６への各種情報の入力および設定を行う。表示部３６は、設定・調整機能支援装置１６での各処理における表示画面および外部からの入力情報を含む各種の必要情報を表示する。通信部３７は、たとえばインターネット回線および専用回線を含む通信回線を介して外部と各種の必要情報の送受信を行う。

また、設定・調整機能支援装置１６では、モニタ機能を使用し、通信機能によりモーションコントローラ１２から各種のモニタ情報を読み出す。また、設定・調整機能支援装置１６では、ＪＯＧ運転、手動パルサ運転、および原点復帰といったテスト運転を実行するテスト機能を有する。設定・調整機能支援装置では、上述した機能を用いて以下で説明する制御パラメータ設定・調整処理を実施する。

本実施の形態における設定・調整機能支援装置１６は、多軸制御システム１１に含まれる複数の軸をグルーピング設定機能により関連付けを行えるように、設定画面を備えている。図４は、本実施の形態における設定・調整機能支援装置１６において複数の軸を含む軸グループを設定するグルーピング設定画面を示す図である。グルーピング設定画面は、例えば設定・調整機能支援装置１６の表示部３６に表示される。

グルーピング設定画面では、入力部３５を介した入力処理により、グループのシステム構成および軸のシステム構成をリスト形式で表示し、所望のグループに所望の軸を関連付けることができる。すなわち、このグルーピング設定画面では、グループ選択欄５１の「グループＮｏ．」および軸選択欄５２の「軸Ｎｏ．」を選択することにより、任意のグループに複数の軸を設定して、複数の軸を含む軸グループを設定することができる。これにより、機械的に結合された機械軸を構成する複数の軸をグループとしてグルーピングすることができる。「軸Ｎｏ．」は、多軸制御システム１１に含まれる軸に付与された順番である。

本実施の形態では、軸１〜４のうちグループ１として軸１と軸２とを、機械的に結合された機械軸を構成する軸として設定を行う。したがって、図４の例では、グループ選択欄５１において「グループ１」が選択され、軸選択欄５２において「軸１」および「軸２」が選択される。そして、ＯＫボタン５３を選択することで、設定内容が確定される。これにより、「グループ１」に「軸１」および「軸２」が関連づけられて設定される。

なお、グループの名称についてはユーザが識別可能な名称であれば良いため、名称をユーザが任意に変更（例えばＸ軸という名称に変更）できるようにしてもよい。

図５は、本実施の形態にかかる設定・調整機能支援装置１６におけるシステム構成設定画面における機械要素に合わせた軸のグルーピング設定結果を示す図である。システム構成設定画面では、軸のシステム構成をリスト形式で表示し、また入力部３５を介した入力処理により軸のシステム構成の詳細を設定できる。システム構成設定画面では、グルーピングした各軸に対し、「軸Ｎｏ．」に対応させて、「サーボアンプ形名」および「機械軸名称」が入力部３５を介した入力処理により設定される。また、グループ化していない各軸に対しても、「軸Ｎｏ．」に対応させて、「サーボアンプ形名」および「機械軸名称」が入力部３５を介した入力処理により設定される。

図５の例では、軸Ｎｏ．１および軸Ｎｏ．２に対し、「グループＮｏ．」を「１」、「機械軸名称」を「Ｘ軸」に設定してグループ化している。また、軸Ｎｏ．３および軸Ｎｏ．４についてはグループ化せず、軸Ｎｏ．３の「機械軸名称」を「Ｙ軸」、軸Ｎｏ．４の「機械軸名称」を「Ｚ軸」に設定している。「グループＮｏ．」はグループ（軸グループとも呼ぶ）の属性である。

図６は、本実施の形態にかかる設定・調整機能支援装置１６における各種パラメータの調整画面（チューニング画面）の一例を示す図である。図６では、チューニング画面のうち調整対象軸指定欄７１、チューニングモード選択欄７２、イナーシャ比設定欄７３、応答性設定欄７４、ゲインパラメータ設定欄７５、調整結果表示欄７６を示している。図６に示すチューニング画面は、一般的な設定・調整機能支援装置において用いられている、各種パラメータ調整が可能な調整対象が１軸のみである１軸調整画面の調整対象軸指定欄７１の選択内容に「グループ１」が追加され、先にグルーピング設定されたグループ１が選択できるようにされている。

たとえばこのチューニング画面では、調整対象軸指定欄７１において調整対象軸を選択し、応答性設定欄７４に応答性を設定し、チューニングモード選択欄７２においてチューニングモードを選択することによりオートチューニングが実施される。そして、イナーシャ比設定欄７３、ゲインパラメータ設定欄７５、調整結果表示欄７６に、オートチューニングにより得られたそれぞれの値が表示される。

一般的な設定・調整機能支援装置においては、調整画面において各種パラメータの調整が可能な調整対象軸は１軸のみである。一方、本実施の形態にかかる設定・調整機能支援装置１６における各種パラメータの調整画面では、先に設定されたグループ１を調整対象軸として選択できる。これにより、機械的に結合された機械軸、すなわち、軸Ｎｏ．１および軸Ｎｏ．２を含むグループ１の各種パラメータの調整を、一般的な設定・調整機能支援装置と同じ操作性で実施することができる。

また、本実施の形態にかかる設定・調整機能支援装置１６では、一般的な設定・調整機能支援装置と同様に調整対象軸として１軸のみを選択できる。複数の軸をまとめてグルーピングした場合においても、性能追及のために意図的に各軸の設定値を個別に微調整する場合がある。本実施の形態にかかる設定・調整機能支援装置１６では、調整対象軸指定欄７１において調整対象軸を選択することにより、調整対象軸を機械軸および各軸のいずれにも容易に切り替えることができる。

図７は、本実施の形態における設定・調整機能支援装置１６においてサーボゲインパラメータを設定するための処理を示すフローチャートである。以下に各ステップの内容を詳細に示す。なお、以下では、機械的に連結された機械軸（ガントリ軸）がグルーピングされたグループ１のサーボゲインパラメータの設定に注目して説明する。

まず、ユーザが入力部３５を用いてグルーピング指示情報を入力することにより、設定・調整機能支援装置１６ではたとえば図４に示したグルーピング設定画面が表示され、多軸制御システム１１に含まれて機械的に連結された機械軸を構成する複数軸をグルーピング設定機能により関連付けるグルーピング処理が行われる（ステップＳ１０）。ここでは、平行に設けられた軸１（Ｘａ軸）および軸２（Ｘｂ軸）が、機械的に連結された機械軸（ガントリ軸）とされているので、軸１と軸２とがグループ１としてグルーピングされる。軸１と軸２とのグループ１としてのグルーピングは、図４に示したグルーピング設定画面においてユーザが入力部３５を用いて選択情報を入力することにより行われる。

すなわち、グルーピング設定画面のグループ選択欄５１において「グループ１」が選択されることにより「グループ１」選択情報がグルーピング設定部３１に入力される。また、軸選択欄５２において「軸１」および「軸２」が選択されることにより、「軸１」選択情報および「軸２」選択情報がグルーピング設定部３１に入力される。そして、ＯＫボタン５３が選択されることにより確定指示情報がグルーピング設定部３１に入力され、「グループ１」選択情報、「軸１」選択情報および「軸２」選択情報による指定が確定され、軸１と軸２とをグループ１とする設定が確定される。これにより、「グループ１」に「軸１」および「軸２」が関連づけられて設定される。

つぎに、ユーザが入力部３５を用いてシステム構成設定指示情報を入力することにより、設定・調整機能支援装置１６では図５に示したシステム構成設定画面が表示され、軸のシステム構成設定処理が行われる（ステップＳ２０）。システム構成設定画面では、グループ１としてグルーピングされた軸１および軸２に対し、「軸Ｎｏ．」に対応させて、「サーボアンプ形名」および「機械軸名称」がそれぞれ設定される。また、グループ化されていない各軸に対しても、「軸Ｎｏ．」に対応させて、「サーボアンプ形名」および「機械軸名称」がそれぞれ設定される。これらのシステム構成情報をユーザが入力部３５を用いて入力することにより、該システム構成情報が設定部３２に入力され、設定される。

また、多軸制御システム１１に含まれるそれぞれの軸について、位置決め制御を実行する上で必要な各種設定値、特性値が、入力部３５を介した入力処理により入力され、設定部３２により設定される。

つぎに、ユーザが入力部３５を用いてサーボゲインパラメータ調整指示情報を入力することにより、設定・調整機能支援装置１６ではたとえば図６に示したチューニング画面が表示され、サーボゲインパラメータの調整処理が行われる。機械軸（ガントリ軸）のサーボゲインパラメータ調整は、一般の設定・調整機能支援装置においてサーボゲインパラメータ調整対象が１軸である場合と同様に、イナーシャ比の推定を行うことから始められる。

まず、図６に示したチューニング画面における調整対象軸指定欄７１においてユーザが入力部３５を用いてグループ１の調整対象軸指定情報を入力することにより、該情報が対象軸指定部３３に入力され、サーボゲインパラメータ調整の対称軸としてグループ１が指定される（ステップＳ３０）。

そして、ユーザが入力部３５を用いてたとえばオートチューニング指示情報を入力することにより、設定・調整機能支援装置１６では調整部３４がオートチューニングを実施する（ステップＳ４０）。対象軸指定部３３においてサーボゲインパラメータ調整の対称軸としてグループ１が指定されているため、調整部３４は、グループ１を対象としてオートチューニングを実施する。すなわち、調整部３４がオートチューニング機能によってモーションコントローラ１２からの指令によりＸ軸を動かすことにより、軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とで個別にイナーシャ比の推定が行われる。ここで、グループ１を構成する軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とがたとえば図８に示すようなオートチューニング結果となった場合には、調整部３４は図９に示すようにグループ１のイナーシャ比として軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とのイナーシャ比の平均値を計算して表示する。図８は、システム構成軸のサーボゲインパラメータ調整結果の表示画面の一例を示す図である。図９は、グループ１としてグルーピングされた機械軸のチューニング画面（調整画面）の表示の一例を示す図である。

このように、調整部３４がグループ１のイナーシャ比として複数軸（軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸））のイナーシャ比の平均値を計算して表示することにより、Ｙ軸の停止位置に起因して軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とのイナーシャ比が不均衡な状況でも、不均衡な状況の影響が表示値に出にくい値を表示することができる。これにより、Ｙ軸の停止位置に影響を受けない統一されたイナーシャ比の推定値をグループ１のイナーシャ比の推定値として表示することができるため、グループ１が複数軸であることを意識せずに、１軸の場合と同様に設定・調整作業が行える。

なお、ここでは、グループ１のイナーシャ比として軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とのイナーシャ比の平均値を計算して表示しているが、機械軸としてグルーピングされた軸がさらに多い場合は、全ての軸のイナーシャ比の平均値を計算して表示する。

イナーシャ比の推定が完了すると、ユーザが入力部３５を用いてたとえばイナーシャ比の推定を行わないオートチューニングモード指示情報を入力することにより、調整部３４が処理モードをイナーシャ比の推定を行わないオートチューニングモードに変更し、図９に示すチューニング画面にイナーシャ比の書き込みを行う。この際に、イナーシャ比は軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とのイナーシャ比の平均値が書き込まれるので、軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とについて同じイナーシャ比が書き込まれて、固定される。

そして、調整部３４がイナーシャ比の推定を行わないオートチューニングモードにおいて、図９に示すチューニング画面に書き込まれたイナーシャ比および所定の応答性設定値に基づいてオートチューニングを実施する。すなわち、調整部３４は、自動推定されたグループ１の機械軸のイナーシャ比に基づいて、所定の応答性設定値に対して関連するサーボゲインパラメータとして位置制御ゲインと速度制御ゲインとを自動調整し、図９に示すようにグループ１としてグルーピングされた機械軸のチューニング画面（調整画面）に一括して表示させる。また、調整部３４は、図８に示すようにオートチューニング結果による軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とのサーボゲインパラメータ調整結果として、イナーシャ比、位置制御ゲイン、速度制御ゲインを応答性設定とともに各軸について一括して一覧表示して表示させる。

ここで、サーボゲインである位置制御ゲインと速度制御ゲインとは、イナーシャ比と応答性設定とによって決定される。このため、軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とに同じ応答性設定値を書き込むことで、軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とではサーボゲインである位置制御ゲインと速度制御ゲインとが同じになる。したがって、図９に示すように、グループ１としてグルーピングされた機械軸のチューニング画面（調整画面）には、サーボゲインである位置制御ゲインと速度制御ゲインとしてそれぞれ１つの値が表示される。

なお、図８においては、軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とにおいて推定されたイナーシャ比が異なる状態で表示されている。このため、軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とに同じ応答性設定値が書き込まれていても、位置制御ゲインおよび速度制御ゲインは軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とで異なる値が表示されている。

そして、図９に示すようにオートチューニング（サーボ調整）結果として、整定時間とオーバーシュート量とがチューニング画面（調整画面）に表示される。このとき、調整結果として別途モニタ表示される整定時間の値が図１０に示すように軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とで異なる場合には、図９に示すようにグループ１のチューニング画面（調整画面）に表示される整定時間は、軸１と軸２との整定時間のうち最悪値（悪い方の値）を表示している。これにより、Ｘ軸を駆動する全軸（軸１、軸２）が停止している状態を把握し易くする効果があり、複数軸の中で偏りの少ない調整結果を求めやすくなる。図１０は、オートチューニングによるシステム構成軸のサーボ調整結果の表示画面の一例を示す図である。調整部３４は、図１０に示すように調整結果を各軸について一覧表示する。

また、オーバーシュート量は指令位置に対して実動作での行き過ぎ量を示す。このオーバーシュート量についても、調整結果として別途モニタ表示されるオーバーシュート量の値が図１０に示すように軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とで異なる場合には、図９に示すようにグループ１のチューニング画面（調整画面）に表示されるオーバーシュート量の値は、軸１と軸２とのオーバーシュート量のうち最悪値（悪い方の値）を表示している。これにより、オーバーシュート量の最も悪い状態が把握でき、Ｘ軸を駆動する全軸（軸１、軸２）においてオーバーシュート量を抑制する調整を行い易くする効果があり、複数軸の中で偏りの少ない調整結果を求めやすくなる。

そして、調整結果である整定時間とオーバーシュート量を目安に応答性設定の値を上げていき、オートチューニングを実施する。これにより、制御指令への追従性を向上させ、整定時間を短縮することでタクトタイムを短縮し、サーボ制御性能を向上させていくことができる。そして、要求スペックとして満足できる領域で調整を完了する。

なお、応答性設定の値を変更する際、応答性設定の値の変更処理は機械軸を構成する軸１と軸２とに対して同じ値で一括して行われる。すなわち、たとえば図６または図９に示すようなチューニング画面（調整画面）において、変更される応答性設定が入力部３５を介して入力されると、変更部３２は軸１および軸２の応答性設定を入力された同じ値に一括変更する。たとえば、図６または図９に示すチューニング画面（調整画面）において応答性設定が変更されると、図８に示すサーボゲインパラメータ調整結果の表示画面における軸１と軸２との応答性設定が同じ値に一括変更される。

また、変更部３２は、位置決め制御を実行する上で必要なその他の各種設定値の変更処理についても同様に、機械軸を構成する軸１と軸２とに対して同じ値で一括して行う。このようにグループ１を構成する軸のサーボゲインパラメータを同じ値で一括変更することで、作業効率を上げ、また書き込み忘れの防止を行うことができる。

なお、調整対象指定をグループ１に指定している場合は、調整部３４がグループ１の構成軸である軸１と軸２とについて得られたサーボゲインパラメータの比較を行い、差異があるサーボゲインパラメータについて強調表示を行う。たとえば、着色強調表示や文字太さを変えた強調表示を行う。これにより、軸１と軸２との間で、どのサーボゲインパラメータにおいて、どの程度の差異があるかを容易に確認することが可能となっている。

また、グループ１についての調整の完了後、図５に示したチューニング画面における調整対象軸指定欄においてユーザが入力部３５を用いて軸３の調整対象軸指定情報を入力することにより、該情報が対象軸指定部３３に入力され、サーボゲインパラメータ調整の対称軸として軸３が指定される（ステップＳ５０）。そして、サーボゲインパラメータ調整の対称軸としてグループ１が指定された場合と同様にして、調整部３４がオートチューニングを実施し、要求スペックとして満足できる領域で調整を完了する（ステップＳ６０）。

なお、この場合は、１軸の調整であるためイナーシャ比の推定値は１つであり、求められた推定値が用いられる。また、１軸の調整であるため、オートチューニング（サーボ調整）結果である整定時間とオーバーシュート量とについても得られる値は１つであり、求められた推定値が用いられる。

軸３についての調整の完了後、軸３の場合と同様にして軸４についてオートチューニングを実施し、要求スペックとして満足できる領域で調整を完了する（ステップＳ７０、ステップＳ８０）。そして、軸３および軸４についても、図８、図９、図１０に示すような画面にチューニング結果が表示される。これにより、図８、図１０に示す画面では、複数の軸のサーボゲインパラメータが一括して一覧表示されるため、機械軸を構成する軸の実際の設定値および調整後のサーボゲインパラメータの差異をそれぞれ比較することで差異を判別し易くなる。すなわち、図８に示すように軸１と軸２とのオートチューニング結果を一覧表示し、比較することでガントリ軸の各構成軸のサーボゲインパラメータの差異を判別し易くなる。

なお、上記においては、オートチューニングを実施する場合について示したが、オートチューニングの代わりに手動でのチューニングを行うことも可能である。

また、通常は調整結果である整定時間とオーバーシュート量を目安に応答性を上げていき、要求スペックとして満足できる領域で調整を完了する。しかし、応答性設定の調整だけでは要求スペックを満足できない場合は、オートチューニングを停止し、グループを構成する軸について制御パラメータがユーザからの入力により個別に設定されてサーボゲインパラメーラを個別に調整、変更するマニュアル調整を行う場合もある。調整対象指定をグループ１に指定していた場合は、マニュアル調整で変更されたサーボゲインパラメーラは軸１と軸２とに同時に反映されて変更されるため軸１と軸２との間でサーボゲインパラメーラに差異が発生することは無い。

マニュアル調整でも要求スペックが満足できない場合の手段として、調整対象軸を軸１または軸２のいずれかの軸に変更し、意図的に軸間バランスを調整することも可能である。例えば運転パターンとして、Ｙ軸が軸１側に近い状態で運転することが多い場合および軸１と軸２とで機械摩擦が異なる場合に熟練者（ユーザ）によるマニュアル調整においても、調整対象軸を容易に切り替えることが可能な構成となっているため、同一画面で様々な調整を行うことが可能である。

また、マニュアル調整で意図的に軸間バランスを変更した場合は、調整対象軸をグループ１に指定して図８に示すようにサーボゲインパラメータの一覧表示を行うことで、グループ１の構成軸である軸１と軸２とについて得られたサーボゲインパラメータに差異があるサーボゲインパラメータについて着色強調表示を行うので、どのサーボゲインパラメータにおいて、どの程度の差異があるかを容易に確認することが可能となっている。

また、図８に示すように軸１（Ｘａ軸）と軸２（Ｘｂ軸）とのオートチューニング結果を一覧表示し、比較することでガントリ軸の各構成軸のサーボゲインパラメータの差異を判別し易くなる。

図１１は、本実施の形態にかかる設定・調整機能支援装置１６としての機能を実現するコンピュータ装置１００の構成の一例を模式的に示すブロック図である。図１１に示されるように、コンピュータ装置１００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置１０１、キーボードなどの入力装置１０２、演算を行うＣＰＵ１０３、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリ１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性メモリ１０５、表示装置１０１に表示する表示画面を記憶する表示用メモリ１０６、フラッシュメモリなどの着脱可能な外部メモリとのインタフェースである外部メモリインタフェース１０７、外部機器との間で通信を行う通信インタフェース１０８などがバス１０９を介して接続された構成を有する。

そして、不揮発性メモリ１０４に格納されて上記設定・調整機能支援装置１６としての機能の処理手順が記述されたプログラムが揮発性メモリ１０５にロードされ、ＣＰＵ１０３によって実行される。このプログラムは、ハードディスク、ＣＤ（Compact Disk）−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＭＯ（Magneto-Optical Disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile DiskまたはDigital Video Disk）などのコンピュータ装置で読取可能な記録媒体に記録され、または、このプログラムは、インターネットなどのネットワーク（通信回線）を介して配布することもできる。この場合には、通信インタフェース１０８を介して接続された情報処理端末からプログラムが不揮発性メモリ１０４上に格納される。

なお、上記においては、設定・調整機能支援装置１６をコンピュータにより構成しているが、設定・調整機能支援装置としての専用の装置を用いてもよい。

上述したように、本実施の形態では、機械的に結合された機械軸を調整対象軸に追加することにより、１軸のサーボゲイン値を表示していた一般的な調整画面レイアウトを変更せずに、複数の軸が機械的に連結された機械軸をグループ化して１軸とみなして容易な操作性でサーボゲインパラメータの調整作業を行うことができる。

また、本実施の形態では、複数の軸が機械的に連結された機械軸を対象としたサーボゲインパラメータの調整作業において、該複数の軸のサーボゲインパラメータの平均値を表示する。このため、他の軸の影響を受けない統一されたサーボゲインパラメータ値をグループ１のサーボゲインパラメータ値として表示することができるため、複数の軸間の調整結果が不均衡な状況でも表示値に影響が出にくい値を表示するため、機械軸が複数軸を意識せずに作業が行える。

また、本実施の形態では、サーボゲインパラメータの調整結果を一覧表示し、グループ（機械軸）を構成する複数の軸の中での最悪値を表示することで、サーボゲインパラメータの最も悪い状態を把握でき、複数軸の中で偏りの少ない調整結果を求めやすくなる。

また、本実施の形態では、機械軸を構成する軸のサーボゲインパラメータを一覧表示し、設定値、調整結果が同一値でない箇所を強調表示することで、どのサーボゲインパラメータにおいて、どの程度の差異があるかを容易に確認することが可能となる。また、設定値の一括書き込み忘れをユーザが気付き易くなる。

また、本実施の形態では、グループ（機械軸）が調整対称軸として選択された場合のサーボゲインパラメータの変更処理は、グループ（機械軸）を構成する軸のサーボゲインパラメータを１回の処理で同じ値に一括変更することで作業効率を上げ、書き込み忘れの防止を行うことができる。

また、本実施の形態では、グループ（機械軸）が調整対称軸として選択された場合の設定一覧表示は、グループ（機械軸）を構成する複数の軸の実際の設定値を軸別に表示し、設定値が軸により異なる場合は強調表示することで、意図的に機械軸を構成する軸のパラメータに差異を発生させた場合の変更箇所と差異の程度を定量的に把握し易くなる。

したがって、本実施の形態によれば、複数の軸を同期して位置決め制御を実行する多軸制御システムに対するサーボゲインパラメータの設定・調整を容易に行うことができ、設定・調整に要する時間や手間を低減してユーザの負担を軽減することができる。

以上のように、本発明にかかる多軸制御システム設定・調整機能支援装置は、複数の軸を同期して位置決め制御を実行する多軸制御システムに対するサーボゲインパラメータの設定・調整に要する時間や手間の低減に有用である。

１１ 多軸制御システム、１２ モーションコントローラ、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ サーボアンプ、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ サーボモータ、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 機械要素、１６ 多軸制御システム設定・調整機能支援装置（設定・調整機能支援装置）、３１ グルーピング設定部、３２ 設定部、３３ 対象軸指定部、３４ 調整部、３５ 入力部、３６ 表示部、３７ 通信部、５１ グループ選択欄、５２ 軸選択欄、７１ 調整対象軸指定欄、７２ チューニングモード選択欄、７３ イナーシャ比設定欄、７４ 応答性設定欄、７５ ゲインパラメータ設定欄、７６ 調整結果表示欄、１００ コンピュータ装置、１０１ 表示装置、１０２ 入力装置、１０３ ＣＰＵ、１０４ 不揮発性メモリ、１０５ 揮発性メモリ、１０６ 表示用メモリ、１０７ 外部メモリインタフェース、１０８ 通信インタフェース、１０９ バス。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる多軸制御システム設定・調整機能支援装置は、１つのサーボアンプと１つのサーボモータの組み合わせである軸を複数有してモーションコントローラの指令で複数の前記軸を同期して制御する多軸制御システムに対して、前記サーボアンプに設定する制御パラメータを設定・調整する設定・調整機能を有し、前記複数の軸が機械的に連結された機械軸を構成する複数の前記軸を１つのグループとしてグループ化し、前記グループを構成する前記複数の軸に対して前記制御パラメータの調整を行い、前記グループを構成する全ての前記複数の軸の制御パラメータの調整結果の平均値を前記機械軸の制御パラメータ値として前記制御パラメータの項目毎に表示すること、を特徴とする。

Claims (6)

1. １つのサーボアンプと１つのサーボモータの組み合わせである軸を複数有してモーションコントローラの指令で複数の前記軸を同期して位置決め制御を実行する多軸制御システムに対して、前記サーボアンプに設定する制御パラメータを設定・調整する設定・調整機能を有し、
   前記複数の軸が機械的に連結された機械軸を構成する複数の前記軸を１つのグループとしてグループ化し、
   前記グループを構成する前記複数の軸に対して前記制御パラメータの調整を行い、
   前記グループを構成する全ての前記複数の軸の制御パラメータの調整結果の平均値を前記機械軸の制御パラメータ値として前記制御パラメータの項目毎に表示すること、
   を特徴とする多軸制御システム設定・調整機能支援装置。
2. 前記機械軸の前記制御パラメータの調整結果として、前記グループを構成する全ての前記複数の軸のうち最も悪い値を表示すること、
   を特徴とする請求項１に記載の多軸制御システム設定・調整機能支援装置。
3. 前記グループを構成する前記複数の軸間において前記制御パラメータの調整結果が同一でない制御パラメータの項目を強調表示すること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の多軸制御システム設定・調整機能支援装置。
4. 前記制御パラメータの調整において必要な設定値が、外部からの１回の入力処理により前記グループを構成する前記複数の軸に対して同じ値に一括変更されること、
   を特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の多軸制御システム設定・調整機能支援装置。
5. 前記グループを構成する前記複数の軸の各軸について前記制御パラメータが個別に設定されて前記制御パラメータの調整が行われるマニュアル調整において、前記グループを構成する前記複数の軸間において前記制御パラメータの設定値が同一でない制御パラメータの項目を強調表示すること、
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の多軸制御システム設定・調整機能支援装置。
6. 前記制御パラメータの設定・調整対象軸として前記軸または前記機械軸を選択可能であり、
   前記制御パラメータの設定・調整対象軸として１つの前記軸を選択した場合には、選択された前記軸に対して前記制御パラメータの調整を行って制御パラメータの調整結果を表示すること、
   を特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の多軸制御システム設定・調整機能支援装置。

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