KR19980081841A

KR19980081841A - 선회기구의 수치제어장치

Info

Publication number: KR19980081841A
Application number: KR1019980015357A
Authority: KR
Inventors: 후지타준; 이노우에기요시; 하야시히데키
Original assignee: 이노쿠마다카히코; 도시바기카이가부시키가이샤
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1998-04-29
Publication date: 1998-11-25
Also published as: JPH10296672A; JP3453043B2; KR100496208B1; US6301511B1; DE19818973A1

Abstract

비원운동을 하는 구동원에 의하여 비선형 전동기구를 통하여 선회체를 선회시키는 선회기구의 수치제어장치는, 입력되는 선회각도신호를 구동원의 위치로 변환시켜 신호출력하는 좌표변환기와, 선회각도신호에 따라 구동원의 위치오차를 연산하여 신호출력하는 보정기를 가지며, 좌표변환기로부터 출력되는 변환신호와, 보정기로부터 출력되는 보정신호를 가한 것을 서어보 입력신호로하여, 상기 구동원의 제어를 하고 있다. 보정신호를 가하여 구동원의 제어를 하고 있으므로, 선회체의 선회속도를 고정밀도로 안정화시키는 것이 가능하게 된다.

Description

선회기구의 수치제어장치

본 발명은 비원(非圓)운동을 하는 구동원에 의하여 비선형(非線形) 전동기구를 통하여 소정의 선회축 둘레에 선회체를 선회시키는 선회기구의 수치제어장치에 관한 것이다.

종래부터, 소정의 선회축 둘레에 선회체를 선회시키는 선회기구를 구비한 공작기계 등에 있어서는, 직선운동을 하는 구동원과, 이 구동원의 직선운동을 선회체에 전달하는 전동기구를 가진 선회기구가 알려져 있고, 전동기구로서는 랙 앤드 피니온기구, 웜기어기구 등이 사용되고 있다.

이러한 선회기구중, 캠기구를 사용하여 선회체를 구동시키는 것이 있는데, 예를들면 일본국 특원평 8-198035호에 도시된 선회기구가 있다.

이 선회기구(1)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 베이스부재(11)에 선회가능하게 지지된 선회체(12)와, 이들 선회체(12)를 선회시키는 구동원(13)과, 이 구동원(13)의 운동을 선회체(12)에 전달하는 전동기구(14)를 포함하여 형성된다.

선회체(12)는, 상기 베이스부재(11)에 지지축(15)에 의하여 선회축(A) 둘레에 선회가능하게 지지되고, 그 선단에는 후술하는 연결축(143)과 걸어맞추어지는 凹부(121)가 형성되어 있다.

이 선회체(12)의 선회축(A)의 근방에는, 빌트인 모우터방식의 주축머리(121)가 설치되고, 선회체(12)의 선회운동에 따라 주축머리(121)가 선회하여 공작물에 대한 여러 가지의 가공을 하는 것이 가능하게 된다.

구동원(13)은, 서어보 모우터(131)와, 이 서어보 모우터(131)의 회전축 선단에 설치된 기어와 맞물리는 피니온기어(132)와, 서어보 모우터(131)의 회전축의 회전에 따라 상기 피니온(132)에 의하여 회전하는 이송나사못(133)과, 이 이송나사못(133)과 나사결합하여, 그 이송나사못(133)의 뻗어나온 방향을 따라 직선운동하는 이송너트(134)를 포함하여 형성된다.

구동원(13)의 이송너트(134)의 직선운동을 상기 선회체(12)에 전달하는 전동기구(14)는 가로슬라이더(141)와, 세로슬라이더(142), 연결축(143)을 포함하여 형성된다.

가로슬라이더(141)는, 베이스부재(11)에 직선적으로 설치되는 가로가이드(111)가 뻗어나온 방향으로 이동이 자유롭게 부착됨과 동시에, 그 윗면에는 가로가이드(111)가 뻗어나온 방향으로 직교하여 뻗은 세로가이드(141A)가 형성되어 있다.

세로슬라이더(142)는, 이 세로가이드(141A)가 뻗어나온 방향으로 이동이 자유롭게 부착되고, 그 윗면에는 선회체(12)의 凹부(121)와 걸어맞추어지는 연결축(143)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 오른쪽의 가로슬라이더(141)에는, 상술한 구동원(13)의 이송너트(134)가 접합고정되어 있다.

그리고, 2개의 선회체(12)의 각각에 설치된 가로슬라이더(141)끼리는 연결로드(144)에 의하여 연결되고, 도 12중 오른쪽의 선회체(12)의 선회에 따라 다른쪽의 선회체(12)도 선회한다.

이러한 선회기구(1)는 다음과 같이 동작한다.

① 서어보 모우터(131)가 회전하면, 피니온기어(132)에 의하여 이송나사못(133)이 회전한다.

② 이송나사못(133)의 회전에 따라 이송너트(134)가 이송나사못(133)이 뻗어나온 방향을 따라 이동한다.

③ 이송너트(134)의 이동과 함께 가로슬라이더(141)가 이동하고, 연결축(143)을 통하여 선회체(12)가 선회한다.

그리고, 가로슬라이더(141)의 이동중, 연결축(143)은 세로슬라이더(142)와 함께 세로가이드(141A)를 따라 이동함으로써, 선회체(12)의 凹부(121)와의 걸어맞춤을 유지한다.

그리고, 도 13에 도시한 바와 같이, 연결축(143)의 궤적(143A)은 이송너트(143)의 X방향의 궤적(134A)에 대하여 선회축(A)둘레 θ방향의 원호형상을 이루고 있다.

이러한 선회기구(1)에 의하면, 가로슬라이더(141), 세로슬라이더(142)의 가이드(111, 141A)에 따른 단순한 동작에 의하여, 구동원(13)의 직선운동을 선회체(12)의 선회운동에 전달할 수 있다.

따라서, 랙 앤드 피니온기구와 웜기어기구와 같이 맞물림부분이 마멸하여 선회동작의 불량등을 일으키는 일이 없고, 매우 내구성이 높은 선회기구를 형성할 수 있다.

또, 복수의 선회체(12)를 인접배치한 경우, 랙 앤드 피니온등의 전동기구에서는, 인접한 전동기구의 기어끼리 간섭하지 않도록 배치간격을 크게 잡을 필요가 있다. 이에 대하여, 상술한 선회기구(1)이면, 이러한 것을 배려할 것 없이 선회체(12)를 접근시켜 인접배치할 수 있으므로, 복수의 선회체를 가진 공작기계를 소형화 할 수 있다.

그리고, 이러한 선회기구(1)를 공작기계등에 조립해 넣을 경우, 작물의 가공을 정밀하게 하기 위해서는, 입력된 선회각도신호에 대한 선회체의 위치결정의 정밀도를 높게할 뿐만 아니라, 선회체의 선회속도를 고정밀도로 안정시킬 필요가 있고, 특히 프로파일러등의 다축의 고정밀도 윤곽 가공용 공작기계에서는 위치결정, 선회속도의 고정밀도화는 중요한 문제가 된다.

그러나, 이러한 선회기구(1)는 도 13에서 알 수 있듯이, 이송너트(134)의 직선운동을 선회체(12)의 회전운동으로 변환하고 있으므로, 선회축(A)으로부터 구동원(13)의 직선구동점(이송너트(134)의 위치)까지의 거리가, 선회각(θ)의 위치에 따라 변화한다. 이것은, 이송너트(134)가 궤적(134A)을 따라 등속운동을 하여도, 선회체(12)의 선회속도는 변화하는 것을 의미한다.

따라서, 선회체(12)의 선회속도를 일정하게 유지하면서 선회시키기 위해서는, 구동원(13)의 직선운동을 선회각(θ)에 따라 변화하도록 제어하여야 한다.

구체적으로는 구동원(13)의 직선운동을 선회체(12)의 회전운동으로 변환시키고 있으므로, 그 구동원(13)의 운동속도는 3각함수적으로 변화시키면서 구동시킬 필요가 있다.

또, 구동원(13)의 직선구동점에 위치오차(드루프)(Ex)가 생긴 경우, 이에 추종하는 선회체의 위치오차(Eθ)는 선회각도에 의하여 변화한다.

따라서, 각도(θ)에 따라 위치오차(Eθ)를 회전구동원으로 직접구동한 경우와 똑같게 되도록 제어하여야 한다.

이러한 문제는, 상술한 전동기구(14)에 의하여 구동원(13)의 운동을 선회체에 전달하는 선회기구(1)뿐만 아니라, 린크기구등의 비선형 전동기구를 이용한 선회기구에 대해서도 똑같은 문제로서 파악된다.

본 발명의 목적은, 비원운동을 하는 구동원에 의하여 비선형 전동기구를 통하여 선회체를 선회시키는 선회기구의 수치제어장치에 있어서, 선회체의 선회속도를 고정밀도로 안정시킬 수 있고, 또한 구동원의 드루프를 회전구동원으로 구동한 경우와 똑같게 할 수 있는 선회기구의 수치제어장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예의 수치제어장치의 처리를 도시한 블록도.

도 2는 전술한 실시예에 있어서의 선회기구의 선회동작을 도시한 정면도.

도 3은 도 2의 선회기구의 선회동작의 궤적을 도시한 모식도.

도 4는 전술한 실시예에 있어서, 최적의 보정신호를 도출하기 위한 비교제어기구의 블록도.

도 5는 전술한 실시예에 있어서, 미보정상태에서 비교제어를 한 경우의 추종오차를 도시한 그래프.

도 6은 전술한 실시예에 있어서, 보정기에 의하여 보정하여 비교제어를 한 경우의 추종오차를 도시한 그래프.

도 7은 전술한 실시예에 있어서의 수치제어장치를 조립해 넣은 제어기구를 도시한 블록도.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 있어서의 선회기구의 선회동작을 도시한 정면도.

도 9는 도 8의 선회기구의 선회동작의 궤적을 도시한 모식도.

도 10은 전술한 실시예에 있어서, 미보정상태에서 비교제어를 한 경우의 추종오차를 도시한 그래프.

도 11은 전술한 실시예에 있어서, 보정기에 의하여 보정하여 비교제어를 한 경우의 추종오차를 도시한 그래프.

도 12는 배경기술에 예시된 선회기구를 도시한 정면도.

도 13은 도 12의 선회기구의 이동궤적을 도시한 모식도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 선회기구(機構) 3 : 수치제어장치

5 : 제어기구 11 : 베이스부재

12, 2 : 선회체 13 : 구동원(驅動源)

14 : 전동기구(傳動機構) 15 : 지지축

31 : 좌표변환기 32 : 보정기(補正器)

33 : 보간부(保間部) 51 : 입력부

52 : 동작부 111 : 가로가이드

121 : 凹부, 주축머리 131 : 서어보 모우터

132 : 피니온기어 133 : 이송나사못

134, 234 : 이송너트 141 : 가로슬라이더

141A : 세로가이드 142 : 세로슬라이더

143, 243 : 연결축 143A : 궤적

144 : 연결로드

본 발명의 선회기구의 수치제어장치는, 도 1에 도시된 블록도를 사용하여 설명하면, 비원운동을 하는 구동원에 의하여 비선형 전동기구를 통하여 소정의 선회축 둘레에 선회체를 선회시키는 선회기구의 수치제어장치(3)로서, 입력되는 선회각도(θ^*)를 상기 구동원의 위치로 변환하여 신호출력하는 좌표변환기(31)와, 상기 선회각도신호에 따라 상기 구동원에의 보정량을 연산하여 신호출력하는 보정기(32)를 가지며, 상기 좌표변환기(31)로부터 출력되는 변환신호(X^*)와, 상기 보정기(32)로부터 출력되는 보정신호(Xc)를 가한 것을 서어보 입력신호(X_t)로 하여, 상기 구동원의 제어를 하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 비선형 전동기구란, 구동원의 위치의 변화가 선형적으로 선회체의 선회위치의 변화로 되지 않는 전동기구를 말하며, 예를들면 상술한 캠기구, 린크기구 등을 생략할 수 있다.

또, 구동원의 비원운동이란, 구동원의 구동점이 원형상으로 운동하는 것 이외의 운동을 말하며, 주로 구동점이 직선적으로 왕복운동하는 경우를 의미하나, 구동점이 다각형상으로 운동하는 경우도 포함하는 것이다.

구체적으로는, 구동점이 직선운동하는 구동원으로서는 서어보 모우터와, 이 서어보 모우터의 회전축의 회전에 따라 회전하는 이송나사와, 이 이송나사와 나사결합하여 그 이송나사가 뻗어나온 방향을 따라 직선운동하는 이송너트를 구비한 구동원을 생략할 수 있다.

이러한 본 발명에 의하면, 수치제어장치(3)가 좌표변환기(31)와 보정기(32)를 구비하고, 각각에서 출력되는 변환신호(X^*)와, 보정신호(X_C)를 가한 것을 구동원의 서어보 입력신호(X_t)로 하고 있으므로, 비원운동을 하는 구동원에 의하여 비선형 전동기구를 통하여 선회체를 선회시키는 선회기구로서, 선회체의 선회속도를 고정밀도로 안정시킬 수 있다. 또, 보정기(31)를 구비하고 있으므로, 보정신호(X_C)로 보정함으로써, 선회체를 회전구동원으로 직접 구동한 경우와 똑같은 선회동작이 가능하게 된다.

이상에서, 보정기로서는 선회각도신호(θ^*)에 선회체의 각 속도의 제곱에 비례하는 계수를 곱한 보정신호(X_C)를 출력하는 보정기(32)를 채용하는 것이 바람직하다.

즉, 선회체의 정속 선회도중에 있어서는, 구동원의 위치(X), 선회각도(θ), 시간(t)과의 사이에는, 식(1)과 같은 관계가 성립한다.

X : 구동원의 직선구동위치

θ : 선회체의 선회각도

t : 시간

X : f(θ)로 하고, X 및 θ는 모두 t의 함수로 한다.

X의속도

X의 가속도

상기식(1)에 있어서, 선회체의 각 속도를 일정하게 하도록 제어하고 싶으므로, 각 가속도는 0이 되고, 식(1)은 다음과 같은 식(2)으로 정리된다.

선회체가 일정속도로 선회하는 경우라도, 구동원의 속도는 변화한다. 이 가속도가 드루프의 오차등에 영향하므로, 보정기에 의한 보정신호(X_C)는, 구동원의 가속도에 비례하는 것으로 가정하면, 식(3)이 성립한다.

따라서, 구동원의 위치어긋남을 보정하는 보정신호(X_C)는, 선회체의 각 속도(dθ/dt)의 제곱에 비례하는 요인을 가지고 있는 것을 알 수 있다.

즉, 선회체의 각 속도를 크게 설정함에 따라 보정신호(X_C)가 커지므로, 공작기계를 고속으로 동작시킬수록, 보정기(32)의 효과가 크다고 할 수 있어서, 본 발명의 수치제어장치를 조립해넣은 선회기구이면, 선회체의 속도에 의하지 않고 고정밀도로 안정시켜 선회체를 선회시키는 것이 가능하게 된다.

그리고, 후술하지만, 시뮬레이션의 결과, K=1/2ω₀ ²로 하면, 보정기의 효과가 큰 것으로 알려져 있다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 선회체(12)와, 직선운동하는 구동원이 되는 이송너트(134)를 연결하는 연결축(143)이 선회체(12)의 반경(R)의 원호궤도에 따라 움직이는 경우, 좌표변환기(31)에 의한 변환신호(X^*)를,

X^*=R⋅sin(θ^*)

로 하고, 보정기(32)에 의한 보정신호(X_C)를,

로 하는 것이 좋다.

즉, 도 3의 모식도에 도시된 바와 같이, 연결축(143)은 원호형상의 궤적(143A)을 그림과 동시에, 이송너트(134)는 직선적인 궤적(134A)을 그린다.

따라서, 이송너트(134)의 위치오차(E_X)는 연결축(143)의 위치오차(L)(각도오차 Eθ)의 여현으로서 변환하는 것이 가능하므로, 입력한 선회각도신호(θ^*)에 따라 구동원의 제어위치(X^*)와, 그 때의 위치오차(E_X)를 산출하는 것이 가능하게 되어, 구동원의 드루프에 따르는 선회체의 추종오차를 대폭적으로 저감시킬 수 있게 된다.

그리고, 도 8에 도시한 바와 같이, 선회체(22)와 이송너트(234)를 연결하는 연결축(243)이 이송너트(234)의 이동방향, 즉 직선궤도에 따라 움직이는 경우, 좌표변환기(31)에 의한 변환신호(X^*)를

X^*=R⋅tan(θ^*)

로 하여, 보정기(32)에 의한 보정신호(X_C)를,

으로 하는 것이 좋다.

즉, 도 9의 모식도에 도시한 바와 같이, 선회체(22)의 원호궤도(22A)상의 위치오차(각도오차 Eθ)는, 정접에 의하여 이송너트(234)의 운동방향의 위치오차(E_X)로 변환하는 것이 가능하게 되므로, 상술의 경우와 똑같이, 입력한 선회각도신호(θ^*)에 따라 위치오차(E_X)를 산출하는 것이 가능하게 되어, 구동원의 드루프에 따르는 선회체의 추종오차를 대폭적으로 저감시킬 수 있게 된다.

(실시예)

이하, 본 발명의 제1실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 그리고, 이미 설명한 부재 또는 부분과 동일 또는 유사한 부재 또는 부분에 대해서는 그 설명을 생략 또는 간략히 한다.

상술한 도 2에 도시된 바와 같이, 제1실시예의 선회기구(1)는 종래예에서 설명한 것과 똑같은 구조를 가지고 있다.

이 선회기구(1)는 선회체(12)와, 이송너트(134)와, 도 2에서는 도시를 생략하였으나, 이 이송너트(134)에 가로슬라이더 및 세로슬라이더를 통하여 설치되는 연결축(143)을 포함하여 형성되고, 연결축(143)의 궤적과 이송너트(134)의 궤적을 모식화한 것이 도 3에 도시되어 있다.

그리고, 상술한 변환신호(X^*), 보정신호(X_C)는, 이하와 같은 방법에 의하여 구해진다.

즉, 연결축(143)의 궤적이 선회체(12)의 반경(R)의 원호궤도에 따라 이동하므로, θ=0에서 X=0로 하고, θ=0에서 회전축의 접선과 직선축이 평행으로 된다고 하면, 이송너트(134)의 이동량(X)과 연결축(143)(선회체12)의 선회각도(θ)와의 사이에는 식(4)가 성립한다.

X=R⋅sin(θ)⃛(4)

따라서, 양변을 미분하면, 다음과 같은 식(5)이 도출된다.

일정한 각도로 선회체를 회전시키고 있는 경우의 위치오차는, 각 속도에 비례하고, 위치제어루프게인(ω₀)에 반비례하므로, 구동원의 위치오차(E_X)는 다음과 같이 구해진다.

그리고, 도 3에 있어서, 선회체(12)의 위치오차(Eθ)와 상기 구동원의 위치오차(E_X)와의 관계는, 실제의 E_X, Eθ는 각각 X, θ의 후방에 존재한, X, θ를 중심으로 하여 취하면, L≒R·Eθ와 근사할 수 있어서, 다음의 식(7)으로 표시된다.

따라서, 이 결과에서 선회체(12)의 각도위치오차(Eθ)가 가장 커지는 요인은 직선축방향의 속도가 변화하고 있는 경우에 식(6)을 사용한 점이다. 실제는 선회체(12)의 각 속도가 일정할 때, 직선축방향 속도는 R·cos(θ)에 비례하여 변화하고 있으므로, 식(5)을 미분하여 선회체의 각 가속도가 0라는 점을 고려하면, 다음의 식(8)과 같이 된다.

그리고, 이 식(8)에 의하여 오차가 야기된다고 생각되므로, 도 4의 블록도에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 선회기구(1)와, 선회체에 서어보 모우터를 직접 접속한 회전구동원에 의한 선회기구와의 비교제어기구(4)에 의하여 시뮬레이션을 행하였다.

제1의 제어기구(5)는 선회각도(θ^*)를 입력하는 입력부(51)와, 상술한 선회기구(1)를 포함한 동작부(52)와, 이 동작부(52)의 동작으로부터 이송너트(134)의 위치(X)를 검출하여, 이 X를 각도로 역변환하는 검출부(53)를 구비하고 있다.

제2의 제어기구(6)는 선회체를 직접 선회시키는 동작부(61)를 구비하고, 이 동작부(61)에는, 제1의 제어기구(5)의 입력부(51)의 선회각도(θ^*)의 신호가 직접 사용됨과 동시에, 동작부(61)의 동작후의 선회체의 실제의 선회각도는 검출부(62)에 의하여 검출된다.

그리고, 제어기구(5)에 의하여 검출되는 선회체의 각도는, 제어기구(6)에 의하여 검출되는 선회체의 각도와 비교되어, 그 차를 Err 로서 출력한다.

그리고, 시뮬레이션은 이하의 조건으로 행하고 있다.

위치제어루프게인 ω₀= 30(rad/sec)

속도제어루프게인 ω₀= 300(rad/sec)

적분보상절점(折点) ω_a= 100(rad/sec)

선회반경 R = 883(mm)

볼나사피치 L = 8(mm/rev)

이송속도 1000(도/min)

선회체의 이동범위 0(도)∼33.3333(도)

이 결과, 입력부(51)에 있어서 입력선회각도(θ^*)가 미보정의 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 선회체(12)의 각도(θ)가 커짐에 따라 Err의 값도 커져서, 최대 약 0.0017도의 오차가 생기고 있다.

한편, 식(8)에서 구해지는 (dθ/dt)²sin(θ)에 비례한 오차를 고려하여, 보정신호 X_C=K·(dθ/dt)²sin(θ)를 설정하여 제어기구(5)를 동작시켜, K의 값을 변화시켜 시뮬레이션을 반복하였던바, K=1/2ω₀ ²일 때, 도 6에 도시한 바와 같이, θ에 의하지 않고 Err의 값은 대략 0가 되었다.

따라서, 보정기(32)에 사용하는 보정신호(X_C)로서는,

를 채용하는 것이 좋고, 이에 의하여 선회기구(1)를 제어하면, 도 6과 같이 거의 추종오차가 생기지 않는 선회기구로 할 수 있다.

따라서, 도 2 및 도 12에 도시한 바와 같은 비선형 전동기구를 통한 선회기구(1)를 제어할때에는, 도 7에 도시한 바와 같이, 선회체(12)의 각도위치 지령값(θ^*)이 입력되는 보간부(33)에 좌표변환기(31)와, 보정기(32)를 구비한 수치제어장치(3)를 개재시켜, 각각에서 출력되는 변환신호(X^*) 및 보정신호(X_C)를 구동원(13)에 대한 서어보 입력신호(X_t)로 하여, 제어부(7)에 이 서어보 입력신호(X_t)를 보내어, 선회기구(1)를 동작시키면 된다.

다음에 본 발명의 제2실시예에 대하여 설명한다.

전술한 제1실시예의 선회기구(1)에서는, 연결축(143)은 선회체(12)의 선회와 함께 반경(R)의 원호에 따라 이동하고 있었다.

이에 대하여, 제2실시예의 선회기구(2)에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 선회체(22)와 이송너트(234)를 연결하는 연결축(243)이 이송너트(234)의 이동방향, 즉 직선궤도를 따라 이동한다.

또, 수치제어장치의 구성은 전술한 제1실시예와 똑같은 구성이 되나, 연결축(243)이 직선운동을 하므로, 좌표변환기에 의한 변환신호(X^*)가 제1실시예와는 달라서, 이에 따라 보정신호(X_C)도 제1실시예와는 다르다.

좌표변환기(31)에 의한 변환신호(X^*)는, 도 9의 모식도에 의거하여 다음식(9)이 성립한다.

X=R⋅tan(θ)⃛(9)

그리고, 제1실시예의 경우와 똑같이, 식(9)를 2회 미분하여, 선회체(22)의 각도(θ)에 있어서의 이송너트(234)의 가속도를 구하여, 정각속도로 회전하는 선회체(22)의 각 가속도가 0인 점을 고려하면, 식(10)이 도출된다.

따라서, 선회체(22)의 입력선회각도신호(θ^*)에 대하여 보정신호(X_C)는,

K : 정수

가 되고, 이 결과에서 제1실시예에 있어서의 도 4에 도시된 비교제어기구(4)를 사용하여 시뮬레이션을 행하여, 정수(K)의 최적값을 결정한다.

그리고, 시뮬레이션에 있어서의 조건은 이하와 같이하여 설정하고 있다.

위치제어루프게인 ω₀= 30(rad/sec)

속도제어루프게인 ω₀= 300(rad/sec)

선회반경 R = 750(mm)

적분보상절점 ω_a= 100(rad/sec)

볼나사피치 L = 8(mm/rev)

이송속도 1000(도/min)

선회체의 이동범위 0(도)∼33.3333(도)

이 결과, 미보정상태의 경우, 도 10에 도시한 바와 같이, 선회체(12)의 각도(θ)가 커짐에 따라 Err의 값은 -방향으로 증가해가서, 최대 약 -0.0033도의 오차가 생기고 있다.

한편, 상술한 보정신호

에 의거하여 K=1/ω₀ ²으로서 시뮬레이션을 행하였던바, 도 11에 도시한 바와 같이, Err의 값을 1/10000(도) 정도로 억제되는 것을 알았다.

따라서, 보정기에 사용하는 보정신호로서는,

를 채용하는 것이 좋고, 이에 의하여 선회기구(2)를 제어하면, 도 11과 같이 거의 추종오차가 생기지 않는 선회기구로 할 수 있다.

이러한 선회기구(2)의 제어에 있어서는, 도 7에 도시한 제1실시예와 똑같은 블록도에 의하여 동작시켜, 변환신호(X^*)를 식(9)로 설정하고, 보정신호(X_C)를 식(11)로 설정하면 된다.

본 발명의 제1실시예에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 수치제어장치(3)가 좌표변환기(31)와 보정기(32)를 구비하고, 각각에서 출력되는 변환신호(X^*)와, 보정신호(X_C)를 가한 것을 구동원(13)의 서어보 입력신호(X_t)로 하고 있다.

따라서, 비원운동을 하는 구동원(13)에 의하여 비선형 전동기구(14)를 통하연 선회체(12)를 선회시키는 선회기구(1)라도, 선회체(12)의 선회속도를 고정밀도로 안정시킬 수 있을 뿐만 아니라, 보정기(32)에 의하여 구동원(13)의 드루프의 변화를 적게하여 선회체(12)의 추종오차를 작게할 수 있다.

또, 선회체(12)의 각 속도(dθ^*/dt)를 크게 설정함에 따라 보정신호(X_C)가 커지므로, 공작기계를 고속으로 동작시킬수록 보정기(32)의 효과가 크다고 할 수 있어, 수치제어장치(3)를 조립해넣은 선회기구이면, 선회체(12)의 속도에 의하지 않고 안정되게 선회체(12)를 선회시킬 수 있게 된다.

또한, 수치제어장치(3)는 변환신호(X^*)가 R·sin(θ^*), 보정신호(X_C)가,

로 설정되어 있으므로, 도 6에 도시한 바와 같이 선회기구(1)에 있어서의 추종오차를 대폭 저감시킬 수 있다.

또, 본 발명의 제2실시예에 의하면, 제1실시예의 효과에 더하여 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 연결축(243)이 이송너트(234)를 따라 직선적으로 이동한 경우라도, 제1실시예의 경우와 똑같이, 선회체(22)의 추종오차를 현저히 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제1실시예의 선회기구(1)와 같이, 연결축(143)에 반경(R)의 원호를 따라 이동시킬 필요가 없으므로, 세로슬라이더를 생략할 수 있어서, 선회기구의 구조의 더욱 간단화를 꾀할 수 있다.

그리고, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다음과 같은 변형도 포함하는 것이다.

즉, 전술한 제1실시예의 선회기구(1), 제2실시예의 선회기구(2)에서는 구동원은 이송너트(134, 234)의 직선운동에 의한 것이 었으나, 이에 한정되지 않고, 구동원측의 구동점이 다각형상으로 이동하는 경우라도 좋고, 요컨대 구동원에 의하여 비선형 전동기구를 통하여 선회체를 선회시키는 선회기구이면, 본 발명을 이용할 수 있다.

또, 상술한 제1실시예의 선회기구(1) 및 제2실시예의 선회기구(2)에서는 가로슬라이더 및 세로슬라이더로 구성되는 비선형 전동기구를 채용하고 있었으나, 이에 한정되지 않고, 구동원과 선회체를 린크로드 등으로 연락한 린크기구의 선회기구라도 본 발명을 이용할 수 있다.

기타, 본 발명을 실시할때의 구체적인 구조 및 형상등은, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서 다른 구조 등으로 하여도 좋다.

Claims

비원운동을 하는 구동원에 의하여 비선형 전동기구를 통하여 소정의 선회축둘레에 선회체를 선회시키는 선회기구의 수치제어장치로서,

입력되는 선회각도신호를 상기 구동원의 위치로 변환하여 신호출력하는 좌표변환기와, 상기 선회각도신호에 따라 상기 구동원에의 보정량을 연산하여 신호출력하는 보정기를 가지며,

상기 좌표변환기로부터 출력되는 변환신호와, 상기 보정기로부터 출력되는 보정신호를 가한 것을 서어보 입력신호로하여, 상기 구동원의 제어를 하는 것을 특징으로 하는 선회기구의 수치제어장치.
제1항에 있어서, 상기 구동원은 직선운동을 하는 것을 특징으로 하는 선회기구의 수치제어장치.
제2항에 있어서, 상기 구동원은 서어보 모우터와, 이 서어보 모우터의 회전축의 회전에 따라 회전하는 이송나사와, 이 이송나사와 나사결합되어, 그 이송나사가 뻗어나온 방향을 따라 직선운동하는 이송너트를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 선회기구의 수치제어장치.
제2항에 있어서, 상기 보정기는 상기 선회체의 각 속도의 제곱에 비례하는 계수를 곱한 보정신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 선회기구의 수치제어장치.
제4항에 있어서, 상기 선회각도신호를 θ^*, 상기 변환신호를 X^*, 상기 보정신호를 X_C, 구동원의 위치제어루프게인을 ω₀, 상기 선회체의 회전반경을 R, 시간을 t라고 하면,

X^*=R⋅sinθ^*

로 표시되는 것을 특징으로 하는 선회기구의 수치제어장치.
제4항에 있어서, 상기 선회각도신호를 θ^*, 상기 변환신호를 X^*, 상기 보정신호를 X_C, 구동원의 위치제어루프게인을 ω₀, 상기 선회체의 회전반경을 R, 시간을 t라고 하면,

X^*=R⋅tanθ^*

로 표시되는 것을 특징으로 하는 선회체의 수치제어장치.
제3항에 있어서, 상기 선회각도신호를 θ^*, 상기 변환신호를 X^*, 상기 보정신호를 X_C, 구동원의 위치제어루프게인을 ω₀, 상기 선회체의 회전반경을 R, 시간을 t라고 하면,

X^*=R⋅sinθ^*

로 표시되는 것을 특징으로 하는 선회기구의 수치제어장치.
제3항에 있어서, 상기 선회각도신호를 θ^*, 상기 변환신호를 X^*, 상기 보정신호를 X_C, 구동원의 위치제어루프게인을 ω₀, 상기 선회체의 회전반경을 R, 시간을 t라고 하면,

X^*=R⋅tanθ^*

로 표시되는 것을 특징으로 하는 선회체의 수치제어장치.