WO2021193290A1 - 電動機の制御装置 - Google Patents

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inertia
estimation unit
information
driven body
control device
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貴史 村上
聡史 猪飼
勉 中邨
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ファナック株式会社
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    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
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    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device.
  • One aspect of the present disclosure is a control device for an electric motor, which is a first information regarding an operation program or an operation setting of the device including the electric motor, and a detection device for detecting the shape of a driven body driven by the electric motor.
  • a first inertia estimation unit that estimates whether or not there is a change in the inertia of the driven body based on at least one of the second information obtained from the above and the third information indicating the operating state of the electric motor.
  • a control device for an electric motor including a second inertia estimation unit that estimates the inertia of the driven body when it is estimated by the first inertia estimation unit that the inertia of the driven body has changed. be.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a system including a control device 10 for a synchronous motor according to an embodiment.
  • the control device (hereinafter, simply referred to as “control device”) 10 of the synchronous motor according to the present embodiment is an amplifier 30 based on a position command from a higher-level control device 20 such as a computer numerical control device (CNC).
  • the synchronous electric motor 41 (hereinafter referred to as the electric motor 41) that drives the driven body 51 is operated at a predetermined command speed by controlling the above.
  • the electric motor 41 may be, for example, for driving and controlling a spindle or a feed shaft in a machine tool, or may be for rotating a joint shaft of a robot.
  • the driven body 51 driven by the motor 41 may include a table, an arm, and a work attached to and detached from the table, and may also include a moving portion of the motor 41 itself.
  • FIG. 1 The position, speed, and torque of the electric motor 41 are controlled by a control device 10 that executes servo control.
  • a control device 10 may be connected to the upper control device 20 for each axis.
  • the position command generated by the command calculation in the upper control device 20 is sent to the control device 10 and received by the position control unit 2.
  • the position control unit 2 transmits a speed command to the speed control unit 3 based on the received position command.
  • the speed control unit 3 transmits a current command to the current control unit 4 based on the received speed command.
  • the current control unit 4 transmits a voltage command to the current amplifier circuit 31 that constitutes the amplifier 30 for driving the motor 41.
  • the electric motor 41 operates at a predetermined command speed by the electric power input from the current amplifier circuit 31, and drives the driven body 51.
  • the motor 41 is provided with a sensor 42 for detecting the speed and position of the motor 41.
  • the data related to the speed and position detected by the sensor 42 are fed back to the position control unit 2, the speed control unit 3, and the first inertia estimation unit 11 and the second inertia estimation unit 12, which will be described later, respectively. ..
  • the first inertia estimation unit 11 is a detection device (external sensor 52) for detecting the shape of the driven body driven by the motor 41, the first information regarding the operation program (machining program) or the operation setting of the machine tool 1. ), Or at least one of the third information indicating the operating state of the motor 41, it is estimated whether or not the inertia of the driven body has changed.
  • the second inertia estimation unit 12 executes estimation of the inertia of the driven body when it is estimated by the first inertia estimation unit 11 that the inertia of the driven body has changed.
  • the inertia estimation by the second inertia estimation unit 12 will be described.
  • the second inertia estimation unit 12 receives a signal (starting instruction) indicating that the inertia of the driven body has changed from the first inertia estimation unit 11, the second inertia estimation unit 12 causes the motor 41 to execute a specific operation.
  • An acceleration / deceleration command is given, and the inertia of the driven body 51 is estimated based on the speed value fed back from the motor 41 and the current value fed back from the amplifier 30.
  • the inertia J [kgm 2 ] of the driven body 51 is calculated by the following equation using the current value I [A], the acceleration value a [rad / s 2 ], the velocity value ⁇ [rad / s], and the torque constant Kt of the synchronous motor.
  • the inertia estimated by the second inertia estimation unit 12 is used for determining the time constant of the acceleration / deceleration command and calculating the speed control gain that determines the responsiveness of the speed control.
  • FIG. 2 illustrates a jig on the machine tool 1, a work fixed to the jig, and a spindle support portion 101.
  • an identification information holder (bar code, IC tag, ID chip, etc.) that holds the identification information unique to the jig is attached to the jig.
  • a jig 71 is used as a jig for fixing the work W1 in the machine tool 1, and a situation is shown in which machining is performed by a tool mounted on the spindle support portion 101.
  • a situation is shown in which a jig 72 different from the jig 71 is used to fix the work W2 having a shape different from that of the work W1 on the machine tool 1.
  • An identification information holder 91 that holds the identification information of the jig 71 is attached to the jig 71.
  • An identification information holder 92 that holds the identification information of the jig 72 is attached to the jig 72.
  • the external sensor 52 is a reading device for reading the identification information held by the identification information holders 91 and 92.
  • the identification information holders 91 and 92 are barcodes
  • the external sensor 52 is a barcode reader.
  • the bar code reader is attached, for example, to a position where the identification information holders 91 and 92 of the spindle support portion 101 of the machine tool 1 can be read.
  • the first inertia estimation unit 11 causes the external sensor 52 to read the identification information held by the identification information holder 91 (or 92) at a predetermined timing before starting the execution of the machining program, for example. Then, when the identification information of the jig 72 read this time is different from the identification information of the jig 71 read last time, the first inertia estimation unit 11 causes a change in the inertia due to a change in the shape of the work. It is presumed that the second inertia estimation unit 12 is made to execute the inertia estimation.
  • This operation example is a method of indirectly detecting that the shape of the work has changed by detecting the shape of the jig. Therefore, a merit can be obtained in a situation where the work cannot be directly viewed from the position of the external sensor 52.
  • the first inertia estimation unit 11 estimates that when the machining program was changed, the inertia of the driven body fluctuated due to the change in the shape of the work.
  • a situation in which the machine tool 1 is machined by the program A is the work W11.
  • the target of machining by the program B in the machine tool 1 is the work W12 having a shape different from that of the work W11.
  • FIG. 3 illustrates a case where the same jig is used and the same tool is used in the machining by the program A and the machining by the program B.
  • the first inertia estimation unit 11 acquires information (program name, etc.) for identifying the machining program from the host control device 20. Then, the first inertia estimation unit 11 estimates that if the acquired program identification information is different from the identification information of the program executed last time, the inertia changes due to the change in the shape of the work. Then, the first inertia estimation unit 11 causes the second inertia estimation unit 12 to execute the inertia estimation.
  • Whether or not the program has changed can be determined by the following method, in addition to the example of determining from the program name.
  • A1 The origin position of the work defined by the program is measured at the start of the program. When the difference from the origin position measured in the previous program with respect to the origin position measured at the start of the current program exceeds the threshold value, it is determined that the program has changed.
  • A2 When a coordinate system not used in the previous program is used as the G-code coordinate system (G54-G59) for selecting the work coordinate system, it is determined that the program is different. For example, suppose that the work coordinate system used in the previous program is only G54 of G code (that is, the definition content in which only one surface is processed).
  • the work coordinate system defined in this program is G54, G55, and G56 of G code (that is, the definition content for processing three surfaces).
  • the first inertia estimation unit 11 can determine that the program is different from the difference in the work coordinate system used. It should be noted that these (a1) and (a2) can also be said to be information related to the operation setting of the machine tool 1.
  • the first inertia estimation unit 11 changes the shape of the work. Judge that fluctuation will occur.
  • This set value can be set and input to the control device 10 by the user, for example, via the user interface of the host control device 20. Since this set value depends on the type of machine tool, the type of machining, the type of target work, etc., the user inputs the setting in consideration of these.
  • the first inertia estimation unit 11 acquires time information from the internal clock in the control device 10, stores the end time of the previous program A, and acquires the start time of the current program B.
  • the first inertia estimation unit 11 compares the time interval from the end time T1 of the previous program A to the start time T2 of the current program B with a preset set value. Then, when this time interval is larger than the set value, the first inertia estimation unit 11 estimates that the inertia of the driven body 51 has fluctuated due to the change in the shape of the work, and the second inertia estimation unit 12 determines. Perform inertial estimation.
  • the visual sensor 110 is attached to the upper part of the spindle support portion 101 so that a processed region including at least a part (for example, a work or a jig) of the driven body can be imaged.
  • the first inertia estimation unit 11 acquires an image in which the visual sensor 110 captures an image of a region including a work, for example, at the start of processing.
  • the first inertia estimation unit 11 compares the image of the work W51 acquired at the time of the previous processing with the image of the work W52 acquired at the time of the current processing to see if the shape of the work is changed. Judge whether or not.
  • the shape of the work in the image may be specified and compared by extracting, for example, a region of a color tone peculiar to the work from the acquired image.
  • Other image recognition techniques may be used to extract features from the image and identify the work in the image.
  • the first inertia estimation unit 11 causes the second inertia estimation unit 12 to execute the inertia estimation.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example in the case where the shape of the jig is detected by the visual sensor 110.
  • the left side of FIG. 6 shows a situation in which machining is executed on the work W61 fixed to the jig 171 by the machine tool 1.
  • the right side of FIG. 6 shows a situation in which machining is executed on the work W62 fixed to the jig 172 by the machine tool 1.
  • the visual sensor 110 is arranged at a position where at least a part of the jig 171 (jig 172) can be photographed.
  • the first inertia estimation unit 11 acquires an image including the jig acquired by the visual sensor 110.
  • the first inertia estimation unit 11 changes the shape of the jig by comparing the image of the jig 171 acquired at the time of the previous processing with the image of the jig 172 acquired at the time of the current processing. Determine if it is.
  • the shape of the jig in the image may be specified and compared by extracting, for example, a region of a color tone peculiar to the jig from the acquired image.
  • Other image recognition techniques may be used to extract features from the image and identify jigs in the image.
  • the first inertia estimation unit 11 When it is determined that the shape of the jig has changed by comparison using such a two-dimensional image of the jig, the first inertia estimation unit 11 considers that the shape of the work has changed, and the inertia of the driven body changes. I presume that it was there. Then, the first inertia estimation unit 11 causes the second inertia estimation unit 12 to execute the inertia estimation.
  • This operation example is a method of indirectly detecting that the shape of the work has changed by detecting the shape of the jig. Therefore, a merit can be obtained in a situation where the work cannot be directly viewed from the position of the visual sensor 110.
  • the first inertia estimation unit 11 identifies the work as a mass of objects existing on the work table in the three-dimensional image, for example.
  • the first inertia estimation unit 11 makes a comparison using the three-dimensional shape information of each of the work W51 and the work W52 specified in this way.
  • the first inertia estimation unit 11 can detect with higher accuracy whether or not the shape (for example, volume) of the work has changed.
  • another image processing technique for specifying the work based on the feature amount in the three-dimensional image may be used.
  • the first inertia estimation unit 11 may specify, for example, an object at a predetermined distance from the visual sensor 110 as a jig by using the three-dimensional coordinate information.
  • the first inertia estimation unit 11 makes a comparison using the three-dimensional shape information of each of the jig 171 and the jig 172 specified in this way. As a result, the first inertia estimation unit 11 can detect with higher accuracy whether or not the shape of the jig has changed.
  • This operation example is a method of indirectly detecting that the shape of the work has changed by detecting the shape of the jig. Therefore, a merit can be obtained in a situation where the work cannot be directly viewed from the position of the visual sensor 110.
  • a machining program of a numerical control device has a configuration in which subroutines describing specific machining are provided for each type of machining under the main flow that controls the entire machining flow. From this, it is possible to grasp the number of types of machining by extracting the number of subroutines in the machining program.
  • the first inertia estimation unit 11 acquires the number of types of machining from the machining program owned by the host control device 20. The first inertia estimation unit 11 compares the number of types of processing extracted from the previously executed program with the number of types of processing extracted from the program executed this time. The left side of FIG.
  • FIG. 7 shows a situation in which the machine tool 1 executes machining on the work W71 by a certain program.
  • the machine tool 1 shows a situation in which machining of a work W72 having a shape different from that of the work W71 is executed by a program different from the program for W71.
  • the shape of the work is different, the specific processing contents are different, and the number of types of processing is also different.
  • the first inertia estimation unit 11 estimates that the inertia of the driven body 51 changes due to the change in the shape of the work. do. In this case, the first inertia estimation unit 11 causes the second inertia estimation unit 12 to execute the inertia estimation.
  • the first inertia estimation unit 11 can estimate whether or not the inertia is changed in a manner that does not cause interruption of the machining program during execution of the machining program. It may be configured in.
  • the first example of such an operation is that when the axis to be inertially estimated is stopped or moving at a constant speed (so-called non-cutting operation) in the non-cutting state during execution of the machining program. Is vibrated to calculate the inertia.
  • FIG. 8 shows the configuration of the machine tool 1.
  • the machine tool 1 includes a spindle motor M11 for driving the spindle at the tip of the spindle support portion 101.
  • the machine tool 1 includes feed shaft motors M12 and M13 for moving the work table on which the work W81 is placed in the X-axis and Y-axis directions perpendicular to the spindle (Z-axis), respectively.
  • the first inertia estimation unit 11 detects a state in which the feed shaft motor M12 is stopped or is operating at a constant speed during non-cutting by using, for example, feedback information from the sensor 42. do. When such a state is detected, the first inertia estimation unit 11 applies vibration to the feed shaft, and the following motions are obtained from the acceleration a [rad / s 2 ] and the torque T [Nm] at this time. Inertia J [kgm 2 ] is obtained by equation (2).
  • the inertia value is calculated in a time shorter than the time required for the second inertia estimation unit 12 to estimate the inertia. Can be done.
  • the first inertia estimation unit 11 is used.
  • the machining program may be interrupted by notifying the upper control device 20, and the second inertia estimation unit 12 may be made to perform accurate inertia estimation.
  • FIG. 9 shows the configuration of the machine tool 1. As shown in FIG. 9, in the machine tool 1, the work table 75 on which the work W91 is placed is moved by a feed mechanism driven by a feed shaft motor M12. FIG.
  • the first inertia estimation unit 11 detects a state in which the acceleration a is constant (for example, between times t3 and t4 in FIG. 10) by using information from the sensor 42, for example. Then, the first inertia estimation unit 11 calculates the inertia of the target axis by the equation of motion (2) when the acceleration a is constant.
  • the first inertia estimation unit 11 notifies the host control device 20 when the inertia calculated by the above operation is different from the inertia calculated by the same operation as the previous time (for example, when the difference in inertia exceeds a predetermined threshold value). By doing so, the machining program may be interrupted so that the second inertia estimation unit 12 can accurately estimate the inertia.
  • the first inertia estimation unit 11 determines whether or not the inertia of the axis has a fluctuation based on the position of the frequency peak obtained by frequency analysis of the time waveform of the torque command with respect to the axis to be estimated. It may be configured to estimate (whether or not the shape of the work is fluctuating). The position of the frequency peak obtained by frequency analysis of the time waveform of the torque command fluctuates depending on the resonance frequency of the mechanical system. As shown in FIGS.
  • 12A and 12B show the time waveforms 141 and 142 of the torque command of the feed shaft in the situations of FIGS. 11A and 11B, respectively.
  • 13A and 13B show frequency characteristics 151 and 152 obtained by frequency-analyzing the time waveforms 141 and 142 of FIGS. 12A and 12B by FFT (Fast Fourier Transform), respectively.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the inertia fluctuates when the frequency F1 at the position of the frequency peak at the time of the previous detection and the frequency F2 at the position of the frequency peak at the time of the current detection are different (that is,). , The shape of the work is fluctuating), and the second inertia estimation unit 12 is made to execute the inertia estimation.
  • control device can be applied to a control device of a robot or other various industrial machines having a drive shaft driven by an electric motor.
  • the configuration of the control device 10 shown in FIG. 1 may be realized by the CPU included in the control device 10 executing various software stored in the storage device, or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or the like. It may be realized by a hardware-based configuration.
  • a program that executes a control method corresponding to the above-described processing content executed by the first inertia estimation unit 11 and the second inertia estimation unit 12 is a recording medium (for example, ROM, EEPROM, flash) that can be read by a computer. It can be recorded in a semiconductor memory such as a memory, a magnetic recording medium, an optical disk such as a CD-ROM or a DVD-ROM).
  • Machine machine Position control unit 3 Speed control unit 4 Current control unit 10
  • Control device 11 First inertia estimation unit 12
  • Upper control device 30 Amplifier 31 Current amplification circuit 41
  • Motor 42 Sensor 51 Driven object 52
  • External sensor 101 Main shaft support 110 Visual sensor

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Abstract

イナーシャ推定機能の起動の要否を自動的に判断可能な制御装置を提供する。　電動機の制御装置１０であって、電動機を備える装置の動作プログラム又は動作設定に関する第１の情報、電動機により駆動される被駆動体の形状を検出するための検出装置から得られる第２の情報、又は、電動機の動作状態を表す第３の情報の少なくともいずれかに基づいて被駆動体のイナーシャに変動があったか否かを推定する第１のイナーシャ推定部１１と、第１のイナーシャ推定部１１により被駆動体のイナーシャに変動があったと推定された場合に被駆動体のイナーシャの推定を行う第２のイナーシャ推定部１２と、を備える。

Description

電動機の制御装置
　本発明は、電動機の制御装置に関する。
　工作機械などの電動機を用いて各駆動軸を駆動するシステムにおいて、ワーク、ワークを搭載するワークテーブル等を含む被駆動体のイナーシャは、加工対象となるワークに応じて変化する。したがって、このような工作機械において各軸を正確に制御するために、被駆動体のイナーシャを正確に知る必要性が生じる。被駆動体のイナーシャを推定する機能を備えた工作機械が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３）。
特開２０１０－１４８１７８号公報 特開２０１４－００７８１６号公報 特開２０１６－１８１１９３号公報
　イナーシャ推定のためには工作機械に特定の動作を安定的に実行させる必要があることから、イナーシャ推定機能の実行には一般に時間を要する。一般には、このようなイナーシャ推定機能の起動は、操作者による判断で行われる場合が多い。イナーシャ推定機能の起動の要否を自動的に判断可能な制御装置が望まれている。
　本開示の一態様は、電動機の制御装置であって、前記電動機を備える装置の動作プログラム又は動作設定に関する第１の情報、前記電動機により駆動される被駆動体の形状を検出するための検出装置から得られる第２の情報、又は、前記電動機の動作状態を表す第３の情報の少なくともいずれかに基づいて前記被駆動体のイナーシャに変動があったか否かを推定する第１のイナーシャ推定部と、前記第１のイナーシャ推定部により前記被駆動体のイナーシャに変動があったと推定された場合に前記被駆動体のイナーシャの推定を行う第２のイナーシャ推定部と、を備える電動機の制御装置である。
　上記構成によれば、イナーシャに変動が生じたか否かを自動的に推定してイナーシャ推定機能を起動することができる。
　添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。
一実施形態に係る電動機の制御装置を含むシステムの構成を表すブロック図である。 工作機械において治具が変わった状況を説明するための図である。 工作機械においてプログラムが変わった状況を説明するための図である。 工作機械における一つのプログラムの終了から次のプログラムの開始の譲許を説明するための図である。 工作機械において視覚センサによりワークを撮影する状況を表す図である。 工作機械において視覚センサにより治具を撮影する状況を表す図である。 ワークの相違による加工の種類数の相違について説明するための図である。 非切削時等において被駆動体のイナーシャの変動を推定する動作について説明するための図である。 送り軸の一定加速度動作時に被駆動体のイナーシャの変動を推定する動作について説明するための図である。 送り軸の加速度及びトルクの時間推移の例を示す図である。 工作機械にイナーシャの異なるワークが用いられる状況を説明するための図である。 工作機械にイナーシャの異なるワークが用いられる状況を説明するための図である。 図１１Ａの状況におけるトルク指令の時間波形を表す図である。 図１１Ｂの状況におけるトルク指令の時間波形を表す図である。 図１２Ａのトルク指令の時間波形の周波数特性を表す図である。 図１２Ｂのトルク指令の時間波形の周波数特性を表す図である。
　次に、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成部分または機能部分には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
　図１は一実施形態に係る同期電動機の制御装置１０を含むシステムの構成を表すブロック図である。本実施形態に係る同期電動機の制御装置（以下、単に「制御装置」という）１０は、コンピュータ数値制御装置（CNC: Computer Numerical Control）等の上位制御装置２０からの位置指令に基づいて、アンプ３０を制御することにより被駆動体５１を駆動する同期電動機４１（以下、電動機４１と記す）を所定の指令速度で動作させる。電動機４１は、例えば、工作機械における主軸或いは送り軸を駆動制御するためのものであってよく、あるいは、ロボットの関節軸を回転動作させるものであってもよい。電動機４１による被駆動体５１には、テーブルやアーム、及びそれらに着脱されるワークなどが含まれていてよく、また、電動機４１自体の動作部分が含まれても良い。
　以下では、図１に記載されたシステムは工作機械１を構成するものとして説明する。電動機４１は、サーボ制御を実行する制御装置１０によって位置や速度やトルクを制御される。上位制御装置２０には、各々の軸ごとに制御装置１０が接続されていても良い。
　図１の構成において、上位制御装置２０において指令計算によって生成された位置指令は、制御装置１０に送られ位置制御部２が受信する。位置制御部２は、受信した位置指令に基づいて、速度制御部３に速度指令を送信する。速度制御部３は、受信した速度指令に基づいて、電流制御部４に電流指令を送信する。電流制御部４は、電動機４１を駆動するためのアンプ３０を構成する電流増幅回路３１に電圧指令を送信する。電動機４１は、電流増幅回路３１から入力される電力により所定の指令速度で動作し、被駆動体５１を駆動する。
　電動機４１には、電動機４１の速度及び位置を検出するためのセンサ４２が設けられている。センサ４２が検出した速度及び位置に関するデータは、制御装置１０内の位置制御部２、速度制御部３、及び後述する第１のイナーシャ推定部１１及び第２のイナーシャ推定部１２にそれぞれフィードバックされる。
　第１のイナーシャ推定部１１は、工作機械１の動作プログラム（加工プログラム）又は動作設定に関する第１の情報、電動機４１により駆動される被駆動体の形状を検出するための検出装置（外部センサ５２）から得られる第２の情報、又は、電動機４１の動作状態を表す第３の情報の少なくともいずれかに基づいて被駆動体のイナーシャに変動があったか否かを推定する。第２のイナーシャ推定部１２は、第１のイナーシャ推定部１１により被駆動体のイナーシャに変動があったと推定された場合に被駆動体のイナーシャの推定を実行する。
　第２のイナーシャ推定部１２によるイナーシャ推定について説明する。第２のイナーシャ推定部１２は、第１のイナーシャ推定部１１から被駆動体のイナーシャに変動があったことを表す信号（起動指示）を受けると、電動機４１に対して特定の動作を実行させる加減速指令を与え、電動機４１からフィードバックされる速度値及びアンプ３０からフィードバックされる電流値に基づいて、被駆動体５１のイナーシャを推定する。被駆動体５１のイナーシャＪ［ｋｇｍ2］は、電流値Ｉ［Ａ］、加速度値ａ［ｒａｄ／ｓ2］、速度値ω［ｒａｄ／ｓ］、同期電動機のトルク定数Ｋｔを用いて次式により算出することができる。
　　　Ｊ＝Ｋｔ×Ｉ／ａ＝Ｋｔ×Ｉ／（ｄω／ｄｔ）　　・・・（１）
　式（１）における加速度ａ＝ｄω／ｄｔの算出方法について説明する。センサ４２からサンプリング周期Ｔで、ある時刻ｔにおける速度値ω（ｔ）がフィードバックされるとする。このときの加速度ａは、ある時刻ｔでフィードバックされた速度値ω（ｔ）と、その１サンプリング周期前の時刻（ｔ－Ｔ）においてフィードバックされた速度値ω（ｔ－Ｔ）との差分を用いて、ａ＝（ω（ｔ）－ω（ｔ－Ｔ））／Ｔとして算出することができる。
　上述のようにフィードバック信号を用いてイナーシャを正確に推定するためには、加減速指令に対して発生トルクが安定してから推定を実行する必要があることから、イナーシャの推定にはある程度の時間を要する。第２のイナーシャ推定部１２により推定されたイナーシャは、加減速指令の時定数の決定や、速度制御の応答性を決める速度制御ゲインの計算に用いられる。
　以下では、第１のイナーシャ推定部１１が被駆動体のイナーシャに変動が生じたか否かを推定する具体的な動作例を説明する。具体的な動作例は以下を含む。
（１）治具が変わったとき（第２の情報に基づく推定）
（２）プログラムが変わったとき（第１の情報に基づく推定）
（３）プログラムの時間間隔（第１の情報に基づく推定）
（４）視覚センサによる２次元画像（第２の情報に基づく推定）
（５）視覚センサによる３次元座標（第２の情報に基づく推定）
（６）加工種類数（第１の情報に基づく推定）
（７）非切削時等の測定（第３の情報に基づく推定）
（８）一定加速度時の測定（第３の情報に基づく推定）
（９）トルク波形から推定（第３の情報に基づく推定）
なお、上記動作例において動作例（１）から（６）は、主としてプログラム或いは工程の開始前に実行される処理であり、（７）から（９）は加工プログラムの稼働中に実行可能な処理である。なお、視覚センサを用いた動作例（４）、（５）の場合には加工プログラムの稼働中にも実行可能である。
（１）治具が変わったとき
　ワークを固定する治具が変更された場合、ワークの形状も異なるものとなっているとみなすことができる。このことに基づき、第１のイナーシャ推定部１１は、ワークを固定する治具が変更されたか否かを検出する。そして、第１のイナーシャ推定部１１は、治具が変更されている場合には、ワークの形状が変わったことにより被駆動体のイナーシャに変動があったと推定する。図２は、工作機械１上の治具、治具に固定されたワーク、及び主軸支持部１０１を図示している。本動作例の場合には、治具に、治具固有の識別情報を保持する識別情報保持体（バーコード、ＩＣタグ、ＩＤチップ等）を取り付けておく。図２の左側には、工作機械１において、ワークＷ１を固定するための治具として治具７１が用いられ、主軸支持部１０１に装着された工具による加工が行われる状況が示されている。図２の右側には、工作機械１上でワークＷ１とは形状の異なるワークＷ２を固定するため、治具７１と異なる治具７２が用いられている状況が示されている。
　治具７１には、治具７１の識別情報を保持する識別情報保持体９１が取り付けられている。治具７２には、治具７２の識別情報を保持する識別情報保持体９２が取り付けられている。この場合、外部センサ５２は、識別情報保持体９１、９２が保持する識別情報を読み取るための読取装置である。一例として、識別情報保持体９１、９２がバーコードである場合には、外部センサ５２は、バーコードリーダである。バーコードリーダは、例えば、工作機械１の主軸支持部１０１の識別情報保持体９１、９２を読み取り可能な位置に取り付けられる。
　第１のイナーシャ推定部１１は、例えば、加工プログラムを実行開始させる前の所定のタイミングで外部センサ５２に識別情報保持体９１（又は９２）が保持する識別情報を読み取らせる。そして、第１のイナーシャ推定部１１は、今回読み取った治具７２の識別情報が前回読み取った治具７１の識別情報と異なる場合に、ワークの形状に変動が生じたことによりイナーシャに変動が生じたと推定し、第２のイナーシャ推定部１２にイナーシャの推定を実行させる。
　本動作例は、治具の形状を検出することによってワークの形状が変わったことを間接的に検出する手法である。よって、外部センサ５２の位置からワークを直接望むことができないような状況においてメリットが得られる。
（２）プログラムが変わったとき
　加工プログラムが異なるものとなったときは、加工の対象となるワークの形状に変動が生じるケースであると考えることができる。このことに基づき、第１のイナーシャ推定部１１は、加工プログラムが変更となったとき、ワークの形状が変わることにより被駆動体のイナーシャに変動があったと推定する。図３の左側には、工作機械１においてプログラムＡによる加工の対象がワークＷ１１である状況が表されている。図３の右側には、工作機械１においてプログラムＢによる加工の対象がワークＷ１１と異なる形状のワークＷ１２であることが表されている。なお、図３では、プログラムＡによる加工とプログラムＢによる加工において、同じ治具が用いられ、工具も同じである場合を例示している。
　この場合、第１のイナーシャ推定部１１は、上位制御装置２０から加工プログラムを識別するための情報（プログラム名等）を取得する。そして、第１のイナーシャ推定部１１は、取得したプログラムの識別情報が、前回実施したプログラムの識別情報と異なる場合、ワークの形状が変わることによりイナーシャに変動が生じると推定する。そして、第１のイナーシャ推定部１１は、第２のイナーシャ推定部１２にイナーシャの推定を実行させる。
　プログラムが変わったか否かは、プログラム名から判断する例以外にも、以下のような手法により判断することもできる。
（ａ１）プログラムで定められたワークの原点位置をプログラムの開始時に測定するようにする。今回のプログラムの開始時に測定された原点位置に対する、前回のプログラムにおいて測定された原点位置からの相違が閾値を超えた場合に、プログラムが変わったと判断する。
（ａ２）ワーク座標系を選択するＧコードの座標系（Ｇ５４－Ｇ５９）として前回のプログラムで使用されていない座標系が使用された場合にプログラムが異なると判断する。例えば、前回のプログラムで使用されていたワーク座標系がＧコードのＧ５４のみであったとする（すなわち、１面のみの加工が行われる定義内容）。今回のプログラムで定義されるワーク座標系がＧコードのＧ５４、Ｇ５５、Ｇ５６であったとする（すなわち、３面を加工する定義内容）。この場合、第１のイナーシャ推定部１１は、使用されるワーク座標系の相違からプログラムが異なると判断することができる。なお、これら（ａ１）、（ａ２）は、工作機械１の動作設定に関する情報と言うこともできる。
（３）プログラムの時間間隔
　一般に同一の加工プログラムの稼働は時間間隔をおかず連続的に行われる場合が多い。よって、ある加工プログラムの実行が終了してから次に加工プログラムが開始されるまでにある程度の時間間隔が空いた場合、異なる加工が行われる状況（例えば、加工プログラムが異なる状況）であり、ワークの形状に変動が生じるケースであると考えることができる。図４のような状況を想定する。図４では、工作機械１においてプログラムＡによるワークＷ４１に対する加工が時刻Ｔ１で終了し、次のプログラムＢによるワークＷ４２に対する加工が時刻Ｔ２で開始する。第１のイナーシャ推定部１１は、前回のプログラムＡの加工終了時刻Ｔ１から今回の加工プログラムＢの開始時刻Ｔ２までの間隔が、予め設定された設定値を超えた場合には、ワークの形状に変動が生じると判断する。この設定値は、例えば、上位制御装置２０のユーザインタフェースを介してユーザが制御装置１０に設定入力することができる。この設定値は、工作機械の種類、加工の種類、対象ワークの種類等に依存することとなるため、ユーザがこれらを考慮の上、設定入力する。
　第１のイナーシャ推定部１１は、制御装置１０内の内部クロックから時刻情報を取得して、前回のプログラムＡの終了時刻を記憶し、今回のプログラムＢの開始時刻を取得する。第１のイナーシャ推定部１１は、前回のプログラムＡの終了時刻Ｔ１から今回のプログラムＢの開始時刻Ｔ２までの時間間隔を、予め設定された設定値と比較する。そして、第１のイナーシャ推定部１１はこの時間間隔が設定値よりも大きい場合、ワークの形状が変わることにより被駆動体５１のイナーシャに変動があったと推定し、第２のイナーシャ推定部１２にイナーシャの推定を実行させる。
（４）視覚センサによる２次元画像
　次に、外部センサ５２として視覚センサ１１０（カメラ）を用いる場合の第１のイナーシャ推定部１１による推定動作の例について説明する。図５－図６に示すように、視覚センサ１１０は、主軸支持部１０１の上部に被駆動体の少なくとも一部（例えばワーク又は治具）を含む加工領域を撮像可能なように取り付けられる。
　図５左側には、工作機械１によりワークＷ５１に対して加工が行われている状況が表されている。図５の右側には、工作機械１によりワークＷ５１と形状の異なるワークＷ５２に対して加工が行われている状況が表されている。図５の場合、視覚センサ１１０は、ワークＷ５１（Ｗ５２）を撮影可能な位置に取り付けられている。第１のイナーシャ推定部１１は、視覚センサ１１０が例えば加工の開始時にワークを含む領域を撮像した画像を取得する。そして、第１のイナーシャ推定部１１は、前回の加工の際に取得したワークＷ５１の画像と、今回の加工に際して取得したワークＷ５２の画像とを対比することでワークの形状に変動が生じているか否かを判断する。ここでは、取得した画像から、例えばワークに特有の色調の領域を抽出することで、画像内におけるワークの形状の特定を行い、対比を行うようにしても良い。画像から特徴を抽出し画像内におけるワークを特定するための他の画像認識技術が用いられても良い。
　このようなワークの２次元画像を用いた対比によりワークの形状に変動があったと判断した場合、第１のイナーシャ推定部１１は、第２のイナーシャ推定部１２にイナーシャの推定を実行させる。
　図６は、視覚センサ１１０により治具の形状を検出する場合の例を説明する図である。図６の左側には、工作機械１により治具１７１に固定されたワークＷ６１に対して加工が実行される状況を表す。図６の右側には、工作機械１により治具１７２に固定されたワークＷ６２に対して加工が実行される状況を表す。図６の場合、視覚センサ１１０は、治具１７１(治具１７２)の少なくとも一部を撮影可能な位置に配置されている。第１のイナーシャ推定部１１は、視覚センサ１１０により取得された治具を含む画像を取得する。そして、第１のイナーシャ推定部１１は、前回の加工の際に取得した治具１７１の画像と、今回の加工に際して取得した治具１７２の画像とを対比することで、治具の形状が変わったか否かを判定する。ここでは、取得した画像から、例えば治具に特有の色調の領域を抽出することで、画像内における治具の形状の特定を行い、対比を行うようにしても良い。画像から特徴を抽出し画像内における治具を特定するための他の画像認識技術が用いられても良い。
　このような治具の２次元画像を用いた対比により治具の形状が変わったと判断した場合、第１のイナーシャ推定部１１は、ワークの形状が変わったとみなし、被駆動体のイナーシャに変動があったと推定する。そして、第１のイナーシャ推定部１１は、第２のイナーシャ推定部１２にイナーシャの推定を実行させる。本動作例は、治具の形状を検出することによってワークの形状が変わったことを間接的に検出する手法である。よって、視覚センサ１１０の位置からワークを直接望むことができないような状況においてメリットが得られる。
（５）視覚センサによる３次元座標
　次に、視覚センサ１１０として対象物の３次元座情報を取得可能な３次元センサ（ステレオカメラ等）を用いる場合の動作例について説明する。視覚センサ１１０として３次元センサを用いて図５の状況において、ワークＷ５１、ワークＷ５２を含む領域の３次元座標情報（３次元画像）を取得したとする。この場合、第１のイナーシャ推定部１１は、例えば、３次元画像内においてワークテーブル上に存在する一塊の物体としてワークを特定する。第１のイナーシャ推定部１１は、このように特定されたワークＷ５１、ワークＷ５２それぞれの３次元形状情報を用いて対比を行う。それにより、第１のイナーシャ推定部１１は、ワークの形状（例えば、体積）が変わっているか否かをより高精度に検出することができる。なお、３次元画像内での特徴量に基づきワークを特定する他の画像処理技術が用いられても良い。
　視覚センサ１１０として３次元センサを用いて図６のように治具１７１、治具１７２を含む領域の３次元座標情報を取得した場合について考慮する。この場合、第１のイナーシャ推定部１１は、３次元座標情報を用いることで、例えば、視覚センサ１１０から所定の距離にある物体を治具として特定しても良い。第１のイナーシャ推定部１１は、このように特定された治具１７１、治具１７２それぞれの３次元形状情報を用いて対比を行う。それにより、第１のイナーシャ推定部１１は、治具の形状が変わっているか否かをより高精度に検出することができる。なお、３次元画像内での特徴量に基づき治具を特定する他の画像処理技術が用いられても良い。本動作例は、治具の形状を検出することによってワークの形状が変わったことを間接的に検出する手法である。よって、視覚センサ１１０の位置からワークを直接望むことができないような状況においてメリットが得られる。
（６）加工種類数
　一般に数値制御装置（ＣＮＣ）の加工プログラムは、加工の流れ全体を制御するメインフローの下に、具体的な加工を記述するサブルーチンを加工の種類ごとに設ける構成を有する。このことから、加工プログラムにおけるサブルーチンの数を抽出することで加工の種類数を把握することが可能となる。第１のイナーシャ推定部１１は、上位制御装置２０が保有する加工プログラムから加工の種類数を取得する。第１のイナーシャ推定部１１は、前回実行されたプログラムから抽出した加工の種類数と今回実行されるプログラムから抽出した加工の種類数とを比較する。図７の左側には、工作機械１によりワークＷ７１に対しあるプログラムにより加工が実行される状況を示す。図７の右側には、工作機械１において、ワークＷ７１と形状の異なるワークＷ７２に対し、Ｗ７１用のプログラムと異なるプログラムによる加工が実行される状況を表している。この場合、ワークの形状が異なることから、具体的な加工の内容が相違することとなり加工の種類数も異なってくる。
　前回のプログラムにおける加工の種類数と今回のプログラムにおける加工の種類数とが異なる場合、第１のイナーシャ推定部１１は、ワークの形状が変わることにより被駆動体５１のイナーシャに変動が生じると推定する。この場合、第１のイナーシャ推定部１１は、第２のイナーシャ推定部１２にイナーシャの推定を実行させる。
（７）非切削時等の測定
　第１のイナーシャ推定部１１は、加工プログラムの実行中に加工プログラムの中断等を招くことのない形でイナーシャに変動が生じているか否かを推定可能なように構成されていても良い。このような動作の第１の例は、加工プログラム実行中で非切削状態の場合において、イナーシャ推定の対象となる軸が停止又は一定速度で動いているとき（いわゆる非切削動作時）に当該軸を加振させてイナーシャの算出を行うものである。図８に工作機械１の構成を示す。図８に示すように、工作機械１は、主軸支持部１０１の先端部に主軸を駆動する主軸モータＭ１１を備える。また、工作機械１は、ワークＷ８１を載置するワークテーブルを主軸（Ｚ軸）に垂直なＸ軸及びＹ軸方向にそれぞれ移動させるための送り軸モータＭ１２，Ｍ１３を備える。
　例えば、イナーシャ推定の対象の軸がＸ軸方向の軸であるとする。この場合、第１のイナーシャ推定部１１は、例えばセンサ４２からのフィードバック情報を用いることで、非切削中で且つ送り軸モータＭ１２が停止しているとき又は一定速度で動作している状態を検出する。このような状態が検出された場合、第１のイナーシャ推定部１１は、当該送り軸に振動を加え、このときの加速度ａ［ｒａｄ／ｓ2］と、トルクＴ［Ｎｍ］とから以下の運動方程式（２）によりイナーシャＪ［ｋｇｍ2］を求める。なお、トルクＴ［Ｎｍ］は、電流制御部４からフィードバックされる電流値に係数を掛けて求めることができる。
　Ｊａ＝Ｔ　　　　・・・（２）
　なお、ここではイナーシャに変動が生じているか否かを求めることが目的であるため、第２のイナーシャ推定部１２がイナーシャを推定する場合にかける時間よりも短い時間でイナーシャ値の算出を実行するようにすることができる。第１のイナーシャ推定部１１は、上述の加振動作により検出したイナーシャが、前回このような加振動作により検出したイナーシャと異なる場合（例えば、イナーシャの相違が所定の閾値を超えた場合）、上位制御装置２０に通知することで加工プログラムを中断させ、第２のイナーシャ推定部１２に正確なイナーシャの推定を行わせるようにしても良い。
（８）一定加速度時の測定
　加工プログラムの実行中に加工プログラムの中断等を招くことのない形でイナーシャに変動が生じているか否かを推定可能な動作の第２の例を説明する。本動作例において、第１のイナーシャ推定部１１は、加工プログラム実行中で非切削状態の場合において、イナーシャ推定の対象となる軸が一定加速度で動作しているときに、当該軸に関するイナーシャを算出する。図９に、工作機械１の構成を示す。図９に示すように、工作機械１において、ワークＷ９１が載置されたワークテーブル７５は、送り軸モータＭ１２によって駆動される送り機構により移動する。図１０は、送り軸モータＭ１２の駆動制御の一例としての加速度の時間推移（グラフ１３１）及びトルクの時間推移（グラフ１３２）を示す。第１のイナーシャ推定部１１は、例えばセンサ４２からの情報を用いて、加速度ａが一定の状態（例えば、図１０において時刻ｔ３とｔ４の間）を検出する。そして、第１のイナーシャ推定部１１は、加速度ａが一定の状態のときに、上記運動方程式（２）により対象の軸のイナーシャを算出する。
　第１のイナーシャ推定部１１は、上述の動作により算出したイナーシャが前回同様な動作により算出したイナーシャと異なる場合（例えば、イナーシャの相違が所定の閾値を超えた場合）、上位制御装置２０に通知することで加工プログラムを中断させ、第２のイナーシャ推定部１２に正確なイナーシャの推定を行わせるようにしても良い。
（９）トルク波形から推定
　加工プログラムの実行中に加工プログラムの中断等を招くことのない形でイナーシャに変動が生じているか否かを推定可能な動作の第３の例を説明する。第１のイナーシャ推定部１１は、イナーシャ推定の対象となる軸に対するトルク指令の時間波形を周波数解析して得られる周波数ピークの位置に基づいて、当該軸のイナーシャに変動が生じているか否か（ワークの形状に変動が生じているか否か）を推定するように構成されていても良い。トルク指令の時間波形を周波数解析して得られる周波数ピークの位置は、機械系の共振周波数に依存して変動する。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、イナーシャの異なるワークＷ９３（イナーシャＪａ）、ワークＷ９４（イナーシャＪｂ）が工作機械１により加工される状況を想定する。ワークを除いた状態での送り軸（送り軸モータＭ１２）の被駆動体のイナーシャはＪｍで共通である。
　図１２Ａ及び図１２Ｂはそれぞれ図１１Ａ、図１１Ｂの状況における送り軸のトルク指令の時間波形１４１、１４２を表している。図１３Ａ及び図１３Ｂは、それぞれ図１２Ａ及び図１２Ｂの時間波形１４１、１４２をＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数解析することによって得られた周波数特性１５１、１５２を示す。図１３Ａ及び図１３Ｂに示されるように、ワークが異なる場合、トルク指令の時間波形の周波数ピークの周波数Ｆ１と周波数Ｆ２は異なる。第１のイナーシャ推定部１１は、前回の検出時における周波数ピークの位置の周波数Ｆ１と、今回の検出時における周波数ピークの位置の周波数Ｆ２とが異なる場合に、イナーシャの変動が生じている（すなわち、ワークの形状に変動が生じている状況である）と推定し、第２のイナーシャ推定部１２にイナーシャの推定を実行させる。
　以上説明したように、本実施形態によれば、イナーシャに変動が生じたか否かを自動的に推定してイナーシャ推定機能を起動することができる。
　以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の各実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
　上述の実施形態に係る制御装置の構成は、ロボットその他、電動機により駆動される駆動軸を有する各種産業機械の制御装置に適用することができる。
　図１に示した制御装置１０の構成は、制御装置１０が備えるＣＰＵが、記憶装置に格納された各種ソフトウェアを実行することで実現されても良く、或いは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアを主体とした構成により実現されても良い。第１のイナーシャ推定部１１及び第２のイナーシャ推定部１２により実行される上述した処理内容に相当する制御方法を実行するプログラムは、コンピュータに読み取り可能な各種記録媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、磁気記録媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等の光ディスク）に記録することができる。
　１　　工作機械
　２　　位置制御部
　３　　速度制御部
　４　　電流制御部
　１０　　制御装置
　１１　　第１のイナーシャ推定部
　１２　　第２のイナーシャ推定部
　２０　　上位制御装置
　３０　　アンプ
　３１　　電流増幅回路
　４１　　電動機
　４２　　センサ
　５１　　被駆動体
　５２　　外部センサ
　１０１　　主軸支持部
　１１０　　視覚センサ

Claims (9)

  1. 　電動機の制御装置であって、
    　前記電動機を備える装置の動作プログラム又は動作設定に関する第１の情報、前記電動機により駆動される被駆動体の形状を検出するための検出装置から得られる第２の情報、又は、前記電動機の動作状態を表す第３の情報の少なくともいずれかに基づいて前記被駆動体のイナーシャに変動があったか否かを推定する第１のイナーシャ推定部と、
    　前記第１のイナーシャ推定部により前記被駆動体のイナーシャに変動があったと推定された場合に前記被駆動体のイナーシャの推定を行う第２のイナーシャ推定部と、を備える電動機の制御装置。
  2. 　前記第２の情報は、前記検出装置としての視覚センサにより得られた前記被駆動体の少なくとも一部の２次元画像又は３次元座標情報であり、
    　前記第１のイナーシャ推定部は、前記２次元画像又は前記３次元座標情報に基づき前記被駆動体の形状に変動が生じたか否かを判断し、前記被駆動体の形状に変動が生じたと判断した場合に、前記被駆動体のイナーシャに変動があったと推定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。
  3. 　前記第２の情報は、前記検出装置としての読取装置により、前記被駆動体に取り付けられた識別情報保持体から読み取られた前記被駆動体に固有の識別情報であり、
    　前記第１のイナーシャ推定部は、前記読取装置により読み取られた前記被駆動体の前記識別情報に基づいて前記被駆動体のイナーシャに変動があったか否かを推定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。
  4. 　前記第１のイナーシャ推定部は、前記第１の情報に基づき、前回実行された動作プログラムと今回実行される動作プログラムとが異なると判断される場合に、前記被駆動体のイナーシャに変動があったと推定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。
  5. 　前記第１の情報は、前記動作プログラムの開始または終了時刻に関する情報であり、
    　前記第１のイナーシャ推定部は、前回実行された動作プログラムの終了時刻と今回実行される動作プログラムの開始時刻との時間間隔が予め設定された設定時間を超える場合に、前記被駆動体のイナーシャに変動があったと推定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。
  6. 　前記第１の情報は、前記動作プログラム内に定義された加工の種類数を表す情報であり、
    　前記第１のイナーシャ推定部は、前回実行された動作プログラム内で定義された加工の種類数と、今回実行される動作プログラム内で定義されている加工の種類数が異なるときに、前記被駆動体のイナーシャに変動があったと推定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。
  7. 　前記装置は、駆動軸として主軸及び送り軸を含む工作機械であり、
    　前記第３の情報は、前記駆動軸の各々に設けられた前記電動機の動作状態を表す情報であり、
    　前記第１のイナーシャ推定部は、前記工作機械が非切削状態で、前記駆動軸のうち対象の軸が停止又は一定速度で動作しているとき前記対象の軸を加振して前記対象の軸に対するイナーシャの測定を行うことにより、前記対象の軸の前記被駆動体のイナーシャに変動があったか否かを推定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。
  8. 　前記第３の情報は、前記電動機の加速度を表す情報であり、
    　前記第１のイナーシャ推定部は、前記電動機の加速度が一定のときに前記電動機の前記被駆動体のイナーシャの測定を行うことにより、前記被駆動体のイナーシャに変動があったか否かを推定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。
  9. 　前記第３の情報は、前記電動機に対するトルク指令の時間推移の波形に関する情報であり、
    　前記第１のイナーシャ推定部は、前記波形を周波数解析することにより得られる周波数ピークの位置に変動があった場合に、前記被駆動体のイナーシャに変動があったと推定する、請求項１に記載の電動機の制御装置。
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