(57)【要約】【課題】非同期システムである複数ユニットを精度よく同期することが可能な数値制御装置を提供する。【解決手段】マスタ−スレーブモードにおいて複数ユニット間での軸同期制御を行う数値制御装置は、所定の区間においては速度に基づく同期制御を行い、その他の区間では位置に基づく同期制御を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスタ−スレーブモードにおいて、非同期システムである複数ユニット間での軸同期制御を行う数値制御装置であって、
所定の区間においては所定の基準値に基づく同期制御を行い、その他の区間では他の基準値に基づく同期制御を行う
数値制御装置。
【請求項２】
所定の区間においては速度に基づく同期制御を行い、その他の区間では位置に基づく同期制御を行う
請求項１記載の数値制御装置。
【請求項３】
マスタ−スレーブモードにおいてスレーブユニットを同期させるマスタユニットの数値制御装置であって、
前記スレーブユニットで用いられる複数種類の基準値を同期信号として前記スレーブユニットに送信する同期信号送信部を備える
数値制御装置。
【請求項４】
マスタ−スレーブモードにおいてマスタユニットに同期するスレーブユニットの数値制御装置であって、
複数種類の基準値を含む同期信号を前記マスタユニットから受信する同期信号受信部と、
所定の区間においては前記同期信号に含まれる所定の基準値に基づいてサーボモータを駆動し、その他の区間では前記同期信号に含まれる他の基準値に基づいてサーボモータを駆動するサーボモータ制御部と、を有する
数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数値制御装置に関し、特に複数ユニットを精度よく同期することが可能な数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の産業用機械の位置を同期させて加工を行うシステムが広く利用されている。これはユニット間が同期であるシステムにおいて、マスタユニットからスレーブユニットへ同期情報（位置指令）を周期的に転送し、転送した同期情報を使用して動作を同期させるものである。しかしながら、ユニット間が非同期であるシステムにおいては、同期情報を使用して動作を精度良く同期させることは困難であった。
【０００３】
その理由について、図１を用いて説明する。図１は、マスタユニット（単にマスタともいう）からスレーブユニット（単にスレーブともいう）に対する同期情報の転送タイミングと、マスタ及びスレーブにおける駆動部の位置との対応関係の一例を示したチャートである。
【０００４】
通常、マスタ及びスレーブはそれぞれ所定のクロック間隔に従って同期情報の送信及び受信を実行する。ところが、ユニット間でのクロック間隔の相違や、転送ジッタ（通信タイミングのゆらぎ）の影響により、マスタ及びスレーブの通信タイミングがばらつくことがある。これは、マスタ−スレーブ間での同期精度低下の一因となる。
【０００５】
時刻Ｔｍ１においてマスタが位置指令を生成する。マスタは、位置指令に従って自己の駆動部の位置を決定するとともに、同じ位置指令を同期情報Ｓ１としてスレーブに送信する。同期情報Ｓ１は、時刻Ｔｓ１（＞Ｔｍ１）においてスレーブにより受信され、スレーブの駆動部の位置がマスタに同期する。
【０００６】
時刻Ｔｍ２においてマスタが新たな位置指令を生成する。マスタは、新たな位置指令に従って自己の駆動部の位置を更新するとともに、同じ位置指令を同期情報Ｓ２としてスレーブに送信する。ここで、転送ジッタ等の影響により、スレーブ側の受信タイミングがＴｓ２（＜Ｔｍ２）となったとする。この場合、スレーブ側は新たな同期情報を受信できないため、駆動部の位置は従前のまま維持され、マスタとの同期ずれが発生する。なお、スレーブは、次の受信タイミングＴｓ３において同期信号Ｓ２を受信し、駆動部の位置を更新する。したがって、マスタ−スレーブ間には約１更新周期分の同期ずれが存在することになる。
【０００７】
時刻Ｔｍ３においてマスタが新たな位置指令を生成する。マスタは、新たな位置指令に従って自己の駆動部の位置を更新するとともに、同じ位置指令を同期情報Ｓ３としてスレーブに送信する。ここで、転送ジッタ等の影響により、スレーブ側の受信タイミングがＴｓ３（＜Ｔｍ３）となったとする。この場合、スレーブ側は新たな同期情報を受信できないため、駆動部の位置は従前のまま維持され、マスタとの同期ずれが発生する。
【０００８】
時刻Ｔｍ４においてマスタが新たな位置指令を生成する。マスタは、新たな位置指令に従って自己の駆動部の位置を更新するとともに、同じ位置指令を同期情報Ｓ４としてスレーブに送信する。今回、スレーブ側の受信タイミングはＴｓ４（＞Ｔｍ４）であり、Ｔｓ４においてスレーブは同期信号Ｓ４を受信する。なお、Ｔｓ４においてスレーブは同期信号Ｓ３も受信するが、より新しい同期信号Ｓ４に従って同期する。このような大きな位置の変動は、振動の原因となることがある。
【０００９】
このように、位置ベースの同期を行う従来技術では、非同期であるユニット間で同期情報をやり取りして同期を行おうとすると、マスタ−スレーブ間で転送される同期情報の更新タイミングのずれや変動により、一時的に同期ずれが生じることがある。同期ずれはやがて解消され得るが、その際に振動が発生するおそれがある。
【００１０】
一方、図２に示すように、位置ベースではなく、速度ベースで同期を行うことも可能である。図２の例では、図１の位置指令Ｓに代えて、速度指令Ｖ（Ｖ１，Ｖ２，・・・）を同期情報としてマスタユニットからスレーブユニットへ周期的に転送する。速度ベースで同期を行うことで、位置を無理に合わせこむことがなくなるため、位置ベースの同期に比べ同期制御時の振動を抑えることが可能である。しかし、速度ベースの同期では位置の同期誤差（位置ずれ）を解消できないという問題が生じる。
【００１１】
特許文献１には、所定の区間ではマスタ−スレーブモードで速度指令に基づく同期制御を行い、当該区間以外ではマスタ−スレーブモードを解消して各ユニットに並列に位置指令を入力することにより位置を同期させる制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−２７７７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１記載の発明は、同一のユニット内での同期を前提としており、上記したような非同期であるユニット間での同期情報を用いた同期を精度良く行うという課題に対する解決策を提案するものではない。また、特許文献１記載の発明では、速度指令をマスタユニットに入力する構成に加え、位置指令を各ユニットに並列に入力するための上位指令装置等の構成が必要となり、ハードウェア構成が複雑化する。
【００１４】
そこで、非同期のシステムである複数ユニットを精度よく同期することが可能な数値制御装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、マスタ−スレーブモードにおいて非同期システムである複数ユニット間での軸同期制御を行う数値制御装置であって、所定の区間においては速度に基づく同期制御を行い、その他の区間では位置に基づく同期制御を行う。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、マスタ−スレーブモードにおいてスレーブユニットを同期させるマスタユニットの数値制御装置であって、所定の区間においては速度に基づく同期信号を前記スレーブユニットに送信し、その他の区間では位置に基づく同期信号を前記スレーブユニットに送信する同期信号送信部を備える。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、マスタ−スレーブモードにおいてマスタユニットに同期するスレーブユニットの数値制御装置であって、所定の区間においては速度に基づく同期信号を前記マスタユニットから受信し、その他の区間では位置に基づく同期信号を前記マスタユニットから受信する同期信号受信部と、前記同期信号に応じてサーボモータを駆動するサーボモータ制御部と、を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様により、非同期のシステムである複数ユニットを精度よく同期することが可能な数値制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のマスタ−スレーブモードにおける位置ベースの同期制御を説明する図である。
【図２】従来のマスタ−スレーブモードにおける速度ベースの同期制御を説明する図である。
【図３】数値制御装置Ｍ１及び数値制御装置Ｓ１のハードウェア構成を示す図である。
【図４】数値制御装置Ｍ１及び数値制御装置Ｓ１の機能構成を示す図である。
【図５】数値制御装置Ｍ１及び数値制御装置Ｓ１の動作を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図３は、実施の形態にかかる数値制御装置Ｍ１及び数値制御装置Ｓ１の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。数値制御装置Ｍ１及び数値制御装置Ｓ１は、いずれも産業用機械（以下、単に機械ともいう。典型的には図６に示すようなプレス機械等が含まれる）の制御を行う装置であるが、数値制御装置Ｍ１が制御対象とする機械はマスタ−スレーブモードにおいてマスタユニットとして動作し、数値制御装置Ｓ１が制御対象とする機械はマスタ−スレーブモードにおいてスレーブユニットとして動作する。
【００１９】
数値制御装置Ｍ１及び数値制御装置Ｓ１はそれぞれ、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４、バス１０、軸制御回路１６、サーボアンプ１７、インタフェース１８を有する。数値制御装置Ｍ１には、マスタユニットのサーボモータ５０、及び入出力装置６０が接続される。数値制御装置Ｓ１には、スレーブユニットのサーボモータ５０、及び入出力装置６０が接続される。
【００２０】
ＣＰＵ１１は、数値制御装置Ｍ１又は数値制御装置Ｓ１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス１０を介して読み出し、システム・プログラムに従って数値制御装置Ｍ１又は数値制御装置Ｓ１全体を制御する。
【００２１】
ＲＯＭ１２は、例えば機械の各種制御を実行するためのシステム・プログラムを予め格納している。
【００２２】
ＲＡＭ１３は、一時的な計算データや表示データ、入出力装置６０を介してオペレータが入力したデータやプログラム等を一時的に格納する。
【００２３】
不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされており、数値制御装置Ｍ１又は数値制御装置Ｓ１の電源が遮断されても記憶状態を保持する。不揮発性メモリ１４は、入出力装置６０から入力されるデータやプログラム等を格納する。不揮発性メモリ１４に記憶されたプログラムやデータは、実行時及び利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。
【００２４】
軸制御回路１６は、機械の動作軸を制御する。軸制御回路１６は、ＣＰＵ１１が出力する軸の移動指令量を受けて、動作軸の移動指令をサーボアンプ１７に出力する。
【００２５】
サーボアンプ１７は、軸制御回路１６が出力する軸の移動指令を受けて、マスタユニットのサーボモータ５０を駆動する。
【００２６】
サーボモータ５０は、サーボアンプ１７により駆動されて機械の動作軸を動かす。本実施の形態では、主軸移動はサーボモータ５０により行われる。サーボモータ５０は、典型的には位置・速度検出器を内蔵する。位置・速度検出器は位置・速度フィードバック信号を出力し、この信号が軸制御回路１６にフィードバックされることで、位置・速度のフィードバック制御が行われる。
【００２７】
なお、マスタ−スレーブモードにおいては、マスタユニットの位置・速度フィードバック信号が、数値制御装置Ｓ１の軸制御回路１６に入力され、スレーブユニットのサーボモータ５０の位置指令又は速度指令として用いられる。
【００２８】
入出力装置６０は、ディスプレイやハードウェアキー等を備えたデータ入出力装置であり、典型的にはＭＤＩ又は操作盤である。入出力装置６０は、インタフェース１８を介してＣＰＵ１１から受けた情報をディスプレイに表示する。入出力装置６０は、ハードウェアキー等から入力された指令やデータ等をインタフェース１８を介してＣＰＵ１１に渡す。
【００２９】
図４は、数値制御装置Ｍ１及び数値制御装置Ｓ１のマスタ−スレーブモードにおける特徴的な機能構成を示すブロック図である。数値制御装置Ｍ１は、同期信号送信部１０２、サーボモータ制御部１０３、指令生成部１０４を有する。数値制御装置Ｓ１は、同期モード制御部２０１、同期信号受信部２０２、サーボモータ制御部２０３、指令生成部２０４を有する。
【００３０】
同期信号送信部１０２は、同期制御に必要な同期信号として、スレーブユニットが（速度を基準値とする）速度ベースの同期制御と（位置を基準値とする）位置ベースの同期制御とを切り替えながら行う同期制御方式を取る場合には、速度指令（マスタユニットのサーボモータ５０からの速度フィードバック信号）及び速度指令（マスタユニットのサーボモータ５０からの速度フィードバック信号）をスレーブユニットの同期信号受信部２０２に送信する。同期信号送信部１０２が送信する同期信号は、スレーブユニットで用いられる同期制御方式に応じて適宜変更してよく、例えば、スレーブユニットにおいて（トルクを基準値とする）トルクベースの同期制御が用いられる場合はトルク指令、（圧力を基準値とする）圧力ベースの同期制御が用いられる場合は圧力指令を送信するようにしても良い。
【００３１】
指令生成部１０４は、加工プログラムに記述された指令等に応じた制御指令（速度指令、位置指令、トルク指令、圧力指令等）を生成し、サーボモータ制御部１０３に送信する。
【００３２】
サーボモータ制御部１０３は、指令生成部１０４から受信した制御指令（速度指令、位置指令、トルク指令、圧力指令等）に応じてマスタユニットのサーボモータ５０を駆動する。
【００３３】
同期モード制御部２０１は、スレーブユニットをマスタユニットに同期させる方式（速度ベース、位置ベース、トルクベース又は圧力ベース等）を決定する、スレーブユニット側の処理部である。本実施の形態では、同期モード制御部２０１は、スレーブユニットの軸位置（図６に示すようなプレス機械であればＺ座標）に応じて同期制御方式を変更する。例えば、プレス加工においてより高い精度が求められる下死点近傍の区間では速度ベースの同期制御、その他の区間では位置ずれを解消するために位置ベースの同期制御を行う。なお、位置ずれ解消のための同期制御（位置ベースの同期制御）は、プレス中（下死点近傍の区間）を除き任意のタイミングで行って良い。例えば、プレス前のスライド下降中（往路）だけでも良く、プレス後のスライド上昇中（復路）だけでも良く、又は往路及び復路の両方で行っても良い。同期制御方式を決定する際の軸位置の閾値（又は範囲）は、固定値として与えられてもよく、何らかの演算によって決定されても良い。
【００３４】
なお、同期モード制御部２０１は、同期制御方式の切り替え位置又はタイミングを軸位置以外の種々の情報に基づいて決定しても良い。例えば、外部信号（遮断センサの出力信号等）が入力されたタイミングで、同期制御方式を切り替えても良い。又は、所定の基準時刻（加工軸が所定の基準位置から動き出した時刻等）からの経過時間に応じて、同期制御方式を切り替えても良い。経過時間の長さは固定値として与えられてもよく、何らかの演算によって決定されても良い。
【００３５】
同期信号受信部２０２は、同期信号送信部１０２から送信される同期信号（速度指令、位置指令、トルク指令、圧力指令等）を受信する、スレーブユニット側の処理部である。同期信号受信部２０２は、受信した同期信号を指令生成部２０４に出力する。
【００３６】
指令生成部２０４は、同期信号受信部２０２から受信した同期信号を、制御指令としてサーボモータ制御部２０３に送信する。
【００３７】
サーボモータ制御部２０３は、指令生成部２０４から受信した制御指令（速度指令、位置指令、トルク指令、圧力指令等）に応じてスレーブユニットのサーボモータ５０を駆動する。
【００３８】
図５は、本実施の形態にかかる数値制御装置Ｍ１及び数値制御装置Ｓ１によるマスタ−スレーブモードの動作を示すチャートである。数値制御装置Ｍ１及び数値制御装置Ｓ１は、下死点前後の所定区間において速度ベースの同期制御を行い、他の区間において位置ベースの同期制御を行う。１サイクル目の冒頭、スライド下降中の位置ベースの同期制御区間においては、マスタユニットとスレーブユニットとの間の位置ずれは極めて小さい。続く速度ベースの同期制御区間においては、幾らかの位置ずれが発生する。その代わりに、位置ずれの解消の際に生じうる振動が抑制される。この区間はプレスの実行中にあたり、振動抑制により高精度なプレス加工が可能となる。１サイクル目の後段、プレス実行後のスライド上昇中にあたる位置ベースの同期制御区間においては、位置ずれが徐々に解消されて位置の同期状態が回復される。以下、サイクルごとに同様の制御が繰り返される。
【００３９】
本実施の形態によれば、ユニット間が非同期であるシステムにおいて、目的に応じて同期制御方式を切り替えることにより、高い加工精度と位置ずれの抑制とを両立させることが可能である。具体的には、プレス加工の下死点近傍等においては速度ベースの同期制御を行うことで、振動による加工精度の悪化を抑制できる。また、スライドの上昇又は下降中に位置ベースの同期制御を行うことで、位置の同期誤差の累積を抑制できる。
【００４０】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を損なわない限り適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施形態では主にプレス機における同期制御を例として記載したが、本発明の適用範囲はプレス機に限るものではなく、動力伝達機構を介してモータによって駆動される軸を有する任意の産業機械や搬送装置等にも適用可能である。
【００４１】
また、上述の実施の形態では、スレーブユニットが１つである場合を例として主に説明したが、本発明はこれに限定されず、図６に示すようにスレーブユニットが複数である場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｍ１，Ｓ１  数値制御装置
１０  バス
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ
１４  不揮発性メモリ
１８  インタフェース
６０  入出力装置
１０２  同期信号送信部
１０３  サーボモータ制御部
１０４  指令生成部
２０１  同期モード制御部
２０２  同期信号受信部
２０３  サーボモータ制御部
２０４  指令生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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