(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御部と、該数値制御部に接続された複数のサーボアンプ部と、該サーボアンプ部により駆動されるサーボモータと、該サーボモータに取り付けられたパルスコーダと、該サーボモータにより駆動される機械の位置を検出する機械側位置検出部とを有する数値制御装置において、
前記機械側位置検出部からの位置フィードバック信号を読み取り、前記数値制御部に送信するための機械側位置検出制御ユニットを前記サーボアンプ部と独立して設け、
該機械側位置検出制御ユニットおよび前記サーボアンプ部とを前記数値制御部とシリアル通信ラインで接続したことを特徴とする数値制御装置。
【請求項２】
前記機械側位置検出制御ユニットは前記機械側の位置を受信するコネクタを１個または複数個持つことを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
【請求項３】
前記機械側位置検出制御ユニットが持つ前記コネクタは、どの制御軸に対応しているかを任意に設定可能であることを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
【請求項４】
前記シリアル通信ラインの接続形式はデージチェーン形式であることを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
【請求項５】
前記シリアル通信ライン上で行われる通信はパケット通信であることを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
【請求項６】
前記機械側位置検出制御ユニットで制御されるデータはサーボモータの温度データと補正データとを含むことを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
【請求項７】
複数の前記機械側位置検出制御ユニットがデージチェーン形式で前記シリアル通信ラインで接続可能であることを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は数値制御装置に関し、特に数値制御部とサーボアンプ部とがシリアル通信ラインで接続されて、機械側の位置をフィ−ドバックして機械側位置制御を行う数値制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
数値制御装置システム内の数値制御部とサーボアンプ部とは一般に通信ラインで接続されている。このようなシステムにおいて、フィ−ドバック制御が広く行われている。例えば、サーボモータには位置検出器としてパルスコーダが取り付けられており、このパルスコーダによって制御軸からの位置信号を検出し、数値制御部にフィ−ドバックしている。
【０００３】
一方、数値制御装置の制御軸のバックラッシの量は工作物の重量などによって変わることがあったり、温度変化によっても制御軸の累積誤差が変わることがある。このような場合機械の精度をさらに向上させるために、パルスコーダで行う位置検出だけではなく、機械側に機械側位置検出器としてリニアスケール等を取り付けて位置を検出し、この検出値をもフィ−ドバックする方式がとられている。このような方式としてクローズドループ方式があり、特別に高い精度を必要とする工作機械や大型の工作機械で用いられている。
【０００４】
図５はクローズドループ方式を使用して位置検出を行う、従来の数値制御装置の構成図である。この数値制御装置は数値制御部１０と、Ｘ軸用サーボアンプ部３０と、Ｙ軸用サーボアンプ部４０及びＺ軸用サーボアンプ部５０と、これらのサーボアンプによって駆動されるＸ軸用サーボモータ６０と、Ｙ軸用サーボモータ７０及びＺ軸用サーボモータ８０とで構成される。また、Ｘ軸ボールスクリュー６１と工具台６３はナット６２で結合されている。
【０００５】
この工具台６３には機械側位置検出器としてリニアスケ−ル６４が取り付けられており、このリニアスケール６４の位置フィ−ドバック信号をＸ軸用サーボアンプ部３０内に設置された機械側位置検出部３０ａが読み取ることによりフィ−ドバック制御が行われていた。
【０００６】
このように機械側位置検出部はサーボアンプ部の筐体内に設置できるようになっていた。このため機械側位置検出用のコネクタＣＮはすべてのサーボアンプ部の筐体に設置されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、すべてのサーボアンプ部に機械側位置検出部を取り付ける必要はない。よってすべてのサーボアンプ部の筐体が機械側位置検出用のコネクタを持つとコストが高くなるという問題があった。また、サーボモータの制御性を高めるために、新たに制御線をサーボアンプ部に接続して、機械側位置検出値以外のデータもフィ−ドバックしたい場合がある。しかし、サーボアンプ部の筐体の大きさの制限から、新たにコネクタを取り付けることができないという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、サーボアンプ部のコネクタ数が最適化された数値制御装置を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的はサーボモータの制御性を高めた数値制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、数値制御部と、該数値制御部に接続された複数のサーボアンプ部と、該サーボアンプ部により駆動されるサーボモータと、該サーボモータに取り付けられたパルスコーダと、該サーボモータにより駆動される機械の位置を検出する機械側位置検出部とを有する数値制御装置において、前記機械側位置検出部からの位置フィードバック信号を読み取り、前記数値制御部に送信するための機械側位置検出制御ユニットを前記サーボアンプ部と独立して設け、該機械側位置検出制御ユニットおよび前記サーボアンプ部とを前記数値制御部とシリアル通信ラインで接続したことを特徴とする数値制御装置が提供される。
【００１０】
ここで、数値制御部と、機械側位置検出制御ユニット及び複数のサーボアンプ部は、シリアル通信ラインによってデージチェーン形式で接続される。位置検出が必要な制御軸には工具台が結合されていて、工具台にはリニアスケールが取り付けられている。そしてリニアスケールの目盛りは、機械側位置検出制御ユニットで読み取られてフィ−ドバック制御が行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の数値制御装置の原理図である。数値制御装置（ＣＮＣ）は数値制御部１０と、機械側位置検出のフィ−ドバック制御を行う機械側位置検出制御ユニット２０と、Ｘ軸用サーボアンプ部３０と、Ｙ軸用サーボアンプ部４０及びＺ軸用サーボアンプ部５０と、これらのサーボアンプ部によって駆動されるＸ軸用サーボモータ６０と、Ｙ軸用サーボモータ７０及びＺ軸用サーボモータ８０とで構成される。また、Ｘ軸ボールスクリュー６１と工具台６３はナット６２で結合されている。この工具台６３には、機械側位置検出器としてリニアスケ−ル６４が取り付けられている。そして、リニアスケール６４からの位置フィ−ドバック信号が機械側位置検出制御ユニット２０に読み取られることによりフィ−ドバック制御が行われる。
【００１２】
上記の説明では、位置検出される制御軸がＸ軸だけなので、機械側位置検出制御ユニットは１つの機械側位置検出用のコネクタを持つことになるが、複数個のコネクタを持つこともできる。また、これらのコネクタは、どの制御軸に対応しているかを任意に設定することができる。例えば、機械側位置検出制御ユニットが２つのコネクタＣＮ１，ＣＮ２を持っていて、位置検出の必要がある制御軸がＸ軸とＹ軸であるとする。この場合、ＣＮ１がＸ軸、ＣＮ２がＹ軸の位置情報を受信したり、または設定を変えてＣＮ１がＹ軸、ＣＮ２がＸ軸の位置情報を受信したりすることができる。
【００１３】
接続形式としては、数値制御部１０と機械側位置検出制御ユニット２０はシリアル通信ライン９０で接続されている。同様に機械側位置検出器ユニット２０はシリアル通信ライン９１によってＸ軸用サーボアンプ部３０と接続され、Ｘ軸用サーボアンプ部３０はシリアル通信ライン９２によってＹ軸用サーボアンプ部４０と接続され、Ｙ軸用サーボアンプ部４０はシリアル通信ライン９３によってＺ軸用サーボアンプ部５０と接続される。さらに、Ｚ軸用サーボアンプ部５０はシリアル通信ライン９４によって他のサーボアンプ部を接続することができる。
【００１４】
このように数値制御部１０とサーボアンプ部３０等はデージチェーン形式で接続されている。また、シリアル通信ライン９０、９１・・・はいずれも広帯域伝送及びノイズ低減を可能にする光ファイバケーブルが用いられ、この伝送路上でパケット通信が行われる。
【００１５】
図２は通信パケットのフォーマットを示す図である。通信パケット１００はパケットの始まりを知らせるスタートコードと、フレーム０〜７とで構成されている。そして、フレームはフィールドと呼ばれる情報の単位で分割されている。フィールドはサーボアンプ部と機械側位置検出制御ユニットに対応している。例えば、サーボアンプ部が最大８個で機械側位置検出制御ユニットが１個で構成される数値制御装置の場合、１フレーム内のフィールド構成はフィールド０〜８の９フィールドで構成される。また、サーボアンプ部と機械側位置検出制御ユニットとが、フィールド０〜８のどのフィールドに対応するかは任意に設定できる。
【００１６】
図３は通信パケットの内部構成を示す詳細図である。サーボアンプ部が８個、機械側位置検出制御ユニットが１個ある場合を示す。フレーム０〜７の各フレームはフィールド０〜８の９個のフィールドで分割されている。そして、１フレームが１つのデータ内容に対応する。例えば、フレーム０がモータ動力情報、フレーム１がパルスコーダ情報等である。また、１フィールドがサーボアンプ部や機械側位置検出制御ユニットに対応する。例えばこの図によれば、フィールド０がサーボアンプ部０、フィールド１がサーボアンプ部１に対応し以下同様に続いて、フィールド６がサーボアンプ部６に対応する。フィールド７は機械側位置検出制御ユニットに対応している。そして、最後のフィールド８がサーボアンプ部７に対応している。
【００１７】
従ってフレーム０内のフィールド０の位置には、サーボアンプ部０が制御するサーボモータのモータ動力情報０が挿入されており、フレーム０内のフィールド１の位置には、サーボアンプ部１が制御するサーボモータのモータ動力情報１が挿入されている。同様にして、フレーム０内の最後のフィールドであるフィールド８の位置にはサーボアンプ部７が制御するサーボモータのモータ動力情報７が挿入されている。ただし、モータ動力情報を示すフレーム０であっても、フィールド７の位置にはサーボアンプ部０が制御する制御軸の位置情報０が挿入される。この位置情報０は機械側位置検出制御ユニットで検出された値であり、サーボアンプ部０が制御する制御軸が位置検出される必要のない制御軸であるならば、このフィールド７は設定されない。
【００１８】
フレーム１内のフィールド０の位置にはサーボアンプ部０が制御するサーボモータのパルスコーダ情報０が挿入されており、フレーム１内のフィールド１の位置にはサーボアンプ部１が制御するサーボモータのパルスコーダ情報１が挿入されている。同様にして、フレーム１内の最後のフィールドであるフィールド８の位置にはサーボアンプ部７が制御するサーボモータのパルスコーダ情報７が挿入されている。ただし、パルスコーダ情報を示すフレーム１であっても、上記で説明したように、フィールド７の位置にはサーボアンプ部１が制御する制御軸の位置情報１が挿入される。この位置情報１は機械側位置検出制御ユニットで検出された値であり、サーボアンプ部１が制御する制御軸が位置検出される必要のない制御軸であるならば、このフィールド７は設定されない。
【００１９】
以下同様にして、必要なデータ内容とフレームを対応させ、かつサーボアンプ部と機械側位置検出制御ユニットとをフィールドに対応させることによってパケットを構成し、パケット通信が行われる。
【００２０】
次に本発明である数値制御装置の内部構成について詳しく説明する。
図４は数値制御装置の内部構成の詳細図である。数値制御装置は、数値制御部１０と、機械側位置検出制御ユニット２０と、Ｘ軸用サーボアンプ部３０と、Ｙ軸用サーボアンプ部４０とから構成される。そして、数値制御部１０はシリアル通信ライン９０によって機械側位置検出制御ユニット２０に接続され、同様に機械側位置検出制御ユニット２０はシリアル通信ライン９１によってＸ軸用サーボアンプ部３０に接続され、Ｘ軸用サーボアンプ部３０はシリアル通信ライン９２によってＹ軸用サーボアンプ部４０に接続される。ここで説明を簡単にするためにサーボアンプ部は２つだけ示してあるが、実際にはシリアル通信ラインで必要数のサーボアンプ部をデージチェーン形式で接続できる。また、これらのサーボアンプ部にはＸ軸用サーボモータ６０と、Ｙ軸用サーボモータ７０とが結合されている。そして、Ｘ軸ボールスクリュー６１と工具台６３はナット６２で結合されている。この工具台６３にはリニアスケ−ル６４が取り付けられている。
【００２１】
数値制御部１０は、数値制御装置の全体の基本機能を制御するコンピュータ部１１と、通信プロトコルを制御する通信ライン制御部１２と、Ｅ／Ｏ、Ｏ／Ｅ変換部１３とから構成される。
【００２２】
コンピュータ部１１は通信網内で行われるパケット通信の全体を制御する。通信ライン制御部１２は送信するデータをパケット形式に組み立てる。また、受信したパケットを元のデータ形式に分解する。Ｅ／Ｏ、Ｏ／Ｅ変換部１３は伝送路のインタフェースであり電気信号を光信号に、または光信号を電気信号に変換する。また、Ｅ／Ｏ、Ｏ／Ｅ変換部は他のブロック内でも動作は同様であるので、他のブロック内でのＥ／Ｏ、Ｏ／Ｅ変換部の動作説明は省略する。
【００２３】
機械側位置検出制御ユニット２０は、各種検出データの設定を行う機械側位置検出制御ユニット設定部２２と、機械側位置検出情報を通信パケットに挿入する機械側位置情報挿入部２３と、リニアスケールインタフェース２４と、Ｅ／Ｏ、Ｏ／Ｅ変換部２１とから構成される。
【００２４】
機械側位置検出ユニット設定部２２は検出すべき制御軸を任意に設定することができ、かつ機械側位置検出制御ユニット２０の全体機能を制御する。機械側位置情報挿入部２３は機械側位置検出値を通信パケット内の設定されたフィールドに挿入する。リニアスケールインタフェース２４は、工具台６３に取り付けられたリニアスケール６４の目盛りを読み取って工具台６３の位置を検出する。また、機械側位置検出制御ユニット２０は機械側位置検出値のフィ−ドバック情報だけではなく、サーボモータの制御性を高めるために必要な温度データや補正データ等をフィ−ドバック情報として入力することもできる。そして位置制御だけでなく、各種フィ−ドバック情報に基づいた制御を行うことができる。
【００２５】
Ｘ軸用サーボアンプ部３０は、通信ライン制御部３２と、パルスコーダインタフェース３３と、モータドライブ３４と、Ｅ／Ｏ、Ｏ／Ｅ変換部３１とから構成される。
【００２６】
パルスコーダインタフェース３３の内部には、カウンタがあり、サーボモータ６０に取り付けられているパルスコーダ６５からのパルス列をカウントすることでサーボモータの回転速度、制御軸の位置を検出する。モータドライブ３４はコンバータとインバータとで構成されている。コンバータは商用電力線から交流を取り出し、一定電圧の直流に変換する。インバータはこの直流を電源として、通信ライン制御部３２から与えられる電流指令に従ってモータ電流を出力する。また、サーボモータに流れる電流をモータドライブ内の検出回路で検出し通信ライン制御部３２へフィ−ドバックする。また、通信ライン制御部３２は通信パケットの分解、組み立て機能も有する。
【００２７】
Ｙ軸用サーボアンプ部４０は、通信ライン制御部４２と、パルスコーダインタフェース４３と、モータドライブ４４と、Ｅ／Ｏ、Ｏ／Ｅ変換部４１とから構成される。
【００２８】
Ｘ軸用サーボアンプ部３０と同様にパルスコーダインタフェース４３の内部には、カウンタがあり、サーボモータ７０に取り付けられているパルスコーダ７５からのパルス列をカウントすることでサーボモータの回転速度、制御軸の位置を検出する。モータドライブ４４はコンバータとインバータとで構成されている。コンバータは商用電力線から交流を取り出し、一定電圧の直流に変換する。インバータはこの直流を電源として、通信ライン制御部４２から与えられる電流指令に従ってモータ電流を出力する。また、サーボモータに流れる電流をモータドライブ内の検出回路で検出し通信ライン制御部４２へフィ−ドバックする。また、通信ライン制御部４２は通信パケットの分解、組み立て機能も有する。
【００２９】
この図の例では１つの機械側位置検出制御ユニットが数値制御部とサーボアンプ部に接続されているが、複数の機械側位置検出制御ユニットがシリアル通信ラインを用いて、デージチェーン形式で接続することも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、機械側位置検出部をサーボアンプ部内に設けずに、機械側位置検出制御ユニットとしてシリアル通信ライン上に設置した。これによりすべてのサーボアンプ部が機械側位置検出用のコネクタを持つ必要がなくなり、コストを下げる効果がある。また、新たなサーボモータの制御情報が必要な場合は、機械側位置検出制御ユニットにサーボモータの制御情報を送信することができるので、サーボモータの制御性を高める効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の数値制御装置の原理ブロック図である。
【図２】通信パケットのフォーマットを示す図である。
【図３】通信パケットの内部構成を示す詳細図である。
【図４】本発明の数値制御装置の内部構成の詳細図である。
【図５】従来の数値制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１０  数値制御部
２０  機械側位置検出制御ユニット
３０  Ｘ軸用サーボアンプ部
４０  Ｙ軸用サーボアンプ部
５０  Ｚ軸用サーボアンプ部
６０  Ｘ軸用サーボモータ
６１  Ｘ軸ボールスクリュー
６２  ナット
６３  工具台
６４  リニアスケール
７０  Ｙ軸用サーボモータ
８０  Ｚ軸用サーボモータ
９０、９１、９２、９３、９４  シリアル通信ライン
【図１】
0003615596.tif 000002
【図２】
0003615596.tif 000003
【図３】
0003615596.tif 000004
【図４】
0003615596.tif 000005
【図５】
0003615596.tif 000006