(57)【要約】【課題】  アナログ軸制御における速度指令のアナログ電圧の異常を検出することのできる数値制御装置を提供する。【解決手段】  数値制御装置１０から出力される速度指令のアナログ電圧に比例する速度でアナログアンプ２０はモータ２３を制御する。該速度指令のアナログ電圧をＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換してＣＰＵ１１にフィードバックする。ＣＰＵ１１は、フィードバックされた出力速度指令のデジタル値が設定範囲から外れると、イネーブル信号をオフ、非常停止信号をオンとして、アナログアンプ２０への電力供給を停止するとともに、該アナログアンプ２０に指令された速度指令を無効にし、モータ２３の速度を「０」となるように制御する。アナログアンプ２０に指令される速度指令の異常を検出し、モータを停止させるのでモータの誤動作を防止し、安全である。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ電圧に比例した速度でモータを回転させるアナログアンプに対して、デジタル値の速度指令をアナログ電圧に変換して出力する数値制御装置において、
前記速度指令のアナログ電圧をデジタル値に変換するＡ/Ｄコンバータと、
該Ａ/Ｄコンバータで変換されたデジタル値を監視し、該デジタル値が予め設定された範囲内か判断する監視手段と、
前記監視手段で予め設定された範囲を超えたと判断されたとき、前記アナログアンプに対して前記アナログ電圧が有効であることを通知するためのイネーブル信号をオフする手段とを有し、
前記アナログ電圧の異常時に前記イネーブル信号をオフすることで、アナログアンプに対してモータの停止あるいはモータに対する電流出力の停止を指令することを特徴とする数値制御装置。
【請求項２】
アナログ電圧に比例した速度でモータを回転させるアナログアンプに対して、デジタル値の速度指令をアナログ電圧に変換して出力する数値制御装置において、
前記速度指令のアナログ電圧をデジタル値に変換するＡ/Ｄコンバータと、
該Ａ/Ｄコンバータで変換されたデジタル値を監視し、該デジタル値が予め設定された範囲内か判断する監視手段と、
前記監視手段で予め設定された範囲を超えたと判断されたとき、アナログアンプに入力される電源を遮断するための非常停止信号をオンする手段とを有し、
前記アナログ電圧の異常時に非常停止信号をオンしてアンプに入力される電源を遮断することを特徴とする数値制御装置。
【請求項３】
前記Ａ/Ｄコンバータで変換されたデジタル値が予め設定された範囲内か判断する監視手段に代えて、速度指令のデジタル値と前記前記Ａ/Ｄコンバータで変換されたデジタル値とを比較し、その差が予め設定された範囲内か判断する監視手段とした請求項１又は請求項２に記載の数値制御装置。
【請求項４】
前記予め設定された範囲はパラメータによって設定可能であることを特徴とする請求項１，請求項２又は請求項３に記載の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械等を制御する数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
数値制御装置においては、印加されるアナログ電圧に比例した速度で回転するモータ（例えば主軸用モータ）を制御するアナログ軸制御を有する。  
図５は、この数値制御装置によるアナログ軸制御によるモータのシステム構成図である。数値制御装置１０は、アナログ軸の速度指令として、通常−１０Ｖ〜＋１０Ｖのアナログ電圧をアナログアンプ２０に出力する。アナログアンプ２０は、電磁開閉器２１を介して供給されるモータ駆動用３相ＡＣ電源２２からの電力を、この速度指令のアナログ電圧に比例して増幅し、動力線２４を経由してモータ２３に対して電流を出力し、速度指令のアナログ電圧に固有の回転数でモータ２３を回転させる。この際、モータ２３の回転速度を速度検出器２５で検出しその速度検出信号がアナログアンプ２０に対してフィードバックされ、アナログアンプ２０は、検出された速度が指令された速度と同じになるように、電流の出力を制御する。
【０００３】
このように、数値制御装置１０のアナログ軸制御では、アナログ電圧でモータ２３の速度を指令することができるが、数値制御装置１０が指令する速度に対して、実際に発生するアナログ電圧は必ず誤差を含み、受け取るアナログアンプ２０側においても誤差が発生するので、指令速度に対してモータ２３の速度は、完全には一致しない。これは、速度＝０を指令した時に、特に問題となる。つまり、速度＝０を指令しているにも拘わらず、アナログ電圧の誤差のためにモータ２３が低速で回転してしまう問題がある。
【０００４】
このような現象を回避するために、数値制御装置１０からアナログアンプ２０へは、前述の速度指令とは別に、速度指令が有効であるか否かを示す、イネーブル信号が同時に送出される。すなわち、数値制御装置１０は、速度＝０を指令する際には、イネーブル信号をオフとし指令されたアナログ電圧を無効とし、速度＝０以外の速度指令を行うときには、イネーブル信号をオンとしてアナログ電圧を有効とするよう制御している。  
アナログアンプは２０では、イネーブル信号がオンしている間だけ速度指令が有効と判断し、イネーブル信号がオフしていれば、モータ２３の速度が「０」とになるように制御する。あるいは、動力線２４を経由してのモータ２３に対する電流出力を停止する。
【０００５】
また、数値制御装置１０は、非常停止信号を出力して、モータ駆動用３相ＡＣ電源２２からアナログアンプ２０に供給される電力を遮断する電磁開閉器をオン／オフ制御する。この非常停止信号は、数値制御装置１０がアラーム状態になったり、オペレータにより非常停止ボタンが押されているとき等の非常停止時に、アナログアンプ２０への動力の供給を遮断するものである。なお、非常停止信号は、数値制御装置１０から直接出力されることもあるが、数値制御装置１０と接続されたＩＯユニット等を通して出力されることもある。
【０００６】
図６は、この従来の数値制御装置１０における、速度指令、イネーブル信号、非常停止信号を出力する回路を中心として、数値制御装置１０の要部を示すブロック図である。  
ＣＰＵ（プロセッサ）１１は、制御するアナログ軸に対する速度指令を求め、該速度指令に対応するアナログ電圧出力値を決定し、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）コンバータ１２に書き込む。Ｄ／Ａコンバータ１２は、書き込まれたデジタル値をアナログ値に変換してアナログ電圧として出力する。アンプ１３はこのアナログ電圧を増幅し、この増幅後のアナログ電圧を速度指令としてアナログアンプ２０に出力する。又、ＣＰＵ１１は、速度指令値が「０」以外の時はＤ／Ａコンバータ１２へ速度指令としてのデジタル値を出力すると共に、イネーブル信号を出力するドライバ１６に対してイネーブル信号をオンするための書き込みを行う。速度指令値が「０」のときは、ドライバ１６に対してイネーブル信号をオフするための書き込みを行う。  
又、アラームが発生したときや図示しない非常停止ボタンが押されたときには、ＣＰＵ１１はドライバ１７を介して非常停止信号を出力し電磁開閉器２１をオフとしてアナログアンプ２０への電力供給を遮断する。  
以上、従来の数値制御装置のアナログ軸制御は、上述した構成、作用、動作を行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような数値制御装置１０において、デジタル値の速度指令をアナログ電圧に変換するＤ／Ａコンバータ１２、このＤ／Ａコンバータ１２の出力電圧を増幅して速度指令としてアナログ電圧を出力するアンプ１３等に不具合が生じた場合、異常なアナログ電圧が出力され、モータ２３は数値制御装置１０のＣＰＵ１１が指令した速度指令通りに動かなくなる場合がある。従来の数値制御装置は、この速度指令としてのアナログ電圧出力が正常であるか否かチェックする方法がなく、数値制御装置で制御される工作機械等の機械、装置が異常動作することになり、好ましくなく、かつ危険である。例えば、アナログ軸制御として制御されるモータが工作機械の主軸モータであると、主軸が異常回転し、正常な加工ができない場合、工具破損等を招く原因となる。
そこで、本発明の目的は、アナログ軸制御における速度指令のアナログ電圧の異常を検出することのできる数値制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願請求項１に係る発明は、アナログ電圧に比例した速度でモータを回転させるアナログアンプに対して、デジタル値の速度指令をアナログ電圧に変換して出力する数値制御装置において、前記速度指令のアナログ電圧をデジタル値に変換するＡ/Ｄコンバータと、該Ａ/Ｄコンバータで変換されたデジタル値を監視し、該デジタル値が予め設定された範囲内か判断する監視手段と、前記監視手段で予め設定された範囲を超えたと判断されたとき、前記アナログアンプに対して前記アナログ電圧が有効であることを通知するためのイネーブル信号をオフする手段とを有し、前記アナログ電圧の異常時に前記イネーブル信号をオフすることで、アナログアンプに対してモータの停止あるいはモータに対する電流出力の停止を指令するようにした。
【０００９】
又請求項２に係る発明は、アナログ電圧に比例した速度でモータを回転させるアナログアンプに対して、デジタル値の速度指令をアナログ電圧に変換して出力する数値制御装置において、前記速度指令のアナログ電圧をデジタル値に変換するＡ/Ｄコンバータと、該Ａ/Ｄコンバータで変換されたデジタル値を監視し、該デジタル値が予め設定された範囲内か判断する監視手段と、前記監視手段で予め設定された範囲を超えたと判断されたとき、アナログアンプに入力される電源を遮断するための非常停止信号をオンする手段とを有し、前記アナログ電圧の異常時に非常停止信号をオンしてアンプに入力される電源を遮断するようにした。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明における前記Ａ/Ｄコンバータで変換されたデジタル値が予め設定された範囲内か判断する監視手段に代えて、速度指令のデジタル値と前記前記Ａ/Ｄコンバータで変換されたデジタル値とを比較し、その差が予め設定された範囲内か判断する監視手段としたものである。請求項４に係る発明は、前記予め設定された範囲はパラメータによって設定可能としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
数値制御装置から出力されるアナログ電圧の速度指令を検出し、その異常を検出できるから、モータが異常回転することなく、モータの誤動作を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について図面と共に説明する。  
図１は、本発明の一実施形態における数値制御装置の要部と該数値制御装置でのアナログ軸モータの駆動制御のシステム構成図である。  
前述した従来の数値制御装置と相違する点は、アナログアンプに出力される速度指令としてのアナログ電圧を入力として該アナログ電圧を所定電圧に変換するアンプ１４と、該アンプ１４からのアナログ電圧をデジタル値に変換しＣＰＵ１１に出力するＡ／Ｄコンバータ１５が設けられている点、および後述するイネーブル信号および非常停止信号処理が追加されている点で相違するのみである。なお、図１において、図６に示した従来例の要素と対応する要素は同一符号を付している。
【００１３】
この実施形態における数値制御装置１０においても、従来の数値制御装置と同じように、ＣＰＵ（プロセッサ）１１は、アナログ制御軸に対する速度指令を求め、該速度指令に対応するアナログ電圧出力値を決定し、Ｄ／Ａコンバータ１２に書き込む。Ｄ／Ａコンバータ１２は、書き込まれたデジタル値をアナログ値に変換してアナログ電圧として出力し、このアナログ電圧をアンプ１３にて増幅し、数値制御装置１０はアナログ電圧の速度指令としてアナログアンプ２０に出力する。
【００１４】
さらに、アンプ１３の出力である速度指令としてのアナログ電圧はアンプ１４に入力され、該アンプ１４で、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータ１５の入力電圧範囲に適合するよう、入力電圧の振幅を減衰させた後、Ａ／Ｄコンバータ１５に入力される。このＡ／Ｄコンバータ１５でデジタル値に変換してＣＰＵ１１に入力される。ＣＰＵ１１では、このフィードバックされてきた、アナログ電圧での速度指令出力のデジタル値に基づいて後述する処理を行うことによって、イネーブル信号、非常停止信号を制御する。
【００１５】
又、従来と同様に、ＣＰＵ１１はドライバ１６を介してイネーブル信号をアナログアンプ２０に出力し、ドライバ１７を介して非常停止信号を、アナログアンプ２０にモータ駆動用３相ＡＣ電源２２から電力を供給する電磁開閉器２１に出力する。
【００１６】
図２は、本実施形態の数値制御装置１０のＣＰＵ１１が一定周期毎に実施するイネーブルおよび非常停止の制御処理のフローチャートである。  
ＣＰＵ１１は、Ａ／Ｄコンバータ１５から出力されたデジタル値を読み取り、アナログアンプ２０に出力されたアナログ電圧の速度指令が予め設定されている範囲内にあるか判断し、このデジタル値（出力速度指令）が異常か否かを判断する（ステップ１００）。
【００１７】
例えば、速度指令としてアナログアンプに出力されるアナログ電圧が−１０Ｖ〜＋１０Ｖ間の範囲内でない場合には、異常と判別する場合には、この範囲をパラメータ等で設定しておく。図３は正常と判断する範囲をこのアナログ電圧が−１０Ｖ〜＋１０Ｖとしたときの正常、異常判断例を示すものである。Ａ／Ｄコンバータ１５からの出力である２進デジタル値が、正常として判断する範囲の下限値を「００１０１０１０」と上限値を「１１０１０１０１」の間にあるときは、正常と判断され、この範囲外であると異常と判断されることを示すものである。
【００１８】
このステップ１００の判断処理で、パラメータ等で設定されている正常な範囲を超えて異常と判断されたときには、イネーブル信号をオフとしてドライバ１６を介してアナログアンプ２０に出力する。又、非常停止信号をオンとしてドライバ１７を介して電磁開閉器２１に出力し、該電磁開閉器２１をオフとして、モータ駆動用３相ＡＣ電源からアナログアンプ２０への電力供給を遮断する（ステップ１０８）。なお、この場合、イネーブル信号をオフとするか、非常停止信号をオンとするかのどちらか一方の処理でもよい。
例えば、イネーブル信号をオフし、非常停止はオフのままという処理であれば、アナログアンプに対する電源の供給が継続するので、アナログ電圧が異常と判定された時にイネーブルがオフすることでモータを緊急停止させることができる。
【００１９】
アナログアンプ２０は、イネーブル信号がオフとなったことにより、該アナログアンプで駆動するモータ２３の速度が「０」となるように制御する。また、供給される電力が遮断されることから、モータ２３は停止することになる。
【００２０】
一方、出力された速度指令のフィードバックであるデジタル値が設定された範囲内であり正常と判断されたときには、当該周期で求められた速度指令が「０」か否か判断し（ステップ１０１）、速度指令が「０」でなければ、イネーブル信号をオンとしてドライバ１６を介してアナログアンプ２０に出力する（ステップ１０２）。アナログアンプ２０はイネーブル信号がオンである間は、別の処理によってＣＰＵ１１から出力されるデジタル値の速度指令をＤ／Ａコンバータでアナログ電圧に変換し、さらにアンプ１３で増幅した後、アナログ電圧で出力され、該アナログアンプ２０に入力される速度指令を有効と判断し、この速度指令のアナログ電圧に比例した速度でモータ２３を駆動する。
【００２１】
又、速度指令が「０」であれば、イネーブル信号をオフとしてドライバ１６を介してアナログアンプ２０に出力する（ステップ１０３）。アナログアンプ２０では、イネーブル信号のオフを受けモータ２３の速度が「０」となるように制御する。又は、動力線２４へ出力する電流出力を停止する。
【００２２】
そして、ＣＰＵ１１は、アラーム状態か否か判断し（ステップ１０４）、アラーム状態でなければ、非常停止ボタンが押されているか判断し（ステップ１０５）、アラーム状態と判断されたとき、又は、非常停止ボタンが押されていると判断されたときには、非常停止信号をオンとしてドライバ１７を介して電磁開閉器２１に出力し、該電磁開閉器２１をオフとして、モータ駆動用３相ＡＣ電源２２からアナログアンプ２０への電力供給を遮断する（ステップ１０７）。
【００２３】
又、アラーム状態ではなく、かつ非常停止ボタンも押されていない場合は、非常停止信号をオフとし、ドライバ１７を介して電磁開閉器２１をオンとして、モータ駆動用３相ＡＣ電源からアナログアンプ２０への電力を供給する（ステップ１０６）。  
以下、上述した処理を所定周期毎実行し、イネーブル信号、非常停止信号を制御する。
【００２４】
図４は、本発明の別の実施形態における数値制御装置１０のＣＰＵ１１が一定周期毎に実施するイネーブル信号、非常停止信号の制御処理のフローチャートである。  
図２で示した実施形態との違いは、アラーム時および非常停止ボタンがオンしているときにイネーブル信号もオフする点である。
【００２５】
数値制御装置１０のＣＰＵ１１は、フィードバックされてくる出力速度指令をデジタル信号に変換したデジタル値が予め設定されている範囲から外れているか否かにより出力速度指令が異常か否か判断する（ステップ２００）。異常であれば、イネーブル信号をオフとしてドライバ１６を介してアナログアンプ２０に出力する。又、非常停止信号をオンとしてドライバ１７を介して電磁開閉器２１に出力し、該電磁開閉器２１をオフとして、モータ駆動用３相ＡＣ電源からアナログアンプ２０への電力供給を遮断する（ステップ２０６）。なお、この場合、非常停止信号をオンとするだけでもよいが、本例の場合は念のためイネーブルをオフしている。異常でなければ、アラーム状態か否か判断し（ステップ２０１）、アラーム状態でないならば、非常停止ボタンが押されているか判断する（ステップ２０２）。非常停止ボタンが押されてなければ、速度指令が「０」か判断する（ステップ２０３）。
【００２６】
そして、速度指令が「０」であれば、イネーブル信号をオフ、非常停止信号をオフとする（ステップ２０５）。これにより、オフの非常停止信号がドライバ１７を介して電磁開閉器２１に出力されるから、該電磁開閉器２１はオン状態となり、モータ駆動用３相ＡＣ電源２２からアナログアンプ２０に電力を供給する。しかし、オフのイネーブル信号がドライバ１６を介してアナログアンプ２０に入力され、アナログアンプ２０は、モータ２３の速度が「０」となるように制御する。又は、動力線２４へ出力する電流出力を停止する。これによって、モータ２３は停止することになる。
【００２７】
又、速度指令が「０」でなければ、イネーブル信号をオン、非常停止信号をオフとする（ステップ２０４）。非常停止信号がオフでアナログアンプ２０には電力が供給され、イネーブル信号がオンで、アナログアンプ２０はＤ／Ａコンバータ１２、アンプ１３から出力される速度指令のアナログ電圧に比例した速度でモータ２３を駆動制御する。
【００２８】
上述した各実施形態においては、アナログアンプ２０に出力されるアナログ電圧の速度指令のフィードバック値であるＡ／Ｄコンバータ１５の出力のデジタル値が、パラメータ等で予め設定されている範囲外であるか否か判断し異常を検出するようにしたが、ＣＰＵ１１は、求めた速度指令値とＡ／Ｄコンバータ１５を介してフィードバックされるからアナログアンプに出力される速度指令の値を比較して、両者の差が予めパラメータ等で設定された範囲内に無ければ異常と判定する処理にステップ１００およびステップ２００の処理を変えてもよいものである。
【００２９】
このような異常判断処理の場合、正常と判断する設定範囲をせまくすることでわずかな速度指令の異常も検出できるようになる。しかし、この数値制御装置によるアナログ軸制御のシステムの置かれた環境によっては、ノイズの影響を受けて誤動作する可能性があるので、設定範囲を可変とすることで、安全性と耐ノイズ性のバランスを取るようにする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態である数値制御装置の要部と該数値制御装置でのアナログ軸モータの駆動制御のシステム構成図である。
【図２】同実施形態における数値制御装置のＣＰＵが一定周期毎に実施するイネーブル信号および非常停止信号の制御処理のフローチャートである。
【図３】同実施形態において、正常、異常を判断する範囲とその判断の一例を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態における数値制御装置のＣＰＵが一定周期毎に実施するイネーブル信号および非常停止信号の制御処理のフローチャートである。
【図５】従来から行わせている数値制御装置によるアナログ軸制御によるモータ制御のシステム構成図である。
【図６】同従来の数値制御装置における、速度指令、イネーブル信号、非常停止信号を出力する回路を中心とした数値制御装置の要部を示すブロックである。
【符号の説明】
【００３１】
１０  数値制御装置
２０  アナログアンプ
２３  モータ
２５  速度検出器
【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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