(57)【要約】【課題】タンデム構造の一対の送り軸側の位置制御対象点の移動軌跡をより正確に表示することができる移動軌跡表示装置を提供する。【解決手段】タンデム構造の一対の送り軸によって送り軸方向に移動可能に両端支持された可動体が、一対の送り軸の間の軸間距離を所定の比率に内分する点に位置制御対象点を有し、位置制御対象点の移動軌跡を描画する移動軌跡表示装置において、一対の送り軸が同期駆動されたときに、各送り軸上で検出された可動体の位置データを記憶する位置データ記憶部１１と、位置データ記憶部で記憶された各送り軸上の位置データから、位置制御対象点の位置データを算出する位置データ演算部１３と、位置データ演算部１３により算出された位置データに基づいて位置制御対象点の移動軌跡を描画する軌跡表示部１４と、を備える。【選択図】図１
2008126327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンデム構造の一対の送り軸によって該送り軸方向に移動可能に両端支持された可動体が、前記一対の送り軸の間の軸間距離を所定の比率に内分する点に位置制御対象点を有し、該位置制御対象点の移動軌跡を描画する移動軌跡表示装置において、
前記一対の送り軸が同期駆動されたときに、各送り軸上で検出された前記可動体の位置データを記憶するデータ記憶部と、
該データ記憶部で記憶された前記各送り軸上の前記位置データから、前記位置制御対象点の位置データを算出するデータ演算部と、
該データ演算部により算出された前記位置データに基づいて前記位置制御対象点の移動軌跡を描画する軌跡表示部と、
を備えた移動軌跡表示装置。
【請求項２】
前記位置制御対象点が前記軸間距離の内分点Ｋに位置するものとし、
前記第１の送り軸上の前記可動体の位置データをＸｍとし、
前記第２の送り軸上の前記可動体の位置データをＸｓとし、
前記位置制御対象点の前記位置データＸｋを（１−ｋ）×Ｘｍ＋ｋ×Ｘｓの式から算出する請求項１記載の移動軌跡表示装置。
【請求項３】
前記一対の送り軸は、マスター側の第１の送り軸と、スレーブ側の第２の送り軸であり、前記位置制御対象点が、前記第１の送り軸及び前記第２の送り軸に直交する第３の送り軸方向に移動することができ、前記移動軌跡を曲線として描画する請求項１又は２記載の移動軌跡表示装置。
【請求項４】
前記軌跡表示部が、前記送り軸の駆動源を制御するコントローラの表示部である請求項１〜３の何れか１項に記載の移動軌跡表示装置。
【請求項５】
前記軌跡表示部が、前記送り軸の駆動源を制御するコントローラに接続された外部の表示装置である請求項１〜３の何れか１項に記載の移動軌跡表示装置。
【請求項６】
前記送り軸の駆動源を制御するコントローラに接続されたパーソナルコンピュータが前記位置算出部として機能し、該パーソナルコンピュータに接続された表示装置が前記軌跡表示部として機能する請求項１〜３の何れか１項に記載の移動軌跡表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、サーボモータにより駆動される工作機械及び電動プレス機、射出成型機、パンチプレス等の産業機械に適用され、タンデム構造の一対の送り軸上に配置された可動体の位置制御対象点の移動軌跡を表示する移動軌跡表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、送り軸上に配置されたワークテーブルや刃物台などの可動体の位置制御対象点の移動軌跡を表示する移動軌跡表示装置及び移動軌跡表示方法として、複数のチャンネルで取得したデータ間の演算によって、時間に関連付けされた時系列データとしての所定のデータ列を算出し、このデータ列に基づいて位置制御対象点の移動軌跡を表示するものが開示されている（例えば、特許文献１）。この装置及び方法は、時間データをＴ（ｎ）とし、第１のチャンネルデータをＸ軸方向の位置データＸ（ｎ）とし、第２のチャンネルデータをＹ軸方向の位置データＹ（ｎ）として、ＸとＹの合成された２次元データで位置制御対象点の移動軌跡を表示することができるものである。
【０００３】
なお、その他の従来例としては、多軸制御指令ＮＣデータで指令された工具軌跡を実際の動作に近い形で描画する方法を開示するものや（例えば、特許文献２）、一対の送り軸をメインモータ及びサブモータで駆動するタンデム構造の動作安定性を高めるタンデム制御方法がある（例えば、特許文献３）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８９２１５号公報
【特許文献２】特開平５−１００７３６号公報
【特許文献３】特開平８−１６２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
送り軸によって移動可能に支持されたワークテーブルや刃物台などの可動体が大型で、可動体を応答性良く加減速することができない場合や、サーボモータと可動体間の位置決め精度が悪い場合は、互いに平行な一対の送り軸を二つのサーボモータで駆動するタンデム制御が行われることがある。タンデム制御は、メインモータとサブモータの二つのモータに接続された一対の送り軸で、この一対の送り軸に移動可能に支持された可動体を移動させる制御方法である。しかしながら、このタンデム制御では、メインモータとサブモータが同期制御されているが、程度の差はあるもののマスター側の送り軸とスレーブ側の送り軸の位置が微妙に異なり、一対の送り軸間に同期誤差を生じるという問題がある。このような場合に、可動体の位置制御対象点が一対の送り軸の間にあると、位置制御対象点がマスター側の送り軸の位置でもスレーブ側の送り軸の位置でもないこととなり、位置制御対象点を正確に求めることができないという問題があった。
【０００６】
特許文献１で開示された方法は、複数のチャンネルで取得したデータに基づいて所定のデータ列を算出するものであり、上記位置制御対象点のように所定のチャンネルで取得することができないデータを取り扱うものではなく、このため、一対の送り軸間に存在する可動体の位置制御対象点の移動軌跡を正確に表示することができないという問題があった。例えば、可動体が２次元方向に移動可能な刃物台であり、この刃物台に固定された切削工具の切れ刃が位置制御対象点とされた場合には、工具の切れ刃によって切削された被削材の実際の加工プロファイルと、工作機械の表示装置に表示された移動軌跡とが異なる結果となり、加工製品の寸法形状を正確に評価することができないという不都合が心配されていた。
【０００７】
以上の点に鑑み、本発明は、タンデム構造の一対の送り軸側の位置制御対象点の移動軌跡をより正確に表示することができる移動軌跡表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、タンデム構造の一対の送り軸によって該送り軸方向に移動可能に両端支持された可動体が、前記一対の送り軸の間の軸間距離を所定の比率に内分する点に位置制御対象点を有し、該位置制御対象点の移動軌跡を描画する移動軌跡表示装置において、前記一対の送り軸が同期駆動されたときに、各送り軸上で検出された前記可動体の位置データを記憶するデータ記憶部と、該データ記憶部で記憶された前記各送り軸上の前記位置データから、前記位置制御対象点の位置データを算出するデータ演算部と、該データ演算部により算出された前記位置データに基づいて前記位置制御対象点の移動軌跡を描画する軌跡表示部と、を備えた移動軌跡表示装置を提供する。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の移動軌跡表示装置において、前記位置制御対象点が前記軸間距離の内分点Ｋに位置するものとし、前記第１の送り軸上の前記可動体の位置データをＸｍとし、前記第２の送り軸上の前記可動体の位置データをＸｓとし、
前記位置制御対象点の前記位置データＸｋを（１−ｋ）×Ｘｍ＋ｋ×Ｘｓの式から算出することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の移動軌跡表示装置において、前記一対の送り軸は、マスター側の第１の送り軸と、スレーブ側の第２の送り軸であり、前記位置制御対象点が、前記第１の送り軸及び前記第２の送り軸に直交する第３の送り軸方向に移動することができ、前記移動軌跡を曲線として描画することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の移動軌跡表示装置において、前記軌跡表示部が、前記送り軸の駆動源を制御するコントローラの表示部であることを特徴とする。また、請求項５記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の移動軌跡表示装置において、前記軌跡表示部が、前記送り軸の駆動源を制御するコントローラに接続された外部の表示装置であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の移動軌跡表示装置において、前記送り軸の駆動源を制御するコントローラに接続されたパーソナルコンピュータが前記位置算出部として機能し、該パーソナルコンピュータに接続された表示装置が前記軌跡表示部として機能することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上の如く、請求項１の発明によれば、データ記憶部により各送り軸上で可動体の実際の位置データが記憶され、データ演算部により一対の送り軸上の間に位置する可動体の位置制御対象点の位置データが算出され、軌跡表示部により位置制御対象点の移動軌跡が描画されるから、タンデム構造の一対の送り軸上で同期誤差があっても、位置制御対象点の移動軌跡を正確に表示することができる。これにより、加工製品の寸法形状を正確に評価することができ、加工精度を高めることができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、軸間距離の内分点をＫとした場合に、位置制御対象点の位置を簡単な比例計算により求めることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、位置制御対象点が、第１の送り軸と第２の送り軸に直交する第３の送り軸方向に移動することができるから、相互に直交する軸を含む平面内での位置制御対象点の移動軌跡を曲線として描画することができる。円形や楕円形や波形などの移動軌跡を正確に表示することができ、適用範囲を広げることができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、移動軌跡表示装置に新たな装置を設けることなく、既存の設備を利用して位置制御対象点の移動軌跡を表示することができる。請求項５の発明によれば、位置制御対象点の移動軌跡を駆動源を制御するコントローラに接続された外部の表示装置に表示することができるから、コントローラの負担を軽減することができる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、パーソナルコンピュータを位置算出部及び軌跡表示部として機能させることができるから、データを取得するチャンネル数の制限を受けることが回避されると共に、駆動源を制御するコントローラの負担をより一層軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施形態の具体例を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る移動軌跡表示装置の第１の実施形態の構成を示したものである。本実施形態の移動軌跡表示装置１０は、多軸の工作機械のコントローラ１に備えられており、位置データ記憶部１１と、係数データ記憶部１２と、位置データ演算部１３と、軌跡表示部１４とを備えている。移動軌跡表示装置１０の詳細は後述する。
【００１９】
図示しない工作機械は、送り軸に沿って上下方向（Ｚ方向）に移動可能なラムに備えられた主軸（Ｓ軸）と、主軸に取り付けられた切削工具によって加工される被削材（可動体）６を一体的に支持し、水平面内を直交する２軸方向（ＸーＹ方向）に移動可能なワークテーブル（可動体）５を有している。ワークテーブル５を移動させる２軸の送り軸のうち、一方の送り軸はタンデム構造の互いに平行な一対の第１の送り軸１５及び第２の送り軸１６として構成されている。第１の送り軸１５及び第２の送り軸１６を駆動する二つのサーボモータは、マスター側のサーボモータ１８及びスレーブ側のサーボモータ１９として構成され、コントローラ１によって同期制御されるようになっている。
【００２０】
コントローラ１は、図示しない共有メモリを介して上位制御装置としての数値制御装置に接続されている。各送り軸を駆動するサーボモータに対する制御指令は、数値制御装置から出力されるようになっている。コントローラ１は、プロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成されたデジタルサーボ回路２０（図２）を有している。デジタルサーボ回路２０は、タンデム構造の一対の送り軸（Ｘ軸）１５，１６を駆動するサーボモータ１８，１９や、この一対の送り軸１５，１６に直交する送り軸（Ｙ軸）を駆動するサーボモータや、主軸を回転駆動するためのスピンドルモータのそれぞれを、フィードバック信号に基づいて、位置ループ制御、速度ループ制御すると共に、トランジスタインバータ等のアンプからの電流フィードバック信号に基づいて電流ループ制御する回路である。
【００２１】
第１の送り軸１５及び第２の送り軸１６を駆動するマスター側サーボモータ１８及びスレーブ側サーボモータ１９に対する制御の流れが図２に示されている。先ず、上位の数値制御装置から出力された単位時間当たりの移動（位置）指令は、分岐点２１で２方向に分岐し、一方の移動指令はそのままマスター側サーボモータ１８に対する移動指令となり、他方の移動指令はスレーブ側サーボモータ１９に対する位置指令となる。
【００２２】
マスター側の送り軸回路２２では、マスター側の第１の送り軸１５の位置検出器としてのリニアスケール２４から出力された位置フィードバックの検出値を減じて位置偏差が求められ（位置ループ制御）、位置制御処理部２６において位置偏差に位置ループゲインが乗じられて速度指令が求められる。続いて、この速度指令から、サーボモータ１８の速度を検出する速度検出器から出力された速度フィードバックの検出値を減じて速度偏差が求められ（速度ループ制御）、この速度偏差に対して比例積分制御（ＰＩ制御）が行われ、電流指令（トルク指令）が求められる。そして、この電流指令から電流フィードバックの検出値を減じて電流偏差が求められ（電流ループ制御）、アンプを介してマスター側サーボモータ１８が駆動される。
【００２３】
スレーブ側の送り軸側回路２３でもマスター側の送り軸回路２２と同様にして、位置ループ制御、速度ループ制御、電流ループ制御が順次行われ、アンプを介してスレーブ側サーボモータ１９が駆動される。
【００２４】
上述したデジタルサーボ回路２０に基づく同期制御は、基本的に従来と略同じ制御であるが、送り軸の高剛性化に起因する慣性イナーシャ大きい場合や、送り軸が高速化する場合などは、デジタルサーボ回路２０のみによる制御では位置偏差が大きくなるため、タンデム構造の一対の送り軸１５，１６間の同期誤差を補正する手段を設けることができる。なお、本発明は、同期誤差を補正する手段を設けることなく、一対の送り軸１５，１６の間に位置する位置制御対象点Ａの正確な位置を算出できるということが、特徴の一つになっているが、同期誤差を補正する手段を備えた場合には、位置制御対象点Ａをより一層正確に求めることができるということは言うまでもない。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の移動軌跡表示装置１０の位置データ記憶部（データ記憶部）１１は、第１の送り軸１５及び第２の送り軸１６が駆動されたときに、リニアスケール２４，２５により各送り軸１５，１６上で検出されたワークテーブル５の各位置データＸｍ，Ｘｓを記憶する手段として機能している。各位置データＸｍ，Ｘｓは、リニアスケール２４，２５の各チャンネルを介して位置データ記憶部１１に出力されるようになっている。なお、本実施形態では、位置検出器としてリニアスケール２４，２５が用いられているが、サーボモータの回転角を検出するロータリエンコーダを位置検出器として用いることもできる。
【００２６】
移動軌跡表示装置１０の係数データ記憶部１２は、被削材６の位置制御対象点Ａが一対の送り軸（Ｘ軸）１５，１６の間の軸間距離を所定の比率に内分する内分点Ｋを係数データとして記憶する手段として機能する部分である。内分点Ｋは、工作機械の主軸に保持された切削工具による被削材６上の加工点に相当し、０〜１の範囲内の数値を任意に採ることができる。切削工具による被削材６の加工が３次元的に行われる場合は、内分点Ｋを一対の送り軸１５，１６に直交するＹ軸方向の位置の関数として表すこともできる。
【００２７】
移動軌跡表示装置１０の位置データ演算部（データ演算部）１３は、位置データ記憶部１１で記憶された各送り軸１５，１６上の位置データＸｍ，Ｘｓと係数データ記憶部１２で記憶された内分点Ｋとから、被削材６の位置制御対象点Ａ(図２)の位置データを算出する手段として機能する部分である。位置制御対象点Ａの内分点をＫ、第１の送り軸１５上のワークテーブル５の位置データをＸｍ、第２の送り軸１６上のワークテーブル５の位置データをＸｓ、とした場合、第１の送り軸１５と第２の送り軸１６の間に位置する被削材６の位置制御対象点Ａの位置データＸｋは、（１−ｋ）×Ｘｍ＋ｋ×Ｘｓの式から算出することができる（図２参照）。例えば、Ｋが０の場合は位置制御対象点Ａの位置データＸｋがＸｍと等しくなり、Ｋが１の場合は位置制御対象点Ａの位置データＸｋがＸｓと等しくなり、Ｋが０．５の場合は位置制御対象点Ａの位置データＸｋはＸｍとＸｓの算術平均として算出されることとなる。
【００２８】
移動軌跡表示装置１０の軌跡表示部１４は、位置データ演算部１３により算出された位置データに基づいて位置制御対象点Ａの移動軌跡を描画するためのＣＲＴ又は液晶ディスプレイとして機能する部分であり、本実施形態ではコントローラ１に備わるＣＲＴ又は液晶ディスプレイが使用されるようになっている。移動軌跡は内分点Ｋによって変化し、例えば、２次元切削の場合のように内分点Ｋが一定の場合は直線として描画され、３次元切削のように内分点Ｋが変化する場合は円形や楕円形や波形などの曲線として描画される。図３には、円形の移動軌跡が描画されており、位置制御対象点Ａの移動軌跡は第１の送り軸の移動軌跡と第２の送り軸の移動軌跡の間で描画されている。軌跡表示部１４に表示された移動軌跡は、被削材６の加工プロファイルに相当するものであるから、移動軌跡により加工製品の出来栄えや寸法形状を評価することができる。
【００２９】
次に、図４及び図５に基づいて、本発明に係る移動軌跡表示装置の変形例について説明する。図４に示す移動軌跡表示装置１０Ａは、コントローラ１に含まれない構成部分の軌跡表示部１４がパーソナルコンピュータ３０の画像表示部で代用されたものである。この変形例によれば、駆動源を制御するコントローラ１に接続された外部の表示装置で移動軌跡を表示することができるから、画像処理に要するコントローラ１の負担を軽減することができ、コントローラ１内での処理データのコリージョンを回避することができる。図５に示す移動軌跡表示装置は、コントローラ１に含まれない構成部分である係数データ記憶部１２、位置データ演算部１３、軌跡表示部１４がパーソナルコンピュータ３０の相当部分で代用されたものである。この変形例によれば、データを取得するチャンネル数の制限を受けることが回避されると共に、駆動源を制御するコントローラ１の負担をより一層軽減することができる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。本実施形態では、ワークテーブルに一体的に支持された被削材の位置制御対象点の移動軌跡が表示されるようになっているが、タンデム構造の一対の送り軸が切削工具の固定される刃物台側に設けられている場合は、切削工具の切れ刃位置を位置制御対象点として、その移動軌跡を表示することもできる。また、一対の送り軸を有するタンデム構造が、電動プレス機や射出成型機の可動部に備えられた場合であっても、本実施形態のように位置制御対象点の移動軌跡を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る移動軌跡表示装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】タンデム構造の一対の送り軸と、この一対の送り軸を駆動するサーボモータの制御方法を説明するための要部ブロック図である。
【図３】図１に示す移動軌跡表示装置で描画した位置制御対象点の移動軌跡を示す図である。
【図４】本発明に係る移動軌跡表示装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る移動軌跡表示装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    コントローラ
６    被削材
１０    移動軌跡表示装置
１１    位置データ記憶部
１２    係数データ記憶部
１３    位置データ演算部
１４    軌跡表示部
１５    第１の送り軸
１６    第２の送り軸
１８，１９    サーボモータ
Ａ    位置制御対象点
【図１】
2008126327.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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