(57)【要約】【課題】位置制御周期に時間的変動がある場合であっても、正確に位置決めすることが可能な工作機械の数値制御装置を提供する。【解決手段】検出した制御対象の移動量を入力し、この移動量に基づいて制御対象の現在位置としての検出位置を算出する移動量入力部１５と、前記検出位置を入力した時間を記録する移動量入力時間記録部１６と、制御対象の移動指令が発生してからのサイクル数を計数する補正サイクル計数部１７と、前記移動量入力部１５が算出した検出位置、前記移動量入力時間記録部１６が記録した時間、及び前記補正サイクル計数部１７が計数したサイクル数に基づいて、位置制御周期変動にて生じる前記移動量入力部１５が算出した検出位置を補正する補正検出位置算出部１８と、この補正検出位置算出部１８において補正された検出位置に基づいて制御対象の位置制御を行う位置制御部１２と、を有することを特徴とする数値制御装置１とした。【選択図】図４
2004234300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を位置制御する数値制御装置であって、
検出した制御対象の移動量を入力し、該移動量に基づいて制御対象の現在位置としての検出位置を算出する移動量入力部と、
前記検出位置を入力した時間を記録する移動量入力時間記録部と、
制御対象の移動指令が発生してからのサイクル数を計数する補正サイクル計数部と、
前記移動量入力部が算出した検出位置、前記移動量入力時間記録部が記録した時間、及び前記補正サイクル計数部が計数したサイクル数に基づいて、位置制御周期変動にて生じる前記移動量入力部が算出した検出位置を補正する補正検出位置算出部と、
該補正検出位置算出部において補正された検出位置に基づいて制御対象の位置制御を行う位置制御部と、
を有することを特徴とする数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の位置制御に関し、特に、検出対象の検出位置の時間ずれを考慮することにより、位置制御の精度を向上させるようにした数値制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば工作機械の数値制御装置による位置制御では、一定時間間隔の位置制御周期で発生する割り込みなどの起動トリガにより実行を開始する位置制御処理を行っている。この位置制御処理においては、ＮＣプログラムなどで指定される軸移動量や移動速度情報から、サンプリング周期ごとに算出する移動位置情報としての指令位置を算出している。さらに、位置制御処理においては、サーボモータに取り付けられた回転位置検出器（エンコーダ）または工作機械移動軸の移動部付近に取り付けられたリニアスケール等の位置検出器を用い、それら位置検出器による位置検出情報としての検出位置を得ている。そして、これら指令位置及び検出位置から位置決め誤差を算出し、この位置決め誤差に基づいて制御量を算出し、その制御量に相当する電圧をサーボアンプに与えることにより位置制御を行うようにしている。
【０００３】
前述した位置制御周期が一定であり、前述した検出位置が一定時間間隔で取得される場合は、前述した指令位置と検出位置とは同時性が保障されることとなり、位置制御出力は正確なものとなるので、位置制御も精度よく実行されることになる。指令位置と検出位置との同時性は、専用ハードウェア上において独自ＯＳにより機能を実現することにより容易に可能となる。しかし、汎用ＯＳを用いた安価なシステムにおいては、位置制御周期の平均値は所定の時間であるが、各周期はこの所定の時間に対し前後するという時間的変動（ばらつき）が発生するので、軌跡精度が低下するという問題がある。
【０００４】
この時間的変動を無視できない用途としては、例えばサーボモータの速度検出装置がある。前述した検出位置は前回サンプル時の検出位置に時間あたりの移動量（速度）を加えたものであり、言い換えると速度検出を正確に行うことが重要であるといえる。この正確な速度検出を行う方法としては、特許文献１や特許文献２に示されている。これらの特許文献に開示されている速度検出方法は、検出位置の変化量をカウントするカウンタ及びカウントした出力パルス周期を記憶しておくレジスタを設けることにより、サーボモータの回転速度を検出するというものである。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１６０７６６号公報
【特許文献２】特開平０５−１８８０６８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の方法は速度検出を行う事例であり、指令位置とは時間軸において一致した検出位置を得るという目的は達成できない。
【０００７】
本発明は、位置制御周期に時間的変動（ばらつき）がある場合であっても、指令位置とは時間軸において一致する検出位置を算出することにより、正確に位置決めすることが可能な工作機械の数値制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明では、制御対象を位置制御する数値制御装置であって、検出した制御対象の移動量を入力し、この移動量に基づいて制御対象の現在位置としての検出位置を算出する移動量入力部と、前記検出位置を入力した時間を記録する移動量入力時間記録部と、制御対象の移動指令が発生してからのサイクル数を計数する補正サイクル計数部と、前記移動量入力部が算出した検出位置、前記移動量入力時間記録部が記録した時間、及び前記補正サイクル計数部が計数したサイクル数に基づいて、位置制御周期変動にて生じる前記移動量入力部が算出した検出位置を補正する補正検出位置算出部と、この補正検出位置算出部において補正された検出位置に基づいて制御対象の位置制御を行う位置制御部と、を有することを特徴とする数値制御装置を提供した。
【０００９】
補正サイクル計数部において計数されるサイクル数をｎとすると、図５に示すように、移動量入力部から入力される制御対象の検出位置に関しては、時間ｔｃｎ−１  に対応する検出位置は時間ｔｎ−１  においてＰｎ−１  、時間ｔｃｎ  に対応する検出位置は時間ｔｎ  においてＰｎ  というように、指令位置と検出位置との間で時間的ずれが発生している。そこで、本発明では、補正検出位置算出部においては、移動量入力部が算出した検出位置、移動量入力時間記録部が記録した検出位置を入力した時間、及び補正サイクル計数部が計数したサイクル数に基づいて、位置制御周期変動にて生じる移動量入力部が算出した検出位置を補正した補正検出位置を算出する。この補正検出位置に基づいて制御対象の位置制御を行うようにすれば、位置制御周期に時間的変動がある場合においても、指令位置とは時間軸において一致する検出位置が算出されることになり、その結果、正確に制御対象の位置決めを行うことが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明に係る数値制御装置１を含むブロック図である。また、図３は数値制御装置１内の位置制御部１２の構成を示したブロック図である。図１において、数値制御装置１は、指令位置発生部１１、位置制御部１２、及び起動制御部１３を有している。指令位置発生部１１及び位置制御部１２は、起動制御部１３により一定周期で実行を行う。起動制御部１３は、例えばタイマによる割り込み信号で起動される割り込み処理や汎用ＯＳの提供するタイマイベント機能などで実現される。
【００１１】
また、図１には、ＮＣ（数値制御）工作機械の一例として、スライダ２と、スライダ２の位置を検出するリニアスケール３と、数値制御装置１により位置制御されるサーボアンプ４と、サーボアンプ４により駆動制御されるサーボモータ５と、サーボモータ５の駆動力をスライダ２に伝達するボールネジ６と、ボールネジ６がねじ込まれる雌ネジが形成された連結部材７を示している。
【００１２】
指令位置発生部１１は、例えば、工具の軌跡データなどを所定の言語でプログラミング化したＮＣプログラムを解析処理し、一定時間間隔となる軌跡データを各制御軸の移動すべき指令位置に変換する。位置制御部１２は、例えば、各制御軸の指令位置（移動量）を受けて、これらの移動量と図３に示す検出位置補正部１４からの補正検出位置との偏差に比例動作および積分動作を施し、これをサーボアンプ（速度ループ）４に対する速度指令として出力する。検出位置補正部１４は、スライダ２の位置を検出するリニアスケール３からの位置フィードバック信号を指令位置と同時性がある値に補正する。なお、検出位置補正部１４の具体的な説明は後述する。
【００１３】
速度ループは、例えば、前記速度指令と前記リニアスケール３からの位置フィードバック信号のサンプリング時間毎の差分値との偏差に対して比例動作および積分動作を施してトルク指令とし、これを電流ループに出力する。電流ループは、例えばサーボモータ５の駆動電流から換算したサーボモータ５の出力トルク信号と前記トルク指令との偏差に対して比例動作を施して電流指令とし、これをサーボドライバに対して所定の電気信号に変換して出力する。なお、ここでは速度ループおよび電流ループはサーボアンプ４にて実現するように説明したが、数値制御装置１内で実現するようにしてもよい。
【００１４】
図２は、図１に示した数値制御装置１の詳細な構成を示すブロック図である。数値制御装置１は、各種のインターフェース、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ−ＲＯＭ）、補助記憶装置等により構成される。さらに、数値制御装置１はインターフェースを介して、キーボード、ディスプレイ、マウス等に接続され、外部とのデータ交換を可能にしている。なお、タイマは一定周期で発生するクロックカウントを計数する。数値制御装置１はインターフェース１により速度指令を所定の信号に変換してサーボアンプ４に出力する。また、インターフェース２はリニアスケール３の検出パルスを逐次カウントし、所定のディジタル信号に変換する。
【００１５】
次に、図４を参照して、前述した検出位置補正部１４の詳細について説明する。検出位置補正部１４は、移動量入力部１５、移動量入力時間記録部１６、補正サイクル計数部１７、及び補正検出位置算出部１８から構成されている。移動量入力部１５は、前述したインターフェース２を介して、リニアスケール３からの検出パルスを取得する。取得した検出パルスは制御対象としてのスライダ２の移動量を示すものであるから、これに基づいて制御対象としてのスライダ２の現在位置としての検出位置に換算する。移動量入力時間記録部１６は、前述したタイマから時間情報を取得することにより、移動量入力部１５が制御対象としてのスライダ２の検出位置を入力した時間を記録する。補正サイクル計数部１７は、制御対象としてのスライダ２の移動指令が発生してからのサイクル数を計数する。なお、このサイクル数の値は停止時すなわち指令位置が前回値と同じ場合は０にリセットされる。
【００１６】
そして、補正検出位置算出部１８は、前述した移動量入力部１５が算出した検出位置、移動量入力時間記録部１６が記録した検出位置を入力した時間、及び補正サイクル計数部１７が計数したサイクル数に基づいて、位置制御周期変動にて生じる移動量入力部１５が算出した検出位置を補正した補正検出位置を算出する。図３に示すように、位置制御部１２においては、指令位置発生部１１が発生した制御対象の指令位置を入力し、この指令位置と検出位置補正部１４が算出した補正検出位置との偏差をとり、この偏差に対して制御量演算部１９において比例動作及び積分動作を施し、この比例動作及び積分動作が施された値を制御量出力部２０がサーボアンプ４に対する速度指令として出力する。これにより、位置制御周期に時間的変動がある場合においても、指令位置とは時間軸において一致する検出位置が算出されることになり、その結果、正確に制御対象の位置決めを行うことが可能になる。
【００１７】
ここで、図５を参照して、前述した補正検出位置算出部１８において行われる補正検出位置の算出方法について説明する。前述した指令位置発生部１１は、時間Ｔ周期の指令位置を発生させている。これに対し前述した移動量入力部１５から入力されるスライダ２の検出位置に関しては、時間ｔｃｎ−１  に対応する検出位置は時間ｔｎ−１  においてＰｎ−１  、時間ｔｃｎ  に対応する検出位置は時間ｔｎ  においてＰｎ  というように、指令位置と検出位置との間で時間的ずれが発生している。ここで、ｎは前述した補正サイクル計数部１７において計数されるサイクル数であり、指令位置が発生してからのサイクル数である。また、時間は前述したタイマより取得し、移動量入力時間記録部１６に記録される。以上のｎ−１サイクル及びｎサイクルにおけるデータから、ｎサイクルにおける補正検出位置Ｐ′ｎ  は式（１）乃至（３）で表現される。
【００１８】
【数１】
2004234300.tif 000003
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、制御対象を位置制御する数値制御装置であって、検出した制御対象の移動量を入力し、この移動量に基づいて制御対象の現在位置としての検出位置を算出する移動量入力部と、前記検出位置を入力した時間を記録する移動量入力時間記録部と、制御対象の移動指令が発生してからのサイクル数を計数する補正サイクル計数部と、前記移動量入力部が算出した検出位置、前記移動量入力時間記録部が記録した時間、及び前記補正サイクル計数部が計数したサイクル数に基づいて、位置制御周期変動にて生じる前記移動量入力部が算出した検出位置を補正する補正検出位置算出部と、この補正検出位置算出部において補正された検出位置（補正検出位置）に基づいて制御対象の位置制御を行う位置制御部と、を有することを特徴とする数値制御装置としたので、位置制御周期に時間的変動がある場合においても、検出位置の時間ずれが補正され、指令位置とは時間軸において一致する検出位置が算出されることになり、その結果、正確に制御対象の位置決めを行うことが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る数値制御装置１を含むブロック図である。
【図２】図１に示した数値制御装置１の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】数値制御装置１内の位置制御部１２の構成を示したブロック図である。
【図４】検出位置補正部１４の詳細な構成を示したブロック図である。
【図５】補正検出位置算出部１８において行われる補正検出位置の算出方法について説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１    数値制御装置
２    スライダ
３    リニアスケール
４    サーボアンプ
５    サーボモータ
６    ボールネジ
７    連結部材
１１  指令位置発生部
１２  位置制御部
１３  起動制御部
１４  検出位置補正部
１５  移動量入力部
１６  移動量入力時間記録部
１７  補正サイクル計数部
１８  補正検出位置算出部
１９  制御量演算部
２０  制御量出力部
【図１】
2004234300.tif 000004
【図２】
2004234300.tif 000005
【図３】
2004234300.tif 000006
【図４】
2004234300.tif 000007
【図５】
2004234300.tif 000008