(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
従軸を主軸位置に同期させて制御する同期制御システムにおける電子カムパターン生成方法であって、
前記主軸位置に応じた複数の区間を設定する第１のステップと、
前記複数の区間の境界条件を設定する第２のステップと、
前記複数の区間の少なくとも１つの区間において、前記境界条件に基づいて従軸の位置を示す電子カムパターンを、前記主軸位置の７次関数として生成する第３のステップと、
前記区間を分割して分割区間を設定する第４のステップと、
前記分割区間ごとに該分割区間の前記電子カムパターンが前記主軸位置の７次関数として生成される第５のステップと、
を含み、
前記分割区間のうち前記区間の終了位置を含む前記分割区間の前記電子カムパターンは、前記分割区間の終了位置を開始点として前記区間の開始位置へ向かって計算され、
前記境界条件は、前記区間の開始位置および終了位置のそれぞれにおける従軸の位置、速度、加速度およびジャークであり、
前記境界条件における前記加速度および前記ジャークはともに０であることを特徴とする電子カムパターン生成方法。
【請求項２】
電子カムパターン生成装置は、前記電子カムパターンを演算する際の演算誤差に応じて前記区間を分割するか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の電子カムパターン生成方法。
【請求項３】
従軸を主軸位置に同期させて制御する同期制御システムに用いられる電子カムパターンを生成する電子カムパターン生成装置であって、
前記主軸位置に応じた複数の区間を設定し、複数の区間の境界条件を設定する区間設定部と、
前記複数の区間の少なくとも１つの区間において、前記境界条件に基づいて従軸の位置を示す電子カムパターンを、前記主軸位置の７次関数として生成し、前記区間を分割して分割区間を設定し、前記分割区間ごとに該分割区間の前記電子カムパターンを前記主軸位置の７次関数として生成するパターン生成部と、
を備え、
前記分割区間のうち前記区間の終了位置を含む前記分割区間の前記電子カムパターンは、前記分割区間の終了位置を開始点として前記区間の開始位置へ向かって計算され、
前記境界条件は、前記区間の開始位置および終了位置のそれぞれにおける従軸の位置、速度、加速度およびジャークであり、
前記境界条件における前記加速度および前記ジャークはともに０であることを特徴とする電子カムパターン生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期制御システムにおける電子カムパターン生成方法および電子カムパターン生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
包装機をはじめとした産業機械には、ワークの搬送、加工などを行うための複数の軸を備え、各軸に対応するサーボモータが所望の動作パターンおよびタイミングで連携するように制御されることにより一連の加工プロセスを実行するものが数多くある。このように、複数のサーボモータを連携させて制御するシステムは同期制御システムとも呼ばれる。【０００３】
同期制御システムには、電子カム機能を備えているものがある。電子カム機能は、主軸周りに回転する機械的なカムを用いる代わりに、従軸のサーボモータを主軸位置に同期させて制御することにより、ワーク、工具などの対象物に所望の動作を行わせる機能である。電子カム機能を備えるサーボモータシステムでは、複数の軸に対応する複数のサーボモータを所望の動作パターンに従って精密に制御することにより、精密な加工が可能である。【０００４】
電子カム機能を備える同期制御システムは、一般に、時系列に定められた複数の目標位置から成る所望の動作パターンに従って従軸のサーボモータを制御する。時系列に定められた複数の目標位置から成る所望の動作パターンに従った制御を実現するために、時間的に隣接する２つの目標位置の一方を開始位置、他方を終了位置とした区間ごとに曲線を生成し、これらの曲線をつなぎ合わせて電子カムパターンを生成する方法がある。電子カムパターンとは、上述した電子カム機能を実現するために、従軸のサーボモータの位置、速度、加速度といった値を主軸位置に応じて定めたパターンである。【０００５】
このような同期制御システムの一例として、特許文献１には、時間的に隣接する２区間の境界点における位置、速度、加速度を同一値に設定して各々の区間のスプライン補間を行うことで、各区間のつなぎ目にあたる境界点における加速度変動の小さい電子カムパターンを得ることができるサーボモータ制御システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１７２４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の技術では、位置制御のための電子カムパターンの生成に５次関数のスプライン補間を用いている。しかしながら、５次関数のスプライン補間を用いても、スプライン補間の境界点におけるジャークの変動を抑制することができなかった。ジャークの変動が生じると、産業機械などの電子カム機能を用いる機械装置への衝撃および振動が増加し、機械装置を構成する工具等の寿命が短くなることがある。例えば、機械装置が包装機である場合、ジャークの変動が生じると、ロータリーカッター機構の寿命が短くなる。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、機械装置への衝撃および振動を抑制することができる電子カムパターン生成方法および電子カムパターン生成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電子カムパターン生成方法は、従軸を主軸位置に同期させて制御する同期制御システムにおける電子カムパターン生成方法であって、主軸位置に応じた複数の区間を設定する第１のステップ、を含む。また、本発明にかかる電子カムパターン生成方法は、複数の区間の境界条件を設定する第２のステップと、複数の区間の少なくとも１つの区間において、境界条件に基づいて従軸の位置を示す電子カムパターンを、主軸位置の７次関数として生成する第３のステップと、区間を分割して分割区間を設定する第４のステップと、分割区間ごとに該分割区間の電子カムパターンが主軸位置の７次関数として生成される第５のステップと、を含む。分割区間のうち区間の終了位置を含む分割区間の電子カムパターンは、分割区間の終了位置を開始点として区間の開始位置へ向かって計算される。境界条件は、区間の開始位置および終了位置のそれぞれにおける従軸の位置、速度、加速度およびジャークであり、境界条件における加速度およびジャークはともに０である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる電子カムパターン生成方法は、機械装置への衝撃および振動を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１にかかる同期制御システムの構成例を示す図
【図２】実施の形態１の制御回路の構成例を示す図
【図３】実施の形態１の電子カムパターン生成部における処理手順の一例を示すフローチャート
【図４】実施の形態１において設定された区間と従軸位置の電子カムパターンとの一例を示す図
【図５】図４に示したように従軸位置の電子カムパターンを定めた場合の、従軸速度を示す図
【図６】図４に示したように従軸位置の電子カムパターンを定めた場合の、従軸加速度を示す図
【図７】図４に示したように従軸位置の電子カムパターンを定めた場合の、従軸のジャークを示す図
【図８】実施の形態２にかかる同期制御システムの構成例を示す図
【図９】実施の形態２の電子カムパターン生成部における処理手順の一例を示すフローチャート
【図１０】実施の形態２の電子カムパターンに浮動小数点演算における計算誤差が生じた場合の電子カムパターンの一例を示す図
【図１１】実施の形態２の区間分割が行われた後の電子カムパターンの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態にかかる電子カムパターン生成方法および電子カムパターン生成装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる同期制御システムの構成例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１の同期制御システム１００は、従軸を主軸位置に同期させて制御する同期制御システムであって、制御装置１、サーボアンプ２およびモータ３を備える。実施の形態１の同期制御システム１００は、例えば包装機をはじめとした産業機械において、加工、搬送などのプロセスを実現するために用いられる。なお、図１では、サーボアンプ２およびモータ３を１組図示しているが、サーボアンプ２およびモータ３は複数組であってもよい。
【００１４】
実施の形態１の同期制御システム１００は、例えば包装機におけるロータリーカッター装置に用いられる。ロータリーカッター装置は、コンベアにより一定速度で搬送されるシートを、ロータリーカッターで所望のシート長となるように切断する装置である。同期制御システム１００がロータリーカッター装置に用いられる場合、コンベアの軸が主軸となり、ロータリーカッターの軸が従軸となる。従軸に対応するモータ３が主軸位置に同期して制御されることにより、ロータリーカッターで所望のシート長でシートを切断することができる。
【００１５】
ロータリーカッター装置は実施の形態１の同期制御システム１００が適用される機械装置の一例であり、実施の形態１の同期制御システム１００は、この例に限定されず、主軸位置に同期して従軸のモータを動作させる機械装置であればどのような機械装置にも適用可能である。
【００１６】
従軸に対応するモータ３を主軸位置に同期させて制御するために、本実施の形態の同期制御システム１００は、モータ３の位置、速度、加速度といった値が主軸位置に応じて定義された電子カムパターンを用いる。主軸位置は、主軸の回転角度である。
【００１７】
制御装置１は、電子カムパターンを生成し、入力される主軸位置と電子カムパターンとに基づいて、サーボアンプ２に対する指令を生成し、サーボアンプ２へ出力する。制御装置１は、本発明にかかる電子カムパターン生成装置の一例である。サーボアンプ２は、指令に基づいて従軸に対応するモータ３を制御する。主軸位置は、主軸の位置を検出する図示しないパルスジェネレータなどから入力されてもよいし、主軸が仮想的な軸である場合には仮想的に生成された主軸位置であってもよい。また、主軸位置が、仮想的に生成された主軸位置である場合には、制御装置１が主軸位置を生成してもよい。また、図１では、主軸に対応するサーボアンプおよびモータを図示していないが、同期制御システム１００が主軸に対応するサーボアンプおよびモータを備え、制御装置１が主軸に対応するサーボアンプに対する指令を生成してもよい。
【００１８】
図１に示すように、制御装置１は、電子カムパターンを生成する電子カムパターン生成部１０と、主軸位置と電子カムパターンとに基づいて、サーボアンプ２に対する指令を生成して出力する指令生成部１５とを備える。電子カムパターン生成部１０は、区間設定部１１、パターン生成部１２、固有波形生成部１３および連結部１４を備える。
【００１９】
次に、制御装置１のハードウェア構成について説明する。電子カムパターン生成部１０および指令生成部１５は、処理回路により実現される。処理回路は、例えば、プロセッサを備える制御回路である。
【００２０】
図２は、制御回路の構成例を示す図である。図２に示した制御回路２００は、プロセッサ２０１およびメモリ２０２を備える。プロセッサ２０１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、マイクロプロセッサ等である。メモリ２０２は、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリー、等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等が該当する。
【００２１】
電子カムパターン生成部１０および指令生成部１５が、図２に示した制御回路２００により実現される場合、電子カムパターン生成部１０および指令生成部１５の各機能は、メモリ２０２に格納された、電子カムパターン生成部１０および指令生成部１５の機能が実現されるためのプログラムが、プロセッサ２０１により実行されることにより実現される。メモリ２０２は、プロセッサ２０１によりプログラムが実行される際の記憶領域としても用いられる。
【００２２】
または、電子カムパターン生成部１０および指令生成部１５は専用のハードウェアである処理回路により実現されてもよい。専用のハードウェアである処理回路は、例えばＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、またはこれらを組み合わせたものを含む。また、電子カムパターン生成部１０および指令生成部１５は、一部が専用のハードウェアである処理回路により実現され、残部が上述した制御回路２００により実現されてもよい。
【００２３】
次に、本実施の形態の電子カムパターン生成方法について説明する。図３は、本実施の形態の電子カムパターン生成部１０における処理手順の一例を示すフローチャートである。図３に示すように、まず、区間設定部１１は、主軸位置に応じた区間を設定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、区間はどのように設定されてもよいが、例えば、主軸と従軸との間の関係に関して定められた条件があれば、区間設定部１１は、この条件に従って区間を設定する。
【００２４】
主軸と従軸との間の関係に関して定められた条件の一例は、１つ以上の通過すべき位置である。ここで、通過すべき位置は、例えば、主軸位置と、従軸位置すなわち従軸の回転角度とで構成される２次元座標系における座標値で示される。すなわち、通過すべき位置は、例えば、基準となる位置を原点とした場合に、主軸位置をｘとし、従軸位置をｙとした場合のｘｙ平面における座標値で示される。ここで、このｘｙ平面において通過すべき位置が４点設定された場合、区間設定部１１は、これらの４点が区間の境界となるように、各区間を設定する。
【００２５】
区間設定部１１は、設定された区間を示す情報を連結部１４へ指示する。区間を示す情報は、例えば、基準位置を原点とした主軸位置の範囲と区間の識別情報との対応を示す情報である。区間を示す情報は、例えば、設定された区間が３つである場合、主軸位置が０からｍ１までが区間＃１であり、主軸位置がｍ１からｍ２までが区間＃２であり、主軸位置がｍ２からｍ３までが区間＃３であるといった各区間の範囲を示す情報である。
【００２６】
また、機械装置に固有の波形すなわち固有の関数が定められている区間がある場合もある。例えば、従軸位置が主軸位置に正比例するように動作する区間が定められている場合がある。本実施の形態では、固有の波形が定められている区間が存在する例を説明する。このように、固有の波形が定められている区間が存在する場合、区間設定部１１は固有の波形が定められている区間を１つの区間に設定する。
【００２７】
ステップＳ１の後、区間設定部１１は、固有波形を生成する区間を示す情報とともに、固有波形生成部１３へ固有波形の生成を指示し、固有波形生成部１３は、固有波形を生成する。固有波形生成部１３は、生成した固有波形を示す情報を、対応する区間を示す識別情報とともに連結部１４へ出力する（ステップＳ２）。固有波形を示す情報は、例えば、計算式であってもよいし、固有波形が多項式により示されることが定められている場合には、多項式の次数と各次数の係数とであってもよい。固有波形を示す情報は、これらに限定されず、連結部１４が、固有波形を生成できるような情報であればよい。
【００２８】
また、区間設定部１１は、パターンの生成を指示していない区間のうちの１つを処理対象区間とし、処理対象区間に関する境界条件をパターン生成部１２へ出力するとともにパターン生成部１２へパターンの生成を指示する。ここで、パターンとは、従軸位置を、主軸位置を変数とした関数で表した場合の、この関数のことを示す。本実施の形態では、この関数を７次関数とする。パターン生成部１２は、パターンの生成の指示を受けると、境界条件を用いて７次関数の係数を算出する（ステップＳ３）。ステップＳ２およびステップＳ３の詳細については後述するが、７次関数の係数は、区間の境界において、加速度が０となり、かつジャークすなわち加加速度が０となるように決定される。
【００２９】
パターン生成部１２は、算出した係数を用いてパターンすなわち関数を決定する（ステップＳ４）。パターン生成部１２は、決定されたパターンを示す情報を、対応する区間を示す識別情報とともに連結部１４へ出力する。決定されたパターンを示す情報は、例えば、計算式であってもよいし、ステップＳ３で算出した係数であってもよい。決定されたパターンを示す情報は、これらに限定されず、連結部１４が、決定されたパターンを生成できるような情報であればよい。区間設定部１１は、全区間の処理が終了したか、すなわち、全区間について、パターン生成部１２へのパターンの生成の指示または固有波形生成部１３への固有波形の生成の指示のうちのいずれかを行ったかを判断し（ステップＳ５）、全区間の処理が終了した場合（ステップＳ５  Ｙｅｓ）、電子カムパターンの生成処理を終了する。また、処理が終了していない区間がある場合（ステップＳ５  Ｎｏ）、処理対象の区間を変更して、パターン生成部１２へパターンの生成を指示することにより、ステップＳ３からの処理が繰り返される。
【００３０】
以上の処理により、連結部１４は、各区間のパターンを示す情報および固有波形を示す情報を受け取ることができる。連結部１４は、各区間のパターンを順に連結することにより、電子カムパターンを生成し、電子カムパターンを示す情報を指令生成部１５へ出力する。換言すると、各区間のパターンは、各区間の電子カムパターンである。電子カムパターンを示す情報の一例は、各区間を示す情報と区間ごとの電子カムパターンの計算式である。または、電子カムパターンを示す情報は、各区間を示す情報と区間ごとの次数と係数とであってもよい。なお、ここでは、連結部１４が生成した電子カムパターンを指令生成部１５へ出力するようにしたが、連結部１４が生成した電子カムパターンを示す情報を図示しない記憶部へ格納し、指令生成部１５が記憶部から電子カムパターンを示す情報を読み出すようにしてもよい。
【００３１】
次に、上述したステップＳ２およびステップＳ３について、具体例を挙げて説明する。図４は、本実施の形態において設定された区間と従軸位置の電子カムパターンとの一例を示す図である。図４に示した例では、通過すべき位置として、上述した主軸位置をｘとし従軸位置をｙとした場合のｘｙ平面における４点の座標値が指定されているとする。以下、ｘｙ平面における座標値を（ｘ座標値，ｙ座標値）として表記する。
【００３２】
図４に示した例では、通過すべき位置である４点の座標値をそれぞれ（０，Ｐ０）、（ｍ１，Ｐ１）、（ｍ２，Ｐ２）、（ｍ３，Ｐ３）としている。図４に示した例では、主軸位置が０からｍ１までが区間＃１、主軸位置がｍ１からｍ２までが区間＃２、主軸位置がｍ２からｍ３までが区間＃３と設定されている。以下、区間＃１、区間＃２、区間＃３に対応したパターンすなわち関数を、各区間の開始位置を主軸位置の原点とした主軸位置であるｋを用いて、それぞれＦ1（ｋ）、Ｆ2（ｋ）、Ｆ3（ｋ）とする。図４では、主軸位置はある基準位置を限定としたｘで示されている。各区間の開始位置の主軸位置のｘ座標値をｘｓとすると、ｋ＝ｘ−ｘｓである。図４に示した例では、区間＃１では、ｋ＝ｘであり、区間＃２では、ｋ＝ｘ−ｍ１であり、区間＃３では、ｋ＝ｘ−ｍ２である。
【００３３】
区間＃２については、固有波形が定められているとする。したがって、Ｆ2（ｋ）は固有波形を示す関数となる。ここでは、Ｆ2（ｋ）は、傾きが固定値βの一次関数であるとする。すなわち、Ｆ2（ｋ）＝βｋ＋Ｐ１である。Ｆ2（ｋ）は、上述したステップＳ２で生成される。
【００３４】
区間＃１については、Ｆ1（ｋ）を、以下の式（１）に示すようにｋの７次関数として定義する。Ａ０からＡ７は、係数である。
Ｆ1（ｋ）＝Ａ０＋Ａ１ｋ＋Ａ２ｋ2＋Ａ３ｋ3＋Ａ４ｋ4＋Ａ５ｋ5＋Ａ６ｋ6＋Ａ７ｋ7    …（１）
【００３５】
区間設定部１１は、区間＃１の境界条件として、区間長Ｘ1、区間の開始位置での従軸位置をＰ０、区間の終了位置での従軸位置Ｐ１、区間の開始位置での従軸の速度をＶ０、区間の終了位置での従軸の速度をＶ１と定める。また、さらに、境界条件として区間の開始位置および終了位置で、従軸の加速度およびジャークは０とする。このように、境界条件は、区間の開始位置および終了位置のそれぞれにおける従軸の位置、速度、加速度およびジャークである。なお、各区間における、区間の開始位置での速度、区間の終了位置での速度については、外部から入力されてもよいし、あらかじめ定められていてもよい。
【００３６】
従軸の速度は式（１）をｋで微分したものすなわちｄＦ1（ｋ）／ｄｋであり、以下の式（２）で示される。
ｄＦ1（ｋ）／ｄｋ＝Ａ１＋２Ａ２ｋ＋３Ａ３ｋ2＋４Ａ４ｋ3＋５Ａ５ｋ4＋６Ａ６ｋ5＋７Ａ７ｋ6    …（２）
【００３７】
また、従軸の加速度ｄ2Ｆ1（ｋ）／ｄｋ2、従軸のジャークｄ3Ｆ1（ｋ）／ｄｋ3はそれぞれ以下の式（３）、式（４）となる。
ｄ2Ｆ1（ｋ）／ｄｋ2＝２Ａ２＋６Ａ３ｋ＋１２Ａ４ｋ2＋２０Ａ５ｋ3＋３０Ａ６ｋ4＋４２Ａ７ｋ5    …（３）
ｄ3Ｆ1（ｋ）／ｄｋ3＝６Ａ３＋２４Ａ４ｋ＋６０Ａ５ｋ2＋１２０Ａ６ｋ3＋２１０Ａ７ｋ4    …（４）
【００３８】
以上の式（１）から式（４）に、区間の開始位置での終了位置における、位置、速度、加速度およびジャークの各境界条件を代入して、連立方程式を解くと、以下の式（５）に示すように係数Ａ０からＡ７が得られる。
Ａ０＝Ｐ０、Ａ１＝Ｖ０、Ａ２＝０、Ａ３＝０、
Ａ４＝−（１５Ｖ１＋２０Ｖ０）／Ｘ13＋（３５Ｐ１−３５Ｐ０）／Ｘ14
Ａ５＝  （３９Ｖ１＋４５Ｖ０）／Ｘ14−（８４Ｐ１−８４Ｐ０）／Ｘ15
Ａ６＝−（３４Ｖ１＋３６Ｖ０）／Ｘ15＋（７０Ｐ１−７０Ｐ０）／Ｘ16
Ａ７＝  （１０Ｖ１＋１０Ｖ０）／Ｘ16−（２０Ｐ１−２０Ｐ０）／Ｘ17  …（５）
【００３９】
区間＃ｎの開始位置の従軸位置をＰｎｓ、区間＃ｎの終了位置の従軸位置をＰｎｅ、区間＃ｎに対応する関数をＦn（ｘ）、区間＃ｎの開始位置での速度をＶｎｓ、区間＃ｎの終了位置での速度をＶｎｅ、区間＃ｎの区間長をＸnとして一般化すると、式（１）および式（５）は、以下の式（６）および式（７）となる。
Ｆn（ｋ）＝Ａ０＋Ａ１ｋ＋Ａ２ｋ2＋Ａ３ｋ3＋Ａ４ｋ4＋Ａ５ｋ5＋Ａ６ｋ6＋Ａ７ｋ7 
…（６）
Ａ０＝Ｐｎ、Ａ１＝Ｖｎ、Ａ２＝０、Ａ３＝０、
Ａ４＝−（１５Ｖｎｅ＋２０Ｖｎｓ）／Ｘn3＋（３５Ｐｎｅ−３５Ｐｎｓ）／Ｘn4
Ａ５＝  （３９Ｖｎｅ＋４５Ｖｎｓ）／Ｘn4−（８４Ｐｎｅ−８４Ｐｎｓ）／Ｘn5
Ａ６＝−（３４Ｖｎｅ＋３６Ｖｎｓ）／Ｘn5＋（７０Ｐｎｅ−７０Ｐｎｓ）／Ｘn6
Ａ７＝  （１０Ｖｎｅ＋１０Ｖｎｓ）／Ｘn6−（２０Ｐｎｅ−２０Ｐｎｓ）／Ｘn7
…（７）
【００４０】
上述したステップＳ３において、パターン生成部１２は、固有波形が定められていない各区間について上記の式（７）に従って係数を算出し、式（６）のように関数を決定する。そして、連結部１４が、各区間の関数を連結することで、図４に示したように電子カムパターンを得ることができる。
【００４１】
以上のように、本実施の形態の同期制御システム１００における電子カムパターン生成方法は、制御装置１が、主軸位置に応じた複数の区間を設定する第１のステップと複数の区間の境界条件を設定する第２のステップとである上述したステップＳ１を含む。また、本実施の形態の同期制御システム１００における電子カムパターン生成方法は、複数の区間の少なくとも１つの区間において、境界条件に基づいて従軸の位置を示す電子カムパターンを、主軸位置の７次関数として生成する第３のステップであるステップＳ３およびステップＳ４と、を含む。
【００４２】
図５は、図４に示したように従軸位置の電子カムパターンを定めた場合の、従軸速度を示す図である。図６は、図４に示したように従軸位置の電子カムパターンを定めた場合の、従軸加速度を示す図である。図７は、図４に示したように従軸位置の電子カムパターンを定めた場合の、従軸のジャークを示す図である。本実施の形態の電子カムパターンを用いることにより、各区間の境界における加速度およびジャークが０となる。すなわち、電子カムパターンの生成に５次関数を用いた場合と比べて、サーボモータの動きがより滑らかになり、衝撃および振動による機械装置への負荷が抑制され、機械装置の長寿命化が期待できる。
【００４３】
また、通過する位置は、各機械装置によって決定されるものであって、任意の区間数および区間長を設定することができる。また、任意の区間が装置特有の固有波形であったとしても、この固有波形の区間の境界条件にしたがって該区間の前後の区間のパターンを決定すればよい。なお、固有波形となる区間が存在しない場合には、制御装置１は固有波形生成部１３を備える必要はなく、全区間の関数をパターン生成部１２により決定すればよい。
【００４４】
なお、以上の例では、制御装置１が、電子カムパターンを生成する電子カムパターン装置としての機能を有するようにしたが、制御装置１の代わりに、電子カムパターンを生成する電子カムパターン装置と主軸位置と電子カムパターンとに基づいてサーボアンプ２に対する指令を生成する制御装置とを備えてもよい。この場合、電子カムパターン装置は、図１に示した電子カムパターン生成部１０を備え、電子カムパターン生成部１０から出力される電子カムパターンが制御装置へ入力され、制御装置は主軸位置と電子カムパターンとに基づいて、サーボアンプ２に対する指令を生成してサーボアンプ２へ出力する。
【００４５】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２にかかる同期制御システムの構成例を示す図である。図８に示すように、実施の形態２の同期制御システム１００ａは、制御装置１ａ、サーボアンプ２およびモータ３を備える。制御装置１ａは、実施の形態１の電子カムパターン生成部１０の代わりに電子カムパターン生成部１０ａを備える以外は実施の形態１の制御装置１と同様である。電子カムパターン生成部１０ａは、実施の形態１の電子カムパターン生成部１０に誤差評価部１６を追加し、パターン生成部１２の代わりにパターン生成部１２ａを備える以外は、実施の形態１の制御装置１と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。
【００４６】
本実施の形態の電子カムパターン生成部１０ａは、実施の形態１の電子カムパターン生成部１０と同様に処理回路により実現される。この処理回路は実施の形態１と同様に専用のハードウェアであってもよいし、プロセッサを備える制御回路であってもよい。
【００４７】
本実施の形態では、電子カムパターンを生成する際の浮動小数点演算における計算誤差を考慮した電子カムパターンの生成方法について説明する。図９は、本実施の形態の電子カムパターン生成部１０ａにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。図９に示すように、本実施の形態の電子カムパターン生成部１０ａにおける処理手順は、図３で説明した処理のステップＳ３とステップＳ４との間にステップＳ１１からステップＳ１３を追加する以外は実施の形態１と同様である。
【００４８】
ステップＳ３の後、パターン生成部１２ａは、算出した係数を、誤差評価部１６へ出力する。誤差評価部１６は、パターン生成部１２ａから取得した係数を用いて誤差評価を実施する（ステップＳ１１）。具体的には、誤差評価部１６は、例えば、浮動小数点演算によって生じる誤差を算出する。同期制御システムによっては、指令生成部１５が倍精度実数を扱えないなどのように、電子カムパターンを用いた演算を行う場合の演算誤差が生じる場合がある。特に、安価な装置では倍精度実数を用いた演算ができないなど演算の精度に制約がある場合がある。また、各区間では、開始位置では主軸位置が０であるが終了位置へ向かい主軸位置の値が大きくなる。本実施の形態では、主軸位置の７次の演算を行うことになるため、主軸位置の値が大きくなると演算誤差が大きくなる傾向がある。このため、本実施の形態では、このような演算誤差を考慮して、演算誤差が大きい場合には、後述するように区間を分割する。具体的には、誤差評価部１６は、例えば、単精度実数を用いた場合に生じる誤差の最大値を算出する。
【００４９】
誤差評価部１６は、区間内で誤差がしきい値を超える場合があるか否かを判断し（ステップＳ１２）、誤差がしきい値を超えない場合（ステップＳ１２  Ｎｏ）、パターン生成部１２ａへその旨を通知する。これにより、ステップＳ４以降が実施される。誤差がしきい値を超える場合（ステップＳ１２  Ｙｅｓ）、誤差評価部１６は、パターン生成部１２ａへ区間の分割を指示する。これにより、パターン生成部１２ａは、区間分割を実施し（ステップＳ１３）、ステップＳ３へ戻る。パターン生成部１２ａは、区間分割においては、分割区間の境界条件も設定する。以上のように、制御装置１ａは、電子カムパターンを演算する際の演算誤差に応じて区間を分割するか否かを決定する。
【００５０】
図１０は、電子カムパターンに浮動小数点演算における計算誤差が生じた場合の電子カムパターンの一例を示す図である。図１０に示した例では、曲線３００は、実施の形態１において図４で示した電子カムパターンを示し、曲線３０１は、浮動小数点演算における計算誤差が生じた場合の電子カムパターンを示している。曲線３０１では、区間＃３の終点付近において、浮動小数点演算における計算誤差により誤差が生じている。
【００５１】
このような場合、本実施の形態では、区間＃３を２分割し、分割された区間について、実施の形態１と同様に７次関数を決定する。図１１は、区間分割が行われた後の電子カムパターンの一例を示す図である。図１１では、図１０に示した電子カムパターンが生成された後、区間＃３について、上述したステップＳ１３が実施される。これにより、区間＃３は、区間＃３ａと区間＃３ｂに分割される。分割の方法はどのような方法を用いてもよいが、図１１に示した例では、元の区間を２つに等分割している。
【００５２】
区間の開始時には主軸位置の値が小さいため、浮動小数点演算における計算誤差は区間の前半では後半に比べて小さい。したがって、分割した区間のうち前半の区間＃３ａでは、実施の形態１で述べた方法により、区間＃３用に算出された関数を用いる。すなわち、区間＃３ａの関数Ｆ3a（ｋ）はＦ3（ｋ）と同一のものを用い、区間長を区間＃３の区間長の半分すなわちＸ3／２として決定することができる。これにより、区間＃３ａの境界条件、すなわち開始位置および終了位置における従軸位置、速度を定めることができる。
【００５３】
次に、後半の区間である区間＃３ｂの関数Ｆ3b（Ｘ3−ｋ）は、Ｆ3（ｋ）に、ｋの代わりにＸ3−ｋを代入し、区間＃３と同じ境界条件Ｐ２およびＰ３を使用することで、以下の式（８）、式（９）により得られる。Ａ０’からＡ７’は係数である。
Ｆ3b（Ｘ3−ｋ）＝Ａ０’＋Ａ１’ｋ＋Ａ２’ｋ2＋Ａ３’ｋ3＋Ａ４’ｋ4＋Ａ５’ｋ5＋Ａ６’ｋ6＋Ａ７’ｋ7    …（８）
Ａ０’＝Ｐ３、Ａ１’＝−Ｖ３、Ａ２’＝０、Ａ３’＝０、
Ａ４’＝  （２０Ｖ３＋１５Ｖ２）／Ｘ33−（３５Ｐ３−３５Ｐ２）／Ｘ34
Ａ５’＝−（４５Ｖ３＋３９Ｖ２）／Ｘ34＋（８４Ｐ３−８４Ｐ２）／Ｘ35
Ａ６’＝  （３６Ｖ３＋３４Ｖ２）／Ｘ35−（７０Ｐ３−７０Ｐ２）／Ｘ36
Ａ７’＝−（１０Ｖ３＋１０Ｖ２）／Ｘ36＋（２０Ｐ３−２０Ｐ２）／Ｘ37  …（９）
【００５４】
本実施の形態を使用して得られた電子カムパターンは、実施の形態１に比べて浮動小数点演算時の計算誤差を少なくできる。これは、実施の形態１で述べた式（６）、式（７）に従って計算すると、浮動小数点演算によって、区間の終了位置付近で浮動小数点演算誤差が大きくなる恐れがあるのに対し、本実施の形態のように、区間を２分割し、分割した後半の区間では式（８）、式（９）を使用することによって終了位置から開始位置に向かって７次関数を計算すると、終了点付近の浮動小数点演算誤差を抑制することができるためである。換言すると、本実施の形態の電子カムパターン生成方法は、区間を分割して分割区間を設定する第４のステップであるステップＳ１３と、分割区間ごとに該分割区間の前記電子カムパターンが主軸位置の７次関数として生成される第５のステップであるステップＳ４と、を含み、分割区間のうち区間の終了位置を含む分割区間の電子カムパターンは、分割区間の終了位置を開始点として区間の開始位置へ向かって計算される。これにより、同期制御システムにおいて演算性能が低い場合、例えば倍精度実数を扱えない場合にも、浮動小数点演算誤差を抑制して機械装置への衝撃および振動を抑制することができる。換言すると、本実施の形態では、安価なシステムで７次関数による電子カムパターンを計算することができる。
【００５５】
また、区間分割を行う際に、区間を均等に２分割する必要はない。たとえば、誤差評価部１６により評価した誤差に基づいて、誤差すなわち浮動小数点演算誤差がしきい値を超える前の部分で２分割してもよい。
【００５６】
なお、以上の例では制御装置１ａが、電子カムパターンを生成する電子カムパターン装置としての機能を有するようにしたが、制御装置１ａの代わりに、電子カムパターンを生成する電子カムパターン装置と主軸位置と電子カムパターンとに基づいてサーボアンプ２に対する指令を生成する制御装置とを備えてもよい。
【００５７】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１，１ａ  制御装置、２  サーボアンプ、３  モータ、１０，１０ａ  電子カムパターン生成部、１１  区間設定部、１２，１２ａ  パターン生成部、１３  固有波形生成部、１４  連結部、１５  指令生成部、１６  誤差評価部、１００，１００ａ  同期制御システム。
【要約】
従軸を主軸位置に同期させて制御する同期制御システムにおける電子カムパターン生成方法であって、主軸位置に応じた複数の区間を設定する第１のステップと、複数の区間の境界条件を設定する第２のステップと、複数の区間の少なくとも１つの区間において、境界条件に基づいて従軸の位置を示す電子カムパターンを、主軸位置の７次関数として生成する第３のステップと、を含む。【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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