JP2000250614A - バックラッシ補正装置および数値制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のバックラッシ補正は、その軸における
反転後の移動量に応じて補正値を暫時的に増加させるも
のであったので、異なる送り速度においては適当にバッ
クラッシを補正することができなかった。 【解決手段】 反転後の経過時間に応じて補正値を暫時
的に増加させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、いわゆるＮＣ加
工システム、ＮＣロボットシステム、ＮＣ搬送システム
などの数値制御システムおよびそれに用いられるバック
ラッシ補正装置に係り、特に、制御対象を反転駆動する
際に生じるバックラッシを高度に補正するための改良に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の数値制御システムは、例
えばＮＣ加工システムを例に説明すれば、被加工対象物
（ワーク）をテーブルの上に固定し、このテーブルと加
工工具との相対的な位置関係を数値制御（座標制御）す
ることで、上記被加工対象物を複雑な形状に加工したり
することができる。また、このＮＣ加工システムでは一
般的に、Ｘ−Ｙ−Ｚの３つの互いに直交する軸方向で独
立に３つのサーボモータを設け、この３つのサーボモー
タの回転駆動力をテーブルや加工工具の支持部材に伝達
することで、テーブルと加工工具との相対位置を制御し
ている。

【０００３】そして、このようなＮＣ加工システムに代
表される数値制御システムでは、必然的に、駆動源であ
るサーボモータ、このモータの回転運動を直線運動に変
換するボールネジ、モータとボールネジを連結するカッ
プリング、運動方向を規定するリニアガイド、ワークや
工具が保持されるテーブル等の駆動力伝達機構における
隙間（ガタツキ）などに起因して、モータ回転方向反転
時などにおいて、制御数値の目標移動量と、テーブルや
ワークの相対的な移動量とが一致しなくなってしまい、
いわゆるバックラッシ誤差が生じてしまう。その結果、
加工精度をこのバックラッシ誤差よりも小さくすること
ができなくなってしまう。

【０００４】図１４はこのようなバックラッシ誤差を補
正するように構成され、特開平１０−１５４００７号公
報に開示された従来の数値制御システムの構成を示すブ
ロック図である。図において、４はモータ、３５は駆動
力伝達機構部、１は被制御対象物である。

【０００５】また、７は位置指令信号を出力する位置指
令生成部、８は位置指令信号の増減方向の反転を判定す
る指令反転判断手段、３６は反転後の変位量を累積的に
加算する変位カウンタ、３７はバックラッシ補正値の最
大値を設定する設定手段、３８は反転後の変位量に応じ
たバックラッシ補正値を出力する変位依存型補正量算出
手段、３９は補正周期毎の補正量を算出する補正量差分
手段、４０はこの補正量を上記位置指令信号に加算する
加算器、４１はこの加算器の出力に応じてモータに制御
電流を供給する制御装置である。

【０００６】次に動作について説明する。位置指令生成
部７から増減方向を反転するような位置指令信号が出力
されると、指令反転判断手段８から反転情報が出力さ
れ、変位カウンタ３６は新たな変位量を累積的に加算す
る。これとともに、変位依存型補正量算出手段３８は設
定手段３７のバックラッシ補正値の最大値と、この変位
カウンタ３６の変位量とに基づいて、反転後の変位量に
応じたバックラッシ補正値を出力する。補正量差分手段
３９は補正周期毎の補正量を算出し、加算器４０はこの
補正量を位置指令信号に加算する。

【０００７】そして、この加算器４０の出力に応じた制
御電流が制御装置４１からサーボモータ４に流れ、これ
に応じて駆動力伝達機構部３５ひいては被制御対象物１
の位置決め制御が行われる。

【０００８】以上のように、この従来の数値制御システ
ムでは、モータ回転方向反転時にその反転方向に応じた
バックラッシ補正値を位置指令値に加算することで、上
記バックラッシ誤差の分だけ余計に移動させるように数
値制御することができ、これにより加工精度をこのバッ
クラッシ誤差よりも小さくすることが可能となる。

【０００９】また、上記従来の数値制御システムでは、
単にバックラッシ補正値を位置指令値に加算するだけで
なく、反転後の変位量に応じて漸次的に当該補正値を増
加させているので、バックラッシ誤差が反転後に漸次的
に大きくなっていくのに対して好適に補正を行うことが
できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の数値制御システ
ムは以上のように構成されているので、例えばＮＣ加工
システムを例に説明すると、一定以上の加工精度を得る
ことはできないなどの課題があった。例えば、通常の加
工速度では得られない加工精度を得るために加工工具に
対するテーブルの相対的な送り速度を超低速度に変更し
たとしても、これに応じてバックラッシの発生の仕方も
変化してしまうので、上記従来の変位量を軸とした補正
処理では当該超低速度状態におけるバックラッシ誤差を
好適に補正することができない。その結果、加工精度を
向上させるために相対的な送り速度を超低速度に変更し
たにもかかわらず所望の高い精度を得ることができなく
なる。特に、多軸を同時に制御して真円加工などを行う
場合にはこのバックラッシに起因する加工精度の問題は
顕著に発生する。

【００１１】また、従来の数値制御システムにおいて上
記バックラッシ補正値を求めてこれにより加工精度を向
上させることも考えられるが、バックラッシそのものを
求めようとした場合には現在の演算処理装置では多くの
演算を必要とする指数関数演算処理によって演算するこ
ととなる。従って、１回1回のバックラッシ補正値を得
るためには一定以上の演算処理時間を確保する必要が生
じ、単位時間あたりのバックラッシ補正値の更新回数も
これによって制限されてしまうこととなり、ひいては、
各バックラッシ補正値で制御している時間が長くなって
その間における実際のバックラッシ誤差に対するバック
ラッシ補正値の誤差の最大値が増加してしまうこととな
る。その結果、結局、所望の高い精度を得ることができ
ない。

【００１２】なお、上記従来の数値制御システムのセミ
クローズドフィードバック方式とは異なり、テーブルの
位置を検出し、この情報に基づいてモータの回転量を補
正することでバックラッシを削減することも考えられる
が、このようなフルクローズドフィードバック方式を採
用した場合には、単に部品点数が増加するだけでなく、
各部品の位置決め調整精度などを向上させる必要があ
り、しかも、フィードバック系の応答遅れによる精度誤
差発生や送り速度上限値の低下などを招いてしまうこと
となりとても実用的とはいえない。

【００１３】そこで、発明者らはこれらの問題点を解決
して更に高精度化を図るべく鋭意研究を重ねた結果、反
転時のバックラッシ誤差の漸次的な増加特性は、相対的
な送り速度の大きさを変化させた場合、反転後の変位量
との関係においては増加の仕方が大きく変化してしまう
が、反転後の経過時間との関係においては増加の仕方が
ほとんど変化しない特性を示すこと、すなわち相対的な
送り速度を変化させたとしても反転後の経過時間軸上で
はその増加の仕方が変化し難い特性を示すことを見出
し、更に、相対的な送り速度を変化させてしまうような
多軸同時制御においてもこの増加特性と反転後の経過時
間との関係が変化し難いことをも見出し、本発明を完成
するに至った。

【００１４】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、送り速度に拘わらずバックラッシ
誤差を補正することができるバックラッシ補正装置およ
びこれを用いて高精度に数値制御を実行することができ
る数値制御システムを得ることを目的とする。

【００１５】また、この発明は、簡易な演算処理により
バックラッシ補正値を得ることができるバックラッシ補
正装置およびこれを用いて高精度に数値制御を実行する
ことができる数値制御システムを得ることを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係るバックラ
ッシ補正装置は、数値制御に利用する制御情報を補正す
るバックラッシ補正装置において、上記制御情報が入力
され、この制御情報の増減に基づいて制御方向の反転を
検出して反転検出情報を出力する反転検出手段と、上記
反転検出情報が入力され、当該反転検出情報が入力され
る度に反転後の制御方向における最大バックラッシ情報
を出力する最大バックラッシ情報生成手段と、上記最大
バックラッシ情報が入力され、反転後の経過時間に応じ
た割合で当該最大バックラッシ情報をバックラッシ情報
として出力するフィルタ手段と、上記バックラッシ情報
を上記制御情報に加算して補正制御情報を出力する加算
手段とを備えたものである。

【００１７】この発明に係るバックラッシ補正装置は、
フィルタ手段が、伝達関数において異なる定数の組み合
せとなる複数の伝達関数型フィルタを備え、制御対象の
送り速度に応じてこの複数の伝達関数型フィルタのうち
から１つを選択し、この選択した伝達関数型フィルタを
用いてフィルタリング処理を行うものである。

【００１８】この発明に係るバックラッシ補正装置は、
フィルタ手段が、下記式１の伝達関数と等価なフィルタ
リング処理を行って最大バックラッシ情報からバックラ
ッシ情報を生成するものである。

【００１９】 ａ０／（ｂ２・ｓ^２＋ｂ１・ｓ＋ｂ０） ・・・式１ 但し、ａ０，ｂ２，ｂ１，ｂ０は定数、ｓはラプラス演
算子である。

【００２０】この発明に係るバックラッシ補正装置は、
フィルタ手段が、下記式２の伝達関数と等価なフィルタ
リング処理を行って最大バックラッシ情報からバックラ
ッシ情報を生成するものである。

【００２１】 ａ１・ｓ＋ａ０／（ｂ２・ｓ^２＋ｂ１・ｓ＋ｂ０） ・・・式２ 但し、ａ１，ａ０，ｂ２，ｂ１，ｂ０は定数、ｓはラプ
ラス演算子である。

【００２２】この発明に係るバックラッシ補正装置は、
フィルタ手段が、下記式３の伝達関数と等価なフィルタ
リング処理を行って最大バックラッシ情報からバックラ
ッシ情報を生成するものである。

【００２３】 ａ０／（ｂ１・ｓ＋ｂ０） ・・・式３ 但し、ａ０，ｂ１，ｂ０は定数、ｓはラプラス演算子で
ある。

【００２４】この発明に係るバックラッシ補正装置は、
フィルタ手段が、下記式４の伝達関数と等価なフィルタ
リング処理を行って最大バックラッシ情報からバックラ
ッシ情報を生成するものである。

【００２５】 （ａ２・ｓ^２＋ａ１・ｓ＋ａ０）／（ｂ２・ｓ^２＋ｂ１・ｓ＋ｂ０） ・・・式４ 但し、ａ２，ａ１，ａ０，ｂ２，ｂ１，ｂ０は定数、ｓ
はラプラス演算子である。

【００２６】この発明に係る数値制御システムは、数値
制御に利用する制御情報を出力する制御情報生成手段
と、上記制御情報を補正して補正制御情報を出力するバ
ックラッシ補正装置と、上記補正制御情報に基づいて制
御信号を出力する制御装置と、上記制御信号に応じて制
御対象を駆動制御する駆動手段とを備えた数値制御シス
テムにおいて、上記バックラッシ補正装置が、上記制御
情報が入力され、この制御情報の増減に基づいて制御方
向の反転を検出して反転検出情報を出力する反転検出手
段と、上記反転検出情報が入力され、当該反転検出情報
が入力される度に反転後の制御方向における最大バック
ラッシ情報を出力する最大バックラッシ情報生成手段
と、上記最大バックラッシ情報が入力され、少なくとも
上記駆動手段の伝達関数と等価なフィルタリング処理を
行って最大バックラッシ情報からバックラッシ情報を生
成して出力するフィルタ手段と、上記バックラッシ情報
を上記制御情報に加算して補正制御情報を出力する加算
手段とを備えたものである。

【００２７】この発明に係る数値制御システムは、フィ
ルタ手段が、下記式５の伝達関数と等価なフィルタリン
グ処理を行って最大バックラッシ情報からバックラッシ
情報を生成して出力するものである。

【００２８】 （ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ／ ｛ＪＬ・ＪＭ・ｓ^２＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｄ・ｓ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ｝ ・・・式５ 但し、ＪＬは制御対象のイナーシャ定数，ＪＭは駆動手
段のイナーシャ定数，Ｋは制御対象と駆動手段との間に
介在するバネ要素のバネ定数，Ｄは前記バネ要素に作用
する粘性摩擦の粘性係数である。

【００２９】この発明に係る数値制御システムは、フィ
ルタ手段が、下記式６の伝達関数と等価なフィルタリン
グ処理を行って最大バックラッシ情報からバックラッシ
情報を生成して出力するものである。

【００３０】 ｛（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ・Ｋｆ・ｓ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ｝／ ｛ＪＬ・ＪＭ・ｓ^２＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｄ・ｓ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ｝ ・・・式６ 但し、ＪＬは制御対象のイナーシャ定数，ＪＭは駆動手
段のイナーシャ定数，Ｋは制御対象と駆動手段との間に
介在するバネ要素のバネ定数，Ｄは前記バネ要素に作用
する粘性摩擦の粘性係数，Ｋｆは制御装置の応答遅れを
補正する定数である。

【００３１】この発明に係る数値制御システムは、フィ
ルタ手段が、下記式７の伝達関数と等価なフィルタリン
グ処理を行って最大バックラッシ情報からバックラッシ
情報を生成して出力するものである。

【００３２】 Ｋ／（Ｄ・ｓ＋Ｋ） ・・・式７ 但し、Ｋは制御対象と駆動手段の間に介在するバネ要素
のバネ定数，Ｄは前記バネ要素に作用する粘性摩擦の粘
性係数である。

【００３３】この発明に係る数値制御システムは、フィ
ルタ手段が、下記式８の伝達関数と等価なフィルタリン
グ処理を行って最大バックラッシ情報からバックラッシ
情報を生成して出力するものである。

【００３４】 ｛Ｋ・ｓ^２＋Ｋ（ＫＰ＋ＫＩ）ｓ＋Ｋ・ＫＰ・ＫＩ｝／ ｛Ｄ・ＫＰ・ｓ^２＋ＫＰ（Ｄ・ＫＩ＋Ｋ）ｓ＋Ｋ・ＫＰ・ＫＩ｝・・・式８ 但し、Ｋは制御対象と駆動手段の間に介在するバネ要素
のバネ定数，Ｄは前記バネ要素に作用する粘性摩擦の粘
性係数，ＫＰは位置比例ゲイン，ＫＶは速度比例ゲイ
ン，ＫＩは速度積分ゲインである。

【００３５】この発明に係る数値制御システムは、フィ
ルタ手段が、下記式９の伝達関数と等価なフィルタリン
グ処理を行って最大バックラッシ情報からバックラッシ
情報を生成して出力するものである。

【００３６】 （Ｋ・Ｋｄ・ｓ^２＋Ｋ・ｓ＋Ｋ・Ｋｉ）／ ｛Ｄ・Ｋｐ・ｓ^２＋Ｋｐ（Ｄ・Ｋｉ＋Ｋ）ｓ＋Ｋ・Ｋｐ・Ｋｉ｝・・・式９ 但し、Ｋは制御対象と駆動手段の間に介在するバネ要素
のバネ定数，Ｄは前記バネ要素に作用する粘性摩擦の粘
性係数，Ｋｐは速度比例ゲイン，Ｋｉは位置積分ゲイ
ン，Ｋｄは微分ゲインである。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による互
いに直交するＸ−Ｙ−Ｚの３軸の駆動系にてテーブルと
加工工具との相対的な位置関係を数値制御するＮＣ加工
システムの１軸（Ｘ軸）分の駆動系のみの構成を示すブ
ロック図である。図において、１は被加工対象物（ワー
ク）、２は被加工対象物１が固定されるテーブル（制御
対象）、３はドリルなどの加工工具（制御対象）、４は
サーボモータ（駆動手段）、５はサーボモータ４の回転
子に固定されるネジ軸部材５ａおよびテーブル２に固定
されるとともにネジ軸部材５ａが螺合されるネジ受部材
５ｂとからなるＸ軸用ボールネジ（制御対象）、６はサ
ーボモータ４の回転角度を検出するエンコーダである。

【００３８】７は加工プログラムに従ってＸ軸方向の目
標座標情報をレベル情報として含む位置指令信号（制御
情報）を出力する位置指令生成部（制御情報生成手段）
であり、８は位置指令信号が入力され、この信号のレベ
ルが増加から減少に転じたら負の大きさ１のステップ信
号を出力し、この信号のレベルが減少から増加に転じた
ら正の大きさ１のステップ信号を出力するモータ反転検
出部（反転検出手段，バックラッシ補正装置）であり、
９は予め測定した最大バックラッシ誤差量の座標換算値
を保持し、これを上記ステップ信号に乗算して当該最大
バックラッシ誤差量と同じ大きさを有するステップ信号
（最大バックラッシ情報）を出力するバックラッシゲイ
ン補正部（最大バックラッシ情報生成手段，バックラッ
シ補正装置）であり、１０は位置指令信号の増減方向反
転後の経過時間に応じたレベル割合にて補正後のステッ
プ信号の大きさを削減し、これを位置補正信号（バック
ラッシ情報）として出力する時間依存型フィルタ（フィ
ルタ手段，バックラッシ補正装置）であり、１１はこの
位置補正信号を位置指令信号に加算して補正位置指令信
号（補正制御情報）を出力するバックラッシ加算器（加
算手段，バックラッシ補正装置）である。

【００３９】１２はこの補正位置指令信号とともにエン
コーダ６からのモータ回転角度情報が入力され、モータ
回転角度情報に基づいて判別できる現在の座標情報と補
正位置指令信号に基づいて判別できる補正された目標座
標との座標差に基づいて速度指令情報を生成する位置制
御部（制御装置）であり、１３はこの速度指令情報とと
もにエンコーダ６からのモータ回転角度情報が入力さ
れ、モータ回転角度情報に基づいて判別できる現在のテ
ーブル２のＸ軸方向の移動速度情報と上記速度指令情報
とが一致するように電流指令情報を出力する速度制御部
（制御装置）である。

【００４０】１４はモータ反転検出部８からのステップ
信号が入力され、サーボモータ４の回転損、Ｘ軸用ボー
ルネジ５のすべり摩擦損、テーブル２と図示外のガイド
レールとの間のすべり摩擦損などの動摩擦損に相当する
ロストモーション補正ゲインを上記ステップ信号に乗算
し、これをロストモーション補正情報として出力するロ
ストモーション補正部であり、１５はこのロストモーシ
ョン補正情報を電流指令情報に加算して補正電流指令情
報を出力するロストモーション加算器であり、１６はこ
の補正電流指令情報に基づいてサーボモータ４に対して
駆動電流（制御信号）を出力する電流制御部（制御装
置）である。

【００４１】図２はこの発明の実施の形態１によるバッ
クラッシの一要因を説明する説明図である。図におい
て、２ａはテーブル下部に形成され、ネジ受部材５ｂが
嵌挿されるテーブル溝である。そして、例えば、同図
（ａ）のように紙面の右方向に移動している状態から、
同図（ｂ）のように紙面の左方向に移動している状態へ
駆動方向が反転した場合、ネジ受部材５ｂがテーブル溝
２ａ内を移動する間はネジ受部材５ｂが移動しているに
も拘わらずテーブル２は停止することとなる。これによ
りテーブル２とＸ軸用ボールネジ５との間のガタつきに
起因して位置精度が低下し、これがバックラッシの一要
因となる。

【００４２】次に動作について説明する。図３はこの発
明の実施の形態１によるＮＣ加工システムの１軸（Ｘ
軸）分の駆動系の制御動作例を示すタイミングチャート
である。図において、（ａ）は位置指令生成部７から出
力される位置指令信号、（ｂ）はモータ反転検出部８か
ら出力されるステップ信号、（ｃ）はバックラッシゲイ
ン補正部９から出力されるバックラッシゲイン補正後の
ステップ信号、（ｄ）は時間依存型フィルタ１０から出
力される位置補正信号、（ｅ）はバックラッシ加算器１
１から出力される補正位置指令信号であり、これらの縦
軸は信号レベル、横軸は時間である。同図に示すよう
に、位置指令信号のレベルが増加方向から減少方向に変
化すると、モータ反転検出部８から負の大きさ１のステ
ップ信号が出力される。そして、このステップ信号はバ
ックラッシゲイン補正部９においてその大きさがバック
ラッシ誤差量と同等の大きさに変換され、時間依存型フ
ィルタ１０において反転後の経過時間に応じたレベル割
合にて削減された後、バックラッシ加算器１１において
位置指令信号とレベル加算されて補正位置指令信号が生
成される。

【００４３】そして、位置制御部１２においてこの補正
位置指令信号に基づいて速度指令情報が生成され、速度
制御部１３においてこの速度指令情報に基づいて電流指
令情報が生成され、ロストモーション加算器１５におい
てこの電流指令情報にロストモーション補正情報が加算
され、電流制御部１６からサーボモータ４に対して駆動
電流が出力され、サーボモータ４がこの駆動電流量に応
じた角度だけ回転し、サーボモータ４の回転量に応じた
距離だけテーブル２およびそれに固定された被加工対象
物１が移動する。

【００４４】なお、以上の説明ではＸ軸用の駆動系につ
いて説明したが、この発明の実施の形態１によるＮＣ加
工システムでは、同様の駆動系がそれぞれＹ軸およびＺ
軸にも形成されおり、これら３軸の駆動系を加工プログ
ラムに従って同期動作させることにより、テーブル２に
固定された被加工対象物１を加工工具３に対して相対的
に任意の方向に移動させ、この被加工対象物１に対する
加工工具３の軌跡に基づいて所望の形状に加工すること
ができる。

【００４５】次に真円加工の場合を例に多軸制御と加工
精度との関係について説明する。図４はこの発明の実施
の形態１による位置指令信号（補正位置指令信号）と加
工形状との関係を示す説明図である。図において、
（ａ）はＸ軸方向の位置制御信号のグラフ、（ｂ）はＹ
軸方向の位置制御信号のグラフ、（ｃ）はテーブル２上
の加工工具３の軌跡である。また、１７，１８はそれぞ
れ送り速度Ｖ１の場合のこの発明の実施の形態１におけ
るＸ軸方向あるいはＹ軸方向の補正位置指令信号、１
９，２０はそれぞれ送り速度Ｖ２（＞Ｖ１）の場合のこ
の発明の実施の形態１におけるＸ軸方向あるいはＹ軸方
向の補正位置指令信号、２１は送り速度Ｖ１の場合のこ
の発明の実施の形態１におけるＹ軸方向の位置指令信
号、２２，２３はそれぞれ時間依存型フィルタ１０によ
る遅延効果が生じている期間、２４はＸ軸方向およびＹ
軸方向においてともに補正位置指令信号を使用し且つ上
記送り速度Ｖ１あるいはＶ２で送った場合の加工工具３
のテーブル２上の軌跡、２５はＸ軸方向においては補正
位置指令信号を使用するとともにＹ軸方向においては位
置指令信号を使用し且つ上記送り速度Ｖ１あるいはＶ２
で送った場合の加工工具３のテーブル２上の軌跡、２
６，２７はそれぞれＹ軸方向のバックラッシ残差、２８
は真円度に対する誤差（最大誤差）である。

【００４６】そして、同図に示すように、この発明の実
施の形態１では、バックラッシゲイン補正部９と時間依
存型フィルタ１０との作用によりサーボモータ４の反転
後において位置指令信号が滑らかに変化するように補正
されているので、バックラッシ残差が殆ど残らないよう
にすることができ、目標とする軌跡においてテーブル２
と加工工具３との相対位置を制御することができる。

【００４７】また、送り速度を変化させたとしても、バ
ックラッシ残差が殆ど発生しないようにすることがで
き、目標とする軌跡においてテーブル２と加工工具３と
の相対位置を制御することができる。

【００４８】そして、このような補正をしなかった場合
（つまり位置指令信号を使用して制御した場合）におい
ては同図に示すように大きな誤差が生じて真円度が悪か
ったが、この誤差を効果的に削減して真円度を格段に向
上させることができる。

【００４９】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、位置指令信号の増減方向が反転したら正あるいは負
の大きさ１のステップ信号を出力するモータ反転検出部
８（反転検出手段）と、予め測定した最大バックラッシ
誤差量の座標換算値を保持し、これを上記ステップ信号
に乗算するバックラッシゲイン補正部９（最大バックラ
ッシ情報生成手段）と、位置指令信号の増減方向反転後
の経過時間に応じたレベル割合において補正後のステッ
プ信号の大きさを削減し、これを位置補正信号（バック
ラッシ情報）として出力する時間依存型フィルタ１０
（フィルタ手段）と、位置補正信号を位置指令信号に加
算して補正位置指令信号（補正制御情報）を出力するバ
ックラッシ加算器１１（加算手段）とを備えているの
で、制御方向が反転する際には新たな最大バックラッシ
情報が生成されるとともに、この反転後の経過時間に応
じた割合のバックラッシ情報が制御情報に加算される。

【００５０】従って、反転時には相対的な送り速度の大
小に拘わらずモータの回転方向の反転後の経過時間に対
して略一定の割合で増加する特性を示すバックラッシ誤
差を、このバックラッシ情報で、相対的な送り速度の大
小に拘わらず一定レベル以下に削減することができる効
果がある。

【００５１】その結果、相対的な送り速度の大小に拘わ
らず、テーブル２、加工工具３、サーボモータ４などに
起因するバックラッシ誤差を一定レベル以下に削減する
ことができるので、従来では期待することができなかっ
た高い精度にて加工を行うことができる効果がある。ま
た、送り速度を低下させて高精度に真円加工をすること
ができる効果がある。

【００５２】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形
態２によるＮＣ加工システムの１軸（Ｘ軸）分の駆動系
のみの構成を示すブロック図である。図において、２９
は下記式１０の二次遅れ伝達関数と等価なフィルタリン
グ処理を行ってバックラッシゲイン補正部９から出力さ
れる補正後のステップ信号の大きさを削減し、これを位
置補正信号として出力する時間依存型フィルタ（フィル
タ手段，バックラッシ補正装置）である。これ以外の構
成および動作は実施の形態１と同様であり同一の符号を
付して説明を省略する。

【００５３】 Ｙ（ｓ）＝｛ａ０／（ｂ２・ｓ^２＋ｂ１・ｓ＋ｂ０）｝Ｘ（ｓ） ・・・式１０ 但し、Ｘ（ｓ）は補正後のステップ信号、Ｙ（ｓ）は位
置補正信号、ａ０，ｂ２，ｂ１，ｂ０は定数、ｓはラプ
ラス演算子である。

【００５４】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、時間依存型フィルタ２９が、上記式１０の伝達関数
と等価なフィルタリング処理を行って位置補正信号を生
成するので、数回の乗算処理と加算演算処理とでバック
ラッシ情報を生成することができる。従って、従来の数
値制御システムのように多くの演算を必要とする指数関
数演算処理を行うことなく簡易な演算処理（５回の乗算
と４回の加算）によりバックラッシ補正値を得ることが
でき、新たなバックラッシ補正値を得るための演算処理
時間を格段に短縮することができる。その結果、相対的
な送り速度の大小に拘わらず、テーブル２、加工工具
３、サーボモータ４などに起因するバックラッシ誤差を
一定レベル以下に削減することができるだけでなく、更
に、新たなバックラッシ補正値を得るための演算処理時
間を格段に短縮して、位置制御における目標位置更新間
隔を短縮して細かい位置間隔毎に目標位置を設定するこ
とができるので、実施の形態１よりも更に低速時に高精
度にて加工を行うことができる効果がある。

【００５５】なお、このフィルタリング処理をソフトウ
ェア的に処理する場合には、例えばラプラス演算子ｓで
表現された上記式１０をｚ変換した下記式１１に基づく
フィルタリング処理を実行すればよい。また、式１２は
このフィルタリング処理の一例である。

【００５６】 Ｙ（ｚ）＝［｛４・ａ０・ｚ^２−８・ａ０・ｚ＋４・ａ０｝ ／｛（ｂ２・Ｔ^２＋２・ｂ１・Ｔ＋４・ｂ０）ｚ^２ ＋（２・ｂ２・Ｔ−８・ｂ０）ｚ ＋（ｂ２・Ｔ^２−２・ｂ１・Ｔ＋４・ｂ０）｝］Ｘ（ｚ） ・・・式１１ 但し、Ｔは制御系のサンプリングタイムである。なお、
フィルタリング処理における演算は下記式１２により実
行される。 Ｙ（ｎ）＝Ａ_０Ｘ（ｎ）＋Ａ_１Ｘ（ｎ−１）＋Ａ_２Ｘ（ｎ−２） −Ｂ_１Ｙ（ｎ−１）−Ｂ_２Ｙ（ｎ−２） ・・・式１２

【００５７】ここで、Ｙ（ｎ）は今回の演算処理におけ
る位置補正信号、Ｙ（ｎ−１）は前回の演算処理におけ
る位置補正信号、Ｙ（ｎ−２）は前前回の演算処理にお
ける位置補正信号、Ｘ（ｎ）は今回の演算処理における
補正後のステップ信号、Ｘ（ｎ−１）は前回の演算処理
における補正後のステップ信号、Ｘ（ｎ−２）は前前回
の演算処理における補正後のステップ信号、Ａ_０＝４・
ａ０／（ｂ２・Ｔ^２＋２・ｂ１・Ｔ＋４・ｂ０），Ａ_１
＝−８・ａ０／（ｂ２・Ｔ^２＋２・ｂ１・Ｔ＋４・ｂ
０），Ａ_２＝４・ａ０／（ｂ２・Ｔ^２＋２・ｂ１・Ｔ＋
４・ｂ０），Ｂ_１＝（２・ｂ２・Ｔ−８・ｂ０）／（ｂ
２・Ｔ^２＋２・ｂ１・Ｔ＋４・ｂ０），Ｂ _２＝（ｂ２・
Ｔ^２−２・ｂ１・Ｔ＋４・ｂ０）／（ｂ２・Ｔ^２＋２・
ｂ１・Ｔ＋４・ｂ０）は、予め計算しておくフィルタ係
数である。

【００５８】実施の形態３．図６は緩慢な立ち上がり特
性を有するバックラッシを持つ駆動機構をモデル化した
ものをラプラス演算子ｓを用いて表現したブロック図で
ある。図において、Ｔｒはモータ駆動トルク、Ｔｆは動
摩擦トルク、ｗＭはモータ回転角速度、ｗＬはテーブル
速度をモータ回転角速度に換算した値である。

【００５９】また、ＪＬは駆動軸の設計値あるいは計測
値などの制御対象のイナーシャ定数、ＪＭは駆動軸の設
計値あるいは計測値などの駆動手段のイナーシャ定数、
ｔｈはサーボモータ４とテーブル２との間に介在するバ
ネ要素の捩れ角度、Ｋｍはサーボモータ４とテーブル２
の間に介在するバネ要素のバネ定数、Ｄｍは前記バネ要
素に作用する粘性摩擦の粘性係数である。

【００６０】図７はバネ定数Ｋｍ及び粘性係数Ｄｍと捩
れ角度ｔｈの関係を示すグラフ図である。捩れ角度ｔｈ
の絶対値が最大バックラッシ誤差量ＢＬより小さい範囲
ではバネ定数Ｋｍを小さな値Ｋとし、ｔｈの絶対値がＢ
Ｌより大きい範囲ではＫｍを大きな値Ｋ２とする。ま
た、ｔｈの絶対値がＢＬより小さい範囲では粘性係数Ｄ
ｍを大きな値Ｄとし、ｔｈの絶対値がＢＬより大きな範
囲ではＤｍを小さな値Ｄ２とする。なお、Ｄはバックラ
ッシ誤差量の時間変化を観測して、バックラッシ補正量
の時間変化が前記バックラッシ誤差量の時間変化に近く
なるような値に設定する。また、このＫは最大バックラ
ッシ誤差量をＢＬとした場合に下記式１３により求まる
制御対象と駆動手段との間に介在するバネ要素のバネ定
数である。さらにまた、Ｄは前記バネ要素に作用する粘
性摩擦の粘性摩擦係数であり、バックラッシ誤差量の時
間変化を観測し、バックラッシ補正量の時間変化が前記
バックラッシ誤差量の時間変化に近くなる値が設定され
る。

【００６１】そして、以上のようなモデルにおいては、
動摩擦トルクＴｆの影響を打ち消すためにモータ駆動ト
ルクＴｒとして−Ｔｆを加えた場合の捩れ角度ｔｈは下
記式１４で表現され、このｔｈがバックラッシ誤差とな
る。また、最大バックラッシ誤差量ＢＬは下記式１５と
なるので、これら式１４および式１５よりＴｆを消去す
ると、バックラッシ誤差ｔｈは下記式１６のように変形
される。

【００６２】 Ｋ ＝Ｔｆ／ＢＬ ・・・式１３ ｔｈ ＝［（ＪＬ＋ＪＭ）／｛ＪＬ・ＪＭ・ｓ^２＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｄ・ｓ ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ｝］Ｔｆ ・・・式１４ ＢＬ ＝Ｔｆ／Ｋ ・・・式１５ ｔｈ ＝［（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ／｛ＪＬ・ＪＭ・ｓ^２ ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｄ・ｓ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ｝］ＢＬ ・・・式１６

【００６３】そこで、この実施の形態３では上記式１０
に下記式１７から式２０に示す定数を代入する。これ以
外の構成及び動作は実施の形態２と同様であり説明を省
略する。

【００６４】 ａ０ ＝（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ ・・・式１７ ｂ２ ＝ＪＬ・ＪＭ ・・・式１８ ｂ１ ＝（ＪＬ＋ＪＭ）Ｄ ・・・式１９ ｂ０ ＝（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ ・・・式２０

【００６５】これにより、上記のようにバックラッシの
要因を最大捩り角度に制限のある捩り剛性の小さな捩り
バネと仮定して、前記バネの変位に対して大きな粘性摩
擦が作用するモデルを用いて緩慢な立ち上がり特性を有
するバックラッシを持つ駆動機構の特性をモデル化し、
これにより得られる式１７から式２０の特性値を定数と
して式１０に代入することにより、緩慢な立ち上がりを
有するバックラッシを精度よく補正することができる。

【００６６】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、バックラッシの要因を最大捩り角度に制限のある捩
り剛性の小さな捩りバネと仮定して、前記バネの変位に
対して大きな粘性摩擦が作用するモデルを用いて緩慢な
立ち上がり特性を有するバックラッシを持つ駆動機構の
特性をモデル化し、これにより得られる特性値を時間依
存型フィルタの式１０の定数として用いるので、相対的
な送り速度の大小に拘わらず、緩慢な立ち上がりを有す
るバックラッシを精度よく補正してバックラッシ誤差を
一定レベル以下に削減することができ、しかも、新たな
バックラッシ補正値を得るための演算処理時間を格段に
短縮することができるので、従来では期待することがで
きなかった高い精度にて加工などを行うことができる効
果がある。また、送り速度を低下させて高精度に真円加
工をすることができる効果がある。

【００６７】実施の形態４．図８はこの発明の実施の形
態４によるＮＣ加工システムの１軸（Ｘ軸）分の駆動系
のみの構成を示すブロック図である。図において、３０
は下記式２１の二次遅れ伝達関数と等価なフィルタリン
グ処理を行ってバックラッシゲイン補正部９から出力さ
れる補正後のステップ信号の大きさを削減し、これを位
置補正信号として出力する時間依存型フィルタ（フィル
タ手段，バックラッシ補正装置）である。これ以外の構
成および動作は実施の形態１と同様であり同一の符号を
付して説明を省略する。

【００６８】 Ｙ（ｓ）＝｛ａ１・ｓ＋ａ０／（ｂ２・ｓ^２＋ｂ１・ｓ＋ｂ０）｝Ｘ（ｓ） ・・・式２１ 但し、ａ１，ａ０，ｂ２，ｂ１，ｂ０は定数、ｓはラプ
ラス演算子である。

【００６９】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、時間依存型フィルタ３０が、上記式２１の伝達関数
と等価なフィルタリング処理を行って位置補正信号を生
成するので、数回の乗算処理と加算演算処理とでバック
ラッシ情報を生成することができる。従って、従来の数
値制御システムのように多くの演算を必要とする指数関
数演算処理を行うことなく簡易な演算処理によりバック
ラッシ補正値を得ることができ、新たなバックラッシ補
正値を得るための演算処理時間を格段に短縮することが
できる。その結果、相対的な送り速度の大小に拘わら
ず、テーブル２、加工工具３、サーボモータ４などに起
因するバックラッシ誤差を一定レベル以下に削減するこ
とができるだけでなく、更に、新たなバックラッシ補正
値を得るための演算処理時間を格段に短縮して、位置制
御における目標位置更新間隔を短縮して細かい位置間隔
毎に目標位置を設定することができるので、実施の形態
１よりも更に低速時に高精度にて加工を行うことができ
る効果がある。

【００７０】なお、このフィルタリング処理をソフトウ
ェア的に処理する場合には、例えばラプラス演算子ｓで
表現された上記式２１をｚ変換した下記式２２に基づく
フィルタリング処理を実行すればよい。

【００７１】 Ｙ（ｚ）＝［｛（２・ａ１・Ｔ＋４・ａ０）ｚ^２−８・ａ０・ｚ ＋（−２・ａ１・Ｔ＋４・ａ０）｝ ／｛ｂ２・Ｔ^２＋２・ｂ１・Ｔ＋４・ｂ０）ｚ^２ ＋（２・ｂ２・Ｔ−８・ｂ０）ｚ ＋（ｂ２・Ｔ^２−２・ｂ１・Ｔ＋４・ｂ０）｝］Ｘ（ｚ） ・・・式２２ 但し、Ｔは制御系のサンプリングタイムである。

【００７２】実施の形態５．この実施の形態５では上記
式２１に下記式２３から式２７に示す定数を代入する。
但し、ＪＬは制御対象のイナーシャ定数，ＪＭは駆動手
段のイナーシャ定数，Ｋは制御対象と駆動手段との間に
介在するバネ要素のバネ定数，Ｄは前記バネ要素に作用
する粘性摩擦の粘性係数，Ｋｆは制御装置の応答遅れを
補正する定数である。ここでＤは、バックラッシ誤差量
の時間変化を観測し、バックラッシ補正量の時間変化
が、バックラッシ誤差量の時間変化に近くなる値を設定
する。Ｋｆは、バックラッシ補正後の制御対象の運動を
観測して、制御対象の運動が制御対象の位置指令に近く
なるような値に設定する。これ以外の構成及び動作は実
施の形態４と同様であり説明を省略する。

【００７３】 ａ１ ＝（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ・Ｋｆ ・・・式２３ ａ０ ＝（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ ・・・式２４ ｂ２ ＝ＪＬ・ＪＭ ・・・式２５ ｂ１ ＝（ＪＬ＋ＪＭ）Ｄ ・・・式２６ ｂ０ ＝（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ ・・・式２７

【００７４】なお、上記Ｋは駆動軸の動摩擦トルクＴｆ
と最大バックラッシ誤差量ＢＬを計測すれば下記式２８
によって定められる。また、数値制御装置の応答遅れは
下記式２９で近似できる。但し、ｔｈＭはサーボモータ
４の回転角度、Ｔｄは数値制御装置の応答遅れ時定数、
ｔｈＲはサーボモータ４に対する回転角度指令（位置指
令）である。

【００７５】 Ｋ ＝Ｔｆ／ＢＬ ・・・式２８ ｔｈＭ ＝１／｛（Ｔｄ・ｓ＋１）ｔｈＲ｝ ・・・式２９

【００７６】また、ｔｈＭを式１６におけるバックラッ
シ誤差ｔｈと一致させるためには、位置指令ｔｈＲを下
記の式３０で与えられる、数値制御装置の応答遅れを補
正したものとする必要がある。但し、Ｋｆ＝Ｔｄとす
る。その結果、数値制御装置の応答遅れを考慮したバッ
クラッシ補正量は下記式３１で表現される。

【００７７】 ｔｈＲ ＝（Ｋｆ・ｓ＋１）ｔｈ ・・・式３０ ｔｈＲ ＝［｛（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ・Ｋｆ・ｓ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ｝ ／｛ＪＬ・ＪＭ・ｓ^２＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｄ・ｓ ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ｝］ＢＬ ・・・式３１

【００７８】これにより、上記のようにバックラッシの
要因を最大捩り角度に制限のある捩り剛性の小さな捩り
バネと仮定して、前記バネの変位に対して大きな粘性摩
擦が作用するモデルを用いて緩慢な立ち上がり特性を有
するバックラッシを持つ駆動機構の特性をモデル化する
とともに、制御装置の応答遅れをも考慮して得られる式
２３から式２７の特性値を定数として式２１に代入する
ので、制御装置の応答遅れをも含めて緩慢な立ち上がり
を有するバックラッシを精度よく補正することができ
る。

【００７９】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、バックラッシの要因を最大捩り角度に制限のある捩
り剛性の小さな捩りバネと仮定して、前記バネの変位に
対して大きな粘性摩擦が作用するモデルを用いて緩慢な
立ち上がり特性を有するバックラッシを持つ駆動機構の
特性をモデル化するとともに、制御装置の応答遅れをも
考慮して得られる式２３から式２７の特性値を定数とし
て式２１に代入するので、相対的な送り速度の大小に拘
わらず、制御対象および駆動手段に起因するバックラッ
シ誤差を一定レベル以下に削減することができ、しか
も、制御装置の応答遅れに起因するバックラッシ誤差を
も一定レベル以下に削減することができ、更に、新たな
バックラッシ補正値を得るための演算処理時間を格段に
短縮することができるので、従来では期待することがで
きなかった高い精度にて加工などを行うことができる効
果がある。また、送り速度を低下させて高精度に真円加
工をすることができる効果がある。

【００８０】実施の形態６．図９はこの発明の実施の形
態６によるＮＣ加工システムの１軸（Ｘ軸）分の駆動系
のみの構成を示すブロック図である。図において、３１
は下記式３２の一次遅れ伝達関数と等価なフィルタリン
グ処理を行ってバックラッシゲイン補正部９から出力さ
れる補正後のステップ信号の大きさを削減し、これを位
置補正信号として出力する時間依存型フィルタ（フィル
タ手段，バックラッシ補正装置）である。これ以外の構
成および動作は実施の形態１と同様であり同一の符号を
付して説明を省略する。

【００８１】 Ｙ（ｓ）＝｛ａ０／（ｂ１・ｓ＋ｂ０）｝Ｘ（ｓ） ・・・式３２ 但し、ａ０，ｂ１，ｂ０は定数、ｓはラプラス演算子で
ある。

【００８２】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、時間依存型フィルタ３１が、上記式３２の伝達関数
と等価なフィルタリング処理を行って位置補正信号を生
成するので、数回の乗算処理と加算演算処理とでバック
ラッシ情報を生成することができる。従って、従来の数
値制御システムのように多くの演算を必要とする指数関
数演算処理を行うことなく簡易な演算処理によりバック
ラッシ補正値を得ることができ、新たなバックラッシ補
正値を得るための演算処理時間を格段に短縮することが
できる。その結果、相対的な送り速度の大小に拘わら
ず、テーブル２、加工工具３、サーボモータ４などに起
因するバックラッシ誤差を一定レベル以下に削減するこ
とができるだけでなく、更に、新たなバックラッシ補正
値を得るための演算処理時間を格段に短縮して、位置制
御における目標位置更新間隔を短縮して細かい位置間隔
毎に目標位置を設定することができるので、高精度に加
工を行うことができる効果がある。

【００８３】なお、このフィルタリング処理をソフトウ
ェア的に処理する場合には、例えばラプラス演算子ｓで
表現された上記式３２をｚ変換した下記式３３に基づく
フィルタリング処理を実行すればよい。

【００８４】 Ｙ（ｚ）＝［（ａ０・Ｔ・ｚ＋ａ０・Ｔ） ／｛（２・ｂ１＋ｂ０・Ｔ）ｚ ＋（−２・ｂ１＋ｂ０・Ｔ）｝］Ｘ（ｚ） ・・・式３３ 但し、Ｔは制御系のサンプリングタイムである。

【００８５】実施の形態７． 図１０は緩慢な立ち上が
り特性を有するバックラッシを持つ駆動機構とフィード
バック制御系をモデル化したものをラプラス演算子ｓを
用いて表現したブロック図である。図において、ｔｈＲ
は回転角度指令（位置指令）、ｄｔｈはバックラッシ補
正値、Ｔｒはトルク指令、Ｔｆは動摩擦トルク、ｆｃは
摩擦補正トルクであり、ｗＭはモータ回転角速度、ｔｈ
Ｍはモータ回転角度、ｔｈＬはテーブル位置をモータ回
転角度に換算した値である。なお、摩擦補正トルクｆｃ
は動摩擦トルクＴｆの影響を打ち消すために、動摩擦ト
ルクＴｆと同じ大きさで逆符号の値（ｆｃ＝−Ｔｆ）を
与えるものとする。

【００８６】また、ＪＬは制御対象のイナーシャ定数、
ＪＭは駆動手段のイナーシャ定数、Ｋはサーボモータ４
とテーブル２との間に介在するバネ要素のバネ定数、Ｄ
は前記バネ要素に作用する粘性摩擦の粘性係数、ＫＰは
位置制御部１２に含まれる位置比例ゲイン、ＫＶは速度
制御部１３に含まれる速度比例ゲイン、ＫＩは速度制御
部１３に含まれる速度積分ゲインである。電流制御部１
６は応答が十分高速であるとみなして省略してある。

【００８７】そして、以上のようなモデルにおいては、
回転角度指令ｔｈＲ、バックラッシ補正量ｄｔｈ、動摩
擦トルクＴｆからテーブル位置ｔｈＬは下記式３４で表
現される。

【００８８】 ｔｈＬ＝｛ＫＰ・Ｖ（Ｄ・ｓ＋Ｋ）（ｔｈＲ＋ｄｔｈ） ＋（ＪＭ・ｓ^２＋Ｖ・ｓ＋ＫＰ・Ｖ）Ｔｆ｝ ／（Ａ・ｓ^２＋Ｂ・Ｖ・ｓ＋Ｂ・ＫＰ・Ｖ） ・・・式３４ 但し、Ｖ＝ＫＶ（１＋１／ｓ），Ａ＝ＪＬ・ＪＭ・ｓ^２
＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｄ・ｓ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ，Ｂ＝ＪＬ
・ｓ^２＋Ｄ・ｓ＋Ｋである。

【００８９】テーブル位置ｔｈＬに対する動摩擦トルク
Ｔｆの影響が打ち消されるようなバックラッシ補正量ｄ
ｔｈは下記式３５で計算される。

【００９０】 ｄｔｈ＝−（ＪＭ・ｓ^２＋Ｖ・ｓ＋ＫＰ・Ｖ）Ｔｆ ／｛（Ｄ・ｓ＋Ｋ）ＫＰ・Ｖ｝ ・・・式３５

【００９１】ここで位置比例ゲインが十分大きく（ＫＰ
→∞），位置制御部１２の応答がバックラッシ誤差量の
時間変化に比べて十分早いとみなすと上記式３５は下記
式３６に変形される。また、最大バックラッシ誤差ＢＬ
は下記式３７となるので、これら式３６および式３７よ
りＴｆを消去すると、バックラッシ補正量ｄｔｈは下記
式３８のように変形される。

【００９２】 ｄｔｈ＝−Ｔｆ／（Ｄ・ｓ＋Ｋ） ・・・式３６ Ｋ＝Ｔｆ／ＢＬ ・・・式３７ ｄｔｈ＝−｛Ｋ／（Ｄ・ｓ＋Ｋ）｝ＢＬ ・・・式３８

【００９３】そこで、この実施の形態７では上記式３２
に下記式３９から式４１に示す定数を代入する。これ以
外の構成及び動作は実施の形態６と同様であり説明を省
略する。

【００９４】 ａ０＝Ｋ ・・・式３９ ｂ１＝Ｄ ・・・式４０ ｂ０＝Ｋ ・・・式４１

【００９５】これにより、上記のようにバックラッシの
要因を最大捩り角度に制限のある捩り剛性の小さな捩り
バネと仮定して、前記バネの変位に対して大きな粘性摩
擦が作用するモデルを用いて緩慢な立ち上がり特性を有
するバックラッシを持つ駆動機構の特性をモデル化する
とともに、フィードバック制御系の特性をも考慮して得
られる式３９から式４１の特性値を定数として式３２に
代入することにより、緩慢な立ち上がり特性を有するバ
ックラッシを精度良く補正することができる。

【００９６】以上のように、この実施の形態７によれ
ば、バックラッシの要因を最大捩り角度に制限のある捩
り剛性の小さな捩りバネと仮定して、前記バネの変位に
対して大きな粘性摩擦が作用するモデルを用いて緩慢な
立ち上がり特性を有するバックラッシを持つ駆動機構お
よびフィードバック制御系の特性をモデル化し、これに
より得られる特性値を時間依存型フィルタの式３２の定
数として用いるので、相対的な送り速度の大小に拘わら
ず、緩慢な立ち上がり特性を有するバックラッシ誤差を
一定レベル以下に削減することができ、しかも、新たな
バックラッシ補正値を得るための演算処理時間を格段に
短縮することができるので、従来では期待することがで
きなかった高い精度にて加工などを行うことができる効
果がある。

【００９７】実施の形態８．図１１はこの発明の実施の
形態８によるＮＣ加工システムの１軸（Ｘ軸）分の駆動
系のみの構成を示すブロック図である。図において、３
２は下記式４２の二次遅れ伝達関数と等価なフィルタリ
ング処理を行ってバックラッシゲイン補正部９から出力
される補正後のステップ信号の大きさを削減し、これを
位置補正信号として出力する時間依存型フィルタ（フィ
ルタ手段，バックラッシ補正装置）である。これ以外の
構成および動作は実施の形態１と同様であり同一の符号
を付して説明を省略する。

【００９８】 Ｙ（ｓ）＝｛（ａ２・ｓ^２＋ａ１・ｓ＋ａ０） ／（ｂ２・ｓ^２＋ｂ１・ｓ＋ｂ０）｝Ｘ（ｓ） ・・・式４２ 但し、ａ２，ａ１，ａ０，ｂ２，ｂ１，ｂ０は定数、ｓ
はラプラス演算子である。

【００９９】以上のように、この実施の形態８によれ
ば、時間依存型フィルタ３２が、上記式４２の伝達関数
と等価なフィルタリング処理を行って位置補正信号を生
成するので、数回の乗算処理と加算演算処理とでバック
ラッシ情報を生成することができる。従って、従来の数
値制御システムのように多くの演算を必要とする指数関
数演算処理を行うことなく簡易な演算処理によりバック
ラッシ補正値を得ることができ、新たなバックラッシ補
正値を得るための演算処理時間を格段に短縮することが
できる。その結果、相対的な送り速度の大小に拘わら
ず、テーブル２、加工工具３、サーボモータ４などに起
因するバックラッシ誤差を一定レベル以下に削減するこ
とができるだけでなく、更に、新たなバックラッシ補正
値を得るための演算処理時間を格段に短縮して、位置制
御における目標位置更新間隔を短縮して細かい位置間隔
毎に目標位置を設定することができるので、高精度に加
工を行うことができる効果がある。

【０１００】なお、このフィルタリング処理をソフトウ
ェア的に処理する場合には、例えばラプラス演算子ｓで
表現された上記式４２をｚ変換した下記式４３に基づく
フィルタリング処理を実行すればよい。

【０１０１】 Ｙ（ｚ）＝［｛（４・ａ２＋２・ａ１・Ｔ＋ａ０・Ｔ^２）ｚ^２ ＋（−８・ａ２＋２・ａ０・Ｔ^２）ｚ ＋（４・ａ２−２・ａ１・Ｔ＋ａ０・Ｔ^２）｝ ／｛（４・ｂ２＋２・ｂ１・Ｔ＋ｂ０・Ｔ^２）ｚ^２ ＋（−８・ｂ２＋２・ｂ０・Ｔ^２）ｚ ＋（４・ｂ２−２・ｂ１・Ｔ＋ｂ０・Ｔ^２）｝］Ｘ（ｚ） ・・・式４３ 但し、Ｔは制御系のサンプリングタイムである。

【０１０２】実施の形態９．この実施の形態９では上記
式４２に下記式４４から式４９に示す定数を代入する。
但し、Ｋは制御対象と駆動手段との間に介在するバネ要
素のバネ定数、Ｄは前記バネ要素に作用する粘性摩擦の
粘性係数、ＫＰは位置制御部に含まれる位置比例ゲイ
ン、ＫＩは速度制御部に含まれる速度積分ゲインであ
る。ここでＤは、バックラッシ誤差量の時間変化を観測
し、バックラッシ補正量の時間変化が、バックラッシ誤
差量の時間変化に近くなる値を設定する。これ以外の構
成及び動作は実施の形態８と同様であり説明を省略す
る。

【０１０３】 ａ２＝Ｋ ・・・式４４ ａ１＝Ｋ（ＫＰ＋ＫＩ） ・・・式４５ ａ０＝Ｋ・ＫＰ・ＫＩ ・・・式４６ ｂ２＝Ｄ・ＫＰ ・・・式４７ ｂ１＝ＫＰ（Ｄ・ＫＩ＋Ｋ） ・・・式４８ ｂ０＝Ｋ・ＫＰ・ＫＩ ・・・式４９

【０１０４】なお、上記Ｋは駆動軸の動摩擦トルクＴｆ
と最大バックラッシ誤差量ＢＬを計測すれば下記式５０
によって定められる。また、前記図１１に示す緩慢な立
ち上がり特性を有するバックラッシを持つ駆動機構とフ
ィードバック制御系をモデル化したものにおいて、テー
ブル位置ｔｈＬに対する動摩擦トルクＴｆの影響が打ち
消されるようなバックラッシ補正量ｄｔｈは下記式５１
で計算される。但し、ＪＭは駆動手段のイナーシャ定
数、Ｖ＝ＫＶ（１＋ＫＩ／ｓ）、ＫＶは速度制御部１３
に含まれる速度比例ゲインである。ここで、動摩擦Ｔｆ
はステップ状に変化するため微分不可能であることよ
り、式５１の分子に含まれるｓ^３の項を省略すると、数
値制御装置の応答遅れを考慮したバックラッシ補正量は
下記式５２で表現される。

【０１０５】 Ｋ＝Ｔｆ／ＢＬ ・・・式５０ ｄｔｈ＝−（ＪＭ・ｓ^２・ｓ＋ＫＰ・Ｖ）Ｔｆ／｛（Ｄ・ｓ＋Ｋ）ＫＰ・Ｖ｝ ＝−｛ＪＭ・ｓ^３＋ＫＶ・ｓ^２＋ＫＶ（ＫＰ＋ＫＩ）ｓ ＋ＫＰ・ＫＶ・ＫＩ｝・Ｋ・ＢＬ ／［ＫＰ・ＫＶ｛Ｄ・ｓ^２＋（Ｄ・ＫＩ＋Ｋ）ｓ ＋Ｋ・ＫＩ｝］ ・・・式５１ ｄｔｈ＝―［｛Ｋ・ｓ^２＋Ｋ（ＫＰ＋ＫＩ）ｓ＋Ｋ・ＫＰ・ＫＩ｝ ／｛ＫＰ・Ｄ・ｓ^２＋ＫＰ（Ｄ・ＫＩ＋Ｋ）ｓ ＋Ｋ・ＫＰ・ＫＩ｝］ＢＬ ・・・式５２

【０１０６】これにより、上記のようにバックラッシの
要因を最大捩り角度に制限のある捩り剛性の小さな捩り
バネと仮定して、前記バネの変位に対して大きな粘性摩
擦が作用するモデルを用いて緩慢な立ち上がり特性を有
するバックラッシを持つ駆動機構の特性をモデル化する
とともに、フィードバック制御系の特性をも考慮して得
られる式４４から式４９の特性値を定数として式４２に
代入することにより、緩慢な立ち上がり特性を有するバ
ックラッシを精度良く補正することができる。

【０１０７】以上のように、この実施の形態９によれ
ば、バックラッシの要因を最大捩り角度に制限のある捩
り剛性の小さな捩りバネと仮定して、前記バネの変位に
対して大きな粘性摩擦が作用するモデルを用いて緩慢な
立ち上がり特性を有するバックラッシを持つ駆動機構お
よびフィードバック制御系の特性をモデル化するととも
に、制御装置の応答遅れをも考慮して得られる特性値を
時間依存型フィルタの式４２の定数として用いるので、
相対的な送り速度の大小に拘わらず、緩慢な立ち上がり
特性を有するバックラッシ誤差を一定レベル以下に削減
することができ、しかも、新たなバックラッシ補正値を
得るための演算処理時間を格段に短縮することができる
ので、従来では期待することができなかった高い精度に
て加工などを行うことができる効果がある。

【０１０８】実施の形態１０．図１２は緩慢な立ち上が
り特性を有するバックラッシを持つ駆動機構と実施の形
態７とは別構成のフィードバック制御系をモデル化した
ものをラプラス演算子ｓを用いて表現したブロック図で
ある。図において、ｔｈＲは回転角度指令（位置指
令）、ｄｔｈはバックラッシ補正値、Ｔｒはトルク指
令、Ｔｆは動摩擦トルク、ｆｃは摩擦補正トルクであ
り、ｗＭはモータ回転角速度、ｔｈＭはモータ回転角
度、ｔｈＬはテーブル位置をモータ回転角度に換算した
値である。摩擦補正トルクｆｃは動摩擦トルクＴｆの影
響を打ち消すために、動摩擦トルクＴｆと同じ大きさで
逆符号の値（ｆｃ＝−Ｔｆ）を与える。

【０１０９】また、ＪＬは制御対象のイナーシャ定数、
ＪＭは駆動手段のイナーシャ定数、Ｋはサーボモータ４
とテーブル２との間に介在するバネ要素のバネ定数、Ｄ
は前記バネ要素に作用する粘性摩擦の粘性係数、Ｋｉは
位置制御部１２に含まれる位置積分ゲイン、Ｋｐは速度
制御部１３に含まれる速度比例ゲイン、Ｋｄは速度制御
部１３に含まれる微分ゲインである。電流制御部１６は
応答が十分高速であるとみなして省略してある。

【０１１０】そして、以上のようなモデルにおいては、
回転角度指令ｔｈＲ、バックラッシ補正量ｄｔｈ、動摩
擦トルクＴｆからテーブル位置ｔｈＬは下記式５３で表
現される。

【０１１１】 ｔｈＬ＝｛Ｐ・Ｋｐ（Ｄ・ｓ＋Ｋ）（ｔｈＲ＋ｄｔｈ） ＋（ＪＭ・ｓ^２＋Ｋｐ・Ｋｄ・ｓ＋Ｐ・Ｋｐ）Ｔｆ｝ ／（Ａ・ｓ^２＋Ｂ・Ｋｐ・Ｋｄ・ｓ＋Ｂ・Ｐ・Ｋｐ）・・・式５３ 但し、Ｐ＝（１＋Ｋｉ／ｓ），Ａ＝ＪＬ・ＪＭ・ｓ^２＋
（ＪＬ＋ＪＭ）Ｄ・ｓ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ，Ｂ＝ＪＬ・
ｓ^２＋Ｄ・ｓ＋Ｋである。

【０１１２】テーブル位置ｔｈＬに対する動摩擦トルク
Ｔｆの影響が打ち消されるようなバックラッシ補正量ｄ
ｔｈは下記式５４で計算される。

【０１１３】 ｄｔｈ＝−（ＪＭ・ｓ^３＋Ｋｐ・Ｋｄ・ｓ^２＋Ｋｐ・ｓ＋Ｋｐ・Ｋｉ）Ｔｆ ／｛Ｋｐ・Ｄ・ｓ^２＋Ｋｐ（Ｄ・Ｋｉ＋Ｋ）ｓ＋Ｋ・Ｋｐ・Ｋｉ｝ ・・・式５４

【０１１４】ここで，動摩擦Ｔｆはステップ状に変化す
るため微分不可能であることより、上記式５４の分子の
ｓ３の項を省略すると、上記式５４は下記式５５に変形
される。また、最大バックラッシ誤差ＢＬは下記式５６
となるので、これら式５５および式５６よりＴｆを消去
すると、バックラッシ補正量ｄｔｈは下記式５７のよう
に変形される。

【０１１５】 ｄｔｈ＝−（Ｋｄ・ｓ^２＋ｓ＋Ｋｉ）Ｔｆ ／｛Ｄ・ｓ^２＋（Ｄ・Ｋｉ＋Ｋ）ｓ＋Ｋ・Ｋｉ｝ ・・・式５５ Ｋ＝Ｔｆ／ＢＬ ・・・式５６ ｄｔｈ＝−［（Ｋ・Ｋｄ・ｓ^２＋Ｋ・ｓ＋Ｋ・Ｋｉ） ／｛Ｄ・ｓ^２＋（Ｄ・Ｋｉ＋Ｋ）ｓ＋Ｋ・Ｋｉ｝］ＢＬ ・・・式５７

【０１１６】そこで、この実施の形態１０では上記式４
２に下記式５８から式６３に示す定数を代入する。これ
以外の構成及び動作は実施の形態８と同様であり説明を
省略する。

【０１１７】 ａ２＝Ｋ・Ｋｄ ・・・式５８ ａ１＝Ｋ ・・・式５９ ａ０＝Ｋ・Ｋｉ ・・・式６０ ｂ２＝Ｄ ・・・式６１ ｂ１＝Ｄ・Ｋｉ＋Ｋ ・・・式６２ ｂ０＝Ｋ・Ｋｉ ・・・式６３

【０１１８】これにより、上記のようにバックラッシの
要因を最大捩り角度に制限のある捩り剛性の小さな捩り
バネと仮定して、前記バネの変位に対して大きな粘性摩
擦が作用するモデルを用いて緩慢な立ち上がり特性を有
するバックラッシを持つ駆動機構の特性をモデル化する
とともに、フィードバック制御系の特性をも考慮して得
られる式５８から式６３の特性値を定数として式４２に
代入することにより、緩慢な立ち上がり特性を有するバ
ックラッシを精度良く補正することができる。

【０１１９】以上のように、この実施の形態１０によれ
ば、バックラッシの要因を最大捩り角度に制限のある捩
り剛性の小さな捩りバネと仮定して、前記バネの変位に
対して大きな粘性摩擦が作用するモデルを用いて緩慢な
立ち上がり特性を有するバックラッシを持つ駆動機構の
特性をモデル化し、これにより得られる特性値を時間依
存型フィルタの式４２の定数として用いるので、相対的
な送り速度の大小に拘わらず、緩慢な立ち上がり特性を
有するバックラッシ誤差を一定レベル以下に削減するこ
とができ、しかも、新たなバックラッシ補正値を得るた
めの演算処理時間を格段に短縮することができるので、
従来では期待することができなかった高い精度にて加工
などを行うことができる効果がある。

【０１２０】実施の形態１１．図１３はこの発明の実施
の形態１１によるＮＣ加工システムの１軸（Ｘ軸）分の
駆動系のみの構成を示すブロック図である。図におい
て、３３は位置指令生成部７から出力される目標送り速
度情報の信号線、３４はフィルタリング処理に係る伝達
関数において異なる定数の組み合せとなる複数の伝達関
数型フィルタを備え、上記目標送り速度に応じてこの複
数の伝達関数型フィルタのうちから１つを選択し、この
選択した伝達関数型フィルタを用いてフィルタリング処
理を行う送り速度適応型フィルタ（フィルタ手段，バッ
クラッシ補正装置）である。

【０１２１】なお、ここでは送り速度の違いに応じて摩
擦現象が変化してこれによりＫｍとＤｍとが変化してし
まう場合を想定して、上記複数の伝達関数型フィルタの
定数を設定しており、例えば「５０ｍｍ／ｍｉｎ，３０
０〜２０００ｍｍ／ｍｉｎ，５０００ｍｍ／ｍｉｎ」の
それぞれに対応した伝達関数型フィルタを設けている。
これ以外の構成は実施の形態１と同様であり同一の符号
を付して説明を省略する。

【０１２２】次に動作について説明する。加工プログラ
ムに従って位置指令生成部７が位置指令信号とともに目
標送り速度情報を出力すると、送り速度適応型フィルタ
３４はその目標送り速度に示された速度の大きさに基づ
いてその速度を含む速度範囲に対応づけられた伝達関数
型フィルタを選択し、この送り速度適応型フィルタ３４
を用いてバックラッシゲイン補正部から出力される補正
後のステップ信号の大きさを削減し、これを位置補正信
号として出力する。これ以外の動作は実施の形態１と同
様であり説明を省略する。

【０１２３】以上のように、この実施の形態１１によれ
ば、送り速度適応型フィルタ３４が、伝達関数において
異なる定数の組み合せとなる複数の伝達関数型フィルタ
を備え、目標送り速度に応じてこの複数の伝達関数型フ
ィルタのうちから１つを選択し、この選択した伝達関数
型フィルタを用いてフィルタリング処理を行うので、各
送り速度範囲毎にバックラッシ誤差との誤差が少なくな
るようなバックラッシ情報を加算させることができ、バ
ックラッシ誤差の削減効果を使用する速度範囲全体に渡
って向上させることができる効果がある。また、送り速
度を低下させて高精度に真円加工をすることができる効
果がある。

【０１２４】なお、この実施の形態１１では実施の形態
１の構成を前提として説明をしたが、実施の形態２から
実施の形態１０の構成を前提としても同様の効果を奏す
る。

【０１２５】ところで、これら実施の形態のフィルタリ
ング処理同士を比較した場合、上記実施の形態２および
３では、サーボモータ４とＸ軸用ボールネジ５とを用い
た直動駆動手段におけるバックラッシ誤差を好適に補正
することができる。そして、上記実施の形態４および５
では、更に制御装置（サーボ制御系）における応答遅れ
をも好適に補正することができる。また、上記実施の形
態６および７では、制御装置の応答遅れが駆動手段の応
答遅れに比べて十分に小さい場合にはバックラッシ誤差
を好適に補正することができ、実施の形態８から１０で
は、制御装置（サーボ制御系）が速度制御ループと位置
制御ループとからなるとともにそのサーボ制御系におい
て応答遅れが発生したとしてもバックラッシ誤差を好適
に補正することができるといった効果がある。

【０１２６】また、上記実施の形態９と１０とを比較し
た場合、実施の形態９による補正では速度制御部内に積
分要素を含む制御装置（サーボ制御系）に対して制御装
置の応答遅れに影響されることなくバックラッシ誤差を
好適に補正することができ、逆に実施の形態１０による
補正では位置制御部内に積分要素を含む制御装置（サー
ボ制御系）に対して制御装置の応答遅れに影響されるこ
となくバックラッシ誤差を好適に補正することができる
効果がある。

【０１２７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、数値
制御に利用する制御情報を補正するバックラッシ補正装
置において、上記制御情報が入力され、この制御情報の
増減に基づいて制御方向の反転を検出して反転検出情報
を出力する反転検出手段と、上記反転検出情報が入力さ
れ、当該反転検出情報が入力される度に反転後の制御方
向における最大バックラッシ情報を出力する最大バック
ラッシ情報生成手段と、上記最大バックラッシ情報が入
力され、反転後の経過時間に応じた割合で当該最大バッ
クラッシ情報をバックラッシ情報として出力するフィル
タ手段と、上記バックラッシ情報を上記制御情報に加算
して補正制御情報を出力する加算手段とを備えるので、
制御方向が反転する際には新たな最大バックラッシ情報
が生成されるとともに、この反転後の経過時間に応じた
割合のバックラッシ情報が制御情報に加算される。従っ
て、反転時には相対的な送り速度の大小に拘わらず反転
後の経過時間に対して略一定の割合で増加する特性を示
すバックラッシ誤差を、このバックラッシ情報で、相対
的な送り速度の大小に拘わらず一定レベル以下に削減す
ることができる効果がある。

【０１２８】この発明によれば、フィルタ手段が、伝達
関数において異なる定数の組み合せとなる複数の伝達関
数型フィルタを備え、制御対象の送り速度に応じてこの
複数の伝達関数型フィルタのうちから１つを選択し、こ
の選択した伝達関数型フィルタを用いてフィルタリング
処理を行うので、各送り速度範囲毎にバックラッシ誤差
との誤差が少なくなるようなバックラッシ情報を加算さ
せることができ、バックラッシ誤差の削減効果を使用す
る速度範囲全体に渡って向上させることができる効果が
ある。

【０１２９】そして、このようなフィルタ手段によるフ
ィルタリング処理としては、例えば上記式１の伝達関
数、式２の伝達関数、式３の伝達関数あるいは式４の伝
達関数と等価なフィルタリング処理などであればよい。
特に、これらの式と等価なフィルタリング処理であれ
ば、単にこのフィルタリング処理によって最大バックラ
ッシ情報からバックラッシ情報を生成することができる
だけでなく、数回の乗算処理と加算演算処理のみでバッ
クラッシ情報を生成することができる。従って、従来の
数値制御システムのように多くの演算を必要とする指数
関数演算処理を行うことなく簡易な演算処理によりバッ
クラッシ補正値を得ることができ、新たなバックラッシ
補正値を得るための演算処理時間を格段に短縮すること
ができ、ひいては加工精度を格段に向上させる効果があ
る。

【０１３０】この発明によれば、数値制御に利用する制
御情報を出力する制御情報生成手段と、上記制御情報を
補正して補正制御情報を出力するバックラッシ補正装置
と、上記補正制御情報に基づいて制御信号を出力する制
御装置と、上記制御信号に応じて制御対象を駆動制御す
る駆動手段とを備えた数値制御システムにおいて、上記
バックラッシ補正装置が、上記制御情報が入力され、こ
の制御情報の増減に基づいて制御方向の反転を検出して
反転検出情報を出力する反転検出手段と、上記反転検出
情報が入力され、当該反転検出情報が入力される度に反
転後の制御方向における最大バックラッシ情報を出力す
る最大バックラッシ情報生成手段と、上記最大バックラ
ッシ情報が入力され、少なくとも上記駆動手段の伝達関
数と等価なフィルタリング処理を行って最大バックラッ
シ情報からバックラッシ情報を生成して出力するフィル
タ手段と、上記バックラッシ情報を上記制御情報に加算
して補正制御情報を出力する加算手段とを備えるので、
相対的な送り速度の大小に拘わらず、制御対象および駆
動手段に起因するバックラッシ誤差を一定レベル以下に
削減することができ、しかも、新たなバックラッシ補正
値を得るための演算処理時間を格段に短縮することがで
きるので、従来では期待することができなかった高い精
度にて加工などを行うことができる効果がある。

【０１３１】そして、上記式１の伝達関数に基づくフィ
ルタリング処理に対応するものとしては例えば上記式
５、上記式２の伝達関数に基づくフィルタリング処理に
対応するものとしては例えば上記式６、上記式３の伝達
関数に基づくフィルタリング処理に対応するものとして
は例えば上記式７、上記式４の伝達関数に基づくフィル
タリング処理に対応するものとしては例えば上記式８や
式９などがある。

【０１３２】ところで、これら具体例のフィルタリング
処理同士を比較した場合、上記式１および式５では、モ
ータとボールネジとを用いた直動駆動手段におけるバッ
クラッシ誤差を好適に補正することができ、上記式２お
よび式６では、更に制御装置（サーボ制御系）における
応答遅れをも好適に補正することができ、上記式３およ
び式７では、制御装置の応答遅れが駆動手段の応答遅れ
に比べて十分に小さい場合にはバックラッシ誤差を好適
に補正することができ、式４、式８および式９では、制
御装置（サーボ制御系）が速度制御ループと位置制御ル
ープとからなるとともにそのサーボ制御系において応答
遅れが発生したとしてもバックラッシ誤差を好適に補正
することができるといった効果がある。

【０１３３】また、上記式８と式９とを比較した場合、
式８による補正では速度制御部内に積分要素を含む制御
装置（サーボ制御系）に対して制御装置の応答遅れに影
響されることなくバックラッシ誤差を好適に補正するこ
とができ、逆に式９による補正では位置制御部内に積分
要素を含む制御装置（サーボ制御系）に対して制御装置
の応答遅れに影響されることなくバックラッシ誤差を好
適に補正することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による互いに直交す
るＸ−Ｙ−Ｚの３軸の駆動系にてテーブルと加工工具と
の相対的な位置関係を数値制御するＮＣ加工システムの
１軸（Ｘ軸）分の駆動系のみの構成を示すブロック図で
ある。

【図２】 この発明の実施の形態１によるバックラッシ
の一要因を説明する説明図である。

【図３】 この発明の実施の形態１によるＮＣ加工シス
テムの１軸（Ｘ軸）分の駆動系の制御動作例を示すタイ
ミングチャートである。

【図４】 この発明の実施の形態１による位置指令信号
（補正位置指令信号）と加工形状との関係を示す説明図
である。

【図５】 この発明の実施の形態２によるＮＣ加工シス
テムの１軸（Ｘ軸）分の駆動系のみの構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】 この発明の実施の形態３において、緩慢な立
ち上がり特性を有するバックラッシを持つ駆動機構をモ
デル化したものをラプラス演算子を用いて表現したブロ
ック図である。

【図７】 この発明の実施の形態３において、バネ定数
及び粘性係数と捩れ角度の関係を示すグラフ図である。

【図８】 この発明の実施の形態４によるＮＣ加工シス
テムの１軸（Ｘ軸）分の駆動系のみの構成を示すブロッ
ク図である。

【図９】 この発明の実施の形態６によるＮＣ加工シス
テムの１軸（Ｘ軸）分の駆動系のみの構成を示すブロッ
ク図である。

【図１０】 この発明の実施の形態７において、緩慢な
立ち上がり特性を有するバックラッシを持つ駆動機構と
フィードバック制御系をモデル化したものをラプラス演
算子を用いて表現したブロック図である。

【図１１】 この発明の実施の形態８によるＮＣ加工シ
ステムの１軸（Ｘ軸）分の駆動系のみの構成を示すブロ
ック図である。

【図１２】 この発明の実施の形態１０において、緩慢
な立ち上がり特性を有するバックラッシを持つ駆動機構
と実施の形態７とは別構成のフィードバック制御系をモ
デル化したものをラプラス演算子ｓを用いて表現したブ
ロック図である。

【図１３】 この発明の実施の形態１１によるＮＣ加工
システムの１軸（Ｘ軸）分の駆動系のみの構成を示すブ
ロック図である。

【図１４】 従来の数値制御システムの構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 被加工対象物（ワーク）、２ テーブル（制御対
象）、３ 加工工具（制御対象）、４ サーボモータ
（駆動手段）、５ Ｘ軸用ボールネジ（制御対象）、５
ａ ネジ軸部材、５ｂ ネジ受部材、６ エンコーダ、
７ 位置指令生成部（制御情報生成手段）、８ モータ
反転検出部（反転検出手段，バックラッシ補正装置）、
９ バックラッシゲイン補正部（最大バックラッシ情報
生成手段，バックラッシ補正装置）、１０ 時間依存型
フィルタ（フィルタ手段，バックラッシ補正装置）、１
１ バックラッシ加算器（加算手段，バックラッシ補正
装置）、１２ 位置制御部（制御装置）、１３ 速度制
御部（制御装置）、１４ ロストモーション補正部、１
５ ロストモーション加算器、１６ 電流制御部（制御
装置）、１７ 送り速度Ｖ１の場合のＸ軸方向補正位置
指令信号、１８ 送り速度Ｖ１の場合のＹ軸方向の補正
位置指令信号、１９ 送り速度Ｖ２（＞Ｖ１）の場合の
Ｘ軸方向補正位置指令信号、２０ 送り速度Ｖ２（＞Ｖ
１）の場合のＹ軸方向の補正位置指令信号、２１ Ｙ軸
方向の位置指令信号、２２，２３ 遅延効果が生じてい
る期間、２４ 補正位置指令信号を使用した場合の加工
工具のテーブル上の軌跡、２５ Ｙ軸方向においては位
置指令信号を使用した場合の加工工具のテーブル上の軌
跡、２６，２７ Ｙ軸方向のバックラッシ残差、２８
真円度に対する誤差（最大誤差）、２９ 時間依存型フ
ィルタ（フィルタ手段，バックラッシ補正装置）、３０
時間依存型フィルタ（フィルタ手段，バックラッシ補
正装置）、３１ 時間依存型フィルタ（フィルタ手段，
バックラッシ補正装置）、３２ 時間依存型フィルタ
（フィルタ手段，バックラッシ補正装置）、３４送り速
度適応型フィルタ（フィルタ手段，バックラッシ補正装
置）。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 数値制御に利用する制御情報を補正する
   バックラッシ補正装置において、 上記制御情報が入力され、この制御情報の増減に基づい
   て制御方向の反転を検出して反転検出情報を出力する反
   転検出手段と、 上記反転検出情報が入力され、当該反転検出情報が入力
   される度に反転後の制御方向における最大バックラッシ
   情報を出力する最大バックラッシ情報生成手段と、 上記最大バックラッシ情報が入力され、反転後の経過時
   間に応じた割合で当該最大バックラッシ情報をバックラ
   ッシ情報として出力するフィルタ手段と、 上記バックラッシ情報を上記制御情報に加算して補正制
   御情報を出力する加算手段とを備えたことを特徴とする
   バックラッシ補正装置。
2. 【請求項２】 フィルタ手段は、伝達関数において異な
   る定数の組み合せとなる複数の伝達関数型フィルタを備
   え、制御対象の送り速度に応じてこの複数の伝達関数型
   フィルタのうちから１つを選択し、この選択した伝達関
   数型フィルタを用いてフィルタリング処理を行うことを
   特徴とする請求項１記載のバックラッシ補正装置。
3. 【請求項３】 フィルタ手段は、下記式１の伝達関数と
   等価なフィルタリング処理を行って最大バックラッシ情
   報からバックラッシ情報を生成することを特徴とする請
   求項１または請求項２記載のバックラッシ補正装置。 ａ０／（ｂ２・ｓ^２＋ｂ１・ｓ＋ｂ０） ・・・式１ 但し、ａ０，ｂ２，ｂ１，ｂ０は定数、ｓはラプラス演
   算子である。
4. 【請求項４】 フィルタ手段は、下記式２の伝達関数と
   等価なフィルタリング処理を行って最大バックラッシ情
   報からバックラッシ情報を生成することを特徴とする請
   求項１または請求項２記載のバックラッシ補正装置。 ａ１・ｓ＋ａ０／（ｂ２・ｓ^２＋ｂ１・ｓ＋ｂ０） ・・・式２ 但し、ａ１，ａ０，ｂ２，ｂ１，ｂ０は定数、ｓはラプ
   ラス演算子である。
5. 【請求項５】 フィルタ手段は、下記式３の伝達関数と
   等価なフィルタリング処理を行って最大バックラッシ情
   報からバックラッシ情報を生成することを特徴とする請
   求項１または請求項２記載のバックラッシ補正装置。 ａ０／（ｂ１・ｓ＋ｂ０） ・・・式３ 但し、ａ０，ｂ１，ｂ０は定数、ｓはラプラス演算子で
   ある。
6. 【請求項６】 フィルタ手段は、下記式４の伝達関数と
   等価なフィルタリング処理を行って最大バックラッシ情
   報からバックラッシ情報を生成することを特徴とする請
   求項１または請求項２記載のバックラッシ補正装置。 （ａ２・ｓ^２＋ａ１・ｓ＋ａ０）／（ｂ２・ｓ^２＋ｂ１・ｓ＋ｂ０） ・・・式４ 但し、ａ２，ａ１，ａ０，ｂ２，ｂ１，ｂ０は定数、ｓ
   はラプラス演算子である。
7. 【請求項７】 数値制御に利用する制御情報を出力する
   制御情報生成手段と、上記制御情報を補正して補正制御
   情報を出力するバックラッシ補正装置と、上記補正制御
   情報に基づいて制御信号を出力する制御装置と、上記制
   御信号に応じて制御対象を駆動制御する駆動手段とを備
   えた数値制御システムにおいて、 上記バックラッシ補正装置は、 上記制御情報が入力され、この制御情報の増減に基づい
   て制御方向の反転を検出して反転検出情報を出力する反
   転検出手段と、 上記反転検出情報が入力され、当該反転検出情報が入力
   される度に反転後の制御方向における最大バックラッシ
   情報を出力する最大バックラッシ情報生成手段と、 上記最大バックラッシ情報が入力され、少なくとも上記
   駆動手段の伝達関数と等価なフィルタリング処理を行っ
   て最大バックラッシ情報からバックラッシ情報を生成し
   て出力するフィルタ手段と、 上記バックラッシ情報を上記制御情報に加算して補正制
   御情報を出力する加算手段とを備えたことを特徴とする
   数値制御システム。
8. 【請求項８】 フィルタ手段は、下記式５の伝達関数と
   等価なフィルタリング処理を行って最大バックラッシ情
   報からバックラッシ情報を生成して出力することを特徴
   とする請求項７記載の数値制御システム。 （ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ／ ｛ＪＬ・ＪＭ・ｓ^２＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｄ・ｓ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ｝ ・・・式５ 但し、ＪＬは制御対象のイナーシャ定数，ＪＭは駆動手
   段のイナーシャ定数，Ｋは制御対象と駆動手段との間に
   介在するバネ要素のバネ定数，Ｄは前記バネ要素に作用
   する粘性摩擦の粘性係数である。
9. 【請求項９】 フィルタ手段は、下記式６の伝達関数と
   等価なフィルタリング処理を行って最大バックラッシ情
   報からバックラッシ情報を生成して出力することを特徴
   とする請求項７記載の数値制御システム。 ｛（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ・Ｋｆ・ｓ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ｝／ ｛ＪＬ・ＪＭ・ｓ^２＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｄ・ｓ＋（ＪＬ＋ＪＭ）Ｋ｝ ・・・式６ 但し、ＪＬは制御対象のイナーシャ定数，ＪＭは駆動手
   段のイナーシャ定数，Ｋは制御対象と駆動手段との間に
   介在するバネ要素のバネ定数，Ｄは前記バネ要素に作用
   する粘性摩擦の粘性係数，Ｋｆは制御装置の応答遅れを
   補正する定数である。
10. 【請求項１０】 フィルタ手段は、下記式７の伝達関数
    と等価なフィルタリング処理を行って最大バックラッシ
    情報からバックラッシ情報を生成して出力することを特
    徴とする請求項７記載の数値制御システム。 Ｋ／（Ｄ・ｓ＋Ｋ） ・・・式７ 但し、Ｋは制御対象と駆動手段の間に介在するバネ要素
    のバネ定数，Ｄは前記バネ要素に作用する粘性摩擦の粘
    性係数である。
11. 【請求項１１】 フィルタ手段は、下記式８の伝達関数
    と等価なフィルタリング処理を行って最大バックラッシ
    情報からバックラッシ情報を生成して出力することを特
    徴とする請求項７記載の数値制御システム。 ｛Ｋ・ｓ^２＋Ｋ（ＫＰ＋ＫＩ）ｓ＋Ｋ・ＫＰ・ＫＩ｝／ ｛Ｄ・ＫＰ・ｓ^２＋ＫＰ（Ｄ・ＫＩ＋Ｋ）ｓ＋Ｋ・ＫＰ・ＫＩ｝・・・式８ 但し、Ｋは制御対象と駆動手段の間に介在するバネ要素
    のバネ定数，Ｄは前記バネ要素に作用する粘性摩擦の粘
    性係数，ＫＰは位置比例ゲイン，ＫＶは速度比例ゲイ
    ン，ＫＩは速度積分ゲインである。
12. 【請求項１２】 フィルタ手段は、下記式９の伝達関数
    と等価なフィルタリング処理を行って最大バックラッシ
    情報からバックラッシ情報を生成して出力することを特
    徴とする請求項７記載の数値制御システム。 （Ｋ・Ｋｄ・ｓ^２＋Ｋ・ｓ＋Ｋ・Ｋｉ）／ ｛Ｄ・Ｋｐ・ｓ^２＋Ｋｐ（Ｄ・Ｋｉ＋Ｋ）ｓ＋Ｋ・Ｋｐ・Ｋｉ｝・・・式９ 但し、Ｋは制御対象と駆動手段の間に介在するバネ要素
    のバネ定数，Ｄは前記バネ要素に作用する粘性摩擦の粘
    性係数，Ｋｐは速度比例ゲイン，Ｋｉは位置積分ゲイ
    ン，Ｋｄは微分ゲインである。