JP2868492B2

JP2868492B2 - 数値制御装置

Info

Publication number: JP2868492B2
Application number: JP13400797A
Authority: JP
Inventors: 小野　　浩; 佳史坂口
Original assignee: NIPPON DENKI ROBOTSUTO ENJINIARINGU KK; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NIPPON DENKI ROBOTSUTO ENJINIARINGU KK; NEC Corp
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: JPH10326106A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工作機械やＮＣ装置
などに用いられる数値制御装置に関し、特に軌跡データ
の観測が可能な数値制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の数値制御装置の一例を３軸制御の
場合を例として図１０に示し説明する。

【０００３】図１０において、加工プログラムは工作機
械の工具やテーブルの移動軌道を指令する。操作部６は
ユーザの操作入力により加工の起動，停止，リセット，
各種パラメータの設定などを行う。表示部７は上位処理
部５のデータや操作画面を表示する。上位処理部５は、
入力される加工プログラムと操作部６からの設定を解析
し、３次元空間における線分や円弧といった移動指令ブ
ロックを生成し、補間部１ａに出力する。補間部１ａ
は、入力された移動指令ブロックから３次元空間におけ
る単位時間あたりの移動量である合成指令速度を生成
し、さらにこれを各軸ごとの指令速度に分配し、サーボ
制御部２１ａ，２２ａ，２３ａに出力する。

【０００４】サーボ制御部２１ａ，２２ａ，２３ａは、
入力された指令速度と、モータ３１，３２，３３に出力
するモータ指令速度と、エンコーダ４１，４２，４３か
らのモータ帰還速度とにより、モータ３１，３２，３３
の回転速度をフィードバック制御する。モータ３１，３
２，３３は工作機械を駆動するモータである。エンコー
ダ４１，４２，４３はモータ３１，３２，３３の回転速
度を検出する。

【０００５】上位処理部５，補間部１ａ，サーボ制御部
２１ａ，２２ａ，２３ａは、いずれもマイクロコンピュ
ータを用いデジタル処理を行っている。

【０００６】従来、この種の数値制御装置では、たとえ
ば第１の例として特開平１−３２１８８５号公報や、第
２の例として特開昭６２−２７８６０９号公報に示され
るように、サーボ制御部の調整，不具合の検出などを行
う目的で、サーボ制御部のデータを視覚的に観測する方
法が用いられている。

【０００７】図８は従来の数値制御装置の一例を示すブ
ロック図であり、上述した第１の例の構成を要約したも
のである。図８における補間部１ａ、サーボ制御部２１
ａ，２２ａ，２３ａ、モータ３１，３２，３３、エンコ
ーダ４１，４２，４３それぞれは、図１０における同符
号のそれぞれのものと同一であるため、説明を省略す
る。

【０００８】図８において、補間部１ａは、補間演算処
理部１１と、補間部記憶手段１２と、補間部通信手段１
３とから構成される。補間演算処理部１１は、上位処理
部５からの移動指令ブロックを入力し、補間部１ａの各
種演算を行い、サーボ制御部２１ａ，２２ａ，２３ａへ
指令速度を出力する。補間部記憶手段１２は補間演算処
理部１１で使用するデータの記憶を行う。補間部通信手
段１３は補間部１ａとサーボ制御部２１ａ，２２ａ，２
３ａとのインタフェースを行う。

【０００９】サーボ制御部２１ａは、サーボ制御部通信
手段２１１と、サーボ制御演算処理部２１２と、サーボ
制御部記憶手段２１３と、サーボ制御部観測データ指定
手段２１４と、サーボ制御部データ転送手段２１５と、
ＤＡ変換手段２１６とから構成される。なお、サーボ制
御部２２ａ，２３ａの構成は上述のサーボ制御部２１ａ
と同様なので説明を省略する。

【００１０】サーボ制御部通信手段２１１は補間部１ａ
とのインタフェースを行う。サーボ制御演算処理部２１
２は、サーボ制御部２１ａの各種演算と、モータ３１へ
のモータ指令速度出力と、エンコーダ４１からのモータ
帰還速度入力とを行う。サーボ制御部記憶手段２１３は
サーボ制御演算処理部２１２で使用するデータの記憶を
行う。サーボ制御部観測データ指定手段２１４は、外部
よりサーボ制御部観測データを指定されると、その記憶
領域をサーボ制御部データ転送手段２１５に出力する。
サーボ制御部観測データとは、サーボ制御部記憶手段２
１３内に記憶されているデータのうち観測を行いたいデ
ータのことである。サーボ制御部データ転送手段２１５
は、サーボ制御部観測データ指定手段２１４より入力さ
れた記憶領域のデータをサーボ制御部記憶手段２１３よ
り読み出し，ＤＡ変換手段２１６に転送する。ＤＡ変換
手段２１６は入力されたデータをアナログ電圧に変換し
外部に出力する。

【００１１】次に図８，図９を参照し、サーボ制御部内
のサーボ制御部記憶手段に記憶されている速度偏差量を
観測する場合を例にとり動作を説明する。始めに、サー
ボ制御部観測データ指定手段２１４にサーボ制御部観測
データとして、速度偏差量を指定する（ステップ１１；
Ｓ１１）。サーボ制御部観測データ指定手段２１４はサ
ーボ制御部記憶手段２１３内における速度偏差量の記憶
領域をサーボ制御部データ転送手段２１５に出力する
（Ｓ１２）。サーボ制御部データ転送手段２１５は、入
力した記憶領域に基づきサーボ制御部記憶手段２１３よ
り速度偏差量を読み出し，ＤＡ変換手段２１６に転送す
る（Ｓ１３）。ＤＡ変換手段２１６は入力された速度偏
差量をアナログ電圧に変換し外部に出力する（Ｓ１
４）。上述したＳ１１からＳ１４までの一連の処理を一
定周期、たとえば２ｍｓごとに繰り返し、この処理の継
続実行の要否をメモリ上の特定アドレスのフラグの有無
で判定し（Ｓ１５）、継続実行のときにはＳ１１へ戻
る。なお、サーボ制御部２２ａ，２３ａにおいても上述
したと同様な動作が可能である。

【００１２】これと同時に外部において、出力されたア
ナログ電圧をオシロスコープなどの波形観測器に表示す
ることにより、速度偏差量の時間的変化の視覚的観測が
可能になる。なお、サーボ制御部観測データには、サー
ボ制御部記憶手段２１３に記憶されているデータであれ
ば、速度偏差量の他に、位置偏差量，電流偏差量であっ
てもよい。

【００１３】第２の例が特開昭６２−２７８６０９号公
報に記載されている。この公報では、サーボ制御部記憶
手段２１３，２２３，２３３のデータであるモータ３
１，３２，３３に出力するモータ指令速度、エンコーダ
より入力したモータ帰還速度および誤差信号を，ＤＡ変
換せずにＣＲＴなどの表示部７に出力することにより、
視覚的観測を可能とする数値制御装置が示されている。

【００１４】いずれの例も、サーボ制御部記憶手段２１
３，２２３，２３３に記憶されているサーボ制御部２１
ａ，２２ａ，２３ａのデータを外部から視覚的に観測可
能としたものである。この結果、サーボ制御部２１ａ，
２２ａ，２３ａの調整，不具合の検出などが容易に行え
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の数値制
御装置の第１の問題点は、サーボ制御部のデータの視覚
的観測は行えるが、補間部のデータの視覚的観測が行え
ないことである。その理由は補間部のデータを視覚的に
観測する手段を設けていないためである。また、これに
付随する問題として、補間部のデータを視覚的に観測す
るために、補間部内にＤＡ変換手段を設けるのでは、こ
の追加ハードウェアにより装置価格が高価になるという
点があげられる。

【００１６】また、第２の問題点は、各軸のモータ帰還
速度の差分であるモータ同期誤差のような複数のサーボ
制御部のデータ間の比較を高精度に行えないことであ
る。その理由は各サーボ制御部が別々に出力したアナロ
グ電圧同士を高精度に比較することが難しいためであ
る。

【００１７】本発明の第１の目的は、補間演算を行う補
間部における時間的に変化するデータを視覚的に観測可
能にする数値制御装置を提供することにある。

【００１８】また、本発明の第２の目的は、複数のサー
ボ制御部における時間的に変化するデータ間の比較演算
を高精度に行うことが可能な数値制御装置を提供するこ
とにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の数値制御装置
は、数値制御のため補間演算を行う補間部に、上位の処
理装置からの移動指令を受信し演算して指令速度を出力
する補間演算処理部と、前記補間演算処理部で使用する
データを記憶するための補間部記憶手段と、サーボモー
タの制御を行うサーボ制御部との通信インタフェースを
行う補間部通信手段と、外部からの指定に基づき補間部
観測データの前記補間部記憶手段における記憶領域を出
力する補間部観測データ指定手段と、前記補間部観測デ
ータ指定手段で指定された記憶領域のデータを前記補間
部記憶手段から読み出し前記補間部通信手段に転送する
補間部データ転送手段とを備え；前記サーボ制御部に、
前記補間部通信手段との通信インタフェースを行うサー
ボ制御部通信手段と、各種演算ならびにサーボモータへ
のモータ指令速度の出力およびエンコーダからのモータ
帰還速度の入力を行うサーボ制御演算処理部と、前記サ
ーボ制御演算処理部で使用するデータを記憶するための
サーボ制御部記憶手段と、外部からの指定に基づきサー
ボ制御部観測データの前記サーボ制御部記憶手段におけ
る記憶領域を出力するサーボ制御部観測データ指定手段
と、前記サーボ制御部観測データ指定手段で指定された
記憶領域のデータを前記サーボ制御部記憶手段から読み
出し転送するサーボ制御部データ転送手段と、前記サー
ボ制御部データ転送手段から入力されたデータをアナロ
グ電圧に変換し出力するデジタルアナログ変換手段と、
前記補間部観測データを前記サーボ制御部通信手段を介
し受信し前記サーボ制御部記憶手段内の補間部観測デー
タ用の記憶領域に格納するサーボ制御部データ格納手段
とを備える。

【００２０】また、本発明の数値制御装置は、上記に加
え前記補間部に、前記サーボ制御部通信手段および補間
部通信手段を介し複数の前記サーボ制御部からのデータ
を受信し演算して前記補間部記憶手段に転送するサーボ
制御部データ演算部を備える構成とすることも可能であ
る。

【００２１】本発明によれば、補間部記憶手段に記憶さ
れている任意の補間部のデータを、ＤＡ変換してアナロ
グ電圧として出力することにより、波形観測器などで補
間部のデータの特に時間的変化を視覚的に観測すること
が可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施の形態
について図面を参照して説明する。

【００２３】図１を参照すると、本発明の数値制御装置
は、図８に示された機能ブロックに加え、補間部１に補
間部観測データ指定手段１４と補間部データ転送手段１
５とを備え、サーボ制御部２１にサーボ制御部データ格
納手段２１７を備える。これら補間部観測データ指定手
段１４，補間部データ転送手段１５およびサーボ制御部
データ格納手段２１７以外は図８で説明したものと同一
なので、説明を省略する。なお、補間部１，サーボ制御
部２１〜２３はいずれもマイクロコンピュータが用いら
れ、デジタル処理が行われる。

【００２４】補間部観測データ指定手段１４は、外部よ
り補間部観測データを指定されると、補間部記憶手段１
２内におけるその記憶領域を補間部データ転送手段１５
に出力する。補間部観測データとは、補間部記憶手段１
２内に記憶されているデータのうち、観測を行いたいデ
ータのことである。補間部データ転送手段１５は、補間
部データ指定手段１４より指定された記憶領域のデータ
を補間部記憶手段１２より読み出し、補間部通信手段１
３に転送する。サーボ制御部データ格納手段２１７は、
補間部観測データをサーボ制御部通信手段２１１からサ
ーボ制御部記憶手段２１３内の補間部観測データ用に用
意された記憶領域に格納する。この記憶領域はデータご
とにあらかじめ定められている。

【００２５】次に、本発明の第１の実施の形態の動作
を、図３に示すＸＹ平面上の１周円の運転を実行したと
きの補間部記憶手段１２に記憶されている合成指令速度
を観測する場合を例にとり、図２を参照して説明する。

【００２６】始めに、補間部観測データ指定手段１４に
補間部観測データとして合成指令速度を指定する（Ｓ
１）。補間部観測データ指定手段１４は補間部記憶手段
１２内における合成指令速度の記憶領域を補間部データ
転送手段１５に出力する（Ｓ２）。補間部データ転送手
段１５は指定された記憶領域に基づき補間部記憶手段１
２より合成指令速度を読み出し補間部通信手段１３に転
送する（Ｓ３）。補間部１とサーボ制御部２１とは、補
間部通信手段１３およびサーボ制御部通信手段２１１に
よりデータ通信を行っており、合成指令速度をサーボ制
御部通信手段２１１に転送する（Ｓ４）。

【００２７】次に、サーボ制御部データ格納手段２１７
は合成指令速度をサーボ制御部通信手段２１１からサー
ボ制御部記憶手段２１３内の補間部観測データ用の記憶
領域に転送する（Ｓ５）。サーボ制御部観測データ指定
手段２１４には、サーボ制御部観測データとして補間部
観測データを指定する（Ｓ６）。サーボ制御部観測デー
タ指定手段２１４はサーボ制御部記憶手段２１３内にお
ける補間部観測データ用の記憶領域をサーボ制御部デー
タ転送手段２１５に出力する（Ｓ７）。

【００２８】サーボ制御部データ転送手段２１５は指定
された記憶領域に基づきサーボ制御部記憶手段２１３よ
り合成指令速度を読み出しＤＡ変換手段２１６に転送す
る（Ｓ８）。ＤＡ変換手段２１６は入力された合成指令
速度をアナログ電圧に変換し外部に出力する（Ｓ９）。

【００２９】以上Ｓ１の処理からＳ９までの一連の処理
を一定周期、たとえば，２ｍｓごとに繰り返し、この処
理の継続実行の要否をメモリ上の特定アドレスのフラグ
の有無で判定し（Ｓ１０）、継続実行のときには、Ｓ１
へ戻る。これと同時に外部において、出力されたアナロ
グ電圧をオシロスコープなどの波形観測器に表示するこ
とにより、たとえば図４に示すように、Ｘ軸指令速度と
Ｙ軸指令速度を合成した合成指令速度の時間的変化の視
覚的観測が可能になる。

【００３０】図４において合成指令速度は、補間部にお
いてＸ軸指令速度ＶｘとＹ軸指令速度Ｖｙを算出するも
との値であり、（Ｖｘ²＋Ｖｙ²）^1/2で表され、本例
では、合成指令速度本来の矩形波形に、モータに与える
機械的衝撃を軽減させるための直線型加減速処理を施し
た波形を例にとっている。

【００３１】また、図４においてＸ軸指令速度、Ｙ軸指
令速度は、Ｘ軸、Ｙ軸制御に相当するサーボ制御部記憶
手段内の指令速度を、従来の技術を用いてアナログ電圧
出力した時の表示画面であり、本例では、合成指令速度
に直線型加減速処理を施しているため、Ｘ軸指令速度、
Ｙ軸指令速度本来のサイン関数波形に直線型加減速処理
を施された波形を描く。

【００３２】したがって、従来では単に合成指令速度が
観測できないだけでなく、Ｘ軸，Ｙ軸各軸の指令速度の
表示画面から合成指令速度を推測することも困難であっ
たが、本発明ではこれを解決し、合成指令速度の観測が
行えるため、合成指令速度演算の不具合検出や加減速処
理で使用する加減速パラメータの測定などが容易に行え
るようになる。

【００３３】次に、本発明の第２の実施の形態について
図面を参照して説明する。

【００３４】図３を参照すると、本発明の数値制御装置
は、図１に示された機能ブロックに加え補間部１にさら
に、複数のサーボ制御部のデータに演算を施し、補間部
記憶手段１２に転送するサーボ制御部データ演算部１６
を備える。このサーボ制御部データ演算部１６以外は図
１で説明したものと同一なので、説明を省略する。

【００３５】次に第２の実施の形態の動作を、図６に示
すＸＹ平面上の直線の運転を実行したときの、Ｘ軸モー
タ帰還速度とＹ軸モータ帰還速度との差分であるモータ
同期誤差を観測する場合を例にとり説明する。なお、サ
ーボ制御部２１がＸ軸を、サーボ制御部２２がＹ軸を制
御するものとする。

【００３６】サーボ制御演算処理部２１２は、Ｘ軸モー
タ３１付属のエンコーダ４１よりＸ軸モータ帰還速度Ｖ
ｘを入力し、これをサーボ制御部通信手段２１１および
補間部通信手段１３を介しサーボ制御部データ演算部１
６に転送する。サーボ制御演算処理部２２２も同様に、
Ｙ軸モータ帰還速度Ｖｙをサーボ制御部データ演算部１
６に転送する。

【００３７】サーボ制御部データ演算部１６では、Ｘ軸
モータ帰還速度ＶｘとＹ軸モータ帰還速度Ｖｙ×２との
差分（Ｖｘ−２Ｖｙ）を算出し、さらに倍率を掛け拡大
したデータを補間部記憶手段１２に転送する。補間部観
測データ指定手段１４にこのデータを指定することによ
り、第１の実施の形態と同様にアナログ電圧として外部
に出力する。

【００３８】以上の一連の処理を一定周期、たとえば２
ｍｓごとに繰り返す。これと同時に外部において、出力
されたアナログ電圧をオシロスコープなどの波形観測器
に表示することにより、たとえば図７に示すように、モ
ータ同期誤差の時間的変化の視覚的観測が可能になる。

【００３９】図７においてモータ同期誤差は、上述の
（Ｖｘ−２Ｖｙ）に倍率を掛けたものであり、また、Ｘ
軸モータ帰還速度、Ｙ軸モータ帰還速度は、Ｘ軸、Ｙ軸
制御に相当するサーボ制御部記憶手段内のモータ帰還速
度速度を、従来の技術を用いてアナログ電圧出力した時
の表示画面であり、通常、図７に示されるような一次遅
れ波形を描く。

【００４０】したがって、従来ではＸ軸モータ帰還速
度，Ｙ軸モータ帰還速度の表示を比較することからでは
困難であったモータ同期誤差の観測が、本発明では高精
度に行えるため、これによりサーボ調整やサーボパラメ
ータ選定などが容易に行えるようになる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１の効果は、補間部で演算する合成指令速度の時間的変
化を波形観測器などで観測できるため、合成指令速度演
算の不具合検出や加減速パラメータ選定などが容易に行
えることである。また、第２の効果は、複数軸間のモー
タ同期誤差の時間的変化を波形観測器などで観測できる
ため、サーボ調整やサーボパラメータ選定などが容易に
行えることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１の動作を説明するためのフローチャートで
ある。

【図３】本発明の第１の実施の形態の動作の詳細を説明
するための図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の動作の詳細を説明
するための図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の動作の詳細を説明
するための図である。

【図７】本発明の第の実施の形態の動作の詳細を説明す
るための図である。

【図８】従来の数値制御装置の一例の構成を示すブロッ
ク図である。

【図９】図８の動作を説明するためのフローチャートで
ある。

【図１０】従来の数値制御装置の一例を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１補間部１１補間演算処理部１２補間部記憶手段１３補間部通信手段１４補間部観測データ指定手段１５補間部データ転送手段１６サーボ制御部データ演算部２１〜２３サーボ制御部３１〜３３モータ４１〜４３エンコーダ２１１，２２１，２３１サーボ制御部通信手段２１２，２２２，２３２サーボ制御演算処理部２１３，２２３，２３３サーボ制御部記憶手段２１４，２２４，２３４サーボ制御部観測データ指
定手段２１５，２２５，２３５サーボ制御部データ転送手
段２１６，２２６，２３６ＤＡ変換手段２１７サーボ制御部データ格納手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂口佳史東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (56)参考文献特開平５−11830（ＪＰ，Ａ) 特開平７−78014（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 19/4063

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】数値制御のため補間演算を行う補間部
に、上位の処理装置からの移動指令を受信し演算して指
令速度を出力する補間演算処理部と、前記補間演算処理
部で使用するデータを記憶するための補間部記憶手段
と、サーボモータの制御を行うサーボ制御部との通信イ
ンタフェースを行う補間部通信手段と、外部からの指定
に基づき補間部観測データの前記補間部記憶手段におけ
る記憶領域を出力する補間部観測データ指定手段と、前
記補間部観測データ指定手段で指定された記憶領域のデ
ータを前記補間部記憶手段から読み出し前記補間部通信
手段に転送する補間部データ転送手段とを備え；前記サ
ーボ制御部に、前記補間部通信手段との通信インタフェ
ースを行うサーボ制御部通信手段と、各種演算ならびに
サーボモータへのモータ指令速度の出力およびエンコー
ダからのモータ帰還速度の入力を行うサーボ制御演算処
理部と、前記サーボ制御演算処理部で使用するデータを
記憶するためのサーボ制御部記憶手段と、外部からの指
定に基づきサーボ制御部観測データの前記サーボ制御部
記憶手段における記憶領域を出力するサーボ制御部観測
データ指定手段と、前記サーボ制御部観測データ指定手
段で指定された記憶領域のデータを前記サーボ制御部記
憶手段から読み出し転送するサーボ制御部データ転送手
段と、前記サーボ制御部データ転送手段から入力された
データをアナログ電圧に変換し出力するデジタルアナロ
グ変換手段と、前記補間部観測データを前記サーボ制御
部通信手段を介し受信し前記サーボ制御部記憶手段内の
補間部観測データ用の記憶領域に格納するサーボ制御部
データ格納手段とを備えることを特徴とする数値制御装
置。
【請求項２】前記補間部に、前記サーボ制御部通信手
段および補間部通信手段を介し複数の前記サーボ制御部
からのデータを受信し演算して前記補間部記憶手段に転
送するサーボ制御部データ演算部を備えることを特徴と
する請求項１記載の数値制御装置。