JP3618038B2 - 数値制御装置の位置誤差量検出方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを制御する数値制御装置において、数値制御装置を構成する位置検出器が固有に持つ位置検出値誤差に起因して発生する位置誤差量を簡単に検出可能な方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、モータを制御する数値制御装置において、数値制御装置を構成する位置検出器が固有に持つ誤差に起因する位置誤差を補償する装置の従来例について図４を用いて説明する。
【０００３】
パートプログラム記憶部１は、ＮＣ加工プログラム等のデータを記憶する。関数発生部２は前記記憶部１から読み出したＮＣ加工プログラム等の外部入力データに基づいて工具等の移動すべき位置の算出、すなわち関数発生を行ない、発生された位置指令値ＰＳを位置誤差量算出部３、速度フィードフォワード制御部４、及び後述する位置誤差量記憶部１０と補正データ演算部１２に転送する。速度フィードフォワード制御部４は関数発生部２から転送された位置指令値ＰＳに基づいて速度指令データＳＤを生成し、位置制御部５を経ることなく速度指令データＳＤを速度誤差量算出部６へ転送する。このような速度フィードフォワード制御の機能によりサーボモータ８が等速運動をしているような定常状態では位置誤差量ＤＩＦＦの値を零とすることができる。また、位置誤差算出部３はサーボモータ８に結合されたモータ位置検出器９から得られる位置検出値ＭＳと、前記位置指令値ＰＳとの偏差、すなわち位置誤差量ＤＩＦＦを算出し、この位置誤差量ＤＩＦＦを位置制御部５へ転送する。前記位置検出器９は、サーボモータ８に結合されたモータ位置検出器以外に、フルクローズドの検出器であってもよい。位置制御部５は位置誤差量ＤＩＦＦに位置制御ループゲインを乗算することによりサーボモータ８の速度指令ＳＰを算出し、この速度指令ＳＰを速度誤差量算出部６に転送する。速度・トルク制御部７は前記の位置制御ループのマイナーループであって、それぞれ、公知の方法によって速度制御ループ、電流制御ループを構成し、それらの指令に基づいて、サーボモータ８は所定の位置へ速やかに駆動される。
【０００４】
図２は、前記位置検出器９が持つ固有の位置検出値誤差の一例を示す。すなわち、位置検出器９は機械構成部品の精度誤差、及び電気信号の誤差により固有の位置検出値誤差を有し、モータ回転駆動時において、その位置検出値誤差の周波数が位置制御ループで追従できる周波数帯内であった場合には、機械は位置検出器９が持つ固有の位置検出値誤差に対して正確に追従してしまう。そのため加工工具等の軌跡は位置検出値誤差を含む軌跡で移動するため、加工対象物はＮＣ加工プログラムに対して正確な形状とならない。
【０００５】
従来、このような位置検出器９が固有に持つ位置検出値誤差に起因して発生する加工対象物の形状不良を補正するために、レーザー測長器等の位置測定器を用いて制御ループの外部から位置誤差を測定して、各位置毎の位置誤差量を位置誤差量記憶部１０に記憶させていた。そして、記憶部１０に記憶された位置誤差量に基づいて、任意の位置指令値に対する位置誤差補正データを演算部１２により生成する。その位置誤差補正データを関数発生、すなわち移動位置算出に従い、任意の位置指令値に対する位置誤差補正データとして加算器１１にて位置指令値ＰＳに加算することにより位置誤差を補償していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の位置誤差を補償する装置においては、レーザー測長器等の位置測定器を用いて制御ループの外部から位置誤差を測定するため、測定器の設置、及び調整を必要とした。本発明の目的は、簡単な制御ブロックにより位置検出器が固有に持つ位置誤差量を極めて簡単に検出可能な方法及び装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、数値制御装置を構成する位置検出器が固有に持つ位置検出値誤差の周波数が、位置制御ループの追従不能な高周波数帯になるような領域の速度をサーボモータに与えるための位置指令値を与え、そのときに発生する位置誤差量を、前記位置指令値に対して記憶することを特徴とする。前記位置誤差量は位置誤差量記憶部に記憶され、このため、位置制御部に供給される信号がモード切換スイッチによって前記位置誤差量記憶部へ供給される。すなわち、本発明によれば、位置誤差補正データ記録モードにおいては前記モード切換スイッチをクローズとして通常位置制御部へ供給される信号をそのまま位置誤差量記憶部へ並列的に配給し、容易に位置誤差量を検出可能としたものである。また、本発明によれば、定められた区間毎に繰り返し位置誤差量を平均化することによって周期的な位置誤差量を算出することができ、このためにモード切換スイッチの出力は周期的位置誤差量演算部を介して位置誤差量記憶部へ供給される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る数値制御装置の第１実施形態の構成を示しており、図４と同一の構成要素には同一符号を付し説明を簡略化する。
【０００９】
本実施形態において特徴的なことは、位置誤差量記憶部１４と位置誤差量算出部３との間がモード切換スイッチ１３によって接続されていることであり、モード切換スイッチ１３がクローズの場合には前記算出部３の位置誤差量がそのまま記憶部１４へ供給されることとなる。モード切換スイッチ１３によって、位置誤差補正データ記録モードと、通常モードとを区別する。モード切換スイッチ１３がクローズの場合は、位置誤差補正データ記録モードとなり、関数発生部２が発生する位置指令値ＰＳと、位置指令値ＰＳに同期して発生した位置誤差算出部３より算出される位置誤差量ＤＩＦＦは、位置誤差量記憶部１４に格納される。一方、モード切換スイッチ１３がオープンの場合は通常モードとなる。位置誤差量記憶部１４に記憶された位置誤差量に基づいて、任意の位置指令値に対する位置誤差補正データを補正データ演算部１２により生成する。その位置誤差補正データを関数発生に従い、位置指令値ＰＳに加算することにより位置検出器が固有に持つ位置検出値誤差に起因する位置誤差を補償する。
【００１０】
次に、本発明の位置誤差量検出動作原理について説明する。図３は一般的なＮＣ工作機械の位置制御ループの周波数特性を示すグラフである。一般的にＮＣ工作機械の位置制御ループの周波数応答は０〜３０Ｈｚ程度であり、それ以上の高速な指令に対しては機械は追従しない。仮に位置検出器９が固有に持つ位置検出値誤差がモータ１回転あたり１０回の周期を持つ成分であった場合を例にして説明する。関数発生部２がＮＣプログラムに従い、モータ８に１０００ｒｐｍの速い速度指令を与えた場合、位置検出器９が固有に持つ位置検出値誤差の周波数は
【数１】
１０００（ｒｐｍ）／６０（ｓｅｃ）×１０（回）＝１６６．７（Ｈｚ）
となる。
位置制御ループの周波数応答は前述した様に３０Ｈｚ程度であり、これに対して位置検出器９が固有に持つ位置検出値誤差の周波数が充分高い周波数となっているため、機械はこの誤差に追従することができない。よって位置検出器９が固有に持つ位置検出値誤差は、位置指令値に対する位置誤差量ＤＩＦＦとしてそのまま現われる。この位置誤差量の発生周期は数１で導きだされる１６６．７Ｈｚとなる。
仮に関数発生部２がＮＣプログラムに従い、モータに１００ｒｐｍの遅い速度指令を与えた場合には、位置検出器９が固有に持つ位置検出値誤差の周波数は
【数２】
１００（ｒｐｍ）／６０（ｓｅｃ）×１０（回）＝１６．７（Ｈｚ）
となる。
位置制御ループは位置検出器９が固有に持つ位置検出値誤差の周波数である１６．７Ｈｚに対して十分に追従できるため、位置検出値誤差は位置誤差量ＤＩＦＦとして現われない。
【００１１】
モード切換スイッチ１３をクローズして位置誤差補正データ記録モードとし、位置検出器９が固有に持つ位置検出値誤差の周波数が、位置制御ループが追従不能な高周波数帯になるようにモータ８を回転させ、この時に発生する位置誤差量ＤＩＦＦを記憶する。位置誤差量の記録が完了したら、モード切換スイッチ１３をオープンにして、通常モードとする。通常モードにおいては、記憶部１４に記憶された位置誤差量に基づいて、任意の位置指令値に対する位置誤差補正データを演算部１２により生成し、その位置誤差補正データを関数発生に従い、位置指令値ＰＳに加算して位置誤差補償を行なうことができる。
以上の様に、制御ループの外部から位置誤差を測定するための測定機器の設置、及び調整をすることなく、簡単に量を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る数値制御装置の構成を示す図である。
【図２】数値制御装置において位置検出器が固有に持つ位置検出値誤差の例を示す図である。
【図３】一般的なＮＣ工作機械の位置制御ループの周波数特性を示すグラフである。
【図４】従来の数値制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ パートプログラム記憶部、２ 関数発生部、３ 位置誤差量算出部、４ 速度フィードフォワード制御部、５ 位置制御部、６ 速度誤差量算出部、７ 速度・電流制御部、８ モータ、９ モータ位置検出器、１０，１４ 位置誤差量記憶部、１１ 位置誤差補正データ加算部、１２ 補正データ演算部、１３ モード切換スイッチ。

Claims (2)

1. 数値制御プログラムに基づいて関数発生部より発生する位置指令値と位置検出器により検出される位置検出値との差分である位置誤差量に基づいて、任意の位置指令値に対する位置誤差補正を行う数値制御装置において、
   サーボモータに与える位置指令値に基づき算出された速度指令を、位置検出器が固有にもつ位置検出値誤差の周波数が位置制御ループの追従不能な高周波数帯となる領域に設定し、この速度指令でサーボモータが駆動されたときの位置誤差量を前記位置指令値に対して記憶することを特徴とする数値制御装置の位置誤差量検出方法。
2. 数値制御プログラムに基づいて関数発生部より発生する位置指令値と位置検出器により検出される位置検出値との差分である位置誤差量に基づいて、任意の位置指令値に対する位置誤差補正を行う数値制御装置において、
   位置指令値と位置検出器との差分である位置誤差量に対して位置ループゲインを乗算することにより速度指令を発生する位置制御部と、
   位置誤差量を記憶する位置誤差量記憶部と、
   前記位置誤差量に基づいて任意の位置指令値に対する位置誤差補正データを生成する位置誤差補正データ演算部と、
   前記位置誤差補正データを位置指令値に加算する位置誤差補正データ加算器と、
   位置検出器が固有にもつ位置検出値誤差の周波数が位置制御ループの追従不能な高周波数帯となる速度をサーボモータに位置指令値として与えたときに前記位置制御部に供給される位置誤差量を前記位置誤差量記憶部へ供給するモード切換スイッチと、を含む数値制御装置の位置誤差量検出装置。