JP3930262B2

JP3930262B2 - 数値制御装置

Info

Publication number: JP3930262B2
Application number: JP2001127853A
Authority: JP
Inventors: 章人片岡
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2021-04-25
Also published as: JP2002323913A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動部または駆動機構の動作を示す数値データに基づいて可動部を動作させるよう駆動機構を制御する数値制御装置に関し、特に、可動部を備えた装置の共振を抑制するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の数値制御装置の一例を示すブロック図である。ここでは、例として、可動部を三つ備えた装置（例えば工作機械等）の可動部を、３個のサーボモータ（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）でそれぞれ駆動してその可動部の位置制御を行う数値制御装置において、ある１個のサーボモータ（例えば５Ｂ）に対して関数発生指令が行われる場合について説明する。上位制御装置１からの関数発生指令（例えば早送りのモード指令及び目標位置）が位置指令演算部２Ｂに入力される。位置指令演算部２Ｂは予め定められる加減速時間（換言すれば加速度あるいは減速度）で可動部を目標位置に移動させるための位置指令を生成する。ここで目標位置あるいは加減速時間などは数値データとして入力される。位置制御部３Ｂは、位置指令演算部２Ｂから位置指令を取得するとともに、サーボモータ５Ｂに取り付けられた位置センサ６Ｂからサーボモータ５Ｂの現在位置を取得する。そして位置制御部３Ｂは、この位置指令とサーボモータ５Ｂの現在位置とを一致させるように公知の位置制御手法を用いてトルク指令値を演算し、これをサーボモータ５Ｂに必要な電流指令値に変換してインバータ４Ｂに入力する。インバータ４Ｂはサーボモータ５Ｂに前記電流指令値に応じた電流を供給し、これによりサーボモータ５Ｂの位置が目標位置に一致するように制御される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の数値制御装置では、可動部を備えた装置の据付状態や設置場所の地盤の状態によっては、ワークやツールを交換して負荷イナーシャが増加したりした場合などに、モータの加減速時の衝撃によって可動部を備えた装置の一部または全体が大きく振動してしまうことがある。このような状態で動作させると位置指令と現在位置との誤差が増大するばかりでなく、可動部を備えた装置各部の寿命を短くする要因にもなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明にかかる数値制御装置は、可動部または駆動機構の動作を示す予め設定された数値データに基づいて可動部を動作させるよう駆動機構を制御する制御部を備えた数値制御装置において、可動部を備えた送り装置の共振周波数を予め取得し、予め設定された振動レベル閾値と共に記憶する記憶部と、送り装置の振動を検出する振動検出部と、を備え、前記制御部は、前記振動検出部から検出した振動の周波数と記憶部に記憶された共振周波数とを比較し、検出した振動周波数が共振周波数あるいはその逓倍の周波数であって、かつ、検出した振動の振幅が振動レベル閾値を超えた場合には、送り装置の共振と判定し、予め設定された前記数値データによる動作時の加速度とは異なる加速度で可動部が動作するよう駆動機構を制御する。
【０００５】
また本発明にかかる数値制御装置において、前記制御部は、前記振動検出部により可動部を備えた送り装置の共振が検出された際には、予め設定された前記数値データによる動作時の加速度を緩和して可動部が動作するよう駆動機構を制御する。
【０００６】
また本発明にかかる数値制御装置において、前記駆動機構はサーボモータを備え、前記制御部はトルク指令値によって前記サーボモータを制御し、前記振動検出部は前記トルク指令値の変動により可動部を備えた送り装置の振動を検出するのが好適である。
【０００７】
上記構成によれば、可動部を備えた送り装置の共振を検出してこれを抑制するように駆動機構を制御することができる。このため、位置指令と現在位置との誤差を減少させることができるとともに、可動部を備えた装置各部の寿命を長くすることができる。また、トルク指令値の変動によって振動を検出することにより、振動検出用の専用のセンサを設けずにすむ分、可動部を備えた送り装置の製作およびメンテナンスに要する手間およびコストを削減することができる。なお、以下、送り装置を単に装置ともいう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本実施形態にかかる数値制御装置のブロック図である。ここでは、一例として、複数（例えば三個）の可動部（例えばロボットアーム）を備えた装置（例えば工作機械等）の駆動機構（例えばサーボモータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）を駆動して可動部の位置制御を行う数値制御装置において、一つの駆動機構（例えばサーボモータ５Ｂ）に関数発生指令が行われる数値制御装置について説明する。
【０００９】
上位制御装置１からの関数発生指令（例えば早送りのモード指令及び目標位置）が位置指令演算部２Ｂに入力され、位置指令演算部２Ｂは、予め定められる加減速時間（換言すれば加速度あるいは減速度）で可動部を目標位置に移動させるための位置指令を生成する。ここで目標位置あるいは加減速時間などは数値データとして入力される。位置制御部３Ｂは、位置指令演算部２Ｂから位置指令を取得するとともに、サーボモータ５Ｂに取り付けられた位置センサ６Ｂからサーボモータ５Ｂの現在位置を取得する。そして位置制御部３Ｂは、この位置指令とサーボモータ５Ｂの現在位置とを一致させるように公知の位置制御手法を用いてトルク指令値を演算し、これをサーボモータ５Ｂに必要な電流指令値に変換してインバータ４Ｂに入力する。インバータ４Ｂはサーボモータ５Ｂに前記電流指令値に応じた電流を供給し、これによりサーボモータ５Ｂの位置が目標位置に一致するように制御される。なお、本実施形態では、上位制御装置１、位置指令演算部（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）、位置制御部（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）および後述する加減速時間変更部（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）が、数値制御装置の制御部に相当する。
【００１０】
また本実施形態にかかる数値制御装置は、振動検出部７（例えばトルクピックアップ，加速度ピックアップなど）を備える。この振動検出部７は、可動部を備えた装置の共振を検出する。より具体的には、この振動検出部７は図示しない記憶部を備え、この記憶部には、予め検査によって取得された可動部を備えた装置の共振周波数と、予め設定された振動レベル閾値と、が記憶されている。振動検出部７は、検出した振動の周波数と記憶部に記憶された共振周波数とを比較し、検出した振動の周波数が共振周波数あるいはその逓倍の周波数であって、しかも検出した振動の振幅が振動レベル閾値を超えていた場合には、可動部を備えた装置の共振が発生したと判別する。
【００１１】
また本実施形態にかかる数値制御装置は、加減速時間変更部（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）を備える。この加減速時間変更部（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）は、振動検出部７から可動部を備えた装置の共振が検出されたことを示す信号を受け取った場合には、可動部の加速時間および減速時間の変更（例えば増大）を指示する信号を、動作中（稼動中）の可動部および駆動機構に対応する位置指令演算部２Ｂに送信する。位置指令演算部２Ｂは、この信号の指示に従い、予め設定された加減速時間とは異なる加減速時間とする位置指令を位置制御部３Ｂに出力する。すなわち、本実施形態にかかる数値制御装置は、可動部を備えた装置の共振を検出した際には、可動部の加速度を変更して（例えば緩和して）可動部の動作に伴って生じる周波数を可動部を備えた装置の共振周波数からずらすことで、可動部を備えた装置の共振を抑制する。
【００１２】
実施の形態２．
図２は本実施形態にかかる数値制御装置のブロック図である。ここでは、一例として、複数（例えば三個）の駆動機構（例えばサーボモータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）を駆動して可動部（例えばロボットアーム）の位置制御を行う数値制御装置において、一つの駆動機構（例えばサーボモータ５Ｂ）に関数発生指令が行われる数値制御装置について説明する。ただし、本実施形態にかかる数値制御装置は、振動検出部７としてトルク指令値をモニタするトルクモニタ部９を備える点が上記実施の形態１と異なる。
【００１３】
上位制御装置１からの関数発生指令（例えば早送りのモード指令及び目標位置）が位置指令演算部２Ｂに入力され、位置指令演算部２Ｂは、予め定められる加減速時間（換言すれば加速度あるいは減速度）で可動部を目標位置に移動させるための位置指令を生成する。ここで目標位置あるいは加減速時間などは数値データとして入力される。位置制御部３Ｂは、位置指令演算部２Ｂから位置指令を取得するとともに、サーボモータ５Ｂに取り付けられた位置センサ６Ｂからサーボモータ５Ｂの現在位置を取得する。そして位置制御部３Ｂは、この位置指令とサーボモータ５Ｂの現在位置とを一致させるように公知の位置制御手法を用いてトルク指令値を演算し、これをサーボモータ５Ｂに必要な電流指令値に変換してインバータ４Ｂに入力する。インバータ４Ｂはサーボモータ５Ｂに前記電流指令値に応じた電流を供給し、これによりサーボモータ５Ｂの位置が目標位置に一致するように制御される。これらの構成および動作は上記実施の形態１と同様である。なお、本実施形態でも、上位制御装置１、位置指令演算部（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）、位置制御部（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）および加減速時間変更部（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）が、数値制御装置の制御部に相当する。
【００１４】
本実施形態にかかる数値制御装置は、振動検出部７としてトルク指令値をモニタするトルクモニタ部９を備える。より具体的には、トルクモニタ部９は、位置制御部（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）からインバータ（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）を通してサーボモータ（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）に指令されるトルク指令値を検出する。そして、トルクモニタ部９は、複数（例えば三つ）のトルク指令値が同じ周波数で振動した場合に可動部を備えた装置が共振したと判別する。可動部を備えた装置に設置した複数の振動検出部７で同じ周波数の振動が検出された場合（例えば、この場合のように、複数の可動部の振動を検出するトルクモニタ部９で同じ周波数の振動が検出された場合）には、それら複数の振動検出部７を備えた可動部を備えた装置に振動が生じている（すなわち可動部を備えた装置側で共振が発生している）と考えることができる。したがって、このような構成により、可動部を備えた装置の共振を検出することができる。なお、本実施形態では、トルク指令値により可動部を備えた装置の共振を検出する。このような構成とすることにより、可動部を備えた装置上に別途振動検出部７を設置した場合に比して、可動部を備えた装置の製作およびメンテナンスに要する手間およびコストを抑制することができる。
【００１５】
また、本実施形態にかかる数値制御装置は、加減速時間変更部（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）を備える。この加減速時間変更部（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）の動作は上記実施の形態１と同様である。
【００１６】
ここで、本実施形態にかかる数値制御装置において可動部を備えた装置の共振を抑制した一例について、図３を参照して説明する。図３の上段（矢印より上側）は可動部を備えた装置の共振発生時の波形を示し、下段（矢印より下側）は共振抑制時の波形を示す。また、各段において、それぞれ上側は各サーボモータ（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）の角速度ω、および下側は各サーボモータ（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ）に対するトルク指令値Ｔである。
【００１７】
サーボモータ５Ｂのみ、ある加減速時間で加速、定速、減速の一連の動作をさせた際、ワークやツールを交換して負荷イナーシャが増加したり、可動部を備えた装置の据付状態や地盤の状態によっては、例えばサーボモータ５Ｂの加減速時の衝撃により可動部を備えた装置全体が大きく振動してしまう（可動部を備えた装置の共振状態）。この時、サーボモータ５Ａ及びサーボモータ５Ｃは停止し続けようとするため、図３の上段に示すように、可動部を備えた装置全体の振動を打ち消す方向にトルク指令値が生成される。このとき、本実施形態にかかる数値制御装置では、上述したように加減速時間を変更する（例えば長くする）トルク指令値が生成されるので、可動部を備えた装置の共振は抑制され、サーボモータのトルク指令値の変動も低減する（図３の下段）。
【００１８】
なお、本発明は上記実施形態には限定されない。上記実施の形態２では、振動検出部７としてのトルクモニタ部９は、複数のトルク指令値が同じ周波数で振動したことにより可動部を備えた装置の共振を検出したが、これには限られず、上記実施の形態１の振動検出部７と同様に、検出した振動の周波数と記憶部に記憶された共振周波数とを比較し、検出した振動の周波数が共振周波数あるいはその逓倍の周波数であって、しかも検出した振動の振幅が振動レベル閾値を超えていた場合には、可動部を備えた装置の共振が発生したと判別してもよい。
【００１９】
また、可動部の負荷（例えばワークやツール等）毎に、共振を抑制することができた加減速パラメータ（例えば加減速時間等）を、図示しない記憶部に記憶させ、次回以降の処理動作時には、位置指令演算部（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）が、その記憶部から負荷に応じた加減速パラメータを読み出し、その加減速パラメータを用いた位置指令を生成するよう、数値制御装置を構成してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可動部を備えた装置の共振を検出してこれを抑制するように駆動機構を制御することができる。このため、位置指令と現在位置との誤差を減少させることができるとともに、可動部を備えた装置各部の寿命を長くすることができる。また、トルク指令値によって振動を検出することにより、振動検出用の専用のセンサを設けずにすむ分、可動部を備えた装置の製作およびメンテナンスに要する手間およびコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかる数値制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の第二の実施形態にかかる数値制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の第二の実施形態にかかる数値制御装置における各サーボモータの角速度およびトルク指令値の波形を示す図である。
【図４】従来の数値制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
１上位制御装置、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ位置指令算出部、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ位置制御部、４Ａ，４Ｂ，４Ｃインバータ、５Ａ，５Ｂ，５Ｃサーボモータ、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ位置センサ、７振動検出部、８Ａ，８Ｂ，８Ｃ加減速時間変更部、９トルクモニタ部。

Claims

可動部または駆動機構の動作を示す予め設定された数値データに基づいて可動部を動作させるよう駆動機構を制御する制御部を備えた数値制御装置において、
可動部を備えた送り装置の共振周波数を予め取得し、予め設定された振動レベル閾値と共に記憶する記憶部と、送り装置の振動を検出する振動検出部と、を備え、
前記制御部は、前記振動検出部から検出した振動の周波数と記憶部に記憶された共振周波数とを比較し、検出した振動周波数が共振周波数あるいはその逓倍の周波数であって、かつ、検出した振動の振幅が振動レベル閾値を超えた場合には、送り装置の共振と判定し、
予め設定された前記数値データによる動作時の加速度とは異なる加速度で可動部が動作するよう駆動機構を制御することを特徴とする数値制御装置。
請求項１に記載の数値制御装置において、
前記制御部は、前記振動検出部により可動部を備えた送り装置の共振が検出された際には、予め設定された前記数値データによる動作時の加速度を緩和して可動部が動作するよう駆動機構を制御することを特徴とする数値制御装置。
請求項１に記載の数値制御装置において、
前記駆動機構はサーボモータを備え、
前記制御部はトルク指令値によって前記サーボモータを制御し、
前記振動検出部は前記トルク指令値の変動により可動部を備えた送り装置の振動を検出することを特徴とする数値制御装置。