JP4318121B2 - Pulse output IC for motor drive - Google Patents
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Description
本発明は、入力データに応じたパターンのモータ駆動用パルスを出力するモータ駆動用パルス出力ＩＣに関し、詳しくは、電子カムの従節駆動用モータを自律的に駆動制御可能なモータ駆動用パルス出力ＩＣに関する。 The present invention relates to a motor drive pulse output IC that outputs a motor drive pulse having a pattern according to input data. More specifically, the present invention relates to a motor drive pulse output capable of autonomously controlling the follower drive motor of an electronic cam. Regarding IC .
ステッピングモータやサーボモータに代表されるパルス信号で駆動制御されるモータ（以下、単にモータという。）の普及に伴い、その駆動パルスを発生させるモータ駆動用パルス出力ＩＣが種々提案されている。この種のモータ駆動用パルス出力ＩＣは、制御データ（動作コマンド、目標位置データ、動作速度データなど）の入力に応じて、所定パターンのモータ駆動用パルスを出力するように構成されるため、モータを容易に制御できる。 With the widespread use of motors controlled by pulse signals represented by stepping motors and servo motors (hereinafter simply referred to as motors), various motor drive pulse output ICs for generating the drive pulses have been proposed. This type of motor drive pulse output IC is configured to output a predetermined pattern of motor drive pulses in response to input of control data (operation command, target position data, operation speed data, etc.). Can be controlled easily.
上記のモータ駆動用パルス出力ＩＣは、いわゆる電子カム制御システムにも適用することができる。電子カムとは、機械的なカム動作をモータの駆動制御によって再現するものであり、エンコーダ信号を取り込み、この信号に同期して予め設定されたカム形状のパルスを出力する機能を有し、そのカム形状はパソコン等で簡単に作成しカム形状データとして取り入れることができ、特に、与えられた速度指令にしたがって回転し、同時に変化回転量にも同期して多軸制御できることから工作機械分野で広く採用されている（例えば、特許文献１参照。）。以下、電子カムの概念について説明する。 The motor driving pulse output IC can also be applied to a so-called electronic cam control system. An electronic cam reproduces mechanical cam operation by motor drive control, and has a function of capturing an encoder signal and outputting a preset cam-shaped pulse in synchronization with this signal. The cam shape can be easily created on a personal computer and imported as cam shape data. In particular, it can be rotated in accordance with a given speed command, and at the same time can be controlled in multi-axis in synchronization with the amount of change rotation. (For example, refer to Patent Document 1). Hereinafter, the concept of the electronic cam will be described.
図５の（Ａ）、（Ｂ）は、電子カムの概念を示す説明図である。図５の（Ａ）に示すように、機械カム１００は、主軸１０１、カム１０２及び従節１０３から構成されており、カム１０２は、回転運動を直線運動に変える一つの手段として、１サイクル中の所望の動作カーブ（変位曲線）に対応した形状で作成され、その周上に従節１０３をおき、カム１０２を回転させることで所望の直線運動を得ることによって、主軸１０１の回転を機械的に従節１０３の変位に変換するものである。一方、電子カムは、図５の（Ｂ）に示すように、主軸回転角度（例えばエンコーダ信号）に対する従節位置（従節駆動用モータの目標位置）をデータ（電子カム形状データ）として保持し、カム形状の制御対象となる従節駆動用モータを、任意の主軸回転角度に対して、その回転角度に対応する位置まで駆動制御することにより、機械カム１００と同等の従節動作を実現するものである。 5A and 5B are explanatory views showing the concept of the electronic cam. As shown in FIG. 5A, the mechanical cam 100 includes a main shaft 101, a cam 102, and a follower 103. The cam 102 is used as one means for changing the rotational motion into a linear motion during one cycle. The main shaft 101 is mechanically rotated by obtaining a desired linear motion by rotating the cam 102 by placing the follower 103 on the circumference thereof and by creating a shape corresponding to the desired motion curve (displacement curve). To the displacement of the follower 103. On the other hand, as shown in FIG. 5B, the electronic cam holds the follower position (target position of the follower drive motor) with respect to the main shaft rotation angle (eg, encoder signal) as data (electronic cam shape data). By following the drive control of the follower drive motor, which is the object of cam shape control, to a position corresponding to the rotation angle with respect to an arbitrary spindle rotation angle, a follower operation equivalent to the mechanical cam 100 is realized. Is.
図６は、従来のモータ駆動用パルス出力ＩＣを、特許文献１の主軸回転制御回路部に採用した工作機械に適用させた例を示している。この図に示される電子カム制御システム２００は、ＣＰＵ２０１や記憶部２０２を備える制御ユニット２０３と、ステッピングモータとしての主軸駆動用モータ２０４及び複数の従節駆動用モータ２０５と、主軸の回転角度を検出するエンコーダ２０６と、主軸駆動用モータ２０４や従節駆動用モータ２０５の駆動パルスを出力するモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０７、２０８と、モータ駆動用パルス出力ＩＣ２０７、２０８の出力パルスに応じて主軸駆動用モータ２０４や従節駆動用モータ２０５を駆動させる駆動回路２０９とを備えて構成されている。 FIG. 6 shows an example in which a conventional motor drive pulse output IC is applied to a machine tool employed in the spindle rotation control circuit section of Patent Document 1. The electronic cam control system 200 shown in this figure detects a rotation angle of a spindle, a control unit 203 including a CPU 201 and a storage unit 202, a spindle driving motor 204 as a stepping motor, and a plurality of follower driving motors 205. Encoder drive 206, motor drive pulse output ICs 207 and 208 for outputting drive pulses of the spindle drive motor 204 and follower drive motor 205, and spindle drive according to the output pulses of the motor drive pulse output ICs 207 and 208 And a drive circuit 209 for driving the motor 204 and the follower drive motor 205.
ＣＰＵ２０１は、まず、記憶部２０２に記憶される動作手順データをもとに、主軸駆動用の制御データをモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０７に出力し、主軸駆動用モータ２０４を所定のパターンで駆動させる。主軸駆動用モータ２０４が駆動すると、主軸の回転角度がエンコーダ２０６により検出され、ＣＰＵ２０１にフィードバックされる。エンコーダ信号を入力したＣＰＵ２０１は、記憶部２０２に記憶されるカムデータを参照して、主軸回転角度に応じた各従節駆動用モータ２０５の目標位置を計算し、これをモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０８にデータ出力する。これにより、従節駆動用モータ２０５は、主軸回転に同期しながら、所定のパターンで駆動し、所定のカム形状パターンで従節を変位させる。 First, the CPU 201 outputs control data for driving the spindle to the motor drive pulse output IC 207 based on the operation procedure data stored in the storage unit 202 to drive the spindle drive motor 204 in a predetermined pattern. When the spindle driving motor 204 is driven, the rotation angle of the spindle is detected by the encoder 206 and fed back to the CPU 201. The CPU 201 to which the encoder signal is input refers to the cam data stored in the storage unit 202, calculates the target position of each follower drive motor 205 according to the spindle rotation angle, and uses this to calculate the motor drive pulse output IC 208. Output data to. Accordingly, the follower driving motor 205 is driven in a predetermined pattern while being synchronized with the rotation of the main shaft, and displaces the follower in a predetermined cam shape pattern.
しかしながら、上記のように構成された電子カム制御システム２００では、従節駆動用モータ２０５の目標位置を、ＣＰＵ２０１が計算し、このデータに基づいて各従節駆動用モータ２０５をソフトウエア制御しているため、ＣＰＵ２０１の負担が大きい。これは、制御対象の従節駆動用モータ２０５が多くなるほど顕著となり、ソフトウエア処理時間の遅れ等により同期制御処理が遅延するなどの問題を招来する。そのため、主軸回転に対する従節駆動用モータ２０５の応答性能がＣＰＵ２０１の処理能力に依存してしまい、処理能力の高い高価なＣＰＵが必要になるという問題がある。 However, in the electronic cam control system 200 configured as described above, the CPU 201 calculates the target position of the follower drive motor 205 and software controls each follower drive motor 205 based on this data. Therefore, the burden on the CPU 201 is large. This becomes more conspicuous as the number of follower drive motors 205 to be controlled increases, resulting in problems such as a delay in synchronous control processing due to a delay in software processing time or the like. Therefore, there is a problem that the response performance of the follower drive motor 205 with respect to the spindle rotation depends on the processing capability of the CPU 201, and an expensive CPU with high processing capability is required.
そこで、電子カム形状データ及び主軸回転角度情報の入力に応じて、従節駆動用モータを自律的に駆動制御可能なモータ駆動用パルス出力ＩＣの開発が提案される。しかしながら、このようなモータ駆動用パルス出力ＩＣを用いた電子カム制御システムでは、主軸の回転スタートと同時に従節駆動用モータの駆動制御がスタートするため、様々な不都合が想定される。 Therefore, it is proposed to develop a motor drive pulse output IC capable of autonomously controlling the follower drive motor in accordance with the input of the electronic cam shape data and the spindle rotation angle information. However, in the electronic cam control system using such a motor drive pulse output IC, the drive control of the follower drive motor starts simultaneously with the start of rotation of the main shaft, so various inconveniences are assumed.
例えば、主軸回転スタート直後は、加速動作によって主軸回転速度が不安定になるため、主軸の回転スタートと同時に従節駆動用モータの駆動制御をスタートさせると、電子カム動作にムラが発生するという問題がある。また、主軸の回転スタートと同時に従節駆動用モータの駆動制御をスタートさせると、主軸により動作される部材と、従節駆動用モータにより動作される部材とが干渉し、電子カム動作をスタートできないというケースも想定される。
本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、主軸回転に応じて従節駆動用モータを所定のカム形状パターンで駆動制御するものでありながら、従節駆動用モータをＣＰＵからの指令によらず自律的に駆動制御することにより、ＣＰＵの負担を軽減でき、しかも、従節駆動用モータの駆動制御を任意の主軸回転角度からスタートさせることができるモータ駆動用パルス出力ＩＣの提供を目的とする。 The present invention was devised to eliminate the problems as described above, and controls the drive of a follower drive motor in accordance with a predetermined cam shape pattern in accordance with the rotation of the spindle. By controlling the motor autonomously regardless of the command from the CPU, the burden on the CPU can be reduced, and the drive control of the follower drive motor can be started from an arbitrary spindle rotation angle. An object is to provide a pulse output IC .
上記課題を解決するために本発明のモータ駆動用パルス出力ＩＣは、ＣＰＵからの制御データが入力されるＣＰＵインタフェース回路と、主軸モータ用の駆動パルスを出力する電子カム主軸制御回路と、従節モータ用の駆動パルスを出力する電子カム従節制御回路と、モータ駆動パルスが入力される入出力ラインインタフェース回路とを備え、該入出力ラインインタフェース回路に実装されるモータに、入力データに応じたパターンのモータ駆動用パルスを出力するモータ駆動用パルス出力ＩＣであって、前記電子カム従節制御回路は、電子カムの形状データを記憶するカムデータ記憶部と、電子カムの主軸回転角度又は主軸回転位置を入力し、これを主軸情報として管理する主軸情報管理部と、電子カムの形状データ及び主軸情報をもとに、適用するカム半径の計算を行うと共に、このカム半径に対応するモータ目標位置の計算を行うカム半径・モータ目標位置計算部と、前記入出力ラインインタフェース回路に実装される電子カムの従節駆動用モータに対して、前記モータ目標位置まで動作させるためのモータ駆動用パルスを出力するモータ駆動用パルス出力部とを備え、前記入出力ラインインタフェース回路を介して電子カムの主軸情報を取り込むことで、前記従節駆動用モータをＣＰＵからの指令によらず自律的に駆動制御すべく構成され、更に、前記電子カム従節制御回路には、前記従節駆動用モータの駆動制御がスタートされるべき主軸回転角度情報を保持するスタート角度保持回路と、該スタート角度保持回路の保持角度と、前記入出力ラインインタフェース回路を介して主軸情報として取り込みした現在の主軸回転角度を比較し、これらが一致したとき前記電子カム従節制御回路に対してモータ駆動制御のスタートを指示するスタート判定回路とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a motor drive pulse output IC of the present invention includes a CPU interface circuit to which control data from a CPU is input, an electronic cam spindle control circuit for outputting drive pulses for a spindle motor, and a follower. An electronic cam follower control circuit that outputs a drive pulse for the motor and an input / output line interface circuit to which the motor drive pulse is input, and the motor mounted on the input / output line interface circuit according to the input data A motor drive pulse output IC for outputting a motor drive pulse of a pattern, wherein the electronic cam follower control circuit includes a cam data storage unit for storing shape data of the electronic cam, a spindle rotation angle of the electronic cam, or a spindle Based on spindle information management unit that inputs rotational position and manages this as spindle information, and shape data and spindle information of electronic cam A cam radius / motor target position calculation unit for calculating a cam radius to be applied and calculating a motor target position corresponding to the cam radius, and a follower drive for an electronic cam mounted on the input / output line interface circuit A motor driving pulse output unit for outputting a motor driving pulse for operating the motor to the motor target position, and taking in the spindle information of the electronic cam via the input / output line interface circuit, The follower drive motor is configured to autonomously control the drive regardless of a command from the CPU, and the electronic cam follower control circuit should start the drive control of the follower drive motor. A start angle holding circuit for holding spindle rotation angle information, a holding angle of the start angle holding circuit, and the input / output line interface circuit; And a start determination circuit for comparing the current spindle rotation angle fetched as spindle information and instructing the electronic cam follower control circuit to start motor drive control when they match. .
本発明におけるモータ駆動用パルス出力ＩＣは、主軸回転角度に応じて従節駆動用モータを所定のカム形状パターンで駆動制御するものでありながら、電子カム従節制御回路自身が、スタート判定回路によるモータ駆動制御のスタート指示を受けて、従節駆動用モータをＣＰＵからの指令によらなくとも自律的に駆動制御することが可能になる。これにより、主軸回転に対する従節駆動用モータの応答性能がＣＰＵの処理能力に依存しないだけでなく、ＩＣによる高速処理によって従節駆動用モータの応答性能を飛躍的に高めることができる。しかも、従節駆動用モータの駆動制御を任意の主軸回転角度からスタートさせることができるので、スタート時における電子カムの動作ムラや動作不良を防止できる。 The motor drive pulse output IC in the present invention controls the follower drive motor with a predetermined cam shape pattern according to the main shaft rotation angle, but the electronic cam follower control circuit itself uses the start determination circuit. In response to the start instruction of the motor drive control, it becomes possible to autonomously control the follower drive motor without depending on a command from the CPU. As a result, the response performance of the follower drive motor with respect to the spindle rotation does not depend on the processing capability of the CPU, and the response performance of the follower drive motor can be dramatically improved by high-speed processing by the IC. In addition, since the drive control of the follower drive motor can be started from an arbitrary main shaft rotation angle, uneven operation and malfunction of the electronic cam at the start can be prevented.
以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示するモータ駆動用パルス出力ＩＣを図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るモータ駆動用パルス出力ＩＣを適用した電子カム制御システムのブロック図である。この図に示すように、電子カム制御システム１は、電子カムの主軸を駆動させる主軸駆動用モータ１０Ａと、電子カムの従節を駆動させる複数の従節駆動用モータ１０Ｂと、主軸駆動用モータ１０Ａ及び従節駆動用モータ１０Ｂの駆動パルスを出力するモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０と、該モータ駆動用パルス出力ＩＣ２０に制御データを入力するＣＰＵ３０と、主軸の回転角度又は回転位置を検出するエンコーダ４０と、モータ駆動用パルス出力ＩＣ２０の出力パルスに応じて、主軸駆動用モータ１０Ａや従節駆動用モータ１０Ｂを動作させる駆動回路５０とを備えて構成されている。 Hereinafter, a motor drive pulse output IC illustrating an embodiment of the present invention as a preferred embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an electronic cam control system to which a motor drive pulse output IC according to an embodiment of the present invention is applied. As shown in this figure, an electronic cam control system 1 includes a main shaft drive motor 10A for driving the main shaft of the electronic cam, a plurality of follower drive motors 10B for driving the followers of the electronic cam, and a main shaft drive motor. Motor drive pulse output IC 20 for outputting drive pulses of 10A and follower drive motor 10B, CPU 30 for inputting control data to the motor drive pulse output IC 20, and encoder 40 for detecting the rotation angle or rotation position of the spindle And a drive circuit 50 for operating the spindle drive motor 10A and the follower drive motor 10B in accordance with the output pulse of the motor drive pulse output IC20.
モータ１０Ａ、１０Ｂは、ステッピングモータ、サーボーモータなどのパルス駆動モータである。本実施形態で採用されるステッピングモータは、駆動パルスの周波数に比例する速度で回転し、その回転量が駆動パルス数に比例するという特性を備える。 The motors 10A and 10B are pulse drive motors such as stepping motors and servo motors. The stepping motor employed in this embodiment has a characteristic that it rotates at a speed proportional to the frequency of the drive pulse, and the amount of rotation is proportional to the number of drive pulses.
ＣＰＵ３０は、例えば、１６ビットのデータ入出力端子及び４ビットのアドレス出力端子を備える。データ入出力端子は、モータ駆動用パルス出力ＩＣ２０との間で制御データの入出力を行い、また、アドレス出力端子は、制御データの書き込み先指定や読み込み先指定に使用される。ＣＰＵ３０が出力する制御データには、動作コマンド、レジスタ制御コマンド、レジスタ書き込みデータなどがある。 The CPU 30 includes, for example, a 16-bit data input / output terminal and a 4-bit address output terminal. The data input / output terminal inputs / outputs control data to / from the motor drive pulse output IC 20, and the address output terminal is used to specify a write destination or a read destination of the control data. The control data output from the CPU 30 includes operation commands, register control commands, register write data, and the like.
動作コマンドは、モータ１０Ａ、１０Ｂの動作を指定するコマンドであり、スタートコマンド、停止コマンド、速度変更コマンドなどが含まれる。レジスタ書き込みデータは、モータ１０Ａ、１０Ｂの動作条件を指定するデータであり、目標位置データ、初期速度データ、目標速度データ、加速レートデータ、減速レートデータ、減速開始位置データなどの主軸制御用データや、カム形状データ、スタート角度データなどの従節制御用データが含まれる。これらのレジスタ書き込みデータをモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０に書き込む際には、レジスタ制御コマンドによって書き込み先のレジスタが指定される。 The operation command is a command for designating the operation of the motors 10A and 10B, and includes a start command, a stop command, a speed change command, and the like. The register write data is data for designating the operating conditions of the motors 10A and 10B, such as spindle control data such as target position data, initial speed data, target speed data, acceleration rate data, deceleration rate data, and deceleration start position data. Follower control data such as cam shape data and start angle data. When writing these register write data to the motor drive pulse output IC 20, the register of the write destination is specified by the register control command.
図１に示すように、モータ駆動用パルス出力ＩＣ２０は、ＣＰＵインタフェース回路２１、入出力ラインインタフェース回路２２、電子カム主軸制御回路２３、電子カム従節制御回路２４、主軸回転角度管理回路２５、スタート角度保持回路２６及びスタート判定回路２７を備える。特に、本実施形態のモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０は、複数の電子カム従節制御回路２４を備えると共に、電子カム従節制御回路２４毎に、スタート角度保持回路２６及びスタート判定回路２７が設けられている。 As shown in FIG. 1, the motor drive pulse output IC 20 includes a CPU interface circuit 21, an input / output line interface circuit 22, an electronic cam spindle control circuit 23, an electronic cam follower control circuit 24, a spindle rotation angle management circuit 25, a start. An angle holding circuit 26 and a start determination circuit 27 are provided. In particular, the motor drive pulse output IC 20 of this embodiment includes a plurality of electronic cam follower control circuits 24, and a start angle holding circuit 26 and a start determination circuit 27 are provided for each electronic cam follower control circuit 24. ing.
ＣＰＵインタフェース回路２１は、ＣＰＵ３０が出力した動作コマンド、レジスタ制御コマンドなどを格納するコマンド格納部や、ＣＰＵ３０が出力したレジスタ書き込みデータなどを一時的に格納する入出力バッファを備えており、入出力バッファに格納されたレジスタ書き込みデータは、レジスタ制御コマンドに基づいて、所定のレジスタに書き込まれる。また、入出力バッファに格納された動作コマンドは、モータ停止時であれば、直ちに各制御回路２３、２４へ送られ、モータ動作中であれば、次動作用として待機する。 The CPU interface circuit 21 includes a command storage unit that stores operation commands, register control commands, and the like output from the CPU 30, and an input / output buffer that temporarily stores register write data output from the CPU 30, and the like. The register write data stored in is written to a predetermined register based on a register control command. The operation command stored in the input / output buffer is immediately sent to each control circuit 23, 24 when the motor is stopped, and waits for the next operation when the motor is operating.
入出力ラインインタフェース回路２２は、各制御回路２３、２４から出力される駆動パルスをモータ１０Ａ、１０Ｂ（駆動回路５０）に出力する出力回路や、エンコーダ４０の信号を入力する入力回路を備える。なお、サーボーモータ等のように動作の監視を要するモータを用いる場合には、特許文献１に開示された如くセットされたエンコーダにより、その動作結果（位置データ）を各駆動回路５０へフィードバック出力するようにする。 The input / output line interface circuit 22 includes an output circuit that outputs drive pulses output from the control circuits 23 and 24 to the motors 10A and 10B (drive circuit 50), and an input circuit that inputs signals of the encoder 40. When a motor that requires operation monitoring such as a servo motor is used, the operation result (position data) is fed back to each drive circuit 50 by an encoder set as disclosed in Patent Document 1. To.
図２は、本発明の実施形態に係るモータ駆動用パルス出力ＩＣの電子カム主軸制御回路を示すブロック図である。この図に示すように、電子カム主軸制御回路２３は、データ記憶部２３ａ、コントロール部２３ｂ、モータ駆動用パルス出力部２３ｃ、カウンタ部２３ｄなどを備える。 FIG. 2 is a block diagram showing the electronic cam spindle control circuit of the motor drive pulse output IC according to the embodiment of the present invention. As shown in this figure, the electronic cam spindle control circuit 23 includes a data storage unit 23a, a control unit 23b, a motor drive pulse output unit 23c, a counter unit 23d, and the like.
データ記憶部２３ａは、目標位置データ、初期速度データ、動作速度データ、加速レートデータ、減速レートデータ、減速開始位置データなどのモータ動作パラメータを記憶保持する各種のレジスタを備える。各レジスタには、モータ動作完了時（一つの動作ブロック完了時）にＦＩＦＯ動作（ファーストイン・ファーストアウト動作）する第一プリレジスタ及び第二プリレジスタが接続されており、各プリレジスタに、次動作、次々動作のデータを予め書き込むことができる。これにより、動作条件が異なる複数の位置決め動作を連続的に実行することが可能になる。 The data storage unit 23a includes various registers that store and hold motor operation parameters such as target position data, initial speed data, operation speed data, acceleration rate data, deceleration rate data, and deceleration start position data. Each register is connected to a first pre-register and a second pre-register that perform a FIFO operation (first-in / first-out operation) when the motor operation is completed (when one operation block is completed). Data of operations and operations can be written in advance. This makes it possible to continuously execute a plurality of positioning operations with different operating conditions.
コントロール部２３ｂは、動作コマンド、レジスタ値、カウンタ値などに基づいて、モータ駆動用パルス出力部２３ｃにモータ駆動パルスの出力を指示する部分である。モータ駆動用パルス出力部２３ｃは、コントロール部２３ｂからの指示に従い、各種パラメータに応じた速度、移動量のモータ駆動パルスを発生させ、これを入出力ラインインタフェース回路２２に出力する部分である。カウンタ部２３ｄは、モータ駆動用パルス出力部２３ｃが出力するモータ駆動パルス、或いは、エンコーダ４０のモータ回転検出パルスをカウントする部分である。 The control unit 23b is a part that instructs the motor drive pulse output unit 23c to output a motor drive pulse based on an operation command, a register value, a counter value, and the like. The motor drive pulse output unit 23 c is a part that generates motor drive pulses with speeds and movement amounts according to various parameters in accordance with instructions from the control unit 23 b and outputs them to the input / output line interface circuit 22. The counter unit 23d is a part that counts the motor drive pulse output from the motor drive pulse output unit 23c or the motor rotation detection pulse of the encoder 40.
図３は、本発明の実施形態に係るモータ駆動用パルス出力ＩＣの電子カム従節制御回路を示すブロック図である。この図に示すように、電子カム従節制御回路２４は、カムデータ記憶部２４ａ、主軸情報管理部２４ｂ、コントロール部２４ｃ、カム半径・モータ目標位置計算部２４ｄ、モータ駆動用パルス出力部２４ｅなどを備える。 FIG. 3 is a block diagram showing an electronic cam follower control circuit of the motor drive pulse output IC according to the embodiment of the present invention. As shown in this figure, the electronic cam follower control circuit 24 includes a cam data storage unit 24a, a spindle information management unit 24b, a control unit 24c, a cam radius / motor target position calculation unit 24d, a motor drive pulse output unit 24e, and the like. Is provided.
カムデータ記憶部２４ａは、電子カムの形状データを記憶保持するレジスタを備える。電子カムの形状データは、主軸回転角度に対する従節駆動用モータ１０Ｂの目標位置（カム半径）を示すものである。例えば、図５の（Ｂ）に示すカム動作（従節動作）を行う場合は、カム形状の変化点となる５点（Ａ〜Ｅ）のデータ（主軸回転角度データと、それに対応するカム半径データで１点分）がカムデータ記憶部２４ａに書き込まれる。 The cam data storage unit 24a includes a register that stores and holds shape data of the electronic cam. The shape data of the electronic cam indicates the target position (cam radius) of the follower driving motor 10B with respect to the main shaft rotation angle. For example, when the cam operation (follower operation) shown in FIG. 5B is performed, data of five points (A to E) serving as cam shape change points (main shaft rotation angle data and corresponding cam radius) 1 point of data) is written in the cam data storage unit 24a.
主軸情報管理部２４ｂは、主軸回転角度又は主軸回転位置を入力し、これを主軸情報として管理する部分である。本実施形態では、エンコーダ４０の検出パルスを主軸情報として入力するが、電子カム主軸制御回路２３のカウンタ部２３ｄにおいてカウントされる主軸駆動用モータ１０Ａの駆動パルスカウント値を主軸情報として入力するようにしてもよい。この様にすると、エンコーダ４０のパルス信号と主軸モータ駆動用パルス信号の何れの信号も主軸情報として用いることができ、従節駆動用モータ１０Ｂを動作させるために設けられるような場合に、単に回転するだけのエンコーダ４０や駆動回路５０を含む主軸駆動用モータ１０Ａそのものを、必要に応じて不要とすることが可能となる。また、コントロール部２４ｃは、動作コマンドに応じて、カムデータ記憶部２４ａや主軸情報管理部２４ｂからデータ（電子カム形状データや主軸情報）を読み出し、これらのデータをカム半径・モータ目標位置計算部２４ｄに出力する部分である。 The spindle information management unit 24b is a part that inputs a spindle rotation angle or a spindle rotation position and manages this as spindle information. In this embodiment, the detection pulse of the encoder 40 is input as spindle information, but the drive pulse count value of the spindle driving motor 10A counted by the counter unit 23d of the electronic cam spindle control circuit 23 is input as spindle information. May be. In this way, either the pulse signal of the encoder 40 or the pulse signal for driving the main shaft motor can be used as main shaft information, and when it is provided to operate the follower driving motor 10B, it is simply rotated. The spindle drive motor 10A itself including the encoder 40 and the drive circuit 50 that can be made can be made unnecessary if necessary. In addition, the control unit 24c reads data (electronic cam shape data and spindle information) from the cam data storage unit 24a and the spindle information management unit 24b in accordance with the operation command, and reads these data into the cam radius / motor target position calculation unit This is the part that outputs to 24d.
カム半径・モータ目標位置計算部２４ｄは、電子カムの形状データ及び主軸情報をもとに、適用するカム半径の計算を行うと共に、このカム半径に対応する従節駆動用モータ１０Ｂの目標位置計算を行う部分である。ここで計算されたモータ目標位置をモータ駆動用パルス出力部２４ｅに出力すると、従節駆動用モータ１０Ｂを目標位置まで動作させるためのモータ駆動用パルスがモータ駆動用パルス出力部２４ｅから出力される。これにより、従節駆動用モータ１０Ｂは、主軸回転に同期しながら、所定のカム形状パターンで駆動制御される。 The cam radius / motor target position calculator 24d calculates the cam radius to be applied based on the electronic cam shape data and spindle information, and calculates the target position of the follower drive motor 10B corresponding to the cam radius. It is a part to do. When the calculated motor target position is output to the motor drive pulse output unit 24e, a motor drive pulse for operating the follower drive motor 10B to the target position is output from the motor drive pulse output unit 24e. . Accordingly, the follower drive motor 10B is driven and controlled with a predetermined cam shape pattern in synchronization with the rotation of the main shaft.
主軸回転角度管理回路２５は、主軸回転角度を管理する部分である。本実施形態では、エンコーダ４０の検出パルスを主軸回転角度情報として入力するが、電子カム主軸制御回路２３のカウンタ部２３ｄにおいてカウントされる主軸駆動用モータ１０Ａの駆動パルスカウント値を主軸回転角度情報として入力するようにしてもよい。スタート角度保持回路２６は、電子カム従節制御回路２４毎に設けられ、従節駆動用モータ１０Ｂの駆動制御がスタートされるべき主軸回転角度情報を保持する。この主軸回転角度情報は、ＣＰＵインタフェース回路２１を介してＣＰＵ３０から書き込まれる。スタート判定回路２７は、電子カム従節制御回路２４毎に設けられ、スタート角度保持回路２６の保持角度と現在の主軸回転角度を比較し、これらが一致したとき電子カム従節制御回路２４に対してモータ駆動制御のスタートを指示する。これにより、各従節駆動用モータ１０Ｂの駆動制御を任意の主軸回転角度からスタートさせることができ、その結果、スタート時における電子カムの動作ムラや動作不良を防止することが可能になる。
The spindle rotation angle management circuit 25 is a part that manages the spindle rotation angle. In the present embodiment, the detection pulse of the encoder 40 is input as spindle rotation angle information, but the drive pulse count value of the spindle drive motor 10A counted by the counter unit 23d of the electronic cam spindle control circuit 23 is used as spindle rotation angle information. You may make it input. The start angle holding circuit 26 is provided for each electronic cam follower control circuit 24, and holds spindle rotation angle information at which drive control of the follower drive motor 10B is to be started. This spindle rotation angle information is written from the CPU 30 via the CPU interface circuit 21. The start determination circuit 27 is provided for each electronic cam follower control circuit 24. The start determination circuit 27 compares the holding angle of the start angle holding circuit 26 with the current main shaft rotation angle. To start motor drive control. As a result, the drive control of each follower drive motor 10B can be started from an arbitrary main shaft rotation angle, and as a result, it is possible to prevent uneven operation and malfunction of the electronic cam at the start.
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、電子カム制御を行う場合、まず、主軸駆動用モータ１０Ａの動作パラメータ及び各従節駆動用モータ１０Ｂのカムデータを、ＣＰＵ３０からモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０に送る。このとき、主軸駆動用モータ１０Ａの動作パラメータは、電子カム主軸制御回路２３のデータ記憶部２３ａに記憶され、各従節駆動用モータ１０Ｂのカムデータは、電子カム従節制御回路２４のカムデータ記憶部２４ａに記憶される。その後、ＣＰＵ３０からモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０にスタートコマンドを送ると、電子カム主軸制御回路２３が動作パラメータに応じたモータ駆動パルスを出力し、主軸駆動用モータ１０Ａを動作させる。 In the embodiment of the present invention configured as described above, when the electronic cam control is performed, first, the operating parameters of the spindle driving motor 10A and the cam data of each follower driving motor 10B are obtained from the CPU 30 as motor driving pulses. Send to output IC20. At this time, the operation parameters of the spindle drive motor 10A are stored in the data storage unit 23a of the electronic cam spindle control circuit 23, and the cam data of each follower drive motor 10B is the cam data of the electronic cam follower control circuit 24. It is stored in the storage unit 24a. Thereafter, when a start command is sent from the CPU 30 to the motor drive pulse output IC 20, the electronic cam spindle control circuit 23 outputs a motor drive pulse corresponding to the operation parameter to operate the spindle drive motor 10A.
一方、電子カム従節制御回路２４は、エンコーダ４０の検出パルスにより主軸回転角度を認識すると共に、この主軸回転角度と記憶したカムデータをもとに、カム半径及びモータ目標位置の計算を行い、モータ目標位置に対応するモータ駆動パルスを出力する。これにより、従節駆動用モータ１０Ｂは、速度指令により与えられる主軸回転に同期し、かつ回転量変化に追随しながら、所定のカムパターンに応じた従節動作を実行することになる。
なお、モータ１０Ａが実装されない仮想主軸として構成された場合には、電子カム主軸制御回路２３からのモータ駆動パルスを、エンコーダ４０のパルスカウント信号に相当する仮想化された主軸信号として代用し、これを主軸情報として取り込むことで主軸回転角度を認識することができる。
On the other hand, the electronic cam follower control circuit 24 recognizes the main shaft rotation angle from the detection pulse of the encoder 40, calculates the cam radius and the motor target position based on the main shaft rotation angle and the stored cam data, A motor drive pulse corresponding to the motor target position is output. As a result, the follower drive motor 10B performs a follower operation according to a predetermined cam pattern while synchronizing with the rotation of the main spindle given by the speed command and following the change in the rotation amount.
When the motor 10A is configured as a virtual spindle that is not mounted, the motor drive pulse from the electronic cam spindle control circuit 23 is used as a virtual spindle signal corresponding to the pulse count signal of the encoder 40. Can be recognized as the spindle information to recognize the spindle rotation angle.
上記の電子カム制御によれば、主軸駆動用モータ１０Ａの駆動制御がスタートするのと同時に従節駆動用モータ１０Ｂの駆動制御がスタートすることになるが、本発明のモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０によれば、従節駆動用モータ１０Ｂの駆動制御がスタートされるべき主軸回転角度を任意に設定することができる。このような電子カム制御を行う場合は、従節駆動用モータ１０Ｂの駆動制御がスタートされるべき主軸回転角度データを、予めＣＰＵ３０からモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０に送り、スタート角度保持回路２６に保持させる。そして、主軸駆動用モータ１０Ａの駆動をスタートさせると、スタート判定回路２７が、スタート角度保持回路２６の保持角度と現在の主軸回転角度を比較し、これらが一致したとき電子カム従節制御回路２４に対してモータ駆動制御のスタートを指示する。これにより、各従節駆動用モータ１０Ｂの駆動制御を任意の主軸回転角度からスタートさせることが可能になる。 According to the above electronic cam control, the drive control of the follower drive motor 10B starts simultaneously with the start of the drive control of the spindle drive motor 10A. According to this, it is possible to arbitrarily set the spindle rotation angle at which drive control of the follower drive motor 10B is to be started. When such electronic cam control is performed, spindle rotation angle data for starting drive control of the follower drive motor 10B is sent in advance from the CPU 30 to the motor drive pulse output IC 20 and held in the start angle holding circuit 26. Let When the driving of the spindle driving motor 10A is started, the start determination circuit 27 compares the holding angle of the start angle holding circuit 26 with the current spindle rotation angle, and when they match, the electronic cam follower control circuit 24 is matched. Is instructed to start motor drive control. As a result, the drive control of each follower drive motor 10B can be started from an arbitrary main shaft rotation angle.
例えば、図４に示すように、本発明のモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０による電子カム制御システムを、機械式カムの研磨作業システムに適用した場合について考えてみる。このような作業システムは、研磨したい機械式カムを主軸駆動用モータ１０Ａで回転させ、その表面形状に合わせて直線的に変位する砥石を従節駆動用モータ１０Ｂで位置制御すれば実現できる（図４（Ａ）及び（Ｂ）参照。）。ここで、従節駆動用モータ１０Ｂのスタートタイミングについて検討すると、そのスタートは、主軸が一定速度になってからが好ましい。これは、主軸をサーボオン状態で停止させたり、加減速動作を行うときの速度変動が、砥石側の動作ムラにつながる場合が考えられるからである。このようなケースで、図４（Ｂ）の状態を主軸原点（動作開始初期状態）と仮定し、この状態から主軸を一定速度まで回転させようとすると、砥石はまだ動作しないので、研磨対象の回転が砥石によって妨げられてしまう。この場合は、図４（Ｃ）に示すように主軸原点を調整すれば解決する。つまり、研磨対象の最もでっぱった凸状部分を頂点（原点）とすれば、初期の主軸回転で研磨対象と砥石がぶつかることはなくなる。 For example, as shown in FIG. 4, consider a case where an electronic cam control system using a motor drive pulse output IC 20 of the present invention is applied to a mechanical cam polishing work system. Such a working system can be realized by rotating the mechanical cam to be polished by the spindle driving motor 10A and controlling the position of the grindstone that is linearly displaced according to the surface shape by the follower driving motor 10B (see FIG. 4 (A) and (B)). Here, considering the start timing of the follower drive motor 10B, the start is preferably performed after the main shaft reaches a constant speed. This is because the speed fluctuation when the spindle is stopped in the servo-on state or the acceleration / deceleration operation is performed may lead to the operation unevenness on the grindstone side. In such a case, assuming that the state of FIG. 4B is the main axis origin (operation start initial state), and if the main shaft is rotated from this state to a constant speed, the grindstone still does not operate, so Rotation is hindered by the grindstone. In this case, the problem can be solved by adjusting the origin of the spindle as shown in FIG. In other words, if the most convex portion of the object to be polished is the apex (origin), the object to be polished and the grindstone will not collide with the initial spindle rotation.
一方、図４（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように、研磨対象に頂点が複数存在し、これらを複数の砥石で同時に研磨処理する場合、原点管理のみでは研磨作業が不可能となる。そこで、砥石を位置制御する従節駆動用モータ１０Ｂのスタートタイミングを、主軸原点ではなく、主軸角度で管理する。例えば、図４（Ｆ）に示すように、一定速度で回転している主軸に対し、これが０°になった瞬間に一方の砥石の位置制御をスタートし、９０°まで回転した時点で他方の砥石の位置制御をスタートさせる。ただし、０゜、９０゜は、それぞれ研磨対象の頂点がくる角度とする。このような仕組みによれば、同一主軸上に存在する形状の異なる研磨対象の処理を極めて容易に同時実行することが可能になる。 On the other hand, as shown in FIGS. 4D and 4E, when there are a plurality of vertices in the object to be polished, and these are simultaneously polished with a plurality of grindstones, the polishing operation is impossible only by managing the origin. Therefore, the start timing of the follower driving motor 10B for controlling the position of the grindstone is managed not by the main shaft origin but by the main shaft angle. For example, as shown in FIG. 4 (F), with respect to the spindle rotating at a constant speed, the position control of one grindstone is started at the moment when this becomes 0 °, and when the main shaft rotates to 90 °, the other Start the wheel position control. However, 0 ° and 90 ° are angles at which the vertex of the object to be polished comes. According to such a mechanism, it becomes possible to very easily simultaneously perform the processing of polishing objects having different shapes existing on the same main shaft.
以上のように本発明のモータ駆動用パルス出力ＩＣ２０によれば、主軸回転角度に応じて従節駆動用モータ１０Ｂを所定のカム形状パターンで駆動制御するものでありながら、エンコーダ４０の主軸回転角度データを実装の主軸回転角度情報とし、或いは、電子カム主軸制御回路２３からの主軸モータ１０Ａ用の駆動パルスを仮想の主軸回転角度情報として入力ラインインターフェース回路２２へ出力し、これをスタート判定回路２７が認識するハードウエア構成により行うことができ、ＣＰＵ３０でカム半径やモータ目標位置の計算を行うことなく、電子カム従節制御回路２４自身が、実装／仮想の何れにおいても、スタート判定回路２７によるモータ駆動制御のスタート指示を受けて、従節駆動用モータ１０ＢをＣＰＵからの指令によらなくとも自律的に駆動制御することができる。その結果、主軸回転に対する従節駆動用モータ１０Ｂの応答性能がＣＰＵ３０の処理能力に依存しなくなり、ＩＣによる高速処理によって従節駆動用モータ１０Ｂの応答性能を飛躍的に高めることができるだけでなく、ＣＰＵによるソフトウエア処理時間の遅れ等を生じることもないので、処理能力の高い高価なＣＰＵを不要にして、電子カム制御システムのコストダウンを図ることができる。 As described above, according to the motor drive pulse output IC 20 of the present invention, the follower drive motor 10B is driven and controlled with a predetermined cam shape pattern according to the main shaft rotation angle, while the main shaft rotation angle of the encoder 40 is controlled. Data is used as mounting spindle rotation angle information, or a driving pulse for the spindle motor 10A from the electronic cam spindle control circuit 23 is output to the input line interface circuit 22 as virtual spindle rotation angle information , and this is determined as a start determination circuit 27. There can be carried out by hardware configuration to recognize, without performing the calculation of the cam radius and the motor target position CPU 30, the electronic cam follower control circuit 24 itself, in any of the mounting / virtual also due to the start judging circuit 27 Upon receiving the start instruction of the motor drive control, relying follower drive motor 10B to a command from the CPU Can be Kutomo autonomously drive control. As a result, the response performance of the follower drive motor 10B with respect to the rotation of the main spindle does not depend on the processing capability of the CPU 30, and the response performance of the follower drive motor 10B can be dramatically increased by high-speed processing by the IC. Since a delay in software processing time by the CPU does not occur, an expensive CPU having a high processing capacity is unnecessary, and the cost of the electronic cam control system can be reduced.
しかも、モータ駆動用パルス出力ＩＣ２０は、従節駆動用モータ１０Ｂの駆動制御を任意の主軸回転角度からスタートさせることができるので、スタート時における電子カムの動作ムラや動作不良を防止できる。また、電子カム従節制御回路２４を複数備えると共に、各電子カム従節制御回路２４毎に、スタート角度保持回路２６及びスタート判定回路２７が設けられるので、各従節駆動用モータ１０Ｂの駆動制御がスタートされる主軸回転角度を個別に管理することができる。 In addition, since the motor drive pulse output IC 20 can start the drive control of the follower drive motor 10B from an arbitrary main shaft rotation angle, it is possible to prevent uneven operation and malfunction of the electronic cam at the start. In addition, a plurality of electronic cam follower control circuits 24 are provided, and a start angle holding circuit 26 and a start determination circuit 27 are provided for each electronic cam follower control circuit 24. Therefore, drive control of each follower drive motor 10B is performed. It is possible to individually manage the spindle rotation angle at which is started.
また、モータ駆動用パルス出力ＩＣ２０は、主軸駆動用モータ１０Ａを駆動制御する電子カム主軸制御回路２３を備えるため、電子カム主軸制御回路を別に設ける場合に比べて、電子カム制御システムのコストダウンや省配線が可能になる。 Further, since the motor drive pulse output IC 20 includes an electronic cam spindle control circuit 23 that controls the drive of the spindle drive motor 10A, the cost of the electronic cam control system can be reduced compared to the case where the electronic cam spindle control circuit is provided separately. Reduced wiring is possible.
１ 電子カム制御システム
１０Ａ 主軸駆動用モータ
１０Ｂ 従節駆動用モータ
２０ モータ駆動用パルス出力ＩＣ
２１ インタフェース回路
２２ 入出力ラインインタフェース回路
２３ 電子カム主軸制御回路
２３ａ データ記憶部
２３ｂ コントロール部
２３ｃ モータ駆動用パルス出力部
２３ｄ カウンタ部
２４ 電子カム従節制御回路
２４ａ カムデータ記憶部
２４ｂ 主軸情報管理部
２４ｃ コントロール部
２４ｄ カム半径・モータ目標位置計算部
２４ｅ モータ駆動用パルス出力部
２５ 主軸回転角度管理回路
２６ スタート角度保持回路
２７ スタート判定回路
３０ ＣＰＵ
４０ エンコーダ
５０ 駆動回路
１００ 機械カム
１０１ 主軸
１０２ カム
１０３ 従節
２００ 電子カム制御システム
２０１ ＣＰＵ
２０２ 記憶部
２０３ 制御ユニット
２０４ 主軸駆動用モータ
２０５ 従節駆動用モータ
２０６ エンコーダ
２０７、２０８ モータ駆動用パルス出力ＩＣ
２０９ 駆動回路
1 Electronic Cam Control System 10A Spindle Drive Motor 10B Follower Drive Motor 20 Motor Drive Pulse Output IC
21 interface circuit 22 input / output line interface circuit 23 electronic cam spindle control circuit 23a data storage unit 23b control unit 23c motor drive pulse output unit 23d counter unit 24 electronic cam follower control circuit 24a cam data storage unit 24b spindle information management unit 24c Control section 24d Cam radius / motor target position calculation section 24e Motor drive pulse output section 25 Spindle rotation angle management circuit 26 Start angle holding circuit 27 Start determination circuit 30 CPU
40 Encoder 50 Drive circuit 100 Mechanical cam 101 Main shaft 102 Cam 103 Follower 200 Electronic cam control system 201 CPU
202 Storage Unit 203 Control Unit 204 Spindle Drive Motor 205 Follower Drive Motor 206 Encoder 207, 208 Motor Drive Pulse Output IC
209 Drive circuit
Claims (3)
前記電子カム従節制御回路は、
電子カムの形状データを記憶するカムデータ記憶部と、
電子カムの主軸回転角度又は主軸回転位置を入力し、これを主軸情報として管理する主軸情報管理部と、
電子カムの形状データ及び主軸情報をもとに、適用するカム半径の計算を行うと共に、このカム半径に対応するモータ目標位置の計算を行うカム半径・モータ目標位置計算部と、
前記入出力ラインインタフェース回路に実装される電子カムの従節駆動用モータに対して、前記モータ目標位置まで動作させるためのモータ駆動用パルスを出力するモータ駆動用パルス出力部とを備え、
前記入出力ラインインタフェース回路を介して電子カムの主軸情報を取り込むことで、前記従節駆動用モータをＣＰＵからの指令によらず自律的に駆動制御すべく構成され、
更に、前記電子カム従節制御回路には、前記従節駆動用モータの駆動制御がスタートされるべき主軸回転角度情報を保持するスタート角度保持回路と、該スタート角度保持回路の保持角度と、前記入出力ラインインタフェース回路を介して主軸情報として取り込みした現在の主軸回転角度を比較し、これらが一致したとき前記電子カム従節制御回路に対してモータ駆動制御のスタートを指示するスタート判定回路とを備えることを特徴とするモータ駆動用パルス出力ＩＣ。 CPU interface circuit to which control data from CPU is input, electronic cam main shaft control circuit for outputting drive pulse for main shaft motor, electronic cam follower control circuit for outputting drive pulse for follower motor, motor drive A motor drive pulse output IC that outputs a motor drive pulse having a pattern according to input data to a motor mounted on the input / output line interface circuit. ,
The electronic cam follower control circuit is:
A cam data storage unit for storing electronic cam shape data;
A spindle information management unit that inputs the spindle rotation angle or spindle rotation position of the electronic cam and manages this as spindle information;
Based on the shape data and spindle information of the electronic cam, the cam radius to be applied is calculated, and the cam radius / motor target position calculator for calculating the motor target position corresponding to the cam radius;
A motor drive pulse output unit for outputting a motor drive pulse for operating the follower drive motor of the electronic cam mounted on the input / output line interface circuit to the motor target position;
By taking the spindle information of the electronic cam via the input / output line interface circuit, the follower drive motor is configured to autonomously drive and control without command from the CPU,
Further, the electronic cam follower control circuit includes a start angle holding circuit for holding spindle rotation angle information for starting drive control of the follower drive motor, a holding angle of the start angle holding circuit, A start determination circuit that compares the current spindle rotation angle fetched as spindle information via the entry output line interface circuit and instructs the electronic cam follower control circuit to start motor drive control when they match. A pulse output IC for driving a motor, comprising:
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