JP6121972B2 - モータ停止距離を短縮する数値制御装置 - Google Patents
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Description
モータを停止させる場合、通常時はモータ制御方式が位置制御のままで停止させるが、異常発生などの緊急時はモータ制御方式を位置制御から速度制御へと切り替え、速度ゼロを指令することにより、モータの回転速度がゼロとなるよう速度制御してモータの緊急停止を行っていた。図1はモータを停止させる従来技術を説明する図である。モータの回転速度がゼロとなるように速度制御し、通常停止より停止距離が短縮される。
速度制御に切り替わったモータを位置制御で再度駆動させる場合、位置制御を打ち切った時点からの移動によって蓄積したサーボ位置偏差量をクリアし、数値制御装置が管理する現在位置へそのクリア量について反映(フォローアップ)する必要があり、緊急停止から運転復旧までのタイムロスの一因となってしまう。なお、フォローアップを行わずに位置制御に戻した場合、蓄積していたサーボ位置偏差量がゼロになるようモータが急激に動く可能性があり危険である。
請求項2に係る発明は、前記緊急停止用の位置制御のゲインは、あらかじめモータ制御方式を速度制御として急停止を行い、前記急停止したときの速度および前記急停止までに要した移動距離から算出することを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置である。
請求項3に係る発明は、複数軸が補間しながら指令経路に沿って運転中に、前記緊急停止指令を実行した場合、各軸が同期を保って停止できる最短の位置となるよう指令位置を出力することで緊急停止時に軸同士の位置関係を失わないことを特徴とする請求項1または2に記載の数値制御装置である。
請求項4に係る発明は、前記緊急停止用の位置制御のゲインは、条件の異なる複数のパターンに応じて複数の緊急停止用位置制御のゲインを保持でき、緊急停止時には状況に応じた緊急停止用の位置制御のゲインを選択することを特徴とする請求項1〜3の何れか一つに記載の数値制御装置である。
速度制御による緊急停止の事前試行により緊急停止時のモータ停止特性データを取得し、取得したデータから緊急停止用の位置制御のゲインを算出しておく。緊急停止時はあらかじめ算出しておいた緊急停止用の位置制御のゲインへと切り替え、位置制御で急停止させることによりモータ停止距離を短縮する数値制御装置を提供する。また、複数軸が補間しながら動作している場合も位置制御での停止を行うことで軸同士の同期性を維持したまま最短距離で停止できる。
回転しているモータを停止させる場合、ゲインを高くすると素早く停止させることが可能であるが、ゲインを高くしすぎるとオーバシュートしてモータが逆回転してしまう(図2参照)。
本発明では図3(b)に示される従来の緊急停止を試行した結果、減速開始までの速度がVで、減速開始から停止までの間の移動量がLであった場合、以下の計算式(数1)によって緊急停止用の位置制御のゲインが算出される。
[緊急停止用の位置制御のゲイン]=V÷L ・・・ (数1)
図5は緊急停止が実行された場合、位置制御のゲインを事前に試行しておいた従来の緊急停止(速度制御)により算出しておいた緊急停止用の位置制御のゲインへと切り替える制御を説明するフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●[ステップsa01]緊急停止指令がなされたか否かを判別し、緊急停止指令がなされた場合、ステップsa02へ移行し、緊急停止指令がなされていない場合、ステップsa03へ移行する。
●[ステップsa02]ゲインの設定値を緊急用に切り替えて処理を終了する。
●[ステップsa03]ゲインの設定値を切り替えないで処理を終了する。
図6は緊急停止指令時に終点(停止位置)変更なしの場合(図6(a))と、終点(停止位置)変更ありの場合(図6(b))を説明する図である。
以下の計算式によって緊急停止位置が算出される。
[緊急停止位置]=[速度]÷[緊急停止用の位置制御のゲイン]+[減速開始位置] ・・・ (数2)
図7は緊急停止指令が実行された場合、位置制御のゲインを事前に試行しておいた従来の緊急停止(速度制御)により算出しておいた緊急停止用の位置制御のゲインへと切り替え、次に、現在のモータ速度より緊急停止位置を算出し、指令位置を緊急停止位置に変更する制御を説明するフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●[ステップsb02]ゲインの設定値を緊急用に切り替える。
●[ステップsb03]緊急停止位置を算出する。
●[ステップsb04]緊急停止位置に指令位置を変更し処理を終了する。
●[ステップsb05]ゲインの設定値を切り替えないで処理を終了する。
従来の制御方式により複数モータが補間しながら指令経路に沿った運転を行っている最中に、緊急停止指令を実行すると、位置制御から速度制御に切り替わり、複数モータが協調せず別々に急停止する。このため、モータ間の位置制御における同期性が失われ、指令経路から外れた位置で停止する危険性がある。
図9は補間している全ての軸でループ処理を行い、基準軸以外の軸ならば緊急停止用の位置制御のゲインを基準軸と同じ値に変更し、指令経路上で停止できるよう終点位置を変更する処理を示すフローチャートである。
●[ステップsc01]緊急停止ゲインから基準軸を決定する。
●[ステップsc02]基準軸の終了位置を算出する。
●[ステップsc03]補間している全ての軸についてループ処理を実行する。
●[ステップsc05]緊急停止のゲインを基準軸に合わせる。
●[ステップsc06]指令経路上に停止するため終点位置を変更する。
●[ステップsc07]ループ終了判定を行い、ループ終了でなければステップsc03に戻り、ループ終了であれば処理を終了する。
図10は複数軸で加工する平歯車の熱間転造を示す図である。平歯車の熱間転造は、周部に転造する歯型が形成された工具1と工具2との間に加工物3を矢印4方向に向かって通過させることで、加工物3に歯車が転造される。平歯車の製造作業中に、何らかの異常が生じた場合は工具1、2を駆動するモータを緊急に停止する必要がある。また、加工物3は高温で加工されているため、異常が発生した場合は工具1、2を逆回転し、温度低下前に速やかに加工物3を戻す必要がある。
従来の速度制御による停止では、各々のモータが別々に急停止するために工具同士の同期が乱れ、歯車がかみ合わなくなり、加工物が破損する可能性がある。また、モータを位置制御で再度駆動させるためには、蓄積したサーボ位置偏差量をクリアし、数値制御装置が管理する現在位置へそのクリア量を反映(フォローアップ)する必要があるため、停止後に速やかに加工物を戻せなかった。このため、加工物の破損や加工機の故障が発生する危険性があった。
これに対して本発明は位置制御で停止させるため同期関係が失われず、歯車のかみ合いが乱れることはない。また、停止後すぐに位置制御で動作させることが可能であるため、速やかに加工物を戻すことができる。
設定できる緊急停止用の位置制御のゲインが1つだけの場合、加工物の重量や機械の位置によって、最短距離で停止できなかったり、ゲインが大きすぎてオーバシュートしたりする可能性がある。そこで、あらかじめ想定される種類の緊急停止用の位置制御のゲインを種類ごとに格納しておき、緊急停止時の状況に応じて選択することで、様々な状況において最短距離で停止させることが可能となる。以下に、ゲインの切り替えについて説明する。
加工物の重量に応じて事前に選択信号を設定しておき、緊急停止時はその信号を参照し、切り替える緊急停止用の位置制御のゲインを選択する。
[速度による切り替え]
パラメータ等により、各速度において選択する緊急停止用の位置制御のゲインを決定しておく。緊急停止時の速度を確認し、切り替える緊急停止用の位置制御のゲインを選択する。
[位置による切り替え]
パラメータ等により、各座標値において選択する緊急停止用の位置制御のゲインを決定しておく。緊急停止時の座標値を確認し、切り替える緊急停止用の位置制御のゲインを選択する。
数値制御装置10は工作機械や産業用機械などの機械本体(図示せず)を制御する装置である。図5,図7,図9に示すフローチャートの処理を実行するプログラムを記憶装置に記憶し、該プログラムを実行することにより、モータ停止距離を短縮する。プロセッサ(CPU)11は数値制御装置10を全体的に制御するプロセッサである。プロセッサ(CPU)11はバス18を介してROM12に格納されたシステムプログラムを読み出し、このシステムプログラムに従って数値制御装置10を全体的に制御する。
2 工具
3 加工物
4 移動方向
10 数値制御装置
11 プロセッサ
12 ROM
13 RAM
14 SRAM
15 インタフェース
16 インタフェース
17 軸制御回路
18 バス
20 LCD/MDIユニット
21 手動パルス発生器
22 サーボアンプ
23 モータ
30 試行実行手段
31 緊急用のゲイン記憶部
32 停止手段
Claims (4)
- モータを制御する数値制御装置において、緊急停止指令時には緊急停止用の位置制御のゲインを用いて停止させる停止手段を有し、現在の速度と緊急停止用のゲインから算出される緊急停止位置に指令位置を変更して、位置制御のままで急停止することを特徴とする数値制御装置。
- 前記緊急停止用の位置制御のゲインは、あらかじめモータ制御方式を速度制御として急停止を行い、前記急停止したときの速度および前記急停止までに要した移動距離から算出することを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。
- 複数軸が補間しながら指令経路に沿って運転中に、前記緊急停止指令を実行した場合、各軸が同期を保って停止できる最短の位置となるよう指令位置を出力することで緊急停止時に軸同士の位置関係を失わないことを特徴とする請求項1または2に記載の数値制御装置。
- 前記緊急停止用の位置制御のゲインは、条件の異なる複数のパターンに応じて複数の緊急停止用位置制御のゲインを保持でき、緊急停止時には状況に応じた緊急停止用の位置制御のゲインを選択することを特徴とする請求項1〜3の何れか一つに記載の数値制御装置。
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