JPH1165632A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １台の制御装置によりアナログ電圧信号ドラ
イバとパルス列信号ドライバの双方に対応でき、さら
に、使用するドライバの種類によらず同じ動作プログラ
ムによって機械を動作させることが可能な制御装置を提
供する。 【解決手段】 複数個の駆動軸を制御するようにされた
制御装置１において、制御装置１に対する動作指令を受
け付ける指令取得部２と、動作指令に基づき各駆動軸の
指令位置を算出する位置補間部３と、指令位置に基づき
速度指令電圧及び移動量パルス数を算出する位置決め部
4a、4b、4cと、速度指令電圧に基づきアナログ電圧信号
を算出するアナログ電圧信号出力器5a、5b、5cと、移動
量パルス数に基づきパルス列信号を算出するパルス列信
号出力器6a、6b、6cと、駆動軸を駆動するアクチュエー
タ9a、9b、9cのドライバ8a、8b、8cの種類に対応して、
アナログ電圧信号またはパルス列信号のいずれかを選択
的に出力する出力切替え器7a、7b、7cと、を有するよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】工作機械等に使用される制御
装置に関し、特に、アナログ電圧信号ドライバとパルス
列信号ドライバが混在するシステムにおいても、動作指
令プログラムがドライバの種類に依存しないような制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械等の動作を制御する場合、その
制御装置として汎用ＣＮＣ装置が従来より広く使用され
ており、また最近では市販のパソコンに位置決め／補間
機能を有する機能拡張用の制御基板を装着した所謂パソ
コンＮＣが使用されるようになってきている。これらＮ
Ｃ装置により制御されるアクチュエータとしては、一般
にサーボモータやパルスモータ（ステッピングモータを
含む）が使用されている。サーボモータやパルスモータ
は、一般にこれらのモータを回転させるための専用のド
ライバ（アンプ）とセットで使用されている。

【０００３】このドライバに対する回転指令信号は大別
すると２種類あり、一方はアナログ電圧信号であり、他
方はパルス列信号である。サーボモータ用のドライバ
は、アナログ電圧信号かパルス列信号のいずれかに対応
したものであればよいが、中には双方の信号処理回路を
有し、スイッチ回路にて適宜切り換えることが可能なも
のもある。しかし、サーボモータ用のドライバとして、
アナログ電圧信号ドライバを使用した場合は制御装置側
で直接位置を制御できるが、パルス列信号ドライバを使
用した場合には制御装置側で直接の位置制御はできず、
この場合ドライバ内に位置制御回路を設けなければなら
ないので、一般にはサーボモータ用のドライバとしては
制御装置側で位置制御が可能なアナログ電圧信号ドライ
バが使用されている。また、パルスモータやステッピン
グモータ用のドライバは、パルス列信号のみに対応して
いる。

【０００４】ところで、サーボモータの場合はドライバ
に対して位置フィードバックを行わせているが、パルス
モータやステッピングモータの場合はドライバからの動
作指令を受けるのみでドライバに対して位置フィードバ
ックを行わせていない。よって、複数の軸を同期制御さ
せる必要がある場合は位置フィードバックを有するサー
ボモータの使用が好ましく、パルスモータやステッピン
グモータの使用は他の軸と同期させる必要のない軸に限
定して使用される形態とするのが一般的である。

【０００５】したがって、上記の観点から、一般にパル
スモータやステッピングモータをアクチュエータの一つ
として有する多軸制御の制御装置においては、サーボモ
ータを駆動するアナログ電圧信号ドライバとパルスモー
タやステッピングモータを駆動するパルス列信号ドライ
バとが混在することになる。このアナログ電圧信号ドラ
イバとパルス列信号ドライバとが混在したシステムにお
ける問題点を以下に列挙する。

【０００６】．アナログ電圧信号ドライバは制御装置
側で位置制御を行わせているが、パルス列信号ドライバ
はドライバ内にある回路で位置制御を行わせているの
で、制御装置側もアナログ電圧信号ドライバに対応した
制御装置とパルス列信号ドライバに対応した制御装置の
双方を備える必要がある。例えば、前述のパソコンＮＣ
の場合は、アナログ電圧信号ドライバに対応した機能拡
張用の制御基板とパルス列信号ドライバに対応した機能
拡張用の制御基板の双方を用意しなければならないの
で、制御基板を装着するためのパソコン本体の拡張スロ
ットの数の制限を受けることになる。

【０００７】．項に記載の制御装置が異なることに
起因して、動作プログラムも制御装置毎に別個に設けな
ければならなない。 ．項に記載の制御装置が異なることに起因して、制
御装置が異なる軸同士すなわちパルスモータやステッピ
ングモータにより駆動される軸とサーボモータにより駆
動される軸との間で、補間制御などの同期制御を行わせ
ることができない。 ．機械の製作にかかった段階、あるいは完成後に、使
用するモータをサーボモータからパルスモータやステッ
ピングモータに変更した場合あるいはその逆に変更した
場合、項及び項と同様の理由により、制御装置及び
動作プログラムも変更しなければならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記乃至
項の従来技術の課題を解決するためになされたものであ
り、１台の制御装置（パソコンＮＣの場合は機能拡張用
の制御基板）により、アナログ電圧信号ドライバとパル
ス列信号ドライバの双方に対応でき、さらに、使用する
ドライバの種類によらず同じ動作プログラムによって機
械を動作させることが可能な制御装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、複数個の駆動軸を制御するようにさ
れた制御装置において、制御装置に対する動作指令を受
け付ける指令取得部と、指令取得部が受け付けた動作指
令に基づき、各駆動軸のサンプリング間隔毎の指令位置
を算出する位置補間部と、位置補間部において算出され
た指令位置に基づき、速度指令電圧及び移動量パルス数
をサンプリング間隔毎に算出するようにされた、複数個
の駆動軸のそれぞれに対応した位置決め部と、位置決め
部において算出された速度指令電圧に基づき、アナログ
電圧信号を算出するようにされた、複数個の駆動軸のそ
れぞれに対応したアナログ電圧信号出力器と、位置決め
部において算出された移動量パルス数に基づき、パルス
列信号を算出するようにされた、複数個の駆動軸のそれ
ぞれに対応したパルス列信号出力器と、駆動軸を駆動す
るアクチュエータのドライバの種類に対応して、アナロ
グ電圧信号またはパルス列信号のいずれかを選択的に出
力するようにされた、複数個の駆動軸のそれぞれに対応
した出力切替え器と、を有することを特徴とする制御装
置を提供した。

【００１０】上記の構成としたことにより、制御装置に
入力された動作指令（動作プログラムや手動入力）は、
駆動軸間の補間処理を施されたうえで、最終的に駆動軸
を駆動するアクチュエータの種類に対応した駆動信号と
して各ドライバに対して出力されるようになる。具体的
には、アクチュエータがサーボモータの場合はアナログ
電圧信号が出力され、一方、アクチュエータがパルスモ
ータまたはステッピングモータのいずれかの場合はパル
ス列信号が出力される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態とし
て、本発明の技術を３次元画像処理装置に適用した場合
について説明する。図示しない３次元画像処理装置は一
般的な３次元構成を有する機械であり、水平面内を移動
可動にされたＸ−Ｙテーブルと、垂直方向に移動可動に
されたＺ軸から構成されている。Ｚ軸には画像取り込み
用のカメラが取り付けられており、Ｚ軸駆動モータを動
作させＺ軸を上下させることによりカメラの焦点合わせ
が行われる。このカメラを動作させるＺ軸駆動モータと
してはパルスモータを使用している。これは、特にカメ
ラの拡大倍率が大きい場合にはＺ軸の停止中の微振動が
大きな焦点ずれを引き起こすため、Ｚ軸駆動モータとし
ては停止中に振動することのないパルスモータの使用が
好ましいからである。

【００１２】一方、Ｘ−Ｙテーブルを駆動させるＸ軸駆
動モータ及びＹ軸駆動モータは、Ｘ軸とＹ軸との間の同
期性を確保するとともに応答性を高めるためにサーボモ
ータを使用している。なお、ここで言うＸ軸とＹ軸との
間の同期性とは、例えば、Ｘ−Ｙテーブルを実際に動作
させる際、位置決め時間を短縮させるためにＸ軸駆動モ
ータとＹ軸駆動モータを同時に動作させることになり、
この場合Ｘ軸とＹ軸との間で補間制御を行わせる必要性
が生じることを指す。そして、Ｘ軸とＹ軸との間で同期
性を確保するためには、Ｘ軸駆動モータ及びＹ軸駆動モ
ータとしては位置フィードバックを行わせているサーボ
モータの使用が好ましいことになる。このように、カメ
ラの焦点合わせを行わせている本実施形態の３次元画像
処理装置は、サーボモータとパルスモータという異なる
種類のモータが混在していることになる。

【００１３】次に、本実施形態における制御装置の構成
を図１に示す。制御装置１は、指令取得部２、位置補間
部３、及び各駆動軸用の位置決め部４ａ、４ｂ、４ｃ、
アナログ電圧信号出力器５ａ、５ｂ、５ｃ、パルス列信
号出力器６ａ、６ｂ、６ｃ、出力切替え器７ａ、７ｂ、
７ｃから構成されている。指令取得部２は、各駆動軸に
対する動作指令を解釈し、現在位置（始点位置）から終
点位置までの区間を、速度や移動形態を規定して、これ
を位置補間部３に対して出力する。ここで、動作指令の
形態としては予めプログラミングされた動作プログラム
や手動入力が含まれ、また、速度は目標速度や加速度を
含み、さらに、移動形態では各駆動軸間の直線補間や円
弧補間あるいは各軸移動を規定する。位置補間部３は、
現在位置（始点位置）から終点位置までの移動曲線を算
出し、この移動曲線上を目標速度にて移動する場合のサ
ンプリング間隔毎の指令位置を算出し、この指令位置を
サンプリング間隔毎に各駆動軸の位置決め部４ａ、４
ｂ、４ｃに対してそれぞれ出力する。

【００１４】各駆動軸の位置決め部、すなわちＸ軸用位
置決め部４ａ、Ｙ軸用位置決め部４ｂ、及びＺ軸用位置
決め部４ｃのそれぞれは、位置補間部３からサンプリン
グ間隔毎に出力される指令位置に対して駆動モータの位
置が追従するように、指令位置と、駆動モータに併設さ
れた位置検出器から得られた駆動モータの現在位置との
情報を基に、速度制御ドライバに対応した速度指令電圧
を算出し、これをそれぞれのアナログ電圧信号出力器５
ａ、５ｂ、５ｃに対して出力し、また、位置補間部３か
らサンプリング間隔毎に出力される指令位置に関して、
前サンプリング時の指令位置と現在のサンプリング時の
指令位置との差分をとることにより、位置制御ドライバ
やパルスモータドライバに対応した移動量パルス数を算
出し、これをそれぞれのパルス列信号出力器６ａ、６
ｂ、６ｃに対して出力する。

【００１５】各駆動軸のアナログ電圧信号出力器、すな
わちＸ軸用アナログ電圧信号出力器５ａ、Ｙ軸用アナロ
グ電圧信号出力器５ｂ、及びＺ軸用アナログ電圧信号出
力器５ｃのそれぞれは、それぞれの位置決め部４ａ、４
ｂ、４ｃから出力されたサンプリング間隔毎すなわちデ
ジタルの速度指令電圧を入力し、これをアナログ電圧信
号として出力するＤ／Ａ変換器である。また、各駆動軸
のパルス列信号出力器、すなわちＸ軸用パルス列信号出
力器６ａ、Ｙ軸用パルス列信号出力器６ｂ、及びＺ軸用
パルス列信号出力器６ｃのそれぞれは、それぞれの位置
決め部４ａ、４ｂ、４ｃから出力された各サンプリング
時の移動量パルス数を入力し、これをサンプリングタイ
ム内にパルス列信号として出力するパルス発振器であ
る。

【００１６】各駆動軸の出力切替え器、すなわちＸ軸用
出力切替え器７ａ、Ｙ軸用出力切替え器７ｂ、及びＺ軸
用出力切替え器７ｃのそれぞれは、それぞれのアナログ
電圧信号出力器５ａ、５ｂ、５ｃ、及びパルス列信号出
力器６ａ、６ｂ、６ｃからの出力信号を入力し、ドライ
バの種類に応じて出力信号を選択する。具体的には、Ｘ
軸駆動モータ及びＹ軸駆動モータはサーボモータを使用
しているので、Ｘ軸用出力切替え器７ａ及びＹ軸用出力
切替え器７ｂのそれぞれは、Ｘ軸用アナログ電圧信号出
力器５ａ及びＹ軸用アナログ電圧信号出力器５ｂのそれ
ぞれの出力信号を、Ｘ軸用アナログ電圧信号ドライバ８
ａ及びＹ軸用アナログ電圧信号ドライバ８ｂに対してそ
れぞれ出力するように設定され、一方、Ｚ軸駆動モータ
はパルスモータを使用しているので、Ｚ軸用出力切替え
器７ｃはＺ軸用パルス列信号出力器６ｃの出力信号を、
Ｚ軸用パルス列信号ドライバ８ｃに対して出力するよう
に設定されている。

【００１７】Ｘ軸用アナログ電圧信号ドライバ８ａ及び
Ｙ軸用アナログ電圧信号ドライバ８ｂのそれぞれは、Ｘ
軸用出力切替え器７ａ及びＹ軸用出力切替え器７ｂのそ
れぞれを介して入力されたアナログ電圧信号に基づき、
Ｘ軸駆動モータであるＸ軸用サーボモータ９ａ及びＹ軸
駆動モータであるＹ軸用サーボモータ９ｂに対してそれ
ぞれ駆動指令を出力する。一方、Ｚ軸用パルス列信号ド
ライバ８ｃはＺ軸用出力切替え器７ｃを介して入力され
たパルス列信号に基づき、Ｚ軸駆動モータであるＺ軸用
パルスモータ９ｃに対して駆動指令を出力する。

【００１８】Ｘ軸用サーボモータ９ａ及びＹ軸用サーボ
モータ９ｂのそれぞれは、Ｘ軸用アナログ電圧信号ドラ
イバ８ａ及びＹ軸用アナログ電圧信号ドライバ８ｂのそ
れぞれから出力された駆動指令に基づき、Ｘ−Ｙテーブ
ルを動作させる。一方、Ｚ軸用パルスモータ９ｃはＺ軸
用パルス列信号ドライバ８ｃから出力された駆動指令に
基づき、カメラが搭載されたＺ軸を動作させる。Ｘ軸用
サーボモータ９ａ及びＹ軸用サーボモータ９ｂのそれぞ
れには現在位置を検出するエンコーダ（位置検出器）が
付属されており、Ｘ軸用アナログ電圧信号ドライバ８ａ
及びＹ軸用アナログ電圧信号ドライバ８ｂのそれぞれに
対して現在位置がフィードバックされるとともに、Ｘ軸
用位置決め部４ａ及びＹ軸用位置決め部４ｂに対しても
それぞれフィードバックされる。一方、Ｚ軸用パルスモ
ータ９ｃには外付けの位置検出器１０が併設されてお
り、Ｚ軸用位置決め部４ｃに対して現在位置がフィード
バックされる。

【００１９】以上述べた本実施形態の構成では、指令取
得部２は全駆動軸において共通であるので、制御装置１
に対する動作プログラムや手動入力による動作指令はド
ライバの種類によらず同一になる。また、位置補間部３
についても全駆動軸において共通であるので、サーボモ
ータにより駆動されるＸ軸及びＹ軸とパルスモータによ
り駆動されるＺ軸との間での補間制御も可能となる。こ
のように本実施形態によれば、アナログ電圧信号ドライ
バとパルス列信号ドライバといった異なる種類のドライ
バ毎に別個に制御装置を設けることなく、１台の制御装
置においてシステムを構成することが可能である。

【００２０】また、駆動軸モータ及びドライバが変更に
なった場合、例えば、Ｚ軸におけるパルスモータ及びパ
ルス列信号ドライバをサーボモータ及びアナログ電圧信
号ドライバにそれぞれ変更する場合でも、制御装置１に
おいてはＺ軸用出力切替え器７ｃをパルス列信号出力器
６ｃ側からアナログ電圧信号出力器５ｃ側へ切り替える
のみで対処でき、制御装置自体や動作プログラム（動作
指令）を変更する必要はない。また、制御装置１の構成
は１枚の基板上に配置することができる規模なので、市
販されている汎用パソコンの機能拡張用の制御基板とし
て容易に実装できる。

【００２１】なお、上記の実施形態においては、出力切
替え器７ａ、７ｂ、７ｃは、アナログ電圧信号出力器５
ａ、５ｂ、５ｃ、及びパルス列信号出力器６ａ、６ｂ、
６ｃの次工程として配置されているが、これを入替え、
出力切替え器７ａ、７ｂ、７ｃの次工程として、アナロ
グ電圧信号出力器５ａ、５ｂ、５ｃ、及びパルス列信号
出力器６ａ、６ｂ、６ｃを配置するようにしてもよい。
また、上記の実施形態では駆動軸は３軸であったが、駆
動軸が２軸や４軸以上のものにおいても本発明の技術範
囲において容易に適用可能である。例えば、上記の実施
形態のＸ−Ｙテーブル上に回転テーブル（Ｃ軸）を設
け、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｃ軸、及びＺ軸の計４軸の駆動軸を有
する機械についても容易に適用できる。また、上記の実
施形態ではパルス列信号ドライバにより駆動されるアク
チュエータとしてパルスモータを適用した場合を示した
が、アクチュエータとしてステッピングモータを適用し
た場合も同様である。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、複数個の駆動軸を制御
するようにされた制御装置において、制御装置に対する
動作指令を受け付ける指令取得部と、動作指令に基づき
各駆動軸の指令位置を算出する位置補間部と、指令位置
に基づき速度指令電圧及び移動量パルス数を算出する位
置決め部と、速度指令電圧に基づきアナログ電圧信号を
算出するアナログ電圧信号出力器と、移動量パルス数に
基づきパルス列信号を算出するパルス列信号出力器と、
駆動軸を駆動するアクチュエータのドライバの種類に対
応して、アナログ電圧信号またはパルス列信号のいずれ
かを選択的に出力する出力切替え器と、を有するように
したので、制御装置に入力された動作指令は、補間処理
されたうえで、最終的に駆動軸を駆動するアクチュエー
タのドライバの種類に対応した駆動信号として各ドライ
バに対して出力されるようになった。

【００２３】そのため、本発明は従来技術に対して以下
の固有の効果を奏する。 ．制御装置に入力された動作指令は、補間処理された
うえで、最終的に駆動軸を駆動するアクチュエータのド
ライバの種類に対応した信号として各ドライバに対して
出力されるようになったので、モータやドライバの種類
に応じて別個の制御装置を備える必要はなくなった。こ
れにより、パソコンＮＣの場合は、モータやドライバの
種類に応じて複数の機能拡張用の制御基板を設ける必要
はなくなり、１枚の制御基板にて制御装置を構成できる
ものとなった。

【００２４】．制御装置はモータやドライバの種類に
よらず１台であるので、動作プログラムを制御装置毎に
別個に設ける必要がなくなるとともに、使用するモータ
やドライバの種類を考慮することなく、動作プログラム
の作成を行えるものとなった。．制御装置内にある位
置補間部は全駆動軸共用となっているので、駆動軸間の
補間制御などの同期制御を容易に行わせることができる
ものとなった。 ．制御装置はモータやドライバの種類に影響されなく
なったので、機械の製作にかかった段階、あるいは完成
後に、使用するモータをサーボモータからパルスモータ
やステッピングモータに変更した場合あるいはその逆に
変更した場合でも、動作プログラムを変更する必要性は
なくなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における制御装置の構成を
示す図である。

【符号の説明】

１ 制御装置 ２ 指令取得部 ３ 位置補間部 ４ａ 位置決め部（Ｘ軸用位置決め部） ４ｂ 位置決め部（Ｙ軸用位置決め部） ４ｃ 位置決め部（Ｚ軸用位置決め部） ５ａ アナログ電圧信号出力器（Ｘ軸用アナログ電圧信
号出力器） ５ｂ アナログ電圧信号出力器（Ｙ軸用アナログ電圧信
号出力器） ５ｃ アナログ電圧信号出力器（Ｚ軸用アナログ電圧信
号出力器） ６ａ パルス列信号出力器（Ｘ軸用パルス列信号出力
器） ６ｂ パルス列信号出力器（Ｙ軸用パルス列信号出力
器） ６ｃ パルス列信号出力器（Ｚ軸用パルス列信号出力
器） ７ａ 出力切替え器（Ｘ軸用出力切替え器） ７ｂ 出力切替え器（Ｙ軸用出力切替え器） ７ｃ 出力切替え器（Ｚ軸用出力切替え器） ８ａ ドライバ（Ｘ軸用アナログ電圧信号ドライバ） ８ｂ ドライバ（Ｙ軸用アナログ電圧信号ドライバ） ８ｃ ドライバ（Ｚ軸用パルス列信号ドライバ） ９ａ アクチュエータ（Ｘ軸用サーボモータ） ９ｂ アクチュエータ（Ｙ軸用サーボモータ） ９ｃ アクチュエータ（Ｚ軸用パルスモータ） １０ 位置検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の駆動軸を制御するようにされた制
   御装置において、 該制御装置に対する動作指令を受け付ける指令取得部
   と、 該指令取得部が受け付けた動作指令に基づき、各駆動軸
   のサンプリング間隔毎の指令位置を算出する位置補間部
   と、 該位置補間部において算出された指令位置に基づき、速
   度指令電圧及び移動量パルス数を前記サンプリング間隔
   毎に算出するようにされた、前記複数個の駆動軸のそれ
   ぞれに対応した位置決め部と、 該位置決め部において算出された速度指令電圧に基づ
   き、アナログ電圧信号を算出するようにされた、前記複
   数個の駆動軸のそれぞれに対応したアナログ電圧信号出
   力器と、 前記位置決め部において算出された移動量パルス数に基
   づき、パルス列信号を算出するようにされた、前記複数
   個の駆動軸のそれぞれに対応したパルス列信号出力器
   と、 前記駆動軸を駆動するアクチュエータのドライバの種類
   に対応して、前記アナログ電圧信号またはパルス列信号
   のいずれかを選択的に出力するようにされた、前記複数
   個の駆動軸のそれぞれに対応した出力切替え器と、 を有することを特徴とする制御装置。
2. 【請求項２】前記出力切替え器は、前記アクチュエータ
   がサーボモータの場合は前記アナログ電圧信号を出力
   し、一方、前記アクチュエータがパルスモータまたはス
   テッピングモータのいずれかの場合は前記パルス列信号
   を出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載
   の制御装置。