JP2004199433A

JP2004199433A - 同期制御装置

Info

Publication number: JP2004199433A
Application number: JP2002367603A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Fujibayashi; 謙太郎藤林; Tetsuo Hishikawa; 哲夫菱川
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15
Also published as: EP1431852A2; US6897626B2; EP1431852A3; US20040128022A1

Abstract

【課題】複数の軸の動作により移動する手段をマスタ軸とした場合において、該マスタ軸に簡単にスレーブ軸を同期制御させる同期制御装置を得る。
【解決手段】マスタ軸を構成する２つの軸Ｘ，Ｙの移動指令より補間・分配処理、及び加減速処理して分配移動量を求める。求められたマスタ軸を構成する２つの軸Ｘ，Ｙの補間周期毎の移動量を合成してマスタ軸の移動量Ｍを求める。該移動量Ｍに対して、スレーブ軸の補間、分配周期毎の移動量を求める。求められたＸ軸，Ｙ軸，スレーブ軸の移動量をそれぞれのサーボ制御手段に出力し各軸を駆動する。外部のＸ，Ｙ軸で駆動される手段をマスタ軸とする場合には、この外部のＸ，Ｙ軸の所定周期毎の移動量を検出器で検出する。検出した移動量を前述した分配移動量の代わりに用いてマスタ軸の移動量Ｍを求める。この移動量Ｍよりスレーブ軸の移動量を求めスレーブ軸を駆動する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスタ軸（マスタとなる手段）にスレーブ軸（スレーブさせる手段）を同期して追従させる同期制御装置に関する。特に、マスタ軸の動作が複数の軸の動作によって構成されるときの同期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基準となる移動する手段に対して、該手段に同期追従して移動させる方法として、基準となる手段をマスタ軸、該マスタ軸に同期追従する手段をスレーブ軸として制御する方法が知られている。カムと該カムの回転に対して追従して移動するカムフォロアの動作と同等な動作を電気的に行うことから、電子カムともいわれている。
【０００３】
このマスタ軸とスレーブ軸を同期制御する場合において、マスタ軸が工具などを移動させる手段の場合、該マスタ軸の動きは複数の移動軸の動きの合成によって得られるものである。例えば、直交するＸ，Ｙ軸方向にそれそれ駆動するＸ軸、Ｙ軸によって駆動されて工具等が移動する場合、該工具の移動は、Ｘ軸、Ｙ軸の補間によって実現されている。
【０００４】
このような複数の軸の補間によってその移動動作がなされる工具等の駆動機構をマスタ軸とした場合、従来は、このマスタ軸の上位に仮想軸を設け、この仮想軸にマスタ軸及びスレーブ軸を同期して動作する制御形態を採用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
仮想軸を設けて、マスタ軸及びスレーブ軸を同期制御させるとすると、同期関係は、本来、マスタ−スレーブの１組でよいにも拘わらず、仮想軸−マスタ軸、仮想軸−スレーブ軸の２組が必要となり、構成が複雑となる欠点がある。又、仮想軸の制御も必要となり、プログラムとシーケンスが煩雑となってしまう。
又、複数の軸移動によって合成されるマスタ軸が外部のコントローラで制御されているような場合、仮想軸を設けてこのマスタ軸とスレーブ軸を同期制御することを、実現する方法はなかった。
そこで、本発明の目的は、マスタ軸の動作が複数の軸の移動によって実現されているような場合においても、簡単にスレーブ軸を同期制御させることができる同期制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
複数の軸から構成されるマスタ軸の動作にスレーブ軸を追従同期させて駆動させる同期制御装置において、請求項１に係わる発明は、マスタ軸もスレーブ軸も制御する同期制御装置であって、該同期制御装置に、マスタ軸を構成する複数の軸の所定周期毎の移動指令量を合成してマスタ軸の移動指令量を算出するマスタ軸移動量算出手段と、該マスタ軸移動量算出手段で算出されたマスタ軸の所定周期毎の移動指令量よりスレーブ軸の所定周期毎の移動量を算出しスレーブ軸に出力する同期処理部とを設けることによって、複数の軸で駆動される手段をマスタ軸として該マスタ軸にスレーブ軸を同期制御できるようにした。
【０００７】
請求項２に係わる発明は、他の制御装置で制御される複数の軸で移動する手段をマスタ軸とした同期制御装置であって、マスタ軸を構成する各軸の移動量を検出する検出器から検出された所定周期毎の移動量を合成してマスタ軸の移動指令量を算出するマスタ軸移動量算出手段と、該マスタ軸移動量算出手段で算出されたマスタ軸の所定周期毎の移動指令量よりスレーブ軸の所定周期毎の移動量を算出しスレーブ軸に出力する同期処理部とを備えることによって、外部機械において複数の軸で移動させられる手段をマスタ軸としたときも該マスタ軸に対してスレーブ軸を同期制御できるようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の原理作用説明図である。
この図１では、マスタ軸として、当該制御装置が制御する直交する２つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の移動によって移動する手段をマスタ軸Ｍａとしたときと、又は、当該制御装置とは異なる外部制御装置で制御される複数の軸（直交するＸ，Ｙ軸の２つの軸）によって駆動される機構をマスタ軸Ｍｂとしたときの例を記載している。
【０００９】
マスタ軸が内部軸Ｍａの場合には、プログラム等によるマスタ軸を構成するＸ，Ｙ軸の移動指令（Ａ-1）より従来と同様に、補間・分配処理（Ａ-2）を行い所定補間・分配周期毎、の移動指令Ｘ，Ｙを求める。さらに、加減速処理を行って（Ａ-3x，Ａ-3y）、加減速処理後の移動指令Ｘ，Ｙをマスタ軸を構成するＸ軸サーボ制御手段（Ａ-4x）、Ｙ軸サーボ制御手段（Ａ-4y）にそれぞれ出力する。なお、この点は従来と同一であり、加減速処理については、補間後に加減速処理を行う例を示したが、補間前に加減速処理し、その後補間・分配処理を行ってもよいものである。
【００１０】
一方、加減速処理後の移動指令に基づいてマスタ軸の移動量Ｍを算出する演算を行う（Ｃ-1）。すなわち、次の１式の演算を行って、マスタ軸の所定補間・分配周期毎の移動量Ｍを求める。
Ｍ＝（Ｘ^２＋Ｙ^２）^１／２ …・（１）
このマスタ軸の移動量Ｍに基づいて、スレーブ軸の移動量を算出して出力する同期処理を行う（Ｃ-2）。この場合マスタ軸の移動量Ｍに所定比例係数を乗じてスレーブ軸の所定補間・分配周期毎の移動量Ｓを求めたり、マスタ軸の移動量Ｍを変数とした関数によって、スレーブ軸の移動量Ｓを求める。そして、求めたスレーブ軸の移動量をスレーブ軸のサーボ制御手段（Ｃ-3）に出力する。以下、所定補間・分配周期毎に上述した処理を繰り返し実行して、マスタ軸を構成するＸ，Ｙ軸及びスレーブ軸のサーボ制御手段に移動量を出力し、各サーボ制御手段は、それぞれの軸を駆動するサーボモータを駆動する。これによって、工具等のＸ，Ｙ軸で駆動されるマスタ軸に同期してスレーブ軸を駆動することができる。
【００１１】
一方、マスタ軸が外部の制御装置で駆動制御されている複数軸で駆動される手段の場合、この複数の軸の所定周期毎の移動量を取り込み、合成演算して、マスタ軸の移動量Ｍを求めるようにする。図１に示した例では、外部の直交するＸ，Ｙ軸で駆動される機構をマスタ軸としたときの例を「（Ｂ）マスタが外部軸Ｍｂの場合」として記載している。
【００１２】
マスタ軸を構成するＸ，Ｙ軸に取り付けられたパルスコーダ等の位置速度検出器（Ｂ-1x，Ｂ-1y）で検出される所定周期毎の移動量Ｘ，Ｙに基づいて上述した１式により、マスタ軸移動量Ｍを算出する（Ｃ-1）。この求められたマスタ軸移動量Ｍにより、前述したようにスレーブ軸の移動量を算出し（Ｃ-2）、スレーブ軸のサーボ制御手段（Ｃ-3）に出力する。
【００１３】
以下、所定周期毎、外部軸のＸ，Ｙ軸の移動量を求め、マスタ軸の所定周期間における移動量Ｍを算出し、この移動量Ｍによりスレーブ軸の所定周期間における移動量を求めスレーブ軸のサーボ制御手段に出力する。スレーブ軸のサーボ制御手段はスレーブ軸を駆動するサーボモータを駆動し、外部のマスタ軸に同期してスレーブ軸を制御することになる。
【００１４】
図２は、本発明一実施形態により制御する作業の一例である。この例は、電気カーペット１に電熱線２を往復させながら張り付ける作業の例である。ノズル３を、カーペット１の電熱線張り付け面における直交するＸ，Ｙ軸方向に駆動するとともに、電熱線２をＸＹ平面（カーペットの電熱線張り付け平面）に対して直交するＺ軸方向に電熱線を送り出して電熱線２をカーペット１面に張り付ける作業である。
【００１５】
この例では、ノズル３がＸ軸，Ｙ軸方向の移動の合成ベクトル方向に移動されるにつれて、電熱線２を送り出す必要があり、Ｘ軸、Ｙ軸の移動速度を合成した合成ベクトルと熱電線２の送り出し速度は同一でなくてはならない。ノズル３をマスタ軸、すなわち、Ｘ軸，Ｙ軸の移動の合成によって移動するノズル３をマスタ軸とし、ノズル３から熱電線２を送り出す手段をスレーブ軸としている。
【００１６】
図３は、図２に示す作業を実施する同期制御装置を構成する数値制御装置の一実施形態のブロック図である。ＣＰＵ１１は制御装置１０を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムをバス１９を介して読み出し、該システムプログラムに従って制御装置全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及びＣＲＴ／ＭＤＩユニット３４を介してオペレータが入力した各種データが格納される。ＣＭＯＳメモリ１４は図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置１０の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。ＣＭＯＳメモリ１４中には、インターフェイス１５を介して読み込まれた加工プログラムやＣＲＴ／ＭＤＩユニット３４を介して入力された加工プログラム等が記憶される。
【００１７】
インターフェイス１５は、制御装置１０とアダプタ等の外部機器３５との接続を可能とするものである。外部機器３５側からは加工プログラム等が読み込まれる。また、制御装置１０内で編集した加工プログラムは、外部機器３５を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＣ（プログラマブル・コントローラ）１６は、制御装置１０に内蔵されたシーケンスプログラムで工作機械の補助装置にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
ＣＲＴ／ＭＤＩユニット３４はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インターフェイス１８はＣＲＴ／ＭＤＩユニット３４のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。
【００１８】
各軸の軸制御手段２０〜２２はＣＰＵ１１からの各軸の移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプ２３〜２５に出力する。サーボアンプ２３〜２５はこの指令を受けて、各軸のサーボモータ３０〜３２を駆動する。各軸のサーボモータ３０〜３２は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御手段２０〜２２にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図３では、位置・速度のフィードバックについては省略している。
【００１９】
Ｘ軸を駆動するサーボモータ３０は、ノズル３をＸ軸方向に駆動し、Ｙ軸を駆動するサーボモータ３１は、ノズル３をＹ軸方向に駆動する。又、Ｚ軸用サーボモータ３２は、ノズル３から電熱線を繰り出す送り出し手段を駆動するサーボモータである。
【００２０】
上述した構成は、従来の数値制御装置と変わりはなく、本実施形態は、この数値制御装置に同期制御のプログラムがＲＯＭ１２内に格納されていること、及び、電熱線をカーペットに張り付ける加工プログラムをＣＭＯＳメモリ１４に格納することによって、同期制御装置を構成している。
【００２１】
図４は、この実施形態におけるプロセッサ１１が実行する補間周期毎の処理のフローチャートである。
まず、プロセッサ１１は、従来と同様に、加工プログラムより１ブロックを読み出し、読み出した指令を実行するが、移動指令であれば、従来と同様に補間分配処理、及び加減速処理（補間前加減速処理、補間後加減速処理）を行って、マスタ軸を構成するＸ軸とＹ軸への分配移動量Ｘ，Ｙを求める（ステップ１００）。次に、求めた分配移動量Ｘ，Ｙに基づいて、前記１式の演算を行い、マスタ軸の移動量Ｍとして、ノズル３のカーペット平面上における合成移動量を求める（ステップ１０１）。
【００２２】
そして、下記２式に示すようにこのマスタ軸移動量Ｍに予め設定されている比例定数ｋを乗じてスレーブ軸であるＺ軸への指令移動量Ｓを求める（ステップ１０２）。この比例定数ｋは、熱電線２を送り出す手段によって決まるもので、該手段を駆動するＺ軸サーボモータの回転量に対して熱電線２の送り出し量で決まるものであり、マスタ軸移動量Ｍに対応する量の熱電線２を繰り出すのに必要なＺ軸への移動指令量をｋ倍して求めるものである。
【００２３】
Ｓ＝ｋ×Ｍ …・（２）
こうして求めたスレーブ軸の移動量ＳをＺ軸のサーボモータ３２を駆動制御する軸制御回路２２に出力すると共に、ステップ１００で求めた、Ｘ，Ｙ軸移動量Ｘ，ＹをＸ軸サーボモータ３０を駆動制御する軸制御回路２０、及びＹ軸サーボモータ３１を駆動制御する軸制御回路２１にそれぞれ出力し、当該周期の処理を終了する。
【００２４】
各軸制御回路２０〜２２はそれぞれ受けた指令移動量と、各サーボモータ３０〜３１に取り付けられている、図示しない位置、速度検出器からの位置と速度のフィードバック信号に基づいて、位置、速度ループ処理を行い、各サーボアンプ２３〜２５を介して各サーボモータ３０〜３２を駆動し、ノズルをＸ，Ｙ方向に移動させると共に、電熱線２をノズルの移動量（移動速度）に合わせて送り出し、カーペット１に電熱線２を張り付けることになる。
以下、加工プログラムが終了するまで、該加工プログラムに基づいて、ノズル３をカーペット面に対して往復動作させながら、図２に示すように、熱電線２を張り付けることになる。
【００２５】
上述した実施形態では、制御装置１０で制御するＸ軸、Ｙ軸で駆動されるノズル３をマスタ軸としたが、前述したように、外部のコントローラで駆動される複数の軸で駆動される機構をマスタ軸とした場合、図４におけるステップ１００の処理が、このマスタ軸を構成する複数の軸の移動量を検出する検出器からの所定周期毎の移動量を求める処理となる。その後、ステップ１０１，１０２の処理をした後、求めたスレーブ軸の移動量Ｓを、スレーブ軸を駆動する軸制御手段に出力することになる。
【００２６】
例えば、図２に示す例で、ノズル３は移動せず、カーペット１を他の装置で直交するＸ，Ｙ軸方向に移動させるような場合、この他の装置で駆動されるＸ軸、Ｙ軸の移動量Ｘ，Ｙを所定周期毎検出し、ステップ１０１，１０２の処理をした後、ステップ１０３で求めたスレーブ軸の移動量Ｓを、電熱線２を送り出す軸のサーボ制御手段に出力するようにすればよい。
【００２７】
なお、上述した実施形態では、マスタ軸を構成する手段はＸ軸，Ｙ軸の２軸で駆動される機構としたが、３次元空間上を移動するような手段をマスタ軸とした場合、直交する３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）の合成移動ベクトルをマスタ軸の移動量として、スレーブ軸を駆動するようにすればよい。
【００２８】
又、上述した実施形態では、スレーブ軸はマスタ軸に対して所定比例関係で同期移動する例を述べたが、スレーブ軸がマスタ軸の移動に対して所定関数の関係で移動するようにしてもよい。例えば、本出願人がすでに特許出願している特願２００２−２９７７３１で提案したように、マスタ軸に対する同期倍率をある関数で与えてスレーブ軸を駆動制御するようにしてもよいものである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、複数の軸で駆動される手段をマスタ軸として、スレーブ軸をこのマスタ軸に同期して移動させることを簡単に、かつ容易に実施させることができる。又、外部の機械や装置によって複数の軸で駆動される手段をマスタ軸とした場合においても、簡単に、スレーブ軸を容易に同期制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理作用説明図である。
【図２】本発明の一実施形態の同期制御装置を適用する作業の一例の説明図である。
【図３】同実施形態の要部ブロック図である。
【図４】同実施形態における補間周期毎の処理フローチャートである。
【符号の説明】
１カーペット
２電熱線
３ノズル
１０同期制御装置（数値制御装置）

Claims

複数の軸から構成されるマスタ軸の動作にスレーブ軸を追従同期させて駆動させる同期制御装置において、
前記マスタ軸を構成する複数の軸の所定周期毎の移動指令量を合成してマスタ軸の移動指令量を算出するマスタ軸移動量算出手段と、
該マスタ軸移動量算出手段で算出されたマスタ軸の所定周期毎の移動指令量よりスレーブ軸の所定周期毎の移動量を算出しスレーブ軸に出力する同期処理部と、を有することを特徴とする同期制御装置。
複数の軸から構成されるマスタ軸の動作にスレーブ軸を追従同期させて駆動させる同期制御装置において、
前記マスタ軸を構成する各軸の移動量を検出する検出器から検出された所定周期毎の移動量を合成してマスタ軸の移動指令量を算出するマスタ軸移動量算出手段と、
該マスタ軸移動量算出手段で算出されたマスタ軸の所定周期毎の移動指令量よりスレーブ軸の所定周期毎の移動量を算出しスレーブ軸に出力する同期処理部と、を有することを特徴とする同期制御装置。