JPH1124754A - サーボ調整方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーボモータ反転時の応答誤差が可能な限り
小さくなるような適正な補正トルクを自動的に求める。 【解決手段】 移動体の位置と、位置指令とに基づいて
指令位置からの応答誤差を演算し、サーボモータの反転
を検出し、サーボモータ反転の際に生じた応答誤差とし
きい値とを比較し、応答誤差がしきい値以上であった場
合には、既定の補正トルクの値を応答誤差が減じるよう
な適当な値に更新するとともに、同じ条件で移動体に円
弧補間送り運動をさせ、サーボモータの反転を検出した
際にサーボモータに指令する指令トルクを更新した補正
トルクに基づいて補正し、応答誤差がしきい値以下にな
るまでトルク指令の補正と、補正トルクの更新を繰り返
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械や産業用
ロボットを駆動するサーボモータのサーボ調整方法およ
びその装置に係り、特に、サーボモータの回転が反転す
る際に生じる応答遅れを改善し、位置制御の精度を向上
させるサーボ調整方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ工作機械において、テーブルなどの
移動体を駆動するサーボモータの制御では、ＮＣ位置指
令と、サーボモータまたは移動体の位置を検出する位置
検出器からのフィードバック信号との偏差が０となるよ
うに、移動体の位置を制御する。このサーボ制御では、
位置ループの位置フィードバック信号を微分したフィー
ドバック信号から速度ループを組み、速度ループゲイン
の出力をトルク指令値とする方式が採用されている。

【０００３】工作機械で円弧切削を実施するため２軸を
駆動するサーボモータを同時に制御し、移動体に円弧補
間運動をさせると、モータの回転方向が反転するときに
は、通常、移動体の移動方向は即座に反転することがで
きないため、位置指令に対して応答遅れを生じる。この
応答遅れにより、円弧補間運動での象限が切り換わる
と、実際の運動の軌跡が指令軌跡よりも外側に出てしま
う応答誤差を生じる。この現象は、スティックモーショ
ンまたは象限突起と呼ばれており、加工精度低下の主要
な要因となっている。

【０００４】この現象が起こるのは、運動方向が反転す
ると摩擦トルクの分だけトルク指令を反転させる必要が
あるが、速度ループの応答特性による遅れがあるため、
送り軸が一時停止するためであると考えられている。

【０００５】従来、サーボモータの反転時に生じる応答
誤差を補正するために実施されていた方法としては、モ
ータ反転時のトルク指令値を検出し、このトルクを基に
補正トルクを試行錯誤により決定し、オペレータが補正
トルクの値をＮＣ装置にパラメータ入力する方法があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オペレ
ータが補正トルクをパラメータ入力する方法では、補正
トルクの値をオペレータが経験に頼って決めており、個
人の熟練度に応じてトルク補正の結果にバラツキがあっ
た。しかも、補正トルクを決定する際には、円弧補間精
度の測定機によって応答遅れによる誤差を測定しなが
ら、適当な補正トルクの値を経験的に決めていたため、
その作業には高度の熟練を必要とした。

【０００７】また、応答遅れによる誤差は、同じ機械で
も送り速度や円弧半径等の条件によって変わってくるた
め、条件毎に補正トルクをパラメータ入力しなければな
らず、その作業は煩雑であった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、サーボモータ反転時の応答誤差
が可能な限り小さくなるような適正な補正トルクを自動
的に求めることができ、象限突起を確実に減じることが
できるようにしたサーボ調整方法およびその装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、移動体の送り軸を駆動するサーボモー
タのサーボ機構の調整方法であって、移動体が位置指令
に追従するように、移動体の位置を検出しながら各送り
軸のサーボモータを制御し、指定した円弧半径、送り速
度で移動体に円弧補間送り運動をさせ、移動体の位置
と、位置指令とに基づいて指令位置からの応答誤差を演
算し、サーボモータ反転の際に生じた応答誤差としきい
値とを比較し、応答誤差がしきい値以上であった場合に
は、既定の補正トルクの値を応答誤差が減じるような適
当な値に更新するとともに、同じ条件で移動体に円弧補
間送り運動をさせ、サーボモータの反転を検出した際に
サーボモータに指令する指令トルクを更新した補正トル
クに基づいて補正し、応答誤差がしきい値以上であれ
ば、その補正トルクを更新し、応答誤差が基準値以下に
なるまで、トルク指令の補正と、補正トルクの更新を繰
り返して行うことを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明は、前記の方法において、任
意の円弧半径、送り速度で移動体に円弧補間送り運動を
させ、それぞれの円弧半径、送り速度で応答誤差がしき
い値以下となる補正トルクを求め、任意の円弧半径、送
り速度に対応する補正トルクテーブルを作成することを
特徴とする。

【００１１】この発明のサーボ調整方法によれば、応答
誤差があるしきい値内に入るまで、自動的に補正トルク
が更新され、最適な補正トルクが求められる。実際の加
工では、この最適な補正トルクに基づいてサーボモータ
反転時にはトルク補正が実行され、的確に象限突起が小
さくされる。

【００１２】また、前記のサーボ調整方法を実施するた
めの装置は、第１の送り軸のサーボモータで駆動する移
動体の位置を検出する第１の位置検出手段と、第２の送
り軸のサーボモータで駆動する移動体の位置を検出する
第２の位置検出手段と、前記移動体が位置指令に追従す
るように、移動体の位置を検出しながら各送り軸のサー
ボモータを制御し、指定した円弧半径、送り速度で移動
体に円弧補間送り運動をさせるサーボ機構と、前記各サ
ーボモータの反転を検出する手段と、検出した移動体の
位置と、位置指令とに基づいて指令位置からの応答誤差
を演算する手段と、サーボモータ反転の際に生じた応答
誤差と所定のしきい値とを比較する手段と、応答誤差が
しきい値以上であった場合は、既定の補正トルクの値を
応答誤差が減じるような適当な値に更新する手段とを具
備することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるサーボ調整方
法およびその装置の一実施の形態について、添付の図面
を参照して説明する。図１は、本発明によるサーボ調整
方法を実施するＮＣ工作機械のテーブルを送るサーボモ
ータを制御する制御装置の構成を示すブロック図であ
る。位置制御方式は、セミクローズドループ方式であ
る。

【００１４】図１において、１０はＸ軸の送り軸１１を
駆動するサーボモータで、１２は、Ｙ軸の送り軸１３を
駆動するサーボモータである。テーブル１４、サドル１
５をそれぞれ送るＸ軸、Ｙ軸のサーボモータ１０、１２
について、同時に２軸制御を行い、テーブル１４に円弧
補間送り運動を与える。

【００１５】ＮＣ指令プログラムＰは、解析部１６によ
り実行データに変換され、指定された円弧半径Ｒ、送り
速度Ｆに対応したＸ軸指令値、Ｙ軸指令値が分配部１７
を介してそれぞれＸ軸のサーボモータ１０を制御するモ
ータ制御回路１８、Ｙ軸のサーボモータ１２を制御する
モータ制御回路２０に与えられる。

【００１６】サーボモータ１０、１２には、エンコーダ
からなる位置検出器２１、２２が設けられている。この
位置検出器２１、２２から位置フィードバック信号が取
られ、Ｘ軸指令値、Ｙ軸指令値と比較される。そして、
モータ制御回路１８、２０は、サーボモータ１０、１２
を位置指令に追従するように制御する。

【００１７】位置検出器２１、２２からの出力は、２軸
信号合成器２４により合成され、その出力は、ＣＲＴな
どからなる表示装置２６に与えられる。したがって、こ
の表示装置２６には、実際にテーブル１４を駆動するサ
ーボモータ１０、１２の回転位置が表示されるようにな
っている。

【００１８】また、２軸信号合成器２４の出力は、それ
ぞれ位置指令と、位置指令からの応答誤差を演算し、ま
た、その応答誤差がしきい値よりも大きい場合にＸ軸、
Ｙ軸のサーボモータへ与えるトルク指令を補正するトル
ク補正部２８、３０に導入される。

【００１９】図２は、図１のＸ軸のモータ制御回路１８
をより詳細に示したブロック図である。なお、Ｙ軸のモ
ータ制御回路２０も同様に構成されるものである。

【００２０】位置検出器２２からの位置フィードバック
信号と、位置指令との偏差が０となるような位置制御ル
ープが一番外側のループとして構成されている。その内
側のループは、速度制御ループであり、位置フィードバ
ック信号は、微分処理部３１によって微分されることに
より速度フィードバック信号に変換されてから、位置ル
ープゲイン３２の出力と比較される。

【００２１】また、速度ループの内側のマイナーループ
としてトルクループが組まれている。この場合、速度ル
ープゲイン３３の出力は、トルク指令としてアンプ３４
により増幅されてサーボモータ１０に出力される。そし
て、トルク指令は、トルク指令検出部３５を介してトル
ク補正部２８にフィードバックされる。このトルク補正
部２８は、２軸信号合成器２４から取り込んだモータ回
転位置と、指令位置との差から応答誤差や、補正トルク
の更新の判別基準となるしきい値を演算し、また、検出
したトルク指令から補正トルクの値を演算する演算部３
６を有している。また、演算部３６で演算された補正ト
ルクは、トルク補正実行部３７を介して積分器３８に導
入され、この積分器３８の出力を速度ループゲイン３３
の前段に帰還させることで、トルクの補正が実行される
ようになっている。

【００２２】なお、トルク補正を繰り返し、適正化され
た補正トルクの値は、そのときの円弧半径Ｒ、送り速度
に一対一に対応するデータとして補正トルクテーブル格
納部３９に格納される。

【００２３】以下、図４のフローチャートを参照しなが
ら、本発明のサーボ調整方法をより詳細に説明する。ま
ず、所定の円弧半径Ｒ、送り速度Ｆでテーブル１４に円
弧補間送り運動をさせるテストプログラムが実行される
（ステップＳ１）。このテストプログラム実行中、位置
検出器２１、２２によりサーボモータ１０、１２の位置
は検出される（ステップＳ２）。

【００２４】象限切換時のサーボモータ１０、１２の反
転は、位置指令からその移動方向を検出する指令移動方
向検出部４０を介して移動方向の反転を検出することに
より検知される（ステップＳ３）。そして、このサーボ
モータ１０、１２が反転したときのトルク指令値は、そ
れぞれＸ軸、Ｙ軸についてトルク指令検出部３５により
検出される（ステップＳ４）。

【００２５】ここで、図５（ａ）は、検出されるトルク
指令の信号波形の時間的変化を示す図である。速度０検
出部４２は、速度フィードバック信号を取り込み、速度
が０、すなわち、速度フィードバック信号が０になるタ
イミングを検出する。演算部３６は、このときの速度０
の時点でのトルク指令値ＴjAを取り込む。

【００２６】続いて、トルク指令の信号には、図５
（ｂ）に示されるように、ノイズ除去のためのフィルタ
処理がなされるとともに、図５（ｃ）に示されるように
微分され、演算部３６は、微分値０のＢ点におけるトル
ク指令値ＴjBを取り込む。

【００２７】続いて、サーボモータ１０、１２の位置を
検出する位置検出器２１、２２の出力は、２軸信号合成
器２４により合成される。この２軸信号合成器２４の出
力が表示装置２６に表示される（ステップＳ５）。図３
は、その軌跡の例を示す図である。

【００２８】演算部３６は、位置検出器２１、２２から
与えられる位置信号と、位置指令とから、サーボモータ
反転時の応答誤差εiおよびしきい値ε0を演算する（ス
テップＳ６）。

【００２９】応答誤差εiは、象限切換時の象限突起で
あり、他の誤差と区別するために、象限切換（速度フィ
ードバックが０または速度フィードバックが反転）した
時から所定の時間内の最大誤差を応答誤差εiとして求
める。例えば、図３において、象限切換時のＡ点から象
限突起εiyの最頂点に達するまでＸ軸方向にΔＸだけ移
動するのに要する時間ｔは、ΔＸ／（Ｆ／６０）として
近似的に求められる。ここで、Ｆは送り速度（mm／mi
n）である。そして、この時間ｔをあらかじめ実験的に
測定しておき、象限切換を検出した時から、２ｔの範囲
内における最大を誤差を応答誤差εiとして求めれば、
確実に象限突起を応答誤差εiとして算出することがで
きる。

【００３０】一方、しきい値ε0については、応答誤差
εi、すなわち、各象限切換毎の象限突起を除いた部分
の誤差の絶対値の平均値を演算し、これをしきい値ε0
とする。

【００３１】こうして、応答誤差εiとしきい値ε0を演
算してから、次に、応答誤差εiがしきい値ε0よりも小
さいかどうかが判別される（ステップＳ７）。この場
合、応答誤差εiが食い込みの場合、すなわちマイナス
の場合を排除するために、−ε0≦εi≦ε0として判別
される。

【００３２】応答誤差εiがしきい値ε0よりも小さけれ
ば、ステップＳ２０、ステップＳ２１に進んで、円弧半
径Ｒ、送り速度Ｆを変えて次のテストプログラムを実行
する。

【００３３】これに対して、応答誤差εiがしきい値ε0
よりも大きければ、ステップＳ８以下の処理に進む。

【００３４】ステップＳ８では、まず、応答誤差を減じ
るために行うトルク補正の基準となる補正トルクＴcを
演算する。この場合、ステップＳ４で検出したトルク指
令値ＴjA、ＴjBの変化分 ΔＴ＝ＴjA−ＴjB を演算し、この変化分ΔＴを２で割った値を、このとき
の円弧半径Ｒ、送り速度Ｆでのトルク補正の基準となる
補正トルクＴcとして演算する。

【００３５】こうして補正トルクＴcを求めておいてか
ら、次に、再び、前回と同じ円弧半径Ｒ、送り速度Ｆで
のテストプログラムを実行する（ステップＳ９）。

【００３６】これにより、円弧半径Ｒ、送り速度Ｆで円
弧補間送り運動が再開され、前回と同じようにして、位
置検出器２１、２２によりサーボモータ１０、１２の位
置を検出しながら位置制御が行われる（ステップＳ１
０）。そして、速度０検出部４２を介して象限切換、す
なわち、速度フィードバックの０または速度フィードバ
ックの反転を検出したら（ステップＳ１１）、次のよう
にしてトルク補正が実行される。

【００３７】すなわち、トルク補正実行部３７は、補正
トルクＴcを読み出し、トルクループを構成する積分器
３８にフィードバックし、これにより、サーボモータ１
０、１２に与える指令トルクが補正される（ステップＳ
１２）。

【００３８】このようなトルク補正は、象限が切り換わ
るたびに実行される。そして、トルク補正された実際の
運動軌跡が表示装置２４に表示される（ステップＳ１
３）。この実際の運動軌跡から、トルク補正によって象
限突起が減じているかどうかを確認することができる。

【００３９】続くステップＳ１４では、前回の円弧補間
送りでのステップＳ６と同様にして、応答誤差εiが演
算される。そして、この応答誤差εiは、しきい値ε0と
比較される（ステップＳ１５）。トルク補正の効果があ
って、応答誤差εiが減少し、しきい値ε0よりも小さく
なっていれば、ステップＳ２０、ステップＳ２１に進ん
で円弧半径Ｒ、送り速度Ｆを変えて次のテストプログラ
ムを実行する。

【００４０】これに対して、トルク補正の効果があまり
なく、なおも応答誤差εiがしきい値ε0よりも大きい場
合は、ステップＳ１６に進む。ここでは、トルク補正の
基準となった基準トルクＴｃを、応答誤差εiを減じる
ようなより適切な値にするための演算を行う。例えば、
基準トルクＴｃの値を１０パーセントきざみで大きな値
に変えていく。この場合、新たな補正トルクＴｃの値
は、元の補正トルクＴｃよりも１０パーセント大きな値
にされる。補正トルクＴｃの値は演算された値に更新さ
れた後（ステップＳ１７）、この更新された補正トルク
Ｔｃに基づいて前回と同様にトルク補正が再実行される
（ステップＳ１１、Ｓ１２）。なお、補正トルクの演算
の方法としては、その他、２乗近似法などを用いてもよ
い。

【００４１】以後、運動軌跡の表示（ステップＳ１
３）、応答誤差εiの演算（ステップＳ１４）、しきい
値ε0との比較（ステップＳ１５）が実行され、応答誤
差εiがしきい値ε0よりも小さくなるまで、トルク補
正、補正トルクの値の更新が繰り返される。

【００４２】最終的に、各象限が切り換わるごとの応答
誤差εiがしきい値ε0よりも小さくなれば、次のテスト
プログラムの実行に進み、以下、同じようにして、種々
の円弧半径Ｒ、送り速度Ｆについての最適な補正トルク
が自動的に求められる。これらの補正トルクのデータ
は、円弧半径Ｒ、送り速度Ｆに対応する形式のデータで
あるトルク補正テーブルとして演算部３６により作成さ
れ（ステップＳ２２）、補正トルクテーブル格納部３９
に格納される。

【００４３】このようにして補正トルクについてサーボ
調整を行った後、実際の加工プログラムを実行するとき
には、トルク補正テーブルのデータがトルク補正実行部
３７に読み込まれ、そのときの任意の円弧半径Ｒ、送り
速度Ｆに対応した補正トルクの値でトルク補正が実行さ
れるので、象限突起を確実に減じることができる。

【００４４】なお、加工条件が変わることによって、応
答誤差が大きくなってしまうようなことがあれば、ま
た、テストプログラムを実行して、すでに作成されてい
るトルク補正テーブルを更新すればよい。

【００４５】以上、サーボ制御方式がセミクローズド方
式の場合について説明したが、本発明は、テーブル１４
の位置を直接検出してフィードバックするフルクローズ
ドループ方式の場合も同じようにして適用可能であるこ
とはいうまでもない。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、応答誤差が所定のしきい値内に入るまで補正
トルクを更新しながらのトルク補正を繰り返し行うの
で、サーボモータ反転時の応答誤差が可能な限り小さく
なるような適正な補正トルクを自動的に求めることがで
き、象限突起を確実に減じることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサーボ調整方法を実施するセミク
ローズドループ方式のサーボ制御装置のブロック図。

【図２】図１におけるサーボモータ制御回路のブロック
図。

【図３】円弧補間運動の軌跡の例を表した図。

【図４】本発明によるサーボ調整方法の手順を示すフロ
ーチャート。

【図５】サーボモータ反転時のトルク指令の検出の例を
示す図。

【符号の説明】

１０ サーボモータ（Ｘ軸） １２ サーボモータ（Ｙ軸） １４ テーブル １５ サドル ２１ 位置検出器（Ｘ軸） ２２ 位置検出器（Ｙ軸） ２４ ２軸信号合成器 ２６ 表示装置 ２８ トルク補正部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動体の送り軸を駆動するサーボモータの
   サーボ機構の調整方法であって、 移動体が位置指令に追従するように、移動体の位置を検
   出しながら各送り軸のサーボモータを制御し、指定した
   円弧半径、送り速度で移動体に円弧補間送り運動をさ
   せ、 移動体の位置と、位置指令とに基づいて指令位置からの
   応答誤差を演算し、 サーボモータ反転の際に生じた応答誤差としきい値とを
   比較し、 応答誤差がしきい値以上であった場合には、既定の補正
   トルクの値を応答誤差が減じるような適当な値に更新す
   るとともに、同じ条件で移動体に円弧補間送り運動をさ
   せ、 サーボモータの反転を検出した際にサーボモータに指令
   する指令トルクを更新した補正トルクに基づいて補正
   し、応答誤差がしきい値以上であれば、その補正トルク
   を更新し、 応答誤差が基準値以下になるまで、トルク指令の補正
   と、補正トルクの更新を繰り返して行うことを特徴とす
   るサーボ調整方法。
2. 【請求項２】任意の円弧半径、送り速度で移動体に円弧
   補間送り運動をさせ、それぞれの円弧半径、送り速度で
   応答誤差がしきい値以下となる補正トルクを求め、任意
   の円弧半径、送り速度に対応する補正トルクテーブルを
   作成することを特徴とする請求項１に記載のサーボ調整
   方法。
3. 【請求項３】移動体の送り軸を駆動するサーボモータの
   サーボ機構の調整装置であって、 第１の送り軸のサーボモータで駆動する移動体の位置を
   検出する第１の位置検出手段と、 第２の送り軸のサーボモータで駆動する移動体の位置を
   検出する第２の位置検出手段と、 前記移動体が位置指令に追従するように、移動体の位置
   を検出しながら各送り軸のサーボモータを制御し、指定
   した円弧半径、送り速度で移動体に円弧補間送り運動を
   させるサーボ機構と、 前記各サーボモータの反転を検出する手段と、 検出した移動体の位置と、位置指令とに基づいて指令位
   置からの応答誤差を演算する手段と、 サーボモータ反転の際に生じた応答誤差と所定のしきい
   値とを比較する手段と、 応答誤差がしきい値以上であった場合は、既定の補正ト
   ルクの値を応答誤差が減じるような適当な値に更新する
   手段とを具備することを特徴とするサーボ調整装置。
4. 【請求項４】前記第１位置検出手段と、第２位置検出手
   段の出力信号を合成する２軸信号合成器と、前記２軸信
   号合成器の出力から移動体の運動軌跡を表示する表示手
   段を備えることを特徴とする請求項３に記載のサーボ調
   整装置。