JPS6111745B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工業機械等に於ける刃物台等のように
移動する物を位置決めするための制御方法に関す
るものである。

従来、工作機械等に於ける位置決め制御方法と
しては第１図乃至第３図に示す制御方法が知られ
ている。

而して、第１図に示す制御系はセミクローズド
ループ制御系と称されているもので、１は位置決
めされるべきテーブル等の移動体、２はこの移動
体１と該移動体の駆動源であるパルスモータ３を
を繋ぐボールナツトスクリユ２ａ（以下、単にボ
ールスクリユという）、減速機２ｂ等から成る伝
動機構、４は数値制御装置であり、この制御系に
於ては、前記パルスモータ３にテープリーダ等に
よつて供給されるパルス指令信号に基づいた駆動
信号Ｄが供給される一方、該モータ３の出力軸等
から取出される前記軸の回転数に（角）を表わす
フイードバツク信号Ｆが前記装置４に帰還され、
数値制御装置４の内部に於て、前記指令信号とフ
イードバツク信号Ｆとを比較演算し、前記テーブ
ル１の位置決めを行うようになつている。従つ
て、前記テーブル１の位置決め制御は、前記駆動
源たるパルスモータ３の回転数（角）に置き換え
て行われている。

上記第１図に示す制御方法は、駆動源であるパ
ルスモータ３が、その回転数（角）を制御する指
令信号と、前記モータ３の回転軸から取出される
回転数（角）を表わすフイードバツク信号とを比
較演算した結果によつて制御され、前記モータ３
の回転数（角）が指令パルスによつて制御され
る、特に、前記モータ３の回転数（角）を微細に
制御できるところから、該モータ自体の減速乃至
は停止制御が容易であるという利点がある。

しかし、モータ３自体の回転数（角）の制御を
微細且つ正確に制御できるだけでは、制御対象で
あるテーブル１を正確且つ迅速に位置決めするこ
とはできない。

即ち、第１図に示す制御系による位置決めは、
パルスモータ３の回転数（角）をテーブル１の位
置に置き換えて制御するから、伝動機構２のバツ
クラツシユやテーブル１の摺動ガタ等の影響がテ
ーブル１の現在位置に位置決め誤差となつて表わ
れても、それを検出することができないからであ
る。

従来、上記難点に鑑み、第１図の制御系に於
て、テーブル１の設けた検出器６から補正用のフ
イードバツク信号F′を取出してこれを予定速度
信号と比較し、その結果によつてパルスモータ３
に補正制御信号D′を供給するようにした補正制
御装置５を数値制御装置４内に設けた制御系（第
２図参照）が提案され、実用に供されているが、
構成が複雑になるのみならず、位置決め補正を行
うので、位置決めに時間を要するという難点があ
る。

一方、上記制御系の外に、第３図に示すよう
に、フイードバツク信号Ｆをテーブル１に取付け
た検出器６から直接取出し、これを数値制御装置
４に帰還させるようにしたクローズドループ制御
系がある。

上記第３図の制御系では、テーブル１の現在位
置を該テーブル自体の位置から検出する一方、数
値制御装置４から駆動モータ３に供給される制御
信号Ｄは前記テーブル１自体の予定位置に基づい
たものであるから、テーブル１の位置決め制御を
行うという点から見れば完全なクローズドループ
制御系であり、上記第１図及び第２図に示したと
ころのパルスモータ３の回転数（角）をテーブル
１の位置に置き換えて制御する制御系に比べ制御
論理としては完壁なものであることは明白である
が、実用例が極めて少ない。

第３図に示すクローズドループ制御系によりテ
ーブル等の移動体の位置決め制御の実用例が少な
いのは、次のような理由による。

即ち、第３図に示す制御系では、テーブル１
は、モータ３の回転出力を伝動機構２を介して受
け、該伝動機構２の作動を伴つて摺動面１ａ上を
移動させられるものであるが、前記テーブル１の
移動時テーブル１とその摺動面１ａとの間にある
クリアランス、該クリアランス部に存在する潤滑
油、テーブル１の移動時に伝動機構２や摺動面１
ａにかかる負荷、該負荷により生じる各構成部材
の歪、伝動機構２を始めとする各作動部分にある
機械的遊びやバツクラツシユないしは機械的誤作
等の諸要素が、前記テーブル１の移動に関与する
から、テーブル１自体から直接フイードバツクさ
れる該テーブル１の現在位置に基づきつつモータ
３の出力を制御しても、前記テーブル１を所定位
置に位置決めする。殊に、予定停止点でテーブル
１を停止させることは極めて困難であるからであ
る。

これは、位置決め制御すべきテーブル１とその
モータ３の間に、前記伝動機構２を始めとする諸
要素が介在する限り、前記テーブル１を予定位置
に正確に位置決めすることは、極めて困難ないし
は事実上不可能であることを意味している。

因に、テーブル１の予定位置での位置決めを阻
害する上記諸要素は、第１図、第２図に示す制御
系に於ても存在し、また、前記諸要素は機械であ
る限りこれを除去することはできないから、第１
図及び第２図に示した制御系に於ても、上述の位
置決めを阻害する諸要素の影響を受け、従つて、
テーブル１を予定位置に正確に停止させることが
極めて困難なのである。

従来、上述の位置決めを阻害する諸要素の影響
を小さくするため、例えば、伝動機構２にバツク
ラツシユの小さなボールスクリユを用いると共
に、それらの剛性を大きくし、また機械側に生じ
る歪を小さくするために機械全体の剛性を高める
等の措置が採られているが、上記問題点の根本的
解決は図られていない。

例えば、第１図の機械に剛性が充分に高いボー
ルスクリユ２ａを用いたとしても、このスクリユ
２ａはテーブル１の摺動面１ａ上の位置によつて
負荷を受ける部分の実長が、第１図に鎖線で示す
ように、l₁〜l₃の間で変化する。この負荷を受け
る実長が変化するボールスクリユ２ａに、仮にモ
ータ３から同一出力が伝動されるとすれば、前記
スクリユ２ａはその実長に比例して歪が変化する
から、前記モータ３の出力はこの変化する歪の影
響を受けつつテーブル１に伝達されることによ
り、従つて、前記テーブル１はその位置のいかん
に拘らずモータ３によつて均等に作動されること
にはならないからである。また、このことは機械
の作動時にその摺動面１ａ等に生じる歪について
も同様である。

而して、上述した予定位置決めを阻害する諸要
素は、実際の位置決めに於て、次に述べるような
現象となつて顕在化する。

従来制御法に於は、テーブル１を減速させて停
止させるためにテーブル１の移動速度が減じるよ
うにモータ３の出力を制御し、前記テーブルの減
速度合が予定通りであるかどうかを現在速度を監
視しつつ前記モータ３の出力を連続的に制御して
いるだけであるから、この状態をモータ３側から
見るとモータ３には停止直前まで減速走行時のテ
ーブル１を含む被駆動側の変動する負荷がかかり
続け、また、テーブル１を含む被駆動側から見る
と、テーブル１が減速走行させられている間、テ
ーブル１を含む被駆動側では前記の制御されて出
力が変化するモータ３の出力を受けることによつ
て徐々に慣性が変動する。

この減速走行時のモータ出力及びテーブル１を
含む被駆動側の慣性には、先に述べた位置決め阻
害要素が影響するから、定率で増加ないしは減少
するといつた具合には変動せず、従つて、テーブ
ル１の減速走行状態を微細にみると、加減速を繰
返し乍ら全体として減速走行しており、また、そ
れ故にテーブルを含む被駆動側も慣性を増減しつ
つ歪を残したまま停止直前に到達する。

このようにテーブル１が被駆動側の慣性を増減
しつつ減速走行させられることは、前記慣性によ
り機械側に生じた歪もまた停止直前まで機械側に
残り、且つ、変動していることを意味するから、
テーブル１が停止させられた瞬間に慣性が解消し
て前記歪が復元することになり、これがテーブル
の停止位置を狂わせるのである。

上記減速走行時に機械側に生じる歪は、テーブ
ルを含む被駆動側の重量が大きい場合、或は定速
走行しているテーブルを負減速させる場合に顕著
に現われ、このような場合には、予定位置にテー
ブルを一旦停止させることすら困難になる。即
ち、オーバーランを招来するのである。

本発明は上述のような位置決めに関する数値制
御法の現状に鑑み、テーブル等の移動体とモータ
による駆動源の間に伝動機構が介在していると否
とに拘らず、また伝動機構が介在していてもその
精度や剛性等の高低に拘らず、前記移動体からフ
イードバツク信号を直接取出して該移動体を迅速
且つ高精度に位置決めすることができ、また、そ
の実施化も極めて簡易な位置決め制御方法を提供
することを目的としてなされたもので、その構成
は、テーブル等の移動体の移動時にその現在位置
を表わす現在位置量を前記移動体に設けた検出器
から直接取出し、取出した現在位置信号を、前記
移動体の停止点を含む減速点に関する予定移動量
を表わした予定位置信号と比較して、前記移動体
のモータ等による移動駆動源の出力を制御し、前
記移動体を移動させて減速、停止させる位置決め
制御方法に於て、前記現在位置信号を適宜の時間
信号に対応させて前記移動体の現在速度信号を形
成し、この現在速度信号を予定速度信号と比較し
乍ら移動体の現在速度を予定速度に一致させるよ
うに前記駆動源の出力を制御しつつ、前記移動体
の現在速度や任意の予定速度と一致する時で且
つ、前記駆動源の出力エネルギと前記移動体を含
む被駆動側の持つエネルギとが一致する時を検出
し、前記両エネルギが略同一になつた瞬間ないし
はその直後に、前記駆動源の移動体の停止を含む
減速をさせるための駆動信号を与えることを特徴
とするものである。

次に本発明方法の実施例を図に抑り説明する。

本発明方法は、テーブル１からその現在位置を
表わす信号Ｆを直接取出す一方、前記現在位置と
予定位置との比較によつてテーブル１の駆動源で
あるサーボモータ３を制御する点で、前記第３図
に示した従来から知られているクローズドループ
制御系と同一であるから、第４図における同一部
分は同一符号で示す。

而して、第４図に於て１は移動体たるテーブ
ル、２は前記テーブル１の移動駆動源である直流
サーボモータ３と前記テーブル１の間に介在する
送り螺子２ａや減速機２ｂなどによる伝動機構、
４は数値制御装置である。ここで、前記テーブル
１の現在位置は、該テーブル１とその摺動面１ａ
との間に亘つて設け、例えば、テーブル１の移動
量0.01mm当り１個の距離パルス信号を発生する測
長器６により取出すようになつており、取出され
たパルス信号Ｆは後述する距離カウンタ７に供給
される。前記テーブル１の減速ないしは停止に関
する予定位置は、前記摺動面１ａ上に於て任意に
定めた源点からの距離を表わす数値で制御装置４
内の距離カウンタ７にプリセツトできるようにし
てある。前記カウンタ７には、例えば減算カウン
タを用い、従つて、前記テーブル１の現在位置は
前記カウンタ７内の残数値として表われるように
なつている。前記サーボモータ３の駆動信号Ｄ
は、前記カウンタ７にプリセツトされる減速ない
しは停止点までを表わすカウンタ７内の残数値を
基準として、例えば、電圧を増減する形で供給さ
れるが、前記テーブル１を減速ないしは停止させ
るべき位置で該テーブル１を予め定められた加速
度で減速させて減速ないしは停止させるに足りる
電圧が供給されるように前記数値制御装置４内に
プリセツトされる。

一方、前記測長器６から供給される距離パルス
信号Ｆは、時計８から供給される時間パルス信号
Ｔと速度カウンタ９内で対応させられ、前記テー
ブル１の現在速度信号に形成される。この現在速
度信号は、任意の一定時間内に供給される距離パ
ルスＦを計数するか、または任意の一定距離をテ
ーブル１が移動する間に供給される時間パルスＴ
を計数するか、もしくはこれらの双方を計数する
ことによつて形成する。

而して、上記に於てブリセツトされるテーブル
１の予定速度は、上記現在速度と対比できる形式
で数値制御装置４に蓄えられているから、テーブ
ル１の現在速度は数値制御装置４内で予定速度と
比較され、この結果によつてサーボモータ３に駆
動信号Ｄが供給されてテーブル１の現在速度が予
定速度になるように制御される。

以上は従来制御方法と略同様であるが、本発明
方法に於ては、テーブル１を減速させ始めて停止
させるまでの間における制御方法が従来と異な
る。

即ち、本発明方法では、テーブル１が減速走行
域に入り停止するまでの間に於ける減速時、テー
ブル１を含む被駆動側に生じている歪を積極的に
小さくし、且つ、該歪が小さくなる瞬間を検出し
てモータ３を減速駆動することにより前記テーブ
ル１を減速させ、更に、停止直前に於ては前記被
駆動側の前記歪を殆んど無視できる程度に小さく
して前記テーブル１を予定停止位置に正確、且つ
迅速に位置決めするのである。

テーブル１の減速走行時、被駆動側の歪を小さ
く乃至は解消し乍ら該テーブル１を迅速に減速走
行させる手段の実施例は、次の通りである。

一般に、テーブル１を定速走行から減速させ始
めると、それまでの定速走行によつてテーブル１
を含む被駆動側に生じている慣性は、モータ３の
ロータを介してサーボアンプに吸収され、そこか
ら熱として発散させることにより次第に小さくな
る。

而して、上記減速時に於けるモータ３の作用を
テーブル１側から見てみると、減速し始めはこの
モータ３がブレーキとして作用し、この後前記テ
ーブル１を減速走行させる牽引駆動源として作用
する。これを換言すれば、減速し始めはテーブル
１を被駆動側の慣性による運動エネルギがモータ
３の出力エネルギを上回り、その後前記被駆動側
の運動エネルギはモータ３の出力エネルギよりも
小さくなることになるので、この間に於て、前記
被駆動側の運動エネルギとモータ３の出力エネル
ギが等しくなる瞬間があることがわかる。

そこで、上記テーブル１の減速走行域に於て、
被駆動側の運動エネルギとモータ３の出力エネル
ギが等しくなる瞬間を検出し、その時に前記モー
タ３に次の減速駆動信号を供給すれば、テーブル
１を含む被駆動側は一段と効果的に減速されるの
で、この方法による減速をテーブル１の減速走行
域で２回以上行えば前記テーブル１を極めて効果
的且つ迅速に減速することができる。

また、上記被駆動側の運動エネルギとモータ３
の出力エネルギが等しくなる瞬間は、上記被駆動
側の慣性による歪が小さくなる瞬間でもあるか
ら、テーブル１の予定停止位置直前に於て、上記
本発明方法による減速を行えば、歪が復元するこ
とによる停止位置のずれ等を生じることなく、正
確に位置決めをすることができるのである。

次に、上記被駆動側の運動エネルギとモータ３
の出力エネルギとが等しくなる瞬間の検出手段に
ついて説明する。

まず、テーブル１の現在速度は、減速走行域に
於ても速度カウンタ９によつて検出されつづけら
れているから、上記速度カウンタ９を肉眼によ
り、又は、電気的に監視しておけば、上記瞬間を
検出することができる。

これは、上記速度カウンタ９内の数値が上記の
両エネルギの等しくなる前、後に於ては、モータ
３の出力が常時増減して増減変動しているが、上
記両エネルギの等しくなる瞬間には殆んど変化せ
ずに安定するからである。上記瞬間が検出された
ら、これと同時にモータ３に次の減速駆動信号乃
至は停止信号を供給する。

上記例は、速度カウンタ９によつてテーブル１
の減速走行時に前記両エネルギの等しくなる瞬間
を検出したが、この瞬間は、測長器６からのフイ
ードバツク信号を監視することによつても検出す
ることができる。

この場合には、減速時にモータ３に前記テーブ
ル１が逆進するに足りる駆動信号を供給すること
によつて減速を図り、該テーブル１が実際に逆進
し始め、同時に前記測長器６からフイードバツク
される逆向きのフイードバツク信号が得られた瞬
間を検出し、直ちに前記モータ３に一旦正方向回
転の駆動信号を極く短時間与えて停止させるので
ある。

これはテーブル１の減速走行が被駆動側の慣性
をモータ３の出力で相殺する形で行われるから、
前記モータ３が逆回転し始める瞬間には、モータ
３に対する負荷が見かけ上無くなる。換言すれ
ば、それまで減速されつつ走行して来た被駆動側
の慣性が小さくなつて歪は充分に小さくなつてい
ることになり、従つて、この後のテーブル１の停
止を極めて正確に行うことができるからである。

以上のような本発明方法によつて得られるテー
ブル１の減速乃至は停止の効果は、テーブル等の
移動体とその駆動源との間に、送り螺子等の伝動
機構が有ると否とに拘らず得ることができる。

本発明方法はテーブル等の移動体を位置決め制
御するに当り、減速時、予定停止位置の手前に於
て、前記テーブルを含む被駆動側の歪が最小にな
るように駆動源の出力を、制御しつつ前記テーブ
ルを減速、停止させるようにして、従来実用性が
ないということで殆んど実施されていなかつた完
全なクローズドループ系による位置決め制御を可
能にすることができる。

また、本発明方法によれば、駆動源とそれに作
動されるテーブル等の制御対象の間に、いかなる
精度の伝動機構を介在しても、それによる影響が
生じ得ないか若しくは殆んど無視できる状況を減
速乃至は予定停止位置の手前で形成しておき、制
御対象の位置決め制御をするから、極めて効果的
且つ高精度の位置決めが具現でき、更に、伝動機
構の精度は位置決め精度に影響しないので、伝動
機構にボールナツトスクリユ等を用いる必要性が
なく、従つて、汎用機のいわゆるレトロフイツト
による数値制御化が可能になるなど、多くの利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のセミクローズドループ位置決め
制御系を示す図、第３図は同じくクローズドルー
プ位置決め制御系を示す図、第２図は第１図の制
御系に補正制御系を組入れたセミクローズドルー
プ制御系を示す図、第４図は本発明方法による位
置決め制御系の一例を示す図である。 １……テーブル、２……伝動機構、３……サー
ボモータ、４……数値制御装置、６……測長器、
７……距離カウンタ、８……時計、９……速度カ
ウンタ、Ｄ……モータ３の駆動信号、Ｆ……フイ
ードバツク信号、Ｔ……時間パルス信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ テーブル等の移動体の移動時にその現在位置
   を表わす現在移動量を前記移動体に設けた検出器
   から直接取出し、取出した現在位置信号を、前記
   移動体の停止点を含む減速点に関する予定移動量
   を表わした予定位置信号と比較して、前記移動体
   のモータ等による移動駆動源の出力を制御し、前
   記移動体を移動させて減速、停止させる位置決め
   制御方法に於て、前記現在位置信号を適宜の時間
   信号に対応させて前記移動体の現在速度信号を形
   成し、この現在速度信号を予定速度信号と比較し
   乍な移動体の現在速度を予定速度に一致させるよ
   うに前記駆動源の出力を制御しつつ、前記移動体
   の現在速度が任意の予定速度と一致する時で、且
   つ、前記駆動源の出力エネルギと前記移動体を含
   む被駆動側の持つエネルギとが一致する時を検出
   し、前記両エネルギが略同一になつた瞬間ないし
   はその直後に、前記駆動源に移動体の停止を含む
   減速をさせるための駆動信号を与えることを特徴
   とする位置決め制御方法。