特開 2022-157480 制御装置、工作機械、制御方法及びコンピュータプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022157480

(43)【公開日】2022-10-14

(54)【発明の名称】制御装置、工作機械、制御方法及びコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/19 20060101AFI20221006BHJP

   G05D 3/12 20060101ALI20221006BHJP

   H02P 29/00 20160101ALI20221006BHJP

   H02K 7/116 20060101ALI20221006BHJP

【ＦＩ】

G05B19/19 P

G05D3/12 305Z

H02P29/00

H02K7/116

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021061731

(22)【出願日】2021-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000005267

【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】寺田 弦

【テーマコード（参考）】

3C269

5H303

5H501

5H607

【Ｆターム（参考）】

3C269AB01

3C269BB05

3C269CC02

3C269CC15

3C269EF02

3C269GG01

3C269GG05

3C269MN07

3C269MN14

3C269MN16

3C269MN23

5H303AA01

5H303CC03

5H303CC09

5H303DD01

5H303FF03

5H303HH05

5H303JJ02

5H303KK02

5H303KK03

5H303KK35

5H501AA22

5H501BB05

5H501GG01

5H501GG03

5H501GG08

5H501GG11

5H501JJ03

5H501KK05

5H501LL07

5H501LL22

5H501LL32

5H501LL36

5H607BB01

5H607CC03

5H607DD03

5H607EE31

5H607HH01

5H607HH02

5H607HH03

(57)【要約】

【課題】振動の発生を抑制し、駆動時間の短縮を図ることができる制御装置等を提供する。
【解決手段】制御装置は、ワークを保持する保持部を歯車を介して駆動するモータを制御し、前記モータの目標位置を示す位置指令に基づいて、前記モータの速度を制御する位置制御部と、前記位置制御部による制御中に、前記目標位置に到達した場合、前記モータの制御を、前記位置制御部による制御から、目標トルクを示すトルク指令に基づいて、前記モータの速度を制御するトルク制御部による制御に切り替える切替部とを備え、前記目標位置は、前記保持部を駆動する歯車のバックラッシュに基づいて定まる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを保持する保持部を歯車を介して駆動するモータを制御する制御装置において、
前記モータの目標位置を示す位置指令に基づいて、前記モータの位置を制御する位置制御部と、
前記位置制御部による制御中に、前記目標位置に到達した場合、前記モータの制御を、前記位置制御部による制御から、目標トルクを示すトルク指令に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク制御部による制御に切り替える切替部と
を備え、
前記目標位置は、前記保持部を駆動する歯車のバックラッシュに基づいて定まる
制御装置。

【請求項2】

前記目標位置は、前記モータの回転量が所定量となるか、前記保持部の移動距離が所定距離となるか、又は前記保持部の回転角度が所定角度になる位置に対応する
請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記目標位置は、前記モータの出力するトルク又は前記モータに作用する外乱力が所定値以上になる位置に対応する
請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

前記位置制御部は前記モータの位置及び速度をフィードバック制御し、
前記目標位置は、前記位置制御部における位置偏差または速度偏差が所定値以上になる位置に対応する
請求項１に記載の制御装置。

【請求項5】

前記保持部は、回転テーブルと、該回転テーブルに設けた位置決め部と、該位置決め部が当接する当接部とを有し、
前記目標位置は、前記保持部を駆動する歯車のバックラッシュと、前記位置決め部が前記当接部に当接後、前記モータが回転した所定回転量との合算値に基づいて定まる
請求項１に記載の制御装置。

【請求項6】

前記トルク制御部及び位置制御部夫々からの出力を加算する加算部を備え、
前記位置制御部は、位置に関する第１比例ゲインを乗算する第一乗算器、速度に関する積分器及び速度に関する第２比例ゲインを乗算する第二乗算器により第二トルク指令を算出し、
前記切替部は、前記トルク制御部による制御と前記位置制御部による制御を切り替える代わりに、前記トルク制御部による制御中、前記第１比例ゲイン及び第２比例ゲインを設定可能な最高値よりも低い値に設定し、前記積分器の積算値をクリアすることで前記位置制御部の出力を最小化する
請求項１から５のいずれか一つに記載の制御装置。

【請求項7】

前記モータの速度を取得する速度取得部と、
該速度取得部で取得した前記速度が目標速度に到達するのに要する時間である到達時間を算出する時間算出部と、
前記トルク制御部による制御中に、前記時間算出部で算出した前記到達時間が予め定めた基準時間以下であるか否か判定する判定部と、
該判定部にて前記到達時間が前記基準時間以下であると判定した場合、前記モータの制御を、前記トルク制御部による制御から、目標位置を示す位置指令に基づいて、前記モータの位置を制御する位置制御部による制御に切り替える切替部と
を備える請求項１から６のいずれか一つに記載の制御装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一つに記載の制御装置を備える工作機械。

【請求項9】

ワークを保持する保持部を歯車を介して駆動するモータを制御する制御方法において、
前記モータの目標位置を示す位置指令に基づいて、前記モータの速度を制御し、
前記位置指令に基づく制御中に、前記目標位置に到達した場合、前記モータの制御を、前記位置指令に基づく制御から、目標トルクを示すトルク指令に基づく制御に切り替え、
前記目標位置は、前記保持部を駆動する歯車のバックラッシュに基づいて定まる
制御方法。

【請求項10】

ワークを保持する保持部を歯車を介して駆動するモータを制御する制御装置にて実行可能なコンピュータプログラムであって、
前記制御装置に、
前記モータの目標位置を示す位置指令に基づいて、前記モータを制御し、
前記位置指令に基づく制御中に、前記目標位置に到達したと判定した場合、前記モータの制御を、前記位置指令に基づく制御から、目標トルクを示すトルク指令に基づく制御に切り替える
処理を実行させ、
前記目標位置は、前記保持部を駆動する歯車のバックラッシュに基づいて定まる
コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、モータの駆動を制御する制御装置、工作機械、制御方法及びコンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械はテーブル又は主軸を備え、テーブル又は主軸はモータの駆動によって移動する。モータの駆動を制御する制御装置によって、テーブル又は主軸は目標位置まで移動することができる。制御装置はモータに対して、トルク指令に基づいたトルク制御を行うことがある。トルク制御を行うことによって、大きな加速度でモータは回転し、テーブル又は主軸の駆動時間を短縮することができる（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－２１７７４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

モータは減速機を介してテーブル又は主軸に動力を供給する。減速機は歯車を備える。トルク制御している場合において、減速機のバックラッシュが発生している区間ではモータに対して負荷がかからないために短時間でモータの速度が高くなり、歯車のバックラッシュが解消したとき、急激に負荷が増加して振動が発生する。

【0005】

本開示は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、振動の発生を抑制し、駆動時間の短縮を図ることができる制御装置、工作機械、制御方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施形態に係る制御装置は、ワークを保持する保持部を歯車を介して駆動するモータを制御する制御装置において、前記モータの目標位置を示す位置指令に基づいて、前記モータの位置を制御する位置制御部と、前記位置制御部による制御中に、前記目標位置に到達した場合、前記モータの制御を、前記位置制御部による制御から、目標トルクを示すトルク指令に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク制御部による制御に切り替える切替部とを備え、前記目標位置は、前記保持部を駆動する歯車のバックラッシュに基づいて定まる。

【0007】

本開示の一実施形態においては、目標位置、即ちバックラッシュが解消する位置に到達するまでは位置指令に基づいて、モータの速度を制御し、速度の急激な上昇を抑制する。目標位置到達後は、トルク指令に基づいてモータのトルクを制御し、高速で保持部を駆動する。

【0008】

本開示の一実施形態に係る制御装置は、前記目標位置は、前記モータの回転量が所定量となるか、前記保持部の移動距離が所定距離となるか、又は前記保持部の回転角度が所定角度になる位置に対応する。

【0009】

本開示の一実施形態においては、モータの回転量が所定量となるか、又は保持部の移動距離又は回転角度が所定距離又は所定角度になる位置まで、位置指令に基づいて、モータの速度を制御し、速度の急激な上昇を抑制する。

【0010】

本開示の一実施形態に係る制御装置は、前記目標位置は、前記モータの出力するトルク又は前記モータに作用する外乱力が所定値以上になる位置に対応する。

【0011】

本開示の一実施形態においては、モータの出力するトルク又はモータに作用する外乱力が所定値以上になる位置まで、位置指令に基づいて、モータの速度を制御し、速度の急激な上昇を抑制する。

【0012】

本開示の一実施形態に係る制御装置は、前記位置制御部は前記モータの位置及び速度をフィードバック制御し、前記目標位置は、前記位置制御部における位置偏差または速度偏差が所定値以上になる位置に対応する。

【0013】

本開示の一実施形態においては、位置偏差または速度偏差が所定値以上になる位置まで、位置指令に基づいて、モータの速度を制御し、速度の急激な上昇を抑制する。

【0014】

本開示の一実施形態に係る制御装置は、前記保持部は、回転テーブルと、該回転テーブルに設けた位置決め部と、該位置決め部が当接する当接部とを有し、前記目標位置は、前記保持部を駆動する歯車のバックラッシュと、前記位置決め部が前記当接部に当接後、前記モータが回転した所定回転量との合算値に基づいて定まる。

【0015】

本開示の一実施形態においては、保持部を駆動する歯車のバックラッシュと、位置決め部が当接部に当接後、モータが回転した所定回転量との合算値に基づいて目標位置を定めて、モータの速度を制御する。

【0016】

本開示の一実施形態に係る制御装置は、前記トルク制御部及び位置制御部夫々からの出力を加算する加算部を備え、前記位置制御部は、位置に関する第１比例ゲインを乗算する第一乗算器、速度に関する積分器及び速度に関する第２比例ゲインを乗算する第二乗算器により第二トルク指令を算出し、前記切替部は、前記トルク制御部による制御と前記位置制御部による制御を切り替える代わりに、前記トルク制御部による制御中、前記第１比例ゲイン及び第２比例ゲインを設定可能な最高値よりも低い値に設定し、前記積分器の積算値をクリアすることで前記位置制御部の出力を最小化する。

【0017】

本開示の一実施形態においては、トルク制御部による制御中に、位置制御部による制御を最小化する。

【0018】

本開示の一実施形態に係る制御装置は、前記モータの速度を取得する速度取得部と、該速度取得部で取得した前記速度が目標速度に到達するのに要する時間である到達時間を算出する時間算出部と、前記トルク制御部による制御中に、前記時間算出部で算出した前記到達時間が予め定めた基準時間以下であるか否か判定する判定部と、該判定部にて前記到達時間が前記基準時間以下であると判定した場合、前記モータの制御を、前記トルク制御部による制御から、目標位置を示す位置指令に基づいて、前記モータの位置を制御する位置制御部による制御に切り替える切替部とを備える。

【0019】

本開示の一実施形態においては、第一制御部による制御中に、到達時間が基準時間以下であるか否か判定し、到達時間が基準時間以下である場合、モータの速度制御を第一制御部による制御から第二制御部による制御に切り替える。制御装置は、目標速度に到達する前に第二制御部による制御に切り替え、モータの加速度が徐々に変化するように位置指令を生成する。

【0020】

本開示の一実施形態に係る工作機械は、上述の制御装置を備える。

【0021】

本開示の一実施形態においては、目標位置、即ちバックラッシュが解消する位置に到達するまでは位置指令に基づいて、モータの速度を制御し、速度の急激な上昇を抑制する。目標位置到達後は、トルク指令に基づいてモータのトルクを制御し、高速で保持部を駆動する。

【0022】

本開示の一実施形態に係る制御方法は、前記モータの目標位置を示す位置指令に基づいて、前記モータの速度を制御し、前記位置指令に基づく制御中に、前記目標位置に到達した場合、前記モータの制御を、前記位置指令に基づく制御から、目標トルクを示すトルク指令に基づく制御に切り替え、前記目標位置は、前記保持部を駆動する歯車のバックラッシュに基づいて定まる。

【0023】

本開示の一実施形態においては、目標位置、即ちバックラッシュが解消する位置に到達するまでは位置指令に基づいて、モータの速度を制御し、速度の急激な上昇を抑制する。目標位置到達後は、トルク指令に基づいてモータのトルクを制御し、高速で保持部を駆動する。

【0024】

本開示の一実施形態に係るコンピュータプログラムは、ワークを保持する保持部を歯車を介して駆動するモータを制御する制御装置にて実行可能なコンピュータプログラムであって、前記制御装置に、前記モータの目標位置を示す位置指令に基づいて、前記モータを制御し、前記位置指令に基づく制御中に、前記目標位置に到達したと判定した場合、前記モータの制御を、前記位置指令に基づく制御から、目標トルクを示すトルク指令に基づく制御に切り替える処理を実行させ、前記目標位置は、前記保持部を駆動する歯車のバックラッシュに基づいて定まる。

【0025】

本開示の一実施形態においては、目標位置、即ちバックラッシュが解消する位置に到達するまでは位置指令に基づいて、モータの速度を制御し、速度の急激な上昇を抑制する。目標位置到達後は、トルク指令に基づいてモータのトルクを制御し、高速で保持部を駆動する。

【発明の効果】

【0026】

本開示の一実施形態に係る制御装置、工作機械、制御方法及びコンピュータプログラムにあっては、目標位置、即ちバックラッシュが解消する位置に到達するまでは位置指令に基づいて、モータの速度を制御する。そのため、速度の急激な上昇を抑制して振動を抑制することができる。目標位置到達後は、トルク指令に基づいてモータのトルクを制御するので、高速で保持部を駆動し、保持部の駆動時間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】工作機械を略示する側面図である。

【図2】回転テーブルを略示する平面図である。

【図3】制御装置、駆動回路及びモータのブロック図である。

【図4】制御装置、駆動回路及びモータのブロック線図である。

【図5】モータの速度と時間との関係を示すグラフである。

【図6】モータに供給するパルス数と期間Ｂ１～Ｂ３との関係を説明するグラフである。

【図7】期間Ｂ１における位置制御を説明するフローチャートである。

【図8】通常の位置制御におけるモータ３２の加減速の概念を説明するためのグラフである。

【図9】通常の位置制御におけるモータ３２の加減速の概念を説明するためのグラフである。

【図10】通常の位置制御におけるモータ３２の加減速の概念を説明するためのグラフである。

【図11】トルク制御部による制御から位置制御部による制御に切り替える場合の切り替え処理を説明する為のグラフである。

【図12】制御装置によるモータの加速処理を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下本発明を実施の形態に係る工作機械を示す図面に基づいて説明する。図１、図２に示す如く、工作機械は前後に延びた矩形の基台１を備える。基台１上部の後側にＸ軸方向移動機構６３が設けてある。Ｘ軸方向移動機構６３の上側にＹ軸方向移動機構６４が設けてある。Ｙ軸方向移動機構６４は立柱４を支持する。

【0029】

Ｘ軸方向移動機構６３はＸ軸モータを備え、Ｙ軸方向移動機構６４はＹ軸モータを備える。Ｙ軸モータの駆動によって、立柱４と主軸ヘッド５が前後に移動する。Ｘ軸モータの駆動によって、立柱４と主軸ヘッド５が左右に移動する。制御装置２０はＸ軸モータ及びＹ軸モータをフィードバック制御する。

【0030】

立柱４の前面に上下方向に移動するＺ軸方向移動機構（図示略）が設けてある。Ｚ軸方向移動機構は、上下に延びたレール、レールに平行なＺ軸螺子軸、Ｚ軸螺子軸に連結し、レールに沿って移動するナット、Ｚ軸螺子軸を駆動するＺ軸モータ（何れも図示略）を備え、主軸ヘッド５がナットに連結する。Ｚ軸モータの駆動によって、主軸ヘッド５は上下に移動する。

【0031】

立柱４に連結板６１ａを介して工具マガジン６１が連結する。連結板６１ａは前に突出し、連結板６１ａの前端部に工具マガジン６１は設けてある。工具マガジン６１は主軸ヘッド５よりも前側に位置する。

【0032】

主軸５ａの下方にワークを保持する保持部３が設けてある。保持部３は、回転テーブル３６、第１ワーク保持装置３７、第２ワーク保持装置３８等を備える。回転テーブル３６は、前後に延びた矩形状をなす。回転テーブル３６の上面前部に第１ワーク保持装置３７が設けてある。第１ワーク保持装置３７は、Ａ軸モータ３７ａと、支持部３７ｂと、回転支持台３７ｃと、クランプ部３７ｄとを備える。Ａ軸モータ３７ａ及び支持部３７ｂは左右に離隔配置されている。回転支持台３７ｃは左右に長い板状をなす。回転支持台３７ｃの左右端部はＡ軸モータ３７ａ及び支持部３７ｂによってＡ軸（左右方向を軸方向とした軸）回りに回転可能に支持されている。クランプ部３７ｄは、圧縮機（図示略）から送出される圧縮空気によってワークを固定する。クランプ部３７ｄは回転支持台３７ｃの上面に設けてある。なおクランプ部３７ｄは、手動又は自動でワークを固定し、またワークの固定を解除する。

【0033】

回転テーブル３６の上面後部に第２ワーク保持装置３８が設けてある。第２ワーク保持装置３８は、Ａ軸モータ３８ａと、支持部３８ｂと、回転支持台３８ｃと、クランプ部３８ｄとを備える。Ａ軸モータ３８ａ及び支持部３８ｂは左右に離隔配置されている。回転支持台３８ｃは左右に長い板状をなす。回転支持台３８ｃの左右端部はＡ軸モータ３８ａ及び支持部３８ｂによってＡ軸（左右方向を軸方向とした軸）回りに回転可能に支持されている。クランプ部３８ｄは、圧縮機（図示略）から送出される圧縮空気によってワークを固定する。クランプ部３８ｄは回転支持台３８ｃの上面に設けてある。なおクランプ部３８ｄは、手動又は自動でワークを固定し、またワークの固定を解除する。

【0034】

カバー７０は、立柱４、主軸ヘッド５、工具マガジン６１、回転テーブル３６等を含む工作機械本体を覆う。回転テーブル３６は第１ワーク保持装置３７と第２ワーク保持装置３８の間に仕切板６２を固定してある。仕切板６２は第１ワーク保持装置３７及び第２ワーク保持装置３８を隔離する。

【0035】

図３に示す如く、回転テーブル３６に減速機３４を介してモータ３２が設けてある。減速機３４は複数の歯車を有する。モータ３２の駆動によって、回転テーブル３６は上下方向を回転軸方向として回転する。回転テーブル３６の後半分の領域、換言すれば回転テーブル３６における仕切板６２よりも後側の領域は加工領域に属する。制御装置２０はモータ３２をフィードバック制御する。

【0036】

作業者は第１ワーク保持装置３７に加工前のワークを装着する。回転テーブル３６は回転し、第２ワーク保持装置３８は仕切板６２よりも前側に位置し、第１ワーク保持装置３７は仕切板６２よりも後側に位置する。作業者は加工後のワークを第２ワーク保持装置３８から取り外し、主軸５ａに装着した工具は第１ワーク保持装置３７に保持したワークを加工する。加工後のワークの取り外し及び加工前のワークの加工を並行して行うことができる。

【0037】

保持部３はベース３９を備える。ベース３９は回転テーブル３６の下側に設けてある。ベース３９の上面に第一ストッパ３９ａ及び第二ストッパ３９ｂが設けてある。第一ストッパ３９ａ及び第二ストッパ３９ｂは左右に離れて配置してあり、回転テーブル３６の回転中心よりも後側に配置してある。

【0038】

回転テーブル３６の下面に第一位置決め片３６ａ及び第二位置決め片３６ｂが設けてある。第一位置決め片３６ａ及び第二位置決め片３６ｂは、回転テーブル３６の回転中心よりも前側及び後側に配置してあり、回転テーブル３６と共に回転する。平面視にて回転テーブル３６が時計回りに回転した場合、第一位置決め片３６ａは第一ストッパ３９ａに当接し、停止する（図２参照）。このとき、第２ワーク保持装置３８は加工領域に位置する。

【0039】

第一位置決め片３６ａが第一ストッパ３９ａに当接した後、モータ３２は回転を続け、制御装置２０はモータ３２の位置偏差が予め定めた閾値以上になった場合、第２ワーク保持装置３８は加工領域に位置した、即ち最終目標位置に到達したと判定し、モータ３２を停止する。停止時の回転テーブル３６の位置を第一テーブル位置という。

【0040】

回転テーブル３６が反時計回りに回転した場合、第二位置決め片３６ｂは第二ストッパ３９ｂに当接し、停止する。このとき、第１ワーク保持装置３７は加工領域に位置する。第二位置決め片３６ｂが第二ストッパ３９ｂに当接した後、モータ３２は回転を続け、制御装置２０はモータ３２の位置偏差が予め定めた閾値以上になった場合、第１ワーク保持装置３７は加工領域に位置した、即ち最終目標位置に到達したと判定し、モータ３２を停止する。停止時の回転テーブル３６の位置を第二テーブル位置という。

【0041】

後述の位置制御部２２及びトルク制御部２３による回転テーブル３６の制御は、第一テーブル位置から第二テーブル位置への移動、又は、第二テーブル位置から第一テーブル位置への移動に対する制御である。

【0042】

工作機械は制御装置２０を備える。制御装置２０はＣＰＵ２０ａ、ＲＡＭ２０ｂ及び記憶部２０ｃを備える。記憶部２０ｃは不揮発性メモリ、ハードディスク等である。記憶部２０ｃは、制御プログラムを記憶する。例えば記憶媒体３０に格納した制御プログラムが記憶部２０ｃにインストールしてある。尚、ネットワーク経由で記憶部２０ｃに制御プログラムをインストールしてもよい。ＣＰＵ２０ａは記憶部２０ｃから制御プログラムをＲＡＭ２０ｂに読み出し、各モータの駆動を制御する。尚、図３のモータ３２は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、Ｚ軸モータ及びマガジンモータを代表的に表したものである。

【0043】

ＣＰＵ２０ａは駆動回路３１に駆動指令を出力する。駆動回路３１は駆動指令に基づいてモータ３２に電力を供給する。モータ３２は駆動回路３１からの供給電力によって回転する。モータ３２はエンコーダ３３を備え、エンコーダ３３の検出結果、即ち位置フィードバックは制御装置２０に入力する。制御装置２０はエンコーダ３３より受け取った位置フィードバックに基づき駆動指令を修正し、駆動回路３１に出力する（フィードバック制御）。

【0044】

図４は、制御装置２０、駆動回路３１及びモータ３２のブロック線図である。制御装置２０はトルク制御部２３、位置制御部２２、切替部２１、第一乗算器２４、第二乗算器２５、第三乗算器２６、微分器２７及び積分器２８等を備える。第一乗算器２４は位置比例ゲインを入力値に乗算する。位置比例ゲインは可変である。第二乗算器２５は速度比例ゲインを入力値に乗算する。速度比例ゲインは可変である。第三乗算器２６は速度積分ゲインを入力値に乗算する。微分器２７は入力値に微分要素を乗算する。積分器２８は入力値を積分要素を乗算する。トルク制御部２３、位置制御部２２、切替部２１、第一乗算器２４、第二乗算器２５、第三乗算器２６、微分器２７及び積分器２８は制御装置２０によって実現される。

【0045】

位置制御部２２は、モータ３２の軸周りにおける目標位置を示す位置指令に基づいて駆動回路に第二トルク指令を出力する。エンコーダ３３はモータ３２の軸周りの位置を検出する。制御装置２０は、第一減算部２０１にて、位置指令からモータ３２の軸周りの位置を減算し、第一乗算器２４にて減算結果に位置比例ゲインを乗算する。制御装置２０は微分器２７にてモータ３２の軸周りの位置に微分要素を乗算する。制御装置２０は第二減算部２０２にて、位置比例ゲインを乗算した値から微分要素を乗算した値を減算する。制御装置２０は減算結果に積分器２８にて積分要素を乗算し、第三乗算器２６にて速度積分ゲインを乗算する。制御装置２０は、第一加算部２０３にて、積分要素及び速度積分ゲインを乗算した値と第二減算部２０２での減算結果とを加算し、第二乗算器２５にて加算結果に速度比例ゲインを乗算する。

【0046】

トルク制御部２３は、モータ３２を駆動する為の目標トルクを示すトルク指令を出力する。目標トルクは、モータ３２の最大出力や減速機３４が許容可能な最大のトルクに基づいてあらかじめ決定される。制御装置２０は、第二加算部２０４にて、速度比例ゲインを乗算した値、即ち第二トルク指令とトルク指令とを加算し、加算結果を駆動回路３１に出力する。制御装置２０は、駆動回路３１に入力された加算結果に基づきモータ３２に電流を出力する。

【0047】

切替部２１は、位置指令に基づく位置制御部２２による制御と、トルク指令に基づくトルク制御部２３による制御とを切り替える。図４においては、模式的に、第二乗算器２５と第二加算部２０４との間に第一スイッチ２９ａを設け、トルク制御部２３と第二加算部２０４との間に第二スイッチ２９ｂを設けている。位置制御部２２による制御を行う場合、切替部２１は第一スイッチ２９ａを閉じ、第二スイッチ２９ｂを開く。トルク制御部２３による制御を行う場合、切替部２１は第一スイッチ２９ａを開き、第二スイッチ２９ｂを閉じる。または、切替部２１は第一スイッチ２９ａと第二スイッチ２９ｂを常に閉じ、トルク制御部２３による制御を行う場合に第一乗算器２４の位置比例ゲイン及び第二乗算器２５の速度比例ゲインを最小値に設定し、積分器２８の積算値をクリアしてもよい。前記最小値は、設定可能な最高値よりも低い値の例示である。設定可能な最高値よりも低い値である限り、前記最小値よりも大きい値を位置比例ゲイン及び速度比例ゲインに設定してもよいが、最小値が最も良い。尚、第二加算部２０４は加算部を構成する。

【0048】

位置制御部２２は、第一乗算器２４、第二乗算器２５、第三乗算器２６、微分器２７及び積分器２８、第一減算部２０１、第二減算部２０２、第一加算部２０３、第二加算部２０４、及び第一スイッチ２９ａを含む。トルク制御部２３は、第二スイッチ２９ｂ及び第二加算部２０４を含む。

【0049】

図５は、モータ３２の速度と時間との関係を示すグラフである。最終目標位置が設定され、モータ３２が現在位置から最終目標位置に移動する場合、制御装置２０は最高速度を決定し、位置制御部２２による制御、トルク制御部２３による制御及び位置制御部２２による制御を順に実行する。

【0050】

図５の期間Ｂ１は移動開始時点から時点Ｋ１までの期間を示し、期間Ｂ１において制御装置２０は位置制御部２２による制御を実行する。期間Ｂ１において、位置制御部２２は速度Ｖｓに到達するまで加速する。尚、開始速度は０とする。速度０から速度Ｖｓに到達するまでの時間は予め定めてある。期間Ｂ１において、モータ３２は速度Ｖｓに到達後、一定速度で回転する。期間Ｂ１における移動距離は、減速機３４のバックラッシに等しい。すなわち期間Ｂ１の間、減速機３４はまだ噛み合っておらず回転テーブル３６は回転しない。

【0051】

図５の期間Ｂ２は時点Ｋ１から時点Ｋ２までの期間を示し、期間Ｂ２において制御装置２０はトルク制御部２３による制御を実行する。期間Ｂ２において、モータ３２は最高速度になるまで所定のトルクＦで加速する（図１１下図参照）。時点Ｋ１にて、回転テーブル３６は回転を開始する。モータ３２は所定のトルクで加速することで、第１ワーク保持装置３７、第２ワーク保持装置３８の質量によらず、最低限の時間で最高速度に達することができる。

【0052】

図５の期間Ｂ３は時点Ｋ２から時点Ｋ３までの期間を示し、期間Ｂ３において制御装置２０は位置制御部２２による制御を実行する。時点Ｋ３は最終目標位置に到達した時点である。期間Ｂ３において、モータ３２は所定位置まで、最高速度で回転し、その後減速する。

【0053】

図６は、モータ３２に供給するパルス数と期間Ｂ１～Ｂ３との関係を説明するグラフである。制御装置２０はモータ３２にパルス波を供給し、モータ３２を駆動する。パルス数はパルス波の数であり、モータ３２の回転量に対応する。図６のＱ１～Ｑ５はモータ３２に供給するパルス数を示す。期間Ｂ１の間にモータ３２に供給するパルス数はＱ１＋Ｑ２である。期間Ｂ２の間にモータ３２に供給するパルス数はＱ３である。期間Ｂ３の間にモータ３２に供給するパルス数はＱ４＋Ｑ５である。

【0054】

パルス数Ｑ１は、減速機３４の歯車のバックラッシュを解消する為に必要なパルス数である。パルス数Ｑ２及びＱ５は、第一位置決め片３６ａが第一ストッパ３９ａに当接した後、モータ３２の位置偏差が予め定めた閾値以上になるまでの間に駆動回路３１に供給したパルス数、及び、第二位置決め片３６ｂが第二ストッパ３９ｂに当接した後、モータ３２の位置偏差が予め定めた閾値以上になるまでの間に駆動回路３１に供給したパルス数である。パルス数Ｑ２及びＱ５は夫々、位置決め片がストッパに当接した後の回転量である。

【0055】

期間Ｂ１において、位置制御部２２は、パルス数が目標パルス数に至るまで、駆動回路３１にパルスを供給する。目標パルス数は記憶部２０ｃに予め設定してあり、目標位置に対応する。目標位置は、モータ３２の回転量が所定量となる位置に対応し、回転テーブル３６の移動距離が所定距離となる位置に対応し、回転テーブル３６の回転角度が所定角度になる位置に対応する。

【0056】

図７は、期間Ｂ１における位置制御を説明するフローチャートである。制御装置２０は位置制御部２２によってモータ３２を加速する（Ｓ１）。制御装置２０はエンコーダ３３からのフィードバック値、即ちモータ３２の回転位置を示す値に基づいて、モータ３２の速度を算出し、算出した速度が初期速度Ｖ０に到達したか否か判定する（Ｓ２）。算出した速度が初期速度Ｖ０に到達していない場合（Ｓ２：ＮＯ）、制御装置２０はステップＳ１に処理を戻す。

【0057】

算出した速度が初期速度Ｖ０に到達している場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、制御装置２０は駆動回路３１に与えたパルス数が目標パルス数に到達したか否か判定する（Ｓ３）。パルス数が目標パルス数に到達していない場合（Ｓ３：ＮＯ）、制御装置２０はステップＳ３に処理を戻す。パルス数が目標パルス数に到達した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、制御装置２０は切替部２１によって、位置制御部２２による制御からトルク制御部２３による制御に切り替え（Ｓ４）、トルク制御部２３による制御を開始する（Ｓ５）。トルク制御部２３による制御は期間Ｂ２での制御である。

【0058】

目標位置は、モータ３２の出力するトルク又はモータ３２に作用する外乱力が所定値以上になる位置に対応する。そのため、ステップＳ３において、エンコーダ３３からのフィードバック値に基づいて、モータ３２の出力トルク又はモータ３２に作用する外乱力を算出し、算出した出力トルク又は外乱力が所定値以上になるか否か判定してもよい。

【0059】

目標位置は、モータ３２の位置偏差または速度偏差が所定値以上になる位置に対応する。そのため、ステップＳ３において、エンコーダ３３からのフィードバック値に基づいて、位置偏差又は速度偏差を算出し、算出した位置偏差又は速度偏差が所定値以上になるか否か判定してもよい。

【0060】

上述したように、期間Ｂ２において、制御装置２０はトルク制御部２３による制御を実行する。制御装置２０は、期間Ｂ３の開始時に、トルク制御部２３による制御から位置制御部２２による制御に切り替える。トルク制御部２３による制御から位置制御部２２による制御に切り替えた場合、加速度の急激な変化を招き、振動が発生するおそれがある。そのため、制御装置２０は以下に示すように、トルク制御の切替時に速度変化を緩やかに変化させる。

【0061】

図８～図１０は、通常の位置制御におけるモータ３２の加減速の概念を説明するためのグラフである。図８～図１０の時点ｔ１は図５の時点Ｋ１に対応し、時点ｔ２は図５の時点Ｋ２に対応する。図８～図１０のＶｔ１は時点ｔ１での速度を示す。図８に示すように、制御装置２０は時点ｔ１以降に最高速度Ｖｔ４を設定する。

【0062】

図９に示す如く、制御装置２０は、図８のグラフに対して時定数Ｔ１の移動平均フィルタである第１フィルタを適用する。第１フィルタの適用によって、モータ３２の速度は線形に変化し、時点ｔ１から時点ｔ２の間に、モータ３２の速度は速度Ｖｔ１から最高速度Ｖｔ４になる。時点ｔ１と時点ｔ２との間の時間は時定数Ｔ１に対応する。

【0063】

図１０の上図に示す如く、制御装置２０は、図９のグラフに対して時定数Ｔ２の移動平均フィルタである第２フィルタを適用する。ここで、時定数Ｔ１と時定数Ｔ２は時定数Ｔ１＞時定数Ｔ２の関係を満たすものとする。第２フィルタの適用によって、時点ｔ１以降の速度変化は傾きが徐々に大きくなるように、緩やかに変化し、時点ｔ２以降、速度変化は傾きが徐々に小さくなるように緩やかに変化する。時点ｔ１と時点ｔ２との間において、速度が線形に変化する部分がある。時点ｔ２の速度は速度Ｖｔ２となる。速度Ｖｔ２は最高速度Ｖｔ４よりも小さく、速度Ｖｔ１よりも大きい。時点ｔ２よりも後の時点ｔ４にて、速度はＶｔ４になる。

【0064】

図１１は、トルク制御部２３による制御から位置制御部２２による制御に切り替える場合の切り替え処理を説明する為のグラフである。時点ｔ２’が現在時点ｔであるとしたとき、時点ｔ３’は、速度が線形に変化し続けた場合、即ち期間Ｂ２においてトルク制御部２３による制御を継続したと仮定した場合に、速度がＶｔ４になる時点を示す。制御装置２０は、位置フィードバックに基づき、モータ３２の位置、速度、加速度等を取得し、取得した位置、速度、加速度に基づき、前記モータの速度がＶｔ４に達するまでの各時点におけるモータ３２の予測速度を算出する。ここで、制御装置２０の制御周期をΔｔとする。位置フィードバックはエンコーダ３３の出力と減速機の３４の減速比より算出される。速度フィードバックは時点ｔにおける位置フィードバックとΔｔ前の時点の位置フィードバックとの差分であり、制御装置２０により速度フィードバック、即ち速度を取得する。制御装置２０により速度フィードバックを取得する処理は速度取得部を構成する。加速度フィードバックは時点ｔにおける速度フィードバックとΔｔ前の時点の速度フィードバックとの差分であり、制御装置２０により加速度フィードバック、即ち加速度を取得する。制御装置２０により加速度フィードバックを取得する処理は加速度取得部を構成する。予測速度はＬ１に対応する。予測速度Ｌ１は、現在時点ｔより速度が最高速度Ｖｔ４に到達するまで加速度が変化しないと仮定したときの速度であり、時点ｔ３’は予測速度Ｌ１がＶｔ４に到達する時刻である。予測速度を算出する制御装置２０は予測速度算出部を構成する。

【0065】

制御装置２０は、算出した予測速度に基づき、速度がＶｔ４に到達するのに要する時間、即ち、到達時間ｒｔを算出する。到達時間ｒｔは現在時点ｔと時点ｔ３’との間の時間である。制御装置２０は、到達時間ｒｔが基準時間以下であるか否か判定する。基準時間は、時定数Ｔ２の半分である。到達時間ｒｔが基準時間以下である場合、制御装置２０は、トルク制御部２３による制御から位置制御部２２による制御に切り替える。到達時間を算出する制御装置２０は時間算出部を構成する。

【0066】

時点ｔにて、トルク制御部２３による制御から位置制御部２２による制御に切り替える場合、制御装置２０はモータ３２の加速度を、切替時加速度Ａｃｈから基準時間の２倍、即ち時定数Ｔ２の間に線形に減少させるように、位置制御部２２による制御に切り替え後の各時点における位置指令を算出する。位置制御部２２による制御に切り替え後の各時点における位置指令を算出する制御装置２０は位置指令算出部を構成する。Ｌ２は位置指令算出部が算出する位置指令を表す。

【0067】

時点ｔにて、トルク制御部２３による制御から位置制御部２２による制御に切り替える場合、制御装置２０は切替時加速度Ａｃｈを記憶し、モータ３２の加速度を、切替時加速度Ａｃｈから基準時間の２倍、即ち時定数Ｔ２の間に線形に減少させるように、位置制御部２２による制御に切り替え後の各時点における位置指令を算出する。位置制御部２２による制御に切り替え後の各時点における位置指令を算出する制御装置２０は位置指令算出部を構成する。Ｌ２は位置指令算出部が算出する位置指令を表す。

【0068】

位置指令算出部は以下のようにして位置指令を算出する。現在時点ｔにおける速度フィードバック、位置フィードバック、加速度フィードバックを夫々Ｖ_t 、Ｐ_t 、ａ_t とする。時点ｔにおける計算上の速度指令、位置指令、加速度指令は各々Ｖ_ct＝Ｖ_t 、Ｐ_ct＝Ｐ_t、ａ_ct＝ａ_tとする。トルク制御部２３から位置制御部２２に切り替えた後の速度指令、位置指令、加速度指令は、時定数Ｔ２を用いて以下の手順で算出される。現在時点ｔにおける計算上の加加速度指令Ｊ_ctは時点ｔにおけるフィードバックと時定数Ｔ２より、Ｊ_ct ＝－ａ_t ／Ｔ２である。時点ｔ＋１における計算上の加速度指令は、ａ_ct+1 ＝ａ_t ＋Ｊ_ct ・Δｔであり、制御装置２０はａ_t+1 を積分して、時点ｔ＋１における計算上の速度指令Ｖ_ct+1 ＝Ｖ_ct ＋ａ_ct ・Δｔ＋Ｊ_ct ・Δｔ² ／２を算出し、Ｖ_ct+1 を積分して時点ｔ＋１における計算上の位置指令Ｐ_ct+1 ＝Ｐ_t ＋Ｖ_ct ・Δｔ＋ａ_ｃt ・Δｔ² ／２＋Ｊ_t ・Δｔ³ ／６を算出する。時点ｔ＋２以降においても同様である。ここで、時定数Ｔ１はＶｔ４／ａ_tに相当する。

【0069】

前述したように、トルク制御部２３は所定のトルクＦをモータ３２に付与するが、図１１下図に示す如く、トルク制御部２３による制御から位置制御部２２による制御に切り替えた後、トルク制御部２３はモータ３２に付与するトルクを徐々に減らし、時定数Ｔ２の間に線形に減少させる。

【0070】

図１２は、制御装置２０によるモータ３２の加速処理を説明するフローチャートである。制御装置２０は、時点ｔ１において、トルク制御部２３による制御でモータ３２を加速する（Ｓ１１）。制御装置２０は位置フィードバックに基づき、モータ３２の速度を取得し（Ｓ１２）、加速度を取得する（Ｓ１３）。制御装置２０は到達時間ｒｔを算出し（Ｓ１４）、到達時間ｒｔが基準時間、即ち時定数Ｔ２以下であるか否か判定する（Ｓ１５）。到達時間ｒｔが基準時間以下でない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、制御装置２０はステップＳ１１に処理を戻す。

【0071】

到達時間ｒｔが基準時間以下である場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、制御装置２０は、位置制御部２２による制御開始時に使用するモータ３２の位置、速度、加速度、加加速度を算出する（Ｓ１６）。制御装置２０は、トルク制御部２３による制御から位置制御部２２による制御に切り替える（Ｓ１７）。制御装置２０は位置制御部２２による制御でモータ３２を加速する（Ｓ１８）。

【0072】

トルク制御部２３による制御から位置制御部２２による制御に切り替えた時、制御装置２０はトルク制御部２３からのトルク指令を直ちに０にしない。トルク指令を直ちに０にした場合、急激にモータ３２の速度が減少し、振動が発生するおそれがあるからである。制御装置２０は、トルク指令の値を線形に徐々に減らして０にする。トルク指令を０にすることは、図３の第二スイッチ２９ｂを開くことと同じである。

【0073】

制御装置２０は、フィードバック速度が最高速度Ｖｔ４、即ち目標速度以上であるか否か判定する（Ｓ１９）。フィードバック速度が目標速度以上でない場合（Ｓ１９：ＮＯ）、制御装置２０はステップＳ１８に処理を戻す。フィードバック速度が目標速度以上である場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、制御装置２０は加速を終了し（Ｓ２０）、処理を終了する。

【0074】

実施の形態に係る工作機械にあっては、目標位置、即ちバックラッシュが解消する位置に到達するまでは位置指令に基づいて、モータ３２の速度を制御する。そのため、速度の急激な上昇を抑制して振動を抑制することができる。目標位置到達後は、トルク指令に基づいてモータ３２の速度を制御するので、高速で回転テーブル３６を駆動し、回転テーブル３６の駆動時間の短縮を図ることができる。

【0075】

またモータ３２の回転量が所定量となるか、又は回転テーブル３６の移動距離又は回転角度が所定距離又は所定角度になる位置まで、位置指令に基づいて、モータ３２の速度を制御し、速度の急激な上昇を抑制することができる。

【0076】

またモータ３２の出力するトルク又はモータ３２に作用する外乱力が所定値以上になる位置まで、位置指令に基づいて、モータ３２の速度を制御し、速度の急激な上昇を抑制することができる。

【0077】

また位置偏差または速度偏差が所定値以上になる位置まで、位置指令に基づいて、モータ３２の速度を制御し、速度の急激な上昇を抑制することができる。

【0078】

また回転テーブル３６を駆動する減速機３４の歯車のバックラッシュと、位置決め片３６ａ、３６ｂがストッパ３９ａ、３９ｂに当接後、モータ３２が回転した所定回転量との合算値に基づいて目標位置を定めて、モータ３２の速度を制御することができる。

【0079】

またトルク制御部２３による制御中に、位置比例ゲイン及び速度比例ゲインを設定可能な最高値よりも低い値に設定し、積分器の積算値をクリアし、位置制御部２２による制御を最小化し、トルク制御部２３による制御を効果的に実行する。

【0080】

またトルク指令に基づく制御中に、到達時間ｒｔが基準時間以下であるか否か判定し、到達時間ｒｔが基準時間以下である場合、モータ３２の速度制御をトルク指令に基づく制御から位置指令に基づく制御に切り替える。目標速度に到達する前に位置指令に基づく制御に切り替え、モータ３２の加速度が徐々に変化するように位置指令を生成し、加速度の急激な変化を抑制することができる。

【0081】

上述の位置制御部２２及びトルク制御部２３によるモータ制御は、回転テーブル３６のモータ３２に適用しているが、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、Ｚ軸モータ、Ａ軸モータ、Ｃ軸モータ等、他のモータに適用してもよい。

【0082】

今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0083】

２０ 制御装置
２０ａ ＣＰＵ
２０ｂ ＲＡＭ
２０ｃ 記憶部
２１ 切替部
２２ 位置制御部
２３ トルク制御部
２４ 第一乗算器
２５ 第二乗算器
２０４ 第二加算部
３０ 記憶媒体
３１ 駆動回路
３２ モータ
３３ エンコーダ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】