特開 2024-70938 Ｃ軸機能を有する工作機械の制御装置

(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】P2024070938

(43)【公開日】2024-05-24

(54)【発明の名称】Ｃ軸機能を有する工作機械の制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 3/12 20060101AFI20240517BHJP

   G05B 19/19 20060101ALI20240517BHJP

【ＦＩ】

G05D3/12 305V

G05B19/19 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022181579

(22)【出願日】2022-11-14

(71)【出願人】

【識別番号】000149066

【氏名又は名称】オークマ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 優

(72)【発明者】

【氏名】酒井 健史

【テーマコード（参考）】

3C269

5H303

【Ｆターム（参考）】

3C269AB01

3C269BB11

3C269EF05

3C269GG01

3C269MN40

5H303AA01

5H303CC03

5H303DD01

5H303FF03

5H303HH05

5H303KK02

5H303KK03

5H303KK04

5H303KK21

5H303KK27

(57)【要約】

【課題】機械式ブレーキの状態が変わる時に機械式ブレーキの固有振動やブレーキトルクの影響による発振を防止すること。
【解決手段】Ｃ軸制御中に、機械式ブレーキ６の状態を切り替えるために機械制御部７がブレーキ動作指令を変更すると、制御パラメータ変更部２５は、ブレーキ動作指令を入力として、ブレーキ動作指令が切り替わる時の機械式ブレーキ６のブレーキトルクを、動作遅れ時間、立ち上がり時間、解除遅れ時間及び立ち下がり時間から推定する。制御パラメータ変更部２５は、推定ブレーキトルクに適合したフィードバック制御パラメータをフィードバック制御部２８に出力し、推定ブレーキトルクに適合したフィードフォワード制御パラメータ係数をフィードフォワード制御部１７に出力する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主軸を駆動するモータと、
前記主軸又は前記モータに備え付けられ、ブレーキトルクの変更およびブレーキ解除が可能である機械式ブレーキと、
前記機械式ブレーキにブレーキ動作指令を出力する機械制御部と、
前記モータの位置を検出するエンコーダと、
上位から前記主軸のＣ軸制御の位置指令を出力する位置指令生成部と、
前記エンコーダの位置検出値が前記位置指令に追従するようフィードバック制御により前記モータのトルク指令を算出するフィードバック制御部と、
前記モータのトルク指令を入力とし、前記モータが発生するトルクが前記トルク指令に追従するように電流を流す電流制御部と、
前記Ｃ軸を制御中に前記機械式ブレーキを動作させる場合、前記ブレーキ動作指令を入力とし、前記機械式ブレーキの応答遅れ、ブレーキトルクの立ち上がり時間および立ち下がり時間を考慮して、前記フィードバック制御部のＣ軸制御パラメータを変更する制御パラメータ変更部と、
を有することを特徴とするＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。

【請求項2】

前記フィードバック制御部による制御方法が、前記Ｃ軸の位置と前記位置指令との位置誤差からＰＩＤ制御を行う方法、または、前記位置誤差からＰ制御により速度指令を算出し、後段で前記Ｃ軸の速度を検出し前記速度指令に追従するようにＰＩ制御を行うＰ－ＰＩ制御方法である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。

【請求項3】

前記Ｃ軸が前記位置指令に追従するように、前記フィードバック制御部に加えて、前記位置指令に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード制御部を更に有し、
前記制御パラメータ変更部は、前記Ｃ軸を制御中に前記機械式ブレーキを動作させる場合、前記機械式ブレーキの応答遅れ、ブレーキトルクの立ち上がり時間および立ち下がり時間を考慮して、前記フィードフォワード制御部のＣ軸制御パラメータを変更する、
ことを特徴とする請求項２に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。

【請求項4】

前記フィードフォワード制御部による制御方法が、前記位置指令を微分してフィードフォワード速度指令を算出し前記Ｐ－ＰＩ制御の速度指令に加算する第１方法、前記位置指令を２階微分してフィードフォワード加速度指令を算出し、前記Ｃ軸が前記フィードフォワード加速度指令に対応する加速度を発生させるような制御入力を、フィードバック制御の制御入力に加算する第２方法、および、前記Ｃ軸が反転動作する時に前記位置誤差が小さくなるように反転補償制御をする第３方法、の中の少なくとも１つのフィードフォワード制御方法を含む、
ことを特徴とする請求項３に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。

【請求項5】

前記制御パラメータ変更部は、
前記ブレーキ動作指令を入力としてブレーキ動作指令の切り換えに対する前記機械式ブレーキのブレーキトルクを推定するブレーキ状態シミュレーション部と、
前記ブレーキ状態シミュレーション部が推定する推定ブレーキトルクに応じてフィードバック制御パラメータを前記フィードバック制御部に出力するパラメータ補間部と、
を有し、
前記ブレーキ状態シミュレーション部は、前記トルク指令から前記機械式ブレーキのブレーキトルクを推定し、
前記パラメータ補間部は、前記推定ブレーキトルクに適合したフィードバック制御パラメータを前記フィードバック制御部に出力する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。

【請求項6】

前記制御パラメータ変更部は、
前記ブレーキ動作指令を入力としてブレーキ動作指令の切り換えに対する前記機械式ブレーキのブレーキトルクを推定するブレーキ状態シミュレーション部と、
前記ブレーキ状態シミュレーション部が推定する推定ブレーキトルクに応じてフィードバック制御パラメータを前記フィードバック制御部に出力するパラメータ補間部と、
前記ブレーキ動作指令を入力としてブレーキ動作指令の切り換えに対するフィードフォワード制御パラメータ係数を選択するか、又は、前記推定ブレーキトルクを入力としてフィードフォワード制御パラメータ係数を補間し、前記フィードフォワード制御部に出力するパラメータ係数選択部と、
を有し、
前記ブレーキ状態シミュレーション部は、前記トルク指令から前記機械式ブレーキのブレーキトルクを推定し、
前記パラメータ補間部は、前記推定ブレーキトルクに適合したフィードバック制御パラメータを前記フィードバック制御部に出力し、
前記パラメータ係数選択部は、前記ブレーキ動作指令または前記推定ブレーキトルクに適合したフィードフォワード制御パラメータ係数を前記フィードフォワード制御部に出力し、
前記フィードフォワード制御部は、前記反転補償制御の補償パラメータに前記フィードフォワード制御パラメータ係数を乗じる、
ことを特徴とする請求項４に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。

【請求項7】

前記ブレーキ状態シミュレーション部は、前記ブレーキトルクを推定するときに、前記位置指令生成部が前記Ｃ軸を一定速度で回転させる指令を出力することで、前記Ｃ軸が一定速度で回転するときに前記機械式ブレーキを動作させ、前記応答遅れ、前記ブレーキトルクの立ち上がり時間および立ち下がり時間を前記トルク指令から推定する、
ことを特徴とする請求項６に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。

【請求項8】

前記ブレーキ状態シミュレーション部は、前記トルク指令を入力とし、都度推定する前記応答遅れ、前記ブレーキトルクの立ち上がり時間および立ち下がり時間に応じて、前記推定ブレーキトルクの応答を更新し、前記フィードバック制御パラメータまたはフィードフォワード制御パラメータ係数の変更時間を可変とする、
ことを特徴とする請求項６に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。

【請求項9】

前記ブレーキ状態シミュレーション部は、前記ブレーキトルクの立ち上がり時間と立ち下がり時間での補間方法として、線形補間または指数補間を選択する、
ことを特徴とする請求項６に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。

【請求項10】

前記ブレーキ状態シミュレーション部は、指数補間を選択した状態で前記フィードバック制御パラメータまたはフィードフォワード制御パラメータ係数を変化させたときに異音や振動が発生した場合は、線形補間を選択する、
ことを特徴とする請求項９に記載のＣ軸機能を有する工作機械の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主軸又は主軸を駆動するモータに備わる機械式ブレーキを用いてＣ軸を制御する機能を有する工作機械の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ミーリング加工を行う旋盤や複合加工機によって行われる、主軸の位置制御（以下「Ｃ軸制御」と呼ぶ）を用いた加工には、割出加工と創成加工の２種類がある。割出加工では、主軸を所望の角度に位置決めし、主軸に備わる機械式ブレーキを用いて主軸角度を固定する。

【0003】

創成加工は、主軸を軌跡制御しながらミーリング加工などを行う方法である。加工負荷が小さい場合は、機械式ブレーキを解除して加工精度を向上させ、加工負荷の大きい重切削を行う場合は、機械式ブレーキを低圧で駆動させて低ブレーキトルクを発生して、切削能力を向上させたり加工ビビリを防止したりする技術が知られている（例えば特許文献１）。

【0004】

特許文献１に記載の装置では、機械式ブレーキを低圧ブレーキにする場合、機械式ブレーキを解除する場合に比べて、サーボ制御におけるフィードバックゲインを下げる。これにより、機械式ブレーキの固有振動やブレーキトルクの影響による発振を防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６７５６６０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図３には、ブレーキ動作指令、ブレーキトルク及びサーボ制御パラメータのそれぞれの時間変化が示されている。図３中の横軸は時間を示している。

【0007】

図３に示すように、実際は、機械式ブレーキにブレーキ動作指令（図３上段）が伝達されてからブレーキトルクが応答するまでには、油圧装置などが駆動する分の時間を要する。また、ブレーキトルクの立ち上がりが緩やかな場合がある（図３中段）。従って、先行技術にあるように制御パラメータを瞬時に切り替えると、緩やかに変化する機械の状態と制御パラメータとが適合せず、機械式ブレーキの状態が変わる時に、機械式ブレーキの固有振動やブレーキトルクの影響によって発振するという問題がある。

【0008】

本発明の目的は、機械式ブレーキの状態が変わる時に機械式ブレーキの固有振動やブレーキトルクの影響による発振を防止することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様は、主軸を駆動するモータと、前記主軸又は前記モータに備え付けられ、ブレーキトルクの変更およびブレーキ解除が可能である機械式ブレーキと、前記機械式ブレーキにブレーキ動作指令を出力する機械制御部と、前記モータの位置を検出するエンコーダと、上位から前記主軸のＣ軸制御位置指令を出力する位置指令生成部と、前記エンコーダの位置検出値が前記位置指令に追従するようフィードバック制御により前記モータのトルク指令を算出するフィードバック制御部と、前記モータのトルク指令を入力とし、前記モータが発生するトルクが前記トルク指令に追従するように電流を流す電流制御部と、前記Ｃ軸を制御中に前記機械式ブレーキを動作させる場合、前記ブレーキ動作指令を入力とし、前記機械式ブレーキの応答遅れ、ブレーキトルクの立ち上がり時間および立ち下がり時間を考慮して、前記フィードバック制御部のＣ軸制御パラメータを変更する制御パラメータ変更部と、を有することを特徴とするＣ軸機能を有する工作機械の制御装置である。

【0010】

前記フィードバック制御部による制御方法は、前記Ｃ軸の位置と前記位置指令との位置誤差からＰＩＤ制御を行う方法、または、前記位置誤差からＰ制御により速度指令を算出し、後段で前記Ｃ軸の速度を検出し前記速度指令に追従するようにＰＩ制御を行うＰ－ＰＩ制御方法であってもよい。

【0011】

Ｃ軸機能を有する工作機械の制御装置は、前記Ｃ軸が前記位置指令に追従するように、前記フィードバック制御部に加えて、前記位置指令に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード制御部を更に有し、前記制御パラメータ変更部は、前記Ｃ軸を制御中に前記機械式ブレーキを動作させる場合、前記機械式ブレーキの応答遅れ、ブレーキトルクの立ち上がり時間および立ち下がり時間を考慮して、前記フィードフォワード制御部のＣ軸制御パラメータを変更してもよい。

【0012】

前記フィードフォワード制御部による制御方法は、前記位置指令を微分してフィードフォワード速度指令を算出し前記Ｐ－ＰＩ制御の速度指令に加算する第１方法、前記位置指令を２階微分してフィードフォワード加速度指令を算出し、前記Ｃ軸が前記フィードフォワード加速度指令に対応する加速度を発生させるような制御入力を、フィードバック制御の制御入力に加算する第２方法、および、前記Ｃ軸が反転動作する時に前記位置誤差が小さくなるように反転補償制御をする第３方法、の中の少なくとも１つのフィードフォワード制御方法を含んでもよい。

【0013】

前記制御パラメータ変更部は、前記ブレーキ動作指令を入力としてブレーキ動作指令の切り換えに対する前記機械式ブレーキのブレーキトルクを推定するブレーキ状態シミュレーション部と、前記ブレーキ状態シミュレーション部が推定する推定ブレーキトルクに応じてフィードバック制御パラメータを前記フィードバック制御部に出力するパラメータ補間部と、を有し、前記ブレーキ状態シミュレーション部は、前記トルク指令から前記機械式ブレーキのブレーキトルクを推定し、前記パラメータ補間部は、前記推定ブレーキトルクに適合したフィードバック制御パラメータを前記フィードバック制御部に出力してもよい。

【0014】

前記制御パラメータ変更部は、前記ブレーキ動作指令を入力としてブレーキ動作指令の切り換えに対する前記機械式ブレーキのブレーキトルクを推定するブレーキ状態シミュレーション部と、前記ブレーキ状態シミュレーション部が推定する推定ブレーキトルクに応じてフィードバック制御パラメータを前記フィードバック制御部に出力するパラメータ補間部と、前記ブレーキ動作指令を入力としてブレーキ動作指令の切り換えに対するフィードフォワード制御パラメータ係数を選択するか、または、前記推定ブレーキトルクを入力としてフィードフォワード制御パラメータ係数を補間し、前記フィードフォワード制御部に出力するパラメータ係数選択部と、を有し、前記ブレーキ状態シミュレーション部は、前記トルク指令から前記機械式ブレーキのブレーキトルクを推定し、前記パラメータ補間部は、前記推定ブレーキトルクに適合したフィードバック制御パラメータを前記フィードバック制御部に出力し、前記パラメータ係数選択部は、前記ブレーキ動作指令又は前記推定ブレーキトルクに適合したフィードフォワード制御パラメータ係数を前記フィードフォワード制御部に出力し、前記フィードフォワード制御部は、前記反転補償制御の補償パラメータに前記フィードフォワード制御パラメータ係数を乗じてもよい。

【0015】

前記ブレーキ状態シミュレーション部は、前記ブレーキトルクを推定するときに、前記位置指令生成部が前記Ｃ軸を一定速度で回転させる指令を出力することで、前記Ｃ軸が一定速度で回転するときに前記機械式ブレーキを動作させ、前記応答遅れ、前記ブレーキトルクの立ち上がり時間および立ち下がり時間を前記トルク指令から推定してもよい。

【0016】

前記ブレーキ状態シミュレーション部は、前記トルク指令を入力とし、都度推定する前記応答遅れ、前記ブレーキトルクの立ち上がり時間および立ち下がり時間に応じて、前記推定ブレーキトルクの応答を更新し、前記フィードバック制御パラメータまたはフィードフォワード制御パラメータ係数の変更時間を可変としてもよい。

【0017】

前記ブレーキ状態シミュレーション部は、前記ブレーキトルクの立ち上がり時間と立ち下がり時間での補間方法として、線形補間または指数補間を選択してもよい。

【0018】

前記ブレーキ状態シミュレーション部は、指数補間を選択した状態で前記フィードバック制御パラメータまたはフィードフォワード制御パラメータ係数を変化させたときに異音や振動が発生した場合は、線形補間を選択してもよい。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、機械式ブレーキの状態が変わる時に機械式ブレーキの固有振動やブレーキトルクの影響による発振を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施例１に係るシステムの構成を示すブロック図である。

【図2】制御パラメータ変更部８の構成を示すブロック図である。

【図3】線形補間時のブレーキ動作時のブレーキトルクとサーボ制御パラメータの時間応答を示す図である。

【図4】指数補間時のブレーキ動作時のブレーキトルクとサーボ制御パラメータの時間応答を示す図である。

【図5】フィードバック制御部３の構成を示すブロック図であって、ＰＩＤ制御を説明するためのブロック図である。

【図6】フィードバック制御部３の構成を示すブロック図であって、Ｐ－ＰＩ制御を説明するためのブロック図である。

【図7】フィードフォワード制御部１７を含む実施例１の構成を示すブロック図である。

【図8】フィードフォワード制御部１７の構成を示すブロック図である。

【図9】制御パラメータ変更部２５の構成を示すブロック図である。

【図10】本発明の実施例２に係るシステムの構成を示すブロック図である。

【図11】制御パラメータ変更部２３の構成を示すブロック図である。

【図12】本発明の実施例２に係る推定動作の時間応答を示す図である。

【図13】フィードフォワード制御部１７を含む実施例２の構成を示すブロック図である。

【図14】制御パラメータ変更部２６の構成を示すブロック図である。

【図15】制御パラメータ変更部２５の構成を示すブロック図である。

【図16】制御パラメータ変更部２６の構成を示すブロック図である。

【図17】フィードバック制御部２８の構成を示すブロック図であって、Ｐ－ＰＩ制御を説明するためのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態に係る構成について説明する。図１は、本発明の実施例１に係るシステムの構成を示すブロック図である。当該システムは、実施例１に係る制御装置（つまり工作機械の制御装置）とモータ５とを含む。

【0022】

位置指令生成部１は、Ｃ軸の位置指令を減算器５０に出力する。

【0023】

エンコーダ２がモータ５に設けられている。エンコーダ２は、モータ５の位置を検出し、検出した位置を示す位置検出値を減算器５０に出力する。

【0024】

減算器５０は、位置指令生成部１から出力された位置指令から、エンコーダ２によって検出された位置検出値を減算することで位置誤差を算出し、その位置誤差をフィードバック制御部３に出力する。

【0025】

フィードバック制御部３は、減算器５０から出力された位置誤差に応じたフィードバック制御によって、フィードバックトルク指令を電流制御部４に出力する。

【0026】

電流制御部４は、モータ５が発生するトルクがフィードバックトルク指令に追従するようにモータ５に流れる電流を制御する。モータ５は、電流制御部４から供給される電流によってトルクを発生することで主軸を駆動する。

【0027】

機械制御部７は、モータ５又は主軸に設けられている機械式ブレーキ６にブレーキ動作指令を出力することで、機械式ブレーキ６を制御する。

【0028】

機械式ブレーキ６は、機械制御部７から出力されたブレーキ動作指令に応じて油圧装置によって駆動する。機械式ブレーキ６の状態は、ブレーキ動作指令に応じて、ブレーキを作用させない解除状態、ブレーキを弱く作用させる低圧ブレーキ状態、又は、ブレーキを強く作用させＣ軸を固定する高圧ブレーキ状態、のいずれかに切り替えられる。

【0029】

以下、実施例１では、Ｃ軸制御パラメータの変更時間が固定の場合について説明する。

【0030】

制御パラメータ変更部８は、機械制御部７から出力されたブレーキ動作指令を入力として受け付け、そのブレーキ動作指令に基づいて、ブレーキ動作指令が切り替わる時の機械式ブレーキ６のブレーキトルクを推定し、フィードバック制御部３にフィードバック制御パラメータを出力する。

【0031】

図２を参照して、制御パラメータ変更部８の具体的な構成について説明する。図２は、制御パラメータ変更部８の構成を示すブロック図である。

【0032】

制御パラメータ変更部８は、ブレーキ状態シミュレーション部９とパラメータ補間部１０とを含む。

【0033】

ブレーキ状態シミュレーション部９は、機械制御部７から出力されたブレーキ動作指令を入力として受け付ける。ブレーキ状態シミュレーション部９は、そのブレーキ動作指令に基づいて、機械式ブレーキの応答遅れ、ブレーキトルクの立ち上がり時間、及び、ブレーキトルクの立ち下がり時間を考慮して低圧ブレーキ時のブレーキトルクをシミュレーションすることで、低圧ブレーキ率を算出し、その低圧ブレーキ率をパラメータ補間部１０に出力する。

【0034】

図３に示すように、低圧ブレーキ動作指令（図３上段）が伝達されてからブレーキトルクが応答するまでには遅れが生じ、ブレーキトルクの立ち上がりや立ち下がりにも時間がかかる。そのため、ブレーキトルクが時間に比例して変化する場合、ブレーキトルクは、図３中段に示すように、低圧ブレーキ動作指令が伝達された時点から遅れて変化する（図３に示す例では、ブレーキトルクは増大する）。

【0035】

ブレーキ解除状態のときの低圧ブレーキ率は０％であり、低圧ブレーキ状態のときの低圧ブレーキ率は１００％である。低圧ブレーキ率は、低圧ブレーキ動作指令（図３上段）に応じてブレーキトルク（図３中段）を模擬する応答となる。

【0036】

パラメータ補間部１０は、ブレーキ状態シミュレーション部９から出力された低圧ブレーキ率を入力として受け付け、その低圧ブレーキ率に基づいて、図３下段に示すように、ブレーキ解除状態と低圧ブレーキ状態との間の状態におけるフィードバック制御パラメータを補間する。すなわち、パラメータ補間部１０は、低圧ブレーキ率が０％のときはブレーキ解除状態のフィードバック制御パラメータＳ１を出力し、低圧ブレーキ率が１００％のときは低圧ブレーキ状態のフィードバック制御パラメータＳ２を出力する。パラメータ補間部１０は、低圧ブレーキ率が５０％のときは、ブレーキ解除状態のフィードバック制御パラメータＳ１と低圧ブレーキ状態のフィードバック制御パラメータＳ２との平均値を出力する。

【0037】

ブレーキトルクが時間に対して指数的に変化する場合、低圧ブレーキ動作指令（図４上段）に対するブレーキトルクは、図４中段に示すように変化する。この場合、ブレーキ状態シミュレーション部９は、図４中段に示されているブレーキトルクに対応して低圧ブレーキ率を模擬する。パラメータ補間部１０は、図４下段に示すように、Ｓ１からＳ２の間の曲線で表現されるパラメータに従って、フィードバック制御パラメータを補間する。

【0038】

なお、Ｃ軸制御パラメータの変更時間は固定であるため、実機のブレーキトルクの立ち上がり時間と立ち下がり時間とを事前に実測しておくことで、変更時間と応答遅れ時間とが決定される。

【0039】

また、パラメータの線形補間と指数補間の選択は、モータトルクの実測値と補間動作時の異音の有無とに基づいて判別される。低圧ブレーキを実現するときのモータトルクは、フィードバック制御による遅れをもってブレーキトルクと釣り合う。そのため、線形補間よりも指数補間の方がモータトルクの実測値と一致しやすい。また、指数補間の計算負荷は低いという利点がある。ただし、指数補間では線形補間よりも補間開始時のパラメータの傾きが急になり、制御が不安定化しやすい。そのため、指数補間を選択した場合の動作で異音や振動が発生した場合は、線形補間を選択する。

【0040】

フィードバック制御部３の詳細な構成として、以下の２つの構成が挙げられる。

【0041】

図５には、フィードバック制御部３の第１構成が示されている。図５は、その第１構成を示すブロック図である。第１構成においては、ＰＩＤ制御が実現される。減算器５０は、モータ５に設けられているエンコーダ２によって検出された位置検出値を位置指令から減算することで位置誤差を算出し、算出した位置誤差を、Ｐ制御部１１、Ｉ制御部１２及びＤ制御部１３に出力する。Ｐ制御部１１は比例制御を行い、Ｉ制御部１２は積分制御を行い、Ｄ制御部１３は微分制御を行い、それぞれの制御入力が加算器５１に出力される。加算器５１は、Ｐ制御部１１、Ｉ制御部１２及びＤ制御部１３のそれぞれから出力された制御入力を加算することでフィードバックトルク指令を算出し、算出したフィードバックトルク指令を電流制御部４に出力する。

【0042】

図６には、フィードバック制御部３の第２構成が示されている。図６は、その第２構成を示すブロック図である。第２構成においては、Ｐ－ＰＩ制御が実現される。減算器５０は、モータ５に設けられているエンコーダ２によって検出された位置検出値を位置指令から減算することで位置誤差を算出し、算出した位置誤差を位置制御部１４に出力する。位置制御部１４は、その位置誤差からＰ制御によって速度指令を算出し、算出した速度指令を減算器５２に出力する。微分器１５は、モータ位置検出値を微分することで速度検出値を算出し、算出した速度検出値を減算器５２に出力する。減算器５２は、前述の速度指令から速度検出値を減算することで速度誤差を算出し、算出した速度誤差を速度制御部１６に出力する。速度制御部１６は、入力された速度誤差に基づいてＰＩ制御によってフィードバックトルク指令を算出し、算出したフィードバックトルク指令を電流制御部４に出力する。

【0043】

制御パラメータ変更部８によって算出されたフィードバック制御パラメータをフィードバック制御部３に設定することで、機械式ブレーキ６の状態に応じてフィードバック制御部３の各制御パラメータを変更することができる。

【0044】

制御装置の別の構成例として、フィードフォワード制御を実現する構成が用いられてもよい。図７には、その構成の一例が示されている。図７に示されている制御装置は、位置指令に基づいてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御部１７を含む。フィードフォワード制御部１７は、位置指令に応じたフィードフォワード制御によってフィードフォワードトルク指令を生成し、生成したフィードフォワードトルク指令を出力すると共に、速度指令を計算しフィードバック制御部２８に出力する。加算器５３は、フィードバックトルク指令とフィードフォワードトルク指令とを加算することでトルク指令を生成し、生成したトルク指令を電流制御部４に出力する。

【0045】

図８には、フィードフォワード制御部１７の詳細な構成が示さている。フィードフォワード制御部１７の詳細な構成として、以下に説明する３つの構成が挙げられる。

【0046】

第１構成においては、フィードフォワード制御部１７は、位置指令から微分器１８によって速度指令を算出し、算出した速度指令を微分器１９へ入力すると共に、減算器５２への入力に加算する。図１７には、フィードバック制御部２８の詳細な構成が示されている。前述のＰ－ＰＩ制御に加え、フィードフォワード制御部１７が出力する速度指令を減算器５２に足して速度誤差を算出し、算出した速度誤差を速度制御部１６に出力する。第１構成によって実現される方法が、第１方法の一例に相当する。

【0047】

第２構成においては、フィードフォワード制御部１７は、速度指令から微分器１９によって加速度指令を算出し、駆動系のイナーシャに比例する定数Ｋ２０をその値に乗じることで、加速度指令を発生する加速トルク指令を算出し、算出した加速トルク指令をフィードフォワードトルク指令として出力する。第２構成によって実現される方法が、第２方法の一例に相当する。

【0048】

第３構成においては、フィードフォワード制御部１７は、反転補償演算部２１によって反転補償トルク指令を算出し、算出した反転補償トルク指令をフィードフォワードトルク指令として出力する。反転補償演算部２１は、位置指令に応じた反転突起補償などの公知技術によって、反転補償トルク指令を算出する。第３構成によって実現される方法が、第３方法の一例に相当する。なお、詳細は後述するが、反転補償演算部２１は、低圧ブレーキ状態における補償パラメータを持ち、パラメータ係数選択部２２が出力するフィードフォワード制御パラメータ係数を乗じた値を補償に用いる。

【0049】

第１構成、第２構成及び第３構成の中の少なくとも１つの構成が採用される。つまり、第１方法、第２方法及び第３方法の中の少なくとも１つの方法が実行される。第１構成、第２構成及び第３構成の中の複数の構成の組み合わせが採用されることで、第１方法、第２方法及び第３方法の中の複数の方法の組み合わせが実行されてもよい。

【0050】

例えば、第２構成と第３構成とを併用する場合、加算器５４によって加速トルク指令と反転補償トルク指令とを加算し、その加算で得られた指令をフィードフォワードトルク指令として出力すればよい。

【0051】

図７に示されている制御パラメータ変更部２５は、ブレーキ動作指令に基づいて、ブレーキ動作指令が切り替わる時の機械式ブレーキ６のブレーキトルクを推定し、フィードバック制御部２８にフィードバック制御パラメータを出力し、フィードフォワード制御部１７にフィードフォワード制御パラメータ係数を出力する。

【0052】

図９には、制御パラメータ変更部２５の構成が示されている。図９は、制御パラメータ変更部２５の構成を示すブロック図である。パラメータ係数選択部２２は、ブレーキ動作指令を入力として受け付け、ブレーキ動作指令に応じてフィードフォワード制御パラメータに乗じるフィードフォワード制御パラメータ係数を選択し、選択したフィードフォワード制御パラメータ係数をフィードフォワード制御部１７に出力する。

【0053】

フィードフォワード制御部１７においてＣ軸反転時の位置誤差（反転突起）を小さくするための反転突起補償を行う場合、機械式ブレーキ６の状態に応じて補償パラメータを切り替える必要がある。低圧ブレーキ状態ではブレーキトルクが作用するため反転突起補償が必要であるが、ブレーキ解除状態ではブレーキトルクが作用しないため反転突起補償を小さくし、高圧ブレーキ状態では反転突起補償を無効にするような補償パラメータが選択される。従って、フィードフォワード制御部１７には低圧ブレーキ状態における補償パラメータを持たせ、フィードフォワード制御パラメータ係数として、低圧ブレーキ状態の時に１、高圧ブレーキ状態の時に０、ブレーキ解除状態の時に０以上１未満の値を選択する。このように選択したフィードフォワード制御パラメータ係数をフィードフォワード制御部１７に出力することで、ブレーキ状態に応じて適切にフィードフォワード制御を切り替えることができる。

【0054】

なお、上述した実施形態では、パラメータ係数選択部２２がブレーキ動作指令に基づきフィードフォワード制御パラメータ係数を選択する場合を説明した。図１５に示すように、ブレーキ状態シミュレーション部９が出力する低圧ブレーキ率をパラメータ係数選択部２７に入力し、低圧ブレーキ率に応じてフィードフォワード制御パラメータ係数を時間と共に変化するように算出し、フィードフォワード制御部１７に出力してもよい。

【0055】

機械式ブレーキ６が発生させるブレーキトルクの応答遅れや立ち上がり時間や立ち下がり時間は、油圧装置やブレーキパッド等の経年変化などによって変化する可能性がある。実施例２では、実施例１では固定だったＣ軸制御パラメータの変更時間が可変である場合について説明する。

【0056】

実施例２と実施例１との相違点は、図１０および図１１に示すように、制御パラメータ変更部２３とブレーキ状態シミュレーション部２４とにモータのトルク指令が追加で入力される点である。

【0057】

ブレーキトルクの応答遅れや立ち上がり時間や立ち下がり時間を経年変化に合わせて更新するために、ブレーキトルク推定動作として、Ｃ軸を一定速度で動作中に低圧ブレーキ状態とブレーキ解除状態を切り替え、低圧ブレーキ動作指令とモータトルク指令の時間応答を測定する。

【0058】

図１２に、本推定動作における、モータ回転数、モータトルク指令、低圧ブレーキ動作指令及びブレーキトルクのそれぞれの時間応答を示す。推定動作では、一定速度でＣ軸動作中に低圧ブレーキをＯＮ・ＯＦＦするため、低圧ブレーキ動作指令より遅れてブレーキトルクが発生し、一定速度で送るためにブレーキトルクに釣り合うモータトルク指令が発生する。従って、以下の表１に示す通り、低圧ブレーキ動作指令とモータトルク指令との関係から各種時間を推定することができる。

【0059】

本推定動作は、ワークを把持しない重心バランスのとれた状態での動作を想定しているが、把持しているワークが偏心していて重心がアンバランスな状態であり、一定速度でＣ軸動作中のモータトルク指令がＣ軸１周の内に変化する状況下で、推定動作を行うことも考えられる。この場合は、低圧ブレーキをＯＦＦにした状態でのＣ軸１周分のモータトルク指令をメモリ等の記憶装置に記憶させておき、低圧ブレーキ動作指令をＯＮした後のモータトルクと記憶されたモータトルク指令とを比較し、同位相でのトルクの差異に基づいて、上記と同様に各種時間を推定することができる。

【0060】

【表1】

【0061】

Ｃ軸を一定速度で回転させる理由は、推定動作においてブレーキトルクに釣り合うモータトルク指令が発生することで、モータトルク指令からブレーキトルクを推定することができるためである。また、一定速度で回転させることで、加減速トルクを必要とせず、モータトルク指令の変化要因をブレーキトルクの影響のみに限定することができる。

【0062】

更新した前述のパラメータを用いてブレーキ状態シミュレーション部２４においてブレーキトルクを模擬することで、経年変化などによるブレーキトルクの変化に対応し、安定してＣ軸を制御することができる。

【0063】

また、実施例２についても、図１３に示すように、制御装置は、位置指令に基づいてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御部１７を含んでもよい。

【0064】

制御パラメータ変更部２６は、ブレーキ動作指令とトルク指令を入力として受け付け、ブレーキ動作指令が切り替わる時の機械式ブレーキ６のブレーキトルクを推定し、フィードバック制御部２８にフィードバック制御パラメータを出力し、フィードフォワード制御部１７にフィードフォワード制御パラメータ係数を出力する。

【0065】

図１４は、制御パラメータ変更部２６の構成を示すブロック図である。パラメータ係数選択部２２は、ブレーキ動作指令を入力として受け付け、ブレーキ動作指令に応じてフィードフォワード制御パラメータに乗じるフィードフォワード制御パラメータ係数を選択し、選択したフィードフォワード制御パラメータ係数をフィードフォワード制御部１７に出力する。

【0066】

なお、実施例１と同様に、図１６に示すように、ブレーキ状態シミュレーション部２４が出力する低圧ブレーキ率をパラメータ係数選択部２７に入力し、低圧ブレーキ率に応じてフィードフォワード制御パラメータ係数を時間と共に変化するように算出し、フィードフォワード制御部１７に出力してもよい。

【0067】

また、上述した実施形態では、反転補償制御を実現するために、反転補償演算部２１において位置指令に基づくフィードフォワードトルク指令を生成する方法について説明した。図６に示すＰ－ＰＩ制御を用いる場合は、反転補償演算部２１において公知技術によって位置指令から反転補償位置指令や反転補償速度指令を生成し、反転補償位置指令を減算器５０に加算するか、又は、反転補償速度指令を減算器５２に加算することでフィードフォワード制御を実現してもよい。

【0068】

上述した各実施例に係る制御装置によれば、機械式ブレーキの応答遅れとブレーキトルクの立ち上がり時間と立ち下がり時間を考慮して機械式ブレーキのブレーキ状態を推定し、フィードバック制御パラメータやフィードフォワード制御パラメータを適切に変化させる。これにより、機械式ブレーキの状態が変わる時に機械式ブレーキの固有振動やブレーキトルクの影響による発振を防止することができる。

【0069】

例えば、創成加工の加工負荷が小さい場合は、機械式ブレーキを解除して加工精度を向上させることができる。また、加工負荷の大きい重切削を行う場合は、機械式ブレーキを低圧で駆動させて低ブレーキトルクを発生させることで、切削能力を向上させたり、加工ビビリを防止したりすることができる。

【0070】

上述した各実施例に係る制御装置の構成は、例えばプロセッサや電子回路等のハードウェア資源を利用して実現することができ、その実現において必要に応じてメモリ等のデバイスが利用されてもよい。また、各実施例に係る制御装置の構成は、コンピュータによって実現されてもよい。つまり、コンピュータが備えるＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等のハードウェア資源と、ＣＰＵ等の動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により、各実施例に係る制御装置の構成の全部又は一部が実現されてもよい。当該プログラムは、ＣＤやＤＶＤ等の記録媒体を経由して、又は、ネットワーク等の通信経路を経由して、各実施例に係る制御装置が有する記憶装置に記憶される。別の例として、各実施例に係る制御装置の構成は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等により実現されてもよい。

【符号の説明】

【0071】

１ 位置指令生成部、２ エンコーダ、３，２８ フィードバック制御部、４ 電流制御部、５ モータ、６ 機械式ブレーキ、７ 機械制御部、８，２３，２５，２６ 制御パラメータ変更部、９，２４ ブレーキ状態シミュレーション部、１０ パラメータ補間部、１１ Ｐ制御部、１２ Ｉ制御部、１３ Ｄ制御部、１４ 位置制御部、１５，１８，１９ 微分器、１６ 速度制御部、１７ フィードフォワード制御部、２０ 駆動系のイナーシャに比例する定数Ｋ、２１ 反転補償演算部、２２ パラメータ係数選択部、２７ パラメータ係数選択部、５０，５２ 減算器、５１，５３，５４ 加算器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】