回転軸制御装置
【課題】 回転運動の加速度の他に並進運動の加速度が相定される構成においても、角加速度センサを用いることなく角加速度のみを検出する。
【解決手段】 回転体２２上に、同一半径上に回転の接線方向の加速度を検出する方向に２つの加速度センサ１８，２０を配置し、それらが検出した加速度Ｘ１，Ｘ２から、計算により回転の角加速度を算出する。
【解決手段】 回転体２２上に、同一半径上に回転の接線方向の加速度を検出する方向に２つの加速度センサ１８，２０を配置し、それらが検出した加速度Ｘ１，Ｘ２から、計算により回転の角加速度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転体の角加速度を検出する角加速度検出器を使用する回転軸制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械における回転軸の制御では、回転体の回転角度／回転速度を検出してその指令値との差からサーボモータの制御量を算出するフィードバック制御を行なうのが一般的であるが、例えば割出しテーブルの制御では、回転体と検出器との間に両者を結合する継ぎ手などの剛性の低い部分が存在するため回転体が振動することがあるので、それを防止するため、回転体の角加速度を検出してそれに応じて指令値を補正することが考えられる。
【０００３】
そのためには角加速度センサを用いて角加速度を検出する必要があるが、このセンサは一般的でなく、また高価である。
【０００４】
また、回転体上に回転体の接線方向の加速度を検出する加速度センサを設け、このセンサで検出される加速度をセンサ取付位置の半径で除して角加速度を得ることも考えられる。
【０００５】
しかしながら、回転体および回転軸全体が並進運動をする直動軸の上に搭載された機械構造の場合、加速度センサで検出される加速度には直動軸の加速度も含まれているので、角加速度のみを検出することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の目的は、回転軸制御装置において、一般的でなく高価な角加速度センサを使用することなく、また、回転運動の加速度の他に並進運動の加速度が想定される場面においても角加速度のみを検出することのできる検出手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、サーボモータと、該サーボモータにより駆動される回転体と、該回転体の回転角度及び回転角速度の少なくとも一方を検出する検出器と、該回転体の回転角度及び回転角速度の少なくとも一方の指令値と該検出器の検出値とから該サーボモータの制御量を算出する制御処理部と、回転体上でその回転軸からの距離がそれぞれ異なる位置に設けられた複数の加速度センサと、該複数の加速度センサが検出した加速度の値から回転体の回転角加速度を算出する角加速度算出部と、該角加速度算出部が算出した回転角加速度に応じて前記回転角度指令値、回転角速度指令値およびサーボモータの電流指令値の少なくとも１つを補正する補正演算部とを具備する回転軸制御装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明の角加速度検出器におけるセンサの取付位置の一例を示す図である。
【０００９】
図１において、１０は直動軸の中心を示し、矢印１２はその移動方向を示す。１４は直動軸１０の上に搭載された回転軸を示し、矢印１６はその回転方向を示している。１８，２０は回転軸１４に取り付けられた回転体２２上に設けられた２つの加速度センサを示し、矢印２４，２６はそれぞれの加速度センサの加速度検出方向を示す。加速度センサ１８，２０は好ましくは、並進運動の加速度が等しく加算されるように、同一の半径上に並べて回転の接線方向の加速度を検出する向きに配置される。
【００１０】
図２に示すように、センサ１８，２０の取付位置の半径をｒ1，ｒ2とし、直動軸の加速度ａのセンサ検出方向成分をａ’、回転軸の角加速度をｂとすると、センサ１８，２０において検出される加速度Ｘ1，Ｘ2は、加速度センサの検出方向成分ａ’と回転軸の角加速度から生じる接線加速度ｒ1＊ｂまたはｒ2＊ｂの和になるから、次式で表わされる。
【００１１】
Ｘ1＝ａ’＋ｒ1＊ｂ
Ｘ2＝ａ’＋ｒ2＊ｂ
これらの式から、以下のように回転軸の角加速度ｂを算出することができ、２つの加速度センサを用いて直動軸上の回転軸の角加速度のみを検出することができる。
ｂ＝（Ｘ1−Ｘ2）／（ｒ1−ｒ2）
なお、Ｘ1、Ｘ2ａ’、ｂは、いずれも回転体の回転軸を中心とし、加速度センサと回転軸を結ぶ直線により構成される座標系上のベクトル量である。従って、図4に示すように、センサ18とセンサ20が回転体の回転中心をはさんで反対側に配置されている場合は下式のように
ｂ＝（Ｘ1−Ｘ2）／（ｒ1+ｒ2）
とする必要がある。
【００１２】
加速度センサ１８，２０としては、例えば、半導体プロセスにより鍾とそれを支える梁に作用する力を検出するピエゾ抵抗素子を形成した公知の加速度センサを使用することができる。
【００１３】
図３はこの角加速度検出器が用いられた回転軸制御装置の構成を示すブロック図である。図３中、直動軸は図示が省略されている。
【００１４】
図３において、サーボモータ３０に連結されたエンコーダにより検出された角度検出値３２が位置フィードバックとして用いられ、位置指令との差分（３４）から、位置制御処理部３６において例えば周知のＰＩＤ演算により速度指令が算出される。次に、例えば角度検出値を時間微分することにより得られた角速度値３８が速度フィードバックとして用いられて速度指令との差分（４０）から、速度制御処理部４２において例えば周知のＰＩＤ演算により電流指令が算出される。さらに、サーボモータ３０の電流が検出され、電流検出値４３と電流指令の差分（４４）から、電流制御処理部４６において、例えば周知のＰＩＤ演算により電流制御値が算出されてサーボモータ３０に与えられる。
【００１５】
回転体２２上に設けられた加速度センサ１８，２０により検出された加速度から演算部４８において計算された回転体２２の回転角加速度の値は位置指令の補正（５０）、速度指令の補正（５２）、および電流指令の補正（５４）に用いられる。その補正のための演算は例えば
（補正後指令値）＝（補正前指令値）＋（係数）×（角加速度検出値）
の式により行う。上式の係数は、回転体の振動が抑制またはなくなるように、トライアンドエラーの手法により決定される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の角加速度検出器におけるセンサの取付位置の一例を示す図である。
【図２】本発明の検出原理を説明するための図である。
【図３】本発明の回転軸制御装置の一例の構成を示すブロック線図である。
【図４】本発明の角加速度検出器におけるセンサの取付位置の他の例を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転体の角加速度を検出する角加速度検出器を使用する回転軸制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械における回転軸の制御では、回転体の回転角度／回転速度を検出してその指令値との差からサーボモータの制御量を算出するフィードバック制御を行なうのが一般的であるが、例えば割出しテーブルの制御では、回転体と検出器との間に両者を結合する継ぎ手などの剛性の低い部分が存在するため回転体が振動することがあるので、それを防止するため、回転体の角加速度を検出してそれに応じて指令値を補正することが考えられる。
【０００３】
そのためには角加速度センサを用いて角加速度を検出する必要があるが、このセンサは一般的でなく、また高価である。
【０００４】
また、回転体上に回転体の接線方向の加速度を検出する加速度センサを設け、このセンサで検出される加速度をセンサ取付位置の半径で除して角加速度を得ることも考えられる。
【０００５】
しかしながら、回転体および回転軸全体が並進運動をする直動軸の上に搭載された機械構造の場合、加速度センサで検出される加速度には直動軸の加速度も含まれているので、角加速度のみを検出することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の目的は、回転軸制御装置において、一般的でなく高価な角加速度センサを使用することなく、また、回転運動の加速度の他に並進運動の加速度が想定される場面においても角加速度のみを検出することのできる検出手法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、サーボモータと、該サーボモータにより駆動される回転体と、該回転体の回転角度及び回転角速度の少なくとも一方を検出する検出器と、該回転体の回転角度及び回転角速度の少なくとも一方の指令値と該検出器の検出値とから該サーボモータの制御量を算出する制御処理部と、回転体上でその回転軸からの距離がそれぞれ異なる位置に設けられた複数の加速度センサと、該複数の加速度センサが検出した加速度の値から回転体の回転角加速度を算出する角加速度算出部と、該角加速度算出部が算出した回転角加速度に応じて前記回転角度指令値、回転角速度指令値およびサーボモータの電流指令値の少なくとも１つを補正する補正演算部とを具備する回転軸制御装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明の角加速度検出器におけるセンサの取付位置の一例を示す図である。
【０００９】
図１において、１０は直動軸の中心を示し、矢印１２はその移動方向を示す。１４は直動軸１０の上に搭載された回転軸を示し、矢印１６はその回転方向を示している。１８，２０は回転軸１４に取り付けられた回転体２２上に設けられた２つの加速度センサを示し、矢印２４，２６はそれぞれの加速度センサの加速度検出方向を示す。加速度センサ１８，２０は好ましくは、並進運動の加速度が等しく加算されるように、同一の半径上に並べて回転の接線方向の加速度を検出する向きに配置される。
【００１０】
図２に示すように、センサ１８，２０の取付位置の半径をｒ1，ｒ2とし、直動軸の加速度ａのセンサ検出方向成分をａ’、回転軸の角加速度をｂとすると、センサ１８，２０において検出される加速度Ｘ1，Ｘ2は、加速度センサの検出方向成分ａ’と回転軸の角加速度から生じる接線加速度ｒ1＊ｂまたはｒ2＊ｂの和になるから、次式で表わされる。
【００１１】
Ｘ1＝ａ’＋ｒ1＊ｂ
Ｘ2＝ａ’＋ｒ2＊ｂ
これらの式から、以下のように回転軸の角加速度ｂを算出することができ、２つの加速度センサを用いて直動軸上の回転軸の角加速度のみを検出することができる。
ｂ＝（Ｘ1−Ｘ2）／（ｒ1−ｒ2）
なお、Ｘ1、Ｘ2ａ’、ｂは、いずれも回転体の回転軸を中心とし、加速度センサと回転軸を結ぶ直線により構成される座標系上のベクトル量である。従って、図4に示すように、センサ18とセンサ20が回転体の回転中心をはさんで反対側に配置されている場合は下式のように
ｂ＝（Ｘ1−Ｘ2）／（ｒ1+ｒ2）
とする必要がある。
【００１２】
加速度センサ１８，２０としては、例えば、半導体プロセスにより鍾とそれを支える梁に作用する力を検出するピエゾ抵抗素子を形成した公知の加速度センサを使用することができる。
【００１３】
図３はこの角加速度検出器が用いられた回転軸制御装置の構成を示すブロック図である。図３中、直動軸は図示が省略されている。
【００１４】
図３において、サーボモータ３０に連結されたエンコーダにより検出された角度検出値３２が位置フィードバックとして用いられ、位置指令との差分（３４）から、位置制御処理部３６において例えば周知のＰＩＤ演算により速度指令が算出される。次に、例えば角度検出値を時間微分することにより得られた角速度値３８が速度フィードバックとして用いられて速度指令との差分（４０）から、速度制御処理部４２において例えば周知のＰＩＤ演算により電流指令が算出される。さらに、サーボモータ３０の電流が検出され、電流検出値４３と電流指令の差分（４４）から、電流制御処理部４６において、例えば周知のＰＩＤ演算により電流制御値が算出されてサーボモータ３０に与えられる。
【００１５】
回転体２２上に設けられた加速度センサ１８，２０により検出された加速度から演算部４８において計算された回転体２２の回転角加速度の値は位置指令の補正（５０）、速度指令の補正（５２）、および電流指令の補正（５４）に用いられる。その補正のための演算は例えば
（補正後指令値）＝（補正前指令値）＋（係数）×（角加速度検出値）
の式により行う。上式の係数は、回転体の振動が抑制またはなくなるように、トライアンドエラーの手法により決定される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の角加速度検出器におけるセンサの取付位置の一例を示す図である。
【図２】本発明の検出原理を説明するための図である。
【図３】本発明の回転軸制御装置の一例の構成を示すブロック線図である。
【図４】本発明の角加速度検出器におけるセンサの取付位置の他の例を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータと、
該サーボモータにより駆動される回転体と、
該回転体の回転角度及び回転角速度の少なくとも一方を検出する検出器と、
該回転体の回転角度及び回転角速度の少なくとも一方の指令値と該検出器の検出値とから該サーボモータの制御量を算出する制御処理部と、
複数の加速度センサと、
該複数の加速度センサが検出した加速度の値から回転体の回転角加速度を算出する角加速度算出部と、
該角加速度算出部が算出した回転角加速度に応じて前記回転角度指令値、回転角速度指令値およびサーボモータの電流指令値の少なくとも１つを補正する補正演算部とを具備する回転軸制御装置。
【請求項２】
前記の複数の加速度センサが、該回転体上の回転中心を通る直線上に配置されている、請求項1に記載の回転軸制御装置。
【請求項１】
サーボモータと、
該サーボモータにより駆動される回転体と、
該回転体の回転角度及び回転角速度の少なくとも一方を検出する検出器と、
該回転体の回転角度及び回転角速度の少なくとも一方の指令値と該検出器の検出値とから該サーボモータの制御量を算出する制御処理部と、
複数の加速度センサと、
該複数の加速度センサが検出した加速度の値から回転体の回転角加速度を算出する角加速度算出部と、
該角加速度算出部が算出した回転角加速度に応じて前記回転角度指令値、回転角速度指令値およびサーボモータの電流指令値の少なくとも１つを補正する補正演算部とを具備する回転軸制御装置。
【請求項２】
前記の複数の加速度センサが、該回転体上の回転中心を通る直線上に配置されている、請求項1に記載の回転軸制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−１５５３６２（Ｐ２００６−１５５３６２Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４７００５（Ｐ２００４−３４７００５）
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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