JP4361071B2

JP4361071B2 - サーボ制御装置

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Publication number: JP4361071B2
Application number: JP2006130320A
Authority: JP
Inventors: 平輔岩下; 雪雄豊沢; 和臣前田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2009-11-11
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Description

本発明は、ワークを加工する工作機械やロボット、プレス機、射出成形機等に適用され、マスター側駆動源とスレーブ側駆動源とを同期させて動かし、例えば、ねじ加工やタップ加工のようにワークに同じ加工を繰り返して行う機械に適用されるサーボ制御装置に関するものである。

一般に、ワークの外周面におねじを加工する場合、主軸などにチャッキングしたワークを回転させながら、ねじ切り切削工具に所定の切込みを与え、切削工具をワーク軸方向に相対的に直線移動させてねじ切りを行う。この場合、切削抵抗が大きくならないように、切込みは数回に分けて切削工具に与えられ、所定の切込みで所定のパス回数だけ切削を繰り返すことにより完全なねじ形状が形成されるようになっている。タップを用いて、ワークにめねじを加工する場合は、Ｘ−Ｙ方向に移動するテーブル上にワークを固定し、主軸に装着されたタップを回転させながら回転軸方向に送りを与えたり、逆に、タップを回転させたままワークに回転軸方向の送りを与えたりしてねじ切りを行う。

おねじを加工する場合の切削工具の送り速度や、めねじを加工する場合のタップの送り速度は、ねじ山が所定ピッチで連続して形成されるように、ワークの回転数やタップの回転数に応じて決定されている。すなわち、直線移動する切削工具やタップの移動指令（送り速度）は、回転するワークやタップの回転指令（回転数）の一定の比率倍となっている。このため、この種のねじ切り加工やタップ加工では、双方の駆動源（サーボモータ）が一定の比率で同期して駆動するように、工作機械の数値制御装置により回転指令及び移動指令が出されるようになっている。

ここで、一例として、１ｍｍのピッチのねじを６０００ｍｉｎ^-1で加工する場合について説明する。一方の駆動源により駆動される送り軸の位置検出単位を１００００パルス／ｍｍとし、他方の駆動源により駆動される回転軸の位置検出単位を４０９６パルス／ｒｅｖとする。送り軸の移動指令を考えると、６０００ｍｉｎ^-1、つまり１回転で１０ｍｓ、１ｍｍ進むことになるため、１００００パルス／１０ｍｓとなる。この送り速度は６ｍ／ｍｉｎとなる。回転軸は、１０ｍｓ間で１回転、つまり４０９６パルスとなるため、４０９６／１０ｍｓとなる。このため、両駆動軸の比率はＫ＝４０９６／１００００となる。したがって、送り軸を駆動する駆動源に対する移動指令を４０９６／１００００倍して、回転軸を駆動する駆動源に対する移動指令とすれば、１ｍｍピッチのねじが加工できる。

この例は、一対の駆動軸が回動軸と送り軸となる場合であるが、一対の駆動軸の両方が送り軸であってもよく、また、一対の駆動軸の両方が回転軸であってもよく、駆動軸の形態を制約するものではない。

なお、特許文献１には、回転軸と送り軸を駆動する駆動源の同期をとり、同一形状を繰り返し加工する従来の一例が開示されている。

特開２００４−２８０７７２号公報

上述したように、ワーク外周面におねじを加工したり、タップを用いてワークの所望の位置にめねじを加工したりする場合、回転軸と送り軸をそれぞれ駆動する駆動源の同期をとる必要があり、従来は、一方の駆動源の移動指令を特定の比率倍して、他方の駆動源を駆動して加工を行っている。

しかしながら、おねじ加工やめねじ加工においては、同期制御される駆動源が同じサーボ特性をもっていれば、回転軸及び送り軸は同じ位置偏差を持つこととなって、理論的に同期誤差は生じないものの、回転軸の高剛性化に伴い回転軸の慣性イナーシャが増加した場合や、回転軸が高速回転した場合には、回転軸のサーボ特性が送り軸に比べて劣ることとなり、回転軸の加減速時に大きな位置偏差が生じるという問題がある。また、切削工具の切り込みの変動や食い付き時の衝撃などの切削外乱、摩擦の影響によっても同期誤差が大きくなり、ねじの加工精度が低下するという問題がある。

また、両方の軸の位置偏差を個々に学習制御して、各軸の位置偏差を０に近づけることができれば、同期誤差を０に近づけることができるが、特に回転軸側では、慣性イナーシャが大きいにもかかわらず回転軸を高速で回転させる必要があるため、モータの最大トルクの限界により学習制御が効果を発揮できない可能性が大きくなる。段落番号０００４の例で説明すれば、主軸の回転数が６０００ｍｉｎ^-1の時、送り軸の速度は６ｍ／ｍｉｎ^-1で、送り軸の回転・直線変換係数（例えばボールネジのピッチ）が１０ｍｍ／ｒｅｖとすれば、送り軸の回転数は６００ｍｉｎ^-1となり、回転軸の速度の１／１０である。このように、同じ同期指令で動かしても、回転軸の速度は送り軸の１０倍もの速度で動かす必要があるため、同じ加減速時定数で動かしても、回転軸側はトルク的に厳しく、両方の軸の位置偏差を学習するより、速度的にも、慣性イナーシャ的にも有利な、送り軸で、同期誤差を学習制御する方が合理的である。さらに、両方の軸に対して学習制御用のハードが必要になり、サーボ制御装置の構造が複雑化し、コストが高くなるという問題がある。

以上の点に鑑み、本発明は、回転軸の慣性イナーシャが大きい場合や、回転軸が高速で回転する場合であっても、回転軸側と送り軸側との同期誤差を少なくすることができ、これにより高精度・高能率加工を行うことができるサーボ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載のサーボ制御装置は、一方の駆動軸を駆動するマスター側駆動源と、他方の駆動軸を駆動するスレーブ側駆動源とを同期制御するサーボ制御装置において、前記マスター側駆動源の位置偏差と前記スレーブ側駆動源の位置偏差との差分である同期誤差に基づいて前記スレーブ側駆動源の位置偏差を補正するための補正データを算出する補正データ算出手段であって、前記同期誤差をゼロにするように、前記同期制御が繰り返されるたびに使用される前記補正データを更新する学習制御を行う補正データ算出手段を備え、該補正データ算出手段により算出され更新された前記補正データが前記スレーブ側駆動源の位置偏差に加算されることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載のサーボ制御装置において、前記補正データ算出手段が、前記補正データを所定周期毎に時間基準で記憶する記憶手段を備えている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のサーボ制御装置において、前記補正データ算出手段が、所定周期毎にサンプリングされた前記同期誤差から、前記マスター側駆動源又は前記スレーブ側駆動源の位置フィードバック又は位置指令である参照位置に基づく所定位置に対する同期誤差を求める時間位置変換手段と、該時間位置変換手段で求めた前記同期誤差に基づいて算出された前記補正データを位置基準で記憶する記憶手段と、該記憶手段に位置基準で記憶されている前記補正データを時間基準の補正データに変換する位置時間変換手段と、を備えている。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載のサーボ制御装置において、前記一方の駆動軸は回転軸であり、前記他方の駆動軸は送り軸である。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４記載のサーボ制御装置において、前記スレーブ側駆動源が二つ設けられ、各スレーブ側駆動源が互いに平行なタンデム構造の第１の送り軸と第２の送り軸をそれぞれ駆動する。

請求項６記載の発明は、請求項５記載のサーボ制御装置において、前記マスター側駆動源と一方の前記スレーブ側駆動源の前記同期誤差に基づいて算出された前記補正データが、両方のスレーブ側駆動源の位置偏差に加算される。

請求項７記載の発明は、請求項５記載のサーボ制御装置において、前記補正データ算出手段が二つの前記スレーブ側駆動源で共用され、前記補正データ算出手段に入力される二つ前記同期誤差が、前記第１，２の送り軸の負荷バランスに基づく所定の内分比で重み付けされている。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載のサーボ制御装置において、前記加工が工作物にめねじを形成するタップ加工である。

請求項９記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載のサーボ制御装置において、前記加工が工作物の外周面におねじを形成するねじ加工である。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載のサーボ制御装置において、前記同期誤差又は前記スレーブ側駆動源の位置偏差のどちらか一方を選択可能な選択手段を備え、前記補正データ算出手段を用いて、該選択手段により選択された一方のデータに基づいて前記スレーブ側駆動源の位置偏差を補正する補正データを算出し、該補正データを前記スレーブ側駆動軸の位置偏差に加算し、前記位置偏差又は同期誤差を選択的にゼロに近づける制御をする。

請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０の何れか１項に記載のサーボ制御装置において、前記マスター側駆動源及び前記スレーブ側駆動源に送られる移動指令が識別番号を持ち、該識別番号に対応して前記学習制御を行う記憶領域を切り換える切換え手段を備えた。

以上の如く、請求項１の発明によれば、同期誤差に基づいて算出され、学習制御により更新される補正データがスレーブ側駆動源の位置偏差に加算されることで、同期誤差をゼロに近づける制御をすることができる。このため、マスター側駆動源の位置偏差の大きさに応じてスレーブ側モータの位置偏差の大きさを調整することができる。すなわち、マスター側駆動源の位置偏差が大きい場合にはスレーブ側駆動源の位置偏差が大きくなるように補正され、マスター側駆動源の位置偏差が小さい場合にはスレーブ側駆動源の位置偏差が小さくなるように補正される。したがって、マスター側駆動源の慣性イナーシャが大きい場合、マスター側駆動源が高速で回転する場合、切削工具の切り込みの変動や食い付き時の衝撃などによって切削外乱を生じる場合に、同期誤差を小さくすることができ、これにより高精度・高能率加工を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、記憶手段に時間基準で記憶され、学習制御により更新される補正データが使用されるから、ねじ加工やタップ加工などのように同じ加工を繰り返し行う場合において、加工を繰り返し行う度に同期誤差を徐々に小さくでき、ひいては同期誤差がゼロに収束させることができ、これにより精度の良い加工を行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、学習制御により更新される補正データが位置基準で記憶されることで、加工速度に依存することなく同期制御を行うことができる。また、記憶手段のメモリサイズを一定にすることができ、メモリを節約することができ、経済的に有利となる。

請求項４記載の発明によれば、回転軸は慣性イナーシャの影響を受け易く、位置偏差が大きくなりやすいが、回転軸と送り軸の同期誤差に基づいて送り軸の位置偏差が調整されることで、同期制御の同期精度を高めることができる。

請求項５記載の発明によれば、二つのスレーブ側駆動源でタンデム構造の第１の送り軸と第２の送り軸とをそれぞれ駆動することで、個々の駆動源の負荷を軽減することができ、制御の追従性や安定性を高めることができる。また、使用する駆動源を小型化することもでき、経済性を高めることができる。

請求項６記載の発明によれば、二つのスレーブ側駆動源で補正データ算出手段を共用することができ、サーボ制御装置の構造が複雑化するのを回避することができる。

請求項７記載の発明によれば、二つのスレーブ側駆動源で補正データ算出手段を共用した場合に、補正データが重みづけされた二つの同期誤差に基づいて算出されるから、両方のスレーブ側駆動源の位置偏差を補正するための平均的な補正データを得ることができる。このため、補正データ算出手段を共用した場合であっても、同期の精度が一定以上に損なわれることを防止することができる。

請求項８記載の発明によれば、繰り返し行われる加工がタップ加工であるから、往復動作するリジッドタップの正回転時と逆回転時の同期誤差を少なくすることができ、高精度・高能率加工を行うことができる。

請求項９記載の発明によれば、繰り返し行われる加工がねじ加工であるから、所定のパス回数で完全なねじ山を形成する際に、各パスの繰り返し精度が向上し、位置ずれが防止され、高精度のねじ山を形成することができる。

請求項１０記載の発明によれば、同期誤差又は位置偏差のどちらか一方を選択可能な選択手段を備えているから、マスター側駆動源の位置偏差が大きい場合は同期誤差を選択し、マスター側駆動軸の位置偏差が小さい場合は位置偏差を選択することができ、あるいは、同期運転ではない時には、自分の位置偏差を小さくするといった使い方ができるので、機械の仕様や製品の加工精度に応じて、サーボ制御装置を使い分けることが可能となり、汎用性が向上する。

請求項１１記載の発明によれば、識別番号により、学習制御の記憶領域を切り換える手段を備えているので、同期指令が異なる場合、例えば、ねじ深さ、ねじピッチ、主軸回転数などが異なる場合には、指令が異なるため、学習制御をやり直す必要があるが、それぞれの指令毎に記憶領域を切り換えることで、異なった種類の同期指令に対応することが可能になり、汎用性が向上する。

以下に本発明の実施形態の具体例を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るサーボ制御装置の第１の実施形態のブロック図である。このサーボ制御装置１の構成は、本発明の特徴部分である同期誤差算出手段１５及び補正データ算出手段２０を除き従来の装置構成と略同一であるので、概略的に示されている。

本実施形態のサーボ制御装置１は、工作機械に適用されるものであり、図示しない共有メモリを介して上位制御装置としての数値制御装置３０に接続されている。数値制御装置３０から出力された移動指令はサーボ制御装置１に入り、工作機械の主軸（第１の駆動軸）及びテーブルがアクチュエータとしてのサーボモータ（駆動源）２５，２６を介して同期制御されるようになっている。数値制御装置３０には、図示しないプログラマブルコントローラや、操作盤や、周辺装置などが接続されている。共有メモリは、数値制御装置３０から出力される情報をサーボ制御装置１のプロセッサに渡したり、逆にサーボ制御装置１から出力される各種情報を数値制御装置３０に渡したりするための記憶装置である。

サーボ制御装置１は、プロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成されたデジタルサーボ回路２と、一対のサーボモータ２５，２６の同期誤差を算出する同期誤差算出手段１５と、同期誤差に基づいて送り側（スレーブ側）のサーボモータ２６の位置偏差を補正する補正データを算出する補正データ算出手段２０とを備えている。同期誤差算出手段１５及び補正データ算出手段２０については、後述するが、サーボ制御装置１が両手段１５，２０を備えることで、マスター側のサーボモータであるスピンドルモータ２５に対して送り側サーボモータ２６の同期誤差に対する追従性が格段に向上し、高精度・高能率加工が可能となっている。

デジタルサーボ回路１は、従来と同等のものであり、図示しない主軸を回転駆動するためのスピンドルモータ２５と、図示しない送り軸に沿って図示しない切削工具を送るための送り側サーボモータ２６のそれぞれを、フィードバック信号に基づいて、位置ループ制御９、速度ループ制御１０すると共に、トランジスタインバータ等のアンプ２７からの電流フィードバック信号に基づいて電流ループ制御１１する回路である。

スピンドルモータ２５と送り側サーボモータ２６は、サーボ制御装置１により同期制御されるようになっている。例えば、図示しないスピンドルにチャッキングされたタップ３２でテーブルに固定されたワーク３３にめねじを加工する場合は、スピンドルモータ２５の回転数に換算係数としてのねじピッチを掛け合わせた送り速度でタップ３２が軸方向に動くように、送り側サーボモータ２６が同期制御されるようになっている。

スピンドルモータ２５及び送り側サーボモータ２６に対するサーボ制御装置１のフローを図１に基づいて説明する。先ず、数値制御装置３０から出力された単位時間当たりの移動（位置）指令は、分岐点１２で２方向に分岐し、一方の移動指令は一定比率の換算係数Ｋを乗じた後にサーボ制御装置１のスピンドルモータ２５を制御する主軸側回路３に出力され、他方の移動指令はそのままサーボ制御装置１の送り側サーボモータ２６を制御する送り軸側回路４に出力される。

主軸側回路３では、換算係数Ｋを乗じた移動指令から、スピンドルモータ２５の位置を検出するパルスコーダなどの位置検出器２８から出力された位置フィードバックの検出値を減じて位置偏差を求めた後（位置ループ制御９）、積分器Σにて時間積分することで位置偏差を求める。次に、位置制御部６でこの位置偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令を求める。続いて、速度制御部７でこの速度指令から、スピンドルモータ２５の速度を検出する速度検出器から出力された速度フィードバックの検出値を減じて速度偏差を求めた後（速度ループ制御１０）、この速度偏差に対して比例積分制御（ＰＩ制御）を行い、電流指令（トルク指令）を求める。そして、電流制御部８でこの電流指令から、アンプ２７からの電流フィードバックの検出値を減じて電流偏差を求め（電流ループ制御１１）、アンプ２７を介してスピンドルモータ２５を駆動し、図示しない減速機構を介してタップ３２やワークを回転させる。

送り軸側回路４でも主軸側回路３と同様にして、位置ループ制御９、速度ループ制御１０、電流ループ制御１１が行われ、アンプ２７を介して送り側サーボモータ２６を駆動し、図示しない減速機構により送りねじ３１を回転させ、タップ３２を軸方向に送る。

上述したデジタルサーボ回路２に基づくサーボ制御は、従来と略同じ制御である。デジタルサーボ回路２のみによる制御は、従来技術の欄で述べたように、位置偏差が大きくなるため、主軸の高剛性化に起因する慣性イナーシャの増加や、主軸の高速化などに十分に対応できない心配がある。そこで、本発明は、デジタルサーボ回路２の他に、同期誤差算出手段１５や補正データ算出手段２０を設けることで、主軸の高剛性化や高速化に対応できるようになされている。

同期誤差算出手段１５は、主軸側回路３と送り側回路４のそれぞれの位置偏差の差分である同期誤差を求める加算手段である。主軸側回路３の位置偏差は、送り側回路４の位置偏差と同じ単位に変換されるように、スピンドルモータ２５の位置偏差に逆換算係数（Ｋ^-1）を乗じて求められている。このように、主軸側回路３と送り側回路４の位置偏差を同じ単位にすることで、両モータ２５，２６のずれに相当する同期誤差が求められるようになっている。

補正データ算出手段２０は、同期誤差算出手段１５から同期誤差を受け取り、この同期誤差に基づいて送り側サーボモータ２６の位置偏差を補正する補正データを算出し、この補正データを出力する手段である。加算点１３で、補正データが送り側サーボモータ２６の位置偏差に加算されることで、両モータ２５，２６間の同期誤差をゼロにする処理がなされたことになる。送り側サーボモータ２６は、補正された位置偏差に基づいて回転し、スピンドルモータ２５に対しては一定比率のタイミングが維持された状態で駆動されることとなる。

以上のように、本実施形態によれば、スピンドルモータ２５の位置偏差の大きさに応じ送り側サーボモータ２６の位置偏差を調整することが可能となり、スピンドルモータ２５の慣性イナーシャが大きい場合や、切削抵抗の変動などの外乱が生じる場合や、スピンドルモータ２５が高速回転する場合などであっても、一定のタイミングをとりながら双方のモータ２５，２６を回転することができ、これにより同期誤差を小さくでき、高精度・高能率加工を行うことができる。

次に、図２及び図３に基づいて、本発明に係るサーボ制御装置の第２の実施形態について説明する。本実施形態のサーボ制御装置１Ａは、補正データ算出手段２０がメモリ手段１８（図３）を備え、補正データ算出手段２０により算出される補正データが学習制御される点で、第１の実施形態のサーボ制御装置１と相違する。

補正データ算出手段２０は、帯域を制限するためのフィルタ手段１７、補正データを記憶するメモリ手段１８と、制御対象としての送り側サーボモータ２６の位相遅れやゲイン低下を補償する動特性補償要素１９とを備えている。メモリ手段１８は、サンプリング数に対応するメモリ領域を有しており、所定の切込みでワーク３３を加工する際に、所定のサンプリング時間で検出された同期誤差に基づいて算出された多数の補正データを、各サンプリング時間に対応するメモリ領域に格納させるものである。

メモリ手段に格納された旧い補正データは、前の加工と同一経路を移動する次の加工の際に、所定のサンプリング時間毎に読み出され、同期誤差算出手段１５で求められた所定のサンプリング時間に対応する同期誤差に加算され、フィルタ処理を行って、メモリ手段１８に更新された新しい補正データとして格納される。一方で、メモリ手段１８から読み出された旧い補正データは、位相遅れ、ゲイン低下の補償を行い、加算点１３で位置偏差に加算され、両モータ２５，２６の同期誤差をゼロにする処理がなされて、位置制御部６に入力される。以下、加工毎の位置偏差の補正と、補正データの更新が加工プログラムが終了するまで繰り返し行われることで、高精度の加工がもたらされることとなる。

次に、図４に基づいてメモリ手段を備えた補正データ算出手段の変形例を示す。この変形例は、図３に示す補正データ算出手段２０に、サンプリング位置に対応する補正データを求めるために時間位置変換手段２１と位置時間変換手段２２を設けたものである。時間位置変換手段２１は、所定のサンプリング位置毎の同期誤差を参照位置に基づく所定位置に対する同期誤差に変換する手段である。位置時間変換手段２２は、各サンプリング位置に対応する各所定位置の補正データを時間基準に対応する補正データに戻す手段である。

ここで、参照位置とは、スピンドルモータ２５に対して送り側サーボモータ２６を同期させる基準となる位置であり、スピンドルモータ２５又は送り側サーボモータ２６の検出手段で検出された位置フィードバック（実際の位置）あるいは位置指令をいうものとする。メモリ手段１８のメモリ数（メモリ領域）は、例えば１パスの加工長を２πとし、分割幅をｄとした場合に、（２π／ｄ）のサンプリング数に対応して求められる。所定位置は、参照位置に基づいて予め定められたグリッド位置を意味するものとする。なお、位置基準の補正データの算出方法は、先に出願された出願明細書に詳細に説明されているから（特願２００４−２３９９３）、本明細書での詳細な説明は省略することとする。

このような変形例によれば、学習制御が位置基準で行われることとなり、サンプリング数を一定とした場合に、メモリサイズを加工速度によらず一定とすることができ、メモリサイズを小さくすることができる。

次に、図５〜７に基づいて、本発明に係るサーボ制御装置の他の実施形態について説明する。図５はサーボ制御装置の第３の実施形態、図６は第４の実施形態、図７は第５の実施形態をそれぞれ示している。これらの実施形態は、タンデム構造の二つの送り側サーボモータ２６Ａ，２６Ｂを有する工作機械５０に適用されるものである点で共通する。

二つないしそれ以上の送り側サーボモータを有するタンデム構造の工作機械は一般的なものであり、複数のサーボモータによって負荷が軽減され、被駆動体を安定性良く、また、マスター側のスピンドルモータに対しては追従性良く駆動することができる。このため、モータを小型化することも可能である。逆に、モータを複数備えることで、工作機械の高出力化にも対応することができる。

図５において、第３の実施形態のサーボ制御装置１Ｄは、各送り側モータ２６Ａ，２６Ｂの位置偏差を補正するための二つの補正データ算出手段２０Ｃ，２０Ｄを備えている点で、第１の実施形態のサーボ制御装置２０と相違している。各補正データ算出手段２０Ｃ，２０Ｄは第１の実施形態の補正データ算出手段２０と同様であり、スピンドルモータ２５の位置偏差と個々の送り側モータ２６Ａ，２６Ｂの位置偏差の同期誤差に基づいて補正データが算出されるようになっている。二つのモータ２６Ａ，２６Ｂが、個々に補正データ算出手段２０Ｃ，２０Ｄによって位置偏差が補正されることで、タンデム構造の工作機械５０を用いて高精度の加工を行うことが可能となる。その他の構成は第１の実施形態と同様であるため説明を省略することとする。

また、図６に示すサーボ制御装置の第４の実施形態は、二つの送り側サーボモータ２６Ａ，２６Ｂで一つの補正データ算出手段２０Ｃを共用するものである点で第３の実施形態と相違する。この補正データ算出手段２０Ｃでは、スピンドルモータ２５の位置偏差と一方の送り側モータ２６Ａの位置偏差の同期誤差に基づいて補正データが算出される。算出された補正データが、二つの送り側モータ２６Ａ，２６Ｂの位置偏差に加算されることで、スピンドルモータ２５と送り側モータとが同期制御されるようになっている。本実施形態は、二つ送り側モータ２６Ａ，２６Ｂの負荷条件が同一の場合に好適するものである。

また、図７に示すサーボ制御装置の第５の実施形態は、二つの送り側モータ２６Ａ，２６Ｂで一つの補正データ算出手段２０Ｃを共用するものである点で第４の実施形態と共通するが、共用される補正データ算出手段２０Ｃにおいて、個々の送り側モータ２６Ａ，２６Ｂに関する二つの同期誤差が用いられる点で第４の実施形態と相違する。二つの同期誤差は、同期誤差平均化手段４０によって二つの送り側モータ２６Ａ，２６Ｂの負荷に応じた重みづけがなされる。同期誤差に重みづけをするのは、送り側モータ２６Ａ，２６Ｂとして同一のモータを用いた場合でも、工作機械の構造上の理由により、同期して動くサーボモータの負荷が同一にならない場合があるためである。

同期誤差平均化手段４０による重みづけは、二つの送り側モータ２６Ａ，２６Ｂのバランス点を内分比ｎで表し、一方の同期誤差にｎを乗じ、他方の同期誤差に（１−ｎ）を乗じることにより行われる。内分比ｎは、二つの送り側サーボモータ２６Ａ，２６ＢのトルクをＴ１、Ｔ２とした場合、ｎ＝Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）で表される。そして、重みづけされた二つの同期誤差を加算することで、平均化された同期誤差が算出される。平均化された同期誤差は、ｎ×（同期誤差）＋（１−ｎ）×（同期誤差）として表される。

補正データ算出手段２０Ｃでは、平均化された同期誤差に基づいて補正データが求められる。算出された補正データが、二つの送り側モータ２６Ａ，２６Ｂの位置偏差に加算されることで、スピンドルモータ２５と送り側モータとが同期制御されるようになっている。本実施形態は、二つ送り側モータ２６Ａ，２６Ｂの負荷条件が異なる場合に好適するものである。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。例えば、第２の実施形態の変形例として、図８に示すように、同期誤差算出手段１５を数値制御装置３０に設けて、サーボ制御装置１Ｂの補正データ算出手段２０と数値制御装置３０との間で補正データの転送を行うようにすることもできる。この際、データの転送と同時に、メモリ手段１８を所定のサンプリング数に対応する数に分割し、所定のメモリ領域にデータを格納するように指令することも可能である。メモリ領域は、例えば、同一の加工パスの区間をＬとして、サンプリング数をＴとし、Ｌ／Ｔで求めることが可能である。特に、数値制御装置３０とサーボ制御装置１Ｂ間でデータのやり取りのため、通信遅れが発生するが、所定のメモリ領域に格納する際、通信遅れの分を進ませることで、この通信遅れ分を補償することが可能になる。これにより、サーボ制御装置１Ｂ間で直線通信する回路が不要になるため、コスト的にも有利である。

また、図９に示すように、同期誤差又は送り側サーボモータ２６の位置偏差のどちらか一方を選択可能なスイッチ（選択手段）３５を備えたサーボ制御装置１Ｃとすることも可能である。スイッチ３５により選択された一方のデータに基づいて送り側サーボモータ２６の位置偏差を補正する補正データを算出し、この補正データを送り側サーボモータ２６の位置偏差に加算することで、同期誤差を小さくする制御を行うことができる。あるいは、同期運転中は、同期誤差を小さくし、同期運転ではない通常の運転の際には、自分の位置偏差を小さくすることができる。

また、図１０に示すように、同期制御指令に識別番号を持たせ、この識別番号に対応して、学習制御を行う記憶領域を切り換えるための切換え手段３５を備えた補正データ算出手段２０Ｂとすることも可能である。これにより、切削条件の異なる指令毎に記憶領域を切り換えることで、異なった種類の同期指令に対応することが可能になり、汎用性が向上する。

また、第３〜第５の実施形態において、サーボ制御装置は１Ｄ〜１Ｆは二つの送り側サーボモータ２６Ａ，２６Ｂを有するタンデム構造の工作機械５０に適用されるようになっているが、三つ以上の送り側サーボモータ２６Ａ，２６Ｂを有するタンデム構造の工作機械に適用するようにすることもできる。

本発明に係るサーボ制御装置の第１の実施形態のブロック図である。本発明に係るサーボ制御装置の第２の実施形態のブロック図である。図２に示す補正データ算出手段の詳細図である。同じく補正データ算出手段の変形例を示す図である。本発明に係るサーボ制御装置の第３の実施形態のブロック図である。本発明に係るサーボ制御装置の第４の実施形態のブロック図である。本発明に係るサーボ制御装置の第５の実施形態のブロック図である。図２に示すサーボ制御装置の変形例を示すブロック図である。同じくサーボ制御装置の他の変形例を示すブロック図である。図２に示す補正データ算出手段の他の変形例である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｆサーボ制御装置
２デジタルサーボ回路
６位置制御部
７速度制御部
８電流制御部
９位置ループ制御
１０速度ループ制御
１１電流ループ制御
１５同期誤差算出手段
２０，２０Ａ〜２０Ｄ補正データ算出手段（学習制御）
１７フィルタ手段
１８メモリ手段
１９動特性補償要素
２１時間・位置変換手段
２２位置・時間変換手段
２５スピンドルモータ（サーボモータ）
２６送り側サーボモータ
３５スイッチ（選択手段）
４０同期誤差平均化手段

Claims

マスター側駆動軸を駆動するマスター側駆動源と、スレーブ側駆動軸を駆動するスレーブ側駆動源とを同期制御するサーボ制御装置において、
前記マスター側駆動源に対して与えられる位置指令値と前記マスター側駆動源から検出される検出値との差分であるマスター側位置偏差と、前記スレーブ側駆動源に対して与えられる位置指令値と前記スレーブ側駆動源から検出される検出値との差分であるスレーブ側位置偏差との差分である同期誤差に基づいて、前記スレーブ側位置偏差を補正する補正データを算出する補正データ算出手段であって、前記同期誤差をゼロにするように、前記同期誤差が繰り返されるたびに使用される前記補正データを更新する学習制御を行う補正データ算出手段と、
該補正データ算出手段により算出され更新された前記補正データが前記スレーブ側位置偏差に加算される加算点と、
前記同期誤差又は前記スレーブ側駆動源の位置偏差のどちらか一方を選択可能な選択手段とを備え、
前記補正データ算出手段を用いて、該選択手段により選択された一方のデータに基づいて前記スレーブ側駆動源の位置偏差を補正する補正データを算出し、該補正データを前記スレーブ側駆動軸の位置偏差に加算し、前記位置偏差又は同期誤差を選択的にゼロに近づける制御をすることを特徴とするサーボ制御装置。
前記補正データ算出手段が、前記補正データを所定周期毎に時間基準で記憶する記憶手段を備えた請求項１に記載のサーボ制御装置。
前記補正データ算出手段が、所定周期毎にサンプリングされた前記同期誤差から、前記マスター側駆動源又は前記スレーブ側駆動源の位置フィードバック又は位置指令である参照位置に基づく所定位置に対する同期誤差を求める時間位置変換手段と、該時間位置変換手段で求めた前記同期誤差に基づいて算出された前記補正データを位置基準で記憶する記憶手段と、該記憶手段に位置基準で記憶されている前記補正データを時間基準の補正データに変換する位置時間変換手段と、を備えた請求項１記載のサーボ制御装置。
前記一方の駆動軸は回転軸であり、前記他方の駆動軸は送り軸である請求項１〜３記載のサーボ制御装置。
前記スレーブ側駆動源が二つ設けられ、各スレーブ側駆動源が互いに平行なタンデム構造の第１の送り軸と第２の送り軸をそれぞれ駆動する請求項１〜４記載のサーボ制御装置。
前記マスター側駆動源と一方の前記スレーブ側駆動源の前記同期誤差に基づいて算出された前記補正データが、両方のスレーブ側駆動源の位置偏差に加算される請求項５記載のサーボ制御装置。
前記補正データ算出手段が二つの前記スレーブ側駆動源で共用され、前記補正データ算出手段に入力される二つの前記同期誤差が、前記第１，２の送り軸の負荷バランスに基づく所定の内分比で重み付けされている請求項５記載のサーボ制御装置。
前記加工が工作物にめねじを形成するタップ加工である請求項１〜７のいずれか１項に記載のサーボ制御装置。
前記加工が工作物の外周面におねじを形成するねじ加工である請求項１〜７のいずれか１項に記載のサーボ制御装置。
前記マスター側駆動源及び前記スレーブ側駆動源に送られる移動指令が識別番号を持ち、該識別番号に対応して前記学習制御を行う記憶領域を切り換える切換え手段を備えた請求項１〜９のいずれか１項に記載のサーボ制御装置。