JPH0797916B2 - 同期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は２つの軸の回転位置を電気的に同期させて制御
する同期制御装置に関する。本装置は、たとえば、エン
ジンのクランク軸を研削するピン研削盤において、工作
物たるクランク軸の両軸端部をそれぞれ支承し回転駆動
する２つの主軸の同期制御に適用される。

「従来の技術」 従来、この種のピン研削盤では、工作物を支持する左右
の主軸は同期軸により機械的に連結されて同期回転する
ものであった。

また、機械的には切離された２軸を位置検出器を備えた
サーボモータで駆動し、サーボ技術を用いて電気的に同
期させる装置がある。２つの軸のサーボモータ駆動回路
に原則として同じ指令信号を与えるようにすると共に、
一方の軸（スレーブ軸）の指令信号を２つの軸のずれ量
に対応して補正するようにしたものである。従来のこの
種の同期制御装置は、駆動回路に指令信号を与えるたび
に、その時の同期ずれ量に対応した補正値を計算し、指
令信号に補正を与えるものであった。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、機械的な連結によるものは、ギヤ系等の
伝達損失があり、２つの軸の駆動力が同じように発生せ
ず、また、ギヤ系のバックラッシュ等により完全な同期
制御を行うことができなかった。このため、ピン研削盤
の左右の主軸に用いたような場合に、加工寸法精度，面
性向などの精度に限界があるという問題点があった。ま
た、機械的連結機構を内蔵しなければならないので、機
械本体のテーブル等の剛性が十分高くできないという問
題も生じた。

また、電気的に同期させるものでは、ピン研削盤の左右
の主軸に用いたような場合に、２つのサーボモータが干
渉して不安定になることがあるという問題点があった。
これは、工作物を主軸に固定することにより左右の主軸
が結合され２つのサーボモータが互いに連結されること
になるため、一方のサーボモータの駆動力が他方に加わ
り、互いに干渉してスレーブ軸の補正値が変動し、軸の
ハンチング現象が比較的長時間持続することがあるとい
う問題である。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、そ
の目的とするところは、軸のハンチング動作を防止し、
安定な動作をする同期制御装置を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 上記の目的を達成するため、本発明では、第１図に示す
ように、機械的に独立した２軸をそれぞれ駆動する２つ
のサーボモータ20,21と、前記２軸の位置をそれぞれ検
出する２つの位置検出器22,23と、前記各サーボモータ2
0,21をそれぞれ駆動する駆動回路42,44と、前記サーボ
モータ20,21に与える指令信号と前記位置検出器22,23か
らの位置信号との偏差を前記駆動回路42,44に入力して
前記２つのサーボモータ20,21をそれぞれ所定の回転に
制御する２つのフィードバック系5,6とを有し、前記２
軸を工作物Ｗにより結合した状態で前記２つのサーボモ
ータ20,21を同期して回転させる同期制御装置におい
て、前記２つの位置検出器22,23からの前記位置信号の
ずれ量に応じて前記２軸のうちスレーブ軸に与える指令
信号に加える補正値の演算を行う補正値演算手段２と、
前記２軸のうちマスタ軸の駆動回路に与える指令信号に
前記補正値を加えたものを前記スレーブ軸の駆動回路に
与える指令信号とする補正手段１と、前記スレーブ軸の
フィードバック系６の不安定時間より長い周期時間を設
定する周期時間設定手段３と、前記補正値演算手段２に
より前記補正値が演算された時点から前記周期時間設定
手段３により設定された前記周期時間が経過したか否か
を判別し、前記周期時間が経過した場合にのみ前記補正
値演算手段２を実行させる周期時間カウント手段４とを
備えることを特徴とする同期制御装置が提供される。

「作用」 上記のように構成された同期制御装置では、補正値が演
算された後に所定周期時間の休止時間がおかれ、補正に
起因する軸のフィードバック系の不安定な状態が収束し
た後に、次の補正値が算出され出力される。従って、軸
のフィードバック系が不安定な状態にあるときに新たな
補正値が重畳されず、軸のフィードバック系は速やかに
安定する。

また、補正の休止時間を与える所定周期時間は、軸の慣
性値等に合わせて設定することができる。

「実施例」 本発明の実施例について図面を参照し説明する。

第２図は本発明に係る同期制御装置を備えた円筒研削盤
を示す構成図である。この円筒研削盤はエンジンのクラ
ンク軸を加工するためのピン研削盤であり、クランク軸
のピン部を研削仕上げ加工するのに用いられる。

研削盤のベッド10の前方にはテーブル11が左右方向（Ｚ
軸方向）に摺動可能に設けられ、ベッド10の側面に取付
けられたサーボモータ12により送りねじ13を介して移動
される。テーブル11上には左右に一対の主軸台14,15が
配設されている。各主軸台14,15には、偏心チャック装
置16,17を備えた主軸18,19が軸架され、それぞれサーボ
モータからなる主軸モータ20,21により回転駆動され
る。各主軸モータ20,21には回転エンコーダ22,23が取付
けられ、主軸18,19の回転位置を検出する。工作物Ｗで
あるエンジンのクランク軸は、軸端のジャーナル部を左
右の主軸18,19の偏心チャック16,17に把持され、研削加
工するピン部を回転中心にして回転駆動される。左側の
主軸18はマスタ軸を、右側の主軸19はスレーブ軸をな
し、右側の主軸モータ21は左側の主軸モータ20の回転に
追従して、あたかも一つの軸の如く回転駆動される。

一方、ベッド10の後方には砥石台25が主軸18の回転軸線
と直交する方向（Ｘ軸方向）に移動できるように案内さ
れ、ベッド10後面に固着されたサーボモータ26により送
りねじ27を介して移動されるようになっている。砥石台
25には砥石車Ｇが主軸18の軸線と平行に軸架されてお
り、砥石駆動用モータ28によって回転駆動される。

また、ベッド10前方の砥石車Ｇと対向する位置には、レ
スト装置30が設けられている。レスト装置30の接触子31
は砥石車Ｇに向かう方向（Ｉ軸方向）に移動できるよう
にされ、サーボモータ32により前進後退されるようにな
っている。レスト装置30の接触子31は工作物Ｗの研削面
に押し当てられ、工作物Ｗの振れを止める。

各軸サーボモータ12,26,32及び左右の主軸モータ20,21
は、各サーボモータ駆動回路41〜45に接続されており、
数値制御装置（NC装置）50からの指令信号に応じて回転
される。

数値制御装置50は、研削盤を制御するためのメインCPU5
1,制御プログラムを記憶したROM52,NCデータ等を記憶す
るRAM53を備え、テープリーダ61,CRTディスプレイ62,キ
ーボード63,操作盤64からの信号がインターフェース54
を介して入力される。数値制御装置50はメインCPU51の
他に、サーボ制御用のドライブCPU56を備え、ドライブC
PU56のRAM57を介してメインCPU51と接続されている。ま
た、ドライブCPU56には主軸18,19の回転位置を検出する
回転エンコーダ22,23からの信号がインターフェース55
を介して入力される。ドライブCPU56はD/A変換回路58を
介して各サーボモータ駆動回路41〜45に指令信号を出力
する。

本実施例では、スレーブ軸（右主軸）19の駆動回路44へ
の指令信号に補正を加える補正手段１及びその補正値を
計算し更新する補正値演算手段２並びにこの補正値演算
手段２を所定周期時間毎に実行させる周期時間カウント
手段４はドライブCPU56の処理として実現される。ま
た、その補正間隔時間を決める所定周期時間はキーボー
ド63から設定され、メインCPU51によりドライブCPU56用
のRAM57に設定記憶される。ここでは、キーボード63が
周期時間設定手段３をなす。

第３図は同期制御を実現するドライブCPU56での処理を
示すフローチャートである。

この同期制御処理はたとえば10ms毎に繰り返し実行され
る。同期制御処理（ステップ100）が開始されると、指
令値が読込まれ（ステップ101）、各位置検出器（回転
エンコーダ）22,23からの位置信号が読込まれる（ステ
ップ102）。そして、マスタ軸をなす左主軸18とスレー
ブ軸をなす右主軸19のそれぞれの位置偏差が演算される
（ステップ103,104）。次に、左主軸18と右主軸19の同
期ずれ量を補正する補正値の演算が行われる（ステップ
105）。

ステップ106では、指令値に上記演算された補正値を加
えて、駆動回路44に与える指令値とする補正が行われ
る。ステップ106の処理は補正手段１をなす。そして、
ステップ107ではもとの指令値を左主軸モータ20（マス
タ軸）の駆動回路42にD/A変換器58を介して出力し、ス
テップ108では補正を加えた指令値を右主軸モータ21
（スレーブ軸）の駆動回路44にD/A変換器58を介して出
力する。上記第３図に示す処理は同期制御において一般
的に行われるものであり、従来のものと変わりない。本
実施例では、ステップ105における補正値演算処理に特
徴がある。

第４図は補正値演算処理105の詳細を示すフローチャー
トである。この補正値演算処理105では、補正値の計算
及び更新が所定の時間間隔をおいて行われる。すなわ
ち、ステップ201で、補正演算を実行すべき周期時間の
タイミングか否かが出力周期カウンタの内容を調べるこ
とにより判別される。出力周期カウンタは、後のステッ
プ206において、予めキーボード63から設定されRAM57に
記憶された所定周期時間に対応した値に初期化されるカ
ウンタである。周期時間のタイミングでなく否であれ
ば、ステップ210に進み、出力周期カウンタの値を１だ
け減算して、他の処理は何も行わない。ステップ210を
次々に実行しながらタイミングの到来を待ち、やがて出
力周期カウンタの値が０になり補正演算を実行すべきタ
イミングになるとステップ201からステップ203に進む。
ステップ201、ステップ206及びステップ210の処理は周
期時間カウント手段４をなす。

以下は、前記ステップ102で読込んだ位置検出器（回転
エンコーダ）22,23からの位置信号から左主軸18と右主
軸19の同期ずれ量を演算する（ステップ203）。次に、
その同期ずれ量に基づいて補正値を演算し記憶して従前
の補正値を更新する（ステップ204,205）。この記憶さ
れた補正値を前記ステップ106の補正処理で用いるので
ある。そして、補正値の計算及び更新を終了したのであ
るから、次の補正演算まで時間間隔を空けるため出力周
期カウンタの値を初期化する（ステップ206）。初期化
する値は、予めキーボード63からメインCPU51によりRAM
57に設定された所定周期時間に対応する値である。ステ
ップ203乃至ステップ205の処理は補正値演算手段２をな
す。

第５図は上述の処理による同期ずれ量の変化を示す波形
図である。同期ずれ量を補正する補正値の更新はキーボ
ード63から設定される所定周期時間T₀毎のタイミング
t₁,t₂,t₃に行われる。補正値の更新が行われると、一定
速度で回転していた右主軸モータ21は新しい補正値に対
応した同期ずれ量に落ち着くまで、過渡的に不安定な状
態の時間T₁が生ずる。この軸のフィードバック系の不安
定な状態は指令値に補正値が加えられるスレーブ軸側の
右主軸モータ21にのみ生ずるのではない。左右の主軸1
8,19は工作物Ｗにより機械的に結合されているため、互
いに干渉してマスタ軸側の左主軸モータ20にも振動状態
が生ずる。この過渡的な振動状態は短い時間で減衰し、
軸のフィードバック系が安定した状態に移行する。

本実施例では、補正値の更新が軸のフィードバック系が
不安定な時間T₁より長い所定周期時間T₀毎に行われるか
ら、右主軸モータ21のフィードバック系が安定した状態
での同期ずれ量に基づいて補正値が計算され、次の補正
値が加えられる。このため、右主軸モータ21のフィード
バック系が不安定な状態の時間T₁内の同期ずれ量により
補正値が計算されたり、不安定な時間T₁内で左右の主軸
18,19が振動的でフィードバック系が不安定な状態にあ
るときに、さらに補正値が加えられるということがなく
なり、左右の主軸18,19のハンチングを防止し、安定す
るまでの時間を短くすることができる。

所定周期時間T₀としては、たとえば100〜200msの時間が
選択される。ドライブCPU56からD/A変換器58に指令値が
出力されるのは（ステップ107,108）、10ms毎であるか
ら、10〜20回のD/A出力毎に１回補正値が更新されるこ
とになる。

補正が加えられてから過渡的な振動状態が減衰するまで
の軸のフィードバック系が不安定な状態の時間T₁は、左
右の主軸18,19に装着される工作物Ｗの重量及びGD²によ
り変化する。従って、工作物Ｗに合わせて所定周期時間
T₀をキーボード63から設定することにより、より良好な
同期制御が可能になる。

「発明の効果」 本発明は、上記の構成を有し軸のフィードバック系が不
安定な時間より長い所定周期時間毎に間隔をおいて補正
値を指令信号に加えるようにしたものであるから、同期
制御される軸が工作物により機械的に結合され同期制御
軸間の干渉が予想されるような装置において同期制御の
安定性が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は発明の構成を示
すブロック図、第２図は円筒研削盤を示す構成図、第３
図及び第４図はドライブCPUでの処理を示すフローチャ
ート、第５図は補正による同期ずれ量の変化を示す波形
図である。 １……補正手段、２……補正値演算手段、18……左主軸
（マスタ軸）、19……右主軸（スレーブ軸）、20,21…
…主軸モータ（サーボモータ）、22,23……回転エンコ
ーダ（位置検出器）、42,44……駆動回路、50……数値
制御装置、56……ドライブCPU、58……D/A変換器、63…
…キーボード（周期時間設定手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機械的に独立した２軸をそれぞれ駆動する
   ２つのサーボモータと、前記２軸の位置をそれぞれ検出
   する２つの位置検出器と、前記各サーボモータをそれぞ
   れ駆動する駆動回路と、前記サーボモータに与える指令
   信号と前記位置検出器からの位置信号との偏差を前記駆
   動回路に入力して前記２つのサーボモータをそれぞれ所
   定の回転に制御する２つのフィードバック系とを有し、
   前記２軸を工作物により結合した状態で前記２つのサー
   ボモータを同期して回転させる同期制御装置において、
   前記２つの位置検出器からの前記位置信号のずれ量に応
   じて前記２軸のうちスレーブ軸に与える指令信号に加え
   る補正値の演算を行う補正値演算手段と、前記２軸のう
   ちマスタ軸の駆動回路に与える指令信号に前記補正値を
   加えたものを前記スレーブ軸の駆動回路に与える指令信
   号とする補正手段と、前記スレーブ軸のフィードバック
   系の不安定時間より長い周期時間を設定する周期時間設
   定手段と、前記補正値演算手段により前記補正値が演算
   された時点から前記周期時間設定手段により設定された
   前記周期時間が経過したか否かを判別し、前記周期時間
   が経過した場合にのみ前記補正値演算手段を実行させる
   周期時間カウント手段とを備えることを特徴とする同期
   制御装置。