CN104914783A - 同步控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同步控制装置。同步控制装置具有：移动量计算单元，其计算为了使从轴根据主轴的位置移动所需要的移动量，以便在主轴到达指定的位置的时刻，从轴移动至指定的位置，并且成为指定的相对主轴指定的速度比；移动单元，其使从轴移动从指定位置向跟前仅移动由所述移动量计算单元计算出的移动量的位置，之后根据主轴的位置移动至终点。

Description

同步控制装置

技术领域

本发明涉及一种同步多个轴来进行驱动控制的同步控制装置。

背景技术

图1是说明使主轴和从轴在指定的区间以一定的速度比率进行同步动作时的图。图2是说明使从轴速度相对主轴速度的比率缓慢地变化的同时，使主轴和从轴移动的图。

当使主轴1和从轴2在指定的区间以一定的速度比率进行同步动作(参照图1的<1>)时，开始同步动作之后从轴2的速度成为对主轴1的速度乘上速度比率而得到的值。此时，当从轴2停止在同步动作的开始位置时，速度急剧变化，而发生振动。

在日本特开2006-164009号公报所示的“同步控制装置”中，使从轴速度相对主轴速度的比率缓慢地变化的同时，使主轴和从轴移动。通过在从轴2的同步开始位置的跟前的区间进行该动作，可以使从轴2的速度缓慢地变化(参照图2的<2>)。但是，根据从轴2的移动量，变化并不一定变得缓慢，因此需要事前计算用于得到所希望的加速的移动量。此外，若主轴1的速度发生变化，则从轴2的加速度也发生变化。

当在同步动作的起点进行同时满足主轴1和从轴2的位置以及速度比的动作(以下，称为同步准备动作)时，如果不能准确地设定同步准备动作的从轴移动量，则无法进行适当的加速。此外，若主轴1的速度发生变化，则从轴2的加速度也发生变化，从而无法使该加速度成为恒定。

发明内容

因此，鉴于上述现有技术的问题点，本发明的目的是提供一种计算出可以向同步开始位置缓慢地进行加速的加速区间的开起点后使主轴和从轴移动，之后，根据主轴的移动逐渐进行加速来进行同步准备动作的同步控制装置。

本发明的同步控制装置在主轴向指定的位置移动的期间，从轴向指定的位置移动，之后开始同步动作，该同步控制装置具备：指定单元，其指定所述主轴的位置、所述从轴的位置以及所述主轴和所述从轴结束指定的移动时的速度比；移动量计算单元，其计算为了使从轴根据主轴的位置移动所需要的移动量，以便在所述主轴到达指定的位置的时刻，从轴移动至指定的位置，并且成为指定的相对主轴的速度比；以及移动单元，其使所述从轴移动从指定的位置向跟前的位置仅移动由所述移动量计算单元计算出的移动量的位置，之后根据主轴的位置移动至终点。

本发明的同步控制装置在主轴向指定的位置移动的期间，从轴移动指定的距离，之后开始同步动作，该同步控制装置具有：指定单元，其指定所述主轴的位置、所述从轴的移动量以及所述主轴和所述从轴结束指定的移动时的速度比；移动量计算单元，其计算为了使从轴根据主轴的位置移动所需要的移动量，以便在所述主轴达到指定的位置的时刻，从轴移动指定的距离，并且成为指定的相对主轴的速度比；以及移动单元，其使所述从轴移动从指定移动量减去由所述移动量计算单元计算出的移动量而得到的量，之后根据主轴的位置移动至终点。

本发明的同步控制装置在主轴移动指定的距离的期间，从轴向指定的位置移动，之后开始同步动作，该同步控制装置具有：指定单元，其指定所述主轴的移动量、所述从轴的位置以及所述主轴和所述从轴结束指定的移动时的速度比；移动量计算单元，其计算为了使从轴根据主轴的位置移动所需要的移动量，以便在所述主轴移动指定的距离并结束的时刻，从轴移动至指定的位置，并且成为指定的相对主轴的速度比；以及移动单元，其使所述从轴从指定的位置向跟前的位置仅移动所述移动量计算单元计算出的移动量的位置，之后根据主轴的位置移动至终点。

本发明的同步控制装置在主轴移动指定的距离的期间，从轴移动指定的距离，之后开始同步动作，该同步控制装置具有：指定单元，其指定所述主轴的移动量、所述从轴的移动量以及所述主轴和所述从轴结束指定的移动时的速度比；移动量计算单元，其计算为了使从轴根据主轴的位置移动所需要的移动量，以便在所述主轴移动指定的距离并结束的时刻，从轴移动指定的移动量，并且成为指定的相对主轴的速度比；以及移动单元，其使所述从轴仅移动从指定的移动量减去由所述移动量计算单元计算出的移动量而得到的量，之后根据主轴的位置移动至终点。

所述同步控制装置具有指定所述从轴的加速度的单元，所述移动量计算单元计算移动中的加速度成为指定的加速度的移动量。

所述移动单元使从轴以向加速开始位置移动的轴速度加上根据主轴进行加速的轴速度而得到速度移动。

本发明通过具备以上的结构，即使变更同步准备动作开始时的从轴的位置以及主轴的速度，也无需变更程序而可以使同步准备动作中的从轴的加速动作自动地成为恒定，例如通过指定加速度，可以使对在同步动作开始后进行的加工的影响为恒定。

附图说明

参照附图对以下的实施例进行说明，从而使本发明的所述以及其他目的以及特征更加明确。

图1是说明使主轴和从轴在指定的区间以恒定的速度比率进行同步动作时的图。

图2是说明使从轴速度相对主轴速度的比率缓慢地变化的同时移动的图。

图3是说明实施方式1的系统的图。

图4是对从轴的动作进行指示的程序例。

图5是表示现有技术的主轴和从轴的速度变化的图。

图6是表示从轴以恒定加速度进行加速时的主轴的位置和从轴的速度变化的图。

图7是说明将从轴的移动量分为X₁和X₂，并根据主轴的移动来进行加速的图。

图8是表示实施方式2的系统的图。

图9是表示实施方式3的系统的图。

图10是说明实施方式5的图。

图11是说明实施方式6的图。

图12是说明对设备或工业机械进行控制的数值控制装置的图。

图13是实施方式1的处理的流程图。

图14是实施方式6的处理的流程图。

具体实施方式

(实施方式1)

图3是表示实施方式1的系统的图。以由输送机3和打字装置(未图示)构成的系统为例进行说明。在该系统中，通过主轴1驱动的输送机3来移动的工件4和从轴2驱动的工具(打字装置)在通过程序决定的区间，以相同的速度同步的期间进行打字加工。

但是，若从轴2从停止在同步区间的起点的状态突然与主轴1同步，则从轴2的速度从0开始急剧地发生变化，因此产生机械性的振动。

因此，在图3所示的系统中，将从轴2的输送机方向的移动分为3个动作来进行。将工具位于(打字装置)前进方向跟前，即图3中的左侧的状态设为周期的起点5。所述3个动作为同步准备动作6a、同步动作6b、返回动作6c。当工具(打字装置)位于周期的起点5时，按照同步准备动作6a、同步动作6b、返回动作6c的顺序进行动作。

当从轴2与主轴1在从轴2的位置200mm至800mm的区间进行同步时，如如图4所示的程序那样指定该加工周期中的从轴2的动作。

G100是表示同步准备动作的指令，将X设为指令结束时的从轴位置的指定，将R设为指令结束时的主轴位置的指定，将Q设为指令结束时的针对主轴1的从轴2的速度比率的指定。G101是表示同步动作的指令，X和R的意思与G100相同。G00是以快进的方式移动至终点位置而停止的轴移动指令。通过与紧前面的指令即“指定了Q0.0的G100”一起来实现返回动作。

作为本实施方式的对象的同步准备动作是在主轴移动至同步准备动作的终点位置时，使从轴移动以便使从轴也正好到达同步准备动作的终点位置的动作。此外，是进行加减速以便在此时达到指定的速度比率的指令。

在上述的日本特开2006-164009号公报的“同步控制装置”中，以使从轴根据主轴的移动而移动，并正好满足指定的从轴的移动量的方式使速度比率发生变化，由此实现同步准备动作。如此继续同步准备动作进行同步动作，由此主轴和从轴的速度变化在动作的分界线连续，因此不会产生较大的振动。

但是，在日本特开2006-164009号公报的“同步控制装置”中，若同步准备动作中的从轴的移动量不适当，则在加速动作中产生机械性振动。使用图5对这些进行说明。例如，当从轴的移动量较小时，在极短的时间内进行加速，从而导致加速急剧。相反，当移动量较大时，为了立即与主轴的速度一致，加速急剧。此外，当变更主轴的速度来动作时，从轴的加速度也以与速度的变化相同的比率发生变化，因此为了使加速度恒定需要重新设定从轴的移动量。在日本特开2006-164009号公报的“同步控制装置”中，根据指定的从轴的移动量和主轴的速度来决定同步准备动作中的从轴的速度变化模式。

对此，在本实施方式中，根据主轴的速度和加速动作的速度变化模式来计算从轴的加速所需要的移动量，并在指令开始之后进行向为进行该动作所需要的位置移动的动作。按照以下的顺序进行基于该同步准备动作的从轴的移动。

(1)取得通过程序(参照图4)指示的以下的值和主轴的位置速度(用X_m表示主轴的位置，用F_m表示主轴的速度)。

·从轴的终点位置X＝200.0

·主轴的终点位置R＝200.0

·同步准备动作终点的主从之间的速度比率Q＝1.0

此外，作为从轴的动作条件，将加减速时间设为T。另外，事先对同步控制装置设定加减速时间T作为参数。

(2)根据主轴速度F_m、终点速度比率Q、加减速时间T，计算从轴的加速区间的移动量X₁、开始加速时的主轴位置R_s。

首先，考虑满足从轴的加减速时间T那样的、加速动作中的从轴速度f(X_m)。该函数f通过主轴的位置X_m来决定，并满足式(式1)的关系。

f(R)＝F_m×Q……(式1)

即，当主轴到达终点时(X_m＝R)，从轴速度成为F_m的Q倍。因此，当从轴以一定加速度进行加速时，从轴速度为如图6所示的速度变化。当主轴匀速移动时，时间与移动量成比例，因此可以将图6的横轴视为时间。

从轴在时间T完成加速，因此通过式(式2)计算出加速区间的移动量X₁。

X₁＝(F_m×Q×T)/2……(式2)

图7是说明通过将从轴的移动量分为X₁和X₂两个，根据主轴的移动来进行加速的图。根据移动量X₁求出的速度由主轴位置来决定，但匀速移动的主轴的移动量与时间成比例，因此可以视为通过时间来决定。在此之上，示出了与根据移动量X₂求出的速度一致，基于同步准备动作的从轴速度。

作为同步准备动作中的向从轴终点位置X的移动量，将不足X₁的剩余的移动量设为X₂。有时X₂是与X₁符号不同的值。

此外，当从轴朝同步准备动作的终点位置移动移动量X₁时，通过式(式3)求出成为该移动开始的条件的主轴的位置R_s。该主轴的位置R_s是从轴根据主轴开始同步准备动作的移动时的主轴的位置。

R_s＝R-(F_m×T)……(式3)

(3)对于通过上述(2)计算出的移动量X₂，在主轴到达位置R_s前，使从轴移动并停止。

首先，当开始同步准备动作时，从轴开始移动量X₂的移动。对于该移动，可以与主轴无关系地进行，因此例如通过时间常数T来进行用于进行加速和减速的快进。

(4)之后，确认主轴是否通过了从轴开始加速的主轴的位置R_s。当尚未通过时，将速度设为0，当主轴已通过时，使从轴根据主轴的位置来移动。计算此时的速度f(X_m)后进行指示。

若从轴移动加速区间的移动量X₁后结束，则同步准备动作结束，并开始作为下次动作的同步动作。

如上所述，通过将从轴的移动量分为X₁和X₂两个，可以将根据主轴的移动进行加速的区间的移动量X₁保持在适当的范围内。因此，即使主轴的速度变更，也可以不变更程序地使移动量X₁发生变化，从而可以使加速区间的从轴的动作满足所希望的条件。

在本实施方式中，从轴从停止状态开始同步准备动作，但如果在就要开始前具有移动指令时，则同样可以进行继续其终点速度那样的动作。此外，本实施方式对与同步控制装置连接的主轴和从轴2个轴进行同步控制，但还可以将其他轴作为从轴来进行同步控制。此外，当主轴与外部的控制装置连接时，可以从主轴的位置/速度检测器反馈位置/速度，并在该位置使进行从轴同步控制。

(实施方式2)

图8是表示实施方式2的系统的图。在实施方式1中，朝向程序指定的位置进行同步动作，但根据设备的结构或目的，有时进行同步动作的区间不是每次都相同。在图8中，当工件4位于输送机3上的图8中的左侧时，进行同步准备动作6a、同步动作6b、返回动作6c，但在下次的动作中，当工件4位于输送机3上的纸面右侧的位置时，进行同步准备动作6a、同步动作6b、返回动作6c。为了用相同的程序记述这样的动作，需要对主轴1和从轴2以移动量指定，而不是以终点位置指定。

在可任意地设定进行加工时的从轴的位置的设备中，有时不事先决定指令的终点位置地进行动作。此时，可通过对从轴2的同步准备动作指定相对移动量，来记述设备的运动。此时，可以通过对动作开始时的从轴2的位置加算在程序中指定的移动量来求出动作的终点位置。通过使用这些求出的终点位置，能够实现与实施方式1同样的同步准备动作。

(实施方式3)

图9是表示实施方式3的系统的图。例如，当为主轴1不具备绝对位置信息的设备时，以来自加工开始开关7的信号输入等为契机开始加工，在就要开始之前为止不决定同步区间的主轴1的坐标值。不能事前在程序内指定主轴的坐标值，因此对同步动作以及同步准备动作指定移动量。

通过对动作开始时的主轴1的位置相加在程序中指定的移动量来求出动作的终点位置。通过使用这些求出的终点位置，能够实现与实施方式1同样的同步准备动作。

(实施方式4)

实施方式4是通过移动量指定主轴和从轴双方的情况。实施方式4是具备实施方式2的从轴2的特征和实施方式3的主轴1的特征双方的装置。

(实施方式5)

图10是说明实施方式5的图。在实施方式1中，当切换同步动作中的主轴的速度来进行运转时，若没有变更从轴的移动模式，则加速度发生变化。因此，在使从轴根据主轴的移动而加速的区间，决定从轴的动作以便成为指定的加速度，此时通过计算出满足同步准备动作整体需要的移动量的移动量X₁和X₂，能够以指定的加速度进行动作。

以下，对作为从轴的加速度指定了A_s的情况进行说明，而不是说明在实施方式1中指定从轴的加减速时间T的情况。当从轴达到主轴的速度乘上速度比率Q而得到的速度即F_m*Q时，需要进行通过式(式4)所示的时间加速。

$t=\frac{F_m\&times;Q}{A_s}$ ……(式4)

此时，加速度为恒定，因此，从轴由从终点通过式(式5)所示的跟前位置开始进行加速。

$\frac{1}{2}{A}_s{t}^2=\frac{{(F_m\&times;Q)}^2}{2A_s}$ ……(式5)

即，通过式(式6)来表示加速区间的从轴。

$X_1=\frac{{(F_m\&times;Q)}^2}{2A_s}$ ……(式6)

此外，通过式(式7)来表示加速区间的从轴移动量即起点R_s与终点R之间的距离。

$R-R_s=t\&times;F_m=\frac{{F_m}^2\&times;Q}{A_s}$ ……(式7)

因此，可以通过式(式8)来计算出开始主轴的加速时的主轴的位置R_s。

$R_s=R-\frac{{F_m}^2\&times;Q}{A_s}$ ……(式8)

通过该方法，从轴以指定的加速度A_s进行同步准备动作，因此即使变更主轴的速度来运转程序，也可以不改变加速度地开始同步动作。

(实施方式6)

图11是说明实施方式6的图。在实施方式1中，移动移动量X₂而停止后移动移动量X₁，因此在主轴到达位置R_s前必须完成移动量X₂的移动。其结果，用于移动量X₂的从轴的速度和加速度变大。因此，通过同时并行进行2个移动，主轴到达位置R_s后开始用于移动量X₁的移动后，也可以继续移动量X₂的移动。因此，能够将速度和加速度抑制成较低。

在实施方式1中，开始之后对从轴根据移动量X₂计算速度V₂并进行移动。之后，对主轴的位置进行监视。在实施方式6中，可以不用等待完成移动量X₂的移动，而对主轴的位置进行监视，开始基于移动量X₁的加速动作。将开始后的用于移动量X₁的速度设为V₁。然后，以V₁+V₂的形式指示从轴的速度，并进行动作的重叠(overlap)。

图12是表示进行包括上述的准备动作的控制的同步控制装置即数值控制装置的图。同步控制装置10的CPU11是对同步控制装置10进行整体控制的处理器。CPU11经由总线19读出存储在ROM12中的系统程序，并按照该系统程序对控制装置整体进行控制。在RAM13中存储临时性的计算数据或显示数据以及操作员经由显示器/MDI单元34输入的各种数据。

CMOS14作为非易失性存储器由通过未图示的电池备用，即使断开同步控制装置10的电源也能够保持存储状态。在CMOS14中存储经由接口15读入的动作程序或经由显示器/MDI单元34输入的动作程序等。

接口15可连接同步控制装置10和适配器等外部设备。从外部设备侧读入动作程序等。PMC(可编程控制器，Programmable Machine Controller)16通过内置于同步控制装置10内的时序程序经由I/O单元17向设备的辅助装置输出信号并进行控制。

显示器/MDI单元34是具备显示器或键盘等的手动数据输入装置，接口18接收来自显示器/MDI单元34的键盘的指令、数据后交给CPU11。

各轴的轴控制单元20、21接收来自CPU11的各轴的移动指令量后，将各轴的指令输出给伺服放大器22、23。伺服放大器22、23接收该指令后，驱动主从轴的伺服电动机30、31。主从轴的伺服电动机30、31内置有位置/速度检测器，并将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号反馈给轴控制单元20、21，进行位置/速度的反馈控制。另外，在图3中省略了位置/速度的反馈。

在图7所示的实施方式中，同步控制装置10作为对主轴和从轴2个轴进行同步控制的单元，记载了对主从轴的伺服电动机30、31进行控制的轴控制单元20、21和伺服放大器22、23，但是对其他轴也进行控制时，只要将这些轴控制单元或伺服放大器、伺服电动机与总线19连接即可。

图13是实施方式1的处理的流程图。以下，按照各步骤进行说明。

[步骤sa01]从程序块读入指令信息。与实施方式1的(1)对应。

[步骤sa02]取得主轴速度。

[步骤sa03]计算出从轴在加速区间的移动量X₁。与实施方式1的(2)对应。

[步骤sa04]计算出成为加速区间的开始条件的主轴的位置R_s。

[步骤sa05]计算出从轴在非加速区间的移动量X₂。

[步骤sa06]根据指令开始后的时间和非加速区间的移动量X₂计算出从轴的速度V₂，并进行指示。与实施方式1的(3)对应。

[步骤sa07]判别主轴是否通过了指令终点，当通过了指令终点时(是)结束处理，当没有通过指令终点时(否)向步骤sa08转移。与实施方式1的(4)对应。

[步骤sa08]根据主轴位置和加速区间的移动量X1计算出从轴的速度V₁，并进行指令，返回到步骤sa07。

图14是实施方式6的处理的流程图。以下，按照各步骤进行说明。

[步骤sb01]从程序块读入指令信息。

[步骤sb02]取得主轴速度。

[步骤sb03]计算出从轴在加速区间的移动量X₁。

[步骤sb04]计算出成为加速区间的开始条件的主轴的位置R_s。

[步骤sb05]计算出从轴在非加速区间的移动量X₂。

[步骤sb06]判断主轴是否通过了指令终点，当通过了时(是)结束处理，当没有通过时(否)向步骤sb07转移。

[步骤sb07]根据主轴位置和加速区间的移动量X₁计算出速度V₁。

[步骤sb08]根据指令开始后的时间和非加速区间的移动量X₂计算出速度V₂。

[步骤sb09]将V₁+V₂设为从轴的速度指令，返回到步骤sb06。

Claims (7)

1.一种同步控制装置，在主轴向指定的位置移动的期间，从轴向指定的位置移动，之后开始同步动作，该同步控制装置的特征在于，具有：

指定单元，其指定所述主轴的位置、所述从轴的位置以及所述主轴和所述从轴结束指定的移动时的速度比；

移动量计算单元，其计算为了使从轴根据主轴的位置移动而需要的移动量，以便在所述主轴到达指定的位置的时刻，从轴移动至指定的位置，并且成为指定的相对主轴的速度比；以及

移动单元，其使所述从轴从指定的位置向跟前的位置仅移动由所述移动量计算单元计算出的移动量，之后根据主轴的位置移动至终点。

2.一种同步控制装置，在主轴向指定的位置移动的期间，从轴移动指定的距离，之后开始同步动作，该同步控制装置的特征在于，具有：

指定单元，其指定所述主轴的位置、所述从轴的移动量以及所述主轴和所述从轴结束指定的移动时的速度比；

移动量计算单元，其计算为了使从轴根据主轴的位置移动而需要的移动量，以便在所述主轴到达指定的位置的时刻，从轴移动指定的距离，并且成为指定的相对主轴的速度比；以及

移动单元，其使所述从轴移动从指定移动量减去由所述移动量计算单元计算出的移动量而得到的量，之后根据主轴的位置移动至终点。

3.一种同步控制装置，在主轴移动指定的距离的期间，从轴向指定的位置移动，之后开始同步动作，该同步控制装置的特征在于，具有：

指定单元，其指定所述主轴的移动量、所述从轴的位置以及所述主轴和所述从轴结束指定的移动时的速度比；

移动量计算单元，其计算为了使从轴根据主轴的位置移动而需要的移动量，以便在所述主轴移动指定的距离而结束的时刻，从轴移动至指定的位置，并且成为指定的相对主轴的速度比；以及

移动单元，其使所述从轴从指定的位置向跟前的位置仅移动由所述移动量计算单元计算出的移动量，之后根据主轴的位置移动至终点。

4.一种同步控制装置，在主轴移动指定的距离的期间，从轴移动指定的距离，之后开始同步动作，该同步控制装置的特征在于，具有：

指定单元，其指定所述主轴的移动量、所述从轴的移动量以及所述主轴和所述从轴结束指定的移动时的速度比；

移动量计算单元，其计算为了使从轴根据主轴的位置移动而需要的移动量，以便在所述主轴移动指定的距离而结束的时刻，从轴移动指定的移动量，并且成为指定的相对主轴的速度比；以及

移动单元，其使所述从轴仅移动从指定的移动量减去由所述移动量计算单元计算出的移动量而得到的量，之后根据主轴的位置移动至终点。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的同步控制装置，其特征在于，

所述指定单元还指定所述从轴的加速度；

所述移动量计算单元计算移动中的加速度成为指定的加速度的移动量。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的同步控制装置，其特征在于，

所述移动单元使从轴以向加速开始位置移动的轴速度加上根据主轴进行加速的轴速度而得到的速度移动。

7.根据权利要求5所述的同步控制装置，其特征在于，

所述移动单元使从轴以向加速开始位置移动的轴速度加上根据主轴进行加速的轴速度而得到的速度移动。