JP4396100B2 - 多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を用いた位置決め装置に関するものであり、特に位置決め制御系を利用して多軸機械の共振周波数を検出する多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置や工作機械、産業用ロボット等では、電動機を用いて位置決め制御されることが多い。その位置決め精度には、機械の共振周波数が大きく影響するため、前もって正確な共振周波数をつかんでおくことが望ましく、同時に、制御系が組まれて稼動している状態で正確に測れることが望まれる。この必要性から、従来はＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて周波数特性を解析し、共振周波数を割り出すという方法が用いられている。この従来技術を図に基づいて説明する。
【０００３】
図１４は電動機制御系に組み込まれた従来の共振周波数検出装置（特許文献１参照）の構成を示すブロック図である。図において、従来の共振周波数検出装置は、指令発生器１１と、この指令発生器１１からの指令信号Ｃを受けて電動機３１，３２に駆動電流を供給する制御器２１，２２と、電動機３１，３２と、電動機３１，３２によって駆動される機械４１，４２と、電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出する検出器５１，５２と、検出器５１，５２の出力である応答信号Ｓ１，Ｓ２に対してＦＦＴ演算を実施して共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を算出するＦＦＴアナライザ１２１，１２２と、共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を出力する出力装置８１，８２とを備えている。
【０００４】
この従来の共振周波数検出装置において、指令発生器１１は指令信号Ｃを生成し、制御器２１，２２に入力する。この指令に応じて制御器２１，２２が電動機３１，３２に電流を供給すると、電動機３１，３２が機械４１，４２を駆動する。このとき、検出器５１，５２は、電動機３１，３２の回転位置や回転速度等の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出して応答信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。ＦＦＴアナライザ１２１，１２２は応答信号Ｓ１，Ｓ２を入力するとＦＦＴ演算を実施し、共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を算出する。出力装置８１，８２は共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を入力すると数値やグラフ化して可視化したものを出力する。このようにして共振周波数が単軸ごとに計測される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−７８５７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、単軸ごとに共振周波数を計測するために、指令発生器から出された指令によって動作する１軸の共振周波数しか測定できず、動作軸に影響を与える他軸の共振周波数を測定することができない。そのために、従来では個別の軸ごとにサーボ調整を行うが、複数軸が稼動する場合には発振が起こることがあり、サーボ調整が難しいという問題があった。
そこで本発明は、複数軸を持つ機械においても、動作軸に影響を与える他軸の共振周波数を把握してサーボ調整を容易にすることのできる多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、複数軸を有する機械を駆動する電動機と、該電動機を駆動する制御器とを有する電動機制御系を前記機械の複数軸についてそれぞれ備え、各電動機制御系に、前記機械または前記電動機の動作量を検出する検出器と、前記検出器の信号を周波数分析し、共振周波数として出力する信号処理器と、該信号処理器の信号をグラフ化または数値化して出力する出力装置とを備えた多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置において、少なくとも一つの軸の前記電動機制御系に、前記機械に振動を発生するための指令信号を出力する指令発生器を設け、該指令発生器からの指令信号によって駆動された前記電動機の動作による前記機械の応答を複数軸の前記検出器で応答信号として検出し、前記信号処理器に入力して周波数分析し、前記機械の共振周波数として出力するようにしたことを特徴とするものである。
この発明においては、指令発生器からの指令信号に従って駆動される各電動機の動作量を検出し、信号処理器にその信号を入力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記信号処理器は、複数軸の前記検出器で検出した前記応答信号の和を周波数分析し、前記機械の共振周波数として出力するようにしたことを特徴とする。
この発明においては、複数の検出器の信号の和を周波数分析し、共振周波数として出力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
請求項３に記載の発明は、前記検出器は前記電動機の位置または速度、あるいは前記機械の可動部の位置または速度を検出するものであることを特徴とする。
この発明においては、指令発生器からの指令信号に従って駆動される各電動機の動作量である位置または速度、あるいは前記機械の可動部の位置または速度を検出し、信号処理器にその信号を入力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
請求項４に記載の発明は、複数軸の前記電動機制御系の一部または全てがオープンループの場合には、前記指令発生器の信号は当該オープンループの電動機制御系の制御器に入力されることを特徴とする。
この発明においては、指令発生器の信号は当該オープンループの電動機制御系の動作量を検出し、信号処理器にその信号を入力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
請求項５に記載の発明は、複数軸の前記電動機制御系の一部または全てにおいて、前記指令発生器からの制御指令と前記検出器からの前記機械の動作量との偏差に応じた制御指令を前記制御器に与える閉ループ制御器を備えたことを特徴とする。
この発明においては、指令発生器からの制御指令と検出器からの機械の動作量との偏差に応じた制御指令を制御器に与える閉ループ制御器を通過した各電動機の動作量を検出し、信号処理器にその信号を入力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、複数軸の前記電動機制御系の一部または全てにおいて、前記検出器からの前記機械の動作量と動作指令との偏差に応じた制御指令を出力する閉ループ制御器と、その制御指令に含まれる所定の帯域の信号を低減するフィルタ処理部とを備え、前記フィルタ処理部の出力と前記指令発生器からの指令信号との和が前記制御器に入力されていることを特徴とする。
この発明においては、信号処理器に前記フィルタ処理部の出力と前記指令発生器からの指令信号との和を入力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
請求項７に記載の発明は、前記制御指令は、掃引正弦波信号であり、前記信号処理器は前記指令発生器が出力する前記掃引正弦波信号の周波数情報と少なくとも１つ前記検出器の信号を入力し、前記検出器の信号の絶対値が最大となる前記正弦波信号の周波数を共振周波数として出力するものであることを特徴とする。
この発明においては、前記検出器の信号の絶対値が最大となる前記正弦波信号の周波数を共振周波数として出力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
請求項８に記載の発明は、前記出力装置は、少なくとも１つの前記信号処理器の信号を周波数特性として出力するものであることを特徴とする。
この発明においては、前記出力装置は、少なくとも１つの前記信号処理器の信号をグラフ化または数値化して共振周波数を確認することが可能となる。
請求項９に記載の発明は、前記指令発生器から機械に振動を伝える制御指令は、最小周波数Ｆminから最大周波数Ｆmaxまでの範囲に周波数が制限されており、前記信号処理器は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力するとともに、前記最小周波数Ｆmin以上の周波数だけを検出することを特徴とする。
この発明においては、前記信号処理器は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力することにより、前記最小周波数Ｆmin以上の共振周波数を把握することが可能となる。
【００１０】
請求項１０に記載の発明は、前記指令発生器から機械に振動を伝える制御指令は、最小周波数Ｆminから最大周波数Ｆmaxまでの範囲に周波数が制限されており、前記信号処理器は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力するとともに、前記最小周波数Ｆminより大きい検出最小周波数Ｆlim以上の周波数だけを検出することを特徴とする。
この発明においては、前記信号処理器は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力することにより、前記最小周波数Ｆminより大きいＦlim以上の共振周波数を把握することが可能となる。
請求項１１に記載の発明は、前記検出器と前記信号処理器の間にハイパスフィルタが設けられていることを特徴とする。
この発明においては、信号処理器にハイパスフィルタ通過後の信号を入力することにより、ある周波数以上をカットした共振周波数を把握することが可能となる。
請求項１２に記載の発明は、ある軸の前記検出器の信号を他軸の信号処理器に入力するスイッチが設けられていることを特徴とする。
この発明においては、スイッチが設けられていることにより、軸間の影響を１つ、もしくは複数の信号処理器で把握することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図１３に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係る共振周波数検出装置の構成を示すブロック図である。なお、図１４に示した従来の共振周波数検出装置の構成に対応する部分については、同一の符号を付している。
図１において、共振周波数検出装置は、１軸目の電動機制御系と、２軸目の電動機制御系とを有し、指令発生器１１と、制御器２１，２２と、電動機３１，３２と、電動機３１，３２によって駆動される機械４１，４２と、電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出する検出器５１，５２と、検出器５１，５２の出力である応答信号Ｓ１，Ｓ２に対して信号処理を行って共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を算出する信号処理器６１，６２と、共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を出力する出力装置８１，８２と、２軸目の検出器５２の応答信号Ｓ２を１軸目の信号処理器６１に加算するためのスイッチ１５１とを備えている。図１の電動機制御装置は機械４１，４２が固定台等に共に搭載された一体の構成となっている。
【００１２】
この第１実施形態の共振周波数検出装置において、指令発生器１１は指令信号Ｃを出力し、制御器２１は、指令発生器１１から受けた指令信号Ｃに従って電動機３１を駆動する。電動機３１，３２に連結された検出器５１，５２の出力は電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、応答信号Ｓ１，Ｓ２として信号処理器６１，６２に送る。電動機３１と機械４１、また電動機３２と機械４２はそれぞれ連結されているため、電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出すれば、機械４１の共振特性と機械４１に影響を与える機械４２の共振特性を検出できる。この応答信号Ｓ１，Ｓ２は機械４１，４２が周波数に依存して少しの外力でも大きな反応を示す共振周波数を持つため、信号処理器６１，６２が周波数分析すると共振周波数を検出することができる。信号処理器６１，６２の出力である周波数特性検出結果ｆ１，ｆ２は、出力装置８１，８２にそれぞれの結果をグラフ化または数値化して出力できる。
２軸目の検出器５２の出力側と１軸目の信号処理器６１とはスイッチ１５１で接続されており、スイッチ１５１がｏｆｆの時は、応答信号Ｓ１，Ｓ２として信号処理器６１，６２に送り周波数特性検出結果ｆ１，ｆ２を検出する。スイッチ１５１がｏｎの時は、応答信号Ｓ２は信号処理器６１に入力され、信号処理器６１で応答信号Ｓ１とＳ２の和を検出することにより、機械４１の共振特性と機械４１に影響を与える機械４２の共振特性を１つの出力装置８１で検出し、出力する。
なお、第１実施形態では電動機制御系が２つの例を示したが、３つ以上の場合にも適用することができる。
【００１３】
＜第２実施形態＞
図２は本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図であり、指令発生器１１から出力される指令信号Ｃが制御器２１と制御器２２の両方に入力するように設けられ、同時に２つの電動機３１，３２を動作させる点が図１に示した第１実施形態と異なっている。共振周波数は第１実施形態と同様にして検出できる。
この第２実施形態においては、指令発生器１１から指令信号Ｃに従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、各電動機制御系の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、第２実施形態では応答信号Ｓ２を信号処理器６１に入力するようにスイッチ１５１を設定したが、応答信号Ｓ１を信号処理器６２に入力するようにスイッチを設けてもよい。
また、図２では２つの電動機制御系を動作させているが、いくつあってもよい。
【００１４】
＜第３実施形態＞
図３は第３実施形態の構成を示すブロック図であり、指令発生器１２から出力される指令信号Ｃが制御器２２に入力するように設け、同時に２つの電動機３１，３２を動作させる点が図１と異なっている。
共振周波数は第１実施形態または第２実施形態と同様にして検出できる。
この第３実施形態においては、２つの指令発生器１１，１２から同じ指令信号もしくは異なる指令信号を各電動機制御系に与えて各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、各電動機制御系の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、図３では指令発生器と電動機制御系の組み合わせが２つであるが、いくつあってもよい。
【００１５】
＜第４実施形態＞
図４は第４実施形態の構成を示すブロック図であり、指令発生器１２から出力される指令信号Ｃが制御器２２、２３に入力するように設け、同時に３つの電動機３１，３２、３３を動作させる点と、検出器５２、５３とスイッチ１５１，１５２を並列に構成した点が図１と異なっている。
スイッチ１５１，１５２がｏｆｆの時は、応答信号Ｓ２、Ｓ３は信号処理器６２、６３に入力される。
スイッチ１５１がｏｎの時は、応答信号Ｓ２は信号処理器６１に入力される。
スイッチ１５２がｏｎの時は、応答信号Ｓ３が信号処理器６１に入力される。
スイッチ１５２、１５３がｏｎの時は、応答信号Ｓ２、Ｓ３は信号処理器６１に入力される。
共振周波数は第１実施形態から第３実施形態のいずれかと同様にして検出できる。
この第４実施形態においては、１つの指令発生器１１で１つの電動機制御系を、その他の指令発生器１２でその他の電動機制御系に同じ指令信号もしくは異なる指令信号を各電動機制御系に与えて、各電動機３１，３２，３３の電動機動作量ｍ１，ｍ２，ｍ３を検出し、各信号処理器６１，６２，６３に各信号を入力することにより、各電動機制御系の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２，ｍ３の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
なお、第４実施形態では、応答信号Ｓ２、Ｓ３を信号処理器６１に入力するようにスイッチを設けているが、応答信号Ｓ１，Ｓ３を信号処理器６２に、応答信号Ｓ１，Ｓ２を信号処理器６３に入力するようにスイッチを設けてもよい。
また、図４では指令発生器１１で動作している電動機制御系が１つ、指令発生器１２で動作している電動機制御系が２つであるが、指令発生器、電動機制御系はいくつあってもよい。
【００１６】
＜第５実施形態＞
図５は第５実施形態の構成を示すブロック図であり、１つ以上の電動機制御系が閉ループをなしている場合のブロック図である。図５においては、検出器５１，５２は電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出するように設けられており、また、制御器２１，２２の前段に閉ループ制御器７１，７２が設けられ、その前段に減算器が設けられている。そして減算器の（＋）端子に印加される指令と検出器５１，５２の信号が指令信号Ｃと比較され、その差を受けた閉ループ制御器７１，７２が、その差を小さくするよう働いて制御器２１，２２に指令を出力する。この閉ループ制御系に指令発生器１１と信号処理器６１，６２、出力装置８１，８２、スイッチ１５１が追加され、指令発生器１１の指令信号Ｃが減算器の（＋）端子に印加される。共振周波数は第１実施形態から第４実施形態のいずれかと同様にして検出できる。
この第５実施形態においては、指令発生器１１から指令信号に従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、各電動機制御系の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、図５では電動機制御系が２つであるが、いくつであっても良い。
【００１７】
＜第６実施形態＞
図６は第６実施形態の構成を示すブロック図であり、図５において指令発生器１１が出力する指令信号Ｃを減算器の（＋）端子に印加していたものを、制御器２１と閉ループ制御器７１の間に設けた加算器の一方の入力端子に変えたものである。このような構成としても、共振周波数は第１実施形態から第５実施形態のいずれかと同様にして検出できる。
この第６実施形態においては、指令発生器１１から指令信号に従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、機械４１の共振周波数と機械４１に影響を与える機械４２の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、図６では電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
【００１８】
＜第７実施形態＞
図７は第７実施形態の構成を示すブロック図である。この図は、図６の閉ループ制御器７１，７２の後段にフィルタ処理部８１，８２を追加挿入して設けた構成になっており、フィルタ処理部１３１，１３２は外部から指令を与えてフィルタ特性を変えることができるようになっている。第６実施形態と同様にして信号処理器６１が共振周波数を検出し、その共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２をフィルタ処理部１３１，１３２に入力すると、その入力に応じてフィルタ処理部１３１，１３２が設定され、共振周波数の帯域の特性を抑えるフィルタとすることができる。共振周波数が検出できれば、共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２をもとにフィルタ処理部１３１，１３２の設定値を自動的に決定できる。共振周波数は第１実施形態から第６実施形態のいずれかと同様にして検出できる。
この第７実施形態においては、指令発生器１１から指令信号に従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、機械４１の共振周波数と機械４１に影響を与える機械４２の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、この実施形態では指令信号Ｃをフィルタ処理部１３１，１３２と制御器２１，２２の間に設けた加算器の一方を入力としたが、閉ループ制御器７１，７２の前段に設けた減算器の（＋）端子に入力してもよい。
また、図７では電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
【００１９】
＜第８実施形態＞
図８は第８実施形態の構成を示すブロック図であり、図７の閉ループ制御器７１，７２と、その前段の減算器付近の構成を変えた構成になっている。閉ループ制御器７Ｂ１，７Ｂ２は、減算器、位置制御器９１，９２、加算器、速度制御器１０１，１０２、速度演算器１１１，１１２から構成されている。この図で位置制御器９１，９２の前段にある減算器の（＋）端子には、大きさが０の動作指令Ｍを与えており、これによって位置ずれしないで共振周波数の検出が行なわれる。閉ループ制御器７Ｂ１，７Ｂ２では、電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出して得られた応答信号Ｓ１，Ｓ２が、減算器を経由して位置制御器９１，９２に入力され、同時に、速度演算器１１１，１１２を経由して速度制御器１０１，１０２に入力される。そして速度制御器１０１，１０２は位置制御器９１，９２の出力と一致するように制御し、位置制御器９１，９２は電動機動作量ｍ１，ｍ２の位置が動作指令Ｍの０位置と一致するように制御する。共振周波数は第１実施形態から第６実施形態のいずれかと同様にして検出できる。
この第８実施形態においては、指令発生器１１から指令信号に従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、機械４１の共振周波数と機械４１に影響を与える機械４２の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、図８では電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
【００２０】
図９は第７および第８実施形態の共振周波数検出装置で検出した共振周波数に基づいてフィルタ処理部１３１，１３２のフィルタ特性を設定し、その後、設定したフィルタ処理部１３１，１３２のフィルタ特性を生かして通常の運転をしているときの構成を示すブロック図である。この制御系で動作指令Ｍを入力すると、閉ループ制御器７１，７２は、電動機動作量ｍ１，ｍ２と動作指令Ｍが一致するように制御し、共振を抑えるフィルタ処理部１３１，１３２がうまく機能して電動機動作量ｍ１，ｍ２と動作指令Ｍがより一致しやすくなっている。
なお、図９の構成と図７の構成は、スイッチを設けて切り替えられるようにしてもよい。また、図５、図６、図７、図９では閉ループ制御器７１，７２を１つの制御器として示したが、図８の閉ループ制御器７Ｂ１，７Ｂ２の構成のように位置制御器９１，９２、速度演算器１１１，１１２、速度制御器１０１，１０２を含む構成としてもよい。また、機械の動作量が指令信号と一致するように電動機３１，３２の動作を検出器５１，５２が検出した応答信号Ｓ１，Ｓ２に基づき制御するのであれば、内部構成を変更した閉ループ制御器７１，７２でもよい。フィルタ処理部１３１，１３２や制御器２１，２２を含めて順番や構成を変更してもよい。
また、図９の例では電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
【００２１】
＜第９実施形態＞
図１０は第９実施形態を示すブロック図であり、指令発生器１１から出力される周波数情報Ａが信号処理器６１に入力するように配置した点と、信号処理器６１の計算方法が図１に示した第１実施形態と異なっている。
スイッチ１５１がｏｆｆの時は、信号処理器６１は掃引正弦波指令の周波数情報Ａと応答信号Ｓ１を受け取り、スイッチ１５１がｏｎの時は、信号処理器６１は掃引正弦波指令の周波数情報Ａと応答信号Ｓ１，Ｓ２を受け取り、最小周波数Ｆminを過ぎた検出最小下限周波数Ｆlimから共振周波数の検出のための演算を行う。検出最小下限周波数Ｆlim以上で、図１１のように、応答信号Ｓ１，Ｓ２の絶対値が最大となるときの掃引正弦波の周波数を共振周波数と判断して共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を出力する。
【００２２】
図１２は掃引正弦波の周波数と時間の関係を示すグラフである。ｔ0からｔe間の時間中、最小周波数Ｆminから検出最小下限周波数Ｆlimを経て、最大周波数Ｆmaxまで周波数が変化する掃引正弦波指令を指令信号Ｃとなる。信号処理器６１は検出最小下限周波数Ｆlimより高い周波数となる時間ｔsからｔe間において、共振周波数の検出を実施する。なお、掃引正弦波の周波数と時間の関係は、直線に限られることは無く、任意の曲線であっても構わない。また、検出最小下限周波数Ｆlimを最小周波数Ｆminと同様に取り扱っても構わない。
信号処理器６１は、２つ以上の応答信号を加算し、１つの応答信号にすることができる。
なお、図１０では電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
【００２３】
＜第１０実施形態＞
図１３は第１０実施形態の構成を示すブロック図である。図において、１４１，１４２はハイパスフィルタ手段である。指令信号Ｃが制御器２１に、周波数情報Ａが信号処理器６１に入力するように設け、検出器５１，５２が電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、これを応答信号Ｓ１，Ｓ２として、ハイパスフィルタ手段１４１，１４２を経由して信号処理器６１，６２に送る点が図１に示した第１実施形態と異なっている。
なお、この実施形態では信号処理器６１は検出最小下限周波数Ｆlim以上という条件を付けなかったが、第８実施形態と同様に、検出最小下限周波数Ｆlim以上で、応答信号の絶対値が最大となるときの掃引正弦波の周波数を共振周波数と判断して出力してもよい。
この第１０実施形態においては、指令発生器１１から指令信号に従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、機械４１の共振周波数と機械４１に影響を与える機械４２の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
また、図１３では、電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
なお、第１実施形態から第１０実施形態では、検出器５１，５２，５３は電動機３１，３２，３３に連結して電動機動作量ｍ１，ｍ２，ｍ３を検出しているが、検出器５１，５２，５３を機械４１，４２、４３に連結して機械動作量ｘ１，ｘ２，ｘ３を直接検出してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、指令発生器からの指令信号に従って駆動される各電動機の動作量を検出し、信号処理器にその信号の和を入力するようにしたので、複数軸を持つ機械において、動作軸と動作軸に影響を及ぼす他軸の共振周波数を検出することができる。
また、共振周波数を検出すると共に、フィルタ処理部を設け、共振周波数を抑えるフィルタ処理入力値を自動入力して設定することにより、自動的に電動機制御装置の性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る共振周波数検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】 本発明の第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】 本発明の第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】 本発明の第６実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】 本発明の第７実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】 本発明の第８実施形態の構成を示すブロック図である。
【図９】 本発明の第９実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１０】 指令発生器が生成する指令信号の時間波形図である。
【図１１】 本発明を適用した掃引正弦波の周波数と時間の関係を示すグラフである。
【図１２】 本発明の第１０実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１３】 フィルタ設定後の構成を示すブロック図である。
【図１４】 従来技術を適用した電動機制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１，１２：指令発生器
２１，２２，２３：制御器
３１，３２，３３：電動機
４１，４２，４３：機械
５１，５２，５３：検出器
６１，６２，６３：信号処理器
７１，７２，７Ｂ１，７Ｂ２：閉ループ制御器
８１，８２：出力装置
９１，９２：速度制御器
１０１，１０２：位置制御器
１１１，１１２：速度演算器
１２１，１２２：ＦＦＴアナライザ
１３１，１３２：フィルタ処理部
１４１，１４２：ハイパスフィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を用いた位置決め装置に関するものであり、特に位置決め制御系を利用して多軸機械の共振周波数を検出する多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置や工作機械、産業用ロボット等では、電動機を用いて位置決め制御されることが多い。その位置決め精度には、機械の共振周波数が大きく影響するため、前もって正確な共振周波数をつかんでおくことが望ましく、同時に、制御系が組まれて稼動している状態で正確に測れることが望まれる。この必要性から、従来はＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて周波数特性を解析し、共振周波数を割り出すという方法が用いられている。この従来技術を図に基づいて説明する。
【０００３】
図１４は電動機制御系に組み込まれた従来の共振周波数検出装置（特許文献１参照）の構成を示すブロック図である。図において、従来の共振周波数検出装置は、指令発生器１１と、この指令発生器１１からの指令信号Ｃを受けて電動機３１，３２に駆動電流を供給する制御器２１，２２と、電動機３１，３２と、電動機３１，３２によって駆動される機械４１，４２と、電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出する検出器５１，５２と、検出器５１，５２の出力である応答信号Ｓ１，Ｓ２に対してＦＦＴ演算を実施して共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を算出するＦＦＴアナライザ１２１，１２２と、共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を出力する出力装置８１，８２とを備えている。
【０００４】
この従来の共振周波数検出装置において、指令発生器１１は指令信号Ｃを生成し、制御器２１，２２に入力する。この指令に応じて制御器２１，２２が電動機３１，３２に電流を供給すると、電動機３１，３２が機械４１，４２を駆動する。このとき、検出器５１，５２は、電動機３１，３２の回転位置や回転速度等の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出して応答信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。ＦＦＴアナライザ１２１，１２２は応答信号Ｓ１，Ｓ２を入力するとＦＦＴ演算を実施し、共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を算出する。出力装置８１，８２は共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を入力すると数値やグラフ化して可視化したものを出力する。このようにして共振周波数が単軸ごとに計測される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−７８５７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、単軸ごとに共振周波数を計測するために、指令発生器から出された指令によって動作する１軸の共振周波数しか測定できず、動作軸に影響を与える他軸の共振周波数を測定することができない。そのために、従来では個別の軸ごとにサーボ調整を行うが、複数軸が稼動する場合には発振が起こることがあり、サーボ調整が難しいという問題があった。
そこで本発明は、複数軸を持つ機械においても、動作軸に影響を与える他軸の共振周波数を把握してサーボ調整を容易にすることのできる多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、複数軸を有する機械を駆動する電動機と、該電動機を駆動する制御器とを有する電動機制御系を前記機械の複数軸についてそれぞれ備え、各電動機制御系に、前記機械または前記電動機の動作量を検出する検出器と、前記検出器の信号を周波数分析し、共振周波数として出力する信号処理器と、該信号処理器の信号をグラフ化または数値化して出力する出力装置とを備えた多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置において、少なくとも一つの軸の前記電動機制御系に、前記機械に振動を発生するための指令信号を出力する指令発生器を設け、該指令発生器からの指令信号によって駆動された前記電動機の動作による前記機械の応答を複数軸の前記検出器で応答信号として検出し、前記信号処理器に入力して周波数分析し、前記機械の共振周波数として出力するようにしたことを特徴とするものである。
この発明においては、指令発生器からの指令信号に従って駆動される各電動機の動作量を検出し、信号処理器にその信号を入力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記信号処理器は、複数軸の前記検出器で検出した前記応答信号の和を周波数分析し、前記機械の共振周波数として出力するようにしたことを特徴とする。
この発明においては、複数の検出器の信号の和を周波数分析し、共振周波数として出力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
請求項３に記載の発明は、前記検出器は前記電動機の位置または速度、あるいは前記機械の可動部の位置または速度を検出するものであることを特徴とする。
この発明においては、指令発生器からの指令信号に従って駆動される各電動機の動作量である位置または速度、あるいは前記機械の可動部の位置または速度を検出し、信号処理器にその信号を入力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
請求項４に記載の発明は、複数軸の前記電動機制御系の一部または全てがオープンループの場合には、前記指令発生器の信号は当該オープンループの電動機制御系の制御器に入力されることを特徴とする。
この発明においては、指令発生器の信号は当該オープンループの電動機制御系の動作量を検出し、信号処理器にその信号を入力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
請求項５に記載の発明は、複数軸の前記電動機制御系の一部または全てにおいて、前記指令発生器からの制御指令と前記検出器からの前記機械の動作量との偏差に応じた制御指令を前記制御器に与える閉ループ制御器を備えたことを特徴とする。
この発明においては、指令発生器からの制御指令と検出器からの機械の動作量との偏差に応じた制御指令を制御器に与える閉ループ制御器を通過した各電動機の動作量を検出し、信号処理器にその信号を入力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、複数軸の前記電動機制御系の一部または全てにおいて、前記検出器からの前記機械の動作量と動作指令との偏差に応じた制御指令を出力する閉ループ制御器と、その制御指令に含まれる所定の帯域の信号を低減するフィルタ処理部とを備え、前記フィルタ処理部の出力と前記指令発生器からの指令信号との和が前記制御器に入力されていることを特徴とする。
この発明においては、信号処理器に前記フィルタ処理部の出力と前記指令発生器からの指令信号との和を入力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
請求項７に記載の発明は、前記制御指令は、掃引正弦波信号であり、前記信号処理器は前記指令発生器が出力する前記掃引正弦波信号の周波数情報と少なくとも１つ前記検出器の信号を入力し、前記検出器の信号の絶対値が最大となる前記正弦波信号の周波数を共振周波数として出力するものであることを特徴とする。
この発明においては、前記検出器の信号の絶対値が最大となる前記正弦波信号の周波数を共振周波数として出力することにより、ある動作軸と他の動作軸との共振周波数を検出して、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
請求項８に記載の発明は、前記出力装置は、少なくとも１つの前記信号処理器の信号を周波数特性として出力するものであることを特徴とする。
この発明においては、前記出力装置は、少なくとも１つの前記信号処理器の信号をグラフ化または数値化して共振周波数を確認することが可能となる。
請求項９に記載の発明は、前記指令発生器から機械に振動を伝える制御指令は、最小周波数Ｆminから最大周波数Ｆmaxまでの範囲に周波数が制限されており、前記信号処理器は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力するとともに、前記最小周波数Ｆmin以上の周波数だけを検出することを特徴とする。
この発明においては、前記信号処理器は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力することにより、前記最小周波数Ｆmin以上の共振周波数を把握することが可能となる。
【００１０】
請求項１０に記載の発明は、前記指令発生器から機械に振動を伝える制御指令は、最小周波数Ｆminから最大周波数Ｆmaxまでの範囲に周波数が制限されており、前記信号処理器は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力するとともに、前記最小周波数Ｆminより大きい検出最小周波数Ｆlim以上の周波数だけを検出することを特徴とする。
この発明においては、前記信号処理器は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力することにより、前記最小周波数Ｆminより大きいＦlim以上の共振周波数を把握することが可能となる。
請求項１１に記載の発明は、前記検出器と前記信号処理器の間にハイパスフィルタが設けられていることを特徴とする。
この発明においては、信号処理器にハイパスフィルタ通過後の信号を入力することにより、ある周波数以上をカットした共振周波数を把握することが可能となる。
請求項１２に記載の発明は、ある軸の前記検出器の信号を他軸の信号処理器に入力するスイッチが設けられていることを特徴とする。
この発明においては、スイッチが設けられていることにより、軸間の影響を１つ、もしくは複数の信号処理器で把握することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図１３に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係る共振周波数検出装置の構成を示すブロック図である。なお、図１４に示した従来の共振周波数検出装置の構成に対応する部分については、同一の符号を付している。
図１において、共振周波数検出装置は、１軸目の電動機制御系と、２軸目の電動機制御系とを有し、指令発生器１１と、制御器２１，２２と、電動機３１，３２と、電動機３１，３２によって駆動される機械４１，４２と、電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出する検出器５１，５２と、検出器５１，５２の出力である応答信号Ｓ１，Ｓ２に対して信号処理を行って共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を算出する信号処理器６１，６２と、共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を出力する出力装置８１，８２と、２軸目の検出器５２の応答信号Ｓ２を１軸目の信号処理器６１に加算するためのスイッチ１５１とを備えている。図１の電動機制御装置は機械４１，４２が固定台等に共に搭載された一体の構成となっている。
【００１２】
この第１実施形態の共振周波数検出装置において、指令発生器１１は指令信号Ｃを出力し、制御器２１は、指令発生器１１から受けた指令信号Ｃに従って電動機３１を駆動する。電動機３１，３２に連結された検出器５１，５２の出力は電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、応答信号Ｓ１，Ｓ２として信号処理器６１，６２に送る。電動機３１と機械４１、また電動機３２と機械４２はそれぞれ連結されているため、電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出すれば、機械４１の共振特性と機械４１に影響を与える機械４２の共振特性を検出できる。この応答信号Ｓ１，Ｓ２は機械４１，４２が周波数に依存して少しの外力でも大きな反応を示す共振周波数を持つため、信号処理器６１，６２が周波数分析すると共振周波数を検出することができる。信号処理器６１，６２の出力である周波数特性検出結果ｆ１，ｆ２は、出力装置８１，８２にそれぞれの結果をグラフ化または数値化して出力できる。
２軸目の検出器５２の出力側と１軸目の信号処理器６１とはスイッチ１５１で接続されており、スイッチ１５１がｏｆｆの時は、応答信号Ｓ１，Ｓ２として信号処理器６１，６２に送り周波数特性検出結果ｆ１，ｆ２を検出する。スイッチ１５１がｏｎの時は、応答信号Ｓ２は信号処理器６１に入力され、信号処理器６１で応答信号Ｓ１とＳ２の和を検出することにより、機械４１の共振特性と機械４１に影響を与える機械４２の共振特性を１つの出力装置８１で検出し、出力する。
なお、第１実施形態では電動機制御系が２つの例を示したが、３つ以上の場合にも適用することができる。
【００１３】
＜第２実施形態＞
図２は本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図であり、指令発生器１１から出力される指令信号Ｃが制御器２１と制御器２２の両方に入力するように設けられ、同時に２つの電動機３１，３２を動作させる点が図１に示した第１実施形態と異なっている。共振周波数は第１実施形態と同様にして検出できる。
この第２実施形態においては、指令発生器１１から指令信号Ｃに従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、各電動機制御系の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、第２実施形態では応答信号Ｓ２を信号処理器６１に入力するようにスイッチ１５１を設定したが、応答信号Ｓ１を信号処理器６２に入力するようにスイッチを設けてもよい。
また、図２では２つの電動機制御系を動作させているが、いくつあってもよい。
【００１４】
＜第３実施形態＞
図３は第３実施形態の構成を示すブロック図であり、指令発生器１２から出力される指令信号Ｃが制御器２２に入力するように設け、同時に２つの電動機３１，３２を動作させる点が図１と異なっている。
共振周波数は第１実施形態または第２実施形態と同様にして検出できる。
この第３実施形態においては、２つの指令発生器１１，１２から同じ指令信号もしくは異なる指令信号を各電動機制御系に与えて各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、各電動機制御系の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、図３では指令発生器と電動機制御系の組み合わせが２つであるが、いくつあってもよい。
【００１５】
＜第４実施形態＞
図４は第４実施形態の構成を示すブロック図であり、指令発生器１２から出力される指令信号Ｃが制御器２２、２３に入力するように設け、同時に３つの電動機３１，３２、３３を動作させる点と、検出器５２、５３とスイッチ１５１，１５２を並列に構成した点が図１と異なっている。
スイッチ１５１，１５２がｏｆｆの時は、応答信号Ｓ２、Ｓ３は信号処理器６２、６３に入力される。
スイッチ１５１がｏｎの時は、応答信号Ｓ２は信号処理器６１に入力される。
スイッチ１５２がｏｎの時は、応答信号Ｓ３が信号処理器６１に入力される。
スイッチ１５２、１５３がｏｎの時は、応答信号Ｓ２、Ｓ３は信号処理器６１に入力される。
共振周波数は第１実施形態から第３実施形態のいずれかと同様にして検出できる。
この第４実施形態においては、１つの指令発生器１１で１つの電動機制御系を、その他の指令発生器１２でその他の電動機制御系に同じ指令信号もしくは異なる指令信号を各電動機制御系に与えて、各電動機３１，３２，３３の電動機動作量ｍ１，ｍ２，ｍ３を検出し、各信号処理器６１，６２，６３に各信号を入力することにより、各電動機制御系の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２，ｍ３の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することが可能となる。
なお、第４実施形態では、応答信号Ｓ２、Ｓ３を信号処理器６１に入力するようにスイッチを設けているが、応答信号Ｓ１，Ｓ３を信号処理器６２に、応答信号Ｓ１，Ｓ２を信号処理器６３に入力するようにスイッチを設けてもよい。
また、図４では指令発生器１１で動作している電動機制御系が１つ、指令発生器１２で動作している電動機制御系が２つであるが、指令発生器、電動機制御系はいくつあってもよい。
【００１６】
＜第５実施形態＞
図５は第５実施形態の構成を示すブロック図であり、１つ以上の電動機制御系が閉ループをなしている場合のブロック図である。図５においては、検出器５１，５２は電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出するように設けられており、また、制御器２１，２２の前段に閉ループ制御器７１，７２が設けられ、その前段に減算器が設けられている。そして減算器の（＋）端子に印加される指令と検出器５１，５２の信号が指令信号Ｃと比較され、その差を受けた閉ループ制御器７１，７２が、その差を小さくするよう働いて制御器２１，２２に指令を出力する。この閉ループ制御系に指令発生器１１と信号処理器６１，６２、出力装置８１，８２、スイッチ１５１が追加され、指令発生器１１の指令信号Ｃが減算器の（＋）端子に印加される。共振周波数は第１実施形態から第４実施形態のいずれかと同様にして検出できる。
この第５実施形態においては、指令発生器１１から指令信号に従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、各電動機制御系の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、図５では電動機制御系が２つであるが、いくつであっても良い。
【００１７】
＜第６実施形態＞
図６は第６実施形態の構成を示すブロック図であり、図５において指令発生器１１が出力する指令信号Ｃを減算器の（＋）端子に印加していたものを、制御器２１と閉ループ制御器７１の間に設けた加算器の一方の入力端子に変えたものである。このような構成としても、共振周波数は第１実施形態から第５実施形態のいずれかと同様にして検出できる。
この第６実施形態においては、指令発生器１１から指令信号に従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、機械４１の共振周波数と機械４１に影響を与える機械４２の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、図６では電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
【００１８】
＜第７実施形態＞
図７は第７実施形態の構成を示すブロック図である。この図は、図６の閉ループ制御器７１，７２の後段にフィルタ処理部８１，８２を追加挿入して設けた構成になっており、フィルタ処理部１３１，１３２は外部から指令を与えてフィルタ特性を変えることができるようになっている。第６実施形態と同様にして信号処理器６１が共振周波数を検出し、その共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２をフィルタ処理部１３１，１３２に入力すると、その入力に応じてフィルタ処理部１３１，１３２が設定され、共振周波数の帯域の特性を抑えるフィルタとすることができる。共振周波数が検出できれば、共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２をもとにフィルタ処理部１３１，１３２の設定値を自動的に決定できる。共振周波数は第１実施形態から第６実施形態のいずれかと同様にして検出できる。
この第７実施形態においては、指令発生器１１から指令信号に従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、機械４１の共振周波数と機械４１に影響を与える機械４２の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、この実施形態では指令信号Ｃをフィルタ処理部１３１，１３２と制御器２１，２２の間に設けた加算器の一方を入力としたが、閉ループ制御器７１，７２の前段に設けた減算器の（＋）端子に入力してもよい。
また、図７では電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
【００１９】
＜第８実施形態＞
図８は第８実施形態の構成を示すブロック図であり、図７の閉ループ制御器７１，７２と、その前段の減算器付近の構成を変えた構成になっている。閉ループ制御器７Ｂ１，７Ｂ２は、減算器、位置制御器９１，９２、加算器、速度制御器１０１，１０２、速度演算器１１１，１１２から構成されている。この図で位置制御器９１，９２の前段にある減算器の（＋）端子には、大きさが０の動作指令Ｍを与えており、これによって位置ずれしないで共振周波数の検出が行なわれる。閉ループ制御器７Ｂ１，７Ｂ２では、電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出して得られた応答信号Ｓ１，Ｓ２が、減算器を経由して位置制御器９１，９２に入力され、同時に、速度演算器１１１，１１２を経由して速度制御器１０１，１０２に入力される。そして速度制御器１０１，１０２は位置制御器９１，９２の出力と一致するように制御し、位置制御器９１，９２は電動機動作量ｍ１，ｍ２の位置が動作指令Ｍの０位置と一致するように制御する。共振周波数は第１実施形態から第６実施形態のいずれかと同様にして検出できる。
この第８実施形態においては、指令発生器１１から指令信号に従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、機械４１の共振周波数と機械４１に影響を与える機械４２の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
なお、図８では電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
【００２０】
図９は第７および第８実施形態の共振周波数検出装置で検出した共振周波数に基づいてフィルタ処理部１３１，１３２のフィルタ特性を設定し、その後、設定したフィルタ処理部１３１，１３２のフィルタ特性を生かして通常の運転をしているときの構成を示すブロック図である。この制御系で動作指令Ｍを入力すると、閉ループ制御器７１，７２は、電動機動作量ｍ１，ｍ２と動作指令Ｍが一致するように制御し、共振を抑えるフィルタ処理部１３１，１３２がうまく機能して電動機動作量ｍ１，ｍ２と動作指令Ｍがより一致しやすくなっている。
なお、図９の構成と図７の構成は、スイッチを設けて切り替えられるようにしてもよい。また、図５、図６、図７、図９では閉ループ制御器７１，７２を１つの制御器として示したが、図８の閉ループ制御器７Ｂ１，７Ｂ２の構成のように位置制御器９１，９２、速度演算器１１１，１１２、速度制御器１０１，１０２を含む構成としてもよい。また、機械の動作量が指令信号と一致するように電動機３１，３２の動作を検出器５１，５２が検出した応答信号Ｓ１，Ｓ２に基づき制御するのであれば、内部構成を変更した閉ループ制御器７１，７２でもよい。フィルタ処理部１３１，１３２や制御器２１，２２を含めて順番や構成を変更してもよい。
また、図９の例では電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
【００２１】
＜第９実施形態＞
図１０は第９実施形態を示すブロック図であり、指令発生器１１から出力される周波数情報Ａが信号処理器６１に入力するように配置した点と、信号処理器６１の計算方法が図１に示した第１実施形態と異なっている。
スイッチ１５１がｏｆｆの時は、信号処理器６１は掃引正弦波指令の周波数情報Ａと応答信号Ｓ１を受け取り、スイッチ１５１がｏｎの時は、信号処理器６１は掃引正弦波指令の周波数情報Ａと応答信号Ｓ１，Ｓ２を受け取り、最小周波数Ｆminを過ぎた検出最小下限周波数Ｆlimから共振周波数の検出のための演算を行う。検出最小下限周波数Ｆlim以上で、図１１のように、応答信号Ｓ１，Ｓ２の絶対値が最大となるときの掃引正弦波の周波数を共振周波数と判断して共振周波数検出結果ｆ１，ｆ２を出力する。
【００２２】
図１２は掃引正弦波の周波数と時間の関係を示すグラフである。ｔ0からｔe間の時間中、最小周波数Ｆminから検出最小下限周波数Ｆlimを経て、最大周波数Ｆmaxまで周波数が変化する掃引正弦波指令を指令信号Ｃとなる。信号処理器６１は検出最小下限周波数Ｆlimより高い周波数となる時間ｔsからｔe間において、共振周波数の検出を実施する。なお、掃引正弦波の周波数と時間の関係は、直線に限られることは無く、任意の曲線であっても構わない。また、検出最小下限周波数Ｆlimを最小周波数Ｆminと同様に取り扱っても構わない。
信号処理器６１は、２つ以上の応答信号を加算し、１つの応答信号にすることができる。
なお、図１０では電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
【００２３】
＜第１０実施形態＞
図１３は第１０実施形態の構成を示すブロック図である。図において、１４１，１４２はハイパスフィルタ手段である。指令信号Ｃが制御器２１に、周波数情報Ａが信号処理器６１に入力するように設け、検出器５１，５２が電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、これを応答信号Ｓ１，Ｓ２として、ハイパスフィルタ手段１４１，１４２を経由して信号処理器６１，６２に送る点が図１に示した第１実施形態と異なっている。
なお、この実施形態では信号処理器６１は検出最小下限周波数Ｆlim以上という条件を付けなかったが、第８実施形態と同様に、検出最小下限周波数Ｆlim以上で、応答信号の絶対値が最大となるときの掃引正弦波の周波数を共振周波数と判断して出力してもよい。
この第１０実施形態においては、指令発生器１１から指令信号に従って駆動される各電動機３１，３２の電動機動作量ｍ１，ｍ２を検出し、各信号処理器６１，６２に各信号を入力することにより、機械４１の共振周波数と機械４１に影響を与える機械４２の共振周波数を検出することが可能となる。さらに、各電動機動作量ｍ１，ｍ２の和を１つの信号処理器６１に入力することにより、動作軸間の影響を把握することができる。
また、図１３では、電動機制御系が２つであるが、いくつであってもよい。
なお、第１実施形態から第１０実施形態では、検出器５１，５２，５３は電動機３１，３２，３３に連結して電動機動作量ｍ１，ｍ２，ｍ３を検出しているが、検出器５１，５２，５３を機械４１，４２、４３に連結して機械動作量ｘ１，ｘ２，ｘ３を直接検出してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、指令発生器からの指令信号に従って駆動される各電動機の動作量を検出し、信号処理器にその信号の和を入力するようにしたので、複数軸を持つ機械において、動作軸と動作軸に影響を及ぼす他軸の共振周波数を検出することができる。
また、共振周波数を検出すると共に、フィルタ処理部を設け、共振周波数を抑えるフィルタ処理入力値を自動入力して設定することにより、自動的に電動機制御装置の性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る共振周波数検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】 本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図４】 本発明の第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】 本発明の第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】 本発明の第６実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】 本発明の第７実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】 本発明の第８実施形態の構成を示すブロック図である。
【図９】 本発明の第９実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１０】 指令発生器が生成する指令信号の時間波形図である。
【図１１】 本発明を適用した掃引正弦波の周波数と時間の関係を示すグラフである。
【図１２】 本発明の第１０実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１３】 フィルタ設定後の構成を示すブロック図である。
【図１４】 従来技術を適用した電動機制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１，１２：指令発生器
２１，２２，２３：制御器
３１，３２，３３：電動機
４１，４２，４３：機械
５１，５２，５３：検出器
６１，６２，６３：信号処理器
７１，７２，７Ｂ１，７Ｂ２：閉ループ制御器
８１，８２：出力装置
９１，９２：速度制御器
１０１，１０２：位置制御器
１１１，１１２：速度演算器
１２１，１２２：ＦＦＴアナライザ
１３１，１３２：フィルタ処理部
１４１，１４２：ハイパスフィルタ
Claims (12)
- 複数軸を有する機械を駆動する電動機と、該電動機を駆動する制御器とを有する電動機制御系を前記機械の複数軸についてそれぞれ備え、各電動機制御系に、前記機械または前記電動機の動作量を検出する検出器と、前記検出器の信号を周波数分析し、共振周波数として出力する信号処理器と、該信号処理器の信号をグラフ化または数値化して出力する出力装置とを備えた多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置において、
少なくとも一つの軸の前記電動機制御系に、前記機械に振動を発生するための指令信号を出力する指令発生器を設け、該指令発生器からの指令信号によって駆動された前記電動機の動作による前記機械の応答を複数軸の前記検出器で応答信号として検出し、前記信号処理器に入力して周波数分析し、前記機械の共振周波数として出力するようにしたことを特徴とする多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置。 - 前記信号処理器は、複数軸の前記検出器で検出した前記応答信号の和を周波数分析し、前記機械の共振周波数として出力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置。
- 前記検出器は前記電動機の位置または速度、あるいは前記機械の可動部の位置または速度を検出するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置。
- 複数軸の前記電動機制御系の一部または全てがオープンループの場合には、前記指令発生器の信号は当該オープンループの電動機制御系の制御器に入力されることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置。
- 複数軸の前記電動機制御系の一部または全てにおいて、前記指令発生器からの制御指令と前記検出器からの前記機械の動作量との偏差に応じた制御指令を前記制御器に与える閉ループ制御器を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置。
- 複数軸の前記電動機制御系の一部または全てにおいて、前記検出器からの前記機械の動作量と動作指令との偏差に応じた制御指令を出力する閉ループ制御器と、その制御指令に含まれる所定の帯域の信号を低減するフィルタ処理部とを備え、前記フィルタ処理部の出力と前記指令発生器からの指令信号との和が前記制御器に入力されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置。
- 前記制御指令は、掃引正弦波信号であり、前記信号処理器は前記指令発生器が出力する前記掃引正弦波信号の周波数情報と少なくとも１つ前記検出器の信号を入力し、前記検出器の信号の絶対値が最大となる前記正弦波信号の周波数を共振周波数として出力するものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかの項に記載の多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置。
- 前記出力装置は、少なくとも１つの前記信号処理器の信号を周波数特性として出力するものであることを特徴とする請求項１から７のいずれかの項に記載の多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置。
- 前記指令発生器から機械に振動を伝える制御指令は、最小周波数Ｆminから最大周波数Ｆmaxまでの範囲に周波数が制限されており、前記信号処理器は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力するとともに、前記最小周波数Ｆmin以上の周波数だけを検出することを特徴とする請求項１から８のいずれかの項に記載の多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置。
- 前記指令発生器から機械に振動を伝える制御指令は、最小周波数Ｆminから最大周波数Ｆmaxまでの範囲に周波数が制限されており、前記信号処理器は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力するとともに、前記最小周波数Ｆminより大きい検出最小周波数Ｆlim以上の周波数だけを検出することを特徴とする請求項１から８のいずれかの項に記載の多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置。
- 前記検出器と前記信号処理器の間にハイパスフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかの項に記載の多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置
- ある軸の前記検出器の信号を他軸の信号処理器に入力するスイッチが設けられていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかの項に記載の多軸電動機制御装置の共振周波数検出装置。
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