專利名稱：數(shù)值控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制機器工具等的數(shù)值控制器，尤其是涉及用于數(shù)值控制器內(nèi)所執(zhí)行的數(shù)學運算、并且取決于由數(shù)值控制器所控制的機器的各種常量而改變的各種參數(shù)值的設(shè)置。
背景技術(shù)：
在數(shù)值控制器中，為了確保與數(shù)值控制器中所處理并且由數(shù)值控制器所輸出的指令保持一致，需要根據(jù)由數(shù)值控制器所控制的機器的類型以及機器組件的機器常量而設(shè)置各種值。例如，數(shù)值控制器利用馬達通過滾珠螺旋或傳動裝置機構(gòu)來驅(qū)動控制控制軸，其中相對于馬達的轉(zhuǎn)動量的控制軸的移動量取決于機器中所采用的滾珠螺旋的齒距(pitch)以及齒輪傳動比(gear ratio)而改變。此外，反饋回數(shù)值控制器的反饋數(shù)據(jù)的計量單位取決于在控制軸的移動中檢測位置和速度的檢測器的辨析率。當檢測器是用于檢測馬達或控制軸的旋轉(zhuǎn)中的位置和速度的旋轉(zhuǎn)檢測器(諸如旋轉(zhuǎn)編碼器)時，每次旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)量以及由此的反饋脈沖的計量單位取決于旋轉(zhuǎn)檢測器的辨析率而改變。因而，需要根據(jù)機器規(guī)格或者換句話說根據(jù)機器組件的常量(上述滾珠螺旋的齒距、齒輪傳動比以及檢測器的辨析率)來設(shè)置數(shù)值控制器內(nèi)的數(shù)學運算中所采用的各種值。
常規(guī)上，工作人員通常從諸如機器組件的常量(諸如滾珠螺旋的齒距、齒輪傳動比以及檢測器的辨析率)這樣的機器常量中手算出檢測單位，所述檢測單位是來自檢測器的反饋數(shù)據(jù)的單位(每個反饋脈沖的控制軸的移動量)，接著利用所計算的檢測單位來手算數(shù)值控制器內(nèi)的數(shù)學運算中所采用的各種值，并且在數(shù)值控制器中將所獲得的值設(shè)置為參數(shù)。
如上所述，工作人員之類計算取決于機器常量來確定、并且用于數(shù)值控制器內(nèi)的數(shù)學運算中的各種值，并且在數(shù)值控制器中單獨地設(shè)置所獲得的值，除了這種方法之外沒有其他的方法，因此，通常沒有容易地設(shè)置這種值的方法。也沒有發(fā)現(xiàn)已公開的文獻中披露除上述之外的其他設(shè)置方法或裝置。
在工作人員從與數(shù)值控制器相連接且由數(shù)值控制器控制的機器的機器常量中計算數(shù)值控制器內(nèi)的數(shù)學運算中所采用各種值(參數(shù)值)的方法中，可能會發(fā)生計算誤差和設(shè)置誤差。可根據(jù)數(shù)值控制單元使用手冊等中所描述的設(shè)置步驟來設(shè)置各種參數(shù)值。然而，數(shù)值控制器內(nèi)的數(shù)學運算中所采用的各種值(參數(shù)值)與機器常量復雜地相關(guān)，所述機器常量諸如滾珠螺旋的齒距、齒輪傳動比以及檢測器的辨析率、檢測單位等等，所述檢測單位即如上所述的用于來自檢測器的反饋數(shù)據(jù)的單位(每個反饋脈沖的控制軸的移動量)。因而，不理解機器的內(nèi)部組件、結(jié)構(gòu)及操作原理、由數(shù)值控制器執(zhí)行的處理等，很難理解參數(shù)值的意義并且沒有誤差地設(shè)置這些參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明配置數(shù)值控制器本身可以設(shè)置數(shù)值控制器內(nèi)的數(shù)學運算中所采用的各參數(shù)值，而不是工作人員來計算它們。在需要被設(shè)置成數(shù)值控制器內(nèi)的數(shù)學運算所采用的參數(shù)的各值中，與伺服控制有關(guān)的值是重要的。因而，本發(fā)明尤其配置了可容易地設(shè)置與伺服控制有關(guān)的參數(shù)。
本發(fā)明的數(shù)值控制器利用參數(shù)來控制伺服馬達，所述伺服馬達驅(qū)動機器的可移動元件。數(shù)值控制器包括設(shè)置/存儲裝置，用于設(shè)置并存儲屬于機器組件的機器常量；計算裝置，用于根據(jù)所存儲的機器常量來計算在伺服馬達的控制中所采用的參數(shù)值；以及存儲裝置，用于存儲由計算裝置所計算的參數(shù)值。
數(shù)值控制器可以進一步包括輸出裝置，用于輸出由計算裝置所計算的參數(shù)值。
參數(shù)可以包括轉(zhuǎn)換系數(shù)，用于將來自位置檢測器的反饋脈沖的數(shù)量轉(zhuǎn)換成用由數(shù)值控制器所采用的位置檢測單位表示的可移動元件的移動量。
如果轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算值偏離允許的范圍，則計算裝置可以獲得新的位置檢測單位值，從而使得轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算值在允許的范圍內(nèi)。
計算裝置可以利用新的位置檢測單位值來重新計算參數(shù)值。存儲單元可以存儲重新計算的參數(shù)。
當設(shè)置機器常量時，數(shù)值控制器自動地獲得并設(shè)置與伺服馬達控制相關(guān)并且在數(shù)值控制器中使用的參數(shù)的值。因而，可以避免設(shè)置誤差。此外，這使得即使是不具備與數(shù)值控制器相連接的機器的元件、結(jié)構(gòu)以及操作原理，由數(shù)值控制器所執(zhí)行的處理等的全部知識的工作人員之類能夠容易地設(shè)置參數(shù)。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的數(shù)值控制器的實施例的相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)圖；圖2是顯示用于在上述實施例中以第一模式來設(shè)置與伺服馬達控制有關(guān)的參數(shù)值的算法的流程圖；圖3是顯示用于在上述實施例中以第二模式來設(shè)置與伺服馬達控制有關(guān)的參數(shù)值的算法的流程圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的數(shù)值控制器的實施例的相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)圖。
CPU 11是作為整體來控制數(shù)值控制器10的處理器。CPU 11經(jīng)由總線25而讀取存儲在存儲裝置12中的系統(tǒng)程序，并且根據(jù)系統(tǒng)程序來控制整個數(shù)值控制器10。存儲裝置12包括ROM、RAM、非易失性存儲器，所述非易失性存儲器是CMOS存儲器且由電池來支持以便即使當斷開數(shù)值控制器10的電源時也能夠維持存儲狀態(tài)。在存儲裝置12的非易失性存儲器中，存儲了經(jīng)由接口14而讀出的機器程序、借助于顯示裝置15和輸入裝置16所輸入的機器程序等。還存儲了根據(jù)本發(fā)明所設(shè)置的機器常量、以及包括與伺服馬達的控制相關(guān)的參數(shù)值在內(nèi)的各參數(shù)值，所述參數(shù)值也是從機器常量中計算的且在數(shù)值控制器中使用。此外，在存儲裝置的ROM中存儲了用于從機器常量中獲得數(shù)值控制器內(nèi)所采用的各參數(shù)值的處理程序。
根據(jù)存儲在數(shù)值控制器10內(nèi)的順序程序，PC(可編程控制器)13發(fā)送信號并由此控制要控制的機器工具的輔助裝置(諸如工具變化機器人手之類的傳動機構(gòu))。PC13還從控制面板上的各開關(guān)之類接收信號、對它們執(zhí)行必要的信號處理并將它們饋送給CPU11，所述控制面板附著于要由數(shù)值控制器來控制的機器工具的主體上。
接口14允許數(shù)值控制器10與外部裝置之間的連接。
采用CRT、液晶之類的顯示裝置15以及包括鍵盤、定點裝置(pointingdevice)等的輸入裝置16均連接到總線25，以便存儲由操作員利用顯示裝置15和輸入裝置16而輸入的各種數(shù)據(jù)。
每個與軸相關(guān)的軸控制電路17x、17y、17z從CPU11接收每個軸的移動指令量，并且向伺服放大器18x、18y、18z提供用于每個軸的指令。接收到該指令，則伺服放大器18x、18y、18z驅(qū)動伺服馬達19x、19y、19z，以驅(qū)動機器的相應(yīng)軸上的可移動元件21x、21y、21z。伺服馬達19x、19y、19z具有相應(yīng)的位置-速度檢測器20x、20y、20z，并且通過將位置-速度反饋信號從位置-速度檢測器20x到20z饋送回軸控制電路17x到17z而執(zhí)行位置-速度反饋控制。雖然本實施例涉及其中位置-速度檢測器20x到20z附著于伺服馬達19x到19z的例子，但是位置-速度檢測器也可以附著于由伺服馬達所驅(qū)動的那些組件。此外，雖然這個實施例中所采用的位置-速度檢測器是用于檢測旋轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)中的位置和速度的旋轉(zhuǎn)檢測器，但是也存在這樣的情況，其中采用用于檢測在線性移動中的位置和速度的線性檢測器。
主軸(spindle)控制電路21接收主軸旋轉(zhuǎn)指令并向主軸放大器22發(fā)送主軸速度信號。接收到主軸速度信號，主軸放大器啟動主軸馬達23以用由指令所指定的旋轉(zhuǎn)速度進行旋轉(zhuǎn)。位置編碼器24通過將反饋脈沖與主軸馬達23的旋轉(zhuǎn)同步地饋送回主軸控制電路21而執(zhí)行速度控制。
上述數(shù)值控制器10的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)數(shù)值控制器的結(jié)構(gòu)相同。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)值控制器的區(qū)別特征在于，該數(shù)值控制器可以在設(shè)置的機器常量的基礎(chǔ)上獲得并設(shè)置數(shù)值控制器10內(nèi)的數(shù)學運算中所采用的參數(shù)值，而這種參數(shù)值傳統(tǒng)上是手動地設(shè)置的，并且特別是在于該數(shù)值控制器本身具有設(shè)置與伺服控制相關(guān)的參數(shù)值的功能。
圖2是顯示用于以本發(fā)明中的第一模式來設(shè)置與伺服馬達控制有關(guān)的參數(shù)值的算法的流程圖。首先，利用顯示裝置15和輸入裝置16將機器常量設(shè)置并存儲在數(shù)值控制器10的存儲裝置12中(步驟a1)。在機器常量的設(shè)置完成之后，CPU 11在存儲裝置12中所設(shè)置的機器常量的基礎(chǔ)上計算要在數(shù)值控制器中使用的、與伺服馬達的控制相關(guān)的參數(shù)值(步驟a2)。
將這樣獲得的參數(shù)值設(shè)置并存儲在存儲裝置12中(步驟a3)，并且輸出到輸出裝置(顯示裝置15)并顯示以供操作員檢驗它們(步驟a4)，由此參數(shù)設(shè)置完成。
作為與伺服馬達的控制相關(guān)的參數(shù)，例如用于將來自檢測器的反饋脈沖的計量單位轉(zhuǎn)換成數(shù)值控制器的位置檢測中的計量單位的轉(zhuǎn)換系數(shù)，所述檢測器用于檢測位置和速度以控制伺服馬達。由于來自數(shù)值控制器的指令與伺服馬達所驅(qū)動的控制軸上的可移動元件的位置之間的一致性是由這個轉(zhuǎn)換系數(shù)來確定的，所以這是一個重要的參數(shù)。
在本實施例中，下面的設(shè)置的機器常量用于轉(zhuǎn)換系數(shù)·馬達與驅(qū)動機構(gòu)(滾珠螺旋)之間的齒輪傳動比G[無量綱]·滾珠螺旋的齒距L[長度單位]·要用在數(shù)值控制器的位置反饋中的位置檢測的最小辨析率(檢測單位)I[長度單位]·檢測器的辨析率D[無量綱]通過將齒輪傳動比G與滾珠螺旋的齒距L相乘，得到了馬達的每單位移動量(每次旋轉(zhuǎn))的控制軸的移動量(G×L)。
此外，位置反饋的最小辨析率I表示相對于一個反饋脈沖的、要用在數(shù)值控制器中的位置檢測單位。檢測器的辨析率D表示該檢測器可檢測的可移動對象的每單位移動量的脈沖數(shù)。當檢測器是旋轉(zhuǎn)檢測器時，它表示每次旋轉(zhuǎn)由檢測器所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，而當檢測器是線性檢測器時，它表示每單位移動量的脈沖數(shù)。因而，通過將馬達的每單位移動量(每次旋轉(zhuǎn))的控制軸的移動量(G×L)除以(I×D)，可以得到以檢測單位[(G/L)/(I×D)]的數(shù)量來表示的每個反饋脈沖的控制軸的移動量。
因而，通過將來自位置-速度檢測器20x到20z的反饋脈沖數(shù)乘以檢測單位I以及轉(zhuǎn)換系數(shù)[(G×L)/(I×D)]，將反饋脈沖轉(zhuǎn)換成用數(shù)值控制器中所采用的檢測單位表示的控制軸的移動量。
將這個轉(zhuǎn)換系數(shù)存儲在存儲裝置12中，其中由于允許存儲在存儲裝置中的值的位數(shù)是有限的，所以將轉(zhuǎn)換系數(shù)[(G×L)/(I×D)]消減到它的最少項并且將得到的分子和分母分別存儲為轉(zhuǎn)換系數(shù)的分子和分母(步驟a3)，并且也在輸出裝置(顯示裝置15)上顯示以便操作員能夠檢查該轉(zhuǎn)換系數(shù)(步驟a4)。
在通過采用上面的轉(zhuǎn)換系數(shù)，將用于控制伺服馬達的反饋脈沖的計量單位轉(zhuǎn)換成數(shù)值控制器的位置檢測中所采用的計量單位之后，必須自動地從機器常量中計算馬達每次旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)量，并且在用于計數(shù)馬達每次旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)量的脈沖計數(shù)器中將所獲得的數(shù)量設(shè)置為參數(shù)值(計數(shù)中的最大值，對應(yīng)于馬達的每次旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)量)，其中在用于計數(shù)馬達每次旋轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)量的脈沖計數(shù)器中要設(shè)置的這個值也由數(shù)值控制器在設(shè)置的機器常量的基礎(chǔ)上來自動地計算(步驟a2)。
利用以下來設(shè)置機器常量·滾珠螺旋的齒距L，以及·數(shù)值控制器內(nèi)所采用的位置反饋中的最小辨析率(檢測單位)I，執(zhí)行運算(L/I)，并將通過消減而得到的分子和分母存儲在存儲裝置12中作為脈沖計數(shù)器中所使用的參數(shù)(步驟a3)并且也饋送到輸出裝置(顯示裝置15)，所述脈沖計數(shù)器用于計數(shù)每個滾珠螺旋齒距的脈沖數(shù)量。
通過(L/I)而計算的參數(shù)是用檢測單位表示的、每個滾珠螺旋齒距由計數(shù)器所計數(shù)的控制脈沖數(shù)的最大值。這個值用于在其中數(shù)值控制器將機器置于正確的位置的參考點返回控制中確定機器的正確位置。
除以上之外，還從機器常量中計算與伺服馬達控制有關(guān)的其他參數(shù)(步驟a2)，存儲在存儲裝置12中(步驟a3)，并且還饋送給輸出裝置(顯示裝置15)以便操作員可以檢驗所計算的參數(shù)值(步驟a4)。
圖3是顯示用于本發(fā)明的第二模式中的操作的算法的流程圖。
在第二模式中，考慮到與伺服馬達控制有關(guān)的許多參數(shù)都是在上述轉(zhuǎn)換系數(shù)的基礎(chǔ)上確定的，如果轉(zhuǎn)換系數(shù)超出了允許存儲在存儲器裝置中的位數(shù)的限制時，改變檢測單位I并且重新計算轉(zhuǎn)換系數(shù)以便轉(zhuǎn)換系數(shù)不會超出這個限制，并且在最終確定的轉(zhuǎn)換系數(shù)及設(shè)置的機器常量的基礎(chǔ)上確定其它參數(shù)值。
首先，將機器常量設(shè)置并存儲在數(shù)值控制器的存儲裝置12中(步驟b1)。接下來，利用設(shè)置的機器常量之中的馬達與驅(qū)動機構(gòu)(滾珠螺旋)之間的齒輪傳動比G、滾珠螺旋的齒距L、檢測單位I以及檢測器的辨析率D來執(zhí)行包含消減在內(nèi)的上述轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算(步驟b2)。確定所獲得的轉(zhuǎn)換系數(shù)是否具有允許范圍內(nèi)的值來存儲在存儲裝置12的參數(shù)設(shè)置部分中(步驟b2)，以及如果它具有允許范圍內(nèi)的值，則采取步驟b8。
如果所獲得的值不在允許范圍內(nèi)，則獲得給出了允許范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換系數(shù)的檢測單位I(步驟b4)。將所獲得的檢測單位I輸出到輸出裝置(顯示裝置15)并顯示，詢問是否要執(zhí)行檢測單位的設(shè)置(步驟b5、b6)。操作員根據(jù)需要改變所顯示的檢測單位I(步驟b7)并設(shè)置確定的檢測單位I(步驟b6)。如果輸入設(shè)置OK指令，則再次采取步驟b2，即在該設(shè)置的檢測單位I及其它設(shè)置的機器常量的基礎(chǔ)上獲得轉(zhuǎn)換系數(shù)，并接著采取步驟b3。用這種方式，當獲得了不超出限制的轉(zhuǎn)換系數(shù)時，在這個轉(zhuǎn)換系數(shù)及其它設(shè)置的機器常量的基礎(chǔ)上計算與數(shù)值控制器中所采用的伺服馬達控制有關(guān)的參數(shù)值(步驟b8)，將這樣獲得的轉(zhuǎn)換系數(shù)與其它參數(shù)值存儲在存儲裝置12中(步驟b9)。也將所計算的參數(shù)值饋送到輸出裝置(顯示裝置15)并顯示以便操作員檢驗它們。
雖然在本實施例中的輸出裝置是顯示裝置，但是也可采用諸如打印機之類的其它輸出裝置。
權(quán)利要求
1.一種利用參數(shù)來控制伺服馬達的數(shù)值控制器，所述伺服馬達用于驅(qū)動機器的可移動元件，該數(shù)值控制器包括設(shè)置/存儲裝置，用于設(shè)置并存儲屬于機器組件的機器常量；計算裝置，用于根據(jù)所存儲的機器常量來計算在伺服馬達的控制中所采用的參數(shù)值；以及存儲裝置，用于存儲由所述計算裝置所計算的參數(shù)值。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，進一步包括輸出裝置，用于輸出由所述計算裝置所計算的參數(shù)值。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中參數(shù)包括轉(zhuǎn)換系數(shù)，用于將來自位置檢測器的反饋脈沖的數(shù)量轉(zhuǎn)換成可移動元件的移動量，所述可移動元件的移動量用由數(shù)值控制器所采用的位置檢測單位來表示。
4.如權(quán)利要求3所述的數(shù)值控制器，其中如果轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算值偏離允許的范圍，則所述計算裝置獲得新的位置檢測單位值，從而使得轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算值在允許的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的數(shù)值控制器，其中所述計算裝置利用新的位置檢測單位值來重新計算參數(shù)值。
6.如權(quán)利要求5所述的數(shù)值控制器，其中所述存儲裝置存儲重新計算的參數(shù)。
全文摘要
一種數(shù)值控制器，可容易地設(shè)置與它自身內(nèi)所采用的伺服控制有關(guān)的參數(shù)值。在數(shù)值控制器中設(shè)置機器常量。數(shù)值控制器從設(shè)置的機器常量中計算與數(shù)值控制器中所采用的伺服控制有關(guān)的參數(shù)值，并且將它們存儲并設(shè)置在數(shù)值控制器的存儲裝置中。還將所計算的參數(shù)值饋送到諸如顯示設(shè)備之類的輸出設(shè)備上以便操作員檢驗它們。當確定了要由數(shù)值控制器控制的機器時，可以從機器的規(guī)格等中容易地獲得機器常量并設(shè)置在數(shù)值控制器中。由于數(shù)值控制器本身計算并設(shè)置與伺服控制有關(guān)的參數(shù)值，所以可以容易地執(zhí)行該設(shè)置，而無需該機器的內(nèi)部元件、結(jié)構(gòu)以及操作原理，由數(shù)值控制單元所執(zhí)行的處理等全部知識。
文檔編號G05B19/409GK1916799SQ20061011574
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月15日
發(fā)明者遠藤勝博, 弦間榮治 申請人:發(fā)那科株式會社