CN108334041A - 控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能进行高精度的旋转轴中心位置的测量的控制装置。控制装置具备：获取在将成为旋转轴中心位置的测量对象的旋转轴定位于三处以上的状态下控制直线三轴来测量的设置在工作台上的基准球的直线轴三轴的坐标值的基准球位置获取部；获取在获取基准球的位置时针对旋转轴的指令角度的旋转轴指令角度获取部；基于基准球的直线轴三轴的坐标值和针对旋转轴的指令角度来对在以指令角度为限制条件的基准球的直线轴三轴的坐标值的附近通过的近似圆进行计算的近似圆计算部；以及将近似圆计算部所计算出的近似圆的中心位置作为上述旋转轴的中心位置的坐标进行存储的旋转轴位置存储部。

Description

控制装置
技术领域
本发明涉及控制装置，尤其涉及能够进行高精度的旋转轴中心位置的测量的控制装置。
背景技术
作为求解五轴加工机的旋转轴的旋转中心的旋转轴位置测量方法，公知以旋转轴的多个分度角对固定在工作台上的基准球的中心位置进行测量的方法(例如日本专利第3917114号公报)。在简便的方法中，公知在0度和90度或180度等两处进行测量并根据形成为两点的坐标值的角进行计算的方法、在三处分度位置对基准球进行测量并根据其坐标值进行计算的方法。并且，还公知将旋转轴分度至四处以上并进行基准球测量、并且使用最小平方法等的评价函数来求解误差变得最小的近似圆的中心的方法。
以下，以在三处分度位置对基准球进行测量的方法为例进行说明。
图7是说明对旋转轴位于工作台的加工机的旋转中心进行求解的方法的图。在旋转轴位于工作台的加工机中，将设置在工作台上的基准球分度至三处，并使用装配于主轴的触摸探测器等传感器对该基准球的位置进行测量。当对基准球的位置进行测量时，相对于基准球使传感器从多个方向(三至四个方向)接近来对基准球的坐标进行测量，并通过求解所测量出的多个坐标的平均值来求解基准球的位置(中心坐标)。而且，基于分度至三处的基准球的各个位置(XP1，YP1，ZP1)、(XP2，YP2，ZP2)、(XP3，YP3，ZP3)来计算工作台旋转轴的中心位置(Xc，Yc，Zc)。
图8是说明对旋转轴位于主轴侧的加工机的旋转中心进行求解的方法的图。在旋转轴位于主轴侧的加工机中，将装配有触摸探测器等传感器的主轴侧的旋转轴定位于三个角度，并在将定位于各个角度的旋转轴固定了的状态下驱动直线轴来对设置在工作台上的基准球的位置进行测量。当对基准球的位置进行测量时，相对于基准球使传感器从多个方向(三至四个方向)接近来对基准球的坐标进行测量，并通过求解所测量出的多个坐标的平均值来求解基准球的位置(中心坐标)。而且，基于在将主轴侧的旋转轴定位于三个角度的状态下所测量出的基准球的各个位置(XP1，YP1，ZP1)、(XP2，YP2，ZP2)、(XP3，YP3，ZP3)来计算主轴侧的旋转轴的中心位置(Xc，Yc，Zc)。
通过使触摸探测器等传感器向接近基准球的方向移动，并获取传感器检测到基准球(触摸探测器触摸基准球而输出了信号)时的坐标来测量与各个旋转轴的分度位置对应的基准球的中心坐标，但在从传感器检测基准球后直至获取坐标值为止的期间，产生基于各种重要因素的延迟(信号检测的延迟、坐标值获取的延迟等)，因这样的原因而如图9、图10所示，各个旋转轴的每一个分度的基准球的中心坐标值包含误差，从而存在有时无法正确地求解旋转中心的课题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供能够进行高精度的旋转轴中心位置的测量的控制装置。
在本发明中，在对旋转轴的中心位置进行测量时，除了由传感器测量得到的基准球的(X，Y，Z)方向的坐标值之外，还追加将基准球的测量时从控制装置对相对于加工机的旋转轴指令的指令角度作为从旋转中心起的方位角的限制条件，利用评价函数进行评价并求解近似圆，减少测量误差的影响，从而解决上述课题。
而且，本发明的控制装置对加工机进行控制，该加工机利用包括直线轴三轴和至少一轴的旋转轴在内的轴使工具相对于设置于工作台的工件相对移动，上述控制装置的特征在于，具备：基准球位置获取部，其获取在将上述旋转轴中的成为测量对象的旋转轴定位于三处以上的状态下控制直线三轴来测量的设置在上述工作台上的基准球的直线轴三轴的坐标值；旋转轴指令角度获取部，其获取进行了上述测量时的各个定位位置的上述旋转轴的指令角度；近似圆计算部，其基于上述基准球位置获取部所获取到的基准球的直线轴三轴的坐标值和上述旋转轴指令角度获取部所获取到的针对上述旋转轴的指令角度，计算在以上述指令角度为限制条件的上述基准球的直线轴三轴的坐标值的附近通过的近似圆；以及旋转轴位置存储部，其将上述近似圆计算部所计算出的近似圆的中心位置作为上述旋转轴的中心位置的坐标进行存储。
根据本发明，由于更高精度地求出旋转轴的旋转中心位置，所以能够期待该旋转轴的使用时的加工精度的提高。
通过以下的参照附图的实施例的说明，本发明的上述以及其它目的以及特征会变得清楚。上述附图如下。
附图说明
图1是说明现有技术与本发明的对旋转轴位于工作台的加工机的旋转中心进行求解的方法的不同的图。
图2是说明现有技术与本发明的对旋转轴位于主轴侧的加工机的旋转中心进行求解的方法的不同的图。
图3是说明本发明的对旋转轴位于工作台的加工机的旋转中心进行求解的方法的图。
图4是说明本发明的对旋转轴位于主轴侧的加工机的旋转中心进行求解的方法的图。
图5是本发明的一个实施方式的控制装置的简要的硬件结构图。
图6是本发明的一个实施方式的控制装置的简要的功能框图。
图7是说明现有技术的对旋转轴位于工作台的加工机的旋转中心进行求解的方法的图。
图8是说明现有技术的对旋转轴位于主轴侧的加工机的旋转中心进行求解的方法的图。
图9是说明现有技术的对旋转轴位于工作台的加工机的旋转中心进行求解的方法的问题点的图。
图10是说明现有技术的对旋转轴位于主轴侧的加工机的旋转中心进行求解的方法的问题点的图。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。首先，使用图1至图4对安装于本发明的控制装置的旋转轴中心位置测量功能的概要进行说明。
对于本发明的控制装置而言，当基于传感器所测量出的基准球的(X，Y，Z)方向的坐标值来对旋转轴中心进行计算时，在旋转轴位于工作台的加工机中，使用将设置在工作台上的基准球分度至三处时的指令中的旋转轴指令角，并且在旋转轴处于主轴侧的加工机中，使用将装配有传感器的主轴侧的旋转轴定位于三个角度时的指令中的旋转轴指令角，并如图1、图2所示地求解进行了以该旋转轴指令角作为限制条件的方位角修正后的近似圆，从而得到更接近真正的旋转中心的解。
图3是说明对旋转轴处于工作台的加工机的旋转轴中心进行计算的方法的图。以加工机的靠工作台侧的旋转轴(以下称作C轴)的旋转轴中心位置作为测量对象，当在工作台上的规定位置设置有基准球P时，操作人员操作控制装置地(或者通过测量程序而自动地)将工作台的旋转轴C轴分度至任意的角度，并在各个分度位置处，由装配于主轴的传感器对基准球的位置进行测量。例如，将C轴分度至三处(分度角θP1、θP2、θP3)，并对各个分度位置处的基准球中心坐标进行测量。操作人员在相互不同的C轴的分度角处相对于基准球从多个方向(三至四个方向)反复进行测量，从而控制装置得到针对基准球中心P1、P2、P3的坐标值(XP1，YP1，ZP1)、(XP2，YP2，ZP2)、(XP3，YP3，ZP3)，并存储作为基准球中心的坐标值与分度角的组合的(XP1，YP1，ZP1，θP1)、(XP2，YP2，ZP2，θP2)、(XP3，YP3，ZP3，θP3)。
本发明的控制装置基于该三点的基准球中心的坐标值与分度角的组合，将中心设为Pc’，并求解在P1、P2、P3的附近的点P1’、P2’、P3’通过的近似圆。对于本发明的控制装置而言，如图3所示，直线Pc’P1’与直线Pc’P2’所成的角度是θP2-θP1，而且直线Pc’P2’与直线Pc’P3’所成的角度是θP3-θP2，另外求解评价函数(例如，平方平均|P1P1’|2+|P2P2’|2+|P3P3’|2)变得最小的近似圆，并且能够将该近似圆中心Pc’作为要求解的旋转轴的中心位置。
图4是说明对旋转轴位于主轴侧的加工机的旋转轴中心进行计算的方法的图。将以与加工机的主轴侧的工作台大致垂直的方向为中心轴的旋转轴(以下称作B轴)的旋转轴中心位置作为测量对象，当在工作台上的规定位置设置有基准球P时，操作人员操作控制装置地(或者通过测量程序而自动地)将主轴侧的旋转轴B轴分度至任意的角度，并在各个分度角处由装配于主轴的传感器对基准球的位置进行测量。例如，将B轴分度至三处(分度角θP1、θP2、θP3)，并对各个分度位置的基准球中心坐标进行测量。操作人员在相互不同的B轴的分度角处相对于基准球从多个方向(三至四个方向)反复进行测量，从而控制装置得到针对基准球中心P1、P2、P3的坐标值(XP1，YP1，ZP1)、(XP2，YP2，ZP2)、(XP3，YP3，ZP3)，并存储作为基准球中心的坐标值与分度角的组合的(XP1，YP1，ZP1，θP1)、(XP2，YP2，ZP2，θP2)、(XP3，YP3，ZP3，θP3)。
本发明的控制装置将基准球的位置PS的机械坐标系的坐标设为(XPS，YPS，ZPS)，在将点P1’置于PS-P1、将点P2’置于PS-P2、并将点P3’置于PS-P3时，基于该三点(P1’，P2’，P3’)的坐标值与分度角的组合，将中心设为Pc”，并求解在P1’、P2’、P3’的附近的点P1”、P2”、P3”通过的近似圆。对于本发明的控制装置而言，如图4所示，直线Pc”P1”与直线Pc”P2”所成的角度是θP2-θP1，而且直线Pc”P2”与直线Pc”P3”所成的角度是θP3-θP2，另外求解评价函数(例如，平方平均|P1’P1”|2+|P2’P2”|2+|P3’P3”|2)变得最小的近似圆，并且能够将该近似圆中心Pc”作为要求解的旋转轴的中心位置。
以下，对作为本发明的控制装置的一个实施方式的数值控制装置而装配的情况的结构进行说明。
图5是示出本发明的一个实施方式的数值控制装置和被该数值控制装置驱动控制的加工机的主要部分的硬件结构图。数值控制装置1所具备的CPU11是对数值控制装置1进行整体控制的处理器。CPU11经由总线20而读取储存于ROM12的系统、程序，并根据该系统、程序对数值控制装置1整体进行控制。在RAM13，储存暂时的计算数据、显示数据以及操作人员经由后述的显示器/MDI单元70而输入的各种数据等。
非易失性存储器14例如由未图示的电池备份等，从而构成为即使数值控制装置1的电源断开也保持存储状态的存储器。在非易失性存储器14存储有经由接口15而读取的加工程序、经由后述的显示器/MDI单元70而输入的加工程序。在非易失性存储器14，还存储用于使加工程序运转的加工程序运转处理用程序等，但这些程序在执行时在RAM13展开。并且，在ROM12，预先写入有用于执行加工程序的作成以及编辑所需要的编辑模式的处理等的各种系统、程序(包括旋转轴中心位置测量用的系统、程序)。
接口15是用于连接数值控制装置1与适配器等外部设备72的接口。从外部设备72侧读取加工程序、各种参数等。并且，在数值控制装置1内编辑出的加工程序能够经由外部设备72而存储于外部存储机构。PMC(可编程机床控制器)16根据内置于数值控制装置1的序列程序而经由I/O单元17向加工机的周边装置(例如，更换工具用的机械手等促动器)输出信号并进行控制。并且，接受加工机的主体所配备的操作盘的各种开关等的信号，进行需要的信号处理，之后向CPU11传输。
显示器/MDI单元70是具备显示器、键盘等的手动数据输入装置，接口18接受来自显示器/MDI单元70的键盘的指令、数据并向CPU11传输。接口19与具备在手动地驱动各轴时所使用的手动脉冲产生器等的操作盘71连接。
用于控制加工机所具备的轴的轴控制电路30接受来自CPU11的轴的移动指令，并向伺服放大器40输出轴的指令。伺服放大器40接受该指令，对使加工机所具备的轴移动的伺服马达50进行驱动。轴的伺服马达50内置有位置、速度检测器，向轴控制电路30反馈来自该位置、速度检测器的位置、速度反馈信号，进行位置、速度的反馈控制。此外，在图5的硬件结构图中，仅各一个地示出轴控制电路30、伺服放大器40、伺服马达50，但实际上与加工机所具备的轴的个数相应地准备。
例如，在本实施方式的控制加工机的数值控制装置的情况下，与直线三轴和至少一个轴以上的旋转轴相应地准备轴控制电路30、伺服放大器40、伺服马达50。
主轴控制电路60接受针对加工机的主轴旋转指令，并向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接受该主轴速度信号，使加工机的主轴马达62以被指令的旋转速度旋转，从而驱动工具。
在主轴马达62结合有位置编码器63，位置编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，并通过CPU11读取该反馈脉冲。
图6是用于实现上述所说明的旋转轴中心位置测量功能的系统、程序安装于图5所示的数值控制装置1的情况下的、本发明的一个实施方式的数值控制装置的简要的功能框图。图6所示的各功能模块通过图5所示的数值控制装置1所具备的CPU11执行加工程序检索功能的系统、程序并对数值控制装置1的各部的动作进行控制来实现。本实施方式的数值控制装置1具备基准球位置获取部100、旋转轴指令角度获取部110、近似圆计算部120、以及旋转轴位置存储部130。
基准球位置获取部100是对通过操作人员的手动操作、或者测量用程序的自动控制而测量出的设置在工作台上的基准球的坐标位置进行获取的功能机构。基准球位置获取部100可以作为用于经由显示器/MDI单元而输入例如通过操作人员的手动操作而测量出的基准球的坐标位置的接口来构成，并且也可以构成为利用信号等来自动地获取通过测量用程序的自动控制而测量出的基准球的坐标位置。基准球位置获取部100例如在对旋转轴位于工作台的加工机进行控制的情况下，也可以获取被分度至三处的基准球的位置坐标，并且在对旋转轴位于主轴侧的加工机进行控制的情况下，也可以获取在将主轴的旋转轴分度至三个角度的状态下测量出的基准球的位置坐标。基准球位置获取部100向近似圆计算部120输出获取到的基准球的位置坐标。
旋转轴指令角度获取部110是获取对由基准球位置获取部100获取到基准球位置时的旋转轴指令的指令角度的功能机构。旋转轴指令角度获取部110例如在对旋转轴位于工作台的加工机进行控制的情况下，也可以在获取基准球的位置坐标时获取被分度至三处后的C轴的各个指令角度，并且在对旋转轴位于主轴侧的加工机进行控制的情况下，也可以在获取基准球的位置坐标时获取将主轴的旋转轴分度至三个角度后的B轴的各个指令角度。旋转轴指令角度获取部110向近似圆计算部120输出获取到的基准球的位置坐标获取时的指令角度。
近似圆计算部120是基于从基准球位置获取部100接受到的基准球的坐标位置、和从旋转轴指令角度获取部110接受到的基准球坐标位置获取时的旋转轴的指令角度，执行使用图3、图4而说明的近似圆的计算处理来求解近似圆的功能机构。
而且，旋转轴位置存储部130将近似圆计算部120所求出的近似圆的中心位置作为旋转轴的中心位置并在设于数值控制装置1的RAM13、非易失性存储器14等的存储区域存储。
以上，至此对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不仅限定于上述的实施方式的例子，能够通过施加适当的变更来以各种方式实施。
例如，在上述的实施方式中，以将基准球分度至三处并进行测量的情况(将主轴的旋转轴分度至三个角度并进行测量的情况)为例进行了说明，但本发明的旋转轴中心测量方法也能够适用于将基准球分度至三处以上(将主轴的旋转轴分度至三个以上的角度并进行测量的情况)并求解旋转轴的旋转中心的任一情况。例如在将基准球分度至四处以上并对工作台的旋转轴中心进行测量的情况下也相同，将分度的指令角度作为限制条件，对评价函数(例如，测量点与修正后的距离的自乘平均)变得最小的圆弧中心、半径进行计算，从而能够求解测量误差的影响更小且接近实际的机械的旋转轴中心位置。
并且，在上述示出对B轴、C轴的旋转轴的中心位置进行测量的例子，但为了求解以与加工机的主轴侧的工作台大致水平的方向为中心轴的旋转轴(以下称作A轴)的旋转中心，也能够使用本发明的旋转轴中心测量方法。在具有旋转轴的加工机的安装上，有A轴也位于工作台侧的情况和也位于主轴侧的情况，但在任一情况下，都能够利用上述的方法，与B轴、C轴相同地测量旋转轴中心位置。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式的例子，通过施加适当的变更，能够以其它方式来实施。

Claims (1)

1.一种控制装置，其对加工机进行控制，该加工机利用包括直线轴三轴和至少一轴的旋转轴在内的轴使工具相对于设置于工作台的工件相对移动，上述控制装置的特征在于，具备：
基准球位置获取部，其获取在将上述旋转轴中的成为测量对象的旋转轴定位于三处以上的状态下控制直线三轴来测量的设置在上述工作台上的基准球的直线轴三轴的坐标值；
旋转轴指令角度获取部，其获取进行了上述测量时的各个定位位置的上述旋转轴的指令角度；
近似圆计算部，其基于上述基准球位置获取部所获取到的基准球的直线轴三轴的坐标值和上述旋转轴指令角度获取部所获取到的针对上述旋转轴的指令角度，计算在以上述指令角度为限制条件的上述基准球的直线轴三轴的坐标值的附近通过的近似圆；以及
旋转轴位置存储部，其将上述近似圆计算部所计算出的近似圆的中心位置作为上述旋转轴的中心位置的坐标进行存储。
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