DE4102688A1 - Numerisch gesteuertes vorschubgeraet und verfahren zum ausfuehren einer vorschubtaetigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein numerisch gesteuertes Vorschubgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und auf ein Verfahren zum Ausführen einer Vorschubtätigkeit in einem numerisch gesteuerten Vorschubgerät.

Ein numerisch gesteuertes Vorschubgerät wird benutzt zum Vor- und Verschieben verschiedener Teile, wie ein spanab­ hebendes Maschinenteil, ein Schneidwerkzeug, ein Plotter oder ähnliches in einer oder mehreren Richtungen. Ein der­ artiges numerisch gesteuertes Vorschubgerät enthält zum Bei­ spiel einen Vorschubtisch zum Tragen des Maschinenteiles oder ähnlichem darauf, eine Führungsoberfläche zum Führen des Vorschubtisches darentlang, ein Kugelgewinde zum Bewegen des Vorschubtisches auf der Führungsoberfläche und andere Teile. Diese Art von Vorschubgerät ist im allgemeinen mit einem Positionier- oder Vorschubfehler versehen, der häufig bei der Kombination eines Vorschubfehlers des Kugel­ gewindes, eines Unebenheitsfehlers der Führungsoberfläche, eines Abbe-Fehlers usw. auftritt.

Zum Korrigieren des oben beschriebenen Positionierungs- oder Vorschubfehlers ist eine Korrektureinrichtung vorgeschlagen, in der der Unterschied in einer Förderrichtung zwischen einer angezeigten Position einer numerischen Positionsanzeigeein­ richtung und einer realen Position des Maschinenteiles oder ähnlichem zuvor als ein Fehlerkorrekturwert in einem Speicher gespeichert ist und dann der Fehlerkorrekturwert zu einem Befehlswert addiert wird, der die angezeigte Position dar­ stellt, so daß die Bewegung des Maschinenteils gesteuert wird. Eine derartige Korrektureinrichtung ist in der japani­ schen geprüften veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 59-11125 und dem US-Patent 35 55 254 beschrieben.

Fig. 6 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern des oben beschriebenen Fehlerkorrekturwertes, insbesondere für den Fall, bei dem ein einachsiges oder eindimensionales lineares Vorschubgerät benutzt wird. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist ein Vorschubtisch 102 zum Anbringen eines Maschinenteiles oder ähnlichem darauf auf solche Weise vorgesehen, daß er bewegbar auf einer Führungsfläche 101 ist und entlang der Führungsfläche 101 durch ein Kugelgewinde mit einer Zentral­ achse 104 gemäß dem Befehlswert von der numerischen Positions­ anzeigeeinrichtung vorgeschoben wird. In diesem Fall wird eine Positions- oder Vorschubsteuerung an jeder Position P1, P2 und P3 auf der Zentralachse 104 des Kugelgewindes ausgeführt, dessen Richtung der Vorschubrichtung entspricht. In anderen Worten, das Positionieren wird an jeder Anhalte­ position Q1, Q2 und Q3 des Maschinenteiles oder ähnlichen (nicht gezeigt) auf einer Positionsschätzoberfläche (im all­ gemeinen eine Oberfläche eines zu bearbeitenden Objektes 106) ausgeführt.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, stimmen die Anhaltepositionen Q1, Q2 und Q3, an denen das Maschinenteil wirklich auf der Schätzoberfläche angehalten wird, nicht mit den angezeigten Positionen R1, R2 und R3 überein, an denen das Maschinenteil anhalten soll, da der Vorschubfehler, der Abbe-Fehler usw. auftreten. In diesem Fall entspricht ein Unterschied in der Vorschubrichtung zwischen den Anhaltepositionen Q1, Q2 und Q3 und jeder der entsprechenden angezeigten Positionen R1, R2 und R3 je einem Positionierungs- oder Vorschubfehler e1, e2 und e3 in die Vorschubrichtung.

Die Positionierungsfehler e1, e2 und e3 treten auf kombi­ nierte Weise aus den Vorschubfehlern p1, p2 und p3 des Kugel­ gewindes und den Abbe-Fehlern a1, a2 und a3 auf. Der Vor­ schubfehler wird durch Unterschiede in dem Hub des Gewindes bzw. der Gewindesteigung verursacht, und der Abbe-Fehler wird verursacht durch eine Abweichung einer Ebene A, die senkrecht zu der Führungsoberfläche 101 steht, von einer Ebene B, die senkrecht zu der Vorschubrichtung steht, auf­ grund der Unebenheiten der Führungsoberfläche. Er entsteht mit anderen Worten durch eine mäanderartige Bewegung des Vorschubtisches 102 auf der senkrechten Ebene B. Die Posi­ tionierungs- oder Vorschubfehler e1, e2 und e3 werden vorher gemessen und als Fehlerkorrekturwerte gespeichert.

Bei einem einachsigen (eine Welle) linearen Vorschubgerät wird eine Korrekturtätigkeit ausgeführt, indem jeder Fehler­ korrekturwert zu einem Befehlswert addiert wird, der jeweils die Anhalteposition Q1, Q2 und Q3 darstellt. Weiterhin wird bei einem biaxialen (zwei Wellen) linearen Vorschubgerät die Korrekturtätigkeit für jede Vorschubrichtung für jede Welle ausgeführt.

Andererseits tritt der Vorschubfehler bei einem einachsigen linearen Vorschubgerät auch in eine die Vorschubrichtung (X-Achse) schneidende (zum Beispiel senkrecht) Richtung (Y-Achse) aufgrund der mäanderhaften bzw. schlängelhaften (Unebenheit oder Nicht-Flachheit) der Führungsoberfläche 101 auf. Das heißt, die nicht-ebene Führungsoberfläche 101 in eine Führungsrichtung (Achse) verursacht nicht nur einen Vorschubfehler in die Richtung, sondern auch einen weiteren Vorschubfehler in eine Richtung, die diese Richtung schneidet (zum Beispiel senkrecht). Mit anderen Worten, eine Vorschub­ tätigkeit auf einer Vorschubachse verursacht mindestens zwei Vorschubfehler in der Vorschubachse und einer anderen, davon unterschiedlichen Vorschubachse (diese schneidend).

Bei dem herkömmlichen linearen Vorschubgerät mit zwei oder mehr Vorschubachsen (Wellen), die einander in einem Winkel schneiden, wird ein Vorschubfehler auf jeder Vorschubachse unabhängig korrigiert unter Benutzung eines korrigierten Vorschubbetrages in Bezug auf nur diese Vorschubachse, obwohl der Vorschubfehler auf einer Vorschubachse nicht nur durch eine Vorschubtätigkeit auf dieser Vorschubachse verursacht wird, sondern auch durch eine Vorschubtätigkeit auf einer anderen Vorschubachse. Das heißt, die Vorschubfehler auf allen Vorschubachsen sind nicht Einzelfehler, die unabhängig voneinander sind, sondern sie sind korrelierte Fehler, die miteinander korreliert sind.

Folglich schließt bei dem herkömmlichen numerisch gesteuerten Vorschubgerät mit mindestens zwei linearen Vorschubvorrich­ tungen, deren Vorschubrichtungen einander schneiden, ein Vorschubfehler der einen linearen Vorschubvorrichtung, der in eine Vorschubrichtung auftritt, mindestens eine Komponente eines Vorschubfehlers der anderen Vorschubvorrichtung ein (zum Beispiel eine Fehlerkomponente, die an der Y-Achse auf­ tritt, die durch die Vorschubtätigkeit der X-Achse verursacht ist), so daß ein Vorschubfehler in eine Vorschubrichtung einen komplizierten mechanischen Fehler darstellt. Dieser komplizierte mechanische Fehler kann jedoch bei dem herkömm­ lichen Vorschubgerät nicht vollständig korrigiert werden, da jede lineare Vorschubvorrichtung eine Korrekturtätigkeit für einen Vorschubfehler (Einzelfehler) davon unabhängig von den anderen Vorschubfehlern ausführt, die durch die ande­ ren linearen Vorschubvorrichtungen verursacht werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein numerisch gesteuertes Vorschubgerät vorzusehen, bei dem korrelierte Vorschubfehler in allen Vorschubrichtungen oder -achsen vollständig und genau korrigiert werden können, so daß eine Vorschubtätigkeit mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein numerisch ge­ steuertes Vorschubgerät gelöst mit: einer Speichereinrichtung zum vorherigen Speichern repräsentativer Korrekturvektoren für repräsentative Befehlswerte, die eine vorbestimmte Zahl von Bezugsvorschubpositionen in dem Vorschubraum bezeichnen, wobei jeder repräsentative Korrekturvektor Informationen über den Abweichungsbetrag und die Abweichungsrichtung zwi­ schen einer Bezugsvorschubposition, die durch jeden der re­ präsentativen Befehlswerte angezeigt ist, und einer realen Vorschubposition, die jedem der repräsentativen Befehlswerte entspricht, trägt; einer Korrektureinrichtung zum interpolie­ rend Berechnen eines Korrekturvektors für einen Befehlswert, der jede gewünschte Vorschubposition anzeigt, auf der Basis einer Korrekturvektorgruppe von repräsentativen Korrektur­ vektoren für repräsentative Befehlswerte, die eine Mehrzahl von Vorschubpositionen anzeigen, die in der Nachbarschaft der gewünschten Vorschubposition angeordnet sind, wobei die Korrekturvektorgruppe aus der Speichereinrichtung ausgelesen wird und der Befehlswert die gewünschte Vorschubposition anzeigt, wodurch ein korrigierter Vorschubbetrag erzielt wird und einer Steuereinrichtung zum Steuern einer Vorschub­ tätigkeit der linearen Vorschubvorrichtungen auf der Grund­ lage des korrigierten Vorschubbetrages.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Ausführen einer Vorschubtätigkeit eines numerisch gesteuerten Vorschubgerätes mit mindestens zwei linearen Vorschubvorrich­ tungen, während ein Vorschubfehler korrigiert wird, mit den Schritten: vorheriges Messen und Speichern repräsentativer Korrekturvektoren für repräsentative Befehlswerte, die eine vorbestimmte Zahl von Bezugsvorschubpositionen in einem Vor­ schubraum anzeigen, wobei jeder repräsentative Korrektur­ vektor Information trägt über den Abweichungsbetrag und die Abweichungsrichtung zwischen einer Bezugsvorschubposition, die durch jeden der repräsentativen Befehlswerte angezeigt ist und einer realen Vorschubposition, die jedem der reprä­ sentativen Befehlswerte entspricht, interpolierend Berechnen eines Korrekturwertes für einen Befehlswert, der jede ge­ wünschte Vorschubposition anzeigt, auf der Grundlage einer Korrekturvektorgruppe von repräsentativen Korrekturvektoren für repräsentative Befehlswerte, die eine Mehrzahl von Vorschub­ positionen in der Nachbarschaft der gewünschten Vorschub­ position anzeigen, wobei der Befehlswert die gewünschte Vorschubposition anzeigt und dadurch Erzielen eines korri­ gierten Vorschubbetrages und Steuern einer Vorschubtätigkeit der linearen Vorschubvorrichtungen auf der Grundlage des korrigierten Vorschubbetrages.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen beschrieben.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des numerisch gesteuerten Vorschubgerätes;

Fig. 2 ein erläuterndes Diagramm für das Verhältnis zwi­ schen einem Vorschubfehler und Korrekturvektoren dafür, wenn zwei lineare Vorschubvorrichtungen benutzt werden;

Fig. 3 eine teilweise vergrößerte Ansicht der in Fig. 2 gezeigten Vorschubflächen;

Fig. 4 ein Blockschaltbild für eine in dem numerisch gesteuerten Vorschubgerät benutzten Fehlerkorrek­ tureinrichtung;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm für die Fehlerkorrekturtätig­ keit; und

Fig. 6 ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern eines Vorschubfehlers und Korrektur des Fehlers in einem herkömmlichen Vorschubgerät.

Das in Fig. 1 gezeigte numerisch gesteuerte Vorschubgerät ist vom Plattformtyp mit einem kreuzweise vorschiebenden Gerät (Vorschub in X- und Y-Richtung). Das Gerät weist ein Maschinenbett 1 zum Anbringen verschiedener Teile, wie einen (abspanenden) Maschinenkopf, einen Plotter oder ähnliches zum Ausführen einer Vorschubtätigkeit, ein Paar von Y-Achsen- Führungsteilen 2, die sich in die Y-Richtung erstrecken und fest auf dem Maschinenbett 1 angebracht sind, und ein Kugel­ gewinde bzw. eine Kugelgewindestange (ball thread) 6, die drehbar auf dem Maschinenbett 1 angebracht ist, auf. Die Kugelgewindestange 6 wird durch einen Servomotor 8 für die Vorschubtätigkeit der Y-Achse gedreht (im folgenden als Y-Achsenmotor bezeichnet). Eine Plattform 4 ist auf den Y- Achsen-Führungsteilen 2 auf solche Weise angebracht, daß sie gleitend entlang der Y-Achsen-Führungsteile 2 bewegbar ist (d. h., in die Y-Richtung). Dieses wird durch eine Dreh­ bewegung der Kugelgewindestange 6 durch den Y-Achsenmotor 8 bewirkt. Das Y-Achsen-Führungsteil 2, die Plattform 4, die Kugelgewindestange 6 und der Y-Achsenmotor 8 stellen eine Y-Achsen-Vorschubvorrichtung 9 dar.

Ein Paar von sich in die X-Richtung senkrecht zu der Y-Rich­ tung erstreckenden X-Achsen-Führungsteilen ist fest auf der Plattform 4 angebracht. Ein Tisch 12 ist auf den X-Achsen- Führungsteilen 10 auf solche Weise angebracht, daß er glei­ tend entlang der X-Achsen-Führungsteile 10 bewegbar ist. Auf der Plattform 4 ist drehbar eine Kugelgewinde(stange) 14 angebracht, die durch einen Servomotor 16 zur Vorschub­ tätigkeit der X-Achse (im folgenden als X-Achsenmotor be­ zeichnet) zum dadurch Bewegen des Tisches 12 in die X-Rich­ tung gedreht wird. Das X-Achsen-Führungsteil 10, der Tisch 12, die Kugelgewindestange 14 und der X-Achsenmotor 16 stel­ len eine X-Achsen-Vorschubvorrichtung 17 dar. Der Y-Achsen­ motor 8 und der X-Achsenmotor 16 sind mit Rotationswinkel­ detektoren 18 und 20 zum Erfassen der entsprechenden Rota­ tionswinkel der Motoren 8 und 16 verbunden. Ein zu bearbei­ tendes Objekt 22 wird auf dem Maschinenbett 1 vorgesehen, und ein Kopf zur maschinellen Bearbeitung 24 ist fest auf dem Tisch 12 vorgesehen.

Eine elektronische Steuerschaltung 30 ist zum Steuern der Vorschubtätigkeit des Vorschubgerätes und zum Ausführen einer Korrekturtätigkeit vorgesehen. Die Steuerschaltung 30 weist eine CPU 32 zum Ausführen einer logischen Tätigkeit, einen ROM 34, der als Speichereinrichtung zum Speichern der Korrektur­ vektoren usw. dient, wie unten beschrieben wird, einen RAM 36 zum zeitweiligen Speichern von Information und einen Eingangs-/Ausgangs-(I/O-)Eingang 38 auf. Die CPU 32, der ROM 34, der RAM 36 und der I/O-Eingang 38 sind durch einen Bus 40 miteinander verbunden.

Der I/O-Eingang 38 ist mit dem Y-Achsenmotor 8, dem X-Achsen­ motor 16 und den Rotationswinkeldetektoren 18 und 20 und weiter mit einer Anzeigeeinrichtung 46 für eine numerische Position verbunden, die eine Tastatur 42 zum manuellen Ein­ geben von Information über einen Vorschubbetrag einer jeden Vorschubachse durch einen Benutzer usw. aufweist, und mit einem Vorschubprogrammleser 44 zum Auslesen einer numerischen Information über die Vorschubtätigkeit, die zuvor in einem Befehlsband oder ähnlichem gespeichert ist. Die Anzeigeein­ richtung 46 für eine numerische Position gibt einen Befehls­ wert aus, der eine gewünschte Vorschubposition darstellt, auf der Grundlage dieser Informationen.

In die CPU 32 wird durch den I/O-Eingang 38 der Befehlswert der Anzeigeeinrichtung 46 für eine numerische Position, die Erfassungssignale der Rotationswinkeldetektoren 18 und 20 usw. eingegeben, und sie steuert die Vorschubtätigkeit des Y-Achsenmotors 8, des X-Achsenmotors 16 usw. auf der Basis der obigen Informationen, eines Programmes usw., wodurch sie ihre Vorschubsteuertätigkeit ausführt.

Als nächstes wird im folgenden die Einstell- oder Bestim­ mungstätigkeit der in dem ROM 34 zu speichernden Korrektur­ vektoren beschrieben.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird die Vorschubtätigkeit im Konzept unter Benutzung eines zweidimensionalen Vorschubrau­ mes gezeigt, der eine Mehrzahl von Vorschubachsen oder -linien aufweist. In diesem Fall sei angenommen, daß eine X- und eine Y-Achse, die senkrecht zueinander angeordnet sind, als die Vorschubachsen genommen werden, und der Vorschub­ raum weist gitterförmige Vorschublinien auf. In Fig. 2 stellen gestrichelte Linien eine befehlsmäßige Vorschub­ richtung des Kopfes zur maschinellen Bearbeitung 24 dar, entlang der der Kopf 24 befehlsgemäß durch einen Benutzer oder zuvor in einem Speicher gespeicherte Daten vorzuschieben ist. Die durchgezogenen Linien stellen die tatsächliche Vor­ schubrichtung (Ort) des Kopfes 24 dar, entlang der der Kopf 24 tatsächlich ohne Korrektur bewegt wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind zwei Gruppen von gestrichel­ ten Linien (im folgenden als befehlsmäßige X- und Y-Linien­ gruppen bezeichnet) dem Vorschubraum zugeordnet. Die befehls­ mäßige Y-Liniengruppe weist eine Mehrzahl (m) von gestrichel­ ten Linien auf, die parallel zu der Y-Achse (Richtung) und in einem vorbestimmten Intervall (U) in der X-Achse (Rich­ tung) angeordnet sind. Die befehlsmäßige X-Liniengruppe weist eine Mehrzahl (n) von gestrichelten Linien auf, die parallel zu der X-Achse (Richtung) und in einem vorbestimmten Inter­ vall (V) in der Y-Achse (Richtung) angeordnet sind. Diese zwei Gruppen von gestrichelten Linien schneiden einander zum Bilden einer Mehrzahl von Gitterpunkten (im folgenden als "befehlsmäßige Gitterpunkte" bezeichnet) an den Schnitt­ punkten, die als repräsentative Vorschubpunkte zum Vorschie­ ben des Kopfes 24 für die maschinelle Bearbeitung zu irgend­ einem Vorschubpunkt (Position) benutzt werden. In der fol­ genden Beschreibung wird angenommen, daß der Kopf 24 in dem Vorschubraum vorgeschoben wird.

In dem Vorschubraum ist eine Mehrzahl von Vorschubflächen Ai,j vorgesehen, von denen jede von vier befehlsmäßigen Gitterpunkten NRi,j , NRi+1,j , NRi,j+1 und NRi+1,j+1 (i, j: ganzzahlig) umgeben ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Zahl dieser Flächen beträgt (m-1)(n-1), und der Kopf 24 zur maschinellen Bearbeitung wird über diese (m-1)(n-1) Flächen durch die Y-Achsen-Vorschubvorrichtung 9 und die X-Achsen- Vorschubvorrichtung 17 bewegt. Die Intervalle bzw. Abstände des Gitters U und V werden zuvor in dem ROM 34 gespeichert.

Die CPU 32 gibt Befehlswerte, die Daten in der befehlsmäßigen X- und Y-Liniengruppe darstellen, an die X- und Y-Achsen- Vorschubvorrichtungen 17 und 9 so aus, daß der Kopf 24 zur maschinellen Bearbeitung zu einer gewünschten Position bewegt wird, d. h., zum Durchführen einer Positionierungs- oder Vor­ schubtätigkeit des Kopfes 24. In der Praxis wird jedoch der Kopf 24 nicht gerade auf die befehlsmäßige Weise (entlang der gestrichelten Linien) bewegt, und er wird mäanderartig oder schlängelnd auf dem Objekt 22 bewegt, wie durch die durchgezogenen Linien dargestellt ist, wenn keine Vorschub­ korrektur ausgeführt wird. Diese schlängelnde Linie (oder schlängelnder Ort) wird nicht nur allein durch einen Vor­ schubfehler in die X-Richtung durch die X-Achsen-Vorschub­ vorrichtung 17 und einen Vorschubfehler in die Y-Richtung durch die Y-Achsen-Vorschubvorrichtung 9 verursacht. Es tritt auch eine Kombination auf aus einem Abbe-Fehler, der durch das Mäandern bzw. Schlängeln des Y-Achsen-Führungsteiles 2 in der XY-Ebene verursacht wird, aus einem Vorschubfehler in der X-Achsen-Richtung durch die Y-Achsen-Vorschubvorrich­ tung 9, aus einem Abbe-Fehler, der durch das Mäandern oder Schlängeln des X-Achsen-Führungsteiles 10 in der XY-Ebene verursacht wird, aus einem Fehler in der X-Achsen-Richtung und aus einem Schnittpunktfehler zwischen der X- und der Y-Achse. Bei dem herkömmlichen Vorschubgerät werden nur die ersteren zwei Fehler korrigiert, während bei dem erfindungsgemäßen Vorschubgerät alle obigen Fehler vollständig korrigiert wer­ den können.

Ein Raum, der diese schlängelnden Linien (X- und Y-Schlängel­ linien) aufweist, wird im folgenden als "Maschinenvorschub­ raum" bezeichnet, und der Maschinenvorschubraum enthält eine Mehrzahl von Gitterpunkten an den Schnittpunkten zwischen den X- und Y-Schlängellinien. Diese Gitterpunkte des Maschi­ nenvorschubraumes werden im folgenden als "Maschinengitter­ punkte" bezeichnet.

Wenn die X- und Y-Achsen-Vorschubvorrichtungen auf der Grund­ lage von Befehlswerten bewegt werden, die einem befehlsmäßi­ gen Gitterpunkt Nri,j entsprechen, wird der Kopf 24 zur maschinellen Bearbeitung nicht wirklich an dem befehlsmäßigen Gitterpunkt NRi,j positioniert, sondern er wird in Wirklich­ keit an dem Maschinengitterpunkt Ni,j positioniert, der von dem befehlsmäßigen Gitterpunkt durch eXi,j in der X-Achsen­ richtung und um eYi,j in der Y-Achsenrichtung abweicht. Diese Abweichungsbeträge von eXi,j und eYi,j entsprechen den Vor­ schubfehlern in der X- bzw. Y-Achsenrichtung. Zum Korrigieren der Vorschubfehler wird ein Korrekturvektor Ei,j neu einge­ führt, dessen Start- und Endpunkt dem Maschinengitterpunkt Ni,j bzw. dem befehlsmäßigen Gitterpunkt NRi,j entsprechen, und er wird entsprechend einem Befehlswert für jeden befehls­ mäßigen Gitterpunkt gespeichert. Der Korrekturvektor Ei,j wird durch die folgende Gleichung (1) dargestellt und stellt sowohl einen Abweichungsbetrag als auch eine Abweichungsrich­ tung zwischen dem Maschinengitterpunkt Ni,j und dem befehls­ mäßigen Gitterpunkt NRi,J dar:

Ei,j = (eXi,j; eYi,j) (1)

Hier sind eXi,j und eYi,j die Korrekturbeträge in die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung für den Maschinen­ gitterpunkt Ni,j. Weiterhin werden die Korrekturvektoren für die Maschinengitterpunkte über die gesamten Vorschub­ flächen durch die folgende Matrix (2) dargestellt:

Diese Korrekturmatrix wird vorher gemessen und in dem Spei­ cher gespeichert und benutzt zum Erzielen eines Korrektur­ vektors für jede gewünschte Vorschubposition.

Der Korrekturbetrag eXi,j des Korrekturvektors Ei,j dient zum Korrigieren nicht nur des Vorschubfehlers (eiX) der X-Achsen-Vorschubvorrichtung 17 in die X-Achsenrichtung, sondern auch des Abbe-Fehlers aufgrund des Schlängelns des Y-Achsen-Führungsteiles 2 in der XY-Ebene und des Vorschub­ fehlers in der X-Achsen-Richtung, die durch die Y-Achsen- Vorschubvorrichtung 9 verursacht wird. Entsprechend dient der Korrekturbetrag eYi,j des Korrekturvektors Ei,j nicht nur zum Korrigieren des Vorschubfehlers (ejY) der Y-Achsen- Vorschubvorrichtung 9 in die Y-Achsenrichtung, sondern auch zum Korrigieren des Abbe-Fehlers aufgrund des Schlängelns des X-Achsen-Führungsteiles 10 in der XY-Ebene und des Vorschub­ fehlers in die X-Achsenrichtung, die durch die Y-Achsen- Vorschubvorrichtung 17 verursacht wird.

Eine arithmetische Operation der CPU 32 zum Erzielen der Korrekturvektoren für jeden Punkt in der Vorschubfläche wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Ein Korrekturvektor an jedem Punkt Nx,y in den Vorschubflächen kann durch Interpolation berechnet werden, indem vier Korrektur­ vektoren für vier befehlsmäßige Gitterpunkte einer Vorschub­ fläche benutzt werden, zu der der Punkt Nx,y gehört. Es sei zum Beispiel angenommen, daß der Punkt Nx,y zu der Vorschubfläche Ai,j gehört, dann werden die Korrekturvektoren für die befehlsmäßigen Gitterpunkte NRi,j, NRi+1,j, NRi,j+1 und NRi+1,j+1 der Vorschubfläche Ai,j mit dem Punkt Nx,y durch Ei,j, Ei+1,j, Ei,j+1 und Ei+1,j+1 dargestellt. ΔX und ΔY stellen Abstände in die X- und Y-Achsenrichtung zwischen dem befehlsmäßigen Gitterpunkt NRi,j und dem Punkt Nx,y dar. Der Korrekturvektor Ex,y für den Punkt Nx,y , der numerisch von der Anzeigeeinrichtung 46 für eine numerische Position eingegeben ist, wird durch Interpolation berechnet und durch die folgende Gleichung (3) dargestellt:

Ex,y=(1-α)(1-β)Ei,j+α · (1-β)Ei+1,j+
(1-α) · β · Ei,j+1+α · β · Ei+1,j+1 (3)

Hier

α=ΔX/U (4)

und

β=ΔY/V (5)

Wenn der Punkt Nx,y mit dem befehlsmäßigen Gitterpunkt NRi,j übereinstimmt, ist der Korrekturvektor Ei,j für den Punkt NRi,j+1 einer für den Punkt Nx,y. Wenn der Punkt Nx,y nicht mit dem befehlsmäßigen Gitterpunkt NRi,j übereinstimmt, kann ein Korrekturvektor für jeden beliebigen Punkt durch Inter­ polation berechnet werden, indem die Korrekturvektoren Ei,j , Ei+1,j, Ei,j+1 und Ei+1,j+1 für die vier befehlsmäßigen Gitterpunkte NRi,j, NRi+1,j, NRi,j+1 und NRi+1,j+1 benutzt werden, und das kann mit hoher Genauigkeit durchgeführt wer­ den.

Die obige Beschreibung ist im Hinblick auf die arithmetische Operation der Korrekturvektoren für den zweidimensionalen Vorschubraum gemacht. Eine ähnliche arithmetische Operation kann jedoch ebenfalls für einen Vorschubraum höherer Dimen­ sion als ein zweidimensionaler Vorschubraum durchgeführt werden. Wenn zum Beispiel ein dreidimensionaler orthogonaler Vorschubraum eingeführt wird, indem eine X-, Y- und Z-Achsen- Vorschubeinrichtung eingeführt wird, werden alle Korrektur­ vektoren Ei,j,k für alle befehlsmäßigen Gitterpunkte in dem dreidimensionalen Vorschubraum, die durch die folgende Glei­ chung (6) dargestellt werden, zuvor in dem ROM 34 gespei­ chert. Die Korrekturvektormatrix P für alle befehlsmäßigen Gitterpunkte wird durch die folgende Gleichung (7) darge­ stellt:

Ei,j,k = (eXi,j,k eYi,j,k eZi,j,k) (6)

P = (Ei,j,k), 1≦i≦m, 1≦j≦n, 1≦k≦0 . (7)

Ein Korrekturvektor Ex,y,z für jeden Punkt Nx,y,z wird durch die folgende Gleichung (8) unter Benutzung der Gleichungen (6) und (7) dargestellt:

Ex,y,z = (1-α)(1-β)(1-γ)Ei,j,k+α · (1-β)(1-γ)Ei+1,j,k+
(1-α) · β · (1-γ)Ei,j+1,k+(1-α)(1-β) · γ · Ei,j,k+1+
α · β · (1-γ)Ei+1,j+1,k+(1-α) · β · γ · Ei,j+1,K+1+
α · (1-β) · γ · Ei+1,j,k+1+
α · β · γ · Ei+1,j+1,k+1 (8)

Hier

α=ΔX/U (9),
β=ΔY/V (10),
γ=ΔZ/W (11)

wobei U, V und W Gitterabstände in die X-, Y- bzw. Z-Richtung darstellen.

Die in Fig. 4 gezeigte Korrektureinrichtung weist mindestens zwei lineare Vorschubvorrichtungen M1 zum linearen Vorschie­ ben des Kopfes zur maschinellen Bearbeitung in einander schneidende Richtungen, eine Speichereinrichtung M3 zum zuvorigen Speichern von Korrekturvektoren, von denen jeder einen Abweichungsbetrag zwischen einem befehlsmäßigen Gitter­ punkt und einem dem entsprechenden Maschinengitterpunkt dar­ stellt, eine Anzeigeeinrichtung M2 für eine numerische Posi­ tion zum Ausgeben eines Befehlswertes, der eine gewünschte Position darstellt, zu der der Kopf zur maschinellen Bear­ beitung zu führen ist, und eine Vorschubbetragsteuereinrich­ tung M4 zum Empfangen des Befehlswertes von der Einrichtung M2 zum Führen des Kopfes zu der Position, die durch den Befehlswert dargestellt wird und zum Berechnen eines korri­ gierten Vorschubbetrages auf der Grundlage des Befehlswertes und des in der Speichereinrichtung M3 gespeicherten Korrek­ turvektors, zum Führen des Maschinenkopfes um den korrigier­ ten Vorschubbetrag und Bringen des Kopfes zu der gewünschten Position, auf.

Ein Steuerverfahren einer Vorschubtätigkeit durch die Steuer­ schaltung 30 wird hierauffolgend unter Bezugnahme auf das in Fig. 5 gezeigte Ablaufdiagramm beschrieben, insbesondere für einen Fall, in dem ein zweidimensionaler Vorschubraum angenommen ist.

Auf die Ausgabe eines Befehlswertes, der eine gewünschte Vorschubposition Nx,y darstellt, von der Anzeigeeinrichtung 46 für eine numerische Position werden vier Korrekturvektoren Ei,jj, Ei+1,j , Ei,j+1 und Ei+1,j+1 für vier befehlsmäßige Gitterpunkte NRi,j , NRi+1,j , NRi,j+1 und NRi+1,j+1 in einer Vorschubfläche Ai,j , die die Position Nx,y enthält, und die Gitterabstände U und V aus dem als Speichereinrichtung M3 dienenden ROM 34 ausgelesen (Schritt S110). Danach werden Koeffizienten α und β mit den Gleichungen (4) und (5) be­ rechnet, und ein Korrekturvektor Ex,y für die Position Nx,y entsprechend dem Befehlswert wird durch die Gleichung (3) berechnet (Schritt S120).

Der so berechnete Korrekturvektor Ex,y wird zu dem Befehls­ wert addiert zum Erhalten eines korrigierten Vorschubbetrages (Schritt S130). Danach wird der Y-Achsenmotor 8 und der X-Achsenmotor 16 zum Bewegen des Kopfes 24 zur maschinellen Bearbeitung um den korrigierten Vorschubbetrag gesteuert, und der Kopf wird zu der Position Nx,y auf dem Objekt 22 gebracht, während die Rotationswinkel des Y-Achsenmotors 8 und des X-Achsenmotors 16 von den Rotationswinkeldetektoren 18 bzw. 20 erfaßt werden, und die erfaßten Signale werden von den Detektoren 18 und 20 zurückgeführt (Schritt S140).

Gemäß des numerisch gesteuerten Vorschubgerätes werden die Korrekturvektoren Ei,j , deren Start- und Endpunkte den maschinen- und befehlsmäßigen Gitterpunkten Ni,j bzw. NRi,j entsprechen, zuvor gemessen und für alle Befehlswerte be­ stimmt, die allen befehlsmäßigen Gitterpunkten NRi,j ent­ sprechen. Danach wird jeder Korrekturvektor Ex,y für jeden Befehlswert, der jeden Vorschubpunkt Nx,y bezeichnet, der von der Bezeichnungseinrichtung 46 für eine numerische Posi­ tion ausgegeben ist, durch Interpolation auf der Basis der folgenden acht Parameter berechnet: vier Korrekturvektoren Ei,j, Ei+1,j, Ei,j+1 und Ei+1,j+1 für vier befehlsmäßige Gitterpunkte NRi,j, NRi+1,j, NRi,j+1 und NRi+1,j+1 in einer Vorschubfläche Ai,j, die den Punkt Nx,y enthält, Entfernungen (Abweichungen) Δx und Δy in der X- und Y-Achsenrichtung zwischen dem befehlsmäßigen Gitterpunkt NRi,j und dem Vor­ schubpunkt Nx,y , die den Befehlswert anzeigen, und die Git­ terkonstanten (Abstände) U und V des Vorschubraumes. Der berechnete Korrekturvektor Ex,y wird zu dem Befehlswert zum Erzielen eines korrigierten Vorschubbetrages addiert, und dann werden die X- und Y-Achsenmotoren 8 und 16 auf der Grundlage des korrigierten Vorschubbetrages gesteuert. Folg­ lich deckt der Korrekturbetrag (Komponente) eXi,j in der X-Achsenrichtung des Korrekturvektors Ei,j für den befehls­ mäßigen Gitterpunkt Ni,j nicht nur den Vorschubfehler εiX in der X-Achsenrichtung durch die X-Achsen-Vorschubvorrich­ tung 17, sondern auch einen anderen Vorschubfehler εiY in die X-Achsenrichtung durch die Y-Achsen-Vorschubvorrichtung 9. Entsprechend deckt der Korrekturbetrag (Komponente) eYi,j in die Y-Achsenrichtung des Korrekturvektors Ei,j für den befehlsmäßigen Gitterpunkt Ni,j nicht nur den Vorschubfehler εjY in die Y-Achsenrichtung durch die Y-Achsen-Vorschub­ vorrichtung 9, sondern auch einen anderen Vorschubfehler εjX in die Y-Achsenrichtung durch die X-Achsen-Vorschubvor­ richtung 17. Daher können nicht nur die einzelnen Vorschub­ fehler der X- und Y-Achsen-Vorschubvorrichtungen 17 bzw. 19, sondern auch die korrelierten Vorschubfehler zwischen diesen Vorschubvorrichtungen 17 und 19 korrigiert werden, so daß eine Korrekturtätigkeit mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, so daß die Steuerung des Vorschiebens und Posi­ tionierens mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene besondere Ausführungsbeispiel beschränkt, jede Modifikation kann an dem Ausführungsbeispiel durchgeführt werden, ohne daß der Gegenstand der Erfindung verlassen wird. Zum Beispiel wurde das obige Ausführungsbeispiel für das zweidimensionale Vorschub­ gerät beschrieben, diese Erfindung kann jedoch auch auf ein höherdimensionales Vorschubgerät angewandt werden. Weiterhin kann diese Erfindung nicht nur auf eine intermit­ tierende Positionssteuerung zum einfachen Ausführen einer Positionierungstätigkeit zwischen mindestens zwei Punkten angewendet werden, es kann ebenfalls eine kontinuierliche Positionierungssteuerung eines speziellen Ortes (Außenlinie) zwischen den Punkten in einer vorbestimmten Rate durchgeführt werden. In diesem Fall wird der Ort in eine Vielzahl von feinen Vektoren unterteilt und jeder Vektor der Korrektur­ tätigkeit unterworfen.

Claims (7)

1. Numerisch gesteuertes Vorschubgerät mit
mindestens zwei linearen Vorschubvorrichtungen (9, 17) mit einander schneidenden Richtungen (X, Y) zum Ausführen einer numerischen Vorschubsteuerung in einem Vorschubraum auf der Basis eines eine gewünschte Vorschubposition (NRx,y) dar­ stellenden Befehlswertes und
einer Speichereinrichtung (34) zum vorherigen Speichern von Korrekturvektoren (Ei,j) für eine vorbestimmte Anzahl von Bezugsvorschubpositionen (NRi,j) in dem Vorschubraum dar­ stellende Befehlswerte,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Korrekturvektor (Ei,j) Informationen über den Abweichungsbetrag (eXi,j; eYi,j) und die Abweichungsrichtung zwischen einer durch jedes der Be­ fehlswerte angezeigten Bezugsvorschubposition (NRi,j) und einer jedem der Befehlswerte entsprechenden tatsächlichen Vorschubposition (Ni,j) trägt,
daß eine Korrektureinrichtung (32) vorgesehen ist zum Be­ rechnen durch Interpolation eines Korrekturvektors (Ex,y) für einen eine gewünschte Vorschubposition (NRx,y) anzeigen­ den Befehlswert auf der Basis einer Korrekturvektorgruppe von Korrekturvektoren (Ei,j) für eine Mehrzahl von Befehls­ werten, die in der Nachbarschaft der gewünschten Vorschub­ position (NRx,y) angeordnete Vorschubpositionen anzeigen,
wobei die Korrekturvektorgruppe aus der Speichereinrichtung (34) ausgelesen wird und der Befehlswert die gewünschte Vor­ schubposition (NRx,y) anzeigt, wodurch ein korrigierter Vorschub­ betrag erzielt wird, und
daß eine Steuereinrichtung (30) zum Steuern einer Vorschub­ tätigkeit der linearen Vorschubvorrichtungen (9, 17) auf der Basis des korrigierten Vorschubbetrages vorgesehen ist,

2. Vorschubgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsvorschubpositionen (NRi,j) Kreuzungspunkten zwischen zwei Liniengruppen ent­ sprechen, die eine vorbestimmte Zahl von Linien parallel zu den sich schneidenden Vorschubrichtungen (X, Y) aufweisen.

3. Vorschubgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Liniengruppen ein Git­ termuster aufweisen.

4. Vorschubgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Vorschubbetragserfassungseinrich­ tung zum Erfassen der Vorschubbeträge der linearen Vorschub­ vorrichtungen (9, 17) zum Ausgeben eines Erfassungssignals an die Steuereinrichtungen (30) zum dadurch Durchführen der Vorschubtätigkeit mit Rückkopplung.

5. Vorschubgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede lineare Vorschubvorrichtung (9, 17) ein Kugelgewinde (6, 14) und einen Servomotor (8, 16) zum Drehen des Kugelgewindes (6, 14) aufweist.

6. Vorschubgerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Rotationswinkelerfassungseinrich­ tung (18, 20) zum Erfassen eines Rotationswinkels des Servo­ motors (8, 16) zum dadurch Erfassen eines Vorschubbetrages von jeder linearen Vorschubvorrichtung (9, 17).

7. Verfahren zum Durchführen einer Vorschubtätigkeit eines numerisch gesteuerten Vorschubgerätes mit mindestens zwei linearen Vorschubvorrichtungen (9, 17), während ein Vorschub­ fehler korrigiert wird, mit dem Schritt:
zuvor Messen und Speichern von Korrekturvektoren (Ei,j) für eine vorbestimmte Zahl von Bezugsvorschubpositionen (NRi,j) in einem Vorschubraum anzeigende Befehlswerte, wobei jeder Korrekturvektor (Ei,j) Information über einen Abweichungs­ betrag (eXi,j; eYi,j) und eine Abweichungsrichtung zwischen einer durch jeden der Befehlswerte angezeigten Bezugsvor­ schubposition (NRi,j) und einer jedem der Befehlswerte ent­ sprechenden tatsächlichen Vorschubposition (Ni,j) trägt, gekennzeichnet durch die Schritte:
durch Interpolation Berechnen eines Korrekturvektors (Ex,y) für einen eine gewünschte Vorschubposition (NRx,y) anzei­ genden Befehlswert auf der Grundlage einer Korrekturvektor­ gruppe von Korrekturvektoren (Ei,j) für eine Mehrzahl von in der Nachbarschaft der gewünschten Vorschubpositionen (NRx,y) angeordneten Vorschubpositionen (Nri,j) anzeigenden Befehlswerte, wobei der Befehlswert die gewünschte Vorschub­ position (NRx,y) anzeigt, wodurch ein korrigierter Vorschub­ betrag erzielt wird, und
Steuern einer Vorschubtätigkeit der linearen Vorschubvor­ richtung (9, 17) auf der Grundlage des korrigierten Vorschub­ betrages.