JP2009080616A - Numerical control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、工作機械を数値制御(NC)する数値制御装置に関し、特に機械端にダブルボールバーなどの位置検出器を取り付けて機械位置を正確に求める数値制御装置に関するものである。 The present invention relates to a numerical control apparatus for numerically controlling (NC) a machine tool, and more particularly to a numerical control apparatus for accurately obtaining a machine position by attaching a position detector such as a double ball bar to a machine end.
数値制御の工作機械は、各軸を指令された位置に制御することで加工を行うが、位置を制御するために位置検出器を用いて計測する点と、制御したい点、すなわち実際に加工を行う点とは異なっている。以下では、位置検出器を用いて計測する点の位置を「検出位置」と呼び、実際に加工を行う点の位置を「機械位置」と呼ぶ。 Numerically controlled machine tools perform machining by controlling each axis to the commanded position, but the points to be measured using a position detector to control the position and the points to be controlled, that is, the actual machining is performed. It is different from what you do. Hereinafter, the position of a point measured using a position detector is referred to as a “detection position”, and the position of a point where machining is actually performed is referred to as a “machine position”.
例えば、ボールねじ駆動の機械でセミクローズド制御を行う場合、計測する点はモータの回転角であるが、制御したい点は、ボールねじの先にとりつけられた移動体である。 For example, when semi-closed control is performed with a ball screw drive machine, the measurement point is the rotation angle of the motor, but the point to be controlled is a moving body attached to the tip of the ball screw.
また、リニアスケールを用いてフルクローズド制御を行う場合でも、実際に加工を行う点にリニアスケールを配置できないため、検出位置(リニアスケールを取り付けた位置)と機械位置(実際に加工を行う点)とは離れている。 Even when full-closed control is performed using a linear scale, the linear scale cannot be placed at the actual processing point, so the detection position (the position where the linear scale is attached) and the machine position (the actual processing point) Is far from.
このため、数値制御装置で検出位置が指令した位置に追従するように制御しても、一般には機械位置は指令位置に完全に追従せず、最終的な加工形状は指令値どおりとならない。別の例では、回転軸を有する5軸加工機やパラレルメカニズム機構を有する機械では、回転軸の位置などの機構パラメータに設計誤差があると、各軸を指令された位置(指令した形状から、機構パラメータの設計値を用いて算出した位置)に制御しても、最終的な加工形状は指令形状どおりとはならない。 For this reason, even if the numerical control device controls the detected position so as to follow the commanded position, generally, the machine position does not completely follow the commanded position, and the final machining shape does not match the commanded value. In another example, in a 5-axis processing machine having a rotation axis or a machine having a parallel mechanism mechanism, if there is a design error in a mechanism parameter such as the position of the rotation axis, each axis is instructed from the commanded position (from the commanded shape, Even if it is controlled to the position calculated using the design value of the mechanism parameter, the final machining shape does not match the command shape.
そこで、あらかじめ試験動作を行ったときの機械の誤差(検出位置と機械位置の間の差)を測定しておき、数値制御装置において誤差の分だけの補正を行ったり、誤差に応じて機構パラメータを修正したりする方法がとられている。機械の誤差を測定するためには、数値制御装置で用いている位置検出器のほかに、機械位置を測定するための計測器を用いることになる。この機械位置を測定するための計測器は、機械にとりつけたままでは加工などの工作機械本来の動作を行うことが困難であるため、通常は機械にとりつけられておらず、機械の調整時に一時的に取り付けるものである(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, the machine error (difference between the detection position and the machine position) when the test operation is performed in advance is measured, and the numerical control device corrects only the error, or the mechanism parameter according to the error. There are ways to fix this. In order to measure the error of the machine, in addition to the position detector used in the numerical control device, a measuring instrument for measuring the machine position is used. This measuring instrument for measuring the machine position is not normally attached to the machine because it is difficult to perform the original operation of the machine tool such as machining if it is attached to the machine. (For example, refer patent document 1).
従来は、機械位置の測定を、指令位置や検出位置とは無関係に独立して行うため、機械位置と検出位置の間の時々刻々の関係を正確に把握することは不可能であった。したがって、幾何学的な誤差は測定できても、動的な誤差(例えば、移動中の機械位置と検出位置の間の誤差)を測定することはできなかった。特に、いわゆるダブルボールバーのような2点間の距離を測定する装置を用いて機械位置を測定する場合、ダブルボールバーは1次元の変位を計測するものであるため、機械位置の3次元空間内における位置を正確に求めることができない。従来は指令形状と指令速度が既知であり、機械も指令した形状および速度で移動していると仮定して、測定した2点間の距離すなわち1次元の変位から3次元空間内の機械位置を求めているが、実際の移動は加速、減速を伴うため、従来の方法では機械位置を正しく求めることができないという問題点があった。さらに、従来は機械位置の測定動作は試験動作のための位置制御と独立して行うため、測定のたびに測定結果を確認して、測定が正しく行われていなければ、測定をやり直すという作業が必要であるという問題点があった。 Conventionally, since the measurement of the machine position is performed independently of the command position and the detection position, it is impossible to accurately grasp the moment-to-time relationship between the machine position and the detection position. Therefore, although a geometric error can be measured, a dynamic error (for example, an error between a moving machine position and a detection position) cannot be measured. In particular, when the machine position is measured using a device that measures the distance between two points such as a so-called double ball bar, the double ball bar measures a one-dimensional displacement. It is not possible to accurately determine the position within. Conventionally, the command shape and the command speed are known, and the machine position in the three-dimensional space is determined from the measured distance between two points, that is, the one-dimensional displacement, assuming that the machine is also moving at the commanded shape and speed. However, since the actual movement is accompanied by acceleration and deceleration, there is a problem that the conventional method cannot correctly determine the machine position. Furthermore, since the measurement operation of the machine position is conventionally performed independently of the position control for the test operation, the measurement result is confirmed at each measurement, and if the measurement is not performed correctly, it is necessary to repeat the measurement. There was a problem that it was necessary.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、機械位置を求めるために計測器を取り付け、試験動作時の機械位置を指令位置や検出位置と同じ時間軸上で測定し、測定結果から機械の誤差を求め、求めた機械の誤差を補正するためのパラメータを正確に求めることができる数値制御装置を得るものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The object of the present invention is to attach a measuring instrument to obtain the machine position and set the machine position during the test operation to the same time axis as the command position and the detection position. A numerical control apparatus is obtained that can measure the above, obtain a machine error from the measurement result, and accurately obtain a parameter for correcting the obtained machine error.
この発明に係る数値制御装置は、モータの位置を検出して検出器から出力される検出位置が指令位置に追従するように、前記モータを駆動して機械のテーブルに対する主軸の相対位置を制御する数値制御装置において、前記機械のテーブルに対する主軸の相対位置の所定の方向の変位を計測する機械位置測定用計測器と、前記検出器から出力される検出位置及び前記機械位置測定用計測器から出力され前記検出位置と同時刻の機械位置測定用信号に基づいて機械位置を計算する機械位置計算部と、前記指令位置、前記検出器から出力される検出位置及び前記機械位置計算部により計算された機械位置に基づいて機械誤差を計算する機械誤差計算部と、前記機械誤差に基づいて誤差補正のためのパラメータを変更するパラメータ変更部とを設けたものである。 The numerical controller according to the present invention controls the relative position of the spindle to the machine table by driving the motor so that the detected position output from the detector follows the command position by detecting the position of the motor. In the numerical controller, a mechanical position measuring instrument that measures a displacement in a predetermined direction of a relative position of the spindle relative to the table of the machine, a detection position output from the detector, and an output from the mechanical position measuring instrument Calculated by a machine position calculation unit that calculates a machine position based on a machine position measurement signal at the same time as the detection position, the command position, the detection position output from the detector, and the machine position calculation unit. A machine error calculation unit that calculates a machine error based on the machine position and a parameter change unit that changes a parameter for error correction based on the machine error are provided. It is intended.
この発明に係る数値制御装置は、指令位置、検出位置と同時刻の機械位置を正確に求めることができるという効果を奏する。また、同時刻の指令位置、検出位置、機械位置をもとに機械誤差を求めて機械誤差を補正するためのパラメータを変更するため、機械誤差補正のパラメータを正確に設定することができるという効果を奏する。 The numerical control device according to the present invention has an effect that the machine position at the same time as the command position and the detection position can be accurately obtained. In addition, since the machine error is determined based on the command position, detection position, and machine position at the same time and the parameter for correcting the machine error is changed, the machine error correction parameter can be set accurately. Play.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る数値制御装置について図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る数値制御装置の構成を示すブロック図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
A numerical control apparatus according to
図1において、この発明の実施の形態1に係る数値制御装置は、指令位置を生成する指令生成部1と、モータ3を駆動する機械駆動部2と、モータ3の位置を検出する検出器4と、機械のテーブルに対する主軸の相対位置の所定の方向の変位を計測する機械位置測定用計測器5と、機械位置を計算する機械位置計算部6と、検出位置及び機械位置の機械誤差を計算する機械誤差計算部7と、機械誤差を元に誤差補正のためのパラメータを変更するパラメータ変更部8とが設けられている。
In FIG. 1, a numerical controller according to
また、図2は、この発明の実施の形態1に係る数値制御装置の機械位置測定用計測器のセットアップの様子を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing the setup of the measuring instrument for measuring the machine position of the numerical controller according to
図2において、機械位置測定用計測器5として用いるダブルボールバーは、2つの球52、53が直動軸51でつながれた構造となっており、2つの球52、53の間の距離を出力することができる長さセンサである。2つの球のうち片方の球52は、機械のテーブル90に磁石54により固定され、もう一方の球53は、機械の主軸91に磁石55により固定される。機械は、テーブル90に対して主軸91が直交3軸(X軸、Y軸、Z軸)の各方向に移動するものとする。試験動作の経路(破線)80は、テーブル90側の球52を中心とする円軌道とし、ダブルボールバーの2つの球52、53の中心が円軌道の面内に常にあるように主軸91が移動するものとする。
In FIG. 2, the double ball bar used as the machine
つぎに、この実施の形態1に係る数値制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the numerical control apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
指令生成部1は、機械を駆動させるための時々刻々の機械のテーブルに対する主軸の相対位置の指令位置を生成して出力する。この指令生成部1は、試験動作の経路80をもとに一定周期毎の機械各駆動軸の指令位置を生成する。また、指令生成部1は、指令位置を生成する際に、パラメータ変更部8の機械誤差を補正するためのパラメータを参照して機械誤差がなくなるように、指令位置の補正を行う。指令生成部1で生成された指令位置は、機械駆動部2に入力される。
The
機械駆動部2は、モータ3を駆動する。この機械駆動部2は、モータ3に取り付けられた検出器4から出力される検出位置が指令位置に追従するようにモータ3を制御する。モータ3の位置は、検出器4で検出されて、検出位置として機械駆動部2に入力される。なお、パラメータ変更部8の機械誤差を補正するためのパラメータを参照して機械誤差がなくなるように、指令生成部1に代えて、機械駆動部2で指令位置の補正を行っても良い。
The
機械位置測定用計測器5は、機械位置を測定するために別途機械に設置されるセンサであり、機械位置の次元数よりも少ない次元の変位を出力するセンサを用いる。本実施の形態1では、長さセンサの一種であるダブルボールバーを用いる。このダブルボールバー5は、通常の機械稼動時には取り付けられておらず、機械の調整を行うときのみ一時的に取り付けるものである。ダブルボールバー5は、試験動作中の2つの球52、53間の距離を計測し、長さ信号(1次元の変位信号)を出力する。この出力された長さ信号は、機械位置計算部6に入力される。本実施の形態1では、機械位置測定用計測器5としてダブルボールバーを用いるので、機械位置測定用信号はダブルボールバーの長さ信号となる。
The machine
機械駆動部2から出力された検出位置は、機械位置測定用計測器5が出力する機械位置計測用信号と同じ時刻のものが機械位置計算部6に入力される。すなわち、検出位置と、ダブルボールバー5で測定した長さ信号が機械位置計算部6に入力されるが、これらの検出位置及び長さ信号は、同一時刻における値が入力される。
The detection position output from the
機械位置計算部6は、入力された検出位置及び機械位置計測用信号(長さ信号)をもとに機械位置を計算して、機械誤差計算部7に出力する。機械位置は、試験動作の経路80である指令円弧の中心位置と検出位置を結ぶ直線上にあり、指令円弧の中心からの距離がダブルボールバー5で測定した長さ信号の値である点を機械位置としてその座標を求める。
The machine
このことを数式で表現すると以下のようになる。試験動作の経路80である指令円弧がXY平面内の円弧であるとし、ダブルボールバー5で計測した、時刻tにおける長さをl(t)、指令円弧の中心を原点としたときの時刻tにおける検出位置を(xd(t),yd(t),zd(t))とすると、同じ時刻tにおける機械位置(xm(t),ym(t),zm(t))は、次の式(1)のように求められる。
This can be expressed as follows: Suppose that the command arc that is the
機械誤差計算部7は、機械位置計算部6で求めた機械位置と、指令位置及び検出位置から、機械誤差を計算する。例えば、指令位置の変化方向が反転する前後での検出位置と機械位置の差を求める。つまり、機械誤差計算部7は、モータ3の駆動方向反転時の運動誤差を計算する。機械要素にバックラッシやロストモーションがあると、指令位置の方向が変化する前後で、検出位置と機械位置の差の値がほぼ逆符号の値となる。
The machine
パラメータ変更部8は、機械誤差計算部7で求めた機械誤差に応じて、機械誤差補正機能のパラメータを変更する。例えば、パラメータは、前述のバックラッシを補正するための機能として機械の方向反転時に指令位置を補正する機能があるので、検出位置と機械位置の差が補正量となるようなパラメータの設定を行う。つまり、パラメータ変更部8は、前述の運動誤差に基づいて駆動方向反転時に指令位置を補正するためのパラメータを変更する。
The parameter changing unit 8 changes the parameters of the machine error correction function according to the machine error obtained by the machine
なお、従来は、ダブルボールバー単体で測定を行っており、ダブルボールバーの長さ信号から機械位置を計算する際には、機械が円弧経路上を等速で移動しているものとして計算を行っていたが、実際には開始時と終了時に加速と減速が生じるため、従来の手法で求めた機械位置は、実際の機械位置とは大きく異なることになる。 In the past, measurement was performed with a single double ball bar, and when calculating the machine position from the length signal of the double ball bar, the calculation was made assuming that the machine was moving at a constant speed on the circular arc path. However, since acceleration and deceleration occur in practice at the start and end, the machine position obtained by the conventional method is greatly different from the actual machine position.
これに対し、本実施の形態1では、同時刻の長さ信号と検出位置から機械位置を求めるため、機械位置測定用計測器から出力される機械位置の次元数よりも少ない次元の変位信号から、正しい機械位置を求めることができる。すなわち、ダブルボールバーの出力する1次元の長さ信号から、3次元の機械位置を正しく求めることができる。 On the other hand, in the first embodiment, since the machine position is obtained from the length signal at the same time and the detection position, the displacement signal having a dimension smaller than the number of dimensions of the machine position output from the machine position measuring instrument is used. The correct machine position can be determined. That is, the three-dimensional machine position can be correctly obtained from the one-dimensional length signal output from the double ball bar.
さらに、従来の方法では、指令位置の変化と機械位置の変化との時間関係が不明であるため、指令方向反転時の機械位置の挙動を正確に求めることができず、機械誤差補正のパラメータを正確に求めることができない。 Furthermore, in the conventional method, since the time relationship between the change in the command position and the change in the machine position is unknown, the behavior of the machine position when the command direction is reversed cannot be obtained accurately, and the parameter for machine error correction is It cannot be determined accurately.
これに対し、本実施の形態1では、同時刻における指令位置と機械位置がわかるため指令方向反転時の機械位置の挙動を正確に求めることができ、機械誤差を補正するためのパラメータを正確に求めることが可能となる。 On the other hand, in the first embodiment, since the command position and the machine position at the same time can be known, the behavior of the machine position when the command direction is reversed can be accurately obtained, and the parameters for correcting the machine error can be accurately determined. It can be obtained.
以上のように、本実施の形態1によれば、指令位置及び検出位置と同時刻の機械位置測定用計測器5の長さ信号から機械位置を求めるので、移動中に加速、減速があっても正確な機械位置を求めることができるという効果がある。また、本実施の形態1によれば、指令位置及び検出位置と同時刻の機械位置をもとに機械誤差を求めて機械誤差補正機能のパラメータを変更するため、機械誤差補正のパラメータを正確に設定することができるという効果がある。特に、本実施の形態1では、駆動方向反転時の運動誤差がタイミングも含めて正確に把握できるので、バックラッシやロストモーションなどの駆動方向反転時に発生する機械誤差を補正するためのパラメータを正確に設定することができるという効果がある。
As described above, according to the first embodiment, since the machine position is obtained from the length signal of the machine
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る数値制御装置について図3から図5までを参照しながら説明する。図3は、この発明の実施の形態2に係る数値制御装置の構成を示すブロック図である。
A numerical controller according to
図3において、上記の実施の形態1と相違する点は、機械位置表示部9をさらに設け、この機械位置表示部9により、指令生成部1が出力する指令位置と、機械駆動部2が出力する検出位置と、機械位置計算部6が出力する機械位置とを表示するようにしたことである。
In FIG. 3, the difference from the first embodiment is that a machine
また、図4は、この発明の実施の形態2に係る数値制御装置の機械位置測定用計測器のセットアップの様子を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing the setup of the measuring instrument for measuring the machine position of the numerical controller according to
図4において、上記の実施の形態1と相違する点は、試験動作の経路80の半径がダブルボールバーの2つの球52、53間の長さよりも短いことである。このようなセットアップは、機械の可動範囲が狭く、上記の実施の形態1のような経路では機械を動作させることができない場合に、円弧指令時の機械位置を測定したい場合に有効である。
In FIG. 4, the difference from the first embodiment is that the radius of the
つぎに、この実施の形態2に係る数値制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。図5は、この発明の実施の形態2に係る数値制御装置の機械位置表示部の表示例を示す図である。
Next, the operation of the numerical control apparatus according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram showing a display example of the machine position display unit of the numerical controller according to
上記の実施の形態1と相違する点は、機械位置計算部6における機械位置の計算の動作と、機械位置表示部9における表示動作である。
The difference from the first embodiment described above is the calculation operation of the machine position in the machine
機械位置計算部6は、入力された検出位置及び長さ信号から、機械位置を求める。機械位置は、指令円弧の中心位置と検出位置とを結ぶ直線上にあり、テーブル90側の球52の中心からの距離がダブルボールバー5で測定した長さ信号の値となる点を機械位置としてその座標を求める。
The machine
このことを数式で表現すると以下のようになる。指令円弧がXY平面内の円弧であるとし、ダブルボールバー5で計測した時刻tにおける長さをl(t)、テーブル90側の球52の中心を原点としたときの時刻tにおける検出位置を(xd(t),yd(t),zd(t))とすると、同じ時刻tにおける機械位置(xm(t),ym(t),zm(t))は、次の式(2)のように求められる。
This can be expressed as follows: Suppose that the command arc is an arc in the XY plane, the length at time t measured by the
また、機械位置表示部9は、指令位置、検出位置、機械位置を、数値制御装置の画面表示器上に表示する。これらの位置を同じ座標軸上に表示することにより、指令位置、検出位置、機械位置の相対的な関係を視覚的に把握することができ、機械誤差補正機能のパラメータを変更することで軌跡がどのように変化するかを素早く確認することができる。図5は、画面表示内容の一例である。
The machine
以上のように、本実施の形態2によれば、機械の可動範囲が狭く、上記の実施の形態1のような経路では機械を動作させることができない場合でも、正確な機械位置を求めることができるという効果がある。また、本実施の形態2によれば、測定した指令位置、検出位置、機械位置を画面上に同一座標系上で表示するため、指令位置、検出位置、機械位置の相対的な関係を視覚的に把握でき、機械誤差補正機能のパラメータを変更することで軌跡がどのように変化するかを素早く確認することができるという効果がある。 As described above, according to the second embodiment, an accurate machine position can be obtained even when the movable range of the machine is narrow and the machine cannot be operated along the route as in the first embodiment. There is an effect that can be done. Further, according to the second embodiment, the measured command position, detection position, and machine position are displayed on the same coordinate system on the screen, so that the relative relationship between the command position, detection position, and machine position is visually determined. Thus, there is an effect that it is possible to quickly confirm how the locus changes by changing the parameter of the mechanical error correction function.
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る数値制御装置について図6及び図7を参照しながら説明する。図6は、この発明の実施の形態3に係る数値制御装置の構成を示すブロック図である。
A numerical control apparatus according to
図6において、上記の実施の形態2と相違する点は、測定異常検出部10と指令変更部11をさらに設けたことである。また、測定異常検出部10は、機械位置測定用計測器5から出力される機械位置測定用信号が、機械位置測定用計測器5の測定可能範囲を逸脱すると判断した場合には、異常信号を指令変更部11に出力し、指令変更部11は、異常信号を受けた場合には、測定を中止して機械位置測定用信号が測定可能範囲を逸脱しないように動作指令を変更し、変更した動作指令を指令生成部1に出力するようにし、動作指令が変更された場合には変更後の動作指令に基づいて再度測定をおこなうようにしたことである。
In FIG. 6, the difference from the second embodiment is that a measurement
また、図7は、この発明の実施の形態3に係る数値制御装置の機械位置測定用計測器のセットアップの様子を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing the setup of the measuring instrument for measuring the machine position of the numerical controller according to
図7において、上記の実施の形態1と相違する点は、機械の主軸91は直交3軸各方向の並進移動軸のほかに、回転中心軸82のまわりに回転する回転軸を有する構造になっていることである。このとき、回転中心軸82上の一点をピボット点83とする。機械駆動部2は、ピボット点83の並進移動軸と、ピボット点83まわりの回転軸を駆動する。また、試験動作の経路80は、ダブルボールバー5のテーブル90側の球52を中心とし、回転中心軸82に垂直な平面上の円弧を、主軸91が常にテーブル90側の球52の方向に向くような経路とする。すなわち、ピボット点83の位置としては、試験動作の経路80に、ピボット点83と主軸91側の球53との間のずれ量を加算した経路(試験動作時のピボット点の経路81)である。
In FIG. 7, the difference from the first embodiment is that the
このような回転軸を有する機械において主軸91の先端の位置を指令する場合、並進移動軸の移動量は、主軸91の先端の移動量からピボット点83の移動量に換算して並進移動軸を駆動する必要がある。そのため、指令生成部1において、回転軸がある特定の角度(例えば、0度)のときの主軸91の先端とピボット点83(回転中心軸上の点)の間の相対位置を、回転中心位置パラメータとして記憶しておき、この回転中心位置パラメータとそのときの回転軸角度指令位置をもとに主軸91の先端の移動量をピボット点83の移動量に換算することが行われる。
When the position of the tip end of the
つぎに、この実施の形態3に係る数値制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the numerical control apparatus according to the third embodiment will be described with reference to the drawings.
上記の実施の形態1と相違する点は、機械位置計算部6における機械位置の計算の動作と、機械誤差計算部7における機械誤差の計算の動作と、パラメータ変更部8におけるパラメータの変更の動作と、測定異常検出部10及び指令変更部11の動作である。
The difference from the first embodiment is that the machine
機械位置計算部6は、入力された検出位置及び長さ信号から、機械位置を求める。機械位置は、指令円弧の中心位置と検出位置とを結ぶ直線上にあり、テーブル90側の球52の中心からの距離がダブルボールバー5で測定した長さ信号の値となる点を機械位置としてその座標を求める。
The machine
このことを数式で表現すると以下のようになる。指令円弧がXZ平面内の円弧であるとし、ダブルボールバー5で計測した時刻tにおける長さをl(t)、回転軸の検出位置をθd(t)とすると、同じ時刻tにおける機械位置(xm(t),ym(t),zm(t))は、次の式(3)のように求められる。
This can be expressed as follows: If the command arc is an arc in the XZ plane, the length at time t measured with the
ただし、θd=0のとき、主軸91はZ軸の負方向を向いているものとする。また、ここでは、送り速度が十分遅く、回転軸の検出位置と直交3軸の検出位置との同期が十分取れており、指令円弧の中心位置からみた検出位置の方向と、主軸91の向きが一致しているものとして数式を導出している。
However, when θ d = 0, it is assumed that the
機械誤差計算部7は、機械位置と検出位置から、回転中心位置(ピボット点83と主軸91側の球53のずれ量)のパラメータと実測値の間の誤差を算出し、パラメータ変更部8では、回転中心位置を記憶するパラメータに、機械誤差計算部7で求めた誤差を補正した値を設定する。
The machine
また、測定異常検出部10は、ダブルボールバー5が出力する長さ信号が、測定可能範囲を逸脱しないかどうかを監視し、逸脱する場合には異常信号を出力する。指令変更部11は、測定異常検出部10により異常信号が出力された場合、測定を中止し、機械の各駆動軸を試験動作の経路80の開始位置に戻した上で、動作経路を変更して再度測定を行う。長さ信号が測定可能範囲の上限値を上回った場合は、動作経路の半径を小さくする。小さくする量は、測定開始から測定中止までの長さ信号の最小値と、測定可能範囲の下限値との差を超えない値とする。また、長さ信号が測定可能範囲の下限値を下回った場合は、動作経路の半径を大きくする。大きくする量は、測定可能範囲の上限値と、測定開始から測定中止までの長さ信号の最大値との差を超えない値とする。
The measurement
以上のように、本実施の形態3によれば、回転軸の移動も含むような複雑な動作経路においても、正確な機械位置を求めることができるという効果がある。また、本実施の形態3によれば、指令位置及び検出位置と同時刻の機械位置をもとに回転軸の回転中心位置を求めて回転中心位置のパラメータを設定するため、回転軸の回転中心位置のパラメータを正確に設定することができるという効果がある。さらに、本実施の形態3によれば、ダブルボールバー5の出力する長さ信号が測定可能範囲を逸脱する場合は測定を中止し、動作経路の条件を変更して測定を再度実施することにより、機械位置測定用計測器5を故障させることなく確実に測定を行うことができるという効果がある。
As described above, according to the third embodiment, there is an effect that an accurate machine position can be obtained even in a complicated operation path including movement of the rotating shaft. Further, according to the third embodiment, since the rotation center position of the rotation axis is obtained based on the machine position at the same time as the command position and the detection position, and the rotation center position parameter is set, There is an effect that the position parameter can be set accurately. Furthermore, according to the third embodiment, when the length signal output from the
なお、本実施の形態3においては、主軸側が回転する例について説明したが、テーブル側が回転しても良い。 In the third embodiment, the example in which the main shaft side rotates has been described, but the table side may rotate.
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係る数値制御装置について図8及び図9を参照しながら説明する。図8は、この発明の実施の形態4に係る数値制御装置の構成を示すブロック図である。
A numerical control apparatus according to
図8において、上記の実施の形態1と相違する点は、機械位置測定用計測器5Aとして、ダブルボールバーの代わりに2次元座標測定器(グリッドエンコーダ)を用いることである。なお、この2次元座標測定器(グリッドエンコーダ)は、上記の実施の形態2や、実施の形態3にも適用できる。
In FIG. 8, the difference from the first embodiment is that a two-dimensional coordinate measuring device (grid encoder) is used instead of the double ball bar as the mechanical position measuring
また、図9は、この発明の実施の形態4に係る数値制御装置の機械位置測定用計測器のセットアップの様子を示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing the state of setup of the measuring instrument for measuring the machine position of the numerical controller according to
図9において、機械位置測定用計測器5Aとして用いるグリッドエンコーダは、微細な格子(グリッド)をもつプレート57の上に走査ヘッド56を置き、プレート57の面に平行な平面内における走査ヘッド56の2次元変位信号を出力するものである。機械のテーブル90の上にグリッドエンコーダ5Aのプレート57を設置し、主軸91にグリッドエンコーダ5Aの走査ヘッド56を取り付ける。試験動作の経路80は、走査ヘッド56をプレート57の面に平行に直線で移動するものとする。
In FIG. 9, the grid encoder used as the machine
つぎに、この実施の形態4に係る数値制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the numerical control apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
上記の実施の形態1と相違する点は、機械位置測定用計測器5Aの出力が長さ信号ではなく2次元平面内の2次元変位信号であることと、機械位置計算部6、機械誤差計算部7、パラメータ変更部8の各動作である。
The difference from the first embodiment described above is that the output of the machine
以下では、グリッドエンコーダ5Aのプレート57の面はXY平面に平行に取り付けられているものとし、試験動作の経路80はX軸方向に一定速度で移動するものとする。
In the following description, it is assumed that the surface of the
機械位置測定用計測器5Aは、時刻tにおけるX方向の変位xg(t)と、Y軸方向の変位yg(t)を出力する。
Machine
機械位置計算部6は、試験動作中の機械位置を計算する。試験動作の開始位置を原点としたときの時刻tにおける検出位置を(xd(t),yd(t),zd(t))とすると、同じ時刻tにおける機械位置(xm(t),ym(t),zm(t))は、次の式(4)のように求められる。
The machine
ここで、式(4)中のxm0、ym0は、試験動作の開始位置における検出位置である。 Here, x m0 and y m0 in the equation (4) are detection positions at the start position of the test operation.
機械誤差計算部7は、試験動作中の検出位置と機械位置の差を求める。試験動作の区間をn点に分割し、分割したk番目の点のx座標をxkとするとき、検出位置がxkとなるときの機械位置と検出位置の差Δxk、Δykを求める。ΔxkはX軸のピッチエラーであり、ΔykはY軸の真直度誤差である。つまり、機械誤差計算部7は、機械の主軸91の移動中の予め指定した点における検出位置及び機械位置のピッチエラー及び真直度誤差を計算する。
The machine
パラメータ変更部8は、機械誤差計算部7で求めたピッチエラー及び真直度誤差をもとに、ピッチエラー補正及び真直度誤差補正のためのパラメータを変更する。つまり、パラメータ変更部8は、ピッチエラー及び真直度誤差に基づいて指定した点の指令位置を補正するためのパラメータを変更する。
The parameter changing unit 8 changes parameters for pitch error correction and straightness error correction based on the pitch error and straightness error obtained by the mechanical
以上のように、本実施の形態4によれば、検出位置と同時刻の機械位置がわかるので、移動中の機械誤差を正確に求めることができるという効果がある。また、本実施の形態4によれば、1回の移動指令中に指定した点のピッチエラーと真直度誤差を同時に求めることができるので、ピッチエラー及び真直度誤差の補正パラメータを正確かつ迅速に設定することができるという効果がある。 As described above, according to the fourth embodiment, since the machine position at the same time as the detected position is known, there is an effect that the machine error during movement can be accurately obtained. Further, according to the fourth embodiment, since the pitch error and the straightness error at the point specified in one movement command can be obtained simultaneously, the correction parameters for the pitch error and the straightness error can be set accurately and quickly. There is an effect that it can be set.
なお、本実施の形態4では、機械位置測定用計測器5Aの測定方向と、機械の駆動軸の方向が一致している例を挙げたが、これらが異なっていてもよい。その場合は、機械位置計算部6において、機械の駆動軸方向に動かしたときの機械位置測定用計測器5Aの測定値をもとに座標変換を行い、機械の駆動軸方向の機械位置を求めるとよい。
In the fourth embodiment, the example in which the measurement direction of the machine
また、以上の各実施の形態では、並進移動軸については、テーブル90が固定されており主軸91が移動する例を用いたが、逆に、主軸91が固定され、テーブル90が動くものであっても良いし、ある軸(例えば、X軸とZ軸)は主軸91が動き、他の軸(例えば、Y軸)はテーブル90が動くといったものであっても良い。いずれの場合も、主軸91の位置を、テーブル90に対する主軸91の相対位置と置き換えて考えればよい。
Further, in each of the above embodiments, the example in which the table 90 is fixed and the
1 指令生成部、2 機械駆動部、3 モータ、4 検出器、5 機械位置測定用計測器(ダブルボールバー)、5A 機械位置測定用計測器(グリッドエンコーダ)、6 機械位置計算部、7 機械誤差計算部、8 パラメータ変更部、9 機械位置表示部、10 測定異常検出部、11 指令変更部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記機械のテーブルに対する主軸の相対位置の所定の方向の変位を計測する機械位置測定用計測器と、
前記検出器から出力される検出位置及び前記機械位置測定用計測器から出力され前記検出位置と同時刻の機械位置測定用信号に基づいて機械位置を計算する機械位置計算部と、
前記指令位置、前記検出器から出力される検出位置及び前記機械位置計算部により計算された機械位置に基づいて機械誤差を計算する機械誤差計算部と、
前記機械誤差に基づいて誤差補正のためのパラメータを変更するパラメータ変更部と
を備えたことを特徴とする数値制御装置。 In a numerical control device that drives the motor to control the relative position of the spindle to the table of the machine so that the detection position output from the detector follows the command position by detecting the position of the motor.
A machine position measuring instrument for measuring a displacement in a predetermined direction of the relative position of the spindle relative to the table of the machine;
A machine position calculation unit that calculates a machine position based on a detection position output from the detector and a machine position measurement signal output from the machine position measurement measuring instrument at the same time as the detection position;
A machine error calculator that calculates a machine error based on the command position, a detection position output from the detector, and a machine position calculated by the machine position calculator;
A numerical control device comprising: a parameter changing unit that changes a parameter for error correction based on the mechanical error.
前記機械位置計算部は、前記検出器から出力される検出位置及び前記長さセンサから出力され前記検出位置と同時刻の長さ信号に基づいて機械位置を計算する
ことを特徴とする請求項1記載の数値制御装置。 The machine position measuring instrument is a length sensor, and the machine position measuring signal is a length signal indicating a distance between one point on the machine table and one point on the spindle,
The machine position calculation unit calculates a machine position based on a detection position output from the detector and a length signal output from the length sensor and at the same time as the detection position. The numerical controller described.
前記パラメータ変更部は、前記運動誤差に基づいて駆動方向反転時の指令位置を補正するためのパラメータを変更する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の数値制御装置。 The mechanical error calculation unit calculates a motion error when the motor driving direction is reversed,
The numerical control device according to claim 1, wherein the parameter changing unit changes a parameter for correcting a command position when the driving direction is reversed based on the motion error.
前記パラメータ変更部は、前記回転中心位置の誤差に基づいて回転中心位置のパラメータを変更する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の数値制御装置。 The machine error calculation unit calculates the error of the rotation center position of the spindle of the machine or the rotation axis of the table,
The numerical controller according to claim 1, wherein the parameter changing unit changes a parameter of the rotation center position based on an error of the rotation center position.
前記機械位置計算部は、前記検出器から出力される検出位置及び前記2次元座標測定器から出力され前記検出位置と同時刻の2次元変位信号に基づいて機械位置を計算する
ことを特徴とする請求項1記載の数値制御装置。 The machine position measuring instrument is a two-dimensional coordinate measuring instrument, and the machine position measuring signal is a two-dimensional displacement indicating a displacement in a two-dimensional plane between a point on the machine table and a point on the spindle. Signal,
The machine position calculation unit calculates a machine position based on a detection position output from the detector and a two-dimensional displacement signal output from the two-dimensional coordinate measuring device and at the same time as the detection position. The numerical controller according to claim 1.
前記パラメータ変更部は、前記ピッチエラー及び真直度誤差に基づいて指定した点の指令位置を補正するためのパラメータを変更する
ことを特徴とする請求項1又は5記載の数値制御装置。 The machine error calculation unit calculates a pitch error and a straightness error of the point based on the detection position and the machine position at a point specified in advance during the movement of the spindle of the machine,
The numerical controller according to claim 1, wherein the parameter changing unit changes a parameter for correcting a command position of a point specified based on the pitch error and the straightness error.
前記測定異常検出部により異常と判断された場合には測定を中止し、前記機械位置測定用信号が測定可能範囲を逸脱しないように動作指令を変更する指令変更部とをさらに備え、
動作指令が変更された場合には変更後の動作指令に基づいて再度測定を行う
ことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかに記載の数値制御装置。 A measurement abnormality detection unit that determines an abnormality when the machine position measurement signal output from the machine position measurement instrument deviates from the measurable range;
A command changing unit that stops measurement when the measurement abnormality detecting unit determines that an abnormality has occurred, and changes an operation command so that the machine position measurement signal does not deviate from the measurable range;
The numerical control device according to any one of claims 1 to 6, wherein when the operation command is changed, measurement is performed again based on the changed operation command.
をさらに備えたことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれかに記載の数値制御装置。 The machine position display unit for displaying the command position, the detection position output from the detector, and the machine position calculated by the machine position calculation unit on the same coordinate system. The numerical control device according to claim 7.
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