JP2886219B2 - Error correction device such as drive system in NC machine - Google Patents
Error correction device such as drive system in NC machineInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、熱的影響で加工誤差を生ずる工作機械に用
いて有用なNC加工機における駆動系等の誤差補正装置に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to an error correction device such as a drive system in an NC processing machine useful for a machine tool which generates a processing error due to thermal influence. .
(従来の技術) 従来のNC加工機における駆動系としてはセミクローズ
ドループ制御系によるものとフルクローズドループ制御
系によるものの例がある。(Prior Art) As a drive system in a conventional NC processing machine, there are examples of a drive system using a semi-closed loop control system and a drive system using a full closed loop control system.
周知の通り、前者は、サーボモータにロータリエンコ
ーダやレゾルバなど位置検出器を設け、ボールねじやラ
ック・ピニオンによる動力伝達機構を介して移動体を駆
動するものである。また、後者は移動体の実際移動位置
をいわゆる光学スケールの如き高精度の位置検出器によ
り検出するようにしたものである。As is well known, in the former, a servomotor is provided with a position detector such as a rotary encoder or a resolver, and the moving body is driven via a power transmission mechanism using a ball screw or a rack and pinion. In the latter, the actual moving position of the moving body is detected by a highly accurate position detector such as a so-called optical scale.
ところが、セミクローズドループによる制御系では減
速機構にボールねじないしラック・ピニオンを含めた動
力伝達機械の熱的歪、フレームの熱的歪が影響し、加工
誤差が生じるという問題がある。However, in a control system using a semi-closed loop, there is a problem that thermal distortion of a power transmission machine including a ball screw or a rack and pinion and thermal distortion of a frame affect a speed reduction mechanism, thereby causing a processing error.
ボールねじとラック・ピニオンとを比較すると、熱的
影響はボールねじの方が大きいが、本来ラック・ピニオ
ンの方が位置決め精度が悪いのでラック・ピニオンの方
が優れているとは言い難い。Comparing the ball screw and the rack and pinion, the thermal effect of the ball screw is larger, but it is difficult to say that the rack and pinion is originally superior because the positioning accuracy of the rack and pinion is lower.
また、前記フルクローズドループの制御を用いると動
力伝達機構の熱的歪は除去されるが、光学スケールは非
常に高価であり、かつ加工時の振動による物理的破損が
生じ易く、スケール信号の脱調が生じる等の問題があ
る。また、常にサーボ系にフィードバック信号を与えて
いるため、応答速度に限界があり、モータ速度が制限さ
れる。さらに、駆動系の剛性によりサーボ系が不安定と
なりハンチングを生じる等の問題点もあり、セミクロー
ズドループに対して一長一短である。特に、低速度の制
御であっても、ワークやフレームの熱的歪による誤差は
除去できない。Further, when the control of the full closed loop is used, the thermal distortion of the power transmission mechanism is removed, but the optical scale is very expensive, and physical breakage due to vibration at the time of processing is apt to occur. There is a problem such as tone generation. Further, since a feedback signal is always given to the servo system, there is a limit to the response speed, and the motor speed is limited. Further, there is a problem that the servo system becomes unstable due to the rigidity of the drive system and hunting occurs, which is advantageous and disadvantageous to the semi-closed loop. In particular, even with low-speed control, an error due to thermal distortion of a work or a frame cannot be removed.
(発明が解決しようとする課題) 上記の如く従来のNC加工機における駆動系にあって
は、セミクローズドループ及びフルクローズドループ共
にそれぞれの問題点があった。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the drive system of the conventional NC machine, both the semi-closed loop and the fully closed loop have problems.
そこで、本発明は、両クローズドループにおいて、セ
ミクローズドループにおいては動力伝達機構の熱的歪を
補正でき、しかも両クローズドループにおいてワークの
伸縮など環境温度の変化に応じて生ずる動力伝達機構以
外の熱的歪をも補正することができるNC加工機における
駆動系等の誤差補正に用いるスケール装置を提供するこ
とを目的とする。Therefore, the present invention can correct the thermal distortion of the power transmission mechanism in both closed loops and semi-closed loops, and furthermore, in both closed loops, the heat transmission mechanism other than the power transmission mechanism generated in response to a change in environmental temperature such as expansion and contraction of a work It is an object of the present invention to provide a scale device used for error correction of a drive system or the like in an NC processing machine that can also correct target distortion.
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 前述のごとき従来の問題に鑑みて、本発明は、クロー
ズドループ制御系で位置決め制御される移動体を有し、
この移動体に取付けられたワークまたは工具を所定位置
に位置決めしつつ所定の加工を行うNC加工機における駆
動系等の誤差補正装置において、熱膨脹率が一様な材質
で構成され、その長手方向に沿って複数の被検出マーク
を有し、一端を前記移動体の原点位置に合わせて固定す
ると共に他端を環境温度変化に応じて伸縮自在としたマ
スタスケールと、前記移動体の移動動作に伴って前記マ
スタスケールの各被検出マークを検出するセンサと、前
記移動体を移動するための指令軸速と前記被検出マーク
の既知の幅と前記センサが被検出マークを検出している
時間とに基いて求めた前記移動体の現在速度値が予定の
速度に対し許容値内にあるか否かを判別するデータの良
否制御部と、を備えた構成である。[Configuration of the Invention] (Means for Solving the Problems) In view of the above-described conventional problems, the present invention has a moving body that is controlled in position by a closed loop control system,
In an error correction device such as a drive system in an NC processing machine that performs a predetermined processing while positioning a work or a tool attached to this moving body at a predetermined position, the thermal expansion coefficient is made of a material having a uniform thermal expansion rate, and the longitudinal direction thereof is Along with a master scale having a plurality of marks to be detected along the axis, one end of which is fixed in accordance with the origin position of the moving body, and the other end of which is expandable and contractable in accordance with a change in environmental temperature, A sensor for detecting each detected mark of the master scale, a command axis speed for moving the moving body, a known width of the detected mark, and a time when the sensor detects the detected mark. And a quality control unit for determining whether or not the current speed value of the moving object determined based on the predetermined speed is within an allowable value with respect to a predetermined speed.
(実施例) 以下、本発明の実施例を説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described.
第1図は、本発明をパンチプレス機に実施した位置決
め装置の一例を示す説明図である。駆動系はセミクロー
ズドループの例で示す。FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a positioning device in which the present invention is applied to a punch press. The drive system is shown as an example of a semi-closed loop.
図において、左右方向(X方向)に移動自在とされる
テーブル1はテーブルブラケット2に固定されている。
このテーブルブラケット2は、その上方に埋め込まれた
ナット3に前記X方向に延伸されたボールねじ4を螺合
させることにより、ボールねじ4の回転に応じX方向に
移動自在とされる。In the figure, a table 1 that is movable in the left-right direction (X direction) is fixed to a table bracket 2.
The table bracket 2 is movable in the X direction according to the rotation of the ball screw 4 by screwing a ball screw 4 extending in the X direction to a nut 3 embedded above the table bracket 2.
前記ボールねじ4の両端は軸受5に回転自在に支承さ
れている。また、ボールねじ4の一端は減速ギヤ6を介
してサーボモータ7と接続されている。Both ends of the ball screw 4 are rotatably supported by bearings 5. One end of the ball screw 4 is connected to a servomotor 7 via a reduction gear 6.
サーボモータ7にはタコジェネレータ8及びインクリ
メンタル方式のロータリエンコーダ9が設けられてい
る。The servomotor 7 is provided with a tachogenerator 8 and an incremental type rotary encoder 9.
前記テーブル1上には前記X方向と直交するY方向
(図において紙面と直交する方法)に移動自在とされる
ワーククランプ装置10が設けられ、該ワーククランプ装
置10は把持したワークWをテーブル1上でY方向に移動
可能とされている。しがって、サーボモータ7のX方向
の駆動及びワーククランプ装置10のY方向の駆動によ
り、ワークWはX,Y平面内で移動自在である。A work clamp device 10 is provided on the table 1 so as to be movable in a Y direction orthogonal to the X direction (a method orthogonal to the paper surface in the figure), and the work clamp device 10 Above, it can be moved in the Y direction. Accordingly, the work W can be freely moved in the X, Y plane by driving the servo motor 7 in the X direction and driving the work clamp device 10 in the Y direction.
前記テーブル1の下方で固定のフレーム部分には原点
位置でピン11によって1点支持され、X方向に伸縮自在
とされているX軸用のマスタスケール12が取付けられて
いる。A fixed frame portion below the table 1 is provided with a master scale 12 for the X-axis which is supported at one point by a pin 11 at the origin position and is extendable and contractible in the X direction.
該マスタスケール12は熱膨脹率が既知で均質な材質を
用いて帯状に形成され、前記ピン11に対して一定ピッチ
(例えば100mmピッチ)で形成された複数の光学センサ
用ドグ穴Pn(P1,P2,P3,…PN)が設けられている。ピッ
チは、後述するようにレーザ距離計で高精度に計測され
てのち使用されるので、必ずしも高精度に製作する必要
はない。The master scale 12 is formed in a band shape using a homogeneous material having a known coefficient of thermal expansion and has a plurality of optical sensor dog holes Pn (P1, P2) formed at a constant pitch (for example, 100 mm pitch) with respect to the pins 11. , P3,... PN) are provided. Since the pitch is used after being measured with a laser distance meter with high precision as described later, it is not always necessary to manufacture the pitch with high precision.
また、前記テーブル1の下面には、該テーブル1の移
動に伴って前記ドグ穴Pnを検出する光学式近接センサ13
が設けられている。An optical proximity sensor 13 for detecting the dog hole Pn with the movement of the table 1 is provided on the lower surface of the table 1.
Is provided.
本例では、前記テーブル1の上方にクランク軸13が設
けられ、このクランク軸13に取付けられたラム(図示せ
ず)を昇降駆動することによりワークWの上下に設けた
金型を押圧してパンチ加工するようになっている。クラ
ンク軸13の一位置には上死点を示すドグ14が設けられ、
これを近接センサ15で検出することにより、上死点すな
わち非パンチ状態を識別できるようになっている。In this example, a crankshaft 13 is provided above the table 1, and a ram (not shown) attached to the crankshaft 13 is driven up and down to press a mold provided above and below the work W. It is designed to be punched. A dog 14 indicating a top dead center is provided at one position of the crankshaft 13,
By detecting this with the proximity sensor 15, it is possible to identify the top dead center, that is, the non-punched state.
前記フレームには、環境温度の代表値としてその温度
を検出するための温度センサTSが設けられている。The frame is provided with a temperature sensor TS for detecting the temperature as a representative value of the environmental temperature.
一方、上記構成のパンチプレスを制御する制御装置は
NC装置及びこれと接続されるプログラマブルコントロー
ラを主体として構成され、この制御装置の例えばプログ
ラマブルコントローラ内にはカウンタ回路16が設けら
れ、このカウンタ回路16は、送受信演算処理装置17及び
サーボパラメータ記憶部18を備えたサーボシステム19と
接続されている。一般的なサーボシステム19は、位置ル
ープ及び速度ループを有し、前記NC装置が出力した位置
決め目標値を入力して、この目標値に移動体、すなわち
前記テーブル1を指令の速度で制御するようなものであ
る。On the other hand, the control device for controlling the punch press having the above configuration is
The control device mainly includes an NC device and a programmable controller connected to the NC device.A counter circuit 16 is provided in, for example, the programmable controller of the control device. The counter circuit 16 includes a transmission / reception arithmetic processing device 17 and a servo parameter storage unit 18. Connected to a servo system 19 having The general servo system 19 has a position loop and a speed loop, and inputs a positioning target value output from the NC device, and controls the moving body, that is, the table 1 at the target speed at the target value. It is something.
カウンタ回路16は、所定のタイミングで前記マスタス
ケール12のドグ穴Pnの検出信号を入力し、そのときの前
記エンコーダ9より検出される位置信号をラッチし、こ
の値を送受信演算装置17に送信する。The counter circuit 16 inputs a detection signal of the dog hole Pn of the master scale 12 at a predetermined timing, latches a position signal detected by the encoder 9 at that time, and transmits this value to the transmission / reception arithmetic unit 17. .
送受信演算処理装置17は、その内部にバッファを有
し、前記ドグ穴Pnの検出データを入力し、サーボパラメ
ータ記憶部18にサーボパラメータを設定し、また書き換
えするものである。The transmission / reception arithmetic processing unit 17 has a buffer therein, inputs detection data of the dog hole Pn, sets servo parameters in the servo parameter storage unit 18, and rewrites them.
上記構成の装置において、以下、初期設定、補正原
理、加工中のサーボパラメータの変更処理、材料対応方
式、ドグ穴検出方式の順で説明する。In the apparatus having the above configuration, the following description will be made in the order of the initial setting, the principle of correction, the process of changing servo parameters during machining, the material handling method, and the dog hole detection method.
組立時においては、テーブル1のブラケット等にレー
ザ用ミラーを取り付け、レーザ距離計によりNCの指令値
に対する実際動作の差分δを記憶する。At the time of assembly, a laser mirror is attached to a bracket or the like of the table 1, and a difference δ of an actual operation with respect to an NC command value is stored by a laser distance meter.
例えば、100mmの指令値に対し、レーザ検出による実
際の移動量が100.05mmであったとすると、差分100.05−
100=0.05を記録し、その値を演算処理装置17に与え
る。For example, assuming that the actual movement amount by laser detection is 100.05 mm with respect to a command value of 100 mm, a difference of 100.05−
100 = 0.05 is recorded, and the value is given to the arithmetic processing unit 17.
よって、レーザ距離計で正確に計測された差分δによ
り、エンコーダの計測値を正確なものにしたのち、ピッ
チ間隔が計測され、これが20℃換算されて、真のピッチ
間隔T(n,f4)とされて、これがサーボパラメータ記憶
部18に記憶される。Therefore, after making the measurement value of the encoder accurate by the difference δ accurately measured by the laser distance meter, the pitch interval is measured, and this is converted to 20 ° C. to obtain the true pitch interval T (n, f4). And this is stored in the servo parameter storage unit 18.
具体的に示すと、ここでマスタスケール12のドグ穴
(ゲージ)の加工精度がミクロン代に於いて既知でない
こと、光学センサの応答速度によりラッチ遅れが発生す
ること、軸の速度設定値により測定ラッチデータが異な
ることを認識し、ゲージの初期値を求めなければならな
い。Specifically, here, the machining accuracy of the dog hole (gauge) of the master scale 12 is not known in the micron order, the latch delay occurs due to the response speed of the optical sensor, and the measurement is performed by the axis speed setting value. Recognizing that the latch data is different, the initial value of the gauge must be determined.
まずゲージ単体を測定器で計って求めることができる
が、取り付け位置(摺動面との状態及び取り付け基準穴
位置)によって左右されるのでこの手段を使ってゲージ
の基準値を求めることは考えない。First of all, it can be obtained by measuring the gauge alone with a measuring instrument, but it is not considered to calculate the reference value of the gauge using this means because it depends on the mounting position (the state with the sliding surface and the mounting reference hole position). .
よって、マスタスケールは図面通りに取り付けてしま
う。また、金型をセットし加工準備をする。Therefore, the master scale is attached as shown in the drawing. In addition, a mold is set and processing is prepared.
軸速をオーバライド値F4にセットし、NCコンソールか
ら指令値C1mm(測定器の測定可能ストロークでできるだ
け大きい値となるように)を入力し加工する。Set the axis speed to the override value F4, and input a command value C1mm (so as to be as large as possible with the measurable stroke of the measuring instrument) from the NC console for processing.
続いて、C2mm(ワークの原点近くで10mm付近)を入力
し加工する。Next, input and process C2mm (near the origin of the work and around 10mm).
このとき、加工板を20℃の管理下で一昼夜寝かし、測
定器で測定し、このときの測定値がそれぞれM1mm、M2mm
だったとする。At this time, the work plate was laid all day and night under the control of 20 ° C, and measured with a measuring instrument, and the measured values at this time were M1mm and M2mm, respectively.
Suppose it was
また、過去に続いて(加工と同一環境下で)軸速F4で
測定を行いカウンタラッチ座標Lnmm(x1,x2,…,xNとす
る)をすべてのピッチ点で記憶する。Further, following the past, the measurement is performed at the axial speed F4 (under the same environment as the processing), and the counter latch coordinates Lnmm (x1, x2,..., XN) are stored at all the pitch points.
同様に軸速F3、F2、F1に対してもそれぞれ上記の測定
を繰り返しラッチ座標を記憶する。これらから、第2図
に示すようなラッチ座標テーブルを作成する。Similarly, the above measurement is repeated for each of the shaft velocities F3, F2, and F1, and latch coordinates are stored. From these, a latch coordinate table as shown in FIG. 2 is created.
ここでF4と比較してF3時での遅れの平均D(4−3)
を求める。Here, the average D of the delay at F3 compared to F4 (4-3)
Ask for.
D(4−3) =Σ(L(n,f3)−L(n,f4))/N 同様にF4と比較してF2,F1時での遅れの平均D(4−
2)、D(4−1)を求める。D (4-3) = Σ (L (n, f3) −L (n, f4)) / N Similarly, compared with F4, the average of the delay at F2 and F1 D (4−3)
2) Find D (4-1).
D(4−2) =Σ(L(n,f2)−L(n,f4))/N D(4−1) =Σ(L(n,f1)−L(n,f4))/N 平均値を求めた理由は管理するデータをできるだけ少
なく抑える為であり、実際にソフト上で管理するのはT
(n,f4)とD(4−3)、D(4−2)、D(4−1)
である。速度f4に対する誤差の関係を第3図に示した。D (4-2) = Σ (L (n, f2) −L (n, f4)) / N D (4-1) = Σ (L (n, f1) −L (n, f4)) / N The reason for calculating the average value is to keep the data to be managed as small as possible.
(N, f4) and D (4-3), D (4-2), D (4-1)
It is. FIG. 3 shows the relationship between the error and the speed f4.
次に求めるべき寸法のT(n,f4)を求める。 Next, T (n, f4) of the dimension to be obtained is obtained.
T(n,f3)=T(n,f4)+D(4−3) T(n,f2)=T(n,f4)+D(4−2) T(n,f1)=T(n,f4)+D(4−1) 以上により得られる値を20℃換算値として、送受信演
算処理装置17内のバッファに予め記憶し、環境温度に応
じて、各ピッチの値を求め、これをサーボパラメータと
して、サーボシステム19に与え、周知のピッチ誤差補正
を与えるわけである。T (n, f3) = T (n, f4) + D (4-3) T (n, f2) = T (n, f4) + D (4-2) T (n, f1) = T (n, f4) ) + D (4-1) The value obtained as described above is stored in advance in a buffer in the transmission / reception arithmetic processing unit 17 as a 20 ° C. converted value, and the value of each pitch is determined according to the environmental temperature, and this is used as a servo parameter. , And a well-known pitch error correction.
<補正原理> 以上により、マスタースケール12の各ドク穴Pn位置は
20℃換算されてその位置が管理される。言い換えれば、
環境温度が如何に変化しようとも、マスタースケール12
のドグ穴Pn位置を検出することにより実際の加工ずれを
検出することができ、その差分に応じて適格な補正値を
与えることができる。<Correction principle> As described above, the position of each dowel hole Pn of the master scale 12 is
The position is managed after conversion to 20 ° C. In other words,
No matter how the environmental temperature changes, Master Scale 12
By detecting the position of the dog hole Pn, the actual machining deviation can be detected, and an appropriate correction value can be given according to the difference.
基本動作を示すと材質が鉄の加工板が板に25℃の環境
におかれているとすると、20℃に対し1mに付き11.7μm/
℃・m×(25−20)=58.5μm伸びている。この板を高
剛性とし理論値通りに加工し、この板を20℃に冷却する
と、逆に58.5μm小さく加工されたことになる。The basic operation is as follows: If a plate made of iron is placed in an environment of 25 ° C, the temperature is 11.7μm / 20mC per 1m.
℃ · mx (25-20) = 58.5 µm. When this plate was processed to have high rigidity and processed according to the theoretical value, and this plate was cooled to 20 ° C., it was conversely processed to be smaller by 58.5 μm.
そこで、このようにしないために、マスタスケール12
のドグ穴Pnのラッチ点で加工機の位置決めを補正すれば
良い。So, in order not to do this, master scale 12
What is necessary is just to correct the positioning of the processing machine at the latch point of the dog hole Pn.
注意すべきは、この補正値は、実際加工位置を温度補
正機能をもって正確なスケールで検出したものであるの
で、動力伝達機の機械歪、温度歪は勿論のこと、ワーク
及びフレームの温度による影響をも打ち消すものであ
り、マスタスケール12及びその測定システムの測定精度
でもって加工できるということである。It should be noted that this correction value is obtained by detecting the actual machining position on an accurate scale with the temperature correction function, so it is affected not only by the mechanical distortion and temperature distortion of the power transmission machine, but also by the temperature of the work and frame. This means that the processing can be performed with the measurement accuracy of the master scale 12 and its measurement system.
具体例を示すと、今、動力伝達機能たるボールねじ4
がワーク温度Fwより少し高かったとし、ボールねじの歪
がΔ1,ワークWの膨脹による誤差がΔ2、その他フレー
ムの歪などがΔ3であったとすると、これらΔ1,Δ2,Δ
3がどうであろうと、関係ないということである。A specific example will now be described.
Is slightly higher than the work temperature Fw, if the distortion of the ball screw is Δ1, the error due to the expansion of the work W is Δ2, and the distortion of the other frame is Δ3, these Δ1, Δ2, Δ
Whatever the case, it doesn't matter.
よって、条件変化、特に温度変化に応じて、適宜サー
ボパラメータの補正をすれば、ほとんど誤差のない加工
を永久的に持続できることになる。Therefore, if the servo parameters are appropriately corrected in accordance with a change in the condition, particularly, a change in the temperature, machining with little error can be permanently maintained.
なお、このセミクローズドループの効果をフルクロー
ズドループのものと比較すると、高速加工が可能である
点、脱調の心配が無い点、加えて安価に設計できる点な
どの、実用上の観点からむしろセミクローズドループの
方が優れていると言えるものである。温度による誤差に
ついては、基本的には同等である。In addition, comparing the effect of this semi-closed loop with that of a fully closed loop, from the practical point of view that high-speed machining is possible, there is no fear of step-out, and in addition, it can be designed at low cost, etc. The semi-closed loop is better. The error due to temperature is basically the same.
また、本例ではボールねじ4の例で示しているが、こ
れはラック・ピニオンとしてもよい。ただし、バックラ
ッシュなどによる本来の精度から見て、加工精度はボー
ルねじの方がより良好である。In this embodiment, the ball screw 4 is shown as an example, but this may be a rack and pinion. However, from the viewpoint of the original accuracy due to backlash and the like, the processing accuracy of the ball screw is better.
第4図にサーボパラメータの設定方式を示した。加工
開始に際し、ステップ401で原点復帰すると、ステップ4
02で、まずNCへスタートの禁止をする。FIG. 4 shows a servo parameter setting method. At the start of machining, return to origin in step 401.
In 02, the start is prohibited to NC first.
次いで、ステップ403で現在値カウンタにリセット信
号を送出し、ステップ404で補正機能オンの信号を送出
する。Next, at step 403, a reset signal is sent to the current value counter, and at step 404, a signal for turning on the correction function is sent.
次いでステップ405で温度センサTSのデータを送信
し、ステップ406でその温度でのフレーム伸びを算出し
てからステップ407でNCへスタートを許可する。Next, in step 405, the data of the temperature sensor TS is transmitted. In step 406, the frame elongation at that temperature is calculated, and then in step 407, the NC is permitted to start.
ステップ406では20℃換算の値T(n・f4)に基い
て、温度θに応じたサーボパラメータ値を設定する。な
お、本例では、補正作業をサーボシステム19で行ってい
るとするが、元の目標値を変更するように補正すること
も可能である。In step 406, a servo parameter value corresponding to the temperature θ is set based on the value T (n · f4) converted into 20 ° C. In this example, it is assumed that the correction operation is performed by the servo system 19, but it is also possible to perform correction so as to change the original target value.
<補正パラメータの変更処理> サーボパラメータの変化は第5図及び第6図の処理に
より実行される。第5図は変更要求の手続き、第6図は
変更要求があった場合の変更手続きを示す。<Correction Parameter Change Processing> The change of the servo parameters is executed by the processing of FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows a change request procedure, and FIG. 6 shows a change procedure when a change request is made.
第5図において、加工中ステップ501で第1図に示す
近接センサ15によりパンチ中か否かが判別され、パンチ
中でなければステップ502へ移行して、ここで移動方向
が予め定めた測定方向であるか否かを判別する。In FIG. 5, in the machining step 501, it is determined whether or not the punch is being performed by the proximity sensor 15 shown in FIG. 1. If the punch is not being performed, the process proceeds to the step 502, where the moving direction is set to the predetermined measurement direction. Is determined.
予め定めた方向であれば、ステップ503へ移行して、
ドグ穴Pnのラッチ座標を送出し、ステップ504で、その
ラッチ座標がどのドグ穴Pnのものであるかに応じそのド
グ穴Pnについてのラッチ値をメモリにロードする。If it is a predetermined direction, proceed to step 503,
The latch coordinates of the dog hole Pn are sent out, and in step 504, the latch value for the dog hole Pn is loaded into the memory according to which dog hole Pn the latch coordinate is.
そこで、ステップ505では、ステップ504でロードした
値を、基準の値、すなわち20℃換算された値に基いて前
に検出された温度にて検出されるべき値と比較し、許容
値内でないならば、ステップ506へ移行してパラメータ
変更要求のビットをオンとする。なお、ステップ507で
はフレーム温度を受信している。Therefore, in step 505, the value loaded in step 504 is compared with a reference value, that is, a value to be detected at a previously detected temperature based on a value converted at 20 ° C. If it is, the process proceeds to step 506 to turn on the parameter change request bit. In step 507, the frame temperature is received.
このようにパラメータ変更要求が出されるのは、主に
温度変化、すなわち環境温度の変化、あるいは負荷の変
動にてボールねじ4の温度が変化したような場合であ
る。The parameter change request is issued mainly when the temperature of the ball screw 4 changes due to a temperature change, that is, a change in environmental temperature or a change in load.
次に、第6図において、ステップ601でパラメータ変
更要求がオンすると、ステップ602で原点位置へ戻るの
を待ち、ステップ603でNCへスタートの禁止を出力す
る。Next, in FIG. 6, when the parameter change request is turned on in step 601, it waits in step 602 to return to the origin position, and in step 603, prohibits start to NC.
次いで、ステップ604でワークWの材質が前と同じく
鉄であれば、ステップ606へサーボパラメータの変更値
を計算し、ステップ607で設定し、ステップ608でNCへス
タートを許可する。ステップ606での計算は、実際計測
されたラッチデータを用いて現在状況に応じたサーボパ
ラメータを算出するものである。ステップ605について
は後述する。計測されたラツチデータは、そのときの速
度に応じて補正される。Next, in step 604, if the material of the work W is iron as before, the change value of the servo parameter is calculated in step 606, set in step 607, and start is permitted to NC in step 608. The calculation in step 606 is to calculate the servo parameters according to the current situation using the actually measured latch data. Step 605 will be described later. The measured latch data is corrected according to the speed at that time.
<材料対応方式> 材料対応方式には次の2通りがある。<Material handling method> There are two types of material handling methods as follows.
一つは、各材料の膨脹率、例えば、 鉄…11.7μm/m・℃ 銅…16.7μm/m・℃ アルミ…23μm/m・℃ に応じ、現在使用されているマスタスケール12の材質に
対して、適宜補正を与える方式である。One is the expansion rate of each material, for example, iron… 11.7μm / m ・ ℃ copper… 16.7μm / m ・ ℃ aluminum… 23μm / m ・ ℃ In this method, correction is appropriately made.
この場合には、例えば、NCが原点へ戻されたとき、第
6図のステップ604で材料変更を識別し、ステップ605で
材料毎に20℃についての計算をし、計算された値を記憶
するようにすればよい。In this case, for example, when the NC is returned to the origin, a material change is identified in step 604 of FIG. 6, a calculation for 20 ° C. is performed for each material in step 605, and the calculated value is stored. What should I do?
また、他の一つは、第7図(a)及び第7図(b)
に示すような材質毎のカートリッジタイプのマスタスケ
ール20を作成し、ピン11及びガイド部材21に対して交換
設定する方式である。The other one is shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b).
In this method, a cartridge type master scale 20 for each material as shown in FIG.
ガイド21に取付けられているボルト22は移動方向と直
交する方向へのずれを防止するためのものである。この
ボルト22の先端は球状に形成され、カートリッジスケー
ル20を、移動方向に摺動可能の態様でガイド21に対して
軽く押圧するものである。なお、固定点を原点に一致さ
せるためピン11の支持点も球状に形成されている。固定
点が原点よりずらされている場合には、所定のずれ補正
を行う必要がある。The bolt 22 attached to the guide 21 is for preventing displacement in a direction orthogonal to the moving direction. The tip of the bolt 22 is formed in a spherical shape, and lightly presses the cartridge scale 20 against the guide 21 so as to be slidable in the movement direction. Note that the support point of the pin 11 is also formed in a spherical shape so that the fixed point coincides with the origin. When the fixed point is shifted from the origin, it is necessary to perform a predetermined shift correction.
<ドグ穴検出方式(その1)> 本項目は、ドグ穴Pnの検出において、検出データの良
否を識別できるようにしたものである。<Dog Hole Detection Method (Part 1)> This item is designed so that the quality of the detected data can be identified in the detection of the dog hole Pn.
第8図に検出回路の具体例を示す。 FIG. 8 shows a specific example of the detection circuit.
図において、ドグ穴Pnの検出回路は、エンコーダ9が
出力するA、B2相を入力するバッファ(差動TTL)23
と、光学式センサ13の検出信号を入力するカウンタラッ
チ制御部24を有し、両回路23,24は、前記カウンタ回路1
6に入力されている。該カウンタ回路16には内部クロッ
ク信号CLKが入力されている。In the figure, the detection circuit of the dog hole Pn is a buffer (differential TTL) 23 for inputting the A and B2 phases output from the encoder 9.
And a counter latch control unit 24 for inputting a detection signal of the optical sensor 13. Both circuits 23 and 24 are provided with the counter circuit 1.
6 is entered. The internal clock signal CLK is input to the counter circuit 16.
前記カウンタ回路16にはセンサオン用バッファ25とク
ロックカウンタ26が接続され、両回路25,26の出力はデ
ータの良否制御部27に接続され、該制御部27はデータバ
ス28と接続されている。前記クロックカウンタ26にも、
前記内部クロック信号CLKが入力される。The counter circuit 16 is connected to a sensor-on buffer 25 and a clock counter 26. The outputs of both circuits 25 and 26 are connected to a data pass / fail control unit 27. The control unit 27 is connected to a data bus 28. The clock counter 26 also has
The internal clock signal CLK is input.
上記の構成において、第9図に示すように、今センサ
13が一方向に移動し、一つのドグ穴Pnに対して信号29を
得たとする。この信号29は、あるしきい値をもってオン
となり、次いでオフとなるパルス状の信号である。指令
の軸速をb0mm/Sであるとする。ドグ穴Pnの幅は既知でa
mmとする。In the above configuration, as shown in FIG.
13 moves in one direction, and obtains a signal 29 for one dog hole Pn. The signal 29 is a pulse-like signal that is turned on with a certain threshold and then turned off. The shaft speed command and b is 0 mm / S. The width of dog hole Pn is known and a
mm.
信号処理方式を第10図に示した。 The signal processing method is shown in FIG.
ステップ1001でセンサオンでのラッチデータをバッフ
ァ25に仮にストアし、ステップ1002でクロックカウンタ
26によりセンサオンに次いでのオフまでの時間tを得
る。In step 1001, the latch data when the sensor is on is temporarily stored in the buffer 25, and in step 1002, the clock counter
The time t until the sensor is turned on and then turned off is obtained by 26.
そこで、ステップ1003により、データの良否制御部27
で、b0t=aを判別し、すなわち現在速度値hが予定の
速度b0に対し許容値内にあるか否かを判別し、許容値内
ならステップ1004でセンサオン時のラッチデータを有効
とし、これをデータバス28に流す。一方、速度bが許容
値外ならステップ1005でラッチデータを無効とする。Therefore, in step 1003, the data quality control unit 27
Then, b 0 t = a is determined, that is, it is determined whether or not the current speed value h is within an allowable value with respect to the planned speed b 0 , and if it is within the allowable value, the latch data at the time of sensor ON is validated in step 1004. And flows this to the data bus 28. On the other hand, if the speed b is outside the allowable value, the latch data is invalidated in step 1005.
よって、本例では、センサ13で検出されるラッチデー
タの信頼性が向上し、ひいては加工精度そのものを向上
することができる。Therefore, in this example, the reliability of the latch data detected by the sensor 13 is improved, and the processing accuracy itself can be improved.
本例では、ドグ穴Pnの検出について示したがマスタス
ケール12のマークはこれに限られず、例えば異なる色を
印刷したようなものであってもよく、この場合にも同様
にラッチデータの良否を判別できるものである。In this example, the detection of the dog hole Pn has been described. However, the mark of the master scale 12 is not limited to this.For example, a mark of a different color may be printed. It can be determined.
<ドグ穴検出方式(その2)> 本項は、速度に応じてラッチデータを補正する例を示
すものである。<Dog Hole Detection Method (Part 2)> This section shows an example in which latch data is corrected according to speed.
第11図において、本例の検出回路では、前記カウンタ
回路16に、波形検出による速度演算部30と、ラッチ座標
取出し部31が接続されている。うち速度演算部30には平
均遅れのパラメータ値演算部32が接続され、この演算部
32とラッチ座標取出し部31とは測定結果出力部33に接続
されている。In FIG. 11, in the detection circuit of this example, a speed calculation unit 30 for detecting a waveform and a latch coordinate extraction unit 31 are connected to the counter circuit 16. The speed calculator 30 is connected to an average delay parameter value calculator 32.
32 and the latch coordinate extracting unit 31 are connected to a measurement result output unit 33.
平均遅れのパラメータ値演算部32は、第12図に示すよ
うな速度及び信号遅れによって発生する誤差εの対応表
を有し、速度演算部30によって波形値より演算された速
度に応じて誤差εを算出する。誤差はバラつくので、平
均値を採用している。The average delay parameter value calculator 32 has a correspondence table of the error ε generated by the speed and the signal delay as shown in FIG. 12, and the error ε is calculated according to the speed calculated from the waveform value by the speed calculator 30. Is calculated. Since the error varies, the average value is used.
測定結果出力部33は、演算部32が演算した誤差εをラ
ッチ座標取出し部31が取り出したラッチ座標に適用し、
真の値に近い測定値を出力するものである。測定値は同
一ドグ穴に対する複数データを平均化して用いるように
してもよい。The measurement result output unit 33 applies the error ε calculated by the calculation unit 32 to the latch coordinates extracted by the latch coordinate extraction unit 31,
It outputs a measured value close to the true value. The measurement value may be obtained by averaging a plurality of data for the same dog hole.
第13図に示すように、ステップ1301でセンサオンでの
座標値を取出し、ステップ1302でセンサオン時のパルス
幅より速度値を演算し、ステップ1303で誤差εを演算
し、ステップ1304で補正された測定値を出力する。As shown in FIG. 13, the coordinate value when the sensor is turned on is obtained in step 1301, the speed value is calculated from the pulse width when the sensor is turned on in step 1302, the error ε is calculated in step 1303, and the corrected measurement is performed in step 1304. Output the value.
よって、スケール等の波形から速度相当値を演算し、
それに対応した遅れのパラメータを測定データに引算す
ることで測定精度、ひいては加工精度を向上することが
できる。Therefore, the speed equivalent value is calculated from the waveform such as the scale,
By subtracting the corresponding delay parameter from the measurement data, the measurement accuracy and, consequently, the processing accuracy can be improved.
本例では、任意の軸速度で測定することができる。ま
た、一定速度とすれば、さらに精度向上を図ることがで
きる。なお、本例では速度値を波形検出により求めた
が、速度が安定していることを条件としてNC指令値を用
いることもできる。In this example, measurement can be performed at an arbitrary shaft speed. If the speed is constant, the accuracy can be further improved. In this example, the speed value is obtained by waveform detection, but the NC command value can be used on condition that the speed is stable.
以上、詳細に説明したように、本実施例によれば、セ
ミクローズドループで制御されるテーブル1をマスタス
ケール12で定まる精度で移動させることができる。As described above in detail, according to the present embodiment, the table 1 controlled by the semi-closed loop can be moved with the accuracy determined by the master scale 12.
また、このときマスタスケール12を温度補正可能に構
成してあると共に、実際加工位置を検出するよう構成し
てあるので、動力伝達機構の歪はもとより、ワーク及び
フレームの熱的影響をも取り除くことができ、従来困難
であった0.01mm以上の高精度を全ての環境条件に対して
容易にクリアすることができ、超精密加工が可能とな
る。フルクローズドループのように脱調や破損の心配も
ない。At this time, since the master scale 12 is configured to be capable of temperature correction and configured to detect the actual processing position, it is possible to remove not only the distortion of the power transmission mechanism but also the thermal influence of the work and the frame. High precision of 0.01 mm or more, which was difficult in the past, can be easily cleared under all environmental conditions, and ultra-precision processing becomes possible. There is no need to worry about loss of synchronization or breakage as in a fully closed loop.
上記実施例では、パンチプレスの例で示したが、レー
ザ加工機、パッチ・レーザ複合加工機、旋盤など他のNC
工作機械であっても同様である。In the above embodiment, an example of a punch press was described, but other NCs such as a laser processing machine, a patch / laser combined processing machine, and a lathe
The same applies to machine tools.
また、上記実施例では、ワークが移動する例で示した
が、工具を移動させる工作機械であっても同様である。Further, in the above-described embodiment, an example in which the workpiece is moved has been described, but the same applies to a machine tool that moves a tool.
さらに、上記実施例では、セミクローズドループを主
体として示したが、本発明はフルクローズドループであ
っても実施でき、これにより、ワークやフレームの熱的
歪により生ずる誤差を取り除くことができるものであ
る。Furthermore, in the above-described embodiment, the semi-closed loop is mainly used, but the present invention can be implemented even with a fully closed loop, thereby removing an error caused by thermal distortion of a work or a frame. is there.
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、適宜
の設計的変更を行うことにより、この他適宜態様で実施
し得るものである。The present invention is not limited to the above embodiments, but can be implemented in other appropriate modes by making appropriate design changes.
[発明の効果] 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、本
発明によれば、複数の被検出マークを備えたマスタスケ
ールの一端は移動体の原点位置に合わせて固定してあ
り、他端は温度変化に応じて伸縮自在に設けてあるか
ら、駆動系等の熱歪みによる誤差補正が容易なことは勿
論のことであるが、本発明においては、移動体に備えた
センサによってマスタスケールの被検出マークを検出す
る際、移動体を移動する指令速度と被検出マークの既知
の幅とセンサの検出時間とに基いて移動体の速度を求
め、この移動体の現在速度が予定の速度に対して許容値
内にあるか否かを判別するデータの良否制御部を備えて
いるから、前記センサによって検出したデータの信頼性
が向上し、ひいては加工精度を向上することができるも
のである。[Effects of the Invention] As can be understood from the above description of the embodiment, according to the present invention, one end of the master scale having a plurality of detected marks is fixed to the origin position of the moving body. The other end is provided so as to be able to expand and contract in response to a temperature change, so that it is easy to correct an error due to thermal distortion of a drive system or the like. When detecting the detected mark on the master scale, the speed of the moving body is calculated based on the command speed for moving the moving body, the known width of the detected mark, and the detection time of the sensor, and the current speed of the moving body is estimated. A data control unit for determining whether or not the speed is within an allowable value with respect to the speed of the data, so that the reliability of the data detected by the sensor can be improved and, consequently, the processing accuracy can be improved. It is.
第1図は本発明の一実施例に係る位置決め装置の構成を
示す説明図、第2図は各速度毎のラッチデータの説明
図、第3図は速度による誤差状況を示す説明図、第4図
はサーボパラメータの設定方式を示すフローチャート、
第5図はパラメータ変更要求の出力方式を示すフローチ
ャート、第6図はパラメータ変更方式のフローチャー
ト、第7図(a)は材質毎に作成したカートリッジ方式
のマスタスケールを示す正面図、第7図(b)はその右
側面図、第8図はラッチデータの検出回路の一例を示す
ブロック図、第9図はその検出作用を示す説明図、第10
図はデータの良否判別を行う方式を示すフローチャー
ト、第11図はラッチデータの検出回路の他の例を示すブ
ロック図、第12図はその回路が用いるデータの説明図、
第13図はラッチデータの測定値補正方式を示すフローチ
ャートである。 1……テーブル、3……ナット 4……ボールねじ、7……サーボモータ 9……エンコーダ、11……ピン 12……マスタスケール 13……光学式センサ 16……カウンタ回路 17……送受信演算処理装置 18……サーボパラメータ記憶部 19……サーボシステム Pn……ドグ穴、TS……温度センサFIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a positioning device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of latch data for each speed, FIG. The figure shows a flowchart showing the servo parameter setting method,
FIG. 5 is a flowchart showing a parameter change request output method, FIG. 6 is a parameter change method flowchart, FIG. 7 (a) is a front view showing a cartridge type master scale created for each material, and FIG. b) is a right side view thereof, FIG. 8 is a block diagram showing an example of a latch data detecting circuit, FIG. 9 is an explanatory diagram showing the detecting operation, and FIG.
FIG. 11 is a flowchart showing a method of determining the quality of data, FIG. 11 is a block diagram showing another example of a latch data detection circuit, FIG. 12 is an explanatory diagram of data used by the circuit,
FIG. 13 is a flowchart showing a method of correcting a measured value of latch data. 1 Table 3 Nut 4 Ball screw 7 Servo motor 9 Encoder 11 Pin 12 Master scale 13 Optical sensor 16 Counter circuit 17 Transmission / reception calculation Processing unit 18 Servo parameter storage unit 19 Servo system Pn Dog hole TS TS Temperature sensor
Claims (1)
れる移動体を有し、この移動体に取付けられたワークま
たは工具を所定位置に位置決めしつつ所定の加工を行う
NC加工機における駆動系等の誤差補正装置において、熱
膨脹率が一様な材質で構成され、その長手方向に沿って
複数の被検出マークを有し、一端を前記移動体の原点位
置に合わせて固定すると共に他端を環境温度変化に応じ
て伸縮自在としたマスタスケールと、前記移動体の移動
動作に伴って前記マスタスケールの各被検出マークを検
出するセンサと、前記移動体を移動するための指令軸速
と前記被検出マークの既知の幅と前記センサが被検出マ
ークを検出している時間とに基いて求めた前記移動体の
現在速度値が予定の速度に対し許容値内にあるか否かを
判別するデータの良否制御部と、を備えたことを特徴と
するNC加工機における駆動系等の誤差補正装置。1. A moving body whose position is controlled by a closed loop control system, and a predetermined processing is performed while a work or a tool attached to the moving body is positioned at a predetermined position.
In an error correction device such as a drive system in an NC processing machine, the coefficient of thermal expansion is made of a uniform material, has a plurality of detection marks along its longitudinal direction, and has one end aligned with the origin position of the moving body. A master scale that is fixed and the other end of which is expandable and contractable in response to a change in environmental temperature; a sensor that detects each detected mark of the master scale in accordance with the movement of the moving body; and a device that moves the moving body. The current speed value of the moving body, which is determined based on the command axis speed, the known width of the detected mark, and the time during which the sensor is detecting the detected mark, is within an allowable value with respect to the planned speed. An error correction device for a drive system or the like in an NC processing machine, comprising: a data quality control unit for determining whether or not the data is good or bad.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP30585889A JP2886219B2 (en) | 1989-11-25 | 1989-11-25 | Error correction device such as drive system in NC machine |
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Related Child Applications (3)
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JP3392790A Division JP2790698B2 (en) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | Scale detector |
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- 1989-11-25 JP JP30585889A patent/JP2886219B2/en not_active Expired - Lifetime
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