JP3089797B2 - Numerical control unit - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、研削盤,ピストン旋
盤、及びレーザ加工機等の工作機械やロボットにおける
作業ヘッドの創成運動を制御する数値制御装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a numerical control apparatus for controlling a generating motion of a working head in a machine tool such as a grinding machine, a piston lathe, and a laser machine, or a robot.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、工作機械やロボットは、数値制
御装置によって、ワークに対する作業ヘッドの相対的運
動が制御される。数値制御装置には、作業ヘッドの作業
軌跡を決定する軌跡定義データが例えばキー入力操作に
よって予め設定され、上記軌跡定義データを基にワーク
に対するプロフィルデータを作成して作業ヘッドの創成
運動がなされる。ここでプロフィルデータとは、作業軌
跡上の複数の教示点でのワークに対する作業ヘッドの位
置に関する情報をいう。2. Description of the Related Art Generally, in a machine tool or a robot, a relative movement of a work head with respect to a work is controlled by a numerical controller. In the numerical control device, trajectory definition data for determining the work trajectory of the work head is set in advance by, for example, a key input operation, and profile data for the work is created based on the trajectory definition data, and the work head is created. . Here, the profile data refers to information on the position of the work head with respect to the work at a plurality of teaching points on the work track.
【0003】作業軌跡データからプロフィルデータを作
成する代表的な手法に、スプライン補間がある。図14
はスプライン補間の説明図である。図14において、P
j-1 ,Pj ,P j+1 ,Pj+2 ,Pj+3 は軌跡定義データ
の与える教示点である。スプライン補間は、連続する2
点ごとのスプライン関数により、軌跡定義データの与え
る教示点の間に新たな教示点を拡張するものである。ス
プライン関数は、軌跡定義データの連続する4点を通る
3次式に基づいて求める。連続する4点をPj-1 ,
Pj ,Pj+1 ,Pj+2 とすると、補間されるデータは、
中央のj番目とj+1番目の点の間のデータである。そ
のスプライン関数Sj (x)を、区間〔xj ,xj+1 〕
において、 Sj (x)=A0 +A1 x1 +A2 x2 2+A3 x3 3 ………式1 とする。ここに、A0 〜A3 は係数である。そして以下
の連続の条件式、 Sj (xj )=yj ………式2 Sj-1 (xj )=yj ………式3 S′j-1 (xj )=S′j (xj ) ………式4 S″j-1 (xj )=S″j (xj ) ………式5 より、Sj (x)を求め、j番目とj+1番目の点の間
のデータを補間する。次の連続する4点Pj ,Pj+1 ,
Pj+2 ,Pj+3 では、スプライン関数Sj+1 (x)を同
様の条件式より求め、j+1番目とj+2番目の点の間
のデータを補間する。[0003] Profile data is created from work locus data.
A typical technique to achieve this is spline interpolation. FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of spline interpolation. In FIG. 14, P
j-1, Pj, P j + 1, Pj + 2, Pj + 3Is the locus definition data
The teaching point given by Spline interpolation consists of two consecutive
Providing trajectory definition data by spline function for each point
A new teaching point is extended between teaching points. S
The pline function passes through four consecutive points of the trajectory definition data
It is determined based on a cubic equation. 4 consecutive pointsj-1,
Pj, Pj + 1, Pj + 2Then, the data to be interpolated is
This is data between the j-th and j + 1-th points at the center. So
Spline function Sj(X) in the section [xj, Xj + 1]
In, Sj(X) = A0+ A1x1+ ATwoxTwo Two+ AThreexThree Three ... Equation 1 Where A0~ AThreeIs a coefficient. And below
Continuation conditional expression of Sj(Xj) = Yj ............ Equation 2 Sj-1(Xj) = Yj ............ Equation 3 S 'j-1(Xj) = S 'j(Xj) ............ Equation 4 S ″j-1(Xj) = S ″j(Xj) ...... From the formula 5, SjFind (x), between the j-th and j + 1-th points
Interpolate the data of Next consecutive 4 points Pj, Pj + 1,
Pj + 2, Pj + 3Then, the spline function Sj + 1(X)
Between the j + 1 and j + 2 points
Interpolate the data of
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スプラ
イン補間によって創成される運動は、位置成分の正確さ
故にかえって、速度成分及び加速度成分の変化が急峻に
なるという欠点がある。このため、作業ヘッドの創成運
動における動きの滑らかさが得られず、工作機械におい
ては、加工面の性状が悪化してしまうという問題があっ
た。However, the motion created by the spline interpolation has a disadvantage that the change of the velocity component and the acceleration component becomes steep due to the accuracy of the position component. For this reason, there is a problem that the smoothness of the movement in the generating motion of the working head cannot be obtained, and the properties of the machined surface deteriorate in the machine tool.
【0005】図15〜図17は上記速度成分及び加速度
成分を示しており、回転駆動されるワークをバイト,砥
石車等の工具でカム面に加工する工作機械を例にしてい
る。図15に示す軌跡定義データは、工具とワーク回転
中心となる主軸との位置関係、工具の主軸に対する前後
進量(リフト量)と主軸の回転角とで与えられる。ここ
で、工具は作業ヘッドに相当する。このような軌跡定義
データは、横軸に回転角をとって、例えば図15に示す
ような非真円形状のカム面を表しているとすると、スプ
ライン補間により得られるプロフィルデータの速度成分
x′及び加速度成分x″は、図16及び図17に示すよ
うになり、特に、加速度の変化の急峻さが顕著になっ
て、カム面性状に悪影響を及ぼす。FIGS. 15 to 17 show the above-mentioned speed component and acceleration component, and exemplify a machine tool for processing a rotationally driven work on a cam surface with a tool such as a cutting tool or a grinding wheel. The trajectory definition data shown in FIG. 15 is given by the positional relationship between the tool and the spindle serving as the rotation center of the workpiece, the forward / backward movement amount (lift amount) of the tool with respect to the spindle, and the rotation angle of the spindle. Here, the tool corresponds to a work head. Assuming that such a trajectory definition data represents a non-circular cam surface as shown in FIG. 15 with a rotation angle taken on the horizontal axis, for example, the velocity component x 'of the profile data obtained by spline interpolation The acceleration component x ″ becomes as shown in FIGS. 16 and 17, and particularly, the steepness of the change in acceleration becomes remarkable, which adversely affects the cam surface properties.
【0006】そこで、従来は、スプライン補間の手法で
プロフィルデータを作成する場合は、図18のフローチ
ャートに示すように、プロフィルデータより速度成分及
び加速度成分を求め、これらをスムージング処理して再
度プロフィルデータを求めている。しかしながら、この
ようなスムージング処理によっても、プロフィルデータ
の速度及び加速度データの連続性は不完全である。Therefore, conventionally, when profile data is created by a spline interpolation technique, as shown in a flowchart of FIG. 18, a velocity component and an acceleration component are obtained from the profile data, and these are smoothed and processed again. Seeking. However, even with such smoothing processing, the continuity of the velocity and acceleration data of the profile data is incomplete.
【0007】一方、軌跡定義データよりプロフィルデー
タを補間する別の方法として、フーリエ変換を利用する
手法がある。しかし、フーリエ変換を利用する方法は、
全軌跡定義データより作業軌跡全体を規定する関数を求
めるため、軌跡定義データの数は展開される周波数関数
データの次数に一致する。従って、正確な作業軌跡を求
めるためには、多量の軌跡定義データを必要とする。On the other hand, as another method of interpolating profile data from trajectory definition data, there is a method using Fourier transform. However, the method using the Fourier transform is
Since a function that defines the entire work trajectory is obtained from all trajectory definition data, the number of trajectory definition data matches the order of the developed frequency function data. Accordingly, a large amount of trajectory definition data is required to obtain an accurate work trajectory.
【0008】本発明は、スプライン補間によって作業軌
跡上に拡張されたプロフィルデータに基づく速度及び加
速度成分の急峻な変化をなくし、作業ヘッドにおける創
成運動の動きの滑らかさを格段に向上させるようにした
数値制御装置の提供を目的とする。The present invention eliminates sharp changes in velocity and acceleration components based on profile data extended on a work trajectory by spline interpolation, thereby significantly improving the smoothness of the generating motion of the work head. It is intended to provide a numerical control device.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、図1に示すよ
うに、 ワークに対する作業ヘッドの相対的作業軌跡を
定める軌跡定義データaの各データ間に理想加工軌跡上
の新たなデータを補間することでデータ量を拡張した中
間プロフィルデータbを作成するスプライン補間手段1
4と、該スプライン補間手段14により得られた前記中
間プロフィルデータbをさらにフーリエ級数に展開する
フーリエ変換手段15と、該フーリエ変換手段15の出
力をn次までの成分に制限するデータ制限手段16と、
前記n次までのフーリエ級数を逆変換して前記中間プロ
フィルデータbによる前記作業ヘッドの相対的作業軌跡
を前記理想加工軌跡の許容範囲内でその速度、加速度が
連続となるように再定義した最終プロフィルデータcを
得るフーリエ逆変換手段17と、前記最終プロフィルデ
ータcに基づき作業ヘッドを作動せしめる駆動手段18
とを具備している。The present invention is shown in FIG.
Thus, an ideal machining locus is defined between the data of the locus definition data a that defines the relative work locus of the work head with respect to the workpiece.
While expanding the data amount by interpolating new data of
Interpolating means 1 for creating inter-profile data b
4, a Fourier transform unit 15 to be deployed to further Fourier series the in <br/> between profile data b obtained by the spline interpolation means 14, the output of the Fourier transform means 15 to the components of n th order limit Data limiting means 16 to perform
It said inverse transforming the Fourier series to the n-th intermediate pro
Relative work locus of the work head based on fill data b
Are within the allowable range of the ideal machining locus.
Inverse Fourier transforming means 17 for obtaining final profile data c redefined to be continuous, and driving means 18 for operating the working head based on the final profile data c
Is provided.
【0010】[0010]
【作用】上記数値制御装置は、軌跡定義データaをスプ
ライン補間手段14によって拡張して中間プロフィルデ
ータbを得て、該中間プロフィルデータbをフーリエ変
換し、n次までのフーリエ級数成分に制限した後に逆変
換して最終プロフィルデータcを求めている。従って、
フーリエ変換及び逆変換によって得られる最終プロフィ
ルデータcは、スプライン補間手段14によって得られ
る中間プロフィルデータbの連続性を高める機能を果た
し、該最終プロフィルデータcの速度成分及び加速度成
分の急峻な変化がなくなる。これにより、作業ヘッドに
おける創成運動の動きは滑らかとなる。In the numerical controller, the trajectory definition data a is expanded by the spline interpolation means 14 to obtain intermediate profile data b, and the intermediate profile data b is subjected to a Fourier transform to restrict the Fourier series component to the nth order. Later, the inverse profile conversion is performed to obtain the final profile data c. Therefore,
The final profile data c obtained by the Fourier transform and the inverse transform functions to increase the continuity of the intermediate profile data b obtained by the spline interpolation means 14, and the steep change of the velocity component and the acceleration component of the final profile data c is reduced. Disappears. Thereby, the movement of the generating motion in the working head becomes smooth.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図2及び図3は、本発明を適用したピストン旋
盤を示し、図3は図2の右側面から見て一部を断面とし
た右側面概略図である。作業ヘッドに相当する切削工具
Tは、工具取付け台2に取付けられている。また、工具
取付け台2には圧電アクチュエータ1が設けられ、その
圧電アクチュエータ1に入力される信号に応じて切削工
具Tは矢印方向に進退駆動される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to specific embodiments. FIGS. 2 and 3 show a piston lathe to which the present invention is applied, and FIG. 3 is a schematic right side view partially sectioned as viewed from the right side of FIG. The cutting tool T corresponding to the work head is mounted on the tool mount 2. A piezoelectric actuator 1 is provided on the tool mount 2, and the cutting tool T is driven forward and backward in the direction of the arrow in accordance with a signal input to the piezoelectric actuator 1.
【0012】一方、工具取付け台2は工具取付け台テー
ブル5に固設載置されている。その工具取付け台テーブ
ル5は、基台6との長手方向両サイド間に設けられたリ
ニアガイド4により基台6に対して摺動可能である。そ
して、工具取付け台テーブル5にはリニアモータ3が設
けられており、そのリニアモータ3に入力される信号に
応じて工具取付け台テーブル5は矢印方向に進退駆動さ
れる。On the other hand, the tool mount 2 is fixedly mounted on a tool mount table 5. The tool mounting table 5 is slidable with respect to the base 6 by a linear guide 4 provided between the base 6 and both sides in the longitudinal direction. The tool mount table 5 is provided with the linear motor 3, and the tool mount table 5 is driven to move forward and backward in the direction of the arrow in accordance with a signal input to the linear motor 3.
【0013】図4及び図5はピストン旋盤の制御系とこ
れを制御する本発明に係る数値制御装置の接続関係を示
す概略のブロック図であって、制御装置10と前記圧電
アクチュエータ1の制御系11及びリニアモータ3の制
御系12とからなり、各制御系11,12と制御装置1
0とはバスにより接続されている。制御装置10は、図
示しないコンピュータにより制御されるデータ処理部1
0aと繰り返し制御部10bとからなる。FIGS. 4 and 5 are schematic block diagrams showing the connection relationship between the control system of the piston lathe and the numerical controller according to the present invention for controlling the same. The control system of the control device 10 and the control system of the piezoelectric actuator 1 are shown in FIGS. 11 and a control system 12 for the linear motor 3.
0 is connected by a bus. The control device 10 includes a data processing unit 1 controlled by a computer (not shown).
0a and a repetition control unit 10b.
【0014】データ処理部10aは、ワークWの軸線と
直交する断面における理想プロフィルデータ(軌跡定義
データaに相当)を記憶したメモリ30と、該メモリ3
0からのデータをスプライン関数により補間するスプラ
イン補間器31と、該スプライン補間器31からの中間
プロフィルデータ31aをワークWの回転角速度ωの関
数であるm次の周波数関数データに変換するフーリエ変
換器32と、該フーリエ変換器32からの周波数関数デ
ータを0次〜n次(n<m)までの成分に制限するデー
タ制限手段33と、該データ制限手段33からの周波数
関数データを高周波で振幅の小さな周波数関数データ及
び低周波で振幅の大きな周波数関数データに分離する周
波数分離器34と、該周波数分離器34からの低周波の
周波数関数データを逆変換して最終プロフィルデータ3
5aを得るフーリエ逆変換器35と、同じく周波数分離
器34からの高周波の周波数関数データを逆変換して最
終プロフィルデータ36aを得るフーリエ逆変換器36
とから構成されている。そして、低周波の最終プロフィ
ルデータ35aは、リニアモータ3の制御系12の指令
値用メモリ23に記憶され、高周波の最終プロフィルデ
ータ36aは、圧電アクチュエータ1の制御系11の指
令値用メモリ20に記憶される。The data processing unit 10a includes a memory 30 storing ideal profile data (corresponding to trajectory definition data a) in a cross section orthogonal to the axis of the workpiece W;
A spline interpolator 31 for interpolating data from 0 using a spline function, and a Fourier transformer for converting the intermediate profile data 31a from the spline interpolator 31 into m-order frequency function data which is a function of the rotational angular velocity ω of the work W. 32; data limiting means 33 for limiting the frequency function data from the Fourier transformer 32 to components of the 0th to nth order (n <m); A frequency separator 34 for separating the frequency function data having a small frequency function and a frequency function data having a low frequency and a large amplitude. The low frequency function data from the frequency separator 34 is inversely transformed to obtain the final profile data 3.
5a, and a Fourier inverse transformer 36, which inversely transforms high-frequency function data from the frequency separator 34 to obtain final profile data 36a.
It is composed of Then, the low-frequency final profile data 35a is stored in the command value memory 23 of the control system 12 of the linear motor 3, and the high-frequency final profile data 36a is stored in the command value memory 20 of the control system 11 of the piezoelectric actuator 1. It is memorized.
【0015】制御系12,11には、上記指令値用メモ
リ23及び20に記憶した低周波の最終プロフィルデー
タ35a及び高周波の最終プロフィルデータ36aに基
づいて実際にリニアモータ3及び圧電アクチュエータ1
を作動させて試し切削動作を行ったときの応答値を記憶
する応答値用メモリ24及び21を有している。これら
応答値用メモリ24及び21は、指令値用メモリ23,
20に記憶された低周波及び高周波の最終プロフィルデ
ータ35a,36aを補正するためのメモリである。こ
の補正は、繰り返し制御部10bで行っている。The control systems 12 and 11 actually store the linear motor 3 and the piezoelectric actuator 1 based on the low-frequency final profile data 35a and the high-frequency final profile data 36a stored in the command value memories 23 and 20.
Are operated, response value memories 24 and 21 for storing response values when a test cutting operation is performed. These response value memories 24 and 21 are command value memories 23,
20 is a memory for correcting the low-frequency and high-frequency final profile data 35a and 36a stored in the memory 20. This correction is performed by the repetition control unit 10b.
【0016】また、圧電アクチュエータ1の制御系11
は、主軸13の回転に基づいて出力される同期信号によ
り、指令値用メモリ20に記憶される高周波で振幅の小
さなデータに基づく指令値を出力し、圧電アクチュエー
タ1の図示しない位置センサからフィードバックされる
位置信号との偏差である位置偏差信号を、圧電素子駆動
用の高圧電源22ヘ出力し圧電アクチュエータ1を制御
している。The control system 11 of the piezoelectric actuator 1
Outputs a command value based on high-frequency and small-amplitude data stored in the command value memory 20 by a synchronization signal output based on the rotation of the main shaft 13, and is fed back from a position sensor (not shown) of the piezoelectric actuator 1. A position deviation signal, which is a deviation from the position signal, is output to a high voltage power supply 22 for driving the piezoelectric element to control the piezoelectric actuator 1.
【0017】リニアモータ3の制御系12は、制御系1
1と同様に、主軸13の回転に基づく同期信号により、
指令値用メモリ23に記憶される低周波で振幅の大きい
データに基づく指令値を出力し、リニアモータ3の図示
しない位置センサからフィードバックされる位置信号と
の偏差である位置偏差信号を、サーボアンプ25へ出力
してリニアモータ3を制御している。リニアモータ3の
速度信号はサーボアンプ25へ直接フィードバックされ
ている。The control system 12 of the linear motor 3 includes the control system 1
As in the case of 1, the synchronization signal based on the rotation of the spindle 13
A command value based on low-frequency, large-amplitude data stored in the command value memory 23 is output, and a position deviation signal that is a deviation from a position signal fed back from a position sensor (not shown) of the linear motor 3 is output to a servo amplifier. 25 to control the linear motor 3. The speed signal of the linear motor 3 is directly fed back to the servo amplifier 25.
【0018】以上のように、圧電アクチュエータ1及び
リニアモータ3は、指令値用メモリ23,20に記憶さ
れた最終プロフィルデータ35a,36aに基づいて、
両者の作動が合成された創成運動で工具Tを駆動する。
さて、本発明の最も特徴とする理想プロフィルデータか
ら最終プロフィルデータ35a,36aを求める手順を
図6及び図7を参照して説明する。As described above, the piezoelectric actuator 1 and the linear motor 3 are controlled based on the final profile data 35a and 36a stored in the command value memories 23 and 20.
The tool T is driven by the generating motion in which the two operations are combined.
Now, a procedure for obtaining the final profile data 35a and 36a from the ideal profile data, which is the most characteristic feature of the present invention, will be described with reference to FIGS.
【0019】主軸13の回転速度が指令されると、図示
しないコンピュータは、図6のプロクラムを実行しRA
M30に書き込まれた理想プロフィルデータ(図7
(a)参照)を順次解読する。ステップ100で読み出
された理想プロフィルデータは、ステップ102でスプ
ライン補間され、図7(b)に示すような中間プロフィ
ルデータ31aに拡張される。スプライン補間は、既述
したように、連続する4点の中央の2点ごとに条件式
(1)〜(6)よりスプライン関数を求め補間を行うも
のである。中間プロフィルデータ31aも理想プロフィ
ルデータと同様に、真円からの偏位量に相当する工具T
のリフト量Xと、主軸13の回転角θ(360°)をm
等分した変位角とからなる。変位角は時間tに換算され
るものであるので、図7(c)に示すような、時間軸デ
ータと同等に扱うことができる。When the rotation speed of the spindle 13 is commanded, a computer (not shown) executes the program shown in FIG.
Ideal profile data written in M30 (FIG. 7)
(See (a)). The ideal profile data read in step 100 is spline-interpolated in step 102 and expanded to intermediate profile data 31a as shown in FIG. As described above, the spline interpolation is performed by obtaining a spline function from conditional expressions (1) to (6) for every two central points of four consecutive points and performing interpolation. Similarly to the ideal profile data, the intermediate profile data 31a has a tool T corresponding to the amount of deviation from a perfect circle.
And the rotation angle θ (360 °) of the main shaft 13 are represented by m
It consists of equally displaced angles. Since the displacement angle is converted into the time t, it can be treated in the same way as the time axis data as shown in FIG.
【0020】次に、ステップ104では、時間軸データ
としての中間プロフィルデータ31aをフーリエ級数に
展開する。このとき得られるフーリエ級数の周波数関数
データf(θ)m(図7(d)参照)は、中間プロフィ
ルデータ31aの数mを例えば512とすると、512
次までの周波数関数データとして展開される。本発明で
は、このような高次の周波数関数データは必要としない
ので、図7(e)に示すように0次〜n次(n<m)で
制限している(ステップ106参照)。Next, in step 104, the intermediate profile data 31a as time axis data is developed into a Fourier series. The frequency function data f (θ) m of the Fourier series obtained at this time (see FIG. 7D) is, for example, 512 assuming that the number m of the intermediate profile data 31a is 512.
It is expanded as the following frequency function data. In the present invention, since such high-order frequency function data is not required, the order is limited to the 0th to nth (n <m) as shown in FIG. 7E (see step 106).
【0021】n=6としたときの0次〜6次までの周波
数関数データは、次式 f(θ)n =a0 +a1 cos(2ωt+ρ1 ) +a2 cos(4ωt+ρ2 ) +a3 cos(6ωt+ρ3 ) +a4 cos(8ωt+ρ4 ) +a5 cos(10ωt+ρ5 ) +a6 cos(12ωt+ρ6 ) ………式6 で表される。The frequency function data from the 0th order to the 6th order when n = 6 is given by the following equation: f (θ) n = a 0 + a 1 cos (2ωt + ρ 1 ) + a 2 cos (4ωt + ρ 2 ) + a 3 cos ( 6ωt + ρ 3 ) + a 4 cos (8ωt + ρ 4 ) + a 5 cos (10ωt + ρ 5 ) + a 6 cos (12ωt + ρ 6 ) Expression 6
【0022】次ステップ108は、周波数分離器34の
処理であり、式6の周波数関数データを0次から2次の
低周波のデータfL (θ)n =a0 +a1 cos(2ω
t+ρ1 )+a2 cos(4ωt+ρ2 )と、3次から
6次の高周波のデータfH (θ)n =a3 cos(6ω
t+ρ3 )+a4 cos(8ωt+ρ4 )+a5 cos
(10ωt+ρ5 )+a6 cos(12ωt+ρ6 )と
に分離して取り出す(図7(f)及び図7(g)参
照)。The next step 108 is the processing of the frequency separator 34. The frequency function data of the equation (6) is converted from zero-order to second-order low-frequency data f L (θ) n = a 0 + a 1 cos (2ω).
t + ρ 1 ) + a 2 cos (4ωt + ρ 2 ) and third- to sixth-order high-frequency data f H (θ) n = a 3 cos (6ω
t + ρ 3 ) + a 4 cos (8ωt + ρ 4 ) + a 5 cos
(10 ωt + ρ 5 ) + a 6 cos (12 ωt + ρ 6 ) are separated and taken out (see FIGS. 7F and 7G).
【0023】次にステップ110では、低周波のデータ
fL (θ)n を図7(h)に示す低周波成分の最終プロ
フィルデータ35aに戻し、高周波のデータfH (θ)
n を図7(i)に示す高周波成分の最終プロフィルデー
タ36aに戻す。そして、ステップ112では低周波成
分の最終プロフィルデータ35aを指示値用メモリ23
に記憶し、高周波成分の最終プロフィルデータ36aを
指示値用メモリ20に記憶する。[0023] In next step 110, returning data f L (θ) n of the low frequency to the final profile data 35a of the low-frequency components shown in FIG. 7 (h), the high frequency data f H (θ)
n is returned to the final profile data 36a of the high frequency component shown in FIG. In step 112, the final profile data 35a of the low frequency component is stored in the instruction value memory 23.
And the final profile data 36a of the high frequency component is stored in the instruction value memory 20.
【0024】このように本発明では、理想プロフィルデ
ータをスプライン補間して十分なデータ量を確保し、さ
らにその中間プロフィルデータをn次までの成分で制限
したフーリエ変換に基づいて最終プロフィルデータを求
めており、しかも実施例では、低周波成分と高周波成分
に分けた最終プロフィルデータは、リニアモータ3を低
周波成分で、圧電アクチュエータ1を高周波成分で駆動
しているため、リニアモータ3及び圧電アクチュエータ
3のそれぞれの速度成分及び加速度成分の連続性が向上
し、結果、圧電アクチュエータ1の動きを滑らかにする
ことができる。As described above, according to the present invention, the ideal profile data is spline-interpolated to secure a sufficient data amount, and the final profile data is obtained based on the Fourier transform in which the intermediate profile data is limited by the nth order components. In the embodiment, the final profile data divided into the low frequency component and the high frequency component is obtained by driving the linear motor 3 with the low frequency component and driving the piezoelectric actuator 1 with the high frequency component. The continuity of the speed component and the acceleration component of each of the components 3 is improved, and as a result, the movement of the piezoelectric actuator 1 can be smoothed.
【0025】図8〜図10は本発明により指令値用メモ
リ23,20に記憶された最終プロフィルデータ35
a,36aを仮に合成した場合の位置特性、速度特性及
び加速度特性を示し、特に図10の加速度特性を図17
の従来特性と比較すると、その急峻な変化がなくなって
いることがわかる。なお、繰り返し制御部10bで行う
補正は以下のようである。すなわち、繰り返し制御部1
0bでは、指令値用メモリ23及び20に記憶した低周
波成分と高周波成分の最終プロフィルデータ35a,3
6aの指令値及び応答値用メモリ24及び21に記憶し
た低周波成分及び高周波成分の応答値とを、前記データ
処理部10aりフーリエ変換器31でそれぞれフーリエ
変換して低周波成分と低周波成分毎にゲインと位相との
偏差を算出する。FIGS. 8 to 10 show the final profile data 35 stored in the command value memories 23 and 20 according to the present invention.
FIG. 17 shows the position characteristics, speed characteristics, and acceleration characteristics in the case of temporarily synthesizing a and 36a.
It can be seen that the sharp change disappears as compared with the conventional characteristics of FIG. The correction performed by the repetition control unit 10b is as follows. That is, the repetition control unit 1
0b, the final profile data 35a, 3a of the low frequency component and the high frequency component stored in the command value memories 23 and 20.
The command value and response value of the low-frequency component and the response value of the high-frequency component stored in the response value memories 24 and 21 are Fourier-transformed by the data processing unit 10a and the Fourier transformer 31, respectively. The deviation between the gain and the phase is calculated every time.
【0026】次に、算出した偏差に基づいて周波数関数
データを補正した後、その低周波成分と高周波成分とを
フーリエ逆変換器35及び36により逆変換して、最終
プロフィルデータ35a,36aの指示値として指示値
用メモリ23及び20にそれぞれ記憶して、補正前の各
指令値を更新するのである。本発明の数値制御装置は、
図11に示す数値制御研削盤に適用することもできる。
図11において、40は数値制御研削のベッドで、この
ベッド40上にはテーブル41が主軸軸線に平行なZ軸
方向に摺動可能に配設されている。テーブル41上には
主軸43を軸架した主軸台42が配設され、その主軸4
3はサーボモータ44により回転される。また、テーブ
ル41上、右端には心押台45が載置され、心押台45
のセンタ46と主軸43のセンタ47とによってカムW
aを有するワークWが挟持されている。ワークWは主軸
43に突設された位置決めピン48に嵌合し、ワークW
の回転位相は、主軸43の回転位相に一致している。Next, after correcting the frequency function data based on the calculated deviation, the low-frequency component and the high-frequency component are inversely transformed by the Fourier inverse transformers 35 and 36 to indicate the final profile data 35a, 36a. The values are stored in the instruction value memories 23 and 20, respectively, and the instruction values before correction are updated. The numerical controller according to the present invention includes:
It can also be applied to the numerically controlled grinding machine shown in FIG.
In FIG. 11, reference numeral 40 denotes a bed for numerically controlled grinding, on which a table 41 is arranged slidably in the Z-axis direction parallel to the main shaft axis. A headstock 42 having a spindle 43 mounted thereon is disposed on the table 41.
3 is rotated by a servomotor 44. A tailstock 45 is placed on the right end of the table 41.
Of the cam W by the center 46 of the
A work W having a is sandwiched. The work W fits into a positioning pin 48 projecting from the main shaft 43, and the work W
Is the same as the rotation phase of the main shaft 43.
【0027】ベッド40の後方には工具送り軸(X軸)
に沿って進退可能な工具台49が案内され、工具台49
にはモータ54によって回転駆動される砥石車Gが支承
されている。この工具台49は、図略の送り螺子を介し
てサーボモータ55に連結され、サーボモータ55の正
逆転により前進後退される。ドライブユニット59、6
0には数値制御装置10′から移動指令パルスが入力さ
れ、該ドライブユニット59、60によって駆動される
サーボモータ55、44にはパルスジェネレータ52、
50と速度ジェネレータ53、51が結合されており、
それらの出力は各ドライブユニット59、60に帰還さ
れ速度と位置のフィードバック制御が行われている。Behind the bed 40, a tool feed shaft (X axis)
The tool table 49 that can move forward and backward is guided along the
Supports a grinding wheel G that is driven to rotate by a motor 54. The tool table 49 is connected to a servo motor 55 via a feed screw (not shown), and is moved forward and backward by forward and reverse rotation of the servo motor 55. Drive unit 59, 6
0 is input with a movement command pulse from the numerical controller 10 ', and the servomotors 55 and 44 driven by the drive units 59 and 60 are supplied with a pulse generator 52,
50 and speed generators 53 and 51 are connected,
These outputs are fed back to each of the drive units 59 and 60, and feedback control of speed and position is performed.
【0028】数値制御装置30は主としてサーボモータ
55、44の回転を数値制御して、ワークWの研削加工
を制御する装置である。その数値制御装置10′には、
本発明の軌跡定義データaに相当する理想プロフィルデ
ータ、加工サイクルデータ等を入力するテープリーダ5
6と制御データ等の入力を行うキーボード58と各種の
情報を表示するCRT表示装置57が接続されている。The numerical controller 30 is a device for controlling the grinding of the workpiece W mainly by numerically controlling the rotation of the servomotors 55 and 44. The numerical controller 10 'includes:
A tape reader 5 for inputting ideal profile data, machining cycle data, and the like corresponding to the locus definition data a of the present invention.
6, a keyboard 58 for inputting control data and the like, and a CRT display device 57 for displaying various information are connected.
【0029】このような数値制御研削盤へ本発明を適用
する場合は、砥石車Gがサーボモータ55だけで駆動さ
れるので、上述した実施例のように周波数分離器を介す
ることなく、n次で制限された周波数関数データをその
まま逆変換して得られる最終プロフィルデータによって
サーボモータ55を制御する。また、本発明は、特開平
2−36406号公報に開示されているようなレーザ加
工ロボットに適用することもできる。When the present invention is applied to such a numerically controlled grinding machine, since the grinding wheel G is driven only by the servomotor 55, the n-th order grinding machine is not used via the frequency separator as in the above-described embodiment. The servo motor 55 is controlled by the final profile data obtained by inversely converting the frequency function data limited by the above. Further, the present invention can be applied to a laser processing robot as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-36406.
【0030】図12は同公報に記載されたレーザ加工ロ
ボットを示す。図12において、作業ヘッドに相当する
レーザビームヘッド(作業ヘッド)61は、上下台62
に取付けられ、該上下台62はキャリア63に対してZ
軸方向に移動可能となっている。キャリア63はY軸レ
ール64に対してY軸方向に移動可能で、Y軸レール6
4は、X軸レール65に対してX軸方向に移動可能であ
る。上下台62、キャリア63、Y軸レール64はサー
ボモータによりボールネジを介して駆動される。さらに
レーザビームヘッド61は、各X〜Z軸を中心に回転す
る回転軸P〜R軸を有し、図略のサーボモータにより旋
回駆動される。FIG. 12 shows a laser processing robot described in the publication. In FIG. 12, a laser beam head (working head) 61 corresponding to a working head includes
And the upper and lower bases 62 are
It is movable in the axial direction. The carrier 63 is movable in the Y-axis direction with respect to the Y-axis rail 64,
4 is movable in the X-axis direction with respect to the X-axis rail 65. The upper and lower table 62, the carrier 63, and the Y-axis rail 64 are driven by a servomotor via ball screws. Further, the laser beam head 61 has rotation axes P to R axes that rotate about the respective X to Z axes, and is turned by a servo motor (not shown).
【0031】このようなロボットは、各X〜Z軸及びP
〜R軸に与える位置情報によって三次元の創成運動を行
う。三次元の運動の場合にも、図14にて説明したスプ
ライン補間の手法により、軌跡定義データを拡張し、そ
の中間データをフーリエ変換,データ制限及び逆変換
し、最終データを得ることは容易である。以上3つの適
用例を説明したが、本発明の意義は、図13に示すよう
に、理想加工形状(軌跡)に対して実際の加工形状はあ
る許容範囲が許されているので、フーリエ変換を所定次
数で制限することにより、許容範囲内での軌跡のばらつ
きを効果的に発生させて作業ヘッドが滑らかな創成運動
を行うようにしたものである。Such a robot is provided with each of X to Z axes and P
A three-dimensional creation motion is performed based on position information given to the R axis. Even in the case of three-dimensional motion, it is easy to extend the trajectory definition data by the spline interpolation method described with reference to FIG. 14, perform Fourier transform, data restriction and inverse transform of the intermediate data, and obtain final data. is there. Although the three application examples have been described above, the significance of the present invention is that, as shown in FIG. 13, a certain allowable range is allowed for the actual machining shape with respect to the ideal machining shape (trajectory). By limiting with a predetermined order, variation of the trajectory within the allowable range is effectively generated, and the working head performs a smooth generating motion.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、軌跡
定義データをスプライン補間によって拡張した中間プロ
フィルデータをフーリエ変換した周波数関数データに関
して所定次数まで制限することで、作業ヘッドの動作軌
跡における連続性を高め、最終プロフィルデータによる
速度及び加速度成分の急峻な変化がなくなり、作業ヘッ
ドにおける創成運動の滑らかさを格段と向上させること
ができた。As described above, according to the present invention, the frequency function data obtained by Fourier transforming the intermediate profile data obtained by expanding the trajectory definition data by spline interpolation is restricted to a predetermined order, so that the working trajectory of the working head can be reduced. The continuity was improved, and the abrupt changes in the velocity and acceleration components due to the final profile data were eliminated, and the smoothness of the generating motion in the working head could be significantly improved.
【図1】 本発明に係る数値制御装置の基本構成図FIG. 1 is a basic configuration diagram of a numerical control device according to the present invention.
【図2】 本発明を適用した工作機械の第1実施例を示
す概略構成図、FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a machine tool to which the present invention has been applied;
【図3】 図2の右側面図FIG. 3 is a right side view of FIG. 2;
【図4】 上記実施例における数値制御装置及び制御系
の電気的構成を示すブロック図FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of a numerical control device and a control system in the embodiment.
【図5】 上記実施例の数値制御装置を更に詳解したブ
ロック図FIG. 5 is a block diagram illustrating the numerical controller according to the embodiment in more detail;
【図6】 上記数値制御装置に使用されるコンピュータ
の処理手順を示すフローチャートFIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of a computer used in the numerical controller.
【図7】 上記数値制御装置における各部の動作を示す
特性図FIG. 7 is a characteristic diagram showing an operation of each unit in the numerical control device.
【図8】 本発明により得られる最終プロフィルデータ
の位置成分を示す特性図FIG. 8 is a characteristic diagram showing a position component of final profile data obtained by the present invention.
【図9】 本発明により得られる最終プロフィルデータ
の速度成分を示す特性図FIG. 9 is a characteristic diagram showing a velocity component of final profile data obtained by the present invention.
【図10】 本発明により得られる最終プロフィルデー
タの加速度成分を示す特性図FIG. 10 is a characteristic diagram showing an acceleration component of final profile data obtained by the present invention.
【図11】 本発明を適用する他の工作機械を示す概略
構成図FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing another machine tool to which the present invention is applied.
【図12】 本発明を適用する更に他の工作機械を示す
概略構成図FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing still another machine tool to which the present invention is applied.
【図13】 本発明の基本思想を説明する説明図FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating the basic idea of the present invention.
【図14】 本発明で用いるスプライン補間の説明図FIG. 14 is an explanatory diagram of spline interpolation used in the present invention.
【図15】 与えられる軌跡定義データの説明図FIG. 15 is an explanatory diagram of given trajectory definition data.
【図16】 従来のプロフィルデータによった速度成分
を示す特性図FIG. 16 is a characteristic diagram showing a velocity component based on conventional profile data.
【図17】 従来のプロフィルデータによった速度成分
を示す特性図FIG. 17 is a characteristic diagram showing a velocity component based on conventional profile data.
【図18】 従来の数値制御手順を説明するフローチャ
ートFIG. 18 is a flowchart illustrating a conventional numerical control procedure.
14…スプライン補間手段、15…フーリエ変換手段、
16…データ制限手段、17…フーリエ逆変換手段、1
8…駆動手段。10…数値制御装置、10a…制御装
置、30…メモリ、31…スプライン補間器、33…デ
ータ制限手段、34…周波数分離手段、35,36…フ
ーリエ逆変換器、31a…中間プロフィルデータ、35
a,36a…最終プロフィルデータ。14 ... spline interpolation means, 15 ... Fourier transform means,
16 data limiting means, 17 Fourier inverse transform means, 1
8. Drive means. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Numerical control apparatus, 10a ... Control apparatus, 30 ... Memory, 31 ... Spline interpolator, 33 ... Data limiting means, 34 ... Frequency separation means, 35, 36 ... Fourier inverse transformer, 31a ... Intermediate profile data, 35
a, 36a: Final profile data.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 19/4103,19/4093 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G05B 19 / 4103,19 / 4093
Claims (1)
跡が軌跡定義データにより予め設定され、該軌跡定義デ
ータに基づき前記作業ヘッドを創成運動させる数値制御
装置であって、前記軌跡定義データの各データ間に理想
加工軌跡上の新たなデータを補間することでデータ量を
拡張した中間プロフィルデータを作成するスプライン補
間手段と、該スプライン補間手段により得られた前記中
間プロフィルデータをさらにフーリエ級数に展開するフ
ーリエ変換手段と、該フーリエ変換手段の出力をn次ま
での成分に制限するデータ制限手段と、前記n次までの
フーリエ級数を逆変換して前記中間プロフィルデータに
よる前記作業ヘッドの相対的作業軌跡を前記理想加工軌
跡の許容範囲内でその速度、加速度が連続となるように
再定義した最終プロフィルデータを得るフーリエ逆変換
手段と、前記最終プロフィルデータに基づき前記作業ヘ
ッドを作動せしめる駆動手段とを、具備したことを特徴
とする数値制御装置。1. A numerical control device in which a relative work locus of a work head with respect to a workpiece is set in advance by trajectory definition data, and the work head is created and moved based on the trajectory definition data. Ideal between
Interpolate new data on the machining path to reduce data volume
A spline interpolation means for creating the intermediate profile data expanded, a Fourier transform means for developing a further Fourier series the in <br/> between profile data obtained by the spline interpolation means, an output of said Fourier transform means n Data limiting means for limiting the components up to the next order, and inversely transforming the Fourier series up to the n-th order into the intermediate profile data
The relative working path of the working head
So that its speed and acceleration are continuous within the allowable range of the trace
A numerical control device comprising: an inverse Fourier transform unit for obtaining redefined final profile data; and a driving unit for operating the work head based on the final profile data.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP04070905A JP3089797B2 (en) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | Numerical control unit |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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