JP4317879B2 - 移動体の位置決め方法 - Google Patents

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Description

本発明は、固定体に対し移動する移動体の位置決め方法に関する。
各種機械においては、固定部に対し移動する移動部を備えており、移動部を固定部に対し正確に位置決めすることは機械の精度にかかわる。例えば、工作機械のアタッチメントに備わっている割出機構等においては、位置決め精度が悪いと割出しミスとなり、加工精度だけでなく、割出しのやり直し等により作業に遅れを生じることにもなる。
割出機構を備えたアタッチメントは、例えば工作機械のラム主軸に装着され、ラム主軸のモータを利用して割出しがなされる。割出機構を備えたアタッチメントは、工作機械に固定される固定部とその内側に回転可能に支持された旋回部を備え、この旋回部がラム主軸により割出回転される。固定部と旋回部との間には、両者をクランプするためのギヤカップリングが設けられている。工作機械の制御部からの割出指令によりラム主軸が回転され、それに接続された旋回部が割出回転されるのであるが、旋回部と固定部との間の摺動抵抗やアタッチメントの備わっている油圧回路の残圧などの外乱により、割出しが正確に行われない場合がある。割出しが正確に行われていない状態でクランプ動作が行われると、ギヤカップリングにおける歯が適正に噛み合わず、ギヤカップリングの一方の歯に他方の歯が乗り上げるといった割出しミスが生じる。このような場合には、割出動作を再度行わなければならないが、作業遅れになるなど工作機械による作業上好ましくない。
このような不具合を解決するために、外部の位置検出装置を付加してフィードバックを取る方法が考えられているが、ラム主軸やアタッチメントに位置検出装置を取り付けることは、加工スペースとの関係で容易ではなく、加工スペースを確保しつつ位置検出装置を設けようとすると装置が複雑で高価となってしまう。このようなことから割出装置のギヤカップリングにセンサを設けることが考えられている(特許文献１)。
特開平６−１８２６５５号公報
上記特許文献１に記載の技術では、ギヤカップリングがある程度近接しないと、つまりクランプ動作に入らないと適正な位置にないことが検出できない。しかし、クランプ動作に入ってから不適正位置にあることが検出されたのでは、結局割出動作を再度実行しなければならない。
工作機械に限らず機械の分野においては、移動体の位置決めのための位置検出装置を設けることが難しい状況で、位置決めを正確に行うことが種々の場面で要求されている。従って、上述のような問題は、工作機械の割出しという場面以外でも生じている。
本発明は、上述のような問題点を解決し、移動体を位置決めする際に、新たな外部構造を設けることなく、目標とする位置に正確に移動体を位置決めできるようにすることを目的とする。
上記課題を解決する第１の発明に係る移動体の位置決め方法は、
固定体に嵌合して摺動回転する移動体を前記固定体に対し目標とする位置に回転して位置決めする方法であって、
前記固定体に対し前記移動体を移動させる負荷が所定値より小さい場合には、前記移動体が目標とされる位置に来たと判断されたときに位置決めを終了し、
前記負荷が所定値より大きい場合には前記移動体が目標とされる位置に来たと判断されても位置決めを終了せず、前記移動体を別の位置であるリトライ開始位置に移動し、そこから目標とされる位置へ移動するリトライ動作を行い、このリトライ動作を所定回数行って前記負荷が所定値より小さくなった場合には位置決めを終了することを特徴とするものである。
上記課題を解決する第２の発明に係る移動体の位置決め方法は、上記第１の発明において、更に１回のリトライ動作によっては位置決めが終了しなかった場合には、前記リトライ開始位置を変えて、複数のリトライ動作を行うことを特徴とする。なお、ここでいう「複数のリトライ動作」とは、リトライ開始位置を変えた異なる内容のリトライ動作のことであり、各リトライ動作は、１回乃至複数回実行される。各リトライ動作におけるリトライ開始位置は、例えば移動体の負荷変動の原因の種類によって決められる。
この第２の発明に係る移動体の位置決め方法において、別のリトライ動作を２回行うようにした場合には、第２の発明は、固定体に対し摺動面を介して移動する移動体を、目標とする位置に位置決めする方法であって、前記固定体に対し前記移動体を移動させる負荷が所定値より小さい場合には、前記移動体が目標とされる位置に来たと判断されたときに位置決めを終了し、前記負荷が所定値より大きい場合には前記移動体が目標とされる位置に来たと判断されても位置決めを終了せず、前記移動体を別の位置である第１のリトライ位置に移動し、そこから目標とされる位置へ前記移動体を移動させる第１のリトライ動作を行い、この第１のリトライ動作を所定回数繰り返す間に前記負荷が所定値より小さくなった場合には位置決めを終了し、前記第１のリトライ動作を所定回数行っても前記負荷が所定値より小さくならない場合には、前記移動体を第１のリトライ開始位置とは別の第２のリトライ開始位置へ移動し、そこから目標とされる位置へ前記移動体を移動させる第２のリトライ動作を行い、この第２のリトライ動作を所定回数繰り返す間に前記負荷が所定値より小さくなった場合には位置決めを終了し、前記第２のリトライ動作を所定回数行っても前記負荷が所定値より小さくならない場合には、前記移動体を第２のリトライ開始位置とは別の第３のリトライ開始位置へ移動し、そこから目標とされる位置へ前記移動体を移動させる第３のリトライ動作を行い、この第３のリトライ動作を所定回数繰り返す間に前記負荷が所定値より小さくなった場合には位置決めを終了することを特徴とするものとして表される。
上記課題を解決する第３の発明に係る移動体の位置決め方法は、上記第１の発明において、更に、複数のリトライ動作を行っても位置決めが終了しなかった場合に警告を発することを特徴とする。
上記課題を解決する第４の発明に係る移動体の位置決め方法は、上記第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記移動体がモータにより駆動されるものであり、前記負荷が前記モータの負荷電流であることを特徴とする。
上記課題を解決する第５の発明に係る移動体の位置決め方法は、上記第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記固定体が工作機械に装着されるアタッチメントの固定部であり、前記移動体が、前記固定部に摺動回転可能に支持された当該アタッチメントの旋回部であることを特徴とする。
第１の発明の係る移動体の位置決め方法によれば、移動体を移動する際の負荷を見て適正に位置決めされたかどうかを判断して位置を補正するので、位置決めが正確に行えるようになる。また、移動体の負荷を検出するので、外部の位置検出装置などが不要となる。
第２の発明に係る移動体の位置決め方法によれば、リトライ動作を複数回行うことにより、より正確な位置決めを行うことができる。
第３の発明に係る移動体の位置決め方法によれば、複数回のリトライ動作によっても位置決めできなかった場合に警告を発するようにしたので、正確に位置決めされなかったことを知ることができ、それによって、位置決め誤差が、リトライ動作で考慮した以外の理由によるものであることが予測できる。
第４の発明に係る移動体の位置決め方法によれば、負荷がモータに係る負荷電流であるので、位置決めのためのセンサ類は不要となる。
第５の発明に係る移動体の位置決め方法によれば、工作機械のアタッチメントにおける移動体の割出しが正確に行えるようになる。また、工作機械のアタッチメントの周辺にセンサなどの機器を設ける必要もなくなる。また、クランプ動作に入る前にリトライ動作によって位置修正がなされるので、割出動作を再度行うということがなくなり、作業遅れなどを回避できる。
本発明は、固定体に対し移動体を位置決めする全ての場合に適用できるが、ここでは、工作機械のアタッチメントにおける割出機構の位置決めについて適用した実施の形態を説明する。
先ず、本発明を適用したライトアングルヘッドと呼ばれているアタッチメントについて説明する。図１は、工作機械に取り付けたライトアングルヘッドの部分破砕図である。
工作機械のラム１内には、主軸２が支持されている。この主軸２は、ギヤ列、変速機を介して主軸駆動用モータ３に連結されている。ラム１に、アタッチメント４が着脱自在に装着される。アタッチメント４は、ラム１の下面に固定される固定部５と固定部５の内側に固定部５に対し摺動回転可能な旋回部(回転部)６とを備えている。固定部５と旋回部６との間には、油溝７が形成されており、更に旋回部６の周囲にはＯリング８が設けられている。従って、旋回部６は、固定部５に対し摺動回転する際、Ｏリング８が固定部５の内面に摺接することになる。油溝７に供給される油圧は工具の脱着等のための油圧である。固定部５の上面には、ラム１側に固定するためのクランプ軸９が設けられている。
アタッチメント４は前記主軸２に結合される回転軸１０を備えており、回転軸１０は、工具が結合されるアタッチメント軸(図では表れていない)に連結されている。アタッチメントの回転軸１０と旋回部６との間には、旋回部６を回転する際に噛み合わされる回転用のギヤカップリングが設けられ、また、旋回部６を固定部５に対し固定するためのクランプ用のギヤカップリングが設けられている。つまり、工作機械の主軸２が回転用のギヤカップリングを介して旋回部６と結合され、主軸２の回転により旋回部６が回転（Ｃ軸回り）されて割出し(位置決め)がなされるのである。そして、割出し後は、主軸２と旋回部６との間の回転用のギヤカップリングが離されると共に、クランプ用のギヤカップリングが噛み合わされることにより旋回部６が固定部５に対し固定されるのである。
図２には、クランプ用のギヤカップリング１１の一部を示してある。ギヤカップリング１１は、二つのギヤカップリング要素１１ａ、１１ｂからなり、一方のギヤカップリング要素１１ａは固定側であり、もう一方のギヤカップリング要素１１ｂは割出側(移動側)である。各ギヤカップリング要素１１ａ、１１ｂは、リング状の円板の表面に歯を形成してなるフェースギヤのような形状をなしており、割出しが正確に行われてギヤカップリング１１を噛み合わせた場合には、図３中に二点鎖線で示すように、ギヤカップリング要素１１ａに対しギヤカップリング要素１１ｂはずれなく噛み合う。割出しが正確でない場合には、図３中に破線で示すように、ギヤカップリング要素１１ｂの歯がギヤカップリング要素１１ａの歯の上に乗り上がってしまう。本発明では、このようなことが起きないように、クランプ動作に入る前に割出位置を補正するのである。
図４には実施の形態の一例に係る位置補正制御のフローチャートを示す。
割出しに際し、先ずクランプ用のギヤカップリング１１がアンクランプされる (ステップＳ１)。次いで、工作機械の制御装置より割出指令が出される(ステップＳ２)。割出指令が出されると、主軸駆動用モータ３が駆動され、主軸２と連結された状態にある旋回部６が回転される。制御装置に備わっているカウンタはゼロとされる(ステップＳ３)。旋回部５の割出位置への移動及び位置決めはフィードバック制御によりなされる。
旋回部６が回転されると、主軸駆動用モータ３の負荷電流値(負荷)の読み込みがなされる(ステップＳ４)。この負荷の読み込みは、旋回部６の旋回中常に行う。次いで、この負荷が所定の閾値より小さいか否かが判断される(ステップＳ５)。この負荷閾値は、実験的又は経験的に求められるもので、例えば、固定部５と旋回部６との間には金属部分の接触(メタルタッチ)による抵抗、Ｏリング８による抵抗、油圧の残圧などによる抵抗があるが、これらに起因する摺動抵抗を増やすような状況ごとに決められる。
固定部５と旋回部６との間には、固定部５側から旋回部６側に油圧を供給するためのロータリジョイント(回転継手)が設けられる。このロータリージョイントに使用されるＯリングは、回転継手の構造上、必ずＯリングの内外径部の摺動スピードが異なるため、ねじれ・かじりが発生しやすい。そのため、一般に、この問題を解決するため、テフロン（登録商標）コーティングや低摩擦抵抗部材を貼り付けたりしたＯリングが使用される。しかし、Ｏリングの経年変化や部品誤差によるＯリングのつぶし代変化などによって、微小なねじれ、磨耗、かじりが発生する。この微小なねじれ、磨耗、かじりは圧油の漏れなどの不具合に至らないレベルであるが、Ｏリングの摺動抵抗を変化させる要因になる。この摺動抵抗の変化がアタッチメントの割出動作の不安定要素になる。従って、この不安定要素である「微小ねじれ」、「微小かじり」の影響を除去することで安定した割出動作を可能とすることができる。
検出された負荷が負荷閾値より小さい場合には、旋回部６が割出位置に来たと判断されたとき、クランプ動作を行う(ステップＳ６)。つまり、ギヤカップリング１１が噛み合わせられる。割出位置に来たかどうかの判定は、旋回部６の位置をエンコーダなどにより検出し、その結果を割出指令値と比較し、両者が一致したとき、指示された割出位置に割り出されたと判断する。
検出された負荷が負荷閾値より小さくない場合、つまり負荷が閾値より大きい場合には、通常の状態より摺動抵抗が大きくなっているので、以下に説明するリトライ動作を行う。なお、負荷の変動は前述のように、例えばＯリング８の微小なねじれ、微小な局部磨耗、微小なかじりによって生じうる。つまり、リトライ動作は、例えばＯリング８のねじれを除去するような微小な動作として行われる。また、Ｏリング８が磨耗した場合には、摺動抵抗が小さくなり、旋回部６の位置決め停止位置は指令された割出位置を越えることになるが、指令された位置を越えればモータ３は逆回転により戻そうとし、そのときの負荷(負荷電流)は閾値を超えることになる。
リトライ動作においては、先ず、現在カウンタがいくつであるかを見て、カウンタの数値によってリトライ動作を選択する。カウンタ値が「０」、「１」、「２」である場合には、リトライ動作１を行う。カウンタ値が「３」、「４」である場合には、リトライ動作２を行う。カウンタ値が「５」である場合には、リトライ動作３を行う。最初カウンタのカウンタ値は０であるので(ステップＳ７)、リトライ動作１を行う(ステップＳ８)。リトライ動作１は、旋回部６を、割り出された位置から所定の別の位置(第１リトライ開始位置)に移動し、そこから再度割出動作を行うものである。このリトライ動作１が選択されたらカウンタに１が加えられる(ステップＳ９)。このリトライ動作１においては、ステップＳ４、Ｓ５が繰り返される。つまり、負荷を読み込み(ステップＳ４)、負荷が負荷閾値より小さいかどうか判断される（ステップＳ５）。リトライ動作１において、負荷が負荷閾値より小さくなった場合には、摺動抵抗等の変動による正確な位置決めを阻害する理由が解消した状況で位置決めされたと考えられることから、割り出された位置でクランプを行う(ステップＳ６)。
リトライ動作１を１回行っても負荷が閾値より小さくならない場合には、リトライ動作１をもう１度繰り返す。このときカウンタはカウントアップ(カウンタ＝カウンタ＋１)される。リトライ動作１を２度繰り返しても負荷が閾値より小さくならない場合には、カウンタ値が「３」となり(ステップＳ１０)、別のリトライ動作であるリトライ動作２が採用される(ステップＳ１２)。
カウンタを１カウントアップした後(ステップＳ９)、リトライ動作２が実行される。リトライ動作２は、リトライ動作１におけるリトライ開始位置(第１のリトライ開始位置)とは異なる位置に旋回部６を移動させて、そこを第２のリトライ開始位置として割出動作を行わせるものである。リトライ動作２においては、旋回部６の摺動に影響を与えている原因がリトライ動作１の場合と異なると考えられる場合であり、例えばＯリング８の状態で言えば、Ｏリング８がリトライ動作１で対応できた状態とは異なる状態に変形等している場合である。
リトライ動作２においてリトライ動作１と同様に、主軸負荷の読み込み(ステップＳ４)、負荷閾値との比較がなされ(ステップＳ５)がなされ、負荷が負荷閾値より小さくなった場合には、割出位置に来たと判断された時点でクランプがなされる(ステップＳ６)。
リトライ動作２が２回繰り返され、それでも旋回部６の動作中の負荷が閾値より小さくならない場合には、カウンタ値が「５」となり(ステップＳ１１)、リトライ動作３が採用される(ステップＳ１３)。カウンタをカウントアップした後(ステップＳ９)、リトライ動作３が実行される。リトライ動作３は、リトライ動作１、２におけるリトライ開始位置(第１、第２のリトライ開始位置)とは異なる位置に旋回部６を移動させて、そこを第３のリトライ開始位置として割出動作を行わせるものである。リトライ動作３においては、旋回部６の摺動に影響を与えている原因がリトライ動作２の場合と異なると考えられる場合であり、例えばＯリング８の状態で言えば、Ｏリング８がリトライ動作２で対応できた状態とは異なる状態に変形等している場合などである。
リトライ動作３においてもリトライ動作１と同様に、主軸負荷の読み込み(ステップＳ４)、負荷閾値との比較がなされ(ステップＳ５)がなされ、負荷が負荷閾値より小さくなった場合には、割出位置に来たと判断され時点でクランプがなされる(ステップＳ６)。
リトライ動作３を１回行って負荷が閾値より小さくならない場合には、カウンタ値は「６」になっているので、カウンタ値を見てそれが「６」の場合には(ステップＳ１４)、それ以上リトライ動作は行わず、リトライオーバーとしてアラームを出す(ステップＳ１５)。アラームは、音声、画像などで表示される。アラームが出れば、旋回部６と固定部５との間に、リトライ動作１−３を行わせるＯリング８の微小なねじれ等以外の原因、例えばＯリング８の経年変化などが起きていることが予測される。
リトライ動作１、２、３を行う場合のリトライ開始位置は実験的に、又は経験的に求められるもので、例えば、以下の如くとなる。なお、Ｃ軸とは、この工作機械における動作を示す軸であり、旋回部６の中心軸回りの回転をいう。
（１）リトライ動作１
Ｃ軸：＋０．１°→−０．１°左右対称にＩＮＤＥＸ
（２）リトライ動作２
Ｃ軸：−０．３°→＋０．２°左右非対称にＩＮＤＥＸ
（３）リトライ動作３
Ｃ軸：＋０．３°→−０．２°左右非対称にＩＮＤＥＸ
つまり、リトライ動作１において、割り出された位置を基準として回転体を＋側に０．１°移動し、その後割り出された位置を基準として−側に０．１°移動する。この移動された位置が第１リトライ開始位置である。このように旋回部６を左右に振ることによりＯリング８の状態が改善されることが期待される。同様に、リトライ動作２においては、割り出された位置を基準として回転体を−側に０．３°移動し、その後割り出された位置を基準として＋側に０．２°移動するのである。移動された位置が第２のリトライ開始位置である。リトライ動作３においては、リトライ動作２とは逆に、割り出された位置を基準として回転体を先ず＋側に０．３°移動し、その後割り出された位置を基準として−側に０．２°移動するのである。移動された位置が第３のリトライ開始位置である。
なお、これらのリトライ開始位置は一例であり、固定体と移動体との機械的関係等種々の理由により実験的、経験的に求められる。リトライ動作は、３パターンに限らず、４バターン以上あってもよい。また、上記の実施の形態は、固定体に対し旋回(回転)する移動体の位置決めを例として示したが、固定体に対し移動体が直線移動する場合にも適用できる。更に、移動体を移動させる負荷はモータの負荷(電流)によらず、トルク、力などを検出するようにしてもよい。
本発明の一実施例に位置決め方法を適用する工作機械のアタッチメントの部分破砕図である。 クランプ用のギヤカップリングの部分断面図である。 クランプ用のギヤカップリングの噛み合い状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態の一例のフローチャートである。
符号の説明
１ ラム
２ 主軸
３ 主軸駆動用モータ
４ アタッチメント
５ 固定部
６ 旋回部
７ 油溝
８ Ｏリング
１１ クランプ用のギヤカップリング

Claims (5)

  1. 固定体に嵌合して摺動回転する移動体を前記固定体に対し目標とする位置に回転して位置決めする方法であって、
    前記固定体に対し前記移動体を移動させる負荷が所定値より小さい場合には、前記移動体が目標とされる位置に来たと判断されたときに位置決めを終了し、
    前記負荷が所定値より大きい場合には前記移動体が目標とされる位置に来たと判断されても位置決めを終了せず、前記移動体を別の位置であるリトライ開始位置に移動し、そこから目標とされる位置へ移動するリトライ動作を行い、このリトライ動作を所定回数行って前記負荷が所定値より小さくなった場合には位置決めを終了することを特徴とする移動体の位置決め方法。
  2. あるリトライ開始位置からのリトライ動作を所定回数行っても位置決めが終了しなかった場合には、前記リトライ開始位置を変えて、別のリトライ動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の移動体の位置決め方法。
  3. 複数の別のリトライ動作を行っても位置決めが終了しなかった場合に警告を発することを特徴とする請求項１に記載の移動体の位置決め方法。
  4. 前記移動体がモータにより駆動されるものであり、前記負荷が前記モータの負荷電流であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の移動体の位置決め方法。
  5. 前記固定体が工作機械に装着されるアタッチメントの固定部であり、前記移動体が、前記固定部に摺動回転可能に支持された当該アタッチメントの旋回部であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の移動体の位置決め方法。
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