JP5071250B2 - パラレルメカニズム及びそのキャリブレーション方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態に係る工作機械の全体を説明するために示す平面図である。図2は、本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す斜視図である。図3は、本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す平面図である。図4は、本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置を説明するために示すブロック図である。なお、以下の説明においては、互いに直交する3つの方向をそれぞれZ軸方向(図1における主軸方向)及びX軸方向(図1における紙面に平行しかつZ軸に直交する方向)・Y軸方向(X軸及びZ軸に直交する方向)とする。
図1〜図4において、符号1で示す工作機械は、例えば円筒研削盤からなり、工作機械本体2及び制御装置3・付属装置(図示せず)から大略構成されている。
工作機械本体2は、図1に示すように、ワークWを回転駆動可能に支持するワーク支持駆動ユニット100と、砥石等の加工ツール501が着脱可能に装着されるホイール回転主軸ユニット200と、リンクヘッド301をツール取付側で支持するパラレルメカニズム300とを備えている。
ワーク支持駆動ユニット100は、図1に示すように、主軸台ベース101及び左右2つの主軸台103,103を有し、ベッド(基台)10上の前方端部(図1では下側)に載置されている。
ホイール回転主軸ユニット200は、図1に示すように、加工ツール501の被把持部を把持可能なホイール回転主軸201、及びこのホイール回転主軸201を回転駆動するホイール回転主軸駆動モータ(図示せず)を有し、リンクヘッド301に搭載されている。そして、ホイール回転主軸駆動モータの回転駆動力をホイール回転主軸201に伝達し、さらにホイール回転主軸201上の加工ツール501を所定の回転数で回転駆動するように構成されている。
パラレルメカニズム300は、図2及び図3に示すように、リンクヘッド301をX軸方向に沿って移動させるためのヘッド駆動機構302と、一端(ヘッド側端部)がX軸及びZ軸と平行な水平面内でY軸と平行な軸線の回りに回動可能に互いに接続された1対のリンク303A,303Bからなるリンク機構303と、このリンク機構303のリンク303A,303Bの他端(レール側端部)をX軸方向に沿ってそれぞれ移動させるための1対のリンク駆動機構304,305とを備え、ベッド10(図示せず)上に配置されている。
制御装置3は、図4に示すように、CPU(中央演算処理装置)71及びメモリ72・インターフェイス(I/F)73〜75を備え、直交座標系で与えられるリンクヘッド301の移動位置情報に対応する指令値Uを機構パラメータPに基づいてヘッド駆動機構302及びリンク駆動機構304,305の出力値に変換し、これらヘッド駆動機構302及びリンク駆動機構304,305を駆動制御するように構成されている。
CPU71は、メモリ72あるいは外部記憶装置78に記憶された加工プログラムを読み出し解析し、直交座標系で与えられるリンクヘッド301の移動位置・姿勢情報を機構パラメータPに基づきヘッド駆動機構302及びリンク駆動機構304,305への駆動指令値に変換してサーボモータユニット80へ出力する。
メモリ72には、加工ツール501による実加工処理を実行するための加工プログラムや機構パラメータP等の各種情報が記憶されている。
インターフェース73には、ヘッド駆動機構302(サーボモータ3021)及びリンク駆動機構304,305(サーボモータ3041,3051)を駆動するサーボモータユニット80(81〜83)が接続されている。サーボモータユニット81〜83は、CPU71からの指令値に基づいてヘッド駆動機構302及びリンク駆動機構304,305をそれぞれ駆動し、これらヘッド駆動機構302のモータ回転検出用エンコーダ3022及びリンク駆動機構304,305のモータ回転検出用エンコーダ3042,3052からの出力によってフィードバック制御を実行する。インターフェース74には、加工データ等を入力するためのキーボード(KB)76及び加工データや工作機械1の状態等を表示する画像表示装置(CRT)77・加工データを記憶する外部記憶装置78が接続されている。インターフェース75には角度センサ380が接続されている。
付属装置は、オイル供給装置・冷却装置・エア供給装置・クーラント供給装置と、これら装置を工作機械本体2に接続するダクト装置等とから構成されている。
次に、本実施の形態に係る工作機械の動作につき、図5〜図8を用いて説明する。図5は、本発明の第1の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのX軸平行動作を説明するために示す平面図である。図6は、本発明の第1の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドの回動動作を説明するために示す平面図である。図7は、本発明の第1の実施の形態に係る工作機械にヘッド駆動機構を備えた場合の利点について説明するために示す平面図である。図8は、本発明の第1の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのX軸平行・回動動作を説明するために示す平面図である。なお、図5〜図8においては、直動ジョイント等が省略されている。
ヘッド回転ジョイント3010(スライダ3012)をレール3013に沿って、またリンク回転ジョイント3032A,3032B(スライダ3031A,3031B)をレール3030A,3030Bに沿って同一の方向及び同一の移動量X1でそれぞれ移動させると、加工ツール501の回転軸線Tを基準線Oに合致させた状態でリンクヘッド301が図5に2点鎖線で示す初期位置からX軸方向に移動して図5に実線で示す位置に配置される。
リンク回転ジョイント3032A,3032B(スライダ3031A,3031B)をレール3030A,3030Bに沿って互いに異なる移動量X1,X2(X1>X2)で同方向に移動させると、リンクヘッド301が図6に2点鎖線で示す初期位置からY軸と平行な軸線を中心に反時計方向に回動して例えば加工ツール501の回転軸線Tを基準線Oと交差させた状態で図6に実線で示す位置に配置される。
リンク回転ジョイント3032A,3032B(スライダ3031A,3031B)をレール3030A,3030Bに沿って互いに異なる移動量X1,X2(X1>X2)で同方向に移動させた後、ヘッド回転ジョイント3010(スライダ3012)をレール3013に沿って、またリンク回転ジョイント3032A,3032B(スライダ3031A,3031B)をレール3030A,3030Bに沿って同一の方向及び同一の移動量X3でそれぞれ移動させると、リンクヘッド301が図8に2点鎖線で示す初期位置からY軸と平行な軸線を中心に反時計方向に回動して例えば加工ツール501の回転軸線Tを基準線Oと交差させた状態で図8に1点鎖線で示す位置に配置され、さらにX軸方向に移動して図8に実線で示す位置に配置される。
次に、本実施の形態に係る工作機械1のキャリブレーション方法につき、図9及び図10を用いて説明する。図9は、本発明の実施の形態に係る工作機械のキャリブレーション方法を説明するために示す平面図である。図10は、本発明の実施の形態に係る工作機械(パラレルメカニズム)のキャリブレーション方法を説明するために示すフローチャートである。
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
2…工作機械本体
3…制御装置
10…ベッド
71…CPU
72…メモリ
73〜75…インターフェース
76…キーボード
77…画像表示装置
78…外部記憶装置
80〜83…サーボモータユニット
100…ワーク支持駆動ユニット、101…主軸台ベース、102…主軸台スライドガイド、103…主軸台、104…主軸駆動モータ、105…主軸
300,81,91,111,121,161,171…パラレルメカニズム
301…リンクヘッド、3010…ヘッド回転ジョイント、3011…直動ジョイント、3012…スライダ、3013…ジョイント案内用のレール、3014…連結部
302…ヘッド駆動機構、3020…送りねじ、3021…サーボモータ、3022…モータ回転検出用エンコーダ
303…リンク機構、3030…リンク連結用回転ジョイント
303A…リンク、3030A…スライダ案内用のレール、3031A…スライダ、3032A…リンク回転用ジョイント、3033A…リンク分岐部
303B…リンク、3030B…スライダ案内用のレール、3031B…スライダ、3033B…リンク分岐部
304…リンク駆動機構、3040…送りねじ、3041…サーボモータ、3042…モータ回転検出用エンコーダ
305…リンク駆動機構、3050…送りねじ、3051…サーボモータ、3052…モータ回転検出用エンコーダ
302…ヘッド駆動機構
380…角度センサ
400…テーブル
500…スライダ
501…加工ツール
1000…パラレルメカニズム支持体、1001…天井部、1002…側壁部、1003…底面部
O…基準線
T…回転軸線
W…ワーク
19…工作機械、19A…リンクヘッド、19B…パラレルメカニズム、190B,191B…リンク、19C…第1ガイド、19D…ヘッドスライダ、19E…共通枢支部、19F…第2ガイド、19G…リンクスライダ、19H…第3ガイド、19I…リンクスライダ
Claims (4)
- ワークを加工する加工ツール、及び前記ワークのうち一方を支持するリンクヘッドを第1軸線の回りに回動させるとともに、前記第1軸線と直交する平面内で移動させることにより、前記リンクヘッドの少なくとも2自由度の動作が制御可能なパラレルメカニズムであって、
前記リンクヘッドを前記第1軸線と直交する第2軸線に沿って移動させるためのヘッド駆動機構と、
一端が前記リンクヘッドにリンク回動部を介して前記第1軸線と直交する平面内で互いに回動可能に接続され、他端が前記第1軸線と平行な軸線の回りに回動可能にかつ前記第1軸線と直交する平面内で移動可能に支持された1対のリンクからなるリンク機構と、
前記1対のリンクの他端を前記第1軸線と直交する平面内でそれぞれ移動させるための1対のリンク駆動機構と、
前記リンクヘッドの前記第1軸線の回りの回動量を検出する検出器と、
直交座標系で与えられる前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を、パラレルメカニズム全体の構成を規定する機構パラメータに基づいて前記ヘッド駆動機構及び前記1対のリンク駆動機構に対する指令値に変換し、前記ヘッド駆動機構及び前記1対のリンク駆動機構を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記リンクヘッドを所定の回動量及び移動量で動作させたときの前記ヘッド駆動機構及び前記1対のリンク駆動機構に対する指令値とそのときの前記検出器の出力値とに基づいて前記機構パラメータを補正する
ことを特徴とするパラレルメカニズム。 - 前記リンク機構は、前記1対のリンクの他端が前記第2軸線と平行な軸線に沿って移動可能に支持されている請求項1に記載のパラレルメカニズム。
- 前記リンク機構は、前記1対のリンクの前記リンク回動部が前記リンクヘッドに前記第1軸線と直交する一軸線方向に相対移動可能に配置されている請求項1に記載のパラレルメカニズム。
- 請求項1又は2に記載のパラレルメカニズムのキャリブレーション方法であって、
k(k:自然数)個の前記機構パラメータに対して、前記リンクヘッドの少なくともk回の異なる位置及び姿勢への回動及び移動の少なくとも一方の動作を実行させてそのときのk個の前記検出器の出力値を取得し、
前記k回の前記リンクヘッドの回動及び移動の際の前記ヘッド駆動機構及び前記1対のリンク駆動機構に対する指令値と前記k個の前記検出器の出力値とに基づいて前記k個の機構パラメータの補正値を同定する
ことを特徴とするパラレルメカニズムのキャリブレーション方法。
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