JP5361334B2 - 産業機械 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の三次元座標測定機(産業機械)では、対象物を測定するための測定子を有するタッチプローブ(移動体)の位置を位置指令値に追従させる空間誤差補正装置を備え、タッチプローブを対象物に対して相対的に移動させることで対象物を測定している。
空間誤差補正装置10は、特許文献1に記載の三次元座標測定機における空間誤差補正装置と同様の構成を簡略化したものであり、図6に示すように、タッチプローブ11の位置を検出する位置検出部12と、位置検出部12による検出位置を補正する空間誤差補正部13と、空間誤差補正部13にて補正された検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、タッチプローブ11の位置を制御する位置制御部14とを備え、タッチプローブ11の位置をフィードバック制御している。また、空間誤差補正装置10は、フィードバック制御のループ内において、空間誤差補正部13を備えることで空間誤差を適切に補正している。なお、空間誤差とは、指令座標系と、運動座標系との間の誤差である(特許文献1参照)。
なお、空間誤差の補正は、産業機械のキネマティックモデルに基づいて算出される補正量を用いて行われるのが望ましい(例えば、特許文献2参照)。
特許文献3に記載の表面性状測定装置(産業機械)では、対象物に対して鉛直軸(以下、Z軸とする)方向に沿って移動する倣いプローブ(移動体)と、Z軸と直交する2軸(以下、X,Y軸とする)方向に沿って対象物を移動させるXYステージと、制御装置とを備え、倣いプローブを対象物に対して相対的に移動させることで対象物を測定している。
倣いプローブ20は、特許文献3に記載の表面性状測定装置における倣いプローブと同様の構成を簡略化したものであり、図7に示すように、対象物を測定するための測定子20Aを有している。また、倣いプローブ20は、Z軸方向に沿って移動可能に構成されたZ軸スライダ(図示略)に固定され、Z軸スライダの移動に伴って全体が移動する。また、測定子20Aは、倣いプローブ20に対してZ軸方向に沿って移動可能に構成されている。
対象物Wの表面性状を測定する場合には、図8に示すように、XYステージ、及びZ軸スライダの位置を制御することで測定子20Aを対象物Wに接触させる。そして、測定子20Aにかかる負荷が一定となるように倣いプローブ20に対して測定子20AをZ軸方向に沿って移動させながら測定をする。
ここで、倣いプローブ20に対して測定子20Aを移動させると、測定子20Aの位置は、図9に示すように、測定子20Aの移動に伴ってX,Y軸方向に誤差が生じる場合がある(図9中太線)。
これに対して、特許文献3に記載の表面性状測定装置は、測定子の位置、及び測定子の移動に伴うX,Y軸方向の誤差を関連付けた補正データテーブルを備え、測定時における測定子の位置と、補正データテーブルとに基づいて算出された補正量を変位検出手段にて検出される倣いプローブ、及びXYステージの位置に加算することで、測定子の移動に伴うX,Y軸方向の誤差を補正している。
したがって、産業機械は、制御装置の制御周期を低下させることなく、空間誤差演算を適切に処理することができる。
このような構成によれば、前述した産業機械と同様の作用効果を奏することができる。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔表面性状測定装置の概略構成〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る表面性状測定装置1を示す正面図である。図2は、表面性状測定装置1を示す側面図である。なお、図1、及び図2では、紙面上方向を+Z軸とし、Z軸と直交する2軸をX軸、及びY軸として説明する。
移動機構3は、基台31と、基台31の上面に跨って設けられる門形フレーム32と、門形フレーム32におけるクロスレール32Aに設けられたスライダ33と、スライダ33をZ軸方向に沿って移動させるZ軸駆動機構34とを備える。そして、スライダ33の−Z軸方向側の先端位置には、プローブ2が取り付けられている。また、プローブ2は、前述した倣いプローブ20と同様の構成を有し、スライダ33の移動に伴って全体が移動する。さらに、測定子2Aは、プローブ2に対してZ軸方向に沿って移動可能に構成されている。
ステージ4は、対象物Wを載置する平坦な載置面41Aを有し、X,Y軸方向へ移動可能に設けられる台座41と、台座41をX,Y軸方向に沿って移動させるX軸駆動機構42、及びY軸駆動機構43とを備える。
図3は、制御装置5の詳細構成を示すブロック図である。
制御装置5は、測定子2A、及びステージ4の位置を位置指令値に追従させるものであり、図3に示すように、測定子2A、及びステージ4の位置を検出する位置検出部51と、位置検出部51による検出位置を補正する空間誤差補正部52と、空間誤差補正部52にて補正された検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、各駆動機構34,42,43に速度指令値を出力することで測定子2A、及びステージ4の位置を制御する位置制御部53とを備え、測定子2A、及びステージ4の位置をフィードバック制御している。なお、空間誤差とは、指令座標系と、運動座標系との間の誤差である。また、空間誤差補正部52は、表面性状測定装置1のキネマティックモデルに基づいて補正量を算出する。
例えば、対象物Wの+Z軸方向における頂点に測定子2Aを接触させる場合には、図4に示すように、制御装置5は、スライダ33、及びステージ4の位置を制御することで測定子2Aを対象物Wの上方に位置させる。そして、制御装置5は、プローブ2に対して測定子2AをZ軸方向に沿って移動させる(図4中矢印A)。
ここで、プローブ2に対して測定子2Aを移動させると、測定子2Aの位置には、測定子2Aの移動に伴って測定子誤差が生じる場合がある(図4中矢印B)。
そこで、測定子誤差補正部54は、ステージ4を移動させることで対象物Wを移動させて測定子2Aの移動に伴う測定子誤差を補正する(図4中矢印C)。
例えば、測定子2A、及びステージ4の目標位置Ptを位置指令値とした場合には、測定子2A、及びステージ4が実際に位置決めされる位置は、Pm+ΔL(=Pt−Δm+ΔL)となる。この時、位置検出部51は、空間誤差Δm、及び測定子誤差ΔLを含む測定子2A、及びステージ4の位置Pm+ΔL(=Pt−Δm+ΔL)を検出する。そして、測定子誤差補正部54によって測定子誤差ΔLを取り除き、空間誤差補正部13によって空間誤差Δmを取り除いた値(Pt)に変換された後、フィードバックされる。この時、位置偏差は0であるから、制御装置5は、測定子2A、及びステージ4の位置を指令座標系における目標位置Ptに位置決めさせつつ、実体は指令座標系と運動座標系との差を加味した位置に位置決めさせることができる。
(1)表面性状測定装置1は、測定子誤差補正部54を備え、この測定子誤差補正部54による補正は、空間誤差補正部52による空間誤差の補正とは独立しているので、キネマティックモデルを複雑化させることなく、測定子2Aの移動に伴うX,Y軸方向の誤差を補正することができ、測定子誤差補正部54による補正の周期を、空間誤差補正部52による空間誤差の補正の周期と比較して長くするように測定子誤差補正部54を構成することもできる。したがって、表面性状測定装置1は、制御装置5の制御周期を低下させることなく、空間誤差演算を適切に処理することができる。
以下、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。
図5は、本発明の第2実施形態に係る制御装置5Aの詳細構成を示すブロック図である。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
制御装置5Aは、位置フィードフォワード制御部55と、補正量フィードフォワード制御部56とを備える。
そして、位置FF補償器551にて出力される速度指令値は、位置制御部53にて出力される速度指令値に加算されて各駆動機構34,42,43に出力される。
そして、補正量FF補償器561にて出力される速度指令値は、位置制御部53にて出力される速度指令値から減算されて各駆動機構34,42,43に出力される。
(2)前記第1実施形態における制御装置5では、目標位置Ptの変化速度が大きくなると、測定子2A、及びステージ4の位置が位置指令値に追従できなくなり、追従誤差が生じる場合がある。これに対して、制御装置5Aは、位置フィードフォワード制御部55を備えるので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、所定の方向はZ軸方向(鉛直方向)とされていたが、水平方向や、これら以外の方向とされていてもよい。要するに、本発明は、対象物に対して所定の軸方向に沿って移動する移動体を備える産業機械に適用することができる。
前記各実施形態では、産業機械として表面性状測定装置1を例示していたが、例えば、他の測定機や、工作機械等の他の産業機械を採用してもよい。要するに、本発明は、対象物に対して所定の軸方向に沿って移動する移動体と、所定の軸と直交する2軸方向に沿って対象物を移動させるステージとを備える産業機械に適用することができる。
2…プローブ(移動体)
2A…測定子
4…ステージ
5,5A…制御装置
51…位置検出部
53…位置制御部
54…測定子誤差補正部(移動体誤差補正部)。
Claims (3)
- 対象物に対して所定の軸方向に沿って移動する移動体と、前記所定の軸と直交する2軸方向に沿って前記対象物を移動させるステージと、前記移動体、及び前記ステージの位置を指令座標系における位置指令値に追従させる制御装置とを備え、前記移動体を前記対象物に対して相対的に移動させることで前記対象物を測定、または加工する産業機械であって、
前記制御装置は、
前記所定の軸、及び前記所定の軸と直交する2軸方向により規定された運動座標系における、前記移動体、及び前記ステージの位置を検出する位置検出部と、
前記指令座標系における前記位置指令値と、前記位置検出部により検出された前記運動座標系における検出位置との間の空間誤差の補正量を、当該産業機械におけるキネマティックモデルに基づいて求め、前記位置検出部にて検出された前記検出位置を補正する空間誤差補正部と、
前記空間誤差補正部にて補正された前記検出位置の前記位置指令値に対する偏差に基づいて、前記移動体、及び前記ステージの位置を制御する位置制御部と、
前記所定の軸方向における前記移動体の位置に基づいて、前記2軸方向における前記移動体の位置の誤差を算出し、前記ステージを移動させることで前記誤差を補正する移動体誤差補正部と、
を備えることを特徴とする産業機械。 - 請求項1に記載の産業機械において、
前記産業機械は、前記対象物を測定するための測定子を有する前記移動体を前記対象物に対して相対的に移動させることで前記対象物を測定する測定機であることを特徴とする産業機械。 - 請求項1又は請求項2に記載の産業機械において、
前記位置制御部から出力される速度指令値に、前記位置指令値に基づく速度指令値を加算する位置フィードフォワード補償部と、
前記位置制御部から出力される速度指令値から、前記空間誤差補正部及び前記移動体誤差補正部による前記検出位置の補正量に基づく速度指令値を減算する補正量フィードフォワード補償部と、
を備えることを特徴とする産業機械。
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