JP5788260B2 - 誤差補正部を備えた数値制御装置 - Google Patents
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Description
特許文献1においては、その課題に記載されているように、「工作機械の各軸位置に依存した軸依存並進誤差量または軸依存回転誤差量によって、工作機械のベッドから工具を経由した工具先端点へのリンクベクトルによって補正量を演算し補正を行う誤差補正手段を提供する。」としている。
しかし、この誤差補正方法では、上記の誤差のうちピッチ誤差、真直度誤差、位置決め誤差などは補正することは可能であるが、リンクベクトルに対する上記のような伸縮誤差については補正することができない。それは、従来技術ではリンクベクトルに対する並進誤差および回転誤差は考慮されているけれども、リンクベクトルに対する伸縮誤差は考慮されていないためである。つまり、従来技術にはリンクベクトルに対する伸縮誤差補正という技術思想はなかった。
しかし、この補正方法は工具ヘッド回転型5軸加工機において工具軸方向にのみ適用される補正であり、3軸加工機も含めた他の軸構成の機械や工作機械全体における各軸駆動部やベッドを含めた各部材に対する補正ではなかった。つまり、各軸駆動部を含めた各部材についてベッドから工具ヘッドを経由した工具先端点への1個または複数個のリンクベクトルまたは前記工作機械のベッドからテーブルを経由した工具先端点への1個または複数個のリンクベクトルに関してそれらのリンクベクトルに対する伸縮誤差補正という技術思想ではなかった。
さらに、本発明では、工作機械のベッドから工具ヘッドを経由した工具先端点への1個または複数個のリンクベクトルまたは工作機械のベッドからテーブルを経由した工具先端点への1個または複数個のリンクベクトルに対して伸縮誤差量に加えて並進誤差または回転誤差による誤差リンクベクトルの演算を行い、該リンクベクトルと該誤差リンクベクトルとの差分によって補正量を演算し誤差補正を行う機能を有することを特徴とする誤差補正部を備えた数値制御装置を提供することである。
請求項3に係る発明は、前記伸縮誤差量は、熱変位、工具の摩耗による誤差量であることを特徴とする請求項1または2のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置である。
請求項4に係る発明は、前記伸縮誤差量による演算は、前記1個または複数個のリンクベクトルの第1、第2および第3要素に(1+伸縮誤差量)を乗算する演算であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置である。
請求項5に係る発明は、前記伸縮誤差量は、外部からの入力値、別途設定された設定値、または加工プログラムによる指令値であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置である。
請求項7に係る発明は、前記誤差補正部は、前記伸縮誤差量に加えて並進誤差量または回転誤差量による誤差リンクベクトルの演算を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置である。
請求項8に係る発明は、前記並進誤差量または前記回転誤差量は、各軸位置に対応した誤差量が設定されている誤差量データテーブルと該各軸位置によって演算される値であることを特徴とする請求項7に記載の誤差補正部を備えた数値制御装置である。
請求項9に係る発明は、前記工作機械は、テーブルに取付けられたワーク(加工物)に対して直線軸3軸によって加工する3軸加工機であることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置である。
請求項11に係る発明は、前記工作機械は、テーブルに取付けられたワーク(加工物)に対して直線軸3軸とテーブル回転用回転軸2軸によって加工する5軸加工機であることを特徴とする請求項1乃至請求項8に記載の誤差補正部を備えた数値制御装置である。
請求項12に係る発明は、前記工作機械は、テーブルに取付けられたワーク(加工物)に対して直線軸3軸とヘッド回転用回転軸1軸とテーブル回転用回転軸1軸によって加工する5軸加工機であることを特徴とする請求項1乃至請求項8に記載の誤差補正部を備えた数値制御装置である。
請求項13に係る発明は、前記リンクベクトルに対する伸縮誤差、並進誤差または回転誤差について、着目する必要のない誤差について0とする、または前記リンクベクトルについて、着目する必要のないリンクベクトルは0ベクトルとすることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置である。
請求項14に係る発明は、前記リンクベクトルのうち関連性の強いリンクベクトル同士を結合してリンクベクトルとすることを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置である。
また本発明により、リンクベクトルに対する伸縮誤差に加えて組み立て精度や運動精度による並進誤差または回転誤差をも補正しさらに高精度の加工を行うことができる。
図2は、ヘッド回転型の5軸加工機の機械構成を説明する図である。両端部が立設する構造のベッドに架設されるX軸コラムには、Y軸コラムが取付けられている。Y軸コラムにはZ軸コラムが取付けられている。工具が取付けられたA軸ヘッドがC軸ヘッドに取付けられ、C軸ヘッドがZ軸コラムに取付けられている。ベッド上にはテーブルが備えられ、その上にワークが載せられて工具先端点で加工する。X軸コラムやC軸ヘッドなどはX軸やC軸で動作する部分を指す。ここでの実施形態としては図2のような5軸加工機の機械構成で説明する。回転軸はC軸とA軸としているが、他の軸(C,B軸やA,B軸など)の組み合わせもある。また、以降で回転軸に関する処理や演算を除けば3軸加工機での誤差補正となるが、それは機械構成としては図2の機械構成においてA軸ヘッドやC軸ヘッドを除いた機械構成に対応する。
ここで、リンクベクトルについて説明する。リンクベクトルとは、工作機械のベッド固定点から工具を含む工具ヘッドを経由した工具先端点への、または工作機械のベッド固定点からテーブルを経由した工具先端点への各軸間の結合を示すベクトルである。ベッド固定点はベッド内における誤差がないと想定する位置である。各軸の軸駆動部は、X軸コラム、C軸ヘッドなど各軸によって駆動する部分であり、各軸の軸駆動部誤差原点は、各軸の軸駆動部において誤差が発生する原点であり各リンクベクトル同士の結合点である。図2におけるリンクベクトルは図3のように表される。図示の便宜上、図3ではワークを除いている。また、図3は機械座標位置(x,y,z)=(0,0,0)の時の図でもある。
固定点から工具ヘッドを経由する最初のリンクベクトル)
Vx:X軸駆動部(X軸コラム)誤差原点からY軸駆動部(Y軸コラム)誤差原点へのリ
ンクベクトル
Vy:Y軸駆動部(Y軸コラム)誤差原点からZ軸駆動部(Z軸コラム)誤差原点へのリ
ンクベクトル
Vz:Z軸駆動部(Z軸コラム)誤差原点からC軸駆動部(C軸ヘッド)誤差原点へのリ
ンクベクトル
Vc:C軸駆動部(C軸ヘッド)誤差原点からA軸駆動部(A軸ヘッド)誤差原点へのリ
ンクベクトル
Va:A軸駆動部(A軸ヘッド)誤差原点から工具先端点へのリンクベクトル
Vt:ベッド固定点から工具先端点へのリンクベクトル(ベッド固定点からテーブルを経
由する最初のリンクベクトル)
それぞれのリンクベクトルは、ここでは同次座標系で数1式のように演算する。x,y,z,a,cは機械座標位置(機械座標系上の各軸位置)である。したがって、x,y,zはX,Y,Z軸の移動とともに変化する。「T」は転置を示すが、以降自明の場合は省略する。(Py0,0)などの表記は第1〜第3要素がPy0のx,y,z要素であり、第4要素が0のベクトルを示す。Px0,Py0,Pz0,Pc0,Pa0,Pbはパラメータなどの設定値として設定されている。
前述のように、各軸駆動部やベッド、ワークおよび工具などは、室温変化や機械自身の発熱および切削熱によって熱変位し伸縮する。さらに、工具は摩耗によって縮小する。それらの変位によって対応するリンクベクトルは伸縮誤差を持つ。各リンクベクトル(Vh,Vx,Vy,Vz,Vc,Va,Vt)に対する伸縮誤差量を、EVh,EVx,EVy,EVz,EVc,EVa,EVtと表記する。ここで、EVhはVhを1とした時のVhに対する比を示す。以降の伸縮誤差量EVα(α=x,y,z,c,a,t,xyzなど)も同様である。伸縮誤差が長さとして与えられる場合であってもこの比は容易に計算できる。例えば、Vhに対する伸縮誤差長さがLEVhであれば、EVh=LEVh/|Vh|と計算すればよい。伸縮誤差量が正なら伸長、負なら縮小を表す。これらはごく小さい値である。着目する必要のない、つまり無視できる誤差に対する誤差量は0とすればよい。
図4は、5軸加工機のY軸コラムにおける誤差を説明する図である。図4では本明細書で説明する並進誤差と回転誤差とともに前述の伸縮誤差量EVy(図9参照)を生じるY軸コラム(灰色部)の伸縮(伸長・縮小)も示している。なお、熱を持っているイメージで灰色にしている。各軸位置による並進誤差量と回転誤差量を表1に示されるように表記する。ただし、不要な要素は誤差量0として省略可である。
図4では、X軸コラム上のY軸コラムの位置による誤差、EXY(y),EYY(y),EZY(y),EAY(y),EBY(y),ECY(y)を図示する。EXY(y),EYY(y),EZY(y)はあるY軸位置yにおける、それぞれX方向、Y方向、Z方向のY軸コラムの誤差である。つまり、Y軸の並進誤差である。EAY(y),EBY(y),ECY(y)はあるY軸位置yにおける、それぞれX軸周り、Y軸周り、Z軸周りのY軸コラムの誤差である。つまり、Y軸位置による回転誤差である。なお、図4上では大きく描いているが、これらの誤差はごくわずかである。誤差がごくわずかであることは以降も同様である。着目する必要のない誤差量は0とすればよい。
さらに、Z軸コラム上のC軸ヘッドの位置による誤差、EXC(c),EYC(c),EZC(c),EAC(c),EBC(c),ECC(c)を図示すると図5に示すようになる。図5では本明細書で説明する並進誤差と回転誤差とともに前述の伸縮誤差量EVc(図11参照)を生じるC軸ヘッド(灰色部)の伸縮(伸長・縮小)も示している。EXC(c),EYC(c),EZC(c)はあるC軸位置cにおける、それぞれX方向、Y方向、Z方向のC軸ヘッドの誤差である。つまり、C軸位置による並進誤差である。EAC(c),EBC(c),ECC(c)はあるC軸位置cにおける、それぞれX軸周り、Y軸周り、Z軸周りのC軸ヘッドの誤差である。つまり、C軸位置による回転誤差である。
ここでは、上記のようにVh,Vtに対しては並進誤差と回転誤差は無いとしたが、もちろん並進誤差と回転誤差を計算に入れることも可能である。
各リンクベクトルVh,Vx,Vy,Vz,Vc,Va,Vtと誤差との関係を図示すると、図7〜図13に示されるようになる。図7は、リンクベクトルVhと伸縮誤差量EVhとの関係を説明する図である。図8はリンクベクトルVxと誤差(伸縮誤差、並進誤差、回転誤差)との関係を説明する図である。図9は、リンクベクトルVyと誤差との関係を説明する図である。図10は、リンクベクトルVzと誤差との関係を説明する図である。図11は、リンクベクトルVcと誤差との関係を説明する図である。図12は、リンクベクトルVaと誤差との関係を説明する図である。図13は、リンクベクトルVtと誤差との関係を説明する図である。
ここで、図9は、図4の誤差をリンクベクトルに対する誤差として図示したものである。図9のEAY(y),EBY(y),ECY(y)は図4のEAY(y),EBY(y),ECY(y)と相違するように見えるが、図4はY軸コラム全体に対する誤差として図示しているのに対して、図9はリンクベクトルに対する誤差として図示しているものであり、共に同じ誤差を図示している。図9の伸縮誤差量EVyは図4のY軸コラムの伸縮(伸長・縮小)から生じる誤差である。
ある機械座標位置P(x,y,z,c,a)における、X,Y,Z軸への補正量Δ3D(Δ3Dx,Δ3Dy,Δ3Dz,0)は、数3式〜数7式により演算される。Cα(α=h,x,y,z,c,a,t)、Mβ(β=x,y,z,c,a)は誤差生成計算用のマトリックスであり後述する。数7式において、後述するようにVLh=VLtのため、Δ3Dは(VLt’―VLh’)となる。ここで、補正を行うのはX,Y,Z軸に対してであり、回転軸C,A軸に対しては本発明による補正は行わない。回転軸の演算部分(Mc,Cc,Vc,Ma,Ca,Vaによる演算部分)を除けば、つまり、Vc=Va=0としVzを工具長を含むベクトルとすれば、3軸加工機における演算となる。
My:Vyに対する並進回転誤差生成マトリックス
Ch:Vhに対する伸縮誤差生成マトリックス
Cx:Vxに対する伸縮誤差生成マトリックス
Cy:Vyに対する伸縮誤差生成マトリックス
Cz:Vzに対する伸縮誤差生成マトリックス
Cc:Vcに対する伸縮誤差生成マトリックス
Ca:Vaに対する伸縮誤差生成マトリックス
Ct:Vtに対する伸縮誤差生成マトリックス
Mz:Vzに対する並進回転誤差生成マトリックス
Mc:Vcに対する並進回転誤差生成マトリックス
Ma:Vaに対する並進回転誤差生成マトリックス
(1)伸縮誤差量の取得
伸縮誤差量は次のような様々な方法で取得する。もちろん、伸縮誤差量を0とすれば、伸縮誤差量を無視することも可能である。
1)外部からの外部入力で取得する。つまり、外部からの入力信号や通信回線を通じて
数値制御装置の外部から入力する。つまり、外部の測定器などによる測定値に基づい
て入力する。あるいは温度センサによって各部材の温度を測定しそれに関する関数と
して伸縮誤差量を求めて入力する。
2)電源オンからの時間による関数とする。各部材は電源オンからの時間に応じて伸縮
(特に熱による伸長)する。そのため、電源オンからの時間t1をカウントしその時
間t1の関数f(t1)として伸縮誤差量を求める。
3)主軸回転から発生する熱が大きいため、主軸回転数(S)と主軸回転時間(t2)
の関数g(S,t2)として伸縮誤差量を求める。
4)パラメータなどの設定値として設定する。または、プログラムにおける指令値とし
て指令する。
前述のように伸縮誤差量は対応するリンクベクトルに対する比としているので、ここで取得する伸縮誤差量も比として取得されることを想定している。もちろん、前述のように伸縮誤差が長さとして与えられる場合であってもこの比を容易に計算することができるので、伸縮誤差を上記の方法によって長さとして与えることも可能である。
軸位置による並進誤差量および軸位置による回転誤差量の設定について説明する。例ととして、図17に示されるX軸位置による誤差量で説明する。図17は、X軸位置による並進誤差量およびX軸位置による回転誤差量の設定を説明する図である。X軸位置がx0のときの並進誤差量(EXX(x0)),EYX(x0),EZX(x0))および回転誤差量(EAX(x0),EBX(x0),ECX(x0))を、x0に対応した並進回転誤差量データテーブルに並進誤差量および回転誤差量として設定する。同様に、x1,x2,・・・に対応した誤差量を並進誤差量および回転誤差量として設定する。x0,x1,x2,・・・の位置については最初のx0を固定値にしておき、それから等間隔でx1,x2,・・・が並んでいるとしてもよいし、x0,x1,x2,・・・の位置を別途パラメータに設定しておいてもよい。
ここで、X軸位置がxの時の並進誤差量(EXX(x),EYX(x),EZX(x))および回転誤差量(EAX(x),EBX(x),ECX(x))は、最寄のxn,xn+1(n=0,1,2,・・・)から比例配分で求める。つまり、xn≦x≦xn+1としたとき、並進誤差量EXX(x)の値を数21式により求める。他の要素も同様である。
ここでは各軸位置による1次元のデータテーブルとしたが、関連性の強い軸同士ではそれらの軸の組み合わせによる2次元、3次元のデータテーブルとし、2軸または3軸の位置とそれらの誤差データテーブルから比例配分で求めてもよい。(詳細には第3の実施形態の説明で述べる)
また、並進誤差量および回転誤差量は軸位置によって値が決定される関数による値であってもよい。例えば、EXX(x)=h(x)のような関数の値であってもよい。また、上記伸縮誤差量のように外部からの入力、時間の関数、プログラム指令値などの方法による量であってもよい。
もちろん、並進誤差量および回転誤差量を0とすれば、並進誤差量および回転誤差量を無視し、伸縮誤差に対する補正のみ行うようにすることも可能である。また、並進誤差量または回転誤差量を0とすれば、並進誤差または回転誤差を無視することも可能である。
次に、図18を用いて本発明の誤差補正部を備えた数値制御装置を説明する。数値制御装置10は一般に、指令解析部11でプログラム指令を解析して補間用データを作成し、補間部12で補間用データにもとづいて補間を行って各軸の移動すべき位置を求め、各軸用の加減速部13X,13Y,13Z,13A(B),13Cによって各軸の加減速を行った後の各軸位置を求め、補正部14でピッチ誤差補正や真直度誤差補正などの従来技術の補正を行い、その結果の位置によって各軸のサーボ15X,15Y,15Z,15A(B),15Cを駆動する。
なお、図18は1つのブロック図の例であり、上記のように回転誤差量や並進誤差量を外部入力やパラメータから求めるなど他の方法もある。その場合にはそれらの方法に応じてブロック図は変更される。
●[ステップSA01]機械座標位置(x,y,z,c,a)のデータ、および、工具長補正量を取得する。
●[ステップSA02]外部入力、パラメータまたはプログラム指令から、伸縮誤差量を取得する。
●[ステップSA03]並進回転誤差量データテーブルおよび機械座標位置から、数21式およびそれにならって、各並進誤差量、各回転誤差量を取得する。つまり、数21式によりX軸の並進誤差EXX(x)の値を求め、他の要素も同様な計算式により値を求める。
●[ステップSA04]パラメータ、工具長補正量、および機械座標位置から数1式、数2式により各リンクベクトルを演算する。
●[ステップSA05]伸縮誤差量、並進誤差量、回転誤差量および各リンクベクトルから数3式、数4式、数5式、数6式、数7式により補正量を演算し、処理を終了する。
図20は、テーブル回転型の5軸加工機の機械構成を説明する図である。Y軸テーブルやB軸テーブルなどはY軸やB軸で動作する部分を指す。回転軸はB軸とC軸としているが、他の軸(A,C軸やA,B軸など)の組み合わせもある。また、回転軸に関する処理や演算を除けば3軸加工機での誤差補正となるのは第1の実施形態と同じである。また、第1の実施形態と同様、図中のX,Y,Z軸座標を示す矢印はそれらの座標方向を示す矢印であり、それらの交点は機械座標系原点(機械座標位置(x,y,z)=(0,0,0))ではない。図20、および図22において、図示の便宜上テーブル上に存在するワークは図示していない。
各軸位置に依存した並進誤差量と回転誤差量を表2のように表記する。ただし、着目する必要のない誤差量は0とすればよい。回転軸(B軸,C軸)要素を除けば3軸加工機に適用できることなど、第1の実施形態に準じる。
第1の実施形態と同様、リンクベクトルは、工作機械のベッド固定点Pbから工具ヘッドを経由した工具先端点への、または工作機械のベッド固定点Pbからテーブルを経由した工具先端点への各軸間の結合を示すベクトルである。各軸の軸駆動部はY軸テーブルやZ軸コラム(工具ヘッド)など各軸によって駆動する部分であり、各軸の軸駆動部誤差原点は各軸の軸駆動部において誤差が発生する原点であり各リンクベクトル同士の結合点でもある。図22は、図20に示される機械構成の5軸加工機におけるリンクベクトルVt,Vy,Vx,Vb,Vc,Vh,Vzを説明する図である。また、図22は(x,y,z)=(0,0,0)の時のPx0,Py0,Pz0,Pb0を示す図でもある。
ド固定点からテーブルを経由する最初のリンクベクトル)
Vy:Y軸駆動部(Y軸テーブル)誤差原点からX軸駆動部(X軸テーブル)誤差原点へ
のリンク
Vx:X軸駆動部(X軸テーブル)誤差原点からB軸駆動部(B軸テーブル)誤差原点へ
のリンクベクトル
Vb:B軸駆動部(B軸テーブル)誤差原点からC軸駆動部(C軸テーブル)誤差原点へ
のリンクベクトル
Vc:C軸駆動部(C軸テーブル)誤差原点から工具先端点へのリンクベクトル
Vh:ベッド固定点からZ軸駆動部(Z軸コラム)誤差原点へのリンクベクトル(ベッド
固定点から工具ヘッドを経由する最初のリンクベクトル)
Vz:Z軸駆動部(Z軸コラム)誤差原点から工具先端点へのリンクベクトル
それぞれのリンクベクトルを、ここでは同次座標系で数22式のように演算する。x,y,z,b,cは機械座標位置(機械座標系上の各軸位置)である。Py0,Px0など定数となっているデータはあらかじめパラメータに設定しておきそれを使用する。VtT,VyTにおいてy、xを含むベクトルが減算になっているのはy,xの移動によってテーブルは逆方向に移動するためである。
ある機械座標位置P(x,y,z,b,c)における、X,Y,Z軸への補正Δ3D(Δ3Dx,Δ3Dy,Δ3Dz,0)Tは、数24式〜数28式のように演算される。Cα(α=h,x,y,z,b,c,t)、Mβ(β=x,y,z,b,c)は誤差生成計算用のマトリックスであり後述すること、数28式において、VLh=VLtのため、Δ3Dは(VLt’―VLh’)となること、補正を行うのはX,Y,Z軸に対してであり、回転軸B,C軸に対しては本発明による補正は行わないこと、回転軸の演算部分(Mb,Cb,Vb,Mc,Cc,Vcによる演算部分)を除けば、つまり、Vb=Vc=0とすれば、3軸加工機における演算となることなどは、第1の実施形態と同様である。
Cz:Vzに対する伸縮誤差生成マトリックス
Ct:Vtに対する伸縮誤差生成マトリックス
Cy:Vyに対する伸縮誤差生成マトリックス
Cx:Vxに対する伸縮誤差生成マトリックス
Cb:Vbに対する伸縮誤差生成マトリックス
Cc:Vcに対する伸縮誤差生成マトリックス
Mz:Vzに対する並進回転誤差生成マトリックス
My:Vyに対する並進回転誤差生成マトリックス
Mx:Vxに対する並進回転誤差生成マトリックス
Mb:Vbに対する並進回転誤差生成マトリックス
Mc:Vcに対する並進回転誤差生成マトリックス
さらに、本実施形態の誤差補正部を備えた数値制御装置は、図18に示されるものと同様である。但し、補正演算における演算は、数24式〜数28式の演算を行う。
<機械構成>
第1の実施形態の図2と同様の機械構成を用いる。
第1の実施形態、第2の実施形態では、各軸駆動部ごとにリンクベクトルを作成したが、ここでは、X,Y,Z軸間での関連性が強い、またC,A軸間での関連性が強いとする。そこで、リンクベクトルを図33に示すようにする。その他は第1の実施形態に準じる。
Vh:ベッド固定点からX軸コラム誤差原点へのリンクベクトルとする。
Vxyz:X軸コラム誤差原点からX軸コラム、Y軸コラム、Z軸コラムを経由してC軸
ヘッド誤差原点へのリンクベクトルとする。ここでは、C軸ヘッド誤差原点は
Z軸コラムとC軸ヘッドの接触部分の中心であると想定する。
Vca:C軸ヘッド誤差原点からA軸ヘッドを経由して工具先端点へのリンクベクトルと
する。
Vt:ベッド固定点からテーブルを経由する工具先端点へのリンクベクトルとする。ここ
でVcaを無視する(Vca=0としVxyzをX軸コラム誤差原点から工具先端
点へのリンクベクトルとする)と3軸加工機での誤差補正となる。
Vxyz:X軸コラム誤差原点からX軸コラム、Y軸コラム、Z軸コラムを経由してA軸ヘッド誤差原点へのリンクベクトルとする。ここでは、A軸ヘッド回転誤差原点はA軸回転中心中央とする。
Vca:A軸ヘッド誤差原点から工具先端点へのリンクベクトルとする。(図3のVaと
同じ。)
着目する必要のないリンクベクトル、つまりそのリンクベクトルに対する誤差は無視できる場合は、そのリンクベクトルを0ベクトルとしてもよい。
Vh,Vxyz,Vca,Vtに対する伸縮誤差をEVh,EVxyz,EVca,EVtとする。着目する必要のない誤差量は0とすればよい。
各軸に依存した並進誤差量と回転誤差量を表3のように表記する。ただし、不要な要素は誤差量0として省略可である。回転軸(C,A軸)要素を除けば3軸加工機に適用できる、着目する必要のない誤差量は0とすればよいことは第1の実施形態と同様である。
図33の場合、それぞれ、ここでは同次座標系で数30式のように演算する。x,y,z,a,cは機械座標位置(機械座標系上の各軸位置)である。
図34の場合は、数30式において、Pc0=0とする。各リンクベクトルと誤差の関係は図35〜図38で示される。
ある機械座標位置P(x,y,z,c,a)における、X,Y,Z軸への補正量Δ3D(Δ3Dx,Δ3Dy,Δ3Dz,0)は、数31式〜数35式のように演算される。回転軸の演算部分(Mca,Vcaによる演算部分)を除けば、3軸加工機における演算となる。
Cxyz:Vxyzに対する伸縮誤差生成マトリックス
Cca:Vcaに対する伸縮誤差生成マトリックス
Ct:Vtに対する伸縮誤差生成マトリックス
Mxyz:Vxyzに対する並進回転誤差生成マトリックス
Mca:Vcaに対する並進回転誤差生成マトリックス
それに対して、各リンクベクトルに各誤差生成マトリックスの積が演算されることによる数31式、数33式を図示すると図40のようになる。ここで、Vxyz’,Vca’は、それぞれVxyz,Vcaに伸縮誤差生成マトリックスCxyz,Ccaおよび並進回転誤差生成マトリックスMxyz,Mcaを乗算した誤差リンクベクトルを表す。また、Vh’,Vt’はVh,Vtに伸縮誤差生成マトリックスCh,Ctを乗算したリンクベクトルを表す。つまり、Vh’,Vxyz’,Vca’,Vt’は数42式のように表される。
伸縮誤差量については第1の実施形態と同様であるので省略する。並進誤差量および回転誤差量の設定について説明する。例として、X,Y,Z軸位置による誤差量で説明する。X,Y,Z軸位置が(x0,y0,z0)のときの並進誤差量(EXXYZ(x0,y0,z0),EYXYZ(x0,y0,z0)EZXYZ(x0,y0,z0))および回転誤差量(EAXYZ(x0,y0,z0),EBXYZ(x0,y0,z0),ECXYZ(x0,y0,z0))を、(x0,y0,z0)に対応した誤差量補正データテーブルに並進誤差量および回転誤差量として設定する。
同様に、(xi,yj,zk)(i,j,k=0,1,2,・・・)に対応した誤差量を並進誤差量および回転誤差量として設定する。x0,x1,x2,・・・,y0,y1,y2,・・・,z0,z1,z2,・・・の位置については最初のx0,y0,z0を固定値にしておき、それから等間隔でx1,x2,・・・,y1,y2,・・・,z1,z2,・・・が並んでいるとしてもよいし、x0,x1,x2,・・・,y0,y1,y2,・・・,z0,z1,z2,・・・の位置を別途パラメータに設定しておいてもよい。
例えば、図41には誤差量データテーブルが示されており、X,Y,Z軸位置が(x1,y0,z1)において、並進誤差量(EXXYZ(x1,y0,z1),EYXYZ(x1,y0,z1),EZXYZ(x1,y0,z1))および回転誤差量(EAXYZ(x1,y0,z1),EBXYZ(x1,y0,z1),ECXYZ(x1,y0,z1)が設定されている。
X,Y,Z軸位置が(x,y,z)の時の並進誤差量(EXXYZ(x,y,z),EYXYZ(x,y,z),EZXYZ(x,y,z))および回転誤差量(EAXYZ(x,y,z),EBXYZ(x,y,z),ECXYZ(x,y,z))は、最寄のxi,xi+1(xi≦x≦xi+1),yj,yj+1(yj≦y≦yj+1),zk,zk+1(zk≦z≦zk+1)(i,j,k=0,1,2,・・・)における並進誤差量および回転誤差量から、図42に示されるように比例配分でそれぞれの誤差量を求める。図42は、X,Y,Z軸位置が(x,y,z)の時の並進誤差量および回転誤差量を誤差量データテーブルのデータから比例配分で求めることを説明する図である。
そして、C,A軸位置が(c,a)の時の並進誤差量(EXCA(c,a),EYCA(c,a),EZCA(c,a))および回転誤差量(EACA(c,a),EBCA(c,a),ECCA(c,a))は、最寄のcm,cm+1(cm≦c≦cm+1),an,an+1(an≦a≦an+1)(m,n=0,1,2,・・・)における並進誤差量および回転誤差量から図44に示されるように比例配分でそれぞれの誤差量を求める。図44は、C,A軸位置が(c,a)の時の並進誤差量および回転誤差量を誤差量データテーブルに記憶された最寄の位置のデータから比例配分で求めることを説明する図である。
また、これらの軸依存並進誤差量および該軸依存回転誤差量は、第1の実施形態と同様に、軸位置によって値が決定される関数((x,y,z)や(c,a)に依存した関数)による値であってもよい。
11 指令解析部
12 補間部
13X X軸用加減速部
13Y Y軸用加減速部
13Z Z軸用加減速部
13A(B) A(B)軸用加減速部
13C C軸用加減速部
14 補正部
15X X軸サーボ
15Y Y軸サーボ
15Z Z軸サーボ
15A(B) A(B)軸サーボ
15C C軸サーボ
20 誤差補正部
21 外部入力部
Claims (14)
- テーブルに取付けられたワーク(加工物)に対して少なくとも直線軸3軸によって加工する工作機械を制御するとともに、前記工作機械に対する誤差補正を行う誤差補正部を備えた数値制御装置において、
前記誤差補正部は、前記工作機械のベッドから工具先端点への工具ヘッド側の1個または複数個のリンクベクトルを合成したヘッド側合成リンクベクトルおよび前記工作機械のベッドから工具先端点へのテーブル側の1個または複数個のリンクベクトルを合成したテーブル側合成リンクベクトルに対して伸縮誤差量による演算を行いヘッド側合成誤差リンクベクトルおよびテーブル側合成誤差リンクベクトルを作成し、前記テーブル側合成誤差リンクベクトルと前記ヘッド側合成誤差リンクベクトルとの差分によって補正量を演算する機能を有することを特徴とする誤差補正部を備えた数値制御装置。 - 前記リンクベクトルは、ベッド固定点またはリンク軸順における軸駆動部誤差原点から次軸の軸駆動部誤差原点または工具先端点へのベクトルであることを特徴とする請求項1に記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記伸縮誤差量は、熱変位、工具の摩耗による誤差量であることを特徴とする請求項1または2のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記伸縮誤差量による演算は、前記1個または複数個のリンクベクトルの第1、第2および第3要素に(1+伸縮誤差量)を乗算する演算であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記伸縮誤差量は、外部からの入力値、別途設定された設定値、または加工プログラムによる指令値であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記伸縮誤差量は、前記工作機械電源オンからの時間による関数、または前記工作機械における主軸回転数または主軸回転時間の関数であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記誤差補正部は、前記伸縮誤差量に加えて並進誤差量または回転誤差量による誤差リンクベクトルの演算を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記並進誤差量または前記回転誤差量は、各軸位置に対応した誤差量が設定されている誤差量データテーブルと該各軸位置によって演算される値であることを特徴とする請求項7に記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記工作機械は、テーブルに取付けられたワーク(加工物)に対して直線軸3軸によって加工する3軸加工機であることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記工作機械は、テーブルに取付けられたワーク(加工物)に対して直線軸3軸とヘッド回転用回転軸2軸によって加工する5軸加工機であることを特徴とする請求項1乃至請求項8に記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記工作機械は、テーブルに取付けられたワーク(加工物)に対して直線軸3軸とテーブル回転用回転軸2軸によって加工する5軸加工機であることを特徴とする請求項1乃至請求項8に記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記工作機械は、テーブルに取付けられたワーク(加工物)に対して直線軸3軸とヘッド回転用回転軸1軸とテーブル回転用回転軸1軸によって加工する5軸加工機であることを特徴とする請求項1乃至請求項8に記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記リンクベクトルに対する伸縮誤差、並進誤差または回転誤差について、着目する必要のない誤差について0とする、または前記リンクベクトルについて、着目する必要のないリンクベクトルは0ベクトルとすることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
- 前記リンクベクトルのうち関連性の強いリンクベクトル同士を結合してリンクベクトルとすることを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれか1つに記載の誤差補正部を備えた数値制御装置。
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