JPH02185367A - ラツプ盤の制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、基準面の位置と、ラップ加工（摺合せ加工）
を行う面の位置との間の間隔を測定するための距離感知
器を用いたラップ盤を自動制御するディジタル・コンピ
ュータを基礎とするシステムに関しており、このディジ
タル・コンピュータは、上述の距離の測定値から、ラッ
プ加工処理の進行を示すグラフの最適な曲線、即ち最適
なラインを発生し、このグラフから所定の測定値に到達
するまでに必要な予測時間を計算し、そして予測時間に
なった時にラップ加工動作を終了する。

特に、本発明は、ラツビンク面の間の距離を測るために
、リニヤ可変差動変圧器と、測定値を時間の関数として
表わすほぼ直線状の曲線、即ちほぼ直線状のラインに、
測定された値を当て嵌めるためのコンピュータ・システ
ムとを用いたラップ盤用のコンピュータ制御システムに
関連している。

本発明のシステムは、加工物の寸法の座標軸と、加工時
間の座標軸によって表わされたグラフ上のほぼ直線状の
ラインが、加工部分の所望の厚さを横切った時間でラッ
プ加工の動作を終了する。

Ｂ、従来の技術 種々の形式の工作機械は、長い闇、開ループ、または閉
ループのコンピュータ制御の何れかで動作されている。

開ループ・システムにおいては、先ず、工作機械の切削
面の位置が調節され、次いで、工作機械は、所望の動作
を遂行するために所定の距離、または所定の深さに切削
ツールを進ませるように動作される。開ループ・システ
ムの多くのものは、例えばプレス機、ジグ穿孔機、ドリ
ルの推進装置、ラッチ及びフライス盤などによって、実
行される穿孔加工、または切削加工に使用されている。

研磨加工は、研磨率の位置が、研磨されている工作物の
部分の正確な測定を与えないので、閉ループの制御の下
で行われる。即ち、研磨加工の動作は、研磨率それ自身
の位置に依存するのではなく、研磨されている部分から
直接に取り出される測定値によって制御される０例えば
、米国特許第３６５５６５２号に開示された装置は、加
工物の位置を正確に測定するためにリニヤ可変差動変圧
器を使用している。リニヤ可変差動変圧器の出力は、デ
ィジタル化され、そして、加工物から切削された材料の
量の表示、加工物の切削速度、及び加工物の加工周期の
長さを計算するのに使用される。

この特許のシステムは、発生した信号をグラフ上のライ
ンに当て嵌める技術を使用していないし、また、材料の
所望の量が除去される時点を決定するために、信号を補
間していない。

米国特許第３９０６６７７号に記載された歯車の研磨シ
ステムは、コンピュータに記憶された信号によって制御
される修正をカムに与える。このシステムは、コマンド
を補間することにより、移動量を一連の小さな歩進に分
割して大きな送り移動を避け、急激な動作を避けている
。この特許のシステムは、研磨されている歯車の歯から
の直接の測定値は含まず、また、研磨動作が完了する時
点を決定するための補間を含んでいない。

米国特許第４０２７２４５号に記載されている制御シス
テムは、補間を使用していないし、材料の切削量の割合
を決定するために、加工物から直接に、測定値を取り出
していない、研磨率の位置は、加工物の角度的位置に応
答するプログラムの直接の制御の下にあるが、加工物の
寸法的な変化には無関係である０位置変換器はサーボシ
ステム制御の目的のためにだけ使用されており、コンピ
ュータのループ外にある。

米国特許第４５０２１２５号は、ドレッシング（ｄｒｅ
ｓｓｉｎｇ　）動作において、研磨率の直径の変化に適
応する角度スライダ研摩機の数値制御装置を開示してい
る。この特許の装置は、変換器の信号をラインに当て嵌
める技術を適用しておらず、また、所望の材料が除去さ
れる時点を決定するために補間を使用していない。

米国特許第４５７０３８５号は、手操作で制御する移動
がコンピュータにより記録され、そして、前に入力され
、記録された制御移動がオリジナルの移動と重複するよ
うに、システムによって再実行される教示モードで動作
するような装置を開示している。このシステムはライン
当て嵌め技術を適用していないし、また、材料の所望の
量が除去された時点を決定するために補間を使用してい
ない。

米国特許第４５８４７９６号に示されたシステムは、研
摩機のベツドに固着されているドレッシング・ツールを
持つ研摩機であって、ドレッシング・ツールによって生
じた研磨率の摩耗と、ドレッシング動作によって生じた
ドレッシング・ツールの摩耗との両方に適合する制御シ
ステムを持つ研磨機を示している。このシステムは新し
い研磨率が使用される時、その状態が手作業でロードさ
れるレジスタを含んでいる。この特許のシステムは加工
物の変化を測定する手段を含んでおらず、また、研磨率
それ自身の測定値に依存している。

この特許のシステムは、読取り信号をラインに当て嵌め
る技術を開示しておらず、また、研磨動作が所定の量の
材料を除去した時点を決定するための補間を開示してい
ない。

米国特許第４５４６５７３号に記載されているシステム
は、研磨動作の闇で加工物の正確な位置に対する基準線
と関連付けられた光学的検出器を使用している。この制
御システムは、検出した信号をラインに当て嵌める技術
を使用していないし、また、研磨動作を終了させる時点
を決定するために、補間を使用していない。

米国特許第４２３３７８４号は、レンズの縁を研磨する
装置における研磨率が不均一に摩耗する問題に向けられ
ている。レンズの縁が研磨率の同じ点で研磨された時、
結果として、研磨率に摩耗溝が形成される。この問題を
解決するために、平坦面から外れた高位点を検出するた
めの感知器を研磨率の表面に対して移動させて、次の研
磨動作を、検出された高位点で行わせることによって、
研磨率の表面を平坦なプロフィールに戻す方法が取られ
ている。このシステムは、検出した信号をラインに当て
嵌める技術を使用しておらず、また、研磨動作が終了さ
れる時点を決定するために、補間を使用していない。

ｒｌＢＭテクニカル・ディスクロージャ・ブレティン（
ＩＢＭ　ＴｅｅｈｎＩｅａｌ　ＤＩｓｅｌｏｓｕｒｅ　
Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　）　１９６９年６月、第１Ｐ巻第１
号の１５２頁乃至１５５頁」は、切削ツールの寸法的な
精度を保証する数値制御システムを記載している。この
制御プログラムにおいて、リニヤの保証プログラムと、
円弧状の保証プログラムとを与えているこのシステムは
、読取り信号をラインに当て嵌める技術を使用しておら
ず、また、研磨動作が終了される時点を決定するために
、補間を使用していない。

英国特許第２１０８０２４号に記載された制御システム
は、若し、ストアされた制御プログラムが完了し、且つ
、加工物の寸法に応答するゲージが、最終的な所定の寸
法に未だ到達していないことを表示したならば、加工物
から更に材料を除去させる装置が与えられている。この
制御プログラムは、読取り信号をラインに当て嵌める技
術を使用しておらず、また、切削動作は、材料の除去の
速度から補間によって決定される値に従って終了される
ことについての示唆がない。

フランス特許第２４７８５１５号の制御システムにおけ
る研磨機は、単位時間内で、特定の量の材料を除去する
ために制御される。この要約は、読取り信号をラインに
当て嵌める技術を含んでおらず、また、研磨動作が完了
される時点を決定するための手段として、補間を含んで
いない。

ソビエト連邦特許第１２７８１８４号の要約は、旋盤の
切削ツールが加工物に最初に接触する時点を決定するた
めのシステムを記載している。結果の変化は、切削ツー
ルを制御するために、自動化されたプログラムを開始す
るセンサに転送される。

この特許の要約は、読取り信号をラインに当て嵌める技
術を含んでおらず、また、復、ａ動作が終了される時点
を決定するための補間技術の適用を含んでいない。

上述の回転システム及び研磨システムは、ラッピング処
理によって材料を除去することに対して同じ目標を持っ
ているが、両者に成る種の著しい差異があるので、前者
と同じ制御技術を、ラッピング処理に適用するのは難し
い０例えば、固着したラップ加工面の位置と、移動する
ラップ加工面の位置との間の間隔を、加工物から直接に
測定することが困難なことである。加えて、ラッピング
処理の性質が、ラップ面から得られる二次的な測定値に
対して誤差を容易に混入させる。即ち、あらゆる単一の
測定値、または一連の測定値でさえも、加工物の寸法の
正確な表示であることについての保証は無いと言うこと
である。測定値は、ランダムな態様で、実際の寸法とは
異なっているから、所望の寸法の最初の感知に応答して
ラッピング動作を終了したとすれば、事実上、大きな寸
法となる傾向になる。若し、感知された寸法の平均値が
所定の寸法になるまで、ラッピング動作が続けられたと
するならば、ラッピング動作の処理時間は長くなり、し
かも、その結果は所定の寸法を下廻る大きさを与える。

傾向を生じる。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、ノイズの多い信号を与える変換器を持
つ閉ループ・システム中で使用するのに適している工作
機械の制御システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、加工物を感知する変換器からの信
号が、曲線、即ちラインに当て嵌められ、次に切削動作
が完了する時間を補間し、そして予測するような、工作
機械用の閉ループ制御システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、変換器の信号を、ラインに当て嵌
める技術に適用し、そして、切削動作の終了時間を予測
するために、結果のラインを補間して利用する工作機械
のツール制御システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、変換器信号が、時間の関数として
加工物の厚さを表わすラインに対して、最良の当て嵌め
を引き出すように使用され、そして、結果のラインが、
所定の厚さに対するラッピング加工の完成時開を予測す
るために補間されるような、ラップ盤用の閉ループ制御
システムを提供することにある。

Ｄ９問題点を解決するための手段 本発明に従って、第１及び第２のラッピング面の間の距
離を表わす出力信号を発生するために、位置を感知する
変換器を持つラップ盤用の制御システムが、コンピュー
タ・ベースで与えられ、このコンピュータは、距離と時
間を条件とする加工動作の進行を表わす曲線、即ちライ
ンに、上記の出力信号を当て嵌めるように動作し、そし
て、加工物の所定の厚さに達した所望の最終地点に、加
工動作が進行するまでの時間を、その当て嵌めの結果得
られたラインから予測するための補間を遂行する。

Ｅ、実施例 第１図に示されたシステム・アーキテクチャを参照する
と、ホフマン社（Ｐ、Ｒ，Ｆｏｆｆｍａｎ　Ｃｏ、、　
）で製造されているモデル番号ｐａ−ｉのような通常の
ラップａ１は、第１のラッピング面１０と第２のラッピ
ング面１１とを含んでおり、それらの面の闇に所定の厚
さに加工される部分を持つ加工物１３が置かれているこ
とが示されている。ラップ［１の面１０及び１１の両方
の面、または一方の面は、適当な駆動手段によって駆動
される。米国特許第３６５５６５２号に記載されている
タイプのリニヤ可変差動変圧器１４が、ラップｍ１のラ
ッピング面１０及び１１に対する距離の測定に適応する
位置に装着されており、これにより、ラッピング面１０
及び１１を分離している距離の測定値、転じてラップ加
工が施される加工物１３の厚さの測定値を取り出すこと
を可能としている。

ケーブル１８に接続されたリニヤ可変差動変圧器（ＬＶ
ＤＴ　）１４からのアナログ信号は、アナログ／ディジ
タル・コンバータ２０の入力に印加され、アナログ／デ
ィジタル・コンバータ２０は、ケーブル１８のアナログ
電圧を変換して、その信号を制御コンピュータ２５のデ
ィジタル信号人力２２へ出力する。制御コンピュータ２
５は、１８ＭパーソナルコンピュータのモデルＸＴのよ
うな通常のパソコンでよい、制御コンピュータ２５がリ
アル・タイム・クロックを含まない場合には、タイム・
ベース発生器３０のような適当なタイミング・パルス源
によって、タイミング・パルスがパス３１を介して制御
コンピュータ２５のディジタル入力に供給される。タイ
ミング・パルスの周波数、即ちタイミング時間の分割は
、所定のラッピング速度に適応するように選択される。

その時間間隔、即ち時間のインターバルは、リニヤ可変
差動変圧器の時定数とは独立している真にランダムな読
取りを与えるために、リニヤ可変差動変圧器の時定数よ
りも長くされるのが望ましい、短か過ぎるインターバル
での読取りは、信号の中にノイズを増加し、そしてＬＶ
ＤＴの時定数によってバイアスされる。良好な実施例に
おいて、タイム・ベース発生器は、毎秒１パルスの速度
でディジタル・パルスを供給する。

制御コンピュータ２５は、ＬＶＤＴからのディジタル人
力信号を記憶し、そして、時間の関数として、ラッピン
グ面１１からのラッピング面１０の変位を表わすライン
を発生するために、ラインの当て嵌め動作を遂行する。

後述されるように、制御コンピュータは、加工物１３が
所定の厚さに達する時点を決定するために、このライン
を捕間する。この時間に達した時、制御コンピュータ２
５は、制御コンピュータ２５のディジタル信号出力３８
から出力バス３５に出力信号を発生する。

ラップ盤１で行われた制御動作を表わすバス３５上の出
力信号は、工作機械用インターフェース４０に印加され
、これは転して５．［４８で全体を示している適当な機
械的手段、電気的手段、または流体手段を通してラップ
盤１ｔ′動作するために、バス４５上に、ラップ盤制御
装置４６の調節動作を与えるための制御信号を発生する
。任意のラッピング動作に対して、ラップ盤は、予め選
択された単一の速度で動作する。材料の種類、材料の硬
度などの理由によって他の異なった加工を行う場合は、
予め決められた他の異なった速度が使用される。

ＶＤＬＴ１４からの入力信号を処理するために、制御コ
ンピュータ２５で使用されるアルゴリズムと、制御コン
ピュータからの工作機械用インターフェース４０へ出力
信号を発生することは、第２図を参照して説明する。制
御アルゴリズムは、ブロック２００においてＬＶＤＴを
調整することから始まる。先ず、ラッピング面１０及び
１１が清浄され、そして、ＬＶＤＴが夫々の面への距離
を記録するために整列される０次に、ブロック２１０に
示されているように、ＬＶＤＴの調整を与えるためのデ
ィジタル値が、制御コンピュータ２５のメモリ中に記録
される。

ＬＶＤＴが適当に位置付けられ、そして調整された後、
ラップ盤はラップ加工動作を行うために解放される。ブ
ロック２２０に示したように、加工物１３をラップ面１
０及び１１の闇に置き、そしてラップＩＭ１は、ラッピ
ング加工動作を行うように解放される。

ブロック２３０において、ラッピング加工が開始される
。これは、インターフェース４０を介して制御コンピュ
ータ２５からラップ盤制御装置４６に信号を送ることに
よって行われる。この時点で、ブロック２４０に示され
たように、制御コンピュータ２５はリアル・タイムを含
むレジスタをゼロに初期化する。制御動作の間で、この
レジスタは、タイム・ベース発生器３０によって発生さ
れるタイミング・パルスにより絶えず更新される。

次に、制御プログラムは、ブロック２５０に進み、そこ
で、ＬＶＤＴ信号が読取られて、制御コンピュータ２５
中に記憶されるインターバルを決定する。相次ぐＬＶＤ
Ｔ信号の読取りのインターバルはＸとして表わされ、１
実施例においてＸは１秒とされるが、本発明はこの値に
限定されるものではない、この値は、統計的に妥当な読
取りの頻度を与えるように、ラッピング加工動作の期間
の間で発生する読取りの回数をセットする。タイム・イ
ンターバルが値Ｘに到達してない場合、制御アルプリズ
ムはブロック２５０のＮｏ出力２５１からブロック２５
０の入力２５２に戻る。このループは、時間Ｘが経過し
、ＹＥＳ出力２５３からブロック２６０の入力への分岐
が生じるまで繰り返される。

最初の読取りが起きてから十分な時間が経過した時、即
ちＸとして特定した時間が経過した時、制御コンピュー
タ２５は、ブロック２６０において、ＬＶＤＴ１４によ
って絶えず発生された信号の現在値を読取るように動作
する。ＬＶＤＴの値が読取られ、そして制御コンピュー
タ２５のメモリに記憶された後、制御プログラムは、ブ
ロック２７０に示されたように、ＳＡＳマニュアル、ま
たは基礎的な計算機用の書籍に記載されている当て嵌め
を最良にするために近似値を得る通常の技術を使用して
、読取られた値を１つのラインに当て嵌めるように動作
する。

結果として得られた近似値の直線状のラインは、時間の
関数としての加工物の厚さを表わしている。

この直線の傾斜は、材料を除去する速度を表わしている
。また、ラップｓ１のパラメータが加工動作の間で変わ
らなければ、材料の除去の速度は実質的に一定である。

この場合、最良の当て嵌め近似値を表わす直線状のライ
ンは、与えられた将来の時間における加工物の厚さを予
測するために、将来の時間に関して補間される。補間の
処理はブロック２８０で行われる。

将来の時点での厚さは、補間された直線を参照すること
によって決定することが出来るので、与えられた厚さに
到達する時点を決定することも可能となる。この時点は
ブロック２８５で決定される。最初の厚さを知り、そし
て材料が除去される速度を決定すると、加工物が所定の
厚さに到達する時点を決定することが可能となる。読取
りの回数を、より多くし、それに応じてラインの当て嵌
め処理が行われると、計算時間は、若干変化することに
は注意を払う必要がある。最初の僅かな読取り回数だけ
では、最終時間を正確に予測するのには不充分なので、
ＬＶＤＴの読取りの回数を、成る最小限度の数まで行っ
て、それらの読取り値をメモリに記録し、結果のライン
が誘導されるまで、最終時点の予測を禁止するアルゴリ
ズムをサブルーチンに組み込むことが必要である。

最近の読取の結果としてラインが更新され、そして加工
完成の予測時間が計算された後、予測された時間に到達
したか否かのテストが行われる。

このテストはブロック２９０で行われる。予測した時間
が経過していなければ、それは、加工物が依然として厚
過ぎるので、ラップ加工を続けなければならないことを
意味する。この場合、ブロック２９０からの分岐が、Ｎ
ｏ出力２９１から生じて、ブロック２５０の入力に制御
プログラムを復帰する。ブロック２５０では、次のＬＶ
ＤＴの読取りが到着するまで、プログラムがループする
。

他方、若し、ラップ加工動作完成の予測時間に到達した
ならば、ブロック２９０における分岐がＹＥＳ出力２９
２から生じ、そしてラップ加工動作を終了する停止ブロ
ック２９３が付勢される。

ＬＶＤＴ信号が読取られて、制御コンピュータ２５に記
憶されるインターバルを決定するタイミング機能は、柔
軟性を持っており、そして、材料の除去速度や、ＬＶＤ
Ｔの時定数などの処理パラメータに大きく依存するけれ
ども、時間値Ｘは、ＬＶＤＴの次の読取りに到達する前
に、ブロック２６０乃至２９０に含まれているコンピュ
ータ動作が、常に完了出来るような時間に選ばれていな
ければならない、制御コンピュータの計算動作は非常に
速いので、このことは通常問題にならない。

第３図はラップ加工動作の完成時間を予測し、決定する
ラインの当て嵌め技術とその方法を説明するグラフであ
る。垂直座標軸は、原点における基準点に対して決めら
れた加工物の厚さを表わしている。ラップ加工動作の目
的は、点Ａで表わされた値まで加工物の厚さを減小する
ことである。

ＬＶＤＴからの初期の読取りは、第３図でｒＬＶＤＴか
らの読取りデータの点」として示された範囲にある。こ
れらの読取りデータは、統計的見地から、最良の当て嵌
めラインの両方の側に散布される。読取りデータがこの
ラインから外れるのは、ラッピング面１０及び１１の移
動に関連したノイズと、ＬＶＤＴそれ自身内で発生され
るノイズとがその原因となっている。

既に述べたように、本発明の制御アルゴリズムは、第３
図の実線の部分３１０で示した最良の当て嵌めラインを
発生する０次に、このラインはラインの破線部分３２０
によって示されたように補間される。所定の最終の厚さ
を示す破線３２０とライン３４０の交差点３３０は、ラ
ップ盤がオフにされる時点である。

Ｆ１発明の詳細 な説明したように、本発明は第１及び第２のラッピング
面の間の距離を表わす出力信号を発生するための、位置
を感知する変換器を持つラップ盤用のディジタル・コン
ピュータ・ベースの制御システムを与え、このディジタ
ル・コンピュータは上記の距離の測定値から、グラフ上
にラップ加工処理の進行に最適なラインを発生し、この
グラフから所定の測定値に到達するまでに必要な時間を
計算し、この予測時間になった時にラップ加工動作を終
了することによって、加工寸法の精度が極めて高く、且
つ寸法のバラツキの少ない加工物を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシステム・アーキテクチャを示す図、
第２図は本発明のシステムに使用される制御アルゴリズ
ムのデータの流れ図、第３図は本発明に従って、読取り
データをラインに当て嵌めることと、相関させることと
を説明するための図である。 １・・・・ラップ盤、１０．１１・・・・ラッピング面
、１３・・・・加工物、１４・・・・リニヤ可変差動変
圧器、２０・・・・アナログ／ディジタル・コンバータ
、２５・・・・制御コンピュータ、３０・・・・タイム
・ペース発生器、４０・・・・工作機械用インターフェ
ース、４６・・・・ラップ盤制御装置。 ′ｊＡｌ　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）第１及び第２のラップの相対位置を測定し
   てそれらのラップの間の瞬間的な距離をあらわすアナロ
   グ信号を発生するための手段と、（ｂ）上記アナログ信
   号をディジタル形式に変換するためのアナログ−ディジ
   タル変換器と、（ｃ）上記ディジタル形式の信号を周期
   的時間間隔で読み取るための制御コンピュータ手段と、
   （ｄ）時間の関数として上記ラップの離隔をあらわす曲
   線を発生するための、上記制御コンピュータ手段中の曲
   線当てはめ手段と、 （ｅ）上記ラップの離隔が所望の値に達するであろう時
   点を予測するための、上記制御コンピュータ手段中の補
   間手段とを具備する、 ラップ盤の制御装置。
2. （２）（ａ）アナログ測定装置でラップ間の距離を周期
   的に測定する段階と、 （ｂ）上記アナログ測定値をディジタル形式の信号に変
   換する段階と、 （ｃ）上記ディジタル形式の信号を記憶する段階と、 （ｄ）上記記憶したディジタル形式の信号を、時間の関
   数として上記ラップ間の距離をあらわす曲線に当てはめ
   る段階と、 （ｅ）上記ラップの離隔が所望の値に達するであろう時
   点を予測するために上記曲線を補間する段階と、 （ｆ）上記予測された時間に達する時を決定するために
   時間を測定する段階と、 （ｇ）上記予測された時間に達した時にラッピング動作
   の終了を通知する段階を有する、 ラップ盤の制御方法。