JPH02230303A - 位置決め誤差補償方法および装置 - Google Patents

位置決め誤差補償方法および装置

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JPH02230303A
JPH02230303A JP1069119A JP6911989A JPH02230303A JP H02230303 A JPH02230303 A JP H02230303A JP 1069119 A JP1069119 A JP 1069119A JP 6911989 A JP6911989 A JP 6911989A JP H02230303 A JPH02230303 A JP H02230303A
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JP1069119A
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Derek G Ford
デレク、グウィン、フォード
Scott R Postlethwaite
スコット、レイモンド、ポストリースウェイト
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HEPWORTH ENG Ltd
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G—PHYSICS
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    • G05B19/232—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude with speed feedback only

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はサーボモータ／アクチュエータ手段により可動
体が１つの制御軸に沿って位置決めされるときに生じる
位置決め誤差を修正または減少させるための誤差補償方
法および装置に関し、詳細には工具位置の制御に関連し
た位置決め誤差を修正または減少させるための工作機械
の誤差補償方法および装置に関する。
〔従来の技術〕
このような誤差補償方法は例えば英国特許明細書ＧＢ１
１４２７７４およびヨーロッパ特許明細書ＥＰＯＯ４９
１５３Ａに記載されている。
この発明は特に工具駆動装置により駆動される工具ホル
ダと、この工具駆動装置を動作させると共にアナログ位
置誤差信号により制御される工具位置決めサーボモータ
／アクチュエータと、工具、工具ホルダまたは工具駆動
装置の位置に応じて位置帰還信号を出す位置変換器と、
位置要求信号と位置帰還信号に応じてアナログ位置誤差
信号を出す数値制御コントローラとを有する形式のＮＣ
工作機械に関しており、そのような工作機械をここで「
上記形式の工作機械」と呼ぶことにする。
サーボモータ／アクチュエータは電動機または電気流体
サーボモータ／アクチュエータでよい。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記形式の工作機械では速度帰還ループを設けるのが普
通である。速度変換器は工具駆動装置またはそれら関連
する要素の速度に応答して速度帰還信号を発生するよう
に配置され、そしてアナログ位置誤差信号と速度帰還信
号とを合成してサーボモータ／アクチュエータに加えら
れるべきアナログサーボ駆動信号を発生するための加算
手段が設けられる。
この形式の帰還制御はサーボ機構の理論では「カスケー
ド制御」または「マイナールーブ帰還」（アーネスト・
オー・デベリン著「制御系の原理と設計」、ジョンウィ
リアンド・サンズ社版、１９８５の１３ページ参照）と
して知られている。
この形式の機械に用いる場合のコントローラはその出力
にディジタル−アナログ変換器（以下ＤＡＣともいう）
を有しディジタル計算を行うようになっており一方アナ
ログ法がサーボルーブ自体のダイナミック制御と安定化
に用いられる。
しかしながら、この種の機械のあるものには速度帰還ル
ープではなく高利得の位置ループが用いられており、本
発明もこれに属する。
位置変換器はディジタル変換器（エンコーダ）あるいは
アナログ変換器（シンクロ、レゾルバ等）でよい。
工作機械の精度はそれにより加工された仕上り部品の精
度を制限する要因となる。工具自体の動きの誤差が仕上
り製品に同じく誤差を生じさせる。
工作機械の設計者は一般にそのような誤差の原因をとら
えることにより工具の動作における誤差を最少にしよう
とするが、この方法は極めて高価であり、特に非常に高
請度が要求される場合にそれが云える。またこの方法は
一般に現存する工作機械の精度の改善にはその工作機械
の実質的な改造なくしては使用出来ない。
現存する高価なＣＮＣ機械のコントローラのあるものは
工具の機械的な動きにおける誤差のある程度の補償を与
えている。しかしながら用いられる補償方式は一般に１
本の軸上での限られた数の工具スライド位置においての
み工具の位置誤差を測定しており、これらの点での誤差
はＣＮＣコントローラによりその内部で工具のスライド
に関連した工具位置決めサーボに加えられる位置誤差信
号の計算の修正に用いられる。そのような方式では点誤
差間の補間またはそれらからの外挿がなされず、各誤差
値（サーボカウントの単位に変換される）は、プログラ
ムされた軸動作または仕事の実行中の対応する修正点を
スライドが通過したときに「追従誤差」に加えられるに
すぎない。このように、１つの誤差値は次の修正点に達
するまで無変更のまま用いられ、それによりこの新しい
誤差測定が次の修正点となるまで用いられることになる
。この方法は修正点間の工具スライド位置にっていは正
確な誤差補償を与えない。
当業者には明らかなように、「追従誤差」は任意の時点
での要求位置（軸動作速度に比例する）からの実際の工
具または工具スライド位置（位置変換器によるｎ１定点
によるもの、すなわち変換器が工具に関連しているか工
具スライドに関連しているかによる）の遅れである。位
置要求信号は位置帰還信号と次々に加算されて追従誤差
を発生する。この追従誤差は次のサーボサイクルにおい
て軸サーボを駆動するための位置誤差信号を発生するた
めに用いられるのであり、追従誤差信号から位置誤差信
号への変化には単位の変化が含まれる。
そのような従来の高価なＣＮＣコントローラを用いると
、その出力はアナログ位置誤差信号であり、それがサー
ボ（速度帰還信号に関連する）の人力に加えられる。そ
のようなコン｝ローラの出力段は一般に１２ビット以下
の分解能を有するＤＡＣである。本発明者等はこのディ
ジタル−アナログ変換器の前の１つの位置でこの制御方
式に加えられる任意の修正信号がこの１２ビットの変換
器の分解能によりその精度を制限するものであることを
知った。ここでその制限について述べる。
高価なサーボ系の最大トラバース速度は例えば５０００
＋ｕ／分である。そのようなサーボは一般に１８００龍
／分／　ａｍの位置ループ利得を有する。
これは５０００／１８００＝２．７８ｍｍの最大（安定
状態）追従誤差を与える。
ディジタル−アナログ変換器は一般に１０ボルトの出力
範囲を有し、過度現象を考慮するとディジタル−アナロ
グ較正は２Ｘ２．７８ｍｍ−５．５６重簡について１０
ボルト出力となる。この分解能は１２ビット（方向用に
１ビットを用いる）に制限されているから達成可能な最
大分解能は５．５６／２０４８＝０．００２７ｍｍであ
る。
それ故、ＣＮＣコントローラそれ自体の制御系に誤差補
償信号を注入することにより工具位置決め誤差を考慮す
るためにＣＮＣコントローラを改善しても達成しうる分
解能はディジタル−アナログ変換器により決定される。
この例では０．００２７璽曹より決して良くなることは
ない。
この因子は、ＣＮＣコントローラ内に誤差補償を入れる
ことに集中している誤差補償についてのこれまでの技術
の考案者によっては考えられていない。これらの他の欠
点の一つはＣＮＣコントローラの限界のあるメモリ容量
のいく分かをしばしば利用していたということである。
これまでの技術の一般的な欠点は、製造されたときに誤
差補償機能をもたせられていないＣＮＣコントローラに
応用されたときにはコントローラの内部回路またはソフ
トウエアを変更しなければならないということである。
新しいＣＮＣ機械に対してそのような変更を行うことは
場合によっては経済的であろうが、古い機械の変更は一
般に不経済である。
〔課題を解決するための手段及び作用〕工具動作に関連
したサーボ系の入力に加えられる工具駆動信号の調整に
用いられる誤差捕償信号の計算によりそのような位置決
めにおける機械的誤差を出来る限り補償する方式を開発
する目的をもって、本発明者等は被加工物に対する工具
の位置決めに生じる種々の誤差を総合的に考察した。
本発明の第１の観点はアナログサーボ駆動信号を変更す
るために用いられるアナログ誤差補償信号を発生しよう
とする思想にもとづくものである。
かくして、本発明者等は修正信号を、ＣＮＣコントロー
ラ（無補償）により発生される（無修正）アナログ位置
誤差信号または速度帰還信号と合成する。
本発明者等は、必要なとき現存の工作機械と共にその機
能に影響することなくその精度を改善するために使用出
来るように、自身のメモリを有する誤差補償装置の開発
をはじめた。
かくして、本発明の一つの目的は、ＣＮＣコントローラ
または工具スライドサーボ系に対して何らの変更も行う
ことなく本発明の補償装置が現存する工作機械に対して
付加しうるようにしようとするものである。
本発明のこの第１の観点によれば、制御軸に沿って可動
体を位置決めするための可動体駆動装置と、この駆動装
置を動作させると共にアナログ位置誤差信号に応じて制
御される可動体位置決めサーボモータ／アクチュエータ
手段と、可動体、可動体のホルダまたは可動体駆動装置
の位ばに応答する位置変換器と、位置要求信号と位置帰
還信号に応答してディジタル−アナログ変換器を介して
アナログ位置誤差信号を発生するディジタルコントロー
ラと、を有する可動体位置決め装置における可動体の位
置決めにおける誤差の効果を補償するための、上記位置
変換器の出力をモニタし、この出力に対応する記憶され
た較正データにもとづき可動体の位置についてのアナロ
グ誤差補償量を計算または選択し、そしてサーボ駆動信
号を変更するためにこのアナログ誤差補償量を用いるこ
とを特徴とする方法を提洪する。
本発明の第２の観点によれば、制御軸に沿って可動体を
位置決めするための可動体駆動装置と、この駆動装置を
動作させると共にアナログ位置誤差信号に応じて制御さ
れる可動体位置決めサーボモータ／アクチュエータ手段
と、可動体、可動体のホルダまたは可動体駆動装置の位
置に応答する位置変換器と、位置要求信号と位置帰還信
号に応答してディジタル−アナログ変換器を介してアナ
ログ位置誤差信号を発生するディジタルコントローラと
、可動体位置の制御を変更するための修正または３１ｍ
信号を与えるための、可動体の位置決めにおけるくり返
し的誤差の効果を補償または減少させる誤差補償手段と
、を有し、この誤差補償手段が上記位置変換器出力に対
応する較正データの記憶装置からなり、そして上記サー
ボ手段に加えられる駆動信号の発生においてアナログ位
置誤差信号と加算されるアナログ誤差補償量を与えるこ
とを特徴とする位置決め誤差補償装置を提供する。
工作機械制御方式において機械が速度帰還ループを有し
サーボ駆動信号がアナログ位置誤差信号と速度帰還信号
の合成により発生されるようになっている場合には補償
量は勿論これら信号の合成の前に位置誤差信号または速
度帰還信号と合成されることになる。但し但しい正また
は負のセンスを選ぶとした場合であることは勿論である
。
このように、コントローラが無変更の位置変換器信号と
位置要求信号とからアナログ位置誤差信号を計算しうる
ようにし、そしてこの位置誤差信号に修正を加える。
サーボモータ／アクチュエータに加えられるアナログ駆
動装置を変更することにより補償を行う一つの重要な利
点はこれがコントローラの動作自体とは全く無関係に行
えるということであり、これは、現存する従来のコント
ローラが使用出来るということを意味しコントローラの
メモリには付加的要求がなされないことを意味する。こ
のように誤差補償信号は独立した誤差補償装置内で発生
しうろことになり、この装置の出力はコントローラ出力
との間で容易にインターフェースしうるちのである。そ
のような装置は現存するあるいは新しい工作機械に容易
に適用出来、工具の位置決め精度を著しく改善する。
本発明の第３の観点によれば、１つの制御軸に沿っての
本体位置決めのための本体駆動装置により駆動される本
体キャリアと、本体駆動手段を駆動すると共にアナログ
位置誤差信号に応じて制御される本体位置決めサーボモ
ータ／アクチュエータ手段と、本体、本体キャリアまた
は本体駆動手段の位置に応じて位置帰還信号を出す位置
変換器と、その出力に第１ディジタル−アナログ変換器
を有し位置要求信号と位置帰還信号に応じてアナログ位
置誤差信号を発生するディジタルコントローラとを有す
る本体位置決め装置に接続されるごとくなった、上記位
置変換器への接続用入力と、位置変換器出力に対応する
較正データの記憶装置と、この較正データのアクセス用
ディジタルプロセサと、アナログ出力信号を出力に出す
第２ディジタル−アナログ変換器と、第１および第２デ
ィジタル−アナログ変換器出力の加算手段とを特徴とし
て有する位置決め誤差補償装置を提Ｏ（する。
このコントローラは好適にはＣＮＣ　（コンピュータ数
値＠御コントローラ）であるが基本的なＮＣコントロー
ラでもよい。
較正因子または較正比がアナログ誤差補償信号の単位と
アナログ位置誤差信号の単位との間に与えられる。すな
わち与えられた追従誤差量および等しい補償誤差量とに
ついて、アナログ位置誤差信号（追従誤差に対応する）
が１より大きい較正因子または較正比ｆだけ対応する誤
差補償ｆＪ号より大となるようにされる。
較正因子ｆは好適には２より大である。
更に好適には、４より大である。
この較正因子ｆは整数である。
この較正因子は誤差補償信号にとって都合のよいように
アナログ誤差補償信号の分解能と位置誤差信号の分解能
との間の比を与える。
誤差量が小さいときには工具が要求位置に近接するとア
ナログ誤差補償信号（高分解能）が位置誤差信号（低分
解能）より優位となり、従って低分解能のＮＣコントロ
ーラを用いても工具位置に高い精度が得られる。指示さ
れた位置に工具が近接すると、このコントローラのディ
ジタル−アナログ変換器の進歩的出力は０領域に入るが
、誤差補償信号は要求位置に工具を駆動するに必要な小
さいサーボ駆動信号を与える。
無補償工作機械の工具位置決め誤差には次のような種々
の誤差成分がある。
（．１）線形誤差−これらは非周期性漸増形の誤差であ
り軸の直線偏移に関連する。市販の誤差補償方式が取扱
う誤差の主たるもの。
（２）周期性誤差一これらは親ねじの偏心成分に主とし
て起因する周期的な誤差である。
（３）工具駆動装置内のパックラッシュ／ヒステリシス
ーこれは一般に工具の位置により変化する。
（４）工作機械の構造の変形を生じさせる熱的な変動で
あって、スピンドルの熱膨脹等。
（５）多軸効果−工具位置が２以上のスライドにより決
定される場合にはその内の１つの軸上の偏位が他方の軸
上のそれに影響される。これら誤差は工作機械構造にお
ける幾何的な不精確性により生じる。
（８）加工負荷により生じるふれ誤差。
記憶された較正データは上記の誤差の原因の内のあるも
のに対応する基準値群を含むことが出来る。勿論上記（
４）と（６）は夫々温度と負荷を測定するための変換器
を別途使用することになる。
記憶されたデータは好適にはＥ−ＦＲＯＭのようなプロ
グラマブルメモリに記憶しうるルツクアップテーブルの
形をとる。
このデータは、工作機械のベッドに対し、例えばレーザ
干渉計により測定される工具の正確な位置および角度お
よび直線性誤差および位置変換器の対応する出力信号を
記憶する較正処理中にプログラマブルメモリに入れられ
る。
誤差補償信号の計算／選択のための基礎として前記の誤
差成分のいくつかを分離しそして用いることには発明性
があると思われる。この誤差補償信号を次に本発明の第
１の観点に沿って用いるが誤差補償信号を他の方法で用
いることも出来る。
前記した単軸誤差（１）、（２）、（３）、（４）、（
６）のいくつかまたはすべてを正確に修正しようとする
試みは多軸効果の影響により生じる誤差が大きいため困
難であるから、この多軸効果（５）を考えることは極め
て重要である。
多軸効果は従来の度量衡的解析により次の工具位置誤差
成分に分解出来る。
（ａ）３種の角度誤差一多軸に関連するピッチ、ヨーお
よびロール （ｂ）３種の変換誤差一軸動作の所望の方向に関連する
位置誤差とこの所望の方向に直角の方向の動きに関連す
る２種の直線性誤差からなる。これら変換誤差は上記３
Ｎの角度誤差と共に各軸に６種の誤差成分を与える。
（ｃ）非直交性誤差−これは工具のスライド軸の方向間
の非方形性による。これは３軸機械のＸｙ面，ｙｚ面お
よびｘｚ面間の角度関係であり、３ＦＪの誤差を与える
。
３軸機械については誤差成分（ａ）と（ｂ）が１８成分
を与え、（ｃ）が３成分であるから合計１８８ｉの誤差
成分となる。これらの内のいくつがばそれらの大きさお
よび機械の機械的形状により実際上無関係なものとなり
うる。
この機械が更に回転軸を有するとすればＣＮＣコントロ
ーラ（無補償）により発生される位置誤差ベクトルと組
合されるべき誤差補償ベクトルをつくる上での測定と使
用について他の誤差成分を考える必要がある。
３軸機械の種々の誤差成分を測定するためには各軸につ
いてレーザ測定装置（ロールにっていは正確な電子的レ
ベルが用いられる）のような工具位置測定装置を設けそ
してすべての軸に共通なデータ位置から夫々の軸の全長
にわたり関連する誤差成分（角度と変換の両方）の大き
さを測定し記録する必要がある。
非直交性（３つの角度）を得るには別の測定が必要であ
る。
各軸についての誤差成分のすべての値がルックアップテ
ーブルに組入れられ、そしてこれらは動作領域または動
作空間内の任意の位置について工具の先端における位置
決め誤差の計算に用いられる。
本発明の次の観点は少なくとも２軸を有する機械におけ
る誤差成分（５）を修正しようとするものである。
本発明の第４の観点によれば誤差補償手段はプログラマ
ブルメモリからなり、このメモリには較正中一群のルッ
クアップテーブルが入れられており、このルックアップ
テーブル群は（ａ）第１軸に沿った工具位置について比
較的正確な測定値（または誤差成分）群と（ｃ）第１軸
に沿った工具位置についての誤差成分群とから成り、上
記正確な測定値（ａ）の夫々は第１軸上の工具／工具ホ
ルダ／工具駆動装置に応じて第１変換器から出る（ｂ）
工具位置変換器出力値に対応しており、上記誤差成分（
ｃ）は第２軸上の工具／工具ホルダ／工具駆動装置の位
置に応じて第２変換器から出る（ｄ）第２変換器出力値
に対応しており、工作機械の使用中工具の第１軸上位置
の第１変換器による測定にもとづき測定値群（ａ）から
１つの値をとりそしてそれを工具の第２軸位置の第２変
換器による測定に対応する群（ｃ）から一つの量をとる
ことにより変更するようになった手段を更に含み、この
ようにして発生される変更された量が第１軸に沿った工
具の位置決めに関連した誤差補償信号の発生に用いられ
るごとくなった工作機械を提供する。
適用可能な補償アルゴリズムが数軸を有する機械につい
ては複雑な操．作となる種々の誤差成分の合成のために
用いられる。
そのような方式は誤差成分（５）のみとすれば第２の軸
に沿った工具の位置には無関係に第１の軸に沿った工具
の正確な位置について正確な値を出すことが出来る。
第２の軸についてもそのような正確な位置決めが必要で
あれば別のルックアップテーブルをプログラマブルメモ
リに組入れて、用いられる第１および第２変換器の読み
の特定の組合せについて第２の軸に沿った工具の位置の
修正された値または誤差の計算を可能にする必要がある
。
本発明の第５の観点によれば、工具のスライドの較正に
おいてつくられるルックアップテーブルは、工具が加工
されたものの精度を検査するためのブローブに置きかえ
られるときの工具位置変換器により与えられる読みを修
正するために用いることが出来る。
〔実施例〕
第１図は工具スライド２、工具スライド駆動装置３、工
具スライド２用の駆動モータ４、および無補償ＣＮＣコ
ントローラ５を有する現存のＣＮＣ工作機械に誤差補償
装置１を適用した状態を示しており、駆動増幅器６はコ
ントローラ５の位置誤差出力７とスライド駆動モータ４
の制御人力８との間に配置されている。光学的エンコー
ダ９がスライド駆動装置３のスピンドルに関連づけられ
て基準点からのスライド駆動装置の回転角に対応するパ
ルス信号を発生する。このＣＮＣ機械の無変更条件にお
いてはエンコーダ９は単にコントローラ５の位置帰還人
力１１にライン１０を介して位置帰還信号を与えるため
にのみ用いられる。
コントローラ５内で位置要求信号が、実行されるべき特
定の加工に適したプログラムされた加工指令群に応じて
発生された追従誤差が位置要求信号と位置帰還信号との
差を用いて計算される。
エンコーダ９は工具スライドまたは工具位置に応答する
変換でありもよい。エンコーダ９の代りにアナログ変換
器（シンクロまたはレゾルノりをアナログーディジタル
変換器（ＡＤＣ）と共に用いてもよく、これはコントロ
ーラ５の外でもその内に組込んでもよい。
本発明によれば、この補償装置はエンコーダ９からライ
ン１３に与えられる位置帰還情報に応じてアナログ補償
信号をライン１２に出す。コントローラ５の出力７にお
ける無補償アナログ位置誤差信号は加算器１４において
ライン１２上のアナログ補償信号に応じて変更され、そ
してこれもモータ４に組込まれた回転計またはレゾルバ
からの速度帰還信号１０′をとり込み、駆動モータ４を
制御するための補償されたサーボ駆動信号をライン１５
に与える。
ライン１５上のサーボ駆動信号は速度誤差信号であって
、速度サーボループに加えられる速度要求信号としての
ライン７上の位置誤差信号の使用は「カスケード制御」
として知られている。
補償装置１はライン１３上の２個のパルス出力信号を無
修正位置信号に変換するエンコーダ信号処理回笥１６と
、ＥＦＲＯＭに記憶されたルックアップテーブルを利用
することにより無修正位置信号から位置決め誤差量を計
算するマイクロプロセサを含む補償器１７と、この誤差
量をライン１２上のアナログ誤差補償信号に変換するア
ナログインターフェース回路１８とから主としてなる。
理想的な車軸機械についてはこのＥＰＲＯＭはエンコー
ダにより示される固有の位置測定に対応する一群の位置
決め誤差値を記憶する。これら誤差値は工具位置の予め
記録された測定値（前述のようにレーザ干渉計により測
定される）に立脚する。
第１図はブロック図でありこのブロック図に従って本発
明を種々に構成することが出来る。
特に、３個の信号７，１２．１０’は種々の方法で加算
出来る。これらすべてを１つの装置で加算してもよく、
その場合には加算装置１４はＤＣモータ４用のブリアン
プとなる。
また、速度帰還信号１０′をまずサーボコンバレータで
補償信号（速度帰還信号１０′は勿論負帰還である）と
加算し、次にこの装置の出力を、主駆動増幅器６に信号
６を与えるブリアンプ内で位置誤差信号７と加算しても
よい。
また、まず（無補償）位置誤差信号７と補償誤差信号１
２を加算して補償された位置誤差信号を得、これモータ
のブリアンプで速度帰還信号１０′と加算して主駆動増
幅器６に信号１５を与えるようにしてもよい。無補償位
置誤差信号７と補償信号１２の加算はコントローラ５の
外部に設けた適当な増幅器で行ってもよい。しかしなが
ら、場合によってはこの加算をコントローラ５のＤＡＣ
出力段で行うことも出来る。
コントローラ５の外で誤差補償信号１２を発生し利用す
ることにより重要な利点はこの誤差補償信号の分解能が
コントローラ５の位置誤差出力７に関連した分解能とは
無関係に決定出来るということである。例えば、コント
ローラ５の出力段のＤＡＣは１２ビット入力に対して±
１０ボルトの出力を一般に出し、インターフェースハー
ドウエア１８に組込まれているＤＡＣは一般に１２ビッ
ト人力に対し±２．５ボルトの出力を出すようになって
いる。これは、補償信号の分解能が位置誤差信号７の４
倍であることを意味し、必要であればこの較正因子をエ
レメント１８内のＤＡＣの電圧範囲を更に減少させるこ
とにより増加しうるちのである。
位置誤差信号７が工具の要求された工具位置から大きく
はずれたため大となっている時（位置要求信号はコント
ローラ５のプログラムにより発生される）、誤差補償信
号１２は信号７と比較して小さく、サーボモータ４が信
号７により実質的に駆動されることになる。しかしなが
ら、工具が要求された位置に近づくと、信号７は比較的
小さくなり信号１２がモータ４を駆動する速度誤差信号
１５を決定するに優勢となる。更に、要求された位置に
更に近づくと、コントローラの進歩出力７が０領域に入
り、最終的位置決めが誤差補償信号１２により完全に決
定される。
このように、コントローラ５の出力およびインターフェ
ースハードウェア１８の出力に夫々関連するＤＡＣのア
ナログ出力範囲間の較正因子（この例では４）は補償信
号と追従誤差のコントローラ５内での加算により得られ
るものと比較して、工具位置決め誤差の実臂的に改善さ
れた補償が達成出来る。
この較正因子は整数であるとよく、そうでないと誤差補
償信号により与えられる制御に応じてコントローラの出
力を再びＯ領域からはずれさせるに充分な大きい位置誤
差信号が発生してしまう。
第１図に示すものは基本的な方式にすぎず、工具の動作
軸が１本のみであり光学的エンコーダの読みと予め記録
された正確な工具位置値との間に１対１の対応関係があ
るとの仮定にもとづいている。実際には前述したように
考慮すべきいくつかの他の因子がありこれらはＥＦＲＯ
Ｍに記憶されるべき誤差成分のルックアップテーブルの
更に複雑な組合せを必要とするものである。補償装置１
７は次に各軸につき１個の誤差を計算しそれによりライ
ン１２にアナログ補償ベクトルを与えるために適正な誤
差成分を組合せる。
第２図は代表的な単軸ＣＮＣ工具駆動装置組立体につい
ての位置決め誤差のプロットを示す。横軸はスライド駆
動ねじに関連づけられたエンコーダの出力で示す工具ス
ライド位置であり縦軸は、エンコーダの示す工具スライ
ド位置と加算されて修正された工具スライド位置をつく
る誤差成分である。これらプロットは軸エンコーダの出
力に対応する工具位置の正確な読みを与えるため、標準
型のレーザー測定装置（ヒューレットバッカードレーザ
ー干渉計）を用いて得たものである。ＨＰ８５パーソナ
ルコンピュータを較正データを集めて分析し補償値を計
算し分析するために用いている。これらは次に補償シス
テムのメモリ装置にもどされる。
アムストラード（Ａｓｓｔｒａｄ）　１　６　４　０ま
たはコンパク（ｃｏｗｐａｑ）パーソナルコンビュータ
を有するリニシ目−　（Ｒｅｎｌｓｈａｗ）レーザシス
テムを補償点の記憶容量の増加のために用いてもよい。
第２図において、プロットＡは工具スライドの前進に対
応する５個の重畳したプロットであり、プロットＢは後
退に対応する５個の１ｒ［畳したプロットである。プロ
ットＡとＢの間の垂直方向の量Ｙは工具駆動装置組立体
におけるパックラッシュであり、この量は工具スライド
の位置で変わる。
プロットＡとＢにおける変動は周期的な誤差を示しそし
てこれら周期的な誤差は一般に後退（Ｂ）より前進（Ａ
）において大きくなっている。５個のプロットＡはラン
ダム誤差により正確には一致しない。
第２図の誤差の読みをもってプログラムされて補償装置
１６に入れられるＥＰＲＯＭは各軸のエンコーダの出力
について５個の曲線Ａに対応する平均値を３本の曲線Ｂ
に対応する他の平均値群と共に記憶する。
コントローラ５の出力に加算装置１４を使用することは
、補償処理がコントローラのハードウエアあるいはコン
トローラ５の動作に干渉することがなく、そして特にコ
ントローラのメモリに何らの要求もなされないことを意
味する。
インターフェースハードウェアはＮＣサーボシステムの
広い範囲に合うようにすることが出来るから、上述の誤
差補償システムはＮＣコントローラを変更することなく
異なった機械に容昌に適用出来る。
処理回路１６は位置決めをさらに正確にするためエンコ
ーダ９からの通常の２パルス信号の２個のパルスではな
くその縁部を計数しうるようになっており、そして必要
であればこのスイッチングｔｌＡ能をＣＮＣコントロー
ラの分解能切換スイッチに関係させることが出来る。
補償装置１７に関連するメモリのサイズは任意に選べる
から、各軸について与えることの出来る補償点の数に実
効的な制限はない。
工具位置エンコーダパルスにより与えられる情報を完全
に利用するために、補償装置１７内のマイクロプロセサ
はエンコーダのパルスの最大周波数（一般に１　０　０
　ＫＨｚより高い）より高い周波数で動作するようにす
るとよい。これは特に、複雑な補償アルゴリズムを用い
て多軸の誤差成分を考えるようになった多軸工作機械に
は望ましい事である。ＣＮＣコントローラ外部での補償
信号の計算の実行の利点は、ＣＮＣのマイクロブロセサ
の周波数がシステム全体の計算能力を制限しないという
ことである。同程度の周波数で動作するＣＮＣのマイク
ロプロセサであっても、実行すべきＣＮＣコントローラ
の他の機能により誤差の更新を連続的に行うことは多分
なく、そのため誤差の更新は頻繁には生じない。
第３図は、工具スライド２がサーボ弁２０とサーボモー
タまたはシリンダ２１からなる電気流体サーボモータ組
立体により駆動されるようになったＮＣ工作機械（単軸
）に本発明を適用したものを示している。装置２１がサ
ーボシリンダであるときは速度帰還信号１０′を得るこ
とは出来ないのであり、それ故本発明の応用の内のある
ものでは速度帰還はない。
以上、本発明を工作機械に用いた場合を説明したが、可
動体が位置要求に応じてサーボ手段により少なくとも１
本の制御軸に沿って位置決めされるようなった、プロッ
ターのような他の装置にも適用出来る。
図と同様であるが電気流体サーボモー夕を有するＮＣ工
作機械に適用された本発明を示す図である。
１・・・補償装置、２・・・工具スライド、３・・・工
具スライド駆動装置、４・・・駆動モータ、５・・・Ｃ
ＮＣコントローラ、６・・・駆動増幅器、９・・・光学
エンコーダ、１４・・・加算器、１６・・・信号処理回
路、１７・・・補償装置、１８・・・インターフェース
回路、２０・・・サーボ弁、２１・・・サーボモー夕。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、制御軸に沿って可動体（２）を位置決めするための
    可動体駆動装置（３）と、この駆動装置（３）を動作さ
    せると共にアナログ位置誤差信号（７）に応じて制御さ
    れる可動体位置決めサーボモータ／アクチュエータ手段
    （４）と、可動体、可動体のホルダ、または可動体駆動
    装置の位置に応答する位置変換器（９）と、位置要求信
    号と位置帰還信号（１０）に応答してディジタル−アナ
    ログ変換器を介してアナログ位置誤差信号（７）を発生
    するディジタルコントローラ（５）と、を有する可動体
    位置決め装置に用いられ、可動体の位置決め誤差の効果
    を補償する位置決め誤差補償方法において、上記位置変
    換器（９）の出力（１３）をモニタし、この出力（１３
    ）に対応する記憶装置（１７）に記憶された較正データ
    にもとづき可動体の位置についてのアナログ誤差補償量
    （１２）を計算または選択し、そしてサーボ駆動信号（
    １５）を変更するためにこのアナログ誤差補償量（１２
    ）を用いることを特徴とする方法。 ２、前記アナログ誤差補償量（１２）は前記コントロー
    ラにより発生されるアナログ誤差信号（７）と加算器（
    １４）において加算されて変更されたサーボ駆動信号（
    １５）を発生することを特徴とする請求項１記載の方法
    。 ３、１より大きい較正因子（ｆ）が前記コントローラに
    より発生されるアナログ位置誤差信号（７）の単位とア
    ナログ誤差補償信号（１２）の単位との間に与えられる
    ことを特徴とする請求項１または２記載の方法。 ４、前記可動体位置決め装置は工作機械の位置決め装置
    である請求項１乃至３の１に記載の方法。 ５、制御軸に沿って可動体（２）を位置決めするための
    可動体駆動装置（３）と、この駆動装置（３）を動作さ
    せると共にアナログ位置誤差信号（７）に応じて制御さ
    れる可動体位置決めサーボモータ／アクチュエータ手段
    （４）と、可動体、可動体のホルダまたは可動体駆動装
    置の位置に応答する位置変換器（９）と、位置要求信号
    と位置帰還信号（１０）に応答してディジタル−アナロ
    グ変換器を介してアナログ位置誤差信号（７）を発生す
    るディジタルコントローラ（５）と、可動体位置の制御
    を変更するための修正または調整信号（１２）を与える
    ための、可動体の位置決めにおけるくり返し的誤差の効
    果を補償または減少させる誤差補償手段（１）と、を有
    し、この誤差補償手段（１）が上記位置変換器出力（１
    ３）に対応する較正データの記憶装置（１７）からなり
    、そして上記サーボ手段（４）に加えられる駆動信号（
    １５）の発生においてアナログ位置誤差信号（７）と加
    算器（１４）において加算されるアナログ誤差補償量（
    １２）を与えることを特徴とする位置決め誤差補償装置
    。 ６、前記誤差補償手段（１）はディジタルプロセサ（１
    ７）とアナログ誤差補償量（１２）を与えるための第２
    ディジタル−アナログ変換器とからなり、１より大きい
    較正因子（ｆ）がディジタル追従誤差信号からコントロ
    ーラにより発生されるアナログ位置誤差信号（７）の単
    位とアナログ誤差補償信号（１２）の単位との間に与え
    られており、すなわちディジタル追従誤差信号の与えら
    れたディシダル量についてコントローラの第１ディジタ
    ル−アナログ変換器により発生されるこれに対応したア
    ナログ位置誤差信号がこの追従誤差信号のディジタル量
    に等しい量のディジタル補償信号から第２ディジタル−
    アナログ変換器により発生されるアナログ誤差補償信号
    （１２）より因子（ｆ）だけ大きくなっていることを特
    徴とする請求項５記載の装置。 ７、工具駆動装置（３）により駆動される工具ホルダと
    、この駆動装置（３）を動作させると共にアナログ位置
    誤差信号（７）に応じて制御される工具位置決めサーボ
    モータ／アクチュエータ（４）と、工具、工具ホルダま
    たは工具駆動装置（２）の位置に応じて位置帰還信号（
    １０）を与える位置変換器（９）と、位置要求信号と位
    置帰還信号（１０）とに応じてアナログ位置誤差信号（
    ７）を発生する数値制御コントローラ（５）と、工具の
    位置決めにおけるくり返し的誤差の効果を補償または減
    少させるために工具位置の制御を変更するための修正ま
    たは調整信号（１２）を与える誤差補償手段（１）と、
    を有し、この誤差補償手段（１）が位置変換器出力（１
    ３）の記憶装置（１７）からなり、サーボモータ／アク
    チュエータ（４）に加えられる駆動信号（１５）を発生
    するときアナログ位置誤差信号（７）と加算器（１４）
    において加算されるアナログ誤差補償量（１２）を与え
    ることを特徴とする数値制御工作機械。 ８、速度帰還信号（１０）がサーボ駆動信号（１５）の
    発生時に位置誤差信号（７）に更に加えられることを特
    徴とする請求項７記載の工作機械。 ９、アナログ位置誤差信号（７）（ディジタル追従誤差
    から発生されるアナログ信号）の単位とアナログ誤差補
    償信号（１２）の単位の間に１より大きい較正因子（ｆ
    ）が与えられ、すなわちディジタル追従誤差信号の与え
    られたディジタル量について第１ディジタル−アナログ
    変換器により発生される対応するアナログ位置誤差信号
    が等しいディジタル量のディジタル補償信号から第２デ
    ィジタル−アナログ変換器により発生されるアナログ誤
    差補償信号より因子（ｆ）だけ大きくなっていることを
    特徴とする請求項７または８記載の工作機械。 １０、較正因子（ｆ）は少なくとも４である請求項９記
    載の工作機械。 １１、誤差補償手段（１）はプログラマブルメモリ（１
    ７）からなり、このメモリには較正中一群のルックアッ
    プテーブルが入れられており、このルックアップテーブ
    ル群は（ａ）第１軸に沿った工具位置について比較的正
    確な測定値（または誤差成分）群と（ｃ）第１軸に沿っ
    た工具位置についての誤差成分群とから成り、上記正確
    な測定値（ａ）の夫々は第１軸上の工具／工具ホルダ／
    工具駆動装置に応じて第１変換器から出る（ｂ）工具位
    置変換器出力値に対応しており、上記誤差成分（ｃ）は
    第２軸上の工具／工具ホルダ／工具駆動装置の位置に応
    じて第２変換器から出る（ｄ）第２変換器出力値に対応
    しており、工作機械の使用中工具の第１軸上位置の第１
    変換器による測定にもとづき測定値群（ａ）から１つの
    値をとりそしてそれを工具の第２軸位置の第２変換器に
    よる測定に対応する群（ｃ）から一つの量をとることに
    より変更するようになった手段を更に含み、このように
    して発生される変更された量が第１軸に沿った工具の位
    置決めに関連した誤差補償信号の発生に用いられるごと
    くなった請求項７乃至１０の１に記載する工作機械。 １２、１つの制御軸に沿っての本体位置決めのための本
    体駆動装置により駆動される本体キャリアと、本体駆動
    手段（３）を駆動すると共にアナログ位置誤差信号（７
    ）に応じて制御される本体位置決めサーボモータ／アク
    チュエータ手段（４）と、本体、本体キャリア、または
    本体駆動手段（３）の位置に応じて位置帰還信号（１０
    ）を出す位置変換器と、その出力に第１ディジタル−ア
    ナログ変換器を有し位置要求信号と位置帰還信号（１０
    ）に応じてアナログ位置誤差信号（７）を発生するディ
    ジタルコントローラ（５）とを有する本体位置決め装置
    に接続されるごとくなった上記位置変換器への接続用入
    力と、位置変換器出力に対応する較正データの記憶装置
    と、この較正データのアクセス用ディジタルプロセサと
    、アナログ出力信号を出力に出す第２ディジタル−アナ
    ログ変換器と、第１および第２ディジタル−アナログ変
    換器出力の加算手段とを特徴として有する位置決め誤差
    補償装置（１）。
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