JPH0432906A - 多軸数値制御機械のピッチ誤差補正方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、多軸数値制御機械の位置制御の誤差を各軸の
ピッチエラーを測定することにより補正するピッチ誤差
補正方法に関する。

〔従来の技術〕

−ｉに、ＮＣ工作機械やプロッタなどの多軸数値制御機
械においては、モータの回転変位を直線変位に変換して
工具あるいはテーブルの位置の制御が行なわれ、その変
換手段としては、ボールネジ軸・ボールナツト機構等が
使用される。

しかし、このボールネジのピンチには不可避的にバラツ
キがあり、そのバラツキが無視できないほど精密な位置
制御が要求される場合には、機械を組み上げた後、位置
決めしたときの実際の位置をレーザ測長機等を用いて精
密に測定して、そのバラツキの補償すなわちピンチエラ
ー補正のための補正値を算出して記憶し、これによって
ピンチエラーの補正を行なわなければならない。このピ
ッチェラー補正は各軸毎に独立して行なわれるのが最も
一般的である。

しかしながら、位置決めの誤差は厳密には各軸独立に生
ずるものでなく、各軸の直線性、直交性のずれによって
も発生する。したがって、さらに位置決め精度の向上を
図る場合は、他の軸上の位置も考慮に入れなければなら
ない。

米国特許第３．５５５．２５４号公報には、測定された
点板外の点における補正値を補間法で求める方法および
２次元平面上で各軸に平行な直線群で作られる格子の交
点で誤差を測定して補正する方法が記載されている。

［発明が解決しようする課題〕 前述したように、補正値の測定は装置が組み上がった後
に、装置１台１台毎に実施しなければならない。したが
って、それに要するコストは直接製品コストに反映され
るものであるから、可能な限り測定の工数を減らすこと
が望ましい。

前述の公報に記載された二次元平面上の各点について測
定する方法によれば、精度を上げるために測定間隔を狭
めると間隔の２乗に反比例して工数が増大するとともに
、補正値を記憶するメモリを多く必要とすることになる
。

また補間による方法も記載されているが、補間のやり方
と補正される軸との関係については何ら記載されていな
い。

したがって本発明の目的は、最小限の測定工数で各可動
軸全領域に対して精密な誤差補正が可能な多軸数値制御
機械機械のピッチ誤差補正方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前述の目的を解決する本発明の多軸数値制御機械のピッ
チ誤差補正方法は、各可動軸の各所定位置のピッチ誤差
を測定して誤差補正値として予め記憶し、前記各可動軸
の現在位置に対応する前記誤差補正値を該現在位置に加
えて前記各可動軸のピッチ誤差を補正する多軸数値制御
機械のピッチ誤差補正方法であって、前記各可動軸の各
所定位置の誤差補正値は、前記他の可動軸の両端位置を
含む少くとも２位置において測定して記憶され、前記他
の可動軸の任意位置における前記各可動軸の所定位置の
誤差補正値は、前記記憶した少くとも２位置における対
応する誤差補正値を前記他の可動軸の現在位置に応じて
補間演夏して求め、少くとも２つの可動軸間の相互位置
に関連した誤差補正値で一つの可動軸のピッチ誤差補正
を行うようにしたことを特徴とするものである。

ととすれば、必要最小限の工数で各可動軸全領域に対し
て精密な補正が可能なパラメータを計算することができ
る。そして常に、ピッチ誤差補正をすべき軸を含む２軸
の各位置におけるピンチ誤差補正値で、前記ピッチ誤差
補正をすべき軸の補正を行うのである。これを前記ピッ
チ誤差補正すべき軸を含む他の２軸で繰返すことにより
、３軸以上の多軸数値制御機械のピッチ誤差でも、同じ
方法の拡張で補正できるのである。

〔作　用〕

後に実例で示すように、ピッチ誤差補正が行なわれる可
動軸方向の位置と誤差の分布との関係には、ボールネジ
のピッチのバラツキをその主原因とするものであるから
、傾向は一定性がないのが一般的である。一方、それ以
外の軸方向の位置と誤差の分布との関係には一定性があ
り、その絶対値も小さいのが一般的である。したがって
、誤差補正が行なわれる軸方向の間隔よりも他の軸方向
での間隔を広くとり、その間は補間で求めるこ（実施例
〕 第１図は互いに直交するＸ軸とＹ軸の２軸によって位置
制御が行なわれる場合を例にとって、誤差補正のパラメ
ータを算出するためにレーザ測長機を使用して正確な位
置が測定されるべき点を表わす図である。

この例ではＸ軸の可動範囲はＯ〜４００鵬、Ｙ軸の可動
範囲は０〜３００肛である。図中白丸で示す様に、各軸
に平行な３本の直線（最大、最小、中央の位置に相当）
上で２０ｍｍ間隔で正確な位置が測定される。

Ｙ軸が最大、最小、中央（３００、０、１５０園）の位
置にあるときのＸ軸の測定のために指令した位置をそれ
ぞれ〒１．マｉ　、ｘｉ（ｘ　＝Ｏ〜２０）とし、その
時に測定された実際の位置を、〒　ｉ　Ｔ　？’　ｉ　
＋ｘ′、（ｉ＝Ｏ〜２０）とすると、送り誤差ΔＸｉ。

Δマｉ、ΔＸ１は ΔＸ１＝Ｘ’　１−Ｘｉ　　　　　　　　　　　　（１
）Δマｉ＝マ′　　−マ、　　　　　　　　　　（２）
Δ）（、＝）（’　　−Ｘｉ　（ｉ＝ｏ〜２０）　　　
　　（３）で計算される。同様に、Ｙ軸についてもΔｙ
＝＝ｙ’　　−）’Ｊ　　　　　　　　　　（４）Δ７
ｊ＝７’　　　−ｙ”Ｊ　　　　　　　　　（５）Δｙ
Ｊ＝ｙ′　−ｙＪ（ｊ＝０〜１５）　　　　（６）で計
算される。

第２図はＸ軸の位置０　、２００　、４００肛にあるＹ
軸に平行な３本の直線上で２０閣間隔で送り誤差を測定
した結果、すなわち、前述のΔｙＪ、Δｙ、およびΔｙ
Ｊ（ｊ＝０〜１５）を表わしている。

図にみられる様に、各グラフにはそれぞれ細かぃ変動が
みられるが、それぞれの全体的傾向は似た傾向を有して
いる。すなわち、すべてが単調な増加傾向を示している
。

次に、前述の例について補正用パラメータの算出方法を
説明する。

まず、各直線上で隣り合った測定点間で次式にもとづき
差をとり、Ｅ　Ｘｉ　＋　７Ｘｉ・εＸｉ＋！Ｙｊ・Ｔ
ｙｉ＋ε７ｊが計算される。

εｘ、＝ΔＸ、−−ΔＸｉ　　　　　　　　　（７）７
Ｘ、＝Δマ、。１−Δマ、　　　　　　　　（８）εＸ
８＝Δｘ１１−ΔＸ＝　（ｉ＝ｏ　〜１９）　　　（９
）ε　Ｙコニ　Δ　ｙ　−・夏　−Δ　）’ｉ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１０）７ｙｊ
”Δ７　ｊ　４１−Δ７ｊ（１１）εｙＪ＝Δ３’ｊ＋
＋−Δ３’Ｊ（ｊ＝０〜１４）　　　（１２）次に、次
式により他の軸が中央の位置にあるときの補正値を基準
として他の軸が最大および最小の位置にあるときの補正
値の比率が計算される。

■、ｉ”’５Ｘｉ／ε、ｉ　　　　　　　　　　　　（
１３）Ｍ　Ｘ　＋　＝　？　Ｘ　ｉ　／ε、ｉ　　　　
　　　　　　　　（１４）ａｙｉ＝ε４、／εｙｊ　　
　　　　　　　　　　（１５）？　ｙ　ｊ　＝　７　ｙ
　ｊ　／εｙｊ　　　　　　　　　　　　　　（１６）
以上により算出された各パラメータが次の表１および表
２に示す形でメモリへ格納される。

Ｘ　Ｑ／２０　、　ｙＱ／２０を計算して小数以下を切
り捨ててそれぞれ整数１１１１＋　ｊｐ＋　Ｉａ＋　Ｊ
Ｑとする（ステップａ）、ｉ、からｉ、までのパラメー
タε、。

ａ　ｚ　＋　７　Ｘを取り出して以下の式からＸ軸の移
動にに伴うＸ軸の補正値εＸ□を算出する（ステップｂ
）。

次に、本発明の方法に従って誤差補正を行ないながら、
位置制御を行なう方法を前述の例について説明する。第
３図はそのフローチャートである。

これに基づいて順次説明する。

移動開始点の座標を（ｘｐ、ｙｐ）　、到達点の座標を
（χ９．ｙＱ）とする。ｘ　ｐ／　２０　、　Ｙ　ｐ／
　２０　。

（ただし、ｙｐ　＜１５０　）とき”　＊　＝７　Ｘ　
＋　Ｄ−１＋ｙｐ＞１５０のときａ、＝丁、、Ｄ＝−１
）次に、Ｘ軸上で移動したことによるＹ軸上の補正値ε
ｙオ、ｑを算出するために、Ｘ軸間始点におけるＹ軸の
累積補正量ε、□とＸ軸到達点におけるＹ軸の累積補正
量ε□、を次式により算出する（ステップｃ）。

補正量εｙｘｐｑは εＹＸｐＱ−εＶＸＱ　　−εｙｘｐ で計算される。

Ｙ軸についてもＸ軸と同様にしてＹ軸上の移動に伴なう
Ｙ軸の補正値εＦＩＩＱと、Ｘ軸の補正値εＸＦＩＩＱ
を算出する（ステップｄ、ｅ）。

以上の値から補正された移動量ｘ、ｙはｘ＝（ｘ、−ｘ
、）十ｃＸＩＤＱ＋εＸＶｐＱｙ＝ｃｙｑ　　ｙｐ）＋
εｙｐｑ十εｙにｐｑで計算され（ステップｆ）、出力
される（ステンの補正値ε′、は （ただし、ｙｑ＜１５０のときｂＸ＝Ｔ、、Ｄ＝１　。

ｙｑ＞ｘ５０のときｂＸ＝ｂ、、Ｄ＝−１）（ただし、
ｘ　ｑ　＜　２００のときす、＝１．、Ｄ＝ＩＸＱ＞２
００のときｂｙ＝ｂ、、Ｄ＝−１）？［−Ｌｌｌる。

したがって、補正された移動量ｘ、ｙはｘ＝（ｘＱ十ε
　Ｘ）　　　（Ｘｐ十ε″、）ｙ＝Ｃｙｑ＋ε’　ｙ）
−（ｙｐ十ε″ｙ）で計算することができる。ただし、
ε′８．ε″は（Ｘｐ＝　Ｖｐ）の点における補正値ε
′８．ε′。

すなわち、前回（Ｘｐ＝　３’ｐ）地点へ移動したとき
に算出したε′。、ε′、の値である。

これまでに説明してきた例では、軸に平行な３本の直線
上で所定の間隔で測定する例を説明してきたが、３本に
限らず、精度および製造コストのブｇ）。

以上は、補正のためのパラメータとして隣り合った測定
点間の差ε８　、ε９等を記憶する方式について説明し
てきたが、送り誤差ΔＸ、Δｙ等を記憶する方式も可能
なので以下に記述する。

表１および表２でε、＝（ｉ＝０〜１９）およびεアＪ
（ｊ＝０〜１４）の代りにそれぞれ、ｂＸ。

（ｉ＝０〜２０）およびΔ）’Ｊ　（ｊ＝ｏ〜１５）を
記憶する。丁□＋　？　ｘｉ　＋　ＴＹｊ　＋　Ｔ□の
代りにＴ。。

π８、”ｂＹｉｒ言ｙｊを記憶する。ただし、ｂＸ、。

’Ｆ；、ｉ　、　ｂ、ｊ　、　’Ｂ’□はｂ　ｘｉ＝Δ
〒、／ΔＸ。

π８．＝Δマ、／ΔＸ□ ｂＶｊ＝Δテ、／Δｙ。

■ｙＪ＝Δ？′Ｊ／ΔｙＪ で計算される。

到達点の座標値から、ｘ　Ｑ／　２０　、ｙ　Ｑ／　２
０を計算し、小数以下を四捨五入してそれぞれ整数ｍ、
ｎを得る。（ｍ　＝　Ｏ〜２０　、　ｎ　−０〜１５）
到達点におけるＸ座標の補正値ε′　　、Ｙ座標バラン
スに応じて２本または４本以上の直線上で測定し、間を
補間することも可能である。

また誤差の傾向が同一であればａ　ｘｉ　＊　Ｔｘｉ丁
ｙｊ　＋　Ｔｙｊをさらに丁８．τ８１丁７．ｉ、へ、
さらにはａ、、ａアで実現することも可能である。

［発明の効果］ 以上述べてきたように本発明によれば最小限の製造コス
トと補正値を記憶するメモリとを準備することで、精密
な補正をすることの可能な多軸数値制御機械のピッチ誤
差補正方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は送り誤差測定位置の一例を表わす図、第２図は
Ｙ軸道り誤差の測定値を表わすグラフ、第３図は誤差補
正処理のフローチャート。 第 図 ＹｌＩｋ送り誤差の測定値 第２ 図 ／４゜ 勺フ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、各可動軸の各所定位置のピッチ誤差を測定して誤差
   補正値として予め記憶し、前記各可動軸の現在位置に対
   応する前記誤差補正値を該現在位置に加えて前記各可動
   軸のピッチ誤差を補正する多軸数値制御機械のピッチ誤
   差補正方法であって、前記各可動軸の各所定位置の誤差
   補正値は、前記他の可動軸の両端位置を含む少くとも２
   位置において測定して記憶され、前記他の可動軸の任意
   位置における前記各可動軸の所定位置の誤差補正値は、
   前記記憶した少くとも２位置における対応する誤差補正
   値を前記他の可動軸の現在位置に応じて補間演算して求
   め、少くとも２つの可動軸間の相互位置に関連した誤差
   補正値で一つの可動軸のピッチ誤差補正を行うようにし
   たことを特徴とする多軸数値制御機械のピッチ誤差補正
   方法。