JPH05341823A - 数値制御装置 - Google Patents

数値制御装置

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JPH05341823A
JPH05341823A JP4146093A JP14609392A JPH05341823A JP H05341823 A JPH05341823 A JP H05341823A JP 4146093 A JP4146093 A JP 4146093A JP 14609392 A JP14609392 A JP 14609392A JP H05341823 A JPH05341823 A JP H05341823A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械誤差補正制御が行える数値制御装置にお
いて、互いに直交しない2軸以上の機械軸の機械誤差補
正ができる。 【構成】 仮想的に設定された直交座標系の各軸から対
応する機械軸の比率と各機械軸をある位置に位置決めし
たときの指令位置と実際の位置の誤差から機械軸方向の
機械誤差に変換し補正する。 【効果】 斜交軸のようなZ軸が傾いている軸、疑似Y
軸などの仮想軸に対して、機械誤差補正制御が行えるよ
うになり、より高精度な加工が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、数値制御工作機械の
機械誤差補正(ピッチ誤差補正、バックラッシ誤差補
正)に関するもので、特に論理的な機械座標系の軸と機
械軸が一致しない数値制御工作機械の機械誤差補正に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】まず、従来の互いに直交しない機械軸の
機械誤差補正量設定方式について説明する。例えば、図
5(a)に示すような砥石を用いた研削機械において
は、ワークが取り付けられた水平な機械軸(X軸)に対
し砥石51が取り付けられた軸を例えば45度の傾きで
Z1方向に上下する機械軸(Z軸)で構成されている。
X軸とZ軸は実際に機械が移動する軸であり、その移動
方向の座標系(Z1−X1)を実軸座標系という。ま
た、加工ワークは直交座標系で表現されるので仮想的に
直交座標系(Z2−X1)を想定し指令を行う。これを
仮想直交座標系という。Z軸をZ1方向に移動する斜め
の移動軸とすることによってZ軸の工作精度に比べてZ
2方向への移動精度が良くなるように工夫している。例
えば、Z軸の精度がZ1方向に10μmであるとすると
Z2方向には、10μm÷√2=7.071μmと精度
は良くなる。しかし、傾いた軸に対しての機械誤差を測
定するゲージはないので、X軸テーブル52上に垂直
に、例えば10mmのゲージ53を立てて、機械軸Zを
原点位置(A点)に位置決めし、Z軸先端のマイクロメ
ータとゲージを接触させマイクロメータの針を0にセッ
トする。機械軸ZをZ1方向に10×√2mm(仮想直
交座標系Z2方向に10mm)移動させ、Z軸先端のマ
イクロメータとゲージを接触させ誤差を読み取る。その
誤差を機械軸Z(Z1方向)の機械誤差に変換(Z2方
向の機械誤差(ゲージの読み取り値)×√2)し設定す
る。
【0003】つづいて、図5(b)に示すような旋盤工
作機械においては、工具54が取り付けられた水平な機
械軸(X軸)とワークが取り付けられた回転軸(C軸)
から構成されている。X軸とC軸は実際に機械が移動す
る軸である。この2軸を同時に移動させ、あたかも加工
ワーク直交座標系Y軸方向の加工ができるように疑似的
にY軸をつくり出し3軸の制御ができる。これによりシ
ンプルな機械構造でも複雑な加工を行うことが可能であ
る。しかし、疑似的に作りだしたY軸の機械誤差補正量
を設定する手段はないので回転軸に対して、高精度なエ
ンコーダ55をセットし、一定角度ごとの機械誤差を測
定し設定している。
【0004】図3(a)は、従来の機械誤差補正のうち
のピッチ誤差補正を行う場合の制御系を示すブロック図
であり、図において1は数値制御装置(以下CNC装置
という)から機械に対しての指令、2はピッチ誤差補正
を行うための補正量を各軸ごとに設定する補正量設定手
段、4Aは補正量設定手段2で設定された各軸の補正量
を記憶しておく実機械軸方向機械誤差記憶手段、6は指
令1を機械軸(Z1方向)の指令に変換する指令変換手
段である。
【0005】図3(b)は、従来の機械誤差補正のうち
のバックラッシ誤差補正を行う場合の制御系を示すブロ
ック図であり、図において1はCNC装置から機械に対
しての指令、2はバックラッシ誤差補正を行うための補
正量を各軸ごとに設定する補正量設定手段、4Aは補正
量設定手段2で設定された各軸の補正量を記憶しておく
実機械軸方向機械誤差記憶手段、5は機械移動軸が反転
したか否かを判定する方向反転手段、6は指令1を機械
軸(Z1方向)の指令に変換する指令変換手段である。
疑似Y軸に対してのピッチ誤差補正の仕方は、前記内容
と同様である。
【0006】次に動作について説明する。図4(a)
は、従来のピッチ誤差補正の場合の制御処理を示したフ
ローチャート図である。ブロック図は図3(a)と対応
する。まず、CNC装置からの指令があるか否かを判定
し(ステップ11)、指令ありと判定されたら該当する
軸に対する補正量があるか否かを判定し(ステップ1
2)、補正量ありと判定されたら、指令変換手段で変換
された各軸ごとの指令に各軸ごとの補正量を加算し(ス
テップ18)、機械への出力とする。(ステップ12)
で補正量無しと判定されたら、各軸指令をそのまま機械
への出力とする(ステップ20)。図4(b)は、従来
のバックラッシ誤差補正の場合の制御処理を示したフロ
ーチャート図である。ブロック図は図3(b)と対応す
る。CNC装置からの指令があるか否かを判定し(ステ
ップ11)、指令ありと判定されたら該当する軸の対す
る補正量があるか否かを判定し(ステップ12)、補正
量ありと判定されたら機械移動軸が反転したか否かを判
定し(ステップ15)、指令反転時には、指令変換手段
で変換された各軸ごとの指令に各軸ごとの補正量を加算
し機械への出力とする(ステップ18)。一方、補正量
無しと判定されたら指令変換手段で変換された各軸指令
をそのまま機械への出力とする(スッテプ20)。更
に、指令反転してないと判定された場合には、指令変換
手段で変換された各軸の指令をそのまま機械への出力と
する(スッテプ20)。
【発明が解決しようとする課題】従来の機械誤差補正
(ピッチ誤差補正、バックラッシ誤差補正)は、以上の
ように構成されているので、機械の移動軸が直交してい
ない研削機械では、斜交している機械軸(図5(a)に
おいてZ1方向)の機械誤差を直接測定する手段はない
ので、直交軸(互いに直交する2軸以上の仮想的な軸:
図5(a)においてZ2−X1座標)Z2方向の機械誤
差を測定し、機械軸方向の機械誤差補正量に変換して設
定されていたので変換誤差が生じ、精度を要求する研削
機械において精度が良くないという問題点があった。例
えば、図5(a)において仮想直交座標系Z2方向の機
械誤差が20μmあったとすると機械軸Z(Z1方向)
の機械誤差に変換すると20μm×√2=28.284
μm(θ=45゜)となり設定値は、28μmと桁落ち
が発生する。これを仮想直交座標系Z2方向の機械誤差
に変換し直すと28μm÷√2=19.798μmと精
度が悪くなってしまう。また、図5(b)のように回転
軸Cと直線軸Xで疑似的に作られる疑似Y軸の機械誤差
の補正量を設定する手段はないので、回転軸の中心に高
精度エンコーダをセットし、一定角度ごとの機械誤差を
測定して補正量を設定されている。このため中心付近は
補正量が荒くなってしまうという問題点があった。例え
ば、補正ピッチを5°ずつにすると端よりも中心付近の
ほうが精度が悪くなってしまう。尚、仮想直交座標系の
指令を機械軸方向の座標系に変換して動作させる方式と
して、特開昭62−282863号公報に記載されたも
のがあるが、これは、仮想直交座標系で作成された加工
プログラムを機械軸方向の座標系に変換して指令すると
いうものであり機械誤差補正を内容としたものではな
い。又、傾斜形工具の補正方式として、特開昭64−2
10610号公報に記載されたものがあるが、これは、
工具径を入力すると機械軸方向の成分に分解し、これを
移動距離に加算してパルス分配するというものであり、
機械軸(Z軸)方向の機械誤差補正を行う補正方式では
ない。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係るCNC
装置は、傾斜比率設定手段と各機械軸の指令位置と実際
の位置との誤差を記憶する直交軸方向機械誤差記憶手段
と誤差変換手段を備えたものである。また、第2の発明
に係るCNC装置は、角度設定手段と直交軸方向機械誤
差記憶手段と誤差変換手段を備えたものである。また、
第3の発明に係るCNC装置は、傾斜比率設定手段と各
機械軸の方向反転時の誤差を記憶する直交軸方向機械誤
差記憶手段と誤差変換手段を備えたものである。
【0008】
【作用】第1の発明において、傾斜比率設定手段は、仮
想的に設定された直交座標系の各軸から対応する実軸座
標系の機械軸の比率を設定し、直交軸方向機械誤差記憶
手段は、各実軸座標系の機械軸をある位置に位置決めし
たときの指令位置と実際の位置の機械誤差を仮想直交座
標方向に測定した値を記憶し、誤差変換手段は、仮想直
交座標方向の機械誤差を実軸座標系の機械軸方向の機械
誤差に変換するものである。また、第2の発明は、更に
角度設定手段が、回転軸の機械誤差を高精度エンコーダ
により測定するときの基準の角度を設定するものであ
る。また、第3の発明は、各機械軸の方向反転時の誤差
を記憶し、この誤差から機械誤差を求めたものである。
【0009】
【実施例】以下、第1の発明の一実施例を図について説
明する。図1(a)において、1はCNC装置から機械
に対しての指令、2は機械誤差補正(ピッチ誤差補正)
制御を行うためにオペレータが実軸座標系の機械軸をあ
る位置に位置決めしたときの指令位置と実際の位置の機
械誤差を補正する補正量を設定する補正量設定手段、3
は仮想的に設定された直交座標系の各軸から対応する実
軸座標系の機械軸の比率(図5(a)においての仮想直
交座標系Z2と実軸座標系方向Z1の比率)を設定する
傾斜比率設定手段、4は実軸座標系の機械軸をある位置
に位置決めしたときの指令位置と実際の位置との機械誤
差を対応する仮想直交座標系の軸方向に計測した値(図
5(a)において実軸座標系の機械軸をZ1方向にA〜
Bに位置決めしたときの仮想直交座標系Z2方向の機械
誤差補正量)を記憶する直交軸方向機械誤差記憶手段、
6は指令1を機械軸(Z1方向)の指令に変換する指令
変換手段、7は直交軸方向機械誤差記憶手段4で記憶し
た仮想直交軸方向機械誤差を実軸座標系方向(図5
(a)において機械軸Z(Z1方向)、機械軸X(X1
方向))の機械誤差に変換する誤差変換手段である。具
体例をあげて説明すると図5(a)において、機械軸Z
がZ1方向の傾いた軸(θ=45°)の場合、傾斜比率
は、機械軸Z(Z1方向)に対しての仮想直交座標系Z
2方向の比率を設定するので、直角二等辺三角形と考
え、1:√2となる。又、仮想直交座標系方向のZ2方
向に計測した機械誤差補正量が20μmだとすると、こ
れを機械軸Z(Z1方向)に変換すると機械軸Z(Z1
方向)の機械誤差補正量=20μm×√2となる。この
計算は、内部で行うため精度良く計算してやれば桁落ち
なく求めることができる。
【0010】次に第1の発明の動作について説明する。
図2(a)は、互いに直交しない実軸座標系の傾いた軸
の機械誤差補正(ピッチ誤差補正)の制御を示すフロー
チャート図である。ブロック図は図1(a)と対応す
る。CNC装置からの指令があるか否かを判定し(ステ
ップ11)、指令があれば、実軸座標系の機械軸をある
位置に位置決めしたときの指令位置と実際の機械位置の
機械誤差に対しての補正量(補正量は、一定間隔毎に位
置決めして指令値と実際の機械位置の機械誤差を測定し
て補正量を設定する。間隔はパラメータによって決めら
れ、間隔毎の補正量がCNC内部に格納されている。)
があるか否かを判定する(ステップ12)。もし、ここ
で補正量の設定があれば傾斜比率を判定し(ステップ1
4)、補正量が0ならば設定無しとし、計測補正量を判
定する(ステップ13)。仮想的(図5(a)において
の仮想直交座標系Z2−X1)に設定された直交座標系
の各軸からの対応する実軸座標系の機械軸の比率が設定
されているか否か判定し、傾斜比率が設定されていれば
仮想軸を判定し(ステップ16)、設定されていなけれ
ば、指令変換手段で変換された各軸の指令に各軸の補正
量を加算して機械への出力とする(ステップ18)。仮
想軸(図5(a)においての仮想直交座標系Z2−X
1)であるか否か判定した結果、仮想軸であると判定さ
れたならば、各機械軸をある位置に位置決めしたときの
指令位置と実際の位置との機械誤差(図5(a)におい
て、機械軸Z(Z1方向)をA〜Bまで移動したときの
仮想直交座標系Z2方向に計測した機械誤差補正量を2
0μmとする。)を傾斜比率(図5(a)において、傾
斜比率とは機械軸Z(Z1方向)に対しての仮想直交座
標系Z2方向の比率なのでθ=45°とすると直角二等
辺三角形と考え、1:√2とする。)によって機械軸Z
(Z1方向)の機械誤差に変換(機械軸Z(Z1方向)
機械誤差=仮想軸方向機械誤差20μm×傾斜比率√
2)して(ステップ17)、変換した機械軸Z(Z1方
向)の機械誤差に指令変換手段で変換された指令を加算
して機械への出力とする(ステップ19)。一方、仮想
軸でないと判定された場合、指令変換手段で変換された
各軸指令に各軸の補正量を加算して機械への出力とする
(ステップ20)。ステップ12で補正量無しと判定さ
れた場合、仮想直交座標系の軸方向に計測された機械誤
差補正量(図5(a)において、機械軸ZをZ1方向に
A〜Bまで位置決めしたときの仮想直交座標系Z2方向
の機械誤差補正量)があるか否かを判定し(ステップ1
3)、計測補正量ありと判定されたらならば仮想軸判定
(ステップ16)を行い、計測補正量無しと判定された
ら指令変換手段で変換された各軸の指令をそのまま機械
への出力とする(ステップ20)。
【0011】つづいて、第2の発明の一実施例を図につ
いて説明する。図1(b)において、1はCNC装置か
ら機械に対しての指令、2は機械誤差補正(ピッチ誤差
補正)制御を行うためにオペレータが回転軸の中心に高
精度エンコーダを置き一定角度毎に測定した補正量を設
定する補正量設定手段、3Aは何度毎に位置決めしたと
きの指令位置と実際の機械位置の機械誤差を測定するた
めの角度(図5(b)においてθ)を設定する角度設定
手段、4は回転軸の一定角度毎に位置決めしたときの指
令位置と実際の機械位置の誤差を計測した機械誤差補正
量(図5(b)においてA〜Bへ位置決めしたときの指
令位置と実際の機械位置の機械誤差補正量)を記憶する
直交軸方向機械誤差記憶手段、7は直交軸方向機械誤差
記憶手段4で記憶した直交軸方向機械誤差を仮想直座標
系方向の機械誤差に変換する誤差変換手段である。具体
例をあげて説明すると図5(b)において、回転軸と直
線軸で疑似的にY方向の動きを作り出す疑似Y軸の場
合、角度設定手段により設定された角度θによってY軸
方向の間隔を従来回転軸の外側にいくにつれて狭くなっ
てしまうのを一定にする。例えば、角度設定手段で設定
された角度が10°と仮定すると、疑似的なY軸成分B
−C一定間隔毎にA〜Bに位置決めしたときの機械誤差
補正量を計測する。測定されたA〜Bの機械誤差補正量
を疑似的なY軸方向の機械誤差補正量に変換するには、
A〜Bを直線としA−B−Cの三角形として考えると疑
似的なY軸方向の機械誤差補正量=A〜Bの機械誤差補
正量cos(θ/2)=A〜Bの機械誤差補正量cos
(10/2)となる。この計算は、内部で行うため精度
良く計算してやれば桁落ちなく求めることができる。
【0012】つづいて、第2の発明の動作について説明
する。図2(b)は、仮想軸(互いに直交する2軸以上
の仮想的な軸)の機械誤差補正(ピッチ誤差補正)の制
御を示すフローチャート図である。ブロック図は図1
(b)と対応する。CNC装置からの指令があるか否か
を判定し(ステップ21)、指令があれば回転軸を一定
角度毎に位置決めして指令位置と実際の機械位置の機械
誤差に対しての補正量(補正量は、一定角度毎に位置決
めして指令値と実際の機械位置の機械誤差を測定して補
正量を設定する。角度はパラメータによって決められ、
角度毎の補正量がCNC内部に格納されている。)があ
るか否かを判定する(ステップ22)。もし、補正量の
設定があれば角度の判定を行い(ステップ24)、補正
量が0ならば設定無しとし計測補正量を判定する(ステ
ップ23)。一方、図5(b)において回転軸の機械誤
差計測中心角度θが設定されているか否かの判定で中心
角度が設定されていれば、仮想軸を判定し(ステップ2
6)、もし、設定されていなければ、各軸の指令に各軸
の補正量を加算して機械への出力とする(ステップ2
8)。仮想軸(図5(b)においての回転軸と直線軸で
疑似的にY軸の動きをつくり出す疑似Y軸)であるか否
か判定した結果、仮想軸であるならば、各機械軸をある
位置に位置決めしたときの指令位置と実際の位置との誤
差を角度(図5(b)においてθ)によって機械軸方向
の機械誤差補正量に変換(疑似Y軸方向機械誤差=回転
軸の一定角度毎の機械誤差補正量cos(θ/2))し
て(ステップ27)、機械軸方向の機械誤差補正量に指
令を加算して機械への出力とする(ステップ29)。ま
た、(ステップ26)で仮想軸でないと判定された場
合、各軸指令に各軸の補正量を加算して機械への出力と
する(ステップ28)。(ステップ22)で補正量無し
と判定された場合、回転軸の一定角度毎に計測された機
械誤差補正量があるか否かを判定し(ステップ23)、
計測補正量ありと判定されたら(ステップ26)へ進
み、計測補正量無しと判定されたら各軸の指令をそのま
ま機械への出力とする(ステップ30)。
【0013】つづいて、第3の発明の一実施例を図につ
いて説明する。図1(c)において1はCNC装置から
機械に対しての指令、2は機械誤差補正(バックラッシ
誤差補正)制御を行うためにオペレータが実軸座標系の
機械軸を+方向から−方向に一定量移動したときの機械
位置の機械誤差を補正する補正量を設定する補正量設定
手段、3は仮想的に設定された直交座標系の各軸から対
応する実軸座標系の機械軸の比率(図5(a)において
の仮想直交座標系Z2と実軸座標系方向Z1の比率)を
設定する傾斜比率設定手段、4は実軸座標系の機械軸の
方向反転時の機械誤差を対応する仮想直交座標系の軸方
向に計測した値(図5(a)において機械軸Z(Z1方
向)をBに位置決めし、逆方向Aに位置決めしたときの
仮想直交座標系Z2方向の機械誤差補正量)を記憶する
直交軸方向機械誤差記憶手段、5は移動機械軸が方向反
転したかどうかを判定する方向反転手段、6は指令1を
機械軸(Z1方向)に変換する指令変換手段、7は直交
軸方向機械誤差記憶手段4で記憶した直交軸方向機械誤
差を機械軸方向の機械誤差に変換する誤差変換手段であ
る。具体例をあげて説明すると図5(a)において、Z
軸が傾いた軸(θ=45°)の場合、傾斜比率は、機械
軸Z(Z1方向)に対しての仮想直交座標系Z2方向の
比率を設定するので、直角二等辺三角形と考え、1:√
2となる。又、仮想直交座標系方向の軸方向Z2に計測
した方向反転時の機械誤差補正量が20μmだとすると
機械軸Z(Z1方向)に変換すると機械軸Z(Z1方
向)の機械誤差補正量=20μm×√2となる。この計
算は、内部で行うため精度良く計算してやれば桁落ちな
く求めることができる。
【0014】つづいて、第3の発明の動作について説明
する。図2(c)は、互いに直交しない実軸座標系の傾
いた軸の機械誤差補正(バックラッシ誤差補正)の制御
を示すフローチャート図である。ブロック図は図1
(c)と対応する。まず、CNC装置からの指令がある
か否かを判定し(ステップ31)、もし、指令があれ
ば、実軸座標系の機械軸を+方向に移動し、−方向に移
動したときの方向反転時の機械誤差補正量があるか否か
を判定し(ステップ32)、補正量の設定があれば、傾
斜比率判定を実施し(ステップ34)、補正量が0なら
ば設定無しとし、計測補正量判定を実施する(ステップ
33)。仮想的(図5(a)においての仮想直交座標系
Z2−X1)に設定された直交座標系の各軸からの対応
する実軸座標系の機械軸の比率が設定されているか否か
判定する傾斜比率判定の結果、傾斜比率の設定があれ
ば、移動機械軸の方向が反転したか否かを判定し(ステ
ップ35)、指令反転であれば、仮想軸判定を行い(ス
テップ36)、指令反転でなければ、指令変換手段で変
換された各軸の指令をそのまま機械への出力とする(ス
テップ40)。仮想軸(図5(a)においての仮想直交
座標系Z2−X1)であるか否か判定において、仮想軸
であれば、各機械軸を+方向に移動し、−方向に移動し
たときの方向反転時の機械誤差(図5(a)において、
機械軸Z(Z1方向)をBまで位置決めし、Aまで位置
決めしたときの仮想直座標系Z2方向に計測した方向反
転時の機械誤差補正量を20μmとする。)を傾斜比率
(図5(a)において、傾斜比率とは機械軸Z(Z1方
向)に対しての仮想直交座標系Z2方向の比率なのでθ
=45°とすると直角二等辺三角形と考え、1:√2と
する。)によって機械軸Z(Z1方向)の機械誤差に変
換(機械軸Z(Z1方向)の機械誤差=仮想直交座標系
方向機械誤差20μm×傾斜比率√2)して、機械誤差
と指令変換手段で変換された指令を加算して機械への出
力とする(ステップ39)。補正量0で設定無しと判定
された場合、実軸座標系の機械軸の方向反転時の機械誤
差を対応する仮想直交座標系の軸方向に計測された機械
誤差補正量(図5(a)において、機械軸Z(Z1方
向)にA〜Bまで位置決めしたときの仮想直交座標系Z
2方向の機械誤差補正量)があるか否かを判定して(ス
テップ33)、計測補正量ありならば、傾斜比率判定を
実施し(ステップ34)、計測補正量無しならば、指令
変換手段で変換された各軸の指令をそのまま機械への出
力とする(ステップ40)。尚、仮想軸でないと判定さ
れた場合、指令変換手段で変換された各軸の補正量に各
軸の指令を加算して機械への出力とする(ステップ3
8)。
【0015】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、仮想
直交座標方向に計測した補正量をオペレータが変換する
ことなくその補正量を設定すればCNC装置内部で変換
される構成としたので変換時の変換誤差がほとんどなく
なり、より高精度な加工ができる
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の仮想軸機械誤差補正(ピッチ誤差補
正)制御処理を示したブロック図である。
【図2】この発明の他の仮想軸機械誤差補正(ピッチ誤
差補正)制御処理を示したブロック図である。
【図3】この発明の仮想軸機械誤差補正(バックラッシ
誤差補正)制御処理を示したブロック図である。
【図4】図1における機械誤差補正の制御処理動作を示
したフローチャートである。
【図5】図2における機械誤差補正の制御処理動作を示
したフローチャートである。
【図6】図3における機械誤差補正の制御処理動作を示
したフローチャートである。
【図7】従来の機械誤差補正(ピッチ誤差補正)制御処
理を示したブロック図である。
【図8】従来の機械誤差補正(バックラッシ誤差補正)
制御処理を示したブロック図である。
【図9】従来のピッチ誤差補正の制御処理動作を示すフ
ローチャートである。
【図10】従来のバックラッシ誤差補正の制御処理動作
を示すフローチャートである。
【図11】従来の斜交軸をもった機械軸における機械誤
差補正量の設定方式を説明する図である。
【図12】従来の疑似Y軸をもった機械軸における機械
誤差補正量の設定方法を説明する図である。
【符号の説明】
1 指令 2 補正量設定手段 3 傾斜比率設定手段 3a角度設定手段 4 機械誤差記憶手段 5 方向反転手段 6 指令変換手段 7 誤差変換手段
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年12月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】まず、従来の互いに直交しない機械軸の
機械誤差補正量設定方式について説明する。例えば、
11に示すような砥石を用いた研削機械においては、ワ
ークが取り付けられた水平な機械軸(X軸)に対し砥石
51が取り付けられた軸を例えば45度の傾きでZ1方
向に上下する機械軸(Z軸)で構成されている。X軸と
Z軸は実際に機械が移動する軸であり、その移動方向の
座標系(Z1−X1)を実軸座標系という。また、加工
ワークは直交座標系で表現されるので仮想的に直交座標
系(Z2−X1)を想定し指令を行う。これを仮想直交
座標系という。Z軸をZ1方向に移動する斜めの移動軸
とすることによってZ軸の工作精度に比べてZ2方向へ
の移動精度が良くなるように工夫している。例えば、Z
軸の精度がZ1方向に10μmであるとするとZ2方向
には、10μm÷√2=7.071μmと精度は良くな
る。しかし、傾いた軸に対しての機械誤差を測定するゲ
ージはないので、X軸テーブル52上に垂直に、例えば
10mmのゲージ53を立てて、機械軸Zを原点位置
(A点)に位置決めし、Z軸先端のマイクロメータとゲ
ージを接触させマイクロメータの針を0にセットする。
機械軸ZをZ1方向に10×√2mm(仮想直交座標系
Z2方向に10mm)移動させ、Z軸先端のマイクロメ
ータとゲージを接触させ誤差を読み取る。その誤差を機
械軸Z(Z1方向)の機械誤差に変換(Z2方向の機械
誤差(ゲージの読み取り値)×√2)し設定する。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】つづいて、図12に示すような旋盤工作機
械においては、工具54が取り付けられた水平な機械軸
(X軸)とワークが取り付けられた回転軸(C軸)から
構成されている。X軸とC軸は実際に機械が移動する軸
である。この2軸を同時に移動させ、あたかも加工ワー
ク直交座標系Y軸方向の加工ができるように疑似的にY
軸をつくり出し3軸の制御ができる。これによりシンプ
ルな機械構造でも複雑な加工を行うことが可能である。
しかし、疑似的に作りだしたY軸の機械誤差補正量を設
定する手段はないので回転軸に対して、高精度なエンコ
ーダ55をセットし、一定角度ごとの機械誤差を測定し
設定している。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】図7は、従来の機械誤差補正のうちのピッ
チ誤差補正を行う場合の制御系を示すブロック図であ
り、図において1は数値制御装置(以下CNC装置とい
う)から機械に対しての指令、2はピッチ誤差補正を行
うための補正量を各軸ごとに設定する補正量設定手段、
4Aは補正量設定手段2で設定された各軸の補正量を記
憶しておく実機械軸方向機械誤差記憶手段、6は指令1
を機械軸(Z1方向)の指令に変換する指令変換手段で
ある。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】図8は、従来の機械誤差補正のうちのバッ
クラッシ誤差補正を行う場合の制御系を示すブロック図
であり、図において1はCNC装置から機械に対しての
指令、2はバックラッシ誤差補正を行うための補正量を
各軸ごとに設定する補正量設定手段、4Aは補正量設定
手段2で設定された各軸の補正量を記憶しておく実機械
軸方向機械誤差記憶手段、5は機械移動軸が反転したか
否かを判定する方向反転手段、6は指令1を機械軸(Z
1方向)の指令に変換する指令変換手段である。疑似Y
軸に対してのピッチ誤差補正の仕方は、前記内容と同様
である。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】次に動作について説明する。図9は、従来
のピッチ誤差補正の場合の制御処理を示したフローチャ
ート図である。ブロック図は図7と対応する。まず、C
NC装置からの指令があるか否かを判定し(ステップ1
1)、指令ありと判定されたら該当する軸に対する補正
量があるか否かを判定し(ステップ12)、補正量あり
と判定されたら、指令変換手段で変換された各軸ごとの
指令に各軸ごとの補正量を加算し(ステップ18)、機
械への出力とする。(ステップ12)で補正量無しと判
定されたら、各軸指令をそのまま機械への出力とする
(ステップ20)。図10は、従来のバックラッシ誤差
補正の場合の制御処理を示したフローチャート図であ
る。ブロック図は図8と対応する。CNC装置からの指
令があるか否かを判定し(ステップ11)、指令ありと
判定されたら該当する軸の対する補正量があるか否かを
判定し(ステップ12)、補正量ありと判定されたら機
械移動軸が反転したか否かを判定し(ステップ15)、
指令反転時には、指令変換手段で変換された各軸ごとの
指令に各軸ごとの補正量を加算し機械への出力とする
(ステップ18)。一方、補正量無しと判定されたら指
令変換手段で変換された各軸指令をそのまま機械への出
力とする(ステップ20)。更に、指令反転してないと
判定された場合には、指令変換手段で変換された各軸の
指令をそのまま機械への出力とする(ステップ20)。
【発明が解決しようとする課題】従来の機械誤差補正
(ピッチ誤差補正、バックラッシ誤差補正)は、以上の
ように構成されているので、機械の移動軸が直交してい
ない研削機械では、斜交している機械軸(図11におい
てZ1方向)の機械誤差を直接測定する手段はないの
で、直交軸(互いに直交する2軸以上の仮想的な軸:
11においてZ2−X1座標)Z2方向の機械誤差を測
定し、機械軸方向の機械誤差補正量に変換して設定され
ていたので変換誤差が生じ、精度を要求する研削機械に
おいて精度が良くないという問題点があった。例えば、
図11において仮想直交座標系Z2方向の機械誤差が2
0μmあったとすると機械軸Z(Z1方向)の機械誤差
に変換すると20μm×√2=28.284μm(θ=
45゜)となり設定値は、28μmと桁落ちが発生す
る。これを仮想直交座標系Z2方向の機械誤差に変換し
直すと28μm÷√2=19.798μmと精度が悪く
なってしまう。また、図2のように回転軸Cと直線軸X
で疑似的に作られる疑似Y軸の機械誤差の補正量を設定
する手段はないので、回転軸の中心に高精度エンコーダ
をセットし、一定角度ごとの機械誤差を測定して補正量
を設定されている。このため中心付近は補正量が荒くな
ってしまうという問題点があった。例えば、補正ピッチ
を5°ずつにすると端よりも中心付近のほうが精度が悪
くなってしまう。尚、仮想直交座標系の指令を機械軸方
向の座標系に変換して動作させる方式として、特開昭6
2−282863号公報に記載されたものがあるが、こ
れは、仮想直交座標系で作成された加工プログラムを機
械軸方向の座標系に変換して指令するというものであり
機械誤差補正を内容としたものではない。又、傾斜形工
具の補正方式として、特開昭64−210610号公報
に記載されたものがあるが、これは、工具径を入力する
と機械軸方向の成分に分解し、これを移動距離に加算し
てパルス分配するというものであり、機械軸(Z軸)方
向の機械誤差補正を行う補正方式ではない。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】
【実施例】以下、第1の発明の一実施例を図について説
明する。図1において、1はCNC装置から機械に対し
ての指令、2は機械誤差補正(ピッチ誤差補正)制御を
行うためにオペレータが実軸座標系の機械軸をある位置
に位置決めしたときの指令位置と実際の位置の機械誤差
を補正する補正量を設定する補正量設定手段、3は仮想
的に設定された直交座標系の各軸から対応する実軸座標
系の機械軸の比率(図11においての仮想直交座標系Z
2と実軸座標系方向Z1の比率)を設定する傾斜比率設
定手段、4は実軸座標系の機械軸をある位置に位置決め
したときの指令位置と実際の位置との機械誤差を対応す
る仮想直交座標系の軸方向に計測した値(図11におい
て実軸座標系の機械軸をZ1方向にA〜Bに位置決めし
たときの仮想直交座標系Z2方向の機械誤差補正量)を
記憶する直交軸方向機械誤差記憶手段、6は指令1を機
械軸(Z1方向)の指令に変換する指令変換手段、7は
直交軸方向機械誤差記憶手段4で記憶した仮想直交軸方
向機械誤差を実軸座標系方向(図11において機械軸Z
(Z1方向)、機械軸X(X1方向))の機械誤差に変
換する誤差変換手段である。具体例をあげて説明すると
図11において、機械軸ZがZ1方向の傾いた軸(θ=
45°)の場合、傾斜比率は、機械軸Z(Z1方向)に
対しての仮想直交座標系Z2方向の比率を設定するの
で、直角二等辺三角形と考え、1:√2となる。又、仮
想直交座標系方向のZ2方向に計測した機械誤差補正量
が20μmだとすると、これを機械軸Z(Z1方向)に
変換すると機械軸Z(Z1方向)の機械誤差補正量=2
0μm×√2となる。この計算は、内部で行うため精度
良く計算してやれば桁落ちなく求めることができる。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】次に第1の発明の動作について説明する。
図4は、互いに直交しない実軸座標系の傾いた軸の機械
誤差補正(ピッチ誤差補正)の制御を示すフローチャー
ト図である。ブロック図は図1と対応する。CNC装置
からの指令があるか否かを判定し(ステップ11)、指
令があれば、実軸座標系の機械軸をある位置に位置決め
したときの指令位置と実際の機械位置の機械誤差に対し
ての補正量(補正量は、一定間隔毎に位置決めして指令
値と実際の機械位置の機械誤差を測定して補正量を設定
する。間隔はパラメータによって決められ、間隔毎の補
正量がCNC内部に格納されている。)があるか否かを
判定する(ステップ12)。もし、ここで補正量の設定
があれば傾斜比率を判定し(ステップ14)、補正量が
0ならば設定無しとし、計測補正量を判定する(ステッ
プ13)。仮想的(図11においての仮想直交座標系Z
2−X1)に設定された直交座標系の各軸からの対応す
る実軸座標系の機械軸の比率が設定されているか否か判
定し、傾斜比率が設定されていれば仮想軸を判定し(ス
テップ16)、設定されていなければ、指令変換手段で
変換された各軸の指令に各軸の補正量を加算して機械へ
の出力とする(ステップ18)。仮想軸(図11におい
ての仮想直交座標系Z2−X1)であるか否か判定した
結果、仮想軸であると判定されたならば、各機械軸をあ
る位置に位置決めしたときの指令位置と実際の位置との
機械誤差(図11において、機械軸Z(Z1方向)をA
〜Bまで移動したときの仮想直交座標系Z2方向に計測
した機械誤差補正量を20μmとする。)を傾斜比率
図11において、傾斜比率とは機械軸Z(Z1方向)
に対しての仮想直交座標系Z2方向の比率なのでθ=4
5°とすると直角二等辺三角形と考え、1:√2とす
る。)によって機械軸Z(Z1方向)の機械誤差に変換
(機械軸Z(Z1方向)機械誤差=仮想軸方向機械誤差
20μm×傾斜比率√2)して(ステップ17)、変換
した機械軸Z(Z1方向)の機械誤差に指令変換手段で
変換された指令を加算して機械への出力とする(ステッ
プ19)。一方、仮想軸でないと判定された場合、指令
変換手段で変換された各軸指令に各軸の補正量を加算し
て機械への出力とする(ステップ18)。ステップ12
で補正量無しと判定された場合、仮想直交座標系の軸方
向に計測された機械誤差補正量(図11において、機械
軸ZをZ1方向にA〜Bまで位置決めしたときの仮想直
交座標系Z2方向の機械誤差補正量)があるか否かを判
定し(ステップ13)、計測補正量ありと判定されたら
ならば仮想軸判定(ステップ16)を行い、計測補正量
無しと判定されたら指令変換手段で変換された各軸の指
令をそのまま機械への出力とする(ステップ20)。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】つづいて、第2の発明の一実施例を図につ
いて説明する。図2において、1はCNC装置から機械
に対しての指令、2は機械誤差補正(ピッチ誤差補正)
制御を行うためにオペレータが回転軸の中心に高精度エ
ンコーダを置き一定角度毎に測定した補正量を設定する
補正量設定手段、3Aは何度毎に位置決めしたときの指
令位置と実際の機械位置の機械誤差を測定するための角
度(図12においてθ)を設定する角度設定手段、4は
回転軸の一定角度毎に位置決めしたときの指令位置と実
際の機械位置の誤差を計測した機械誤差補正量(図12
においてA〜Bへ位置決めしたときの指令位置と実際の
機械位置の機械誤差補正量)を記憶する直交軸方向機械
誤差記憶手段、7は直交軸方向機械誤差記憶手段4で記
憶した直交軸方向機械誤差を仮想直座標系方向の機械誤
差に変換する誤差変換手段である。具体例をあげて説明
すると図12において、回転軸と直線軸で疑似的にY方
向の動きを作り出す疑似Y軸の場合、角度設定手段によ
り設定された角度θによってY軸方向の間隔を従来回転
軸の外側にいくにつれて狭くなってしまうのを一定にす
る。例えば、角度設定手段で設定された角度が10°と
仮定すると、疑似的なY軸成分B−C一定間隔毎にA〜
Bに位置決めしたときの機械誤差補正量を計測する。測
定されたA〜Bの機械誤差補正量を疑似的なY軸方向の
機械誤差補正量に変換するには、A〜Bを直線としA−
B−Cの三角形として考えると疑似的なY軸方向の機械
誤差補正量=A〜Bの機械誤差補正量cos(θ/2)
=A〜Bの機械誤差補正量cos(10/2)となる。
この計算は、内部で行うため精度良く計算してやれば桁
落ちなく求めることができる。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】つづいて、第2の発明の動作について説明
する。図5は、仮想軸(互いに直交する2軸以上の仮想
的な軸)の機械誤差補正(ピッチ誤差補正)の制御を示
すフローチャート図である。ブロック図は図2と対応す
る。CNC装置からの指令があるか否かを判定し(ステ
ップ21)、指令があれば回転軸を一定角度毎に位置決
めして指令位置と実際の機械位置の機械誤差に対しての
補正量(補正量は、一定角度毎に位置決めして指令値と
実際の機械位置の機械誤差を測定して補正量を設定す
る。角度はパラメータによって決められ、角度毎の補正
量がCNC内部に格納されている。)があるか否かを判
定する(ステップ22)。もし、補正量の設定があれば
角度の判定を行い(ステップ24)、補正量が0ならば
設定無しとし計測補正量を判定する(ステップ23)。
一方、図12において回転軸の機械誤差計測中心角度θ
が設定されているか否かの判定で中心角度が設定されて
いれば、仮想軸を判定し(ステップ26)、もし、設定
されていなければ、各軸の指令に各軸の補正量を加算し
て機械への出力とする(ステップ28)。仮想軸(図1
においての回転軸と直線軸で疑似的にY軸の動きをつ
くり出す疑似Y軸)であるか否か判定した結果、仮想軸
であるならば、各機械軸をある位置に位置決めしたとき
の指令位置と実際の位置との誤差を角度(図12におい
てθ)によって機械軸方向の機械誤差補正量に変換(疑
似Y軸方向機械誤差=回転軸の一定角度毎の機械誤差補
正量cos(θ/2))して(ステップ27)、機械軸
方向の機械誤差補正量に指令を加算して機械への出力と
する(ステップ29)。また、(ステップ26)で仮想
軸でないと判定された場合、各軸指令に各軸の補正量を
加算して機械への出力とする(ステップ28)。(ステ
ップ22)で補正量無しと判定された場合、回転軸の一
定角度毎に計測された機械誤差補正量があるか否かを判
定し(ステップ23)、計測補正量ありと判定されたら
(ステップ26)へ進み、計測補正量無しと判定された
ら各軸の指令をそのまま機械への出力とする(ステップ
30)。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】つづいて、第3の発明の一実施例を図につ
いて説明する。図3において1はCNC装置から機械に
対しての指令、2は機械誤差補正(バックラッシ誤差補
正)制御を行うためにオペレータが実軸座標系の機械軸
を+方向から−方向に一定量移動したときの機械位置の
機械誤差を補正する補正量を設定する補正量設定手段、
3は仮想的に設定された直交座標系の各軸から対応する
実軸座標系の機械軸の比率(図11においての仮想直交
座標系Z2と実軸座標系方向Z1の比率)を設定する傾
斜比率設定手段、4は実軸座標系の機械軸の方向反転時
の機械誤差を対応する仮想直交座標系の軸方向に計測し
た値(図11において機械軸Z(Z1方向)をBに位置
決めし、逆方向Aに位置決めしたときの仮想直交座標系
Z2方向の機械誤差補正量)を記憶する直交軸方向機械
誤差記憶手段、5は移動機械軸が方向反転したかどうか
を判定する方向反転手段、6は指令1を機械軸(Z1方
向)に変換する指令変換手段、7は直交軸方向機械誤差
記憶手段4で記憶した直交軸方向機械誤差を機械軸方向
の機械誤差に変換する誤差変換手段である。具体例をあ
げて説明すると図11において、Z軸が傾いた軸(θ=
45°)の場合、傾斜比率は、機械軸Z(Z1方向)に
対しての仮想直交座標系Z2方向の比率を設定するの
で、直角二等辺三角形と考え、1:√2となる。又、仮
想直交座標系方向の軸方向Z2に計測した方向反転時の
機械誤差補正量が20μmだとすると機械軸Z(Z1方
向)に変換すると機械軸Z(Z1方向)の機械誤差補正
量=20μm×√2となる。この計算は、内部で行うた
め精度良く計算してやれば桁落ちなく求めることができ
る。
【手続補正11】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】つづいて、第3の発明の動作について説明
する。図6は、互いに直交しない実軸座標系の傾いた軸
の機械誤差補正(バックラッシ誤差補正)の制御を示す
フローチャート図である。ブロック図は図3と対応す
る。まず、CNC装置からの指令があるか否かを判定し
(ステップ31)、もし、指令があれば、実軸座標系の
機械軸を+方向に移動し、−方向に移動したときの方向
反転時の機械誤差補正量があるか否かを判定し(ステッ
プ32)、補正量の設定があれば、傾斜比率判定を実施
し(ステップ34)、補正量が0ならば設定無しとし、
計測補正量判定を実施する(ステップ33)。仮想的
図11においての仮想直交座標系Z2−X1)に設定
された直交座標系の各軸からの対応する実軸座標系の機
械軸の比率が設定されているか否か判定する傾斜比率判
定の結果、傾斜比率の設定があれば、移動機械軸の方向
が反転したか否かを判定し(ステップ35)、指令反転
であれば、仮想軸判定を行い(ステップ36)、指令反
転でなければ、指令変換手段で変換された各軸の指令を
そのまま機械への出力とする(ステップ40)。仮想軸
図11においての仮想直交座標系Z2−X1)である
か否か判定において、仮想軸であれば、各機械軸を+方
向に移動し、−方向に移動したときの方向反転時の機械
誤差(図11において、機械軸Z(Z1方向)をBまで
位置決めし、Aまで位置決めしたときの仮想直座標系Z
2方向に計測した方向反転時の機械誤差補正量を20μ
mとする。)を傾斜比率(図11において、傾斜比率と
は機械軸Z(Z1方向)に対しての仮想直交座標系Z2
方向の比率なのでθ=45°とすると直角二等辺三角形
と考え、1:√2とする。)によって機械軸Z(Z1方
向)の機械誤差に変換(機械軸Z(Z1方向)の機械誤
差=仮想直交座標系方向機械誤差20μm×傾斜比率√
2)(ステップ37)して、機械誤差と指令変換手段で
変換された指令を加算して機械への出力とする(ステッ
プ39)。補正量0で設定無しと判定された場合、実軸
座標系の機械軸の方向反転時の機械誤差を対応する仮想
直交座標系の軸方向に計測された機械誤差補正量(図1
において、機械軸Z(Z1方向)にA〜Bまで位置決
めしたときの仮想直交座標系Z2方向の機械誤差補正
量)があるか否かを判定して(ステップ33)、計測補
正量ありならば、傾斜比率判定を実施し(ステップ3
4)、計測補正量無しならば、指令変換手段で変換され
た各軸の指令をそのまま機械への出力とする(ステップ
40)。尚、仮想軸でないと判定された場合、指令変換
手段で変換された各軸の補正量に各軸の指令を加算して
機械への出力とする(ステップ38)。
【手続補正12】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【符号の説明】 1 指令 2 補正量設定手段 3 傾斜比率設定手段3A 角度設定手段 4 直交軸方向機械誤差記憶手段 4A実機械軸方向機械誤差記憶手段 5 方向反転手段 6 指令変換手段 7 誤差変換手段
【手続補正13】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図12
【補正方法】変更
【補正内容】
【図12】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】互いに直交しない2軸以上の機械軸を駆動
    する数値制御装置において、仮想的に設定された直交座
    標系の各軸から対応する機械軸の傾きを設定する傾斜比
    率設定手段と、各機械軸をある位置に位置決めしたとき
    の指令位置と実際の位置との誤差に対応する仮想直交座
    標系の軸方向に計測した値を記憶する直交軸方向機械誤
    差記憶手段と、直交軸方向機械誤差を機械軸方向の機械
    誤差に変換する誤差変換手段を備えたことを特徴とする
    数値制御装置。
  2. 【請求項2】回転軸と直線軸で2軸以上の機械軸を駆動
    する数値制御装置において、仮想的に設定された直交座
    標系の各軸から対応する直線機械軸と回転軸接線方向ベ
    クトルの傾きを設定する角度設定手段と、各機械軸をあ
    る位置に位置決めしたときの指令位置と実際の位置との
    誤差に対応する仮想直交座標系の軸方向に計測した値を
    記憶する直交軸方向機械誤差記憶手段と、直交軸方向機
    械誤差を機械軸方向の機械誤差に変換する誤差変換手段
    を備えたことを特徴とする数値制御装置。
  3. 【請求項3】互いに直交しない2軸以上の機械軸を駆動
    する数値制御装置において、仮想的に設定された直交座
    標系の各軸から対応する機械軸の傾きを設定する傾斜比
    率設定手段と、各機械軸の方向反転時の誤差に対応する
    仮想直交座標系の軸方向に計測した値を記憶する直交軸
    方向機械誤差記憶手段と、直交軸方向機械誤差を機械軸
    方向の機械誤差に変換する誤差変換手段を備えたことを
    特徴とする数値制御装置。
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