JPH0645103B2 - ラツプ盤の制御装置及び方法 - Google Patents

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、ラツプ加工（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
器を用いたラツプ盤を自動制御するデイジタル・コンピ
ユータを基礎とするシステムに関しており、このデイジ
タル・コンピユータは、上述の距離の測定値から、ラツ
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
なつた時にラツプ加工動作を終了する。

特に、本発明は、ラツピング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のコンピユータ・シス
テムを用いたラツプ盤用のコンピユ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つ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
つた時間でラツ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、長い間、開ループ、または閉
ループのコンピユ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、ラツチ及びフライス盤などによつて、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、研磨車の位置が、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、研磨車それ自身
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つて制御される。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、
デイジタル化され、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、コンピユータに記憶された信号によつて制御
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。研磨車の位置は、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。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
ユータのループ外にある。

米国特許第４５０２１２５号は、ドレツシング（dressi
ng）動作において、研磨車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
がコンピユ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、システムによつ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ツシング・ツールを
持つ研摩機であつて、ドレツシング・ツールによつて生
じた研磨車の摩耗と、ドレツシング動作によつて生じた
ドレツシング・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
い研磨車が使用される時、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、研磨車
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、研磨動作の間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
装置における研磨車が不均一に摩耗する問題に向けられ
ている。レンズの縁が研磨車の同じ点で研磨された時、
結果として、研磨車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
めの感知器を研磨車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つて、
研磨車の表面を平坦なプロフイ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。

「ＩＢＭテクニカル・デイスクロージヤ・ブレテイン
（IBM Technical Disclosure 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つて決定される値に従つて終了され
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、復帰
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、ラツピング処
理によつて材料を除去することに対して同じ目標を持つ
ているが、両者に或る種の著しい差異があるので、前者
と同じ制御技術を、ラツピング処理に適用するのは難し
い。例えば、固着したラツプ加工面の位置と、移動する
ラツ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、ラツピング
処理の性質が、ラツ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
異なつているから、所望の寸法の最初の感知に応答して
ラツ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、ラツピング動作が続けられたと
するならば、ラツ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。

Ｃ．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
つ開ループ・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ツピング加工の完成時間を予測す
るために補間されるような、ラツプ盤用の閉ループ制御
システムを提供することにある。

Ｄ．問題点を解決するための手段 本発明に従つて、第１及び第２のラツピング面の間の距
離を表わす出力信号を発生するために、位置を感知する
変換器を持つラツプ盤用の制御システムが、コンピユー
タ・ベースで与えられ、このコンピユータは、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・アーキテクチヤを参照する
と、ホフマン社（P.R.Foffman Co.,）で製造されている
モデル番号ＲＰ−１のような通常のラツプ盤１は、第１
のラツピング面１０と第２のラツピング面１１とを含ん
でおり、それらの面の間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。
ラツプ盤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つて駆動される。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、ラツプ盤１のラツピング面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、ラツピング面１０及び１１を分離して
いる距離の測定値、転じてラツ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／デイジタ
ル・コンバータ２０の入力に印加され、アナログ／デイ
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ユータ２５のデイ
ジタル信号入力２２へ出力する。制御コンピユータ２５
は、ＩＢＭパーソナルコンピユータのモデルＸＴのよう
な通常のパソコンでよい。制御コンピユータ２５がリア
ル・タイム・クロツ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
よつて、タイミング・パルスがバス３１を介して制御コ
ンピユータ２５のデイ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、
所定のラツ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ＬＶＤ
Ｔの時定数によつてバイアスされる。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
デイジタル・パルスを供給する。

制御コンピユータ２５は、ＬＶＤＴからのデイジタル入
力信号を記憶し、そして、時間の関数として、ラツピン
グ面１１からのラツピング面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、制御コンピユータは、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
を補間する。この時間に達した時、制御コンピユータ２
５は、制御コンピユータ２５のデイジタル信号出力３８
から出力バス３５に出力信号を発生する。

ラツプ盤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エース４０に印加さ
れ、これは転じて、線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ツプ
盤１を動作するために、バス４５上に、ラツプ盤制御装
置４６の調節動作を与えるための制御信号を発生する。
任意のラツピング動作に対して、ラツプ盤は、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
などの理由によつて他の異なつた加工を行う場合は、予
め決められた他の異なつ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
ンピユータ２５で使用されるアルゴリズムと、制御コン
ピユータからの工作機械用インターフエース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、ブロツク２００においてＬＶＤＴを
調整することから始まる。先ず、ラツピング面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。次に、ブロツク２１０に
示されているように、ＬＶＤＴの調整を与えるためのデ
イジタル値が、制御コンピユータ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、
ラツプ盤はラツプ加工動作を行うために解放される。ブ
ロツク２２０に示したように、加工物１３をラツプ面１
０及び１１の間に置き、そしてラツプ盤１は、ラツピン
グ加工動作を行うように解放される。

ブロツク２３０において、ラツピング加工が開始され
る。これは、インターフエース４０を介して制御コンピ
ユータ２５からラツプ盤制御装置４６に信号を送ること
によつて行われる。この時点で、ブロツク２４０に示さ
れたように、制御コンピユータ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によつて発生
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、ブロツク２５０に進み、そこ
で、ＬＶＤＴ信号が読取られて、制御コンピユータ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、ラツ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ツトする。タイム・イ
ンターバルが値Ｘに到達してない場合、制御アルゴリズ
ムはブロツク２５０のＮＯ出力２５１からブロツク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からブロツク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、制御コンピユー
タ２５は、ブロツク２６０において、ＬＶＤＴ１４によ
つ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、そして制御コンピユー
タ２５のメモリに記憶された後、制御プログラムは、ブ
ロツク２７０に示されたように、ＳＡＳマニユアル、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
ツプ盤１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
ブロツク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
によつ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
ブロツク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、或る最小限度の数まで行つ
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。このテストはブロツク
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、ラツプ
加工を続けなければならないことを意味する。この場
合、ブロツク２９０からの分岐が、ＮＯ出力２９１から
生じて、ブロツク２５０の入力に制御プログラムを復帰
する。ブロツク２５０では、次のＬＶＤＴ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
ツプ加工動作完成の予測時間に到達したならば、ブロツ
ク２９０における分岐がＹＥＳ出力２９２から生じ、そ
してラツプ加工動作を終了する停止ブロツク２９３が付
勢される。

ＬＶＤＴ信号が読取られて、制御コンピユータ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
軟性を持つており、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、ブロツク２６０乃至２９０に含まれているコンピユ
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。制御コンピユ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図はラツ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。ラツプ加工動作の目
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
「ＬＶＤＴ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、ラツピング面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つている。

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。次に、このラインはラインの破線部分３２０
によつ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
ツプ盤がオフにされる時点である。

Ｆ．発明の効果 以上説明したように、本発明は第１及び第２のラツピン
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ツプ盤用のデイジタル・コ
ンピユータ・ベースの制御システムを与え、このデイジ
タル・コンピユータは上記の距離の測定値から、グラフ
上にラツ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、この予測時間になつた時にラツプ加工動作を
終了することによつて、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・アーキテクチヤを示す図、
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図は本発明に従つて、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……ラツプ盤、１０、１１……ラツピング面、１３…
…加工物、１４……リニヤ可変差動変圧器、２０……ア
ナログ／デイジタル・コンバータ、２５……制御コンピ
ユータ、３０……タイム・ベース発生器、４０……工作
機械用インターフエース、４６……ラツプ盤制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１及び第２のラップ盤の相対位置を測定
   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、 上記アナログ信号をデイジタル形式に変換するためのア
   ナログ-デイジタル変換器と、 上記デイ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、 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、 上記制御コンピュータ手段中にあって、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手段と、 上記予測手段に連結して、上記予測された時点に達した
   時にラップ操作モードを変更する手段と、 を具備するラップ盤の制御装置。
2. 【請求項２】アナログ測定装置でラップ間の距離を周期
   的に測定するステップと、 上記アナログ測定値をデイジタル形式の信号に変換する
   ステップと、 上記デイジタル形式の信号を記憶するステップと、 上記記憶したデイ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ステ
   ップと、 上記曲線に基づいて、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ステップと、 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
   測定するステップと、 上記予測された時間に達した時にラップ動作の終了を通
   知するステップと、 からなるラップ盤の制御方法。