JPH0728513A

JPH0728513A - 工作機械の誤差補正方式

Info

Publication number: JPH0728513A
Application number: JP17154193A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Sawada; 潔沢田; Hiroshi Nagaoka; 浩長岡; Mitsuto Miyata; 光人宮田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】鏡面加工等に用いられる工作機械のように、
送りピッチの繰り返し誤差が安定して得られるように作
られた工作機械の誤差補正方式において、短い周期の誤
差を補正でき、より高精度な位置決め誤差補正を行える
ようにする。【構成】前処理手段３１が加工プログラム１４ａを読
んで、テーブル２５を移動させるための位置指令値を出
力すると、補間手段３２がこの位置指令値を読んで、補
間演算を行い補間パルスを出力する。読み出し手段３３
ｂは、常時、現在位置レジスタ３３ａの現在位置データ
を読み、誤差補正間隔である０．０３１２５μｍ毎に不
揮発性メモリ１４から誤差補正データ１４ｂを読み出
す。そして、誤差補正データ１４ｂを補間演算して補間
パルスを生成し、加算器３３ｃに出力する。加算器３３
ｃは、補間手段３２からの補間パルスと、読み出し手段
３３ｂからの補間パルスとを加算し、補正補間パルスと
して軸制御回路１８に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置決めの誤差補正を行
うための工作機械の誤差補正方式に関し、特に鏡面加工
等に用いられる工作機械のように、送りピッチの繰り返
し誤差が安定して得られるように作られた工作機械の誤
差補正方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、数値制御装置で制御される工作機
械では、その位置決めの精度を高めるため、所定間隔毎
に位置の誤差補正を行っている。この誤差補正を行うた
めの誤差補正データは、実際に工作機械を移動させ、こ
の移動距離をレーザ測定器で測定し、測定値と指令値と
の差を計算することにより求める。現在の工作機械で
は、１０００点〜数千点ぐらいの誤差補正データをとっ
ている。これにより、ネジのピッチ誤差による位置のズ
レを補正することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、工作機械の位
置決めの誤差の要因となるものには、ネジのピッチ誤差
のように比較的長い周期で現れるものと、パルスコーダ
やリニヤスケール等の検出信号に含まれる誤差のように
非常に短い周期で現れるものとがある。

【０００４】図４は誤差補正を行わない場合の工作機械
の位置決め誤差の特性を示す図であり、（Ａ）はｍｍ単
位で示した特性図、（Ｂ）はμｍ単位で示した特性図で
ある。ここでは、ストローク１５０ｍｍの工作機械の例
を示してある。図（Ａ）から分かるように、この場合の
位置決め誤差は、一見約１０ｍｍの周期で現れている。
しかし、例えば領域Ｓ１を拡大してみると、図（Ｂ）に
示すように、約０．２５μｍ単位の短い周期でも誤差が
現れていることが分かる。この短い周期の誤差はパルス
コーダ等の検出器の検出信号の誤差である。

【０００５】図５は従来の方式で誤差補正を行った場合
の工作機械の位置決め誤差の特性を示す図であり、
（Ａ）はｍｍ単位で示した特性図、（Ｂ）はμｍ単位で
示した特性図である。従来の誤差補正はｍｍ単位、ここ
では１０ｍｍ毎に行っているため、図（Ａ）においては
充分に補正がなされている。しかし、例えば領域Ｓ２を
拡大してみると、図（Ｂ）に示すように、約０．２５μ
ｍ単位の短い周期の誤差はそのまま現れている。

【０００６】このように、従来の補正方式では、ｎｍレ
ベルの精度を必要とする超精密工作機械では、充分な加
工精度を得ることができなかった。本発明はこのような
点に鑑みてなされたものであり、短い周期の誤差を補正
でき、より高精度な位置決め誤差補正を行うことのでき
る工作機械の誤差補正方式を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、鏡面加工用等に用いられる超精密な工作
機械の位置決めの誤差補正を行うための工作機械の誤差
補正方式において、１μｍ以下の補正間隔で前記誤差補
正のデータを格納しておく補正データ格納手段と、加工
プログラム等に従って位置指令値を出力する前処理手段
と、前記位置指令値を解読して補間パルスを出力する補
間手段と、前記補正データ格納手段から１μｍ以下の補
正間隔で前記誤差補正データを読み出してパルス化し、
前記補間パルスに加算して軸制御回路側に出力する誤差
補正手段と、を有することを特徴とする工作機械の誤差
補正方式が提供される。

【０００８】

【作用】前処理手段が加工データ等に従って位置指令値
を出力すると、補間手段が位置指令値を解読して補間パ
ルスを出力する。誤差補正手段は、補正データ格納手段
から１μｍ以下の補正間隔で誤差補正データを読み出し
てパルス化し、補間手段からの補間パルスに加算して軸
制御回路側に出力する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明を実施するための数値制御装置
（ＣＮＣ）のハードウェアを示すブロック図である。こ
こで使用する数値制御装置は、鏡面加工用等の超高精度
の工作機械を制御するためのものである。マイクロプロ
セッサ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログ
ラムに従って数値制御装置全体を制御する。ＲＯＭ１２
にはＥＰＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭが使用される。ＲＡＭ
１３にはＤＲＡＭが使用され、各種のデータが格納され
る。不揮発性メモリ１４には、加工プログラム１４ａ、
位置決め用の誤差補正データ１４ｂ、パラメータ等が記
憶されている。誤差補正データ１４ｂには、０．０３１
２５μｍ毎に測定された位置の誤差補正データが約５０
０Ｋ点格納されている。不揮発性メモリ１４は、バッテ
リバックアップされたＣＭＯＳ等が使用されるので、数
値制御装置の電源切断後もその内容が保持される。

【００１０】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）１５はＭ機能、Ｔ機能等の指令を受けて、シー
ケンスプログラム１５ａによって工作機械を制御する信
号に変換して出力する。また、機械側からのリミットス
イッチ信号又は機械操作盤からのスイッチ信号を受け
て、シーケンス・プログラムで処理し、必要な信号はバ
スを経由してＲＡＭ１３に格納され、マイクロプロセッ
サ１１によって読み取られる。

【００１１】グラフィック制御回路（ＣＲＴＣ）１６
は、各軸の現在位置、移動量等のデータを表示信号に変
換し表示装置１６ａに送る。表示装置１６ａは、この表
示信号を表示する。表示装置１６ａには、ＣＲＴ、液晶
表示装置等が使用される。キーボード１７は各種のデー
タを入力するのに使用され、誤差補正データ１４ｂを設
定する際にも使用される。

【００１２】軸制御回路１８はマイクロプロセッサ１１
から位置指令を受けて、サーボモータ２０を制御するた
めの速度指令信号をサーボアンプ１９に出力する。サー
ボアンプ１９はこの速度指令信号を増幅し、サーボモー
タ２０を駆動する。

【００１３】入出力回路２３は機械側の制御回路に接続
され、機械側との間で入出力信号の授受を行う。即ち、
機械側のリミットスイッチ信号、機械操作盤のスイッチ
信号を受け、これをＰＭＣ１５が読み取る。また、ＰＭ
Ｃ１５からの機械側の空圧アクチュエイタ等を制御する
制御信号を受けて、機械側に出力する。

【００１４】手動パルス発生器２４は回転角度に応じ
て、各軸を精密に移動させるパルス列を出力し、機械操
作盤に実装される。サーボモータ２０にはボールネジ２
６が接合されており、サーボモータ２０の回転に応じて
このボールネジ２６も回転する。ボールネジ２６にはそ
の回転に応じて移動する機械側のテーブル２５が設けら
れている。本実施例ではＸ軸のみ示す。測定器２７はレ
ーザ光及びテーブルに固定された反射板２８によって、
テーブル２５の正確な位置を検出する。テーブル２５の
移動の繰り返し精度は１０ｎｍ以下であり、超精密加工
用の工作機械に対応している。また、ここではテーブル
２５のストロークを１５０ｍｍとする。

【００１５】テーブル２５にはレーザスケール２１が取
り付けられている。レーザスケール２１は、スケール２
１ａおよびセンサ２１ｂで構成されている。スケール２
１ａはテーブル２５とともに移動可能に取り付けられ、
センサ２１ｂは台側に固定されている。センサ２１ｂ
は、スケール２１ａの移動量からテーブル２５の位置を
検出し、位置帰還信号を軸制御回路１８にフィードバッ
クする。ここでは、レーザスケール２１は、位置帰還信
号の１信号ピッチが約１ｎｍのものが使用されている。
なお、レーザスケール２１の他に、パルスコーダ等の位
置検出器を使用する場合もある。これらの要素は軸数分
だけ必要であるが、各要素の構成は同じであるので、こ
こでは１軸分のみ記載してある。

【００１６】図ではスピンドルを制御するためのスピン
ドル制御回路、スピンドルアンプ、スピンドルモータ等
は省略してある。また、ここではプロセッサは１個であ
るが、システムに応じて複数のプロセッサを使用したマ
ルチ・プロセッサシステムにすることもできる。

【００１７】このような構成を有する本実施例の数値制
御装置では、例えば０．０３１２５μｍ単位で位置の誤
差補正を行う。図１は本実施例の誤差補正方式の機能を
示すブロック図である。前処理手段３１は、加工プログ
ラム１４ａを読んで、テーブル２５を移動させるための
位置指令値を出力する。補間手段３２は、この位置指令
値を読んで、補間演算を行い補間パルスを出力する。こ
の補間パルスは、１ｎｍ単位のピッチで生成され、誤差
補正手段３３の現在位置レジスタ３３ａおよび加算器３
３ｃに送られる。

【００１８】現在位置レジスタ３３ａは、補間手段３２
からの補間パルスを累積して、現在位置を検出する。読
み出し手段３３ｂは、常時、現在位置レジスタ３３ａの
現在位置データを読み、誤差補正間隔である０．０３１
２５μｍ毎に不揮発性メモリ１４から誤差補正データ１
４ｂを読み出す。そして、誤差補正データ１４ｂを補間
演算して補間パルスを生成し、加算器３３ｃに出力す
る。加算器３３ｃは、補間手段３２からの補間パルス
と、読み出し手段３３ｂからの補間パルスとを加算し、
補正補間パルスとして軸制御回路１８に出力する。

【００１９】軸制御回路１８では、減算器１８ａが補正
補間パルスからレーザスケール２１のセンサ２１ｂから
の位置帰還信号を減算し、この値に基づいて速度制御回
路１８ｂが速度演算を行いサーボアンプ１９に速度指令
信号を出力する。サーボアンプ１９は、この速度指令信
号を増幅し、サーボモータ２０を駆動する。

【００２０】図３は本実施例の誤差補正を行った場合の
位置決め誤差の特性を示す図であり、（Ａ）はｍｍ単位
で示した特性図、（Ｂ）はμｍ単位で示した特性図であ
る。ここでは、ストローク１５０ｍｍの工作機械の例を
示してある。図（Ａ）から分かるように、従来同様、１
０ｍｍ単位で充分に誤差補正がなされている。また、図
（Ｂ）に示すように、例えば領域Ｓを拡大してみても、
０．２５μｍ単位での誤差補正もほぼ正確に行われてい
ることが分かる。

【００２１】このように、本実施例では、繰り返し精度
がｎｍ単位の超高精度な工作機械の位置決め誤差補正に
おいて、１μｍ以下、例えば０．０３１２５μｍの間隔
で誤差補正を行うようにしたので、短い周期の誤差の補
正を行うことができ、より正確な位置決めを行うことが
できる。

【００２２】また、短い周期の誤差だけでなく最終的に
長い周期の誤差も補正できるので、マイクロ加工から最
大加工範囲に亘って精密な加工を行うことができる。さ
らに、これらのことにより、工作機械の各部分に高精度
な検出器や機構部を設ける必要がないので、システムの
簡略化を図ることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、１μｍ
以下の補正間隔で誤差補正データを読み出し位置指令値
に加算して補正するようにしたので、短い周期の誤差を
補正できより高精度な位置決め誤差補正を行うことが可
能となる。

【００２４】したがって、ｎｍレベルの精度を必要とす
る超精密工作機械でも、充分な加工精度を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の誤差補正方式の機能を示すブロック
図である。

【図２】本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮ
Ｃ）のハードウェアを示すブロック図である。

【図３】本実施例の誤差補正を行った場合の位置決め誤
差の特性を示す図であり、（Ａ）はｍｍ単位で示した特
性図、（Ｂ）はμｍ単位で示した特性図である。

【図４】誤差補正を行わない場合の工作機械の位置決め
誤差の特性を示す図であり、（Ａ）はｍｍ単位で示した
特性図、（Ｂ）はμｍ単位で示した特性図である。

【図５】従来の方式で誤差補正を行った場合の工作機械
の位置決め誤差の特性を示す図であり、（Ａ）はｍｍ単
位で示した特性図、（Ｂ）はμｍ単位で示した特性図で
ある。

【符号の説明】

１１マイクロプロセッサ１２ＲＯＭ１３ＲＡＭ１４不揮発性メモリ１４ｂ誤差補正データ１８軸制御回路２１レーザスケール２１ｂスケール２１ａセンサ２５テーブル３１前処理手段３２補間手段３３誤差補正手段３３ａ現在位置レジスタ３３ｂ読み出し手段３３ｃ加算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鏡面加工等に用いられる超精密な工作機
械の位置決めの誤差補正を行うための工作機械の誤差補
正方式において、１μｍ以下の補正間隔で前記誤差補正のデータを格納し
ておく補正データ格納手段と、加工プログラム等に従って位置指令値を出力する前処理
手段と、前記位置指令値を解読して補間パルスを出力する補間手
段と、前記補正データ格納手段から１μｍ以下の補正間隔で前
記誤差補正データを読み出してパルス化し、前記補間パ
ルスに加算して軸制御回路側に出力する誤差補正手段
と、を有することを特徴とする工作機械の誤差補正方式。
【請求項２】前記誤差補正手段は、前記補間パルスを
参照して現在位置を検出する現在位置レジスタと、前記
誤差補正データを読み出してパルス化する読み出し手段
と、前記補間パルスおよび前記誤差補正データを加算す
る加算手段と、を有することを特徴とする請求項１記載
の工作機械の誤差補正方式。
【請求項３】前記補間パルスは、ｎｍ（ナノメート
ル）単位で出力されるように構成されていることを特徴
とする請求項１記載の工作機械の誤差補正方式。