JPH10268916A

JPH10268916A - 移動方向反転時の位置補正方法

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Publication number: JPH10268916A
Application number: JP9087537A
Authority: JP
Inventors: Kazuomi Maeda; 和臣前田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1998-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-21
Also published as: EP0913749A1; WO1998043139A1; JP3215067B2; US6107771A; EP0913749B1; DE69831203T2; EP0913749A4; DE69831203D1

Abstract

(57)【要約】【課題】ボールネジのバックラッシュ、ねじれ、ワー
クのたわみをも考慮して位置補正を行なう移動方向反転
時の位置補正方法を得る。【解決手段】数値制御装置１から出力される移動指令
Ｐｃから位置のフィードバック値Ｐｆを減じて位置偏差
を求める。また学習制御コントローラ２によって該位置
偏差から補正量を求め位置偏差に加算する。さらに、移
動方向が反転するときに、バックラッシュやボールネジ
７のねじれ、ワークのたわみ等によって生じる指令位置
と実際の位置のずれを予め測定し補正量として設定して
おく。移動指令Ｐｃの符号が反転した時、位置ずれ補正
コントローラ９によって上記設定補正量を位置偏差に加
算し補正する。この補正された位置偏差によって位置・
速度・電流制御３を行ないサーボモータ５を駆動し、工
具８を移動させる。切削圧力によってたわむようなワー
クに対しても精度の高い加工を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械を制御す
る数値制御装置において、移動指令の反転時に生じる指
令位置と実際の位置との差を少なくするための位置補正
方法に関する。特に同一加工を繰り返し行なう加工に適
した位置補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】同一加工を繰り返し行なう場合、加工指
令が繰り返しであることを利用して高精度の加工を実現
する学習制御（繰り返し制御）が、例えば、特開平４−
３２３７０５号公報、特開平６−３０９０２１号公報等
に開示されているように、従来から知られている。

【０００３】図２は、この学習制御を行なうセミクロー
ズド・ループのサーボ制御システムの一例である。数値
制御装置１から指令される移動指令Ｐｃからサーボモー
タ５に取り付けられた位置・速度検出器６からの位置の
フィーバック量Ｐｆを減じて位置偏差を求め、該位置偏
差に学習コントローラ２で求めた補正量を加算し位置・
速度・電流制御コントローラ３に入力する。位置・速度
・電流制御コントローラ３では、この加算された位置偏
差に位置ゲインを乗じて速度指令を求め、該速度指令か
ら位置・速度検出器６で検出されフィードバックされて
くる速度フィードバック値を減じて速度偏差を求め、比
例、積分制御等を行なってトルク指令（電流指令）を求
め、さらにサーボアンプ４に設けられた電流検出器から
フィードバックされる電流に基づいて電流のフィードバ
ック制御を行ない、トランジスタインバータ等で構成さ
れるサーボアンプ４を介してサーボモータ５に電流を流
し該サーボモータ５を駆動する。サーボモータ５はボー
ルネジ／ナット機構７によって回転運動を直線運動に変
換し、ワークを取り付けたテーブルや、工具を駆動す
る。図２においては、ボールネジ／ナット機構７によっ
て工具８を駆動する例をあげている。

【０００４】学習コントローラ２は移動指令Ｐｃの繰り
返し周期の１周期分のデータを記憶する記憶部を有し、
位置偏差と該記憶部に記憶する繰り返し周期の１周期前
のデータを加算し、フィルタ処理を行なって該メモリに
記憶すると共に、該１周期前データに対して位相遅れ、
ゲイン低下を補償して補正量として出力するものであ
る。この補正によって、位置偏差が補正され、加工精度
を向上させるものである。

【０００５】上述したようなセミクローズド・ループの
サーボ制御システムに学習制御を適用した場合において
は、学習制御によってサーボモータ５の回転位置が数値
制御装置１から指令される移動指令Ｐｃにより正確に追
従するように補正するものであり、移動位置どおりにサ
ーボモータ５を正確に駆動することができる。

【０００６】しかし、ボールネジ／ナット機構７には、
バックラッシュがあり、移動指令の符号が反転する時、
すなわちサーボモータ５の回転方向が反転する時、ボー
ルネジ／ナット機構７によって直線移動するテーブルや
工具８は、バックラッシュ分だけ移動が停止し、移動指
令Ｐｃに追従しなくなる。このバックラッシュによる追
従遅れは、上記学習制御によっては解決することはでき
ない。

【０００７】従来は、このバックラッシュの補正方法と
して、数値制御装置１が、加工プログラムや送り信号に
よりサーボ制御システムに移動指令Ｐｃを指令する際
に、移動方向の反転を判定し、反転する場合には、予め
設定しておいたバックラッシュ補正量１０を移動指令Ｐ
ｃと共に指令し、サーボ制御システムが移動指令Ｐｃに
このバックラッシュ補正量を加算することで追従遅れを
解消する方法をとっている。このバックラッシュ補正量
は、その軸のボールネジ／ナット機構７等によって決ま
っており、一般的には、その補正量を変更することはな
い。

【０００８】また、図３に示すようにサーボモータ５で
駆動されるテーブルや工具８の位置を直接位置検出器１
１で検出して位置のフィードバックを行なうフルクロー
ズド・ループでサーボ制御システムで構成し、さらに学
習コントローラ２を付加して制御を行なえば、直接テー
ブルや工具８の位置をフイードバック制御することか
ら、ボールネジ／ナット機構７のバックラッシュの影響
はなく、正確に指令位置に追従する制御系を得ることが
できる。なお、図３において符号１２はサーボモータ５
の回転速度を検出する速度検出器である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図２に示すセミクロー
ズド・ループによるサーボ制御システムのにおいて、加
工速度が遅い場合、すなわち、サーボモータ５の回転速
度が遅い場合には、バックラッシュ補正量によってバッ
クラッシュ補正を行なうことによって、追従遅れを補正
して加工精度のよい加工を行なうことができるが、加工
速度を上げ高速で加工を行なう場合には、ボールネジの
回転方向が変わるとき、慣性によるボールネジのねじれ
等の影響が出て指令位置と実際の位置のずれが増大す
る。この位置ずれは、加工速度等の加工条件によって異
なるため、機械毎に固定されたバックラッシュ補正量を
位置偏差に加算するだけの、従来のバックラッシュ補正
方法で修正することができず、加工精度を向上すること
ができない。

【００１０】また、中空のワークに対して加工するよう
な場合、加工中、工具からの切削圧力によってワークが
たわむような場合がある。即ち、ワークが中空であるこ
とから、ワーク中心方向への切削圧力を工具から受けた
場合ワークはたわみを生じる。しかも、工具刃先の進行
方向によって（進行方向がワークに対して突っ込む方向
かワークから逃げる方向かによって）、その切削圧力も
異なりたわみ量も異なる。しかし、このようなワークが
たわむことによって生じる加工誤差を従来の固定された
バックラッシュ補正等では補正することはできず、加工
精度を悪化させる。

【００１１】図３に示すようにフロクローズド・ループ
のサーボ制御システムを用いた場合には、工具やテーブ
ル（ワーク）の位置を直接検出するものであるから、ボ
ールネジのバックラッシュ等による影響を排除し加工精
度を向上することができるが、しかし、中空のワークに
対する加工のような切削圧力によってワークがたわむよ
うな場合には、この制御システムを用いたとしても加工
精度を向上することができない。そこで、このワークた
わみ量をも含めバックラッシュ補正をしようとすると、
上記ワークのたわみは、加工形状によって、そのたわみ
量が異なることから、加工形状毎に、その補正量を求
め、補正しなければならないことになる。

【００１２】例えば、同一ワーク（中空のワーク）に加
工形状１と加工形状２を加工する場合、上記ワークのた
わみに対する補正量をも含むバックラッシュ補正量によ
って、従来のバックラッシュ補正方法を用いて、形状誤
差を少なくするようにすると、各加工形状毎にバックラ
ッシュ補正量を変更しなければならない。加工形状毎に
バックラッシュ補正量を変えて補正するとすれば、必ず
その時点まで補正してきた補正量の総和が「０」になる
ように移動方向を調整してから新たな補正値に変更する
必要がある。もし、補正量の総和が「０」でない状態で
補正量を変更すると、変更前の補正量と、変更後の補正
量の差分だけ指令位置と実際の位置が異なることにな
る。

【００１３】図１０は、従来のバックラッシュ補正方式
によって、バックラッシュ補正量に上記ワークのたわみ
量をも含めてバックラッシュ補正を行なうものとした時
のプログラム作成手順を示す図である。

【００１４】まず、加工形状１，２において、移動方向
反転時の指令位置に対するワークの形状位置とのずれ量
Ｈ１，Ｈ２を予め測定しておく。そして、加工形状１ま
での移動プログラムを作成する（プログラムステップＰ
Ｓ１）。次に、バックラッシュ補正量Ｈ０（なお、この
補正量Ｈ０は、バックラッシュに対応するもので、ワー
クのたわみ等を含まない通常のバックラッショ補正量で
ある）による補正量の総和が「０」になるように移動方
向を調整するプログラムを作成する（プログラムステッ
プＰＳ２）。この移動方向の調整は、移動方向が負の方
向から正の方向に反転した時、正の補正量を移動指令に
加算し、正から負の方向に反転した時は負の補正量を加
算していることから、反転の回数が偶数回でないと補正
量の総和が「０」とならない。そのため、偶数回の補正
になるように補正量を変更する前に最後の移動方向を調
整するようにプログラムするものである。

【００１５】次にバックラッシュ補正量として加工形状
１のための補正量Ｈ１をプログラムし、加工形状１を加
工する加工のプログラムを作成する（プログラムステッ
プＰＳ３、ＰＳ４）。続いて、加工形状２の位置まで移
動するプログラムを作成し（プログラムステップＰＳ
５）、プログラムステップＰＳ２と同様に、加工形状１
の加工を開始してからこの時点までのバックラッシュ補
正の総補正量が「０」になるように移動方向を調整する
プログラムを作成し、続いて加工形状２のためのバック
ラッシュ補正量Ｈ２を設定するプログラムを作成する
（プログラムステップＰＳ６，ＰＳ７）。

【００１６】次に、加工形状２を加工する加工のプログ
ラムを作成し、その後、バックラッシュ補正量が「０」
になるように移動方向を調整するプログラムを作成し、
バックラッシュ補正量を通常の値Ｈ０に戻し、初期の位
置まで移動するプログラムを作成することになる（プロ
グラムステップＰＳ８〜ＰＳ１１）。

【００１７】以上のように、加工形状によって異なるワ
ークのたわみ量をも補正する補正量を従来のバックラッ
シュ補正方法によって補正するには、補正量を変える前
にそれまでの総補正量が「０」となるように調整プログ
ラム作成する必要があり、加工プログラムの作成が難し
くなるという欠点がある。

【００１８】そこで、本発明の目的は、移動指令が反転
したとき生じる位置ずれを補正する移動方向反転時の位
置補正方法を提供することにある。また、本発明の目的
は、加工形状によって異なるワークのたわみによる加工
形状のずれを簡単に補正することができる移動方向反転
時の位置補正方法を提供することにある。さらに、本発
明の目的は、ボールネジ等のバックラッシュ、ねじれ、
ワークのたわみをも考慮して位置補正を行なう移動方向
反転時の位置補正方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、移動方向反転
時における指令位置と実際の位置のずれ量を予め測定し
もしくは予測し、加工プログラム中の加工形状の加工指
令の前に、上記ずれ量に基づいて得られる補正量を設定
しておき、加工時において移動指令の方向が反転した
時、該移動指令に対して上記補正量を補正するようにす
る。

【００２０】また、１つのワークを複数の加工形状に別
けて加工する場合、加工形状毎に移動方向反転時におけ
る指令位置と実際の位置のずれ量を予め測定しもしくは
予測し、加工プログラム中の各加工形状の加工指令の前
に、該加工形状に対応する上記ずれ量に基づいて得られ
た補正量を設定しておき、その加工形状の加工時におい
て移動指令の方向が反転した時、該移動指令に対して上
記補正量を各々補正するようにする。さらに、この補正
量の補正は設定されたパターンによって補正する。ま
た、同一加工を繰り返し行なう加工に適用し、学習制御
をも共に上記移動方向反転時の移動指令の補正をも行な
う。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態のサ
ーボ制御システムの機能ブロック図である。図２とこの
図１を比較して分かるように、本発明の一実施形態で
は、図２に示すセミクローズド・ループの学習コントロ
ーラ２を有するサーボ制御システムにさらに位置ずれ補
正コントローラ９が付加され、バックラッシュ補正量１
０の補正が削除されている。

【００２２】この位置ずれ補正コントローラ９は、数値
制御装置１から出力される移動指令Ｐｃの符号が反転し
た時、予め設定された補正量を位置偏差に加算するもの
である。すなわち、数値制御装置１から移動指令Ｐｃが
出力されると該移動指令Ｐｃから、サーボモータ５に取
り付けられた位置・速度検出器６からの位置のフィード
バック量Ｐｆを減じて位置偏差を求め、該位置偏差に基
づいて前述したように学習コントローラ２で補正量を求
め、位置偏差にこの補正量を加算して位置・速度・電流
制御回路３に入力する。位置・速度・電流制御回路３で
は、前述したように、位置偏差より速度指令を求め、該
速度指令と位置・速度検出器６からの速度フィードバッ
ク量に基づいて速度ループ制御を行なってトルク（電
流）指令を求め、該トルク（電流）指令とサーボアンプ
４に設けられた電流検出器（図示せず）で検出された駆
動電流のフィードバック値によって電流ループ処理を行
なってサーボアンプ４を制御してサーボモータ５を駆動
制御し、テーブルまたは工具８を駆動制御する。

【００２３】以上述べた動作は従来と同じであるが、本
発明においては、位置ずれ補正コントローラ９が設けら
れ、該位置ずれ補正コントローラ９は、数値制御装置１
から出力される移動指令Ｐｃを監視し、該移動指令Ｐｃ
の符号が反転したとき、すなわち、数値制御装置１から
出力されるサーボモータ（テーブル若しくはバイト）へ
の移動方向が反転したとき、予め加工形状毎に設定され
た補正量を設定所定パターンで、上記位置偏差に加算し
て位置・速度・電流制御コントローラ３、さらに学習コ
ントローラ２に入力するようにしている。この位置ずれ
補正コントローラ９を設けた点が本発明の特徴である。

【００２４】なお、この位置ずれ補正コントローラ９に
よる補正量は、位置偏差に加算されるものであり、結
局、位置指令に加算されるものと同等である。従来のバ
ックラッシュ補正量が位置指令に加算されることから、
この実施形態では、位置ずれ補正コントローラによる各
加工形状毎の補正量にバックラッシュによる補正量をも
含めるものとしている。

【００２５】また、この位置ずれ補正コントローラ９に
よる補正は、加工中のみ行なわれ、加工中の補正量の総
和は必ず「０」になる（詳細は後述する）。これによ
り、加工プログラムの作成が例えば、図１０のように複
雑なものとならず、後述する図１１のように、加工形状
による補正量の設定を変更するのみで、加工形状毎に最
適な補正量を簡単に与えることができる。

【００２６】図４は、本発明の位置補正方法を実施する
工作機械におけるサーボ制御系の要部ブロック図であ
る。１は工作機械を制御する数値制御装置、２１は該数
値制御装置１から出力されるサーボモータ５への各種指
令等を受信し、ディジタルサーボ回路２２のプロセッサ
に受け渡すための共有メモリ、２２はディジタルサーボ
回路であり、プロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成さ
れ、プロセッサによってサーボモータ５の位置，速度，
電流制御などを行うと共に繰り返し制御処理、および本
発明の特徴とする位置ずれ補正制御をも実行するもので
ある。すなわち、図１に示す機能ブロック図における学
習コントローラ２の処理、位置・速度・電流制御コント
ローラ３の処理、位置ずれ補正コントローラ９の処理を
行なうものである。４はトランジスタインバータ等で構
成されるサーボアンプ、５はボールネジ／ナット機構７
を介して回転運動を直線運動に変換してテーブルや工具
８を駆動するサーボモータ、６はサーボモータ５の回転
位置・速度を検出しディジタルサーボ回路１３にフィー
ドバックする位置・速度検出器としてのパルスコーダで
ある。

【００２７】上記構成は工作機械等のディジタルサーボ
回路を用いた公知のサーボモータの制御の構成と同一で
あるが、従来のものと相違する点は、ディジタルサーボ
回路１３のプロセッサによって、位置ずれ補正処理をも
実行し、位置ずれ補正制御をも行なう点が従来の、サー
ボモータのセミ・クローズドループ制御において学習制
御をも行なうディジタルサーボ回路と異なる点である。

【００２８】まず、試切削加工等を行なって移動方向が
反転したとき、指令位置と実際の位置のずれ量を加工形
状毎に測定する。本実施形態では、図２におけるバック
ラッシュ補正を行なわずに試し加工を行ない上記ずれ量
を測定する。そして、加工プログラムに加工形状毎この
ずれ量に基づいて位置ずれ補正量を設定する（なお、こ
の位置ずれ補正量は、後述するように、位置ずれ補正の
補正パターンによって異なるものとなる）。例えば、図
１０で示した加工形状１、２を加工する際の加工プログ
ラムを本実施形態に適用するプログラムとして作成する
ときは、図１１に示すような手順で加工プログラムを作
成すればよい。

【００２９】加工形状１まで移動するプログラムを作成
し（プログラムステップＰＴ１）、次に加工形状１に対
して上記測定したずれ量に基づいて得られ位置ずれ補正
量Ｈ１をプログラムし（プログラムステップＰＴ２）、
加工形状１の加工プログラムを作成した後、加工形状２
の位置までの移動指令のプムログラムを作成する（プロ
グラムステップＰＴ３，ＰＴ４）。次に、加工形状２に
対して上記測定したずれ量に基づいた位置ずれ補正量Ｈ
２をプログラムした後、加工形状２の加工プログラムを
作成し、その後初期の位置に戻る指令をプログラムする
（プログラムステップＰＴ５〜ＰＴ７）。

【００３０】図１０に示す従来のバックラッシュ補正方
式を適用して加工形状毎に位置ずれを補正する方法と比
較して、加工形状加工開始前にバックラッシュ補正量の
総和を「０」にするプログラムステップＰＳ２，ＰＳ
６，ＰＳ９等のプログラムを作成しなくてよいというメ
リットが本発明にはある。

【００３１】こうして作成された加工プログラムを数値
制御装置１にロードし、加工プログラムの実行を行なっ
た際、数値制御装置１のプロセッサは上記ＰＴ２，ＰＴ
５の位置ずれ補正量が設定されたプログラムを読み出す
と、この読み出した補正量を共有メモリ２１に書き込
み、ディジタルサーボ回路２２のプロセッサは、この書
き込まれた位置ずれ補正量に基づいて、移動方向反転時
に後述する位置ずれ補正を行なう。

【００３２】この位置ずれ補正量は実際に測定して得る
ものであるから、ボールネジ等の伝動機構におけるバッ
クラッシュ、該伝動機構のねじれやたわみによる位置ず
れおよび切削圧力によるワークのたわみ量も考慮されて
位置のずれ量が測定されることになり、移動方向反転時
に生じる様々な原因による位置ずれを包含した補正量と
なる。

【００３３】また、加工形状やワークの材質等に応じて
この補正量を補正する補正パターンが複数も設けられて
おり、本実施形態においては、２つ補正パターンが設定
されており、それを選択できるようにしている。そし
て、加工開始前には数値制御装置１にこの補正のパター
ンを選択設定し、選択パターンに対応した補正量および
補正回数を予め設定しておく。

【００３４】図５、図６は、上記ディジタルサーボ回路
１３のプロセッサが、位置・速度ループ処理周期毎実行
する処理における位置ずれ補正の処理のフローチャート
である。該プロセッサが実行する、位置・速度ループ処
理や、学習制御処理は従来と同様であるので省略し、本
発明の特徴とする位置ずれ補正処理に関係する処理のみ
を記載している。

【００３５】運転が開始されると、数値制御装置１は、
切削指令（例えば直線切削送りを示すコードＧ０１等の
加工指令）出力中は、共有メモリ１２に設けられた加工
中を示す加工中フラグＦ0 を「１」にセットし、加工中
でなければ（加工に関する指令を出力していないと
き）、該フラグＦ0 を「０」にセットする。

【００３６】そこで、ディジタルサーボ回路１３のプロ
セッサは、該フラグＦ0 を読み、加工中か否か判断する
（ステップＳ１）。加工中でなければ、位置偏差Ｅｒを
記憶するエラーレジスタに反転時の補正量の総和を記憶
するレジスタＡＬＬの値を減算し、新たな位置偏差を求
める（ステップＳ１５）。なお、上記レジスタＡＬＬは
電源投入時の初期設定で「０」にセットされており、最
初は「０」である。次にこのレジスタＡＬＬを「０」に
セットし（ステップＳ１６）、さらに移動方向反転時の
位置ずれ補正の処理中を示すフラグＦ１を「０」にセッ
トし（ステップＳ１７）、この移動指令が「０」か判断
し（ステップＳ１３）、「０」であれば、当該周期にお
ける位置ずれ補正処理は終了する。また、移動指令が
「０」でなければ、該移動指令の符号をレジスタＯＬＤ
に記憶し（ステップＳ１４）、当該周期の位置ずれ補正
処理を終了する。

【００３７】一方、数値制御装置１から切削指令が出さ
れ、加工中フラグＦ0 が「１」の場合には（ステップＳ
１）、移動指令が「０」か判断し（ステップＳ２）、
「０」であればステップＳ５に移行し、移動指令が
「０」ではない場合は、レジスタＯＬＤに記憶する当該
周期より前で、最終の移動指令の符号と、当該周期での
移動指令の符号を比較し、その符号が反転しているか判
断する（ステップＳ３）。符号が反転していなければ、
ステップＳ５に移行し、符号が反転していることが検出
されると、今まで移動していた方向と、今回の移動指令
により移動しようとする方向が相違することを意味す
る。そのため、バックラッシュや、ボールねじのねじ
れ、ワークのたわみ等を補正する位置ずれ補正処理中を
示すフラグＦ１を「１」にセットし、補正回数を計数す
るカウンタｉを「０」にセットし、補正方向を判断する
ため反転時の移動指令を保持するレジスタＭ１に今回の
移動指令を記憶し（ステップＳ４）、ステップＳ５に移
行する。

【００３８】ステップＳ５では、移動方向反転時の位置
ずれ補正の処理中を示すフラグＦ１が「１」か判断す
る。このフラグＦ１は、初期設定で「０」にセットされ
ており、最初は「０」である。又、加工中ではない時に
もこのフラグＦ１は「０」である。このフラグＦ１が
「０」であれば、反転時の補正処理は行なわず、今回の
移動指令が「０」か否か判断し（ステップＳ１３）、
「０」であれば、当該周期における位置ずれ補正処理は
終了する。又、移動指令が「０」でなければ、該移動指
令の符号をレジスタＯＬＤに記憶し（ステップＳ１
４）、当該周期の処理を終了する。一方、ステップＳ５
で、移動方向反転時の位置ずれ補正の処理中を示すフラ
グＦ１が「１」の場合、補正パターン計算処理を開始す
る（ステップＳ６）。

【００３９】本実施形態においては、２つ補正パターン
が選択できるようにしている。第１のパターンは、設定
補正量を設定回数で分割し、この分割補正量を位置・速
度処理周期毎の補正量として設定回数だけ補正するパタ
ーンで、補正量を均等に設定回数の各位置・速度処理周
期毎出力するものである。第２のパターンは、最初の位
置・速度ループ処理周期に大きな値の補正量を出力し、
順次この補正量を減少させ、設定回数でこの補正量を
「０」にするパターンである。

【００４０】そこで、ディジタルサーボ回路１３のプロ
セッサがステップＳ６の補正パターン計算処理を開始す
ると、まず、選択設定されている補正パターンがパター
ン１か、パターン２かを判断する（ステップＢＳ１）。
もし、パターン１が選択されていれば、共有メモリに書
き込まれている設定補正量を設定補正回数で割り、これ
を当該周期の補正値を記憶するレジスタＲに格納し（ス
テップＢＳ２）、指標ｉを「１」インクリメントし（ス
テップＢＳ４）、該指標ｉの値が設定補正回数以上かを
判断する（ステップＢＳ５）、設定補正回数以上でなけ
れば、当該周期の補正パターン計算処理は終了しメイン
の処理に復帰する。また、該指標ｉが設定補正回数以上
になった場合には、補正パターン計算処理終了を示すフ
ラグＦ２を「１」にセットし（ステップＢＳ６）、メイ
ン処理に復帰する。

【００４１】一方、ステップＢＳ１でパターン２が選択
されていると判断されたときには、指標ｉの値を設定補
正回数で除した値を１から減算し、その値を設定補正量
に乗じて当該周期での補正値としてレジスタＲに格納し
（ステップＢＳ３）、ステップＢＳ４に移行する。その
結果、最初は指標ｉの値が「０」であるから、設定値が
そのまま当該周期の補正値となるが、以後の周期ではス
テップＢＳ４で該指標ｉが「１」インクリメントされる
から、各周期毎に、（設定値／補正回数）だけ順次減少
した値がその周期の補正値となり、補正は最初は大きく
その後は順次小さくなる補正がなされることになる。

【００４２】メインの処理に復帰すると反転時の移動指
令Ｍ１が正か判断し（ステップＳ７）、正であれば、今
まで負の方向に移動していたものが、反転時には正の移
動指令に変ったものである。そのため、バックラッシュ
補正は正方向に行なう必要がある。また、負方向への工
具の移動により、工具はワークから正方向への力を受け
正方向に捩じれている。そのため、この捩じれを解消さ
せるためには正方向への補正が必要である。さらに、ワ
ークは工具の負方向への切削圧力により負方向に変形し
ているので、この変形を解消するには正方向の補正が必
要である。そこで、ステップＳ７で反転時の移動方向Ｍ
１が正と判断されると、レジスタに記憶する当該周期の
補正値の符号を「＋」とした正の補正量を当該周期の補
正量とする（ステップＳ９）。

【００４３】また、ステップＳ７で反転時の移動指令Ｍ
１が「負」と判断されたときには、今まで正の方向に移
動していたものが、負の方向への移動指令に変わったも
のであるから、上述した状態とは逆となりレジスタＲの
値の符号を負とし、負の補正量とする（ステップＳ
８）。そして、この補正量を指令位置から位置フィード
バック量を減じた位置偏差値Ｅｒに加算して新たな位置
偏差値とすると共に、加工中の総補正量を記憶するレジ
スタＡＬＬに上記加算した補正量を積算する（ステップ
Ｓ１０）。

【００４４】こうして、移動指令Ｐｃからフィードバッ
クされた位置のフィードバック量Ｐｆを減じて得られた
位置偏差値にこの位置ずれ補正による補正値が加算され
て新たな位置偏差値が求められ、さらには、学習制御に
よる補正値が加算されてこの位置偏差値が補正される。
位置ずれ補正、学習制御による補正により補正された位
置偏差値に、従来と同様に位置ループゲインが乗じられ
て速度指令が求められ、該速度指令に基づいて従来と同
様の速度ループ処理がなされ、さらに速度ループ処理に
よって得られるトルク指令（電流指令）に基づいて電流
ループ処理がなされてサーボモータの各相に電流が供給
され、サーボモータ５は駆動される。なお、移動指令Ｐ
ｃから位置のフィードバック量Ｐｆを減じて位置偏差値
を求める点や、位置偏差に位置ループゲインを乗じて速
度指令を求める処理、さらには速度ループ処理、電流ル
ープ処理は図５の処理では省略している。

【００４５】次に、フラグＦ２が「１」かを判断し、反
転時の補正が終了したかを判断する（ステップＳ１
１）。該フラグＦ２が「０」であれば、反転時の補正が
終了しておらず、このときは、今回の移動指令が「０」
か否か判断し（ステップＳ１３）、「０」であれば、当
該周期における処理は終了する。また、移動指令が
「０」でなければ該移動指令の符号をレジスＯＬＤに記
憶し（ステップＳ１４）、当該周期の処理を終了する。

【００４６】次の周期では、ステップＳ１，Ｓ２，，Ｓ
３，Ｓ５と進み、フラグＦ１が前回の周期のステップＳ
４で「１」にセットされているから、ステップＳ５から
ステップＳ６に進み、補正パターン計算処理（ステップ
Ｓ６、図６の処理）を行なう。この場合、指標ｉが前回
の周期のステップＢＳ４の処理で「１」インクリメント
されているので、補正パターン２が選択されている場合
には前回の補正値よりも（補正量／補正回数）だけ少な
い補正値が計算される（ステップＢＳ３）。また、補正
パターン１が選択されている場合には、前回の補正値と
同じ補正値がレジスタＲに記憶されることになる（ステ
ップＢＳ２）。そして、ステップＳ７〜Ｓ１０の処理に
よって、計算された補正値によって位置偏差が補正さ
れ、さらに、加工中の総補正量を記憶するレジスタＡＬ
Ｌには補正値が加算されることになる。

【００４７】以下各周期毎、ステップＳ１〜Ｓ３、Ｓ５
〜Ｓ１４の処理を繰り返し実行する内に、ステップＢＳ
５で、指標ｉの値が補正回数以上になったことが検出さ
れると、フラグＦ２が「１」にセットされ（ステップＢ
Ｓ６）、メイン処理に復帰するから、メイン処理ではス
テップＳ１１からステップＳ１２に進みフラグＦ１，Ｆ
２を「０」にセットし、今回の移動指令が「０」か判断
し（ステップＳ１３）、「０」であれば、当該周期にお
ける処理は終了する。また、移動指令が「０」でなけれ
ば、該移動指令の符号をレジスタＯＬＤに記憶し（ステ
ップＳ１４）、当該周期の処理を終了する。

【００４８】次の周期では、ステップＳ１、Ｓ２と進
み、当該周期の移動指令が「０」でなければ、レジスタ
ＯＬＤに記憶する符号と、当該周期の移動指令の符号が
異なるか否かを判断する（ステップＳ３）。符号が異な
っていなければ、ステップＳ５に進み、フラグＦ１が
「０」にセットされているから、ステップＳ５からステ
ップＳ１３に移行する。当該周期の移動指令が「０」で
あれば、そのまま処理は終了する。移動指令が「０」で
なければ、ステップＳ１４の処理を行なって、当該周期
の処理を終了する。以下、加工中フラグＦ０が「１」で
ある限り、移動指令が「０」でない場合は、ステップＳ
１，Ｓ２，Ｓ３の処理を行ない、移動指令の符号の反転
があったかを判断し、符号の反転があると、前述したス
テップＳ４以下の処理を行ない、ステップＳ５以下の反
転時の補正処理を行なうことになる。

【００４９】一方、加工が終了し、数値制御装置のプロ
セッサによって加工中フラグＦ０が「０」にセットされ
ると、ディジタル回路１３のプロセッサは位置偏差値Ｅ
ｒからレジスタＡＬＬに記憶する加工中の反転時の補正
量の累積値を減算する（ステップＳ１５）。減算したら
直ちに、このレジスタＡＬＬに「０」をセットする（ス
テップＳ１６）。加工中にステップＳ１０で加算した補
正量の累積値が、例えば正の値であるとすれば、移動指
令以外にこの位置ずれ補正による正の値の補正量だけ余
分に移動指令が加算されていることを意味する。この加
工中の補正量の累積値はレジスタＡＬＬに記憶されてい
るから、加工終了時にこのレジスタＡＬＬに記憶された
値を位置偏差から減算すれば、数値制御装置から指令さ
れた位置指令よりも余分に指令した移動指令を相殺した
ことになる。このレジスタＡＬＬの値を減算した位置偏
差Ｅｒに基づいて位置、速度、電流のループ処理を行な
えば、サーボモータ５の位置はプログラムで指令された
位置と同じになる。

【００５０】図７、図８、図９は、ピストンリングを加
工したときの、従来の方法による加工と、本発明の上記
一実施形態により加工したときの実験結果を表す図であ
る。

【００５１】ピストンリングは非常に細いため、切削圧
力によりワークがたわんでしまい加工精度が悪い。そし
て、ピストンリングはピストンに装着した状態では円状
になるが、加工形状はハート型である。そのため、ワー
クを回転させながら工具軸（Ｙ軸）を移動させ切削する
と工具軸（Ｙ軸）は４回の移動方向の反転がある。そこ
で、図７〜図９は、反転が生じるピストンリング（ハー
ト型）の６０度、１８０度の回転位置の指令位置、モー
タ位置、ワーク位置（半径方向の長さ）を測定したもの
であり、図７〜図９において、横軸は角度、縦軸は半径
方向の長さである。

【００５２】図８は、従来のバックラッシュ補正も、本
発明の位置ずれ補正を行なわず、学習制御を行なってピ
ストンリングを加工したときの指令位置とワーク位置
（ワーク形状）を表す。また図７はこのときの指令位置
とサーボモータの位置を表す。図７に示すとおり、学習
制御が行われていることから、指令位置とサーボモータ
の位置は一致している。しかし、ワークの加工形状を測
定すると図８に示すように加工誤差が生じている。特に
図８（ａ）に示すように、反転前の工具刃先がワークか
らにげる方向に移動している間（半径が増大している
間）では、切削圧力は小さく、ワークのたわみは少な
い、そのため、指令位置とワーク位置（ワーク形状）の
ずれは非常に少ない。しかし、反転後では、工具刃先が
ワークに対して突っ込む方向（半径が小さくなる方向）
であるから、切削圧力によってワークが中心側にたわむ
ため、刃先が指令された位置を移動しても、加工後にこ
のたわみが戻り、指令どおりの加工形状が得られていな
いことが分かる。

【００５３】図９は、従来のバックラッシュ補正も、本
発明の位置ずれ補正を行なわず、学習制御を行なってピ
ストンリングを加工したときの指令位置とワーク位置の
ずれ量（図８に示すずれ量）に基づいて位置ずれ補正量
を求め、本発明を適用して位置ずれ補正を行なって加工
したときの指令位置とワーク位置の測定値である。ワー
ク位置は指令位置にほぼ追従し加工精度が向上している
ことが分かる。

【００５４】なお、上述した実施形態では、位置ずれ補
正コントローラ９による位置ずれ補正量にバックラッシ
ュ補正量をも含めたものとした。即ち、加工形状毎にこ
の位置ずれ補正量を測定もしくは予測する際、従来のバ
ックラッシュ補正を行なわずに加工を行なって得られた
指令位置とワーク位置のずれを測定しもしくは予測し、
測定値もしくは予測値に基づいて位置ずれ補正量を求め
ている。そして、実際に加工する際には、この時も従来
のバックラッショ補正を行なわず、位置ずれ補正コント
ローラによる位置ずれ補正のみを行なうようにしてい
る。

【００５５】しかし、図２に示すように、数値制御装置
１によって予め設定されているバックラッシュ補正量が
移動方向反転時に加算されるもので、このようなバック
ラッシュ補正をして加工したワーク位置と指令位置との
誤差を測定し（もしくは予測し）、この測定値（予測
値）に基づいて位置ずれ補正コントローラ９の位置ずれ
補正量を求めた場合には、この位置ずれ補正量は、移動
方向反転時におけるバックラッシュ補正の誤差及びワー
クのたわみ、機械のねじれによる指令値とワーク位置の
誤差となる。そして、実際に加工するときには、数値制
御装置１は従来と同様なバックラッシュ補正を行なうと
共に、位置ずれ補正コントローラ９によって、加工形状
後に設定された補正量が補正されることになる。

【００５６】

【発明の効果】本発明は、切削反力によるワークのたわ
みをも補正して加工を行なうから、切削反力によってた
わむようなワークに対してでも加工精度を向上すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるサーボ制御システ
ムの機能ブロック図である。

【図２】従来から行われている学習制御をも行なうセミ
クローズド・ループ方式のサーボ制御システムの機能ブ
ロック図である。

【図３】従来から行われている学習制御をも行なうフル
クローズド・ループ方式のサーボ制御システムの機能ブ
ロック図である。

【図４】本発明の一実施形態を実施するサーボモータ制
御系のブロック図である。

【図５】本発明の一実施形態における位置ずれ補正処理
のフローチャートである。

【図６】同実施形態における補正パターン計算処理のフ
ローチャートである。

【図７】ピストンリング加工における位置ずれ補正を行
なう前の指令位置とモータ位置を示す図である。

【図８】ピストンリング加工における位置ずれ補正を行
なう前の指令位置とワーク位置を示す図である。

【図９】ピストンリング加工における位置ずれ補正を行
なったときの指令位置とワーク位置を示す図である。

【図１０】加工形状によって位置ずれが異なるとき、従
来のバックラッシュ補正方法によってこの位置ずれを補
正しようとするときの加工プログラムの作成手順を示す
図である。

【図１１】加工形状によって位置ずれが異なるとき、本
発明の方法によってこの位置ずれを補正しようとすると
きの加工プログラムの作成手順を示す図である。

【符号の説明】

１数値制御装置２学習コントローラ３位置・速度・電流制御回路４サーボアンプ５サーボモータ６位置・速度検出器７ボールネジ／ナット機構８工具９位置ずれ補正コントローラ１０位置検出器１１速度検出器１２共有メモリ１３ディジタルサーボ回路

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年４月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、移動方向反転
時における指令位置と実際の位置のずれ量を予め測定し
もしくは予測し、加工プログラム中の加工形状の加工指
令と共に、上記ずれ量に基づいて得られる補正量を設定
しておき、加工時において移動指令の方向が反転した
時、該移動指令に対して上記補正量を補正するようにす
る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】また、１つのワークを複数の加工形状に別
けて加工する場合、加工形状毎に移動方向反転時におけ
る指令位置と実際の位置のずれ量を予め測定しもしくは
予測し、加工プログラム中の各加工形状の加工指令と共
に、該加工形状に対応する上記ずれ量に基づいて得られ
た補正量を設定しておき、その加工形状の加工時におい
て移動指令の方向が反転した時、該移動指令に対して上
記補正量を各々補正するようにする。さらに、この補正
量の補正は設定されたパターンによって補正する。加工
中に補正量を積算し、加工終了時にこの積算された値に
符号反転させたものを移動指令として出力する。また、
同一加工を繰り返し行なう加工に適用し、学習制御をも
共に上記移動方向反転時の移動指令の補正をも行なう。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動方向反転時における指令位置と実際
の位置のずれ量を予め測定しもしくは予測し、加工プロ
グラム中の加工形状の加工指令の前に、上記ずれ量に基
づいて補正量を設定しておき、加工時において移動指令
の方向が反転した時、該移動指令に対して上記補正量を
補正するようにした移動方向反転時の位置補正方法。
【請求項２】１つのワークを複数の加工形状に別けて
加工する場合、加工形状毎に移動方向反転時における指
令位置と実際の位置のずれ量を予め測定しもしくは予測
し、加工プログラム中の各加工形状の加工指令の前に、
該加工形状に対応する上記ずれ量に基づいて補正量を設
定しておき、各加工形状の加工時において移動指令の方
向が反転した時、該移動指令に対して上記補正量を各々
補正するようにした移動方向反転時の位置補正方法。
【請求項３】上記補正量の補正は、設定されたパター
ンによって補正する請求項１または請求項２記載の移動
方向反転時の位置補正方法。
【請求項４】同一加工を繰り返し行なう加工であっ
て、学習制御をも共に行なう請求項１、請求項２または
請求項３記載の移動方向反転時の位置補正方法。