JPS6153188B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、数値制御工作機械の数値制御送り軸
の動作と、その動作に伴つて基準スケールから発
生されるパルス信号を利用して、ワークまたは取
付基準位置を計測し、工具と被加工物の相対位置
を自動的に補正するようにした自動計測補正付工
作機械に関するものである。

従来、クローズドループまたはセミクローズド
ループの数値制御工作機械において、数値制御送
り軸の動作を利用してワークまたは取付基準位置
を計測し、工具と被加工物の相対位置を自動的に
補正することにより所望の精度を得ようとする場
合、数値制御装置へのフイードバツクのための位
置検出器と、計測のための位置検出器を各々別個
のものとして利用していた。従つて、上記の夫々
の位置検出器は、同一機能を持つ点から１個は不
要であり、また更に、ミクロンを計測する立場か
ら、２個の位置検出器を同じ移動に対して同一数
値を示すように調整することは難しく、計測装置
としても安定性に欠けていた。

本発明の目的は上記の問題を解決すべく数値制
御工作機械の数値制御送り軸のフイードバツク制
御に使用される位置検出器と、計測に使用される
位置検出器とを１個のもので行えるようにした自
動計測補正付工作機械の提供にある。

以下本発明を図面に従つて説明する。

第１図は、本発明を旋削工作機械に使用した例
を示している。即ち、ベース（図示せず）上に設
けられたヘツドストツク１には、主軸２が回転自
在に軸承されている。主軸２の先端には、チヤツ
ク３が取付けられ、該チヤツク３には、ワークＷ
が爪を介して取付けられている。前記ベース上を
主軸軸線と平行に摺動するサドル４には、主軸軸
線と直交する方向に案内面５が設けられ、該案内
面５上には、スライド６が摺動自在に設けられて
いる。該スライド６上には、工具７を有する刃物
台８と、タツチセンサーの如き計測装置９とが、
本実施例ではワークＷを挾んで配置されている。
しかし刃物台８が旋回式の場合には、計測装置９
を刃物台８に取付けても良い。スライド６は、ス
ライドに取付けられたナツト６Ｎと、サドル４に
設けられたサーボモータ１０の出力軸に連結さ
れ、サドル４に回転自在に設けられた送りねじ１
１とによつて駆動される。またスライド６には、
スライドの送り方向と平行に、デジタルスケール
１２Ａが取り付けられている。またサドル４に
は、スケール１２Ａに対向して読み取りヘツド１
２Ｂが取付けられている。前記スケール１２Ａと
読み取りヘツド１２Ｂとで位置検出器１２を構成
している。該位置検出器１２や計測装置９の出力
信号は、変換器１３に接続され、正確な移動量を
パルス数で示し、またサーボモータ１０は、該サ
ーボモータに取付けられたタコジエネレータ１４
のフイードバツク信号を数値制御装置１４に戻す
ことによつて速度制御される。また前記変換器１
３は、数値制御装置１４と計測補正制御装置１５
との各々の間で、信号を受渡しすることにより自
動計測補正制御を実行する。

前記数値制御装置１４は、第１のCPU１６、
テープリーダーの如き情報入力装置１７、情報入
力制御装置１８、補間器位置制御回路１９、速度
制御回路２０、第１のデータアウトプツト回路２
１、第１のデータインプツト２２、第１の記憶手
段２３、及び第１のアドレス・データバス２４等
から構成されている。第１のCPU１６は、マイ
クロプロセツサを用い、第１の記憶回路２３から
コントロールプログラムを取り出し、その内容に
従つて第１のアドレス・データバス２４に接続さ
れている各要素を動作させる。第１の記憶手段２
３は、半導体メモリー等を使用し、コントロール
プログラムや各種データを記憶する。情報入力制
御回路１８は、加工用数値制御テープ２５等の内
容を読み取るための情報入力装置１７を制御し、
テープ情報等をとり入れる。補間器位置制御回路
１９では、位置決め、直線補間、および円弧補間
を行うため、補間パルス数とフイードバツクパル
ス数を比較して移動量を制御する。速度制御回路
２０は、指令速度とタコジエネレータ１４からフ
イードバツクされた速度を比較し、速度制御しな
がらサーボモータ１０を駆動する。第１のデータ
アウトプツト回路２１は、数値制御装置１４外部
への出力信号のインターフエースの役目をし、第
１のデータインプツト回路２２は、入力信号のイ
ンターフエースの役目をする。第１のアドレス・
データバス２４は、記憶番地およびデータの通路
である。

計測補正制御装置１５は、第２のCPU２６、
第２の記憶手段２７、キーボード等による入力装
置２８、入力回路２９、第２のデータインプツト
３０、第２のデータアウトプツト３１、第２のア
ドレス・データバス３２等から構成されている。
第２のCPU２６は、マイクロプロセツサーを用
い、第２の記憶手段２８からコントロールプログ
ラムを取り出し、その内容に従つて、第２のアド
レス・データバス３２に接続されている各要素を
作動させる。第２の記憶手段２７は、コントロー
ルプログラムおよび各種データを記憶する。第２
のデータインプツト回路は、数値制御装置１４、
変換器１３等の外部からの入力信号のインターフ
エースの役目をし、第２のデータアウトプツト３
１は、外部からの入力信号のインターフエースの
役目をする。第２のアドレス・データバス３２
は、記憶番地およびデータの通路である。

変換器１３は、シユミツト回路３３、方向判別
回路３４、ゲート回路３５、ゲート制御回路３
６、可逆カウンタ３７、等から構成されている。
従つてデジタルスケール１２Ａの読み取りヘツド
１２Ｂはデジタルスケール１２Ａの移動量を、例
えば20μｍ周期の正弦波状の信号（アナログ信号
３８）として取出す。また本発明ではガラスを使
用したスケールの場合なので1/4周期ずれた２つ
の信号を得ることができる。このアナログ信号３
８をシユミツト回路３３にて短形波とし、数値制
御装置１４の補間位置制御回路１９へ、アウトプ
ツトすると同時に方向判別回路３４へ送る。方向
判別回路３４では、これを移動方向を弁別した単
位測定長さ（例えば５μｍ）ごとのパルス列とし
てゲート回路３５へ送出する。ゲート回路３５で
は、ゲート制御回路３６からの指令によりゲート
を開閉し、前記パルス列を通過させたり止めたり
する。ゲート制御回路３６は、計測補正制御回路
１５からの信号状態が０の時に計測装置９のタツ
チ信号によりゲートを開き、また前記計測補正制
御装置１５からの信号状態が１の時に計測装置９
のタツチ信号によりゲートを閉じるようゲート回
路３５を制御する。可逆カウンタ３７は、ゲート
回路３５が開いている間に出されたパルス列を積
算し、BCDコードとして計測補正制御装置１５
へ出力する。

本発明は、以上のように構成され、次の通り作
動する。

旋削加工を行う場合には、加工用テープ２５が
テープリーダの如き情報入力装置１７に読み込ま
れる。読み込まれたテープ状報は、CPU１６の
指令により適宜に第１のデータアウトプツト２１
および補間器位置制御回路１９を通して外部に送
出され、スライド６の移動や計測補正が実行され
る。その際のスライド６の移動距離は、デジタル
スケール１２Ａの移動量に等しいので、スライド
６の移動単位距離を示すフイードバツクパルス
は、デジタルスケール１２Ａの移動に伴つて読み
取りヘツド１２Ｂから発生する出力を変換器１３
のシユミツト回路３３にて短形波としたものを用
いる。即ち読み取りヘツド１２Ｂからは、前述の
ように20μｍ周期の２つの正弦波状のアナログ信
号（一方は他方に対して1/4周期ずれている。）が
得られ、これをシユミツト回路３３にて短形波に
変形したものを用いる。前記短形波は数値制御装
置１４の補間器位置制御回路１９、速度制御回路
２０を介して、サーボモータ１０を駆動する。従
つてこの構成は所謂、クローズドループの数値制
御工作機械として良く知られた構成であり、動作
的にも、一般のクローズドループ数値制御工作機
械としての動作を行う。

一方加工済みワークＷの直径を測定する場合に
は、加工の際と同様にテープ２５による数値制御
動作でスライド６を移動させ、計測装置９をワー
クＷの直径の対向した位置Ａ，Ｂに各々接触させ
る。この接触の間にスライド６が移動した量が解
かれれば、その値からワークＷの直径を知ること
ができる。この目的から計測装置９は、スライド
６から電気的に絶縁された状態で取付けられてい
て５〜12Vの電位差が与えられている。この詳細
は特願昭54−93206号に示されているが、スライ
ド６を移動させて計測装置９をワークＷに接触さ
せると、計測装置９とワークＷとの電気的導通に
より閉回路を形成し、電流が流れる。この電流を
検出してタツチ信号とする。第２図はワーク直径
計測時の動きを示す。計測装置９は、第２図の原
点位置から出発し、図中の矢印イ−ヌに示すよう
な順序に動いて、元の位置に戻る。その間、ワー
クＷの対向した第１の位置Ａおよび第２の位置Ｂ
にて接触する。この動作は全てテープ２５の指令
により前述の通りなされる。ロおよびトの矢印で
示した動きは、計測装置９が必らずワークＷに接
触するように0.5mm程度オーバーストロークにす
るように、テープ２５のプログラムを作る。計測
装置９の先端は、一例として第３図に示すような
構造となつていて、第３図の矢印の方向に力を加
えると、先端のボール３９は逃げることができ、
しかも力がとり除かれると完全に元の位置に戻る
ことができる。前に引用した特願昭54−93206号
では上記の点が異り固定形である。

以下本発明の自動計測補正の詳細な動作説明を
行う。自動計測補正を行う場合のパートプログラ
ムを作成するに当り、まずワークＷの第１の位置
Ａに計測装置９を接触させる動作（第２図の矢印
ロ）を指令するブロツクの直前のブロツクにＭ１
なる補助機能を設定し、またワークＷの第２の位
置Ｂに計測装置９を接触させる動作（第２図の矢
印ト）を指令するブロツクの直前のブロツクにＭ
２なる補助機能を設定する。このようなパートプ
ログラムの組まれたテープ２５を数値制御装置１
４の情報入力装置１７に読み込ませる。情報入力
装置１７がＭ１を読み込むと、情報入力制御回路
１８、第１のアドレス・データバス２４および第
１のデータアウトプツト回路２１を径たＭ１信号
は、計測補正制御装置１５の第２のデータインプ
ツト３０、第２のアドレス・データバス３２を通
して第２のCPU２６に受信される。この受信に
もとづき第２のCPU２６は、第２のアドレス・
データバス３２、第２のデータアウトプツト回路
３１を径てゲート制御回路３６に０の信号状態を
与える。これと同時にテープ２５の内容が次のブ
ロツクに移り、ワークＷの第１の位置Ａに計測装
置９を接触させる方向にスライド６が移動する。
この移動量は、計測装置９がワークＷの第１の位
置Ａに接触し、更に0.5mm程度オーバストローク
するようにきめられている。従つてこの移動の途
中で計測装置９がワークＷの第１の位置Ａに接触
し、タツチ信号を発する。このタツチ信号は、計
測装置９から変換器１３のゲート制御回路３６に
送られる。この時、既に述べている通り計測補正
制御装置１５から０の信号状態がゲート制御回路
３６に与えられているので、ゲート開の信号がゲ
ート回路３５に送られる。従つてゲート回路３５
は、開状態となる。

この時点からスライド６の移動量を示すパルス
列（読み取りヘツド１２Ｂからシユミツト回路３
３を経て与えられる）は、ゲート回路３５を通つ
て可逆カウンタ３７に達する。

数値制御装置１４の情報入力装置１７がＭ２を
読み込むと、情報入力制御回路１８、第１のアド
レス・データバス２４および第１のデータアウト
プツト回路２１を径たＭ２信号は、計測補正制御
装置１５の第２のデータインプツト３０、第２の
アドレス・データバス３２を通して第２のCPU
２６に受信される。この受信にもとづき第２の
CPU２６は、第２のアドレス・データバス３
２、第２のデータアウトプツト回路３１を経てゲ
ート制御回路３６に１の信号状態を与える。これ
と同時にテープ２５の内容が次のブロツクに移
り、ワークの第２の位置Ｂに計測装置９を接触さ
せる方向にスライド６が移動する。この移動量
は、計測装置９がワークＷの第２の位置Ｂに接触
し、更に0.5mm程度オーバストロークするように
きめられている。

従つて、この移動量の途中で計測装置９がワー
クＷの第２の位置Ｂに接触し、タツチ信号を発す
る。

このタツチ信号は、計測装置９から変換器１３
のゲート制御回路３６に送られる。この時、既に
述べている通り計測補正制御装置１５から１の信
号状態がゲート制御回路３６に送られているの
で、ゲート閉の信号がゲート回路３５に送られ
る。

従つてゲート回路３５は、閉状態となる。可逆
カウンタ３７では、このパルスを積算し、BCD
コードに変換して第２のデータインプツト３０、
第２のアドレス・データバス３２を通して第
2CPUに与える。

第２図の矢印ロの動作が完了した時点では、可
逆カウンタ３７の内容は約＋0.5mmとなつている
はずである。その後矢印ハの動作で方向判別回路
３４から一方向のパルス列が出て、可逆カウンタ
３７の内容はいつたん負になるが、矢印ホの動作
で正となる。その後の動作矢印トで減算され、既
に述べたようにワークＷの第２の位置Ｂに接触す
る瞬間にゲート回路３５が閉じられるので、カウ
ンタ３７の内容は静止状態となる。

従つてこの時点で可逆カウンタ３７からアウト
プツトされる数値は、ワークの第１の位置Ａから
第２の位置Ｂに至るスライド６の移動量である。

計測補正制御装置１５の第２のデータインプツ
ト回路３０に送られた上記スライド移動量は、第
２のアドレス・データバス３２を通り第２の
CPU２６に入る。既に入力装置２８、入力回路
２９および第２のアドレス・データバスを介して
第２の記憶手段２７には、計測装置９のボール３
９の直径がインプツトされているので、第２の
CPU２６内では、前記スライド移動量から上記
ボール直径を差し引いてワーク直径とする。この
ワーク直径は目標値と比較される。ワーク直径と
目標値との差は工具７の刃先位置を補正すべき値
であり、この刃先位置補正量は、第２のアドレ
ス・データバス、第２のデータアウトプツト回路
３１を通して数値制御装置１４の第１のデータイ
ンプツト２２、第１のアドレス・データバス２４
を通して第１の記憶手段２３内の刃先位置補正用
レジスタのデータに加算する。その結果、次にワ
ークＷを加工する時、新たに書き換えられた刃先
位置補正量によつて補正された刃先位置で加工が
実施される。

従つて正しい直径のワークが得られる。以上説
明したように１つの基準スケールからの検出値を
用いて、数値制御のフイードバツクと自動計測補
正とを行うことができる。

第４図は、本発明をマシニングセンタに使用し
た例で、且つ第１の場合の計測補正制御装置１５
の機能を数値制御装置１４に組込んだ例である。
即ちマシニングセンタとしては、既存のものであ
れば良く、その一例を以下に説明する。コラム
（図示せず）に沿つて上下動する主軸１には、主
軸２が回転自在に設けられ、該主軸２の先端には
工具または計測装置９が着脱自在に設けられてい
る。同図では計測装置９が取付けられている。主
軸軸線と平行にベース上を摺動するサドル４に
は、主軸軸線と直交する方向に案内面５が設けら
れている。該案内面５には、テーブル６が摺動自
在に設けられ、サドル４に回転自在に設けられた
送りねじ１１とテーブル６に取り付けられたナツ
ト６Ｎ及びサドル４に設けられ、出力軸が前記送
りねじ１１と連結されたサーボモータ１０とによ
つて駆動される。位置検出器１２を構成すべくテ
ーブル６には、デジタルスケール１２Ａとサドル
４には読み取りヘツド１２Ｂとが設けられてい
る。また数値制御装置１４は、第１の場合と同じ
で記憶手段２３、データインプツト回路２１及
び、データアウトプツト回路２２のキヤパシテイ
ーが大きくなつた以外は同一である。また変換器
１３も同等変わることがない。従つて、第４図の
ように構成されていても第１図の場合と同様に１
つのスケールからの検出値を用いて、数値制御の
フイードバツクと自動計測補正とを行うことがで
き、その作動も同じである。以上は光学スケール
を例にとつて説明しているが、磁気スケールでも
可能である。また、直線スケールの代りにロータ
リーエンコーダーを送りねじ端に取り付けても同
様の働きをさせることができる。また本発明では
テープをテープリーダで読み込んでいるが、外部
記憶装置からの情報を受ける方式のものでも良
い。

以上述べた如く、本発明は実施例に示された構
成に限定されるものではなく、請求の範囲に記載
された本発明の技術思想を逸脱しない範囲内での
変更は予期されるところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、旋削工作機械に本発明を利用した場
合のブロツク線図、第２図は、旋削工作機械に本
発明を利用した場合の計測装置の動作説明図、第
３図は、計測装置先端の構造を示す一部断面図、
第４図は、マシニングセンタに本発明を利用し且
つ他の実施例のブロツク線図を示す。 図において、６……スライドまたはテーブル、
７……工具、９……計測装置、１２……位置検出
器、１２Ａ……デジタルスケール、１２Ｂ……読
み取りヘツド、１３……変換器、１４……数値制
御装置、１５……計測補正制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ フイードバツク用位置検出器を有しワークと
   刃物台または主軸ヘツドの工具との相対的移動で
   加工する数値制御装置付工作機械において、ワー
   クに向けて前記刃物台または主軸ヘツドに配設さ
   れた計測装置と、前記位置検出器からのパルスを
   開閉制御するゲート回路と、前記計測装置のタツ
   チ信号と数値制御装置からの計測指令信号とを受
   け第１の計測位置で前記ゲート回路を開き第２の
   計測位置で前記ゲート回路を閉じるように制御す
   るゲート制御回路と、前記ゲート回路から取込ま
   れパルス数を計算処理しワーク寸法に対応する計
   測値と目標値とを比較する比較手段と、該比較手
   段で得られた刃先位置補正量を記憶し次の加工に
   際して補正値を出力する刃先位置補正用記憶手段
   とからなり、フイードバツク用位置検出器からの
   パルスを数値制御の位置決めと同時に計測に使用
   し工具刃先の補正を行うようにしたことを特徴と
   する自動計測補正付工作機械。