JPWO2020208783A1 - Numerical control device - Google Patents
Numerical control device Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2020208783A1 JPWO2020208783A1 JP2019555997A JP2019555997A JPWO2020208783A1 JP WO2020208783 A1 JPWO2020208783 A1 JP WO2020208783A1 JP 2019555997 A JP2019555997 A JP 2019555997A JP 2019555997 A JP2019555997 A JP 2019555997A JP WO2020208783 A1 JPWO2020208783 A1 JP WO2020208783A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- error
- model
- runout
- processing unit
- correction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 106
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 93
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 27
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 22
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Abstract
NC装置は、工具を用いてワークを加工する工作機械において工具またはワークを回転動作させる機構の駆動源であるモータを制御する。NC装置は、機構が有する回転軸の位置がずれる現象である芯振れを表すモデル関数を求めることによって、芯振れによる機械誤差の仮モデルを設定する仮モデル設定部(23)と、機構の動作を測定した結果である測定データにモデル関数をフィッティングさせることによって機械誤差のモデルである誤差モデルを求めるフィッティング処理部(24)と、誤差モデルに基づいてモータへの指令を補正する補正部と、を備える。The NC device controls a motor that is a drive source of a mechanism for rotating a tool or a work in a machine tool that processes a work using a tool. The NC device has a temporary model setting unit (23) that sets a temporary model of mechanical error due to the center runout by obtaining a model function representing the runout, which is a phenomenon in which the position of the rotation axis of the mechanism shifts, and the operation of the mechanism. A fitting processing unit (24) that obtains an error model that is a model of mechanical error by fitting a model function to the measurement data that is the result of measuring, and a correction unit that corrects commands to the motor based on the error model. To be equipped.
Description
本発明は、産業用機械を制御する数値制御装置に関する。 The present invention relates to a numerical control device that controls an industrial machine.
産業用機械である工作機械には、加工対象物であるワークまたは工具の回転角度を変化させるための機構である主軸等の駆動軸を有するものがある。かかる工作機械を制御する数値制御装置は、駆動軸を制御する。なお、以下の説明では、数値制御装置をNC(Numerical Control)装置と称することがある。特許文献1には、工作機械が有する主軸を制御するNC装置が開示されている。 Some machine tools, which are industrial machines, have a drive shaft such as a spindle, which is a mechanism for changing the rotation angle of a work or a tool to be machined. The numerical control device that controls such a machine tool controls the drive shaft. In the following description, the numerical control device may be referred to as an NC (Numerical Control) device. Patent Document 1 discloses an NC device that controls a spindle of a machine tool.
NC装置による駆動軸の制御において、例えば主軸は、主軸の構造に起因して、指令に従った動作と実際の動作との間に誤差を生じることがある。このように、機構が持つ構造に起因して生じる誤差は、機械誤差と称される。主軸において生じる機械誤差には、回転軸の位置が本来の位置からずれる現象である芯振れに起因する機械誤差が挙げられる。工作機械による高精度な加工を可能とするために、上記特許文献1に開示される従来のNC装置は、芯振れに起因する機械誤差を高精度に補正することが求められている。 In the control of the drive shaft by the NC device, for example, the spindle may cause an error between the operation according to the command and the actual operation due to the structure of the spindle. Such an error caused by the structure of the mechanism is called a mechanical error. Mechanical errors that occur in the spindle include mechanical errors caused by runout, which is a phenomenon in which the position of the rotating shaft deviates from the original position. In order to enable high-precision machining by a machine tool, the conventional NC apparatus disclosed in Patent Document 1 is required to correct mechanical errors due to runout with high accuracy.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転軸の位置がずれることに起因する機械誤差の高精度な補正を可能とする数値制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a numerical control device capable of highly accurate correction of mechanical errors caused by a shift in the position of a rotating shaft.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる数値制御装置は、工具を用いてワークを加工する工作機械において工具またはワークを回転動作させる機構の駆動源であるモータを制御する。本発明にかかる数値制御装置は、機構が有する回転軸の位置がずれる現象である芯振れを表すモデル関数を求めることによって、芯振れによる機械誤差の仮モデルを設定する仮モデル設定部と、機構の動作を測定した結果である測定データにモデル関数をフィッティングさせることによって機械誤差のモデルである誤差モデルを求めるフィッティング処理部と、誤差モデルに基づいてモータへの指令を補正する補正部と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the numerical control device according to the present invention controls a motor which is a drive source of a mechanism for rotating a tool or a work in a machine tool for machining a work using a tool. To do. The numerical control device according to the present invention has a temporary model setting unit and a mechanism for setting a temporary model of mechanical error due to center runout by obtaining a model function representing runout, which is a phenomenon in which the position of the rotation axis of the mechanism shifts. A fitting processing unit that obtains an error model that is a model of mechanical error by fitting a model function to the measurement data that is the result of measuring the operation of, and a correction unit that corrects the command to the motor based on the error model. Be prepared.
本発明にかかる数値制御装置は、回転軸の位置がずれることに起因する機械誤差の高精度な補正が可能となるという効果を奏する。 The numerical control device according to the present invention has the effect of enabling highly accurate correction of mechanical errors caused by the displacement of the rotating shaft.
以下に、本発明の実施の形態にかかる数値制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the numerical control device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるNC装置1と、NC装置1によって制御される工作機械2とを示す図である。工作機械2は、工具を用いてワーク5を加工する。工作機械2は、ワーク5と工具との相対位置を直線運動によって変化させる直線駆動軸3と、工具またはワーク5の回転角度を回転運動によって変化させる主軸4とを有する。図1には、ワーク5を回転させる主軸4を示している。主軸4は、回転軸であるシャフト37を有する。図1では、工具の図示を省略している。Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing an NC device 1 according to a first embodiment of the present invention and a machine tool 2 controlled by the NC device 1. The machine tool 2 processes the work 5 using a tool. The machine tool 2 has a
直線駆動軸3は、直線駆動軸3の駆動源であるサーボモータ32と、サーボモータ32を動作させるサーボアンプ31と、サーボモータ32の駆動によって回転するボールねじ33と、ボールねじ33の回転によってボールねじ33の中心軸に平行な軸方向へ移動する移動体34とを有する。直線駆動軸3は、ボールねじ33の回転運動を直線運動に変換する機構である。サーボアンプ31は、NC装置1から出力される軸指令にしたがってサーボモータ32を動作させる。NC装置1は、サーボアンプ31へ軸指令を出力することによって、サーボモータ32を制御する。
The
主軸4は、主軸4の駆動源である主軸モータ36と、主軸モータ36を動作させる主軸アンプ35とを有する。チャック38は、主軸モータ36の出力軸であるシャフト37にワーク5を固定させる。主軸4は、シャフト37に取り付けられたワーク5を回転させる機構である。主軸アンプ35は、NC装置1から出力される軸指令にしたがって主軸モータ36を動作させる。NC装置1は、主軸アンプ35へ軸指令を出力することによって、主軸モータ36を制御する。
The
NC装置1は、加工プログラムを取得するプログラム取得部10と、取得された加工プログラムを解析するプログラム解析部11と、プログラム解析部11による解析結果を基に軸指令を生成する軸指令生成部12とを有する。軸指令生成部12は、直線駆動軸3に対する軸指令と主軸4に対する軸指令とを生成する。軸指令生成部12は、生成された軸指令を加算器18と補正量決定部16とへ出力する。
The NC device 1 includes a program acquisition unit 10 for acquiring a machining program, a program analysis unit 11 for analyzing the acquired machining program, and an axis command generation unit 12 for generating an axis command based on the analysis result by the program analysis unit 11. And have. The axis command generation unit 12 generates an axis command for the
NC装置1は、機械誤差の測定データを取得するデータ取得部13と、情報入力のための操作を受け付ける入力部14と、測定データの処理を実行するデータ処理部15と、情報を表示する表示部20とを有する。データ処理部15は、芯振れ誤差補正についてのデータ処理を担う芯振れ誤差処理部21と、周期誤差補正についてのデータ処理を担う周期誤差処理部22とを有する。芯振れ誤差処理部21と周期誤差処理部22との詳細については後述する。
The NC device 1 includes a data acquisition unit 13 for acquiring measurement data of machine error, an input unit 14 for receiving an operation for inputting information, a data processing unit 15 for executing measurement data processing, and a display for displaying information. It has a part 20 and. The data processing unit 15 includes a runout
主軸4の機械誤差は、測定機器によって測定される。図1では、測定機器の図示を省略している。データ取得部13は、測定機器による測定結果である測定データを取り込む。入力部14には、NC装置1のユーザの操作によって、データ処理部15における処理に関する情報が入力される。データ処理部15は、データ取得部13から取り込んだ測定データと入力部14へ入力された情報とを基に、データ処理を実行する。表示部20は、データ処理部15における処理に関する情報を表示する。
The mechanical error of the
データ処理部15は、データ処理の結果である誤差データを誤差データ格納部17へ出力する。誤差データ格納部17は、誤差データを格納する。補正量決定部16は、誤差データ格納部17から読み出された誤差データを基に、機械誤差を補正するための補正量を決定する。補正量決定部16は、主軸4について、指令された回転角度とのずれを相殺するための角度である補正量を決定する。補正量決定部16は、決定された補正量を加算器18へ出力する。
The data processing unit 15 outputs error data, which is the result of data processing, to the error
加算器18は、主軸4に対する指令角度の値に、決定された補正量を加算する。補正量決定部16および加算器18は、主軸モータ36への指令を補正する補正部として機能する。加算器18は、補正量の加算を経た軸指令を駆動指令部19へ出力する。駆動指令部19は、主軸4に対する軸指令を主軸アンプ35へ出力する。なお、NC装置1は、主軸4が工具を回転させる機構である場合も、主軸4がワーク5を回転させる機構である場合と同様に、主軸4に対する軸指令を補正することができる。
The
NC装置1は、直線駆動軸3についても、補正量決定部16と加算器18とにより軸指令の補正を行う。実施の形態1では、直線駆動軸3に対する軸指令の補正については説明を省略する。
The NC device 1 also corrects the shaft command for the
次に、芯振れ誤差補正と周期誤差補正とについて説明する。図2は、図1に示すNC装置1によって制御される主軸4における芯振れ誤差と周期誤差とについて説明する図である。主軸4は、チャック38、ワーク5または工具の重量の偏りに起因して、芯振れを生じる。芯振れは、シャフト37の位置が本来の位置からずれる現象である。芯振れにより、シャフト37の回転中心位置は、シャフト37の中心軸に垂直な方向においてシフトする。主軸4の芯振れによる誤差は、主軸4に生じる機械誤差の主な成分となる。上記の測定機器は、主軸4の1回転の角度範囲を複数に分割して、シャフト37の実際の回転角度と指令角度との誤差を分割点ごとに測定する。NC装置1は、測定データから得られた誤差モデルまたは測定データから得られた補間データを基に指令角度を補正する。このように、NC装置1は、主軸4について、分割点ごとの誤差の測定データを基に機械誤差を低減し得る。NC装置1は、分割点ごとの誤差の測定データを基に指令位置または指令角度を補正することにより、芯振れ誤差補正を行う。
Next, the runout error correction and the periodic error correction will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a runout error and a periodic error in the
ここで、図2に示される芯振れ誤差を表す波形の周期は、主軸4の回転周期と同期している。図2に示される芯振れ誤差の周期は、主軸4の回転周期と一致している。
Here, the period of the waveform representing the runout error shown in FIG. 2 is synchronized with the rotation period of the
主軸4に生じる機械誤差には、芯振れ誤差成分と、周期的に発生する誤差である周期誤差成分とが含まれている。主軸4の周期誤差は、主軸モータ36に取り付けられている位置検出器に起因して生じる。位置検出器は、主軸モータ36の回転角度を検出する。主軸アンプ35は、位置検出器によって検出された回転角度の値が指令位置に追従するように主軸モータ36を駆動する。図1では、主軸モータ36における位置検出器の図示を省略している。以下の説明にて、周期誤差補正とは、誤差モデルを任意の波形と定め、かつ任意の周期を定めて周期的に誤差を補正することを指すものとする。なお、図2に示すように、周期誤差は芯振れ誤差の周期よりも短い周期で振動する特性を有する。NC装置1は、主軸4について、芯振れ誤差成分についての補正である芯振れ誤差補正と周期誤差成分についての補正である周期誤差補正との併用によって、機械誤差を補正する。
The mechanical error that occurs in the
データ取得部13は、主軸4について、分割点ごとにおける誤差の測定データを取得する。芯振れ誤差処理部21は、かかる測定データを基に、芯振れ誤差補正のためのデータ処理を実行する。誤差データ格納部17は、芯振れ誤差処理部21でのデータ処理によって得られた誤差モデルまたは補間データである誤差データを格納する。芯振れ誤差処理部21の詳細については後述する。
The data acquisition unit 13 acquires measurement data of an error at each division point for the
データ取得部13は、主軸4に生じる周期誤差の測定データを取得する。周期誤差処理部22は、かかる測定データを基に、周期誤差補正のためのデータ処理を実行する。周期誤差処理部22は、測定データを基に任意の周期を定めるとともに、周期的な補正のための誤差データを求める。誤差データ格納部17は、周期誤差処理部22でのデータ処理によって得られた誤差データを格納する。
The data acquisition unit 13 acquires measurement data of a periodic error occurring in the
補正量決定部16は、主軸4の芯振れ誤差補正と主軸4の周期誤差補正とについて、軸指令における指令位置に対応する誤差量を誤差データ格納部17から読み出す。補正量決定部16は、読み出された誤差量の値を符号反転させることによって、指令位置に対応する補正量の値を求める。補正量決定部16は、芯振れ誤差補正と周期誤差補正とについて、指令位置に対応する補正量を決定する。補正量決定部16は、主軸4について、芯振れ誤差補正のための補正量と周期誤差補正のための補正量との和を求め、求めた和を加算器18へ出力する。このようにして、NC装置1は、芯振れ誤差補正のための補正量と周期誤差補正のための補正量との和を、機械誤差を補正するための補正量に設定して、主軸4についての軸指令を補正する。
The correction
次に、芯振れ誤差処理部21について説明する。図3は、図1に示すNC装置1が有する芯振れ誤差処理部21を示すブロック図である。芯振れ誤差処理部21は、機構に生じ得る機械誤差の要因である現象を表すモデル関数を求めることによって、機械誤差の仮モデルを設定する仮モデル設定部23を有する。芯振れ誤差処理部21は、機構の動作を測定した結果である測定データにモデル関数をフィッティングさせることによって機械誤差のモデルである誤差モデルを求めるフィッティング処理部24を有する。また、芯振れ誤差処理部21は、測定データの補間処理を実行する補間処理部25を有する。
Next, the runout
NC装置1は、機構が持つ構造を考慮した仮モデルを設定し、仮モデルのモデル関数を測定データにフィッティングさせることによって誤差モデルを求める。モデル関数の周期は、シャフト37の回転周期と同期している。NC装置1は、誤差モデルを基に、ピッチ誤差補正のための補正量を決定する。NC装置1は、誤差モデルが実際の誤差とは外れる場合、または、仮モデルの設定が困難である場合において、測定データのスプライン補間によって補正量を決定可能とする。
The NC device 1 sets a tentative model in consideration of the structure of the mechanism, and obtains an error model by fitting the model function of the tentative model to the measurement data. The period of the model function is synchronized with the rotation period of the
以下、芯振れ誤差処理部21による処理について説明する。図4は、図1に示すNC装置1によって制御される主軸4のうち回転角度の検出のための構成を示す図である。図4では、図1に示す主軸4のうちのシャフト37と位置検出器40とを示している。位置検出器40は、発光体である発光ダイオード41と、固定スリット42と、受光体であるフォトダイオード43とを有する。
Hereinafter, the processing by the runout
フォトダイオード43は、発光ダイオード41からの光を検出する。固定スリット42は、発光ダイオード41とフォトダイオード43との間に配置されている。固定スリット42には、それぞれ光が通過可能なA相スリット45とB相スリット46とが設けられている。フォトダイオード43は、A相スリット45を通過した光とB相スリット46を通過した光とを検出する。フォトダイオード43は、A相スリット45を通過した光の検出結果を示すA相信号とB相スリット46を通過した光の検出結果を示すB相信号とを出力する。
The
シャフト37には、シャフト37とともに回転する回転盤44が取り付けられている。回転盤44の中心は、シャフト37の軸心に一致している。回転盤44は、シャフト37を中心に回転する。回転盤44の外周には、等間隔に並べられた複数の歯が設けられている。発光ダイオード41からの光は、歯に到達することによってフォトダイオード43への入射が遮られ、歯と歯の間を通過した場合にフォトダイオード43へ入射する。
A
位置検出器40は、A相信号のパルス数とB相信号のパルス数とを基に、A相スリット45およびB相スリット46の双方の前を通過した歯の数をカウントする。位置検出器40は、歯のカウント数を基に、シャフト37の回転角度を検出する。位置検出器40は、A相信号とB相信号との位相差を基に、シャフト37の回転方向を検出する。
The
図5は、図1に示すNC装置1によって制御される主軸4における芯振れ誤差について説明する第1の図である。図6は、図1に示すNC装置1によって制御される主軸4における芯振れ誤差について説明する第2の図である。図5および図6では、位置検出器40と回転盤44との位置関係の変化について説明する。主軸モータ36の芯振れによる機械誤差が主軸4に生じた場合に、シャフト37とともに回転盤44が移動することによって、位置検出器40と回転盤44との位置関係が変化する。
FIG. 5 is a first diagram illustrating a runout error in the
図5には、芯振れが生じていない場合における回転盤44について、回転盤44が有する複数の歯のうちの1つの歯47が位置検出器40によって検出されたときの状態を示している。点Oは、芯振れが生じていない場合における回転盤44の中心とする。
FIG. 5 shows a state in which one of the plurality of
図6には、芯振れが生じた場合における回転盤44を示している。点Cは、芯振れが生じた場合における回転盤44の中心とする。図6に示す例では、芯振れによる回転盤44の移動量、すなわち点Oと点Cとの間の長さは「d」であるものとする。また、回転盤44の移動によって、回転盤44が有する複数の歯のうち、上記の歯47とは異なる1つの歯48が位置検出器40によって検出されたとする。歯47と歯48との間の角度が、主軸モータ36の芯振れによる主軸4の機械誤差である誤差Eに相当する。
FIG. 6 shows a
図7は、図1に示すNC装置1によって制御される主軸4における芯振れ誤差について説明する第3の図である。図7では、図6に示す芯振れの現象のモデル化を例として、仮モデル設定部23に設定される仮モデルについて説明する。図7において、第1の軸であるX軸と第2の軸であるY軸とは、互いに垂直な2軸とする。X軸とY軸との原点は、点Oとする。また、図7には、回転盤44の平面形状を単純化した円51,52を表している。円51は、芯振れが生じていない場合における回転盤44を表している。円52は、芯振れが生じた場合における回転盤44を表している。また、円51,52の半径はそれぞれ「P」であるものとする。円51の中心点は、点Oに一致している。
FIG. 7 is a third diagram illustrating a runout error in the
図7では、図6と同様に、芯振れによる回転盤44の移動量は「d」である。回転盤44の中心点は、芯振れによって移動する。円52の中心である点Cは、芯振れが生じているときにおける回転盤44の中心点である。点Cは、芯振れによって、円53に沿って移動するものとする。円53は、点Oが中心であってかつ半径が「d」である円である。芯振れの現象によって、シャフト37が1回転する間に点Cが円53を1周するものとする。
In FIG. 7, similarly to FIG. 6, the amount of movement of the
円51は、次の式(1)によって表される。また、円53は、次の式(2)によって表される。
The
X軸上の点C’について、線分OC’と線分C’Cとが互いに垂直であるとして、∠COC’=θとする。ここで、θは、芯振れによって移動した中心点である点Cと点Oとを結ぶ線分OCとX軸とがなす角度である。円52は、次の式(3)によって表される。なお、円52とY軸との交点である点Aは、図6に示す歯48の位置を表している。Y>0における線分C’Cの延長線と円52との交点である点B’は、図6に示す歯47の位置を表している。
For the point C'on the X-axis, let ∠COC'= θ, assuming that the line segment OC'and the line segment C'C are perpendicular to each other. Here, θ is the angle formed by the line segment OC connecting the point C and the point O, which are the center points moved by the runout, and the X axis. The
線分CB’上の点Bについて、線分CBと線分ABとが互いに垂直であるとして、線分ABの長さは、次の式(4)によって表される。式(4)において、「AB」は線分ABの長さ、「O’C」は線分O’Cの長さ、「OC’」は線分OC’の長さをそれぞれ表すものとする。 Regarding the point B on the line segment CB', assuming that the line segment CB and the line segment AB are perpendicular to each other, the length of the line segment AB is expressed by the following equation (4). In the formula (4), "AB" represents the length of the line segment AB, "O'C" represents the length of the line segment O'C, and "OC'" represents the length of the line segment OC'. ..
線分ACの長さは、円52の半径である「P」である。∠ACB=αとすると、上記の数4により、次の式(5)が成り立つ。また、式(5)により、次の式(6)が成り立つ。式(5)において、「AB」は線分ABの長さ、「AC」は線分ACの長さをそれぞれ表すものとする。
The length of the line segment AC is "P" which is the radius of the
ここで、上記の式(6)に示す「P/d」を「P’」と置き換える。また、上記の「θ」の基準位置が未知であることを考慮し、上記の式(6)に示す「θ」を「θ+φ」と置き換える。「+φ」は、φの位相が付加されたことを表す。これらの置き換えにより、上記の式(6)は、次の式(7)のように表される。θ+φは、点Oを基準とする回転盤44の中心点の方角を示す角度の、芯振れによる変化量を表す。
Here, "P / d" shown in the above equation (6) is replaced with "P'". Further, considering that the reference position of the above "θ" is unknown, "θ" shown in the above equation (6) is replaced with "θ + φ". “+ Φ” indicates that the phase of φ has been added. By these replacements, the above equation (6) is expressed as the following equation (7). θ + φ represents the amount of change due to runout of the angle indicating the direction of the center point of the
上記の式(7)に示す「α」は、上記の誤差Eに相当する角度である。式(7)は、主軸モータ36の芯振れによる主軸4の機械誤差についてのモデル関数を表す。図3に示す仮モデル設定部23は、芯振れの現象による機械誤差について、上記の式(7)に示すようなモデル関数を、仮モデルに設定する。このように、仮モデル設定部23は、芯振れの現象について、簡易的なモデル化によって仮モデルを設定することができる。
“Α” shown in the above equation (7) is an angle corresponding to the above error E. Equation (7) represents a model function for the mechanical error of the
仮モデル設定部23は、ユーザによる入力操作にしたがって、仮モデルを設定するまでの処理を行う。仮モデル設定部23は、ユーザによって入力された条件値を用いて仮モデルを生成する。条件値は、上記の「P」および「d」などである。仮モデル設定部23は、NC装置1の外部の装置によって作成されたモデル関数を取得することによって、仮モデルを設定することとしても良い。なお、仮モデル設定部23は、芯振れによる点Cの軌跡を、円に限られず、楕円としても良い。仮モデル設定部23は、主軸モータ36の特性に応じて、点Cの軌跡を示す形状を適宜設定可能であっても良い。
The tentative
次に、芯振れによる主軸4の機械誤差についてのモデル関数を例として、測定データへの仮モデルのフィッティングについて説明する。フィッティング処理部24は、最小二乗法によるフィッティングを行う。上記の式(7)は、「θ」、「φ」および「P’」を引数とする多変数関数である。上記の式(7)は、次の式(8)のように書き換えられる。
Next, the fitting of the tentative model to the measurement data will be described by taking a model function for the mechanical error of the
主軸4の1回転の角度範囲をm分割したとして、主軸4の芯振れによる誤差についての測定データが{(θi,zi);i=1,・・・,m}であったとする。「m」は2以上の整数とする。「θi」は、指令に応じた回転角度であって、分割点の1つであるi番目のポイントにおける回転角度とする。「zi」は、i番目のポイントにおいて測定された誤差とする。Assuming that the angle range of one rotation of the
フィッティング処理部24は、次の式(9)に示される「J」の関数を最小化させる「φ」および「P’」を求めることにより、フィッティングを行う。 The fitting processing unit 24 performs fitting by obtaining "φ" and "P'" that minimize the function of "J" shown in the following equation (9).
フィッティング処理部24は、非線形最小二乗法によって、非線形の誤差モデルを求める。フィッティング処理部24によるフィッティングには、代表的な非線形最小二乗法であるガウス・ニュートン法を用いることができる。フィッティングには、ガウス・ニュートン法以外の方法を用いても良い。フィッティング処理部24は、フィッティングによって求めた誤差モデルを誤差データ格納部17へ出力する。
The fitting processing unit 24 obtains a non-linear error model by the non-linear least squares method. For fitting by the fitting processing unit 24, the Gauss-Newton method, which is a typical nonlinear least squares method, can be used. For fitting, a method other than the Gauss-Newton method may be used. The fitting processing unit 24 outputs the error model obtained by fitting to the error
フィッティング処理部24は、上記の仮モデルへのフィッティングに代えて、1変数の多項式を測定データへフィッティングさせることによって誤差モデルを求めることもできる。フィッティング処理部24は、上記の式(9)によって求めた誤差モデルが実際の誤差から外れたものとなる場合に、多項式によるフィッティングによって、実際の誤差に近い誤差モデルを得られる場合がある。 The fitting processing unit 24 can also obtain an error model by fitting a polynomial of one variable to the measurement data instead of fitting to the tentative model described above. When the error model obtained by the above equation (9) deviates from the actual error, the fitting processing unit 24 may obtain an error model close to the actual error by fitting with a polynomial.
多項式によるフィッティングにおいて、フィッティング処理部24は、誤差モデルを、次の式(10)によって表されるn次多項式と仮定する。式(10)は、「θ」を変数とする多項式である。「ck」は、k次の項の係数を表す。「n」は2以上の整数とする。「k」は0からnの整数を表す変数とする。In the fitting by the polynomial, the fitting processing unit 24 assumes that the error model is an nth-order polynomial represented by the following equation (10). Equation (10) is a polynomial with "θ" as a variable. “ Ck ” represents the coefficient of the term of the kth order. “N” is an integer of 2 or more. “K” is a variable representing an integer from 0 to n.
フィッティング処理部24は、次の式(11)に示される「J」の関数を最小化させる「ck」を求めることによって、フィッティングを行う。The fitting processing unit 24 performs fitting by finding "kk " that minimizes the function of "J" shown in the following equation (11).
フィッティング処理部24は、最小化させる変数である「ck」が線形となることから、公知の最小二乗法によって「ck」を求めることができる。フィッティング処理部24には、多項式の最高次数である「n」の値があらかじめ設定される。「n」の値は、ユーザによる入力操作によって設定されても良い。NC装置1は、仮モデルによるフィッティングに基づいた補正と多項式によるフィッティングによる補正との選択を可能とすることで、機械誤差の高精度な補正を行い得る。 Since the variable "c k " to be minimized is linear, the fitting processing unit 24 can obtain "c k" by a known least squares method. The value of "n", which is the highest degree of the polynomial, is preset in the fitting processing unit 24. The value of "n" may be set by an input operation by the user. The NC device 1 can perform highly accurate correction of mechanical error by enabling selection between correction based on fitting by a tentative model and correction by fitting by a polynomial.
フィッティング処理部24は、多項式である誤差モデルに正則化項を付加しても良い。フィッティング処理部24は、上記の式(11)に正則化項を付加することによって、次の式(12)を得ることができる。フィッティング処理部24は、式(12)に示される「J」の関数を最小化させる「ck」を求めることによって、フィッティングを行う。The fitting processing unit 24 may add a regularization term to the error model which is a polynomial. The fitting processing unit 24 can obtain the following equation (12) by adding a regularization term to the above equation (11). The fitting processing unit 24 performs fitting by finding "kk " that minimizes the function of "J" shown in the equation (12).
上記の式(12)において、「λ」は、正則化パラメータとする。フィッティング処理部24には、あらかじめ「λ」の値が設定される。「λ」の値は、ユーザによる入力操作によって設定されても良い。上記の「n」の値が大きくなるにしたがって生じ得るオーバーフィッティングは、多項式の各係数が過大となることによって発生する。正則化項の付加は、各係数が過大となることを防ぐ効果がある。 In the above equation (12), “λ” is a regularization parameter. The value of "λ" is set in advance in the fitting processing unit 24. The value of "λ" may be set by an input operation by the user. Overfitting, which can occur as the value of "n" increases, occurs when each coefficient of the polynomial becomes excessive. The addition of the regularization term has the effect of preventing each coefficient from becoming excessive.
フィッティング処理部24は、正則化項の付加によって、オーバーフィッティングを効果的に抑制することができる。これにより、フィッティング処理部24は、汎用性が高い誤差モデルを得ることができる。 The fitting processing unit 24 can effectively suppress overfitting by adding a regularization term. As a result, the fitting processing unit 24 can obtain a highly versatile error model.
次に、補間処理部25による補間処理について説明する。補間処理部25は、測定データ{(θi,zi);i=1,・・・,m}のスプライン補間を行う。補間処理部25には、スプライン補間に用いられる多項式の次数があらかじめ設定される。補間処理部25には、任意の次数を設定することができる。次数は、ユーザによる入力操作によって設定されても良い。補間処理部25は、スプライン補間によって得られた補間データを誤差データ格納部17へ出力する。Next, the interpolation processing by the interpolation processing unit 25 will be described. The interpolation processing unit 25 performs spline interpolation of the measurement data {(θ i , z i ); i = 1, ..., M}. The degree of the polynomial used for spline interpolation is preset in the interpolation processing unit 25. An arbitrary order can be set in the interpolation processing unit 25. The order may be set by an input operation by the user. The interpolation processing unit 25 outputs the interpolation data obtained by the spline interpolation to the error
NC装置1は、フィッティング処理部24によって求めた誤差モデルが実際の誤差から外れたものとなる場合、または、仮モデルの設定が困難である場合において、測定データのスプライン補間によってピッチ誤差補正を行うことができる。NC装置1は、上記の誤差モデルに基づいた補正とスプライン補間に基づいた補正との選択を可能とすることで、機械誤差の高精度な補正を行い得る。 The NC device 1 corrects the pitch error by spline interpolation of the measurement data when the error model obtained by the fitting processing unit 24 deviates from the actual error or when it is difficult to set the temporary model. be able to. The NC device 1 can perform highly accurate correction of mechanical error by enabling selection between correction based on the above error model and correction based on spline interpolation.
このように、NC装置1は、フィッティング処理部24によって求めた上記の誤差モデルに基づいた補正と、補間処理部25による上記のスプライン補間に基づいた補正との一方を選択して、ピッチ誤差補正を行い得る。NC装置1は、ユーザによる入力部14への入力操作にしたがって、誤差モデルに基づいた補正とスプライン補間に基づいた補正とを選択することができる。 In this way, the NC device 1 selects one of the correction based on the above error model obtained by the fitting processing unit 24 and the correction based on the above spline interpolation by the interpolation processing unit 25, and corrects the pitch error. Can be done. The NC device 1 can select a correction based on the error model and a correction based on the spline interpolation according to the input operation to the input unit 14 by the user.
NC装置1は、誤差モデルに基づいた補正について、仮モデルのフィッティングによって求めた誤差モデルである第1の誤差モデルと、多項式のフィッティングによって求めた誤差モデルである第2の誤差モデルとの一方を選択可能とする。NC装置1は、ユーザによる入力部14への入力操作にしたがって、誤差モデルに基づいた補正について、第1の誤差モデルに基づいた補正と第2の誤差モデルに基づいた補正とを選択することができる。 Regarding the correction based on the error model, the NC device 1 selects one of the first error model, which is an error model obtained by fitting the tentative model, and the second error model, which is the error model obtained by fitting the polynomial model. Make it selectable. The NC device 1 can select a correction based on the first error model and a correction based on the second error model for the correction based on the error model according to the input operation to the input unit 14 by the user. it can.
補間処理部25は、スプライン補間とは別に、測定データの直線補間を行い得るものであっても良い。この場合、NC装置1は、補間処理の結果に基づいた補正について、スプライン補間と直線補間との一方を選択可能とする。NC装置1は、ユーザによる入力部14への入力操作にしたがって、スプライン補間に基づいた補正と直線補間に基づいた補正とを選択することができる。 The interpolation processing unit 25 may be capable of performing linear interpolation of measurement data separately from spline interpolation. In this case, the NC apparatus 1 can select either spline interpolation or linear interpolation for the correction based on the result of the interpolation processing. The NC device 1 can select a correction based on spline interpolation and a correction based on linear interpolation according to an input operation to the input unit 14 by the user.
以上により、NC装置1は、第1の誤差モデルに基づいた補正と、第2の誤差モデルに基づいた補正と、スプライン補間に基づいた補正と、直線補間に基づいた補正とから任意の補正を選択して、芯振れ誤差補正を行うことができる。 As described above, the NC device 1 makes an arbitrary correction from the correction based on the first error model, the correction based on the second error model, the correction based on spline interpolation, and the correction based on linear interpolation. You can select and correct the runout error.
図8は、図1に示すNC装置1が有する表示部20に表示される画面の例を示す図である。図8において、「直線補間」は、上記の直線補間に基づいた補正形式を表す。「スプライン補間」は、上記のスプライン補間に基づいた補正形式を表す。「多項式フィッティング」は、上記の第2の誤差モデルに基づいた補正形式を表す。「仮モデルフィッティング」は、上記の第1の誤差モデルに基づいた補正形式を表す。ユーザは、表示部20の画面に表示された内容を参照して、各補正形式のうちの1つを入力部14の操作によって指定する。 FIG. 8 is a diagram showing an example of a screen displayed on the display unit 20 included in the NC device 1 shown in FIG. In FIG. 8, "linear interpolation" represents a correction format based on the above linear interpolation. "Spline interpolation" represents a correction format based on the above spline interpolation. The "polynomial fitting" represents a correction form based on the above second error model. “Temporary model fitting” represents a correction format based on the above-mentioned first error model. The user refers to the content displayed on the screen of the display unit 20 and specifies one of the correction formats by operating the input unit 14.
芯振れ誤差処理部21は、入力操作に応じた信号を入力部14から受けると、指定された補正を行うための誤差データを誤差データ格納部17へ出力する。「直線補間」が指定された場合、誤差データ格納部17には、誤差データとして、補間処理部25による直線補間の結果である補間データが格納される。「スプライン補間」が指定された場合、誤差データ格納部17には、誤差データとして、補間処理部25によるスプライン補間の結果である補間データが格納される。
When the run-out
「多項式フィッティング」が指定された場合、誤差データ格納部17には、誤差データとして、第2の誤差モデルが格納される。「仮モデルフィッティング」が指定された場合、誤差データ格納部17には、誤差データとして、第1の誤差モデルが格納される。補正量決定部16は、誤差データ格納部17から読み出された誤差データを基に、芯振れ誤差補正のための補正量を決定する。これにより、NC装置1は、任意の補正を選択して、芯振れ誤差補正を行う。さらに、「多項式フィッティング」が指定された場合、NC装置1は、ユーザによる入力によって、正則化項の付加の有無を決定しても良い。
When "polynomial fitting" is specified, the error
表示部20は、測定データと、誤差モデルに基づいた補正量のデータとをフィッティング処理部24から取得して、測定データと補正量のデータとを表示しても良い。補正量のデータは、誤差データの符号反転によって得られる。また、表示部20は、測定データと、補間処理に基づいた補正量のデータとを補間処理部25から取得して、測定データと補正量のデータとを表示しても良い。これにより、ユーザは、測定された誤差に対する補正の効果を補正形式ごとに確認することができる。 The display unit 20 may acquire the measurement data and the correction amount data based on the error model from the fitting processing unit 24, and display the measurement data and the correction amount data. The correction amount data is obtained by sign inversion of the error data. Further, the display unit 20 may acquire the measurement data and the correction amount data based on the interpolation processing from the interpolation processing unit 25, and display the measurement data and the correction amount data. As a result, the user can confirm the effect of the correction on the measured error for each correction format.
NC装置1は、第2の誤差モデルに基づいた誤差量について、多項式の最高次数である「n」の値を変化させる入力操作に伴って、画面に表示される誤差量の値を変化させることとしても良い。これにより、ユーザは、誤差量を確認しながら「n」の値を調整することができる。また、NC装置1は、正則化項が付加された第2の誤差モデルについて、正則化パラメータである「λ」の値を変化させる入力操作に伴って、画面に表示される誤差量の値を変化させることとしても良い。これにより、ユーザは、誤差量を確認しながら「λ」の値を調整することができる。 The NC device 1 changes the value of the error amount displayed on the screen with respect to the error amount based on the second error model in accordance with the input operation of changing the value of "n" which is the highest degree of the polynomial. May be. As a result, the user can adjust the value of "n" while checking the amount of error. Further, the NC device 1 sets the value of the error amount displayed on the screen in accordance with the input operation for changing the value of the regularization parameter “λ” for the second error model to which the regularization term is added. It may be changed. This allows the user to adjust the value of "λ" while checking the amount of error.
NC装置1は、主軸4について、芯振れ誤差補正を行った場合における指令角度と芯振れ誤差補正を行わなかった場合における指令角度とのサンプリングを行うこととしても良い。ユーザは、かかるサンプリングの結果を基に双方の指令角度の差分を確認することによって、芯振れ誤差補正による改善の効果を判断することができる。ユーザは、芯振れ誤差補正を行った場合における回転角度と芯振れ誤差補正を行わなかった場合における回転角度とを測定機器によって測定し、測定結果を基に双方の回転角度を確認しても良い。
The NC device 1 may sample the command angle when the runout error is corrected and the command angle when the runout error is not corrected for the
次に、NC装置1のハードウェア構成について説明する。図1に示すNC装置1の各機能部は、実施の形態1にかかる数値制御方法を実行するためのプログラムである数値制御プログラムがハードウェアを用いて実行されることによって実現される。 Next, the hardware configuration of the NC device 1 will be described. Each functional unit of the NC device 1 shown in FIG. 1 is realized by executing a numerical control program, which is a program for executing the numerical control method according to the first embodiment, by using hardware.
図9は、本発明の実施の形態1にかかるNC装置1のハードウェア構成を示すブロック図である。NC装置1は、各種処理を実行するCPU(Central Processing Unit)61と、データ格納領域を含むRAM(Random Access Memory)62と、不揮発性メモリであるROM(Read Only Memory)63と、外部記憶装置64とを有する。また、NC装置1は、NC装置1への情報の入力のための入力インタフェース65と、入力操作を受け付ける入力デバイス66と、画面において情報を表示するディスプレイ67とを有する。図9に示す各部は、バス68を介して相互に接続されている。
FIG. 9 is a block diagram showing a hardware configuration of the NC device 1 according to the first embodiment of the present invention. The NC device 1 includes a CPU (Central Processing Unit) 61 that executes various processes, a RAM (Random Access Memory) 62 that includes a data storage area, a ROM (Read Only Memory) 63 that is a non-volatile memory, and an external storage device. It has 64 and. Further, the NC device 1 has an
CPU61は、ROM63および外部記憶装置64に記憶されているプログラムを実行する。図1に示すプログラム取得部10、プログラム解析部11、軸指令生成部12、データ処理部15、補正量決定部16、加算器18および駆動指令部19の各機能は、CPU61を使用して実現される。外部記憶装置64は、HDD(Hard Disk Drive)あるいはSSD(Solid State Drive)である。外部記憶装置64は、数値制御プログラムと、各種情報とを記憶する。図1に示す誤差データ格納部17の機能は、外部記憶装置64を使用して実現される。
The CPU 61 executes a program stored in the ROM 63 and the
ROM63には、NC装置1であるコンピュータまたはコントローラの基本となる制御のためのプログラムであるBIOS(Basic Input/Output System)あるいはUEFI(Unified Extensible Firmware Interface)といったブートローダであって、ハードウェアを制御するソフトウェアまたはプログラムが記憶されている。なお、数値制御プログラムは、ROM63に記憶されても良い。 The ROM 63 is a boot loader such as a BIOS (Basic Input / Output System) or UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), which is a program for basic control of a computer or controller which is an NC device 1, and controls hardware. The software or program is stored. The numerical control program may be stored in the ROM 63.
ROM63および外部記憶装置64に記憶されているプログラムは、RAM62にロードされる。CPU61は、RAM62に数値制御プログラムを展開して各種処理を実行する。入力インタフェース65は、NC装置1の外部の装置との接続インタフェースである。図1に示すデータ取得部13の機能は、入力インタフェース65を使用して実現される。
The program stored in the ROM 63 and the
入力デバイス66は、キーボードあるいはポインティングデバイスといった、情報入力のためのデバイスである。図1に示す入力部14の機能は、入力デバイス66を使用して実現される。ディスプレイ67は、液晶ディスプレイあるいは有機ELディスプレイといった表示装置である。図1に示す表示部20の機能は、ディスプレイ67を使用して実現される。
The
数値制御プログラムは、コンピュータによる読み取りが可能とされた記憶媒体に記憶されたものであっても良い。NC装置1は、記憶媒体に記憶された数値制御プログラムを外部記憶装置64へ格納しても良い。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリであっても良い。数値制御プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介して、NC装置1となるコンピュータあるいはコントローラへインストールされても良い。
The numerical control program may be stored in a storage medium that can be read by a computer. The NC device 1 may store the numerical control program stored in the storage medium in the
NC装置1の機能は、専用のハードウェアである処理回路によって実現されても良い。処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又はこれらの組み合わせである。NC装置1の機能は、一部を専用のハードウェアで実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしても良い。 The function of the NC device 1 may be realized by a processing circuit which is dedicated hardware. The processing circuit is a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof. Some of the functions of the NC device 1 may be realized by dedicated hardware, and some of the functions may be realized by software or firmware.
NC装置1は、工作機械2の外部の装置に限られず、工作機械2に含まれるものであっても良い。NC装置1の各機能部は、1つの装置に集約されたものに限られず、複数の装置に分散されたものであっても良い。NC装置1は、1つの装置を用いて実現されるものであっても良く、複数の装置を用いて実現されるものであっても良い。なお、NC装置1による芯振れ誤差補正の手法は、工作機械2以外の産業用機械の制御に適用されても良い。 The NC device 1 is not limited to an external device of the machine tool 2, and may be included in the machine tool 2. Each functional unit of the NC device 1 is not limited to one integrated in one device, and may be distributed in a plurality of devices. The NC device 1 may be realized by using one device, or may be realized by using a plurality of devices. The method of correcting the runout error by the NC device 1 may be applied to the control of an industrial machine other than the machine tool 2.
実施の形態1によると、NC装置1は、機構に生じ得る現象を表すモデル関数を求めることによって、機構が持つ構造を考慮した仮モデルを設定して、測定データにモデル関数をフィッティングさせる。NC装置1は、仮モデルのフィッティングによって、機械誤差の高精度な補正を行うことができる。NC装置1は、分割点の数を多くすることによる補正精度の向上を図る場合と比べて、誤差の測定に要する負担を少なくすることができる。NC装置1は、仮モデルのフィッティングに基づいた補正と、多項式のフィッティングに基づいた補正と、スプライン補間に基づいた補正との選択を可能とすることで、機械誤差の高精度な補正を行い得る。以上により、NC装置1は、回転軸の位置がずれることに起因する機械誤差の高精度な補正が可能となるという効果を奏する。 According to the first embodiment, the NC device 1 sets a tentative model in consideration of the structure of the mechanism by obtaining a model function representing a phenomenon that can occur in the mechanism, and fits the model function to the measurement data. The NC device 1 can correct the mechanical error with high accuracy by fitting the temporary model. The NC device 1 can reduce the burden required for measuring the error as compared with the case where the correction accuracy is improved by increasing the number of division points. The NC device 1 can perform highly accurate correction of mechanical error by enabling selection of correction based on the fitting of the tentative model, correction based on the fitting of the polynomial, and correction based on spline interpolation. .. As described above, the NC device 1 has an effect that it is possible to correct the mechanical error caused by the position of the rotating shaft with high accuracy.
本実施の形態1では、主軸4の芯振れ誤差を補正する場合について説明したが、主軸4以外の駆動軸が回転する場合の芯振れ誤差の補正においても本実施の形態1が適用できることは言うまでもない。
In the first embodiment, the case of correcting the runout error of the
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
1 NC装置、2 工作機械、3 直線駆動軸、4 主軸、5 ワーク、10 プログラム取得部、11 プログラム解析部、12 軸指令生成部、13 データ取得部、14 入力部、15 データ処理部、16 補正量決定部、17 誤差データ格納部、18 加算器、19 駆動指令部、20 表示部、21 芯振れ誤差処理部、22 周期誤差処理部、23 仮モデル設定部、24 フィッティング処理部、25 補間処理部、31 サーボアンプ、32 サーボモータ、33 ボールねじ、34 移動体、35 主軸アンプ、36 主軸モータ、37 シャフト、38 チャック、40 位置検出器、41 発光ダイオード、42 固定スリット、43 フォトダイオード、44 回転盤、45 A相スリット、46 B相スリット、47,48 歯、51,52,53 円、61 CPU、62 RAM、63 ROM、64 外部記憶装置、65 入力インタフェース、66 入力デバイス、67 ディスプレイ、68 バス。 1 NC device, 2 machine machine, 3 linear drive shaft, 4 spindle, 5 work, 10 program acquisition unit, 11 program analysis unit, 12-axis command generation unit, 13 data acquisition unit, 14 input unit, 15 data processing unit, 16 Correction amount determination unit, 17 error data storage unit, 18 adder, 19 drive command unit, 20 display unit, 21 runout error processing unit, 22 cycle error processing unit, 23 temporary model setting unit, 24 fitting processing unit, 25 interpolation Processing unit, 31 servo amplifier, 32 servo motor, 33 ball screw, 34 moving body, 35 spindle amplifier, 36 spindle motor, 37 shaft, 38 chuck, 40 position detector, 41 light emitting diode, 42 fixed slit, 43 photodiode, 44 turntable, 45 A-phase slit, 46 B-phase slit, 47, 48 teeth, 51, 52, 53 yen, 61 CPU, 62 RAM, 63 ROM, 64 external storage device, 65 input interface, 66 input device, 67 display , 68 bus.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる数値制御装置は、工具を用いてワークを加工する工作機械において工具またはワークを回転動作させる機構の駆動源であるモータを制御する。本発明にかかる数値制御装置は、機構が有する回転軸の位置がずれる現象である芯振れによる機械誤差を表すモデル関数を求めることによって、機械誤差の仮モデルを設定する仮モデル設定部と、機構の動作を測定した結果である測定データにモデル関数をフィッティングさせることによって機械誤差のモデルである誤差モデルを求めるフィッティング処理部と、誤差モデルに基づいてモータへの指令を補正する補正部と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the numerical control device according to the present invention controls a motor which is a drive source of a mechanism for rotating a tool or a work in a machine tool for machining a work using a tool. To do. Numerical control apparatus according to the present invention, by determining a model function representing the machine errors caused by runout is a phenomenon that shifts the position of the rotary shaft mechanism having a provisional model setting unit for setting a tentative model of the machine械誤difference, A fitting processing unit that obtains an error model that is a model of mechanical error by fitting a model function to the measurement data that is the result of measuring the operation of the mechanism, and a correction unit that corrects commands to the motor based on the error model. To be equipped.
Claims (9)
前記機構が有する回転軸の位置がずれる現象である芯振れを表すモデル関数を求めることによって、前記芯振れによる機械誤差の仮モデルを設定する仮モデル設定部と、
前記機構の動作を測定した結果である測定データに前記モデル関数をフィッティングさせることによって前記機械誤差のモデルである誤差モデルを求めるフィッティング処理部と、
前記誤差モデルに基づいて前記モータへの指令を補正する補正部と、
を備えることを特徴とする数値制御装置。A numerical control device that controls a motor that is a drive source of the tool or a mechanism for rotating the work in a machine tool that processes a work using a tool.
A temporary model setting unit that sets a temporary model of mechanical error due to the center runout by obtaining a model function representing the runout, which is a phenomenon in which the position of the rotation axis of the mechanism shifts.
A fitting processing unit that obtains an error model that is a model of the mechanical error by fitting the model function to the measurement data that is the result of measuring the operation of the mechanism.
A correction unit that corrects commands to the motor based on the error model,
A numerical control device characterized by comprising.
前記補正部は、前記誤差モデルに基づいた補正と前記スプライン補間に基づいた補正とのうち選択された一方を行うことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。It is provided with an interpolation processing unit that performs spline interpolation of the measurement data.
The numerical control device according to claim 1, wherein the correction unit performs one of a correction based on the error model and a correction based on the spline interpolation.
前記補正部は、前記第1の誤差モデルに基づいた補正と前記第2の誤差モデルに基づいた補正とのうち選択された一方を行うことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。The fitting processing unit obtains a first error model, which is the error model, and obtains a second error model by fitting a polynomial to the measurement data.
The numerical control device according to claim 1, wherein the correction unit performs one of a correction based on the first error model and a correction based on the second error model.
前記回転盤の半径をP、および前記芯振れによって移動した前記中心点と前記原点との距離をdとして、P/d=P’が成り立ち、前記芯振れによって移動した前記中心点と前記原点とを結ぶ線分と前記第1の軸とがなす角度をθとして、前記原点を基準とする前記中心点の方角を示す角度の前記芯振れによる変化量をθ+φと表し、かつ、前記機械誤差をαとした場合において、
前記モデル関数は、以下の式(1)によって表されることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の数値制御装置。
P / d = P'is established, where P is the radius of the turntable and the distance between the center point moved by the runout and the origin is d, and the center point moved by the runout and the origin are The angle formed by the line segment connecting the above and the first axis is θ, the amount of change in the angle indicating the direction of the center point with respect to the origin due to the center runout is expressed as θ + φ, and the mechanical error is expressed as θ + φ. When it is set to α
The numerical control device according to any one of claims 1 to 6, wherein the model function is represented by the following equation (1).
mを2以上の整数、kを0からnの整数を表す変数として、前記回転軸が回転する角度範囲をm個に分割した場合における分割点の1つであるi番目のポイントについて、指令に応じた回転角度である指令角度をθi、測定された誤差をziとし、かつ、θを変数とする前記n次多項式をf(θ)、前記n次多項式におけるk次の項の係数をckとした場合において、
前記フィッティング処理部は、次の式(2)によって表されるJを最小化させるckを求めることによって、測定された誤差に前記n次多項式をフィッティングさせることを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の数値制御装置。
As a variable representing m as an integer of 2 or more and k as an integer from 0 to n, the command is given for the i-th point, which is one of the division points when the angle range in which the rotation axis rotates is divided into m pieces. The command angle, which is the corresponding rotation angle, is θ i , the measured error is z i , the nth-order polynomial with θ as a variable is f (θ), and the coefficient of the k-th order term in the n-th order polynomial is In the case of kk
Claims 1 to 7 are characterized in that the fitting processing unit fits the nth-order polynomial to the measured error by obtaining ck that minimizes J represented by the following equation (2). The numerical control device according to any one of the above.
mを2以上の整数、kを0からnの整数として、前記回転軸が回転する角度範囲をm個に分割した場合における分割点の1つであるi番目のポイントについて、指令に応じた回転角度である指令角度をθi、測定された誤差をziとし、かつ、θを変数とする前記n次多項式をf(θ)、前記n次多項式におけるk次の項の係数をck、正則化パラメータをλとした場合において、
前記フィッティング処理部は、次の式(3)によって表されるJを最小化させるckを求めることによって、測定された誤差に前記n次多項式をフィッティングさせることを特徴とする請求項8に記載の数値制御装置。
Rotation according to the command for the i-th point, which is one of the division points when the angle range in which the rotation axis rotates is divided into m, where m is an integer of 2 or more and k is an integer of 0 to n. a command angle is the angle theta i, the measured error and z i, and the n-th order polynomial for the theta variable f (theta), the coefficient of k-th order term in the polynomial of degree n c k, When the regularization parameter is λ,
The eighth aspect of the present invention is characterized in that the fitting processing unit fits the nth-order polynomial to the measured error by obtaining a ck that minimizes J represented by the following equation (3). Numerical control device.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/015841 WO2020208783A1 (en) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | Numerical control device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6719684B1 JP6719684B1 (en) | 2020-07-08 |
JPWO2020208783A1 true JPWO2020208783A1 (en) | 2021-04-30 |
Family
ID=71402376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019555997A Active JP6719684B1 (en) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | Numerical control device |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6719684B1 (en) |
CN (1) | CN113711143A (en) |
WO (1) | WO2020208783A1 (en) |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0731532B2 (en) * | 1989-05-24 | 1995-04-10 | オ−クマ株式会社 | Numerical control device |
US6050160A (en) * | 1996-09-04 | 2000-04-18 | Joseph B. Willey | Apparatus and method for automatically compensating for lateral runout |
DE112009004909T5 (en) * | 2009-06-10 | 2012-06-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Numerical control device and numerically controlled machining system |
WO2012057235A1 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | 株式会社牧野フライス製作所 | Numerical control method |
CN102033509B (en) * | 2011-01-18 | 2012-10-10 | 上海交通大学 | Virtual error compensation system of numerical control machine |
JP6585476B2 (en) * | 2015-11-17 | 2019-10-02 | ローランドディー.ジー.株式会社 | Correction method and correction apparatus |
CN105843780B (en) * | 2016-04-11 | 2018-06-26 | 西安交通大学 | A kind of sparse deconvolution method of mechanical structure shock loading identification |
CN106774152B (en) * | 2016-10-08 | 2019-03-22 | 西南交通大学 | A kind of modeling method of numerically-controlled machine tool position correlation geometric error item |
CN106338970B (en) * | 2016-11-17 | 2018-09-07 | 沈阳工业大学 | A kind of 5-shaft linkage numerical control Servo System of Machine Tools control method |
WO2018216281A1 (en) * | 2017-05-25 | 2018-11-29 | 三菱電機株式会社 | Laser machining device |
JP6844462B2 (en) * | 2017-07-21 | 2021-03-17 | 株式会社デンソーウェーブ | Angle detector eccentricity error correction method, robot system |
JP6942577B2 (en) * | 2017-09-15 | 2021-09-29 | オークマ株式会社 | Numerical control device and numerical control method for machine tools |
CN109597315B (en) * | 2018-10-31 | 2020-08-18 | 华中科技大学 | Method, equipment and system for identifying health degradation state of mechanical equipment |
CN109506627B (en) * | 2018-10-31 | 2021-05-07 | 中国资源卫星应用中心 | RPC model-based satellite image system error correction method |
-
2019
- 2019-04-11 CN CN201980095057.5A patent/CN113711143A/en active Pending
- 2019-04-11 WO PCT/JP2019/015841 patent/WO2020208783A1/en active Application Filing
- 2019-04-11 JP JP2019555997A patent/JP6719684B1/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6719684B1 (en) | 2020-07-08 |
WO2020208783A1 (en) | 2020-10-15 |
CN113711143A (en) | 2021-11-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2006336718B2 (en) | Rotary encoder | |
JP6143885B2 (en) | Method for self-calibrating a rotary encoder | |
KR20160066509A (en) | Correction table generating apparatus, encoder, and correction table generating method | |
JPH07239716A (en) | Position detecting device, position detecting device with correcting function, position detecting method, and correcting method for position detecting device | |
US20130253870A1 (en) | Self-Calibrating Single Track Absolute Rotary Encoder | |
JP4749154B2 (en) | Rotary encoder | |
CN101566466B (en) | Profile analysis system and method | |
WO2020208783A1 (en) | Numerical control device | |
US9046384B2 (en) | Self-calibration method for angle detector, angle detector, circumferential scale calibration device, and angle detector calibration device | |
US8712013B2 (en) | Motion control system and X-ray measurement apparatus | |
US20220412782A1 (en) | Calibration apparatus, calibration method, and non-transitory computer readable medium having recorded thereon calibration program | |
JP2020012634A (en) | Rotary encoder signal processing device and signal processing method thereof | |
JP6416983B1 (en) | Rotation axis angle calibration method and angle calibration program | |
CN115373433A (en) | Turntable motion compensation method, device, equipment and storage medium | |
JP2007327770A (en) | Output signal correcting device and output signal correcting method of digital scale | |
CN111307134B (en) | Electronic compass calibration method, device, system and computer readable storage medium | |
JP5300831B2 (en) | Mechanical angle measuring device | |
JP2008280998A (en) | Shaft bending calculation system of turbine rotor | |
JP6038063B2 (en) | Trajectory error display device | |
JPH01270784A (en) | Controller for motor | |
WO2024009514A1 (en) | Position detection system, actuator, and position detection method | |
WO2024150383A1 (en) | Onboard measurement device, onboard measurement system, and onboard measurement method | |
TWI326807B (en) | ||
JPH0771954A (en) | Method and device for measuring flatness of disc | |
JP2018128350A (en) | Position detector, stage device, and shape measuring device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191011 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20191011 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20191112 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191203 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200122 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200218 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200407 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200519 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200616 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6719684 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |