KR19980018851A

KR19980018851A - 위치제어장치와 위치제어방법 (position control system and position control method)

Info

Publication number: KR19980018851A
Application number: KR1019970039877A
Authority: KR
Inventors: 하야시 도무; 수주키 마사루; 아키야마 마사히로
Original assignee: 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 1996-08-22
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 1998-06-05
Also published as: JPH1063319A; KR100437964B1; US5910721A; JP3579543B2

Abstract

본 발명은 제어된 물품의 제어점의 위치와 목표위치사이의 위치편차가 지주에 의해 지지되어지는 주샤프트스탠드를 포함하는 기계직으로 연관된 제어축들사이에 상대위치관계의 변화에 따라 보정되어져 수직방향으로 이동가능하면서 주샤프트스탠드상에 구비된 주샤프트와 스크류샤프트의 회전에의해 구동되어져 수평방향으로도 이동가능한 위치제어장치에 관한 것으로, 위치제어시에 주샤프트스탠드에 대한 주샤프트의 위치에 따라 계산되어진 수직방향으로의 목표위치로부터 주샤프트의 위치편차를 보정하기위한 위치보정은 주샤프트스탠드에 대한 주샤프트의 위치에 따라 조절되어지며, 주샤프트스탠드의 목표위치로부터 수평방향으로의 위치편차는 상기한 위치보정을 근간으로 보정되어진다.

Description

위치제어장치와 위치제어방법

본 발명은 예컨대 수치제어장치 또는 산업용 로봇장치내에 위치제어장치와, 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 제어부의 중량과 방법으로인해 변형등에의해 초래되는 위치편차를 보정하므로써 고정밀도로 위치제어를 수행할 수 있는 위치제어 장치에 관한 것이다.

예컨대 수치제어공작기계의 위치제어에서 절단공구와 같은 제어된 대상의 위치는 절단공구나 통상 서보모터에 부착된 인코더같은 회전감지기에의해 제어된 다른 부분을 이동시키는 이동장치를 구동하는 서보(servo))모터의 회전위치를 감지하고 이러한 감지된 값을 근간으로 서보모터의 회전을 제어함으로써 제어된다.

상기한 수치제어공작기계에서는 서보모터의 회전의 제어이 정확하게 수행되어지는 경우에라도 절단공구 또는 다른 제어된 대상의 정확한 위치의 제어이 수치제어공작기계를 구성하는 기계적인 성분내에 초래된 탄성변형등으로 인한 위치의 편차나, 비틀림등의 이유로 인해 불가능하게 되는 경우가 종종 있었다.

상기한 문제를 해소하는 방법이 있기는 하지만 정밀하지 못하고 복잡하며, 다른 문제를 야기하는 것이였다.

이에 본 발명은 제어된 대상 자체의 중량으로 인해 제어된 대상의 위치적인 편차(또는 변형 또는 굽힘)를 수반하는 위치편차의 보정과 제어된 대상과 기계적으로 결합된 부분을 구부림으로써 고정밀도로 위치제어를 수행하는 위치제어장치와 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면 상승수단에의해 수직방향으로 상승가능한 제1부재와, 제1부재의 상승을 따라 수직방향으로 이동가능하면서 수평 이동수단에의해 제1부재에 대해 수평방향으로 이동가능한 제2수단을 구비한 기계의 제2부재를 정위(定位)하는 장치로:

제1부재의 위치를 감지하는 제1위치감지수단과, 제1위치제어수단으로부터 제1 입력위치데이타를 수용하고, 상승수단을 제어하며, 제1부재를 제1목표위치까지 정위시키게 되는 제1제어수단과; 제1부재의 위치를 감지하는 제2위치감지수단; 제2위치제어수단으로부터 제2입력위치데이타를 수용하고, 수평이동수단을 제어하며, 제2부재를 제2목표위치까지 정위시기는 제2제어수단 및; 제1부재의 위치와 제2부재의 위치를 근간으로하여 제2부재의정면선단의 위치를 보정치를 계산함으로써 위치보정값에의해 제1제어수단의 제1목표위치를 보정하는 위치 보정수단을 구비한 위치제어장치를 제공하게 된다.

바람직하기로, 위치보정수단내에 위치보정은 미리 위치편차를 측정하고 이를 근간으로 위치보정을 보간(補間)함으로써 계산되어진다.

더욱 바람직하기로는 위치보정수단은 제1부재의 목표위치신호와 제2부재의 목표위치신호를 사용하거나, 제1위치감지신호와 제2위치감지신호를 사용하여 위치보정을 계산하게 된다.

또한 바람직하기로 제1부재와 제2부재는 스크류부안으로 스크류된 스크류샤프트에 의해 결합되어지며, 수직이동수단은 서보모터에의해 구동되는 한편 수평방향 구동수단은 서보모터에의해 구동되어진다.

바람직하기로 제1제어수단과 제2제어수단 및, 위치보정수단들은 컴퓨터에 의해 구성된다.

본 발명에 따른 위치제어장치에서, 수직방향으로의 제2부재의 보정은 수평방향으로의 제2부재의 위치에 따라 계산되어지는데, 이러한 보정은 제1이동가능한 부재의 위치에 따라 제어되어지며, 결과적으로 제1부재와 제2부재사이의 기계적인 결합관계로 인한 제2부재의 비틀림과, 3차원의 기계적인 비틀림이 정밀하게 보정되어질 수 있게 된다.

도 1 은 수평형 복합공장기계의 일예의 개략도,

도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 위치제어장치의 구성도,

도 3 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 위치제어장치의 구성도,

도 4 는 본 발명에 따른 위치제어장치의 하드웨어의 일례를 도시한 구성도,

도 5 는 본 발명에 따른 위치제어장치내에 보정데이타의 일례를 도시한 선도,

도 6 은 본 발명에 따른 위치제어장치내에 위치보정의 조절용 계수의 일례를 도시한 선도.

바람직한 실시예들을 기술하기에 앞서서 관련기술의 더 상세한 일례를 배경설명의 목적으로 도면을 참조로 하여 기술한다.

전술한 바와 같이 수치제어공작기계에는 서보모터의 회전의 제어가 정확하게 수행되는 경우에라도 수치제어공작기계를 구성하는 기계적인 성분내에 초래되어지는 탄성변형등으로 인해 야기되는 위치편차나 비틀림등으로 인해 절단공구등의 정확한 위치제어가 불가능하게되는 경우가 종종 있었다.

예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 수평형 복합공작기계인 경우에, 주샤프트(51)는 지주(52)내에 구비된 Y축서보보터(57)에의해 구동된 스크류샤프트(53)에 의해 Y축방향(수직방향)으로 이동가능한 주샤프트스탠드(54)에의해 측방향(수평방향)으로 고정된다. 그리고 주 샤프트(51)가 도시되지 않은 수평방향 Z축 서보모터의 회전작용에의해 그위에 작업품이 위치되어진 X축테이블(56)의 상방으로 이동되어질 때, 주샤프트(51)의 자유단이 그 자체의 중량으로 인해 구부러(비틀려)지게 되고, 수평방향으로의 주샤프트(51)가 확실하게 고정되지 못하였다. 결과적으로, 주샤프트(51)에 부착된 공구의 실제위치와, 지시된 목표위치사이에 위치적인 편차가 발생하게 된다. 또한 작업품이 도 1에 도시된 복합공작기계를 사용하여 처리되어질 때 X축테이블(56)상에 위치된 작업품의 처리의 정밀도가 의도된 수준까지 상승되지 못하게 되는 경우가 있다.

따라서 최근의 복합공작기계는 특히 높은 처리정밀도가 요구되므로 제어대상 자체 및/또는 제어된 부분자체의 중량으로 인한 구부러짐(비틀림)이 무시될 수 없게 되었다.

이하 주샤프트(51)의 수평방향으로의 정확한 보정방법에 대해 기술하는 바, 주샤프트(51)의 자유단이 하방으로 구부러지는 양은 Z축방향(수평방향)으로 주샤프트(51)의 위치에 따라 가변적이므로, Y축방향(수직방향)으로의 위치는 X축방향으로 주샤프트(51)의 위치에 따라 보정되어져서 수평방향의 정확성을 보정하게 된다. 실제로, 예컨대 Z축방향으로 주샤프트(51)의 여러 위치에 대한 보정치는 미리 측정되어지고, X축테이블(56)상에 위치된 작업품을 처리할 때 Z축방향으로의 주샤프트(51)의 위치중에서 보정치가 적절하게 선택되어져 Y축방향으로의 위치를 보정하여 작업품의 처리의 정밀도를 향상시키게 된다.

그러나 도 1에 도시한 바와 같온 수평형 복합공작기계의 형태에서 하방으로의 주샤프트(51)의 구부러지는 양은 주샤프트(51)의 Y측방향으로의 위치에 따라 가변적이고, 상기한 구부러짐은 X축서보모터(57)에 근접한 위치에 주샤프트가 위치한 경우보다는 스크류샤프트(53)의 하부선단부 부근에 위치에 주샤프트(51)가 위치한 경우에 더 크게 된다. 즉, 주샤프트(51)의 하방으로의 구부러짐은 주샤프트(51)자체의 자유단의 구부러짐만을 포함하는 것이 아니라 주샤프트(51)와 기계적으로 결합된 스크류샤프트(53)의 구부러짐도 포함하는 것이다. 따라서, 전술한 바와 같이 주샤프트(51)의 정확성의 보정이 Z축방향으로의 주샤프트(51)의 위치에 따라 Y축방향으로의 위치를 보정함으로써만 정확성을 보정하는 것이 충분하지 않고 고정밀도로 작업품을 처리하기 위해서는 추가로 정확성의 정밀한 보정이 요구되어지는 경우가 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 위치제어장치의 실시예들은 도면을 참조로하여 상술하기로 한다.

[제 1 실시예]

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 위치제어장치의 구성도이다.

도 2에 도시된 위치제어장치는 본 실시예에서 도 1에 도시된 수평형 복합공작기계의 이동가능한 부분의 위치제어를 수행한다.

도 1에 도시된 수평형 복합공작기계의 주샤프트(51)는 지주(52)내에 구비된 Y축 서보모터(57)에의해 구동된 스크류샤프트(53)에의해 Y축방향(수직방향)으로 이동가능한 주샤프트스탠드(54)에의해 측방향(수평방향)으로 고정된다. 여기서 상기한 주샤프트(51)는 수평방향 Z축 서보모터(도시되지 않음)의 회전작용에 의해 그위에 작업품들이 위치되어지는 X축테이블의 상방으로 이동되며, 주샤프트(51)의 정면선단에 부착된 공구 예컨대 절단공구(도시되지 않음)는 X축 톄이블(56)상에 위치된 작업품(도시되지 않음)을 절단하게 된다.

한편 Y축 서보모터(57)와 스크류샤프트(53)는 본발명에 상승수단에 상웅하게 되고, 주샤프트스탠드(54)는 제1 부재와 상응하게 되며, 주 샤프트(51)는 제2 부재와 상응하게 되며, 도시하지 않은 Z축 서보모터는 수평방향으로 제1부재를 이동시키는 수평방향 이동수단과 상응하게 된다.

본 발 실시예의 위치제어장치는 도 2에 도시한 바와 같이 스크류샤푸트(53)를 회전함으로써 주샤프트(51)를 상승시키는 Y축 서보-모터(57)를 제어하는 Y축제어 유니트(본 발명의 제 1 제어수단)와, Z축방향(수평방향)으로 주샤프트(51)를 이동하는 Z축서보모터(58; 도 1에는 도시되지 않음)를 제어하는 Z축 제어유니트(본 발명의 제 2 제어수단)으로 구성된다. 여기서 샤프트(51)를 상승시키는 Y축 제어유니트와, 주샤프트(51)를 수평방향으로 이동시키는 Z축 제어유니트는 독립적으로 작동가능하다.

본 실시예에서는, Y축 서보모터(57)의 회전수를 감지하고 누적 가산하여, 제1위치감지장치로써 주샤프트스탠드(54)의 높이를 측정하는 회전감지기(57a)와, Z축 서보모터(58)의 회전수를 감지하고 이를 누적 가산하여 제 2 위치감지장치로써 수평 방향으로의 주 샤프트의 위치를 측정하는 회전감지기(58a)가 구비된다. 한편 회전감지기(57a, 58a)로써 에컨대 증가형 회전 인코더 또는 절대 회전 인코더를 사용하게 되고, 증가형 회전 인코더는 회전 감지기(57a, 58a)로 사용되며, 이러한 회전 인코더들은 Y축 서보모터(57)와 Z축 서보모터(58)의 위치신호를 매 회전마다 펄스신호로 각각 출력하게 되므로 이러한 회전 펄스 신호들을 도 2에서 도시한 Y축 서보제어 유니트와 Z축 서보제어 유니트(10)에서 누적하여 가산함으로써 Y축 세보모터(57)와 X축 서보모터(58)의 전체 회전수에 상응하는 주샤프트 스탠드의 높이(Py)와 주샤프트(51)의 수평위치(Pz)가 도시될 수 있다. 따라서, 본 실시에에서는 회전감지기(57a)와 Y축 서보제어 유니트(4)는 제 1 위치감지 수단을 구성하고, 회전 감지기(58a)와 Z축 서보제어 유니트(10)는 제 2 위치감지수단을 구성한다. 여기서 Y축 서보제어 유니트(4)와 Z축 서보제어 유니트(10)는 위치감지이외의 하기하는 제어작용을 수행하게 된다.

한편 절대 회전 인코더들이 회전감지기들(57a, 58a)로 사용되어질 때에는 펄스신호가 누적적으로 상기한 회전 감지기(57a, 58a)들에서 더해지고 위치를 나타내는 신호들이 Y축방향 위치감지신호(57f)와 Z축방향 위치감지신호(58f)로써 출력되어져서 전술한 누적적인 가산을 Y측 서보제어 유니트(4)와 Z축 서보제어 유니트(10)에서 수행하지 않아도 된다. 또한 상기한 경우에 회전 감지기(57a)는 제1위치 감지수단으로 구성되고, 회전 감지기(58a)는 제2위치감지수단으로 구성된다.

본 발명에 따른 제 1 위치감지수단과 제 2 위치감지수단은 전술한 증가 회전인코더 또는 절대 회전 인코더가 사용될 수 있고, 다른 위치감지수단이 사용될 수도 있다. 더불어 이하 설명을 간료화 하기 위해서 회전 감지기(57a, 58a)로 절대 회전 인코더가 사용되고, 위치신호들이 회전 감지기(57a, 58a)로부터 Y축 방향 위치감지신호(57f)와 Z축 위치감지신호(58f)로써 직접 출력되고, 누적적인 가산이 Y축 서보제어 유니트(4)와 Z축 서보제어 유니트(10)에서는 수행되지 않는 경우를 기술한다.

수평방향으로 주샤프트(51)의 위치제어를 수행하는 Z축 제어 유니트는 Z축 위치명령유니트(Z축 위치참조신호생성 유니트; 8)와, Z축 서보제어 유니트(10) 및, Z축 서보 진폭기(12)를 구비한다. 여기서 상기한 Z축 위치명령유니트(8)는 Z축 방향 위치명령(Z축 방향 참조위치신호; Rz)을 Z축 서보제어 유니트(10)쪽으로 공급하며, 이 Z축 위치명령유니트(8)로부터 출력된 Z축 방향 위치명령(Rz)은 도 2에서는 도시하지 않은 예컨대 도 3에 도시된 프로세서(21)같은 다른 장치로부터 주어진다.

그리고 Z축 서보 제어유니트(10)는 Z축 서보모터(58)의 회전감지기(58a)에서 감지된 Z축방향 위치감지신호(58f)을 유도하고, Z축 위치명령유니트(8)로부터 공급된 Z축방향 위치명령(Rz)과 Z축 방향위치감지신호(58f) 사이에 편차(에러 신호)를 계산하며, 제어 신호를 계산하여 편차가 0이 되도록 한다. 여기서 제어 신호는 본 실시에서는 Z축서보모터(58)를 구동하는 전류신호인 바, 즉 Z축 서보제어 유니트(10)는 편차를 부여하는 전류명령을 계산하고 이를 Z축 서보증폭기(12)에 공급하게 되며, 이 Z축 서보 증폭시(12)는 Z축 서보제어 유니트(10)로부터 전류명령올 증폭하고 이를 Z축 서보모터(58)의 실제구동전류로 전환하게 됨과 더불어 Z축 서보모터(58)에 구동전류를 공급하여 서보모터(58)를 작동하게 한다. 결과적으로, Z축 서보모터의 회전 제어이 수행되어지며, 상기한 제어 처리가 연속적으로 수행되어 Z축 서보모터(58)가 주샤프트(51)를 Z축 방향 위치명령(Rz)에의해 지정된 위치까지 이동시키게 된다.

또한 주샤프트(51)를 수평방향으로 이동시키는 Y축 제어 유니트는 Y축 위치 명령유니트(Y측 위치참조신호생성 유니트; 2)와, Y축 서보제어 유니트(4), Y축 서보증폭기(6), Y,Z축 좌표 입력유니트(14), 보정 계산 유니트(15), 보정조절 유니트(18) 및, 신호 가산기 유니트(19)를 구비한다.

먼저 Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)를 포함하지 않는 Y축 제어 유니트와, 보정 조정 유니트(16), 보정조절유니트(18) 및, 신호 가산기 유니트(19)의 기본 작동을 기술한다.

Y축 제어 유니트의 기본 작동은 전술한 Z축 제어 유니트의 작동과 유사한바, 즉 Y축 위치명령유니트(2)는 Y측 방향 위치명령 유니트(2)는 Y축 서보 제어 유니트(4)에 신호 가산기 유니트(19)를 매개로 Y축 빙향 위치 명령(Ry)를 제공하게 되고, 이 Y축 위치명령 유니트(2)로부터 출력된 Y축 방향 위치명령(Y축 방향 참조 위치 신호 ; Ry)은 도 2에는 도시되지 않은 예컨대 도 3에 도시한 프로세서같은 다른 장치로부터 주어진다. 그리고 Y축 서보 제어유니트(4)는 Y축 서보모터(57)의 회전감지기(57a)에서 감지된 Y축방향 위치감지신호(57f)를 유도하고, Y축 위치 명령유니트(2)로부터 공급된 Z축방향 위치명령(Ry)과 Y측 방향위치감지신호(57f) 사이에 편차를 계산하며, 제어 신호를 계산하여 편차가 0이 되도록 한다. 여기서 제어 신호는 본 실시예에서는 Y축 서보모터(57)를 구동하는 전류신호인 바, 즉 Y축 서보제어 유니트(4)는 0의 편차를 부여하는 전류명령을 계산하고 이를 Y축 서보증폭기(6)에 공급하게 되며, 이 Y축 서보 증폭기(6)는 Y축 서보제어 유니트(4)로부터 전류명령을 증폭하고 이를 Y축 서보모터(57)의 실제구동전류루 전환하게 됨과 더불어 Y축 서보모터(57)에 구동전류를 공급하여 서보모터(57)를 작동하게 한다. 결과적으로, Y축 서보모터의 회전 제어이 수행되어지며, 상기한 제어 처리가 연속적으로 수행되어 Y축 서보모터(57)가 주샤프트(51)를 Y축 방향 위치명령(Ry)에의해 지정된 위치까지 이동시키게 된다.

그리고 주 샤프트(51)내에 비틀림등이 없는 경우에, 이 주샤프트(51)의 정면 선단에 고정된 공구등은 Z측 방향 목표위치와 Y축 방향 목표 위치에 정위되어 상기한 제어 장치에 의해 X축 테이블(56)상에 위치된 작업품의 처리를 수행할 수 있지만, 주샤프트(51)의 돌출부는 그 자체의 하중으로 인해 하방으로 걸려지며, 이 주샤프트(51)의 돌출부 역시도 기계적으로 결합된 스크류 샤프트(53)의 굽힘에의해 하방으로 걸려지게 된다. 따라서, 주샤프트(51)의 정면선단에 부착된 절단공구같은 처리부재는 X축 테이블(56)상에 작업품에 너무 근접하게 되어 작업품이 정확하게 처리되지 않을 수 있다. 또한 주샤프트(51)의 하방으로의 굽힘(또는 변형)으로 인한 높이 방향으로의 위치편차로 인한 작업품의 처리정밀도의 감소를 방지하기 위해서, 하기하는 위치보정이 Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)와, 보정 계산 유니트(16), 보정조절 유니트(18) 및, 신호 가산기 유니트(19)내에서 수행된다. 이하 기술은 Y,Z축 좌표 입력 유니트(14)와, 보정 계산 유니트(16), 보정조절 유니트(18) 및, 신호 가산기 유니트(19)내에서 비트림 보정처리와 Y축 방향으로의 제어를 상술 하는 것이다.

Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)

Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)는 Y축 위치명령 유니트로부터 Y축 방향 위치명령(Ry)을, Z축 위치명령 유니트(8)로부터 Z축방향 위치명령(Rx)을 수용하게 되고, 그 결과로써, Y,Z축 좌표 입력 유니트(14)는 제어되어질 주샤프트(51)의 Y축 방향 위치와, Z축 방향 위치를 알게 된다. 상기한 경우에, 보정 계산 유니트(16)와 보정 조절 유니트(18)에서, 작업품의 처리등을 수행하는 목표 Y축 위치와 목표 Z축 위치에서 주샤프트(51)의 위치보정이 수행되어진다.

본 발명의 제 1 실시예에서, Y,Z축 좌표 입력 유니트(14)가 입력치로써 Y축 위치명령 유니트(2)로부터 Y축 방향 위치명령(Ry)와, Z축 위치명령 유니트(8)로부터 Z축 방향 위치명령(Rz)를 도 2에서 실선으로 지시한 바와 같이 수용하게 된다.

보정 계산 유니트(16)는 Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)로부터 공급된 Y축 방향으로의 주샤프트(51)의 Y축 방향 위치명령(Ry)을 사용함으로써 Y축 방향으로의 주샤프트(51)의 위치편차를 보정하는 위치보정치△Y를 계산하고, 이 계산된 보정치△Y를 보정조절 유니트(18)쪽으로 출력하게 된다.

여기서 상기한 보정조절 유니트(18)는 Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)에 입력된 주 샤프트(51)의 Y축 방향 위치명령(Ry)을 사용함으로써 위치보정치△Y를 제어한다.

또한 신호 가산기 유니트(19)는 보정조절 유니트(18)에서 제어된 위치보정치△Y'를 Y축 위치명령 유니트(2)로부터 Y축 방향 위치명령(Ry)에 가산하여 Y축 방향 위치명령(Ry)을 교정하고 이 보정된 Y축 방향 위치명령(Ry + △Y')을 Y축 서보 제어 유니트(4)쪽으로 공급하게 된다.

따라서, Y축 서보제어 유니트(4)내에 제어 작용은 다음과 같다; δY = (Y축 방향 위치명령Ry + 위치보정치 △Y') - Y축 방향 위치명령 Ry

위치보정(기본 위치보정치;△Y)와 이로부터 제어된 위치제어치(제2위치보정치 ; △Y')의 계산 방법은 이후 기술될 것이다.

[제2실시예]

다음으로 도 3에 기재된 바와 같이 Y, Z축 좌표 입력유니트(14)가 입력치로써 Y축 방향 위치감지 신호(57f)와 Z축 방향 위치감지신호(58f)를 수용하는 경우를 기술하기로 한다.

Y축 방향 위치 명령(Ry)과, Z축 방향 위치명령(Rz)가 도 3에 도시된 바와 같이 Y축 방향 위치감지기(Ry)와 Z축 방향 위치감지기(Rz)의 입력치 대신에 회전 감지기(57a, 58a)로써 증가형 회전 인코더를 사용할 때 Y.Z축 좌표 입력 유니트(14)는 입력치로써 Y축 방향 계산위치데이타(Py)를 Y축 서보제어 유니트(4)로부터 수용함과 더불어 Z축 서보제어 유니트(10)로부터는 Z축 방향 계산 위치데이타(Pz)을 수용하고, 보정계산 유니트(16)와 보정조절 유니트(18)내에 주샤프트(51)의 위치보정용 실제위치 데이터(Py,Pz)를 사용한다. 그리고 상기한 Y죽 서보 제어 유니트(4)와 X축 서보제어 유니트(10)는 회전 감지기(57a, 58a)로부터 Y축 방향 위치감지신호(57f)와 Z축 방향 위치감지신호(58f)를 가산하여 전술한 방식으로 실제 위치(Py,Pz)를 계산하게 된다. 더불어, 절대 회전 인코더를 회전 감지기(57a,58a)로 사용할때에는 Y, Z측 좌표 입력 유니트(14)가 입력치로써 Y축 방향 계산위치데이타(Py)를 회전 감지기(57a)로부터 수용하고, Z축 방향 계산 위치 데이터(Pz)를 회전감지기(58a)로부터 수용하는 한편, 보정 계산 유니트(16)와 보정조절 유니트(18)내에 주샤프트(51)의 위치보정을 위해 실제위치데이타(P,Pz)를 사용하게 된다.

보정 계산 유니트(16)는 Y, Z축 좌표 입력유니트(14)로부터 공급된 주샤프트(51)의 전류 Z축 방향 위치감지신호(58f)를 사용하여 Y축 방향으로의 주샤프트의 전류위치편차를 보정하기위한 위치보정치△Ya를 계산하고, 이렇게 계산된 보정치△ Ya를 보정조절 유니트(18)쪽으로 출력한다. 상기한 보정조절 유니트(18)내에서 위치보정치△Ya는 Y, Z축 세로 입력 유니트에서 입력된 주샤프트(51)의 전류 Y축 방향 위치감지 신호(57)를 사용함으로써 제어되고, 신호 가산기유니트(19)는 보정조절 유니트(18)에서 제어된 위치보정치 △Y'a를 Y축방향 위치명령 유니트(2)로부터의 Y축 방향 위치명령Ry에 가산하게 되고, 그 결과치를 Y축 서보제어 유니트(4)에 공급하게 된다.

따라서, Y축 서보제어 유니트(4)는 다음과 같이 된다.

δY = (Y축 방향 위치명령Ry+위치보정치 △Y'a)-Y축 방향 위치명령 신호57f 보정 계산유니트(16)는 Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)로부터 공급된 Y축 방향으로의 주샤프트(51)의 실제 위치데이타(Py)를 사용함으로써 Y축 방향으로의 주샤프트(51)의 위치편차를 보정하기위한 위치보정치△Y을 계산하고, 이 계산된 보정치 △Y를 보정조절 유니트(18)쪽으로 출력하게 된다.

한편 보정조절 유니트(18)는 Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)에서 입력된 Y축 방향으로의 주샤프트(51)의 실제 위치데이타(Py)를 사용함으로써 위치보정치△Y에 대한 위치제어를 수행하게 된다.

신호 가산기 유니트(19)는 위치제어 유니트(18)에서 제어된 위치보정치△Y '를 Y축 위치명령 유니트(2)로부터 Y측 방향 위치명령(Ry)에 가산하여 Y축방향 위치명령(Ry)을 수용하고 보정된 Y축 방향 위치명령(Ry+△Y')을 Y축 서보 제어 유니트(4)쪽으로 공급하게 된다.

위치보정치(기본위치보정치 ; △Y)와 제어되어진 위치제어치(제2위치보정치 ; △Y')의 계산방법을 후술한다.

이하 제 2 실시예가 바람직한 실시예로 기술되는 바, 후술하는 기술은 제 1 실시예에도 활용가능한 것이다.

도 3(도 2)에 도시된 위치제어 장치는 도 4에 도시된 형태의 컴퓨터 하드웨어와 이 컴퓨터내에 메모리에 저장되고 컴퓨터에 의해 작동되어지는 제어 프로그램으로 구현가능하다.

도 4에 도시한 컴퓨터 장치는 프로세서(21)와, 롬(ROM ; 22), 램(RAM ; 23), 그래픽 제어 회로(25), 디스플레이 장치(26), 소프트웨어 키(27), 키보드(28), Y축제어 회로(30) 및, Z축 제어 회로(31)를 구비한다.

여기서 상기한 Y축 제어 회로(30)는 도 2와 도 3에 도시한 Y축 서보 진폭기(6)에 결합되는 한편, Y축 서보 모터(57)는 Y축 서보 진폭기(6)에 결합되어지며, Y축 방향 위치 감지신호(57f)는 Y축 서보모터(57)에 부착된 회전감지기(57a)로부터 Y축 제어 회로(30)쪽으로 공급된다. 그리고 Z축 제어 회로(31)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 이에 Z축 서보 진폭기(12)가 결합되어지고, 이 Z축 서보 진폭기(12)에는 Z축 서보모터(58)가 결합되어지며, Z축 방향 위치가지 신호(58f)는 Z축 서보모터(58)에 부착된 회전 감지기(58a)로부터 Z축 제어 회로(31)쪽으로 공급된다.

또한 프로세서(21)는 롬(22)내에 저장된 제어 프로그램에의해 전체 제어 장치의 위치를 제어하고, 다양한 형태의 데이터 또는 입력/출력 신호들이 램(23)내에 저장되어지는 바, 예컨대 후술할 보정 데이터등이 저장된다.

그래픽 제어 회로(25)는 디지털신호를 디스플레이용 신호로 전환하고 이를 디스플레이 장치(26)에 공급하는데, 디스플레이장치(26)로써는 CRT 디스플레이장치 또는 액정디스플레이가 사용되며, 이는 작업자가 소프트웨어 키(27) 또는 키보드(28)를 사용하여 다이알로그 포맷에의해 처리프로그램을 준비할 때 형상과 처리 상태, 생성된 처리 프로그램등을 표시한다.

한편 위치제어 장치의 작업자는 디스플레이 장치(26)상에 디스플레이된 내용(다이알로그 데이터 입력 스크린)에 따라 데이터를 입력하여 처리 프로그램을 준비한다.

그리고 디스플레이 장치(26)의 스크린상에서 스크린에서 처리되어질 수 있는 작업 또는 데이터는 메뉴포맷으로 디스플레이되고, 메뉴내에 아이템은 메뉴상에 소프트웨어키(27)를 누름으로써 선택된다.

또한 키보드(28)는 제어장치에 필요한 데이터를 입력하는데 사용된다.

도 3(도 2)에 도시된 Y축 위치명령 유니트(2). 신호 가산기 유니트(19) 및, Z축 위치명령 유니트(8)들은 본 실시예에서는 프로세서(21)와 롬(22)내에 저장된 제어 프로그램으로 구현된다.

도 4의 Y축 제어 회로(30)와 Z축 제어 회로(31)는 도 3(도2)에 도시한 Y축 서보 제어유니트(4)와 Z축서보제어유니트(10)에 각각 상응하게 되며, Y축 서보 제어 유니트(4)와, Z축 서보제어 유니트(10)를 구현한다. 그리고 이들은 Y축 위치명령 유니트(2)와 신호 가산기 유니트(2)와 Z축 위치명령 유니트(8)의 작동을 위해 신호가산기 유니트(19)와 프로세서(21)로부터 각 위치명령, 즉 Y축 방향 위치명령 Ry와 Z축 방향 위치명령Rz을 수용하고, 제어신호, 즉 Y축 서보모터(57)의 구동전류와, Z측 서보모터(58)의 구동전류를 계산하여, 상기한 위치명령에 대한 Y축 서보모터(57)의 Y축 방향 위치감지신호(57f)와 Z축 서보모터(58)의 Z축방향 위치감지신호(58f)의 편차를 0이 되게 하고, 이를 Y축 서보 진폭기(6)와 Z축 서보 진폭기(12)에 공급하여 Y축 서보모터(57)와 Z축 서보모터(58)를 작동시킨다.

더불어 Y축 서보제어유니트(4)와 Z축 서보제어유니트(10)를 하드웨어 회로로 형성하고, 이를 마이크로 프로세서 또는 다른 컴퓨티와 여기서 작동된 제어프로그램을 사용하여 형성할 수 있고, 이와는 달리 롬(22)내에서 Z축 제어회로(31)와 Y축 제어회로(30)의 제어를 수행하는 제어프로그램을 저장하고 이 프로그램을 프로세서(21)에서 작동시켜 Y축 제어회로(30)와 Z축 제어회로(31)를 구현할 수 있다.

한편 Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)와, 보정 계산 유니트(16) 및, 보정 조절 유니트(18)의 처리 내용은 이하 상술된 것이다. 그리고 Y, Z축 공도 세로좌표 입력 유니트(14)와, 보정계산 유니트(16) 및, 보정 조절 유니트(18)의 처리 내용은 본 실시예내에 롬(22)에 저장된 프로그램과 프로세서(21)에의해 구현된다.

Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)는 프로세서(21)와 롬(22)내에 저장된 프로그램에의해 구현되고, 제어프로그램으로써 프로세서(21)에시 작용하는 Y축 위치명령 유니트(2)와 Z축 위치명령유니트(8)로부터 Y축 방향 위치명령Ry과 Z축 방향 위치명령 Ry을 판독하고 도출하며, 실제로 램(23)내에 저장된 Z축 방향 위치명령Ry과 Y축 방향 위치명령(Ry)을 판독하고 도출한다.

먼저 Y축 방향내에 주샤프트(51)의 위치 보정용 다수의 보정 데이터들이 미리 측정되고 램(23)에 저장된다.

위치보정 데이터는 Z축 방향으로 다수의 위치(Pz[i];i=0,1,..,5)에 상응하는 보정치△Y[i]를 부여하고, 이를 위한 특별한 수치가 일례로 표 1에 부여된다. 여기서 보정 데이터는 Y축 방향으로 주샤프트(51)의 원위치에 존재하고, 더불어 Pz[0]은 Z축의 음의 방향으로 주샤프트(51)의 행정 제한 위치이며, Pz[5]는 Z축의 양의 방향으로 행정 제한 위치이다.

표1

i	0	1	2	3	4	5
PZ[i]	-100㎜	0㎜	100㎜	500㎜	1000㎜	1500㎜
△Y[i]	100㎛	100㎛	70㎛	50㎛	30㎛	20㎛

예컨대 Y축 방향으로 위치데이터 Py=250㎜이면 프로세서(21)가 표 1에서 위치데이터 Py=100㎜일 때 보정 데이터△Y=70㎛와, 위치데이터 Py=5O㎜일 때 보정데이터△Y=50㎛를 사용하여 위치에 따른 선형 보간법에의해 보정 데이터△Y를 계산하는 바, 즉 △Y = 70 + (70-50)/(500-100)X(250-100)=70-7.5=62.5㎛이다.

한편 도 1에서 도시한 바와 같은 형태의 수평 복합공작기계는 주샤프트(51)가 전술한 Y축 서보모터(57)의 구동에 의해 Y축 방향(수직방향)으로 이동할 때 Y축 방향(수평방향)으로 주샤프트(51)의 위치편차가 변화되며, 이러한 이유로 Y축 방향으로 주샤프트(51)의 위치에 따라 표 1에 도시된 보정 데이터를 조절할 필요가 있다.

상기한 이유로 하기하는 표 2에서와 같이 주샤프트가 1.0과 같이 Y축 방향의 원위치에 위치될 때 조절계수M[0]를 정의함으로써 Y축 방향으로 주샤프트(51)의 다수의 위치Py[n]에 웅하는 조절계수M[n]가 미리 측정되고 램(13)에 저장될 수 있다.

표2

i	0	1	2	3	4	5
PZ[i]	0㎜	500㎜	1000㎜	1500㎜	2000㎜	2500㎜
M[i]	1.000	0.950	0.901	0.850	0.805	0.755

표 1과 표 2에 도시된 보정데이터와 계수는 실제적으로 주샤프트(51)의 공구위치를 측정하고, 미리 보정될 계수와 보정치를 측정하고 Y축 방향으로의 주샤프트의 위치와, Z축 방향으로의 위치를 도 1에 일례로 도시한 바와 같은 수평복합공장기계의 조립과 조절시에 변화시킴으로써 얻어진다.

또한 수평복합공작기계의 위치조절이 수행될 때 보정계산 유니트(16)는 Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)에서 램(23)으로부터 판독된 주샤프트(51)의 Z방향 위치(Pz)를 근간으로 예로 도 5에 도시된 바와 같이 표 1에 도시된 보정 데이터를 선형 보간하여 Z측 방향 위치Pz에서 보정치△Y를 계산하게 된다. 여기서 주샤프트(51)의 Z축방향 위치는 Pz[i]와 Pz[i=1]사이에 위치된다.

△Y=△Y[i]=(△Y[i=1]-△Y[I])X(Pz-Pz[i])/(Pz[i+1]-Pz[i])--(1)

△Y는 식(1)로 계산되며, 그 값은 보정 계산 유니트(16)로부터 계산조절유니트(18)로 출력된다.

상기한 보정 조절 유니트(18)는 먼저 Y, Z축 좌표 입력 유니트(14)에서 판독된 주샤프트(51)의 Y축 방향위치Py를 근간으로 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이 표 2에 도시된 계수 데이터상에 선형 보간법을 수행하여 Y축방향 위치Py에서 계수 M을 계산하는 바, Y축 방향으로 주샤프트(51)의 위치(Py)는 Py[i]와 Py[i+1]사이에 위치된다.

M=M[n[+(M[n+1]-M[n]X(Py-Py[n])/(Py[n+1]-Py[n])--(2)

보정 조절니트(18)에서 위치Py에서 계수M는 식(2)에의해 계산되고, 계수M은 식(1)에의해 계산된 보정치△Y와 곱해져서 조절된 보정치△Y'를 계산하게 된다.

상기한 조절된 보정치△Y'는 Y측 위치명령 유니트(2)로부터 신호 가산기 유니트(19)에서 Y축방향 위치명령Ry에 가산되어 Y축 서보조절 유니트(4)에 공급된다. 결과적으로, Y축 서보모터(57)의 회전위치가 보정되고, Y축방향(수평방향)으로의 주샤프트(51)의 위치편차가 정밀하게 보정된다. 따라서, 주샤프트(51)의 정면선단에 부착된 공구의 3차원위치가 주샤프트(51)의 비틀림을 보정하는 정밀한 위치가 되고, X축 테이블(56)상에 위치된 작업품의 처리가 정밀하게 수행된다.

도 5와 도 6은 선형 보간방법의 예들이기는 하지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아닌 바, 상기한 보각법은 지수함수나 대수함수 및 스프라인 함수등을 사용하고 다른 보간방법으로 수행되어질 수도 있다.

전술한 바와 같이 본 실시예의 위치조절 장치에 따르면, 목표위치로부터 주샤프트(51)의 위치편차가 Z축방향으로 주샤프트(51)의 위치만을 따라 보정되는 것이 아니라 Y축 방향의 위치를 따라서도 보정되므로 종래의 보정장치보다 고정밀도의 위치편차보정이 가능하게 된다.

더불어, 본 실시예의 위치제어장치에서는 Z축방향과 Y축방향으로의 주샤프트(51)의 다수의 위치에서 위치편차보정 데이터와 조절계수가 미리 측정되고, 실제위치제어는 상기한 보정 데이티와 조절 계수들이 보간되어 최종 위치보정치 △Y'를 계산하므로 램(13)이 적은 저장용량으로도 충분하다는 점에서도 바람직하다.

또한 본 실시예의 위치제어장치는 표 1과 표 2에서 도시된 보정 데이터와 조절 계수의 변경이 단지 램(23)의 내용을 변화시키게 되어 용이하게 변경가능하며 위치편차의 보정조절 역시 용이하게 된다. 특히, 위치편차를 측정하고 이를 위치제어장치의 실제위치에서 램(23)내에 저장할 수 있게 되어 결과적으로 제어장치의 매위치마다 위치편차의 정밀한 보정이 가능하게 된다.

한편 본 실시예에서는 본 발명은 수평복합공작기계의 정확성이 보정되어지는 경우와 제어될 제어점의 위치와 목표위치사이의 위치편차와 조절된 대상의 제어점의 위치가 기계적으로 연관된 제어축들 사이에 상대 위치관계의 변화에 따라 변화되어지는 산업로봇같은 제어될 대상에 활용가능하다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 위치제어장치에의해 수직방향으로 목표위치로부터 위치편차가 수평방향으로 제2이동가능한 부재의 위치에 따라 보정될 수 있다는 것에 부가하여 위치보정이 수직방향으로 제1이동가능한 부재의 위치에 따라 조절가능하게 되므로, 종래의 보정장치에 비교하여 고정밀도의 위치편차의 보정이 가능하게 된다.

결과적으로, 본 발명에 따른 위치제어장치가 활용되는 기계공구에 처리정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.

이제까지 본 발명을 선택된 특정 실시예를 참조로 기술하였지만 당해 분야의 전문가에 의해 다양한 변형이 본 발명의 범주내에서 가능하다.

본 발명에 따르면 고정밀도로 위치제어를 수행하는 위치제어장치와 제어방법을 제공할 수 있게 된다.

Claims

제 1 부재의 위치를 감지하는 제 1 위치감지수단과; 제 1 위치제어수단으로부터 입력치로써 제 1 위치데이타를 수용하고, 상승수단올 제어하며, 제 1 목표위치까지 제 1 부재를 정위하는 제 1 제어수단; 제 2 부재의 위기름 감지하는 제 2 위치감지수단; 제 2 위치제어수단과, 수평이동수단으로부터 입력치로써 제 2 위치데이터를 수용하고, 수평이동수단을 제어하며, 제 2 목표위치까지 제 2 부재를 정위하는 제 2 제어수단 및; 제 1부재의 위치와, 제 2 부재의 위치를 근간으로 제 2 부재의 정면선단의 위치보정을 계산함으써 위치보정의 결과에의해 제 1 제어수단의 제 1 목표위치를 보정하는 위치보정수단으로 구성되고 상승수단에의해 수직방향으로 상승가능한 제 1 부재와, 이 제 1 부재의 상승과 함께 이를 따라 수직방향으로 이동가능하면서 수평이동수단에의해 제 1 부재에 대한 수평방향으로 이동가능한 제 2 부재를 구비한 기계의 제 2 부재를 정위시키기 위한 위치제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 위치보정수단내에 위치보정이 미리 위치편차를 측정하고 이를 근거로 위치보정치를 보간함으로써 계산되는 것을 특징으로 하는 위치제어장치.
제 2 항에 있어서, 상기 위치보정수단이 제 1 부재의 목표위치신호와 제 2 부재의 목표위치신호를 사용함으로써 위치보정치를 계산하게 되는 것을 특징으로 하는 위치제어장치.
제 2 항에 있어서, 상기 위치보정수단이 제 1 위치간지신호와 제 2 위치감지신호를 사용함으로써 위치보정치를 계산하게 되는 것을 특징으로 하는 위치제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 부재와 제 2 부재가 스크류부안으로 스크류된 스크류샤프트에의해 결합되는 것을 특징으로 하는 위치제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 수직이동수단이 서보모터에의해 구동되고, 수평방향 구동수단은 서보모터에의해 구동되어지는 것을 특징으로 하는 위치제어장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 제어수단과 제 2 제어수단 및 위치보정수단이 컴퓨터로 구성된 것을 특징으로 하는 위치제어장치.