WO1995009064A1 - Procede permettant d'empecher la collision d'un arbre mobile d'une machine d'usinage par etincelage - Google Patents

Procede permettant d'empecher la collision d'un arbre mobile d'une machine d'usinage par etincelage Download PDF

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WO1995009064A1
WO1995009064A1 PCT/JP1994/001581 JP9401581W WO9509064A1 WO 1995009064 A1 WO1995009064 A1 WO 1995009064A1 JP 9401581 W JP9401581 W JP 9401581W WO 9509064 A1 WO9509064 A1 WO 9509064A1
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collision
disturbance
electric discharge
moving
moving shaft
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PCT/JP1994/001581
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yuki Kita
Masaya Ito
Minoru Fujita
Original Assignee
Fanuc Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/26Apparatus for moving or positioning electrode relatively to workpiece; Mounting of electrode
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/02Wire-cutting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/02Wire-cutting
    • B23H7/06Control of the travel curve of the relative movement between electrode and workpiece
    • B23H7/065Electric circuits specially adapted therefor

Definitions

  • the present invention relates to a wire electric discharge machine, and more particularly, to a method of detecting a collision between a moving axis of the wire electric discharge machine and an obstacle in the wire electric discharge machine.
  • a wire electric discharge machine stretches a wire in a Z-axis direction, moves a work in a direction perpendicular to the wire, and moves the work in the direction of the wire.
  • the stamping process is performed.
  • the movement of the work in the ⁇ and ⁇ directions is performed by moving the table on which the work is mounted in the X-axis direction and the ⁇ -axis direction.
  • the movement of the table is controlled in accordance with a program input to a numerical control value device (NC device) of the electric discharge machine.
  • NC device numerical control value device
  • a process in which a cut surface of a work called a taper cut is provided with an inclination angle.
  • the inclination angle (taper angle) of the work with respect to a vertical line perpendicular to the table surface is controlled.
  • the control of the tilt angle of the work at the time of the tape cutting is performed by driving a so-called U * V axis provided on the upper nozzle side.
  • the machining is performed by driving the moving axes such as the X axis, the ⁇ axis, the ⁇ axis, the U axis, and the V axis.
  • conventional wire electric discharge machines have the following problems.
  • the moving axes of the wire electric discharge machine may collide with obstacles during the movement. Obstacles that may cause the moving axis to collide include, for example, a work or a table that supports the work, or a clamp that fixes the work to a table. There is.
  • the moving axis stops its movement when it collides with an obstacle.
  • the servomotor that drives the moving axis generates a large torque by moving the stopped moving axis to the finger position.
  • a contact detection method using a sunset sensor For example, (a) a contact detection method using a sunset sensor, (b) a position deviation, which is a difference between a finger position and an actual moving position, is detected, and the position deviation becomes excessive. (C) An upper limit is set for the drive current value during the service, and a collision is detected if the upper limit value is exceeded, and an alarm is issued. A method of generating a warning and notifying a collision.
  • each of the above methods has the following disadvantages.
  • A) In the contact detection method using a sunset sensor the cost is inevitably increased because the sensor is installed. Also, with this detection method, there is no detection at places other than where the sensor is installed.
  • Another object of the present invention is to provide a wire electric discharge machine, such as damage to a nozzle caused by collision with an obstacle on a moving axis, deformation of an arm or a quill, and the like.
  • An object of the present invention is to provide a moving shaft collision prevention method for preventing damage to the vehicle.
  • Another object of the present invention is to provide a moving shaft collision prevention method that does not require installation of a sensor.
  • Still another object of the present invention is to provide a moving-axis collision prevention method capable of detecting collision regardless of the sensor installation location.
  • an object of the present invention is to perform collision detection without detection delay.
  • the present invention provides a method of preventing a collision of a moving axis, and a method of preventing a collision of a moving axis of a wire electric discharge machine according to the present invention. It is suitable for wire electric discharge machines that are more driven and controlled.
  • This moving axis collision prevention method comprises a disturbance estimating observer in a servomotor control system that performs drive control of at least one of the moving axes of the wire electric discharge machine. Then, the disturbance load applied to the moving axis by the disturbance estimation observer is estimated. Then, the estimated magnitude of the disturbance is compared with a preset value. It detects that the estimated disturbance exceeds the set value and detects the collision of the moving axis, thereby preventing the collision of the moving axis of the wire electric discharge machine.
  • the disturbance estimating observer in the present invention is composed of a servomotor control system that controls the drive axis of the wire discharger. And the disturbance load torque is estimated based on the actual speed and other factors.
  • the disturbance load torque estimated by the disturbance estimation observer is determined by the movement axis of the wire-cut EDM machine, the table supporting the work, or the table. It is caused by colliding with an obstacle such as a clamp that fixes the work to the ground.
  • the moving axis of the wire electric discharge machine is the relative positional relationship between the work and the wire in the wire electric discharge machine.
  • X axis, Y axis, U axis, and V axis are movement axes for moving the work
  • Z axis is movement for moving the upper nozzle in the Z axis direction. Axis.
  • the disturbance load torque of at least one of the moving axes is estimated by a disturbance estimation observer, and the estimated magnitude of the disturbance is compared with a set value.
  • the magnitude of the disturbance exceeds the set value, it is determined that the moving axis has collided with an obstacle, the collision is detected, and the control of the moving axis is stopped by controlling the motor to stop.
  • This collision prevention can be applied to all moving axes in the wire electric discharge machine, or to any one or more moving axes.
  • the set value used for comparison with the estimated disturbance can be set arbitrarily.
  • the set value can be set to a value that is larger than the static friction and the like of the mechanism that drives the moving shaft and the child force term, and that is smaller than the breaking limit of the mechanism and the work. You. With this setting, it is possible to reliably detect the collision before the mechanical part is destroyed, and to stop the operation.
  • FIG. 1 is a block diagram of a configuration for implementing a method for preventing a moving axis collision of a wire electric discharge machine according to the present invention.
  • FIG. 2 shows a disturbance estimation observer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of the control system
  • Figure 4 is a block diagram of a model that constructs a disturbance estimation observer.
  • FIG. 5 is a flowchart of the position and velocity loop processing and the disturbance estimation observer processing of the present embodiment performed by the digital servo processor.
  • FIG. 3 shows only the configuration of a part of the wire electric discharge machine.
  • a Z-axis 1 guides a wire (not shown) fed from a wire sending-out portion (not shown) to an upper nozzle 2.
  • the two axes 1 can be constituted by, for example, a pipe structure.
  • the Z-axis] can be moved by a driving device (not shown), and the distance to the work 7 or the table can be adjusted.
  • Upper Nozzle 2 .. passes the painted wire through Work 7.
  • the upper nozzle 2 supplies the machining fluid to the electric discharge machining cavity of the work 7 to remove and eliminate sludge generated at the machining location.
  • the lower guide 3 is located at a position facing the upper nozzle 2. It is provided in.
  • the lower guide 3 guides the wire to a wire winding unit (not shown). Also, the lower guide 3 .. like the upper nozzle 2, removes and cools the sludge generated in the machining area by painting the machining fluid on the electric discharge machining area of the work 7. .
  • the work 7 is fixed to the work table 5 by the clamp 6 and is machined by electric discharge machining.
  • the work table 5 is installed on a table.
  • This table is configured to be movable with respect to the X axis, Y axis, U axis, V axis, and the like. Then, with the configuration of the table, the table is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the tilt of the work is controlled. The movement of each axis is performed by driving the movement axis of the wire electric discharge machine with the motor M.
  • FIG. 1 The example shown in FIG. 1 is a case where the table saddle 4 is moved by the moving axis 8.
  • the CNCS 0 receives the torque value of the motor M detected by the torque detector 20 and controls the motor M. Further, a display device 40 is connected to the CNC 30.
  • FIG. 3 is a block diagram of a servo-boom system in which proportional (F) control is performed on position and proportional * integral control (PI) is performed on speed.
  • kp of the transfer function 0 0 is the proportional gain in the position loop
  • transfer function 12 is the transfer function in the velocity loop.
  • k] represents the integration constant
  • k 2 represents the proportionality constant.
  • the transfer functions, 4, and 6 are the transfer functions over time.
  • kt represents the torque constant
  • J represents the inertia.
  • the transfer function 18 is a transfer function that integrates the velocity V and finds the position ⁇ ⁇ .
  • TL is a disturbance torque.
  • a disturbance estimating observer is constructed for the one-time event shown in FIG.
  • the conventional disturbance estimating observer is described as follows: The explanation will be based on a digital servo control system in which control is performed by a processor.
  • Figure 4 is a block diagram of the model of the observer elephant during the evening.
  • reference numeral 4 denotes a transfer function of the torque constant kt of the sub-boom shown in FIG.
  • the transfer function 6 shown in FIG. 3 is divided into the transfer function 16a of the inertia J and the integral term 16b.
  • I is the torque match as input
  • V is the velocity
  • TL is the disturbance torque.
  • Block 50 is a configuration diagram of the disturbance estimation observer.
  • K 3 and k 4 shown in terms 52 and 53 of the disturbance estimation observer 50 are parameters of the disturbance estimation observer.
  • the value shown in Section 51 is a parameter value that is multiplied by the torque value I that is actually output during the servo mode and is the torque value of the motor mode. It is expressed by dividing the estimated constant kt * of the torque constant by the estimated value of nisha Jni * (two kt * no Jm *).
  • the term 54 is an integral term, and is a term for integrating the value obtained by adding all the outputs of the terms 51, 52.53, and obtaining the estimated speed V a in one hour.
  • the term 55 is a term for multiplying the output from the term 53 by (1, aa) to obtain the estimated disturbance torque d2.
  • V e r r v-v a
  • T d 1 V e r r * (k 4 .S) ⁇
  • the comparator 62 compares the estimated disturbance torque Td2 with a set value s set for detecting a collision. In this comparison, if the estimated disturbance torque d2 is larger than the set value Ts, it is determined that a collision has occurred. Then, the alarm is output, the value of the integrator of the speed loop is set to “0”, and the subsequent speed order is set to “0”, and the motor is stopped. ⁇
  • the set value S set to detect a collision is larger than the static friction, etc. and the gravity term of the mechanism driving the moving axis, and smaller than the breaking limit of the mechanism and the work.
  • Fig. 5 is a flow chart of the processing performed by the digital servo (software servo) processor at each position / speed loop processing cycle. In the following description, the description will be made using the reference numerals of step S.
  • the processor of the digital servo (software assembler) is controlled by the position indication output from the numerical controller and the pulse coder attached to the sensor. Based on the detected current position (position feedback value), the same position loop processing as in the past is performed to calculate a speed command (step S1).
  • step S2 the processor determines whether or not the flag F force is "1" (step S2). This flag F is set to “0” in the initial setting. Flag F remains at “0” if no collision occurs, and is set to "1" after a collision occurs.
  • the processor executes the processing of the disturbance estimation observer 50 and the blocks 61 and 62 shown in FIG. 2 to obtain the estimated disturbance torque.
  • Obtain T d 2 (step S 3).
  • the estimated disturbance torque T d 2 If the value is smaller than the set value s, it is detected by the speed detector such as a pulse coder attached to the speed finger and the speed indicator obtained in step S1. The same speed loop processing as in the past is performed by using the actual speed of the next service.
  • the processor calculates the current command (torque command) by the speed loop processing, and transfers the current command to the current loop. After transferring the current instruction to the current loop, the processor ends the processing of the cycle (step S7, step S8).
  • step S4 if the calculated estimated disturbance torque d2 is greater than or equal to the set value ds, the processor determines that a collision has occurred and issues an alarm. Output . Then, the flag F is set to “H”, the speed coupling is set to “0”, and the integrator of the speed loop is set to “0” (step S5, step S6). .
  • the processor performs speed loop processing by setting the speed instruction to “0” and the speed loop integrator to “0” in the speed loop processing of step S7, and performs the current loop processing. And hand over the obtained current order to the current loop.
  • the alarm can be performed by, for example, displaying a collision on the display device 40 or emitting an alarm sound.
  • step S6 After the next cycle, flag F is set to "1". Accordingly, the processor proceeds to step S6 after step S2. Then, the processor sets the speed indication to “0” and sets the integrator of the speed loop to “0”. Perform the current loop process to find the current command .. Transfer the current command to the current loop.
  • the collision prevention method of the above embodiment can be applied to all the moving axes in the wire electric discharge machine, or to any one or more moving axes. .
  • the set value used for comparison with the estimated disturbance can be set arbitrarily.
  • the set value can be set to a value that is larger than the static friction and the like of the mechanism that drives the moving shaft and the child force term, and that is smaller than the destruction limit of the mechanism and the brake. You. With this setting, it is possible to reliably detect the collision and stop the motor before the mechanism or the work is destroyed.
  • the motor can be stopped, and the collision can be reliably detected and the motor can be stopped before the mechanism or the work is destroyed. .

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Description

明 細 書
ワ イ ヤ放電加工機の移動軸衝突防止方法
技 術 分 野
本発明は、 ワイ ヤ放電加工機にかかわる発明であ り 、 詳 し く は、 ワイヤ放電加工機において、 ワイ ヤ放電加工 機の移動軸と障害物との衝突を検出する方法に関する。
背 景 技 術
従来、 ワイ ヤ放電加工機は、 ワイ ヤを Z軸方向に張架 し、 ワー クを該ワ イ ヤに対 して Χ · Υ方向に移動 し、 こ の移動によ っ てワ ー ク に力 ッ ト加工を行っている。
こ のワ ー ク の Χ · Υ方向の移動は、 ワ ー クが取 り付け られているテーブルを、 X軸方向、 及び Υ軸方向に移動 する こ と によ り行っている。 そ して、 こ のテ一ブルの移 動の制御は、 放電加工機の数値制御値装置 ( N C装置) に入力さ れたプロ グラ ムに従って行われる。
ま た、 テー パ ーカ ツ ト と 呼ばれる ワ ー ク のカ ツ ト面に 傾斜角を付ける加工も知 られている。 こ のテー パ ーカ ツ ト加工を行う 場合には、 テーブル面 と直交する垂直線に 対する、 ワ ー ク の傾斜角度 (テー パ ー角度) の制御を行 つ ている。 こ のテ 一パーカ ッ ト 時の ワ ー ク の傾斜角度の 制御は、 上ノ ズル側に設け られるいわゆる U * V軸を駆 動する こ と によ り 行われる。
したが って、 ワ イ ヤ放電加工機においては、 X軸、 Υ 軸、 Ζ軸、 U軸、 及び V軸等の移動軸を駆動する こ と に よ り加工が行われれる。 しか しなが ら、 従来のワイ ヤ放電加工機では、 次の よ う な問題点を有している。
ワ イ ヤ放電加工機の持つ X軸、 Y軸、 Z軸、 U軸、 及 び V軸等の移動軸は、 その移動中に障害物と衝突する可 能性があ る。 この移動軸が衝突する可能性のある 障害物 と しては、 例えば、 ワ ー ク やワ ー ク を支持するテーブル 、 あ る いはテ一ブルにワー ク を固定する ためのク ラ ンプ 等がある。
移動軸は、 障害物と衝突する と、 その移動を停止する 。 一方、 移動軸を駆動するサーボモ一夕 は、 停止 してい る移動軸を指合位置まで移動させよ う して大きな トル ク を発生する。
従来のワイ ヤ放電加工機では、 衝突検出機構が設置さ れていない。 そのため、 ワ イヤ放電加工機は、 障害物と 衝突 した後、 サ一ボモ一夕が停止する まで衝撃が加え ら れ続け、 その結果、 ノ ズルの破損や、 ア ーム, ク イ 一ル の変形等 とい った ワイ ヤ放電加工機に損害が生じ る。
こ の問題を解決する手段と して、 次のよ う な方法が考 え られる。 例えば、 ( a ) 夕 ツ チセ ッサによ る接触検知 する方法、 ( b ) 指合位置と実際の移動位置との差であ る位置偏差を検出 し、 その位置偏差が過大とな っ た場合 にア ラ ー ムを発生 して警告する方法、 ( c ) サ一ボモ一 夕 の駆動電流値に上限値を設け、 こ の上限値を越えた場 合に衝突を検出 して、 アラ ームを発生 して衝突を知 らせ る方法。 しかしながら、 前記の各方法では、 次のよ う な欠点が あ る。 ( a ) 夕 ツ チセ ッサによ る接触検知方法では、 セ ンサを設置するためコス ト の上昇が避け られない。 ま た 同検知方法では、 セ ンサ設置箇所以外での検出が e ない。 ま た、 ( b ) 位置偏差過大に よ る検出方法では、 位置偏差が過大値に達 してアラ ームを発生する前に、 モ 一 夕 の発生する ト ル ク によ ってワイ ヤ放電加工機の機構 部が破損する危険性がある。 ま た、 ( c ) 過大駆動電流 によ る検出では、 電流値が上限値に達してア ラ ー ムを発 生する までの時間がかかり 、 衝突検出が遅れてワ イ ヤ放 電加工機の機構部やワ ー ク が破損する恐れがある。
発 明 の 開 示
本発明の 目 的は、 移動軸の障害物との衝突を確実に検 出する ワ イ ヤ放電加工機の移動軸衝突防止方法を提供す る と ある o
本発明の他の 目 的は、 移動軸の障害物とが衝突する こ と によ っ て生ずる ノ ズルの破損や、 アーム, ク イ 一ルの 変形等と いっ たワ イ ヤ放電加工機への ¾害を防止する移 動軸衝突防止方法を提供する こ と にある。
本発明の別の 目 的は、 セ ンサを設置する必要のない移 動軸衝突防止方法を提供する こ と にある。
本発明の更に別の目 的は、 セ ンサ設置箇所によ らず衝 突検出を行う こ とができ る移動軸衝突防止方法を提俟す こ と にめ な 。
ま た、 本発明の 目的は、 検出遅れのない衝突検出を行 う ; とができ る移動軸衝突防止方法を提供する こ と にあ 本発明のワ イ ヤ放電加工機の移動軸衝突防止方法は、 少な く と も 1 つの移動軸をサ一ボモ一夕 によ り駆動 し制 御する ワ イ ヤ放電加工機に適 ffiする ものであ る。 そ して 、 こ の移動軸衝突防止方法は、 ワイ ヤ放電加工機の持つ 移動軸の内で少な く と も一つの移動軸の駆動制御を行う サーボモ一夕 の制御系に外乱推定オブザーバを構成し、 こ の外乱推定オブザーバによ っ て移動軸に印加さ れる外 乱の負荷を推定する。 そ して、 その推定された外乱の大 き さ と あ らか じめ設定 した設定値との比較を行う 。 推定 した外乱の大き さが設定値以上にな った こ とを検知する して移動軸の衝突を検出 し、 ワ イ ヤ放電加工機の移動軸 の衝突を防止する ものであ る。
本癸明における外乱推定オブザーバは、 ワ イヤ放電加 ェ機の移動軸の駆動制御を行う サーボモー夕 の制御系に 構成される も のであ り 、 モ一夕 に指合さ れる トル ク指合 値と モ一 夕の実速度等によ って外乱負荷 トル クを推定す る ものである。 そ して、 こ の外乱推定オブザーバが推定 する外乱負荷 トル ク は、 ワ イ ヤ放電加工機の移動軸がヮ — ク ゃ該ワ ー ク を支持する テーブル、 あ る いは該テ一ブ ルに ワ ー ク を固定する ク ラ ンプ等の障害物に衝突する こ と によ り 生じ る も のである。
ま た、 この ワイ ヤ放電加工機の移動軸は、 ワイ ヤ放電 加工機において、 ワー ク と ワイ ヤ と の相対的な位置関係 を変更した り ·. ノ ズルの位置を変更する ものであ る。 例 えば、 X軸.、 Y軸、 U軸、 及び V軸は、 ワ ー ク を移動す る ための移動軸であ り 、 Z軸は、 上ノ ズルを Z軸方向に 移動する ための移動軸であ る。
本発明の方法は、 その少な く と も一つの移動軸の外乱 負荷 トル クを外乱推定オブザーバによ り推定 し、 推定さ れた外乱の大き さ と設定値との比較を行い、 推定された 外乱の大き さ と設定値以上とな った と き 、 移動軸が障害 物に衝突 した もの と判定して衝突を検知 し、 モ一 夕を停 止する等の制御によ って移動軸の衝突を防止する もので あ る
こ の衝突防止は、 ワイ ヤ放電加工機中の全ての移動軸 に適応する こ と も、 任意の一つある いはそれ以上の移動 軸に適応する こ と もでき る。
また、 推定された外乱と の比較に甩いる設定値は、 任 意に設定する こ とができ る。 例えば、 該設定値を、 移動 軸を駆動する機構部の静摩擦等や童力項よ り も大き く 、 かつ機構部やワ ー クの破壊限界よ り も小さい値に設定す る こ とができ る。 この設定によ り 、 機構部ゃヮ一 クが破 壊さ れる前に確実に衝突を検出 し、 モ一夕を停止させる こ とができ る。
図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明のワ イヤ放電加工機の移動軸衝突防止 方法を実施するための一構成プロ ッ ク図、
図 2 は、 本発明の一実施例に ffiいる外乱推定ォブザ— バのブロ ッ ク 図、
図 3 は、 サ一ボモ一 夕制御系のブロ ッ ク図、
図 4 は、 外乱推定ォブザ一バを組むモデルのブロ ッ ク 図、
図 5 は、 デジタ ルサ—ボのプロセ ッ サが行う 本実施例 の位置, 速度ルー プ処理及び外乱推定オブザーバ処理の フ ロ 一チ ヤ 一 トである。
発明を実施する ための最良の形態 (本発明を実施する ための構成)
は じめに、 本発明のワイ ヤ放電加工機の移動軸衝突防 止方法を実施する ための一構成例を、 図 】 のブロ ッ ク 図 を甩いて説明する。 なお、 図 】 のブロ ッ ク図は、 ワイ ヤ 放電加工機の一部分のみの構成を示 している。
図 1 において、 Z軸 1 は、 図示 しないワイ ヤ送 り 出 し 部分から送り 出さ れる ワイ ヤ (図示されていない) を上 ノ ズル 2 に案内する。 こ の 2軸 1 は、 例えばパイ プ構造 によ り構成する こ とができ る。
こ の Z軸 】 は、 図示 しない駆動装置によ り 移動可能で あ り 、 ワ ー ク 7 あ るいはテ一ブルに対する距離を調節す る こ とができ る。
上ノ ズル 2 は .. 洪絵されたワイ ヤをワ ー ク 7 に通す。 ま た、 上ノ ズル 2 は、 ワー ク 7 の放電加工窟所に加工液 を供給 し、 加工箇所に発生する スラ ッ ジの除去及び^却 を行 う。
ま た、 下ガイ ド 3 は、 前記上ノ ズル 2 と対向する位置 に設け られる。 こ の下ガィ ド 3 は、 ヮ ィ ャを図示 しない ヮ ィ ャ巻取 り部に案内する。 ま た、 下ガィ ド 3 も .. 上ノ ズル 2 と 同様に、 ワ ー ク 7 の放電加工箇所に加工液を俟 絵 して、 加工箇所に発生する ス ラ ジの除去及び冷却を 行う 。
ワ ー ク 7 は、 ク ラ ンプ 6 によ ってワ ー ク置き台 5 に固 定さ れ、 放電加工によ り加工が行われる。 こ のワ ー ク 置 き台 5 はテ一ブルに設置さ れている。 こ のテーブルを X 軸、 Y軸、 U軸、 及び V軸等に対 して移動可能に構成す る。 そ して、 このテ一ブルの構成によ り 、 テ一ブルの X 軸方向、 及び Y軸方向への移動を行い、 また、 ワ ー ク の 傾斜制御を行う。 前記各軸の移動は、 ワ イ ヤ放電加工機 の移動軸をモ一夕 Mによ り駆動 して行われる。
図 1 に示す例は、 テーブルのサ ドル 4 を移動軸 8 によ り 移動する場合である。
本発明の実施例において、 C N C S 0 は、 トル ク検出 部 2 0 によ り 検出 される モ一夕 Mの トル ク値を受け取 り 、 モ一夕 Mを制御する。 また、 C N C 3 0 には、 表示装 置 4 0 が接続されている。
(外乱推定オブザーバの構成)
次に、 本発明の移動軸衝突防止方法に用いる外乱推定 オブザーバの構成について説明する。
本発明の移動軸衝突防止方法は、 こ の外乱推定ォブザ —バによ り推定した外乱によ っ て、 移動軸と障害物と の 衝突を判定する。 図 S は、 位置に対 し比例 ( F ) 制御を行い、 速度にお し比例 * 積分制御 ( P I ) を行う サ一ボモ一 夕系のプロ ッ ク線図であ る。 図 3 において、 伝達関数 】 0 の k p は 位置ループにおけ る比例ゲイ ン、 伝達関数 1 2 は速度ル —プにおける 伝達関数であ る。 そ して、 伝達関数 】 2 に おいて、 k 】 は積分定数を表 し、 k 2 は比例定数を表 し ている。 また、 伝達関数 】 4 , 】 6 は、 モ一夕の伝達関 数である。 こ の伝達関数 1 4 , 】 6 において、 k t は ト ル ク定数を表 し、 J はイ ナ一 シ ャ を表 している。 また、 伝達関数 1 8 は、 速度 V を積分 して位置 Ρ ί を箕出する 伝達関数であ る。 また、 T L は外乱 トル クである。
図 3 のブロ ッ ク 図において、 位置指合 F c から現在位 置 F ί の フ ィ ー ドバ ッ ク値を減算 してその差を求める と 、 位置偏差 e (二 P c — F i ) が得 られる。 こ の位置偏 差 ど に比例定数 k p を乗じ、 速度指合値を求める。 求め た速度指合値と実速度 V と の差か ら速度偏差を求める。 伝達関数 〗 2 は、 求めた速度偏差に射 して P I 制御を行 つて、 ト ルク指合値と しての電流値 I を求める。 そ して 、 こ の電流 I をモ一夕 の捲線に流してモー夕 を駆動する 。 モ一夕 は、 電流 I によ っ て速度 V で回転する。 伝達関 数 1 8 は、 こ のモ ー夕 の速度 \- を種分 して位置 p ί を求 め ο
こ こで、 こ の図 3 に示すサ一 ボモ一夕 に対 して、 外乱 推定オブザーバを構成する。 まず、 従来から知られてい る外乱推定オブザーバについて、 サ一ボモ一夕のサ一ボ 制御をプロセ ッ サで行 う デジ夕 ルサ一ボ制御系を基に し て説明する。
図 4 は、 サ一ボモ一 夕 におけ るオブザーバ对象のモデ ルのブロ ッ ク 図である。 図中において、 符号 】 4 は図 S に示すサ一ボモ一夕の ト ル ク定数 k t の伝達関数であ る 。 なお、 図 4 において、 図 3 で示 した伝達関数 】 6 はィ ナ一 シ ャ J の伝達関数 1 6 a と積分項 1 6 b に分割して 示 している。 また、 図 4 において、 I は入力 と しての ト ル ク指合、 V は速度、 T L は外乱 ト ル ク であ る。
図 4 のブロ ッ ク のモデルにおいて、 オブザーバを組む 一般的な手法を用いて、 速度 v 、 外乱 ト ル ク 丁 L を推定 する 同一次元オブザーバを組むと、 図 2 中の符号 5 0 で 示さ れる オブザーバとなる。 なお、 ブロ ッ ク 5 0 は外乱 推定オブザーバの一構成図であ る。
外乱推定オブザーバ 5 0 の項 5 2 , 5 3 中に示される k 3 , k 4 は外乱推定オブザーバのパラ メ 一夕である。 ま た、 項 5 1 中に示さ れる は、 サーボモ一夕 に実際に 出力 される ト ルク指合 とな る電流値 I に乗 じ るパラ メ 一 夕 の値であ り 、 モー夕 の ト ル ク定数の推定値 k t * をィ ナ 一 シ ャ の推定値 J ni * で除した ( 二 k t * ノ J m * ) と して表される。
項 5 4 は積分項であ り、 項 5 1 , 5 2 . 5 3 の出力を すべて加算した値を積分し、 モ一夕 の推定速度 V a を求 め る項である。 ま た、 項 5 5 は、 項 5 3 からの出力に ( 1 , · a ) を乗 じて推定外乱 トル ク 丁 d 2 を求める項であ る C
図 2 に示さ れる ブロ ッ ク 図において、 外乱推定ォブザ —バ 5 0 の解析を行う 。 こ の解析において、 = k t *
, J m * とお き、 かつモ一夕の トル ク定数 k t をその推 定値 k t * と等しい ( k † = k t * ) と し、 モ一 夕のィ ナ一 シャ J mをその推定値 J m * ( J m = J m * ) とす る o
項 1 6 の演算によ っ て、 以下の式 ( 1 ) が得られる。 ( I * k t + 丁し ) ( 】 / J m · S ) = v … ( 1 ) ま た、 項 5 4 の出力 V a について検討する と、 以下の 式 ( 2 ) が得 られる。
{ I * ( k t Z J m ) + ( v - v a ) k 3 + ( v - v a ) ( k 4 / S ) } * ( 1 S ) 二 v a … ( 2 ) そ して、 式 ( ュ ) を変形する と次式 ( 3 ) とな り、
I = ( V ♦ J m ♦ S - T L ) k t … ( 3 ) さ らに、 こ の式 ( 3 ) を式 ( 2 ) に代入して整理する と、 以下の式が得 られる。
( V ♦ J m · S - T L ) J m + ( v - v a ) k 3
+ ( v - v a ) ( k 4 / S ) = v a ♦ S … ( 4 )
S ( v - v a ) + ( v - v a ) ♦ k 3 + ( v - v a ) ( k 4 , · S ) =丁 L ノ J m - ( 5 ) と な る。 また、 式 ( 5 ) 力、 ら V e r r (' = ν - v a ) を 求める と 、 次式 ( S ) が得 られる。
V e r r = v - v a
二 (丁 L , ' J m ) [ 1 / { S k 3 -t ( k 4 ,' S ) } ] … ( 6 上記式 ( 6 ) か ら、 項 5 3 の出力 T d 1 は次式 ( 7 によ って表さ れる。
T d 1 = V e r r * ( k 4 . · S )■
= ( TL J k 4 , ( S 2 十 k 3 * S 十 k 4 ) }
… ( 7 )
、ノ
式 ( Ί ) において 、 ノ、。ラ メ 一 夕 k 3 > k 4 を極が安定 する よ う に選択する と、 T d 1 二 T L / J mの関係式に 近似する こ とができ る。 こ の近似 した関係式は、 全外乱 ト ル ク T d 1 を推定でき る こ と を示 している。
そ して、 項 6 1 において、 こ の全外乱 トル ク 丁 d 1 に 1 , a ( = J m * / k t * ) を乗 じて、 推定外乱 ト ル ク 丁 d 2 を求める。
比較器 6 2 は、 こ の推定外乱 トル ク T d 2 と、 衝突を 検出する ための設定さ れた設定値丁 s と を比較する。 こ の比較において、 推定外乱 トル ク 丁 d 2 が設定値 T s よ り大きい場合には、 衝突が生じた も のと判断する。 そ し て、 ァラ —ムを を出力 し、 速度ループの積分器の値を 「 0 」 とする と と もに、 以後の速度指合を 「 0 」 に して モ ー 夕 を停止させる ο
衝突を検出する ために設定する設定値丁 S は、 移動軸 を駆動する機構部の静摩擦等や重力項よ り も大き く 、 か つ機構部やワ ー ク の破壊限界よ り も小さ い値に設定する
c±r >— U ^
。 こ の設 ^ (( つ , 機構部やワ ー クが破壊される前に 、 衝突を確実に検出 し、 モ一夕 を停止させる こ とができ る o
(本発明の実施例の作甩)
次に、 前記構成の一実施例の作用を説明する。 図 5 は 、 デジタ ルサ一ボ ( ソ フ ト ゥ ュ アサ一ボ) のプロ セ ッ サ が位置. 速度ル―ブ処理周期毎に実施する処理の フ ロ ー チ ヤ 一 ト であ る。 なお、 以下の説明では、 ステ ッ プ S の 符号を用いて説明する。
デジタ ルサ一ボ ( ソ フ ト ゥ ュ アサ一ボ) のプロ セ ッ サ は、 数値制御装置から出力 される位置指合とサ一ボモ一 夕 に取り 付け られるパルス コ ーダ等によ って検出 される 現在位置 (位置の フ ィ ー ドバッ ク値) と に基づいて、 従 来と 同様の位置ループ処理を行って、 速度指合を算出す る (ステ ッ プ S 1 ) 。
次に、 プロセ ッ サは、 フ ラ グ F力 「 1 」 か否かの判定 を行 う (ステ ッ プ S 2 ) 。 なお、 こ のフ ラ グ F は、 初期 設定において 「 0 」 に設定されている。 そ して、 フ ラ グ F は、 衝突が生じなければ 「 0 」 の状態を保持し、 衝突 が生 じた後には 「 1 」 に設定さ れる。
プロセ ッ サは、 前記フ ラ グ F の値が 「 1 」 でない場合 には、 図 2 に示す外乱推定オブザーバ 5 0 及びブロ ッ ク 6 1 , 6 2 の処理を実行 し、 推定外乱 ト ル ク T d 2 を求 め る (ステ ッ プ S 3 ) 。 そ して、 求め られた推定外乱 ト ル ク 丁 d 2 が、 衝突を検出する ために設定さ れた設定値 丁 s 以上か否かの判定を行 う (ステ ッ プ S 4 ) 。
こ の判定において、 求め られた推定外乱 ト ルク T d 2 が設定値丁 s よ り 小さ い場合には、 ステ ッ プ S 1 の工程 で求めた速度指合 とサ一ボモ一 夕 に取 り 付け られたパル ス コ ーダ等の速度検出器で検出 さ れるサ一ボモ一 夕 の実 速度を用いて、 従来と 同様の速度ループ処理を行 う 。
そ して、 プロセ ッ サは、 該速度ループ処理によ って電 流指合 ( トル ク指合) を算出 し、 該電流指合を電流ル一 プに引渡す。 こ の電流指合の電流ループへの引渡 した後 、 プロセ ッ サは、 当該周期の処理を終了する (ステ ッ プ S 7 , ステ ッ プ S 8 ) 。
一方、 ステ ッ プ S 4 の判定の工程において、 算出さ れ た推定外乱 ト ルク 丁 d 2 が設定値丁 s 以上の場合には、 プロセ ッ サは衝突 した もの と判定しア ラ ームを出力する 。 そ して、 フ ラ グ F を 「 ュ 」 にセ ッ ト し、 速度指合を 「 0 」 , 速度ループの積分器を 「 0 」 にする (ステ ッ プ S 5 , ステ ッ プ S 6 ) 。
そ して、 プロセ ッ サは、 ステ ッ プ S 7 の速度ル一プ処 理において速度指合を 「 0 」 , 速度ループの積分器を 「 0 」 と して速ループ処理を行い電流指合を求め、 求めた 電流指合を電流ループに引 き渡す。 前記ア ラ ームは、 例 えば、 表示装置 4 0 に衝突を表示 した り 、 警報音を発す る等によ り行 う こ とができ る。
次の周期以降においては、 フ ラ グ F は 「 1 」 にセ ッ ト さ れる。 したがっ て、 プロ セ ッ サは、 ステ ッ プ S 2 の次 にステ ッ プ S 6 に移行する。 そ して、 プロセ ッ サは、 速 度指合を 「 0 」 , 速度ループの積分器を 「 0 」 と して速 度ループ処 ¾を行 って電流指合を求め .. 求めた電流指合 を電流ループに引 き渡す。
なお、 前記実施例の衝突防止方法は、 ワイ ヤ放電加工 機中の全ての移動軸に適応する こ と も、 任意の一つあ る いはそれ以上の移動軸に適応する こ とができ る。
また、 推定された外乱と の比較に用いる設定値は、 任 意に設定する こ とができ る。 例えば、 該設定値を、 移動 軸を駆動する機構部の静摩擦等や童力項よ り も大き く 、 かつ機構部やヮ― クの破壊限界よ り も小さい値に設定す る こ とができ る。 この設定の場合には、 機構部やワ ー ク が破壊さ れる前に、 衝突を確実に検出 してモ一夕 を停止 させる こ とができ る。
上述したよ う に、 モ ー夕 の停止動作を行う こ とができ 、 機構部やワ ー ク が破壊さ れる前に、 衝突を確実に検出 し、 モ一夕を停止させる こ とができ る。
ま た、 以上説明 したよ う に、 本発明によれば、 移動軸 の障害物 との衝突を、 確実に検出する ワ イ ヤ放電加工機 の移動軸衝突防止方法を提供する こ とができ る。

Claims

. 請求の範囲
1 . 少な く と も一つの移動軸を備え、 該移動軸をサ一ボ モ ー夕 によ り駆動する こ と によ り加工制御を行う ワイ ヤ 放電加工機において、
前記移動軸の少な く と も一つの移動軸の駆動制御を行う サ— ボモ一夕 の制御系に外乱推定オブザーバを構成する ¾> のでめ つ 、
該外乱推定オブザーバによ り該移動軸に印加される外乱 の大き さ を推定するステ ッ プと 、
該推定さ れた外乱の大き さ と設定値との比較を行う ステ ッ プと、
前記比較結果に基づいて移動軸の衝突を検出する ステ ッ プと を備えた、 ワ イ ヤ放電加工機の移動軸衝突防止方法 ο
2 . 前記設定値は、 移動軸を駆動する機構部の破壊限界 値よ り小さい値である請求の範囲第 1 項に記載の ワイ ヤ 放電加工機の移動軸衝突防止方法。
3 . 前記設定値は、 被加工物の破壊限界値よ り小さい値 であ る請求の範囲第 1 項に記載のワ イ ヤ放電加工機の移 動軸衝突防止方法。
4 . 前記設定値は、 移動軸を駆動する機構部の静止摩擦 項よ り大きい値である請求の範囲第 】 項に記載のワイ ヤ 放電加工機の移動軸衝突防止方法。
5 . 前記設定値は、 移動軸を駆動する機構部の童力項よ り大きい値である請求の範囲第 1 項に記載の ワイ ヤ放電 加工機の移動軸衝突防止方法。
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