WO1995028253A1

WO1995028253A1 - Systeme de commande de profil

Info

Publication number: WO1995028253A1
Application number: PCT/JP1995/000457
Authority: WO
Inventors: Hitoshi Matsuura
Original assignee: Fanuc Ltd
Priority date: 1994-04-15
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1995-10-26
Also published as: JPH07285051A; KR950028863A; EP0704277A1

Description

明細書ならい制御方式技術分野

本発明はモデル面形状をならい測定するためのならい制御方式に関し、特にスタイラスによってモデル面形状をならうならい制御方式に関する。背景技術

図 7はスタイラスをモデル面に接触させてモデル面形状をならう従来のならい制御方式を示す図である。ここでは、ならい平面を X— Z平面にとった場合を示す。従来のならい制御方式では、モデル 7 2面をスタイラス 7 1 の先端でならつていく際. スタイラス 7 1 の各軸方向の変位量 £ X , ε y , ε ζの合成変位量 £を算出し、この合成変位量 ε の方向ベクトルをならい平面に投影した方向べクトル成分 s x zに対して直角方向をならいの送り方向として算出する。そして、このならいの送り速度成分 V t と、その補正値である補正速度成分 V n とを算出し、補正送り速度 V sを決定する。この補正送り速度 V s は、次式 ( 1 1 ) , ( 1 2 ) で表される各ならい平面軸 X, Z上の速度成分 V 1 および V 2に分配される。

V 1 = V t · s i η θ

- V η · c ο s ^ · · · ( 1 1 )

V 2 = - V t · c ο s θ

- V η · s i η θ · · · ( 1 2 ) ここで、 0は合成変位量 £の方向ベクトル成分 £ X Zの X軸に対する角度である。また、送り方向正のとき V t 〉 0、ス夕ィラス変位 εが基準変位量 £ 0 より大きいときには V η > 0である。

このように速度成分 V 1 および V 2がならい制御中は常時求められ、これに従ってスタイラス 7 1 が移動制御される。

このような制御方式では、合成変位量 εの方向べクトル成分 £ χ ζがモデル 7 2面の方線 L 1 1 からズレる度に補正速度成分 V nを発生させ、送り速度成分 V t を補正して補正送り速度 V sを算出している。しかし、この補正はならい制御中は連続して行われるので、スタイラス 7 1 の軌道に波ができ、ならい通路が不安定になると同時に、デジタイジングデ一夕が不正確になる虞があった。発明の開示

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、より安定したならい動作と、より正確なデジタイジングデ一夕を得ることのできるならい制御方式を提供することを目的とする。本発明では上記課題を解決するために、モデル面形状をならい測定するためのならい制御方式において、トレ一サへッドの位置を検出する位置検出手段と、前記トレーサヘッドに設けられたスダイラスの変位量を検出する変位量検出手段と、前記検出された位置および変位量を所定周期で格納するならいデータ格納手段と、前記所定周期毎にならい平面の各軸について前記位置および変位量を検出し、前記位置の前回検出された値からの増分量を前記変位量の前回検出された値からの増分量で補正して位置増分量として算出する位置増分量算出手段と、前記算出された位置増分量に基づいて前回の移動区間の移動べクトル値を算出する移動べクトル値算出手段と、前記算出された移動べクトル値を今回の移動区間におけるならい方向とし、前記トレーザへッドの軸移動を制御する軸移動制御手段と、を有することを特徴とするならい制御方式が提供される。

位置検出手段がトレーザへッドの位置を検出し、変位量検出手段がトレーサへッドに設けられたスタイラスの変位量を検出すると、ならいデータ格納手段が、検出された位置および変位量を所定周期で格納する。位置増分量算出手段は、所定周期毎にならい平面の各軸について位置および変位量を検出し、位置の前回検出された値からの増分量を変位量の前回検出された値からの増分量で補正して位置増分量として算出する。移動べクトル値算出手段は、算出された位置増分量に基づいて前回の移動区間の移動べクトル値を算出し、軸移動制御手段が、算出された移動べクトル値を今回の移動区間におけるならい方向とし、トレーサへッドの軸移動を制御する。

これにより、補正速度成分の発生によるならい送り方向の微小変動を減少させることができる。特に、モデル面形状の変動が小さいときにはほぼ一定のならい送り方向を得ることができ安定したならい動作と、正確なデジタイジングデ一夕が得られる図面の簡単な説明

図 1 は本実施例のならい制御方式の機能の概念を示すブロック図、図 2は本発明の一実施例のならい · 加工システムの構成を示すブロック図、

図 3は本実施例のならい制御方式の機能の具体的な構成を示すブロック図、

図 4 は定常時の割り出し信号の求め方を示す図、

図 5は割出回路の機能部分における基本処理手順を示すフ口一チヤ一ト、

図 6 は図 5のステップ S 3の具体的な処理を示すフローチヤ一ト、

図 7はスタイラスをモデル面に接触させてモデル面形状をならう従来のならい制御方式を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

図 1 は本実施例のならい制御方式の機能の概念を示すプロック図である。トレ一サヘッド 1 がモデル 2面をならうと、位置検出手段 3がトレーサヘッド 1 の位置を検出し、変位量検出手段 4がトレーサへッド 1 に設けられたスタイラス 1 aの変位量を検出すると、ならいデータ格納手段 5力検出された位置および変位量を所定周期で格納する。位置増分量算出手段 6 は、所定周期毎にならい平面の各軸について位置および変位量を検出し、位置の前回検出された値からの増分量を変位量の前回検出された値からの増分量で補正して位置増分量として算出する _c 移動べクトル値算出手段 7は、算出された位置増分量に基づいて前回の移動区間の移動べクトル値を算出し、軸移動制御手段 8力算出された移動べクトル値を今回の移動区間におけるならい方向とし、トレーサヘッドの軸移動を制御する。

図 2は本発明の一実施例のならい · 加工システムの構成を示すブロック図である。このならい · 加工システムは、主にならい制御装置 1 0 とならい工作機械 2 0 とから構成される。ならい制御装置 1 0のプロセッサ 1 1 は、バス 1 9を介して R O M 1 2 に格納されたシステムプログラムを読み出し、このシステムプログラムに従ってならい制御装置 1 0の全体の動作を制御する。 R A M I 3には一時的なデータが格納される。不揮発性メモリ 1 4 は、図示されていないバッテリでバックアップされており、 C R T Z M D I ュニット 3 1 の図示されていないパネル上のキーにより入力されたならいモード、ならい方向、ならい速度等の各種のパラメ一夕が格納される。また、不揮発性メモリ 1 4には、ならい工作機械 2 0のトレーザへッド 2 6で測定したモデル面形状のデジタイジングデータも格納される。

ならい工作機械 2 0 に設けられているトレ一サへッド 2 6 は. その先端のスタイラス 2 7がモデル 2 8 に接触することにより生じる X軸、 Y軸および Z軸方向の各変位量 e x、および ε ζを検出し、ディジタル変換してプロセッサ 1 1側に送る。プロセッサ 1 1 は、変位量 ε x、および ε ζ と、指令されたならいモード、ならい方向、およびならい速度に基づいて. 後述す.る手順により、 X軸の速度指令 V x、 Y軸の速度指令 V y、および Z軸の速度指令 V zを発生する。これらの速度指令は、それぞれサーボアンプ 1 6 X、 1 6 yおよび 1 6 zに入力され、その出力によってならい工作機械 2 0のサーボモー夕 2 2 x、 2 2 yおよび 2 2 zが駆動される。

これにより、トレーサへッド 2 6 とモデル 2 8間の相対的位置関係が一定に保たれるように、トレーサへッド 2 6が Z軸方向に移動すると共に、テーブル 2 1 が X軸および紙面と直角な Y軸方向に移動して、トレ一サヘッド 2 6 と同じく Z軸制御されるカツ夕.2 4 によってワーク 2 5 にモデル 2 8 と同様の形状の加工が施される。

また、サ一ボモ一夕 2 2 x、 2 2 ぉょび 2 2 2には、これらが所定量回転する毎にそれぞれ検出パルス F P x、 F P yおよび F P zを発生するパルスコーダ 2 3 X、 2 3 yおよび 2 3 zが設けられている。ならい制御装置 1 0内の現在位置レジス夕 1 7 x、 1 7 yおよび 1 7 zは、検出パルス F P x、 F P y および F P zをそれぞれ回転方向に応じてカウントアップノダゥンしてトレ一サへッド 2 6の現在位置データ X a、 Y aおよび Z aを求めており、これらの位置デ一夕はプロセッサ 1 1 によつて読み取られる。

プロセッサ 1 1 は、ならい加工中の状態を示す画像表示信号等をバス 1 9を介して C RT MD Iュニット 3 1 に送る。 C R T/MD I ュニット 3 1 では、内蔵されたグラフィック制御装置が送られた画像表示信号を画像データに変換し、図示されていない表示装置に表示する。この表示装置では、ならい加工の開始に当たってならい加工の条件の入力操作画面が表示される。オペレータは、図示されていないパネル上のキーを使用して、ならいモード、ならい方向、ならい速度等を入力指令する _c この入力指令されたならいモード、ならい方向、ならい速度等は、インタフヱース 1 8を介してバス 1 9上に読み込まれ、不揮発性メモリ 1 4 に格納される。

また、バス 1 9 にはインタフェース 1 5を介して操作盤 3 0 が接続されている。操作盤 3 0では、ならい加工開始指令や停止指令などが行われる。これら各指令信号は、インタフェース 1 5およびバス 1 9を介してプロセッサ 1 1 に送られる。

次に、本実施例のならい制御方式の具体的な手順を説明する, 図 3は本実施例のならい制御方式の機能の具体的な構成を示すブロック図である。トレーサヘッド 2 6 は、先端のス夕イラス 2 7がモデルに接触することにより生じる X軸、 Y軸および Z軸方向の各変位量 ε χ、 £ yおよび £ ζを検出して、前述のならい制御装置 1 0のフフトウエア機能である軸制御機能部 4 0 に送る。軸制御機能部 4 0 に入力された各変位量 ε χ、 ε y および e zは、合成回路 4 1 および切換回路 4 2 に入力される _c 合成回路 4 1 では、各変位量 s x、および £ Zから合成変位量 ε ( ε = ( ε χ ² + ε y ² + ε ζ ² ) ^{1 / 2} ) を求めて演算器 4 3 に入力する。演算器 4 3は、合成変位量 ε と予め設定された基準変位量 ε θ との差分 Δ ε (厶 ε = ε — ε θ ) を演算して速度成分発生回路 4 4および 4 5 に入力する。速度成分発生回路 4 4 は、スタイラス変位方向に対して直角方向の送り速度成分（接線方向速度成分） V t を発生し、分配回路 4 6 に送る。また、速度成分発生回路 4 5は、差分 Δ sに比例させて、スタイラス変位方向の送り速度成分（法線方向速度成分） V n を発生し、分配回路 4 6 に送る。

—方、切り換え回路 4 2では、各変位量 e χ、 ε yおよび ε ζの中から予め図 2の C R T Z M D I ュニット 3 1 で入力指合されたならい平面を形成する二軸の変位量 ε 1、 ε 2を選択して割出回路 4 7に入力する。割出回路 4 7は、ならい動作の開始からトレーサへッド 2 6が所定距離移動するまでは、変位量 ε 1 および ε 2を用いた次式（ 1 ) ' ( 2 ) に基づいて、割り出し信号 E cおよび E s を求める。

Ε ο = ε 1 / ( £ ΐ ² + ε 2 ² ) ^{1 /2}

= c 0 s Θ · · · ( 1 )

Ε ε = ε 2 / ( ε 1 ² + ε 2 ² ) ^{1 /2}

= s i η Θ ' - ' ( 2 )

ここで、 0は、前述した図 7における ε X ζが X軸との間でつくる角度 0 と同じものである。この場合、 ε 1 が ε χに、 t 2が £ zに対応している。こうして求められた E cおよび E s は、分配回路 4 6 に送られる。

また、割出回路 4 7には、位置検出手段 4 9で検出された各モータ 2 2 x， 2 2 y , 2 2 zの現在の位置のデータが送られる。割出回路 4 7は、送られた位置のデータを読み取り、トレ一サへッド 2 6が所定距離（例えば 1 mm) だけ移動する度に. そのときのトレーサへッド 2 6の位置およびスタイラス 2 7のならい平面へ投影した変量 ε 1 、ど 2を記憶する。そして、ならい動作の開始からトレーサへッド 2 6が所定距離移動して定常状態になつてからは、それを知らせる切り換え信号の入力と同時に、割出回路 4 7は、以下の手順により割り出し信号 E c および E sを求める。

図 4 は定常時の割り出し信号 E cおよび E sの求め方を示す図である。ここでは、前回の検出時におけるトレ一サヘッド 2 6の位置を P n-1 、今回の位置を Pn としている。なお、位置 Pn-1 および P n の位置関係は、各検出時におけるスタイラス 2 7の変位量を加算して補正したものである。また、ここでは. ならい平面として X— Z平面の例を示している。さらに、位置 Pn-1 , Pn 間の X軸方向の移動量を d x、 Z軸方向の移動量を d z とする。

位置 Pn- 1 , Pn が求まると、割出回路 4 7は、位置 Pn - 1 から位置 Pn に向かう移動べクトル値を算出し、これを送り速度成分 V tのベクトル値とする。この送り速度成分 V t のべクトル値が決定すると、図に示すように補正速度成分 V nは、送り速度成分 V t に対して直角方向に決められる。送り軸を X軸とした場合、補正速度成分 V nの X軸に対する角度を S a とすると、割り出し信号 E cおよび E s はそれぞれ、

E c = c o s 0 a

= - d z / ( d x ² + d z ² ) ^1/2

E s = s i Ώ. Θ a

= d x/ ( d x ² + d z ² ) ^{1 2}

となる。図 3に戻り、割出回路 4 7は、これら割り出し信号 E cおよび E sを分配回路 4 6に送る。

分配回路 4 6は、割り出し信号 E c、 E s、送り速度信号 V t および補正速度成分 V nを用いて次式（ 3 ) 、（ 4 ) を演算する。

V l =V t x E s - V n x E c · · · ( 3 )

V 2 =— V t x E c - V n x E s ■ · · ( 4 )

V 1 および V 2はならい平面の二軸の速度成分であり、図 4 においてはそれぞれ X軸および Z軸に対応する。これら速度成分 V I および V 2は、出力軸選択回路 4 8を介して X軸、 Y軸および Z軸の速度信号 V x、 V yおよび V z として出力され、サーボアンプ 1 6 x、 1 6 yおよび 1 6 zによって増幅される < そして、サ一ボアンプ 1 6 xおよび 1 6 zの出力によってサ —ボモ一夕 2 2 xおよび 2 2 zが駆動され、図 2で示したテ一ブル 2 1 が移動する。この結果、スタイラス 2 6 は、モデル 2 8 に対して速度成分 V 1 および V 2の合成速度であるならい速度 V a (図 4 ) の方向に移動される。また、サーボアンプ 1 6 z の出力によってサ一ボモー夕 2 2 zが駆動され、トレーザへッド 2 6 と共に、図 2で示したカツ夕 2 4が Z軸方向に移動す o

図 5は割出回路 4 7の機能部分における基本処理手順を示すフローチヤ一トである。

〔S 1 〕割り出し処理の条件が初期状態であるか否か、すなわち、ならい動作の開始からのトレーサへッド 2 6の移動が所定距離以内であるか否かを判断し、そうであればステップ S 2に進み、そうでなければステップ S 3に進む。

〔 S 2〕スタイラス 2 7の変位方向と直角の方向を送り速度成分 V t とするならい制御を実行する。

〔S 3〕トレーサへッド 2 5が所定距離移動する毎に前回の移動区間の移動方向のべクトルを演算し、そのべクトル値を今回のならいの送り速度成分 V t とするならい制御を実行する。図 6 は図 5のステップ S 3の具体的な処理を示すフローチヤ一トである。

〔 S 1 1 〕トレ一サヘッド 2 6の今回の検出位置と前回の検出位置との差である位置差をならい平面の各軸について算出する (

〔 S 1 2 〕スタイラス 2 7の今回の検出変位量と前回の検出変位量との差である変位量差をならい平面の各軸について算出す ο

C S 1 3〕算出した位置差と変位量差とを加算して、終了した前回の移動区間における位置の増分量をならい平面の各軸について算出する。

〔 S 1 4〕前回の移動区間におけるベクトル値を算出し、このベクトル値を今回の移動区間におけるならい速度方向とする。

〔 S 1 5〕算出されたベクトル値に基づいて E cおよび E s を算出し、分配回路 4 6 に送る。

C S 1 6〕検出した位置および変位量を記憶する。

このように、本実施例では、定常状態においてはスタイラス 2 6が所定距離移動する毎に終了した前回の移動区間の移動方向の移動べクトル値を演算し、その移動べクトル値を今回のならいの送り速度方向とするようにしたので、従来のように補正速度成分を連続的に求めてその補正速度成分の直角方向を送り速度方向とする方式と比べて、補正速度成分の発生によるならい送り方向の微小変動を減少させることができる。特に、モデル面形状の変動が小さいときにはほぼ一定のならい送り方向を得ることができ、正確なデジタイジングデータが得られる。

また、本実施例では、ならい動作開始時からトレーサヘッド 2 6が所定距離移動完了するまでの割り出し処理初期状態では- 従来のならい制御を行うようにしたので、サンプリングデータがなくても正確なならい制御が可能である。これは、ならい動作開始時は、スタイラス 2 7 とモデル 2 8 との摩擦が小さいため、補正速度成分の発生量が小さく、トレーサヘッド 2 6はほぼモデル面に平行に移動するものと考えられるためである。なお、本実施例では、位置や変位量を検出する所定周期としてトレ一サへッド 2 6の移動距離が所定距離移動するときと設定したが、これは所定時間とするようにしてもよい。また、所定距離の移動の判断においては、トレーサヘッド 2 6の 3次元の合成移動距離であってもよいし、特定の軸方向への移動距離であってもよい。

また、本実施例では、割出回路 4 7において、位置の今回と前回の検出値の差分と、変位量の今回と前回の検出値の差分とを別個に算出し、各算出値を加算することにより増分量を算出するようにしたが、位置と変位量の今回の各検出値を加算した値と、位置と変位量の前回の各検出値を加算した値とを別個に算出し、今回の加算値から前回の加算値を減算するようにしてもよい。

以上説明したように本発明では、所定周期毎にならい平面の各軸について位置および変位量を検出し、位置の前回読み出した値からの増分量を変位量の前回検出された値からの増分量で補正して位置増分量として算出し、算出された位置増分量に基づいて前回の移動区間の移動べクトル値を算出し、算出された移動べクトル値を今回の移動区間におけるならい方向としてトレーザへッドの軸移動を制御するようにしたので、補正速度成分の発生によるならい送り方向の微小変動を減少させることができる。特に、モデル面形状の変動が小さいときにはほぼ一定のならい送り方向を得ることができ、安定したならい動作と正確なデジタイジングデ一夕が得られる。

Claims

請求の範囲

1 . モデル面形状をならい測定するためのならい制御方式において、

トレーサへッドの位置を検出する位置検出手段と、

前記トレーサへッドに設けられたスタイラスの変位量を検出する変位量検出手段と、

前記検出された位置および変位量を所定周期で格納するならいデータ格納手段と、

前記所定周期毎にならい平面の各軸について前記位置および変位量を検出し、前記位置の前回検出された値からの増分量を前記変位量の前回検出された値からの増分量で補正して位置増分量として算出する位置増分量算出手段と、

前記算出された位置増分量に基づいて前回の移動区間の移動べクトル値を算出する移動べクトル値算出手段と、

前記算出された移動べクトル値を今回の移動区間におけるならい方向とし、前記トレーサヘッドの軸移動を制御する軸移動制御手段と、

を有することを特徴とするならい制御方式。

2 . 前記所定周期は前記トレーサへッドの移動距離に対応して設定されていることを特徴とする請求項 1 記載のならい制御方式。

3 . 前記所定周期は前記トレーサへッドの移動時間に対応して設定されていることを特徴とする請求項 1 記載のならい制御方式。

4 . 軸移動制御手段は、前記ならい動作の初期状態では、前記スタイラスのならい平面への投影変位方向と直角の方向を前記ならい方向とするように構成されていることを特徴とする請求項 1 記載のならい制御方式。

5 . 前記位置増分量算出手段は、前記位置の今回と前回の検出値の差分と、前記変位量の今回と前回の検出値の差分とを別個に算出し、各算出値を加算するように構成されていること特徵とする請求項 1記載のならい制御方式。

6 . 前記位置増分量算出手段は、前記位置と前記変位量の今回の各検出値を加算した値と、前記位置と前記変位量の前回の各検出値を加算した値とを別個に算出し、前記今回の加算値から前記前回の加算値を減算するように構成されていること特徴とする請求項 1記載のならい制御方式。