(57)【要約】【課題】高精度な回転軸中心位置の計測が可能な制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の制御装置１は、回転軸中心位置の計測対象となる回転軸を少なくとも３箇所以上に位置決めした状態で直線３軸を制御して計測されるテーブル上に設置された基準球の直線軸３軸の座標値を取得する基準球位置取得部１００と、基準球の位置を取得する際の回転軸への指令角度を取得する回転軸指令角度取得部１１０と、基準球の直線軸３軸の座標値と、回転軸への指令角度とに基づいて、指令角度を拘束条件とした基準球の直線軸３軸の座標値の近傍を通過する近似円を計算する近似円計算部１２０と、近似円計算部が計算した近似円の中心位置を前記回転軸の中心位置の座標として記憶する回転軸位置記憶部１３０と、を備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線軸３軸と少なくとも１軸の回転軸を含む軸により工具をテーブルに設置されたワークに対して相対移動させる加工機を制御する制御装置において、
前記回転軸の内の計測対象となる回転軸を少なくとも３箇所以上に位置決めした状態で直線３軸を制御して計測される前記テーブル上に設置された基準球の直線軸３軸の座標値を取得する基準球位置取得部と、
前記計測をした際のそれぞれの位置決め位置における前記回転軸への指令角度を取得する回転軸指令角度取得部と、
前記基準球位置取得部が取得した基準球の直線軸３軸の座標値と、前記回転軸指令角度取得部が取得した前記回転軸への指令角度とに基づいて、前記指令角度を拘束条件とした前記基準球の直線軸３軸の座標値の近傍を通過する近似円を計算する近似円計算部と、
前記近似円計算部が計算した近似円の中心位置を前記回転軸の中心位置の座標として記憶する回転軸位置記憶部と、
を備えた制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置に関し、特に高精度な回転軸中心位置の計測が可能な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
５軸加工機の回転軸の回転中心を求める回転軸位置計測方法として、テーブル上に固定した基準球の中心位置を回転軸の複数の割出し角度で計測する方法が知られている（例えば、特許文献１）。簡便な方法では、０度と９０度又は１８０度等の２箇所で計測して、２点の座標値となす角から計算する方法や、基準球を３箇所の割出し位置で計測し、その座標値から算出する方法が知られている。また、４箇所以上に回転軸を割り出して基準球計測を行い、最小二乗法などの評価関数を用いて誤差が最小となる近似円の中心を求める方法もまた知られている。
【０００３】
以下では、基準球を３箇所の割出し位置で計測する方法を例として説明する。
図７は、テーブルに回転軸がある加工機における回転中心を求める方法について説明する図である。テーブルに回転軸がある加工機では、テーブル上に設置された基準球を３箇所に割出し、当該基準球の位置を主軸に装着したタッチプローブなどのセンサを用いて計測する。基準球の位置を計測する際には、基準球に対して複数の方向（３〜４方向）からセンサを接近させて基準球の座標を計測し、計測された複数の座標の平均値を求めることで基準球の位置（中心座標）を求める。そして、３箇所に割出した基準球のそれぞれの位置（ＸP1，ＹP1，ＺP1）、（ＸP2，ＹP2，ＺP2）、（ＸP3，ＹP3，ＺP3）に基づいて、テーブル回転軸の中心位置（Ｘc，Ｙc，Ｚc）を算出する。
【０００４】
図８は、主軸側に回転軸がある加工機における回転中心を求める方法について説明する図である。主軸側に回転軸がある加工機では、タッチプローブなどのセンサを装着した主軸側の回転軸を３つの角度に位置決めし、それぞれの角度に位置決めした回転軸を固定した状態で直線軸を駆動してテーブル上に設置された基準球の位置を計測する。基準球の位置を計測する際には、基準球に対して複数の方向（３〜４方向）からセンサを接近させて基準球の座標を計測し、計測された複数の座標の平均値を求めることで基準球の位置（中心座標）を求める。そして、主軸側の回転軸を３つの角度に位置決めした状態で計測した基準球のそれぞれの位置（ＸP1，ＹP1，ＺP1）、（ＸP2，ＹP2，ＺP2）、（ＸP3，ＹP3，ＺP3）に基づいて、主軸側の回転軸の中心位置（Ｘc，Ｙc，Ｚc）を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９１７１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それぞれの回転軸の割出し位置に対応する基準球の中心座標は、タッチプローブなどのセンサを基準球に接近する方向へと移動させ、センサが基準球を検出した（タッチプローブが基準球にタッチして信号が出力された）時の座標を取得することで計測されるが、センサが基準球を検出してから座標値を取得するまでの間には様々な要因に基づく遅れ（信号検出の遅れ、座標値取得の遅れなど）が生じ、これが原因で図９，１０に示すようにそれぞれの回転軸の割出しごとの基準球の中心座標値には誤差が含まれ、回転中心が正しく求まらないことがあるという課題があった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、高精度な回転軸中心位置の計測が可能な制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、回転軸の中心位置を計測する際に、センサで計測して得た基準球の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の座標値に加えて、基準球の計測時における制御装置から加工機に対する回転軸への指令角度を回転中心からの方位角とする拘束条件を追加し、評価関数で評価して近似円を求めて計測誤差の影響を少なくすることで上記課題を解決する。
【０００９】
そして、本発明の請求項１に係る発明は、直線軸３軸と少なくとも１軸の回転軸を含む軸により工具をテーブルに設置されたワークに対して相対移動させる加工機を制御する制御装置において、前記回転軸の内の測定対象となる回転軸を少なくとも３箇所以上に位置決めした状態で直線３軸を制御して計測される前記テーブル上に設置された基準球の直線軸３軸の座標値を取得する基準球位置取得部と、前記計測をした際のそれぞれの位置決め位置における前記回転軸への指令角度を取得する回転軸指令角度取得部と、前記基準球位置取得部が取得した基準球の直線軸３軸の座標値と、前記回転軸指令角度取得部が取得した前記回転軸への指令角度とに基づいて、前記指令角度を拘束条件とした前記基準球の直線軸３軸の座標値の近傍を通過する近似円を計算する近似円計算部と、前記近似円計算部が計算した近似円の中心位置を前記回転軸の中心位置の座標として記憶する回転軸位置記憶部と、を備えた制御装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、回転軸の回転中心位置がより高精度で求まることで、該回転軸の使用時における加工精度の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術と本発明とのテーブルに回転軸がある加工機における回転中心を求める方法の違いについて説明する図である。
【図２】従来技術と本発明との主軸側に回転軸がある加工機における回転中心を求める方法の違いについて説明する図である。
【図３】本発明によるテーブルに回転軸がある加工機における回転中心を求める方法について説明する図である。
【図４】本発明による主軸側に回転軸がある加工機における回転中心を求める方法について説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態による制御装置の概略的なハードウェア構成図である。
【図６】本発明の一実施形態による制御装置の概略的な機能ブロック図である。
【図７】従来技術によるテーブルに回転軸がある加工機における回転中心を求める方法について説明する図である。
【図８】従来技術による主軸側に回転軸がある加工機における回転中心を求める方法について説明する図である。
【図９】従来技術によるテーブルに回転軸がある加工機における回転中心を求める方法の問題点について説明する図である。
【図１０】従来技術による主軸側に回転軸がある加工機における回転中心を求める方法の問題点について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。はじめに、図１から図４を用いて本発明の制御装置に実装する回転軸中心位置計測機能の概要を説明する。
本発明の制御装置は、センサで計測して得た基準球の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の座標値に基づいて回転軸中心を算出する際に、テーブルに回転軸がある加工機においてはテーブル上に設置された基準球を３箇所に割出す際の指令における回転軸指令角を、主軸側に回転軸がある加工機においてはセンサを装着した主軸側の回転軸を３つの角度に位置決めする際の指令における回転軸指令角を、それぞれ使用して、図１，２に示すように該回転軸司令角を拘束条件とした方位角補正を行った近似円を求め、より真の回転中心に近い解を得るようにする。
【００１３】
図３は、テーブルに回転軸がある加工機における回転軸中心を算出する方法について説明する図である。加工機のテーブル側の回転軸（以下、Ｃ軸と言う）の回転軸中心位置を計測対象とし、テーブル上の所定位置に基準球Ｐが設置されているとした時、オペレータは制御装置を操作して（又は計測プログラムにより自動的に）、テーブルの回転軸Ｃ軸を任意の角度に割出し、それぞれの割出し位置において主軸に装着したセンサで基準球の位置を計測する。例えば、Ｃ軸を３箇所（割出し角度θP1，θP2，θP3）に割出して、それぞれの割出し位置における基準球中心座標を計測する。オペレータが相異なるＣ軸の割出し角度において、基準球に対して複数の方向（３〜４方向）から計測を繰り返すことで、制御装置は基準球中心Ｐ１，Ｐ２、Ｐ３に対する座標値（ＸP1，ＹP1，ＺP1）、（ＸP2，ＹP2，ＺP2）、（ＸP3，ＹP3，ＺP3）を得て、基準球中心の座標値と割出し角度との組み合わせである（ＸP1，ＹP1，ＺP1，θP1）、（ＸP2，ＹP2，ＺP2，θP2）、（ＸP3，ＹP3，ＺP3，θP3）を記憶する。
【００１４】
本発明の制御装置は、この３点の基準球中心の座標値と割出し角度との組み合わせに基づいて、中心をＰｃ’とし、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の近傍の点Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’を通る近似円を求める。本発明の制御装置は、図３に示すように、直線Ｐｃ’Ｐ１’と直線Ｐｃ’Ｐ２’とがなす角度がθP2−θP1、かつ、直線Ｐｃ’Ｐ２’と直線Ｐｃ’Ｐ３’とがなす角度がθP3−θP2であり、更に、評価関数（例えば、２乗平均｜Ｐ１Ｐ１’｜2＋｜Ｐ２Ｐ２’｜2＋｜Ｐ３Ｐ３’｜2）が最小となる近似円を求め、この近似円中心Ｐｃ’を求める回転軸の中心位置とすることができる。
【００１５】
図４は、主軸側に回転軸がある加工機における回転軸中心を算出する方法について説明する図である。加工機の主軸側のテーブルに対して略垂直方向を中心軸とした回転軸（以下、Ｂ軸と言う）の回転軸中心位置を計測対象とし、テーブル上の所定位置に基準球Ｐが設置されているとした時、オペレータは制御装置を操作して（又は計測プログラムにより自動的に）、主軸側の回転軸Ｂ軸を任意の角度に割出し、それぞれの割出し角度において主軸に装着したセンサで基準球の位置を計測する。例えば、Ｂ軸を３箇所（割出し角度θP1，θP2，θP3）に割出して、それぞれの割出し位置における基準球中心座標を計測する。オペレータが相異なるＢ軸の割出し角度において、基準球に対して複数の方向（３〜４方向）から計測を繰り返すことで、制御装置は基準球中心Ｐ１，Ｐ２、Ｐ３に対する座標値（ＸP1，ＹP1，ＺP1）、（ＸP2，ＹP2，ＺP2）、（ＸP3，ＹP3，ＺP3）を得て、基準球中心の座標値と割出し角度との組み合わせである（ＸP1，ＹP1，ＺP1，θP1）、（ＸP2，ＹP2，ＺP2，θP2）、（ＸP3，ＹP3，ＺP3，θP3）を記憶する。
【００１６】
本発明の制御装置は、基準球の位置ＰＳの機械座標系の座標を（ＸPS，ＹPS，ＺPS）とし、点Ｐ１’をＰＳ−Ｐ１、点Ｐ２’をＰＳ−Ｐ２、点Ｐ３’をＰＳ−Ｐ３と置いたとき、この３点（Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’）の座標値と割出し角度との組み合わせに基づいて、中心をＰｃ”とし、Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’の近傍の点Ｐ１”，Ｐ２”，Ｐ３”を通る近似円を求める。本発明の制御装置は、図４に示すように、直線Ｐｃ”Ｐ１”と直線Ｐｃ”Ｐ２”とがなす角度がθP2−θP1、かつ、直線Ｐｃ”Ｐ２”と直線Ｐｃ”Ｐ３”とがなす角度がθP3−θP2であり、更に、評価関数（例えば、２乗平均｜Ｐ１’Ｐ１”｜2＋｜Ｐ２’Ｐ２”｜2＋｜Ｐ３’Ｐ３”｜2）が最小となる近似円を求め、この近似円中心Ｐｃ”を求める回転軸の中心位置とすることができる。
【００１７】
以下では、本発明の制御装置の一実施形態である数値制御装置として実装した場合の構成を説明する。
図５は、本発明の一実施形態による数値制御装置と該数値制御装置によって駆動制御される加工機の要部を示すハードウェア構成図である。数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１は、数値制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス２０を介して読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及び後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介してオペレータが入力した各種データ等が格納される。
【００１８】
不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされるなどして、数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリとして構成される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して読み込まれた加工プログラムや後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラムが記憶されている。不揮発性メモリ１４には更に、加工プログラムを運転するために用いられる加工プログラム運転処理用プログラム等が記憶されるが、これらプログラムは実行時にはＲＡＭ１３に展開される。また、ＲＯＭ１２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理などを実行するための各種のシステム・プログラム（回転軸中心位置計測用のシステム・プログラムを含む）があらかじめ書き込まれている。
【００１９】
インタフェース１５は、数値制御装置１とアダプタ等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは加工プログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、数値制御装置１内で編集した加工プログラムは、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１に内蔵されたシーケンス・プログラムで加工機の周辺装置（例えば、工具交換用のロボットハンドといったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、加工機の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
【００２０】
表示器／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インタフェース１９は各軸を手動で駆動させる際に用いる手動パルス発生器等を備えた操作盤７１に接続されている。
【００２１】
加工機が備える軸を制御するための軸制御回路３０はＣＰＵ１１からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、加工機が備える軸を移動させるサーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図５のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には加工機に備えられた軸の数だけ用意される。例えば、本実施形態の加工機を制御する数値制御装置の場合、直線３軸と少なくとも１軸以上の回転軸の分だけ軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０が用意される。
【００２２】
スピンドル制御回路６０は、加工機への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、加工機のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。
スピンドルモータ６２にはポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１によって読み取られる。
【００２３】
図６は、上記で説明した回転軸中心位置計測機能を実現するためのシステム・プログラムを図５で示した数値制御装置１に実装した場合の、本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。図６に示した各機能ブロックは、図５に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１が、加工プログラム検索機能のシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。本実施形態の数値制御装置１は、基準球位置取得部１００、回転軸指令角度取得部１１０、近似円計算部１２０、回転軸位置記憶部１３０を備える。
【００２４】
基準球位置取得部１００は、オペレータによる手動操作により、又は、計測用プログラムによる自動制御により計測された、テーブル上に設置された基準球の座標位置を取得する機能手段である。基準球位置取得部１００は、例えばオペレータによる手動操作で計測された基準球の座標位置を表示器／ＭＤＩユニットを介して入力するためのインタフェースとして構成されていても良く、また、計測用プログラムによる自動制御で計測された基準球の座標位置を信号等により自動的に取得するように構成しても良い。基準球位置取得部１００は、例えば、テーブルに回転軸がある加工機を制御している場合には、３箇所に割出された基準球の位置座標を取得するようにしても良く、また、主軸側に回転軸がある加工機を制御している場合には、主軸の回転軸を３つの角度に割出した状態で計測された基準球の位置座標を取得するようにしても良い。基準球位置取得部１００は、取得した基準球の位置座標を近似円計算部１２０へと出力する。
【００２５】
回転軸指令角度取得部１１０は、基準球位置取得部１００により基準球位置を取得した際の回転軸に対して指令されている指令角度を取得する機能手段である。回転軸指令角度取得部１１０は、例えば、テーブルに回転軸がある加工機を制御している場合には、基準球の位置座標を取得する際に３箇所に割出された時のＣ軸のそれぞれの指令角度を取得するようにしても良く、また、主軸側に回転軸がある加工機を制御している場合には、基準球の位置座標を取得する際の主軸の回転軸を３つの角度に割出した時のＢ軸のそれぞれの指令角度を取得するようにしても良い。回転軸指令角度取得部１１０は、取得した基準球の位置座標取得時の指令角度を近似円計算部１２０へと出力する。
【００２６】
近似円計算部１２０は、基準球位置取得部１００から受け付けた基準球の座標位置と、回転軸指令角度取得部１１０から受け付けた基準球座標位置取得時の回転軸の指令角度とに基づいて、図３，４を用いて説明した近似円の算出処理を実行して近似円を求める機能手段である。
そして、回転軸位置記憶部１３０は、近似円計算部１２０が求めた近似円の中心位置を回転軸の中心位置として数値制御装置１のＲＡＭ１３や不揮発性メモリ１４等に設けられた記憶領域に記憶する。
【００２７】
以上、ここまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態の例にのみ限定されるものでなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、上記した実施形態では、基準球を３箇所で割出して計測する場合（主軸の回転軸を３つの角度に割出して計測する場合）を例として説明しているが、本発明の回転軸中心計測方法は、基準球を３箇所以上に割り出して（主軸の回転軸を３以上の角度に割出して計測する場合）回転軸の回転中心を求めるいずれの場合にも適用することが可能である。例えば４箇所以上に基準球を割出してテーブルの回転軸中心を計測する場合も同様に、割出しの指令角度を拘束条件として、評価関数（例えば、計測点と補正後の距離の自乗平均）を最小とするような円弧中心、半径を計算することで、計測誤差の影響がより小さく、実際の機械に近い回転軸中心位置を求める事ができる。
【００２８】
また、上記ではＢ軸やＣ軸の回転軸の中心位置を計測する例を示したが、加工機の主軸側のテーブルに対して略水平方向を中心軸とした回転軸（以下、Ａ軸と言う）の回転中心を求めるために本発明の回転軸中心計測方法を用いることも可能である。回転軸を持つ加工機の実装上ではＡ軸もまたテーブル側にある場合と主軸側にある場合とがあるが、いずれにある場合であっても上記した方法によりＢ軸、Ｃ軸と同様に回転軸中心位置を計測することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  数値制御装置
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ
１４  不揮発性メモリ
１５  インタフェース
１６  ＰＭＣ
１７  Ｉ／Ｏユニット
１８  インタフェース
１９  インタフェース
２０  バス
３０  軸制御回路
４０  サーボアンプ
５０  サーボモータ
６０  スピンドル制御回路
６１  スピンドルアンプ
６２  スピンドルモータ
６３  ポジションコーダ
７０  表示器／ＭＤＩユニット
７１  操作盤
７２  外部機器
１００  基準球位置取得部
１１０  回転軸指令角度取得部
１２０  近似円計算部
１３０  回転軸位置記憶部
【図１】
2018116458.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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