(57)【要約】【課題】【解決手段】  本発明に１つの態様は、動作制御装置における不均衡を計算する方法を提供する。この動作制御装置は、物体を保持して第１の軸線のまわりに回転させるための物体取付け機構（１０２）と、この物体取付け機構を変位させるための物体位置決め機構（１０６）と、この物体位置決め機構を駆動するための物体位置決め駆動体（１０８）と、第１の軸線のまわりの物体の回転を示す出力信号を発生させるための１つまたはそれ以上の回転検出装置（２０４）とを有している。この方法は、回転検出装置の出力信号から、第１の軸線のまわりの物体の速度および相を示す物体回転信号を計算する工程と、物体回転信号で駆動手段からの出力信号を復調させて第１の軸線のまわりの物体の回転と同期している復調された出力信号を引き出す工程と、復調された出力信号から物体の不均衡の大きさおよび相を計算する工程とを有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を保持して第１の軸線のまわりに回転させるための物体取付け機構と、この物体取付け機構を変位させるための物体位置決め機構と、この物体位置決め機構を駆動するための物体位置決め駆動体と、前記第１の軸線のまわりの物体の回転を示す出力信号を発生させるための１つまたはそれ以上の回転検出装置とを有する動作制御装置における不均衡を計算する方法であって、
前記回転検出装置の出力信号から、第１の軸線のまわりの物体の速度および相を示す物体回転信号を計算する工程と、
第１の軸線のまわりの物体の回転と同期している復調された出力信号を引き出すように、前記物体回転信号により駆動手段からの出力信号を復調させる工程と、
復調された出力信号から物体の不均衡の大きさおよび相を計算する工程と、
を具備している、不均衡を計算する方法。
【請求項２】
前記物体位置決め駆動体は、モータと、制御信号をモータに送るためのコントローラとを有しており、このコントローラは、不均衡計算方法の前記工程を行なわせるプロセッサを有している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセッサは、デジタル信号プロセッサを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記回転検出装置は、第１の軸線のまわりのスピンドルの回転を検出するように設けられた１つまたはそれ以上の近接センサを含む、請求項１ないし３のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項５】
前記プロセッサは、クロックと、第１の軸線のまわりのスピンドルの完全な回転中、クロックパルスの総合計を数えるための第１のカウンタと、第１の軸線のまわりのスピンドルの各回転中、クロックパルスの累積数を数えるための第２のカウンタとを有しており、第１の軸線のまわりの物体の速度および相は、第１および第２のカウンタの出力から引き出される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
時間変化成分を除去するために、復調された出力信号の所定数Ｎの試料に対しての平均を算出する工程を更に具備している前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項７】
前記復調させる工程は、２つの復調された直交信号成分を引き出すために、前記物体回転信号の直交成分で前記駆動出力信号を復調させることを有する、前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項８】
前記復調させる工程は、
２つの復調された直交信号成分の各々から側波帯を濾過することを有する、前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項９】
物体不均衡の大きさおよび相を算出する工程は、
物体不均衡の大きさを引き出すために２つの復調された直交信号成分で第１の算出を行なうことと、
物体不均衡の相を引き出すために２つの復調された直交信号成分で第２の算出を行なうことと、を有する前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項１０】
おもみを加えるべき動作制御装置のオペレータを算出された不均衡を補償するための物体上の所定位置に導く工程を更に具備している前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項１１】
前記動作制御装置のオペレータは、
物体の表示をオペレータに表示させ、そして
物体表示上の物体不均衡の大きさおよび相の表示を表示することにより、おもみを加えるように導かれる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記表示は、ベクトル表示である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記物体は、研削砥石である、前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項１４】
前記動作制御装置は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）式機械である、前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項１５】
物体を保持して第１の軸線のまわりに回転させるための物体取付け機構と、
この物体取付け機構を変位させるための物体位置決め機構と、
この物体位置決め機構を駆動するための物体位置決め駆動体と、
前記第１の軸線のまわりの物体の回転を示す出力信号を生じさせるための１つまたはそれ以上の回転検出装置と、
この回転検出装置の出力信号から第１の軸線のまわりの物体の速度および相を示す物体回転信号を算出するためのプロセッサと、を具備しており、
第１の軸線のまわりの物体の回転と同期している復調された出力信号を引き出すために前記物体回転信号により駆動体からの出力信号を復調させ、
この復調された出力信号から物体不均衡の大きさおよび相を算出する、動作制御装置。
【請求項１６】
前記物体位置決め駆動体は、モータと、制御信号をモータに送るためのコントローラとを有しており、前記プロセッサは、コントローラ内に設けられている、請求項１５に記載の動作制御装置。
【請求項１７】
前記プロセッサは、デジタル信号プロセッサを含む、請求項１６に記載の動作制御装置。
【請求項１８】
前記回転検出装置は、第１の軸線のまわりのスピンドルの回転を検出するために設けられた１つまたはそれ以上の近接センサを含む、請求項１５に記載の動作制御装置。
【請求項１９】
前記プロセッサは、クロックと、第１の軸線のまわりのスピンドルの完全な回転中、クロックパルスの総合計を数えるための第１のカウンタと、第１の軸線のまわりのスピンドルの各回転中、クロックパルスの累積数を数えるための第２のカウンタとを有しており、第１の軸線のまわりの物体の速度および相は、前記第１および第２のカウンタの出力から引き出される、請求項１６に記載の動作制御装置。
【請求項２０】
前記プロセッサは、時間変化成分を除去するために復調された出力信号の所定数Ｎの試料に対しての平均を算出するように作用する、請求項１７ないし１９のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２１】
前記プロセッサは、２つの復調された直交信号成分を引き出すために物体回転信号の直交成分で駆動手段の出力信号を復調させるように作用する、請求項１５ないし２０のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２２】
前記プロセッサは、２つの復調された直交信号成分の各々から側波帯を濾過するように作用する、請求項２１に記載の動作制御装置。
【請求項２３】
前記プロセッサは、物体不均衡の大きさを引き出すために２つの復調された直交信号成分で第１の算出を行い、物体不均衡の相を引き出すために２つの復調された直交信号成分で第２の算出を行なって、物体不均衡の大きさおよび相を算出するように作用する請求項１５ないし２２のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２４】
おもみを加えるべきＣＮＣ機械のオペレータを算出された不均衡を補償するための物体上の所定位置に導くためのディスプレーを更に具備している請求項１５ないし２３のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２５】
前記ディスプレーは、物体の表示をオペレータに表示し、且つ物体表示上の物体不均衡の大きさおよび相の表示を表示するように作用する、請求項２４に記載の動作制御装置。
【請求項２６】
表示は、ベクトル表示である請求項２５に記載の動作制御装置。
【請求項２７】
物体は、研削砥石である、請求項１５ないし２６のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２８】
コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）式機械である、請求項１５ないし２６のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２９】
物体を保持して第１の軸線のまわりに回転させるための物体取付け機構と、この物体取付け機構を変位させるための物体位置決め機構と、この物体位置決め機構を駆動するための物体位置決め駆動体と、第１の軸線のまわりの物体の回転を示す出力信号を発生させるための回転検出手段とを有する動作制御装置に使用するためのプロセッサであって、
前記回転検出装置の出力信号から第１の軸線のまわりの工具の速度および相を示す物体回転信号を算出し、
この物体回転信号により駆動体からの出力信号を復調させて第１の軸線のまわりの物体の回転と同期している復調された出力信号を引き出し、
復調された出力信号から物体の不均衡の大きさおよび相を算出する、ように作用するプロセッサ。
【請求項３０】
デジタルプロセッサを含む請求項２９に記載のプロセッサ。
【請求項３１】
前記回転検出装置は、第１の軸線のまわりのスピンドルの回転を検出するように設けられた１つまたはそれ以上の近接センサを含み、
クロックと、第１の軸線のまわりのスピンドルの完全な回転中、クロックパルスの総合計を数えるための第１のカウンタと、第１の軸線のまわりのスピンドルの各回転中、クロックパルスの累積数を数えるための第２のカウンタとを具備しており、第１の軸線のまわりの物体の速度および相は、前記第１および第２のカウンタの出力から引き出される、請求項２９に記載のプロセッサ。
【請求項３２】
この前記プロセッサは、時間変化成分を除去するために復調された出力信号の所定数Ｎの試料に対しての平均を算出するように更に作用する請求項２９ないし３１のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【請求項３３】
２つの復調された直交信号成分を引き出すために物体回転信号の直交成分で駆動出力信号を復調させるように更に作用する請求項２９ないし３２のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【請求項３４】
この前記プロセッサは、２つの復調された直交信号成分の各々から側波帯を濾過するように作用する請求項３３に記載のプロセッサ。
【請求項３５】
この前記プロセッサは、物体不均衡の大きさを引き出すために２つの復調された直交信号成分で第１の算出を行ない、
物体不均衡の相を引き出すために２つの復調された直交信号成分で第２の算出を行なうことにより物体不均衡の大きさおよび相を算出するように作用する請求項２９ないし３４のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【請求項３６】
物体の表示をオペレータに表示させ、そして
物体表示上の物体不均衡の大きさおよび相の表示を表示させることにより、
おもみを加えるべき動作制御装置のオペレータを算出された不均衡を補償するための物体上の所定位置に導くように作用する請求項２９ないし３５のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【請求項３７】
表示は、ベクトル表示である請求項３６に記載のプロセッサ。
【請求項３８】
前記物体は、研削砥石である、請求項２９ないし３７のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【請求項３９】
前記動作制御装置は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）式機械である、請求項２９ないし３８のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、動作制御装置に使用される回転可能に設けられた物体の均衡化に関する。本発明は、特に、研削砥石が回転可能なチャンクまたはヘッドストックに設けられた加工物に作用するように移動される多軸コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）式機械に適用可能であり、本発明を模範的だが非限定的な用途について説明することは有利であろう。
【背景技術】
【０００２】
洗練されたコンピュータ制御式作動の発展と関連している多軸および多機能の工作機械の発展は、１つの機械から複雑な多工程作動が可能な非常に高速の精密工作機械の種類の出現を容易にした。このような工作機械は、代表的には、移動可能な切削工具が所望の作業を行なうために加工物に作用する間、加工物を制御された位置に保持する。
【０００３】
代表的には、ＣＮＣ機械は、移動可能な作用部分が部分プログラムにより定められた所定の経路に沿って移動するように、所定の順序で連続した一連の別個な作動を行なうために機械を連続的に命令するコンピュータプログラムにより制御される。各個々の命令は、「ブロック」と称せられており、多くの命令は、制御可能な軸線の各々または組合せのための決定指令を構成する。例えば、ブロックが、所定の速度でＹ軸線において５ｍｍ移動するように加工物を保持するチャックに命令してもよい。多軸ブロックが、所定の速度でＸ軸線およびＹ軸線において０.０５ｍｍ前方に移動するようにチャックに命令してもよい。他のブロックが、研削砥石に、加工物が研削砥石と接触されると、所定の角度位置までＣ軸線のまわりに回転され、次いでスピンドルのまわりに回転されるように命令してもよい。次いで、コンピュータに一旦プログラミングされたブロックが、設定された順次的な順序に固定される。すると、全組の順次ブロックが部分プログラムの開始から終了まで作動するＣＮＣ機械により自動的に作動され得る。
【０００４】
ＣＮＣ機械において高速の回転および移動を受ける物体にうちの１つは、研削砥石である。時間にわたって、研削砥石は不均衡を生じてしまう。この不均衡は、研削砥石が取付けられたスピンドルにおける半径方向の移動を引起こし、その結果、研削の制度が減少され、研削砥石が不規則な摩耗を受ける。
【０００５】
不均衡を補正するために、オペレータが研削砥石の不均衡を解消する位置で研削砥石の平らな表面のうちの１つにおもみを手で付けることが可能である。しかしながら、適当なおもみの大きさと、このおもみを加えるべき研削砥石上の位置を確認することは、オペレータにとって極めて困難な作業である。試行錯誤して最適なおもみの大きさおよび位置を得ようとすることは、時間がかかり、結局、不均衡の補正に不成功になってしまう。
【０００６】
また、不均衡の本質は、研削砥石が設けられるスピンドルのまわりの外部加速度計の取付けにより評価されることができる。しかしながら、この外部からの備品のコストおよび工業環境における加速度計を取付ける難点により、この技術を実施し難くする
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、不均衡を正確に定めることができるＣＮＣ機械のような動作制御装置における回転可能に設けられた研削砥石または他の物体における不均衡を算出したり補正したりする方法を提供することが望ましい。
【０００８】
また、外部分析設備が使用されることを必要とすることなしに不均衡を正確に確認することができることが望ましい。
【０００９】
しかも、既存の動作制御装置の１つまたはそれ以上の問題を改善するか或いは解消するＣＮＣ機械のような動作制御装置における回転可能に設けられた研削砥石または他の物体における不均衡を算出したり補正したりする方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの態様は、物体を保持して第１の軸線のまわりに回転させるための物体取付け機構と、この物体取付け機構を変位させるための物体位置決め機構と、この物体位置決め機構を駆動するための物体位置決め駆動体と、第１の軸線のまわりの物体の回転を示す出力信号を発生させるための１つまたはそれ以上の回転検出装置とを有する動作制御装置における不均衡を計算する方法であって、
回転検出装置の出力信号から、第１の軸線のまわりの物体の速度および相を示す物体回転信号を計算する工程と、
第１の軸線のまわりの物体の回転と同期している復調された出力信号を引き出すように、物体回転信号により駆動手段からの出力信号を復調させる工程と、
復調された出力信号から物体の不均衡の大きさおよび相を計算する工程と、
を有する、不均衡を計算する方法を提供する。
【００１１】
物体位置決め駆動体は、好ましくは、モータと、制御信号をモータに送るためのコントローラとを有しており、このコントローラは、不均衡計算方法の諸工程を行なうプロセッサを有している。  
前記プロセッサは、デジタル信号プロセッサを含んでも良い。  
回転検出装置は、第１の軸線のまわりのスピンドルの回転を検出するために設けられた１つまたはそれ以上の近接センサを含んでも良い  。
【００１２】
前記プロセッサは、好ましくは、クロック手段と、第１の軸線のまわりのスピンドルの完全な回転中、クロックパルスの総合計を数えるための第１のカウンタと、第１の軸線のまわりのスピンドルの各回転中、クロックパルスの累積数を数えるための第２のカウンタとを有しており、第１の軸線のまわりの物体の速度および相は、第１および第２のカウンタの出力から引き出される。
【００１３】
この方法は、更に、
時間変化成分を除去するために復調された出力信号の所定数Ｎの試料に対しての平均を算出する工程を有していても良い  。
【００１４】
前記復調させる工程は、
２つの復調された直交信号成分を引き出すために物体回転信号の直交成分で駆動手段の出力信号を復調させることを有しいている  。
【００１５】
この場合、前記復調させる工程は、
２つの復調された直交信号成分の各々から側波帯を濾過することを有していても良い。
【００１６】
物体不均衡の大きさおよび相を算出する工程は、
物体不均衡の大きさを引き出すために２つの復調された直交信号成分で第１の算出を行なうことと、
物体不均衡の相を引き出すために２つの復調された直交信号成分で第２の算出を行なうことと、を有していても良い。  
この方法は、更に、
おもみを加えるべき動作制御装置のオペレータを算出された不均衡を補償するための物体上の所定位置に導く工程を有していても良い  。
【００１７】
前記動作制御装置のオペレータは、好ましくは
物体の表示をオペレータに表示し、そして
物体表示上の物体不均衡の大きさおよび相の表示を表示することにより、おもみを加えるように導かれる。  
前記表示は、ベクトル表示で良い。  
前記物体は、研削砥石で良い。
【００１８】
本発明の他の態様は、
物体を保持して第１の軸線のまわりに回転させるための物体取付け機構と、
物体取付け手段を変位させるための物体位置決め機構と、
物体位置決め機構を駆動するための物体位置決め駆動体と、
第１の軸線のまわりの物体の回転を示す出力信号を生じるための１つまたはそれ以上の回転検出装置と、
回転検出装置の出力信号から第１の軸線のまわりの物体の速度および相を示す物体回転信号を算出するための手段と、
第１の軸線のまわりの物体の回転と同期している復調された出力信号を引き出すために物体回転信号で駆動体からの出力信号を復調させるための手段と、
復調された出力信号から物体不均衡の大きさおよび相を算出するための手段と、
を有している動作制御装置を提供する。
【００１９】
本発明の更に他の面は、物体を保持して第１の軸線のまわりに回転させるための物体取付け機構と、この物体取付け機構を変位させるための物体位置決め機構と、この物体位置決め機構を駆動するための物体位置決め駆動体と、第１の軸線のまわりの物体の回転を示す出力信号を発生させるための回転検出手段とを有する動作制御装置に使用するための処理装置であって、
回転検出装置の出力信号から第１の軸線のまわりの工具の速度および相を示す物体回転信号を算出するための手段と、
物体回転信号で駆動体からの出力信号を復調させて第１の軸線のまわりの物体の回転と同期している復調された出力信号を引き出するための手段と、
復調された出力信号から物体の不均衡の大きさおよび相を算出するための手段と、
を有している処理装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を単に例として以下に説明する。
【００２１】
図１には、この場合にはコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械により具体化される動作制御装置の一部を構成する組立体１００が全体的に示されている。この組立体１００は、研削砥石１０４または他の回転可能に取付けられた物体を保持して第１の軸線（Ｄ）のまわりに回転させるための物体取付け機構１０２と、この物体取付け機構１０２を第２の軸線（Ｃ）のまわりに回転させる物体位置決め機構１０６とを有している。また、物体位置決め機構１０６をＣ軸線のまわりに駆動するための物体位置決め駆動体１０８が設けられている。ＣＮＣ機械は、また、その作動中、チャック１１２に装着された加工物を研削砥石１０４と接触させるように加工物を移動させるための加工物位置決め機構１１０を有している。この実施の形態では、本発明をＣＮＣ機械について説明するが、本発明が自動化動作制御装置の他の形態に均等に適用可能であることはわかるであろう。
【００２２】
加工物位置決め機構１１０は、また、研削砥石１０４が駆動される中心であるＤ軸線とほぼ平行な軸線（Ａ）のまわりに加工物を回転させるように作用する。
【００２３】
図２は、図１に示される組立体１００のＣ軸線およびＤ軸線ならびにＣＮＣ機械の選定された要素を概略的に示している。特に、研削砥石１０４は、物体取付け機構１０２の一部を構成するスピンドル２０２に取付けられている。１つまたはそれ以上の近接センサのシリーズ２０４が、スピンドル２０２のまわりに半径方向に設けられている。スピンドル２０２は、これがＤ軸線のまわりに回転すると、近接センサがスピンドルの回転速度を示す一連のパルスを発生させるように、周囲に長さ方向に延びる多数の縁部を含めて、不規則な横断面を有している。既存のＣＮＣ機械では、近接センサの半径方向に設けられたシリーズ２０４は、研削砥石の回転速度の指示をＤ軸線駆動体２０６に与えるために物体取付け機構１０２に設けられている。
【００２４】
物体位置決め駆動体１０８は、コントローラ２０８と、Ｃ軸線のまわりの物体位置決め機構１０６の回転を引起こすためのモータ２１０とを有するものとして図２に示されている。コントローラ２０８は、処理装置２１２と、モータを所望のように作用させるための一連の命令を記憶するための関連された不揮発性メモリ装置２１４とを有している。また、コントローラ２０８は、ＣＮＣ機械の作動中に発生された一時的なデータを記憶するための揮発性メモリ２１６を有している。
【００２５】
物体位置決め駆動体１０８は、また、Ｃ軸線のまわりの物体位置決め機構１０６、従って物体取付け機構１０２および研削砥石１０４の角方向位置を示すフィードバック情報をコントローラ２０８に供給するためのエンコーダー２１８を有している。ＣＮＣ機械に必要とされる精度により、エンコーダーは、モータ２１０のシャフトの小さい角変位の指示をコントローラ２０８に与える高精度の装置である。コントローラ２０８の揮発性メモリ２１６は、クロック装置２２０と、第１のカウンタ２２２と、第２のカウンタ２２４とを有している。カウンタ２２２は、近接センサのシリーズ２０４から出力されたパルスにより指示されるように、スピンドル２０２の完全な回転中にクロックパルスの総数を蓄積するように作用し、カウンタ２２４は、スピンドル２０２の各回転中、クロックパルスの累積数を数えるように作用する。
【００２６】
研削砥石１０４の不均衡な質量が、Ｃ軸線に不均衡な外乱力を、そしてこの結果の振動を発生させる。図３は、ＣＮＣ機械のスピンドル２０２および関連された研削砥石１０４に対するＣ軸線の関係を概略的に示している。この図では、スピンドル２０２は、横断面で示されており、スピンドル２０２の不規則な横断面の４つの縁部により、スピンドルが回転するにつれてＤ軸線のまわりに設けられた近接スイッチの順次作動を可能にすることはわかる。不均衡な質量〈ｍａｓｓ）３００が、質量ｍを有していて、Ｄ軸線からのεの距離に位置決めされているものとして示されている。また、質量ｍは、スピンドル２０２の横断面の縁部３０２のうちの１つから角度φにあるものとして示されている。この縁部はＤ軸線のまわりの不均衡な質量ｍの角方向位置を定めるために基準点として使用されることができる。不均衡な質量ｍは、Ｃ軸線から距離ιのところに位置決めされている。
【００２７】
スピンドル２０２がΩの角速度で回転しているときには、外乱力ＴｄがＣ軸線上に生じられる。この外乱トルクＴｄは、図４に示されるように、物体位置決め駆動体１０８の速度制御ループに加えられる。この図では、速度制御ループ４００が、その順方向経路に速度コントローラ構成要素４０２と、電流指令リミッタ構成要素４０４と、電流ループトルク構成要素４０６と、モータ動力学構成要素４０８とを有していることがわかる。速度制御ループのフィードバック経路は、速度センサ４１０よりなる。質量ｍにより引起こされる不均衡によりＣ軸線に生じられた外乱トルクは、モータ動力学構成要素４０８への入力部のところで順方向経路において速度制御ループ４００に加えられる。速度制御ループ４００の速度応答ωｍは、２つの部分、つまり、コントローラ２０８によりモータ２１０に与えられた速度指令Ｖｃに対する応答である第１の応答ωｍｃと、回転スピンドル砥石の不均衡質量に因る外乱トルクＴｄに対する速度応答である第２の応答とよりなる。簡単化のために、Ｖｃに対する応答ωｍｃがゼロであることが一般に考えられることができる。
【００２８】
外乱トルクＴｄが速度制御ループ４００に加えられる点から速度応答ωｍが取り出される点までの閉ループ伝達関数は、Ｋの振幅およびθの移相を有するものと推定されることができる。この結果、外乱トルクＴｄに対する速度応答ωＴｄは、下記式により表されることができる。
【００２９】
ωＴｄ＝ιｍεΩ２ｓｉｎ（Ωｔ＋φ＋θ）
スピンドル速度と同じ周波数を有する正弦信号でＣ軸線の速度応答ωｍを復調することによって砥石上の不均衡質量に関する有価情報が確認されることができることがわかった。速度コントローラ４００の速度応答ωｍは、モータ２１０に供給されたコントローラ２１２の出力信号から得られる。この出力信号は、研削砥石１０４およびスピンドル２０２のＤ軸線のまわりの回転を示す信号の直交成分でコントローラ２１２により復調される。
【００３０】
２つの直交成分、つまり、ｓｉｎΩｔおよびｃｏｓΩｔは、両方とも、クロック２２０により発生されたクロック信号および２つのカウンタ２２２、２２４の内容からコントローラ２０８により引き出される。クロック信号は、時間ｔの指示を示し、スピンドル２０２の回転速度は、２つのカウンタ２２２、２２４の内容から引き出される。
【００３１】
回転信号の２つの直交成分は、乗算器５００、５０２によってコントローラ２０８からの出力信号で多重送信される。復調後、２つの復調された直交信号成分は、それぞれ下記式により表される。
【００３２】
成分１：−Ａ／２ｘ・ｃｏｓ（２Ωｔ＋φ＋θ）＋Ａ／２・ｃｏｓ（φ＋θ）
成分２：Ａ／２・ｓｉｎ（２Ωｔ＋φ＋θ）−Ａ／２・ｓｉｎ（φ＋θ）
フィルタ５０４、５０６により低域濾過が直交信号成分に各々に施されてこれらの信号成分の各々から側波帯を濾過する。従って、濾過後、復調直交信号成分は、下記の式により表される。
【００３３】
成分１：Ａ／２・ｃｏｓ（φ＋θ）
成分２：−Ａ／２・ｓｉｎ（φ＋θ）
次いで、不均衡質量の振幅および相が、２つの復調直交信号成分で２つの異なる計算を行なうことによって定められる。第１の計算は、図６に示される計算ブロック６００により行なわれ、そこで２つの復調直交信号成分が下記の如く組み合わされる。
【数１】
2007529719.tif 000003
【００３４】
計算ブロック６００の不均衡質量の振幅を出力は以下のようにもたらす。
【数２】
2007529719.tif 000004
【００３５】
図７に示される第２の計算ブロック７００は、下記の如く２つの復調直交信号成分を組合す。
【数３】
2007529719.tif 000005
【００３６】
計算ブロック７００の出力は、ｔａｎ（θ＋φ）をもたらす。次いで、アークｔａｎ関数が、計算ブロック７０２により付与されて不均衡質量の相θ＋φを定める。次いで、移相θが固定されるので、基準縁部からスピンドル２０２までの不均衡質量の角度φの値が容易に定められることができる。
【００３７】
図８に示されるように、質量不均衡の相および大きさの値を定めて、研削砥石１０４のグラフィック表示８００が、コントローラ２０８によりグラフィック使用者インテーフェース８０２のところで使用者に表示される。次いで、不均衡を引起こす質量の値および相のベクトル表示８０４が、研削砥石１０４の表示に示されることができる。次いで、オペレータは、ディスプレー上の質量不均衡のベクトル表示によりしめされたものと反対の位置で適切な大きさのカウンタ均衡化質量を加えることができる。次いで、スピンドル２０２および研削砥石１０４をＤ軸線のまわりにもう一度駆動し、もう一度表示されたいずれかの合成質量不均衡の大きさおよび相の決定を行なうことにより、質量カウンタ均衡の正しい位置決めが定められることができる。
【００３８】
前述の計算がコントローラ２０８によって行なわれることはわかるであろう。有利には、コントローラ２０８の処理装置２１２は、デジタル信号プロセッサであり、種々の復調工程および直交信号の計算は、有利には、一連のデジタル処理操作によって行われる。
【００３９】
最後に、本発明の精神および範囲を逸脱することなしに、本発明による動作制御装置における不均衡を計算するための前述の方法および装置に対して種々の変更例および／または追加例が行なわれてもよいことはわかるであろう。例えば、本発明をＣＮＣ機械における研削砥石上の質量不均衡について説明したが、本発明は、ＣＮＣ機械または同様な動作制御装置の他の軸線のまわりに回転する物体における質量不均衡の計算および／または補正にも適用可能であることがわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）式機械の一部の斜視図である。
【図２】Ｃ軸線と図１のＣＮＣ機械のスピンドルとの間の関係を示す概略図である。
【図３】ＣＮＣ機械のスピンドルおよび関連された研削砥石に対するＣ軸線の関係を示す概略図である。
【図４】図１のＣＮＣ機械のＣ軸線駆動体の速度ループを示す図である。
【図５】研削砥石の不均衡の大きさおよび相を算出するために図１のＣＮＣ機械のＣ軸線駆動体の出力信号を復調させる際に伴われる工程を示す図である。
【図６】研削砥石の不均衡の大きさおよび相を算出するために図１のＣＮＣ機械のＣ軸線駆動体の出力信号を復調させる際に伴われる工程を示す図である。
【図７】研削砥石の不均衡の大きさおよび相を算出するために図１のＣＮＣ機械のＣ軸線駆動体の出力信号を復調させる際に伴われる工程を示す図である。
【図８】研削砥石の不均衡の補正を可能にするために図１のＣＮＣ機械のオペレータに示されたグラフィク表示の図である。
【図１】
2007529719.tif 000006
【図２】
2007529719.tif 000007
【図３】
2007529719.tif 000008
【図４】
2007529719.tif 000009
【図５】
2007529719.tif 000010
【図６】
2007529719.tif 000011
【図７】
2007529719.tif 000012
【図８】
2007529719.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月13日(2006.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を保持して第１の軸線のまわりに回転させるための物体取付け機構と、この物体取付け機構を変位させるための物体位置決め機構と、この物体位置決め機構を第２の軸線のまわりに駆動させるための物体位置決め駆動体と、前記第１の軸線のまわりの物体の回転を示す出力信号を発生させるための１つまたはそれ以上の回転検出装置とを有する動作制御装置における不均衡を計算する方法であって、
前記回転検出装置の出力信号から、第１の軸線のまわりの物体の速度および相を示す物体回転信号を計算する工程と、
第１の軸線のまわりの物体の回転と同期している復調された出力信号を引き出すように、前記物体回転信号により前記物体位置決め駆動体からの出力信号を復調させて工程と、
復調された出力信号から物体の不均衡の大きさおよび相を計算する工程と、
を具備している、不均衡を計算する方法。
【請求項２】
前記物体位置決め駆動体は、モータと、制御信号をモータに送るためのコントローラとを有しており、このコントローラは、不均衡計算方法の前記工程を行なわせるプロセッサを有している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセッサは、デジタル信号プロセッサを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記回転検出装置は、第１の軸線のまわりのスピンドルの回転を検出するように設けられた１つまたはそれ以上の近接センサを含む、請求項１ないし３のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項５】
前記プロセッサは、クロックと、第１の軸線のまわりのスピンドルの完全な回転中、クロックパルスの総合計を数えるための第１のカウンタと、第１の軸線のまわりのスピンドルの各回転中、クロックパルスの累積数を数えるための第２のカウンタとを有しており、第１の軸線のまわりの物体の速度および相は、第１および第２のカウンタの出力から引き出される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
時間変化成分を除去するために、復調された出力信号の所定数Ｎの試料に対しての平均を算出する工程を更に具備している前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項７】
前記復調させる工程は、２つの復調された直交信号成分を引き出すために、前記物体回転信号の直交成分で前記駆動出力信号を復調させることを有する、前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項８】
前記復調させる工程は、
２つの復調された直交信号成分の各々から側波帯を濾過することを有する、前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項９】
物体不均衡の大きさおよび相を算出する工程は、
物体不均衡の大きさを引き出すために２つの復調された直交信号成分で第１の算出を行なうことと、
物体不均衡の相を引き出すために２つの復調された直交信号成分で第２の算出を行なうことと、を有する前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項１０】
おもみを加えるべき動作制御装置のオペレータを算出された不均衡を補償するために、物体上の所定位置に導く工程を更に具備している前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項１１】
前記動作制御装置のオペレータは、
物体の表示をオペレータに表示させ、そして
物体表示上の物体不均衡の大きさおよび相の表示を表示することにより、おもみを加えるように導かれる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記表示は、ベクトル表示である請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記物体は、研削砥石である、前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項１４】
前記動作制御装置は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）式機械である、前記全ての請求項のうちのいずれか１つの項に記載の方法。
【請求項１５】
物体を保持して第１の軸線のまわりに回転させるための物体取付け機構と、
この物体取付け機構を変位させるための物体位置決め機構と、
この物体位置決め機構を駆動するための物体位置決め駆動体と、
前記第１の軸線のまわりの物体の回転を示す出力信号を生じさせるための１つまたはそれ以上の回転検出装置と、
この回転検出装置の出力信号から第１の軸線のまわりの物体の速度および相を示す物体回転信号を算出するためのプロセッサと、を具備しており、
第１の軸線のまわりの物体の回転と同期している復調された出力信号を引き出すために前記物体回転信号により前記物体位置決め駆動体からの出力信号を復調させ、
この復調された出力信号から物体不均衡の大きさおよび相を算出する、動作制御装置。
【請求項１６】
前記物体位置決め駆動体は、モータと、制御信号をモータに送るためのコントローラとを有しており、前記プロセッサは、コントローラ内に設けられている、請求項１５に記載の動作制御装置。
【請求項１７】
前記プロセッサは、デジタル信号プロセッサを含む、請求項１６に記載の動作制御装置。
【請求項１８】
前記回転検出装置は、第１の軸線のまわりのスピンドルの回転を検出するために設けられた１つまたはそれ以上の近接センサを含む、請求項１５に記載の動作制御装置。
【請求項１９】
前記プロセッサは、クロックと、第１の軸線のまわりのスピンドルの完全な回転中、クロックパルスの総合計を数えるための第１のカウンタと、第１の軸線のまわりのスピンドルの各回転中、クロックパルスの累積数を数えるための第２のカウンタとを有しており、第１の軸線のまわりの物体の速度および相は、前記第１および第２のカウンタの出力から引き出される、請求項１６に記載の動作制御装置。
【請求項２０】
前記プロセッサは、時間変化成分を除去するために復調された出力信号の所定数Ｎの試料に対しての平均を算出するように作用する、請求項１７ないし１９のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２１】
前記プロセッサは、２つの復調された直交信号成分を引き出すために物体回転信号の直交成分で駆動手段の出力信号を復調させるように作用する、請求項１５ないし２０のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２２】
前記プロセッサは、２つの復調された直交信号成分の各々から側波帯を濾過するように作用する、請求項２１に記載の動作制御装置。
【請求項２３】
前記プロセッサは、物体不均衡の大きさを引き出すために２つの復調された直交信号成分で第１の算出を行い、物体不均衡の相を引き出すために２つの復調された直交信号成分で第２の算出を行なって、物体不均衡の大きさおよび相を算出するように作用する請求項１５ないし２２のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２４】
おもみを加えるべきＣＮＣ機械のオペレータを算出された不均衡を補償するための物体上の所定位置に導くためのディスプレーを更に具備している請求項１５ないし２３のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２５】
前記ディスプレーは、物体の表示をオペレータに表示し、且つ物体表示上の物体不均衡の大きさおよび相の表示を表示するように作用する、請求項２４に記載の動作制御装置。
【請求項２６】
表示は、ベクトル表示である請求項２５に記載の動作制御装置。
【請求項２７】
物体は、研削砥石である、請求項１５ないし２６のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２８】
コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）式機械である、請求項１５ないし２６のうちのいずれか１つの項に記載の動作制御装置。
【請求項２９】
物体を保持して第１の軸線のまわりに回転させるための物体取付け機構と、この物体取付け機構を変位させるための物体位置決め機構と、この物体位置決め機構を第２の軸線のまわりに駆動させるための物体位置決め駆動体と、第１の軸線のまわりの物体の回転を示す出力信号を発生させるための回転検出手段とを有する動作制御装置に使用するためのプロセッサであって、
前記回転検出装置の出力信号から第１の軸線のまわりの工具の速度および相を示す物体回転信号を算出し、
この物体回転信号により前記物体位置決め駆動体からの出力信号を復調させて第１の軸線のまわりの物体の回転と同期している復調された出力信号を引き出し、
復調された出力信号から物体の不均衡の大きさおよび相を算出する、ように作用するプロセッサ。
【請求項３０】
前記プロセッサは、デジタルプロセッサを含む請求項２９に記載のプロセッサ。
【請求項３１】
前記回転検出装置は、第１の軸線のまわりのスピンドルの回転を検出するように設けられた１つまたはそれ以上の近接センサを含み、
クロックと、第１の軸線のまわりのスピンドルの完全な回転中、クロックパルスの総合計を数えるための第１のカウンタと、第１の軸線のまわりのスピンドルの各回転中、クロックパルスの累積数を数えるための第２のカウンタとを具備しており、第１の軸線のまわりの物体の速度および相は、第１および第２のカウンタの出力から引き出される、請求項２９に記載のプロセッサ。
【請求項３２】
時間変化成分を除去するために復調された出力信号の所定数Ｎの試料に対しての平均を算出するように作用する請求項２９ないし３１のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【請求項３３】
２つの復調された直交信号成分を引き出すために物体回転信号の直交成分で駆動出力信号を復調させるように作用する請求項２９ないし３２のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【請求項３４】
２つの復調された直交信号成分の各々から側波帯を濾過するように作用する請求項３３に記載のプロセッサ。
【請求項３５】
物体不均衡の大きさを引き出すために２つの復調された直交信号成分で第１の算出を行なうことと、
物体不均衡の相を引き出すために２つの復調された直交信号成分で第２の算出を行なうことと、により物体不均衡の大きさおよび相を算出するように作用する請求項２９ないし３４のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【請求項３６】
物体の表示をオペレータに表示し、そして
物体表示上の物体不均衡の大きさおよび相の表示を表示することにより、
おもみを付設するべき動作制御装置のオペレータを算出された不均衡を補償するための物体上の所定位置に導くように作用する請求項２９ないし３５のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【請求項３７】
表示は、ベクトル表示である請求項３６に記載のプロセッサ。
【請求項３８】
物体は、研削砥石である、請求項２９ないし３７のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【請求項３９】
動作制御装置は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）式機械である、請求項２９ないし３８のうちのいずれか１つの項に記載のプロセッサ。
【国際調査報告】
2007529719.tif 000014
2007529719.tif 000015
2007529719.tif 000016