(57)【要約】【課題】  移動部と固定部の間の機械的干渉の緩和或いは除去を、簡易な制御によって可能とする。【解決手段】  ワーク把持・開放手段に把持されたツールを、リニアモータによって水平方向駆動し、所定の駆動手段によって鉛直方向に駆動し、ツール載置部に載置させるための方法であって、ワーク把持・開放手段に把持されたツールが、ワーク載置部に接近したことを検知された場合に、水平方向駆動用のリニアモータの駆動力をオフにするステップ、ワーク把持・開放手段を鉛直方向に、ワーク載置部に向けて下降制御するステップ、ワーク載置部に設けられた案内機構にガイドさせて、ワーク把持・開放手段に把持されたツールをワーク載置部内に載置するステップ、を含むワーク位置制御方法。【選択図】      図２
2007004329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械で使用するワークの把持・開放を行う、ワーク把持・開放手段と、
前記ワーク把持・開放手段を水平面方向に駆動するためのリニアモータと、
前記ワーク把持・開放手段を垂直方向に駆動するための垂直駆動手段と、
前記ワーク把持・開放手段、前記リニアモータ、及び、垂直駆動手段、を制御して、工作機械内のワークの把持・移動・開放を、所望の位置・経路において行う制御手段と、
前記ワークが載置されるワーク載置部であって、前記ワークが所定方向から当該ワーク載置部に接近する際に、当該ワーク載置部に形成された案内機構にガイドされて、所定のワーク載置位置に載置されることを可能とする、ワーク載置部、
を備える、
ワーク位置制御装置であって、
ワーク及びワーク載置部を破損することなく、ワークをその所定の載置位置に正確に載置するために、ワーク把持・開放手段によって把持されているワークが、前記ワーク載置部近傍に接近させられた際に、前記制御手段が、前記リニアモータの駆動力をオフにして、ワークが、前記案内機構に沿って、前記ワーク載置位置に滑らかに接近する制御を行う、
ワーク位置制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のワーク位置制御装置によって、ワークが前記ワーク載置位置に一度載置された後に、再度、ワークを前記ワーク載置位置に載置する際には、
前記制御手段は、前記リニアモータの駆動力をオフにして前記ワークが前記案内機構に沿って前記ワーク載置位置に滑らかに接近する制御を行わず、一度目の載置位置の正確な座標に基づいて、リニアモータ、及び、垂直駆動手段に駆動力を与え続けることによって、ワークをワーク載置位置に誘導する、
ワーク位置制御装置。
【請求項３】
ワーク把持・開放手段に把持されたツールを、リニアモータによって水平方向駆動し、所定の駆動手段によって鉛直方向に駆動し、ツール載置部に載置させるための方法であって、
ワーク把持・開放手段に把持されたツールが、ワーク載置部に接近したことを検知された場合に、水平方向駆動用のリニアモータの駆動力をオフにするステップ、
ワーク把持・開放手段を鉛直方向に、ワーク載置部に向けて下降制御するステップ、
ワーク載置部に設けられた案内機構にガイドさせて、ワーク把持・開放手段に把持されたツールをワーク載置部内に載置するステップ、
を含むワーク位置制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載のワーク位置制御方法によって、ワークが前記ワーク載置位置に一度載置された後に、再度、ワークを前記ワーク載置位置に載置する際に、
一度目の載置位置の正確な座標に基づいて、リニアモータ、及び、垂直駆動手段に駆動力を与え続けることによって、ワークをワーク載置位置に誘導するステップ
を更に含む、ワーク位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワーク位置制御装置及び方法に関し、より詳細には、ワーク載置位置近傍においてワークを駆動するリニアモータの制御をオフにするワーク位置制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークの移動制御等において、ワークが周辺物体と接触することによる破損事故に至ることを防止するために、特許文献１に開示されるような技術が知られている。
ここでは、ワークＷの先端面Ｇがワーク固定面に接触したことを力センサ４１あるいは外乱オブザーバ等で検知することによって、サーボ制御系の位置ループゲイン及び速度ループゲインを通常の値から下方修正して、サーボ制御系の剛性を低下させる手法（いわゆるソフトローディング機能）が用いられている。
そして、ワークＷの先端面Ｇがワーク固定面に接触した場合に、このソフトローディング機能を有効化し、ワーク固定面へのワークのチャッキングが柔軟に行われる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０７５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような従来技術においては、ワークが周辺物体と接触した場合に、通常のサーボ制御で用いる位置ループゲイン及び速度ループゲインを通常の値から下方修正する、という複雑な制御が必要となる。
一方、最近、リニアモータによるアクチュエータを、ワークの水平面上の移動に用いてワークの搬送、設置を行う例が増大している。そして、このようなリニアモータ用いた、ワークの水平面上の移動においても、ワークと周辺物体との接触による、ワークや周辺物体の損傷を避ける必要性が依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上のような課題を解決するために、本発明では、工作機械で使用するワークの把持・開放を行う、ワーク把持・開放手段と、ワーク把持・開放手段を水平面方向に駆動するためのリニアモータと、ワーク把持・開放手段を垂直方向に駆動するための垂直駆動手段と、ワーク把持・開放手段、前記リニアモータ、及び、垂直駆動手段、を制御して、工作機械内のワークの把持・移動・開放を、所望の位置・経路において行う制御手段と、ワークが載置されるワーク載置部であって、ワークが所定方向からワーク載置部に接近する際に、ワーク載置部に形成された案内機構にガイドされて、所定のワーク載置位置に載置されることを可能とする、ワーク載置部、を備える、ワーク位置制御装置であって、ワーク及びワーク載置部を破損することなく、ワークをその所定の載置位置に正確に載置するために、ワーク把持・開放手段によって把持されているワークが、ワーク載置部近傍に接近させられた際に、制御手段が、リニアモータの駆動力をオフにして、ワークが、案内機構に沿って、ワーク載置位置に滑らかに接近する制御を行う、ワーク位置制御装置（発明１）を提供する。
【０００６】
更に、発明１に記載のワーク位置制御装置によって、ワークがワーク載置位置に一度載置された後に、再度、ワークをワーク載置位置に載置する際には、制御手段は、リニアモータの駆動力をオフにしてワークが案内機構に沿ってワーク載置位置に滑らかに接近する制御を行わず、一度目の載置位置の正確な座標に基づいて、リニアモータ、及び、垂直駆動手段に駆動力を与え続けることによって、ワークをワーク載置位置に誘導する、ワーク位置制御装置（発明２）を提供する。
【０００７】
また、ワーク把持・開放手段に把持されたツールを、リニアモータによって水平方向駆動し、所定の駆動手段によって鉛直方向に駆動し、ツール載置部に載置させるための方法であって、ワーク把持・開放手段に把持されたツールが、ワーク載置部に接近したことを検知された場合に、水平方向駆動用のリニアモータの駆動力をオフにするステップ、ワーク把持・開放手段を鉛直方向に、ワーク載置部に向けて下降制御するステップ、ワーク載置部に設けられた案内機構にガイドさせて、ワーク把持・開放手段に把持されたツールをワーク載置部内に載置するステップ、を含むワーク位置制御方法（発明３）を提供する。
【０００８】
更に、発明３に記載のワーク位置制御方法によって、ワークがワーク載置位置に一度載置された後に、再度、ワークをワーク載置位置に載置する際に、一度目の載置位置の正確な座標に基づいて、リニアモータ、及び、垂直駆動手段に駆動力を与え続けることによって、ワークをワーク載置位置に誘導するステップを更に含む、ワーク位置制御方法（発明４）を提供する。
【０００９】
なお、上記「リニアモータ」は、マグネット(永久磁石)とコイル(電磁石)から構成され、通常の利用形態では、それらのいずれか一方を固定し、他方を可動状態で駆動する。本明細書では、この固定する側を「固定子」、可動側を「可動子」と便宜上呼称する。このような呼称を前提とすると、本明細書で「リニアモータを駆動」、「リニアモータの駆動力をオフ」の正確な意義はそれぞれ「リニアモータの可動子を駆動」、「リニアモータのコイルの駆動電流をオフ」ということになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によって、工作機械用の切削用回転体ツールの交換を含み、これに限定されない、移動部と固定部の間の機械的干渉の緩和或いは除去が、簡易な制御によって可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照して、本発明の模範的実施例について説明する。
図１は、本発明の実施例の機械的側面を概説する、機械的構成概略図である。以下、工作機械用の切削用回転体ツールの取扱いを例にとって説明するが、本発明はこれに限定されず、その技術的範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
図１において、ＣＮＣ装置(101)（Computer Numerical Control）は、この工作機械(10)全体の動作の制御を司る制御装置である。ＣＮＣ装置(101)表面の各スイッチ等を操作することによって、機械(10)各部に予め定められた動作を行わせたり、或いは、ＣＮＣ装置(101)のＩ／Ｏインターフェースを介して接続された外部のコンピュータ（不図示）からの制御に従って機械(10)各部に所定の動作を行わせたりすることが可能である。
このＣＮＣ装置(101)は、後述するような、ワーク（105）、ツールホルダ（113）、ツールポット（115）、等の位置を予め記憶していると共に、ツール（107）の位置、移動方向、移動速度、ツール（107）に加わる加速度（トルク）を検出する。
【００１２】
図１においては、ワークテーブル（103）上に載置されたワーク（105）（被加工物）を、ツール（107）を用いて切削する。このツール（107）は、ツールホルダ（109）によって把持され、主軸（111）の回転によって回転力が与えられる。主軸（111）は、Ｚ軸コラム（119）によって、上下動自在に保持されている。また、Ｚ軸コラム（119）は、Ｘ軸コラム（121）によって、Ｘ軸方向に移動自在に保持されている。
ワーク（105）の所望の位置に、所望の切削を加えるために、ツール（107）の位置（Ｘ,Ｙ,Ｚ）が制御される。本実施例では、Ｘ軸（水平方向）、Ｙ軸（不図示：水平方向：Ｘ軸と直交）及びＺ軸（垂直方向）に制御する例を示す。Ｘ軸コラムのＸ軸方向の移動はリニアモータ（117）を用いて、Ｚ軸コラムのＺ軸方向の移動は不図示のリニアモータによって駆動される。
また、ツール（107）は、切削の用途に応じて複数のものが、ツールポット（115）に用意されており、ツールポット（115）内のツールは、ツールホルダ（113）に結合された状態で保持されている。
【００１３】
別のツール（107）が必要になった場合には、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、Ｚ軸コラム（119）及びＸ軸コラム（121）が、ツールポット２（123）近傍に移動し、主軸（111）に把持されているツールホルダ（109）及びツール（107）をツールポット２（123）内にリリースする。なお、その後、別のツールホルダ（113）及びそれによって保持されたツール（不図示）を、ツールポット１（115）から取り出し、主軸（111）によって把持する。
【００１４】
図２（ａ）〜（ｄ）によって、上記動作を詳しく説明する。
図２（ａ）は、Ｚ軸コラム（119）が、空のツールポット2（123）の上に接近した状態を示す。本発明の実施例においては、ＣＮＣ（101）が、この接近状態に入ったことを検知した場合には、Ｘ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向：Ｘ軸と直交）の、リニアモータ（117）による駆動制御をオフし、水平方向にフリーに移動し得る動作モードにする。
引続いて、図２（ｂ）においては、Ｚ軸コラム（119）に把持されたツールホルダ（109）及びツール（107）が、Ｚ軸コラム（119）によって、ツールポット２（123）に向かって下降され、ツールホルダ（109）が、下降の途中で、ツールポット２の側壁（1231）に接触する様子が示される。この接触が起こる原因は、ＣＮＣ装置（101）が記憶しているツールホルダ（113）、ツールポット（115）、等の位置の誤差、或いは、ツール（107）の位置の検出誤差、機械（10）全体の変形（主な要因として熱変形）が主なものである。
この接触状態になった後に、ＣＮＣ装置（101）によって、Ｚ軸コラム（119）が引き続きＺ軸方向（下方）に下降させられると、ツールホルダ（109）が、下降の途中で、ツールポット２の側壁（1231）に案内されて、円滑に、ツールポット２（123）内の本来の設置位置に接近・設置できる（図２（ｃ））。そのため、ツールホルダ（109）、ツールポット２の側壁（1231）のいずれも、破損されない。この場合、ツールポット２の側壁（1231）の形状は、ツールホルダ（109）を円滑に案内可能な滑らかなものであることが好ましい。
【００１５】
このように「円滑に」ツールホルダ（109）がツールポット２（123）内の本来の設置位置に接近できる理由は、Ｘ軸（水平方向）及びＹ軸（水平方向：Ｘ軸と直交）の、リニアモータ（117）による駆動制御がオフされ、水平方向にフリーに移動し得る動作モードにあるためである。
その後、図２（ｄ）に示されるように、Ｚ軸コラム（119）はツールホルダ（109）及びツール（107）をリリースし、上昇制御される。
【００１６】
次に、図３及び図４を参照して、以上のような本発明の一つの実施例における、電気的構成及び動作について説明する。
【００１７】
図３は、本発明の実施例における電気的構成概略図である。
上述のようにＣＮＣ装置（101）が制御・監視の中心となり、スピンドル制御部（301）、Ｘ軸制御部（303）、Ｙ軸制御部（305）、Ｚ軸制御部（307）の制御・監視を行う。
スピンドル制御部（301）は、図１の主軸（111）以下の部分を代表し、スピンドル制御部（301）内のスピンドルモータ（3011）によって、図１のツールをＺ軸周りに回転させる。また、スピンドル制御部（301）内のツールクランプ（3013）によって、図１のツール（107）を把持するツールホルダ（109）を、主軸（111）に固定したり、そこからリリースしたりする。
なお、スピンドルモータ（3011）には、ＣＮＣ装置（101）から回転指令（3011ｃ）が与えられ、ツールクランプ（3013）には、ＣＮＣ装置（101）からクランプ指令（3013ｃ）が与えられる。
Ｘ軸制御部（303）は、図１のリニアモータ（117）を制御する。Ｘ軸制御部（303）内のリニアモータ（117）は、ＣＮＣ装置（101）からの移動指令（117ｃ）を受けると共に、移動に際しての負荷電流値（117ｔ）をＣＮＣ装置（101）に渡す。この負荷電流値（117ｔ）の大小によって、ＣＮＣ装置（101）は、リニアモータ（117）に掛かる負荷の大小を判断できる。また、Ｘ軸制御部（303）内のリニアスケール（3033）は、リニアモータ（117）の移動位置情報を、座標値（3033ｔ）として、ＣＮＣ装置（101）に渡す。この座標値（3033ｔ）により、図１のツール（107）のＸ軸方向の座標が判断できる。
Ｙ軸制御部（305）、及び、Ｚ軸制御部（307）についても、Ｘ軸制御部（303）についての説明が同様に妥当する。
【００１８】
図４は、本発明の実施例における電気的動作概略図である。この例では、図２に示されるような、ツールホルダ（109）及びツール（107）を、空のツールポット２（123）に格納する動作に引き続き、代わりに、別のツールポット１（115）に格納されているツールホルダ（図１：113）を掴んで、主軸（111）に固定させる動作を例にとって説明する。
まず、Ｓ401で、本発明の一つの実施例の作動が開始する（図２の（ａ）に相当）。
Ｓ403で、ＡＴＣ信号(Auto Tool Change：「自動的にツールを交換する」ための信号)が入力される。
Ｓ405で、ＣＮＣ（101）がツールポット２（123）の座標を認識する。
Ｓ407で、Ｘ軸方向移動用リニアモータ（117）及びＹ軸方向移動用リニアモータ（図１では不図示）によってＸ軸コラム（121）のＸ、Ｙ座標を移動させる。
ツールポット２（123）の座標のＸＹ座標に到達した場合、Ｓ409において、Ｚ軸コラム（119）を伸張することによってＺ座標が下降させられる。
Ｓ411において、Ｘ、Ｙ軸を駆動するリニアモータの（Ｘ軸方向について図１の117、Ｙ軸方向は不図示）サーボ制御をＯＦＦする。ここでは、特許文献１のように、「ループゲインを下方修正して、サーボ制御系の剛性を低下させる」のではなく、サーボ制御を完全にＯＦＦする点に特徴がある。このようにすることによって、非常に簡易な制御で、特許文献１と同様の効果を上げることが出来る。
Ｓ413において、Ｚ軸座標を更に下降させる（図２の（ｂ）に相当）。
Ｓ415においては、ツールポット2(123)の底部まで、ツール(107)が正しく格納されたことを確認後、Ｘ軸、Ｙ軸のサーボ制御をＯＮにする。なお、ツール(107)が正しく格納されたか否かは、Ｚ軸座標から判断して、ツール(107)がツールポット2(123)の底部に到達しているか否かによって判断するか。或いは、ツールとツールポット間で精密な距離センサを使用すること等によって判断できる。
Ｓ415に引き続き、Ｓ417で、Ｘ、Ｙ軸方向の負荷を判定する。
Ｓ417において、もし、Ｘ、Ｙ軸方向の負荷が所定値以上、即ちツールポット2（123）の側壁（1231）と、ツールホルダ（109）との干渉が、お互いの損傷をもたらす程度以上であるなら、ＮＧに移行し、Ｓ411に戻って、再びＸＹ軸サーボ制御をＯＦＦにし、Ｓ413、Ｓ415のステップを繰り返す。
もし、Ｘ、Ｙ軸方向の負荷が所定値未満、即ちツールポット2（123）の側壁（1231）と、ツールホルダ（109）との干渉が、お互いの損傷をもたらす程度未満であるなら、ＯＫに移行し、Ｓ419に移る。
Ｓ419では、ツール（107）をアンクランプし、ツールポット２（123）内に格納する（図２の（ｃ）に相当）。
【００１９】
その後Ｓ421で、Ｚ軸座標を上昇させ（図２の（ｄ）に相当）、新たなツールを捕獲する段階に移行する。
Ｓ423において、捕獲するツールが格納されているツールポット１（115）の座標を判断する。
上記と同様にして、Ｓ425でＸ、Ｙ軸を移動させ、Ｓ427でＺ座標を移動させる。引き続いて、同様にＸＹサーボ制御をＯＦＦし（Ｓ429）、Ｚ軸座標を下降させる（Ｓ431）。
次に、Ｓ433において、ツールポット１（115）に格納されているツールホルダ（113）を、主軸（111）でクランプする。クランプした時点で、Ｘ、Ｙ軸のサーボ制御をＯＮにし（Ｓ435）、Ｘ、Ｙ軸の負荷を判定する（Ｓ437）。
もし、この際に、Ｘ、Ｙ軸の負荷が所定値以上、即ちツールポット1（115）の側壁（不図示）と、主軸（111）に捕捉されたツールホルダ（113）との干渉が、お互いの損傷をもたらす程度以上であるなら、ＮＧに移行し、Ｓ429に戻って、再びＸＹ軸サーボ制御をＯＦＦにし、Ｓ431、Ｓ433のステップを繰り返す。
もし、Ｘ、Ｙ軸方向の負荷が所定値未満、即ちツールポット1（115）の側壁（不図示）と、ツールホルダ（113）との干渉が、お互いの損傷をもたらす程度未満であるなら、ＯＫに移行し、Ｓ439に移る。
主軸（111）にツールホルダ（113）が正確に捕捉された後、Ｓ439において、Ｚ軸座標が上昇させられる。
そして、Ｓ441で本発明の一つの実施例の作動が終了する。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、工作機械用の切削用回転体ツールの交換を含み、これに限定されない、移動部と固定部の間の機械的干渉を緩和・除去するための広い用途に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例における機械的構成概略図。
【図２】本発明の実施例における機械的動作概略図。
【図３】本発明の実施例における電気的構成概略図。
【図４】本発明の実施例における電気的動作概略図。
【符号の説明】
【００２２】
101  ＣＮＣ装置
103  ワークテーブル
105  ワーク
107  ツール
109  ツールホルダ
111  主軸
113  ツールホルダ
115  ツールポット１
117  リニアモータ
119  Ｚ軸コラム
121  Ｘ軸コラム
123  ツールポット２
1231  ツールポット２の側壁
【図１】
2007004329.tif 000003
【図２】
2007004329.tif 000004
【図３】
2007004329.tif 000005
【図４】
2007004329.tif 000006