(57)【要約】【課題】ステッピングモータを使用した構造で位置ずれの補正を行え、加工時間が長くなることを低減しつつ、加工精度を確保できる構造を実現する。【解決手段】Ｓ２で、指令に基づくステージの位置とエンコーダの検知結果とのずれ量が第１の所定量よりも大きい場合に、ステッピングモータを停止する（Ｓ３）。そして、ステージの位置をエンコーダの検知結果に置換する位置ずれ補正を実行する（Ｓ４）。これにより、ステッピングモータを使用した構造で位置ずれ補正を可能としている。また、位置ずれが生じないようにステージの移動速度を低下させる必要がないため、加工時間が長くなることを低減できる。また、位置ずれが第１の所定量の範囲内に抑えられるため、加工を精度良く行える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具が取り付けられる主軸又はワークを固定する作業台を支持する移動部材と、
前記移動部材を移動させる移動手段と、
前記移動手段を駆動するステッピングモータと、
前記移動部材の位置を検知する検知手段と、
指令に基づいて前記ステッピングモータを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記指令に基づく前記移動部材の位置と前記検知手段の検知結果とのずれ量が所定量よりも大きい場合に、前記ステッピングモータを停止して、前記移動部材の位置を前記検知手段の検知結果に置換する位置ずれ補正を実行する、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記位置ずれ補正が所定時間内に複数回繰り返された場合に、異常であると判断する、
ことを特徴とする、請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記指令に基づいて前記ステッピングモータを停止させた場合に、前記指令に基づく前記移動部材の位置と前記検知手段の検知結果とのずれ量が、前記所定量よりも小さい第２の所定量よりも大きい場合に、前記移動部材の位置を前記検知手段の検知結果に置換する第２の位置ずれ補正を実行する、
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の加工装置。
【請求項４】
工具を取り付けられる主軸又はワークを固定する作業台を支持する移動部材を、指令に基づいてステッピングモータを駆動することにより移動させながら、前記工具により前記ワークを加工する加工方法において、
前記移動部材を移動させながら前記移動部材の位置を検知し、この検知結果と前記指令に基づく前記移動部材の位置とのずれ量が所定量よりも大きい場合に、前記ステッピングモータを停止して、前記移動部材の位置を前記検知結果に置換する位置ずれ補正を実行する、
ことを特徴とする加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータを駆動して主軸又は作業台を移動させながら、主軸に取り付けた工具によりワークを加工する加工装置及び加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工装置は、主軸に工具を取り付け、この主軸と作業台とを例えば３軸（ｘ、ｙ、ｚ軸）方向に相対移動させることにより、作業台に固定したワークに所定の加工を施す。このような加工装置として、作業台を固定のままとし、主軸を３軸方向に移動させる構造の他、作業台をｘ軸方向（或いはｙ軸方向）に移動させ、主軸をｚ軸方向及びｙ軸方向（或いはｘ軸方向）に移動させる構造もある（特許文献１参照）。
【０００３】
このような加工装置で、主軸又は作業台を移動させる制御を行うものとして、セミクローズドループ制御系によるものと、フルクローズドループ制御系によるものがある。フルクローズドループ制御系では、指示した位置へ位置決めすることができるが、セミクローズドループ制御系では、指示した位置に対して位置ずれ、例えば脱調が起きることがある。
【０００４】
特に、移動を行う駆動手段として簡易なステッピングモータを使用する場合、オープンループ制御を行う構造が一般的であり、より脱調が生じる可能性がある。このため、ステッピングモータにより駆動する装置で、脱調を検知する構造が開示されている（特許文献２参照）。また、サーボモータによるクローズドループ制御を行う場合に、熱的歪みを補正することで位置ずれを補正する構造が開示されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４１４１６号公報
【特許文献２】特公昭６３−２３７５８号公報
【特許文献３】特許第２８８６２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献２に記載された構造の場合、脱調を検知するものの位置ずれの補正を行うことについては記載されていない。また、特許文献３に記載された構造の場合、ステッピングモータによる制御ではなく、サーボモータを用いた制御系であるため、センサに高価なものが必要になったり、回路が複雑になったりするなどコストが高くなる。更に、位置ずれを抑えるために、モータの負荷がかかる場合に移動速度を低下させることも考えられるが、この場合には、加工時間が長くなる。
【０００７】
本発明は、ステッピングモータを使用した構造で位置ずれの補正を行え、加工時間が長くなることを低減しつつ、加工精度を確保できる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、工具が取り付けられる主軸又はワークを固定する作業台を支持する移動部材と、前記移動部材を移動させる移動手段と、前記移動手段を駆動するステッピングモータと、前記移動部材の位置を検知する検知手段と、指令に基づいて前記ステッピングモータを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記指令に基づく前記移動部材の位置と前記検知手段の検知結果とのずれ量が所定量よりも大きい場合に、前記ステッピングモータを停止して、前記移動部材の位置を前記検知手段の検知結果に置換する位置ずれ補正を実行する、ことを特徴とする加工装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、移動部材の検知手段による検知結果と指令に基づく位置とのずれ量が所定量よりも大きい場合に、移動部材の位置を検知結果に置換することにより、ステッピングモータを使用した低コストの構造で位置ずれ補正を可能としている。この結果、位置ずれを所定量の範囲内に抑えつつ加工を行えるため、加工時間が長くなることを低減しつつ、加工精度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る加工装置の概略構成断面図。
【図２】本実施形態に係る加工装置の制御ブロック図。
【図３】本実施形態に係る加工装置の制御フローを示す図。
【図４】同じく位置ずれ補正の制御フローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について、図１ないし図４を用いて説明する。まず、本実施形態の加工装置Ａの全体構成について、図１により説明する。加工装置Ａは、ワークＷ（図２）を固定する作業台１と、ドリルなどの工具Ｔを取り付けて、不図示のモータにより工具を回転させる主軸５とを備え、これら作業台１と主軸５とをｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向に相対移動可能に構成されている。
【００１２】
本実施形態では、作業台１をｙ軸方向（所定方向）に、主軸５をｘ軸方向とｚ軸方向とに、それぞれ移動させる。このために、作業台１をｙ軸方向（所定方向）に移動させるｙ軸駆動部２０ｙと、主軸５をｘ軸方向とｚ軸方向とにそれぞれ移動させるｘ軸駆動部２０ｘ及びｚ軸駆動部２０ｚとを備える。
【００１３】
まず、これら各駆動部２０ｘ、２０ｙ、２０ｚの共通する構造について説明する。なお、共通する構造については、それぞれの駆動部の構成であることを示す添え字を省略して、総括的に説明する。駆動部２０は、ステッピングモータ２１と、送りねじ２２と、移動部材２３と、を備える。
【００１４】
ステッピングモータ２１は、制御手段である制御部３０（図２参照）の指令に基づいて駆動される。送りねじ２２は、外周面に雄ねじ部を有し、各軸方向とそれぞれ平行に配置され、ステッピングモータ２１の駆動により回転する。移動部材２３は、送りねじ２２の雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を有し、送りねじ２２の回転に伴い、雄ねじ部と雌ねじ部との螺合に基づいて送りねじ２２に沿って移動する。本実施形態の場合、送りねじ２２と雌ねじ部とで構成される送りねじ機構が、移動部材２３を移動させる移動手段に相当する。
【００１５】
次に、各駆動部のそれぞれの構成について説明する。ｙ軸駆動部２０ｙの移動部材（ｙステージ）２３ｙには、作業台１が支持されており、移動部材２３ｙと共に作業台１が、送りねじ２２ｙの配設方向であるｙ軸方向に移動する。このようなｙ軸駆動部２０ｙは、作業台１の下方に配置される。
【００１６】
ｘ軸駆動部２０ｘの移動部材（ｘステージ）２３ｘには、主軸５をｚ軸方向の移動自在に支持しており、移動部材２３ｘと共に主軸５が、送りねじ２２ｘの配設方向であるｘ軸方向に移動する。なお、ｚ軸駆動部２０ｚは、移動部材２３ｘに支持されており、ｘ軸駆動部２０ｘの駆動により主軸５と共にｘ軸方向に移動する。
【００１７】
ｚ軸駆動部２０ｚの移動部材（ｚステージ）２３ｚには、主軸５が支持されており、移動部材２３ｚと共に主軸５が、送りねじ２２ｚの配設方向であるｚ軸方向に移動する。このような各駆動部の移動手段の構成は、上述したような送りねじ機構に限らず、例えばラックアンドピニオンのような他の機構であっても良い。
【００１８】
次に、上述の加工装置Ａの制御手段である制御部３０について、図２を用いて説明する。図２に示すように、加工装置Ａは、制御部３０と加工装置本体４０とを備える。このうちの制御部３０は、演算手段であるＣＰＵ３１、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３２、各モータドライバ３３ｘ、３３ｙ、３３ｚ、主軸コントローラ３４、データ入力部３５などを備える。ＣＰＵ３１は、入力されたデータや信号に基づいて各種の演算を行う。
【００１９】
Ｉ／Ｏ３２は、加工装置本体４０のエアーブロー部４１、集塵装置４２、工具長センサ４３に接続される。なお、エアーブロー部４１は、主軸５に取り付けた工具にエアーを吹き付けて、工具を冷却すると共に工具に付着した切粉を除去するものである。工具から除去した切粉や加工後に作業台１上に存在する切粉などの異物は、作業台１に設けた切粉吸引部４４から吸引され、集塵装置４２により集められる。また、工具長センサ４３は、工具の長さを検知して制御部３０に信号を送る。
【００２０】
制御部３０に設けた各モータドライバ３３ｘ、３３ｙ、３３ｚは、ＣＰＵ３１からの指令に基づいて各ステッピングモータ２１ｘ、２１ｙ、２１ｚを駆動するためのプログラムである。各ステッピングモータ２１ｘ、２１ｙ、２１ｚには、それぞれ検知手段であるエンコーダ４５ｘ、４５ｙ、４５ｚを設けている。エンコーダ４５ｘ、４５ｙ、４５ｚは、例えば、各ステッピングモータ２１ｘ、２１ｙ、２１ｚの回転軸の回転回数や回転角度、回転方向を検知する。そして、各ステッピングモータ２１ｘ、２１ｙ、２１ｚの駆動により各ステージ（移動部材）２３ｘ、２３ｙ、２３ｚが実際に移動した量（実際の位置）を検知する。
【００２１】
主軸コントローラ３４は、主軸５を回転させる不図示のモータを制御して、主軸（スピンドル）５の回転速度を制御するためのプログラムである。また、データ入力部３５は、加工対象である被加工物の形状データ入力部３５ａと、加工データ読み込み部３５ｂと、データ記憶部とを有する。そして、データ入力部３５ａで入力されたデータ及び読み込み部３５ｂで読み込んだデータをデータ記憶部３５ｃに記憶する。ＣＰＵ３１は、データ記憶部３５ｃに記憶されたデータに基づいて各種の演算を行い、各モータドライバ３３ｘ、３３ｙ、３３ｚなどに指令を送る。
【００２２】
各ステッピングモータ２１ｘ、２１ｙ、２１ｚは、上述のように、データ入力部３５で入力されたデータに基づいてＣＰＵ３１が演算した指令により、各モータドライバ３３ｘ、３３ｙ、３３ｚにより駆動される。この時、ＣＰＵ３１は、各モータドライバ３３ｘ、３３ｙ、３３ｚに指令した各ステージ２３ｘ、２３ｙ、２３ｚの移動量（位置）をデータ記憶部３５ｃに記憶させる。これと同時に、各エンコーダ４５ｘ、４５ｙ、４５ｚにより検知した検知結果も、データ記憶部３５ｃに記憶される。
【００２３】
このように制御部３０により加工装置本体４０の各部を制御することにより、工具を回転させつつ主軸５又は作業台１を移動させながら、作業台１上に固定したワークＷに所定の加工を施す。また、加工は、連続して行う場合と、所定量加工する毎に主軸５及び作業台１を停止させる場合がある。何れにしても、各ステージ２３ｘ、２３ｙ、２３ｚは、各ステッピングモータ２１ｘ、２１ｙ、２１ｚが指令に基づいて駆動されることにより移動する。
【００２４】
ここで、工具の摩耗などにより、加工の際に工具に作用する負荷が変化するなどして、指令に基づく各ステージ２３ｘ、２３ｙ、２３ｚの位置と、実際の各ステージ２３ｘ、２３ｙ、２３ｚの位置とにずれが生じる場合がある。即ち、脱調が生じる場合がある。このために、本実施形態の場合には、次のように加工装置Ａの制御を行っている。なお、以下の説明は、各ステージの駆動部で共通であるため、それぞれの駆動部の構成であることを示す添え字を省略して、総括的に説明する。
【００２５】
本実施形態では、次のような加工方法を加工装置Ａにより実行している。まず、ステージ（移動部材）２３を移動させながらステージ２３の位置を検知する。次に、この検知結果と指令に基づくステージ２３の位置とのずれ量が第１の所定量よりも大きいか否かを制御部３０が判断する。そして、ずれ量が第１の所定量よりも大きい場合に、ステッピングモータ２１を停止して、ステージ２３の位置を検知結果に置換する第１の位置ずれ補正を実行する。
【００２６】
図３も参照しつつ具体的に説明する。加工が開始されると（ＳＴＡＲＴ）、制御部３０は、ステージ２３を移動させながら（加工中に）、指令に基づくステージ２３の位置とエンコーダ４５の検知結果とを比較する。即ち、指令に基づく位置と検知結果とのずれ量の監視を開始する（Ｓ１）。また、制御部３０は、このずれ量が第１の所定量よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２）。そして、ずれ量が第１の所定量よりも大きい場合に、まず、ステッピングモータ２１を停止して、ステージ２３の移動を止める（Ｓ３）。
【００２７】
なお、このようにステッピングモータ２１を停止させるのは、現在のステージ２３の位置を正確に把握するためである。即ち、加工装置Ａにより自動加工を行う場合、通常、加工が終了するまで、或いは、指令に基づいて所定量移動するまで、ステージ２３を止めないように移動させる。但し、ステージ２３が移動したままだと、ずれ量が第１の所定量を超えた時点でのステージ２３の現在位置が確定できず、次に行う補正作業を正確に行うことができない。このため、本実施形態では、位置ずれ補正を行う場合には、ステージ２３の移動を停止させるようにしている。
【００２８】
ステージ２３の移動を停止したならば、ステージ２３の位置をエンコーダ４５の検知結果に置換する第１の位置ずれ補正を実行する（Ｓ４）。具体的には、図４に示すように、第１の位置ずれ補正が開始されると、まず、ステッピングモータ２１の停止を確認する（Ｓ４１）。次いで、制御部３０が記憶している指令に基づくステージ２３の移動量を、エンコーダの検知結果（即ち、実際の移動量）に置き換える（Ｓ４２）。そして、ずれ量をリセットし（Ｓ４３）、第１の位置ずれ補正を終了する。
【００２９】
その後、置き換えた数値を基準として、更に指令に基づいて加工を行い、再度、ずれが大きくなれば同様に第１の位置ずれ補正を行う。更に本実施形態では、制御部３０は、このような第１の位置ずれ補正が所定時間内に複数回繰り返された場合（Ｓ５）に、異常であると判断する。そして、ステッピングモータ２１を停止する（Ｓ６）と共に、警報などを発してユーザに異常が発生したことを知らせる（Ｓ７）。即ち、短い時間に複数回位置ずれ補正が行われる場合、何らかの異常により加工が円滑に行われなくなっている可能性が高い。したがって、この場合には、制御部３０が異常を検知し、ユーザに知らせるようにしている。
【００３０】
また、本実施形態では、Ｓ２で、ずれ量が第１の所定量以下である場合に、指令に基づいてステッピングモータ２１が停止するか否かを監視する（Ｓ８）。即ち、指令が、所定量加工する毎に主軸５及び作業台１を停止させるものであれば、上述の制御に拘らず、モータ２１が停止する。したがって、本実施形態では、このようにモータ２１が停止した時に、指令に基づくステージ２３の位置とエンコーダ４５の検知結果とのずれ量が第１の所定量よりも小さい第２の所定量よりも大きいか否かを判断する（Ｓ９）。そして、ずれ量が第２の所定量よりも大きい場合には、上述した第１の位置ずれ補正と同様に、第２の位置ずれ補正を実行する（Ｓ４）。即ち、第２の位置ずれ補正も図４に示したように行う。
【００３１】
本実施形態では、このように指令に基づいてモータ２１が停止することを利用して、ステージ２３の位置ずれ補正を行うようにしている。上述したように、位置ずれ補正は、ステージ２３の移動を停止させなければ実行できない。このために、第１の位置ずれ補正の場合には、指令に基づいて移動しているステージ２３を強制的に停止させて、位置ずれ補正を行っている。したがって、強制的にステージ２３を停止させる分、加工時間が延びることが避けられない。これに対して、第２の位置ずれ補正では、指令に基づいてステージ２３が停止した機会を利用して、位置ずれ補正を実行している。このため、加工時間を延長することなく位置ずれ補正を実行できる。また、このように第２の位置ずれ補正が実行されれば、第１の位置ずれ補正が実行される機会を少なくでき、加工時間が延長されることを防止できる。
【００３２】
その後、置き換えた数値を基準として、次の指令に基づく加工を行う。また、Ｓ８でモータ２１が停止されない場合、及び、Ｓ９でずれ量が第２の所定量以下である場合には、Ｓ２に戻る。即ち、指令が途中でモータ２１を停止させるものでない場合には、ずれ量が第１の所定量を超えるか否かのみを監視する。また、指令に基づいてステッピングモータ２１を停止させた場合に、ずれ量が第２の所定量を超えてなければ、補正を行うことなくさらに次の指令に基づく加工を行う。次の加工の最中に、ずれ量が第１の所定量を超えれば、上述の第１の位置ずれ補正を行う。更に、Ｓ５で、第１の位置ずれ補正が所定時間内に複数回繰り返されていない場合には、加工が終了するか否かを判断し（Ｓ１０）、終了すれば制御が終了する。一方、加工が終了していなければ、そのまま指令を続行するか、次の指令を続行し、Ｓ２に戻る。
【００３３】
上述のように、本実施形態の場合、ステージ２３のエンコーダ４５による検知結果と指令に基づく位置とのずれ量が第１の所定量よりも大きい場合に、ステージ２３の位置を検知結果に置換している。そして、これにより、ステッピングモータ２１を使用した構造で位置ずれ補正を可能としている。この結果、位置ずれを第１の所定量の範囲内に抑えつつ加工を行えるため、加工時間が長くなることを低減しつつ、加工精度を確保できる。
【００３４】
即ち、位置ずれが生じないように（脱調が生じないように）ステージ２３の移動速度を低下させる必要がないため、加工時間が長くなることを低減できる。また、位置ずれが第１の所定量の範囲内に抑えられるため、加工を精度良く行える。また、指令によりモータ２１を停止させる場合に、モータ２１を停止させたときのずれ量が第２の所定量よりも大きい場合には、この時点で第２の位置ずれ補正を行っている。このため、第１の位置ずれ補正の頻度を少なくして、より加工時間の短縮を図れる。
【００３５】
＜他の実施形態＞
上述の実施形態では、主軸１２と作業台１０とをｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸方向に相対移動させる構造について説明したが、ｘ軸とｙ軸との一方を、ｚ軸と平行な中心軸を中心として回転する方向であるｒ軸としても良い。なお、本発明の加工装置は、樹脂やアルミニウム合金などの軽金属のような比較的軟らかい材料の加工を行うのに適する。
【符号の説明】
【００３６】
１      作業台
５      主軸
２０ｘ、２０ｙ、２０ｚ      駆動部
２１ｘ、２１ｙ、２１ｚ      ステッピングモータ
２２ｘ、２２ｙ、２２ｚ      送りねじ
２３ｘ、２３ｙ、２３ｚ      移動部材
３０      制御部（制御手段）
４５ｘ、４５ｙ、４５ｚ      エンコーダ（検知手段）
Ａ      加工装置
Ｔ      工具
Ｗ      ワーク
【図１】
2012166282.tif 000003
【図２】
2012166282.tif 000004
【図３】
2012166282.tif 000005
【図４】
2012166282.tif 000006