(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械の１制御軸を２台のモータにて駆動するタンデム制御軸を有する数値制御装置において、２台のモータへの指令位置に対してそれぞれ異なる値のピッチエラー補正を行う第１のピッチエラー補正手段と、前記タンデム制御軸に直交するＸ軸を有し、Ｘ軸の位置の影響によりタンデム制御軸の前記第１のピッチエラー補正に誤差を生じる場合、そのときのＸ軸の位置を考慮し、タンデム制御軸の２台の前記モータへの指令位置に対し、第２のピッチエラー補正量を重畳する第２のピッチエラー補正手段を備え、前記第２のピッチエラー補正量を下記計算式により与える数値制御装置。
Ｐ２＝（（Ｐ１Ｍ−Ｐ１Ｓ）／２）＊Ｘ／Ｌ
ここで、
Ｐ２：第２ピッチエラー補正量
Ｐ１Ｍ：マスター軸第１ピッチエラー補正量（ボールネジリード誤差−Δｄ）
Ｐ１Ｓ：スレーブ軸第１ピッチエラー補正量（ボールネジリード誤差＋Δｄ）
Ｌ：マスター軸とスレーブ軸間の距離
Ｘ：マスター軸とスレーブ軸の中央を０としたときのＸ軸の位置
Δｄ：モータ非通電時のマスター軸とスレーブ軸の停止位置の差の１／２の値
【請求項２】
機械の１制御軸を２台のモータにて駆動するタンデム制御軸を有する数値制御装置のピッチエラー補正方法において、２台のモータへの指令位置に対してそれぞれ異なる値の第１のピッチエラー補正を行い、前記タンデム制御軸に直交するＸ軸を有し、Ｘ軸の位置の影響によりタンデム制御軸の前記第１のピッチエラー補正に誤差を生じる場合、そのときのＸ軸の位置を考慮し、タンデム制御軸の２台の前記モータへの指令位置に対し、第２のピッチエラー補正量を下記計算式により与える数値制御装置のピッチエラー補正方法。
Ｐ２＝（（Ｐ１Ｍ−Ｐ１Ｓ）／２）＊Ｘ／Ｌ
ここで、
Ｐ２：第２ピッチエラー補正量
Ｐ１Ｍ：マスター軸第１ピッチエラー補正量（ボールネジリード誤差−Δｄ）
Ｐ１Ｓ：スレーブ軸第１ピッチエラー補正量（ボールネジリード誤差＋Δｄ）
Ｌ：マスター軸とスレーブ軸間の距離
Ｘ：マスター軸とスレーブ軸の中央を０としたときのＸ軸の位置
Δｄ：モータ非通電時のマスター軸とスレーブ軸の停止位置の差の１／２の値
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２台のモータドライブにて駆動される制御軸を有する数値制御装置において、そのピッチエラーを補正する装置およびそのピッチエラー補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来のＮＣ工作機械用数値制御装置（以下、ＮＣ装置という）において、制御軸が２台のモータで駆動されるタンデム制御軸の構成例を示す図である。従来は、図３に示すように、駆動対象を駆動する一つの機械制御軸に対し、マスター軸とスレーブ軸のサーボドライブおよびモータがそれぞれ存在し、ＮＣ装置から指令された指令位置に対し、それぞれのサーボドライブ、モータおよびエンコーダを用いて、独立した位置の制御を行っている。マスター軸およびスレーブ軸のモータはボールネジに結合され、ボールネジによってモータの回転運動が並進運動に変換され、駆動対象が駆動される。また、駆動対象は、リニアガイドと呼ばれるガイドレールによって支持された状態で移動する。
【０００３】
図４は、従来のタンデム制御軸のピッチエラー補正の処理例を示すブロック図である。ここで、ピッチエラーとは、送り軸に使用されるボールネジのリード誤差に起因した機械の位置誤差であり、ピッチエラー補正とは、それらの誤差をＮＣ装置から出力される位置指令に補正量を加味することで補正する方法である。図４の１は、ピッチエラー補正量を設定可能なＮＣ装置の入力装置であり、マスター軸およびスレーブ軸で共通に使用される。図中２は、設定されたピッチエラー補正量を格納する内部メモリ、図中３は、設定されたピッチエラー補正量からその時の位置におけるピッチエラー補正量を計算する計算部、図中４は、ピッチエラー補正量計算部３から出力されたピッチエラー補正量を指令位置に重畳する重畳部であり、図中５は、指令位置に基づいてモータの位置を制御する位置制御部である。これら２〜５は、図４に示すようにマスター軸、スレーブ軸それぞれに存在する。
【０００４】
ＮＣ装置の入力装置１でピッチエラー補正量の設定を行う場合、オペレータは、図５に示すように、複数の測定点（例えば測定点０〜６）に機械を位置決めし、レーザ測定器と機械に取り付けられた反射鏡との間の距離を測定し、ＮＣ装置の指令位置とレーザ測定器の計測位置との差（一般に数μｍの長さ）を求めて、それを各測定点のピッチエラー補正量とする。これらの値は、ピッチエラー補正量入力装置１において、キー入力等によってマスター軸、スレーブ軸のそれぞれに同じ値を設定する。そして、設定された測定点毎の補正量は、ピッチエラー補正量設定メモリ２に格納される。ピッチエラー補正量計算部３は、ピッチエラー補正量設定メモリ２に格納された現在位置近傍の測定点のピッチエラー補正量から、補間周期毎の各指令位置におけるピッチエラー補正量を計算する。その計算方法としては、ＮＣ装置のその時の指令位置に対し、その前後のピッチエラー測定点でのピッチエラー補正量をもとに、直線近似したピッチエラー補正値を求める方法等がある。例えば、測定点１および測定点２の間のある点の位置ｐｘにおけるピッチエラー補正量Ｐｘは、測定点１および測定点２における位置とピッチエラー補正量設定値をそれぞれｐ１、ｐ２、Ｐ１、Ｐ２とすると、次式で表される。
【０００５】
Ｐｘ＝Ｐ１＋（Ｐ２−Ｐ１）＊（ｐｘ−ｐ１）／（ｐ２−ｐ１）
さらに、ピッチエラー補正量重畳部４は、ピッチエラー補正量計算部３にて計算した補間周期毎の各指令位置におけるピッチエラー補正量を指令作成部から出力された補間周期毎の指令位置に加算し、ピッチエラー補正後の指令位置を作成の上、位置制御部５へ出力する。位置制御部５は、与えられた補間周期毎の指令位置にてサーボモータの位置の制御を行いながら、サーボモータを動作させる。
【０００６】
タンデム制御軸の場合には、前述のボールネジのリード誤差の補正のためのピッチエラー補正に加え、以下の目的でピッチエラー補正を行う場合がある。
【０００７】
例えば図６に示すように、リニアガイドの取り付けに歪みがあり、同リニアガイドの平行度に誤差がある場合、駆動体は、リニアガイドの間隔が狭くなっている位置では、モータ非通電状態において適正な間隔の位置の状態に比較し、歪んだ状態となる。図６では、マスター軸のリニアガイドに対してスレーブ軸のリニアガイドの左側がマスター軸方向に傾いて取り付けられているため、図６の左側ではマスター軸とスレーブ軸の間隔が狭くなっている。この場合、駆動対象が図６の左側に移動するに従い、マスター軸とスレーブ軸の間隔が狭くなることから、図６の左側の位置では駆動対象はマスター軸に対してわずかに傾いた姿勢がリニアガイドに対して余分な力がかからない状態となる。この時の駆動対象の傾きによるマスター軸とスレーブ軸の停止位置の差は、駆動対象が傾いていない図６の右端の位置でのマスター軸とスレーブ軸の位置の差を０とすると、駆動対象が図６の左側に移動するに従い大きくなる。つまり、図６の左側の位置では、ＮＣ装置の指令位置に対し、マスター軸およびスレーブ軸のモータエンコーダの出力データ位置は、リニアガイド間の中央を基準とすると、それぞれ−Δｄ、＋Δｄだけずれた状態となりΔｄの値は駆動対象が図６の左側に移動するほど大きくなる。このようなΔｄの位置のずれは、マスター軸、スレーブ軸の位置を検出するためのモータに取り付けられたエンコーダにおいて検出されることになる。モータ非通電状態では、前述の様にマスター軸位置とスレーブ軸位置がそれぞれ−Δｄ、＋Δｄだけずれた状態で停止しているが、モータ通電状態では、サーボドライブにおいて前述のエンコーダを利用したモータの位置制御が働き、ＮＣ装置からの指令位置にはΔｄが加味されていないため、サーボドライブではこのΔｄが０となるようにそれぞれのモータ位置を制御するため、それぞれのモータ位置を補正するためのトルク（以下補正トルク）が発生する。この補正トルクは、歪みΔｄが大きいほど大きくなり、場合によっては加減速時のトルクが不足するという問題を引き起こす。
【０００８】
このような補正トルクをなくすためには、モータ非通電状態での各ピッチエラー補正量計測位置ｎ（ｎ＝０，１，…）でのΔｄ（ｎ）の値を計測し、マスター軸に対して−Δｄ（ｎ）を先に計測したピッチエラー補正量に加算し、スレーブ軸に対しては、マスター軸と符号が反対の＋Δｄ（ｎ）を同様にピッチエラー量に加算することで、各計測位置ｎでの歪み量に合った位置指令をＮＣ装置から出力をすることが可能となる。また、計測位置からずれた位置においては、その近傍の計測位置のピッチエラー補正量から、補間処理によってその位置のピッチエラー補正量を求めて補正する。この様なピッチエラー補正を行うと、ＮＣ装置からの指令位置は、図７に示すように、マスター軸とスレーブ軸間において、ピッチエラー補正量の差である２Δｄ（ｎ）の差が生じることとなる。ここで２Δｄ（ｎ）を求める場合は、前述の図５により紹介した方法によってマスター軸、スレーブ軸の第１のピッチエラー補正値をそれぞれの軸に設定して各補正位置に移動し、両軸共に非通電としてそのときのマスター軸のエンコーダの検出位置とスレーブ軸のエンコーダの検出位置の差から２Δｄ（ｎ）の値を求めることができる。
【０００９】
このように、ピッチエラー補正量を各計測位置における歪み量に合わせて調整して設定することにより、前述の補正トルクが働かないようにすることができる。
【００１０】
こうして、従来技術では、タンデム制御軸のマスター軸とスレーブ軸のそれぞれに対して、ＮＣ装置にピッチエラー補正量として異なる値を設定することで、ボールネジリード誤差等を補正し、さらに機械の歪みに起因するトルクの補正も行っていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述のピッチエラー補正を行うと、タンデム制御軸に直交して移動する軸がタンデム制御軸上に構成されている場合、直交する軸の位置によっては、タンデム制御軸の位置精度に誤差が生じることがある。
【００１２】
図８は、一般のマシニングセンタを例とした正面図であり、Ｙ軸がタンデム制御軸で構成され、Ｙ１軸をマスター軸、Ｙ２軸をスレーブ軸としている。また、Ｙ軸の駆動体の上にＸ軸が構成され、Ｘ軸上に加工用の工具が取り付けられる主軸を搭載したＺ軸が構成されている。
【００１３】
図９は、図８の機械の構成を上面から示した平面図である。
【００１４】
図８および図９に示す機械において、ピッチエラーの計測をＸ軸中央位置で行った上で、前述のピッチエラー補正を行った場合、主軸がＸ軸上の中央から離れた位置に移動すると、図９に示されるように、前述のタンデム制御軸の両軸に異なる値で設定されたピッチエラー補正量の成分によって、Ｙ軸方向の位置が中央の位置に対してΔｅだけずれることとなる。
【００１５】
このように、従来技術では、タンデム制御軸に直交して移動する軸がタンデム制御軸上に構成されている場合には、タンデム制御軸の位置に誤差を生じるという問題が発生する。
【００１６】
本発明は、かかる従来の問題点を解決しようとするもので、タンデム制御軸とは異なる更に別の軸が構成されている場合においても、タンデム制御軸の歪みに起因するタンデム制御軸のピッチエラーを補正し、かつタンデム制御軸とは異なる更に別の軸の位置によるタンデム制御軸のピッチエラー量の補正も行い、タンデム制御軸の位置精度を向上し、かつ適正なトルクにてタンデム制御軸を制御することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、従来の方法で設定されたタンデム制御軸の第１のピッチエラー補正量に対し、タンデム軸とは異なる更に別の軸のそのときの位置を考慮し、そのときの軸の位置と第１のピッチエラー補正量から、第２のピッチエラー補正量を計算し、第１のピッチエラー補正量に重畳して、ピッチエラーの補正を行う。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、今回の発明のＮＣ装置における、タンデム制御軸のピッチエラー補正の処理例を示すブロック図である。ここで、図中１は、第１のピッチエラー補正量を設定可能なＮＣ装置の入力装置であり、マスター軸およびスレーブ軸で共通に使用される。
図中２は、第１の設定されたピッチエラー補正量を格納する内部メモリであり、図中３は、設定された第１のピッチエラー補正量から補間周期毎の各指令位置における第１のピッチエラー補正量を計算する計算部であり、図中７は、ピッチエラー補正量を指令位置に重畳する重畳部であり、図中５は、位置制御部である。なお、ここでいう第１のピッチエラー補正量とは、従来のピッチエラー補正量を表しているため、図中の第１のピッチエラー補正量入力装置１、第１のピッチエラー補正量設定メモリ２、第１のピッチエラー補正量計算部３および位置制御部５は、従来技術と同等であり、タンデム制御軸の両軸（マスター軸およびスレーブ軸）において独立に機能する。また、図中７は、従来のピッチエラー補正量重畳部４と同様の機能ではあるが、後述の第２のピッチエラー補正量も重畳させる点で従来と異なる。
【００１９】
本発明のこの処理例では、さらにタンデム制御軸に直交する軸のそのときの指令位置と、タンデム制御軸のマスター軸およびスレーブ軸それぞれの第１のピッチエラー補正量から、下記（式１）にもとづいて第２のピッチエラー補正量を求める計算部６が加わり、計算部６で求められた第２のピッチエラー補正量は、タンデム制御軸の両軸に対し、図中７のピッチエラー補正量重畳部において、指令位置作成部から出力される補間周期毎の指令位置に対して第１のピッチエラー補正量と共に、補間周期毎の指令位置に加算され、ピッチエラー補正後の指令位置が出力される。
【００２０】
ここで、本発明のタンデム制御軸の第２のピッチエラー補正量を求める計算式は、次式にて与えられる。
【００２１】
Ｐ２＝（（Ｐ１Ｍ−Ｐ１Ｓ）／２）＊Ｘ／Ｌ （式１）
ここで、
Ｐ２：第２のピッチエラー補正量
Ｐ１Ｍ：マスター軸の第１のピッチエラー補正量（ボールネジリード誤差−Δｄ）
Ｐ１Ｓ：スレーブ軸の第１のピッチエラー補正量（ボールネジリード誤差＋Δｄ）
Ｌ：マスター軸とスレーブ軸間の距離
Ｘ：マスター軸とスレーブ軸の中央を０としたときのＸ軸上における主軸の位置
Δｄ：モータ非通電時のマスター軸とスレーブ軸の停止位置の差の１／２の値
本計算式に従って、第２のピッチエラー補正量が求められる。
【００２２】
このようにして求められた第２のピッチエラー補正量は、補間周期毎の第１のピッチエラー補正量とタンデム制御軸に直交する軸の位置に応じて、第１のピッチエラー補正量同様、補間周期毎の指令位置に重畳される。この場合、第２のピッチエラー補正量は、タンデム制御軸のマスター軸およびスレーブ軸の両軸に同一値を設定する。こうすることで、図２に示すように、タンデム制御軸の位置は、従来の場合に図９に示されるような−Δｅの誤差がある場合にも、第２のピッチエラー補正量によって＋Δｅだけ補正されるため、正しい位置に移動することができることとなる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、機械にタンデム制御軸があり、タンデム制御軸とは異なる更に別の軸が構成されている場合においても、タンデム制御軸の歪みに起因するタンデム制御軸のピッチエラーを補正し、かつタンデム制御軸とは異なる更に別の軸の位置によるタンデム制御軸のピッチエラー量の補正も行うことができるため、タンデム制御軸の位置精度を向上し、かつ適正なトルクにてタンデム制御軸を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタンデム制御軸のピッチエラー補正の処理例を示すブロック図
【図２】本発明によるタンデム制御軸の位置誤差の補正例
【図３】ＮＣ装置のタンデム制御軸の構成図
【図４】従来のタンデム制御軸のピッチエラー補正のブロック図
【図５】ピッチエラー測定手段の構成図
【図６】タンデム制御軸のリニアガイドの歪みと位置誤差の例
【図７】タンデム制御軸のリニアガイドの歪みを補正した例
【図８】タンデム制御軸を有するマシニングセンタを例とした正面図
【図９】タンデム制御軸に直交する軸の位置による誤差の例
【符号の説明】
１  （第１の）ピッチエラー補正量入力装置
２  （第１の）ピッチエラー補正量設定メモリ
３  （第１の）ピッチエラー補正計算部
４  従来のピッチエラー補正量重畳部
５  位置制御部
６  本発明の第２のピッチエラー補正量計算部
７  本発明のピッチエラー補正量重畳部
【図１】
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【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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