(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動手段によってボールネジを回転させ、前記ボールネジが螺合した制御対象を駆動する制御軸を有するＮＣ工作機械の駆動制御を行なうＮＣ工作機械の制御装置であって、
前記制御対象の第１の制御点の移動量を検出するリニアスケールを有する第１の移動量検出手段の検出信号を入力する第１の制御対象移動量入力手段と、
前記制御対象の前記第１の制御点とは異なる第２の制御点の移動量を検出するレーザー測長器を有する第２の移動量検出手段の検出信号を入力する第２の制御対象移動量入力手段と、
前記第１および第２の制御対象移動量入力手段からの入力情報に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第２の制御点に生じる位置決め誤差を前記制御軸のストローク内の複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第２の制御点補正情報を生成する第２の制御点補正情報生成手段と、
前記第２の制御点補正情報生成手段によって生成された前記複数位置についての第２の制御点補正情報を前記複数位置に関連付けて記憶する記憶手段と、
位置指令に応じた前記第２の制御点補正情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した前記第２の制御点補正情報に基づいて前記位置指令を補正し、その補正された位置指令及び前記第１の移動量検出手段の検出信号に基づくフィードバック制御により前記制御対象の位置制御を行なう位置制御手段と
を有するＮＣ工作機械の制御装置。
【請求項２】
回転駆動手段によってボールネジを回転させ、前記ボールネジが螺合した制御対象を駆動する制御軸を有するＮＣ工作機械の駆動制御を行なうＮＣ工作機械の制御装置であって、
前記回転駆動手段の回転量を検出する回転量検出手段の検出信号を入力する回転量入力手段と、
前記制御対象の第１の制御点の移動量を検出するリニアスケールを有する第１の移動量検出手段の検出信号を入力する第１の制御対象移動量入力手段と、
前記制御対象の前記第１の制御点とは異なる第２の制御点の移動量を検出するレーザー測長器を有する第２の移動量検出手段の検出信号を入力する第２の制御対象移動量入力手段と、
前記回転量入力手段及び前記第１の制御対象移動量入力手段からの入力情報に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第１の制御点に生じる位置決め誤差を前記制御軸のストローク内の複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第１の制御点補正情報を生成する第１の制御点補正情報生成手段と、
前記第１および第２の制御対象移動量入力手段からの入力情報に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第２の制御点に生じる位置決め誤差を前記複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第２の制御点補正情報を生成する第２の制御点補正情報生成手段と、
前記第１および第２の制御点補正情報生成手段によって生成された前記複数位置についての第１および第２の制御点補正情報を前記複数位置に関連付けて記憶する記憶手段と、
位置指令に応じた前記第１および第２の制御点補正情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した前記第１および第２の制御点補正情報に基づいて前記位置指令を補正し、その補正された位置指令及び前記回転量検出手段の検出信号に基づくフィードバック制御により前記制御対象の位置制御を行なう位置制御手段と
を有するＮＣ工作機械の制御装置。
【請求項３】
前記第２の制御点補正情報は、正逆双方の送り方向についてそれぞれ前記記憶手段に記憶される
請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御対象には工具が設けられ、
前記第２の制御点補正情報は、前記工具による切削状態が異なる場合についてそれぞれ前記記憶手段に記憶される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
前記第１の制御点におけるバックラッシを補正するバックラッシ補正情報を生成するバックラッシ補正情報生成手段を更に有し、
前記位置制御手段は、バックラッシ補正情報に基づく位置指令の補正も行う
請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
回転駆動手段によってボールネジを回転させ、前記ボールネジが螺合した制御対象を駆動する制御軸を有するＮＣ工作機械の駆動制御を行なうＮＣ工作機械の位置決め制御方法であって、
前記制御対象の第１の制御点の移動量をリニアスケールにより検出するステップと、
前記制御対象の前記第１の制御点とは異なる第２の制御点の移動量をレーザー測長器により検出するステップと、
検出した前記第１および第２の制御点の移動量に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第２の制御点に生じる位置決め誤差を前記制御軸のストローク内の複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第２の制御点補正情報を生成するステップと、
生成した前記複数位置についての第２の制御点補正情報を前記複数位置に関連付けて記憶手段に記憶させるステップと、
位置指令に応じた前記第２の制御点補正情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した前記第２の制御点補正情報に基づいて前記位置指令を補正し、その補正された位置指令及び検出される前記第１の制御点の移動量に基づくフィードバック制御により前記制御対象の位置制御を行なうステップと
を有するＮＣ工作機械の位置決め制御方法。
【請求項７】
回転駆動手段によってボールネジを回転させ、前記ボールネジが螺合した制御対象を駆動する制御軸を有するＮＣ工作機械の駆動制御を行なうＮＣ工作機械の位置決め制御方法であって、
前記回転駆動手段の回転量を検出するステップと、
前記制御対象の第１の制御点の移動量をリニアスケールにより検出するステップと、
前記制御対象の前記第１の制御点とは異なる第２の制御点の移動量をレーザー測長器により検出するステップと、
検出した回転量及び前記第１の制御点の移動量に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第１の制御点に生じる位置決め誤差を前記制御軸のストローク内の複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第１の制御点補正情報を生成するステップと、
検出した前記第１および第２の制御点の移動量に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第２の制御点に生じる位置決め誤差を前記複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第２の制御点補正情報を生成するステップと、
生成した前記複数位置についての第１および第２の制御点補正情報を前記複数位置に関連付けて記憶手段に記憶させるステップと、
位置指令に応じた前記第１および第２の制御点補正情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した前記第１および第２の制御点補正情報に基づいて前記位置指令を補正し、その補正された位置指令及び前記回転量検出手段の検出信号に基づくフィードバック制御により前記制御対象の位置制御を行なうステップと、
を有するＮＣ工作機械の位置決め制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数値制御（以下、ＮＣ）工作機械の位置制御を行うＮＣ工作機械の制御装置および位置決め方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、マシニングセンタやＮＣ旋盤装置等のＮＣ工作機械では、一般的に、サーボモータ等の回転駆動源からの回転力をラック及びピニオン、ボールねじ及びナットなどからなる送り機構によって直線運動に変換し、被加工物を固定するテーブルや被加工物を切削する工具等を所定の位置に移動させている。
また、ＮＣ工作機械の制御軸の制御方式としては、いわゆるフルクローズドフィードバック方式とセミクローズドフィードバック方式とが知られている。
フルクローズドフィードバック方式は、テーブル等の制御対象にリニヤスケールなどの位置検出装置を直接設置し、この位置検出装置からの位置信号をサーボモータにフィードバックして位置制御を行う方式である。
この方式では、制御対象の位置を直接検出することができるため、制御対象の位置決め精度が高いのが特徴である。
【０００３】
しかしながら、フルクローズドフィードバック方式では、位置検出装置とサーボモータとの間のフィードバックループ中に、比較的機械剛性の低いラック及びピンオン、ボールねじ及びナットなどからなる送り機構が介在するため、サーボ系の固有周波数が低下し、位置ループゲインを高めることが難しい。このため、サーボ系の追従性を高めることが難しい。
【０００４】
一方、セミクローズドフィードバック方式は、テーブル等の制御対象を駆動するサーボモータにレゾルバや光学式のロータリエンコーダ等の回転位置検出器を取り付け、この回転位置検出器からの検出された回転量をサーボモータにフィードバックし、サーボモータの回転量を制御することで間接的にテーブル等の制御対象の位置制御を行う方式である。
この方式では、サーボループ中に比較的機械剛性の低いラック及びピンオン、ボールねじ及びナットなどからなる送り機構が介在しないため、サーボ系の固有周波数を高くとれ、サーボモータの追従性を高くすることが可能であることが特徴である。
【０００５】
一方、ラックおよびピニオンや、ボールねじ及びナットや、ウォームおよびウォームホイールなどのような送り機構を用いた場合には、これらの送り機構のねじのピッチに加工精度に起因するピッチ誤差（位置決め誤差）が存在することは避けられない。
このようなピッチ誤差が存在すると、セミクローズドフィードバック方式においては、サーボモータの回転位置制御を正確に行なっても、テーブル等の制御対象には目標座標への位置決めの際に位置決め誤差が生じる。
このため、ＮＣ装置では、ピッチ誤差を補正するために、ピッチ誤差補正機能が備わっているのが一般的である。
上記のピッチ誤差補正機能は、ねじ等の動力を伝達する伝達機構のピッチ誤差を予め測定しておき、このピッチ誤差を、座標位置とともにＮＣ装置に記憶しておき、制御軸を駆動する際に位置決めする座標位置に応じたピッチ誤差を位置指令に加算して位置決めすることでピッチ誤差を補正している。
【０００６】
このような誤差を補正する技術としては、たとえば、特開平８−１１８２０４号に開示された技術がある。
特開平８−１１８２０４号に開示された技術は、位置決め誤差を補正するための位置決め座標値に対する補正量の関係データを予め用意しておき、移動方向に応じて上記の補正量を用いて位置決めを行なうものである。
【０００７】
また、フルクローズドフィードバック方式においては、送り機構にピッチ誤差等の機械的誤差存在が存在しても、理論的には、テーブル等の制御対象には位置決め誤差が発生しない。
例えば、図１５に示すように、２本のガイド１０２および１０３によって保持され、連結部１０１ａにボールネジ１０４がねじ込まれ、ボールネジ１０４の回転駆動によって位置決め制御が行なわれるスライダ１０１の場合には、ガイド１０２に沿って設けられたスケール部１０５ａおよび検出部１０５ｂからなるリニアスケール１０５によって、スライダ１０１の移動方向の位置検出は正確に行なわれる。
しかしながら、スライダ１０１の送り方向が異なると、図１５に示すように、送り方向に応じてスライダ１０１は回転角θ1 およびθ2 で若干回転した状態になることがある。
このような場合には、リニアスケール１０５によってスライダ１０１の移動方向の位置検出が正確に行なわれたとしても、スライダ１０１に保持された例えば工具等には位置決め誤差が生じてしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＮＣ装置における位置決め誤差補正機能は、補正量が制御対象の位置決め座標に応じて一意的に決定されていた。
しかしながら、ラックおよびピニオンや、ボールねじ及びナットや、ウォームおよびウォームホイールなどのような噛合歯面間にバックラッシが存在する伝達機構では、位置決め時の制御軸の送り方向が異なると、噛み合う歯面が異なる。
上記のような伝達機構のねじのピッチは、加工精度等に起因する誤差が存在し、位置決め時の制御軸の送り方向が異なると、制御対象に発生する位置決め誤差も異なった値となる場合がある。
したがって、従来のＮＣ装置におけるピッチ誤差補正機能では、制御対象の位置決め誤差を精度良く補正することが難しかった。
さらに、ＮＣ工作機械を長期間使用していると、上述の伝達機構には、摩耗やガタが発生し、制御対象に発生する位置決め誤差も経時変化することがある。
このため、時間が経過すると、最初に設定した補正量では制御対象の位置決め誤差を精度良く補正することができなくなる。
たとえば、上述の特開平８−１１８２０４号に開示された技術では、制御対象の位置決め誤差を補正する補正量を変更するには、制御対象に生じる位置決め誤差を再度測定し、この結果を基にＮＣ装置のソフトウエアを変更する必要があるため、多大の時間を要するという不利益もあった。
加えて、従来においては、図１５に示したような、スライダ１０１の回転に起因する工具等の位置決め誤差を補正することができなかった。
【０００９】
本発明は、上記のような問題を解消すべくなされたものであって、制御対象の位置決め制御を行なう際に、制御対象に発生する位置決め誤差を精度良く補正可能で、かつ、制御対象の位置決め誤差の経時変化等の変化に迅速に対応することができるＮＣ工作機械の制御装置および位置決め制御方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点のＮＣ工作機械の制御装置は、回転駆動手段によってボールネジを回転させ、前記ボールネジが螺合した制御対象を駆動する制御軸を有するＮＣ工作機械の駆動制御を行なうＮＣ工作機械の制御装置であって、前記制御対象の第１の制御点の移動量を検出するリニアスケールを有する第１の移動量検出手段の検出信号を入力する第１の制御対象移動量入力手段と、前記制御対象の前記第１の制御点とは異なる第２の制御点の移動量を検出するレーザー測長器を有する第２の移動量検出手段の検出信号を入力する第２の制御対象移動量入力手段と、前記第１および第２の制御対象移動量入力手段からの入力情報に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第２の制御点に生じる位置決め誤差を前記制御軸のストローク内の複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第２の制御点補正情報を生成する第２の制御点補正情報生成手段と、前記第２の制御点補正情報生成手段によって生成された前記複数位置についての第２の制御点補正情報を前記複数位置に関連付けて記憶する記憶手段と、位置指令に応じた前記第２の制御点補正情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した前記第２の制御点補正情報に基づいて前記位置指令を補正し、その補正された位置指令及び前記第１の移動量検出手段の検出信号に基づくフィードバック制御により前記制御対象の位置制御を行なう位置制御手段とを有する。
【００１６】
本発明の第２の観点のＮＣ工作機械の制御装置は、回転駆動手段によってボールネジを回転させ、前記ボールネジが螺合した制御対象を駆動する制御軸を有するＮＣ工作機械の駆動制御を行なうＮＣ工作機械の制御装置であって、前記回転駆動手段の回転量を検出する回転量検出手段の検出信号を入力する回転量入力手段と、前記制御対象の第１の制御点の移動量を検出するリニアスケールを有する第１の移動量検出手段の検出信号を入力する第１の制御対象移動量入力手段と、前記制御対象の前記第１の制御点とは異なる第２の制御点の移動量を検出するレーザー測長器を有する第２の移動量検出手段の検出信号を入力する第２の制御対象移動量入力手段と、前記回転量入力手段及び前記第１の制御対象移動量入力手段からの入力情報に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第１の制御点に生じる位置決め誤差を前記制御軸のストローク内の複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第１の制御点補正情報を生成する第１の制御点補正情報生成手段と、前記第１および第２の制御対象移動量入力手段からの入力情報に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第２の制御点に生じる位置決め誤差を前記複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第２の制御点補正情報を生成する第２の制御点補正情報生成手段と、前記第１および第２の制御点補正情報生成手段によって生成された前記複数位置についての第１および第２の制御点補正情報を前記複数位置に関連付けて記憶する記憶手段と、位置指令に応じた前記第１および第２の制御点補正情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した前記第１および第２の制御点補正情報に基づいて前記位置指令を補正し、その補正された位置指令及び前記回転量検出手段の検出信号に基づくフィードバック制御により前記制御対象の位置制御を行なう位置制御手段とを有する。
好適には、前記第２の制御点補正情報は、正逆双方の送り方向についてそれぞれ前記記憶手段に記憶される。
好適には、前記制御対象には工具が設けられ、前記第２の制御点補正情報は、前記工具による切削状態が異なる場合についてそれぞれ前記記憶手段に記憶される。
好適には、前記第１の制御点におけるバックラッシを補正するバックラッシ補正情報を生成するバックラッシ補正情報生成手段を更に有し、前記位置制御手段は、バックラッシ補正情報に基づく位置指令の補正も行う。
【００１７】
本発明の第３の観点のＮＣ工作機械の位置決め制御方法は、回転駆動手段によってボールネジを回転させ、前記ボールネジが螺合した制御対象を駆動する制御軸を有するＮＣ工作機械の駆動制御を行なうＮＣ工作機械の位置決め制御方法であって、前記制御対象の第１の制御点の移動量をリニアスケールにより検出するステップと、前記制御対象の前記第１の制御点とは異なる第２の制御点の移動量をレーザー測長器により検出するステップと、検出した前記第１および第２の制御点の移動量に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第２の制御点に生じる位置決め誤差を前記制御軸のストローク内の複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第２の制御点補正情報を生成するステップと、生成した前記複数位置についての第２の制御点補正情報を前記複数位置に関連付けて記憶手段に記憶させるステップと、位置指令に応じた前記第２の制御点補正情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した前記第２の制御点補正情報に基づいて前記位置指令を補正し、その補正された位置指令及び検出される前記第１の制御点の移動量に基づくフィードバック制御により前記制御対象の位置制御を行なうステップとを有する。
【００１８】
本発明の第４の観点のＮＣ工作機械の位置決め制御方法は、回転駆動手段によってボールネジを回転させ、前記ボールネジが螺合した制御対象を駆動する制御軸を有するＮＣ工作機械の駆動制御を行なうＮＣ工作機械の位置決め制御方法であって、前記回転駆動手段の回転量を検出するステップと、前記制御対象の第１の制御点の移動量をリニアスケールにより検出するステップと、前記制御対象の前記第１の制御点とは異なる第２の制御点の移動量をレーザー測長器により検出するステップと、検出した回転量及び前記第１の制御点の移動量に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第１の制御点に生じる位置決め誤差を前記制御軸のストローク内の複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第１の制御点補正情報を生成するステップと、検出した前記第１および第２の制御点の移動量に基づいて、前記制御対象の位置決め時における前記第２の制御点に生じる位置決め誤差を前記複数位置について算出し、この位置決め誤差を補正するための第２の制御点補正情報を生成するステップと、生成した前記複数位置についての第１および第２の制御点補正情報を前記複数位置に関連付けて記憶手段に記憶させるステップと、位置指令に応じた前記第１および第２の制御点補正情報を前記記憶手段から読み出し、読み出した前記第１および第２の制御点補正情報に基づいて前記位置指令を補正し、その補正された位置指令及び前記回転量検出手段の検出信号に基づくフィードバック制御により前記制御対象の位置制御を行なうステップと、を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
第１実施形態
図１は、本発明に係る制御装置としてのＮＣ装置の一実施形態の構成を示す説明図である。
図１において、ＮＣ装置１は、位置指令発生部３と、サーボ制御部５と、位置決め誤差補正部７とを有する。
また、図１には、ＮＣ工作機械の一例として、スライダ２５と、スライダ２５の移動量を検出するリニアスケール３０と、ＮＣ装置１によって駆動制御されるサーボモータ２１と、サーボモータ２１の回転量を検出するロータリエンコーダ２２と、サーボモータ２１の駆動力をスライダ２５に伝達するボールネジ２３と、ボールネジ２３がねじ込まれる雌ネジが形成された連結部材２４とを示している。
【００２１】
位置指令発生部３は、例えば、被加工物を加工する工具の軌跡データなどを所定の言語でプログラミング化したＮＣプログラミングを解析（解読）処理して軌跡データを各制御軸の移動すべき位置指令に変換し、これを各制御軸に分配する。
ＮＣプログラムは、一般的には、ＣＡＤシステムや自動プログラミングシステムによって作成され、所定の記憶媒体を介して、または、通信手段によってＮＣ装置１にダウンロードされる。
【００２２】
サーボ制御部５は、位置ループ、速度ループおよび電流ループとサーボドライバとから基本的に構成される。
位置ループは、たとえば、各制御軸の位置指令（移動量）を受けて、これらの移動量とサーボモータ２１の回転位置を検出するロータリエンコーダ２２からの位置フィードバック信号との偏差に比例動作を施して（位置ループゲインをかける）、これを速度ループに対する速度指令として出力する。
速度ループは、たとえば、前記速度指令とロータリエンコーダ２２からの位置フィードバック信号のサンプリング時間毎の差分値（速度フィードバック信号）との偏差に比例動作および積分動作を施してトルク指令とし、これを電流ループに出力する。
電流ループは、たとえば、サーボモータ２１の駆動電流から換算したサーボモータ２１の出力トルク信号と上記トルク指令との偏差に比例動作を施して電流指令とし、これをサーボドライバに所定の電気信号に変換して出力する。
なお、上述の位置指令発生部３およびサーボ制御部５は、通常のＮＣ装置に備わった機能である。
【００２３】
スライダ２５は、たとえば、被加工物を保持したり、工具を保持したりし、これらの保持物を所定の位置に移動させる。
リニアスケール３０は、たとえば、光学式の変位センサであり、スライダ２５の直動方向の移動量を検出する。
リニアスケール３０は、光源と、正確なピッチの格子が刻んでありテーブルとともに移動するメインスケールと、メインスケールに対向配置され位相が互いに９０度ずれた格子Ａ，Ｂが形成されたインデックススケールと、インデックススケールの背後に固定された受光器とを有している。
スライダ２５が所定の方向に移動すると、光源からの光がメインスケールおよびインデックススケールの格子を通過して受光器に至り、受光器には正弦波状の光量が入り、これをパルス信号に変換することにより、移動量に応じたパルスが得られる。また、格子Ａ，Ｂとは位相が互いに９０度ずれたいることから、メインスケールの移動方向を判別することができる。
したがって、リニアスケール３０の検出パルスを積算することにより、スライダ２５の現在位置を管理できる。
【００２４】
サーボモータ２１は、サーボ制御部５の有するサーボドライバからの駆動電流によって位置制御される。
ロータリエンコーダ２２は、例えば、インクリメンタル方式のロータリエンコーダまたはアブソリュート方式のロータリエンコーダを用いることができる。インクリメンタル方式のロータリエンコーダを用いた場合には、当該ロータリエンコーダは１回転毎の位置信号を回転パルス信号として出力することから、回転パルス信号の積算値をサーボ制御部５において管理することにより、サーボモータの絶対的な回転位置を管理できる。
【００２５】
ボールネジ２３および連結部材２４は、サーボモータ２１の回転駆動力を直線運動に変換してスライダ２５に伝達する伝達手段であり、ボールネジ２３と連結部材２４の雌ネジとの間にはバックラッシやネジのピッチ誤差が存在する。
このため、サーボモータ２１を正確に回転制御してスライダ２５を位置決め制御しても、スライダ２５には位置決め誤差が生じることになる。
【００２６】
誤差補正部７は、図２に示すように、位置決め誤差補正機能部８およびバックラッシ補正機能部９を有している。なお、図２は、図１のＮＣ装置の制御ブロック図である。
図２に示すように、本実施形態では、位置指令ｒが入力される加算部３５にバックラッシ補正量Ｂｅおよび位置決め誤差補正量Ｐｅを加算し、これとサーボモータ２１の回転位置ｘとの偏差ｅを速度ループ・電流ループ４５に入力する構成をとる。
これにより、バックラッシ誤差および位置決め誤差が補正される。
【００２７】
バックラッシ補正機能部９は、制御軸の送り方向の逆転時、すなわち、スライダ２５の移動方向の逆転時に、連結部材２４とボールネジ２３との間に発生する機械誤差（バックラッシ）を、工作機械の組立調整時等に予め測定しておき、これを補正する補正量Ｂｅを逆転時に位置指令ｒに加算することにより、バックラッシによる誤差を補正する機能を有する。
バックラッシ補正機能部９は、通常のＮＣ工作機械のＮＣ装置に備わった機能である。
【００２８】
位置決め誤差補正機能部８は、スライダ２５の目標座標への位置決め時に発生する位置決め誤差を補正する補正量Ｐｅを位置指令ｒに加算することにより、位置決め誤差を補正する機能を有する。
位置決め誤差補正機能部８の具体的な説明は後述する。
【００２９】
図３は、図１に示したＮＣ装置１のハードウエア構成の一例を示す構成図である。
図３において、マイクロプロセッサ５１は、ＲＯＭ（Read Only Memory) ５２、ＲＡＭ（Random Access Memory) ５３、インターフェース回路５４，５６、グラフィック制御回路５８、表示装置５９、キーボード２６１、ソフトウエアキー６０等とバスを介して接続されている。
マイクロプロセッサ５１は、ＲＯＭ５２に格納されたシステムプログラムにしたがって、ＮＣ装置１全体を制御する。
【００３０】
ＲＯＭ５２には、上記した位置指令発生部３、サーボ制御部５および誤差補正部７などを実現するプログラムや、ＮＣ装置１全体を制御するためのシステムプログラムが格納される。
ＲＡＭ５３は、ＲＯＭ５２に格納されたプログラムがダウンロードされたり、各種のＮＣプログラム、データなどが格納され、例えば、後述する補正量データ等が格納される。
【００３１】
グラフィック制御回路５８は、ディジタル信号を表示用の信号に変換し、表示装置５９に与える。
表示装置５９には、例えば、ＣＲＴ表示装置や液晶表示装置が使用される。表示装置５９は、ソフトウエアキー６０またはキーボード６１を用いて作業者が対話形式で加工プログラムを作成していくときに、形状、加工条件および生成された加工プログラム等を表示する。
作業者は、表示装置５９に表示される内容（対話形データ入力画面）にしたがってデータを入力することにより、加工プログラムを作成することができる。
表示装置５９の画面には、その画面で受けられる作業またはデータがメニュー形式で表示される。メニューのうちどの項目を選択するかは、メニューの下のソフトウエアキー６０を押すことにより行う。
キーボード６１は、ＮＣ装置１に必要なデータを入力するのに使用される。
【００３２】
インターフェース回路５４は、マイクロプロセッサ５１から出力された位置指令等の指令を所定の信号に変換してサーボドライバ５７に出力する。
また、インターフェース回路５４は、サーボモータ２１に備わったロータリエンコーダ２２からの検出パルスを逐次カウントし、所定のディジタル信号に変換してマイクロプロセッサ５１に出力する。
【００３３】
インターフェース回路５６は、リニアスケール２５の検出パルスを逐次カウントし、所定のディジタル信号に変換してマイクロプロセッサ５１に出力する。
【００３４】
次に、上述した位置決め誤差補正機能部８について説明する。
図４は、位置決め誤差補正機能部８の構成図である。
図４において、位置決め誤差補正機能部８は、回転量入力部３１と、移動量入力部３２と、比較部３３と、位置決め誤差算出部３４と、補正量算出部３５と、記憶部３６とを有している。
【００３５】
回転量入力部７は、ロータリエンコーダ２２の検出する検出パルスを取得する。検出パルスは、たとえば、パラレルデータとして入力され、これを所定のサンプリングレート毎に取り込む。
移動量入力部１１は、リニアスケール３０の検出した検出パルスを取得する。
【００３６】
比較部３３は、回転量入力部７が取り込んだ検出パルスをスライダ２５の位置に換算する。
そして、換算値とリニアスケール３０の検出した検出パルスとを比較する。
この比較結果が一致する場合には、スライダ２５に位置決め誤差は生じていないと判断する。
比較結果が一致しない場合には、スライダ２５に位置決め誤差が生じていると判断する。
【００３７】
位置決め誤差算出部３４は、上記の比較結果が一致しない場合に、換算値とリニアスケール３０の検出パルスとの差を算出し、これをサーボモータ２１の回転量（パルス量）に換算する。
【００３８】
補正量算出部３５は、回転量に換算された位置決め誤差を補正（キャンセル）するための、サーボモータ２１への補正量を算出する。
記憶部３６は、この補正量を、例えば上記したＲＡＭの所定のアドレスに記憶する。
【００３９】
ここで、位置決め誤差の検出方法について説明する。
まず、たとえば、図５（ａ）に示すように、スライダ２５のストローク内において基準位置ＡおよびＢの間で、スライダ２５を位置Ａから所定の速度で移動して、目標座標位置Ｍに位置決めする。なお、位置Ａから位置Ｂへの移動を正方向の移動とし、位置Ｂから位置Ａへの移動を逆方向の移動とする。
このとき、スライダ２５が位置Ｍの手前の位置Ｃで停止したとすると、位置Ｍと位置Ｃとの距離ｈ１が位置決め誤差となる。
この位置決め誤差ｈ１は、サーボモータ２１の回転量が正確ならば、リニアスケール３０の検出パルスから得たスライダ２５の位置と、サーボモータ２１のロータリエンコーダ２２の検出パルスから換算したスライダ２５の位置との差から算出することができる。
したがって、位置Ｍを基準位置ＡおよびＢの間で複数設け、各位置Ｍについて基準位置Ａから位置決め動作を行うことによって、各位置での位置決め誤差ｈ１が得られる。なお、スライダ２５は基準位置Ａに正確に位置決めする必要がある。
この結果、移動方向が正方向の複数位置における位置決め誤差ｈ１が得られ、これを補正するための補正量が得られる。
【００４０】
次いで、図５（ｂ）に示すように、スライダ２５を基準位置Ｂから所定の速度で移動して、位置Ｍに位置決めする。このとき、スライダ２５が位置Ｍの手前の位置Ｄで停止したとすると、位置Ｍと位置Ｄとの距離ｈ２が位置決め誤差となる。
この位置決め誤差ｈ２は、上述と同様に、サーボモータ２１のロータリエンコーダ２２の検出パルスから換算したスライダ２５の位置との差から算出することができ、位置Ｍを基準位置ＡおよびＢの間で複数設けることにより、移動方向が逆方向の複数位置における位置決め誤差ｈ２が得られ、これを補正するための補正量が得られる。
【００４１】
図６は、上述の方法によって得られた、正逆双方向の位置決め誤差補正量の一例を示す説明図である。
図６では、スライダ２５のストローク内の基準位置Ａと基準位置Ｂとの間の各位置Ｍ1 〜Ｍ7 について位置決め誤差補正量を算出した。
位置Ｍ1 〜Ｍ7 の間の座標への位置決めは、隣合う位置決め誤差補正量を直線補間して決定することができる。
【００４２】
図７および図８は、本実施形態のＮＣ装置１の動作を説明するためのフローチャートである。図７は位置決め誤差補正量を得るまでのＮＣ装置１の動作を説明するためのフローチャートであり、図８は位置決め誤差補正量を用いたＮＣ装置１の位置決め制御動作を説明するためのフローチャートである。以下、フローチャートに基づいて説明する。
【００４３】
まず、スライダ２５の基準位置Ａからの正方向の送りによる位置決め動作を行なう（ステップＳ１）。
位置決めが完了した時点で、ロータリエンコーダ２２とリニアスケール３０から検出パルスを取得する（ステップＳ２）。
ステップＳ１およびＳ２の動作は、たとえば、上記した位置Ｍ1 〜Ｍ7 についてすべて完了するまで繰り返し行い（ステップＳ３）、サーボモータ２１の各回転量およびスライダ２５の各移動量を保持しておく。
【００４４】
次いで、同様に、スライダ２５の基準位置Ｂからの逆方向の送りによる位置決め動作を行ない、上記した位置Ｍ1 〜Ｍ7 についてすべて完了するまで繰り返し行なう（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６）。
【００４５】
次いで、ステップＳ１〜Ｓ６において得られたサーボモータ２１の各回転量をスライダ２５の移動量に換算する（ステップＳ７）。
そして、この換算値と対応するステップＳ１〜Ｓ６において得られたスライダ２５の各移動量とを比較する（ステップＳ８）。
【００４６】
この比較結果から、正逆双方の送りによる、各位置Ｍ1 〜Ｍ7 における位置決め誤差を算出する（ステップＳ９）。
次いで、得られた各位置決め誤差から、サーボモータ２１に与えるべき補正量を生成する（ステップＳ１０）。
【００４７】
そして、生成した補正量を、各目標位置座標Ｍ1 〜Ｍ7 および正逆双方の送りに関連付けて、所定のアドレスに記憶する。
【００４８】
ここまで説明したステップは、ＮＣ工作機械の加工毎あるいは一定期間毎に実行することができる。
この結果、現在のスライダ２５（ＮＣ工作機械）に発生している位置決め誤差を補正するための補正量が得られることになり、より精度の高い位置決め制御が可能となる。
【００４９】
次いで、上述のステップで得られた位置決め誤差補正量を用いてスライダ２５の実際の位置制御を行なう。
図８に示すように、これから位置決め使用とする目標位置決め座標を取得する（ステップＳ２１）。
これは、位置指令発生部３からの位置指令ｒを読みだすことにより行なう。
【００５０】
次いで、位置指令発生部３からの位置指令ｒに基づいて、スライダ２５の移動方向を検出し（ステップＳ２２）、移動方向が正方向か逆方向かを判断する（ステップＳ２３）。
スライダ２５の移動方向が正方向の場合には、正方向送りによる目標位置決め座標に対応する位置決め誤差補正量を読みだす（ステップＳ２４）。逆方向の場合には、逆方向送りによる目標位置決め座標に対応する位置決め誤差補正量を読みだす（ステップＳ２５）。
このとき、目標位置決め座標が複数の位置Ｍ1 〜Ｍ7 の間である場合には、これに隣接する２つの位置決め誤差補正量を読み出し、これを直線補間して当該目標位置決め座標に対応する位置決め誤差補正量を算出する。
【００５１】
次いで、得られた位置決め誤差補正量を位置指令ｒに加算し（ステップＳ２６）、これを出力する。
【００５２】
ここで、位置指令発生部３からの次の位置指令ｒに基づいて、スライダ２５の移動方向が逆転しないかを判別する（ステップＳ２７）。
スライダ２５の移動方向が逆転する場合には、次の位置指令ｒ（反転時の位置指令）に上述したバックラッシ補正量を加算する（ステップＳ２８）。
【００５３】
以上のように、本実施形態によれば、同一の座標への送り方向が異なる位置決めであっても、精度よく位置決め誤差を補正することができる。
また、経時変化によって位置決め誤差が変化しても、本実施形態に係るＮＣ装置１は位置決め誤差補正量を自動的に更新することができるため、容易にお対応することができる。
また、本実施形態では、位置決め誤差補正と同時に、バックラッシ補正も可能であるため、単に位置決め精度を向上させることができるのみならず、軌跡精度を向上させることができる。
【００５４】
第２実施形態
図９は、本発明に係る制御装置の他の実施形態の構成を示す説明図であり、図１０は、図９に示す誤差算出装置２の構成を示す説明図である。
図９に示す構成は、ＮＣ装置１および誤差算出装置２によって本発明の制御装置を実現している場合である。
図９において、誤差算出装置２には、リニアスケール３０およびロータリエンコーダ２２からの検出信号３０ｓが入力され、上述した補正量を算出してＮＣ装置１に出力する。
誤差算出装置２は、図１０に示すように、上述の第１実施形態の場合と同様、回転量入力部３１と、移動量入力部３２と、比較部３３と、位置決め誤差算出部３４と、補正量算出部３５とを有している。すなわち、ＮＣ装置１には記憶部３６のみを有し、他の機能は誤差算出装置２が有している。
また、誤差算出装置２は、補正量算出部３５において算出された補正量をＮＣ装置１に送出する出力部３７を有している。
【００５５】
誤差算出装置２は、たとえば、パーソナルコンピュータによって構成することができる。
出力部３７は、たとえば、ＲＳ−２３２Ｃなどの通信手段を用いて実現することができる。
本実施形態の構成とすれば、ＮＣ装置内のデータの送受等に必要なプログラムを追加または改変するだけでよく、汎用的なパーソナルコンピュータを用いて本発明の制御装置を実現することができる。
【００５６】
第３実施形態
図１１は、本発明に係る制御装置のさらに他の実施形態の構成を示す説明図であり、図１２は、図１１に示す誤差算出装置２の構成を示す説明図である。
図１１に示す装置構成は、上述の第２の実施形態と略同様であるが、本実施形態では、スライダ２５の所定の制御点、たとえば、スライダ２５に工具が固定されている場合には工具の正確な移動量を検出するためのレーザ測長器３０１の検出信号３０１ｓが誤差算出装置２に入力されている点である。
【００５７】
誤差算出装置２は、図１２に示すように、第２実施形態と同様に、回転量入力部３１と、移動量入力部３２と、比較部３３と、位置決め誤差算出部３４と、補正量算出部３５と、出力部３７とを有しており、さらに、工具移動量入力部２０１と、比較部２０２と、位置決め誤差算出部２０３と、補正量算出部２０４とを有している。
【００５８】
工具移動量入力部２０１は、レーザ測長器３０１の検出信号３０１ｓを誤差算出装置２内に取り込む。
比較部２０２は、移動量入力部３２から取り込まれたリニアスケール３０が検出したスライダ２５の移動量と、工具移動量入力部２０１から取り込まれたスライダ２５に固定された工具の移動量を比較し、工具に位置決め誤差がしょうじているかを判断する。
位置決め誤差算出部２０３は、スライダ２５と工具との移動量の差δを算出し、これをサーボモータ２１の回転量（パルス量）に換算する。
スライダ２５と工具との移動量の差δは、図１５において説明したように、スライダ２５に生じる微小回転によって発生した位置決め誤差である。
補正量算出部２０４は、回転量に換算された位置決め誤差を補正（キャンセル）するための、サーボモータ２１への補正量を算出する。
出力部は、補正量算出部３５および２０４から出力される補正量をＮＣ装置１に出力する。
【００５９】
以上のように、本実施形態では、スライダ２５とサーボモータ２１との間に発生する機械誤差を補正することができることに加えて、スライダ２５の微小回転によって発生するスライダ２５の制御点である工具の位置決め誤差を補正することができ、より精度の高い位置決め制御が可能となる。
【００６０】
なお、第３の実施形態では、移動量入力部３２から取り込まれたリニアスケール３０が検出したスライダ２５の移動量と、工具移動量入力部２０１から取り込まれたスライダ２５に固定された工具の移動量を比較したが、たとえば、図１３に示すように、リニアスケール３０の検出信号は用いずに、回転量入力部３１からのロータリエンコーダ２２の検出信号と、工具移動量入力部２０１からのレーザ測長器３０１の検出信号３０１ｓとを比較して補正量を求めることも可能である。
【００６１】
さらに、上述した実施形態では、スライダ２５の位置制御をセミクローズドフィードバック方式を用いて行なうことを前提としているが、ＮＣ装置にリニアスケール３０の検出信号をフィードバックしてリニアスケール３０の位置決め制御を行なうフルクローズドフィードバック方式の場合には、誤差算出装置２を図１４に示す構成とすることができる。
すなわち、移動量入力部３２からのスライダ２５の移動量と工具移動量入力部２０１からの工具の移動量とを比較して、位置決め誤差を算出する。
この場合の位置決め誤差は、主に、スライダ２５の微小回転によって発生するものである。
【００６２】
なお、本実施形態では、ＮＣ工作機械の一例としてスライダ２５を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、伝達手段を介して駆動制御されるあらゆる制御対象に適用可能である。
また、本実施形態では、位置決め誤差補正量を送り方向が異なる場合についてそれぞれ保持する構成としたが、送り速度や、切削状態等の条件によってさらに区分けされた補正量を保持することが可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＣ工作機械の制御対象の位置決め誤差を精度良く補正することが可能となる。
また、制御対象に発生する位置決め誤差も経時変化に容易に対応可能である。
さらに、位置決め誤差を補正する補正量の更新が非常に迅速化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御装置の一実施形態の構成を示す説明図である。
【図２】図１に示したＮＣ装置の制御ブロック図である。
【図３】図１に示したＮＣ装置を実現するためのハードウエア構成の一例を示す説明図である。
【図４】位置決め誤差補正機能部の構成を示す構成図である。
【図５】位置決め誤差の算出方法を示す説明図である。
【図６】位置決め誤差補正量の一例を示す説明図である。
【図７】本発明のＮＣ装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明のＮＣ装置の動作の他の例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の制御装置の他の実施形態の構成を示す説明図である。
【図１０】図９に示す誤差算出装置の構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の制御装置のさらに他の実施形態の構成を示す説明図である。
【図１２】図１１に示す誤差算出装置の構成を示す説明図である。
【図１３】図１１に示す誤差算出装置の他の構成を示す説明図である。
【図１４】図１１に示す誤差算出装置のさらに他の構成を示す説明図である。
【図１５】スライダの微小回転に起因して発生する位置決め誤差を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…ＮＣ装置
３…位置指令発生部
５…サーボ制御部
７…誤差補正部
８…位置決め誤差補正機能部
９…バックラッシ補正機能部
２２…ロータリエンコーダ
２５…テーブル
３０…リニアスケール
３１…回転量入力部
３２…移動量入力部
３３…比較部
３４…位置決め誤差算出部
３５…補正量算出部
３６…記憶部
３７…出力部
２０１…工具移動量入力部
２０２…比較部
２０３…位置決め誤差算出部
２０４…補正量算出部
【図１】
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【図２】
0004014719.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004014719.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004014719.tif 000008
【図８】
0004014719.tif 000009
【図９】
0004014719.tif 000010
【図１０】
0004014719.tif 000011
【図１１】
0004014719.tif 000012
【図１２】
0004014719.tif 000013
【図１３】
0004014719.tif 000014
【図１４】
0004014719.tif 000015
【図１５】
0004014719.tif 000016