JPH0682302B2 - 位置誤差を自動的かつ動的に調整する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、一般には、数値制御工作機械、ロボツト、ま
たは座標測定機械に使用されるような軸位置検出装置に
関する。特に、本発明は、自動的かつ動的に位置誤差を
補償する軸位置調整装置に関する。

高精度の油圧式電気式サーボ駆動装置の開発によつて今
日の工作機械では、高い精度で、別々の軸スライドの位
置調整を繰り返し行えるようになつている。その結果、
こゝでは多量の部品が自動的に、極めて精度の高い公差
で製造できるので、生産性が向上した。最近では、従来
工作機械用に開発されたサーボ駆動技術は、ロボットや
座標測定装置に使用されている。今日の工作機械、ロボ
ツト及び座標測定位置は、可動部材の位置を検出するた
めに、非常に精密な帰還トランスデユーサを備えている
が、ある程度の位置誤差は避けられない。

殆んどの場合、工作機械等での位置誤差は、熱膨張によ
つて発生する。可動部材の高精度位置調整を行なうため
に一般に使用される機構であるナツトと親ねじとの摩擦
によつて、親ねじの熱膨張が生ずるのが普通である。こ
の親ねじの熱膨張によつて可動部材は可動部材を制御す
る制御装置によつて記録された位置とは異なつた位置に
置かれることとなる。位置調整制御装置が、熱膨張によ
る位置誤差の補償ができるようにするため、サーミスタ
のような感熱素子が、温度変化を測定するのに使用され
るが、このような装置は、一般には適当であるとは証明
されていない。

更に、別のフアクタも位置誤差に帰与する。親ねじの荒
仕上げでの誤差は、熱による誤差よりは一般に小さい
が、やはり位置誤差である繰返し可能位置誤差を生ず
る。過去においては、親ねじの製造上の不完全さに帰さ
れ得る誤差は、多くの場合「レーザ」テーブルと呼ばれ
る誤差テーブルを用いて補償されてきている。

レーザテーブルという名前は、工作機械の製造時に実際
の軸スライド位置を測定するために使用される装置に由
来する。工作機械の軸スライドの各々を高精度でキヤリ
ブレートするため、および、複数のスライド位置の各々
は、そのスライド位置と共に１個のテーブルエントリと
して個々に記憶されるので、誤差補償値があればそれも
各スライドに対して高精度でキヤリブレードするため、
一般にレーザ干渉計が使用される。従つて、いずれの予
め定められたスライド位置においても、該スライドに関
連するレーザテーブルのテーブルエントリから、誤差補
償を得ることができる。レーザテーブルによつて可動部
材動作の長距離のものに対して適当な誤差補償が可能で
あるが、レーザテーブルは、軸スライドの短距離動作中
に発生する位置誤差に対する補償の適当な機構であると
は、それ自身でまだ証明していない。

スライド位置誤差を発生する他のフアクタは、親ねじ上
のプーリまたはギア、および、親ねじを駆動するモータ
上のプーリまたはギアの偏心性である。一般に、親ねじ
のプーリまたはギアの偏心性、および、モータのプーリ
またはギアの偏心性は、正弦状に変化する位置誤差を生
ずる。モータのプーリまたはギヤの偏心性、および親ね
じのプーリまたはギアの偏心性に帰せられる誤差の他
に、通常レゾルバである帰還トランスデユーサ上のプー
リまたはギアの偏心性の結果として発生する位置誤差が
ある。この位置誤差も正弦状に変化する。

最新の位置調整制御装置は、レゾルバを帰還トランスデ
ユーサとして使用する。明らかであるが、レゾルバは、
位置の帰還情報を提供するために使用され得る帰還装置
のひとつのタイプにすぎない。固定周波数信号によつて
励起されると、レゾルバは、可動部材の動きに応じて移
動する相を有する信号を生成する。可動部材位置を決定
できるようにするために相移動を検出するのに、ゼロ交
差検波器が使用されるのが普通である。レゾルバ出力信
号のゼロ交差は、特に可動部材の加速中には、不定とな
るであろう。更に、ゼロ交差発生時と、制御装置によつ
てゼロ交差が検出される時点との間には待ち時間が存在
する。この結果、可動部材の実際の位置は、制御装置の
メモリ内の記録されたものと異なる。

上記のタイプの位置誤差は極めて望ましくないものであ
る。工作機械の動作中に位置誤差が発生すると、工作機
械の精度は低下する。ロボツト動作中に発生する位置誤
差は、ロボツト応用に依つて、不適当な部品設置、不適
当な半田処理、または不適当な部品測定を生ずる不適当
なロボツトアーム動作を起因する。位置誤差は、得られ
た測定の精度を低下させる点で、座標検査装置にも望ま
しくない。

以上述べたように、現在の機械工具は複雑なサーボコン
トロールシステムを有している。なかには、例えば特開
昭54-12080号公報に示されるようなコントロールシステ
ムの応答における時間遅延に対する補正とか、例えば特
開昭57-76608号公報に示されるようなボールネジの温度
や加工物の重さに対する補正のような様々な要素に対す
る補正を含んだものがある。しかし、このような従来技
術や他の例えば特開昭56-152003号公報のような従来技
術は、システムへフィードバック信号を与えるためのた
だ１つのトランスデューサしか有していない。したがっ
て、本発明のように、その信号の正確さを検証するため
に、その信号を別のトランスデューサによって検出され
た可動部材の実際の位置と比較することを行っていな
い。

従来技術とは対照的に、本発明は可動部材の位置調整精
度を上げるため、位置誤差を自動的および動的に補償す
る改良型位置調整装置を目的としている。

発明の要約 要約すると、本発明は、位置精度を高めるため、位置誤
差、特に、熱的変化に起因する位置誤差を補償するため
のサーボ駆動装置用の自動、動的誤差補償器に関する。

本発明の自動動的誤差補償は、一般に以下の３要素を包
んでいる。可動部材位置指示を与える帰還トランスデユ
ーサと、可動部材が少くとも既知の一位置であつて、望
ましくは既知の二位置の間の一位置を通る時を検証する
ための位置検証器と、位置検証器によつて得られる実際
の可動部材位置と、帰還トランスデユーサによつて検出
される公称可動部材位置との間に位置誤差があれば、そ
れを補償する帰還プロセツサとである。

実用上、帰還トランスデユーサは、可変部材を示す出力
信号を提供するためのレゾルバと、可動部材位置を表わ
す位置カウントを得るため、レゾルバ出力情報を処理す
るための帰還回路とを含んでもよい。位置検証器は、１
個以上の固定羽根の形をとり、各々は、可動部材の経路
にそつた、正確に分つている固定位置に設置され、羽根
検出器ヘツドは可動部材によつて支持されている。羽根
検出器ヘツドは、磁石の形の少くとも一個の羽根検出器
と、羽根と整列されたスロツトで区切られたホール効果
センサとを備えている。望ましくは、羽根検出器ヘツド
は、一対の磁石と、対応するホール効果センサを含む。
羽根がスロツトを通過すると、各ホール効果センサの出
力信号は論理状態を変化し、これによつて、羽根の通過
を示す。工作機械制御装置内に含まれる帰還プロセツサ
は、指示された羽根位置と実際の羽根位置との比較を実
行するため、帰還回路と羽根検出器ヘツドとに結合され
る。帰還プロセツサは、レゾルバに示された位置の線に
関する関係の統計的に整理されたものを得るため、いく
つかのサンプルされた間隔でのレゾルバの速度を統計的
に平均することによつて、上記の比較を実行する。この
統計上の関係が判明した後、指示された羽根位置は、羽
根が横切る時点で、最小二乗法線適合によつて計算でき
る。羽根が横切る時点での、表示レゾルバ位置が計算さ
れると、位置誤差があれば、減算によつて得られる。

実際の部材位置と、指示部材位置との誤差が、過大でな
ければ、位置誤差の補償のため、位置制御プログラムに
導入される。

本発明の目的は、位置誤差の補償を容易にするため、測
定基準として使用され得る装置用の温度を感知しないシ
ステムを提供することである。このシステムは、測定規
準として使用され得る装置のベツド上の、望ましくは、
装置スライドに搬送される羽根検出器の動作経路内の位
置に据えつけられた少くとも１個の、望ましくは１対の
羽根を含む。従つて、羽根の間隔は、羽根の通過時に、
スライドの移動の正確な距離が判明するように、長さの
規準を示す。更に、各羽根の位置は正確に知られている
ので、表示スライド位置は、羽根の通過時に、指示位置
と既知の位置を比較することによつて、誤差補償が行い
得る。

本発明の他の目的は、より精確な公称位置カウントを作
るため、帰還トランスデユーサの出力信号を処理するた
めの改良型帰還回路を使用することである。改良型帰還
回路は、帰還トランスデユーサの出力カウントを示す情
報のみでなく、レゾルバの帰還カウントが記憶された時
点の時刻を示す情報をも記憶する位置ラツチを含んでい
る。帰還トランスデユーサのカウントがラツチされた正
確な時刻を知ることによつて、レゾルバの搬送周波数の
変化から生起される動作によつて起されるレゾルバ（に
よる）指示位置の変化を補償できる。レゾルバ信号のラ
ツチされた時刻を知ることで、サーボシステムがよりス
ムーズな速度を得ることが可能なように、レゾルバ信号
を時間で規格化できる。よりスムーズな速度を実現する
ことは、これによつて、より滑らかな表面仕上げが約束
されるので、工作機械においては非常に重要である。

本発明の他の特徴は、任意の時点に於て、特に、羽根が
通過する瞬間においてのスライド位置を得るための改良
された方法である。スライドの統計的平均速度は、レゾ
ルバ指示時間位置関係を作るため、等間隔にある各位置
の規格化された指示レゾルバ位置を得ることによつて計
算される。統計的平均速度、即ち、直線の傾きが求まる
と、統計的レゾルバ速度、及び、羽根の通過時刻から、
任意の時点での公称羽根位置が容易に決定される。

本発明の新規であると考えられる特徴は詳細に特許請求
の範囲に記載されている。本発明の構成と動作方法、及
びその目的と利点は、本発明自身と共に、添付の図表に
関する以下の記述を参照すれば最良に理解されよう。

発明の実施態様 第１図は本発明の自動動的誤差補償器を実施した工作機
械10を示す。工作機械10は自動工具交換工作センタの形
式をとり、ベッド12を含み、ベッド12は、直線経路（以
降Ｘ軸と呼ぶ）にそつたベツド上の運動のためのテーブ
ルベース14（より一般にはスライドと呼ばれる）をベツ
ド上に摺動可能に搭載されている。モータ16は、スライ
ドがサーボ制御モータ16によつてＸ軸にそつて駆動され
るよう、スライド14に確保された（図示されない）ナツ
トにねじ山によつてかみ合う（第２図のブロツク図に示
される）親ねじ20に（第２図のブロツク図に示され
る）、ギアボツクス18で接続される。典型的にはレゾル
バの形をとる帰還トランスデユーサ22は、モータ16に機
械的に接続されるが、付勢されると、モータ軸位置を示
す電気出力信号を提供する。スライドに確保されたギア
ボツクス18、親ねじ20、及びリードナツトを介して、モ
ータ16はスライド14に固く結合されているので、レゾル
バ出力信号はＸ軸にそつたスライド位置に従つて変化す
る。

テーブル24は、スライド14内に回動可能にジヤーナルさ
れている。テーブルは、ウオームギアやウオームホイー
ル（図示せず）のような従来装置によつて回転可能にイ
ンデツクスされる。このウオームギアおよびウオームホ
イールは、モータ16と同様な（図示されない）サーボ制
御モータによつて駆動される。

ベツド12上に可能なスライド14の他に、Ｘ軸にそつて、
Ｘ軸に垂直なＺ軸と呼ばれる方向の運動の為に、ベツド
上に摺動可能にアツプライトまたはカラム26が搭載され
る。カラム26は、（図示されない）親ねじやリードナツ
トを含む従来装置によつて、ベツド12にそつて推進させ
られる。この親ねじは、（図示されない）サーボ制御モ
ータによつて駆動される。カラム26は、典型的には（図
示されない）スピンドルヘツド内に置かれたモータによ
つて駆動されるスピンドル30を搭載するスピンドルヘツ
ド28を搬送する。スピンドルヘツド28は、カラム上に摺
動可能に搭載され、それにそつて、（図示されない）親
ねじやリードナツトのような従来装置によつて推進され
る。この親ねじはサーボ制御モータ31によつて駆動され
る。カラム26上のスピンドルヘツド28の運動軸は、Ｙ軸
とする。

工作機械10には、ストーレツジマガジンとスピンドルと
の間の工具を自動的に交換するための工具取換器35も関
連している。

工作機械スピンドル30の回軸およびテーブル24と、テー
ブルベース14と、スピンドルヘツド28と、アツプライト
26、更に自動工具交換器35の動作の制御は、工作機械制
御システム36によつて実行される。制御システム36は、
典型的には、以下の説明のように修正されたKearney ＆
Trecker CNC制御システムの形をとる。本発明の自動動
的誤差補償器を理解するに十分な、制御システム36の検
討は、工作機械10の部分的簡略ブロツク図と関連制御シ
ステム36を示した第２図を参照して得られよう。制御シ
ステム36の検討を簡単にするため、スライド14のような
単一の工作機械スライドの運動の制御の関する制御シス
テムの部分のみを示す。他の工作機械軸の運動は、同様
な回路によつて同様な方法で制御されると理解されるべ
きである。スピンドル回転と工具交換器動作を制御する
ためのこゝに説明しない制御システムの部分は、従来の
構成であり、そのため示されていない。

第２図を参照すると、モータ16に関連づけられたレゾル
バ22は、以下に記述する方法で帰還回路38によつて励起
されると、レゾルバロータ運動の距離に比例して位相角
がシフトする信号を出力する。帰還回路38（第７図に詳
細に示してある）は、レゾルバ位置を示すレゾルバ位置
カウントNpと呼ばれるデイジタルカウントを作るため
に、レゾルバ出力信号の相変位を処理するための従来回
路をも含んでいる。

デイジタルレゾルバ位置カウントは、制御システム36の
制御処理ユニツト40に供給され、この制御システムの中
央処理装置CPUは典型的にはデイジタルコンピユータの
形をとる。実用上、コンピユータ40は、周期的インター
バルでレゾルバ位置カウントをサンプルするため、従来
の方法でプログラムされる。次にレゾルバ位置は、モー
タを駆動するためのデジタルモータ駆動信号を作るた
め、機械部分プログラムによつて指定された命令スライ
ド位置から決定される命令された位置と比較される。こ
のデイジタル信号は、モータ16を制御するサーボ駆動回
路42に供給されるアナログ信号に変換される。

サーボ駆動システム42は、構造上従来型であつて、モー
タ16によつて駆動されるタコメータ46の出力信号で、コ
ンピユータ40からのアナログ命令信号を代数的に集計す
る加算係数器44の形をとつた回路を含んでいる。命令さ
れたモータ励起を示す、加算係数器の出力信号は続い
て、電源モジユール50に供給される駆動信号を作るた
め、サーボ増幅器48によつて処理される。モ−タ16を駆
動するため、モータに励起を与えるのは電源モジユール
50である。

以上のように、工作機械10とその関連制御システム36と
は構成上従来型であり、当業者には既知である。自動動
的誤差補償器が工作機械のスライド位置誤差を自動的か
つ動的に補償するように働くという範囲を除くと、工作
機械10の特定な構成上の詳細は、本発明の自動動的誤差
補償器の構造に関しては重要でない。事実、以降では工
作機械10に関して説明しているが、本発明の自動動的誤
差補償器は、可動部材位置誤差を補償するため、座標測
定システムまたはロボツトに関連づけられるどのタイプ
のサーボ制御システムにも、すぐに使用できる。

冒頭に検討したように、工作機械10のような従来の工作
機械は、位置精度は、スライドと工作機械ベツドの間の
摩擦による熱の流れの結果、変化する可能性があるとい
う不利な点をもつ。更に、製造公差の変化の結果、いく
らかの位置誤差が生じる。これらのフアクタに帰する位
置誤差を補償するため、ベツド12上の数位置の各位置
で、スライド14の位置を精密に検証するため、第１図に
示す位置検証器52を含む自動動的誤差補償器が、工作機
械10に備えられている。位置検証器52は、ベツド12上の
スライド14の運動経路にそつた既知の精密位置に各々が
置かれた、一対の端におかれた羽根54′,54″と中間羽
根（第１図には示されないが第４図に示してある）を含
む。一対の羽根検出器を含む第5A図〜第5C図および第６
図に極めて詳細に示してある羽根検出器ヘツド56は、ス
ライド14の運動時、１個以上の羽根を横切るため、羽根
と整列するように、検出器クランプ57（第３図）によつ
て、テーブルベース14の底面上に搭載される。

第３図はベース12とスライド14の部分の切欠き図で、各
羽根、例えば、羽根54は、羽根クランプによつて羽根サ
ポート58に、羽根を据えつけることで、ベツド12に取付
けられる。圧縮可能なネオプレンスペーサ62は、羽根ク
ランプ60を羽根サポート58から離している。ネオプレン
スペーサの弾性エネルギ（レジリエンス）は、羽根54に
軽い、均一の圧力をかけるため、スペーサがバネとして
働くことができるようにしている。この方法で、羽根サ
ポートは、ゼロに近い膨張係数を有する羽根を伸長させ
ることなしに、熱的に拡張できる。第４図に最適に示す
ように、各羽根、例えば、羽根54′は、対応する羽根サ
ポートにピン63でとめられ、ピンが移動しないように保
持するようにされている。第３図を再び参照すると、羽
根サポートは、サポートクランプ64によつて、ベツド12
に確保される。

各羽根は、温度変化にかゝわらずに長さがほゞ一定であ
る透磁性金属片の形をとる。羽根構造に適していると判
明した金属として、Carpenter Technology Corporation
製のINVAR鋼がある。各羽根は温度変化に対して比較的
に不感性であるので、ベツド12上の各羽根の位置はほゞ
固定されている。更に、羽根54′のような各羽根を、羽
根クランプ60、スペーサワツシヤ62、及び羽根サポート
58を用いてベツド12に据えつける特定な方法によつて、
ベツド上の各羽根の長さを変えることなく、ベツド12は
熱的に膨張できる。典型的には、各羽根の材料となるIN
VAR鋼の熱（膨張）係数は無視できるので、羽根ニブ間
の距離は本質的に一定である。従つて、以下で説明する
ように決定される羽根の長さの見かけ上の変化は、親ね
じの伸長に本質的に帰与する。

第４図に最適に示されるように、ベツド12は典型的に
は、３個の離れた羽根54′,54″,54を支持する。最外
部の羽根54′、54″は、スライド14の送りの左と右の端
を示すため、ベツド12の最外端の１個に隣接して各々が
置かれているので、この図では、左右の端に隣接して画
かれている。各最外端の羽根54′と54″は、一対の直立
した羽根ニブ70a,70bを作るため、各羽根の上部に切込
まれた一個の矩形ノツチ68′を有する。各羽根54′と5
4″のノツチ68′の位置は、各羽根54′と54″のニブ70a
の長さD₁が各羽根の他のニブ70bの長さD₂よりも短いよ
うに決められる。羽根検出器の１個56の構成説明から、
各羽根54′と54″の羽根ニブ70bが長いことによつて、
羽根検出器56は、スライドが送りの各端に達したことを
感知できることが理解され得る。このように、羽根検出
器は、送り端限度検出器としての機能も行ない、これに
よつて、従来のリミツトスイツチ機構の必要性を除去す
る。

中央羽根54は、各々の長さがD₁である、３個の別々な
ニブ70c,70d,70eを作るため、その上部に切込まれた一
対の離れたノツチ68″,68を有する。各ニブ70cと70d
の最外端の距離は、他の値でもよいが、10インチ（25.4
cm）である。ニブ70cと70dの間の距離は精密に固定され
ているので、羽根検出器ヘツド56内の羽根検出器のひと
つによつて検出される、この固定距離を通るスライド14
の運動は、レゾルバによつて決定される、指示されたス
ライド運動距離と比較され得る。こゝで差があれば、続
いて位置誤差補正に使用される。従つて、羽根54は、
長さの標準として働く。

羽根検出器56は、下記の各羽根検出器の電子回路の一部
を担う回路板76を受けるようなサイズにされた上部へこ
み74（第5A図、第5B図、第5D図）を持つ、鋼製のシエル
72を含む。回路板76をへこみ74に挿入し、ねじ77aで回
路板をシエルに固定した後、回路板76を周囲からシール
ドするため、へこみ74の残りの部分をうめる。

第5B図と第5C図に最適に示されるように、一対の長軸方
向のスロツト78aと78bは、シエル72の相対する上面端と
底面端から内側に向つて、へこみ74の下に置かれた底部
中央へこみ80に延びる。

へこみ74と同様に、へこみ80は、ヘッド56内の一対の羽
根検出器に関連する電子回路の他の一部を担う回路板を
受けるような寸法にされている。詰め物用コンパウンド
83aは、回路板82がへこみ内にねじ77aで取付られた後、
へこみ80内のすき間をうめる。

第5c図を参照すると、へこみ80内の回路板82は、羽根5
4′のような羽根が通り抜けられるように、スロット78a
と78bに軸上に整列されて、Ｕ型チヤネル88（第5C図、
第5D図）によつて互いに隔てられた一対のブロツク84a
と84bを搭載している。

羽根がチヤネル88を通過したことを検出するため、羽根
検出器ヘツド56は、各々は磁石とホール効果センサを備
えた一対の羽根検出器を搭載している。この目的のた
め、ブロツク84aは、互いに距離ｄだけ隔てられた、磁
石88aとホール効果センサ90aを搭載している。同様に、
ブロツク84bは、各々が、ホール効果センサ90aと磁石88
aとに相対して置かれた、磁石88bとホール効果センサ90
bとを搭載している。各磁石と対応するホール効果セン
サ間の磁束路が妨害されない限り、ホール効果センサの
出力信号は第１論理レベルにある。しかし、磁石とホー
ル効果センサ間の磁束路が妨害されると、例えば、この
間を羽根のニブが通過した場合には、ホール効果センサ
の出力レベルは他の論理レベルに変化する。

第６図は、各ホール効果センサ90aと90bを励起するた
め、及び第７図の帰還回路38に各ホール効果センサの出
力信号を送出するため、回路板82上に置かれたセンサ回
路の概略図である。各々ブロツク84aと84bに（鎖線内
に）設けられた各ホール効果センサ90aと90bは、直流電
源（図示せず）からの10ボルトの直流電圧で付勢され
る。この方法で、羽根54′のような羽根が磁石88aとホ
ール効果センサ90aの間を通ると、ホール効果センサ90a
の出力信号はその状態を変える。同様に、例えば羽根54
のような羽根が、ホール効果センサ90aと関連する磁
石88bの間を通過すると、ホール効果センサの出力信号
の論理状態は、同様に変化する。

各ホール効果センサ90aと90bの出力は、10ボルト電源に
よつて付勢される５ボルトレギユレータ97からの５ボル
ト直流電圧で付勢されるラインドライバ96aの対応する
１個に接続される。ラインドライバ96aは、ホール効果
センサ90aの出力信号の論理状態に従つて、平衡した一
対の出力信号（Ａ＋とＡ−）を帰還回路38に提供する。
同様に、ラインドライバ96bは、ホール効果センサ90bの
出力信号の論理状態に従つて、平衡した一対の出力信号
（Ｂ＋とＢ−）を帰還回路38に提供する。

第１図には、一組の羽根54′,54″,54と一個の羽根検
出器ヘツド56のみが画かれているが、スライドの偏向を
検出するため、及び、冗長度を与え而して高信頼度を得
るため、各々、羽根54′,54″,54に同等な別の一組の
羽根（図示せず）と、羽根検出器ヘツド56に同等な別の
羽根検出器ヘツドとを、各羽根54′,54″，及び54と
羽根検出器ヘツド56に相対して、オプシヨンとして設置
することもできる。以降により明確に理解されようが、
第７図の帰還回路38は、スライドに関連する両方の羽根
検出器ヘツドを調節するように設計されている。各羽根
検出器ヘツドの出力信号を区別するため、各羽根検出器
の信号識別記号にはプレフイクス“1"または“2"がつけ
られる。例えば、第１図の羽根検出器ヘツド56からの出
力信号は、以降、1A＋,1A−,1B＋，および1B−として識
別され、一方、オプシヨンとして設置された別の羽根検
出器ヘツド（図示せず）の信号は、2A＋,2A−,2B＋，お
よび2B−として識別される。

羽根検出器の説明から理解されるように、各羽根54′と
54″上の羽根ニブ70bがD₂＞ｄであるような長さD₂であ
ると、（即ち、羽根ニブ70bは、ホール効果センサ90aと
90bの距離よりも長いと）、羽根54′または54″のいず
れかの羽根ニブ70bが羽根検出器56を通過時、羽根ニブ7
0bは、先ず、ホール効果センサ90aと90bの一方と関連す
る磁石との間を通り、続いて、他方のホール効果センサ
90と関連する磁石との間を通過し、この間、第１のホー
ル効果センサをその関連する磁石から閉塞しておく。こ
れによつて、羽根ニブ70bが第１のホール効果センサを
通過したすぐ後は、両方のホール効果センサの出力信号
は、同一論理レベルにされる。対照的に、羽根54′また
は54の短い方の羽根ニブ70a、もしくは羽根54のニ
ブ70c,70d,70eの１個が羽根検出器を通過すると、一方
のホール効果センサのみが一時に起動され、こゝでは、
羽根ニブが短いので、両方のホール効果センサが一度に
起動されるのを阻止している。従つて、各羽根検出器
は、既に説明したように、送り終了限度検出器として動
作できる。各ホール効果センサ90aと90bの出力レベル
は、羽根ニブの通過時点に即時には変化しないことに留
意され度い。むしろ、羽根のニブがホール効果センサと
磁石の間を通過する時刻と、ホール効果センサの出力信
号が状態を変える時刻の間には、短い伝搬遅延時間が存
在するのが通常である。しかし、この伝搬遅延は有害で
なく、容易に補償され得る。

各羽根検出器ヘツド56の動作に本質的ではないが、周囲
温度変化によるしきい値変化の効果を減らすため、ホー
ル効果センサ90aと90bを役140°Ｆに保持するのが望ま
しい。この目的のため、第5B図と第5C図に示す、典型的
にはパワー半導体の形をとる発熱素子99が、ブロツク84
aを加熱するために該ブロツクに取付けられる。第６図
の鎖線で示したブロツク84aが発熱素子99によつて加熱
されると、該ブロツクは、ホール効果センサ90aと90b、
及び関連磁石を、一定の高い温度に保持する。

制御システム36内の位置誤差を補正するためホール効果
センサの出力信号を効果的に使用するため、羽根の通過
発生時にも羽根の精密な位置を検出するのみでなく、羽
根の通過時のレゾルバ位置を正確に検出することも必要
である。今日の工作機械の殆んどにおいて、スライドの
公称位置を示す、レゾルバの出力信号は、定周期で、典
型的には数ミリ秒の期間、サンプルされる。従つて、羽
根の通過がレゾルバ遮断と一致しなければ、羽根の通過
によつて決定された実際のスライド位置と、指示された
レゾルバ位置との比較によつては、レゾルバ位置の補正
を許すための有意な情報は得られないであろう。羽根の
通過後に、実マシンスライド位置を指示マシンスライド
位置との比較を容易にするため、工作機械10は、誤差補
正を容易にするため、公称レゾルバ位置と実レゾルバ位
置との比較を可能にするために、レゾルバ出力信号に従
つて公称スライド位置を示すデータを提供するようにだ
けでなく、レゾルバのゼロ交差と羽根の通過との発生時
刻を正確に決定するように機能する改良型帰還回路38を
備えている。

第７図は、本発明の自動動的誤差補償器の改良型帰還回
路38のブロツク図を示す。この図を参照すると、帰還回
路38は、両方共に従来型で、当業者に周知の、サイン／
コサイン発生器152とサイン／コサイン駆動器154を含む
レゾルバ22を付勢するため、従来型回路を備えている。
サイン／コサイン発生器152は、バス156（12ビツト＋１
クロツクビツト）上に現われる13ビツトデイジタル高周
波信号で励起される。この信号は水晶制御発振器（図示
せず）によつて発生される。サイン／コサイン発生器
は、時間ベースクロツク移相器160から供給されるクロ
ツク信号によつて、周期的にクロツクされる。該移相器
は、従来型構造のクロツク回路（図示せず）によつて発
生されたクロツク信号に遅延を与えるための周知の遅延
線（図示せず）の形をとる。クロツク信号を受信する
と、サイン／コサイン発生器152は、COSとSINと指定さ
れる一対の矩形波信号を発生する。SIN信号は、COS信号
から90°移相がずれている。COS信号とSIN信号の各々
は、固定レゾルバコサインおよびサイン巻線（図示せ
ず）を各々励起するため、サイン／コサイン駆動器154
を介してレゾルバ22に供給される。レゾルバのコサイン
及びサイン巻線がCOS信号とSIN信号によつて励起される
と、ローパスフイルタ162の入力に結合されたレゾルバ
ロータ巻線（図示せず）内に、準サイン信号が誘起され
る。構造上従来型であるローパスフイルタ162は、やは
り従来型構造のゼロ交差検出器164に供給されるサイン
波信号を作るため、バス156上の周波数信号に従つて、
レゾルバロータ出力信号をフイルタする。時間ベースク
ロツク移相器160からのクロツク信号でクロツクされる
と、ゼロ交差検出器は、ローパスフイルタ162の矩形波
出力信号が負から正へのゼロ交差を示す都度、ゼロ交差
と指示されたパルスを出力する。

ゼロ交差検出器出力パルスは、12ビツトラツチ166のク
ロツク入力に供給され、このラツチの12入力の各入力に
は、バス156上に現われる13ビツト周波数信号の低次12
ビツトの各ビツトが供給される。レゾルバロータ巻線信
号がゼロ交差を示す度に、バス156上の信号の12ビツト
の各ビツトの状態をラツチ166内に記憶するため、ラツ
チ166はストローブされる。ラツチ166内にラツチされた
これらの12ビツトがレゾルバ位置を示す位置カウントN_P
を形成する。例えば、レゾルバロータが静止していれ
ば、ラツチ166内に引き続きストローブされた位置カウ
ントN_Pは、従来のものと同一のままである。しかし、レ
ゾルバが回転中ならば、ラツチ内にラツチされた位置カ
ウントは変化し、従つて、最近のカウントと、直前の位
置カウントの差は、スライドの運動を示す。

高スライド速度では、位置カウントのサンプリング間の
期間に、レゾルバ位置カウントがゼロを通る結果とし
て、位置の不明瞭さが発生し得る。スライド14が予め定
められた速度以上で移動している時の位置の不明瞭さを
解消するため、帰還回路38は、レゾルバ回転カウンタ16
8を備えている。

レゾルバ回転カウンタ168は、構造と機能において、米
国特許第4,376,970号（1983年５月15日発行Ilseman等）
に記載、特許請求された“高速度デイジタル位置監視装
置（High Speed Digital Position Monitoring Syste
m）”のゼロ位置双方向カウンタと同一である。レゾル
バカウンタ168は、位置ラツチ166とゼロ交差検出器164
に結合され、位置ラツチ166に記憶された位置カウントN
_Pがゼロをどの方向に何回交差したかを示すカウントを
その出力に提供する。この位置カウントN_Pがゼロをどの
方向に何回交差したかを知ることによつて、レゾルバ運
動の増分を示すカウントを作るため、不明瞭さなしに、
直前のレゾルバ位置カウントから、後続のレゾルバ位置
カウントを減算できるようになる。従つて、レゾルバ回
転カウンタ168は上記特許のゼロ位置双方向カウンタと
同様に動作し、この動作の説明には、本明細書で参考と
して記載した上記特許を参照すべきであろう。

これ迄の説明のように、帰還回路38は従来型の構造であ
る。

既に検討したように、これ迄説明した帰還回路の一部の
ような、帰還回路の欠点は、指示スライド位置が、レゾ
ルバ出力信号のゼロ交差時にのみ知られるということで
ある。従つて、ゼロ交差が、レゾルバロータのゼロ交差
間のインターバルで発生すると、有意な比較が不可能に
なる。この困難を克服するため、レゾルバ出力信号のゼ
ロ交差間に、公称スライド位置が計算できるように、レ
ゾルバロータのゼロ交差が発生した時刻を厳密に決定す
るため、タイムラツチ170が設けられる。タイムラツチ1
70は、４ビツトラツチを備え、該ラツチの４データ入力
の各入力は、時間ベースモジユラス伸長器（以下に説
明）によつてバス156に重ね合わせられた、４ビツト高
周波信号の高次４ビツトの各ビツトと結合される。

第８図を参照すると、時間ベースモジユラス伸長器174
は、典型的には、４ビツト同期カウンタ175を含む。カ
ウンタ175は、電源（図示せず）からの５ボルト直流電
圧を抵抗176を介して、そのプリセツトイネーブル（P
E）入力とリセツト（AR）入力に供給される。２個のイ
ネーブル入力（EP,E_P）は、バス156上の、12ビツトと１
クロツクビツトの周波数信号の、12低次ビツト（FDBK0
〜FDBK11）をNAND処理するNANDゲートの出力に、インバ
ータ177を介して、共同的に結合される、カウンタクロ
ツク入力（C_P）は、全ての12ビツト（FDBK0〜FDBK11）
が論理値“1"であるときに、カウンタのカウントが１だ
け加算されるように、時間べースクロツク相相器160か
らのクロツク信号を供給される。この場合、４ビツト出
力カウントは、その低次12ビツトがバス156上の信号の
低次12ビツトと共に変化する16ビツト時間ベースバスの
高次４ビツトとただちに考えられるよう。ビツトFDBK12
からFDBK15で示される、カウンタ175の４ビツトカウン
トは、16ビツト時間ベースバスを得るため、バス156の
低次12ビツト（FDBK0〜FDBK11）上に重ね合わせられ
る。

第７図を参照すると、バス156上に重ね合わせられた高
次４ビツトは、ゼロ交差検出器164によつてレゾルバの
ゼロ交差が発生したとされた時点で、時間ラツチ170内
にストローブされる。従つて、時間ラツチ170内にスト
ローブされたカウントは、レゾルバのゼロ交差が現われ
た正確な時刻を示す。以降に一層明確に理解されるよう
に、レゾルバのゼロ交差発生時の情報によつて、レゾル
バのゼロ交差間のインターバル中の、スライド位置が計
算できるようになる。従つて、時間ベースモジユラス伸
長器174は、16ビツト信号を作るため、時間ベースバス1
56の低次12ビツトを効果的に伸長し、この高次４ビツト
は時間ラツチ170にラツチされる。こうして、時間ラツ
チは、バス156上の低次12ビツトのみがカウントされる
場合に比較して、かなり正確なレゾルバカウントラツチ
時間の記録を提供できる。

帰還回路38は、レゾルバ22を励起し、レゾルバ出力信号
に従つて位置情報を提供するように働くのみではなく、
各羽根検出器ヘツドに各羽根検出器を形成する各ホール
効果センサをインターフエースし、誤差補償を容易にす
るため、各羽根検出器からの出力情報を処理するように
働く。この目的のため、帰還回路38は、各羽根検出器内
の両方のホール効果センサ90aと90bを励起するため、従
来構造の電源180を備えている。

羽根検出器ヘツド56内の２個の羽根検出器（ホール効果
センサ）と、オプシヨンの羽根検出器ヘツドの２個の羽
根検出器（ホール効果センサ）の出力情報を出力するた
め、羽根検出器ヘツド56内の羽根検出器からの出力信号
1A＋,1A−,1B＋，及び1B−と、オプシヨンの羽根検出器
ヘツドからの出力信号2A＋,2A−,2B＋，及び2B−とは、
当業者に知られた方法でラインレシーバ180aに供給され
る。次に、ラインレシーバは各々、出力信号1A,1B,2A,
及び2Bを提供する。各信号の論理状態は、ホール効果セ
ンサの対応する１個の起動を示すように、各対応する一
対の信号、1A＋と1A−,1B＋と1B−,2A＋と2A−，及び2B
＋と2B−から決定される。ラインレシーバ180aからの出
力信号1A,1B,2A,及び2Bは、第９図のブロツク図に詳細
を示した、羽根事象モニタ181に供給される。

第９図を参照すると、羽根事象モニタ181は、ライン駆
動器96aから出力信号1Aを受けるため、羽根検出器ヘツ
ド56内の該ライン駆動器の出力の１個に、ラインレシー
バ180aを介して、そのＤ入力1Dが結合される。Ｄ型フリ
ツプフロツプ182を備えている。フリツプフロツプ182
は、クロツク入力（CK）に（時間ベースクロツク移相器
160から供給されるような）クロツク信号を受けると、
フリツプフロツプの出力1Qに現われる信号は、該クロツ
クパルスの発生前に入力された、第11Dフリツプフロツ
プの入力信号と同一論理状態となる。このようにして、
フリツプフロツプ182は、この羽根検出器出力信号をク
ロツクに同期させるように働く。ヘツド56内の羽根検出
器のホール効果センサの他方の出力状態を示す、残りの
ラインレシーバ信号1Bと、オプシヨンとしての羽根検出
器ヘツドの各ホール効果センサの出力信号を各々示す、
ラインレシーバ信号2A及び2Bとは、プログラマブルアレ
ーロジツクゲート183によつて主クロツク信号に同期さ
せられる。

この目的のため、フリツプフロツプ182の出力1Qに現わ
れる出力信号1A（ｍ）は、プログラマブルアレーロジツ
ク（RAL）ゲート183の第１入力に供給される。PALゲー
ト183の他の３入力は、ラインレシーバ180aの残りの出
力信号1B,2A,及び2Bを受けるため互いに結合される。PA
Lゲート183は、その入力での信号順序に従つて、一組の
５ビツト出力信号の予め定められた１信号を出力するた
めに動作する。PALゲート回路で受信する入力信号の特
定順序は、４個のホール効果センサのうちの遷移を行つ
たものに依存するので、PALゲート183の５ビツト出力信
号は、ニブの端を通過したホール効果センサを識別す
る。

更に、PALゲート183は、ニブ端をいずれかの羽根検出器
が通過すると、EVENT信号を発生する。PALゲート183か
らのEVENT信号は、第７図の16ビツト羽根通過時間ラツ
チ184のクロツク入力に供給される。羽根通過時間ラツ
チ184のクロツク入力にEVENT信号が受信されると、該ラ
ツチは，羽根通過発生時刻を実際に記録するため、バス
156上に重ね合わせられた16データビツトの各ビツトを
記憶する。

第７図に関して既述したように、第１図の羽根検出器ヘ
ツド56のような、羽根検出器ヘツド対の各々は、スライ
ド位置を検証するために機能するだけでなく、スライド
送りの終端に達する時を決定するため送り限度検出器と
しても働き、而して従来のリミツトスイツチの必要性を
無くしている。従つて、各羽根検出器ヘツド内のホール
効果センサの連続動作可能性は本質的なものとなる。例
えば、羽根検出器56のような、羽根検出器ヘツドのホー
ル効果センサ90aと90bの一方、または、両方が不能にな
ると、通常の機械運転停止が効果を発揮する前に、危険
なスライドオーバトラベル条件が発生し得る。この、通
常の機械運転停止前の危険なスライドオーバトラベル条
件の発生を阻止するため、第７図の帰還回路38は、送り
端／レゾルバ帰還損失信号検出器185を備えている。こ
の名称が示唆するように、送り端／レゾルバ帰還損失信
号検出器185は、各羽根検出器ヘツドのホール効果セン
サが動作状態であるか否かを決定するために監視し、動
作状態であれば、送り端条件が発生したか否かを決定す
る。更に、送り端／レゾルバ帰還損失信号検出器185
は、レゾルバ回路の障害を検出する。

第10図は、帰還検出器185の詳細ブロツク図を示す。こ
の図を参照すると、検出器185は一対の単安定再トリガ
可能マルチバイブレータ186aと186bを含む。マルチバイ
ブレータ186aの第１入力つまりＡ入力は、第７図のゼロ
交差検出器164から出力信号ZERO CROSSを受けるため、
該ゼロ交差検出器の出力に結合される。マルチバイブレ
ータ186aの第２入力つまりＢ入力は、抵抗187を介し
て、＋５ボルト直流電流（図示せず）に結合されること
によつて、ある高論理レベルに保持される。マルチバイ
ブレータの時定数は、マルチバイブレータを＋５ボルト
電源に結合する。抵抗188aと容量188bとを備えたRC回路
によつて形成される。

ゼロ交差検出器の出力信号（ZERO CROSS）が、低論理レ
ベルから高論理レベルの遷移を行なう都度、単安定マル
チバイブレータ186aは抵抗188aと容量188bとのRC時定数
に比例する期間そのままのレベルにとどまつている高論
理レベル信号をＱ出力に送出する。単安定マルチバイブ
レータ186aのＱ出力での出力信号は、Ｄ型フリツプフロ
ツプ189aのセツト（Ｓ）入力に供給される。フリツプフ
ロツプ189aのＤ入力はCPUリード信号（CNTR）がフリツ
プフロツプ189aのＣ入力に供給される都度、マルチバイ
ブレータ186aの出力が論理値“1"ならば、Ｄ型フリツプ
フロツプ189aのＱ出力がクリアされるように、Ｃ入力に
供給される。実際、マルチバイブレータ186aの時定数
は、レゾルバ22が動作中であつてZERO CROSS信号をある
周波数を超えるようにしている時に、単安定マルチバイ
ブレータが再トリガし、Ｑ出力に高論理レベル信号を出
力するためにセツトされる。しかし、単安定マルチバイ
ブレータ186aの第１入力にZERO CROSS信号が現われなけ
れば、マルチバイブレータ186bのＱ出力信号は、容量18
8bと抵抗188aとのRC回路で決定されるセツトインターバ
ルの後に、論理的に低い状態になる。単安定マルチバイ
ブレータ186aの出力信号が低くなると、フリツプフロツ
プ189aのセツト（Ｓ）入力が低くなり、レゾルバ22また
はゼロ交差検出器164の障害を意味するために、フリツ
プフロツプ189aをセツトする。単に、単安定マルチバイ
ブレータ186aは、単安定マルチバイブレータのリセツト
入力に低論理レベル信号BAD SIGを印加することによつ
て、意識的に低論理状態にセツトされ得る。BAD SIG信
号は、レゾルバ22の出力信号の振幅が、予め定められた
レベルを下回ると、低論理レベルになる。フリツプフロ
ツプ189aをリセツトするためには、入力を高論理状態に
するため、リセツト（Ｒ）入力にリセツト信号が印加さ
れる。

第２の単安定再トリガ可能マルチバイブレータ186aの第
２入力、つまりＢ入力は、高論理状態とするため、抵抗
187を介して＋５ボルト電源に結合される。マルチバイ
ブレータ186bの第１入力、即ちＡ入力は、信号ENABLEを
供給される。ENABLE信号の論理状態は、位置カウントを
決定するためにレゾルバラツチ166が読取られる都度変
化する。これは、典型的には、数ミリ秒毎に発生する。
マルチバイブレータ186bのＡ入力が、低論理状態から高
論理状態に変化すると、マルチバイブレータのＱ出力信
号は低論理状態から高論理状態に変わり、マルチバイブ
レータを＋５ボルト電源に結合する抵抗190aと容量190b
との回路のRC時定数に依存する期間、その状態にとどま
る。

マルチバイブレータ186bのＱ出力信号は、Ｄ入力が接地
されている、第２のＤ型フリツプフロツプ189bのセツト
（Ｓ）入力に供給される。フリツプフロツプ189bのクロ
ツク入力は、Ｄ型フリツプフロツプ189bのＱ出力の出力
信号が、フリツプフロツプがENABLE信号によつてクロツ
クされている時には、フリツプフロツプのセツト（Ｓ）
入力の信号に依存するように、単安定マルチバイブレー
タ186bのＢ入力に結合される。マルチバイブレータ186b
とＤ型フリツプフロツプ189bの双方のリセツト（Ｒ）入
力は、リセツト入力が高論理状態にとどまるよう、抵抗
187を介して、＋５ボルト直流電源に結合される。

実際には、抵抗190aと容量190bのRC回路で形成される時
定数は、工作機械運転中に通常発生するように、ENABLE
信号が数ミリ秒毎に低論理状態になるとすると、単安定
マルチバイブレータ186bのＱ出力信号が高論理状態にと
どまるような時定数である。単安定マルチバイブレータ
186bのＱ出力信号が高論理状態にある間、フリツプフロ
ツプ189bのＱ出力信号は、フリツプフロツプがENABLE信
号によつてクロツクされる都度、低論理状態となる。し
かし、ENABLE信号か数ミリ秒毎に論理状態を変えなけれ
ば、フリツプフロツプ189bは、所望のサンプリング区間
内でレゾルバ位置カウントを決定するため、位置ラツチ
を読取るための工作機械制御が障害であることを示す高
論理信号を出力する。

各フリツプフロツプ189aと189bのＱ出力信号は、ANDゲ
ートアレー191の６入力の１個に供給される。ANDゲート
アレーの残りの入力は、羽根検出器対の対応する１個の
各々の、ホール効果センサ対の対応する一個の起動を示
す信号1A,1B,2A,及び2Bを受信するため、第７図のライ
ンレシーバ180aに結合される。ANDゲートアレー191は、
以下の３条件のいずれかが発生時、出力（E Stop）信号
を生成するため、その入力に、該信号を論理的に組合わ
せる。

1.フリツプフロツプ189aのＱ出力信号が、帰還が失なわ
れたことを示して、高論理状態である。

2.ラインレシーバ信号1Aと1Bとが、または、ラインレシ
ーバ信号2Aと2Bとが共に高論理状態となり、スライド送
りの終了発生、または、羽根検出器ヘツド56が帰還回路
38から切断されたことを示す。

3.フリツプフロツプ189bの出力信号が高論理状態とな
り、所望のコンピユータ割込み区間内にラツチ166が読
取られなかつたことを報知する。

E-STOP信号は、工作機械制御36（図示せず）の緊急停止
モジユールに供給される。該モジユールは、これに応じ
て、正しい、しかし緊急の機械停止を実行する。

第２図を参照すると、レゾルバ位置カウントN_P（ラツチ
166内に記憶されたカウント）、レゾルバ回転カウント
（カウンタ168に記憶されたカウント）、及びレゾルバ
時間ラツチカウント（時間ベースモジュラス伸長器174
に記憶されたカウント）を示す、帰還回路38からの出力
データは、レゾルバ位置計算器200を含むいくつかのサ
ブルーチンを備えるために修正された、機械制御36のコ
ンピユータ40に供給される。レゾルバ位置計算器200
は、レゾルバ運動の増分距離を示す。その出力にレゾル
バ位置カウントを作るため、帰還回路38の位置ラツチの
出力カウントN_Pを処理する。実際上、レゾルバ位置計算
器は、以下のサブルーチンプログラムステツプの記述に
従つて理解されるように、レゾルバ位置計算器の機能は
従来回路で行い得るが、物理的回路ではなく、実際はプ
ログラムサブルーチンである。

レゾルバ位置計算器サブルーチン200は、以下のステツ
プを含む。

1.ラツチ166からの12ビツトレゾルバ位置ラツチカウン
トは、16ビツトレゾルバ位置時間カウントを得るため、
ラツチ170からの４ビツトレゾルバラツチ時間カウント
と結合される。

2.次に、ラツチ168からのレゾルバ回転カウントは、検
査され、直前に記憶されたレゾルバ回転カウントと比較
される。回転カウントが直前のものよりも小さければ、
レゾルバロータ方向は負（逆時計回り）であつて、位置
カウントが負方向に進んだことになる。逆に、該カウン
トが増えていれば、レゾルバロータ、従つて、ラツチカ
ウントが正方向にゼロを通過したことになる。

3.レゾルバロータゼロ通過の方向が決定されると、最新
の16ビツトレゾルバ位置カウントは、レゾルバの増分位
置を決定するため、レゾルバラツチカウントがゼロを通
過した方向を勘案して、直前のカウントから代数的に減
算される。

サブルーチン200の実行で決定されたレゾルバ増分位置
カウントIN_Pは、次に、レゾルバ速度補償器202によつて
処理される。やはり、サブルーチンであるレゾルバ速度
補償器202は以下のステツプを含む。

1.ラツチ174からの、最新のレゾルバ時間ラツチカウン
トは、レゾルバのゼロ交差間の時間インターバルを表わ
す量T diffを作るため、直前のレゾルバ時間ラツチカウ
ントから減算される。

2.量T diffが計算されると、増分レゾルバ位置カウント
IN_Pは次式に従つて規格化される。

このように位置カウントを規格化する目的は、レゾルバ
指示位置の変化を効果的に補償することである。スライ
ド速度がゼロにおいては、正確に10レゾルバサイクル／
割込が得られる。スライドが移動すると、レゾルバサイ
クル／割込の数値は、スライド運動に依存して９と11の
間を変化する。

上記の結果として得られる、割込当りのレゾルバゼロ通
過の整数でない数は、レゾルバエラーを引き起こす周波
数差を起因する。レゾルバ増分位置カウントをフアクタ
40960/T diffで乗算することで、レゾルバゼロ通過を、
割込インターバル始点に効果的に移動することによつ
て、上記の周波数差を補償する。

サブルーチン202によつて決定された、規格化増分位置
カウントは正味規格化増分レゾルバ位置カウントを作る
ため、レゾルバ位置計算器202によつて決定された位置
カウントと、加算計数器204によつて代数的に組み合わ
せられる。加算計数器204の出力に生成される、補償さ
れた増分レゾルバ位置カウントは、割込インターバル当
りのレゾルバ位置変化であるので、実際には、レゾルバ
速度と考えられる。

レゾルバ速度を表わす、加算計数器204からの出力デー
タは、次に、統計的に整理されたレゾルバ指示位置‐時
間関係を作るため、等間隔のいくつかの（典型的には９
個の）インターバルの各各において、レゾルバ速度を統
計的に平均するために動作する速度計算器206によつて
処理される。この統計的関係が分れば、指示羽根位置
は、羽根通過発生時において位置‐時間関係に最小二乗
法線適合を適用して得られる。

典型的にはプログラムサブルーチンの形をとる速度計算
器206は、最近の９個の規格化レゾルバ位置読取値を保
持する循環９位置バツフア（図示せず）を備えている。
最近の９個のレゾルバ読取値から、統計的レゾルバ速度
は決定され、最小二乗法線適合によるレゾルバ位置‐時
間適合値（フイツト）が得られる。

速度計算器206によつて計算された統計レゾルバ速度情
報は、最小二乗法レゾルバ位置‐時間情報と羽根時間、
即ち、羽根通過発生時刻とから、指示羽根位置を計算す
る羽根位置計算器208に供給される。

羽根位置計算器208によつて計算された指示羽根位置
は、加算計数器210で、公称羽根位置テーブル212として
知られる実羽根位置を比較される。羽根位置検出器212
は、指示羽根位置と、通過した羽根の指示位置に最も近
いホール効果センサのステータスとを相互参照するルツ
クアツプテーブルの形をとる。指示羽根位置と、実羽根
位置との差は、羽根位置誤差を表わす。

上記サブルーチンは、コンピユータで実行されると、既
述したように、位置誤差を決定するため、羽根検出器と
レゾルバからの帰還データを処理する。ここで理解でき
るように、レゾルバのゼロ通過発生時および羽根通過発
生時に関するタイミング情報によつて、位置誤差は正し
く決定されるようになる。コンピユータ40と上記サブル
ーチンで形成される帰還プロセツサは、位置誤差を決定
するため、第１図に示す種類のスピンドルプローブ300
のような、別のタイプの位置センサと共に使用すること
もできる。当業者には、スライド位置を検証するため、
羽根検出器ヘツド56に代つて、第１のスピンドルプロー
ブ300のようなスピンドルプローブを帰還プロセツサに
結合し得ることは直ちに理解されよう。羽根通過を記録
する代りに、羽根通過ラツチ184は、羽根位置計算器208
が、スピンドルプローブの接触発生時、測定されたスピ
ンドルプローブ位置と公称スピンドルプローブ位置の差
を計算できるように、スピンドルプローブの接触時刻を
記録する。

製造上の欠陥からの位置誤差を補償するために、レーザ
テーブル214がコンピユータ40内に設けられている。レ
ーザテーブル214が各々がある与えられたスライド位置
での位置誤差を示すエントリを含んでいる。各エントリ
は、工作機械製造当初に、レーザ干渉計を用いて得られ
るので、レーザテーブルの名前がある。適当なテーブル
エントリの選択は、速度計算器206によつて計算された
規格化速度値を、積分器215に供給することで実施され
る。続いて、積分器215は、レーザテーブルが適当な記
憶された誤差値を作ることができるように、現在位置を
示す情報をレーザテーブルに与える。

羽根位置誤差と、積分器216にとつて積分された、レー
ザテーブル214から供給される製造位置誤差とを表わ
す、加算計数器210の出力は総位置誤差を作るため、加
算計数器218で合算される。加算計数器218の出力は、微
分器224によつて微分される。

スライド14に所望の位置づけを行うため、微分器224の
出力信号は、加算計数器225で、補間器226の出力信号と
合算される。補間器226は、機械部分プログラムを増分
位置命令に変換するよく知られたプログラムサブルーチ
ンの形をとる。従つて、加算計数器225の出力信号は、
補間器命令と、微分器224によつて命令された増分補正
の合計を表わす。続いて、加算計数器225の出力信号
は、積分器228の入力に正味増分位置誤差を作るため、
実速度を表わす、レゾルバ速度計算器206の出力信号
と、加算計数器227で組合わせられる。

加算計数器227の出力信号は、積分器228で積分され、次
に、デイジタル／アナログ変換器230によつてアナログ
信号に変えられる前にスケーラ229によつてスケール処
理される。サーボ駆動システム42を励起するのは、D/A
変換器230からのアナログ速度信号である。

こゝまで説明したのは、自動動的誤差補償器の構成要素
である。即ち、位置検証器52、帰還トランスデユーサと
帰還回路38、及び、上記のサブルーチンによつてプログ
ラムされたコンピユータ40を含む帰還プロセツサの説明
を行なつた。測定用長さ規準として使用可能な、自動動
的誤差補償器の動作全体は、コンピユータメモリに常駐
するエグゼクテイブプログラムによつて制御される。第
11図に該プログラムの流れ図を示す。

第11図を参照すると、自動動的誤差補償は、自動動的誤
差補償プログラム（ステツプ230）の動作を指定するこ
とによつて始動される。その後、公称スライド位置は、
既述の各サブルーチン200,202、及び206を実行すること
で計算される（ステツプ232）。公称スライド位置が決
定されると、羽根検出器の同期が検査される（ステツプ
234）。レゾルバによつて決定される、各羽根の公称位
置は、羽根が存在すべき位置と比較される。指示羽根エ
ツジ位置と既知の羽根エツジ位置との差が予め定められ
た値を超えると、重要な装置障害が発生したと想定さ
れ、緊急停止状態に入り（ステツプ235）、緊急メツセ
ージが表示される（ステツプ236）。その後、制御は主
プログラムに戻る（ステツプ238）。そうでない場合、
同期が失なわれたことが検出されなければ、第９図のPA
Lゲート183によつて生成されたEVENT信号の論理状態の
変化に反映される、羽根通過の発生があつたか否かの決
定が行なわれる（ステツプ240）。羽根通過が無けれ
ば、制御は主プログラムに戻る（ステツプ238）。

羽根通過が発生すれば、工作機械のスライドが送り限度
を超えたか否かの決定が行なわれる（ステツプ242）。
このサブルーチンは、第10図のANDゲートアレー190の機
能と重複している。送りを超えた条件が存在すると、制
御はステツプ235に分岐し、同時に、緊急停止状態に入
り、緊急停止メツセージが生成され（ステツプ236）、
この後、制御は主プログラムに戻される（ステツプ23
8）。

送り超過条件の検出に失敗すると、ステツプ244が実行
される。このステツプの実行中、指定された、丁度通過
が発生した実位置が既述のサブルーチン208と212を実行
することによつて決定される。この後、実羽根位置は、
指示羽根位置との差を示す位置誤差を得るため、指示羽
根位置と比較される（ステツプ246）。更に、公称位置
が実羽根位置と比較されるだけでなく、羽根の間の実距
離または、特定スライド位置によつてはニブの間の距離
が、距離誤差を得るため、指示スライド送り距離と比較
される。位置誤差と距離誤差は予め定められた値と比較
される（ステツプ248）。いずれかの誤差値が予め定め
られた値を超えれば、制御はステツプ235に分岐し、こ
ゝで、緊急状態に入り、制御が主プログラムに戻る（ス
テツプ238）前に、緊急メツセージが生成される（ステ
ツプ236）。いずれの誤差値も予め定められた誤差限度
を超えなければ、位置制御サブルーチンに誤差値を与え
ることによつて、第２図に関して既述した方法で、誤差
は段階的に補償される。段階的誤差補償が実行される
と、上記プログラムの再実行を待つため、制御は主プロ
グラムに戻る（ステツプ238）。

以上述べたように、本発明によれば、システムへのフィ
ードバック信号を別のトランスデューサによつて検出さ
れた可動部材の実際の位置と比較しているから、その信
号の正確さを検証することができるという優れた効果が
ある。

熱の流れまたは製造上の欠陥による機械スライド位置誤
差を補償するための自動動的誤差補償器を説明した。本
発明のある望ましい特徴のみを図示したが、当業者に
は、多くの修正及び変更が考えられよう。例えば、帰還
トランスデユーサをレゾルバとして説明したが、例えば
エンコーダのような、他のタイプの帰還トランスデユー
サも使用され得る。本発明を線型サーボ駆動用に記述し
たが、ロータリサーボ駆動にも同等に応用可能である。
更に、光学的、誘導的または放射線技術を用いて構成で
きる他の位置検証器も存在する。

羽根についても代替装置がある。例えば、穴あきの連続
テープまたは非磁化領域を有するテープが使用可能であ
る。羽根は、羽根のエツジを同等にするためエツチング
によつて製造されたラミネートでも作ることが可能であ
る。従つて、特許請求の範囲の記載事項は、本発明の精
神に従うような全ての修正及び変更を含む意図があるこ
とと理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の自動動的誤差補償器の実施例である
工作機械の外観である。 第２図は、自動動的誤差補償器を含む制御システムの詳
細を示す、第１図の工作機械のブロツク図である。 第３図は、第１図の線3-3にそつた部分的断面図であつ
て工作機械ベツド上への位置検照羽根の搭載を示してい
る。 第４図は、工作機械ベツド上の羽根の配置概略図であ
る。 第5A図は、一対の羽根検出器を備えた完全な検出器ヘッ
ドの透視図である。 第5B図は、第5A図の線5b-5bにそつた、一部切欠き側面
図である。 第5C図は、第5A図の線5c-5cにそつた、一部切欠き底面
図である。 第5D図は、第5A図の線5d-5dにそつた、一部切欠き端面
図である。 第６図は羽根検出センサ回路の概略図である。 第７図は、工作機械制御システムの改良型帰還回路の代
表的ブロツク図である。 第８図は、第７図の帰還回路の一部である時間ベースモ
ジユラス伸長器の典型的ブロツク図である。 第９図は、第７図の帰還回路の一部を成す羽根事象モニ
タの代表的ブロツク図である。 第10図は、第７図の帰還回路の一部の送り終端と帰還損
失との検出器の典型的ブロツク図である。 第11図は、本発明の自動動的誤差補償器のエクゼクテイ
ブプログラムの流れ図を示す。 符号の説明 10……工作機械、12……ヘツド 14……テーブルベース（スライド） 16,31……モータ 22……帰還トランスデユーサ 24……テーブル 26……アップライト（カラム） 28……スピンドルヘツド 30……スピンドル、40……コンピユータ 52……位置検証器 54,54′,54″,54……羽根 56……羽根検出器ヘツド 68′,68″,68……ノツチ 70a,70b……ニブ、72……シエル 74,80……へこみ（凹部） 78a,78b……長軸方向スロツト 88……チヤネル、88a,88b……磁石 90a,90b……ホール効果センサ 96a,96b……ラインドライバ 99……発熱素子、164……ゼロ交差検出器 166,170……ラツチ 168……レゾルバ回転カウンタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハン・チヤング・チユング アメリカ合衆国ウイスコンシン州ウエス ト・アリス・サウス122ストリ−ト3421 (72)発明者 ライル・デイ−・オストビイ アメリカ合衆国ウイスコンシン州ミルウオ −キ−・サウス・ナインテイセカンド・ス トリ−ト201 (56)参考文献 特開 昭51−3258（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−17077（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】数値制御回路と、ベッドと、該ベッドに支
   持され、規定された移動経路内を運動する可動部材と、
   記録されているプログラムから受けとった指令に従って
   該可動部材の移動経路に沿って該可動部材を駆動すべく
   接続されたサーボ位置決めシステムと、該可動部材の運
   動に応答し、ある瞬間での該可動部材の位置を表わす位
   置信号を発生するトランスデューサと、該可動部材の所
   定位置通過時に該可動部材の実際の位置を表わす検証信
   号を生じるべく前記ベッドに接続された位置検証器と、
   前記トランスデューサからの該位置信号を受けとるべく
   結合された第１の回路と、該第１の回路において前記位
   置信号に応答して、前記指示された可動部材位置を表わ
   す指示された位置カウントと前記可動部材が該指示され
   た位置に存在した時刻を表わす位置時間カウントとを発
   生する装置と、前記位置検証器からの前記検証信号を受
   けとり前記検証信号が発生した時刻を表わす検証時間カ
   ウント信号を発生すべく結合された第２の回路と、前記
   第１および第２の回路に結合された第３の回路と、該第
   ３の回路内で複数の前記指示された位置カウントと複数
   の前記位置時間カウントとに応答しこれらカウントに基
   いて演算を行ない前記検証時間カウントによって表わさ
   れる時間での前記トランスデューサによる指示に対応す
   る可動部材位置を確立するための装置と、前記第３の回
   路内で前記検証信号が発生した時刻での前記可動部材の
   実際の位置を確認するための装置と、前記第３の回路内
   で該指示された可動部材位置と該実際の可動部材位置と
   の差を決定しそこから補償係数信号を発生する装置と、
   前記数値制御回路において前記補償係数信号を受けとる
   べく接続され前記可動部材の運動の制御を補償してプロ
   グラムからの指令に従って前記可動部材が精密に位置決
   めされるようにした調節装置とを含んでいる工作機械。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の工作機械にお
   いて、前記位置検証器が、前記可動部材の移動経路に沿
   って前記ベッド内に配設され前記可動部材の移動経路に
   関して横方向に延出した少なくとも１つの明確に区画さ
   れた縁部を呈する温度に安定な物質で形成された羽根
   と、前記可動部材によって支持され前記縁部を通過する
   通路内で前記可動部材とともに移動する羽根検出器と、
   該羽根検出器において前記羽根検出器が前記縁部を通過
   するとき前記可動部材の実際の位置を示す前記検証信号
   を発生する装置とを含んでいる前記の工作機械。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載の工作機械にお
   いて、前記羽根検出器が、前記羽根検出器の前記羽根通
   過時に前記羽根を受容すべく位置決めされた長手方向に
   延出したスロットを有するハウジングと、該ハウジング
   内の該スロットの一方の側面に配設されその磁束経路が
   該スロットに垂直である磁石と、該ハウジング内で該磁
   石と対向する該スロットの他方の側面に配設され前記羽
   根の縁部が前記磁石とホール効果センサとの間を通過す
   る瞬間に前記検証信号を発生するホール効果センサとを
   含んでいる前記の工作機械。