JPH07328897A - ならい制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 形状変化の少ない面をならっているときのス
タイラスへの微小振動の影響を低減できるようにする。 【構成】 トレーサヘッド１のスタイラス１ａがモデル
２面をならうと、合成変位量算出手段３がスタイラス１
ａの各軸方向の変位量を検出して合成変位量を算出し、
その合成変位量と予め設定された基準変位量との差分を
差分算出手段４が算出する。送り速度算出手段５は、こ
の差分に基づいて送り速度成分を算出する。一方、補正
速度算出手段６は、差分が０を中心とした所定範囲内に
ある場合には差分が所定範囲の外にあるときよりも比例
定数が小さい関数に基づいて送り速度成分補正用の補正
速度成分を算出する。軸移動指令手段７は、合成変位
量、ならい平面、算出された送り速度成分および補正速
度成分に基づいて軸の選択を行い、選択された軸の移動
量を算出してサーボモータ８側に指令する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスタイラスの設けられた
トレーサヘッドによってモデル面形状を測定するならい
制御方式に関し、特に補正速度成分によって送り速度成
分を補正するならい制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スタイラスの設けられたトレーサ
ヘッドによってモデル面形状を測定するならい制御方式
では、モデル面の接線方向の送り速度成分を補正速度成
分によって補正して実際のならい速度を算出するように
している。

【０００３】図６はスタイラスの設けられたトレーサヘ
ッドによってモデル面形状を測定する従来のならい制御
方式を示す図である。ここでは、ならい平面をＸ−Ｚ平
面にとった場合を示す。従来のならい制御方式では、モ
デル７２面をスタイラス７１の先端でならっていく際、
スタイラス７１の各軸方向の変位量εｘ，εｙ，εｚの
合成変位量εを算出し、この合成変位量εの方向ベクト
ルをならい平面に投影した方向ベクトル成分εｘｚに対
して直角方向をならいの送り方向として算出する。そし
て、このならいの送り速度成分Ｖｔと、その補正値であ
る補正速度成分Ｖｎとを算出し、ならい速度Ｖｓを決定
する。このならい速度Ｖｓは、次式（１１），（１２）
で表される各ならい平面軸Ｘ，Ｚ上の速度成分Ｖ１およ
びＶ２に分配される。

【０００４】Ｖ１＝Ｖｔ・ｓｉｎθ＋Ｖｎ・ｃｏｓθ ・・・（１１） Ｖ２＝−Ｖｔ・ｃｏｓθ＋Ｖｎ・ｓｉｎθ ・・・（１２） ここで、θは合成変位量εの方向ベクトル成分εｘｚの
Ｘ軸に対する角度である。また、送り方向正のときＶｔ
＞０、スタイラス変位εが基準変位量ε0 より大きいと
きにはＶｎ＞０である。

【０００５】このように、ならい制御中は速度成分Ｖ１
およびＶ２が常時求められ、これに従ってスタイラス７
１が移動制御される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、補正
速度成分Ｖｎは、合成変位量εと基準変位量ε０との差
分Δεに一様に比例する値に決定されている。しかし、
形状変化の少ない面では、送り速度成分Ｖｔはほぼモデ
ル面の接線方向に沿っているため、補正する必要がほと
んどない。ところが、それにも係わらず従来は、急変部
と同じ比例定数で補正速度成分Ｖｎを決定しているた
め、スタイラス７１が、スタイラス自身または他の機械
部分からの微小振動を受けると、その微小振動に対して
も補正速度成分Ｖｎが大きく働いてしまっていた。この
ため、スタイラス７１の軌道に波ができ、デジタイジン
グデータがかえって不正確になる虞があった。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、形状変化の少ない面等をならっているときの
スタイラスへの微小振動の影響を低減し、より正確なデ
ジタイジングデータを得ることのできるならい制御方式
を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、スタイラスの設けられたトレーサヘッド
によってモデル面形状を測定するならい制御方式におい
て、前記スタイラスの各軸方向の変位量を検出して合成
変位量を算出する合成変位量算出手段と、前記合成変位
量と予め設定された基準変位量との差分を算出する差分
算出手段と、前記差分に基づいて送り速度成分を算出す
る送り速度算出手段と、前記差分が０を中心とした所定
範囲内にある場合には前記差分が前記所定範囲の外にあ
るときよりも比例定数が小さい関数に基づいて前記送り
速度成分補正用の補正速度成分を算出する補正速度算出
手段と、前記合成変位量、ならい平面、前記算出された
送り速度成分および補正速度成分に基づいて軸の選択を
行い、前記選択された軸の移動量を算出してモータ側に
指令する軸移動指令手段と、を有することを特徴とする
ならい制御方式が提供される。

【０００９】

【作用】合成変位量算出手段は、スタイラスの各軸方向
の変位量を検出して合成変位量を算出し、その合成変位
量と予め設定された基準変位量との差分を差分算出手段
を算出する。送り速度算出手段は、この差分に基づいて
送り速度成分を算出する。一方、補正速度算出手段は、
差分が０を中心とした所定範囲内にある場合には差分が
所定範囲の外にあるときよりも比例定数が小さい関数に
基づいて送り速度成分補正用の補正速度成分を算出す
る。そして、軸移動指令手段は、合成変位量、ならい平
面、算出された送り速度成分および補正速度成分に基づ
いて軸の選択を行い、選択された軸の移動量を算出して
モータ側に指令する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本実施例のならい制御方式の機能の概念
を示す図である。トレーサヘッド１がスタイラス１ａに
よってモデル２面をならうと、合成変位量算出手段３が
スタイラス１ａの各軸方向の変位量を検出して合成変位
量を算出し、その合成変位量と予め設定された基準変位
量との差分を差分算出手段４が算出する。送り速度算出
手段５は、この差分に基づいて送り速度成分を算出す
る。一方、補正速度算出手段６は、差分が０を中心とし
た所定範囲内にある場合には差分が所定範囲の外にある
ときよりも比例定数が小さい関数に基づいて送り速度補
正用の補正速度成分を算出する。そして、軸移動指令手
段７は、合成変位量、ならい平面、算出された送り速度
成分および補正速度成分に基づいて軸の選択を行い、選
択された軸の移動量を算出してサーボモータ８側に指令
する。

【００１１】図２は本実施例のならい・加工システムの
構成を示すブロック図である。このならい・加工システ
ムは、主にならい制御装置１０とならい工作機械２０と
から構成される。ならい制御装置１０のプロセッサ１１
は、バス１９を介してＲＯＭ１２に格納されたシステム
プログラムを読み出し、このシステムプログラムに従っ
てならい制御装置１０の全体の動作を制御する。ＲＡＭ
１３には一時的なデータが格納される。不揮発性メモリ
１４は、図示されていないバッテリでバックアップされ
ており、ＣＲＴ／ＭＤＩユニット３１の図示されていな
いパネル上のキーにより入力されたならいモード、なら
い平面、ならい速度等の各種のパラメータが格納され
る。また、不揮発性メモリ１４には、ならい工作機械２
０のトレーサヘッド２６で測定したモデル面形状のデジ
タイジングデータも格納される。

【００１２】ならい工作機械２０に設けられているトレ
ーサヘッド２６は、その先端のスタイラス２７がモデル
２８に接触することにより生じるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸
方向の各変位量εｘ、εｙおよびεｚを検出し、その変
位量に応じたアナログ信号をインタフェース（ＩＮＴ）
１８に送る。インタフェース１８は各アナログ信号をデ
ィジタル信号に変換してプロセッサ１１側に送る。

【００１３】プロセッサ１１は、変位量εｘ、εｙおよ
びεｚと、指令されたならいモード、ならい平面、およ
びならい速度に基づいて、Ｘ軸の速度指令Ｖｘ、Ｙ軸の
速度指令Ｖｙ、およびＺ軸の速度指令Ｖｚを発生する。
これらの速度指令は、それぞれサーボアンプ１６ｘ、１
６ｙおよび１６ｚに入力され、その出力によってならい
工作機械２０のサーボモータ２２ｘ、２２ｙおよび２２
ｚが駆動される。

【００１４】これにより、トレーサヘッド２６が移動す
ると共にテーブル２１がＸ軸および紙面と直角なＹ軸方
向に移動する。このとき、トレーサヘッド２６とモデル
２８間の相対的位置関係は、一定に保たれるように制御
される。そして、トレーサヘッド２６と同じくＺ軸制御
されるカッタ２４によって、ワーク２５にモデル２８と
同様の形状の加工が施される。

【００１５】また、サーボモータ２２ｘ、２２ｙおよび
２２ｚには、これらが所定量回転する毎にそれぞれ検出
パルスＦＰｘ、ＦＰｙおよびＦＰｚを発生するパルスコ
ーダ２３ｘ、２３ｙおよび２３ｚが設けられている。な
らい制御装置１０内の現在位置レジスタ１７ｘ、１７ｙ
および１７ｚは、検出パルスＦＰｘ、ＦＰｙおよびＦＰ
ｚをそれぞれ回転方向に応じてカウントアップ／ダウン
してトレーサヘッド２６の現在位置データＸａ、Ｙａお
よびＺａを求めており、これらの位置データはプロセッ
サ１１によって読み取られる。

【００１６】プロセッサ１１は、ならい加工中の状態を
示す画像表示信号等をバス１９を介してＣＲＴ／ＭＤＩ
ユニット３１に送る。ＣＲＴ／ＭＤＩユニット３１で
は、内蔵されたグラフィック制御装置が送られた画像表
示信号を画像データに変換し、図示されていない表示装
置に表示する。この表示装置では、ならい加工の開始に
当たってならい加工の条件の入力操作画面が表示され
る。オペレータは、図示されていないパネル上のキーを
使用して、ならいモード、ならい平面、ならい速度等を
入力指令する。この入力指令されたならいモード、なら
い平面、ならい速度等は、インタフェース３２を介して
バス１９上に読み込まれ、不揮発性メモリ１４に格納さ
れる。

【００１７】また、バス１９にはインタフェース１５を
介して操作盤３０が接続されている。操作盤３０では、
ならい加工開始指令や停止指令などが行われる。これら
各指令信号は、インタフェース１５およびバス１９を介
してプロセッサ１１に送られる。

【００１８】図３は本実施例のならい制御方式の機能の
具体的な構成を示すブロック図である。トレーサヘッド
２６は、先端のスタイラス２７がモデルに接触すること
により生じるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の各変位量ε
ｘ、εｙおよびεｚを検出して、前述のならい制御装置
１０のソフトウェア機能である軸制御機能部４０に送
る。軸制御機能部４０に入力された各変位量εｘ、εｙ
およびεｚは、合成回路４１および切換回路４２に入力
される。

【００１９】合成回路４１では、各変位量εｘ、εｙお
よびεｚから合成変位量ε（ε＝（εｘ² ＋εｙ² ＋ε
ｚ² ）^1/2 ）を求めて演算器４３に入力する。演算器４
３は、合成変位量εと予め設定された基準変位量ε０と
の差分Δε（Δε＝ε−ε０）を演算して速度成分発生
回路４４および４５に入力する。速度成分発生回路４４
は、差分Δεに基づいてスタイラス変位方向に対して直
角方向の送り速度成分（接線方向速度成分）Ｖｔを発生
し、分配回路４６に送る。

【００２０】速度成分発生回路４５は、差分Δεに比例
してスタイラス変位方向の補正速度成分（法線方向速度
成分）Ｖｎを発生し、分配回路４６に送る。ただし、速
度成分発生回路４５は、差分Δεが０を中心とした所定
範囲にあるときと、所定範囲外にあるときとでは、Ｖｎ
の比例定数であるゲインＧを異なる値にしている。

【００２１】図４は補正速度成分ＶｎのゲインＧの特性
を示す図である。図から分かるように、差分Δεが所定
範囲内のとき、すなわち−ａ≦Δε≦ａのときには、ゲ
インＧは、予め設定された基本ゲインＧ₀ に整数比ｎ／
ｍをかけた値Ｇ₀ ×ｎ／ｍとなっている。ここで、基本
ゲインＧ₀ および整数比ｎ／ｍは、それぞれ予めパラメ
ータ設定された値であり、特にｎおよびｍは、ｎ／ｍ＜
１となるように設定されている。また、値ａは、数１０
μｍ程度である。一方、差分Δεが所定範囲内のとき、
すなわち−ａ≦Δε≦ａのときには、ゲインＧは、予め
設定された基本ゲインＧ₀ となっている。

【００２２】図５はこのようなゲインＧによって決定さ
れる補正速度成分Ｖｎの特性を示す図である。速度成分
発生回路４５では、補正速度成分ＶｎはＶｎ＝Ｇ×Δε
によって算出される。ただし、ゲインＧは上述したよう
にΔεの値によって代わるように設定されているので、
補正速度成分Ｖｎはそれぞれの場合に応じて以下のよう
になる。

【００２３】−ａ≦Δε≦ａのとき、 Ｖｎ＝Ｇ₀ ×ｎ／ｍ×Δε ａ＜Δεのとき、 Ｖｎ＝（ｎ／ｍ−１）×Ｇ₀ ×ａ＋Ｇ₀ ×Δε −ａ＞Δεのとき Ｖｎ＝（１−ｎ／ｍ）×Ｇ₀ ×ａ＋Ｇ₀ ×Δε このように算出された補正速度成分Ｖｎは、分配回路４
６に送られる。

【００２４】一方、切り換え回路４２では、各変位量ε
ｘ、εｙおよびεｚの中から予めＣＲＴ／ＭＤＩユニッ
ト３１で入力指令されたならい平面を形成する二軸の変
位量ε１、ε２を選択して割出回路４７に入力する。割
出回路４７は、変位量ε１およびε２を用いた次式
（１），（２）に基づいて、割り出し信号ＥｃおよびＥ
ｓを求める。

【００２５】 Ｅｃ＝ε１／（ε１² ＋ε２² ）^1/2 ＝ｃｏｓθ ・・・（１） Ｅｓ＝ε２／（ε１² ＋ε２² ）^1/2 ＝ｓｉｎθ ・・・（２） ここで、θは、スタイラス変位量のならい平面への投影
成分が送り軸との間でつくる角度である。こうして求め
られたＥｃおよびＥｓは、分配回路４６に送られる。

【００２６】分配回路４６は、割り出し信号Ｅｃ、Ｅ
ｓ、送り速度信号Ｖｔおよび補正速度成分Ｖｎを用いて
次式（３）、（４）を演算する。 Ｖ１＝Ｖｔ×Ｅｓ＋Ｖｎ×Ｅｃ ・・・（３） Ｖ２＝−Ｖｔ×Ｅｃ＋Ｖｎ×Ｅｓ ・・・（４） Ｖ１およびＶ２はならい平面の二軸の速度成分である。
これら速度成分Ｖ１およびＶ２は、出力軸選択回路４８
を介してＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の速度信号Ｖｘ、Ｖｙお
よびＶｚとして出力され、サーボアンプ１６ｘ、１６ｙ
および１６ｚによって増幅される。

【００２７】そして、サーボアンプ１６ｘおよび１６ｙ
の出力によってサーボモータ２２ｘおよび２２ｙが駆動
され、図２で示したテーブル２１が移動する。また、サ
ーボアンプ１６ｚの出力によってサーボモータ２２ｚが
駆動され、トレーサヘッド２６と共に、図２で示したカ
ッタ２４がＺ軸方向に移動する。

【００２８】なお、図１で示した軸移動指令手段７は、
切換回路４２、分配回路４６、割出回路４７、出力軸選
択回路４８、およびサーボアンプ１６ｘ，１６ｙ，およ
び１６ｚの機能を含んでいる。

【００２９】このように、本実施例では、差分Δεが０
を中心とする所定範囲以内のときには、ゲインＧとして
予め設定された基本ゲインＧ₀ に１より小さい値ｎ／ｍ
をかけた値Ｇ₀ ×ｎ／ｍを与えて、補正速度成分Ｖｎを
算出するようにしたので、形状変化の少ない部分のよう
にスタイラス２７の変位が少ないときには、急変部より
も補正速度成分を小さくすることができる。このため、
スタイラス２７に対する微小振動の影響を低減すること
ができる。したがって、より正確なデジタイジングデー
タを得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、スタイ
ラスの合成変位量と基準変位量との差分が０を中心とし
た所定範囲内にある場合には差分が所定範囲の外にある
ときよりも比例定数が小さい関数に基づいて送り速度成
分補正用の補正速度成分を算出するようにしたので、形
状変化の少ない部分のようにスタイラスの変位が少ない
ときには、急変部よりも補正速度成分を小さくすること
ができる。このため、スタイラスに対する微小振動の影
響を低減することができ、より正確なデジタイジングデ
ータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のならい制御方式の機能の概念を示す
図である。

【図２】本実施例のならい・加工システムの構成を示す
ブロック図である。

【図３】本実施例のならい制御方式の機能の具体的な構
成を示すブロック図である。

【図４】補正速度成分のゲインの特性を示す図である。

【図５】補正速度成分の特性を示す図である。

【図６】スタイラスの設けられたトレーサヘッドによっ
てモデル面形状を測定する従来のならい制御方式を示す
図である。

【符号の説明】

１ トレーサヘッド １ａ スタイラス ２ モデル ３ 合成変位量算出手段 ４ 差分算出手段 ５ 送り速度算出手段 ６ 補正速度算出手段 ７ 軸移動指令手段 ８ モータ １０ ならい制御装置 １１ プロセッサ １４ 不揮発性メモリ ２０ ならい工作機械 ２６ トレーサヘッド ２７ スタイラス ２８ モデル ４５ 速度成分発生回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スタイラスの設けられたトレーサヘッド
   によってモデル面形状を測定するならい制御方式におい
   て、 前記スタイラスの各軸方向の変位量を検出して合成変位
   量を算出する合成変位量算出手段と、 前記合成変位量と予め設定された基準変位量との差分を
   算出する差分算出手段と、 前記差分に基づいて送り速度成分を算出する送り速度算
   出手段と、 前記差分が０を中心とした所定範囲内にある場合には前
   記差分が前記所定範囲の外にあるときよりも比例定数が
   小さい関数に基づいて前記送り速度成分補正用の補正速
   度成分を算出する補正速度算出手段と、 前記合成変位量、ならい平面、前記算出された送り速度
   成分および補正速度成分に基づいて軸の選択を行い、前
   記選択された軸の移動量を算出してモータ側に指令する
   軸移動指令手段と、 を有することを特徴とするならい制御方式。
2. 【請求項２】 前記比例定数は、パラメータ設定される
   ように構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   ならい制御方式。