JPS5816984B2 - ナライセイギヨホウシキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、倣い制御方式、特にトレーサヘッドのスタイ
ラスとモデルとの間の摩擦等による誤差を補正する倣い
制御方式に関するものである。

倣い制御に於いては、トレーサヘッドのスタイラスがモ
デルに接触し、その変位量に対応して送り軸の制御が行
なわれて、ワーク加工が行なわれるものである。

このトレーサヘッドは通常ｘ、ｙ。Ｚ軸の差動トランス
を有し、スタイラスの変位に応じた各軸方向の変位信号
が各差動トランスから得られ、この変位方向の角度成分
が演算されて送り軸にパルス配分が行なわれる。

輪郭倣いに於いては、前述のスタイラスの変位が、スタ
イラスとモデルとの接点と、モデルの中心とを結ぶ線分
の延長方向、即ちモデルの法線方向に生じるのが理想的
である。

しかしスタイラスとモデルとの間には摩擦があり、それ
によってスタイラスが切線方向にも傾斜し、スタイラス
の変位方向が理想状態よりも倣い方向に遅れて誤差が生
じる場合がある。

本発明は、前述の如き欠点を改善したものであり、その
目的は、トレーサヘッドで検出された信号から角度割出
しを行ない、その割出角度信号にスタイラスの変位方向
が理想状態よりも遅れることによる誤差を打消して、精
度の高い倣い制御を行なわせることにある。

以下実施例について詳細に説明する。

第１図は本発明の実症例の倣い制御回路のブロック線図
であり、ＩＸ、ＩＹ、ＩＺはトレーサへラドのｘ、ｙ、
ｚ軸の差動トランス、２Ｘ、２Ｙ２ｚは増幅器、３は合
成回路、４は速度成分演算回路、５は差動トランスの励
磁回路、６は切換回路、７は変位方向割出回路、７１．
７２はほぼ同一構成の変位方向割出部、８は割出補正回
路、９は差回路、ｉｏ、ｉ’＋は和回路、１２は分配回
路である。

トレーサヘッドの差動トランスＩＸ、ＩＹ、ＩＺは励磁
回路５の出力により励磁され、スタイラスの変位に対応
した変位信号ε工＋ ｇ ｙ ｌε２を出力するもので
、それぞれ増幅器２Ｘ、２Ｙ、２Ｚにより増幅されて合
成回路３及び切換回路６に加えられる。

トレーサヘッドのスタイラスの変位ベクトルεが第２図
に示す場合、差動トランスｉｘ、ｉｙ。

１ｚかもの変位信号ＩＥ Ｘ ｌ ’ ｙ ｌε２は、
励磁回路５の出力をｓｉｎωｔとすると、 ｇ、 ＝ ａ ｃｏｓφｃｏｓθｓｉｎ ωｔ −（１
）εｙ＝εＣＯ８φｓｉｎθｓ ｉｎ ωｔ −（２）
ε ＝εｓｉｎφｓｉｎ ωｔ ”・（３）と
表わすことができる。

なおθはＸ、Ｙ平面に投影した変位ベクトルεの成分ε
ｘｙのＹ軸から角度、φハ変位ベクトルεのＸ、Ｙ平面
からの角度である。

り変位量信号εを出力し、差回路９に於いて予め定めら
れた基準変位量信号ε。

との差Δε＝ε−ε。を求め、速度成分演算回路４にそ
の偏差信号Δεを加える。

速度成分演算回路４は図示の如き特性に基いて、偏差信
号Δε及び基準速度信号Ｖ。

から法線速度信号ｖ８と切線速度信号ｖＴとを演算して
出力し、分配回路１２に加える。

切換回路６は倣い平面に関する変位信号を選択出力する
ものであり、倣い平面を例えばＸ、Ｙ平面とすると、変
位信号εえ、εアが選択出力されるように設定され、そ
れらの変位信号ε工、ε９は変位方向割出回路７に加え
られる。

この場合、倣い平面をＸ、Ｙ平面とすることにより、変
位信号ε力はほぼ一定となり、合成回路３からの変位量
信号εは、主として変位信号ε工、ε９に対応して変化
するものとなる。

又変位方向割出回路７は変位信号εえ、εアから変位方
向θを割出して変位方向成分信号ｓｉｎθ、ｅｏｓθを
出力し、分配回路１２に加える。

分配回路１２は、法線速度信号ｖ８と切線速度信号ｖＴ
と変位方向成分信号ｓｉｎθ、ｃｏｓθとにより、 ｖ ＝ｖ ｃｏｓθ＋Ｖ ｓｉｎθ ・・・・
・・（４）ＸＮ Ｔ Ｖ、 ＝ｖＮｓｉｎθ＋ｖＴｃｏｓθ ・・・・・・
（５）で表わされるＸ、Ｙ軸に対する送り制御信号り。

Ｗを出力し、それらの送り制御信号】へ 、ＶＹにより
偏差信号Δεが零になる方向にＸ、Ｙ方向の送り制御が
行なわれる。

前述の如き動作はスタイラスの変位方向に誤差がないも
のとして説明しているもので、従来の倣い制御とほぼ同
じ動作である。

しかし、実際にはスタイラスとモデルとの間の摩擦によ
り前述の如く理想状態よりも倣い方向にスタイラスの変
位方向が遅れる傾向にあり、それによって割出誤差が生
じる。

例えば第３図に示すように、倣い平面をＸ、Ｙ平面とし
たときの変位信号ε工、りからスタイラスの変位量ε力
が求められ、更に変位方向の割出しが行なわれ、それら
に基いて法線速度信号Ｖと切線速度信号ｖＴ とが求め
られる。

送り速度Ｖが得られるように、Ｘ、Ｙ軸の送り制御信号
が出力されるものであり、第４図に示すように、法線方
向にのみ変位すべきであったスタイラスが、モデルとの
摩擦により倣い方向にも変位して、その変位ベクトルε
が法線方向からΔθずれた場合、変位方向θに対してΔ
θの割出誤差が生じることになる。

そこで第５図に示すように、倣い平面のＸ、Ｙ平面につ
いての変位信号６．、Ｂｙから求められた変位量ε力に
対して９０°の方向の補正ベクトルε。

を加えることによりベクトルεＩＪ″−求められ、それ
によって理想状態の変位方向θを割出すことができる。

この補正ベクトルε を求める為に第１図に示すように
割出補正回路８を設けているものである。

この割出補正回路８には、偏差信号Δεと、変位方向割
出回路７の変位方向割出部７１からの誤差角Δθを含む
変位方向成分５ｉｎ（θ＋Δθ）及びｃｏｓ （θ＋Δ
θ）の信号及び変位量信号られ、後述のように、補正ベ
クトルε。

を求める演算が行なわれ、そのＸ、Ｙ方向の成分ε。

え。ε。

９．を出力して和回路１０，１１に加える。スタイラス
の変位によって得られたＸ、Ｙ平面に関する変位信号ε
工、εアを、励磁信号成分ｓｉｎωを等を除いて、 ε 二εＣＯＳ （、θ＋Δθ） ・・・・・・（
６）ε 二εＣＯＳ （Δ＋Δθ） ・・・・・・
（７）とすると、即ち理想状態の変位方向θに対して誤
差角Δθを含む変位信号εえ、εアが得られたとすると
、補正ベクトルε。

のＸ、Ｙ方向成分ε。え。ε。

アとしては、ε ＝ε ５ｉｎ（θ＋Δθ） ・・・
・・・（８）ＣＸ Ｃ ε ０ε ｃｏｓ （θ＋Δθ） ・・・・・・（９
）ａｙ ｃ が割出補正回路８から出力されるようにすれば良いこと
になり、和回路１０．１１による和の出力ε力 、εＸ
１は、 εＸ１−εχ＋εｃＸ ＝εｃｏｓ （θ＋Δθ）＋εｃｓｉｎ（θ＋Δθ）６
ｙ１＝６ｙ＋６Ｃｙ ＝ε５ｉｎ（θ＋Δθ）−ε ｃｏｓ（θ＋Δθ）とな
る。

ここでΔθ＝ｊａｎ ’（εＣ／ε）とすれば、となり
、変位方向割出回路７の変位方向割出部７２に（１つ、
（１試の誤差角Δθを含まない信号が加えられることに
なる。

従って変位方向割出部７２からは理想状態の変位方向θ
のＸ、Ｙ方向の成分を示すｃｏｓθの信号が出力される
ことになる。

第６図は前述の如き補正ベクトルε を求める為の割出
補正回路８のブロック線図を示し、２１は偏差信号Δε
が０以上のとき出力がｔｔ １１１となる比較回路、２
２は変位方向の補正をしなくても１良い範囲を不感帯と
する為の検出回路、２３はアンド回路、２３は一定電圧
Ｅ。

とアースとの間の切換えをアンド回路２３の出力に応じ
て行なう切換回路、２５はスイッチング回路、２６はコ
ンデンサＣ９抵抗Ｒ１増幅器ＡＭＰ等からなる記憶回路
、２７は掛算回路、２８は変位量信号部の極性を送り方
向信号Ｆに応じて切換える極性切換回路、２９．３０は
掛算回路である。

偏差信号Δε＝ε−ε。

がΔε〉０のとき、比較回路２１の出力は１″となり、
又不感帯を±αとすると、１Δε１〉αのとき検出回路
２２の出力はｔｔ １ ｍとなる。

比較回路２１及び検出回路２２の出力が共に１″のとき
は、アンド回路２３の出力は１″となり、切換回路２４
はアース側に切換えられ、且つ検出回路２２の出力がｔ
ｔ １１１のときスイッチング回路２５はオン状態とな
る。

それによって記憶回路２６のコンデンサＣは放電状態と
なる。

又偏差信号ΔεがΔε〈０で且つ１Δε１〉αのときは
、比較回路２１の出力はｔ Ｑ ｊｊ、検出回路ｎの出
力は“１″となり、アンド回路２３の出力はｔｔ Ｏｙ
ｙとなるから切換回路２４は一定電圧Ｅ。

側に切換えられ、又検出回路２２の出力が１″′である
からスイッチング回路２５はオン状態となって記憶回路
２６のコンデンサＣは一定電圧Ｅ。

により充電されることになる。

これにより偏差信号Δεを積分した大きさに相当する信
号が増幅器ＡＭＰを介して出力されることになる。

掛算回路２７では、極性切換回路２８からの変位量信号
ＥＤと記憶回路２６のコンデンサＣの充電電圧ｅｃに対
応した値即ち偏差信号Δεを積分した大きさに相当する
信号との掛算を行なう。

この掛算出力が、補正ベクトルの絶対値１ｓｏｌに相当
するものとなるように記憶回路２６のコンデンサＣと抵
抗Ｒとの選定並びに増幅器ＡＭＰの利得の選定が予め行
なわれる。

従って増幅器ＡＭＰの利得を１と仮定すればＥＤｘｅｏ
＝１εｃｌとなる。

又掛算回路２９．３０では変位方向割出部７１からの変
位方向成分５ｉｎ（θ＋Δθ）及びｃｏｓ（奸Δθ）の
信号と補正ベクトルの絶対値１εｃｌとの掛算を行なう
ことにより、（８） 、 （９）式に示すε。

８．ε。アの信号Ａ、Ｂが得られる。

倣い送り方向が反転した場合、送り方向信号Ｆの極性が
反転するので、変位方向割出部７１から加えられる変位
量信号稀の極性が極性切換回路２８により反転されて掛
算回路２γに加えられることになる。

又偏差信号ΔεがΔε〈Ｏの場合のみ記憶回路２６のコ
ンデンサＣの充電が行なわれて、その充電電圧及び変位
量信号稀に対応した補正ベクトルが得られることＫなり
、それによって補正を行なうことになるが、これはΔε
〈０の場合に法線速度Ｖ。

がスタイラスをモデルに対して喰い込む方向のものであ
ることを示し、スタイラスとモデルとの間の摩擦が大き
くなる方向であるから、前述の如くスタイラスＤ変位方
向が倣い送り方向に遅れて誤差が生じ、この誤差を補正
する為である。

これと反対にΔε〉０の場合はスタイラスがモデノ吻も
離れる方向に制御されω褐場合であるから、スタイラス
とモデルとの間の摩擦は少なくなる方向であり、従って
スタイラスの変位方向が倣い方向に遅れることは無視し
得る程度となり、補正を行なわなくても良いことになる
。

即ち切換回路２４をアース側に切換えたままで良いこと
Ｋなる。

第７図ａ、ｂは、割出補正回路８に於ける記憶回路２６
のコンデンサＣの充電電圧ｅｃ と偏差信号Δεとの説
明図であり、横軸は時間ｔを示す。

１＝０に於いてスタイラスのモデルへのアプローチが完
了して倣い起動が行なわれたとする。

アプローチ完了時点ではΔε＝−ε□ Ｈｅ ｃ””
０となる。

そして倣い起動がかかることによりスイッチング回路２
５はオンとなり、又切換回路２４は一定電圧Ｅ。

側に切換えられるので、一定電圧Ｅ。によるコンデンサ
Ｃの充電が行なわれ、その電工ｅｃは領域Ｄ１ の曲線
で示すように一定電圧Ｅ。

に向って上昇し、又はスタイラスの変位量εは増大して
、偏差信号Δεは一ε。

かう次第ＫＯＫ向って減少する。

この結果、領域Ｄ１ では補正ベクトルの大きさｌε。

ｌ即を掛算回路２７の出力（ｅｃ−ＥＤＸまスタイラス
の変位量εが大きくなるに従って大きくなる。

そして掛算回路２９，３０により各軸方向成分が出力さ
れて和回路１０，１１に加えられるので、変位方向割出
部７２には誤差角Δθを補正した信号ｇＸＩＩεｙ１
が加えられることになり、変位方向割出部７２から変位
方向成分信号ｃｏｓθ。

ｓｉｎθが出力されることになる。

又１＝１１の時点では、ｅｏ二Ｅ１ 、Δε＝−５μと
なる。

これは検出回路２２の不感帯を±５μとした場合につい
てのものであり、ｔ＝ｔ、以後の領域Ｄ２ ではコンデ
ンサＣの端子電圧ｅｃ はほぼ一定値に保たれ、Δε＝
−５μを維持しながら倣い制御が行なわれることになる
。

なお領域Ｄ２に於いて、スイッチング回路２５が不感帯
内のΔεのときオフとなり、そのときコンデンサＣは増
幅器ＡＭＰ等を介して僅か放電することになる。

そして不感帯近傍に於いてΔεは第７図すの点線で示す
ように僅か変化し、それによってコンデンサＣの充電電
圧ｅ。

も第７図ａの点線で示すように充放電が繰返されること
により僅か変化する。

しかし、これらの変化は極めて僅かである。

従って不感帯により定められた精度で倣い制御が行なわ
れることになる。

前述の不感帯を小さくすることにより精度を向上するこ
とができるものであるが、スタイラスの精度、検出回路
の分解能、機械系の応答速度等による限界があり、不感
帯を極端に小さくすることは実際上好ましくない。

又第７図すでは、Δεが一５μを中心に僅か変化する場
合を示しているが、モデルの形状に応じて＋５μを中心
に変化する場合も生じるものであり、±５μの精度で倣
い制御が行なわれることになる。

１ 第８図は変位方向割出部７１又は７２の要部ブロッ
ク線図を示し、３１は移相器、３２は整流回路、３３．
３４は除算回路、３５は和回路である。

変位方向割出部７１の場合は、変位信号ε εは（１
） 、 （２）式で表わされるように、励磁信号ｓｉｎ
ωＬを含むと共に前述の誤差角Δθを含むものであるか
ら、 εＸ：εＣＯ８φｃｏｓ （θ＋Δθ） ｓｉｎ ωｔ
−（１４εｙ＝εｃｏｓφｓｉｎ （θ＋Δθ）ｓ
ｉｎωｔ ・・・・・・１→で表わされるものとなる。

変位信号εアは移相器３１により９０°移相されること
により、ερ０εｅＯ８φ５ｉｎ（θ＋Δθ）ＣＯ８ω
Ｌ ・・・・・・αＱとなり、和回路３５に於いて（−
＋ε（）の加算が行なわれるので、εＣＯＳφ５ｉｎ（
θ＋Δθ＋ωｔ）の信号が得られる。

整流回路３２は交流分５ｉｎ（θ＋Δθ十ωｔ）を整流
によって除去するものであるから、除算回路３３．３４
にはεｅ０８φが一方の入力として加えられる。

除算回路３３にはへが他方の入力として加えられるので
、除算結果はｃｏｓ （θ＋Δθ）ｓｉｎωＬとなり、
除算回路３４にはε が他方の入力として加えられるの
で、除算結果はｓｉｎ （θ＋Δθ）ｓｉｎωｔとなる
。

除算回路３３．３４の出力を整流回路３２と同様な整流
回路（図示せず）に加えることにより交流外ｓｉｎωｔ
を除去すると、変位方向成分ｃｏｓ （θ十Δθ）及び
ｓｉｎ （θ＋Δθ）の信号が得られ、前述の割出補正
回路８に加えられることになる。

変位方向割出部７２では、前述の説明に於いて和回路１
０．１１によりΔθを零とした場合に相当した動作を行
ない、変位方向θのＸ、Ｙの成分ｅ０８θ及びｓｉｎθ
の信号が得られることになる。

前述のように、トレーサヘッドのスタイラスはモデルに
対して所定の接触圧力で接触させて倣いを行なう必要が
あるので、それによって得られる変位量即ち倣いに於け
るスタイラスの本来あるべき位置の変位量を基準変位量
ε。

とし、スタイラスが実在する位置に対応する変位量εば
、基準変位量ε。

と等しくなるように制御して倣い加工を行なうものであ
り、ε−ε。

＝Δεの偏差信号について前述の如（Δε〈０のとき、
記憶回路２６のコンデンサＣの充電が行なわれることに
より、モデルに対してスタイラスが喰い込む方向に於い
て生じる偏差信号Δεを積分することにより得られる値
に相当した信号が出力される。

この場合の一定電圧Ｅ。

及び抵抗ＲとコンデンサＣとによる積分時定数は、スタ
イラスとモデルとの接触摩擦や送り速度等を考慮して選
定される。

そしてコンデンサＣの端子電圧が積分出力として掛算回
路２７に加えられることになる。

掛算回路２７の出力が前述の如く補正ベクトルの絶対値
１ε。

ｌに相当するもので、この大きさは倣い状態によって変
化するものである。

即ちΔε〈０であれば前述の如く積分値が次第に増大し
、Δε＝Ｏであれば、その時点の積分値がそのまま出力
され、変位方向割出回路７からの信号ＥＤが一定である
とすると、補正ベクトルの絶対値１εｃｌは前述の積分
値に比例したものとなる。

この補正ベクトルがそれぞれＸ、Ｙ方向成分εｃｘ ｌ
ε。

アとして得られ、変位信号ε工、εアに加算されて制御
が行なわれることにより、倣い精度が向上されることに
なる。

以上説明したように、本発明は、−スタイラスとモデル
との間の摩擦等により、スタイラスの変位が倣い方向に
対して遅れて、割出角度に誤差を生じるのを、割出補正
回路により変位量に対応した補正信号を作成して補正し
、倣いの精度を向上することができるものである。

例えば従来誤差±２０μ程度であったものが、本発明に
よると、設定した不感帯に相当する±５μ程度に改善す
ることができた。

又倣い速度が設定速度と一致する利点も生じる。

なおトレーサヘッドにより検出した変位ベクトルに対し
て補正ベクトルε。

を直角方向とすると演算が容易になるものであるが、本
発明はこれに限定されるものではなく、その他実施例以
外に種々付加変更し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック線図、第２図及び第
３図はスタイラスの変位ベクトルの説明図、第４図はス
タイラスの遅れによる誤差発生の説明図、第５図は補正
の説明図、第６図は割出補正回路−例のブロック線図、
第７図ａ、ｂはコンデンサ端子電圧Δεとの説明図、第
８図は変位方向割出回路の一例のブロック線図である。 ＩＸ、ＩＹ、ＩＺはトレーサヘッドの差動トランス、３
は合成回路、４は速度成分演算回路、７は変位方向割出
回路、８は割出補正回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モデルに対してトレーサヘッドのスタイラスを接触
   させ、該トレーサヘッドから倣い平面に関する変位信号
   な変位方向割出回路に加え、該変位方向割出回路から変
   位方向信号を出力し、且つ前記トレーサヘッドからの変
   位信号を合成回路に加え、該合成回路から前記スタイラ
   スの変位に従った変位量信号εを出力し、該変位量信号
   εと基準変位量信号ε。 との差（ε−ε。）の偏差信号Δ（を速度成分演算回路
   に加え、該速度成分演算回路から法線速度信号と切線速
   度信号とを出力し、該法線速度信号と切線速度信号とを
   分配回路に加え且つ該分配回路に前記変位方向信号を加
   えて、該分配回路から各軸の送り制御信号を出力し、前
   記偏差信号Δεが零になる方向に各軸の送り制御を行な
   う倣い制御方式に於いて、前記変位方向割出回路からの
   誤差角を含む変位方向信号と、前記倣い平面に関する変
   位信号から得られた変位量信号と、前記偏差信号Δεと
   、送り方向信号とを加える割出補正回路を設け、該割出
   補正回路により、前記モデルに対して前記スタイラスが
   喰い込む方向に於いて生じる前記偏差信号Δεについて
   、該偏差信号Δεを積分した大きさに相当する信号と前
   記変位量信号とを掛算して補正ベクトルの絶対値を求め
   、該絶対値と前記誤差角を含む変位方向信号とを掛算し
   て補正ベクトルの各軸方向成分を出力し、該各軸方向成
   分と前記倣い平面に関する変位信号とを加算して誤差角
   を補正し、その加算結果を前記変位方向割出回路に加え
   て、誤差角を補正した変位方向信号を出力することを特
   徴とする倣い制御方式。