JPS5851284B2 - マンドレルカイテンソクドキリカエホウシキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転軸のまわりに回転する３次元母材の表面に
沿って作動し、該回転する母材の表面に罫書き、線状部
材の巻装、溶接、切断、切削等の作業を行なう作業具を
精度良く位置決めする装置、詳しくは、その３次元母材
（マンドレル）の回転速度を切替え制御する方式に関す
る。

従来、作業具を用いて母材の表面にそっである種の加工
を行なう場合、もっばら、加工されるべき母材を回転せ
しめると共に、その回転軸を軸方向に横移動せしめ、し
かも作業具を母材の軸方向に固定する方法か、又は母材
を一定の位置で回転させ、作業具を回転する母材の回転
軸方向に横移動させる方法がとられており、いずれの場
合においても、回転体の回転速度に対する横移動速度の
比率は、回転体の回転軸と横移動軸とを歯車で連結し、
この歯車比を変えるか、又は電気パルス指令で駆動され
るディジ多ル操作装置（例えばステッピングモータ）を
回転体の回転軸と横移動軸に取りつけ、両者のパルス比
を変えることによって調整していた。

従って、例えば円筒形母材の表面に螺旋状の加工作業を
行う程度の簡単な作業を行なう場合は問題にはならない
が、母材の回転速度と横移動速度の比率が母材の回転角
度（θ）の関数として変化する場合、又は母材の形状が
円筒以外の形状、たとえば球形、その他の形状を有する
場合においては、作業具を常に正確かつ連続的に位置決
めするには特別の配慮が必要であり、通常ＮＣ工作機械
にみられるような複雑な加ニブログラムを要する計算制
御が要求されてきた。

このため、本出願人等は上述の要求を満足させるものと
して、先に、回転する母材の形状、作業内容は定まって
いるが、作業内容の係数に広範囲にわたる設定範囲が要
求される場合および母材の寸法に広範囲にわたる設定範
囲が要求される場合においても、作業具を常に高精度か
つ連続的に位置決めする高精度作業装置を提案した。

第１図はその作業装置の全体構成図で、こ＼では、母材
を回転させながら軸方向に移動せしめると共に、作業具
を母材に対し前後移動および旋回させながら母材に線条
部材を巻装する場合の例を示す。

図において、適当な固定台１に直線軌条２が設置され、
該軌条２上に往復台３が載置されている。

往復台３にはポールナツト４が取付けられており、該ポ
ールナツト４に軌条２と並行して設置されているボール
ネジ５が螺合している。

ボールネジ５はステッピングモータ６によって回転され
、この結果、往復台３は軌条２上を走行する。

往復台３上には該往復台に設置された軸受によって両端
を支持され、その一端においてステッピングモータ７に
よって回転されるマンドレル８が設置されている。

一方、マンドレル８と相対する空間位置には、該マンド
レルの回転軸に対して直角方向に移動する伸縮腕９が用
意されており、これはボールネジ１０を介してステッピ
ングモータ１１によって伸縮される。

この伸縮腕９には該伸縮腕の先端を中心にして回頭する
回転腕１２が係合している。

回転腕１２はステッピングモータ１３によって回頭され
、回転腕１２の先端に作業具１４が固定される。

第１図の場合、作業具１４は給糸部材であり、これから
線条部材１５が繰り出されてマンドレル８に巻装される
ことになる。

なお、１６は伸縮腕等を適宜支持する支持部材である。

本作業装置の動作概要は、ステッピングモータ７によっ
てマンドレル８が回転し、これにステッピングモータ６
．１１．１３によって往復台３の移動、伸縮腕９の伸縮
、回転腕１２の回頭運動が加味されて、マンドレル８の
表面上の定められた径路を通って作業具を移動させ、所
望の巻装を得るものである。

こυフマンドレル表面上において定められた径路を介し
て作業具を操作するには、マンドレル８の回転角θを独
立変数とし、θの関数としてマンドレル表面に沿う作業
具の座標（Ｘ。

ｙ、ｚ）を求める。

該座標（Ｘ、ｙ、ｚ）は３種類の従属軸の位置、すなわ
ち往復台３の位置（２）、回転腕１２の回頭角（ε）、
および伸縮腕９の伸縮位置（１）を回転角（θ）の従属
変数ｆ（の、ｇ（θ）およびｈ（θ）として求め、この
ようにして、各制御軸の位置決めを行なえば、作業具１
４の位置が定まる。

第１図において、１９は上記関数式を満足する演算回路
１９．２０．２１を内蔵し、インクレメンタル形式の演
算を特長とするディジタル微分解析機（ＤＤＡ）である
。

１回転角（θ）を指令するディジクル信号はマンドレル
回転パルス発生器１８により得られ、その出力はマンド
レル８の回転用ステッピングモータ７および各従属軸位
置の演算を行なう演算回路１９，２０．２１に供給され
る。

演算回路１９では往復台位置ｚ−ｆ（θ）の演算が行な
われ、該演算出力は往復台３の往復用ステッピングモー
タ６に供給される。

同様に、演算回路２０では回転腕回頭角ε−ｇ（θ）の
演算が、また演算回路２１では伸縮腕位置ｔ＝ｈ（θ）
の演算が夫々行なわれ、それらの出力は回転腕１２の回
頭運動用ステッピングモータ１３、伸縮腕９の伸縮用ス
テッピングモータ１１に供給される。

演算回路１９．２０および２１で必要とする各種の定数
、初期条件等は操作盤２２から与えられる。

このように、ディジタル微分解析機１７はマンドレル８
の角度指４＞（パルス信号）を主軸ステッピングモータ
７に供給すると共に、該主軸ステッピングモータの１ス
テツプに対応する各従属軸の位置ｚ１ε、ｌを算出し、
当該従属軸ステッピングモータ６．１３．１１を駆動す
ることにより、高精度でしかも連続的に各制御軸の位置
決めを行なうものである。

第２図はディジタル微分解析機１７の基本構成要素であ
るＤＤＡ積分器の原理説明図である。

ＤＤＡ積分器の積分原理は区分求積法であり、第２図ａ
に示す被積分人力Ｙは量子化された最小単位、（Ｙの和
Ｙｎ（−ＡＹ＋Ｙｎ−１）として第２図すのＹレジスタ
２７に格納されている。

このＹｎと独立変数ＩＪｘとの積Ｙｎ−ＡＸがＲレジス
タ２６の内容に加算され、Ｒレジスタ２６内に積分値Σ
Ｙｎ−Ａｘが格納される。

このＲレジスタ２６の内容ΣＹｎ−ＡＸは量子化器２８
で量子化されて量子化パルスＪＺとなる。

従って、このパルスＪＺを計数することにより、積分値
（ｆＹｄｘ）を得ることができる。

なお、２３はゲート回路、２４および２５は加算器であ
る。

通常、演算要素は１つ又は複数のＤＤＡ積分器で構成さ
れ、これら演算要素を縦続に接続して所望の式の演算が
行なわれるため、演算速度は演算要素が多くなるに従っ
て低下してくる。

今、第１図の作業装置において、マンドレル８の形状は
両端に球面部を有する円筒とし、これに線状部材１５を
巻装する場合を考えてみる。

この場合、線状部材１５のマンドレルからの糸離れ点が
球面部と円筒部とにあるときで条件を異にするため、デ
ィジタル微分解析機１７は、上記糸離れ点が球面部にあ
るときと円筒部にあるときとで算定式を切替え、マンド
レル８の単位微少角度増分ごとに３つの従属位置（Ｚ、
ε、ｒ）を算出している。

こＳで、球面部の算定式で必要とするＤＤＡ演算素子数
を、Ｚ細潰算回路ではｎｌ、ε細潰算回路ではｎ２、ｒ
細潰算回路ではｎ３とし、円筒部の算定式で必要とする
ＤＤＡ演算素子数をＺ細潰算回路でｎ４とすると（円筒
部では、ε、ｒ軸は球面部の境界値に固定されており、
Ｚ軸の演算のみでよい）、一般に、これらの間にはｎ
３ 〉ｎ ２ ＞ ｎ １＞ｎ４の関係が成立する。

このため、マンドレル８の単位微少角度増分あたりの各
従属軸の位置算出時間はＤＤＡ演算素子数に比例するこ
とを考慮すると、第１図の構成では球面部演算速度でマ
ンドレルの回転速度、言い換えれば巻装作業速度が決ま
ってしまう。

そして、これは円筒部での生産性の低下をもたらすこと
を意味する。

勿論、同様のコトは、マンドレルの表面に罫書き、溶接
、切削等の作業を行なう場合にも云える。

本発明の目的は、球面部と円筒部でマンドレルの回転速
度を変更し、作業装置の全体としての作業速度の向上を
図ることにある。

第３図は本発明の一実施例である。

図において、マンドレルの回転角θを指令するマンドレ
ル回転パルス発生器１８は球面部用パルス発生器１８１
と円筒部用パルス発生器１８−２の２組よりなる。

こ＼で、パルス発生器１８−１の出力パルスの繰返し周
波数はパルス発生器１８−２の出力パルスのそれよりも
低い値に設定されている。

パルス発生器１８−１の出力パルスはスイッチＡ１を介
し、球面部領域での往復台位置ｚ ＝ ｆ ｔ （θ）
を算出する演算回路１９−１、同じく回転腕回頭角εｇ
（θ）を算出する演算回路２０、伸縮腕位置ｌｈ（θ）
を算出する演算回路２１よりなる球面部演算回路１００
に取り込まれる。

一方、パルス発生器１８２の出力パルスは円筒部演算回
路２００に取り込まれる。

円筒部領域ではε、ｒ軸は球面部の境界値に固定される
ため、円筒部演算回路２００は円筒部領域での往復台位
置ｚ ””’ ｆ ２ （θ）を算出する演算回路１９
−２のみで十分である。

演算回路１９−１と１９−２の演算出力はそれぞれスイ
ッチＡ２、Ｂ２を介してまとめられてＺ軸駆動用ステッ
ピングモータ６（第１図参照）に与えられるが、同時に
、このＺ軸出力パルスは円筒部／球面部判別回路２３の
入力となる。

この円筒部／球面部判別回路２３はＺ軸出力パルスを計
数して、これを予じめ設定しておいた値と比較し、例え
ば巻装作業の場合、糸離れ点が球面部領域にあるときは
信号ａを、又、円筒部領域にあるときは信号すを送出す
るようにする。

スイッチＡ１およびＡ２は信号ａでオン状態をとり、ス
イッチＢ１およびＢ２は信号すでオン状態をとる。

第３図の構成をとることにより、作業がマンドレル８の
球面部領域に対して行なわれる時、パルス発生器１８−
１の出力パルスが選択され、該パルスの周期で定まるマ
ント［／ルの単位微少角度増分ごとに、球面部演算回路
１００で従属位置Ｚ１ε、ｒが算出されて、Ｚ軸出力は
スイッチＡ２を通し、残りのε、ｒ軸は直接、それぞれ
対応するステッピングモータに与えられる。

パルス発生器１８−１の出力パルスの繰返し周波数は、
球面部演算回路１００での各従属軸の位置算出時間を考
慮し低い値に設定されており、マンドレル８は低速回転
する。

作業が進み、マンドレル８の円筒部領域に入ると、パル
ス発生器１８−２の出力パルスが選択される。

この出力パルスの繰返し周波数はパルス発生器１８−１
のそれよりも高く設定されており、このため、マンドレ
ル８は球面部領域の場合より高速に回転し、これに対応
して円筒部演算回路２００での従属軸の位置算出は高速
に行なわれる。

円筒部演算回路２００はＺ軸演算回路１９−２しか有し
ておらず、しかも、そこで使用されるＤＤＡ演算素子数
はわずかであり、マンドレル８の高速回転に十分追従可
能である。

なお、円筒部演算回路２００の動作中、球面部演算回路
１００各従属軸の演算結果は球面部の境界値に固定され
、作業が再び球面部領域に入ると、上記境界値から演算
が再開されることになる。

以上の説明から明らかな如く、本発明によれば、ディジ
タル微分解析機により両端に曲面を有する回転円筒母材
（マンドレル）に沿って作業具を軌跡制御する作業装置
において、マンドレルの曲面部領域と円筒部領域で演算
回路を切替えて使用する場合、各演算回路をその処理能
力限度の最高の演算速度で動作させることができ、装置
の作業能力の向上がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマンドレル回転速度切替方式が適用さ
れる作業装置の全体構成図、第２図は第１図の作業装置
の中心をなすディジタル微分解析機の基本演算素子（Ｄ
ＤＡ積分器）の原理説明図、第３図は本発明の一実施例
のブロック図である。 ３・・・・・・往復台、６，７，１１．１３・・・・・
・ステッピングモータ、８・・・・・・回転母材（マン
ドレル）、１７・・・・・・ディジタル微分解析機、１
８・・・・・・マンドレル回転パルス発生器、２３・・
・・・・球面部／円筒部判定回路、１００・・・・・・
球面部演算回路、２００・・・・・・円筒部演算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 両端に曲面を有する円筒状の回転する３次元物体（
   マンドレル）に沿って作業する作業具の軌跡制御を行な
   う場合、前記マンドレルの回転角を指令するパルス発生
   器よりの出力パルスにより駆動されるディジタル操作装
   置によって前記マンドレルを回転せしめると共に、該回
   転するマンドレルの回転角を独立変数とし、軌跡上にお
   ける作業具の３次元座標を決定する複数の従属軸の位置
   を前記回転角の関数として求め、これらの関数を前記パ
   ルス発生器よりの出力パルスを入力としてディジクル信
   号の形で発生せしめるディジクル微分解析機で解き、そ
   のディジクル出力により各ディジクル操作装置を駆動し
   て作業具の軌跡制御を行なう作業装置において、出力パ
   ルスの繰返し周波数を異にする複数のパルス発生器と、
   該複数のパルス発生器に対応して、従属軸の位置算出時
   間を異にする複数のディジタル微分解析機とを設け、作
   業具の位置が前記マンドレルの端部曲面部から円筒部、
   あるいは円筒部から端部曲面部へと移行する毎に前記パ
   ルス発出器と微分解析機の組を切替えて使用することを
   特徴とするマンドレル回転速度切替方式。