JPS6034253A - 先行記憶型倣い制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

関し、型彫り機．立型マシニングセンタ、その他倣い加
工を行う工作機械全般に適用することができ、対象とな
るワークとしてはプラスチック成型の型、自動車用プレ
スの型など多岐のものにわたる。 倣い制御による加工に、モデルと同じ形状のワークを加
工するために使用される。 倣い制御機構は、スタイラス（接触子）全モデルに接［
７てモデルの表面に沿って移動するトレーサ及びトレー
サの制御装置と、トレーサからの信号に基いて移動する
機械本体及びその制御装置とから成り、機械本体に装着
されたエンドミルなどの切削工具によってワークをモデ
ルの形状に沿って加工するようになっている。 トレーサと機械本体とは機械的または電気的に連結され
ており、従来はトレーサとイカ憧本体とは同時に対応し
て運動するようになっている。 ここで機械的連結とけ、例えば機械本体のスピンドルヘ
ッド上にアームなどの機械構造物を介してトレーサが取
り付けられていて、機械本体のエンドミルとトレーサと
が同時に対応して運動することな・示す。また電包的連
結では機械本体とトレーサの駆動部はそれぞれ別になっ
ており、トレーサがモデルの表面に倣い部側されるとト
レーサの位置と機械本体の位置との差を光学的位置検出
器または角度検出器などによシ検＋４１１．、機械本体
１１この検出器からの信号に基いてトレーサの運動に追
従制御されるようになっているか、あるいは逆にトレー
サが機械本体に追従制御されている。 従来例を第１図（ａ）〜（ｄ）〜第３図で説明する。 第１図（ａ）においてスピンドルＩ　ＶＣｆｌ−ｅｆル
３　ト接するスタイラス２が取り付けられており、スピ
ンドル１はレバー４に対してボールガイド５により　Ｚ
　＠Ｉ＋　（鉛直線）方向に案内されており、更にスピ
ンドル１はばね６によりＺ軸カ１０ＩｉＣ支持されてお
シ、スピンドル１の自■とはね６の１ｙカとがバランス
１．ているイメ゛態で１差動Ｉ・ランス７の出力が岑と
なるように調整されている。 スタイラス２がモデルワーク３に接することによって生
じるスタイラス２のレバー４に対するＺ軸方向の変位が
、差動トランス７にょシ検出される。レバー４は球座８
により回転自在に支持されている。スタイラス２が２軸
に対して傾斜すると、その傾斜角α、βは差動トランス
９Ｘオよび９Ｘに直交して設置される９Ｙ　によって検
出される。次にモデル３に対するトレーサの倣い制御方
法を説明する。 トレーサの速度指令のベクトルは、今Ｙ軸方向の変位が
ないものとすｊｌば、球座８の中心点ＴＫ対するスタイ
ラス２のＸＩＰ！！１方向変位ｅｘとＺ　４ｑｔ＋方向
変位ｅｚＶｃよって決定される。ｅ２は差動トランス７
の出力から得られｅｘは差動トランス９Ｘの出力から得
られる。点Ｔに対するスタイラス２の偏差ベクトル＠ｅ
　＝　（ｅＸ、　ｅ２）とすると、トレーサ制御装置は
次のよりＶ（シてトレーサの指令速度ベクトルの大きさ
と方向を決２１シし２ているようになっている。Ｆｌｌ
ち、第２図においで、ｌｅ＋≦△ｅのときは無条件にＺ
軸方向下向きの４１ｆ令速度が与えられる。 １０ＥＩ　＝　Ｉｅ　Ｉ　＞△ｓ　のときは、半径ｅ。 で０を中心とする円とＯＥ　との差に大きさが比例して
１ｅｌ　＜　ｅｏの場合けＯＥ　と同じ方向で、ｌ　ｅ
　ｌ　＞　６□の場合ｉ、Ｊ：　ＯＥ　と逆方向のベク
トル１７　Ｍ　と、ＯＥ　に直交する方向で大きさが一
定のベクトルＷ。との困１である％Ｖ　ｃ　＝＝　Ｗ□
　十％Ｖ　Ｍがトレーサの指令速度ベクトルとなるよう
にされている。但し、歎と０２の正負の符号は、次のよ
うに定められている。 ｅＸニスタイラス２がＸ方向■に変位した場合を角とす
る。 ８□　ニスタイラス２が２方向（ト）に変位した場合を
負とする。 従来のものではスタイラス２の半径はエンドミルの半径
よりｅ。だけ大きいものにされている。ここにｅ。は設
定変位量とｌ＋？はれるもので、運動の方向が変化する
ときに充分減速させるために設けられたものである。 第１図（ｂ）はトレーサが下降してスタイラス２がモデ
ル３に接触した状態であり、この状態ではｅｚ　（Ｏと
なるのでＸ軸■方向への移動も始まる。そしてＺ軸方向
には次第に減速し、スタイラス２とモデル３の間の摩擦
抵抗がない場合は、ｅ　−（０１−ｅ。）の状態で水平
倣いが行なわれる。第１図（ｃ）はスタイラス２がモデ
ル３の垂直面に接触してスタイラスがＸ方向に変位して
吐く０　となった状態を示す。この状態ではトレーサの
指令速度ベクトルは第３図に示すように次第に上向きに
方向を転じ、２軸■方向へトレーサが移動全開始し、つ
いには第１図（ｄ）のように垂直面倣いの状態となる。 このようなトレーサの運動に対して、エンドミルが装着
された機械本体は機械的又は電気的にトレーサと連結さ
れているので、トレーサと同時に対応して運動する。 以上述べた従来のものの倣い制仙Ｊ輌侮にＯフ１、次の
ような不具合点がある。 １１）　機械の慣ｒＦやサーボ系の遅れなどによるトレ
ーサ自身のモデルに対する倣い誤差が不可避である。ト
レーサは上記の倣い誤差を検知して初めて軌道を修正す
るうえ、ｍ椋本体とトレーサが機械的または電気的に連
結きれて同時に対応し′″ｒｒ運動ので、倣い加工の誤
差が原理的に避けられない。 （２１スタイラスとモデルとの間には接触摩擦抵抗が動
き、これがスタイラスを変位させることによるトレーサ
のモデルに対する倣い誤差が生じる。 本発明は上述した従来技術の不具合点に鑑みてなされた
もので、高精度・高能率の倣い加工を行なう制御方法を
提供することを目的とするものである。 この目的を達成した本発明の倣い制御方法の構成は、モ
デルに倣って相対移動するトレーサとエンドミル等の切
削工具を有する機械本体とによってモデルと同一形状寸
法のワークを力１１工する工作機械において、トレーサ
全機械本体よりも所定時間先行させてモデルに倣って駆
動し、トレーサの位置座標仙データとモデルに接触して
移動するスタイラスのトレーサに対する変位に関するデ
ータとを所定のサンプリングタイムでサンプリングし、
サンプリングされた該データよりスタイラス球の中心β
の連動の軌跡上の各点の座柳信金計ｑ′すると共にスタ
イラス球の中心点の成る時間内の平均速度に比Ｍ　Ｌ、
た所定銅だけスタイラス球の中心点に遅れて追従する点
の座標値を各サンプリングタイムごとに割算して機械本
体の指令位置データとして計１１し、該指令イ）７置デ
ータを順次ｉピ憶装置に格納したのち、所定時間遅れて
該配憶データｆ機械本体の駆動制御部に順次出力するよ
うにしｌくことを特徴とする。 本発明では、従来のようなトレーサと機械本体とが同時
に対応して運動するという機械的または電気的な連結全
解消して、トレーサを機械本体の駆動部Ｗ１″とは別の
駆動装置及び’ｒＤＩＪ坤装匝により機械本体よりも所
定時間先行させてモデルに倣って運動さ→ｔ１トレーサ
の位置座標情報とスタイラスの変位（傾斜角等）に関す
る情報とから、機械本体が精度よく倣い加工を行なうた
めの機械本体駆動装置の指令信性または指令速度のデー
タをコンピュータなどの演算装置によりリアルシタイム
尋で言１初［して計′、憶したのち、トレーサの運動開
始よシもハ「定時間違れて例えば格納されたデータのセ
ット数が一定の数に達

【７た時点から、記憶されたデー
タに基き、機械本体の連動制御を行なうようにした。こ
のことは、従来にない新しい点であｐ１先行記憶型倣い
方式とも称せられる方法である。なお、７５１定時曲の
先行又は所定時間の遅れとは、機械本体の作動に先立ち
トレーサのモデルに対する倣いｍす作が全部終了（７た
状態も含めて考えるものとする。この場合には配憶装置
としては大容量メモリー全用意する必要があるが、繰り
返し同じワークを加工する場合には再びトレーサをモデ
ルに倣い駆動する必要がなく、６已１．ば装置内に粘結
されたデータに基いて駆動制御される。 以下、本発明の一実施例を図面によシ説明する。なお、
実施例におけるトレーサの構造およびモデルに対するト
シノーサの倣い制御機構は、第１図と第２図で説明した
従来のものと同じとするが、本発明によるものではエン
ドミルの半径はスタイラスの球の半径と同じものになっ
ている（エンドミルが一定時間遅れてスタイラスの軌跡
をたどるので、同じ半径とする必要がある）。 第４図１汀制御装置全体の構成を示すもので、制御装置
】０は機械本体用の制御部１１と、トレーサ躯ｍ２Ｉ用
の制御部１２と、演算部１３とで構成される。機械本体
駆動部１４とその制御部１１とけ、信号や動力の伝達経
路１５を介して位置信号や駆動動力の入出力を行々つで
いる。 同様にトレーサの駆動部１６とそのｌｌ＋ｌｌ　掛部１
２とは、伝達経路１７を介して位置信号や駆動動力の入
出力を行なっている。トレーサ駆動用の制御部１２から
は、トレーサの位ｉ［座体Ａ、Ｙ。 ２とスタイラスの傾斜角α、βおよび変位量ｅ２のデー
タとがディジタル量に変換されてそれぞれ信号線１８〜
２３を介して演舞一部］３に出力されるようになってい
る。演算部１３からは機械本体の指令位置データＸｃ　
＊　Ｙｃ　＋　Ｚｃがそれぞれ信号線２４．２５．２６
を介して機械本体用の制御部１１に出力されるようにな
っている。 第５図で演瀞部１３の構成を説明する。ＣＰＵ（中央演
算処理装置）２７は所定のサンプリングタイムで入出力
インターフェース２８　Ｖｃ対して信号線２９を介して
データ取り込み指合金与え、ｌ・レーザの位置座標Ｘ、
Ｙ、Ｚおよびスタイラスの傾窪（角と変位のデータα、
β＋ｅｚ′ｆｔデータバス３０から各サンブリ／ゲタイ
ムごとに取り込むＪ：う【こなっている。ＣＰＵ２７の
演算内容は、峰卸目・コ、後述するが、機械本体の指令
位置座標値Ｘｃ　、　ｙｃ、　Ｚｃを計算し、メモリー
３１に対して信号＋ｉｉｉ！：（２を介（７て書き込み
指令を与え、データバス３３ケ介して各サンブリ／ゲタ
イムごとに１Ｆ舞された指令位置座標イ匣入ＣＩ’ＹＵ
ＩＺｃ　′ｆｉ：順次メモリー３１に格納する。メモリ
ー３１内の［Ｘｃ　ｒ　Ｙｃ　＋　ＺＣ）のデータセッ
ト数が一定の数に辻すると、信号ｆｆ＃３４−　ａ　、
　３４　ｂ　ｋ介してデータの読み出し指令および外部
出力指令が与えられ、メモリー３１に格納されていた（
　Ｘｃ　＊　Ｙｃ　＋　Ｚｃ　）の各サンプリングタイ
ムごとのデータは、サンプリングタイムを△ｔｓ　とす
るとき、△ｔｓ　の時間間隔で順次データバス３５から
入出力インターフェース２８に転送され、信号線２４．
２５．２６ｆｆ：介して機械本体用の制御部１１に出力
されるようになっている。 次に作用を欧明する。第１図において、トレーサの位置
座標を球座８の中心点Ｔで代表させて、点Ｔの座標を（
ｘ、ｙ、ｚ）とする。いまＸ−Ｚ平面内における２次元
倣いを考えるとＹは一定である。スタイラス２のレバー
４に対する変位量がｅ２＝０　のときのＴＰＯ長さをｔ
とする。ただし点Ｐけスタイラス球の中心点であり、ス
タイラス球はエンドミルの径と同一とする。差動トラン
ス９ｘによって検出δ扛たレバー４の傾斜角を第６図に
示すようにαとする。 第６図て差動トランス７の変位量ｅ２の正負の符号を図
示する方向にとるとし、点Ｔの座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が与
えられれば、スタイラス球の中心層Ｐの座標（Ｘｐ　ｒ
　Ｙｐ　ｒ　Ｚｐ　）は次式で与えられる。 一方、傾斜角αを検出する差動トランス９ｘの変位相を
ΔＸとし、点Ｔから差動トランス９Ｘの取シ付は位置ま
での長さをＬとすれば、５ｉｎａ≠△Ｘ／Ｌで与えられ
、αは一般に小さいのでｓｉｎα均α、　ｃｏａα＃１
であるから上式（１）は次のように近似される。 ここで、トレーサが駆動開始される時刻ヲｔ。 とし、データＸ、Ｙ、Ｚ　、α、β＜、＝ｕ）ｈｅ２が
取り込まれる時間間隔（サンプリングタイム〕全Δｔｓ
　とし、時刻ｔ。十ｎ・△ｔｓ（ｎは正の整数）におけ
るｘ、ｙ、ｚ、α、８□　の値から計算される点Ｐの座
標金（Ｘｐｎ　＊　Ｙｐｎ＋　Ｚｐｎ　）とすると、Ｃ
ＰＵ２７ｉ次のように機械本体の指令位置データ（Ｘｃ
ｎ、Ｙｏｎ、Ｚｏｎ）全計算している。 ただし、ｍは整数でｎ−ｍ）Ｑとする。またＫＸ。 Ｋｙ　＋　Ｋｚ　は機械本体の慣性やサーボ系の遅れを
考慮して定められた定数である。 上式（３）は次のようなことを意味する。スタイラスが
水平倣いの後にモデルの垂直面に接して膚停止した場合
を考えると、従来のμｍｊ＜（Ｘｏｎ。 Ｙｏ、　、　Ｚｏｎ）　−（Ｘ、ｎ、　Ｙ、ｎ、　Ｚ、
ｎ）のように機械本体の指令位置データを割算していた
のでは、機械本体は急停止の指令を受けてオーバシュー
トが犬きくな、す、削り過ぎ（食い込み）が大きくなる
。そこで式（３）では、スタイラス球の中心点Ｐ゛に対
して所定１連れて追従する点の座標値のデータ全機械本
体の指令位置データとしておシ、こねＶこよって倣い方
向が急激に変わる場合にも適度な減速が行なわれる作用
がある。第７図（ａ）において、スタイラス２はモデル
３に接しながら速度Ｖ、で水平倣いをしているが、エン
ドミル（仮想）−ノ球の中心点Ｃはスタイラス球の中心
点ＰＫ対して、ｖＰ／ＫＸだけ遅れて追従する位置指令
データを受けている。同図（ｂ）ではスタイラスがモデ
ルの垂直面に接して急停止された状態全示１′。点Ｐは
スタイラスが垂直面倣いを開始する壕で静止する状態が
生じ、このときの点ＰのＸ　Ｎ＋座標値は変わらない。 またその後垂直面倣いが行なわれる間も点ＰのＸ＠座標
値Ｖｆ、変わらない。そこで、時刻ｔ。十ｎ・Δ（Ｂに
おいてスタイラスがモデルの垂直面に接したと考えると
、その後の方向転換時および垂直面倣い時には次式が成
シ立つ。 Ｘｐｎ　””　Ｘｐｎ＋１　”’　Ｘｐｎ＋２　＝　”
”””Ｘｐｎ＋ｋ　”’式（４）％式％） 上式（３）と式（４）よシ 上式（５）において、ｋ　（ｍに対しては、ＩＸｐｎ−
Ｘ、ｎ−ｍ　Ｉ　＞　ｌ　Ｘ、ｎ−Ｘ、、、、、、　Ｉ
　＞　・＝−＞　ＩＸ、ｎ−Ｘｐｎ＋に−ｍ　＋が成シ
立つから、Ｘｏｎ＋にはｋが大きくなるにつれて次第に
Ｘｐｎに接近し、ｌ（、＝ｍの時点でＸ、ｎに一致する
。また、この間の点Ｃの速度ＶＸｎは次のように微速度
となるように指骨ａｎる。 １（（ｍど【−１点Ｐが水平倣い時には一定の速度Ｖ、
で移動していたとすると、 であるから、上式（６）と式（７）よシ、即ち、点Ｃは
水平面倣いから垂直面倣いへの方向転換に際して、方向
転換点に入るｍ△ｔ８の時に減速された速度で方向転換
点へと移動する。 機械本体は点Ｃの座標値データを指令位置データとされ
ておシ、エンドミルは減速感れて方向転換点に接近する
ので削り過ぎ（食い込み）が最小にされる。 見上説明した如く本発明による倣い制御方法では、モデ
ルの表面形状に関する情報は、エンドミルなどの切削工
具と同一の径を有し當にモデルに接して移動するスタイ
ラス球の中心点の位置座標に基いて得られるため、トレ
ーサのモデルに対する追従誤差やスタイラスとモデルと
の間の摩擦抵抗によるスタイラスの傾斜やトレーサとの
相対変位とは無関係に、機械本体はモデル表面形状に対
応した運動制御をされる。またスタイラス球の中心点の
運動の軌跡上において、スタイラス球の所定時間内の平
均速度に比例した所定量だけスタイラス球の中心点に遅
れて追従する点の座標値データを機械本体の指令位置デ
ータとしているため、倣いの方向が急激に変わる場合に
も事前に適度な減速をされて、オーバシュートによる削
り過ぎ（食い込み）量の小さい加工が可能である。 り上述べたように、本発明は従来の倣い制御方法におけ
る不具合点全−掃し、倣い速度の太きい高能率の倣い加
工を高精度で口」ｂにとし、産業上極めて有益な効果を
もたらすものである。 なお、実施例でｔユ機械本体はトレーサに対してさほど
長くない所定時１１１１遅れて追従させる例を示したが
、本発明でいう所定時間遅れとｔま、前述した如くトレ
ーサのモデルに対する倣い動作が全部終了した状態も倉
めて考えるものとする。 この場合には記１．は装置３１としては大容量メモリー
全用意する必要があるが、繰り返し同じワークを加工す
る場合には再びトレーサをモデルに倣い駆動する必要が
なく、記憶装置３１内に格納されたデータに基いて幾度
でも駆動制御されるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）Ｖｉ）レーザの構造例を示す図、第１図（
ｂ）〜（ｄ）はモデルに対するトレーサの倣いの８Ｑ明
図、第２図と第３図はトレーサの指令速度ベクトルの図
、第４図は本発明方法を具現する一実施例の制何１装敏
全体の概略ブロック図、第５図は第４図中演舞部１３０
例を示す概略ブロック図、第６図は演算式を導出するた
めりトレーサの図、第７図（ａ）はモデルワークに接し
ながら水平倣いをしている状態のスタイラスを示す図、
第７図山）はモデルワークの垂直面に接して急停止され
た状態のスタイラスを示す図である。 図面中、 １はスピンドル、 ２はスタイラス、 ３はモデルワーク、 ４はレバー、 ５にばね、 ７＋９Ｘ＋９Ｙは差動トランス、 ８は球座、 １０ｉｊ：制御装置全体、 １１は機械本体駆動用制御部、 １２はトレーサ駆動用制御部、 １３は演算部、 １４は機械本体駆動部、 １６はトレーサ駆動部、 ２７はＣＰ　ＴＪ　。 ２８はインターフェース、 ３１はメモリである。 特許出願人 三菱東工業株式会社 復代理人 弁理士光　石　士　部（他１名） 第１図 （ａ） 第１図 （Ｃ）　（ｄ） 特開昭ＧＯ−３４２５３（７） 第７図 ２■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. モデルに倣って相対移動するトレーサとエンドミル等の
   切削工具を有する機械本体とによってモデルと同一形状
   寸法のワーク全加工する工作機械において、トレーサを
   機械本体よりも所定時ｎ＋＋先行させてモデルに倣って
   駆動し１、トレーサの位置座標値データとモデルに接触
   して移動するスタイラスのトレーサに対する変位に関す
   るデータと全所定のサンプリングタイムでサンプリング
   し、サンプリングされた該データよｐスタイラス球の中
   心点の運動の軌跡上の各点の座標値全計算すると共にス
   タイラス球の中心点の成る時１１１１内の平均速度に比
   例した所定量だけスタイラス球の中心点に遅れて追従す
   る点の座標価を各サンプリングタイムごとに計算して機
   械本体の指令位置データとして計算し、該指令位置デー
   タを順次記憶装置に格納したのち、所定時間遅れて該記
   憶データを機械本体の騙ｇ＃Ｊ制坤部に順次出力するよ
   うにしたことを特徴とする工作機械の先行記憶型倣い制
   御方法。