JPS6043523B2

JPS6043523B2 - 高精度軌跡制御装置

Info

Publication number: JPS6043523B2
Application number: JP50131853A
Authority: JP
Inventors: 隆伊藤; 多加夫和田; 武前波; 立雄大山
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK; Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1975-11-01
Filing date: 1975-11-01
Publication date: 1985-09-28
Also published as: JPS5256290A

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
に沿つて作動し、該回転する母材の表面に罫書き、線条
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に関する。

従来、作業具を用いて母材の表面にそつてある種の加
工を行なう場合、もつぱら、加工されるべ・き母材を回
転せしめると共に、その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、又
は母材を一定の位置で回転させ、作業具ね回転する母材
の回転軸方向に横移動させる方法がとられており、いず
れの場合にノおいても、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て
連結し、この歯車比を変えるか、又は電気パルス指令で
駆動されるディジタル操作装置（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つて調整していた。

従つて、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には問題にはならな
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（０）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工プログラムを要する計算
制御が要求されてきた。本出願人等は上述の要求を満足
させるものとして、以前に、回転する母材の形状、作業
内容は定まつているが、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にはボールナット
４が取付けられており、該ボールナット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によつて回転され
、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つて両端を支持さ
れ、その一端においてステッピングモータ７によつて回
転される母材８が設置され！ている。一方、母材８と相
対する空間位置には、母材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によつて伸縮され
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によつて回頭され、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
て母材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によつて回転体（母材）８が
回転し、これにステッピングモータ６，１１，１３によ
る往復台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、母材８の表面上の定められた径路を
通つて作業具を移動させ、所望の巻装を得るものノてあ
る。

母材８の表面上において定められた径路を介して作業具
１４を操作するには、母材８の回転角θを独立変数とし
、θの関数として母材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（ｚ）、回転腕１
２の回頭角（ε入および伸縮腕９の伸縮位置（ト））を
回転角（０）の従属変数ｆ（０）、ｇ（０）およびｈ（
θ）として求める。このようにして、各制御軸の位置決
めを行なえば、作業具１４の位置が定゛まる。第１図に
おいて、１７は上記関数式を満足する演算回路１９，２
０，２１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）てある。回転角
（０）を指令するディジタル信号は母材回転パルス発生
器１８により得られ、その出力は母材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（０）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（０）
の演算が、また演算回路２１では伸縮腕位置１＝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は母材８の角度指令（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ステップに対応する各従属軸の位置Ｚ
，ε，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。こ）で、
第２図によりディジタル微分解析機の基本構成要素てあ
るＤＤＡ積分器の概略を説明する。

周知のように、ＤＤＡ積分器の積分原理は区分求積法で
あり、第２図ａに示す被積分入力Ｙは最子化された最小
単位ΔＹの和Ｙｎ（＝ΔＹ＋Ｙｎ−１）として第２図ｂ
（７）Ｙレジスタ２７に格納されている。このＹｎと独
立変数Δｘとの積Ｙｎ・ΔＸ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ΣＹｎ・ΔＸが格
納される。このＲレジスタ２６の内容ΣＹｎ・Δｘは量
子化器２８で量子化されて量子化パルスΔＺとなる。従
つて、このパルスΔＺを計数することにより積分値（Ｆ
Ｙｄｘ）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。このように、ディジ
タル微分解析機の基本構成要素てあるＤＤＡ積分器は、
区分求積法をその積分原理としている。このため、第１
図の作業装置において、作業具１４の座標（Ｘ，ｙ，ｚ
）を母材８の回転角θの関数として求め、その関数式を
ディジタル微分解析機１７によつて繰返し解くと、次第
に誤差が累積され、制御の精度が低下してくる。つまり
、作業具１４を母材８に沿つて繰返し同一軌跡を通過す
るように制御しようとしても、作業具１４の実際の軌跡
は次第にづれてくることになる。本発明は叙上の事情に
鑑み開発されたもので、回転する母材に沿つて作動する
作業具を繰返し同一軌跡を通過するように制御する場合
、その関数式をディジタル微分解析機によつて繰返し解
くとき、作業具の位置が母材の円筒部から球面部（一般
には曲面部）へ、あるいは球面部から円筒部へ移るのに
対応して演算回路を切り替える毎に、該当ＤＤＡ演算レ
ジスタの初期設定を行なつて繰返し演算誤差を小さくし
、制御精度の低下を防止するようにした高精度軌跡制御
装置を提供することにある。

以下、実施例により本発明の内容を詳細に説明すること
にする。

第３図は本発明の一実施例て、第１図の演算回路１９に
本発明を適用した場合を示す。

図において、１８は第１図で説明した母材８の回転角（
θ）を指令する母材回転パルス発生器、３０は母材８の
球面部領域ての往復台位置を演算する球面部演算回路、
３１は母材８の円筒部領域での往復台位置を演算する円
筒部演算回路、３２は球面部演算回路３０の初期値を格
納するレジスタ、３３は円筒部演算回路３１の初期値を
格納するレジスタ、３４，３６，４３，４５は単安定回
路、３５，４４はタイマ、３７，３８，４０，４１はア
ンドゲート、３９，４２はオアゲートである。今、巻装
作業が母材８の球面部領域に入り、球面部演算信号がハ
イレベルになると、アンドゲート３８が開き、母材回転
パルス発生器１８の演算パルス（θ）はアンドゲート３
８を通り、オアゲート３９経由で球面部演算回路３０に
入力される。球面部演算回路３０は、この演算パルスに
もとづいて球面部領域での往復台位置の演算を行ない、
逐次、その演算結果Ｚを第１図のステッピングモータ６
に出力する。一方、球面部演算信号がハイレベルになつ
たことで、単安定回路４５が動作し、その出力パルスで
円筒部演算回路３１の各レジスタを全て零にリセットす
る。これと前後して、球面部演算信号によりタイマ４４
が動作を開始し、そのタイムアップ信号で単安定回路４
３が付勢される。この結果、単安定回路４３の出力パル
スアンドゲート４０が開き、レジスタ３３の内容がアン
ドゲート４０、オアゲート４２経由で円筒部演算回路３
１に書込まれる。即ち、円筒部演算回路３１が初期設定
される。巻装作業が進み、球面部領域から外れて円筒部
領域に入ると、円筒部演算信号がハイレベルに、球面部
演算信号がローレベルに切り替る。この結果、母材回転
パルス発生器１８の演算パルス（０）はアンドゲート４
１、オアゲート４２経由て円筒部演算回路３１に取り込
まれ、円筒部領域ての往復台位置の演算が実行される。
この間、球面部演算回路３０は、円筒部演算信号により
付勢される単安定回路３４の出力でリセットされた後、
タイマ３５、単安定回路３６により、所定時間経過後、
レジスタ３２の内容がアンドゲート３７、オアゲート３
９経由で書き込まれ、初期設定が行なわれる。以後、巻
装作業が進み、球面部演算信号および円筒部演算信号が
ハイレベル、ローレベルに切り替る都度、上述の動作が
繰返されることになる。第３図は演算回路が球面部演算
回路と円筒部演算回路との様に二つに分割され、それら
を交互に切り替えて使用する方式に本発明を適用する場
合の例であるが、勿論、これは単なる一実施例にすぎず
、一般に複数の演算回路を互いに切り替えて所望の演算
を繰返し実行する場合に適用し得る。以上の説明から明
らかな如く、本発明によれば、作業具が母材の形状変化
点を通過するのに応じて演算回路を切り替える毎に、該
当演算回路のＤＤＡ演算レジスタを初期設定するため、
次第に誤差が累積されることはなく、各繰返し作業工程
を同一条件で行なうことができ、制御精度の向上が更に
期待される。また、初期設定は作業具が母材の形状変化
点を通過するのに応じて演算回路を切り替える時に自動
的に行われるため、作業工程の連続性が損なわれること
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される作業装置の一実施例の全体
構成図、第２図はＤＤＡ積分器の原理図、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、１７・・・ディジタル微
分解析機（ＤＤＡ）、１８・・・母材回転パルス発生器
、１９，２０，２１，３０，３１・・・演算回路、３２
，３３・・・初期値設定用レジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

１円筒部と円筒以外の曲面部とを有する母材と、前記
母材に対向して配置され該母材に沿つて作業する作業具
とを具備し、前記母材の回転角を指令するパルス発生器
の出力パルスにより駆動される第１のディジタル操作装
置によつて前記母材を回転せしめると共に、前記パルス
発生器の出力パルスを第１および第２演算回路を有する
ディジタル微分解析機に入力して、前記母材の回転角を
独立変数とし、前記円筒部とそれ以外の曲面部ごとに前
記作業具の座標を決定する従属軸の位置を前記回転角の
関数として前記第１および第２演算回路で各々求め、そ
の求めた関数をディジタル信号の形で該ディジタル微分
解析機から出力し、該ディジタル微分解析機の出力で駆
動される第２のディジタル操作装置によつて前記作業具
を動かし、前記母材に沿つて該作業具を繰返し同一軌跡
を通過するように制御する軌跡制御装置において、前記
ディジタル微分解析機の第１および第２演算回路の演算
で必要とする初期値を格納した初期値格納手段と、前記
作業具の位置が前記母材の円筒部から曲面部へ、あるい
は曲面部から円筒部へ遷移するごとに、前記初期値格納
手段の該当初期値を前記ディジタル微分解析機の第１あ
るいは第２演算回路内の演算レジスタに初期設定する制
御手段とを有することを特徴とする高精度軌跡制御装置
。