CN103186112A - 考虑了修正数据的轨迹显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种考虑了修正数据的轨迹显示装置。轨迹显示装置（20）包含：第一位置指令取得部（21），其取得电动机的第一位置指令；第一位置反馈取得部（23），其取得电动机的第一位置反馈；修正数据取得部（22），其取得针对电动机生成的修正数据；第二位置指令计算部（24），其从第一位置指令减去修正数据来计算第二位置指令；第二位置反馈计算部（25），其从第一位置反馈减去修正数据来计算第二位置反馈；指令轨迹显示部（28），其基于第二位置指令，显示刀具的尖端点的指令轨迹；以及反馈轨迹显示部（29），其基于第二位置反馈，显示刀具的尖端点的反馈轨迹。

Description

考虑了修正数据的轨迹显示装置

技术领域

本发明涉及轨迹显示装置，尤其涉及考虑间隙修正或螺距误差修正等的修正数据来显示刀具的尖端点的轨迹的轨迹显示装置。

背景技术

近年来，使用数值控制装置驱动多个电动机，经由滚珠丝杠驱动工作台，将刀具定位在希望的位置。在这种机构中存在机械间隙（间隙）以及滚珠丝杠的螺距的波动（螺距误差）。

因此，为了减小这种间隙以及螺距误差的影响，生成间隙修正以及螺距误差修正等的修正数据。此外，在控制刀具的尖端部的情况下，根据加工条件使用刀具长度修正或刀具直径修正来作为修正数据。

图8是用于说明修正数据的处理的、与电动机的位置控制相关的框图。如图8所示，将生成的修正数据C与电动机的位置指令P相加，生成修正后位置指令Pc。然后，从修正后位置指令Pc中减去通过电动机M的检测器D检测出的位置反馈Pf，输出到电动机用控制器，由此控制电动机M。

如参照图8进行说明的那样，一般将修正数据与电动机的位置指令重叠来进行控制。例如在日本特开平3-58102号公报中公开了根据进给方向以及进给速度来改变间隙修正量，由此使定位精度提高。

图9A是表示对用于圆弧的位置指令追加了间隙修正时，根据电动机端的位置指令计算出的指令轨迹的图。图9B是表示其反馈轨迹的图。在这些附图中表示的圆弧对应于电动机的位置指令P。另外，图9A中用虚线表示的指令轨迹对应于修正后位置指令Pc，图9B中用虚线表示的反馈轨迹对应于位置反馈Pf。在这些附图中将修正数据C（间隙修正）与位置指令P相加，因此，指令轨迹（图9A）以及反馈轨迹（图9B）成为从与位置指令P对应的圆弧脱离的形状。

而且，图9C是表示对用于圆弧的位置指令追加螺距误差修正时从电动机端的位置指令计算出的指令轨迹的与图9A同样的图，图9D是表示其反馈轨迹的与图9B同样的图。另外，图9C所示的指令轨迹对应于修正后位置指令Pc，图9D所示的反馈轨迹对应于位置反馈Pf。在这些附图中，也将修正数据C（螺距误差修正）与位置指令P相加，因此，指令轨迹（图9C）以及反馈轨迹（图9D）从与位置指令P对应的圆弧脱离。

这样，在将修正数据C与电动机的位置指令P重叠的情况下，基于修正后位置指令Pc计算出的刀具的轨迹与对应于位置指令P的轨迹不一致。换言之，这些轨迹互相相差修正数据的量。

在此，相对于机械误差，伺服的延迟导致的过渡误差充分大。因此，在应用了修正数据的实际的机床中，当确认电动机的响应延迟或者进行伺服调整时需要暂时使修正数据无效。即，以根据修正后位置指令Pc计算出的轨迹与根据电动机的位置指令P计算出的轨迹一致的状态来进行轨迹的确认。但是，这种方法对于操作者来说非常麻烦，并且花费时间。

发明内容

鉴于这种情况而提出本发明，其目的在于提供一种轨迹显示装置，即使是应用了间隙修正或螺距误差修正等修正数据的实际的机床，也能够用更简便的方法确认电动机的响应延迟，或者进行伺服调整。

为了达成上述目的，根据第一方式提供一种轨迹显示装置，其显示通过多个驱动轴控制刀具的位置以及姿态的机床的所述刀具的尖端点的轨迹，其中，具备：第一位置指令取得部，其取得通过数值控制装置生成的、驱动所述多个驱动轴的各个驱动轴的多个电动机的各自的第一位置指令；第一位置反馈取得部，其从在每个预定的控制周期检测所述多个电动机的各自的位置的多个位置检测器取得所述多个电动机的各自的第一位置反馈；修正数据取得部，其取得针对所述多个电动机的各个电动机生成的修正数据；第二位置指令计算部，其从所述第一位置指令减去所述修正数据来计算第二位置指令；第二位置反馈计算部，其从所述第一位置反馈减去所述修正数据来计算第二位置反馈；指令轨迹显示部，其基于通过所述第二位置指令计算部计算出的所述第二位置指令，显示所述刀具的尖端点的指令轨迹；以及反馈轨迹显示部，其基于通过所述第二位置反馈计算部计算出的所述第二位置反馈，显示所述刀具的尖端点的反馈轨迹。

根据第二方式，在第一方式中还具备：第二修正数据计算部，其使用通过所述修正数据取得部取得的修正数据和表示所述多个电动机的各自的位置环路的响应的传递函数，计算包含控制延迟的第二修正数据，所述第二位置反馈计算部，从所述第一位置反馈减去所述第二修正数据来计算第二位置反馈。

根据第三方式，在第二方式中，所述第二修正数据计算部，使用与位置增益对应的一阶延迟滤波器作为传递函数。

根据第四方式，在第一方式中，通过在从所述机床的动作程序中读取的位置指令上加上所述修正数据，生成所述第一位置指令。

根据附图所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，本发明的这些目的、特征以及优点以及其他目的、特征以及优点会更加明了。

附图说明

图1是与基于本发明的轨迹显示装置连接的机床的立体图。

图2是基于本发明的第一实施方式的轨迹显示装置的功能框图。

图3是表示本发明的第一实施方式中的轨迹显示装置的动作的流程图。

图4A是表示基于第二位置指令而生成的指令轨迹的图。

图4B是表示基于第二位置反馈而生成的位置反馈轨迹的图。

图5是基于本发明的第二实施方式的轨迹显示装置的功能框图。

图6A是与电动机的位置控制相关的框图。

图6B是与电动机的位置控制相关的其他框图。

图7是表示本发明的第二实施方式的轨迹显示装置的动作的流程图。

图8是用于说明修正数据的处理的与电动机的位置控制相关的框图。

图9A是表示在对用于圆弧的位置指令追加了间隙修正时从电动机端的位置指令计算出的指令轨迹的图。

图9B是表示图9A的反馈轨迹的图。

图9C是表示在对用于圆弧的位置指令追加了螺距误差修正时从电动机端的位置指令计算出的指令轨迹的图。

图9D是表示图9C的反馈轨迹的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图中，对于相同的部件赋予相同的参照符号。为了容易理解，这些附图适当变更了比例尺。

图1是与基于本发明的轨迹显示装置连接的机床的立体图。图1中举例表示的机床1是5轴加工机。机床1包含搭载工件（未图示）的工作台2、和相对于工作台2在互相垂直的三个方向（X轴、Y轴、Z轴）上相对移动的支柱3。如图所示，头部4从支柱3横向延伸，头部4围绕相对于工作台2的表面平行的B轴旋转。而且，能够围绕相对于B轴以及工作台2的表面的双方垂直的A轴旋转的刀具5被安装在头部4上。

因此，机床1通过三个直动轴（X轴、Y轴以及Z轴）以及两个转动轴（A轴以及B轴）控制刀具5的位置以及姿态，加工工作台2上的工件。但是，即使将刀具5固定在工作台2上，将工件（未图示）安装在头部4的前端的情况也包含在本发明的范围内。另外，有时将X轴、Y轴、Z轴、A轴以及B轴称为“驱动轴”。

图2是基于本发明的第一实施方式的轨迹显示装置的功能框图。如图2所示，轨迹显示装置20经由数值控制装置16与机床1连接。机床1包含驱动各驱动轴的电动机M1~M5。这些电动机M1~M5分别具备每预定的控制周期中检测驱动轴的实际的位置的位置检测器D1~D5。

另外，数值控制装置16包含生成针对各驱动轴的每个预定的控制周期的修正后位置指令Pc的指令生成部17。而且，数值控制装置16包含生成修正数据C的修正数据生成部18。修正数据C是间隙修正、螺距误差修正、刀具长度修正或刀具直径修正。这些修正数据C的计算方法是公知的，因此省略说明。

参照图8进行说明，指令生成部17从机床1的动作程序读取位置指令P，对其相加修正数据C来生成修正后位置指令Pc。然后，从修正后位置指令Pc中减去通过位置检测器D检测出的位置反馈Pf，提供给电动机用控制器。

如图2所示，轨迹显示装置20包含：取得指令生成部17生成的各驱动轴的修正后位置指令Pc作为第一位置指令的第一位置指令取得部21；取得修正数据生成部18生成的各驱动轴的修正数据C的修正数据取得部22；取得位置检测器D1~D5检测出的各驱动轴的位置反馈Pf作为第一位置反馈的第一位置反馈取得部23。

而且，由图2可知，轨迹显示装置20还包含：从第一位置指令取得部21取得的第一位置指令Pc中减去修正数据取得部22取得的修正数据C来计算第二位置指令Pc’的第二位置指令计算部24；从第一位置反馈取得部23所取得的第一位置反馈Pf中减去修正数据取得部22所取得的修正数据C来计算第二位置反馈Pf’的第二位置反馈计算部25。

而且，轨迹显示装置20包含：基于第二位置指令Pc’计算其指令轨迹并显示的指令轨迹显示部28；基于第二位置反馈Pf’计算其位置反馈轨迹并显示的位置反馈轨迹显示部29。这些指令轨迹显示部28以及位置反馈轨迹显示部29是CRT或液晶监视器等，它们也可以通用。

在此说明指令轨迹以及位置反馈轨迹的计算方法。再次参照图1，设5个驱动轴的坐标分别为x(t)、y(t)、z(t)、a(t)、b(t)。并且，当设A轴和B轴的交点为M时用（x(t)、y(t)、z(t)）表示交点M的坐标。设从交点M到刀具5的尖端的长度为L，设刀具5朝向正下方的位置为A轴以及B轴的基准位置（原点）时，刀具5的尖端的坐标如下表示。

Px(t)=x(t)+L×cos(a(t))×sin(b(t))

Py(t)=y(t)+L×sin(a(t))

Pz(t)=z(t)-L×cos(a(t))×cos(b(t))

这样，可以通过5个驱动轴的位置信息和机械结构的条件计算刀具5的尖端的坐标。

图3是表示本发明的第一实施方式中的轨迹显示装置的动作的流程图。以下，参照图2以及图3说明本发明的第一实施方式中的轨迹显示装置20的动作。

首先，在图3的步骤S10中将时刻t设定为0。然后，在步骤S11中，第一位置指令取得部21取得时刻t的各电动机M1~M5的修正后位置指令Pc(t)作为第一位置指令。然后，在步骤S12中，第一位置反馈取得部23取得时刻t的各电动机M1~M5的位置反馈Pf(t)作为第一位置反馈。进而，在步骤S13中，修正数据取得部22取得时刻t的修正数据C(t)。

接着，在步骤S14中，第二位置指令计算部24从第一位置指令Pc(t)中减去修正数据C(t)，生成时刻（t）的各电动机M1~M5的第二位置指令Pc’(t)。然后，在步骤S15中，第二位置反馈计算部25从第一位置反馈Pf(t)中减去修正数据C(t)，计算时刻（t）的各电动机M1~M5的第二位置反馈Pf’(t)。由此，第二位置指令Pc’(t)以及第二位置反馈Pf’(t)不包含修正数据C(t)。

接着，在步骤S16中，指令轨迹显示部28基于第二位置指令Pc’(t)显示时刻t的刀具5的尖端点的指令轨迹。进而，在步骤S17中，位置反馈轨迹显示部29基于第二位置反馈Pf’(t)显示时刻t的刀具5的尖端点的位置反馈轨迹。

然后，在步骤S 18中，比较当前的时刻t和预定的结束时间，若时刻t在结束时间以上则结束处理。另外，当时刻t不在结束时间以上时，在步骤S 19中对时刻t相加与控制周期相当的预定的微小时间Δt，返回步骤S11。然后，重复步骤S11~步骤S19的处理，直到时刻t达到结束时间以上为止。

图4A是表示基于第二位置指令Pc’而生成的指令轨迹的图，图4B是表示基于第二位置反馈Pf’而生成的位置反馈轨迹的图。这些附图表示沿着圆弧状轨迹对工件进行切削加工时的加工误差，以圆弧状轨迹的中心作为原点。另外，这些附图中的实线是根据动作程序而决定的位置指令P，虚线分别表示第二位置指令Pc’以及第二位置反馈Pf’。此外，在图4A中，位置指令P和第二位置指令Pc’大体重叠。

在本发明中，从第一位置指令Pc以及第一位置反馈Pf中分别减去修正数据C，因此可以排除修正数据C的影响。因此，由图4A以及图4B可知，第二位置指令Pc’以及第二位置反馈Pf’容易与位置指令P进行比较。

此外，在本发明中，即使是应用了间隙修正或螺距误差修正等修正数据C的实际的机床1也可以极其容易地确认电动机的响应延迟。另外，由于不需要将修正数据C暂时设为无效，因此，在已经应用了修正数据的实际的机床中能够以更简便的方法进行适当的伺服调整。

图5是基于本发明的第二实施方式的轨迹显示装置的功能框图。在图5中，第一修正数据取得部22具有与图2所示的修正数据取得部22相同的功能。

另外，图5所示的第二修正数据计算部27基于由第一修正数据取得部22取得的修正数据C和传递函数26计算第二修正数据C’。并且，第二位置指令计算部24从第一位置指令Pc中减去第二修正数据C’来生成第二位置指令Pc’，第二位置反馈计算部25从第一位置反馈Pf中减去第二修正数据C’来生成第二位置反馈Pf’。另外，关于与图2所示的相同的其他部件，与所述的情况相同，因此省略详细的说明。

但是，在控制中与输入对应的输出通常具有某种程度的延迟。即，与修正数据C(t)对应的位置反馈Pf(t)的响应也具有延迟。在此，在第一实施方式中，从位置反馈Pf(t)中直接减去了修正数据C(t)的情况下没有考虑控制上的延迟。因此，在这种情况下，位置反馈Pf(t)降低了与控制上的延迟对应的量。因此，优选预先计算图8所示的位置环路的传递函数，基于传递函数来计算第二修正数据C’(t)。

图6A是与电动机的位置控制相关的框图。在图6A中，G(s)表示包含位置控制、速度控制以及电流控制的电动机用控制器的传递函数。M(s)表示电动机的传递函数。

并且，将把修正数据C(t)输入到位置控制环路时的输出设为第二修正数据C’(t)。将这些修正数据C(t)以及第二修正数据C’(t)的拉普拉斯变换分别设为C(s)、C’(s)（参照图6A）。C’(s)用以下的式（1）表示。并且，通过对式（1）进行拉普拉斯逆变换，如式（2）所示，求出第二修正数据C’(t).

$C^{\′}\left(s\right)=\frac{M\left(s\right)G\left(s\right)}{1+M\left(s\right)G\left(s\right)}C\left(s\right)---\left(1\right)$

C′(t)＝L^-1(C′(s))               （2）

另外，图6B是与电动机的位置控制相关的其他框图。在将表示速度环路的响应的传递函数假定为1时，使用位置增益PG，位置环路的框图成为图6B所示那样。图6B中的传递函数如以下的式（3）所示那样成为一阶延迟***。

$C^{\′}\left(s\right)=\frac{\mathrm{PG}}{s+\mathrm{PG}}C\left(s\right)---\left(3\right)$

假定图5所示的传递函数26采用了式（1）或式（3）所示的传递函数。此外，作为传递函数26可以采用与位置增益对应的一阶延迟滤波器。在这种情况下，可知能够用比较简单的结构应对控制延迟。

图7是表示本发明的第二实施方式中的轨迹显示装置的动作的流程图。以下，参照图5至图7说明本发明的第二实施方式中的轨迹显示装置20的动作。

图7所示的步骤S20到步骤S23与图3所示的步骤S10到步骤S13大体对应，因此省略说明。但是，在步骤S23中假定第一修正数据取得部22从修正数据生成部18取得修正数据C。

接着，在步骤S24中，第二修正数据计算部27通过在时刻t的各电动机M1~M5的修正数据C(t)上乘以传递函数26来计算第二修正数据C’(t)。如参照式（1）~式（3）来说明，计算出的第二修正数据C’(t)包含控制上的延迟。

接着，在步骤S25中，第二位置指令计算部24从第一位置指令Pc(t)中减去第一修正数据C(t)，生成时刻(t)的各电动机M1~M5的第二位置指令Pc’(t)。接着，在步骤S26中，第二位置反馈计算部25从第一位置反馈Pf(t)中减去第二修正数据C’(t)，计算时刻(t)的各电动机M1~M5的第二位置反馈Pf’(t)。由此，第二位置指令Pc’(t)以及第二位置反馈Pf’(t)不包含第二修正数据C’(t)。

此后，在步骤S27中，指令轨迹显示部28基于第二位置指令Pc’(t)显示时刻t的刀具5的尖端点的指令轨迹。而且，在步骤S28中，位置反馈轨迹显示部29基于第二位置反馈Pf’(t)显示时刻t的刀具5的尖端点的位置反馈轨迹。

此外，步骤S29以及步骤S30与所述的步骤S18以及步骤S19相同，因此省略说明。总之，在第二实施方式中也重复步骤S21~步骤S30的处理，直到时刻t达到结束时间以上为止。此外，第二实施方式中的指令轨迹显示部28以及位置反馈轨迹显示部29的轨迹显示与图4所示的相同，因此省略。

这样，在第二实施方式中，从第二位置反馈Pf’(t)中减去考虑了控制延迟的第二修正数据C’(t)。即，在第二实施方式中考虑了控制延迟，因此可知与第一实施方式相比能够更准确地确认电动机的响应延迟，或者更准确地进行伺服调整。

发明的效果

在第一方式中，从第一位置指令（修正后位置指令）以及第一位置反馈中减去了修正数据，因此去除了间隙修正或螺距误差修正的影响，可以计算出能够与从最初的位置指令决定的轨迹直接比较的轨迹数据并显示。因此，即使是应用了间隙修正或螺距误差修正等的修正数据的实际的机床，也能够用更简便的方法确认电动机的应答延迟，或者进行伺服调整。

在第二方式中考虑了控制延迟，因此能够比第一方式的发明更准确地确认电动机的响应延迟，或者进行伺服调整。

在第三方式中能够通过比较简单的结构应对控制延迟。

在第四方式中明确了第一位置指令。

使用典型的实施方式说明了本发明，但本领域技术人员能理解，在不脱离本发明的范围的情况下，能够进行上述的变更以及各种其他变更、省略、追加。

Claims (4)

1.一种轨迹显示装置（20），显示通过多个驱动轴控制刀具的位置以及姿态的机床的所述刀具的尖端点的轨迹，其特征在于，

具备：

第一位置指令取得部（21），其取得通过数值控制装置生成的、驱动所述多个驱动轴的各个驱动轴的多个电动机的各自的第一位置指令；

第一位置反馈取得部（23），其从在每个预定的控制周期检测所述多个电动机的各自的位置的多个位置检测器取得所述多个电动机的各自的第一位置反馈；

修正数据取得部（22），其取得针对所述多个电动机的各个电动机生成的修正数据；

第二位置指令计算部（24），其从所述第一位置指令减去所述修正数据来计算第二位置指令；

第二位置反馈计算部（25），其从所述第一位置反馈减去所述修正数据来计算第二位置反馈；

指令轨迹显示部（28），其基于通过所述第二位置指令计算部（24）计算出的所述第二位置指令，显示所述刀具的尖端点的指令轨迹；以及

反馈轨迹显示部（29），其基于通过所述第二位置反馈计算部（25）计算出的所述第二位置反馈，显示所述刀具的尖端点的反馈轨迹。

2.根据权利要求1所述的轨迹显示装置，其特征在于，

还具备：第二修正数据计算部（27），其使用通过所述修正数据取得部（22）取得的修正数据和表示所述多个电动机的各自的位置环路的响应的传递函数，计算包含控制延迟的第二修正数据，

所述第二位置反馈计算部（25），从所述第一位置反馈减去所述第二修正数据来计算第二位置反馈。

3.根据权利要求2所述的轨迹显示装置，其特征在于，

所述第二修正数据计算部（27），使用与位置增益对应的一阶延迟滤波器作为传递函数。

4.根据权利要求1所述的轨迹显示装置，其特征在于，

通过在从所述机床的动作程序中读取的位置指令上加上所述修正数据，生成所述第一位置指令。

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