JP2003300129A - 加工装置およびその制御方法 - Google Patents
加工装置およびその制御方法Info
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- JP2003300129A JP2003300129A JP2002106720A JP2002106720A JP2003300129A JP 2003300129 A JP2003300129 A JP 2003300129A JP 2002106720 A JP2002106720 A JP 2002106720A JP 2002106720 A JP2002106720 A JP 2002106720A JP 2003300129 A JP2003300129 A JP 2003300129A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被加工体または加工具が取り付けられる回転
シャフトの傾きに起因する加工精度の悪化を低コストか
つ確実に抑制することを目的とする。 【解決手段】 加工装置1は、移動テーブル2,3およ
び4のうちの何れか1体によって回転自在に支持される
回転シャフト10と、回転シャフト10を回転駆動する
シャフト駆動モータ15と、各移動テーブル2,3およ
び4に位置指令信号Sx,Sy,Szを与える制御装置
60と、回転シャフト10の中心軸10aの理想回転軸
からの傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸周りの角度φ
およびZ軸周りの角度θを検出する複数の傾きセンサ5
5および角度算出回路63と、検出された角度α,φお
よびθを利用して、被加工体WPと加工具Tとの間の実
接点と目標接点とが一致するように位置指令信号S
x’,Sy’,Sz’を生成する補正回路64とを備え
る。
シャフトの傾きに起因する加工精度の悪化を低コストか
つ確実に抑制することを目的とする。 【解決手段】 加工装置1は、移動テーブル2,3およ
び4のうちの何れか1体によって回転自在に支持される
回転シャフト10と、回転シャフト10を回転駆動する
シャフト駆動モータ15と、各移動テーブル2,3およ
び4に位置指令信号Sx,Sy,Szを与える制御装置
60と、回転シャフト10の中心軸10aの理想回転軸
からの傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸周りの角度φ
およびZ軸周りの角度θを検出する複数の傾きセンサ5
5および角度算出回路63と、検出された角度α,φお
よびθを利用して、被加工体WPと加工具Tとの間の実
接点と目標接点とが一致するように位置指令信号S
x’,Sy’,Sz’を生成する補正回路64とを備え
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被加工体と加工具
とを目標接点で接触させ、両者を相対的に移動させなが
ら被加工体を加工する加工装置およびその制御方法に関
する。
とを目標接点で接触させ、両者を相対的に移動させなが
ら被加工体を加工する加工装置およびその制御方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来から、精密な切削または研削等を実
行可能な加工装置として、直交座標系のX軸、Y軸およ
びZ軸にそれぞれ対応する3体の移動テーブルと、移動
テーブルの何れか一体に回転自在に支持された回転シャ
フトとを有するものが知られている。このような加工装
置では、回転シャフトに被加工体および加工具の何れか
一方が取り付けられ、他方が、回転シャフトを支持して
いない他の移動テーブルの一方に取り付けられる。そし
て、この種の加工装置は、被加工体と加工具とを目標接
点で接触させながら、回転シャフトを回転させると共に
各移動テーブルを移動させる。これにより、被加工体と
加工具とは相対的に移動し、被加工体に対して加工具に
よる所定の加工が施される。
行可能な加工装置として、直交座標系のX軸、Y軸およ
びZ軸にそれぞれ対応する3体の移動テーブルと、移動
テーブルの何れか一体に回転自在に支持された回転シャ
フトとを有するものが知られている。このような加工装
置では、回転シャフトに被加工体および加工具の何れか
一方が取り付けられ、他方が、回転シャフトを支持して
いない他の移動テーブルの一方に取り付けられる。そし
て、この種の加工装置は、被加工体と加工具とを目標接
点で接触させながら、回転シャフトを回転させると共に
各移動テーブルを移動させる。これにより、被加工体と
加工具とは相対的に移動し、被加工体に対して加工具に
よる所定の加工が施される。
【0003】上述のような加工装置では、回転シャフト
の動的バランスの誤差や、回転シャフトを駆動するモー
タの磁気特性のアンバランス等に起因して、回転駆動さ
れている回転シャフトの中心軸が理想回転軸(X軸、Y
軸およびZ軸の何れか1つと平行な軸)から微小に傾い
てしまうことがある。このような回転シャフトの傾き
は、加工中に、被加工体と加工具との実際の接点(加工
点)とXYZ直交座標系において予め定められている目
標接点とのズレを生じさせてしまう。このため、精密加
工を行うためには、加工中に回転シャフトの傾きによる
影響を何らかの形で補正する必要がある。加工点と目標
接点との間のズレを補正する手段を備えた加工装置とし
ては、従来から、図7に示されるようなものが知られて
いる。
の動的バランスの誤差や、回転シャフトを駆動するモー
タの磁気特性のアンバランス等に起因して、回転駆動さ
れている回転シャフトの中心軸が理想回転軸(X軸、Y
軸およびZ軸の何れか1つと平行な軸)から微小に傾い
てしまうことがある。このような回転シャフトの傾き
は、加工中に、被加工体と加工具との実際の接点(加工
点)とXYZ直交座標系において予め定められている目
標接点とのズレを生じさせてしまう。このため、精密加
工を行うためには、加工中に回転シャフトの傾きによる
影響を何らかの形で補正する必要がある。加工点と目標
接点との間のズレを補正する手段を備えた加工装置とし
ては、従来から、図7に示されるようなものが知られて
いる。
【0004】図7に示される加工装置101は、直交座
標系のX軸方向に移動可能なX軸移動テーブル102
と、直交座標系のY軸方向に移動可能なY軸移動テーブ
ル(図示省略)と、直交座標系のZ軸方向に移動可能な
Z軸移動テーブル103とを有する。この場合、X軸移
動テーブル102は、図示しないY軸移動テーブル上に
移動自在に搭載される。X軸移動テーブル102上に
は、微動テーブル104が移動自在に搭載されている。
微動テーブル104は、図示しない駆動手段によってZ
軸方向に高精度に進退移動され得る。微動テーブル10
4上には、被加工体WPに切削あるいは研削加工を施す
ための加工具Tが取り付けられる。
標系のX軸方向に移動可能なX軸移動テーブル102
と、直交座標系のY軸方向に移動可能なY軸移動テーブ
ル(図示省略)と、直交座標系のZ軸方向に移動可能な
Z軸移動テーブル103とを有する。この場合、X軸移
動テーブル102は、図示しないY軸移動テーブル上に
移動自在に搭載される。X軸移動テーブル102上に
は、微動テーブル104が移動自在に搭載されている。
微動テーブル104は、図示しない駆動手段によってZ
軸方向に高精度に進退移動され得る。微動テーブル10
4上には、被加工体WPに切削あるいは研削加工を施す
ための加工具Tが取り付けられる。
【0005】また、加工装置101は、直交座標系のZ
軸方向に延びる回転シャフト105を有する。加工装置
101では、回転シャフト105の先端に、補正テーブ
ル104上の加工具Tと対向するように被加工体WPが
取り付けられる。回転シャフト105は、モータハウジ
ング106内に配置されている図示しない軸受によって
回転自在に支持されている。また、回転シャフト105
には、図示しないロータが固定される一方、ハウジング
106内には、回転シャフト105のロータと共にシャ
フト駆動モータを構成するステータが固定されている。
軸方向に延びる回転シャフト105を有する。加工装置
101では、回転シャフト105の先端に、補正テーブ
ル104上の加工具Tと対向するように被加工体WPが
取り付けられる。回転シャフト105は、モータハウジ
ング106内に配置されている図示しない軸受によって
回転自在に支持されている。また、回転シャフト105
には、図示しないロータが固定される一方、ハウジング
106内には、回転シャフト105のロータと共にシャ
フト駆動モータを構成するステータが固定されている。
【0006】更に、加工装置101は、各移動テーブル
102,103等の位置を検出するレーザ干渉計(図示
せず)に加えて、Z軸方向にレーザ光Lを出射可能なレ
ーザ干渉計107を複数備えている。これらのレーザ干
渉計107は、静止する図示しない定盤上に配置されて
おり、X軸方向に隣り合っている。そして、回転シャフ
ト105を支持するモータハウジング106の後端面に
は、XY平面に平行な反射面を有する反射ミラー108
が各レーザ干渉計104と対向するように固定されてい
る。各レーザ干渉計107は、それぞれ、レーザ光Lの
出射タイミングおよび反射ミラー108からの反射光の
入射タイミング等に基いて、光入出射部と反射ミラー1
08との間の距離(Z軸移動テーブル103の移動距
離)を測定する。
102,103等の位置を検出するレーザ干渉計(図示
せず)に加えて、Z軸方向にレーザ光Lを出射可能なレ
ーザ干渉計107を複数備えている。これらのレーザ干
渉計107は、静止する図示しない定盤上に配置されて
おり、X軸方向に隣り合っている。そして、回転シャフ
ト105を支持するモータハウジング106の後端面に
は、XY平面に平行な反射面を有する反射ミラー108
が各レーザ干渉計104と対向するように固定されてい
る。各レーザ干渉計107は、それぞれ、レーザ光Lの
出射タイミングおよび反射ミラー108からの反射光の
入射タイミング等に基いて、光入出射部と反射ミラー1
08との間の距離(Z軸移動テーブル103の移動距
離)を測定する。
【0007】このように構成された加工装置101で
は、各レーザ干渉計107によってZ軸移動テーブル1
03の移動距離がX軸方向の複数箇所で測定され、各レ
ーザ干渉計107の測定値の間における相違(ズレ)に
基づいて、理想回転軸に対する回転シャフト105の中
心軸105aの傾きがZ軸に関して求められる。そし
て、求められた傾きに応じて、加工具Tを保持している
微動テーブル104がZ軸方向に微小に移動される。こ
れにより、回転シャフト105の傾きに起因して生じる
加工点と目標接点との間のズレが緩和される。
は、各レーザ干渉計107によってZ軸移動テーブル1
03の移動距離がX軸方向の複数箇所で測定され、各レ
ーザ干渉計107の測定値の間における相違(ズレ)に
基づいて、理想回転軸に対する回転シャフト105の中
心軸105aの傾きがZ軸に関して求められる。そし
て、求められた傾きに応じて、加工具Tを保持している
微動テーブル104がZ軸方向に微小に移動される。こ
れにより、回転シャフト105の傾きに起因して生じる
加工点と目標接点との間のズレが緩和される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の加工装置では、回転シャフトの傾きの測定および
それを利用した加工具の位置補正が直交座標系のうちの
1方向(Z軸方向、すなわち、スラスト方向)について
行われるだけである。このため、従来の加工装置には、
回転シャフトの傾きに起因する加工点と目標接点との間
のズレが依然として存在しており、加工精度の更なる向
上を図ることが困難となる。また、直交座標系のうちの
1方向のみについて加工点と目標接点との間のズレを補
正するために、高価な専用のレーザ干渉計が複数要求さ
れ、更に、構造および制御が複雑であると共に高価であ
る微動テーブルが要求されるということは、対費用効果
の面で問題がある。
従来の加工装置では、回転シャフトの傾きの測定および
それを利用した加工具の位置補正が直交座標系のうちの
1方向(Z軸方向、すなわち、スラスト方向)について
行われるだけである。このため、従来の加工装置には、
回転シャフトの傾きに起因する加工点と目標接点との間
のズレが依然として存在しており、加工精度の更なる向
上を図ることが困難となる。また、直交座標系のうちの
1方向のみについて加工点と目標接点との間のズレを補
正するために、高価な専用のレーザ干渉計が複数要求さ
れ、更に、構造および制御が複雑であると共に高価であ
る微動テーブルが要求されるということは、対費用効果
の面で問題がある。
【0009】そこで、被加工体または加工具が取り付け
られる回転シャフトの傾きに起因する加工精度の悪化を
低コストかつ確実に抑制することができる加工装置およ
びその制御方法の提供を目的とする。
られる回転シャフトの傾きに起因する加工精度の悪化を
低コストかつ確実に抑制することができる加工装置およ
びその制御方法の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の一形態は、被加
工体と加工具とを目標接点で接触させ、両者を相対的に
移動させながら被加工体を加工することができる加工装
置に係る。この加工装置は、直交座標系のX軸方向に移
動可能なX軸移動テーブルと、直交座標系のY軸方向に
移動可能なY軸移動テーブルと、直交座標系のZ軸方向
に移動可能なZ軸移動テーブルと、被加工体または加工
具を保持可能であり、移動テーブルのうちの何れか1体
によって回転自在に支持される回転シャフトと、回転シ
ャフトを回転駆動するシャフト駆動手段と、各移動テー
ブルに位置指令信号を与える制御手段と、回転シャフト
の中心軸の理想回転軸からの傾きを示すX軸周りの角度
α、Y軸周りの角度φおよびZ軸周りの角度θを検出す
る傾き検出手段と、傾き検出手段によって検出された角
度α,φおよびθを利用して、被加工体と加工具との間
の実接点と目標接点とが一致するように各移動テーブル
に対する位置指令信号を補正する補正手段とを備える。
工体と加工具とを目標接点で接触させ、両者を相対的に
移動させながら被加工体を加工することができる加工装
置に係る。この加工装置は、直交座標系のX軸方向に移
動可能なX軸移動テーブルと、直交座標系のY軸方向に
移動可能なY軸移動テーブルと、直交座標系のZ軸方向
に移動可能なZ軸移動テーブルと、被加工体または加工
具を保持可能であり、移動テーブルのうちの何れか1体
によって回転自在に支持される回転シャフトと、回転シ
ャフトを回転駆動するシャフト駆動手段と、各移動テー
ブルに位置指令信号を与える制御手段と、回転シャフト
の中心軸の理想回転軸からの傾きを示すX軸周りの角度
α、Y軸周りの角度φおよびZ軸周りの角度θを検出す
る傾き検出手段と、傾き検出手段によって検出された角
度α,φおよびθを利用して、被加工体と加工具との間
の実接点と目標接点とが一致するように各移動テーブル
に対する位置指令信号を補正する補正手段とを備える。
【0011】この加工装置では、被加工体および加工具
の何れか一方が、移動テーブルのうちの何れか1体によ
って回転自在に支持されている回転シャフトに取り付け
られ、他方が、回転シャフトを支持していない他の移動
テーブルの一方に取り付けられる。そして、回転シャフ
トを回転させると共に、各移動テーブルを移動させて被
加工体を加工する際に、傾き検出手段によって、回転シ
ャフトの傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸周りの角度
φおよびZ軸周りの角度θが検出される。
の何れか一方が、移動テーブルのうちの何れか1体によ
って回転自在に支持されている回転シャフトに取り付け
られ、他方が、回転シャフトを支持していない他の移動
テーブルの一方に取り付けられる。そして、回転シャフ
トを回転させると共に、各移動テーブルを移動させて被
加工体を加工する際に、傾き検出手段によって、回転シ
ャフトの傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸周りの角度
φおよびZ軸周りの角度θが検出される。
【0012】ここで、回転シャフトが、X軸周りに角度
α、Y軸周りに角度φおよびZ軸周りに角度θだけ傾い
ているのであれば、被加工体と加工具とを接触させる目
標接点が被加工体を基準とした座標となっていなけれ
ば、実接点と目標接点とがズレてしまう。つまり、回転
シャフトが傾いた際に、実接点と目標接点とのズレをな
くすためには、X軸から角度α、Y軸から角度φ、Z軸
から角度θだけ傾いた仮想座標系であるUVW直交座標
系を基準として各移動テーブルが移動されるべきであ
る。この点に鑑みて、この加工装置では、補正手段によ
って、制御手段からの未補正の位置指令信号に従って移
動した各移動テーブルにより定められるであろう被加工
体と加工具との間の実接点(加工点)をX軸周りに角度
α、Y軸周りに角度φ、Z軸周りに角度θだけ回転させ
るように、制御手段から各移動テーブルに送られる位置
指令信号が補正される。
α、Y軸周りに角度φおよびZ軸周りに角度θだけ傾い
ているのであれば、被加工体と加工具とを接触させる目
標接点が被加工体を基準とした座標となっていなけれ
ば、実接点と目標接点とがズレてしまう。つまり、回転
シャフトが傾いた際に、実接点と目標接点とのズレをな
くすためには、X軸から角度α、Y軸から角度φ、Z軸
から角度θだけ傾いた仮想座標系であるUVW直交座標
系を基準として各移動テーブルが移動されるべきであ
る。この点に鑑みて、この加工装置では、補正手段によ
って、制御手段からの未補正の位置指令信号に従って移
動した各移動テーブルにより定められるであろう被加工
体と加工具との間の実接点(加工点)をX軸周りに角度
α、Y軸周りに角度φ、Z軸周りに角度θだけ回転させ
るように、制御手段から各移動テーブルに送られる位置
指令信号が補正される。
【0013】これにより、目標接点がXYZ座標系を基
準として定められている場合に回転シャフトが傾いたと
しても、被加工体と加工具との間の実接点が、被加工体
上で本来の目標接点と精度よく一致することになり、加
工精度がより向上することになる。更に、この加工装置
では、回転シャフトの傾きに起因する実接点と目標接点
とのズレを補正するための専用の移動テーブルや測距計
等が不要となることから、それに伴うコストアップを抑
制することができる。
準として定められている場合に回転シャフトが傾いたと
しても、被加工体と加工具との間の実接点が、被加工体
上で本来の目標接点と精度よく一致することになり、加
工精度がより向上することになる。更に、この加工装置
では、回転シャフトの傾きに起因する実接点と目標接点
とのズレを補正するための専用の移動テーブルや測距計
等が不要となることから、それに伴うコストアップを抑
制することができる。
【0014】本発明の他の形態も、被加工体と加工具と
を目標接点で接触させ、両者を相対的に移動させながら
被加工体を加工することができる加工装置に係る。この
加工装置は、直交座標系のX軸方向に移動可能なX軸移
動テーブルと、直交座標系のY軸方向に移動可能なY軸
移動テーブルと、直交座標系のZ軸方向に移動可能なZ
軸移動テーブルと、被加工体または加工具を保持可能で
あり、移動テーブルのうちの何れか1体によって回転自
在に支持される回転シャフトと、回転シャフトを回転駆
動するシャフト駆動手段と、各移動テーブルに位置指令
信号を与える制御手段と、制御手段から各移動テーブル
に与えられる位置指令信号を生成するためのテーブル位
置データを記憶する記憶手段とを備え、記憶手段に記憶
されたテーブル位置データは、予め回転シャフトの回転
速度に応じて検出された回転シャフトの中心軸の理想回
転軸からの傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸周りの角
度φおよびZ軸周りの角度θを利用して、被加工体と加
工具との間の実接点と目標接点とが一致するように予め
補正されていることを特徴とする。
を目標接点で接触させ、両者を相対的に移動させながら
被加工体を加工することができる加工装置に係る。この
加工装置は、直交座標系のX軸方向に移動可能なX軸移
動テーブルと、直交座標系のY軸方向に移動可能なY軸
移動テーブルと、直交座標系のZ軸方向に移動可能なZ
軸移動テーブルと、被加工体または加工具を保持可能で
あり、移動テーブルのうちの何れか1体によって回転自
在に支持される回転シャフトと、回転シャフトを回転駆
動するシャフト駆動手段と、各移動テーブルに位置指令
信号を与える制御手段と、制御手段から各移動テーブル
に与えられる位置指令信号を生成するためのテーブル位
置データを記憶する記憶手段とを備え、記憶手段に記憶
されたテーブル位置データは、予め回転シャフトの回転
速度に応じて検出された回転シャフトの中心軸の理想回
転軸からの傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸周りの角
度φおよびZ軸周りの角度θを利用して、被加工体と加
工具との間の実接点と目標接点とが一致するように予め
補正されていることを特徴とする。
【0015】回転シャフトの傾きは、シャフトの動的バ
ランスの誤差や、回転シャフトを駆動するモータの磁気
特性のアンバランス等に起因する力が回転シャフトに作
用することにより生じるが、このような回転シャフトを
傾かせる力は、回転シャフトの回転速度に比例して増加
する。従って、加工中に回転シャフトの傾きを検出する
代わりに、複数の回転速度について回転シャフトの中心
軸の理想回転軸からの傾きを示すX軸周りの角度α、Y
軸周りの角度φおよびZ軸周りの角度θを予め検出して
おけば、加工中の回転速度の範囲について回転シャフト
の傾きの特性を把握(推定)することができる。そし
て、この加工装置では、検出した角度α,φおよびθ、
すなわち、把握した傾きの特性に基づいて、各移動テー
ブルに対する位置指令信号を生成するためのテーブル位
置データが予め補正される。
ランスの誤差や、回転シャフトを駆動するモータの磁気
特性のアンバランス等に起因する力が回転シャフトに作
用することにより生じるが、このような回転シャフトを
傾かせる力は、回転シャフトの回転速度に比例して増加
する。従って、加工中に回転シャフトの傾きを検出する
代わりに、複数の回転速度について回転シャフトの中心
軸の理想回転軸からの傾きを示すX軸周りの角度α、Y
軸周りの角度φおよびZ軸周りの角度θを予め検出して
おけば、加工中の回転速度の範囲について回転シャフト
の傾きの特性を把握(推定)することができる。そし
て、この加工装置では、検出した角度α,φおよびθ、
すなわち、把握した傾きの特性に基づいて、各移動テー
ブルに対する位置指令信号を生成するためのテーブル位
置データが予め補正される。
【0016】このように、予め補正されているテーブル
位置データを用いて各移動テーブルを動作させても、被
加工体と加工具との間の実接点は、被加工体上で本来の
目標接点に精度よく一致することになり、加工精度がよ
り向上することになる。更に、この加工装置でも、回転
シャフトの傾きに起因する実接点と目標接点とのズレを
補正するための専用の移動テーブルや測距計等が不要と
なることから、それに伴うコストアップを抑制すること
ができる。
位置データを用いて各移動テーブルを動作させても、被
加工体と加工具との間の実接点は、被加工体上で本来の
目標接点に精度よく一致することになり、加工精度がよ
り向上することになる。更に、この加工装置でも、回転
シャフトの傾きに起因する実接点と目標接点とのズレを
補正するための専用の移動テーブルや測距計等が不要と
なることから、それに伴うコストアップを抑制すること
ができる。
【0017】本発明の更に他の形態は、加工装置の制御
方法に係る。この方法の対象となる加工装置は、直交座
標系のX軸方向に移動可能なX軸移動テーブル、直交座
標系のY軸方向に移動可能なY軸移動テーブル、直交座
標系のZ軸方向に移動可能なZ軸移動テーブル、被加工
体または加工具を保持可能であり、移動テーブルのうち
の何れか1体によって回転自在に支持される回転シャフ
ト、回転シャフトを回転駆動するシャフト駆動手段、お
よび、各移動テーブルに位置指令信号を与える制御手段
を有し、被加工体と加工具とを目標接点で接触させ、両
者を相対的に移動させながら被加工体を加工可能なもの
である。そして、この方法では、回転シャフトがシャフ
ト駆動手段によって回転駆動される際に、回転シャフト
の中心軸の理想回転軸からの傾きを示すX軸周りの角度
α、Y軸周りの角度φおよびZ軸周りの角度θを検出
し、検出した角度α,φおよびθを利用して、被加工体
と加工具との実接点と目標接点とが一致するように各移
動テーブルに対する位置指令信号を補正する。
方法に係る。この方法の対象となる加工装置は、直交座
標系のX軸方向に移動可能なX軸移動テーブル、直交座
標系のY軸方向に移動可能なY軸移動テーブル、直交座
標系のZ軸方向に移動可能なZ軸移動テーブル、被加工
体または加工具を保持可能であり、移動テーブルのうち
の何れか1体によって回転自在に支持される回転シャフ
ト、回転シャフトを回転駆動するシャフト駆動手段、お
よび、各移動テーブルに位置指令信号を与える制御手段
を有し、被加工体と加工具とを目標接点で接触させ、両
者を相対的に移動させながら被加工体を加工可能なもの
である。そして、この方法では、回転シャフトがシャフ
ト駆動手段によって回転駆動される際に、回転シャフト
の中心軸の理想回転軸からの傾きを示すX軸周りの角度
α、Y軸周りの角度φおよびZ軸周りの角度θを検出
し、検出した角度α,φおよびθを利用して、被加工体
と加工具との実接点と目標接点とが一致するように各移
動テーブルに対する位置指令信号を補正する。
【0018】本発明の他の形態も、加工装置の制御方法
に係る。この方法の対象となる加工装置は、直交座標系
のX軸方向に移動可能なX軸移動テーブル、直交座標系
のY軸方向に移動可能なY軸移動テーブル、直交座標系
のZ軸方向に移動可能なZ軸移動テーブル、被加工体ま
たは加工具を保持可能であり、移動テーブルのうちの何
れか1体によって回転自在に支持される回転シャフト、
回転シャフトを回転駆動するシャフト駆動手段、およ
び、各移動テーブルに位置指令信号を与える制御手段を
有し、被加工体と加工具とを目標接点で接触させ、両者
を相対的に移動させながら被加工体を加工可能なもので
ある。そして、この方法では、シャフト駆動手段に回転
シャフトを回転駆動させながら、回転シャフトの中心軸
の理想回転軸からの傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸
周りの角度φおよびZ軸周りの角度θを回転シャフトの
回転速度に応じて予め検出しておき、検出した角度α,
φおよびθを利用して、被加工体と加工具との実接点と
目標接点とが一致するように各移動テーブルに対するテ
ーブル位置データを補正しておき、補正したテーブル位
置データを用いて各移動テーブルを動作させる。
に係る。この方法の対象となる加工装置は、直交座標系
のX軸方向に移動可能なX軸移動テーブル、直交座標系
のY軸方向に移動可能なY軸移動テーブル、直交座標系
のZ軸方向に移動可能なZ軸移動テーブル、被加工体ま
たは加工具を保持可能であり、移動テーブルのうちの何
れか1体によって回転自在に支持される回転シャフト、
回転シャフトを回転駆動するシャフト駆動手段、およ
び、各移動テーブルに位置指令信号を与える制御手段を
有し、被加工体と加工具とを目標接点で接触させ、両者
を相対的に移動させながら被加工体を加工可能なもので
ある。そして、この方法では、シャフト駆動手段に回転
シャフトを回転駆動させながら、回転シャフトの中心軸
の理想回転軸からの傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸
周りの角度φおよびZ軸周りの角度θを回転シャフトの
回転速度に応じて予め検出しておき、検出した角度α,
φおよびθを利用して、被加工体と加工具との実接点と
目標接点とが一致するように各移動テーブルに対するテ
ーブル位置データを補正しておき、補正したテーブル位
置データを用いて各移動テーブルを動作させる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による加
工装置およびその制御方法の好適な実施形態について詳
細に説明する。
工装置およびその制御方法の好適な実施形態について詳
細に説明する。
【0020】図1は、本発明による加工装置の一実施形
態を示す斜視図である。同図に示される加工装置1は、
被加工体WPと加工具Tとを目標接点で接触させ、両者
を相対的に移動させながら被加工体WPを加工可能なも
のである。被加工体WPと加工具Tとを相対的に移動さ
せるために、加工装置1は、XYZ直交座標系のX軸方
向に移動可能なX軸移動テーブル2、同直交座標系のY
軸方向に移動可能なY軸移動テーブル3および同直交座
標系のZ軸方向に移動可能なZ軸移動テーブル4を有す
る。
態を示す斜視図である。同図に示される加工装置1は、
被加工体WPと加工具Tとを目標接点で接触させ、両者
を相対的に移動させながら被加工体WPを加工可能なも
のである。被加工体WPと加工具Tとを相対的に移動さ
せるために、加工装置1は、XYZ直交座標系のX軸方
向に移動可能なX軸移動テーブル2、同直交座標系のY
軸方向に移動可能なY軸移動テーブル3および同直交座
標系のZ軸方向に移動可能なZ軸移動テーブル4を有す
る。
【0021】本実施形態では、定盤5上にXY定盤6が
固定されており、このXY定盤6上に、X軸移動テーブ
ル2が移動自在に支持されている。X軸移動テーブル2
は、リニアガイド7によってX軸方向に案内される。X
軸移動テーブル2の両方の側部には、リニアモータ可動
部21が固定されており(図1では、片側のみを示
す)、定盤5には、X軸移動テーブル2の対応するリニ
アモータ可動部21と共にX軸リニアモータ20を構成
するリニアモータ固定部22が配置されている。各X軸
リニアモータ20を作動させることにより、X軸移動テ
ーブル2を定盤5上でX軸方向に往復移動させることが
できる。
固定されており、このXY定盤6上に、X軸移動テーブ
ル2が移動自在に支持されている。X軸移動テーブル2
は、リニアガイド7によってX軸方向に案内される。X
軸移動テーブル2の両方の側部には、リニアモータ可動
部21が固定されており(図1では、片側のみを示
す)、定盤5には、X軸移動テーブル2の対応するリニ
アモータ可動部21と共にX軸リニアモータ20を構成
するリニアモータ固定部22が配置されている。各X軸
リニアモータ20を作動させることにより、X軸移動テ
ーブル2を定盤5上でX軸方向に往復移動させることが
できる。
【0022】また、定盤5上には、X軸移動テーブル2
の両側に位置するようにレーザ干渉計等からなるX軸位
置センサ23が配置されている。各X軸位置センサ23
は、X軸移動テーブル2の側部に取り付けられた対応す
る反射ミラー24に対してX軸方向にレーザ光Lxを放
射し、光入出射部と反射ミラー24との間の距離(X軸
移動テーブル2の定盤5に対する移動距離)を測定す
る。
の両側に位置するようにレーザ干渉計等からなるX軸位
置センサ23が配置されている。各X軸位置センサ23
は、X軸移動テーブル2の側部に取り付けられた対応す
る反射ミラー24に対してX軸方向にレーザ光Lxを放
射し、光入出射部と反射ミラー24との間の距離(X軸
移動テーブル2の定盤5に対する移動距離)を測定す
る。
【0023】X軸移動テーブル2は、Y軸方向に延びる
リニアガイド25を有しており、このリニアガイド25
上に、Y軸移動テーブル3が摺動自在に配置されてい
る。Y軸移動テーブル3の両方の側部には、リニアモー
タ可動部31が固定されており、X軸移動テーブル2上
には、Y軸移動テーブル3の対応するリニアモータ可動
部31と共にY軸リニアモータ30を構成するリニアモ
ータ固定部32が互いに平行に配置されている。各Y軸
リニアモータ30を作動させることにより、Y軸移動テ
ーブル3をX軸移動テーブル2上でY軸方向に往復移動
させることができる。
リニアガイド25を有しており、このリニアガイド25
上に、Y軸移動テーブル3が摺動自在に配置されてい
る。Y軸移動テーブル3の両方の側部には、リニアモー
タ可動部31が固定されており、X軸移動テーブル2上
には、Y軸移動テーブル3の対応するリニアモータ可動
部31と共にY軸リニアモータ30を構成するリニアモ
ータ固定部32が互いに平行に配置されている。各Y軸
リニアモータ30を作動させることにより、Y軸移動テ
ーブル3をX軸移動テーブル2上でY軸方向に往復移動
させることができる。
【0024】また、X軸移動テーブル2上には、Y軸移
動テーブル3の両側に位置するようにレーザ干渉計等か
らなるY軸位置センサ33が配置されている。各Y軸位
置センサ33は、Y軸移動テーブル3の側部に取り付け
られた対応する反射ミラー34に対してY軸方向にレー
ザ光Lyを放射し、光入出射部と反射ミラー34との間
の距離(Y軸移動テーブル3のX軸移動テーブル2に対
する移動距離)を測定する。そして、本実施形態では、
Y軸移動テーブル3上に固定された支持台35上に加工
具Tが取り付けられる。
動テーブル3の両側に位置するようにレーザ干渉計等か
らなるY軸位置センサ33が配置されている。各Y軸位
置センサ33は、Y軸移動テーブル3の側部に取り付け
られた対応する反射ミラー34に対してY軸方向にレー
ザ光Lyを放射し、光入出射部と反射ミラー34との間
の距離(Y軸移動テーブル3のX軸移動テーブル2に対
する移動距離)を測定する。そして、本実施形態では、
Y軸移動テーブル3上に固定された支持台35上に加工
具Tが取り付けられる。
【0025】更に、定盤5上には、Z軸テーブルガイド
8が立設されており、Z軸テーブルガイド8によってZ
軸移動テーブル4がZ軸方向に摺動自在に支持されてい
る。Z軸移動テーブル4の両方の側部には、リニアモー
タ可動部41が固定されており、Z軸テーブルガイド8
には、Z軸移動テーブル4の対応するリニアモータ可動
部41と共にZ軸リニアモータ40を構成するリニアモ
ータ固定部42が互いに平行に配置されている。各Y軸
リニアモータ40を作動させることにより、Z軸移動テ
ーブル4を定盤5に対してZ軸方向に往復移動させるこ
とができる。
8が立設されており、Z軸テーブルガイド8によってZ
軸移動テーブル4がZ軸方向に摺動自在に支持されてい
る。Z軸移動テーブル4の両方の側部には、リニアモー
タ可動部41が固定されており、Z軸テーブルガイド8
には、Z軸移動テーブル4の対応するリニアモータ可動
部41と共にZ軸リニアモータ40を構成するリニアモ
ータ固定部42が互いに平行に配置されている。各Y軸
リニアモータ40を作動させることにより、Z軸移動テ
ーブル4を定盤5に対してZ軸方向に往復移動させるこ
とができる。
【0026】また、定盤5上には、Z軸移動テーブル4
の両側部に対応するようにレーザ干渉計等からなるZ軸
位置センサ43が配置されている。各Z軸位置センサ4
3は、Z軸移動テーブル4の側部に取り付けられた対応
する反射ミラー44に対してZ軸方向にレーザ光Lzを
放射し、光入出射部と反射ミラー44との間の距離(Z
軸移動テーブル3の定盤5に対する移動距離)を測定す
る。そして、本実施形態では、Z軸移動テーブル4によ
って、被加工体WPを取り付けるための回転シャフト1
0が回転自在に支持されている。
の両側部に対応するようにレーザ干渉計等からなるZ軸
位置センサ43が配置されている。各Z軸位置センサ4
3は、Z軸移動テーブル4の側部に取り付けられた対応
する反射ミラー44に対してZ軸方向にレーザ光Lzを
放射し、光入出射部と反射ミラー44との間の距離(Z
軸移動テーブル3の定盤5に対する移動距離)を測定す
る。そして、本実施形態では、Z軸移動テーブル4によ
って、被加工体WPを取り付けるための回転シャフト1
0が回転自在に支持されている。
【0027】回転シャフト10は、図2に示されるよう
に、Z軸移動テーブル4によって支持された静圧流体軸
受50によって、Y軸方向に延在する状態で回転自在に
支持されている。静圧流体軸受50は、Z軸移動テーブ
ル4に固定されたモータハウジング45内に支持されて
いる。回転シャフト10の一端には、被加工体WPを取
り付けるための固定部材11が固定されており、回転シ
ャフト10の他端には、ロータ12が固定されている。
一方、モータハウジング45の端部には、ロータ12と
共に、シャフト10を回転駆動するシャフト駆動モータ
15を構成するステータ14が配置されている。ステー
タ14に電力を供給することにより、回転シャフト10
をY軸周りに正転または逆転させることができる。
に、Z軸移動テーブル4によって支持された静圧流体軸
受50によって、Y軸方向に延在する状態で回転自在に
支持されている。静圧流体軸受50は、Z軸移動テーブ
ル4に固定されたモータハウジング45内に支持されて
いる。回転シャフト10の一端には、被加工体WPを取
り付けるための固定部材11が固定されており、回転シ
ャフト10の他端には、ロータ12が固定されている。
一方、モータハウジング45の端部には、ロータ12と
共に、シャフト10を回転駆動するシャフト駆動モータ
15を構成するステータ14が配置されている。ステー
タ14に電力を供給することにより、回転シャフト10
をY軸周りに正転または逆転させることができる。
【0028】流体軸受50は、図2に示されるように、
本体51と、本体51にそれぞれ複数(本実施形態で
は、2体ずつ)配設されているラジアルパッド52およ
びスラストパッド53とを含む。また、回転シャフト1
0は、固定部材11とロータ12とのほぼ中央にフラン
ジ部10fを含む。本実施形態では、回転シャフト10
のフランジ部10fの両側に各1体のラジアルパッド5
2が配置されている。また、回転シャフト10のフラン
ジ部10fの両側には、フランジ部10fの径方向に延
びる各端面と対向するように、各1体のスラストパッド
53が配置されている。
本体51と、本体51にそれぞれ複数(本実施形態で
は、2体ずつ)配設されているラジアルパッド52およ
びスラストパッド53とを含む。また、回転シャフト1
0は、固定部材11とロータ12とのほぼ中央にフラン
ジ部10fを含む。本実施形態では、回転シャフト10
のフランジ部10fの両側に各1体のラジアルパッド5
2が配置されている。また、回転シャフト10のフラン
ジ部10fの両側には、フランジ部10fの径方向に延
びる各端面と対向するように、各1体のスラストパッド
53が配置されている。
【0029】各ラジアルパッド52および各スラストパ
ッド53は、図示しない圧縮流体供給ユニットに接続さ
れている。各ラジアルパッド52からは、圧縮流体供給
ユニットにより供給される高圧エア等の圧縮流体が回転
シャフト10の軸表面に対して噴射される。また、各ス
ラストパッド53からは、圧縮流体供給ユニットにより
供給される高圧エア等の圧縮流体がフランジ部10fの
各端面に対して噴射される。これにより、回転シャフト
10は、各ラジラルパッド52による圧縮流体膜によっ
てラジアル方向(回転シャフト10の径方向)に支持
(拘束)されると共に、各スラストパッド53による圧
縮流体膜によってスラスト方向(図2におけるY軸方
向)に支持(拘束)されることになる。各パッド52,
53と回転シャフト10の表面およびフランジ部10f
の端面との間隔は、およそ数um〜10um程度に保た
れる。
ッド53は、図示しない圧縮流体供給ユニットに接続さ
れている。各ラジアルパッド52からは、圧縮流体供給
ユニットにより供給される高圧エア等の圧縮流体が回転
シャフト10の軸表面に対して噴射される。また、各ス
ラストパッド53からは、圧縮流体供給ユニットにより
供給される高圧エア等の圧縮流体がフランジ部10fの
各端面に対して噴射される。これにより、回転シャフト
10は、各ラジラルパッド52による圧縮流体膜によっ
てラジアル方向(回転シャフト10の径方向)に支持
(拘束)されると共に、各スラストパッド53による圧
縮流体膜によってスラスト方向(図2におけるY軸方
向)に支持(拘束)されることになる。各パッド52,
53と回転シャフト10の表面およびフランジ部10f
の端面との間隔は、およそ数um〜10um程度に保た
れる。
【0030】また、図2に示されるように、モータハウ
ジング45内には、静電容量式の傾きセンサ55が複数
(本実施形態では、合計6体)配設されている。図3に
示されるように、本実施形態では、フランジ部10fの
両側に、各3体の傾きセンサ55が回転シャフト10と
所定の間隔を隔てて対向するように放射状に配置されて
いる。フランジ部10fの一方の側の3体の傾きセンサ
55は、XZ平面と平行な平面内において120°間隔
で配置されている。各傾きセンサ55は、回転シャフト
10の軸表面との距離を高精度に検出可能なものであ
る。
ジング45内には、静電容量式の傾きセンサ55が複数
(本実施形態では、合計6体)配設されている。図3に
示されるように、本実施形態では、フランジ部10fの
両側に、各3体の傾きセンサ55が回転シャフト10と
所定の間隔を隔てて対向するように放射状に配置されて
いる。フランジ部10fの一方の側の3体の傾きセンサ
55は、XZ平面と平行な平面内において120°間隔
で配置されている。各傾きセンサ55は、回転シャフト
10の軸表面との距離を高精度に検出可能なものであ
る。
【0031】図4は、本発明による加工装置1の制御ブ
ロック図である。同図に示されるように、加工装置1に
は、上述の各移動テーブル2,3および4や回転シャフ
ト10の動作を制御する制御装置60が含まれる。制御
装置60は、MPU,ROM,RAMおよび入出力イン
ターフェース等を有するものであり、この制御装置60
(入出力インターフェース)には、記憶装置61が接続
されている。記憶装置61には、加工具Tによって被加
工体WPに所望の加工が施されるように各テーブル2,
3および4を移動させると共に回転シャフト10を回転
させるための各移動テーブル2,3および4の位置デー
タ(XYZ直交座標系を基準とした座標データ)および
回転シャフト10の回転速度情報等が記憶されている。
ロック図である。同図に示されるように、加工装置1に
は、上述の各移動テーブル2,3および4や回転シャフ
ト10の動作を制御する制御装置60が含まれる。制御
装置60は、MPU,ROM,RAMおよび入出力イン
ターフェース等を有するものであり、この制御装置60
(入出力インターフェース)には、記憶装置61が接続
されている。記憶装置61には、加工具Tによって被加
工体WPに所望の加工が施されるように各テーブル2,
3および4を移動させると共に回転シャフト10を回転
させるための各移動テーブル2,3および4の位置デー
タ(XYZ直交座標系を基準とした座標データ)および
回転シャフト10の回転速度情報等が記憶されている。
【0032】また、制御装置60(入出力インターフェ
ース)には、回転シャフト10を駆動するためのモータ
ドライバ62が接続されている。制御装置60は、記憶
装置61に記憶されている回転速度情報に基づいて、モ
ータドライバ62を介してシャフト駆動モータ15を制
御する。更に、制御装置60(入出力インターフェー
ス)には、各移動テーブル2,3および4の位置を検出
するX軸位置センサ23、Y軸位置センサ33およびZ
軸位置センサ43が接続されている。各位置センサ2
3,33および43は、制御装置60に各移動テーブル
2,3および4の現在位置情報を送出する。
ース)には、回転シャフト10を駆動するためのモータ
ドライバ62が接続されている。制御装置60は、記憶
装置61に記憶されている回転速度情報に基づいて、モ
ータドライバ62を介してシャフト駆動モータ15を制
御する。更に、制御装置60(入出力インターフェー
ス)には、各移動テーブル2,3および4の位置を検出
するX軸位置センサ23、Y軸位置センサ33およびZ
軸位置センサ43が接続されている。各位置センサ2
3,33および43は、制御装置60に各移動テーブル
2,3および4の現在位置情報を送出する。
【0033】制御装置60は、各位置センサ23,33
および43から送られる各移動テーブル2,3および4
の現在位置情報および記憶装置61に記憶されている各
移動テーブル2,3および4のテーブル位置データに基
づいて、X軸リニアモータ20、Y軸リニアモータ30
およびZ軸リニアモータ40に対する位置指令信号S
x,SyおよびSzを生成する。すなわち、制御装置6
0は、記憶装置61に記憶されている所定のプログラム
を用いて、回転シャフト10が理想回転軸周りに回転し
ているとした場合に被加工体WPと加工具Tとが加工に
応じた目標接点で接触するように、各移動テーブル2,
3および4を移動させるための各位置指令信号Sx,S
yおよびSzを生成する。
および43から送られる各移動テーブル2,3および4
の現在位置情報および記憶装置61に記憶されている各
移動テーブル2,3および4のテーブル位置データに基
づいて、X軸リニアモータ20、Y軸リニアモータ30
およびZ軸リニアモータ40に対する位置指令信号S
x,SyおよびSzを生成する。すなわち、制御装置6
0は、記憶装置61に記憶されている所定のプログラム
を用いて、回転シャフト10が理想回転軸周りに回転し
ているとした場合に被加工体WPと加工具Tとが加工に
応じた目標接点で接触するように、各移動テーブル2,
3および4を移動させるための各位置指令信号Sx,S
yおよびSzを生成する。
【0034】更に、加工装置1には、回転シャフト10
の傾きによる影響を低減させるべく、上述の各傾きセン
サ55が接続される角度算出回路63と、角度算出回路
63および制御装置60に接続されている補正回路64
が備えられている。角度算出回路63は、回転シャフト
10の回転動作中に、各傾きセンサ55からの信号に基
づいて、回転シャフト10の中心軸10aの理想回転軸
(Y軸と平行をなしている状態)からの傾きを示すX軸
周りの角度α、Y軸周りの角度φおよびZ軸周りの角度
θを算出し、角度αを示す信号Sα、角度φを示す信号
Sφおよび角度θを示す信号Sθを補正回路64に送出
する。すなわち、本実施形態では、複数の傾きセンサ5
5および角度算出回路63が、回転シャフト10の理想
回転軸からの傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸周りの
角度φおよびZ軸周りの角度θを検出する傾き検出手段
として機能する。
の傾きによる影響を低減させるべく、上述の各傾きセン
サ55が接続される角度算出回路63と、角度算出回路
63および制御装置60に接続されている補正回路64
が備えられている。角度算出回路63は、回転シャフト
10の回転動作中に、各傾きセンサ55からの信号に基
づいて、回転シャフト10の中心軸10aの理想回転軸
(Y軸と平行をなしている状態)からの傾きを示すX軸
周りの角度α、Y軸周りの角度φおよびZ軸周りの角度
θを算出し、角度αを示す信号Sα、角度φを示す信号
Sφおよび角度θを示す信号Sθを補正回路64に送出
する。すなわち、本実施形態では、複数の傾きセンサ5
5および角度算出回路63が、回転シャフト10の理想
回転軸からの傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸周りの
角度φおよびZ軸周りの角度θを検出する傾き検出手段
として機能する。
【0035】そして、図4に示されるように、制御装置
60によって生成された各位置指令信号Sx,Syおよ
びSzは、一旦補正回路64に送られる。補正回路64
は、角度算出回路63から送られた信号Sα,Sφおよ
びSθに示される角度α,φおよびθを用いて、被加工
体WPと加工具Tとの間の実接点と目標接点とが一致す
るように位置指令信号Sx,SyおよびSzを補正し、
補正された位置指令信号Sx’,Sy’およびSz’を
各移動テーブル2,3および4に送出する。
60によって生成された各位置指令信号Sx,Syおよ
びSzは、一旦補正回路64に送られる。補正回路64
は、角度算出回路63から送られた信号Sα,Sφおよ
びSθに示される角度α,φおよびθを用いて、被加工
体WPと加工具Tとの間の実接点と目標接点とが一致す
るように位置指令信号Sx,SyおよびSzを補正し、
補正された位置指令信号Sx’,Sy’およびSz’を
各移動テーブル2,3および4に送出する。
【0036】次に、補正回路64における位置指令信号
の補正手順について具体的に説明する。
の補正手順について具体的に説明する。
【0037】まず、加工装置1では、回転シャフト10
の動的バランスの誤差や、回転シャフト10を駆動する
モータ15の磁気特性のアンバランス等に起因して、回
転シャフト10に回転方向の力だけではなく他の方向の
力が発生することがある。そして、回転方向以外の力が
回転シャフト10の高速回転によって増加して流体軸受
50の圧縮流体膜を更に圧縮すると、回転駆動されてい
る回転シャフト10の中心軸10aは、流体軸受50の
支持力(剛性)とバランスを保つべく、図5において二
点鎖線で示されるように、本来のXYZ直交座標系の理
想回転軸(本実施形態では、Y軸と平行に延びる)から
軸受隙間の範囲内で微小に傾いてしまうことになる。
の動的バランスの誤差や、回転シャフト10を駆動する
モータ15の磁気特性のアンバランス等に起因して、回
転シャフト10に回転方向の力だけではなく他の方向の
力が発生することがある。そして、回転方向以外の力が
回転シャフト10の高速回転によって増加して流体軸受
50の圧縮流体膜を更に圧縮すると、回転駆動されてい
る回転シャフト10の中心軸10aは、流体軸受50の
支持力(剛性)とバランスを保つべく、図5において二
点鎖線で示されるように、本来のXYZ直交座標系の理
想回転軸(本実施形態では、Y軸と平行に延びる)から
軸受隙間の範囲内で微小に傾いてしまうことになる。
【0038】回転シャフト10が理想回転軸から傾いた
場合、固定部材11を介して回転シャフト10に固定さ
れている被加工体WPは、回転シャフト10と共に傾い
て、図5において二点鎖線で示されるWP’のような姿
勢をとる。この場合、予め記憶装置61に記憶されてい
るテーブル位置データによって定まる被加工体WPと加
工具Tとの間の任意の目標接点Pwは、XYZ直交座標
系を基準として見ると、回転シャフト10が傾くことに
よって位置Pw’へと移動する。従って、回転シャフト
10が理想回転軸周りに回転しているとの仮定のもとで
生成される各位置指令信号Sx,SyおよびSzを単純
に利用するだけでは、回転シャフト10の傾きによって
被加工体WPと加工具Tとの実接点(加工点)が本来の
目標接点(回転シャフト10が傾いていないとした場合
の目標接点)からズレてしまうことになる。なお、図5
は、回転シャフト10がZ軸周りに角度θだけ傾いた例
を示している。また、回転シャフト10の傾きは簡単の
為に図1において大きく示されているが、実際の傾き量
は、およそ2μrad程度である。
場合、固定部材11を介して回転シャフト10に固定さ
れている被加工体WPは、回転シャフト10と共に傾い
て、図5において二点鎖線で示されるWP’のような姿
勢をとる。この場合、予め記憶装置61に記憶されてい
るテーブル位置データによって定まる被加工体WPと加
工具Tとの間の任意の目標接点Pwは、XYZ直交座標
系を基準として見ると、回転シャフト10が傾くことに
よって位置Pw’へと移動する。従って、回転シャフト
10が理想回転軸周りに回転しているとの仮定のもとで
生成される各位置指令信号Sx,SyおよびSzを単純
に利用するだけでは、回転シャフト10の傾きによって
被加工体WPと加工具Tとの実接点(加工点)が本来の
目標接点(回転シャフト10が傾いていないとした場合
の目標接点)からズレてしまうことになる。なお、図5
は、回転シャフト10がZ軸周りに角度θだけ傾いた例
を示している。また、回転シャフト10の傾きは簡単の
為に図1において大きく示されているが、実際の傾き量
は、およそ2μrad程度である。
【0039】ここで、回転シャフトが、X軸周りに角度
α、Y軸周りに角度φおよびZ軸周りに角度θだけ傾い
ているのであれば、被加工体WPと加工具Tとを接触さ
せる目標接点が被加工体WPを基準とした座標となって
いなければ、実接点と目標接点とがズレてしまう。つま
り、回転シャフト10が傾いた際に、実接点と目標接点
とのズレをなくすためには、X軸から角度α、Y軸から
角度φ、Z軸から角度θだけ傾いた仮想座標系であるU
VW直交座標系を基準として各移動テーブル2,3およ
び4が移動されるべきである。これを踏まえて、補正回
路64における演算処理に際しては、傾いた回転シャフ
ト10の中心軸10a’を例えばV軸として、XYZ直
交座標系から、X軸周りに角度α、Y軸周りに角度φお
よびZ軸周りに角度θだけ傾いている仮想直交座標系で
ある直交座標系UVWが設定される。
α、Y軸周りに角度φおよびZ軸周りに角度θだけ傾い
ているのであれば、被加工体WPと加工具Tとを接触さ
せる目標接点が被加工体WPを基準とした座標となって
いなければ、実接点と目標接点とがズレてしまう。つま
り、回転シャフト10が傾いた際に、実接点と目標接点
とのズレをなくすためには、X軸から角度α、Y軸から
角度φ、Z軸から角度θだけ傾いた仮想座標系であるU
VW直交座標系を基準として各移動テーブル2,3およ
び4が移動されるべきである。これを踏まえて、補正回
路64における演算処理に際しては、傾いた回転シャフ
ト10の中心軸10a’を例えばV軸として、XYZ直
交座標系から、X軸周りに角度α、Y軸周りに角度φお
よびZ軸周りに角度θだけ傾いている仮想直交座標系で
ある直交座標系UVWが設定される。
【0040】そして、補正回路64における演算処理で
は、
は、
【0041】
【数1】
【0042】とした上で、
【0043】
【数2】
【0044】という座標変換式(1)が利用される。
【0045】この場合、座標変換式(1)の(u,v,
w)には、制御装置60からの各位置指令信号Sx,S
yおよびSzに示されているX,YおよびZ座標データ
が代入される。また、座標変換式(1)には、角度算出
回路63から補正回路64に送られる角度α,φおよび
θが代入される。そして、補正回路64は、座標変換式
(1)から求められる座標(x,y,z)のxを示す位
置指令信号Sx’、yを示す位置指令信号Sy’、およ
び、zを示す位置指令信号Sz’を生成する。
w)には、制御装置60からの各位置指令信号Sx,S
yおよびSzに示されているX,YおよびZ座標データ
が代入される。また、座標変換式(1)には、角度算出
回路63から補正回路64に送られる角度α,φおよび
θが代入される。そして、補正回路64は、座標変換式
(1)から求められる座標(x,y,z)のxを示す位
置指令信号Sx’、yを示す位置指令信号Sy’、およ
び、zを示す位置指令信号Sz’を生成する。
【0046】この結果、補正回路64から、各移動テー
ブル2,3および4を駆動するX軸リニアモータ20、
Y軸リニアモータ30およびZ軸リニアモータ30に、
位置指令信号Sx’,Sy’およびSz’が送られる
と、各移動テーブル2,3および4によって、被加工体
WPと加工具Tとの間の実接点(加工点)は、制御装置
60からの未補正の位置指令信号Sx,SzおよびSx
に従って移動した各移動テーブル2,3および4により
定められるであろう被加工体WPと加工具Tとの間の実
接点をX軸周りに角度α、Y軸周りに角度φ、Z軸周り
に角度θだけ回転させた位置に設定されることになる。
ブル2,3および4を駆動するX軸リニアモータ20、
Y軸リニアモータ30およびZ軸リニアモータ30に、
位置指令信号Sx’,Sy’およびSz’が送られる
と、各移動テーブル2,3および4によって、被加工体
WPと加工具Tとの間の実接点(加工点)は、制御装置
60からの未補正の位置指令信号Sx,SzおよびSx
に従って移動した各移動テーブル2,3および4により
定められるであろう被加工体WPと加工具Tとの間の実
接点をX軸周りに角度α、Y軸周りに角度φ、Z軸周り
に角度θだけ回転させた位置に設定されることになる。
【0047】このように、加工装置1では、回転シャフ
ト10のX,Y,Zの各軸回りの傾き角度が測定され、
回転シャフト10の傾きの影響がスラスト方向(Y軸方
向)のみならず、ラジアル方向(X軸周りおよびZ軸周
り)についても補正される。従って、目標接点がXYZ
座標系を基準として定められている場合に回転シャフト
10が傾いたとしても、被加工体WPと加工具Tとの間
の実接点が、被加工体WP上で本来の目標接点と精度よ
く一致することになり、加工精度がより向上することに
なる。
ト10のX,Y,Zの各軸回りの傾き角度が測定され、
回転シャフト10の傾きの影響がスラスト方向(Y軸方
向)のみならず、ラジアル方向(X軸周りおよびZ軸周
り)についても補正される。従って、目標接点がXYZ
座標系を基準として定められている場合に回転シャフト
10が傾いたとしても、被加工体WPと加工具Tとの間
の実接点が、被加工体WP上で本来の目標接点と精度よ
く一致することになり、加工精度がより向上することに
なる。
【0048】そして、加工装置1では、このような補正
が加工動作の為に必須である各移動テーブル2,3およ
び4を移動させることによって行われる。従って、回転
シャフト10の傾きに起因する実接点と目標接点とのズ
レを補正するための専用の移動テーブルや位置センサ
(測距計)が不要となることから、それに伴うコストア
ップを抑制することができる。また、回転シャフト10
は、流体軸受50の軸受隙間の範囲内で傾くことから、
そのダイナミックレンジは小さく、レーザ測長器と比較
して安価である静電容量センサ等からなる傾きセンサ5
5であっても、精度よく回転シャフト10の傾きを測定
可能である。
が加工動作の為に必須である各移動テーブル2,3およ
び4を移動させることによって行われる。従って、回転
シャフト10の傾きに起因する実接点と目標接点とのズ
レを補正するための専用の移動テーブルや位置センサ
(測距計)が不要となることから、それに伴うコストア
ップを抑制することができる。また、回転シャフト10
は、流体軸受50の軸受隙間の範囲内で傾くことから、
そのダイナミックレンジは小さく、レーザ測長器と比較
して安価である静電容量センサ等からなる傾きセンサ5
5であっても、精度よく回転シャフト10の傾きを測定
可能である。
【0049】図6は、本発明による加工装置の他の実施
形態を示す斜視図である。同図に示される加工装置1A
では、被加工体WPがY軸移動テーブル3上に搭載・固
定され、加工具Tがカウンタウェイト16と共に回転シ
ャフト10に取り付けられる。図6に示される加工装置
1Aでは、シャフト10の動的バランスの誤差や、回転
シャフト10を駆動するモータ15の磁気特性のアンバ
ランス等に加えて、加工具Tおよびカウンタウェイト1
6の取付誤差等にも起因して、回転シャフト10が傾い
てしまうおそれがあるが、このような加工装置1Aにお
いても、上述した手順によるシャフト10の傾きによる
影響の補正を行えば、被加工体WPと加工具Tとの間の
実接点を、被加工体WP上で本来の目標接点と精度よく
一致させることが可能となる。
形態を示す斜視図である。同図に示される加工装置1A
では、被加工体WPがY軸移動テーブル3上に搭載・固
定され、加工具Tがカウンタウェイト16と共に回転シ
ャフト10に取り付けられる。図6に示される加工装置
1Aでは、シャフト10の動的バランスの誤差や、回転
シャフト10を駆動するモータ15の磁気特性のアンバ
ランス等に加えて、加工具Tおよびカウンタウェイト1
6の取付誤差等にも起因して、回転シャフト10が傾い
てしまうおそれがあるが、このような加工装置1Aにお
いても、上述した手順によるシャフト10の傾きによる
影響の補正を行えば、被加工体WPと加工具Tとの間の
実接点を、被加工体WP上で本来の目標接点と精度よく
一致させることが可能となる。
【0050】なお、上述の加工装置1,1Aは、回転シ
ャフト10の回転動作中に、回転シャフト10の傾きを
示すX軸周りの角度α、Y軸周りの角度φおよびZ軸周
りの角度θを検出し、検出された角度α,φおよびθを
利用して、各移動テーブル2,3および4に対する位置
指令信号を補正するものとして説明されたが、これに限
られるものではない。
ャフト10の回転動作中に、回転シャフト10の傾きを
示すX軸周りの角度α、Y軸周りの角度φおよびZ軸周
りの角度θを検出し、検出された角度α,φおよびθを
利用して、各移動テーブル2,3および4に対する位置
指令信号を補正するものとして説明されたが、これに限
られるものではない。
【0051】すなわち、回転シャフト10の傾きは、シ
ャフト10の動的バランスの誤差や、回転シャフト10
を駆動するモータ15の磁気特性のアンバランス等に起
因する力が回転シャフト10に作用することにより生じ
るが、このような回転シャフト10を傾かせる力は、基
本的に、回転シャフト10の回転速度に比例して増加す
る。従って、加工中に回転シャフト10の傾きを検出す
る代わりに、複数の回転速度について回転シャフト10
の中心軸10aの理想回転軸からの傾きを示すX軸周り
の角度α、Y軸周りの角度φおよびZ軸周りの角度θを
予め検出しておけば、加工中の回転速度の範囲について
回転シャフト10の傾きの特性を把握(推定)すること
ができる。
ャフト10の動的バランスの誤差や、回転シャフト10
を駆動するモータ15の磁気特性のアンバランス等に起
因する力が回転シャフト10に作用することにより生じ
るが、このような回転シャフト10を傾かせる力は、基
本的に、回転シャフト10の回転速度に比例して増加す
る。従って、加工中に回転シャフト10の傾きを検出す
る代わりに、複数の回転速度について回転シャフト10
の中心軸10aの理想回転軸からの傾きを示すX軸周り
の角度α、Y軸周りの角度φおよびZ軸周りの角度θを
予め検出しておけば、加工中の回転速度の範囲について
回転シャフト10の傾きの特性を把握(推定)すること
ができる。
【0052】そして、回転数に応じて検出した角度α,
φおよびθから回転シャフト10の傾きの特性を把握す
れば、把握された回転シャフト10の傾き特性によっ
て、各移動テーブル2,3および4に対する位置指令信
号Sx,SyおよびSzを生成するためのテーブル位置
データを、回転シャフト10の傾きによる影響を相殺す
るように予め補正しておくことができる。予め補正され
たテーブル位置データは、記憶装置61に記憶され、加
工装置1を作動させる際に用いられる。
φおよびθから回転シャフト10の傾きの特性を把握す
れば、把握された回転シャフト10の傾き特性によっ
て、各移動テーブル2,3および4に対する位置指令信
号Sx,SyおよびSzを生成するためのテーブル位置
データを、回転シャフト10の傾きによる影響を相殺す
るように予め補正しておくことができる。予め補正され
たテーブル位置データは、記憶装置61に記憶され、加
工装置1を作動させる際に用いられる。
【0053】このような構成を採用しても、被加工体W
Pと加工具Tとの間の実接点は、被加工体WP上で本来
の目標接点と精度よく一致することになり、加工精度が
より向上することになる。また、この場合も、回転シャ
フト10の傾きに起因する実接点と目標接点とのズレを
補正するための専用の移動テーブルや位置センサ等が不
要となることから、それに伴うコストアップを抑制する
こともできる。なお、回転シャフト10の傾きは、被加
工体WPや加工具Tの代わりに回転シャフト10に取り
付けられた複数の傾きセンサを利用して検出することが
できる。
Pと加工具Tとの間の実接点は、被加工体WP上で本来
の目標接点と精度よく一致することになり、加工精度が
より向上することになる。また、この場合も、回転シャ
フト10の傾きに起因する実接点と目標接点とのズレを
補正するための専用の移動テーブルや位置センサ等が不
要となることから、それに伴うコストアップを抑制する
こともできる。なお、回転シャフト10の傾きは、被加
工体WPや加工具Tの代わりに回転シャフト10に取り
付けられた複数の傾きセンサを利用して検出することが
できる。
【0054】
【発明の効果】以上説明されたように、本発明によれ
ば、被加工体または加工具が取り付けられる回転シャフ
トの傾きに起因する加工精度の悪化を低コストかつ確実
に抑制することができる。
ば、被加工体または加工具が取り付けられる回転シャフ
トの傾きに起因する加工精度の悪化を低コストかつ確実
に抑制することができる。
【図1】本発明による加工装置を示す斜視図である。
【図2】図1の加工装置の要部を示す概略構成図であ
る.
る.
【図3】傾きセンサの配置を概略的に示す斜視図であ
る。
る。
【図4】図1の加工装置の制御ブロック図である。
【図5】本発明において回転シャフトの傾きの影響を補
正する手順を説明するための模式図である。
正する手順を説明するための模式図である。
【図6】本発明による加工装置の他の実施形態を示す斜
視図である。
視図である。
【図7】従来の加工装置を示す概略構成図である。
1,1A 加工装置
2 X軸移動テーブル
3 Y軸移動テーブル
4 Z軸移動テーブル
5 定盤
6 XY定盤
10 回転シャフト
10f フランジ部
10a 中心軸
12 ロータ
14 ステータ
15 シャフト駆動モータ
16 カウンタウェイト
20 X軸リニアモータ
23 X軸位置センサ
24,34,44 反射ミラー
30 Y軸リニアモータ
33 Y軸位置センサ
40 Z軸リニアモータ
43 Z軸位置センサ
45 モータハウジング
50 流体軸受
52 ラジアルパッド
53 スラストパッド
55 傾きセンサ
60 制御装置
61 記憶装置
63 角度算出回路
64 補正回路
T 加工具
W 被加工体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
B23Q 1/00 Z
Fターム(参考) 3C001 KA08 KB10 TA01 TB01 TC05
TD01
3C029 AA29 AA40
3C048 AA01 BB01 BC02 BC03 BC06
CC04 CC07 DD10 DD13 DD26
EE00
5H269 AB01 BB01 BB03 EE03 FF06
JJ01 MM05
Claims (4)
- 【請求項1】 被加工体と加工具とを目標接点で接触さ
せ、両者を相対的に移動させながら被加工体を加工する
ことができる加工装置において、 直交座標系のX軸方向に移動可能なX軸移動テーブル
と、 直交座標系のY軸方向に移動可能なY軸移動テーブル
と、 直交座標系のZ軸方向に移動可能なZ軸移動テーブル
と、 前記被加工体または前記加工具を保持可能であり、前記
移動テーブルのうちの何れか1体によって回転自在に支
持される回転シャフトと、 前記回転シャフトを回転駆動するシャフト駆動手段と、 前記各移動テーブルに位置指令信号を与える制御手段
と、 前記回転シャフトの中心軸の理想回転軸からの傾きを示
すX軸周りの角度α、Y軸周りの角度φおよびZ軸周り
の角度θを検出する傾き検出手段と、 前記傾き検出手段によって検出された角度α,φおよび
θを利用して、前記被加工体と前記加工具との間の実接
点と目標接点とが一致するように前記各移動テーブルに
対する位置指令信号を補正する補正手段とを備えること
を特徴とする加工装置。 - 【請求項2】 被加工体と加工具とを目標接点で接触さ
せ、両者を相対的に移動させながら被加工体を加工する
ことができる加工装置において、 直交座標系のX軸方向に移動可能なX軸移動テーブル
と、 直交座標系のY軸方向に移動可能なY軸移動テーブル
と、 直交座標系のZ軸方向に移動可能なZ軸移動テーブル
と、 前記被加工体または前記加工具を保持可能であり、前記
移動テーブルのうちの何れか1体によって回転自在に支
持される回転シャフトと、 前記回転シャフトを回転駆動するシャフト駆動手段と、 前記各移動テーブルに位置指令信号を与える制御手段
と、 前記制御手段から前記各移動テーブルに与えられる位置
指令信号を生成するためのテーブル位置データを記憶す
る記憶手段とを備え、前記記憶手段に記憶されたテーブ
ル位置データは、予め回転シャフトの回転速度に応じて
検出された前記回転シャフトの中心軸の理想回転軸から
の傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸周りの角度φおよ
びZ軸周りの角度θを利用して、前記被加工体と前記加
工具との間の実接点と目標接点とが一致するように予め
補正されていることを特徴とする加工装置。 - 【請求項3】 直交座標系のX軸方向に移動可能なX軸
移動テーブル、直交座標系のY軸方向に移動可能なY軸
移動テーブル、直交座標系のZ軸方向に移動可能なZ軸
移動テーブル、前記被加工体または前記加工具を保持可
能であり、前記移動テーブルのうちの何れか1体によっ
て回転自在に支持される回転シャフト、前記回転シャフ
トを回転駆動するシャフト駆動手段、および、前記各移
動テーブルに位置指令信号を与える制御手段を有し、被
加工体と加工具とを目標接点で接触させ、両者を相対的
に移動させながら被加工体を加工可能な加工装置を制御
する方法であって、 前記回転シャフトが前記シャフト駆動手段によって回転
駆動される際に、前記回転シャフトの中心軸の理想回転
軸からの傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸周りの角度
φおよびZ軸周りの角度θを検出し、検出した角度α,
φおよびθを利用して、前記被加工体と前記加工具との
間の実接点と目標接点とが一致するように前記各移動テ
ーブルに対する位置指令信号を補正することを特徴とす
る加工装置の制御方法。 - 【請求項4】 直交座標系のX軸方向に移動可能なX軸
移動テーブル、直交座標系のY軸方向に移動可能なY軸
移動テーブル、直交座標系のZ軸方向に移動可能なZ軸
移動テーブル、前記被加工体または前記加工具を保持可
能であり、前記移動テーブルのうちの何れか1体によっ
て回転自在に支持される回転シャフト、前記回転シャフ
トを回転駆動するシャフト駆動手段、および、前記各移
動テーブルに位置指令信号を与える制御手段を有し、被
加工体と加工具とを目標接点で接触させ、両者を相対的
に移動させながら被加工体を加工可能な加工装置を制御
する方法であって、 前記シャフト駆動手段に前記回転シャフトを回転駆動さ
せながら、前記回転シャフトの中心軸の理想回転軸から
の傾きを示すX軸周りの角度α、Y軸周りの角度φおよ
びZ軸周りの角度θを回転シャフトの回転速度に応じて
予め検出しておき、検出した角度α,φおよびθを利用
して、前記被加工体と前記加工具との間の実接点と目標
接点とが一致するように前記各移動テーブルに対するテ
ーブル位置データを補正しておき、補正したテーブル位
置データを用いて前記各移動テーブルを動作させること
を特徴とする加工装置の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002106720A JP2003300129A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 加工装置およびその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002106720A JP2003300129A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 加工装置およびその制御方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003300129A true JP2003300129A (ja) | 2003-10-21 |
Family
ID=29390955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002106720A Pending JP2003300129A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 加工装置およびその制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003300129A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101458507B (zh) * | 2007-12-13 | 2010-12-08 | 发那科株式会社 | 用于控制五轴加工装置的数字控制器 |
CN102009369A (zh) * | 2010-09-29 | 2011-04-13 | 惠州市大亚湾天马电子机械有限公司 | 数控机床动态定位精度数据采集*** |
JP2012021864A (ja) * | 2010-07-14 | 2012-02-02 | Ihi Corp | バランス修正方法と装置 |
CN103341790A (zh) * | 2013-06-27 | 2013-10-09 | 苏州边枫电子科技有限公司 | 钻头偏角检测与底板自动调整装置 |
-
2002
- 2002-04-09 JP JP2002106720A patent/JP2003300129A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101458507B (zh) * | 2007-12-13 | 2010-12-08 | 发那科株式会社 | 用于控制五轴加工装置的数字控制器 |
JP2012021864A (ja) * | 2010-07-14 | 2012-02-02 | Ihi Corp | バランス修正方法と装置 |
CN102009369A (zh) * | 2010-09-29 | 2011-04-13 | 惠州市大亚湾天马电子机械有限公司 | 数控机床动态定位精度数据采集*** |
CN103341790A (zh) * | 2013-06-27 | 2013-10-09 | 苏州边枫电子科技有限公司 | 钻头偏角检测与底板自动调整装置 |
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