JP3698327B2

JP3698327B2 - Trajectory correction method for free curve

Info

Publication number: JP3698327B2
Application number: JP23442994A
Authority: JP
Inventors: 将男池口
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1994-09-02
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JPH0876825A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子カムを応用した研磨機やロボットなどにおける軌跡制御に係り、特に工具を電子カムが発生する自由曲線に沿って工具位置を制御する軌跡補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子カムを応用したサーボ系の軌跡制御方法として、図３に示す例が知られている。図３は電子カムにより自由曲線の指令位置Ｘｒｅｆ、Ｙｒｅｆを発生させ、その指令位置にサーボ軸Ｘ，Ｙを追従させることにより自由曲線の軌跡補正を行う例である。まず、図３の構成を説明する。
１０は定周期スキャン実行方式のコントローラ（例えば一般にプログラマブルコントローラＰＬＣと呼称されるもの）、１１、１１Ａはサーボドライバ、１２、１２Ａはサーボモータ、１３、１３Ａはパルスゼネレータ、１４、１４Ａは位置指令発生回路、１５、１５Ａは位置指令から検出された位置を減算する減算部、１６、１６Ａは位置制御ゲイン、１７、１７ＡはＤ／Ａ変換器、１８、１８Ａはパルスゼネレータのパルス信号を積算して、位置信号に変換するカウンタ、２１は位相指令θ（θ＝ωｔ、ωは角速度、ｔは時間）、２２、２２Ａは位置指令、である。なお、各符号の末尾にＡのないものはＸ軸、Ａを付したものはＹ軸に対応している。
つぎに、その作用を説明する。コントローラ１０内では、位相指令２１（θ）の推移に応じて、Ｘ軸、Ｙ軸の位置指令発生回路１４、１４Ａがコントローラ１０のスキャン毎に位置指令２２、２２Ａを出力する。サーボ軸Ｘ、Ｙそれぞれの位置制御ループに各位置指令を与えることにより、軌跡制御を行うことが出来る。この方法によれば、研磨機のグラインダの位置をＸ、Ｙ軸で位置制御する例を挙げると、グラインダ３１は図２に示す自由曲線の軌跡４１を描かせることが出来る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような自由曲線で加工材を加工する場合、加工に使用される工具の径補正を行わなければならないが、図３に示した定周期スキャン実行方式のコントローラを用いた従来の電子カム応用サーボシステムでは、このような工具補正を行う方法がなかった。
また、ＮＣ装置では工具補正が行われているが、ＮＣでは基準となる軌跡、すなわち教示軌跡は直線と円弧の組み合わせで出来ているので、ブロックデータの先読みで予め補正演算された補正軌跡に基づいて軌跡制御されている。
このため、もとの軌跡が図２のような自由曲線の場合は、このようなＮＣの工具補正は処理速度の関係から適用できなかった。
そこで、本発明は、定周期スキャン実行方式のコントローラによる電子カムを応用したサーボシステムの自由曲線に対して工具補正を可能とする方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明における軌跡制御方法は、定周期スキャン実行方式のコントローラのスキャン毎に、位相指令θの推移に応じてＸ軸およびＹ軸の位置指令を生成し、前記位置指令に基づいて位置の追従制御を行うサーボシステムを用いて工具を自由曲線に沿って制御する軌跡制御方法において、
前回スキャンの位置指令P_n-1(x_n-1,y_n-1)と今回スキャンの位置指令P_n(x_n,y_n)とから、ＸＹ平面内で∠ P _n-1 P _n Q _n = 直角をなし、補正量が P _n Q _n = △ L となる位置を Q _n (x _n ',y _n ') としたとき、 y _n ≠ y _n-1 の場合は、 x _n '=x _n + △ L・C0S α _n 、 y _n '=y _n + △ L・sin α _n 、とし（ただし、α _n はＸ軸に対する P _n Q _n の傾きでα _n =tan ^-1 (-(x _n -x _n-1 ) ／ (y _n -y _n-1 )) ）、 y _n =y _n-1 の場合は、 x _n '=x _n +O 、 y _n '=y _n + △ L として前記 Q _n (x _n ',y _n ') を求め、新たな前記工具の中心軌跡としたのである。
【０００５】
【作用】
上記手段により、自由曲線に基づいて軌跡制御される工具軌跡の工具径補正や研磨量補正を任意に実施することができる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例で、図３と異なる部分は、Ｘ、Ｙ軸用補正演算部１９、１９Ａと、加算部２０、２０Ａで、他は図３と共通であるので説明は省略する。
図１でコントローラ１０は定周期スキャン実行方式のコントローラとする。
補正が無い場合は、図３と同様に自由曲線４１を描かせることができる。本実施例では、図３の従来技術に対して、以下に説明する原理を利用した軌跡補正機能を追加したものである。その補正の原理はつぎのとおりである。
Ｘ、Ｙ軸位置指令発生回路１４、１４Ａによりスキャン毎に位置指令２２、２２Ａが発生される。このスキャン毎の位置指令について、前スキャンの指令の座標がP_n-1（x_n-1、y_n-1）であったとし、今回スキャンがP_n（x_n、y_n）であるとする。この時、図２のようにグラインダ３１の中心軌跡のＸＹ平面内における法線方向にΔ Lだけ補正をかけた軌跡の点をQ_n（x_n’、y_n’）とすると、つぎのような関係が成立する。
１）y_n≠y_n-1の場合：
Ｘ軸に対するP_nQ_nの傾きα_nは、
tanα_n=-（x_n-x_n-1 ） / （y_n-y_n-1）より
α_n＝tan^-1（-（x_n-x_n-1 ） / （y_n-y_n-1））
（但し研磨量が増す方向への補正の場合0°≦α_n＜180°）
となるので、補正をかけた時の新たな座標Q_n（x_n’、y_n’）は、
x_n'=x_n+Δ L・cosα_n
y_n'=y_n+Δ L・sinα_n
（なお、-180°＜α_n≦0°でα_nを選べば研磨量が減少する方向へも補正をかけることができる）
２）y_n=y_n-1の場合：
Ｘ軸に対するP _n Q _nの傾きα_n=90°となるので、
x_n'=x_n
y_n'=y_n+Δ L
したがって、以上の位置関係を利用して、Ｘ、Ｙ軸の位置指令を補正する。
すなわち、図１において、Ｘ軸位置指令発生回路１４から生成されるＸ軸位置指令２２に対しては、Ｘ軸補正演算部１９と加算部２０とにより、Ｘ軸位置指令２３が次式を充たすようにする。
x_n'=x_n+Δ L・cosα_n（y_n≠y_n-1）
x_n'=x_n+０（y_n=y_n-1）
また、Ｙ軸については、Ｙ軸位置指令発生回路１４Ａから生成されるＹ軸位置指令２２Ａに対しては、Ｙ軸補正演算部１９Ａと加算部２０Ａとにより、Ｙ軸位置指令２３Ａが次式を充たすようにする。
y_n'=y_n+Δ L・sinα_n（y_n≠y_n-1）
y_n'=y_n+Δ L （y_n=y_n-1）
このような処理をコントローラのスキャン毎に行うことにより、図２の自由曲線４１をΔ Lだけ補正した自由曲線４２を得ることができる。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、定周期スキャン実行方式のコントローラを用いた電子カム応用のサーボシステムにおいて、推移する位相指令に対応して電子カムで発生させるあらゆる自由曲線に対して軌跡補正機能を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図
【図２】自由曲線の軌跡補正を説明するための図
【図３】従来技術の例を示す図
【符号の説明】
１０コントローラ
１１、１１Ａサーボドライブ
１２、１２Ａサーボモータ
１３、１３Ａパルスゼネレータ
２１位相指令
１４1 、１４Ａ位置指令発生回路
２３、２３Ａ位置指令
１６、１６Ａ位置制御ゲイン
１７、１７ＡＤ／Ａ変換器
１８、１８Ａカウンタ
３１グラインダ
４１基準となる自由曲線の軌跡
４２基準となる自由曲線がΔｌだけ補正された自由曲線の軌跡[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to trajectory control in a polishing machine or robot using an electronic cam, and more particularly to a trajectory correction method for controlling a tool position along a free curve generated by the electronic cam.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an example shown in FIG. 3 is known as a locus control method of a servo system using an electronic cam. FIG. 3 shows an example in which free curve command positions Xref and Yref are generated by an electronic cam, and the locus of the free curve is corrected by causing the servo axes X and Y to follow the command positions. First, the configuration of FIG. 3 will be described.
10 is a controller of a periodic scan execution system (for example, what is generally called a programmable controller PLC), 11 and 11A are servo drivers, 12 and 12A are servo motors, 13 and 13A are pulse generators, and 14 and 14A are position commands. Circuit, 15 and 15A are subtractors for subtracting the detected position from the position command, 16 and 16A are position control gains, 17 and 17A are D / A converters, and 18 and 18A are integrated pulse signals of the pulse generator. , A counter for converting to a position signal, 21 is a phase command θ (θ = ωt, ω is an angular velocity, t is time), and 22 and 22A are position commands. In addition, the thing which does not have A at the end of each code | symbol respond | corresponds to the X-axis, and what attached | subjected A corresponds to the Y-axis.
Next, the operation will be described. The controller 10 inside, in accordance with the transition of the phase command 21 (theta), X-axis, the position command generating circuit 14,14A the Y-axis and outputs a position command 22,22A on each scan of the controller 10. Trajectory control can be performed by giving each position command to the position control loop of each of the servo axes X and Y. According to this method, when the position of the grinder of the polishing machine is controlled by the X and Y axes, the grinder 31 can draw the locus 41 of the free curve shown in FIG.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when machining a workpiece with such a free curve, the diameter of the tool used for machining must be corrected, but the conventional electronic cam using the controller of the periodic scan execution method shown in FIG. In the applied servo system, there was no method for performing such tool correction.
Further, although the NC correction is performed in the NC device, the reference trajectory in the NC, that is, the teaching trajectory is made up of a combination of a straight line and an arc, so that it is based on a correction trajectory that is corrected in advance by prefetching block data. The trajectory is controlled.
For this reason, when the original locus is a free curve as shown in FIG. 2, such NC tool correction cannot be applied due to the processing speed.
Accordingly, an object of the present invention to provide a method that enables tool compensation to the free curve of the servo system which applies the electronic cam by the controller of the periodic scan execution mode.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the trajectory control method according to the present invention generates position commands for the X axis and the Y axis according to the transition of the phase command θ for each scan of the controller of the periodic scan execution method, and the position command In a trajectory control method for controlling a tool along a free curve using a servo system that performs position tracking control based on
From the previous scan position command P _n-1 (x _n-1 , y _n-1 ) and current scan position command P _n (x _n , y _n ) , ∠ P _n-1 P _n Q in the XY plane _{If n} = right angle and the position where the correction amount is P _n Q _n = △ L is Q _n (x _n ', y _n ') , then y _n ≠ y _n-1 , x _n '= x _n + △ L ・ C0S α _n , y _n '= y _n + △ L ・ sin α _n , where α _n is the slope of P _n Q _n with respect to the X axis and α _n = tan ^-1 (-( x _n -x _n-1 ) / (y _n -y _n-1 )) ), if y _n = y _n-1 , x _n '= x _n + O , y _n ' = y _n + △ L wherein _{_{Q n (x n ', y}} n') as seeking is to that the center locus of the new the tool.
[0005]
[Action]
By the above means, tool radius correction and polishing amount correction of a tool path whose path is controlled based on a free curve can be arbitrarily performed.
[0006]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The differences from FIG. 3 are the X and Y axis correction calculation sections 19 and 19A and the addition sections 20 and 20A. .
In FIG. 1, the controller 10 is a fixed-cycle scan execution type controller.
When there is no correction, the free curve 41 can be drawn as in FIG. In this embodiment, a trajectory correction function using the principle described below is added to the prior art of FIG. The principle of the correction is as follows.
Position commands 22 and 22A are generated for each scan by the X and Y axis position command generation circuits 14 and 14A. Regarding the position command for each scan, if the coordinates of the command of the previous scan are P _n-1 (x _n-1 , y _n-1 ), and the current scan is P _n (x _n , y _n ) To do. At this time, if the locus point corrected by Δ L in the normal direction in the XY plane of the central locus of the grinder 31 as shown in FIG. 2 is Q _n (x _n ′, y _n ′), The relationship is established.
1) If y _n ≠ y _n-1 :
The slope α _n of P _n Q _n with respect to the X axis is
From tanα _n =-(x _n -x _n-1 ) / ( y _n -y _n-1 ), α _n = tan ^-1 (-(x _n -x _n-1 ) / ( y _n -y _n-1 ))
(However, in the case of correction to increase the polishing amount, 0 ° ≦ α _n <180 °)
Therefore, the new coordinates Q _n (x _n ', y _n ') when correction is applied are
x _n '= x _n + Δ L・ cosα _n
y _n '= y _n + Δ L・ sinα _n
(Note that it is possible to apply -180 ° <α _n ≦ 0 ° correction is also the direction in which the polishing amount decreases if you choose alpha _n)
2) When y _n = y _n-1 :
Since the slope α _n = 90 ° of P _n Q _n with respect to the X axis,
x _n '= x _n
y _n '= y _n + Δ L
Therefore, the X and Y axis position commands are corrected using the above positional relationship.
That is, in FIG. 1, the X-axis position command 22 generated from the X-axis position command generation circuit 14 is set by the X-axis correction calculation unit 19 and the addition unit 20 so that the X-axis position command 23 satisfies the following equation. Like that.
x _n '= x _n + Δ L・ cosα _n (y _n ≠ y _n-1 )
x _n '= x _n +0 (y _n = y _n-1 )
As for the Y-axis, for Y-axis position command 22A generated from the Y-axis position command generating circuit 14A, by an adder 20A and the Y-axis correction calculation unit 19A, Y-axis position command 23A is the formula Try to satisfy.
_{_{y n '= y n + Δ}} L · sinα n (y n ≠ y n-1)
y _n '= y _n + Δ L (y _n = y _n-1 )
By performing such processing for each scan of the controller, it is possible to obtain a free curve 42 obtained by correcting the free curve 41 in FIG. 2 only delta L.
[0007]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a servo system using an electronic cam using a controller of a periodic scan execution method, trajectory correction is performed for any free curve generated by the electronic cam in response to a changing phase command. Functions can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining trajectory correction of a free curve. FIG. 3 is a diagram showing an example of a prior art.
10 controller 11, 11A servo drive 12, 12A servo motor 13, 13A pulse generator 21 phase command 141, 14A position command generation circuit 23, 23A position command 16, 16A position control gain 17, 17A D / A converter 18, 18A counter 31 Grinder 41 Reference free-curve locus 42 Free-form locus obtained by correcting the reference free curve by Δl

Claims

定周期スキャン実行方式のコントローラのスキャン毎に、位置指令θの推移に応じてＸ軸およびＹ軸の位置指令を生成し、前記位置指令に基づいて位置の追従制御を行うサーボシステムを用いて工具を自由曲線に沿って制御する軌跡制御方法において、
前回スキャンの位置指令P_n-1(x_n-1,y_n-1)と今回スキャンの位置指令P_n(x_n,y_n)とから、ＸＹ平面内で∠ P _n-1 P _n Q _n = 直角をなし、補正量が P _n Q _n = △ L となる位置を Q _n (x _n ',y _n ') としたとき、 y _n ≠ y _n-1 の場合は、 x _n '=x _n + △ L・C0S α _n 、 y _n '=y _n + △ L・sin α _n 、とし（ただし、α _n はＸ軸に対する P _n Q _n の傾きでα _n =tan ^-1 (-(x _n -x _n-1 ) ／ (y _n -y _n-1 )) ）、 y _n =y _n-1 の場合は、 x _n '=x _n +O 、 y _n '=y _n + △ L として前記 Q _n (x _n ',y _n ') を求め、新たな前記工具の中心軌跡とすることを特徴とする自由曲線の軌跡補正方法。A tool using a servo system that generates X-axis and Y-axis position commands according to the transition of the position command θ and performs position tracking control based on the position commands for each scan of the controller of the periodic scan execution method In a trajectory control method for controlling the curve along a free curve,
From the previous scan position command P _n-1 (x _n-1 , y _n-1 ) and current scan position command P _n (x _n , y _n ) , ∠ P _n-1 P _n Q in the XY plane _{If n} = right angle and the position where the correction amount is P _n Q _n = △ L is Q _n (x _n ', y _n ') , then y _n ≠ y _n-1 , x _n '= x _n + △ L ・ C0S α _n , y _n '= y _n + △ L ・ sin α _n , where α _n is the slope of P _n Q _n with respect to the X axis and α _n = tan ^-1 (-( x _n -x _n-1 ) / (y _n -y _n-1 )) ), if y _n = y _n-1 , x _n '= x _n + O , y _n ' = y _n + △ L wherein _{_{Q n (x n ', y}} n') the determined locus correcting method for free curve, characterized in that the centroid of the new the tool as.