JPH0358102A

JPH0358102A - バックラッシ補正方法

Info

Publication number: JPH0358102A
Application number: JP19450189A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kawamura; 川村　英昭; Shigeru Isohata; 五十畑　茂; Tomomi Nakazato; 友美中里
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1989-07-27
Filing date: 1989-07-27
Publication date: 1991-03-13
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JP3201758B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は機械のバックラッシを補正するバックラッシ補
正方式及びバックラッシ補正方法に関し、特にバックラ
ッシ補正量を送り速度によって異なるようにしたバック
ラッシ補正方式及びバックラッシ補正方法に関する。

〔従来の技術〕

数値制御工作機械では、数値制御装置内で移動方向の変
化を検出して、機械のバックラッシを補正している。す
なわち、数値制御装置では補間パルスの正負の変化を検
出し、その変化があったときはバックラッシ補正パルス
を発生して位置決め精度を改善している。この補正パル
スは予めレーザ測長器等の精密な測長器で測定して、数
値制御装置内に各軸ごとにパラメータとして設定してい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、実際のバックラッシ量は位置決め速度によって
異なる。すなわち、同じ点に早送りで位置決めしたとき
と、切削送りで位置決めしたときでは、機械の稼働部の
位置は異なる。これは、稼（ｖＪ部のオーバシュート、
機械系のたわみ等によるものと考えられる。

従って、従来の単なる方向のみによるバックラッシ補正
では機械系のバックラッシを十分に補正することは困難
である。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、バ
ックラッシ補正量を送り速度によって異なるようにした
バックラッシ補正方式を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的はバックラッシ補正量を送り速
度によって異なるようにしたバックラッシ補正方法を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、機械のバックラ
ッシを補正するバックラッシ補正方式において、指令を
解読し、パルス分配可能なデータに処理する前処理手段
と、前記前処理手段からの前記データをパルス分配する
パルス分配手役と、前記前処理手役からの送り速度とパ
ルス補間手段からの分配パルスによって、バックラッシ
補正を検出する補正検出手段と、前記送り速度変化及び
送り方向変化によって異なる補正パルスを有する補正パ
ルステーブルと、前記補正パルステーブルの値を補正パ
ルスとして出力する補正パルス発生手段と、前記パルス
補間器の分配パルスと、前記補正パルスを加算して、出
力パルスとする演算器と、を有することを特徴とするバ
ックラッシ補正方式が、提供される。

また、機械のバックラッシを数値制御装置で補正するバ
ックラッシ補正方法において、送り速度によって、異な
る補正量を設定し、移動方向の変化と送り速度の変化に
よって、前記補正量を読み出し、バックラッシ補正を行
うことを特徴とするバックラッシ補正方法が、提供され
る。

〔作用〕

補正検出手段では補間パルスの方向と、送り速度を検出
する。これは切削送りと、早送りで停止位置が異なるか
らである。従って、単一の補正量ではなく、方向変化と
送り速度の変化を考慮した補正パルステーブルを用意し
、この補正パルステーブルから補正値を選択して、分配
パルスに加える。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は切削送りでのバックラッシを説明するための図
である。ボールネジ１を回転させ、ナット２が右方向に
送られる。機械の稼働部はナット２に固定されている。

ボールネジ１とナット２の間にはＡで示すバックラッシ
がある。なお、図では分かり易く説明するために、バッ
クラッシを誇張して表してある。また、矢印の上のＦは
切削送りを意味する。

次にボールネジ１を逆回転させて、ナット２を左方向へ
送ると、バックラッシＡだけの遊びがあり、正確な位置
決めを行うために、数値制御装置はＡに相当するバック
ラッシ補正量を分配パルスに対して加える。これは、移
動方向が変化したこと、あるいは補間パルスの方向変化
を検出して、予め設定されたバックラッシ補正パルスを
加えることにより行われる。従って、切削送りのみで稼
働部を移動している限りは単一のバックラッシ補正パル
スでよい。

しかし、早送りの場合のバックラッシ量は正確には切削
送りの場合と同一ではない。第３図は早送りの場合のバ
ックラッシ量を説明する図である。

第２図と同じように、ボールネジ１を回転して、ナット
２を右方向へ早送りで送り、停止するとボ一ルネジ１の
左側とナット２の間には、遊びＣが残る。この遊びＣは
稼働部のオーバシュート等に起因するものと考えられる
が、それ以外にも、サーボ剛性、機械系のたわみ等があ
る。矢印の上のＲは早送りを意味する。

次にボールネジ１を逆回転して、ナット２を左方向に移
動させて、停止させると同じように遊びＣがある。従っ
て、早送りでのバックラッシ量はＢとなる。これらの関
係を整理すると以下の式が或立する。

Ｃ＝　（Ａ−Ｂ）／２早送りでのバックラッシ量Ｂの求め方について述べる。

第４図は早送りでのバックラッシを求めるための説明図
である。数値制御装置でバックラッシ補正量を与えない
で、まず点Ｐ３へ切削送りで位置決めし、点Ｐ３から点
Ｐ１へ向かって早送りで位置決めする。点Ｐ１で稼働部
の位置をレーザ測長器等の精度の高い測長器で正確に第
１回目の位置を測定する。次に切削送りで点Ｐ２向けて
位置決めし、点Ｐ２から早送りで点Ｐ１に位置決めする
。点Ｐ２で稼働部の位置を同様に第２回目の測定を行う
。

この第１回目の測定値と第２回目の測定値の差が早送り
でのバックラッシ量Ｂである。ただし、ここでは点Ｐ２
、Ｐ１、Ｐ３間でのピッチ誤差はないものとする。

次に同一方向に切削送り、早送りを行う場合について述
べる。第５図は同一方向に切削送り及び早送りで送る場
合の例を示す図である。まず、ボールネジ１を正回転し
て、右方向にナット２を切削送りで送る。このときボー
ルネジ１の右側とナット２０間の遊びはない。次にボー
ルネジ１を正回転し、ナット２を右方向に早送りで送る
。ナット２が停止した点では、ボールネジ■の右側とナ
ット２の間には遊びＣがある。

従って、切削送りから早送りになったときは、早送りの
ブロックで遊びＣに相当する補正量を与える必要がある
。遊びＣは直接測定できないので、切削送りのバックラ
ッシ量八と早送りのバックラッシ量Ｂから、゛Ｃ＝　　（Ａ−Ｂ）／２を計算して与えることになる。

逆に早送りから、切削送りに送り速度が変わったときは
、遊びＣに相当する量を引く必要がある。

すなわち、Ｃ＝　（Ｂ−Ａ）／２を与えればよい。

次に切削送りで正方向に送り、早送りで逆方向に送る場
合のバックラッシ補正量について述べる。

第６図は右方向に切削送りで、逆方向に早送りで送った
ときのバックラッシ量を説明する図である。

ボールネジ１を回転させ、切削送りでナ・ソト２を右方
向に送って、停止させる。ここで、ボールネジ１の右側
とナット２の間に遊びはない。次に早送りでナット２を
逆方向に送り、停止させる。ここで、ボールネジ１の右
側とナット２間には遊びＣがある。従って、このときの
バツクラツシ量は切削送りで左方向に送った場合のバツ
クラツシがＡであるので、Ａ＋Ｃ＝Ａ＋　（Ａ−Ｂ）／２＝　（Ａ＋Ｂ）／２とな
る。従って、このバックラッシ量に相当する袖正量を与
えればよい。

逆に早送りで一方向に送り、切削送りで逆方向に送った
場合は第６図の上下の関係を逆に考えればよいので、バ
ックラッシ量は、（Ａ＋Ｂ）／２でよい。

上記に述べた送り速度の変化と方向の変化とバックラッ
シ量の関係を整理する。第７図は送り速度の変化及び送
り方向の変化とこれに対応するバックラッシ量を示す補
正パルステーブルの図である。ここで、切削送りはＦで
、早送りはＲで表す。

ｒＦ−ＲＪは最初切削送りで、次に早送りになることを
意味する。

また「＋」、「一」は送り方向を示し、「十一一」は送
り方向が正方向から、負方向に変化することを意味する
。またｒ−１−−＋Ｊは送り方向が変化しないことを意
味する。

第７図では、横に送り速度の変化を、縦に方向変化を示
している。従って、補正パルステーブル３は送り速度の
変化と、送り方向の変化に対するバックラッシ量を示し
ている。例えば第１行、第３列目のデータ「（Ａ−Ｂ）
／２Ｊは送り方向が変化せず、早送りによる位置決めか
ら、切削送りによる送りに変化したときのバックラッシ
量を示している。同様に、第３行、第３列目のデータｒ
　（Ａ＋Ｂ）／２Ｊは送り方向が変化し、早送りによる
位置決めから、切削送りによる送りに変化したときのバ
ックラッシ量を示している。

従って、このような送り方向の変化と送り速度の変化を
検出し、補正パルステーブル３からこれに合致する補正
パルスを選択し、そのブロックの分配パルスに加えてや
れば、正確な位置決めができる。

本発明をマシニングセンターに適用した一例として、以
下のような結果を得た。

切削送り時のバックラッシ量１０〜２０μｍ早送り時の
バックラッシ量　　５〜１０μｍこのような、マシニン
グセンターでの従来の単一のバックラッシ補正量での補
正では、位置決め精度１０μｍ及び加工精度■０μｍ程
度宅あった。

しかし、本発明を適用することにより、位置決め精度２
〜３μｍ、加工精度２〜３μｍ程度を得ることができた
。

上記の説明では、送り速度の変化は早送りと切削送りに
ついて述べたが、さらに、直線加減速制御と指数関数加
減速制御のような加減速制御の形式によって、パフクラ
ッシの補正量を変化させることもできる。

第１図は本発明を実施するためのブロック図である。前
処理手段５は加工プログラムの指令４を解読し、パルス
分配可能な微小ブロックデータΔｘ１Δｙと送り速度Ｆ
あるいはＲを出力する。ここで、Ｆは切削送りを、Ｒは
早送りを意味する。

パルス補間器６はこの微小ブロックデータΔＸ、Δｙと
送り速度Ｆを受け、パルス分配を実行し、分配パルスＰ
ＸＳＰＹを演算器７及び補正検出手段８に出力する。補
正検出手段８は前処理手段５からの送り速度Ｆあるいは
Ｒと、パルス補間器６からの分配パルスＰＸ，ＰＹから
、送り速度及び送り方向の変化を検出し、補正パルステ
ーブル３から必要なバックラッシ補正量を選択し、補正
パルス発生手段９に出力を与える。補正パルス発生手段
９はこのバックラッシ量を補正パルスＢＰＸ，ＢＰＹと
して、演算器７に与える。演算器７はパルス補間器６か
らの分配パルスＰＸ，ＰＹにバックラッシ補正パルスＢ
ＰＸＳＢＰＹを加えて、これを出力パルスとして、位置
制御回路に与える。

上記の例では分配パルスＰＸＳＰＹにバックラッシ補正
パルスＢＰＸ，ＢＰＹを加えるようにしたが、バックラ
ッシ補正パルスＢＰＸ，ＢＰＹをパルスコーダからの位
置帰還パルスから差し引くことによって補正を行うよう
に構或することもできる。

第８図は本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウエアのブロック図である。

プロセッサ１ｌはＲＯＭ１２に格納されたシステムプロ
グラムに従って、数値制御装置全体を制御する。ＲＯＭ
１２にはＥＰＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭが使用される
。ＲＡＭ１３はＤＲＡＭが使用され、各種のデータが格
納される。不揮発性メモリ１４はバックラッシの補正パ
ルステーブル３、加工プログラム１４ａ、パラメータ等
が記憶され、バッテリバックアップされたＣＭＯＳ等が
使用されるので、数値制御装置の電源切断後もその内容
が保持される。

ＰＭＣ　（プログラマブル・マシン・コントローラ）１
５はＭ機能、Ｔ機能等の指令を受けて、シーケンスプロ
グラム１５ａによって工作機械を制御する信号に変換し
て出力する。また、機械側からのリミットスイッチの信
号あるいは、機械摸作盤からのスイッチ信号を受けて、
シーケンス・プログラムで処理し、必要な信号はバス２
５を経由してＲＡＭ１３に格納され、プロセッサｌ１に
よって、読み取られる。

グラフィック制御回路１６は各軸の現在位置、移動量等
のデータを表示信号に変換し、表示装置１６ａに送り、
表示装置はこれを表示する。表示装置１６ａはＣＲＴ．
液晶表示装置等が使用される。キーボード１７は各種の
データを人力するのに使用される。

位置制御回路１８はプロセッサから位置指令を受けて、
サーボモー夕を制御するための速度指令信号をサーボア
ンブ１９に出力する。サーボアンブ１９はこの速度指令
信号を増幅し、サーボモータ２０を駆動する。

サーボモータ２０にはボールネジ１が結合されており、
ナット２に固定されている機械テーブル３０を移動させ
る。

サーボモータ２０には位置帰還信号を出力するパルスコ
ーダ２１が結合されている。パルスコーダ２１は位置帰
還パルスを位置制御回路１８にフィードバックする。こ
の他にリニアスケール等の位置検出器を使用する場合も
ある。位置制御回路１８では、パルスコーダ２１の位置
信号から速度信号も生或する。これらの要素は軸数分だ
け必要であるが、各要素の構或は同じであるので、ここ
では１軸分のみ記載してある。入出力回路２３は機械側
との人出力信号の授受を行う。すなわち機械側のリミッ
トスイッチ信号、機械操作盤のスイッチ信号を受け、こ
れをＰＭＣｌ５が読み取る。

また、ＰＭＣ　１　５からの機械側の空圧アクチュエイ
タ等を制御する制御信号受けて、機械側に出カする。手
動パルス発生器２４は回転角度に応じて、各軸を精密に
移動させるパルス列を出力し、機械操作盤に実装される
。

図テハスピンドルを制御するためのスピンドル制御回路
、スピンドルアンプ、スピンドルモータ等は省略してあ
る。

また、ここではプロセッサは工個であるが、システムに
応じて複数のプロセッサを使用したマルチ・プロセッサ
システムにすることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、送り速度の変化と送り
方向の変化によってバックラッシ補正量を変化させるよ
うに構或したので、より精度のよい位置決めが可能とな
り、加工精度も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するためのブロック図、第２図は
切削送りでのバックラッシを説明するための図、第３図は早送りの場合のバックラッシ量を説明する図、第４図は早送りでのバックラッシ量を求めるための説明
図、第５図は同一方向に切削送り及び早送りで送る場合の例
を示す図、第６図は送り速度の変化、送り方向の変化とバックラッ
シ量の関係を示す図、第７図は送り速度の変化及び送り方向の変化と、これら
に対応するバックラッシ量を示す補正パルステーブルの
図、第８図は本発明を実施するための数値制御装置（ＣＮＣ
）のハードウェアのブロック図である。１　　・　　ボールネジ２　　　　ナット３　　　　補正パルステーブル４５６７８　・９１２３４４ａ５５ａ６ａ７８９０　゜１指令前処理手段パルス補間器演算器補正検出手段補正パルス発生手段プロセッサＲＯＭＲＡＭ不揮発性メモリ加工プログラムＰＭＣ　（’ログラマブル・マシン・コントローラ〉シーケンスプログラム表示装置キーボード位置制御回路サーボアンプサーボモータパルスコーダ３０機械テーブル

Claims

【特許請求の範囲】

（１）機械のバックラッシを補正するバックラッシ補正
方式において、指令を解読し、パルス分配可能なデータに処理する前処
理手段と、前記前処理手段からの前記データをパルス分配するパル
ス分配手段と、前記前処理手段からの送り速度とパルス補間手段からの
分配パルスによって、バックラッシ補正を検出する補正
検出手段と、前記送り速度変化及び送り方向変化によって異なる補正
パルスを有する補正パルステーブルと、前記補正パルス
テーブルの値を補正パルスとして出力する補正パルス発
生手段と、前記パルス補間器の分配パルスと、前記補正パルスを加
算して、出力パルスとする演算器と、を有することを特
徴とするバックラッシ補正方式。
（２）前記演算器に代えて、位置帰還パルスから前記補
正パルスを減算する減算器を有することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のバックラッシ補正方式。
（３）前記送り速度変化は、切削送りと早送りとで異な
る補正値を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のバックラッシ補正方式。
（４）前記補正パルステーブルは前記分配パルスの方向
の変化、及び早送りと切削送りによる変化の組み合わせ
からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
バックラッシ補正方式。
（５）前記補正パルステーブルは、さらに加減速制御の
形式によって、補正パルスを変化させることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のバックラッシ補正方式。
（６）機械のバックラッシを数値制御装置で補正するバ
ックラッシ補正方法において、送り速度によって、異なる補正量を設定し、移動方向の
変化と送り速度の変化によって、前記補正量を読み出し
、バックラッシ補正を行うことを特徴とするバックラッシ
補正方法。
（７）前記補正量は切削送りと早送りによって異なるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載のバックラッ
シ補正方法。
（８）前記補正量をさらに加減速制御の形式によって変
化させることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の
バックラッシ補正方法。
（９）早送りのバックラッシ補正量を測定するバックラ
ッシ補正量の測定方法において、所定の点に正方向に早送りで位置決めを行い、測長器で
前記所定の点で稼働部の第１回目の測定を行い、前記所定の点に負方向から早送りで位置決めを行い、前記位置を測長器で測定し、第２回目の測定を行い、前記第１回目の測定値と第２回目の測定値の差を早送り
のバックラッシ補正量とすることを特徴とするバックラ
ッシ補正量の測定方法。