JPH06110534A - 工作機械における位置制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 隣接する加工区間を連続して円滑に加工で
きるようにする。 【構成】 一方の加工区間の終点と他方の加工区間の
始点とが共通点になっているこれら２つの加工区間を所
与の単位時間当りの移動量に従ってパルスの払出を行な
って連続加工するため、一方の加工区間の終点にむけて
の減速停止のための第１移動量変化パターンと他方の加
工区間の始点からの加速開始のための第２移動量変化パ
ターンとを、共通点における加工軌跡の所与の許容離脱
距離に関連付けて重ね合せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械における位置
制御方法に関し、さらに特定して述べると、単位時間当
りの移動量を予め定めておき、この定められた移動量に
相応するパルスの払い出しを単位時間毎に順次実行させ
ることにより所要の速度特性に従って位置の制御を行な
うようにした位置制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械における位置制御方法として、
単位時間当りの移動量を予め定めておき、この定められ
た移動量に相応するパルスの払い出しを単位時間毎に順
次実行させることにより所要の速度特性に従って所要の
部材の位置を制御する方法が公知である。例えば、レー
ザ加工機のトーチの位置制御を行なう場合にもこのよう
な制御方法が用いられる。この場合には、トーチの先端
が所定の指定速度で所要の始点から所要の終点まで加工
の予定線に沿って移動することが要求されるが、トーチ
の移動開始時にはトーチを所要の加速度で指定速度に到
達させ、一方トーチが終点に近づくと所要の減速度で終
点に停止させるような速度特性でトーチを位置制御する
ことが要求される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このよう
に、１つの加工区間を加工するのに、加速移動、等速移
動、減速移動という速度変化パターンをもって位置制御
を行なう場合、１つの加工区間の加工が終了してから次
の加工区間の加工に入るたびに、加工区間の境界付近で
減速、加速を繰り返すこととなり、この部分の加工を円
滑に行なうことができないばかりか、加工速度も低下
し、特に加工形状が複雑な場合には加工効率が著しく悪
化するという問題を有していた。本発明の目的は、従っ
て、従来技術における上述の問題点を解決することがで
きる、工作機械における位置制御方法を提供することに
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の方法の特徴は、所与の単位時間当りの移動量
を予め定めておくことにより被制御体の加工のための所
要の相対運動の速度を制御しつつ所定の目標位置へ被制
御体を位置決めするようにした工作機械における位置制
御方法において、一方の加工区間の終点と他方の加工区
間の始点とが共通点になっているこれら２つの加工区間
を連続加工するため、一方の加工区間の終点にむけての
減速停止のための第１移動量変化パターンを用意するス
テップと、他方の加工区間の始点からの加速開始のため
の第２移動量変化パターンを用意するステップと、前記
共通点における加工軌跡の所与の許容離脱距離に基づき
前記第１移動量変化パターンと前記第２移動量変化パタ
ーンとの重ね合せの値を決定する決定ステップと、該決
定ステップの決定結果に従って前記連続加工のための合
成移動量変化パターンを得るステップとを備えた点にあ
る。

【０００５】

【作用】第１加工区間における減速制御区間のための第
１移動量変化パターンと第２加工区間における加速制御
区間のための第２移動量変化パターンとの重ね合わせ値
が、共通点における加工軌跡の許容離脱距離を考慮して
決定される。許容離脱距離が大きくてもよい程、重ね合
わせ値は大きくてもよい。決定された重ね合せ値に従っ
て得られた、第１加工区間における減速制御区間と第２
加工区間における加速制御区間をカバーする合成移動量
変化パターンに従って、この区間の位置制御が実行され
る。

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
につき詳細に説明する。

【０００７】図１は本発明によりトーチの相対位置制御
が行なわれるように構成されたレーザ加工機１の概略構
成図である。炭酸ガスレーザ２と接続されているトーチ
３は、案内レール４によってＹ軸方向に移動自在に支持
案内されている可動ヘッド５にＺ軸方向に運動可能なよ
うに設けられている。可動ヘッド５内には、可動ヘッド
５を案内レール４に沿ってＹ軸方向に移動させるための
Ｙ軸モータＭｙと、トーチ３をＺ軸方向に移動させるた
めのＺ軸モータＭｚとが収納されている。

【０００８】符号６で示されるのは被加工物７を載置す
るための加工台であり、加工台６はＸ軸モータＭｘによ
って、Ｙ軸及びＺ軸に対して直角をなすＸ軸方向に移動
しうるように図示しないフレームによって支持、案内さ
れている。Ｘ軸モータＭｘ、Ｙ軸モータＭｙ、Ｚ軸モー
タＭｚは、サーボアンプ８からの駆動信号Ｓｘ，Ｓｙ，
Ｓｚにそれぞれ応答して駆動制御される。

【０００９】炭酸ガスレーザー２及びサーボアンプ８に
は制御機９が接続されており、制御機９からは、レーザ
の出力制御等のための第１制御出力Ｃ１が炭酸ガスレー
ザ２に与えられ、トーチ３と被加工物７との間の加工の
ための相対運動を制御するための位置制御信号Ｃ２が、
サーボアンプ８に与えられている。なお、図示の実施例
は三軸制御の場合を示しているが、本発明による位置制
御は三軸制御に限定されるものではない。

【００１０】図２は、図１に示す制御機９の構成を示す
図であり、１１は制御に必要な指令、情報等を入力する
ための教示ボックス、１２は教示ボックス１１からの出
力を受け取る制御系用ＣＰＵユニット、１３はディジタ
ル入出力ユニット、１４はＲＡＭディスクユニット、１
５はレーザ制御ユニット、１６は制御系用ＣＰＵユニッ
ト１２からのデータを基にトーチ３と被加工物７との間
の相対位置制御を本発明に従って行なうための位置制御
ユニット、１７はマンマシンインターフェイス用ＣＰＵ
ユニットであり、これらのユニット１２乃至１７は制御
系バス１９に接続されている。なお、マンマシンインタ
ーフェイス用ＣＰＵユニット１７には、グラフィックＣ
ＲＴ，キーボード、プリンター、ハードディスク、マウ
ス等の各種インターフェースが接続されているが、図２
では、これらのインターフェイスをまとめて符号１８で
示している。

【００１１】ディジタル入出力ユニット１３及びレーザ
制御ユニット１５の各出力は、炭酸ガスレーザ２の制御
のための第１制御信号Ｃ１として取り出され、一方、位
置制御ユニット１６からの出力は、第２制御信号Ｃ２と
してサーボアンプ８に送られている。

【００１２】このレーザ加工機１に於けるトーチ３の相
対位置制御は、予め定められた時間的な単位区間である
単位時間毎の移動量を単位時間区切り毎に順次与えるこ
とにより、トーチ３を被加工物７に対して相対移動させ
る方式であり、これにより、トーチ３と被加工物７との
間に与えるべき、被加工物７を加工するための所要の相
対運動の速度が制御されつつ、所要の位置制御が実行さ
れる。

【００１３】トーチ３の相対位置制御のため、教示ボッ
クス１１からは、単位加工区間毎の、加工の始点を示す
座標データと加工の終点を示す座標データとその間にお
ける軌跡の形状に関するデータとを含む加工寸法、形状
についての加工データ、加減速値の制限値データ、トー
チ３の相対速度を示す指定速度値データ等が入力され
る。これらの入力データは、制御系用ＣＰＵボード１２
を介してＲＡＭディスクユニット１４内にストアされ、
マイクロコンピュータシステムとして構成されている位
置制御ユニット１６からの要求により、いつでもＲＡＭ
１４から読み出され、位置制御ユニット１６内にストア
されている後述の位置制御プログラムに従うデータ処理
のために使用することができる。このように、位置制御
ユニット１６は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等から成る公
知のマイクロコンピュータシステムであるので、そのハ
ード構成を図示するのは省略する。

【００１４】位置制御ユニット１６内のＲＯＭ１６ａに
ストアされている位置制御プログラムは、移動量計算プ
ログラムと位置サーボプログラムとから成り、図３には
移動量計算プログラムを示すフローチャートが図示され
ている。

【００１５】図３を参照すると、移動量計算プログラム
３０は、起動後ステップ３１で初期化を行ない、ステッ
プ３２でコマンドセットフラグＦが１となるのを待つ。
Ｆ＝１となったならば、ステップ３３でコマンド解析が
実行される。このコマンド解析ステップは、入力データ
に基づき、一連の加工区間の夫々について、加工予定形
状が直線、円・円弧、スプランイのいずれであるかの種
別分けを行なうステップである。これらの種別分けの結
果に基づき、各単位加工区間Ｑ１、Ｑ２、．．．に相応
する補間ルーチンがステップ３４、３５、３６の実行に
よって決定される。若しステップ３４、３５、３６のい
ずれの判別結果もＮＯであると、ステップ３７に入り、
ここでその他のコマンドに対する処理が行なわれる。

【００１６】以下の説明では簡単化のため、加工予定線
が図４に示すように、点Ｒ１から点Ｒ２に至る直線であ
る第１の加工区間Ｑ１と、点Ｒ２から点Ｒ３に至る直線
である第２の加工区間Ｑ２とから成っている場合を例に
とって説明する。図４に示す例では、各加工区間Ｑ１、
Ｑ２がいずれも直線であるから、ステップ３４の判別結
果はＹＥＳとなり、直線補間ルーチン３８に入る。

【００１７】直線補間ルーチン３８では、図５に示すよ
うに、先ず、第１の加工区間Ｑ１につき、下記の通りの
処理が実行される。すなわち、ステップ４１で入力デー
タに基づき指定された始点と終点との間の距離Ｌが計算
される。次のステップ４２では、ステップ４１で得られ
た結果と入力データにより示される指定速度Ｖｏとか
ら、指定速度Ｖｏでの分割数Ｎｏが計算される。しかる
後ステップ４３に入り、入力データにより示される制限
加速度値Ａ、−Ａでの加速分割数Ｎｕ、減速分割数Ｎｄ
が計算される。

【００１８】この分割数は、図示の例では１０〔ｍｓｅ
ｃ〕の長さを１単位時間とし、その数を求める計算であ
る。図６にこの分割の結果が模式的に示されている。所
与のデータから図６に示す各単位時間当りの移動係数
を、速度Ｖｏでの定常走行時の移動係数を１００として
各々求めるための計算は公知であるから、この計算方法
について詳細に説明するのは省略し、表１にその計算結
果の一例を移動係数１として示す。

【００１９】

【００２０】このようにステップ４２、４３では、所与
の入力データに基づいて、第１番目から第Ｎｏ番目（図
示の例では第２４番目）までの各単位時間における移動
係数値が計算され、この結果得られた一連の単位時間に
対する移動係数値を示すデータが図示しないメモリに記
憶される。

【００２１】同様にして、第２加工区間Ｑ２についても
各分割数及び分割された各単位時間の夫々についての移
動係数が計算される。第２加工区間Ｑ２についての第１
番目から第Ｎｏ番目までの各単位時間における一連の移
動係数値の一例が移動係数２として表１に示されている
が、ここでは、簡単化のため、移動係数２は移動係数１
と同じ場合、すなわち、移動距離、指定速度、加減速制
限値がいずれも両加工区間で同じである場合の例が示さ
れている。

【００２２】このようにして、各加工区間Ｑ１、Ｑ２、
について、単位時間毎の移動係数の計算が終了したなら
ば、ステップ４４に入り、ここで、重ね合せ処理が実行
される。重ね合せ処理は、第１加工区間Ｑ１の終点とな
っている点Ｒ２近傍の減速区間（表１の単位時間の第２
１番目から第２４番目の区間）と、第２加工区間Ｑ２の
始点となっている点Ｒ２近傍の加速区間（表１の単位時
間の第１番目から第４番目の区間）とを適宜に重ね合わ
せることにより、点Ｒ２での加工速度を零とすることな
しに、第１加工区間Ｑ１と第２加工区間Ｑ２とを連続し
て加工するための処理であり、この重ね合せ処理が終了
すると次のステップ４５に入る。

【００２３】図７には、重ね合せ処理ステップ４４の詳
細フローチャートが示されている。この詳細フローチャ
ートにつき図４を参照しながら説明する。ステップ４４
１では、第１加工区間Ｑ１及び第２加工区間Ｑ２の各加
工線のなす角度θｃが計算される。この計算は、第１加
工区間の終点である点Ｒ２における第１加工区間の加工
方向ベクトルＶｅと、第２加工区間の始点である点Ｒ２
における第２加工区間の加工方向ベクトルＶｓとのなす
角度として計算される。

【００２４】次のステップ４４２では、重ね合せによっ
てその加工軌跡が点Ｒ２を通過することなく、第１加工
区間Ｑ１の減速開始点Ｕ１から第２加工区間Ｑ２の加速
終了点Ｕ２を結ぶ円弧状の軌跡となる場合に生じる、そ
の加工軌跡と点Ｒ２との間の離反距離の許容値を示す所
与の許容離反距離Ｅの値が読み込まれ、次のステップ４
４３に入る。

【００２５】ステップ４４３では、点Ｕ１とＵ２とを結
ぶ直線上に点Ｒ２から引いた垂線の長さＨをＥにほぼ等
しいとみなし、分割された単位時間の重ね合せ値ｔと、
角度θｃとＨとの間の関係を求めると、 Ｈ＝（２√２）^-1・Ａｔ² （１＋ｃｏｓθ）^1/2 となる。

【００２６】θ＝πのときはＨ＝０であるから、ｔは４
単位時間分となる。なお、第１加工区間Ｑ１の減速期間
Ｔ１と第２加工区間Ｑ２の加速期間Ｔ２とが異なる値の
場合には小さい方の値ということになる。一方、θ≠π
のときは、 ｔ＝（２√２・Ｅ）^1/2 ×｛Ａ（１＋ｃｏｓθ）^1/2 ｝^-1/2 となる。

【００２７】図８には、この重ね合せの様子が模式的に
示されている。図８の（ａ）には、各単位時間の移動量
の変化に伴う速度の変化の様子を縦軸にとり、横軸に時
間をとったグラフが示されている。時間軸上の重ね合せ
区間ｔで移動量の重ね合せが行なわれたことにより生じ
るｘ軸方向の速度とｙ軸方向の速度とを分解して示す
と、図８の（ｂ）、（ｃ）の如くなる。

【００２８】ステップ４４４では、図８の（ａ）のパタ
ーンに相当する、各単位時間毎の移動係数を示すデータ
が、合成移動量変化パターンとして決定され、ステップ
４５に入る。

【００２９】ステップ４５では、ステップ４４４で得ら
れた合成移動量変化パターンに基づいて、これを実現す
るための各軸毎の移動量Ｘｉ、Ｙｉ、Ｘｉが計算され、
図３のステップ３２に戻る。

【００３０】上記では、直線補間ルーチン３８による２
つの直線加工区間Ｑ１、Ｑ２における重ね合せについて
説明したが、加工区間が円又は円弧状である場合にはス
テップ３９の円弧補間ルーチンで、また、加工区間がス
プライン状である場合はステップ４０のスプライン補間
ルーチンで、同様にして隣接する２つの加工区間におけ
る加減速域の重ね合せが行なわれる。

【００３１】このようにして移動量の計算が終了する
と、図９に示す位置サーボプログラム５０が実行され
る。

【００３２】位置サーボプログラム５０は所定の制御時
間毎に割込みにより実行されるプログラムであり、各軸
のモータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚとの間でフィードバックルー
プを構成して位置制御を行なう。この制御時間は、例え
ば標準単位時間幅の１／２０程度に定めることができ
る。先ずステップ５１では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿うト
ーチ３の相対位置を検出して記憶しておくための図示し
ない位置カウンタからの位置カウンタ値Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚ
ｐを読み込み、ステップ５２では、これらの位置カウン
タ値Ｘｐ、Ｙｐ、Ｘｐと位置データＸ、Ｙ、Ｚとからモ
ータへの速度指令値ＶＭが計算される。次のステップ５
３ではこの速度指令値ＶＭがサーボアンプ８に出力さ
れ、これにより各軸のモータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚの速度制
御が実行される。

【００３２】この結果、実際の加工軌跡は、図４に示さ
れるように、第１加工区間Ｑ１と第２加工区間Ｑ２との
間において、円弧状となり、点Ｒ２を通過しないことに
なるが、その加工寸法精度は所要の誤差内に入ってお
り、点Ｒ２で加工速度が一旦零になることがないため、
円滑に加工が遂行され、加工効率も著しく改善される。

【００３３】上記実施例では、レーザ加工装置の場合の
実施例について説明したが、本発明の方法は他の工作機
械にも同様にして適用することができ、同様の効果を得
ることができるものである。

【００３４】

【発明の効果】本発明の方法によれば、上述の如く、加
工寸法精度を所要のレベルを保ちつつ、隣接する２つの
加工区間の加工速度を一旦零に落とすことなく高速で連
続加工することができるため、一旦停止による加工の不
連続性を生じさせないで極めて円滑に且つ効率よく所要
の加工を遂行できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略構成図。

【図２】図１の制御機の詳細ブロック図。

【図３】図２の位置制御ユニットにおいて実行される移
動量計算プログラムを示すフローチャート。

【図４】重ね合せ値の計算を説明するための説明図。

【図５】図３の直線補間ルーチンの詳細フローチャー
ト。

【図６】単位時間毎の移動係数を説明するための模式
図。

【図７】図５の重ね合せ処理ステップの詳細フローチャ
ート。

【図８】重ね合せ処理により得られた合成移動量パター
ン及びそれに基づく各軸の制御速度を説明するための説
明図。

【図９】図２の位置制御ユニットにおいて実行される位
置サーボプログラムを示すフローチャート。

【符号の説明】

１ レーザ加工機 ３ トーチ ７ 被加工物 ９ 制御機 １６ 位置制御ユニット Ｑ１ 第１加工区間 Ｑ２ 第２加工区間 Ｅ 許容離反距離

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【手続補正書】

【提出日】平成５年３月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 工作機械における位置制御方法

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所与の単位時間当りの移動量を予め定め
   ておくことにより被制御体の加工のための所要の相対運
   動の速度を制御しつつ所定の目標位置へ被制御体を位置
   決めするようにした工作機械における位置制御方法にお
   いて、一方の加工区間の終点と他方の加工区間の始点と
   が共通点になっているこれら２つの加工区間を連続加工
   するため、一方の加工区間の終点にむけての減速停止の
   ための第１移動量変化パターンを用意するステップと、
   他方の加工区間の始点からの加速開始のための第２移動
   量変化パターンを用意するステップと、前記共通点にお
   ける加工軌跡の所与の許容離脱距離に基づき前記第１移
   動量変化パターンと前記第２移動量変化パターンとの重
   ね合せの値を決定する決定ステップと、該決定ステップ
   の決定結果に従って前記連続加工のための合成移動量変
   化パターンを得るステップとを備えたことを特徴とする
   工作用機械における位置制御方法。