JPH08152909A - 位置誤差補正方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ３次元的な位置誤差の補正を１つの補正機能
でできるようにする。 【構成】 前処理演算手段２は、加工プログラム１を解
読し各軸の移動指令を出力する。補間手段３は、各軸の
移動指令を補間パルスに変換し出力する。現在位置認識
手段４は、補間パルスを取り込んで各軸の現在位置を認
識する。現在位置補正ベクトル算出手段５は、格子点補
正ベクトルを基準に、現在位置における現在位置補正ベ
クトルを算出する。補正パルス出力手段７は、補間前の
旧現在位置における始点位置誤差補正ベクトルと現在位
置補正ベクトルとを比較し、変化量を各軸ごとの補正パ
ルスに変換し、出力する。各軸ごとに設けられた加算手
段８ａ，８ｂ，８ｃは、補間手段３から出力された補間
パルスに、補正パルスを加算する。サーボアンプ９ａ，
９ｂ，９ｃは、入力された補間パルスと補正パルスの量
に応じてサーボモータ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの回転を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械の送り軸の位置
を補正する数値制御装置の位置誤差補正方式に関し、特
に予め記憶された補正量を使用して誤差を補正する位置
誤差補正方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】数値制御装置により動作が制御される工
作機械の送り軸は、目標位置と実際に到達する位置との
間に誤差が生じる。この誤差を生じさせる要因には、送
りネジのピッチ誤差、ギヤのピッチ誤差、および直行軸
方向の真直度の誤差等がある。

【０００３】従来は、このような機械系に起因する誤差
を補正するために、ピッチ誤差補正、補間形ピッチ誤差
補正、または真直度補正等の補正機能を併用して用いて
いた。

【０００４】また、位置誤差は３次元的に変化する。つ
まり、Ｘ軸方向への移動であっても、目標位置での誤差
はＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のそれぞれの値に依存して変化
する。そこで従来は、３軸方向のピッチ誤差補正を組み
合わせることにより、３次元的な誤差の補正をすること
が考えられていた。この様な例として、本出願人は特開
昭５７−６１９０６号を出願している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の補正機
能では複数の補正機能を用いなければならないため、誤
差補正のための制御が複雑になるという問題点があっ
た。

【０００６】また、３次元的な位置誤差を補正するため
に、３軸方向のピッチ誤差補正を組み合わせた機能で補
正を行うと、予め必要なデータ数が膨大となる。これら
のデータを格納するには大容量のメモリが必要であり、
数値制御装置のコストが高くなってしまうという問題点
があった。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、１つの補正機能で、３次元的に位置誤差を補
正できる位置誤差補正方式を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【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、工作機械の３次元の座標系での送り軸の
移動を制御する数値制御装置の位置誤差補正方式におい
て、座標系を各座標軸方向に一定間隔の格子状領域に分
割し、前記格子状領域の格子点において予め測定された
格子点補正ベクトルを格納する格子点補正ベクトル記憶
手段と、移動指令に応じて前記送り軸の補間パルスを出
力する補間手段と、前記補間パルスを加算して前記軸の
現在位置を認識する現在位置認識手段と、前記現在位置
における現在位置補正ベクトルを前記格子点補正ベクト
ルに基づいて算出する現在位置補正ベクトル算出手段
と、前記現在位置補正ベクトルを、補間前の旧現在位置
における始点位置補正ベクトルと比較し、変化量を補正
パルスとして出力する補正パルス出力手段と、前記補正
パルスを前記補間パルスに加算する加算手段と、を有す
ることを特徴とする位置誤差補正方式が提供される。

【０００９】

【作用】格子点補正ベクトル記憶手段は、座標系を各軸
方向に一定間隔の格子状領域に分割し、格子状領域の角
に設定された格子点において予め測定された格子点補正
ベクトルを格納する。補間手段は、位置指令に応じて送
り軸の補間パルスを出力する。現在位置認識手段は、補
間パルスにより位置指令で指示された現在位置を認識す
る。現在位置補正ベクトル算出手段は、補間周期ごと
に、現在位置における現在位置補正ベクトルを格子点補
正ベクトルに基づいて算出する。補正パルス出力手段
は、現在位置補正ベクトルと補間前の旧現在位置におけ
る始点位置補正ベクトルとを比較し、変化量を補正パル
スに変換し出力する。加算手段は、補正パルスを補間パ
ルスに加算する。

【００１０】これにより、３次元空間上の任意の点にお
ける位置誤差を、１つの補間形の機能で補正することが
できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の概略構成を示すブロック図であ
る。格子点補正ベクトル記憶手段６には、格子点におけ
る格子点補正ベクトルを格納している。格子点は、３次
元座標系を各軸にそって一定間隔に格子状領域に分割
し、格子状領域の境界線の交差する点に設定された点で
ある。格子点補正ベクトルは、各格子点において予め測
定された位置誤差を補正するための３次元ベクトルであ
る。

【００１２】そして、加工プログラム１により工作機械
における各種動作が指令される。前処理演算手段２は、
加工プログラム１を解読し各軸の移動指令を出力する。
補間手段３は、各軸の移動指令を補間パルスに変換し出
力する。

【００１３】現在位置認識手段４は、補間パルスを取り
込んで各軸の現在位置を、Ｘ軸座標値４ａ、Ｙ軸座標値
４ｂ、およびＺ軸座標値４ｃに分けて認識する。現在位
置補正ベクトル算出手段５は、格子点補正ベクトルを基
準に、現在位置における現在位置補正ベクトルを算出す
る。これは、補間周期ごとに行う補間形の誤差補正であ
る。補正パルス出力手段７は、補間前の旧現在位置にお
ける始点位置誤差補正ベクトルと現在位置補正ベクトル
とを比較し、変化量を各軸ごとの補正パルスに変換し、
出力する。

【００１４】各軸ごとに設けられた加算手段８ａ，８
ｂ，８ｃは、補間手段３から出力された補間パルスに、
補正パルスを加算する。サーボアンプ９ａ，９ｂ，９ｃ
は、入力された補間パルスと補正パルスの量に応じてサ
ーボモータ１０ａ，１０ｂ，１０ｃの回転を制御する。

【００１５】図２は、本発明の一実施例である対話形数
値制御装置の構成を示すブロック図である。プロセッサ
１１はＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムに従
って対話形数値制御装置全体を制御する。ＲＯＭ１２に
はＥＰＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭが使用される。ＲＡ
Ｍ１３にはＳＲＡＭ等が使用され、各種のデータあるい
は入出力信号が格納される。不揮発性メモリ１４には図
示されていないバッテリによってバックアップされたＣ
ＭＯＳが使用され、電源切断後も保持すべきパラメー
タ、工具補正量、および格子点補正ベクトル等が格納さ
れる。

【００１６】軸制御回路２１はプロセッサ１１から軸の
移動指令を受けて、軸の指令をサーボアンプ２２に出力
する。サーボアンプ２２はこの移動指令を受けて、工作
機械５０のサーボモータを駆動する。ＰＭＣ（プログラ
マブル・マシン・コントローラ）２３はＮＣプログラム
を実行する際に、Ｔ機能信号（工具選択指令）等を受け
取る。そして、これらの信号をシーケンス・プログラム
で処理して、動作指令として信号を出力し、工作機械５
０を制御する。また、工作機械５０から状態信号を受け
て、シーケンス処理を行なって、プロセッサ１１へ必要
な入力信号を転送する。

【００１７】なお、上記構成要素はいずれもバス１９に
よって互いに結合されており、このバス１９には、ＮＣ
用のＣＰＵであるプロセッサ１１とは別に、対話用のプ
ロセッサ３１がバス２９によって接続される。

【００１８】プロセッサ３１はバス３９を有し、ＲＯＭ
３２、ＲＡＭ３３、不揮発性メモリ３４、ＶＲＡＭ（ビ
デオＲＡＭ）３５及びグラフィック制御回路３６が接続
される。プロセッサ３１はＲＯＭ３２に格納された対話
処理用のプログラムを実行して、対話形データの入力画
面において、設定可能な作業又はデータ等をメニュー形
式で後述する表示装置４３に表示する。また、こうして
入力されたデータから加工プログラムを作成するととも
に、バックグラウンドアニメーションとして、工具の全
体の動作軌跡等を表示する。ＲＯＭ３２には上記対話処
理用のプログラムの他に、上記対話形データの入力画面
等が格納される。ＲＡＭ３３にはＳＲＡＭ等が使用さ
れ、対話用の各種データ等が格納される。不揮発性メモ
リ３４は図示されていないバッテリによってバックアッ
プされたＣＭＯＳが使用され、電源切断後も保持すべき
プログラムデータ及び加工プログラム等が格納される。
ＶＲＡＭ３５は高速にアクセス可能なＲＡＭであって、
不揮発性メモリ３４にＮＣ文として格納された上記加工
プログラムに基づき工作機械５０の切削シミュレーショ
ンを行う際にアニメーション表示のためのグラフィック
データが格納される。グラフィック制御回路３６はＶＲ
ＡＭ３５に格納されたグラフィックデータを表示用の信
号に変換して出力する。

【００１９】また、オペレータとのヒューマンインタフ
ェースをとるＣＲＴ／ＭＤＩ（Cathod Ray Tube/Manual
Data Input ）パネル４０はバス１９に接続され、グラ
フィック制御回路４１、切換器４２、表示装置４３、キ
ーボード４４及びソフトウェアキー４５が設けられる。

【００２０】グラフィック制御回路４１はプロセッサ１
１等から出力されたディジタル信号を表示用の信号に変
換して出力する。切換器４２はグラフィック制御回路３
６又はグラフィック制御回路４１から出力された表示用
の信号を切り換えて表示装置４３に与える。表示装置４
３にはＣＲＴあるいは液晶表示装置が使用される。キー
ボード４４はシンボリックキー、数値キー等からなり、
必要な図形データ、ＮＣデータをこれらのキーを使用し
て入力する。ソフトウェアキー４５はシステムプログラ
ム等によって機能が変化する指令キーであって、その機
能名称等は表示装置４３の所定の画面位置に表示され
る。

【００２１】なお、バックグラウンドアニメーション表
示のため、プログラムデータが対話用のプロセッサ３１
により表示用データに処理され、グラフィック制御回路
３６で表示信号に変換され、表示装置４３に表示され
る。同様に、対話形式で加工プログラムを作成していく
ときに、形状及び加工条件等がグラフィック制御回路４
１で表示用の信号に変換され、表示装置４３に表示され
る。

【００２２】さらに、バス１９には入出力インタフェー
ス４６が接続され、ＦＤＤ（フロッピーディスク装
置）、プリンタ、あるいはＰＴＲ（紙テープリーダ）等
の外部機器との間で、ＮＣデータを含むデータの入出力
を制御する。

【００２３】図３は格子状領域に分割された３次元座標
系を示す図である。３次元座標系は一定間隔の格子状に
分割されている。格子状に分割する境界線の交わる点が
格子点Ｐ₀ 〜Ｐ₂₆である。なお、この図に図示されてい
るのは座標系の１部分であり、実際には機械移動可能な
領域全体を、このような格子状に分割する。

【００２４】そして、各格子点における機械系に起因す
る位置誤差を、予め測定しておく。この誤差は、３次元
ベクトルで表される。そこで、位置誤差と絶対値が同じ
で逆向きのベクトルを格子点補正ベクトル（図中、各格
子点上に矢印で示す）とする。このようにして求められ
た格子点補正ベクトルは、不揮発性メモリ１４（図２に
示す）等に格納される。なお、この格子点補正ベクトル
は、アブソリュート値である。

【００２５】なお、格子状に分割する際に、あまり細か
く分割すると格子点補正ベクトルのデータ量が多くな
り、必要とするメモリの記憶容量が大きくなってしま
う。従って、なるべく正しい補正量を算出でき、しかも
データ量を少なく抑えることができる格子点の数は、一
軸につき１０箇所程度である。

【００２６】ここで、任意の機械位置における補正ベク
トルの算出方法について説明する。これは、図１に示す
現在位置補正ベクトル算出手段５が行う機能である。図
４は補正ベクトルを算出すべき機械位置を含む格子状領
域を示す図である。この例では、補正ベクトルを算出す
べき機械位置が点Ｐ（Ｐ_X ，Ｐ_Y ，Ｐ_Z ）が、格子点Ｐ
₀ 、Ｐ₁ 、Ｐ₃ 、Ｐ₄ 、Ｐ₉ 、Ｐ₁₀、Ｐ₁₂、Ｐ₁₃に囲ま
れた領域にある。Ｘ軸の格子間隔はＬ_X 、Ｙ軸の格子間
隔はＬ_Y 、Ｚ軸の格子間隔はＬ_Z である。また、各格子
点Ｐ₀ 、Ｐ₁ 、Ｐ₄ 、Ｐ₃ 、Ｐ₉ 、Ｐ₁₀、Ｐ₁₃、Ｐ₁₂に
は、それぞれ格子点補正ベクトルＶ１（Ｖ１_X ，Ｖ
１_Y ，Ｖ１_Z ）〜Ｖ８（Ｖ８_X ，Ｖ８_Y ，Ｖ８_Z ）が設
定されている。以後この領域を、格子点位置において各
格子点に対応する格子点ベクトルが与えられた、線形性
を有するベクトル場と想定する。

【００２７】点Ｐを含む領域が求められると、格子点Ｐ
₀ （Ｐ_0X，Ｐ_0Y，Ｐ_0Z）を基準点として定める。次に、
点Ｐでの補正ベクトルを求めるために、まず格子内の位
置を〔０，１〕に正規化する。Ｘ軸の格子間隔をＬｘ，
Ｙ軸の格子間隔をＬｙ，Ｚ軸の格子間隔をＬｚとした場
合の正規化した点Ｐの座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を下式で定
める。

【００２８】

【数１】 ｘ＝（Ｐ_x −Ｐ_0x）／Ｌ_X ・・・・・ （１）

【００２９】

【数２】 ｙ＝（Ｐ_y −Ｐ_0y）／Ｌ_y ・・・・・ （２）

【００３０】

【数３】 ｚ＝（Ｐ_z −Ｐ_0z）／Ｌ_z ・・・・・ （３） この座標値（ｘ，ｙ，ｚ）をもとに、点Ｐでの補正ベク
トルＶ（Ｖ_X ，Ｖ_Y ，Ｖ_Z ）を下式で算出する。

【００３１】

【数４】 Ｖ_i ＝Ｖ１_i ・（１−ｘ）（１−ｙ）（１−ｚ） ＋Ｖ２_i ・ｘ（１−ｙ）（１−ｚ） ＋Ｖ３_i ・ｘｙ（１−ｚ） ＋Ｖ４_i ・（１−ｘ）ｙ（１−ｚ） ＋Ｖ５_i ・（１−ｘ）（１−ｙ）ｚ ＋Ｖ６_i ・ｘ（１−ｙ）ｚ ＋Ｖ７_i ・ｘｙｚ ＋Ｖ８_i ・（１−ｘ）ｙｚ （ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ） ・・・・（４） このようにして、座標系上の任意の点における補正ベク
トルが算出できる。つまり、現在位置補正ベクトル算出
手段５（図１に示す）は、上記の計算式を用いて、補間
周期ごとに現在位置における現在位置補正ベクトルを算
出できる。

【００３２】ところで、算出される現在位置補正ベクト
ルは、格子点補正ベクトルと同様にアブソリュート値で
ある。しかし、補間パルスに加算するにはインクリメン
タル値に変換しなければならない。そこで、現在位置補
正ベクトルの、補間前の旧現在位置における始点補正ベ
クトルからの変化量を計算する。始点補正ベクトルは、
前回の補間の際に、現在位置補正ベクトルとして既に求
められている。補間前の位置における始点補正ベクトル
をＵ（Ｕ_X ，Ｕ_Y ，Ｕ_Z ）とすると、加算すべき補正ベ
クトルＣ（Ｃ_X ，Ｃ_Y ，Ｃ_Z ）は、

【００３３】

【数５】Ｃ＝Ｖ−Ｕ ・・・・（５） で求められる。この補正ベクトルＣの値を、補正パルス
に変換し補間パルスに加算する。サーボアンプは、補正
パルスが加えられた補間パルスに従って各軸の移動を制
御する。これにより、現在位置における機械系に起因す
る誤差が修正される。

【００３４】図５は補正パルスの算出手順を示すフロー
チャートである。このフローチャートは、現在位置が確
定した時点で開始される。 〔Ｓ１〕現在位置を含む領域を求め、格子点の１つを基
準点とする。 〔Ｓ２〕格子点位置補正ベクトルを基準として、現在位
置補正ベクトルＶを算出する。 〔Ｓ３〕現在位置補正ベクトルＶの始点補正ベクトルＵ
からの変化量を計算し、補正ベクトルＣを算出する。 〔Ｓ４〕補正ベクトルＣを補正パルスに変換し出力す
る。

【００３５】このように、補間パルスが出力されるごと
に、現在位置における３次元の補正ベクトルを求め補正
パルスとして加算するため、機械系に起因する３次元空
間上の位置誤差を、１つの補間形の誤差補正機能で補正
することができる。しかも、予め３次元空間上の何点か
で誤差の測定を行い、その測定結果から任意の位置にお
ける誤差を算出するため、位置誤差を生じさせている要
因が何であるかを考慮に入れる必要がない。しかも、予
め測定しておくべき格子点補正ベクトルは少なくて済む
ため、メモリ容量が小さくてすみ、数値制御装置を安価
にすることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、補間パ
ルスが出力されるごとに、現在位置における３次元の全
ての座標値を基準として補正ベクトルを算出し、補正パ
ルスとして加算するようにしたため、機械系の様々な要
因に起因する３次元的な位置誤差を、１つの誤差補正機
能で補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概略構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例である対話形数値制御装置の
構成を示すブロック図である。

【図３】格子状領域に分割された３次元座標系を示す図
である。

【図４】補正ベクトルを算出すべき機械位置を含む格子
状領域を示す図である。

【図５】補正パルスの算出手順を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１ 加工プログラム ２ 前処理演算手段 ３ 補間手段 ４ 現在位置認識手段 ５ 現在位置補正ベクトル算出手段 ６ 格子点補正ベクトル記憶手段 ７ 補正パルス出力手段 ８ａ，８ｂ，８ｃ 加算手段 ９ａ，９ｂ，９ｃ サーボアンプ １０ａ，１０ｂ，１０ｃ サーボモータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の３次元の座標系での送り軸の
   移動を制御する数値制御装置の位置誤差補正方式におい
   て、 座標系を各座標軸方向に一定間隔の格子状領域に分割
   し、前記格子状領域の格子点において予め測定された格
   子点補正ベクトルを格納する格子点補正ベクトル記憶手
   段と、 移動指令に応じて前記送り軸の補間パルスを出力する補
   間手段と、 前記補間パルスを加算して前記軸の現在位置を認識する
   現在位置認識手段と、 前記現在位置における現在位置補正ベクトルを前記格子
   点補正ベクトルに基づいて算出する現在位置補正ベクト
   ル算出手段と、 前記現在位置補正ベクトルを、補間前の旧現在位置にお
   ける始点位置補正ベクトルと比較し、変化量を補正パル
   スとして出力する補正パルス出力手段と、 前記補正パルスを前記補間パルスに加算する加算手段
   と、 を有することを特徴とする位置誤差補正方式。
2. 【請求項２】 現在位置補正ベクトル算出手段は、前記
   格子点において前記格子点補正ベクトルが与えられ、線
   形性を有するベクトル場を想定し、前記ベクトル場にお
   ける前記現在位置のベクトル量を現在位置補正ベクトル
   として算出することを特徴とする請求項１記載の位置誤
   差補正方式。
3. 【請求項３】 前記格子点補正ベクトル記憶手段は、バ
   ッテリでバックアップされた不揮発性メモリであること
   を特徴とする請求項１記載の位置誤差補正方式。