JPH09319418A - ロストモーションの補正方法 - Google Patents
ロストモーションの補正方法Info
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Abstract
るときに、サーボモータへの指令値に補正量を重畳させ
てロストモーションを補正する方法において、適正な補
正量を求める。 【解決手段】 予め、各送り速度及び移動量におけるロ
ストモーション量を測定し、送り速度及び移動量に対す
る適正な補正量の関係を求めておき、NCプログラムを
解析して送り軸の送りの向きが反転する前の送り速度及
び移動量を求め、前記関係から解析により求めた送り速
度及び移動量に対する補正量を演算により求める。
Description
の送り駆動軸のロストモーション補正技術に関する。
機械の各送り軸の送り駆動は、一般に各送り軸のサーボ
モータの回転を、送りねじ及び送りねじに支承されたナ
ット等の送り駆動系を介してテーブル等の直線運動に変
換しているが、ある位置への正の向きでの位置決めによ
る停止位置と、負の向きでの停止位置とでは差が生じる
場合がある。これを一般にロストモーションと呼んでい
る。これはバックラッシや、送り駆動系の弾性変形、ま
たは案内面の摩擦等が複雑に作用した結果として現われ
る。従って、送り軸の位置決め動作において、正または
負の向きからテーブル等を移動させた後、送りの向きを
反転するとき、このロストモーションによってNC装置
からのサーボモータへの指令と実際のテーブル等の動き
に時間的な遅れが生じる。同時複数軸による補間運動を
行う場合、たとえば、円弧補間における象限切り換え時
などでは、反転する軸と反転しない軸が同時に存在する
ので、各軸の実際の運動の同期性が失われ、運動軌跡の
誤差となる。その結果、加工物に対して食い込みや取り
残しが生じ、製品の真円度等の形状精度が劣化するとい
う問題が生じている。
が反転する際、案内面に発生する摩擦力を越えるトルク
が発生するようにサーボモータへの指令値に補正量を重
畳させてロストモーション量を相殺する補正方法が実施
されており、一般的なNC装置でもこのような補正機能
を有しており、通常この機能をバックラッシ補正機能と
呼んでいる。
通常一定値であるため、種々の運転条件によりロストモ
ーション量が変化すると、十分な補正効果が発揮されな
かったり、また、過剰な補正となってかえって精度を悪
くさせる場合があった。このロストモーション量が変化
する条件の一つに送り速度があることが従来より知られ
ている(株式会社リアライズ社発行「DBB法によるN
C工作機械の精度評価法」P67他)。すなわち、送り
速度の早いときと遅いときとでロストモーション量に大
きな差がある。そこで一部のNC装置では早送り位置決
め指令と、切削送り指令とで、補正量を予め設定された
別々の値に切り替えて、補正を行っている。また、種々
の送り速度に対応して最適なバックラッシ補正を行うバ
ックラッシ補正方式が提案されている(特公平7−71
781)。
うにロストモーション量は送り速度だけで定まる量では
ないため、従来の方法では十分な効果が発揮できていな
い。図1はNC工作機械を用いて送り速度Fに対するロ
ストモーション量を実際に測定した結果を示したもので
ある。図1から明らかなように、同じ送り速度Fにおい
ても送りの向きが反転するまでの移動量Lによってロス
トモーション量に差がある。この結果から、早送り指令
と切削送り指令とで補正量を切り替える従来の方法では
移動量Lを考慮していないため、種々の運転条件に対し
ては十分な補正ができない。また、移動量Lを変化させ
てロストモーション量を測定した結果を図2に示す。図
2から一般部品加工において、頻度の高い移動量L=5
〜50mmの範囲でロストモーション量に大きな差があ
ることがわかる。
移動によるテーブル等の浮き上がりが原因の一つである
ことが、図3に示す測定結果から明らかである。図3は
送り速度とテーブルの浮き上がり量との関係を測定した
もので、すべり案内面においてテーブル等が移動すると
き、案内面に介在する油膜による動圧の発生によってテ
ーブル等が数μm程度浮き上がり、その結果、摩擦力が
軽減されるためロストモーション量が減少する。このテ
ーブル等を浮き上がらせるエネルギは送り速度Fと移動
量Lの関数である。例えば、送り速度Fが早くても移動
量Lが少ないときは与えられるエネルギは小さく、テー
ブル等を浮き上がらせることができないため、ロストモ
ーション量は大きくなる。このように正確なロストモー
ション量を知り適正な補正量を得るには、送り速度Fの
他に送りの向きが反転する前の移動量Lを考慮しなけれ
ばならない。本発明は、上述の事情からなされたもの
で、NC工作機械の各送り軸の送りの向きが反転すると
きにサーボモータへの指令値に補正量を重畳させるロス
トモーション補正方法において、適正な補正量を重畳さ
せるロストモーション補正方法を提供することを課題と
する。
の送りの向きが反転するときに、送り軸を駆動するサー
ボモータへの指令値に補正量を重畳させてロストモーシ
ョンを補正する方法において、予め、測定により送り速
度及び移動量に対する補正量との関係を得ておき、NC
工作機械に加工動作を指令するNCプログラムを解析し
て各送り軸の送りの向きが反転する前の送り速度及び移
動量を求める。次に予め求めておいた前記の関係から、
解析により求めた送り速度及び移動量に対する補正量を
演算により求め、この補正量をロストモーションに対す
る補正量として各送り軸の送りの向きが反転するとき
に、前記サーボモータへの指令値に重畳させてロストモ
ーションを補正する。送りの向きが反転するときのみ、
補正量をサーボモータへの指令値に重畳させるのである
が、これは従来のNC装置が有するバックラッシ補正機
能を利用して行うことができるが、別途、開閉機能を付
加して行うこともできる。
補正方法は、NCプログラムを解析して求められる各軸
の送りの向きが反転する前の送り速度及び移動量に代え
て、各送り軸の速度フイードバック信号を各送り軸の送
りの向きが反転する前の送り速度に相当する信号として
用い、前記速度フイードバック信号の時間積分を行って
各送り軸の送りの向きが反転する前の移動量に相当する
信号を求めることを特徴とする。
補正方法は、NCプログラムを解析して求められる各軸
の送りの向きが反転する前の送り速度及び移動量に代え
て、各送り軸の位置フイードバック信号を各送り軸の送
りの向きが反転する前の移動量に相当する信号として用
い、前記位置フイードバック信号の時間微分を行って各
送り軸の送りの向きが反転する前の送り速度に相当する
信号を求めることを特徴とする。
るロストモーション量を測定し、送り速度及び移動量に
対する適正な補正量との関係を求めておく。次にNC工
作機械に加工動作を指令するNCプログラムの各ブロッ
クの実行と同時に、NCプログラムの送り速度及び移動
量の解析を自動的に行い、各送り軸の送りの向きが反転
する前の送り速度及び移動量を得る。次にNCプログラ
ムの解析により求めた送り速度及び移動量に対して、前
記の関係からロストモーションを相殺するのに必要な補
正量を演算により求める。求めた補正量をNC装置のバ
ックラッシ補正機能等を利用して、サーボモータへの指
令値に重畳させ、ロストモーションの補正を行う。この
ようにして任意の送り速度で、任意の形状を加工して
も、常に適正な補正を行うことができるため、送り駆動
系の弾性変形や案内面に生じる摩擦力等に起因するロス
トモーションを自動的に、かつ、確実に低減することが
でき、製品の形状精度が向上する。
及び移動量を、NCプログラムの解析により求める方法
に代えて、フイードバック信号を利用することにより得
ることもでき、簡易な方法でロストモーションを低減す
ることができる。
線図で、1はNC指令部、2はパルス分配を行う位置指
令発生器、3はテーブル9の駆動用のサーボ制御器、4
はサーボモータ、5はサーボモータ4に結合した位置検
出器、6は送りねじ、7はナット、8は案内面、9はテ
ーブル、10はNCプログラム解析器、11は送り速度
Fに相当する信号、12は移動量Lに相当する信号、1
3は補正量演算装置、14は補正信号、15はサーボモ
ータ4の回転の向きが反転したときに出力される制御信
号、16は補正信号14をサーボモータ4への指令値に
重畳するか否かを切り換える開閉器である。
ログラムを読み取り、位置指令発生器2に対してパルス
分配を行い、移動指令がサーボ制御器3に送られる。サ
ーボ制御器3は移動指令に従ってサーボモータ4を駆動
するが、サーボモータ4に結合した位置検出器5からの
フイードバック信号17により位置、速度を指令値通り
になるように制御を行っている。サーボモータ4は一般
的に送りねじ6と直列に連結され、サーボモータ4の回
転運動はナット7を介して案内面8に沿ったテーブル9
の直線運動に変換される。
令部1よりNCプログラムを受け取り、各軸の送り速度
と移動量に関する解析を行う。NC指令部1におけるプ
ログラムの解析においては送り速度や移動量だけでな
く、各種のデータの解析を行うのに対し、NCプログラ
ム解析器10は送り速度と移動量に関する情報の抽出に
専念するため、同時に解析を開始しても実際に送りの向
きが反転するまでには十分時間的余裕がある。このよう
な解析の結果、送り速度Fに相当する信号11、及び移
動量Lに相当する信号12が補正量演算装置13に入力
される。
な構成で実施する。すなわち、図5に示すように、各軸
の移動量Lの範囲をm分割し、送り速度Fの範囲をn分
割したm行n列の換算表Aを補正量演算装置13内の記
憶装置に登録し、予め、測定により移動量L1〜Lm及び
送り速度F1〜Fnに対するロストモーション量を求め、
このロストモーション量の絶対値を補正量H11〜Hmnと
して前記換算表Aに設定する。次に、NCプログラムに
よる加工動作に際し、NCプログラム解析器10の解析
により得られた送り速度F及び移動量Lに対応した補正
量Hをこの換算表Aから自動的に読みとり、補正信号1
4として求める。
Bを利用して、補正量を簡易的に求めることができる。
すなわち、図1は送り速度Fに対するロストモーション
量の変化を示したもので、移動量Lが1mmと小さい場
合はロストモーション量は送り速度Fの影響をほとんど
受けず、ほぼ一定の値となっているが、他の移動量の場
合では送り速度FがFK1(図1においてF=0.3m/
min付近)まではわずかづつ増加し、送り速度FがF
K1からFK2(図1においてF=3m/min付近)の間
では急激に減少し、さらにFK2よりも大きくなると変化
が小さくなっている。これは送り速度Fに対するテーブ
ルの浮き上がり量の変化を示した図3において、テーブ
ルの浮き上がり量が送り速度F=0.4m/min付近
から急激に増加しており、その結果、摩擦力が軽減され
るためと考えられる。次に図2は移動量Lに対するロス
トモーション量の変化を示したものであるが、移動量L
がLK1(図2においてL=2mm付近)まではロストモ
ーションは増加し、移動量LがLK1からLK2(図2にお
いてL=50mm付近)の間では減少し、さらにLK2よ
りも大きくなると変化が小さくなっている。そこで、補
正量を簡易的に求めるため、送り速度Fの領域を図1に
示すように微小送り速度からFK1までの領域G1a、F
K1からFK2までの領域G1b、FK2から最大送り速度ま
での領域G1c及び早送り速度G0(図示せず)の4つ
の領域に区分する。次に、移動量Lの領域を図2に示す
ように微小移動量からLK1までの領域La、LK1からL
K2までの領域Lb、及びLK2以上の領域Lcの3つの領
域に区分する。また、図には示していないが、一般にロ
ストモーション量は各送り軸の移動範囲における位置に
よっても多少変化することが知られており、便宜上この
移動範囲における位置をP1、P2、P3、及びP4の
4つの領域に等分している。このように区分された送り
速度F、移動量L、及び移動範囲における位置を組み合
わせた換算表Bを補正量演算装置13内の記憶装置に登
録し、予め、測定により各領域毎にロストモーション量
を求め、このロストモーション量の絶対値の平均値を補
正量として前記換算表Bに設定する。なお、図1に示す
ように送り速度Fの領域G1bにおけるロストモーショ
ン量の測定の結果、移動量Lによる影響が少ないときは
領域G1bに対する移動量Lの領域を設けなくても、実
用上差し支えない。換算表Bを用いる場合はロストモー
ション量の変化要因として送り速度F、移動量Lの他に
移動範囲における位置も考慮しているため、NCプログ
ラム解析器10は移動範囲における位置も解析し、その
結果を補正量演算装置13に入力する。次に、換算表A
を用いた場合と同様にNCプログラムによる加工動作に
際し、NCプログラム解析器10の解析により得られた
送り速度F、移動量L及び移動範囲における位置に対応
した補正量Hをこの換算表Bから自動的に読みとり、補
正信号14を簡易的に求めることができる。
と移動量Lによって変化することから、FとLを変数と
した関数f(F,L)で補正量Hを求めることもできる。
すなわち、関数f(F,L)を、予め測定により定めてお
き、図7に示すように、折線で近似し、領域に場合分け
して補正量を求めることができる。
に相当する信号11又は移動量Lに相当する信号12に
変化がある毎に補正量演算装置13の内部で演算され、
その結果を補正信号14として出力する。しかし、実際
に演算した補正信号14をサーボ制御器3からのサーボ
モータ4への指令値に重畳するのは、テーブル9の送り
の向きが反転するとき、すなわちサーボモータ4の回転
の向きが反転するときである。図4においてサーボモー
タ4に結合した位置検出器5からサーボ制御器3へ送ら
れるフイードバック信号17の符号が反転するか否かを
サーボ制御器3において常に監視し、符号が反転したと
きは、サーボ制御器3から開閉器16へ制御信号15が
出力され、開閉器16が閉じ、補正信号14がサーボモ
ータ4への指令値に重畳する。補正信号14の符号は送
り軸の向きが正から負に反転するときは負となり、逆の
ときは、正とするようにNCプログラム解析器10によ
り決定される。
る各送り軸の送りの向きが反転する前の送り速度及び移
動量に代えて、サーボモータ4に結合した速度検出器1
9からサーボ制御器3へ送られる速度フイードバック信
号18を利用して前記送り速度及び移動量を求める第2
の実施例を示すブロック線図である。図8において、1
9は速度検出器、20は積分器、21は遅延回路で、サ
ーボ制御器3は、位置制御器22、速度制御器23及び
電流制御器24から構成される。
速度フイードバック信号18は積分されて移動量を示す
信号に変換される。別に設けた入力口から取り込まれた
速度フイードバック信号18がゼロとなったとき、すな
わちテーブル9の送りの向きが反転または停止したとき
に、積分器20の記憶内容を内部的に消去するように
し、積分された移動量を示す信号を送りの向きが反転す
る前の移動量Lに相当する信号12として扱う。積分器
20から出力される信号は、通常、固有の時間遅れを生
じるため、速度フイードバック信号18を遅延回路21
に取り込み、移動量Lに相当する信号12と同期をとっ
た後、この遅延回路21から出力される信号を送り速度
Fに相当する信号11として扱う。次に、移動量Lに相
当する信号12及び送り速度Fに相当する信号11を補
正量演算装置13に入力すると、前述したように補正量
Hに相当する補正信号14が演算される。送り速度Fに
相当する信号11は遅延回路21を経由しているため、
加減速による影響を受けず、定常速度よりも低い速度が
補正量演算装置13に取り込まれることはない。電流制
御器24はサーボモータ4への電流指令値を出力する
が、同時に別の出力口から制御信号15が出力される。
サーボモータ4の回転の向きが反転するとき、すなわち
制御信号15が出力されると、開閉器16が閉じ補正信
号14がサーボモータ4への指令値に重畳する。この場
合、補正信号14の符号はNC指令部1が有するバック
ラッシ補正機能により決定される。
る各送り軸の送りの向きが反転する前の送り速度及び移
動量に代えて、位置フイードバック信号25を利用して
前記送り速度及び移動量を求める第3の実施例を示すブ
ロック線図である。図9において、26はテーブル9に
取り付けたリニアスケール、27はリニアスケール検出
器で固定部に取り付けられている。さらに、28は現在
値カウンタ、29は差分器、30は微分器で、補正量演
算装置13、開閉器16及びサーボ制御器3は前述の第
2の実施例と同一である。
の出力は現在値カウンタ28に入力され、位置フイード
バック信号25に変換される。差分器29では取り込ん
だ位置フイードバック信号25を解析して、テーブル9
の送りの向きが反転又は停止したときに内部的にリセッ
トし、以降に差分器29に取り込まれる位置フイードバ
ック信号25を送りの向きが反転する前の移動量Lに相
当する信号12として扱えるようにしている。また、位
置フイードバック信号25は微分器30にも取り込ま
れ、微分されて送り速度を示す信号に変換され、送り速
度Fに相当する信号11として扱う。位置フイードバッ
ク信号25には、現在値カウンタ28が有する積分効果
によりドループ量に相当する時間遅れがあるため、第2
の実施例における遅延回路21は不要である。次に、移
動量Lに相当する信号12及び送り速度Fに相当する信
号11を補正量演算装置13に入力すると、第1の実施
例及び第2の実施例で述べたように補正信号14が演算
される。第2の実施例で述べたように、サーボモータ4
の回転の向きが反転するとき開閉器16が閉じ、補正信
号14がサーボモータ4への指令値に重畳する。
25としてリニアスケール26、リニアスケール検出器
27及び現在値カウンタ28からの出力信号を示した
が、セミクローズド制御において通常用いられる位置検
出器、例えばロータリエンコーダをサーボモータ4に結
合させ、この位置検出器からの位置フイードバック信号
を用いてもよい。
指令したときの本発明によるロストモーションの補正方
法を、第2の実施例に基づいて説明する。なお、以下の
説明は第3の実施例についても同じことが言える。
跡A、B、C、Dを示す。ここで、説明を簡略にするた
め、AからDまでのXY平面上のNCプログラムの指令
速度は一定であるとする。図10からわかるように、A
からB、BからCへの移動においてはX軸、Y軸とも送
りの向きは共に正の向きで、CからDへ移動するときに
X軸の送りの向きが正から負の向きに反転し、Y軸の送
りの向きは正のままである。図11は送り速度F、移動
量L及び補正量演算装置13からの補正量Hを示すタイ
ムチャートである。説明のため、送り速度のX軸方向の
成分を、点Aから点BまでをFA、点Bから点Cまでを
FB、点Cから点DまでをFCとし、AB、BC間の移動
量のX軸方向の成分をそれぞれLB、LCとする。
に取り込まれた速度フイードバック信号18を積分して
得られた移動量Lに相当する信号12は時間と共に増加
する。また遅延回路21から出力される送り速度Fに相
当する信号11は時間Tsだけ遅れている。これらの信
号11、12を補正量演算装置13に入力すると、一定
周期毎に補正量Hに相当する補正信号14が出力され
る。点Bにおいては速度FA、移動量LBのデータが使用
され、補正量演算装置13から補正量HBに相当する補
正信号14が開閉器16に出力される。
が、送りの向きは正のままである。すなわち、サーボモ
ータ4の回転速度は変化するが、回転の向きは変わらな
いため、電流制御器24からの制御信号15は出力され
ず、開閉器16は開いたままである。従って、補正信号
14はサーボモータ4への指令値に重畳されず、補正は
行われない。また、点Bではテーブル9は実質的には停
止しないため、積分器20の記憶内容は消去されること
なく移動量のデータは累積される。
タが使用され、補正量演算装置13から補正量HCに相
当する補正信号14が開閉器16に出力される。
から負に変わる。すなわち、サーボモータ4の回転の向
きが変化するため、電流制御器24からの制御信号15
が出力され、開閉器16が閉じられる。従って、補正信
号14はサーボモータ4への指令値に重畳され、ロスト
モーションの補正が行われる。このとき、積分器20の
記憶内容は内部的に消去され、点Cから点Dまでの移動
量の測定の準備が行われる。なお、第1の実施例はNC
プログラムを解析することにより移動量及び送り速度の
データを得る点で、第2の実施例と相違するだけで、移
動量及び送り速度から補正量を演算し、これをサーボモ
ータ4への指令値に重畳する点では同一である。
補正について述べているが、同時2軸もしくは同時3軸
以上の多軸制御の場合において、第1の実施例、第2の
実施例もしくは第3の実施例を用いて、同時にロストモ
ーションの補正が行われる。
装置によれば、送りの向きが反転するときに生じるロス
トモーションに対する補正を自動的に、かつ、適正に行
うことができるため、象限の切り変わり時のロストモー
ションによる食い込みや取り残しが低減し、形状精度が
向上する。また、補正量には送り装置の弾性変形も加味
されているため、送り駆動系の剛性が低いNC工作機械
でも、適正な補正ができる。
果を示す図。
を示す図。
定結果を示す図。
ための換算表A。
対応する補正量を簡易的に求めるための換算表B。
近似したグラフ。
図。
ャート。
Claims (3)
- 【請求項1】 数値制御工作機械の各送り軸の送りの向
きが反転するときに送り軸を駆動するサーボモータへの
指令値に補正量を重畳させてロストモーションを補正す
る方法において、予め測定により送り速度及び移動量に
対する補正量との関係を得ておき、この関係からNCプ
ログラムを解析して求めた各送り軸の送りの向きが反転
する前の送り速度及び移動量に対する補正量を演算によ
り求めることを特徴とするロストモーション補正方法。 - 【請求項2】 各送り軸の速度フイードバック信号を各
送り軸の送りの向きが反転する前の送り速度に相当する
信号として用い、前記速度フイードバック信号の時間積
分を行って各送り軸の送りの向きが反転する前の移動量
に相当する信号を求めることを特徴とする請求項1記載
のロストモーション補正方法。 - 【請求項3】 各送り軸の位置フイードバック信号を各
送り軸の送りの向きが反転する前の移動量に相当する信
号として用い、前記位置フイードバック信号の時間微分
を行って各送り軸の送りの向きが反転する前の送り速度
に相当する信号を求めることを特徴とする請求項1記載
のロストモーション補正方法。
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