專利名稱：考慮了修正數據的軌跡顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及軌跡顯示裝置，尤其涉及考慮間隙修正或螺距誤差修正等的修正數據來顯示刀具的尖端點的軌跡的軌跡顯示裝置。
背景技術：
近年來，使用數值控制裝置驅動多個電動機，經由滾珠絲杠驅動工作臺，將刀具定位在希望的位置。在這種機構中存在機械間隙(間隙)以及滾珠絲杠的螺距的波動(螺距誤差)。因此，為了減小這種間隙以及螺距誤差的影響，生成間隙修正以及螺距誤差修正等的修正數據。此外，在控制刀具的尖端部的情況下，根據加工條件使用刀具長度修正或刀具直徑修正來作為修正數據。圖8是用于說明修正數據的處理的、與電動機的位置控制相關的框圖。如圖8所示，將生成的修正數據C與電動機的位置指令P相加，生成修正后位置指令Pc。然后，從修正后位置指令Pc中減去通過電動機M的檢測器D檢測出的位置反饋Pf，輸出到電動機用控制器，由此控制電動機M。如參照圖8進行說明的那樣，一般將修正數據與電動機的位置指令重疊來進行控制。例如在日本特開平3-58102號公報中公開了根據進給方向以及進給速度來改變間隙修正量，由此使定位精度提高。圖9A是表示對用于圓弧的位置指令追加了間隙修正時，根據電動機端的位置指令計算出的指令軌跡的圖。圖9B是表示其反饋軌跡的圖。在這些附圖中表示的圓弧對應于電動機的位置指令P。另外，圖9A中用虛線表示的指令軌跡對應于修正后位置指令Pc，圖9B中用虛線表示的反饋軌跡對應于位置反饋Pf。在這些附圖中將修正數據C (間隙修正)與位置指令P相加，因此，指令軌跡(圖9A)以及反饋軌跡(圖9B)成為從與位置指令P對應的圓弧脫離的形狀。而且，圖9C是表示對用于圓弧的位置指令追加螺距誤差修正時從電動機端的位置指令計算出的指令軌跡的與圖9A同樣的圖，圖9D是表示其反饋軌跡的與圖9B同樣的圖。另外，圖9C所示的指令軌跡對應于修正后位置指令Pc,圖9D所示的反饋軌跡對應于位置反饋Pf。在這些附圖中，也將修正數據C (螺距誤差修正)與位置指令P相加，因此，指令軌跡(圖9C)以及反饋軌跡(圖9D)從與位置指令P對應的圓弧脫離。這樣，在將修正數據C與電動機的位置指令P重疊的情況下，基于修正后位置指令Pc計算出的刀具的軌跡與對應于位置指令P的軌跡不一致。換言之，這些軌跡互相相差修正數據的量。在此，相對于機械誤差，伺服的延遲導致的過渡誤差充分大。因此，在應用了修正數據的實際的機床中，當確認電動機的響應延遲或者進行伺服調整時需要暫時使修正數據無效。即，以根據修正后位置指令Pc計算出的軌跡與根據電動機的位置指令P計算出的軌跡一致的狀態來進行軌跡的確認。但是，這種方法對于操作者來說非常麻煩，并且花費時間。
發明內容
鑒于這種情況而提出本發明，其目的在于提供一種軌跡顯示裝置，即使是應用了間隙修正或螺距誤差修正等修正數據的實際的機床，也能夠用更簡便的方法確認電動機的響應延遲,或者進行伺服調整。為了達成上述目的，根據第一方式提供一種軌跡顯示裝置，其顯示通過多個驅動軸控制刀具的位置以及姿態的機床的所述刀具的尖端點的軌跡，其中，具備:第一位置指令取得部，其取得通過數值控制裝置生成的、驅動所述多個驅動軸的各個驅動軸的多個電動機的各自的第一位置指令；第一位置反饋取得部，其從在每個預定的控制周期檢測所述多個電動機的各自的位置的多個位置檢測器取得所述多個電動機的各自的第一位置反饋；修正數據取得部，其取得針對所述多個電動機的各個電動機生成的修正數據；第二位置指令計算部，其從所述第一位置指令減去所述修正數據來計算第二位置指令；第二位置反饋計算部，其從所述第一位置反饋減去所述修正數據來計算第二位置反饋；指令軌跡顯示部，其基于通過所述第二位置指令計算部計算出的所述第二位置指令，顯示所述刀具的尖端點的指令軌跡；以及反饋軌跡顯示部，其基于通過所述第二位置反饋計算部計算出的所述第二位置反饋，顯示所述刀具的尖端點的反饋軌跡。根據第二方式，在第一方式中還具備:第二修正數據計算部，其使用通過所述修正數據取得部取得的修正數據和表示所述多個電動機的各自的位置環路的響應的傳遞函數，計算包含控制延遲的第二修正數據，所述第二位置反饋計算部，從所述第一位置反饋減去所述第二修正數據來計算第二位置反饋。根據第三方式，在第二方式中，所述第二修正數據計算部，使用與位置增益對應的一階延遲濾波器作為傳遞函數。根據第四方式，在第一方式中，通過在從所述機床的動作程序中讀取的位置指令上加上所述修正數據，生成所述第一位置指令。根據附圖所示的本發明的典型的實施方式的詳細說明，本發明的這些目的、特征以及優點以及其他目的、特征以及優點會更加明了。
圖1是與基于本發明的軌跡顯示裝置連接的機床的立體圖。圖2是基于本發明的第一實施方式的軌跡顯示裝置的功能框圖。圖3是表示本發明的第一實施方式中的軌跡顯示裝置的動作的流程圖。圖4A是表示基于第二位置指令而生成的指令軌跡的圖。圖4B是表示基于第二位置反饋而生成的位置反饋軌跡的圖。圖5是基于本發明的第二實施方式的軌跡顯示裝置的功能框圖。圖6A是與電動機的位置控制相關的框圖。圖6B是與電動機的位置控制相關的其他框圖。圖7是表示本發明的第二實施方式的軌跡顯示裝置的動作的流程圖。圖8是用于說明修正數據的處理的與電動機的位置控制相關的框圖。
圖9A是表示在對用于圓弧的位置指令追加了間隙修正時從電動機端的位置指令計算出的指令軌跡的圖。圖9B是表示圖9A的反饋軌跡的圖。圖9C是表示在對用于圓弧的位置指令追加了螺距誤差修正時從電動機端的位置指令計算出的指令軌跡的圖。圖9D是表示圖9C的反饋軌跡的圖。
具體實施例方式以下，參照
本發明的實施方式。在以下的附圖中，對于相同的部件賦予相同的參照符號。為了容易理解，這些附圖適當變更了比例尺。圖1是與基于本發明的軌跡顯示裝置連接的機床的立體圖。圖1中舉例表示的機床I是5軸加工機。機床I包含搭載工件(未圖示)的工作臺2、和相對于工作臺2在互相垂直的三個方向(X軸 、Y軸、Z軸)上相對移動的支柱3。如圖所示，頭部4從支柱3橫向延伸，頭部4圍繞相對于工作臺2的表面平行的B軸旋轉。而且，能夠圍繞相對于B軸以及工作臺2的表面的雙方垂直的A軸旋轉的刀具5被安裝在頭部4上。因此，機床I通過三個直動軸(X軸、Y軸以及Z軸)以及兩個轉動軸(A軸以及B軸)控制刀具5的位置以及姿態，加工工作臺2上的工件。但是，即使將刀具5固定在工作臺2上，將工件(未圖示)安裝在頭部4的前端的情況也包含在本發明的范圍內。另外，有時將X軸、Y軸、Z軸、A軸以及B軸稱為“驅動軸”。圖2是基于本發明的第一實施方式的軌跡顯示裝置的功能框圖。如圖2所示，軌跡顯示裝置20經由數值控制裝置16與機床I連接。機床I包含驅動各驅動軸的電動機ΜΓΜ50這些電動機Mf Μ5分別具備每預定的控制周期中檢測驅動軸的實際的位置的位置檢測器D1 D5。另外，數值控制裝置16包含生成針對各驅動軸的每個預定的控制周期的修正后位置指令Pc的指令生成部17。而且，數值控制裝置16包含生成修正數據C的修正數據生成部18。修正數據C是間隙修正、螺距誤差修正、刀具長度修正或刀具直徑修正。這些修正數據C的計算方法是公知的，因此省略說明。參照圖8進行說明，指令生成部17從機床I的動作程序讀取位置指令P，對其相加修正數據C來生成修正后位置指令Pc。然后，從修正后位置指令Pc中減去通過位置檢測器D檢測出的位置反饋Pf，提供給電動機用控制器。如圖2所示，軌跡顯示裝置20包含:取得指令生成部17生成的各驅動軸的修正后位置指令Pc作為第一位置指令的第一位置指令取得部21 ;取得修正數據生成部18生成的各驅動軸的修正數據C的修正數據取得部22 ;取得位置檢測器DfD5檢測出的各驅動軸的位置反饋Pf作為第一位置反饋的第一位置反饋取得部23。而且，由圖2可知，軌跡顯示裝置20還包含:從第一位置指令取得部21取得的第一位置指令Pc中減去修正數據取得部22取得的修正數據C來計算第二位置指令Pc’的第二位置指令計算部24 ;從第一位置反饋取得部23所取得的第一位置反饋Pf中減去修正數據取得部22所取得的修正數據C來計算第二位置反饋Pf ’的第二位置反饋計算部25。而且，軌跡顯示裝置20包含:基于第二位置指令Pc’計算其指令軌跡并顯示的指令軌跡顯示部28 ;基于第二位置反饋Pf ’計算其位置反饋軌跡并顯示的位置反饋軌跡顯示部29。這些指令軌跡顯示部28以及位置反饋軌跡顯示部29是CRT或液晶監視器等，它們也可以通用。在此說明指令軌跡以及位置反饋軌跡的計算方法。再次參照圖1，設5個驅動軸的坐標分別為X(t)、y (t)、Z (t)、a(t)、b(t)。并且,當設A軸和B軸的交點為M時用(x(t)、y (t)、z (t))表示交點M的坐標。設從交點M到刀具5的尖端的長度為L，設刀具5朝向正下方的位置為A軸以及B軸的基準位置(原點)時，刀具5的尖端的坐標如下表示。Px (t) =x (t) +LX cos (a (t)) X sin (b (t))Py (t) =y (t) +LX sin (a (t))Pz (t) =z (t) -LX cos (a (t)) X cos (b (t))這樣，可以通過5個驅動軸的位置信息和機械結構的條件計算刀具5的尖端的坐標。圖3是表示本發明的第一實施方式中的軌跡顯示裝置的動作的流程圖。以下，參照圖2以及圖3說明本發明的第一實施方式中的軌跡顯示裝置20的動作。首先，在圖3的步驟SlO中將時刻t設定為O。然后，在步驟Sll中，第一位置指令取得部21取得時刻t的各電動機Mf M5的修正后位置指令Pc (t)作為第一位置指令。然后，在步驟S12中，第一位置反饋取得部23取得時刻t的各電動機Mf M5的位置反饋Pf (t)作為第一位置反饋。進而，在步驟S13中，修正數據取得部22取得時刻t的修正數據C (t)。接著，在步驟S14中，第二位置指令計算部24從第一位置指令Pc (t)中減去修正數據C (t)，生成時刻(t)的各電動機Mf M5的第二位置指令Pc’(t)。然后，在步驟S15中，第二位置反饋計算部25從第一位置反饋Pf (t)中減去修正數據C(t)，計算時刻(t)的各電動機Μ1 M5的第二位置反饋Pf’(t)。由此，第二位置指令Pc’ (t)以及第二位置反饋Pf’ (t)不包含修正數據C (t)。接著，在步驟S16中，指令軌跡顯示部28基于第二位置指令Pc’ (t)顯示時刻t的刀具5的尖端點的指令軌跡。進而，在步驟S17中，位置反饋軌跡顯示部29基于第二位置反饋Pf’ (t)顯示時刻t的刀具5的尖端點的位置反饋軌跡。然后，在步驟S 18中，比較當前的時刻t和預定的結束時間，若時刻t在結束時間以上則結束處理。另外，當時刻t不在結束時間以上時，在步驟S 19中對時刻t相加與控制周期相當的預定的微小時間At，返回步驟S11。然后，重復步驟Slf步驟S19的處理，直到時刻t達到結束時間以上為止。圖4A是表示基于第二位置指令Pc’而生成的指令軌跡的圖，圖4B是表示基于第二位置反饋Pf’而生成的位置反饋軌跡的圖。這些附圖表示沿著圓弧狀軌跡對工件進行切削加工時的加工誤差，以圓弧狀軌跡的中心作為原點。另外，這些附圖中的實線是根據動作程序而決定的位置指令P，虛線分別表示第二位置指令Pc’以及第二位置反饋Pf’。此外，在圖4A中，位置指令P和第二位置指令Pc ’大體重疊。在本發明中，從第一位置指令Pc以及第一位置反饋Pf中分別減去修正數據C，因此可以排除修正數據C的影響。因此，由圖4A以及圖4B可知，第二位置指令Pc’以及第二位置反饋Pf ’容易與位置指令P進行比較。此外，在本發明中，即使是應用了間隙修正或螺距誤差修正等修正數據C的實際的機床I也可以極其容易地確認電動機的響應延遲。另外，由于不需要將修正數據C暫時設為無效，因此，在已經應用了修正數據的實際的機床中能夠以更簡便的方法進行適當的伺服調整。圖5是基于本發明的第二實施方式的軌跡顯示裝置的功能框圖。在圖5中，第一修正數據取得部22具有與圖2所示的修正數據取得部22相同的功能。另外，圖5所示的第二修正數據計算部27基于由第一修正數據取得部22取得的修正數據C和傳遞函數26計算第二修正數據C’。并且，第二位置指令計算部24從第一位置指令Pc中減去第二修正數據C’來生成第二位置指令Pc’，第二位置反饋計算部25從第一位置反饋Pf中減去第二修正數據C’來生成第二位置反饋Pf ’。另外，關于與圖2所示的相同的其他部件，與所述的情況相同，因此省略詳細的說明。但是，在控制中與輸入對應的輸出通常具有某種程度的延遲。即，與修正數據C(t)對應的位置反饋Pf (t)的響應也具有延遲。在此，在第一實施方式中，從位置反饋Pf (t)中直接減去了修正數據c(t)的情況下沒有考慮控制上的延遲。因此，在這種情況下，位置反饋Pf(t)降低了與控制上的延遲對應的量。因此，優選預先計算圖8所示的位置環路的傳遞函數，基于傳遞函數來計算第二修正數據C’(t)。圖6A是與電動機的位置控制相關的框圖。在圖6A中，G(S)表示包含位置控制、速度控制以及電流控制的電動機用控制器的傳遞函數。M(S)表示電動機的傳遞函數。并且，將把修正數據C(t)輸入到位置控制環路時的輸出設為第二修正數據C’(t)。將這些修正數據C(t)以及第二修正數據C’ (t)的拉普拉斯變換分別設為C(S)、C’(s)(參照圖6A)。C’(s)用以下的式(I)表示。并且，通過對式(I)進行拉普拉斯逆變換，如式(2)所示，求出第二修正數據C’ (t).
C (S) = Hf.C(S)( I )
權利要求
1.一種軌跡顯示裝置(20)，顯示通過多個驅動軸控制刀具的位置以及姿態的機床的所述刀具的尖端點的軌跡，其特征在于， 具備: 第一位置指令取得部(21)，其取得通過數值控制裝置生成的、驅動所述多個驅動軸的各個驅動軸的多個電動機的各自的第一位置指令； 第一位置反饋取得部(23)，其從在每個預定的控制周期檢測所述多個電動機的各自的位置的多個位置檢測器取得所述多個電動機的各自的第一位置反饋； 修正數據取得部(22)，其取得針對所述多個電動機的各個電動機生成的修正數據；第二位置指令計算部(24)，其從所述第一位置指令減去所述修正數據來計算第二位置指令； 第二位置反饋計算部(25)，其從所述第一位置反饋減去所述修正數據來計算第二位置反饋； 指令軌跡顯示部(28)，其基于通過所述第二位置指令計算部(24)計算出的所述第二位置指令，顯示所述刀具的尖端點的指令軌跡；以及 反饋軌跡顯示部(29)，其基于通過所述第二位置反饋計算部(25)計算出的所述第二位置反饋，顯示所述刀具的尖端點的反饋軌跡。
2.根據權利要求1所述的軌跡顯示裝置，其特征在于， 還具備:第二修正數據計算部(27)，其使用通過所述修正數據取得部(22)取得的修正數據和表示所述多個電動機的各自的位置環路的響應的傳遞函數，計算包含控制延遲的第二修正數據， 所述第二位置反饋計算部(25)，從所述第一位置反饋減去所述第二修正數據來計算第二位置反饋。
3.根據權利要求2所述的軌跡顯示裝置，其特征在于， 所述第二修正數據計算部(27)，使用與位置增益對應的一階延遲濾波器作為傳遞函數。
4.根據權利要求1所述的軌跡顯示裝置，其特征在于， 通過在從所述機床的動作程序中讀取的位置指令上加上所述修正數據，生成所述第一位置指令。
全文摘要
本發明提供一種考慮了修正數據的軌跡顯示裝置。軌跡顯示裝置(20)包含第一位置指令取得部(21)，其取得電動機的第一位置指令；第一位置反饋取得部(23)，其取得電動機的第一位置反饋；修正數據取得部(22)，其取得針對電動機生成的修正數據；第二位置指令計算部(24)，其從第一位置指令減去修正數據來計算第二位置指令；第二位置反饋計算部(25)，其從第一位置反饋減去修正數據來計算第二位置反饋；指令軌跡顯示部(28)，其基于第二位置指令，顯示刀具的尖端點的指令軌跡；以及反饋軌跡顯示部(29)，其基于第二位置反饋，顯示刀具的尖端點的反饋軌跡。
文檔編號G05B19/19GK103186112SQ201210429718
公開日2013年7月3日 申請日期2012年10月31日 優先權日2011年12月28日
發明者手塚淳一, 小川肇 申請人:發那科株式會社