WO1985001234A1 - Profiling control method - Google Patents

Description

明 細 做 い 制 御 方 式 技 術 分 野

本発明は， 傲い制御方式， 特にモ デルの 凹部を傲う の に適した倣い制御方式に関する も のである。

背 景 技 術

倣い制御方式は， ト レ ー サ ヘ ッ ドで モ デル表面を倣い つっこの ト レ — サへッ ドか らの変位信号に基づいて カ ツ タ等の加工工具位置を制御する こ と に よ ]? , 加工対象 ( ワ - ク ） をモ デル と 同一の形状に加工するための制御 方式と して良 く 知 られている。

従来， モ デルの凹部を倣う 方法と して， 本出願人の出 願に係わる特願昭 54 - 1 0228 号や同 50- 1 4533 0 号 等に開 示されたク ラ ン プ傲い制御方式が知られている。 こ の ク ラ ン プ倣い制御方式は， ト レ — サ ヘ ッ ドの先端 （ ス タ イ ラ ス ） をモ デルの上面か らその凹部の内壁に ¾つて所定 深さを保持 （ ク ラ ン プ ） させつつ （ 即 ち ト レ ーサへッ ド の先端をモ デル凹部の底面か ら離間させた状態で ） 所定 方向に移動させ， ト レ - サヘッ ドの先端が再度モ デ ル凹 部の反対側の内壁に接触する と こ の 内壁に ¾つて再度モ デル上面ま で引上げ， モ デル上面において ビ ッ ク フ ィ - ドを行いつつ且つモ デル凹部内においては上記所定深さ ( ク ラ ン プ レ ベ ル ） を保持 しつつモ デル の全面に.わたつ 一

^Α/ΛΤΙΟ^ て上記の動作を繰返すこ と によ ヮ ― ク上に上記ク ラ ン ブレベ ルに等しい均一な深さの凹部を形成し， これが終 了する と ク ラ ン プ レ ベ ルを漸次増加せしめつつ上記の動 作を繰返す も の で あ る 。

しかしなが ら， こ の ク ラ ン プ倣い制御方式に よれば， ク ラ ン プ レ ベル が増加されるたびに既に加工済みの ヮ — ク内壁の上部が繰返 し加工される （ こ こに カ ツ タが繰返 し接触される ） ため 加工時間に無駄が生 じるだけで く， カ ツ タ が既に加工済みの ヮ― ク内壁にこすられる こ とに よ 寿命を縮めて しま う と云 う問題がある。

発 明 の 開 示

本発明の 目的は， 加工時間の無駄と カ ツ タ の磨耗を輊 滅する倣い制御方式を提供する こ と にあ る。

本発明は， （α) ト レ —サヘ ッ ドの先端をモ デル凹部の所 定深さの Ζ軸位置にク ラ ン プし， ）該ク ラ'ン プ状態を保 持したまま モ デル凹部の内壁の全周に 、つて輪郭倣いを 行いつつ該輪郭倣い径路上において λ 又は Γ方向の座標 が最大及び最小と る最大点及び最小点の座標を蓄積し (0該輪郭倣いの終了後前記ク ラ ン ブ状態を保持 したま ま 前記最大点又は最小点の う ち最寄 ]?の も の の内側に ト レ

-サへッ ドを送 ir， （ 該送られた点から反対側の最小点 又は最大点ま で前記ク ラ ン ： ^状態を保持したまま モ デル 凹部の内壁に対して x - r平面倣いを行い， （ 該 X- r平面 傲いの終了位置からモ デル凹部の内壁に ¾つて ト レ -サ

OMPI WIPO へッ ドの先端を更に下降せ しめて所定の深さ の新た ¾ Z 軸位置 ク ラ ン プ し， 該新た ク ラ ン プ状態の も と で， 上記（ろ）か ら（e)ま での一連の動作を， ト レ ー サヘ ッ ドの先 端が所定の深さに な る ま で繰返す よ う に構成されている 図 面 の 簡 単 ¾ 説 明

第 1 図は本発明の実施例の ブロ ッ ク 線図 > 第 2 図は本 発明の一実施例における モ デルや ワ - ク の形状及びこ れ ら と ス タ イ ラ スや カ ツ タ の位置関係を例示する概念図， 第 3 図及び第 4 図はその制御方法を説明する ための フ 口 一チヤ — ト で ある。

発明を実施するた めの最良の形態

第 1 図は本発明の実施例の プロ ッ ク 図であ ]3， MAC は 倣い加工機械， MDL はモ デ ル， は ワ ー ク， はモデ ル MDL の表面に接触す る ス タ ィ ラ ス， TR は ス タ ィ ラ ス S T の 変位に対応 した変位信号 e^， e_{y f} ε_ζ を 出力する ト レ ― サヘ ッ ド， は ワ ー ク ^ を切肖 ljする カ ツ タ ， MX，

A/y,Afz は X 軸， y 軸， z 軸モ ー タ ， pcx 'pcy 'pcz は モ

- タ ΜΧ，Μ7 ，ΜΖ にそれぞれ結合 して機械位置を検出する 為の レ ゾル バ ， パ ル ス コ - ダ等の &置検出器， Z)G は変 位信号 s s_y， ε_ζ を合成 し， 合成変位信号 e = ² _{+ e} 十 を 出力する 変位合成回路， は変位信号を選択切換え する切換回路， /NZ? は変位信号か ら変位方向信号 n ， cos Θ を 出力する 割出 回路， /^ は合成変位信号 s と 基 準変位信号 との差信号 = を求める加算回路， 卿^

O PI ARN,ART は差信号 か ら法線方向速度信号 及び接線 方向速度信号 をそれぞれ出力する速度演算回路， DC は法線方向速度信号 及び接線方向速度信号 と， 変 位方向信号 ^ ， cose とに よ ]3指令速度信号を出力する 分配回路， GC は指令速度信号に基いて指定された Χ,Γ, Z軸のモ — タ ΜΧ,Μ ,ΜΖ を駆動 し得る よ う にする ゲ— ト 回路， Χ， ^1 Ζ はモ ― タ ΑίΧ,ΜΓ,ΛίΖ に駆動電力を供給 する為の駆動回路， CNT:X, CNTY ,CNTZは位置検出器 PCX, PCY， PCZ か らのパル ス の可逆カ ウ ン ト によ ]? , 機械可動 部の現在位置を示す為の可逆カ ウ ン タ ， CP は各部の制 御， 演算等を行な う プ ロ セ ッ サ， 20 は プ ロ セ ッ サ CPU からの制御デ - タ を各部へ出力する為のデ— タ 出力装置

MEMは制御プロ グ ラ ムを格納 し， 且つ各種のデー タ の蓄 積を行な う メ モ リ ， は加工開始， 加工速度等の情報 を入力する操作パ ネ ル， は各種のデ― タ を入力する キー ボー ド， ， DA2 は 変換器である。

ト レ ー サ へ ッ ド _ri? と カ ツ タ C とは一体的な送 ]? が行 われ， モ デル MDL に接触したス タ イ ラ ス ST の変位に 対応 した変位信号 e ， e_y, ε_ζ を用いて各軸の送 ])速度成 分を演算して， ワ ー ク に対する倣い加工が行なわれる も のであ ， この よ う な傲い加工動作については既に公 知であるか ら詳細な説明は省略する。

第 2 図は本発明の一実施例におけるモ デ ルやワ - クの 形状及びこれら とス タ イ ラ ス S T やカ ツ タ cr の位置関 係を例示する概念図， 第 3 図及び第 4 図はその制御方法 を説明するための フ ロ — チヤ— ト である。 以下これ らの 図を参照 しつつ本発明の一実施例を説明する。

第 2 図 に示すよ う に， 平板上に椀状の凹部を有する モデル形状を想定し， ま た同図に示す よ う な直交 5 軸を 想定する。

倣い制御装置のプロ セ ッ サ CPUは制御動作を開始する と， 第 2 図 S 及び第 3 図のス テ ッ プ 1 に示すよ う に， ト レ ー サへ ッ ド ( 先端のス タ イ ラ ス で代表する ） を モ デル凹部上方の適宜 箇所まで移動させた後これを下 降させる こ と に よ ， ス タ イ ラ スを凹部内の所定深さの 位置に ク ラ ン プ（ 高さ を固定 ） する。 こ の ク ラ ン プが終 了する と， ス テ ッ プ 2 に おいて， ス タ イ ラ ス ⁵ Γ を モデ ル凹部の内壁に接触するま で - 方向に送る _c この接触 が終了する と， ス テ ッ プ 3 において， ク ラ ン プ状態を保 持 したま ま 反時計回 ]? 方向に内壁の輪郭倣いを行 う 。 第 2 図に おいて， 矢印を付 した実線は ス タ イ ラ ス の中心の 移動径路を示 している。 上記各ス テ ッ プ 1 乃至 5 に よ j ， ワ - ク上には第 2 図 C に示すよ う な加工軌跡が描かれる _c 上記の輪郭倣いと並行して， ス テ ッ プ 4 に おいて， プ 口 セ ッ サ CPUは輪郭内の X座標に関する最大値及び最小 値を カ ウ ン タ CN TX に よ 1) 検出 して これ らの値を蓄積す る。 即ち， ス テ ッ プ 4 1 に おいて， ス タ イ ラ ス の X方向 の座標位置が増加 し始めた時に " 1 " , 減少 し始めた時に

OMPI

？ ATION " 0 " が設定された フ ラ グの内容が検査される。 Xが増加 中である と きは， ステ ッ プ 4 2 において現時点で Xが滅 少 し始めたか否かが判定される。 この判定結果が肯定的 であれば， 現時点の X座標 （ 正確には 1 サ イ クル前の X 座標） が X座標の最大値 Xma c と してメ モ リ MEM のデー タ メ モ リ 部に蓄積される。 同時に， こ の X座標に対応する Γ座標も F座標の最大値 と して蓄積される。 一方， X：が減少中である と き は， ステ ッ プ 4 5 において現時点 で Xが増加 し始めたか否かが判定される。 こ の判定結果 が肯定的であれば， 現時点の X座標（ 正確には 1 サイ ク ル前の： X：座標） が X座標の最小値 Xmi 71 と してデー タ メ モ リ 部に蓄積される。 同時に， この X座標に対応する r座 標も Γ座標の最小値 ^ と して蓄積される。 上述の よ う に して， 最大値又は最小値の蓄積が行われたと きには， それぞれステツ ブ 44 及び 47 において， X座標が減少中 又は増加中である こ と を示すために フ ラグの内容の反転 力 行われる。

上述の輪郭倣い と X座標の最大, 一最小値の蓄積は， ス テ ツ ブ 5 において ス タ イ ラ ス S T がモ デルの内壁に ¾つ て 1 周 したこ とが判定されるまで繰返される。 1 周 し終 る と， ステ ッ プ 6 において， X座標の最大値 Xma c及び最 小値 J i nがそれぞれ所定量 "だけ小さな値及び大き な値 に変更される。 次にス テ ッ プ 7 において， ス タ イ ラ ス の 現在の位置 （ X座標） が上記 X座標の最大値 及び最

OMPI 小値

のどちらに近いかが判定される。

現在位置が最大値 ^n cに近ければ， 第 2 図 Z) 及び第 4 図のス テ ッ プ 8，9 に示すよ う に， ス タ イ ラ スは依然 と し て ク ラ ン プ状態を保ったま ま X座標の最大点 P a cから所 定量 " だけ内側の点ま で送 られる。 一方， 現在位置が最 小値 に近ければ， 第 4 図のステ ッ プ 18 , 19 に示すよ うに， ス タ イ ラ スは依然と して ク ラ ン プ状態を保ったま ま λ座標の最小点 Pmmから所定量 《 だけ内側の点ま で送 られる。

第 2 図 Z) に示す よ う に， ス タ イ ラ ス が最大点 Pm 側に 送られた も の とすれば， 第 2 図 に示すよ う に， 第 4 図 の一連のステ ツ プ 10 乃至 17 から成る X- y 平面傲いが行 われる。 即ち， まず， ス タ イ ラ ス S T がモ デル凹部の内 壁に接触する ま で + F 方向に送られ （ ス テ ッ プ 10 )， 接 触後は反時計回 方向に所定量輪郭倣いが行われ （ ス テ ッ プ 11 )， 所定量の倣いが終了する と， 今度はス タ イ ラ スがモ デル凹部の反対側の内壁に接触する ま で -: r 方向 に送 られ （ ス テ ッ プ 14 )， 接触後は時計回 方向に所定 量の輪郭倣いが行われた後 （ ステ ツ プ 15 )， 再度 + :r 方 向に送 られる とい う 動作が繰返される。 上記一連のス テ ッ プ 10 乃至 ' 17 力 ら成る ク ラ ン プ状態を保ったま ま の X 一 y 平面倣いは， ス テ ッ プ 12 又は 16 に おい て最小点 から所定量 " だけ内側にスタ イ ラ ス が移動したこ と が判定されるま で繰返される。 ノ ^owi ステ ッ プ 5 において輪郭倣いが開始されてから Χ- 平 面傲いによってス タ イ ラ ス が最小 Pmi n の内側に到達す る ま で， ス タ イ ラ ス の高さは一貫 して固定 （ ク ラ ン プ ） されているので， この到達時点におい て， ワ ー ク の表面 には第 1 図 に示すよ う 均一深さの凹部が形成される こ とにな る。 こ の際， X- Y平面傲いは最大点から最小点 まで行われるの で， 重複傲い箇所を生 じる こ と もな く必 要な全面を傲 う こ とがで き る。

なお， 前述の よ う にス テ ッ プ 7 からステ ッ プ 1 8に移行 した場合に も ， 既に説明 したス テ ッ プ 8からステッ プ 1 7 ま でそれぞれの動作に対応 したステ ツ ブ 18 からステッ プ 2 7 ま での動作が行われる。 伹し , この場合には， 最小 P i n 7) 大 P accに向 う 方向に X—Y 平面傲いが行わ れる o

この よ う に して， ス タ イ ラ スが最小点 Pm£ 7!又は最大点 Pmaxの内側に到達する と， ステ ッ プ 2 8 においてこの終 了 したばか ])の X- 平面倣いが最終回の も の であるか否 かを示す フ ラ グが検査される。 最終回の も のでなければ ステ ッ プ 29 乃至 3 1 か らなる一連の制御ブロ ッ クに移行 し， こ こにおいて， これまでのク ラ ンプが解除され， ス タ イ ラ スが X- 倣いで , 即ち 面内でモデル凹部の内 壁を倣い が ら， 所定量だけ - Z 方向に送 られる。 こ の - Z 方向への送 ]? ル ー プ内のス テ ッ プ 5 0 に：^いて， ス タ イ ラ ス の高さ （Z) が加工の終了位置に達したこ と， 即 ち ス タ イ ラ ス がモ デル 凹部の底面に接触 した こ と又はス タ ィ ラ ス の高さが予めデ― タ と して蓄積されている所定 値になつたこ とが判定される と， 送 量がこの値に ク ラ ン ブされ， 更にス テ ッ プ 32 において次回の X-y平面做 いが最終回の も のである こ と を示すフ ラ グが設定された 後， 前述 したス テ ッ プ 3 に移行 し ヽら ， こ こから増加 された ク ラ ン ブ値の下に上述 したと 同様の 平面傲い が繰返される。

新たな ク ラ ン プ値に達するま でにスタ イ ラ ス がモ デ ル 底面に接触しなければ， ス テ ッ ブ 3 0，31 か らス テ ツ プ 5 に移行 し， こ の新たるク ラ ン プ値の下に X- Γ平面倣いが 繰返され， ワ - ク の表面には， 第 2 図 G に示すよ う ， 均一 ¾深さを有する新た ¾凹部が形成される こ とにる る , 最後には， ステ ツ ブ 1 2，¹ ό，22 又は 20 において終了 した ばか j? の x-y平面倣 が最終回の も のである こ とがス テ ッ プ 2 8 で検出され， ス テ ッ プ 5 3 において全動作が完 了する。

上記一連の動作における深さ方向へのク ラ ン ブ量の間 隔は， モ デル凹部の内壁面の勾配， 必要 ¾傲い精度等に 応じて適宜 値に設定すればよ く ， 従って ク ラ ン プ量の 間隔は各 X 平面倣いごと にそれぞれ異な る も の であつ ても よ い。

ま た， 上記 x-r 平面倣いを所定量の輪郭倣いと F及び - Γ 方向への送 との組合せに よ 行ったが， これに代 えて， 所定量の輪郭倣い と X及び — X 方向への送 j? との 組合わせに よ 行って も よ いこ とは勿論である。

以上詳細に説明 した よ う に， 本発明は， ク ラ ン プ量を 漸次増加させつつ各ク ラ ン ブ段階において全周にわたる 輪郭傲い と x-y平面傲いを行 う 構成であ る か ら， 従来例 の よ う に ヮ - ク上に既に形成されている 内壁の上部が各 ク ラ ン ブ段階に おいて繰返 し加工される こ とが く ！) 従って加工時間の無駄や力 ッ タ の磨耗が輊滅される と い う 利点がある。

【 _ΟλίΡΓ _ νπϊο"

、

Claims

請 求 の 範 囲 ト レ - サヘ ッ ドか らの変位信号に基づき傲い方向， 傲 い速度を算出 してモ デ ル 凹部の倣いを制御する傲い制御 方式にお て，

(α) ト レ - サ へ ッ ドの先端をモ デル 凹部の所定深さの Z 軸位置にク ラ ン プ し，

(b) 該ク ラ ン ブ状態を保持 したま ま モ デル凹部の内壁の 全周に ¾つて輪郭傲いを行いつつ該輪郭傲い径路上に おいて X 又は y 方向の座標が最大及び最小と ¾る最大 点及び最小点の座を蓄積 し，

(0 該輪郭倣いの終了後前記 ク ラ ン プ状態を保持 したま ま前記最大点又は最小点の う ち最寄 ]9 の も のの内側に ト レ ー サ ヘ ッ ドを送 ，

(d) 該送 られた点から反対側の最小点又は最大点ま で前 記ク ラ ン プ状態を保持したま ま モ デル凹部の内壁に対 して X -y 平面傲いを行い，

(e) 該 X-y平面倣いの終了位置か らモ デ ル凹部の内壁に ヽつて ト レ -サへ ッ ドの先端を更に下降せしめて所定 深さの新たな Z 軸位置に ク ラ ン ブし，

該新たる ク ラ ン プ状態の も とで， 上記 ）か ら Wま での一 連の動作を， ト レ ー サヘッ ドの先端が所定の深さに る ま で繰返すこ とを特徴 とする傲い制御方式。