JP5757526B2 - Diagnostic method for synchronization accuracy of rotating biaxial motion - Google Patents
Diagnostic method for synchronization accuracy of rotating biaxial motion Download PDFInfo
- Publication number
- JP5757526B2 JP5757526B2 JP2011222764A JP2011222764A JP5757526B2 JP 5757526 B2 JP5757526 B2 JP 5757526B2 JP 2011222764 A JP2011222764 A JP 2011222764A JP 2011222764 A JP2011222764 A JP 2011222764A JP 5757526 B2 JP5757526 B2 JP 5757526B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axes
- axis
- sphere
- error
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Description
本発明は、回転2軸運動、すなわち、直交する2軸のまわりの回転運動の同期精度を診断する方法に関する。 The present invention relates to a method for diagnosing rotational biaxial motion, that is, synchronization accuracy of rotational motion about two orthogonal axes.
従来、金型等の工業製品に使用される部品の加工には、直交する並進3軸を備えた3軸制御マシニングセンタが使用されており、3軸制御マシニングセンタの任意の2軸の同期制御の精度を診断するためには、DBB(Double Ball Bar)法が一般に用いられている。 Conventionally, a three-axis control machining center having three orthogonal translation axes has been used for machining parts used in industrial products such as molds, and the accuracy of synchronous control of any two axes of the three-axis control machining center. In order to diagnose this, the DBB (Double Ball Bar) method is generally used.
DBB法によれば、トランスデューサを内蔵し、伸縮するバーが3軸制御マシニングセンタの2軸に保持されるとともに、円運動指令が与えられる。そして、3軸制御マシニングセンタが動作する間のバーの伸縮変化量が測定されることで、円運動に生じる半径方向の距離変動、すなわち基準円からの偏差が検出され、それによって2軸の同期制御の精度が診断される。 According to the DBB method, a transducer is built in, and a telescopic bar is held on two axes of a three-axis control machining center, and a circular motion command is given. Then, by measuring the amount of change in the expansion and contraction of the bar during the operation of the three-axis control machining center, the radial distance variation that occurs in the circular motion, that is, the deviation from the reference circle is detected. The accuracy of is diagnosed.
また、近年、部品のより複雑な加工に対応するため、並進3軸に回転2軸を加えた5軸制御マシニングセンタが普及しつつある(例えば、特許文献1参照)。
図10aは、5軸制御立形マシニングセンサの1例を示す斜視図である。図10aに示すように、5軸制御立形マシニングセンタは、3軸制御立形マシニングセンタのテーブル上に、回転軸であるA軸およびC軸をもつ傾斜円テーブル10を搭載したものである。そして、5軸制御立形マシニングセンタは、回転2軸を割り出して(固定して)並進3軸で加工する動作モード、回転1軸のみ割り出して並進3軸と回転1軸で加工する動作モード、および、回転2軸と並進3軸を同時に動作させて加工する動作モード等で動作し得る。
In recent years, in order to cope with more complicated machining of parts, a 5-axis control machining center in which two axes of rotation are added to three axes of translation is becoming widespread (for example, see Patent Document 1).
FIG. 10a is a perspective view showing an example of a 5-axis control vertical machining sensor. As shown in FIG. 10a, the 5-axis control vertical machining center is obtained by mounting an inclined circular table 10 having an A axis and a C axis as rotation axes on a table of a 3-axis control vertical machining center. The 5-axis control vertical machining center is an operation mode in which two rotation axes are indexed (fixed) and processed with three translation axes, an operation mode in which only one rotation axis is indexed and machining is performed with three translation axes and one rotation axis, and It can operate in an operation mode in which machining is performed by simultaneously operating two rotation axes and three translation axes.
しかしながら、DBB法によれば、5軸制御立形マシニングセンタの、回転2軸(A軸およびC軸)のうちのいずれか一方を含む3軸の同期運動の精度を診断することはできるが、回転2軸運動の同期精度を診断することができなかった(例えば、特許文献2参照)。
そして、回転2軸運動の同期精度を診断するには、高価な高精度ジャイロセンサーを用いる等の、非常にコストのかかる方法しかなかった。また、たとえDBB法を発展させることで回転2軸運動の同期精度の診断が可能になったとしても、DBB法の実施にも高価なセンサーが必要であり、コストがかかるという問題があった。
However, according to the DBB method, it is possible to diagnose the accuracy of the synchronous motion of the three axes including any one of the two rotational axes (A axis and C axis) of the five-axis control vertical machining center. The synchronization accuracy of the biaxial motion could not be diagnosed (see, for example, Patent Document 2).
In order to diagnose the synchronization accuracy of the rotating biaxial motion, there is only a very expensive method such as using an expensive high-precision gyro sensor. Even if the DBB method can be developed to diagnose the synchronization accuracy of the rotating biaxial motion, an expensive sensor is also required for implementing the DBB method, which is costly.
また、この回転2軸運動の同期精度の診断は、5軸制御マシニングセンタだけでなく、図10bに示すようなパラレルメカニズムにおいても、そのエンドプレート11を運動させるような場合に、必要であった。 Further, the diagnosis of the synchronization accuracy of the rotating biaxial motion is necessary not only when the end plate 11 is moved not only in the 5-axis control machining center but also in the parallel mechanism as shown in FIG. 10b.
したがって、本発明の課題は、回転2軸運動の同期精度を低コストで簡単に診断できる方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method capable of easily diagnosing the synchronization accuracy of a rotating biaxial motion at a low cost.
上記課題を解決するため、本発明は、直交する2軸のまわりの回転運動の同期精度を診断する方法であって、(1)前記2軸のまわりに互いに独立に回転可能に支持された平坦なプレート面上の所定の位置に球を置き、(2)前記プレートを、水平位置から、前記2軸のうちの一方の軸のまわりに、サイン関数の振幅で与えた角度でもって周期的に回転運動させるとともに、前記2軸のうちの他方の軸のまわりに、前記サイン関数と位相が+90°異なるサイン関数の振幅で与えた角度でもって周期的に回転運動させることによって、前記球を前記プレート面上において滑り運動することなく転動させ、(3)前記プレート面上における前記球の運動の軌跡の、予め計算した基準円からの偏差を検出することによって、前記2軸のまわりの回転運動の同期精度を診断することを特徴とする方法を構成したものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a method for diagnosing the synchronization accuracy of rotational motion around two orthogonal axes, and (1) a flat surface that is rotatably supported around the two axes. (2) The plate is periodically moved from the horizontal position around one of the two axes at an angle given by the amplitude of the sine function. And rotating the sphere around the other of the two axes periodically with an angle given by an amplitude of a sine function that is + 90 ° out of phase with the sine function. Rolling on the plate surface without sliding movement, and (3) detecting the deviation of the trajectory of the sphere on the plate surface from a pre-calculated reference circle, thereby rotating the plate around the two axes. It is obtained by constituting the method characterized by diagnosing the motion of synchronization accuracy.
上記構成において、前記プレート面上における前記球の運動の軌跡が楕円となり、前記楕円の長軸および短軸が前記2軸に整合するとき、前記2軸のまわりの回転運動の振幅に誤差が生じているものと判定し、前記振幅の誤差が前記楕円の長軸および短軸の長さの差と比例関係にあることに基づき、前記振幅の誤差を定量的に検出することができる。 In the above configuration, when the trajectory of the movement of the sphere on the plate surface is an ellipse and the major and minor axes of the ellipse are aligned with the two axes, an error occurs in the amplitude of the rotational motion around the two axes. The amplitude error can be quantitatively detected based on the fact that the amplitude error is proportional to the difference between the lengths of the major axis and the minor axis of the ellipse.
あるいは、前記プレート面上における前記球の運動の軌跡が楕円となり、かつ、前記楕円の長軸または短軸が前記2軸に整合しないとき、前記2軸のまわりの回転運動の振幅および位相差に誤差が生じているか、または前記2軸のまわりの回転運動の位相差のみに誤差が生じているものと判定し、前記位相差の誤差が、前記長軸または前記短軸が前記2軸のうちの近い方の軸となす角度と比例関係にあることに基づき、前記位相差の誤差を定量的に検出することもできる。 Alternatively, when the trajectory of the movement of the sphere on the plate surface is an ellipse, and the major axis or minor axis of the ellipse does not match the two axes, the amplitude and phase difference of the rotational motion around the two axes It is determined that an error has occurred, or that an error has occurred only in the phase difference of the rotational motion around the two axes, and the phase difference error has the major axis or the minor axis out of the two axes. The phase difference error can also be detected quantitatively based on the fact that it is in a proportional relationship with the angle formed by the closer axis.
上記構成において、前記球は、球状の芯体および前記芯体の外面を取り巻く外被とからなる2層構造を有していることが好ましく、より好ましくは、前記芯体は、金属等の高密度の材料から形成され、前記外被は、ゴム等の柔軟な材料から形成される。
さらに、前記外被がゴムからなっている場合には、前記プレートはアクリル板からなっていることが好ましい。
In the above-described configuration, the sphere preferably has a two-layer structure including a spherical core and a jacket surrounding an outer surface of the core, and more preferably, the core is made of a metal or the like. The outer cover is formed of a flexible material such as rubber.
Furthermore, when the outer cover is made of rubber, the plate is preferably made of an acrylic plate.
本発明によれば、回転2軸のまわりに互いに独立に回転可能に支持された平坦なプレート面上に球を置き、該プレートを、該2軸のまわりに互いに位相が90°ずれたサイン関数の振幅で与えた角度で周期的に回転運動させ、プレート面上における球の運動の軌跡の基準円からの偏差を検出することで、回転2軸運動の同期精度を診断するようにしたので、従来のような高価なDBBや高精度ジャイロセンサーを使用することなく、極めて簡単にかつ低コストで診断が行える。 According to the present invention, a sphere is placed on a flat plate surface that is supported so as to be rotatable independently of each other about two rotation axes, and the plate is moved by a sine function that is 90 degrees out of phase with each other about the two axes. The rotation accuracy of the rotating biaxial motion is diagnosed by periodically rotating it at an angle given by the amplitude and detecting the deviation from the reference circle of the trajectory of the sphere on the plate surface. Diagnosis can be performed very easily and at low cost without using an expensive DBB or high-precision gyro sensor as in the prior art.
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図1は、本発明による方法のフロー図である。図1を参照して、本発明によれば、まず、図2に示すように、回転運動の同期精度を診断すべき2軸3、4のまわりに互いに独立に回転可能に支持された平坦なプレート面1a上の所定の位置に球2を置く(図1のS1)。なお、図2中、2軸3、4にそれぞれx軸およびy軸を設定した。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a flow diagram of a method according to the present invention. Referring to FIG. 1, according to the present invention, first, as shown in FIG. 2, a flat support is rotatably supported independently of each other around two axes 3 and 4 whose diagnostic accuracy of rotational motion is to be diagnosed. A sphere 2 is placed at a predetermined position on the plate surface 1a (S1 in FIG. 1). In FIG. 2, the x axis and the y axis are set on the two axes 3 and 4 respectively.
この場合、球2は、球状の芯体および芯体の外面を取り巻く外被とからなる2層構造を有していることが好ましく、より好ましくは、芯体は、金属等の高密度の材料から形成され、外被は、ゴム等の柔軟な材料から形成される。
さらに、外被がゴムからなっている場合には、プレート1はアクリル板からなっていることが好ましい。
なお、この実施例では、球2として、コンピュータのマウスに組み込まれるマウスボール(直径22mm、質量31g、ゴム製外被)を使用し、プレート1として、アクリル板を使用する。
In this case, the sphere 2 preferably has a two-layer structure including a spherical core and a jacket surrounding the outer surface of the core, and more preferably, the core is a high-density material such as metal. The jacket is formed from a flexible material such as rubber.
Furthermore, when the outer cover is made of rubber, the plate 1 is preferably made of an acrylic plate.
In this embodiment, a mouse ball (diameter 22 mm, mass 31 g, rubber jacket) incorporated in a computer mouse is used as the sphere 2, and an acrylic plate is used as the plate 1.
次いで、プレート1を、水平位置から、2軸のうちの一方の軸(例えばy軸)のまわりに、サイン関数の振幅で与えた角度θ=θ0sinωt(ここで、θ0は水平位置からの最大回転角であり、ωは角速度であり、tは時間である。)でもって周期的に回転運動させるとともに、2軸のうちの他方の軸(例えばx軸)のまわりに、前記サイン関数と位相が+90°異なるサイン関数の振幅で与えた角度θ’=θ0sin(ωt+90°)でもって周期的に回転運動させることによって、球2をプレート面1a上において滑り運動することなく転動させる(図1のS2)。 Next, the plate 1 is moved from the horizontal position around one of the two axes (for example, the y-axis) by an angle θ = θ 0 sin ωt given by the amplitude of the sine function (where θ 0 is from the horizontal position) And ω is an angular velocity, and t is time.) And the sine function around the other of the two axes (for example, the x-axis). Rotating the sphere 2 without sliding movement on the plate surface 1a by periodically rotating with an angle θ ′ = θ 0 sin (ωt + 90 °) given by the amplitude of a sine function that is + 90 ° out of phase (S2 in FIG. 1).
こうして、球2は、プレート1のy軸のまわりの回転運動により、zx平面上で見たとき、プレート面1a上において単振動するとともに、プレート1のx軸のまわりの回転運動により、yz平面上で見たとき、プレート面1a上において、前記単振動よりも+90°位相がずれて単振動する。その結果、xy平面上で見たとき、球2はプレート面1a上で円軌道を描いて転動する。 Thus, the sphere 2 oscillates simply on the plate surface 1a when viewed on the zx plane due to the rotational motion of the plate 1 around the y-axis, and at the same time, the yz plane due to the rotational motion of the plate 1 around the x-axis. When viewed from above, the plate surface 1a undergoes a single vibration with a phase shifted by + 90 ° from the simple vibration. As a result, when viewed on the xy plane, the sphere 2 rolls in a circular orbit on the plate surface 1a.
この場合、θ0およびωの値は、球2の円軌道が予め決定された基準円となるように決定する。このθ0およびωの値の決定方法は次のとおりである。
今、図2において、プレート1をx軸およびy軸のまわりに上記回転運動をさせる場合について考える。図3は、プレート1を、x軸のまわりには固定し、y軸のまわりに回転させ、x方向に角度θだけ傾斜させた状態を示した図である。
In this case, the values of θ 0 and ω are determined so that the circular orbit of the sphere 2 becomes a predetermined reference circle. The method for determining the values of θ 0 and ω is as follows.
Now, consider the case where the plate 1 is rotated about the x-axis and the y-axis in FIG. FIG. 3 is a view showing a state in which the plate 1 is fixed around the x axis, rotated around the y axis, and inclined by an angle θ in the x direction.
図3において、プレート1に固定された座標系をΣm(XmYmZm座標系)とし、球2の重心位置に固定された座標系をΣB(XBYBZB座標系)とする。また、球2に作用する力は、摩擦力fと、遠心力pと、重力Mgであるとする。なお、図3中、Fは、摩擦力fと遠心力pの合力を表している。 In FIG. 3, the coordinate system fixed to the plate 1 is Σ m (X m Y m Z m coordinate system), and the coordinate system fixed at the center of gravity of the sphere 2 is Σ B (X B Y B Z B coordinate system). ). The forces acting on the sphere 2 are assumed to be a frictional force f, a centrifugal force p, and gravity Mg. In FIG. 3, F represents the resultant force of the frictional force f and the centrifugal force p.
このとき、プレート面1a上を転がる球2の運動方程式は、球2は密度が一定の中実体としてゴム製外被の影響を無視し、さらに、θ(t)=θ0sinωt(図3の水平位置から時計回りに測定したθの値を正とする。)とし、また、球2の速度に比例した減衰項を加えて、次式のようになる。
また、球2の重心のまわりの回転運動に対する運動方程式は、次のようになる。
式(2)を、
また、球2は滑ることなく転動することから、次式が成立する。
そして、式(5)を時間tで微分することによって、
And by differentiating equation (5) with time t,
式(6)、並びに、密度が一様な球体の慣性モーメントI=(2/5)Mr2を式(4)に代入すれば、球2の運動方程式として、
プレート1を、y軸のまわりには固定し、x軸のまわりに回転させた場合も、(9)式において、θ’=θ’0sin(ωt+90°)である点を除いて、上記と同様である。
こうして、θが十分に小さい場合を考えると、X−Y平面上における球2の運動方程式は、
Thus, considering the case where θ is sufficiently small, the equation of motion of the sphere 2 on the XY plane is
次に、減衰係数Dを実測する。これは、次のようにして行う。プレート1と同じ材料から形成された(この実施例では、アクリル製の)円筒(直径128mm)を横にするとともに、円筒の内壁面上に球2を配置して、転がり振り子を形成する。そして、図4に示すように、球2を手で持ち、円筒内壁面の初期位置h1(高さ64mm=円筒の半径R)に静止させた状態から、手を離し、球2を内壁面上で振り子運動させる。そして、球2が振り子運動の端に到達する毎に、その時の球2の高さh2、h3、h4、・・・hnを測定し、また、振れ幅b0、b0’、b1、b1’、・・・(ダッシュ記号は復路であることを示す)を測定する。測定結果を、図5のグラフに示した。図5のグラフにおいて、縦軸は、高さまたは振れ幅(mm)を表し、横軸は、経過時間(s)を表す。また、●は高さを、○は振れ幅をそれぞれ表す。 Next, the attenuation coefficient D is measured. This is done as follows. A cylindrical pendulum made of the same material as the plate 1 (made of acrylic in this embodiment) (with a diameter of 128 mm) is placed sideways, and a ball 2 is placed on the inner wall surface of the cylinder to form a rolling pendulum. Then, as shown in FIG. 4, the sphere 2 is held by hand and released from the state where it is stationary at the initial position h 1 (height 64 mm = cylinder radius R) of the cylindrical inner wall surface. Move the pendulum up. Each time the ball 2 reaches the end of the pendulum movement, the height h 2 , h 3 , h 4 ,... H n of the ball 2 at that time is measured, and the swing widths b 0 , b 0 ′ are measured. , B 1 , b 1 ′ (measured by a dash symbol indicating a return path). The measurement results are shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 5, the vertical axis represents height or runout width (mm), and the horizontal axis represents elapsed time (s). Also, ● represents the height, and ○ represents the swing width.
また、この実験において、転がり振り子の周期を測定した結果、0.53秒の実測値を得た。一方、球2が滑ることなく転動するとして、理論計算で得られたこの転がり振り子の周期は、0.546秒であり、このことから、振り子運動の間に、球2は滑ることなく転動していたことが確認できた。 Moreover, in this experiment, as a result of measuring the period of the rolling pendulum, an actual measurement value of 0.53 seconds was obtained. On the other hand, assuming that the ball 2 rolls without slipping, the period of this rolling pendulum obtained by theoretical calculation is 0.546 seconds. From this, the ball 2 rolls without slipping during the pendulum movement. It was confirmed that it was moving.
そして、次の式(12)、(13)に従って、減衰係数Dを求める。
計算の結果、この実験では、減衰係数D=0.053を得た。
Then, the attenuation coefficient D is obtained according to the following equations (12) and (13).
As a result of the calculation, an attenuation coefficient D = 0.053 was obtained in this experiment.
なお、上記式(12)、(13)は、球2に遠心力が作用しない場合の計算式であるから、球2に作用する遠心力による影響が反映されるように、上記実験で得られた減衰係数Dの値を補正する。この補正は、上記式(9)〜(11)を用いて数値計算することによって行う。
すなわち、球2の半径およびプレート1のサイズも考慮して、基準円の半径を予め決定し(例えば、100mm)、式(9)に適当なDの値(D=0.053の補正値)を代入して数値計算し、球2が基準円を描くような減衰係数Dの値を求めるとともに、θ0(水平位置からの最大回転角。以下「最大傾斜角」とよぶ)およびω(角速度)の値を決定する。
Since the above formulas (12) and (13) are calculation formulas when the centrifugal force does not act on the sphere 2, they are obtained in the above experiment so that the influence of the centrifugal force acting on the sphere 2 is reflected. Correct the value of the damping coefficient D. This correction is performed by numerical calculation using the above formulas (9) to (11).
That is, the radius of the reference circle is determined in advance in consideration of the radius of the sphere 2 and the size of the plate 1 (for example, 100 mm), and an appropriate D value (D = 0.053 correction value) in Equation (9). To calculate the value of the damping coefficient D such that the sphere 2 draws a reference circle, and θ 0 (maximum rotation angle from horizontal position; hereinafter referred to as “maximum tilt angle”) and ω (angular velocity) ) Value.
この数値計算により、球2に作用する遠心力も考慮に入れた減衰係数として、D=0.016を得る。一方、θ0およびωについては、基準円の半径の1つの値に対し、θ0とωの組は無数に存在するので、それらの組のうち、現実の状況にあった適当なものを決定する。 By this numerical calculation, D = 0.016 is obtained as a damping coefficient taking into account the centrifugal force acting on the sphere 2. On the other hand, for θ 0 and ω, there are an infinite number of pairs of θ 0 and ω for one value of the radius of the reference circle. Therefore, an appropriate one that matches the actual situation is determined. To do.
この場合、まず最大傾斜角θ0の許容される数値範囲を次のようにして決定する。
今、図2において、プレート1をx軸方向に角度θだけ傾斜させた場合、球2の初期速度をゼロとして、球2の移動距離L、球2の重心の斜面方向の加速度a、時間tは、次式を満たす。
In this case, first, an allowable numerical range of the maximum inclination angle θ 0 is determined as follows.
In FIG. 2, when the plate 1 is tilted in the x-axis direction by an angle θ, the initial speed of the sphere 2 is set to zero, the moving distance L of the sphere 2, the acceleration a in the slope direction of the center of gravity of the sphere 2, and the time t Satisfies the following equation.
そして、実際にプレート1を傾斜させて球2をx軸方向に転がし、L=60cmに達するまでの時間tを実測するとともに、この実測値を、式(14)、(15)に従って求めた理論値と比較する。図6は、実測値と理論値との比較の結果を示したグラフである。図6のグラフにおいて、縦軸および横軸は、それぞれL=60cmに達するまでの時間(s)および傾斜角(°)であり、○は実測値を、実線は理論値をそれぞれ表す。
図6のグラフから、傾斜角θが小さい場合には、実測値と理論値は一致しないことがわかる。これは、球2が蛇行運動すること等による。しかし、傾斜角θが2°以上になると、球2が安定した転がり運動をするようになり、実測値と理論値がほぼ一致するようになる。
Then, the plate 1 is actually tilted and the sphere 2 is rolled in the x-axis direction, and the time t required to reach L = 60 cm is measured and this measured value is obtained according to the equations (14) and (15). Compare with the value. FIG. 6 is a graph showing the result of comparison between actual measurement values and theoretical values. In the graph of FIG. 6, the vertical axis and the horizontal axis represent time (s) and inclination angle (°) until L = 60 cm, respectively, ◯ represents an actual measurement value, and solid line represents a theoretical value.
From the graph of FIG. 6, it can be seen that the measured value and the theoretical value do not match when the inclination angle θ is small. This is because the sphere 2 performs a meandering motion. However, when the inclination angle θ is 2 ° or more, the sphere 2 starts a stable rolling motion, and the measured value and the theoretical value almost coincide.
実験の結果から、最大傾斜角θ0は2°以上であることが好ましいことがわかった。
なお、プレート1のx軸方向の長さ、およびy軸のまわりの回転速度(角速度ω)には制限があるので、最大傾斜角θ0があまり大きすぎると、球2をプレート面1a上でx軸方向に単振動させることができなくなる。この点を考慮して、最大傾斜角θ0の好ましい数値範囲は2°〜15°と決定した。
From the experimental results, it was found that the maximum inclination angle θ 0 is preferably 2 ° or more.
Since the length of the plate 1 in the x-axis direction and the rotational speed (angular velocity ω) around the y-axis are limited, if the maximum inclination angle θ 0 is too large, the sphere 2 is moved on the plate surface 1a. It becomes impossible to make a single vibration in the x-axis direction. Considering this point, the preferable numerical range of the maximum inclination angle θ 0 is determined to be 2 ° to 15 °.
そして、2°〜15°の範囲内にある適当な最大傾斜角θ0の値を決定し、それに対応するωの値を決定する。例えば、基準円の半径=100mm、最大傾斜角θ0=3°、ω=0.5rad/s(周期T=4.0sに相当)と決定する。 Then, an appropriate value of the maximum inclination angle θ 0 within a range of 2 ° to 15 ° is determined, and a corresponding value of ω is determined. For example, it is determined that the radius of the reference circle = 100 mm, the maximum inclination angle θ 0 = 3 °, and ω = 0.5 rad / s (corresponding to the cycle T = 4.0 s).
こうして、球2をプレート面1a上に置き、xz平面およびyz平面において、それぞれ単振動させることによって、球2がプレート面1a上において円軌道を描いて転動するようにする。
そして、プレート面1a上における球2の運動の軌跡の基準円からの偏差を検出することによって、2軸のまわりの回転運動の同期精度を診断する(図1のS3)。
In this way, the sphere 2 is placed on the plate surface 1a, and is simply oscillated in the xz plane and the yz plane, so that the sphere 2 rolls in a circular orbit on the plate surface 1a.
Then, by detecting the deviation of the trajectory of the motion of the sphere 2 on the plate surface 1a from the reference circle, the synchronization accuracy of the rotational motion about the two axes is diagnosed (S3 in FIG. 1).
すなわち、図7aに示すように、球2の運動の軌跡が円となり、かつ基準円に一致またはほぼ一致する場合には、回転2軸運動の同期誤差は生じていないものと判定される。
また、図7bに示すように、球2の運動の軌跡が楕円となり、かつその楕円の長軸および短軸がx軸およびy軸に整合する場合には、同期誤差、すなわち、回転2軸運動の最大傾斜角(振幅)θ0に誤差が生じているものと判定される。
That is, as shown in FIG. 7a, when the trajectory of the movement of the sphere 2 is a circle and coincides with or substantially coincides with the reference circle, it is determined that the synchronization error of the rotating biaxial movement does not occur.
Also, as shown in FIG. 7b, when the trajectory of the movement of the sphere 2 is an ellipse and the major and minor axes of the ellipse are aligned with the x-axis and the y-axis, a synchronization error, that is, a rotational biaxial motion It is determined that there is an error in the maximum inclination angle (amplitude) θ 0 of.
この場合、同期誤差が一定であれば、回転2軸運動の最大傾斜角(振幅)θ0の誤差は、楕円の長軸および短軸の長さの差に比例するので、この比例関係に基づいて、回転2軸運動の最大傾斜角(振幅)θ0の誤差を定量的に診断することもできる。 In this case, if the synchronization error is constant, the error of the maximum inclination angle (amplitude) θ 0 of the rotating biaxial motion is proportional to the difference between the major axis and the minor axis of the ellipse. Thus, the error of the maximum inclination angle (amplitude) θ 0 of the rotating biaxial motion can be quantitatively diagnosed.
また、図7cに示すように、球2の運動の軌跡が楕円となり、かつその楕円の長軸および短軸がx軸およびy軸に整合しない場合には、同期誤差、すなわち、回転2軸運動の最大傾斜角(振幅)θ0および位相差αに誤差が生じているか、または位相差αのみに誤差が生じているものと判定される。 Also, as shown in FIG. 7c, when the trajectory of the movement of the sphere 2 is an ellipse and the major and minor axes of the ellipse do not match the x-axis and the y-axis, a synchronization error, that is, a rotational biaxial motion It is determined that there is an error in the maximum inclination angle (amplitude) θ 0 and the phase difference α, or that only the phase difference α has an error.
この場合、同期誤差が一定であれば、回転2軸運動の位相差αの誤差は、楕円の長軸または短軸が回転2軸のうちの近い方の軸となす角度に比例するので、この比例関係に基づいて、回転2軸運動の位相差αの誤差を定量的に診断することもできる。 In this case, if the synchronization error is constant, the error of the phase difference α of the rotating biaxial motion is proportional to the angle between the major axis or the minor axis of the ellipse and the closest axis of the rotating two axes. Based on the proportional relationship, the error of the phase difference α of the rotating biaxial motion can be quantitatively diagnosed.
(実験)
本発明の効果を実験によって確認した。
[実験1]
回転2軸運動し得るロボット(安川電機製双腕ロボットMOTOMAN-DIA10)に、上述のアクリル板からなるプレート1を取付け、プレート1上に上述の球2(マウスボール[直径22mm、質量31g、ゴム製外皮])を置き、2軸(x軸、y軸)の最大傾斜角がθ0+θ’0=6°の条件を満たし、2軸の位相差α=90°、周期T=3.3s、基準円の半径R=100mmとなるように回転2軸運動させ、時間経過に伴う球2の運動の軌跡をカメラで撮影した。また、プレート1にジャイロセンサーを配置して、回転2軸運動している間のプレート1の各軸に関する傾斜角度を測定した。
(Experiment)
The effect of the present invention was confirmed by experiments.
[Experiment 1]
A plate 1 made of the above-mentioned acrylic plate is attached to a robot (MOTOMAN-DIA10 made by Yaskawa Electric Co., Ltd.) that can rotate biaxially, and the above-mentioned sphere 2 (mouse ball [diameter 22 mm, mass 31 g, rubber) 2) (2 axis phase difference α = 90 °, period T = 3.3 s), the maximum inclination angle of 2 axes (x axis, y axis) satisfies the condition of θ 0 + θ ′ 0 = 6 ° Then, the biaxial rotation was performed so that the radius R of the reference circle was 100 mm, and the trajectory of the movement of the sphere 2 over time was photographed with a camera. Moreover, the gyro sensor was arrange | positioned at the plate 1, and the inclination angle regarding each axis | shaft of the plate 1 was measured during the biaxial rotation.
カメラで撮影した画像から、球2の運動の軌跡が楕円となり、かつ楕円の長軸および短軸がx軸およびy軸に整合すること、並びに、Δθ=θ0−θ’0の値の変化につれて、楕円の長軸と短軸の比率が変化することが確認できた。
そして、カメラで撮影した画像とジャイロセンサーの測定値とに基づき、Δθ=θ0−θ’0と、それに対応する球2の楕円軌道の長軸および短軸の長さの差との関係を調べた。
一方、式(9)〜(11)を用い、D=0.016(DM=0.5)、θ0+θ’0=6°、T=3.3s、R=100mmの条件でシミュレーションを行い、Δθ=θ0−θ’0と、対応する楕円の長軸および短軸の長さの差との関係を調べた。
実験およびシミュレーションの結果を図8のグラフに示す。
From the image photographed by the camera, the movement locus of the sphere 2 becomes an ellipse, the major and minor axes of the ellipse are aligned with the x-axis and the y-axis, and the change in the value of Δθ = θ 0 −θ ′ 0 It has been confirmed that the ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse changes as the time elapses.
Based on the image taken by the camera and the measured value of the gyro sensor, the relationship between Δθ = θ 0 −θ ′ 0 and the difference between the corresponding major axis and minor axis length of the elliptical orbit of the sphere 2 is expressed. Examined.
On the other hand, using the equations (9) to (11), the simulation was performed under the conditions of D = 0.016 (D M = 0.5), θ 0 + θ ′ 0 = 6 °, T = 3.3 s, and R = 100 mm. The relationship between Δθ = θ 0 −θ ′ 0 and the difference in length between the major axis and the minor axis of the corresponding ellipse was examined.
The results of the experiment and simulation are shown in the graph of FIG.
図8のグラフにおいて、縦軸は楕円の長軸および短軸の長さの差(mm)を、横軸はΔθ(°)をそれぞれ表している。また、グラフ中、○印は実験の結果を表し、実線はシミュレーションの結果を表している。
図8のグラフから、同期誤差が一定である場合、回転2軸運動の最大傾斜角(振幅)の誤差Δθは、球2の楕円軌道の長軸および短軸の長さの差と比例関係にあることが確認できた。
In the graph of FIG. 8, the vertical axis represents the difference (mm) between the major axis and the minor axis of the ellipse, and the horizontal axis represents Δθ (°). Further, in the graph, ◯ represents the result of the experiment, and the solid line represents the result of the simulation.
From the graph of FIG. 8, when the synchronization error is constant, the error Δθ of the maximum inclination angle (amplitude) of the rotational biaxial motion is proportional to the difference between the major axis and minor axis length of the elliptical orbit of the sphere 2. It was confirmed that there was.
[実験2]
実験1の場合と同じロボット、プレート1および球2を使用し、プレート1にはジャイロセンサーを配置し、2軸(x軸、y軸)の最大傾斜角がθ0+θ’0=6°の条件を満たし、周期T=3.3s、基準円の半径R=100mmとなり、2軸の回転運動の位相差αが90°から次第にずれるように回転2軸運動させ、時間経過に伴う球2の運動の軌跡をカメラで撮影した。また、プレート1にジャイロセンサーを配置して、回転2軸運動している間のプレート1の各軸に関する傾斜角を測定した。
[Experiment 2]
The same robot, plate 1 and sphere 2 as in Experiment 1 are used, a gyro sensor is arranged on the plate 1, and the maximum inclination angle of two axes (x axis, y axis) is θ 0 + θ ′ 0 = 6 °. Satisfying the conditions, the cycle T = 3.3 s, the radius R of the reference circle R = 100 mm, the biaxial rotational motion is shifted so that the phase difference α of the biaxial rotational motion gradually deviates from 90 °, and the sphere 2 over time The movement track was taken with a camera. In addition, a gyro sensor was disposed on the plate 1 and the tilt angle with respect to each axis of the plate 1 during the biaxial rotational movement was measured.
カメラで撮影した画像から、球2の運動の軌跡が楕円となり、かつ楕円の長軸および短軸がx軸およびy軸に整合しないこと、並びに、Δα=90°−αの値の変化につれて、楕円の長軸のx軸に対する傾斜角が変化することが確認できた。
そして、カメラで撮影した画像に基づき、Δα=90°−αと、それに対応する球2の楕円軌道の長軸がx軸となす角度βとの関係を調べた。
一方、式(9)〜(11)を用い、D=0.016(DM=0.5)、θ0+θ’0=6°、T=3.3s、R=100mmの条件でシミュレーションを行い、Δα=90°−αと、対応する楕円の長軸がx軸となす角度βとの関係を調べた。
実験およびシミュレーションの結果を図9のグラフに示す。
From the image taken by the camera, the locus of motion of the sphere 2 becomes an ellipse, and the major and minor axes of the ellipse do not match the x and y axes, and as the value of Δα = 90 ° −α changes. It was confirmed that the inclination angle of the major axis of the ellipse with respect to the x-axis changed.
And based on the image image | photographed with the camera, the relationship between (DELTA) (alpha) = 90 degrees-(alpha) and the angle (beta) which the long axis of the elliptical orbit of the sphere 2 corresponding to it makes with an x axis was investigated.
On the other hand, using the equations (9) to (11), the simulation was performed under the conditions of D = 0.016 (D M = 0.5), θ 0 + θ ′ 0 = 6 °, T = 3.3 s, and R = 100 mm. The relationship between Δα = 90 ° −α and the angle β between the long axis of the corresponding ellipse and the x axis was examined.
The results of the experiment and simulation are shown in the graph of FIG.
図9のグラフにおいて、縦軸は楕円の長軸がx軸となす角度β(°)を、横軸はΔα(°)をそれぞれ表している。また、グラフ中、○印は実験の結果を表し、実線はシミュレーションの結果を表している。
図9のグラフから、同期誤差が一定である場合、回転2軸運動の位相差の誤差Δαが0°〜約45°の範囲内においては、位相差の誤差Δαは、球2の楕円軌道の長軸がx軸となす角度と比例関係にあることが確認できた。
In the graph of FIG. 9, the vertical axis represents the angle β (°) between the long axis of the ellipse and the x axis, and the horizontal axis represents Δα (°). Further, in the graph, ◯ represents the result of the experiment, and the solid line represents the result of the simulation.
From the graph of FIG. 9, when the synchronization error is constant, the phase difference error Δα is within the range of the elliptical orbit of the sphere 2 when the phase difference error Δα of the rotational biaxial motion is within the range of 0 ° to about 45 °. It was confirmed that the major axis is proportional to the angle formed by the x axis.
1 プレート
1a プレート面
2 球
3 一方の回転軸
4 他方の回転軸
10 傾斜円テーブル
11 エンドプレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plate 1a Plate surface 2 Sphere 3 One rotating shaft 4 The other rotating shaft 10 Inclined circular table 11 End plate
Claims (9)
(1)前記2軸のまわりに互いに独立に回転可能に支持された平坦なプレート面上の所定の位置に球を置き、
(2)前記プレートを、水平位置から、前記2軸のうちの一方の軸のまわりに、サイン関数の振幅で与えた角度でもって周期的に回転運動させるとともに、前記2軸のうちの他方の軸のまわりに、前記サイン関数と位相が+90°異なるサイン関数の振幅で与えた角度でもって周期的に回転運動させることによって、前記球を前記プレート面上において滑り運動することなく転動させ、
(3)前記プレート面上における前記球の運動の軌跡の、予め計算した基準円からの偏差を検出することによって、前記2軸のまわりの回転運動の同期精度を診断することを特徴とする方法。 A method for diagnosing the synchronization accuracy of rotational motion about two orthogonal axes,
(1) A sphere is placed at a predetermined position on a flat plate surface that is rotatably supported around the two axes.
(2) The plate is periodically rotated from one horizontal axis around one of the two axes at an angle given by the amplitude of the sine function, and the other of the two axes Rolling the sphere around the plate without sliding motion by periodically rotating around the axis with an angle given by the amplitude of the sine function that is + 90 ° out of phase with the sine function;
(3) A method of diagnosing the synchronization accuracy of the rotational motion about the two axes by detecting a deviation of the trajectory of the sphere on the plate surface from a pre-calculated reference circle. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011222764A JP5757526B2 (en) | 2010-10-14 | 2011-10-07 | Diagnostic method for synchronization accuracy of rotating biaxial motion |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010231708 | 2010-10-14 | ||
| JP2010231708 | 2010-10-14 | ||
| JP2011222764A JP5757526B2 (en) | 2010-10-14 | 2011-10-07 | Diagnostic method for synchronization accuracy of rotating biaxial motion |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012101348A JP2012101348A (en) | 2012-05-31 |
| JP5757526B2 true JP5757526B2 (en) | 2015-07-29 |
Family
ID=46392379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011222764A Expired - Fee Related JP5757526B2 (en) | 2010-10-14 | 2011-10-07 | Diagnostic method for synchronization accuracy of rotating biaxial motion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5757526B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6721174B2 (en) * | 2016-04-20 | 2020-07-08 | 学校法人同志社 | Method for diagnosing synchronous accuracy of rotating two-axis motion |
| CN111360580B (en) * | 2019-12-26 | 2022-05-13 | 武汉善福重型机床有限公司 | Method for detecting synchronous numerical control shaft of non-marking machine tool |
-
2011
- 2011-10-07 JP JP2011222764A patent/JP5757526B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2012101348A (en) | 2012-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10015481B2 (en) | Multi-axis center of mass balancing system for an optical gimbal assembly guided by inertial measurement | |
| US9476709B2 (en) | Calibration apparatus, calibration method, and manufacturing method for an electronic device | |
| CN108736657B (en) | A method for detecting rotor position of permanent magnet spherical motor based on optical sensor | |
| CN111044220A (en) | Unmanned aerial vehicle mass center inertia integrated test method | |
| JP4599502B1 (en) | Magnetic gyro | |
| CN113670238B (en) | Method for measuring orthogonality of orthogonal axis system | |
| CN106502277B (en) | Three-axis air-bearing table superhigh precision measurement apparatus and method based on tracking technique | |
| JP5757526B2 (en) | Diagnostic method for synchronization accuracy of rotating biaxial motion | |
| JP3531882B2 (en) | Measurement error correction device for CMM | |
| CN115979311A (en) | PIGA Cross Quadratic Coefficient Calibration Method, System, Equipment and Medium | |
| JP2008281508A (en) | Measuring device of angle of gradient | |
| JP2006030200A (en) | Freely orientational probe | |
| JP6550906B2 (en) | Method and apparatus for measuring inclination, electronic device and program | |
| JP6477214B2 (en) | Method and apparatus for measuring inclination, electronic device and program | |
| CN116539066B (en) | Inertial measurement unit calibration method, device and equipment | |
| JP5697149B2 (en) | Acceleration sensor characteristic evaluation method and program | |
| JP4349513B2 (en) | Vibration correction device inspection device, interchangeable lens, camera, vibration correction device inspection method, and vibration correction effect observation method | |
| CN117387838A (en) | A device and method for testing the center of gravity and moment of inertia of heavy equipment | |
| CN106352839B (en) | Three-dimensional attitude measurement method for air-float ball bearing | |
| JP6721174B2 (en) | Method for diagnosing synchronous accuracy of rotating two-axis motion | |
| CN116818190A (en) | Multifunctional three-dimensional mass center inertia integrated machine and measuring method thereof | |
| JP3732829B2 (en) | Inclination angle measuring apparatus and inclination angle measuring method | |
| Zhuo et al. | Accuracy Analysis and Motion Control of Two-axis Nonmagnetic Turntable Based on Ultrasonic Motor. | |
| CN115597631B (en) | Bearing assembly surface defect detection method of liquid floating gyroscope | |
| CN111457920A (en) | An accelerometer-based rotation angle measurement method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140805 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150422 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150507 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150527 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5757526 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |