JPS5835828B2 - コ−ナ−部の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、倣い加工におけるコーナ一部の制御方法に関
する。

モデルにトレーサヘッドのスタイラスを当てて得られた
変位信号により該トレーサーベッドおよび工具の送りを
制御して被加工片をモデルの輪郭通りに倣い加工する場
合、モデルのコーナ一部では食い込みが生じる。

第１図を参照してこの点を説明すると、この図で１はス
タイラス先端、２はモデル、２ａはその直角コーナ一部
である。

スタイラス先端がモデル２に当接しながら■位置から矢
印Ｆ１方向に移動してコーナ一部の■位置に移動し、然
るのち矢印Ｆ２方向に進んで■位置に達するまでの動き
を追ってみると、■位置ではトレーサヘッドが内蔵する
差動トランスなどの変位測定器はｙ軸（矢印Ｆ２）方向
の変位ε１を出力している。

この変位ε１は位置０の如き正常位置においては後続の
サーボ機構等を作動させるのに適当な値ε。

に選ばれる。次にスタイラス先端１がコーナ一部２ａに
当ると、当った瞬間はまだ変位ε１を出力しているが衝
突と共に変位ベクトルは急速に時計方向に回転し、εｉ
の如き中間状態をとったのちＦｌとは逆の方向を持つ変
位ε２となる。

スタイラろ先端１の速度■に着目すると、衝突の瞬間は
その直前の速度■１と等しく、衝突により変位がεｉに
変るとスタイラス先端１にはＦ２方向の駆動力が加わっ
て速度ベクトルは回転を始め、やがてＦ２方向のみの速
度■２になり、スタイラス先端はコーナ一部２ａを離れ
て行く。

この間トレーサヘッドのケース部および該ケース部と一
体の運動を行なう工具は太線で示す如き軌跡を画き、コ
ーナ一部２ａにおいて食い込みが生じる。

この食い込み深さを第２図を参照しながら説明すると、
同図１は変位偏差△ε−ε−ε。

を横軸にとって切線速度ｖＴおよび法線速度ＶＮ変化を
示すグラフであり、この図に示すように倣い制御におい
ては偏差△εがＯのときはトレーサヘッドには切線速度
ｖＴのみが与えられるが、偏差△εが生じる（これは△
εの符号に応じてスタイラス先端がモデル面から離れよ
うとし、またはモデル面に食い込もうとすることを意味
する）と、切線速度ＶＴは減少し代って法線速度ＶＮが
現われてその合成速度が正しい切線方向を向くようにす
る。

トレーサヘッドは切線速度ＶＴが有限の値を持つ限り、
モデル内へ食い込んで行き点ＡでＶＴ＝０になって初め
て食い込みが終了し、以後は戻りと共にＦ２方向への進
行を続ける。

このように食い込み量は偏差△εε切切線速度Ｔの特性
に応じて変り、第２図に示すように偏差が増大すると速
度ＶＴは減少するようにしておくと食い込み量を小さく
することができる。

しかしながら直角コーナ一部の如く方向変化が激しい部
分では第２図のような△ε−ＶＴ特性ではまだ可成りの
食い込みが発生する。

本発明はか５る点を改善し、偏差△εが非常に大きい部
分では合成速度ベクトルの回転を速めて食い込み量を小
にしようとするものである。

本発明はトレーサヘッドで検出したスタイラスの変位ε
と基準変位ε。

から求めた偏差信号Ａεにより切線方向の送り速度ｖＴ
および法線方向の送り速度ｖＮの指令信号を発生し、か
つトレーサヘッドで検出したスタイラスの変位方向成分
εＸ。

εｙと、該変位方向成分および偏位信号が正または負の
一定値以上のとき発生される漸増または漸減する修正量
Ａε′より求めた補正信号εｘＪε′。

εｙＪε′とから基準軸に対する変位方向信号ＣＯＳθ
、ｓｉｎθを発生し、これらの信号□□□θ、 ｓｉｎ
θ。

ＶＮ、ＶＴによってトレーサヘッドのスタイラスをモデ
ル表面に一定変位量で追従させる倣い制御方法において
、前記偏差信号Ａεが一定値以上のとき修正量Ａε′を
犬にしてコーナ一部での前記スタイラスの方向転換を速
めることを特徴とするが、次に実施例を参照しながらこ
れを詳細に説明する。

第３図は本発明が適用される倣い制御装置を示し、１１
〜１３はトレーサヘッドに内蔵される差動トランスで、
励磁電源１４により励磁され、スタイラスの変位のＸ、
ｙ、ｚ成分εＸ、ε９．ε２を出力する。

この出力は増幅器１５，１６，１７で増幅されたのち、
合成回路１８および切換回路１９に加えられる。

合成回路１８はε＝ ｅ” ＋ｅ” ＋ｅ’ｙｚ で表わされる変位εを出力し、加算器２０はこの変位ε
と基準変位ε。

の差△ε−ε−ε０を求め、偏差信号Δεは法線速度発
生回路２１および切線速度発生回路２２に加えられ、こ
れらの回路は法線速度ｖＮおよび切線速度ｖＴを出力し
、これらを分配回路２３に加える。

切換回路１９は倣いがＸＹ平面、ＹＺ平面等のどの平面
で行なわれるかによ（バ例えばＸＹ平面で行なわれるな
ら、その変位成分εＸ、εｙを出力する。

割出回路２５はこれらの変位方向信号ε８．ε、と割出
補正回路２４からの補正信号Ａ、Ｂとから送り方向信号
Ｃ，Ｄを出力し、これを分配回路２３に加える。

分配回路２３はこれらの信号■Ｎ、■Ｔ、Ｃ２Ｄにより
、トレーサヘッドおよび工具のＸ、Ｙ輸送り速度Ｖ Ｘ
＋ Ｖ Ｙを演算、出力する。

これらの点を第４図を参照しながら更に詳しく説明する
。

第４図に示すようにスタイラス先端１はモデル２に点Ｐ
で当接し、この点Ｐ部分のモデル曲面の中心をＯとする
と、スタイラス１が静止し正しくモデル２に押圧される
ときはトレーサヘッドの変位εは前述の如くε。

になる。この変位εはＸ、ｙ成分ε８．ε、に分解され
てトレーサヘッドより出力され、これらのε８．ε か
ら送り方向θ−ｊａｎ’εＸ／ε、が求まり、この演算
は割出回路２５が行なう。

切線速度■Ｔｏは変位ベクトル２ｏと９０°をなすベク
トルとして求まり、この速度■Ｔｏでスタイラスを送れ
ば所望の倣いが行なえることになる。

しかしスタイラスが移動中のときは、摩擦等により変位
ベクトルンは例えば図示の如く△θだけ後方へずれる。

この結果切線ベクトルはＶＴとして求まり、正しい送り
方向からずれるのでモデルに対する接触圧も変り、従っ
て変位εの大きさもε。

とは異なったものになる。これを回避するには変位ベク
トルεと反対方向の修正信号ｖＮを出力し、ｖＴを■Ｔ
ｏに戻す必要がある。

この修正信号ＶＮの大きさはずれの大きさ△εε−ε。

に比例し、方向はＶＴと直角である。第３図の回路２１
，２２はか＼る信号−ＶＮ＋ＶＴを出力する。

切線速度■Ｔ１法線速度ｖＮにより正しい切線速度ｖＴ
ｏを求め、これにより倣いを行なってもよいが、この方
式では単なる比例制御であるから定常的に誤差が残るこ
とになる。

これを回避するには送り方向角度θそれ自身を正しく把
握し、最初から切線速度はｖＴｏとするのが望ましい。

割出補正回路２４はか５る目的のものである。

第５図にその回路例を示す。

ずれの角度△θは前述の如く摩擦等に起因して発生し、
従ってはシ一定である。

そこで修正量としては一定値を用意し、これを誤差に従
って適宜調整すればよい。

第５図で３８はこの修正量△ε′を発生する積分器で、
そのコンデンサＣｉには偏差△εが零になるまで正、負
定電流源＋Ｉｏ、−Ｉ。

から切換回路３４、スイッチ３６を通して充電し、修正
量△ε′を出力する。

この修正量は掛算器３９．４０で変位方向成分ε、。

ε、と掛算され、 で表わされる補正信号Ａ、Ｂとして出力される。

なお第５図で３１は△ε〉０なるとき″１″出力を生じ
る判別回路で、”１″′出力のとき切換回路３４．３５
を＋■ｏ、＋１１側に、＋１０１＋出力のとき−ＩＯｊ
Ｉｔ側に切換える。

３２は△ε−〇を中心として所定巾Ｗ１以上、即ち第６
図に示すように士△ε１以上で”１″出力を生じる死帯
域回路で、″１″出力のときスイッチ３６を閉じる。

補正信号Ａ、Ｂは第３図の加算器２６．２７へ加えられ
、下式で表わされる信号Ａ／ 、 Ｂ／となって割出回
路２５に入力する。

今スタイラスにより検知される変位方向は△θのずれを
含み、従ってε、−ε、 、 ＣＯＳ （θ＋△θ）。

εｙ＝ε８． ｓｉｎ （θ＋△θ）であるとすると、
上式となる。

割出回路２５はか＼る入力Ａ／、 Ｂ／を受けて となり、誤差△θ等を含まない正しい変位方向角度θを
示す。

本発明ではか＼る割出補正を利用して、前述のコーナ一
部での速度ベクトルの急回紙を行なわせる。

第５図の回路素子３３，３５，３７はかＳる目的のもの
である。

この回路３３は回路３２より大きな巾Ｗ１を持つ死帯域
回路で、第６図に示すように偏差△εが士△ε２以上の
ときに”１パ出力を生じ、スイッチ３７を閉じる。

また３５は３４と同様な切換回路で、正、負定電流源＋
Ｉｏ。

−Ｉ。

より大きな電流値を持つ正、負定電流源＋Ｉ、、−Ｉ、
に接続される。

なお定電流源の代りに電圧源を用いてもよい。

かＳる回路が積分回路３８に付加されていると、コーナ
一部のように急激な方向変化がある所では偏差△εが非
常に大きくなり、この結果回路３１゜３２に加えて回路
３３も゛１″出力を生じ、積分器３８のコンデンサＣｉ
は第７図の曲線部分ｃｂで示す如く急速に充電される。

この結果、修正量△ε′が急激に犬になり、補正信号Ａ
、Ｂ等を介して送り方向の転換が急速に行なわれる。

方向転換が進んで偏差△εが士△ε２以下になると死帯
域回路３３は出力を失ない、スイッチ３７は開いて上述
の急速補正は終了する。

以後は定電流源±■ｏによる修正量△ε′の調整が、第
７図の曲線部分Ｃａに示す如く緩やかに行なわれる。

速度ベクトルの回転を急速に行なうには、犬定電流源士
■１およびその制御用の死帯域回路３３、スイッチ３７
を設けず、単に定電流源上■ｏの出力電流値を犬にする
ことも考えられるが、この方式では常時ループのゲイン
が犬になっており、発振等の好ましくない影響が現われ
易い。

以上詳細に説明したように、本発明ではコーナー等の方
向変化の激しい部分では方向補正信号を急激に大にして
速度ベクトルの回転を速めたので、コーナ一部での食い
込みを最少にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はコーナ一部でのスタイラスの動作
を説明する図、第３図および第５図は本発明に係る倣い
制御装置のブロック図、第４図は変位、速度、修正各信
号の相互関係を示す説明図、第６図は死帯域巾説明図、
第７図は充電特性を示す図である。 図面で１はトレーサヘッドのスタイラス先端、εは変位
信号、ｖＴは切線方向送り速度指令、ＶＮは法線方向修
正送り速度指令、ε８．ε は変位方向信号、△εは偏
差信号、Ａ、Ｂは補正信号、３３は△εが一定値以上の
とき出力する死帯域回路、±■１は人定電流源である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トレーサヘッドで検出したスタイラスの変位εと
   基準変位ε。 から求めた偏差信号Ａεにより切線方向の送り速度ｖＴ
   および法線方向の送り速度ＶＮの指令信号を発生し、か
   つトレーサヘッドで検出したスタイラスの変位方向成分
   εＸ、εｙと、該変位方向成分および偏差信号が正また
   は負の一定値以上のとき発生される漸増または漸減する
   修正量」ε′より求めた補正信号εＸＡε′、εｙＪε
   ′とから基準軸に対する変位方向信号ωＳθ、 ｓｉｎ
   θを発生し、これらの信号ｃｏｓθ、 ｓｉｎθｔ Ｖ
   Ｎ ＋ ＶＴ ニよってトレーサヘッドのスタイラスを
   モデル表面に一定変位量で追従させる倣い制御方法にお
   いて、前記偏差信号」εが一定値以上のとき修正量Ａε
   ′を犬にしてコーナ一部での前記スタイラスの方向転換
   を速めることを特徴とするコーナ一部の制御方法。