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技術 CNCの原点復帰方式

出願人 ファナック株式会社
発明者 木下次朗青山一成日下部欽也
出願日 1994年8月22日 (24年11ヶ月経過) 出願番号 1994-196394
公開日 1996年3月8日 (23年4ヶ月経過) 公開番号 1996-063212
状態 未査定
技術分野 数値制御 数値制御 位置、方向の制御
主要キーワード 原点復帰制御 アクチュエイタ 終了位置データ 原点復帰方向 フルクローズ 原点復帰動作 原点付近 減速期間
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1996年3月8日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

目的

加工開始時にテーブルの原点位置を確認するためのCNC原点復帰方式において、減速スイッチが不要な原点復帰を可能にする。

構成

絶対位置検出手段5は、アブソリュートパルスコーダ4からの絶対位置信号受け取り、テーブル1が原点復帰用の減速開始位置にくると減速開始位置信号を出力し、減速期間終了位置にくると減速期間終了位置信号を出力する。原点復帰制御手段6は、電源投入時には原点復帰指令を出力し、減速開始位置信号の入力時には減速指令を出力し、減速期間終了位置信号が入力されてから最初の基準信号のタイミングで移動停止指令を出力する。軸移動制御手段7は、原点復帰指令の入力によって原点復帰方向サーボモータ3を移動制御し、減速指令の入力によってサーボモータ3の移動を減速させ、移動停止指令の入力によってサーボモータ3の移動を停止する。

概要

背景

従来、CNCで制御される工作機械のテーブルの原点復帰を行う場合には、テーブルに取り付けられるリニアスケールと、テーブルを移動させるサーボモータの速度を検出するパルスコーダと、テーブルの原点付近に設けられる減速スイッチおよびその減速スイッチを所定移動距離だけ押すドグを必要とした。

この原点復帰方式では、軸を原点方向に移動させながら、リニアスケールの絶対位確認用基準信号とパルスコーダの信号をもとに、CNC内部で仮想的に基準信号の間隔でグリッド信号を生成し、減速スイッチがオンになるとオンの間だけ軸の送り速度を減速し、減速スイッチが再びオフになるとその直後のグリッド信号のタイミングで軸移動を停止し、その位置を原点と認識するようにしていた。

概要

加工開始時にテーブルの原点位置を確認するためのCNCの原点復帰方式において、減速スイッチが不要な原点復帰を可能にする。

絶対位置検出手段5は、アブソリュートパルスコーダ4からの絶対位置信号受け取り、テーブル1が原点復帰用の減速開始位置にくると減速開始位置信号を出力し、減速期間終了位置にくると減速期間終了位置信号を出力する。原点復帰制御手段6は、電源投入時には原点復帰指令を出力し、減速開始位置信号の入力時には減速指令を出力し、減速期間終了位置信号が入力されてから最初の基準信号のタイミングで移動停止指令を出力する。軸移動制御手段7は、原点復帰指令の入力によって原点復帰方向にサーボモータ3を移動制御し、減速指令の入力によってサーボモータ3の移動を減速させ、移動停止指令の入力によってサーボモータ3の移動を停止する。

目的

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、減速スイッチが不要なCNCの原点復帰方式を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

加工開始時にテーブルの原点位置を確認するためのCNC原点復帰方式において、前記テーブルに取り付けられ、前記テーブルの移動量に応じた微小間隔パルス信号と前記パルス信号よりも十分に大きな間隔の基準信号を出力するリニアスケールと、前記テーブルを移動させるサーボモータの絶対位置を検出して絶対位置信号を出力するアブソリュートパルスコーダと、前記アブソリュートパルスコーダからの絶対位置信号を受け取り、前記テーブルが原点復帰用の減速開始位置にくると減速開始位置信号を出力し、減速期間終了位置にくると減速期間終了位置信号を出力する絶対位置検出手段と、電源投入時には原点復帰指令を出力し、前記減速開始位置信号の入力時には減速指令を出力し、前記減速期間終了位置信号が入力されてから最初の前記基準信号のタイミングで移動停止指令を出力する原点復帰制御手段と、前記原点復帰指令の入力によって前記原点復帰方向に前記サーボモータを移動制御し、前記減速指令の入力によって前記サーボモータの移動を減速させ、前記移動停止指令の入力によって前記サーボモータの移動を停止する軸移動制御手段と、を有することを特徴とするCNCの原点復帰方式。

請求項2

前記原点復帰制御手段は、前記原点復帰動作の開始から最初の前記基準信号の入力以後は、前記基準信号と同じ間隔で仮想的にグリッド信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項1記載のCNCの原点復帰方式。

請求項3

加工開始時にテーブルの原点位置を確認するためのCNCの原点復帰方式において、前記テーブルに取り付けられ、前記テーブルの移動量に応じた微小間隔のパルス信号と前記パルス信号よりも十分に大きな間隔の基準信号を出力するリニアスケールと、前記テーブルを移動させるサーボモータの絶対位置を検出して絶対位置信号を出力するアブソリュートパルスコーダと、電源投入時には軸移動開始指令を出力し、前記軸移動開始から最初の前記基準信号の入力時に前記CNCの座標系を前記アブソリュートパルスコーダの絶対位置と前記基準信号のタイミングに基づいて補正する位置補正手段と、前記軸移動開始指令の入力とともに前記サーボモータの移動制御を行う軸移動制御手段と、を有することを特徴とするCNCの原点復帰方式。

請求項4

前記位置補正手段は、前記軸移動開始から最初に前記基準信号が立ち上がったときに、前記軸移動開始の前に前記基準信号と一致していた前記アブソリュートパルスコーダの位置が前記基準信号と一致するように座標系を補正するように構成されていることを特徴とするCNCの原点復帰方式。

技術分野

0001

本発明は加工開始時にテーブルの原点位置を確認するためのCNC原点復帰方式に関し、特にフルクローズステムにおけるCNCの原点復帰方式に関する。

背景技術

0002

従来、CNCで制御される工作機械のテーブルの原点復帰を行う場合には、テーブルに取り付けられるリニアスケールと、テーブルを移動させるサーボモータの速度を検出するパルスコーダと、テーブルの原点付近に設けられる減速スイッチおよびその減速スイッチを所定移動距離だけ押すドグを必要とした。

0003

この原点復帰方式では、軸を原点方向に移動させながら、リニアスケールの絶対位確認用基準信号とパルスコーダの信号をもとに、CNC内部で仮想的に基準信号の間隔でグリッド信号を生成し、減速スイッチがオンになるとオンの間だけ軸の送り速度を減速し、減速スイッチが再びオフになるとその直後のグリッド信号のタイミングで軸移動を停止し、その位置を原点と認識するようにしていた。

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、このような方式では、減速スイッチを必要とするため、取り付けの手間やコストがかかっていた。

0005

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、減速スイッチが不要なCNCの原点復帰方式を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明では上記課題を解決するために、加工開始時にテーブルの原点位置を確認するためのCNCの原点復帰方式において、前記テーブルに取り付けられ、前記テーブルの移動量に応じた微小間隔パルス信号と前記パルス信号よりも十分に大きな間隔の基準信号を出力するリニアスケールと、前記テーブルを移動させるサーボモータの絶対位置を検出して絶対位置信号を出力するアブソリュートパルスコーダと、前記アブソリュートパルスコーダからの絶対位置信号を受け取り、前記テーブルが原点復帰用の減速開始位置にくると減速開始位置信号を出力し、減速期間終了位置にくると減速期間終了位置信号を出力する絶対位置検出手段と、電源投入時には原点復帰指令を出力し、前記減速開始位置信号の入力時には減速指令を出力し、前記減速期間終了位置信号が入力されてから最初の前記基準信号のタイミングで移動停止指令を出力する原点復帰制御手段と、前記原点復帰指令の入力によって前記原点復帰方向に前記サーボモータを移動制御し、前記減速指令の入力によって前記サーボモータの移動を減速させ、前記移動停止指令の入力によって前記サーボモータの移動を停止する軸移動制御手段と、を有することを特徴とするCNCの原点復帰方式が提供される。

0007

テーブルに取り付けられたリニアスケールは、テーブルの移動量に応じた微小間隔のパルス信号とこのパルス信号よりも十分に大きな間隔の基準信号を出力する。一方、アブソリュートパルスコーダは、テーブルを移動させるサーボモータの絶対位置を検出して絶対位置信号を出力する。絶対位置検出手段は、アブソリュートパルスコーダからの絶対位置信号を受け取り、テーブルが原点復帰用の減速開始位置にくると減速開始位置信号を出力し、減速期間終了位置にくると減速期間終了位置信号を出力する。

0008

原点復帰制御手段は、電源投入時には原点復帰指令を出力し、減速開始位置信号の入力時には減速指令を出力し、減速期間終了位置信号が入力されてから最初の基準信号のタイミングで移動停止指令を出力する。軸移動制御手段は、原点復帰指令の入力によって原点復帰方向にサーボモータを移動制御し、減速指令の入力によってサーボモータの移動を減速させ、移動停止指令の入力によってサーボモータの移動を停止する。

0009

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施例の機能の概念を示す図である。テーブル1に取り付けられたリニアスケール2は、テーブルの移動量に応じて微小間隔のパルス信号とこのパルス信号よりも十分に大きな間隔の基準信号を出力する。一方、アブソリュートパルスコーダ4は、テーブル1を移動させるサーボモータ3の絶対位置を検出して絶対位置信号を出力する。絶対位置検出手段5は、アブソリュートパルスコーダ4からの絶対位置信号を受け取り、テーブル1が原点復帰用の減速開始位置にくると減速開始位置信号を出力し、減速期間終了位置にくると減速期間終了位置信号を出力する。

0010

原点復帰制御手段6は、電源投入時には原点復帰指令を出力し、減速開始位置信号の入力時には減速指令を出力し、減速期間終了位置信号が入力されてから最初の基準信号のタイミングで移動停止指令を出力する。軸移動制御手段7は、原点復帰指令の入力によって原点復帰方向にサーボモータ3を移動制御し、減速指令の入力によってサーボモータ3の移動を減速させ、移動停止指令の入力によってサーボモータ3の移動を停止する。

0011

図2は本発明を実施するための数値制御装置(CNC)のハードウェアを示すブロック図である。プロセッサ(CPU)11は、ROM12に格納されたシステム・プログラムに従って数値制御装置全体を制御する。ROM12にはEPROM又はEEPROMが使用される。RAM13にはDRAMが使用され、各種のデータが格納される。不揮発性メモリ14には、加工プログラム14a、パラメータ14b等が記憶されている。また、不揮発性メモリ14には、後述する減速開始位置データおよび減速期間終了位置データ等も格納されている。不揮発性メモリ14は、バッテリバックアップされたCMOS等が使用されるので、数値制御装置の電源切断後もその内容が保持される。

0012

PMC(プログラマブルマシンコントローラ)15はM機能、T機能等の指令を受けて、シーケンス・プログラム15aによって工作機械を制御する信号に変換して出力する。また、機械側からのリミットスイッチ信号又は機械操作盤からのスイッチ信号を受けて、シーケンス・プログラム15aで処理し、必要な信号はバスを経由してRAM13に格納され、プロセッサ11によって読み取られる。

0013

グラフィック制御回路(CRTC)16は、各軸の現在位置、移動量等のデータを表示信号に変換し表示装置16aに送る。表示装置16aは、この表示信号を表示する。表示装置16aには、CRT、液晶表示装置等が使用される。キーボード17は各種のデータを入力するのに使用される。

0014

軸制御回路18は、プロセッサ11から位置指令を受けると、サーボモータ20を制御するための速度指令信号サーボアンプ19に出力する。サーボアンプ19は、この速度指令信号を増幅してサーボモータ20を駆動する。

0015

入出力回路23は機械側の制御回路に接続され、機械側との間で入出力信号の授受を行う。すなわち、機械側のリミットスイッチ信号、機械操作盤のスイッチ信号を受け、これをPMC15が読み取る。また、PMC15からの機械側の空圧アクチュエイタ等を制御する制御信号を受けて、機械側に出力する。

0016

手動パルス発生器24は回転角度に応じて、各軸を精密に移動させるパルス列を出力し、機械操作盤に実装される。サーボモータ20にはボールネジ26が接合されており、サーボモータ20の回転に応じてこのボールネジ26も回転する。ボールネジ26には、その回転に応じて移動する機械側のテーブル25が設けられている。なお、本実施例ではX軸のみ示す。

0017

サーボモータ20には、アブソリュートパルスコーダ20aが内蔵されており、サーボモータ20の絶対位置を検出し、その絶対位置信号を軸制御回路18に送る。このアブソリュートパルスコーダ20aは、バッテリバックアップされており、電源切断後もその検出絶対位置を保持している。

0018

テーブル25には、リニアスケール21が取り付けられている。リニアスケール21は、スケール21aおよびセンサ21bで構成されている。スケール21aはテーブル25とともに移動可能に取り付けられ、センサ21bは台側に固定されている。センサ21bは、スケール21aの移動量に応じて微小間隔のパルス信号を軸制御回路18にフィードバックする。また、センサ21bは、比較的大きな間隔、例えば5mm毎に基準信号を出力する。

0019

軸制御回路18は、センサ21bからのパルス信号および基準信号に基づいて、テーブル25の現在の位置を検出する。パルス信号、基準信号、および絶対位置信号は、この軸制御回路18からバスを介してプロセッサ11に送られる。プロセッサ11は、電源投入時にこれらパルス信号、基準信号、および絶対位置信号に基づいて、後述する原点復帰制御を行う。

0020

なお、これらの要素は軸数分だけ必要であるが、各要素の構成は同じであるので、ここでは1軸分のみ記載してある。また、図ではスピンドルを制御するためのスピンドル制御回路スピンドルアンプスピンドルモータ等は省略してある。

0021

次に、このような構成を有する数値制御装置による原点復帰方式の具体的な手順を説明する。図3は本発明の一実施例の原点復帰方式の具体的な手順を示す図である。まず、電源投入されると、プロセッサ11は、各軸のサーボモータ20等を制御して原点復帰動作を開始する。この原点復帰動作開始後、プロセッサ11は、リニアスケール21のセンサ21bから最初の基準信号を受け取ると(時刻t0 )、その時点から基準信号と同じ間隔毎にグリッド信号を生成する。

0022

そして、アブソリュートパルスコーダ20aが予め設定されている減速開始位置を検出すると(時刻t1 )、軸の送り速度を減速させる。次いで、アブソリュートパルスコーダ20aが、同じく予め設定されている減速期間終了位置を検出すると(時刻t2 )、その減速期間終了位置から最初のグリッド信号の発生時(時刻t3 )に、軸の送り速度を0にして移動を停止させる。こうして、この時点の各軸の位置を原点と認識することにより、原点復帰動作が終了する。以後は、リニアスケール21のパルス信号が入力される度にカウントアップを行えば、テーブル25の現在位置を常に正確に把握することができる。

0023

図4はこのような本発明の一実施例の原点復帰のプロセッサ11側の手順を示すフローチャートである。
〔S1〕軸を移動させて原点復帰動作を開始する。
〔S2〕リニアスケール21から基準信号が入力されたか否かを判断し、されればステップS3に進み、そうでなければステップS2を繰り返す。
〔S3〕基準信号に基づいてグリッド信号を生成する。
〔S4〕アブソリュートパルスコーダ20aの検出位置が減速開始位置になったか否かを判断し、なればステップS5に進み、そうでなければステップS4を繰り返す。
〔S5〕軸移動の減速を開始する。
〔S6〕アブソリュートパルスコーダ20aの検出位置が減速期間終了位置になったか否かを判断し、なればステップS7に進み、そうでなければステップS6を繰り返す。
〔S7〕減速期間終了位置から初めてグリッド信号が発生したか否かを判断し、発生すればステップS8に進み、しなければステップS7を繰り返す。
〔S8〕軸の移動を停止する。

0024

このように、本実施例では、サーボモータ20の位置検出器としてアブソリュートパルスコーダ20aを使用し、その絶対位置検出信号に基づいて原点復帰を行うようにしたので、従来のように減速スイッチやドグを設けることなく減速停止を行うことができる。このため、製造コストなどを低減することができる。

0025

なお、本実施例では、リニアスケール21の基準信号に基づいてグリッド信号を生成するようにしたが、基準信号のみを使用するようにしてもよい。次に、本発明の他の実施例を説明する。

0026

図5は本実施例の機能の概念を示す図である。テーブル31に取り付けられたリニアスケール32は、テーブル31の移動量に応じた微小間隔のパルス信号とそのパルス信号よりも十分に大きな間隔の基準信号を出力する。一方、テーブル31を移動させるサーボモータ33に内蔵されたアブソリュートパルスコーダ34は、サーボモータ33の絶対位置を検出して絶対位置信号を出力する。位置補正手段35は、電源投入時には軸移動開始指令を出力し、この軸移動開始指令の入力とともに軸移動制御手段36がサーボモータの移動制御を行う。位置補正手段35は、軸移動開始から最初の基準信号の入力時にCNCの座標系をアブソリュートパルスコーダの絶対位置と基準信号のタイミングに基づいて補正する。

0027

次に本実施例の具体的な手順を説明する。ただし、本実施例のハードウェアの構成は、図2とほぼ同じなので、ここでは説明を省略する。図6は本実施例の原点復帰方式の具体的な手順を示す図である。通常、作業を停止して電源を切断すると、それまでのリニアスケールをもとにした座標は失われる一方、各機構部のガタ等によりテーブル25の位置は微妙にずれる。またこのずれ量は基準信号の間隔に対して十分に小さい。このため、再び電源を投入したときには、アブソリュートパルスコーダ20aで認識しているテーブル25の絶対位置は、実際のテーブル25の位置と異なった値となっている。ここでは、例えばアブソリュートパルスコーダ20aの座標5mm,10mm,15mm,20mm,25mm・・・の各位置がリニアスケール21の基準信号と一致するような状態で電源が切断され、その後の電源投入時には、テーブル25側の座標が少しだけ負方向にずれた場合を示している。

0028

電源投入時、プロセッサ11側では、その時点のアブソリュートパルスコーダ20aによる絶対位置P0 (例として、15mmとする)を認識している。また、それをもとにした座標系によって軸の移動を行う。例えば、軸を正方向に移動させていき、基準信号が立ち上がった時点でプロセッサ11は、アブソリュートパルスコーダ20aによる絶対位置P1 の座標値に、最も近いリニアスケール21の基準信号の上がるべき座標値(15mmとする)によって、それまでのアブソリュートパルスコーダ20aをもとにした座標系を補正する(P1 =15mmとする)。またそれ以後、その補正した座標系によって軸の移動を行うこととする。これにより、CNCの座標系とリニアスケール21の座標系を一致させることができる。

0029

図7は本発明の他の実施例のプロセッサ側の手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートは、電源投入時に実行開始される。
〔S10〕軸を移動開始する。
〔S11〕基準信号が立ち上がったか否かを判断し、立ち上がればステップS13に進み、そうでなければステップS12を繰り返す。
〔S12〕アブソリュートパルスコーダ20aをもとにした座標系をリニアスケール21の基準信号をもとに補正する。

0030

このように、本実施例では、電源投入後に軸を移動させ、最初に基準信号が立ち上がった時に、その基準信号をもとにアブソリュートパルスコーダ20aによる座標系を補正し、CNCの座標系とリニアスケール21の座標系を一致させるようにしたので、電源投入時に原点まで軸を移動させる必要がない。このため、より迅速な原点復帰が可能となる。

発明の効果

0031

以上説明したように本発明では、テーブルの移動量に応じた微小間隔のパルス信号とこのパルス信号よりも十分に大きな間隔の基準信号を出力するリニアスケールをテーブルに取り付け、テーブルを移動させるサーボモータの絶対位置を検出して絶対位置信号を出力するアブソリュートパルスコーダを設け、電源投入時には原点復帰方向にサーボモータを移動制御し、テーブルが原点復帰用の減速開始位置にくるとサーボモータの移動を減速させ、減速期間終了位置にくるとサーボモータの移動を停止するようにしたので、減速スイッチやドグを設けることなく減速停止を行うことができる。このため、製造コストなどを低減することができる。

図面の簡単な説明

0032

図1本発明の一実施例の機能の概念を示す図である。
図2本発明を実施するための数値制御装置(CNC)のハードウェアを示すブロック図である。
図3本発明の一実施例の原点復帰方式の具体的な手順を示す図である。
図4本発明の一実施例の原点復帰のプロセッサ側の手順を示すフローチャートである。
図5他の実施例の機能の概念を示す図である。
図6他の実施例の原点復帰方式の具体的な手順を示す図である。
図7本発明の他の実施例のプロセッサ側の手順を示すフローチャートである。

--

0033

1 テーブル
2リニアスケール
3サーボモータ
4アブソリュートパルスコーダ
5絶対位置検出手段
6原点復帰制御手段
7軸移動制御手段
11プロセッサ
12 ROM
13 RAM
14不揮発性メモリ
18軸制御回路
19サーボアンプ
20 サーボモータ
20a アブソリュートパルスコーダ
21 リニアスケール
21aスケール
21bセンサ
25 テーブル

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