專利名稱：機(jī)械誤差補(bǔ)償值計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在多軸工作機(jī)械或機(jī)器人等機(jī)械中，計(jì)算用于補(bǔ)償幾何誤差的補(bǔ)償值的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
作為機(jī)械的一種，已知為了進(jìn)行高能效的加工或者復(fù)雜形狀的工件的加工，在現(xiàn)有的3軸機(jī)械加工中心上附加2根旋轉(zhuǎn)軸的5軸控制工作機(jī)械(5軸機(jī)械加工中心等)。作為對(duì)這樣的5軸控制工作機(jī)械的運(yùn)動(dòng)精度以及工件的形狀精度產(chǎn)生影響的主要原因，可以列舉出旋轉(zhuǎn)軸與平動(dòng)軸的平行度或者各旋轉(zhuǎn)軸間的旋轉(zhuǎn)中心的不一致等各軸間的幾何誤差(所謂的幾何誤差)。在制造5軸控制工作機(jī)械時(shí)，去除這樣的幾何誤差是非常困難的。為 此，如專利文獻(xiàn)1，提出了如下方法在控制5軸控制工作機(jī)械時(shí)，考慮旋轉(zhuǎn)軸的中心偏差或者傾斜誤差，對(duì)各軸的指令位置進(jìn)行補(bǔ)償并驅(qū)動(dòng)各軸，使得工具與工件的相對(duì)關(guān)系成為與沒有誤差的機(jī)械一樣。在相關(guān)的日本特開2004-272887號(hào)公報(bào)的控制方法中，在計(jì)算補(bǔ)償值時(shí)，通過4行X4列的矩陣的乘法運(yùn)算求出所構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)軸的動(dòng)作和包含在其中的幾何誤差。另外，根據(jù)軸結(jié)構(gòu)的不同，將5軸控制工作機(jī)械分為主軸旋轉(zhuǎn)型、工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)型、主軸·工作臺(tái)混合型3種類型，分別根據(jù)不同的計(jì)算公式計(jì)算幾何誤差補(bǔ)償值。而且，如下述的公式1，無論在哪種類型的5軸控制工作機(jī)械的補(bǔ)償值的計(jì)算中，都要進(jìn)行4行X4列的矩陣和4行Xl列的矩陣的乘法運(yùn)算。公式I
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IJ I J IL*然而，上述日本特開2004-272887號(hào)公報(bào)中示出的幾何誤差補(bǔ)償值的計(jì)算方法是根據(jù)5軸控制工作機(jī)械的類型，使用各自的計(jì)算公式來計(jì)算補(bǔ)償值的方法，因此，不具有通用性。另外，關(guān)于專利文獻(xiàn)I示出的幾何誤差補(bǔ)償值的計(jì)算方法，由于進(jìn)行4行X4列的矩陣與4行X I列的矩陣的乘法運(yùn)算，所以必須進(jìn)行12次加法運(yùn)算處理和16次乘法運(yùn)算處理的龐大的計(jì)算處理。因此，存在效率非常低并且還需要處理能力高的CPU的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種誤差補(bǔ)償值的計(jì)算方法(誤差補(bǔ)償值計(jì)算方法)，其能夠消除上述現(xiàn)有的幾何誤差補(bǔ)償值的計(jì)算方法存在的問題點(diǎn)，且具有通用性，無論對(duì)于何種類型的多軸控制工作機(jī)械，都能通過通用的方法高效率地計(jì)算出幾何誤差補(bǔ)償值。進(jìn)一步地，本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)用機(jī)械的誤差補(bǔ)償值的計(jì)算方法(誤差補(bǔ)償值計(jì)算方法)，其通過用于幾何誤差補(bǔ)償值的計(jì)算而使得能夠安裝低價(jià)的CPU。
第一方面的發(fā)明(以下稱為第一發(fā)明)是計(jì)算用于對(duì)機(jī)械的幾何誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償值的方法，其特征在于包括以下步驟求出表示機(jī)械的驅(qū)動(dòng)軸的連接順序的第一索引和表示含有幾何誤差的所述驅(qū)動(dòng)軸的連接順序的第二索引，根據(jù)與所述第一索引的連接順序相關(guān)的信息，對(duì)基準(zhǔn)矢量進(jìn)行矩陣運(yùn)算，求出第一矢量，根據(jù)與所述第二索引的連接順序相關(guān)的信息，對(duì)基準(zhǔn)矢量進(jìn)行矩陣運(yùn)算，求出第二矢量，將所述第一矢量和第二矢量的差分作為補(bǔ)償值。第二方面的發(fā)明(以下稱為第二發(fā)明)是計(jì)算用于對(duì)機(jī)械的幾何誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償值的方法，其特征在于包括以下步驟求出表示機(jī)械的驅(qū)動(dòng)軸的連接順序的第一索引和表示含有幾何誤差的所述驅(qū)動(dòng)軸的連接順序的第二索引，根據(jù)所述第一索引的連接信息，對(duì)基準(zhǔn)矢量進(jìn)行按照這些索引的要素的種類預(yù)先對(duì)應(yīng)起來的計(jì)算處理，求出第一矢量，并且，根據(jù)所述第二索引的連接信息，對(duì)基準(zhǔn)矢量進(jìn)行按照這些索引的要素的種類預(yù)先對(duì)應(yīng)起來的計(jì)算處理，求出第二矢量，將所述第一矢量和第二矢量的差分作為補(bǔ)償值。本發(fā)明的機(jī)械的誤差補(bǔ)償值計(jì)算方法具有通用性，無論對(duì)于何種類型的5軸控制工作機(jī)械(或者控制4軸以下的軸或6軸以上的軸的工作機(jī)械)，都能夠通過通用的方法計(jì) 算幾何誤差補(bǔ)償值。另外，根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械誤差補(bǔ)償值計(jì)算方法，能夠減少計(jì)算量，高效率地計(jì)算出幾何誤差補(bǔ)償值，并且，通過用于幾何誤差補(bǔ)償值的計(jì)算，使得能夠安裝處理能力低、價(jià)格便宜的CPU。


圖I是示出在X軸、Y軸、Z軸的平動(dòng)軸以及工作臺(tái)側(cè)具有A軸、C軸的旋轉(zhuǎn)軸的5軸控制工作機(jī)械的示意圖(立體圖)。圖2是示出5軸控制工作機(jī)械的控制機(jī)構(gòu)的框圖。圖3是示出機(jī)械起動(dòng)時(shí)的處理內(nèi)容的流程圖。圖4是示出機(jī)械的軸結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)鏈的概念圖。圖5是示出沒有幾何誤差的機(jī)械中的計(jì)算順序的I-鏈的概念圖。圖6是示出沒有幾何誤差的機(jī)械中的計(jì)算順序的I-鏈的概念圖。圖7是示出有幾何誤差的機(jī)械中的計(jì)算順序的R-鏈的概念圖。圖8是示出有幾何誤差的機(jī)械中的計(jì)算順序的R-鏈的概念圖。圖9是示出機(jī)械的幾何誤差補(bǔ)償值計(jì)算處理的內(nèi)容的流程圖。圖10是示出在X軸、Y軸、Z軸的平動(dòng)軸以及主軸側(cè)具有B軸、C軸的旋轉(zhuǎn)軸的5軸控制工作機(jī)械的示意圖(立體圖)。圖11是示出機(jī)械的軸結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)鏈的概念圖。圖12是示出沒有幾何誤差的機(jī)械中的計(jì)算順序的I-鏈的概念圖。圖13是示出有幾何誤差的機(jī)械中的計(jì)算順序的R-鏈的概念圖。圖14是示出分情況計(jì)算處理的內(nèi)容的流程圖。標(biāo)號(hào)說明Ml, M2......工作機(jī)械I......機(jī)座2......主軸頭
3......工作臺(tái)4......耳軸單元21......NC控制裝置具體實(shí)施例方式以下，基于附圖，對(duì)本發(fā)明(第一發(fā)明以及第二發(fā)明)的、計(jì)算用于補(bǔ)償幾何誤差的補(bǔ)償值的方法(誤差補(bǔ)償值計(jì)算方法)的一實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。[實(shí)施例I]在實(shí)施例I中，如圖1，對(duì)在工作臺(tái)側(cè)具有2根旋轉(zhuǎn)軸的5軸控制工作機(jī)械中，通過 第一發(fā)明的誤差補(bǔ)償值計(jì)算方法計(jì)算補(bǔ)償值的一個(gè)示例進(jìn)行說明。<多軸工作機(jī)械的結(jié)構(gòu)>圖I是示出具有3根平動(dòng)軸和2根旋轉(zhuǎn)軸的5軸控制工作機(jī)械(5軸控制機(jī)械加工中心)的圖(以下,只稱作工作機(jī)械Ml)。在工作機(jī)械Ml的機(jī)座(基臺(tái))I上，能夠進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制地設(shè)置有主軸頭2、工作臺(tái)3以及耳軸單元4。主軸頭2是平動(dòng)軸，能夠通過相互正交的X軸、Z軸進(jìn)行2自由度的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。另外，工作臺(tái)3能夠通過作為安裝在耳軸單元4內(nèi)的相互正交的旋轉(zhuǎn)軸的A軸、C軸，進(jìn)行2自由度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。另外，工作臺(tái)3是平動(dòng)軸，能夠通過與X/Z軸正交的Y軸進(jìn)行I自由度的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于這樣的工作機(jī)械Ml，通過NC控制裝置(參照?qǐng)D2)，利用伺服電機(jī)(圖未示出)對(duì)X、Y、Z、A、C各軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，由此，能夠通過使用裝在主軸頭2上的工具，將固定在工作臺(tái)3上的工件加工成任意形狀。圖2是示出上述的工作機(jī)械Ml的控制機(jī)構(gòu)的框圖。如圖2所示，用于使主軸頭2、工作臺(tái)3、耳軸單元4平動(dòng)的各伺服電機(jī)以及用于使工作臺(tái)3旋轉(zhuǎn)的各伺服電機(jī)是由NC控制裝置21驅(qū)動(dòng)控制的。另外，在NC控制裝置21上連接有用于設(shè)定分度位置(分度條件)等的輸入單元31以及用于輸出計(jì)算出的幾何誤差補(bǔ)償值的結(jié)果等的監(jiān)視器等輸出單元32等。進(jìn)一步地，NC控制裝置21上設(shè)置有存儲(chǔ)單元22。而且，在該存儲(chǔ)單元22內(nèi)，設(shè)置有用于存儲(chǔ)用來計(jì)算幾何誤差補(bǔ)償值的各種程序的程序存儲(chǔ)區(qū)域以及用于存儲(chǔ)用于各種計(jì)算的變量等的變量存儲(chǔ)區(qū)域等。<誤差補(bǔ)償值計(jì)算方法>在上述的工作機(jī)械Ml中，從安裝在主軸上的工具到固定在工作臺(tái)上的工件的驅(qū)動(dòng)軸以Z軸、X軸、Y軸、A軸、C軸的順序連接，固定在外部的機(jī)座I的位置，即地面坐標(biāo)系，處于Y軸和X軸之間。另外，將該地面坐標(biāo)系用g表示，將工作機(jī)械Ml的軸的連接標(biāo)記為CAYgXZ0另外，在以下的說明中，將表示該軸結(jié)構(gòu)的連接統(tǒng)稱為機(jī)構(gòu)鏈(K-Chain)。假定安裝在工作機(jī)械Ml的主軸頭2上的工具的工具長(zhǎng)度為T，假定X軸、Y軸、Z軸、A軸、C軸的指令值分別為X、y、z、a、c。在工作機(jī)械Ml上沒有幾何誤差的情況下，工件坐標(biāo)系的工具前端點(diǎn)矢量wP1能夠通過從工具坐標(biāo)系的工具前端點(diǎn)矢量tP起按照機(jī)構(gòu)鏈進(jìn)行齊次變換來根據(jù)下述的公式2求出。公式2WP1 = Mc · Ma · My · Mx · Mz · tP
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械的誤差補(bǔ)償值的計(jì)算方法，其是計(jì)算用于對(duì)機(jī)械的幾何誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償值的方法，其特征在于包括以下步驟 求出表示機(jī)械的驅(qū)動(dòng)軸的連接順序的第一索引和表示含有幾何誤差的所述驅(qū)動(dòng)軸的連接順序的第二索引， 根據(jù)與所述第一索引的連接順序相關(guān)的信息，對(duì)基準(zhǔn)矢量進(jìn)行矩陣運(yùn)算，求出第一矢量， 根據(jù)與所述第二索引的連接順序相關(guān)的信息，對(duì)基準(zhǔn)矢量進(jìn)行矩陣運(yùn)算，求出第二矢量，以及 將所述第一矢量和第二矢量的差分作為補(bǔ)償值。
2.一種機(jī)械的誤差補(bǔ)償值的計(jì)算方法，其是計(jì)算用于對(duì)機(jī)械的幾何誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償值的方法，其特征在于包括以下步驟 求出表示機(jī)械的驅(qū)動(dòng)軸的連接順序的第一索引和表示含有幾何誤差的所述驅(qū)動(dòng)軸的連接順序的第二索引， 根據(jù)所述第一索引的連接信息，對(duì)基準(zhǔn)矢量進(jìn)行按照這些索引的要素的種類預(yù)先對(duì)應(yīng)起來的計(jì)算處理，求出第一矢量，并且，根據(jù)所述第二索引的連接信息，對(duì)基準(zhǔn)矢量進(jìn)行按照這些索引的要素的種類預(yù)先對(duì)應(yīng)起來的計(jì)算處理，求出第二矢量， 將所述第一矢量和第二矢量的差分作為補(bǔ)償值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種誤差補(bǔ)償值計(jì)算方法，該方法具有通用性，無論對(duì)于何種類型的多軸控制工作機(jī)械，都能利用通用的方法高效率地計(jì)算出幾何誤差補(bǔ)償值。另外，本發(fā)明還提供了一種實(shí)用的誤差補(bǔ)償值計(jì)算方法，其通過用于幾何誤差補(bǔ)償值的計(jì)算，使得能夠安裝處理能力低、價(jià)格便宜的CPU。在計(jì)算幾何誤差補(bǔ)償值時(shí)，求出表示機(jī)械的驅(qū)動(dòng)軸的連接順序的第一索引和表示含有幾何誤差的驅(qū)動(dòng)軸的連接順序的第二索引。接著，根據(jù)第一索引的連接信息對(duì)基準(zhǔn)矢量進(jìn)行矩陣運(yùn)算，求出第一矢量，根據(jù)第二索引的連接信息，對(duì)基準(zhǔn)矢量進(jìn)行矩陣運(yùn)算，求出第二矢量。然后，計(jì)算得到的第一矢量和第二矢量的差分作為補(bǔ)償值。
文檔編號(hào)G05B19/404GK102809942SQ201210171718
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月30日
發(fā)明者松下哲也 申請(qǐng)人:大隈株式會(huì)社