专利名称：机械误差补偿值计算方法
技术领域：
本发明涉及用于在多轴工作机械或机器人等机械中，计算用于补偿几何误差的补偿值的计算方法。
背景技术：
作为机械的一种，已知为了进行高能效的加工或者复杂形状的工件的加工，在现有的3轴机械加工中心上附加2根旋转轴的5轴控制工作机械(5轴机械加工中心等)。作为对这样的5轴控制工作机械的运动精度以及工件的形状精度产生影响的主要原因，可以列举出旋转轴与平动轴的平行度或者各旋转轴间的旋转中心的不一致等各轴间的几何误差(所谓的几何误差)。在制造5轴控制工作机械时，去除这样的几何误差是非常困难的。为 此，如专利文献1，提出了如下方法在控制5轴控制工作机械时，考虑旋转轴的中心偏差或者倾斜误差，对各轴的指令位置进行补偿并驱动各轴，使得工具与工件的相对关系成为与没有误差的机械一样。在相关的日本特开2004-272887号公报的控制方法中，在计算补偿值时，通过4行X4列的矩阵的乘法运算求出所构成的驱动轴的动作和包含在其中的几何误差。另外，根据轴结构的不同，将5轴控制工作机械分为主轴旋转型、工作台旋转型、主轴·工作台混合型3种类型，分别根据不同的计算公式计算几何误差补偿值。而且，如下述的公式1，无论在哪种类型的5轴控制工作机械的补偿值的计算中，都要进行4行X4列的矩阵和4行Xl列的矩阵的乘法运算。公式I
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IJ I J IL*然而，上述日本特开2004-272887号公报中示出的几何误差补偿值的计算方法是根据5轴控制工作机械的类型，使用各自的计算公式来计算补偿值的方法，因此，不具有通用性。另外，关于专利文献I示出的几何误差补偿值的计算方法，由于进行4行X4列的矩阵与4行X I列的矩阵的乘法运算，所以必须进行12次加法运算处理和16次乘法运算处理的庞大的计算处理。因此，存在效率非常低并且还需要处理能力高的CPU的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种误差补偿值的计算方法(误差补偿值计算方法)，其能够消除上述现有的几何误差补偿值的计算方法存在的问题点，且具有通用性，无论对于何种类型的多轴控制工作机械，都能通过通用的方法高效率地计算出几何误差补偿值。进一步地，本发明的目的是提供一种实用机械的误差补偿值的计算方法(误差补偿值计算方法)，其通过用于几何误差补偿值的计算而使得能够安装低价的CPU。
第一方面的发明(以下称为第一发明)是计算用于对机械的几何误差进行补偿的补偿值的方法，其特征在于包括以下步骤求出表示机械的驱动轴的连接顺序的第一索引和表示含有几何误差的所述驱动轴的连接顺序的第二索引，根据与所述第一索引的连接顺序相关的信息，对基准矢量进行矩阵运算，求出第一矢量，根据与所述第二索引的连接顺序相关的信息，对基准矢量进行矩阵运算，求出第二矢量，将所述第一矢量和第二矢量的差分作为补偿值。第二方面的发明(以下称为第二发明)是计算用于对机械的几何误差进行补偿的补偿值的方法，其特征在于包括以下步骤求出表示机械的驱动轴的连接顺序的第一索引和表示含有几何误差的所述驱动轴的连接顺序的第二索引，根据所述第一索引的连接信息，对基准矢量进行按照这些索引的要素的种类预先对应起来的计算处理，求出第一矢量，并且，根据所述第二索引的连接信息，对基准矢量进行按照这些索引的要素的种类预先对应起来的计算处理，求出第二矢量，将所述第一矢量和第二矢量的差分作为补偿值。本发明的机械的误差补偿值计算方法具有通用性，无论对于何种类型的5轴控制工作机械(或者控制4轴以下的轴或6轴以上的轴的工作机械)，都能够通过通用的方法计 算几何误差补偿值。另外，根据本发明的机械误差补偿值计算方法，能够减少计算量，高效率地计算出几何误差补偿值，并且，通过用于几何误差补偿值的计算，使得能够安装处理能力低、价格便宜的CPU。
图I是示出在X轴、Y轴、Z轴的平动轴以及工作台侧具有A轴、C轴的旋转轴的5轴控制工作机械的示意图(立体图)。图2是示出5轴控制工作机械的控制机构的框图。图3是示出机械起动时的处理内容的流程图。图4是示出机械的轴结构的机构链的概念图。图5是示出没有几何误差的机械中的计算顺序的I-链的概念图。图6是示出没有几何误差的机械中的计算顺序的I-链的概念图。图7是示出有几何误差的机械中的计算顺序的R-链的概念图。图8是示出有几何误差的机械中的计算顺序的R-链的概念图。图9是示出机械的几何误差补偿值计算处理的内容的流程图。图10是示出在X轴、Y轴、Z轴的平动轴以及主轴侧具有B轴、C轴的旋转轴的5轴控制工作机械的示意图(立体图)。图11是示出机械的轴结构的机构链的概念图。图12是示出没有几何误差的机械中的计算顺序的I-链的概念图。图13是示出有几何误差的机械中的计算顺序的R-链的概念图。图14是示出分情况计算处理的内容的流程图。标号说明Ml, M2......工作机械I......机座2......主轴头
3......工作台4......耳轴单元21......NC控制装置具体实施例方式以下，基于附图，对本发明(第一发明以及第二发明)的、计算用于补偿几何误差的补偿值的方法(误差补偿值计算方法)的一实施方式进行详细的说明。[实施例I]在实施例I中，如图1，对在工作台侧具有2根旋转轴的5轴控制工作机械中，通过 第一发明的误差补偿值计算方法计算补偿值的一个示例进行说明。<多轴工作机械的结构>图I是示出具有3根平动轴和2根旋转轴的5轴控制工作机械(5轴控制机械加工中心)的图(以下,只称作工作机械Ml)。在工作机械Ml的机座(基台)I上，能够进行驱动控制地设置有主轴头2、工作台3以及耳轴单元4。主轴头2是平动轴，能够通过相互正交的X轴、Z轴进行2自由度的平动运动。另外，工作台3能够通过作为安装在耳轴单元4内的相互正交的旋转轴的A轴、C轴，进行2自由度的旋转运动。另外，工作台3是平动轴，能够通过与X/Z轴正交的Y轴进行I自由度的平动运动。对于这样的工作机械Ml，通过NC控制装置(参照图2)，利用伺服电机(图未示出)对X、Y、Z、A、C各轴进行驱动控制，由此，能够通过使用装在主轴头2上的工具，将固定在工作台3上的工件加工成任意形状。图2是示出上述的工作机械Ml的控制机构的框图。如图2所示，用于使主轴头2、工作台3、耳轴单元4平动的各伺服电机以及用于使工作台3旋转的各伺服电机是由NC控制装置21驱动控制的。另外，在NC控制装置21上连接有用于设定分度位置(分度条件)等的输入单元31以及用于输出计算出的几何误差补偿值的结果等的监视器等输出单元32等。进一步地，NC控制装置21上设置有存储单元22。而且，在该存储单元22内，设置有用于存储用来计算几何误差补偿值的各种程序的程序存储区域以及用于存储用于各种计算的变量等的变量存储区域等。<误差补偿值计算方法>在上述的工作机械Ml中，从安装在主轴上的工具到固定在工作台上的工件的驱动轴以Z轴、X轴、Y轴、A轴、C轴的顺序连接，固定在外部的机座I的位置，即地面坐标系，处于Y轴和X轴之间。另外，将该地面坐标系用g表示，将工作机械Ml的轴的连接标记为CAYgXZ0另外，在以下的说明中，将表示该轴结构的连接统称为机构链(K-Chain)。假定安装在工作机械Ml的主轴头2上的工具的工具长度为T，假定X轴、Y轴、Z轴、A轴、C轴的指令值分别为X、y、z、a、c。在工作机械Ml上没有几何误差的情况下，工件坐标系的工具前端点矢量wP1能够通过从工具坐标系的工具前端点矢量tP起按照机构链进行齐次变换来根据下述的公式2求出。公式2WP1 = Mc · Ma · My · Mx · Mz · tP
权利要求
1.一种机械的误差补偿值的计算方法，其是计算用于对机械的几何误差进行补偿的补偿值的方法，其特征在于包括以下步骤 求出表示机械的驱动轴的连接顺序的第一索引和表示含有几何误差的所述驱动轴的连接顺序的第二索引， 根据与所述第一索引的连接顺序相关的信息，对基准矢量进行矩阵运算，求出第一矢量， 根据与所述第二索引的连接顺序相关的信息，对基准矢量进行矩阵运算，求出第二矢量，以及 将所述第一矢量和第二矢量的差分作为补偿值。
2.一种机械的误差补偿值的计算方法，其是计算用于对机械的几何误差进行补偿的补偿值的方法，其特征在于包括以下步骤 求出表示机械的驱动轴的连接顺序的第一索引和表示含有几何误差的所述驱动轴的连接顺序的第二索引， 根据所述第一索引的连接信息，对基准矢量进行按照这些索引的要素的种类预先对应起来的计算处理，求出第一矢量，并且，根据所述第二索引的连接信息，对基准矢量进行按照这些索引的要素的种类预先对应起来的计算处理，求出第二矢量， 将所述第一矢量和第二矢量的差分作为补偿值。
全文摘要
本发明提供一种误差补偿值计算方法，该方法具有通用性，无论对于何种类型的多轴控制工作机械，都能利用通用的方法高效率地计算出几何误差补偿值。另外，本发明还提供了一种实用的误差补偿值计算方法，其通过用于几何误差补偿值的计算，使得能够安装处理能力低、价格便宜的CPU。在计算几何误差补偿值时，求出表示机械的驱动轴的连接顺序的第一索引和表示含有几何误差的驱动轴的连接顺序的第二索引。接着，根据第一索引的连接信息对基准矢量进行矩阵运算，求出第一矢量，根据第二索引的连接信息，对基准矢量进行矩阵运算，求出第二矢量。然后，计算得到的第一矢量和第二矢量的差分作为补偿值。
文档编号G05B19/404GK102809942SQ201210171718
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月29日 优先权日2011年5月30日
发明者松下哲也 申请人:大隈株式会社