CN116457144A

CN116457144A - 数值控制装置、数值控制系统、程序及数值控制方法

Info

Publication number: CN116457144A
Application number: CN202180072481.5A
Authority: CN
Inventors: 吉川大稀
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2023-07-18
Also published as: JP7518186B2; JPWO2022092115A1; WO2022092115A1; US12449784B2; US20230384754A1; DE112021004456T5

Abstract

本发明提供一种能够在距离测量中防止噪声的影响的数值控制装置、数值控制系统、程序以及数值控制方法。实施方式的数值控制装置具备距离控制部、滤波器部、决定部以及设定部。距离控制部以使第一对象与第二对象的距离接近目标距离的方式进行控制。滤波器部将表示所述距离的信号施加于滤波器。决定部基于所述目标距离来决定根据测量所述距离的距离传感器的输出信号与所述距离的关系而求出的时间常数。设定部将所述滤波器的时间常数设定为由所述决定部决定的所述时间常数。

Description

数值控制装置、数值控制系统、程序及数值控制方法

技术领域

本发明涉及数值控制装置、数值控制系统、程序及数值控制方法。

背景技术

数值控制装置有时使用间隙传感器等测量到加工对象物(工件)的表面等对象的距离。由于间隙传感器的输出-距离特性为非线性，因此输出相对于距离的变化的变化量(斜率)根据距离而不同。因此，在特性的斜率变大的距离区域中，在间隙传感器的输出值存在变动的情况下，从输出值转换的距离的值也大幅变动。因此，这样的距离区域中的距离测量容易受到干扰成分(噪声)等的影响。另外，数值控制装置通过使用受到这样的噪声的影响的测量值来进行机械的控制，从而有可能使机械产生振动等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-253804号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的实施方式要解决的课题在于提供一种能够在距离测量中防止噪声的影响的数值控制装置以及数值控制装置、数值控制系统、程序以及数值控制方法。

用于解决课题的手段

实施方式的数值控制装置具备距离控制部、滤波器部、决定部以及设定部。距离控制部以使第一对象与第二对象的距离接近目标距离的方式进行控制。滤波器部将表示所述距离的信号施加于滤波器。决定部基于所述目标距离来决定根据测量所述距离的距离传感器的输出信号与所述距离的关系而求出的时间常数。设定部将所述滤波器的时间常数设定为由所述决定部决定的所述时间常数。

发明效果

根据一个方式，能够在距离测量中防止噪声的影响。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的数值控制系统以及该数值控制系统所包含的构成要素的主要部分结构的框图。

图2是表示间隙传感器的传感器信号-位移量特性的一例的图。

图3是表示图1中的控制部的第一实施方式的处理的一例的流程图。

图4是表示图1中的控制部的第二实施方式的处理的一例的流程图。

图5是表示位移量的时间变化的一例的图。

具体实施方式

以下，使用附图对几个实施方式所涉及的数值控制系统进行说明。另外，在以下的实施方式的说明中使用的各附图有时适当变更各部的比例尺。另外，为了说明，以下的实施方式的说明中使用的各附图有时省略结构来表示。另外，在各附图和本说明书中，相同的附图标记表示相同的要素。

[第一实施方式]

图1是表示第一实施方式所涉及的数值控制系统1以及数值控制系统1所包含的构成要素的主要部分结构的一例的框图。数值控制系统1是数值控制装置100对机床200等进行CNC(computerrized numerical control)(计算机数值控制)的系统。作为一例，数值控制系统1包含数值控制装置100、间隙传感器203以及机床200。

数值控制装置100是对机床200等进行CNC的装置。作为一例，数值控制装置100包含控制部110、ROM(read-only memory：只读存储器)120、RAM(random access memory：随机存取存储器)130、辅助存储装置140以及控制接口150。而且，总线160等将这些各部连接。

控制部110相当于进行数值控制装置100的动作所需的运算以及控制等处理的计算机的中枢部分。控制部110例如是CPU(central processing unit中央处理单元)、MPU(micro processing unit：微处理单元)、SoC(system on a chip：片上系统)、DSP(digitalsignal processor：数字信号处理器)、GPU(graphic processing unit：图形处理单元)、ASIC(application specific integrated circuit专用集成电路)、PLD(programmablelogic device：可编程逻辑设备)或FPGA(field-programmable gate array：现场可编程门阵列)等。或者，控制部110是将它们中的多个组合而得到的。控制部110基于存储于ROM120或者辅助存储装置140等中的固件、系统软件以及应用软件等程序，控制各部以实现数值控制装置100的各种功能。另外，控制部110基于该程序来执行后述的处理。控制部110基于该程序，作为一个例子，作为相关表生成部111、位移量运算部112、时间常数运算部113、时间常数切换部114、滤波器部115以及间隙控制部116发挥功能。关于这些各部在后面叙述。另外，程序的一部分或全部也可以组装在控制部110的电路内。

ROM120相当于以控制部110为中枢的计算机的主存储装置。ROM120是专门用于读取数据的非易失性存储器。ROM120存储所述程序中的例如固件等。另外，ROM120还存储在控制部110进行各种处理时使用的数据等。

RAM130相当于以控制部110为中枢的计算机的主存储装置。RAM130是用于读写数据的存储器。RAM130作为存储在控制部110进行各种处理时暂时使用的数据的工作区域等而被利用。RAM130典型的是易失性存储器。

辅助存储装置140相当于以控制部110为中枢的计算机的辅助存储装置。辅助存储装置140例如是EEPROM(electric erasable programmable read-only memory电可擦除可编程只读存储器)、HDD(hard disk drive硬盘驱动器)或闪存等。辅助存储装置140存储所述程序中的例如系统软件以及应用软件等。另外，辅助存储装置140存储在控制部110进行各种处理时使用的数据、通过控制部110中的处理而生成的数据以及各种设定值等。

控制接口150是用于使数值控制装置100与各装置进行通信的接口。数值控制装置100经由控制接口150控制加工装置300。另外，数值控制装置100经由控制接口150接受间隙传感器203输出的信号(以下称为“传感器信号”)的输入。另外，传感器信号例如是电压或表示该电压的值的数据信号等。或者，传感器信号也可以是电流或表示该电流的值的数据信号等。

总线160包含控制总线、地址总线以及数据总线等，传输在数值控制装置100的各部收发的信号。

作为一例，机床200是基于数值控制装置100的控制对工件W进行激光加工或切削加工等加工的装置。作为一例，机床200具备固定件201、加工头202及间隙传感器203。

固定件201是固定工件W的装置。

加工头202例如具备用于对工件W进行加工的工具等。另外，加工头202安装有间隙传感器203。

机床200具有基于数值控制装置100的控制使工件W与加工头202的距离变化的功能。此时，机床200通过使固定件201和加工头202中的至少任一个移动来改变工件W与加工头202之间的距离。另外，工件W是第一对象的一例。加工头202或间隙传感器203是第二对象的例子。

间隙传感器203是用于测量从间隙传感器203或加工头202到工件W的距离(间隙量)的传感器。或者，间隙传感器203是用于测量从间隙传感器203或者加工头202到基准位置的距离(位移量)的传感器。在此，基准位置是指从工件W表面离开预定的距离h的位置。因此，位移量具有位移量＝(间隙量-h)的关系。以下，说明使用位移量进行各处理的例子，但数值控制系统1也可以是使用间隙量进行同样的处理的方式。

间隙传感器203输出的传感器信号的大小根据位移量而变化。例如，位移量越大则传感器信号的大小越大。传感器信号经由控制接口150输入到数值控制装置100。另外，间隙传感器203测量距离的对象例如是工件W的表面。作为间隙传感器203，例如能够使用涡电流方式、静电电容方式、使用了激光等的光学方式、或者超声波方式等各种方式的距离传感器。

使用图2对间隙传感器203的特性进行说明。图2是表示间隙传感器203的传感器信号-位移量特性的一例的图。在图2所示的曲线图中，纵轴表示位移量g[mm]，横轴表示传感器信号V[V(伏特)]。另外，图2所示的工件W省略一部分而示出。另外，图2所示的工件W的形状是一个例子。

作为一个例子，间隙传感器203示出曲线图G所示那样的非线性的特性。间隙传感器203的位移量的变化量相对于位移量P1处的传感器信号的变化量的比(斜率)为斜率m1。并且，间隙传感器203的位移量P2处的斜率为斜率m2。在此，P1＞P2、m1＞m2。这样，位移量越大，曲线图G的斜率m也越大。即，间隙传感器203的位移量越大，传感器信号的变化量相对于位移量的变化量之比就越大。另外，在图2中，将位移量P1处的传感器信号V表示为V1，将位移量P2处的传感器信号V表示为V2。

对控制部110所发挥功能的相关表生成部111、位移量运算部112、时间常数运算部113、时间常数切换部114、滤波器部115以及间隙控制部116进行说明。

相关表生成部111预先生成表示传感器信号与位移量的关系的相关表T。相关表T例如以表格的形式表示图2所示的关系。另外，相关表生成部111将所生成的相关表T存储在辅助存储装置140等中。但是，控制部110也可以不通过相关表生成部111生成相关表T，而将在数值控制装置100的外部生成的相关表存储于辅助存储装置140等。

另外，相关表生成部111也可以生成表示传感器信号与位移量的关系的函数来代替相关表T。辅助存储装置140也可以存储该函数来代替相关表T。

位移量运算部112进行使用从间隙传感器203向位移量运算部112输入的传感器信号来求出位移量的运算。即，位移量运算部112使用相关表生成部111将输入到位移量运算部112的传感器信号转换为位移量。另外，位移量运算部112将所求出的位移量作为信号而输出。此外，传感器信号例如每隔预定的时间依次被输入到数值控制装置100。位移量运算部112将其一部分或全部转换为位移量并输出。此外，位移量运算部112是将传感器信号转换为表示位移量的信号的转换部的一例。另外，传感器信号是根据距离而变化的第一信号的一例。表示位移量的信号是表示距离的第二信号的一例。

时间常数运算部113基于目标位移量(目标距离)等求出滤波器部115所使用的一阶滞后滤波器(低通滤波器)的时间常数。另外，目标位移量是接近中的位移量的目标值。数值控制装置100进行控制以使位移量接近目标位移量。时间常数运算部113输出表示所求出的时间常数的信号。另外，时间常数运算部113是基于目标位移量来决定一阶滞后滤波器的时间常数的决定部的一例。

时间常数切换部114将滤波器部115所使用的一阶滞后滤波器的时间常数设定(切换)为时间常数运算部113求出的时间常数的值。另外，时间常数切换部114是将一阶滞后滤波器的时间常数设定为由时间常数运算部113决定的时间常数的设定部的一例。

滤波器部115具备一阶滞后滤波器。滤波器部115将位移量运算部112输出的位移量输入到一阶滞后滤波器。由此，滤波器部115从该位移量中去除比该一阶滞后滤波器的截止频率高的频率成分的噪声等。滤波器部115输出从一阶滞后滤波器输出的位移量信号。另外，滤波器的输出一般为滤波器输出＝(上次的滤波器输出+(目标值-上次的滤波器输出)×控制周期÷时间常数)。

间隙控制部116基于滤波器部115输出的位移量，以使位移量接近目标位移量的方式控制机床200，控制加工头202等。此外，间隙控制部116是距离控制部的一例。

以下，基于图3等对第一实施方式的数值控制系统1的动作进行说明。另外，以下的动作说明中的处理的内容是一个例子，能够适当地利用能够得到同样结果的各种处理。图3是表示数值控制装置100的控制部110的处理的一例的流程图。控制部110例如基于存储于ROM120或辅助存储装置140等中的程序来执行图3的处理。

在图3的步骤S11中，控制部110判定是否开始接近。控制部110若不判定为开始接近，则在步骤S11中判定为“否”而重复步骤S11。另外，接近是指通过改变加工头202与工件W的距离，使位移量接近目标位移量。控制部110例如在有指示接近的开始的指示信息的输入的情况下，判定为开始接近。该输入例如是来自控制部110执行的其他过程等的输入。或者，指示信息也可以从其他装置输入到数值控制装置100。指示信息例如包含目标位移量P。如果控制部110判定为开始接近，则在步骤S11中判定为“是”而进入步骤S12。

在步骤S12中，控制部110对一阶滞后滤波器的时间常数进行复位。即，时间常数切换部114将滤波器部115的一阶滞后滤波器的时间常数设定为基准时间常数τB。

在步骤S13中，控制部110基于指示信息所包含的目标位移量P来决定时间常数τ。即，时间常数运算部113求出与对应于目标位移量P的斜率m相适合的时间常数τ。例如，时间常数运算部113在目标位移量为图2的P1的情况下，求出适于与目标位移量P1对应的斜率m1的时间常数τ1。另外，时间常数运算部113在目标位移量为P2的情况下，求出适于与目标位移量P2对应的斜率m2的时间常数τ2。另外，用公式表示斜率m时，m＝dg/dV。

另外，数值控制装置100的辅助存储装置140等存储有预先决定的基准位移量PB以及基准时间常数τB。基准位移量PB以及基准时间常数τB是成为用于求出时间常数τ1的基准的位移量以及时间常数。基准位移量PB可以是任意的值，但优选为多被设定为目标位移量的值。基准时间常数τB是适合于与基准变量对应的基准斜率mB的时间常数。另外，在图2中，将基准位移量PB处的传感器信号V表示为VB。

时间常数运算部113例如通过下式求出适于与目标位移量P对应的斜率m的时间常数τ。

τ＝(m/mB)×τB (1)

例如，接近开始地点为位移量Ps、目标位移量为位移量P1的情况下的时间常数τ1为τ1＝(m1/mB)×τB。例如，接近开始地点是位移量Ps、目标位移量是位移量P2的情况下的时间常数τ2为τ2＝(m2/mB)×τB。例如，接近开始地点为位移量P1、目标位移量为位移量P2的情况下的时间常数τ2为τ2＝(m2/mB)×τB。这样，时间常数τ根据目标位移量而变化，即使开始地点不同也成为相同的值。另外，例如，将τB设为16毫秒，将mB设为2n，将m1设为n，将m2设为4n。其中，n为正数。在该情况下，τ1＝(nn/2n)×16(毫秒)＝8(毫秒)，τ2＝(4n/2n)×16(毫秒)＝32(毫秒)。这样，如果斜率m变为x倍，则时间常数τ也变为x倍，斜率m与时间常数τ成比例。

另外，时间常数运算部113也可以不使用所述(1)式，而是使用表示目标位移量P与时间常数τ的关系的表格等，根据目标位移量P求出时间常数τ。该表格能够通过预先针对多个目标位移量P分别求出时间常数τ来生成。该表格例如被存储在辅助存储装置140等中。

在步骤S14中，控制部110的时间常数切换部114将一阶滞后滤波器的时间常数设定为在步骤S13中求出的时间常数τ。

在步骤S15中，控制部110控制机床200而开始接近。即，位移量运算部112根据传感器信号求出位移量。然后，滤波器部115将该位移量输入到一阶滞后滤波器而去除噪声。并且，间隙控制部116对去除噪声后的位移量与目标位移量进行比较，在该位移量大于目标位移量的情况下，以缩短加工头202与工件W的距离的方式控制加工装置300。基于该控制，加工装置300缩短加工头202与工件W的距离。与此相对，间隙控制部116在该位移量比目标位移量小的情况下，控制加工装置300以使加工头202与工件W的距离变长。基于该控制，加工装置300使加工头202与工件W的距离变长。位移量运算部112、滤波器部115以及间隙控制部116持续进行以上的处理直至位移量与目标位移量相等为止。在此，位移量与目标位移量相等表示位移量成为从目标位移量起预定的误差范围内。

在步骤S16中，控制部110等待接近完成。如果位移量变为与目标位移量相等，则控制部110判定为接近完成。控制部110如果判定为接近完成，则在步骤S16中判定为“是”并返回到步骤S11。

根据第一实施方式的数值控制系统1，数值控制装置100在每次接近时使用与目标位移量对应的时间常数。因此，第一实施方式的数值控制装置100即使在斜率m大的位移量区域中也能够减小位移量的测量中的噪声的影响。

另外，根据第一实施方式的数值控制系统1，数值控制装置100使用与斜率m成比例的时间常数。因此，第一实施方式的数值控制装置100能够与目标位移量中的斜率m无关地将噪声的影响设为相同程度。

[第二实施方式]

第二实施方式的数值控制系统1的结构与第一实施方式相同，因此省略说明。

以下，基于图4等对第二实施方式的数值控制系统1的动作进行说明。第二实施方式的数值控制装置100的控制部110代替图3而执行图4的处理。图4是表示数值控制装置100的控制部110的处理的一例的流程图。控制部110例如基于存储于ROM120或辅助存储装置140等的程序来执行图4的处理。

在第二实施方式中，控制部110在图4的步骤S13的处理之后进入步骤S15。这样，由于不进行步骤S14的处理，因此接近开始时间点的滤波器部115的一阶滞后滤波器的时间常数成为在步骤S12中设定的基准时间常数τB。

在第二实施方式中，在步骤S15的处理之后，控制部110进入步骤S21。

在步骤S21中，控制部110等待位移量成为目标位移量附近。例如，控制部110例如使用以下的(A)～(C)中的任一方法来判定位移量成为目标位移量附近。

(A)控制部110在目标位移量与位移量的差d的表示正负的符号反转的情况下，判定为位移量变为目标位移量附近。接近时，位移量例如以图5所示的变化接近目标位移量。图5是表示位移量的时间变化的一例的图。另外，在图5中，作为一个例子，示出了将开始地点设为位移量Ps、将目标位移量设为P1的情况下的位移量g的时间变化。控制部110以使位移量g接近目标位移量P1的方式使加工头加速。然后，当位移量g接近目标位移量P1时，控制部110使加工头减速。此时，位移量g超过目标位移量P1。即，差d的符号反转。另外，差d例如可以用d＝g-P1表示。另外，将差d的符号反转的时刻设为t1。差d的符号反转是指加工头202通过了目标位移量。因此，控制部110能够根据差d的符号反转，视为位移量成为目标位移量附近。另外，如图5所示，控制部110在其后位移量g变为与目标位移量P1相等之前，一边使差d的符号反转几次，即一边使加工头的前进方向反转几次，一边使位移量g接近目标位移量P1。

(B)控制部110在位移量的变化速度成为预定的阈值TH1以下的情况下，判定为位移量成为目标位移量附近。当位移量接近目标位移量时，控制部110进行使位移量的变化速度减速以使加工头202不超过目标位移量的控制。因此，控制部110能够根据位移量的变化速度成为预定的阈值以下，视为位移量成为目标位移量附近。另外，例如，阈值TH1由数值控制装置100的设计者或管理者等预先确定。

(C)控制部110在位移量与目标位移量之差的绝对值成为预定的阈值TH2以下的情况下，判定为位移量变为目标位移量附近。另外，阈值TH2例如由数值控制装置100的设计者或管理者等预先确定。

控制部110如果判定为位移量变为目标位移量附近，则在步骤S21中判定为“是”而进入步骤S22。

在步骤S22中，控制部110将一阶滞后滤波器的时间常数变更为在步骤S13中求出的时间常数τ。即，时间常数切换部114将滤波器部115的一阶滞后滤波器的时间常数设定为在步骤S14中求出的时间常数τ。控制部110在步骤S22的处理之后，进入步骤S16。

控制部110在第二实施方式中，如果在步骤S16中判定为“是”，则返回到步骤S11。

以在步骤S21中使用了(A)的方法的情况为例，来说明通过以上的处理时间常数如何变化。另外，在此，将开始地点设为位移量Ps，将目标位移量设为P1。控制部110在差d的符号反转之前，即从时刻0到时刻t1为止，将时间常数τ的值作为时间常数τB。然后，如果差d的符号反转，即在时刻t1，控制部110将时间常数τ的值切换为时间常数τ1。然后，控制部110将时间常数τ的值作为时间常数τ1，直到接近完成。

第二实施方式的数值控制系统1能够得到与第一实施方式相同的效果。

另外，根据第二实施方式的数值控制系统1，数值控制装置100在判定为位移量变为目标位移量附近的情况下，将一阶滞后滤波器的时间常数变更为在步骤S13中决定的时间常数。因此，第二实施方式的数值控制装置100除了目标位移量附近以外，还能够防止因增大时间常数而引起的响应性的降低以及由此引起的过冲。

所述的第一实施方式以及第二实施方式也能够进行如下的变形。

滤波器部115所使用的滤波器不限于一阶滞后滤波器。滤波器部115例如使用高通滤波器、带通滤波器或带阻滤波器。

在所述的实施方式中，控制部110将传感器信号转换为位移量。然而，间隙传感器203也可以将传感器信号转换为表示位移量等距离的信号，并输出该信号。在该情况下，间隙传感器203作为转换部的一例而发挥功能。

在所述的第二实施方式中，数值控制装置100在接近开始后、接近完成之前将时间常数变更1次。但是，数值控制装置100也可以变更多次时间常数。

控制部110也可以通过电路的硬件结构来实现在所述实施方式中通过程序实现的处理的一部分或全部。

实现实施方式的处理的程序例如在存储于装置的状态下被转让。然而，该装置也可以在不存储该程序的状态下被转让。而且，也可以另行转让该程序，并写入该装置。此时的程序的转让例如能够记录于可移动的存储介质，或者通过经由因特网或LAN(localareanetwork：局域网)等网络的下载来实现。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但作为例子而示出，并不限定本发明的范围。本发明的实施方式能够在不脱离本发明的主旨的范围内以各种方式实施。

附图标记的说明

1数值控制系统、

100数值控制装置、

110控制部、

111相关表生成部、

112位移量运算部、

113时间常数运算部、

114时间常数切换部、

115滤波器部、

116间隙控制部、

120ROM、

130RAM、

140辅助存储装置、

150控制接口、

160总线、

200机床、

201固定件、

202加工头、

203间隙传感器。

Claims

1.一种数值控制装置，其特征在于，

该数值控制装置具备：

距离控制部，其以使第一对象与第二对象的距离接近目标距离的方式进行控制；

滤波器部，其将表示所述距离的信号施加于滤波器；

决定部，其基于所述目标距离来决定根据测量所述距离的距离传感器的输出信号与所述距离的关系而求出的时间常数；以及

设定部，其将所述滤波器的时间常数设定为由所述决定部决定的所述时间常数。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

该数值控制装置还具备：

相关表生成部，其生成表示所述关系的相关表；以及

位移量运算部，其基于所述输出信号和所述相关表来求出所述距离，

所述决定部基于所述关系以及所述目标距离来计算所述时间常数，由此决定所述时间常数。

3.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，

所述设定部在所述距离与所述目标距离之差的符号反转的情况下，在所述差变得比预定小的情况下，或者在所述距离缩短的速度变得比预定小的情况下，将所述滤波器的时间常数设定为由所述决定部决定的所述时间常数。

4.一种数值控制系统，其特征在于，

该数值控制系统包含距离传感器和数值控制装置，

所述距离传感器输出根据第一对象与第二对象的距离而变化的第一信号，

所述距离传感器具备将所述第一信号转换为表示所述距离的第二信号的转换部，

所述数值控制装置具备：

距离控制部，其以使所述距离接近目标距离的方式进行控制；

滤波器部，其将所述第二信号施加于滤波器；

决定部，其基于所述目标距离来决定根据所述第一信号与所述距离的关系而求出的时间常数；以及

5.一种程序，其特征在于，

该程序使数值控制装置所具备的处理器作为以下各部发挥功能：

控制部，其以使第一对象与第二对象的距离接近目标距离的方式进行控制；

滤波器部，其将表示所述距离的信号施加于滤波器；

6.一种数值控制方法，其特征在于，

以使第一对象与第二对象的距离接近目标距离的方式进行控制，

将滤波器的时间常数设定为基于测量所述距离的距离传感器的输出信号与所述距离的关系以及所述目标距离而决定的所述时间常数，

对表示所述距离的信号施加滤波。