CN102806494A - 旋转角度定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转角度定位装置。旋转角度定位装置(6)包括：具有被检测环(8)和角度检测传感器(9)的旋转角度检测装置(7)；以及使旋转轴旋转、从而旋转角度达到所给予的旋转角度指令值(α)的旋转轴驱动装置(10)，在该旋转角度定位装置(6)中，包括：误差模式存储部(11a)，该误差模式存储部(11a)存储一个齿周期误差模式(F)，该一个齿周期误差模式(F)由与所述被检测环(8)的任意一个齿周期的修正分割点相对应的所述角度检测传感器(9)所检测的检测旋转角度、与实际的旋转角度之间的误差构成；以及指令值修正部(11b)，该指令值修正部(11b)基于所述一个齿周期误差模式(F)，对所述旋转角度指令值(α)进行修正，从而求出旋转角度修正指令值(α2)。

Description

旋转角度定位装置

技术领域

本发明涉及将例如机床的旋转轴定位于规定的角度位置的旋转角度定位装置，特别涉及旋转角度检测传感器的误差的修正方法的改进。

背景技术

作为将机床的旋转轴、例如车床的、安装有卡盘的主轴定位于规定的角度位置的旋转角度定位装置，存在一种旋转角度定位装置，该旋转角度定位装置包括：旋转角度检测装置，该旋转角度检测装置对所述主轴的旋转角度进行检测；以及驱动装置，该驱动装置对所述主轴进行旋转驱动，使得由该旋转角度检测装置检测出的所述主轴的旋转角度达到旋转角度指令值。

作为所述主轴的旋转角度检测装置，以往，例如在日本专利特开平05-288573号公报中，提出了一种旋转角度检测装置，该旋转角度检测装置包括：被检测环，该被检测环安装于主轴上，具有以规定间距形成的多个齿；以及角度检测传感器，该角度检测传感器固定配置于与该被检测环的齿相对的位置，根据与所述被检测环的齿的距离的远近程度来输出相应的电压信号。

发明内容

然而，在所述现有的旋转角度检测装置中，存在如下问题：在所述主轴实际旋转的角度与所述角度检测传感器的检测值之间，除了因所述被检测环的中心的偏移等而导致在被检测环旋转一圈的期间内产生一个旋转周期误差之外，还因被检测环的齿的加工精度等而导致在每一个齿周期产生一个齿周期误差。

关于对所述一个旋转周期误差进行修正，可通过如下方式来实现：将被检测环的一个旋转周期(360°)分割成多段而形成修正分割点，预先求出在该修正分割点的、所述角度检测传感器的检测误差，并根据该误差来对旋转角度指令值进行修正。

另一方面，关于对所述一个齿周期误差进行修正，产生一个齿周期内的修正分割点的间隔(deg)的小数点以下的位数过多、在目前的旋转角度定位装置中无法应对的问题。具体而言，例如，对于齿数为512、修正分割数为16的情况，修正分割点的间隔(deg)＝360°÷齿数÷修正分割数＝0.0439453125deg。

此外，在对所述齿数为512、修正分割数为16的一个齿周期误差进行修正时，若照原样采用所述一个旋转周期误差的修正方法，则在该情况下，修正点数＝齿数×修正分割数＝8192，产生修正点数过多而无法进行处理的问题。

本发明的目的在于提供一种能实现一个齿周期误差的修正且将修正点数抑制在最低限度的旋转角度定位装置。

本发明的旋转角度定位装置包括：旋转角度检测装置，该旋转角度检测装置具备设置于旋转轴且具有以规定间距形成的多个齿的被检测环、和与所述齿相对配置且根据与该齿的距离来产生相应的输出的角度检测传感器，该旋转角度检测装置基于来自该角度检测传感器的所述输出，求出所述被检测环的旋转角度；以及旋转轴驱动装置，该旋转轴驱动装置使所述旋转轴旋转，从而使得所述旋转角度达到所给予的旋转角度指令值，该旋转角度定位装置包括：误差模式存储部，该误差模式存储部存储一个齿周期误差模式，该一个齿周期误差模式由与所述被检测环的任意一个齿周期的修正分割点相对应的所述角度检测传感器所检测的检测旋转角度、与实际的旋转角度之间的误差构成；以及指令值修正部，该指令值修正部基于所述一个齿周期误差模式，对所述旋转角度指令值进行修正，从而求出旋转角度修正指令值。

对于被检测环的任意相邻的两个齿之间的检测旋转角度相对于实际的旋转角度之间的误差即一个齿周期误差模式，本申请的发明人发现该一个齿周期误差模式在任一个齿周期中都表示出大体相同的倾向，并基于这一点完成了本发明。

即，在本发明中，将任意一个齿周期中的一个齿周期误差模式用于任一个齿周期以对旋转角度指令值进行修正，并对旋转轴进行旋转驱动，以使得由旋转角度检测装置检测出的旋转角度达到所述修正后的旋转角度修正指令值，从而能吸收角度检测传感器的误差。

这样，由于仅使用由任意相邻的两个齿之间的修正分割点的、角度检测传感器的检测误差构成的一个齿周期误差模式，就能进行修正，因此，能大幅削减误差的修正点数，并且，所需的存储容量可以较小。

在本发明的优选实施方式中，所述误差模式存储部存储所述一个齿周期误差模式及一个旋转周期误差模式，该一个旋转周期误差模式由使所述被检测环旋转一圈时的所述角度检测传感器所检测的检测旋转角度、与实际的旋转角度之间的误差构成，所述指令值修正部基于所述一个旋转周期误差模式及所述一个齿周期误差模式，对所述旋转角度指令值进行修正，从而求出旋转角度修正指令值。

根据所述优选实施方式，由于利用一个齿周期误差模式及一个旋转周期误差模式来对旋转角度指令值进行修正，因此，能对因被检测环的中心的偏移等而引起的误差、以及因被检测环的齿的加工精度等而引起的误差进行修正。

在本发明的其他优选实施方式中，所述指令值修正部基于所述一个旋转周期误差模式，对所述旋转角度指令值进行修正，从而求出第一旋转角度修正指令值，基于所述一个齿周期误差模式，对该第一旋转角度修正指令值进行修正，从而求出第二旋转角度修正指令值。

此外，根据所述其他优选实施方式，由于基于所述一个旋转周期误差模式，对旋转角度指令值进行修正，从而求出第一旋转角度修正指令值，基于所述一个齿周期误差模式，对该第一旋转角度修正指令值进行修正，从而求出第二旋转角度修正指令值，因此，在对因被检测环的中心的偏移等而引起的误差进行修正之后，再对因被检测环的齿的加工精度等而引起的误差进行修正，能更有效且可靠地修正所述双方的误差。

附图说明

图1是包括本发明的实施例1所涉及的旋转角度定位装置的机床的示意俯视图。

图2是本发明的实施例1所涉及的旋转角度定位装置的旋转角度检测装置部分的示意结构图。

图3是本发明的实施例1所涉及的旋转角度定位装置的一个旋转周期误差模式的示意图。

图4是本发明的实施例1所涉及的旋转角度定位装置的一个齿周期误差模式的示意图。

图5是用于说明所述一个齿周期误差模式的求出方法的示意图。

图6是所述一个旋转周期误差模式的具体例的示意图。

图7是所述一个齿周期误差模式的具体例的示意图。

图8是用于说明本发明的实施例1所涉及的旋转角度定位装置的动作的流程图。

图9是用于说明所述流程图所采用的一个齿周期的示意图。

图10是表示所述流程图所采用的一个齿周期误差修正表的图。

图11是表示本发明的实施例2所涉及的旋转角度定位装置的一个旋转周期误差修正表的图。

图12是用于说明求出本发明的实施例2所涉及的旋转角度定位装置的一个旋转周期误差的方法的图。

图13是表示本发明的实施例2所涉及的旋转角度定位装置的一个齿周期误差修正表的图。

图14是用于说明求出本发明的实施例2所涉及的旋转角度定位装置的一个齿周期误差的方法的图。

具体实施方式

下面，基于附图说明本发明的实施方式。

[实施例1]

图1～图10是用于说明本发明的实施例1所涉及的机床的旋转角度定位装置的图。

在图中，1是作为机床的一个示例的六角车床(turret lathe)。该六角车床1包括：配置在床体2的左端部的第一主轴台3；与该第一主轴台3相对配置的第二主轴台4；以及配置在该第一、第二主轴台3、4之间的内侧的刀座(toolpost)5。

对所述第二主轴台4这样进行配置，使其第二主轴4a的轴线与所述第一主轴台3的第一主轴3a的轴线成为同轴，并可沿轴线方向(Z轴方向)移动。此外，所述刀座5包括配置成可沿与所述Z轴正交的Y轴方向移动的刀座基底5a、以及在该刀座基底5a上配置成可绕与所述Z轴平行的旋转轴旋转的转动刀架(turret)5b，对该转动刀架5b配置有多个刀具T。

所述第一主轴台3包括固定在所述床体2上的第一主轴台外罩3b、以及由该第一主轴台外罩3b通过多个轴承3c以可旋转的方式进行支承的所述第一主轴(旋转轴)3a。此外，在所述第一主轴3a的、从所述第一主轴台外罩3b向所述第二主轴台4一侧突出的前端部3d安装有保持被加工物(工件)W的卡盘(chuck)3e。

所述第二主轴台4包括以可沿Z轴方向移动的方式装载在所述床体2上的第二主轴台外罩4b、以及由该第二主轴台外罩4b通过多个轴承4c以可旋转的方式进行支承的所述第二主轴(旋转轴)4a。此外，在所述第二主轴4a的、从所述第二主轴台外罩4b向所述第一主轴台3一侧突出的前端部4d安装有保持被加工物(工件)的卡盘4e。

所述第一主轴台3及第二主轴台4分别包括结构相同的旋转角度定位装置6。下面，对设置于第一主轴台3的旋转角度定位装置6进行说明。

所述旋转角度定位装置6包括：旋转角度检测装置7，该旋转角度检测装置7检测所述第一主轴3a的旋转角度；驱动电动机10，该驱动电动机10使所述第一主轴3a旋转，从而使得由该旋转角度检测装置7检测出的旋转角度达到所给予的旋转角度指令值α；以及控制器11，该控制器11对该驱动电动机10所产生的驱动进行控制。

所述控制器11包括：误差模式存储部11a，该误差模式存储部11a将后述的一个旋转周期误差模式E及一个齿周期误差模式F进行存储；以及指令值修正部11b，该指令值修正部11b基于所述一个旋转周期误差模式E，对所述旋转角度指令值α进行修正，从而求出第一旋转角度修正指令值α1，再基于所述一个齿周期误差模式F，对该第一旋转角度修正指令值α1进行修正，从而求出第二旋转角度修正指令值α2。

所述驱动电动机10配置在所述第一主轴台外罩3b与所述第一主轴3a之间，具有对第一主轴3a高速地进行旋转驱动的功能、及对第一主轴3a仅进行微小角度的旋转驱动的功能。

所述旋转角度检测装置7包括：被检测环8，该被检测环8固定于所述第一主轴3a的后端部3g，以与该第一主轴3a一起旋转；以及角度检测传感器9，该角度检测传感器9与该被检测环8相对，且不接触地固定配置。

所述被检测环8是在外周面上以规定间距形成有多个齿8a(在本实施例中为512齿)的软磁性体制的圆环状物体。

所述角度检测传感器9包括：永磁体9b，该永磁体9b在由非磁性体形成的壳体9a内固定配置，以与所述齿8a的齿顶面8b成直角而相对；以及霍尔IC9c，该霍尔IC9c在所述壳体9a内固定配置，以位于所述永磁体9b与齿顶面8b之间，且具有多个霍尔元件9d。所述永磁体9b配置成NS极轴相对于所述齿顶面8b成直角，所述霍尔IC9c配置在N极侧。

本实施例的旋转角度检测装置7由所述被检测环8及所述角度检测传感器9来检测所述第一主轴3a的旋转角度。具体而言，如图2所示，所述角度检测传感器9根据到所述被检测环8的相对面的距离的大小，输出相应的电压信号S。该电压信号S在所述角度检测传感器9与所述齿8a的齿顶面8b的旋转方向中央部a相对的时刻为最高，从此处朝齿8a、8a之间的中央部b缓缓变低，进而朝相邻的齿顶面8b缓缓变高。因而，根据来自所述角度检测传感器9的电压信号S的大小，检测出所述第一主轴3a的旋转角度。

然后，由所述驱动电动机10对所述第一主轴3a进行旋转驱动并进行定位，使得由所述旋转角度检测装置7检测出的旋转角度达到所给予的旋转角度指令值α。

另一方面，在所述旋转角度检测装置7中，有时由于所述被检测环8的中心位置的偏移等，在该被检测环8旋转一圈的期间，产生图3所示的一个旋转周期误差，并且，由于被检测环8的齿8a的加工精度等，产生图4所示的每一个齿周期的一个齿周期误差。

因而，在本实施例中，如以下详述那样，首先，基于所述一个旋转周期误差的模式E，对所述旋转角度指令值α进行修正，以求出第一旋转角度修正指令值α1。接着，基于所述一个齿周期误差的模式F，对所述第一旋转角度修正指令值α1进行修正，以求出第二旋转角度修正指令值α2。

然后，所述驱动电动机10对第一主轴3a进行旋转驱动，对该第一主轴3a进行旋转角度定位，使得由所述旋转角度检测装置7检测出的旋转角度与所述第二旋转角度修正指令值α2相一致。

所述一个旋转周期误差模式E像下面那样求出。首先，如图3所示，将被检测环8的一个旋转周期(360°)例如按照每隔30°来分割而进行12分割，求得修正分割点1～12。对于与所述各修正分割点1～12相对应的旋转角度，求出利用所述实际中采用的角度检测传感器9来测量出的检测旋转角度、与利用具有足够高的分辨率的高精度传感器来测量出的基准旋转角度之差。然后，设所述各修正分割点1～12的所述差为一个旋转周期误差E1、E2、…E12，设连接该各一个旋转周期误差E1…E12的曲线为一个旋转周期误差模式E。

另一方面，所述一个齿周期误差模式F像下面那样求出。首先，如图5、图9所示，在设一个齿周期中的修正分割数为12的情况下，将任意的齿8a～8a之间进行12等分，求得修正分割点1～12。对于与所述各修正分割点1～12相对应的旋转角度，求出利用所述实际中采用的角度检测传感器9来测量出的检测旋转角度、与利用具有足够高的分辨率的高精度传感器来测量出的基准旋转角度之差。然后，设所述各修正分割点1～12的所述差为一个齿周期误差F1、F2、…F12，设连接该各一个齿周期误差F1…F12的曲线为一个齿周期误差模式F。

在此，例如，如图4或图7所示，明确了如下情况：所述一个齿周期误差模式F在任一个齿周期中都表示出大体相同的倾向。因而，在本实施例中，假设求出任意的一个齿周期中的一个齿周期误差模式F，也可将该模式F适用于任一个齿周期。由此，无论被检测环8的齿数是多少，要测量的修正分割点数都仅是12，能大幅减少要测量的修正分割点数。另外，在通过与所述一个旋转周期误差模式E相同的方法来求出误差的情况下，修正分割点数＝512×12＝6144。

所述一个旋转周期误差模式E及一个齿周期误差模式F存放在所述控制器11的误差模式存储部11a中。所述指令值修正部11b利用所述一个旋转周期误差模式E对旋转角度指令值α进行修正，求出第一旋转角度修正指令值α1，再利用所述一个齿周期误差模式F对该第一旋转角度修正指令值α1进行修正，求出第二旋转角度修正指令值α2。

按照图3，对在所述旋转角度指令值是α的情况下、求出所述第一旋转角度修正指令值α1的方法进行说明。

若设与所述一个旋转周期误差模式E上的旋转角度指令值α相对应的修正值为E23，则通过

α1＝α+E23

E23＝E2+(E3-E2)×(α-60°)/30°

来求出。

接下来，基于图8的流程图，对求出第二旋转角度修正指令值α2的方法进行更具体的说明。在该情况下，设旋转角度指令值：α，第一旋转角度修正指令值：α1，第二旋转角度修正指令值α2，被检测环8的齿数：β(＝512)，误差修正表的分割数(修正分割点数)：γ(＝12)。

首先，将利用前述方法对旋转角度指令值α进行修正而得到的第一旋转角度修正指令值α1读入(步骤S1)，通过(α1/360°)×β(式1)，对第一旋转角度修正指令值α1相当于被检测环8的多少个齿8a进行运算。在该情况下，设所述式1的商(整数部)为X，小数点以下为Y(步骤S2)。

在所述小数点以下(Y)为0的情况下(步骤S3)，即在所述第一旋转角度修正指令值α1为与被检测环8的任一个齿8a的齿顶面8b的中央部a相一致的角度的情况下，将图10所示的误差修正表的与分割点“0”相对应的修正值读入(步骤S9)，将该修正值与第一旋转角度修正指令值α1相加(步骤S10)，设该相加后的值为最终旋转角度指令值(第二旋转角度修正指令值)α2(步骤S11)。

另一方面，在步骤S3中，在所述Y不是0的情况下，即在所述第一旋转角度修正指令值α1为与任意相邻的齿8a、8a之间的某一点相对应的角度的情况下，首先，求出所述第一旋转角度修正指令值α1位于相邻的哪些修正分割点之间，并基于该位置，根据误差修正表对修正值进行运算。另外，在所述第一旋转角度修正指令值α1与任一修正分割点相一致的情况下，将与该分割点相对应的修正值照原样与第一旋转角度修正指令值α1相加。

具体而言，对所述小数点以下(Y)×分割数(γ)(式2)进行运算，设其积为Z(步骤S4)，再求出在所述积Z以下的最大的整数G、和在所述积Z以上的最小的整数H(步骤S5)。

在所述误差修正表上，将与所述整数G、H相对应的修正值g、h读入(步骤S6)，接着，计算(h-g)×(Z-G)，设其积为D(步骤S7)，再设(g+D)的和为修正值(步骤S8)。

然后，将所述修正值与所述第一旋转角度修正指令值α1进行相加，所得到的值成为最终旋转角度指令值(第二旋转角度修正指令值α2)(步骤S10、S11)。

更具体而言，在步骤S2中，在所述第一旋转角度修正指令值α1相当于例如被检测环8的99.32个齿的情况下，在步骤S4中，Y×γ＝0.32×12＝3.84，在步骤S5中，G＝3.84以下的最大整数＝3，H＝3.84以上的最小整数＝4，在步骤S6中，根据图10的误差修正表，读入g＝分割点3的修正值＝-0.003(deg)，h＝分割点4的修正值＝0.005(deg)。接下来，在步骤S7中，(h-g)×(Z-G)＝(0.005-(-0.003))×(3.84-3)＝0.00672＝D，在步骤S8中，g+D＝-0.003+0.00672＝0.00372(deg)成为修正值，所述第一旋转角度修正指令值α1+0.00372(deg)成为最终旋转角度指令值(第二旋转角度修正指令值)α2。

如上所述，在本实施例中，由于基于一个旋转周期误差模式E，对旋转角度指令值α进行修正，从而求出第一旋转角度修正指令值α1，基于一个齿周期误差模式F，对该第一旋转角度修正指令值α1进行修正，从而求出第二旋转角度修正指令值α2，因此，能对因被检测环8的中心的偏移等而引起的误差、以及因被检测环8的齿8a的加工精度等而引起的误差可靠地进行修止。

此外，虽然一个齿周期误差模式F根据被检测环、角度检测传感器的个体差异而变化，但由于可以发现，若是相同的被检测环、相同的角度检测传感器、相同的安装条件，则在任一个齿周期中都表示出大体相同的倾向，着眼于这一点，根据任意的一个齿周期中的一个齿周期误差模式F，生成图10所示的误差修正表，并将其也用于任一个齿周期中的修正，因此，能大幅削减修正分割点数，并且，所需的存储容量也可以较小。

而且，由于首先基于一个旋转周期误差模式E，对旋转角度指令值α进行修正，以求出第一旋转角度修正指令值α1，接着基于一个齿周期误差模式F，对该第一旋转角度修正指令值α1进行修正，以求出第二旋转角度修正指令值α2，因此，在对因被检测环的中心的偏移等而引起的误差进行修正之后，再对因被检测环的齿的加工精度等而引起的误差进行修正，能更有效且可靠地修正所述双方的误差。

[实施例2]

图11～图14是用于说明本发明的实施例2的图。在本实施例2中，在下面的条件下，对旋转角度指令值α进行修正，以求出第一、第二旋转角度修正指令值α1、α2。

旋转角度指令值α＝27deg，一个旋转周期中的修正分割点间隔B＝5deg，并且，具有图11所示的一个旋转周期误差修正表(一个旋转周期误差模式E)。此外，被检测环的齿数＝512，一个齿周期中的修正分割点数γ＝16，并且，具有图12所示的一个齿周期误差修正表(一个齿周期误差模式F)。另外，设所述旋转角度指令值α是加入了齿隙(backlash)修正和热偏移修正等必须要修正而得到的值。

(1)读入旋转角度指令值α＝27deg。

(2)首先，对一个旋转周期误差进行运算。一个旋转周期误差修正点C1＝α/B＝27/5＝5.4，作为对象的修正点C1位于修正分割点5与修正分割点6之间，而且，所述修正点C1的修正比率D＝0.4。

(3)利用所述一个旋转周期误差修正表上的修正分割点5、6的修正量E5、E6，通过

Ec1＝E5+(E6-E5)×D

来对所述一个旋转周期误差修正点C1的修正量Ec1进行运算(参照图12)。

根据图11所示的一个旋转周期误差修正表，E5＝0.003deg，E6＝0.005deg，因此，

Ec1＝0.003+0.002×0.4＝0.0038。

(4)因而，第一旋转角度修正指令值α1＝α+Ec1＝27.0038deg。

(5)接下来，对一个齿周期误差进行运算。一个齿周期误差修正点C2＝α1/(360/齿数)＝27.0038/(360/512)＝38.4054044··，所述一个齿周期误差修正点C2位于被检测环的第38个齿与第39个齿之间。

(6)此外，根据分割数16×0.405··＝6.4864··，所述修正点C2位于修正分割点6与修正分割点7之间，而且，1个齿修正分割比率N＝0.4864··。

(7)利用所述一个齿周期误差修正表上的修正分割点6、7的修正量F6、F7，通过

Fc2＝F6+(F7一F6)×N

来对所述一个齿周期误差修正点C2的修正量Fc2进行运算(参照图14)。

根据图13所示的一个齿周期误差修正表，F6＝-0.001deg，F7＝-0.004deg，因此，

Fc2＝-0.001+(-0.004+0.001)×0.4864··＝-0.0024594··。

(8)因而，第二旋转角度修正指令值α2＝α1+Fc2＝27.0038-0.0024594··＝27.0013405··deg。

在本实施例2中，也可以获得与所述实施例1相同的效果。

Claims (3)

1.一种旋转角度定位装置，所述旋转角度定位装置包括：

旋转角度检测装置，该旋转角度检测装置具备设置于旋转轴且具有以规定间距形成的多个齿的被检测环、和与所述齿相对配置且根据与该齿的距离来产生相应的输出的角度检测传感器，该旋转角度检测装置基于来自该角度检测传感器的所述输出，求出所述被检测环的旋转角度；以及

旋转轴驱动装置，该旋转轴驱动装置使所述旋转轴旋转，从而使得所述旋转角度达到所给予的旋转角度指令值，

其特征在于，该旋转角度定位装置包括：

误差模式存储部，该误差模式存储部存储一个齿周期误差模式，该一个齿周期误差模式由与所述被检测环的任意一个齿周期的修正分割点相对应的所述角度检测传感器所检测的检测旋转角度、与实际的旋转角度之间的误差构成；以及

指令值修正部，该指令值修正部基于所述一个齿周期误差模式，对所述旋转角度指令值进行修正，从而求出旋转角度修正指令值。

2.如权利要求1所述的旋转角度定位装置，其特征在于，

所述误差模式存储部存储所述一个齿周期误差模式及一个旋转周期误差模式，该一个旋转周期误差模式由使所述被检测环旋转一圈时的所述角度检测传感器所检测的检测旋转角度、与实际的旋转角度之间的误差构成，

所述指令值修正部基于所述一个旋转周期误差模式及所述一个齿周期误差模式，对所述旋转角度指令值进行修正，从而求出旋转角度修正指令值。

3.如权利要求2所述的旋转角度定位装置，其特征在于，

所述指令值修正部基于所述一个旋转周期误差模式，对所述旋转角度指令值进行修正，从而求出第一旋转角度修正指令值，基于所述一个齿周期误差模式，对该第一旋转角度修正指令值进行修正，从而求出第二旋转角度修正指令值。

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