CN106802973B - 凸轮形状数据生成装置以及同步控制装置 - Google Patents

凸轮形状数据生成装置以及同步控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及凸轮形状数据生成装置以及同步控制装置。凸轮形状数据生成装置设定将驱动轴的相位和从动轴的位移即设定位移进行对应后的凸轮形状数据、驱动轴的旋转速度、从动轴的位移相关的容许误差。然后，根据该设定的凸轮形状数据求出以驱动轴所设定的旋转速度进行旋转时的从动轴的位移即预测位移，将设定位移和预测位移以可比较的方式进行显示，并且根据该设定位移与预测位移之间的误差是否在容许误差以内来改变显示的方式。

Description

凸轮形状数据生成装置以及同步控制装置
技术领域
本发明涉及一种凸轮形状数据生成装置以及同步控制装置，特别涉及一种调整凸轮形状数据所定义的从动轴的动作与实际对从动轴的指令动作之间的误差的技术。
背景技术
目前使用电气地实现与机械凸轮同样的动作的电子凸轮。在电子凸轮的控制时，首先凸轮形状数据生成装置预先定义将驱动轴的相位和从动轴的位移之间的对应关系进行了定义的表格(以下称为凸轮形状数据)。然后，同步控制装置根据凸轮形状数据求出与驱动轴的相位同步的从动轴的位移，定位从动轴。由此能够电气地再现与具有某种形状的机械凸轮同等的动作。
在这样的电子凸轮控制中，如果使驱动轴的旋转速度变大则会产生没有用于定位的定义点(凸轮形状数据中包括的、驱动轴的相位与从动轴的位移之间的成对的数据)。在凸轮形状数据中通常以某个固定的间隔θ0来设计驱动轴的相位。这里，将同步控制装置实际上对从动轴进行指令动作的周期(称为控制周期)设为τ。将每个该控制周期的驱动轴的相位变化量设为相位间隔θ。根据驱动轴的旋转速度决定该相位间隔θ。
如图8A所示，当凸轮形状数据所定义的驱动轴相位的间隔θ0与驱动轴实际相位间隔θ一致时，必须指令各定义点，电子凸轮如在生成凸轮形状数据时所设想的那样进行动作。另一方面，当驱动轴的旋转速度更快，相位间隔θ比凸轮形状数据的驱动轴相位间隔θ0更大时，产生没有被指令的定义点。此时从动轴的实际动作成为在图8B的图表中通过实线表现的那样。由此会产生以下问题，即在凸轮形状数据所定义的从动轴的动作和实际对从动轴的指令动作中产生误差，例如电子凸轮不能够产生最大冲程等。特别是在位移变化大的场所容易产生该误差。
目前，同步控制装置实际对从动轴进行指令行动来使电子凸轮动作，确认此时的位置偏差、即实际的从动轴的位移与凸轮形状数据所定义的从动轴的位移之间的误差，通过进一步进行修正该误差的控制来解决上述问题。例如在日本特开平7-104855号公报中公开以下技术，即在按照位置指令控制伺服系统的电子凸轮控制方法中，如果产生了由于伺服系统对于位置指令的跟踪延迟而造成的相位延迟量，则通过首先进行考虑了该相位延迟量的位置指令来补偿相位延迟。
在上述日本特开平7-104855号公报中公开的技术中，控制装置实际使机械动作并确认位置偏差。但是，通过实际的动作进行确认的方法有可能机械会进行误动作，所以不太安全。另外，通过凸轮形状数据和驱动轴的旋转速度之间的关系来决定电子凸轮的指令动作，但是在实机进行的调整中没有可识别地确认这些关系的方法，不得不依赖试错。因此，需要很多的功夫和时间。因此优选能够在实际使机械动作之前确认基于驱动轴的旋转速度进行的对从动轴的指令动作和凸轮形状数据所定义的定义点之间的误差的产生状况。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题点而提出的，其目的在于提供一种能够容易地调整凸轮形状数据所定义的从动轴的动作与实际对从动轴的指令动作之间的误差的凸轮形状数据生成装置以及同步控制装置。
本发明的凸轮形状数据生成装置具备：凸轮形状数据设定单元，其设定将驱动轴的相位和从动轴的位移即设定位移对应起来的凸轮形状数据；驱动轴旋转速度设定单元，其设定上述驱动轴的旋转速度；容许误差设定单元，其设定与上述从动轴的位移相关的容许误差；从动轴位移预测单元，其根据上述凸轮形状数据求出上述驱动轴以上述旋转速度旋转时的上述从动轴的位移即预测位移；以及显示单元，其将上述设定位移和上述预测位移以可比较的方式进行显示，并且根据上述设定位移与上述预测位移之间的误差是否在上述容许误差以内来改变上述显示的方式。
上述凸轮形状数据生成装置还具有使上述驱动轴的上述旋转速度发生变化的驱动轴旋转速度调整单元，上述从动轴位移预测单元也可以使上述预测位移根据上述旋转速度的变化而变化。
上述驱动轴旋转速度调整单元可以构成为，使上述驱动轴的上述旋转速度自主地变化，并计算上述误差在上述容许误差以内的上述旋转速度的最大值。
上述驱动轴旋转速度调整单元可以构成为，使上述驱动轴旋转速度设定单元所设定的上述旋转速度逐渐减速，从而计算上述误差在上述容许误差以内的上述旋转速度的最大值。
另外，本发明的同步控制装置以能够与上述凸轮形状数据生成装置通信的方式构成，具有：凸轮形状数据记录单元，其记录通过上述凸轮形状数据设定单元设定的上述凸轮形状数据；最大旋转速度记录单元，其记录由上述驱动轴旋转速度调整单元计算出的上述旋转速度的最大值；以及驱动轴旋转速度控制单元，其使上述驱动轴以上述旋转速度的最大值旋转，根据上述凸轮形状数据来控制从动轴。
根据本发明，能够提供一种能够容易调整凸轮形状数据所定义的从动轴的动作与实际对从动轴的指令动作之间的误差的凸轮形状数据生成装置以及同步控制装置。
附图说明
通过参照附图说明以下的实施例，能够更加明确本发明的上述以及其他目的、特征。
图1是表示本发明第一实施方式的凸轮形状数据生成装置的动作的图(表示图9的凸轮形状数据生成装置的从动轴位移预测单元将所设定的定义点和近似曲线重叠在坐标平面上并显示在显示单元上的图)。
图2是表示对本发明第一实施方式的凸轮形状数据生成装置(图9)的信息设定的一例的图。
图3A以及图3B是说明本发明第一实施方式的凸轮形状数据生成装置(图9)的动作(使驱动轴的旋转速度从S1(图3A)减速到S2(图3B)时的近似曲线的变化)的图。
图4是表示本发明第一实施方式的凸轮形状数据生成装置(图9)的动作的图。
图5是表示本发明第一实施方式的对凸轮形状数据生成装置(图9)的信息设定的方法的图。
图6A～图6C是说明本发明第二实施方式的凸轮形状数据生成装置(图9)的动作(使驱动轴的旋转速度从S1(图6A)减速到S2(图6B)、S3(图6C)时的近似曲线的变化)的图。
图7是说明本发明第二实施方式的凸轮形状数据生成装置(图9)的驱动轴旋转速度调整单元求出钳位旋转速度的处理流程的流程图。
图8A以及图8B是表示现有的凸轮形状数据生成装置的动作的图。
图9是表示本发明第一、第二实施方式的凸轮形状数据生成装置的结构的框图。
图10是表示本发明第三实施方式的同步控制装置的结构的框图。
具体实施方式
首先，使用图1～图5以及图9说明本发明的第一实施方式的凸轮形状数据生成装置。
使用图9的框图说明本实施方式的凸轮形状数据生成装置的结构。
凸轮形状数据生成装置100具有从动轴位移预测单元101、驱动轴旋转速度设定单元103、容许误差设定单元105、显示单元107、驱动轴旋转速度调整单元109以及凸轮形状数据设定单元111。
凸轮形状数据生成装置100是典型的个人计算机(PC)和微型计算机等信息处理装置。凸轮形状数据生成装置100通过由CPU(未图示)按照存储在存储区域中的程序来执行预定的处理，从而逻辑地实现各种处理部。
凸轮形状数据设定单元111接受凸轮形状数据的输入。凸轮形状数据是将驱动轴的相位和从动轴的位移对应起来的数据。凸轮形状数据设定单元111典型地将图2所示的表格显示在显示单元107中，接受用户进行的数据输入，存储输入结果。
驱动轴旋转速度设定单元103接受驱动轴旋转速度的输入。驱动轴旋转速度例如通过驱动轴的角速度ω(rad/s)、驱动轴的旋转周期T(s)或者驱动轴的转速N(rpm)等来表示。驱动轴旋转速度设定单元103典型地将图2所示的表格显示在显示单元107中，接受用户进行的数据输入，存储输入结果。
容许误差设定单元105接受容许误差的输入。容许误差是表示作为凸轮形状数据而定义的从动轴的位移与实际的指令动作的从属轴的预测位移之间的差的值。容许误差如图2所示，可以按照驱动轴的各个相位定义不同的值。容许误差设定单元105典型地将图2所示的表格显示在显示单元107中，接受用户进行的数值输入，存储该输入结果。
从动轴位移预测单元101进行以下处理，即根据通过凸轮形状数据设定单元111设定的凸轮形状数据来预测使驱动轴以通过驱动轴旋转速度设定单元103设定的旋转速度旋转时的从动轴的位移。例如，从动轴位移预测单元101在将驱动轴的相位设为第一轴并将从动轴的位移设为第二轴的2个轴正交坐标平面上绘制通过凸轮形状数据设定单元111设定的定义点。
接着，从动轴位移预测单元101使用通过驱动轴旋转速度设定单元103设定的旋转速度来提取实际成为指令动作对象的定义点。例如，以15°间隔来定义凸轮形状数据，驱动轴的旋转速度是每秒360°，同步控制装置200的控制周期τ为1/8秒。此时，相位间隔是360/8＝45°。换言之，按照驱动轴的相位每次变化45°来执行指令动作。于是，本来按照驱动轴的相位15°定义的定义点只被用于实际的1/3的指令动作中。从动轴位移预测单元101每当相位间隔前进时提取能够用于指令动作的定义点，计算连接该提取出的定义点的近似曲线。该近似曲线表示伴随实际指令动作的从动轴的运动。
另外，如图1所示，从动轴位移预测单元101将通过凸轮形状数据设定单元111设定的定义点和上述近似曲线重叠在上述坐标平面上，并显示在显示单元107中。图1中，纵向的直线间的间隔θ表示相位间隔。在该例子中，能够根据相位间隔可识别地把握已将整体约1/3的定义点用于近似曲线的生成。
这里，从动轴位移预测单元101对于所显示的定义点分别计算与近似曲线之间的误差即位移量的差值。然后，从动轴位移预测单元101在该误差超过通过容许误差设定单元105设定的容许误差的情况和没有超过的情况下，能够改变定义点的显示方式。在图1的例子中，用“○”表示误差超过容许误差的定义点，用“●”表示误差在容许误差以内的定义点。
驱动轴旋转速度调整单元109接受变更通过驱动轴旋转速度设定单元103设定的驱动轴的旋转速度的输入。例如，如图4所示，驱动轴旋转速度调整单元109接受使纵向直线的间隔θ即相位间隔变动的输入。使相位间隔θ变窄表示使驱动轴的旋转速度减速。或者，如图5所示，通过接受直接数值输入，也能够更新驱动轴的旋转速度。
使用图3A以及图3B说明使驱动轴的旋转速度减速时的近似曲线的变化。
一般，如果驱动轴的旋转速度下降则相位间隔变窄，用于指令动作的定义点增加，所以定义点与近似曲线之间的误差变小。因此，通常慢慢降低驱动轴的旋转速度，从而寻找能够进行与凸轮形状数据相同的指令动作即位移的误差在容许误差以内的、能够实现从动轴的动作的旋转速度。
如果驱动轴(凸轮轴)的旋转速度从S1下降，则在旋转速度为S2的时间点所有的定义点与近似曲线之间的差在容许误差以内。在画面上，在旋转速度S1如图3A所示用“○”表示若干定义点，在旋转速度S2的时间点如图3B所示用“●”表示所有的定义点。此时，近似曲线成为与凸轮形状数据大致相同的形状。即，驱动轴的旋转速度S2成为能够进行与该凸轮形状数据相同的指令动作的最大旋转速度。
根据本实施方式，凸轮形状数据生成装置100以可识别的方式显示所指定的驱动轴的旋转速度中对从动轴的指令动作与通过凸轮形状数据定义的从动轴的位移之间的形状误差。由此，使机械不实际动作而能够安全且在短时间调整驱动轴的旋转速度，求出最佳的旋转速度。
另外，根据本实施方式，提供一种驱动轴旋转速度调整单元109在图表上调整驱动轴的旋转速度的单元。另外，也能够提供通过数值输入调整驱动轴的旋转速度的单元。由此，能够容易地求出驱动轴的最佳旋转速度，优选是误差在容许范围内的最大旋转速度。由此，能够高效地实施指令动作的调整作业。
接着，使用图6A～图6C以及图7说明本发明第二实施方式的凸轮形状数据生成装置。
本实施方式的凸轮形状数据生成装置的结构与上述第一实施方式的凸轮形状数据生成装置同样，能够通过图9的框图表示。但是，本实施方式中，图9的驱动轴旋转速度调整单元109的特征在于具有自动求出定义点与近似曲线之间的误差在容许范围内的驱动轴的最大旋转速度。
对于凸轮形状数据的一个以上的定义点，当与近似曲线的误差超过容许误差时，该实施方式的凸轮形状数据生成装置的驱动轴旋转速度调整单元109使驱动轴(凸轮轴)的旋转速度以固定的比率从通过驱动轴旋转速度设定单元103设定的旋转速度S1(图6A)向旋转速度S2(图6B)、旋转速度S3(图6C)逐渐下降。即，如图6A～图6C所示，使相位间隔每次变窄dθ。从动轴位移预测单元101在每次驱动轴的旋转速度减少时，换言之在每次相位间隔变窄dθ时，评价定义点与近似曲线之间的误差。并且，如图6C所示，当凸轮形状数据的所有定义点首次在容许误差以内时(当在画面上表示误差超过容许误差的定义点“○”消失时)，驱动轴旋转速度调整单元109将此时的驱动轴的旋转速度(S3)作为钳位旋转速度输出。
使用图7的流程图说明本实施方式的凸轮形状数据生成装置的驱动轴旋转速度调整单元109求出钳位旋转速度的处理流程。以下，按照各个步骤进行说明。
[步骤S101]驱动轴旋转速度调整单元109将通过驱动轴旋转速度设定单元103设定的驱动轴的旋转速度所对应的相位间隔θ1设为θbuf。这里，θbuf是暂时保存相位间隔的变量。
[步骤S102]将相位间隔设为θbuf时，判断与近似曲线之间的误差超过容许误差的定义点是否产生了1个点以上。当这样的定义点产生了1个点以上时，转到步骤S103，如果定义点1个点也没有产生，则转到步骤S106。
[步骤S103]近似曲线与定义点之间的误差超过了容许误差，所以，缩小相位间隔。将θbuf-dθ更新为相位间隔θbuf。这里，dθ表示相位间隔的下降幅度。
[步骤S104]这里，检查相位间隔θbuf是否在凸轮形状数据所定义的驱动轴相位的间隔θ0以下。如果相位间隔θbuf在间隔θ0以下，则转到S105，如果是这以外的情况转到S102，使用新的θbuf来再次评价误差。
[步骤S105]相位间隔θbuf是凸轮形状数据所定义的驱动轴的相位间隔θ0以下，所以将θ0设为θbuf。如果θbuf与θ0相同，则指令所有的定义点，所以误差应该成为0。
[步骤S106]将θbuf作为θclamp而输出。这里，θclamp是与驱动轴的钳位旋转速度对应的相位间隔。
另外，凸轮形状数据生成装置100能够根据相位间隔θclamp计算钳位旋转速度并输出。该计算方法如以下公式所示。
角速度ωclamp(rad/s)＝θclamp/τ
周期Tclamp(s)＝2π/ωlamp＝2πτ/θclamp
转速Nclamp(rpm)＝1/Tclamp×60＝θlamp/2πτ×60
根据该实施方式的凸轮形状数据生成装置，驱动轴旋转速度调整单元109计算出对从动轴的指令动作与通过凸轮形状数据定义的从动轴的位移之间的误差在容许误差以内的驱动轴的最大旋转速度。由此能够显著地提高指令动作的调整作业的效率。
接着，使用图10说明本发明第三实施方式的同步控制装置。
本实施方式涉及根据通过第一实施方式的凸轮形状数据生成装置100设定的凸轮形状数据和通过第二实施方式计算出的驱动轴的钳位旋转速度进行动作的同步控制装置200。
如图10所示，同步控制装置200具有凸轮形状数据记录单元201、最大旋转速度记录单元203、驱动轴旋转速度控制单元205。同步控制装置200优选与凸轮形状数据生成装置100以可通信的方式连接。
同步控制装置200是典型的数值控制装置。同步控制装置200通过由CPU按照存储在存储区域中的程序来执行预定的处理，逻辑地实现各种处理部。
凸轮形状数据记录单元201从凸轮形状数据生成装置100取得并记录由凸轮形状数据设定单元111设定的凸轮形状数据。最大旋转速度记录单元203从凸轮形状数据生成装置100取得并记录由驱动轴旋转速度调整单元109计算出的钳位旋转速度。
驱动轴旋转速度控制单元205将驱动轴的旋转速度设定为最大旋转速度记录单元203所记录的钳位旋转速度，执行指令动作。
根据本实施方式，同步控制装置200使用在凸轮形状数据生成装置100中计算出的驱动轴的最大旋转速度，能够钳位自身的驱动轴指令旋转速度。由此能够显著提高指令动作的调整作业的效率。
另外，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离主旨的范围内进行适当变更。例如，在第一实施方式中，凸轮形状数据生成装置100根据驱动轴的旋转速度的指定将该旋转速度的、对从动轴的指令动作与通过凸轮形状数据定义的从动轴的位移之间的形状误差以可识别的方式进行显示。另一方面，在第二实施方式中，凸轮形状数据生成装置100自动地计算最佳的驱动轴的旋转速度。因此，在第二实施方式中，可以不一定要具备以可识别的方式显示形状误差的结构。
另外，在上述实施方式中，示出了将通过凸轮形状数据设定单元111设定的定义点和由从动轴位移预测单元101计算出的近似曲线图表显示在显示单元107中的例子。但是，也可以代替该图表的显示，而简单地将定义点以及近似曲线所表示的位移、相位或误差等进行数值显示。

Claims (5)

1.一种凸轮形状数据生成装置，其特征在于，
该凸轮形状数据生成装置具备：
凸轮形状数据设定单元，其设定将驱动轴的相位和从动轴的位移即设定位移对应起来的凸轮形状数据；
驱动轴旋转速度设定单元，其设定上述驱动轴的旋转速度；
容许误差设定单元，其设定与上述从动轴的位移相关的容许误差；
从动轴位移预测单元，其根据上述凸轮形状数据求出上述驱动轴以上述旋转速度旋转时的上述从动轴的位移即预测位移；以及
显示单元，其将上述设定位移和上述预测位移以可比较的方式进行显示，并且根据上述设定位移与上述预测位移之间的误差是否在上述容许误差以内来改变上述显示的方式。
2.根据权利要求1所述的凸轮形状数据生成装置，其特征在于，
上述凸轮形状数据生成装置还具有使上述驱动轴的上述旋转速度发生变化的驱动轴旋转速度调整单元，
上述从动轴位移预测单元使上述预测位移根据上述旋转速度的变化而变化。
3.根据权利要求2所述的凸轮形状数据生成装置，其特征在于，
上述驱动轴旋转速度调整单元使上述驱动轴的上述旋转速度自主地变化，并计算上述误差在上述容许误差以内的上述旋转速度的最大值。
4.根据权利要求3所述的凸轮形状数据生成装置，其特征在于，
上述驱动轴旋转速度调整单元使上述驱动轴旋转速度设定单元所设定的上述旋转速度逐渐减速，从而计算上述误差在上述容许误差以内的上述旋转速度的最大值。
5.一种同步控制装置，能够与权利要求3或4所述的凸轮形状数据生成装置通信，其特征在于，
该同步控制装置具有：
凸轮形状数据记录单元，其记录通过上述凸轮形状数据设定单元设定的上述凸轮形状数据；
最大旋转速度记录单元，其记录由上述驱动轴旋转速度调整单元计算出的上述旋转速度的最大值；以及
驱动轴旋转速度控制单元，其使上述驱动轴以上述旋转速度的最大值旋转，
上述同步控制装置基于驱动轴旋转速度控制单元的控制，根据上述凸轮形状数据来控制从动轴。
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