CN112828609A - 龙门机构线上惯量匹配同步控制方法 - Google Patents

龙门机构线上惯量匹配同步控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112828609A
CN112828609A CN201911272448.8A CN201911272448A CN112828609A CN 112828609 A CN112828609 A CN 112828609A CN 201911272448 A CN201911272448 A CN 201911272448A CN 112828609 A CN112828609 A CN 112828609A
Authority
CN
China
Prior art keywords
information
inertia
gantry mechanism
load inertia
driving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911272448.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112828609B (zh
Inventor
陈民融
梁世璋
杨宗育
郭俊宏
李日杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industrial Technology Research Institute ITRI
Original Assignee
Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Industrial Technology Research Institute ITRI filed Critical Industrial Technology Research Institute ITRI
Publication of CN112828609A publication Critical patent/CN112828609A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112828609B publication Critical patent/CN112828609B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/12—Adaptive control, i.e. adjusting itself to have a performance which is optimum according to a preassigned criterion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/01—Frames, beds, pillars or like members; Arrangement of ways
    • B23Q1/012—Portals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/01—Frames, beds, pillars or like members; Arrangement of ways
    • B23Q1/017—Arrangements of ways
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/267—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members with means to prevent skewness between the relatively slidable members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/56—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/60—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/62—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides
    • B23Q1/621—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides a single sliding pair followed perpendicularly by a single sliding pair
    • B23Q1/626—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism two sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism with perpendicular axes, e.g. cross-slides a single sliding pair followed perpendicularly by a single sliding pair followed perpendicularly by a single sliding pair
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work
    • B23Q5/34—Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/023—Cartesian coordinate type
    • B25J9/026—Gantry-type
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50228—Synchronize two slides, portal gantry, raising, moving

Abstract

本发明公开一种龙门机构线上惯量匹配同步控制方法，包括以下步骤：取得龙门机构信息；检测梁上装置在横梁上的位置信息；依据位置信息与龙门机构信息，求得对应于驱动装置的负载惯量变化信息；以及依据负载惯量变化信息，即时调整驱动马达对应的扭矩输出信息，以解决因为梁上装置在移动时惯量不匹配，所导致的位置差异变大的问题，避免龙门机构因而损伤。

Description

龙门机构线上惯量匹配同步控制方法
技术领域
本发明涉及一种线上惯量匹配的同步控制方法，特别是涉及应用于龙门移动式工具机的龙门机构线上惯量匹配同步控制方法。
背景技术
现有的龙门移动式工具机(sliding double columns machine tool)，其龙门机构(gantry mechanism)由两平行床轨(rail)、立柱(column)与X轴横梁(X-axiscrossbeam/cross-rail)所构成，X轴横梁由两立柱横跨于两床轨上，X轴横梁上具备一梁上装置(saddle)可沿X轴方向移动，梁上装置包括如主轴(spindle)与Z轴移动装置(headstock)等。两床轨上各装有驱动器、驱动马达与导螺杆，用于驱动X轴横梁、立柱与梁上装置等于Y轴方向移动。
由于梁上装置包括主轴与Z轴移动装置等大型机构，具有相当体积及重量，而两床轨需共同承受立柱、X轴横梁与梁上装置等的重量。当梁上装置位于X轴横梁中央位置时，两床轨的驱动马达负载惯量大致相等，龙门机构的位置差异也可保持在误差内。然而，若梁上装置移向X轴横梁的一侧时，将造成龙门机构负载惯量产生变化，若未即时调整负载惯量，则将使得两驱动马达的输出扭矩与加速度不能与实际负载惯量变化相互匹配，而导致X轴横梁在两床轨间产生位置差异，造成龙门机构损坏。
因此，如何改良并能提供一种『龙门机构线上惯量匹配同步控制方法』来避免上述所遭遇到的问题，是业界所待解决的课题。
发明内容
本发明提供一种龙门机构线上惯量匹配同步控制方法，通过调整两床轨上的驱动马达的惯量比参数信息，以得到更精确的输出扭矩与加速度，以解决梁上装置偏向横梁一侧时所导致的负载惯量变化，并消除龙门机构位置差异变大的问题，达到即时惯量匹配的效果。
本发明的一实施例提供一种龙门机构线上惯量匹配同步控制方法，适用于具备龙门机构的工具机，龙门机构包括两床轨、横梁以及梁上装置。梁上装置设置于横梁上，横梁两侧分别跨接两床轨，驱动装置装设于床轨上，包括驱动马达及导螺杆。本方法包括以下步骤：取得龙门机构信息；检测梁上装置在横梁上的位置信息；依据位置信息与龙门机构信息，计算求得负载惯量变化信息；以及依据负载惯量变化信息，调整各驱动装置对应的驱动马达的扭矩输出信息。
基于上述，在本发明的龙门机构线上惯量匹配同步控制方法中，是根据梁上装置在横梁上的位置信息，求得驱动装置对应的负载惯量变化信息，进而适时调整驱动马达的扭矩输出信息，达到即时惯量匹配控制的效果。
为让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明龙门机构的俯视示意图；
图2为本发明控制装置的系统架构图；
图3为本发明驱动装置的侧视示意图；
图4为本发明梁上装置位置关系的示意图；
图5为本龙门机构线上惯量匹配同步控制方法的流程图。
符号说明
100 龙门机构
110 第一床轨
120 第二床轨
130 横梁
140 第一驱动装置
142 第一驱动马达
144 第一导螺杆
146 第一联轴器
150 第二驱动装置
152 第二驱动马达
154 第二导螺杆
156 第二联轴器
160 梁上装置
162 主轴
164 刀具
166 Z轴移动装置
170 控制装置
172 机构信息存储器
174 运动控制模块
174A 位置插值器
174B 交叉耦合控制器
176 位置传感器
178 惯量匹配模块
50 驱动装置
52 驱动马达
54 导螺杆
56 横梁
58 梁上装置
F1、F10 第一支点的承受力
F2、F20 第二支点的承受力
L 距离
L1 轴向方向
L2 移动方向
M1 龙门机构信息
M2 位置信息
P1 横梁的质心位置
P2 梁上装置的质心位置
PA1 第一支点
PA2 第二支点
PC 位置命令
PF 位置回授命令
PX 偏移距离
VC 速度命令
R1、R2 惯量比参数信息
X 第一方向
Y 第二方向
Z 第三方向
S100 龙门机构线上惯量匹配同步控制方法
S110～S140 步骤
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此限制本发明的保护范围。
为了说明上的便利和明确，附图中各元件的厚度或尺寸，是以夸张或省略或概略的方式表示，以供熟悉此技术的人士的了解与阅读，且各元件的尺寸并未完全为其实际的尺寸，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本案所揭示的技术内容涵盖的范围内。
图1为本发明龙门机构的俯视示意图。本实施例是应用于龙门移动式工具机(未绘示)，其中龙门机构100举例包括互为平行的第一床轨110与第二床轨120、横梁130(如X轴横梁)、第一驱动装置140、第二驱动装置150以及一梁上装置160，其中第一床轨110与第二床轨120上各装设第一驱动装置140与第二驱动装置150，横梁130(可能包括两立柱，未图示)的两侧分别跨接在第一床轨110与第二床轨120上。上述横梁130在某些工具机上可能称为X轴横梁或Y轴横梁，但此差异并不影响本发明实施，本发明也不加以限制。
在本实施例中，梁上装置160设置于横梁130上，并且在横梁130上沿第一方向X(即X轴)移动。第一驱动装置140与第二驱动装置150同步驱动横梁130，使得横梁130与梁上装置160可朝第二方向Y(即Y轴)移动。详细而言，第一驱动装置140包括第一驱动马达142(由驱动器与马达组成)、第一导螺杆144与第一联轴器146(或减速器)，第一驱动马达142通过第一联轴器146连接并驱动第一导螺杆144旋转；同理，第二驱动装置150包括第二驱动马达152(由驱动器与马达组成)、第二导螺杆154与第二联轴器156(或减速器)，第二驱动马达152连接第二联轴器156并驱动第二导螺杆154旋转。此外，梁上装置160包括主轴162、刀具164(包括刀把)与Z轴移动装置166等，刀具164装设主轴162上，Z轴移动装置166连接主轴162与横梁130之间，通过Z轴移动装置166，使主轴162相对于横梁130沿着第三方向Z(即Z轴)移动。由此可知，本实施例的龙门机构100具备三轴向移动机制。
图2为本发明控制装置的系统架构图。请参阅图2。本发明通过一控制装置170，用以同步控制第一驱动装置140与第二驱动装置150，使横梁130朝第二方向Y(即Y轴)移动，以及控制第三驱动装置(未图示)驱动梁上装置160在横梁130上沿第一方向X(即X轴)移动。
详细而言，控制装置170包括一机构信息存储器172、一运动控制模块174与一位置传感器176，其中机构信息存储器172用以存储龙门机构信息M1，龙门机构信息M1举例包括梁上装置160的质量、横梁130(包括立柱)的质量与长度、导螺杆(包括第一导螺杆144与第二导螺杆154)的质量、节距、密度、直径、长度以及驱动马达(包含第一驱动马达142与第二驱动马达152)的负载惯量信息等。
运动控制模块174包括一位置插值器174A以及一交叉耦合控制器(crosscoupling controller)174B。本实施例可输入位置命令PC至位置插值器174A进行插值，位置命令PC包括对横梁130与梁上装置160的移动位置信息，并通过交叉耦合控制器174B计算分配，以得到关于横梁130与梁上装置160的速度命令VC，进而控制第一驱动装置140、第二驱动装置150与梁上装置160(通过第三驱动装置)，并通过位置传感器176感测梁上装置160在横梁130上的位置。
特别的是，本实施例的控制装置170还包括一惯量匹配模块178，惯量匹配模块178连接机构信息存储器172与位置传感器176。机构信息存储器172用以存储并传输龙门机构信息M1至惯量匹配模块178，位置传感器176可通过一位置回授命令PF，获得梁上装置160在横梁130上的位置信息M2，并传输位置信息M2至惯量匹配模块178。惯量匹配模块178可依据龙门机构信息M1与位置信息M2，分别对第一驱动马达142与第二驱动马达152设定相对应的惯量比参数信息R1、R2，以达到二驱动马达惯量匹配的目的。以下先通过图3说明如何计算驱动马达的惯量比参数信息。
图3为本发明驱动装置的侧视示意图。图3为说明本发明第一驱动装置140与第二驱动装置150如何同步驱动横梁130移动。驱动装置50(相当于第一驱动装置140或第二驱动装置150)包括一驱动马达52(相当于第一驱动马达142或第二驱动马达152)与一导螺杆54(相当于第一导螺杆144或第二导螺杆154)，其中驱动马达52连接并驱动导螺杆54(通过联轴器或减速器)，横梁56(相当于横梁130，可能再包括立柱)，梁上装置58(相当于梁上装置160，可能再包括主轴与Z轴移动装置)设置于横梁56上，通过驱动马达52驱动导螺杆54转动，以驱动横梁56与梁上装置58沿着一轴向方向L1(相当于Y轴方向)移动。其中驱动装置50是被固定在工具机的一床轨上。
在此配置之下，移动物(可能包括梁上装置58、横梁56与其他部件等)的负载惯量信息JLa(kg·m2)可由下述公式(1)表示：
Figure BDA0002314563600000061
上述公式(1)中，m代表移动物的质量(kg)，p代表驱动马达52每回转移动量(m/rev)，由此可知，移动物的负载惯量信息JLa会与移动物的质量有关。
因此相对于驱动装置50的总负载惯量信息JL(kg·m2)可再由下述公式(2)表示：
JL＝JLa+JLb……...(2)
由上述公式(2)可知，驱动装置50的总负载惯量信息JL由移动物的负载惯量信息JLa与导螺杆54的负载惯量信息JLb相加而得，其中导螺杆54的负载惯量信息JLb与导螺杆54的密度、直径、长度有关。
接着，驱动装置50的驱动马达52的惯量比参数信息R(％)可由下述公式(3)表示：
Figure BDA0002314563600000062
其中Jm为马达转子的转子惯量信息，由公式(3)可知，驱动马达52的惯量比参数信息R为驱动装置50的总负载惯量信息JL与驱动马达52的转子惯量信息Jm的比例值。
综合上述公式(1)至公式(3)可知，针对驱动装置50的驱动马达52的惯量比参数信息R，会依据移动物的质量的改变而变化。以下通过图4来说明如何计算求得第一驱动装置140与第二驱动装置150的惯量比参数信息。图4为本发明梁上装置位置关系的示意图，梁上装置160、第一导螺杆144与第二导螺杆154三者在横梁130上会有力平衡与力矩平衡的关系如下公式(4)、公式(5)：
F1+F2＝2m3g+m2g+m1g………(4)
F1(2L)＝m3g(2L)+m2g(L+PX)+m1gL………(5)
上述公式(4)代表考虑第一支点PA1的力平衡方程式，其中F1为第一支点PA1的承受力(N)，F2为第二支点PA2的承受力(N)，m3为第一导螺杆144的质量或第二导螺杆154的质量，m2为梁上装置160的质量，m1为横梁130的质量。上述公式(5)代表考虑第一支点PA1的力矩平衡方程式，其中L为第一支点PA1至横梁130的质心位置P1的距离，或第二支点PA2至横梁130的质心位置P1的距离，此二距离相等并为一定值，本实施例设定第一支点PA1至横梁130的质心位置P1的距离，等于第二支点PA2至横梁130的质心位置P1的距离，即可将L视为横梁130总长度(2L)的一半；PX为梁上装置160的质心位置P2与横梁130的质心位置P1的偏移距离。若偏移距离PX为零，即梁上装置160的质心位置P2与横梁130的质心位置P1重合，可由下述公式(6)表示：
Figure BDA0002314563600000071
由上述公式(6)可知，当梁上装置160的质心位置P2与横梁130的质心位置P1重合的状况下，第一支点PA1的承受力F1相等于第二支点PA2的承受力F2。
但若偏移距离PX不等于零，再以图4为例，梁上装置160朝移动方向L2往第一支点PA1移动，使得梁上装置160的质心位置P2并未重合于横梁130的质心位置P1时，则力平衡方程式可由下述公式(7)、公式(8)表示：
Figure BDA0002314563600000072
Figure BDA0002314563600000081
由上述公式(7)与公式(8)可知，由于梁上装置160往第一支点PA1移动一偏移距离PX，故第一支点PA1的承受力F10(N)增加，同时第二支点PA2的承受力F20(N)减少。
接着，将上述公式(7)与公式(6)相减后可得到下述公式(9)：
Figure BDA0002314563600000082
Figure BDA0002314563600000083
由上述公式(9)、公式(10)可知，一旦梁上装置160的质心位置P2并未重合于横梁130的质心位置P1时，则会产生一等效质量变化信息Δm，换言之，等效质量变化信息Δm会与梁上装置160的质量m2以及偏移距离PX的变动有关系，其中L为第一支点PA1至横梁130的质心位置P1的距离，或第二支点PA2至横梁130的质心位置P1的距离。
依据上述公式(10)，改写公式(7)、公式(8)为公式(11)、公式(12)如下：
F10＝F1+Δmg＝(mT+Δm)g………(11)
F20＝F1-Δmg＝(mT-Δm)g………(12)
上述公式(11)与公式(12)中，
Figure BDA0002314563600000084
综上可知，梁上装置160在横梁130上往第一支点PA1移动一偏移距离PX时，第一支点PA1的承受力F10会增加一等效质量变化信息Δm，同时对第二支点PA2的承受力F20会减少一等效质量变化信息Δm。依据上述可将公式(1)改写成下述公式(13)：
Figure BDA0002314563600000085
公式(13)表示梁上装置160移动后，较靠近梁上装置160的支点(如图4的第一支点PA1)，承受移动物的负载惯量信息
Figure BDA0002314563600000091
会增加；反之，较远离梁上装置160之支点(如图4的第二支点PA2)，承受移动物的负载惯量信息
Figure BDA0002314563600000092
会相对减少。
综上可知，移动方向L2可比对至图1的第一方向X(即X轴)，倘如图1所示，梁上装置160在横梁130上沿第一方向X(即X轴)移动时，随着梁上装置160在横梁130上的位置信息变动，也会变动负载惯量信息。
在本实施例中，当梁上装置160位置信息变动后(即偏移距离PX不等于零时)，第一驱动装置140与第二驱动装置150所对应的总负载惯量信息
Figure BDA0002314563600000093
可由下述公式(14)表示：
Figure BDA0002314563600000094
上述公式(14)中，第一导螺杆144与第二导螺杆154的负载惯量信息JLb为一固定不变值，换言之，若要估测第一驱动装置140与第二驱动装置150对应的总负载惯量信息
Figure BDA0002314563600000095
则需要得知公式(13)中的横梁130的质量m1、梁上装置160的质量m2、第一导螺杆144的质量m3与第二导螺杆154的质量m3以外，还需要知道梁上装置160在横梁130上的位置信息，以求得等效质量变化信息Δm。
接着，当梁上装置160移动后，公式(3)中驱动马达52的惯量比参数信息R(％)可改写成下述公式(15)：
Figure BDA0002314563600000096
上述公式(15)中，驱动马达52的转子惯量信息Jm为一固定不变值，故仅需求得公式(14)中的第一驱动装置140与第二驱动装置150的总负载惯量信息
Figure BDA0002314563600000097
即可得到驱动马达52的惯量比参数信息R1。同理第一驱动马达142的惯量比参数信息R1与第二驱动马达152的惯量比参数信息R2便可分别取得。
以下通过图5来说明本发明的龙门机构线上惯量匹配同步控制方法。请同时参阅图1至图4。本发明的龙门机构线上惯量匹配同步控制方法S100包括以下步骤S110至步骤S140。首先，进行步骤S110，取得龙门机构信息M1，其中龙门机构信息M1包括梁上装置160的质量、横梁130的质量以及各导螺杆(第一导螺杆144与第二导螺杆154)的质量。以图2为例，使用者举例可通过人机介面去设定或输入龙门机构信息M1，以将龙门机构信息M1存取至机构信息存储器172中，机构信息存储器172再将龙门机构信息M1传输至惯量匹配模块178。
接着，进行步骤S120，检测梁上装置160在横梁130上的位置信息M2。举例而言，可通过图2的位置传感器176去感测梁上装置160在横梁130上的位置信息M2，位置传感器176将位置信息M2传输至惯量匹配模块178。具体而言，步骤S120包括以下步骤：首先，如图4所示，检测梁上装置160的质心位置P2是否偏移横梁130的质心位置P1。若否，代表梁上装置160的质心位置P2与横梁130的质心位置P1重合，则无需调整第一驱动马达142与第二驱动马达152的扭矩输出信息。反之，若梁上装置160的质心位置P2是偏移横梁130的质心位置P1时，则可通过位置传感器176取得梁上装置160的质心位置P2与横梁130的质心位置P1的偏移距离PX，以作为位置信息M2。
接着，进行步骤S130，依据位置信息M2与龙门机构信息M1，求得第一驱动装置140与第二驱动装置150对应的一负载惯量变化信息，换言之，梁上装置160在横梁130上沿第一方向X(即X轴)移动之后，其负载惯量信息将随移动距离而变动。
具体而言，步骤S130包括以下步骤：惯量匹配模块178依据位置信息M2，先计算求得等效质量变化信息Δm。接着，如公式(13)，惯量匹配模块178依据等效质量变化信息Δm，计算求得负载惯量信息
Figure BDA0002314563600000101
接着，如公式(14)，惯量匹配模块178依据负载惯量信息
Figure BDA0002314563600000102
以及各导螺杆(即第一导螺杆144与第二导螺杆154)的负载惯量信息JLb，计算求得第一驱动装置140与第二驱动装置150对应的一总负载惯量信息
Figure BDA0002314563600000103
以作为负载惯量变化信息。
接着，进行步骤S140，惯量匹配模块178依据各负载惯量变化信息，以调整第一驱动马达142与第二驱动马达152对应的扭矩输出信息。具体而言，步骤S140包括以下步骤：如公式(15)，惯量匹配模块178依据各负载惯量变化信息以及各驱动马达(即第一驱动马达142与第二驱动马达152)的转子惯量信息，以计算第一驱动马达142与第二驱动马达152的惯量比参数信息R1、R2。惯量比参数信息R1、R2是属于马达驱动器速度回路层中的增益函式参数，其影响驱动马达的扭矩输出信息，由此可知，本实施例直接取得两驱动装置对应的负载惯量变化信息，进而调整两驱动马达的惯量比参数信息R1、R2，得到更精确的扭矩输出信息与加速度信息，以与梁上装置160的负载惯量信息相互匹配，有效降低横梁130在第一床轨110与第二床轨120之间的位置差异，达到龙门机构惯量匹配的效果。
综上所述，在本发明的龙门机构线上惯量匹配的同步控制方法中，是根据梁上装置在横梁上的位置信息，求得两驱动装置对应的负载惯量变化信息进而得到惯量比参数信息，以适时调整两驱动马达的扭矩输出信息，达到龙门机构惯量匹配的效果。
再者，本发明并非如现有技术利用交叉耦合控制器去匹配扭力差异，以控制梁上装置的位置差异，现有技术所得到的扭矩与加速度并未能跟梁上装置的负载惯量信息相匹配，因此将产生横梁两侧位置有差异的问题。而本发明是直接对两驱动装置的负载惯量变化信息即时作调整，得到更精确的驱动马达的扭矩输出信息与对应的加速度信息。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (4)

1.一种龙门机构线上惯量匹配同步控制方法，适于具备龙门机构的工具机，该龙门机构包括两床轨、横梁及梁上装置，该梁上装置设置于该横梁上，该横梁两侧跨接于该两床轨上，各该床轨上装设驱动装置以同步驱动该横梁，各该驱动装置包括驱动马达及导螺杆，该龙门机构线上惯量匹配同步控制方法包括以下步骤：
取得龙门机构信息，其中该龙门机构信息至少包括该梁上装置的质量、该横梁的质量以及各该导螺杆的质量；
检测该梁上装置在该横梁上的位置信息；
依据该位置信息与该龙门机构信息，计算求得负载惯量变化信息；以及
依据该负载惯量变化信息，调整各该驱动装置对应的该驱动马达的扭矩输出信息。
2.如权利要求1所述的龙门机构线上惯量匹配同步控制方法，其中所述检测该梁上装置在该横梁上的该位置信息的步骤，还包括以下步骤：
检测该梁上装置的质心位置是否偏移该横梁的质心位置；以及
若是，取得该梁上装置的质心位置与该横梁的质心位置的偏移距离，以作为该位置信息。
3.如权利要求1所述的龙门机构线上惯量匹配同步控制方法，其中所述依据该位置信息与该龙门机构信息，计算求得该负载惯量变化信息的步骤，还包括以下步骤：
依据该位置信息，计算求得等效质量变化信息；
依据该等效质量变化信息，计算求得负载惯量信息；以及
依据该负载惯量信息以及各该导螺杆的负载惯量信息，计算求得对应各该驱动装置的总负载惯量信息，以作为该负载惯量变化信息。
4.如权利要求1所述的龙门机构线上惯量匹配同步控制方法，其中所述依据该负载惯量变化信息，调整各该驱动装置对应的该驱动马达的该扭矩输出信息的步骤，还包括以下步骤：
依据该负载惯量变化信息以及各该驱动马达的转子惯量信息，计算求得各该两驱动马达的惯量比参数信息。
CN201911272448.8A 2019-11-22 2019-12-12 龙门机构线上惯量匹配同步控制方法 Active CN112828609B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW108142580 2019-11-22
TW108142580A TWI726498B (zh) 2019-11-22 2019-11-22 龍門機構線上慣量匹配同步控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112828609A true CN112828609A (zh) 2021-05-25
CN112828609B CN112828609B (zh) 2022-06-07

Family

ID=75922938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911272448.8A Active CN112828609B (zh) 2019-11-22 2019-12-12 龙门机构线上惯量匹配同步控制方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11331762B2 (zh)
CN (1) CN112828609B (zh)
TW (1) TWI726498B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024037394A1 (zh) * 2022-08-16 2024-02-22 吉林大学 一种龙门机床动梁交叉耦合控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040090126A1 (en) * 2002-11-07 2004-05-13 Chin-Mou Hsu Structure for symmetrically disposed linear motor operated tool machine
CN1925310A (zh) * 2005-08-30 2007-03-07 台达电子工业股份有限公司 利用逆算模型的马达速度控制系统和负载惯量估测方法
CN201054862Y (zh) * 2007-01-22 2008-04-30 北京慧摩森电子系统技术有限公司 直线电机驱动的贴片机定位平台
CN102828845A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 潍柴动力股份有限公司 一种转速调节方法、装置和系统
CN108608219A (zh) * 2018-07-03 2018-10-02 燕山大学 一种具有自补偿功能的移动式龙门框架
CN110091209A (zh) * 2019-04-26 2019-08-06 广东润星科技有限公司 一种双立柱横梁升降机床双伺服同步拖动的进给方法
CN110253308A (zh) * 2019-07-23 2019-09-20 广东工业大学 一种补偿龙门双驱运动偏差的机床和方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4658485A (en) * 1984-08-21 1987-04-21 Yang Tai Her Machine tool with articulated crossbeam
US5662568A (en) * 1995-05-12 1997-09-02 Ingersoll Milling Machine Co. Symmetrical multi-axis linear motor machine tool
US5917300A (en) 1997-03-10 1999-06-29 Convolve, Inc. Method and apparatus for the control of gantry machines
US6246203B1 (en) 1999-02-05 2001-06-12 Silicon Valley Group, Inc. Direct skew control and interlock of gantry
JP2001198765A (ja) 2000-01-18 2001-07-24 Toshiba Mach Co Ltd 送り駆動装置の位置制御方法および位置制御装置
JP3945403B2 (ja) 2000-12-19 2007-07-18 三菱電機株式会社 サーボモータ駆動制御システム
JP3923047B2 (ja) 2003-03-04 2007-05-30 ファナック株式会社 同期制御装置
JP4327672B2 (ja) 2004-07-14 2009-09-09 住友重機械工業株式会社 移動体位置制御装置及びこの制御装置を用いたステージ装置
CN102059573B (zh) * 2010-11-10 2012-07-04 西安交通大学 动梁式龙门机床双驱同步机电耦合特性的建模方法
CN102710183B (zh) 2012-06-13 2016-01-20 苏州汇川技术有限公司 多电机交叉耦合同步控制系统及方法
CN202701768U (zh) * 2012-07-17 2013-01-30 常州协润精机有限公司 用于提高w轴同步精度的动梁数控龙门镗铣床
TWI494725B (zh) * 2012-12-18 2015-08-01 Ind Tech Res Inst 控制裝置、控制方法及位置命令補償方法
CN105637438A (zh) 2013-10-11 2016-06-01 三菱电机株式会社 多轴控制系统设定及调整功能辅助装置
JP6331225B2 (ja) 2015-08-19 2018-05-30 株式会社安川電機 モータ制御装置、位置制御システム、及びモータ制御方法
TWM528219U (zh) * 2016-03-11 2016-09-11 Prec Machinery Res And Dev Ct 多鞍座之跨座式型鋼加工裝置
KR101729894B1 (ko) * 2016-05-17 2017-04-24 한국정밀기계(주) 갠트리 시스템
TWM585184U (zh) * 2019-06-06 2019-10-21 慶鴻機電工業股份有限公司 具重心驅動的龍門動柱式工具機

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040090126A1 (en) * 2002-11-07 2004-05-13 Chin-Mou Hsu Structure for symmetrically disposed linear motor operated tool machine
CN1925310A (zh) * 2005-08-30 2007-03-07 台达电子工业股份有限公司 利用逆算模型的马达速度控制系统和负载惯量估测方法
CN201054862Y (zh) * 2007-01-22 2008-04-30 北京慧摩森电子系统技术有限公司 直线电机驱动的贴片机定位平台
CN102828845A (zh) * 2012-09-17 2012-12-19 潍柴动力股份有限公司 一种转速调节方法、装置和系统
CN108608219A (zh) * 2018-07-03 2018-10-02 燕山大学 一种具有自补偿功能的移动式龙门框架
CN110091209A (zh) * 2019-04-26 2019-08-06 广东润星科技有限公司 一种双立柱横梁升降机床双伺服同步拖动的进给方法
CN110253308A (zh) * 2019-07-23 2019-09-20 广东工业大学 一种补偿龙门双驱运动偏差的机床和方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024037394A1 (zh) * 2022-08-16 2024-02-22 吉林大学 一种龙门机床动梁交叉耦合控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI726498B (zh) 2021-05-01
CN112828609B (zh) 2022-06-07
TW202120250A (zh) 2021-06-01
US11331762B2 (en) 2022-05-17
US20210154789A1 (en) 2021-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102472616B (zh) 坐标测量机（cmm）和补偿坐标测量机误差的方法
CN100487884C (zh) 拱架定位系统
CN101727088B (zh) 用于数控机床的位置控制装置
US9144869B2 (en) Machine motion trajectory measuring device, numerically controlled machine tool, and machine motion trajectory measuring method
CN100468266C (zh) 移动体位置控制装置及使用该控制装置的载物台装置
CN104776862A (zh) 一种动态精密离心机系统及其测试方法
JP2000046541A (ja) 測定エラ―低減方法および該方法を用いる測定機械
EP2141445B1 (en) Measuring instrument
CN112828609B (zh) 龙门机构线上惯量匹配同步控制方法
JPH06320391A (ja) 工作機械のためのリアルタイム直線偏差測定及び補正装置
KR100450455B1 (ko) 서보 제어 방법
CN103648706B (zh) 摩擦压接方法及摩擦压接装置
JP2008186434A (ja) 工作機械の制御装置及び制御方法
JP2003103434A (ja) 主軸頭重心補正装置
JP3448733B2 (ja) 真空内リニアアクチュエータ機構
CN109324568A (zh) 位置控制装置
JP6068779B2 (ja) 直進型及び回転型ロボットの制御装置
CN109495025B (zh) 双驱龙门平台驱动系统、方法、设备及计算机可读存储器
JP3194246B2 (ja) Ｘ−ｙステージの制御装置
CN204535723U (zh) 一种动态精密离心机系统
CN115268373A (zh) 双轴同步控制方法、控制装置及同步运动装置
JP4171192B2 (ja) サーボ制御装置
CN114871852B (zh) 具有微动补偿功能的多主轴加工中心及系统
JP4475483B2 (ja) ＸＹθステージ装置及びその制御方法
CN210863035U (zh) 双回授旋转编码器偏心校正装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant