-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer Ablenkung, die bei Strukturelementen von verschiedenen Maschinen, wie zum Beispiel Werkzeugmaschinen verursacht werden.
-
Bei verschiedenen Maschinen einschließlich Maschinenwerkzeugen kann eine Ablenkung bei einem Strukturelement aufgrund einer Reaktionskraft auftreten, die durch eine Beschleunigung oder Verzögerung eines bewegbaren Elements verursacht wird, falls das bewegbare Element so vorgesehen ist, dass es sich entlang des Strukturelements bewegen kann. Im Falle eines doppelsäuligen Maschinenzentrums als ein Beispiel eines Maschinenwerkzeugs, welches Folgendes aufweist: ein Bett, Säulen als Strukturelemente, die sich an dem Bett vertikal erstrecken, eine horizontale Querschiene, die die Säulen an vorderen Flächen der Säulen überbrückt und sich in der vertikalen Richtung bewegen kann, und einen Sattel mit einem Spindelkopf als ein Bewegungselement, das an einer vorderen Fläche der Querschiene positioniert ist und sich in der horizontalen Richtung bewegen kann; wird zum Beispiel eine Ablenkung der Säulen durch die Reaktionskraft verursacht, die dann erzeugt wird, wenn sich der Sattel in der horizontalen Richtung bewegt. Diese Reaktionskraft induziert Schwingungen, die zu einem Verlust einer Genauigkeit bei der Maschine führen können. Eine derartige Ablenkung kann auch durch eine externe Kraft außer der Reaktionskraft auftreten, die während der Bewegung des bewegbaren Elements erzeugt wird.
-
Auch wenn die Ablenkung des Strukturelements dadurch kontrolliert werden kann, dass das Flächenträgheitsmoment des Strukturelements selbst vergrößert wird, führt dies zu einer Erhöhung der Größe und der Kosten der Maschine. Diesbezüglich offenbart das
US-Patent US 5,959,427 (entsprechend der japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP 11-329962 ) einen Aktuator, der einen Reaktionsauslöschungskraftvektor (d. h. ein Vektor mit einer Größe, die gleich der Masse eines bewegbaren Elements multipliziert mit der linearen Beschleunigung des bewegbaren Elements ist) auf ein Strukturelement aufbringt, das das bewegbare Element stützt, und zwar entlang einer Achse, die parallel zu der Bewegungsrichtung des bewegbaren Elements liegt und durch den Massenschwerpunkt des bewegbaren Element hindurch tritt.
-
Jedoch zeigt dieses US-Patent eine Konfiguration, bei der sich eine Plattform (bewegbares Element) an einer horizontal angebrachten Basis in der horizontalen Richtung bewegt, und der Reaktionsauslöschungskraftvektor wird auf eine Seitenfläche der Basis durch den Aktuator aufgebracht, der außerhalb des Strukturelements befestigt ist. Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es schwierig, diesen Aktuator an eine Struktur anzupassen, bei der ein schwergewichtiges bewegbares Element in der horizontalen Richtung verfahren wird, wie zum Beispiel ein Maschinenwerkzeug einschließlich eines Sattels, der sich in der horizontalen Richtung entlang einer Querschiene bewegt, die durch Säulen gestützt ist. Dies ist dadurch begründet, dass ein festes Element (zum Beispiel mit einer Masse von mehreren hundert Tonnen), das hinsichtlich des bewegbaren Elements absolut ortsfest ist, notwendigerweise angrenzend an dem bewegbaren Element vorgesehen ist, was schwierig zu verwirklichen ist oder andernfalls zu einer erhöhten Größe der gesamten Maschine und somit zu erhöhten Herstellungskosten der Maschine führen würde. Die Anbringung des Aktuators ist daher mit Schwierigkeiten verbunden, wenn er an eine Maschine mit begrenztem Anbringungsraum wie zum Beispiel eine Werkzeugmaschine angepasst wird.
-
Angesichts der vorstehend geschilderten Umstände ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern einer Ablenkung für ein Strukturelement vorzusehen, das bei einem kompakten Gerät in der Praxis umgesetzt werden kann, ohne dass eine Erhöhung der Größe und der Kosten des Geräts erforderlich sind, und das die Ablenkung wirksam steuern kann.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie es hier ausgeführt und beschrieben ist, ist ein Verfahren zum Steuern einer Ablenkung vorgesehen, die bei einem Strukturelement verursacht wird, wenn eine Kraft auf das Strukturelement aufgebracht wird, wobei das Verfahren einen Schritt zum Erzeugen eines Drehmoments in dem Strukturelement in einer derartigen Richtung aufweist, dass die auf das Strukturelement aufgebrachte Kraft ausgelöscht wird.
-
Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann bei dem vorstehend erwähnten Verfahren das Drehmoment durch einen Motor und eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Trägheitskraft erzeugt werden, und ein Stator des Motors ist mit dem Strukturelement verbunden, und die Vorrichtung zum Aufbringen der Trägheitslast bringt eine Trägheitslast auf einen Rotor des Motors auf.
-
Gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren, wie es gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird, die Vorrichtung zum Aufbringen der Trägheitslast eine Scheibe aufweisen, die mit dem Rotor verbunden ist.
-
Bei der Konfiguration des vorstehend erwähnten Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine auf das Strukturelement aufgebrachte Kraft durch das Drehmoment ausgelöscht werden, das in dem Strukturelement erzeugt wird, so dass eine Ablenkung des Strukturelements in wirksamer Weise gesteuert werden kann. Da insbesondere kein Bedarf zum Anbringen eines schwerwiegenden festen Elements oder dergleichen außerhalb des Strukturelements vorhanden ist, kann eine Steuerung der Ablenkung mit einem kompakten Gerät verwirklicht werden, ohne dass eine Erhöhung der Größe und der Kosten erforderlich ist.
-
Bei der Konfiguration des vorstehend beschriebenen Verfahrens gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es zusätzlich zu den Vorteilen des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung möglich, das Drehmoment auf das Strukturelement in einer einfachen und Raum sparenden Weise aufzubringen.
-
Bei der Konfiguration des vorstehend beschriebenen Verfahrens gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es zusätzlich zu den Vorteilen des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels möglich, in einfacher Weise eine Trägheitslast auf den Rotor innerhalb des Strukturelements aufzubringen.
-
Für ein besseres Verständnis der beanspruchten Erfindung und zum Darstellen, wie dieselbe ausgeführt werden kann, wird nun lediglich anhand von Beispielen auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, wobei:
-
1 zeigt eine erläuternde Ansicht eines Verfahrens zum Steuern einer Ablenkung.
-
Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung wird ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Unter Bezugnahme auf die 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein säulenartiges Strukturelement, das an einer Maschine vorgesehen ist. Ein Führungselement 2 ist horizontal an einem oberen Teil des Strukturelements 1 vorgesehen, und ein bewegbares Element 3 ist an dem Führungselement 2 gestützt und kann sich in der horizontalen Richtung bewegen. Ein doppelsäuliges Maschinenzentrum ist als ein Beispiel dieser Maschine gegeben. Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration entspricht das Strukturelement 1 einer Säule, das Führungselement 2 entspricht einer Querschiene, und das bewegbare Element 3 entspricht einem Sattel.
-
Ein Motor 4 ist in dem Strukturelement 1 unter dem Führungselement 2 eingebaut. Ein Statur 5 des Motors 4 ist mit dem Strukturelement 1 verbunden, wohingegen eine Scheibe 7 mit einer Masse als eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Trägheitslast mit einem Rotor 6 des Motors 4 verbunden ist. Wenn der Motor 4 drehend angetrieben wird, kann daher ein Drehmoment auf das Strukturelement 1 durch den Stator 5 in einer Richtung aufgebracht werden, die der Drehrichtung des Rotors 6 und der Scheibe 7 entgegengesetzt ist.
-
Falls hierbei das bewegbare Element 3 mit einer Masse M, die an einer Position angebracht ist, die durch den Abstand L von einem festen Ende des Strukturelements 1 beabstandet ist, mit einer Beschleunigung α bewegt wird, wird eine Kraft F, die auf das Strukturelement 1 aufgebracht wird, folgendermaßen ausgedrückt: F = M·α
-
Dabei wird die Ablenkung δ1 des Strukturelements 1 folgendermaßen ausgedrückt: δ1 = F·L3/3EI wobei E der Elastizitätsmodul des Strukturelements 1 ist und I das Flächenträgheitsmoment ist.
-
Währenddessen wird die Ablenkung δ2, die bei dem Strukturelement 1 aufgrund des Drehmoments T des Motors 4 erzeugt wird, folgendermaßen ausgedrückt: δ2 = T·L2/2EI
-
Falls die Ablenkung Δ1 gleich der Ablenkung δ2 ist (d. h. δ1 = δ2.), dann gilt daher T = 2/3·F·L = (2/3·M·L)·α
-
Falls dementsprechend der Motor 4 so gesteuert wird, dass das Moment T proportional zu der Beschleunigung erzeugt wird, ist es möglich, die Ablenkung auszulöschen, die bei dem Strukturelement 1 aufgrund der Bewegung des bewegbaren Elements erzeugt wird.
-
Wie dies gemäß dem Verfahren zum Steuern der Ablenkung vorstehend beschrieben ist, das bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel beschrieben wird, kann die auf das Strukturelement 1 aufgebrachte Kraft unter Verwendung des Moments ausgelöscht werden, das in dem Strukturelement 1 erzeugt wird, da das Drehmoment in dem Strukturelement 1 in einer derartigen Richtung erzeugt wird, dass eine Kraft ausgelöscht wird, die auf das Strukturelement 1 aufgrund einer Bewegung des bewegbaren Elements aufgebracht wird. Infolgedessen wird die Ablenkung effektiv gesteuert. Da insbesondere die Steuerung der Ablenkung dadurch bewirkt wird, dass der Motor 4 gesteuert wird, der in dem Strukturelement 1 eingebaut ist, besteht kein Bedarf zum Anbringen eines schwerwiegenden festen Elements oder dergleichen außerhalb des Strukturelements 1. Daher kann die Steuerung der Ablenkung mit einem kompakten Gerät verwirklich werden, ohne dass eine Erhöhung der Größe und der Kosten erforderlich ist.
-
Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird das Drehmoment durch den Motor 4 und die Vorrichtung zum Aufbringen der Trägheitslast erzeugt, und der Stator 5 des Motors 4 ist mit dem Strukturelement 1 verbunden, und die Vorrichtung zum Aufbringen einer Trägheitslast bringt eine Trägheitslast auf den Rotor 6 des Motors 4 auf. Daher ist es möglich, das Drehmoment auf das Strukturelement 1 in einer einfachen und Raum sparenden Weise aufzubringen.
-
Da des Weiteren die Vorrichtung zum Aufbringen einer Trägheitslast die Scheibe 7 aufweist, die mit dem Rotor 6 verbunden ist, ist es daher möglich, die Trägheitslast leicht auf den Rotor 6 aufzubringen.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf das vorstehend beschriebene exemplarische Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene spezifische Ausführungsbeispiel beschränkt, und vielfältige Änderungen und Abwandlungen können geschaffen werden, ohne dass der Umfang der beigefügten Ansprüche verlassen wird.
-
Bei dem vorstehend beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiel hat zum Beispiel die Vorrichtung zum Aufbringen der Trägheitslast eine Scheibe, die mit dem Rotor verbunden ist. Jedoch ist vorliegende Erfindung nicht auf dieses spezifische Ausführungsbeispiel beschränkt, und die Vorrichtung zum Aufbringen einer Trägheitslast kann durch eine andere Einrichtung wie zum Beispiel durch ein Gewicht verwirklicht werden, das mit dem Rotor verbunden ist.
-
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein Drehmoment auf das Strukturelement mittels des Motors aufgebracht. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses spezifische Ausführungsbeispiel beschränkt. Zum Beispiel kann ein Paar von diskreten Aktuatoren im Inneren des Strukturelements derart vorgesehen sein, dass der obere Endabschnitt von jedem Aktuator schwenkbar mit dem Strukturelement verbunden ist. Ein Drehmoment kann auf das Strukturelement aufgebracht werden, wenn die beiden Aktuatoren dazu veranlasst werden, sich linear in entgegengesetzten Richtungen zu erstrecken.
-
Das Strukturelement ist nicht auf ein säulenartiges Strukturelement mit einem festen unteren Ende beschränkt, wie dies bei dem vorstehend beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiel offenbart ist. Auch wenn das Strukturelement an seinen beiden Enden oder an seinem mittleren Teil befestigt ist, kann eine Ablenkung unter Verwendung des erzeugten Drehmoments gesteuert werden. Daher ist die vorliegende Erfindung außer auf die Maschinenwerkzeuge auf verschiedene Maschinen anwendbar, die ein Messgerät und ein Projektionsbelichtungsgerät beinhalten, wie dies bei dem Stand der Technik offenbart ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 5959427 [0003]
- JP 11-329962 [0003]
