DE102011076263B4 - Rotation angle positioning device - Google Patents
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Abstract
Drehwinkel-Positioniervorrichtung (6), die enthält:eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung (7), die einen Erfassungs-Zielring (8), der an einer Drehwelle (3a) vorhanden ist und eine Vielzahl in einem vorgegebenen Abstand ausgebildeter Zähne (8a) aufweist, sowie einen Winkel-Erfassungssensor (9) aufweist, der so angeordnet ist, dass er den Zähnen (8a) zugewandt ist und entsprechend einem Abstand zu den Zähnen (8a) einen Ausgang erzeugt, und der einen Drehwinkel des Erfassungs-Zielrings (8) auf Basis des Ausgangs von dem Winkel-Erfassungssensors (9) ermittelt; undeine Drehwellen-Antriebsvorrichtung (10), die die Drehwelle (3a) so dreht, dass der Drehwinkel ein gegebener Befehlswert (α) für den Drehwinkel wird, wobei die Drehwinkel-Positioniervorrichtung (6) umfasst:eine Fehlermuster-Speichereinheit (11a), die ein Teilungsperioden-Fehlermuster (F) speichert, das aus Abweichungen zwischen durch den Winkel-Erfassungssensor (9) erfassten Drehwinkeln und Ist-Drehwinkeln besteht, die jeweiligen Korrektur-Unterteilungspunkten einer beliebigen Teilungsperiode in dem Erfassungs-Zielring (8) entsprechend, undeine Befehlswert-Korrektureinheit (11b), die den Befehlswert (α) für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters (F) korrigiert, um einen korrigierten Befehlswert (α2) für den Drehwinkel zu ermitteln.A rotation angle positioning device (6) comprising: a rotation angle detecting device (7) having a detection target ring (8) provided on a rotating shaft (3a) and having a plurality of teeth (8a) formed at a predetermined pitch, and an angle detection sensor (9) arranged to face the teeth (8a) and generating an output according to a distance from the teeth (8a) and detecting a rotation angle of the detection target ring (8). determined based on the output from the angle detection sensor (9); anda rotating shaft driving device (10) which rotates the rotating shaft (3a) so that the rotating angle becomes a given command value (α) for the rotating angle, wherein the rotating angle positioning device (6) comprises:an error pattern storage unit (11a) which stores a pitch error pattern (F) consisting of discrepancies between rotation angles detected by the angle detection sensor (9) and actual rotation angles corresponding to the respective correction dividing points of an arbitrary pitch period in the detection target ring (8), and a command value A correcting unit (11b) which corrects the rotation angle command value (α) based on the pitch period error pattern (F) to obtain a corrected rotation angle command value (α2).
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
1. Gebiet der Erfindung1. Field of the Invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehwinkel-Positioniervorrichtung, die eine Drehwelle, beispielsweise einer Werkzeugmaschine, an einer vorgegebenen Winkelposition positioniert, und insbesondere eine Verbesserung bei einem Verfahren zum Korrigieren eines Fehlers eines Drehwinkel-Erfassungssensors.The present invention relates to a rotation angle positioning device that positions a rotation shaft such as a machine tool at a predetermined angular position, and more particularly to an improvement in a method for correcting an error of a rotation angle detecting sensor.
2. Beschreibung der verwandten Technik2. Description of Related Art
Drehwinkel-Positioniervorrichtungen, mit denen eine Drehwelle einer Werkzeugmaschine, beispielsweise eine Spindel einer Drehbank, auf die ein Spannfutter aufgesetzt ist, an einer vorgegebenen Winkelposition positioniert wird, schließen eine Vorrichtung ein, die mit einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung, die einen Drehwinkel der Spindel erfasst, sowie mit einer Antriebsvorrichtung versehen ist, die die Spindel drehend antreibt, so dass der durch die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung erfasste Drehwinkel der Spindel ein Befehlswert für den Drehwinkel wird.Rotational angle positioning devices for positioning a rotational shaft of a machine tool, such as a spindle of a lathe on which a chuck is mounted, at a predetermined angular position include a device provided with a rotational angle detecting device that detects a rotational angle of the spindle, and is provided with a driving device that rotationally drives the spindle so that the rotational angle of the spindle detected by the rotational angle detection device becomes a rotational angle command value.
Als die genannte herkömmliche Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung für die Spindel schlägt die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP H05- 288 573 A beispielsweise eine Vorrichtung vor, bei der ein Erfassungs-Zielring verwendet wird, der an der Spindel angebracht ist und eine Vielzahl von Zähnen, die in einem vorgegebenen Abstand ausgebildet sind, sowie einen Winkel-Erfassungssensor aufweist, der an einer den Zähnen des Erfassungs-Zielrings zugewandten Position angeordnet ist und entsprechend seinem Abstand zu den Zähnen des Erfassungs-Zielrings ein Spannungssignal ausgibt.As the aforesaid conventional rotation angle detecting device for the spindle, Japanese Patent Application Laid-Open JP H05-288573 A, for example, proposes a device using a detection target ring attached to the spindle and a plurality of teeth formed in a predetermined distance, and an angle detection sensor which is disposed at a position facing the teeth of the detection target ring and outputs a voltage signal according to its distance from the teeth of the detection target ring.
Weitere Beispiele von Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungen sind in der
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Die obenerwähnte herkömmliche Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung weist jedoch dahingehend ein Problem auf, dass zwischen dem Ist-Drehwinkel der Spindel und dem durch den Winkel-Erfassungssensor erfassten Wert ein Drehperioden-Fehler bei einer Drehung des Erfassungsrings, der auf die Abweichung des Mittelpunkts des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, und des Weiteren ein Teilungsperioden-Fehler (tooth-to-tooth period error), der auf Bearbeitungsgenauigkeit der Zähne des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, in jeder Teilungsperiode auftritt.However, the above-mentioned conventional rotation angle detection device has a problem that between the actual rotation angle of the spindle and the value detected by the angle detection sensor, a rotation period error in one rotation of the detection ring, which is due to the deviation of the center of the detection target ring or the like, and further, a tooth-to-tooth period error due to machining accuracy of the teeth of the detection target ring or the like occurs in every pitch period.
Was die Korrektur des Drehperioden-Fehlers angeht, so ist es möglich, die Korrektur umzusetzen, indem zunächst Erfassungsfehler des Winkel-Erfassungssensors an Korrektur-Unterteilungspunkten ermittelt werden, mit denen eine Umdrehungsperiode (360°) des Erfassungs-Zielrings in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt wird, und ein Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis der Fehler korrigiert wird.As for the correction of the rotation period error, it is possible to implement the correction by first detecting detection errors of the angle detection sensor at correction dividing points with which a rotation period (360°) of the detection target ring is divided into a plurality of segments and a command value for the rotation angle is corrected based on the errors.
Was die Korrektur des Teilungsperioden-Fehlers angeht, tritt dahingehend ein Problem auf, dass derzeitig verfügbare Drehwinkel-Positioniervorrichtungen die Korrektur nicht bewältigen, da die Anzahl von Dezimalstellen eines Intervalls (°) zwischen den Korrektur-Unterteilungspunkten in einer Teilungsperiode zu groß ist. Wenn, um ein konkretes Beispiel zu nennen, die Anzahl der Zähne 512 beträgt und die Anzahl der Korrektur-Unterteilungen 16 beträgt, ergibt sich das Intervall (°) zwischen den Korrektur-Unterteilungspunkten durch:
- 360° : Anzahl von Zähnen : Anzahl von Korrektur-Unterteilungen = 0.0439453125°.
- 360° : number of teeth : number of correction subdivisions = 0.0439453125°.
Wenn das erwähnte Verfahren zum Korrigieren des Drehperioden-Fehlers unverändert für die Korrektur des Teilungsperioden-Fehlers eingesetzt wird, wenn die Anzahl von Zähnen 512 beträgt und die Anzahl von Korrektur-Unterteilungen 16 beträgt, ergibt sich:
- Anzahl von Korrekturpunkten = Anzahl von Zähnen x Anzahl von Korrektur-Unterteilungen = 8,192,
- number of correction points = number of teeth x number of correction subdivisions = 8.192,
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Drehwinkel-Positioniervorrichtung zu schaffen, mit der die Korrektur eines Teilungsperioden-Fehlers mit einer minimalen Anzahl von Korrekturpunkten umgesetzt werden kann.An object of the present invention is to provide a rotation angle positioning device capable of realizing the correction of a pitch error with a minimum number of correction points.
Die vorliegende Erfindung ist eine Drehwinkel-Positioniervorrichtung, die enthält:
- eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung, die einen Erfassungs-Zielring, der an einer Drehwelle vorhanden ist und eine Vielzahl in einem vorgegebenen Abstand ausgebildeter Zähne aufweist,
- sowie einen Winkel-Erfassungssensor aufweist, der so angeordnet ist, dass er den Zähnen zugewandt ist und entsprechend einem Abstand zu den Zähnen einen Ausgang erzeugt, und der einen Drehwinkel des Erfassungs-Zielrings auf Basis des Ausgangs von dem Winkel-Erfassungssensors ermittelt; und eine Drehwellen-Antriebsvorrichtung, die die Drehwelle so dreht, dass der Drehwinkel ein gegebener Befehlswert für den Drehwinkel wird, wobei die Drehwinkel-Positioniervorrichtung enthält:
- eine Fehlermuster-Speichereinheit, die ein Teilungsperioden-Fehlermuster speichert, das aus Abweichungen zwischen durch den Winkel-Erfassungssensor erfassten Drehwinkeln und Ist-Drehwinkeln besteht, die jeweiligen Korrektur-Unterteilungspunkten einer beliebigen Teilungsperiode in dem Erfassungs-Zielring entsprechen, sowie eine Befehlswert-Korrektureinheit, die den Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters korrigiert, um einen korrigierten Befehlswert für den Drehwinkel zu ermitteln.
- a rotation angle detecting device including a detection target ring provided on a rotating shaft and having a plurality of teeth formed at a predetermined pitch,
- and an angle detection sensor that is arranged to face the teeth and generates an output according to a distance from the teeth, and that detects a rotation angle of the detection target ring based on the output from the angle detection sensor; and a rotating shaft driving device that rotates the rotating shaft so that the rotating angle becomes a given rotating angle command value, wherein the rotating angle positioning device includes:
- an error pattern storage unit that stores a pitch period error pattern consisting of deviations between rotation angles detected by the angle detection sensor and actual rotation angles corresponding to respective correction dividing points of an arbitrary pitch period in the detection target ring, and a command value correction unit, which corrects the rotation angle command value based on the pitch period error pattern to obtain a corrected rotation angle command value.
Die Erfinder sind zu der Erkenntnis gekommen, dass ein Teilungsperioden-Fehlermuster, das aus Abweichungen zwischen erfassten Drehwinkeln und Ist-Drehwinkeln an Punkten zwischen zwei beliebigen benachbarten Zähnen des Erfassungs-Zielrings besteht, im Wesentlichen die gleiche Tendenz in allen Teilungsperioden aufweist, und haben die vorliegende Erfindung auf Basis dieser Erkenntnis vervollständigt.The inventors have come to realize that a pitch period error pattern consisting of discrepancies between detected rotation angles and actual rotation angles at points between any two adjacent teeth of the detection target ring has substantially the same tendency in all pitch periods, and have the present invention completed based on this finding.
Das heißt, bei der vorliegenden Erfindung wird zum Korrigieren des Befehlswertes für den Drehwinkel ein Teilungsperioden-Fehlermuster in einer beliebigen Teilungsperiode für alle Teilungsperioden verwendet, und die Drehwelle wird drehend so angetrieben, dass der durch die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung erfasste Drehwinkel der korrigierte Befehlswert für den Drehwinkel wird, der nach der Korrektur ermittelt wird, wodurch ein Fehler des Drehwinkelsensors ausgeglichen werden kann.That is, in the present invention, to correct the command value for the rotation angle, a pitch period error pattern in an arbitrary pitch period is used for all pitch periods, and the rotating shaft is rotationally driven so that the rotation angle detected by the rotation angle detecting device becomes the corrected command value for the Angle of rotation is determined after the correction, whereby an error in the angle of rotation sensor can be compensated.
Da es, wie oben beschrieben, möglich ist, die Korrektur lediglich unter Verwendung des Teilungsperioden-Fehlermusters vorzunehmen, das aus Erfassungsfehlern des Winkel-Erfassungssensors an Korrektur-Unterteilungspunkten zwischen zwei beliebigen benachbarten Zähnen besteht, kann die Anzahl der Fehlerkorrektur-Punkte erheblich reduziert werden, und es ist nur geringe Speicherkapazität erforderlich.As described above, since it is possible to perform the correction using only the pitch error pattern consisting of detection errors of the angle detection sensor at correction dividing points between any two adjacent teeth, the number of error correction points can be greatly reduced. and only small storage capacity is required.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung speichert die Fehlermuster-Speichereinheit das Teilungsperioden-Fehlermuster und ein Drehperioden-Fehlermuster, das aus Abweichungen zwischen durch den Winkel-Erfassungssensor erfassten Drehwinkeln und Ist-Drehwinkeln bei einmaliger Drehung des Erfassungs-Zielrings besteht, und die Befehlswert-Korrektureinheit korrigiert den Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters sowie des Teilungsperioden-Fehlermusters, um den korrigierten Befehlswert für den Drehwinkel zu ermitteln.In a preferred embodiment of the present invention, the error pattern storage unit stores the pitch period error pattern and a rotation period error pattern consisting of deviations between rotation angles detected by the angle detection sensor and actual rotation angles when the detection target ring rotates once, and the command value Correction unit corrects the rotation angle command value based on the rotation period error pattern and the pitch period error pattern to obtain the corrected rotation angle command value.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist es, da der Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters und des Drehperioden-Fehlermusters korrigiert wird, möglich, einen Fehler, der auf die Abweichung des Mittelpunktes des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, und einen Fehler zu korrigieren, der auf Bearbeitungsgenauigkeit der Zähne des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist.According to the preferred embodiment, since the rotation angle command value is corrected based on the pitch period error pattern and the rotation period error pattern, it is possible to eliminate an error due to the deviation of the center of the detection target ring or the like and an error to correct due to machining accuracy of the teeth of the detection target ring or the like.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung korrigiert die Befehlswert-Korrektureinheit den Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters, um einen ersten korrigierten Befehlswert für den Drehwinkel zu ermitteln, und korrigiert den ersten korrigierten Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters, um einen zweiten korrigierten Befehlswert für den Drehwinkel zu ermitteln.In another preferred embodiment of the present invention, the command value correction unit corrects the rotation angle command value based on the rotation period error pattern to obtain a first corrected rotation angle command value, and corrects the first corrected rotation angle command value based on the pitch period error pattern. error pattern to determine a second corrected rotation angle command value.
Gemäß der anderen bevorzugten Ausführungsform wird der Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters korrigiert, womit der erste korrigierte Befehlswert für den Drehwinkel ermittelt wird, und der erste korrigierte Befehlswert für den Drehwinkel wird auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters korrigiert, womit der zweite korrigierte Befehlswert für den Drehwinkel ermittelt wird, und daher folgt auf die Korrektur eines Fehlers, der auf die Abweichung des Mittelpunktes des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, die Korrektur eines Fehlers, der auf Bearbeitungsgenauigkeit der Zähne des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, wodurch es möglich wird, beide Fehler effizienter und sicherer zu korrigieren.According to the other preferred embodiment, the rotation angle command value is corrected based on the rotation period error pattern, thereby obtaining the first corrected rotation angle command value, and the first corrected rotation angle command value is corrected based on the pitch period error pattern, thereby obtaining the second corrected command value for the rotation angle is obtained, and therefore following the correction of an error due to the deviation of the center of the detection target ring or the the same, the correction of an error due to machining accuracy of the teeth of the detection target ring or the like, thereby making it possible to correct both errors more efficiently and surely.
Figurenlistecharacter list
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1 ist eine schematische Draufsicht auf eine Werkzeugmaschine, die eine Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung enthält;1 12 is a schematic plan view of a machine tool including a rotation angle positioning device according toEmbodiment 1 of the present invention; -
2 ist ein Schema eines Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungsteils der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;2 Fig. 12 is a schematic of a rotation angle detecting device part of the rotation angle positioning device according toEmbodiment 1 of the present invention; -
3 ist eine schematische grafische Darstellung eines Drehperioden-Fehlermusters der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;3 Fig. 12 is a schematic graphical representation of a rotation period error pattern of the rotation angle positioning device according toEmbodiment 1 of the present invention; -
4 ist eine schematische grafische Darstellung eines Teilungsperioden-Fehlermusters der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.4 Fig. 12 is a schematic graphical representation of a pitch period error pattern of the rotation angle positioning device according toEmbodiment 1 of the present invention. -
5 ist eine schematische grafische Darstellung, die dazu dient, die Ermittlung des Teilungsperioden-Fehlermusters zu beschreiben.5 Fig. 12 is a schematic diagram used to describe the determination of the pitch period error pattern. -
6 ist eine schematische grafische Darstellung eines konkreten Beispiels des Drehperioden-Fehlermusters;6 Fig. 12 is a schematic graphical representation of a concrete example of the spin period error pattern; -
7 ist eine schematische grafische Darstellung eines konkreten Beispiels des Teilungsperioden-Fehlermusters;7 Fig. 12 is a schematic graphical representation of a concrete example of the pitch period error pattern; -
8 ist ein Flussdiagramm, das der Beschreibung der Funktion der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung dient;8th Fig. 14 is a flowchart useful in describing the operation of the rotation angle positioning device according toEmbodiment 1 of the present invention; -
9 ist eine schematische grafische Darstellung, die der Beschreibung einer Teilungsperiode dient, die in dem Flussdiagramm angewendet wird;9 Fig. 12 is a schematic diagram useful in describing a dividing period used in the flowchart; -
10 ist eine Darstellung, die eine Teilungsperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle zeigt, die in dem Flussdiagramm angewendet wird;10 Fig. 12 is an illustration showing a pitch period error correction table used in the flowchart; -
11 ist eine Darstellung, die eine Drehperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle einer Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;11 12 is a diagram showing a rotation period error correction table of a rotation angle positioning device according to anembodiment 2 of the present invention; -
12 ist eine Darstellung, die der Beschreibung eines Verfahrens zum Ermitteln eines Drehperioden-Fehlers der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung dient;12 Fig. 14 is a diagram useful in describing a method of detecting a rotation period error of the rotation angle positioning device according toEmbodiment 2 of the present invention; -
13 ist eine Darstellung, die eine Teilungsperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt; und13 Fig. 14 is a diagram showing a pitch period error correction table of the rotation angle positioning device according toEmbodiment 2 of the present invention; and -
14 ist eine Darstellung, die der Beschreibung eines Verfahrens zum Ermitteln eines Teilungsperioden-Fehlers der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung dient.14 14 is a diagram useful in describing a method of detecting a pitch error of the rotation angle positioning device according toEmbodiment 2 of the present invention.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed Description of Preferred Embodiments
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden auf Basis der beigefügten Zeichnungen beschrieben.Embodiments of the present invention are described below based on the accompanying drawings.
[Ausführungsform 1][Embodiment 1]
In den Zeichnungen kennzeichnet Bezugszeichen 1 eine Revolverdrehmaschine als ein Beispiel für die Werkzeugmaschine. Die Revolverdrehmaschine 1 enthält einen ersten Spindelstock 3, der an einem linken Endabschnitt eines Bettes 2 angeordnet ist, einen zweiten Spindelstock 4, der so angeordnet ist, dass er dem ersten Spindelstock 3 zugewandt ist, sowie einen Werkzeughalter 5, der zwischen dem ersten und dem zweiten Spindelstock 3, 4 sowie an einer Rückseite derselben angeordnet ist.In the drawings,
Der zweite Spindelstock 4 ist so angeordnet, dass er in einer axialen Richtung (Z-Achsen-Richtung) bewegt werden kann, wobei eine Achse seiner zweiten Spindel 4a koaxial zu einer Achse einer ersten Spindel 3a des ersten Spindelstocks 3 ist. Der Werkzeughalter 5 weist einen Werkzeughalter-Sockel 5a, der so angeordnet ist, dass er in einer Y-Achsen-Richtung senkrecht zu der Z-Achse bewegt werden kann, sowie einen Revolverkopf 5b auf, der an dem Werkzeugträger-Sockel 5a so angeordnet ist, dass er um eine Drehachse parallel zu der Z-Achse gedreht werden kann, und eine Vielzahl von Werkzeugen T sind an dem Revolverkopf 5b installiert.The
Der erste Spindelkopf 3 weist ein erstes Spindelkopfgehäuse 3b, das an dem Bett 2 befestigt ist, und die erste Spindel (Drehwelle) 3a auf, die über eine Vielzahl von Lagern 3c drehbar von dem ersten Spindelstock-Gehäuse 3b getragen wird. Des Weiteren ist ein Spannfutter 3e, das ein zu bearbeitendes Objekt (Werkstück) W aufnimmt, an einem vorderen Abschnitt 3d der ersten Spindel 3a angebracht, der von dem ersten Spindelstock-Gehäuse 3b auf den zweiten Spindelstock 4 zu vorsteht.The
Der zweite Spindelstock 4 weist ein zweites Spindelstock-Gehäuse 4b, das an dem Bett 2 so angebracht ist, dass es in der Z-Achsen-Richtung bewegt werden kann, und die zweite Spindel (Drehwelle) 4a auf, die über eine Vielzahl von Lagern 4c drehbar von dem zweiten Spindelstock-Gehäuse 4b getragen wird. Des Weiteren ist ein Spannfutter 4e, das das zu bearbeitende Objekt (Werkstück) aufnimmt, an einem vorderen Abschnitt 4d der zweiten Spindel 4a angebracht, der von dem zweiten Spindelstock-Gehäuse 4b auf den ersten Spindelstock 3 zu vorsteht.The
Der erste Spindelstock 3 und der zweite Spindelstock 4 enthalten Drehwinkel-Positioniervorrichtungen 6, die den gleichen Aufbau haben. Im Folgenden wird die Drehwinkel-Positioniervorrichtung 6 beschrieben, die an dem ersten Spindelstock 3 vorhanden ist.The
Die Drehwinkel-Positioniervorrichtung 6 enthält eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7, die einen Drehwinkel der ersten Spindel 3a erfasst, einen Antriebsmotor 10, der die erste Spindel 3a so trägt, dass der durch die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 erfasste Drehwinkel ein gegebener Befehlswert α für den Drehwinkel wird, sowie eine Steuereinheit 11, die den Antrieb durch den Antriebsmotor 10 steuert.The rotation
Die Steuereinheit 11 enthält eine Fehlermuster-Speichereinheit 11a, die ein Drehperioden-Fehlermuster E sowie ein Teilungsperioden-Fehlermuster F speichert, die weiter unten beschrieben werden, sowie eine Befehlswert-Korrektureinheit 11b, die den Befehlswert α für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters E korrigiert, um einen ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel zu ermitteln, und den ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters F korrigiert, um einen zweiten korrigierten Befehlswert α2 für den Drehwinkel zu ermitteln.The
Der Antriebsmotor 10 ist zwischen dem ersten Spindelstock-Gehäuse 3b und der ersten Spindel 3a angeordnet, und seine Funktion besteht darin, die erste Spindel 3a mit hoher Geschwindigkeit drehend anzutreiben, und die erste Spindel 3a drehend um einen kleinen Winkel zu bewegen.The driving
Die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 enthält einen Erfassungs-Zielring 8, der an einem hinteren Endabschnitt 3g der ersten Spindel 3a befestigt ist, so dass er sich mit der ersten Spindel 3a dreht, sowie einen Winkel-Erfassungssensor 9, der fest so angeordnet ist, dass er dem Erfassungs-Zielring 8 kontaktlos zugewandt ist.The rotation
Der Erfassungs-Zielring 8 besteht aus einem weichen magnetischen Material in Ringform, wobei eine Vielzahl (in der vorliegenden Ausführungsform 512) Zähne 8a in einem vorgegebenen Abstand an seiner Außenumfangsfläche ausgebildet sind.The detection target ring 8 is made of a soft magnetic material in a ring shape, with a plurality (in the present embodiment, 512)
Der Winkel-Erfassungssensor 9 weist einen Permanentmagneten 9b, der in einer Verkleidung 9a aus nicht magnetischem Material so angeordnet und befestigt ist, dass er Spitzenflächen 8b der Zähne 8a in einem rechten Winkel zugewandt ist, sowie einen Hall-IC 9c auf, der in der Verkleidung 9a so angeordnet und befestigt ist, dass er sich zwischen dem Permanentmagneten 9b und den Spitzenflächen 8b befindet, und der eine Vielzahl von Hall-Elementen 9d aufweist. Der Permanentmagnet 9b ist so angeordnet, dass seine Nord-Süd-Polachse einen rechten Winkel zu den Spitzenflächen 8b bildet, und der Hall-IC 9c ist an der Nord-Pol-Seite angeordnet.The
Die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 der vorliegenden Ausführungsform erfasst den Drehwinkel der ersten Spindel 3a mit dem Erfassungs-Zielring 8 und dem Winkel-Erfassungssensor 9. Das heißt, der Winkel-Erfassungssensor 9 gibt, wie in
Die erste Spindel 3a wird von dem Antriebsmotor 10 drehend so angetrieben, das sie so positioniert wird, dass der durch die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 erfasste Drehwinkel ein gegebener Befehlswert α für den Drehwinkel wird.The
Bei der Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 treten in
Daher wird in dieser Ausführungsform der Befehlswert α für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters E korrigiert, womit ein erster korrigierter Befehlswert α1 für den Drehwinkel ermittelt wird, wie dies weiter unten ausführlich beschrieben ist. Anschließend wird der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters F korrigiert, womit ein zweiter korrigierter Befehlswert α2 für den Drehwinkel ermittelt wird.Therefore, in this embodiment, the rotation angle command value α is corrected based on the rotation period error pattern E, thereby obtaining a first corrected rotation angle command value α1, as will be described later in detail. Then, the first corrected rotation angle command value α1 is corrected on the basis of the pitch period error pattern F, thereby obtaining a second corrected rotation angle command value α2.
Dann treibt der Antriebsmotor 10 die erste Spindel 3a drehend an, so dass der durch die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 erfasste Drehwinkel mit dem zweiten korrigierten Befehlswert α2 für den Drehwinkel übereinstimmt, womit Drehwinkel-Positionierung der ersten Spindel 3a durchgeführt ist.Then, the driving
Das Drehperioden-Fehlermuster E wird auf die im Folgenden beschriebene Weise ermittelt. Zunächst werden, wie in
Das Teilungsperioden-Fehlermuster F wird auf folgende Weise ermittelt. Zunächst werden, wenn die Anzahl von Korrektur-Unterteilungen, wie in
Dabei hat sich herausgestellt, dass das Teilungsperioden-Fehlermuster F im Wesentlichen in jeder beliebigen Teilungsperiode die gleiche Tendenz aufweist, wie dies beispielsweise in
- Anzahl von Korrektur-Unterteilungspunkten = 512 x 12 = 6144.
- Number of correction subdivision points = 512 x 12 = 6144.
Das Drehperioden-Fehlermuster E und das Teilungsperioden-Fehlermuster F werden in der Fehlermuster-Speichereinheit 11a der Steuereinheit 11 gespeichert. Die Befehlswert-Korrektureinheit 11b korrigiert den Befehlswert α für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters E, um den ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel zu ermitteln, und korrigiert des Weiteren den ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters F, um den zweiten korrigierten Befehlswert α2 für den Drehwinkel zu ermitteln.The rotation period error pattern E and the pitch period error pattern F are stored in the error pattern storage unit 11a of the
Ein Verfahren zum Ermitteln des ersten korrigierten Befehlswertes α1 für den Drehwinkel, wenn der Befehlswert für den Drehwinkel α ist, wird anhand von
α1 wird wie im Folgenden dargestellt ermittelt, wobei E23 ein Korrekturwert ist, der dem Befehlswert α für den Drehwinkel in dem Drehperioden-Fehlermuster E entspricht.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Ermitteln des zweiten korrigierten Befehlswertes α2 für den Drehwinkel konkreter auf Basis des Flussdiagramms in
Zunächst wird der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel, der der mit dem oben beschriebenen Verfahren korrigierte Befehlswert α für den Drehwinkel ist, gelesen (Schritt S1), und es wird mittels (α1/360°) x β (Ausdruck 1) berechnet, wie vielen Zähnen 8a des Erfassungs-Zielrings 8 der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel äquivalent ist. In diesem Fall wird der Quotient (der integrale Teil) des Ausdrucks 1 mit X definiert, und der Bruchteil desselben wird mit Y definiert (Schritt 2).First, the first corrected rotation angle command value α1, which is the rotation angle command value α corrected by the above-described method, is read (step S1), and it is calculated by (α1/360°) x β (Expression 1), how
Wenn der Bruchteil (Y) 0 beträgt (Schritt S3), d.h., wenn der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel ein Winkel ist, der mit dem Mittelabschnitt a der Spitzenfläche 8b jedes der Zähne 8a des Erfassungs-Zielrings 8 übereinstimmt, wird ein Korrekturwert gelesen (Schritt S9), der dem Unterteilungspunkt „0“ in der in
Wenn hingegen in Schritt S3 Y nicht 0 beträgt, d.h., wenn der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel ein Winkel ist, der einem Punkt zwischen beliebigen benachbarten Zähnen 8a, 8a entspricht, werden zunächst die benachbarten Korrektur-Unterteilungspunkte, zwischen denen sich der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel befindet, ermittelt, und der Korrekturwert wird anhand der Fehlerkorrektur-Tabelle auf Basis dieser Position berechnet. Dabei wird, wenn der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel mit einem der Korrektur-Unterteilungspunkte übereinstimmt, der diesem Unterteilungspunkt entsprechende Korrekturwert unverändert zu dem ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel addiert.On the other hand, when Y is not 0 in step S3, i.e., when the first corrected command value α1 for the rotation angle is an angle corresponding to a point between any
Das heißt, berechnet wird:
Korrekturwerte g, h, die den ganzen Zahlen G, H in der Fehlerkorrektur-Tabelle entsprechen, werden gelesen (Schritt S6), anschließend wird (h - g) x (Z - G) berechnet, das Produkt wird als D definiert (Schritt S7), und die Summe (g + D) wird als der Korrekturwert festgelegt (Schritt S8).Correction values g, h corresponding to the integers G, H in the error correction table are read (step S6), then (h - g) x (Z - G) is calculated, the product is defined as D (step S7 ), and the sum (g + D) is set as the correction value (step S8).
Dann wird die Summe des oben aufgeführten Korrekturwertes und des ersten korrigierten Befehlswertes α1 für den Drehwinkel der finale Befehlswert für den Drehwinkel (der zweite korrigierte Befehlswert α2 für den Drehwinkel) (Schritte S10, S11).Then, the sum of the above correction value and the first corrected rotation angle command value α1 becomes the final rotation angle command value (the second corrected rotation angle command value α2) (steps S10, S11).
Das heißt, wenn in Schritt S2 ermittelt wird, dass der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel beispielsweise 99,32 Teilen der Zähne des Erfassungs-Zielrings 8 äquivalent ist, beträgt das Ergebnis in Schritt S4 Y × γ = 0,32 × 12 = 3,84, und das Ergebnis in Schritt S5 ist so, dass die größte ganze Zahl G, die genauso groß ist wie oder kleiner als 3,84, 3 ist, und die kleinste ganze Zahl H, die genauso groß ist wie oder größer als 3,84, 4 ist, und in Schritt S6 werden der Korrekturwert g, der dem Unterteilungspunkt 3 = -0,003 (°) entspricht, und der Korrekturwert h, der dem Unterteilungspunkt 4 = 0,005 (°) entspricht, aus der Fehlerkorrektur-Tabelle in
In der vorliegenden Ausführung wird, wie oben beschrieben, der Befehlswert α für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters E korrigiert, womit der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel ermittelt wird, und der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel wird auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters F korrigiert, womit der zweite korrigierte Befehlswert α2 für den Drehwinkel ermittelt wird und es damit ermöglicht wird, sicher einen Fehler, der auf die Abweichung der Mitte des Erfassungs-Zielrings 8 oder dergleichen zurückzuführen ist, sowie einen Fehler zu korrigieren, der Bearbeitungsgenauigkeit der Zähne 8a des Erfassungs-Zielrings 8 oder dergleichen zugeschrieben werden kann.In the present embodiment, as described above, the rotation angle command value α is corrected based on the rotation period error pattern E, thereby obtaining the first corrected rotation angle command value α1, and the first corrected rotation angle command value α1 is calculated based on the pitch period error pattern F, thereby obtaining the second corrected rotation angle command value α2, thereby making it possible to surely correct an error due to the deviation of the center of the detection target ring 8 or the like and an error due to machining accuracy of the
Des Weiteren ändert sich das Teilungsperioden-Fehlermuster F aufgrund individueller Unterschiede des Erfassungs-Zielrings und des Winkel-Erfassungssensors, es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei dem gleichen Erfassungsring, dem gleichen Winkel-Erfassungssensor und den gleichen Installationsbedingungen im Wesentlichen die gleiche Tendenz in jeder beliebigen Teilungsperiode vorhanden ist, und unter Berücksichtigung dieser Anmerkung wird die in
Des Weiteren wird der Befehlswert α für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters E korrigiert, womit der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel ermittelt wird, und der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel wird auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters F korrigiert, womit der zweite korrigierte Befehlswert α2 für den Drehwinkel ermittelt wird. Daher folgt auf die Korrektur eines Fehlers, der auf die Abweichung der Mitte des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, die Korrektur eines Fehlers, der auf Bearbeitungsgenauigkeit der Zähne des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, womit es ermöglicht wird, beide Fehler effizienter und sicherer zu korrigieren.Further, the rotation angle command value α is corrected based on the rotation period error pattern E, thereby obtaining the first corrected rotation angle command value α1, and the first corrected rotation angle command value α1 is corrected based on the pitch period error pattern F, thereby the second corrected rotation angle command value α2 is obtained. Therefore, correction of an error due to the deviation of the center of the detection target ring or the like is followed by correction of an error due to machining accuracy of the teeth of the detection target ring or the like, thereby making it possible to more efficiently both errors and safer to correct.
[Ausführungsform 2][Embodiment 2]
Der Befehlswert α für den Drehwinkel beträgt 27°, ein Intervall B zwischen Korrektur-Unterteilungspunkten in einer Umdrehungsperiode beträgt 5°, und eine Drehperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle (Drehperioden-Fehlermuster E), die in
- (1) Der Befehlswort α für den Drehwinkel von 27° wird gelesen.
- (2) Zunächst wird ein Drehperioden-Fehler berechnet. Ein Drehperioden-Fehlerkorrektur-Punkt C1 = α/B = 27/5 = 5,4 wird ermittelt, wobei sich der Fehlerkorrektur-Punkt C1 zwischen einem Korrektur-
Unterteilungspunkt 5 und einem Korrektur-Unterteilungspunkt 6 befindet, und ein Korrekturverhältnis D an dem Korrekturpunkt C1 beträgt D = 0,04. - (3) Ein Korrekturmaß Ec1 an dem Fehlerkorrektur-Punkt C1 wird unter Verwendung von Korrekturmaßen E5, E6 an den Korrektur-
5, 6 in der Drehperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle wie folgt berechnet (sieheUnterteilungspunkten 12 ).
- (1) The command word α for the rotation angle of 27° is read.
- (2) First, a rotation period error is calculated. A rotational period error correction point C1 = α/B = 27/5 = 5.4 is found, the error correction point C1 being between a
correction dividing point 5 and acorrection dividing point 6, and a correction ratio D at the correction point C1 is D=0.04. - (3) A correction amount Ec1 at the error correction point C1 is calculated using correction amounts E5, E6 at the
5, 6 in the rotation period error correction table as follows (seecorrection dividing points 12 ).
Wie aus der in
- (4) Daher gilt für den ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel: α + Ec1 = 27,0038°
- (5) Anschließend wird der Teilungsperioden-Fehler berechnet. Für einen Teilungsperioden-Fehlerkorrektur-Punkt gilt:
- (6) Des Weiteren gilt für die Anzahl von Unterteilungen: 16 x 0,405 ... = 6,4864 ..., und daher befindet sich der Korrekturpunkt C2 zwischen dem Korrektur-
Unterteilungspunkt 6 und dem Korrektur-Unterteilungspunkt 7, und für ein Teilungs-Korrekturunterteilungsverhältnis gilt: N = 0,4864 ... - (7) Ein Korrekturmaß Fc2 an dem Teilungsperioden-Korrekturpunkt C2 wird wie im Folgenden dargestellt, unter Verwendung von Korrekturmaßen F6, F7 an den Korrektur-
6, 7 in der Teilungsperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle (sieheUnterteilungspunkten 14 ) berechnet:
- (4) Therefore, for the first corrected rotation angle command value α1, α + Ec1 = 27.0038°
- (5) Then the pitch error is calculated. For a division period error correction point:
- (6) Furthermore, for the number of divisions: 16 x 0.405 ... = 6.4864 ... and therefore the correction point C2 is between the
correction division point 6 and thecorrection division point 7, and for one division - Correction subdivision ratio applies: N = 0.4864 ... - (7) A correction amount Fc2 at the pitch period correction point C2 is set as follows, using correction amounts F6, F7 at the
6, 7 in the pitch period error correction table (seecorrection dividing points 14 ) calculated:
Wie aus der in
- (8) Daher gilt für den zweiten korrigierten Befehlswert α2 für den Drehwinkel:
- (8) Therefore, for the second corrected rotation angle command value α2:
In der Ausführungsform 2 werden die gleichen Effekte wie in der Ausführungsform 1 erzielt.In
Die Erfindung kann in anderen speziellen Formen ausgeführt werden, ohne vom Geist oder wesentlichen Eigenschaften derselben abzuweichen.The invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
Die vorliegenden Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorhergehende Patentbeschreibung bestimmt wird, und alle Veränderungen, die unter die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sind daher als darin eingeschlossen zu betrachten.The present embodiments are therefore to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appended claims rather than the foregoing specification, and all changes which come within the meaning and range of equivalence of the claims are therefore to be considered as included therein.
Claims (3)
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- 2011-05-23 DE DE102011076263.9A patent/DE102011076263B4/en active Active
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