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Verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-198856 , die am 6. September 2010 eingereicht wurde und deren vollständige Inhalte hier durch Bezugnahme vollständig eingebunden sind.
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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Servosteuerungssystem, das eine Funktion zum Verbessern einer Bearbeitungsgenauigkeit in einer Werkzeugmaschine hat, wobei eine Vielzahl von Achsen zusammenwirkend betätigt bzw. angesteuert werden.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Wenn eine Vielzahl von Achsen in einer Werkzeugmaschine, wie z. B. einem Bearbeitungszentrum, zusammenwirkend betätigt bzw. angesteuert werden, wird eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit angestrebt, insbesondere wenn eine Kreisform unter Verwendung von X- und Y-Achsen bearbeitet wird. In einem herkömmlichen Steuerungssystem ist es aufgrund einer Verzögerung des Servomotors schwierig, die Genauigkeit der Grenze zwischen Quadranten eines Bogens zu verbessern, insbesondere wenn der Servomotor invertiert ist.
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Andererseits kann als ein Verfahren zum Realisieren hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit in Erwiderung auf sich wiederholende Befehle eine Lernsteuerung (oder eine Wiederholungssteuerung) verwendet werden, die ein zeitbasiertes Synchronisationsverfahren einschließt, wobei das Lernen unter Verwendung von Zeit als eine Referenz ausgeführt wird (siehe z. B. die
japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 3-175502 ), sowie ein winkelbasiertes Synchronisationsverfahren, wobei das Lernen unter Verwendung eines Winkels als eine Referenz ausgeführt wird. Zum Beispiel offenbart die
japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2004-280772 eine Lernsteuerung, wobei der Position der Form entsprechende Korrekturdaten in Wiederholungsmustern gespeichert werden und die Positionsabweichung entsprechend der Position korrigiert wird, wodurch die Positionsabweichung sogar dann reduziert werden kann, wenn eine Geschwindigkeitsschwankung auftritt.
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Da das zeitbasierte Synchronisationsverfahren eine Speicherverzögerung für die Zeit vom Beginn bis zum Ende der Bearbeitung erfordert, ist ein Speicher mit hoher Speicherkapazität notwendig, wenn die Bearbeitungszeit relativ lang ist. Ferner ist eine andere Speicherverzögerung notwendig, wenn die gleiche Form mit anderer Bearbeitungsgeschwindigkeit bearbeitet wird. Andererseits gibt es in dem winkelbasierten Synchronisationsverfahren keinen Nachteil, wenn die Bearbeitungszeit lang ist oder wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit variiert wird, jedoch ist ein Referenzwinkel (oder eine Referenzposition) notwendig, der in Synchronisation mit wiederholten Befehlen monoton zunimmt (oder die in einer Richtung zunimmt). Daher wird die Referenzposition variiert, wie eine Hin- und Herbewegung, und das winkelbasierte Synchronisationsverfahren kann nicht verwendet werden.
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In der Beschreibung betreffend
3 der
japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2004-280772 werden der Referenzposition Θ(n) entsprechende Korrekturdaten δ(n) durch Interpolationsberechnung berechnet, wie in der folgenden Gleichung gezeigt, wobei die Referenzposition Θ(n) beim Sampling erhalten wird und Korrekturdaten vor und nach der Referenzposition Θ(n) δ(m) und δ(m + 1) sind, die jeweils Rasterpositionen θ(m) und θ(m + 1) entsprechen.
δ(n) = δ(m) + (Θ(n) – θ(m))·(δ(m + 1) – δ(m))/(θ(m + 1) – θ(m)) -
Wenn die Referenzposition Θ nicht monoton zunimmt oder abnimmt, kann eine Vielzahl von Daten δ existieren, die jeder Referenzposition entspricht, wobei die Korrekturdaten nicht genau bestimmt werden können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Servosteuerungssystem bereitzustellen, das dazu imstande ist, eine winkelbasierte Synchronisationslernsteuerung selbst dann zu verwenden, wenn die Referenzposition nicht gegeben ist, während der Vorteil des winkelbasierten Synchronisationsverfahrens erhalten bleibt.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Servosteuerungssystem einer Industriemaschine oder einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten einer einen Bogen, ein Vieleck oder eine Kombination hiervon umfassenden Form mittels eines zusammenwirkenden Betriebs einer Vielzahl von Achsen bereitgestellt, die zwei zueinander senkrechte Achsen aufweisen, wobei das Servosteuerungssystem umfasst: eine übergeordnete Steuerung, die dazu geeignet ist, Positionsbefehle zum Bearbeiten der bearbeiteten Form an einen Servomotor jeder der Vielzahl von Achsen zu übertragen, und eine Vielzahl von Servosteuerungen, von den jede dazu geeignet ist, den Servomotor jeder Achse basierend auf dem Positionsbefehl derart anzutreiben, um einen angetriebenen Körper zu bewegen, wobei die Servosteuerungen für zumindest die zwei zueinander senkrechten Achsen umfassen: einen Positionserfassungsteil, der dazu geeignet ist, die Position des Servomotors oder des angetriebenen Körpers zu erfassen, einen Positionsabweichungs-Berechnungsteil, der dazu geeignet ist, eine Abweichung zwischen dem Positionsbefehl und einer erfassten Positionsrückmeldung des Servomotors zu jeder vorgegebenen Sampling-Zeitspanne zu berechnen, einen Referenzsignal-Erzeugungsteil, der dazu geeignet ist, basierend auf dem Positionsbefehl oder der Positionsrückmeldung der eigenen Achse oder einer anderen Achse ein Referenzsignal zu erzeugen, das in einer Richtung variiert wird, und einen Lernsteuerungsteil, der dazu geeignet ist, eine Lernsteuerung basierend auf dem Referenzsignal, dem Positionsbefehl und der Positionsabweichung auszuführen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Referenzsignal-Erzeugungsteil basierend auf dem Positionsbefehl oder der Positionsrückmeldung der X- und Y-Achsen eine Winkelposition als das Referenzsignal, deren Ursprung der Mittelpunkt eines Bogens ist, wobei die Winkelposition durch eine Arcustangensfunktion eines Verhältnisses zwischen Positionen der X- und Y-Achsen berechnet wird.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Referenzsignal-Erzeugungsteil das Referenzsignal basierend auf dem Positionsbefehl oder der Positionsrückmeldung der zusammenwirkenden anderen Achse durch Integration jedes absoluten Wertes eines Bewegungsbetrags der anderen Achse in jeder vorgegebenen Sampling-Zeitspanne.
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Wenn die bearbeitete Form eine Interpolationsform zwischen den X- und Y-Achsen ist, kann der Referenzsignal-Erzeugungsteil das Referenzsignal erzeugen, wobei das Referenzsignal durch Berechnen einer Summe eines integrierten Wertes jedes absoluten Wertes eines Bewegungsbetrages des Positionsbefehls oder der Positionsrückmeldung der X-Achse in jeder vorgegebenen Sampling-Zeitspanne und eines integrierten Wertes jedes absoluten Wertes eines Bewegungsbetrages des Positionsbefehls oder der Positionsrückmeldung der Y-Achse in jeder vorgegebenen Sampling-Zeitspanne erhalten wird.
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Wenn die bearbeitete Form eine schraubenförmige Interpolationsform ist, kann der Referenzsignal-Erzeugungsteil das Referenzsignal erzeugen, wobei das Referenzsignal dem Positionsbefehl oder der Positionsrückmeldung einer Schraubenachse entspricht.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher gemacht werden, wobei
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1 eine Basiskonfiguration eines Servosteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ein Beispiel einer Konfiguration einer winkelbasierten Synchronisationslernsteuerung des Servosteuerungssystems aus 1 zeigt;
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3 ein Flussdiagramm ist, das das Verfahren in dem Servosteuerungssystem der Erfindung zeigt;
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4 einen Bogen als ein Beispiel einer zu bearbeitenden Form zeigt;
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5a und 5b Graphen sind, die Winkelpositionen der X- und Y-Achsen zeigen, wenn die bearbeitete Form der Bogen ist;
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6a und 6b ein erstes Erzeugungsverfahren eines Referenzsignals zeigen, wenn die Bogenform bearbeitet wird;
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7a bis 7d ein zweites Erzeugungsverfahren eines Referenzsignals zeigen, wenn die Bogenform bearbeitet wird;
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8 ein drittes Erzeugungsverfahren eines Referenzsignals zeigt, wenn die Bogenform bearbeitet wird;
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9 ein Dreieck als ein Beispiel einer zu bearbeitenden Form zeigt;
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10 ein Viereck mit abgerundeten Ecken als ein Beispiel einer zu bearbeitenden Form zeigt;
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11 ein Achteck als ein Beispiel einer zu bearbeitenden Form zeigt;
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12 Graphen zeigt, die Winkelpositionen der X- und Y-Achsen zeigen, wenn die bearbeitete Form das Dreieck ist;
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13 Graphen zeigt, die Winkelpositionen der X- und Y-Achsen zeigen, wenn die bearbeitete Form das Viereck mit abgerundeten Ecken ist;
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14 Graphen zeigt, die Winkelpositionen der X- und Y-Achsen zeigen, wenn die bearbeitete Form das Achteck ist;
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15 ein Graph ist, der den Vorgang des Erzeugens eines Referenzsignals erläutert, das monoton ansteigt, wenn die bearbeitete Form das Dreieck ist;
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16 ein Graph ist, der den Vorgang des Erzeugens eines Referenzsignals erläutert, das monoton ansteigt, wenn die bearbeitete Form das Viereck mit abgerundeten Ecken ist;
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17 ein Graph ist, der den Vorgang des Erzeugens eines Referenzsignals erläutert, das monoton ansteigt, wenn die bearbeitete Form das Achteck ist;
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18 eine schraubenförmige Bearbeitung als ein Beispiel einer Bearbeitung zeigt; und
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19 ein Graph ist, der den Vorgang des Erzeugens eines Referenzsignals erläutert, das monoton ansteigt, wenn die schraubenförmige Bearbeitung ausgeführt wird.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt eine Basiskonfiguration eines Servosteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Servosteuerungssystem 10 wird in einer Werkzeugmaschine oder einer Industriemaschine, wie einem Maschinenzentrum mit zumindest zwei zueinander senkrechten Achsen (X-, Y-, Z-Achsen in einer dargestellten Ausführungsform), die eine zusammenwirkende Bewegung ausführen, verwendet. Das Servosteuerungssystem 10 umfasst eine X-Achsen-Servosteuerung 18, die dazu geeignet ist, einen X-Achsen-Servomotor 12 zum Ansteuern einer X-Achse zu steuern, eine Y-Achsen-Servosteuerung 20, die dazu geeignet ist, einen Y-Achsen-Servomotor 14 zum Ansteuern einer Y-Achse zu steuern, und eine Z-Achsen-Servosteuerung 22, die dazu geeignet ist, einen Z-Achsen-Servomotor 16 zum Ansteuern einer Z-Achse zu steuern, Jede Servosteuerung ist dazu geeignet, basierend auf einem Positionsbefehl für jede Achse (X-Achsenbefehl, Y-Achsenbefehl und Z-Achsenbefehl in der dargestellten Ausführungsform), der von einer übergeordneten Steuerung 24, wie zum Beispiel einer NC (Numerische Steuerung) übertragen wurde, einen Geschwindigkeitsbefehl zu erzeugen und jeden Servomotor basierend auf dem Geschwindigkeitsbefehl zu steuern.
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Die X-Achsen-Servosteuerung 18 hat einen winkelbasiertes Synchronisationslernsteuerungsteil (oder eine Lernsteuerung) 26. Um eine vorgegebene Bearbeitung auszuführen, ist die Lernsteuerung 26 dazu geeignet, basierend auf einer Abweichung zwischen dem Positionsbefehl für die X-Achse, der periodisch von der übergeordneten Steuerung 24 übertragen wird, und der Positionsrückmeldung (RM) des X-Achsen-Servomotors 12 oder eines durch den X-Achsen-Servomotor 12 angetriebenen Körpers, wie zum Beispiel eines Werkzeugs, einen Korrekturbetrag zum Steuern des X-Achsen-Servomotors 12 zu erzeugen. Über eine Verstärkung Kp werden der Korrekturbetrag und die Abweichung als ein X-Achsen-Servogeschwindigkeitsbefehl verwendet, um den X-Achsen-Servomotor 12 zu steuern.
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Die Positionsrückmeldung wird mittels eines Positionserfassungsteils 27 erhalten, das dazu geeignet ist, die X-Position des X-Achsen-Servomotors 12 oder des angetriebenen Körpers zu erfassen. Die X-Achsen-Servosteuerung 18 hat einen Referenzsignal-Erzeugungsteil 28, der dazu geeignet ist, ein Referenzsignal θ zu erzeugen, das basierend auf dem von der übergeordneten Steuerung 24 übertragenen Achsenbefehl monoton zunimmt (oder in einer Richtung variiert). Dann führt die Lernsteuerung 26 eine Lernsteuerung basierend auf dem Referenzsignal aus, wie im Folgenden erläutert.
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In ähnlicher Weise hat die Y-Achsen-Servosteuerung 20 einen winkelbasierten Synchronisationslernsteuerungsteil (oder eine Lernsteuerung) 30. Um eine vorgegebene Bearbeitung auszuführen, ist die Lernsteuerung 30 dazu geeignet, basierend auf einer Abweichung zwischen dem von der übergeordneten Steuerung 24 periodisch übertragenen Positionsbefehl für die Y-Achse und der Positionsrückmeldung (RM) des Y-Achsen-Servomotors 14 oder eines durch den Y-Achsen-Servomotor 14 angetriebenen Körpers, wie zum Beispiel eines Werkzeugs, einen Korrekturbetrag zum Steuern des Y-Achsen-Servomotors 14 zu erzeugen. Über eine Verstärkung Kp werden der Korrekturbetrag und die Abweichung als ein Y-Achsen-Servogeschwindigkeitsbefehl verwendet, um den Y-Achsen-Servomotor 14 zu steuern. Die Positionsrückmeldung wird durch einen Positionserfassungsteil 31 erhalten, der dazu geeignet ist, die Y-Position des Y-Achsen-Servomotors 14 oder des angetriebenen Körpers zu erfassen. Die Y-Achsen-Servosteuerung 20 hat einen Referenzsignal-Erzeugungsteil 32, der dazu geeignet ist, ein Referenzsignal θ zu erzeugen, das basierend auf dem von der übergeordneten Steuerung 24 übertragenen Achsenbefehl monoton zunimmt (oder in einer Richtung variiert). Dann führt die Lernsteuerung 30 eine Lernsteuerung basierend auf dem Referenzsignal aus. Im Detail wird dies im Folgenden erläutert.
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In der Ausführungsform ist die Z-Achsen-Servosteuerung 22 nicht wesentlich und deren Funktion kann die der herkömmlichen Servosteuerung sein. Mit anderen Worten ist die Z-Achsen-Servosteuerung 22 zum Ausführen einer vorgegebenen Bearbeitung dazu geeignet, eine Abweichung zwischen dem von der übergeordneten Steuerung 24 periodisch übertragenen Positionsbefehl für die Z-Achse und der Positionsrückmeldung (RM) des Z-Achsen-Servomotors 16 oder eines durch den Z-Achsen-Servomotor 16 angetriebenen Körpers, wie zum Beispiel eines Werkzeugs, zu berechnen. Über eine Verstärkung Kp wird die Abweichung als ein Z-Achsen-Servogeschwindigkeitsbefehl verwendet, um den Z-Achsen-Servomotor (16) zu steuern. Die Positionsrückmeldung wird durch einen Positionserfassungsteil 33 erhalten, der dazu geeignet ist, die Z-Position des Z-Achsen-Servomotors 16 oder des angetriebenen Körpers zu erfassen. In 1 gibt ein weißer Kreis einen Addierer an und ein schwarzer Kreis einen Knotenpunkt. Dies ist auch auf 2 anwendbar, wie im Folgenden beschrieben.
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2 zeigt ein konkretes Beispiel einer Konfiguration der Lernsteuerung 26 aus 1. In der X-Achsen-Servosteuerung 26 wird eine Positionsabweichung Er in einem Addierer 35 basierend auf einem von der übergeordneten Steuerung 24 übertragenen Positionsbefehl Pc und einer Positionsrückmeldung Pf berechnet. Dann erhält die Lernsteuerung 26 die Positionsabweichung Er des X-Achsen-Servomotors oder des angetriebenen Körpers als eine erste Positionsabweichung zu jeder Sampling-Zeitspanne (zum Beispiel in jedem 1 ms-Intervall). Die erste Positionsabweichung wird an einen ersten Umwandlungsteil 34 übertragen und dann wandelt der erste Umwandlungsteil 34 die erste Positionsabweichung Er in eine zweite Positionsabweichung Er' einer Winkelreferenzposition in einer Hin- und Herbewegung des angetriebenen Körpers um (wie im Folgenden beschrieben). Mit anderen Worten wird die mit der Sampling-Zeitspanne assoziierte erste Positionsabweichung Er in eine mit der Winkelreferenzposition assoziierte zweite Positionsabweichung Er' umgewandelt. Da ein Berechnungsverfahren für die Umwandlung bekannt sein wird, wird auf eine detaillierte Erklärung desselben verzichtet.
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Nachdem ein erster Korrekturbetrag c1 einer unmittelbar vorangegangenen Hin- und Herbewegungs-Zeitspanne der Hin- und Herbewegung des angetriebenen Körpers (die für gewöhnlich 360 Grad entspricht), die in einem Verzögerungsspeicher 36 gespeichert ist, zu der zweiten Positionsabweichung Er' addiert wird, wird dann die zweite Positionsabweichung Er' in dem Verzögerungsspeicher 36 als ein erneuerter oder aktualisierter erster Korrekturbetrag c1 gespeichert. Der erneuerte erste Korrekturbetrag c1 wird an einen zweiten Umwandlungsteil 38 übertragen und der zweite Umwandlungsteil 38 wandelt dann den mit der Winkelreferenzposition assoziierten ersten Korrekturbetrag c1 in einen mit der Sampling-Zeitspanne assoziierten zweiten Korrekturbetrag c2 um. Mit anderen Worten wird der mit der Winkelreferenzposition assoziierte erste Korrekturbetrag in den mit der Sampling-Zeitspanne assoziierten zweiten Korrekturbetrag umgewandelt. Da ein Berechnungsverfahren für die Umwandlung bekannt sein wird, wird auf eine detaillierte Erklärung desselben verzichtet.
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Die Lernsteuerung 26 kann einen Bandbreiten-Grenzwertfilter 40 haben, der dazu geeignet ist, eine Frequenzbandbreite des ersten Korrekturbetrags c1 zu begrenzen, sowie einen Phasenführungsfilter 42, der dazu geeignet ist, eine Phase und eine Verstärkung des zweiten Korrekturbetrags c2 zu kompensieren, der von dem zweiten Umwandlungsteil 38 übertragen wurde. Solche Filter sind für die Erfindung nicht wesentlich. Konkret ist der ”Bandbreiten-Grenzwertfilter” ein Tiefpassfilter zum Abtrennen eines Signals mit einer relativ hohen Frequenz, mit dem ein Steuerungssystem stabil sein kann. Ferner ist der ”Phasenführungsfilter” ein Filter zum Vorrücken einer Phase eines Signals mit einer relativ hohen Frequenz und zum Erhöhen einer Verstärkung des Signals, wodurch eine Verzögerung in einem Steuerungssystem, wie zum Beispiel einem Positions-, Geschwindigkeits- oder Stromsteuerungssystem, sowie eine Reduktion der Verstärkung in dem Steuerungssystem kompensiert werden können. Zudem kann die Lernsteuerung 30 der Y-Achsen-Servosteuerung 20 denselben Aufbau wie die Lernsteuerung 26 haben.
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Im Folgenden wird der Vorgang in dem Servosteuerungssystem der Erfindung unter Bezugnahme auf das Flussdiagram aus 3 erläutert. Zuerst überträgt die übergeordnete Steuerung 24 in jeder vorgegebenen Befehlsabgabezeitspanne T (zum Beispiel T = 1 ms) einen Positionsbefehl Pc für jede Achse an die entsprechende Servosteuerung und jede Servosteuerung erfasst eine Positionsrückmeldung Pf (Schritt S1). Als nächstes berechnet jede Servosteuerung die Positionsabweichung Er basierend auf dem Positionsbefehl Pc und der Positionsrückmeldung Pf (Schritt S2). Wenn die Lernsteuerung ausgeführt werden soll (Schritt S3), erzeugen die Referenzsignal-Erzeugungsteile 28 und 32 das Referenzsignal θ basierend auf dem Positionsbefehl oder der Positionsrückmeldung der jeweiligen Achse. Diesbezüglich schreitet der Vorgang von Schritt S4 zu S7 über S5 fort, wenn das Referenzsignal θ aus dem Positionsbefehl Pc erzeugt wird. Ansonsten schreitet der Vorgang von Schritt S4 zu S7 über S6 fort, wenn das Referenzsignal θ aus der Positionsrückmeldung Pf erzeugt wird.
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Der Referenzsignal-Erzeugungsteil kann das Referenzsignal basierend auf dem Positionsbefehl oder der Positionsrückmeldung der anderen Achse erzeugen. Zum Beispiel kann der Referenzsignal-Erzeugungsteil 28 der X-Achsen-Servosteuerung 18 das Referenzsignal basierend auf dem Positionsbefehl oder der Positionsrückmeldung der Y-Achse erzeugen.
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In dem nächsten Schritt 58 wird die mit der Sampling-Zeitspanne assoziierte Positionsabweichung Er in dem ersten Umwandlungsteil 34, wie zuvor beschrieben, in die mit dem Referenzsignal (oder der Winkelreferenzposition) assoziierte Positionsabweichung Er' umgewandelt. Als nächstes wird die Positionsabweichung Er' zu der Positionsabweichung der unmittelbar vorangegangenen Zeitspanne addiert und in dem Verzögerungsspeicher 36 als mit dem Referenzsignal assoziierter erster Korrekturbetrag c1 gespeichert (Schritt S10). Diesbezüglich speichert der Verzögerungsspeicher 36 den Korrekturbetrag, der einem Umlauf (360 Grad) des Bogens entspricht, wenn die zu bearbeitende Form ein Bogen oder ähnliches ist. Im nächsten Schritt S11 wird der mit dem dem einen Umlauf entsprechenden Referenzsignal assoziierte erste Korrekturbetrag c1, der in dem Verzögerungsspeicher 36 gespeichert ist, im Umwandlungsteil 38 in den mit der Sampling-Zeitspanne assoziierten zweiten Korrekturbetrag c2 umgewandelt. Dann wird der zweite Korrekturbetrag zu der Positionsabweichung Er addiert, um den Geschwindigkeitsbefehl zu erzeugen (Schritt 512).
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Als nächstes wird Schritt S7 (d. h. die Erzeugung des Referenzsignals θ) im Detail erklärt. In der Werkzeugmaschine oder der Industriemaschine, die das Servosteuerungssystem der Erfindung verwendet, kann die aus einem Bogen, einem Vieleck oder der Kombination davon gebildete Form bearbeitet werden. In einem Beispiel der 4 bearbeitet die Industriemaschine mit dem Servosteuerungssystem einen Bogen mit einem Radius R (= 1 mm). In diesem Fall sind die X- und Y-Koordinaten eines repräsentativen Punkts (zum Beispiel eines Vorderendes eines Werkzeugs) der Industriemaschine jeweils angegeben, wie in den 5a und 5b gezeigt. Die übergeordnete Steuerung 24 berechnet die Befehlsposition jeder Achse (x(t), y(t)) für jede Befehlsabgabezeitspanne basierend auf der Zeit t (= nT, n = 1, 2, 3 ...), dem Radius R und einer Vorschubgeschwindigkeit F (zum Beispiel: F = 376,8 mm/min).
(Zum Beispiel: x(t) = R·cos(ωt), y(t) = R·sin(ωt), ωt = Ft/R)
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Wenn die Bogenform, wie in 4 gezeigt, bearbeitet wird, entspricht eine Zeitspanne der Lernsteuerung einem Umlauf des Bogens. Jeder Positionsbefehl der X- und Y-Achsen repräsentiert eine Sinus- oder Cosinuskurve, die nicht monoton zunimmt oder abnimmt. Daher kann der Positionsbefehl nicht als die Referenzposition (oder das Referenzsignal) für die winkelbasierte Synchronisationslernsteuerung verwendet werden. In der Erfindung wird basierend auf dem Positionsbefehl oder der Positionsrückmeldung der X- und Y-Achsen ein Referenzsignal θ, das monoton zunimmt und einem Umlauf des Bogens entspricht, wie im Folgenden erläutert, erzeugt.
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6a und 6b erläutern ein erstes Verfahren zur Erzeugung des Referenzsignals der Bogenbearbeitung, d. h. ein Verfahren zum Berechnen des Referenzwinkels θ unter Verwendung einer trigonometrischen Funktion basierend auf dem Positionsbefehl oder der Positionsrückmeldung der X- und Y-Achsen. In der Bogenbearbeitung sind die Positionen der X- und Y-Achsen durch die Sinuskurve bzw. die Cosinuskurve repräsentiert, wobei die übergeordnete Steuerung einen Befehl zum Bearbeiten eines Bogens mit dem Radius R ausgibt. Daher werden die Position posx(t) der X-Achse und die Position posy(t) der Y-Achse nach ”t” Sekunden vom Beginn der Bearbeitung oder der Lernsteuerung durch die folgenden Gleichungen repräsentiert. In den folgenden Gleichung ist ”δ” ein Startwinkel. posx(t) = R·cos(ωt + δ) posy(t) = R·sin(ωt + δ)
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Andererseits benötigt der Servomoter (ωt + δ) als Referenzsignal θ. Daher wird, wie in 6a gezeigt, eine Arcustangensfunktion eines Verhältnisses zwischen den Positionen der X- und Y-Achsen verwendet. Konkret wird eine mit der folgenden Gleichung berechnete Winkelposition als das Referenzsignal verwendet. θ(t) = tan–1(posy(t)/posx(t))
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Als nächstes werden Quadranten in Abhängigkeit von einem Vorzeichen (Plus oder Minus) der X- und Y-Koordinaten definiert, damit das Referenzsignal θ monoton zunimmt. Konkret: θ(t) = tan–1(posy(t)/posx(t)), wobei x > 0 und y > 0; θ(t) = tan–1(posy(t)/posx(t)) + 180°, wobei (x < 0 und y > 0) oder (x < 0 und y < 0); und θ(t) = tan–1(posy(t)/posx(t)) + 360°, wobei (x > 0 und y < 0).
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Aufgrund des Vorherigen wird ein monoton zunehmendes Referenzsignal θ erhalten, wie in 6b gezeigt.
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Die 7a bis 7d erläutern ein zweites Verfahren zum Erzeugen des Referenzsignals, wenn die Bogenform bearbeitet wird, d. h. ein Verfahren unter Verwendung des Positionsbefehls oder der Positionsrückmeldung der zusammenwirkenden anderen Achse (zum Beispiel unter Verwendung der Daten der Y-Achse zum Erzeugen des Referenzsignals für die X-Achse und unter Verwendung der Daten der X-Achse zum Erzeugen des Referenzsignals für die Y-Achse). Konkret zeigt 7a die Position der X-Achse und 7b einen Wert (Σ|ΔX|), der durch Integration eines absoluten Werts der Differenz Δx der Position in 7a zwischen jeder Sampling-Zeitspanne erhalten wird. Der Wert, wie in 7b gezeigt, wird als Referenzsignal θy für die y-Achse verwendet. In ähnlicher Weise zeigt 7c die Position der Y-Achse und 7d einen Wert (Σ|Δy|), der durch Integration eines absoluten Werts der Differenz Δy der Position in 7c zwischen jeder Sampling-Zeitspanne erhalten wird. Der Wert, wie in 7d gezeigt, wird als Referenzsignal θx für die X-Achse verwendet. Dadurch kann unter Verwendung des integrierten Werts des absoluten Werts des Bewegungsbetrags (oder der Differenz) der anderen Achse als das Referenzsignal das monoton zunehmende Referenzsignal im Vergleich mit dem ersten Verfahren zum Erzeugen des Referenzsignals, wie zuvor beschrieben, mit sehr geringem Berechnungsaufwand erzeugt werden. Zudem ist es vorteilhaft, die Befehlsposition der anderen Achse zu verwenden, da ein Änderungsbetrag zur Zeit der Umkehr des Servomotors, der eine hohe Genauigkeit erfordert, erhöht werden kann.
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8 erläutert ein drittes Verfahren zum Erzeugen des Referenzsignals, wenn die Bogenform bearbeitet wird, d. h. ein Verfahren unter Verwendung des Positionsbefehls oder der Positionsrückmeldung der zusammenwirkenden anderen Achse (zum Beispiel unter Verwendung der Daten der y-Achse zum Erzeugen des Referenzsignals für die X-Achse und unter Verwendung der Daten der X-Achse zum Erzeugen des Referenzsignals für die Y-Achse). Wie in 8 gezeigt, wird das Referenzsignal θ (= Σ|Δx| + Σ|Δy|) konkret erhalten durch Addieren des integrierten Werts (Σ|Δx|), der durch Integration des absoluten Werts der Differenz Δx der Position zwischen jeder Sampling-Zeitspanne (zum Beispiel 7b) erhalten wird, zu dem integrierten Wert (Σ|Δy|), der durch Integration des absoluten Werts der Differenz Δy der Position zwischen jeder Sampling-Zeitspanne (zum Beispiel 7d) erhalten wird. Wenn die zu bearbeitende Form eine Interpolationsform zwischen den X- und Y-Achsen ist, kann das monoton oder im allgemeinen linear zunehmende (und damit verwendbare) Referenzsignal unter Verwendung der Summe der integrierten Werte der absoluten Werte der Bewegungsbefehle der X- und Y-Achsen erhalten werden.
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Das durch das dritte Erzeugungsverfahren erzeugte Referenzsignal repräsentiert im Allgemeinen eine Umrisslinienlänge der zu bearbeitenden Form. Daher kann das mittels des dritten Erzeugungsverfahrens erzeugte Referenzsignal auch verwendet werden, wenn die zu bearbeitende Form ein Vieleck oder die Kombination des Bogens mit dem Vielecks, etc. ist. Zum Beispiel werden die Positionsbefehle der X- und Y-Achsen jeweils wie in den 12 bis 14 gezeigt erzeugt, wenn die zu bearbeitende Form ein Dreieck (11), ein Viereck mit abgerundeten Ecken (12) oder ein Achteck (13) ist.
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Wenn das dritte Erzeugungsverfahren auf jede der Formen der 12 bis 14 angewendet wird, wird das Referenzsignal θ für das Dreieck wie in 15 gezeigt erzeugt, das Referenzsignal θ für das Viereck mit abgerundeten Ecken wie in 16 gezeigt erzeugt und das Referenzsignal θ für das Achteck wie in 17 gezeigt erzeugt. Wie in den 15 bis 17 gezeigt, nimmt jedes Referenzsignal θ monoton oder im Allgemeinen linear zu.
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18 erläutert eine schraubenförmige Bearbeitung; zum Beispiel kommt zu der Bogenbearbeitung aus 4 ein Vorschubbetrieb hinzu. In diesem Fall kann eine Zeitspanne, die einem Vorschubbetrag der Z-Achse während eines Umlaufs des Bogens entspricht, als ein Zyklus der Lernsteuerung ermittelt werden. Das Referenzsignal θ entspricht in diesem Fall dem Positionsbefehl oder der Positionsrückmeldung der Z-Achse (d. h. θ = z), wie in 19 gezeigt. Wenn die zu bearbeitende Form eine schraubenförmige Interpolation ist, bewegt sich die Position der Z-Achse (oder der Schraubenachse) typischerweise mit konstanter Geschwindigkeit. Daher kann das monoton und linear zunehmende (und damit verwendbare) Referenzsignal im Wesentlichen durch keine Berechnung erhalten werden.
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Wie zuvor beschrieben, stellt die Erfindung das Servosteuerungssystem bereit, das imstande ist, die winkelbasierte Synchronisationslernsteuerung zu verwenden, während der Vorteil der winkelbasierten Synchronisation sogar dann aufrecht erhalten wird, wenn das Referenzsignal nicht gegeben ist. Wenn auch die
japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2004-280772 die winkelbasierte Synchronisationslernsteuerung offenbart, wird eine solche Lernsteuerung auf eine Drehmaschine angewandt, die dazu imstande ist, ein Werkstück durch Kombination einer Rotationsache und einer Linearachse zu bearbeiten, wobei der Positionsbefehl oder die Positionsrückmeldung für die Rotationsachse notwendig ist und das Referenzsignal des Positionsbefehls oder der Positionsrückmeldung notwendigerweise monoton zunimmt. Wenn jedoch ein Werkstück unter Verwendung zueinander senkrechter Achsen (oder X- und Y-Achsen) bearbeitet wird (zum Beispiel in einem herkömmlichen Maschinenzentrum), nimmt der Positionsbefehl jeder Achse nicht monoton zu und damit kann der Positionsbefehl nicht als das Referenzsignal verwendet werden. Selbst in einem solchen Fall kann mit Hilfe der Erfindung das passende Referenzsignal durch einfache Berechnung erhalten werden, wobei die winkelbasierte Synchronisationslernsteuerung verwendet werden kann.
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Gemäß dem Servosteuerungssystem der vorliegenden Erfindung kann die winkelbasierte Synchronisationslernsteuerung durch Berechnen des Referenzsignals, das in einer Richtung variiert, basierend auf dem Positionsbefehl oder der Positionsrückmeldung verwendet werden.
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Wenn die Bogenform bearbeitet wird, kann das Referenzsignal basierend auf den Positionsbefehlen der X- und Y-Achsen berechnet werden. Dieses Referenzsignal ist verwendbar, da das Referenzsignal linear und monoton zunimmt.
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Durch Verwenden des integrierten Werts der absoluten Werte des Bewegungsbetrags der anderen Achse als das Referenzsignal kann das monoton zunehmende Referenzsignal mit geringem Berechnungsaufwand erzeugt werden. Ferner ist es vorteilhaft, die Befehlsposition der anderen Achse zu verwenden, da der Änderungsbetrag zum Zeitpunkt der Umkehr des Servomotors, der eine hohe Genauigkeit erfordert, gesteigert werden kann.
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Unter Verwendung der Summe der integrierten Werte der absoluten Werte der Bewegungsbefehle der X- und Y-Achsen kann das monoton und im Allgemeinen linear zunehmende (und damit verwendbare) Referenzsignal erhalten werden. Ferner repräsentiert das Referenzsignal im Allgemeinen eine Umrisslinienlänge der zu bearbeitenden Form und damit kann das erzeugte Referenzsignal auch verwendet werden, wenn die zu bearbeitende Form ein Vieleck oder die Kombination des Bogens mit dem Vieleck, etc. ist.
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Wenn der Positionsbefehl der Position der Schraubenachse, die sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, verwendet wird, kann das monoton und linear zunehmende (und damit verwendbare) Referenzsignal im Wesentlichen durch keine Berechnung erhalten werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-198856 [0001]
- JP 3-175502 [0004]
- JP 2004-280772 [0004, 0006, 0056]
