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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servosteuervorrichtung, die einen Positionsfehler korrigiert, wenn ein sich bewegendes Element umgekehrt läuft.
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2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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Eine Servosteuervorrichtung wird verwendet, um zu veranlassen, dass ein sich bewegendes Element genau gemäß einem Positionsbefehl operiert. Eine derartige Maschine ist eine Werkzeugmaschine, die veranlasst, dass sich ein sich bewegendes Element entlang einer Vorschubwelle bewegt. In dieser Hinsicht, wenn die Vorschubwelle eine Gewindewelle einer Kugelrollspindel ist und wenn die Richtung der Bewegung des bewegenden Elements sich umkehrt, dann verursacht ein Totgang oder eine Reibung eine Verzögerung des umgekehrten Betriebs. Im Ergebnis tritt ein Positionsfehler auf.
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Im Allgemeinen, um die Verzögerung zu dem Zeitpunkt der Umkehrung zu korrigieren, war gängige Praxis, einen Positionskorrekturbetrag, der dem Totgang entspricht, zu dem Positionsbefehl hinzuzufügen und einen Geschwindigkeitskorrekturbetrag, der die Verzögerung auf Grund der Reibung kompensiert, zu dem Geschwindigkeitsbefehl hinzuzufügen.
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Wenn jedoch die Vorschubwelle eine Gewindewelle einer Kugelrollspindel ist, dann dehnt sich die Gewindewelle in der Achsrichtung aus und zieht sich zusammen. Auf Grund dessen wird eine Verzögerung zu dem Zeitpunkt der Umkehrung verursacht. Damit dies beseitigt wird, offenbart
JP 3,621,278 B einen Aufbau, der mit einem Abschnitt zum Multiplizieren einer mechanischen Endkorrekturkonstante, der das Drehmoment, das der Elektromotor erzeugt, mit einem konstanten Faktor multipliziert, und einem Addierer versehen ist, der den Gesamtdrehmomentbefehlswert, der mit dem konstanten Faktor multipliziert ist, zu dem Positionsbefehl addiert. In diesem Fall ist es möglich, den Positionsbefehl zu ändern, während das Maß des Ausdehnens oder Zusammenziehens der Gewindewelle auf Grund des Drehmoments in Betracht gezogen wird. Im Ergebnis wird die Verzögerung zu dem Zeitpunkt der Umkehrung genau korrigiert.
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Das Maß des an Ausdehnens oder Zusammenziehens einer Gewindewelle ändert sich jedoch nicht lediglich auf Grund des Drehmoments des elektrischen Motors, sondern ebenso auf Grund der Position des sich bewegenden Elements auf der Gewindewelle. In
JP 3,621,278 B wird die Position des sich bewegenden Elements nicht in Betracht gezogen, so dass Begrenzungen bei der Steuerung der Position des sich bewegenden Elements mit einer hohen Genauigkeit vorliegen.
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Damit der Positionskorrekturbetrag mit einer hohen Genauigkeit berechnet wird, ist es ferner erforderlich, eine optimale Annäherungsgleichung auf der Grundlage der Beziehung zwischen dem Betrag an Verformung der Gewindewelle, der den Betrag an Ausdehnung oder Zusammenziehung umfasst, dem Drehmoment des Elektromotors und der Position des sich bewegenden Elements auszubilden. Falls jedoch alle diese Daten verwendet werden, wird die Berechnung der Näherungsgleichung kompliziert und es sind massive Anstrengungen von der Servosteuervorrichtung erforderlich.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser Situation vorgenommen und weist die Aufgabe der Bereitstellung einer Servosteuervorrichtung auf, die den Positionsfehler durch eine hochgenaue und einfache Art und Weise korrigieren kann, wenn das sich bewegende Element umgekehrt läuft.
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Die Druckschrift
US 2003/0 030 401 A1 offenbart eine Vorschubsteuerung, in der Positionsfehler vor und nach einer Umkehrung der Bewegungsrichtung eines Schlittens berechnet werde. Jede der Differenzen zwischen den erfassten Positionen des Schlittens und Positionen des zugehörigen Servomotors wird erfasst und so ein Totgangbetrag des Schlittens aus der Differenz zwischen den Positionsfehlern vor und nach der Umkehr der Bewegungsrichtung berechnet. Bei Umkehrung der Bewegungsrichtung des Schlittens wird dann die Vorschubgeschwindigkeit gemäß dem Totgangbetrag erhöht.
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Die Druckschrift
DE 693 22 213 T2 offenbart ein numerisches Steuersystem, bei dem ein Abschnitt zum automatischen Abstimmen von Steuerparametern eingesetzt wird, z. B. von Positionsdeformierungsparametern, gemäß der numerischen Steuerung der Position eines Tisches unter Einsatz einer Regelschleife. Es werden eine Bearbeitungsdeformierung sowie Kugelumlaufspindeldeformierfehler kompensiert, die sich nach der Umkehr einer Fortbewegungsrichtung eines Tisches ergeben.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 011 031 A1 offenbart einen Regler, der basierend auf einem Drehwinkel eines Stellmotors den Drehwiderstand berechnet, nachdem der Stellmotor reversiert wird, wenn ein Reversieren des Stellmotors erfasst wird. Es wird basierend auf dem berechneten Drehwiderstand der elastische Verformfehlerbetrag berechnet. Dadurch kann ein Positionssollwert korrigiert werden.
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Kurzfassung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch bereitgestellt. Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Vorzugsweise wird gemäß einem ersten Beispiel eine Servosteuervorrichtung vorgesehen, die eine Gewindewelle einer Kugelgewindespindel antreibt, die mit einem Servomotor verbunden ist, um das sich bewegende Element zu veranlassen, das im Eingriff mit der Gewindewelle steht, sich zu bewegen, wobei die Servosteuervorrichtung einen Motorpositionserlangungsabschnitt, der eine Position des Servomotors jede vorbestimmte Steuerperiode erlangt, einen Bewegungselementpositionserlangungsabschnitt, der eine Position des sich bewegenden Elements jede vorbestimmte Steuerperiode erlangt, eine Drehmomentbefehlsausbildungseinheit, die einen Drehmomentbefehl des Servomotors jede vorbestimmte Steuerperiode ausbildet, einen Umkehränderungsberechnungsabschnitt, der die Position des sich bewegenden Elements, die durch den Bewegungselementpositionserlangungsabschnitt erlangt wurde, als die Grundlage zum Berechnen des Betrags an Änderung der Position des sich bewegenden Elements verwendet, einen Distanzberechnungsabschnitt, der die Position des Servomotors, die durch den Motorpositionserlangungsabschnitt erlangt wurde, oder die Position des sich bewegenden Elements, die durch den Bewegungselementpositionserlangungsabschnitt erlangt wurde, als die Grundlage zum Berechnen einer Distanz von dem Servomotor zu dem sich bewegenden Element verwendet, einen Näherungsgleichungsbestimmungsabschnitt, der den Betrag an Änderung der Position des sich bewegenden Elements, der durch den Umkehränderungsberechnungsabschnitt berechnet wurde, den Drehmomentbefehl, der durch die Drehmomentbefehlsausbildungseinheit ausgebildet ist, und die Distanz, die durch den Distanzberechnungsabschnitt berechnet ist, als die Grundlage zum Bestimmen einer Näherungsgleichung verwendet, um einen Positionskorrekturbetrag zu berechnen, der eine Verzögerung des Servomotors auf Grund der Umkehrung des Servomotors korrigiert, und einen Positionskorrekturberechnungsabschnitt umfasst, der die Näherungsgleichung, die durch den Näherungsgleichungsbestimmungsabschnitt bestimmt ist, als die Grundlage zum Berechnen des Positionskorrekturbetrags verwendet.
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Gemäß einem zweiten Beispiel ist vorzugsweise die erste Ausgestaltung vorgesehen, wobei der Näherungsgleichungsbestimmungsabschnitt eine lineare Näherungsgleichung zum Berechnen des Positionskorrekturbetrags auf der Grundlage des Betrags an Änderung der Position des sich bewegenden Elements an zumindest zwei verschiedenen Orten auf der Gewindewelle, wo sich der Servomotor umkehrt, des Drehmoments und der Distanz bestimmt.
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Gemäß einem dritten Beispiel wird vorzugsweise das erste oder zweite Beispiel vorgesehen, wobei die Drehmomentbefehlsausbildungseinheit ein Lastdrehmoment ausbildet, das erlangt wird durch Subtrahieren eines Drehmoments, das zur Beschleunigung oder Abbremsung des Servomotors erforderlich ist, von dem Drehmomentbefehl. Der Näherungsgleichungsbestimmungsabschnitt bestimmt vorzugsweise eine Näherungsgleichung zur Berechnung des Positionskorrekturbetrags auf der Grundlage des Betrags an Änderung der Position des sich bewegenden Elements, des Lastdrehmoments und der Distanz.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden klarer aus der ausführlichen Beschreibung typischer Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine Funktionsblockdarstellung einer Servosteuervorrichtung in der Erfindung;
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2 ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Servosteuervorrichtung zeigt, die in 1 gezeigt ist;
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3 eine Ansicht, die einen Ist-Weg und einen korrigierten Weg eines sich bewegenden Elements zeigt, wenn ein Werkstück entlang eines bogenförmigen Wegs maschinell bearbeitet wird;
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4 eine vergrößerte Teilansicht des Ist-Weges des sich bewegenden Elements, das in 3 gezeigt ist;
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5 eine Ansicht, die die Beziehung zwischen Zeit und Drehmoment zeigt;
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6 eine vergrößerte Ansicht eines Servomotors und einer Gewindewelle; und
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7 eine Ansicht, die die Beziehung der Distanz von dem Servomotor zu dem sich bewegenden Element und des Betrags an Änderung pro Einheitsdrehmoment zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. In den nachfolgenden Figuren sind ähnlichen Elementen ähnliche Bezugszeichen zugewiesen. Zum leichteren Verständnis werden diese Figuren geeignet im Maßstab geändert.
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1 zeigt eine Funktionsblockdarstellung einer Servosteuervorrichtung in der Erfindung. Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Werkzeugmaschine 1 einen ersten Servomotor 11 mit einer Abtriebswelle, an die eine erste Gewindewelle 17 angefügt ist, und einen zweiten Servomotor 12 mit einer Abtriebswelle, an die eine zweite Gewindewelle 18 angefügt ist. Wie in 1 ersichtlich, schneiden sich diese erste Drehwelle 17 und die zweite Drehwelle 18 lotrecht und fungieren als die X-Achse und die Y-Achse.
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In 1 steht ein gemeinsames sich bewegendes Element 19 im Eingriff mit der ersten Gewindewelle 17 und der zweiten Gewindewelle 18. Das sich bewegende Element 19 führt die Funktion einer Gewindemutter einer Kugelrollspindel durch, die an die Gewindewelle einer Kugelrollspindel angefügt ist, die aus einer ersten Gewindewelle 17 und einer zweiten Gewindewelle 18 besteht.
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Wie gezeigt, sind der erste Servomotor 11 und der zweite Servomotor 12 mit der Servosteuervorrichtung 10 verbunden und werden durch die Servosteuervorrichtung 10 gesteuert. Des Weiteren, während dies nicht in den Zeichnungen gezeigt ist, hält das sich bewegende Element 19 ein Werkstück, und eine nicht gezeigte Werkzeugmaschine ist angeordnet, um dem Werkstück W gegenüber zu stehen. Alternativ kann die Werkzeugmaschine an dem sich bewegenden Element 19 befestigt sein, und kann das Werkstück W auf einem separaten Arbeitstisch gehalten werden.
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Des Weiteren sind der erste Servomotor 11 und der zweite Servomotor 12 mit Messgebern 15, 16 versehen. Diese Messgeber 15, 16 erfassen die Positionen der Servomotoren 11, 12 jede vorbestimmte Steuerperiode. Auf der Grundlage der Positionsdaten, die jede vorbestimmte Steuerperiode erfasst werden, werden der Positionserfassungswert Pd der Abtriebswelle und der Geschwindigkeitserfassungswert Vd ermittelt. Deshalb führen diese Messgeber 15, 16 die Funktion eines Motorpositionserlangungsabschnitts durch, der die Positionen der Servomotoren 11, 12 jede vorbestimmte Steuerperiode erlangt.
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Des Weiteren, wie in 1 gezeigt, ist eine lineare Skala 13 parallel zu der ersten Gewindewelle 17 angeordnet. Diese lineare Skala 13 misst die Position des sich bewegenden Elements in einer Richtung parallel zu der ersten Gewindewelle 17 jede vorbestimmte Steuerperiode. Deshalb führt die lineare Skala 13 die Funktion eines Bewegungselementspositionserlangungsabschnitts durch. Es sei darauf hingewiesen, dass eine ähnlich konfigurierte zusätzliche lineare Skala parallel zu der zweiten Gewindewelle 18 angeordnet werden kann.
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Die Servosteuervorrichtung 10 umfasst eine Positionsbefehlausbildungseinheit 21, die ein Programm liest und Positionsbefehle Pc des ersten und zweiten Servomotors 11, 12 jede vorbestimmte Steuerperiode ausbildet. Des Weiteren umfasst die Servosteuervorrichtung 10 eine Geschwindigkeitsbefehlausbildungseinheit 22, die die Abweichung als die Grundlage zum Ausbilden von Geschwindigkeitsbefehlen Vc des ersten und zweiten Servomotors 11, 12 verwendet. Die Abweichung wird durch Subtrahieren der Positionserfassungswerte Pd, die durch die Messgeber 15, 16 ausgebildet sind, von den Positionsbefehlen Pc erlangt. Außerdem umfasst die Servosteuervorrichtung 10 eine Drehmomentbefehlsausbildungseinheit 23, die die Abweichung, die durch Subtrahieren des Geschwindigkeitserfassungswerts Vd, der durch die Messgeber 15, 16 ausgebildet ist, von den Geschwindigkeitsbefehlen Vc erlangt wird, als die Grundlage zum Ausbilden von Drehmomentbefehlen Tc des ersten und zweiten Servomotors 11, 12 verwendet.
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Des Weiteren umfasst die Servosteuervorrichtung 10 einen Umkehränderungsberechnungsabschnitt 24, der die Position des sich bewegenden Elements 19, die durch die lineare Skala 13 erlangt wurde, als die Grundlage zum Berechnen des Betrags an Änderung der Position des sich bewegenden Elements 19 verwendet, wenn sich der Servomotor 11 umkehrt. Die Servosteuervorrichtung 10 umfasst ebenso einen Distanzberechnungsabschnitt 25, der die Position des ersten Servomotors 11, der durch den Motorpositionserlangungsabschnitt 15 erlangt wurde, und die Position des sich bewegenden Elements 19, die durch die lineare Skala erlangt wurde, als die Grundlage zum Berechnen der Distanz L von dem ersten Servomotor 11 zu dem sich bewegenden Element 19 verwendet.
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Des Weiteren umfasst die Servosteuervorrichtung 10 einen Näherungsgleichungsbestimmungsabschnitt 26, der einen Betrag einer Änderung der Position des sich bewegenden Elements 19, die durch den Umkehränderungsberechnungsabschnitt 24 berechnet ist, einen Drehmomentbefehl Tc, der durch die Drehmomentbefehlsausbildungseinheit 23 ausgebildet wird, und eine Distanz L, die berechnet wird durch den Distanzberechnungsabschnitt 25, als Grundlage zum Bestimmen einer Näherungsgleichung zur Berechnung eines Positionskorrekturbetrags verwendet, der eine Verzögerung des ersten Servomotors 11 auf Grund einer Umkehrung des ersten Servomotors 11 korrigiert. Die Servosteuervorrichtung 10 umfasst ebenso einen Positionskorrekturberechnungsabschnitt 27, der eine Näherungsgleichung, die durch den Näherungsgleichungsbestimmungsabschnitt 26 bestimmt wird, als die Grundlage zum Berechnen des ersten Korrekturbetrags verwendet.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Servosteuervorrichtung zeigt, die in 1 gezeigt ist. In der nachstehenden Beschreibung wird hauptsächlich die Steuerung des ersten Servomotors 11 beschrieben werden, aber es wird ebenso der zweite Servomotor 12 in ähnlicher Weise gesteuert.
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Zuerst wird das Betriebsprogramm, das das Werkstück W maschinell bearbeitet, aus einem (nicht gezeigten) Speicherabschnitt der Servosteuervorrichtung 10 gelesen.
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Dieses Betriebsprogramm treibt den ersten Servomotor 11 und den zweiten Servomotor 12 an, um das sich bewegende Element 19 zu veranlassen, sich entlang eines vorbestimmten bogenförmigen Wegs zu bewegen. Alternativ kann das Betriebsprogramm lediglich den ersten Servomotor 11 antreiben, um das sich bewegende Element 19 zu veranlassen, sich nach vorwärts und rückwärts auf der ersten Gewindewelle 17 zu bewegen. Nachstehend wird von dem Betriebsprogramm angenommen, dass es ein solches sei, das sich auf einen bogenförmigen Weg bezieht.
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Zuerst wird im Schritt S11 gemäß 2 das sich bewegende Element 19 veranlasst, sich zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Positionen auf der ersten Gewindewelle 17 auf dem bogenförmigen Weg zu bewegen. Des Weiteren wird der erste Servomotor 11 veranlasst, bei dieser Vielzahl von Positionen umzukehren. Die Position des ersten Servomotors 11 zu diesem Zeitpunkt wird durch den Messgeber 15 jede vorbestimmte Steuerperiode erlangt.
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Diese Vielzahl von Positionen sind vorzugsweise Orte, die mit Umkehrvorgängen des ersten Servomotors 11 auf dem bogenförmigen Weg einhergehen. In diesem Zusammenhang zeigt 3 eine Ansicht, die einen Istweg (durchgezogene Linie) und einen korrigierten Weg (gestrichelte Linie) eines sich bewegenden Elements in dem Fall der maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks entlang eines bogenförmigen Wegs zeigt. Die Vielzahl von unterschiedlichen Positionen ist in 3 vorzugsweise Orte des Übergangs von dem zweiten Quadranten II zu dem dritten Quadranten III und Orte des Übergangs von dem vierten Quadranten IV zu dem ersten Quadranten I. Diese Ort des Übergangs entsprechen der Umgebung von einem Ende und der Umgebung des anderen Endes der ersten Gewindewelle 17 (z. B. der Punkt C und der Punkt D in 6).
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Es sei darauf hingewiesen, dass die lineare Skala 13 entlang der zweiten Gewindewelle 18 angeordnet sein kann. In einem derartigen Fall sind die Vielzahl von Positionen Orte, die mit Umkehrvorgängen des zweiten Servomotors 12 auf einem bogenförmigen Weg einhergehen. Eine derartige Vielzahl von Positionen ist in 3 Orte des Übergangs von dem ersten Quadranten I zu dem zweiten Quadranten II und Orte des Übergangs von dem dritten Quadranten III zu dem vierten Quadranten IV.
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Unter Bezugnahme auf 2, in Schritt S12, zu demselben Zeitpunkt wie der Vorgang des Schritts S11, wird die lineare Skala 13 verwendet, um ebenso die Position des sich bewegenden Elements 19 – wenn der erste Servomotor 11 veranlasst wird, sich bei der vorstehend beschriebenen Vielzahl von Positionen umzukehren – jede vorbestimmte Steuerperiode zu erlangen. Des Weiteren, in Schritt S13, zu dem selben Zeitpunkt wie der Vorgang des Schritts S12, erlangt die Drehmomentbefehlausbildungseinheit 23 den Drehmomentbefehl Tc jede vorbestimmte Steuerperiode, wenn der erste Servomotor 11 veranlasst wird, sich bei der vorstehend beschriebenen Vielzahl von Positionen umzukehren.
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Dann, in Schritt S14, verwendet der Distanzberechnungsabschnitt 25 die Position des ersten Servomotors 11, die in Schritt S11 erlangt ist, oder die Position des sich bewegenden Elements 19, die in Schritt S12 erlangt ist, als die Grundlage zum Berechnen der Distanz L von dem Abtriebsende des ersten Servomotors 11 zu dem sich bewegenden Element 19. Damit die Distanz L berechnet wird, wird der Wert verwendet, der bei der Steuerperiode erfasst wird, wenn der nachstehend beschriebene „Quadrantenfehler” auftritt.
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Des Weiteren verwendet in Schritt S15 der Umkehränderungsberechnungsabschnitt 24 die Position des sich bewegenden Elements 19, die in Schritt S12 erlangt wurde, als die Grundlage zum Berechnen des Betrags an Änderung ε der Position des sich bewegenden Elements 19, wenn sich der erste Servomotor 11 umkehrt. Die Vorgänge bei Schritt S14 und Schritt S15 werden angenommen, bei der vorstehend beschriebenen Vielzahl von Positionen durchgeführt zu werden.
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4 zeigt eine vergrößerte Teilansicht des Istweges der Position des sich bewegenden Elements, das in 3 gezeigt ist. Wie in 4 gezeigt, wird die Istposition des sich bewegenden Elements, die durch die lineare Skala 13 gemessen ist, vor und nach der Umkehr des Servomotors in großem Maße geändert, und ein Quadrantenfehler tritt auf. In Schritt S15 wird die Größenordnung des Quadrantenfehlers als der Betrag an Änderung ε der Position des sich bewegenden Elements 19 berechnet.
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Dann werden in 2, Schritt S16 der Drehmomentbefehl Tc, der in Schritt S13 erlangt wurde, die Distanz L, die in Schritt S14 berechnet wurde, und der Betrag an Änderung ε der Position des sich bewegenden Elements 19, der in Schritt S15 berechnet wurde, als die Grundlage für den Näherungsgleichungsbestimmungsabschnitt 26 verwendet, um die Näherungsgleichung zu bestimmen. Diese Näherungsgleichung wird zur Berechnung des Positionskorrekturbetrags verwendet, der die Verzögerung des ersten Servomotors 11 auf Grund der Umkehr des ersten Servomotors 11 korrigiert. Des Weiteren berechnet in Schritt S17 der Positionskorrekturberechnungsabschnitt 27 den Positionskorrekturbetrag ε gemäß der Näherungsgleichung.
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In diesem Zusammenhang wird die Näherungsgleichung beschrieben werden, die der Näherungsgleichungsbestimmungsabschnitt 26 bestimmt.
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Wenn der erste Servomotor 11 angetrieben wird, der mit der ersten Gewindewelle 17 der Kugelrollspindel verbunden ist, um das sich bewegende Element 19 auf der ersten Gewindewelle 17 anzutreiben, wird die Position des sich bewegenden Elements 19 durch die Steifigkeit der ersten Gewindewelle 17 beeinflusst. Zum Beispiel, wenn der Kupplungsabschnitt des ersten Servomotors 11 und die erste Gewindewelle 17 eine niedrige Steifigkeit aufweisen, tritt eine Torsion auf, die proportional zu dem Drehmoment ist. Des Weiteren, wenn die erste Gewindewelle 17 selbst eine niedrige Steifigkeit aufweist, veranlasst die Kraft, die das sich bewegende Element 19 auf die erste Gewindewelle 17 ausübt, die erste Gewindewelle 17, sich in der Achsrichtung auszudehnen oder zusammenzuziehen.
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Wenn der Young-Modul der ersten Gewindewelle 17 E [N/m2] beträgt, die Querschnittsfläche der ersten Gewindewelle 17 S [m2] beträgt und die Distanz von dem Ende der ersten Gewindewelle 17, das mit dem Servomotor 11 gekoppelt ist, zu dem sich bewegenden Element 19 L [m] beträgt, dann wird die Federkonstante k [N/m] durch Gleichung (1) ausgedrückt: K = E·S/L (1)
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Des Weiteren erfüllen, durch das Hook'sche Gesetz, der Betrag an Ausdehnung oder Zusammenziehung ε1 der ersten Gewindewelle 17 der Kugelrollspindel, das Drehmoment T und ein Koeffizient „a”, der sich auf die Kugelrollspindel bezieht, die nachstehende Gleichung (2): T = a·k·ε1 (2)
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Deshalb wird der Betrag an Ausdehnung oder Zusammenziehung ε1 der ersten Gewindewelle 17 der Kugelrollspindel durch die nachstehende Gleichung (3) ausgedrückt: ε1 = T/(a·k) = T/(a·E·S/L) = A·T·L (3)
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Buchstabe „A” ein weiterer Koeffizient ist, der sich auf die Kugelrollspindel bezieht.
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Des Weiteren ist der Betrag des Positionsfehlers ε2 auf Grund der Torsion des Kupplungsabschnitts proportional zu dem Drehmoment des ersten Servomotors 11, so dass sich die nachstehende Gleichung (4) ergibt: ε2 = B·T (4)
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In der Gleichung (4) ist der Buchstabe „B” ein Koeffizient, der sich auf den Kupplungsabschnitt bezieht, der den ersten Servomotor 11 und die erste Gewindewelle 17 ankoppelt.
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Wie aus Gleichung (3) und Gleichung (4) ersichtlich, ist die Näherungsgleichung des Positionskorrekturbetrags ε (entsprechend dem vorstehend beschriebenen Betrag an Verformung) eine Funktion des Drehmoments T und der Distanz L als Variablen. Der Betrag an Änderung ε der Position des sich bewegenden Elements 19, der in Schritt S15 berechnet wird, umfasst nicht lediglich den Fehler, der auf Grund des Totgangs und der Reibung vorliegt, sondern ebenso die Ausdehnung und Zusammenziehung der ersten Gewindewelle 17 und die Torsion des Kupplungsabschnitts.
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In diesem Zusammenhang zeigt 5 eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Zeit und dem Drehmoment zeigt. Die Abszisse gibt die Zeit an, während die Ordinate das Drehmoment angibt. In 5 ist die Änderung in dem Drehmoment T gezeigt, wenn das sich bewegende Element 19 bei einem bestimmten Ort auf der ersten Gewindewelle 17 (Distanz L) positioniert wird. Wie in 5 gezeigt, fällt das Drehmoment von T1 auf T2 auf Grund der Umkehrung des ersten Servomotors 11 ab.
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Der Betrag an Änderung ε der Position des sich bewegenden Elements 19 entspricht dem Betragswert |T1 – T2| der Drehmomentdifferenz, die in 5 gezeigt ist. Deshalb wird der Betrag an Änderung der Position des sich bewegenden Elements 19 pro Einheitsdrehmoment durch ε/|T1 – T2| angegeben.
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Wie vorstehend beschrieben, wird die Distanz L in Schritt S14 bei einer Vielzahl von Positionen, zum Beispiel bei dem Punkt C und dem Punkt D berechnet. Die Vielzahl von Positionen kann 3 oder mehr betragen. Durch Erhöhen der Messorte ist es möglich, die Genauigkeit der Näherungsgleichung zu steigern. Des Weiteren liegt aus ähnlichen Gründen die Vielzahl von Positionen vorzugsweise nahe beieinander.
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In Schritt S16 bestimmt der Näherungsgleichungsbestimmungsabschnitt 26 die Näherungsgleichung auf die nachfolgende Art und Weise. Zuerst werden die Distanz L1 bei dem Punkt C und die Distanz L2 bei dem Punkt D, wie in 6 gezeigt, erlangt und werden die Beträge an Änderung ε bei den Distanzen L1, L2 erlangt. Des Weiteren werden die Beträge an Änderung pro Einheitsdrehmoment ε/|T1 – T2| bei den Distanzen L1, L2 berechnet.
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Dann werden diese Beträge an Änderung ε/|T1 – T2| pro Einheitsdrehmoment hinsichtlich der Distanz L aufgetragen. 7 zeigt eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Distanz von dem Servomotor zu dem sich bewegenden Element und dem Betrag an Änderung pro Einheitsdrehmoment zeigt. In 7 gibt die Abszisse die Distanz L an, während die Ordinate den Betrag an Änderung ε/|T1 – T2| pro Einheitsdrehmoment angibt.
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Der Betrag an Änderung ε der Position des sich bewegenden Elements 19 ist die Summe des Betrags an Ausdehnung und Zusammenziehung ε1 der ersten Gewindewelle 17 und des Betrags an Positionsfehler ε2 auf Grund der Torsion des Kupplungsabschnitts. Aus Gleichung (3) und Gleichung (4) ergibt sich die nachfolgende Näherungsgleichung (5) und die Gleichung (6). ε = ε1 + ε2 = A·T·L + B·T = (A·L + B)T (5) ε/T = A·L + B (6)
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Wie aus 7 ersichtlich, ist der Koeffizient A in Gleichung (6) die Steigung der Geraden, die in 7 gezeigt ist, während der Koeffizient B der Wert des Punktes ist, an dem sich die Gerade und die Ordinate schneiden. Da die Koeffizienten A, B auf diese Art und Weise ermittelt werden, wird die Gleichung (5) bestimmt. Unter Verwendung der Gleichung (5) kann der Betrag an Änderung ε der Position des sich bewegenden Elements 19 leicht berechnet werden.
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Es sei darauf hingewiesen, wenn die Distanz L usw. für drei oder mehr Positionen bei der ersten Gewindewelle 17 gemessen wird, das Verfahren der kleinsten Quadrate verwendet wird, um die Gleichung (5) zu bestimmen. Auf Grund dessen ist ersichtlich, dass eine Näherungsgleichung von noch größerer Genauigkeit erlangt werden kann.
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Durch Addieren des Positionskorrekturbetrags ε, der den Betrag an Ausdehnung und Zusammenziehung ε1 der ersten Gewindewelle 17 und den Betrag an Positionsfehler ε2 des Kupplungsabschnitts umfasst, zu dem Positionsbefehl Pc, kann die Position des sich bewegenden Elements 19 mit hoher Genauigkeit gesteuert werden. Des Weiteren, wie in 1 gezeigt, wird der Betrag an Änderung ε, der gemäß der Näherungsgleichung (5) berechnet ist, bei dem Addierer 28 zu dem Positionsbefehl Pc addiert. Des Weiteren wird der neue Positionsbefehl Pc, zu dem der Betrag an Änderung ε addiert wurde, als die Grundlage zum Ausbilden des Geschwindigkeitsbefehls Vc und des Drehmomentbefehls Tc verwendet. Auf Grund dessen wird der erste Servomotor 11 gesteuert.
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3 zeigt den Weg nach einer Korrektur auf der Grundlage eines neuen Positionsbefehls. Wie aus 3 ersichtlich, tritt kein Quadrantenfehler in dem korrigierten Weg auf. Deshalb ist in der Erfindung es ersichtlich, dass ein glatter Umkehrvorgang durchgeführt wird und das sich bewegende Element 19 veranlasst werden kann, sich glatt entlang eines bogenförmigen Wegs zu bewegen.
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Auf diese Art und Weise wird in der Erfindung eine Näherungsgleichung, in der die Distanzen L1, L2 von dem Servomotor zu dem sich bewegenden Element in Betracht gezogen werden, als die Grundlage zum Berechnen des Positionskorrekturbetrags ε verwendet. Dieser Positionskorrekturbetrag ε ist ein Korrekturwert, in dem nicht lediglich die konventionellen Wirkungen des Totgangs und der Reibung, sondern ebenso der Betrag an Ausdehnung und Zusammenziehung der Gewindewelle 17 der Kugelrollspindel und der Betrag an Positionsfehler des Kupplungsabschnitts in Betracht gezogen werden. Aus diesem Grund wird in der Erfindung es möglich, den Positionsfehler, wenn das sich bewegende Element umkehrt, mit hoher Genauigkeit und auf eine einfache Art und Weise gemäß dem Ist-Aufbau der Maschine zu korrigieren, in der die Kugelrollspindel vorgesehen ist.
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Des Weiteren kann die Drehmomentbefehlsausbildungseinheit 23 das Drehmoment, das zur Beschleunigung oder Abbremsung des ersten Servomotors 11 erforderlich ist, von dem Drehmomentbefehl Tc subtrahieren, um ein Lastdrehmoment auszubilden. Ein derartiges Drehmoment, das zur Beschleunigung oder Abbremsung erforderlich ist, kann aus der Beschleunigung ermittelt werden, die durch Ableitung der Trägheit und der Motorgeschwindigkeit erlangt wird. Des Weiteren kann das Lastdrehmoment verwendet werden, um den Positionskorrekturbetrag ε aus Gleichung (5) usw. zu berechnen. Im Allgemeinen wird die Änderung in der Position des sich bewegenden Elements 19 zu dem Zeitpunkt der Umkehr in großem Maße durch das Lastdrehmoment beeinflusst. Deshalb, wenn das Lastdrehmoment verwendet wird, kann der Positionskorrekturbetrag ε mit höherer Genauigkeit berechnet werden.
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Unter Bezugnahme auf 1 usw. wurde der Fall beschrieben, in dem das sich bewegende Element 19 veranlasst wird, sich entlang eines bogenförmigen Weges zu bewegen. Die vorliegende Erfindung wird jedoch ebenso bei einer Werkzeugmaschine vom Typ einzelne Achse ohne zweiten Servomotor 12 und zweiter Gewindewelle 18 angewendet, wenn das sich bewegende Element 19 veranlasst wird, sich vor und zurück entlang der Gewindewelle 17 zu bewegen. Mit anderen Worten kann der Fehler, der in der Position des sich bewegenden Elements auftritt, wenn der erste Servomotor 11 verwendet wird, um das sich bewegende Element zu veranlassen, seinen Vorgang umzukehren, durch den vorstehend beschriebenen Positionskorrekturbetrag ε beseitig werden. Im Ergebnis ist ersichtlich, dass das sich bewegende Element 19 veranlasst werden kann, sich glatt vor und zurück zu bewegen. Eine Servosteuervorrichtung für eine derartige Werkzeugmaschine vom Type einzelne Achse ist ebenso in dem Schutzbereich der Erfindung mit umfasst.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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In der ersten Ausgestaltung wird eine Näherungsgleichung, in der die Distanz von dem Servomotor zu dem sich bewegenden Element in Betracht gezogen wird, als die Grundlage zum Berechnen des Positionskorrekturbetrags verwendet. Deshalb kann der Betrag an Ausdehnung und Zusammenziehung der Gewindewelle einer Kugelrollspindel und der Betrag an Positionsfehler des Kupplungsabschnitts ebenso zur Korrektur in Betracht gezogen werden. Aus diesem Grund ist es möglich, den Positionsfehler, wenn das sich bewegende Element umgekehrt läuft, mit hoher Genauigkeit und auf eine einfache Art und Weise gemäß dem Ist-Aufbau der Maschine zu korrigieren, in der eine Kugelrollspindel vorgesehen wird.
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In der zweiten Ausgestaltung werden zumindest zwei verschiedene Orte verwendet, um die lineare Näherungsgleichung zu berechnen, so dass der Positionskorrekturbetrag leichter berechnet werden kann.
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In der dritten Ausgestaltung wird ein Lastdrehmoment verwendet, in dem das Drehmoment, das zur Beschleunigung oder Abbremsung des Servomotors erforderlich ist, subtrahiert wird, so dass der Positionskorrekturbetrag genauer berechnet werden kann.
