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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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- 1. Die Erfindung betrifft einen Servo-Kontroller und insbesondere einen Servo-Kontroller zum Steuern einer Vorschubachse, die die Drehbewegung eines Servomotors mit Hilfe eines Kugelgewindetriebs in eine geradlinige Bewegung umsetzt.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Bei einer Vorschubachse, die einen Kugelgewindetrieb aufweist, tritt beim Umkehren der Bewegungsrichtung eines beweglichen Körpers, der an der Vorschubachse angebracht ist, aufgrund eines Spiels (oder eines mechanischen Zwischenraums) und der Reibung eine Verzögerung der umgekehrten Bewegung auf. Die Verzögerung durch das Spiel kann korrigiert werden, indem man eine Positionskompensation, die der Größe des Spiels entspricht, auf einen Positionssollwert anwendet. Die Verzögerung durch die Reibung kann dadurch korrigiert werden, dass man eine bestimmte Geschwindigkeitskorrektur zum Kompensieren der Verzögerung aufgrund der Reibung auf einen Geschwindigkeitssollwert anwendet. Dabei kann man die Kompensationen entsprechend zur Richtungsumkehr verändern (von der Vorwärtsrichtung (plus) zur Rückwärtsrichtung (minus) oder umgekehrt).
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Zu den Faktoren, die die Genauigkeit der Vorschubachse mit dem Kugelgewindetrieb vermindern, gehören die Dehnung bzw. Kontraktion in der axialen Richtung des Kugelgewindetriebs und das genannte Spiel. Um hinsichtlich dieser Gegebenheiten eine Korrektur auszuführen wird eine Vorgehensweise unter Zuhilfenahme des Drehmoments vorgeschlagen. Beispielsweise ist in der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr.
JP 2000-172 341 A beschrieben, dass ”in einem Kontrollsystem, das das Drehmoment kontrolliert, das ein Elektromotor erzeugt, indem eine Rückführregelung oder eine Steuerung vorgenommen wird, und zwar abhängig von einem Positionssollwert, den ein Positionssollwert-Erzeugungsabschnitt ausgibt, das von dem Motor erzeugte Drehmoment oder ein dem Drehmoment entsprechendes Signal zu einem Positionssollwert addiert wird, und zwar nach der Multiplikation mit einem vorbestimmten konstanten Wert. Damit kann durch eine einfache Prozedur zum Multiplizieren des Drehmoments mit dem konstanten Wert der Positionsbefehl für den Elektromotor mit der Größe der Dehnung bzw. Kontraktion einer Feder korrigiert werden, die der Steifigkeit einer Maschine entspricht, und zwar mit Hilfe des Drehmoments, das der Motor erzeugt.” In der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr.
JP 2004-187 432 A ist beschrieben, dass ”entsprechend zu einer bestimmten Torsion oder Dehnung bzw. Kontraktion einer Welle, die durch ein Lastmodell geschätzt wird, ein Positionssollwert so korrigiert wird, dass die Größe der Torsion oder Dehnung bzw. Kontraktion der Welle korrigiert wird.”
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Zudem ist in der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr.
JP 2003-058 213 A beschrieben, dass ”im Lastkorrekturabschnitt 9 in der ersten bis achten Ausführungsform eine Federkonstante (Steifigkeit) auf einen konstanten Wert K0 gesetzt wird. Ändert sich jedoch die Federkonstante abhängig von der Position θ1 der Last 1, kann ein numerischer Kontroller so konfiguriert werden, dass der Lastkorrekturabschnitt 9 den Lastdrehmoment-Korrekturwert 27 mit variabler Federkonstante berechnet.”
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Der Kugelgewindetrieb dehnt sich in seiner axialen Richtung aus bzw. zieht sich zusammen, und zwar durch die Reaktionskraft eines beweglichen Körpers, beispielsweise einer Mutter, die in einem Gewinde des Kugelgewindetriebs läuft. Muss die Positionsgenauigkeit des beweglichen Körpers hoch sein, so muss man das Ausmaß der Dehnung bzw. Kontraktion des Kugelgewindetriebs mit einbeziehen. Da sich das Ausmaß der Dehnung bzw. Kontraktion abhängig von der Entfernung von einem Servomotor zu dem beweglichen Körper verändert, kann die Positionsgenauigkeit abhängig von der Position verschlechtert werden, an der der bewegliche Körper beschleunigt oder verzögert wird (insbesondere dann, wenn die Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers umgekehrt wird). Wird beispielsweise der Positionskompensierwert mit Hilfe einer Position als Referenzposition berechnet, die sich relativ nahe am Servomotor befindet, so kann man eine hochgenaue Kontrolle in der Nähe der Referenzposition vornehmen. Die Genauigkeit der Kontrolle wird jedoch geringer, wenn die Position relativ weit vom Servomotor entfernt ist. Wird hingegen der Positionskompensierwert mit Hilfe einer Position als Referenzposition berechnet, die sich relativ weit entfernt vom Servomotor befindet, so kann man eine hochgenaue Kontrolle in der Nähe der Referenzposition vornehmen. Die Genauigkeit der Kontrolle wird jedoch geringer, wenn die Position relativ nahe am Servomotor liegt.
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In der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr.
JP 2000-172 341 A wird vorgeschlagen, dass beim Korrigieren des Positionsbefehls mit dem Ausmaß der Dehnung bzw. Kontraktion der Feder, die der Steifigkeit der Maschine zugeordnet ist, das Drehmoment multipliziert mit einer Konstante dem Positionsbefehl zuaddiert wird. Diese Vorgehensweise ist jedoch nicht dafür gedacht, die Korrektur hinsichtlich der Position des beweglichen Körpers auf dem Kugelgewindetrieb vorzunehmen. In der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr.
JP 2004-187 432 A wird der Positionswert durch die Eingabe eines Positionserfassungswerts und eines Geschwindigkeitserfassungswerts in das Lastmodell geschätzt. Das Drehmoment wird jedoch nicht in die Berechnung des geschätzten Positionswerts einbezogen.
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Zudem wird in der ungeprüften japanischen Patentschrift (Kokai) Nr.
JP 2003-058 213 A hinsichtlich des Falls dass sich die Federkonstante abhängig von der Position der Last verändert, das Lastdrehmoment mit Hilfe der variablen Federkonstante berechnet. Es wird jedoch nicht beschrieben, dass ein geeigneter Kompensationswert berechnet wird, der der Position der Last entspricht, und dass der berechnete Wert für die Rückführregelung verwendet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Servo-Kontroller bereitzustellen, der die Bewegung eines beweglichen Körpers mit hoher Genauigkeit kontrollieren kann, und zwar unabhängig von der Position des beweglichen Körpers, der auf einem Kugelgewindetrieb bewegt wird.
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Die Erfindung stellt einen Servo-Kontroller bereit, der die Vorschubachse einer Werkzeugmaschine dadurch kontrolliert, dass ein Servomotor verwendet wird, der mit einem Kugelgewindetrieb verbunden ist, wobei der Servo-Kontroller umfasst:
einen Positionssollwert-Erzeugungsabschnitt, der einen Positionssollwert für die Vorschubachse erzeugt;
einen Positions-Erfassungsabschnitt, der die Winkelposition des Servomotors erfasst;
einen Geschwindigkeitssollwert-Erzeugungsabschnitt, der einen Geschwindigkeitssollwert für den Servomotor abhängig von dem im Positionssollwert-Erzeugungsabschnitt erzeugten Positionssollwert und einem Positionserfassungswert erzeugt, den der Positions-Erfassungsabschnitt erfasst;
einen Geschwindigkeits-Erfassungsabschnitt, der die Geschwindigkeit des Servomotors erfasst;
einen Drehmomentsollwert-Erzeugungsabschnitt, der einen Drehmomentsollwert für den Servomotor abhängig von dem Geschwindigkeitssollwert erzeugt, den der Geschwindigkeitssollwert-Erzeugungsabschnitt erzeugt, und abhängig von einem Geschwindigkeits-Erfassungswert, den der Geschwindigkeits-Erfassungsabschnitt erfasst; und
einen Positionskompensations-Berechnungsabschnitt, der eine Positionskompensation für einen beweglichen Körper berechnet, der über ein Gewinde mit dem Kugelgewindetrieb verbunden ist, wobei der Positionskompensations-Berechnungsabschnitt ein Ausmaß der Dehnung bzw. Kontraktion des Kugelgewindetriebs abhängig von der Entfernung vom Servomotor zu dem beweglichen Körper und dem Drehmoment-Sollwert berechnet, den der Drehmomentsollwert-Erzeugungsabschnitt erzeugt, und er die Positionskompensation abhängig von dem berechneten Ausmaß der Dehnung bzw. Kontraktion des Kugelgewindetriebs berechnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Servo-Kontroller zudem einen Entfernungs-Berechnungsabschnitt, der die Entfernung vom Servomotor zu dem beweglichen Körper berechnet, der über ein Gewinde mit dem Kugelgewindetrieb verbunden ist, wobei eine Winkelposition des Servomotors verwendet wird. Zusätzlich kann der Entfernungs-Berechnungsabschnitt die Entfernung vom Servomotor zu dem beweglichen Körper berechnen, der über ein Gewinde mit dem Kugelgewindetrieb verbunden ist, und zwar als Entfernung von einem festen Abschnitt des Kugelgewindetriebs auf der Servomotorseite zu dem beweglichen Körper, der über ein Gewinde mit dem Kugelgewindetrieb verbunden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform verwendet der Entfernungs-Berechnungsabschnitt einen Parameter, der vorab abhängig von der Abmessung einer jeden Komponente ermittelt wird, damit ein Zusammenhang zwischen der Entfernung vom beweglichen Körper zum Servomotor und einer Drehwinkelposition des Kugelgewindetriebs repräsentiert wird, und er berechnet die Entfernung vom beweglichen Körper zum Servomotor in Echtzeit bei der Winkelposition des Servomotors, die der Positions-Erfassungsabschnitt erfasst. Als Parameter, der vorab abhängig von den Abmessungen einer jeden Komponente ermittelt wird, kann man den Durchmesser, die Querschnittsfläche oder den Elastizitätsmodul des Kugelgewindetriebs verwenden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform berechnet der Positionskompensations-Berechnungsabschnitt die Positionskompensation durch Multiplizieren der Entfernung vom Servomotor zu dem beweglichen Körper mit dem Drehmoment-Sollwert, damit man ein Produkt erhält, und das Produkt wird zudem mit einem ersten Koeffizienten multipliziert, der sich auf den Kugelgewindetrieb bezieht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform berechnet der Positionskompensations-Berechnungsabschnitt die Positionskompensation durch Multiplizieren der Entfernung vom Servomotor zu dem beweglichen Körper mit einem ersten Koeffizienten, der sich auf den Kugelgewindetrieb bezieht, damit man ein Produkt erhält, durch das Addieren eines zweiten Koeffizienten, der sich auf eine Kupplung bezieht, die den Servomotor mit dem Kugelgewindetrieb verbindet, zu dem Produkt, damit man eine Summe erhält, und zudem durch das Multiplizieren der Summe mit dem Drehmoment-Sollwert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die genannten Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
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Es zeigt:
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1 eine Aufbauskizze eines Servo-Kontrollers der Erfindung, wobei eine Vorschubachse von einem Servomotor angetrieben wird;
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2 ein Flussdiagramm eines Beispiels für die Prozedur im Servo-Kontroller;
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3 eine Kurve eines Beispiels für eine Trajektorie eines beweglichen Körpers, falls die Erfindung und die Spielkorrektur nicht angewendet werden;
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4 eine Kurve eines Beispiels für eine Trajektorie des beweglichen Körpers, falls die Erfindung nicht angewendet wird, jedoch die Spielkorrektur angewendet wird;
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5 eine Kurve eines Beispiels für eine Trajektorie eines beweglichen Körpers, falls die Erfindung und die Spielkorrektur angewendet werden;
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6 einen Status, in dem eine Mutter in einer Position angeordnet ist, die relativ nahe am Servomotor liegt;
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7 einen Status, in dem eine Mutter in einer Position angeordnet ist, die relativ weit vom Servomotor entfernt ist; und
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8 ein Beispiel, bei dem zwei Muttern mit einem Tisch verbunden sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 zeigt eine Aufbauskizze eines Servo-Kontrollers der Erfindung. Der Servo-Kontroller 10 ist ein Kontroller, der einen Servomotor 14 kontrolliert, der mit einem Kugelgewindetrieb 12 verbunden ist, damit eine Vorschubachse oder eine Vorschubwelle einer Werkzeugmaschine kontrolliert wird. In der dargestellten Ausführungsform ist der Kugelgewindetrieb 12 über eine Kupplung 16 mit dem Servomotor 14 verbunden. Durch die Drehung des Servomotors 14 wird ein beweglicher Körper, beispielsweise eine Mutter 18, die über ein Gewinde mit dem Kugelgewindetrieb 12 verbunden ist, auf dem Kugelgewindetrieb 12 in dessen axialer Richtung bewegt. Mit der Mutter 18 ist ein Tisch 20 verbunden. Mit Hilfe eines Positions/Geschwindigkeits-Detektors, beispielsweise einem Geber 22, der mit dem Servomotor 14 verbunden ist, kann eine Drehwinkelposition und eine Drehgeschwindigkeit des Servomotors 14 erfasst werden. Die erfasste Position und Geschwindigkeit kann man als Positions-Rückführwert bzw. als Geschwindigkeits-Rückführwert verwenden.
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Der Servo-Kontroller 10 besitzt: einen Positionssollwert-Erzeugungsabschnitt 24, der einen Positionssollwert für den Servomotor 14 gemäß einem Programm oder einer Befehlseingabe von einem übergeordneten Kontroller oder einer äußeren Eingabevorrichtung (nicht dargestellt) erzeugt; einen Geschwindigkeitssollwert-Erzeugungsabschnitt 26, der einen Geschwindigkeitssollwert für den Servomotor 14 aus dem Positionssollwert erzeugt, der aus dem Positionssollwert-Erzeugungsabschnitt 24 stammt, und aus einem Positions-Erfassungswert (oder einem Positions-Rückführwert), den ein Geber 22 erfasst; einen Drehmomentsollwert-Erzeugungsabschnitt 28, der einen Drehmomentsollwert für den Servomotor 14 aus dem Geschwindigkeitssollwert erzeugt, der aus dem Geschwindigkeitssollwert-Erzeugungsabschnitt 26 stammt, und aus einem Geschwindigkeits-Erfassungswert (oder einem Geschwindigkeits-Rückführwert), den der Geber 22 erfasst; und einen Positionskompensations-Berechnungsabschnitt 32, der die Größe der Dehnung bzw. Kontraktion des Kugelgewindetriebs 12 abhängig von einer Entfernung L vom Servomotor 14 zu der Mutter 18 berechnet, die über ein Gewinde mit dem Kugelgewindetrieb 12 verbunden ist, und abhängig vom Drehmomentsollwert, den der Drehmomentsollwert-Erzeugungsabschnitt 28 erzeugt, und er berechnet eine Positionskompensation für die Mutter 18 abhängig von der Größe der Dehnung bzw. Kontraktion des Kugelgewindetriebs 12. Zudem kann der Servo-Kontroller 10 einen Entfernungs-Berechnungsabschnitt 30 aufweisen, der die Entfernung L vom Servomotor 14 zur Mutter 18 auf dem Kugelgewindetrieb 12 berechnet, und zwar mit Hilfe der Position des Servomotors 14.
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Der Positionskompensations-Berechnungsabschnitt 32 berechnet die Größe der Dehnung bzw. Kontraktion des Kugelgewindetriebs 12 abhängig von der Entfernung L vom Servomotor 14 zu der Mutter 18, die der Entfernungs-Berechnungsabschnitt 30 berechnet, und vom Drehmomentsollwert, den der Drehmomentsollwert-Erzeugungsabschnitt 28 erzeugt, und er berechnet die Positionskompensation abhängig von der berechneten Größe der Dehnung bzw. Kontraktion des Kugelgewindetriebs 12. Im Weiteren werden die Einzelheiten erklärt.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels für die Prozedur, mit der der Befehl für den Servomotor 14 mit Hilfe des Servo-Kontrollers 10 korrigiert wird. Zunächst erzeugt im Schritt S1 der Positionssollwert-Erzeugungsabschnitt 24 wie beschrieben den Positionssollwert für die Vorschubachse. Im Schritt S2 erfasst der Positions-Erfassungsabschnitt, beispielsweise ein Geber 22, den Positions-Rückführwert des Servomotors 14. Im Schritt S3 erzeugt der Geschwindigkeitssollwert-Erzeugungsabschnitt 26 wie beschrieben den Geschwindigkeitssollwert für den Servomotor 14 abhängig vom Positionssollwert, den der Positionssollwert-Erzeugungsabschnitt 24 erzeugt hat, und vom Positions-Rückführwert, den der Geber 22 erfasst hat.
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Im folgenden Schritt S4 wird der Geschwindigkeits-Rückführwert erfasst, und zwar mit Hilfe des Geschwindigkeits-Erfassungsabschnitts, beispielsweise dem Geber 22. Im Schritt S5 erzeugt der Drehmomentsollwert-Erzeugungsabschnitt 28 wie beschrieben den Drehmomentsollwert für den Servomotor 14 abhängig vom Geschwindigkeitssollwert, den der Geschwindigkeitssollwert-Erzeugungsabschnitt 26 erzeugt hat, und vom Geschwindigkeits-Rückführwert, den der Geber 22 erfasst hat.
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Im Schritt S6 berechnet der Entfernungs-Berechnungsabschnitt 30 wie beschrieben die Entfernung vom Servomotor 14 zur Mutter 18. Die Entfernung L bei der Drehwinkelposition des Servomotors 14, die der Geber 22 erfasst, kann beispielsweise in Echtzeit berechnet werden, indem ein Parameter verwendet wird (beispielsweise ein Durchmesser, eine Querschnittsfläche oder ein Elastizitätsmodul des Kugelgewindetriebs 12), der vorab abhängig von der Abmessung einer jeden Komponente (beispielsweise der Kupplung 16, dem Kugelgewindetrieb 12 oder der Mutter 18) ermittelt wird, damit ein Zusammenhang zwischen der Entfernung L (1) von (einem repräsentativen Punkt) der Mutter 18 auf dem Kugelgewindetrieb 12 zu (einem repräsentativen Punkt auf) dem Servomotor 14 und der Drehwinkelposition des Servomotors 14 (oder der Drehwinkelposition des Kugelgewindetriebs 12) dargestellt wird. Andernfalls kann der Entfernungs-Berechnungsabschnitt 30 eine Entfernung von einem festen Abschnitt des Kugelgewindetriebs 12 auf der Servomotorseite zur Mutter 18 anstelle der Entfernung vom Servomotor zur Mutter 18 berechnen.
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Im Schritt S7 wird die Größe der Dehnung bzw. Kontraktion des Kugelgewindetriebs 12 in seiner axialen Richtung berechnet, und zwar abhängig von der im Schritt S6 berechneten Entfernung L und dem vom Drehmomentsollwert-Erzeugungsabschnitt 28 erzeugten Drehmomentsollwert. Bei Bedarf kann ein Positionsfehler der Mutter 18 berechnet werden, der über den Kugelgewindetrieb 12 durch die Torsion der Kupplung 16 in Drehrichtung erzeugt wird. Im Weiteren werden die Einzelheiten erklärt.
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Wird die mit dem Tisch 20 verbundene Mutter 18 auf dem Kugelgewindetrieb 12 durch das Drehmoment des Servomotors 14 bewegt, wird durch die Reaktionskraft der Mutter 18 eine Zug- oder Druckkraft auf einen Abschnitt des Kugelgewindetriebs 12 ausgeübt, und zwar auf den Abschnitt mit der Länge L vom Servomotor 14 (oder der Kupplung 16) zur Mutter 18. Wird der Elastizitätsmodul des Abschnitts des Kugelgewindetriebs 12, der zu der Entfernung L gehört, mit ”E” bezeichnet, so gilt Gleichung (1). In Gleichung (1) bezeichnet der Buchstabe ”k” eine Federkonstante des Abschnitts des Kugelgewindetriebs 12, der zu der Entfernung L gehört, und der Buchstabe ”S” bezeichnet die radiale Querschnittsfläche des Kugelgewindetriebs 12. k = ≅/L (1)
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Der Zusammenhang zwischen dem Drehmoment T des Servomotors 14 und dem Ausmaß der Dehnung bzw. Kontraktion ε1 des Kugelgewindetriebs 12 kann aus Gleichung (2) berechnet werden. In Gleichung (2) sind α1 und α1' ein erster Koeffizient für den Kugelgewindetrieb 12, der aus dem Elastizitätsmodul und der radialen Querschnittsfläche des Kugelgewindetriebs 12 bestimmt werden kann. α1 und α1' können auch experimentell bestimmt werden. E1 = α1 ≅ T/k = α1 ≅ T ≅L/(E ≅ S) = α1' ≅ T ≅ L (2)
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Wird das Drehmoment auf die Kupplung 16 ausgeübt, so wird die Kupplung 16 in Drehrichtung verdreht. Dadurch wird der Kugelgewindetrieb 12 nicht in einer gewünschten Drehwinkelposition angeordnet, und es kann ein Positionsfehler der Mutter 18 auftreten. Generell ist der Umfang der Verdrehung der Kupplung 16 in Drehrichtung proportional dem Drehmoment des Servomotors 14. Damit erhält man einen Positionsfehler ε2 der Mutter 18, der durch die Torsion der Kupplung 16 in der Drehrichtung gegen den Kugelgewindetrieb 12 erzeugt wird, gemäß Gleichung (3). In Gleichung (3) bedeutet α2 einen zweiten Koeffizienten für die Kupplung 16, der durch das Material und die Abmessung der Kupplung 16 bestimmt ist. Man kann α2 auch experimentell bestimmen. ε2 = α2 ≅ T (3)
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Damit kann man die Größe des axialen Fehlers ε aufgrund des Drehmoments durch Gleichung (4) beschreiben, in die auch die Größe des Positionsfehlers eingeht, der durch die Torsion der Kupplung 16 in der Drehrichtung gegen den Kugelgewindetrieb 12 erzeugt wird. Anders formuliert kann man ε als Funktion der Entfernung L und des Drehmoments T angeben. ε = ε1 + ε2 = (α1' ≅ L + α2) ≅ T (4)
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Zuletzt wird im Schritt S8 eine Positionskompensation für die Mutter 18 abhängig von der Größe der Dehnung bzw. Kontraktion ε1 oder der Größe des Fehlers ε bestimmt, der im Schritt S7 berechnet wurde. Daraufhin wird der Positionssollwert, den der Positionssollwert-Erzeugungsabschnitt 24 erzeugt, mit Hilfe der Positionskompensation korrigiert (siehe 1). Die Prozedur in den Schritten S1 bis S8 wird in vorbestimmten Steuerungsintervallen wiederholt, bis die vorbestimmte Bewegung der Vorschubachse abgeschlossen ist.
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Wie oben erläutert wird in der Erfindung die Größe der Dehnung bzw. Kontraktion des Kugelgewindetriebs 12 (und zudem, wenn nötig, die Größe des Positionsfehlers, der durch die Torsion der Kupplung 16 in der Drehrichtung gegen den Kugelgewindetrieb 12 erzeugt wird) berechnet, und zwar aus dem Drehmoment und der Entfernung L vom Servomotor 14 zur Mutter 18, und das Ausmaß der Dehnung bzw. Kontraktion wird als Positionskompensation verwendet. Daher kann man an jeder Position der Mutter 18 auf dem Kugelgewindetrieb 12 (insbesondere auch dann, wenn die Mutter 18 an einer Position angeordnet ist, in der sie relativ weit vom Servomotor 14 entfernt ist) eine geeignete Positionskompensation in Echtzeit erhalten. Dadurch kann die Positionsgenauigkeit des Tischs 20 verbessert werden.
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3 bis 5 zeigen Beispiele, in denen ein beweglicher Körper, beispielsweise ein Tisch, so kontrolliert wird, dass er sich auf einer kreisförmigen Trajektorie bewegt, und zwar mit Hilfe von zwei zueinander senkrechten Achsen (X- und Y-Achse). Die waagrechte und die vertikale Achse (X- und Y-Achse) sind in 3 bis 5 jeweils mit einer beliebigen Einheit dargestellt. Die angezeigte Trajektorie ist jedoch zur besseren Darstellung in der Fehlerrichtung (der radialen Richtung) vergrößert.
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3 zeigt als Vergleichsbeispiel eine Trajektorie, auf der sich der bewegliche Körper bewegt, falls weder die Erfindung noch die Spielkorrektur angewendet werden. An den Punkten, an denen jeweils die Bewegungsrichtung einer Achse umgekehrt wird (in diesen Fall an vier Punkten) treten relativ große Stufen (d. h., Fehler bezüglich einer ideal kreisförmigen Trajektorie) beim Durchgang durch den Umkehrpunkt auf.
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4 zeigt als Vergleichsbeispiel eine Trajektorie, auf der sich der bewegliche Körper bewegt, falls die Erfindung nicht angewendet wird, jedoch die Spielkorrektur angewendet wird. In diesem Fall ist die Höhe der Stufe beim Durchgang durch den Umkehrpunkt kleiner als in 3. Die Höhe der Stufe in 4 stellt jedoch noch nicht zufrieden. Zudem ist, wie noch beschrieben wird, die Stufe, bei der die Mutter (oder der bewegliche Körper) vom Servomotor entfernt ist, größer als die Stufe, bei der sich die Mutter relativ nahe am Servomotor befindet.
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Die Abschnitte A und B in 4 stellen den Umkehrpunkt der X-Achse dar. Im Einzelnen stellt der Abschnitt A die Umkehr der X-Achse an dem Punkt dar, an dem die Mutter 18 relativ nahe am Servomotor 14 ist, siehe 6. Der Abschnitt B stellt die Umkehr der X-Achse an dem Punkt dar, an dem die Mutter 18 relativ weit vom Servomotor 14 entfernt ist, siehe 7. In 4 ist die Stufe im Abschnitt B höher als die Stufe im Abschnitt A (g1 < g2). Anders ausgedrückt ist die Korrektur weniger wirksam, wenn die Mutter an einem Punkt umkehrt, der relativ weit vom Servomotor entfernt ist.
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In ähnlicher Weise stellen die Abschnitte C und D in 4 den Umkehrpunkt der Y-Achse dar. Im Einzelnen stellt der Abschnitt C die Umkehr der Y-Achse an dem Punkt dar, an dem die Mutter 18 relativ nahe am Servomotor 14 ist, siehe 6. Der Abschnitt D stellt die Umkehr der Y-Achse an dem Punkt dar, an dem die Mutter 18 relativ weit vom Servomotor 14 entfernt ist, siehe 7. In 4 ist die Stufe im Abschnitt D höher als die Stufe im Abschnitt C (g3 < g4). Anders ausgedrückt ist die Korrektur weniger wirksam, wenn die Mutter an einem Punkt umkehrt, der relativ weit vom Servomotor entfernt ist.
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5 zeigt eine Trajektorie, auf der sich der bewegliche Körper bewegt, falls sowohl die Erfindung als auch die Spielkorrektur angewendet werden. Man kann in 5 sehen, dass die Stufe an jedem Umkehrpunkt im Wesentlichen beseitigt ist. Anders formuliert erfolgt an jeder beliebigen Position der Mutter auf dem Kugelgewindetrieb eine geeignete Positionskorrektur. Die Trajektorie in 5 enthält zwar noch herausragende Spitzen aufgrund des Spiels; diese können jedoch mit anderen Vorgehensweisen beseitigt werden.
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Abhängig von der Art der Werkzeugmaschine, siehe 8, können zwei oder mehr Muttern 18a und 18b mit einem beweglichen Körper (oder einem Tisch) verbunden sein. In diesem Fall ist zu bevorzugen, dass die Korrektur und die Rückführregelung abhängig von der Position der Mutter erfolgen, die näher am Servomotor 14 ist (in 8 die Mutter 18a). Dies hat seinen Grund darin, dass man die Dehnung bzw. Kontraktion des Kugelgewindetriebs zwischen den Muttern wegen der Steifigkeit des Tischs vernachlässigen kann.
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Zudem kann abhängig von der Bauart der Werkzeugmaschine ein Teil, das einer Mutter 18 entspricht, an einer festen Position befestigt sein. In einem solchen Fall wird der Servomotor relativ zur Mutter zusammen mit dem Kugelgewindetrieb bewegt. Die obige Ausführungsform kann auf diesen Fall anwendbar sein, da der Abschnitt, der der Entfernung zwischen dem Servomotor und der Mutter entspricht, auch in diesem Fall gedehnt oder zusammengedrückt wird. Daher lässt sich die Erfindung auch in diesem Fall anwenden.
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Gemäß der Erfindung wird der Fehler oder die Abnahme der Genauigkeit aufgrund der Dehnung bzw. Kontraktion des Kugelgewindetriebs, der durch die Kraft bewirkt wird, die auf den Kugelgewindetrieb einwirkt, wenn der bewegliche Körper beschleunigt oder verzögert (oder umgesteuert) wird, abhängig vom Drehmoment des Servomotors und der Entfernung zwischen dem Servomotor und dem beweglichen Körper berechnet. Dadurch kann man eine passende Positionskompensation erhalten, die der Position des beweglichen Körpers zugeordnet ist, und man kann den beweglichen Körper mit hoher Genauigkeit kontrollieren.
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Die Entfernung zwischen dem Servomotor und dem beweglichen Körper kann man leicht aus der Drehwinkelposition des Servomotors oder des Kugelgewindetriebs berechnen.
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Die Positionskompensation lässt sich leicht aus der Entfernung vom Servomotor zum beweglichen Körper und aus dem Drehmomentsollwert berechnen.
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Ist der Kugelgewindetrieb über eine Kupplung mit dem Servomotor verbunden, so kann man eine genauere Positionskompensation des Positionsfehlers der Mutter berechnen, der durch die Torsion der Kupplung in Drehrichtung gegen den Kugelgewindetrieb entsteht.
