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Technischer Hintergrund
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1. Fachgebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung zum Kompensieren von Spiel.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Ein Servomotor ist mit einer Versorgungsachse einer Industriemaschine, z. B. einer Werkzeugmaschine, oder mit einer Achse eines Industrieroboterarms (mechanische bewegbare Einheit) verbunden. Drehbewegungen des Servomotors können über ein Kugelgewinde in lineare Bewegungen eines Tisches umgewandelt oder über einen Drehzahlminderer mit verringerter Drehgeschwindigkeit auf die Achse übertragen werden.
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Im Kugelgewinde oder Drehzahlminderer werden ein mechanisches Element auf der Seite des Servomotors, z. B. ein Gewinde oder ein Zahnrad, und ein entsprechendes mechanisches Element auf der Seite der angetriebenen Einheit, die vom Servomotor angetrieben wird, in Eingriff gebracht, um Energie dazwischen zu übertragen. In manchen Fällen kann eine Differenz zwischen einer Eingriffsposition, in der die mechanischen Elemente miteinander in Eingriff stehen, wenn der Servomotor in eine positive Richtung dreht, und einer Eingriffsposition, in der die mechanischen Elemente miteinander in Eingriff stehen, wenn der Servomotor in eine negative Richtung dreht, bestehen. Eine derartige Differenz wird im Allgemeinen als „Spiel“ bezeichnet und könnte dazu führen, dass die Genauigkeit beim Positionieren der angetriebenen Einheit durch den Servomotor beeinträchtigt wird.
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7A bis 7C sind Zeichnungen zum Erklären des Spiels. 7A bis 7C stellen eine bewegbare Einheit WA, die von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird, und eine angetriebene Einheit WB dar, die von der bewegbaren Einheit WA angetrieben wird. Die bewegbare Einheit WA ist an beiden Enden davon mit vorstehenden Teilen A1 und A2 versehen. Die angetriebene Einheit WB ist mit einem vorstehenden Teil B in der Mitte versehen. Wenn sich die bewegbare Einheit WA nach rechts bewegt, geht ein inneres Ende des vorstehenden Teils A1 der bewegbaren Einheit WA auf der linken Seite mit dem vorstehenden Teil B der angetriebenen Einheit WB in Eingriff (7A). In diesem Zustand bewegen sich die bewegbare Einheit WA und die angetriebene Einheit WB gemeinsam auf die rechte Seite.
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Um eine Bewegungsrichtung der angetriebenen Einheit WB von nach rechts auf nach links zu ändern, wird die bewegbare Einheit WA auf die linke Seite bewegt (7B). Anschließend, wenn ein inneres Ende des vorstehenden Teils A2 der bewegbaren Einheit WA auf der rechten Seite mit dem vorstehenden Teil B der angetriebenen Einheit WB in Eingriff geht (7C), bewegen sich die bewegbare Einheit WA und die angetriebene Einheit WB gemeinsam auf die linke Seite.
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Wie oben beschrieben ist, muss sich die bewegbare Einheit WA, um eine Bewegungsrichtung der angetriebenen Einheit WB umzukehren, um ein vorbestimmtes Bewegungsausmaß C (siehe 7A und 7C), das dem Spiel entspricht, bewegen, bevor die bewegbare Einheit WA wieder mit der angetriebenen Einheit WB in Eingriff geht, nachdem der Eingriff zwischen der bewegbaren Einheit WA und der angetriebenen Einheit WB gelöst wurde. Das zusätzliche Bewegungsausmaß C, das aufgrund des Spiels erforderlich ist, kann zu verringerter Genauigkeit beim Positionieren führen.
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Um dies zu verhindern, ist es bekannt, ein Kompensationsmaß für das Kompensieren des Spiels zu generieren, das einem Positionsbefehl an einen Motor am Zeitpunkt der Bewegungsumkehr hinzugefügt werden soll. Die
JP H09-319 418 A offenbart eine verwandte Technik, bei der eine Beziehung zwischen einer Versorgungsdrehzahl der jeweiligen Achsen vor der Bewegungsumkehr und einem Kompensationsmaß, das einem Bewegungsausmaß vor dem Umkehren der Bewegung entspricht, im Voraus gemessen wird, um ein erforderliches Kompensationsmaß zu berechnen. Die
JP2000 -
250 614 A offenbart eine verwandte Technik, bei der ein Kompensationsmaß abhängig von der Zeit, die nach der Bewegungsumkehr verstrichen ist, eingestellt wird.
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8 ist eine weitere Zeichnung zum Erklären von Spiel. 8 stellt einen Zustand dar, in dem weder der vorstehende Teil A1 noch der vorstehende Teil A2 der bewegbaren Einheit WA mit dem vorstehenden Teil B in Eingriff steht. Wenn die bewegbare Einheit WA dann nach links bewegt wird, bewegt sich die bewegbare Einheit WA über eine Distanz C1, die kürzer als die dem Spiel entsprechende Distanz C ist, um mit der angetriebenen Einheit WB in Eingriff zu gehen (siehe auch 7C). Dies kommt eher vor, wenn das Spiel relativ groß ist.
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In einem derartigen Fall kann die resultierende Kompensation für das Spiel übermäßig groß ausfallen, wenn einfach ein konstantes Kompensationsmaß, das dem Spiel entspricht, zu einem Positionsbefehl an einen Motor hinzugefügt wird. Alternativ kann ein Kompensationsmaß, um zu vermeiden, dass ein Kompensationsmaß übermäßig groß wird, auch derart festgelegt werden, dass es kleiner als das Spiel ist. In diesem Fall besteht jedoch das Risiko, dass sich ein Kompensationsmaß als zu klein erweisen kann, um eine ausreichende Kompensation für das Spiel am Zeitpunkt der Umkehrbewegung bereitzustellen.
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Gemäß dem nächstliegenden Stand der Technik, der in der
DE 10 2013 109 596 A1 vorgestellt wird und der eine zum Oberbegriff von Anspruch 1 vergleichbare Vorrichtung offenbart, kann es jedoch erforderlich sein, eine Positionsbeziehung zwischen der bewegbaren Einheit und der angetriebenen Einheit zu speichern, wenn diese miteinander in Eingriff stehen. Derartige Informationen können durch Software gespeichert werden; die gespeicherten Informationen gehen jedoch verloren, wenn die Stromversorgung der Steuervorrichtung abgeschaltet wird. Die erforderlichen Informationen können in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden, doch dies führt zu einem Kostenanstieg. Da die mechanische Konfiguration und die mechanischen Eigenschaften Änderungen unterliegen können, ist es zudem bevorzugt, für die Kompensation des Spiels erforderliche Informationen am Zeitpunkt der Aktivierung der Steuervorrichtung zu ermitteln.
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Aus dem Dokument
EP 0 072 870 A1 ist ferner ein System zur Kompensation von Spiel bekannt, dass ein erstes und zweites Positionssteuersystem umfasst. Die Positionssteuersysteme umfassen einen entsprechenden ersten und zweiten Positionssensor und ein Korrekturwert zur Kompensation von Spiel wird basierend auf der Differenz zwischen dem zweiten Positionssensorsignal und einem Befehlswert ausgegeben.
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Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine Motorsteuervorrichtung zu entwerfen, die eine optimale Kompensation von Spiel ermöglicht, die unmittelbar nach der Aktivierung der Vorrichtung umgesetzt wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Motorsteuervorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist die Generiereinheit für Positionsbefehle in der Motorsteuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt ausgelegt, einen Positionsbefehl für eine vorbereitende Bewegung der angetriebenen Einheit zu generieren, wenn die Beurteilungseinheit beurteilt, ob die bewegbare Einheit mit der angetriebenen Einheit in Eingriff steht oder nicht.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist der Positionsbefehl für eine vorbereitende Bewegung der angetriebenen Einheit in der Motorsteuervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt derart festgelegt, dass er kleiner als eine Einheit des Positionsbefehls für die angetriebene Einheit ist.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist der Positionsbefehl für eine vorbereitende Bewegung der angetriebenen Einheit in der Motorsteuervorrichtung gemäß dem dritten Aspekt derart festgelegt, dass er die Hälfte einer Einheit des Positionsbefehls für die angetriebene Einheit ist.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist die Generiereinheit für Positionsbefehle in der Motorsteuervorrichtung gemäß einem des zweiten bis vierten Aspekts ausgelegt, den Positionsbefehl für eine vorbereitende Bewegung der angetriebenen Einheit zu generieren, wenn zumindest eine von der Eingriffsdifferenz in der ersten Richtung und der Eingriffsdifferenz in der zweiten Richtung nicht durch die Sicherungseinheit gesichert ist.
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Diese und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden angesichts der ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die durch die Zeichnung dargestellt sind, erläutert.
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Figurenliste
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- 1 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist ein Ablaufschema, das einen Prozess für das Berechnen eines Kompensationsmaßes für Spiel in der Motorsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 3 ist ein Ablaufschema, das einen Prozess für das Berechnen einer Eingriffsdifferenz in den jeweiligen Antriebsrichtungen zeigt, wenn eine bewegbare Einheit und eine angetriebene Einheit miteinander in Eingriff gehen, in einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 4 stellt eine vorbereitende Bewegung der angetriebenen Einheit dar, um eine Differenz zu ermitteln, wenn die bewegbare Einheit und die angetriebene Einheit miteinander in Eingriff gehen, in einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 5A stellt eine Bewegung einer bewegbaren Einheit und einer angetriebenen Einheit dar;
- 5B stellt eine Bewegung der bewegbaren Einheit und der angetriebenen Einheit dar;
- 5C stellt eine Bewegung der bewegbaren Einheit und der angetriebenen Einheit dar;
- 6 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 7A stellt ein Spiel dar;
- 7B stellt ein Spiel dar;
- 7C stellt ein Spiel dar; und
- 8 ist eine weitere Zeichnung, die ein Spiel darstellt.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Die Größe der dargestellten Bestandteile kann in Relation zueinander modifiziert werden, wie dies für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Gleiche oder entsprechende Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, ist eine bewegbare Einheit WA, die mit einem Paar von vorstehenden Teilen A1 und A2 versehen ist, mit einer Ausgangsachse eines Motors M mit einem Gewindeteil verbunden. Eine angetriebene Einheit WB, die mit einem vorstehenden Teil B versehen ist, ist derart angeordnet, dass die angetriebene Einheit WB mit der bewegbaren Einheit WA in Eingriff gehen kann.
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Wie oben unter Bezugnahme auf 7A bis 7C beschrieben ist, liegt Spiel zwischen der bewegbaren Einheit WA und der angetriebenen Einheit WB vor. Die Größe des Spiels (Bewegungsausmaß C) wird beispielsweise ermittelt, indem ein Bewegungsausmaß der bewegbaren Einheit WA mit einer dreidimensionalen Messvorrichtung gemessen und anschließend das gemessene Bewegungsausmaß mit einem Bewegungsausmaß des Motors M verglichen wird, um die Differenz dazwischen zu messen. Alternativ kann das Spiel auch ermittelt werden, indem eine Quadrantenprojektion gemessen wird, die beim Verschieben eines Quadranten in einen anderen generiert wird.
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Wie in 1 dargestellt ist, ist eine erste Positionsdetektionseinheit 11, beispielsweise ein Encoder, zum Detektieren einer Position der bewegbaren Einheit WA am Motor M angebracht. Die erste Positionsdetektionseinheit 11 kann auch eine Geschwindigkeit der bewegbaren Einheit WA auf bekannte Weise detektieren. Des Weiteren ist eine zweite Positionsdetektionseinheit 12 zum Detektieren einer Position der angetriebenen Einheit WB neben der angetriebenen Einheit WB angeordnet.
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Die Motorsteuervorrichtung 10 enthält eine Generiereinheit 20 für Positionsbefehle zum periodischen Generieren eines Positionsbefehlswerts CP für die bewegbare Einheit WA, eine Generiereinheit 24 für Geschwindigkeitsbefehle zum Generieren eines Geschwindigkeitsbefehls CV für die bewegbare Einheit WA und eine Generiereinheit 26 für Drehmomentbefehle zum Generieren eines Drehmomentbefehls CT für den Motor M.
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Die Motorsteuervorrichtung 10 enthält auch eine Differenzberechnungseinheit 31 zum Berechnen einer Differenz ΔP zwischen einem ersten Positionsdetektionswert DP1, der von der ersten Positionsdetektionseinheit 11 detektiert wurde, und einem zweiten Positionsdetektionswert DP2, der von der zweiten Positionsdetektionseinheit 12 detektiert wurde. Die Motorsteuervorrichtung 10 enthält auch eine Beurteilungseinheit 32 zum Beurteilen, ob die bewegbare Einheit WA mit der angetriebenen Einheit WB in Eingriff gegangen ist oder nicht, wenn die bewegbare Einheit WA in einer gegebenen Ausgangsposition in eine erste Richtung und in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung bewegt wird.
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Die Motorsteuervorrichtung 10 enthält des Weiteren eine Sicherungseinheit 33 zum Sichern einer von der Differenzberechnungseinheit 31 berechneten Differenz ΔP als eine Eingriffsdifferenz ΔP0 im Zusammenhang mit der ersten Richtung und der zweiten Richtung, wenn die Beurteilungseinheit 32 bestimmt, dass die bewegbare Einheit WA mit der angetriebenen Einheit WB in Eingriff gegangen ist. Die Sicherungseinheit 33 ist ausgelegt, weitere Elemente zu sichern, beispielsweise die Geschwindigkeit. Des Weiteren enthält die Motorsteuervorrichtung 10 eine Berechnungseinheit 34 für ein Kompensationsmaß zum Berechnen eines Kompensationsmaßes für Spiel zum Beseitigen einer Beeinflussung durch das Spiel.
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2 ist ein Ablaufschema, das einen Prozess für das Berechnen eines Kompensationsmaßes für Spiel in der Motorsteuervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der in 2 gezeigte Prozess wird in einem vorbestimmten Steuerzyklus wiederholt. Ein Betrieb der Motorsteuervorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschreiben.
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Zuerst, bei Schritt S11 in 2, generiert die Generiereinheit 20 für Positionsbefehle der Motorsteuervorrichtung 10 einen Positionsbefehlswert CP auf der Grundlage eines Bearbeitungsprogramms. Wie in 1 gezeigt ist, kann der von der Generiereinheit 20 für Positionsbefehle ausgegebene Positionsbefehlswert CP einen Positionsbefehl für das Bearbeiten 36 sowie einen Ausgabewert eines 0,5-Impulsbefehlsgenerator 37 enthalten. Der Positionsbefehl für das Bearbeiten 36 wird jedoch bei Schritt S11 generiert. Der Positionsbefehl für das Bearbeiten 36 ist ein Positionsbefehl für das Bewegen der angetriebenen Einheit WB an eine vorbestimmte Position. Wenngleich in dieser Schrift der Einfachheit halber der Begriff „für das Bearbeiten“ verwendet wird, um ihn von einem Positionsbefehl für eine vorbereitende Bewegung zu unterscheiden, der weiter unten beschrieben ist, soll die Verwendung des Begriffs das Anwenden der vorliegenden Erfindung nicht auf ein Gebiet einschränken. Bei Schritt S12 und S13 detektieren die erste Positionsdetektionseinheit 11 und die zweite Positionsdetektionseinheit 12 eine Position der bewegbaren Einheit WA bzw. eine Position der angetriebenen Einheit WB, um einen ersten Positionsdetektionswert DP1 bzw. einen zweiten Positionsdetektionswert DP2 zu generieren.
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Wie in 1 dargestellt ist, wird der von der ersten Positionsdetektionseinheit 11 detektierte erste Positionsdetektionswert DP1 durch einen Subtrahierer 21 vom von der Generiereinheit 20 für Positionsbefehle generierten Positionsbefehlswert CP subtrahiert, um eine erste Positionsdifferenz ΔP1 zu generieren. Wie in 1 zu sehen ist, ist der erste Positionsdetektionswert DP1 ein Wert, der durch das Multiplizieren eines Detektionswerts der ersten Positionsdetektionseinheit 11 mit einem Umwandlungskoeffizienten 30 ermittelt wird.
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Der von der zweiten Positionsdetektionseinheit 12 detektierte zweite Positionsdetektionswert DP2 wird vom Positionsbefehlswert CP durch einen Subtrahierer 27 subtrahiert, um eine zweite Positionsdifferenz ΔP2 zu generieren. Des Weiteren wird die erste Positionsdifferenz ΔP1 durch einen Subtrahierer 28 von der zweiten Positionsdifferenz ΔP2 subtrahiert, und der erhaltene Wert wird über ein Tiefpassfilter 29 an einen Addierer 23 ausgegeben. Das Tiefpassfilter 29 ist zwischen dem Subtrahierer 28 und dem Addierer 23 vorgesehen, und eine Position wird daher auf der Grundlage eines Positionsdetektionswerts von der ersten Positionsdetektionseinheit 11 gesteuert, wenn eine große Änderung einer Positionsdifferenz vorliegt, um die Bewegung der bewegbaren Einheit WA zu stabilisieren, und andererseits wird eine Position, wenn eine kleine Änderung einer Positionsdifferenz vorliegt, auf der Grundlage eines Positionsdetektionswerts von der zweiten Positionsdetektionseinheit 12 gesteuert, um die Genauigkeit beim Positionieren der angetriebenen Einheit WB zu erhöhen.
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Die vom Addierer 23 addierte erste Positionsdifferenz ΔP1 und zweite Positionsdifferenz ΔP2 werden in die Generiereinheit 24 für Geschwindigkeitsbefehle eingegeben, um einen Geschwindigkeitsbefehlswert CV zu generieren. Des Weiteren wird ein von der ersten Positionsdetektionseinheit 11 detektierter Geschwindigkeitsdetektionswert DV vom Geschwindigkeitsbefehlswert CV durch einen Subtrahierer 25 subtrahiert, um eine Geschwindigkeitsdifferenz ΔV zu berechnen. Als nächstes generiert die Generiereinheit 26 für Drehmomentbefehle einen Drehmomentbefehlswert CT auf der Grundlage der Geschwindigkeitsdifferenz ΔV. Der Drehmomentbefehlswert CT wird in den Motor M eingegeben. Der generierte Geschwindigkeitsbefehlswert CV und der Geschwindigkeitsdetektionswert DV werden nacheinander durch die Sicherungseinheit 33 gesichert.
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Wie in 1 zu sehen ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein beim Subtrahierer 28 durch das Subtrahieren der ersten Positionsdifferenz ΔP1 von der zweiten Positionsdifferenz ΔP2 ermittelter Wert in die Differenzberechnungseinheit 31 eingegeben. Da die erste Positionsdifferenz ΔP1 und die zweite Positionsdifferenz ΔP2 beide den Positionsbefehlswert CP enthalten, wird der Positionsbefehlswert CP als Ergebnis der Subtraktion beim Subtrahierer 28 im Wesentlichen aus dem Eingabewert in die Differenzberechnungseinheit 31 entfernt. Demgemäß kann die Differenzberechnungseinheit 31 die Differenz ΔP zwischen dem ersten Positionsdetektionswert DP1 und dem zweiten Positionsdetektionswert DP2 einfach berechnen (Schritt S14). Alternativ können die erste Positionsdifferenz ΔP1 und die zweite Positionsdifferenz ΔP2, wie unten beschrieben ist, auch direkt in die Differenzberechnungseinheit 31 eingegeben werden, um eine Differenz ΔP zu berechnen.
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Anschließend wird bei Schritt S15 bestimmt, ob die Sicherungseinheit 33 eine Eingriffsdifferenz ΔP0 in einem Zustand, in dem die bewegbare Einheit WA mit der angetriebenen Einheit WB in der ersten Richtung in Eingriff geht, sichert oder nicht, und eine Eingriffsdifferenz ΔP0 in einem Zustand, in dem die bewegbare Einheit WA mit der angetriebenen Einheit WB in der zweiten Richtung in Eingriff geht. Wenn bei Schritt S15 bestimmt wird, dass zumindest eine der Eingriffsdifferenzen ΔP0 in der ersten Richtung und in der zweiten Richtung nicht gesichert wird, geht der Prozess zu Schritt S16 weiter, bei dem ein Prozess für das Ermitteln einer Eingriffsdifferenz ΔP0 ausgeführt wird. Dieser Prozess ist im Folgenden ausführlich beschrieben. Wenn andererseits bei Schritt S15 bestimmt wird, dass die Eingriffsdifferenzen ΔP0 in der ersten und zweiten Richtung gesichert werden, geht der Prozess zu Schritt S17 weiter. Bei Schritt S17 wird auf der Grundlage der von der Differenzberechnungseinheit 31 berechneten Differenz ΔP und der von der Sicherungseinheit 33 gesicherten Eingriffsdifferenzen ΔP0 ein Kompensationsmaß für das Spiel berechnet.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist der Prozess für das Berechnen einer Eingriffsdifferenz ΔP0 bei Schritt S16 in 2 beschrieben. 3 ist ein Ablaufschema, das einen Prozess für das Berechnen einer Eingriffsdifferenz ΔP0 in der ersten Richtung und der zweiten Richtung in einem Zustand zeigt, in dem die bewegbare Einheit WA und die angetriebene Einheit WB miteinander in Eingriff gehen. Dieser Berechnungsprozess wird in der Motorsteuervorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt.
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Wie in 3 gezeigt ist, wird zuerst bei Schritt S21 bestimmt, ob ein Positionsbefehl für das Bearbeiten 36 von der Generiereinheit 20 für Positionsbefehle ein Anhaltebefehl für das Anhalten der angetriebenen Einheit WB ist oder nicht. Wenn bei Schritt S21 bestimmt wird, dass der Positionsbefehl für das Bearbeiten 36 kein Anhaltebefehl für das Anhalten der angetriebenen Einheit WB ist, geht der Prozess zu Schritt S30 weiter. Dies bedeutet, dass ein Betreiber die angetriebene Einheit WB aus einem bestimmten Grund betreiben möchte, obwohl keine Eingriffsdifferenz ΔP0 gesichert ist, wie bei Schritt S15 in 2 bestimmt. In diesem Fall muss ein Kompensationsmaß für Spiel erst ermittelt werden. Demgemäß wird der Prozess beendet, ohne eine Kompensation für das Spiel durchzuführen. Folglich setzt die Berechnungseinheit 34 für das Kompensationsmaß einen Kompensationswert für das Spiel auf null (Schritt S30).
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Wenn andererseits bei Schritt S21 bestimmt wird, dass der Positionsbefehl für das Bearbeiten 36 ein Anhaltebefehl für das Anhalten der angetriebenen Einheit WB ist, geht der Prozess zu Schritt S22 weiter, bei dem ein Positionsbefehl für eine vorbereitende Bewegung der angetriebenen Einheit WB generiert wird. Der Positionsbefehl für die vorbereitende Bewegung wird vom 0,5-Impulsbefehlsgenerator 37 an den Addierer 38 ausgegeben und dann von der Generiereinheit 20 für Positionsbefehle als ein Positionsbefehl CP ausgegeben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform gibt der 0,5-Impulsbefehlsgenerator 37 einen Positionsbefehl aus, der einem Impuls von 0,5-mal der Breite einer Einheit eines Positionsbefehls CP entspricht (im Folgenden als „0,5-Impuls“ bezeichnet).
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4 ist eine Zeichnung zum Erklären der vorbereitenden Bewegung der angetriebenen Einheit WB zum Ermitteln einer Eingriffsdifferenz ΔP0 in einem Zustand, in dem die bewegbare Einheit WA und die angetriebene Einheit WB miteinander in Eingriff gehen, in der Motorsteuervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Am Zeitpunkt der vorbereitenden Bewegung wird die angetriebene Einheit WB vorzugsweise nur um ein Bewegungsausmaß bewegt, das deutlich kleiner als ein Bewegungsausmaß am Zeitpunkt einer regulären Betriebssteuerung, z. B. Bearbeitung, ist. In dieser Schrift wird ein beispielhafter Fall betrachtet, in dem ein Impuls von 0,5-mal der Breite einer Einheit eines Positionsbefehls CP generiert wird, wie oben beschrieben.
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Teil (a) von 4 stellt eine Ausgangspositionsbeziehung zwischen der bewegbaren Einheit WA und der angetriebenen Einheit WB dar. An diesem Zeitpunkt wird die angetriebene Einheit WB an der X-Koordinate null positioniert. In diesem Zustand wird ein Positionsbefehl eines 0,5-Impulses generiert (d. h. ein Positionsbefehl zum Bewegen der angetriebenen Einheit WB zur X-Koordinate 0,5 wird generiert). Als Reaktion auf den Positionsbefehl eines 0,5-Impulses bewegt sich die bewegbare Einheit WA in 4 nach rechts (oder in eine erste Richtung), wodurch der vorstehende Teil A1 der bewegbaren Einheit WA mit dem vorstehenden Teil B der angetriebenen Einheit WB in Eingriff geht (Teil (b) von 4). Anschließend bewegen sich die bewegbare Einheit WA und die angetriebene Einheit WB gemeinsam in die erste Richtung, bis die angetriebene Einheit WB eine Position erreicht, die der X-Koordinate 1 entspricht.
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Der Zustand, in dem die angetriebene Einheit WB an der X-Koordinate 1 positioniert ist (Teil (c) von 4), zeigt an, dass die angetriebene Einheit WB in die erste Richtung über die Befehlsposition (X=0,5) hinaus bewegt wird. Demgemäß arbeitet der Motor M in einer Umkehrbewegung, um die angetriebene Einheit WB in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung zu bewegen. Die angetriebene Einheit WB wird folglich in die zweite Richtung bewegt, um den vorstehenden Teil A2 der bewegbaren Einheit WA und den vorstehenden Teil B der angetriebenen Einheit WB miteinander in Eingriff zu bringen (Teil (d) von 4). Anschließend bewegen sich die bewegbare Einheit WA und die angetriebene Einheit WB gemeinsam in die zweite Richtung, bis die angetriebene Einheit WB die X-Koordinate null erreicht. Mit dem 0,5-Impuls für eine vorbereitende Bewegung der angetriebenen Einheit WB wird die angetriebene Einheit WB in die erste Richtung und dann umgekehrt in die zweite Richtung bewegt. Auf diese Weise werden die bewegbare Einheit WA und die angetriebene Einheit WB in den entgegengesetzten Antriebsrichtungen, d. h. der ersten und zweiten Richtung, miteinander in Eingriff gebracht. Zudem ist mit dem Impuls von 0,5-mal der Breite einer Einheit des Positionsbefehls eine Bewegungsgeschwindigkeit der angetriebenen Einheit WB in die erste Richtung gleich einer Bewegungsgeschwindigkeit in die zweite Richtung, und die vorbereitende Bewegung kann daher für einen kurzen Zeitraum vorteilhaft ausgeführt werden.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 3 wird bei Schritt S23 bestimmt, ob eine Eingriffsdifferenz ΔP0 in der ersten Richtung ermittelt wurde oder nicht. Wenn bei Schritt S23 bestimmt wird, dass die Eingriffsdifferenz ΔP0 in der ersten Richtung nicht ermittelt wurde, geht der Prozess zu Schritt S24 weiter, bei dem bestimmt wird, ob die angetriebene Einheit WB in die erste Richtung bewegt wurde oder nicht. Diese Beurteilung wird durch die Beurteilungseinheit 32 (1) getroffen, um zu bestimmen, ob die bewegbare Einheit WA mit der angetriebenen Einheit WB in Eingriff gegangen ist oder nicht. Die Beurteilungseinheit 32 vergleicht ein Bewegungsausmaß der angetriebenen Einheit WB in der vorbereitenden Bewegung, das auf der Grundlage des Positionsdetektionswerts DP2 von der Positionsdetektionseinheit 12 ermittelt wurde, mit einem Schwellenwert 35 (siehe 1). Wenn das Bewegungsausmaß der angetriebenen Einheit WB den Schwellenwert 35 übersteigt, bestimmt die Beurteilungseinheit 32, dass die bewegbare Einheit WA mit der angetriebenen Einheit WB in Eingriff gegangen ist. In dem in 4 gezeigten Beispiel wird ein Bewegungsausmaß (+1) der angetriebenen Einheit WB vom Zustand in Teil (b) zum Zustand in Teil (c) mit dem Schwellenwert 35 verglichen. Der Schwellenwert 35 kann ein gegebener Wert zwischen 0 und +1 sein. Der Schwellenwert 35 wird derart festgelegt, dass ein Beurteilungsfehler aufgrund eines Störsignals oder einer Störgröße beseitigt wird.
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Wenn bei Schritt S24 bestimmt wird, dass die angetriebene Einheit in die erste Richtung bewegt wurde, geht der Prozess zu Schritt S25 weiter, bei dem eine Differenz zwischen einem Positionsdetektionswert DP1 der bewegbaren Einheit WA und einem Positionsdetektionswert DP2 der angetriebenen Einheit WB zu diesem Zeitpunkt von der Sicherungseinheit 33 als eine Eingriffsdifferenz ΔP0 in der ersten Richtung gesichert wird.
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Wenn bei Schritt S23 bestimmt wird, dass eine Eingriffsdifferenz ΔP0 in der ersten Richtung ermittelt wurde, oder bei Schritt S24 bestimmt wird, dass die angetriebene Einheit WB nicht in die erste Richtung bewegt wurde, geht der Prozess zu Schritt S26 weiter.
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Bei Schritt S26 bis S28 werden die gleichen Prozesse wie jene bei Schritt S23 bis S25 in Bezug auf die zweite Richtung ausgeführt. Spezifisch heißt das, dass beim Bestimmen bei Schritt S27, ob die angetriebene Einheit WB in die zweite Richtung bewegt wurde oder nicht, ein Bewegungsausmaß (-1) der angetriebenen Einheit WB vom Zustand in Teil (d) zum Zustand in Teil (e) in 4 mit einem Schwellenwert 35 verglichen wird. Der Schwellenwert 35 ist zwischen -1 und 0 festgelegt, mit Berücksichtigung eines Störsignals oder einer Störgröße. Die Eingriffsdifferenzen ΔP0 in der ersten und der zweiten Richtung werden auf die oben beschriebene Weise durch die Eingriffsdifferenz-Sicherungseinheit 33 gesichert.
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Wie oben beschrieben ist, wird gemäß der dargestellten Ausführungsform ein Impuls von 0,5-mal der Breite einer Einheit eines Positionsbefehls für das Bearbeiten als ein Positionsbefehl für eine vorbereitende Bewegung der angetriebenen Einheit WB verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein solches spezifisches Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann statt des 0,5-Impulses auch jeder andere Positionsbefehl verwendet werden, der kleiner als die Breite einer Einheit eines Positionsbefehls für das Bearbeiten ist. Alternativ kann für die vorbereitende Bewegung der angetriebenen Einheit WB ein Positionsbefehl verwendet werden, der gleich der oder größer als die Breite einer Einheit eines Positionsbefehls für das Bearbeiten ist. Wenn z. B. ein Befehl von zweimal der Breite einer Einheit eines Positionsbefehls für das Bearbeiten angewandt wird (wenn eine befohlene Position die X-Koordinate 2 ist), wird ein Umkehrbefehl zum Zurückführen der angetriebenen Einheit WB an die X-Koordinate null angewandt, nachdem die angetriebene Einheit WB einmal die X-Koordinate 2 erreicht.
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Ein Prozess für das Berechnen eines Kompensationsmaßes für Spiel bei Schritt S17 in 2 wird unter Bezugnahme auf 5A bis 5C beschrieben, die eine Bewegung der bewegbaren Einheit WA und der angetriebenen Einheit WB darstellen. 5A bis 5C stellen den Fall dar, in dem Energie von einem Motor M über ein Kugelgewinde auf die bewegbare Einheit WA übertragen wird. Wenn die bewegbare Einheit WA beispielsweise ein Kugelgewinde mit einer Gewindeachse N ist, entsprechen die vorstehenden Teile A1 und A2 Schraubengewinden, und der vorstehende Teil B der angetriebenen Einheit WB entspricht einer Mutter, die mit der Gewindeachse N in Eingriff geht.
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5A stellt eine beispielhafte Ausgangspositionsbeziehung zwischen der bewegbaren Einheit WA und der angetriebenen Einheit WB dar. In 5A befindet sich der vorstehende Teil B der angetriebenen Einheit WB zwischen den vorstehenden Teilen A1 und A2 der bewegbaren Einheit WA. Obwohl in der Zeichnung Lücken L1 bzw. L2 zwischen dem vorstehenden B und den vorstehenden Teilen A1 bzw. A2 definiert sind, ist die tatsächliche Größe dieser Lücken L1 und L2 nicht bekannt. In der folgenden Beschreibung werden die rechte Richtung bzw. die linke Richtung in 5A bis 5C als eine erste bzw. eine zweite Richtung bezeichnet. In den in 5A bis 5C dargestellten Zuständen werden Positionsdetektionswerte der bewegbaren Einheit WA von der ersten Positionsdetektionseinheit 11 jeweils als XA, XA1 und XA2 detektiert. Positionsdetektionswerte der angetriebenen Einheit WB werden von der zweiten Positionsdetektionseinheit 12 jeweils als XB, XB1 und XB2 detektiert.
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5B stellt den Zustand dar, in dem der vorstehende Teil A1 der bewegbaren Einheit WA und der vorstehende Teil B der angetriebenen Einheit WB miteinander in Eingriff gehen. 5C stellt den Zustand dar, in dem der vorstehende Teil A2 der bewegbaren Einheit WA und der vorstehende Teil B der angetriebenen Einheit WB miteinander in Eingriff gehen. Wie aus 5A bis 5C hervorgeht, beträgt die Größe des Spiels beim Führen der angetriebenen Einheit WB vom Zustand in 5A in die erste Richtung L1, und die Größe des Spiels beim Führen der angetriebenen Einheit WB vom Zustand in 5A in die zweite Richtung beträgt L2.
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Wenn die angetriebene Einheit WB vom Zustand in 5A zum Zustand in 5B bewegt wird, wird die bewegbare Einheit WA über eine Distanz von L1 in die erste Richtung in Bezug zur angetriebenen Einheit WB bewegt. Demgemäß kann die Größe von L1, die einem Kompensationsmaß für Spiel in der ersten Richtung entspricht, ermittelt werden, indem eine Differenz zwischen dem Positionsdetektionswert XA der bewegbaren Einheit WA und dem Positionsdetektionswert XB der angetriebenen Einheit WB im Zustand von 5A von einer Differenz zwischen dem Positionsdetektionswert XA1 der bewegbaren Einheit WA und dem Positionsdetektionswert XB1 der angetriebenen Einheit WB im Zustand von 5B subtrahiert wird.
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Auf die gleiche Art kann beim Bewegen der angetriebenen Einheit WB in die zweite Richtung die Größe von L2, die einem Kompensationsmaß für Spiel in der zweiten Richtung entspricht, ermittelt werden, indem eine Differenz zwischen dem Positionsdetektionswert XA der bewegbaren Einheit WA und dem Positionsdetektionswert XB der angetriebenen Einheit WB im Zustand von 5A von einer Differenz zwischen dem Positionsdetektionswert XA2 der bewegbaren Einheit WA und dem Positionsdetektionswert XB2 der angetriebenen Einheit WB im Zustand von 5C subtrahiert wird.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Kompensationsmaß für Spiel also auf der Grundlage einer Differenz ΔP zwischen einer aktuellen Position XA der bewegbaren Einheit WA und einer aktuellen Position XB der angetriebenen Einheit WB und auf der Grundlage einer von der Sicherungseinheit 33 gesicherten Eingriffsdifferenz ΔP0 berechnet. Dies ermöglicht das Ermitteln eines optimalen Kompensationsmaßes für Spiel für eine Positionsbeziehung zwischen der bewegbaren Einheit WA und der angetriebenen Einheit WB. Gemäß der Erfindung wird ein Kompensationsmaß für Spiel durch eine vorbereitende Bewegung der angetriebenen Einheit WB ermittelt, bei der die angetriebene Einheit WB über eine unbedeutende Distanz bewegt wird. Demgemäß ist es sogar in dem Fall, dass ein anfänglicher Befehl unmittelbar nach dem Einschalten der Motorsteuervorrichtung 10 ausgeführt wird, möglich, eine verringerte Genauigkeit beim Positionieren aufgrund von Spiel zu vermeiden.
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6 ist ein funktionales Blockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung 10' gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 6 werden ein von der ersten Positionsdetektionseinheit 11 detektierter Positionsdetektionswert DP1 und ein von der zweiten Positionsdetektionseinheit 12 detektierter Positionsdetektionswert DP2 direkt in die Differenzberechnungseinheit 31 eingegeben. Ein Kompensationsmaß für Spiel, das von der Berechnungseinheit 34 für ein Kompensationsmaß auf die gleiche Art wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform berechnet wird, wird durch eine Verteilungseinheit 39 in den Addierer 22 eingegeben und dann zu einem Geschwindigkeitsbefehlswert CV addiert. Da das von der Berechnungseinheit 34 für ein Kompensationsmaß ausgegebene Kompensationsmaß für Spiel die Verteilungseinheit 39 durchläuft, wird das Kompensationsmaß für Spiel einer Zeitteilung unterzogen, bevor es dem Addierer 22 hinzugefügt wird. Es ist offensichtlich, dass im Fall der Motorsteuervorrichtung 10' die gleichen Vorteile wie jene, die in Bezug zur ersten Ausführungsform beschrieben wurden, erzielt werden können.
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Wirkung der Erfindung
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Die Motorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt unter Zuhilfenahme einer vorbereitenden Bewegung, dass die bewegbare Einheit und die angetriebene Einheit miteinander in Eingriff gegangen sind, wenn ein Bewegungsausmaß der angetriebenen Einheit einen Schwellenwert übersteigt. Demgemäß kann sogar in dem Fall, dass Informationen in Bezug auf eine Positionsbeziehung zwischen der bewegbaren Einheit und der angetriebenen Einheit bei deren Eingriff nicht im Voraus gespeichert werden und für den Fall, dass ein Befehl unmittelbar nach dem Einschalten der Motorsteuervorrichtung ausgeführt wird, ein entsprechendes Kompensationsmaß für Spiel ermittelt werden.
