DE102015112072A1

DE102015112072A1 - Servomotorsteuerung mit Selbstmessfunktion und Selbstüberwachungsfunktion der mechanischen Steifigkeit

Info

Publication number: DE102015112072A1
Application number: DE102015112072.0A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Iijima; Satoshi Ikai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2016-02-04
Also published as: CN105322862A; US20160033959A1; JP2016034224A; US9429936B2; JP6312548B2; CN105322862B

Abstract

Eine Servomotorsteuerung umfasst eine Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehlswerts des Servomotors, eine Geschwindigkeitserfassungseinheit, welche eine Geschwindigkeit des Servomotors erfasst, eine Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Drehmomentbefehlswerts, eine Sinuswellen-Erzeugungseinheit zum Erzeugen einer sinusförmigen Störwelle, eine Frequenzantwort-Berechnungseinheit zum Berechnen einer Frequenzantwort, wenn der sinusförmige Störwert in eine Geschwindigkeitsregelschleife eingegeben worden ist, eine Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit zum Erfassen einer Resonanzfrequenz, bei welcher eine Verstärkung maximiert ist, eine Resonanzfrequenz-Speichereinheit zum Speichern der Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit, mindestens ein Filter zum Dämpfen einer speziellen Frequenzbandkomponente, die in dem Drehmomentbefehlswert enthalten ist, und eine Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit zum Messen der Steifigkeit einer Werkzeugmaschine auf der Basis der Resonanzfrequenz und Einstellen des Filters in Bezug auf die Resonanzfrequenz.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servomotorsteuerung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Servomotorsteuerung mit Selbstmess- und Selbstüberwachungsfunktion für die mechanische Steifigkeit.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Technologie, bei welcher auf einen Drehmoment-Befehlswert zur Stabilisation eines Servosteuerungssystems einer Werkzeugmaschine ein Bandeliminationsfilter angewendet wird, ist verbreitet angewendet worden. In einem allgemeinen Filtereinstellungsverfahren wird für eine Geschwindigkeitsregelschleife, umfassend eine Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit und eine Geschwindigkeitserfassungseinheit ein Sinuswellen-Wobbeln oder Rechteckwellen-Wobbeln durchgeführt, so dass eine Frequenzantwort der Geschwindigkeitsregelschleife gemessen wird. Als Nächstes wird ein Graph, der als ein Bode-Diagramm visualisiert wird, genau untersucht, so dass man mit den Augen eine Resonanzfrequenz erkennen kann. Auch wenn das Bode-Diagramm nicht visualisiert wird, ist, da die Spezifikation der Resonanzfrequenz möglich ist, eine Technologie zum Durchführen einer automatischen Einstellung des Bandeliminationsfilters entwickelt worden.
Da die Eigenschaften der automatischen Einstellung nicht von der Einstellungsstrategie oder den Fähigkeiten eines Technikers abhängen, der eine manuelle Einstellung durchführt, wird ein Einstellungsergebnis mit einer relativ geringen Schwankung erhalten. Durch die automatische Filtereinstellungsfunktion wird die Steifigkeit einer Werkzeugmaschine mit einer Schwankung gemessen, die geringer als die bei einer manuellen Messung ist.
Als ein Verfahren zum Durchführen der Einstellung eines Bandeliminationsfilters ist ein Verfahren zum Erfassen einer Frequenz mit einem Schwingungsniveau beschrieben worden, welches einen Schwellenwert überschreitet, um eine mechanische Resonanz zu unterdrücken, wodurch automatisch die Einstellung mehrerer Bandeliminationsfilter durchgeführt wird (zum Beispiel JP 2012-23834 A ). In diesem Stand der Technik wird, wenn zwei Bandeliminationsfilter benachbarte Mittelfrequenzen aufweisen, eine Filterbreite eines ersten Filters verbreitert.
Der vorstehende Stand der Technik offenbart einen automatischen Einstellungsalgorithmus mehrerer Bandeliminationsfilter. Der Gegenstand des Standes der Technik ist jedoch lediglich die Durchführung einer Einstellung einfach zum Auflösen einer Resonanz. Tatsächlich ersetzt der Stand der Technik die Einstellung eines Servosteuerungssystem direkt vor der Auslieferung einer Maschine. Der Stand der Technik offenbart nicht, wie mit einer langfristigen Veränderung und einer individuellen Differenz der Steifigkeit einer Werkzeugmaschine als Langzeitanlage oder eines industriellen Massenprodukts umzugehen ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Deswegen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servomotorsteuerung bereitzustellen, welche eine umfassende Inspektionstechnologie bereitstellen kann, welche eine Wartungsinspektionsvorhersage einer Maschine ohne Zerstören und Auseinanderbauen sowie eine einfache Stabilisation eines Servosteuerungssystems ermöglicht.
Eine Servomotorsteuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerung, welche einen Servomotor zum Antreiben einer Werkzeugmaschine steuert, und umfasst: eine Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehlswerts des Servomotors; eine Geschwindigkeitserfassungseinheit zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Servomotors; eine Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Drehmomentbefehlswerts des Servomotors auf der Basis des Geschwindigkeitsbefehlswerts und der erfassten Geschwindigkeit; eine Sinuswellen-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines sinusförmigen Störwerts; eine Frequenzantwort-Berechnungseinheit zum Addieren des sinusförmigen Störwerts, der von der Sinuswellen-Erzeugungseinheit erzeugt wird, zu dem Geschwindigkeitsbefehlswert, wodurch eine Frequenzantwort auf der Basis einer Ausgabe aus einer Geschwindigkeitsregelschleife berechnet wird, wenn der sinusförmige Störwert in die Geschwindigkeitsregelschleife eingegeben worden ist, welche die Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit und die Geschwindigkeitserfassungseinheit umfasst; eine Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit zum Erfassen einer Resonanzfrequenz, welche eine Frequenz ist, bei welcher eine Verstärkung der berechneten Frequenzantwort maximiert ist; eine Resonanzfrequenz-Speichereinheit zum Speichern der Resonanzfrequenz, die von der Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit erfasst wird; mindestens ein Filter zum Dämpfen einer speziellen Bandkomponente, die in dem Drehmomentbefehlswert enthalten ist; und eine Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit zum Messen der Steifigkeit einer Werkzeugmaschine auf der Basis der Resonanzfrequenz, die in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit gespeichert ist, und Einstellen des Filters in Bezug auf die Resonanzfrequenz.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind besser zu verstehen durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, wobei:
1 ein Konfigurationsdiagramm einer Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Diagramm ist, welches ein Modell veranschaulicht, das durch Vereinfachen einer Maschine erhalten wird;
3 ein Ablaufplan zum Erläutern eines Betriebsverfahrens einer Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein Schaubild ist, welches ein Beispiel veranschaulicht, bei welchem Steifigkeitswerte mehrerer Maschinen mit einem Herstellungs-Referenzwert verglichen werden;
5 ein Ablaufplan zum Erläutern eines Betriebsverfahrens einer Servomotorsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein Schaubild ist, welches ein Beispiel einer zeitabhängigen Veränderung der Steifigkeit einer Maschine erläutert;
7 ein Ablaufplan zum Erläutern eines Betriebsverfahrens einer Servomotorsteuerung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
8 ein Ablaufplan zum Erläutern eines Betriebsverfahrens einer Servomotorsteuerung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist und
9 ein Konfigurationsdiagramm einer Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Hierin wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Servomotorsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sei angemerkt, dass der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist und sich auf die Erfindung erstreckt, wie sie in den anhängenden Patentansprüchen und Äquivalenten derselben definiert ist.
[Erste Ausführungsform]
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Servomotorsteuerung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit 1, eine Geschwindigkeitserfassungseinheit 2, eine Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit 3, eine Sinuswellen-Erzeugungseinheit 4, eine Frequenzantwort-Berechnungseinheit 5, eine Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit 6, eine Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7, ein Filter 8 und eine Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9.
Die Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit 1 erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehlswert zum Antreiben eines Servomotors 20. Der Geschwindigkeitsbefehlswert, der von der Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit 1 erzeugt wird, wird an einen Addierer 13 ausgegeben. In dem Addierer 13 wird der Geschwindigkeitsbefehlswert zu einem sinusförmigen Störwert addiert, der von der Sinuswellen-Erzeugungseinheit 4 erzeugt wird, und ein resultierender Wert wird einen Subtrahierer 14 ausgegeben.
Die Geschwindigkeitserfassungseinheit 2 erfasst die Geschwindigkeit des Servomotors 20. Die Geschwindigkeit des Servomotors 20 kann zum Beispiel durch einen Codierer erfasst werden, der in dem Servomotor 20 vorgesehen ist; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. In dem Subtrahierer 14 wird ein Wert der Geschwindigkeit des Servomotors 20, der von der Geschwindigkeitserfassungseinheit 2 erfasst wird, von dem Geschwindigkeitsbefehlswert subtrahiert, zu welchem der sinusförmige Störwert addiert worden ist, und ein resultierender Wert wird an die Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit 3 ausgegeben.
Die Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit 3 erzeugt einen Drehmomentbefehlswert des Servomotors auf der Basis des Geschwindigkeitsbefehlswerts und der erfassten Geschwindigkeit. Wie oben beschrieben, ist der sinusförmige Störwert, der von der Sinuswellen-Erzeugungseinheit 4 erzeugt wird, zu dem Geschwindigkeitsbefehlswert addiert worden. Der Drehmomentbefehlswert, der von der Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit 3 erzeugt wird, wird an das Filter 8 und die Frequenzantwort-Berechnungseinheit 5 ausgegeben.
Die Frequenzantwort-Berechnungseinheit 5 addiert den sinusförmigen Störwert, der von der Sinuswellen-Erzeugungseinheit 4 erzeugt wird, zu dem Geschwindigkeitsbefehlswert, wodurch eine Frequenzantwort auf der Basis einer Ausgabe aus einer Geschwindigkeitsregelschleife 10 berechnet wird, wenn der sinusförmige Störwert in die Geschwindigkeitsregelschleife 10 eingegeben worden ist, welche die Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit 3 und die Geschwindigkeitserfassungseinheit 2 umfasst. Die von der Frequenzantwort-Berechnungseinheit 5 berechnete Frequenzantwort wird an die Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit 6 ausgegeben.
Die Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit 6 erfasst eine Resonanzfrequenz, welche eine Frequenz ist, bei welcher eine Verstärkung der berechneten Frequenzantwort maximiert ist, und gibt die Resonanzfrequenz an die Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 aus.
Die Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 speichert die von der Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit 6 erfasste Resonanzfrequenz. Wenn die Messung der Resonanzfrequenz mehrere Male durchgeführt worden ist, speichert die Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 die Resonanzfrequenz von jedem Mal und bewahrt einen Verlauf der Resonanzfrequenzen auf. Ferner kann die Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 auch eine Referenz-Resonanzfrequenz speichern, welche als eine Referenz dient, die mit der erfassten Resonanzfrequenz zu vergleichen ist. Überdies kann die Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7, wenn die Resonanzfrequenz zu einer vorgegebenen Zeit gemessen wird, auch zeitliche Daten in Korrelation mit Daten speichern, die die erfasste Resonanzfrequenz betreffen.
Das Filter 8 dämpft eine spezielle Frequenzbandkomponente, die in dem Drehmomentbefehlswert enthalten ist, der von der Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit 3 ausgegeben wird. 1 veranschaulicht ein Beispiel, bei welchem ein Filter 8 vorgesehen ist; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es können auch zwei oder mehr Filter vorgesehen sein.
Die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 misst die Steifigkeit einer Werkzeugmaschine auf der Basis der Resonanzfrequenz, die in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 gespeichert ist, und stellt das Filter 8 in Bezug auf die Resonanzfrequenz ein.
Wie oben beschrieben, ist die Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit einer Werkzeugmaschine auf der Basis der Resonanzfrequenz gemessen wird. Hierin wird im Folgenden ein Verfahren zum Messen der Steifigkeit einer Werkzeugmaschine auf der Basis der Resonanzfrequenz beschrieben.
Die Werkzeugmaschine ist vereinfacht und wird als ein Modell behandelt, welches in 2 veranschaulicht ist. Mit anderen Worten, die Werkzeugmaschine wird als eine Anhäufung von mehreren Federelementen 30 und einer Last 40 angesehen. Auf diese Weise kann die mechanische Steifigkeit als ein Federelement k behandelt werden. Dann lässt sich eine Resonanz-Winkelfrequenz ω_n der Maschine durch die folgende Gleichung 1 ausdrücken.
In der obigen Gleichung 1 ist mit J das Trägheitsmoment der Last bezeichnet.
Da das Trägheitsmoment der Last J im Maschinen-Design entschieden wird, ist es möglich, das Federelement aus der Messung der Frequenzantwort abzuschätzen. Wenn sich die Resonanz-Winkelfrequenz von einem Referenzwert ω_n0 auf ω_n ändert und sich das Federelement von k₀ auf k' ändert, kann aus der folgenden Gleichung 2 ein Verhältnis k'/k₀ berechnet werden.
Der Wert des Referenzwerts ω_n0 kann ebenfalls ein Wert nach Maschinen-Design sein oder kann im Fall eines Massenproduktionsmodells ebenfalls eine Resonanz-Winkelfrequenz eines Testmodells sein. In einem speziellen Individualfall kann auch ein Verlauf als eine Resonanz-Winkelfrequenz zur Zeit der Herstellung gespeichert werden. Da in Erwägung gezogen wird, dass sich die Steifigkeit des Federelements durch Lockern der Baugruppe und dergleichen von mechanischen Teilen verringert, sollte, obwohl sich die Steifigkeit durch Alterung verringert, angenommen werden, dass die Steifigkeit nicht verbessert wird.
Wenn sich zum Beispiel die Resonanz-Winkelfrequenz um 10% verringert (sie 90% des Referenzwerts erreicht), ist k'/k₀ durch die folgende Gleichung 3 zu berechnen.
Aus der obigen Gleichung 3 ist abzuleiten, dass die mechanische Steifigkeit um 19% verringert worden ist.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, die mechanische Steifigkeit aus der erfassten Resonanzfrequenz zu messen.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf den Ablaufplan, der in 3 veranschaulicht ist, ein Betriebsverfahren der Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zuerst erzeugt im Schritt S101 die Sinuswellen-Erzeugungseinheit 4 eine sinusförmige Störwelle. Die erzeugte sinusförmige Störwelle wird in den Addierer 13 eingegeben, der in der Geschwindigkeitsregelschleife 10 enthalten ist, und wird zu einem Geschwindigkeitsbefehlswert addiert.
Als Nächstes erfasst im Schritt S102 die Geschwindigkeitserfassungseinheit 2 die Geschwindigkeit des Servomotors 20. Ein Geschwindigkeitserfassungswert, welcher ein Wert der erfassten Geschwindigkeit ist, wird in den Subtrahierer 14 eingegeben.
Als Nächstes erzeugt im Schritt S103 die Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit 3 einen Drehmomentbefehl aus dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitserfassungswert. Der erzeugte Drehmomentbefehl wird an das Filter 8 und die Frequenzantwort-Berechnungseinheit 5 ausgegeben.
Als Nächstes berechnet im Schritt S104 die Frequenzantwort-Berechnungseinheit 5 eine Frequenzantwort aus dem sinusförmigen Störwert und der Ausgabe aus der Geschwindigkeitsregelschleife 10, zum Beispiel dem Drehmomentbefehlswert. Die berechnete Frequenzantwort wird an die Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit 6 ausgegeben.
Als Nächstes erfasst im Schritt S105 die Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit 6 einen Maximalwert der Frequenzantwort. Der erfasste Maximalwert der Frequenzantwort wird an die Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 ausgegeben.
Dann speichert im Schritt S106 die Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 eine Resonanzfrequenz.
Schließlich entnimmt im Schritt S107 die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 die Resonanzfrequenz aus der Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 und misst die Steifigkeit einer Werkzeugmaschine auf der Basis der Resonanzfrequenz. Überdies stellt die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 das Filter 8 in Bezug auf die Resonanzfrequenz ein.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf der Basis einer Struktur des automatischen Einstellens eines Banddämpfungsfilters auf der Basis der Messung der Resonanzfrequenz die Resonanzfrequenz als eine physikalische Größe angesehen, welche die Steifigkeit einer Maschine anzeigt. Auf diese Weise ist es möglich, die Steifigkeit eines mechanischen Systems, das mit einem Servomotor angetrieben wird, ohne Auseinanderbauen der Maschine dynamisch zu messen.
[Zweite Ausführungsform]
Als Nächstes wird eine Servomotorsteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Servomotorsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform weist eine ähnliche Konfiguration wie die Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform auf, die in 1 veranschaulicht ist. Die Servomotorsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 die in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 gespeicherte Resonanzfrequenz mit einer Referenz-Resonanzfrequenz vergleicht, wodurch eine Veränderung der Steifigkeit einer Maschine erfasst wird. Da andere Konfigurationen der Servomotorsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform jenen der Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform ähneln, wird eine detaillierte Beschreibung dieser weggelassen.
Bei Verwendung der Servomotorsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden entsprechende individuelle Differenzen der Steifigkeit von Massenproduktionsmaschinen gemessen und miteinander verglichen, so dass es möglich ist, eine dynamische Schwankung der Steifigkeit von Mechanismuseinheiten auszuwerten. 4 veranschaulicht ein Beispiel eines Schaubildes, in welchem Steifigkeitswerte mehrerer Maschinen, zum Beispiel Maschinen mit den Maschinennummern 1 bis 6, mit einem Herstellungs-Referenzwert verglichen worden sind. 4 veranschaulicht, dass die mechanischen Steifigkeiten der Maschinen mit den Maschinennummern 1 bis 3 und 5, schraffiert mit durchgezogenen Linien, der Herstellungsreferenz genügen, aber die mechanischen Steifigkeiten der nicht schraffierten Maschinen mit den Maschinennummern 4 und 6 der Herstellungsreferenz nicht genügen. In dem Beispiel, das in 4 veranschaulicht ist, ist es möglich, einfach zu bestätigen, dass eine Inspektion erforderlich ist, ohne die Maschinen auseinanderzubauen, da die Maschinen mit den Maschinennummern 4 und 6 dem Herstellungs-Referenzwert nicht genügen. Wenn die Servomotorsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es möglich, das Qualitätsmanagement und das Herstellungs-Know-how für eine Werkzeugmaschine als ein fertiges Produkt zu verbessern, statt für einzelne mechanische Teile.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf den Ablaufplan, der in 5 veranschaulicht ist, ein Betriebsverfahren der Servomotorsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da die Schritte S201 bis S207 in dem Ablaufplan, der in 5 veranschaulicht ist, den Schritten S101 bis S107 in dem Ablaufplan für die Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform ähneln, der in 3 veranschaulicht ist, wird eine detaillierte Beschreibung dieser weggelassen.
Im Schritt S208 bestimmt die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9, ob die in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 gespeicherte Resonanzfrequenz niedriger als eine Referenz-Resonanzfrequenz ist. Wenn die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 bestimmt, dass die Resonanzfrequenz größer oder gleich der Referenz-Resonanzfrequenz ist, kehrt das Verfahren zum Schritt S201 zurück und es wird erneut die Erfassung der Resonanzfrequenz durchgeführt. Zudem können als ein Ergebnis des Messens der Resonanzfrequenz einer speziellen Maschine über eine vorgegebene Zeitperiode, wenn es möglich ist zu bestätigen, dass die gemessene Resonanzfrequenz nicht niedriger als die Referenz-Resonanzfrequenz ist, die Resonanzfrequenzen anderer Maschinen gemessen werden, um das Vorliegen oder Nichtvorliegen der Verringerung der mechanischen Steifigkeit zu erfassen.
Wenn andererseits die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 bestimmt, dass die Resonanzfrequenz kleiner als die Referenz-Resonanzfrequenz ist, erfasst die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 im Schritt S209 die Verringerung der mechanischen Steifigkeit.
Wenn eine später zu beschreibende Steifigkeitsschwankungs-Meldungseinheit bereitgestellt worden ist, zeigt schließlich die Steifigkeitsschwankungs-Meldungseinheit im Schritt S210 die Notwendigkeit einer Maschineninspektion an.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der Servomotorsteuerung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Referenzwert der Resonanzfrequenz mit einem tatsächlich gemessenen Wert verglichen, so dass es möglich ist, eine Abweichung von dem Referenzwert zu messen und eine Inspektion einer Komponentenbaugruppe durchzuführen. Zum Beispiel wird im Fall der Herstellung von 10 gleichen Werkzeugmaschinen ein Messergebnis einer Maschine mit der Maschinennummer 1 als ein Referenzwert verwendet, so dass es möglich ist, eine Steifigkeitsabweichung in Bezug auf die anderen neun Maschinen in einem Herstellungsverfahren zu erkennen und zu handhaben und somit eine Qualitätsverbesserung zu erreichen.
[Dritte Ausführungsform]
Als Nächstes wird eine Servomotorsteuerung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Servomotorsteuerung gemäß der dritten Ausführungsform weist eine ähnliche Konfiguration wie die Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform auf, die in 1 veranschaulicht ist. Die Servomotorsteuerung gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass die Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 einen Verlauf von Resonanzfrequenzen in jeder Messung speichert, und die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 vergleicht die in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 gespeicherte Resonanzfrequenz mit dem Verlauf der Resonanzfrequenzen, um dadurch eine Verringerungstendenz der Steifigkeit einer Maschine zu erfassen. Da andere Konfigurationen der Servomotorsteuerung gemäß der dritten Ausführungsform jenen der Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform ähneln, wird eine detaillierte Beschreibung dieser weggelassen.
Gemäß der Servomotorsteuerung gemäß der dritten Ausführungsform wird die Steifigkeit zur Zeit der Herstellung als ein Referenzwert gesetzt und eine langfristige Veränderung der Steifigkeit einer Maschine wird überwacht, so dass es möglich ist, einen Inspektionszeitpunkt der Maschine vorauszusagen. 6 zeigt beispielhaft ein Schaubild, welches eine langfristige Veränderung der Steifigkeit einer Maschine anzeigt. In 6 zeigen schwarze Kreise an, dass die Maschinensteifigkeit höher ist als ein Niveau, unter dem eine Inspektion erforderlich ist, d. h. die Maschinensteifigkeit ist ausreichend. Ein weißer Kreis zeigt andererseits an, dass die Maschinensteifigkeit nicht höher als das Niveau ist, unter dem eine Inspektion erforderlich ist, d. h. die Maschinensteifigkeit ist nicht ausreichend. In dem Beispiel, das in 6 veranschaulicht ist, ist zu erkennen, dass innerhalb von zwei Jahren nach der Herstellung kein Steifigkeitsrückgang auftritt, aber die Maschinensteifigkeit zeigt eine Verringerungstendenz nach drei Jahren. Nach fünf Jahren erreicht der Steifigkeitsrückgang etwa auf dem Niveau, unter dem eine Inspektion erforderlich ist.
Typischerweise wird die Inspektion einer Werkzeugmaschine als eine Produktionsanlage nicht nur zu einem festgelegten Zeitpunkt durchgeführt. Gemäß der Servomotorsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Verringerungstendenzkurve (oder eine Gerade) angewendet, so dass es möglich ist vorauszusagen, dass eine Inspektion sechs Jahre nach der Herstellung erforderlich ist. Insbesondere ist es möglich, an dem Zeitpunkt nach vier Jahren einen Inspektionszeitpunkt vorauszusagen, ohne auf die Steifigkeitsmessung nach fünf Jahren zu warten. Vorzugsweise kann die mechanische Steifigkeit zum Messzeitpunkt garantiert werden. Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Servomotorsteuerung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine Maschine in einem perfekten Zustand zu messen und einen Inspektionszeitpunkt vorauszusagen, ohne einzelne mechanische Teile auseinanderzubauen.
Als Nächstes wird detailliert ein Schätzverfahren für einen Inspektionszeitpunkt beschrieben. Wenn zum Beispiel die mechanische Steifigkeit aufgrund einer langfristigen Veränderung um 8% niedriger als ein Referenzwert geworden ist (das 0,92-fache des Referenzwerts), wird in Betracht gezogen, eine „Inspektionszeitmeldung” vorzunehmen. In diesem Fall kann eine Resonanz-Winkelfrequenz ω_n', die als Referenzwert für die Meldung eines Inspektionszeitpunkts verwendet wird, unter Verwendung der folgenden Gleichung 4 berechnet werden.
Entsprechend versteht es sich, dass es ausreichend ist, wenn die Inspektionszeitmeldung erfolgt, wenn die Resonanz-Winkelfrequenz um 4% verringert worden ist.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf den Ablaufplan, der in 7 veranschaulicht ist, ein Betriebsverfahren der Servomotorsteuerung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da die Schritte S301 bis S307 in dem Ablaufplan, der in 7 veranschaulicht ist, den Schritten S101 bis S107 in dem Ablaufplan für die Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform ähneln, der in 3 veranschaulicht ist, wird eine detaillierte Beschreibung dieser weggelassen.
Im Schritt S308 bestimmt die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9, ob eine Verringerungstendenz der in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 gespeicherten Resonanzfrequenz vorliegt. Wenn die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 bestimmt, dass keine Verringerungstendenz der Resonanzfrequenz vorliegt, kehrt das Verfahren zum Schritt S301 zurück und die Erfassung der Resonanzfrequenz wird erneut durchgeführt, nachdem eine vorgegebene Zeitperiode abgelaufen ist. Dann wird ein Verlauf von Resonanzfrequenzen in jeder Messung gespeichert.
Wenn andererseits die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 bestimmt, dass die Verringerungstendenz der Resonanzfrequenz vorliegt, erfasst die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 im Schritt S309 eine Verringerungstendenz der mechanischen Steifigkeit.
Als Nächstes zeigt, wenn eine später zu beschreibende Steifigkeitsschwankungs-Meldungseinheit bereitgestellt worden ist, die Steifigkeitsschwankungs-Meldungseinheit im Schritt S310 die Notwendigkeit einer Maschineninspektion oder eine Voraussage eines Inspektionszeitpunkts an.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der Servomotorsteuerung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verlauf von Resonanzfrequenzen in jeder Messung gespeichert und anhand des Verlaufs wird eine Schwankungstendenz der Resonanzfrequenzen überwacht. Wenn zum Beispiel angenommen wird, dass für eine Werkzeugmaschine periodisch eine automatische Filtereinstellung durchgeführt wird, ist es möglich, anhand des Verlaufs der Resonanzfrequenzen die Zeit und das Ausmaß (Hz) zu verfolgen für welche/um welches eine mechanische Resonanz variiert hat. Mit anderen Worten, es ist möglich, eine Tendenz eines Steifigkeitsrückgangs zu untersuchen (eine Geschwindigkeit zu untersuchen, mit welcher sich die mechanische Steifigkeit alterungsbedingt verringert).
[Vierte Ausführungsform]
Als Nächstes wird eine Servomotorsteuerung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Servomotorsteuerung gemäß der vierten Ausführungsform weist eine ähnliche Konfiguration wie die Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform auf, die in 1 veranschaulicht ist. Die Servomotorsteuerung gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 die in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 gespeicherte Resonanzfrequenz mit einer Referenz-Resonanzfrequenz vergleicht, um dadurch eine Veränderung der Steifigkeit einer Maschine zu erfassen, die Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 einen Verlauf von Resonanzfrequenzen in jeder Messung speichert und die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 die in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 gespeicherte Resonanzfrequenz mit dem Verlauf der Resonanzfrequenzen vergleicht, um dadurch eine Verringerungstendenz der Steifigkeit einer Maschine zu erfassen. Da andere Konfigurationen der Servomotorsteuerung gemäß der vierten Ausführungsform jenen der Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform ähneln, wird eine detaillierte Beschreibung dieser weggelassen.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf den Ablaufplan, der in 8 veranschaulicht ist, ein Betriebsverfahren der Servomotorsteuerung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da die Schritte S401 bis S407 in dem Ablaufplan, der in 8 veranschaulicht ist, den Schritten S101 bis S107 in dem Ablaufplan für die Servomotorsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform ähneln, der in 3 veranschaulicht ist, wird eine detaillierte Beschreibung dieser weggelassen.
Im Schritt S408 bestimmt die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9, ob die in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 gespeicherte Resonanzfrequenz niedriger als eine Referenz-Resonanzfrequenz ist.
Wenn die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 bestimmt, dass die Resonanzfrequenz niedriger als die Referenz-Resonanzfrequenz ist, erfasst die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 im Schritt S409 die Verringerung der mechanischen Steifigkeit.
Als Nächstes zeigt, wenn eine später zu beschreibende Steifigkeitsschwankungs-Meldungseinheit bereitgestellt worden ist, die Steifigkeitsschwankungs-Meldungseinheit im Schritt S412 die Notwendigkeit einer Maschineninspektion an.
Wenn andererseits die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 bestimmt, dass die Resonanzfrequenz nicht niedriger als die Referenz-Resonanzfrequenz ist, bestimmt die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 im Schritt S410, ob eine Verringerungstendenz der in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit 7 gespeicherten Resonanzfrequenz vorliegt. Wenn die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 bestimmt, dass keine Verringerungstendenz der Resonanzfrequenz vorliegt, kehrt das Verfahren zum Schritt S401 zurück und die Erfassung der Resonanzfrequenz wird erneut durchgeführt.
Wenn andererseits die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 bestimmt, dass die Verringerungstendenz der Resonanzfrequenz vorliegt, erfasst die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 eine Verringerungstendenz der mechanischen Steifigkeit.
Als Nächstes zeigt, wenn die später zu beschreibende Steifigkeitsschwankungs-Meldungseinheit bereitgestellt worden ist, die Steifigkeitsschwankungs-Meldungseinheit im Schritt S412 die Notwendigkeit der Maschineninspektion oder eine Voraussage eines Inspektionszeitpunkts an.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der Servomotorsteuerung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Referenzwert der Resonanzfrequenz mit einem tatsächlich gemessenen Wert verglichen, so dass es möglich ist, eine Abweichung von dem Referenzwert zu messen und eine Inspektion einer Komponentenbaugruppe durchzuführen. Zum Beispiel wird im Fall der Herstellung von 10 gleichen Werkzeugmaschinen ein Messergebnis einer ersten Maschine als ein Referenzwert verwendet, so dass es möglich ist, eine Steifigkeitsabweichung in Bezug auf die anderen neun Maschinen in einem Herstellungsverfahren zu erkennen und zu handhaben und somit eine Qualitätsverbesserung zu erreichen. Überdies ein Verlauf von Resonanzfrequenzen in jeder Messung gespeichert und anhand des Verlaufs wird eine Schwankungstendenz der Resonanzfrequenzen überwacht. Wenn zum Beispiel angenommen wird, dass für eine Werkzeugmaschine periodisch eine automatische Filtereinstellung durchgeführt wird, ist es möglich, anhand des Verlaufs der Resonanzfrequenzen die Zeit und das Ausmaß (Hz) zu verfolgen für welche/um welches eine mechanische Resonanz variiert hat. Mit anderen Worten, es ist möglich, eine Tendenz eines Steifigkeitsrückgangs zu untersuchen (eine Geschwindigkeit zu untersuchen, mit welcher sich die mechanische Steifigkeit alterungsbedingt verringert).
Mit anderen Worten, es ist möglich, das Vorliegen oder Nichtvorliegen der Verringerung der mechanischen Steifigkeit demnach zu erfassen, ob die Resonanzfrequenz niedriger als die Referenz-Resonanzfrequenz ist, und das Vorliegen oder Nichtvorliegen der Verringerungstendenz der mechanischen Steifigkeit zu erfassen, wenn bestimmt wird, dass die mechanische Steifigkeit nicht zurückgegangen ist. Demzufolge ist es möglich, eine zukünftige Verringerung der mechanischen Steifigkeit zu bewältigen, obwohl keine Verringerung der mechanischen Steifigkeit vorliegt.
Für die Servomotorsteuerung gemäß der vorstehenden vierten Ausführungsform ist das Beispiel beschrieben worden, bei welchem bestimmt wird, ob die Resonanzfrequenz niedriger als die Referenz-Resonanzfrequenz ist, und dann bestimmt wird, ob die Verringerungstendenz der Resonanzfrequenz vorliegt; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Mit anderen Worten, es kann das Vorliegen oder Nichtvorliegen der Verringerungstendenz der Resonanzfrequenz bestimmt werden und dann kann bestimmt werden, ob die Resonanzfrequenz niedriger als die Referenz-Resonanzfrequenz ist. In diesem Fall ist es möglich, den Schritt des Vergleichens der Resonanzfrequenz mit der Referenz-Resonanzfrequenz wegzulassen, da es möglich ist zu bestätigen, dass keine Verringerungstendenz der mechanischen Steifigkeit vorliegt.
[Ausführungsform 5]
Als Nächstes wird eine Servomotorsteuerung gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 9 veranschaulicht ein Konfigurationsdiagramm einer Servomotorsteuerung gemäß der Ausführungsform 5. Eine Servomotorsteuerung 102 gemäß der Ausführungsform 5 unterscheidet sich von der Servomotorsteuerung 101 gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass die Servomotorsteuerung 102 ferner eine Steifigkeitsschwankungs-Meldungseinheit 11 umfasst, welche die Inspektion von Teilen einer Werkzeugmaschine oder der gesamten Werkzeugmaschine meldet oder einen Inspektionszeitpunkt voraussagt, wenn die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit 9 eine Verringerung von einem Referenzwert der mechanischen Steifigkeit oder eine Verringerungstendenz in einem zu speichernden Verlauf der Steifigkeitsmessung erfasst hat. Da andere Konfigurationen der Servomotorsteuerung 102 gemäß der Ausführungsform 5 jenen der Servomotorsteuerung 101 (vgl. 1) gemäß der ersten Ausführungsform ähneln, wird eine detaillierte Beschreibung dieser weggelassen.
Gemäß der Servomotorsteuerung gemäß der Ausführungsform 5 kann der Bediener selbst auf der Basis einer individuellen Differenz oder einer langfristigen Veränderung der Steifigkeit in einem nicht auseinandergebauten Zustand die Notwendigkeit einer Inspektion zum Untersuchen der Montagefestigkeit von mechanischen Teilen oder einen Inspektionszeitpunkt dafür voraussagen. Wenn zur Zeit der Herstellung eine signifikante Abweichung der Steifigkeit vorliegt, kann, da die Notwendigkeit einer Inspektion durch Vergleich eines gemessenen Werts einer Resonanzfrequenz mit dem Referenzwert schnell bestimmt werden kann, dies beim Qualitätsmanagement verwendet werden. Wenn eine langfristige Veränderung signifikant ist, ist es möglich, einen Inspektionszeitpunkt für Teile vorab vorauszusagen, was zur Verbesserung eines Verhältnisses der betrieblichen Aufwendungen zum Ertrag der Maschine führt.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß den Servomotorsteuerungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, eine Steifigkeitsschwankung in einem Herstellungsverfahren durch Vergleich einer Resonanzfrequenz mit einem Referenzwert zur Zeit des Zusammenbaus einer Maschine zu messen und ferner eine langfristige Veränderung der mechanischen Steifigkeit durch regelmäßige Messung nach der Auslieferung der Maschine zu überwachen. Ferner kann eine Steifigkeitsmessung ohne Auseinanderbauen der Maschine durchgeführt werden und es ist eine Selbstvoraussage eines Wartungszeitpunkts möglich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Servomotorsteuerung bereitzustellen, welche für eine umfassende Inspektionstechnologie sorgen kann, welche eine Wartungsinspektionsvoraussage einer Maschine ohne Zerstören und Auseinanderbauen sowie ein einfache Stabilisierung eines Servosteuerungssystems ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-23834 A [0004]

Claims

Steuerung, welche einen Servomotor zum Antreiben einer Werkzeugmaschine steuert, umfassend: eine Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit (1), welche dafür konfiguriert ist, einen Geschwindigkeitsbefehlswert des Servomotors zu erzeugen; eine Geschwindigkeitserfassungseinheit (2), welche dafür konfiguriert ist, eine Geschwindigkeit des Servomotors zu erfassen; eine Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit (3), welche dafür konfiguriert ist, auf der Basis des Geschwindigkeitsbefehlswerts und der erfassten Geschwindigkeit einen Drehmomentbefehlswert des Servomotors zu erzeugen; eine Sinuswellen-Erzeugungseinheit (4), welche dafür konfiguriert ist, eine sinusförmige Störwelle zu erzeugen; eine Frequenzantwort-Berechnungseinheit (5), welche dafür konfiguriert ist, den von der Sinuswellen-Erzeugungseinheit erzeugten sinusförmigen Störwert zu dem Geschwindigkeitsbefehlswert zu addieren, wodurch auf der Basis einer Ausgabe aus der Geschwindigkeitsregelschleife eine Frequenzantwort berechnet wird, wenn der sinusförmige Störwert in die Geschwindigkeitsregelschleife eingegeben worden ist, welche die Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit und die Geschwindigkeitserfassungseinheit umfasst; eine Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit (6), welche dafür konfiguriert ist, eine Resonanzfrequenz zu erfassen, welche eine Frequenz ist, bei welcher eine Verstärkung der berechneten Frequenzantwort maximiert ist; eine Resonanzfrequenz-Speichereinheit (7), welche dafür konfiguriert ist, die von der Resonanzfrequenz-Erfassungseinheit erfasste Resonanzfrequenz zu speichern; mindestens ein Filter (8), welches dafür konfiguriert ist, eine spezielle Frequenzbandkomponente zu dämpfen, die in dem Drehmomentbefehlswert enthalten ist; und eine Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit (9), welche dafür konfiguriert ist, die Steifigkeit einer Werkzeugmaschine auf der Basis der in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit gespeicherten Resonanzfrequenz zu messen und das Filter in Bezug auf die Resonanzfrequenz einzustellen.
Servomotorsteuerung nach Anspruch 1, wobei die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit (9) eine Veränderung der Steifigkeit der Maschine durch Vergleichen der in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit gespeicherten Resonanzfrequenz mit einer Referenz-Resonanzfrequenz erfasst.
Servomotorsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Resonanzfrequenz-Speichereinheit (7) einen Verlauf von Resonanzfrequenzen in jeder Messung speichert und wobei die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit (9) eine Verringerungstendenz der Steifigkeit der Maschine durch Vergleichen der in der Resonanzfrequenz-Speichereinheit gespeicherten Resonanzfrequenz mit dem Verlauf der Resonanzfrequenzen erfasst.
Servomotorsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: eine Steifigkeitsschwankungs-Meldungseinheit, welche dafür konfiguriert ist, eine Inspektion von Teilen der Werkzeugmaschine oder der gesamten Werkzeugmaschine zu melden oder einen Inspektionszeitpunkt vorauszusagen, wenn die Resonanzfrequenz-Vergleichseinheit (9) eine Verringerung der mechanischen Steifigkeit von einem Referenzwert oder eine Verringerungstendenz in einem Verlauf der Steifigkeitsmessung erfasst hat.