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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Frequenzcharakteristik eines einen Motor enthaltenden Vorschubachsenantriebssystems in einer für eine Werkzeugmaschine oder ein ähnliches Werkzeug verwendeten Vorschubachsensteuerungseinheit.
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In einer Positionssteuerungseinheit oder einer Geschwindigkeitssteuerungseinheit, die eine Vorschubachse in einer Werkzeugmaschine oder einem ähnlichen Werkzeug steuert, wird im Allgemeinen eine Frequenzcharakteristik eines einen Motor enthaltenden Vorschubachsenantriebssystems gemessen und eine Maschinenresonanzcharakteristik, eine Rückmelde-Charakteristik und eine Stabilität ausgewertet, um eine Steuerungseinrichtung zu entwerfen und zu optimieren.
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Als solch ein Messverfahren offenbart beispielsweise die Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-278990 (
JP-A-2000-278990 ) ein Verfahren, das weißes Rauschen als eine Positionsanweisung oder eine Geschwindigkeitsanweisung bereitstellt, um eine Steuerungscharakteristik bereitzustellen.
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Die Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-175303 (
JP-A-2001-175303 ) offenbart ein Verfahren, das eine Geschwindigkeitsrückmeldung von einer Rückmeldeschleife eines Geschwindigkeitssteuerungssystems auskoppelt und weißes Rauschen als eine Geschwindigkeitsanweisung bereitstellt, um eine Geschwindigkeitssteuerungscharakteristik zu messen, und dann eine Geschwindigkeitssteuerungsverstärkung verändert.
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Darüber hinaus offenbart die Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-221404 (
JP-A-2006-221404 ) ein Verfahren, das ein Sinuswellen-Signal und ein Maximalfolgen-(M-Sequenz-)Signal in einem Steuerungseingang überlagert, um eine Steuerungsfrequenzcharakteristik und eine Regelungsfrequenzcharakteristik zu messen.
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Andererseits ist bekannt, dass ein durch eine elastische Deformation oder einen ähnlichen Faktor verursachter Totgang in das Vorschubachsenantriebssystem hineinspielt. Die Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-258922 (
JP-A-2002-258922 ) offenbart ein Verfahren, das sich auf die Tatsache fokussiert, dass die Totgangcharakteristik eine ”nicht-lineare Federcharakteristik” hat, bei der eine Steifigkeit niedrig ist, wenn die Reibungskraft klein ist, und die Steifigkeit hoch ist, wenn die Reibungskraft hoch ist, um diese zu kompensieren.
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Jedoch messen die Erfindungen in
JP-A-2000-278990 ,
JP-A-2001-175303 und
JP-A-2006-221404 die Frequenzcharakteristik durch Wobbeln des weißen Rauschens und des Maximalfolgen-(M-Sequenz-)Signals, deren Auslenkung klein ist, und somit haben sie das Problem, dass infolge der Reibung und des Totgangs, die auf das Antriebssystem wirken, ein ausreichender Ausgang als gesteuerte Variable nicht erhalten werden kann, um, verglichen mit einem wahren Wert, eine Verstärkungscharakteristik der Frequenzcharakteristik zu verringern. Folglich kann eine genaue Messung nicht ausgeführt werden.
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Speziell ist es, wenn, wie in der Erfindung von
JP-A-2006-221404 , das Sinuswellensignal wobbelt, nötig, in einem Bereich von allen zu messenden Frequenzen mit einer Sinuswelle anzuregen. Dementsprechend gibt es Probleme, dass es eine längere Zeit braucht, um zu messen, und wegen eines Andauerns der Anregung mit der Sinuswelle, die eine minimale Amplitude hat, laufen Fett und Schmieröl an einer Lagerung und einem Führungsteil aus, was ein Entstehen von Fressen verursacht.
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Andererseits wertet die Erfindung in
JP-A-2002-258922 nicht jede von einer Federcharakteristik mit geringer Steifigkeit, die in einer Frequenzdomäne innerhalb eines Verschiebungsbereichs des Totgangs gefunden wird, und einer Federcharakteristik mit einer hohen Steifigkeit, die aus dem Auslenkungsbereich des Totgangs gefunden wird, aus. Dementsprechend gibt es ein solches Problem, dass die Resonanzcharakteristik und die Stabilität nicht in Betracht gezogen werden können, und somit eine Regelungseinrichtung nicht optimiert werden kann.
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Daher wurde die vorliegende Erfindung hinsichtlich der oben-beschriebenen Probleme getätigt, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Frequenzcharakteristik-Messverfahren in einer Vorschubachsensteuerungseinheit bereitzustellen, die eine genaue Frequenzcharakteristik-Messung sicherstellt, ohne das Fressen zu erzeugen, und ohne von der Reibung und dem Totgang, die in dem Antriebssystem wirken, beeinflusst zu werden.
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, wird ein Verfahren zum Messen einer Frequenzcharakteristik in einer Vorschubachsensteuerungseinheit gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt. Die Vorschubachsensteuerungseinheit kann konfiguriert sein, einen Motor entsprechend einem Geschwindigkeitsanweisungswert anzutreiben, um eine Geschwindigkeit oder eine Position eines beweglichen Abschnitts eines angetriebenen Körpers zu steuern. Der Geschwindigkeitsanweisungswert kann einen Referenzgeschwindigkeitswert von einem Hauptrechner oder einem Geschwindigkeitsanweisungsrechner, und ein Wobbelsignal, das gewobbelt wird, um die Frequenzcharakteristik zu messen, enthalten. Das Verfahren kann ein Bewegen der Vorschubachse in einer Richtung durch Anweisen des Geschwindigkeitsreferenzwerts, bei dem eine Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse konstant ist, ein Anregen durch Bereitstellen einer Sinuswelle, die eine Amplitude hat, die geringer als die Größe des Geschwindigkeitsreferenzwerts ist, für das Wobbelsignal, und ein Messen der Frequenzcharakteristik eines den Motor enthaltenden Vorschubachsenantriebssystems enthalten.
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Das Verfahren zum Messen einer Frequenzcharakteristik in der Vorschubachsensteuerungseinheit gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung kann in der Konfiguration des ersten Aspekts ein Berechnen eines Frequenzspektrums eines Eingangs- und Ausgangssignals einer zu messenden Übertragungscharakteristik und ein Berechnen der Übertragungscharakteristik bei der Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs enthalten. Das Berechnen des Frequenzspektrums kann ein Wiederabtasten des Eingangs- und Ausgangssignals bei einer Abtastfrequenz mit einem ganzzahligen Vielfachen der Wobbelfrequenz enthalten, um stabile Rückmeldedaten von zumindest einem Zyklus von dem Eingangs- und Ausgangssignal auszuschneiden, und das Frequenzspektrum bezüglich der in den ausgeschnittenen stabilen Rückmeldedaten enthaltenen Wobbelfrequenz zu berechnen, um eine Amplitudendämpfung der Frequenzcharakteristik aufgrund des Wiederabtastens zu korrigieren.
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, wird ein Verfahren zum Messen einer Frequenzcharakteristik in einer Vorschubachsensteuerungseinheit gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung bereitgestellt. Die Vorschubachsensteuerungseinheit kann konfiguriert sein, einen Motor in Übereinstimmung mit einem Geschwindigkeitsanweisungswert anzutreiben, um eine Geschwindigkeit oder eine Position eines beweglichen Abschnitts eines angetriebenen Körpers zu steuern. Der Geschwindigkeitsanweisungswert kann einen Geschwindigkeitsreferenzwert von einem Hauptrechner oder einem Geschwindigkeitsanweisungsrechner und ein Wobbelsignal, das gewobbelt wird, um die Frequenzcharakteristik zu messen, enthalten. Das Verfahren kann ein Bewegen der Vorschubachse in einer Richtung durch Anweisen des Geschwindigkeitsreferenzwerts, bei dem eine Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse konstant ist, ein Anregen durch Bereitstellen einer Sinuswelle, die eine vorbestimmte Amplitude hat, für das Wobbelsignal, und ein Messen der Frequenzcharakteristik eines den Motor enthaltenden Vorschubachsenantriebssystems enthalten. Ferner kann das Verfahren ein Einstellen der Amplitude der Sinuswelle auf einen Wert enthalten, der kleiner als ein Produkt eines Verhältnisses des Umfangs eines Kreises zu seinem Durchmesser ist, einer Frequenz der zu wobbelnden Sinuswelle und eines Ausmaßes eines Totgangs des Vorschubachsenantriebssystems enthalten. Das Verfahren kann auch ein Einstellen einer Größe des Geschwindigkeitsreferenzwerts, um kleiner als die Amplitude der Sinuswelle zu sein, enthalten. Das Messen kann ein Berechnen eines Frequenzspektrums eines Eingangs- und Ausgangssignals einer zu messenden Übertragungscharakteristik, und ein Berechnen der Übertragungscharakteristik bei der Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs enthalten. Die Frequenzspektrum-Berechnung kann ein Wiederabtasten des Eingangs- und Ausgangssignals bei einer Abtastfrequenz von einem ganzzahligen Vielfachen der Wobbelfrequenz, um stabile Rückmeldedaten von zumindest einem Zyklus von dem Eingangs- und Ausgangssignal auszuschneiden, und ein Berechnen des Frequenzspektrums bezüglich der Wobbelfrequenz, die in den ausgeschnittenen stabilen Rückmeldedaten enthalten sind, enthalten, um die Amplitudendämpfung der Frequenzcharakteristik aufgrund des Wiederabtastens zu korrigieren.
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Mit dem Verfahren zum Messen einer Frequenzcharakteristik in der Vorschubachsensteuerungseinheit gemäß der Erfindung wird durch ein Ausführen eines Bewegens der Vorschubachse in einer Richtung durch Anweisen des Geschwindigkeitsreferenzwerts, bei dem die Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse konstant ist, durch ein Anregen durch Bereitstellen der Sinuswelle, die die vorbestimmte Amplitude hat, für das Wobbelsignal, und durch ein Messen der Frequenzcharakteristik des den Motor enthaltenden Vorschubachsenantriebssystems selbst, während die Sinuswelle durch das Wobbelsignal angeregt wird, das Vorschubachsenantriebssystem ununterbrochen in der einen Richtung bewegt. Dementsprechend gibt es keinen Grund, sich Sorgen zu machen, dass das Fett und das Schmieröl an dem Lager und dem Führungsteil auslaufen, was ein Erzeugen des Fressens verursacht. Zusätzlich kann der Einfluss der Reibung und des Totgangs, die die gesteuerte Variable durch beispielsweise Umkehren der Bewegungsrichtung verringern, eliminiert werden, um die genaue Frequenzcharakteristik-Messung sicherzustellen.
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Speziell mit dem Verfahren zum Messen der Frequenzcharakteristik in der Vorschubachsensteuerungseinheit gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung enthält das Messen, zusätzlich zu dem oben beschriebenen Effekt, das Berechnen des Frequenzspektrums und das Berechnen der Übertragungscharakteristik bei der Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs. Bei dem Berechnen des Frequenzspektrums wird das Eingangs- und Ausgangssignals mit einer Abtastfrequenz mit dem ganzzahligen Vielfachen der Wobbelfrequenz wieder abgetastet, um stabile Rückmeldedaten von zumindest einem Zyklus von dem Eingangs- und Ausgangssignal auszuschneiden, und das Frequenzspektrum bezüglich der Wobbelfrequenz, die in den ausgeschnittenen stabilen Rückmeldedaten enthalten ist, berechnet, um die Amplitudendämpfung der Frequenzcharakteristik aufgrund des Wiederabtastens zu korrigieren. In der obigen Weise wird eine Zeitdauer, die für die Sinuswellen-Anregung bei jeder Frequenzkomponente nötigt ist, auf eine Periode einer Ein-Zyklus-Sinuswelle in einem stabilen Zustand, und eine Periode in einem vorübergehenden Zustand, bis sich der stabile Zustand einstellt, begrenzt, was sehr kurz ist. Dementsprechend wird die Zeitdauer, die für ein Messen der Frequenzcharakteristik erforderlich ist, minimiert, und eine Gefahr, dass das Fett und das Schmieröl an dem Lager und dem Führungsteil auslaufen, was zu dem Fressen führt, wird unterdrückt.
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Speziell bei dem Verfahren zum Messen einer Frequenzcharakteristik in der Vorschubachsensteuerungseinheit gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung werden, zusätzlich zu dem oben-beschriebenen Effekt, die Amplitude der Sinuswelle auf einen Wert, der kleiner als das Produkt des Verhältnisses des Umfangs eines Kreises zu seinem Durchmesser ist, die Frequenz der zu wobbelnden Sinuswelle, und die Größe des Totgangs des Vorschubachsenantriebssystems eingestellt, und die Größe des Geschwindigkeitsreferenzwerts wird eingestellt, kleiner als die Amplitude der Sinuswelle zu sein. In der obigen Weise wird die Frequenzcharakteristik, die sich auf die Federcharakteristik bei der geringen Steifigkeit in der nicht-linearen Federcharakteristik, die den Totgang angibt, fokussiert, gemessen.
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1 ist ein Blockdiagramm einer Vorschubachsensteuerungseinheit, die eine Geschwindigkeitssteuerung ausführt.
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2 ist ein Blockdiagramm einer Vorschubachsensteuerungseinheit, die eine Positionssteuerung ausführt.
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3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Frequenzcharakteristik-Messverfahren gemäß einer Ausführungsform 1 darstellt.
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4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Frequenzcharakteristik-Messverfahren gemäß einer Ausführungsform 2 darstellt.
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5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Frequenzcharakteristik-Messverfahren gemäß einer Ausführungsform 3 darstellt.
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Das Folgende beschreibt Ausführungsformen der Erfindung basierend auf den Zeichnungen.
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1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Vorschubachsensteuerungseinheit darstellt, die eine Geschwindigkeitssteuerung ausführt. In 1 berechnet ein Subtraktionsglied 1 eine Geschwindigkeitsabweichung Vdif aus einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsanweisungswert Vc und einem Geschwindigkeitserfassungswert Vd, der durch Differenzieren eines Positionserfassungswerts Pd eines an einem Motor (einem Servomotor ein einer Werkzeugmaschine) oder einem angetriebenen Körper (beispielsweise eines Bearbeitungstischs an der Werkzeugmaschine) innerhalb einer Zielanlage (beispielsweise der Werkzeugmaschine) 3 installierten Positionsdetektors erhalten wird, oder die Geschwindigkeitsabweichung Vdif aus einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsanweisungswert Vc und einem Geschwindigkeitserfassungswert Vd, der direkt von einem an dem Motor und/oder dem angetriebenen Körper innerhalb der Zielanlags 3 installierten Geschwindigkeitsdetektor erhalten wird.
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Die berechnete Geschwindigkeitsabweichung Vdif wird in einem Drehmomentanweisungsrechner 2 verstärkt, um ein Drehmomentanweisungswert Tc zu sein. Die Zielanlage 3 erzeugt in dem Motor innerhalb der Zielanlage 3 ein Drehmoment, das äquivalent zu dem Drehmomentanweisungswert Tc ist, um den innerhalb der Zielanlage 3 angeordneten angetriebenen Körper, beispielsweise über eine Kugelumlaufspindel, anzutreiben.
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Der Geschwindigkeitsanweisungswert Vc wird so berechnet, dass ein Geschwindigkeitsreferenzwert Vref, der von einem Hauptrechner (einer NC-Einrichtung in der Werkzeugmaschine) (nicht dargestellt) angewiesen wird, in einem Addierglied 4 zu einem Wobbelsignal Vadd, das zum Messen einer Frequenz-Charakteristik gewobbelt wird, addiert wird.
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Andererseits kann eine Steuerungskonfiguration zum Ausführen der Erfindung eine Vorschubachsensteuerungseinheit sein, die eine wie in 2 dargestellte Positionssteuerung ausführt.
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Ein in 2 dargestelltes Subtraktionsglied 5 berechnet eine Differenz zwischen einem von einem Hauptrechner (nicht dargestellt) angewiesenen Positionsanweisungswert Pc und einem Positionserfassungswert Pd, der direkt von dem in dem Motor oder dem angetriebenen Körper innerhalb der Zielanlage 3 installierten Positionsdetektor erhalten wird, oder berechnet eine Differenz zwischen dem von einem Hauptrechner angewiesenen Positionsanweisungswert Pc und dem Positionserfassungswert Pd, der durch Integrieren des Geschwindigkeitserfassungswerts Vd des in dem Motor oder dem angetriebenen Körper innerhalb der Zielanlage 3 installierten Geschwindigkeitsdetektors erhalten wird.
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Der von dem Subtraktionsglied 5 ausgegebene Wert wird in dem Geschwindigkeitsanweisungsrechner 6 verstärkt, um in einem Addierglied 8 zu einer Vorschubgeschwindigkeit addiert zu werden. Die Vorschubgeschwindigkeit wird durch Differenzieren des Positionsanweisungswerts Pc in einem Differentiationsglied 7 erhalten. Der addierte Wert wird als ein Geschwindigkeitsreferenzwert Vref definiert. Der Rest der Konfiguration ist gleich der in 1.
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Hier können, unter Berücksichtigung von Übertragungscharakteristika von der Geschwindigkeitsabweichung Vdif und dem Geschwindigkeitsanweisungswert Vc zu dem Geschwindigkeitserfassungswert Vd, die jeweiligen Übertragungscharakteristika in den folgenden Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt werden. Vd/Vdif = Cv·P (1) Vd/Vc = Cv·P/(1 + Cv·P) (2)
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Der oben beschriebene Ausdruck (1) bedeutet, dass eine Steuerungsübertragungscharakteristik eines Geschwindigkeitssteuerungssystems: Cv·P aus einem Frequenzspektrum der Geschwindigkeitsabweichung Vdif und einem Frequenzspektrum des Geschwindigkeitserfassungswerts Vd berechnet werden kann.
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In gleicher Weise bedeutet der oben beschriebene Ausdruck (2), dass eine Regelungsübertragungscharakteristik des Geschwindigkeitssteuerungssystems: Cv·P/(1 + Cv·P) aus einem Frequenzspektrum des Geschwindigkeitsanweisungswerts Vc und dem Frequenzspektrum des Geschwindigkeitserfassungswerts Vd berechnet werden kann. Um diese Übertragungscharakteristika zu erhalten, kann ein Sinuswellen-Signal als das Wobbelsignal Vadd bereitgestellt werden.
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Das Folgende beschreibt ein Verfahren, das die Frequenzcharakteristik in der oben beschriebenen Vorschubachsensteuerungseinheit genau misst, ohne ein Fressen zu erzeugen, und ohne durch Reibung und Totgang, die in dem Antriebssystem wirken, beeinflusst zu sein.
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3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine erste Ausführungsform in einem Frequenzcharakteristik-Messverfahrens der Erfindung darstellt.
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Zunächst wird in Schritt 1A der Geschwindigkeitsreferenzwert Vref so bereitgestellt, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit einer Vorschubachse konstant ist. Der Geschwindigkeitsreferenzwert Vref wird in einem Fall der Konfiguration in 1 direkt von dem Hauptrechner bereitgestellt und ist äquivalent zu einem Differenzialwert des Positionsanweisungswerts PC, der in einem Fall der Konfiguration in 2 von dem Hauptrechner angewiesen wird. Somit entspricht Schritt 1A beispielsweise einem Bereitstellen einer F-Anweisung in der Vorschubachse der Werkzeugmaschine durch beispielsweise ein NC-Programm. Der Schritt 1A wird ein Bewegungsschritt sein.
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Als nächstes wird, nach einem Einstellen einer Amplitude so, dass die Amplitude kleiner als eine Größe des Geschwindigkeitsreferenzwerts Vref ist, im Schritt 2A, für die für das Wobbelsignal Vadd bereitgestellte Sinuswelle, die Frequenz der zu wobbelnden Sinuswelle in Übereinstimmung mit einem Frequenzbereich der zu messenden Frequenzcharakteristik in Schritt 3 bestimmt. Dann wird die Sinuswelle, die die eingestellte Amplitude und die bestimmte Frequenz hat, in Schritt 4 für das Wobbelsignal Vadd bereitgestellt. Das heißt, dass die Vorschubachse mit der Sinuswelle, die die Amplitude hat, die geringer als der Geschwindigkeitsreferenzwert Vref ist, angeregt wird, während die Vorschubachse mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird. Die Schritte 2A bis 4 werden ein Anregungsschritt sein.
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Als nächstes wird in Schritt 5 ein Frequenzspektrum eines Eingangs- und Ausgangssignals der zu messenden Übertragungscharakteristik berechnet. Das bedeutet beispielsweise, dass, wenn die Regelungsübertragungscharakteristik des Geschwindigkeitssteuerungssystems gemessen wird, jedes der Frequenzspektren des Geschwindigkeitsanweisungswerts Vc als das Eingangssignal und das Frequenzspektrum des Geschwindigkeitserfassungswerts Vd als das Ausgangssignal berechnet wird. Der Schritt 5 wird ein Frequenzspektrum-Berechnungsschritt in dem Messschritt sein.
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Als ein Verfahren zum Berechnen des Frequenzspektrums ist FFT (schnelle Fourier-Transformation) gut bekannt. Jedoch ist das Verfahren zum Berechnen des Frequenzspektrums nicht darauf beschränkt. Ist die durch das Wobbelsignal Vadd angeregte Frequenz bereits bekannt, kann somit beispielsweise ein Verfahren, das nur das Spektrum einer einzelnen Frequenz mit einem Verfahren wie etwa DFT (diskrete Fourier-Transformation) möglich sein. Ferner ist unter Berücksichtigung, dass die Operation in Echtzeit durchgeführt wird, es auch möglich, eine SDFT (gleitende diskrete Fourier-Transformation) zu verwenden.
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Dann wird, beispielsweise basierend auf dem Ausdruck (1) und dem Ausdruck (2), die Übertragungscharakteristik bei der Frequenz der gewobbelten Sinuswelle in Schritt 6 berechnet. Innerhalb des Frequenzbereichs der zu messenden Übertragungscharakteristik wird die Verarbeitung von Schritt 3 bis Schritt 6 wiederholt, bis die Messung von all den Frequenzen innerhalb des zu messenden Frequenzbereichs fertiggestellt wurde, während die Frequenz der anzuregenden Sinuswelle verändert wird, um die Messung der Übertragungscharakteristik sicherzustellen. Die Prozedur von Schritt 6 bis alle Frequenzmessungen fertiggestellt sind, wird ein Frequenzmessschritt in dem Messschritt sein.
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Somit wird mit dem Frequenzcharakteristik-Messverfahren gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 1 durch Ausführen des Bewegungsschritts (Schritt 1A), der den Geschwindigkeitsreferenzwert Vref so anweist, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubachse konstant ist, um die Vorschubachse in einer Richtung zu bewegen, des Erregungsschritts (Schritt 2A bis Schritt 4), der, um zu erregen, die Sinuswelle, die eine Amplitude hat, die geringer als die Größe des Geschwindigkeitsreferenzwerts Vref ist, für das Wobbelsignal Vadd bereitstellt, und des Messschritts (von Schritt 5 bis zum Abschluss aller Frequenz-Messungen), der die Frequenzcharakteristik des den Motor enthaltenden Vorschubachsenantriebssystems misst, das Vorschubachsenantriebssystem ununterbrochen in der einen Richtung bewegt, selbst während die Sinuswelle durch das Wobbelsignal Vadd angeregt wird. Dementsprechend ist nicht zu befürchten, dass das Fett und das Schmieröl aus dem Lager und dem Führungsteil t ausläuft, was ein Erzeugen des Fressens verursacht. Zusätzlich können der Einfluss der Reibung und des Totgangs, die die gesteuerte Variable durch beispielsweise ein Umkehren der Bewegungsrichtung verringern, eliminiert werden, um die genaue Frequenzcharakteristik-Messung sicherzustellen.
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4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine zweite Ausführungsform in dem Frequenzcharakteristik-Messverfahren der Erfindung darstellt, und das einen verbesserten Schritt 5 (den Frequenzspektrum-Berechnungsschritt) in der ersten Ausführungsform (3) hat. Die restlichen Schritte sind identisch mit denen der Ausführungsform 1. Somit wird nur die unterschiedliche Prozedur beschrieben.
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Nach ein Bereitstellen der Sinuswelle für das Wobbelsignal Vadd in Schritt 4 wird das Messen des Eingangs- und Ausgangssignals der zu messenden Übertragungscharakteristik im nächsten Schritt 5-1 gestartet, und dann wird in Schritt 5-2 das Wiederabtasten mit einer Abtastfrequenz mit einem ganzzahligen Vielfachen der Wobbelfrequenz ausgeführt. Jedoch ist, wenn die Messung des Eingangs- und Ausgangssignals mit der Abtastfrequenz mit dem ganzzahligen Vielfachen der Wobbelfrequenz vorausgehend gestartet wird, dieser Schritt 5-2 nicht notwendig.
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Als nächstes wird an dem Punkt, an dem eine Wiederholbarkeit bei jedem von dem Eingangs- und Ausgangssignal beobachtet wird, bestimmt, dass der Übergang von einem vorübergehenden Zustand in einen stabilen Zustand ausgeführt wurde, um in Schritt 5-3 stabile Rückmeldedaten des Eingangs- und Ausgangssignals auszuschneiden. Hier sind die zu handhabenden Daten des Eingangs- und Ausgangssignals Daten, die bei der Abtastfrequenz mit dem ganzzahligen Vielfachen der Wobbelfrequenz gesammelt wurden. Dementsprechend werden aufeinanderfolgende Zeitreihendaten durch Wiederholen der ausgeschnittenen Daten von einem Zyklus erhalten. Die zu auszuschneidenden Daten sind hier nicht auf Daten von einem Zyklus beschränkt. Die Operation der Übertragungscharakteristik ist auch durch Ausschneiden der Daten von einer Mehrzahl von Zyklen möglich. Jedoch erhöht ein Ausschneiden der Daten von einer Mehrzahl von Zyklen nur die Datenmenge und den Berechnungsaufwand und trägt nur wenig zu einer Operationsgenauigkeit bei. Dementsprechend wird es bevorzugt, dass die auszuschneiden Daten Daten von einem Zyklus sind.
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Nachfolgend wird in Schritt 5-4 das Frequenzspektrum bezüglich der Wobbelfrequenz des Eingangs- und Ausgangssignals berechnet. Da das Verfahren zum Berechnen des Frequenzspektrums, gleich dem in Schritt 5 in der ersten Ausführungsform ist, kann irgendeine von der FFT (schnellen Fourier-Transformation), der DFT (diskreten Fourier-Transformation), der SDFT (gleitenden diskreten Fourier-Transformation) und einer ähnliche Fourier-Transformation verwendet werden. Jedoch macht es die FFT erforderlich, dass die ausgeschnittenen Daten von einem Zyklus von einer Zweierpotenz sind. Somit sind die DFT oder die SDFT allgemeiner verfügbar. Um die Zeitdauer für die Operation einzusparen, wird die SDFT bevorzugt.
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Dann wird in Schritt 5-5 die Amplitudendämpfung durch Wiederabtasten korrigiert. Gewöhnlich verschwinden beim Wiederabtasten Daten einer Spitze einer Wellenform, die ursprünglich in dem Signal existierten, durch Wieder-Abtasten, um eine Amplitude der Wellenform geringfügig zu verringern. Beispielsweise werden Veränderungen bezüglich der Daten von einem Zyklus vor und nach dem Wieder-Abtasten in Schritt 5-5 verglichen, um ein Amplituden-Spektrum basierend auf diesem Veränderungsausmaß zu korrigieren.
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Somit wird das Eingangs- und Ausgangssignal bei dem Frequenzcharakteristik-Messverfahren gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 2 in dem Frequenzspektrum-Berechnungsschritt mit der Abtastfrequenz mit dem ganzzahligen Vielfachen der Wobbelfrequenz wiederabgetastet, um stabile Rückmeldedaten von zumindest einem Zyklus von dem Eingangs- und Ausgangssignal auszuschneiden, und das Frequenzspektrum bezüglich der Wobbelfrequenz, die in den ausgeschnittenen stabilen Rückmeldedaten enthalten sind, wird berechnet, um die Amplitudendämpfung der Frequenzcharakteristik aufgrund des Wiederabtastens zu korrigieren. In der obigen Weise wird die Zeitdauer, die für die Sinuswellenanregung bei jeder Frequenzkomponente erforderlich ist, auf die Sinuswellenperiode in dem stabilen Zustand von einem Zyklus und die Periode in dem vorübergehenden Zustand beschränkt bis der stabile Zustand erreicht ist, die sehr kurz ist. Dementsprechend wird die Zeitdauer, die für ein Messen der Frequenzcharakteristik erforderlich ist, minimiert, und die Gefahr, dass das Fett und das Schmieröl aus dem Lager und dem Führungsteil auslaufen, was zu dem Fressen führt, wird unterdrückt.
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5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine dritte Ausführungsform in dem Frequenzcharakteristik-Messverfahren der Erfindung zeigt, in dem Schritt 1A und Schritt 2A in der ersten Ausführungsform (3) in einen Schritt 1B und einen Schritt 2B verbessert wurden, und ferner Schritt 5 in Schritt 5-1 bis 5-5 der zweiten Ausführungsform (4) geändert wurde.
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Zunächst wird in Schritt 1B die Amplitude der dem Wobbelsignal Vadd bereitgestellten Sinuswelle bestimmt. Hier wird die Amplitude der Sinuswelle auf einen Wert eingestellt, der kleiner als ein Produkt eines Verhältnisses des Umfangs eines Kreises zu seinem Durchmesser π, einer Frequenz f der Sinuswelle und eines zu messenden Ausmaßes eines Totgangs LM des zu messenden Vorschubachsenantriebssystems ist. Dies bedeutet, dass (Sinuswellenamplitude)/2πf geringer als LM/2 ist, und (Sinuswellenamplitude)/2πf einer Amplitude eines Auslenkungsausmaßes, die durch Integrieren der Sinuswelle erhalten wird, wenn die Sinuswelle zu dem Geschwindigkeitssignal bereitgestellt wird, entspricht. Andererseits ist das Ausmaß des Totgangs LM, beispielsweise als ein Positionierungsfehler wenn die Vorschubachse von einer positiven Richtung positioniert wird und wenn die Vorschubachse von einer negativen Richtung positioniert wird, beobachtbar. Das heißt, dass die Amplitude der Sinuswelle so spezifiziert ist, dass die Auslenkung in Schritt 1B in den Bereich des Totgangs fällt wenn mit der Sinuswelle angeregt wird.
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Als nächstes wird der Geschwindigkeitsreferenzwert Vref in Schritt 2B so bereitgestellt, dass die Größe des Geschwindigkeitsreferenzwerts Vref geringer als die Amplitude der in Schritt 1B bestimmten Sinuswelle ist. Dies entspricht, gleich zu Schritt 1A, beispielsweise dem Bereitstellen der F-Anweisung in der Vorschubachse der Werkzeugmaschine durch beispielsweise das NC-Programm. Der Schritt 2B wird der Bewegungsschritt sein. Die nachfolgende Prozedur ist gleich der in der ersten Ausführungsform (3) und der zweiten Ausführungsform (4) und somit wird die Erklärung weggelassen.
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Somit werden bei dem Frequenzcharakteristik-Messverfahren gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 3 die Amplitude der Sinuswelle auf einen Wert, der kleiner als das Produkt des Verhältnisses des Umfangs eines Kreises zu seinem Durchmesser π ist, die Frequenz f der zu wobbelnden Sinuswelle und das Ausmaß des Totgangs LM des Vorschubachsenantriebssystems eingestellt, und die Größe des Geschwindigkeitsreferenzwerts Vref wird eingestellt, kleiner als die eingestellte Amplitude der Sinuswelle zu sein. Daher wird die Frequenzcharakteristik, die sich auf die Federcharakteristik bei der niedrigen Steifigkeit in der nicht-linearen Federcharakteristik, die den Totgang angibt, fokussiert, gemessen.
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Die Verfahren in den oben-beschriebenen jeweiligen Ausführungsformen sind nicht auf einen Fall beschränkt, der jedes von ihnen separat ausführt wird. Es ist auch möglich, die Frequenzcharakteristik mit einer Kombination der Verfahren in den Ausführungsformen 1 bis 3 zu messen. Wenn eine solche Kombination ausgeführt wird, ist es möglich, die Frequenzcharakteristik auf die Federcharakteristik bei hoher Steifigkeit, die aus dem Auslenkungsbereich des Totgangs herausgefunden wurde, zu fokussieren, und somit werden in einem Frequenzbereich sowohl eine Federcharakteristik bei niedriger Steifigkeit als auch eine Federcharakteristik bei hoher Steifigkeit der nicht-linearen Federcharakteristik beurteilt. Dementsprechend werden eine Regelung-Steuerungseinrichtung, die eine Charakteristikänderung (Widerstandsfähigkeit) des Totgangs für eine Resonanzcharakteristik und eine Stabilität in Betracht zieht, optimiert.
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Es wird ausdrücklich festgestellt, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale dazu gedacht sind, separat und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zweck eines Einschränkens der beanspruchten Erfindung, unabhängig von der Zusammenstellung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen, offenbart zu sein. Es wird explizit festgestellt, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Zwischeneinheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zweck eines Einschränkens der beanspruchten Erfindung, insbesondere als Grenzen von Wertebereichen, offenbaren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2000-278990 A [0003, 0007]
- JP 2001-175303 A [0004, 0007]
- JP 2006-221404 A [0005, 0007, 0008]
- JP 2002-258922 A [0006, 0009]
