DE102018209094B4

DE102018209094B4 - Motorsteuereinheit

Info

Publication number: DE102018209094B4
Application number: DE102018209094.7A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Iijima; Yuusaku OHO
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2021-10-28
Anticipated expiration: 2038-06-09
Also published as: JP6592143B2; CN109085802A; CN109085802B; US20180364684A1; US10627807B2; JP2019003646A; DE102018209094A1

Abstract

Steuereinheit (2) eines Motors (10), der einen angetriebenen Körper (W) antreibt, wobei die Steuereinheit aufweist:eine Befehlserzeugungseinheit (21), die einen Bewegungsbefehl für den Motor (10) erzeugt;eine Trägheitsschätzeinheit (22), die Rückkopplungsinformationen des Motors (10) gewinnt und eine Trägheit auf Grundlage einer Schätzgleichung, die unter Verwendung der Rückkopplungsinformationen vorbestimmt wird, schätzt, wobei die Trägheitsschätzeinheit (22) ein erstes Schätzergebnis vor einer Bearbeitung des Werkstücks (W) und ein zweites Schätzergebnis nach einer Bearbeitung des Werkstücks (W) berechnet;eine Differenzberechnungseinheit (23), die eine Änderung der Trägheit, die sich durch eine Bearbeitung geändert hat, auf Grundlage des Bewegungsbefehls der Befehlserzeugungseinheit (21) berechnet; undeine Vergleichseinheit (24), die eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Schätzergebnis, die durch die Trägheitsschätzeinheit (22) berechnet worden sind, mit der Änderung der Trägheit vergleicht, die durch die Differenzberechnungseinheit (23) berechnet worden ist, wobeidie Schätzgleichung der Trägheitsschätzeinheit (22) auf Grundlage eines Vergleichsergebnisses der Vergleichseinheit (24) so korrigiert wird, dass die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Schätzergebnis mit der Änderung der Trägheit, die durch die Differenzberechnungseinheit (23) berechnet worden ist, übereinstimmt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinheit eines Motors, der einen angetriebenen Körper antreibt.
Verwandte Technik
Herkömmlich offenbaren die Patentdokumente 1 bis 4 Techniken im Zusammenhang mit einer Steuereinheit zum Steuern eines Motors zum Einwirken auf einen angetriebenen Körper.
Das Patentdokument 1 offenbart eine Technik zum allmählichen Ändern von Parametern, bis eine Differenz zwischen einem Befehl und einer Rückkopplung kleiner als ein zulässiger Wert ist, wenn sich ein optimaler Wert eines Servoparameters aufgrund von Alterung ändert. In dem Patentdokument 1 wird eine Zeitkonstante erhöht, bis eine Positionsabweichung in einen zulässigen Bereich fällt, indem eine Beschleunigung allmählich verringert wird, wenn es wahrscheinlich ist, dass eine Schwingung in einer tatsächlichen Rückmeldung auftritt und wenn die Abtastfähigkeit der Steuerung gering ist.
Das Patentdokument 2 offenbart ein Verfahren zum Erfassen einer Beschleunigung mithilfe eines Beschleunigungsdetektors und zum Korrigieren einer Verstärkung, wenn die Beschleunigung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. In dem Patentdokument 2 wird, wenn ermittelt wird, ob ein Ist-Wert, ein Mittelwert oder ein quadratischer Mittelwert einer Beschleunigungsdifferenz zwischen einem Motor und einer Laststruktur größer als ein vorgegebener Wert ist, die Beschleunigungsdifferenz mithilfe eines Winkelerfassungswerts des Motors und eines Beschleunigungserfassungswerts der Laststruktur gewonnen.
Das Patentdokument 3 offenbart eine Technik zum Speichern einer Verstärkungstabelle und Lesen einer optimalen Verstärkung entsprechend einer Maschinensteifigkeit in einer Vorrichtung und ein Verfahren zum Festlegen von Steuerparametern einer Motorsteuereinheit. Das Patentdokument 3 bezieht sich auf eine Technik zum Ändern eines Verstärkungswerts eines Pl-Reglers eines Servosystems und offenbart ein Gain-Scheduling-Verfahren zum Erhöhen der Verstärkung, wenn die Trägheit einer Last groß ist, und zum Verringern der Verstärkung, wenn die Trägheit einer Last klein ist.
Das Patentdokument 4 offenbart eine Technik zum Berechnen der Trägheit aus einer Drehmomentkonstanten eines Motors und einem repräsentativen Stromwert und einem repräsentativen Beschleunigungswert, die aus Stromwerten und Beschleunigungswerten in einer Mehrzahl von Perioden eines sinusförmigen Befehls gewonnen werden, die in einer Abtastdaten-Speichereinheit gespeichert werden, als Verfahren zum Schätzen der Trägheit.
US 2007 / 0 150 076 A1 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung mit einem Anlagenantriebssystem, das ein Referenzbefehlssignal empfängt und einen Drehmomentbefehl erzeugt, um eine Anlage anzutreiben, wobei das Verfahren zum Schätzen der Anlagenträgheit die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Referenzmodells, das die Anlage modelliert, wobei das Modell das Referenzbefehlssignal empfängt und ein Modellausgangssignal als eine Funktion davon erzeugt, Identifizieren eines Anlagenausgangssignals, mathematisches Kombinieren des Referenz-Befehlssignals und des Anlagen-Ausgangssignals, um einen ersten Fehlerwert zu erzeugen, mathematisches Kombinieren des Anlagen-Ausgangssignals und des Modell-Ausgangssignals, um einen zweiten Fehlerwert zu erzeugen, mathematisches Kombinieren des ersten und des zweiten Fehlerwerts, um einen Trägheits-Schätzwert zu erzeugen, und Verwenden des Trägheits-Schätzwerts, um den Drehmoment-Befehl zu modifizieren, wodurch ein modifiziertes Drehmoment-Befehlssignal zum Antreiben der Anlage bereitgestellt wird.

Patentdokument 1: JP 2011 - 134 169 A
Patentdokument 2: JP 2007 - 141 189 A
Patentdokument 3: JP 2005- 6 418 A
Patentdokument 4: JP 2010 - 148 178 A

Übersicht über die Erfindung
Ein Einwirken auf einen angetriebenen Körper (ein Werkstück), auf das durch einen Motor eingewirkt wird, wird jedoch durch eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante bestimmt, die auf Grundlage der maximalen Beladungskapazität einer Werkzeugmaschine angepasst wird. Unter dem Gesichtspunkt der Leistung ist eine Beschleunigungszeit bevorzugt so kurz wie möglich innerhalb eines zulässigen Bereichs eines Abtriebsdrehmoments, wenngleich sich das Abtriebsdrehmoment abhängig von einer Last oder dergleichen eines Bearbeitungszielwerkstücks oder eines Mechanismus einer Werkzeugmaschine zum Bewegen des Werkstücks unterscheidet. Wenn der Motor mit einer äußerst kurzen Beschleunigungszeit (einer Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten) betrieben wird, kann demgegenüber die Positionssteuerung des Motors instabil werden (kann eine Schwingung auftreten).
Wenngleich die herkömmlichen Techniken ein Verfahren zum Anpassen einer Beschleunigung oder einer Verzögerung offenbaren, ist es, wenn eine Beschleunigungs- oder eine Verzögerungszeitkonstante auf Grundlage der Trägheit festgelegt wird, schwierig, die Wirkung von Reibung zu beseitigen, die während einer Bearbeitung in einem Motor, bei einer Fehlausrichtung des Werkstücks oder dergleichen auftritt, und es kann eine Differenz zwischen der geschätzten Trägheit und der tatsächlichen Trägheit auftreten. Der Motor kann abhängig davon, wie sich ein Trägheitsschätzergebnis von der tatsächlichen Trägheit verschiebt, mit einer übermäßig hohen Beschleunigung arbeiten. Die herkömmlichen Techniken bieten Verbesserungspotenzial darin, dass die Trägheit genauer entsprechend einer tatsächlichen Situation geschätzt wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Motorsteuereinheit bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Trägheit mit hoher Genauigkeit im Hinblick auf einen angetriebenen Bearbeitungszielkörper zu schätzen.

(1) Die vorliegende Erfindung stellt eine Steuereinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Steuereinheit 2) eines Motors (zum Beispiel eines im Folgenden beschriebenen Motors 10) bereit, der einen angetriebenen Körper (zum Beispiel ein im Folgenden beschriebenes Werkstück W) antreibt, wobei die Steuereinheit beinhaltet: eine Befehlserzeugungseinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Befehlserzeugungseinheit 21), die einen Bewegungsbefehl für den Motor erzeugt; eine Trägheitsschätzeinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Trägheitsschätzeinheit 22), die Rückkopplungsinformationen des Motors gewinnt und eine Trägheit auf Grundlage einer vorgegebenen Schätzgleichung schätzt; eine Differenzberechnungseinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Differenzberechnungseinheit 23), die eine Änderung der Trägheit, die sich durch eine Bearbeitung geändert hat, auf Grundlage des Bewegungsbefehls der Befehlserzeugungseinheit berechnet; und eine Vergleichseinheit (zum Beispiel eine im Folgenden beschriebene Vergleichseinheit 24), die eine Differenz zwischen den Schätzergebnissen vor und nach der Bearbeitung des angetriebenen Körpers, die durch die Trägheitsschätzeinheit geschätzt worden sind, und die Änderung der Trägheit vergleicht, die durch die Differenzberechnungseinheit berechnet worden ist, wobei die Schätzgleichung der Trägheitsschätzeinheit auf Grundlage eines Vergleichsergebnisses der Vergleichseinheit so korrigiert wird, dass die Differenz zwischen den Schätzergebnissen mit einem Berechnungsergebnis übereinstimmt, das durch die Differenzberechnungseinheit gewonnen worden ist.
(2) In der Steuereinheit gemäß (1) kann die Differenzberechnungseinheit ein Volumen eines angetriebenen Körpers, das durch die Bearbeitung verringert worden ist, von der Befehlserzeugungseinheit gewinnen und die Änderung der Trägheit auf Grundlage des Volumens des angetriebenen Körpers und einer Dichte berechnen, die für den angetriebenen Körper festgelegt worden ist.
(3) In der Steuereinheit gemäß (1) oder (2) kann eine Trägheitsschätzeinheit eine Nutzlast auf dem durch Bearbeitung geänderten Gewicht und Schwerpunktpositionsinformationen gewinnen, die eine Position eines Schwerpunktes des angetriebenen Körpers angeben, und berechnet die Änderung der Schwerkraft auf Grundlage der Nutzlast.
(4) In der Steuereinheit gemäß einem von (1) bis (3) kann die Befehlserzeugungseinheit eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante des Motors auf Grundlage eines Schätzergebnisses der Schätzgleichung anpassen.

Gemäß der Motorsteuereinheit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Trägheit im Hinblick auf einen angetriebenen Bearbeitungszielkörper genau zu schätzen.
Figurenliste

1 ist ein Schaubild, das eine Werkzeugmaschine schematisch veranschaulicht, für die eine Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
2 ist ein Blockschaubild, das eine Gestaltung im Zusammenhang mit einer Servosteuerung der Steuereinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist ein erläuterndes Schaubild zum Beschreiben einer Verschiebung zwischen einer Schätzträgheit (eines Schätzwerts) und einer tatsächlichen Trägheit.
4A ist eine schematische Darstellung, die ein Erscheinungsbild eines Werkstücks vor einer Bearbeitung veranschaulicht.
4B ist eine schematische Darstellung, die ein Erscheinungsbild eines Werkstücks nach einer Bearbeitung veranschaulicht.
5 ist ein Ablaufplan eines Prozesses zum Korrigieren einer Schätzung einer Trägheit, der durch die Steuereinheit der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Schaubild, das eine Werkzeugmaschine 1 schematisch veranschaulicht, für die eine Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Zuerst wird ein Gestaltungsbeispiel für die Werkzeugmaschine 1 beschrieben. Bei der in 1 veranschaulichten Werkzeugmaschine 1 handelt es sich um eine Bearbeitungsvorrichtung, die ein Werkstück (einen angetriebenen Körper) W zu einer gewünschten Form bearbeitet.
Die Werkzeugmaschine 1 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine Steuereinheit 2, die eine numerische Steuereinheit 20 und eine Servosteuereinheit 30 beinhaltet, einen durch die Steuereinheit 2 gesteuerten Motor 10 und eine Zugspindel (einen Übertragungsmechanismus) 11, die das Werkstück W mithilfe der Antriebskraft des Motors 10 bewegt.
Bei der numerischen Steuereinheit 20 handelt es sich um eine computergestützte numerische Steuerung (computerized numerical control, CNC), und sie führt verschiedene Prozesse zum Steuern der Werkzeugmaschine 1 durch. Die Servosteuereinheit 30 steuert ein Antreiben des Motors 10 auf Grundlage eines Befehls von der numerischen Steuereinheit 20.
Bei dem Motor 10 handelt es sich um einen Servomotor, der eine Definition auf die Zugspindel 11 anwendet. Wenn die Zugspindel 11 angetrieben wird, bewegt sich das Werkstück W, bei dem es sich um einen angetriebenen Körper handelt, zu einer vorgegebenen Position. Ein Positionsdetektor 12 wie zum Beispiel ein Drehgeber ist an dem Motor 10 angebracht, und ein durch den Positionsdetektor 12 gewonnenes Erfassungssignal wird für verschiedene Prozesse wie zum Beispiel für eine Regelung verwendet.
Als Nächstes wird eine Gestaltung zum Schätzen einer Trägheit beschrieben. 2 ist ein Blockschaubild, das eine Gestaltung im Zusammenhang mit einer Servosteuerung der Steuereinheit 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die jeweiligen in 2 veranschaulichten Einheiten werden durch die numerische Steuereinheit 20 oder die Servosteuereinheit 30 umgesetzt, und eine Anordnungsposition davon unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Die Funktionen können durch die numerische Steuereinheit 20, die Servosteuereinheit 30 oder eine andere externe Vorrichtung als die numerische Steuereinheit 20 und die Servosteuereinheit 30 umgesetzt werden.
Wie in 2 veranschaulicht, beinhaltet die Steuereinheit 2 eine Befehlserzeugungseinheit 21, eine Trägheitsschätzeinheit 22, eine Differenzberechnungseinheit 23 und eine Vergleichseinheit 24.
Die Befehlserzeugungseinheit 21 erzeugt einen Bewegungsbefehl zum Bewegen des Werkstücks W. Der Motor 10 wird auf Grundlage des Bewegungsbefehls von der Befehlserzeugungseinheit 21 so angetrieben, dass er die Zugspindel 11 dreht, um dadurch die Position des Werkstücks W zu bewegen.
Eine Zeitkonstante eines Beschleunigungs- oder Verzögerungsbefehls und eine Geschwindigkeitsverstärkung in Bearbeitungsbedingungen werden für die Befehlserzeugungseinheit 21 festgelegt. Die Zeitkonstante des Beschleunigungs- oder Verzögerungsbefehls und die Geschwindigkeitsverstärkung werden auf Grundlage einer erwarteten Trägheit festgelegt.
Die Trägheitsschätzeinheit 22 schätzt die Trägheit des Werkstücks W, das in der Werkzeugmaschine 1 angebracht ist, auf Grundlage eines Rückkopplungssignals (Rückkopplungsinformationen) des Motors 10, das während eines vorgegebenen Vorgangs gewonnen wird. Das Rückkopplungssignal des Motors 10 bezieht sich auf Drehmoment, Strom, Geschwindigkeit und dergleichen. Beispielsweise wird die Trägheit auf Grundlage eines Geschwindigkeitsrückkopplungssignals von dem Positionsdetektor 12 des Motors 10 und eines Stromrückkopplungssignals von einem (nicht veranschaulichten) Verstärker der Servosteuereinheit 30 berechnet.
Die Trägheitsschätzeinheit 22 berechnet die Trägheit auf Grundlage einer vorgegebenen Schätzgleichung. Die Gleichung (1) im Folgenden kann zum Beispiel als Trägheitsschätzgleichung verwendet werden. Die Trägheitsschätzeinheit 22 gewinnt Variablen wie zum Beispiel einen Strom I, eine Winkelbeschleunigung ω und eine Störung Tf als Rückkopplungssignale zum Schätzen der Trägheit. Das Stromrückkopplungssignal kann als Effektivstrom gewonnen werden, der mithilfe der Phaseninformation des Positionsdetektors 12 berechnet wird. Die Winkelbeschleunigung ω kann zum Beispiel durch Differenzieren einer Winkelgeschwindigkeit gewonnen werden. Das Trägheitsschätzverfahren ist nicht auf dieses Verfahren beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise geändert werden. $Jw = (kt \cdot I - Tf) / ω$

Jw: Trägheit
kt: Drehmomentkonstante
I: Strom
Tf: Störung (Reibung oder dergleichen)
ω: Winkelbeschleunigung

Ein Prozess zum Anpassen der Zeitkonstanten einer Beschleunigung oder Verzögerung wird optimalerweise auf Grundlage der geschätzten Trägheit (im Folgenden Schätzträgheit) durchgeführt. Wenngleich sich das durch den Motor 10 zu erzeugende Abtriebsdrehmoment abhängig von der Last des Bearbeitungszielwerkstücks W und eines Mechanismus der Werkzeugmaschine 1 zum Bewegen des Werkstücks W unterscheidet, ist die Beschleunigungszeit bevorzugt so kurz wie möglich innerhalb eines zulässigen Bereichs des Abtriebsdrehmoments. Wenn der Motor mit einer äußerst kurzen Beschleunigungszeit (einer Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten) betrieben wird, kann demgegenüber die Positionssteuerung des Motors instabil werden (kann eine Schwingung auftreten). Wenn zum Beispiel die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante so festgelegt wird, dass sie kürzer als ein entsprechender Wert in Bezug auf die Leistung des Motors 10 und die Trägheit des Werkstücks W ist, ist es aufgrund der Einschränkung der Leistung des Motors 10 unter Umständen nicht möglich, die befohlene Beschleunigung oder Verzögerung durchzuführen, kann das Abtriebsdrehmoment in Bezug auf ein Befehlsdrehmoment gesättigt werden und ist es unter Umständen nicht möglich, eine Steuerung korrekt durchzuführen. Wenn demgegenüber die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante so festgelegt wird, dass sie länger als ein entsprechender Wert ist, wird die Beschleunigung oder Verzögerung langsamer als notwendig durchgeführt, was zu einer Verringerung der Leistung führt. Daher wird die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante optimalerweise auf Grundlage der Schätzträgheit angepasst.
In dem Prozess zum Optimieren der Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstanten wird zum Beispiel eine optimale Zeitkonstante für die Trägheit theoretisch oder experimentell im Voraus gewonnen, und die optimale Zeitkonstante wird auf Grundlage der geschätzten Trägheit festgelegt. Die optimale Zeitkonstante kann aus vorgegebenen Werten gewählt werden und kann sequenziell berechnet werden, und es kann ein geeignetes Verfahren eingesetzt werden.
Die Differenzberechnungseinheit 23 und die Vergleichseinheit 24 korrigieren die Schätzgleichung der Trägheitsschätzeinheit 22. Aufgrund des Einflusses einer Fehlausrichtung von der Einstellungsposition des Werkstücks W aus und einer Reibung kann die Schätzträgheit von einer tatsächlichen Trägheit abweichen.
3 ist ein erläuterndes Schaubild zum Beschreiben einer Verschiebung zwischen einer Schätzträgheit (eines Schätzwerts) und einer tatsächlichen Trägheit, in dem eine tatsächliche Trägheit auf der horizontalen Achse als J veranschaulicht wird und eine Schätzträgheit, die durch die Trägheitsschätzeinheit 22 geschätzt wird, auf der vertikalen Achse als J~ veranschaulicht wird. „J~“ ist in der Beschreibung eine Ersatzschreibweise für ein Zeichen, das durch Platzieren von „∼ (Tilde)“ oberhalb von J gebildet wird (siehe die vertikale Achse in 3).
In 3 gibt J eine tatsächliche Trägheit an, J1 gibt eine tatsächliche Trägheit vor einer Bearbeitung des Werkstücks W an, und J2 gibt eine tatsächliche Trägheit nach einer Bearbeitung des Werkstücks W an. Darüber hinaus gibt J~ eine Schätzträgheit an, J~1 gibt eine Schätzträgheit vor einer Bearbeitung des Werkstücks W an, und J~2 gibt eine Schätzträgheit nach einer Bearbeitung des Werkstücks W an.
Wenn die Schätzgleichung korrekt festgelegt ist, gilt J-1-J = J1-J2. Wie in 3 veranschaulicht, tritt jedoch eine Verschiebung wie zum Beispiel J~1 = a×J1+b oder J~2 = a×J2+b zwischen der Schätzträgheit J-, bei der es sich um einen Schätzwert handelt, und der tatsächlichen Trägheit J auf. Aufgrund dessen wird eine Beziehung wie die folgende Gleichung gewonnen. $J ~ 1 - J ~ 2 = a (J 1 - J 2)$
Als Nächstes wird ein Prozess zum Korrigieren der Trägheitsschätzgleichung in eine geeignete Schätzgleichung beschrieben. 4A und 4B sind erläuternde Schaubilder, die ein Erscheinungsbild des Werkstücks vor und nach einer Bearbeitung veranschaulichen. Wie in 4A und 4B veranschaulicht, ändert sich das Gewicht des Werkstücks W vor und nach der Bearbeitung, da das Werkstück W durch die Bearbeitung zu einer vorgegebenen Form bearbeitet wird. Eine Änderung der Trägheit kann als Änderung des Gewichts des Werkstücks W verstanden werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Verringerung einer tatsächlichen Trägheit auf Grundlage von Informationen berechnet, über die die numerische Steuereinheit 20 verfügt. Die numerische Steuereinheit 20 weist Bearbeitungsinformationen wie zum Beispiel Informationen über eine Zielform, eine Werkzeuglängenkorrektur oder eine für eine Spindellast erforderliche Zeit auf und kann durch Berechnung eine Volumenabnahme V (siehe 4B) berechnen, die aus der Bearbeitung resultiert. Beispielsweise wird die Volumenabnahme V durch Berücksichtigen des Einflusses der Länge und der Breite eines Bearbeitungswerkzeugs und einer Zeit, in der ein Schneidwerkzeug nicht mit dem Werkstück W in Kontakt steht, auf eine Volumenabnahme in einem Bearbeitungsvorgang unter Bezugnahme auf eine Spindellast berechnet. Durch Multiplizieren der berechneten Volumenabnahme V mit einer vorgegebenen Dichte ist es möglich, eine Gewichtsabnahme (eine Gewichtsänderung) zu gewinnen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Dichte durch Berücksichtigen einer effektiven Masse berechnet. Da ein Trägheitsmoment eines starren Körpers proportional zu der Masse des starren Körpers ist und zunimmt, je weiter entfernt von einer Welle der starre Körper verteilt wird, kann im Allgemeinen davon ausgegangen werden, dass ein virtuell schwereres Objekt festgelegt wird, wenn die Höhe (der Abstand) zu der Position des Schwerkpunkts des Werkstücks W von einer vorgegebenen Bezugsposition (zum Beispiel dem Kern der Zugspindel 11) aus zunimmt. Daher wird ein Gewicht, das durch Durchführen eines Umwandlungsprozesses entsprechend dem Abstand zu der Position des Schwerpunkts des Werkstücks W von einer vorgegebenen Bezugswelle (der Drehwelle) gewonnen wird, als Nutzlast festgelegt. In diesem Unwandlungsprozess kann eine Beziehungsgleichung einer Trägheit I = mr2 (m: Masse und r: Abstand von einer Bezugsdrehposition) verwendet werden. Wenn zum Beispiel die Position des Schwerpunkts hoch ist, wird ein Prozess zum Korrigieren der Dichte so, dass sie hoch ist, durchgeführt, um die Nutzlast zu berechnen, und die Trägheitsänderung ΔJ wird auf Grundlage der Nutzlast berechnet. Die Position des Schwerpunkts des Werkstücks W wird aus Koordinaten gewonnen, die in die numerische Steuereinheit 20 eingegeben werden.
5 ist ein Ablaufplan eines Prozesses zum Korrigieren einer Schätzung der Trägheit, der durch die Steuereinheit der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird. Die Steuereinheit 2 treibt den Motor 10 so an, dass er einen vorgegebenen Vorgang an dem Werkstück W durchführt, um ein Motordrehmoment (das Drehmoment des Motors 10) und einen Strom zu gewinnen, und gewinnt die Schätzträgheit J~1 des Werkstücks W vor der Bearbeitung auf Grundlage des Motordrehmoments und von Stromrückkopplungssignalen (Schritt S101). Nachdem der Schritt S101 durchgeführt worden ist, wird das Werkstück W zu einer vorgegebenen Form bearbeitet (Schritt S102).
Nachdem das Werkstück W in Schritt S102 bearbeitet worden ist, berechnet die Differenzberechnungseinheit 23 das Gewicht des Werkstücks W, das durch die Bearbeitung abgenommen hat, aus den Informationen der Befehlserzeugungseinheit 21 (Schritt S103). Bei der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Gewicht des Werkstücks W um eine Nutzlast, und die Verringerung der Trägheit ΔJ wird auf Grundlage des Volumens des Werkstücks W, das durch das Schneiden abgenommen hat, der für das Bearbeitungszielwerkstück W festgelegten Dichte und der Position des Schwerpunkts des Werkstücks W berechnet.
Durch ein Verfahren, das dem Schritt S101 ähnelt, werden das Motordrehmoment (das Drehmoment des Motors 10) und Stromrückkopplungssignale gewonnen, und die Schätzträgheit J~2 des Werkstücks W nach der Bearbeitung wird gewonnen (Schritt S104). Anschließend gewinnt die Trägheitsschätzeinheit 22 eine Schätzträgheit ΔJ∼ als Änderung der Trägheit vor und nach der Bearbeitung aus der Schätzträgheit J~1 vor der Bearbeitung und der Trägheit J~2 nach der Bearbeitung (Schritt S105).
Die Vergleichseinheit 24 vergleicht die Schätzträgheit ΔJ~, bei der es sich um das Schätzergebnis der Trägheitsschätzeinheit 22 handelt, und die Trägheit ΔJ, die das Berechnungsergebnis der Differenzberechnungseinheit 23 ist (Schritt S106). Die Vergleichseinheit 24 korrigiert die Schätzgleichung der Trägheitsschätzeinheit 22 so, dass die Schätzträgheit ΔJ∼ mit der Trägheit ΔJ übereinstimmt.
Wenngleich die Prozesse der Schritte S101 bis S106 in einem Zustand ausgeführt werden, in dem das Werkstück W festgelegt ist, unterliegt die Ausführungsplanung keiner besonderen Beschränkung darauf. Beispielsweise kann die Korrektur auf einer bestimmten Stufe des Bearbeitungsvorgangs ausgeführt werden, und die Bewegung des Werkstücks W kann gegebenenfalls regelmäßig überwacht werden, und die Korrektur kann entsprechend der Bewegung des Werkstücks W regelmäßig ausgeführt werden.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform werden die folgenden Vorteile erzielt. Die Steuereinheit 2 des Motors 10, der das Werkstück (einen angetriebenen Körper) W antreibt, beinhaltet: die Befehlserzeugungseinheit 21, die einen Bewegungsbefehl für den Motor 10 erzeugt; die Trägheitsschätzeinheit 22, die Rückkopplungsinformationen (Drehmoment und Strom) des Motors 10 gewinnt und eine Trägheit auf Grundlage einer vorgegebenen Schätzgleichung schätzt; die Differenzberechnungseinheit 23, die eine Änderung der aufgrund einer Bearbeitung geänderten Trägheit auf Grundlage des Bewegungsbefehls der Befehlserzeugungseinheit 21 berechnet; und die Vergleichseinheit 24, die eine Differenz zwischen den Schätzergebnissen vor und nach der Bearbeitung des Werkstücks W, die durch die Trägheitsschätzeinheit 22 geschätzt worden sind, und einer Änderung der Trägheit vergleicht, die durch die Differenzberechnungseinheit 23 berechnet worden ist. Die Schätzgleichung der Trägheitsschätzeinheit 22 wird auf Grundlage des Vergleichsergebnisses der Vergleichseinheit 24 so korrigiert, dass die Differenz in dem Schätzergebnis mit dem Berechnungsergebnis der Differenzberechnungseinheit 23 übereinstimmt. Die Differenz so zu korrigieren, dass sie mit dem Berechnungsergebnis der Differenzberechnungseinheit 23 übereinstimmt, kann bedeuten, diese so zu korrigieren, dass sie sich dem Berechnungsergebnis annähert, wie auch, diese so zu korrigieren, dass sie mit dem Berechnungsergebnis genau übereinstimmt.
Auf diese Weise ist es möglich, die Schätzgleichung mit hoher Genauigkeit selbst dann zu korrigieren, wenn das Werkstückgewicht nicht bekannt ist, da der Umstand genutzt wird, dass eine Differenz in dem Trägheitsschätzergebnis vor und nach der Bearbeitung einer Änderung des Gewichts entspricht, die aus der tatsächlichen Bearbeitung resultiert. Da eine genaue Trägheit durch Berücksichtigen der tatsächlichen Situation dazu geschätzt werden kann, ist es möglich, verschiedene Steuervorgänge genau und effizient durchzuführen, die die Trägheit nutzen.
In der Steuereinheit 2 der vorliegenden Ausführungsform gewinnt die Differenzberechnungseinheit 23 das Volumen V (siehe 4B) des Werkstücks W, das durch die Bearbeitung verringert worden ist, von der Befehlserzeugungseinheit 21 und berechnet eine Änderung der Trägheit auf Grundlage des Volumens V des Werkstücks und einer Dichte, die im Voraus für das Werkstück W festgelegt worden ist.
Auf diese Weise ist es möglich, die Änderung der Trägheit ohne Messen des Gewichts des Werkstücks W zu berechnen.
In der Steuereinheit 2 der vorliegenden Ausführungsform gewinnt die Trägheitsschätzeinheit 22 eine Nutzlast auf Grundlage des durch die Bearbeitung geänderten Gewichts und von Schwerpunktpositionsinformationen (des Abstands r2), die die Position des Schwerpunkts des Werkstücks Wangeben, und berechnet eine Änderung der Trägheit auf Grundlage der Nutzlast.
Auf diese Weise ist es möglich, die Trägheit mit höherer Genauigkeit zu schätzen, da die Position des Schwerpunkts des Werkstücks W berücksichtigt wird, der einen Einfluss auf die Trägheit hat.
In der Steuereinheit 2 der vorliegenden Ausführungsform passt die Befehlserzeugungseinheit 21 die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante des Motors 10 auf Grundlage des Schätzergebnisses der korrigierten Schätzgleichung an.
Auf diese Weise wird die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante auf Grundlage der Trägheit angepasst, die gemäß dem Gewicht des Werkstücks W geschätzt wird, das geringer als die maximale Beladungskapazität ist, ist es möglich, das Werkstück W effizienter und genauer zu bewegen und die Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern. Es ist möglich, im Vergleich mit der herkömmlichen Werkzeugmaschine 1, bei der die Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante auf die maximale Beladungskapazität der Werkzeugmaschine 1 unter dem Gesichtspunkt der Stabilität festgelegt wird, Wirkungen zu erzielen, die unter dem Gesichtspunkt der Leistung und der Bearbeitungsgenauigkeit vorteilhaft sind.
Bezugszeichenliste

W: Werkstück
2: Steuereinrichtung
10: Motor
21: Befehlserzeugungseinheit
22: Trägheitsschätzeinheit
23: Differenzberechnungseinheit
24: Vergleichseinheit

Claims

Steuereinheit (2) eines Motors (10), der einen angetriebenen Körper (W) antreibt, wobei die Steuereinheit aufweist: eine Befehlserzeugungseinheit (21), die einen Bewegungsbefehl für den Motor (10) erzeugt; eine Trägheitsschätzeinheit (22), die Rückkopplungsinformationen des Motors (10) gewinnt und eine Trägheit auf Grundlage einer Schätzgleichung, die unter Verwendung der Rückkopplungsinformationen vorbestimmt wird, schätzt, wobei die Trägheitsschätzeinheit (22) ein erstes Schätzergebnis vor einer Bearbeitung des Werkstücks (W) und ein zweites Schätzergebnis nach einer Bearbeitung des Werkstücks (W) berechnet; eine Differenzberechnungseinheit (23), die eine Änderung der Trägheit, die sich durch eine Bearbeitung geändert hat, auf Grundlage des Bewegungsbefehls der Befehlserzeugungseinheit (21) berechnet; und eine Vergleichseinheit (24), die eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Schätzergebnis, die durch die Trägheitsschätzeinheit (22) berechnet worden sind, mit der Änderung der Trägheit vergleicht, die durch die Differenzberechnungseinheit (23) berechnet worden ist, wobei die Schätzgleichung der Trägheitsschätzeinheit (22) auf Grundlage eines Vergleichsergebnisses der Vergleichseinheit (24) so korrigiert wird, dass die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Schätzergebnis mit der Änderung der Trägheit, die durch die Differenzberechnungseinheit (23) berechnet worden ist, übereinstimmt.
Steuereinheit (2) nach Anspruch 1, wobei die Differenzberechnungseinheit (23) ein Volumen des angetriebenen Körpers (W) , das durch die Bearbeitung verringert worden ist, von der Befehlserzeugungseinheit (21) gewinnt und die Änderung der Trägheit auf Grundlage des Volumens des angetriebenen Körpers (W) und einer Dichte berechnet, die für den angetriebenen Körper (W) festgelegt worden ist.
Steuereinheit (2) nach Ansprüche 1 oder 2, wobei die Befehlserzeugungseinheit (21) eine Beschleunigungs- oder Verzögerungszeitkonstante des Motors (10) auf Grundlage eines Schätzergebnisses der Schätzgleichung anpasst.