DE102020203599A1

DE102020203599A1 - Servomotor-steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102020203599A1
Application number: DE102020203599.7A
Authority: DE
Inventors: Noboru Hirose; Keisuke Tsujikawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2020-10-01
Also published as: US11256226B2; JP6923587B2; CN111756309A; US20200310378A1; JP2020161028A

Abstract

Es wird ein Servomotor vorgesehen, der die Position eines angetriebenen Körpers und eine durch den angetriebenen Körper empfangene Gegenkraft genau steuern kann. Es werden vorgesehen: eine Positionsbefehl-Berechnungseinheit, die einen Positionsbefehl berechnet, der eine Zielposition eines durch einen Servomotor angetriebenen Körpers spezifiziert; eine Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit, die einen Gegenkraftbefehl berechnet, der eine Zielgegenkraft spezifiziert, die durch den angetriebenen Körper empfangen werden sollte; eine Positionserhaltungseinheit, die eine tatsächliche Position des angetriebenen Körpers erhält; eine Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit, die ein Positionsreferenz-Antriebssignal erzeugt, um die Position näher zu der Zielposition zu bringen; eine Gegenkrafterhaltungseinheit, die eine durch den angetriebenen Körper empfangene Gegenkraft erhält; eine Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit, die ein Gegenkraftreferenz-Antriebssignal erzeugt, um die Gegenkraft näher zu der Zielgegenkraft zu bringen; und eine Antriebssignal-Auswahleinheit, die das Positionsreferenz-Antriebssignal oder das Gegenkraftreferenz-Antriebssignal auswählt; wobei die Positionsbefehl-Berechnungseinheit den Positionsbefehl derart berechnet, dass die Zielposition eine Beziehung einer zweiten oder höheren Ordnung relativ zu der Zeit wird, und die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit den Gegenkraftbefehl derart berechnet, dass eine Beziehung zwischen der Zielgegenkraft und der Zielposition im Wesentlichen linear wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Erfindungsfeld
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servomotor-Steuervorrichtung.
Stand der Technik
Es ist zum Beispiel wünschenswert, die Position und den Druck (die durch einen angetriebenen Körper empfangene Gegenkraft) für jede Zeit eines angetriebenen Körpers wie etwa einer Form beim Druckschmieden genau zu steuern. Es besteht nämlich die Gefahr, dass der auf den angetriebenen Körper wirkende Druck aufgrund einer geringfügigen Differenz der Bedingungen wie etwa einer Variation der Werkstücke stark variiert. In diesem Zusammenhang wurde eine Technik zum Antreiben des angetriebenen Körpers unter Verwendung eines zu einer detaillierten Regelung befähigten Servomotors und zum Steuern der Position des angetriebenen Körpers und der Leistung vorgeschlagen.
Zum Beispiel gibt das Patentdokument 1 „eine Servomotor-Steuervorrichtung an, die umfasst: eine Krafterfassungseinrichtung zum Erfassen einer Kraft, die ein durch einen Servomotor angetriebener Körper von außerhalb empfängt; eine Positionsbefehl-Vorbereitungseinrichtung zum Vorbereiten eines Positionsbefehls, der eine Position des angetriebenen Körpers anweist; eine Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen der Position des angetriebenen Körpers; einer Kraftbefehl-Vorbereitungseinrichtung zum Vorbereiten eines Kraftbefehls, der durch den angetriebenen Körper empfangen werden soll; eine Positionssteuerung-Verarbeitungseinrichtung zum Vorbereiten eines Motorbetriebsbefehls basierend auf einer Positionsabweichung zwischen dem durch die Positionsbefehl-Vorbereitungseinrichtung vorbereiteten Positionsbefehl und der durch die Positionserfassungseinrichtung erfassten Position; eine Kraftbefehl-Verarbeitungseinrichtung zum Vorbereiten eines Motorbetriebsbefehls basierend auf einer berechneten Kraftabweichung zwischen dem durch die Kraftbefehl-Vorbereitungseinrichtung vorbereiteten Kraftbefehl und der durch die Krafterfassungseinrichtung erfassten Kraft; und eine Steuersystem-Auswahleinrichtung zum wahlweisen Wechseln zwischen einer Positionssteuerung, die den Betrieb des Servomotors gemäß einem Motorbetriebsbefehl von der Positionssteuerung-Verarbeitungseinrichtung steuert, und einer Kraftsteuerung, die den Betrieb des Motors gemäß einem Motorbetriebsbefehl von der Kraftsteuerung-Verarbeitungseinrichtung steuert, durch das Vergleichen des durch die Positionssteuerung-Verarbeitungseinrichtung vorbereiteten Motorbetriebsbefehls mit dem durch die Kraftbefehl-Verarbeitungseinrichtung vorbereiteten Motorbetriebsbefehl, wobei der Betrieb des Servomotors derart gesteuert wird, dass der angetriebene Körper eine zuvor bestimmte Kraft empfängt, wenn eine Kraft von außen auf den angetriebenen Körper ausgeübt wird, wobei die Servomotor-Steuervorrichtung weiterhin eine Befehlskorrektureinrichtung zum Korrigieren eines durch die Kraftbefehl-Berechnungseinrichtung vorbereiteten Kraftbefehls oder eines durch die Positionsbefehl-Vorbereitungseinrichtung vorbereiteten Positionsbefehls umfasst, um den Zeitpunkt, zu dem die Steuermodus-Auswahleinrichtung zwischen der Positionssteuerung und der Kraftsteuerung wechselt, zu ändern.“
Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 2006-130533
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die in dem Patentdokument 1 beschriebene Steuervorrichtung sieht eine derartige Steuerung vor, dass eine Kraft einen gewünschten Wert annimmt, wenn eine Kraft von außen auf einen angetriebenen Körper wirkt, und sieht eine derartige Steuerung vor, dass eine Position einen gewünschten Wert annimmt, wenn keine Kraft von außen auf den angetriebenen Körper wirkt, wobei die Position des angetriebenen Körpers nicht gesteuert wird, wenn eine Kraft von außen auf den angetriebenen Körper wirkt. Insbesondere kann bei der Technik des Patentdokuments 1 die Bewegungsgeschwindigkeit des angetriebenen Körpers unter Umständen übermäßig werden, wenn ein Antrieb vorgesehen wird, damit die Kraft des angetriebenen Körpers dem Befehlswert entspricht. Und was die Bearbeitungseffizienz angeht, wird bei einem Überschreiten der Geschwindigkeit das Risiko einer Abweichung der Position oder Kraft des angetriebenen Körpers von den entsprechenden Werten vergrößert.
Aus diesem Grund besteht ein Bedarf für eine Servomotor-Steuervorrichtung, mit der die Position eines angetriebenen Körpers und die durch den angetriebenen Körper empfangene Gegenkraft genau gesteuert werden können.
Eine Servomotor-Steuervorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält: eine Positionsbefehl-Berechnungseinheit, die einen Positionsbefehl berechnet, der eine Zielposition spezifiziert, an der sich ein durch einen Servomotor angetriebener Körper zu jedem Zeitpunkt befinden sollte; eine Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit, die einen Gegenkraftbefehl berechnet, der eine Zielgegenkraft spezifiziert, die durch den angetriebenen Körper zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs des Servomotors empfangen werden soll; eine Positionserhaltungseinheit, die eine tatsächliche Position des angetriebenen Körpers erhält; eine Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit, die ein Positionsreferenz-Antriebssignal für das Betreiben des Servomotors erzeugt, um die durch die Positionserhaltungseinheit erhaltene Position näher zu der Zielposition zu bringen; eine Gegenkrafterhaltungseinheit, die eine tatsächlich durch den angetriebenen Körper empfangene Gegenkraft erhält; eine Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit, die ein Gegenkraftreferenz-Antriebssignal für das Betreiben des Servomotors erzeugt, um die durch die Gegenkrafterhaltungseinheit erhaltene Gegenkraft näher zu der Zielgegenkraft zu bringen; und eine Antriebssignal-Auswahleinheit, die das Positionsreferenz-Antriebssignal oder das Gegenkraftreferenz-Antriebssignal auswählt; wobei die Positionsbefehl-Berechnungseinheit den Positionsbefehl derart berechnet, dass die Zielposition eine Beziehung der zweiten oder höheren Ordnung relativ zu der Zeit wird, und wobei die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit den Gegenkraftbefehl derart berechnet, dass eine Beziehung zwischen der Zielgegenkraft und der Zielposition im Wesentlichen linear wird.
Gemäß der Erfindung kann eine Servomotor-Steuervorrichtung vorgesehen werden, die die Position eines angetriebenen Körpers und die durch den angetriebenen Körper empfangene Gegenkraft genau steuern kann.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Werkzeugmaschine, die eine Servomotor-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält, zeigt.
2 ist eine Ansicht, die einen Positionsbefehl und einen Gegenkraftbefehl, die in der Servomotor-Steuervorrichtung von 1 berechnet werden, zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerung des Positionsbefehls und des Gegenkraftbefehls der Servomotor-Steuervorrichtung von 1 zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen alternativen Positionsbefehl und einen alternativen Gegenkraftbefehl, die in der Servomotor-Steuervorrichtung von 1 berechnet werden, zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuersequenz in der Servomotor-Steuervorrichtung von 1 zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Werkzeugmaschine 100 zeigt, die eine Servomotor-Steuervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält.
Die Werkzeugmaschine 100 von 1 umfasst: einen angetriebenen Körper (zum Beispiel eine Pressform) W; einen Servomotor M, der den angetriebenen Körper W antreibt; einen Servotreiber S, der einen Antriebsstrom zu dem Servomotor M zuführt; eine Servomotor-Steuervorrichtung 1, die einen Betriebsbefehl zu dem Servotreiber S eingibt; eine Positionserfassungseinheit P, die die Position des angetriebenen Körpers W anhand der Drehposition des Servomotors M erfasst; und eine Gegenkraft-Erfassungseinheit F, die die durch den angetriebenen Körper W von außen empfangene Gegenkraft erfasst.
Die Servomotor-Steuervorrichtung 1 enthält: eine Basisinformationen-Erhaltungseinheit 10, die eine Anfangsposition und eine Anfangsgegenkraft des durch den Servomotor M angetriebenen Körpers W und weiterhin eine Ankunftsposition und eine Ankunftsgegenkraft erhält; eine Positionsbefehl-Berechnungseinheit 20, die einen Positionsbefehl berechnet, der eine Zielposition spezifiziert, die der angetriebene Körper W zu jedem Zeitpunkt aufweisen sollte; eine Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit 30, die einen Gegenkraftbefehl berechnet, der eine Zielgegenkraft spezifiziert, die der angetriebene Körper W während des Betriebs des Servomotors zu jedem Zeitpunkt empfangen sollte; eine Positionserhaltungseinheit 40, die die tatsächliche Position des angetriebenen Körpers W erhält; eine Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit 50, die ein Positionsreferenz-Antriebssignal für das Betreiben des Servomotors M erzeugt, um die durch die Positionserhaltungseinheit 40 erhaltene Position näher zu der Zielposition zu bringen; eine Gegenkrafterhaltungseinheit 60, die eine tatsächlich durch den angetriebenen Körper W empfangene Gegenkraft erhält; eine Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit 70, die ein Gegenkraftreferenz-Antriebssignal für das Betreiben des Servomotors M erzeugt, um die durch die Gegenkrafterhaltungseinheit 60 erhaltene Gegenkraft näher zu der Zielgegenkraft zu bringen; und eine Steuersignal-Auswahleinheit 80, die das Positionsreferenz-Antriebssignal oder das Gegenkraftreferenz-Antriebssignal auswählt.
Die Servomotor-Steuervorrichtung 1 kann konfiguriert werden, indem die entsprechenden Programme in einem Computergerät, das eine CPU, einen Speicher usw. aufweist, installiert werden. Die Basisinformationen-Erhaltungseinheit 10, die Positionsbefehl-Berechnungseinheit 20, die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit 30, die Positionserhaltungseinheit 40, die Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit 50, die Gegenkrafterhaltungseinheit 60, die Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit 70 und die Antriebssignal-Auswahleinheit 80 der Servomotorsteuervorrichtung 1 werden anhand ihrer jeweiligen Funktion unterschieden und sind nicht notwendigerweise durch den physikalischen Aufbau und den Aufbau des Programms unterscheidbar.
Die Basisinformationen-Erhaltungseinheit 10 kann als eine Konfiguration vorgesehen sein, die ein Bearbeitungsprogramm analysiert und zum Beispiel die Anfangsposition und die Anfangsgegenkraft (die Position und Gegenkraft einer Ankunftsposition und der endgültige Druck des vorausgehenden Befehls) und auch die Ankunftsposition und die Ankunftsgegenkraft des angetriebenen Körpers W für jeden Befehl des Bearbeitungsprogramms erhält.
Die Positionsbefehl-Berechnungseinheit 20 berechnet einen Positionsbefehl derart, dass die Zielposition für jeden Zeitpunkt des angetriebenen Körpers W wenigstens eine Beziehung der zweiten Ordnung relativ zu der Zeit wird, basierend auf der Anfangsposition und der Ankunftsposition des angetriebenen Körpers W, die durch die Basisinformationen-Erhaltungseinheit 10 erhalten werden, und auf der Designation in dem Bearbeitungsprogramm oder auf voreingestellten Parametern in der Servomotor-Steuervorrichtung 1. Mit anderen Worten kann die Positionsbefehl-Berechnungseinheit 20 konfiguriert sein, um die Zielposition x als die Zeitfunktion der zweiten oder höheren Ordnung x(t)=A_n·tⁿ+A_n-1·t^n-1+...+A₀·t⁰ zu berechnen. Es ist zu beachten, dass n eine Ganzzahl von wenigstens 2 ist und A_n ein Koeffizient jeder Ordnung ist.
In einem spezifischen Beispiel kann die Positionsbefehlsberechnungseinheit 20 derart konfiguriert sein, dass sie einen Positionsbefehl berechnet, der veranlasst, dass sich die Zielposition mit der Zeit gemäß der Zeitfunktion der zweiten Ordnung x(t)=A₂·t²+A₁·t+A₀ wie in 2 gezeigt ändert. In diesem Fall kann der Positionsbefehl aufweisen: eine erste Positionsänderungszeit Q1, in der die anfängliche Zielposition als ein Wert gleich der Anfangsposition vorgesehen ist und die Ableitung (Beschleunigung) der zweiten Ordnung der Zielposition als eine Konstante vorgesehen ist; eine auf die erste Positionsänderungszeit Q1 folgende zweite Positionsänderungszeit Q2, in der die Ableitung (Geschwindigkeit) der Zielposition als eine Konstante (A₂=0) vorgesehen ist; und eine auf die zweite Positionsänderungszeit Q2 folgende dritte Positionsänderungszeit Q3, in der die Ableitung der zweiten Ordnung der Zielposition als ein zu der ersten Positionsänderungszeit Q1 umgekehrter Wert vorgesehen ist und eine endgültige Zielposition als ein Wert gleich der Ankunftsposition vorgesehen ist. Es ist zu beachten, dass die Strichlinie in 2 einen Zustand angibt, der den Befehlswert zwischen dem vorausgehenden Schritt und einem späteren Schritt aufrechterhält.
Der geeignete Wert in Entsprechung zu der Gerätekonfiguration der Werkzeugmaschine 100, dem Bearbeitungsziel usw. wird durch die Werte der Ableitung der zweiten Ordnung und die Ableitung der ersten Ordnung der Zielposition in dem Positionsbefehl vorgesehen. Deshalb werden diese Werte vorzugsweise als in dem Bearbeitungsprogramm designierte Werte oder als zuvor in der Servomotor-Steuervorrichtung 1 gespeicherte Werte designiert.
Die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit 30 berechnet einen Gegenkraftbefehl derart, dass die Beziehung zwischen der Zielgegenkraft und der Zielposition im Wesentlichen linear wird. Der Korrelationskoeffizient zwischen der Zeit, zu der die Zielposition erreicht wird, und der Zeit, zu der die Zielgegenkraft erreicht wird, ist vorzugsweise wenigstens eine Proportion zwischen der Verstärkung der Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit 50 und der Verstärkung der Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit 70 wie in 3 gezeigt. Durch das Setzen des Korrelationskoeffizienten zwischen dem Positionsbefehl und dem Gegenkraftbefehl als wenigstens die Proportion können eine Abweichung zwischen der Zielgegenkraft und der Gegenkraft, wenn der Servomotor M gemäß dem Positionsreferenz-Antriebssignal betrieben wird, und eine Abweichung zwischen der Zielposition und der Position beim Betreiben des Servomotors M gemäß dem Gegenkraftreferenz-Antriebssignal unterdrückt werden. Dabei kann die Bearbeitungsqualität verbessert werden, indem der Pressdruck und die Pressgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine 100 in den entsprechenden Bereichen gehalten werden. Die untere Grenze für den spezifischen numerischen Wert des Korrelationskoeffizienten zwischen dem Positionsbefehl und dem Gegenkraftbefehl liegt vorzugsweise bei 0,90 und noch besser bei 0,95.
Aus diesem Grund berechnet die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit 30 ähnlich wie die Positionsbefehl-Berechnungseinheit 20 einen Gegenkraftbefehl derart, dass die Zielgegenkraft für jeden Zeitpunkt des angetriebenen Körpers W wenigstens eine Funktion einer zweiten Ordnung wird, basierend auf der Anfangsgegenkraft und der Ankunftsgegenkraft des angetriebenen Körpers W, die durch die Basisinformationen-Erhaltungseinheit 10 erhalten werden, und auf einer Designation in dem Bearbeitungsprogramm oder auf voreingestellten Parametern in der Servomotor-Steuervorrichtung 1. Mit anderen Worten kann die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit 30 derart konfiguriert sein, dass sie die Zielgegenkraft als eine Zeitfunktion y(t)=B_n·tⁿ+B_n-1·t^n- ¹+...+B₀·t⁰ der gleichen Ordnung wie die Zeitfunktion x(t) der Zielposition x berechnet.
In einem spezifischen Beispiel kann die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit 30 derart konfiguriert sein, dass sie den Gegenkraftbefehl berechnet, der veranlasst, dass sich die Zielgegenkraft mit der Zeit gemäß der Zeitfunktion der zweiten Ordnung y(t)=B₂·t²+B₁·t+B₀ wie in 2 gezeigt ändert. In diesem Fall kann der Gegenkraftbefehl S_y aufweisen: eine erste Gegenkraftänderungszeit R1, in der die anfängliche Zielgegenkraft als ein Wert gleich der Anfangsgegenkraft vorgesehen ist und die Ableitung (Beschleunigung) der zweiten Ordnung der Zielgegenkraft als eine Konstante vorgesehen ist; eine auf die erste Gegenkraftänderungszeit R1 folgende zweite Gegenkraftänderungszeit R2, in der die Ableitung (Geschwindigkeit) der ersten Ordnung der Zielgegenkraft als eine Konstante (B₂=0) vorgesehen ist; und eine auf die zweite Gegenkraftänderungszeit R2 folgende dritte Gegenkraftänderungszeit R3, in der die Ableitung der zweiten Ordnung der Zielgegenkraft als ein zu der ersten Gegenkraftänderungszeit R1 umgekehrter Wert vorgesehen ist und die endgültige Zielgegenkraft als ein Wert gleich der Anfangsgegenkraft vorgesehen ist.
Die erste Gegenkraftänderungszeit R1, die zweite Gegenkraftänderungszeit R2 und die dritte Gegenkraftänderungszeit R3 in diesem Gegenkraftbefehl sind vorzugsweise im Wesentlichen gleich der ersten Positionsänderungszeit Q1, der zweiten Positionsänderungszeit Q2 und der dritten Positionsänderungszeit Q3 in dem Positionsbefehl, wobei vorzugsweise insbesondere die zweite Gegenkraftänderungszeit R2 des Gegenkraftbefehls im Wesentlichen gleich der zweiten Positionsänderungszeit Q2 in dem Positionsbefehl ist. Deshalb kann eine im Wesentlichen lineare Beziehung zwischen der Zielgegenkraft und der Zielposition vorgesehen werden.
Die untere Grenze in dem Verhältnis der zweiten Gegenkraftänderungszeit R2 relativ zu der zweiten Positionsänderungszeit Q2 liegt vorzugsweise bei 0,95 und noch besser bei 0,98. Weiterhin liegt die obere Grenze in dem Verhältnis der zweiten Gegenkraftänderungszeit R2 relativ zu der zweiten Positionsänderungszeit Q2 vorzugsweise bei 1,05 und noch besser bei 1,02. Indem das Verhältnis der zweiten Gegenkraftänderungszeit R2 relativ zu der zweiten Positionsänderungszeit Q2 zwischen der unteren Grenze und der oberen Grenze vorgesehen wird, kann eine im Wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem Positionsbefehl und dem Druckbefehl vorgesehen werden und kann eine Verschiebung der tatsächlichen Position und der Gegenkraft relativ zu der Zielposition und der Zielgegenkraft unterdrückt werden.
Weiterhin kann wie in 4 gezeigt die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit 30 den Gegenkraftbefehl derart berechnen, dass die Zielgegenkraft die Ankunftsgegenkraft früher erreicht als die Zielposition des Positionsbefehls die Ankunftsposition erreicht und einen konstanten Wert annimmt. Mit anderen Worten kann die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit 30 die erste Gegenkraftänderungszeit R1 und die dritte Gegenkraftänderungszeit R3 in dem Gegenkraftbefehl etwas kürzer vorsehen als die erste Positionsänderungszeit Q1 und die dritte Positionsänderungszeit Q3 in dem Positionsbefehl. Deshalb kann der Gegenkraftbefehl eine Gegenkrafthaltezeit R4 zum Halten der Zielgegenkraft bei der Ankunftsgegenkraft nach der dritten Gegenkraftänderungszeit R3 aufweisen, damit die gesamte Zeitlänge dem Positionsbefehl entspricht.
Um einen derartigen Gegenkraftbefehl zu erzeugen, kann die Konfiguration derart beschaffen sein, dass in das Bearbeitungsprogramm ein Verhältnis der Werte der ersten Gegenkraftänderungszeit R1 und der dritten Gegenkraftänderungszeit R3 relativ zu der ersten Positionsänderungszeit Q1 und der dritten Positionsänderungszeit Q3 geschrieben wird. In diesem Fall kann der Befehl des Bearbeitungsprogramms eine Codenummer enthalten, die die Tatsache, dass es sich um einen Befehl der vorliegenden Ausführungsform handelt, die Ankunftsposition, die Geschwindigkeit in der zweiten Gegenkraftänderungszeit R2, die Ankunftsgegenkraft und die Länge der ersten Gegenkraftänderungszeit R1 angibt.
Außerdem kann die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit 30 einen Gegenkraftbefehl derart berechnen, dass die Zielgegenkraft die Ankunftsgegenkraft früher erreicht als die Zielposition in dem Positionsbefehl die Ankunftsposition erreicht und einen konstanten Wert annimmt, indem die zweite Gegenkraftänderungszeit R2 in dem Gegenkraftbefehl etwas kürzer vorgesehen wird als die zweite Positionsänderungszeit Q2 in dem Positionsbefehl. In diesem Fall kann die Konfiguration derart beschaffen sein, dass in das Bearbeitungsprogramm ein Verhältnis relativ zu dem Wert der zweiten Gegenkraftänderungszeit R2 oder der zweiten Positionsänderungszeit Q2 geschrieben wird.
Im Vergleich zu der Regelung der Position des angetriebenen Körpers W weist die Regelung der Gegenkraft des angetriebenen Körpers W eine verzögerte Reaktion auf. Dabei erreicht die Zielgegenkraft in dem Gegenkraftbefehl die Ankunftsgegenkraft früher als die Zielposition in dem Positionsbefehl. Und weil die Verzögerung in der Reaktion der Steuerung der Gegenkraft kompensiert werden kann und die tatsächliche Position und die tatsächliche Gegenkraft des angetriebenen Körpers W linearer sind, kann die Abweichung der tatsächlichen Position und der Gegenkraft relativ zu der Zielposition und der Zielgegenkraft kleiner vorgesehen werden.
Die Positionserhaltungseinheit 40 erhält einen Erfassungswert der Positionserfassungseinheit P. Es ist zu beachten, dass die Positionserfassungseinheit P zum Beispiel als ein Drehcodierer oder ähnliches an dem Servomotor M vorgesehen sein kann.
Die Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit 50 erzeugt das Positionsreferenz-Antriebssignal, das die Ausgabe des Servomotors M wie zum Beispiel die Geschwindigkeit, das Drehmoment usw. designiert, basierend auf der Abweichung zwischen der aktuellen Zielposition in dem Positionsbefehl und der tatsächlichen Position des angetriebenen Körpers W, die durch die Positionserhaltungseinheit 40 erhalten werden. Mit anderen Worten führt die Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit 50 eine Regelung durch, um zu veranlassen, dass sich der Wert des Positionsreferenz-Antriebssignals derart ändert, dass die Position des Antriebskörpers W näher zu der Zielposition gebracht wird.
Die Gegenkrafterhaltungseinheit 60 erhält den Erfassungswert einer Gegenkrafterfassungseinheit F. Es ist zu beachten, dass die Gegenkrafterfassungseinheit F als eine Konfiguration mit einer Dehnungsmesseinrichtung vorgesehen sein kann.
Die Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit 70 erzeugt ein Gegenkraftreferenz-Antriebssignal, das die Ausgabe des Servomotors M wie etwa die Geschwindigkeit, das Drehmoment usw. designiert, basierend auf der Abweichung zwischen der aktuellen Zielgegenkraft in dem Gegenkraftbefehl und der aktuellen Gegenkraft des angetriebenen Körpers W, der durch die Gegenkrafterhaltungseinheit 60 erhalten wird. Mit anderen Worten führt die Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit 70 eine Regelung durch, um den Wert des Gegenkraftreferenz-Antriebssignals derart zu ändern, dass die Gegenkraft des angetriebenen Körpers W näher zu der Zielgegenkraft gebracht wird.
Die Antriebssignal-Auswahleinheit 80 betrachtet den Wert des Positionsreferenz-Antriebssignals und den Wert des Gegenkraftreferenz-Antriebssignals, wählt das Positionsreferenz-Antriebssignal oder das Gegenkraftreferenz-Antriebssignal aus und gibt es zu dem Servotreiber S aus. Insbesondere kann die Antriebssignal-Auswahleinheit 80 als eine Konfiguration zum Eingeben des kleineren Werts des Positionsreferenz-Antriebssignals oder des Gegenkraftreferenz-Antriebssignals zu dem Servotreiber S vorgesehen sein. Außerdem kann die Antriebssignal-Auswahleinheit 80 auf vergangene Werte des Positionsreferenz-Antriebssignals und des Gegenkraftreferenz-Antriebssignals oder auf andere Informationen als diese Bezug nehmen, um zu bestimmen, ob das Positionsreferenz-Antriebssignal oder das Gegenkraftreferenz-Antriebssignal ausgewählt werden soll.
5 zeigt eine Steuersequenz eines Prozesses der Werkzeugmaschine 100 in der Servomotor-Steuervorrichtung 1. Die Servomotor-Steuervorrichtung 1 führt aus: einen Schritt zum Erhalten von Basisinformationen einschließlich der Anfangsposition und der Anfangsgegenkraft des angetriebenen Körpers W und der Ankunftsposition und der Ankunftsgegenkraft (Schritt S11: Basisinformationen-Erhaltungsschritt); einen Schritt zum Erzeugen eines Positionsbefehls, der die Zielposition des angetriebenen Körpers W für jeden Zeitpunkt spezifiziert (Schritt S12: Positionsbefehl-Berechnungsschritt); einen Schritt zum Erzeugen eines Gegenkraftbefehls, der die Zielgegenkraft, die der angetriebene Körper W empfangen sollte, spezifiziert (Schritt S13: Gegenkraftbefehl-Berechnungsschritt); einen Schritt zum Erhalten der tatsächlichen Position des angetriebenen Körpers W (Schritt S14: Positionserhaltungsschritt); einen Schritt zum Erzeugen eines Positionsreferenz-Antriebssignals für das Betreiben des Servomotors M derart, dass die tatsächliche Position des angetriebenen Körpers W näher zu der Zielposition gebracht wird (Schritt S15: Positionsreferenz-Antriebssignal-Erzeugungsschritt); einen Schritt zum Erhalten der tatsächlich durch den angetriebenen Körper W empfangenen Gegenkraft (Schritt S16: Gegenkrafterfassungsschritt); einen Schritt zum Erzeugen eines Gegenkraftreferenz-Antriebssignals für das Betreiben des Servomotors M derart, dass die tatsächliche Gegenkraft des angetriebenen Körpers W näher zu der Zielgegenkraft gebracht wird (Schritt S17: Gegenkraftreferenz-Antriebssignal-Erzeugungsschritt); einen Schritt zum Vergleichen des Positionsreferenz-Antriebssignals mit dem Gegenkraftreferenz-Antriebssignal (Schritt S18: Antriebssignal-Vergleichsschritt); einen Schritt zum Ausgeben des Positionsreferenz-Antriebssignals zu dem Servotreiber S (Schritt S19: Positionsreferenz-Antriebssignal-Ausgabeschritt); einen Schritt zum Ausgeben des Gegenkraftreferenz-Antriebssignals zu dem Servotreiber S (Schritt S20: Gegenkraftreferenz-Antriebssignal-Ausgabeschritt); und einen Schritt zum Bestätigen, ob der Prozess zum Anwenden der aktuellen Steuerung beendet wurde (Schritt S21: Endbestätigungsschritt).
In dem Basisinformationen-Erhaltungsschritt S11 werden die Anfangsposition, die Anfangsgegenkraft, die Ankunftsposition und das Ankunftsdrehmoment des angetriebenen Körpers W sowie die für das Berechnen eines Positionsbefehls und eines Gegenkraftbefehls benötigten Informationen durch die Basisinformationen-Erhaltungseinheit 10 erhalten.
In dem Positionsbefehl-Berechnungsschritt S12 wird der Positionsbefehl zum Veranlassen einer Änderung der Zielposition in der Zeit durch die Positionsbefehl-Berechnungseinheit 20 basierend auf den in dem Basisinformationen-Erhaltungsschritt erhaltenen Informationen berechnet.
In dem Gegenkraftbefehl-Berechnungsschritt S13 wird der Gegenkraftbefehl zum Veranlassen einer Änderung der Zielgegenkraft in der Zeit derart, dass die Beziehung mit der Zielposition im Wesentlichen linear wird, durch die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit 30 basierend auf den in dem Basisinformationen-Erhaltungsschritt erhaltenen Informationen berechnet.
In dem Positionserhaltungsschritt S14 wird die aktuelle Position des angetriebenen Körpers W durch die Positionserhaltungseinheit 40 bestätigt.
In dem Positionsreferenz-Antriebssignal-Erzeugungsschritt S15 wird das Positionsreferenz-Antriebssignal für das Betreiben des Servomotors M, um die Abweichung zwischen der aktuellen Zielposition in dem in dem Positionsbefehl-Berechnungsschritt berechneten Positionsbefehl und der in dem Positionserhaltungsschritt bestätigten Position des angetriebenen Körpers W zu vermindern, in der Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit 50 erzeugt.
In dem Gegenkrafterfassungsschritt S16 wird die aktuelle Gegenkraft, die auf den angetriebenen Körper W wirkt, durch die Gegenkrafterhaltungseinheit 60 bestätigt.
In dem Gegenkraftreferenz-Antriebssignal-Erzeugungsschritt S17 wird das Gegenkraftreferenz-Antriebssignal für das Betreiben des Servomotors M, um die Abweichung zwischen der aktuellen Zielgegenkraft in dem in dem Gegenkraftbefehl-Berechnungsschritt berechneten Gegenkraftbefehl und der in dem Positionserhaltungsschritt bestätigten Gegenkraft des angetriebenen Körpers W durch die Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit 70 erzeugt.
In dem Antriebssignal-Vergleichsschritt S18 wird bestätigt, ob der Wert des in dem Positionsreferenz-Antriebssignal-Erzeugungsschritt erzeugten Positionsreferenz-Antriebssignals nicht größer ist als der Wert des in dem Gegenkraftreferenz-Antriebssignal-Erzeugungsschritt erzeugten Gegenkraftreferenz-Antriebssignals. Wenn in diesem Antriebssignal-Vergleichsschritt das Positionsreferenz-Antriebssignal nicht größer als das Gegenkraftreferenz-Antriebssignal ist, schreitet die Verarbeitung zu dem Positionsreferenz-Antriebssignal-Ausgabeschritt S19 fort. Und wenn das Positionsreferenz-Antriebssignal das Gegenkraftreferenz-Antriebssignal überschreitet, schreitet die Verarbeitung zu dem Gegenkraftreferenz-Antriebssignal-Ausgabeschritt S20 fort.
In dem Positionsreferenz-Antriebssignal-Ausgabeschritt S19 wird das in dem Positionsreferenz-Antriebssignal-Erzeugungsschritt erzeugte Positionsreferenz-Antriebssignal ausgegeben. Und in dem Gegenkraftreferenz-Antriebssignal-Ausgabeschritt S20 wird das in dem Gegenkraftreferenz-Antriebssignal-Erzeugungsschritt erzeugte Gegenkraftreferenz-Antriebssignal ausgegeben. Mit anderen Worten wird in den Schritt S18 bis S20 das kleinere des Positionsreferenz-Antriebssignals und des Gegenkraftreferenz-Antriebssignals ausgewählt und zu dem Servotreiber S ausgegeben.
In dem Endbestätigungsschritt S21 wird bestätigt, ob der Prozess zum Anwenden der aktuellen Steuerung beendet wurde und ob das Ende der Zeit des Positionsbefehls und des Gegenkraftbefehls erreicht wurde. Wenn der Prozess zum Anwenden der aktuellen Steuerung nicht beendet wurde, d.h. wenn eine nicht in dem Positionsreferenz-Antriebssignal-Erzeugungsschritt verwendete Zielposition und eine nicht in dem Gegenkraftreferenz-Antriebssignal-Erzeugungsschritt verwendete Zielgegenkraft verbleiben, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S14 zurück und wird dieser Schritt dann später wiederholt.
Auf diese Weise berechnet die Servomotor-Steuervorrichtung 1 einen Positionsbefehl derart, dass wenigstens eine Beziehung einer zweiten Ordnung relativ zu der Zeit in der Positionsbefehl-Berechnungseinheit 20 hergestellt wird, und berechnet einen Gegenkraftbefehl derart, dass die Beziehung relativ zu dem Positionsbefehl im Wesentlichen linear in der Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit 30 wird. Die Servomotor-Steuervorrichtung 1 kann dadurch unterdrücken, dass eine Differenz zwischen der auf den angetriebenen Körper W wirkenden Aktionsgegenkraft und der Zielgegenkraft in dem Gegenkraftbefehl größer wird, wenn eine Regelung, die die tatsächliche Position des angetriebenen Körpers W näher zu der Zielposition in dem Positionsbefehl bringt, unter Verwendung der Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit 50 durchgeführt wird. Außerdem kann die Servomotor-Steuervorrichtung 1 auch dann unterdrücken, dass die Differenz zwischen der tatsächlichen Position des angetriebenen Körpers W und der Zielposition in dem Positionsbefehl größer wird, wenn eine Regelung, die die auf den angetriebenen Körper W wirkende Gegenkraft näher zu der Zielgegenkraft in dem Gegenkraftbefehl bringt, unter Verwendung der Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit 70 gebracht wird. Dieser Effekt ist besonders deutlich, wenn eine Übersteuerung für das Vergrößern der Betriebsgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine 100 durchgeführt wird.
Vorstehend wurde eine Ausführungsform einer Servomotor-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben, wobei die Servomotor-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung jedoch nicht auf die hier beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Außerdem handelt es sich bei den für die Ausführungsform beschriebenen Effekten lediglich um einige besonders vorteilhafte Effekte der Erfindung und sind die Effekte der Servomotor-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung nicht auf die für diese Ausführungsform beschriebenen beschränkt.
In der Servomotor-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung können der Positionsbefehl und der Gegenkraftbefehl als eine beliebige Funktion wie etwa eine Exponentialfunktion oder eine trigonometrische Funktion berechnet werden, können durch eine Verknüpfung einer Vielzahl von Linearfunktionen berechnet werden oder können unter Bezugnahme auf eine beliebige Referenzwellenform berechnet werden.
Bezugszeichenliste

1: Servomotor-Steuervorrichtung
10: Basisinformationen-Erhaltungseinheit
20: Positionsbefehl-Berechnungseinheit
30: Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit
40: Positionserhaltungseinheit
50: Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit
60: Gegenkrafterhaltungseinheit
70: Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit
80: Antriebssignal-Auswahleinheit
M: Servomotor
W: angetriebener Körper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006130533 [0004]

Claims

Servomotor-Steuervorrichtung, umfassend: eine Positionsbefehl-Berechnungseinheit (20), die einen Positionsbefehl berechnet, der eine Zielposition spezifiziert, bei der sich ein durch einen Servomotor (M) angetriebener Körper (W) zu jedem Zeitpunkt befinden sollte, eine Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit (30), die einen Gegenkraftbefehl berechnet, der eine Zielgegenkraft spezifiziert, die durch den angetriebenen Körper (W) zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs des Servomotors (M) empfangen werden soll, eine Positionserhaltungseinheit (40), die eine tatsächliche Position des angetriebenen Körpers (W) erhält, eine Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit (50), die ein Positionsreferenz-Antriebssignal für das Betreiben des Servomotors (M) erzeugt, um die durch die Positionserhaltungseinheit (40) erhaltene Position näher zu der Zielposition zu bringen, eine Gegenkrafterhaltungseinheit (60), die eine tatsächlich durch den angetriebenen Körper (W) empfangene Gegenkraft erhält, eine Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit (70), die ein Gegenkraftreferenz-Antriebssignal für das Betreiben des Servomotors (M) erzeugt, um die durch die Gegenkrafterhaltungseinheit (60) erhaltene Gegenkraft näher zu der Zielgegenkraft zu bringen, und eine Antriebssignal-Auswahleinheit (80), die das Positionsreferenz-Antriebssignal oder das Gegenkraftreferenz-Antriebssignal auswählt, wobei die Positionsbefehl-Berechnungseinheit (20) den Positionsbefehl derart berechnet, dass die Zielposition eine Beziehung einer zweiten oder höheren Ordnung relativ zu der Zeit wird, und wobei die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit (30) den Gegenkraftbefehl derart berechnet, dass eine Beziehung zwischen der Zielgegenkraft und der Zielposition im Wesentlichen linear wird.
Servomotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Korrelationskoeffizient zwischen einer Zeit, zu der die Zielposition erreicht wird, und einer Zeit, zu der die Zielgegenkraft erreicht wird, wenigstens eine Proportion zwischen der Verstärkung der Positionsreferenzantrieb-Steuereinheit (50) und der Verstärkung der Gegenkraftreferenzantrieb-Steuereinheit (70) ist.
Servomotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Positionsbefehl-Berechnungseinheit (20) die Zielposition als eine Zeitfunktion einer zweiten oder höheren Ordnung berechnet, und wobei die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit (30) die Zielgegenkraft als eine Zeitfunktion der gleichen Ordnung wie die Zeitfunktion der Zielposition berechnet.
Servomotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit (30) den Gegenkraftbefehl derart berechnet, dass die Zielgegenkraft früher ein konstanter Wert wird als die Zielposition in dem Positionsbefehl.
Servomotor-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin umfasst: eine Basisinformationen-Erhaltungseinheit (10), die eine Anfangsposition und eine Anfangsgegenkraft des angetriebenen Körpers (W) und weiterhin eine Ankunftsposition und eine Ankunftsgegenkraft erhält, wobei die Positionsbefehl-Berechnungseinheit (20) den Positionsbefehl berechnet, der eine Änderung der Zielposition in der Zeit veranlasst, sodass diese aufweist: eine erste Positionsänderungszeit, in der die Zielposition zu Beginn als ein Wert gleich der Anfangsposition vorgesehen ist und eine Ableitung der zweiten Ordnung der Zielposition als eine Konstante vorgesehen ist; eine auf die erste Positionsänderungszeit folgende zweite Positionsänderungszeit, in der eine Ableitung der ersten Ordnung der Zielposition als eine Konstante vorgesehen ist; und eine auf die zweite Positionsänderungszeit folgende dritte Positionsänderungszeit, in der eine Ableitung der zweiten Ordnung der Zielposition als ein zu der ersten Positionsänderungszeit umgekehrter Wert vorgesehen ist und die Zielposition als ein Wert gleich der Ankunftsposition vorgesehen ist; und wobei die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit (30) den Gegenkraftbefehl berechnet, der eine Änderung der Zielgegenkraft in der Zeit veranlasst, sodass diese aufweist: eine erste Gegenkraftänderungszeit, in der die Zielgegenkraft zu Beginn als ein Wert gleich der Anfangsgegenkraft vorgesehen ist und eine Ableitung der zweiten Ordnung der Zielgegenkraft als eine Konstante vorgesehen ist; eine auf die erste Gegenkraftänderungszeit folgende zweite Gegenkraftänderungszeit, in der eine Ableitung der ersten Ordnung der Zielgegenkraft als eine Konstante vorgesehen ist und die eine Länge im Wesentlichen gleich der zweiten Positionsänderungszeit aufweist; und eine auf die zweite Gegenkraftänderungszeit folgende dritte Gegenkraftänderungszeit, in der die Ableitung der zweiten Ordnung der Zielgegenkraft als ein zu der ersten Gegenkraftänderungszeit als ein zu der ersten Gegenkraftänderungszeit umgekehrter Wert vorgesehen ist und die Zielgegenkraft an einem Ende als ein Wert gleich der Ankunftsgegenkraft vorgesehen ist.
Servomotor-Steuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Gegenkraftbefehl-Berechnungseinheit (30) die erste Gegenkraftänderungszeit oder die zweite Gegenkraftänderungszeit als eine durch ein Programm designierte Zeit vorsieht.