DE102021210092A1 - Dynamic correction of traversing direction dependent offsets - Google Patents
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Abstract
Eine Steuereinrichtung (4) für ein mechanisch zu bewegendes Element (1) nimmt wiederholt jeweils einen neuen Sollwert (x*) entgegen, durch den (gegebenenfalls in Verbindung mit dem zuvor vorgegebenen Sollwert (x*)) ein Vorzeichen einer Verfahrrichtung des Elements (1) bestimmt ist. In der Steuereinrichtung (4) ist für die beiden Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements (1) jeweils ein Offset (δp+, δp-) hinterlegt. Die Steuereinrichtung (4) bestimmt anhand des dem jeweiligen Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements (1) zugeordneten Offsets (δp+, δp-) einen aktuellen Offset (δp). Die Steuereinrichtung (4) steuert einen Antrieb (2), der das bewegte Element (1) positioniert, entsprechend dem Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements (1) an. Sie berücksichtigt bei der Ermittlung einer Differenz eines Lagesollwertes (p*) für den Antrieb (2) und eines Lageistwertes (p) des Antriebs (2) und/oder bei der Ermittlung eines auf dem Lageistwert (p) des Antriebs (2) basierenden Positionsistwertes (x) des Elements (1) den aktuellen Offset (δp). Die Steuereinrichtung (4) ermittelt bei einem Wechsel des Vorzeichens der Verfahrrichtung jeweils auf Basis von erfassten Zuständen (Z) des Antriebs (2) ein Antriebsspiel (S) und führt unter Verwertung des ermittelten Antriebsspiels (S) mindestens einen der beiden hinterlegten Offsets (δp+, δp-) nach. A control device (4) for an element (1) to be moved mechanically repeatedly receives a new target value (x*) by which (possibly in conjunction with the previously specified target value (x*)) a sign of a direction of movement of the element (1 ) is determined. An offset (δp+, δp-) is stored in the control device (4) for the two signs of the direction of movement of the element (1). The control device (4) uses the offset (δp+, δp-) assigned to the respective sign of the direction of movement of the element (1) to determine a current offset (δp). The control device (4) controls a drive (2), which positions the moving element (1), according to the sign of the direction of movement of the element (1). It takes into account when determining a difference between a setpoint position value (p*) for the drive (2) and an actual position value (p) of the drive (2) and/or when determining an actual position value based on the actual position value (p) of the drive (2). (x) of element (1) the current offset (δp). When the sign of the travel direction changes, the control device (4) determines a drive play (S) on the basis of detected states (Z) of the drive (2) and, using the determined drive play (S), calculates at least one of the two stored offsets (δp+ , δp-) after.
Description
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für eine Steuereinrichtung,
- - wobei die Steuereinrichtung für ein mechanisch zu bewegendes Element wiederholt jeweils einen neuen Sollwert entgegennimmt,
- - wobei durch den neuen Sollwert als solchen oder durch den neuen Sollwert in Verbindung mit dem zuvor vorgegebenen Sollwert oder in Verbindung mit dem momentanen Istwert des Elements ein Vorzeichen einer Verfahrrichtung des Elements bestimmt ist,
- - wobei in der Steuereinrichtung für die beiden Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements jeweils ein Offset hinterlegt ist,
- - wobei die Steuereinrichtung anhand des durch das Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements bestimmten Offsets einen aktuellen Offset bestimmt,
- - wobei die Steuereinrichtung einen Antrieb, durch dessen Ansteuerung das bewegte Element positioniert wird, entsprechend dem Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements ansteuert,
- - wobei die Steuereinrichtung bei der Ermittlung einer Differenz eines Lagesollwertes für den Antrieb und eines Lageistwertes des Antriebs und/oder bei der Ermittlung eines auf dem Lageistwert des Antriebs basierenden Positionsistwertes des Elements den aktuellen Offset berücksichtigt.
- - wherein the control device for an element to be moved mechanically repeatedly receives a new setpoint in each case,
- - a sign of a direction of travel of the element being determined by the new setpoint as such or by the new setpoint in conjunction with the previously specified setpoint or in conjunction with the current actual value of the element,
- - an offset is stored in the control device for the two signs of the direction of travel of the element,
- - wherein the control device determines a current offset based on the offset determined by the sign of the direction of travel of the element,
- - wherein the control device controls a drive, by the control of which the moving element is positioned, according to the sign of the direction of movement of the element,
- - wherein the control device takes into account the current offset when determining a difference between a desired position value for the drive and an actual position value of the drive and/or when determining an actual position value of the element based on the actual position value of the drive.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Steuerprogramm, wobei das Steuerprogramm Maschinencode umfasst, der von einer Steuereinrichtung unmittelbar abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung ein derartiges Betriebsverfahren ausführt.The present invention is also based on a control program, the control program comprising machine code which can be processed directly by a control device, the processing of the machine code by the control device causing the control device to carry out such an operating method.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steuereinrichtung für ein Element und dessen Antrieb, wobei die Steuereinrichtung mit einem derartigen Steuerprogramm programmiert ist, so dass sie ein derartiges Betriebsverfahren ausführt.The present invention is also based on a control device for an element and its drive, the control device being programmed with such a control program so that it executes such an operating method.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Einrichtung, wobei die Einrichtung ein mechanisch zu bewegendes Element, einen Antrieb, durch dessen Ansteuerung das mechanisch zu bewegende Element positioniert wird, und eine derartige Steuereinrichtung aufweist, die mit dem Element und dem Antrieb gemäß einem derartigen Betriebsverfahren zusammenwirkt.The present invention is also based on a device, the device having an element to be moved mechanically, a drive which controls the element to be moved mechanically and positioned, and such a control device which is connected to the element and the drive in accordance with such an operating method works together.
Derartige Vorgehensweisen sind für numerischen Steuerungen bekannt, wie sie beispielsweise bei Werkzeugmaschinen und auch allgemein für Bewegungssteuerungen eingesetzt werden.Procedures of this type are known for numerical controls, such as are used, for example, in machine tools and also generally for motion controls.
Antriebsachsen weisen oftmals ein Antriebsspiel auf. Wird die Achse verfahren, so folgt das mittels der Achse verfahrene Element der Ansteuerung der Achse mit einem gewissen Offset. Wenn bei einem Verfahren der Achse vorwärts ein Lagegeber der Achse beispielsweise die Position 100,0 (in willkürlichen Einheiten) angibt, so liegt die tatsächliche Position des mittels der Achse verfahrenen Elements beispielsweise bei nur 99,9. Die tatsächliche Position des Elements hinkt also um 0,1 hinterher. Dieser Wert ist der Offset für das Verfahren des Elements vorwärts. Wenn umgekehrt die Achse rückwärts verfahren wird und der Lagegeber der Achse wieder die Position 100,0 angibt, so liegt die tatsächliche Position des mittels der Achse verfahrenen Elements beispielsweise bei 100,2. Die tatsächliche Position des Elements hinkt also um 0,2 hinterher. Dieser Wert ist der Offset für das Verfahren des Elements rückwärts. Das Antriebsspiel ist die Summe der beiden Offsets. Das Antriebsspiel liegt in dem angegebenen Beispiel folglich bei 0,1 + 0,2 = 0,3.Drive axles often have drive play. If the axis is moved, the element moved by means of the axis follows the activation of the axis with a certain offset. For example, when moving the axis forward, if an axis position encoder indicates a position of 100.0 (in arbitrary units), the actual position of the element moved by the axis is only 99.9, for example. So the actual position of the element lags behind by 0.1. This value is the offset for moving the element forward. Conversely, if the axis is moved backwards and the position encoder of the axis indicates the position 100.0 again, then the actual position of the element moved by the axis is, for example, 100.2. So the actual position of the element lags behind by 0.2. This value is the offset for moving the element backwards. The drive backlash is the sum of the two offsets. The drive play in the given example is therefore 0.1 + 0.2 = 0.3.
In einer Vielzahl von Anwendungen ist das Antriebsspiel tolerierbar. Eine Korrektur ist nicht erforderlich. In anderen Anwendungen ist das Antriebsspiel nicht tolerierbar. Beispiele derartiger Anwendungen sind insbesondere bildgebende medizintechnische Anwendungen, bei denen das Element Bestandteil einer bildgebenden medizintechnischen Modalität ist.The drive backlash is tolerable in a large number of applications. A correction is not necessary. In other applications, the drive backlash is not tolerable. Examples of such applications are, in particular, imaging medical technology applications in which the element is part of an imaging medical technology modality.
Wenn das Antriebsspiel nicht tolerierbar ist, muss es korrigiert werden. Die Korrektur erfolgt dadurch, dass in der Steuereinrichtung für die beiden Vorzeichen der Verfahrrichtung (also vorwärts und rückwärts) der jeweilige Offset hinterlegt wird und beim Verfahren des Elements berücksichtigt wird. Wenn gemäß obigen Beispiel für das Element die Position 100,0 vorgegeben wird, so wird beim Verfahren vorwärts der Antrieb auf die Position 100,0 + 0,1 = 100,1 verfahren, beim Verfahren rückwärts auf die Position 100,0 - 0,2 = 99,8.If drive backlash is intolerable, it must be corrected. The correction takes place in that the respective offset is stored in the control device for the two signs of the direction of travel (ie forwards and backwards) and is taken into account when moving the element. If position 100.0 is specified for the element according to the above example, the drive is moved to position 100.0 + 0.1 = 100.1 when moving forwards, and to position 100.0 - 0 when moving backwards. 2 = 99.8.
Antriebsachsen, mittels der Antriebsachsen verfahrene Elemente und (soweit vorhanden) Kinematiken zwischen den Antriebsachsen und den verfahrenen Elementen verschleißen im Laufe der Zeit. Dadurch können sich die Offsets und damit das Antriebsspiel ändern, insbesondere vergrößern. Derartige Änderungen der Offsets haben Einfluss auf die tatsächliche Positioniergenauigkeit des Elements. In manchen Fällen kann der Verschleiß dazu führen, dass die Positionierung des Elements nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit vorgenommen werden kann, so dass beispielsweise die Bildqualität der bildgebenden medizintechnischen Modalität sich verschlechtert. In diesem Fall muss der Antriebsstrang repariert oder ausgetauscht werden. Dies führt zu Stillstandzeiten, während derer die Anlage, deren Bestandteil das Element ist, nicht genutzt werden kann. Weiterhin fallen unmittelbar Kosten für die Reparatur an.Drive axles, elements moved by means of the drive axles and (if any) kinematics between the drive axles and the moved elements wear out over time. As a result, the offsets and thus the drive play can change, in particular increase. Such offset changes affect the actual positioning accuracy of the element. In some cases, the wear and tear can mean that the positioning of the element can no longer be carried out with the required accuracy, so that, for example, the image quality is impaired of the medical imaging modality is deteriorating. In this case, the drive train must be repaired or replaced. This leads to downtimes during which the system of which the element is a part cannot be used. Furthermore, there are direct costs for the repair.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können. Insbesondere soll die Genauigkeit, mit der das Element positioniert werden kann, über die gesamte Lebensdauer des Antriebsstrangs aufrechterhalten werden und soll darüber hinaus nach Möglichkeit die Lebensdauer des Antriebsstrangs vergrößert werden.The object of the present invention is to create possibilities by means of which the disadvantages of the prior art can be avoided. In particular, the accuracy with which the element can be positioned should be maintained over the entire service life of the drive train and, if possible, the service life of the drive train should also be increased.
Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.The object is achieved by an operating method with the features of
Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung bei einem Wechsel des Vorzeichens der Verfahrrichtung jeweils auf Basis von erfassten Zuständen des Antriebs ein Antriebsspiel ermittelt und unter Verwertung des ermittelten Antriebsspiels mindestens einen der beiden hinterlegten Offsets nachführt.According to the invention, an operating method of the type mentioned at the beginning is configured in that the control device determines a drive play when there is a change in the sign of the direction of travel on the basis of detected states of the drive and, using the determined drive play, corrects at least one of the two stored offsets.
Die Steuereinrichtung überwacht also dynamisch das Antriebsspiel und führt, soweit erforderlich, mindestens einen der beiden hinterlegten Offsets nach. Dadurch werden die Offsets nicht nur bei der Herstellung der Anlage, deren Bestandteil das Element ist, oder bei deren Inbetriebnahme einmalig erfasst und hinterlegt, sondern im laufenden Betrieb der Anlage dynamisch nachgeführt.The control device therefore dynamically monitors the drive play and, if necessary, corrects at least one of the two stored offsets. As a result, the offsets are not only recorded and stored once during the manufacture of the system of which the element is a part, or when it is commissioned, but also dynamically tracked during operation of the system.
Vorzugsweise erfasst die Steuereinrichtung als Zustand eine Belastung des Antriebs und ermittelt das Antriebsspiel anhand des zeitlichen Verlaufs der Belastung des Antriebs. Dies hat sich in Versuchen als sehr zuverlässig und genau erwiesen.The control device preferably detects a load on the drive as the state and determines the drive play based on the time profile of the load on the drive. This has proven to be very reliable and accurate in tests.
In vielen Fällen umfasst die Steuereinrichtung eine übergeordnete Steuereinrichtung und eine untergeordnete Steuereinrichtung. In diesem Fall ist das Betriebsverfahren in der Regel derart ausgestaltet,
- - dass die übergeordnete Steuereinrichtung das Antriebsspiel ermittelt, mindestens einen der beiden Offsets nachführt und die nachgeführten Offsets zur Hinterlegung sowie den Sollwert der untergeordneten Steuereinrichtung vorgibt und
- - dass die untergeordnete Steuereinrichtung die ihr von der übergeordneten Steuereinrichtung vorgegebenen Offsets als hinterlegte Offsets abspeichert, anhand des durch das Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements bestimmten Offsets den aktuellen Offset bestimmt, den Antrieb entsprechend dem Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements ansteuert und den aktuellen Offset bei der Ermittlung der Differenz des Lagesollwertes und des Lageistwertes und/oder bei der Ermittlung des Positionsistwertes berücksichtigt.
- - that the higher-level control device determines the drive play, tracks at least one of the two offsets and specifies the tracked offsets for storage and the target value of the lower-level control device and
- - that the subordinate control device saves the offsets specified by the higher-level control device as stored offsets, determines the current offset using the offset determined by the sign of the direction of travel of the element, controls the drive according to the sign of the direction of travel of the element and calculates the current offset at the Determining the difference between the position setpoint and the actual position value and/or taken into account when determining the actual position value.
Dadurch kann insbesondere als untergeordnete Steuereinrichtung eine numerische Steuerung oder eine Bewegungssteuerung verwendet werden, wie sie im Stand der Technik bereits bekannt ist. Lediglich die übergeordnete Steuereinrichtung muss entsprechend angepasst (insbesondere programmiert) werden.As a result, a numerical control or a movement control, as is already known in the prior art, can be used in particular as the subordinate control device. Only the higher-level control device has to be adapted (in particular programmed) accordingly.
Zum Nachführen der Offsets ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuereinrichtung die Differenz des Antriebsspiels einerseits und der Summe der hinterlegten Offsets andererseits bildet, diese Differenz gemäß einem vorbestimmten Aufteilungsverhältnis auf die beiden hinterlegten Offsets aufteilt und beide hinterlegte Offsets entsprechend nachführt. Diese Vorgehensweise bietet den Vorteil, dass Abweichungen der tatsächlichen Position des Elements von einer (scheinbar) angesteuerten Position des Elements so gering wie möglich gehalten werden können.To track the offsets, it is preferably provided that the control device forms the difference between the drive play on the one hand and the sum of the stored offsets on the other, divides this difference between the two stored offsets according to a predetermined distribution ratio and corrects both stored offsets accordingly. This procedure offers the advantage that deviations in the actual position of the element from an (apparently) controlled position of the element can be kept as small as possible.
Die Aufteilung kann insbesondere im Verhältnis 50:50 erfolgen. Es sind aber auch andere Aufteilungsverhältnisse möglich, bei denen einer der beiden Offsets in stärkerem Umfang korrigiert bzw. nachgeführt wird als der andere der beiden Offsets. Der Extremfall 0:100 bzw. 100:0 soll hingegen ausgeschlossen sein.The splitting can take place in particular in the ratio 50:50. However, other distribution ratios are also possible, in which one of the two offsets is corrected or tracked to a greater extent than the other of the two offsets. However, the extreme case of 0:100 or 100:0 should be ruled out.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung bei Vorgabe eines Sonderbefehls
- - das Element durch entsprechende Ansteuerung des Antriebs zu einer definierten Sonderposition verfährt,
- - den beim Erreichen der Sonderposition gegebenen Lageistwert des Antriebs erfasst,
- - einen der beiden hinterlegten Offsets anhand der Sonderposition und des beim Erreichen der Sonderposition gegebenen Lageistwerts des Antriebs bestimmt und
- - den anderen der beiden hinterlegten Offsets so nachführt, dass die Summe der beiden hinterlegten Offsets unverändert bleibt.
- - the element moves to a defined special position by appropriate control of the drive,
- - registers the actual position value of the drive when the special position is reached,
- - determines one of the two stored offsets based on the special position and the actual position value of the drive when the special position is reached and
- - adjusts the other of the two stored offsets in such a way that the sum of the two stored offsets remains unchanged.
Dadurch ist eine eindeutige Bestimmung der beiden Offsets auch nach einem (gegebenenfalls wiederholten) Nachführen der beiden Offsets möglich.As a result, a clear determination of the two offsets is also possible after a (possibly repeated) tracking of the two offsets possible.
Der Sonderbefehl kann insbesondere ein Abschaltbefehl sein, aufgrund dessen die Steuereinrichtung abgeschaltet wird. In diesem Fall führt die Steuereinrichtung die genannten Schritte zwischen dem Vorgeben des Sonderbefehls und dem tatsächlichen Abschalten der Steuereinrichtung durch.In particular, the special command can be a switch-off command, as a result of which the control device is switched off. In this case, the control device carries out the steps mentioned between specifying the special command and actually switching off the control device.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung einen zeitlichen Verlauf des ermittelten Antriebsspiels ermittelt, den zeitlichen Verlauf auf Einhaltung einer Bedingung überprüft und bei Verletzung der Bedingung eine Warnmeldung ausgibt. Dadurch kann rechtzeitig vor Erreichen eines Zustands, bei dem eine hinreichend genaue Positionierung des Elements nicht mehr gewährleistet werden kann, beispielsweise an eine Bedienperson eine Warnmeldung oder über ein Rechnernetz (beispielsweise das Internet) automatisiert ein Wartungs- oder Reparaturauftrag generiert werden.It is preferably provided that the control device determines a time profile of the determined drive play, checks the time profile for compliance with a condition, and outputs a warning message if the condition is violated. As a result, a warning message can be sent to an operator, for example, or a maintenance or repair order can be generated automatically via a computer network (e.g. the Internet) in good time before a state is reached in which a sufficiently precise positioning of the element can no longer be guaranteed.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise im medizintechnischen Umfeld eingesetzt. In diesem Fall ist das Element in der Regel Bestandteil einer bildgebenden medizintechnischen Modalität.The present invention is preferably used in the field of medical technology. In this case, the element is usually part of an imaging medical technology modality.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Steuerprogramms, dass die Steuereinrichtung ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren ausführt.The object is also achieved by a control program with the features of claim 9. According to the invention, the execution of the control program causes the control device to execute an operating method according to the invention.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Steuerprogramm programmiert, so dass die Steuereinrichtung ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren ausführt.The object is also achieved by a control device having the features of claim 10. According to the invention, the control device is programmed with a control program according to the invention, so that the control device executes an operating method according to the invention.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung als erfindungsgemäße Steuereinrichtung ausgebildet, die mit dem Element und dem Antrieb gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren zusammenwirkt.The object is also achieved by a device having the features of claim 11. According to the invention, the control device is designed as a control device according to the invention, which interacts with the element and the drive according to an operating method according to the invention.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
-
1 eine Einrichtung, -
2 ein Ablaufdiagramm, -
3 Verfahrwege, -
4 bis 7 ein Ablaufdiagramm, -
8 ein Zeitdiagramm, -
9 ein Ablaufdiagramm und -
10 den Aufbau einer Steuereinrichtung.
-
1 An institution, -
2 a flowchart, -
3 traverse paths, -
4 until7 a flowchart, -
8th a time chart, -
9 a flow chart and -
10 the construction of a control device.
Gemäß
Die Einrichtung weist weiterhin einen Antrieb 2 auf. Das Element 1 kann durch entsprechende Ansteuerung des Antriebs 2 bewegt und dadurch positioniert werden. Das Verfahren des Elements 1 ist in
Zum Ansteuern des Antriebs 2 und damit zum Bewegen und Positionieren des Elements 1 weist die Einrichtung eine Steuereinrichtung 4 auf. Die Steuereinrichtung 4 ist, wie in
Gemäß
Nachfolgend wird entsprechend dem Regelfall angenommen, dass der Sollwert x* ein Positionssollwert ist. Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen sind aber auch dann ausführbar, wenn der Sollwert x* ein andersartiger Wert ist.In the following it is assumed according to the rule that the setpoint x* is a position setpoint. However, the configurations according to the invention can also be implemented if the desired value x* is a different type of value.
In einem Schritt S2 prüft die Steuereinrichtung 4, ob gegenüber der zuletzt vorgenommenen Fahrbewegung des Elements 1 eine Richtungsumkehr vorliegt. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 4 zu einem Schritt S3 über.In a step S2, the control device 4 checks whether there is a reversal of direction compared to the last movement made by the
Im Schritt S3 prüft die Steuereinrichtung 4, ob die aktuelle Verfahrrichtung die positive Verfahrrichtung ist, das Element 1 mittels des Antriebs 2 also in die positive Verfahrrichtung verfahren wird (= vorwärts). Wenn dies der Fall ist, setzt die Steuereinrichtung 4 in einem Schritt S4 einen aktuellen Offsets δp gleich einem Offset δp+ für die positive Verfahrrichtung. Anderenfalls ist die aktuelle Verfahrrichtung die negative Verfahrrichtung. Das Element 1 wird mittels des Antriebs 2 also in die negative Verfahrrichtung (= rückwärts) verfahren. In diesem Fall setzt die Steuereinrichtung 4 in einem Schritt S5 den aktuellen Offset δp gleich dem Negativen eines Offsets δp- für die negative Verfahrrichtung. Sowohl der Offset δp+ für die positive Verfahrrichtung als auch der Offset δp- für die negative Verfahrrichtung sind gemäß
In einem Schritt S6 ermittelt die Steuereinrichtung 4 anhand des Sollwertes x* und des aktuellen Offsets δp einen Lagesollwert p* für den Antrieb 2.In a step S6, the control device 4 uses the setpoint x* and the current offset δp to determine a position setpoint p* for the
In einem Schritt S7 prüft die Steuereinrichtung 4, ob ein Lageistwert p des Antriebs 2 dem Lagesollwert p* entspricht. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 4 zu einem Schritt S8 über. Im Schritt S8 steuert die Steuereinrichtung 4 den Antrieb 2 an, so dass der Lageistwert p dem Lagesollwert p* angenähert wird. Die Steuereinrichtung 4 steuert den Antrieb 2 somit entsprechend dem Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements 1 an. Sodann geht die Steuereinrichtung 4 zum Schritt S6 zurückIn a step S7, the control device 4 checks whether an actual position value p of the
Anderenfalls geht die Steuereinrichtung 4 zu einem Schritt S9 über, in dem sie die Verfahrbewegung beendet. Vom Schritt S9 aus geht die Steuereinrichtung 4 wieder zum Schritt S1 zurück und wartet dort die Vorgabe des nächsten Sollwertes x* ab.Otherwise, the control device 4 goes to a step S9 in which it ends the movement. From step S9, the control device 4 goes back to step S1 and waits there for the specification of the next desired value x*.
Durch die bisher erläuterte Vorgehensweise gemäß
Sofern die Steuereinrichtung 4 im Schritt S2 eine Richtungsumkehr erkannt hat, geht die Steuereinrichtung 4 zu einem Schritt S10 über. Im Schritt S10 setzt die Steuereinrichtung 4 einen Anfangswert p1 fest. Beispielsweise kann es sich bei dem Anfangswert p1 um den Lageistwert p handeln, wie er unmittelbar bei Vorgabe des Lagesollwerts x* vorliegt.If the control device 4 has recognized a reversal of direction in step S2, the control device 4 goes to a step S10. In step S10, the control device 4 sets an initial value p1. For example, the initial value p1 can be the actual position value p as it is present immediately when the setpoint position value x* is specified.
In einem Schritt S11 steuert die Steuereinrichtung 4 den Antrieb 2 an, so dass der Antrieb 2 entsprechend der im Schritt S2 ermittelten (geänderten) Verfahrrichtung verfahren wird. Im Schritt S11 steuert die Steuereinrichtung 4 den Antrieb 2 somit analog zum Schritt S8 entsprechend dem Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements 1 an. In einem Schritt S12 erfasst die Steuereinrichtung 4 einen Zustand Z des Antriebs 2. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 4 eine aktuelle Belastung des Antriebs 2 erfassen. Die Belastung kann ohne weiteres beispielsweise anhand der vom Antrieb 2 aufgenommenen Leistung oder des vom Antrieb 2 aufgebrachten Drehmoments ermittelt werden.In a step S11, the control device 4 controls the
In einem Schritt S13 prüft die Steuereinrichtung 4, ob der Zustand Z einen bestimmten Wert Z0 erreicht. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 4 prüfen, ob die Belastung einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt. Ist der bestimmte Wert Z0 noch nicht erreicht, geht die Steuereinrichtung 4 zum Schritt S11 zurück. Anderenfalls geht die Steuereinrichtung 4 zu einem Schritt S14 über.In a step S13, the control device 4 checks whether the state Z has reached a specific value Z0. For example, the control device 4 can check whether the load exceeds a predetermined limit value. If the specific value Z0 has not yet been reached, the control device 4 returns to step S11. Otherwise, the control device 4 goes to a step S14.
Im Schritt S14 setzt die Steuereinrichtung 4 einen Endwert p2 fest. Beispielsweise kann es sich bei dem Endwert p2 um den Lageistwert p handeln, wie er unmittelbar bei Erreichen des bestimmten Wertes Z0 vorliegt.In step S14, the control device 4 sets a final value p2. For example, the end value p2 can be the actual position value p as it is present immediately when the specific value Z0 is reached.
In einem Schritt S15 ermittelt die Steuereinrichtung 4 durch Auswertung des Anfangswertes p1 und des Endwertes p2 ein Antriebsspiel S. In dem einfachsten Fall, in dem der Anfangswert p1 und der Endwert p2 Lagewerte des Antriebs 2 sind, ergibt sich das Antriebsspiel S direkt durch den Betrag der Differenz von Anfangswert p1 und Endwert p2.In a step S15, the control device 4 determines a drive play S by evaluating the initial value p1 and the final value p2. In the simplest case, in which the initial value p1 and the final value p2 are position values of the
In einem Schritt S16 führt die Steuereinrichtung 4 unter Verwertung des ermittelten Antriebsspiels S den Offset δp+ für die positive Verfahrrichtung nach. In analoger Weise führt die Steuereinrichtung 4 in einem Schritt S17 unter Verwertung des ermittelten Antriebsspiels S den Offset δp- für die negative Verfahrrichtung nach. Es ist möglich, dass sowohl der Schritt S16 als auch der Schritt S17 vorhanden sind. Alternativ ist es möglich, dass nur einer der beiden Schritte S16, S17 vorhanden ist. Aus diesem Grund sind die Schritte S16 und S17 in
Vom Schritt S16 aus (sofern der Schritt S17 nicht vorhanden ist) oder vom Schritt S17 aus geht die Steuereinrichtung 4 zum Schritt S3 über.From step S16 (if step S17 is not present) or from step S17, the control device 4 proceeds to step S3.
Durch die nunmehr zusätzlich erläuterte Vorgehensweise von
Die obenstehend erläuterte Art und Weise der Implementierung der vorliegenden Erfindung kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. Bereits im Falle einer Lageregelung des Antriebs 2 kann alternativ zu der obenstehend erläuterten Korrektur des Lagesollwertes p* um den aktuellen Offset δp alternativ auch der Lageistwert p um den aktuellen Offset δp korrigiert werden. Die Korrektur muss lediglich mit dem inversen Vorzeichen erfolgen. Dies ist auch selbstverständlich, da in die Lageregelung als Eingangsgröße die Differenz von Lagesollwert p* und Lageistwert p eingeht.The manner of implementing the present invention explained above can be modified in various respects. Already in the case of a position control of the
Alternativ zu einer Korrektur der Differenz von Lagesollwert p* und Lageistwert p ist es entsprechend der Darstellung in
Im Schritt S21 erfasst die Steuereinrichtung 4 den aktuellen Lageistwert p. Im Schritt S22 ermittelt die Steuereinrichtung 4 anhand des Lageistwerts p und des aktuellen Offsets δp einen aktuellen Istwert x, hier für die Position des Elements 1. Im Schritt S23 prüft die Steuereinrichtung 4, ob der Istwert x dem Sollwert x* entspricht. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 4 zum Schritt S24 über. Im Schritt S24 steuert die Steuereinrichtung 4 den Antrieb 2 an, so dass der Istwert x dem Sollwert x* angenähert wird. Die Steuereinrichtung 4 steuert den Antrieb 2 somit wie zuvor entsprechend dem Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements 1 an. Anderenfalls beendet die Steuereinrichtung 4 im Schritt S25 die Verfahrbewegung. Vom Schritt S25 aus geht die Steuereinrichtung 4 wieder zum Schritt S1 zurück und wartet dort die Vorgabe des nächsten Sollwertes x* ab.In step S21, the control device 4 detects the current actual position value p. In step S22, control device 4 uses actual position value p and current offset δp to determine a current actual value x, here for the position of
Die Schritte S21 bis S25 implementieren somit im Kern wie zuvor eine Lageregelung, diesmal aber basierend auf den Positionswerten des Elements 1.Steps S21 to S25 thus essentially implement position control as before, but this time based on the position values of
Anstelle einer Lageregelung, wie sie durch die Schritte S23 bis S25 implementiert ist, wäre es alternativ auch möglich, entsprechend der Darstellung in
Obenstehend wurde in Verbindung mit
Zum Nachführen der hinterlegten Offsets δp+, δp- (Schritte S16 und S17 von
Gemäß
In einem Schritt S33 führt die Steuereinrichtung 4 dann den Offset δp+ für die positive Verfahrrichtung anhand des Anteils δS+ für die positive Verfahrrichtung nach. In analoger und vor allem gleichartiger Weise führt die Steuereinrichtung 4 in einem Schritt S34 den Offset δp- für die negative Verfahrrichtung anhand des Anteils δS- für die negative Verfahrrichtung nach. Beispielsweise kann in den Schritten S33 und S34 eine Korrektur um einen vorbestimmten Prozentsatz des jeweiligen Anteils δS+, δS+ erfolgen.In a step S33, the control device 4 then tracks the offset δp+ for the positive direction of travel based on the proportion δS+ for the positive direction of travel. In a similar and, above all, similar manner, the control device 4 tracks the offset δp- for the negative direction of travel in a step S34 using the proportion δS- for the negative direction of travel. For example, in steps S33 and S34, a correction can be made by a predetermined percentage of the respective component δS+, δS+.
Bei der Vorgehensweise gemäß
Mittels der bisher erläuterten Vorgehensweise kann zwar das Antriebsspiel S selbst ermittelt werden, also die Summe der tatsächlichen Offsets für die positive und die negative Verfahrrichtung. Die Aufteilung auf die positive und die negative Verfahrrichtung ist hingegen nicht definitiv bekannt. Es ist zwar zu vermuten, dass Änderungen des Antriebsspiels S sich gleichmäßig bzw. zumindest in etwa gleichmäßig auf die beiden Verfahrrichtungen aufteilen. Dies rechtfertigt auch die obenstehend angegebenen Werte für den Faktor a (und damit implizit auch für den Faktor b). Mit Sicherheit kann dies mit der bisher erläuterten Vorgehensweise jedoch nicht bestimmt werden. Vorzugsweise wird das Betriebsverfahren daher so ausgestaltet, wie dies nachstehend in Verbindung mit
Gemäß
Im Schritt S43 setzt die Steuereinrichtung 4 das Antriebsspiel S gleich der Summe der hinterlegten Offsets δp+, δpfür die positive und die negative Verfahrrichtung. In einem Schritt S44 verfährt die Steuereinrichtung 4 sodann das Element 1 durch entsprechende Ansteuerung des Antriebs 2 zu einer definierten Sonderposition x0. Beispielsweise kann ein mechanischer Anschlag angefahren werden oder kann eine Position angefahren oder passiert werden, an der mittels eines eigenen Gebers die exakte Position des Elements 1 erkannt wird.In step S43, the control device 4 sets the drive play S equal to the sum of the stored offsets δp+, δp for the positive and the negative direction of travel. In a step S44, the control device 4 then moves the
Wenn die definierte Sonderposition x0 erreicht wird, erfasst die Steuereinrichtung 4 in einem Schritt S45 den korrespondierenden Lageistwert p des Antriebs 2. Dieser Lageistwert p wird nachfolgend als Sonderlage p0 bezeichnet. Die Differenz der Sonderposition x0 und der Sonderlage p0 entspricht dem aktuellen tatsächlichen Offset für die aktuelle Verfahrrichtung. Die Steuereinrichtung 4 kann daher in einem Schritt S46 den entsprechenden Offset (nachstehend wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, dass es sich um den Offset δp+ für die positive Verfahrrichtung handelt) direkt anhand der Differenz der Sonderposition x0 und der Sonderlage p0 bestimmen, insbesondere gleich dem Betrag dieser Differenz setzen. Da weiterhin durch das Antriebsspiel S die Summe der Offsets δp+, δp- bekannt ist, kann die Steuereinrichtung 4 in einem Schritt S47 den anderen Offset δp- so nachführen, dass die Summe der beiden hinterlegten Offsets δp+, δp- unverändert bleibt.When the defined special position x0 is reached, the control device 4 detects the corresponding actual position value p of the
Der Sonderbefehl XX kann entsprechend der Darstellung in
Wie in
Gemäß
In vielen Fällen umfasst die Steuereinrichtung 4 entsprechend der Darstellung in
Die übergeordnete Steuereinrichtung 7 ermittelt das Antriebsspiel S. Dies ist in10 durch die in Klammern gesetzte Angabe „S“ innerhalb der übergeordneten Steuereinrichtung 7 angedeutet.Die übergeordnete Steuereinrichtung 7 führt weiterhin einen der beiden Offsets δp+, δp- oder beide Offsets δp+, δp- nach. Dies ist in10 durch die Ermittlung der beiden Offsets δp+, δp- anhand des Antriebsspiels S innerhalb der übergeordneten Steuereinrichtung 7 angedeutet.Die übergeordnete Steuereinrichtung 7 gibt der untergeordneten Steuereinrichtung 8 insbesondere die beiden Offsets δp+, δp- sowie den Sollwert x* vor. Die Vorgabe der beiden Offsets δp+, δp- erfolgt, damit die beiden Offsets δp+, δp- der untergeordneten Steuereinrichtung 8 zur Hinterlegung zur Verfügung stehen.
- The higher-
level control device 7 determines the drive play S. This is in10 indicated by the information "S" in brackets within the higher-level control device 7 . The higher-level control device 7 continues to track one of the two offsets δp+, δp- or both offsets δp+, δp-. this is in10 indicated by the determination of the two offsets δp+, δp- based on the drive play S within thesuperordinate control device 7. The higher-level control device 7 specifies the two offsets δp+, δp- and the setpoint x* to the lower-level control device 8 . The two offsets δp+, δp− are specified so that the two offsets δp+, δp− are available to the subordinate control device 8 for storage.
Die untergeordnete Steuereinrichtung 8 nimmt die beiden ihr vorgegebenen Offsets δp+, δp- entgegen und speichert sie intern als hinterlegte Offsets δp+, δp- ab. Die untergeordnete Steuereinrichtung 8 bestimmt weiterhin das Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements 1 und selektiert entsprechend den aktuellen Offset δp. Auch steuert die untergeordnete Steuereinrichtung 8 den Antrieb 2 entsprechend dem Vorzeichen der Verfahrrichtung des Elements 1 an. Hierbei berücksichtigt sie den selektierten Offset δp. Die Berücksichtigung erfolgt nach Bedarf bei der Ermittlung der Differenz des Lagesollwertes p* und des Lageistwertes p des Antriebs 2 und/oder bei der Ermittlung des Positionsistwertes x des Elements 1The subordinate control device 8 accepts the two offsets δp+, δp− specified for it and stores them internally as stored offsets δp+, δp−. The subordinate control device 8 also determines the sign of the direction of travel of the
Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit folgenden Sachverhalt:
- Eine Steuereinrichtung 4 für ein mechanisch zu bewegendes
Element 1 nimmt wiederholt jeweils einen neuen Sollwert x* entgegen, durch den (gegebenenfalls in Verbindung mit dem zuvor vorgegebenen Sollwert x* oder Istwert x) ein Vorzeichen einer Verfahrrichtung desElements 1 bestimmt ist. In der Steuereinrichtung 4 ist für die beiden Vorzeichen der Verfahrrichtung desElements 1 jeweils ein Offset δp+, δp- hinterlegt. Die Steuereinrichtung 4 bestimmt anhand des dem jeweiligen Vorzeichen der Verfahrrichtung desElements 1 zugeordneten Offsets δp+, δp- einen aktuellen Offset δp. Die Steuereinrichtung 4steuert einen Antrieb 2, derdas bewegte Element 1 positioniert, entsprechend dem Vorzeichen der Verfahrrichtung desElements 1 an. Sie berücksichtigt bei der Ermittlung einer Differenz eines Lagesollwertes p* fürden Antrieb 2 und eines Lageistwertes p des Antriebs 2 und/oder bei der Ermittlung eines auf dem Lageistwert p desAntriebs 2 basierenden Positionsistwertes x desElements 1 den aktuellen Offset δp. Die Steuereinrichtung 4 ermittelt bei einem Wechsel des Vorzeichens der Verfahrrichtung jeweils auf Basis von erfassten Zuständen Z desAntriebs 2 ein Antriebsspiel S und führt unter Verwertung des ermittelten Antriebsspiels S mindestens einen der beiden hinterlegten Offsets δp+, δp- nach.
- A control device 4 for an
element 1 to be moved mechanically repeatedly receives a new target value x*, which (possibly in conjunction with the previously specified target value x* or actual value x) determines a sign of a direction of movement of theelement 1 . An offset Δp+, Δp− is stored in the control device 4 for the two signs of the direction of movement of theelement 1 . The control device 4 determines a current offset δp on the basis of the offset δp+, δp− assigned to the respective sign of the direction of movement of theelement 1 . The control device 4 controls adrive 2, which positions the movingelement 1, according to the sign of the direction of movement of theelement 1. It takes into account the current offset δp when determining a difference between a setpoint position value p* for thedrive 2 and an actual position value p of thedrive 2 and/or when determining an actual position value x of theelement 1 based on the actual position value p of thedrive 2 . When the sign of the travel direction changes, the control device 4 determines a drive play S on the basis of detected states Z of thedrive 2 and, using the determined drive play S, tracks at least one of the two stored offsets δp+, δp−.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. So kann während der gesamten Lebensdauer der Anlage, deren Bestandteil das Element 1 ist, die Positionier- und Wiederholgenauigkeit konstant gehalten werden. Durch das Anfahren der Sonderposition x0 kann auch die Aufteilung des Antriebsspiels S auf die beiden Offsets δp+, δp- korrekt vorgenommen werden. Durch die Überwachung des zeitlichen Verlaufs des Antriebsspiels S können Qualitätsprobleme rechtzeitig erkannt werden. Es ist sogar möglich, Antriebsstränge einzusetzen, die ein großes Antriebsspiel und einen großen Verschleiß aufweisen. Dies führt zu Kostenvorteilen.The present invention has many advantages. In this way, the positioning and repeat accuracy can be kept constant throughout the life of the system, of which the
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
Claims (11)
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CN202211108543.6A CN115808936A (en) | 2021-09-13 | 2022-09-13 | Operating method for a control device, control program and control device |
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Family Applications (1)
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2022
- 2022-09-13 CN CN202211108543.6A patent/CN115808936A/en active Pending
Patent Citations (2)
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JPH08299323A (en) | 1995-04-27 | 1996-11-19 | Line Seiki Kk | Deflection correcting device |
US6597141B1 (en) | 1997-08-07 | 2003-07-22 | Trw Lucasvarity Electric Steering Ltd. | Position sensing in brushless motor systems |
Non-Patent Citations (1)
Title |
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LIU, H., et al.: Backlash error measurement and compensation on the vertical machining center. In: Engineering, 2010, 2. Jg., Nr. 6, S. 403-407. doi: 10.4236/eng.2010.26053 |
Also Published As
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