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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Stellglied zur Übertragung einer Antriebskraft von einer elektrischen Antriebsquelle über einen Antriebskraftübertragungsmechanismus zu einem Bewegungsmechanismus, um dadurch den Bewegungsmechanismus zu bewegen, sowie auf ein Verfahren zur Steuerung eines solchen elektrischen Stellgliedes.
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Elektrische Stellglieder werden allgemein zum Transport von Werkstücken oder dgl. verwendet.
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Wie in 15 der beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, weist ein herkömmliches elektrisches Stellglied 1 einen Motor 2 als elektrische Antriebsquelle auf, die über einen Antriebskraftübertragungsmechanismus 3 (bspw. eine Kugelspindel, einen Zahnriemen oder dgl.) einen Gleiter 4 mit einem Fördertisch oder dgl. entlang einer Führung (bspw. einer linearen Führungsschiene, einem Führungsblock oder dgl.) verschiebt, um dadurch ein Werkstück oder dgl., das auf dem Gleiter 4 angeordnet ist, zu einer gewünschten Position zu transportieren.
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Zur Verschiebung des Gleiters 4, d. h. zur Steuerung der Bewegung des Gleiters 4, gibt eine Steuerung 5 ein Antriebssignal an den Motor 2 auf der Basis einer Positionsinformation des Gleiters 4, welche durch einen Encoder 6 erfasst wird, und eines Befehlssignals, das von einer PLC (programmierbaren Steuerung) 7, ausgegeben wird, die eine Vorrichtung steuert, auf welcher das elektrische Stellglied 1 angebracht ist. In 15 versorgt eine Stromzufuhr 8 die Steuerung 5 und den Motor 2 mit elektrischer Energie.
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Wenn die Bedingungen zur Bewegung des Gleiters 4 eingestellt werden, d. h. eine Halteposition, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung, muss der Nutzer des elektrischen Stellgliedes 1 numerische Daten dieser Bedingungen über einen externen Eingabemechanismus 9, bspw. einer Lernbox, einen PC (personal computer) oder dgl., in die Steuerung 5 eingeben. Insbesondere werden, wie in 16 der beigefügten Zeichnung dargestellt, numerische Daten einer Halteposition in Schritt S101 und dann numerische Daten einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung in Schritt S102 eingegeben.
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Anschließend bewegen die PLC 7 und die Steuerung 5 den Gleiter 4 in einem Testmodus (Schritt S103). Dann wird bestimmt, ob die Bewegung des Gleiters 4 in dem Testmodus den Anforderungen genügt oder nicht (Schritt S104). Insbesondere überprüft der Nutzer die Bewegung des Gleiters 4 in dem Testmodus und legt fest, ob die Bewegung des Gleiters 4 in dem Testmodus den Anforderungen genügt oder nicht. Wird die Bewegung des Gleiters 4 in dem Testmodus als ausreichend angesehen (JA in Schritt S104), so ist der Gleiter betriebsbereit in einem Betriebsmodus (Schritt S105).
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Wird die Bewegung des Gleiters 4 in dem Testmodus als ungeeignet angesehen (NEIN in Schritt S104), kehrt das Verfahren zu Schritt S103 zurück und die Schritte S102 und S103 werden wiederholt. Die Einstellung der Halteposition, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung wird wiederholt, bis die Bewegung des Gleiters 4 in dem Testmodus als angemessen angesehen wird (JA in Schritt S104).
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Zur Einstellung einer Halteposition des Gleiters 4 über den externen Eingabemechanismus 9 misst der Nutzer üblicherweise vorab die Entfernung zwischen Haltepositionen des Gleiters 4 oder berechnet die Entfernung zwischen Haltepositionen des Gleiters 4 auf der Basis von Positionsinformationen (der Zahl von Ausgabepulsen) des Encoders 6, und gibt die gemessene oder berechnete Entfernung als numerische Daten ein. Zur Einstellung der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung des Gleiters 4 über den externen Eingabemechanismus 9 gibt der Nutzer gewünschte numerische Werte der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung ein, überprüft die Bewegung des Gleiters 4 in einem Testmodus auf der Basis der eingegebenen numerischen Daten, und ändert die numerischen Daten und gibt die geänderten numerischen Daten erneut ein, falls die Bewegung des Gleiters 4 nicht ausreicht. Hieraus ergibt sich, dass das Verfahren zur Einstellung der Bedingungen zur Bewegung des Gleiters 4 hochkomplex ist, da numerische Daten manuell eingegeben werden müssen und die Bewegung des Gleiters 4 mehrfach in einem Testmodus überprüft werden muss.
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Das elektrische Stellglied 1 steuert den Gleiter 4 auf der Basis der Positionsinformation des Encoders 6 so, dass er an der eingestellten Stoppposition anhält. Die Genauigkeit, mit welcher der Gleiter 4 an der Halteposition anhält, wird durch die Auflösung des Encoders 6, d. h. die Zahl der Pulse, die von dem Encoder 6 pro Entfernungseinheit ausgegeben werden, bestimmt. Wenn eine genauere Positionssteuerung erforderlich ist, müssen daher ein anderer Encoder mit höherer Auflösung und auch eine Kugelspindel oder dgl., die eine höhere Genauigkeit als der Antriebskraftübertragungsmechanismus 3 aufweist, eingesetzt werden. Als Folge davon erhöhen sich die Kosten des elektrischen Stellgliedes 1.
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In der
DE 196 17 107 A1 werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Positionieren eines Gerätes beschrieben, das entlang einer Strecke mit Hilfe eines elektrischen Motors mit zumindest zwei festen Antriebsgeschwindigkeiten zu einer Position bewegt wird. Zum Einstellen von relativen Haltepositionen des Positionierungsmechanismus werden einzelne individuelle Zielpositionen durch Benutzung eines Steuerschalters und Betätigung einer Lerntaste manuell angefahren und in einem Speicher abgelegt. Um eine maximale Genauigkeit hinsichtlich der Positionierung zu erreichen, wird die gewünschte Zielposition mit der kleinsten von Null verschiedenen Geschwindigkeit angefahren.
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Aus der
US 6,076,255 A sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer Nadel-Nähfaden-Zusammensetzung mit einer Haltevorrichtung zum Halten und Transportieren eines Fadens zu einer Nadeleinsenkvorrichtung bekannt. Die Haltevorrichtung ist auf einem bewegbaren Block montiert, der sich zwischen zwei relativen Haltepositionen, die durch zwei Stoßdämpfer festgelegt werden, hin- und herbewegt. Wenn der bewegbare Block entlang der vorbestimmten Strecke bewegt wird, kommt er in Kontakt mit den Stoßdämpfern und der bewegbare Block wird durch einen Sensor detektiert. Ein Detektionssignal indiziert die Anwesenheit des bewegbaren Blockes an dem Stoßdämpfer und wird zu einem Kontroller übermittelt, woraufhin die Antriebsvorrichtung deaktiviert wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Stellglied vorzuschlagen, das eine einfache Einstellung der Bewegungsbedingungen erlaubt und einen preiswerten Aufbau zur genaueren Positionierung eines Bewegungsmechanismus an einer Halteposition aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Ein elektrisches Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine Halteposition als Bewegungsbedingung für einen Bewegungsmechanismus ein, indem die Position eines Positionierungsmechanismus eingestellt wird, und erlaubt es dem Nutzer des elektrischen Stellgliedes, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Bewegungsmechanismus mittels eines Geschwindigkeitsreglers bzw. eines Beschleunigungsreglers einzustellen, während er die Bewegung des Bewegungsmechanismus überprüft. Daher muss der Nutzer kein komplexes Verfahren der numerischen Eingabe der Bewegungspositionen durchführen und kann die Bewegungsbedingungen für den Bewegungsmechanismus einfach und zuverlässig einstellen.
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Das elektrische Stellglied lernt die Entfernung, um welche der Bewegungsmechanismus verschoben wurde, und bewegt den Bewegungsmechanismus auf der Basis der gelernten Strecke und der Geschwindigkeit bei konstanter Bewegung des Bewegungsmechanismus und/oder der Beschleunigung bei beschleunigter Bewegung des Bewegungsmechanismus. Zur Bewegung des Bewegungsmechanismus zu dem Startpunkt oder dem Endpunkt, wird der Bewegungsmechanismus so gesteuert, dass er sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die niedriger ist als die Geschwindigkeit bei der konstanten Bewegung, und an dem Start- oder dem Endpunkt positioniert. Dadurch kann der Bewegungsmechanismus sehr genau positioniert werden.
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Da die Positionsgenauigkeit des Bewegungsmechanismus durch Anlage des Bewegungsmechanismus an dem Positionierungsmechanismus festgelegt wird, kann der Bewegungsmechanismus durch einen Positionsinformationsdetektor und einen Antriebskraftübertragungsmechanismus, die relativ preiswert sind, genau positioniert werden, ohne dass ein Positionsinformationsdetektor und ein Antriebskraftübertragungsmechanismus mit hoher Auflösung und entsprechend hohem Preis erforderlich wären.
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Der Positionierungsmechanismus umfasst einen Stoßdämpfer zur Dämpfung von Stößen, die erzeugt werden, wenn der Bewegungsmechanismus an dem Positionierungsmechanismus anschlägt.
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Ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Stellgliedes gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine Halteposition als Bewegungsbedingung für einen Bewegungsmechanismus durch Positionierung eines Positionierungsmechanismus ein, und erlaubt es dem Nutzer des elektrischen Stellgliedes, die Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Bewegungsmechanismus einzustellen, indem ein Geschwindigkeitsregler oder ein Beschleunigungsregler betätigt wird, während die Bewegung des Bewegungsmechanismus überprüft wird. Daher muss der Nutzer kein komplexes Verfahren zur numerischen Eingabe der Bewegungspositionen durchführen und kann die Bewegungsbedingungen für den Bewegungsmechanismus einfach und zuverlässig einstellen.
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Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die Strecke, um die sich der Bewegungsmechanismus bewegt hat, gelernt, und der Bewegungsmechanismus wird auf der Basis der erlernten Strecke und der Geschwindigkeit bei konstanter Bewegung des Bewegungsmechanismus (d. h. mit konstanter Geschwindigkeit) und/oder der Beschleunigung bei beschleunigter Bewegung des Bewegungsmechanismus bewegt. Zur Bewegung des Bewegungsmechanismus zu dem Start- oder dem Endpunkt wird der Bewegungsmechanismus so gesteuert, dass er sich mit einer niedrigeren Geschwindigkeit bewegt als die Geschwindigkeit bei konstanter Bewegung, und an dem Start- oder dem Endpunkt positioniert. Dadurch kann der Bewegungsmechanismus sehr genau positioniert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Bewegungsmechanismus an einem Zwischenpunkt zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt durch einen Befehl von einer Steuerkonsole auf der Basis der Positionsinformation des Positionsinformationsdetektor angehalten. Der Bewegungsmechanismus kann nicht nur an dem Start- und dem Endpunkt angehalten werden, sondern auch an dem dazwischenliegenden Zwischenpunkt. Dadurch kann der Bewegungsmechanismus ein Werkstück oder dgl. mit mehr Freiheitsgraden bewegen oder transportieren.
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Erfindungsgemäß überwacht die Steuerkonsole die Strecke, um die sich der Bewegungsmechanismus bewegt, die auf der Basis der Positionsinformation von dem Positionsinformationsdetektor und der Geschwindigkeit des Bewegungsmechanismus errechnet wird, und begrenzt einen Antriebssignaloutput an eine elektrische Antriebsquelle wenn der Bewegungsmechanismus den Start- oder den Endpunkt erreicht, falls die überwachte Strecke, die der Bewegungsmechanismus zurücklegt, so eingeschätzt wird, dass sie die durch die Lernvorrichtung erlernte Strecke erreicht, oder falls die von dem Bewegungsmechanismus zurückgelegte überwachte Strecke so eingeschätzt wird, dass sie die durch die Lernvorrichtung erlernte Strecke nicht erreicht und die Geschwindigkeit des Bewegungsmechanismus gleich oder kleiner ist als eine festgelegte Geschwindigkeit. Nachdem der Bewegungsmechanismus den Start- oder den Endpunkt erreicht hat, wird die elektrische Antriebsquelle daran gehindert, ein übermäßiges Drehmoment zu erzeugen. Als Folge hiervon werden die elektrische Antriebsquelle, der Kraftübertragungsmechanismus und die Start- und Endpunkte vor einer Überlast geschützt. Die Haltbarkeit des elektrischen Stellgliedes wird erhöht.
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Vorzugsweise umfasst die elektrische Antriebsquelle einen Motor, und die Steuerkonsole überwacht die Strecke, um die der Bewegungsmechanismus fortschreitet, die auf der Basis der Positionsinformation des Positionsinformationsdetektors errechnet wird, und stellt eine Abweichung zwischen dem Antriebssignal und der überwachten Strecke der Bewegung des Bewegungsmechanismus zurück, wenn die Abweichung einen festgelegten Bereich überschreitet, nachdem der Bewegungsmechanismus den Start- oder den Endpunkt erreicht hat. Die Positionsgenauigkeit an der Halteposition des Bewegungsmechanismus wird erhöht, und die elektrische Antriebsquelle, der Kraftübertragungsmechanismus und der Start- und Endpunkt werden vor einer Überlast geschützt. Dies erhöht die Haltbarkeit des elektrischen Stellgliedes weiter.
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In Weiterbildung der Erfindung umfasst die elektrische Antriebsquelle einen Motor, und die Steuerkonsole steuert den Motor abwechselnd in einer normalen Richtung und einer entgegengesetzten (Rückwärts-)Richtung (Open-Loop-Steuerung), um die Positionsinformation des Positionsinformationsdetektors und die Positionsinformation, die einem Rotationswinkel des Motors entspricht, miteinander zu synchronisieren, wenn eine Stromzufuhr des elektrischen Stellgliedes eingeschaltet wird. Dementsprechend kann die Position, zu der der Bewegungsmechanismus bewegt wird, genau entsprechend der Positionsinformation auf der Basis des Drehwinkels des Motors erfasst werden, wodurch die Leistungsfähigkeit des Motors maximiert wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Stellgliedes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems mit dem elektrischen Stellglied gemäß 1, einer Stromzufuhr und einer PLC.
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3 ist ein Blockdiagramm, das im Detail eine Steuerkonsole des elektrischen Stellgliedes zeigt.
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4 ist eine Vorderansicht der Steuerkonsole gemäß 3.
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5 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zur Einstellung der Bewegungsbedingungen des elektrischen Stellgliedes und zum Wechsel von einem Testmodus in einen Betriebsmodus.
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6 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens, bei welchem ein Gleiter des elektrischen Stellgliedes an einer Zwischenposition anhält.
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7 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems zur Einstellung von Bewegungsbedingungen des elektrischen Stellgliedes von einer externen Bedieneinheit.
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8 ist ein Diagramm, das zeigt, wie sich der Gleiter in dem Betriebsmodus des elektrischen Stellgliedes bewegt.
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9 ist ein Fließdiagramm eines Schutzsteuerverfahrens des elektrischen Stellgliedes.
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10 ist ein Fließdiagramm eines Ursprungseinstellprozesses des elektrischen Stellgliedes.
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11 ist eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Stellgliedes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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12 ist einer perspektivische Ansicht eines elektrischen Stellgliedes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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13 ist eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Stellgliedes gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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14 ist ein Schnitt durch das elektrische Stellglied gemäß 13.
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15 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems mit einem herkömmlichen elektrischen Stellglied, einer Stromzufuhr und einer PLC.
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16 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zur Einstellung der Bewegungsbedingungen des herkömmlichen elektrischen Stellgliedes gemäß 14 und zur Umschaltung von einem Testmodus in einen Betriebsmodus.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die 1 und 2 zeigen ein elektrisches Stellglied 20 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 1 und 2 dargestellt ist, umfasst das elektrisches Stellglied 20 einen Gleiter 22 als Bewegungsmechanismus zur Bewegung oder Förderung eines Werkstückes oder dgl., einen Motor 26 als elektrische Antriebsquelle mit einer Antriebswelle 24, einen Zahnriemen 30 als Antriebskraftübertragungsmechanismus zur Übertragung der Antriebskraft von dem Motor 26 zu dem Gleiter 22 über ein Zahnrad 28a, das auf die Antriebswelle 24 gesetzt ist, Stopper 34a, 34b mit Haltebolzen 32 zur Einstellung relativer Haltepositionen, bspw. einem Startpunkt und einem Endpunkt des Gleiters 22, und eine Steuerkonsole 36 zur Steuerung oder Regelung des elektrischen Stellgliedes 20 mit dem Gleiter 22.
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Der Motor 26 umfasst bspw. einen Schrittmotor mit einem Encoder 38 als Positionsinformationsdetektor zur Erfassung der Positionsinformation des Gleiters 22. Alternativ kann der Motor 26 einen bürstenlosen Gleichstrom(DC)-Motor mit einem Servomechanismus, einen Gleichstrommotor mit Bürsten, einen Wechselstrom(AC)-Motor oder einen Linearmotor aufweisen.
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Die Stopper 34a, 34b umfassen jeweils vorzugsweise einen Stoßdämpfer 35 zur Dämpfung von Stößen, die auf den Gleiter 22 ausgeübt werden. Der Stoßdämpfer 35 umfasst bspw. ein elastisches Element, wie eine Feder, oder eine Luftdämpfung zur Verwendung in einer Fluiddruckvorrichtung, bspw. einem Pneumatikzylinder oder dgl.
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Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst jeder der Stopper 34a, 34b den Haltebolzen 32 zur Einstellung eines Halteposition des Gleiters 22. Einer der Stopper 34a, 34b kann aber auch einen festen Stopp aufweisen, der keine Einstellung erfordert. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann bspw. der Stopper 34a an dem Startpunkt fixiert und/oder einstellbar sein, und der Stopper 36b kann an dem Endpunkt fixiert und/oder einstellbar sein.
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Der Gleiter 22 umfasst einen Tisch 40 zur Aufnahme eines Werkstückes oder dgl., einen Riemenhalter 42, der den Zahnriemen 30 ergreift, und Endplatten 44a, 44b, die an entsprechenden Endflächen des Tisches 40 zur Anlage gegen die Stopper 34a bzw. 34b vorgesehen sind, um eine Abnutzung der Endflächen des Tisches 40 zu verhindern. Der Gleiter 22 wird gleitend von einer Führungsschiene 52 getragen. Die Führungsschiene 52 ist zu einer Einheit zusammengefasst, die einen Hauptrahmen 46 und einen Hilfsrahmen 48, welche entlang der Richtungen (angedeutet durch die Pfeile X, Y in 1) der Bewegung des Gleiters 22 angeordnet sind, und Endblöcke 50a, 50b aufweist, die an den jeweils gegenüberliegenden Enden des Hauptrahmens 46 und des Hilfsrahmens 48 befestigt sind.
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Der Motor 26 ist an einem Träger 54 angebracht, der fest an dem Endblock 50a befestigt ist und sich von dem Endblock 50a nach außen erstreckt. Der Motor 26 wird von einem Gehäuse 56 umhüllt. Das Gehäuse 56 ist über Bolzen oder dgl. (nicht dargestellt) lösbar an dem Träger 54 angebracht.
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Die Steuerkonsole 36 ist über Bolzen oder dgl. (nicht dargestellt) lösbar an dem Gehäuse 56 angebracht. Alternativ kann die Steuerkonsole 36 lösbar an dem Träger 54 angebracht sein.
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Der Zahnriemen 30, der eine längliche endlose Gestalt aufweist, hat ein halbkreisförmiges Ende, welches mit dem Zahnrad 28a, das auf die Antriebswelle 24 des Motors 26 gesetzt ist, in Eingriff steht, und ein gegenüberliegendes halbkreisförmiges Ende, das mit einem Zahnrad 28b in Eingriff steht, welches durch eine Welle 25 drehbar in dem Endblock 50b gehalten ist. Der Zahnriemen 30 hat einen länglichen Bereich zwischen seinen halbkreisförmigen Enden, der durch den Riemenhalter 42 des Gleiters 22 erfasst wird.
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In 2 steuert eine PLC 7 eine Vorrichtung, auf welcher das elektrische Stellglied 20 angebracht ist. Eine Stromzufuhr 8 liefert elektrische Energie an die Steuerkonsole 36 und den Motor 26.
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Das elektrische Stellglied 20 gemäß der ersten Ausführungsform ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend wird mit Bezug auf die 3 und 4 eine Systemkonfiguration der Steuerkonsole 36 erläutert.
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Die Steuerkonsole 36 dient u. a. der Steuerung, dem Vergleich, der Entscheidung, der Berechnung und dem Timing, das in dem elektrischen Stellglied 20 durchgeführt wird. Die Steuerkonsole 36 umfasst einen Mikrocomputer 60 zur Durchführung der oben beschriebenen Funktionen, eine Eingabe/Ausgabeeinheit 62, die über einen Fotokoppler oder dgl. mit der PLC 7 verbunden ist, um Signale zwischen dem Mikrocomputer 60 und der PLC 7 auszutauschen, einen Wandler 64 zur Umwandlung einer Gleichstrom(DC)-Spannung von 24 V, die die gleiche ist wie die Betriebsspannung der PLC 7, in eine Gleichstromspannung von 5 V als Betriebsspannung des Mikrocomputers 60 und anderer Komponenten, sowie einen Antriebskreis 66 zur Verstärkung des Antriebssignaloutputs von dem Mikrocomputer 60, um den Motor 26 anzutreiben.
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Die Steuerkonsole 36 umfasst auch einen Bedieneinheit 68 zur Eingabe von Bedingungen oder dgl., die durch den Nutzer des elektrischen Stellgliedes 20 eingestellt werden, eine Anzeigeeinheit 70, bspw. LEDs (lichtaussendende Dioden), Lampen oder dgl. zur Anzeige von Einstellbedingungen und Betriebszuständen des elektrischen Stellgliedes 20, eine Speichereinheit 72, bspw. ein EEPROM (electrically erasable programmable read only memory) oder dgl. zur Speicherung von Einstellbedingungen, die über die Bedieneinheit 68 eingegeben wurden, und zum Auslesen derselben zu dem Mikrocomputer 60, wenn dies notwendig ist, sowie eine Kommunikationseinheit 74, die als Schnittstelle zu einem externen Eingabemechanismus, bspw. einer Lernbox, einem PC oder dgl. dient. Der Mikrocomputer 60 und die Speichereinheit 72 bilden gemeinsam eine Lernvorrichtung.
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Wie in 4 dargestellt ist, umfasst die Bedieneinheit 68 einen Geschwindigkeitsregler 80, der bspw. einen allgemeinen Rheostaten (Regelwiderstand) oder einen schrittweise einstellbaren Rheostaten zur Einstellung einer Geschwindigkeit als Bewegungsbedingung des Gleiter 22 aufweist, einen Beschleunigungsregler 82, der bspw. einen allgemeinen Rheostaten oder einen schrittweise einstellbaren Rheostaten zur Einstellung einer Beschleunigung als Bewegungsbedingung des Gleiters 22 aufweist, ein Lernbedienelement 84, das eine Drucktaste oder dgl. zum Bewegen des Gleiters 22 mit einer bestimmten Geschwindigkeit aufweist, um eine Strecke zu erlernen, um die sich der Gleiter 22 zwischen den Stoppern 34a, 34b bewegen soll, und ein Normaldreh-Bedienelement 85 und ein Rückwärtsdreh-Bedienelement 86 zur Bewegung des Gleiters 22 durch Antreiben des Motors 26 durch manuelle Steuerung. Wenn das Normaldreh-Bedienelement 85 betätigt wird, bewegt sich der Gleiter 22 in Richtung des Pfeils X in 1. Wenn das Rückwärtsdreh-Bedienelement 86 betätigt wird, bewegt sich der Gleiter 22 bspw. in der in 1 durch den Pfeil Y angedeuteten Richtung.
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Bei der ersten Ausführungsform ist der Geschwindigkeitsregler 80 in der Lage, die Geschwindigkeit des Gleiters 22 in einem Bereich von 100 bis 1000 mm/s einzustellen und hat entsprechende Abstufungen (Skalenteilungen). Der Beschleunigungsregler 82 ist in der Lage, die Beschleunigung des Gleiters 22 in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 G einzustellen und hat entsprechende Abstufungen. Die Einstellbereiche des Geschwindigkeitsreglers 80 und des Beschleunigungsreglers 82 können frei ausgewählt werden. Die Bedienelemente 84, 85, 86 haben LEDs, die eingeschaltet werden, wenn die Bedienelemente 84, 85, 86 betrieben werden, so dass angezeigt wird, dass die Bedienelemente 84, 85, 86 betrieben werden.
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Bei der ersten Ausführungsform ist die Bedieneinheit 68 mit dem Geschwindigkeitsregler 80 und dem Beschleunigungsregler 82 dargestellt. Die Bedieneinheit 68 kann aber auch lediglich eines dieser Elemente aufweisen. Weist die Bedieneinheit 68 lediglich den Beschleunigungsregler 82 auf, ist die Geschwindigkeitsbedingung des Gleiters 22 durch den Mikrocomputer 60 als konstanter Wert voreingestellt. Insbesondere ist die Geschwindigkeitsbedingung auf die zulässige Maximalgeschwindigkeit des elektrischen Stellgliedes 20 eingestellt und wird angewandt, wenn der Gleiter 22 für eine kurze Zeitdauer bewegt wird, indem lediglich der Beschleunigungsregler 82 eingestellt wird.
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Die Indikatoreinheit 70 hat einen Stromzufuhrindikator 88 zur Anzeige, wann die Steuerkonsole 36 eingeschaltet ist, einen Alarmindikator 90 zur Anzeige, wann ein Fehlverhalten auftritt, bspw. wenn der Gleiter 22 an einer anderen Position als der voreingestellten Halteposition angehalten hat, und einen Positionerreicht-Indikator 91 zur Anzeige, wenn der Gleiter 22 normal bewegt und an einer festgelegten Halteposition positioniert ist. Diese Anzeigen 88, 90, 92 umfassen LEDs, Lampen oder dgl., die eingeschaltet werden, um ihre Signale zu geben.
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Die Steuerkonsole 36 hat auch einen Verbinder 94 für den Anschluss eines externen Schaltkreises an die Kommunikationseinheit 74 und eine Verbinder 96 für den Anschluss an eine externe Bedieneinheit 98 (vgl. 4), die andere Komponenten und Funktionen als die Steuerkonsole 36 aufweisen kann.
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Die Betriebsweise und Vorteile des elektrischen Stellgliedes 20 werden nachfolgend mit Bezug auf ein Verfahren zur Steuerung des elektrischen Stellgliedes 20 erläutert.
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Zunächst wird das Einstellen verschiedener Bewegungsbedingungen des elektrischen Stellgliedes 20 und des Übergangs von einem Testmodus zu einem Betriebsmodus mit Bezug auf 5 erläutert.
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In Schritt S1 wird durch die Stopper 34a, 34b eine Strecke, um die der Gleiter 22 bewegt werden soll, eingestellt. Insbesondere befestigt oder löst der Nutzer des elektrischen Stellgliedes 20 die Haltebolzen 32 der Stopper 34a, 34b, um die Halteposition des Gleiters 22 einzustellen.
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In Schritt S2 betätigt der Nutzer das Lernbedienelement 84, um den Gleiter 22 in einem Lernmodus zu bewegen, d. h., um den Gleiter 22 mit einer bestimmten konstanten Geschwindigkeit in einer oder verschiedenen hin oder her gehenden Hüben zu bewegen. Wenn das Lernbedienelement 84 gedrückt wird, gibt der Mikrocomputer 60 durch den Antriebskreis 66 ein Antriebssignal an den Motor 26 und bewegt den Gleiter 22 mit einer bestimmten konstanten Geschwindigkeit. Während der Gleiter 22 zwischen den Stoppern 34a, 34b bewegt wird, errechnet der Mikrocomputer 60 die Entfernung, die der Gleiter 22 zwischen den Haltepositionen an den Stoppern 34a, 34b zurücklegt, auf der Basis des Positionsinformationsoutputs des Encoders 38, d. h. der Zahl der Ausgangspulse des Encoders 38. Die errechnete Strecke wird in der Speichereinheit 72 gespeichert.
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In Schritt S3 betätigt der Nutzer den Geschwindigkeitsregler 80 oder den Beschleunigungsregler 82, um die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung auf einen gewünschten Wert einzustellen, der in der Speichereinheit 72 der Steuerkonsole 36 gespeichert wird.
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In Schritt S4 wird der Gleiter 22 in einem Testmodus auf der Basis eines von der PLC 7, die die Vorrichtung, auf der das elektrische Stellglied 20 angebracht ist, steuert, ausgegebenen Befehls, d. h. auf der Basis eines Betriebsbefehls, der ausgegeben wird, wenn der Nutzer einen Manuellbedienschalter an einer nicht dargestellten Steuerkonsole der Vorrichtung betätigt. Alternativ kann der Gleiter 22 in einem Testmodus betätigt werden, indem das Normaldreh-Bedienelement 85 oder das Rückwärtsdreh-Bedienelement 86 der Bedieneinheit 68 manuell betätigt wird.
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In Schritt S5 bestimmt der Nutzer, ob die Bewegung des Gleiters 22 in dem Testmodus der gewünschten Bewegung genügt oder nicht. Ist die Bewegung des Gleiters 22 in dem Testmodus ausreichend (JA in Schritt S5), dann wechselt der Testmodus in Schritt S6 in einen Betriebsmodus des elektrischen Stellgliedes 20. Ist die Bewegung des Gleiters 22 in dem Testmodus dagegen nicht ausreichend (NEIN in Schritt S5), so kehrt der Prozess zu Schritt S3 zurück und die Schritte S3 bis S5 werden wiederholt.
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In Schritt S3 betätigt der Nutzer den Geschwindigkeitsregler 80 oder den Beschleunigungsregler 82, um die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung, die in der Speichereinheit 72 der Steuerkonsole 36 gespeichert ist, neu einzustellen. Dann wird in Schritt S4 der Gleiter 22 in einem Testmodus betrieben. In Schritt S5 wird festgestellt, ob die Bewegung des Gleiters 22 in dem Testmodus ausreicht oder nicht. Wenn die Antwort in Schritt S5 JA ist, dann wechselt der Testmodus in Schritt S6 in einen Betriebsmodus des elektrischen Stellgliedes 20.
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Wie oben beschrieben wurde, betätigt der Nutzer den Geschwindigkeitsregler 80 oder den Beschleunigungsregler 82, um die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung auf einen gewünschten Wert einzustellen, und der Nutzer überprüft die Bewegung des Gleiters 22 in dem Testmodus und stellt oder ändert die Geschwindigkeit bei konstanter Bewegung des Gleiters 22 und/oder die Beschleunigung bei beschleunigter Bewegung des Gleiters 22. Auf diese Weise muss der Nutzer vorab keinen komplexen Prozess des Messens einer Strecke, die der Gleiter 22 zurücklegen muss, durchführen und numerische Daten der Strecke eingeben. Stattdessen kann der Nutzer die Bewegung des Gleiters überprüfen und die Bewegungsbedingungen einfach einstellen oder ändern.
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In Schritt S6 wird das elektrische Stellglied 20 in einem Betriebsmodus betätigt, der einen Schutzsteuerprozess (bspw. einen Überlastverhinderungssteuerprozess) für den durch die Steuerkonsole 36 gesteuerten Motor 26, den Zahnriemen 30 oder den Gleiter 22 im Wesentlichen auf der Basis der Steuerprogrammbefehle von der PLC 7 in Bezug auf die Vorrichtung, auf der das elektrische Stellglied 20 angebracht ist, umfasst.
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Ein Verfahren zur Einstellung des Gleiters 22 des elektrischen Stellgliedes 20 zum Anhalten wenigstens an einem Punkt (nachfolgend als Zwischenpunkt bezeichnet) zwischen den Stoppern 34a, 34b wird nun mit Bezug auf 6 erläutert. Diejenigen Schritte in 6, die den Schritten des Verfahrens gemäß 5 entsprechen, werden mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht erneut im Detail erläutert.
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In Schritt S11 wird der Motor 26 aus einem angehaltenen oder verriegelten Zustand freigegeben, und der Nutzer bewegt den Gleiter 22 manuell von einer bspw. an dem Stopper 34a anliegenden Position zu einer gewünschten Position und hält den Stopper 22 an dieser Position an. Während der Gleiter 22 so bewegt und angehalten wird, errechnet der Mikrocomputer 60 die Strecke, um die sich der Gleiter 22 bewegt hat, d. h. einen Zwischenpunkt, an dem der Gleiter 22 angehalten wird, auf der Basis einer Positionsinformation des Encoders 38. Die errechnete Strecke wird in der Speichereinheit 22 gespeichert. Auf diese Weise erfolgt eine Einstellung, um den Gleiter 22 an einer gewünschten Zwischenposition zwischen den Stoppern 34a, 34b anzuhalten.
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Mit Bezug auf 7 wird nun eine Anordnung zur Einstellung von Bewegungsbedingungen des Gleiters 22 über eine externe Bedieneinheit 98 erläutert.
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Wie in 7 dargestellt ist, ist eine externe Bedieneinheit 98 über den an der Steuerkonsole 36 angebrachten Verbinder 96 (vgl. 4) mit der Steuerkonsole 36 verbunden. Die externe Bedieneinheit 98 hat andere Komponenten und Funktionen als die Steuerkonsole 36 und dient der Einstellung verschiedener Bewegungsbedingungen, einschließlich einer Halteposition, einer Geschwindigkeit bei konstanter Bewegung und einer Beschleunigung bei beschleunigter Bewegung des Gleiters 22. Wenn die externe Bedieneinheit 98 mit der Steuerkonsole 36 verbunden wird, kann daher auf die Bedieneinheit 68 verzichtet werden. Die externe Bedieneinheit 98 erlaubt es dem Nutzer, die Bewegungsbedingungen des Gleiters 22 durch Fernbedienung einzustellen.
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Ein Betriebsmodus des elektrischen Stellgliedes 20 in Schritt 36 (vgl. 5) wird nun im Detail beschrieben. Es wird angenommen, dass sich der Gleiter 22 von einer Halteposition an dem Stopper 34a zu einer anderen Halteposition an dem Stopper 34b bewegt.
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Wie in 8 dargestellt ist, wird der Gleiter 22 zwischen Zeitpunkten t1 und t2 entsprechend Befehlen von dem Mikrocomputer 60 der Steuerkonsole 36 auf eine konstante Beschleunigung beschleunigt, die in Schritt S3 (vgl. 5) voreingestellt wurde, oder auf eine konstante Beschleunigung, die durch den Mikrocomputer 60 oder die PLC 7 eingestellt wurde, und dann zwischen Zeitpunkten t2 und t3 mit einer in Schritt S3 eingestellten konstanten Geschwindigkeit oder einer durch den Mikrocomputer 60 oder die PLC 7 eingestellten konstanten Geschwindigkeit bewegt. Dann wird entsprechend einem Befehl von dem Mikrocomputer 60 der Gleiter 22 zwischen Zeitpunkten t3 und t4 mit einer in Schritt S3 voreingestellten konstanten Verlangsamung oder einer durch den Mikrocomputer 60 oder die PLC 7 eingestellten konstanten Verlangsamung abgebremst. Auf diese Weise wird der Gleiter 22 von der Position des Stoppers 34a um eine Strecke bis zu einer Position vor der Position des Stoppers 34b, die als Zielposition dient, bewegt, d. h. um eine Strecke, die durch die Abweichung s1 dargestellt wird, auf der Basis der in Schritt S2 erlernten Entfernung.
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Am Zeitpunkt t4 beginnt der Gleiter 22 die Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit, die niedriger ist als die konstante Geschwindigkeit zwischen den Zeitpunkten t2 und t3. Nachdem er sich um eine durch eine Abweichung s2 repräsentierte Strecke bewegt hat, hält der Gleiter 22 durch Anlage an dem Stopper 34b an. Wenn der Mikrocomputer 60 urteilt, dass der Gleiter 22 den Stopper 34b erreicht, d. h., dass der Zeitpunkt t5 entsprechend der Zielposition erreicht ist, oder anders gesagt, wenn der Mikrocomputer 60 auf der Basis der Positionsinformation von dem Encoder 38 urteilt, dass der Gleiter 22 die in Schritt S2 erlernte Strecke zurückgelegt hat, stoppt der Mikrocomputer 60 das Antriebssignal an den Motor 26. Gleichzeitig gibt der Mikrocomputer 60 ein Position-erreicht-Signal durch die Eingabe-/Ausgabeeinheit 62 an die PLC 7 und schaltet den Position-erreicht-Indikator 92 der Indikatoreinheit 70 ein.
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Zum Anhalten des Gleiters 22 an der Zwischenposition stellt der Nutzer in der PLC 7 ein Steuerprogramm zum Anhalten des Gleiters 22 zwischen Stopper 34a, 34b ein. Entsprechend eines Befehls von dem so eingestellten Steuerprogramm gibt der Mikrocomputer 60 ein Antriebssignal durch den Antriebskreis 66 an den Motor 26, schaltet den Motor 26 ein und aus, um den Gleiter 22 zu der Zwischenposition, die in Schritt S11 in der Speichereinheit 72 gespeichert wurde (vgl. 6), zu bewegen und dort anzuhalten. Der Gleiter 22 wurde dadurch zu der Zwischenposition zwischen den Stoppern 34a, 34b bewegt und dort angehalten.
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Obwohl der Gleiter 22 von dem Stopper 34a zu dem Stopper 34b bewegt wird, d. h. in der Richtung, die bei dem oben beschriebenen Beispiel durch den Pfeil X (1) angedeutet wurde, ist der Betriebsmodus des elektrischen Stellgliedes 20 selbstverständlich auch einsetzbar, um den Gleiter 22 von dem Stopper 34b zu dem Stopper 34a zu bewegen, d. h. in der durch den Pfeil Y (1) angedeuteten Richtung.
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Ein Schutzsteuerprozess (bspw. ein Überlastverhinderungssteuerprozess) für den Motor 26, der durch die Steuerkonsole 36 nach Anschlagen des Gleiters 22 an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b gesteuert wird, wird nun mit Bezug auf 9 erläutert.
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In Schritt S20 bestimmt der Mikrocomputer 60, ob der Gleiter 22 die Zielposition am Zeitpunkt t5 erreicht hat oder nicht. Hat der Gleiter 22 die Zielposition erreicht (JA in Schritt S20), so geht die Steuerung zu Schritt S21. Hat der Gleiter 22 dagegen die Zielposition nicht erreicht (NEIN in Schritt S20), so bestimmt der Mikrocomputer 60 in Schritt S22, ob die Geschwindigkeit des Gleiters 22 gleich oder niedriger ist als eine festgelegte Geschwindigkeit. Ist die Geschwindigkeit des Gleiters 22 gleich oder niedriger als die festgelegte Geschwindigkeit (JA in Schritt S22), so geht die Steuerung zu Schritt S21. Ist die Geschwindigkeit des Gleiters 22 dagegen nicht gleich oder niedriger als die festgelegte Geschwindigkeit (NEIN in Schritt S22), so wird der Schutzsteuerprozess wiederholt.
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In Schritt S21 gibt der Mikrocomputer 60 einen Befehl an den Antriebskreis 66, um das Antriebssignal, das auf den Motors 26 ausgeübt wird, zu begrenzen. Der Motor 26 kann kontinuierlich angetrieben werden, auch nachdem der Gleiter 22 schon an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b angeschlagen hat, oder die tatsächliche Strecke, die der Gleiter 22 zurücklegt, kann kleiner sein als die gewünschte Strecke, bspw. aufgrund von Staubpartikeln, die sich an der Führungsschiene 52 anlagern. Um zu verhindern, dass der Motor 26 in einer solchen Situation ein übermäßiges Drehmoment (Überlast) erzeugt, überwacht der Mikrocomputer 60 die Positionsinformation des Gleiters 22 relativ zu der Zielposition (Zeitpunkt t5) in Schritt S20 und die Geschwindigkeitsinformation des Gleiters 22 relativ zu der festgelegten Geschwindigkeit und steuert den Antriebskreis 66, um das auf den Motor 26 aufgebrachte Antriebssignal auf ein festgelegtes Niveau oder darunter zu begrenzen. Auf diese Weise werden der Motor 26, der Zahnriemen 30 und die Stopper 34a, 34b vor einer Überlast geschützt.
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Nachfolgend wird ein Schutzsteuerprozess erläutert, der durchgeführt wird, wenn der Zahnriemen 30 gebogen oder einer Überspannung ausgesetzt wird.
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Wird der Motor 26 kontinuierlich angetrieben, auch nachdem der Gleiter 22 bereits an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b angeschlagen hat, wird der Zahnriemen 30 gebogen oder übermäßig gespannt. Als Folge hiervon wird die auf den Zahnriemen 30 aufgebrachte Spannung erhöht. Wird die aufgebrachte Spannung größer als die Antriebskraft des Motors 26, wird der Motor 26 in entgegengesetzter Richtung (rückwärts) gedreht, da die Spannung in einer der Normalbetriebsrichtung des Motors 26 entgegengesetzten Richtung wirkt. Wird der Motor 26 umgekehrt, so wird die auf den Motor 26 ausgeübte Spannung kleiner als die Antriebskraft des Motors 26, so dass der Motor 26 wieder in Normalrichtung drehen kann.
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Aufgrund der Antriebskraft des Motors 26 und der auf den Zahnriemen 30 ausgeübten Spannung wird der Motor 26 dazu veranlasst, wiederholt abwechselnd in normaler und entgegengesetzter Richtung zu drehen. Dies führt zu Vibrationen des Zahnriemens 30, so dass dieser dazu neigt, die Halteposition des Gleiters 22 zu verschieben.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, überwacht der Mikrocomputer 60 die Strecke, die der Gleiter 22 zurückgelegt hat, auf der Basis der Positionsinformation des Encoders 38 und begrenzt den Antrieb des Motors 26 in Abhängigkeit davon, ob eine Abweichung zwischen dem von dem Mikrocomputer 60 auf den Motor 26 aufgebrachten Antriebssignal und der überwachten Strecke, die der Gleiter 22 zurückgelegt hat, einen festgelegten Bereich überschreitet oder nicht.
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In Schritt S23 (9) bestimmt der Mikrocomputer 60, ob die Abweichung den festgelegten Bereich überschreitet oder nicht. Wenn der Mikrocomputer 60 urteilt, dass die Abweichung den festgelegten Bereich überschreitet, nachdem der Gleiter 22 die Zielposition erreicht hat (JA in Schritt S23), so geht der Prozess weiter zu Schritt S24.
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In Schritt S24 stellt der Mikrocomputer 60 die Abweichung an der Zielposition, d. h. der Position, an welcher der Gleiter an dem Stopper 34a und dem Stopper 34b anschlägt, und das Antriebssignal, das an den Motor 26 ausgegeben wird, in Abhängigkeit von der Strecke, die der Gleiter 22 zurückgelegt hat und die auf der Basis der Positionsinformation des Encoders 38 errechnet wurde, zurück. Der festgelegte Bereich, auf den oben Bezug genommen wurde, wird auf einen solchen Wert eingestellt, dass die Bewegung und das Anhalten des Gleiters 22 nicht durch die Umschaltung des Motors 26 oder die Vibrationen des Zahnriemens 30 beeinträchtigt werden.
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Beurteilt der Mikrocomputer 60, dass die Abweichung in den festgelegten Bereich fällt (NEIN in Schritt S23), so legt der Mikrocomputer 60 eine Hysterese an die Abweichung innerhalb des festgelegten Bereichs und treibt den Motor 26 nicht an, nachdem der Gleiter 22 in Anlage an den Stopper 34a oder den Stopper 34b gebracht wurde, da die Bewegung und das Anhalten des Gleiters 22 als nicht durch den Motor 26 oder den Zahnriemen 30 beeinflusst angesehen werden.
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Nachfolgend wird ein Beispiel erläutert, in dem der Motor 26 einen Schrittmotor umfasst.
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Auf der Basis der Erregung der Erregungsphasen des Schrittmotors dreht der Rotor des Schrittmotors um Schrittwinkel in Abhängigkeit von den Positionen der Erregungsphasen und -stopps. Ein Logikschaltkreis zur Erregung der Erregungsphasen dreht den Rotor des Schrittmotors, dreht um die Schrittwinkel und hält den Rotor an. Die Schrittwinkel entsprechen dem Rotationswinkel des Motors 26. Wird ein allgemeiner 200-Phasen-Schrittmotor in einem 1–2 Phasen Erregungsmodus betätigt, dann beträgt jeder Schrittwinkel 0,9 Grad, und der Rotor macht eine vollständige Umdrehung, wenn er um 400 Schrittwinkel in einer Richtung gedreht wird.
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Bei dem Schrittmotor sollte der festgelegte Bereich für die Abweichung zwischen der Strecke, die der Gleiter 22 zurückgelegt hat und die auf der Basis der Positionsinformation des Encoders 38 errechnet wurde, und dem Antriebssignal vorzugsweise +/–1 Schrittwinkel betragen. Übersteigt die Abweichung den Bereich von +/–1 Schrittwinkel, kann, wenn der Motor 26 Weiterbetrieben wird, auch nachdem der Gleiter 22 bereits an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b anschlägt, der Motor 26 möglicherweise umgekehrt und der Zahnriemen 30 möglicherweise in Vibration versetzt werden. Mit dem so eingestellten Bereich der Abweichung wird die Genauigkeit, mit welcher der Gleiter 22 an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b positioniert wird, erhöht, und der Motor 26, der Zahnriemen 30 und die Stopper 34a, 34b werden vor einer Überlast geschützt.
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Ein Prozess zum Synchronisieren der Positionsinformation des Encoders 38, die eine Ursprungseinstellung des elektrischen Stellgliedes 20 ist, und der Positionsinformation entsprechend dem Rotationswinkel des Motors 26, wird nun mit Bezug auf 10 erläutert. Der Synchronisierungsprozess wird durchgeführt, weil dann, wenn die Stromzufuhr des elektrischen Stellgliedes 20 nicht eingeschaltet ist, die Position des Gleiters 22 auf der Basis der Positionsinformation des Encoders 38 und die Position des Gleiters 22 auf der Basis des Rotationswinkels des Motors 26 einander möglicherweise nicht zugeordnet werden können. Es wird angenommen, dass der Motor 26 einen 200-Phasen-Schrittmotor aufweist und in einem 1-2-Phasen-Erregungsmodus arbeitet.
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In dem in 10 gezeigten Schritt S31 betätigt der Nutzer die PLC 7, um die Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung in einem nicht dargestellten Timer in dem Mikrocomputer 60 einzustellen. Die Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung sollte vorzugsweise im Bereich von 4 bis 8 liegen. Die Zahl der Schrittwinkel des Motors 26, wenn dieser in Normal- und Rückwärtsrichtung gedreht wird, beträgt etwa 10.
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In Schritt S32 bestimmt der Mikrocomputer 60, ob die Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung gleich Null ist oder nicht. Ist die Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung nicht gleich Null (NEIN in Schritt S32), so bestimmt der Mikrocomputer 60, ob der Motor 26 in einem Normalrotationsmodus ist oder nicht (Schritt S33). Ist der Motor 26 in einem Normalrotationsmodus (JA in Schritt S33), so dreht der Mikrocomputer 60 den Motor 26 in der normalen Richtung (bspw. in der in 1 durch den Pfeil X angedeuteten Richtung) auf der Basis der gegebenen Zahl von Schrittwinkeln (Schritt S34). Der Gleiter 22 ist zwischen den Stoppern 34a, 34b angeordnet, und der Motor 26 wird ohne Rückkopplung (Open-Loop) gesteuert.
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Wenn der Normalrotationsmodus des Motors 26 in Schritt S34 ageschlossen ist, wird der Motor 26 in einen Rückwärtsrotationsmodus eingestellt (Schritt S35). In Schritt S36 subtrahiert der Mikrocomputer 60 die Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung. Dann geht der Prozess zurück zu Schritt S32.
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In Schritt S32 bestimmt der Mikrocomputer 60 erneut, ob die Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung gleich Null ist oder nicht. Es wird beispielhaft angenommen, dass die Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung nicht gleich Null ist (NEIN in Schritt S32). Dann bestimmt der Mikrocomputer 60 in Schritt S33, ob der Motor 26 in dem Normalrotationsmodus ist oder nicht. Da der Motor 26 in Schritt S35 in den Rückwärtsrotationsmodus eingestellt wurde, ist die Antwort in Schritt S33 gleich NEIN.
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In Schritt S34 dreht der Mikrocomputer 60 den Motor 26 in Rückwärtsrichtung (bspw. in der in 1 durch den Pfeil Y gekennzeichneten Richtung) auf der Basis der gegebenen Zahl der Schrittwinkel. Wie bei dem Normalrotationsmodus ist der Gleiter 22 zwischen den Stoppern 34a, 34b angeordnet und der Motor 26 wird ohne Rückkopplung gesteuert.
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Wenn der Rückwärtsrotationsmodus des Motors 26 in Schritt S37 abgeschlossen ist, wird der Motor 26 in Schritt S38 in den Normalrotationsmodus eingestellt. In Schritt S36 subtrahiert der Mikrocomputer 60 die Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung. Dann geht die Steuerung zurück zu Schritt S32.
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Ist die Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung gleich Null (JA in Schritt S32), d. h. dass sich bei der Subtraktion der Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung in Schritt S36 und der Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung, die in dem Timer eingestellt wurde, Null ergibt, so wird der Synchronisierungsvorgang beendet.
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Auf diese Weise wird der Motor 26 auf der Basis der gegebenen Zahl von Schrittwinkeln wiederholt abwechselnd in Normal- und Rückwärtsrichtung gedreht bis die Zahl der Drehungen des Motors 26 in Normal- und Rückwärtsrichtung, die in dem Timer eingestellt wurde, gleich Null wird. Während dieser Zeit synchronisiert der Mikrocomputer 60 die Positionsinformation (die Zahl der Out-put-Pulse) des Encoders 38 und die Schrittwinkel. Die durch die Erregungsphasen des Motors 26 gelieferten Schrittwinkel und die Positionsinformation des Encoders 38 können nun mit hoher Genauigkeit synchronisiert werden. Hierdurch kann die Position, zu der der Gleiter 22 bewegt wurde, auf der Basis der Positionsinformation in Abhängigkeit von dem Schrittwinkel des Motors 26 sehr genau erfasst werden, wodurch die Kapazität des Motors 26 maximiert wird. Gleichzeitig überprüft der Mikrocomputer 60 die Verbindung zwischen dem Motor 26 und dem Encoder 38.
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Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform hat das elektrische Stellglied 20 einen Gleiter 22 als Bewegungsmechanismus. Elektrische Stellglieder gemäß anderer Ausführungsformen, die andere Bewegungsmechanismen aufweisen, werden nachfolgend beschrieben. Diejenigen Teile der elektrischen Stellglieder gemäß dieser anderen Ausführungsformen, die denen des elektrischen Stellgliedes 20 gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen, werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht erneut im Detail beschrieben.
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11 zeigt ein elektrisches Stellglied 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 11 dargestellt ist, wird eine Stange 102, die als Bewegungsmechanismus dient, gleitend von einem Führungsmechanismus 104 getragen. Ein Anschlagelement (nicht dargestellt), ist innerhalb des Führungsmechanismus 104 an der Stange 102 befestigt. Das Anschlagelement ist zwischen den Stopper 34a, 34b, die sich in dem Führungsmechanismus 104 erstrecken, angeordnet.
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Die Stange 102 wird durch den Motor 26 axial bewegt und positioniert, wenn das Anschlagelement an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b anschlägt.
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12 zeigt ein elektrisches Stellglied 106 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 12 dargestellt ist, ähnelt das elektrische Stellglied 106 dem elektrischen Stellglied 100 gemäß 11 bis auf die Tatsache, dass die Stopper 34a, 34b mit den Haltebolzen 32 und das an der Stange 102 befestigte Anschlagelement 108 außerhalb des Führungsmechanismus 104 angeordnet sind.
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13 zeigt ein elektrisches Stellglied 110 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 13 dargestellt ist, ist ein Drehtisch 112, der als Bewegungsmechanismus dient, an dem oberen Ende der Antriebswelle 24 des Motors 26 befestigt, der in einem Gehäuse 114 angeordnet ist. In dem Gehäuse 114 sind parallele Zahnstangen 116a, 116b (vgl. 14) gleitend gehalten, wobei die Zahnstangen 116a, 116b einander zugewandt sind. Die Gleitzahnstangen 116a, 116b stehen in Eingriff mit einem Zahnrad 118, das auf die Antriebswelle 24 des Motors 26 gesetzt ist, und können durch den Motor 26 in ihrer Längsrichtung verschoben werden. Haltebolzen 32 sind durch eine Seitenwand des Gehäuses 114 in Ausrichtung zu den jeweiligen Zahnstangen 116a, 116b geschraubt, um an entsprechenden Enden der Zahnstangen 116a, 116b anzuliegen. Die Haltebolzen 32 können um ihre Achsen gedreht werden, um ihre Positionen, an welchen sie an den Zahnstangen 116a, 116b anschlagen, einzustellen.
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Wenn der Drehtisch 112 durch den Motor 26 gedreht wird, dreht sich das Zahnrad 118, um die Zahnstangen 116a, 116b axial zu bewegen, bis eine der Zahnstangen 116a, 116b an dem zugeordneten Haltebolzen 32 anschlägt, wodurch der Drehtisch 116 in Winkelrichtung positioniert wird.
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Mit dem elektrischen Stellglied 20 und dem Verfahren zur Steuerung des elektrischen Stellgliedes 20 gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Halteposition als eine Bewegungsbedingung für den Gleiter 22 durch Positionseinstellung der Stopper 34a, 34b eingestellt, und die Geschwindigkeit und Beschleunigung als weitere Bewegungsbedingungen des Gleiters 22 werden durch den Geschwindigkeitsregler 80 und den Beschleunigungsregler 82, die durch den Nutzer betätigt werden, während er die Bewegung des Gleiters 22 überwacht, eingestellt. Daher muss der Nutzer des elektrischen Stellgliedes 20 keine komplexe Eingabe numerischer Daten, die für die Bewegungsbedingungen stehen, den externen Eingabemechanismus 9 durchführen, sondern er kann die Bewegungsbedingungen des Gleiters 22 einfach und zuverlässig einstellen.
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Die Strecke, um die der Gleiter 22 bewegt wird, wird gelernt, und der Gleiter 22 wird mit einer Geschwindigkeit bei konstanter Bewegung und einer Beschleunigung bei beschleunigter Bewegung bewegt, die auf der Basis der gelernten Strecke geändert werden. Wenn der Gleiter 22 kurz vor dem Anschlag an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b steht, wird der Gleiter 22 so gesteuert, dass er mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die niedriger ist als die Geschwindigkeit bei der konstanten Bewegung, und dann in Anlage gegen den Stopper 34a oder den Stopper 34b positioniert. Hierdurch kann der Gleiter 22 durch den Stopper 34a oder den Stopper 34b sehr genau positioniert werden.
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Da die Positionierungsgenauigkeit des Gleiters 22 durch Anlage des Gleiters 22 an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b festgelegt wird, kann der Gleiter 22 durch den Encoder 38 und den Zahnriemen 30, die preiswerter sind als ein Positionsinformationsdetektor mit höherer Auflösung als der Encoder 38, bspw. ein anderer Encoder mit hoher Auflösung, und ein Antriebskraftübertragungsmechanismus, bspw. eine Kugelspindel oder dgl., sehr genau positioniert werden. Da die Stopper 34a, 34b Stoßdämpfer 35 aufweisen, können Stöße, die erzeugt werden, wenn der Gleiter 22 an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b anschlägt, gedämpft werden.
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Die Halteposition, die Geschwindigkeit bei der konstanten Bewegung und/oder die Beschleunigung bei der beschleunigten Bewegung des Gleiters 22 wird durch die externe Bedieneinheit 98 eingestellt. Dementsprechend kann der Nutzer die Bewegungsbedingungen des Gleiters 22 durch Fernbedienung einstellen.
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Der Mikrocomputer 60 der Steuerkonsole 38 überwacht die von dem Gleiter 22 zurückgelegte Strecke, die auf der Basis der Positionsinformation des Encoders 38 errechnet wurde, und die Geschwindigkeit des Gleiters 22. Nachdem der Gleiter 22 an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b anschlägt, begrenzt der Antriebskreis 66 den Antriebssignaloutput zu dem Motor 26 auf der Basis eines Befehls von dem Mikrocomputer 60, wenn der Mikrocomputer 60 urteilt, dass die überwachte Strecke, die von dem Mikrocomputer 60 erlernte Strecke erreicht, d. h. wenn der Gleiter 22 die Position des Stoppers 34a oder des Stoppers 34b erreicht, oder wenn der Mikrocomputer 60 urteilt, dass die überwachte Strecke die durch den Mikrocomputer erlernte Strecke nicht erreicht und die Geschwindigkeit des Gleiters 22 gleich oder niedriger ist als eine festgelegte Geschwindigkeit. Nachdem der Gleiter 22 an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b anschlägt, wird der Motor 26 daher an der Erzeugung eines übermäßigen Drehmomentes gehindert, so dass der Motor 26, der Zahnriemen 30 und die Stopper 34a, 34b vor einer Überlast geschützt werden. Dadurch wird die Haltbarkeit des elektrischen Stellgliedes 20 verbessert.
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Der Mikrocomputer 60 überwacht die von dem Gleiter 22 zurückgelegte Strecke, die auf der Basis der Positionsinformation des Encoders 38 errechnet wurde, und die von dem Gleiter 22 zurückgelegte Strecke, die auf dem Rotationswinkel des Motors 26 basiert. Nachdem der Gleiter 22 an dem Stopper 34a oder dem Stopper 34b anschlägt, stellt der Mikrocomputer 60 die Abweichung zurück, wenn die Abweichung zwischen der berechneten Strecke und der Strecke auf der Basis des Drehwinkels des Motors 26 einen festgelegten Bereich überschreitet. Daher wird die Positionsgenauigkeit des Gleiters 22 an den Haltepositionen an den Stoppern 34a, 34b verbessert, und die Stopper 34a, 34b werden vor einer Überlast geschützt. Dadurch kann die Haltbarkeit des elektrischen Stellgliedes 20 weiter verbessert werden.
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Wenn die Stromzufuhr des elektrischen Stellgliedes 20 eingeschaltet wird, steuert der Mikrocomputer 60 den Motor 26 abwechselnd in Normal- und Rückwärtsrichtung und synchronisiert die Positionsinformation von dem Encoder 38 und die Positionsinformation auf der Basis des Drehwinkels des Motors 26 miteinander. Dementsprechend kann die Position, zu der der Gleiter 22 bewegt wurde, entsprechend der Positionsinformation auf der Basis des Rotationswinkels des Motors 26 akkurat erfasst werden, wodurch die Möglichkeiten des Motors 26 maximiert werden.
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Nachfolgend werden weitere technische Konzepte, die von den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abgeleitet werden können, zusammen mit ihrer Betriebsweise und deren Vorteilen erläutert.
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Ein elektrisches Stellglied mit einem Bewegungsmechanismus, der durch Antriebskraft von einer elektrischen Antriebsquelle bewegbar ist, umfasst wenigstens einen Geschwindigkeitsregler zur Einstellung einer Geschwindigkeit bei konstanter Bewegung des Bewegungsmechanismus und einen Beschleunigungsregler zur Einstellung einer Beschleunigung bei beschleunigter Bewegung des Bewegungsmechanismus, ein Normaldreh-Bedienelement und ein Rückwärtsdreh-Bedienelement zur Betätigung der elektrischen Antriebsquelle, um den Bewegungsmechanismus nach Wunsch zu bewegen, und Skalen zur Spezifizierung und Bestätigung von Einstellungen an dem Geschwindigkeitsregler und dem Beschleunigungsregler.
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Das elektrische Stellglied umfasst den Geschwindigkeitsregler, den Beschleunigungsregler, das Normaldreh-Bedienelement und das Rückwärtsdreh-Bedienelement, um Funktionen, bspw. eines Begrenzungsventils (Geschwindigkeitssteuerventils) zur Regelung der Geschwindigkeit, einer Dämpfungsnadel zur Regelung der Beschleunigung an einem Hubende eines Pneumatikzylinders und zum Dämpfen von Stößen, und ein Richtungskontrollventil zur Bestätigung des Betriebs des Pneumatikzylinders, als wenn der Pneumatikzylinder als Antriebsquelle für den Bewegungsmechanismus verwendet würde. Das elektrische Stellglied ermöglicht eine einfache Handhabung des Pneumatikzylinders und strebt an, Stöße zu dämpfen, die erzeugt werden, wenn der Bewegungsmechanismus mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, und die ein Problem darstellen würden, wenn der Pneumatikzylinder verwendet wird. Außerdem soll der komplexe Prozess des individuellen Einstellens von Bewegungsbedingungen für eine Vielzahl von Pneumatikzylindern entfallen.
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Das elektrische Stellglied ist in der Lage, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung einfach einzustellen, während der Nutzer die Bewegung des Bewegungsmechanismus überprüfen kann, wie wenn der Pneumatikzylinder verwendet wird. Das Normaldreh-Bedienelement und das Rückwärtsdreh-Bedienelement, die dazu verwendet werden, den Bewegungsmechanismus nach Wunsch zu bewegen, erlauben es dem Nutzer, einfach zu überprüfen, wie der Bewegungsmechanismus arbeitet. Die Einstellskalen an dem Geschwindigkeitsregler und dem Beschleunigungsregler erlauben es dem Nutzer außerdem, die Einstellungen einfach einzustellen und zu überprüfen.
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Bei den oben beschriebenen technischen Konzepten haben sowohl der Geschwindigkeitsregler als auch der Beschleunigungsregler einen schrittweisen Einstellmechanismus. Wird eine Vielzahl elektrischer Stellglieder verwendet, kann der Nutzer daher die Einstellungen für die elektrischen Stellglieder effizient durchführen, da ihre Geschwindigkeits- und Beschleunigungsregler mit identischen schrittweisen Einstellskalen eingestellt werden können.
