DE112016006602T5

DE112016006602T5 - Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE112016006602T5
Application number: DE112016006602.3T
Authority: DE
Inventors: Tomoya Fujita; Masayuki Uematsu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US20180133860A1; US10543574B2; CN107533325B; CN107533325A; WO2017158932A1; JP6199003B1; JPWO2017158932A1

Abstract

Eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung (100) umfasst einen dreiachsigen Beschleunigungssensor (13), der die Beschleunigung eines Bewegungsbahnverlaufsmessgegenstandes misst und das Ergebnis als ein Beschleunigungssensorsignal ausgibt, eine Sensorsignaltrenneinheit (30), die das Beschleunigungssensorsignal in zwei oder mehr Frequenzbänder trennt, eine Motorsignaltrenneinheit (31), die ein Erkennungspositionssignal in die Frequenzbänder trennt, die mit denen der Sensorsignaltrenneinheit (30) identisch sind, eine Datenkalibrierungseinheit (32), die das Beschleunigungssensorsignal in jedem der zwei oder mehr Frequenzbänder durch Verwendung des Beschleunigungssensorsignals, das durch die Sensorsignaltrenneinheit (30) getrennt wurde, und des Erkennungspositionssignals, das durch die Motorsignaltrenneinheit (31) getrennt wurde, und Erhalten einer Bewegungsbahnverlaufskomponente in jedem der zwei oder mehr Frequenzbänder kalibriert, und eine Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit (33), die die Bewegungsbahnverlaufskomponenten in den zwei oder mehr Frequenzbändern koppelt und das Ergebnis als einen Bewegungsbahnverlauf ausgibt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung, die einen Bewegungsbahnverlauf einer Maschine misst, wie beispielsweise eine Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, eine Industriemaschine, ein Roboter oder eine Taktmaschine.
Hintergrund
Eine Servosteuerungsvorrichtung ist eine Vorrichtung, die einen Aktuator zur Steuerung verwendet, so dass die Position eines angetriebenen Körpers, bei dem es sich um einen anzutreibenden Gegenstand handelt, mit einer Befehlsposition übereinstimmt, während die Position des angetriebenen Körpers unter Verwendung eines Positionssensors ermittelt wird. Eine Maschine mit mehreren Freiheitsgraden mit einem Bewegungsbereich auf einer zweidimensionalen Ebene oder in einem dreidimensionalen Raum, wie beispielsweise eine Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, eine Industriemaschine, ein Roboter oder eine Taktmaschine, umfasst Servosteuerungsvorrichtungen, von denen jede als eine Freiheitsgradachse bezeichnet wird. In einer derartigen Maschine steuern an den Wellen befestigte Aktuatoren jeweils einen angetriebenen Körper auf einer entsprechenden der Achsen, um den angetriebenen Körper anzutreiben. Die Maschine kombiniert ihre axialen Bewegungen, um eine Maschinenbewegung mit mehreren Freiheitsgraden zu erreichen.
Servosteuerung, die durchgeführt wird, damit ein Bewegungsbahnverlauf genau einem Befehlsbahnverlauf oder einem Befehlspfad folgt, wird als Bahnverlaufssteuerung oder Bahnbewegungssteuerung bezeichnet. Verursacht ein Störfaktor von außen, wie beispielsweise eine während der Bahnverlaufssteuerung verursachte Reibung oder eine während der Bahnverlaufssteuerung verursachte Vibration der Maschinenkonstruktion, einen Reaktionsfehler in der Servosteuerungsvorrichtung für jede Achse, weicht der Bewegungsbahnverlauf des angetriebenen Körpers vom Befehlsbahnverlauf ab, wodurch ein Bahnverlaufsfehler verursacht wird.
Im Falle einer Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, die eine Bewegung jeder Achse auf ein maschinell zu bearbeitendes Werkstück überträgt, um mit Hilfe eines Schneidwerkzeuges eine Form darin zu erzeugen, kann ein Bahnverlaufsfehler von wenigen Zehntel Mikrometern als eine mangelhafte maschinelle Bearbeitung betrachtet werden. Als Gegenmaßnahme kann eine Rückkopplungskontrolle unter Verwendung eines Positionssensors durchgeführt werden; allerdings ist der Positionssensor nicht in der Lage, die Position des zu steuernden Gegenstandes genau zu erfassen, wenn die Einbauposition des Positionssensors nicht mit der Position des angetriebenen Körpers oder wenn die Position des angetriebenen Körpers nicht mit der Position des tatsächlich zu steuernden Gegenstandes übereinstimmt, d.h. das Werkzeug oder das Werkstück. Dementsprechend wird ein Bahnverlaufsfehler im Bewegungsbahnverlauf eines zu steuernden Gegenstandes verursacht.
Wird in einem Bewegungsbahnverlauf ein Bahnverlaufsfehler verursacht, wird der Bewegungsbahnverlauf der Maschine gemessen, um der Ursache für das Problem auf den Grund zu gehen; anschließend kann eine Änderung an der Auslegung der Maschine vorgenommen oder verschiedene Parameter der Servosteuerungsvorrichtungen können eingestellt werden. Um die verschiedenen Parameter einzustellen, ist es notwendig, den Umfang der Abweichung des Bewegungsbahnverlaufs vom Befehlsbahnverlauf mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern bis wenigen hundert Mikrometern zu messen. In den Patentliteraturhinweisen 1, 2 und 3 sind Verfahren zum Messen und Ermitteln des Bewegungsbahnverlaufs einer Maschine offenbart.
Ein im Patentliteraturhinweis 1 offenbartes Verfahren zum Überprüfen der Bewegungsgenauigkeit misst einen relativen Bewegungsbahnverlauf zwischen zwei Stahlkugeln, die durch einen Verlagerungssensor gekoppelt sind, durch Ablesen einer in einem relativen Abstand zwischen den beiden Stahlkugeln bei Ausführung einer bogenförmigen Bewegung, die so ausgeführt wird, dass der relative Abstand zwischen den beiden Kugeln konstant gehalten wird, verursachten Verlagerung. Dieses Messverfahren, das als das Doppelkugelstangenverfahren bezeichnet wird, wird weit verbreitet verwendet. In einem typischen Doppelkugelstangenverfahren kann ein während einer bogenförmigen Bewegung verursachter Bahnverlaufsfehler mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern gemessen werden, indem eine Verlagerung der sich in Bewegung befindlichen Stange unter Verwendung eines Verlagerungssensors gemessen wird, wobei die beiden Stahlkugeln mechanisch miteinander verbunden sind.
Eine im Patentliteraturhinweis 2 offengelegte Vorrichtung mit numerischer Steuerung erkennt die Drehzahl oder Beschleunigung des zu steuernden Gegenstands und vergleicht die erkannte Drehzahl oder Beschleunigung mit einer geplanten Drehzahl oder Beschleunigung, um das Auftreten eines Bahnverlaufsfehlers zu erkennen. Im Patentliteraturhinweis 2 ist zudem ein Verfahren zum Inhibieren eines Bahnverlaufsfehlers durch Rückkoppeln der erkannten Drehzahl- oder Beschleunigungskomponente des Bahnverlaufsfehlers offengelegt.
Im Patentliteraturhinweis 3 ist ein Verfahren zum Schätzen eines Bewegungsbahnverlaufs eines angetriebenen Körpers durch Durchführen einer Integration zweiter Ordnung an der Beschleunigung des angetriebenen Körpers offengelegt, die beobachtet wird, wenn eine Sinuswellenbewegung unter Verwendung einer oder mehrerer Achsen durchgeführt wird. Im Patentliteraturhinweis 3 ist ein Verfahren zum Schätzen eines Bewegungsbahnverlaufs mit einer hohen Genauigkeit durch Ändern eines Empfindlichkeitsfaktors offengelegt, um einen Fehler zu verhindern, der verursacht wird, wenn die Integration nach Überschreiten eines Grenzwertes durchgeführt wird.
Liste der Literaturhinweise
Patentliteratur

Patentliteraturhinweis 1: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer S61-209857
Patentliteraturhinweis 2: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer S61-007907
Patentliteraturhinweis 3: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer 2015-182141

Kurzdarstellung
Technisches Problem
Das im Patentliteraturhinweis 1 offengelegte Verfahren zum Prüfen der Bewegungsgenauigkeit ist dahingehend durch ein Problem gekennzeichnet, dass der messbare Bahnverlauf auf einen Bogen begrenzt ist. Zusätzlich erfordert das in Patentliteraturhinweis 1 offengelegte Verfahren zum Prüfen der Bewegungsgenauigkeit die vorherige Berechnung der Position des Drehzentrums und eine Einrichtung der Vorrichtung dahingehend, dass die Anordnungsposition einer der Kugeln mit dem Drehzentrum übereinstimmt, das während der Bahnverlaufsmessung auftritt; dementsprechend ist das Verfahren zum Prüfen der Bewegungsgenauigkeit dahingehend problematisch, dass die Einrichtung für die Prüfung zeit- und arbeitsaufwendig ist.
Die Anwendung des in Patentliteraturhinweis 2 offengelegten Verfahrens zum Inhibieren eines Bahnverlaufsfehlers verhindert eine derartige Begrenzung auf den messbaren Bahnverlauf. Die Anwendung des in Patentliteraturhinweis 2 offengelegten Verfahrens zum Inhibieren eines Bahnverlaufsfehlers ist jedoch dahingehend durch ein Problem gekennzeichnet, dass der Umfang des Bahnverlaufsfehlers vom Befehlsbahnverlauf des angetriebenen Körpers nicht erhalten werden kann, da das Verfahren die Beschleunigung oder die Drehzahl verwendet, um das Auftreten eines Fehlers zu erkennen. Das in Patentliteraturhinweis 2 offengelegte Verfahren zum Inhibieren eines Bahnverlaufsfehlers kann einen Bahnverlaufsfehler dadurch inhibieren, dass es die Drehzahl oder Beschleunigung rückkoppelt. Wenngleich das in Patentliteraturhinweis 2 offengelegte Verfahren zum Inhibieren eines Bahnverlaufsfehlers einen Bahnverlaufsfehler durch Rückkoppeln der Drehzahl oder Beschleunigung inhibieren kann, besteht dahingehend ein Problem, dass es nicht verwendet werden kann, um Parameter anderer Verfahren zum Inhibieren von Bahnverlaufsfehlern anzupassen. Andere Verfahren zum Inhibieren von Bahnverlaufsfehlern umfassen ein Korrekturverfahren, das ein Reibungsmodell verwendet, um einen von der Reibung abgeleiteten Bahnverlaufsfehler zu inhibieren, der als ein Totgang oder eine Haftbewegung bezeichnet wird.
Das in Patentliteraturhinweis 3 offengelegte Verfahren zum Schätzen eines Bewegungsbahnverlaufs ist dahingehend durch ein Problem gekennzeichnet, dass der messbare Bahnverlauf auf eine Sinuswelle, einen bogenförmigen Bahnverlauf, der durch die Kombination von Sinuswellen erhalten werden kann, einen ovalen Bahnverlauf und einen kugelförmigen Bahnverlauf begrenzt ist.
Darüber hinaus ist im Falle einer Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung und eines Roboters die Genauigkeit eines relativen Bewegungsbahnverlaufs zwischen zwei Punkten an der beweglichen Seite und an der festen Seite unter Umständen wichtig. Insbesondere wird im Falle einer Maschine eines Typs, bei dem ein Werkzeug an einem mechanischen Strukturgussstück an der festen Seite befestigt ist und die Servosteuerungsvorrichtungen für die Achsen und ein Werkstück am Gussstück befestigt sind, ein Material durch maschinelles Bearbeiten vom Werkstück entfernt, wobei während der Durchführung einer Bahnsteuerung am Werkstück das Werkzeug und das Werkstück veranlasst werden, sich gegenseitig zu überlagern. In einem solchen Fall wird eine Antriebsreaktionskraft, die durch die Reaktion auf die Antriebskraft einer Welle verursacht wird, bei der es sich um ein bewegliches Teil handelt, über eine mechanische Struktur auf die feste Seite übertragen und kann an der festen Seite eine Deformation oder eine Vibration verursachen. Dadurch entsteht ein Bedarf an der Messung eines relativen Bewegungsbahnverlaufs zwischen der beweglichen Seite und der festen Seite. Die in den Patentliteraturhinweisen 1 bis 3 offengelegten Verfahren sind jedoch dahingehend problematisch, dass sie eine niedrige Messgenauigkeit aufweisen, da diese Techniken einen relativen Bahnverlaufsfehler an der vorstehend beschriebenen festen Seite nicht berücksichtigen können.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehenden Informationen erreicht, und ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung bereitzustellen, die eine hochgradig genaue Messung eines Bahnverlaufsfehlers in einem beliebigen Bewegungsbahnverlauf mit einem einfachen Aufbau ermöglicht.
Problemlösung
Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen und den Gegenstand zu erreichen, umfasst eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, die einen Bewegungsbahnverlauf einer Maschine misst, die einen Aktuator umfasst und ein Erkennungspositionssignal rückkoppelt, das von einem Positionssensor ausgegeben wurde, der eine Position des Aktuators oder eine Position eines angetriebenen Körpers erkennt und den Aktuator so antreibt, dass ein Bewegungsbahnverlauf des angetriebenen Körpers einem Befehlsbahnverlauf folgt, folgendes: einen Beschleunigungssensor zum Messen der Beschleunigung eines Bewegungsbahnverlaufsmessgegenstands und zum Ausgeben eines Ergebnisses als ein Beschleunigungssensorsignal; und eine Sensorsignaltrenneinheit zum Trennen des Beschleunigungssensorsignals in zwei oder mehr Frequenzbänder. Die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung umfasst: eine Erkennungspositionssignaltrenneinheit zum Trennen des Erkennungspositionssignals in Frequenzbänder, die identisch mit den Frequenzbändern der Sensorsignaltrenneinheit sind; eine Datenkalibrierungseinheit zum Kalibrieren des Beschleunigungssensorsignals in jedem der zwei oder mehr Frequenzbänder durch Verwendung des durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennten Beschleunigungssensorsignals und des durch die Erkennungspositionssignaltrenneinheit getrennten Erkennungspositionssignals und zum Erhalten einer Bewegungsbahnverlaufskomponente in jedem der zwei oder mehr Frequenzbänder; und eine Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit zum Koppeln der Bewegungsbahnverlaufskomponente in jedem der zwei oder mehr Frequenzbänder und zum Ausgeben eines Ergebnisses als den Bewegungsbahnverlauf.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bewirkt, dass eine hochgradig genaue Messung eines Bahnverlaufsfehlers in einem beliebigen Bewegungsbahnverlauf mit einem einfachen Aufbau ermöglicht wird.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform und einer Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung.
2 ist ein Diagramm, das eine detaillierte Konfiguration eines x-Achsenantriebsmechanismus, der in 1 veranschaulicht ist, und die Konfiguration einer Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht, die den Betrieb des x-Achsenantriebsmechanismus steuert.
3 ist ein Diagramm, das die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der ersten Ausführungsform, die Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der ersten Ausführungsform verwendet, und die Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht.
4 ist ein Konfigurationsdiagramm einer in 3 veranschaulichten Motorantriebseinheit.
5 ist ein Diagramm, in dem ein Bahnverlauf der Operation in Erkennungspositionen, ein Bewegungsbahnverlauf eines zu steuernden Gegenstands und ein Befehlsbahnverlauf, der während einer bogenförmigen Bewegung auftritt, auf einer xy-Ebene dargestellt sind.
6 ist ein Diagramm, das eine Beschleunigungskurve in Richtung der x-Achse, wenn kein Rauschen vorliegt, und den Verlagerungsumfang in Richtung der x-Achse veranschaulicht, der anhand der Beschleunigung berechnet wurde.
7 ist ein Diagramm, das das Ergebnis der Berechnung von Bahnverlaufsfehlern auf der xy-Ebene unter eine Bedingung veranschaulicht, die ähnlich der Bedingung in 6 ist.
8 ist ein Diagramm, das eine Beschleunigungskurve in Richtung der x-Achse, wenn kein Rauschen vorliegt, und den Verlagerungsumfang in Richtung der x-Achse veranschaulicht, der anhand der Beschleunigung berechnet wurde.
9 ist ein Diagramm, das das Ergebnis der Berechnung von Bahnverlaufsfehlern auf der xy-Ebene unter einer Bedingung veranschaulicht, die ähnlich der Bedingung in 8 ist.
10 ist ein Konfigurationsdiagramm einer in 3 veranschaulichten Sensorsignaltrenneinheit.
11 ist ein Konfigurationsdiagramm einer in 3 veranschaulichten Motorsignaltrenneinheit.
12 ist ein Konfigurationsdiagramm einer in 3 veranschaulichten Datenkalibrierungseinheit.
13 ist ein Konfigurationsdiagramm einer in 3 veranschaulichten Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit.
14 ist ein Diagramm, das einen Ist-Bewegungsbahnverlauf, das Berechnungsergebnis eines Bahnverlaufsfehlers, der durch die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der ersten Ausführungsform berechnet wurde, und einen Bahnverlauf der Operation in der Detektorposition vergleichend veranschaulicht.
15 ist ein Diagramm, das eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform, eine Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform verwendet, und eine Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht.
16 ist ein Konfigurationsdiagramm einer in 15 veranschaulichten Maschinenreaktionssimulationseinheit.
17 ist ein Diagramm, das eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform, eine Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der vierten Ausführungsform verwendet, und eine Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht.
18 ist ein Konfigurationsdiagramm einer in 17 veranschaulichten Sensorsignaltrenneinheit.
19 ist ein Konfigurationsdiagramm einer in der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer fünften Ausführungsform enthaltenen Datenkalibrierungseinheit.
20 ist ein Diagramm, das das Berechnungsergebnis bei Messung eines relativen Bewegungsbahnverlaufs durch die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der fünften Ausführungsform, einen relativen Ist-Bewegungsbahnverlauf und einen Bewegungsbahnverlauf in der Detektorposition miteinander vergleicht.
21 ist ein Diagramm, das einen Ist-Bahnverlauf, der erhalten wird, wenn ein rechtwinkliger Bewegungsbahnverlaufsbefehl bereitgestellt wird, das Berechnungsergebnis eines Bahnverlaufsfehlers, der durch die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer siebten Ausführungsform berechnet wurde, und einen Bahnverlauf der Operation in der Detektorposition vergleichend veranschaulicht.
22 ist ein Diagramm, das eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer achten Ausführungsform, eine Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der achten Ausführungsform verwendet, und eine Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht.
23 ist ein Diagramm, das eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer neunten Ausführungsform, eine Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der neunten Ausführungsform verwendet, und eine Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht.
24 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung veranschaulicht, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der neunten Ausführungsform verwendet.
25 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Messergebnis der Beschleunigung in normaler Richtung veranschaulicht, die gemessen wird, wenn der Rundschalttisch angetrieben wird.
26 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Messergebnis der Beschleunigung in tangentialer Richtung veranschaulicht, die gemessen wird, wenn der Rundschalttisch angetrieben wird.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform und einer Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung. 2 ist ein Diagramm, das eine detaillierte Konfiguration eines in 1 veranschaulichten x-Achsenantriebsmechanismus und die Konfiguration einer Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht, die den Betrieb des x-Achsenantriebsmechanismus steuert.
Eine in 1 veranschaulichte Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 ist ein beispielhafter Gegenstand, dessen Maschinenbewegungsbahnverlauf durch die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung gemessen wird. Die Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 ist eine vertikale Werkzeugmaschine, die drei rechtwinklige Achsen und eine Maschinenstruktur aufweist, die als eine C-Säulenstruktur bezeichnet wird. Die Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 umfasst eine Halterung 21; einen an der Halterung 21 montierten und in einer y-Achsenrichtung angetriebenen Sattel 24; einen am Sattel 24 montierten Arbeitstisch 4; und eine an der Halterung 21 befestigte Säule 5, die über der Halterung 21 verläuft. Eine Ramme 6 ist an der Säule 5 befestigt und ein Werkstück 17, bei dem es sich um einen Gegenstand der Bewegungsbahnverlaufsmessung handelt, befindet sich auf dem Arbeitstisch 4.
Die Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 umfasst zudem einen x-Achsenantriebsmechanismus 15x, bei dem es sich um einen Aktuator handelt, der am Sattel 24 montiert ist, um den Arbeitstisch 4 in einer x-Achsenrichtung anzutreiben; einen y-Achsenantriebsmechanismus 15y, bei dem es sich um einen Aktuator handelt, der an der Halterung 21 montiert ist, um den Sattel 24 in eine y-Achsenrichtung anzutreiben; und einen z-Achsenantriebsmechanismus 15z, bei dem es sich um einen Aktuator handelt, der an der Säule 5 montiert ist, um die Ramme 6 in einer z-Achsenrichtung anzutreiben.
Der x-Achsenantriebsmechanismus 15x umfasst einen x-Achsenmotor 1x; eine Vorschubspindel 2x; bei der es sich um eine Vorschubwelle handelt, die durch den x-Achsenmotor 1x angetrieben ist; und einen Drehwinkelsensor 3x, der einen Drehwinkel der Vorschubschnecke 2x erfasst. Der y-Achsenantriebsmechanismus 15y umfasst einen y-Achsenmotor 1y; eine Vorschubspindel 2y, bei der es sich um eine Vorschubwelle handelt, die durch den y-Achsenmotor 1y angetrieben wird; und einen Drehwinkelsensor 3y, der einen Drehwinkel der Vorschubspindel 2y erfasst. Der z-Achsenantriebsmechanismus 15z umfasst einen z-Achsenmotor 1z; eine Vorschubspindel 2z, die durch den z-Achsenmotor 1z angetrieben wird; und einen Drehwinkelsensor 3z, der einen Drehwinkel der Vorschubspindel 2z erfasst.
Der x-Achsenantriebsmechanismus 15x treibt den Arbeitstisch 4 an, und der y-Achsenantriebsmechanismus 15y treibt den Sattel 24 und den x-Achsenantriebsmechanismus 15x an, der oben am Sattel 24 montiert ist. Der z-Achsenantriebsmechanismus 15z, der an der Säule 5 montiert ist, treibt die Ramme 6, eine Spindel 7 und ein Werkzeug 16 an, und das Werkzeug 16 bearbeitet das Werkstück 17 maschinell. Dadurch wird ein Material des Werkstücks 17 von einem Abschnitt der Oberfläche entfernt, in dem sich das Werkzeug 16 und das Werkstück 17 in einem dreidimensionalen x-y-z-Raum überlagern, d.h. mit drei Freiheitsgraden, die erreicht werden, indem die zwei Freiheitsgrade umfassende Bewegung des Werkstücks 17 in einer xy-Ebene und die einen Freiheitsgrad umfassende Bewegung des Werkzeugs 16, das an der Spitze der Spindel 7 befestigt ist, in z-Achsenrichtung miteinander kombiniert werden. Dadurch entsteht eine dreidimensionale Form. Ein durch jeden der drei Drehwinkelsensoren 3x, 3y und 3z erfasster Motordrehwinkel wird an eine in 2 veranschaulichte Servosteuerungsvorrichtung 101 rückgekoppelt.
In 2 werden die detaillierte Konfiguration des in 1 veranschaulichten x-Achsenantriebsmechanismus 15x und die Servosteuerungsvorrichtung 101 zum Steuern der Position eines angetriebenen Körpers in x-Achsenrichtung veranschaulicht. In 2 ist lediglich die Konfiguration des x-Achsenantriebsmechanismus 15x der drei in 1 veranschaulichten Antriebsmechanismen veranschaulicht. Die Konfigurationen des y-Achsenantriebsmechanismus 15y und des z-Achsenantriebsmechanismus 15z ähneln der Konfiguration des x-Achsenantriebsmechanismus 15x. Es ist jedoch zu beachten, dass sich der x-Achsenantriebsmechanismus 15x, der y-Achsenantriebsmechanismus 15y und der z-Achsenantriebsmechanismus 15z in folgendem Punkt voneinander unterscheiden. Nämlich ist der durch den x-Achsenantriebsmechanismus 15x anzutreibende Körper oder zu steuernde Gegenstand der Arbeitstisch 4, während es sich bei den durch den y-Achsenantriebsmechanismus 15y anzutreibenden Körpern oder zu steuernden Gegenständen um den Sattel 24 und den x-Achsenantriebsmechanismus 15x handelt, der oben am Sattel 24 befestigt ist, und es sich bei den durch den z-Achsenantriebsmechanismus 15z anzutreibenden Körpern oder zu steuernden Gegenständen um die Säule 5 und die Spindel 7 handelt, die an der Säule 5 befestigt ist.
Der in 2 veranschaulichte x-Achsenantriebsmechanismus 15x umfasst den Sattel 24 und zwei Stützlager 10x, von denen jedes einen äußeren Ring, der am Sattel 24 befestigt ist, und einen inneren Ring aufweist, der die Vorschubspindel 2x drehbar stützt. Der x-Achsenantriebsmechanismus 15x umfasst zudem eine Mutter 9x im Eingriff mit der Vorschubspindel 2x; den Arbeitstisch 4, der durch die Mutter 9x in axialer linearer Richtung der Vorschubspindel 2x bewegt wird; und eine Kupplung 8x, die ein Ende der Vorschubspindel 2x während der Drehung des x-Achsenmotors 1x befestigt.
Eine Drehbewegung des x-Achsenmotors 1x wird über die Kupplung 8x an die Vorschubspindel 2x übertragen, und die Drehbewegung der Vorschubspindel 2x wird durch die Mutter 9x in eine lineare Bewegung übersetzt. So bewegt sich der Arbeitstisch 4, der an der Mutter 9x befestigt ist, entlang der axialen Richtung der Vorschubspindel 2x.
Die Vorschubspindel 2x liegt auf den Stützlagern 10x auf, der x-Achsenmotor 1x und die Stützlager 10x liegen auf dem Sattel 24 auf und der Drehwinkelsensor 3x liegt auf dem x-Achsenmotor 1x auf.
Die Servosteuerungsvorrichtung 101, die der Steuerung der Position des angetriebenen Körpers in der x-Achsenrichtung dient, umfasst eine Positionsbefehlserzeugungseinheit 11x, die einen Positionsbefehl zum Steuern der Position des angetriebenen Körpers in der x-Achsenrichtung ausgibt, und eine Motorantriebseinheit 12x, die den Drehwinkel des x-Achsenmotors 1x entsprechend dem durch die Positionsbefehlserzeugungseinheit 11x erzeugten Positionsbefehl steuert. Während lediglich die Servosteuerungsvorrichtung 101, die der Steuerung der Position des angetriebenen Körpers in der x-Achsenrichtung dient, in 2 veranschaulicht ist, werden Servosteuerungsvorrichtungen zum Steuern der Positionen der angetriebenen Körper in der y-Achsenrichtung bzw. der z-Achsenrichtung ähnlich konfiguriert.
Ein durch die Positionsbefehlserzeugungseinheit 11x erzeugter Positionsbefehl wird an die Motorantriebseinheit 12x übertragen und nach Erhalt des Positionsbefehls steuert die Motorantriebseinheit 12x den Drehwinkel des x-Achsenmotors 1x, um einen Fehler zwischen der Erkennungsposition, die durch Multiplizieren des durch den Drehwinkelsensor 3x erfassten Motordrehwinkels mit der Spindelsteigung der Vorschubspindel 2x und dem Positionsbefehl erhalten wird, zu verringern.
Ein linearer Motor kann anstelle des x-Achsenmotors 1x und der Vorschubspindel 2x als bewegliche Welle der Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 verwendet werden. Ein linearer Geber oder ein Laserverlagerungsmessgerät, das in der Lage ist, die Position des Arbeitstisches 4 direkt zu erkennen, kann anstelle des Drehwinkelsensors 3x als bewegliche Welle der Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 verwendet werden.
Eine relative Verlagerung zwischen dem Werkzeug 16 und dem Werkstück 17 ist in der Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 wichtig. Das ist darauf zurückzuführen, dass, wenn eine relative Verlagerung während der maschinellen Bearbeitung der Bahnsteuerung zwischen dem Werkzeug 16 und dem Werkstück 17 und eine mangelhafte Entfernung und eine übermäßige Entfernung des Materials vom Werkstück 17 verursacht werden, ein Fehler bei der maschinellen Bearbeitung auftritt. Um einen derartigen Fehler bei der maschinellen Bearbeitung zu verhindern, führt die Motorantriebseinheit 12x der Servosteuerungsvorrichtung 101 eine Rückkopplungskontrolle durch.
Die Position des Sensors kann jedoch nicht eng mit der Position des Werkzeugs 16 oder des Werkstücks 17 übereinstimmen; dementsprechend kann ein Bahnverlaufsfehler verursacht werden, der nicht erfasst werden kann. Wenn eine dynamische Störung von außen, wie beispielsweise Reibung, die während der Bahnverlaufssteuerung verursacht wird, oder eine Vibration der Maschinenkonstruktion, die während der Bahnverlaufssteuerung verursacht wird, dazu führt, dass die Rückkopplungskontrolle der Motorantriebseinheit 12x nicht mehr mithalten kann, d.h. wenn eine derartige Störung dazu führt, dass die Servosteuerungsvorrichtung 101 einen Reaktionsfehler aufweist, weicht der Bewegungsbahnverlauf des angetriebenen Körpers vom Befehlsbahnverlauf ab, wodurch es zu einer relativen Verlagerung zwischen dem Werkzeug 16 und dem Werkstück 17 kommt.
Bekannte dynamisch Störungen von außen sind eine elastische Deformation, die in der Kupplung 8x, der Vorschubspindel 2x oder in den Stützlagern 10x verursacht wird, eine Vibration, die in der Vorschubspindel 2x oder den Stützlagern 10x verursacht wird, eine Änderung der Position der in 1 veranschaulichten Säule 5 oder der Ramme 6, eine Vibration in der Säule 5 oder der Ramme 6, und ein Fehler durch eine Reibkraft der beweglichen Welle. Es ist bekannt, dass derartige dynamische Störungen von außen je nach Masse des Werkstücks 17, Alter der Maschine, Verschleiß in der Vorschubspindel 2x oder den Stützlagern 10x, Menge an Schmiermittel in jeder beweglichen Welle, Änderung der Lufttemperatur und Betriebszuständen anderer Maschinen in der Anlage unterschiedlich sind. Da die dynamischen Störungen von außen in Abhängigkeit von derartigen Faktoren veränderlich sind, wird oftmals ein modellbasiertes Fehlerkorrekturschema, bei dem Reibungs- und Vibrationsmodelle verwendet werden, um den zu verursachenden Fehlerumfang zu schätzen, um den Korrekturumfang zum Beseitigen des Fehlers zu erzeugen und um eine Vorsteuerung durchzuführen, für die Positionsbefehlserzeugungseinheit 11x und die Motorantriebseinheit 12x verwendet, um die Leistung der Bahnsteuerung bei einer hohen Genauigkeit zu halten.
Die Zahl der Faktoren, die sich auf den dynamischen Fehler auswirken, ist jedoch groß und dementsprechend ist es unrealistisch, ein Modell zu erstellen, das alle Faktoren berücksichtigt. Deshalb ist es erstrebenswert, den Bewegungsbahnverlauf einer Maschine regelmäßig oder kontinuierlich vor Arbeitsbeginn oder unmittelbar vor Abschluss der Bearbeitung zu messen und in der Lage zu sein, jedes Mal verschiedene Korrekturparameter anzupassen.
In 1 ist ein dreiachsiger Beschleunigungssensor 13, bei dem es sich um einen beispielhaften gegenständlichen Beschleunigungssensor handelt, der die Beschleunigung des Werkstücks 17 misst, bei dem es sich um den Gegenstand handelt, dessen Bewegungsbahnverlauf gemessen wird, in der Nähe des Werkstücks 17 befestigt. Der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 misst die Beschleunigung in jeder der drei rechtwinkligen axialen Richtungen. Der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 ist mit einem Kabel 40 von beiden Seiten an eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 angeschlossen. Ein Beschleunigungssensorsignal, das die Beschleunigung in jeder der drei axialen Richtungen anzeigt, die der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 erfasst, wird über das Kabel 40 in die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 gespeist. Beschleunigungskomponenten in den drei axialen Richtungen, die der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 erfasst, werden in der vorliegenden Schrift nachstehend als eine Beschleunigungskomponente in x-Achsenrichtung, eine Beschleunigungskomponente in y-Achsenrichtung, und eine Beschleunigungskomponente in z-Achsenrichtung bezeichnet.
Da der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 die Beschleunigung in jeder der drei rechtwinkligen axialen Richtungen allein messen kann, kann die Beschleunigung in den drei Dimensionen unter Verwendung des einen dreiachsigen Beschleunigungssensors 13 gemessen werden. In der vorliegenden Ausführungsform können drei einachsige Beschleunigungssensoren, die jeweils die Beschleunigung in einer jeweiligen der drei axialen Richtungen messen, anstelle des dreiachsigen Beschleunigungssensors 13 verwendet werden.
Verfahren zum Befestigen des dreiachsigen Beschleunigungssensors 13 sind unter anderem das Befestigen unter Verwendung einer Magnetkraft eines Magneten, das Befestigen unter Verwendung einer Spannvorrichtung und einer Schraube, das Befestigen mit Wachs und das Befestigen unter Verwendung eines Klebstoffs. Das Messen wird nur durch das Befestigen des dreiachsigen Beschleunigungssensors 13 an den Arbeitstisch 4 ermöglicht, bei dem es sich um den Messgegenstand handelt; dementsprechend kann der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 ohne Weiteres vor der Messung befestigt werden. Zusätzlich sind für das Befestigen des Beschleunigungssensors keine speziellen Einstellarbeiten erforderlich; weshalb sogar ein ungeübter Arbeiter den Sensor ohne Weiteres befestigen kann.
Drahtlose Beschleunigungssensoren, die keinerlei Kabel erfordern, erfreuten sich zuletzt steigender Beliebtheit und die Verwendung eines derartigen drahtlosen Beschleunigungssensors kann den Einbau des Sensors weiter vereinfachen, da es dadurch nicht mehr nötig ist, die Verlegung des Kabels 40 zu berücksichtigen. Der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 kann dauerhaft an der Rückseite oder der Innenseite des Arbeitstisches 4 befestigt sein, damit der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 und das Kabel 40 während der maschinellen Bearbeitung nicht durch Späne oder Schneidflüssigkeit beschädigt werden. Die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 kann außerhalb der Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 oder in der Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 umgesetzt sein.
Es ist eine Beschreibung einer beispielhaften Konfiguration angeführt, bei der die Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 so eingerichtet ist, dass die Auswirkung der Reibung auf einen Bewegungsbahnverlauf untersucht werden kann, die beobachtet wird, wenn die x-Achse und die y-Achse durch die Servosteuerungsvorrichtung 101 angetrieben werden.
3 ist ein Diagramm, das die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der ersten Ausführungsform, die Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der ersten Ausführungsform verwendet, und die Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht. 4 ist ein Konfigurationsdiagramm der in 3 veranschaulichten Motorantriebseinheit.
Die in 3 veranschaulichte Servosteuerungsvorrichtung 101 unterscheidet sich dahingehend von der in 2 veranschaulichten Servosteuerungsvorrichtung 101, dass die in 3 veranschaulichte Servosteuerungsvorrichtung 101 zusätzlich zur Positionsbefehlserzeugungseinheit 11x und der Motorantriebseinheit 12x eine Positionsbefehlserzeugungseinheit 11y und eine Motorantriebseinheit 12y enthält.
Ein Positionsbefehl Pix, der durch die Positionsbefehlserzeugungseinheit 11x erzeugt wird, und eine Rückkopplungsposition Pd_x , bei der es sich um einen Motordrehwinkel handelt, der durch den Drehwinkelsensor 3x erfasst wird, werden in die Motorantriebseinheit 12x gespeist. Die Motorantriebseinheit 12x gibt einen Drehmomentbefehl Icx, bei dem es sich um einen Antriebsbefehl für den x-Achsenmotor 1x handelt, auf der Grundlage des Positionsbefehls Pix und der Rückkopplungsposition Pd_x aus.
Ein Positionsbefehl Piy, der durch die Positionsbefehlserzeugungseinheit 11y erzeugt wird, und eine Rückkopplungsposition Pd_y , bei der es sich um einen Motordrehwinkel handelt, der durch den Drehwinkelsensor 3y erfasst wird, werden in die Motorantriebseinheit 12y gespeist. Die Motorantriebseinheit 12y gibt einen Drehmomentbefehl Icy, bei dem es sich um einen Antriebsbefehl für den y-Achsenmotor 1y handelt, auf der Grundlage des Positionsbefehls Piy und der Rückkopplungsposition Pd_y aus.
4 veranschaulicht die Konfiguration der in 3 veranschaulichten Motorantriebseinheit 12x. Die Motorantriebseinheit 12x umfasst eine Addier-Subtrahier-Einheit 124a, die eine Positionsabweichung erhält, bei der es sich um einen Reaktionsfehler zwischen dem Positionsbefehl Pix und der Rückkopplungsposition Pd_x oder einer Reaktionsposition handelt; und eine Lageregelungseinheit 123, die als Reaktion auf die Positionsabweichung steuert, die durch die Addier-Subtrahier-Einheit 124a erhalten wurde, und einen Drehzahlbefehl erzeugt. Die Motorantriebseinheit 12x umfasst zudem eine Differentialrechnungseinheit 122, die eine Differentialrechnung an der Rückkopplungsposition Pd_x durchführt, um einen Drehzahlrückkopplungswert zu berechnen; eine Addier-Subtrahier-Einheit 124b, die eine Drehzahlabweichung zwischen dem von der Lageregelungseinheit 123 erhaltenen Drehzahlbefehl und dem von der Differentialrechnungseinheit 122 erhaltenen Drehzahlrückkopplungswert erhält; und eine Drehzahlsteuerungseinheit 121, die den Drehmomentbefehl Icx ausgibt, bei dem es sich um den Antriebsbefehl handelt.
Die Addier-Subtrahier-Einheit 124a erhält die Positionsabweichung, bei der es sich um eine Abweichung zwischen dem Positionsbefehl Pix und der Rückkopplungsposition Pd_x handelt, und gibt die Positionsabweichung an die Lageregelungseinheit 123 aus. Die Lageregelungseinheit 123 führt eine Lageregelungsbearbeitung durch, wie beispielsweise proportionale Regelung, proportionale integrale (PI) Regelung oder proportionale integrale Differentialregelung (PID), so dass die durch die Addier-Subtrahier-Einheit 124a ausgegebene Positionsabweichung verringert wird, und gibt den Drehzahlbefehl aus, der die Positionsabweichung reduziert.
Die Differentialrechnungseinheit 122 erhält die Istdrehzahl, die durch eine Differenzierung der Rückkopplungsposition Pd_x erhalten wurde. Die Addier-Subtrahier-Einheit 124b erhält die Drehzahlabweichung, bei der es sich um die Abweichung zwischen dem von der Lageregelungseinheit 123 erhaltenen Drehzahlbefehl und der von der Differentialrechnungseinheit 122 erhaltenen Istdrehzahl von der Rückkopplungsposition Pd_x handelt, und gibt die Drehzahlabweichung an die Drehzahlsteuerungseinheit 121 aus. Die Drehzahlsteuerungseinheit 121 führt eine Drehzahlsteuerungsbearbeitung der PI-Regelung durch, so dass die Drehzahlabweichung, die durch die Addier-Subtrahier-Einheit 124b ausgegeben wird, verringert wird, und gibt den Drehmomentbefehl Icx aus. Die in 3 veranschaulichte Motorantriebseinheit 12y ist ähnlich der in 4 veranschaulichten Motorantriebseinheit 12x konfiguriert.
Eine Steuerung, die die Drehwinkelsensoren 3x und 3y verwendet, um die Rückkopplungspositionen Pd_x und Pd_y zu erhalten, wird als Regelung mit halbgeschlossener Rückführung bezeichnet. Im Rahmen der Regelung mit halbgeschlossener Rückführung unter Verwendung der Servosteuerungsvorrichtung 101 und des in 2 veranschaulichten x-Achsenantriebsmechanismus 15x ist eine mechanische Konstruktion, wie beispielsweise die Vorschubspindel 2x und die Mutter 9x, zwischen der Einbauposition des Drehwinkelsensors 3x und dem Arbeitstisch 4, bei dem es sich um den tatsächlichen zu steuernden Gegenstand handelt, oder zwischen der Einbauposition des Drehwinkelsensors 3x und dem in 1 veranschaulichten Werkstück 17 vorhanden. Deshalb wird die mechanische Übertragungsverzögerung zwischen dem Drehwinkelsensor 3x und dem Arbeitstisch 4 oder zwischen dem Drehwinkelsensor 3x und dem Werkstück 17 verursacht. Dementsprechend stimmt die durch den Drehwinkelsensor 3x erfasste Rückkopplungsposition Pd_x nicht mit dem Bewegungsbahnverlauf des Arbeitstisches 4 oder des Werkstücks 17 überein.
Zusätzlich wird die Richtung der aufgebrachten Reibung an einer Bewegungsrichtungsumkehrposition umgekehrt, und dementsprechend wird auf die bewegliche Welle eine abrupte Störkraft von außen aufgebracht. Deshalb ist es bekannt, dass eine Positionsabweichung nicht allein durch Rückkopplungskontrolle inhibiert werden kann und diese zu einem Fehler führt. Ein typisches Beispiel ist ein als ein Totgang oder eine Haftbewegung bezeichneter Bahnverlaufsfehler, der während einer bogenförmigen Bewegung verursacht wird. Bei einer bogenförmigen Bewegung unter Verwendung der x-Achse und der y-Achse werden Sinuswellenbefehle, die untereinander eine Phasenverschiebung von 90 Grad aufweisen, dem x-Achsenmotor 1x und dem y-Achsenmotor 1y bereitgestellt.
5 ist ein Diagramm, in dem ein Bahnverlauf der Operation in Detektorpositionen, ein Bewegungsbahnverlauf eines gesteuerten Gegenstandes und ein Befehlsbahnverlauf, der während einer bogenförmigen Bewegung bereitgestellt wird, auf der xy-Ebene dargestellt sind. Die Detektorpositionen stellen die vorstehend beschriebene Rückkopplungsposition Pd_x und die vorstehend beschriebene Rückkopplungsposition Pd_y dar. In 5 werden der Bahnverlauf der Operation in den Detektorpositionen durch eine gepunktete Linie, der Bewegungsbahnverlauf des gesteuerten Gegenstandes durch eine durchgezogene Linie und der während der bogenförmigen Bewegung bereitgestellte Befehlsbahnverlauf durch eine Linie mit abwechselnden kurzen und langen Strichen dargestellt. In 5 ist ein Bahnverlaufsfehler 400-fach in radialer Richtung vergrößert. Während der Befehlsbahnverlauf kreisrund ist, zeigen der Bewegungsbahnverlauf in den Detektorpositionen und der Bewegungsbahnverlauf des Werkstücks 17, bei dem es sich um den gesteuerten Gegenstand handelt, vorsprungähnliche Fehlermuster an Quadrantenwechselpositionen.
Der Bewegungsbahnverlauf in den Detektorpositionen, der an den Quadrantenwechselpositionen nach außen über den Kreis hinaussteht, wird als eine Haftbewegung bezeichnet. Es wurde klargestellt, dass eine Haftbewegung durch eine Verzögerung bei der Rückkopplungskontrolle durch eine Umkehr der Richtung verursacht wird, aus der die Reibung aufgebracht wird.
Der Bewegungsbahnverlauf des gesteuerten Gegenstandes zeigt einen Bahnverlauf, der an den Quadrantenwechselpositionen nach außen übersteht und nach einer Verzögerung nach innen absinkt. Dieses Phänomen wird als ein Totgang bezeichnet und wird durch eine Verzögerung in der Reaktion des gesteuerten Gegenstandes durch die Anwesenheit der mechanischen Elemente verursacht, wie beispielsweise die Vorschubspindel 2x und die Mutter 9x, zusätzlich zur durch Reibung verursachten Haftbewegung, wie vorstehend beschrieben.
Um durch einen derartigen Totgang verursachte Bahnverlaufsfehler zu inhibieren, müssen die Positionsbefehlserzeugungseinheiten 11x und 11y oder die Motorantriebseinheiten 12x und 12y einen Korrekturbefehl hinzufügen, so dass ein auftretender Totgang abgebrochen wird. Dafür ist es notwendig, den Bewegungsbahnverlauf des Werkstücks 17 genau zu messen.
Wie in den 1 und 3 veranschaulicht, ist der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 in der Nähe des Werkstücks 17 am Arbeitstisch 4 der Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 montiert, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Eine Beschleunigungskomponente a_x in x-Achsenrichtung, die durch den dreiachsigen Beschleunigungssensor 13 gemessen wird, eine Beschleunigungskomponente a_y in y-Achsenrichtung, die durch den dreiachsigen Beschleunigungssensor 13 gemessen wird, die Rückkopplungsposition Pd_x , bei der es sich um die Detektorposition des x-Achsenmotors 1x handelt, und die Rückkopplungsposition Pd_y , bei der es sich um die Detektorposition des y-Achsenmotors 1y handelt, werden in die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 gespeist. Es ist bekannt, dass ein durch Reibung verursachter Bewegungsfehler in einer beweglichen Ebene beendet wird; dementsprechend kann eine Beschleunigungskomponente in z-Achsenrichtung hinsichtlich der Einstellung von Parametern im Zusammenhang mit der Reibungskorrektur ignoriert werden. Die Beschleunigungskomponente a_x und die Beschleunigungskomponente a_y können in der vorliegenden Schrift nachstehend einfach als Beschleunigungssensorsignale bezeichnet werden. Die Rückkopplungspositionen Pd_x und Pd_y können als Detektorpositionen bezeichnet werden.
Die in 3 veranschaulichte Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 umfasst eine Sensorsignaltrenneinheit 30, die jede der Beschleunigungskomponente a_x in x-Achsenrichtung und der Beschleunigungskomponente a_y in y-Achsenrichtung in zwei oder mehr Frequenzbänder trennt; und eine Motorsignaltrenneinheit 31, bei der es sich um eine Erkennungspositionssignaltrenneinheit handelt, die jede der Rückkopplungspositionen Pd_x und Pd_y in zwei oder mehr Frequenzbänder trennt, die identisch mit den Frequenzbändern der Sensorsignaltrenneinheit 30 sind.
Die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 umfasst zudem eine Datenkalibrierungseinheit 32, die die Beschleunigungskomponenten a_x und a_y mit den Rückkopplungspositionen Pd_x und Pd_y kalibriert, die als Referenzsignale für jedes der Frequenzbänder verwendet werden, die durch die Sensorsignaltrenneinheit 30 und die Motorsignaltrenneinheit 31 getrennt wurden, eine Positionsreaktion in jedem der Frequenzbänder berechnet und die Berechnungsergebnisse ausgibt; und eine Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit 33, die die Positionsreaktion in jedem der durch die Datenkalibrierungseinheit 32 berechneten Frequenzbänder addiert, einen Bewegungsbahnverlauf des Werkstücks 17 während einer Operation in der x-Achse und der y-Achse berechnet und das Berechnungsergebnis als Information ausgibt, die den Bewegungsbahnverlauf anzeigt.
Die Information, die den Bahnverlauf der Operation anzeigt, der durch die Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit 33 berechnet wurde, wird auf einer Bahnverlaufsanzeigevorrichtung 35 ausgegeben, die mit der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 verbunden ist. Die Bahnverlaufsanzeigevorrichtung 35 ist eine Anzeige, die durch einen Videomonitor dargestellt wird, und der durch die Bahnverlaufsanzeigevorrichtung 35 berechnete Bahnverlauf der Operation wird auf einem Bildschirm der Anzeige angezeigt. Der Bahnverlauf der Operation wird auf diese Weise einem Experimentator dargestellt. Hier kann die Bahnverlaufsanzeigevorrichtung 35 den Bewegungsbahnverlauf in den Rückkopplungspositionen Pd_x und Pd_y und den Befehlsbahnverlauf empfangen und die Messergebnisse des Befehlsbahnverlaufs und des Bewegungsbahnverlaufs in den mehreren Positionen übereinanderliegend anzeigen, wie in 5 veranschaulicht.
Ein Verfahren zum Messen eines Bewegungsbahnverlaufs von einem Beschleunigungssensorsignal ist nachstehend beschrieben. Das Messen eines Bewegungsbahnverlaufs beim Widerholen einer bogenförmigen Bahnverlaufsbewegung auf der xy-Ebene mit einem Radius von 2 mm und einer Vorschubgeschwindigkeit von 500 mm/min wird hier betrachtet. Der Bewegungsbahnverlauf des Werkstücks 17 wird durch den dreiachsigen Beschleunigungssensor 13 gemessen, der am Arbeitstisch 4 angeordnet ist. Hier kann durch eine Integration zweiter Ordnung an der Beschleunigungskomponente a_x , die durch den dreiachsigen Beschleunigungssensor 13 gemessen wird, ein Verlagerungsumfang Px berechnet werde, bei dem es sich um einen Bewegungsbahnverlauf in der Einbauposition des dreiachsigen Beschleunigungssensors 13 handelt.
Wenn Daten der Beschleunigungskomponente a_x durch Einzelmessungen erhalten werden, kann eine Geschwindigkeit Vx anhand einer Sequenz berechnet werden, die durch Gleichung (1) unten dargestellt wird, durch Verwendung der Beschleunigungskomponente a_x und einer Messzeit dt. Darüber hinaus wird der Verlagerungsumfang Px aus einer Sequenz berechnet, die durch Gleichung (2) unten dargestellt wird, durch Verwendung der Geschwindigkeit Vx und der Messzeit dt. Es ist zu beachten, dass die Ausgangswerte für die Geschwindigkeit Vx und Px null lauten. Da ein Verlagerungsumfang Py für die y-Achse ähnlich aus der Beschleunigung berechnet werden kann, kann ein Bewegungsbahnverlauf anhand der Verlagerungsumfänge Px und Py berechnet werden.
[Gleichung 1] $V_{x} (n + 1) = V_{x} (n) + d t * (a_{x} (n) + a_{x} (n + 1)) / 2$

[Gleichung 2] $P_{x} (n + 1) = P_{x} (n) + d t * (V_{x} (n) + V_{x} (n + 1)) / 2$
6 ist ein Diagramm, das eine Beschleunigungskurve in x-Achsenrichtung, wenn kein Rauschen vorliegt, und den Verlagerungsumfang in x-Achsenrichtung darstellt, der Anhand der Beschleunigung berechnet wird. Im oberen Abschnitt des Diagramms auf der Zeichenebene steht die horizontale Achse für die Zeit und steht die vertikale Achse für die Beschleunigung. Im unteren Abschnitt des Diagramms auf der Zeichenebene steht die horizontale Achse für die Zeit und steht die vertikale Achse für den Verlagerungsumfang. Die in 6 veranschaulichten Kurven der Beschleunigung und des Verlagerungsumfangs werden erhalten, wenn die Messzeit für die Beschleunigung dt einen Wert von 1 ms annimmt.
7 ist ein Diagramm, das das Ergebnis der Berechnung der Bahnverlaufsfehler auf der xy-Ebene unter einer Bedingung veranschaulicht, die ähnlich der Bedingung in 6 ist. In 7 werden ein Ist-Bahnverlauf, bei dem es sich um einen Ist-Bahnverlauf der Operation handelt, durch eine gepunktete Linie und das Berechnungsergebnis der Bahnverlaufsfehler, das sich aus der unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichungen (1) und (2) durchgeführten Berechnung ergibt, durch eine durchgezogene Linie dargestellt. In einer idealen Situation ohne Rauschen stimmt der Ist-Bahnverlauf mit dem Berechnungsergebnis überein; dementsprechend wird der durch die gepunktete Linie dargestellte Ist-Bahnverlauf in 7 mit dem Berechnungsergebnis überlagert, das durch die durchgezogene Linie dargestellt wird. Ein Bewegungsbahnverlauf kann unter einer derartigen idealen Bedingung ohne Rauschen durch einfache Berechnung aus der Beschleunigung erhalten werden.
Im Gegensatz dazu werden in einer tatsächlichen Messumgebung verschiedene Rauschkomponenten durch die Auswirkungen von elektromagnetischem Rauschen, eines Quantisierungsfehlers oder der Auswirkung von Einfaltungen mit den durch den dreiachsigen Beschleunigungssensor 13 gemessenen Beschleunigungssensorsignalen überlagert. Alle Signalkomponenten außer den Beschleunigungskomponenten des Bewegungsbahnverlaufs werden als das Rauschen bezeichnet und werden nicht streng voneinander unterschieden. Da es unter realen Bedingungen schwierig ist, eine echte Beschleunigungskomponente eines Bewegungsbahnverlaufs zu beobachten, die keinerlei Rauschen aufweist, wird ein ideales Beschleunigungssensorsignal unter Anwendung der Simulation in 6 erzeugt.
8 ist ein Diagramm, das eine Beschleunigungskurve in x-Achsenrichtung unter Anwesenheit eines Rauschens und den Verlagerungsumfang in x-Achsenrichtung veranschaulicht, der anhand der Beschleunigung berechnet wurde. Im oberen Abschnitt des Diagramms auf der Zeichenebene steht die horizontale Achse für die Zeit und steht die vertikale Achse für die Beschleunigung. Im unteren Abschnitt des Diagramms auf der Zeichenebene steht die horizontale Achse für die Zeit und steht die vertikale Achse für den Verlagerungsumfang.
9 ist ein Diagramm, das das Ergebnis der Berechnung der Bahnverlaufsfehler auf der xy-Ebene unter einer Bedingung veranschaulicht, die der Bedingung in 8 ähnlich ist. In 9 werden ein Ist-Bahnverlauf, bei dem es sich um einen Ist-Bahnverlauf der Operation handelt, durch eine gepunktete Linie und das Berechnungsergebnis der Bahnverlaufsfehler durch eine durchgezogene Linie dargestellt. 9 deutet darauf hin, dass der anhand der Berechnung erhaltene Bahnverlaufsfehler nicht mit dem Ist-Bahnverlauf übereinstimmt. Ein derartiger Berechnungsfehler, der sich aus einer Integrationsoperation ergibt, wird als Integrationsfehler bezeichnet. Wird eine Verlagerung durch Integration der Beschleunigung erhalten, ohne die Auswirkungen eines derartigen Integrationsfehlers der Beschleunigung auszugleichen, ist es schwierig, für eine Maschine, die durch die Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 dargestellt wird, die Genauigkeit zu erreichen, die für die Messung des Bewegungsbahnverlaufs erforderlich ist.
In der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der vorliegenden Ausführungsform führen die Sensorsignaltrenneinheit 30 und die Motorsignaltrenneinheit 31 eine Trennung in Frequenzbänder durch und verringert die Datenkalibrierungseinheit 32 einen Integrationsfehler durch Verwendung eines Beschleunigungssensorsignals in jedem der Frequenzbänder. Die Konfigurationen der Sensorsignaltrenneinheit 30, der Motorsignaltrenneinheit 31 und der Datenkalibrierungseinheit 32 werden nachstehend konkret beschrieben.
10 ist ein Konfigurationsdiagramm der in 3 veranschaulichten Sensorsignaltrenneinheit. Um Rauschkomponenten aus den Beschleunigungskomponenten a_x und a_y zu entfernen, bei denen es sich um Beschleunigungssensorsignale handelt, trennt die Sensorsignaltrenneinheit 30 jedes der Beschleunigungssensorsignale in ein Rauschband. Das Rauschband ist eine Rauschkomponente von jedem der Beschleunigungssensorsignale. Durch Entfernen der Rauschkomponente kann ein Fehler in der Beschleunigungskompensation verringert werden. Insbesondere umfasst die Sensorsignaltrenneinheit 30 eine erste Rauschentfernungseinheit 301, die die Rauschkomponenten a_xn bzw. a_yn aus den Beschleunigungskomponenten a_x bzw. a_y entfernen, um die Signalkomponenten a_xs und a_ys zu trennen und auszugeben, bei denen es sich um Komponenten außer den Rauschkomponenten a_xn und a_yn handelt; eine erste Signalextraktionseinheit 302, die die Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband a_x1 bzw. a_y1 aus den Signalkomponenten a_xs bzw. a_ys extrahiert; und eine zweite Signalextraktionseinheit 303, die die Komponenten aus dem hohen Frequenzband a_xh bzw. a_yh aus den Signalkomponenten a_xs bzw. a_ys extrahiert.
Die Beschleunigungskomponenten a_x und a_y werden in die Sensorsignaltrenneinheit 30 gespeist und die Rauschkomponenten a_xn bzw. a_yn werden durch die erste Rauschentfernungseinheit 301 von den Beschleunigungskomponenten a_x bzw. a_y getrennt. Die Signalkomponenten a_xs und a_ys, bei denen es sich um Komponenten außer die Rauschkomponenten a_xn und a_yn handelt, werden auf diese Weise extrahiert. Die erste Rauschentfernungseinheit 301 ist in der Sensorsignaltrenneinheit als Tiefpassfilter umgesetzt, das durch eine Übertragungsfunktion G_filt beschrieben ist, die durch Gleichung (3) unten dargestellt wird. In Gleichung (3) unten steht T_filt für eine Abschaltzeitkonstante für das Tiefpassfilter. Ein Signal an einer niedrigen Bandseite kann unter Verwendung eines Tiefpassfilters wirksam getrennt werden.
[Gleichung 3] $G_{f i l t} (s) = \frac{1}{T_{f i l t} s + 1}$
Die Signalkomponenten a_xs und a_ys, die durch die erste Rauschentfernungseinheit 301 ausgegeben werden, werden durch die erste Signalextraktionseinheit 302 und die zweite Signalextraktionseinheit 303 in die Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband a_x1 und a_y1 bzw. die Komponenten aus dem hohen Frequenzband a_xh und a_yh getrennt.
Die erste Signalextraktionseinheit 302 ist ein Tiefpassfilter, das durch eine Übertragungsfunktion Gl beschrieben wird, die durch Gleichung (4) unten dargestellt wird. In Gleichung (4) unten steht T_cutoff für eine Abschaltzeitkonstante. Um die Rauschkomponenten wirksam zu entfernen, ist es erstrebenswert, dass T_filt < T_cutoff.
[Gleichung 4] $G l (s) = \frac{1}{T_{c u t o f f} s + 1}$
Die zweite Signalextraktionseinheit 303 ist ein Hochpassfilter, das durch eine Übertragungsfunktion Gh beschrieben wird, die durch Gleichung (5) unten dargestellt wird.
[Gleichung 5] $G h (s) = \frac{T_{c u t o f f} s}{T_{c u t o f f} s + 1}$
Hier ermöglicht die Gestaltung jedes der Filter dahingehend, dass die Summe der Übertragungsfunktion der ersten Signalextraktionseinheit 302 und der Übertragungsfunktion der zweiten Signalextraktionseinheit 303 eins beträgt, eine Extraktion von den Signalkomponenten a_xs und a_ys ohne Überschuss oder Mangel. Das bedeutet, dass es, um einen Überschuss oder einen Mangel des Signals vor und nach der Frequenztrennung zu vermeiden, notwendig ist, jedes der Filter so auszulegen, dass die Beziehung in der nachstehend beschriebenen Gleichung (6) erfüllt wird. Das bedeutet, dass die Sensorsignaltrenneinheit 30 ein Filter für das hohe Frequenzband umfasst, das so ausgelegt ist, dass die Summe einer Übertragungsfunktion eines Filters für das niedrige Frequenzband und der des Filters für das hohe Frequenzband eins beträgt. Das hohe Frequenzband ist eine Vibrationsfrequenzkomponente der Maschine, die jeden der Aktuatoren antreibt. Durch die Sicherstellung, dass die Summe der Übertragungsfunktionen eins beträgt, wird ein Band beseitigt, in dem ein Signal vor und nach der Durchführung der Frequenztrennung verloren geht oder verstärkt wird.
[Gleichung 6] $G l (s) + G h (s) = 1$
11 ist ein Konfigurationsdiagramm der in 3 veranschaulichten Motorsignaltrenneinheit. Die Motorsignaltrenneinheit 31 umfasst eine zweite Rauschentfernungseinheit 311, die die Rauschkomponenten Pd_xn bzw. Pd_yn aus den Rückkopplungspositionen Pd_x bzw. Pd_y entfernt, um die Signalkomponenten Pd_xs und Pd_ys zu trennen und auszugeben, bei denen es sich um Komponenten außer den Rauschkomponenten Pd_xn und Pd_yn handelt; eine erste Signalextraktionseinheit 312, die die Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband Pd_x1 bzw. Pd_y1 aus den Signalkomponenten Pd_xs bzw. Pd_ys extrahiert; und eine zweite Signalextraktionseinheit 313, die die Komponenten aus dem hohen Frequenzband Pd_xh bzw. Pd_yh aus den Signalkomponenten Pd_xs bzw. Pd_ys extrahiert.
Die Übertragungsfunktionen der zweiten Rauschentfernungseinheit 311, der ersten Signalextraktionseinheit 312 bzw. der zweiten Signalextraktionseinheit 313 entsprechen der Übertragungsfunktion G_filt , die durch die vorstehend beschriebene Gleichung (3), der Übertragungsfunktion Gl, die durch die vorstehend beschriebene Gleichung (4), und der Übertragungsfunktion Gh, die durch die vorstehend beschriebene Gleichung (5) dargestellt werden.
12 ist ein Konfigurationsdiagramm der in 3 veranschaulichten Datenkalibrierungseinheit. Die Datenkalibrierungseinheit 32 umfasst eine erste Datenkalibrierungseinheit 321, die Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband PT_x1 und PT_y1 eines Bewegungsbahnverlaufs unter Verwendung der Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband a_x1 und a_y1 , die durch die in 10 veranschaulichte Sensorsignaltrenneinheit 30 getrennt werden, und der Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband Pd_x1 und Pd_y1 berechnet, die durch die in 11 veranschaulichte Motorsignaltrenneinheit 31 getrennt werden; und eine zweite Datenkalibrierungseinheit 322, die Komponenten aus dem hohen Frequenzband PT_xh und PT_yh des Bewegungsbahnverlaufs unter Verwendung der Komponenten aus dem hohen Frequenzband a_xh und a_yh , die durch die in 10 veranschaulichte Sensorsignaltrenneinheit 30 getrennt werden, und der Komponenten aus dem hohen Frequenzband Pd_xh und Pd_yh berechnet, die durch die in 11 veranschaulichte Motorsignaltrenneinheit 31 getrennt werden.
Unterschiede zwischen Verlagerungsumfängen P_x1 und P_y1 , die durch Durchführen einer numerischen Integration an den Beschleunigungskomponenten aus dem niedrigen Frequenzband a_x1 bzw. a_y1 berechnet werden, und den Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband Pd_x1 und Pd_y1 sind Integrationsfehler; dementsprechend ermöglicht, wenn die erste Datenkalibrierungseinheit 321 die Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband PT_x1 und PT_y1 berechnet, das Kompensieren dieser Unterschiede eine Verringerung der Integrationsfehler. Verfahren zum Kompensieren der Integrationsfehler umfassen ein Verfahren, bei dem die Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband PT_x1 und PT_y1 dadurch berechnet werden, dass die Integrationsfehler mit einem Polynom angenähert und die angenäherten Integrationsfehler von den Verlagerungsumfängen P_x1 bzw. P_y1 subtrahiert werden. Werden die Integrationsfehlerkurven angenähert, kann ein unbekannter Parameter eines Näherungsausdrucks unter Anwendung einer Methode der kleinsten Fehlerquadrate oder einer numerischen Lösung ermittelt werden, beispielsweise kann ein Downhill-Simplex-Verfahren angewendet werden.
Als Verfahren zum Kompensieren der Integrationsfehler in der zweiten Datenkalibrierungseinheit 322 kann ein Verfahren zum Kompensieren der Integrationsfehler im niedrigen Frequenzband angewendet werden. Das niedrige Frequenzband ist ein Steuerungsband der Maschine, das jeden der Aktuatoren antreibt. Es ist bekannt, dass die Integrationsfehler in einem niedrigen Rang verursacht werden; dementsprechend kann die zweite Datenkalibrierungseinheit 322 so konfiguriert sein, dass sie die Komponenten aus dem hohen Frequenzband Pd_xh und Pd_yh , die mittels numerischer Integration berechnet werden, ein Hochpassfilter passieren lässt, der eine Komponente des niedrigen Frequenzbandes entfernt, und die Ergebnisse als die Komponenten aus dem hohen Frequenzband PT_xh und PT_yh ausgibt.
Die Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband PT_x1 und PT_y1 und die Komponenten aus dem hohen Frequenzband PT_xh und PT_yh , die durch die Datenkalibrierungseinheit 32 berechnet werden, werden in die in 3 veranschaulichte Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit 33 gespeist.
13 ist ein Konfigurationsdiagramm der in 3 veranschaulichten Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit. Die Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit 33 umfasst eine Bahnverlaufskopplungseinheit 331 und eine Bahnverlaufsfehlerberechnungseinheit 332. Die Bahnverlaufskopplungseinheit 331 koppelt die Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband PT_x1 und PT_y1 und die Komponenten aus dem hohen Frequenzband PT_xh und PT_yh des Bewegungsbahnverlaufs, die durch die in 12 veranschaulichte Datenkalibrierungseinheit 32 berechnet werden. Das bedeutet, dass die Bahnverlaufskopplungseinheit 331 eine x-Achsenrichtungskomponente PT_x des Bewegungsbahnverlaufs in der Einbauposition des dreiachsigen Beschleunigungssensors 13 auf der Grundlage der nachstehend beschriebenen Gleichung (7) und eine y-Achsenrichtungskomponente PT_y des Bewegungsbahnverlaufs in der Einbauposition des dreiachsigen Beschleunigungssensors 13 auf der Grundlage der nachstehend beschriebenen Gleichung (8) berechnet.
[Gleichung 7] $P T_{x} = P T_{x 1} + P T_{x h}$

[Gleichung 8] $P T_{y} = P T_{y 1} + P T_{y h}$
Die Bahnverlaufsfehlerberechnungseinheit 332 berechnet einen Bahnverlaufsfehler PT'x in x-Achsenrichtung und einen Bahnverlaufsfehler PT'_y in y-Achsenrichtung auf der Grundlage der x-Achsenrichtungskomponente PT_x und der y-Achsenrichtungskomponente PT_y, die durch die Bahnverlaufskopplungseinheit 331 berechnet werden, und gibt die Ergebnisse aus. Als Verfahren zum Anzeigen von Bahnverlaufsfehlern einer bogenförmigen Bewegung ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Bahnverlaufsfehler in radialer Richtung entsprechend der Beschreibung in den Gleichungen (9) und (10) unten vergrößert und angezeigt wird. In den nachstehend beschriebenen Gleichungen (9) und (10) steht R_com für einen Befehlsradius und steht MAG für eine Vergrößerung und Anzeigeleistung des Bahnverlaufsfehlers.
[Gleichung 9] $P T'_{x} = {R c o m + M a g (\sqrt{P T_{x}^{2} + P T_{y}^{2}} - R c o m)} cos ({tan}^{- 1} (\frac{P T_{x}}{P T_{y}}))$

[Gleichung 10] $P T'_{y} = {R c o m + M a g (\sqrt{P T_{x}^{2} + P T_{y}^{2}} - R c o m)} sin ({tan}^{- 1} (\frac{P T_{x}}{P T_{y}}))$
14 ist ein Diagramm, das einen Ist-Bewegungsbahnverlauf, das Berechnungsergebnis eines durch die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der ersten Ausführungsform berechneten Bahnverlaufsfehlers und einen Bahnverlauf der Operation in der Detektorposition vergleichend veranschaulicht. In 14 werden der Ist-Bewegungsbahnverlauf durch eine Linie mit abwechselnden langen und kurzen Strichen, das Berechnungsergebnis der Bahnverlaufsfehler durch eine durchgezogene Linie und der Bahnverlauf der Operation in der Detektorposition durch eine gepunktete Linie dargestellt. Wie in 14 veranschaulicht kann durch Verwendung der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der ersten Ausführungsform ein Bewegungsbahnverlauf des Werkstücks 17 mit einer Genauigkeit von einem Mikrometer berechnet werden.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der ersten Ausführungsform eine hochgradig genaue Messung eines Bahnverlaufsfehlers in einem beliebigen Bewegungsbahnverlauf mit einem einfachen Aufbau, indem das Beschleunigungssensorsignal und das Erkennungspositionssignal zu Kalibrierungszwecken jeweils in zwei oder mehr Bänder getrennt wurden.
Zusätzlich ist die Datenkalibrierungseinheit nach der ersten Ausführungsform so konfiguriert, dass sie, wenn ein Berechnungsfehler in einer Bewegungsbahnverlaufskomponente in jedem der Frequenzbänder vom Beschleunigungssensorsignal korrigiert wird, das durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennt wird, das Erkennungspositionssignal in jedem der Frequenzbänder verwendet, das durch die Erkennungspositionssignaltrenneinheit getrennt wurde. Durch die Verwendung des Erkennungspositionssignals als Referenzsignal kann der Berechnungsfehler wirksam korrigiert werden.
Zusätzlich ist die Datenkalibrierungseinheit nach der ersten Ausführungsform so konfiguriert, dass sie, wenn eine Datenkalibrierung erfolgt, eine Integration zweiter Ordnung an einem Beschleunigungseingangssignal durchführt und einen Integrationsfehler korrigiert, so dass der Mittelwert des Integrationsergebnisses null beträgt. Wird eine Referenzposition nicht bewegt, ist es ausreichend, wenn der Integrationsfehler so korrigiert wird, dass der Mittelwert des Integrationsergebnisses null lautet; dementsprechend kann der Integrationsfehler ohne Weiteres kompensiert werden.
Darüber hinaus ist die Datenkalibrierungseinheit nach der ersten Ausführungsform so konfiguriert, dass sie, wenn eine Datenkalibrierung in einem hohen Frequenzband durchgeführt wird, eine niederfrequente Komponente, die das Hochpassfilter nicht passieren kann, der in der Sensorsignaltrenneinheit verwendet wird, von einem Signalausgang als Integrationsergebnis abschneidet und das Ergebnis ausgibt. Durch Abschneiden der niederfrequenten Komponente, die durch den Integrationsfehler erzeugt wurde, und Ausgeben des Ergebnisses kann eine Integrationsfehlerkomponente entfernt werden.
Darüber hinaus ist die Datenkalibrierungseinheit nach der ersten Ausführungsform so konfiguriert, dass sie, wenn eine Datenkalibrierung in einem niedrigen Frequenzband erfolgt, einen Fehler korrigiert, so dass die Differenz zwischen dem Ergebnis der Integration zweiter Ordnung, die an einem Beschleunigungssensorsignal durchgeführt wird, das durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennt wird, und einer Komponente des niedrigen Frequenzbandes eines Erkennungspositionssignals einen Toleranzwert nicht überschreitet, und einen Bewegungsbahnverlauf eines Gegenstandes im niedrigen Frequenzband berechnet. Durch das Korrigieren des Integrationsfehlers nach der Integration zweiter Ordnung kann eine Fehlerkomponente aus dem finalen Ergebnis entfernt werden.
Des Weiteren umfasst die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der ersten Ausführungsform eine Bewegungsbahnverlaufsanzeigeeinheit, die einen Bewegungsbahnverlauf einer Maschine anzeigt, und synthetisiert die Bewegungsbahnverlaufsanzeigeeinheit einen Soll-Bahnverlauf aus einer Sollposition, die in die Positionsbefehlserzeugungseinheit gespeist wird, synthetisiert sie einen Befehlsbahnverlauf aus einer Befehlsposition, die durch die Positionsbefehlserzeugungseinheit ausgegeben wird, synthetisiert sie einen Erkennungseinheitbahnverlauf aus dem Erkennungspositionssignal, und zeigt sie auf der Bewegungsbahnverlaufsanzeigeeinheit entweder den Soll-Bahnverlauf, den Befehlsbahnverlauf oder den Erkennungseinheitbahnverlauf an, überlagert auf einem Bewegungsbahnverlauf der Maschine. Durch Einbeziehung der Anzeigevorrichtung kann dem Bediener eine intuitive Darstellung des Messergebnisses bereitgestellt werden.
Zweite Ausführungsform.
15 ist ein Diagramm, das eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform, eine Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform verwendet, und eine Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht. Die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform unterscheiden sich in den nachstehend beschriebenen Punkten voneinander. Es ist zu beachten, dass Komponenten, die identisch mit den Komponenten in der ersten Ausführungsform sind, mit identischen Symbolen bezeichnet sind und deren Beschreibung weggelassen wird; in der vorliegenden Schrift werden nachstehend nur unterschiedliche Komponenten beschrieben.

(1) Die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der zweiten Ausführungsform umfasst eine Maschinenreaktionssimulationseinheit 34, zusätzlich zur Sensorsignaltrenneinheit 30, zur Motorsignaltrenneinheit 31, zur Datenkalibrierungseinheit 32 und zur Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit 33.
(2) Anstelle der Rückkopplungsposition Pd_x des x-Achsenmotors 1x und der Rückkopplungsposition Pd_y des y-Achsenmotors 1y werden der Positionsbefehl Pix, der durch die Positionsbefehlserzeugungseinheit 11x erzeugt wird, und der Positionsbefehl Piy, der durch die Positionsbefehlserzeugungseinheit 11y erzeugt wird, in die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der zweiten Ausführungsform gespeist.
(3) Die Datenkalibrierungseinheit 32 der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der zweiten Ausführungsform kalibriert die Beschleunigungskomponenten a_x und a_y mit einer Rückkopplungsposition Pm, die durch die Maschinenreaktionssimulationseinheit 34 als Referenzsignal berechnet wird, und berechnet eine Positionsreaktion in jedem der Frequenzbänder.

16 ist ein Konfigurationsdiagramm der in 15 veranschaulichten Maschinenreaktionssimulationseinheit. Die Maschinenreaktionssimulationseinheit 34 umfasst eine Lageregelungseinheit 123A, die ähnlich der in 15 veranschaulichten Motorantriebseinheit 12x konfiguriert ist, die Drehzahlsteuerungseinheit 121, die Differentialrechnungseinheit 122 und ein Maschinenmodell 341.
Beispiele für das Maschinenmodell 341 sind unter anderem ein Modell mit zwei Schwungmassen und ein Modell mit drei Schwungmassen. Bei einem Modell mit zwei Schwungmassen handelt es sich um ein Modell, dass ein Vibrationssystem mit zwei Schwungmassen verwendet, um 1/J, wobei es sich um einen Kehrwert der Schwungmasse J einer beweglichen Welle in einem Schwungmassenmodell handelt, oder eine Motorschwungmasse und einen angetriebenen Körper anzunähern. Bei einem Modell mit drei Schwungmassen handelt es sich um ein Modell, dass ein Vibrationssystem mit drei Schwungmassen verwendet, um die Motorschwungmasse, einen angetriebenen Körper und die Schwungmasse einer Vorschubspindel anzunähern. In 16 ist eine beispielhafte Konfiguration der Maschinenreaktionssimulationseinheit 34 veranschaulicht, die den Positionsbefehl Pix verwendet, um die Rückkopplungsposition Pm zu erzeugen, wohingegen die Maschinenreaktionssimulationseinheit 34, die den Positionsbefehl Piy verwendet, um die Rückkopplungsposition Pm zu erzeugen, ähnlich konfiguriert ist, in welchem Falle deren Lageregelungseinheit 123 ähnlich der in 15 veranschaulichten Motorantriebseinheit 12y konfiguriert ist.
Die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der zweiten Ausführungsform verwendet die Rückkopplungsposition Pm, die durch das Maschinenmodell 341 berechnet wird, als ein Referenzsignal; dementsprechend kann, selbst wenn eine Rückkopplungsposition, die von jedem der Drehwinkelsensoren 3x und 3y ausgegeben wird, aufgrund der niedrigen Auflösungsleistungen der Drehwinkelsensoren 3x und 3y nicht als das Referenzsignal verwendet werden kann, die durch das Maschinenmodell 341 berechnete Rückkopplungsposition als das Referenzsignal verwendet werden. Zusätzlich berechnet die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der zweiten Ausführungsform praktisch eine Position eines angetriebenen Körpers in jeder der Motorantriebseinheiten 12x und 12y der Regelung mit halbgeschlossener Rückführung; dadurch kann die berechnete Position des angetriebenen Körpers als ein Referenzsignal verwendet werden.
Dritte Ausführungsform.
Die erste Ausführungsform und eine dritte Ausführungsform unterscheiden sich dahingehend voneinander, dass in der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der dritten Ausführungsform ein Filter der in 10 veranschaulichten ersten Signalextraktionseinheit 302 eine Reaktion eines Lageregelungssystems von jeder der Motorantriebseinheiten 12x und 12y simuliert. Mit der in 4 veranschaulichten Übertragungsfunktion der Lageregelungseinheit 123, bei der es sich um Gp(s) handelt, kann eine Reaktion des Lageregelungssystems als Gleichung (11) unten angenähert werden. Ein einfaches Beispiel der Lageregelungseinheit 123 ist ein Proportionalregler, der durch Gleichung (12) unten dargestellt wird.
[Gleichung 11] $G l (s) = \frac{G p (s)}{s + G P (s)}$

[Gleichung 12] $G p (s) = K p p$
Um vor und nach der Frequenztrennung in der in 10 veranschaulichten Sensorsignaltrenneinheit 30 einen Überschuss oder einen Mangel des Signals zu verhindern, muss die Beziehung zwischen der ersten Signalextraktionseinheit 302 und der zweiten Signalextraktionseinheit 303 die vorstehend beschriebene Gleichung (6) erfüllen; dementsprechend ist es zufriedenstellend, wenn die Übertragungsfunktion der zweiten Signalextraktionseinheit 303 der nachstehend beschriebenen Gleichung (13) entspricht.
[Gleichung 13] $G h (s) = \frac{s}{s + G p (s)}$
Durch die Verwendung eines Modells, das eine Reaktion des Lageregelungssystems für das Tiefpassfilter in der ersten Signalextraktionseinheit 302 simuliert, wird die Einbeziehung einer Antriebskomponente in eine Beschleunigungskomponente verhindert, die durch die zweite Signalextraktionseinheit 303 extrahiert wurde. Zusätzlich sind die Komponenten aus dem hohen Frequenzband Pd_xh und Pd_yh , die durch die in 11 veranschaulichte zweite Signalextraktionseinheit 313 extrahiert wurden, null; dementsprechend besteht kein Bedarf mehr daran, die Komponenten aus dem hohen Frequenzband Pd_xh und Pd_yh zu verwenden, wenn die Datenkalibrierung in der in 12 veranschaulichten zweiten Datenkalibrierungseinheit 322 durchgeführt wird. Auf diese Weise ist der Mittelwert der Verlagerungsumfänge P_xh und P_yh nach der Integrationsoperation null; dementsprechend wird die Verarbeitung der Fehlerkorrektur vereinfacht. Zusätzlich kann durch Veranlassen, dass das Tiefpassfilter mit der Übertragungsfunktion des Lageregelungssystems übereinstimmt, eine Antriebskomponente, die in einer Bahnverlaufskomponente enthalten ist, d.h. eine Komponente, deren finaler Signalwert nicht zwingend null wird, wenn die Integration für einen Zyklus durchgeführt wird, als eine niederfrequente Komponente extrahiert werden.
Vierte Ausführungsform.
17 ist ein Diagramm, das eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform, eine Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der vierten Ausführungsform verwendet, und eine Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht. 18 ist ein Konfigurationsdiagramm einer in 17 veranschaulichten Sensorsignaltrenneinheit. Die erste Ausführungsform und die vierte Ausführungsform unterschieden sich in den nachstehend beschriebenen Punkten voneinander. Es ist zu beachten, dass Komponenten, die identisch mit den Komponenten in der ersten Ausführungsform sind, mit identischen Symbolen bezeichnet sind und deren Beschreibung weggelassen wird; in der vorliegenden Schrift werden nachstehend nur unterschiedliche Komponenten beschrieben.

(1) Ein durch die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der vierten Ausführungsform zu messender Bewegungsbahnverlauf ist ein angenommener Bewegungsbahnverlauf zwischen dem Werkzeug 16 und dem Werkstück 17.
(2) Die Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der vierten Ausführungsform verwendet, umfasst einen Gegenstandsbeschleunigungssensor 13a und einen Referenzbeschleunigungssensor 13b. Der Gegenstandsbeschleunigungssensor 13a ist ein Beschleunigungssensor, der am Arbeitstisch 4 in der Nähe des Werkstücks 17 montiert ist, und entspricht dem dreiachsigen Beschleunigungssensor 13 in der ersten Ausführungsform. Der Referenzbeschleunigungssensor 13b ist an der Säule 5 in der Nähe des Werkzeugs 16 montiert.
(3) Die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der vierten Ausführungsform verwendet eine Beschleunigungskomponente A_x und eine Beschleunigungskomponente A_y , bei denen es sich um Referenzbeschleunigungssensorsignale handelt, die durch den Referenzbeschleunigungssensor 13b gemessen werden, neben der Beschleunigungskomponente a_x und der Beschleunigungskomponente a_y , die durch den Gegenstandsbeschleunigungssensor 13a gemessen werden.

In der eigentlichen Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99 kann die Antriebsreaktionskraft des Arbeitstisches 4 eine Vibration in der Säule 5 hervorrufen und die Vibration in der Säule 5 kann eine Vibration im Werkzeug 16 hervorrufen. Eine während der maschinellen Bearbeitung des Werkstücks 17 hervorgerufene Vibration verursacht einen Bearbeitungsfehler; wenn eine Vibration im Werkzeug 16 hervorgerufen wird, ist es dementsprechend notwendig, die relative Verlagerung zwischen dem Werkzeug 16 und dem Werkstück 17 zu messen. Um eine derartige relative Verlagerung zu messen, verwendet die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der vierten Ausführungsform den Gegenstandsbeschleunigungssensor 13a, der am Arbeitstisch 4 in der Nähe des Werkstücks 17 montiert ist, und den Referenzbeschleunigungssensor 13b, der an der Säule 5 in der Nähe des Werkzeugs 16 montiert ist.
18 ist ein Konfigurationsdiagramm der in 17 veranschaulichten Sensorsignaltrenneinheit. Die Sensorsignaltrenneinheit 30 der ersten Ausführungsform und die Sensorsignaltrenneinheit 30 der vierten Ausführungsform unterscheiden sich dahingehend voneinander, dass die Sensorsignaltrenneinheit 30 nach der vierten Ausführungsform eine relative Beschleunigungsberechnungseinheit 304 umfasst, zusätzlich zur ersten Rauschentfernungseinheit 301, zur ersten Signalextraktionseinheit 302 und zur zweiten Signalextraktionseinheit 303.
Um die relative Beschleunigung zu berechnen, berechnet die relative Beschleunigungsberechnungseinheit 304 die relative Beschleunigung zwischen der durch den Referenzbeschleunigungssensor 13b gemessenen Beschleunigung und der durch den Gegenstandsbeschleunigungssensor 13a gemessenen Beschleunigung. Das heißt, dass die relative Beschleunigungsberechnungseinheit 304 eine relative Beschleunigungskomponente in x-Achsenrichtung aus der Differenz zwischen der durch den Referenzbeschleunigungssensor 13b gemessenen Beschleunigungskomponente A_x und der durch den Gegenstandsbeschleunigungssensor 13a gemessenen Beschleunigungskomponente a_x erhält, und eine relative Beschleunigungskomponente in y-Achsenrichtung aus der Differenz zwischen der durch den Referenzbeschleunigungssensor 13b gemessenen Beschleunigungskomponente A_y und der durch den Gegenstandsbeschleunigungssensor 13a gemessenen Beschleunigungskomponente a_y erhält. Die durch die relative Beschleunigungsberechnungseinheit 304 berechnete relative Beschleunigung wird in die erste Rauschentfernungseinheit 301 gespeist.
Die erste Rauschentfernungseinheit 301 entfernt die Rauschkomponenten a_xn und a_yn aus den relativen Beschleunigungskomponenten in der x-Achse bzw. in der y-Achse, die durch die relative Beschleunigungsberechnungseinheit 304 berechnet wurden, um die Signalkomponenten a_xs und a_ys zu trennen und auszugeben, bei denen es sich um Komponenten außer den Rauschkomponenten a_xn und a_yn handelt. Die erste Signalextraktionseinheit 302 extrahiert Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband a_x1 und a_y1 aus den Signalkomponenten a_xs bzw. a_ys, und die zweite Signalextraktionseinheit 303 extrahiert Komponenten aus dem hohen Frequenzband a_xh und a_yh aus den Signalkomponenten a_xs bzw. a_ys . Die vierte Ausführungsform ermöglicht die Berechnung eines relativen Verlagerungsumfangs aus einer relativen Beschleunigung und ermöglicht dadurch die Messung eines relativen Bewegungsbahnverlaufs.
Fünfte Ausführungsform.
Wenn die Frequenz einer auftretenden Maschinenvibration unter der Abschaltfrequenz der ersten Signalextraktionseinheit 302 liegt, erlaubt die Verwendung des in der vierten Ausführungsform beschriebenen Verfahrens zum Berechnen eines Bewegungsbahnverlaufs nicht die Unterscheidung einer Vibrationskomponente von einem Integrationsfehler, wenn die Kompensation eines Integrationsfehlers in der Datenkalibrierungseinheit 32 durchgeführt wird. In einem solchen Fall kann die Amplitude der Vibrationskomponente in einem Bewegungsbahnverlauf, der sich aus der Berechnung ergibt, möglicherweise unterschätzt werden.
In einer fünften Ausführungsform werden der Referenzbeschleunigungssensor 13b und der Gegenstandsbeschleunigungssensor 13a analog zur vierten Ausführungsform verwendet. In der fünften Ausführungsform wird die Sensorsignaltrenneinheit 30 verwendet, die ähnlich der Sensorsignaltrenneinheit 30 der ersten Ausführungsform konfiguriert ist. Es ist zu beachten, dass in der Sensorsignaltrenneinheit 30 nach der fünften Ausführungsform die Beschleunigungskomponenten A_x und A_y , die durch den Referenzbeschleunigungssensor 13b gemessen werden, in Komponenten aus dem hohen Frequenzband A_xh und A_yh bzw. Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband A_x1 und A_y1 getrennt werden. Darüber hinaus werden in der Sensorsignaltrenneinheit 30 nach der fünften Ausführungsform die Beschleunigungskomponenten a_x und a_y , die durch den Gegenstandsbeschleunigungssensor 13a gemessen werden, in Komponenten aus dem hohen Frequenzband a_xh und a_yh bzw. Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband a_x1 und a_y1 getrennt.
19 ist ein Konfigurationsdiagramm einer in der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der fünften Ausführungsform enthaltenen Datenkalibrierungseinheit. Die in 19 veranschaulichte Datenkalibrierungseinheit 32 umfasst eine erste Referenzdatenkalibrierungseinheit 323 und eine zweite Referenzdatenkalibrierungseinheit 324, zusätzlich zur ersten Datenkalibrierungseinheit 321 und zur zweiten Datenkalibrierungseinheit 322.
Die Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband Ad_x1 und Ad_y1 der Referenzbeschleunigung, die durch die Sensorsignaltrenneinheit 30 getrennt wurden, werden in die erste Referenzdatenkalibrierungseinheit 323 gespeist. Die Komponenten aus dem hohen Frequenzband Ad_xh und Ad_yh der Referenzbeschleunigung, die durch die Sensorsignaltrenneinheit 30 getrennt wurden, werden in die zweite Referenzdatenkalibrierungseinheit 324 gespeist. Der Referenzpunkt ist ein fester Punkt und kein bewegliches Teil; dementsprechend besteht kein Bedarf, ein Motordetektorsignal als Referenzsignal zu verwenden. Die erste Referenzdatenkalibrierungseinheit 323 berechnet Referenzpunktverlagerungen PS_x1 und PS_y1 aus den Komponenten aus dem niedrigen Frequenzband Ad_x1 und Ad_y1 der Referenzbeschleunigung. Die zweite Referenzdatenkalibrierungseinheit 324 berechnet Referenzpunktverlagerungen PS_xh und PS_yh aus den Komponenten aus dem hohen Frequenzband Ad_xh und Ad_yh der Referenzbeschleunigung.
Ein Berechnungsverfahren der Referenzpunktverlagerungen PS_x1 und PS_y1 wird nachstehend beschrieben. Zeitreihendaten Axl(t) der Komponente aus dem niedrigen Frequenzband A_x1 werden durch eine Fourier-Transformation in eine Frequenzdomäne von AXL(jω) umgewandelt, wobei j für eine imaginäre Einheit steht und ω für eine Winkelfrequenz steht. Hier entspricht eine Integrationsoperation in der Frequenzdomäne der Berechnung von PSXL(jω), die durch Gleichung (14) unten in der Winkelfrequenz ω dargestellt wird. Durch die Berechnung der Referenzpunktverlagerung PS_x1 durch Durchführen einer inversen Fourier-Transformation an PSXL(jω) wird die Integrationsoperation in der Frequenzdomäne ermöglicht. Wenn der absolute Wert für AXL nach der Fourier-Transformation einen eingestellten Grenzwert unterschreitet, wird die Frequenzkomponente hier als eine Rauschkomponente betrachtet und nicht der Integrationsoperation unterzogen. Dementsprechend kann eine Ansammlung von Rauschkomponenten verhindert werden.
[Gleichung 14] $P S X L (j ω) = - \frac{A X L (j ω)}{ω^{2}}$
Eine Komponente aus dem niedrigen Frequenzband PRxl der relativen Verlagerung zwischen dem Werkzeug 16 und dem Werkstück 17 kann aus der Differenz zwischen der Referenzpunktverlagerung PS_x1 und der Komponente aus dem niedrigen Frequenzband PT_x1 berechnet werden. Gleichermaßen kann im hohen Frequenzband eine Komponente aus dem hohen Frequenzband PR_xh der relativen Verlagerung aus der Referenzpunktverlagerung PS_xh und der Komponente aus dem hohen Frequenzband PT_xh berechnet werden. Darüber hinaus kann eine relative Verlagerung PR_x zwischen dem Werkzeug 16 und dem Werkstück 17 aus der Komponente aus dem niedrigen Frequenzband PRxl und der Komponente aus dem hohen Frequenzband PRxh berechnet werden.
20 ist ein Diagramm, das das Berechnungsergebnis, wenn ein relativer Bewegungsbahnverlauf durch die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der fünften Ausführungsform gemessen wird, einen relativen Ist-Bewegungsbahnverlauf und einen Bewegungsbahnverlauf in der Detektorposition miteinander vergleicht. In 20 werden der Ist-Bahnverlauf der Operation durch eine Linie mit abwechselnden langen und kurzen Strichen, das Berechnungsergebnis eines Bahnverlaufsfehlers, der durch die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 berechnet wurde, durch eine durchgezogene Linie und der Bahnverlauf der Operation in der Detektorposition durch eine gepunktete Linie dargestellt. Die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der fünften Ausführungsform ermöglicht das Messen einer relativen Ist-Verlagerung zwischen dem Werkzeug 16 und dem Werkstück 17 mit einem Fehler von einem Mikrometer und ermöglicht dadurch eine Messung der relativen Verlagerung mit einer höheren Genauigkeit.
Wie vorstehend beschrieben, wenn eine Gegenstandsbewegungsbahnverlaufskomponente und eine Referenzbewegungsbahnverlaufskomponente in jedem der Frequenzbänder vom Beschleunigungssensorsignal und vom Referenzbeschleunigungssensorsignal berechnet werden, die durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennt werden, korrigiert die Datenkalibrierungseinheit 32 der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der fünften Ausführungsform den Berechnungsfehler in jeder der Gegenstandsbewegungsbahnverlaufskomponente und der Referenzbewegungsbahnverlaufskomponente durch die Verwendung eines Erkennungspositionssignals in jedem der Frequenzbänder, die durch die Erkennungspositionssignaltrenneinheit getrennt werden, und gibt die Differenz zwischen der Gegenstandsbewegungsbahnverlaufskomponente und der Referenzbewegungsbahnverlaufskomponente als einen relativen Bewegungsbahnverlauf in jedem der Bänder aus. Durch das Berechnen eines Referenzbewegungsbahnverlaufs wird die Berechnung eines relativen Bewegungsbahnverlaufs im Hinblick auf eine Referenzposition ermöglicht.
Sechste Ausführungsform.
Die Konfiguration der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach einer sechsten Ausführungsform ist identisch mit der Konfiguration in der ersten Ausführungsform. Der Unterscheid zur ersten Ausführungsform liegt darin, dass, wenn Integrationsfehler korrigiert werden, die Differenzen zwischen den Geschwindigkeiten Vxl und Vyl, die durch Durchführung einer Integration erster Ordnung an Beschleunigungskomponenten aus dem niedrigen Frequenzband a_x1 und a_y1 berechnet werden, und Vdxl und Vdyl, die durch Durchführung einer Differenzierung erster Ordnung an Motorsignalkomponenten aus dem niedrigen Frequenzband Pd_x1 und Pd_y1 berechnet werden, als Geschwindigkeitsintegrationsfehler kompensiert werden, und die Differenzen zwischen Px1' und Pyl', die durch die weitere Durchführung einer Integration erster Ordnung nach der Kompensation berechnet werden, und Pd_x1 und Pd_y1 kompensiert werden. Auf diese Weise kann die Fehlerkompensation erfolgen, bevor sich Integrationsfehler ansammeln; dementsprechend kann ein Integrationsfehler selbst in Fällen, in denen ein Integrationsfehler nach einer Integration zweiter Ordnung durch einen signifikanten Rauschpegel nicht kompensiert werden kann, mit einer hohen Genauigkeit kompensiert werden.
Die Datenkalibrierungseinheit nach der sechsten Ausführungsform ist so konfiguriert, dass sie, wenn die Datenkalibrierung in einem hohen Frequenzband durchgeführt wird, ein Eingangssignal in ein Signal in einer niedrigen Frequenzdomäne umwandelt, anschließend eine Integrationsoperation in der niedrigen Frequenzdomäne durchführt und dann ein Signal ausgibt, das sich aus der Umwandlung in eine Zeitdomäne durch eine umgekehrte Transformation als eine Komponente aus dem hohen Frequenzband eines Bewegungsbahnverlaufs ergibt. Durch Abschneiden einer niederfrequenten Komponente, die durch den Integrationsfehler erzeugt wurde, und Ausgeben des Ergebnisses kann eine Integrationsfehlerkomponente entfernt werden.
Die Datenkalibrierungseinheit nach der sechsten Ausführungsform ist zudem so konfiguriert, dass sie, wenn die Datenkalibrierung in einem niedrigen Frequenzband durchgeführt wird, einen Fehler korrigiert, so dass die Differenz zwischen dem Ergebnis der Integration erster Ordnung, die am Beschleunigungssensorsignal durchgeführt wurde, das durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennt wurde, und dem Ergebnis der Differenzierung erster Ordnung, die an einer Komponente aus dem niedrigen Frequenzband des Erkennungspositionssignals durchgeführt wurde, einen Toleranzwert nicht überschreitet. Durch das Korrigieren des Integrationsfehlers nach der Durchführung der Integration erster Ordnung kann die Ansammlung von Fehlern in der anschließenden Integrationsoperation minimiert werden.
Siebte Ausführungsform.
Die Konfiguration der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach einer siebten Ausführungsform ist identisch mit der in der ersten Ausführungsform. Der Unterschied zur ersten Ausführungsform liegt darin, dass in der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der siebten Ausführungsform ein zu messender Bewegungsbahnverlauf ein rechtwinkliger Bewegungsbahnverlauf ist, anstelle eines kreisförmigen.
21 ist ein Diagramm, das einen Ist-Bahnverlauf, der erhalten wird, wenn ein rechtwinkliger Bewegungsbahnverlaufsbefehl bereitgestellt wird, das Berechnungsergebnis eines Bahnverlaufsfehlers, der durch die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der siebten Ausführungsform berechnet wurde, und einen Bahnverlauf der Operation in der Detektorposition vergleichend veranschaulicht. In 21 ist ein Eckabschnitt, der erhalten wird, wenn der rechtwinklige Bewegungsbahnverlaufsbefehl bereitgestellt wird, vergrößert dargestellt. In 21 werden der Ist-Bahnverlauf durch eine durchgezogene Linie, das Berechnungsergebnis des Bahnverlaufsfehlers, der durch die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 berechnet wurde, durch eine gepunktete Linie, und der Bahnverlauf der Operation in der Detektorposition durch eine Linie mit abwechselnden kurzen und langen Strichen dargestellt.
21 zeigt, dass der Ist-Bahnverlauf hinlänglich mit dem Bewegungsbahnverlauf des Berechnungsergebnisses übereinstimmt. Die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der siebten Ausführungsform kann nicht nur im Rahmen der Messung eines Bewegungsbahnverlaufs in einer zweidimensionalen Ebene verwendet werden, sondern auch im Rahmen der Messung eines Bewegungsbahnverlaufs in einem dreidimensionalen Raum; deshalb kann sie einen Bewegungsbahnverlauf mit hoher Genauigkeit für eine beliebige Bewegungskurve berechnen.
Achte Ausführungsform.
22 ist ein Diagramm, das eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer achten Ausführungsform, eine Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der achten Ausführungsform verwendet, und eine Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht. Der Unterschied zur zweiten Ausführungsform besteht darin, dass die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der achten Ausführungsform eine Parametereinstellungseinheit 500 umfasst.
Die Parametereinstellungseinheit 500 benachrichtigt jede der Sensorsignaltrenneinheit 30 und der Motorsignaltrenneinheit 31 über einen Filterparametereinstellungsbefehl, bei dem es sich um einen Filterauslegungsparameter handelt. Die Sensorsignaltrenneinheit 30 und die Motorsignaltrenneinheit 31 erzeugen Filter, die auf der Grundlage des empfangenen Filterparametereinstellungsbefehls verwendet werden sollen. Die hier dargestellten Parameter beziehen sich auf Filterfaktoren a und b, die in der Gleichung (15) unten angegeben sind, in dem Fall, wo beispielsweise ein sekundäres Tiefpassfilter verwendet wird, um ein Signal aus dem niedrigen Frequenzband in der ersten Signalextraktionseinheit 312 zu trennen.
[Gleichung 15] $G_{f i l t} (s) = \frac{1}{1 + b s + a s^{2}}$
Bei den hier dargestellten Parametern kann es sich um eine Abschaltfrequenz ω und eine Dämpfung ζ eines Filters handeln, bei denen es sich um physikalische Parameter handelt, die formulierte Filtereigenschaften darstellen, wie in Gleichung (16) unten dargestellt, anstelle der Filterfaktoren a und b in der vorstehend beschriebenen Gleichung (15).
[Gleichung 16] $G_{f i l t} (s) = \frac{1}{1 + 2 ζω s + ω^{2} s^{2}}$
Gleichermaßen konstruiert die Parametereinstellungseinheit 500 im Vorfeld ein n. Filter, das durch die Gleichung (17) unten dargestellt wird, für jede der Sensorsignaltrenneinheit 30 und der Motorsignaltrenneinheit 31 und überträgt Parameter für die Filter an die Sensorsignaltrenneinheit 30 und die Motorsignaltrenneinheit 31.
[Gleichung 17] $G_{f i l t} (s) = \frac{1 + b_{1} s + b_{2} s^{2} + \dots + b_{i} s^{i} + \dots b_{n} s^{n}}{1 + a_{1} s + a_{2} s^{2} + \dots + a_{i} s^{i} + \dots a_{n} s^{n}}$
Ein Filter mit bestimmten Eigenschaften, die durch eine Übertragungsfunktion bis zur n. ausgedrückt werden, kann dadurch erreicht werden, dass in jedem der Nenner und Zähler in der vorstehend beschriebenen Gleichung (17) ein Faktor höherer Ordnung entsprechend der notwendigen Filterreihenfolge auf null gesetzt wird. Wenn ein Maschinenbewegungsbahnverlauf unter mehreren Messbedingungen gemessen wird, können die idealen Filtereigenschaften unter verschiedenen Bedingungen voneinander abweichen. In einem solchen Fall kann ein optimales Filter jederzeit dadurch verwendet werden, dass ein Parameter für jede Messbedingung der Parametereinstellungseinheit 500 immer dann geändert wird, wenn sich eine Messbedingung verändert.
In der Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der achten Ausführungsform kann eine Bemühung, ein Filter in jeder der Sensorsignaltrenneinheit 30 und der Motorsignaltrenneinheit 31 einzeln einzustellen, dadurch gespeichert werden, dass die Parametereinstellungseinheit 500 Parameter für die Filter einstellt und die Sensorsignaltrenneinheit 30 und die Motorsignaltrenneinheit 31 über die Parameter informiert. Zusätzlich können in dem Fall, bei dem eine Filtereinstellung häufig geändert wird, die Filtereigenschaften effizient geändert werden.
Neunte Ausführungsform.
23 ist ein Diagramm, das eine Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einer neunten Ausführungsform, eine Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der neunten Ausführungsform verwendet, und eine Servosteuerungsvorrichtung veranschaulicht. 24 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung veranschaulicht, die die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach der neunten Ausführungsform verwendet. Der Unterschied zur ersten Ausführungsform liegt darin, dass in einer Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99b der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 an einen Rundschalttisch 501 montiert ist.
Der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 ist so montiert, dass sich eine seiner axialen Richtungen in einer normalen Richtung des Rundschalttisches 501 befindet, d.h. eine Richtung, in der eine nicht dargestellte gerade Linie, die durch das Drehzentrum des kreisrunden Tisches verläuft, verläuft, und eine andere seiner Achsen mit einer tangentialen Drehrichtung übereinstimmt, d.h. die radiale Richtung des Rundschalttisches 501.
Wenn der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 an einen Tisch mit zwei rechtwinkligen Achsen montiert ist, wie beispielsweise die Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung 99, die bis zur achten Ausführungsform verwendet wird, bleibt die Ausrichtung des Sensors bei einer Drehung in einer kreisrunden Bewegung unverändert. Im Gegensatz dazu ändert sich die Ausrichtung des dreiachsigen Beschleunigungssensors 13, der am Rundschalttisch 501 montiert ist, während der Drehung.
25 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Messergebnis der Beschleunigung in normaler Richtung at veranschaulicht, die gemessen wird, wenn der Rundschalttisch angetrieben wird. 26 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Messergebnis der Beschleunigung in tangentialer Richtung ar veranschaulicht, die gemessen wird, wenn der Rundschalttisch angetrieben wird. Die vertikale Achse in 25 stellt die Beschleunigung in normaler Richtung at dar und die horizontale Achse in 25 stellt die Zeit dar. Die vertikale Achse in 26 stellt die Beschleunigung in tangentialer Richtung ar dar und die horizontale Achse in 26 stellt die Zeit dar.
Im Falle der Beschleunigung in normaler Richtung at, wird während der kreisförmigen Bewegung durch den Effekt der Zentralbeschleunigung eine Fehlerkomponente der Vibration mit der Nennzentralbeschleunigung im Zentrum überlagert. Im Falle der Beschleunigung in tangentialer Richtung ar wird eine Fehlerkomponente der Vibration im Zentrum mit null überlagert. Die Motorantriebseinheit 12y gibt eine Komponente in tangentialer Richtung Pdr von der Rückkopplungsposition Pd_y aus, wie durch die Gleichung (18) unten dargestellt. Hier stellt im Falle des Rundschalttisches die Rückkopplungsposition Pdy einen Drehwinkel des Tisches in Radianten dar. Die Motorantriebseinheit 12y gibt eine Komponente in normaler Richtung Pdt eines Bewegungsbahnverlaufs von einem Abstand Rcom aus, wie durch die Gleichung (19) unten dargestellt. Der Abstand Rcom ist ein Abstand vom Drehzentrum des Rundschalttisches 501 zu dem Punkt, an dem der dreiachsige Beschleunigungssensor 13 befestigt ist.
[Gleichung 18] $P d r = R c o m \times P d_{y}$

[Gleichung 19] $P d t = R c o m$
Wie im Falle der ersten Ausführungsform, führen die Sensorsignaltrenneinheit 30 und die Motorsignaltrenneinheit 31 die Trennung in Frequenzbänder durch Verwendung der Beschleunigung in tangentialer Richtung ar, der Beschleunigung in normaler Richtung at, der Komponente in tangentialer Richtung Pdr, und der Komponente in normaler Richtung Pdt durch. Die Bahnverlaufskopplungseinheit 331 der Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit 33 berechnet einen Bahnverlauf in tangentialer Richtung PTr und einen Bahnverlauf in normaler Richtung PTt. Die Bahnverlaufsfehlerberechnungseinheit 332 der Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit 33 berechnet eine Komponente in X-Richtung PT_x durch Verwendung eines Berechnungsausdrucks, der durch Gleichung (20) unten dargestellt wird, und berechnet eine Komponente in Y-Richtung PT_y durch Verwendung eines Berechnungsausdrucks, der durch Gleichung (21) unten dargestellt wird. Auf diese Weise berechnet die Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit 33 Bahnverlaufsfehler ähnlich den vorstehend in der ersten Ausführungsform beschriebenen Gleichungen (9) und (10).
[Gleichung 20] $P T_{x} = P T r \times cos (P T t)$

[Gleichung 21] $P T_{y} = P T r \times sin (P T t)$
Die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der neunten Ausführungsform ermöglicht die Berechnung eines Maschinenbewegungsbahnverlaufs bei einer Maschine mit einer Konfiguration, bei der der Rundschalttisch 501 angetrieben ist.
Die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung 100 nach der ersten bis neunten Ausführungsform kann zudem für eine Maschine verwendet werden, die eine oder mehrere bewegliche Wellen aufweist und einen zu steuernden Gegenstand unter Verwendung eines Aktuators antreibt, wie beispielsweise eine Industriemaschine, ein Roboter oder eine Taktmaschine.
Es ist zu beachten, dass es sich bei den in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen um Beispiele der vorliegenden Erfindung handelt; eine Kombination der vorliegenden Erfindung mit anderen öffentlich bekannten Techniken möglich ist und teilweise Auslassungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Liste der Bezugszeichen
1x x-Achsenmotor, 1y y-Achsenmotor, 1z z-Achsenmotor, 2x, 2y, 2z Vorschubspindel, 3x, 3y, 3z Drehwinkelsensor, 4 Arbeitstisch, 5 Säule, 6 Ramme, 7 Spindel, 8x Kupplung, 9x Mutter, 10x Stützlager, 11x, 11y Positionsbefehlserzeugungseinheit, 12x, 12y Motorantriebseinheit, 13 dreiachsiger Beschleunigungssensor, 13a Gegenstandsbeschleunigungssensor, 13b Referenzbeschleunigungssensor, 15x x-Achsenantriebsmechanismus, 15y y-Achsenantriebsmechanismus, 15z z-Achsenantriebsmechanismus, 16 Werkzeug, 17 Werkstück, 21 Halterung, 24 Sattel, 30 Sensorsignaltrenneinheit, 3 Motorsignaltrenneinheit, 32 Datenkalibrierungseinheit, 33 Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit, 34 Maschinenreaktionssimulationseinheit, 35 Bahnverlaufsanzeigevorrichtung, 40 Kabel, 99, 99b Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung, 100 Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung, 101 Servosteuerungsvorrichtung, 121 Drehzahlsteuerungseinheit, 122 Differentialrechnungseinheit, 123, 123A Lageregelungseinheit, 124a, 124b Addier-Subtrahier-Einheit, 301 erste Rauschentfernungseinheit, 302, 312 erste Signalextraktionseinheit, 303, 313 zweite Signalextraktionseinheit, 304 relative Beschleunigungsberechnungseinheit, 311 zweite Rauschentfernungseinheit, 321 erste Datenkalibrierungseinheit, 322 zweite Datenkalibrierungseinheit, 323 erste Referenzdatenkalibrierungseinheit, 324 zweite Referenzdatenkalibrierungseinheit, 331 Bahnverlaufskopplungseinheit, 332 Bahnverlaufsfehlerberechnungseinheit, 341 Maschinenmodell, 500 Parametereinstellungseinheit, 501 Rundschalttisch.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP S61209857 [0008]
JP S61007907 [0008]
JP 2015182141 [0008]

Claims

Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung, die einen Bewegungsbahnverlauf einer Maschine misst, die einen Aktuator umfasst, und ein Erkennungspositionssignal rückkoppelt, das von einem Positionssensor ausgegeben wurde, der eine Position des Aktuators oder eine Position eines angetriebenen Körpers erfasst und den Aktuator so antreibt, dass ein Bewegungsbahnverlauf des angetriebenen Körpers einem Befehlsbahnverlauf folgt, die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung umfassend: einen Beschleunigungssensor zum Messen der Beschleunigung eines Bewegungsbahnverlaufsmessgegenstands und zum Ausgeben eines Ergebnisses als ein Beschleunigungssensorsignal; eine Sensorsignaltrenneinheit zum Trennen des Beschleunigungssensorsignals in zwei oder mehr Frequenzbänder; eine Erkennungspositionssignaltrenneinheit zum Trennen des Erkennungspositionssignals in Frequenzbänder, die mit den Frequenzbändern der Sensorsignaltrenneinheit identisch sind; eine Datenkalibrierungseinheit zum Kalibrieren des Beschleunigungssensorsignals in jedem der zwei oder mehr Frequenzbänder durch Verwendung des Beschleunigungssensorsignals, das durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennt wurde, und des Erkennungspositionssignals, das durch die Erkennungspositionssignaltrenneinheit getrennt wurde, und zum Erhalten einer Bewegungsbahnverlaufskomponente in jedem der zwei oder mehr Frequenzbänder; und eine Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit zum Koppeln der Bewegungsbahnverlaufskomponente in jedem der zwei oder mehr Frequenzbänder und zum Ausgeben eines Ergebnisses als den Bewegungsbahnverlauf.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung, die einen Bewegungsbahnverlauf einer Maschine misst, die einen Aktuator umfasst, und ein Erkennungspositionssignal rückkoppelt, das von einem Positionssensor ausgegeben wurde, der eine Position des Aktuators oder eine Position eines angetriebenen Körpers erfasst und den Aktuator so antreibt, dass ein Bewegungsbahnverlauf des angetriebenen Körpers einem Befehlsbahnverlauf folgt, die Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung umfassend: einen Beschleunigungssensor zum Messen der Beschleunigung eines Bewegungsbahnverlaufsmessgegenstands und zum Ausgeben eines Ergebnisses als ein Beschleunigungssensorsignal; einen Referenzbeschleunigungssensor zum Messen der Beschleunigung eines Punktes, der als Bezugspunkt für die Messung des Bahnverlaufs des Bewegungsbahnverlaufsmessgegenstandes dient und zum Ausgeben eines Ergebnisses als ein Referenzbeschleunigungssensorsignal; eine Sensorsignaltrenneinheit zum Trennen jeweils des Beschleunigungssensorsignals und des Referenzbeschleunigungssensorsignals in zwei oder mehr Frequenzbänder; eine Erkennungspositionssignaltrenneinheit zum Trennen des Erkennungspositionssignals in Frequenzbänder, die mit den Frequenzbändern der Sensorsignaltrenneinheit identisch sind; eine Datenkalibrierungseinheit zum Kalibrieren des Beschleunigungssensorsignals in jedem der zwei oder mehr Frequenzbänder durch Verwendung des Beschleunigungssensorsignals, das durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennt wurde, des Referenzbeschleunigungssensorsignals, das durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennt wurde, und des Erkennungspositionssignals, das durch die Erkennungspositionssignaltrenneinheit getrennt wurde, und zum Erhalten einer Bewegungsbahnverlaufskomponente in jedem der zwei oder mehr Frequenzbänder; und eine Bewegungsbahnverlaufsberechnungseinheit zum Koppeln der Bewegungsbahnverlaufskomponente in jedem der zwei oder mehr Frequenzbänder und zum Ausgeben eines Ergebnisses als Information, die den Bewegungsbahnverlauf anzeigt.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensorsignaltrenneinheit das Beschleunigungssensorsignal in zwei Bänder, ein hohes Frequenzband und ein niedriges Frequenzband, trennt und das Beschleunigungssensorsignal nach der Frequenztrennung ausgibt.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Sensorsignaltrenneinheit entweder das Beschleunigungssensorsignal oder das Referenzbeschleunigungssensorsignal in zwei Bänder, ein hohes Frequenzband und ein niedriges Frequenzband, trennt und entweder das Beschleunigungssensorsignal oder das Referenzbeschleunigungssensorsignal nach der Frequenztrennung ausgibt.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Sensorsignaltrenneinheit das Beschleunigungssensorsignal in drei Bänder, das hohe Frequenzband, das niedrige Frequenzband und ein Rauschband, trennt.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem niedrigen Frequenzband um ein Steuerband der Maschine handelt, die den Aktuator antreibt, es sich bei dem hohen Frequenzband um eine Vibrationsfrequenzkomponente der Maschine handelt, die den Aktuator antreibt, und es sich bei dem Rauschband um eine Rauschkomponente des Beschleunigungssensorsignals handelt.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sensorsignaltrenneinheit eine Übertragungsfunktion aufweist, die eine Reaktion eines Lageregelungssystems einer Vorschubwelle simuliert, die in der Maschine enthalten ist, die den Aktuator antreibt.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Sensorsignaltrenneinheit ein Filter für das hohe Frequenzband umfasst, das so ausgelegt ist, dass eine Summe einer Übertragungsfunktion des Filters für das niedrige Frequenzband und einer Übertragungsfunktion des Filters für das hohe Frequenzband eins beträgt.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Berechnungsfehler in einer Bewegungsbahnverlaufskomponente in jedem der Frequenzbänder vom Beschleunigungssensorsignal korrigiert wird, das durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennt wird, die Datenkalibrierungseinheit das Erkennungspositionssignal in jedem der Frequenzbänder verwendet, die durch die Erkennungspositionssignaltrenneinheit getrennt wurden.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei, wenn eine Gegenstandsbewegungsbahnverlaufskomponente und eine Referenzbewegungsbahnverlaufskomponente in jedem der Frequenzbänder vom Beschleunigungssensorsignal und vom Referenzbeschleunigungssensorsignal berechnet werden, die durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennt wurden, die Datenkalibrierungseinheit einen Berechnungsfehler in jeder der Gegenstandsbewegungsbahnverlaufskomponente und der Referenzbewegungsbahnverlaufskomponente durch Verwendung des Erkennungspositionssignals in jedem der Frequenzbänder korrigiert, die durch die Erkennungspositionssignaltrenneinheit getrennt wurden, und eine Differenz zwischen der Gegenstandsbewegungsbahnverlaufskomponente und der Referenzbewegungsbahnverlaufskomponente als einen relativen Bewegungsbahnverlauf in jedem der Bänder ausgibt.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei, wenn die Datenkalibrierung durchgeführt wird, die Datenkalibrierungseinheit eine Integration zweiter Ordnung an einem Beschleunigungseingangssignal durchführt und einen Integrationsfehler korrigiert, so dass ein Mittelwert eines Integrationsergebnisses null beträgt.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 11, wobei, wenn die Datenkalibrierung in einem hohen Frequenzband durchgeführt wird, die Datenkalibrierungseinheit eine Frequenzkomponente, kleiner als ein oder gleich einem Durchlassbereich eines Hochpassfilters, von einem Signal entfernt, das als das Integrationsergebnis ausgegeben wurde, und das Signal ausgibt.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei, wenn die Datenkalibrierung in einem hohen Frequenzband durchgeführt wird, die Datenkalibrierungseinheit ein Eingangssignal in ein Signal in einer niedrigen Frequenzdomäne umwandelt, anschließend eine Integrationsoperation in der niedrigen Frequenzdomäne durchführt und dann ein Signal, dass sich aus der Umwandlung in eine Zeitdomäne durch eine umgekehrte Transformation ergibt, als eine Komponente aus dem hohen Frequenzband eines Bewegungsbahnverlaufs ausgibt.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei, wenn die Datenkalibrierung in einem niedrigen Frequenzband durchgeführt wird, die Datenkalibrierungseinheit einen Fehler korrigiert, so dass eine Differenz zwischen einem Ergebnis der Integration erster Ordnung, die am Beschleunigungssensorsignal durchgeführt wurde, das durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennt wurde, und einem Ergebnis der Differenzierung erster Ordnung, die an einer Komponente aus dem niedrigen Frequenzband des Erkennungspositionssignals durchgeführt wurde, einen Toleranzwert nicht überschreitet.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 14, wobei, wenn die Datenkalibrierung in einem niedrigen Frequenzband durchgeführt wird, die Datenkalibrierungseinheit einen Fehler korrigiert, so dass eine Differenz zwischen einem Ergebnis der Integration zweiter Ordnung, die am Beschleunigungssensorsignal durchgeführt wurde, das durch die Sensorsignaltrenneinheit getrennt wurde, und einer Komponente aus dem niedrigen Frequenzband des Erkennungspositionssignals einen Toleranzwert nicht überschreitet, und einen Bewegungsbahnverlauf für einen Gegenstand im niedrigen Frequenzband berechnet.
Maschinenbewegungsbahnverlaufsmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Bewegungsbahnverlaufsanzeigeeinheit zum Anzeigen eines Bewegungsbahnverlaufs der Maschine, wobei die Bewegungsbahnverlaufsanzeigeeinheit einen Soll-Bahnverlauf von einer Sollposition synthetisiert, die in eine Positionsbefehlserzeugungseinheit gespeist wird, einen Befehlsbahnverlauf von einer Befehlsposition synthetisiert, die durch die Positionsbefehlserzeugungseinheit ausgegeben wird, einen Erkennungseinheitbahnverlauf aus dem Erkennungspositionssignal synthetisiert und auf der Bewegungsbahnverlaufsanzeigeeinheit entweder den Soll-Bahnverlauf, den Befehlsbahnverlauf oder den Erkennungseinheitbahnverlauf überlagert auf einem Bewegungsbahnverlauf der Maschine anzeigt.