DE19742661A1

DE19742661A1 - Steuervorrichtung zum intermittierenden Antrieb eines Aktuators, Pulverzufuhrvorrichtung und Servosystem mit Verwendung der Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE19742661A1
Application number: DE19742661A
Authority: DE
Inventors: Katsumi Murai; Mamoru Tateishi
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1998-04-16
Also published as: JP3577177B2; JPH10116121A; US5917266A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zum intermittierenden Antrieb eines Aktuators durch Anlegen einer Treiberspannung, basierend auf einem Taktimpuls, wäh rend ein Tastverhältnis des Taktimpulses verändert wird, indem eine Änderungsmenge ei nes zu steuernden Objektes erfaßt wird und auf die Steuervorrichtung rückgekoppelt wird, und bezieht sich auf eine Pulverzufuhrvorrichtung oder ein Servosystem mit der Steuervor richtung darin.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Es sind verschiedene Steuervorrichtungen bekannt, die die zeitlich gemittelte Ausgangs leistung, basierend auf der Betriebszeit je Zyklus in dem rechtwinkligen Impuls (Tastver hältnis) steuern. Beispielsweise ist ein Ultraschallmotor mit einem Ultraschallresonator und ein Servosystem mit einem Gleichstrommotor bekannt. Bei dem Ultraschallmotor wird ein piezoelektrischer Wandler verwendet, bei dem die von elektrischer Energie hervorgerufene mechanische Verformung eines piezoelektrischen Elements verwendet wird, um eine me chanische Vibration eines Vibrators zu erzeugen, und die Ausgangsleistung des Ultraschall motors wird verändert, indem das Tastverhältnis der Treiberspannung verändert wird.

In dem Fall, daß der Ultraschallresonator in dem Ultraschallmotor derart konstruiert wird, daß sowohl eine axiale Schwingung (Längsschwingung) als auch eine Biegeschwingung gleichzeitig hervorgerufen werden, wird an dem oberen Ende des Ultraschallresonators eine elliptische Oszillation mit der Resonanzfrequenz hervorgerufen. An dem oberen Ende des Resonators ist ein Rohr befestigt, und Pulver wird dem Rohr zugeführt; dann wird das Pulver in der bestimmten Richtung mittels der elliptischen Oszillation bewegt; dieser Me chanismus kann daher als Pulverzufuhrvorrichtung verwendet werden.

Die Pulverzufuhrvorrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert. In Fig. 10 wird die Pulvermenge in der Pulverzufuhrvorrichtung von einer Wägezelle bzw. Meßdose 11 erfaßt, die als Lastsensor wirkt, und das erfaßte Ausgangssignal (Spannung) wird von ei nem Verstärker 12 verstärkt. Die verstärkte Ausgangsspannung wird über einen A/D- Wandler zu einem Mikrocomputer 13 rückgeführt, der als Tastverhältnissteuereinrichtung wirkt. In dem Mikrocomputer 13 wird das optimale Tastverhältnis auf Basis des Rückkopp lungssignals berechnet und der Taktimpuls mit dem optimalen Tastverhältnis wird einer Treiberschaltung 14 zugeführt. Die Treiberschaltung 14 gibt die durch das optimale Tast verhältnis gesteuerte Treiberspannung aus. Auf diese Weise wird die Zeitdauer, während der die Treiberspannung anliegt, gesteuert, und sowohl die Zufuhrmenge (vorbestimmte Zufuhrmenge) als auch die aktuelle Zuführmenge des Pulvers werden auf einen vorbe stimmten Wert (Sollwert) gesteuert bzw. geregelt.

In dem Fall aber, daß, wie oben erwähnt, der Aktuator, wie der Ultraschallmotor oder Gleichstrommotor, unter Verwendung des Rechteckimpulses angetrieben wird, besteht ein Problem dahingehend, daß Störspitzen erzeugt werden, wenn der Aktuator AN/AUS ge schaltet wird, und solche Störspitzen haben einen ungünstigen Einfluß auf die Ausgangs spannung aus der Meßdose 11. Bei dem Ultraschallmotor beispielsweise wird die an ihm liegende Treiberspannung mit der Resonanzfrequenz für eine Antriebsperiode (aktive Pe riode) von einer in Fig. 11 dargestellten Oszillatorschaltung erzeugt. In der Oszillatorschal tung der Fig. 11 ist an der Primärseite eine sogenannte Push-Pull-Schaltung mit Transisto ren TR1 und TR2. Das heißt, wie in Fig. 12(a) gezeigt, beide Transistoren TR1 und TR2 wirken derart, daß einer AN ist und der andere AUS ist oder umgekehrt. Zu der Zeit, zu der die Transistoren TR1 und TR2 AUS-ausgeschaltet werden (d. h. wenn die Transistoren TR1 und TR2 so wirksam sind, daß sie den Strom abschalten), wird am Kollektor der Transistoren TR1, TR2 eine hohe Spannung erzeugt.

Da eine Störung erzeugt wird, wenn einer der Transistoren TR1, TR2 AUS-geschaltet wird, wird im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen die Wellenform der Treiber spannung V_ACT zu der in Fig. 12(b) gezeigten Wellenform. Im Ergebnis führt dies dazu, daß die Störung in der Treiberspannung V_ACT als Störung der Ausgangsspannung der Meß dose 11 überlagert wird, wodurch die Wellenform der Ausgangsspannung V_CELL zu der in Fig. 12(c) gezeigten Wellenform wird.

Wie in Fig. 12(a) dargestellt, entspricht ein Schaltzyklus (AN/AUS-Zyklus) T1 jedes Tran sistors TR1, TR2 einem Zyklus T2 der Treiberspannung V_ACT. Wenn sie aktuell für die Pulverzufuhrvorrichtung verwendet wird, wird die Wellen bzw. Impulsform der Treiber spannung V_ACT daher der in Fig. 6(b) gezeigten Wellenform und die Wellenform der Aus gangsspannung V_CELL wird die in Fig. 6(c) gezeigte Wellenform.

Wenn die Datenerfassung (Sampling) der Ausgangsspannung V_CELL beispielsweise zu den Zeitpunkten A, B, C. . . erfolgt, wie in Fig. 6(d) dargestellt, wenn die Rückkopplung zu dem Mikrocomputer 13 erfolgt, wird die Ausgangsspannung, der die Störung überlagert ist, als Rückkopplungssignal eingegeben. Aufgrund dieser Tatsache kann der Aktuator nicht genau gesteuert werden und es tritt ein Problem auf, daß die Genauigkeit des Steuer systems sehr schlecht wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, die vorgenannten Probleme zu lösen und eine Steuervorrichtung zu schaffen, mittels der ein Aktuator mit hoher Genauigkeit ge steuert werden kann, wenn der Aktuator intermittierend angetrieben wird, indem eine auf einem Taktimpuls basierende Treiberspannung angelegt wird, während ein Tastverhältnis des Taktimpulses verändert wird, indem eine Änderungsmenge eines zu steuernden Objek tes erfaßt wird und auf die Steuervorrichtung rückgekoppelt wird.

Weiter liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Pulverzufuhrvorrichtung zu schaffen, mittels der die Zufuhrmenge an Pulver mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann, oder ein Servosystem mit einem Motor zu schaffen, mittels dessen die Drehzahl des Motors mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Steuervorrichtung zum intermittie renden Antreiben eines Aktuators durch Anlegen einer Treiberspannung an den Aktuator, welche Steuervorrichtung enthält:
eine Zeittaktimpulserzeugniseinrichtung zum Erzeugen eines Taktimpulses mit einem Tastverhältnis;
eine Spannungsanlegeeinrichtung zum Anlegen der Treiberspannung an den Ak tuator entsprechend dem Tastverhältnis;
eine Sensoreinrichtung zum Ermitteln einer Änderungsmenge des Aktuators als Spannungswert;
eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Spannungswertes, der von der Sensoreinrichtung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer seit der Antrieb des Aktua tors endet oder beginnt; und
einer Steuereinrichtung zum Steuern des Tastverhältnisses auf Basis des von der Erfassungseinrichtung erfaßten Spannungswertes.

In der im Anspruch 1 beanspruchten Steuervorrichtung bedeutet intermittierender Antrieb der Aktuatoreinrichtung, daß eine aktive Periode, während der der Aktuator angetrieben wird, und eine inaktive Periode, während der der Aktuator nicht angetrieben wird, alter nierend in einem Zyklus des Taktimpulses auftreten. Dabei ist es nicht notwendig, daß die aktive Periode und die inaktive Periode mit gleicher Länge wiederholt werden.

Da der von der Sensoreinrichtung ermittelte Spannungswert von der Erfassungseinrichtung erfaßt wird, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer seit Ende oder Beginn des Antriebs ab gelaufen ist, kann bei der Steuereinrichtung der von der Sensoreinrichtung ermittelte Span nungswert erfaßt werden, ohne daß er von einer Schaltstörung überlagert ist, die bei AN/AUS-Schalten des Aktuators erzeugt wird, wodurch der Aktuator mit hoher Genauig keit gesteuert werden kann. Der Grund ist folgender. Der Spannungswert ist möglicherwei se von der Schaltstörung beeinflußt, wenn der Spannungswert unmittelbar ermittelt wird, nachdem der Antrieb des Aktuators endet oder beginnt; ein solcher Einfluß der Schaltstö rung kann daher mit Sicherheit vermieden werden, indem der Spannungswert erfaßt wird, nachdem die vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist, seit der Antrieb des Aktuators endet oder beginnt.

Weiter schafft die Erfindung eine Pulverzufuhrvorrichtung zum intermittierenden Antrieb eines Vibrators mit einem piezoelektrischen Element durch Anlegen einer Treiberspannung mit einer vorbestimmten Resonanzfrequenz an das piezoelektrische Element, welche Pul verzufuhrvorrichtung enthält:
eine Zeittaktimpulserzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Taktimpulses mit einem Tastverhältnis;
eine Spannungsanlegeeinrichtung zum Anlegen der Treiberspannung an das pie zoelektrische Element entsprechend dem Tastverhältnis;
ein an einem oberen Ende des Vibrators befestigtes Pulverzufuhrrohr; einen Pulverspeichertrichter zum Zuführen des Pulvers zu dem Pulverzuführ rohr;
eine Gewichtssensoreinrichtung zum Ermitteln des Gewichts des Pulvers in dem Pulverspeichertrichter als Spannungswert;
eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des von der Gewichtssensoreinrich tung ermittelten Spannungswertes, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist, seitdem der Antrieb des piezoelektrischen Elements endet ist; und
eine Steuereinrichtung zum Steuern des Tastverhältnisses auf Basis des von der Erfassungseinrichtung erfaßten Spannungswertes.

Bei der im Anspruch 9 beanspruchten Pulverzufuhrvorrichtung oszilliert der Vibrator mit einer elliptischen Bewegung, wenn die Treiberspannung an das piezoelektrische Element angelegt wird, so daß das an dem oberen Ende Vibrators befestigte Pulverzufuhrrohr ähn lich wie der Vibrator mit elliptischer Bewegung oszilliert. Dabei erfährt das aus dem Pul verspeichertrichter dem Pulverzufuhrrohr zugeführte Pulver eine Beschleunigung in waag rechter Richtung (in Richtung senkrecht zur Längsschwingung des Vibrators und in Rich tung parallel zur Biegeschwingrichtung des Vibrators) und wird bewegt. Auf diese Weise wird das Pulver zugeführt.

Da die Treiberspannung an das piezoelektrische Element während der Durchführung einer AN/AUS-Steuerung der Treiberspannung angelegt wird, wird dabei das Pulver während einer Periode zugeführt, in der der Vibrator angetrieben ist. Auf diese Weise wird die Zu führmenge an Pulver auf Basis der Beziehung zwischen der aktiven Periode und der inakti ven Periode gesteuert, das heißt dem Tastverhältnis, und nachdem das Gewicht des Pulvers in dem Pulverspeichertrichter von der Gewichtssensoreinrichtung als der Spannungswert ermittelt wird, wird der ermittelte Spannungswert von der Erfassungseinrichtung derart er faßt, daß er mit keiner Schaltstörung überlagert ist. Auf diese Weise kann die Pulverzu fuhrmenge mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.

Weiter schafft die Erfindung ein Servosystem zum intermittierenden Antrieb eines Motors durch Anlegen einer Treiberspannung an den Motor, welches Servosystem enthält:
eine Impulsweitenmodulationseinrichtung zum Erzeugen eines Taktimpulses mit einem Tastverhältnis und zum Anlegen der Treiberspannung an den Motor entsprechend dem Tastverhältnis;

eine erste Sensoreinrichtung zum Ermitteln einer Spannung in dem Motor als Spannungswert;
eine zweite Sensoreinrichtung zum Ermitteln einer Anschaltkante bzw. An stiegskante des Taktimpulses;
eine Verzögerungseinrichtung zum Verzögern eines Ausgangssignals der zwei ten Sensoreinrichtung um eine vorbestimmte Zeitdauer;
eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des von der ersten Sensoreinrichtung auf Basis des von der Verzögerungseinrichtung verzögerten Ausgangssignals ermittelten Spannungswertes; und
eine Steuereinrichtung zum Steuern des Tastverhältnisses auf Basis des von der Erfassungseinrichtung erfaßten Spannungswertes.

Bei dem im Anspruch 18 beanspruchten Servosystem wird das Ausgangssignal der zweiten Sensoreinrichtung von der Verzögerungseinrichtung um eine vorbestimmte Zeitdauer verzö gert und die Erfassungseinrichtung erfaßt den Spannungswert, der von der ersten Sensorein richtung auf Basis des Ausgangssignals ermittelt wurde, das von der Verzögerungseinrich tung verzögert wurde. Daher kann der Spannungswert ebenfalls erfaßt werden, ohne daß er mit einer Schaltstörung überlagert ist, die beim AN/AUS-Schalten des Motors erzeugt wird, wodurch der Motor mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann. Wenn die Steuer vorrichtung für einen Antriebsmotor eines Roboterarmes oder einen Positioniermotor zur Positionierung des Tisches einer NC-Bearbeitungsmaschine verwendet wird, kann der Ro boterarm korrekt bewegt werden oder der Tisch der NC-Bearbeitungsmaschine kann kor rekt positioniert werden, beides mit hoher Genauigkeit.

Die vorstehenden und weitere Aufgaben und neuartige Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung genauer verständlich, wenn die Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Zeichnungen nur für Zwecke der Darstellung sind und nicht als Definition der Grenzen der Erfindung beabsichtigt sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, die schematisch eine Pulverzufuhrvorrich tung entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Kurve, die die Frequenzcharakteristik der Eingangsimpedanz eines Vibra tors zeigt;

Fig. 3 eine schematische Ansicht des Vibrators, die über Vibrationszustände bei An trieb mit der Resonanzfrequenz zeigt;

Fig. 4 eine schematische Ansicht des Vibrators, die die Vibrationszustände nach je weils 1/4 Zyklus bei Antrieb mit der Resonanzfrequenz zeigt;

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das ein System der Pulverzufuhrvorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt;

Fig. 6 Zeitverläufe zur Erläuterung von Betriebszuständen der Pulverzufuhrvorrich tung entsprechend der ersten Ausführungsform, wobei

Fig. 6(a) den Taktimpuls zur Änderung des Zeitverlaufes einer aktiven Periode und einer inaktiven Periode zeigt,

Fig. 6(b) die an den Vibrator angelegte Treiberspannung zeigt,

Fig. 6(c) die von der Meßdose gelieferte Ausgangsspannung zeigt,

Fig. 6(d) die Erfassungszeitpunkte bei der herkömmlichen Pulverzufuhrvorrichtung zeigt und

Fig. 6(e) die Erfassungszeitpunkte bei der Pulverzufuhrvorrichtung der ersten Ausfüh rungsform zeigt;

Fig. 7 Zeitverläufe zur Erläuterung von Betriebszuständen der Pulverzufuhrvorrich tung entsprechend der ersten Ausführungsform, wenn der Taktimpuls mit dem maximalen Tastverhältnis verwendet wird, wobei die Fig. 7(a)-7(c) und 7(e) in Fig. 6(a)-6(c) und 6(e) entsprechen;

Fig. 8 ein Blockdiagramin, das das Servosystem entsprechend der zweiten Ausfüh rungsform zeigt;

Fig. 9 Zeitverläufe zur Erläuterung von Betriebszuständen des Servosystems entspre chend der zweiten Ausführungsform, wobei

Fig. 9(a) den Taktimpuls (PWM-Signal) zur Änderung des Zeitverlaufes einer aktiven Periode und einer inaktiven Periode zeigt,

Fig. 9(b) das Ausgangssignal eines Sensors zeigt,

Fig. 9(c) die Erfassungszeitpunkte in dem Servosystem der zweiten Ausführungsform zeigt;

Fig. 10 ein Blockschaltbild, das ein System der Pulverzufuhrvorrichtung entsprechend dem Stand der Technik zeigt;

Fig. 11 ein Schaltbild einer Oszillatorschaltung mit der Resonanzfrequenz zum Anlegen der Treiberspannung an den Vibrator; und

Fig. 12 Zeitverläufe zur Erläuterung einer Störungen erzeugenden Theorie, wobei

Fig. 12(a) den Betriebszustand der Transistoren in der Oszillatorschaltung gemäß Fig. 11 zeigt,

Fig. 12(b) die an dem Vibrator liegende Treiberspannung zeigt und

Fig. 12(c) die Ausgangsspannung der Meßdose zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine detaillierte Beschreibung der ersten Ausführungsform der Erfindung wird unter Be zugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben. Der Aufbau einer Pulverzufuhrvor richtung entsprechend der Ausführungsform ist in Fig. 1 gezeigt.

Der Vibrator 10 ist ein Ultraschallmotor vom sogenannten Lineartyp, wobei zwei flache piezoelektrische Elemente 1 unter Zwischenanordnung einer in der Figur nicht dargestell ten Elektrode gestapelt sind und zwischen einem etwa zylindrischen Metallhorn 2a und ei nem etwa hohlzylindrischen metallischen Rückhorn 2b angeordnet sind. Der Vibrator 10 ist mittels einer Schraube 3 an einem Befestigungsbauteil 4 befestigt, die an einem Ende an dem Horn 2a befestigt ist und durch ein Durchgangsloch hindurch eingesetzt ist, das sich durch das Rückhorn 2b und das piezoelektrische Element 1 in der Mitte erstreckt.

Das Ende 2c des Horns 2a ist doppelt abgeflacht und mit einem Durchgangsloch 2d zum Einsatz eines Rohrs, wie nachfolgend beschrieben, versehen.

Ein Pulverzufuhrrohr 20, in dessen innerem Teil sich Pulver bewegt, ist durch das Durch gangsloch 2d hindurch eingesetzt und darin befestigt. Das in der Figur linksseitige Ende 21 des Pulverzufuhrrohrs 20 ist leicht abwärts gebogen, um das Herausfallen des von der in der Figur rechten Seite her zugeführten Pulvers P aus dem Ende 21 des Rohrs 20 zu unterstützen.

Das andere Ende 22 des Rohrs 20 rechtsseitig in der Figur ist leicht aufwärts gebogen, um die Bewegung des von einem Trichterkörper 20 her zugeführten Pulvers P in der Figur nach links zu unterstützen.

Der Trichterkörper 20 ist zum Speichern von Pulver P und zum langsamen Zuführen des Pulvers P in das Rohr 20 vorgesehen, wobei der Boden 31 trichterförmige Gestalt hat. An den Boden 31 ist ein Rohr 32 angeschlossen, dessen anderes Ende mit dem Ende 22 des Pulverzufuhrrohrs 20 verbunden ist. Entsprechend wird das in den Trichterkörper 30 gela dene Pulver P durch das Rohr 32 hindurch dem Rohr 20 zugeführt. Das Rohr 32 besteht aus flexiblem Material und ist so gewählt bzw. geartet, daß es die Schwingung des Vibra tors 10 nicht unterdrückt; in der vorliegenden Ausführungsform wird ein Nylonrohr bzw. eine Nylonleitung verwendet.

Fig. 2 zeigt das Meßergebnis der Eingangsimpedanzfrequenzcharakteristik des Vibrators 10, mittels eines Impedanzanalysators gemessen. Das Meßergebnis zeigt, daß die Reso nanzfrequenz Fr des Vibrators 10 etwa 29,4 kHz beträgt. Der Antrieb mit dieser Reso nanzfrequenz Fr erzeugt eine große Schwingung. Bei der ersten Ausführungsform wird die Wechselspannung mit der Resonanzfrequenz Fr an den Vibrator 10 gelegt.

Die Vibration wird für den Fall beschrieben, daß der Vibrator 10 mit der Resonanzfre quenz schwingt.

Die Vibration des piezoelektrischen Elements 1 mit der Resonanzfrequenz verursacht die Schrumpfungs-Dehnungsverformung des piezoelektrischen Elements 1 und der Vibrator 10 führt eine Biegeschwingung aus, wie in Fig. 3 dargestellt. Diese Biegeschwingung ist eine resultierende Bewegung der Dehnungs-Schrumpfungs-Bewegung in der senkrechten Rich tung in der Figur (Längsvibration) und der Biegeschwingung in der waagrechten Richtung in der Figur (Biegeschwingung).

Ein Zyklus dieser Vibration wird in Fig. 4 im Detail beschrieben. Für ein leichteres Ver ständnis der Bewegung des Endes (in der Figur das untere Ende) ist das Ende mit einem schwarzen Punkt in der Mitte gemäß Fig. 4 markiert. Zunächst wird bei t = 0 (Fig. 4(a)) das Ende (schwarzer Punkt) derart gebogen, daß es sich nach rechts bewegt. Dann nach 1/4 Zyklus bei t = π/2 (Fig. 4(b)) schrumpft der Vibrator 10 und das Ende (schwarzer Punkt) bewegt sich nach oben. Anschließend bei t = π (Fig. 4(c)) wird das Ende (schwar zer Punkt) so gebogen, daß es sich nach links bewegt. Nach einem weiteren 1/4 Zyklus bei t = 3 π/2 (Fig. 4(d)) wird der Vibrator 10 gedehnt und das Ende (schwarzer Punkt) be wegt sich in der Fig. 4 nach unten. Entsprechend zeigt die Spur des schwarzen Punktes während eines Zyklus eine elliptische Bewegung, wie in Fig. 4 dargestellt. An diesem Ende ist ein Rohr befestigt, dem Pulver zugeführt wird. Das Pulver wird daher mit schwimmender bzw. schwebender Bewegung nach links beschleunigt und zur linken Seite bewegt.

Die Zufuhrmenge (vorbestimmte Zufuhrmenge) des Pulvers P wird eingestellt, in dem die Periode des Antriebs des Vibrators 10 mit der Resonanzfrequenz Fr verändert wird, das heißt, das Tastverhältnis. Dabei wird das Gewicht des Pulvers in dem Trichterkörper 30 mittels der Meßdose 11 ermittelt und das Ausgangssignal der Meßdose 11 wird an den Mikrocomputer 13 rückgeführt. Basierend auf dem rückgeführten Signal berechnet der Mikrocomputer 13 das Steuersignal, um das Tastverhältnis zu optimieren, und das Steuer signal wird an die Treiberschaltung 14 gegeben. Die Treiberschaltung 14 legt die Treiber spannung V_ACT an den Vibrator 10 während der dem Tastverhältnis entsprechenden Zeit dauer, wodurch die Zufuhrmenge und die aktuelle Zufuhrmenge des Pulvers P kontrolliert wird. Bei der Ausführungsform wird der Mikrocomputer 13 als Tastverhältnissteuerein richtung verwendet.

Bei der herkömmlichen Steuervorrichtung wird die Ausgangsspannung V_CELL, die das Rückkopplungssignal von der Meßdose 11 ist, an den Mikrocomputer 13 gegeben, unab hängig davon, ob die Ausgangsspannung während der aktiven Periode T_a oder der inakti ven Periode T_i erfaßt wird. Wenn die Ausgangsspannung V_CELL der Meßdose beispielswei se zu den Zeitpunkten A, B,C. . ., wie in Fig. 6(d) dargestellt, erfaßt wird, das heißt wäh rend der aktiven Periode T_a des Tastverhältnissteuersignals, wird das Tastverhältnis daher auf Basis der Ausgangsspannung V_CELL berechnet, der die Störung überlagert ist. Im Er gebnis kann die Zufuhrmenge an Pulver nicht auf die augenblickliche Zufuhrmenge und aktuelle Zufuhrmenge gesteuert bzw. geregelt werden.

Bei der ersten Ausführungsform wird die Ausgangsspannung V_CELL der Meßdose 11 syn chron mit der inaktiven Periode T_i im Tastverhältnissteuersignal erfaßt. Die Synchronisa tion des Erfassungszeitpunktes wird von dem Programm bestimmt, das im Mikrocomputer 13 ausgeführt wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird das Steuerverfahren der Pulverzufuhrvorrichtung erläu tert. Fig. 6(a) zeigt einen Zeittakt (Tastverhältnistakt) zum intermittierenden Antreiben des Vibrators 10. Dieses Taktsignal wird von dem Mikrocomputer 13 als Tastverhältnissteuer einrichtung erzeugt. In Fig. 6 (a) ist die aktive Periode T_a mit "Nieder" und die inaktive Periode T_i mit "Hoch" bezeichnet. Das Tastverhältnis ist durch den Anteil der aktiven Pe riode T_a in einem Zyklus dargestellt und wird durch T_a/(T_a+ T_i) berechnet.

Fig. 6(b) zeigt den sich ändernden Zustand der Treiberspannung V_ACT, die an das piezo elektrische Element 1 gelegt wird. Aus Fig. 6(b) ist ersichtlich, daß die Amplitude der Spannung V_ACT sich nicht ändert, daß die Wechselspannung mit der Resonanzfrequenz Fr während der aktiven Periode T_a angelegt wird und während der inaktiven Periode T nicht anliegt.

Wenn die in Fig. 6(b) dargestellte Spannung V_ACT an dem piezoelektrischen Element 1 liegt, oszilliert der Vibrator 10. Dabei bewirkt der Antrieb mit der Resonanzfrequenz Fr die Resonanz des Vibrators 10, so daß der Vibrator 10 mit großer Amplitude schwingt und sein Ende in elliptische Bewegung gebracht wird. Wenn dagegen an dem piezoelektrischen Element 1 keine Treiberspannung liegt, schwingt der Vibrator nicht.

Fig. 6(c) zeigt die Änderung der Ausgangsspannung V_CELL aus der Meßdose 11. Die Am plitude der Ausgangsspannung V_CELL wird allmählich kleiner, da die Menge des Pulvers P im Trichterkörper 30 mit der Zeit abnimmt. Während der aktiven Periode T_a ist die vorge nannte Schaltstörung überlagert.

Fig. 6(e) zeigt die Erfassungszeitpunkte, zu denen das Rückkoppelsignal erfaßt wird, das heißt der Ausgangsspannungswert V_CELL in den A/D-Wandler hinein. In Fig. 6(e) werden die Erfassungszeitpunkte G, H,. . . in die inaktive Periode T_i gelegt, synchron mit dem Tastverhältnistakt. Genauer erfolgt die Erfassung der Ausgangsspannung V_CELL, nachdem einige msec vom unmittelbaren Zeitpunkt des Beginns der inaktiven Periode T_i vergangen sind. Der Grund ist folgender. Wenn die Ausgangsspannung V_CELL unmittelbar nach dem Beginn der inaktiven Periode T_i erfaßt wird, ist die Spannung V_CELL möglicherweise von der Schaltstörung beeinflußt; deshalb ist es notwendig, den Einfluß der Schaltstörung zu vermeiden. Wenn die Ausgangsspannung V_CELL zu den Zeitpunkten G, H,. . . erfaßt wird, kann die Ausgangsspannung V_CELL, der keine Schaltstörung überlagert ist, sicher rückge koppelt bzw. rückgeführt werden.

Wenn das Tastverhältnis jedoch 100% beträgt, das heißt, wenn das piezoelektrische Ele ment kontinuierlich angetrieben wird, gibt es keine inaktive Periode T_i, während der die Vibration des Vibrators 10 stoppt. In diesem Fall kann die Ausgangsspannung V_CELL, der keine Schaltstörung überlagert ist, nicht zu dem Mikrocomputer 13 rückgeführt werden. Unter Berücksichtigung des Vorstehenden wird der maximale Wert des Tastverhältnisses in der ersten Ausführungsform auf 95% festgelegt, wie in Fig. 7 dargestellt. Entsprechend ist die inaktive Periode T_i sichergestellt und die Erfassungszeitpunkte J, K,. . . werden syn chron mit der inaktiven Periode T_i eingestellt. Deshalb kann mit Sicherheit eine Ausgangs spannung V_CELL rückgeführt werden, der keine Schaltstörung überlagert wird, ist.

Wie vorstehend ausgeführt, sind bei der Pulverzufuhrvorrichtung der ersten Ausführungs form die Erfassungszeitpunkte G, H,. . . oder J, K,. . . der Ausgangsspannung V_CELL der Meßdose 11 so eingestellt, daß sie synchron mit dem Zyklus der inaktiven Periode T_i lie gen. Daher wird eine Ausgangsspannung V_CELL, der keine Schaltstörung überlagert ist, sicher auf den Mikrocomputer 13 rückgeführt. Da der Mikrocomputer 13 das optimale Tastverhältnis basierend auf dem korrekten Rückführsignal berechnen kann, kann die Zu fuhrmenge des Pulvers P daher mit hoher Genauigkeit gesteuert bzw. geregelt werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 8 wird das Servosystem eines Gleichstrommotors entspre chend der zweiten Ausführungsform beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform wird der Gleichstrommotor 50 in dem Aktuator verwendet und der Sensor 53 ermittelt den Spannungswert des Gleichstrommotors 50. Der ermittelte Spannungswert wird von dem Verstärker 58 verstärkt und der verstärkte Spannungswert wird zu der Erfassungsschaltung 56 rückgekoppelt, wodurch die Drehzahl des Gleichstrommotors 53 gesteuert wird. Weiter wird eine PWM (Impulsweitenmodulation) Steuervorrichtung 51 verwendet und das PWM- Signal der Steuervorrichtung 51 wird vom Verstärker 52 verstärkt. Der Gleichstrommotor 50 wird von dem verstärktem Signal aus dem Verstärker 52 angetrieben.

Das Steuerverfahren in dem Servosystem der zweiten Ausführungsform wird unter Bezug nahme auf Fig. 9 beschrieben. Fig. 9(a) zeigt eine PWM-Wellen- bzw. Impulsform, die der Zeittakt zum intermittierenden Antrieb des Gleichstrommotors 50 ist. In Fig. 9(a) ist die aktive Periode T_a mit "Hoch" dargestellt und die inaktive Periode T_i mit "Nieder" dargestellt. Da die PWM-Welle der Änderung der Treiberspannung für den Gleichstrom motor 50 entspricht, wird der Gleichstrommotor 50 während der aktiven Periode T_a ange trieben und während der inaktiven Periode T_i nicht angetrieben.

Fig. 9(b) zeigt die Änderung der Ausgangsspannung des Sensors 53. Wenn der Gleich strommotor 53 AN/AUS geschaltet wird, wird aufgrund der Induktanz des Gleichstrommo tors 50 beim Ausschalten des Gleichstrommotors 50 eine hohe induzierte elektromotorische Kraft erzeugt. Dabei wird eine Störung erzeugt und diese Störung wird der Ausgangsspan nung des Sensors 53 überlagert. Es ist verständlich, daß die Störung, wie in der Wellen form von V_CELL in Fig. 9(b) dargestellt, der Ausgangsspannung überlagert wird, wenn der Gleichstrommotor 50 zu Beginn der inaktiven Periode T_i abgeschaltet wird.

Fig. 9(c) zeigt die Erfassungszeitpunkte, zu denen das Rückkoppelsignal, das heißt die Ausgangsspannung, erfaßt wird. Die Erfassungszeitpunkte M, N,. . ., liegen innerhalb der aktiven Periode T_a synchron mit dem Tastverhältnis. Die Erfassungszeitpunkte M, N . . . sind so gewählt, daß die Datenerfassung nach Ablauf der optimalen Verzögerungszeit vom Antriebsbeginn des Gleichstrommotors 50 von der elektronischen Schaltung 57 durchge führt wird, die die Detektorschaltung 54, die die Anschaltflanke der PWM-Wellenform ge mäß Fig. 8, die Verzögerungsschaltung 55 und das Erfassungsschaltung 56 enthält.

Auf diese Weise kann ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform die Ausgangsspannung V_CELL, der keine Störung überlagert ist, rückgekoppelt bzw. rückgeführt werden, wodurch die Drehzahl des Gleichstrommotors 50 mit hoher Genauigkeit gesteuert bzw. geregelt werden kann.

Wie vorstehend erwähnt, sind bei der zweiten Ausführungsform die Erfassungszeitpunkte M, N,. . . der von dem Sensor 53 ermittelten Ausgangsspannung mit dem Zyklus der akti ven Periode T_a synchronisiert. Daher kann die Ausgangsspannung V_CELL, der keine Störung überlagert ist, rückgekoppelt werden und die Drehzahl des Gleichstrommotors 50 kann mit hoher Genauigkeit gesteuert werden. Weiter wird bei der zweiten Ausführungsform nicht der Mikrocomputer verwendet, sondern die Erfassungszeitpunkte M, N. . . der Ausgangs spannung V_CELL erfolgen mittels der elektronischen Schaltung 57, die einfach aufgebaut ist. Daher kann die Steuervorrichtung der zweiten Ausführungsform mit geringen Kosten ver wirklicht werden.

Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen ge nauer dargestellt und beschrieben; dem Fachmann ist jedoch klar, daß zahlreiche Modifika tionen und Abänderungen durchgeführt werden können, ohne vom Erfindungsgedanken ab zuweichen.

Es wurde die Pulverzufuhrvorrichtung mit dem Ultraschallmotor unter Verwendung des piezoelektrischen Elements als Antriebsquelle und das Servosystem mit dem Gleichstrom motor verwendet; die Erfindung kann jedoch beispielsweise für Vorrichtungen verwendet werden, bei denen der Aktuator so gesteuert wird, daß er intermittierend angetrieben wird. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung zur Steuerung der Ausgangsleistung einer Ultraschallbearbeitungsmaschine verwendet werden, wie ein Ultraschallschweißgerät, wie es zum Schweißen oder Bearbeiten von Kunststoff verwendet wird.

Claims

1. Steuervorrichtung zum intermittierenden Antrieb eines Aktuators (10; 50) durch Anlegen einer Treiberspannung an den Aktuator (10, 50), welche Steuervorrichtung enthält:
eine Zeittaktimpulserzeugungseinrichtung (14; 51) zum Erzeugen eines Taktim pulses mit einem Tastverhältnis;
eine Spannungsanlegeeinrichtung (14; 51) zum Anlegen der Treiberspannung an den Aktuator (10, 50) entsprechend dem Tastverhältnis;
eine Sensoreinrichtung (11; 53) zum Ermitteln einer Änderungsmenge des Aktuators als ein Spannungswert;
welche Steuervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie weiter enthält:
eine Erfassungseinrichtung (13; 57) zum Erfassen des von der Sensoreinrichtung (11, 53) ermittelten Spannungswertes nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer seit der Antrieb des Aktuators endet oder beginnt; und
eine Steuereinrichtung (13; 57) zum Steuern des Tastverhältnisses auf Basis des von der Erfassungseinrichtung (13; 57) erfaßten Spannungswertes.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Taktimpuls innerhalb eines Zyklus des Taktimpulses eine aktive Periode und eine inaktive Periode hat und das Tast verhältnis durch den Anteil der aktiven Periode innerhalb eines Zyklus des Taktimpulses bestimmt ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der maximale Wert des Tastverhält nisses auf 95% eingestellt ist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Treiberspannung während der aktiven Periode an den Aktuator (10; 50) gelegt wird.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Treiberspannung eine Spannung mit einer Resonanzfrequenz des Aktuators (10; 50) ist.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Zeitdauer auf ei nige msec eingestellt ist.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Aktuator (10) einen Ultraschall motor enthält.

8. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Aktuator einen Gleichstrom motor (50) enthält.

9. Pulverzufuhrvorrichtung zum intermittierenden Antrieb eines Vibrators (10) mit einem piezoelektrischen Element (1) durch Anlegen einer Treiberspannung mit einer vor bestimmten Resonanzfrequenz an das piezoelektrische Element (1), welche Pulverzufuhr vorrichtung enthält:
eine Zeittaktimpulserzeugungseinrichtung (14) zum Erzeugen eines Taktim pulses mit einem Tastverhältnis;
eine Spannungsanlegeeinrichtung (14) zum Anlegen der Treiberspannung an das piezoelektrische Element (1) entsprechend dem Tastverhältnis;
ein an einem oberen Ende des Vibrators (10) befestigtes Pulverzufuhrrohr (20);
einen Pulverspeichertrichter (30) zum Zuführen des Pulvers zu dem Pulverzufuhrrohr (20);
eine Gewichtssensoreinrichtung (10) zum Ermitteln des Gewichtes des Pulvers in dem Pul verspeichertrichter (30) als ein Spannungswert;
welche Pulverzufuhrvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie weiter ent hält:
eine Erfassungseinrichtung (13) zum Erfassen des von der Gewichtssensorein richtung (11) ermittelten Spannungswertes nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer seit der Antrieb des piezoelektrischen Elements (1) endet; und
eine Steuereinrichtung (13) zum Steuern des Tastverhältnisses auf Basis des von der Erfassungseinrichtung (13) erfaßten Spannungswertes.

10. Pulverzufuhrvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Vibrator (10) einen Ultra schallmotor enthält.

11. Pulverzufuhrvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Pulverzufuhrrohr (20) als Nylonrohr ausgebildet ist.

12. Pulverzufuhrvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Resonanzfrequenz etwa 29,4 kHz beträgt.

13. Pulverzufuhrvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Gewichtssensoreinrich tung (11) eine Meßdose enthält.

14. Pulverzufuhrvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Taktimpuls während eines Zyklus des Taktimpulses eine aktive Periode und eine inaktive Periode hat und das Tast verhältnis durch den Anteil der aktiven Periode in einem Zyklus des Taktimpulses be stimmt ist.

15. Pulverzufuhrvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Maximalwert des Tast verhältnisses auf 95% eingestellt ist.

16. Pulverzufuhrvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Treiberspannung wäh rend der aktiven Periode an das piezoelektrische Element (1) gelegt ist.

17. Pulverzufuhrvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die vorbestimmte Zeitdauer auf einige msec eingestellt ist.

18. Servosystem zum intermittierenden Antrieb eines Motors (50) durch Anlegen einer Treiberspannung an den Motor (50), welches Servosystem enthält:
eine Impulsbreitenmoduliereinrichtung (50) zum Erzeugen eines Taktimpulses mit einem Tastverhältnis und zum Anlegen der Treiberspannung an den Motor entspre chend dem Tastverhältnis;
eine erste Sensoreinrichtung (53) zum Ermitteln einer Spannung in dem Motor als ein Spannungswert;
eine zweite Sensoreinrichtung (54) zum Erfassen einer Anstiegsflanke des Takt impulses;
eine Verzögerungseinrichtung (55) zum Verzögern eines Ausgangssignals der zweiten Sensoreinrichtung (54) um eine vorbestimmte Zeitdauer;
welches Servosystem dadurch gekennzeichnet ist, daß es weiter enthält:
eine Erfassungseinrichtung (56) zum Erfassen des von der ersten Sensoreinrich tung (53) auf Basis des von der Verzögerungseinrichtung (55) verzögerten Ausgangssignals ermittelten Spannungswertes; und
eine Steuereinrichtung (57) zum Steuern des Tastverhältnisses auf Basis der von der Erfassungseinrichtung (56) erfaßten Spannungswertes.

19. Servosystem nach Anspruch 18, wobei der Taktimpuls innerhalb eines Zyklus des Taktimpulses eine aktive Periode und eine inaktive Periode aufweist und das Tastver hältnis durch den Anteil der aktiven Periode in einem Zyklus des Taktimpulses bestimmt ist.

20. Servosystem nach Anspruch 19, wobei die Treiberspannung während der akti ven Periode an dem Motor (50) liegt.

21. Servosystem nach Anspruch 18, wobei die Treiberspannung eine Spannung mit einer Resonanzfrequenz des Aktuators ist.

22. Servosystem nach Anspruch 18, wobei die vorbestimmte Zeitdauer auf einige msec eingestellt ist.

23. Servosystem nach Anspruch 18, wobei der Motor (50) einen Gleichstrommotor enthält.