KR20190015148A - 모델 지원식 오차 보상을 사용한 공작물들의 기계가공 - Google Patents

모델 지원식 오차 보상을 사용한 공작물들의 기계가공 Download PDF

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Abstract

공작 기계(1)의 제어 장치(5)는 위치 제어기(10) 및 위치 제어 축(3)의 모델(11)을 구현한다. 위치 제어기(10)는 대응하는 순서열의 위치 설정점 값(x*), 대응하는 실제 위치 값(x) 및 보상 값(ex)을 제각기 수신하고, 각자의 위치 설정점 값(x*)과 각자의 보상 값(ex)을 가산하고 각자의 실제 위치 값(x)을 감산하는 것에 의해 결과 값을 결정하며, 이 값에 기초하여 위치 제어 축(3)에 대한 작동 신호(S)를 결정한다. 위치 제어기(10)는 작동 신호(S)를 위치 제어 축(3)에 출력한다. 위치 제어 축(3)이 위치 설정점 값(x*)에 따른 작동 신호(S)에 의해 조정되고, 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 위치(x, y, z) 및/또는 배향(α, β)이 그에 의해 변화된다. 연속적인 제어 오차들(e)의 순서열이 저장되는 저장 장치(13)로부터, 제어 오차들(e) 중 하나가 각각의 경우에 순서열에 따라 잇따라 순차적으로 판독되고 모델(11)에 공급된다. 모델(11)은 제각기 판독된 제어 오차(e)에 기초하여 위치 제어 축(3)의 기계적 동적 거동을 시뮬레이션하는 것에 의해 각자의 보상 값(ex)을 결정하고 이를 위치 제어기(10)에 공급한다.

Description

모델 지원식 오차 보상을 사용한 공작물들의 기계가공{MACHINING OF WORKPIECES WITH MODEL-SUPPORTED ERROR COMPENSATION}
본 발명은 공작 기계(machine tool)의 공구(tool)에 의한 공작물의 기계가공 방법에 기초하며,
- 여기서 공작 기계의 제어 장치는 위치 제어기를 구현하고,
- 여기서 위치 제어기는 순차적으로 잇따라(one after the other) 위치 설정점 값들의 순서열의 위치 설정점 값, 측정 장치에 의해 위치 제어 축(position-controlled axis)의 출력측에서 검출된 실제 위치 값 및 보상 값을 제각기 수신하며,
- 여기서 위치 제어기는 각자의 위치 설정점 값과 각자의 보상 값을 가산하고 각자의 실제 위치 값을 감산하는 것에 의해 결과 값(resulting value)을 결정하고, 결과 값을 사용하여 위치 제어 축에 대한 각자의 작동 신호(actuating signal)를 결정하며 각자의 작동 신호를 위치 제어 축에 출력하고,
- 여기서 위치 제어 축은 위치 설정점 값에 따른 작동 신호에 의해 조정되고, 그에 의해 공작물에 상대적인(relative to) 공구의 위치 및/또는 배향이 변화되며,
- 여기서 연속적인 제어 오차들의 순서열이 저장되는 저장 장치로부터 각자의 보상 값을 결정하기 위해, 제어 오차들 중 하나가 각각의 경우에 순서열에 따라 순차적으로 잇따라 판독(read out)된다.
더욱이, 본 발명은 공작 기계의 제어 장치에 대한 제어 프로그램에 기초하며, 여기서 제어 프로그램은 제어 장치에 의해 처리될 수 있는 머신 코드(machine code)를 포함하고, 여기서 제어 장치에 의한 머신 코드의 처리는 제어 장치가 이러한 기계가공 방법에 따라 공작 기계를 동작(operate)시키는 효과를 갖는다.
더욱이, 본 발명은, 동작 동안 제어 장치가 공작 기계를 이러한 기계가공 방법에 따라 동작시키도록, 이러한 제어 프로그램으로 프로그램된 공작 기계에 대한 제어 장치에 기초한다.
더욱이, 본 발명은 공작 기계의 공구에 의해 공작물을 기계가공하기 위한 공작 기계에 기초하며,
- 여기서 공작 기계는 복수의 위치 제어 축 - 위치 제어 축에 의해 공구가 공작물에 상대적인 경로를 따라 이동될 수 있음 - 을 가지며,
- 여기서 공작 기계는 이러한 제어 장치 - 제어 장치에 의해 공작 기계의 축들이 위치 제어됨 - 를 갖는다.
이러한 기계가공 방법은, 예를 들어, EP 2 988 181 A1로부터 공지되어 있다. 이 기계가공 방법에서, 제어 오차가 저장 장치로부터 판독될 때와 같이 제어 오차가 보상 값으로서 직접 그리고 즉각 사용된다.
공작 기계의 공구에 의한 공작물의 기계가공 방법은 DE 10 2005 048 390 A1로부터 공지되어 있으며,
- 여기서 공작 기계의 제어 장치는 위치 제어기와 위치 제어 축의 모델을 구현하고,
- 여기서 위치 제어기는 순차적으로 잇따라 위치 설정점 값 및 측정 장치에 의해 위치 제어 축의 출력측에서 검출된 실제 위치 값을 제각기 수신하며,
- 여기서 위치 제어기는 각자의 위치 설정점 값으로부터 각자의 실제 위치 값을 감산하는 것에 의해 결과 값을 결정하고, 결과 값을 사용하여 위치 제어 축에 대한 각자의 작동 신호를 결정하며 각자의 작동 신호를 위치 제어 축에 출력하고,
- 여기서 위치 제어 축은 위치 설정점 값에 따른 작동 신호에 의해 조정되고, 그에 의해 공작물에 상대적인 공구의 위치 및/또는 배향이 변화된다.
DE 10 2005 048 390 A1에서는, 위치 제어 축의 기계적-동적 거동(mechanical-dynamic behavior)이 모델에 의해 재현된다. 각자의 위치 설정점 값이 모델에 공급된다. 그로부터 모델은 수정된 위치 설정점 값을 결정하고 이를 위치 제어기에 공급한다.
공작 기계들에 의한 공작물들의 기계가공에서, 실제로 원하는 윤곽(contour)과 실제로 제조된 윤곽 사이의 편차들이 종종 발생한다. 비록 제어 오차들이 절대치로 보면 종종 비교적 작기는 하다(1mm보다 훨씬 낮음, 종종 심지어 단지 몇 μm). 그러나, 요구되는 제조 공차(manufacturing tolerance)에 따라, 편차들이 그럼에도 불구하고 우려스러울 수 있다.
발생하는 제어 오차들이 주기적으로 반복되는 경우, 제어 거동(control behavior)이 학습 거동(learning behavior)을 사용하여 상당히 개선될 수 있다. 이것을 위한 전형적인 절차는 앞서 언급된 EP 2 988 181 A1에 기술되어 있다. 유효 제어 오차들을 결정할 때, 초기에 취득된 제어 오차들이 필터에서 필터링되고, 예를 들어, 저역 통과 필터링된다는 점에서, 오차 보상을 위해 요구되는 전형적인 반전 문제(inversion problem)가 이 경우에 해결된다.
EP 2 988 181 A1의 절차는 이미 상당한 개선을 가져온다. 그렇지만, 위치 제어 축의 진동 거동이 고려될 수 없다. 특히, 위치 제어 축의 1차 공진 주파수(first resonance frequency)보다 낮은, 결함(fault)들의 주기에 의해 정의되는, 주파수를 갖는 결함들만이 보상될 수 있다. 오차 보정(error correction)의 가능한 대역폭이 따라서 제한된다.
요컨대, EP 2 988 181 A1에서는, 결함들을 검출하고 보상하려는 시도가 이루어진다. 대조적으로, DE 10 2005 048 390 A1에서는, 결함들이 처음부터 발생하지 않게 하려는 시도가 이루어진다. DE 10 2005 048 390 A1에서는, 위치 제어 축이 진동 시스템(vibratory system)으로서 모델링되며, 이것에 기초하여, 진동들이 회피되도록 위치 설정점 값이 결정된다. 그렇지만, DE 10 2005 048 390 A1에서도, 제어 오차들이 계속 발생한다.
본 발명의 목적은 공작물들의 최적화된 기계가공이 신뢰성있게 그리고 용이하게 달성될 수 있는 기회들을 창출하는 데 있다.
이 목적은 청구항 1의 특징들을 갖는 기계가공 방법에 의해 달성된다. 기계가공 방법의 유리한 실시예들은 종속 청구항 2 내지 종속 청구항 11의 발명 요지이다.
본 발명에 따르면, 앞서 언급된 유형의 기계가공 방법은
- 제어 장치가 또한 위치 제어 축의 모델을 구현하고,
- 제각기 판독된 제어 오차가 위치 제어 축의 모델에 공급되며, 위치 제어 축의 모델이, 제각기 판독된 제어 오차에 기초하여 위치 제어 축의 기계적-동적 거동을 시뮬레이션하는 것에 의해, 각자의 보상 값을 결정하고 결정된 보상 값을 위치 제어기에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련하여, 제어 오차들이 따라서 모델에 공급되고 그에 대응하여 수정된 값들, 즉 보상 값들이 그에 의해 결정된다. 본 발명은 따라서 소위 모델 기반 피드포워드 제어(model-based feedforward control)에 기초한다. 위치 설정점 값들에 적용될 때 그 자체가 알려져 있는, 이 절차는 피드포워드 제어 동안 위치 제어 축의 동적 거동을 고려하는 것을 가능하게 한다.
검출된 실제 위치 값이 주기를 갖는 간섭에 적용되는 것이 가능하다. 이 경우에, 본 발명의 방법에 따른 기계가공 방법은
- 각자의 위치 설정점 값 및 각자의 실제 위치 값이 위치 제어기의 전방 노드점(front node point)에 공급되고, 전방 노드점이 위치 설정점 값으로부터 실제 위치 값을 감산하는 것에 의해 각자의 제어 차이(control difference)를 결정하며,
- 각자의 제어 차이 및 각자의 보상 값이 위치 제어기의 후방 노드(rear node)에 공급되고, 후방 노드가 제어 차이와 보상 값을 가산하는 것에 의해 각자의 결과 값을 결정하며,
- 제어 차이가 전방 노드와 후방 노드 사이에서 태핑(tap)되고, 내부 노드점, 주파수 필터 그리고 전방 및 후방 데이터 버퍼를 갖는 보상 회로에 공급되며,
- 제1 가중 인자로 가중된 제어 차이 및 제2 가중 인자로 가중된 피드백 신호가 내부 노드점에 공급되고,
- 내부 노드점이 가중된 제어 차이와 가중된 피드백 신호를 가산하는 것에 의해 형성된 내부 합 신호(inner sum signal)를 주파수 필터에 공급하며,
- 주파수 필터가 주파수 필터링을 수행하고 필터링된 신호를 전방 데이터 버퍼에 공급하며,
- 전방 데이터 버퍼가 제1 상호연결 시간 지연을 수행하고 그에 대응하여 지연된 신호를 후방 데이터 버퍼에 공급하며,
- 후방 데이터 버퍼가 제2 상호연결 시간 지연을 수행하고 그에 대응하여 지연된 신호를 피드백 신호로서 출력하며,
- 주파수 필터, 전방 데이터 버퍼 및 후방 데이터 버퍼가 함께 저장 장치를 형성하고,
- 전방 데이터 버퍼와 후방 데이터 버퍼 사이에서, 각자의 제어 오차가 판독되고 모델에 공급되며,
- 주파수 필터와 2개의 데이터 버퍼가, 주파수 필터와 데이터 버퍼들 둘 다의 지연 시간들의 합이 간섭의 주기의 정수배이고 주파수 필터와 전방 데이터 버퍼의 지연 시간들의 합이 간섭의 주기의 정수배로부터 전방 노드점에 공급된 신호가 실제 위치 값의 변화를 야기할 때까지 경과한 시간을 뺀 것이도록, 설계되는 것을 특징으로 할 수 있다.
주기적 간섭의 경우에, 제어 오차가 이 절차에 의해 특히 간단하고 신뢰성있는 방식으로 기록되고 결정될 수 있다.
주파수 필터가 선형 비-재귀적 디지털 필터링(linear non-recursive digital filtering), 특히 저역 통과 필터링을 수행하는 것이 가능하다. 대안적으로, 주파수 필터가 복수의 직교 상관 필터링 - 직교 상관 필터링에 의해 각각의 경우에 단일 주파수 성분이 필터링 제거(filter out)됨 - 을 수행하는 것이 가능하다.
간섭의 주기가 변하는 경우, 전방 버퍼 저장소(front buffer store)의 지연 시간이 주기에 따라 동적으로 추적되는 것이 가능하다. 이러한 경우는, 특히 회전축에서, 회전축의 회전 속도가 변화될 때 발생할 수 있다.
일부 경우들에서, 비록 제어 오차가 주기적이지는 않지만, 제어 오차가 공구에 의한 공작물들의 기계가공 동안 재현될 수 있다. 제어 오차는 이와 같이 각각의 제조된 공작물에서 동일하거나 적어도 유사한 방식으로 발생한다. 또한 이러한 경우에 오차 보상을 수행할 수 있기 위해, 본 발명의 일 실시예에서,
- 제어 장치가 설정점 값 벡터들의 순서열을 제공받고,
- 위치 제어 축 및 공작 기계의 복수의 추가의 위치 제어 축에 대한 설정점 값 벡터들 각각이 위치 설정점 값을 포함하며,
- 공작물에 상대적인 공구의 위치 및/또는 배향이 또한 추가의 위치 제어 축들에 의해 변화되며,
- 제어 오차들이 설정점 값 벡터들의 순서열의 적어도 제1 섹션에 대해 대응하는 섹션의 설정점 값 벡터들에 연관되어 저장 장치에 저장되고,
- 제어 장치가 설정점 값 벡터에 기초하여 저장 장치로부터 판독될 제어 오차를 결정하는 것 - 설정점 값 벡터의 위치 설정점 값이 위치 제어기에 공급됨 - 이 제공된다.
설정점 값 벡터들은 대안적으로 공작물 좌표계(workpiece coordinate system)에 또는 기계 좌표계(machine coordinate system)에 관련될 수 있다. 게다가, 예를 들어, 경로 파라미터가 또한 각자의 설정점 값 벡터의 대표값(representative) 또는 각자의 설정점 값 벡터에 대한 "포인터(pointer)", 즉 공구에 의한 공작물의 기계가공 동안 주행(travel)된 절대 또는 정규화된 거리로서 사용될 수 있다.
가장 간단한 경우에, 설정점 값 벡터들 각각은 공작물에 상대적인 공구의 위치만을 결정한다. 그렇지만, 많은 경우들에서, 설정점 값 벡터들은 공작물에 상대적인 공구의 위치 및 배향을 결정한다.
일부 경우들에서, 공구에 의한 공작물의 기계가공의 복수의 지점에서 동일하거나 유사한 제어 오차가 계속 발생한다. 이 경우에, 저장 장치 내의 설정점 값 벡터들의 순서열의 제1 섹션에 대한 제어 오차가 또한 설정점 값 벡터들의 순서열의 적어도 제2 섹션에 대해 제2 섹션의 설정점 값 벡터들에 할당되어 저장되는 것이 가능할 수 있다. 이 경우에, 설정점 값 벡터들의 순서열의 제1 섹션에 대해서는 물론 설정점 값 벡터들의 순서열의 제2 섹션에 대해서도(그리고 경우에 따라서는, 설정점 값 벡터들의 순서열의 추가의 섹션들에 대해서도) 하나의 동일한(one and the same) 제어 오차가 사용될 수 있다.
비-주기적 제어 오차의 경우에, 제어 장치가 각자의 실제 위치 값과 각자의 위치 설정점 값을 비교하는 것에 의해 제어 차이를 결정하고, 제어 차이에 기초하여 저장 장치에 저장된 대응하는 제어 오차를 수정하는 것이 또한 가능하다.
대체로, 위치 제어기는 각자의 제어 신호를 위치 제어기에 종속된(subordinate) 제어기에 공급한다. 종속 제어기(subordinate controller)는, 예를 들어, 회전 속도 또는 속도 제어기 또는 토크, 가속도 또는 전류 제어기일 수 있다. 양쪽 유형의 제어기 - 즉, 토크, 가속도 또는 전류 제어기에 부가하여 회전 속도 또는 속도 제어기 - 가 또한 가능하다. 후자의 경우에, 토크, 가속도 또는 전류 제어기는, 그에 관한 한, 회전 속도 또는 속도 제어기에 종속되어 있다. 하나의 종속 제어기의 경우에, 종속 제어기에 공급되는 보상 값에 부가하여 제어 오차에 기초하여 모델에 의해 파일럿 신호가 결정되는 경우 더 높은 다이내믹스(higher dynamics) 및 더 나은 오차 보정을 가져온다. 2개의 종속 제어기의 경우에, 이 경우에는 당연히 2개의 파일럿 신호가 또한 결정되고 2개의 종속 제어기에 공급될 수 있다.
모델은 요구되는 바에 따라 동작할 수 있다. 특히, 모델이 위치 제어 축의 상태(status)를 결정하고 상태가 모델에 피드백되는 것이 가능하다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, 모델이 선형 미분 방정식들에 의해 위치 제어 축을 모델링하는 것이 가능하다. 모델은 특히 선형 모델로서 설계될 수 있다.
게다가, 이 목적은 청구항 12의 특징들을 갖는 공작 기계의 제어 장치에 대한 제어 프로그램에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 제어 장치에 의한 머신 코드의 처리는 제어 장치로 하여금 본 발명에 따른 기계가공 방법에 따라 공작 기계를 동작시키게 한다.
게다가, 이 목적은 청구항 13의 특징들을 갖는 공작 기계에 대한 제어 장치에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 동작 동안 제어 장치가 본 발명에 따른 기계가공 방법에 따라 공작 기계를 동작시키도록 제어 장치가 본 발명에 따른 제어 프로그램으로 프로그램된다.
게다가, 이 목적은 청구항 14의 특징들을 갖는 공구에 의해 공작물을 기계가공하기 위한 공작 기계에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 앞서 언급된 유형의 공작 기계의 경우에, 제어 장치가 본 발명에 따라 설계된다.
앞서 기술된 본 발명의 특성들, 특징들 및 장점들은 물론 이들이 달성되는 방식은 도면들과 관련하여 보다 상세히 설명되는 예시적인 실시예들의 이하의 설명과 관련하여 보다 분명하며 보다 분명하게 이해될 것이다. 개략적으로 표현된, 도면들에서:
도 1은 공작 기계를 제어 장치 및 공작물과 함께 도시하고,
도 2는 제어 장치의 가능한 구현을 도시하며,
도 3은 제어 장치의 대안의 가능한 구현을 도시하고,
도 4는 간섭의 시간 다이어그램을 도시하며,
도 5는 공구에 의한 공작물의 가능한 기계가공을, 예로서, 도시하고,
도 6은 공구에 의한 공작물의 추가의 가능한 기계가공을, 예로서, 도시하며,
도 7은 도 3의 수정예(modification)를 도시하고,
도 8은 주파수 필터의 가능한 실시예를 도시하며,
도 9는 도 2의 수정예를 도시하고,
도 10은 모델의 가능한 실시예를 도시한다.
도 1에 따르면, 공작물(2)을 기계가공하기 위해 공작 기계(1)가 사용된다. 공작 기계(1)는 복수의 위치 제어 축(3)을 갖는다. 적어도 3개의 위치 제어 축(3)이 존재한다. 이 경우에, 공구(4) - 공구(4)에 의해 공작물(2)이 기계가공됨 - 는 대체로 공작물(2)에 상대적인 병진 방식(translational manner)으로만 이동될 수 있다. 이동성(mobility)은 도 1에서 종래의 직교 좌표계(Cartesian coordinate system)의 병진 방향(translational direction)들(x, y, z)을 명시하는 것에 의해 나타내어져 있다. 그렇지만, 많은 경우들에서, 3개 초과의 위치 제어 축(3), 예를 들어, 5개의 위치 제어 축(3)이 존재한다. 이 경우에, 공구(4)는 일반적으로 공작물(2)에 상대적인 병진 방식(translatory manner)으로 이동될 수 있고, 부가적으로 회전 방식(rotatory manner)으로 회전될 수 있다. 이것은 도 1에서 직교 좌표계의 병진 방향(translatory direction)들(x, y, z)의 대안의 명시와 2개의 각도(α, β)의 명시에 의해 나타내어져 있다. 공구(4)는, 예를 들어, 드릴 또는 밀링 커터(milling cutter)일 수 있다. 그렇지만, 공구(4)는 또한 상이하게, 특히 또한 공작물(2)의 비접촉 기계가공(contactless machining)을 하도록, 예를 들어, 레이저로서 설계될 수 있다.
공작 기계(1)는 제어 장치(5)를 갖는다. 대체로, 제어 장치(5)는 수치 제어(numerical control)로서 설계된다. 더욱이, 대체로, 제어 장치(5)는 소프트웨어 프로그램가능(software-programmable)하다. 그의 주 동작 모드(principal mode of operation)는 따라서 제어 프로그램(6) - 제어 장치(5)가 제어 프로그램(6)으로 프로그램됨 - 에 의해 결정된다. 제어 프로그램(6)은 제어 장치(5)에 의해 처리될 수 있는 머신 코드(7)를 포함한다. 제어 장치(5)에 의한 머신 코드(7)의 처리는, 이하에서 보다 상세히 설명될 것인 바와 같이, 제어 장치(5)로 하여금 기계가공 방법에 따라 공작 기계(1)를 동작시키게 한다.
특정 기계가공을 수행하기 위해, 부품 프로그램(parts program)(8)이 제어 장치(5)에 추가로 공급되고 그리고/또는, 일반적으로 말하면, 제어 장치(5)에 대한 부품 프로그램(8)이 명시된다. 부품 프로그램(8)은 제어 장치(5)에 의해 순차적으로 잇따라 처리되는 설정점 값 벡터들(V)의 순서열을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제어 장치(5)가 부품 프로그램(8)을 사용하여 설정점 값 벡터들(V)의 순서열을 독립적으로 생성하는 것이 가능하다. 하이브리드 형태들이 또한 가능하다. 제어 프로그램(6)은 따라서 부품 프로그램(8)이 처리되는 방식을 결정하는 제어 장치(5)의 시스템 제어이다.
각각의 설정점 값 벡터(V)는 각각의 위치 제어 축(3)에 대한 각자의 위치 설정점 값(x*, y*, z* 등)을 포함한다. 도 1에서, 이것이 제1 설정 값 벡터(V)에 대해서만 도시되어 있지만 모든 설정점 값 벡터들(V)에 적용된다. 각각의 설정점 값 벡터(V)는, 그의 목표 값들(x*, y*, z* 등)에 기초하여, 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 적어도 하나의 각자의 위치, 적절한 경우 또한 공작물(2)에 상대적인 그의 배향을 결정한다. 설정점 값 벡터들(V)의 순서열은 그에 의해 경로(9) - 공구(4)가 경로(9)를 따라서 공작물(2)에 상대적으로 이동되어야 함 - 를 정의한다. 경로(9)는 임의로 또한 설정점 값 벡터들(V)에 의해 결정되는 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 배향을 포함한다. 대응하는 방법이 제어 장치(5)에 의해 수행되며, 제어 장치(5)는 그에 따라 위치 제어 축들(3)을 제어한다.
단일 위치 제어 축(3)에 대한 제어 장치(5)의 동작 모드가 도 2 및 도 3과 관련하여 이하에서 설명될 것이다. 그렇지만, 대응하는 실시예들이 각각의 위치 제어 축(3)에 대해 유효할 수 있다. 게다가, 도 2 및 도 3에서의 표현은 시간 연속적(time-continuous)이다. 실용적인 실현은 보통 시간 이산적(time-discrete)이다. 특히, 이는 보통 동일한 사이클에서 행해지며, 동일한 사이클에 의해 위치 제어 축들(3)이 또한 제어된다. 게다가, 본 발명의 기본 원리(underlying principle)가 이하에서 도 2 및 도 3과 관련하여 먼저 설명된다. 이어서, 도 2 및 도 3을 개별적으로 참조하여, 각자의 도면에 예시된 본 발명의 추가 실시예가 설명된다.
위치 제어 축(3)을 제어하기 위해, 도 2 및 도 3에 따른 제어 장치(5)는 위치 제어기(10) 및 위치 제어 축(3)의 모델(11)을 구현한다. 모델(11)은 위치 제어 축(3)의 기계적-동적 거동을 시뮬레이션한다. 모델링은 특히 2-질량 진동체(two-mass oscillator)의 방식으로 수행될 수 있다. 모델(11)은 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
위치 제어기(10)는 위치 설정점 값들(x*)의 순서열의 각각의 위치 설정점 값(x*), 실제 위치 값(x) 및 보상 값(ex)을 잇따라 순차적으로 수신한다. 실제 위치 값(x)은 측정 장치(12)에 의해 위치 제어 축(3)의 출력측에서 검출된다. "순차적으로 잇따라"라는 용어는 위치 제어기(10)가 위치 설정점 값(x*), 실제 위치 값(x) 및 보상 값(ex)을 잇따라 순차적으로 수신한다는 의미로 이해되어서는 안된다. 3개의 값(x*, x 및 ex)이 위치 제어기(10)에 동시에 공급된다. "순차적으로 잇따라"라는 용어는 오히려 위치 설정점 값들(x*)의 순서열에 관련되어 있다. 각각의 시간 사이클에서, 새로운 위치 설정점 값(x*), 새로운 실제 위치 값(x) 및 새로운 보상 값(ex)이 따라서 제각기 위치 제어기(10)에 공급된다.
위치 제어기(10)는 각자의 위치 설정점 값(x*)과 각자의 보상 값(ex)을 가산하고 각자의 실제 위치 값(x)을 감산하는 것에 의해 결과 값을 형성한다. 결과 값의 도움을 받아, 위치 제어기(10)는 - 예를 들어, PI 특성에 따라 - 각각의 경우에 위치 제어 축(3)에 대한 작동 신호(S)를 결정한다. 위치 제어기(10)는 각자의 작동 신호(S)를 위치 제어 축(3)에 출력한다. 위치 제어 축(3)이 이와 같이 작동 신호(S)에 의해 원하는 위치 값(x*)에 따라 설정된다. 이와 같이, 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 위치(x, y 및/또는 z 값) 및/또는 배향[각도들(α 및 β) 중 적어도 하나]이 변한다.
각자의 보상 값(ex)을 결정하기 위해, 제어 오차(e)가 저장 장치(13)로부터 판독된다. 제어 오차(e)는 저장 장치(13) 내에 저장(store) 및/또는 저장(save)되는 연속적인 제어 오차들(e)의 순서열의 일부이다. 판독된 제어 오차(e)는 위치 제어 축(3)의 모델(11)에 공급된다. 모델(11)은 위치 제어 축(3)의 기계적-동적 거동의 시뮬레이션을 사용하여 제어 오차(e)에 기초하여 연관된 보상 값(ex)을 결정한다. 모델(11)은 이와 같이 결정된 보상 값(ex)을 위치 제어기(10)에 공급한다.
이미 언급된 바와 같이, 위치 제어기(10)의 동작 모드는 주기적으로(cyclically) 클록킹(clock)된다. 동작 사이클은, 예를 들어, 1 ms 이하, 예를 들어, 125 μs일 수 있다. 그에 따라, 동작 사이클을 사용하여, 위치 제어기(10)는 각각의 경우에 새로운 위치 설정점 값(x*)을 공급받는다. 새로운 실제 위치 값(x)이 또한 검출되고 위치 제어기(10)에 공급된다. 게다가, 새로운 제어 오차(e)가 또한 저장 장치(13)로부터 판독된다. 새로운 보상 값(ex)이 모델(11)에 기초하여 새로운 제어 오차(e)로부터 결정되고, 새로 결정된 보상 값(ex)이 위치 제어기(10)에 공급된다. 저장 장치(13)로부터의 제어 오차(e)의 판독은, 제어 오차들(e)이 저장 장치(13)에 저장되는 것처럼, 제어 오차들(e)의 순서열에 따라 행해진다.
모델(11)이 또한 위치 설정점 값들(x*) 자체를 수정하기 위해 동등한 형태로 사용될 수 있다. 이 경우에, 위치 제어기(10)에 공급된 각자의 위치 설정점 값이 대응하는 모델에 기초하여 사전에 이미 수정되어 있다.
이전의 설명은 도 2에 따른 실시예에 대해서도 그리고 도 3에 따른 실시예에 대해서도 유효하다. 이제, 본 원리의 가능한 응용이 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 2의 실시예는 검출된 실제 값(x)이 도 4에서의 표현에 따른 주기적 간섭(z)의 영향을 받는 경우 특히 유용하다. 간섭(z)은 따라서 시간(t)의 주기 함수이며 결과적으로 주기(T)를 갖는다.
도 2의 실시예와 관련하여, 각자의 위치 설정점 값(x*) 및 각자의 실제 위치 값(x)이 위치 제어기(10)의 전방 노드점(14)에 공급된다. 전방 노드점(14)은 위치 설정점 값(x*)으로부터 실제 위치 값(x)을 감산하는 것에 의해 각자의 제어 차이(e')를 결정한다. 각자의 제어 차이(e') 및 각자의 보상 값(ex)이 위치 제어기(10)의 후방 노드점(15)에 공급된다. 후방 노드점(15)은 제어 차이(e')와 보상 값(ex)을 가산하는 것에 의해 각자의 결과 값을 결정한다.
제어 차이(e')는 전방 노드점(14)과 후방 노드점(15) 사이에서 태핑되고 보상 회로(16)에 공급된다. 보상 회로(16)는 내부 노드점(17), 주파수 필터(18), 전방 데이터 버퍼(19) 및 후방 데이터 버퍼(20)를 갖는다. 2개의 곱셈기(21, 22)가 내부 노드점(17)에 선행한다. 제어 차이(e')가 곱셈기(21)에 공급되고, 피드백 신호가 곱셈기(22)에 공급된다. 곱셈기들(21, 22)은 그들에 공급된 신호들(e', R)을 각자의 가중 인자(W1, W2)와 곱하고 곱(product)들을 내부 노드점(17)에 공급한다. 내부 노드점(17)은 가중 인자(W1)로 가중된 제어 차이(e')와 가중 인자(W2)로 가중된 피드백 신호(R)를 가산하고 이와 같이 내부 합 신호를 형성한다. 내부 노드점(17)은 내부 합 신호를 주파수 필터(18)에 공급한다.
주파수 필터(18)는 주파수 필터링을 수행한다. 주파수 필터(18)는, 예를 들어, 이 목적을 위한 선형 비-재귀적 디지털 필터로서, 특히 저역 통과 필터로서 설계될 수 있다. 주파수 필터(18)의 필터 차수(filter order)는 대응하는 파라미터들을 설정하는 것에 의해 설정될 수 있다. 주파수 필터(18)는 그에 대응하여 필터링된 신호를 전방 데이터 버퍼(19)에 공급한다.
전방 데이터 버퍼(19)는 제1 지연 시간(T1)만큼 그에 공급된 신호의 상호연결 시간 지연(interconnection time delay)을 수행한다. 전방 데이터 버퍼(19)는 그에 대응하여 지연된 신호를 후방 데이터 버퍼(20)에 공급한다. 유사한 방식으로, 후방 데이터 버퍼(20)는 제2 지연 시간(T2)만큼 상호연결 시간 지연을 수행한다. 후방 데이터 버퍼(20)는 그에 대응하여 지연된 신호를 피드백 신호(R)로서 출력한다. 각자의 제어 오차(e)가 전방 데이터 버퍼(19)와 후방 데이터 버퍼(20) 사이에서 판독되고 모델(11)에 공급된다. 주파수 필터(18), 전방 데이터 버퍼(19) 및 후방 데이터 버퍼(20)는 함께 저장 장치(13)를 형성한다.
앞서 언급된 바와 같이, 주파수 필터(18)는 필터 차수를 갖는다. 필터 차수는 지연 시간(TF)에 대응한다. 본 발명에 따르면, 주파수 필터(18) 및 2개의 데이터 버퍼(19, 20)는 관계(수학식 1)이 적용되도록 설계된다.
Figure pat00001
n은 정수이다. 대체로, 숫자 n은 가능한 한 작다. 종종 숫자 n은 값 1 또는 값 2를 나타낸다.
위치 제어 축(3)은, 정상 제어(normal control)[즉, 보상 회로(16)를 갖지 않음]와 관련하여, 기간(TL)을 갖는다. 기간(TL)은 전방 노드점(14)에 공급된 신호가 실제 값(x)의 변화를 야기할 때까지 경과되는 시간이다. 후방 데이터 버퍼(20)는 본 발명에 따라 관계(수학식 2)가 적용되도록 설계된다.
Figure pat00002
m은 정수이다. 대체로, 숫자 m은 가능한 한 작다. 종종 숫자 m은 값 0을 갖는다. 일부 경우들에서, 숫자 m은 값 1을 가질 수 있다. 숫자 m은 바람직하게는 더 큰 숫자들을 가져서는 안된다. 이와 같이, 주파수 필터(18)와 전방 데이터 버퍼(19)의 지연 시간들(TF, T1)의 합은 간섭(z)의 주기(T)의 정수 배로부터 기간(TL)을 뺀 것이다.
제1 가중 인자(W1) 및 제2 가중 인자(W2)는 바람직하게는 제어 장치(5)의 사용자에 의해 조정될 수 있다. 동일한 것이 바람직하게는 주파수 필터(18)의 파라미터에도 적용된다. 보상 회로(16)가 그에 의해 위치 제어 축(3)의 안정적 조절(stable regulation)이 보장되도록 조정될 수 있다. 가중 인자들(W1, W2)은 바람직하게는 주파수와 독립적이다.
실시예의 추가 상세들에 관해서는, 앞서 언급된 EP 2 988 181 A1을 참조할 수 있다.
이제, 도 1의 원리의 가능한 대안의 응용이 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 3과 관련하여, 제어 오차들(e)이 설정점 값 벡터들(V)에 할당되어 저장 장치(13)에 저장된다. 각자의 제어 오차(e)는 따라서 각자의 설정점 값 벡터(V)에 특정적이다. 제어 오차(e)는 따라서 대응하는 위치 제어 축(3)의 위치 설정점 값(x*)에 의존적일 뿐만 아니라, 부가적으로 다른 위치 제어 축들(3)의 다른 위치 설정점 값들(y*, z* 등)에도 의존적일 수 있다. 이 시점에서 설정점 값 벡터들(V) 각각이 적어도 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 위치를 결정하지만 대안적으로 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 배향을 추가로 결정할 수 있다는 것을 기억해야 한다.
설정점 값 벡터들(V)에의 할당은 공작물 좌표계에서 수행될 수 있다. 대안적으로, 할당이 기계 좌표계에서의 좌표들에의 할당에 의해 수행될 수 있다. 후자는 위치 제어 축들(3)의 상이한 구동(drive)들에 의해 공구(4)의 하나의 동일한 움직임 제어가 달성될 수 있을 때 특히 유리하다. 다른 한편으로, 할당이 대안적으로 소위 경로 파라미터, 즉 커버된 거리(distance covered)에의 할당에 의해 행해질 수 있다.
위치 제어 축들(3)의 동작 모드 - 이것은 도 3에 따른 실시예에뿐만 아니라 도 2에 따른 실시예에도 적용됨 - 는 원칙적으로 각각의 위치 제어 축(3)에 대해 동일하다. 특히, 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 위치(즉, x, y 및/또는 z 값) 및/또는 배향[즉, 각도들(α 및 β) 중 적어도 하나]이 각각의 위치 제어 축(3)에 의해 그리고 따라서 도 2 및 도 3에 보다 상세히 도시되지 않은 위치 제어 축들(3)에 의해서도 변화된다.
도 3의 실시예와 관련하여, 제어 오차들(e)이 설정점 값 벡터들(V)의 순서열의 적어도 제1 섹션에 대해 대응하는 설정점 값 벡터들(V)에 할당되어 저장 장치(13)에 저장된다. 도 3의 실시예와 관련하여, 설정점 값 벡터들(V)의 순서열은 또한 제어 오차들(e)이 저장 장치(13)로부터 판독되고 모델(11)에 공급되는 순서를 정의한다. 특히, 판독될 각자의 제어 오차(e)는 설정점 값 벡터(V)에 기초하여 결정되며, 설정점 값 벡터(V)의 위치 설정점 값(x*)이 위치 제어기(10)에 현재 공급되고 있다.
설정점 값 벡터들(V)의 순서열에 의해 정의된 경로(9) 전체에 대해 앞서 언급된 절차를 그대로 이용하는 것이 가능하다. 이 경우에, 각각의 설정점 값 벡터(V)에 대한 각자의 제어 오차(e)가 저장 장치(13)에 저장된다. 그렇지만, 많은 경우들에서, 공구(4)를 통한 공작물(2)의 충분히 정확한 기계가공이 경로(9)의 부분 영역들에서 제어 오차(e)를 고려함이 없이 행해진다. 예를 들어, 도 5의 표현에 따르면, 주행될 경로(9)의 직선 섹션들을 따라서는, 이들이 충분한 정확도로 제거되는 반면, 곡선 영역들에서는 보다 큰 제어 오차들(e)이 발생하는 것이 가능하다. 제어 오차들(e)이 보다 잘 보일 수 있도록 도 5에서 분명하게 과장되어 있다. 대체로, 제어 오차들(e)이 몇 마이크로미터이다. 그렇지만, 제어 오차들(e)이 모든 곡선 구역들에 대해 균일하지 않고 곡선 구역마다 상이하다. 이러한 경우에 - 따라서, 주행될 경로(9)의 일부 섹션들에서만 상당한 제어 오차들이 발생하는 경우 -, 이 섹션들에 대한, 예를 들어, 도 5에서 2개의 파선으로 구분(delimit)되어 있는 섹션에 대한 제어 오차들(e)만을 저장 장치(13)에 저장하는 것이 가능하다. 섹션들의 개수 그리고 또한 그의 구현은 요구되는 바에 따라 결정될 수 있다. 이 경우에, 경로(9)의 각자의 섹션이 제거되는 동안, 제어 오차들(e)이 또한 이 섹션들에서만 사용된다. 이 경우에 경로(9)의 나머지 부분에서는 제어 오차들(e)이 사용되지 않는다.
복수의 섹션의 경우에, 가장 간단한 경우에 각자의 섹션의 원하는 값 벡터들(V)에 대한 각자의 자체 제어 오차(e)가 메모리 장치(13)에 저장된다. 일부 경우들에서, 경로(9)의 섹션에 대한 제어 오차들(e)이 경로(9)의 적어도 하나의 추가 섹션에 대해 동시에 저장되는 것이 가능할 수 있다. 이 경우에, 제어 오차들(e)이 따라서 양쪽 섹션(또는 경우에 따라서는, 훨씬 더 많은 섹션들)의 설정점 값 벡터들(V)에 할당되어 저장 장치(13)에 저장된다. 이 경우에, 제어 장치(5)는, 경로(9)의 하나의 섹션이 주행될 때, 하나의 동일한 제어 오차(e)를 저장 장치(13)로부터 검색할 뿐만 아니라 이를 모델(11)에 공급한다. 오히려, 제어 장치(5)는 또한, 경로(9)의 다른 섹션[또는 제어 오차들(e)이 마찬가지로 할당되는 경로(9)의 다른 섹션]이 주행될 때, 이 제어 오차들(e)을 저장 장치(13)로부터 검색하고 이들을 모델(11)에 공급한다.
예를 들어, 도 6에서의 다이어그램에 따르면, 하나의 동일한 구조(23)가 공작물(2)의 상이한 지점들에, 예를 들어, 도 6에서의 다이어그램에 따르면, 둥근 코너들을 갖는 본질적으로 직사각형인 포켓(pocket)에 도입되는 것이 가능할 수 있다. 유사한 구조들(23)의 경우에, 구조들(23) 중 하나를 도입하기 위한 설정점 값 벡터들(V)은 일반적으로 - 적어도 공작물 좌표계에서 - 구조들(23) 중 다른 것을 도입하기 위한 설정점 값 벡터들(V)과 일정한 병진 오프셋(translatory offset)만큼만 상이하다. 공작 기계(1)의 종류에 따라, 이 경우에 이 구조들(23) 각각에 대해 동일한 제어 오차(e)를 이용하는 것이 가능할 수 있다.
도 2에 따른 실시예의 경우에, 제어 오차들(e)의 최초의 결정 및 저장 장치(13)에의 저장이 행해지고, 이어서 저장 장치(13)에 저장된 제어 오차(e)의 연속적인 추적이 행해진다. 도 3에 따른 실시예에 관해서는 이렇지 않다. 그렇지만, 제어 오차(e)의 이러한 결정 및 추적을 가능하게 하기 위해, 도 3의 실시예를 도 7에 따라 수정하는 것이 가능하다.
도 7은 도 3에 기초한다. 대응하는 사실들이 따라서 또다시 설명되지 않는다. 그렇지만, 그에 부가하여, 다른 저장 장치(24)가 존재한다. 제어 차이(e')가 태핑된다. 제어 차이(e')가 추가의 저장 장치(24)에 공급된다. 바람직하게는, 추가의 저장 장치(23)에 공급되기 전에, 주파수 필터(25)에서 필터링이 행해진다. 주파수 필터(25)는 주파수 필터(18)와 유사하게 설계될 수 있다. 특히, 주파수 필터(25)는 바람직하게는 일정한 그룹 지연(group delay)을 갖는다. 이것은 필터링으로 인해 신호 왜곡들이 발생하지 않는다는 장점을 갖는다. 게다가, 각자의 연관된 설정점 값 벡터들(V)이 또한 추가의 저장 장치(24)에 공급된다. 필요한 경우, 설정점 값 벡터들(V)이 먼저 지연 요소(26)에서 지연 시간(T3)만큼 지연된다. 제어 장치(5)는 대응하는 위치 제어 축(3)의 각자의 실제 위치 값(x)과 각자의 위치 설정점(x*)을 비교하는 것에 의해 이와 같이 제어 차이(e')를 결정한다. 제어 차이(e')는 - 필터링되거나 필터링되지 않은 채로 - 저장 장치(24)에 공급되고, 각자의 설정점 벡터(V)에 할당되어 거기에 저장된다.
제어 차이(e')는 초기에 추가의 저장 장치(24)에만 저장된다. 제어 차이(e')가 위치 제어 축들(3)의 제어에 대한 유효한 효과(active effect)를 아직 갖지 않는다.
그렇지만, 후속 단계에서, 추가의 저장 장치(24)에 저장된 제어 차이들(e')에 기초하여 저장 장치(13)에 저장된 제어 오차(e)를 수정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제어 오차들(e)과 대응하는 제어 차이들(e') 사이의 차이의 특정 퍼센티지(percentage)에 의한 제어 오차(e)의 점진적 추적이 행해질 수 있다.
제어 오차들(e)의 추적은 연속적으로 또는 개별 경우들에서만, 예를 들어, 공작 기계(1)의 조작자에 의한 요청에 기초하여 수행될 수 있다. 연속적 추적의 경우에, 제각기 발생하는 제어 차이들(e')을 모니터링하는 것이 타당하다. 특히, 제어 차이(e')가 반복마다 증가하지 않도록 보장되어야만 한다. 이러한 일이 일어나면, 지나친(intolerable) 공진들이 발생한다. 이 경우에, 제어 오차들(e)의 추적 그리고 어쩌면 심지어 보정 값(correction value)들(ex)의 스위칭 온(switching on) 중 어느 하나가 종료되어야만 하거나, 예를 들어, 주파수 필터(25)의 재튜닝(re-tuning)이 행해져야만 한다. 특히, 주파수 필터(25)의 차단 주파수(cutoff frequency)가 감소될 수 있다.
필터링되지 않은 제어 차이들(e')을 추가의 저장 장치(24)에 저장하는 것이 가능하다. 그렇지만, 이 경우에, 제어 오차(e)의 수정 및/또는 추적이 행해지기 전에 대응하는 필터링이 또한 행해져야만 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 기본 원리 - 각각이 주기적 간섭(z)을 갖고 꼭 주기적이지는 않지만 재현가능한 간섭을 가짐 - 뿐만 아니라 그에 부가하여 기본적인 실시예(essential embodiment)를 도시하고 있다. 이 실시예는 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
특히, 속도 또는 회전 속도 제어기(27)가 위치 제어기(10)에 종속되는 것은 공작 기계들의 위치 제어에서 흔한 일(common practice)이다. 가속도, 토크 또는 전류 제어기(28)는 종종 차례로 속도 또는 회전 속도 제어기(27)에 종속된다. 드문 경우들에서, 가속도, 토크 또는 전류 제어기(28)가 위치 제어기(10)에 직접 종속되며, 따라서 속도 또는 회전 속도 제어기(27)가 따라서 존재하지 않는다. 이어서, 양쪽 제어기(27, 28)가 존재하고, 제어기(27)는 속도 제어기이고 제어기(28)는 가속도 제어기인 것으로 가정된다. 그렇지만, 제어기들(27, 28) 중 하나만이 존재하고, 제어기(27)는 회전 속도 제어기이며 그리고/또는 제어기(28)는 토크 또는 전류 제어기인 경우에도 유사한 실시예들이 유효하다.
종속 제어기(27, 28)가 존재하는 경우, 위치 제어기(10)는 각자의 작동 신호(S)를 그에 직접 종속된 제어기, 이 경우에 속도 제어기(27)에 공급한다. 위치 제어기(10)는 이와 같이 속도 제어기(27)(그리고 어쩌면 또한 가속도 제어기(28))를 통해 간접적으로 위치 제어 축(3)에 작용한다. 본 발명에 따르면, 제어 장치(5)가, 모델(11)에 의해, 각자의 제어 오차(e)에 기초하여 각자의 보상 값(ex)을 결정할 뿐만 아니라, 부가적으로, 모델(11)에 의해, 각자의 종속 제어기(27, 28)에 공급되는 파일럿 신호(vV, aV)를 결정할 수 있다. 필요하다면, 파일럿 값들(vV, aV)이 적당히 시간 지연될(delayed temporarily) 수 있다.
적절한 경우, 도 2에 따른 실시예의 경우에 데이터 버퍼들(18, 19)의 길이들을 약간 수정하는 것이 필요할 수 있다. 이것은, 이미 여러 번 언급된, EP 2 988 181 A1에 상세히 설명되어 있으며, 단락 42 내지 단락 47에서 그의 도 5에 관한 거기에서의 언급들을 참조한다. 도 3에 따른 실시예의 경우에, 위치 설정점 값(x*)을 지연 요소(29) 내의 위치 제어기(10)에 공급하는 것을 지연시키는 것이 필요할 수 있다. 위치 설정점 값들(x*)의 순서열에 기초하여, 종속 제어기들(27, 28)에 대한 직접적인 파일럿 값들(vV', aV')이 또한 결정되면, 지연 요소(30)에서도 파일럿 값(vV')을 지연시키는 것이 또한 필요할 수 있다.
도 2의 실시예가 비-재귀적 디지털 필터로서 설계된 주파수 필터(18)와 관련하여 설명되었다. 그렇지만, 도 8에 도시된 바와 같이, 주파수 필터(18)는 대안적으로 몇 개의 직교 상관 필터(31) - 직교 상관 필터(31)에 의해 각각의 경우에 단일 주파수 성분이 필터링 제거됨 - 를 포함할 수 있다. 직교 상관 필터들(31)은 직교 상관에 의해 푸리에 급수의 계수들을 계산하고 이어서 모노주파수의 동위상 신호(monofrequency and in-phase signal)를 생성한다. 직교 상관 필터들(31)의 구성 및 동작은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 널리 공지되어 있으며, 따라서 보다 상세히 설명될 필요가 없다.
직교 상관 필터들(31)의 개수는 필요에 따라 결정될 수 있다. 최소한으로, 단일 직교 상관 필터(31)가 존재할 수 있다. 복수의 직교 상관 필터(31)가 존재하면, 이들은 도 8에서의 다이어그램에 따라 병렬로 연결된다. 그들의 신호들이 노드점(32)에서 가산된다.
주파수 필터(18)의 상기 실시예가 또한 주파수 필터(25)에 적용될 수 있다.
도 2의 실시예의 경우에, 주기(T)가 항상 동일한, 즉 일정한 것이 추가로 가능하다. 그렇지만, 일부 경우들에서, 시간(t)의 경과에 따라 주기(T)가 변한다. 시간(t)의 경과에 따라 주기(T)가 변하는 경우, 도 2의 회로가 바람직하게는 도 9에 따른 실시예에 따라 수정된다.
도 9에 따르면, 주기(T)의 특성인 변수(G)가 측정 장치(33)에 의해 검출된다. 변수(G)는 결정 장치(34)에 공급되고, 결정 장치(34)는 이것으로부터 전방 데이터 버퍼(19)의 제1 지연 시간(T1)을 결정하고 그에 따라 전방 데이터 버퍼(19)를 동적으로 구성한다. 제1 지연 시간(T1)이 이와 같이 동적으로 추적된다. 변수(G) 그 자체가 요구되는 바에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우들에서, 간섭(z)의 주파수가 구동의 회전 속도에 비례할 수 있고, 구동의 회전 속도에 의해 위치 제어 축(3)이 조정된다. 이 경우에, 주기(T)는 구동의 회전 속도의 역수(reciprocal)이다. 회전 속도가 이러한 경우에 측정 장치(33)에 의해 검출되면, 주기(T)가 그에 의해 추론될 수 있다. 게다가, 많은 경우들에서, 위치 제어 축(3) 자체는 회전축으로서, 즉 회전하고 그의 물리적 상태가 이와 같이 각각의 완전한 회전(complete revolution)마다 자체적으로 반복되는 축으로서 설계된다. 이러한 경우들에서, 회전축의 회전 속도 그리고 따라서 주기(T)가 변할 수 있다면, 변수(G)는 특히 회전축의 회전 속도일 수 있다. 추가 상세들을 위해, EP 2 988 181 A1을 또다시 참조할 수 있다.
도 10에 따르면, 모델(11)이 상태 제어기로서 설계된다. 이는 시스템 모델(35)을 포함한다. 시스템 모델(35)은 벡터 변수(vectorial variable)(X)를 상태로서 결정하고, 여기서 상태(X)의 벡터 성분들 중 하나는 미리 결정된 제어 오차(e)이다. 모델(11)은 게다가 상태 제어기를 갖는다. 상태 제어기는 복귀 요소(return element)(36)를 통해 복귀의 형태로 실현된다. 복귀 요소(36)에 의해, 시스템 모델(35)에 의해 결정된 상태(X)가 모델(11)에 피드백된다. 특히, 스칼라량(scalar)이 상태(X)에 기초하여 피드백 요소(36)에 의해 결정되고 미리 결정된 제어 오차(e)에 가산된다. 상태(X)를 결정하기 위해, 시스템 모델(35)은 특히 대수 방정식들 및 선형 미분 방정식들을 포함할 수 있다. 이 절차의 상세들은 특히 DE 10 2005 048 390 A1에 상세히 설명되어 있다. 명명법(nomenclature)이 또한, DE 10 2005 048 390 A1에서의 도 2와 단락 33 내지 단락 40에서의 연관된 실시예들을 비교하여, 거기로부터 채택되었다.
요약하면, 본 발명은 이와 같이 이하의 사실들에 관한 것이다:
공작 기계(1)의 제어 장치(5)는 위치 제어기(10) 및 위치 제어 축(3)의 모델(11)을 구현한다. 위치 제어기(10)는 대응하는 순서열의 각자의 위치 설정점 값(x*), 대응하는 실제 위치 값(x) 및 보상 값(ex)을 받고, 각자의 위치 명령 값(x*)과 각자의 보상 값(ex)을 가산하고 각자의 실제 위치 값(x)을 감산하는 것에 의해 결과 값을 결정하며, 이 값에 기초하여 위치 제어 축(3)에 대한 작동 신호(S)를 결정한다. 위치 제어기(10)는 작동 신호(S)를 위치 제어 축(3)에 출력한다. 위치 제어 축(3)이 원하는 위치 설정점 값(x*)에 따른 작동 신호(S)에 의해 조정되고, 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 위치(x, y, z) 및/또는 배향(α, β)이 그에 의해 변화된다. 연속적인 제어 오차들(e)의 순서열이 저장되는 메모리 장치(13)로부터, 제어 오차들(e) 중 하나가 순서열에 따라 잇따라 순차적으로 판독되고 모델(11)에 공급된다. 모델(11)은 제각기 판독된 제어 오차(e)에 기초하여 위치 제어 축(3)의 기계적 동적 거동을 시뮬레이션하는 것에 의해 각자의 보상 값(ex)을 결정하고 이를 위치 제어기(10)에 공급한다.
본 발명은 많은 장점들을 갖는다. 특히, 오차 보정을 자가 학습(self-learning)하는 데 있어서 동적 거동의 상당한 개선이 있다.
비록 본 발명이 바람직한 예시적인 실시예에 의해 추가로 예시되고 상세히 기술되었지만, 본 발명은 개시된 예들에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 그로부터 다른 변형들이 도출될 수 있다.

Claims (14)

  1. 공작 기계(machine tool)(1)의 공구(4)에 의한 공작물(2)의 기계가공 방법으로서,
    - 공작 기계(1)의 제어 장치(5)는 위치 제어기(10) 및 위치 제어 축(position-controlled axis)(3)의 모델(11)을 구현하고,
    - 위치 제어기(10)는 각각의 경우에 위치 설정점 값들(x*)의 순서열의 위치 설정점 값(x*), 측정 장치(12)에 의해 위치 제어 축(3)의 출력측에서 검출된 실제 위치 값(x) 및 보상 값(ex)을 순차적으로 잇따라(one after the other) 수신하며,
    - 각자의 위치 설정점 값(x*)과 각자의 보상 값(ex)을 가산하고 각자의 실제 위치 값(x)을 감산하는 것에 의해, 위치 제어기(10)는 결과 값(resulting value)을 결정하고, 상기 결과 값에 기초하여 각각의 경우에 위치 제어 축(3)에 대한 작동 신호(S)를 결정하며 각자의 작동 신호(S)를 위치 제어 축(3)에 출력하고,
    - 위치 제어 축(3)은 상기 위치 설정점 값(x*)에 따라 상기 작동 신호(S)에 의해 설정되고, 그에 의해 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 위치(x, y, z) 및/또는 배향(α, β)이 변화되며,
    - 연속적인 제어 오차들(e)의 순서열이 저장되는 저장 장치(13)로부터 각자의 보상 값(ex)을 결정하기 위해, 상기 제어 오차들(e) 중 하나가 상기 순서열에 따라 순차적으로 잇따라 판독되고,
    - 제각기 판독된 제어 오차(e)는 위치 제어 축(3)의 모델(11)에 공급되며, 위치 제어 축(3)의 모델(11)은 제각기 판독된 제어 오차(e)에 기초하여 위치 제어 축(3)의 기계적 동적 거동을 시뮬레이션하는 것에 의해 각자의 보상 값(ex)을 결정하고 상기 결정된 보상 값(ex)을 위치 제어기(10)에 공급하는, 기계가공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    - 상기 검출된 실제 위치 값(x)은 주기(T)를 갖는 간섭(z)에 의해 영향을 받고,
    - 각자의 위치 설정점 값(x*) 및 각자의 실제 위치 값(x)이 위치 제어기(10)의 전방 노드점(front node point)(14)에 공급되고, 전방 노드점(14)은 상기 위치 설정점 값(x*)으로부터 상기 실제 위치 값(x)을 감산하는 것에 의해 각자의 제어 차이(control difference)(e')를 결정하며,
    - 각자의 제어 차이(e') 및 각자의 보상 값(ex)이 위치 제어기(10)의 후방 노드점(rear node point)(15)에 공급되고, 후방 노드점(15)은 상기 제어 차이(e')와 상기 보상 값(ex)을 가산하는 것에 의해 각자의 결과 값을 결정하며,
    - 상기 제어 차이(e')가 전방 노드점(14)과 후방 노드점(15) 사이에서 태핑(tap)되고, 내부 노드점(17), 주파수 필터(18) 그리고 전방 및 후방 데이터 버퍼(19, 20)를 갖는 보상 회로(16)에 공급되며,
    - 제1 가중 인자(W1)로 가중된 상기 제어 차이(e') 및 제2 가중 인자(W2)로 가중된 피드백 신호(R)가 내부 노드점(17)에 공급되고,
    - 내부 노드점(17)은 상기 가중된 제어 차이(e')와 상기 가중된 피드백 신호(R)를 가산하는 것에 의해 형성된 내부 합 신호(inner sum signal)를 주파수 필터(18)에 공급하며,
    - 주파수 필터(18)는 주파수 필터링을 수행하고 상기 필터링된 신호를 전방 데이터 버퍼(19)에 공급하며,
    - 전방 데이터 버퍼(19)는 제1 상호연결 시간 지연을 수행하고 그에 대응하여 지연된 신호를 후방 데이터 버퍼(20)에 공급하며,
    - 후방 데이터 버퍼(20)는 제2 상호연결 시간 지연을 수행하고 그에 대응하여 지연된 신호를 피드백 신호(R)로서 출력하며,
    - 주파수 필터(18), 전방 데이터 버퍼(19) 및 후방 데이터 버퍼(20)는 함께 저장 장치(13)를 형성하고,
    - 각자의 제어 오차(e)가 전방 데이터 버퍼(19)와 후방 데이터 버퍼(20) 사이에서 판독되고 모델(11)에 공급되며,
    - 주파수 필터(18)와 2개의 데이터 버퍼(19, 20)는, 주파수 필터(18)와 데이터 버퍼들(19, 20) 둘 다의 지연 시간들(TF, T1, T2)의 합이 상기 간섭(z)의 상기 주기(T)의 정수배이고 주파수 필터(18)와 전방 데이터 버퍼(19)의 지연 시간들(TF, T1)의 합이 상기 간섭(z)의 상기 주기(T)의 정수배로부터 전방 노드점(14)에 공급된 신호가 상기 실제 위치 값(x)의 변화를 야기할 때까지 경과한 기간(TL)을 뺀 것이도록, 설계되는 것을 특징으로 하는, 기계가공 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    주파수 필터(18)는 선형 비-재귀적 디지털 필터링(linear non-recursive digital filtering), 특히 저역 통과 필터링을 수행하거나, 각각의 경우에 단일 주파수 성분을 필터링 제거하는 복수의 직교 상관 필터링을 수행하는 것을 특징으로 하는, 기계가공 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 간섭(z)의 상기 주기(T)는 변하고, 전방 데이터 버퍼(19)의 상기 지연 시간(T1)은 상기 주기(T)에 따라 동적으로 추적되는 것을 특징으로 하는, 기계가공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    - 설정점 값 벡터들(V)의 순서열이 제어 장치(5)에 제공되며,
    - 위치 제어 축(3) 및 공작 기계(1)의 복수의 추가의 위치 제어 축(3)에 대한 상기 설정점 값 벡터들(V)은 각각 위치 설정점 값(x*, y* 등)을 포함하며,
    - 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 위치(x, y, z) 및/또는 배향(α, β)은 또한 상기 추가의 위치 제어 축들(3)에 의해 변화되며,
    - 상기 제어 오차들(e)은 상기 설정점 벡터들(V)의 순서열의 적어도 제1 섹션에 대해 대응하는 섹션의 상기 설정점 벡터들(V)에 할당되어 저장 장치(13)에 저장되고,
    - 제어 장치(5)는 위치 제어기(10)에 공급되는 위치 설정점 값(x*)을 갖는 상기 설정점 값 벡터(V)에 기초하여 저장 장치(13)로부터 판독될 상기 제어 오차(e)를 결정하는 것을 특징으로 하는, 기계가공 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 설정점 값 벡터들(V)은 각각의 경우에 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 위치(x, y, z)만을 결정하거나 공작물(2)에 상대적인 공구(4)의 위치(x, y, z) 및 배향(α, β)을 제각기 결정하는 것을 특징으로 하는, 기계가공 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    저장 장치(13) 내의 상기 설정점 값 벡터들(V)의 순서열의 상기 제1 섹션에 대한 상기 제어 오차(e)는 또한 상기 설정점 값 벡터들(V)의 순서열의 적어도 제2 섹션에 대해, 또한 상기 제2 섹션의 상기 설정점 값 벡터들(V)에 할당되어, 저장되는 것을 특징으로 하는, 기계가공 방법.
  8. 제5항, 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 장치(5)는 각자의 실제 위치 값(x)과 각자의 위치 설정점 값(x*)을 비교하는 것에 의해 제어 차이(e')를 결정하고 상기 제어 차이(e')에 기초하여 저장 장치(13)에 저장된 대응하는 제어 오차(e)를 수정하는 것을 특징으로 하는, 기계가공 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    위치 제어기(10)는 위치 제어기(10)에 종속된 제어기(27, 28)에 각자의 작동 신호(S)를 공급하고, 종속된 제어기(27, 28)에 공급되는 파일럿 신호(vV, aV)가 상기 보상 값(ex)에 부가하여 상기 제어 오차(e)에 기초하여 모델(11)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 기계가공 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    모델(11)은 위치 제어 축(3)의 상태(X)를 결정하고 상기 상태(X)는 모델(11)에 피드백되며 그리고/또는 모델(11)은 선형 미분 방정식들에 의해 위치 제어 축(3)을 모델링하는 것을 특징으로 하는, 기계가공 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    모델(11)은 선형 모델로서 설계되는 것을 특징으로 하는, 기계가공 방법.
  12. 공작 기계(1)의 제어 장치(5)에 대한 제어 프로그램으로서, 상기 제어 프로그램은 제어 장치(5)에 의해 처리될 수 있는 머신 코드(machine code)(7)를 포함하고, 제어 장치(5)에 의한 머신 코드(7)의 상기 처리는 제어 장치(5)로 하여금 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 청구된 기계가공 방법에 따라 공작 기계(1)를 동작시키게 하는, 제어 프로그램.
  13. 동작 동안 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 청구된 기계가공 방법에 따라 공작 기계(1)를 동작시키도록 제12항에 청구된 제어 프로그램(6)으로 프로그램된, 공작 기계(1)에 대한 제어 장치.
  14. 공작 기계의 공구(4)에 의해 공작물(2)을 기계가공하기 위한 공작 기계로서,
    - 상기 공작 기계는 공구(4)가 공작물(2)에 상대적으로 이동될 수 있도록 하는 복수의 위치 제어 축(3)을 가지며,
    - 상기 공작 기계는 상기 공작 기계의 축들(3)이 위치 제어되도록 하는 청구항 13에 청구된 제어 장치(5)를 갖는, 공작 기계.
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