CN101239442A - 定位可移动体的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及定位可移动体的方法。在负载不小于预定值的情况下，即使当确定出可移动体移动至被认为是目标位置的位置时，也不完成定位，然后可移动体移动至重试开始位置，该重试开始位置不同于被认为是目标位置的位置，随后执行重试操作，以将可移动体从重试开始位置移动至被认为是目标位置的位置，从而在当执行了预定次数的重试操作之后负载变得小于预定值时，完成定位。

Description

定位可移动体的方法

技术领域

本发明涉及一种定位相对于固定体移动的可移动体的方法。

背景技术

在多种机器中设置有相对于固定部分移动的可移动部分。相对于固定部分定位可移动部分的精确性在很大程度上影响着机器的精度。例如，在对机床附件设置的转位机构等中，较差的定位精确性将导致转位误差。结果，不仅加工精度变差，而且操作很可能由于例如需要再次执行转位而延迟。

设有转位机构的附件例如安装在机床的冲头心轴(ram spindle)上。通过利用联接至冲头心轴的马达进行转位。设有转位机构的附件包括固定部分和旋转部分。固定部分固定至机床，而旋转部分以可旋转的方式支撑在固定部分内部。旋转部分由冲头心轴旋转地转位。齿轮联接设置在固定部分和旋转部分之间，用于将这两个部分彼此夹紧。根据发送自机床控制单元的转位指令，冲头心轴进行旋转，使得连接至冲头心轴的旋转部分被旋转地转位。然而，该转位由于如下干扰而有时不被精确地执行，这些干扰包括：旋转部分和固定部分之间的滑动阻力；对附件设置的液压回路中的剩余压力等。当在没有精确地执行转位的状态下执行夹紧操作时，齿轮联接中的齿没有正确地啮合。因此，产生转位误差。这种转位误差的一个示例为：齿轮联接的一半的齿碰撞齿轮联接的另一半的齿的顶部。在这种情况下，必须再次执行转位操作。然而，这导致操作延迟等，因此在使用机床的操作中是不理想的。

为了解决这些缺点，提出一种方法，在该方法中，通过在外部设置位置探测装置获得反馈。然而，鉴于加工空间的原因，位置探测装置不能容易地连接至冲头心轴或附件。可在确保加工空间的同时设置的这种位置探测装置在结构上复杂，并且昂贵。在这方面，已经提出了对转位装置的齿轮联接设置传感器(例如，日本未经审查的专利申请公布No.Hei 6-182655)。

然而，日本未经审查的专利申请公布No.Hei6-182655中所描述的技术具有以下问题。具体地，根据这种技术，不能检测齿轮联接的两半未设置在合适的位置，除非这两半相互靠近到某一程度，也就是说，除非夹紧操作已开始。然而，当在夹紧操作开始之后检测到两半设定在不适当的位置时，最终必须再次执行转位操作。

不仅在机床领域，而且在任何机器领域中，在多种场合中需要可移动体的精确定位，但是难以设置位置探测装置以定位可移动体。因此，在除机床中的转位之外的情况下，该上述问题也经常发生。

发明内容

鉴于上述情况，已经实现了本发明来解决上述问题。本发明的目的是将可移动体精确地定位至目标位置，而不提供另外的外部结构。

根据本发明第一方面的用于解决上述问题的定位可移动体的方法提供一种将可移动体定位至目标位置的方法，其中该可移动体相对于固定体移动，可移动体的滑动表面在固定体和可移动体之间。该方法具有如下特征。具体地，在相对于固定体移动该可移动体时的负载小于预定值的情况下，当确定出可移动体移动至被认为是目标位置的位置时，完成定位。另一方面，在负载不小于预定值的情况下，即使确定出可移动体移动至被认为目标位置的位置，也不完成定位。然后，可移动体进一步移动至不同于当前位置的重试开始位置。随后，执行重试操作，可移动体在该重试操作中从重试开始位置移动至被认为是目标位置的位置。此后，在执行了预定次数的重试操作后负载变得小于预定值的情况下，完成定位。

根据本发明第二方面的用于解决上述问题的定位可移动体的方法还具有除第一方面之外的如下特征。具体地，在即使再次执行重试操作之后也没有完成定位的情况下，改变重试开始位置，然后执行多个不同的重试操作。应该注意的是，在此的“多个重试操作”指的是重试开始位置彼此不同的具有多种内容的多个重试操作。每个重试操作可执行一次或多次。可根据例如可移动体上的负载变化的原因类型，设定每个重试操作的重试开始位置。

在根据本发明第二方面的定位可移动体的方法中，假设执行具有两种不同模式的重试操作。在这种情况下，根据第二方面的定位可移动体的第二方法可描述成具有如下特征。具体地，根据第二方面的方法是用于将可移动体定位至目标位置的方法，其中该可移动体相对于固定体移动，可移动体的滑动表面在固定体和可移动体之间是。在可移动体相对于固定体移动时的负载小于预定值的情况下，当确定出可移动体移动至被认为是目标位置的位置时，完成定位。另一方面，在负载不小于预定值的情况下，即使确定出可移动体移动至被认为是目标位置的位置，也不完成定位。然后，可移动体进一步从被认为是目标位置的位置移动至第一重试开始位置。随后，执行第一重试操作，在第一重试操作中，可移动体从第一重试开始位置移动至被认为是目标位置的位置。在执行了预定次数的第一重试操作后负载变得小于预定值的情况下，完成定位。另一方面，假设即使在执行了预定次数的第一重试操作后，负载仍不变得小于阈值。在这种情况下，可移动体移动至不同于第一重试开始位置的第二重试开始位置。然后，执行第二重试操作，在第二重试操作中，可移动体从第二重试开始位置移动至被认为是目标位置的位置。在执行了预定次数的第二重试操作后负载变得小于阈值的情况下，完成定位。另一方面，假设即使在执行了预定次数的第二重试操作后，负载仍不变得小于阈值。在这种情况下，可移动体移动至不同于第二重试开始位置的第三重试开始位置。然后，执行第三重试操作，在第三重试操作中，可移动体从第三重试开始位置移动至被认为是目标位置的位置。在执行了预定次数的第三重试操作后负载变得小于阈值的情况下，完成定位。

根据本发明第三方面的用于解决上述问题的定位可移动体的方法还具有除第一方面之外的如下特征。具体地，在即使执行了多个不同的重试操作之后仍没有完成定位的情况下，发出警告。

根据本发明第四方面的用于解决上述问题的定位可移动体的方法还具有除第一方面之外的如下特征。具体地，可移动体由马达驱动，而负载是马达的负载电流。

根据本发明第五方面的用于解决上述问题的定位可移动体的方法还具有除第一方面之外的如下特征。具体地，固定体是安装在机床上的附件的固定部分，而可移动体是以可旋转的方式支撑在固定部分中的旋转部分。

附图说明

通过下文中的详细说明和附图，将更加完全地理解本发明，附图仅作为示例给出，因此不限制本发明，其中：

图1表示应用了作为本发明的实施例的定位方法的机床附件的局部剖视图；

图2表示用于夹紧的齿轮联接的一部分的剖视图；

图3表示用于夹紧的齿轮联接啮合状态的示意图；并且

图4表示本发明实施例的示例的流程图。

具体实施方式

虽然本发明可应用于可移动体相对于固定体定位的任何情况，但是这里描述的是本发明应用于利用机床附件中的转位机构进行定位的实施例。

首先，将描述应用本发明的称为直角头的附件。图1表示连接至机床的直角头的局部剖视图。主轴2支撑在机床的冲头1中。主轴通过它与心轴驱动马达3之间的传动机构和变速机构联接至心轴驱动马达3。附件4以可拆卸的方式连接至冲头1。附件4设有固定部分5和旋转部分6。固定部分5固定至冲头1的下表面，而旋转部分6设置在固定部分5内部并且可相对于固定部分5滑动和旋转。油槽7形成在固定部分5和旋转部分6之间。此外，O-环8设置在旋转部分6的***上。因此，当旋转部分6相对于固定部分5滑动和旋转时，O-环8与固定部分5的内表面滑动接触。对油槽7提供液压，用于工具的拆卸、安装等。用于将固定部分5固定至冲头1侧的夹紧轴9设置在固定部分5的上表面上。

附件4包括旋转轴10，该旋转轴10连接至主轴2。转动轴10联接至附件轴(在图1中未示出)，所述工具连接至该附件轴。用于旋转的齿轮联接设置在附件4的旋转轴10和旋转部分6之间，同时设置用于夹紧的齿轮联接以将旋转部分6固定至固定部分5。当旋转部分6旋转时，用于旋转的齿轮联接发生啮合。具体地，机床的主轴2通过它与旋转部分6之间的用于旋转的齿轮联接而连接至旋转部分6。然后，旋转部分6与主轴2的旋转一起旋转(绕C轴线)，使得转位(定位)被执行。在转位之后，在主轴2和旋转部分6之间的用于旋转的齿轮联接脱开啮合，而用于夹紧的齿轮联接发生接合。结果，旋转部分6被固定至固定部分5。

图2表示用于夹紧的齿轮联接11的一部分。齿轮联接11由两个齿轮联接元件11a和11b构成。齿轮联接元件11a布置在固定侧，而齿轮联接元件11b布置在转位侧(移动侧)。齿轮联接元件11a和11b均具有类似平面齿轮的形状，其中齿形成在环状盘的表面中。假设转位被精确地执行，使得齿轮联接11发生啮合。在这种情况下，齿轮联接元件11b与齿轮联接元件11a相啮合，而不存在不对准，如图3中的一长两短相交替的点划线所示。相反，当转位执行得不精确时，齿轮联接元件11b的齿碰撞齿轮联接元件11a的相应齿的顶部，如图3中的虚线所示。在本发明中，为了防止这种事件的发生，在执行夹紧操作之前校正该转位位置。

图4表示根据实施例的示例的位置-校正控制的流程图。

为了进行转位，首先松开用于夹紧的齿轮联接11(步骤S1)。然后，由机床的控制单元输出转位指令(步骤S2)。在输出转位指令后，心轴-驱动马达3被驱动，以使联接至主轴2的旋转部分6旋转。对控制单元设置的计数器值设定为零(步骤S3)。通过反馈控制实现旋转部分6至转位位置的移动和定位。

当旋转部分6旋转时，读取心轴-驱动马达3的负载电流值(负载)(步骤S4)。当旋转部分6旋转时该负载一直在被读取。然后，确定该负载是否小于预定的负载阈值(步骤S5)。该负载阈值通过试验或根据经验来获得。在固定部分5和旋转部分6之间存在例如由于金属部分的接触(金属触接)而引起的阻力、由于O-环8而引起的阻力、由于液压的剩余压力而引起的阻力。为每个与这些因素相关的滑动阻力增加的这些情形确定负载阈值。

在固定部分5和旋转部分6之间设置了用于将液压从固定部分5侧供应至旋转部分6侧的旋转接头。对于用于该旋转接头的O-环，由于旋转接头结构的原因，每个O-环的径向内部和径向外部之间的滑动速度不同。因此，O-环中可能发生扭曲和擦损。为了解决这个问题，通常使用的是涂有Teflon的O-环或者连接有低摩擦阻力构件的O-环。然而，由于与老化相关的O-环的挤压变化和O-环的部件误差等等，不可避免地发生微小的扭曲和擦损。这种微小的扭曲、磨损和擦损不会产生诸如压力油泄漏的缺陷，但是可能是使O-环滑动阻力变化的因素。滑动阻力的变化在附件的转位操作中变为不稳定的因素。因此，消除产生不稳定因素的“微小扭曲”和“微小擦损”的影响能够实现稳定的转位操作。

假设所检测到的负载小于负载阈值。当确定出旋转部分6移动至转位位置时，执行夹紧操作(步骤S6)。换句话说，齿轮联接11发生啮合。通过以下方式确定旋转部分6是否已经移动至转位位置。通过利用编码器等检测旋转部分6的位置。然后，将检测结果与转位指令值相比较。当检测结果等于转位指令值时，确定出旋转部分6转位至所指示的转位位置。

另一方面，在所检测到的负载不小于负载阈值的情况中，滑动阻力已经变得大于正常状态的滑动阻力。因此，执行将在稍后进行描述的重试操作。应当注意，如上所述，可能由例如O-环8的微小扭曲、微小局部磨损和微小擦损引起负载的变化。为此，重试操作作为细微操作来执行，使得能够消除例如O-环8的扭曲。滑动阻力随着O-环8磨损而减小。因此，当旋转部分6的定位停止时，旋转部分6越过所指示的转位位置。当旋转部分6越过所指示的转位位置时，马达3运行以通过反向旋转使旋转部分6移动回来。此时，负载(负载电流)超过负载阈值。

为了执行重试操作，首先核对当前的计数器值，然后根据所核对的计数器值选择重试操作的模式。当计数器值为“0”、“1”或“2”时，执行第一重试操作1。当计数器值为“3”或“4”时，执行第二重试操作2。当计数器值为“5”时，执行第三重试操作3。由于计数器的初始值为零(步骤S7)，所以首先执行第一重试操作1(步骤S8)。在第一重试操作1中，旋转部分6从转位位置移动至另一个预定位置(第一重试开始位置)，然后从第一重试开始位置再次执行转位操作。在选择第一重试操作1之后，计数器值加1(步骤S9)。在第一重试操作1中，重复执行步骤S4和S5。具体地，读取负载(步骤S4)，然后确定负载是否小于负载阈值(步骤S5)。在第一重试操作1期间，当负载变得小于负载阈值时，旋转部分6被认为在如下状态下定位，即消除了由滑动阻力变化等所引起的妨碍精确定位的因素。因此，在转位位置执行夹紧操作。

当在第一重试操作1执行一次之后负载不变得小于负载阈值时，再次执行第一重试操作1。此时，计数器值加1(计数器值＝计数器值+1)。当即使在第一重试操作1执行两次后负载仍不变得小于负载阈值时，计数器值达到“3”(步骤S9)。因此，采用作为另一个重试操作的第二重试操作2(步骤S11)。

在计数器值加1而达到“3”之后(步骤S9)，以如下方式执行第二重试操作(步骤S10和S11)。具体地，在第二重试操作2中，旋转部分6首先移动至不同于第一重试操作1开始位置(第一重试开始位置)的位置。然后，从作为第二重试开始位置的位置执行转位操作。在第二重试操作2中，假设影响旋转部分6滑动运动的因素不同于第一重试操作1情况中的因素。例如，对于O-环8的状态，假设O-环8已经变形为不同于能够通过执行第一重试操作1进行处理的状态的状态。

同样在第二重试操作2中，与第一重试操作1的情况相似，读取主轴的负载(步骤S4)，然后将主轴负载与负载阈限相比较(步骤S5)。在确定出负载小于负载阈值的情况下，当旋转部分6移动至转位位置时执行夹紧操作(步骤S6)。

在即使在第二重试操作2执行了两次之后，操作旋转部分6时的负载仍不变得小于负载阈值的情况下，计数器值达到“5”(步骤S9)。因此，采用第三重试操作3(步骤S13)。在计数器值加1之后(步骤S9)，以如下方式执行第三重试操作3(步骤S12和S13)。具体地，在第三重试操作3中，旋转部分6首先移动至不同于在相应的第一重试操作1和第二重试操作2中重试操作开始位置(第一和第二重试开始位置)的位置。然后，从作为第三重试开始位置的位置执行转位操作。在第三重试操作3中，假设影响旋转部分6滑动移动的因素不同于第二重试操作2中的因素。例如，对于O-环8的状态，假设O-环已经变形为不同于能够通过执行第二重试操作2进行处理的状态的状态。

同样在第三重试操作3中，与第一重试操作1的情况相似，读取主轴的负载(步骤S4)，然后将主轴负载与负载阈值相比较(步骤S5)。在负载小于负载阈值的情况下，当确定出旋转部分6移动至转位位置时执行夹紧操作(步骤S6)。

在负载在第三重试操作3执行了一次之后不变得小于负载阈值的情况下，计数器值达到“6”。当计数器值为“6”时(步骤S14)，不再执行重试操作，然后产生警报以表明重试操作结束(重试结束)(步骤S15)。警报通过声音、图像等发出。当发出警报时，在旋转部分6和固定部分5之间可能存在除了导致执行第一重试操作1至第三重试操作3的诸如O-环8的微小扭曲等的因素之外的因素。这些因素包括例如出现O-环8的老化等。

用于执行第一重试操作1至第三重试操作3的中的每个的重试开始位置通过试验或根据经验来获得，并且可以例如按如下方式设定。应该注意的是，这里的C轴线是指示机床操作的轴线，并且表示绕旋转部分6的中心轴线的旋转。

(1)第一重试操作1

C轴线：+0.1°至-0.1°，在左右方向上对称地转位

(2)第二重试操作2

C轴线：-0.3°至+0.2°，在左右方向上不对称地转位

(3)第三重试操作3

C轴线：+0.3°至-0.2°，在左右方向上不对称地转位

具体地，在第一重试操作1中，转子旋转0.1°的角度至相对于作为基准位置的转位位置的+侧。此后，转子旋转0.1°的角度至相对于作为基准位置的转位位置的-侧。该移动产生的位置称为第一重试开始位置。期望旋转部分6以该方式沿左右方向的摆动改善O-环8的状态。相似地，在第二重试操作2中，转子旋转0.3°的角度至相对于作为基准位置的转位位置的-侧。此后，转子旋转0.2°的角度至相对于作为基准位置的转位位置的+侧。该移动产生的位置称为第二重试开始位置。在第三重试操作3中，采用与第二重试操作2的方式相反的方式，转子首先旋转0.3°的角度至相对于作为基准位置的转位位置的+侧，然后旋转0.2°的角度至相对于作为基准位置的转位位置的-侧。该移动产生的位置称为第三重试开始位置。

应该注意的是，上述这些重试开始位置仅为示例，并且可根据各种原因通过试验和根据经验来获得，诸如固定体和可移动体之间的机械关系。重试操作的模式数量不局限于三个，而可为四个或更多。此外，在上述实施例中，已经描述了相对于固定体旋转(转动)的可移动体的定位的情况作为示例。然而，本发明可应用于可移动体相对于固定体线性移动的情况。此外，对可移动体进行移动的负载不局限于马达的负载(电流)。可选地，可检测扭矩、作用力等，以代替马达的负载。

在根据本发明第一方面的定位可移动体的方法中，基于移动可移动体时的负载确定可移动体是否适当地定位。然后，根据该确定校正可移动体的位置。因此，可精确地执行定位。此外，由于检测可移动体上的负载，所以不需要外部位置探测装置等。

在根据本发明第二方面的定位可移动体的方法中，多次执行重试操作。这使得能够更加精确地执行定位。

在根据本发明第三方面的定位可移动体的方法中，在即使多次执行重试操作之后仍未完成定位的情况下发出警告。这使得能够通告未精确地执行定位。因此，可以认为已经由除了重试操作中所预料的因素之外的因素引起了定位误差。

在根据本发明第四方面的定位可移动体的方法中，负载为马达的负载电流。因此，不需要用于定位的传感器等。

在根据本发明第五方面的定位可移动体的方法中，可以执行以可旋转的方式支撑在机床附件的固定部分中的旋转部分的转位。此外，不必在机床附件周围设置诸如传感器的装置。此外，由于在夹紧操作开始之前通过重试操作执行位置校正，所以不需要再次执行转位操作。结果，能够避免操作延迟等。

在这样描述了本发明后，显而易见的是，本发明可以多种方式进行改变。不认为这些改变背离了本发明的主旨和范围，这些对本领域技术人员显而易见的修改意在包括在权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种通过将可移动体移动至目标位置来相对于固定体定位所述可移动体的方法，该方法包括：

读取所述可移动体相对于所述固定体移动时的负载：

基于所述负载确定所述可移动体是否移动至被认为是所述目标位置的位置；

将所述可移动体移动至不同于当前位置的重试开始位置，同时不允许结束所述定位；

执行重试操作，在该重试操作中，所述可移动体从所述重试开始位置移动至被认为是所述目标位置的位置；

结束所述定位；

其中，在所述负载小于预定值的情况下，

当在所述确定步骤中确定出所述可移动体移动至被认为是所述目标位置的位置时，结束所述定位，并且

其中，在所述负载不小于所述预定值的情况下，

即使在所述确定步骤中确定出所述可移动体移动至被认为是所述目标位置的位置时，也不结束所述定位，

所述可移动体进一步移动至所述重试开始位置，

执行所述重试操作，并且

在所述负载在预定数量的重试操作期间变得小于所述预定值的情况下，结束所述定位。

2.如权利要求1所述的定位可移动体的方法，其中

在即使从某个重试开始位置的所述预定次数的重试操作也不结束所述定位的情况下，通过设定不同的重试开始位置执行不同的重试操作。

3.如权利要求2所述的定位可移动体的方法，其中

在即使执行了预定多次的所述不同的重试操作时也不结束所述定位的情况下，发出警告。

4.如权利要求1所述的定位可移动体的方法，其中

所述可移动体由马达驱动，并且

所述负载是所述马达的负载电流。

5.如权利要求1所述的定位可移动体的方法，其中

所述固定体是安装在机床上的附件的固定部分，并且

所述可移动体是以可旋转的方式支撑在所述固定部分中的旋转部分。

6.如权利要求4所述的定位可移动体的方法，其中

所述固定体是安装在机床上的附件的固定部分，并且

所述可移动体是以可旋转的方式支撑在所述固定部分中的旋转部分。

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