DE102011076263B4

DE102011076263B4 - Drehwinkel-Positioniervorrichtung

Info

Publication number: DE102011076263B4
Application number: DE102011076263.9A
Authority: DE
Inventors: Munetaka Wakizaka; Hideaki HIRAMITSU
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; DMG Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: DE102011076263A1

Abstract

Drehwinkel-Positioniervorrichtung (6), die enthält:eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung (7), die einen Erfassungs-Zielring (8), der an einer Drehwelle (3a) vorhanden ist und eine Vielzahl in einem vorgegebenen Abstand ausgebildeter Zähne (8a) aufweist, sowie einen Winkel-Erfassungssensor (9) aufweist, der so angeordnet ist, dass er den Zähnen (8a) zugewandt ist und entsprechend einem Abstand zu den Zähnen (8a) einen Ausgang erzeugt, und der einen Drehwinkel des Erfassungs-Zielrings (8) auf Basis des Ausgangs von dem Winkel-Erfassungssensors (9) ermittelt; undeine Drehwellen-Antriebsvorrichtung (10), die die Drehwelle (3a) so dreht, dass der Drehwinkel ein gegebener Befehlswert (α) für den Drehwinkel wird, wobei die Drehwinkel-Positioniervorrichtung (6) umfasst:eine Fehlermuster-Speichereinheit (11a), die ein Teilungsperioden-Fehlermuster (F) speichert, das aus Abweichungen zwischen durch den Winkel-Erfassungssensor (9) erfassten Drehwinkeln und Ist-Drehwinkeln besteht, die jeweiligen Korrektur-Unterteilungspunkten einer beliebigen Teilungsperiode in dem Erfassungs-Zielring (8) entsprechend, undeine Befehlswert-Korrektureinheit (11b), die den Befehlswert (α) für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters (F) korrigiert, um einen korrigierten Befehlswert (α2) für den Drehwinkel zu ermitteln.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehwinkel-Positioniervorrichtung, die eine Drehwelle, beispielsweise einer Werkzeugmaschine, an einer vorgegebenen Winkelposition positioniert, und insbesondere eine Verbesserung bei einem Verfahren zum Korrigieren eines Fehlers eines Drehwinkel-Erfassungssensors.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Drehwinkel-Positioniervorrichtungen, mit denen eine Drehwelle einer Werkzeugmaschine, beispielsweise eine Spindel einer Drehbank, auf die ein Spannfutter aufgesetzt ist, an einer vorgegebenen Winkelposition positioniert wird, schließen eine Vorrichtung ein, die mit einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung, die einen Drehwinkel der Spindel erfasst, sowie mit einer Antriebsvorrichtung versehen ist, die die Spindel drehend antreibt, so dass der durch die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung erfasste Drehwinkel der Spindel ein Befehlswert für den Drehwinkel wird.
Als die genannte herkömmliche Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung für die Spindel schlägt die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP H05- 288 573 A beispielsweise eine Vorrichtung vor, bei der ein Erfassungs-Zielring verwendet wird, der an der Spindel angebracht ist und eine Vielzahl von Zähnen, die in einem vorgegebenen Abstand ausgebildet sind, sowie einen Winkel-Erfassungssensor aufweist, der an einer den Zähnen des Erfassungs-Zielrings zugewandten Position angeordnet ist und entsprechend seinem Abstand zu den Zähnen des Erfassungs-Zielrings ein Spannungssignal ausgibt.
Weitere Beispiele von Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungen sind in der DE 102 48 200 A1 und US 2006 / 0 125 439 A1 offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Die obenerwähnte herkömmliche Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung weist jedoch dahingehend ein Problem auf, dass zwischen dem Ist-Drehwinkel der Spindel und dem durch den Winkel-Erfassungssensor erfassten Wert ein Drehperioden-Fehler bei einer Drehung des Erfassungsrings, der auf die Abweichung des Mittelpunkts des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, und des Weiteren ein Teilungsperioden-Fehler (tooth-to-tooth period error), der auf Bearbeitungsgenauigkeit der Zähne des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, in jeder Teilungsperiode auftritt.
Was die Korrektur des Drehperioden-Fehlers angeht, so ist es möglich, die Korrektur umzusetzen, indem zunächst Erfassungsfehler des Winkel-Erfassungssensors an Korrektur-Unterteilungspunkten ermittelt werden, mit denen eine Umdrehungsperiode (360°) des Erfassungs-Zielrings in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt wird, und ein Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis der Fehler korrigiert wird.
Was die Korrektur des Teilungsperioden-Fehlers angeht, tritt dahingehend ein Problem auf, dass derzeitig verfügbare Drehwinkel-Positioniervorrichtungen die Korrektur nicht bewältigen, da die Anzahl von Dezimalstellen eines Intervalls (°) zwischen den Korrektur-Unterteilungspunkten in einer Teilungsperiode zu groß ist. Wenn, um ein konkretes Beispiel zu nennen, die Anzahl der Zähne 512 beträgt und die Anzahl der Korrektur-Unterteilungen 16 beträgt, ergibt sich das Intervall (°) zwischen den Korrektur-Unterteilungspunkten durch:

360° : Anzahl von Zähnen : Anzahl von Korrektur-Unterteilungen = 0.0439453125°.

Wenn das erwähnte Verfahren zum Korrigieren des Drehperioden-Fehlers unverändert für die Korrektur des Teilungsperioden-Fehlers eingesetzt wird, wenn die Anzahl von Zähnen 512 beträgt und die Anzahl von Korrektur-Unterteilungen 16 beträgt, ergibt sich:

Anzahl von Korrekturpunkten = Anzahl von Zähnen x Anzahl von Korrektur-Unterteilungen = 8,192,

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Drehwinkel-Positioniervorrichtung zu schaffen, mit der die Korrektur eines Teilungsperioden-Fehlers mit einer minimalen Anzahl von Korrekturpunkten umgesetzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist eine Drehwinkel-Positioniervorrichtung, die enthält:

eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung, die einen Erfassungs-Zielring, der an einer Drehwelle vorhanden ist und eine Vielzahl in einem vorgegebenen Abstand ausgebildeter Zähne aufweist,
sowie einen Winkel-Erfassungssensor aufweist, der so angeordnet ist, dass er den Zähnen zugewandt ist und entsprechend einem Abstand zu den Zähnen einen Ausgang erzeugt, und der einen Drehwinkel des Erfassungs-Zielrings auf Basis des Ausgangs von dem Winkel-Erfassungssensors ermittelt; und eine Drehwellen-Antriebsvorrichtung, die die Drehwelle so dreht, dass der Drehwinkel ein gegebener Befehlswert für den Drehwinkel wird, wobei die Drehwinkel-Positioniervorrichtung enthält:
- eine Fehlermuster-Speichereinheit, die ein Teilungsperioden-Fehlermuster speichert, das aus Abweichungen zwischen durch den Winkel-Erfassungssensor erfassten Drehwinkeln und Ist-Drehwinkeln besteht, die jeweiligen Korrektur-Unterteilungspunkten einer beliebigen Teilungsperiode in dem Erfassungs-Zielring entsprechen, sowie eine Befehlswert-Korrektureinheit, die den Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters korrigiert, um einen korrigierten Befehlswert für den Drehwinkel zu ermitteln.

Die Erfinder sind zu der Erkenntnis gekommen, dass ein Teilungsperioden-Fehlermuster, das aus Abweichungen zwischen erfassten Drehwinkeln und Ist-Drehwinkeln an Punkten zwischen zwei beliebigen benachbarten Zähnen des Erfassungs-Zielrings besteht, im Wesentlichen die gleiche Tendenz in allen Teilungsperioden aufweist, und haben die vorliegende Erfindung auf Basis dieser Erkenntnis vervollständigt.
Das heißt, bei der vorliegenden Erfindung wird zum Korrigieren des Befehlswertes für den Drehwinkel ein Teilungsperioden-Fehlermuster in einer beliebigen Teilungsperiode für alle Teilungsperioden verwendet, und die Drehwelle wird drehend so angetrieben, dass der durch die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung erfasste Drehwinkel der korrigierte Befehlswert für den Drehwinkel wird, der nach der Korrektur ermittelt wird, wodurch ein Fehler des Drehwinkelsensors ausgeglichen werden kann.
Da es, wie oben beschrieben, möglich ist, die Korrektur lediglich unter Verwendung des Teilungsperioden-Fehlermusters vorzunehmen, das aus Erfassungsfehlern des Winkel-Erfassungssensors an Korrektur-Unterteilungspunkten zwischen zwei beliebigen benachbarten Zähnen besteht, kann die Anzahl der Fehlerkorrektur-Punkte erheblich reduziert werden, und es ist nur geringe Speicherkapazität erforderlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung speichert die Fehlermuster-Speichereinheit das Teilungsperioden-Fehlermuster und ein Drehperioden-Fehlermuster, das aus Abweichungen zwischen durch den Winkel-Erfassungssensor erfassten Drehwinkeln und Ist-Drehwinkeln bei einmaliger Drehung des Erfassungs-Zielrings besteht, und die Befehlswert-Korrektureinheit korrigiert den Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters sowie des Teilungsperioden-Fehlermusters, um den korrigierten Befehlswert für den Drehwinkel zu ermitteln.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist es, da der Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters und des Drehperioden-Fehlermusters korrigiert wird, möglich, einen Fehler, der auf die Abweichung des Mittelpunktes des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, und einen Fehler zu korrigieren, der auf Bearbeitungsgenauigkeit der Zähne des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung korrigiert die Befehlswert-Korrektureinheit den Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters, um einen ersten korrigierten Befehlswert für den Drehwinkel zu ermitteln, und korrigiert den ersten korrigierten Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters, um einen zweiten korrigierten Befehlswert für den Drehwinkel zu ermitteln.
Gemäß der anderen bevorzugten Ausführungsform wird der Befehlswert für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters korrigiert, womit der erste korrigierte Befehlswert für den Drehwinkel ermittelt wird, und der erste korrigierte Befehlswert für den Drehwinkel wird auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters korrigiert, womit der zweite korrigierte Befehlswert für den Drehwinkel ermittelt wird, und daher folgt auf die Korrektur eines Fehlers, der auf die Abweichung des Mittelpunktes des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, die Korrektur eines Fehlers, der auf Bearbeitungsgenauigkeit der Zähne des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, wodurch es möglich wird, beide Fehler effizienter und sicherer zu korrigieren.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht auf eine Werkzeugmaschine, die eine Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung enthält;
2 ist ein Schema eines Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungsteils der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische grafische Darstellung eines Drehperioden-Fehlermusters der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine schematische grafische Darstellung eines Teilungsperioden-Fehlermusters der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische grafische Darstellung, die dazu dient, die Ermittlung des Teilungsperioden-Fehlermusters zu beschreiben.
6 ist eine schematische grafische Darstellung eines konkreten Beispiels des Drehperioden-Fehlermusters;
7 ist eine schematische grafische Darstellung eines konkreten Beispiels des Teilungsperioden-Fehlermusters;
8 ist ein Flussdiagramm, das der Beschreibung der Funktion der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung dient;
9 ist eine schematische grafische Darstellung, die der Beschreibung einer Teilungsperiode dient, die in dem Flussdiagramm angewendet wird;
10 ist eine Darstellung, die eine Teilungsperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle zeigt, die in dem Flussdiagramm angewendet wird;
11 ist eine Darstellung, die eine Drehperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle einer Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine Darstellung, die der Beschreibung eines Verfahrens zum Ermitteln eines Drehperioden-Fehlers der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung dient;
13 ist eine Darstellung, die eine Teilungsperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
14 ist eine Darstellung, die der Beschreibung eines Verfahrens zum Ermitteln eines Teilungsperioden-Fehlers der Drehwinkel-Positioniervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung dient.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden auf Basis der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[Ausführungsform 1]
1 bis 10 sind Darstellungen, die der Beschreibung einer Drehwinkel-Positioniervorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung dienen.
In den Zeichnungen kennzeichnet Bezugszeichen 1 eine Revolverdrehmaschine als ein Beispiel für die Werkzeugmaschine. Die Revolverdrehmaschine 1 enthält einen ersten Spindelstock 3, der an einem linken Endabschnitt eines Bettes 2 angeordnet ist, einen zweiten Spindelstock 4, der so angeordnet ist, dass er dem ersten Spindelstock 3 zugewandt ist, sowie einen Werkzeughalter 5, der zwischen dem ersten und dem zweiten Spindelstock 3, 4 sowie an einer Rückseite derselben angeordnet ist.
Der zweite Spindelstock 4 ist so angeordnet, dass er in einer axialen Richtung (Z-Achsen-Richtung) bewegt werden kann, wobei eine Achse seiner zweiten Spindel 4a koaxial zu einer Achse einer ersten Spindel 3a des ersten Spindelstocks 3 ist. Der Werkzeughalter 5 weist einen Werkzeughalter-Sockel 5a, der so angeordnet ist, dass er in einer Y-Achsen-Richtung senkrecht zu der Z-Achse bewegt werden kann, sowie einen Revolverkopf 5b auf, der an dem Werkzeugträger-Sockel 5a so angeordnet ist, dass er um eine Drehachse parallel zu der Z-Achse gedreht werden kann, und eine Vielzahl von Werkzeugen T sind an dem Revolverkopf 5b installiert.
Der erste Spindelkopf 3 weist ein erstes Spindelkopfgehäuse 3b, das an dem Bett 2 befestigt ist, und die erste Spindel (Drehwelle) 3a auf, die über eine Vielzahl von Lagern 3c drehbar von dem ersten Spindelstock-Gehäuse 3b getragen wird. Des Weiteren ist ein Spannfutter 3e, das ein zu bearbeitendes Objekt (Werkstück) W aufnimmt, an einem vorderen Abschnitt 3d der ersten Spindel 3a angebracht, der von dem ersten Spindelstock-Gehäuse 3b auf den zweiten Spindelstock 4 zu vorsteht.
Der zweite Spindelstock 4 weist ein zweites Spindelstock-Gehäuse 4b, das an dem Bett 2 so angebracht ist, dass es in der Z-Achsen-Richtung bewegt werden kann, und die zweite Spindel (Drehwelle) 4a auf, die über eine Vielzahl von Lagern 4c drehbar von dem zweiten Spindelstock-Gehäuse 4b getragen wird. Des Weiteren ist ein Spannfutter 4e, das das zu bearbeitende Objekt (Werkstück) aufnimmt, an einem vorderen Abschnitt 4d der zweiten Spindel 4a angebracht, der von dem zweiten Spindelstock-Gehäuse 4b auf den ersten Spindelstock 3 zu vorsteht.
Der erste Spindelstock 3 und der zweite Spindelstock 4 enthalten Drehwinkel-Positioniervorrichtungen 6, die den gleichen Aufbau haben. Im Folgenden wird die Drehwinkel-Positioniervorrichtung 6 beschrieben, die an dem ersten Spindelstock 3 vorhanden ist.
Die Drehwinkel-Positioniervorrichtung 6 enthält eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7, die einen Drehwinkel der ersten Spindel 3a erfasst, einen Antriebsmotor 10, der die erste Spindel 3a so trägt, dass der durch die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 erfasste Drehwinkel ein gegebener Befehlswert α für den Drehwinkel wird, sowie eine Steuereinheit 11, die den Antrieb durch den Antriebsmotor 10 steuert.
Die Steuereinheit 11 enthält eine Fehlermuster-Speichereinheit 11a, die ein Drehperioden-Fehlermuster E sowie ein Teilungsperioden-Fehlermuster F speichert, die weiter unten beschrieben werden, sowie eine Befehlswert-Korrektureinheit 11b, die den Befehlswert α für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters E korrigiert, um einen ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel zu ermitteln, und den ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters F korrigiert, um einen zweiten korrigierten Befehlswert α2 für den Drehwinkel zu ermitteln.
Der Antriebsmotor 10 ist zwischen dem ersten Spindelstock-Gehäuse 3b und der ersten Spindel 3a angeordnet, und seine Funktion besteht darin, die erste Spindel 3a mit hoher Geschwindigkeit drehend anzutreiben, und die erste Spindel 3a drehend um einen kleinen Winkel zu bewegen.
Die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 enthält einen Erfassungs-Zielring 8, der an einem hinteren Endabschnitt 3g der ersten Spindel 3a befestigt ist, so dass er sich mit der ersten Spindel 3a dreht, sowie einen Winkel-Erfassungssensor 9, der fest so angeordnet ist, dass er dem Erfassungs-Zielring 8 kontaktlos zugewandt ist.
Der Erfassungs-Zielring 8 besteht aus einem weichen magnetischen Material in Ringform, wobei eine Vielzahl (in der vorliegenden Ausführungsform 512) Zähne 8a in einem vorgegebenen Abstand an seiner Außenumfangsfläche ausgebildet sind.
Der Winkel-Erfassungssensor 9 weist einen Permanentmagneten 9b, der in einer Verkleidung 9a aus nicht magnetischem Material so angeordnet und befestigt ist, dass er Spitzenflächen 8b der Zähne 8a in einem rechten Winkel zugewandt ist, sowie einen Hall-IC 9c auf, der in der Verkleidung 9a so angeordnet und befestigt ist, dass er sich zwischen dem Permanentmagneten 9b und den Spitzenflächen 8b befindet, und der eine Vielzahl von Hall-Elementen 9d aufweist. Der Permanentmagnet 9b ist so angeordnet, dass seine Nord-Süd-Polachse einen rechten Winkel zu den Spitzenflächen 8b bildet, und der Hall-IC 9c ist an der Nord-Pol-Seite angeordnet.
Die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 der vorliegenden Ausführungsform erfasst den Drehwinkel der ersten Spindel 3a mit dem Erfassungs-Zielring 8 und dem Winkel-Erfassungssensor 9. Das heißt, der Winkel-Erfassungssensor 9 gibt, wie in 2 gezeigt, entsprechend seinem Abstand zu einer ihm zugewandten Fläche des Erfassungs-Zielrings 8 ein Spannungssignal S aus. Die Stärke des Spannungssignals S ist am größten, wenn der Winkel-Erfassungssensor einem Mittelabschnitt a der Spitzenflächen 8b des Zahn 8a in Drehrichtung zugewandt ist, und sein Wert verringert sich allmählich, wenn sich die Position, der der Winkel-Erfassungssensor 9 zugewandt ist, von hier zu einem Mittelabschnitt b zwischen den Zähnen 8a, 8a bewegt, und nimmt allmählich zu, wenn sich die Position, der der Winkel-Erfassungssensor 9 zugewandt ist, weiter zu einer benachbarten Spitzenfläche 8b bewegt. Daher wird der Drehwinkel der ersten Spindel 3a auf Basis der Stärke des Spannungssignals S von dem Winkel-Erfassungssensor 9 erfasst.
Die erste Spindel 3a wird von dem Antriebsmotor 10 drehend so angetrieben, das sie so positioniert wird, dass der durch die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 erfasste Drehwinkel ein gegebener Befehlswert α für den Drehwinkel wird.
Bei der Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 treten in 3 gezeigte Drehperioden-Fehler mitunter aufgrund der Abweichung einer Mittelposition des Erfassungs-Zielrings 8 oder dergleichen bei einmaliger Umdrehung des Erfassungs-Zielrings 8 auf, und in 4 gezeigte Teilungsperioden-Fehler treten mitunter in jeder Teilungsperiode aufgrund von Bearbeitungsgenauigkeit der Zähne 8a des Erfassungs-Zielrings 8 oder dergleichen auf.
Daher wird in dieser Ausführungsform der Befehlswert α für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters E korrigiert, womit ein erster korrigierter Befehlswert α1 für den Drehwinkel ermittelt wird, wie dies weiter unten ausführlich beschrieben ist. Anschließend wird der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters F korrigiert, womit ein zweiter korrigierter Befehlswert α2 für den Drehwinkel ermittelt wird.
Dann treibt der Antriebsmotor 10 die erste Spindel 3a drehend an, so dass der durch die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 7 erfasste Drehwinkel mit dem zweiten korrigierten Befehlswert α2 für den Drehwinkel übereinstimmt, womit Drehwinkel-Positionierung der ersten Spindel 3a durchgeführt ist.
Das Drehperioden-Fehlermuster E wird auf die im Folgenden beschriebene Weise ermittelt. Zunächst werden, wie in 3 gezeigt, Korrektur-Unterteilungspunkte 1 bis 12, die eine Umdrehungsperiode (360°) des Erfassungs-Zielrings 8 gleichmäßig beispielsweise in zwölf 30°-Segmente unterteilen, ermittelt. Was die Drehwinkel angeht, die den jeweiligen Korrektur-Unterteilungspunkten 1 bis 12 entsprechen, so werden Differenzen zwischen erfassten Drehwinkeln, die unter Verwendung des tatsächlich eingesetzten Drehwinkelsensors 9 gemessen werden, und Bezugs-Drehwinkeln ermittelt, die unter Verwendung eines hochgenauen Sensors gemessen werden, der ausreichend hohe Auflösung hat. Dann werden die Differenzen an den Korrektur-Unterteilungspunkten 1 bis 12 als Drehperioden-Fehler E1, E2, ... E12 definiert, und eine Kurve, die die Drehperioden-Fehler E1 ... E12 verbindet, wird als das Drehperioden-Fehlermuster E definiert.
Das Teilungsperioden-Fehlermuster F wird auf folgende Weise ermittelt. Zunächst werden, wenn die Anzahl von Korrektur-Unterteilungen, wie in 5 und 9 gezeigt, in einer Teilungsperiode 12 beträgt, Korrektur-Unterteilungspunkte 1 bis 12 ermittelt, die ein Intervall zwischen beliebigen Zähnen 8a bis 8a gleichmäßig in 12 Segmente unterteilen. Was Drehwinkel angeht, die den jeweiligen Korrektur-Unterteilungspunkten 1 bis 12 entsprechen, so werden Abweichungen zwischen erfassten Drehwinkeln, die unter Verwendung des tatsächlich eingesetzten Winkel-Erfassungssensors 9 gemessen werden, und Bezugs-Drehwinkeln ermittelt, die unter Verwendung des hochgenauen Sensors gemessen werden, der ausreichend hohe Auflösung hat. Dann werden die Differenzen an den jeweiligen Korrektur-Unterteilungspunkten 1 bis 12 als Teilungsperioden-Fehler F1, F2, ... F12 definiert, und eine Kurve, die die Teilungsperioden-Fehler F1 ... F12 verbindet, wird als das Teilungsperioden-Fehlermuster F definiert.
Dabei hat sich herausgestellt, dass das Teilungsperioden-Fehlermuster F im Wesentlichen in jeder beliebigen Teilungsperiode die gleiche Tendenz aufweist, wie dies beispielsweise in 4 oder 7 dargestellt ist. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform das Teilungsperioden-Fehlermuster F in einer beliebigen Teilungsperiode ermittelt, und dieses Muster F wird in allen Teilungsperioden verwendet. Daher kann die Anzahl der Korrektur-Unterteilungspunkte für die Messung unabhängig von der Anzahl der Zähne des Erfassungs-Zielrings 8 nur 12 betragen und damit erheblich verringert werden. Dabei ergibt sich, wenn die Fehler bzw. Abweichungen mit dem gleichen Verfahren ermittelt werden wie dem Verfahren zum Ermitteln des Drehperioden-Fehlermusters E :

Anzahl von Korrektur-Unterteilungspunkten = 512 x 12 = 6144.

Das Drehperioden-Fehlermuster E und das Teilungsperioden-Fehlermuster F werden in der Fehlermuster-Speichereinheit 11a der Steuereinheit 11 gespeichert. Die Befehlswert-Korrektureinheit 11b korrigiert den Befehlswert α für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters E, um den ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel zu ermitteln, und korrigiert des Weiteren den ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters F, um den zweiten korrigierten Befehlswert α2 für den Drehwinkel zu ermitteln.
Ein Verfahren zum Ermitteln des ersten korrigierten Befehlswertes α1 für den Drehwinkel, wenn der Befehlswert für den Drehwinkel α ist, wird anhand von 3 beschrieben.
α1 wird wie im Folgenden dargestellt ermittelt, wobei E23 ein Korrekturwert ist, der dem Befehlswert α für den Drehwinkel in dem Drehperioden-Fehlermuster E entspricht. $α 1 = α + E23$
$E23 = E2 + (E3 - E2) \times (α - 60 °) / 30 °$
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Ermitteln des zweiten korrigierten Befehlswertes α2 für den Drehwinkel konkreter auf Basis des Flussdiagramms in 8 beschrieben. In diesem Fall ist der Befehlswert für den Drehwinkel α, der erste korrigierte Befehlswert für den Drehwinkel ist α1, der zweite korrigierte Befehlswert für den Drehwinkel ist α2, die Anzahl von Zähnen des Erfassungs-Zielrings 8 ist β (= 512), und die Anzahl von Unterteilungen in einer Fehlerkorrektur-Tabelle (die Anzahl von Korrektur-Unterteilungspunkten) ist γ (=12).
Zunächst wird der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel, der der mit dem oben beschriebenen Verfahren korrigierte Befehlswert α für den Drehwinkel ist, gelesen (Schritt S1), und es wird mittels (α1/360°) x β (Ausdruck 1) berechnet, wie vielen Zähnen 8a des Erfassungs-Zielrings 8 der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel äquivalent ist. In diesem Fall wird der Quotient (der integrale Teil) des Ausdrucks 1 mit X definiert, und der Bruchteil desselben wird mit Y definiert (Schritt 2).
Wenn der Bruchteil (Y) 0 beträgt (Schritt S3), d.h., wenn der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel ein Winkel ist, der mit dem Mittelabschnitt a der Spitzenfläche 8b jedes der Zähne 8a des Erfassungs-Zielrings 8 übereinstimmt, wird ein Korrekturwert gelesen (Schritt S9), der dem Unterteilungspunkt „0“ in der in 10 gezeigten Fehlerkorrektur-Tabelle entspricht, dieser Korrekturwert wird zu dem ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel addiert (Schritt S10), und das Additionsergebnis wird als der finale Befehlswert für den Drehwinkel definiert (der zweite korrigierte Befehlswert α2 für den Drehwinkel) (Schritt S11).
Wenn hingegen in Schritt S3 Y nicht 0 beträgt, d.h., wenn der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel ein Winkel ist, der einem Punkt zwischen beliebigen benachbarten Zähnen 8a, 8a entspricht, werden zunächst die benachbarten Korrektur-Unterteilungspunkte, zwischen denen sich der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel befindet, ermittelt, und der Korrekturwert wird anhand der Fehlerkorrektur-Tabelle auf Basis dieser Position berechnet. Dabei wird, wenn der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel mit einem der Korrektur-Unterteilungspunkte übereinstimmt, der diesem Unterteilungspunkt entsprechende Korrekturwert unverändert zu dem ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel addiert.
Das heißt, berechnet wird: $Bruchteil (Y) \times Anzahl von Unterteilungen (γ)$
und das Produkt wird als Z definiert (Schritt S4), und die größte ganze Zahl G, die genauso groß ist wie oder kleiner als das Produkt Z, sowie die kleinste ganze Zahl H, die genau so groß ist wie oder größer als das Produkt Z, werden ermittelt (Schritt S5).
Korrekturwerte g, h, die den ganzen Zahlen G, H in der Fehlerkorrektur-Tabelle entsprechen, werden gelesen (Schritt S6), anschließend wird (h - g) x (Z - G) berechnet, das Produkt wird als D definiert (Schritt S7), und die Summe (g + D) wird als der Korrekturwert festgelegt (Schritt S8).
Dann wird die Summe des oben aufgeführten Korrekturwertes und des ersten korrigierten Befehlswertes α1 für den Drehwinkel der finale Befehlswert für den Drehwinkel (der zweite korrigierte Befehlswert α2 für den Drehwinkel) (Schritte S10, S11).
Das heißt, wenn in Schritt S2 ermittelt wird, dass der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel beispielsweise 99,32 Teilen der Zähne des Erfassungs-Zielrings 8 äquivalent ist, beträgt das Ergebnis in Schritt S4 Y × γ = 0,32 × 12 = 3,84, und das Ergebnis in Schritt S5 ist so, dass die größte ganze Zahl G, die genauso groß ist wie oder kleiner als 3,84, 3 ist, und die kleinste ganze Zahl H, die genauso groß ist wie oder größer als 3,84, 4 ist, und in Schritt S6 werden der Korrekturwert g, der dem Unterteilungspunkt 3 = -0,003 (°) entspricht, und der Korrekturwert h, der dem Unterteilungspunkt 4 = 0,005 (°) entspricht, aus der Fehlerkorrektur-Tabelle in 10 gelesen. Damit beträgt das Ergebnis in Schritt S7 $(h - g) \times (Z - G) = (0,005 - (- 0,003)) \times (3,84 - 3) = 0,00672 = D,$
in Schritt S8 wird g + D = -0,003 + 0,00672 = 0,00372 (°) als der Korrekturwert festgelegt, und der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel + 0,00372 (°) wird als der finale Befehlswert für den Drehwinkel festgelegt (der zweite korrigierte Befehlswert α2 für den Drehwinkel).
In der vorliegenden Ausführung wird, wie oben beschrieben, der Befehlswert α für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters E korrigiert, womit der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel ermittelt wird, und der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel wird auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters F korrigiert, womit der zweite korrigierte Befehlswert α2 für den Drehwinkel ermittelt wird und es damit ermöglicht wird, sicher einen Fehler, der auf die Abweichung der Mitte des Erfassungs-Zielrings 8 oder dergleichen zurückzuführen ist, sowie einen Fehler zu korrigieren, der Bearbeitungsgenauigkeit der Zähne 8a des Erfassungs-Zielrings 8 oder dergleichen zugeschrieben werden kann.
Des Weiteren ändert sich das Teilungsperioden-Fehlermuster F aufgrund individueller Unterschiede des Erfassungs-Zielrings und des Winkel-Erfassungssensors, es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei dem gleichen Erfassungsring, dem gleichen Winkel-Erfassungssensor und den gleichen Installationsbedingungen im Wesentlichen die gleiche Tendenz in jeder beliebigen Teilungsperiode vorhanden ist, und unter Berücksichtigung dieser Anmerkung wird die in 10 dargestellte Fehlerkorrektur-Tabelle auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters F in einer beliebigen Teilungsperiode geschaffen, und diese Tabelle wird für die Korrektur in allen Teilungsperioden verwendet. Daher ist es möglich, die Anzahl der Korrektur-Unterteilungspunkte erheblich zu verringern, und lediglich geringe Speicherkapazität ist erforderlich.
Des Weiteren wird der Befehlswert α für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters E korrigiert, womit der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel ermittelt wird, und der erste korrigierte Befehlswert α1 für den Drehwinkel wird auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters F korrigiert, womit der zweite korrigierte Befehlswert α2 für den Drehwinkel ermittelt wird. Daher folgt auf die Korrektur eines Fehlers, der auf die Abweichung der Mitte des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, die Korrektur eines Fehlers, der auf Bearbeitungsgenauigkeit der Zähne des Erfassungs-Zielrings oder dergleichen zurückzuführen ist, womit es ermöglicht wird, beide Fehler effizienter und sicherer zu korrigieren.
[Ausführungsform 2]
11 bis 14 sind Darstellungen, die der Beschreibung einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung dienen. In der Ausführungsform 2 wird die Korrektur des Befehlswertes α für den Drehwinkel zum Ermitteln des ersten und des zweiten korrigierten Befehlswertes α1, α2 für den Drehwinkel unter der im Folgenden beschriebenen Bedingung durchgeführt.
Der Befehlswert α für den Drehwinkel beträgt 27°, ein Intervall B zwischen Korrektur-Unterteilungspunkten in einer Umdrehungsperiode beträgt 5°, und eine Drehperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle (Drehperioden-Fehlermuster E), die in 11 dargestellt ist, wird erstellt. Die Anzahl der Zähne des Erfassungs-Zielrings beträgt 512, die Anzahl von Korrektur-Unterteilungspunkten γ in einer Teilungsperiode beträgt 16, und eine Teilungsperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle (Teilungsperioden-Fehlermuster F), die in 12 dargestellt ist, wird erstellt. Dabei wird der Befehlswert α für den Drehwinkel unter Berücksichtigung erforderlicher Korrekturen, wie beispielsweise Spiel-Korrektur, Wärmeausdehnungskorrektur und dergleichen, festgelegt.

(1) Der Befehlswort α für den Drehwinkel von 27° wird gelesen.
(2) Zunächst wird ein Drehperioden-Fehler berechnet. Ein Drehperioden-Fehlerkorrektur-Punkt C1 = α/B = 27/5 = 5,4 wird ermittelt, wobei sich der Fehlerkorrektur-Punkt C1 zwischen einem Korrektur-Unterteilungspunkt 5 und einem Korrektur-Unterteilungspunkt 6 befindet, und ein Korrekturverhältnis D an dem Korrekturpunkt C1 beträgt D = 0,04.
(3) Ein Korrekturmaß Ec1 an dem Fehlerkorrektur-Punkt C1 wird unter Verwendung von Korrekturmaßen E5, E6 an den Korrektur-Unterteilungspunkten 5, 6 in der Drehperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle wie folgt berechnet (siehe 12). $Ec1 = E5 + (E6 - E5) \times D$

Wie aus der in 11 gezeigten Drehperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle zu sehen ist, gilt E 5 = 0,003° und E6 = 0,005° und daher $Ec1 = 0,003 + 0,002 \times 0,4 = 0,0038$

(4) Daher gilt für den ersten korrigierten Befehlswert α1 für den Drehwinkel: α + Ec1 = 27,0038°
(5) Anschließend wird der Teilungsperioden-Fehler berechnet. Für einen Teilungsperioden-Fehlerkorrektur-Punkt gilt: $C2 = α 1 / (360 /Anzahl der Z \ddot{a} hne) = 27,0038 / (360 /512) = 38,4054044...,$
und daher befindet sich der Teilungsperioden-Fehlerkorrektur-Punkt C2 zwischen dem 38. und dem 39. Zahn des Erfassungs-Zielrings.
(6) Des Weiteren gilt für die Anzahl von Unterteilungen: 16 x 0,405 ... = 6,4864 ..., und daher befindet sich der Korrekturpunkt C2 zwischen dem Korrektur-Unterteilungspunkt 6 und dem Korrektur-Unterteilungspunkt 7, und für ein Teilungs-Korrekturunterteilungsverhältnis gilt: N = 0,4864 ...
(7) Ein Korrekturmaß Fc2 an dem Teilungsperioden-Korrekturpunkt C2 wird wie im Folgenden dargestellt, unter Verwendung von Korrekturmaßen F6, F7 an den Korrektur-Unterteilungspunkten 6, 7 in der Teilungsperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle (siehe 14) berechnet: $Fc2 = F6 + (F7 - F6) \times N$

Wie aus der in 13 gezeigten Teilungsperioden-Fehlerkorrektur-Tabelle ersichtlich ist, gilt: $F6 = - 0,001 ° und F7 = - 0,004 °$
und daher $Fc2 = - 0,001 + (- 0,004 + 0,001) \times 0,4864 \dots = - 0,0024594 \dots$

(8) Daher gilt für den zweiten korrigierten Befehlswert α2 für den Drehwinkel: $α 1 + Fc2 = 27,0038 - 0,0024594.. = 27,0013405.. °$

In der Ausführungsform 2 werden die gleichen Effekte wie in der Ausführungsform 1 erzielt.
Die Erfindung kann in anderen speziellen Formen ausgeführt werden, ohne vom Geist oder wesentlichen Eigenschaften derselben abzuweichen.
Die vorliegenden Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorhergehende Patentbeschreibung bestimmt wird, und alle Veränderungen, die unter die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sind daher als darin eingeschlossen zu betrachten.

Claims

Drehwinkel-Positioniervorrichtung (6), die enthält: eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung (7), die einen Erfassungs-Zielring (8), der an einer Drehwelle (3a) vorhanden ist und eine Vielzahl in einem vorgegebenen Abstand ausgebildeter Zähne (8a) aufweist, sowie einen Winkel-Erfassungssensor (9) aufweist, der so angeordnet ist, dass er den Zähnen (8a) zugewandt ist und entsprechend einem Abstand zu den Zähnen (8a) einen Ausgang erzeugt, und der einen Drehwinkel des Erfassungs-Zielrings (8) auf Basis des Ausgangs von dem Winkel-Erfassungssensors (9) ermittelt; und eine Drehwellen-Antriebsvorrichtung (10), die die Drehwelle (3a) so dreht, dass der Drehwinkel ein gegebener Befehlswert (α) für den Drehwinkel wird, wobei die Drehwinkel-Positioniervorrichtung (6) umfasst: eine Fehlermuster-Speichereinheit (11a), die ein Teilungsperioden-Fehlermuster (F) speichert, das aus Abweichungen zwischen durch den Winkel-Erfassungssensor (9) erfassten Drehwinkeln und Ist-Drehwinkeln besteht, die jeweiligen Korrektur-Unterteilungspunkten einer beliebigen Teilungsperiode in dem Erfassungs-Zielring (8) entsprechend, und eine Befehlswert-Korrektureinheit (11b), die den Befehlswert (α) für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters (F) korrigiert, um einen korrigierten Befehlswert (α2) für den Drehwinkel zu ermitteln.
Drehwinkel-Positioniervorrichtung (6) nach Anspruch 1, wobei: die Fehlermuster-Speichereinheit (11a) das Teilungsperioden-Fehlermuster (F) und ein Drehperioden-Fehlermuster (E) speichert, das aus Abweichungen zwischen mit dem Winkel-Erfassungssensor (9) erfassten Drehwinkeln und Ist-Drehwinkeln bei einmaligem Drehen des Erfassungs-Zielrings (8) besteht; und die Befehlswert-Korrektureinheit (11b) den Befehlswert (α) für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters (E) und des Teilungsperioden-Fehlermusters (F) korrigiert, um den korrigierten Befehlswert (α2) für den Drehwinkel zu ermitteln.
Drehwinkel-Positioniervorrichtung (6) nach Anspruch 2, wobei die Befehlswert-Korrektureinheit (11b) den Befehlswert (α) für den Drehwinkel auf Basis des Drehperioden-Fehlermusters (E) korrigiert, um einen ersten korrigierten Befehlswert (α1) für den Drehwinkel zu ermitteln, und den ersten korrigierten Befehlswert (α1) für den Drehwinkel auf Basis des Teilungsperioden-Fehlermusters (F) korrigiert, um einen zweiten korrigierten Befehlswert (α2) für den Drehwinkel zu ermitteln.