DE102015111964A1

DE102015111964A1 - Servomotoren-Steuersystem, das die Bearbeitungspräzision mehrerer Achsen verbessert

Info

Publication number: DE102015111964A1
Application number: DE102015111964.1A
Authority: DE
Inventors: Naoto Sonoda; Yukio Toyozawa; Yasusuke Iwashita
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2016-02-04
Also published as: JP5897662B2; US9709975B2; US20160033954A1; JP2016031735A; CN105320059A; CN105320059B

Abstract

Ein Servomotoren-Steuersystem 1 in einer Werkzeugmaschine usw., das lernende Regelung des Typs Winkelsynchronisation anwenden kann, um höhere Präzision sogar in dem Fall zu erlauben, in dem ein Bohrvorgang ausgeführt wird, bei dem sich der Durchmesser des Kreises ändert, oder einen Vorgang auf einer freien geschlossenen gebogenen Form, das eine Host-Steuervorrichtung 24 umfasst, die Positionsbefehlswerte zum Bearbeiten eines Werkstücks erzeugt, Servosteuervorrichtungen 18 und 20, die die Positionsbefehlswerte verwenden, um Servomotoren 12, 14 anzutreiben, um ein Werkzeug zu betätigen, das die Bearbeitung ausführt, und Positionsdetektoren 27 und 31, die Positionen der Servomotoren oder eine Werkzeugposition erfassen, und ferner einen Positionsfehlerberechnungsabschnitt, der einen Positionsfehler zwischen den Positionsbefehlswerten und erfassten Positionen der Servomotoren berechnet, einen Referenzwinkelerzeugungsabschnitt 4, der einen Referenzpunkt auf einer geschlossenen Figur berechnet, und einen Referenzwinkel θ, der von einem aktuellen Bearbeitungspunkt unter der Bedingung, dass irgendeine Position innerhalb der geschlossenen Figur, die der Positionsbefehlswert als die Mitte bildet, monoton steigt oder monoton sinkt, und Lernende-Regelungsabschnitte 26 und 30, die den Referenzwinkel und den Positionsfehler als die Grundlage verwenden, um lernende Regelung des Typs Winkelsynchronisation auszuführen, um die Servomotoren zu steuern.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servomotoren-Steuersystem, das eine Werkzeugmaschine oder andere Maschine steuert. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Servomotoren-Steuersystem, bei dem mehrere Achsen, die von Servomotoren angetrieben werden, koordiniert werden, um eine Bearbeitungspräzision zu verbessern, wenn eine geschlossene Kurve oder ein Vieleck bearbeitet wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Im Allgemeinen wird bei einem Bohrvorgang, der ein Bearbeitungszentrum oder eine andere Werkzeugmaschine verwendet, ein Bohrvorgang, der ein dediziertes Werkzeug verwendet, ausgeführt, um die Präzision zu verbessern. Das Bohrwerkzeug, das bei dem Bohrvorgang verwendet wird, muss in Übereinstimmung mit dem Durchmesser der Bohrung, die gebohrt wird, ausgewählt werden. Beim Bohren von Bohrungen mit mehreren unterschiedlichen Durchmessern werden daher mehrere Bohrwerkzeuge erforderlich.
Üblicherweise wird bei einem Bearbeitungszentrum, das mit einer numerischen Steuervorrichtung (CNC) ausgestattet ist, ein automatischer Werkzeugwechsler (ATC) bereitgestellt. Der ATC kann mit mehreren Werkzeugen ausgestattet sein, so dass die Werkzeuge in Übereinstimmung mit dem Vorgang automatisch gewechselt werden können. Es besteht jedoch ein Limit für die Anzahl von Werkzeugen, die an einen ATC montiert werden können. Wenn daher ein Vorgang auftritt, der von einem Werkzeug ausgeführt wird, das nicht an dem ATC gelagert ist, ist Zeit zum Wechseln des Werkzeugs erforderlich. Es gibt daher Probleme, wie zum Beispiel die Verschlechterung der Produktivität.
Im Gegensatz dazu gibt es ein Verfahren zum Ersetzen eines Bohrvorgangs, das eine Bohrung mit einem Fräsvorgang bohrt. Als eines der Verfahren für den alternativen Vorgang eines Fräsvorgangs, gibt es einen helixförmigen Bearbeitungsvorgang. Ein helixförmiger Bearbeitungsvorgang ist ein Bearbeitungsvorgang, der eine Stirnfräse verwendet, die für den Durchmesser der zu bohrenden Bohrung geeignet ist, so dass eine Bogenbewegung auf helixförmige Art ausgeführt wird, um die Bohrung zu bohren. Bei einem helixförmigen Bearbeitungsvorgang wird die Bogenbewegung im Allgemeinen durch koordinierte Antriebsbetätigung eines Tischs, der ein Werkstück trägt, durch Servomotoren in die X-Achsen- und Y-Achsenrichtung ausgeführt.
Beim Verwenden eines helixförmigen Bearbeitungsvorgangs zum Bohren einer Bohrung, auch wenn mehrere Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern gebohrt werden, besteht der Vorteil, dass eine einzige Stirnfräse den Vorgang bewältigen kann. Andererseits wird ein helixförmiger Bearbeitungsvorgang mit Bogenbewegung des Tischs begleitet, so dass, wenn die Geschwindigkeit erhöht wird, aufgrund der verzögerten Reaktion der X-Achsen- und Y-Achsen-Servomotoren, die den Tisch antreiben, oder aufgrund verlorener Bewegung der Maschinen (Nachschwingen oder Torsion), Quadrantenstörung (Verzögerung im Zeitpunkt des Umkehrens der Antriebsachse) auftritt und sich die Präzision verschlechtern kann.
Als ein Verfahren zum Kontern dieser Präzisionsverschlechterung ist das Verfahren des Verwendens der Tatsache, dass bei einem helixförmigen Bearbeitungsvorgang die Stirnfräse Bogenbewegung wiederholt und des Anwendens von lernender Regelung zum Steuern der Servomotoren der X-Achsen und Y-Achsen-Antriebsachsen am effektivsten. Insbesondere ist es effektiv, lernende Regelung des Typs Winkelsynchronisation anzuwenden, indem ermöglicht wird, Schwankungen der Bearbeitungsgeschwindigkeit wie in dem Servomotor-Antriebssteuersystem, das in der japanischen Patentschrift Nr. 4043996 offenbart ist, zu bewältigen, wobei aber in diesem Fall Winkelinformationen als die Grundlage für die Periode der lernenden Regelung erforderlich werden. Der Referenzwinkel muss monoton steigend oder monoton sinkend gemacht werden, aber in dem Fall von Bogenbewegung einer Stirnfräse durch die zwei Achsen X und Y besteht keine Information (kein Signal), die als dieser Referenzwinkel verwendet werden kann.
Um dieses Problem zu lösen, offenbart die japanische Patentschrift Nr. 49804532B ein Servosteuersystem, das kumulativ die X-Achsen- oder die Y-Achsen-Steuerwerte oder Absolutwerte der Feedbackwerte addiert, um dadurch Informationen (Signal) an dem Referenzwinkel zu schaffen.
Das Servosteuersystem, das in der japanischen Patentschrift Nr. 4980453 offenbart ist, weist jedoch das Problem auf, dass es unfähig ist, den Fall zu meistern, bei dem sich der Durchmesser des Bogens langsam ändert. Dieses Problem tritt auf, weil die lernende Regelung die Lernperiode (zum Beispiel 360 Grad usw.) als projektierte Information benötigt, um eine Speicherung zu sichern, die der Wiederholungsperiode des Befehlswerts entspricht, aber beim Vorbereiten eines Signals, das dem Referenzwinkel von den Befehlswerten oder Feedbackwerten entspricht, ist der Winkel, den das Signal angibt, nicht der Winkel von der Mitte, sondern die Bewegungsmengen der X-Achse und Y-Achse, so dass sich die Bewegungsänderungen, falls sich der Durchmesser des Kreises ändert, ändern. Bei dem Servosteuersystem, das in der japanischen Patentschrift Nr. 4980453 offenbart ist, stimmen die Periode der projektierten Information und die tatsächliche Bewegungsmenge nicht mehr überein, und korrekte lernende Regelung ist nicht mehr möglich.
Bei einem helixförmigen Bearbeitungsvorgang ist es zum Beispiel, wenn eine Stirnfräse, wie in 1A veranschaulicht, kreisförmige Bewegung beginnt, (leicht) möglich, die Bewegungsmenge der Stirnfräse zu berechnen, die der Lernperiode von dem Durchmesser des Kreises „c” entspricht. Bei einem helixförmigen Bearbeitungsvorgang ist es jedoch, wenn eine Stirnfräse die Bewegung beginnt, wie zum Beispiel die freie geschlossene Kurve L und nicht ein einfacher Kreis, wie in 1B veranschaulicht, nicht einfach, die Bewegungsmenge der Stirnfräse zu berechnen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Aspekt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Servomotoren-Steuersystem bereitzustellen, das das Anwenden von lernender Regelung des Typs Winkelsynchronisation ermöglicht und das Erzielen höherer Präzision, sogar wenn ein Bohrvorgang ausgeführt wird, bei dem sich ein Durchmesser der Bohrung allmählich ändert, oder sogar, wenn eine Form, wie zum Beispiel eine freie geschlossene Kurve, an Stelle eines einfachen Bogens bearbeitet wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Servomotoren-Steuersystem in einer Werkzeugmaschine oder einer Industriemaschine bereitgestellt, das koordinierte Vorgänge mehrerer Achsen verwendet, darunter zwei zueinander orthogonale Achsen, die von Servomotoren angetrieben werden, um ein Werkstück in die Formen einer geschlossenen Figur oder ein säulenförmiges Element oder kegelförmiges Element mit dieser geschlossenen Figur parallel an dem oberen Ende und unteren Ende positioniert, zu bearbeiten, das eine Host-Steuervorrichtung umfasst, die einen Positionsbefehlswert zum Bearbeiten des Werkstücks erzeugt, eine Servosteuerung, die den Positionsbefehlswert als die Grundlage zum Antreiben der Servomotoren der Achsen verwendet, um ein angetriebenes Element zu betätigen, das das Werkstück bearbeitet, und Positionsdetektoren, die Positionen der Servomotoren oder eine Position des angetriebenen Elements erfassen, und das ferner einen Positionsfehlerberechnungsabschnitt umfasst, der Positionsfehler zwischen den Positionsbefehlswerten und den erfassten Positionen der Servomotoren berechnet, und einen Referenzwinkelerzeugungsabschnitt, der irgendeine Position innerhalb einer geschlossenen Figur bezeichnet, die der Positionsbefehlswert als die Mitte bildet und einen Referenzwinkel berechnet, der ausgehend von einem Referenzpunkt auf der geschlossenen Figur und einem aktuellen Bearbeitungspunkt monoton steigt oder monoton sinkt, sowie Lernende-Regelungsabschnitte, die den Referenzwinkel und den Positionsfehler als die Grundlage verwenden, um lernende Regelung des Typs Winkelsynchronisation auszuführen.
Gemäß dem Servomotoren-Steuersystem der vorliegenden Erfindung definiert das System irgendeinen Punkt an der Innenseite einer befohlenen geschlossenen Kurve oder eines Vielecks oder einer anderen geschlossenen Form als die Mitte, berechnet anschließend einen Winkel von einem Referenzpunkt zu dem aktuellen Bearbeitungspunkt, und verwendet dies zur lernenden Regelung des Typs Winkelsynchronisation, so dass in diesem Fall, falls die Periode 360 Grad beträgt, sogar wenn sich der Durchmesser des Kreises ändert, lernende Regelung möglich wird. Gemäß dem Servomotoren-Steuersystem der vorliegenden Erfindung kann daher, auch beim Bearbeiten einer Form, wie zum Beispiel einer geschlossenen Kurve oder eines Vielecks, bei der die Anwendung in der Vergangenheit schwierig war, lernende Regelung des Typs Winkelsynchronisation angewandt und höhere Präzision erzielt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die unten anliegenden Figuren besser verstanden.
1A ist eine Ansicht, die eine Kreisbewegung einer Stirnfräse bei einem helixförmigen Bearbeitungsvorgang veranschaulicht.
1B ist eine Ansicht, die eine Bewegung in geschlossener Kurve einer Stirnfräse bei einem helixförmigen Bearbeitungsvorgang veranschaulicht.
2A ist eine geschlossene Kurve, die die Form eines Werkstücks veranschaulicht, das durch eine Werkzeugmaschine zu bearbeiten ist, die mit einem Servomotoren-Steuersystem der vorliegenden Erfindung versehen ist.
2B ist ein Vieleck, das die Form eines Werkstücks veranschaulicht, das durch eine Werkzeugmaschine zu bearbeiten ist, die mit einem Servomotoren-Steuersystem der vorliegenden Erfindung versehen ist.
2C ist ein säulenförmiges Element, das an seinem oberen und unteren Ende mit Oberflächen versehen ist, die von geschlossenen Kurven umgeben sind, und veranschaulicht die Form eines Werkstücks, das von einer Werkzeugmaschine zu bearbeiten ist, die mit einem Servomotoren-Steuersystem der vorliegenden Erfindung versehen ist.
2D ist eine vieleckige Säule, die die Form eines Werkstücks veranschaulicht, das durch eine Werkzeugmaschine zu bearbeiten ist, die mit einem Servomotoren-Steuersystem der vorliegenden Erfindung versehen ist.
2E ist ein kegelförmiges Element, das an seinem oberen und unteren Ende mit geschlossenen Kurven mit ähnlichen Formen versehen ist und die Form eines Werkstücks veranschaulicht, das von einer Werkzeugmaschine zu bearbeiten ist, die mit einem Servomotoren-Steuersystem der vorliegenden Erfindung versehen ist.
2F veranschaulicht ein kegelförmiges Element, das an seinem oberen und unteren Ende mit Vielecken mit ähnlichen Formen versehen ist und die Form eines Werkstücks veranschaulicht, das von einer Werkzeugmaschine zu bearbeiten ist, die mit einem Servomotoren-Steuersystem der vorliegenden Erfindung versehen ist.
3 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Servomotoren-Steuersystems der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Berechnen eines Referenzwinkels in dem Fall veranschaulicht, in dem die bearbeitete Form eine geschlossene Kurve ist.
5 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Steuersystems von Servomotoren, das in 3 veranschaulicht ist, veranschaulicht.
6 ist ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines Servomotoren-Steuersystems der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unten werden die anliegenden Zeichnungen verwendet, um die vorliegende Erfindung ausführlich auf der Grundlage spezifischer Ausführungsformen zu erklären, aber vor dem Erklären der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die 2A bis 2F verwendet, um die bearbeiteten Formen von Werkstücken eines Servomotoren-Steuersystems der vorliegenden Erfindung zu erklären.
Die bearbeiteten Formen von Werkstücken der vorliegenden Erfindung weisen Folgendes auf:

(a) eine geschlossene Kurve L, wie in 2A veranschaulicht, auf irgendeiner Ebene, in der sich die Kurven (Liniensegmente) nicht schneiden
(b) ein Vieleck P, wie in 2B veranschaulicht
(c) ein säulenförmiges Element V1, wie in 2C veranschaulicht, das geschlossene Kurven hat, die Bögen aufweisen, die sich an seinem oberen Ende und unteren Ende nicht schneiden
(d) ein säulenförmiges Element V2, wie in 2D veranschaulicht, das vieleckige Oberflächen an seinem oberen Ende und unteren Ende hat
(e) ein kegelförmiges Element V3, wie in 2E veranschaulicht, das mit geschlossenen Kurven mit ähnlichen Formen an seinem oberen Ende und unteren Ende versehen ist
(f) ein kegelförmiges Element V4, wie in 2F veranschaulicht, das mit Vielecken mit ähnlichen Formen an seinem oberen Ende und unteren Ende versehen ist.

Hier wird die grundlegende Konfiguration einer Ausführungsform des Servomotoren-Steuersystems 1 der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von 3 erklärt. Das Servomotoren-Steuersystem 1 der vorliegenden Erfindung umfasst eine Host-Steuervorrichtung 24, ein Servosteuersystem 10 und Positionsdetektoren 27 und 31. Das Servomotoren-Steuersystem 1 wird in einem Bearbeitungszentrum oder einer anderen Werkzeugmaschine oder Industriemaschine verwendet, die mindestens zwei Achsen aufweist, die koordinierte Vorgänge ausführen, wie zum Beispiel eine zueinander orthogonale X-Achse und Y-Achse. In diesem Fall ist das Servosteuersystem 10 mit einer X-Achsen-Servosteuervorrichtung 18 und einer Y-Achsen-Servosteuervorrichtung 20 versehen.
Ferner ist bei dem Servomotor-Steuersystem 1 der vorliegenden Erfindung eine Z-Achsen-Servosteuervorrichtung nicht wesentlich, weshalb die Veranschaulichung weggelassen wurde. Zu bemerken ist, dass, wenn eine Z-Achsen-Servosteuervorrichtung bereitgestellt wird, ihre Funktion ähnlich der einer herkömmlichen Servosteuervorrichtung sein kann. Die Z-Achsen-Servosteuervorrichtung findet daher den Fehler zwischen einem Z-Achsen-Positionsbefehlswert, der von der Host-Steuervorrichtung gesendet wird, um vorbestimmte Bearbeitung auszuführen, und einem Positionsfeedbackwert des Z-Achsen-Servomotors oder eines Werkzeugs oder anderen angetriebenen Elements, das von dem Z-Achsen-Servomotor angetrieben wird, fügt diesem Fehler Verstärkung hinzu und verwendet das Resultat als einen Z-Achsen-Servogeschwindigkeitsbefehl, um den Z-Achsen-Servomotor zu steuern. Der Positionsfeedbackwert wird durch einen Positionsdetektor erzielt, der die Z-Position des Z-Achsen-Servomotors oder des angetriebenen Elements erfasst.
Wenn das Servosteuersystem 10 mit der X-Achsen-Servosteuervorrichtung 18 und der Y-Achsen-Servosteuervorrichtung 20 versehen ist, verwenden die X-Achsen-Servosteuervorrichtung 18 und die Y-Achsen-Servosteuervorrichtung 20 die unterschiedlichen Achsen von Positionsbefehlswerten (X-Achsen-Befehl und Y-Achsen-Befehl) Pc, die von der numerischen Steuervorrichtung (NC) oder anderen Host-Steuervorrichtung 24 als die Grundlage zum Vorbereiten von Geschwindigkeitsbefehlen gesendet werden, und verwenden diese Geschwindigkeitsbefehle, um die Servomotoren 12 und 14 zu steuern.
Die X-Achsen-Servosteuervorrichtung 18 hat eine Vorrichtung zur lernenden Regelung 26 des Typs Winkelsynchronisation. Die Vorrichtung zur lernenden Regelung 26 verwendet den Fehler Er eines periodischen X-Achsen-Positionsbefehlswerts Pc, der von der Host-Steuervorrichtung 24 gesendet wird, um vorbestimmte Bearbeitung auszuführen, und einen Positionsfeedbackwert Pf des X-Achsen-Servomotors 12 oder eines Werkzeugs oder eines anderen angetriebenen Elements (nicht veranschaulicht), das von dem X-Achsen-Servomotor 12 angetrieben wird, als die Grundlage, um eine Korrekturmenge zum Steuern des X-Achsen-Servomotors 12 vorzubereiten. Die Korrekturmenge wird mit dem Fehler Er addiert, dann durch die Verstärkung Kp verstärkt und als der X-Achsen-Servogeschwindigkeitsbefehlswert zum Steuern des X-Achsen-Servomotors 12 verwendet. Der Positionsfeedbackwert Pf wird von dem Positionsdetektor 27 erzielt, der die Position des X-Achsen-Servomotors 12 oder des angetriebenen Elements erfasst. Ferner verwendet die X-Achsen-Servosteuervorrichtung 18 den Referenzwinkel θ, der von der Host-Steuervorrichtung 24 gesendet wird, als die Grundlage dafür, dass die Vorrichtung zur lernenden Regelung 26 die lernende Regelung ausführt. Einzelheiten der lernenden Regelung werden unten erklärt.
Ähnlich hat die Y-Achsen-Servosteuervorrichtung 20 eine Vorrichtung zur lernenden Regelung 30 des Typs Winkelsynchronisation. Die Vorrichtung zur lernenden Regelung 30 verwendet den Fehler Er des periodischen Y-Achsen-Positionsbefehlswerts Pc, der von der Host-Steuervorrichtung 24 gesendet wird, um vorbestimmte Bearbeitung auszuführen, und einen Positionsfeedbackwert Pf des Y-Achsen-Servomotors 14 oder eines angetriebenen Elements (nicht veranschaulicht, der/das von dem Y-Achsen-Servomotor 14 angetrieben wird als die Grundlage zum Vorbereiten einer Korrekturmenge zum Steuern des Y-Achsen-Servomotors 14. Die Korrekturmenge wird mit dem Fehler Er addiert, dann durch die Verstärkung Kp verstärkt und als der Y-Achsen-Servogeschwindigkeitsbefehlswert zum Steuern des Y-Achsen-Servomotors 14 verwendet. Der Positionsfeedbackwert Pf wird von dem Positionsdetektor 31 erzielt, der die Y-Position des Y-Achsen-Servomotors 14 oder des angetriebenen Elements erfasst. Ferner verwendet die Y-Achsen-Servosteuervorrichtung 20 den Referenzwinkel θ, der von der Host-Steuervorrichtung 24 gesendet wird, als die Grundlage dafür, dass die Vorrichtung zur lernenden Regelung 30 die lernende Regelung ausführt. Einzelheiten der lernenden Regelung werden unten erklärt.
Hier wird ein spezifisches Beispiel der Konfiguration der Vorrichtung zur lernenden Regelung 26 in der X-Achsen-Servosteuervorrichtung 18 erklärt. Bei der X-Achsen-Servosteuervorrichtung 18 wird der Positionsfehler Er durch ein Addierglied 35 aus dem Positionsbefehlswert Pc, der von der Host-Steuervorrichtung 24 gesendet wird, und dem Positionsfeedbackwert Pf, der von dem Positionsdetektor 27 gesendet wird, berechnet. Die Vorrichtung zur lernenden Regelung 26 erfasst den Positionsfehler Er des X-Achsen-Servomotors 12 oder des angetriebenen Elements als den ersten Positionsfehler in jeder vorbestimmten Abtastperiode (zum Beispiel 1 ms). Der erste Positionsfehler Er wird zu dem ersten Umwandlungsabschnitt 34 gesendet (3 beschreibt das als „ZEIT→WINKELUMWANDLUNG”), wonach der erste Umwandlungsabschnitt 34 den ersten Positionsfehler Er in den zweiten Positionsfehler Er' für jede Referenzwinkelposition (unten erklärt) des angetriebenen Elements in einer Periode umwandelt. Der erste Positionsfehler Er (Zeit), der mit der Abtastperiode verknüpft ist, wird in einen zweiten Positionsfehler Er' (Winkel) umgewandelt, der mit der Referenzwinkelposition verknüpft ist. Diese Umwandlungstechnik ist als solche bekannt, weshalb die Erklärung weggelassen wird.
Der zweite Positionsfehler Er' wird um die erste Korrekturmenge einer Periode zuvor in dem periodischen Betätigen des angetriebenen Elements, die in dem Verzögerungsspeicher 36 für normalerweise 360 Grad gespeichert ist, erhöht, und wird dann in dem Verzögerungsspeicher 36 als die erste Korrekturmenge c1 gespeichert. Diese erste Korrekturmenge c1 wird zu dem zweiten Umwandlungsabschnitt 38 gesendet (3 beschreibt das als „WINKEL→ZEITUMWANDLUNG”), dann wandelt der zweite Umwandlungsabschnitt 38 die erste Korrekturmenge c1 für jede Referenzwinkelposition in die zweite Korrekturmenge c2 für jede Abtastperiode um. Die erste Korrekturmenge c1 (Winkel), die mit der Referenzwinkelposition verknüpft ist, wird daher in die zweite Korrekturmenge c2 (Zeit) umgewandelt, die mit der Abtastperiode verknüpft ist. Diese Umwandlungstechnik ist als solche bekannt, weshalb ihre Erklärung weggelassen wird.
Die Vorrichtung zur lernenden Regelung 26 kann mit einem Bandbegrenzungsfilter 40 versehen sein, das das Band der ersten Korrekturmenge c1 begrenzt, und mit einem Phasenvoreilfilter 42, das für die Phase kompensiert und für Verstärkung der zweiten Korrekturmenge c2 von dem zweiten Umwandlungsabschnitt 38 kompensiert, aber diese Filter sind keine wesentlichen Bestandteile. Zu bemerken ist, dass das Bandbegrenzungsfilter 40 insbesondere ein Tiefpassfilter ist, um das Signal in dem Hochfrequenzbereich um einen bestimmten Frequenzbereich abzuschneiden, und wirkt als Verbesserung der Stabilität des Steuersystems. Ferner ist das Phasenvoreilfilter 42 ein Filter, das die Phase des Signals des Hochfrequenzbereichs in einem bestimmten Frequenzbereich voreilen lässt und ferner die Verstärkung erhöht und als Kompensation für Verzögerungen in der Positionssteuerung, Geschwindigkeitssteuerung, Stromsteuerung und anderen Steuersystemen und für Verstärkungsabfälle wirkt. Zu bemerken ist, dass die Vorrichtung zur lernenden Regelung 30 der Y-Achsen-Servosteuervorrichtung 20 auch ähnlich wie die Vorrichtung zur lernenden Regelung 26 konfiguriert sein kann.
Die Host-Steuervorrichtung 24 weist einen X-Achsen-Befehlsabschnitt 2 und einen Y-Achsen-Befehlsabschnitt 3 sowie einen Referenzwinkelerzeugungsabschnitt 4 auf. Der X-Achsen-Befehlsabschnitt 2 und der Y-Achsen-Befehlsabschnitt 3 erzeugen X-Achsen- und Y-Achsen-Positionsbefehlswerte Pc für jede vorbestimmte Befehlsverteilungsperiode T (zum Beispiel T = 1 ms). Der Referenzwinkelerzeugungsabschnitt 4 empfängt als Eingabe die X-Achsen- und Y-Achsen-Positionsbefehlswerte Pc von dem X-Achsen-Befehlsabschnitt 2 und dem Y-Achsen-Befehlsabschnitt 3. Ferner verwendet der Referenzwinkelerzeugungsabschnitt 4 die X-Achsen- und Y-Achsen-Positionsbefehlswerte Pc, um die X-Achsen- und Y-Achsen-Referenzwinkel θ zu erzeugen und gibt diese in die X-Achsen-Vorrichtung zur lernenden Regelung 26 und die Y-Achsen-Vorrichtung zur lernenden Regelung 30 ein.
Hier wird die Erzeugung der X-Achsen- und Y-Achsen-Referenzwinkel θ durch den Referenzwinkelerzeugungsabschnitt 4 unter Verwendung von 4 erklärt. 4 ist ein Beispiel des Falls, bei dem der Positionsbefehlswert Pc zum Beispiel eine geschlossene Kurve L bildet. Der Referenzwinkelerzeugungsabschnitt 4 definiert irgendeine Position innerhalb der geschlossenen Kurve L, die der Positionsbefehlswert Pc als die Mitte bildet, und berechnet einen Referenzwinkel θ, der von einem Referenzpunkt auf der Kurve und dem aktuellen Bearbeitungspunkt monoton steigt oder sinkt. Wenn zum Beispiel die geschlossene Kurve L der Ebene der sich senkrecht schneidenden X- und Y-Achsen, die in 4 veranschaulicht sind, wiederholt bearbeitet wird, bildet er irgendeine Position P an der Innenseite der geschlossenen Kurve L als den Mittenpunkt und definiert diese Koordinate als P(Xo, Yo). Das angetriebene Element, das die Bearbeitung ausführt, wird wiederholt zum Drehen in eine Richtung entlang der geschlossenen Kurve L veranlasst. Die lernende Regelung des Typs Winkelsynchronisation wird mit einer vorbestimmten Abtastperiode ausgeführt, so dass die Referenzwinkel θ, die hier verwendet werden, auch für jede gleiche Abtastperiode berechnet werden.
Hier wird der Bearbeitungspunkt auf der geschlossenen Kurve eine Abtastperiode vor dem aktuellen Bearbeitungspunkt mit S(Xs, Ys) bezeichnet, während der Bearbeitungspunkt, an dem die Bearbeitung derzeit ausgeführt wird, mit M(Xm, Ym) bezeichnet wird. Zu bemerken ist, dass als Referenzpunkt der Bearbeitungsstartpunkt (Ursprungswert) auf der geschlossenen Kurve L genommen wird. Die drei oben stehenden Punkte M, P und S werden verwendet, um den Referenzwinkel θn in einer bestimmten Zeit „n” zu finden. Die Längen PS, SM und MP der Seiten des Dreiecks werden durch die folgende Formel 1, Formel 2 und Formel 3 gefunden (wobei √ die Quadratwurzel von allem, was in Klammern steht, bedeutet). PS = √((Xs – Xo)² + (Ys – Yo)²) (1) SM = √((Xm – Xs)² + (Ym – Ys)²) (2) MP = √((Xo – Xm)² + (Yo – Ym)²) (3)
Ferner kann die Änderungsmenge Δθ pro Abtastperiode des gefundenen Referenzwinkels aus dem Kosinussatz anhand der folgenden Formel 4 gefunden werden. Δθ = arccos(MP² + PS² – SM²)/(2·MP·PS) (4)
Ferner wird der Referenzwinkel θn, der in der Abtastperiode „n” gefunden wird, als der kumulative Wert des Δθ, das durch die Formel 4 aus θn = Σ(Δθ) gefunden wird, berechnet. Bei der Bearbeitung durch das angetriebene Element dreht das angetriebene Element ständig in eine Richtung und dreht nicht in die entgegengesetzte Richtung in der Mitte, so dass der gefundene Referenzwinkel θ monoton steigt oder monoton sinkt. Daher wird der wie oben erklärt berechnete Referenzwinkel θ von dem Referenzwinkelerzeugungsabschnitt 4 zu der Vorrichtung zur lernenden Regelung 26 der X-Achsen-Servosteuervorrichtung 18 und zu der Vorrichtung zur lernenden Regelung 30 der Y-Achsen-Servosteuervorrichtung 20 gesendet. Durch Betrieb der Vorrichtungen zur lernenden Regelung 26 und 30 werden die Servomotoren 12 und 14 gesteuert. Zu bemerken ist, dass die Mittenpunkte, Referenzpunkte und Bearbeitungspunkte auch für die geschlossene Kurve L, die in 2A veranschaulicht ist, das Vieleck P, das in 2B veranschaulicht ist, und die säulenförmigen Elemente V1 und V2, die in 2C und 2D veranschaulicht sind, veranschaulicht sind.
Nachfolgend wird der Bearbeitungsablauf an dem oben erklärten Servomotoren-Steuersystem 1 unter Verwenden des Flussdiagramms, das in 5 veranschaulicht ist, erklärt. Zu bemerken ist, dass zur Erleichterung des Verstehens der Erklärung die Bezugszeichen der Bauteile in dem Servomotoren-Steuersystem 1, das in 3 veranschaulicht ist, zum Erklären der Bearbeitung zugewiesen werden. Bei Schritt 501 verteilt die Host-Steuervorrichtung 24 Befehle zum Bearbeiten einer geschlossenen Kurve oder eines Vielecks auf sich senkrecht schneidenden Koordinatenebenen (unterschiedliche Achsen mit Positionsbefehlswerten Pc) zu der X-Achsen-Servosteuervorrichtung 18 und der Y-Achsen-Servosteuervorrichtung 20 (die unten die „Servosteuervorrichtungen 18 und 20” genannt werden) in jeder vorbestimmten Befehlsverteilungsperiode T (zum Beispiel T = 1 ms).
Bei dem nächsten Schritt 502 erfassen die Servosteuervorrichtungen 18 und 20 die Positionen der Servomotoren 12 und 14 oder die Position des angetriebenen Elements (Positionsfeedbackwert Pf). Nachfolgend berechnen die Servosteuervorrichtungen 18 und 20 bei Schritt 503 den Fehler (Positionsfehler Er) aus den Befehlen (Positionsbefehlswerte Pc) und Position (Positionsfeedbackwert Pf). Der Fehler (Positionsfehler Er) wird in die X-Achsen- und die Y-Achsen-Vorrichtung zur lernenden Regelung 26 und 30 eingegeben.
Andererseits definiert der Referenzwinkelerzeugungsabschnitt 4 an der Host-Steuervorrichtung 24 irgendeine Position an der Innenseite einer geschlossenen Kurve oder eines Vielecks, die/das bearbeitet wird, als die Mitte (Mittenpunkt) bei Schritt 504 und berechnet und findet den Referenzwinkel θ und den Referenzpunkt auf den Linien und den aktuellen Bearbeitungspunkt bei Schritt 505. Er gibt den Referenzwinkel θ, der gefunden wird, in die X-Achsen- und Y-Achsen-Vorrichtungen zur lernenden Regelung 26 und 30 ein.
Falls der Fehler (Positionsfehler Er) und der Referenzwinkel θ in die X-Achsen- und Y-Achsen-Vorrichtungen zur lernenden Regelung 26 und 30 bei Schritt 506 eingegeben werden, verwenden die X-Achsen- und Y-Achsen-Vorrichtungen zur lernenden Regelung 26 und 30 den Fehler (Positionsfehler Er) und den Referenzwinkel θ, um lernende Regelung mit Winkelsynchronisation auszuführen. Die lernende Regelung mit Winkelsynchronisation ist bekannt, weshalb ihre Erklärung weggelassen wird.
Falls die X-Achsen- und Y-Achsen-Vorrichtungen zur lernenden Regelung 26 und 30 Winkelsynchronisations-Lernende-Regelung ausführen, wird die erste Korrekturmenge c1 für jeden Referenzwinkel θ in die zweite Korrekturmenge c2 für jede Abtastperiode umgewandelt und aus den X-Achsen- und Y-Achsen-Vorrichtungen zur lernenden Regelung 26 und 30 ausgegeben. Bei Schritt 507 addieren die Servosteuervorrichtungen 18 und 20 die Ausgaben der X-Achsen- und Y-Achsen-Vorrichtungen zur lernenden Regelung 26 und 30 mit dem Fehler (Positionsfehler Er), um Geschwindigkeitsbefehle der Servomotoren 12 und 14 zu erzeugen. Die Servomotoren 12 und 14 werden bei Antriebsvorgängen durch die Geschwindigkeitsbefehle gesteuert.
Zu bemerken ist, dass bei der oben erklärten Ausführungsform der Referenzwinkelerzeugungsabschnitt 4 an der Host-Steuervorrichtung 24 bereitgestellt wurde, aber der Referenzwinkelerzeugungsabschnitt 4 kann, wie in der anderen Ausführungsform, die in 6 veranschaulicht ist, veranschaulicht, auch als Referenzwinkelerzeugungsabschnitte 5 und 6 an der X-Achsen-Servosteuervorrichtung 18 und der Y-Achsen-Servosteuervorrichtung 20 bereitgestellt werden. Das Servomotoren-Steuersystem 1A der Ausführungsform, die in 6 veranschaulicht ist, ist hinsichtlich der Konfiguration dasselbe wie das Servomotoren-Steuersystem 1 der Ausführungsform, die in 3 veranschaulicht ist, mit Ausnahme der Referenzwinkelerzeugungsabschnitte 5 und 6, so dass denselben Bauteilen dieselben Bezugszeichen zugeordnet sind und Erklärungen weggelassen werden.
Derart definiert das System gemäß dem Servomotoren-Steuersystem der vorliegenden Erfindung irgendeinen Punkt an der Innenseite einer befohlenen geschlossenen Kurve oder eines Vielecks oder einer anderen geschlossenen Form als die Mitte, berechnet anschließend den Winkel von einem Referenzpunkt zu dem aktuellen Bearbeitungspunkt, und verwendet dies zur lernenden Regelung des Typs Winkelsynchronisation, so dass in diesem Fall, falls die Periode 360 Grad beträgt, auch wenn sich der Durchmesser des Kreises ändert, lernende Regelung möglich wird. Gemäß dem Servomotoren-Steuersystem der vorliegenden Erfindung kann daher lernende Regelung des Typs Winkelsynchronisation angewandt werden, und höhere Präzision kann sogar erzielt werden, wenn eine Form, wie zum Beispiel eine geschlossene Kurve oder ein Vieleck, für die die Anwendung in der Vergangenheit schwierig war, bearbeitet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4043996 [0006]
JP 49804532 B [0007]
JP 4980453 [0008, 0008]

Claims

Ein Servomotoren-Steuersystem (1) in einer Werkzeugmaschine oder einer Industriemaschine, das koordinierte Vorgänge mehrerer Achsen verwendet, die zwei zueinander orthogonale Achsen umfassen, welche von Servomotoren (12, 14) angetrieben werden, um ein Werkstück in der Form einer geschlossenen Figur oder eines säulenförmigen Elements oder kegelförmigen Elements mit dieser geschlossenen Figur parallel an einem oberen Ende und einem unteren Ende positioniert zu bearbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem Folgendes umfasst eine Host-Steuervorrichtung (24), die Positionsbefehlswerte zum Bearbeiten des Werkstücks erzeugt, ein Servosteuersystem (10), das die Positionsbefehlswerte als die Grundlage zum Antreiben der Servomotoren (12, 14) der Achsen verwendet, um ein angetriebenes Element, das das Werkstück bearbeitet, zu betätigen, und Positionsdetektoren (27 und 31), die Positionen der Servomotoren (12 und 14) oder eine Position des angetriebenen Elements erfassen und ferner Folgendes umfassen einen Positionsfehlerberechnungsabschnitt (35), der einen Positionsfehler zwischen Positionsbefehlswerten und erfassten Positionen der Servomotoren (12, 14) berechnet, einen Referenzwinkelerzeugungsabschnitt (4, 5 und 6), der irgendeine Position innerhalb einer geschlossenen Figur bezeichnet, die der Positionsbefehlswert als die Mitte bildet und einen Referenzpunkt auf der geschlossenen Figur und einen Referenzwinkel berechnet, der von einem aktuellen Bearbeitungspunkt monoton steigt oder monoton sinkt, und Lernende-Regelungsabschnitte zur lernenden Regelung (26 und 30), die den Referenzwinkel und Positionsfehler als die Grundlage zum Ausführen lernender Regelung des Typs Winkelsynchronisation verwenden.
Servomotoren-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei der Positionsfehlerberechnungsabschnitt (35) und die Lernende-Regelungsabschnitte (26, 30) an dem Servosteuersystem (10) vorgesehen sind.
Servomotoren-Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Referenzwinkelerzeugungsabschnitt (4) an der Host-Steuervorrichtung (24) vorgesehen ist.
Servomotoren-Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei Referenzwinkelerzeugungsabschnitte (5, 6) an der Servosteuervorrichtung (10) vorgesehen sind.