DE102016205383A1

DE102016205383A1 - Parameter-einstellverfahren und parameter-einstellgerät für ein positioniergerät, und positioniergerät, welches mit dem parameter-einstellgerät ausgestattet ist

Info

Publication number: DE102016205383A1
Application number: DE102016205383.3A
Authority: DE
Inventors: Shinji Ishii; Yuki Terada
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2016-10-06
Also published as: JP6544851B2; JP2016190305A; CN106002479A; US9645554B2; US20160291551A1

Abstract

Ein Parameter-Einstellgerät, welches in der Lage ist, Frequenzbänder, welche durch Dämpfungsfilter zu entfernen sind, entsprechend zu einem behandelten Objekt schnell zurückzustellen, wird bereitgestellt.
Ein Parameter-Einstellgerät beinhaltet ein Berechnungselement 7a, welches eine erste Resonanzfrequenz ω_r1 einer Struktur, welche aus einem Tisch, einem Rotor eines Antriebsmotors und einem Objekt aufgebaut ist, und eine zweite Resonanzfrequenz ω_r2 einer Struktur, welche aus einem Stator des Antriebsmotors und einem Grundgestell bzw. Grundteil aufgebaut ist, berechnet, indem Gleichungen benutzt werden, welche unten aufgeführt sind, und ein Einstellelement 7b, welches ein Frequenzband, welches für ein erstes Dämpfungsfilter zu entfernen ist, basierend auf der berechneten ersten Resonanzfrequenz ω_r1 einstellt, und ein Frequenzband, welches für ein zweites Dämpfungsfilter zu entfernen ist, basierend auf der zweiten Resonanzfrequenz ω_r2 einstellt.

ω_r1 = (K_j((1/J_r + J_t)) + (1/J_j)))^1/2

ω_r2 = (K_s((1/J_b) + (1/J_s)))^1/2

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Einstellverfahren und ein Einstellgerät für das Einstellen eines Frequenzbandes, welches für ein Dämpfungsfilter zu entfernen bzw. abzutrennen ist, welches in einem Positioniergerät vorgesehen ist, welches einen Antriebsmotor einer Drehtischeinrichtung steuert, welche beinhaltet: ein Grundteil, einen Tisch, welcher drehbar durch das Grundteil gehalten wird und auf welchem ein Gegenstand zu platzieren ist, und den Antriebsmotor, welcher den Tisch bezüglich des Grundteils dreht, ebenso wie ein Positioniergerät, welches bei dem Einstellgerät vorgesehen ist.
Hintergrund des Standes der Technik
Beispielsweise wird in dem Bereich einer Werkzeugmaschine das oben beschriebene Positioniergerät im Allgemeinen für die Positionssteuerung einer Zuführeinrichtung eines Drehtisches benutzt. Ein bekanntes Beispiel eines derartigen Positioniergerätes ist eines, welches in der nicht geprüften japanischen Patentanmeldung-Publikation Nr. 2009-101444 (als Patentliteratur 1 nachfolgend aufgeführt) offenbart wird.
Das Positioniergerät, welches in der Patentliteratur 1 offenbart wird, steuert eine biaxiale Einheit, welche eine Drehzapfenstruktur besitzt, welche auf einem Maschinenwerkzeug, wie zum Beispiel einem vertikalen fünfachsigen Steuerungs-Bearbeitungszentrum vorgesehen ist. Das Positioniergerät beinhaltet einen Funktionsgenerator, ein Positionssteuerelement, ein Geschwindigkeitssteuerelement und ein Drehmoment/Strom-Steuerelement und steuert einen Motor, welcher dem Drehzapfen entsprechend zu einem Signal steuert, welches von dem Drehmoment/Strom-Steuerelement ausgegeben ist.
Speziell wird in diesem Positioniergerät ein Positionsbefehl basierend auf einem NC-Befehl erzeugt, welcher von einer NC-Einrichtung durch den Funktionsgenerator ausgegeben ist, ein Geschwindigkeitsbefehl wird basierend auf dem erzeugten Positionsbefehl und einem Positionsstellfaktor durch das Geschwindigkeitssteuerelement erzeugt, ein Fahrdrehmomentsignal wird basierend auf dem erzeugten Drehmomentbefehl und einem Drehmoment-Stellfaktor durch das Drehmoment-/Strom-Steuerelement erzeugt, und ein Strom, welcher dem Signal entspricht, wird an den Motor geliefert, wodurch der Motor angetrieben wird.
Außerdem besitzt das Positioniergerät ein Winkelfehler-Schätzelement, welches darin vorgesehen ist, welches einen Winkelfehler berechnet, welcher durch die elastische Verformung des Drehzapfens verursacht ist, und kompensiert den Winkelfehler; das Winkelfehler-Schätzelement berechnet den Winkelfehler Δθ über die folgende Gleichung: Δθ = (T_m – J_m·α)/K_θR, wobei J_m eine Trägheit des Drehwelle-Teilbereichs oder des Lagers ist, T_m ein Drehmomentbefehl ist, welcher von dem Geschwindigkeitssteuerelement ausgegeben ist, α eine Drehwinkel-Beschleunigung ist und K_θR ein Drehfestigkeitskoeffizient ist.
Zitatliste
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Publikation Nr. 2009-101444

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Im Übrigen wird bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Positioniergerät, wenn ein Positionierbefehl in dem Funktionsgenerator erzeugt wird, eine schnelle Zuführzeit-Konstante in dem Fall einer schnellen Zuführbewegung benutzt. Außerdem werden ein Positions-Stellfaktor, ein Geschwindigkeits-Stellfaktor und ein Drehmoment-Stellfaktor in dem Positions-Steuerelement, dem Geschwindigkeits-Steuerelement und dem Drehmoment/Strom-Steuerelement jeweils benutzt. Um eine stabile Steuerung zu erreichen, müssen die Steuerparameter, wie zum Beispiel die schnelle Zuführzeit-Konstante, der Positions-Stellfaktor, der Geschwindigkeits-Stellfaktor und der Drehmoment-Stellfaktor richtig eingestellt werden.
Außerdem, obwohl nicht in der Patentliteratur 1 offenbart, wird im Allgemeinen ein Dämpfungsfilter zwischen dem Geschwindigkeit-Steuerelement und dem Drehmoment/Strom-Steuerelement vorgesehen, und das Drehmomentbefehl-Ausgangssignal von dem Geschwindigkeits-Steuerelement läuft durch das Dämpfungsfilter, und dadurch wird eine Schwingungskomponente in einem speziellen Frequenzband entfernt, und dann wird der Drehmomentbefehl in das Drehmoment/Strom-Steuerelement eingegeben. Das Frequenzband, welches zu entfernen ist, welches für das Dämpfungsfilter eingestellt ist, ist auch ein Steuerungs-parameter, und dieser muss richtig eingestellt werden, um eine stabile Steuerung zu erreichen.
Entsprechend werden die oben aufgeführten Steuerungsparameter, bisher vorher entsprechend zu den Bearbeitungsspezifikationen, welche für die Werkzeugmaschine eingestellt sind, wie zum Beispiel maximale Größe und maximales Gewicht des Werkstückes, maximale Bearbeitungsbelastung etc., durch den Werkzeugmaschinenhersteller bestimmt, so dass ein geeignetes Bearbeiten erreicht wird.
Jedoch haben in den jüngsten Jahren die Benutzer verschiedene Werkstücke behandelt, welche verschiedene Materialien und Größen besitzen, und dies verursacht Probleme bei der oben beschriebenen Positioniersteuerung. Wenn beispielsweise ein Benutzer ein Werkstück bearbeitet, welches eine sehr dünne Dicke besitzt, tritt ein Problem auf, dass das Werkstück vibriert, wenn es bewegt wird, und diese Vibration (externe Störungsvibration) versetzt das Positionierungs-Steuerungssystem in Schwingung.
Um dieses Problem zu lösen, muss das Frequenzband, welches durch das Dämpfungsfilter zu entfernen ist, welches ein Parameter für das Entfernen externer Störungsvibration ist, der oben beschriebenen Steuerparameter auf einen geeigneten Wert zurückgesetzt werden, welcher dem behandelten Werkstück entspricht. Jedoch besteht herkömmlicher Weise, wenn das Frequenzband, welches durch das Dämpfungsfilter zu entfernen ist, zurückgesetzt wird, keine andere Möglichkeit, sich auf eine Trial-and-Error-Methode bzw. Versuchs-und-Irrtums-Methode zu verlassen, das heißt, auf ein Verfahren, in welchem das Frequenzband, welches zu entfernen ist, ein wenig verändert wird, und der Betrieb getestet wird. Deshalb gibt es ein Problem, dass das oben beschriebene Problem nicht schnell gelöst werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Umstände erreicht, und eine Aufgabe davon ist es, ein Parameter-Einstellverfahren und ein Parameter-Einstell-gerät für ein Positioniergerät bereitzustellen, welches erlaubt, dass das Frequenzband, welches durch das Dämpfungsfilter zu entfernen ist, auf einen richtigen Wert zurückgesetzt wird, entsprechend schnell zu einem behandelten Objekt bzw. Gegenstand, ohne ein Trial-and-Error-Verfahren zu benutzen, ebenso wie auf ein Positioniergerät, welches mit dem Parameter-Einstellgerät ausgestattet ist.
Lösung für das Problem
Die vorliegende Verfahrenserfindung, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, bezieht sich auf ein Steuerparameter-Einstellverfahren für das Einstellen eines Frequenzbandes, welches zu entfernen ist, für ein Dämpfungsfilter, welches in einem Positioniergerät vorgesehen ist, welches einen Antriebsmotor einer Drehtischeinrichtung steuert, wobei die Drehtischeinrichtung ein Grundgestell bzw. Grundteil, einen Tisch für das Platzieren eines Objektes darauf, wobei der Tisch durch das Grundgestell drehbar gehalten wird und den Antriebsmotor besitzt, welcher den Drehtisch bezüglich des Grundgestells dreht, wobei das Steuerparameter-Einstellverfahren beinhaltet:
Berechnen einer ersten Resonanzfrequenz ω_r1 [rad/s] einer Struktur, welche aus einem Tisch, einem Rotor des Antriebsmotors und dem Objekt besteht, und eine zweite Resonanzfrequenz ω_r2 [rad/s] einer Struktur, welche aus einem Stator des Antriebsmotors und dem Grundgestell aufgebaut ist, wobei die Gleichungen benutzt werden: ω_r1 = (K_j((1/J_r + J_t)) + (1/J_j)))^1/2, und ω_r2 = (K_s((1/J_b) + (1/J_s)))^1/2; und Einstellen des Frequenzbandes, welches zu entfernen ist, für ein erstes Dämpfungsfilter, welches in dem Positioniergerät vorgesehen ist, basierend auf der berechneten ersten Resonanzfrequenz ω_r1, und Einstellen des Frequenzbandes, welches zu entfernen ist, für ein zweites Dämpfungsfilter, welches in dem Positioniergerät vorgesehen ist, basierend auf der zweiten Resonanzfrequenz ω_r2.
Ferner bezieht sich die vorliegende Geräteerfindung auf ein Steuerparameter-Einstellgerät für das Einstellen eines Frequenzbandes, welches zu entfernen ist, für ein Dämpfungsfilter, welches in einem Positioniergerät vorgesehen ist, welches einen Antriebsmotor einer Drehtisch-Einrichtung steuert, wobei die Drehtisch-Einrichtung beinhaltet: ein Grundgestell, einen Tisch für das Platzieren eines Objektes darauf, wobei der Tisch drehbar durch das Grundgestell gehalten wird, und den Antriebsmotor, welcher den Tisch in Bezug auf das Grundgestell dreht, wobei das Steuerparameter-Einstellgerät beinhaltet:
ein Berechnungselement, welches eine erste Resonanzfrequenz ω_r1 einer Struktur berechnet, welche aus dem Tisch, einem Rotor des Antriebsmotors und dem Objekt besteht, und eine zweite Resonanzfrequenz ω_r2 einer Struktur, welche aus einem Stator des Antriebsmotors und des Grundgestells besteht, wobei die obigen Gleichungen benutzt werden; und
ein Einstellelement, welches das Frequenzband, welches zu entfernen ist, für ein erstes Dämpfungsfilter einstellt, welches in dem Positioniergerät vorgesehen ist, basierend auf der ersten Resonanzfrequenz ω_r1, welche durch das Berechnungselement berechnet ist, und Einstellen der Frequenz, welche zu entfernen ist, für ein zweites Dämpfungsfilter, welches in dem Positioniergerät vorgesehen ist, basierend auf der zweiten Resonanzfrequenz ω_r2, welche durch das Berechnungselement berechnet ist.
Man beachte, dass in den obigen Gleichungen J_r eine Trägheit [kg·m²] des Rotors des Antriebsmotors ist, J_t eine Trägheit [kg·m²] des Tisches ist, J_j eine Trägheit [kg·m²] des Objektes ist, J_b eine Trägheit [kg·m²] des Grundgestells ist, J_s eine Trägheit [kg·m²] des Stators des Antriebsmotors ist, K_j eine Drehfestigkeit [N·m/rad] des Objektes ist und K_s eine Drehfestigkeit {N·m/rad] des Stators des Antriebsmotors ist.
Außerdem kann das Steuerparameter-Einstellgerät das Steuerparameter-Einstellverfahren der vorliegenden Erfindung in richtiger Weise durchführen. Speziell werden in dem Steuerparameter-Einstellgerät als Erstes eine erste Resonanzfrequenz ω_r1 einer Struktur, welche aus dem Tisch, dem Rotor des Antriebsmotors und dem Objekt besteht, und eine zweite Resonanzfrequenz ω_r2 einer Struktur, welche aus dem Stator des Antriebsmotors und des Grundgestells besteht, berechnet, wobei die obigen Gleichungen des Berechnungselementes benutzt werden.
Obwohl Details später beschrieben werden, wie zum Beispiel für die Drehtischeinrichtung, welche die oben beschriebene Struktur besitzt, können die erste Resonanzfrequenz ω_r1 und die zweite Resonanzfrequenz ω_r2 abgeleitet werden, indem die obigen Gleichungen benutzt werden. Die Trägheit J_r des Rotors und die Trägheit J_s des Stators des Antriebsmotors, die Trägheit J_t des Tisches, die Trägheit J_j des Objektes, die Trägheit J_b des Grundgestells, die Drehfestigkeit K_j des Objektes und die Drehfestigkeit K_s des Stators des Antriebsmotors können im Voraus, basierend auf den Design- bzw. Gestaltungsdaten, berechnet werden. Deshalb können die erste Resonanzfrequenz ω_r1 und die zweite Resonanzfrequenz ω_r2 theoretisch berechnet werden, ohne sich auf das Trial-and-Error-Verfahren zu beziehen.
Nachfolgend wird in dem Einstellelement das Frequenzband, welches durch ein erstes Dämpfungsfilter zu entfernen ist, welches in dem Positioniergerät vorgesehen ist, eingestellt, basierend auf der ersten Resonanzfrequenz ω_r1, welche durch das Berechnungselement berechnet ist, d. h., das Frequenzband, welches durch das erste Dämpfungsfilter zu entfernen ist, wird eingestellt, so dass es eine vorher festgelegte Breite besitzt, mit der ersten Resonanzfrequenz ω_r1 in der Mitte davon, und, in ähnlicher Weise, wird das Frequenzband, welches durch ein zweites Dämpfungsfilter zu entfernen ist, welches in dem Positioniergerät vorgesehen ist, basierend auf der zweiten Resonanzfrequenz ω_r2 eingestellt, welches durch das Berechnungselement berechnet ist, d. h. das Frequenzband, welches durch das zweite Dämpfungsfilter zu entfernen ist, wird so eingestellt, dass es eine vorher bestimmte Breite besitzt, mit der Resonanzfrequenz ω_r2 in der Mitte davon.
Demnach, entsprechend zu der vorliegenden Erfindung, können das Frequenzband, welches durch das erste Dämpfungsfilter zu entfernen ist, um von dem Steuersignal des Positionsgerätes die erste Resonanzfrequenz (Frequenz ω_r1), welche auf der Struktur auftritt, welche aus dem Tisch, dem Rotor des Antriebsmotors und dem Objekt besteht, zu entfernen, und das zweite Frequenzband, welches durch das zweite Dämpfungsfilter zu entfernen ist, um von dem Steuersignal des Positioniergerätes die zweite Resonanz (Frequenz ω_r2), welche auf der Struktur auftritt, welche aus dem Stator des Antriebsmotors und dem Grundgestell besteht, zu entfernen, theoretisch eingestellt werden, ohne sich auf das herkömmliche Trial-and-Error-Verfahren zu beziehen. Deshalb können die Frequenzbänder, welche zu entfernen sind, auf richtige Werte, welche dem behandelten Objekt entsprechen, schnell eingestellt werden.
Außerdem, entsprechend dem Positioniergerät, welches mit dem oben beschriebenen Steuerparameter-Einstellgerät beschrieben ist, können die Frequenzbänder, welche durch die Dämpfungsfilter zu entfernen sind, theoretisch eingestellt werden, ohne sich auf das herkömmliche Trial-and-Error-Verfahren zu beziehen, und können schnell auf richtige Werte entsprechend zu dem behandelten Objekt eingestellt werden. Deshalb kann die Drehtischeinrichtung richtigerweise, entsprechend zu dem behandelten Objekt, gesteuert werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Wie oben beschrieben, entsprechend zu der vorliegenden Erfindung, können das Frequenzband, welches durch das erste Dämpfungsfilter zu entfernen ist, um von dem Steuersignal des Positioniergerätes die erste Resonanz (Frequenz ω_r1), welche auf der Struktur auftritt, welche aus dem Tisch, dem Rotor des Antriebsmotors und dem Objekt besteht, zu entfernen, und das Frequenzband, welches durch das zweite Dämpfungsfilter zu entfernen ist, um von dem Steuersignal des Positioniergerätes, die zweite Resonanz (Frequenz ω_r2), welche auf der Struktur auftritt, welche aus dem Stator des Antriebsmotors und dem Grundgestell besteht, zu entfernen, theoretisch eingestellt werden, ohne sich auf das herkömmliche Trial-and-Error-Verfahren zu beziehen. Deshalb können die Frequenzbänder, welche zu entfernen sind, schnell auf die richtigen Werte, entsprechend zu dem behandelten Objekt, eingestellt werden.
Außerdem, wenn dieses Steuerparameter-Einstellgerät in einem Positioniergerät bereitgestellt ist, können die Frequenzbänder, welche durch die Dämpfungsfilter des Positioniergerätes zu entfernen sind, theoretisch eingestellt werden, ohne sich auf das herkömmliche Trial-and-Error-Verfahren zu beziehen, und können schnell auf geeignete Werte, entsprechend zu dem behandelten Objekt, eingestellt werden. Deshalb kann die Drehtischeinrichtung, als das Steuerziel, in richtiger Weise, entsprechend zu dem behandelten Objekt, eingestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, welches eine schematische Konfiguration eines Positioniergerätes zeigt, entsprechend zu einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm, welches einen Parameter-Speicher und eine Dämpfungsfiltereinheit in der Ausführungsform zeigt;
3 ist eine schematische Zeichnung, welche eine Drehtischeinrichtung zeigt, welche durch das Positioniergerät in der Ausführungsform zu steuern ist;
4 ist ein Steuerungs-Blockdiagramm der Drehtischeinrichtung in der Ausführungsform;
5 ist eine erklärende Darstellung, welche ein Schwingungsmodell eines Zwei-Trägheitssystems zeigt;
6 ist ein Steuerungs-Blockdiagramm des Schwingungsmodells des Zwei-Trägheitssystems; und
7 ist ein Steuerungsblockdiagramm des Schwingungsmodells des Zwei-Trägheitssystems.
Beschreibung der Ausführungsformen
Hier nachfolgend wird eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Positioniergerät zeigt, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 3 ist eine schematische Zeichnung, welche ein Modell einer Drehtischeinrichtung zeigt, welche durch das Positioniergerät zu steuern ist. Man beachte, dass 3 nur eine abstrakte Konzeptionszeichnung ist und nicht eine spezielle Struktur der Drehtischeinrichtung zeigt.
Wie in 1 gezeigt wird, beinhaltet das Positioniergerät 1 in dieser Ausführungsform ein Positionssteuerelement 2, ein Geschwindigkeits-Steuerelement 3, eine Dämpfungsfiltereinheit 4, ein Drehmoment-Steuerelement 5, ein Differenzierelement 6, ein Parameter-Einstellelement 7 und einen Parameterspeicher 8.
Das Positionssteuerelement 2 empfängt die Eingabe eines Positionsbefehls θ*, welcher zum Beispiel in einem NC-Prozessor erzeugt ist und von diesem ausgegeben ist, und führt eine Bearbeitung des Erzeugens eines Geschwindigkeitsbefehls ω* durch, basierend auf einer Abweichung zwischen dem Positionsbefehl θ* und einem vorhandenen Positionssignal θ, welches von einem Positionsdetektor 15 der Drehtischeinrichtung 10 ausgegeben ist, was später beschrieben wird, ebenso wie einen Positionsstellfaktor und das Ausgeben des erzeugten Geschwindigkeitsbefehls ω*.
Das Geschwindigkeits-Steuerelement 3 führt eine Bearbeitung des Erzeugens eines Drehbefehls T_m* aus, basierend auf einer Abweichung zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl ω*, welcher von dem Positions-Steuerelement 2 in das Geschwindigkeits-Steuer-element 3 eingegeben ist, und ein vorhandenes Geschwindigkeitssignal ω, welches von dem Positionsdetektor 15 ausgegeben ist, differenziert durch das Differentiationselement 6, und dann von dem Differenzierelement 6 ausgegeben ist, ebenso wie einen Geschwindigkeits-Stellfaktor und das Ausgeben des erzeugten Drehmomentbefehls T_m*.
Wie in 2 gezeigt wird, beinhaltet das Dämpfungsfilter 4n Filter, welche wenigstens zwei Filter beinhalten: ein erstes Filter F₁ und ein zweites Filter F₂; jedes Filter ist aus einem Sperrfilter aufgebaut. Die Dämpfungs-Filtereinheit 4 empfängt ein Eingangssignal des Steuerbefehls T_m*, welches von dem Geschwindigkeits-Steuerelement 3 ausgegeben ist, und führt eine Bearbeitung des Entfernens einer Frequenzkomponente in einem Frequenzband aus, welches zu entfernen ist, welches für jeden der Filter eingestellt ist, von dem eingegebenen Drehmomentbefehl T_m*, und gibt den Drehmomentbefehl nach dem Entfernen von T_mf* aus. Man beachte, dass die Anzahl der Sperrfilter nur zwei oder mehr betragen muss, und es gibt keine Begrenzung für die Anzahl der vorgesehenen Filter.
Das Drehmomentsteuerelement 5 empfängt das Eingangssignal des gefilterten Drehmomentbefehls T_mf*, welches von der DämpfungsFiltereinheit 4 ausgegeben ist, und führt eine Bearbeitung des Erzeugens eines Antriebsdrehmomentsignals T_m für einen Motor 12 der Drehtischeinrichtung 10 aus, basierend auf dem eingegebenen Drehmomentbefehl T_mf*, ebenso wie eines Drehmoment-Stell-faktors und das Ausgeben des erzeugten Signals.
Außerdem ist der Parameterspeicher 8 eine Funktionseinheit, welche darin Steuerungsparameter speichert, welche in dem Positioniergerät 1 benutzt sind. Der Positions-Stellfaktor, der Geschwindigkeits-Stellfaktor, die Frequenzbänder, welche durch die Filter F_n zu entfernen sind, und der Drehmoment-Stellfaktor sind als Parameter in dem Parameter-Speicher 8 gespeichert, und diese Steuerungsparameter werden ausgelesen und durch das entsprechende Positions-Steuerelement 2, das Geschwindigkeits-Steuerelement 3, die Filter F_n und das Drehmoment-Steuerelement 5 jeweils gelesen. Man beachte, dass diese Steuerungsparameter in den Parameter-Speicher 8 von der Außenseite gespeichert werden können, und die Frequenzbänder, welche zu entfernen sind, werden durch das Parameter-Einstellelement 7 aktualisiert. Eine spezielle Verarbeitung in dem Parameter-Einstellelement 7 wird später beschrieben.
Wie in 3 gezeigt wird, beinhaltet die Drehtischeinrichtung 10 in dieser Ausführungsform ein Tischgrundteil 11 als die Basis, einen Tisch 18, welcher auf dem Tischgrundteil 1 angeordnet ist und bereitgestellt ist, um, um eine Vertikalachse der Rotation drehbar zu sein, und den Motor 12, welcher den Tisch 18 um die Rotationsachse dreht. Der Motor 12 besteht aus einem Stator 13, welcher an dem Tischgrundteil 11 befestigt ist, und einem Rotor 14, welcher in dem Stator 13 in einem Zustand angeordnet ist, wobei er an dem Tisch 18 befestigt ist. Außerdem wird eine Drehposition des Rotors 14 mit Bezug auf die Drehachse durch den Positionsdetektor 15 detektiert, welcher aus einem Teil 17, welches auf der unteren Oberfläche des Rotors 14 vorgesehen ist, und einem Teil 16, welches auf dem Stator 13 vorgesehen ist, um dem Teil 17 gegenüberzuliegen, besteht. Man beachte, dass eine Einspannvorrichtung oder ein Werkstück (hier nachfolgend einfach als ”Werkstück” bezeichnet) 19 als das Objekt an dem Tisch 18 angebracht ist.
Demnach wird entsprechend zu dem Positioniergerät 1 zuerst ein Geschwindigkeitsbefehl ω* erzeugt, basierend auf einer Abweichung zwischen dem Positionsbefehl θ*, welcher in das Positionssteuerelement 2 als geeignet eingegeben ist und dem vorliegenden Positionssignal θ ebenso wie dem Positions-Stellwert in dem Positions-Steuerelement 2 eingegeben ist, und dann wird ein Drehmomentbefehl T_m* erzeugt, basierend auf einer Abweichung des Geschwindigkeitsbefehls ω* und dem vorliegenden Geschwindigkeitssignal ω ebenso wie dem Geschwindigkeits-Stellwert in dem zweiten Steuerelement 3.
Nachfolgend läuft der erzeugte Drehmomentbefehl T_m* durch die Dämpfungsfiltereinheit 4, und dadurch werden die Vibrationskomponenten in den Frequenzbändern, welche zu entfernen sind, welche für die Filter eingestellt sind, von dem Drehmomentbefehl T_m* entfernt, und dann wird der Drehmomentbefehl nach dem Entfernen von T_mf* in das Drehmomentsteuerelement 5 eingegeben. Nachfolgend wird ein Antriebsdrehmomentsignal T_m für den Motor 12 erzeugt, basierend auf dem Drehbefehl T_mf* und dem Drehmomentstellwert in dem Drehmomentsteuerelement 5, und ein Strom entsprechend zu dem Antriebsdrehmomentsignal T_m wird an den Motor 12 geliefert, und dadurch wird der Motor 12 angetrieben. Folglich wird der Tisch 18 drehbar durch den damit gesteuerten Motor 12 bewegt.
Das Parameter-Einstellelement 7 beinhaltet ein Berechnungselement 7a, welches eine erste Resonanzfrequenz ω_f1 einer Struktur berechnet, welche aus dem Tisch 18, dem Rotor 14 des Motors 12 und dem Werkstück 19 (hier nachfolgend als ”obere Struktur” bezeichnet) und einer zweiten Resonanzfrequenz ω_r2 einer Struktur, welche aus dem Stator 13 des Motors 12 und dem Tischgrundgestell 11 (hier nachfolgend als ”untere Struktur”) besteht, berechnet, wobei die Gleichungen benutzt werden, welche nachfolgend gegeben werden, und ein Einstellelement 7b, welches das Frequenzband, welches zu entfernen ist, für das erste Filter F₁ einstellt, basierend auf der ersten Resonanzfrequenz ω_r1, welche durch das Berechnungselement 7a berechnet ist, und wobei das Frequenzband, welches zu entfernen ist, für das zweite Filter F₂ eingestellt wird, basierend auf der zweiten Resonanzfrequenz ω_r2, welche durch das Berechnungselement 7a berechnet ist. ω_r1 = (K_j((1/J_r)) + (1/J_j)))^1/2 ω_r2 = (K_s((1/J_b) + (1/J_s)))^1/2
Man beachte, dass J_r eine Trägheit [kg·m²] des Rotors 14 ist, J_t eine Trägheit [kg·m²] des Tisches 18 ist, J_j eine Trägheit [kg·m²] des Werkstückes 19 ist, J_b eine Trägheit [kg·m²] des Tischgrundteils 11 ist, J_s eine Trägheit [kg·m²] des Stators 13 ist, K_j eine Drehfestigkeit [N·m/rad] des Werkstückes 19 ist und K_s eine Drehfestigkeit [N·m/rad] des Stators 13 ist. Diese Werte können zuvor basierend auf den Design- bzw. Gestaltungsdaten berechnet werden und können in das Berechnungselement 7a von der Außenseite eingegeben werden, wie es benötigt wird. Alternativ können die Werte außer der Trägheit J_j und der Torsionsfestigkeit K_j des Werkstückes 19, d. h. die Trägheit J_r des Rotors 14, die Trägheit J_t des Tisches 18, die Trägheit J_b des Tischgrundteils 11, die Trägheit J_s des Stators 13 und die Torsionsfestigkeit K_s des Stators 13 in dem Berechnungselement 7a im Voraus gespeichert sein und in dem Berechnungselement 7a gehalten werden, da diese Werte spezifisch für die Drehtischeinrichtung 10 sind.
Die Drehtischeinrichtung 10, welche die typische Struktur besitzt, welche in 4 entwickelt ist, besitzt eine Struktur, in welcher das Tischgrundteil 11 und der Tisch 18 voneinander getrennt sind, der Stator 13 und der Rotor 14 des Motors 12 sind voneinander getrennt, das Tischgrundteil 11 und der Stator 13 sind aneinander gekoppelt, der Rotor 14 ist an den Tisch 18 gekoppelt und das Werkstück 19 ist an den Tisch 18 gekoppelt. Deshalb wird die Drehtischeinrichtung 10, welche eine derartige Struktur besitzt, als eine Einrichtung erkannt, welche aus zwei Strukturen besteht, d. h. der oberen Struktur, welche aus dem Tisch 18, dem Rotor 14 und dem Werkstück 19 aufgebaut ist, und der unteren Struktur, welche aus dem Stator 13 und dem Tischgrundteil 11 aufgebaut ist. Entsprechend der Untersuchung durch die Erfinder kann das Steuerungsmodell der Drehtischeinrichtung 10 als ein Blockdiagramm repräsentiert werden, wie es in 4 gezeigt wird.
Sowohl die obere Struktur als auch die untere Struktur kann als ein Vibrations- bzw. Schwingungsmodell eines Zwei-Trägheitssystems interpretiert werden, wie es in 5 gezeigt wird. Das heißt, in der oberen Struktur entsprechen der Tisch 18 und der Rotor 14 dem Festkörper 1, und das Werkstück 19 entspricht dem Festkörper 2. Deshalb gilt das Folgende: J₁ = J_r + J_t, J₂ = J_j, und K = K_j.
Auf der anderen Seite entspricht in der unteren Struktur das Tischgrundteil 11 dem Festkörper 1 und der Stator 13 entspricht dem Festkörper 2. Deshalb gilt das Folgende: J₁ = J_b, J₂ = J_s, und K = K_s.
Ein derartiges Zwei-Trägheitssystem-Modell genügt den Gleichungen basierend auf der Gleichung der Bewegung für ein Drehsystem: J₁(d²θ₁/dt²) = T – T_L, J₂(d²θ₂/dt²) = T_L, und T_L = K(θ₁ – θ₂).
Wenn die Laplace-Transformation an diesen Gleichungen angewendet wird, wird das Folgende erhalten: θ₁ = (T – T_L)/(J₁s²), θ₂ = T_L/(J₂s²), und T_L = K(θ₁ – θ₂).
Deshalb kann das Zwei-Trägheitssystem-Modell, welches in 5 gezeigt wird, durch ein Blockdiagramm dargestellt werden, wie es in 6 gezeigt wird; deshalb kann, wie oben beschrieben, die Drehtischeinrichtung 10, welche aus der oberen Struktur und der unteren Struktur besteht, als das Blockdiagramm repräsentiert werden, welches in 4 gezeigt wird.
Wenn die Beziehung zwischen θ₁ und T aus den obigen Gleichungen von θ₁, θ₂ und T_L abgeleitet wird, wird Gleichung 1 nachfolgend abgeleitet. [Gleichung 1]
Gleichung 1 kann sequenziell in Gleichung 2, Gleichung 3 und Gleichung 4 nachfolgend transformiert werden. [Gleichung 2]
[Gleichung 3]
[Gleichung 4]
Gleichung 4 von oben kann schließlich durch Gleichung 5 nachfolgend repräsentiert werden, und Gleichung 5 kann durch ein Blockdiagramm repräsentiert werden, welches in 7 gezeigt ist. [Gleichung 5]
In Gleichung 5 ist ω_r eine Resonanzfrequenz [rad/s], ω_a ist eine Anti-Resonanzfrequenz [rad/s], und diese werden wie folgt repräsentiert: ω_r = (K((1/J₁) + (1/J₂)))^1/2, und ω_a = (K/J₂)^1/2.
”1/(J₁ + J₂)s²”, ”ω_r ²/(s² + ω_r ²)” und ”(s² + ω_a ²)/ω_a ²” in Gleichung 5 sind Terme, welche den Festkörperteil, den Resonanzteil bzw. den Anti-Resonanzteil repräsentieren.
Demnach kann in dem Schwingungsmodell des Zwei-Trägheitssystems die Resonanzfrequenz ω_r aus der obigen Gleichung berechnet werden.
Entsprechend, wenn die Resonanzfrequenz der oben beschriebenen oberen Struktur n dieser Ausführungsform, d. h. die erste Resonanzfrequenz, durch ω_r1 repräsentiert ist, da J₁ = J_r + J_t, J₂ = J_j und K = K_j, wie oben beschrieben, kann dieses ω_r1 durch die folgende Gleichung berechnet werden: ω_r1 = (K_j((1/J_r + J_t)) + (1/J_j)))^1/2.
In ähnlicher Weise, wenn die Resonanzfrequenz der unteren Struktur, d. h. die zweite Resonanzfrequenz, durch ω_r2 repräsentiert ist, da J₁ = J_b, J₂ = J_s und K = K_s, wie oben beschrieben, kann dieses ω_r2 durch die folgende Gleichung berechnet werden: ω_r2 = (K_s((1/J_b) + (1/J_s)))^1/2.
Basierend auf diesem Herausfinden der Erfinder besitzt das Parameter-Einstellelement 7 in dieser Ausführungsform, wie oben beschrieben, eine Konfiguration, in welcher das Berechnungselement 7a die erste Resonanzfrequenz ω_r1 der Struktur berechnet, welche aus dem Tisch 18, dem Rotor 14 des Motors 12 und dem Werkstück 19 (d. h. der oberen Struktur) besteht, und die zweite Resonanzfrequenz ω_r2 der Struktur, welche aus dem Stator 13 des Motors 12 und dem Tischgrundteil 11 (d. h. der unteren Struktur) besteht, wobei die obigen Gleichungen benutzt werden.
Demzufolge wird in dem Einstellelement 7b das Frequenzband, welches durch das erste Filter F₁ zu entfernen ist, eingestellt, basierend auf der Resonanzfrequenz ω_r1, welche durch das Berechnungselement 7a berechnet ist, das heißt, das Frequenzband, welches durch das erste Filter F₁ zu entfernen ist, wird eingestellt, um eine vorher festgelegte Breite zu besitzen, mit der ersten Resonanzfrequenz ω_r1 in der Mitte davon, und ihn ähnlicher Weise wird das Frequenzband, welches durch das zweite Filter F₂ zu entfernen ist, eingestellt, dass es eine vorher festgelegte Breite besitzt, mit der zweiten Resonanzfrequenz ω_r2 in der Mitte davon. Nachfolgend werden die Daten für das Einstellen der Frequenzbänder, welche durch die Filter zu entfernen sind, in dem Parameter-Speicher 8 gespeichert, mit anderen Worten, die vorhandenen Daten, welche in dem Parameterspeicher 8 gespeichert sind, werden ersetzt und mit den Daten über die eingestellten Frequenzbänder, welche zu entfernen sind, aktualisiert.
Damit können, entsprechend zu dem Parameter-Einstellelement 7 in diesem Beispiel, das Frequenzband, welches durch das erste Filter F₁ zu entfernen ist, um die erste Resonanz (Frequenz ω_r1), welche auf der oberen Struktur auftritt, von dem Steuersignal (dem Drehmomentbefehl T_m*, welcher von dem Geschwindigkeitssteuerelement 3 ausgegeben ist) zu entfernen, und das Frequenzband, welches durch das zweite Filter F₂ zu entfernen ist, um die zweite Resonanz (Frequenz ω_r2), welche auf der unteren Struktur auftritt, von dem Steuersignal (dem Drehmomentbefehl T_m*, welcher von dem Geschwindigkeitssteuerelement 3 ausgegeben ist) zu entfernen, theoretisch eingestellt werden, ohne sich auf ein herkömmliches Trial-and-Error-Verfahren zu beziehen. Deshalb können sie auf richtige Werte, welche einem behandelten Objekt bzw. Gegenstand entsprechen, d. h. dem Werkstück (Spannvorrichtung, Werkstück oder Ähnlichem) 19, schnell eingestellt werden.
Entsprechend dem Positioniergerät 1 in dieser Ausführungsform, welche das parameter-Einstellelement 7 beinhaltet, können die Frequenzbänder, welche durch das erste Filter F₁ und das zweite Filter F₂ zu entfernen sind, theoretisch eingestellt werden, ohne sich auf ein herkömmliches Trial-and-Error-Verfahren zu beziehen, und können auf richtige Werte schnell eingestellt werden, entsprechend zu dem behandelten Werkstück 19. Deshalb kann die Drehtischeinrichtung 10 als das Steuerziel, entsprechend zu dem behandelten Werkstück 19 richtig gesteuert werden. Das heißt, die erste Resonanzkomponente, welche auf der oberen Struktur auftritt, wird von dem Steuersignal durch das erste Filter F₁ entfernt, und die zweite Resonanzkomponente, welche auf der unteren Struktur auftritt, wird von dem Steuersignal durch das zweite Filter F₂ entfernt; deshalb kann die Steuerung in dem Positioniergerät 1 stabilisiert werden. Im Speziellen hängt die erste Resonanzkomponente, welche auf der oberen Struktur auftritt, von dem behandelten Werkstück 19 ab; es ist möglich, die erste Resonanzkomponente entsprechend zu dem Werkstück 19 von dem Steuersignal richtig zu entfernen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt und kann in anderen Weisen implementiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Positioniergerät
2: Positions-Steuerelement
3: Geschwindigkeits-Steuerelement
4: Dämpfungsfiltereinheit
5: Drehmoment-Steuerelement
6: Differenzierelement
7: Parameter-Einstellelement
7a: Berechnungselement
7b: Einstellelement
8: Parameter-Speicher
10: Drehtischeinrichtung
11: Tischgrundgestell bzw. Grundteil
12: Motor
13: Stator
14: Rotor
15: Positionsdetektor
16: Positionsdetektor (Stator-Seitenteil)
17: Positionsdetektor (Rotor-Seitenteil)
18: Tisch
19: Werkstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-101444 [0002]

Claims

Steuerparameter-Einstellverfahren für das Einstellen eines Frequenzbandes, welches zu entfernen ist, für ein Dämpfungsfilter (4), welches in einem Positionsgerät (1) bereitgestellt ist, welches einen Antriebsmotor (12) einer Drehtischeinrichtung (10) steuert, wobei die Drehtischeinrichtung (10), welche eine Basis bzw. ein Grundteil (11), einen Tisch (18) für das Platzieren eines Objektes (19) darauf beinhaltet, wobei der Tisch (18) drehbar durch das Grundgestell bzw. Grundteil (11) gehalten wird, und der Antriebsmotor (12), welcher den Tisch (18) bezüglich des Grundteils (11) dreht, dadurch gekennzeichnet ist, dass das Steuerparameter-Einstellverfahren aufweist: Berechnen einer ersten Resonanzfrequenz ω_r1 einer Struktur, welche aus dem Tisch (18), einem Rotor (14) des Antriebsmotors (12) und dem Objekt (19) aufgebaut ist, und eine zweite Resonanzfrequenz ω_r2 einer Struktur, welche aus einem Stator (13) des Antriebsmotors (12) und dem Grundteil (11) aufgebaut ist, indem die Gleichungen benutzt werden: ω_r1 = (K_j((1/J_r + J_t)) + (1/J_j)))^1/2, und ω_r2 = (K_s((1/J_b) + (1/J_s)))^1/2, wobei J_r eine Trägheit des Rotors (14) des Antriebsmotors (12) ist, J_t eine Trägheit des Tisches (18) ist, J_j eine Trägheit des Objektes (19) ist, J_b eine Trägheit des Grundteils (11) ist, J_s eine Trägheit des Stators (13) des Antriebsmotors (12) ist, K_j eine Torsionsfestigkeit des Objektes (19) ist und K_s eine Torsionsfestigkeit des Stators (13) des Antriebsmotors (12) ist; und Einstellen des Frequenzbandes, welches für ein erstes Dämpfungsfilter (F₁) zu entfernen ist, welches in dem Positioniergerät (1) bereitgestellt ist, basierend auf der berechneten ersten Resonanzfrequenz ω_r1, und Einstellen des Frequenzbandes, welches für ein zweites Dämpfungsfilter (F₂) zu entfernen ist, welches in dem Positionsgerät (1) bereitgestellt ist, basierend auf der berechneten zweiten Resonanzfrequenz ω_r2.
Steuerparameter-Einstellgerät (7) für das Einstellen eines Frequenzbandes, welches für ein Dämpfungsfilter (4) zu entfernen ist, welches in einem Positionsgerät (19 bereitgestellt ist, welches einen Antriebsmotor (12) einer Drehtischeinrichtung (10) steuert, wobei die Drehtischeinrichtung (10) ein Grundteil (11), einen Tisch (18) für das Platzieren eines Objektes (19) darauf, den Tisch (18), welcher drehbar durch das Grundteil (11) gehalten wird, und den Antriebsmotor (12), welcher den Tisch (18) bezüglich zu dem Grundteil (11) dreht, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerparameter-Einstellgerät (7) aufweist: ein Berechnungselement (7a), welches eine erste Resonanzfrequenz ω_r1 einer Struktur berechnet, welche aus dem Tisch (18), einem Rotor (14) des Antriebsmotors (12) und dem Objekt (19) aufgebaut ist, und eine zweite Resonanzfrequenz ω_r2 einer Struktur, welche aus einem Stator (13) des Antriebsmotors (12) und dem Grundteil (11) aufgebaut ist, berechnet, indem die Gleichungen benutzt werden: ω_r1 = (K_j((1/J_r + J_t)) + (1/J_j)))^1/2, und ω_r2 = (K_s((1/J_b) + (1/J_s)))^1/2, wobei J_r eine Trägheit des Rotors (14) des Antriebsmotors (12) ist, J_t eine Trägheit des Tisches (18) ist, J_j eine Trägheit des Objektes (19) ist, J_b eine Trägheit des Grundteils (11) ist, J_s eine Trägheit des Stators (13) des Antriebsmotors (12) ist, K_j eine Torsionsfestigkeit des Objektes (19) ist und K_s eine Torsionsfestigkeit des Stators (13) des Antriebsmotors (12) ist; und ein Einstellelement (7b), welches das Frequenzband, welches für ein erstes Dämpfungsfilter (F₁) zu entfernen ist, welches in dem Positioniergerät (1) vorgesehen ist, einstellt, basierend auf der ersten Resonanzfrequenz ω_r1, welche durch das Berechnungselement (7a) berechnet ist, und Einstellen des Frequenzbandes, welches für ein zweites Dämpfungsfilter (F₂) zu entfernen ist, welches in dem Positioniergerät (1) bereitgestellt ist, basierend auf der Resonanzfrequenz ω_r2, welche durch das Berechnungselement (7a) berechnet ist.
Positioniergerät (1), welches den Antriebsmotor (12) steuert, gekennzeichnet dadurch, dass das Positioniergerät (1) aufweist: die ersten und zweiten Dämpfungsfilter (F₁, F₂), und das Steuerparameter-Einstellgerät (7) des Patentanspruchs 2.