DE112021004058T5

DE112021004058T5 - Bearbeitungsvorrichtung, Bearbeitungssystem und Verfahren zur Herstellung von bearbeiteten Werkstücken

Info

Publication number: DE112021004058T5
Application number: DE112021004058.8T
Authority: DE
Inventors: Takanobu Akiyama; Masahiko Fukuta; Katsuji Gakuhari
Original assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2023-08-03
Also published as: TWI796716B; JP2023062709A; WO2022024916A1; US20230339060A1; KR20230029941A; CN116194850A; TW202212047A; JP2022024542A

Abstract

In einer Bearbeitungsvorrichtung 1 regelt eine X-Achsen-Steuereinheit 33X in jedem Regelzyklus Tc die Position eines X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung durch Rückkopplung. Die Z-Achsen-Steuereinheit 33Z erfasst in jedem Regelzyklus Tc einen Erfassungswert der Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung, der sich in einem Nahbereich befindet, berechnet auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem erfassten Erfassungswert und einer Sollposition eine zweite Abweichung und steuert eine Z-Achsen-Antriebseinheit 23z, so dass die zweite Abweichung verringert wird. Die zweite Z-Achsen-Steuereinheit 33Z erfasst in jedem Regelzyklus Tc einen Erfassungswert für einen ersten Fehler, der sich im Nahbereich befindet und der eine Abweichung des X-Achsen-Tisches 9 in der Z-Richtung beinhaltet, und erhöht oder verringert die zweite Abweichung auf der Grundlage des Erfassungswerts für den ersten Fehler, sodass zumindest ein Teil eines Fehlers in einer Relativposition zwischen dem Werkstück 103 und dem Werkzeug 101 in der Z-Richtung, der durch den ersten Fehler verursacht wird, durch eine Verstellung des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung ausgeglichen wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Bearbeitungsvorrichtung bzw. ein Bearbeitungszentrum, ein Bearbeitungssystem sowie auf ein Verfahren zur Herstellung von bearbeiteten Werkstücken.
Stand der Technik
Bearbeitungsvorrichtungen bzw. -zentren zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Werkzeugs sind bekannt (beispielsweise aus den Patentdokumenten 1 bis 3). Die Bearbeitungsvorrichtung umfasst beispielsweise einen beweglichen Abschnitt (beispielsweise einen Tisch oder Kopf), der das Werkzeug oder Werkstück hält und in einer vorgegebenen Richtung angetrieben wird, um das Werkzeug und das Werkstück relativ zueinander zu bewegen. Der bewegliche Abschnitt wird beispielsweise durch Führungen geführt und bewegt sich im Idealfall entlang einer geraden Linie. In der Realität bewegt dieser sich j edoch aufgrund von Herstellungsfehlern in den Führungen usw. wellenförmig bzw. mit seitlichem Versatz. Mit anderen Worten: Abweichungen von einer Geradlinigkeit einer Verstellung oder Rechtwinkligkeit sind nicht gleich Null. Diese Welligkeit verringert die Bearbeitungsgenauigkeit.
Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zur Erfassung von Abweichungen von einer Rechtwinkligkeit für eine Tischverstellung im Voraus mittels einer NC-Einrichtung (numerische Steuerung), wobei diese Abweichungen von der Rechtwinkligkeit zur Korrektur einer Sollposition verwendet werden, sodass der Tisch mit geringeren Abweichungen von der Rechtwinkligkeit verstellt werden kann.
In Patentdokument 2 wird eine Technologie offenbart, um die Bewegungstrajektorie für eine Verstellung in einer Bearbeitungsvorrichtung zu erfassen, wenn bei dieser entsprechend einem NC-Programm eine Verstellbewegung angetrieben wird, und um das NC-Programm auf der Grundlage der erfassten Bewegungstrajektorie und einer idealen Bewegungstrajektorie zu korrigieren.
Patentdokument 3 offenbart eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem ersten Tisch, der ein Werkstück hält, einem zweiten Tisch, der in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten Tisches verstellt wird, und einem Feinverschiebetisch, der auf dem zweiten Tisch vorgesehen ist und ein Werkzeug hält. Diese Bearbeitungsvorrichtung erfasst die Geradlinigkeit einer Verstellung des ersten Tisches in Echtzeit und steuert den Feinverschiebetisch so an, dass der Einfluss der erfassten Geradlinigkeit auf einen Bearbeitungsfehler der Bearbeitungsvorrichtung reduziert wird.
Patentdokumente zum Stand der Technik

Patentdokument 1: Japanische Patentschrift Nr. 62-55706
Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-111003
Patentdokument 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-76141

Zusammenfassung der Erfindung
Zu lösende Aufgabe
Bei den Verfahren nach den Patentdokumenten 1 und 2 handelt es sich jeweils um Verfahren, bei denen Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung im Voraus erfasst werden, so dass diese beispielsweise nicht für Geradlinigkeiten von Verstellungen geeignet sind, die nicht reproduzierbar sind oder deren Reproduzierbarkeit auf einen kurzen Zeitraum beschränkt ist. Diese eignen sich deshalb nicht für eine ultragenaue Bearbeitung, bei der beispielsweise eine Genauigkeit von einigen zehn Nanometern oder weniger erforderlich ist. Die Technologie nach dem Patentdokument 3 erfordert beispielsweise einen Feinverschiebetisch zur Reduzierung von Abweichungen von einer Geradlinigkeit einer Verstellung, was die Größe und/oder Komplexität einer Bearbeitungsvorrichtung erhöht.
Es werden eine Bearbeitungsvorrichtung, ein Bearbeitungssystem und ein Verfahren zur Herstellung eines bearbeiteten Werkstücks erwartet, womit Bearbeitungsfehler, die durch Abweichungen von einer Geradlinigkeit einer Verstellung verursacht sind, reduziert werden können.
Lösung der Aufgabe
Eine Bearbeitungsvorrichtung gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen ersten beweglichen Abschnitt, eine erste Führung, eine erste Antriebseinheit, einen ersten Sensor, einen zweiten beweglichen Abschnitt, eine zweite Führung, eine zweite Antriebseinheit, einen zweiten Sensor und eine Steuereinheit. Der erste bewegliche Abschnitt kann ein Werkstück oder ein Werkzeug tragen. Die erste Führung führt den ersten beweglichen Abschnitt in einer ersten Richtung. Die erste Antriebseinheit treibt eine Verstellung des ersten beweglichen Abschnitts in der ersten Richtung an. Der erste Sensor gibt ein Signal entsprechend einer ersten Verstellung, die eine Verstellung des ersten beweglichen Abschnitts in der ersten Richtung beinhaltet, sowie einen ersten Fehler aus, der einen Versatz des ersten beweglichen Abschnitts in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung beinhaltet. Der zweite bewegliche Abschnitt kann das Werkstück oder das Werkzeug tragen. Die zweite Führung führt den zweiten beweglichen Abschnitt in der zweiten Richtung. Die zweite Antriebseinheit treibt eine Verstellung des zweiten beweglichen Abschnitts in der zweiten Richtung an. Der zweite Sensor gibt ein Signal entsprechend einer zweiten Verstellung aus, die eine Verstellung des zweiten beweglichen Abschnitts in der zweiten Richtung beinhaltet. Die Steuereinheit steuert die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit gemäß einem Programm, das Informationen über Befehle für die Verstellung des ersten und zweiten beweglichen Abschnitts enthält. Die Steuereinheit umfasst eine Interpolationseinheit, eine erste Steuereinheit und eine zweite Steuereinheit. Die Interpolationseinheit berechnet auf der Grundlage der Informationen aus dem Programm für jeden vorgegebenen Regelzyklus eine erste Sollposition für den ersten beweglichen Abschnitt in der ersten Richtung und berechnet für jeden Regelzyklus eine zweite Sollposition für den zweiten beweglichen Abschnitt in der zweiten Richtung. Die erste Steuereinheit erfasst in jedem Regelzyklus auf der Grundlage eines Signals von dem ersten Sensor einen Erfassungswert für die erste Verstellung, der sich in einem Nahbereich befindet, berechnet eine erste Abweichung auf der Grundlage der Differenz zwischen dem erfassten Erfassungswert und der ersten Sollposition und steuert die erste Antriebseinheit, um die erste Abweichung zu verringern. Die zweite Steuereinheit erfasst in jedem Regelzyklus auf der Grundlage eines Signals von dem zweiten Sensor einen Erfassungswert für die zweite Verstellung, der sich in einem Nahbereich befindet, berechnet eine zweite Abweichung auf der Grundlage der Differenz zwischen dem erfassten Erfassungswert und der zweiten Sollposition und steuert die zweite Antriebseinheit, um die zweite Abweichung zu verringern.
Darüber hinaus erfasst die zweite Steuereinheit in jedem Regelzyklus einen Erfassungswert für den ersten Fehler, der sich in einem Nahbereich befindet, auf der Grundlage eines Signals von dem ersten Sensor, und vergrößert oder verringert die zweite Abweichung auf der Grundlage des Erfassungswerts für den ersten Fehler, sodass zumindest ein Teil des Fehlers in der Relativposition zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug in der zweiten Richtung, der durch den ersten Fehler verursacht wird, durch die Verstellung des zweiten beweglichen Abschnitts in der zweiten Richtung ausgeglichen wird.
Ein Bearbeitungssystem gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung weist die vorstehend beschriebene Bearbeitungsvorrichtung und eine Diagnoseeinrichtung auf, die Informationen über den Erfassungswert für den ersten Fehler von der Bearbeitungsvorrichtung erfasst und ein Bild gemäß den erfassten Informationen anzeigt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines bearbeiteten Objekts gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung umfasst den Schritt der Verwendung der vorstehend beschriebenen Bearbeitungsvorrichtung, um das Werkstück und das Werkzeug in gegenseitiger Berührung miteinander anzuordnen, um das Werkstück zu dem bearbeiteten Objekt zu bearbeiten.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung.
Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration bzw. dem vorstehend beschriebenen Verfahren können die durch Abweichungen von einer Geradlinigkeit einer Verstellung verursachten Bearbeitungsfehler reduziert werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Perspektivansicht, die die Konfiguration einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2A ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration zum linearen Verstellen des X-Achsen-Tisches der Bearbeitungsvorrichtung gemäß der 1 zeigt.
2B ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in 2A.
3A und 3B zeigen die Konfiguration und den Betrieb des X-Achsen-Sensors der Bearbeitungsvorrichtung aus 1.
4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Regelsystems der Bearbeitungsvorrichtung der 1 zeigt.
5 ist eine Darstellung, die Einzelheiten eines Abschnitts des Blockdiagramms in 4 zeigt.
6A und 6B sind konzeptionelle Diagramme zur Erläuterung der für die Steuerung verwendeten Erfassungswerte für Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung, die in der Regelung verwendet werden.
7 ist Blockdiagramm des Regelsystems einer Bearbeitungsvorrichtung für ein weiteres Ausführungsbeispiel.
8 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration eines zweidimensionalen Messwertaufnehmers zeigt, die verschieden zu dem Beispiel der Konfiguration in der 3A ist.
9 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Konfiguration einer Führung zeigt, die verschieden zu dem Beispiel der Konfiguration in der 2B ist.
10 ist Schnittansicht, die ein Beispiel für die Konfiguration eines Lagers einer Spindel der Bearbeitungsvorrichtung der 1 zeigt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
(Gesamtkonfiguration der Bearbeitungsvorrichtung)
1 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Bearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt. Die Darstellung ist der besseren Übersichtlichkeit halber um die X-, Y- und Z-Richtungen eines kartesischen Koordinatensystems ergänzt, wobei sich die +Y-Richtung beispielsweise senkrecht nach oben erstreckt.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auf eine Vielzahl von Bearbeitungsvorrichtungen bzw. -zentren angewendet werden, und die abgebildete Bearbeitungsvorrichtung 1 stellt nur ein Beispiel dar. Der Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung jedoch von der Konfiguration der Bearbeitungsvorrichtung 1 ausgegangen.
Die Bearbeitungsvorrichtung 1 verwendet beispielsweise ein Werkzeug 101 zum Schleif und/oder Polieren eines Werkstücks 103. Genauer gesagt, wird das Werkstück 103 in dem dargestellten Beispiel um eine Achse parallel zur Z-Richtung gedreht. Das Werkzeug 101 ist als Schleifscheibe ausgelegt, die um eine Achse parallel zu der Y-Richtung gedreht wird. Das Werkzeug 101 schleift und/oder poliert das Werkstück 103, indem das Werkzeug 101 mit dem Werkstück 103 in Kontakt gebracht wird. Eine solche Bearbeitungsvorrichtung kann beispielsweise als Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung von asphärischen Oberflächen zur Herstellung von asphärischen Linsen usw. verwendet werden.
Die Bearbeitungsvorrichtung 1 weist beispielsweise einen Maschinenkörper 3 auf, der das Werkzeug 101 und das Werkstück 103 trägt, sowie eine Steuereinheit 5, die den Maschinenkörper 3 steuert.
Der Maschinenkörper 3 dreht beispielsweise das Werkstück 103 und das Werkzeug 101 wie vorstehend beschrieben und verstellt das Werkzeug 101 und das Werkstück 103 relativ zueinander, sodass diese sich aufeinander zu und voneinander weg bewegen. Die relative Ausrichtung der Drehachsen des Werkstücks 103 und des Werkzeugs 101, die Ausrichtung jeder Drehachse in einem absoluten Koordinatensystem, die Richtung der relativen Bewegung zwischen dem Werkzeug 101 und dem Werkstück 103, das Vorliegen einer Bewegung oder Nichtbewegung des Werkzeugs 101 und des Werkstücks 103 in dem absoluten Koordinatensystem, die Richtung dieser Bewegung etc. können entsprechend geeignet eingestellt werden.
In dem dargestellten Beispiel wird das Werkzeug 101 vor dem Schleifvorgang zur Positionierung in der Y-Richtung bewegt. Während des Schleifvorgangs wird, wie vorstehend beschrieben, das Werkstück 103 um eine Achse parallel zur Z-Richtung und das Werkzeug 101 um eine Achse parallel zur Y-Achse gedreht. Darüber hinaus werden das Werkzeug 101 und das Werkstück 103 relativ zueinander in der Z-Richtung und in der X-Richtung verstellt. Genauer gesagt wird das Werkzeug 101 in dem absoluten Koordinatensystem in der X-Richtung verstellt und das Werkstück 103 in dem absoluten Koordinatensystem in der Z-Richtung verstellt. Durch solche Vorgänge wird das Werkstück 103 auf der +Z-Seitenfläche und/oder der äußeren Umfangsfläche um eine Achse parallel zur Z-Achse geschliffen und/oder poliert.
Die Konfiguration zur Realisierung einer solchen Rotations- und Translationsbewegung kann beispielsweise verschiedenen bekannten Konfigurationen ähneln oder basierend auf der Anwendung einer bekannten Konfiguration erfolgen. In dem dargestellten Beispiel ist die Konfiguration wie folgt:

Der Maschinenkörper 3 weist eine Basis 7, einen auf der Basis 7 gelagerten X-Achsen-Tisch 9X, eine an dem X-Achsen-Tisch 9X befestigte Säule 11, einen auf der Säule 11 gelagerten Schlitten 13 und eine auf dem Schlitten 13 gelagerte Werkzeugspindel 15T auf. Die Werkzeugspindel 15T hält das Werkzeug 101 und kann das Werkzeug 101 um eine Achse parallel zur Y-Richtung drehen, während der X-Achsen-Tisch 9X auf der Basis 7 linear in der X-Richtung verstellt werden kann. Somit wird das Werkzeug 101 in der X-Richtung angetrieben. Der Schlitten 13 kann relativ zu der Säule 11 in der Y-Richtung linear verstellt werden, wodurch das Werkzeug 101 in der Y-Richtung angetrieben bzw. verstellt wird.

Der Maschinenkörper 3 weist außerdem einen Z-Achsen-Tisch 9Z, der auf der Basis 7 gelagert ist, und eine Werkstückspindel 15W auf, die auf dem Z-Achsen-Tisch 9Z gelagert ist. Die Werkstückspindel 15W trägt das Werkstück 103 und kann das Werkstück 103 um eine zur Z-Richtung parallele Achse drehen. Der Z-Achsen-Tisch 9Z kann auf der Basis 7 linear in Z-Richtung verstellt werden, wodurch das Werkstück 103 in der Z-Richtung angetrieben bzw. verstellt wird.
In der nachfolgenden Beschreibung können der X-Achsen-Tisch 9X und der Z-Achsen-Tisch 9Z ohne weitere Unterscheidung einfach als „Tisch 9“ bezeichnet werden. Ohne zwischen der Werkzeugspindel 15T und der Werkstückspindel 15W zu unterscheiden, können diese auch einfach als „Spindel 15“ bezeichnet werden.
Die Konfiguration des Mechanismus zur Realisierung einer Bewegung Verstellung der Tische 9, einer Verstellung des Schlittens 13 und einer Drehung der Spindeln 15 kann eine bekannte Konfiguration sein oder auf einer Anwendung einer bekannten Konfiguration beruhen. Die Antriebseinheit kann beispielsweise ein Elektromotor, eine hydraulische oder pneumatische Einrichtung sein. Der Elektromotor kann ein rotierender Elektromotor oder ein Linearmotor sein. Die Linearführung, die den Tisch 9 oder den Schlitten 13 führt (oder die, anders betrachtet, die Bewegung in einer anderen Richtung als der Antriebsrichtung beschränkt bzw. führt), kann eine Gleitführung sein, auf der der bewegliche Abschnitt und der ortsfeste Abschnitt gleiten, oder eine Wälzkörperführung, in der ein Wälzkörper zwischen dem beweglichen Abschnitt und dem ortsfesten Abschnitt rollt, oder eine hydrostatische Führung, in der Luft oder Öl zwischen dem beweglichen Abschnitt und dem ortsfesten Abschnitt vorgesehen ist, oder es kann sich bei dieser um eine Kombination aus zwei oder mehreren dieser Elemente handeln. Ebenso können die Lager von jeder Spindel 15 Gleitlager, Kugellager, hydrostatische Lager oder eine Kombination aus zwei oder mehreren dieser Lager sein.
Die Steuereinheit 5 ist beispielsweise, auch wenn dies nicht im Detail dargestellt ist, so ausgelegt, dass diese eine NC-Einrichtung und einen Antrieb (beispielsweise einen ServoAntrieb) aufweist. Die NC-Einrichtung ist beispielsweise, auch wenn dies nicht im Detail dargestellt ist, so ausgelegt, dass diese eine CPU (Central Processing Unit), ROM (Festwertspeicher; Read Only Memory), RAM (Direktzugriffsspeicher; Random Access Memory) und eine externe Speichereinrichtung aufweist. Mit anderen Worten, die NC-Einrichtung ist ausgelegt, um einen Computer aufzuweisen. Die CPU führt ein in dem ROM und/oder in der externen Speichereinrichtung gespeichertes Programm aus, um verschiedene Funktionseinheiten zu bilden, die die Funktionen einer Steuerung usw. ausführen. Die NC-Einrichtung kann auch Logikschaltungen aufweisen, die nur bestimmte Operationen ausführen.
Die Steuereinheit 5 regelt beispielsweise die Drehgeschwindigkeit der Spindeln 15 (aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, beispielsweise die Drehgeschwindigkeit der nicht dargestellten Spindelmotoren), oder die Geschwindigkeiten und Positionen der Tische 9 und des Schlittens 13. Bei der Lageregelung kann es sich um einen so genannten vollständig geschlossenen Regelkreis (full-closed loop control) handeln. Das bedeutet, dass die erfassten Positionen der Tische 9 und des Schlittens 13 zurückgemeldet werden können. Die Geschwindigkeitsregelung für die Tische 9 und den Schlitten 13 kann, ähnlich wie für die Positionsregelung, in einem vollständig geschlossenen Regelkreis erfolgen. Bei der Drehzahlregelung kann es sich jedoch um eine offene Regelung (open-loop control) handeln, bei der keine Rückmeldung erfolgt, oder um eine halbgeschlossene Regelung (semi-closed loop control), bei der die erfasste Drehzahl des Elektromotors zurückgeführt wird.
Die Bearbeitungsgenauigkeit der Bearbeitungsvorrichtung 1 kann geeignet eingestellt werden. So kann die Bearbeitungsvorrichtung 1 beispielsweise Bearbeitungsvorgänge mit einer Genauigkeit im Submikrometerbereich (Fehler von weniger als 1 µm) oder im Nanometerbereich (Fehler von weniger als 10 nm) durchführen. Derartige Werkzeugmaschinen sind vom Anmelder bereits in die Praxis umgesetzt worden (beispielsweise UVM-Serie, ULG-Serie und ULC-Serie). Genauer gesagt können die Positioniergenauigkeit für den X-Achsen-Tisch 9X in der X-Richtung, die Positioniergenauigkeit für den Z-Achsen-Tisch 9Z in der Z-Richtung und/oder die die Positioniergenauigkeit für den Schlitten 13 in der Y-Richtung beispielsweise 1 µm oder weniger, 0,1 µm oder weniger, 10 nm weniger oder 1 nm oder weniger betragen.
(Beispiel für einen Bewegungsmechanismus)
Wie bereits beschrieben, kann die Konfiguration für eine geradlinige Bewegung bzw. Verstellung der Tische 9 geeignet gestaltet werden. Ein Beispiel wird nachfolgend beschrieben.
Die 2A ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel für eine Konfiguration zeigt, bei der der X-Achsen-Tisch 9X linear bewegt wird. Die 2B ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in der 2A.
In dem dargestellten Beispiel ist die X-Achsen-Führung 17X, die den X-Achsen-Tisch 9X führt, als eine V-V-Kugelführung ausgeführt. Die X-Achsen-Führung 17X weist beispielsweise zwei Nuten 19a mit V-förmigem Querschnitt auf, die auf der Oberseite der X-Achsen-Lagerplatte 19X, die den X-Achsen-Tisch 9X lagert, ausgebildet sind, sowie zwei vorstehende Rippen 9a mit dreieckigem Querschnitt, die auf der Unterseite des X-Achsen-Tischs 9X ausgebildet sind, sowie eine Vielzahl von Kugeln 21 (Roll- bzw. Wälzkörperelemente), die zwischen den Nuten 19a und den vorstehenden Rippen 9a angeordnet sind. Die Nut 19a und die vorstehenden Rippen 9a erstrecken sich linear in der X-Richtung, und die vorstehenden Rippen 9a sind über die Kugeln 21 auf die Nuten 19a passend abgestimmt. Dadurch wird die Bewegung des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung beschränkt. Die Kugeln 21 rollen auf der Innenfläche der Nuten 19a und der Außenfläche der vorstehenden Rippen 9a ab und ermöglichen so eine Relativbewegung zwischen den beiden Elementen in der X-Richtung. Dadurch bewegt sich der X-Achsen-Tisch 9X mit relativ geringem Widerstand in X-Richtung. Die Bewegung des X-Achsen-Tisches 9X zur +Y-Seite wird beispielsweise durch sein Eigengewicht beschränkt. Die Bewegung des X-Achsen-Tisches 9X zur -Y-Seite wird beispielsweise durch eine Reaktionskraft des X-Achsen-Tisches 19X beschränkt.
In dem dargestellten Beispiel ist die X-Achsen-Antriebseinheit 21X, die den X-Achsen-Tisch 9X antreibt, als Linearmotor ausgelegt. Die X-Achsen-Antriebseinheit 21X weist beispielsweise eine Magnetreihe 21a mit einer Vielzahl von Magneten 21c, die in der X-Richtung auf der Oberseite des X-Achsen-Tisches 19X angeordnet sind, und eine Spule 21b auf, die an der Unterseite des X-Achsen-Tischs 9X befestigt ist und der Magnetreihe 21a gegenüberliegt. Wenn der Spule 21b ein Wechselstrom zugeführt wird, erzeugen die Magnetreihe 21a und die Spule 21b eine Antriebskraft in X-Richtung. Im Gegenzug bewegt sich der X-Achsen-Tisch 9X in der X-Richtung.
Wenngleich vorstehend ein Aufbau für eine lineare Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X beschrieben wurde, kann die vorstehende Beschreibung auf einen Aufbau für eine lineare Verstellung des Z-Achsen-Tisches 9Z in entsprechender Weise angewendet werden, indem X durch Z ersetzt wird, wie aus 1 ersichtlich ist. Das bedeutet, dass die Z-Achsen-Führung 17Z eine V-V-Kugelführung sein kann, die Nuten 19A auf einer Z-Achsen-Lagerplatte 19Z, vorstehende Rippen 9A auf dem Z-Achsen-Tischs 9Z und dazwischen vorgesehene Kugeln 21 aufweist. Die Z-Achsen-Antriebseinheit 23Z (4) der Z-Achsen-Führung 17Z kann als Linearmotor ausgelegt sein.
(Verfahren zur Verringerung von Bearbeitungsfehlern aufgrund von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung)
Im Idealfall bewegt sich der X-Achsen-Tisch 9X linear in der X-Richtung. In Wirklichkeit bewegt er sich jedoch in der X-Richtung aufgrund verschiedener Faktoren entlang einer wellenförmigen Trajektorie (mit einem Versatz in einer Richtung senkrecht zur X-Richtung). Mit anderen Worten: Das Werkzeug 101 erfährt einen Positionierungsfehler in einer Richtung senkrecht zur X-Richtung. Dieser Fehler tritt beispielsweise in der Größenordnung von 10 nm bis 1 µm auf, selbst wenn eine Führung 17 mit einem hohen Grad an Geradlinigkeit verwendet wird. Daher ist die Auswirkung des vorgenannten Positionierungsfehlers bei einer Bearbeitungsvorrichtung 1, bei der eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit (beispielsweise ein Fehler von weniger als 1 µm oder weniger als 0,1 µm) erforderlich ist, groß, beispielsweise bei einer ultrapräzisen Bearbeitungsvorrichtung.
Daher wird bei dieser Ausführungsform der Versatz (Fehler) des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung in Echtzeit erfasst. Beispielsweise wird der Fehler des X-Achsen-Tisches 9X (oder aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, der Fehler des Werkzeugs 101) in der Z-Richtung in einem vorbestimmten Zyklus während der Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung (oder aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, beispielsweise während der Bearbeitung) erfasst. Der Z-Achsen-Tisch 9Z (aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, das Werkstück 103) wird dann in der Z-Richtung versetzt, um den durch den Fehler verursachten Fehler in der Relativposition zwischen dem Werkzeug 101 und dem Werkstück 103 (ganz oder teilweise) auszugleichen. Wenn beispielsweise bei dem dargestellten Beispiel für den X-Achsen-Tisch 9X ein Fehler auf der +Z-Seite auftritt, wird der Z-Achsen-Tisch 9Z um einen diesem Fehler entsprechenden Betrag zu der +Z-Seite verschoben. Genauer gesagt wird der dem vorgenannten Fehler entsprechende Verfahrweg zum normalen Verfahrweg des Z-Achsen-Tisches 9Z (zu dem vom NC-Programm vorgegebenen Verfahrweg) in der Z-Richtung hinzu addiert. Dadurch wird der Einfluss der Geradlinigkeit der Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X auf den Bearbeitungsfehler reduziert.
Obwohl der Fehler des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung als Beispiel betrachtet wurde, kann die vorgenannte Vorgehensweise auch zur Reduzierung von Bearbeitungsfehlern auf Fehler des X-Achsen-Tisches 9X in der Y-Richtung sowie auch auf Fehler des Z-Achsen-Tisches 9Z und des Schlittens 13 angewendet werden. In der Beschreibung dieser Vorgehensweise werden jedoch hauptsächlich die Fehler des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung und die Fehler des Z-Achsen-Tisches 9Z in der X-Richtung als Beispiele angeführt.
Im folgenden Abschnitt werden Beispiele für einen Aufbau beschrieben, mit dem die vorstehend beschriebene Vorgehensweise zur Reduzierung von Bearbeitungsfehlern realisiert werden kann.
(Sensor)
Wie in der 2A gezeigt, weist die Bearbeitungsvorrichtung 1 einen X-Achsen-Sensor 25X auf, der die Position des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung und in der Z-Richtung erfasst. Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird die von dem X-Achsen-Sensor 25X erfasste Position in der X-Richtung für eine vollständig geschlossene Regelung der Position des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung verwendet. Die von dem X-Achsen-Sensor 25X erfasste Position in der Z-Richtung wird außerdem für die Regelung der Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung verwendet.
In 2A ist ein zweidimensionaler Messwertaufnehmer (d.h. ein zweidimensionaler Impulsgeber) als X-Achsen-Sensor 25X dargestellt. Der zweidimensionale Messwertaufnehmer weist beispielsweise einen sich in der X-Richtung erstreckenden Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 und einen dem Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 gegenüberliegenden Erfassungsabschnitt 29 auf. Der Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 ist beispielsweise von mehreren optisch oder magnetisch ausgebildeten Mustern in der X-Richtung (oder, abhängig von der Konfiguration des X-Achsen-Sensors 25X, zusätzlich zur X-Richtung auch in der Z-Richtung) mit einer vorbestimmten Abstandsweite zueinander ausgebildet. Die Erfassungseinheit 29 erzeugt ein Signal entsprechend der Relativposition zu jedem Muster. Daher kann ein Versatz bzw. eine Verstellung (Position) durch Zählen der Signale ermittelt werden, die erzeugt werden, wenn sich der Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 und der Erfassungsabschnitt 29 relativ zueinander bewegen (d. h. durch Zählen der Muster).
Der Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 oder der Erfassungsabschnitt 29 (bei dem dargestellten Beispiel der Messwertaufnehmer-Abschnitt 27) ist auf dem X-Achsen-Tisch 9X befestigt. Das jeweilige Pendant dazu, also der Erfassungsabschnitt 29 oder der Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 (bei dem dargestellten Beispiel der Erfassungsabschnitt 29), ist unmittelbar oder mittelbar an der X-Achsen-Lagerplatte 19X befestigt. Wenn sich der X-Achsen-Tisch 9X bewegt, bewegen sich daher der Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 und der Erfassungsabschnitt 29 relativ zueinander. Dabei wird der Versatz bzw. die Verstellung (Position) des X-Achsen-Tisches 9X erfasst.
Die spezifische Einbaulage des Messwertaufnehmer-Abschnitts 27 und der Erfassungseinheit 29 kann nach Bedarf eingestellt werden. Der X-Achsen-Sensor 25X kann ein absoluter Sensor sein, der die Position (absolute Position) der Erfassungseinheit 29 auf dem Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 auf der Grundlage der Muster des Messwertaufnehmer-Abschnitts 27 bestimmen kann, oder dieser kann ein inkrementeller Sensor sein, bei dem eine solche Bestimmung nicht möglich ist. Bekanntermaßen kann die absolute Position auch mittels einer inkrementalen Skala bestimmt werden, indem eine Kalibrierung durchgeführt wird, bei die Erfassungseinheit 29 zu einer vorbestimmten Position auf dem Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 bewegt wird (beispielsweise bis zu einem Verstelllimit), um die absolute Position zu ermitteln.
Der Fehler bei der Bewegung des X-Achsen-Tisches 9X (der Versatz in der Z-Richtung) ist natürlich im Vergleich kleiner als der Gesamt-Verstellweg des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung. Daher kann die Länge des Bereichs, über den der X-Achsen-Sensor 25X die Position in der Z-Richtung erfassen kann, kürzer sein als die Länge des Bereichs, über den die Position in der X-Richtung erfasst werden kann. Die Letztgenannte kann beispielsweise 10-mal oder 100-mal größer sein als die Erstgenannte. Außerdem kann die Länge des Bereichs, über den die Position in der Z-Richtung erfasst werden kann, beispielsweise 1 cm oder weniger, 1 mm oder weniger, 10 µm oder weniger oder 1 µm oder weniger betragen. Der Bereich, über den die Positionen in der X-Richtung erfasst werden kann, kann beispielsweise 1 cm oder mehr, 5 cm oder mehr, 10 cm oder mehr oder 30 cm oder mehr betragen, und zwar unter der Annahme, dass, dass dieser länger ist als die Länge des Bereichs, über den die Position in der Z-Richtung erfasst werden kann. Nach der vorstehenden Beschreibung kann die Länge des Bereichs, in dem die Position in der X-Richtung erfasst werden kann, und die Länge des Bereichs, in dem die Position in der Z-Richtung erfasst werden kann, durch die Länge des X-Achsen-Sensors 25X (insbesondere beispielsweise des Messwertaufnehmer-Abschnitts 27) in der X-Richtung und in der Z-Richtung ersetzt werden.
Bei dem X-Achsen-Sensor 25X können die Erfassungsgenauigkeit für die Position in der X-Richtung und die Erfassungsgenauigkeit für die Position in der Z-Richtung gleich oder unterschiedlich sein. In jedem Fall kann die Erfassungsgenauigkeit für Position in der X-Richtung bzw. die Erfassungsgenauigkeit für Position in der Z-Richtung bei dem X-Achsen-Sensor 25X relativ hoch sein, beispielsweise weniger als 1 µm oder weniger, 0,1 µm oder weniger, 10 nm oder weniger oder 1 nm oder weniger betragen.
Obwohl vorstehend ein X-Achsen-Sensor 25X beschrieben wurde, der die Position des X-Achsen-Tisches 9X erfasst, kann die vorstehende Beschreibung auch auf den Z-Achsen-Sensor 25Z (4) angewendet werden, der die Positionen des Z-Achsen-Tisches 9Z erfasst, wobei dann die Bezeichnungen „X“ und „Z“ zu vertauschen sind.
(Ein Beispiel für einen zweidimensionalen Messwertaufnehmer)
Der 2D-Messwertaufnehmer kann gemäß verschiedenen Konfigurationen konfiguriert werden, einschließlich bekannter Konfigurationen. Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben. Der Einfachheit halber wird in der nachfolgenden Beschreibung der X-Achsen-Sensor 25X als Beispiel verwendet.
Die 3A zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils des X-Achsen-Sensors 25X. Der Einfachheit halber unterscheidet sich die Ausrichtung des Messwertaufnehmer-Abschnitts 27 und der Erfassungseinheit 29 in Bezug auf die X-, Y-, und Z-Richtung des kartesischen Koordinatensystems in der 3A von der Ausrichtung in den anderen Figuren, was jedoch keinen wesentlichen Unterschied darstellt.
Der Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 umfasst beispielsweise einen A-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27a und einen B-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27b, die sich in der X-Richtung parallel zueinander erstrecken. Der A-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27a und der B-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27b weisen eine Vielzahl von optisch oder magnetisch ausgebildeten Mustern 27c auf. Die Vielzahl von Mustern 27c weisen linienförmige Formen auf, die relativ zur x-Richtung geneigt sind. Bei dem A-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27a und dem B-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27b sind die Beträge der Neigungswinkel der Vielzahl von Mustern 27c einander gleich und die Neigungsrichtungen einander entgegengesetzt. Die Erfassungseinheit 29 umfasst beispielsweise einen A-Phasen-Erfassungsabschnitt 29a, der die Muster 27c des A-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitts 27a erfasst, sowie einen B-Phasen-Erfassungsabschnitt 29b, der die Muster 27c des B-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitts 27b erfasst.
3B ist eine schematische Darstellung, die einen vergrößerten Teil des A-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitts 27a zeigt.
Aus der Zählung der Anzahl Muster 27c, die durch den Phasen-A-Erfassungsabschnitt 29a erfasst werden, wird der Versatz dA in der Richtung senkrecht zu den Mustern 27c des Phasen-A-Messwertaufnehmer-Abschnitts 27a erfasst. Der Neigungswinkel der Richtung senkrecht zu den Mustern 27c in Bezug auf die X-Achse beträgt θ. Die Komponente des Versatzes dA in der X-Richtung beträgt x1 und die Komponente des Versatzes dA in der Z-Richtung beträgt z1. Unter diesen Annahmen gilt die folgende Gleichung. $dA = x 1 \times cos θ + z 1 \times sin θ$
Andererseits wird der Versatz dB (3A) in einer Richtung senkrecht zu den Mustern 27c des B-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitts 27b durch Zählen der Anzahl von Mustern 27c durch den B-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 29b erfasst. Weil der Neigungswinkel der Muster 27c in dem A-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27a und in dem B-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27b gleich ist, was auch für den B-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27b gilt, beträgt der Neigungswinkel (Absolutwert) zur X-Achse in der Richtung senkrecht zu den Mustern 27c θ. Unter der Annahme, dass sich die Erfassungseinheit 29 nicht um die Y-Achse dreht wird, sind die Komponenten des Versatzes dB in der X-Richtung und in der Z-Richtung die gleichen wie die Komponenten (x1 und z1) des Versatzes dA in der X-Richtung und in der Z-Richtung. Daher gilt die folgende Gleichung. $dB = x 1 \times cos θ− z1 \times sin θ$
Aus den obigen Gleichungen (1) und (2) lassen sich die folgenden Gleichungen ableiten. $x 1 = (dA + dB) / (2 \times cos θ)$
$z 1 = (dA - dB) / (2 \times sin θ)$
Dieses Prinzip ermöglicht es, dass der zweidimensionale Messwertaufnehmer bei dem dargestellten Beispiel den Versatz in den beiden Richtungen erfassen kann.
Obwohl vorstehend der X-Achsen-Sensor 25X beschrieben wurde, kann die vorstehende Beschreibung für den zweidimensionale Messwertaufnehmer auch auf den Z-Achsen-Sensor 25Z (4) angewendet werden, indem die Bezeichnungen „X“ und „Z“ vertauscht werden. Die anhand der 3A und 3B beschriebene Konfiguration des zweidimensionalen Messwertaufnehmers stellt lediglich ein Beispiel für die Konfiguration des X-Achsen-Sensors 25X oder des Z-Achsen-Sensors 25Z dar. In der nachfolgenden Beschreibung kann jedoch der Einfachheit halber von der vorstehend beschriebenen Konfiguration eines zweidimensionalen Messwertaufnehmers ausgegangen werden.
(Konfiguration des Regelsystems in der Bearbeitungsvorrichtung)
4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Regelsystems in der Bearbeitungsvorrichtung 1 zeigt. Die Konfiguration für die Regelung der Position des X-Achsen-Tisches 9X und des Z-Achsen-Tisches 9Z wird hier aus der Konfiguration des Regelsystems der Bearbeitungsvorrichtung 1 entnommen.
Der X-Achsen-Sensor 25X gibt beispielsweise ein Erfassungssignal SX an die X-Achsen-Berechnungseinheit 31X weiter. Das Erfassungssignal SX ist beispielsweise ein Impulssignal, bei dem ein Muster 27c direkt unterhalb der Erfassungseinheit 29 vorbei bewegt wird, einer Signalform (Impulssignal) entspricht. Das Impulssignal ist beispielsweise eine Sinus-, Rechteck-, Dreieck- oder Sägezahn-Signalform. Das Erfassungssignal SX umfasst ein Impulssignal, das von der A-Phasen-Erfassungseinheit 29a erzeugt wird, sowie ein Impulssignal, das von der B-Phasen-Erfassungseinheit 29b erzeugt wird.
Die X-Achsen-Berechnungseinheit 31X zählt die Anzahl von erfassten Mustern 27c auf der Grundlage des Eingangs-Erfassungssignals SX und führt dann die Berechnungen entsprechend den Gleichungen (3) und (4) usw. durch. Auf diese Weise wird die Position des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung und die Position des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung bestimmt. Die X-Achsen-Berechnungseinheit 31X gibt außerdem ein Signal SXx mit Informationen über die erste Position und ein Signal SXz mit Informationen über die zweite Position aus.
Das Signal SXx, das Informationen über die Position des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung enthält, wird über die integrierte Steuereinheit 35 der Steuereinrichtung 5 an die X-Achsen-Steuereinheit 33X der Steuereinrichtung 5 übergeben. Die X-Achsen-Steuereinheit 33X steurt die X-Achsen-Antriebseinheit 23X auf der Grundlage der in dem Signal SXx enthaltenen Informationen an und regelt die Position des X-Achen-Tisches 9X basierend auf einer Rückkopplung.
Auf diese Weise wird eine Regelung ähnlich der allgemeinen Regelung der Position des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung durchgeführt. Die gleiche allgemeine RückkopplungsRegelung wird auch für den Z-Achsen-Tisch 9Z durchgeführt. Die vorstehende Beschreibung kann auf die Regelung der Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung übertragen werden, indem die Bezeichnungen „X“ und „Z“ (und „x“ und „z“) vertauscht werden.
Das Signal SXz, das die in der X-Achsen-Berechnungseinheit 31X erzeugte Information über die Position des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung enthält, wird zusammen mit dem Signal SZz, das die in der Z-Achsen-Berechnungseinheit 31Z erzeugte Information über die Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung enthält, an die Z-Achsen-Steuereinheit 33Z übergeben. Die Steuereinheit 33Z für die Z-Achse berücksichtigt dann die im Signal SXz enthaltenen Informationen bei der Rückkopplungsregelung auf der Grundlage der im Signal SZz enthaltenen Informationen. Mit anderen Worten, wie zuvor beschrieben, wird die Größe des Versatzes des Z-Achsen-Tisches 9Z um einen Bewegungsbetrag erhöht oder verringert, der der Größe des Fehlers entspricht, um die Auswirkung des Positionierungsfehlers des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung auf die Bearbeitungsgenauigkeit auszugleichen.
Ähnlich wie vorstehend beschrieben kann auch die Auswirkung des Positionsfehlers des Z-Achsen-Tisches 9Z in der X-Richtung auf die Bearbeitungsgenauigkeit reduziert werden. Insbesondere wird das Signal SZx, das die in der Z-Achsen-Berechnungseinheit 31Z erzeugte Information über die Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der X-Richtung enthält, zusammen mit dem Signal SXx, das die in der X-Achsen-Berechnungseinheit 31X erzeugte Information über die Position des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung enthält, an die X-Achsen-Steuereinheit 33X übergeben. Die X-Achsen-Steuereinheit 33X berücksichtigt dann die im Signal SZx enthaltenen Informationen bei der Rückkopplungsregelung auf der Grundlage der im Signal SXx enthaltenen Informationen.
In der X-Achsen-Steuereinheit 33X werden die Erfassung der Positionen auf der Grundlage der Signale SXx und SZx und die Steuerung der X-Achsen-Antriebseinheit 23X auf der Grundlage der erfassten Signale in einem vorgegebenen Regelzyklus wiederholt. In ähnlicher Weise werden in der Z-Achsen-Steuereinheit 33Z die Erfassung der Positionen auf der Grundlage der Signale SZz und SXz und die Steuerung der Z-Achsen-Antriebseinheit 23Z auf der Grundlage der erfassten Signale in einem vorgegebenen Regelzyklus wiederholt. Der Regelzyklus für die X-Achsen-Steuereinheit 33X und der Regelzyklus für die Z-Achsen-Steuereinheit 33Z ist beispielsweise identisch (diese können auch verschieden voneinander sein) und diese werden durch die integrierte Steuereinheit 35 synchronisiert.
Die integrierte Steuereinheit 35 erhält beispielsweise das Signal SXx von der X-Achsen-Berechnungseinheit 31X in vorgegebenen Abtastzyklen. In ähnlicher Weise erhält die integrierte Steuereinheit 35 beispielsweise das Signal SZz von der Z-Achsen-Berechnungseinheit 31Z in vorgegebenen Abtastzyklen. Die integrierte Steuereinheit 35 erfasst das Signal SXz von der X-Achsen-Berechnungseinheit 31X beispielsweise zu vorgegebenen Abtastzyklen. Die integrierte Steuereinheit 35 erhält beispielsweise das Signal SZx von der Z-Achsen-Berechnungseinheit 31Z zu vorgegebenen Abtastzyklen. Die Signale SXx, SZz, SXz und SZx enthalten Informationen über den Bewegungsbetrag oder die Position in jedem Abtastzyklus.
Die Abtastzyklen für das Signal SXx, das Informationen über die Position des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung enthält, und für das Signal SZz, das Informationen über die Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung enthält, sind beispielsweise gleich oder kürzer als die vorgenannten Regelzyklen für die X-Achsen-Steuereinheit 33X und für die Z-Achsen-Steuereinheit 33Z. Das bedeutet, dass der Erfassungswert für die Position, der sich im Nahbereich befindet und für die Rückkopplungssteuerung verwendet wird, in jedem Regelzyklus aktualisiert wird.
Die Abtastzyklen für das Signal SXz, das Informationen über die Position des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung enthält, und für das Signal SZx, das Informationen über die Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der X-Richtung enthält, können kürzer, gleich oder länger als die vorstehend beschriebenen Regelzyklen sein. Wie aus den nachfolgenden Erläuterungen zu den 6A und 6B hervorgeht, muss der Erfassungswert des Fehlers, der sich im Nahbereich befindet und sich auf Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung bezieht, nicht unbedingt in jedem Regelzyklus aktualisiert werden. Der Einfachheit halber wird im Folgenden jedoch zur Beschreibung angenommen, dass die Abtastzyklen der Signale SXz und SZx kürzer oder gleich lang sind wie die Regelzyklen.
Die Abtastzyklen für die Signale SXx und SZz können beispielsweise gleich lang sein (oder diese können unterschiedlich lang sein). Die Abtastzyklen für das Signal SXz können gleich lang bzw. identisch sein wie die Abtastzyklen für das Signal SXx oder SZz oder davon verschieden sein. Ebenso können die Abtastzyklen für das Signal SZx gleich lang bzw. identisch sein wie die Abtastzyklen für die Signale SZz oder SXx, oder diese können davon verschieden sein. Der Einfachheit halber sei der nachfolgenden Beschreibung jedoch zugrunde gelegt, dass die Abtastzyklen für die vier Signale SXx, SXz, SZz und SZx identisch bzw. gleich lang sind.
Die Begriffe „integrierte Steuereinheit“ 35, „X-Achsen-Steuereinheit“ 33X und „Z-Achsen-Steuereinheit“ 33Z sind funktional zu verstehen oder dienen einer konzeptionellen Differenzierung. Was die Hardware anbelangt, können diese Steuereinheiten daher zu einer einzigen Einheit zusammengefasst sein, oder diese können in ähnlicher oder anderer Weise als in den Figuren dargestellt konfiguriert sein. Die X-Achsen-Steuereinheit 33X und die Z-Achsen-Steuereinheit 33Z können so konzipiert sein, dass diese jeweils eine Antriebseinheit mit umfassen.
Allgemein kann sich nachfolgend der Begriff „Sensor“ nur auf einen Messwertwandler beziehen, der eine physikalische Größe in ein Signal wandelt, oder dieser kann sich auf ein Gerät beziehen, das einen Messwertwandler und eine damit verbundene funktionelle Einheit umfasst. Die funktionelle Einheit kann beispielsweise ein Treiber sein, der den Messwertwandler mit Strom versorgt, oder eine Berechnungseinheit, die die Signale des Messwertwandlers weiterverarbeitet. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann eine Kombination aus einem X-Achsen-Sensor 25X und einer X-Achsen-Berechnungseinheit 31X als X-Achsen-Sensor 37X bezeichnet werden. In ähnlicher Weise kann die Kombination aus einem Z-Achsen-Sensor 25Z und einer Z-Achsen-Berechnungseinheit 31Z als Z-Achsen-Sensor 37Z bezeichnet werden. Was die Hardware anbelangt, so können der X-Achsen-Sensor 25X und die X-Achsen-Berechnungseinheit 31X unmittelbar nebeneinander angeordnet sein oder auch beabstandet zueinander angeordnet sdin. Das gilt auch entsprechend für den Z-Achsen-Sensor 25Z und die Z-Achsen-Berechnungseinheit 31Z.
(Beispiel für die Konfiguration eines Regelsystems für jede Achse)
Die 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die Konfiguration des Regelsystems für jede Achse zeigt. Als Beispiel wird hier die Konfiguration für die Regelung bzw. Steuerung der Position des Z-Achsen-Tisches 9Z zugrunde gelegt.
Das NC-Programm 107 beinhaltet Informationen zu Befehlen für die Steuerung der einzelnen Achsen. Das NC-Programm 107 beinhaltet beispielsweise Informationen zu Befehlen für die Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X, des Z-Achsen-Tisches 9Z und des Schlittens 13. Die Informationen zu Befehlen, die die Bewegung betreffen, umfassen beispielsweise Informationen über eine Vielzahl von Positionen auf einer Bewegungsbahn und die Geschwindigkeit zwischen der Vielzahl von Positionen.
Die Auswerteeinheit 39 der Steuereinrichtung 5 liest das NC-Programm 107 aus und interpretiert dieses. Dadurch erhält man beispielsweise für die Tische 9 und den Schlitten 13 Informationen über die Vielzahl von Positionen, die nacheinander durchlaufen werden, und über die Geschwindigkeiten zwischen der Vielzahl von Positionen.
Die Interpolationseinheit 41 der Steuerungseinrichtung 5 berechnet die Sollpositionen und dergleichen für jeden vorgegebenen Regelzyklus auf der Grundlage der von der Interpretationseinheit 39 erhaltenen Informationen. Beispielsweise werden auf der Grundlage von jeweils zwei unmittelbar nacheinander durchfahrenen Positionen und der Geschwindigkeit zwischen diesen beiden Positionen eine Vielzahl von Sollpositionen festgelegt, die in jedem Regelzyklus nacheinander erreicht werden sollen. Die Interpolationseinheit 41 berechnet die Sollpositionen usw. für jede Achse für jeden Regelzyklus und gibt diese aus. In 5 werden die Sollpositionen des Z-Achsen-Tisches 9Z für jeden Regelzyklus an eine Additionseinheit 43 der Steuereinrichtung 5 ausgegeben.
In der Additionseinheit 43 werden die Abweichungen zwischen den Sollpositionen für jeden Regelzyklus und den von dem Z-Achsen-Sensor 25Z erfassten Positionen in der Z-Richtung des Z-Achsen-Tisches 9Z (Signal SZz) berechnet. Der von dem X-Achsen-Sensor 25X erfasste Fehler des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung wird zu dieser Abweichung addiert oder subtrahiert, um die Auswirkung des Fehlers des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung auf den Bearbeitungsfehler auszugleichen. In dem Beispiel der 1 wird der Fehler zu den Abweichungen addiert, weil der Z-Achsen-Tisch 9Z auf die gleiche Seite des X-Achsen-Tisches 9X bewegt wird, auf der der Fehler aufgetreten ist (beispielsweise auf die +Z-Seite).
Der Rest ist ähnlich wie die Konfiguration bei einem allgemeinen Regelsystem. Beispielsweise werden die in der Additionseinheit 43 berechneten Abweichungen (Sollgrößen für die Verstellung für jeden Regelzyklus) in eine Positionsregeleinheit 45 der Steuerungseinrichtung 5 eingegeben. Die Positionsregeleinheit 45 berechnet die Sollgeschwindigkeit für jeden Regelzyklus durch Multiplikation der Eingangsabweichung mit einer vorgegebenen Verstärkung und gibt das Ergebnis an die Additionseinheit 47 der Steuerungseinrichtung 5 aus. Die Additionseinheit 47 berechnet für jeden Regelzyklus die Abweichungen zwischen den eingegebenen Sollgeschwindigkeiten und den erfassten Geschwindigkeiten, die durch Differenzierung der erfassten Positionen des Z-Achsen-Sensors 25Z durch eine Differenzierungseinheit 55 der Steuerungseinrichtung 5 erhalten werden, und gibt diese an einen Drehzahlregelungsabschnitt 49 der Steuerungseinrichtung 5 aus. Der Drehzahlregelungsabschnitt 49 berechnet den Sollstrom (Solldrehmoment) für jeden Regelzyklus durch Multiplikation der Eingangsabweichung mit einer vorgegebenen Verstärkung und gibt diesen an die Additionseinheit 51 der Steuerungseinrichtung 5 aus. Die Additionseinheit 51 berechnet für jeden Regelzyklus die Abweichungen zwischen dem eingegebenen Sollstrom und dem erfassten Strom von einer nicht dargestellten Strom-Erfassungseinheit und gibt diese an eine Stromregeleinheit 53 der Steuerungseinrichtung 5 aus. Die Stromregeleinheit 53 versorgt die Z-Achsen-Antriebseinheit 23Z entsprechend der Eingangsabweichung mit Strom.
Die vorstehenden Erläuterungen stellen nur ein Beispiel dar und können geeignet abgeändert werden. So kann beispielsweise eine Vorwärtssteuerung (feed-forward control) hinzugefügt werden, die jedoch nicht speziell dargestellt ist. Anstelle einer Stromschleife kann eine Beschleunigungsschleife eingefügt werden. Handelt es sich bei der Antriebseinheit um einen rotierenden Elektromotor und ist ein Rotationssensor (beispielsweise Encoder oder Drehmelder) zur Erfassung der Rotation vorgesehen, kann die Drehzahlregelung auf dem Erfassungswert des Rotationssensors basieren.
In dem dargestellten Beispiel wird der von dem X-Achsen-Sensor 25X erfasste Fehler (Erfassungsfehler basierend auf dem Signal SXz) der Additionseinheit 43 eingegeben. Statt an die Additionseinheit 43 kann dieser auch an die Interpolationseinheit 41 übergeben und zur Berechnung der Sollpositionen für jeden Regelzyklus verwendet werden. In jedem Fall werden die Abweichungen, die an den Positionsregelungseinheit 45 übergeben werden, erhöht oder verringert, wenn diese nur auf der Grundlage der Differenzen zwischen den Sollpositionen, die nur auf dem NC-Programm 107 basieren, und den erfassten Positionen, die auf dem Signal SZz basieren, berechnet werden.
Die in der 5 gezeigte Konfiguration kann gegebenenfalls geeignet auf die Konfiguration gemäß der 4 angewendet werden. So können beispielsweise die Interpolationseinheit 39, die Interpolationseinheit 41 und die Additionseinheit 43 als Teil der integrierten Steuereinheit 35 angesehen werden. Der Pfad von der Positionsregelungseinheit 45 zu der Stromregelungseinheit 53 kann als Teil des Z-Achsen-Regelungsabschnitts 33Z angesehen werden.
Obwohl die Steuerung der Bewegung des Z-Achsen-Tisches 9Z beschrieben wurde, kann die vorstehende Beschreibung auch auf die Steuerung der Bewegung des X-Achsen-Tisches 9X angewendet werden, indem die Bezeichnungen „X“ und „Z“ vertauscht werden.
(Erfassungswerte, die für die Steuerung verwendet werden)
Der sich im Nahbereich befindende Erfassungswert, der sich auf Abweichungen von einer Geradlinigkeit einer Verstellung (Erfassungswert des Fehlers, der an die Additionseinheit 43 übergeben wird) und der für die Steuerung verwendet wird, kann der Erfassungswert (Roherfassungswert) sein, der als Information in den Signalen SXz oder SZx enthalten ist, und zwar so wie er ist, oder bei diesem kann es sich um einen Wert handeln, für den eine gewisse Art von Weiterverarbeitung des vorgenannten Roherfassungswertes durchgeführt wurde. Nachstehend sind Beispiele aufgeführt. In der nachfolgenden Erläuterung wird ein Beispiel für eine Konfiguration zugrunde gelegt, bei dem die Auswirkung eines Fehlers in der Geradlinigkeit einer Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X auf die Bearbeitungsgenauigkeit durch Verstellen des Z-Achsen-Tisches 9Z reduziert wird; aber das Gleiche gilt entsprechend auch für eine Konfiguration, bei der die Auswirkung eines Fehlers von der Geradlinigkeit einer Verstellung des Z-Achsen-Tisches 9Z auf die Bearbeitungsgenauigkeit durch Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X reduziert wird.
6A zeigt eine schematische Darstellung der zeitlichen Veränderung der Erfassungspositionen. In diesen Darstellungen stellt die horizontale Achse die verstrichene Zeit „t“ dar. Im oberen Diagramm der 6A stellt die vertikale Achse die Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung und, aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, die im Signal SZz enthaltenen Roherfassungswerte dar. Im unteren Diagramm in der 6A stellt die vertikale Achse die Positionen (Fehler) des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung dar und, aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, die Roherfassungswerte, die in dem Signal SXz enthalten sind.
Die in den Abbildungen dargestellten schwarzen Punkte zeigen die von der integrierten Steuereinheit 35 für jeden Abtastzyklus Ts von der Z-Achsen-Berechnungseinheit 31Z oder der X-Achsen-Berechnungseinheit 31X erhaltenen Roherfassungswerte. In dem Beispiel der 6A ist der Abtastzyklus Ts derselbe wie der Regelzyklus Tc, in dem die Rückkopplungsregelung durch die Z-Achsen-Regeleinheit 33Z wiederholt wird. Mit anderen Worten: Die integrierte Steuereinheit 35 erhält die Signale SZz und SXz von der Z-Achsen-Berechnungseinheit 31Z und der X-Achsen-Berechnungseinheit 31X für jeden Regelzyklus Tc.
Der Begriff Roherfassungswert bezieht sich hier ein Erfassungswert für jeden Abtastzyklus Ts. So können beispielsweise die Erfassungswerte der Signale SZz oder SXz (Roherfassungswerte im engeren Sinne) trotz einer Korrektur als Roherfassungswerte angesehen werden, solange es so aussieht, als würden diese von jedem Abtastzyklus Ts stammen.
In der unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschriebenen Regelschleife kann beispielsweise der Erfassungswert für die Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung derjenige Erfassungswert für die Position des Z-Achsen-Tisches 9Z aus einer Vielzahl von Roherfassungswerten sein, der sich im Nahbereich befindet und der als Ergebnis einer Regelung für jeden vorherigen Regelzyklus Tc bis zum vorherigen Zeitpunkt erhalten wurde. Wie in dem oberen Diagramm in der 6A gezeigt, wird beispielsweise dann, wenn der aktuelle Zeitpunkt der Zeitpunkt t1 ist, der Erfassungswert P1 unmittelbar vor diesem Zeitpunkt an die Z-Achsen-Steuereinheit 33Z (Additionseinheit 43) übergeben. Auf diese Weise kann beispielsweise die Verzögerung bei der Steuerung der tatsächlichen Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung verringert werden und eine Positionierung mit hoher Präzision durchgeführt werden.
Andererseits kann als Erfassungswert für die Position (Fehler) des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung beispielsweise ein Mittelwert (gleitender Mittelwert) einer vorbestimmten Anzahl von Roherfassungswerten sein, beispielsweise ein Mittelwert von einer Vielzahl von Roherfassungswerten, die als Ergebnis der Steuerung für jeden Regelzyklus Tc bis zu dem vorherigen Zeitpunkt erhalten wurden. Wie in dem unteren Diagramm in der 6A gezeigt, wird beispielsweise dann, wenn der aktuelle Zeitpunkt der Zeitpunkt t1 ist, der Mittelwert einer vorbestimmten Anzahl von Erfassungswerten P2 unmittelbar vor diesem Zeitpunkt (in dem dargestellten Beispiel der Mittelwert von drei Erfassungswerten P2) an die Z-Achsen-Steuereinheit 33Z (Additionseinheit 43) übergeben. Auf diese Weise kann beispielsweise die Wahrscheinlichkeit dafür verringert werden, dass der Z-Achsen-Tisch 9Z aufgrund eines abnormen Roherfassungswerts verstellt wird. Im Gegenzug könnte dadurch auch die Wahrscheinlichkeit von Bearbeitungsfehlern erhöht werden. Wie auch bei der Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung darf jedoch nur der Roherfassungswert, der sich im Nahbereich befindet, verwendet werden.
Wenn, wie vorstehend beschrieben, der Mittelwert einer vorbestimmten Anzahl von Roherfassungswerten verwendet wird, kann diese vorbestimmte Anzahl in geeigneter Weise festgelegt werden. Die vorbestimmte Anzahl kann beispielsweise zwei, fünf oder mehr, zehn oder mehr usw. betragen.
Die vorbestimmte Anzahl von Roherfassungswerten, die zur Berechnung des Mittelwertes verwendet wird, kann beispielsweise den sich im Nahbereich befindenden (letzten) Roherfassungswert mit umfassen. Der Begriff „im Nahbereich befindend“ kann hier beispielsweise so interpretiert werden, dass dieser in einem Bereich liegt, der in eine Regelschleife mit einbezogen werden kann. Wenn beispielsweise eine Wiederholung der Erfassung von Roherfassungswerten, eine Wiederholung der Berechnung des Mittelwerts und eine Wiederholung der Regelschleife parallel durch Multitasking ausgeführt werden, ist der Roherfassungswert nicht der Erfassungswert, der sich im Nahbereich befindet, und zwar selbst dann, wenn ein neuer Roherfassungswert aus einer Berechnung des Mittelwerts erfasst wird und an die Regelschleife übergeben wird. Der aktuellste Roherfassungswert von den Roherfassungswerten, die für eine Berechnung des Mittelwerts verwendet werden konnten, wird als Roherfassungswert, der sich im Nahbereich befindet, angesehen. Das Gleiche gilt für die Verwendung des Begriffs „sich im Nahbereich befindend“ im Zusammenhang mit anderen Beschreibungen werden, die beispielsweise den Erfassungswert für eine normale Regelung bzw. Rückkopplungssteuerung (Erfassungswerte, die in Signalen SXx und SZz enthalten sind), usw. betreffen.
Die vorbestimmte Anzahl von Roherfassungswerten, die für die Berechnung des Mittelwerts verwendet werden, sind beispielsweise Roherfassungswerte, die in Intervallen der Abtastzyklen Ts aufeinander folgen. Mit anderen Worten: die vorbestimmte Anzahl von Roherfassungswerten, die zur Berechnung des Mittelwerts verwendet werden, wird nicht vorher analysiert. Diese können jedoch vorher analysiert werden. Der Mittelwert kann beispielsweise auf der Grundlage der verbleibenden Roherfassungswerte berechnet werden, nachdem auffällige (abnormale) Erfassungswerte durch Filterung entfernt wurden. In diesem Fall kann die Anzahl der verbleibenden Roherfassungswerte auf eine vorher festgelegte Anzahl eingestellt werden, oder es kann keine solche Einstellung vorgenommen werden.
Der Begriff „Mittelwert“ beinhaltet nicht nur den arithmetischen Mittelwert, sondern auch andere Mittelwerte, beispielsweise gewichtete Mittelwerte, sofern nicht anders angegeben. Beispielsweise kann ein gewichteter Mittelwert so berechnet werden, dass der Gewichtungsfaktor umso größer ist, je näher ein Roherfassungswert zu einem aktuellen Zeitpunkt liegt, und dieser gewichtete Mittelwert kann als Erfassungswert an die Additionseinheit 43 übergeben werden.
6B ist ein Diagramm ähnlich zur 6A und zeigt ein anderes Beispiel als das von 6A.
In dem Beispiel der 6B ist der Abtastzyklus Ts weniger als halb so lang wie der Regelzyklus Tc, während dem die Rückkopplungsregelung wiederholt wird. Daher wird innerhalb des Regelzyklus Tc eine Vielzahl von Roherfassungswerten für die Position in der Z-Richtung erfasst (in dem dargestellten Beispiel sechs Roherfassungswerte).
Als Erfassungswert für die Position in der Z-Richtung des Z-Achsen-Tisches 9Z kann beispielsweise der Roherfassungswert, der sich im Nahbereich befindet aus einer Vielzahl von Roherfassungswerten innerhalb des Regelzyklus Tc verwendet werden. Wie in dem oberen Diagramm in der 6B gezeigt, kann beispielsweise dann, wenn der aktuelle Zeitpunkt der Zeitpunkt t1 ist, der Erfassungswert P1 unmittelbar vor diesem Zeitpunkt an die Z-Achsen-Steuereinheit 33Z (Additionseinheit 43) übergeben werden. Auf diese Weise kann beispielsweise die Verzögerung der Steuerung der tatsächlichen Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung verringert und die Positionierung mit hoher Präzision durchgeführt werden, wie in dem Beispiel der 6A.
Andererseits kann als Erfassungswert für die Position (Fehler) des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung beispielsweise der Mittelwert einer Vielzahl von Roherfassungswerten in dem Regelzyklus Tc unmittelbar vor dem aktuellen Zeitpunkt verwendet werden. Wie in dem unteren Diagramm in der 6B gezeigt, wird beispielsweise dann, wenn der aktuelle Zeitpunkt t1 ist, der Mittelwert der Vielzahl von Erfassungswerten P2 unmittelbar vor diesem Zeitpunkt an die Z-Achsen-Steuereinheit 33Z (Additionseinheit 43) übergeben. Auf diese Weise lässt sich, wie in dem Beispiel der 6A, die Wahrscheinlichkeit dafür verringern, dass der Z-Achsen-Tisch 9Z aufgrund eines auffälligen bzw. abnormalen Roherfassungswert verstellt wird. In ähnlicher Weise wie für die Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung ist es auch möglich, für den Fehler nur den Roherfassungswert zu verwenden, der sich im Nahbereich befindet.
In dem Beispiel von 6B wird der Mittelwert auf der Grundlage von nur einigen Roherfassungswerten (im dargestellten Beispiel auf der Grundlage von vier Roherfassungswerten) der Vielzahl von Roherfassungswerten (im dargestellten Beispiel sechs Roherfassungswerte) berechnet, die in dem nächstliegenden Regelzyklus Tc enthalten sind. Der Mittelwert kann jedoch auf der Grundlage von sämtlichen in dem nächstliegenden Regelzyklus Tc enthaltenen Roherfassungswerte berechnet werden. Wie aus dem Beispiel in 6A ersichtlich, kann der Mittelwert auch auf der Grundlage von Roherfassungswerten nicht nur in vorherigen Regelzyklen Tc sondern auch in dem nächstliegenden Regelzyklus Tc berechnet werden.
(Abtastzyklus)
Wie in der Beschreibung zur 4 erläutert, kann der Abtastzyklus zur Ermittlung der Positionen (Fehler) des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung und der Positionen (Fehler) des Z-Achsen-Tisches 9Z in der X-Richtung entsprechend eingestellt werden. Dieser Abtastzyklus kann im Hinblick auf eine Übereinstimmung mit dem Regelzyklus oder in Abhängigkeit von der Größe der noch akzeptierten Abweichung von einer Geradlinigkeit usw. festgelegt werden. Nachfolgend wird ein Beispiel für die Einstellung des Abtastzyklus in Abhängigkeit von der Abweichung von einer Geradlinigkeit, den Bearbeitungsbedingungen und der Anzahl der Roherfassungswerte bei der Berechnung des vorstehend beschriebenen Mittelwerts beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Abtastzyklus des Fehlers des X-Achsen-Tisches 9X als Beispiel angenommen, aber das Gleiche gilt auch für den Abtastzyklus des Fehlers des Z-Achsen-Tisches 9Z.
Es sei beispielsweise angenommen, dass die Länge in X-Richtung (halbe Wellenlänge) eines Spitzenwerts der Abweichung von einer Geradlinigkeit (Fehler in der Z-Richtung) des X-Achsen-Tisches 9X zwischen 0,03 mm und 3 mm liegt. Außerdem sei angenommen, dass die Geschwindigkeit des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung zwischen 0,12 mm/min und 12 mm/min liegt. Zu diesem Zeitpunkt gilt für die Mindestzeitdauer für den Durchgang durch einen Spitzenwert der Abweichung von einer Geradlinigkeit das Folgende: $0,03 / 12 = 0,0025 min = 0,15 sec .$
Es sei angenommen, dass für eine zuverlässige Erfassung eines Spitzenwerts der Abweichung von einer Geradlinigkeit (Fehler in Z-Richtung) ein Mittelwert von zehn Roherfassungswerten (10-Punkte-Durchschnitt) erforderlich ist. Außerdem sei angenommen, dass der Abtastzyklus so festgelegt wird, dass zehn Roherfassungswerte für einen Spitzenwert in der vorgenannten Mindestzeit für den Durchgang durch einen Spitzenwert erfasst werden. In diesem Fall gilt für den Abtastzyklus das Folgende: $0,15 / 10 = 0,015 sec .$
Der Abtastzyklus kann wie vorstehend beschrieben eingestellt werden. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, kann die Bearbeitungsvorrichtung 1 so konfiguriert sein, dass diese eine Bearbeitung in Echtzeit mit einem Abtastzyklus ermöglicht, der kürzer oder gleich lang ist wie die in der vorstehend beschriebenen Weise eingestellte Zeitspanne.
Nachfolgend werden konkrete Beispiele für Abtast- und Steuerungs- bzw. Regelzyklen offenbart. Der Abtastzyklus und/oder der Steuerungs- bzw. Regelzyklus kann beispielsweise 0,02 Sekunden oder kürzer, 0,01 Sekunden oder kürzer oder 0,005 Sekunden oder kürzer sein.
(Bearbeitungssystem)
Wiederum bezugnehmend auf die 1 kann die Bearbeitungsvorrichtung 1 mit einer Diagnoseeinrichtung 93 verbunden sein, die eine Technologie wie beispielsweise OpenCNC (Computerized Numerical Control) verwendet. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, kann ein Bearbeitungssystem 91 durch eine Bearbeitungsvorrichtung 1 und eine Diagnoseeinrichtung 93 ausgebildet sein.
Die Diagnoseeinrichtung 93 kann beispielsweise einen Computer (nicht dargestellt) mit umfassen. Der nicht näher dargestellte Computer kann eine CPU, ein ROM, ein RAM und ein externes Speichermedium umfassen. Auf der CPU wird ein Programm ausgeführt, das in dem ROM und/oder auf dem externen Speichermedium gespeichert ist.
Die Diagnoseeinrichtung 93 (funktionelle Einheit) erfasst beispielsweise von der Steuereinheit 5 der Bearbeitungsvorrichtung 1 Informationen bezüglich der gerade von der Bearbeitungsvorrichtung 1 ausgeführten Bearbeitungsvorgänge. Die Informationen umfassen beispielsweise Informationen über die von dem X-Achsen-Sensor 25X erfassten Positionen (Fehler) des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung und/oder Informationen über die von dem Z-Achsen-Sensor 25Z erfassten Positionen (Fehler) des Z-Achsen-Tisches 9Z in der X-Richtung. Bei den Fehlerinformationen kann es sich um die vorstehend beschriebenen Rohinformationen (nicht weiter verarbeiteten Informationen) handeln oder um Informationen, die einer gewissen Weiterverarbeitung unterzogen wurden (beispielsweise einer Weiterverarbeitung für die vorstehende beschriebene Steuerung bzw. Regelung). Die Diagnoseeinrichtung 93 führt dann eine Weiterverarbeitung von Daten auf der Grundlage der erfassten Informationen durch.
Die Weiterverarbeitung auf der Grundlage der erfassten Informationen umfasst beispielsweise die Anzeige eines Bildes auf der Grundlage der erfassten Informationen. Die Diagnoseeinrichtung 93 verfügt beispielsweise über eine Anzeigevorrichtung 93a, beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige oder eine organische Elektrolumineszenz- bzw. LED-Anzeige. Die Anzeigevorrichtung 93a kann jedes beliebige Bild anzeigen. Die Diagnoseeinrichtung 93 ändert das auf der Anzeigevorrichtung 93a angezeigte Bild entsprechend den erhaltenen Informationen.
Beispiele für Bilder, die von der Diagnoseeinrichtung 93 angezeigt werden, sind beispielsweise ein Diagramm, das die Position des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung auf der horizontalen Achse und die Position (Fehler) des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung auf der vertikalen Achse anzeigt, wobei der Fehler selbst angezeigt wird. Ähnliche Darstellungen können für den Z-Achsen-Tisch 9Z angezeigt werden. Das Bild kann auch ein Bild mit einem vorbestimmten Warnhinweis sein, das angezeigt wird, wenn der erfasste Fehler (Abweichung von der Geradlinigkeit einer Verstellung) groß ist.
Zu den weiteren Weiterverarbeitungsvorgängen, die von der Diagnoseeinrichtung 93 durchgeführt werden, gehört beispielsweise die Übermittlung von Steuerbefehlen an die Steuerungseinrichtung 5 entsprechend dem Fehler (Abweichung von der Geradlinigkeit einer Verstellung). Beispielsweise kann die Diagnoseeinrichtung 93 ein Signal an die Steuerungseinrichtung 5 übermitteln, um den Bearbeitungszyklus zu stoppen, wenn der Fehler groß ist.
Die Diagnoseeinrichtung 93 kann unmittelbar neben der Steuereinrichtung 5 angeordnet sein und über ein Kabel angeschlossen sein, oder diese kann von der Steuereinrichtung 5 (Bearbeitungsvorrichtung 1) entfernt angeordnet sein und drahtlos und/oder drahtgebunden mit der Steuereinrichtung 5 kommunizieren. Im letztgenannten Fall kann ein Internet- und/oder Telefonnetzwerk zwischen der Steuereinrichtung 5 und der Diagnoseeinrichtung 93 geschaltet sein. Befindet sich die Diagnoseeinrichtung 93 unmittelbar neben der Steuereinheit 5, kann die Diagnoseeinrichtung 93 als Teil der Bearbeitungsvorrichtung 1 angesehen werden. Die Diagnoseeinrichtung 93 kann auch in der Steuereinrichtung 5 enthalten sein.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Bearbeitungsvorrichtung 1 nach dieser Ausführungsform einen ersten beweglichen Abschnitt (X-Achsen-Tisch 9X), eine erste Führung (X-Achsen-Führung 17X), eine erste Antriebseinheit (X-Achsen-Antriebseinheit 23X), einen ersten Sensor (X-Achsen-Sensor 25X), einen zweiten beweglichen Abschnitt (Z-Achsen-Tisch 9Z), eine zweite Führung (Z-Achsen-Führung 17Z), eine zweite Antriebseinheit (Z-Achsen-Antriebseinheit), einen zweiten Sensor (Z-Achsensensor 25Z) und eine Steuereinrichtung 5. Der X-Achsen-Tisch 9X trägt das Werkstück 103 oder das Werkzeug 101 (bei dieser Ausführungsform das Werkzeug 101). Die X-Achsen-Führung 17X führt den X-Achsen-Tisch 9X in einer ersten Richtung (X-Richtung). Die X-Achsen-Antriebseinheit 23X verstellt den X-Achsen-Tisch 9X in der X-Richtung. Der X-Achsen-Sensor 25X gibt ein Signal SX aus, das einer ersten Verstellung, die eine Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung beinhaltet, und einem ersten Fehler entspricht, der einen Versatz des X-Achsen-Tisches 9X in einer zweiten, zur X-Richtung senkrechten Richtung (Z-Richtung) beinhaltet. Der Z-Achsen-Tisch 9Z trägt das Werkstück 103 oder das Werkzeug 101 (bei diesem Ausführungsbeispiel das Werkstück 103). Die Z-Achsen-Führung 17Z führt den Z-Achsen-Tisch 9Z in der Z-Richtung. Die Z-Achsen-Antriebseinheit 23Z verstellt den Z-Achsen-Tisch 9Z in Z-Richtung. Der Z-Achsen-Sensor 25Z gibt ein Signal SZ aus, das einer zweiten Verstellung entspricht, die eine Verstellung des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung beinhaltet. Die Steuereinrichtung 5 steuert die X-Achsen-Antriebseinheit 23X und die Z-Achsen-Antriebseinheit 23Z entsprechend einem Programm (NC-Programm 107), das Informationen über Befehle für die Bewegung des X-Achsen-Tisches 9X und des Z-Achsen-Tisches 9Z enthält. Die Steuereinrichtung 5 weist eine Interpolationseinheit 41, eine erste Regeleinheit (X-Achsen-Regeleinheit 33X) und eine zweite Regeleinheit (Z-Achsen-Regeleinheit 33Z) auf. Die Interpolationseinheit 41 berechnet auf der Grundlage des NC-Programms 107 eine erste Sollposition des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung für jeden vorbestimmten Regelzyklus Tc und eine zweite Sollposition des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung für jeden Regelzyklus Tc. Die X-Achsen-Regeleinheit 33X erfasst für jeden Regelzyklus Tc einen Erfassungswert, der sich im Nahbereich befindet, für die erste Verstellung auf Grundlage eines Signals SX von dem X-Achsen-Sensor, berechnet einen ersten Versatz auf der Grundlage der Differenz zwischen dem erfassten Erfassungswert und der ersten Sollposition und steuert die X-Achsen-Antriebseinheit 23X, um den ersten Versatz zu verringern. Die Z-Achsen-Regeleinheit 33Z erfasst für jeden Regelzyklus Tc Erfassungswert, der sich im Nahbereich befindet, für die zweite Verstellung auf der Grundlage des Signals SZ von dem Z-Achsen-Sensor 25Z, berechnet auf der Grundlage der Differenz zwischen dem erfassten Erfassungswert und der zweiten Sollposition einen zweiten Versatz und steuert die Z-Achsen-Antriebseinheit 23Z, um den zweiten Versatz zu verringern. Die Z-Achsen-Regeleinheit 33Z erfasst für jeden Regelzyklus Tc einen Erfassungswert, der sich im Nahbereich befindet, für den ersten Fehler auf der Grundlage des Signals SX von dem X-Achsen-Sensor 25X, und erhöht oder verringert den zweiten Versatz auf Grundlage des Erfassungswerts für den ersten Fehler, sodass zumindest ein Teil des durch den ersten Fehler verursachten Fehlers in der Relativposition in Z-Richtung zwischen dem Werkstück 103 und dem Werkzeug 101 durch die Verstellung des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung aufgehoben bzw. kompensiert wird.
So können beispielsweise Bearbeitungsfehler aufgrund von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung reduziert werden. Weil der Fehler, der sich auf Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung bezieht, in Echtzeit erfasst wird, ist es beispielswiese auch möglich, nicht reproduzierbare Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung oder Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung, deren Reproduzierbarkeit auf einen kurzen Zeitraum beschränkt ist, zu behandeln. Dadurch kann eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielt werden. In einem vom Erfinder durchgeführten Demonstrationstest konnte beispielsweise eine Geradlinigkeit einer Verstellung mit einer max. Abweichung von 25 nm oder mehr in der Relativbewegung zwischen dem Werkzeug 101 und dem Werkstück 103 auf eine Geradlinigkeit einer Verstellung mit einer max. Abweichung von 5 nm oder weniger reduziert werden. Die Verstellung zur Reduzierung des Einflusses von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung auf Bearbeitungsfehler kann durch eine Verstellung des Z-Achsen-Tisches 9Z entsprechend dem NC-Programm 107 erzielt werden, um das Werkstück 103 in Z-Richtung zu verstellen. Daher ist es nicht notwendig, Tabellen bereitzustellen, die nichts mit dem NC-Programm 107 zu tun haben (eine spezielle Tabelle zur Reduzierung des Einflusses von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung). Dadurch kann die Konfiguration der Bearbeitungsvorrichtung 1 vereinfacht werden. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung bei einer bestehenden Bearbeitungsvorrichtung 1 eingesetzt werden, um den Einfluss von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung auf Bearbeitungsfehler zu reduzieren. Die Bearbeitungsvorrichtung 1 ist sehr innovativ, weil die Erfassungswerte für zwei Achsen, nämlich von dem X-Achsen-Sensor 25X und von dem Z-Achsen-Sensor 25Z, verwendet werden, um den Z-Achsen-Tisch 9Z entlang einer Achse zu verstellen. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, ist es sehr innovativ, dass diese die Erfassungswerte des X-Achsen-Sensors 25X, die für den X-Achsen-Tisch 9X für eine Achse bereitgestellt werden, für die Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X und des Z-Achsen-Tisches 9Z entlang von zwei Achsen verwendet.
Der zweite Sensor (Z-Achsen-Sensor 25Z) kann ein Signal entsprechend dem zweiten Fehler ausgeben, der den Versatz des zweiten beweglichen Abschnitts (Z-Achsen-Tisch 9Z) in der ersten Richtung (X-Richtung) beinhaltet. Die erste Steuereinheit (X-Achsen-Steuereinheit 33X) kann bei jedem Regelzyklus Tc einen nächstgelegenen Erfassungswert für den zweiten Fehler auf der Grundlage des Signals SZ von Z-Achsen-Sensor 25Z erfassen und den ersten Versatz auf Grundlage des Erfassungswerts für den zweiten Fehler erhöhen oder verringern, sodass zumindest ein Teil eines durch den zweiten Fehler verursachten Fehlers in der Relativposition zwischen dem Werkstück 103 und dem Werkzeug 101 in X-Richtung durch eine Verstellung des ersten beweglichen Abschnitts (X-Achsen-Tisch 9X) ausgeglichen wird.
In diesem Fall können die vorstehend beschriebenen Effekte beispielsweise nicht nur für Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X, sondern auch für Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung des Z-Achsen-Tisches 9Z erzielt werden. Dadurch wird die Bearbeitungsgenauigkeit für jede Richtung in der XZ-Ebene verbessert.
Der erste bewegliche Abschnitt (X-Achsen-Tisch 9X) kann entweder das Werkstück 103 oder das Werkzeug 101 tragen (bei dieser Ausführungsform das Werkzeug 101). Der zweite bewegliche Abschnitt (Z-Achsen-Tisch 9Z) kann das jeweilige Pendant dazu, also das Werkzeug 101 oder das Werkstück 103 tragen (bei dieser Ausführungsform das Werkstück 103).
In diesem Fall ist es beispielsweise einfacher, den Einfluss von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung auf die Bearbeitungsgenauigkeit im Vergleich zu einer Konfiguration zu verringern, bei der der X-Achsen-Tisch 9X den Z-Achsen-Tisch 9Z oder der Z-Achsen-Tisch 9Z den X-Achsen-Tisch 9X trägt und beide Tische entweder das Werkstück 103 oder das Werkzeug 101 tragen (eine solche Anordnung kann auch in der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung enthalten sein). Beispielsweise wird in einer Konfiguration, bei der der X-Achsen-Tisch 9X auch als Z-Achsen-Schlitten 19Z dient, der den Z-Achsen-Tisch 9Z trägt (diese Konfiguration kann auch in der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung enthalten sein), die Richtung, in der der Z-Achsen-Tisch 9Z durch den Z-Achsen-Schlitten 19Z geführt wird, relativ zu der Z-Richtung verkippt, wenn der X-Achsen-Tisch 9X relativ zu der X-Richtung geneigt bzw. verkippt wird (also sich um die Y-Achse gedreht), wodurch ein Fehler in der Z-Richtung erzeugt wird. Selbst wenn der Z-Achsen-Tisch 9Z um eine Verstellgröße verstellt wird, deren Größe der Größe des Fehlers des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung entspricht, kann der Fehler nicht vollständig ausgeglichen werden, weil die Z-Richtung, in der der Fehler festgestellt wird, und die Richtung, in der der Z-Achsen-Tisch 9Z verstellt wird, relativ zueinander geneigt sind. Bei einer Konfiguration, bei der der X-Achsen-Tisch 9X das Werkzeug 101 und der Z-Achsen-Tisch 9Z das Werkstück 103 trägt, können die beiden Tische jedoch unabhängig voneinander verstellt werden, so dass die vorstehend angeführten Probleme nicht auftreten.
Der erste Sensor (X-Achsen-Sensor 25X) kann ein zweidimensionaler Messwertaufnehmer sein.
In diesem Fall ist beispielsweise der Gesamtaufbau einfacher als im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der ein Sensor, der die Verstellung des X-Achsen-Sensors 25X in der X-Richtung erfasst, und ein Sensor, der den Versatz (Fehler) des X-Achsen-Sensors 25X in der Z-Richtung erfasst, separat verbaut sind und gemeinsam als X-Achsen-Sensor 25X verwendet werden (diese Konfiguration kann auch in der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet sein).
Die Länge des Bereichs des zweidimensionalen Messwertaufnehmers (X-Achsen-Sensor 25X), über den die Position in der ersten Richtung (X-Richtung) erfasst werden kann, kann zehnmal größer oder noch größer ausgelegt sein als die Länge, über die die Position in der zweiten Richtung (der Z-Richtung) erfasst werden kann.
In diesem Fall kann beispielsweise der X-Achsen-Sensor 25X verkleinert werden, wobei sowohl die Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung entsprechend dem NC-Programm 107 als auch der Fehler für Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung erfasst wird, wobei dieser Fehler klein ist im Vergleich zu dem Gesamtverstellweg für diese Bewegung. Eine Verkleinerung des X-Achsen-Sensors 25X verbessert beispielsweise den Spielraum für die Einbauposition des X-Achsen-Sensors 25X innerhalb der Bearbeitungsvorrichtung 1. Dies macht es folglich beispielsweise einfacher, den X-Achsen-Sensor 25X anzuordnen und gleichzeitig dem Abbe'sche Prinzips Rechnung zu tragen, um die Erfassungsgenauigkeit zu verbessern.
Die Steuerungseinrichtung 5 kann eine integrierte Steuereinheit 35 aufweisen. Die integrierte Steuereinheit 35 kann einen Roherfassungswert (einen nicht weiter verarbeiteten Erfassungswert) für den ersten Fehler (Position in der Z-Richtung) auf der Grundlage des Signals SX von dem ersten Sensor (X-Achsen-Sensor 25X) zu vorbestimmten Abtastzyklen Ts erfassen und den Mittelwert einer Vielzahl von Roherfassungswerten für den ersten Fehler berechnen. Die zweite Steuereinheit (Z-Achsen-Steuereinheit 33Z) kann den vorgenannten Mittelwert als den Erfassungswert für den ersten Fehler (als sich im Nahbereich befindenden Erfassungswert) verwenden.
In diesem Fall wird beispielsweise die Wahrscheinlichkeit einer Verstellung des Z-Achsen-Tisches 9Z aufgrund eines einzelnen abnormalen Roherfassungswerts aus einer Vielzahl von Roherfassungswerten für die Position (den Fehler) des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung reduziert, wie bereits beschrieben. Damit sinkt auch die Wahrscheinlichkeit, dass die Bearbeitungsgenauigkeit verringert wird.
Die erste Führung (X-Achsen-Führung 17X) kann eine V-V-Kugelführung sein.
In diesem Fall ist es beispielsweise einfacher, Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung der X-Achsen-Führung 17X zu verringern. Weil außerdem der Reibungswiderstand bei einer Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X in X-Richtung gering, kann dieser in der X-Richtung mit hoher Präzision positioniert werden. Mit dieser Konfiguration kann eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielt werden. Infolgedessen wird die Nützlichkeit des Effekts einer Reduzierung des Einflusses von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X auf die Bearbeitungsgenauigkeit durch eine Verstellung des Z-Achsen-Tisches 9Z erhöht.
Die erste Antriebseinheit (X-Achsen-Antriebseinheit 23X) und die zweite Antriebseinheit (Z-Achsen-Antriebseinheit 23Z) können jeweils Linearmotoren sein.
In diesem Fall wird beispielsweise im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Drehbewegung einer Dreh-Antriebseinheit in eine translatorische Bewegung umgewandelt und auf die Tische 9 übertragen wird, ein mechanischer Fehler, der durch Spiel und ähnliches verursacht wird, reduziert und gleichzeitig kann eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielt werden (eine solche Anordnung kann auch in die Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung einbezogen werden). Dadurch erhöht sich der Nutzen des Effekts einer Reduzierung des Einflusses von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X auf die Bearbeitungsgenauigkeit durch Verstellen des Z-Achsen-Tisches 9Z. Darüber hinaus ist es leichter, den Z-Achsen-Tisch 9Z um eine Verstellgröße zu verstellen, die der Größe des Fehlers des X-Achsen-Tisches 9X in Bezug auf die geringen Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung entspricht, und der Effekt einer Verringerung von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X auf die Bearbeitungsgenauigkeit wird verbessert.
Das Bearbeitungssystem 91 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Bearbeitungsvorrichtung 1 wie vorstehend beschrieben und eine Diagnoseeinrichtung 93 umfassen. Die Diagnoseeinrichtung 93 kann Informationen über die Erfassungswerte für den ersten Fehler (Position des X-Achsen-Tisches 9X in Z-Richtung) von der Bearbeitungsvorrichtung 1 erfassen und ein Bild entsprechend den erfassten Informationen anzeigen.
In diesem Fall kann beispielsweise der Zustand der Führungsfläche der X-Achsen-Führung 17X mit Hilfe der Informationen für die Steuerung der Bearbeitungsvorrichtung 1 verwaltet werden. Mit anderen Worten: es ist kein zusätzliches spezielles Messsystem erforderlich, um den Zustand der Führungsfläche der X-Achsen-Führung 17X zu vermessen. Darüber hinaus kann der Zustand der Führungsfläche während der Bearbeitung in Echtzeit verwaltet werden. Dadurch wird beispielsweise die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Bearbeitung in einem Zustand fortgesetzt wird, in dem sich die Oberfläche der Führungsschiene im Laufe der Zeit verschlechtert hat oder beschädigt wurde (Produktion fehlerhafter Produkte), kostengünstig reduziert.
Das Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst auch den Schritt einer Verwendung der Bearbeitungsvorrichtung 1, um das Werkstück 103 und das Werkzeug 101 in Kontakt miteinander zu bringen, um das Werkstück zu einem bearbeiteten Objekt zu bearbeiten.
In diesem Fall kann beispielsweise ein bearbeitetes Objekt mit hoher Formgenauigkeit erzielt werden, weil der Einfluss von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung auf die Bearbeitungsgenauigkeit wie vorstehend beschrieben reduziert wird.
(Varianten)
Im Folgenden wird eine Variante zu der Ausführungsform beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung werden im Wesentlichen nur die von den Ausführungsbeispielen abweichenden Merkmale beschrieben. Merkmale, die nicht ausdrücklich erwähnt werden, können als ähnlich oder analog zu den Ausführungsbeispielen angesehen werden. In der nachfolgenden Beschreibung können der Einfachheit halber die gleichen Bezugszeichen wie für die vorherigen Ausführungsbeispiele verwendet werden, auch wenn es Abweichungen zu dem Ausführungsbeispiel gibt.
(Variante bezüglich der Sollwert-Achse)
7 zeigt ein Blockdiagramm der Steuerung einer Bearbeitungsvorrichtung 201 für eine Variante. Diese Darstellung entspricht einer weiter vereinfachten Version von 4.
Wie in der Beschreibung der Ausführungsform erwähnt, kann das Verfahren zur Verringerung des Einflusses von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung auf Bearbeitungsfehler auf Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung in den Richtungen von jeder der Mehrzahl von Achsen für eine translatorische Verstellung angewendet werden. 7 zeigt ein Beispiel für eine Konfiguration, bei der das Verfahren zur Reduzierung von Bearbeitungsfehlern auf Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung in allen Richtungen von sämtlichen Achsen angewendet wird. Dies erfolgt im Einzelnen wie folgt:

Der X-Achsen-Sensor 37X (einschließlich des X-Achsen-Sensors 25X und der X-Achsen-Berechnungseinheit 31X), der die Position des X-Achsen-Tisches 9X erfasst, gibt zusätzlich zu den bisher beschriebenen Signalen SXx und SXz ein Signal SXy aus, das Informationen über einen Erfassungswert für die Position des X-Achsen-Tisches 9X in der Y-Richtung beinhaltet. Mit anderen Worten: der X-Achsen-Sensor 37X kann die Positionen entlang von sämtlichen drei Achsen erfassen.
Der X-Achsen-Sensor 37X, der die Positionen entlang den drei Achsen wie vorstehend beschrieben erfasst, kann in geeigneter Weise realisiert werden. Beispielsweise kann zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen X-Achsen-Sensor 25X ein zweidimensionaler Messwertaufnehmer mit der gleichen Konfiguration wie der X-Achsen-Sensor 25X in einer Ausrichtung vorgesehen sein, um die Position in der X-Richtung und die Position in der Y-Richtung zu erfassen. So kann beispielsweise zusätzlich zu dem X-Achsen-Sensor 25X ein Sensor vorgesehen sein, der nur die Position in der Y-Richtung erfasst. Außerdem kann anstelle des X-Achsen-Sensors 25X (zweidimensionaler Messwertaufnehmer) ein dreidimensionaler Messwertaufnehmer vorgesehen sein. Der dreidimensionale Messwertaufnehmer kann beispielsweise den Abstand zwischen dem Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 und der Erfassungseinheit 29 auf der Grundlage der Stärke eines Signals SX erfassen, das entsprechend den Mustern 27c erzeugt wird, beispielsweise in einer ähnlichen oder gleichartigen Konfiguration wie der zweidimensionale Messwertaufnehmer.

Zusätzlich zur Steuerung der Position des Z-Achsen-Tisches 9Z in Z-Richtung auf der Grundlage der in dem Signal SXz enthaltenen erfassten Position (Erfassungsfehler) des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung kann die Position des Schlittens 13 in der Y-Richtung auf der Grundlage der im Signal SXy enthaltenen erfassten Position des X-Achsen-Tisches 9X in der Y-Richtung gesteuert werden. Genauer gesagt kann die Information des Signals SXy der Y-Achsen-Steuereinheit 33Y eingegeben werden. Die Y-Achsen-Steuereinheit 33Y steuert eine Y-Achsen-Antriebseinheit 23Y zum Verstellen des Schlittens 13 auf der Grundlage des erfassten Fehlers in der Y-Richtung, so dass zumindest ein Teil des Fehlers in der Relativposition zwischen dem Werkstück 103 und dem Werkzeug 101, der durch den Fehler in der Y-Richtung verursacht wird, durch eine Verstellung des Schlittens 13 in der Y-Richtung ausgeglichen wird.
Um den Einfluss des Fehlers des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung auszugleichen, wird der Fehler in Z-Richtung zur Abweichung in der Positionsregelschleife des Z-Achsen-Tisches 9Z hinzuaddiert. Andererseits wird der Schlitten 13, anders als der Z-Achsen-Tisch 9Z, von dem X-Achsen-Tisch 9X getragen. Wenn man also den Einfluss des Fehlers des X-Achsen-Tisches 9X in der Y-Richtung ausgleicht, wird der Fehler in der Y-Richtung von der Abweichung in der Positionsregelschleife des Schlittens 13 subtrahiert, im Gegensatz zu der vorstehenden Beschreibung. Diese Erklärung ist jedoch konzeptionell, wenn die Vorzeichen für die Richtungen des in 1 dargestellten kartesischen Koordinatensystems XYZ auf die Steuerung angewendet werden. Daher können beispielsweise die Addition und Subtraktion, umgekehrt zur vorstehenden Beschreibung, im tatsächlichen Betrieb in der Steuereinheit erfolgen.
Auf die gleiche Weise wie die vorstehend erläuterte Steuerung für Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung des X-Achsen-Tisches 9X kann auch die Steuerung für Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung des Z-Achsen-Tisches 9Z und für Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung des Schlittens 13 durchgeführt werden.
Genauer gesagt gibt der Y-Achsen-Sensor 37Y ein Signal SYx, das Informationen über die Erfassungspositionen (Erfassungsfehler) des Schlittens 13 in der X-Richtung enthält, ein Signal SYy, das Informationen über die Erfassungspositionen des Schlittens 13 in de rY-Richtung enthält, und ein Signal SYz aus, das Informationen über die Erfassungspositionen (Erfassungsfehler) des Schlittens 13 in der Z-Richtung enthält. Das Signal SYy wird für die Lageregelung des Schlittens 13 in der Y-Richtung entsprechend dem NC-Programm 107 verwendet. Das Signal SYx wird zur Lageregelung des X-Achsen-Tisches 9X in der X-Richtung verwendet, um den Einfluss von Fehlern des Schlittens 13 in X-Richtung auf die Bearbeitungsgenauigkeit zu reduzieren. Das Signal SYz wird für die Lageregelung des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Z-Richtung verwendet, um den Einfluss von Fehlern des Schlittens 13 in Z-Richtung auf die Bearbeitungsgenauigkeit zu reduzieren.
Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Signalen SZx und SZz gibt der Z-Achsen-Sensor 37Z ein Signal SZy aus, das Informationen über die erfassten Positionen (Erfassungsfehler) des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Y-Richtung enthält. Das Signal SZy wird zur Lageregelung des Schlittens 13 in der Y-Richtung verwendet, um den Einfluss eines Fehlers des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Y-Richtung auf die Bearbeitungsgenauigkeit zu verringern.
Andere Verfahren zur Verringerung des Einflusses von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung auf die Bearbeitungsgenauigkeit, die nicht speziell dargestellt sind, können beispielsweise nur auf Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung entlang einer Achse in einer Richtung angewendet werden (beispielsweise der Fehler des X-Achsen-Tisches 9X in der Z-Richtung). Alternativ kann das Verfahren beispielsweise auch nur auf Abweichungen von der Geradlinigkeit in zwei Richtungen bei einer Verstellung entlang einer Achse angewendet werden (beispielsweise der Fehler des X-Achsen-Tisches 9X in Z- und Y-Richtung). Außerdem kann das Verfahren beispielsweise nur auf Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung in einer Richtung entlang einer Achse und Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung in derselben Richtung wie die vorgenannte eine Richtung entlang einer anderen Achse (beispielsweise Fehler des X-Achsen-Tisches 9X in der Y-Richtung und Fehler des Z-Achsen-Tisches 9Z in der Y-Richtung) für Verstellungen in einer anderen Richtung als der vorgenannten einen Richtung angewendet werden.
(Weitere Beispiele für die Konfiguration eines 2D-Messwertaufnehmers)
8 zeigt ein weiteres Beispiel einer Konfiguration für eines 2D-Messwertaufnehmers, der anders ausgelegt ist als das anhand der 3A beschriebene Ausführungsbeispiel. Der Einfachheit halber wird hier ein X-Achsen-Sensor 25X als Beispiel betrachtet.
Der X-Achsen-Sensor 25X weist einen Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 und einen Erfassungsabschnitt 29 auf, wie in dem Ausführungsbeispiel in 3A. Der Messwertaufnehmer-Abschnitt 27 weist einen A-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27a und einen B-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27b auf, die sich in der X-Richtung parallel zueinander erstrecken. Der Erfassungsabschnitt 29 weist einen A-Phasen-Erfassungsabschnitt 29a, der das Muster 27c des A-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitts 27a erfasst, und einen B-Phasen-Erfassungsabschnitt 29b auf, der das Muster 27c des B-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitts 27b erfasst.
Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in 3A sind jedoch in der Z-Richtung des A-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitts 27a mehrere Muster 27c angeordnet, die sich in der X-Richtung und parallel zueinander erstrecken. Dementsprechend erfasst der A-Phasen-Erfassungsabschnitt 29a die Position in der Z-Richtung. In dem B-Phasen-Messwertaufnehmer-Abschnitt 27b sind in der X-Richtung mehrere Muster 27c angeordnet, die sich in der Z-Richtung und parallel zueinander erstrecken. Dementsprechend erfasst der B-Phasen-Erfassungsabschnitt 29b die Position in der X-Richtung. Auf diese Weise erfasst der abgebildete 2D-Messwertaufnehmer Verstellungen in zwei Richtungen.
Darüber hinaus kann der 2D-Messwertaufnehmer, auch wenn dies nicht speziell in den Figuren dargestellt ist, beispielsweise zweidimensionale Bitmuster erfassen. Der 2D-Messwertaufnehmer kann auch Bilder des Messwertaufnehmer-Abschnitts in vorbestimmten Zyklen aufnehmen und erfassen und die die Größe einer Verstellung in zwei Richtungen auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen dem vorherigen Bild und dem aktuellen Bild berechnen.
(Weitere Beispiele für die Auslegung von Führungen)
Die 9 zeigt ein weiteres Beispiel für die Auslegung einer Führung zum Führen der Tische 9 oder des Schlittens 13, die anders ausgelegt ist als das anhand der 2B beschriebene Ausführungsbeispiel. Diese Abbildung stellt eine Schnittansicht dar, die der 2B entspricht. Der Einfachheit halber wird ein Tisch 9 als Beispiel für ein Bauteil angenommen, das durch die Führung geführt werden soll.
Bei der in 9 gezeigten Führung 17A handelt es sich um eine sogenannte hydrostatische Führung. Insbesondere ist ein Spalt zwischen der Führungsfläche des Tisches 9 und der Führungsfläche des Schlittens 19 vorgesehen. Dem Spalt wird mittels einer Pumpe 57 o. ä. ein Fluid unter einem vorbestimmten Druck zugeführt. Das Fluid kann ein Gas (beispielsweise Luft) oder eine Flüssigkeit (beispielsweise Öl) sein.
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Führung 17A als hydrostatische Führung, ist der Reibungswiderstand beim Verstellen des Tisches 9 in seiner Verstellrichtung entsprechend dem NC-Programm 107 gering, so dass eine Positionierung in der Verstellrichtung mit hoher Präzision erfolgen kann. Mit dieser Auslegung kann eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielt werden. Dadurch wird der Nutzen des Effekts einer Reduzierung des Einflusses von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung auf die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht.
(Weitere Beispiele für Antriebsmechanismen)
9 oben zeigt auch ein Beispiel für die Auslegung eines Antriebsmechanismus, der nicht ein Linearmotor ist. In der 9 sind eine Schraubspindel 59 und eine auf die Schraubspindel 59 aufgeschraubte Spindelmutter 61 dargestellt. Mit anderen Worten, es ist ein Spindelmechanismus dargestellt (beispielsweise ein Kugelumlaufspindelmechanismus oder ein Gleitspindelmechanismus). Wenn die Schraubspindel 59 oder die Spindelmutter 61 (in dem abgebildeten Beispiel die Spindelmutter 61) in einen Zustand versetzt wird, bei dem eine Drehbewegung eingeschränkt ist, und die Schraubspindel 59 oder die Spindelmutter 61 gedreht wird (in dem abgebildeten Beispiel die Schraubspindel 59), bewegen sich die beiden Bauteile in der axialen Richtung relativ zueinander. Die Schraubspindel 59 oder die Spindelmutter 61 (in dem dargestellten Beispiel die Schraubspindel 59) ist auf dem Schlitten 19 gelagert, während die Spindelmutter 61 oder die Schraubspindel 59 (in dem dargestellten Beispiel die Spindelmutter 61) auf dem Tisch 9 gelagert ist. Die Antriebskraft zum Drehen der Schraubspindel 59 (oder der Spindelmutter 61) wird beispielsweise von einem Elektromotor (nicht abgebildet) erzeugt.
(Beispiel für die Auslegung eines Spindellagers)
10 zeigt eine Schnittansicht eines Beispiels für die Auslegung eines Lagers für die Spindel 15.
Wie in der Beschreibung zu den vorgenannten Ausführungsformen beschrieben, kann es sich bei dem Lager für jede Spindel 15 um ein Gleitlager, ein Wälzlager, hydrostatisches Lager oder eine Kombination aus zwei oder mehreren dieser Lagerarten handeln. In der 10 ist ein hydrostatisches Lager dargestellt. Genauer gesagt ist ein Spalt zwischen dem Außenumfang des Spindelkörpers 15a (dieser Spindelkörper 15a kann auch als Spindel bezeichnet werden), der ein Werkzeug 101 oder ein Werkstück 103 trägt und sich um eine Achse dreht, und dem Innenumfang des Lagerelements 15b (hydrostatisches Lager) ausgebildet, das den Spindelkörper 15a in axialer Richtung umgibt. Der Spalt wird durch eine Pumpe 57 o. ä. mit einem Fluid unter einem vorbestimmten Druck versorgt. Das Fluid kann ein Gas (beispielsweise Luft) oder eine Flüssigkeit (beispielsweise ein Öl) sein.
Wenn der Spindelkörper 15a beispielsweise durch ein hydrostatisches Lager in dieser Weise gelagert ist, ist der Reibungswiderstand bei einer axialen Drehung des Spindelkörpers 15a gemäß dem NC-Programm 107 gering, so dass die Drehgeschwindigkeit des Spindelkörpers 15a mit hoher Präzision gesteuert werden kann, wodurch wiederum eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielt werden kann. Dadurch wird der Nutzen des Effekts einer Reduzierung des Einflusses von Abweichungen von der Geradlinigkeit einer Verstellung auf die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht.
In den obigen Ausführungsformen und bei Varianten stellt die X-Richtung nur ein Beispiel für die erste Richtung dar. Der X-Achsen-Tisch 9X stellt nur ein Beispiel für den ersten beweglichen Abschnitt dar. Die X-Achsen-Führung 17X stellt nur ein Beispiel für die erste Führung dar. Die X-Achsen-Antriebseinheit 23X stellt nur ein Beispiel für die erste Antriebseinheit dar. Der X-Achsen-Sensor 25X stellt nur ein Beispiel für den ersten Sensor dar. Die X-Achsen-Steuereinheit 33X stellt nur ein Beispiel für die erste Steuereinheit dar. Der Z-Achsen-Tisch 9Z stellt nur ein Beispiel für den zweiten beweglichen Abschnitt dar. Die Z-Achsen-Führung 17X stellt nur ein Beispiel für die zweite Führung dar. Die Z-Achsen-Antriebseinheit 23Z stellt nur ein Beispiel für die zweite Antriebseinheit dar. Der Z-Achsen-Sensor 25Z stellt nur ein Beispiel für den zweiten Sensor dar. Die Z-Achsen-Steuereinheit 33Z stellt nur ein Beispiel für die zweite Steuereinheit dar.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen und Varianten beschränkt und kann auf verschiedene Weisen realisiert werden.
Wie in der Beschreibung der Ausführungsformen vorstehend ausgeführt, ist die Bearbeitungsvorrichtung nicht auf die in 1 dargestellte Konfiguration beschränkt. Die Bearbeitungsvorrichtung ist beispielsweise nicht auf eine spezielle Werkzeugmaschine wie beispielsweise eine Ultrapräzisionsmaschine zur Bearbeitung asphärischer Oberflächen beschränkt, sondern kann auch eine allgemein übliche Werkzeugmaschine sein. Die Werkzeugmaschine ist auch nicht auf eine Werkzeugmaschine beschränkt, sondern kann beispielsweise auch ein Roboter sein. Von einer anderen Perspektive aus betrachtet, ist das Programm, das die Informationen über die Steuerbefehle zur Verstellung enthält, nicht auf ein NC-Programm beschränkt, sondern dieses kann auch durch Training erhalten werden.
Die Bearbeitungsvorrichtung ist nicht auf eine Vorrichtung beschränkt, die schleift und/oder poliert, sondern kann beispielsweise auch spanabhebend arbeiten oder durch Funkenerosion Bearbeitungsvorgänge ausführen oder zwei oder mehr der vorgenannten Bearbeitungsarten ausführen. Bei der Bearbeitung kann es sich um einen Bearbeitungsvorgang handeln, bei dem ein nicht sich nicht drehendes Werkzeug mit einem sich drehenden Werkstück in Kontakt gebracht wird (beispielsweise Drehen), bei dem ein sich drehendes Werkzeug mit einem sich nicht drehenden Werkstück in Kontakt gebracht wird (beispielsweise Fräsen) oder bei dem weder das Werkstück noch das Werkzeug gedreht wird.
Die Bearbeitungsvorrichtung verfügt über mindestens zwei zueinander senkrechte Achsen, die als Achsen für die Verstellung des Werkstücks und/oder des Werkzeugs relativ zueinander dienen. Somit braucht die Bearbeitungsvorrichtung beispielsweise nicht unbedingt drei Achsen für eine translatorische Verstellung aufzuweisen oder kann umgekehrt zu diesem Zweck vier oder mehr als vier Achsen aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Bearbeitungsvorrichtung
5: Steuereinrichtung
9X: X-Achsen-Tisch (erster beweglicher Abschnitt)
9Z: Z-Achsen-Tisch (zweiter beweglicher Abschnitt)
17X: X-Achsen-Führung (erste Führung)
17Z: Z-Achsen-Führung (zweite Führung)
23X: X-Achsen-Antriebseinheit (erste Antriebseinheit)
23Z: Z-Achsen-Antriebseinheit (zweite Antriebseinheit)
25X: X-Achsen-Sensor (erster Sensor)
25Z: Z-Achsen-Sensor (zweiter Sensor)
33X: X-Achsen-Steuereinheit (erste Steuereinheit)
33Z: Z-Achsen-Steuereinheit (zweite Steuereinheit)
41: Interpolationseinheit
101: Werkzeug
103: Werkstück
107: NC-Programm (Programm)

Bezugszeichenliste
4

31X: X-Achsen-Berechnungseinheit
31Z: Z-Achsen-Berechnungseinheit
33X: X-Achsen-Steuereinheit
33Z: Z-Achsen-Steuereinheit
35: integrierte Steuereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 62055706 [0005]

Claims

Bearbeitungsvorrichtung, umfassend einen ersten beweglichen Abschnitt, der ein Werkstück oder Werkzeug trägt, und eine erste Führung, die den ersten beweglichen Abschnitt in einer ersten Richtung führt, eine erste Antriebseinheit zum Antreiben einer Verstellung des ersten beweglichen Abschnitts in der ersten Richtung. einen ersten Sensor, der ein Signal entsprechend einer ersten Verstellung, die eine Verstellung des ersten beweglichen Abschnitts in der ersten Richtung beinhaltet, und einem ersten Fehler, der einen Versatz des ersten beweglichen Abschnitts in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung beinhaltet, ausgibt. einen zweiten beweglichen Abschnitt, der das Werkstück oder Werkzeug trägt, und eine zweite Führung, die den zweiten beweglichen Abschnitt in der zweiten Richtung führt, eine zweite Antriebseinheit zum Antreiben einer Verstellung des zweiten beweglichen Abschnitts in der zweiten Richtung; und einen zweiten Sensor, der ein Signal entsprechend einer zweiten Verstellung ausgibt, die eine Verstellung des zweiten beweglichen Abschnitts in der zweiten Richtung beinhaltet, und eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der ersten Antriebseinheit und der zweiten Antriebseinheit gemäß einem Programm, das Informationen zu Steueranweisungen betreffend eine Verstellung des ersten beweglichen Abschnitts und des zweiten beweglichen Abschnitts beinhaltet, wobei die Steuerungseinrichtung umfasst: eine Interpolationseinheit, die auf der Grundlage von Informationen des Programms eine erste Sollposition für den ersten beweglichen Abschnitt in der ersten Richtung für jeden vorgegebenen Regelzyklus und eine zweite Sollposition für den zweiten beweglichen Abschnitt in der zweiten Richtung für jeden Regelzyklus berechnet, eine erste Steuereinheit, die für jeden Regelzyklus einen Erfassungswert für die erste Verstellung, der sich in einem Nahbereich befindet, auf der Grundlage eines Signals von dem ersten Sensor erfasst, eine erste Abweichung auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Erfassungswert und der ersten Sollposition berechnet und die erste Antriebseinheit steuert, sodass die erste Abweichung verringert wird, und eine zweite Steuereinheit, die für jeden Regelzyklus einen Erfassungswert der zweiten Verstellung, der sich im Nahbereich befindet, auf der Grundlage eines Signals von dem zweiten Sensor erfasst, eine zweite Abweichung auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem erfassten Erfassungswert und der zweiten Sollposition berechnet und die zweite Antriebseinheit steuert, um die zweite Abweichung zu verringern, wobei die zweite Steuereinheit in jedem Regelzyklus einen Erfassungswert für den ersten Fehler, der sich in einem Nahbereich befindet, auf der Grundlage des Signals von dem ersten Sensor erfasst und die zweite Abweichung auf Grundlage des Erfassungswerts für den ersten Fehler vergrößert oder verringert, so dass zumindest ein Teil des Fehlers in der Relativposition zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug in der zweiten Richtung, der durch den ersten Fehler verursacht wird, durch eine Verstellung des zweiten beweglichen Abschnitts in der zweiten Richtung aufgehoben wird.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Sensor ein Signal ausgibt, das einem zweiten Fehler entspricht, der einen Versatz des zweiten beweglichen Abschnitts in der ersten Richtung beinhaltet, und die erste Steuereinheit in jedem Regelzyklus einen Erfassungswert für den zweiten Fehler, der sich in einem Nahbereich befindet, auf der Grundlage des Signals des zweiten Sensors erfasst und die erste Abweichung auf Grundlage des Erfassungswerts für den zweiten Fehler vergrößert oder verringert, so dass zumindest ein Teil des Fehlers in der Relativposition zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug in der ersten Richtung, der durch den zweiten Fehler verursacht wird, durch eine Verstellung des ersten beweglichen Abschnitts in der ersten Richtung aufgehoben wird.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei der erste bewegliche Abschnitt das Werkstück oder das Werkzeug trägt, und der zweite bewegliche Abschnitt das Werkstück oder das Werkzeug trägt.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Sensor ein zweidimensionaler Messwertaufnehmer ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Länge eines Bereichs des zweidimensionalen Messwertaufnehmers, in dem Positionen in der ersten Richtung erfasst werden können, zehnmal größer ist als die Länge eines Bereichs, in dem die Positionen in der zweiten Richtung erfasst werden können.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerungseinrichtung eine integrierte Steuereinheit aufweist, die einen Roherfassungswert des ersten Fehlers auf der Grundlage des Signals des ersten Sensors in einem vorbestimmten Abtastzyklus erfasst und einen Mittelwert aus einer Vielzahl von Roherfassungswerten des ersten Fehlers berechnet, und die zweite Steuereinheit die zweite Abweichung erhöht oder verringert, indem diese den Mittelwert als den Erfassungswert für den ersten Fehler verwendet.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Führung eine hydrostatische Führung oder eine V-V-Kugelführung ist.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bearbeitungsvorrichtung eine Spindel, die das Werkstück oder Werkzeug trägt, und ein hydrostatisches Lager aufweist, das die Spindel drehbeweglich um eine Achse lagert.
Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit jeweils ein Linearmotor ist.
Bearbeitungssystem, umfassend die Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und eine Diagnoseeinrichtung, die Informationen über den Erfassungswert für den ersten Fehler von der Bearbeitungsvorrichtung erfasst und ein Bild entsprechend der erfassten Informationen anzeigt.
Verfahren zum Herstellen eines bearbeiteten Objekts, mit dem Schritt einer Verwendung der Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, um das Werkstück und das Werkzeug in gegenseitiger Berührung miteinander anzuordnen, um das Werkstück zu dem bearbeiteten Objekt zu bearbeiten.