專利名稱：位置控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在機械的軸的移動方向被反轉(zhuǎn)時執(zhí)行象限反轉(zhuǎn)補償?shù)奈?置控制裝置。
背景技術(shù)：
首先，下文結(jié)合圖4來描述一般的象限反轉(zhuǎn)補償。圖4示出了在機械工 具的z軸的移動方向被反轉(zhuǎn)的情況下，z軸的指令位置(al)、 z軸電動機的 指令速度(bl)、 z軸的摩擦(cl)、施加到z軸上的反轉(zhuǎn)補償(dl)、 z軸電 動機的輸出轉(zhuǎn)矩(el)，以及z軸電動機的位置誤差(fl)的變化。如(bl) 所示，當在加工操作的過程中z軸的移動方向在反轉(zhuǎn)點處被反轉(zhuǎn)時，電動機 指令速度的符號在反轉(zhuǎn)點處被反轉(zhuǎn)。
這時，如(cl)所示，當符號在反轉(zhuǎn)點處變化時，機械的摩擦突然變化。 響應(yīng)于機械的摩擦的這種變化，如果裝置僅執(zhí)行反饋控制來控制電動機位置， 即，如果裝置不執(zhí)行象限反轉(zhuǎn)補償，則如(el)的線A所示電動機輸出轉(zhuǎn)矩 不能充分地處理機械的摩擦變化。結(jié)果，如(fl)的線A所示，發(fā)生大的跟 蹤延遲，并且加工產(chǎn)品的形狀可能是不能令人滿意的。
為了試圖處理所述問題，現(xiàn)今，典型的位置控制裝置能夠適當?shù)貓?zhí)行象 限反轉(zhuǎn)補償以處理在軸的移動方向被反轉(zhuǎn)時會發(fā)生的摩擦力的變化。例如， 裝置可能能夠執(zhí)行由(dl)所示的TFF量和TFF持續(xù)時間限定的轉(zhuǎn)矩補償 (TFF)。這種轉(zhuǎn)矩補償(TFF)使得電動機輸出轉(zhuǎn)矩如(el)的線B所示能 夠快速地響應(yīng)，并且如(fl)的線B所示能夠減少反轉(zhuǎn)操作中的跟蹤延遲。 結(jié)果，能夠獲得具有令人滿意的形狀的產(chǎn)品。圖5為示出了能夠執(zhí)行象限反轉(zhuǎn)補償?shù)某Ｒ?guī)的位置控制裝置的一個示例
的方框圖。圖5所示的位置控制裝置包括數(shù)值控制單元10、電動機控制單元
20、 電動機30以及檢測器40。電動機控制單元20包括加速/減速處理單元
21、 位置控制單元22、速度控制單元23、象限反轉(zhuǎn)補償單元24以及電流控 制單元25。
數(shù)值控制單元10能夠基于輸入加工(或處理)程序的內(nèi)容來產(chǎn)生目標位 置指令MD。加速/減速處理單元21基于從數(shù)值控制單元10接收到的目標位 置指令MD以及預(yù)定的加速/減速時間來產(chǎn)生電動機控制單元20的內(nèi)部位置 指令值MP。位置控制單元22基于從加速/減速處理單元21接收到的位置指 令值MP以及從檢測器40接收到的位置檢測值來產(chǎn)生速度指令值MV。位置 控制單元22基于從檢測器40接收到的位置檢測值來執(zhí)行位置反饋控制。
速度控制單元23基于從位置控制單元22接收到的速度指令值MV以及 從檢測器40接收到的位置檢測值的微分值來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩指令值MT。速度控制 單元23基于從檢測器40接收到的位置檢測值來執(zhí)行速度反饋控制。如果檢 測到移動方向的反轉(zhuǎn)，則象限反轉(zhuǎn)補償單元24基于從加速/減速處理單元21 發(fā)送的內(nèi)部位置指令值MP來產(chǎn)生象限反轉(zhuǎn)補償TFF。
電流控制單元25基于從速度控制單元23接收到的轉(zhuǎn)矩指令值MT以及 從象限反轉(zhuǎn)補償單元24接收到的象限反轉(zhuǎn)補償TFF來產(chǎn)生電流指令。根據(jù) 電流控制單元25供給的電流指令，電流流經(jīng)電動機30以驅(qū)動電動機30。在 另一個實施例中，由象限反轉(zhuǎn)補償單元24產(chǎn)生的象限反轉(zhuǎn)補償TFF可以用 作能夠輸入到位置控制單元22的位置指令補償量，或者可以用作能夠輸入到 速度控制單元23的速度指令補償量。
圖6示出了可以由機械工具加工的工件的示范性形狀。例如，為了加工 圖6所示的工件，磨銑工具沿圖中所示的箭頭從起點(位于左下方位置)移 到終點(位于左上方位置)。連接三個點A、 B和C的虛線指示了反轉(zhuǎn)位置， 在反轉(zhuǎn)位置處z軸以與結(jié)合圖4所示的示例描述的操作類似的方式發(fā)生反轉(zhuǎn) 運動。z軸在從起點到中間點的區(qū)域中的移動量大約為10mm。 z軸在從中間 點到終點的區(qū)域中的移動量大約為40mm。
下文結(jié)合圖7來描述常規(guī)的裝置能夠執(zhí)行的位置控制的類型的一個示 例。圖7示出了在加工圖6所示的工件的情況下，z軸的指令位置(a2)、 z 軸電動機的指令速度(b2)、 z軸的摩擦(c2)、施加到z軸上的反轉(zhuǎn)補償(d2)、z軸電動機的輸出轉(zhuǎn)矩(e2)，以及z軸電動機的位置誤差(f2)的變化。在 反轉(zhuǎn)點A、反轉(zhuǎn)點B以及反轉(zhuǎn)點C處，圖6所示的工件的形狀是一致的。因 此，在反轉(zhuǎn)點A、反轉(zhuǎn)點B以及反轉(zhuǎn)點C處，z軸的指令位置(a2)和z軸 電動機的指令速度(b2)是彼此相似的。另一方面，如線A所示，在反轉(zhuǎn)點 A與反轉(zhuǎn)點C之間，z軸的摩擦(c2)是相似的。然而，如線B所示，反轉(zhuǎn) 點B處的z軸的摩擦(c2)比反轉(zhuǎn)點A和反轉(zhuǎn)點C處的摩擦大。
在所描述的常規(guī)的位置控制裝置中，在反轉(zhuǎn)點A、反轉(zhuǎn)點B以及反轉(zhuǎn)點 C處，反轉(zhuǎn)補償量(d2)被設(shè)定為相同的值。因此，如(e2)的線B所示， 反轉(zhuǎn)點B處的z軸電動機的輸出轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)不能足夠快速地并且與z軸的摩 擦相比可能被延遲。如(f2)的線B所示，反轉(zhuǎn)點B處的z軸電動機的位置 誤差變得大于反轉(zhuǎn)點A和反轉(zhuǎn)點B處的誤差。
人們認為上述問題的發(fā)生是由于z軸在從起點到中間點的區(qū)域中的移動 量相對小(即，大約10mm)。例如，在z軸導軌面上設(shè)置滑動導軌的情況下， 如果z軸在z軸的移動距離比油槽的槽距小的狀態(tài)下反復(fù)地進行反轉(zhuǎn)運動， 則導軌面上的油減少并且z軸的摩擦會增大。此外，如果z軸在z軸的移動 距離比滾珠絲杠的導程距(lead pitch)小的狀態(tài)下反復(fù)地進行反轉(zhuǎn)運動，則 滾珠絲杠可能會不平滑地滾動并且z軸的摩擦會增大。然而，如果z軸移動 的距離足夠大于上述油槽槽距或?qū)С叹?，則不會發(fā)生這種摩擦的增大。
因此，在反轉(zhuǎn)點B處，摩擦與位置誤差均增大。然而，如果z軸通過中 間點并且到達反轉(zhuǎn)點C，則反轉(zhuǎn)點C處的z軸的特征變得與反轉(zhuǎn)點A處的z 軸的特征相似，這里在反轉(zhuǎn)點C處z軸移動量大約為40mm。
為了解決上述問題，特開號為6-73798的日本專利申請中公開的常規(guī)方 法包括以下步驟基于電動機輸出轉(zhuǎn)矩來計算摩擦以及基于計算出的摩擦來 校正反轉(zhuǎn)補償?shù)闹?。然而，因為輸出轉(zhuǎn)矩一般包括多種類型的轉(zhuǎn)矩，諸如摩 擦轉(zhuǎn)矩、加速/減速轉(zhuǎn)矩、切割轉(zhuǎn)矩、重力保持轉(zhuǎn)矩以及其它轉(zhuǎn)矩，所以基于 負載轉(zhuǎn)矩來精確地僅計算摩擦轉(zhuǎn)矩會是有問題的，乃至是不可能的。因此， 常規(guī)方法不能精確地校正反轉(zhuǎn)補償量，并且z軸電動機的位置誤差可能變得 甚至比不執(zhí)行校正的位置誤差還大
發(fā)明內(nèi)容
如上所述，如果軸反復(fù)地進行反轉(zhuǎn)運動并且從一個反轉(zhuǎn)點到另一個反轉(zhuǎn) 點的移動距離小，則常規(guī)的位置控制裝置不能響應(yīng)于摩擦的增大來可靠地執(zhí) 行象限反轉(zhuǎn)補償。這導致了位置誤差的增大。加工產(chǎn)品的成品面可能是不令 人滿意的。
本發(fā)明解決了上述問題，并且提供了一種不考慮待加工的工件的形狀而 能夠始終減小跟蹤誤差的機械。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一種位置控制裝置在機械的移動方向 被反轉(zhuǎn)時執(zhí)行象限反轉(zhuǎn)補償。所述位置控制裝置包括反轉(zhuǎn)位移計算單元，反 轉(zhuǎn)位移計算單元配置為計算反轉(zhuǎn)位移，所述反轉(zhuǎn)位移表示由執(zhí)行反轉(zhuǎn)運動的
軸從前一個反轉(zhuǎn)點到當前反轉(zhuǎn)點進行的移動的量；反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量計算單 元，其配置為將反轉(zhuǎn)位移與預(yù)定值相比較，并且還配置為如果反轉(zhuǎn)位移小于 預(yù)定值，則增加反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量的值，所述反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量是指示在反 轉(zhuǎn)運動的過程中每單位時間的多個部分的數(shù)的系數(shù)，而如果反轉(zhuǎn)位移等于或 大于預(yù)定值，則減小反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量的值；以及象限反轉(zhuǎn)補償單元，其配 置為根據(jù)反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量來自動地調(diào)節(jié)象限反轉(zhuǎn)補償量，并且基于自動調(diào) 節(jié)的補償量來執(zhí)行象限反轉(zhuǎn)補償。
當機械反復(fù)地進行反轉(zhuǎn)運動并且從一個反轉(zhuǎn)點到另一個反轉(zhuǎn)點的移動量 太小而不能減小摩擦時，根據(jù)本發(fā)明的象限反轉(zhuǎn)補償能夠根據(jù)反轉(zhuǎn)時間分割 數(shù)量來適當?shù)匦Ｕ崔D(zhuǎn)補償量。因此，根據(jù)本發(fā)明的位置控制裝置能夠防止 由外部因素而引起的校正誤差的產(chǎn)生，并且能夠執(zhí)行連續(xù)的最佳象限反轉(zhuǎn)補 償。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的加工機械能夠精確地執(zhí)行加工并且不會導致任何顯 著的跟蹤誤差。


附圖并入說明書中并且構(gòu)成了說明書的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實 施例，并且與說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理，其中-
圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位置控制裝置的一個示例的方框
圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的加工的一個示例的流程圖3示出了本發(fā)明的效果；
圖4示出了象限反轉(zhuǎn)補償?shù)男Ч?；圖5為示出了常規(guī)裝置的一個示例的方框圖； 圖6示出了待加工的工件的一個示例；以及 圖7示出了常規(guī)裝置中的問題。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖來描述實施所請求保護的本發(fā)明的最佳模式(下文稱為"實 施例")。
圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的位置控制裝置的一個示例的方框 圖。在圖1中，與圖5所示的組成部分和指令相似的組成部分和指令由相同 的附圖標記來指代，并且不重復(fù)對它們進行描述。根據(jù)本實施例的位置控制 裝置包括新增的反轉(zhuǎn)位移計算單元26以及反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量計算單元27。 反轉(zhuǎn)位移計算單元26能夠基于能夠從加速/減速處理單元21傳輸?shù)奈恢弥噶?MP來計算移動量PA。移動量PA表示從前一個反轉(zhuǎn)點到當前反轉(zhuǎn)點的移動 距離。反轉(zhuǎn)位移計算單元26能夠進一步將計算出的移動量PA發(fā)送到反轉(zhuǎn)時 間分割數(shù)量計算單元27。反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量計算單元27將從反轉(zhuǎn)位移計算 單元26接收到的移動量PA與預(yù)定移動量P0相比較。如果移動量PA小于預(yù) 定移動量P0，則反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量計算單元27增加指代反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量 的值N，反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量是指示在反轉(zhuǎn)運動的過程中每單位時間的多個部 分的數(shù)的系數(shù)。如果移動量PA等于或大于預(yù)定移動量PO，則反轉(zhuǎn)時間分割 數(shù)量計算單元27將0設(shè)定為反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量N的值。然后，反轉(zhuǎn)時間分 割數(shù)量計算單元27將反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量N發(fā)送到象限反轉(zhuǎn)補償單元24。象 限反轉(zhuǎn)補償單元24根據(jù)反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量N來自動地調(diào)節(jié)象限反轉(zhuǎn)補償量， 并且基于自動調(diào)節(jié)的補償量來執(zhí)行象限反轉(zhuǎn)補償。
下列公式1表示根據(jù)本實施例的能夠由象限反轉(zhuǎn)補償單元24執(zhí)行的用于 增加和減小象限反轉(zhuǎn)補償量的方法的一個示例。象限反轉(zhuǎn)補償單元24基于 TFF的倍率(A)、確定每次微小反轉(zhuǎn)運動的TFF增加量的TFF的增加率(B)、 TFF持續(xù)時間的倍率(C)、確定每次微小反轉(zhuǎn)運動的TFF持續(xù)時間的增加量 的TFF持續(xù)時間的增加率(D)以及反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量(N)，根據(jù)公式l來 確定TFF量和TFF持續(xù)時間。 (公式l)
M = M (0) x Aa (1 — ea (一 l x N + B))T = T (0) x CA (1 — eA (畫1 x N + D))
M: TFF量
T: TFF持續(xù)時間
M(0):常規(guī)TFF量
T(0):常規(guī)TFF持續(xù)時間
A: TFF的倍率
B: TFF的增加率
C: TFF持續(xù)時間的倍率
D: TFF持續(xù)時間的增加率
N:反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量
圖2為示出了由根據(jù)本實施例的反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量計算單元27執(zhí)行的一 個示范性操作的流程圖。在步驟S1中，反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量計算單元27將從 反轉(zhuǎn)位移計算單元26接收到的移動量PA與預(yù)定移動量(即，微小反轉(zhuǎn)量) P0相比較。如果判定出移動量PA小于微小反轉(zhuǎn)量PO，則在步驟S2反轉(zhuǎn)時 間分割數(shù)量計算單元27使N的值增加增量1。然而，如果判定出移動量PA 大于或等于微小反轉(zhuǎn)量P0，則在步驟S3反轉(zhuǎn)時間分割計算單元27將值N 設(shè)定為零。
下文結(jié)合圖3來描述根據(jù)本實施例的一個示范性操作，執(zhí)行該操作以加 工具有圖6所示的形狀的工件。圖3示出了 z軸的指令位置(a)、 z軸電動 機的指令速度(b)、 z軸的摩擦(c)、施加到z軸上的反轉(zhuǎn)補償(d)、 z軸電 動機的輸出轉(zhuǎn)矩(e)，以及z軸電動機的位置誤差(f)的變化。象限反轉(zhuǎn)補 償單元24根據(jù)由下列公式2限定的方法來增加和減小象限反轉(zhuǎn)補償量。 (公式2)
M = M (0) x 2A (1 - eA (隱1 x N — 10》
T = T (0) x 1A (i — eA (一 i x n + 10》
M: TFF量
T: TFF持續(xù)時間
M(O):常規(guī)TFF量
T(O):常規(guī)TFF持續(xù)時間
N:反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，如(d)的線B所示，反轉(zhuǎn)點B處 的TFF量大于反轉(zhuǎn)點A和C處的TFF量。因此，如(e)的線B所示，能夠 使z軸電動機的輸出轉(zhuǎn)矩相對于z軸的摩擦的響應(yīng)延遲減到最小。相應(yīng)地， 如(f)的線A和B所示，反轉(zhuǎn)點B處的z軸電動機的位置誤差與反轉(zhuǎn)點A 和B處的誤差相當。
如上所述，當機械反復(fù)地進行反轉(zhuǎn)運動并且從一個反轉(zhuǎn)點到另一個反轉(zhuǎn) 點的移動量太小而不能減小摩擦時，根據(jù)本實施例的象限反轉(zhuǎn)補償能夠根據(jù) 反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量來適當?shù)匦Ｕ崔D(zhuǎn)補償量。因此，根據(jù)本發(fā)明的位置控制 裝置能夠防止由外部因素而引起的校正誤差的產(chǎn)生，并且能夠連續(xù)執(zhí)行最佳 象限反轉(zhuǎn)補償。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的加工機械能夠精確地執(zhí)行加工而不會導 致任何顯著的跟蹤誤差。
權(quán)利要求
1、一種在機械的軸移動方向被反轉(zhuǎn)時執(zhí)行象限反轉(zhuǎn)補償?shù)奈恢每刂蒲b置，包括反轉(zhuǎn)位移計算單元，其配置為計算反轉(zhuǎn)位移，所述反轉(zhuǎn)位移表示由執(zhí)行反轉(zhuǎn)運動的軸從前一個反轉(zhuǎn)點到當前反轉(zhuǎn)點進行的移動的量；反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量計算單元，其配置為將所述反轉(zhuǎn)位移與預(yù)定值相比較，并且當所述反轉(zhuǎn)位移小于所述預(yù)定值時，增加反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量的值，所述反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量是指示在反轉(zhuǎn)運動的過程中每單位時間的多個部分的數(shù)的系數(shù)，而當所述反轉(zhuǎn)位移大于或等于所述預(yù)定值時，減小所述反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量的值；以及象限反轉(zhuǎn)補償單元，其配置為根據(jù)所述反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量來自動地調(diào)節(jié)象限反轉(zhuǎn)補償量，并且基于自動調(diào)節(jié)的所述補償量來執(zhí)行所述象限反轉(zhuǎn)補償。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種位置控制裝置，所述裝置包括反轉(zhuǎn)位移計算單元，所述反轉(zhuǎn)位移計算單元配置為計算反轉(zhuǎn)位移，所述反轉(zhuǎn)位移表示由執(zhí)行反轉(zhuǎn)運動的軸從前一個反轉(zhuǎn)點到當前反轉(zhuǎn)點進行的移動的量；反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量計算單元，其配置為將所述反轉(zhuǎn)位移與預(yù)定值相比較，并且當所述反轉(zhuǎn)位移小于所述預(yù)定值時，增加反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量的值，所述反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量是指示在反轉(zhuǎn)運動的過程中每單位時間的多個部分的數(shù)的系數(shù)，而當所述反轉(zhuǎn)位移大于或等于所述預(yù)定值時，減小所述反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量的值；以及象限反轉(zhuǎn)補償單元，其配置為根據(jù)所述反轉(zhuǎn)時間分割數(shù)量來自動地調(diào)節(jié)象限反轉(zhuǎn)補償量，并且基于自動調(diào)節(jié)的所述補償量來執(zhí)行所述象限反轉(zhuǎn)補償。
文檔編號B23Q15/22GK101604157SQ200910146488
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月10日
發(fā)明者南出雅哉 申請人:大隈株式會社