專利名稱：伺服落后補償方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種伺服落后補償方法，特別是關于快速來回運動的加工設備的伺 服落后補償，例如CNC車床加工的伺服落后補償、CNC銑床加工的伺服落后補償、攻牙加工 的伺服落后補償、鉆孔加工的伺服落后補償以及磨床加工的伺服落后補償等。
背景技術：
對于需快速來回加工的機械裝置，如車床、磨床、攻牙機及鉆孔機等，其數值控制 一大問題來自于伺服落后，此現(xiàn)象會造成加工路徑精度的嚴重不足。已知的一種伺服落后 補償方式，是利用前回饋控制方式(Feedforward control)，是提供一增益值至伺服馬達， 使伺服馬達能補償所落后的誤差。然而，這樣的補償方式有兩項缺點1)會造成機臺震動 而影響機臺的使用壽命；2)由于機臺有多余的震動，造成加工品有不必要的紋路產生。如 圖1所示，是在鉆孔動作中，使用前回饋補償的速度-時間圖標意圖；如圖可知，禾Ij用前回饋 容易造成加工路徑的不平順，會使加工品有不必要的紋路產生。而除了上述前回饋補償之外，在磨床動作中，也有提出另一種補償方式，其步驟 包括1)檢查上一單節(jié)加工精度是否超出預設，如果超出則進入以下步驟，若未超出，則結 束；2)本動單節(jié)增加速度，若速度超出默認值，則進入下一步驟；3)不增加速度，改增加行 走的距離，回到步驟1)。但是，這個補償方式也是有缺點，其必須經過多個移動單節(jié)才能使 加工精度收斂到預期的目標，會造成加工時間延長或加工精度不足。

發(fā)明內容
為解決已知的補償方式容易造成機臺震動、加工時間延長及加工精度不足的問 題，本發(fā)明的主要目的在提供一種伺服落后補償方式，是以數值方法得到預估的行程長度， 并以此預估行程取代原來設定的行程條件做行程規(guī)劃；因此，最后送出的命令會抵消伺服 落后的影響，使機臺能準確到達原本預期的位置。本發(fā)明的另一主要目的在提供一種伺服落后補償方式，此補償方式是從源頭更改 行程長度，并以此修改后的行程長度條件做行程規(guī)劃，所以不會像前回饋補償一樣造成機 臺抖動；且，由于每次的動作都是有效且能達到精度的要求，所以不會造成加工時間延長及 加工精度不足。依據上述的目的，本發(fā)明首先提供一種伺服落后補償方式，包括步驟如下a.提供一行程規(guī)劃，是依據一原始行程條件來產生行程規(guī)劃；b.提供一預測行程，是將行程規(guī)劃結果輸入至一伺服落后仿真器，以產生預測行 程；c.判斷原始行程條件與預測行程相減的差值是否小于一預設的精度誤差，當差值 小于預設的精度誤差時，流程結束，否則流程跳至步驟d ；d.提供一新的行程條件，是將步驟a的原始行程條件加上步驟c的差值作為新的 行程條件；
e.執(zhí)行另一行程規(guī)劃，是依據新的行程條件執(zhí)行行程規(guī)劃，并進入步驟b及步驟 c，直到產生一符合預期的行程條件。此外，本發(fā)明也提供一種具有上述補償方式的數值控制裝置，包括一解碼器，是 用以接收一數值控制程序并輸出一原始行程條件；一伺服落后補償單元，是接收原始行程 條件且以原始行程條件預測一伺服落后量，并輸出一新行程條件，其中，新行程條件是原始 行程條件與伺服落后量之和；一插值-加減速規(guī)劃單元，是接收新行程條件并輸出一指令， 以控制一機械設備。


為能更清楚地說明本發(fā)明，以下列舉較佳實施例并配合附圖詳細說明如后，其 中圖1是于鉆孔動作中，使用已知的補償方式的速度_時間示意圖；圖2是本發(fā)明的一種數值控制裝置的方塊圖；圖3是本發(fā)明的一種伺服落后補償的流程圖；圖4是利用的補償方式其使用的伺服落后仿真器的等效模型；圖5是于鉆孔動作中，使用本發(fā)明的補償方式的速度_時間示意圖；及圖6是本發(fā)明的另一種伺服落后補償的流程圖。
具體實施例方式首先，請參考圖2，是本發(fā)明的一種數值控制裝置10的方塊圖。數值控制裝置10， 是用以控制一機械設備的伺服馬達30，機械設備可以是車床、磨床、攻牙機及鉆孔機等。數 值控制裝置10包括一解碼器102、一伺服落后補償單元104及一插值-加減速規(guī)劃單元 106。解碼器102，是接收一數值控制程序101，并將數值控制程序101解譯以輸出一原始行 程條件103。伺服落后補償單元104，是接收上述原始行程條件103并預測伺服馬達30于 原始行程條件103下的伺服落后量，且進一步輸出一新行程條件105。此新行程條件105是 原始行程條件103與預測的伺服落后量的總和。接著，插值-加減速規(guī)劃單元106接收此 新行程條件105并輸出一行程規(guī)劃指令107至馬達控制器20。馬達控制器20則輸出一控 制信號108至伺服馬達30，使伺服馬達30其實際行程能精準的達到既定的精度要求。接著，請參考圖3，是上述伺服落后補償單元104運作的詳細流程圖。首先，Si)伺 服落后補償單元104是接收從解碼器102輸出的一原始行程條件103，且利用此原始行程 條件103作一行程規(guī)劃；S2)經行程規(guī)劃后的結果進一步輸入到一伺服落后仿真器以預測 伺服馬達30的可能行程。伺服落后仿真器是仿真伺服馬達30在加工路徑的轉彎處或折返 點發(fā)生的落后情形；伺服馬達30在加工路徑的轉彎處往往無法來得及將每一個輸入命令 立刻反應；是類似一低通濾波器。因此，仿真器便設計如圖4所示，上述比率增益(Kp)與 伺服馬達30本身的的特定有關，因此，使用者在操作機械設備時，必須先輸入伺服馬達的 比率增益(Kp)，使仿真器能仿真或預期伺服馬達可能落后的情形。接著，便進入步驟三，即 S3)當仿真器仿真出輸出位置(Pos.out)之后，便可得到一伺服落后量，伺服落后量是原始 行程條件103減去仿真器仿真出的輸出位置。若此伺服落后量是在可接受的精度誤差內， 伺服落后補償單元104則會結束補償流程且將原始行程條件103直接輸出至插值-加減速規(guī)劃單元106。相反地，若預測的伺服落后量是大于可接受的精度誤差，伺服落后補償單元 104會進入步驟四；即S4)將原始行程條件103加上預測的伺服落后量而形成一個新行程 條件。接著，S5)用此新行程條件作一行程規(guī)劃，此行程規(guī)劃結果顯然跟Sl中利用原始行 程條件103所形成的行程規(guī)劃結果不同。接著，便重復步驟S2及S3，直到產生一符合預期 的行程條件。而當產生符合預期的行程條件后，伺服落后補償單元104則會結束補償流程， 且將此符合預期的行程條件當作一新行程條件105而輸出至插值-加減速規(guī)劃單元106。請參考圖5，是一鉆孔機利用上述補償方式的速度_時間示意圖。數值控制裝置 10是控制伺服馬達30于同一路徑的起始點與折返點間作往復運動，而起始點與折返點的 距離為往復運動路徑的長度。很明顯地，圖5并沒有像圖1一樣發(fā)生機臺震動或不平順的 現(xiàn)象。上述伺服馬達30運動的過程中，在經過折返點的速度與沖量可規(guī)劃為零而其加速度 可規(guī)劃不為零。接著，請參考圖6所示，是本發(fā)明的另一伺服落后補償流程圖。首先，如步驟一，即 Sll)伺服落后補償單元104接收一加工條件并判斷在這樣的加工條件下，是否已有相關補 償資料；此加工條件包括行程條件、精準度的要求等，也就是從數據庫中去尋找是否曾接受 過同樣的加工條件且曾經跑過補償流程。若已有相關補償資料，進入S12)提供一已補償或 修正過的行程條件并結束補償流程，否則流程跳S13)將此次加工條件中的行程條件取出， 此行程條件即所謂的原始行程條件。接著S14)以上述原始行程條件去做行程規(guī)劃。S15) 將行程規(guī)劃結果輸到一伺服落后仿真器，伺服落后仿真器如前文所述，是一低通濾波器，并 輸出一預測行程。S16)將原始行程減去仿真器預測出的行程，以得到一預測的伺服落后量。 S17)判斷此預測的伺服落后量是否在可接受的精度誤差內；若可以接受，則將原始行程， 即將加工條件中的行程條件直接輸出并結束補償。若伺服落后大于可接受的誤差值，則代 表需要補償，需修正行程條件。進入S18)將伺服落后量即原行程條件與預測行程的差值加 到原始行程條件以得到一新的或修正的行程條件。S19)以新的行程條件去做行程規(guī)劃，并 重復S15)、S16)及S17)直到產生一符合預期的行程條件。而當產生符合預期的行程條件 后，伺服落后補償單元104則會結束補償流程，且將此符合預期的行程條件當作一新行程 條件105而輸出至插值-加減速規(guī)劃單元106。很明顯地，本發(fā)明能克服伺服落后對于控制的影響，使得實際行程能精準的達到 既定的精度要求；且由于是在源頭的行程條件下做修正，不會有傳統(tǒng)前回饋補償造成的機 臺抖動問題，且也不需要多次時機執(zhí)行，才能使精度收斂到預設范圍內，造成加工時間的延長。以上針對本發(fā)明較佳實施例的說明是為闡明的目的，而無意限定本發(fā)明的精確應 用形式，由以上的教導或由本發(fā)明的實施例學習而作某種程度修改是可能的。因此，本發(fā)明 的技術思想將由權利要求范圍及其均等來決定的。
權利要求
一種數值控制裝置，用以控制一機械設備，該數值控制裝置包括一解碼器，是用以接收一數值控制程序并輸出一原始行程條件；一伺服落后補償單元，是接收該原始行程條件且以該原始行程條件預測一伺服落后量，并輸出一新行程條件，其中，該新行程條件是該原始行程條件與該伺服落后量之和；一插值 加減速規(guī)劃單元，是接收該新行程條件并輸出一指令，以控制該機械設備。
2.如權利要求1所述的數值控制裝置，該伺服落后補償單元包括一伺服落后仿真器， 以仿真該伺服馬達的落后情形。
3.如權利要求2所述的數值控制裝置，該伺服落后仿真器是一低通濾波器。
4.如權利要求2所述的數值控制裝置，該伺服落后補償單元接收該原始行程條件后， 以該原始行程條件產生一速度與時間的行程規(guī)劃，且將該行程規(guī)劃結果輸入至該伺服落后 仿真器，以輸出一預測行程。
5.如權利要求4所述的數值控制裝置，其中該伺服落后量是該原始行程條件與該預測 行程的差值。
6.如權利要求1所述的數值控制裝置，其中該機械設備是一伺服馬達。
7.一種數值控制方法，用以補償一機械設備的落后情形，該數值控制方法包括步驟如下A.提供一行程規(guī)劃，是依據一原始行程條件來產生該行程規(guī)劃；B.提供一預測行程，是將該行程規(guī)劃結果輸入至一伺服落后仿真器，以產生該預測行程；C.判斷該原始行程條件與該預測行程相減的差值是否小于一預設的精度誤差，當該差 值小于該預設的精度誤差時，流程結束，否則流程跳至步驟D ；D.提供一新的行程條件，是將步驟A的該原始行程條件加上步驟C的該差值作為該新 的行程條件；E.執(zhí)行另一行程規(guī)劃，是依據該新的行程條件執(zhí)行該行程規(guī)劃，并進入步驟B及步驟 C，直到產生一符合預期的行程條件。
8.如權利要求7所述的數值控制方法，該伺服落后仿真器是一低通濾波器。
9.一種數值控制方法，用以補償一機械設備的落后情形，該數值控制方法包括步驟如下A.提供一加工條件，該加工條件包括一行程條件及一行程條件；B.判斷在該加工條件下是否已有相關補償資料，若已有相關補償資料，則提供一已補 償的行程條件并結束補償流程，否則流程跳至步驟B ；C.提供一行程規(guī)劃，是依據該行程條件來產生該行程規(guī)劃；D.提供一預測行程，是將該行程規(guī)劃結果輸入至一伺服落后仿真器，以產生該預測行程；E.提供一落后差值，該落后差值是該原始行程條件減去該預測行程；F.判斷該落后差值是否小于一預設的精度誤差，當該差值小于該預設的精度誤差時， 流程結束，否則流程跳至步驟G ；G.提供一新的行程條件，是將該落后差值加到原始行程條件以作為該新的行程條件；H.執(zhí)行另一行程規(guī)劃，是依據該新的行程條件執(zhí)行該行程規(guī)劃，并進入步驟D、步驟E及步驟F，直到產生一符合預期的行程條件。
10.如權利要求9所述的數值控制方法，該伺服落后仿真器是一低通濾波器。
全文摘要
一種伺服落后補償方法，是針對快速來回運動加工的機械設備的伺服落后現(xiàn)象做改進。此補償方法是以預測方式從行程距離的條件做修正，使得在做完本方法的行程規(guī)劃修正后，實際馬達即使在既存伺服落后的影響下，仍可走至原來既定位置，以代償伺服落后。而且，用此伺服落后補償方式并不影響補償后速度-時間曲線的光滑性。
文檔編號G05B19/404GK101989081SQ200910166020
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權日2009年8月7日
發(fā)明者呂心宇, 林昀暐, 黃煒生 申請人:新代科技股份有限公司