根據(jù)滾珠螺桿的伸縮量來(lái)執(zhí)行校正處理的伺服控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種根據(jù)滾珠螺桿的伸縮量來(lái)執(zhí)行校正處理的伺服控制裝置，本發(fā)明所涉及的伺服控制裝置考慮施加給滾珠螺桿的張力的影響，以補(bǔ)償動(dòng)作時(shí)的滾珠螺桿的伸縮量的方式校正針對(duì)進(jìn)給軸的位置指令。伺服控制裝置根據(jù)滾珠螺桿的、從伺服馬達(dá)作用于遠(yuǎn)端側(cè)的張力、在兩端支承滾珠螺桿的一對(duì)固定部之間的距離、從設(shè)置于伺服馬達(dá)的近端側(cè)的固定部至移動(dòng)體為止的距離、以及施加給伺服馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩指令，來(lái)計(jì)算滾珠螺桿的伸縮量。然后，伺服控制裝置根據(jù)計(jì)算出的滾珠螺桿的伸縮量，來(lái)計(jì)算進(jìn)給軸的位置校正量。
【專利說(shuō)明】根據(jù)滾珠螺桿的伸縮量來(lái)執(zhí)行校正處理的伺服控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)經(jīng)由滾珠螺桿將伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)體的直線運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給軸進(jìn)行控制的伺服控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]已知一種具有以下功能的控制裝置:校正由于各種原因?qū)е庐a(chǎn)生的經(jīng)由滾珠螺桿的進(jìn)給軸的定位誤差(參照J(rèn)P-B-4867105、JP-B-4503148以及JP-B-3292958)。例如JP-B-4867105公開(kāi)了能校正如下誤差的控制裝置:在高速移動(dòng)移動(dòng)體時(shí)由于動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部所含的彈性要素進(jìn)行彈性變形而產(chǎn)生的誤差。
[0003]在對(duì)經(jīng)由滾珠螺桿將伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)體的直線運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給軸進(jìn)行控制的伺服控制裝置中，期望減小或者消除進(jìn)給軸的定位誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本申請(qǐng)的第一個(gè)方式，提供如下一種伺服控制裝置:在對(duì)經(jīng)由滾珠螺桿將伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)體的直線運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給軸進(jìn)行控制的伺服控制裝置中，上述滾珠螺桿通過(guò)第一固定部以及第二固定部來(lái)支承兩端，其中，上述第一固定部配置在該滾珠螺桿的、相對(duì)于上述伺服馬達(dá)的近端的端部，上述第二固定部配置在上述滾珠螺桿的、與上述近端的端部相反側(cè)的端部，伺服控制裝置具備:位置指令制作部，其制作與上述進(jìn)給軸的位置相關(guān)聯(lián)的位置指令；轉(zhuǎn)矩指令制作部，其制作上述伺服馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩指令；熱變形量計(jì)算部，其計(jì)算上述滾珠螺桿的熱變形量；張力計(jì)算部，其根據(jù)從上述第一固定部至上述第二固定部為止之間的距離、從上述第一固定部至上述移動(dòng)體為止之間的距離、由上述熱變形量計(jì)算部計(jì)算出的上述熱變形量、以及由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令，來(lái)計(jì)算作用于上述第二固定部的張力；伸縮量計(jì)算部，其根據(jù)由上述張力計(jì)算部計(jì)算出的上述張力、從上述第一固定部至上述第二固定部為止之間的距離、從上述第一固定部至上述移動(dòng)體為止之間的距離、以及由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令，來(lái)計(jì)算上述伺服馬達(dá)的動(dòng)作過(guò)程中的上述滾珠螺桿的伸縮量；以及位置校正量計(jì)算部，其根據(jù)由上述伸縮量計(jì)算部計(jì)算出的上述伸縮量來(lái)計(jì)算位置校正量，該位置校正量校正與上述進(jìn)給軸的位置相關(guān)聯(lián)的上述位置指令。
[0005]根據(jù)本申請(qǐng)的第二個(gè)方式，提供如下一種伺服控制裝置:在第一個(gè)方式所涉及的伺服控制裝置中，所述伺服控制裝置還具備:判斷部，其判斷由上述張力計(jì)算部計(jì)算出的上述張力是作用于使上述滾珠螺桿伸長(zhǎng)的伸長(zhǎng)方向還是作用于使上述滾珠螺桿收縮的方向，并且，上述伸縮量計(jì)算部還具備:第一伸縮量計(jì)算部，其在上述判斷部判斷為上述張力作用于伸長(zhǎng)方向的情況下，根據(jù)從上述第一固定部至上述移動(dòng)體為止之間的距離、從上述第一固定部至上述第二固定部為止之間的距離、以及由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令，來(lái)計(jì)算上述滾珠螺桿的伸縮量；以及第二伸縮量計(jì)算部，其在上述判斷部判斷為上述張力作用于收縮方向的情況下，根據(jù)從上述第一固定部至上述移動(dòng)體為止之間的距離、以及由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令，來(lái)計(jì)算上述滾珠螺桿的伸縮量。
[0006]根據(jù)本申請(qǐng)的第三個(gè)方式，提供如下一種伺服控制裝置:在第二個(gè)方式所涉及的伺服控制裝置中，上述第一伸縮量計(jì)算部通過(guò)將以下部分的積乘以預(yù)定的常數(shù)來(lái)計(jì)算上述滾珠螺桿的伸縮量:從上述第一固定部至上述移動(dòng)體為止之間的距離；從上述第一固定部至上述第二固定部為止之間的距離；將常溫下的上述滾珠螺桿的全長(zhǎng)加上由上述熱變形量計(jì)算部計(jì)算出的上述熱變形量的值得到的相加距離；以及由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令。
[0007]根據(jù)本申請(qǐng)的第四個(gè)方式，提供如下一種伺服控制裝置:在第二個(gè)或者第三個(gè)方式所涉及的伺服控制裝置中，上述第二伸縮量計(jì)算部通過(guò)將以下部分的積乘以預(yù)定的常數(shù)來(lái)計(jì)算上述滾珠螺桿的伸縮量:從上述第一固定部至上述移動(dòng)體為止之間的距離；以及由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令。
[0008]根據(jù)本申請(qǐng)的第五個(gè)方式，提供如下一種伺服控制裝置:在第一個(gè)至第四個(gè)方式所涉及的伺服控制裝置中，從上述第一固定部至上述第二固定部為止之間的距離大于常溫下的上述滾珠螺桿的上述全長(zhǎng)，上述滾珠螺桿被上述第一固定部和上述第二固定部固定成:在上述滾珠螺桿伸長(zhǎng)的方向上變形自如并且在上述滾珠螺桿收縮的方向上不能變形。
[0009]根據(jù)本申請(qǐng)的第六個(gè)方式，提供如下一種伺服控制裝置:在第一個(gè)至第四個(gè)方式所涉及的伺服控制裝置中，上述熱變形量計(jì)算部根據(jù)每單位時(shí)間的平均速度來(lái)計(jì)算上述滾珠螺桿的熱變形量。
[0010]這些和其它本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)根據(jù)附圖示出的本發(fā)明的例示實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明會(huì)變得更清楚。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的伺服控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0012]圖2是表示圖1的伸縮量計(jì)算部的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0013]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的伺服控制裝置的處理的流程圖。
[0014]圖4是表示能夠應(yīng)用本發(fā)明的滾珠螺桿的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0015]圖5是用于說(shuō)明各種狀態(tài)下的滾珠螺桿的概念圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下，參照【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施方式。要注意為了便于理解本發(fā)明而有時(shí)將所圖示的實(shí)施方式的各結(jié)構(gòu)要素的比例尺從實(shí)際應(yīng)用的方式中進(jìn)行變更。
[0017]圖4是表示能夠應(yīng)用本發(fā)明的滾珠螺桿100的結(jié)構(gòu)例的圖。滾珠螺桿100具備:螺紋軸102，其外周面形成了螺紋槽；以及螺母104，其內(nèi)周面形成了經(jīng)由滾珠(未圖示)與螺紋軸102的螺紋槽嵌合的陰螺紋部。在螺母104上固定了例如載置工件(未圖示)的載置臺(tái)106，螺母104與載置臺(tái)106能夠相互一體地運(yùn)動(dòng)。載置臺(tái)106是通過(guò)滾珠螺桿100移動(dòng)的移動(dòng)體的示例。
[0018]在滾珠螺桿100的螺紋軸102的兩端102a、102b設(shè)置有相互隔著預(yù)定的間隔配置的第一固定部的示例即第一支架(bracket) 108和第二固定部的示例即第二支架110。螺紋軸102可旋轉(zhuǎn)地支承在形成于這些第一支架108和第二支架110的內(nèi)部的軸承部(未圖示)。更具體地說(shuō)，第一支架108以使?jié)L珠螺桿100在長(zhǎng)度方向上不能移動(dòng)并且滾珠螺桿100的螺紋軸102能夠繞在長(zhǎng)度方向上延伸的軸線旋轉(zhuǎn)的方式支承。另外，第二支架110以使?jié)L珠螺桿100在長(zhǎng)度方向上不能收縮而能夠伸長(zhǎng)的方式支承，并且以使?jié)L珠螺桿100的螺紋軸102能夠繞在長(zhǎng)度方向上延伸的軸線旋轉(zhuǎn)的方式支承。伺服馬達(dá)120經(jīng)由接頭112與第一支架108連結(jié)。伺服馬達(dá)120具備編碼器122，該編碼器122檢測(cè)與伺服馬達(dá)120的動(dòng)作狀態(tài)有關(guān)的信息、例如旋轉(zhuǎn)位置和旋轉(zhuǎn)速度。
[0019]伺服馬達(dá)120形成為響應(yīng)于由后述的伺服控制裝置10制作出的指令信號(hào)來(lái)旋轉(zhuǎn)。伺服馬達(dá)120的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)由接頭112傳動(dòng)至滾珠螺桿100的螺紋軸102。因而，當(dāng)伺服馬達(dá)120旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠螺桿100的螺紋軸102與其旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地以預(yù)定的減速比進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。然后，螺母104隨著螺紋軸102進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在第一支架108與第二支架110之間的區(qū)域內(nèi)，與載置臺(tái)106 —起在螺紋軸102的長(zhǎng)度方向上往復(fù)移動(dòng)。這樣，滾珠螺桿100的螺紋軸102和螺母104具有將伺服馬達(dá)120的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為沿螺紋軸102的載置臺(tái)106的直線運(yùn)動(dòng)的作為進(jìn)給軸的作用。 [0020]另外，滾珠螺桿100在螺母104相對(duì)于螺紋軸102進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)時(shí)由于在螺母104與螺紋軸102之間產(chǎn)生的摩擦熱導(dǎo)致熱膨脹。這種滾珠螺桿100的熱膨脹可導(dǎo)致滾珠螺桿100的進(jìn)給軸的定位精度降低。因此，有時(shí)將預(yù)張力施加給滾珠螺桿100使得滾珠螺桿100保持伸長(zhǎng)了的狀態(tài)。
[0021]圖5是用于說(shuō)明各種狀態(tài)下的滾珠螺桿100的概念圖。圖5的(a)示出沒(méi)有施加張力的常溫時(shí)的滾珠螺桿100的螺紋軸102。在該情況下，螺紋軸102具有自然長(zhǎng)度的長(zhǎng)度LO0圖5的(b)示出以螺紋軸102具有比長(zhǎng)度LO長(zhǎng)的長(zhǎng)度LI的方式在長(zhǎng)度方向上伸長(zhǎng)的滾珠螺桿100。滾珠螺桿100在這樣伸長(zhǎng)的狀態(tài)下由第一支架108和第二支架110固定。另外，圖示了距第一支架108距離Lll的位置配置的載置臺(tái)106。在此，將載置臺(tái)106與第二支架110之間的距離設(shè)為L(zhǎng)12。
[0022]此外，在圖中的(a)與(b)之間描繪的虛線表示滾珠螺桿100的各部位的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即，在(b)的狀態(tài)下距第一支架108距離Lll的滾珠螺桿100的部位與在(a)的狀態(tài)下距第一支架108距離LOl的部位對(duì)應(yīng)。即，(b)的狀態(tài)下的第一支架108與載置臺(tái)106之間的距離Lll相當(dāng)于(a)的狀態(tài)下的距離L01。另外，(b)的狀態(tài)下的載置臺(tái)106與第二支架110之間的距離L12相當(dāng)于(a)的狀態(tài)下的距離L02。
[0023]在圖5的(b)的狀態(tài)下，張力同樣地作用于滾珠螺桿100的螺紋軸102。即，從載置臺(tái)106在第一支架108側(cè)作用于滾珠螺桿100的張力Tll與作用于第二支架110側(cè)的滾珠螺桿100的張力T12彼此相等，以下式(I)成立。
[0024]T11=T12=E ? {(Ll-LO)/LO} ? AO ? ? ?式(I)
[0025]此外，上述式(I)中的E是楊氏模量，AO是螺紋軸102的截面面積。
[0026]在載置臺(tái)106被配置在距第一支架108距離Lll的位置的圖5的(b)的狀態(tài)下，考慮將使載置臺(tái)106加速或者減速的轉(zhuǎn)矩施加給伺服馬達(dá)120的情況。此時(shí)，使載置臺(tái)106移動(dòng)的力作用成使?jié)L珠螺桿100的螺紋軸102伸縮。然而，螺紋軸102的兩端102a、102b固定在長(zhǎng)度方向上，因此螺紋軸102的長(zhǎng)度LI不變化。因而，在螺紋軸102中分別局部形成在長(zhǎng)度方向上伸縮的部位和伸長(zhǎng)的部位，這些部位的伸縮量在整體上相互抵消。
[0027]圖5的(C)示出在產(chǎn)生使載置臺(tái)106向第一支架108加速的轉(zhuǎn)矩時(shí)螺紋軸102伸縮的狀態(tài)。在(C)的狀態(tài)下，關(guān)于載置臺(tái)106，螺紋軸102在其內(nèi)部伸縮的結(jié)果是向距第一支架108距離L21的位置位移。在此，將載置臺(tái)106與第二支架110之間的距離設(shè)為L(zhǎng)22，并且當(dāng)將在第一支架108側(cè)作用于滾珠螺桿100的張力設(shè)為T(mén)21、將在第二支架110側(cè)作用于滾珠螺桿100的張力設(shè)為T(mén)22時(shí)，在L21、L22、T21以及T22之間以下式(2)~式(5)成立。
[0028]T21=E ? {(L21-L01)/L01} ? AO ? ? ?式(2)
[0029]T22=E ? {(L22-L02) /L02} ? AO ? ? ?式(3)
[0030]121+122=11 ? ? ?式(4)
[0031]T21-T22=F ? ? ?式(5)
[0032]在此，F(xiàn)是作用成使載置臺(tái)106向第一支架108進(jìn)行動(dòng)作的力。
[0033]當(dāng)求解上述式⑵~式(5)時(shí)，如以下式(6)~式(9)那樣表示L21、L22、T21以及 T22。
[0034]L21=L11+{(L0 ? Lll ? L12)/L1~2} ? F/(E ? AO) =Ll 1+{(L01 ? L02)/L0} ? F/(E ? AO) ? ? ?式(6)
[0035]L22=L12-{(L0 ? Lll ? L12)/L1~2} ? F/(E ? AO) =L12_ {(L01 ? L02)/L0} ? F/(E ? A0) ? ? ?式(7)
[0036]T21=E ? AO ? {(L1-L0)/L0} + (L12/L1) ? F ? ? ?式(8)
[0037]T22=E ? AO ? {(L1-L0)/L0} - (LI 1/Ll) ? F ? ? ?式(9)
[0038]對(duì)于Tll和T21以下式(10)成立，
[0039]T11=T12=E ? {(L1-L0)/L0} ? AO=E ? {(LI 1-L01)/L01} ? AO=E ? {(L12-L02)/L02}.AO ? ? ?式(10)
[0040]因此使用LOl和L02，將Lll和L12分別表示成以下式(11)和式(12)那樣。
[0041]L11=(L1/L0) ? LOl ? ? ?式(11)
[0042]L12=(L1/L0) ? L02 ? ? ?式(12)
[0043]因而，通過(guò)以下式(13)和式(14)來(lái)表示將轉(zhuǎn)矩施加給伺服馬達(dá)120前后的進(jìn)給軸的位置的位移量即Lll與L21之間的差以及L12與L22之間的差。
[0044]L21-L11={(L0 ? Lll ? L12)/L1~2} ? F/ (E ? A0) = (L0/L1) ? {(Ll-Lll)/LI} ? {F/(E ? A0)} ? Lll ? ? ?式(13)
[0045]L22-L12=-{(L0 ? Lll ? L12)/L1~2} ? F/(E ? A0)=-(L0/L1) ? {(Ll-Lll)/LI} ? {F/(E ? A0)} ? Lll ? ? ?式(14)
[0046]此外，如果知道施加給伺服馬達(dá)120的轉(zhuǎn)矩T和在伺服馬達(dá)120與滾珠螺桿100之間的動(dòng)力傳動(dòng)部的減速比，則能夠根據(jù)以下式(15)導(dǎo)出力F。
[0047]F= (2 /Ie ? T ? ? ?式(15)
[0048]在此，Ie是滾珠螺桿100的螺紋槽的導(dǎo)程(螺距的長(zhǎng)度)。
[0049]根據(jù)上述式(13)，能夠算出與位于距第一支架108距離Lll的載置臺(tái)106對(duì)應(yīng)的位置校正量。如果利用這樣算出的位置校正量來(lái)校正載置臺(tái)106的位置，則即使在預(yù)張力作用于滾珠螺桿100的情況下也能夠正確地定位載置臺(tái)106。
[0050]考慮在第二支架110側(cè)起作用的張力T22為負(fù)時(shí)、即張力T22作用于使?jié)L珠螺桿100收縮的方向的情況。在該情況下，滾珠螺桿100的螺紋軸102的端部102b從第二支架110突出。因而，在該狀態(tài)下，第二支架110側(cè)的螺紋軸102的端部102b成為自由端，因此在計(jì)算滾珠螺桿100的伸縮量時(shí)不需要考慮作用于滾珠螺桿100的張力。因而，根據(jù)從第一支架108至載置臺(tái)106為止的距離，通過(guò)以下式(16)來(lái)決定該情況下的位置校正量。
[0051]L21-L11=L11 ? {F/(E ? AO)} ? --式(16)
[0052]此外，用于使張力T22成為負(fù)的條件根據(jù)式(9)為F>E ? AO ? (Ll-LO)/LOl0
[0053]接著，設(shè)想考慮了滾珠螺桿100的熱膨脹的情況。當(dāng)將常溫tO[°C ]下的滾珠螺桿100的螺紋軸102的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)O時(shí)，通過(guò)以下式(17)表示tl[°C]下的螺紋軸的長(zhǎng)度LU。
[0054]Ltl-LO ? {1+ a ? (tl_t0)} ? --式(17)
[0055]在此，式(17)中的a為線膨脹系數(shù)。
[0056]在滾珠螺桿100的溫度上升至tl [°C ]、不考慮張力的狀態(tài)的長(zhǎng)度LO伸長(zhǎng)至Ltl的情況下，通過(guò)將Ltl代入到L0，能夠補(bǔ)償由滾珠螺桿100的熱膨脹引起的影響。當(dāng)利用Ltl替換LO時(shí)，為L(zhǎng)TDL0，因此用于使張力T22變化為負(fù)的閾值F變得更小。另外，當(dāng)溫度tl[°C]下的滾珠螺桿100的長(zhǎng)度Ltl大于第一支架108與第二支架110之間的距離LI時(shí)，作用于滾珠螺桿100的張力變零。根據(jù)這種觀點(diǎn)，將距離LI決定成對(duì)應(yīng)于比常溫進(jìn)一步上升2~3度左右時(shí)的滾珠螺桿100的長(zhǎng)度。這樣，即使在滾珠螺桿100熱膨脹某種程度的情況下，也會(huì)殘留作用于滾珠螺桿100的張力。
[0057]接著，詳細(xì)說(shuō)明對(duì)伺服馬達(dá)120的動(dòng)作進(jìn)行控制的伺服控制裝置10。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的伺服控制裝置10的結(jié)構(gòu)的框圖。伺服控制裝置10具備位置指令制作部12、位置檢測(cè)部14、速度指令制作部16、速度檢測(cè)部18、轉(zhuǎn)矩指令制作部20、移動(dòng)體位置檢測(cè)部22、熱變形量計(jì)算部24、張力計(jì)算部26、判斷部28、伸縮量計(jì)算部30以及位置校正量計(jì)算部32。并且，伺服控制裝置10具備從位置指令制作部12的輸出值減去位置檢測(cè)部14的輸出值的第一減法器34、將第一減法器34的輸出值加上位置校正量計(jì)算部32的輸出值的加法器36、以及從速度指令制作部16的輸出值減去速度檢測(cè)部18的輸出值的第二減法器38。
[0058]位置指令制作部12例如根據(jù)由伺服控制裝置10讀出的控制程序制作位置指令，將對(duì)伺服馬達(dá)120的位置指令輸出到第一減法器34。此外，按照伺服馬達(dá)120的角度位置與作為定位控制的對(duì)象的 滾珠螺桿100的進(jìn)給軸的位置之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)決定對(duì)伺服馬達(dá)120的位置指令。按照伺服馬達(dá)120和滾珠螺桿100的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)得到伺服馬達(dá)120的角度位置與進(jìn)給軸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。位置檢測(cè)部14獲取由與伺服馬達(dá)120相關(guān)聯(lián)的編碼器122檢測(cè)出的伺服馬達(dá)120的角度位置，將檢測(cè)角度位置反饋至第一減法器34。第一減法器34計(jì)算作為位置指令與檢測(cè)位置之間的差的位置偏差量，將計(jì)算值送出至加法器36。加法器36將位置校正量計(jì)算部32的輸出值加上第一減法器34的輸出值，將計(jì)算值輸出到速度指令制作部16。
[0059]速度指令制作部16根據(jù)位置偏差量和位置校正量來(lái)制作速度指令，將對(duì)伺服馬達(dá)120的速度指令輸出到第二減法器38。速度檢測(cè)部18獲取由編碼器122檢測(cè)出的伺服馬達(dá)120的速度，將檢測(cè)速度反饋至第二減法器38。第二減法器38根據(jù)與伺服馬達(dá)120相關(guān)聯(lián)的速度指令和速度檢測(cè)值來(lái)計(jì)算速度偏差量，將計(jì)算值輸出到轉(zhuǎn)矩指令制作部20。轉(zhuǎn)矩指令制作部20根據(jù)速度偏差量來(lái)制作伺服馬達(dá)120的轉(zhuǎn)矩指令，將轉(zhuǎn)矩指令送出至伺服馬達(dá)120。伺服馬達(dá)120通過(guò)按照轉(zhuǎn)矩指令施加的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)，由此經(jīng)由滾珠螺桿100使載置臺(tái)106直線移動(dòng)。在圖示的實(shí)施方式中，對(duì)伺服馬達(dá)120進(jìn)行位置反饋控制和速度反饋控制，但是本發(fā)明并不限定于這種特定的實(shí)施方式。例如，也可以將伺服控制裝置10構(gòu)成為:通過(guò)對(duì)滾珠螺桿100中的進(jìn)給軸的位置進(jìn)行反饋控制，由此間接地控制伺服馬達(dá)120的動(dòng)作。在該情況下，根據(jù)對(duì)進(jìn)給軸的位置指令與所檢測(cè)的進(jìn)給軸的位置之間的偏差量，來(lái)決定施加給伺服馬達(dá)120的轉(zhuǎn)矩指令。這樣，在與本發(fā)明的關(guān)系中，“與進(jìn)給軸的位置相關(guān)聯(lián)的位置指令”包含對(duì)進(jìn)給軸的位置指令以及能夠間接地決定進(jìn)給軸的位置的位置指令(例如上述伺服馬達(dá)120的位置指令)這兩者的情況。
[0060]移動(dòng)體位置檢測(cè)部22檢測(cè)載置臺(tái)106的位置，將所檢測(cè)的位置信息送出至張力計(jì)算部26和伸縮量計(jì)算部30。例如根據(jù)伺服馬達(dá)120的角度位置來(lái)求出載置臺(tái)106的位置?；蛘撸部梢酝ㄟ^(guò)直接檢測(cè)載置臺(tái)106的位置的未圖示的位置傳感器來(lái)檢測(cè)載置臺(tái)106的位置。熱變形量計(jì)算部24例如根據(jù)伺服馬達(dá)120的動(dòng)作狀態(tài)來(lái)估計(jì)滾珠螺桿100的進(jìn)給軸的熱變形量。例如，根據(jù)每個(gè)預(yù)定的采樣期間的伺服馬達(dá)120的平均速度來(lái)計(jì)算滾珠螺桿100的進(jìn)給軸的熱變形量。由熱變形量計(jì)算部24計(jì)算出的熱變形量的值被送出至張力計(jì)算部26。
[0061]張力計(jì)算部26根據(jù)從第一支架108至第二支架110為止之間的距離L1、從第一支架108至載置臺(tái)106為止之間的距離L11、由熱變形量計(jì)算部24計(jì)算出的熱變形量以及由轉(zhuǎn)矩指令制作部20制作出的轉(zhuǎn)矩指令來(lái)計(jì)算在第二支架110側(cè)作用于滾珠螺桿100的張力T22。如上所述，按照式(9)來(lái)計(jì)算張力T22。由張力計(jì)算部26得到的張力T22的計(jì)算值被送出至判斷部28。判斷部28判斷張力T22是否為正、即張力T22是否作用于使?jié)L珠螺桿100向長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)的方向。判斷部28的判斷結(jié)果被送出至伸縮量計(jì)算部30。
[0062]伸縮量計(jì)算部30如表示伸縮量計(jì)算部30的更詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖2所示還具備第一伸縮量計(jì)算部30a和第二伸縮量計(jì)算部30b。伸縮量計(jì)算部30形成為根據(jù)判斷部28的判斷結(jié)果有選擇地使第一伸縮量計(jì)算部30a和第二伸縮量計(jì)算部30b中的某一個(gè)進(jìn)行動(dòng)作。具體地說(shuō)，在判斷部28中判斷為張力T22作用于正的方向、即滾珠螺桿100的伸長(zhǎng)方向的情況下，第一伸縮量計(jì)算部30a根據(jù)從第一支架108至載置臺(tái)106為止之間的距離L11、從第一支架108至第二支架110為止之間的距離L1、以及由轉(zhuǎn)矩指令制作部20制作出的轉(zhuǎn)矩指令來(lái)計(jì)算滾珠螺桿100的伸縮量。第一伸縮量計(jì)算部30a按照上述式(13)來(lái)計(jì)算滾珠螺桿100的伸縮量。
[0063]另一方面，在判斷部28中判斷為張力T22作用于負(fù)的方向、即滾珠螺桿100的收縮方向的情況下，第二伸縮量計(jì)算部30b根據(jù)從第一支架108至載置臺(tái)106為止之間的距離L11、以及由轉(zhuǎn)矩指令制作部20制作出的轉(zhuǎn)矩指令來(lái)計(jì)算滾珠螺桿100的伸縮量。第二伸縮量計(jì)算部30b按照上述式(16)來(lái)計(jì)算滾珠螺桿100的伸縮量。
[0064]由伸縮量計(jì)算部30計(jì)算出的伸縮量被送出至位置校正量計(jì)算部32。位置校正量計(jì)算部32根據(jù)考慮了施加給滾珠螺桿100的預(yù)張力的影響的滾珠螺桿100的伸縮量，計(jì)算位置校正量，該位置校正量用于校正與對(duì)進(jìn)給軸的位置指令相關(guān)聯(lián)的對(duì)伺服馬達(dá)120的位置指令，將計(jì)算值送出至加法器36。
[0065]接著，參照?qǐng)D3說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的伺服控制裝置的處理。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的伺服控制裝置的處理的流程圖。
[0066]當(dāng)伺服控制裝置10例如接收指令信號(hào)將載置臺(tái)106定位到預(yù)定的位置時(shí)，位置指令制作部12被啟動(dòng)而制作出對(duì)伺服馬達(dá)120的位置指令(步驟S101)。然后，根據(jù)從位置指令制作部12送出位置指令以及從位置檢測(cè)部14送出的位置檢測(cè)值，通過(guò)速度指令制作部16制作出對(duì)伺服馬達(dá)120的速度指令(步驟S102)。接著，根據(jù)從速度指令制作部16送出的速度指令以及從速度檢測(cè)部18送出的速度檢測(cè)值，轉(zhuǎn)矩指令制作部20制作出對(duì)伺服馬達(dá)120的轉(zhuǎn)矩指令(步驟S103)。從上述步驟SlOl至步驟S103為止的處理直接應(yīng)用在伺服馬達(dá)120的動(dòng)作控制中通常執(zhí)行處理。
[0067]接著，根據(jù)移動(dòng)體位置檢測(cè)部22的檢測(cè)信息獲取到相對(duì)于伺服馬達(dá)120配置在近端的第一支架108與載置臺(tái)106之間的距離Lll (步驟S104)。如上所述，能夠利用與伺服馬達(dá)120相關(guān)聯(lián)的編碼器122的檢測(cè)值或者利用檢測(cè)載置臺(tái)106的位置的位置傳感器獲取載置臺(tái)106的位置。另外，通過(guò)熱變形量計(jì)算部24計(jì)算出滾珠螺桿100的熱變形量(步驟S105)。例如考慮伺服馬達(dá)120的動(dòng)作狀態(tài)來(lái)估計(jì)在步驟S105中計(jì)算出的熱變形量。
[0068]接著，通過(guò)張力計(jì)算部26計(jì)算出相對(duì)于伺服馬達(dá)120配置在遠(yuǎn)端的第二支架110側(cè)施加給滾珠螺桿100的張力T22(步驟S106)。張力計(jì)算部26根據(jù)(a)從第一支架108至載置臺(tái)106為止之間的距離L11、(b)從第一支架108至第二支架110為止之間的距離L1、(c)由熱變形量計(jì)算部24計(jì)算出的熱變形量以及⑷通過(guò)式(15)根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算出的力F，通過(guò)式(9)計(jì)算出張力T22。在此，通過(guò)根據(jù)熱變形量計(jì)算部24計(jì)算出的熱變形量而調(diào)整后的值來(lái)替換不對(duì)滾珠螺桿100施加張力的狀態(tài)下的長(zhǎng)度L0。
[0069]接著，根據(jù)由張力計(jì)算部26計(jì)算出的張力T22來(lái)判斷張力T22的作用方向。SP，由判斷部28判斷張力T22是否作用于使?jié)L珠螺桿100伸長(zhǎng)的方向(步驟S107)。
[0070]在驟S107中，在判斷為張力T22作用于伸長(zhǎng)方向的情況下，進(jìn)入到步驟S108，通過(guò)伸縮量計(jì)算部30計(jì)算滾珠螺桿100的伸縮量。具體地說(shuō)，伸縮量計(jì)算部30的第一伸縮量計(jì)算部30a根據(jù)(e)從第一支架108至載置臺(tái)106為止之間的距離Lll、(f)從第一支架108至第二支架110為止之間的距離LI以及(g)通過(guò)式(15)根據(jù)由轉(zhuǎn)矩指令制作部20制作出的轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算出的力F，通過(guò)式(13)計(jì)算滾珠螺桿100的伸縮量(步驟S108)。
[0071]在步驟S107中，在判斷為張力T22作用于與伸長(zhǎng)方向相反的方向的情況下，進(jìn)入到步驟S109，通過(guò)伸縮量計(jì)算部30計(jì)算出滾珠螺桿100的伸縮量。具體地說(shuō)，伸縮量計(jì)算部30的第二伸縮量計(jì)算部30b根據(jù)(h)從第一支架108至載置臺(tái)106為止之間的距離Lll以及(i)通過(guò)式(15)根據(jù)由轉(zhuǎn)矩指令制作部20制作出的轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算出的力F，通過(guò)式
(16)來(lái)計(jì)算滾珠螺桿100的伸縮量(步驟S109)。
[0072]然后，根據(jù)在步驟S108或者步驟S109中計(jì)算出的滾珠螺桿100的伸縮量，通過(guò)位置校正量計(jì)算部32計(jì)算出對(duì)滾珠螺桿100的進(jìn)給軸的位置校正量(步驟S110)。在步驟SllO中計(jì)算出的位置校正量被送出至加法器36，被組入到對(duì)伺服馬達(dá)120的位置指令與檢測(cè)位置之間的誤差即位置偏差量。
[0073]這樣，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的伺服控制裝置10，在考慮了作用于滾珠螺桿100的張力的基礎(chǔ)上來(lái)算出滾珠螺桿100的伸縮量，因此能夠更準(zhǔn)確地定位滾珠螺桿100的進(jìn)給軸。即，滾珠螺桿100加速或者減速時(shí)的滾珠螺桿的伸縮量根據(jù)作用于滾珠螺桿100的張力而發(fā)生變化。根據(jù)本實(shí)施方式，即使在這種情況下也能夠?qū)嵤L珠螺桿100的位置校正。另外，即使在滾珠螺桿100的伸縮量根據(jù)伺服馬達(dá)120與移動(dòng)體(載置臺(tái)106)之間的距離局部變化的情況下，也能夠?qū)L珠螺桿100的進(jìn)給軸進(jìn)行位置校正。并且，根據(jù)本實(shí)施方式，即使在滾珠螺桿100加速或者減速期間的任意時(shí)刻，也能夠?qū)L珠螺桿100的進(jìn)給軸進(jìn)行位置校正。
[0074]發(fā)明的效果
[0075]根據(jù)本申請(qǐng)的發(fā)明所涉及的伺服控制裝置，在考慮作用于滾珠螺桿的張力的影響的基礎(chǔ)上計(jì)算出滾珠螺桿的伸縮量。因而，能夠防止由作用于滾珠螺桿的張力引起進(jìn)給軸產(chǎn)生定位誤差。
[0076]以上，說(shuō)明了本發(fā)明的各種實(shí)施方式，但是在本說(shuō)明書(shū)中任意地組合明示或者暗示地公開(kāi)的實(shí)施方式的特征來(lái)實(shí)施本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也是顯而易見(jiàn)的。另夕卜，使用本發(fā)明的例示的實(shí)施方式來(lái)圖示和說(shuō)明了本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解上述方案或者進(jìn)行各種變更、省略、追加。
【權(quán)利要求】
1.一種伺服控制裝置(10)，對(duì)經(jīng)由滾珠螺桿(100)將伺服馬達(dá)(120)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)體的直線運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給軸(102)進(jìn)行控制，其特征在于， 上述滾珠螺桿(100)通過(guò)第一固定部(108)以及第二固定部(110)來(lái)支承兩端，其中，上述第一固定部(108)配置在該滾珠螺桿(100)的、相對(duì)于上述伺服馬達(dá)(120)的近端的端部(102a)，上述第二固定部(110)配置在上述滾珠螺桿(100)的、與上述近端的端部(102a)相反側(cè)的端部(102b), 伺服控制裝置(10)具備: 位置指令制作部(12)，其制作與上述進(jìn)給軸(102)的位置相關(guān)聯(lián)的位置指令； 轉(zhuǎn)矩指令制作部(20)，其制作上述伺服馬達(dá)(120)的轉(zhuǎn)矩指令； 熱變形量計(jì)算部(24)，其計(jì)算上述滾珠螺桿(100)的熱變形量； 張力計(jì)算部(26)，其根據(jù)從上述第一固定部(108)至上述第二固定部(110)為止之間的距離(LI)、從上述第一固定部(108)至上述移動(dòng)體(106)為止之間的距離(L11)、由上述熱變形量計(jì)算部(24)計(jì)算出的上述熱變形量、以及由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部(20)制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令，來(lái)計(jì)算作用于上述第二固定部(110)的張力(T22)； 伸縮量計(jì)算部(30)，其根據(jù)由上述張力計(jì)算部(26)計(jì)算出的上述張力(T22)、從上述第一固定部(108)至上述第二固定部(110)為止之間的距離(LI)、從上述第一固定部(108)至上述移動(dòng)體(106)為止之間的距離(L11)、以及由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部(20)制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令，來(lái)計(jì)算上述伺服馬達(dá)(120)的動(dòng)作過(guò)程中的上述滾珠螺桿(100)的伸縮量；以及 位置校正量計(jì)算部(32)，其根據(jù)由上述伸縮量計(jì)算部(30)計(jì)算出的上述伸縮量來(lái)計(jì)算位置校正量，該位置校正量校`正與上述進(jìn)給軸(102)的位置相關(guān)聯(lián)的上述位置指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制裝置(10)，其特征在于， 所述伺服控制裝置(10)還具備:判斷部(28)，其判斷由上述張力計(jì)算部(26)計(jì)算出的上述張力(T22)是作用于使上述滾珠螺桿(100)伸長(zhǎng)的伸長(zhǎng)方向還是作用于使上述滾珠螺桿(100)收縮的方向， 并且，上述伸縮量計(jì)算部(30)還具備: 第一伸縮量計(jì)算部(30a)，其在上述判斷部(28)判斷為上述張力(T22)作用于伸長(zhǎng)方向的情況下，根據(jù)從上述第一固定部(108)至上述移動(dòng)體(106)為止之間的距離(L11)、從上述第一固定部(108)至上述第二固定部(110)為止之間的距離(LI)、以及由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部(20)制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令，來(lái)計(jì)算上述滾珠螺桿(100)的伸縮量；以及 第二伸縮量計(jì)算部(30b)，其在上述判斷部(28)判斷為上述張力(T22)作用于收縮方向的情況下，根據(jù)從上述第一固定部(108)至上述移動(dòng)體(106)為止之間的距離(L11)、以及由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部(20)制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令，來(lái)計(jì)算上述滾珠螺桿(100)的伸縮量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的伺服控制裝置(10)，其特征在于， 上述第一伸縮量計(jì)算部(30a)通過(guò)將以下部分的積乘以預(yù)定的常數(shù)來(lái)計(jì)算上述滾珠螺桿(100)的伸縮量: 從上述第一固定部(108)至上述移動(dòng)體(106)為止之間的距離(Lll)； 從上述第一固定部(108)至上述第二固定部(110)為止之間的距離(L12)；將常溫下的上述滾珠螺桿(100)的全長(zhǎng)加上由上述熱變形量計(jì)算部(24)計(jì)算出的上述熱變形量的值得到的相加距離；以及 由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部(20)制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的伺服控制裝置(10)，其特征在于， 上述第二伸縮量計(jì)算部(30b)通過(guò)將以下部分的積乘以預(yù)定的常數(shù)來(lái)計(jì)算上述滾珠螺桿(100)的伸縮量: 從上述第一固定部(108)至上述移動(dòng)體(106)為止之間的距離(Lll);以及 由上述轉(zhuǎn)矩指令制作部(20)制作出的上述轉(zhuǎn)矩指令。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中的任一項(xiàng)所述的伺服控制裝置(10)，其特征在于， 從上述第一固定部(108)至上述第二固定部(110)為止之間的距離大于常溫下的上述滾珠螺桿(100)的上述全長(zhǎng)(LO)， 上述滾珠螺桿(100)被上述第一固定部(108)和上述第二固定部(110)固定成:在上述滾珠螺桿(100)伸長(zhǎng)的方向上變形自如并且在上述滾珠螺桿(100)收縮的方向上不能變形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中的任一項(xiàng)所述的伺服控制裝置(10)，其特征在于， 上述熱變形量計(jì)算部(24)根據(jù)每單位時(shí)間的平均速度來(lái)計(jì)算上述滾珠螺桿(100)的熱變形量。
【文檔編號(hào)】G05D3/12GK103792955SQ201310520686
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月30日
【發(fā)明者】巖下平輔, 高山賢一, 豬飼聰史 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社