專利名稱：驅(qū)動絲杠的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絲杠驅(qū)動領(lǐng)域。它對于安裝在高分辯力雕刻系統(tǒng)中的絲杠驅(qū)動器有特別的用途。在這種系統(tǒng)中，一個雕刻觸針可以裝在一個支架上，該支架由一絲杠攜帶沿一線性路徑移動，與一轉(zhuǎn)動圓筒(例如一凹版雕刻圓筒)表面保持雕刻接觸。本發(fā)明也適用于以高能激光完成切削的雕刻系統(tǒng)。
所提供的絲杠帶有一長螺旋螺紋，它通過一個帶螺紋的螺母。絲杠的支持方式是它能自由轉(zhuǎn)動但沒有任何軸向運動。螺母被固定成不能轉(zhuǎn)動，但可以沿絲杠軸向自由運動。一個工作頭固定在螺母上，從而當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動時工作頭沿軸向運動。絲杠可以由一馬達組件來驅(qū)動，該馬達組件響應(yīng)電子脈沖，并對每個所加脈沖轉(zhuǎn)動一個確定的角增量。
當(dāng)應(yīng)用于本發(fā)明所考慮的精確的應(yīng)用時，絲杠必須有極其精確的螺距。絲杠中的小螺距誤差會使工作頭相對于工作件的位置產(chǎn)生相應(yīng)的誤差。有時這種誤差帶有周期性，另一些時候這種誤差基本上是局部性的。這些誤差可能是突然發(fā)生的也可能是逐漸積累的。在任何情況下它們都會造成不可接受的工作件。
在以往工藝的雕刻系統(tǒng)中采用能得到的最精確(因而是昂貴的)的絲杠，而且只有不能被機器從絲杠上排出的允許誤差(公差)。使用主軸角反饋不能解決這一問題，因為工作頭位置不是被測主軸角的線性函數(shù)。
所以，可以看出需要一種絲杠驅(qū)動裝置，它能以改進的精度放置工作頭。更具體地說，需要一種絲杠驅(qū)動器，它在被命令的絲杠純轉(zhuǎn)動角和響應(yīng)的工作頭軸向位置之間有線性關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明，用于精確應(yīng)用的絲杠被映象，最好是以干涉儀來建立一系列純轉(zhuǎn)動角的螺距誤差。準(zhǔn)備好相應(yīng)的增量校正表并存于存儲器裝置中。然后該存儲器裝置結(jié)合到絲杠驅(qū)動控制系統(tǒng)中，并用于調(diào)整絲杠定位命令。
在系統(tǒng)操作過程中，一個命令發(fā)生器(它可以是一個外部設(shè)備)產(chǎn)生一個原始命令信號，它由一系列可能是規(guī)則計時的命令脈沖。這些脈沖的產(chǎn)生頻率是對于無誤差絲杠控制轉(zhuǎn)動角所需要的頻率。這些脈沖加到脈沖處理器，也加到一個轉(zhuǎn)動角計數(shù)器，它跟蹤絲杠的純命令轉(zhuǎn)動角并產(chǎn)生從存儲器裝置中讀取一系列增量校正值的地址。脈沖處理器把這些增量校正值加到原始命令上從而產(chǎn)生一個校正的命令信號。然后將這個校正的命令信號應(yīng)用于絲杠驅(qū)動控制系統(tǒng)。
這種校正是以連續(xù)增量方式進行的，其校正增量是絲杠驅(qū)動器運動的最小增量。這樣，誤差便永遠不會大于最小、運動增量，也不需要對施加的校正進行任何計算，即對于所希望的位置不需要任何對校正數(shù)據(jù)的內(nèi)差或求和。這種校正方法不需要知道運動的目標(biāo)。這種校正是增量/減量性的；在校正表中不保留誤差值。這樣便減小了校正表的大小，或者說，使一個有限大小的存儲器能存儲較大量校正值的全部必須的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)條目可以校正由下列原因?qū)е碌慕z杠誤差螺紋導(dǎo)程周期誤差、偏離圓度、由于彎曲或安裝非同心引起的指示性偏轉(zhuǎn)、以及更典型的絲杠誤差。
不是每個命令脈沖都需要調(diào)整。給定一個絲杠誤差累積斜率1/N，只有每N個命令脈沖時需要有一次調(diào)整。這使校正表的大小可以減小大約N倍。在最佳實施例中，27256 EPROM可編程只讀存儲器允許沿絲杠有65536個校正位置。對于行程達256英寸的絲杠和每英寸4周的螺距，絲杠的每一周可以有64次校正。與螺旋單個轉(zhuǎn)動有關(guān)的誤差可以被校正。
校正表來源于可以通過干涉儀測量建立的誤差表。這種測量可以對絲杠本身進行，也可對該絲杠驅(qū)動的系統(tǒng)進行。在后一種情況中，校正表條目可以校正由其他系統(tǒng)部件產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差以及歸因于絲杠的那些誤差。本發(fā)明的校正精度只受限于絲杠運動的可重復(fù)性。在每次絲杠螺母通過絲杠的一個區(qū)間時都同樣出現(xiàn)的那些誤差將被正確地消除。
在最佳實施例中，來自存儲器裝置的增量校正被轉(zhuǎn)換成ADDPULSE(加脈沖)和DELETE PULSE(刪除脈沖)信號。當(dāng)既沒有ADD PULSE也沒有DELETE PULSE信號存在時，使用未校正的原始命令驅(qū)動絲杠。ADDPULSE信號使一個額外的脈沖加到被調(diào)整的命令信號中，而DELETE PULSE信號使一個原始命令脈沖被鎖住，使其不能加入到被調(diào)整的命令信號中。
在馬達驅(qū)動系統(tǒng)中，出現(xiàn)在被調(diào)整命令信號中的命令脈沖被加到一個UP/DOWN(上/下)誤差計數(shù)器。該誤差計數(shù)器也接收來自與絲杠相連的主軸編碼器的位置反饋脈沖，并產(chǎn)生一個差值計數(shù)來控制一個絲杠驅(qū)動馬達，最好是一個DC(直流)伺服馬達。在位置控制循環(huán)中的速度控制循環(huán)提供了速度平滑功能。
下面的詳細描述解釋最佳實施例的具體特點。然而應(yīng)該理解，其他結(jié)構(gòu)也是可行的。例如，位置計數(shù)器可以與主軸角編碼器相連而不與原始命令脈沖源相連。再有，校正脈沖可以加到位置反饋信號上或直接加到位置差計數(shù)上。
所以，本發(fā)明的一個目標(biāo)是改進一個雕刻系統(tǒng)的絲杠的軸向位置精度。
本發(fā)明的另一目的是校正絲杠驅(qū)動脈沖序列以得到工作頭的平滑的、可控制的速度響應(yīng)。
本發(fā)明的其他和進一步的目的及優(yōu)點將由結(jié)合附圖所作的下列描述中清楚地看出。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的絲杠控制系統(tǒng)的方框圖。
圖2是數(shù)據(jù)選擇器和可編程只讀存儲器之間相互連接的示意圖。
圖3是脈沖處理器示意圖。
圖4是脈沖處理器的時序圖。
圖5是產(chǎn)生絲杠校正表的一種結(jié)構(gòu)安排的示意圖。
根據(jù)本發(fā)明的一個驅(qū)動絲杠32的控制系統(tǒng)一般地可用圖1表示。這樣，原始命令信號形式的一個參考信號可以由命令發(fā)生器10產(chǎn)生并在線11上攜帶。原始命令信號由一個脈沖列組成，它們由脈沖處理器12處理，在線15上產(chǎn)生一個校正的命令信號。然后，這個校正的信號被用于控制螺旋螺母12內(nèi)的絲杠32的轉(zhuǎn)動，而該螺母是固定于工作頭34的。脈沖處理器12調(diào)整原始命令信號，從而補償絲杠螺距角誤差。結(jié)果，在由原始命令指定的純轉(zhuǎn)動角和結(jié)果造成的工作頭34軸向位置之間存在一個線性關(guān)系。在這方面應(yīng)該理解的是，絲杠32的純轉(zhuǎn)動角是在來自命令發(fā)生器10的預(yù)定個數(shù)脈沖被脈沖處理器12校正之后發(fā)生的總轉(zhuǎn)動。
被調(diào)整的命令信號通過線15加到UP/DOWN(上/下)計數(shù)器16形式的位置比較器上。計數(shù)器16對線15上的命令脈沖計數(shù)，并減掉由主軸角編碼器28在線17上產(chǎn)生的反饋脈沖數(shù)。結(jié)果得到的累積計數(shù)是數(shù)字格式的位置誤差。這個位置誤差被用于驅(qū)動絲杠馬達。應(yīng)該注意的是該位置誤差迅速穩(wěn)定下來，達到一個常速度下的常數(shù)。所以位置“誤差”不產(chǎn)生雕刻誤差。它只是一個穩(wěn)態(tài)延遲，由數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器18轉(zhuǎn)換成模擬形式。
該模擬誤差由放大器20放大。然而，放大器20可由一個積分器代替，從而使位置誤差信號可以減小到接近于零值而仍然保持一個顯著的絲杠驅(qū)動信號。被放大的位置誤差(或被積分的位置誤差)加到一個差分放大器22上。這個差分放大器把位置誤差與速度計26產(chǎn)生的速度反饋信號相比較，放大這個差值并向馬達24提供一個驅(qū)動信號。最好是，馬達24為一個DC(直流)伺服馬達。所以該系統(tǒng)是作為一個鎖相速度控制器而運轉(zhuǎn)的。然而，由于相位傳感是由計數(shù)器16實現(xiàn)的，所以相位誤差可以大于360℃而不損失計數(shù)，即使該系統(tǒng)很快速地加速也是如此。這一點很重要，因為失掉脈沖會累積并產(chǎn)生工作頭對準(zhǔn)誤差。
最好是使誤差放大器20具有一個調(diào)諧電路(圖中未畫出)，它適應(yīng)于根據(jù)速度計26給出的速度范圍來調(diào)節(jié)放大器的操作。再有，最好是速度計包括調(diào)節(jié)速度計信號振幅的裝置，從而避免由于人工轉(zhuǎn)動造成的高速操作情況下出現(xiàn)差分放大器飽和。人工轉(zhuǎn)動是由一組輸入實現(xiàn)的，這組輸入(未畫出)提供一個以可調(diào)頻率輸入脈沖的替代源。驅(qū)動脈沖頻率控制允許一種呈直線上升(ramp)的動作，從而允許對小運動和大運動二者的控制。
馬達24轉(zhuǎn)動與絲杠32相連的主軸30，該絲杠可以配一個螺絲螺母31。螺母31支持一個工作頭34，工作頭34可以包括一個雕刻觸針。這樣，雕刻控制信號可以在線33上提供給工作頭34。雕刻是對另一驅(qū)動馬達79驅(qū)動的轉(zhuǎn)動圓筒式工作件77的表面進行的。在本最佳實施例中命令發(fā)生器10由裝在工作件77的驅(qū)動器上的一個編碼器構(gòu)成，從而使原始命令脈沖的產(chǎn)生與工作件的轉(zhuǎn)動同步。
該系統(tǒng)還包括一個24位轉(zhuǎn)動角計數(shù)器42，它與線11相連以接收由命令發(fā)生器10產(chǎn)生的原始命令信號。計數(shù)器42對原始命令信號中的脈沖計數(shù)，以在地址線45上產(chǎn)生一個純轉(zhuǎn)動位置信息。如下文中結(jié)合圖2更詳細描述的那樣，24位計數(shù)的高15位被直接傳送給PROM(可編程只讀存儲器)44。第16位被傳送給一個奈伯爾(nybble)選擇器102，從而使線45有效地攜帶存于PROM 44的線性化校正表的16位地址。這些線性化校正值代表絲杠32的純角轉(zhuǎn)動與具有螺母31在其同一軸向位置的相應(yīng)無誤差絲杠純角轉(zhuǎn)動二者之間的增量差。
在PROM 44中的增量校正被列表，作為純角轉(zhuǎn)動的函數(shù)，于是在線45上的信號使PROM 44在數(shù)據(jù)線47上產(chǎn)生數(shù)據(jù)以指示對原始命令信號的適當(dāng)校正。線47上的校正值被一數(shù)據(jù)選擇電路46解碼，這一操作與電路46接收的通過線49來自計數(shù)器42的計數(shù)同步。
數(shù)據(jù)選擇電路46在線13上產(chǎn)生一系列“ADD(加)”脈沖；在線14上產(chǎn)生一系列“DELETE(刪除)”脈沖。這些脈沖被送到脈沖處理器12。對于線13上的每個脈沖，脈沖處理器12向線11上的原始脈沖信號增加一個脈沖。對線14上的每個脈沖，脈沖處理器12從原始命令信號中刪除一個脈沖。因為PROM 44和多路轉(zhuǎn)換器102由24位計數(shù)器的高階16位尋址，所以對于線17上的每256個反饋脈沖才在線47上發(fā)生一次數(shù)據(jù)變化。
圖1中的控制系統(tǒng)還包括一個誤差檢測電路40，用于檢測控制系統(tǒng)故障。誤差檢測電路40的操作細節(jié)對于理解本發(fā)明不是必須的。在這一點上只要說明塊40的電路接收線35上的支架索引信號就足夠了，這個信號是由傳感器36產(chǎn)生的，放置該傳感器是為了檢測工作頭34達到它的一次沖程末端時的狀態(tài)。另一個傳感器38在每次絲杠在其轉(zhuǎn)動周期內(nèi)達到頂端死中心時感知絲紅32上的一個標(biāo)記。數(shù)據(jù)選擇電路46在線41上傳送一個同步確認信號。誤差檢測電路40將線41上的信號與線37和35上的信號加以比較，以檢測誤差狀態(tài)。電路40還產(chǎn)生計數(shù)器42復(fù)位命令。當(dāng)工作頭34開始一個新的沖程時該命令被傳送到線43上。
PROM 44和數(shù)據(jù)選擇電路46的細節(jié)示于圖2。如前面所指出的那樣，PROM 44被連接成通過15根線45從計數(shù)器42接收高階15位。線45的作用是為PROM 44提供一個地址。以線45上的每個新地址，PROM44讀出一個8位代碼放在線47上。線47上的代碼被送到數(shù)據(jù)選擇電路46的nybble選擇器102。
來自PROM 44的8位輸出被組織成兩組，每組4位。每組由ADD(加)位、DELETE(刪)位、SYNC(同步)位及SPARE(備用)位組成。當(dāng)為向原始命令信號加一個脈沖的時刻，ADD位達到HI(高)。當(dāng)在要刪除一個脈沖的時刻，DELETE位達到HI(高)。而當(dāng)每次絲杠預(yù)期位于其轉(zhuǎn)動參考位置時，SYNC位達到HI(高)。所以，SYNC位提供了手段，用于檢測絲杠轉(zhuǎn)動角和當(dāng)前查表地址之間的錯位。
如前文所指出的那樣，來自PROM 44的校正代碼對計數(shù)器42的256個計數(shù)保持固定不變。這意味著在原始命令信號中256個脈沖區(qū)間內(nèi)只有一個可能被脈沖處理器12修正。然而，這是足夠的，因為通常需要實質(zhì)上超過256個計數(shù)才會原始命令信號中積累1個脈沖誤差。一旦系統(tǒng)感知了那個大小的誤差，線47上的信號便被校正以指出需要ADD脈沖或DELETE脈沖。因此，工作頭34的位置誤差絕不會大于增加或減去一個命令脈沖所校正的量。
奈伯爾選擇器102選擇線47上的正確的4位組，并將適當(dāng)?shù)腁DD或DELETE位分別送到線103、105上的ADD(與)門106、108。nybble選擇器102讀取線49上的信號來完成解碼，線49被連成接收線45上24位地址中的第9位。這一位是PROM中低于最小有效地址位的一位。結(jié)果PROM 44被從8位存儲裝置變換成4位存儲裝置并具有雙倍存儲地址。
脈沖發(fā)生器104與線114相連，線114上載有來自計數(shù)器42的24位計數(shù)中的第8位。這一位置上的計數(shù)變化啟動脈沖發(fā)生器104產(chǎn)生一個脈沖。這個脈沖是LO(低)行進并通過與門106鎖住ADD脈沖通道，通過與門108鎖住DELETE脈沖通道。這種鎖住狀態(tài)要持續(xù)足夠長時間，以保證完成從PROM 44通過奈伯爾選擇器102進行的數(shù)據(jù)傳送。
如圖3所示，通過線13將來自與門106的ADD命令提供給脈沖處理器12的觸發(fā)器202。來自與門108的DELETE命令提供給脈沖處理器12中的另一個觸發(fā)器210。線13和14上的脈沖被加到觸發(fā)器202和210的計時端，從而使被閂鎖的輸出端轉(zhuǎn)接到另一對觸發(fā)器204和212。線11上的原始命令脈沖被加到觸發(fā)器204和212的計時端。
當(dāng)觸發(fā)器204接收來自觸發(fā)器202的輸出時，它等待線11上再次發(fā)生命令脈沖觸發(fā)一個來自脈沖發(fā)生器的啟動等待周期用的脈沖。與此同時，觸發(fā)器202和204復(fù)位，等待下一個ADD脈沖。在等待周期末尾，另一個脈沖發(fā)生器208產(chǎn)生所希望的ADD脈沖。該ADD脈沖通過線209加到OR(或)門222，它向線15提供調(diào)整的命令信號。
原始命令信號還加到脈沖發(fā)生器216上，這個脈沖發(fā)生器216又與另一個脈沖發(fā)生器218相連，脈沖發(fā)生器216引起一個延遲，在此之后，線11上的原始命令脈沖由脈沖發(fā)生器218再生。再生的原始命令脈沖通過線219加到與門220，再通過線221加到或門222。與門220通常由脈沖發(fā)生器214的HI(高輸出“使能”。然而，當(dāng)脈沖發(fā)生器214被觸發(fā)時，它把—LO(低)信號送到線215上并使與門220暫時“無能”，并鎖住線219上的再生命令脈沖。
對脈沖發(fā)生器214的輸入信號通常為HI(高)。當(dāng)觸發(fā)器210接收一DELETE(刪除)脈沖請求時，它使能觸發(fā)器212。線11上的下一個脈沖設(shè)置觸發(fā)器212，從而使脈沖發(fā)生器214的輸入端由HI(高)變成LO(低)。這個變化觸發(fā)脈沖發(fā)生器214產(chǎn)生一個對與門220的鎖住脈沖，它進而刪除了在線219上由脈沖發(fā)生器218產(chǎn)生的一個串中的一個脈沖。觸發(fā)器210和212由向脈沖發(fā)生器214的HI/LO(高/低)輸入自動復(fù)位。
圖4給出的時序圖解釋脈沖處理器12的操作。如圖中所示，參考數(shù)字302代表脈沖發(fā)生器12在線11上接收的原始命令信號。參考數(shù)字320指示單個原始命令脈沖。線302被斷開以指示約256個脈沖的時間延遲，從而使能在一個圖中展示ADD(加)校正和DELETE(刪)校正。線304展示脈沖發(fā)生器218的輸出信號。在線304上顯示的是脈沖320的再生和被延遲的形式。
線306代表14上的信號。這個信號由DELETE(刪除)脈沖324組成。信號線308代表來自脈沖發(fā)生器214的輸出。這個信號有一個鎖住脈沖326，它是響應(yīng)線306上的脈沖324而產(chǎn)生的。
輸出線13上的信號由參考數(shù)字310表示。這個信號包括一個ADD(加)脈沖328。由參考數(shù)字312指示的信號代表脈沖發(fā)生器208的輸出。這個輸出包括一個新脈沖330，它比跟隨脈沖328的原始命令脈沖320延遲一個短的等待周期。線314代表被調(diào)整的命令信號314，它由再生脈沖332和一個增加的脈沖332a組成。參考數(shù)字333指示一個已被鎖住的脈沖。
圖5顯示產(chǎn)生PROM 44的裝置。如這里所示，絲杠32被裝在一個帶有固定桿408的固定架上。一個帶螺紋的螺母31被旋到絲杠32上。螺旋螺母31也有一個滑道(slide passage)，它接受桿408，從而使螺母31被固定不能轉(zhuǎn)動。然而，螺母31能響應(yīng)絲杠32的轉(zhuǎn)動而自由地沿軸線方向運動。
絲杠32由一馬達400轉(zhuǎn)動。當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動時，一個編碼器404觀察絲杠32端部上的一系列均勻分布的標(biāo)記402并產(chǎn)生標(biāo)記脈沖序列。這些脈沖被提供給計算機412，它產(chǎn)生一個滑動總數(shù)(runningtotal)。干涉儀410測量螺母31的運動并向計算機412提供一系列軸向位置測量值。計算機412與來自編碼器404的脈沖同步地讀取干涉儀測量值，并將測量的位置與一個完美無差的絲杠會產(chǎn)生的相應(yīng)值也進行比較。這些差值被列表并存于計算機412中。
在準(zhǔn)備好這個差值表之后，計算機412準(zhǔn)備好由列表增量和減量組成的相應(yīng)的校正表。增量和減量是這樣安排的，使它們的滑動總和等于差值表中相應(yīng)條目中列出的差值。每個被列表的增量代表的命令是向絲杠驅(qū)動信號中加一個脈沖，而每個列表的減量代表刪除一個脈沖命令。這個校正表，包括SYNC(同步)條目和SPARE(備用)條目一起加載到PROM 44中，作為24位被測純轉(zhuǎn)動位置的函數(shù)。
使用帶有校正表的PROM使能放松絲杠的精度性能指標(biāo)。有可能使用較低質(zhì)量/較低價格的絲杠來完成的同樣的作業(yè)。另一方面，也可能以所能得到的最好絲杠來得到更高質(zhì)量的產(chǎn)品。
盡管這里所描述的方法及使該方法生效的設(shè)備形式構(gòu)成了本發(fā)明的最佳實施例，應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于剛好是這種方法和設(shè)備形式，對方法和設(shè)備形式二者都可加以改變而不偏離所附權(quán)利要求中規(guī)定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動絲杠的裝置，包括接收以一系列命令脈沖形式構(gòu)成的原始命令脈沖的裝置，這些命令脈沖指出了所述絲杠純轉(zhuǎn)動位置中的命令增量變化序列，一個脈沖處理器被連接成接收與所述絲杠中螺距誤差相關(guān)連的增量校正信號，并造成所述命令脈沖序列的相應(yīng)調(diào)整，一個驅(qū)動馬達被連接成接收按前述調(diào)整過的命令脈沖序列，并與其相應(yīng)地轉(zhuǎn)動所述絲杠，一個位置計數(shù)器，用于產(chǎn)生與所述絲杠的被命令轉(zhuǎn)動位置相對應(yīng)的計數(shù)，以及存儲器裝置，被連接成按所述位置計數(shù)尋址并響應(yīng)尋址以讀出所述增量校正信號。
2.一個雕刻設(shè)備，包括第一馬達裝置用于使一圓筒狀工件圍繞其圓筒軸轉(zhuǎn)動，一個雕刻頭用于所述工件轉(zhuǎn)動過程中雕刻工件表面，帶螺紋的支持裝置用于使所述雕刻頭保持與所述表面接觸，一個絲杠沿平行于所述圓筒軸方向延伸，并與所述帶螺紋支持裝置螺紋耦合，第二馬達裝置響應(yīng)用于轉(zhuǎn)動所述絲杠的命令脈沖以引起所述雕刻頭沿所述方向移動，一個命令發(fā)生器用于與所述工件轉(zhuǎn)動同步地產(chǎn)生一系列輸入脈沖，以及控制裝置用于處理所述輸入脈沖并與其相應(yīng)地產(chǎn)生所述增量命令脈沖；在這一雕刻系統(tǒng)中對所述控制裝置的改進包括(a)一個位置計數(shù)器用于產(chǎn)生與所述絲杠的受命令轉(zhuǎn)動位置相對應(yīng)的位置計數(shù)，(b)存儲器裝置被連接成用于按所述位置計數(shù)尋址，并讀出與所述絲杠中螺距誤差相關(guān)的增量校正信號來響應(yīng)這一位置計數(shù)，以及(c)一個脈沖處理器被連接成接收所述輸入脈沖和所述增量校正信號，而且其結(jié)構(gòu)用于產(chǎn)生所述增量命令脈沖序列，該序列與所述輸入脈沖對應(yīng)但根據(jù)所述校正信號進行了校正。
3.一個雕刻設(shè)備，其組成是第一馬達裝置用于使一圓筒狀工件圍繞其圓筒軸轉(zhuǎn)動，一個雕刻頭用于在所述工件轉(zhuǎn)動過程中雕刻工件表面，帶螺紋的支持裝置用于使所述雕刻頭保持與所述表面接觸，一個絲杠沿平行于所述圓筒軸方向延伸并與所述帶螺紋支持裝置螺紋耦合，第二馬達裝置響應(yīng)用于轉(zhuǎn)動所述絲杠的命令脈沖以引起所述雕刻頭沿所述方向移動，一個命令發(fā)生器用于與所述工件轉(zhuǎn)動同步地產(chǎn)生一系列輸入脈沖，以及控制裝置用于處理所述輸入脈沖并與其相應(yīng)地產(chǎn)生所述增量脈沖；在這一雕刻系統(tǒng)中對所述控制裝置的改進包括主軸角編碼裝置用于與所述絲杠轉(zhuǎn)動同步地產(chǎn)生一系列反饋脈沖，速度反饋裝置，用于產(chǎn)生速度反饋信號以指示所述絲杠的轉(zhuǎn)動速度，差值計數(shù)器，用于接收所述增量命令脈沖和所述反饋脈沖，計數(shù)這二者的差值，并產(chǎn)生相應(yīng)的差值計數(shù)信號，位置計數(shù)器用于產(chǎn)生與所述絲杠的純轉(zhuǎn)動位置相對應(yīng)的位置計數(shù)，存儲器裝置，被連接成由所述位置計數(shù)尋址，并讀出與所述絲杠螺距誤差相關(guān)連的增量校正值以響應(yīng)所述位置計數(shù)，以及脈沖處理器，被連接成接收所述增量校正并使所述差值計數(shù)信號造成相應(yīng)的增量調(diào)整。
4.如權(quán)利要求3所述的改進，其中所述位置計數(shù)器被連接成由對所述輸入脈沖進行計數(shù)來產(chǎn)生所述位置計數(shù)。
5.一個雕刻設(shè)備，包括第一馬達裝置用于使一圓筒狀工件圍繞其圓筒軸轉(zhuǎn)動，一個雕刻頭用于在所述工件轉(zhuǎn)動過程中雕刻工件表面，帶螺紋的支持裝置用于使所述雕刻頭保持與所述表面接觸，一個絲杠沿平行于所述圓筒軸方向延伸并與所述帶螺紋支持裝置螺紋耦合，第二馬達裝置響應(yīng)用于轉(zhuǎn)動所述絲杠的命令脈沖以引起所述雕刻頭沿所述方向移動，一個命令發(fā)生器用于與所述工件轉(zhuǎn)動同步地產(chǎn)生一系列輸入脈沖，以及控制裝置用于處理所述輸入脈沖并與其相應(yīng)地產(chǎn)生所述增量脈沖；在這一雕刻系統(tǒng)中對所述控制裝置的改進包括主軸角編碼裝置用于與所述絲杠轉(zhuǎn)動同步地產(chǎn)生一系列反饋脈沖，差值計數(shù)器用于接收所述增量命令脈沖和所述反饋脈沖，計數(shù)這二者的差值，并產(chǎn)生相應(yīng)的差值計數(shù)信號，位置計數(shù)器用于產(chǎn)生與所述絲杠的純轉(zhuǎn)動位置相對應(yīng)的位置計數(shù)，存儲器裝置，被連接成由所述位置計數(shù)尋址，并讀出與所述絲杠螺距誤差相關(guān)連的增量校正值以響應(yīng)所述位置計數(shù)，以及脈沖處理器，被連接成接收所述增量校正并使所述差值計數(shù)信號造成相應(yīng)的增量調(diào)整。
6.如權(quán)利要求5的改進，其中所述脈沖處理器包括相應(yīng)于所述每個輸入脈沖產(chǎn)生一個所述增量命令脈沖的裝置，當(dāng)所述增量校正為第一預(yù)定類型時產(chǎn)生附加的增量命令脈沖的裝置，以及當(dāng)所述增量校正為不同于所述第一類型的第二預(yù)定類型時鎖住選定的增量命令脈沖的裝置。
7.如權(quán)利要求6的改進，其中所述位置計數(shù)器被連接成對所述輸入脈沖計數(shù)。
8.一種驅(qū)動絲杠的裝置，包括接收以一系列命令脈沖形式構(gòu)成的原始命令脈沖的裝置，這些命令脈沖指出了所述絲杠純轉(zhuǎn)動位置中的命令增量變化序列，主軸角編碼裝置，用于與所述絲杠轉(zhuǎn)動同步地產(chǎn)生一系列反饋脈沖，速度反饋裝置，用于產(chǎn)生速度反饋信號以指示所述絲杠的轉(zhuǎn)動速度，差值計數(shù)器，用于接收所述增量命令脈沖和所述反饋脈沖，計數(shù)這二者的差值，并產(chǎn)生相應(yīng)的差值計數(shù)信號，速度誤差發(fā)生器，用于產(chǎn)生一個速度誤差信號，該信號對應(yīng)于所述差值計數(shù)和所述速度反饋信號之間的差值，一個驅(qū)動馬達，被連接成接收所述速度誤差信號和與此對應(yīng)地轉(zhuǎn)動所述絲杠，位置計數(shù)器用于產(chǎn)生與所述絲杠的純轉(zhuǎn)動位置相對應(yīng)的位置計數(shù)，存儲器裝置，被連接成由所述位置計數(shù)尋址，并讀出與所述絲杠螺距誤差相關(guān)連的增量校正值以響應(yīng)所述位置計數(shù)，以及脈沖處理器，被連接成接收所述增量校正并使所述差值計數(shù)信號造成相應(yīng)的增量調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中所述位置計數(shù)器連接成由對所述命令脈沖計數(shù)來產(chǎn)生所述位置計數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述脈沖處理器被連接成增量地調(diào)整所述原始命令信號，以產(chǎn)生對所述差值計數(shù)信號的結(jié)果增量調(diào)整。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中所述脈沖處理器包括響應(yīng)所述增量校正而有選擇地對所述原始命令信號增加脈沖和從中刪去脈沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中所述存儲器裝置包括一個裝置可產(chǎn)生正型和負型校正脈沖分別對應(yīng)于所述絲杠的正型和負型螺距誤差，所述脈沖處理器包括一個用于在接受一個正型校正脈沖時對所述原始命令信號插入一個命令脈沖的裝置以及在收到一個負型校正脈沖時從所述原始命令信號中刪去一個命令脈沖的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，還包括一個數(shù)—模轉(zhuǎn)換器用于將所述差值計數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬量形式，并把模擬量形式的所述差值計數(shù)提供給所述速度誤差發(fā)生器。
14.一種驅(qū)動絲杠的裝置，包括接收以一系列命令脈沖形式構(gòu)成的原始命令脈沖的裝置，這些命令脈沖指出了所述絲杠純轉(zhuǎn)動位置中的命令增量變化序列，主軸角編碼裝置，用于與所述絲杠轉(zhuǎn)動同步地產(chǎn)生一系列反饋脈沖，位置計數(shù)器，被連接成對所述命令脈沖計數(shù)，并產(chǎn)生指示所述絲杠純轉(zhuǎn)動位置的位置計數(shù)，存儲器裝置，被連接成由所述位置計數(shù)尋址，并讀出與所述絲杠中螺距誤差相關(guān)連的增量ADD(加)校正和增量DELETE(刪除)校正，以響應(yīng)所述位置計數(shù)，脈沖處理器，被連接成對所述原始命令信號增加命令脈沖以響應(yīng)所述ADD(加)校正以及從所述原始命令信號中有選擇地刪除命令脈沖以響應(yīng)所述DELETE(刪除)校正，差值計數(shù)器，用于接收所述命令脈沖和所述反饋脈沖，對二者的差值計數(shù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的差值計數(shù)信號，以及驅(qū)動馬達，被連接成響應(yīng)所述差值信號來轉(zhuǎn)動所述絲杠。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，還包括速度反饋裝置，用于產(chǎn)生一個速度反饋信號以指示所述絲杠的轉(zhuǎn)動速度，以及速度誤差發(fā)生器，用于產(chǎn)生一個速度誤差信號，該信號對應(yīng)于所述差值計數(shù)信號和所述速度反饋信號之差值，并用于向所述驅(qū)動馬達提供所述速度誤差信號。
16.驅(qū)動一個絲杠的方法，其組成步驟是(1)對于所述絲杠的一系列純角轉(zhuǎn)動，測量絲杠的前進距離，(2)對每個所述前進距離，計算相應(yīng)的線性化純角轉(zhuǎn)動，(3)列表一系列增量校正，這些增量校正的滑動總和對應(yīng)于所述純角轉(zhuǎn)動和相應(yīng)線性化純角轉(zhuǎn)動之差，(4)產(chǎn)生對應(yīng)于所述絲杠希望角位置序列的角位置參考信號，(5)產(chǎn)生對應(yīng)于所述絲杠實際角位置序列的反饋信號，(6)產(chǎn)生一個對應(yīng)于上述的基準(zhǔn)信號與上述反饋信號之間的差值的位置誤差信號，(7)根據(jù)上述的增量校正值來調(diào)整上述的位置誤差信號，以及(8)根據(jù)上述位置誤差信號的調(diào)整值來被上述絲桿轉(zhuǎn)動。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括以下步驟(9)產(chǎn)生一個與上述絲桿的角旋轉(zhuǎn)速率相對應(yīng)的速率信號，(10)以上述的位置誤差信號中減去上述的速率信號。
全文摘要
本發(fā)明為一種絲桿驅(qū)動裝置，該裝置經(jīng)過校正，能夠消除凹孔誤差的影響。絲桿(32)被映射，以建立一個前進了同樣的軸向距離后的最佳絲桿的絲桿角度的誤差表。這些誤差被用來建立一個存貯在PROM(44)中的校正表。絲桿(32)工作期間，該校正表被用來調(diào)整絲桿的驅(qū)動信號。
文檔編號G05B19/18GK1118194SQ94191287
公開日1996年3月6日 申請日期1994年2月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月25日
發(fā)明者約漢·W·弗拉瑟, 科蒂斯·伍茲 申請人:俄亥俄電子刻板公司