具有修正滾珠絲杠的伸縮量的功能的伺服控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有修正滾珠絲杠的伸縮量的功能的伺服控制裝置。即使在滾珠絲杠上移動的移動體位于任何位置，都能夠高精度地控制該移動體的移動。伺服控制裝置具有：生成伺服電動機的位置指令值的位置指令生成部；根據(jù)該位置指令值和編碼器檢測出的位置檢測值生成伺服電動機的速度指令值的速度指令生成部；根據(jù)該速度指令值和編碼器檢測出的速度檢測值生成伺服電動機的轉(zhuǎn)矩指令值的轉(zhuǎn)矩指令生成部；以及根據(jù)從伺服電動機到在滾珠絲杠上螺合的螺母的距離和轉(zhuǎn)矩指令生成部生成的轉(zhuǎn)矩指令值，求出滾珠絲杠的伸縮量，根據(jù)該伸縮量計算螺母的位置修正量的位置修正量計算部。
【專利說明】具有修正滾珠絲杠的伸縮量的功能的伺服控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及伺服控制裝置，特別涉及控制使用滾珠絲杠把伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動的進給軸的伺服控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]—般，在使用滾珠絲杠的進給軸中，在使安裝在該進給軸上的移動體的移動方向反轉(zhuǎn)時,通過齒隙(機械的間隙)或者摩擦產(chǎn)生反轉(zhuǎn)動作的延遲。為修正該反轉(zhuǎn)時的延遲,通過對位置指令值給予與齒隙的量相當(dāng)?shù)奈恢眯拚?、對速度指令值給予用于補償通過該摩擦產(chǎn)生的延遲的速度修正量，能夠分別進行修正。另外，可以根據(jù)反轉(zhuǎn)方向(從+方向向一方向或者反之)適宜變更這些修正量。
[0003]使用滾珠絲杠的進給軸中的精度降低的原因，除了上述齒隙之外，還可以舉出滾珠絲杠向軸方向的伸縮，為進行考慮這點的修正而提倡利用轉(zhuǎn)矩的技術(shù)。例如在日本特開2000 - 172341號公報中，記載有“在根據(jù)從位置指令生成部輸出的位置指令值，進行反饋控制以及前饋控制，由此控制電動機發(fā)生的轉(zhuǎn)矩的控制系統(tǒng)中，因為構(gòu)成為在電動機發(fā)生的轉(zhuǎn)矩上或者在與該轉(zhuǎn)矩相當(dāng)?shù)男盘柹铣艘灶A(yù)定的常數(shù)后與位置指令值相加，所以通過對轉(zhuǎn)矩進行常數(shù)倍這樣簡單的操作，能夠通過電動機發(fā)生的轉(zhuǎn)矩以相當(dāng)于機械的剛性的彈簧伸縮的量修正對電動機的位置指令”。
[0004]另外在日本特開2004 - 187432號公報中，記載有“根據(jù)通過負荷模型推定出的軸扭曲量或者伸縮量，修正應(yīng)該減少軸扭曲量或者伸縮量的位置指令值”。
[0005]再有在日本特開2003 - 058213號公報中，記載有“在上述方式I到8中，負荷修正部9把彈簧常數(shù)(剛性)設(shè)為固定值K0，但是在彈簧常數(shù)依存負荷I的位置Θ I而變動的情況下，也可以構(gòu)成負荷修正部9把彈簧常數(shù)設(shè)為變量計算負荷轉(zhuǎn)矩修正值27的數(shù)值控制
盤晉”
目.ο
[0006]滾珠絲杠，通過來自在滾珠絲杠上螺合的螺母等移動體的反力在軸方向伸縮。在需要移動體的高精度的定位精度的情況下，也需要考慮該伸縮量，但是因為該伸縮量根據(jù)從伺服電動機到移動體的距離變化，所以根據(jù)移動體加減速(特別是反轉(zhuǎn))的位置而產(chǎn)生精度惡化的問題。例如，在把比較接近伺服電動機的位置作為基準(zhǔn)來求出位置修正量的情況下，在其附近能夠進行高精度的控制，但是在離伺服電動機比較遠的位置精度惡化。反之，在把離伺服電動機比較遠的位置作為基準(zhǔn)來求出位置修正量的情況下，在其附近能夠進行高精度的控制，但是在比較接近伺服電動機的位置精度惡化。
[0007]在日本特開2000 - 172341號公報中，在以與機械的剛性相當(dāng)?shù)膹椈缮炜s的量來修正對電動機的位置指令時，暗示把常數(shù)倍的轉(zhuǎn)矩加在位置指令值上的想法，但是不是進行考慮滾珠絲杠上的移動體的位置的修正。另外，在日本特開2004 — 187432號公報中，向負荷模型輸入位置檢測值和速度檢測值而得到位置推定值，但是在求出位置推定值時未考慮轉(zhuǎn)矩。
[0008]進而在日本特開2003 - 058213號公報中，記載了考慮彈簧常數(shù)依存負荷的位置變動的情況，把彈簧常數(shù)作為變量計算負荷轉(zhuǎn)矩的想法，但是未記載根據(jù)負荷的位置求出適當(dāng)?shù)奈恢眯拚吭诜答佒欣玫南敕ā?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的是提供一種伺服控制裝置，即使在滾珠絲杠上移動的移動體位于任何位置，都能夠高精度地控制該移動體的移動。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本申請發(fā)明提供一種伺服控制裝置，其使用在滾珠絲杠上連接的伺服電動機控制機床的進給軸，其中，具有:生成進給軸的位置指令值的位置指令生成部；檢測上述伺服電動機的角度位置的位置檢測部；根據(jù)上述位置指令生成部生成的位置指令值和上述位置檢測部檢測出的位置檢測值生成上述伺服電動機的速度指令值的速度指令生成部；檢測上述伺服電動機的速度的速度檢測部；根據(jù)上述速度指令生成部生成的速度指令值和上述速度檢測部檢測出的速度檢測值生成上述伺服電動機的轉(zhuǎn)矩指令值的轉(zhuǎn)矩指令生成部；根據(jù)上述滾珠絲杠的伸縮量計算在上述滾珠絲杠上螺合的移動體的位置修正量的位置修正量計算部，上述位置修正量計算部，根據(jù)從上述伺服電動機到上述移動體的距離和上述轉(zhuǎn)矩指令生成部生成的轉(zhuǎn)矩指令值，計算上述滾珠絲杠的伸縮量，根據(jù)計算出的上述滾珠絲杠的伸縮量計算上述位置修正量。
[0011]在優(yōu)選的實施方式中，伺服控制裝置還具有距離計算部，其使用上述伺服電動機的角度位置計算從上述伺服電動機到在上述滾珠絲杠上螺合的移動體的距離。此外，距離計算部，也可以把從伺服電動機到在滾珠絲杠上螺合的移動體的距離作為從滾珠絲杠的伺服電動機側(cè)的固定部到在上述滾珠絲杠上螺合的移動體的距離來計算。
[0012]在優(yōu)選的實施方式中，上述距離計算部，通過使用基于各結(jié)構(gòu)元件的尺寸預(yù)先規(guī)定上述移動體和上述伺服電動機之間的距離、與上述滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)角度位置的關(guān)系的參數(shù)，實時計算上述位置檢測部檢測出的上述伺服電動機的角度位置處的上述移動體與上述伺服電動機之間的距離。作為基于各結(jié)構(gòu)元件的尺寸預(yù)先規(guī)定的參數(shù)，可以設(shè)定滾珠絲杠的直徑、橫截面面積或者楊氏模量。
[0013]在優(yōu)選的實施方式中，上述位置修正量計算部，在從上述伺服電動機到上述移動體的距離上乘以上述轉(zhuǎn)矩指令值，進而乘以關(guān)于上述滾珠絲杠的第一系數(shù)，求出上述位置
修正量。
[0014]在優(yōu)選的實施方式中，上述位置修正量計算部，對在從上述伺服電動機到上述移動體的距離上乘以關(guān)于上述滾珠絲杠的第一系數(shù)而得的積，相加關(guān)于連結(jié)上述伺服電動機和上述滾珠絲杠的聯(lián)接器的第二系數(shù)，進而在得到的和上乘以轉(zhuǎn)矩指令值，求出位置修正量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]通過以下參照附圖對于優(yōu)選的實施方式的說明進一步明了本發(fā)明的上述或者其他的目的、特征以及優(yōu)點。
[0016]圖1是與用伺服電動機驅(qū)動的進給軸一起表示本發(fā)明的實施方式的伺服控制裝置的概要結(jié)構(gòu)的圖，
[0017]圖2是表示伺服控制裝置的處理的一例的流程圖，[0018]圖3是表示未應(yīng)用本申請發(fā)明以及齒隙修正的情況下的移動體的軌跡的一例的圖表，
[0019]圖4是表示不應(yīng)用本申請發(fā)明但是應(yīng)用齒隙修正的情況下的移動體的軌跡的一例的圖表，
[0020]圖5是表示應(yīng)用本申請發(fā)明以及齒隙修正的情況下的移動體的軌跡的一例的圖表，
[0021]圖6是表示螺母位于比較接近伺服電動機的位置的狀態(tài)的圖，
[0022]圖7是表示螺母位于比較遠離伺服電動機的位置的狀態(tài)的圖，
[0023]圖8是表示在工作臺上連結(jié)兩個螺母的例子的圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1表示本發(fā)明的伺服控制裝置的基本結(jié)構(gòu)。伺服控制裝置10是使用與滾珠絲杠12連接的伺服電動機14控制機床的進給軸的控制裝置。在圖示的例子中，滾珠絲杠12經(jīng)由聯(lián)接器16與伺服電動機14連結(jié)，通過伺服電動機14的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，使在滾珠絲杠12上螺合的螺母18等移動體在滾珠絲杠12上沿其軸方向移動。另外，假定在螺母18上連接工作臺20。伺服電動機14的旋轉(zhuǎn)角度位置以及旋轉(zhuǎn)角度，可以通過與伺服電動機14關(guān)聯(lián)的編碼器22等位置/速度檢測部檢測，檢測出的位置以及速度分別可以作為位置反饋以及速度反饋利用。
[0025]伺服控制裝置10具有:位置指令生成部24，用于遵照從未圖示的上位控制裝置或者外部輸入裝置等輸入的程序或者命令，生成伺服電動機14的位置指令值；速度指令生成部26，用于根據(jù)位置指令生成部24生成的位置指令值和編碼器22檢測出的位置檢測值(位置反饋值)生成伺服電動機14的速度指令值；轉(zhuǎn)矩指令生成部28，用于根據(jù)速度指令生成部26生成的速度指令值和編碼器22檢測出的速度檢測值(速度反饋值)生成伺服電動機14的轉(zhuǎn)矩指令值；和位置修正量計算部32，用于根據(jù)從伺服電動機14到在滾珠絲杠12上螺合的螺母18的距離和轉(zhuǎn)矩指令生成部28生成的轉(zhuǎn)矩指令值求出滾珠絲杠12的伸縮量，根據(jù)該伸縮量計算螺母18的位置修正量。另外，伺服控制裝置10還可以具有距離計算部30，用于使用伺服電動機14的位置，計算從伺服電動機14到滾珠絲杠12上的螺母18的距離L。
[0026]位置修正量計算部32，根據(jù)距離計算部30計算出的從伺服電動機14到螺母18的距離L、和轉(zhuǎn)矩指令生成部28生成的轉(zhuǎn)矩指令值計算滾珠絲杠12的伸縮量，根據(jù)計算出的滾珠絲杠12的伸縮量計算位置的修正量。下面說明其細節(jié)。
[0027]圖2是說明使用伺服控制裝置10進行對于伺服電動機14的指令的修正的處理的一例的流程圖。首先在步驟SI，上述的位置指令生成部24生成進給軸的位置指令值。接著在步驟S2，使用編碼器22等位置檢測部檢測伺服電動機14的位置反饋值。進而在步驟S3，上述的速度指令生成部26根據(jù)位置指令生成部24生成的位置指令值和編碼器22檢測出的位置反饋值生成用于伺服電動機14的速度指令值。
[0028]接著在步驟S4，使用編碼器等速度檢測部檢測伺服電動機14的速度反饋值，進而在步驟S5，上述轉(zhuǎn)矩指令生成部28根據(jù)速度指令生成部26生成的速度指令值和編碼器22檢測出的速度反饋值生成用于伺服電動機14的轉(zhuǎn)矩指令值。[0029]接著在步驟S6，上述距離計算部30計算從伺服電動機14到螺母18的距離。例如，通過使用基于聯(lián)接器16、滾珠絲杠12以及螺母18等各結(jié)構(gòu)元件的尺寸等預(yù)先規(guī)定滾珠絲杠12上的螺母18 (的代表點)和伺服電動機14 (的代表點)之間的距離L (參照圖1)、與伺服電動機14的旋轉(zhuǎn)角度位置(或者滾珠絲杠12的旋轉(zhuǎn)角度位置)的關(guān)系的參數(shù)(例如滾珠絲杠12的直徑、橫截面面積或者楊氏模量)，能夠?qū)崟r計算編碼器22檢測出的伺服電動機14的旋轉(zhuǎn)角度位置處的距離L?；蛘呔嚯x計算部30，也可以代替從伺服電動機14到螺母18的距離，計算從位于伺服電動機側(cè)的滾珠絲杠12的固定部到螺母18的距離。接著在步驟S7，根據(jù)在步驟S6計算出的距離L、和轉(zhuǎn)矩指令生成部28生成的轉(zhuǎn)矩指令值，計算滾珠絲杠12的軸方向的伸縮量，進而根據(jù)需要計算由于聯(lián)接器16的旋轉(zhuǎn)方向的扭曲而經(jīng)由滾珠絲杠12產(chǎn)生的螺母18的定位誤差量。下面說明其計算方法。
[0030]在與工作臺20連結(jié)的螺母18通過伺服電動機14的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩在滾珠絲杠12上移動的情況下，通過來自螺母18的反力，軸方向的壓縮力或者拉伸力作用，成為滾珠絲杠12中與從伺服電動機14 (聯(lián)接器16)到螺母18的距離L相當(dāng)?shù)牟糠?。因此，?dāng)設(shè)與距離L相當(dāng)?shù)牟糠值臐L珠絲杠12的楊氏模量為E時，下式(I)成立。式中，k是與滾珠絲杠12的距離L相當(dāng)?shù)牟糠值膹椈沙?shù)，S是滾珠絲杠12的徑向的橫截面面積。
[0031]K=E.S/L(I)
[0032]伺服電動機14的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T和滾珠絲杠12的伸縮量ε I的關(guān)系可以用下式(2)求出。式中，α I以及α I’是關(guān)于滾珠絲杠12的第一系數(shù)，具體說可以根據(jù)滾珠絲杠12的楊氏模量以及徑向的橫截面面積等求出?；蛘擀?I以及α I’也可以用實驗方式求出。
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種伺服控制裝置(10)，其使用在滾珠絲杠(12)上連接的伺服電動機(14)控制機床的進給軸，其特征在于， 具有: 生成進給軸的位置指令值的位置指令生成部(24)； 檢測上述伺服電動機(14)的角度位置的位置檢測部(22)； 根據(jù)上述位置指令生成部(24)生成的位置指令值和上述位置檢測部(22)檢測出的位置檢測值，生成上述伺服電動機(14)的速度指令值的速度指令生成部(26)； 檢測上述伺服電動機(14)的速度的速度檢測部(22)； 根據(jù)上述速度指令生成部(26)生成的速度指令值和上述速度檢測部(22)檢測出的速度檢測值，生成上述伺服電動機(14)的轉(zhuǎn)矩指令值的轉(zhuǎn)矩指令生成部(28);和 根據(jù)上述滾珠絲杠(12)的伸縮量計算在上述滾珠絲杠上螺合的移動體(18)的位置修正量的位置修正量計算部(32)， 上述位置修正量計算部(32)，根據(jù)從上述伺服電動機(14)到上述移動體(18)的距離和上述轉(zhuǎn)矩指令生成部(28)生成的轉(zhuǎn)矩指令值，計算上述滾珠絲杠(12)的伸縮量，根據(jù)計算出的上述滾珠絲杠(12)的伸縮量計算上述位置修正量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制裝置，其特征在于， 還具有:距離計算部(30)，其使用上述伺服電動機(14)的角度位置計算從上述伺服電動機(14)到在上述滾珠絲杠(12)上螺合的移動體(18)的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的伺服控制裝置，其特征在于， 上述距離計算部(30)，通過使用基于各結(jié)構(gòu)元件的尺寸預(yù)先規(guī)定上述移動體(18)和上述伺服電動機(14)之間的距離、與上述滾珠絲杠(12)的旋轉(zhuǎn)角度位置的關(guān)系的參數(shù)，實時計算上述位置檢測部(22)檢測出的上述伺服電動機(14)的角度位置處的上述移動體(18)與上述伺服電動機(14)之間的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任何一項所述的伺服控制裝置，其特征在于， 上述位置修正量計算部(32)，在從上述伺服電動機(14)到上述移動體(18)的距離上乘以上述轉(zhuǎn)矩指令值，進而乘以關(guān)于上述滾珠絲杠(12)的第一系數(shù)，求出位置修正量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任何一項所述的伺服控制裝置，其特征在于， 上述位置修正量計算部(32)，對將從上述伺服電動機(14)到上述移動體(18)的距離乘以關(guān)于上述滾珠絲杠(12)的第一系數(shù)而得的積相加關(guān)于連結(jié)上述伺服電動機(14)和上述滾珠絲杠(12)的聯(lián)接器(16)的第二系數(shù)，進而在得到的和上乘以轉(zhuǎn)矩指令值，求出位置修正量。
【文檔編號】G05B19/18GK103454961SQ201310217502
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月4日
【發(fā)明者】巖下平輔, 高山賢一, 豬飼聰史 申請人:發(fā)那科株式會社