根據(jù)滾珠螺桿的伸縮量來執(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，以補償動作時的滾珠螺桿的伸縮量的方式校正針對進給軸的位置指令。伺服控制裝置根據(jù)滾珠螺桿的、從伺服馬達作用于遠端側(cè)的張力、在兩端支承滾珠螺桿的一對固定部之間的距離、從設(shè)置于伺服馬達的近端側(cè)的固定部至移動體為止的距離、以及施加給伺服馬達的轉(zhuǎn)矩指令，來計算滾珠螺桿的伸縮量。然后，伺服控制裝置根據(jù)計算出的滾珠螺桿的伸縮量，來計算進給軸的位置校正量。
【專利說明】根據(jù)滾珠螺桿的伸縮量來執(zhí)行校正處理的伺服控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對經(jīng)由滾珠螺桿將伺服馬達的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為移動體的直線運動的進給軸進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公開了能校正如下誤差的控制裝置:在高速移動移動體時由于動力傳動機構(gòu)部所含的彈性要素進行彈性變形而產(chǎn)生的誤差。
[0003]在對經(jīng)由滾珠螺桿將伺服馬達的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為移動體的直線運動的進給軸進行控制的伺服控制裝置中，期望減小或者消除進給軸的定位誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本申請的第一個方式，提供如下一種伺服控制裝置:在對經(jīng)由滾珠螺桿將伺服馬達的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為移動體的直線運動的進給軸進行控制的伺服控制裝置中，上述滾珠螺桿通過第一固定部以及第二固定部來支承兩端，其中，上述第一固定部配置在該滾珠螺桿的、相對于上述伺服馬達的近端的端部，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的轉(zhuǎn)矩指令；熱變形量計算部，其計算上述滾珠螺桿的熱變形量；張力計算部，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體為止之間的距離、由上述熱變形量計算部計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，來計算作用于上述第二固定部的張力；伸縮量計算部，其根據(jù)由上述張力計算部計算出的上述張力、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，來計算上述伺服馬達的動作過程中的上述滾珠螺桿的伸縮量；以及位置校正量計算部，其根據(jù)由上述伸縮量計算部計算出的上述伸縮量來計算位置校正量，該位置校正量校正與上述進給軸的位置相關(guān)聯(lián)的上述位置指令。
[0005]根據(jù)本申請的第二個方式，提供如下一種伺服控制裝置:在第一個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算部計算出的上述張力是作用于使上述滾珠螺桿伸長的伸長方向還是作用于使上述滾珠螺桿收縮的方向，并且，上述伸縮量計算部還具備:第一伸縮量計算部，其在上述判斷部判斷為上述張力作用于伸長方向的情況下，根據(jù)從上述第一固定部至上述移動體為止之間的距離、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，來計算上述滾珠螺桿的伸縮量；以及第二伸縮量計算部，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，來計算上述滾珠螺桿的伸縮量。
[0006]根據(jù)本申請的第三個方式，提供如下一種伺服控制裝置:在第二個方式所涉及的伺服控制裝置中，上述第一伸縮量計算部通過將以下部分的積乘以預(yù)定的常數(shù)來計算上述滾珠螺桿的伸縮量:從上述第一固定部至上述移動體為止之間的距離；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加上由上述熱變形量計算部計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)本申請的第四個方式，提供如下一種伺服控制裝置:在第二個或者第三個方式所涉及的伺服控制裝置中，上述第二伸縮量計算部通過將以下部分的積乘以預(yù)定的常數(shù)來計算上述滾珠螺桿的伸縮量:從上述第一固定部至上述移動體為止之間的距離；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)本申請的第五個方式，提供如下一種伺服控制裝置:在第一個至第四個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，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)本申請的第六個方式，提供如下一種伺服控制裝置:在第一個至第四個方式所涉及的伺服控制裝置中，上述熱變形量計算部根據(jù)每單位時間的平均速度來計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)點根據(jù)附圖示出的本發(fā)明的例示實施方式的詳細說明會變得更清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是表示本發(fā)明的實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的伸縮量計算部的更詳細的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0013]圖3是表示本發(fā)明的實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是用于說明各種狀態(tài)下的滾珠螺桿的概念圖。
【具體實施方式】
[0016]以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。要注意為了便于理解本發(fā)明而有時將所圖示的實施方式的各結(jié)構(gòu)要素的比例尺從實際應(yīng)用的方式中進行變更。
[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106，螺母104與載置臺106能夠相互一體地運動。載置臺106是通過滾珠螺桿100移動的移動體的示例。
[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，第一支架108以使?jié)L珠螺桿100在長度方向上不能移動并且滾珠螺桿100的螺紋軸102能夠繞在長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在長度方向上不能收縮而能夠伸長的方式支承，并且以使?jié)L珠螺桿100的螺紋軸102能夠繞在長度方向上延伸的軸線旋轉(zhuǎn)的方式支承。伺服馬達120經(jīng)由接頭112與第一支架108連結(jié)。伺服馬達120具備編碼器122，該編碼器122檢測與伺服馬達120的動作狀態(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制作出的指令信號來旋轉(zhuǎn)。伺服馬達120的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)由接頭112傳動至滾珠螺桿100的螺紋軸102。因而，當(dāng)伺服馬達120旋轉(zhuǎn)時，滾珠螺桿100的螺紋軸102與其旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地以預(yù)定的減速比進行旋轉(zhuǎn)。然后，螺母104隨著螺紋軸102進行旋轉(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106 —起在螺紋軸102的長度方向上往復(fù)移動。這樣，滾珠螺桿100的螺紋軸102和螺母104具有將伺服馬達120的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為沿螺紋軸102的載置臺106的直線運動的作為進給軸的作用。 [0020]另外，滾珠螺桿100在螺母104相對于螺紋軸102進行直線運動時由于在螺母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的進給軸的定位精度降低。因此，有時將預(yù)張力施加給滾珠螺桿100使得滾珠螺桿100保持伸長了的狀態(tài)。
[0021]圖5是用于說明各種狀態(tài)下的滾珠螺桿100的概念圖。圖5的(a)示出沒有施加張力的常溫時的滾珠螺桿100的螺紋軸102。在該情況下，螺紋軸102具有自然長度的長度LO0圖5的(b)示出以螺紋軸102具有比長度LO長的長度LI的方式在長度方向上伸長的滾珠螺桿100。滾珠螺桿100在這樣伸長的狀態(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106。在此，將載置臺106與第二支架110之間的距離設(shè)為L12。
[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的部位對應(yīng)。即，(b)的狀態(tài)下的第一支架108與載置臺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106加速或者減速的轉(zhuǎn)矩施加給伺服馬達120的情況。此時，使載置臺106移動的力作用成使?jié)L珠螺桿100的螺紋軸102伸縮。然而，螺紋軸102的兩端102a、102b固定在長度方向上，因此螺紋軸102的長度LI不變化。因而，在螺紋軸102中分別局部形成在長度方向上伸縮的部位和伸長的部位，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106向第一支架108加速的轉(zhuǎn)矩時螺紋軸102伸縮的狀態(tài)。在(C)的狀態(tài)下，關(guān)于載置臺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106與第二支架110之間的距離設(shè)為L22，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T21、將在第二支架110側(cè)作用于滾珠螺桿100的張力設(shè)為T22時，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106向第一支架108進行動作的力。
[0033]當(dāng)求解上述式⑵~式(5)時，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，通過以下式(13)和式(14)來表示將轉(zhuǎn)矩施加給伺服馬達120前后的進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120的轉(zhuǎn)矩T和在伺服馬達120與滾珠螺桿100之間的動力傳動部的減速比，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106對應(yīng)的位置校正量。如果利用這樣算出的位置校正量來校正載置臺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106。
[0050]考慮在第二支架110側(cè)起作用的張力T22為負時、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，因此在計算滾珠螺桿100的伸縮量時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106為止的距離，通過以下式(16)來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的長度設(shè)為LO時，通過以下式(17)表示tl[°C]下的螺紋軸的長度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)的長度LO伸長至Ltl的情況下，通過將Ltl代入到L0，能夠補償由滾珠螺桿100的熱膨脹引起的影響。當(dāng)利用Ltl替換LO時，為LTDL0，因此用于使張力T22變化為負的閾值F變得更小。另外，當(dāng)溫度tl[°C]下的滾珠螺桿100的長度Ltl大于第一支架108與第二支架110之間的距離LI時，作用于滾珠螺桿100的張力變零。根據(jù)這種觀點，將距離LI決定成對應(yīng)于比常溫進一步上升2~3度左右時的滾珠螺桿100的長度。這樣，即使在滾珠螺桿100熱膨脹某種程度的情況下，也會殘留作用于滾珠螺桿100的張力。
[0057]接著，詳細說明對伺服馬達120的動作進行控制的伺服控制裝置10。圖1是表示本發(fā)明的實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、位置檢測部14、速度指令制作部16、速度檢測部18、轉(zhuǎn)矩指令制作部20、移動體位置檢測部22、熱變形量計算部24、張力計算部26、判斷部28、伸縮量計算部30以及位置校正量計算部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，將對伺服馬達120的位置指令輸出到第一減法器34。此外，按照伺服馬達120的角度位置與作為定位控制的對象的 滾珠螺桿100的進給軸的位置之間的對應(yīng)關(guān)系來決定對伺服馬達120的位置指令。按照伺服馬達120和滾珠螺桿100的機械結(jié)構(gòu)來得到伺服馬達120的角度位置與進給軸之間的對應(yīng)關(guān)系。位置檢測部14獲取由與伺服馬達120相關(guān)聯(lián)的編碼器122檢測出的伺服馬達120的角度位置，將檢測角度位置反饋至第一減法器34。第一減法器34計算作為位置指令與檢測位置之間的差的位置偏差量，將計算值送出至加法器36。加法器36將位置校正量計算部32的輸出值加上第一減法器34的輸出值，將計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制作速度指令，將對伺服馬達120的速度指令輸出到第二減法器38。速度檢測部18獲取由編碼器122檢測出的伺服馬達120的速度，將檢測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120相關(guān)聯(lián)的速度指令和速度檢測值來計算速度偏差量，將計算值輸出到轉(zhuǎn)矩指令制作部20。轉(zhuǎn)矩指令制作部20根據(jù)速度偏差量來制作伺服馬達120的轉(zhuǎn)矩指令，將轉(zhuǎn)矩指令送出至伺服馬達120。伺服馬達120通過按照轉(zhuǎn)矩指令施加的電流來驅(qū)動，由此經(jīng)由滾珠螺桿100使載置臺106直線移動。在圖示的實施方式中，對伺服馬達120進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施方式。例如，也可以將伺服控制裝置10構(gòu)成為:通過對滾珠螺桿100中的進給軸的位置進行反饋控制，由此間接地控制伺服馬達120的動作。在該情況下，根據(jù)對進給軸的位置指令與所檢測的進給軸的位置之間的偏差量，來決定施加給伺服馬達120的轉(zhuǎn)矩指令。這樣，在與本發(fā)明的關(guān)系中，“與進給軸的位置相關(guān)聯(lián)的位置指令”包含對進給軸的位置指令以及能夠間接地決定進給軸的位置的位置指令(例如上述伺服馬達120的位置指令)這兩者的情況。
[0060]移動體位置檢測部22檢測載置臺106的位置，將所檢測的位置信息送出至張力計算部26和伸縮量計算部30。例如根據(jù)伺服馬達120的角度位置來求出載置臺106的位置?；蛘撸部梢酝ㄟ^直接檢測載置臺106的位置的未圖示的位置傳感器來檢測載置臺106的位置。熱變形量計算部24例如根據(jù)伺服馬達120的動作狀態(tài)來估計滾珠螺桿100的進給軸的熱變形量。例如，根據(jù)每個預(yù)定的采樣期間的伺服馬達120的平均速度來計算滾珠螺桿100的進給軸的熱變形量。由熱變形量計算部24計算出的熱變形量的值被送出至張力計算部26。
[0061]張力計算部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106為止之間的距離L11、由熱變形量計算部24計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)矩指令來計算在第二支架110側(cè)作用于滾珠螺桿100的張力T22。如上所述，按照式(9)來計算張力T22。由張力計算部26得到的張力T22的計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向長度方向伸長的方向。判斷部28的判斷結(jié)果被送出至伸縮量計算部30。
[0062]伸縮量計算部30如表示伸縮量計算部30的更詳細結(jié)構(gòu)的圖2所示還具備第一伸縮量計算部30a和第二伸縮量計算部30b。伸縮量計算部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算部30a和第二伸縮量計算部30b中的某一個進行動作。具體地說，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的伸長方向的情況下，第一伸縮量計算部30a根據(jù)從第一支架108至載置臺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)矩指令來計算滾珠螺桿100的伸縮量。第一伸縮量計算部30a按照上述式(13)來計算滾珠螺桿100的伸縮量。
[0063]另一方面，在判斷部28中判斷為張力T22作用于負的方向、即滾珠螺桿100的收縮方向的情況下，第二伸縮量計算部30b根據(jù)從第一支架108至載置臺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)矩指令來計算滾珠螺桿100的伸縮量。第二伸縮量計算部30b按照上述式(16)來計算滾珠螺桿100的伸縮量。
[0064]由伸縮量計算部30計算出的伸縮量被送出至位置校正量計算部32。位置校正量計算部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，計算位置校正量，該位置校正量用于校正與對進給軸的位置指令相關(guān)聯(lián)的對伺服馬達120的位置指令，將計算值送出至加法器36。
[0065]接著，參照圖3說明本實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例如接收指令信號將載置臺106定位到預(yù)定的位置時，位置指令制作部12被啟動而制作出對伺服馬達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部14送出的位置檢測值，通過速度指令制作部16制作出對伺服馬達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部18送出的速度檢測值，轉(zhuǎn)矩指令制作部20制作出對伺服馬達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120的動作控制中通常執(zhí)行處理。
[0067]接著，根據(jù)移動體位置檢測部22的檢測信息獲取到相對于伺服馬達120配置在近端的第一支架108與載置臺106之間的距離Lll (步驟S104)。如上所述，能夠利用與伺服馬達120相關(guān)聯(lián)的編碼器122的檢測值或者利用檢測載置臺106的位置的位置傳感器獲取載置臺106的位置。另外，通過熱變形量計算部24計算出滾珠螺桿100的熱變形量(步驟S105)。例如考慮伺服馬達120的動作狀態(tài)來估計在步驟S105中計算出的熱變形量。
[0068]接著，通過張力計算部26計算出相對于伺服馬達120配置在遠端的第二支架110側(cè)施加給滾珠螺桿100的張力T22(步驟S106)。張力計算部26根據(jù)(a)從第一支架108至載置臺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)由熱變形量計算部24計算出的熱變形量以及⑷通過式(15)根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令計算出的力F，通過式(9)計算出張力T22。在此，通過根據(jù)熱變形量計算部24計算出的熱變形量而調(diào)整后的值來替換不對滾珠螺桿100施加張力的狀態(tài)下的長度L0。
[0069]接著，根據(jù)由張力計算部26計算出的張力T22來判斷張力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伸長的方向(步驟S107)。
[0070]在驟S107中，在判斷為張力T22作用于伸長方向的情況下，進入到步驟S108，通過伸縮量計算部30計算滾珠螺桿100的伸縮量。具體地說，伸縮量計算部30的第一伸縮量計算部30a根據(jù)(e)從第一支架108至載置臺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)矩指令計算出的力F，通過式(13)計算滾珠螺桿100的伸縮量(步驟S108)。
[0071]在步驟S107中，在判斷為張力T22作用于與伸長方向相反的方向的情況下，進入到步驟S109，通過伸縮量計算部30計算出滾珠螺桿100的伸縮量。具體地說，伸縮量計算部30的第二伸縮量計算部30b根據(jù)(h)從第一支架108至載置臺106為止之間的距離Lll以及(i)通過式(15)根據(jù)由轉(zhuǎn)矩指令制作部20制作出的轉(zhuǎn)矩指令計算出的力F，通過式
(16)來計算滾珠螺桿100的伸縮量(步驟S109)。
[0072]然后，根據(jù)在步驟S108或者步驟S109中計算出的滾珠螺桿100的伸縮量，通過位置校正量計算部32計算出對滾珠螺桿100的進給軸的位置校正量(步驟S110)。在步驟SllO中計算出的位置校正量被送出至加法器36，被組入到對伺服馬達120的位置指令與檢測位置之間的誤差即位置偏差量。
[0073]這樣，根據(jù)本實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的進給軸。即，滾珠螺桿100加速或者減速時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120與移動體(載置臺106)之間的距離局部變化的情況下，也能夠?qū)L珠螺桿100的進給軸進行位置校正。并且，根據(jù)本實施方式，即使在滾珠螺桿100加速或者減速期間的任意時刻，也能夠?qū)L珠螺桿100的進給軸進行位置校正。
[0074]發(fā)明的效果
[0075]根據(jù)本申請的發(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給軸產(chǎn)生定位誤差。
[0076]以上，說明了本發(fā)明的各種實施方式，但是在本說明書中任意地組合明示或者暗示地公開的實施方式的特征來實施本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是顯而易見的。另夕卜，使用本發(fā)明的例示的實施方式來圖示和說明了本發(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)，對經(jīng)由滾珠螺桿(100)將伺服馬達(120)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為移動體的直線運動的進給軸(102)進行控制，其特征在于， 上述滾珠螺桿(100)通過第一固定部(108)以及第二固定部(110)來支承兩端，其中，上述第一固定部(108)配置在該滾珠螺桿(100)的、相對于上述伺服馬達(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(120)的轉(zhuǎn)矩指令； 熱變形量計算部(24)，其計算上述滾珠螺桿(100)的熱變形量； 張力計算部(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)至上述移動體(106)為止之間的距離(L11)、由上述熱變形量計算部(24)計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，來計算作用于上述第二固定部(110)的張力(T22)； 伸縮量計算部(30)，其根據(jù)由上述張力計算部(26)計算出的上述張力(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，來計算上述伺服馬達(120)的動作過程中的上述滾珠螺桿(100)的伸縮量；以及 位置校正量計算部(32)，其根據(jù)由上述伸縮量計算部(30)計算出的上述伸縮量來計算位置校正量，該位置校正量校`正與上述進給軸(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算部(26)計算出的上述張力(T22)是作用于使上述滾珠螺桿(100)伸長的伸長方向還是作用于使上述滾珠螺桿(100)收縮的方向， 并且，上述伸縮量計算部(30)還具備: 第一伸縮量計算部(30a)，其在上述判斷部(28)判斷為上述張力(T22)作用于伸長方向的情況下，根據(jù)從上述第一固定部(108)至上述移動體(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，來計算上述滾珠螺桿(100)的伸縮量；以及 第二伸縮量計算部(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，來計算上述滾珠螺桿(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， 上述第一伸縮量計算部(30a)通過將以下部分的積乘以預(yù)定的常數(shù)來計算上述滾珠螺桿(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)的全長加上由上述熱變形量計算部(24)計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， 上述第二伸縮量計算部(30b)通過將以下部分的積乘以預(yù)定的常數(shù)來計算上述滾珠螺桿(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(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中的任一項所述的伺服控制裝置(10)，其特征在于， 上述熱變形量計算部(24)根據(jù)每單位時間的平均速度來計算上述滾珠螺桿(100)的熱變形量。
【文檔編號】G05D3/12GK103792955SQ201310520686
【公開日】2014年5月14日 申請日期: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 申請人:發(fā)那科株式會社