振动控制装置和振动控制方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求在2020年1月20日提交的申请号为2020-006940的日本专利申请的优先权，该申请通过引用以包括说明书、权利要求书、附图以及摘要的其全部内容结合在此。

本公开涉及用于包括例如机床的各种机器的伺服控制装置，并且具体地涉及控制叠加在移动部件上的振动的振动控制装置。

背景技术：

通过伺服机构驱动移动部件的机器是已知的。例如，在机床中，伺服机构驱动工件和工具中的一者或两者并且引起工件和工具之间的相对移动，由此对工件进行机器加工。移动部件经由滚珠丝杠等通过电机驱动，或者直接通过线性电机等驱动。通常地，当移动部件被加速或减速时，从电机施加大的力，这导致滚珠丝杠的轴系扭转振动或机器支架振动。这导致定位稳定时间的增加以及位点的精确度和机器加工的表面质量的劣化。

jp2004-334772a公开了一种定位控制装置，其从移动部件的位置命令值和位置检测值计算驱动轴的轴扭转的量，并校正位置命令值，从而抵消并控制由轴振动引起的偏差。

在jp2004-334772a中公开的技术中，在由轴扭转引起偏差之后，计算校正的量，然后基于该校正的量执行校正，这不可避免地导致校正的延迟。此外，反馈控制系统通常具有由相位延迟引起的跟踪延迟，因此，在根据校正的量校正移动部件的操作中也引起延迟，这导致不充分地控制的振动的问题。如果通过驱动移动部件的电机的力的反作用力生成机器支架振动，则该移动部件将跟随该机器支架的振动而振动，并且工具的尖端将因此振动，导致即使在不具有跟踪延迟、可以完全校正轴扭转、可以在任何时间匹配位置命令值和位置检测值的理想的反馈控制系统中，也没有改进机器加工的表面质量。

此外，为了控制机器支架振动，机器支架振动需要可被检测。为此，通常采用在机器支架上安装例如加速度传感器并观察该传感器的技术。

技术实现要素：

本公开的目的是提供用于不安装特定传感器或测量仪器地控制轴系扭转振动和机器支架振动的振动控制装置和振动控制方法。

根据本公开的振动控制装置是用于控制机器中的移动部件的振动的振动控制装置，该机器包括：由伺服电机驱动的移动部件，数控装置，其生成用于移动部件的移动命令，滤波器，其对由数控装置生成的命令进行整形并且限制要通过的频率，检测器，其检测移动部件的位置或速度，伺服放大器，其控制由伺服电机生成的力或传递至移动部件的力，使得来自滤波器的输出与由检测器检测的检测值之间的偏差变为0，振动控制装置包括：放大因子改变单元，其改变用于放大伺服放大器中的偏差的放大单元的放大因子，振动检测单元，其从偏差测量叠加在移动部件上的振动的频率和振幅，以及滤波器改变单元，其基于由振动检测单元检测的频率和振幅改变滤波器。

放大因子改变单元通过在操作的开始时减小放大单元的放大因子并在操作的结束时将该放大因子恢复为其原始状态，可以使得检测器能够检测移动部件的振动。

当振动的振幅超过预定振幅时，滤波器改变单元可以更新滤波器的特性，使得滤波器在振动的频率处的增益减小至少振动的振幅与预定振幅的比率。

根据本公开的振动控制方法是用于控制机器中的移动部件的振动的振动控制方法，该机器包括：由伺服电机驱动的移动部件，数控装置，其生成用于移动部件的移动命令，滤波器，其对由数控装置生成的命令进行整形并且限制要通过的频率，检测器，其检测移动部件的位置或速度，伺服放大器，其控制由伺服电机生成的力或传递至移动部件的力，使得来自滤波器的输出与由检测器检测的检测值之间的偏差变为0，并且，振动控制方法包括以下步骤：减小用于放大伺服放大器中的偏差的放大单元的放大因子，测量叠加在移动部件上的振动的频率和振幅，当振动的振幅超过预定振幅时，使滤波器在振动的频率处的增益减小至少振动的振幅与预定振幅的比率，以及将用于放大偏差的放大单元的放大因子恢复为原始放大因子。

根据本公开，变得能够不安装特定传感器或测量仪器地控制轴系扭转振动和机器支架振动。

附图说明

将基于以下附图描述本公开的实施例，其中：

图1示出一般机床的示例；

图2是示出根据实施例的振动控制装置的配置的框图；

图3是示出根据实施例的振动控制方法的过程的流程图；以及

图4示出改变滤波器之前和之后的滤波器特性的示例。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本公开的实施例。

图1示出一般机床的示例。

机床具有布置在结构体2的前表面上的电机3、滚珠丝杠4、引导件5和主轴头6，该结构体2直立在固定在地板表面上的基座1上。由电机3生成的扭矩被转换为由滚珠丝杠4沿着线性方向作用的力，并且该力控制由引导件5可移动地支撑的主轴头6沿着图中的左右方向的移动。类似的机构控制主轴头6沿着图中的上下方向的移动，从而控制附接到主轴头6的尖端的工具的移动。位于基座1上的工作台7的移动被控制沿着穿过纸表面的方向，从而控制附接在工作台7的顶表面上的工件8的移动。通过旋转附接到主轴头6的工具来对工件8进行机器加工。

由电机3生成的扭矩由伺服放大器20控制和产生，使得由附接到电机3的旋转角检测器9检测的、由用于使得能够直接检测主轴头6的位置的附接到结构体2的负载位置检测器10检测的、或由这两者检测的位置检测值或速度检测值匹配由数控装置11生成的位置命令值或速度命令值。

图2是示出根据本公开的实施例的上述伺服放大器20的内部配置和振动控制装置30的配置的框图。

在伺服放大器20中，滤波器21对由数控装置11生成的位置命令值或速度命令值进行整形。由旋转角检测器9检测的、由负载位置检测器10检测的、或由这两者检测的位置检测值或速度检测值通过调整单元22选择或合成，由此计算用于控制使用的位置检测值或速度检测值。从滤波器21和调整单元22输出的信号受到通过减法器23的减法，从而获得偏差err。该偏差err通过放大单元24放大，然后控制单元25控制由电机3生成的扭矩，使得实现偏差err＝0。

这里，如果滚珠丝杠4具有低的刚性，与由数控装置11生成的命令值相比，滚珠丝杠4的轴扭转引起主轴6的响应中的延迟和振动。即，由负载位置检测器10检测的检测值包括叠加的延迟和振动，并且生成偏差err。

相反，例如，如果滚珠丝杠具有高的刚性，并且如果实现能够执行充分控制的放大单元24和控制单元25，例如，通过在放大单元24中设定高放大因子，减小了上述主轴头6的响应延迟和振动，并且能够实现偏差err≒0。然而，当主轴头6被驱动时生成的反作用力被传递到结构体2，并且由于机器支架和机构的刚性而发生位移和振动。此时，执行控制以实现偏差err≒0，导致与结构体2一体的主轴头6的位移和振动。

在振动控制装置30中，当从诸如数控装置11这样的上级装置接收到操作命令时，放大因子改变单元31减小放大单元24的放大因子，并且振动检测单元32测量包括在偏差err中的振动的频率和振幅。如果检测的振动的振幅超过预定振幅，则滤波器改变单元33在由振动检测单元32检测的振动的频率处减小滤波器21的增益。预定振幅可以是预先确定的振幅，或者可以由管理员等改变。放大因子改变单元31然后将放大单元24的放大因子恢复为放大减小前的因子，振动控制装置30完成操作。

在上述操作中，放大因子改变单元31减小放大单元24的放大因子，因此，即使由机器支架和机构的刚性引起位移和振动，也能够利用偏差err观察位移和振动，而不用安装加速度传感器等。此外，振动检测单元32可以通过使用例如ftt(快速傅里叶变换)算法来识别包括在偏差err中的振动的频率和振幅。此外，滤波器改变单元33可以通过在现有的滤波器21的前或后添加具有带阻特性的滤波器并且将该滤波器重新定义为滤波器21，来减小滤波器21的振动频率处的增益。替代性地，可以通过预先将滤波器21的阶数设定为更高阶并改变滤波器系数来减小滤波器21的增益。振动频率处的增益减小了至少检测的振动的振幅与预定振幅的比率。

图3是示出根据本公开的实施例的振动控制方法的过程的流程图。

当从诸如数控装置11这样的上级装置接收到操作命令时，振动控制装置30开始操作，并减小用于放大偏差err的放大单元24的放大因子(步骤1)。振动控制装置30然后测量包括在偏差err中的振动的频率和振幅(步骤2)。如果检测的振动的振幅超过预定振幅(是)，则振动控制装置30使滤波器21在检测的振动的频率处的增益减小至少振幅的比率(步骤3)。如果检测的振动的振幅不超过预定振幅(否)，则滤波器21的增益保持不变。振动控制装置30然后将放大单元24的放大因子恢复为减小前的因子(步骤4)。这完成了操作。

图4示出改变滤波器21之前和之后的滤波器特性的示例。

在改变滤波器21之前，振动频率处的增益为1，并且包括在命令中的相关频率分量完全地通过滤波器21。相反，在改变滤波器21之后，振动频率处的增益减小，使得增益变得等于或小于预定振幅/振动振幅。包括在命令中的相关频率分量也与该减小成比例地减小。这还导致施加到机械系统的激振力的减小，并因此导致由滚珠丝杠4的轴扭转引起的振动和由机器支架和机构的刚性引起的振动的减小。

利用上述振动控制装置和振动控制方法，能够不安装特定传感器或测量仪器地控制轴系扭转振动和机器支架振动。

尽管，在上述实施例中，已经描述了配备有从电机经由用于驱动主轴头的滚珠丝杠延伸的轴的机床作为示例，但是上述实施例也可以应用于线性电机驱动的机床，还可以应用于除了机床之外的工业机器。该实施例不仅可以应用于线性从动轴，而且可以应用于旋转从动轴。

此外，为了阐明目的，放大单元24和控制单元25已作为用于基于偏差err控制在电机3中生成的扭矩的部件而被包括在内，这些部件可以配置为单一的集成控制单元。要由振动检测单元检测的检测对象不一定必须是偏差err，该偏差err也可以由例如负载位置检测器10的检测值替换，只要是叠加了移动部件的振动的信号即可。根据本公开的实施例的振动控制方法可以用于手动和自动处理两者，而不管其形式。