专利名称：使自动化机器的机器元件运动的方法和驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使自动化机器的机器元件运动的方法和一种驱动系统。
背景技术：
特别地，机床经常设计带有所谓冗余的运动学装置(Kinematik)。冗余的运动学装置在此理解为这种可能性，即借助于两个分开的驱动轴，使得例如可以以工具安装装置的形式或以压紧在工具安装装置中的工具的形式存在的机器元件沿着一个方向运动。在
图1中根据示意性示出的机床36示出了冗余的运动学装置的原理。借助于两个直线电机3和4，支架5可以在方向X上运动。由两个支柱1和2确保在X方向上引导运动。用于引导第二直线电机7的运动的另一个支柱6固定在支架5上。直线电机7同样执行在X方向上的运动。直线电机3，4和7的运动方向通过示出的箭头37，12和13指明。 在直线电机7上安装了机器元件8，该机器元件在实施例的范畴中以工具安装装置的形式存在。工具9压紧在工具安装装置中。当然，机床36还具有另外的电机，其允许机器元件8例如在Y方向和Z方向上的运动，然而由于简明的原因并且对于理解本发明并不是主要的，所以在图1中并未示出这些电机。为了测量说明了支柱6相对于机器的静止的机架35的位置的第一实际值χ。, ist， 机器36具有第一测量装置，其由于简明的原因在图1中并未示出。为了测量说明了机器元件8相对于支柱6的位置的第二实际值^ist，机床36具有第二测量装置，其由于简明的原因在图1中同样并未示出。如果机器元件8在X方向上应移动一个规定的位置额定值，那么出现的问题是，应怎样在两个直线电机3和4与直线电机7之间划分为此所需的运动。由于直线电机7仅需使小质量物体运动(机器元件8和工具9)，因此该直线电机能够在X方向上进行动态的运动(例如具有高加速度的运动)，而由于通过两个直线电机所促成运动的物体质量较大，两个直线电机3和4仅仅可以进行相对缓慢的运动。因此有意义的是，将机器元件的运动划分成由两个直线电机3和4进行的第一运动分量和由直线电机7进行的第二运动分量。第一运动分量包括低动态的、即低频率的运动过程，而第二运动分量包括机器元件的动态的、 即高频的运动过程。在图2中在示意性的框图显示的范畴中示出了用于机床36的市场上常见的已知的驱动系统。控制装置14例如可以以CNC-控制装置的形式存在，通常是控制装置的组成部分的额定值产生单元15产生了第一额定值^cs。n，其在根据图1的实施例的范畴中以位置额定值的形式存在，并且说明了机器元件8相对于机架35的期望的位置。将第一额定值&。n 作为用于调节机器元件8的第一运动分量的调节额定值传输到第一调节器16a。此外，将借助于第一测量装置10测定的第一实际值χ。, ist传输到调节器16a、第一调节器16a作为调节实际值，该第一实际值在根据图1的实施例的范畴中说明了支柱6相对于机架35的位置。第一实际值x。,ist说明了机器元件8的第一运动分量，这由此实现，即该实际值在根据图1的实施例的范畴中说明了支柱6相对于机架35的位置。第一调节器16a相应于第一额定值&。u和第一实际值x。,ist控制第一整流器17a， 这通过箭头18a在图2中示出。第一额定值&。u是用于调节机器元件8的第一运动分量的调节额定值。第一整流器17a相应地控制两个直线电机3和4，这通过箭头19a示出，其中直线电机3和4使负载19运动。负载19在此包括通过直线电机3和4在X方向上运动的所有的元件。第一调节器16a、第一整流器17a、直线电机3和4、负载19和测量装置10构成了第一驱动轴20a，机器元件8的第一运动分量借助于该第一驱动轴进行。为了调节机器元件8的第二运动分量，在现有技术中求出了所谓的滞后误差S，这由此实现，即借助于减法器22从第一额定值^cs。n中减去第一实际值χ。, ist。滞后误差s作为用于调节机器元件8的第二运动分量的调节额定值传输到第二调节器16b。此外，将借助于第二测量装置11测定的第二实际值xf,ist传输到调节器16b、第二调节器16b作为调节实际值，该第二实际值在根据图1的实施例的范畴中说明了机器元件8相对于支柱6的位置。 第二实际值Xf, ist说明了机器元件8的第二运动分量，这由此实现，即该第二实际值在根据图1的实施例的范畴中说明了机器元件8相对于支柱6的位置。第二调节器1 相应于滞后误差s和第二实际值^Cf,ist控制第二整流器17b，这通过箭头18b在图2中示出。第二整流器17b相应地控制直线电机7，这通过箭头19b示出， 其中直线电机7使负载21运动。负载21在此包括通过直线电机7在X方向上运动的所有的元件。第二调节器16b、第二整流器17b、直线电机7、负载21和测量装置11构成了第二驱动轴20b，机器元件8的第二运动分量借助于该第二驱动轴进行。在此补充说明的是，用于控制驱动轴的运动的额定值产生单元15同样产生相应的额定值，借助于驱动轴的运动实现了机器元件在Y方向和Z方向上的运动。由于简明的原因并且对于理解本发明并不是主要的，所以未在图2和后续的附图中示出额定值产生单元和驱动轴，借助于该驱动轴的运动实现了机器元件在Y方向和Z方向上的运动。在图3中又一次以功能框图的形式示出了在图2中示出的驱动系统。同样的元件在此具有和在图2中一样的参考标号。第一驱动轴20a具有转移函数G6)并且第二驱动轴 20b具有转移函数F ( 。机器元件8的总位置Xist、即机器元件相对于机架35的位置(参看图1)通过第一实际值x。,ist和第二实际值xf,ist相加而得出。在图4中示出了由现有技术已知的另外的驱动系统，在该驱动系统中实现将运动分为第一和第二运动分量。根据图4的实施方式和根据图2 (只要其涉及第一驱动轴20a 和20b)的实施方式相同。同样的元件在图4中具有和在图2中一样的参考标号。在根据图4的实施方式中的主要区别之处在于，控制装置14'相对于根据图2的控制装置14扩展了一个划分单元23。额定值产生单元15产生了相应于根据图2的第一额定值^cs。n的额定值χ' s。n。划分单元23从额定值χ' ,。^求出第一额定值^，^…该额定值作为调节额定值传输到调节器16a，并且第二额定值 ,s。n作为调节额定值传输到调节器16b。在图5中再次详细地示出了控制装置14'和特别是划分单元23，其中同样的元件在图5中具有和在图4中一样的参考标号。为了划分运动，额定值χ' 3()11借助于低通过滤器M过滤并且以这种方式产生用于第一驱动轴20a的第一额定值χ。，s。n。借助于减法器 26从额定值χ' soll中减去第一额定值^j11，并且以这种方式产生用于第二驱动轴20b的第二额定值Xfjs0Iio
在图6中示出了划分单元23'形式的划分单元的、由现有技术已知的另外的实现方案。同样的元件在图6中具有和在图5中一样的参考标号。根据图6的实施方式与根据图5的实施方式的主要区别之处仅仅在于，为了补偿额定值^j11的由于低通过滤器M引起的时间上的延迟，在额定值作为输入值传输到减法器26之前，额定值χ' s。n借助于延时器25延迟了一个规定的时间。在图7中再次简化地示出了在图6中示出的驱动系统。同样的元件在此具有和在图6中一样的参考标号。第一驱动轴20a在此具有转移函数并且第二驱动轴20b具有转移函数F (幻。机器元件8的总位置Xist、即机器元件相对于机架35的位置通过第一实际值χ。, ist和第二实际值& ist相加而得出。由EP 1 688 807 Al已知了一种用于对在工件和机床的工具之间的相对运动进行运动划分的方法。由 US 5，798，927、US 5，751，585、DE 103 55 614 Al、DE102 005 06 1570 Al 和 US 5，109，148已知了一种用于对机器的机器元件的运动进行运动划分的方法和一种定位方法。根据所谓的“滞后误差补偿”方案对于机器的机器元件的运动进行的运动划分由公幵文献“Two-Stage Actuation for Improved Accuracy of Contouring，，，Proceedings of the American Control, S. Staroselsky, K. A. Stelson, Atlanta 1988 公幵。在公开的方法中，机械的总动力通过缓慢的第一驱动轴(粗驱动轴)确定。因此动力学的第二驱动轴(细驱动轴)的势能并不被充分利用。此外，在用于运动划分的已知的方法中通常出现了较大的轮廓误差。因此在额定值迅速改变时，例如在已知的方法中经常出现过调，以及对于将由机器元件磨损的圆形轮廓而言出现轮廓扩大。这因此例如从将由机器元件磨损的圆形轮廓中得出椭圆形轮廓。
发明内容
本发明的目的在于，实现自动化机器的机器元件的运动，该自动化机器具有冗余的运动学装置，其中减少了由机器元件磨损出的轮廓的轮廓误差。轮廓误差在此是预定的额定轮廓和实际上由机器元件磨损出的实际轮廓之间的偏差。此外通过本发明实现提高机器元件的运动的动力。该目的通过一种用于使自动化机器的机器元件运动的方法实现，-其中机器元件的运动具有在共同的方向上走向的第一和第二运动分量，-其中第一运动分量借助于第一驱动轴进行并且第二运动分量借助于第二驱动轴进行，-其中第一驱动轴具有第一调节器并且第二驱动轴具有第二调节器，-其中通过第一调节器进行对第一运动分量的调节并且通过第二调节器进行对第二运动分量的调节，-其中将用于由第一运动分量和第二运动分量组成的总运动的第一额定值作为用于调节第一运动分量的调节额定值传输到第一调节器，
-其中将测定的、说明第一运动分量的第一实际值作为用于调节第一运动分量的调节实际值传输到第一调节器，-其中第一额定值借助于具有取决于频率的转移函数的过滤器过滤并且以这种方式求出过滤的第一额定值，和-其中求出过滤的第一额定值和第一实际值的差值，并且将该差值作为用于调节第二运动分量的调节额定值传输到第二调节器。此外该目的通过一种用于使自动化机器的机器元件运动的方法实现，-其中机器元件的运动具有在共同的方向上走向的第一和第二运动分量，-其中第一运动分量借助于第一驱动轴进行并且所述第二运动分量借助于第二驱动轴进行，-其中第一驱动轴具有第一调节器并且第二驱动轴具有第二调节器，-其中通过第一调节器进行对第一运动分量的调节并且通过第二调节器进行对第二运动分量的调节，-其中将第一额定值作为用于调节第一运动分量的调节额定值传输到第一调节器，-其中将测定的、说明第一运动分量的第一实际值作为用于调节第一运动分量的调节实际值传输到第一调节器，-其中第一额定值借助于具有取决于频率的转移函数的过滤器过滤并且以这种方法求出过滤的第一额定值，-其中求出过滤的第一额定值和第二额定值的总和并且以这种方式求出总值，和-其中求出总值和第一实际值的差值，并且将该差值作为用于调节第二运动分量的调节额定值传输到第二调节器。此外，该目的通过一种驱动系统实现，-其中借助于驱动系统使自动化机器的机器元件进行运动，-其中机器元件的运动具有在共同的方向上走向的第一和第二运动分量，-其中驱动系统具有第一和第二驱动轴，-其中这样设计驱动系统，即第一运动分量借助于第一驱动轴进行并且第二运动分量借助于第二驱动轴进行，-其中第一驱动轴具有第一调节器并且第二驱动轴具有第二调节器，-其中通过第一调节器进行对第一运动分量的调节并且通过第二调节器进行对第二运动分量的调节，-其中这样设计驱动系统，即将用于由第一运动分量和第二运动分量组成的总运动的第一额定值作为用于调节第一运动分量的调节额定值传输到第一调节器，-其中这样设计驱动系统，即将测定的、说明第一运动分量的第一实际值作为用于调节第一运动分量的调节实际值传输到第一调节器，-其中这样设计驱动系统，即第一额定值借助于具有取决于频率的转移函数的过滤器过滤并且以这种方法求出过滤的第一额定值，和-其中这样设计驱动系统，即求出过滤的第一额定值和第一实际值的差值，并且将该差值作为用于调节第二运动分量的调节额定值传输到第二调节器。
此外，该目的通过一种驱动系统实现，-其中借助于驱动系统使自动化机器的机器元件进行运动，-其中机器元件的运动具有在共同的方向上走向的第一和第二运动分量，-其中驱动系统具有第一和第二驱动轴，-其中这样设计驱动系统，即第一运动分量借助于第一驱动轴进行并且第二运动分量借助于第二驱动轴进行，-其中第一驱动轴具有第一调节器并且第二驱动轴具有第二调节器，-其中通过第一调节器进行对第一运动分量的调节并且通过第二调节器进行对第二运动分量的调节，-其中这样设计驱动系统，即将第一额定值作为用于调节第一运动分量的调节额定值传输到第一调节器，-其中这样设计驱动系统，即将测定的、说明第一运动分量的第一实际值作为用于调节第一运动分量的调节实际值传输到第一调节器，-其中这样设计驱动系统，即第一额定值借助于具有取决于频率的转移函数的过滤器过滤并且以这种方式求出过滤的第一额定值，-其中这样设计驱动系统，即求出过滤的第一额定值和第二额定值的总和并且以这种方式求出总值，和-其中这样设计驱动系统，即求出总值和第一实际值的差值，并且将该差值作为用于调节第二运动分量的调节额定值传输到第二调节器。本发明有利的实施方式由从属权利要求说明。本方法的有利的实施方式类似地由驱动系统的有利的实施方式说明，并且反之亦然。证明为有利的是，过滤器的取决于频率的转移函数V(S)基本上是
权利要求
1.一种用于使自动化机器(36)的机器元件(8)运动的方法，-其中所述机器元件(8)的运动具有在共同的方向(X)上走向的第一运动分量(x。,ist) 和第二运动分量(xf,ist)，-其中所述第一运动分量(x。,ist)借助于第一驱动轴(20a)执行并且所述第二运动分量(xf,ist)借助于第二驱动轴(20b)执行，-其中所述第一驱动轴(20a)具有第一调节器(16a)并且所述第二驱动轴(20b)具有第二调节器(16b)，-其中通过所述第一调节器(16a)进行对所述第一运动分量(x。,ist)的调节并且通过所述第二调节器(16b)进行对所述第二运动分量(xf,ist)的调节，-其中将用于由所述第一运动分量和所述第二运动分量组成的总运动(Xist)的第一额定值(xs。n)作为用于调节所述第一运动分量(x。,ist)的调节额定值传输到所述第一调节器 (16a)，-其中将测定的、说明所述第一运动分量(x。,ist)的第一实际值(x。,ist)作为用于调节所述第一运动分量(x。,ist)的调节实际值传输到所述第一调节器(16a)，-其中所述第一额定值(xs。n)借助于具有取决于频率的转移函数(V(S))的过滤器 (27)过滤并且以这种方式求出过滤的第一额定值(xs。llg)，和-其中求出所述过滤的第一额定值(xs。llg)和所述第一实际值U。,ist)的差值(d)，并且将所述差值作为用于调节所述第二运动分量(xf,ist)的调节额定值传输到所述第二调节器 (16b)。
2.一种用于使自动化机器(36)的机器元件(8)运动的方法，-其中所述机器元件(8)的运动具有在共同的方向(X)上走向的第一运动分量(x。,ist) 和第二运动分量(xf,ist)，-其中所述第一运动分量(x。,ist)借助于第一驱动轴(20a)执行并且所述第二运动分量(xf,ist)借助于第二驱动轴(20b)执行，-其中所述第一驱动轴(20a)具有第一调节器(16a)并且所述第二驱动轴(20b)具有第二调节器(16b)，-其中通过所述第一调节器(16a)进行对所述第一运动分量(X。,ist)的调节并且通过所述第二调节器(16b)进行对所述第二运动分量(xf,ist)的调节，-其中将第一额定值(x。,s。n)作为用于调节所述第一运动分量(x。,ist)的调节额定值传输到所述第一调节器(16a)，-其中将测定的、说明所述第一运动分量(x。,ist)的第一实际值作为用于调节所述第一运动分量(x。,ist)的调节实际值传输到所述第一调节器(16a)，-其中所述第一额定值(xs。n)借助于具有取决于频率的转移函数(V(S))的过滤器 (27)过滤并且以这种方式求出过滤的第一额定值(x。,s。llg)，-其中求出所述过滤的第一额定值(x。,s。llg)和第二额定值(xf,s。n)的总和并且以这种方式求出总值(Sg)，和-其中求出所述总值(sg)和所述第一实际值(x。,ist)的差值(d')，并且将所述差值作为用于调节所述第二运动分量Uf,ist)的调节额定值传输到所述第二调节器(16b)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述过滤器(XT)的所述取决于频率的转移函数V (S)基本上是
4 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器(36)设计为机床。
5.一种驱动系统，-其中借助于所述驱动系统使自动化机器(36)的机器元件(8)进行运动， -其中所述机器元件(8)的运动具有在共同的方向(X)上走向的第一运动分量(x。,ist) 和第二运动分量(xf,ist)，-其中所述驱动系统具有第一驱动轴和第二驱动轴，-其中这样设计所述驱动系统，即所述第一运动分量(x。,ist)借助于第一驱动轴(20a) 执行并且所述第二运动分量Uf,ist)借助于第二驱动轴(20b)执行，-其中所述第一驱动轴(20a)具有第一调节器(16a)并且所述第二驱动轴(20b)具有第二调节器(16b)，-其中通过所述第一调节器(16a)进行对所述第一运动分量(x。,ist)的调节并且通过所述第二调节器(16b)进行对所述第二运动分量(xf,ist)的调节，-其中这样设计所述驱动系统，即将用于由所述第一运动分量和所述第二运动分量组成的总运动(Xist)的第一额定值(Xs。n)作为用于调节所述第一运动分量(X。,ist)的调节额定值传输到所述第一调节器(16a)，-其中这样设计所述驱动系统，即将测定的、说明所述第一运动分量(x。,ist)的第一实际值(x。,ist)作为用于调节所述第一运动分量(x。,ist)的调节实际值传输到所述第一调节器 (16a)，-其中这样设计所述驱动系统，即所述第一额定值(xs。n)借助于具有取决于频率的转移函数(V(S))的过滤器(XT)过滤并且以这种方式求出过滤的第一额定值(xs。llg)，和-其中这样设计所述驱动系统，即求出所述过滤的第一额定值(Xs。llg)和所述第一实际值(X。,ist)的差值(d)，并且将所述差值作为用于调节所述第二运动分量(Xf,ist)的调节额定值传输到所述第二调节器(16b)。
6.一种驱动系统，-其中借助于所述驱动系统使自动化机器(36)的机器元件(8)进行运动， -其中所述机器元件(8)的运动具有在共同的方向(X)上走向的第一运动分量(x。,ist) 和第二运动分量(xf,ist)，-其中所述驱动系统具有第一驱动轴和第二驱动轴，-其中这样设计所述驱动系统，即所述第一运动分量(x。,ist)借助于第一驱动轴(20a) 执行并且所述第二运动分量Uf,ist)借助于第二驱动轴(20b)执行，-其中所述第一驱动轴(20a)具有第一调节器(16a)并且所述第二驱动轴(20b)具有第二调节器(16b)，-其中通过所述第一调节器(16a)进行对所述第一运动分量(x。,ist)的调节并且通过所述第二调节器(16b)进行对所述第二运动分量(xf,ist)的调节，-其中这样设计所述驱动系统，即将第一额定值(x。,s。n)作为用于调节所述第一运动分量(x。,ist)的调节额定值传输到所述第一调节器(16a)，-其中这样设计所述驱动系统，即将测定的、说明所述第一运动分量(x。,ist)的第一实际值(x。,ist)作为用于调节所述第一运动分量(x。,ist)的调节实际值传输到所述第一调节器 (16a)，-其中这样设计所述驱动系统，即所述第一额定值(x。,s。n)借助于具有取决于频率的转移函数(V(S))的过滤器07)过滤并且以这种方式求出过滤的第一额定值(x。,s。llg)，-其中这样设计所述驱动系统，即求出所述过滤的第一额定值(x。,s。llg)和第二额定值 (xf,soll)的总和并且以这种方式求出总值(Sg)，和-其中这样设计所述驱动系统，即求出所述总值(sg)和所述第一实际值(x。,ist)的差值 (d')，并且将所述差值作为用于调节所述第二运动分量(xf,ist)的调节额定值传输到所述第二调节器(16b)。
全文摘要
本发明涉及一种用于使自动化机器(36)的机器元件(8)运动的方法，其中机器元件(8)的运动具有在共同的方向(X)上走向的第一和第二运动分量(xc，ist，xf，ist)；其中第一运动分量(xc，ist)借助于第一驱动轴(20a)进行并且第二运动分量(xf，ist)借助于第二驱动轴(20b)进行；其中第一驱动轴具有第一调节器(16a)并且第二驱动轴具有第二调节器(16b)；其中通过第一调节器进行对第一运动分量的调节并且通过第二调节器进行对第二运动分量的调节。本发明涉及一种驱动系统。借助于具有取决于频率的转移函数(V(S))的过滤器(27)能实现机器(36)的机器元件(8)的运动，在运动中减少了由机器元件(8)磨损的轮廓的轮廓误差。
文档编号G05B19/402GK102193522SQ20111003587
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月10日 优先权日2010年2月11日
发明者沃尔夫冈·帕皮尔尼克, 马尔科·博克 申请人:西门子公司