[go: up one dir, main page]

RU2768807C1 - Device for counting the movements of the working body of a machine with a drive screw - Google Patents

Device for counting the movements of the working body of a machine with a drive screw Download PDF

Info

Publication number
RU2768807C1
RU2768807C1 RU2021113716A RU2021113716A RU2768807C1 RU 2768807 C1 RU2768807 C1 RU 2768807C1 RU 2021113716 A RU2021113716 A RU 2021113716A RU 2021113716 A RU2021113716 A RU 2021113716A RU 2768807 C1 RU2768807 C1 RU 2768807C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
screw
encoder
output
machine
Prior art date
Application number
RU2021113716A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Яков Львович Либерман
Карина Владимировна Тулепова
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2021113716A priority Critical patent/RU2768807C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2768807C1 publication Critical patent/RU2768807C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of mechanical engineering. The device for counting the movements of the working body of the machine with a drive screw contains a screw rotation drive, a nut covering the screw and connected to the working body of the machine, and a rotary absolute encoder, the input of which is connected to the screw. The device is also equipped with a programming unit for screw pitch errors, a unit for calculating screw angle errors, the input of which is connected to a programming unit for pitch errors, a programmable code converter, the programming input of which is connected to the output of the angle error calculation unit, and the working input is connected to the output of the encoder, and a two–input adder, the first input of which is connected to the output of the code converter, and the second input is connected to the output of the encoder.
EFFECT: increase in the accuracy of counting the movements of the working body of the machine with a drive screw is provided.
1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности к машинам с числовым программным управлением, например к металлорежущим станкам.The present invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to machines with numerical control, such as machine tools.

Устройства отсчета перемещений рабочего органа машины с ходовым винтом известны. В простейшем случае это устройства, в которых отсчет перемещений осуществляется самим приводом машины. Привод выполняется шаговым, соединяется с ходовым винтом, а последний через установленную на нем гайку связывается с рабочим органом (И.В. Харизоменов. Электрооборудование и электроавтоматика металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1975, стр. 188, рис. 166, в). Сколько управляющих импульсов подано на привод, на такой угол повернется вал шагового двигателя и, соответственно, ходовой винт. Подобные устройства просты, но не обладают высокой точностью, поскольку не учитывают погрешности, возникающие при отработке импульсов, подаваемых на шаговый двигатель. Более точные устройства отсчета перемещений содержат привод вращения винта, гайку, охватывающую винт и соединенную с рабочим органом машины, и поворотный датчик (энкодер), вход которого соединен с винтом. Такое устройство, рассмотренное в той же книге И.В. Харизоменова, показанное на рис. 166, б (привод в нем образован преобразователем П, двигателем Д и редуктором Р) и описанное на стр.189, принято нами в качестве прототипа предложения.Devices for counting the movements of the working body of a machine with a lead screw are known. In the simplest case, these are devices in which the displacements are counted by the machine drive itself. The drive is stepper, connected to the lead screw, and the latter, through the nut installed on it, is connected to the working body (I.V. Kharizomenov. Electrical equipment and electric automatics of metal-cutting machines. M .: Mashinostroenie, 1975, p. 188, Fig. 166, c) . How many control pulses are given to the drive, the shaft of the stepper motor and, accordingly, the lead screw will turn at such an angle. Such devices are simple, but do not have high accuracy, since they do not take into account the errors that occur during the processing of pulses applied to a stepper motor. More accurate displacement counting devices include a screw rotation drive, a nut covering the screw and connected to the working body of the machine, and a rotary sensor (encoder), the input of which is connected to the screw. Such a device, considered in the same book by I.V. Harizomenov, shown in Fig. 166, b (the drive in it is formed by a converter P, a motor D and a gearbox R) and described on page 189, we adopted it as a prototype of the proposal.

Устройство - прототип работает точнее, чем устройство с шаговым приводом, не оснащенное датчиком. Однако у него все же есть существенный недостаток, ограничивающий его применение на прецизионных станках. Обусловлен он тем, что датчик-энкодер выдает информацию не о перемещении рабочего органа, а об угле поворота ходового винта. Причем дискретность выдаваемой им информации соответствует номинальной величине шага (как правило, датчик имеет равномерную шкалу) без учета того, что фактические шаги винта из-за погрешностей его изготовления отличаются от номинальных. Если номинальное значение шага

Figure 00000001
, то фактическое значение шага всегда равно
Figure 00000002
, где
Figure 00000003
- погрешность шага, которая может быть как положительной, так и отрицательной. Причем, когда рабочий орган машины находится в одном положении, эта погрешность одна, а когда он находится в другом положении, то и она другая. Датчик же, определяющий положение рабочего органа по угловому положению винта, выдает информацию так, как будто при любом положении рабочего органа машины указанная погрешность отсутствует.The prototype device works more accurately than a non-sensor stepper device. However, it still has a significant drawback that limits its use on precision machine tools. It is due to the fact that the encoder sensor provides information not about the movement of the working body, but about the angle of rotation of the lead screw. Moreover, the discreteness of the information issued by it corresponds to the nominal pitch value (as a rule, the sensor has a uniform scale) without taking into account the fact that the actual propeller pitches differ from the nominal ones due to manufacturing errors. If the nominal value of the step
Figure 00000001
, then the actual value of the step is always equal to
Figure 00000002
, where
Figure 00000003
- step error, which can be both positive and negative. Moreover, when the working body of the machine is in one position, this error is one, and when it is in another position, then it is different. The sensor, which determines the position of the working body by the angular position of the screw, provides information as if there is no specified error for any position of the working body of the machine.

В соответствии с изложенным проблемой, возникающей при отсчете перемещений рабочего органа машины, является не всегда достаточная точность отсчета.In accordance with the foregoing, the problem that arises when counting the movements of the working body of the machine is not always sufficient reading accuracy.

Указанная проблема решается за счет того, что устройство отсчета перемещений рабочего органа машины с ходовым винтом, содержащее привод вращения винта, гайку, охватывающую винт и соединенную с рабочим органом машины, и поворотный абсолютный энкодер, вход которого соединен с винтом, отличается от прототипа тем, что оно снабжено блоком программирования погрешностей шага винта, блоком вычисления погрешностей угла поворота винта, вход которого соединен с блоком программирования погрешностей шага, программируемым кодопреобразователем, программирующий вход которого соединен с выходом блока вычисления погрешностей угла, а рабочий вход - с выходом энкодера, и двухвходовым сумматором, первый вход которого соединен с выходом кодопреобразователя, а второй вход - с выходом энкодера.This problem is solved due to the fact that the device for counting the movements of the working body of the machine with a lead screw, containing a screw rotation drive, a nut covering the screw and connected to the working body of the machine, and a rotary absolute encoder, the input of which is connected to the screw, differs from the prototype in that that it is equipped with a screw pitch error programming unit, a screw rotation angle error calculation unit, the input of which is connected to a pitch error programming unit, a programmable code converter, the programming input of which is connected to the output of the angle error calculation unit, and the working input is connected to the encoder output, and a two-input adder , the first input of which is connected to the output of the encoder, and the second input - to the output of the encoder.

На фиг.1 показана блок-схема предлагаемого устройства.Figure 1 shows a block diagram of the proposed device.

Устройство отсчета перемещений рабочего органа 1 машины с ходовым винтом 2, содержит привод 3 вращения винта, гайку 4, охватывающую винт 2 и соединенную с рабочим органом 1 машины, и поворотный абсолютный энкодер 5, вход которого соединен с винтом 2. Оно также снабжено блоком 6 программирования погрешностей шага винта 2, блоком 7 вычисления погрешностей угла поворота винта, вход которого соединен с блоком программирования погрешностей 6 шага, программируемым кодопреобразователем 8, программирующий вход которого соединен с выходом блока вычисления погрешностей угла 7, а рабочий вход - с выходом энкодера 5, и двухвходовым сумматором 9, первый вход которого соединен с выходом кодопреобразователя 8, а второй вход - с выходом энкодера 5.The device for counting the displacements of the working body 1 of the machine with the lead screw 2, contains a drive 3 for rotating the screw, a nut 4 covering the screw 2 and connected to the working body 1 of the machine, and a rotary absolute encoder 5, the input of which is connected to the screw 2. It is also equipped with a block 6 programming the screw pitch errors 2, the block 7 for calculating the errors of the angle of rotation of the screw, the input of which is connected to the block for programming the errors 6 of the pitch, the programmable code converter 8, the programming input of which is connected to the output of the block for calculating the angle errors 7, and the working input to the output of the encoder 5, and two-input adder 9, the first input of which is connected to the output of the encoder 8, and the second input - to the output of the encoder 5.

Элементы 6 и 7 устройства выполнены на типовых логических схемах (см. Справочник по средствам автоматики/ Под ред. В.Э. Низэ и И.В. Антика. - М.: Энергоатомиздат, 1983), блок 8 выполнен на основе программируемой логической матрицы (см. В.М. Терехов и О.И. Осипов. Системы управления электроприводов. - М.: Издат. Центр «Академия», 2005, стр.51-54), энкодер 5 - на основе кодовых дисков и встроенного преобразователя кода Грея в естественный двоичный код (см. https://megasensor.com/products/princip-raboty-absolyutnogo-enkodera/).Elements 6 and 7 of the device are made on typical logic circuits (see Handbook of Automation Tools / Edited by V.E. Nize and I.V. Antika. - M .: Energoatomizdat, 1983), block 8 is made on the basis of a programmable logic matrix (see V.M. Terekhov and O.I. Osipov. Control systems for electric drives. - M .: Publishing Center "Academy", 2005, pp. 51-54), encoder 5 - based on code disks and built-in code converter Gray to natural binary code (see https://megasensor.com/products/princip-raboty-absolyutnogo-enkodera/).

Перед эксплуатацией устройства энкодер 5 юстируют в соответствии с номинальными значениями шага винта 2 (его «0» совмещают с серединой дискреты отсчета номинального шага), измеряют погрешности шагов

Figure 00000003
ходового винта 2 по всей его длине и в кодированном виде значения
Figure 00000004
вводят в блок 6. Последний передает их в блок 7, который по ним вычисляет соответствующие им погрешности углового положения винта
Figure 00000005
.Before operating the device, the encoder 5 is adjusted in accordance with the nominal values of the screw pitch 2 (its “0” is combined with the middle of the nominal pitch readout), the errors of the steps are measured
Figure 00000003
lead screw 2 over its entire length and coded values
Figure 00000004
are entered into block 6. The latter passes them to block 7, which calculates the corresponding errors in the angular position of the screw from them
Figure 00000005
.

Вычисление

Figure 00000006
производится численным методом согласно следующим соотношениям (1) и (2):calculation
Figure 00000006
is performed by a numerical method according to the following relations (1) and (2):

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

где

Figure 00000001
- номинальный шаг винта,
Figure 00000009
- погрешность длины витка винта, соответствующая
Figure 00000003
,
Figure 00000010
- средний диаметр винта,
Figure 00000011
- номинальная длина одного витка,
Figure 00000012
- фактическая длина одного витка, отличающаяся от
Figure 00000011
на
Figure 00000009
. where
Figure 00000001
- nominal pitch of the screw,
Figure 00000009
- error of the length of the screw turn, corresponding to
Figure 00000003
,
Figure 00000010
- average screw diameter,
Figure 00000011
- nominal length of one turn,
Figure 00000012
- the actual length of one turn, which differs from
Figure 00000011
on the
Figure 00000009
.

Например, при

Figure 00000013
получается
Figure 00000014
For example, when
Figure 00000013
it turns out
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Вычисленные значения

Figure 00000006
в кодированном виде поступают в программируемый кодопреобразователь 8 (на его программирующий вход) и запоминаются в нем. Программирование осуществляется так, чтобы каждому шагу винта
Figure 00000001
, преобразуемому энкодером в угол
Figure 00000016
и подаваемому на вход кодопреобразователя 8, на выходе последнего отвечало двоично-кодированное
Figure 00000006
, соответствующее
Figure 00000016
.Computed values
Figure 00000006
in coded form, they enter the programmable code converter 8 (to its programming input) and are stored in it. Programming is carried out so that each pitch of the screw
Figure 00000001
, converted by the encoder into an angle
Figure 00000016
and fed to the input of the encoder 8, at the output of the latter, a binary-coded
Figure 00000006
corresponding to
Figure 00000016
.

В процессе работы устройства привод 1 вращает ходовой винт 2, а энкодер 5 преобразует угол поворота винта (и, следовательно, положение рабочего органа 1) в двоичный код. Этот код характеризует угол поворота

Figure 00000016
винта 2 без учета погрешности шагов
Figure 00000003
(так, как будто весь винт был изготовлен с шагами номинальной величины, без погрешностей). Указанный код поступает на второй вход сумматора 9 и на рабочий вход кодопреобразователя 8. С выхода кодопреобразователя 8 на первый вход сумматора в это время поступает двоично-кодированная величина
Figure 00000006
, соответствующая
Figure 00000016
. В результате на выходе сумматора 9 появляется двоично-кодированная величина
Figure 00000017
. Таким образом, на выходе устройства получается информация о перемещении рабочего органа с учетом погрешностей шагов винта, перемещающего рабочий орган 1 с помощью охватывающей винт гайки 4.During the operation of the device, the drive 1 rotates the lead screw 2, and the encoder 5 converts the angle of rotation of the screw (and, consequently, the position of the working body 1) into a binary code. This code characterizes the angle of rotation
Figure 00000016
screws 2 without taking into account the error of steps
Figure 00000003
(as if the whole screw was made with steps of the nominal value, without errors). The specified code is fed to the second input of the adder 9 and to the working input of the code converter 8. From the output of the code converter 8 to the first input of the adder at this time, a binary-coded value
Figure 00000006
corresponding to
Figure 00000016
. As a result, the output of the adder 9 appears binary-coded value
Figure 00000017
. Thus, at the output of the device, information is obtained about the movement of the working body, taking into account the errors in the steps of the screw that moves the working body 1 with the help of the nut 4 covering the screw.

Из изложенного следует, что техническим результатом предлагаемого устройства отсчета перемещений является повышение точности указанного отсчета.From the foregoing, it follows that the technical result of the proposed displacement counting device is to increase the accuracy of the indicated reading.

Claims (1)

Устройство отсчета перемещений рабочего органа машины с ходовым винтом, содержащее привод вращения винта, гайку, охватывающую винт и соединенную с рабочим органом машины, и поворотный абсолютный энкодер, вход которого соединен с винтом, отличающееся тем, что оно снабжено блоком программирования погрешностей шага винта, блоком вычисления погрешностей угла поворота винта, вход которого соединен с блоком программирования погрешностей шага, программируемым кодопреобразователем, программирующий вход которого соединен с выходом блока вычисления погрешностей угла, а рабочий вход – с выходом энкодера, и двухвходовым сумматором, первый вход которого соединен с выходом кодопреобразователя, а второй вход – с выходом энкодера.A device for counting the movements of the working body of the machine with a lead screw, containing a screw rotation drive, a nut enclosing the screw and connected to the working body of the machine, and a rotary absolute encoder, the input of which is connected to the screw, characterized in that it is equipped with a screw pitch error programming unit, a block calculating the errors of the angle of rotation of the screw, the input of which is connected to the step error programming unit, a programmable encoder, the programming input of which is connected to the output of the angle error calculation unit, and the working input is connected to the output of the encoder, and a two-input adder, the first input of which is connected to the output of the encoder, and the second input is with the encoder output.
RU2021113716A 2021-05-14 2021-05-14 Device for counting the movements of the working body of a machine with a drive screw RU2768807C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113716A RU2768807C1 (en) 2021-05-14 2021-05-14 Device for counting the movements of the working body of a machine with a drive screw

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113716A RU2768807C1 (en) 2021-05-14 2021-05-14 Device for counting the movements of the working body of a machine with a drive screw

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2768807C1 true RU2768807C1 (en) 2022-03-24

Family

ID=80819521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021113716A RU2768807C1 (en) 2021-05-14 2021-05-14 Device for counting the movements of the working body of a machine with a drive screw

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2768807C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4510565A (en) * 1982-09-20 1985-04-09 Allen-Bradley Company Programmable controller with intelligent positioning I/O modules
RU80254U1 (en) * 2008-06-24 2009-01-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Балт-Систем" AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF NEXT ELECTRIC DRIVES OF EQUIPMENT WITH CNC
RU170795U1 (en) * 2016-10-25 2017-05-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) INTELLIGENT SYSTEM OF ADAPTIVE CONTROL OF THE CUTTING PROCESS ON METAL-CUTTING MACHINES WITH SPINDLE ASSEMBLY WITH ACTIVE MAGNETIC BEARINGS
CN108170084A (en) * 2016-12-07 2018-06-15 杨新高 A kind of agricultural equipment automatic control system and product

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4510565A (en) * 1982-09-20 1985-04-09 Allen-Bradley Company Programmable controller with intelligent positioning I/O modules
RU80254U1 (en) * 2008-06-24 2009-01-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Балт-Систем" AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF NEXT ELECTRIC DRIVES OF EQUIPMENT WITH CNC
RU170795U1 (en) * 2016-10-25 2017-05-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) INTELLIGENT SYSTEM OF ADAPTIVE CONTROL OF THE CUTTING PROCESS ON METAL-CUTTING MACHINES WITH SPINDLE ASSEMBLY WITH ACTIVE MAGNETIC BEARINGS
CN108170084A (en) * 2016-12-07 2018-06-15 杨新高 A kind of agricultural equipment automatic control system and product

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0109296B1 (en) An apparatus for detecting an absolute postition and a process thereof
EP0239026B1 (en) Method and apparatus for determining shaft position and for providing commutation signals
KR101502259B1 (en) Device for detecting multi-turn absolute rotation angle, and method for detecting rotation angle thereof
CN108731707B (en) Method and device for measuring absolute position by double-increment type encoder
EP0666520B1 (en) Position detecting method and apparatus
CN105675030B (en) Measuring method and device for absolute value encoder
EP0332244A1 (en) Single track absolute encoder
US10222233B2 (en) Actuator position sensing
US5276722A (en) Absolute multi-revolution encoder
CN114562961B (en) Method and system for calibrating and compensating gear angle error by using incremental encoder
US5642297A (en) Apparatus and method for measuring the kinematic accuracy in machines and mechanisms using absolute encoders
US4532715A (en) Inspection machine and method for measuring the circular pitch spacing of teeth on a measurement circle of a gear
RU2768807C1 (en) Device for counting the movements of the working body of a machine with a drive screw
EP2474902A1 (en) Signal processing apparatus for encoders
US6501403B2 (en) Calibrated encoder multiplier
CN111811562B (en) A Micro-controller-based Incremental Photoelectric Encoder Fine-Rough Correction Method
JP6407490B1 (en) Motor control device
US3855585A (en) System for generating a digital signal indicative of shaft position with automatic error correction
EP0213210A1 (en) Apparatus for detecting quantity of rotation of rotary shaft
JP6589107B2 (en) Modulated wave resolver device
CN103178832A (en) Revolutions recording method utilizing incremental encoder
WO1986000430A1 (en) Apparatus for detecting absolute position of servo control system
CN218411219U (en) Code disc type encoder
JPH0521166B2 (en)
JPH0678907B2 (en) Absolute position detector