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DE-112021006961-B4 - Numerische Steuervorrichtung

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Abstract

Numerische Steuervorrichtung (100) zum Steuern eines Motors einer Werkzeugmaschine (10), die ein Werkstück (15) schneidet, wobei die numerische Steuervorrichtung (100) umfasst: eine Motorzustandsbeobachtungseinheit (1), um Motorzustandssignale auszugeben, die Ergebnisse der Beobachtung eines Zustands des Motors angeben; eine Schneidzustandsbeobachtungseinheit (5), um ein Schneidzustandssignal auszugeben, das angibt, ob die Werkzeugmaschine (10) schneidet; eine erste Drehmomentschätzeinheit (21), um ein erstes geschätztes Drehmoment und physikalische Zustandsvariablen basierend auf den Motorzustandssignalen und physikalischen Modellparametern der Werkzeugmaschine (10) auszugeben, wobei das erste geschätzte Drehmoment ein geschätzter Wert des Drehmoments des Motors ist, wobei die physikalischen Zustandsvariablen Komponenten des ersten geschätzten Drehmoments sind; eine Merkmalswerterzeugungseinheit (3), um aus dem Schneidzustandssignal und dem ersten geschätzten Drehmoment, und/oder den physikalischen Zustandsvariablen und/oder den Motorzustandssignalen Merkmalswerte zu erzeugen und die erzeugten Merkmalswerte auszugeben; und eine Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4), um aus den Merkmalswerten und den Maschinenlernmodellparametern einen Maschinenlernkorrekturwert zu berechnen, und die Maschinenlernmodellparameter so zu lernen, dass sich der berechnete Maschinenlernkorrekturwert einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Drehmoment, das in den Motorzustandssignalen enthalten ist, und dem ersten geschätzten Drehmoment annähert.

Inventors

  • Kenji Nishiwaki

Assignees

  • MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION

Dates

Publication Date
20260507
Application Date
20210126

Claims (19)

  1. Numerische Steuervorrichtung (100) zum Steuern eines Motors einer Werkzeugmaschine (10), die ein Werkstück (15) schneidet, wobei die numerische Steuervorrichtung (100) umfasst: eine Motorzustandsbeobachtungseinheit (1), um Motorzustandssignale auszugeben, die Ergebnisse der Beobachtung eines Zustands des Motors angeben; eine Schneidzustandsbeobachtungseinheit (5), um ein Schneidzustandssignal auszugeben, das angibt, ob die Werkzeugmaschine (10) schneidet; eine erste Drehmomentschätzeinheit (21), um ein erstes geschätztes Drehmoment und physikalische Zustandsvariablen basierend auf den Motorzustandssignalen und physikalischen Modellparametern der Werkzeugmaschine (10) auszugeben, wobei das erste geschätzte Drehmoment ein geschätzter Wert des Drehmoments des Motors ist, wobei die physikalischen Zustandsvariablen Komponenten des ersten geschätzten Drehmoments sind; eine Merkmalswerterzeugungseinheit (3), um aus dem Schneidzustandssignal und dem ersten geschätzten Drehmoment, und/oder den physikalischen Zustandsvariablen und/oder den Motorzustandssignalen Merkmalswerte zu erzeugen und die erzeugten Merkmalswerte auszugeben; und eine Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4), um aus den Merkmalswerten und den Maschinenlernmodellparametern einen Maschinenlernkorrekturwert zu berechnen, und die Maschinenlernmodellparameter so zu lernen, dass sich der berechnete Maschinenlernkorrekturwert einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Drehmoment, das in den Motorzustandssignalen enthalten ist, und dem ersten geschätzten Drehmoment annähert.
  2. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 , wobei die Merkmalswerterzeugungseinheit (3) eine Speichervorrichtung umfasst und Information, die als die Merkmalswerte zu verwenden ist, aus der in der Speichervorrichtung gespeicherten Information extrahiert, wobei die Speichervorrichtung das erste geschätzte Drehmoment, die physikalischen Zustandsvariablen, die Motorzustandssignale, das Schneidzustandssignal, Werkzeuginformation und Bearbeitungsinformation speichert, wobei die Werkzeuginformation Information zu einem Werkzeug (14) ist, das durch die Werkzeugmaschine (10) zu verwenden ist, wobei die Bearbeitungsinformation Information zu einer Bearbeitungsgegebenheit für die durch die Werkzeugmaschine (10) durchzuführende Bearbeitung ist.
  3. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 2 , wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4) die Maschinenlernmodellparameter, die basierend auf Werten gelernt wurden, die eingegeben und ausgegeben wurden, während geschnitten wurde, und die Maschinenlernmodellparameter speichert, die basierend auf Werten gelernt wurden, die eingegeben und ausgegeben wurden, während nicht geschnitten wurde.
  4. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 3 , wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4) ein zweites geschätztes Drehmoment berechnet, eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem berechneten zweiten geschätzten Drehmoment überwacht und eine Unregelmäßigkeit basierend auf der Differenz detektiert, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4) das zweite geschätzte Drehmoment berechnet, indem sie zu dem ersten geschätzten Drehmoment den Maschinenlernkorrekturwert addiert, der aus den Maschinenlernmodellparametern berechnet wurde, die basierend auf den Werten gelernt wurden, die eingegeben und ausgegeben wurden, während nicht geschnitten wurde.
  5. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 3 , wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4) ein zweites geschätztes Drehmoment berechnet und ein Schneidlastdrehmoment gewinnt, das eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem berechneten zweiten geschätzten Drehmoment ist, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4) das zweite geschätzte Drehmoment berechnet, indem sie zu dem ersten geschätzten Drehmoment den Maschinenlernkorrekturwert addiert, der aus den Maschinenlernmodellparametern auf der Grundlage der Werte berechnet wurde, die eingegeben und ausgegeben wurden, während nicht geschnitten wurde.
  6. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 3 , wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4) ein zweites geschätztes Drehmoment berechnet, eine Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem berechneten zweiten geschätzten Drehmoment überwacht und Abnutzung oder Verlust des Werkzeugs (14) basierend auf der Differenz detektiert, wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4) das zweite geschätzte Drehmoment berechnet, indem sie zu dem ersten geschätzten Drehmoment den Maschinenlernkorrekturwert addiert, der aus den Maschinenlernmodellparametern berechnet wurde, die basierend auf Werten gelernt wurden, die eingegeben und ausgegeben wurden, während geschnitten wurde.
  7. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6 , wobei die Speichervorrichtung ferner Bestimmungsinformation speichert, die angibt, welche Bestimmung zum Detektieren einer Mehrzahl von Ereignissen beim Bearbeiten durchzuführen ist.
  8. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7 , wobei die Werkzeuginformation Information zu einer Anzahl der Klingen des Werkzeugs (14) oder Information zu einer Länge eines Vorsprungs des Werkzeugs (14) umfasst.
  9. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7 , wobei das Werkzeug (14) ein Werkzeug ist, das zum Drehen zu verwenden ist, und wobei die Werkzeuginformation Information zu einer Gestalt einer Spitze des Werkzeugs (14) oder Information zu einem Freiwinkel des Werkzeugs (14) umfasst.
  10. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 , wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4) den Maschinenlernkorrekturwert unter Verwendung eines neuronalen Netzwerks als das Maschinenlernen berechnet, welches einen autoregressiven Term in einer Eingabe-Ausgabe-Beziehung umfasst, und ein Error-Back-Propagation-Verfahren verwendet, wenn die Maschinenlernmodellparameter gelernt werden.
  11. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 10 , wobei die Maschinenlernmodellberechnungseinheit (4) die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten geschätzten Drehmoment als den autoregressiven Term verwendet.
  12. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die erste Drehmomentschätzeinheit (21) das erste geschätzte Drehmoment und die physikalischen Zustandsvariablen ausgibt, indem sie eine auf den Motorzustandssignalen und den physikalischen Modellparametern basierende Bewegungsgleichung verwendet.
  13. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 12 , wobei die Bewegungsgleichung ein stetiges und glattes Reibungsmodell umfasst, wobei das Reibungsmodell als eine Eingabe eine aus den Motorzustandssignalen gewonnene Geschwindigkeit des Motors verwendet, wobei das Reibungsmodell einen geschätzten Wert einer Reibungskomponente des Drehmoments ausgibt.
  14. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , ferner umfassend: eine Berechnungseinheit (2) für physikalische Modelle, um die physikalischen Modellparameter so zu lernen, dass die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmoment und dem ersten gelernten Drehmoment reduziert wird, und um die gelernten physikalischen Modellparameter zu speichern.
  15. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 14 , wobei die erste Drehmomentschätzeinheit (21) das erste geschätzte Drehmoment und die physikalischen Zustandsvariablen ausgibt, indem sie eine auf den Motorzustandssignalen und den physikalischen Modellparametern basierende Bewegungsgleichung verwendet, wobei die Bewegungsgleichung ein stetiges und glattes Reibungsmodell verwendet, wobei das Reibungsmodell eine aus den Motorzustandssignalen gewonnene Geschwindigkeit des Motors als eine Eingabe verwendet, wobei das Reibungsmodell einen geschätzten Wert einer Reibungskomponente des Drehmoments ausgibt, und wobei die Berechnungseinheit (2) für physikalische Modelle Koeffizienten des Reibungsmodells als die physikalischen Modellparameter lernt und die gelernten Koeffizienten speichert.
  16. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 15 , wobei die physikalischen Zustandsvariablen das Reibungsmodell umfassen.
  17. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 16 , wobei die Berechnungseinheit (2) für physikalische Modelle beim Lernen der physikalischen Modellparameter abwechselnd die Koeffizienten des Reibungsmodells und andere physikalische Modellparameter schätzt.
  18. Numerische Steuervorrichtung (100) gemäß Anspruch 16 oder 17 , wobei die Berechnungseinheit (2) für physikalische Modelle beim Lernen der physikalischen Modellparameter ein Verfahren der kleinsten Quadrate, ein regularisiertes Verfahren der kleinsten Quadrate, ein nichtlineares Verfahren der kleinsten Quadrate oder ein Kalman-Filter verwendet.
  19. Numerische Steuervorrichtung (100) zum Steuern eines Motors einer Werkzeugmaschine (10), die ein Werkstück schneidet, wobei die numerische Steuervorrichtung (100) umfasst: eine Motorzustandsbeobachtungseinheit (1), um Motorzustandssignale auszugeben, die Ergebnisse der Beobachtung eines Zustands des Motors angeben; eine Schneidzustandsbeobachtungseinheit (5), um ein Schneidzustandssignal auszugeben, das angibt, ob die Werkzeugmaschine (10) schneidet; eine erste Drehmomentschätzeinheit (21), um ein erstes geschätztes Drehmoment und physikalische Zustandsvariablen basierend auf den Motorzustandssignalen und physikalischen Modellparametern der Werkzeugmaschine (10) auszugeben, wobei das erste geschätzte Drehmoment ein Schätzwert des Drehmoments des Motors ist, wobei die physikalischen Zustandsvariablen Komponenten des ersten geschätzten Drehmoments sind; eine Merkmalswerterzeugungseinheit (3), um aus dem Schneidzustandssignal und dem ersten geschätzten Drehmoment, den physikalischen Zustandsvariablen und/oder den Motorzustandssignalen Merkmalswerte zu erzeugen und die erzeugten Merkmalswerte auszugeben; und eine zweite Drehmomentschätzeinheit (41), um ein zweites geschätztes Drehmoment auszugeben indem sie zu dem ersten geschätzten Drehmoment einen Maschinenlernkorrekturwert addiert, der aus den Merkmalswerten und den Maschinenlernmodellparametern so berechnet wurde, dass der berechnete Maschinenlernkorrekturwert sich einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Drehmoment, das in den Motorzustandssignalen enthalten ist, und dem ersten geschätzten Drehmoment annähert.

Description

Bereich Die vorliegende Offenbarung betrifft eine numerische Steuervorrichtung, die ein Modell erzeugt, das ein Objekt simuliert, das zu steuern ist. Hintergrund Es gibt einen Bedarf für ein schnelles und sehr genaues Steuerverfahren und Fehlerdetektionsverfahren für eine numerische Steuervorrichtung, die zur Steuerung einer Werkzeugmaschine verwendet wird. Ein Modell, das ein zu steuerndes Objekt genau simuliert, ist zur Verbesserung von solchen Verfahren wesentlich. Jedoch können bei dem tatsächlichen Betrieb der numerischen Steuervorrichtung Fehler in physikalischen Modellparametern, wie etwa einer Masse, einer baryzentrische Position, einem Trägheitstensor und Reibung gegenüber einer Abdeckung aufgrund einer Installation eines Drahts, einer Spindel, eines Werkzeugs, eines Werkstücks oder dergleichen bei einem zu steuernden Objekt nicht vernachlässigt werden. Zudem sind darin auch Komponenten enthalten, die bezüglich einer Motordrehung nichtlinear sind, wie etwa Schwingung und Reibung. Deshalb war es bisher schwierig, ein Modell bereitzustellen, das diese Komponenten mit hoher Genauigkeit vorab reproduziert. In den letzten Jahren wurden Steuerverfahren vorgeschlagen, um Fehler bei der Schätzung von Kräften und Drehmomenten in solchen Modellen zu verhindern oder zu reduzieren. Beispielsweise offenbart Patentliteratur 1 eine Technik, bei der eine Steuervorrichtung für einen Elektromotor einen Fehler korrigiert, der in Anfangswerten von physikalischen Modellparametern während des Betriebs enthalten ist, indem eine M-Sequenz oder ein Sinus-Befehl erhalten wird und ein Trägheitstensor, ein Reibungskoeffizient und eine Federkonstante für jede Abtastperiode korrigiert werden, um einen Drehmomentschätzfehler zu minimieren. Die Patentliteratur 2 offenbart eine Technik, bei der eine Steuervorrichtung einen Korrekturbetrag für ein Drehmoment lernt und den Drehmomentschätzfehler basierend auf dem Korrekturbetrag korrigiert. Zitierungsliste Patentliteratur Patentliteratur 1: JP 2013 - 128 387 APatentliteratur 2: DE 11 2019 007 222 T5 Überblick Technisches Problem Die in Patentliteratur 1 beschriebene Technik basiert jedoch auf der Annahme, dass die Bewegung der Steuervorrichtung für einen Elektromotor unter Verwendung des Trägheitstensors, der Reibung und des Drehmoments einer Feder modelliert werden kann. Folglich weist die in Patentliteratur 1 beschriebene Technik ein Problem dahingehend auf, dass eine in einem Modell nicht betrachtete Störung nicht ausgedrückt werden kann. Da zudem auch ein Reibungsmodell vereinfacht ist, weist die in Patentliteratur 1 beschriebene Technik ein Problem dahingehend auf, dass das Reibungsmodell nicht in der Lage ist, komplexe Phänomene mit starker Nichtlinearität, wie etwa dem Stribeck-Effekt und Hysterese, auszudrücken. Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der obigen Ausführungen getätigt, und es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine numerische Steuervorrichtung zu erhalten, die eine hochgenaue Drehmomentschätzung für ein Phänomen mit starker Nichtlinearität ermöglicht. Lösung des Problems Um das obige Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen, steuert eine numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Motor einer Werkzeugmaschine, die ein Werkstück schneidet. Die numerische Steuervorrichtung umfasst: eine Motorzustandsüberwachungseinheit, um Motorzustandssignale auszugeben, die Beobachtungsergebnisse eines Zustands des Motors angeben; eine Schneidzustandsbeobachtungseinheit, um ein Schneidzustandssignal auszugeben, das angibt, ob die Werkzeugmaschine ein Schneiden durchführt; eine erste Drehmomentschätzeinheit, um ein erstes geschätztes Drehmoment und physikalische Zustandsvariablen basierend auf den Motorzustandssignalen und physikalischen Modellparametern der Werkzeugmaschine auszugeben, wobei das erste geschätzte Drehmoment ein Schätzwert des Drehmoments des Motors ist, wobei die physikalischen Zustandsvariablen Komponenten des ersten geschätzten Drehmoments sind; eine Merkmalswerterzeugungseinheit, um aus dem Schneidzustandssignal und aus dem ersten geschätzten Drehmoment, den physikalischen Zustandsvariablen und/oder den Motorzustandssignalen Merkmalswerte zu erzeugen und die erzeugten Merkmalswerte auszugeben; und eine Maschinenlernmodellberechnungseinheit, um einen Maschinenlernkorrekturwert aus den Merkmalswerten und Maschinenlernmodellparametern zu berechnen, die Maschinenlernmodellparameter so zu lernen, dass der berechnete Maschinenlernkorrekturwert sich einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Drehmoment, das in den Motorzustandssignalen enthalten ist, und dem ersten geschätzten Drehmoment annähert, und die gelernten Maschinenlernmodellparameter zu speichern. Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung Die numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Wirkung dahingehend auf, dass sie eine hochgenaue Drehmomentschätzung für ein Phänomen mit starker Nichtlinearität ermöglicht. Kurzbeschreibung der Ze