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Positioniervorrichtung für ein mindestens längs einer vorgegebenen Bewegungsbahn bewegliches Maschinenelement
Die Erfindung bezieht sich auf das Problem der Positionierung eines mindestens längs einer vorge- gebenen Bewegungsbahn beweglichen Maschinenelementes, z. B. eines Werkzeugmaschinenschlittens oder einer Drehscheibe in eine vorgegebene, z. B. programmierbare Soll-Lage.
Nach einem wohlbekannten Prinzip wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ist-Position des zu positionierenden Maschinenelementes mit Hilfe einer Lagemesseinrichtung, die einen Lagewertgeber umfasst, jederzeit ermittelt und mit einer Soll-Position verglichen wird, wobei eine Steuergrösse für einen Servomotor erzeugt wird, welche mehr oder weniger genau dem momentanen Fehler, d. h. der momentanen Differenz zwischen Soll- und Ist-Position entspricht, derart, dass der Servomotor, mit dessen Abtriebsglied das zu positionierende Maschinenelement gekuppelt ist, das Maschinenelement gegen die Soll-Position bewegt.
Der Nachteil dieser Art von Positionierung ist darin zu erblicken, dass eine besondere Messvorrichtung zur jederzeitigen Kontrolle der Ist-Lage und ein relativ aufwendiges Servomotorsystem benötigt werden.
Nach einem andern bekannten Prinzip ist das zu positionierende Maschinenelement mit dem Abtriebsglied eines elektromagnetischen Schrittmotors schlupffrei gekuppelt, wobei dem genannten Schrittmotor in vorbestimmter Anzahl Stromimpulse zugeführt werden, deren jeder die Ausführung eines Bewegungsschrittes von vorbestimmter Einheitsweglänge am Abtriebsorgan auslöst. Ein Nachteil dieses Prinzips ist darin zu erblicken, dass die Ausgangs- und Endstellungen des Abtriebsgliedes eines solchen Schrittmotors prinzipiell nur ungenau definiert sind, indem das Abtriebsglied nur durch magnetische Zugkräfte nachgiebig elastisch gegen eine Mittellage gezogen wird. Ausserdem müssen die dem Schrittmotor zuzuführenden Stromimpulse die gesamte Leistung zur Beschleunigung und Bremsung der bewegten Massen bei der Ausführung jedes Bewegungsschrittes aufbringen.
Das Ziel der Erfindung ist darin zu erblicken, einem zu positionierenden Maschinenelement mit Hilfe eines leistungsarmen Steuersignals jederzeit die Ausführung einer mehr oder weniger grossen Zahl vonBewegungsschritten genau vorbestimmter Einheitsgrösse aufzwingen zu können, wobei als primäre Antriebsmaschine ein möglichst einfacher und billiger Elektromotor zum annähernd kontinuierlichen Antrieb einer Schwungmasse verwendbar sein soll.
Erfindungsgemäss ist eine Positioniervorrichtung mit Schrittsteuerung für ein mindestens längs einer vorgegebenen Bewegungsbahn bewegliches Maschinenelement, das mit einem antreibenden Organ schlupffrei gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das antreibende Organ des beweglichen Maschinenelementes das Abtriebsorgan eines antriebsseitig von einem Motor konstanter Drehzahl angetriebenen Schrittgetriebes ist, welches Schrittgetriebe wie bekannt, ein aus einer Arbeitslage in eine Ruhelage hin und her steuerbares Kopplungsorgan umfasst, das in seiner Ruhelage das Abtriebsorgan des Schrittgetriebes stillstehen lässt und in seiner Arbeitslage das Abtriebsorgan je über einen vorbestimmten Bewegungs-
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mitin einem Summiergetriebe addiert werden,
ergibt sich eine gleichförmige Bewegungsgeschwindigkeit des Abtriebsgliedes nach der Beziehung :
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. l ein Weg-Zeitdiagramm desAusgangsgliedes, Fig. 2 ein Maltesergetriebe In Ansicht, Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie III-m in Fig. 2 und Fig. 4 im Blockschema zum Verschieben eines Schlittens.
In Fig. l der Zeichnungen ist ein mögliches Weg-Zeitdiagramm des Ausgangsgliedes eines gemäss der Erfindung zu verwendenden Schrittgetriebes dargestellt. Die Abszissenrichtung ist in Zeitwertstufen A t unterteilt, so dass die Stufenzeitwerte T = to + p'A t angeschrieben werden können. Die Ordinatenrichtung ist in gleiche Wegschritte A s unterteilt. Im Zeitintervall 1 + A t-- to + 2 A t führt das Abtriebsglied einen Einheitsschritt A s aus und steht vor und nachher still. Im Zeitintervall
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so dass im Moment to + 8 A to das positionierte Maschinenelement die Position s. + 5 A s erreicht hat.
Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Maltesergetriebe ist mit --1-- eine annähernd kontinuierlich umlaufende Antriebsscheibe und mit --2-- ein Malteserkreuz bezeichnet.
Die Antriebsscheibe-l-trägt hier drei Triebstöcke --3-- in gleicher Winkeldistanzierung. Mit einer in Richtung quer zur Zeichenebene von Fig. 2 hin-und hersteuerbaren Gabel--4--oder einem ähn- lich umsteuerbaren Schaltglied kann der in Fig. 3 dargestellte Triebstock --3-- aus der gezeichneten Eingriffslage nach links in die unwirksame Lage und umgekehrt gesteuert werden. Die federbelastete Kugel --30-- fällt dabei entweder in die rechte oder linke Rastnut --31 oder 32-des Triebstockes - ein.
Die Blockierungsorgane zur Blockierung des Malteserkreuzes --2-- in den Stillstandsphasen sind hier nicht gezeichnet. Ebenfalls nicht dargestellt sind die elektromagnetischen Organe zum Umsteuern der Gabel --4-- und allfällige Organe zum Zählen der ausgeführten Bewegungsschritte des Malteserkreuzes.
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ten weitergeschaltet wird, während die andere Eingangswelle --WEg-- in Grobschritten weitergeschaltet wird.
Die Feinschritte der Welle --WEf-- können z. B. so bemessen sein, dass der von der Spindel-WA- verschobene Schlitten --T-- mit jedem Schritt um 1/100 mm verschoben wird, während die Grobschritte der Welle --WEg-- Verschiebungen des Schlittens --T-- von je 1 mm bewirken. Die Schrittbewegungen dieser Wellen --WEf bzw. WEg-- werden je von einem Feinschrittgetriebe --SGf-- bzw. einem Grobschrittgetriebe --SGg-- an deren Ausgangswellen erzeugt. Die beiden Schrittgetriebe werden von mindestens einem Motor --M-- annähernd kontinuierlich angetrieben.
Ein Kommandogeber --KG-- ist dazu bestimmt, aus einem eingegebenen Verschiebungswert für den Schlitten --T-- in einem Grobgeberteil die Zahl der auszuführenden Grobschritte und in einem Feingeberteil die Zahl der auszuführenden Feinschritte zu bestimmen und entsprechende elektrische Steuersignale an die beiden Schrittgetriebe abzugeben.
Wenn z. B. der Schlitten --T-- um 51,39 mm zu verschieben ist, muss das Grobschrittgetriebe abtriebseitig 51 Drehschritt und das Feinschrittgetriebe 39 Drehschritte ausführen.
Sobald beide Schrittgetriebe die Zahl der kommandierten Schrittbewegungen an ihren Abtriebswellen ausgeführt haben, hat auch der Schlitten --T-- die gewünschte neue Position erreicht.
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