Anordnung zum Erfassen oder Erfassen und Steuern der Bewegung von Masebinenteilen Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Erfassen oder Erfassen und Steuern der Bewe gung von Maschinenteilen, insbesondere von Werk zeugmaschinenteilen. Bei der Rationalisierung der Fertigungstechnik ist man bestrebt, unter Verein fachung der Bedienung der jeweiligen Maschine die Ausbringung zu erhöhen. Die Hauptzeiten bei der Be arbeitung werden durch Erhöhen der Werkzeuglei stung verringert oder durch parallel ausgeführte Ar beitsgänge, z. B. bei Transferstrassen und Rundtisch- autoinaten auf einen Bruchteil der gesamten Bear beitungszeit verkleinert. Durch eine weitgehende Auto matik werden dabei auch die Nebenzeiten verkürzt.
Zur Verkürzung der Nebenzeiten sind bereits viel fach Schalthilfen bei Programmsteuerangen für die Drehzahlen des Hauptantriebes und für die Vorschub- geschwindigkeiten angewendet worden. Einen grossen Teil der Nebenzeiten machen aber die Zeiten aus, die die Bedienungsperson an der Maschine für Mess- operationen aufwenden muss, das heisst, um die Lage zuordnung des Werkzeuges zum Werkstück vorzu nehmen.
Um die Ablesung der Massstäbe, die vielfach eine schwierige, umständliche und zeitraubende Mass nahme darstellt, wesentlich zu vereinfachen, ist es bereits bekanntgeworden, einen den zurückgelegten Weg des bewegten Maschinenteiles anzeigenden Mass stab zu verwenden, der in geeigneter Weise aufge zeichnet ist und durch irgendwelche Vorrichtungen selbsttätig abgetastet wird. So können Markierungen, die der Teilung eines Massstabes entsprechen, auf ihrem Träger sichtbar oder auch in Form magneti scher, kapazitiver oder anderer Unstetigkeitsstellen aufgezeichnet werden.
Bei der Abtastung mit Hilfe einer photoelektrischen Einrichtung oder einer ent sprechenden induktiven oder kapazitiven Abfühlvor- richtung kann man Impulse erhalten, die einem me- chanischen oder elektrischen, insbesondere elektro nischen Zählwerk zugeführt werden, so dass man die einzelnen Teilstriche des Massstabes zu zählen im stande ist.
Es ist weiterhin bekannt, zum Messen von Strecken oder zum Teilen von Kreisen so zu verfahren, dass eine gewünschte Strecke oder der gewünschte Teil eines Kreises einer bestimmten Zahl entspricht, die als Vielfach-es des Teillungsintervalls eines Mass stabes bzw. einer Kreiste-ilung dargestellt ist.
Hierbei müssen die Intervalle kleiner sein als die gewünschte Einstelltoleranz und untereinander so gleich bemessen werden, dass jede belilebige. Summe aufeinanderfol- gender Teilungen eine Messstrecke ergibt, die noch innerhalb der gewünschten Toleranz liegt.
Bei den bisher bekannten oder vorgeschlagenen Einrichtungen, die nach diesem oder einem ähnlichen Prinzip arbeiten, kommt es darauf an, Signale zu er halten, die in der Weise von der Bewegung des Ma schinenteils abgeleitet worden, dass eine bestimmte Anzahl solcher aufeinanderfolgender Signale einer bestimmten, von dem Maschinenteil zurückgelegten Wegstrecke entspricht oder<B>.</B> eine zurückzulegende Wegstrecke darstellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde" für eine nach einem Informationsprogramm betriebene Maschine wegabhängige Signale zu erhalten, ohne dabei einen feingeteilten Massstab verwenden zu müssen, der hinsichtlich seiner Teilmarkierungen hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Herstellung und seines bleibenden Verhaltens erfordert. Die Er findung besteht darin, dass zur Herleitung der Im pulse, deren Anzahl ein Mass für die zurückgelegte oder zurückzulegende Wegstrecke des bewegten Ma schinenteiles darstellt und zu deren überwachung eine Impulszählvorrichtung dient, ein Drehmelder vorgesehen ist. Bezüglich der Schaltfrequenz der Im- pulszählvorrichtung werden nur geringe Anforderun gen gestellt.
Die Verwendung von Drehmeldern für die Steue rung von Gleichlaufmotoren ist an sich bereits be kannt. Eine solche Einrichtung arbeitet, da sie prak tisch keiner Abnutzung ausgesetzt ist, stets mit hoher Genauigkeit und lässt sich leicht programmieren.
Drehmelder sind Elemente grosser Lebensdauer. Eine der bekannten Anwendungen von Drehmeldern ist die sogenannte elektrische Welle. Bei den dabei verwendeten Drehmeldern arbeitet der eine als Geber und der andere, als Empfänger, wobei der Läufer im Empfänger der Drehung des Läufers im Geber mit grosser Winkelgenauigkeit nachfolgt.
Bei elektrischen Wellen werden im allgemeffien Geber und Empfänger verwendet, bei denen die Stän der dreiphasig gewickelt sind, während die Läufer eine Einphasenwicklung tragen. Man kann von sol chen bekannten Drehmeldern in der Weise Gebrauch machen, dass man geberseitig dem Läufer eine Wech selspannung, die unmittelbar die Netzspannung ist oder von ihr hergeleitet sein kann, oder die eine höhere Frequenz hat, zuführt und die drei Anschlüsse des Ständers an den Empfänger legt.
Empfängerseitig ist die dreiphasige Ständerwicklungdann an diese drei Leitungen gelegt, während an den festgebremsten Läufer des Empfängers, gegebenenfalls unter Zwi schenschaltung eines Impulsformers und Verstärkers, ein Zählwerk angeschlossen ist. Darübe#r hinaus kann gegebenenfalls noch im Zuge der drei Leitungen vom Geber zum Empfänger ein weiterer Drehmelder zwi schengeschaltet sein, der als Differentialdrehmelder arbeitet. Die vom Geber kommenden drei Leitungen sind dann z. B. an die dreiphasige Ständerwicklung des zwischengeschalteten Drehmelders angeschlossen, während eine dreiphasige Läuferwicklung mit der dreiphasigen Ständerwicklung des Empfängers in Ver bindung steht.
Die Erfindung ermöglicht nicht nur, dass von einer solchen Drehmelderkette im ruhenden Zustand des Empfängers, wenn also nur der Läufer des Gebers durch die Maschinenbewegung in Drehung versetzt wird, wegabhängige Signale abgeleitet werden, son dern durch eine unabhängige, Verdrehung des Läufers bzw. Ständers des Empfängers oder des Ständers des Gebers oder beider kann auch eine örtliche Ver lagerung der Signalpunkte und damit eine Feinpro grammierung für die Weglängen erreicht werden. Bei Zwischenschaltun- eines Differentialdrehmelders kann auch dessen Läuferbewegung hierzu herangezogen werden.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung bei spielsweise näher erläutert werden. Fig. <B>1</B> zeigt ein Ausführungsbeispiel für das Erfassen der Bewegung eines Maschinentrils mit seinen wesentbbhen Teilen in vereinf achter schematischer Darstellung, während Fig. 2 anhand des Spannungsverlaufes die Wirkungsweise veranschaulicht, Fig. <B>3</B> einen Teil einer Anordnung zum Erfassen und Steuern der Bewegung eines Ma- C schinenteils und eine Variante und Fig. 4 ein zuge höriges Diagramm.
Der als Geber dienende Drehmelder<B>1</B> ist an der Maschine befestigt. Durch Relativbewegung des Ma schinenschlittens während eines Arbeitsganges wird über die Zahnstange 2 und das Ritzel <B>3</B> die Welle 4 in beiden Drehrichtungen, wie durch den Doppelpfeil <B>55</B> versinnbildlicht, gedreht. Der Läufer<B>5</B> des Gebers macht dementsprechend wegabhängige Umdrehungen, so dass eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen oder ein bestimmter Winkelbetrag einer Teildrehung einer bestimmten Weglänge des bewegten Maschinenteiles entspricht.
Die Läuferwickluna, des Geberdrehmelders ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einphasig aus gebildet und wird über die vorhandenen Schleifringe mit einer Wechselspannung von<B>50</B> Hz oder einer höheren Frequenz gespeist. Die Mindesthöhe der zu wählenden Frequenz hängt davon ab, mit welcher maximalen Maschinenbewegung gearbeitet wird, so wie von der Höhe des übersetzungsverhältnisses von Zahnstange 2 und Ritzel <B>3.</B> Die Frequenz muss hoch genug sein, um auch bei der höchsten zu erwartenden Drehzahl des Läufers noch eindeutige Zählimpulse JD zuzulassen.
Im Ständer des Gebers werden in der Dreiphasen- wicklung <B>6, 7, 8</B> gleichphasige Wechselspannungen verschiedener Amplituden induziert. Durch die Ver bindungsleitungen<B>9, 10, 11</B> zum Empfängerdreh- melder 12 wird dieser Fluss im Ständer mit den Wick lungen<B>13,</B> 14 und<B>15</B> abgebildet und erzeugt im fest stehenden Läufer<B>56</B> als tertiäre Spannung wiederum eine Wechselspannung, die über die Schleifringe ab gegriffen werden kann. Die Amplitude der Wechsel spannung im Läufer des Empfängers ist abhängig von der relativen Stellung der Läufer zu den Ständern in den beiden Drehmeldern.
Die Wechselspannung ist daher in ihrer Amplitude sinusförmig moduliert, wo bei innerhalb einer vollen Umdrehung des Läufers am Geber eine volle Modulationsperiode erhalten wird.
Diese Verhältnisse lassen sich aus Fig. 2 erken nen. Die Augangsspannung wird gleichgerichtet,<B>so</B> dass bei einer vollen Umdrehung des Geberläufers zwei Halbwellen entstehen, die durch die angelegte Wechselstromfrequenz überlagert sind. Die Strecke a-b umfasst eine Halbwelle, während die Strecke a-c eine volle Umdrehung von<B>3601</B> des Gebers versinn bildlicht. Die Speisefrequenz liegt, wie die Darstellung zeigt, so hoch, dass eine nennenswerte Anzahl von Halbwellen der Speisefrequenz innerhalb einer Halb welle der Geberspannung liegen.
Man kann nun durch an sich bekannte Mass nahmen ein Signal in der Weise herleiten, dass man entweder von dem ansteigenden oder von dem ab fallenden Ast dieser Halbwel-len ausgeht oder auch sowohl den ansteigenden als auch den abfallenden Ast ausnutzt. Das Spannungsniveau. für die Signal gabe, welches bei dem dargestellten Ausführungs beispiel ausgenutzt wird, ist durch die Linie<B>16</B> ver- sinnbild#licht, die die Halbwellen<B>17</B> und<B>18</B> schneidet. Das Signal kann nach entsprechender Verstärkung an den Eingang eines Zählwerkes angelegt werden.
Die Lage des Signals ist entsprechend der Höhe des Span- nungsni:veaus, also durch Verschieben der Lime <B>16</B> nach oben oder unten gemäss dem Doppelpfeil<B>19,</B> wählbar innerhalb eines Phasenwinkels zwischen<B>0</B> und<B>900.</B>
Das Signal entsteht jeweils dann, wenn der Läufer des Empfängers eine bestimmte Winkelstellung gegen über dem Läufer des Gebers besitzt. Da die Stellung des Geberläufers infolge des Antriebes durch die sich bewegenden Maschinenteile wegabhängig ist, erscheint das Signal ebenfalls an bestimmten Punkten des Weges. Wird beispielsweise der Antrieb des Geber läufers so vorgenommen, dass der Läufer beim Durch fahren eines Weges von 20 mm eine volle Umdre hung ausführt, so entstehen Signale im Abstand von jeweils<B>10</B> mm.
Da im Gegensatz zu einer Übertragung in Form einer elektrischen Welle der Empfängerläufer nicht nachlaufen muss und keinerlei mechanische Leistung und kein Drehmoment abgenommen wird, erfolgt die Signalgabe bezüglich ihrer Zuordnung zur Stellung der Maschinenteile zueinander sehr genau.
Die Signale werden über eine Impulsformerstufe 20 bekannter Art mit grosser Schärfe erhalten und sind gut reproduzierbar. Der Impulsformer 20 kann gegebenenfalls noch einen Verstärker enthalten. Für die Zählwerksschaltung kann man wahlweise die Signale im Anstieg oder im Abstieg der Halbwelle oder auch beide benutzen. Das Zählwerk 21 kann --in mechanisches, ein elektrisches, insbesondere elektro nisches oder sonst gebräuchliches Zählwerk sein. Bei den Drehmeldern kann man anstelle der dargestellten Dreiphasenwicklungen im Ständer auch andere, Mehr- phasenwicklungen vorsehen. So kann man auch mit zwei, vier oder sechs Phasen arbeiten.
Die absolute Wegzuordnung der Signale lässt sich auf verschiedene Weise verändern, da sie von der relativen Stellung der Läufer zu den Ständern bzw. der Ständer unter sich abhängig ist. Es seien hierzu einige Möglichkeiten genannt. So kann z. B. durch Verdrehen des Ständers des Gebers um eine halbe Umdrehung, also -um einen Winkel von<B>0</B> bis<B>1809,</B> der Signalpunkt zwischen<B>0</B> und<B>10</B> mm verschoben werden. Der gleiche Effekt kann aber auch durch Verdrehen des Ständers des Empfängers bei festgehaltenem Empfängerläufer er zielt werden. Ebenso kann man diese Wirkung auch dadurch erreichen, dass man den Läufer des Empfän gers bei festgehaltenem Empfängerständer verdreht.
Diese drei zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade können nun einerseits dazu benutzt werden, einer vorhandenen Maschinenstellung eine Ausgangsstel lung, das heisst einer Nullstelle des Zählwerkes zuzu ordnen und anderseits eine Feinprogrammierung vor zunehmen. Auf diese Weise ist es nämlich möglich, mit zwei unterschiedlichen Massstäben zu arbeiten, von denen der eine einen groben und der andere einen feinen Massstab versinnbildlicht. Eine Feinprogram mierung ergibt sich z. B. in dem Bereich von<B>0</B> bis <B>10</B> mm mit einer Genauigkeit von etwa<B>0,01</B> mm.
Als eine Möglichkeit, die weiter zu nennen ist, kann man den Läufer des Empfängers --so verdrehen, dass gerade das Signal erteilt wird, wenn der auf steigende Ast ausgenutzt wird, oderdass es gerade er lischt beim Arbeiten am abfallenden Ast, -und in diesem Augen-blick den Läufer wieder festbremsen. Das Festhalten des Läufers ist in Fig. 2 durch die Bremse 22 versinnbildlicht.<U>Dann</U> ist dieser Stellung gerade die angenommene Nullstelle des Maschinen teils zugeordnet, von der aus die Wege für die Bewe gung dieses Teils registriert werden.
Für die Feinprogrammierung im Bereich von<B>0</B> bis <B>10</B> mm kann man beispielsweise einen der Ständer der Drehmelderkette, z. B. des Empfängers in der Programmiereinrichtung, um einen bestimmten Win kelwert verdrehen. Eine solche Verdrehung mit Nach- laufmotor, Anschlägen usw. kann auch auf der Geber seite stattfinden.
In dem geschilderten Fall, bei dem einer Verdrehung um einen Winkel von 18011 ein<B>Weg</B> von<B>10</B> mm entspricht, erreicht man durch eine Ver drehung von dem<B>0,18.</B> Teil eines Winkelgrade's eine Verschiebung des Signalpunktes um<B>0,01</B><U>mm.</U> Man kann diese Feinprogrammierung an einem der Ständer vornehmen oder sie auch auf beide Ständer verteilen. In dem letzten Fall, würde z. B. einer der Ständer um Schritte von jeweils<B>181>,</B> entsprechend einer Verschie bung des Signalpunktes um<B>je 1</B> mm und der andere Ständer innerhalb des Bereiches von<B>181></B> um die feinen Beträge verdreht werden.
Die Verwendung einer Drehmelderkette, die aus einem Geber einerseits und einem Empfänger ander seits besteht, ergibt drei Freiheitsgrade zur Änderung der absoluten Wegzuordnung. Man kann nundurch Einfügen eines Differentialdrehmelders zwei weitere Freiheitsgrade erhalten. Ein Differentialdrehmelder weist eine mehrphasige Ständerwicklung und eine mehrphasige Läuferwicklung auf.
Ein solcher Dreh melder mit dreiphasiger Ständer- und dreiphasiger Läuferwicklung wird nun, wiedies in Fig. <B>1</B> durch die gestricheften Verbindungslinien<B>23,</B> 24,<B>25, 26, 27</B> und<B>28</B> angedeutet ist, zwischen Geber<B>1</B> und Empfän ger 12 geschaltet. Durch Verdrehen des Läufers<B>29</B> oder des Ständers<B>30</B> des Differentialdrehmelders <B>31</B> lässt sich eine weitere relative Verschiebungdes Signal punktes erzielen.
Die Programmierung würde unter Ausnutzung eines solchen Diffexentialdrehmelders in der Weise verlaufen, dass bei Antrieb des Geberläufers in wegabhängiger Weise von der Maschine aus der Ständer des Differentialdrehmelders mit dem Ständer des Gebers an der Maschine elektrisch verbunden ist, während der Läufer mit dem Ständer des Empfängers in der Programmiereinrichtung in Verbindung steht. Durch Verdrehen des Läufers<B>29</B> gegenüber dem Ständer<B>30</B> des Differentialdrehmelders <B>31</B> wird der Nullpunkt in der oben beschriebenen Weise eingestellt und danach der Läufer wieder arretiert. Zur Fein programmierung wird eine Relativbewegung des Läu fers zum Ständer vorgenommen.
Eine solche Anord nung erlaubt, in der ganzen Kette die Ständer der ver schiedenen Drehmelder fest anzubringen und nur die Läufer bei der Programmierung, Einstellung und Signalgabe heranzuziehen.
An das Zählwerk der Maschine werden in bezug auf die Zählgeschwindigkeit keine grossen Anforde rungen gestellt, da das Zählwerk nur von Impulsen beaufschlagt wird, die entsprechend der zugehörigen Maschinenbewegung mit z. B.<B>10</B> mm Abstand erteilt werden. Die Maschine soll beispielsweise dann ange halten werden, wenn das Zählwerk gerade die An stiegsflanke des letzten Impulses registriert hat. Als eine weitere Möglichkeit kann man aber auch die Geschwindigkeit des überwachten Antriebes der Ma schine durch dieses Zählsignal verändern und bei spielsweise eine langsame Bewegung einschalten.
Aus dieser langsamen Bewegung würde die Maschine dann angehalten werden, wenn das Signal gerade auf der Abstlegsflanke wieder verschwindet oder auf der nächsten Anstiegsflanke neu entsteht. Auf diese Weise kann man die Maschine Über Magnetkupplungen im Vorschubgetriebe genau steuern und den Nachlauf der bewegten Massen beim Einfahren in die program mierte Stellung gering halten. Entsprechend einer Ver schiebung der Linie<B>16</B> im Sinne des Doppelpfeiles<B>19</B> (Fig. 2) kann man gegebenenfalls das Einfahren in die Endstellung, noch variieren und damit den Nachlauf noch masslich ausgleichen.
Im Rahmen der Erfindung wäre es natürlich auch denkbar, in einem ganz einfachen Fall nur einen ein zigen Drehmelder zu verwenden, der als Geber an der Maschine vorhanden ist, wobei der Empfänger gege benenfalls in Wegfall kommen kann. Dabei büsst man aber einen Teil der Programmierungsmöglichkeiten ein. In einem solchen Fall wäre zweckmässig der mehrphasige Ständer des Drehmelders mit einem entsprechenden Mehrphasenstrom, beispielsweise drei- phasigem Drehstrom, zu erregen. Im Läufer kann dann die durch die Drehung des Läufers in ihrer Amplitude modulierte Spannung abgenommen und zur Signalgabe verwendet werden.
Die Erfindung bietet weiterhin noch die Möglich keit, mit Hilfe der Impulse, welche der Signalgeber- einrichtuno, entnommen werden, den Maschinenan trieb zu steuern. Dabei kann man zusätzlich eine Geschwindigiceitsregelung der Bewegung des Ma schinenteils vornehmen.
Wenn man einen Gleich strommotor zum Antrieb der Maschine benutzt, dessen Regelung so vonstatten geht, dass entsprechend einer Sollwerteinstellung der Motor in der Weise ge steuert wird, dass sein Istwert stets dem Sollwert nach zukommen trachtet, so kann man eine Sollwertbildung oder zumindest Sollwertverschicbung mit Hilfe der durch die Signalgebereinrichtung gewonnenen Impulse vomehmen. Während des Durchfahrens der program mierten Wege kann man den Gleichstrommotor dann mit unterschiedlicher Geschwindigkeit laufen lassen.
Da von der Drehmelderkette durch die Zählein richtung wegabhängige Signale erteilt werden, ist es möglich, an bestimmten einstellbaren Stellen die Ge schwindigkeiten durch eine vom Zählwerk beeinflusste Wahl der Vergleichsspannung zu verändern. Insbe- sondere ist es Möglich, Vorsignale vor dem Augen blick zu erteilen, in dem die Fehlerspannung der Drehmelderkette selbst als Eingangsspannung im Regler wirksam wird.
Durch diese Massnahme lässt sich ein noch sanfteres und stossfreieres Einführen in die Nullstelle erzielen, da beim Durchlaufen langer Verstellwege die hohen Geschwindigkeiten rechtzeitig auf entsprechend niedrigere Geschwindigkeiten herab gemindert werden können, ohne dass die Gefahr von Pendelungen im Antriebssystem auftritt.
Bei Maschinen der spangebenden Formung, z. B. bei Drehbänken, Fräsmaschinen usw., lassen sich ver schiedene Geschwindigkeitsprogramme durch Zuord nen verschiedener Vergleichsspannungen erzielen. Von diesen geplanten Geschwindigkeiten wird die Maschine durch das Zählwerk-Vorsignal auf die Aus gangsspannung der Drehmelderkette herabgeschaltet und dann durch das Hauptsignal auf die Haltestelle geführt.
Bei Maschinen, die nur positionieren, wie z. B. Bohrmaschinen, wird man immer bestrebt sein, die Leerwege zwischen den Haltstellen mit einer möglichst hohen Geschwindigkeit zu durchfahren.
In Fig. <B>3</B> ist ein Ausführungsbeispiel dafür veran schaulicht, wie man die Drehmelderkette ausser zur Signalgabe auch zur Drebzahlregelung eines regel baren Vorschubmotors benutzen kann. Durch diese Kombination kann man auch bei grossen Verschub- wegen mit einer einzigen Drehmelderkette auskom men. Von einem durch das Zählwerk festgelegten Einsatzpunkt aus wird die Sollspannung für den An triebsmotor durch die dann vorhandene Spannung am Ausgang der Drehmelderkette ersetzt.
Wenn diese Spannung dann den Wert Null oder einen anderen vorher eingestellten Wert erreicht, bleibt der Antriebs motor stehen.
Mit 40 und 41 sind die Anschlüsse an dem in Fig. <B>1</B> mit 12 bezeichneten Empfänger benannt. Der Ausgang des festgebremsten Läufers des Empfänger- Drehmelders wird zunächst ebenso wie bei dem in Fi,g. <B>1</B> dargestellten Ausführungsbeispiel dazu benutzt, Signale an ein Zählwerk 21 abzugeben, wobei ein Im pulsformer und Verstärker 20 zwischengeschaltet ist. Darüber hinaus wird aber nun an die Leitung 40, 41 eine Gleichrichteranordnung mit den einzelnen Gleich richtern 42, 43, 44 und 45 sowie ein Kondensator 46 angeschlossen.
Wenn die Maschine anläuft, wird der Sollwert der Vergleichsspannung, der die Geschwin digkeit des Vorschubantriebes festlegt, beispielsweise von der Spannung an einem vorher aufgeladenen Kondensator abgenommen. Dieser Kondensator kann der Kondensator 46 sein. Durch den Schalter 47, der beliebig ausgeführt werden kann, lässt sich der Kon densator 46 an den Ausgang der Gleichrichterschal- tung legen, so dass die gleichgerichtete Spannung vom Ausgang des Drehmelders nunmehr am Kondensator geglättet wird. Diese Spannung wird nun für die Rege lung herangezogen.
Dadurch wird die Maschine prak- ti,sch mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit geführt. Hat das Zählwerk in einer entsprechenden Einstellung den Endpunkt der Zählung angegeben, so wird durch ein Signal, welches vom Zählwerk ausgeht, der Schalter 47, wie durch die Wirkungslinie 48 vor- sinnbildlicht ist, geöffnet, so dass auf diese Weise der Kondensator 46 abgeschaltet wird.
Die Amplitude der Spannung am Drehmelderausgang Übernimmt nun die Funktion des Sollwertes und führt den Motor bis zum gewählten Haltpunkt. Da der Antri#ebsmotor und die Drehrnelderkette über die sich bewegenden Ma schinenteile gekoppelt sind, ist das Fehlersignal der Sollspannung dem noch zurückzulegenden Weg des Schlittens angepasst. Beim Nulldurchgang oder bei einem anderen eingestellten Spannungsniveau des Drehmelderausganges bleibt der Motor stehen und wird abgeschaltet.
Eine andere Möglichkeit der Steuerung des Vor- schubmotors ist dann gegeben, wenn der Sollwert nicht über einen Kondensator, sondern Über eine Sollwertgleichspannung vorgegeben wird. Die Span nung für den Sollwert kann einer Batterie oder son stigen Stromquelle entnommen werden und lässt sich zum Einstellen der Geschwindigkeit durch geeignete Mittel veränderlich machen. Der Schalter 49 schaltet in diesem Falle wahlweisedie Vergleichsspann-unig der Batterie<B>50</B> oder den Ausgang der Drehmelderkette auf die Steuereinrichtung des Motors.
In Fig. 4 ist schematisch die Wirkungsweise dieser Geschwindigkeftsbeeinflussung des Vorschubmotors veranschaulicht. Beim Beginn der Maschinenbewe gung fährt der Motor bis auf die durch -den SoRwert vorgegebene Geschwindigkeit hoch. Dabei ist die Ge schwindigkeit von der Spannung<B>U</B> abhängi#g, welche den Sollwert für die Geschwindigkeit bedeutet. Der Motor bleibt so lange in diesem durch die Linie<B>51</B> versinnbildlichten Geschwindigkeitszustand, bis das Zählwerk das vorgeschriebene Mass abzüglich des Nachlaufweges im Punkt t' erreicht.
Die mit<I>s</I> be zeichnete Strecke von t bis il bezeichnet den Beginn und das Ende der Zählung, während mit t" die Halt- stelle bezeichnet ist. An der Stelle t' wird der Sollwert: von der Spannung am Ausgang der Drehmelderkette gebildet und führt den Motor bis zum Stillstand an der gewünschten Stelle.
Der Einfachheit halber wurde angenommen, dass das Zählwerk bei der maximalen Amplitude des Dreh- melderausganges anspricht. Anstelle dieser Darstel lung mit Ausnutzung der Scheitelspannung ist es aber auch ohne weiteres möglich, gemäss Fig. 2 eine belie bige Verschiebung des Schaltpunktes vorzunehmen.
Weiterhin ist es mit bekannten Mitteln ohne weiteres möglich, die Höhe der aus der Drehmelderkette ab genommenen Spannung auf die Höhe der Vergleichs spannung für die Gesähwindigkeitseinstellung des Motors zu bringen, so dass der übergang von der einen zur anderen Vergleichsspannung stossfrei er- f olgt.
Arrangement for detecting or detecting and controlling the movement of mass parts The invention relates to an arrangement for detecting or detecting and controlling the movement of machine parts, in particular of machine tool parts. When rationalizing production technology, efforts are made to increase the output while simplifying the operation of the respective machine. The main times in the Be processing are reduced by increasing the Werkzeuglei stung or work processes carried out in parallel, z. B. with transfer lines and rotary table machines reduced to a fraction of the total processing time. The non-productive times are also reduced thanks to extensive automation.
To shorten the non-productive times, switching aids have already been used in many cases in program control rods for the speeds of the main drive and for the feed rates. A large part of the non-productive time, however, is made up of the time that the machine operator has to spend on measuring operations, that is, in order to assign the position of the tool to the workpiece.
In order to significantly simplify the reading of the scales, which is often a difficult, cumbersome and time-consuming measure, it has already become known to use a scale indicating the distance traveled by the moving machine part, which is recorded in a suitable manner and by any Devices is scanned automatically. Markings that correspond to the division of a scale can be visible on their carrier or recorded in the form of magnetic, capacitive or other points of discontinuity.
When scanning with the aid of a photoelectric device or a corresponding inductive or capacitive sensing device, pulses can be obtained that are fed to a mechanical or electrical, in particular electronic, counter so that the individual tick marks on the scale can be counted is.
It is also known to proceed for measuring distances or for dividing circles in such a way that a desired distance or the desired part of a circle corresponds to a specific number represented as a multiple of the division interval of a scale or a circle division is.
The intervals must be smaller than the desired setting tolerance and must be dimensioned to be equal to each other so that each one is arbitrary. The sum of successive divisions results in a measuring section that is still within the desired tolerance.
In the previously known or proposed devices that work on this or a similar principle, it is important to keep signals that have been derived from the movement of the machine part in such a way that a certain number of such successive signals of a certain, corresponds to the distance covered by the machine part or <B>. </B> represents a distance to be covered.
The invention is based on the object "of obtaining path-dependent signals for a machine operated according to an information program, without having to use a finely divided scale which, with regard to its partial markings, requires high demands on the accuracy of production and its permanent behavior that a resolver is provided to derive the pulses, the number of which is a measure of the distance covered or to be covered by the moving machine part and which a pulse counter is used to monitor. Only low requirements are made with regard to the switching frequency of the pulse counter.
The use of resolvers to control synchronous motors is already known per se. Such a device works, since it is practically not exposed to any wear and tear, always with high accuracy and is easy to program.
Resolvers are elements with a long service life. One of the known uses of resolvers is the so-called electric shaft. With the resolvers used here, one works as a transmitter and the other as a receiver, the rotor in the receiver following the rotation of the rotor in the transmitter with great angular accuracy.
In the case of electrical waves, generators and receivers are generally used, in which the Stän are wound in three phases, while the runners carry a single-phase winding. One can make use of such known resolvers in such a way that one side of the rotor an alternating voltage, which is directly the mains voltage or can be derived from it, or which has a higher frequency, and the three connections of the stator to the Recipient sets.
On the receiver side, the three-phase stator winding is then connected to these three lines, while a counter is connected to the braked rotor of the receiver, possibly with the interconnection of a pulse generator and amplifier. In addition, another resolver can be interposed in the course of the three lines from the encoder to the receiver, which works as a differential resolver. The three lines coming from the encoder are then z. B. connected to the three-phase stator winding of the intermediate resolver, while a three-phase rotor winding is connected to the three-phase stator winding of the receiver in Ver.
The invention not only enables path-dependent signals to be derived from such a resolver chain when the receiver is at rest, i.e. when only the rotor of the encoder is set in rotation by the machine movement, but also through an independent rotation of the rotor or stator of the Receiver or the stator of the encoder or both, a local shift of the signal points and thus fine programming for the path lengths can be achieved. If a differential speed indicator is interposed, its rotor movement can also be used for this purpose.
Using the drawing, the invention will be explained in more detail for example. FIG. 1 shows an exemplary embodiment for the detection of the movement of a machine trill with its essential parts in a simplified schematic representation, while FIG. 2 illustrates the mode of operation on the basis of the voltage curve, FIG. 3 > Part of an arrangement for detecting and controlling the movement of a machine part and a variant and FIG. 4 shows an associated diagram.
The resolver <B> 1 </B> serving as encoder is attached to the machine. Due to the relative movement of the machine slide during an operation, the shaft 4 is rotated in both directions of rotation via the rack 2 and the pinion <B> 3 </B>, as symbolized by the double arrow <B> 55 </B>. The rotor <B> 5 </B> of the encoder accordingly makes path-dependent revolutions, so that a certain number of revolutions or a certain angular amount of a partial rotation corresponds to a certain path length of the moving machine part.
In the exemplary embodiment shown, the rotor winding of the rotary encoder is formed from a single phase and is fed with an alternating voltage of 50 Hz or a higher frequency via the slip rings. The minimum level of the frequency to be selected depends on the maximum machine movement that is being used, as well as on the level of the transmission ratio of rack 2 and pinion <B> 3. </B> The frequency must be high enough for the highest allow unambiguous counting pulses JD to be expected for the expected speed of the rotor.
In-phase alternating voltages of different amplitudes are induced in the three-phase winding <B> 6, 7, 8 </B> in the stator of the encoder. This flow is mapped in the stator with the windings <B> 13, </B> 14 and <B> 15 </B> through the connecting lines <B> 9, 10, 11 </B> to the rotary receiver indicator 12 and in the stationary rotor <B> 56 </B> generates an alternating voltage as a tertiary voltage, which can be tapped off via the slip rings. The amplitude of the alternating voltage in the rotor of the receiver depends on the position of the rotor relative to the columns in the two resolvers.
The AC voltage is therefore modulated sinusoidally in its amplitude, where a full modulation period is obtained within one full revolution of the rotor on the encoder.
These relationships can be recognized from FIG. The output voltage is rectified <B> in such a way </B> that two half-waves occur with one full rotation of the encoder rotor, which are superimposed by the applied alternating current frequency. The path a-b comprises a half-wave, while the path a-c represents a full revolution of <B> 3601 </B> of the encoder. As the illustration shows, the supply frequency is so high that a significant number of half-waves of the supply frequency are within a half-wave of the encoder voltage.
A signal can now be derived by means of measures known per se in such a way that one either starts from the rising or falling branch of these half-waves or also using both the rising and the falling branch. The tension level. for the signal output, which is used in the illustrated embodiment example, is symbolized by the line <B> 16 </B>, which shows the half-waves <B> 17 </B> and <B> 18 </ B> cuts. After appropriate amplification, the signal can be applied to the input of a counter.
The position of the signal can be selected within a phase angle between <B> 19 </B> according to the double arrow <B> 19 </B> according to the height of the voltage level, i.e. by moving the lime <B> 16 </B> up or down B> 0 </B> and <B> 900. </B>
The signal arises when the rotor of the receiver has a certain angular position compared to the rotor of the encoder. Since the position of the encoder rotor is path-dependent as a result of the drive by the moving machine parts, the signal also appears at certain points along the path. If, for example, the drive of the encoder rotor is carried out in such a way that the rotor executes a full rotation when traveling a distance of 20 mm, signals are generated at a distance of <B> 10 </B> mm.
Since, in contrast to a transmission in the form of an electrical wave, the receiver rotor does not have to run behind and no mechanical power or torque is taken, the signaling is very precise with regard to their assignment to the position of the machine parts to one another.
The signals are obtained with great sharpness via a pulse shaper stage 20 of a known type and are easily reproducible. The pulse shaper 20 can optionally also contain an amplifier. For the counter circuit, you can use either the signals in the rise or fall of the half-wave or both. The counter 21 can be a mechanical, an electrical, in particular electronic or other common counter. With the resolvers, instead of the three-phase windings shown in the stator, other multi-phase windings can also be provided. You can also work with two, four or six phases.
The absolute path allocation of the signals can be changed in various ways, since it depends on the relative position of the rotor to the stands or the stands below them. There are some possibilities for this. So z. B. by turning the stator of the encoder by half a turn, i.e. by an angle from <B> 0 </B> to <B> 1809, </B> the signal point between <B> 0 </B> and < B> 10 </B> mm. The same effect can also be achieved by rotating the stand of the receiver while holding the receiver runner. This effect can also be achieved by twisting the receiver's runner while holding the receiver stand.
These three available degrees of freedom can now be used on the one hand to assign a starting position to an existing machine position, that is to say to a zero position of the counter, and on the other hand to carry out fine programming. In this way it is possible to work with two different scales, one of which symbolizes a coarse and the other a fine scale. A Feinprogram mation results z. B. in the range from <B> 0 </B> to <B> 10 </B> mm with an accuracy of about <B> 0.01 </B> mm.
One possibility that should also be mentioned is to turn the receiver's runner - so that the signal is given when the rising branch is used, or that it goes out when working on the falling branch - and in brake the runner again at this moment. The holding of the rotor is symbolized in Fig. 2 by the brake 22. <U> Then </U> the assumed zero point of the machine part is assigned to this position, from which the paths for the movement of this part are registered.
For fine programming in the range from <B> 0 </B> to <B> 10 </B> mm, one of the columns of the resolver chain, e.g. B. the receiver in the programming device to twist a certain Win angle value. Such a rotation with a follower motor, stops, etc. can also take place on the encoder side.
In the case described, in which a rotation through an angle of 18011 corresponds to a <B> path </B> of <B> 10 </B> mm, a rotation of <B> 0.18 is achieved. </B> Part of an angular degree shifts the signal point by <B> 0.01 </B> <U> mm. </U> This fine programming can be carried out on one of the stands or it can also be distributed over both stands. In the latter case, e.g. B. one of the stands by steps of <B> 181>, </B> corresponding to a shift of the signal point by <B> 1 </B> mm and the other stand within the range of <B> 181> < / B> to be twisted by the fine amounts.
The use of a resolver chain, which consists of an encoder on the one hand and a receiver on the other, results in three degrees of freedom to change the absolute route allocation. You can now get two more degrees of freedom by inserting a differential torque indicator. A differential resolver has a polyphase stator winding and a polyphase rotor winding.
Such a rotary indicator with a three-phase stator winding and a three-phase rotor winding is now shown, as shown in FIG. 1, by the dashed connecting lines <B> 23, </B> 24, <B> 25, 26, 27 < / B> and <B> 28 </B> is indicated, connected between transmitter <B> 1 </B> and receiver 12. By turning the rotor <B> 29 </B> or the stand <B> 30 </B> of the differential rotary detector <B> 31 </B>, a further relative shift of the signal point can be achieved.
The programming would proceed in such a way that when the encoder rotor is driven in a path-dependent manner from the machine, the stator of the differential resolver is electrically connected to the stator of the encoder on the machine, while the rotor is connected to the stator of the receiver in the programming device is in communication. By turning the rotor <B> 29 </B> in relation to the stand <B> 30 </B> of the differential torque detector <B> 31 </B>, the zero point is set in the manner described above and then the rotor is locked again. For fine programming, the rotor moves relative to the stand.
Such an arrangement allows the stand of the various resolvers to be firmly attached throughout the chain and only to use the runners for programming, setting and signaling.
On the counter of the machine, no great demands are made in terms of the counting speed, since the counter is only acted upon by pulses that correspond to the associated machine movement with z. B. <B> 10 </B> mm spacing can be granted. The machine should, for example, be stopped when the counter has just registered the rising edge of the last pulse. Another option is to change the speed of the monitored drive of the machine using this counting signal and, for example, to switch on a slow movement.
The machine would then be stopped from this slow movement when the signal just disappears again on the defensive flank or when the signal arises again on the next rising flank. In this way, the machine can be precisely controlled via magnetic couplings in the feed gear and the overrun of the moving masses when moving into the programmed position can be kept low. Corresponding to a shift of the line <B> 16 </B> in the sense of the double arrow <B> 19 </B> (FIG. 2), the retraction into the end position can, if necessary, still be varied and thus the lag can be compensated for.
In the context of the invention, it would of course also be conceivable to use only a single resolver in a very simple case, which is present as a transmitter on the machine, the receiver may be omitted if necessary. But you lose some of the programming options. In such a case it would be expedient to excite the multiphase stator of the resolver with a corresponding multiphase current, for example three-phase three-phase current. The voltage modulated in amplitude by the rotation of the rotor can then be picked up in the rotor and used for signaling.
The invention also offers the possibility of using the pulses that are taken from the signal generator device to control the machine drive. It is also possible to regulate the speed of the movement of the machine part.
If a direct current motor is used to drive the machine, the regulation of which takes place in such a way that the motor is controlled in accordance with a setpoint setting in such a way that its actual value always tries to match the setpoint, then a setpoint can be generated or at least setpoint shifted with the help the pulses obtained by the signaling device. While driving through the programmed paths, the DC motor can then run at different speeds.
Since path-dependent signals are issued from the resolver chain through the counter, it is possible to change the speeds at certain adjustable points by selecting the comparison voltage influenced by the counter. In particular, it is possible to issue pre-signals before the moment when the error voltage of the resolver chain itself becomes effective as an input voltage in the controller.
With this measure, an even smoother and more shock-free introduction into the zero point can be achieved, since the high speeds can be reduced in good time to correspondingly lower speeds when moving through long adjustment paths without the risk of oscillation in the drive system.
In machines of the metal forming, z. B. in lathes, milling machines, etc., ver different speed programs can be achieved by assigning different reference voltages. From these planned speeds, the machine is switched down to the output voltage of the resolver chain by the counter advance signal and then guided to the stop by the main signal.
For machines that only position, such as B. drills, one will always strive to drive through the idle paths between the stops at the highest possible speed.
In Fig. 3, an exemplary embodiment is illustrated how the resolver chain can be used not only for signaling but also for speed control of a controllable feed motor. With this combination, you can get by with a single resolver chain even with large shunting distances. From a starting point specified by the counter, the setpoint voltage for the drive motor is replaced by the voltage then present at the output of the resolver chain.
When this voltage then reaches the value zero or another previously set value, the drive motor stops.
The connections on the receiver designated with 12 in FIG. 1 are designated by 40 and 41. The output of the braked rotor of the receiver resolver is initially just like the one in Fi, g. <B> 1 </B> shown embodiment is used to output signals to a counter 21, wherein a pulse shaper and amplifier 20 is interposed. In addition, however, a rectifier arrangement with the individual rectifiers 42, 43, 44 and 45 and a capacitor 46 is now connected to the line 40, 41.
When the machine starts up, the setpoint of the reference voltage, which determines the speed of the feed drive, is taken from the voltage on a previously charged capacitor, for example. This capacitor can be capacitor 46. The capacitor 46 can be connected to the output of the rectifier circuit using the switch 47, which can be implemented as desired, so that the rectified voltage from the output of the resolver is now smoothed at the capacitor. This voltage is now used for the regulation.
As a result, the machine is practically guided at a constant feed rate. If the counter has indicated the end point of the counting in a corresponding setting, the switch 47, as symbolized by the line of action 48, is opened by a signal emanating from the counter, so that the capacitor 46 is switched off in this way .
The amplitude of the voltage at the resolver output now takes over the function of the setpoint and guides the motor to the selected stop point. Since the drive motor and the rotary alarm chain are coupled via the moving machine parts, the error signal of the nominal voltage is adapted to the distance to be covered by the slide. At zero crossing or at another set voltage level of the resolver output, the motor stops and is switched off.
Another possibility for controlling the feed motor is given when the setpoint is not specified via a capacitor, but via a DC setpoint voltage. The voltage for the setpoint can be taken from a battery or other power source and can be made variable by suitable means to set the speed. In this case, switch 49 switches either the comparison voltage of battery 50 or the output of the resolver chain to the control device of the motor.
In Fig. 4, the mode of action of this speed influencing of the feed motor is illustrated schematically. At the start of the machine movement, the motor runs up to the speed specified by the SoR value. The speed is dependent on the voltage <B> U </B>, which means the setpoint for the speed. The motor remains in this speed state symbolized by the line <B> 51 </B> until the counter reaches the prescribed amount minus the overtravel at point t '.
The distance from t to il denoted by <I> s </I> denotes the beginning and the end of the counting, while t "denotes the stop. At point t 'the target value is: from the voltage am Output of the resolver chain is formed and guides the motor to a standstill at the desired point.
For the sake of simplicity, it was assumed that the counter responds at the maximum amplitude of the rotary indicator output. Instead of this presen- tation using the peak voltage, however, it is also easily possible, as shown in FIG.
Furthermore, it is easily possible with known means to bring the level of the voltage taken from the resolver chain to the level of the comparison voltage for the speed setting of the motor, so that the transition from one to the other comparison voltage takes place smoothly.