DD134406B1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DETECTING CIRCULAR ARC DETERMINATION BY MEANS OF A POLYGON TRAIN - Google Patents
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind numerische Bahnsteuerungen« die einen kreisbogenförmigen Bahnverlauf durch einen Polygonzug annähern, dessen Eckpunkte in nichtinkrementaler Arbeitsweise festgelegt werden«The field of application of the invention are numerical path controllers "which approximate an arcuate trajectory through a polygon, the vertices of which are determined in a non-incremental manner"
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solutions
Aus "Fortschritt - Berichte der VOI-Zeitschriften" 1974, Reihe 2, Nr, 27, Seiten 34 bis 37 ist bekannt, die Bahn eines Kreises durch einen aus gleich langen Sekanten dieses Kreises bestehenden Polygonzug anzunähern. Oede Sekante wird von zwei einander benachbarten Eckpunkten des Polygonzuges begrenzt. Diese Eckpunkte liegen wiederum auf einem Kreis. Ihre Bestimmung erfordert infolgedessen eine Schaltungsanordnung, die die geometrischen Beziehungen der Kreisgleichung befolgt. Bestandteile dieser Schaltungsanordnung sind damit Summationsglieder, Multiplikatoren, Quadrierglieder und Glieder zum Durchführen des WurzelziehensFrom "Progress - Reports of the VOI magazines" 1974, row 2, no, 27, pages 34 to 37 is known to approximate the trajectory of a circle by an equally long secant of this circle existing polyline. Each secant is bounded by two adjacent vertices of the polygon. These vertices are again on a circle. As a result, its determination requires a circuit that follows the geometric relationships of the circle equation. Components of this circuit arrangement are thus summation elements, multipliers, squaring members and members for performing the root extraction
Der Nachteil dieser bekannten Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Zeit für das Bestimmen der Eckpunkte des Polygonzuges relativ lang ist. The disadvantage of this known circuit arrangement is that the time for determining the vertices of the traverse is relatively long.
Als Ziel der Erfindung soll erreicht werden, daß die Zeit für die Ermittlung der Eckpunkte des Polygonzuges verkürzt wird.The aim of the invention is to be achieved that the time for the determination of the vertices of the traverse is shortened.
Der in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen beschriebene Mangel hat seine Ursache in der Verwendung einer zu großen Anzahl von Schaltungsbestandteilen·The defect described in the characteristic of the known technical solutions is due to the use of too large a number of circuit components.
Um diese Ursache zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur näherungsweisen Kreisbogenbestimmung mittels eines Polygonzuges, dessen Eckpunkte in einer durch zwei Achsen einer numerischen Bahnsteuerung definierten Ebene liegen und nacheinander in nichtinkrementaler Arbeitsweise festgelegt werden, unter Verwendung zur Bahnsteuerung gehörender achszugeordneter Lageregelkreise sowie eines Ablaufsteuerungsteils zu schaffen, die in ihrem Schaltungsaufwand reduziert ist« ohne daß eine für die praktischen Belange merkliche Vergrößerung des Fehlers bei der Annäherung der Kreisbahn durch den Polygonzug eintritt.To remedy this cause, the invention has the object, a circuit arrangement for approximate arc determination by means of a polygon, the vertices are in a plane defined by two axes of a numerical path control and successively set in non-incremental operation, using the path control belonging achszugeordneter Lageregelkreise and to provide a sequence control part, which is reduced in their circuit complexity «without a noticeable for the practical reasons increase in the error occurs in the approach of the circular path through the polygon.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß eine Reihenschaltung eines Schrittwinkelgebers, eines Quadriergliedes und einer Torschaltung, eine weitere Reihenschaltung eines Taktgebers und eines Taktteilers, dessen Ausgang mit dem Steuereingang der Torschaltung verbunden ist, zwei achszugeordnote Summationsregister, ein Anfangswertgeber, an den die Setzeingänge der Summationcregister angeschlossen sind, jeweils ein jedem Summationsregister vorgeschalteter erster Multiplikator, dessen erster Eingang jeweils an den Schrittwinkelgeber angeschlossen und dessen zweiter Eingang jeweils mit dem Ausgang des nicht zugeordneten Summationsregisters verbunden ist, jeweils ein jedem Summationsregister weiterhin "vorgeschalteter zweiter Multiplikator, dessen erster Ein-According to the invention this is achieved in that a series circuit of a stepping angle, a squaring and a gate, another series circuit of a clock and a clock divider whose output is connected to the control input of the gate, two achszugeordord summation register, an initial value to which the set inputs of the Summationcregister in each case a first multiplier upstream of each summation register, the first input of which is respectively connected to the step angle sensor and whose second input is respectively connected to the output of the unassigned summation register, in each case a second multiplier upstream of each summation register, the first input of which
gang jeweils mit dem Ausgang der Torschaltung und dessen zweiter Eingang jeweils mit dem Ausgang des zugeordneten Sumraationsregisters verbunden ist, ein Linearinterpolator, der mittels zweier Eingänge an jeweils einen Ausgang der Summationsregister angeschlossen, mittels eines weiteren Eingangs mit dem Ablaufsteuerungsteil und mittels zweier Ausgänge mit den Lageregelkreisen verbunden ist sowie eine vom Taktgeber zu den Summationsregistern und Multiplikatoren führende Verbindung vorgesehen sind.gear respectively connected to the output of the gate and the second input is connected to the output of the associated Sumraationsregisters, a linear interpolator connected by two inputs to one output of the summation register, by means of another input to the sequence control part and by means of two outputs with the position control circuits is connected and provided by the clock generator to the summation registers and multipliers connection.
Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Dabei sind in einer Reihenschaltung ein Schrittwinkelgeber 1, ein Quadrierglied 2, und eine Torschaltung 3 vorgesehen. Ein Taktgeber 4 ist ausgangsseitig mit einem Taktteiler 5 verbunden, dessen Ausgang auf den Steuereingang der Torschaltung 3 geführt ist.The figure shows the circuit arrangement according to the invention. In this case, a step angle encoder 1, a squaring 2, and a gate circuit 3 are provided in a series circuit. A clock 4 is the output side connected to a clock divider 5, the output of which is guided to the control input of the gate circuit 3.
Zugeordnet zur x-Achse ist ein Summationsregister 6 und zugeordnet zur y-Achse ein weiteres Summationsregister 7 vorgesehen· Die Setzeingänge beider Summationsregister 6 und 7 sind an einen Anfangswertgeber 8 angeschlossen. Das Summationsregister 6 ist über seinen ersten Eingang mit dem Ausgang eines ersten Multiplikators 9 und über seinen zweiten Eingang mit dem Ausgang eines zweiten Multiplikators 10 verbunden. In analoger Weise bestehen Verbindungen des Summationsregisters 7 zwischen dessen erstem Eingang und dem Ausgang eines dritten Multiplikators 11 sowie zwischen dessen zweitem Eingang und dem Ausgang eines vierten Multiplikators 12.Assigned to the x-axis is a summation register 6 and assigned to the y-axis another summation register 7 · The set inputs of both summation registers 6 and 7 are connected to an initial value transmitter 8. The summation register 6 is connected via its first input to the output of a first multiplier 9 and via its second input to the output of a second multiplier 10. In an analogous manner, connections of the summation register 7 exist between its first input and the output of a third multiplier 11 and between its second input and the output of a fourth multiplier 12.
Die ersten Eingänge des ersten Multiplikators 9 sowie des dritten Multiplikators 11 oind an den Ausgang des Schrittwinkelgebers 1 und die zweiten Eingänge des ersten Multiplikators 9 sowie dos vierten Multiplikators 12 an den Ausgang des zweiten Summationsregisters 7 angeschlossen.The first inputs of the first multiplier 9 and of the third multiplier 11 are connected to the output of the step angle sensor 1 and the second inputs of the first multiplier 9 and the fourth multiplier 12 to the output of the second summation register 7.
Die ersten Eingänge des zweiten Multiplikators 10 sowie des vierten Multiplikators 12 sind mit dem Ausgang der Torschaltung 3, die zweiten Eingänge des zweiten Multiplikators 10 sowie des dritten Multiplikators 11 mit dem Ausgang des ersten Summationsregisters 6 verbunden. Ein Linearinterpolator 13 ist über getrennte Eingänge an ein Ablaufsteuerungsteil 14, an den Ausgang des Summationsregisters 6 und an den Ausgang des Summationsregisters 7 angeschlossen. Die Ausgänge des Linearinterpolators 13 führen getrennt auf die achszugeordneten Lageregelkreise 15 und 16. Beide Summationsregister 6 und 7 sowie alle vier Multiplikatoren 9 bis 12 stehen mit dem Taktgeber 4 in Verbindung.The first inputs of the second multiplier 10 and the fourth multiplier 12 are connected to the output of the gate circuit 3, the second inputs of the second multiplier 10 and the third multiplier 11 to the output of the first summation register 6. A linear interpolator 13 is connected via separate inputs to a sequence control part 14, to the output of the summation register 6 and to the output of the summation register 7. The outputs of the linear interpolator 13 lead separately to the axis-associated position control circuits 15 and 16. Both summation registers 6 and 7 and all four multipliers 9 to 12 are connected to the clock 4 in combination.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist wie folgt: Vom Anfangswertgeber 8 werden die auf den Kreismittelpunkt bezogenen und vorzeichenbehafteten Anfangskoordinatenwerte x. und yA des Kreisbogens ausgegeben. Mit ihnen werden beide Summationsregister 6 und 7 in die Anfangsstellung gesetzt und der Linearinterpolator beaufschlagt. Der Anfangskoordinatenwert χ. wird auf den zweiten Multiplikator 10 sowie den dritten Multiplikator 11 rückgeführt, der Anfangskoordinatenwert y. auf den ersten Multiplikator 9 sowie den vierten Multiplikator 12· Der Schrittwinkelgeber 1 gibt einen eingestellten Schrittwinkelwert к aus, der ein Maß für den Winkel ist, über den sich der von einer Polygonzuggeraden ersetzte Teil des anzunähernden Kreisbogens erstreckt. Dabei wird der Schritt· winkelwert k; bei einer gegebenen zulässigen Abweichung des tatsächlichen Bahnverlaufs von diesem Kreisbogen in einer vom Kreisradius abhängigen Größe gewählt, wobei Schrittwinkelwert к und Kreisradius einander umgekehrt proportional sind. Das Vorzeichen des Schrittwinkelwertes к legt die Richtung fest, in der ausgehend von den Anfangswertkoordinaten x. und у. die Eckpunkte bestimmt werden. Der Schrittwinkelwert к wird unmittelbar dem ersten Multi-.plikator 9 und dsm dritten Multiplikator 11 zugeführt ·, hin-The operation of the circuit arrangement is as follows: From the initial value transmitter 8, the initial coordinate values x referenced to the center of the circle and signed are used. and y A of the arc output. With them both summation registers 6 and 7 are set to the initial position and the linear interpolator acted upon. The initial coordinate value χ. is returned to the second multiplier 10 and the third multiplier 11, the initial coordinate value y. the first multiplier 9 and the fourth multiplier 12 · The step angle sensor 1 outputs a set step angle value к, which is a measure of the angle over which the part of the approaching circular arc replaced by a polygon straight line extends. In this case, the step · angle value k; at a given allowable deviation of the actual trajectory of this circular arc in a size dependent on the circular radius, wherein step angle value к and circular radius are inversely proportional to each other. The sign of the step angle value к determines the direction in which starting from the initial value coordinates x. and у. the vertices are determined. The step angle value к is fed directly to the first multi-applicator 9 and the third multiplier 11 .
gegen gelangt er zum zweiten Multiplikator 10 und zum vierten Multiplikator 12 als quadrierter Wert k2.against it reaches the second multiplier 10 and the fourth multiplier 12 as the squared value k 2 .
Somit bildet der erste Multiplikator 9 das Produkt к · уд, der dritte Multiplikator 11 das bezüglich der anderen Achse analoge Produkt к · χΔ· Vom zweiten MultiplikatorThus, the first multiplier 9 forms the product κ · у д , the third multiplier 11 forms the product к · χ Δ · analogous to the other axis from the second multiplier
10 wird hingegen das Produkt к · χ., vom vierten Multiplikator 12 das bezüglich der anderen Achse analoge Pro-10, on the other hand, the product κ · χ., From the fourth multiplier 12 the analogous with respect to the other axis Pro
dukt к · Уд ausgegeben·duct · output ·
Der Taktteiler 5 verändert die einlaufenden Takte im Verhältnis 2:1 und betätigt die Torschaltung 3· Den Sumeationsregistern 6 und 7 sind unterschiedliche Verknüpfungsvorschriften fest vorgegeben. Aktiviert vom Taktgeber 4 ermitteln sie in Abhängigkeit von der Stellung des Taktteilers 5 die Koordinatenwerte des ersten Eckpunktes entweder mit den WertenThe clock divider 5 changes the incoming clocks in a ratio of 2: 1 and actuates the gate circuit 3 · The Sumeationsregistern 6 and 7 different linking rules are fixed. Activated by the clock 4, they determine the coordinate values of the first corner point either with the values, depending on the position of the clock divider 5
4 - k · XA + VA oder mit den Vierten 4 - k · X A + VA or with the fourth
X1 « - k2 . ka - к . yA * xA X 1 «- k 2 . k a - к. y A * x A
V1- - k2 . yA + к . xA + yA V 1 - - k 2 . y A + к. x A + y A
Für die Ermittlung der Koordinatenwerte X2 und y2 des nächsten Eckpunktes gelten diese Beziehungen sinngemäß, wobei xA durch х- und yA durch y- ersetzt wird« Die weiteren Eckpunkte werden dann in der von den Takten bestimm ten Folge ermittelt. Der Linearinterpolator 13 sorgt dafür, daß die zwischen zwei benachbarten Eckpunkten zu bestimmende Bahn eine, Gerade ist. Er löst über den Ablaufsteuerungsteil 14 dis Ermittlung des nächsten Eckpunktes auf Vorrat aus9 Die Ablaufsteuerung 14 teilt dem Linearinterpolator 13 auch die Endkoordinatenwerte des Kreisbo-For the determination of the coordinate values X 2 and Y 2 of the next vertex, these relations apply mutatis mutandis, whereby x A is replaced by y and y A by y- «The other vertices are then determined in the sequence determined by the clocks. The linear interpolator 13 ensures that the path to be determined between two adjacent corner points is a straight line. It triggers via the sequence control part 14 dis determination of the next vertex in stock 9 The sequence control 14 also informs the linear interpolator 13 of the end coordinate values of the circular arc.
gens mit. Oer Linearinterpolator 13 gibt die achsbezogenen aktuellen Bahnsollwerte an die Lageregelkreise 15 und 16 aus.gens with. The linear interpolator 13 outputs the axis-related current path setpoint values to the position control circuits 15 and 16.
Die beschriebene Schaltungsanordnung ist auch für die Ermittlung der entlang des Polygonzugea vorzunehmenden Bahngeschwindigkeit anwendbar. Anstelle der Koordinatenwerte der Eckpunkte werden die Geschwindigkeitskomponenten ermittelt, die entlang der jeweils bis zum Eckpunkt verlaufenden Geraden eingesetzt werden· Dem Interpolator 13 verbleiben insgesamt damit lediglich Aufgaben der Endwerterkennung und der allgemeinen Ablauforganisation. Obwohl die Schaltungsanordnung auch für die Ermittlung normierter Werte geeignet ist, lassen sich bei der Ermittlung absoluter Werte zusätzlich erforderliche Multiplikationen umgehen.The described circuit arrangement is also applicable to the determination of the path velocity to be taken along the polygon access. Instead of the coordinate values of the vertices, the velocity components are determined which are used along the straight line extending to the vertex. The interpolator 13 as a whole thus only has tasks of the final value recognition and of the general process organization. Although the circuit arrangement is also suitable for the determination of standardized values, additionally required multiplications can be avoided when determining absolute values.
Die beschriebene Schaltungsanordnung hat infolgedessen den Vorteil, daß sie mit wenigen und einfachen Mitteln eine sehr schnell ablaufende Kreisinterpolation ermöglicht. Es ergibt sich eine hohe Verfahrgeschwindigkeit bei hoher Meßauflösung. Die in analoger Weise ablaufenden Ermittlungen der Polygonzugeckpunkte und der achsbezogenen Geschwindigkeitskomponenten vereinfachen den eingesetzten Linearinterpolator 13. Selbst bei großen Schrittwinkeln tritt eine vernachlässigbar kleine Aufbiegung des angenäherten Kreisbogens ein. Dieses Merkmal gilt auch noch bei der Annäherung eines vollen Kreises.The circuit arrangement described has the advantage that it allows with few and simple means a very fast-running circular interpolation. This results in a high traversing speed with high measuring resolution. The investigations of the polygon tucking points and the axis-related velocity components, which proceed in an analogous manner, simplify the linear interpolator 13 used. Even with large step angles, a negligibly small bending of the approximated circular arc occurs. This feature also applies to the approach of a full circle.
Claims (1)
gekennzeichnet dadurch,Circuit arrangement for approximate arc determination by means of a polygon whose vertices lie in a plane defined by two axes of a numerical path control and are determined successively in nlchtinkrementaler operation, with summation, multipliers and a squaring, using the .bahn control belonging achagierten Lagerβgelkreise, a flow control part, a Linear interpolator, a clock generator, an initial value transmitter and a step angle sensor, and further use of a gate circuit,
characterized by
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