DD279791A7 - Positioniereinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung, welche in der Robotertechnik, in den Metallschneidemaschinen und in den hydraulischen Servosystemen Anwendung findet. Die neue Positioniereinrichtung besteht aus einem hydraulischen Zylinder mit einer modifizierten Kolbenstange, welche mit einem nichtmagnetischen Material bedeckt und mit einem Primärwandler induktiv verbunden ist, welcher mit einer Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung elektrisch verbunden ist. Die Einrichtung weist einen Impuls- und einen Analogausgang auf, welcher in einem Block an den hydraulischen Zylinder starr mechanisch angeschlossen ist. Der letztere ist mit einem elektrohydraulischen Wandler verbunden, welcher seinerseits an den Ausgang der Steuereinrichtung angeschlossen ist. Der Primärwandler besteht aus zwei induktiven Primärwandlern, welche auf 1/4 des Profilschrittes der Kolbenstange zueinander verdreht sind, welche Kolbenstange Ringkanäle mit trapezförmigem Profil aufweist. Die beiden induktiven Primärwandler sind über entsprechende Messkreise mit einer Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung verbunden. In der Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung ist jeder Messkreis über in Reihe gestaltete Elemente wie Gleichrichter und Komparator, an den Steuereingang eines entsprechenden Analogschalters und an den entsprechenden Eingang eines dritten Komparators, dessen Ausgang mit dem Steuereingang eines Zweiphasenverstärkers verbunden ist, angeschlossen. Der Ausgang des Gleichrichters jedes Messkreises ist an den zweiten Eingang des Komparators des anderen Messkreises angeschlossen. An den Ausgang eines der ersten zwei Komparatoren sind zwei monostabile Multivibratoren parallel geschaltet, deren Ausgänge mit dem nichtinvertierenden Eingang eines dritten monostabilen Multivibrators verbunden sind. Die Lagerrückkopplungseingänge der Steuereinrichtung sind entsprechend mit dem Impuls- und dem Analogausgang der Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung verbunden, wobei ihr Analogausgang auch in einen Verstärker zur Verschiebung des Signalpegels angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einer Differenziereinrichtung verbunden ist, deren Ausgang mit Geschwindigkeitskopplungs-Analogeingang der Steuereinrichtung und mit dem Komparator, dessen Ausgang an den Richtung-Digitaleingang der Steuereinrichtung angeschlossen ist, verbunden ist.{Positioniereinrichtung; Robotertechnik; hydraulischer Zylinder; Kolbenstange; nichtmagnetisches Material; Verschiebungsumwandlung, elektrohydraulischer Wandler; Ringkanäle; trapezförmiges Profil; Analogschalter; Komparator; Messkreise}

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt dia Aufgabe zugrunde, eine Positioniereinrichtung zu schaffen, die eine hohe Genauigkeit und Empfindlichkeit der Rückkopplungen nach Lage und Geschwindigkeit in jedem Punkt des Laufs sowie eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe mit einer Positioniereinrichtung gelört, bestehend aus einem hydraulischen Zylinder mit einer modifizierten Kolbenstange, welche mit einem nicht magnetischen Material bedeckt ist und mit einem Primärwandler induktiv verbunden ist, welcher mit einer Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung elektrisch verbunden ist. Die Einrichtung weist einen Impulsausgang und einen Analogausgang auf und ist in einem Block an den hydraulischen Zylinder starr und mechanisch angeschlossen. Der letztere ist mit einem eleklrohydraulischen Wandler hydraulisch verbunden, welcher seinerseits an den Ausgang der Steuereinrichtung angeschlossen ist. Der Primärwandler besteht aus zwei induktiven Primärwandlern, welche auf 74 des Profilschrittes der Kolbenstange zueinander verdreht sind, wobei die Kolbenstange Ringkanälo mit trapezförmigen Profil aufweist. Die beiden induktiven Primärwandler sind über entsprechende Meßkreise mit einer Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung verbunden. In der Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung ist jeder Meßkreis über in Reihe geschaltete Gleichrichter und Komparatoren an den Steuereingang eines entsprechenden Analogschalters und an den entsprechenden Eingang eines dritten Komparators, dessen Ausgang mit dem Steuereingang eines Zweiphasenverstärkers verbunden ist, angeschlossen. Der Ausgang des Gleichrichters jedes Meßkreises ist an den zweiten Eingang des Komparators des anderen Meßkreises angeschlossen. An den Ausgang eines der ersten zwei Komparatoren sind zwei monostabile Multivibratoren parallel geschaltet, deren Ausgänge mit dem nicht invertierenden und invertierenden Eingang eines dritten monostabilen Multivibrators verbunden sind. Die Lagerückkopplungseingänge der Steuereinrichtung sind entsprechend mit dem Impuls- und dem Analogausgang der Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung verbunden, wobei ihr Analogausgang auch an einen Verstärker zur Verschiebung des Signalpegels angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einer Differenziereinrichtung verbunden ist, deren Ausgang mit dem Geschwindigkh'tsrückkopplungs-Analogeingang der Steuereinrichtung und mit dem Komparator, dessen Ausgang an den Richtungs-Digitaleingang der Steuereinrichtung angeschlossen ist, verbunden ist.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung bestehen in der hohen Exaktheit und Zuverlässigkeit der Positionierung, was in der Möglichkeit zur Positionierung in jedem Punkt des Laufes bei genauer Einhaltung des vorgegebenen Geschwindigkeitsgesetzes auch vor dem Positionierungspunkt, wo die Geschwindigkeit niedrig ist, zum Ausdruck gebracht wird. Außerdem kann die Empfindlichkeit der Analogsignale für Position und Geschwindigkeit in breiten Grenzen reguliert werden, was den Antrieb einer großen Vielfalt von Objekten bei großer Kompaktheit ermöglicht.

Ausführungsbeispiele

Ein Ausführungsbeispiel der Positioniereinrichtung ist in den beigelegten Figuren gezeigt:

Fig. 1: stellt eine Blockschaltung der Positioniereinrichtung dar,

Fig.2: stellt eine Blockc-haltung der Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung dar, und Fig.3: stellt Diagramme, welche die Wirkung der Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung erläutern, dar.

Gemäß Fig. 1 ist der hydraulische Zylinder 1 in einem Block mechanisch mit einem Verschiebungcprimärwandler 2 verbunden, welcher aus zwei induktiven Primärwandlern, die neben einer modifizierten Kolbenstange 3 montiert sind, besteht. Der Primärumwandler 2 ist über eine Einrichtung 4 zur Verschiobungsumwandlung mit dem Eingang eines Verstärkers 5 zur Verschiebung des Signalpegels verbunden, dessen Ausgang über eine Differenziereinrichtung 6 mit einem. Komparator 7 und mit dem Geschwindigkeitsrückkopplungs-Eingang einer Steuereinrichtung 8 verbunden ist, deren Impuls-und Analogeingänge zur Lagerückkopplung mit den entsprechenden Ausgängen der Einrichtung 4 zur Verschiebungsumwandlung verbunden sind. Der Ausgang des Komparators 7 ist mit dem Bewegunrjsrichtungs-Eingang der Steuereinrichtung 8 verbunden, deren Ausgang an einen elektrohydraulischen Wandler 9, welcher mit dem hydraulischen Zylinder 1 verbunden ist, angeschlossen ist. Die modifizierte Kolbenstange 3 hat Ringkanäle mit trapezförmigem Profil in einem bestimmten Schritt und ist mit einem nicht magnetischen Materie! bsdsckt. Der Primärwandler 2 besteht aus zwei induktiven Wandlern, welche längs der Bewegungsachse bis zu einem Abstand von '/4 03s Profilschrittes der Kolbenstange 3 zueinander verschoben sind.

Die Einrichtung zur Verschiebung.iumwandlung 4 (Fig.2) besteht aus zwei induktiven Meßkreisen 10 und 11, die jeweils aus in Reihe geschalteten Elementen wie induktivem Primärwandler, Demodulator und Filter bestehen. Die Primärwandler sind so verschoben, daß ihre Ausgangssignale um 90° phasenverschoben sind, und daran ist auch ein Speisegenerator angeschlossen. Dis Ausgänge der induktiven Meßkreise 10 und 11 sind über Analogschalter 17 und 18 an einen Zweiphasenverstärker 19 und über einen ersten und einen zweiten Gleichrichter 12 und 13 an die Eingänge eines ersten und eines zweiten Komparators 15 und 16, deren Ausgänge mit den Steuereingängen der Analogschalter 17 und 18 verbunden sind, angeschlossen. Die induktiven Meßkreise 10 und 11 sind auch an die beiden Eingänge eines dritten Komparators 14, dessen Ausgang mit dem Steuereingang des Zweiphasenverstärkers 19 verbunden ist, angeschlossen. Der Ausgang des ersten Gleichrichters 12 ist auch mit dem zweiten Eingang des zweiten Komparators 16, und der Ausgang des zweiten Gleichrichters 13 ist auch mit dem zweiten Eingang des ersten Komparators 15 verbunden. An den Ausgang eines der beiden Komparatoren 15 und 16 sind parallel zwei mcnostabile Multivibratoren 20 und 21, deren Ausgänge mit dem nicht invertierenden und mit dem invertierenden Eingang eines dritten monostabilen Multivibrators 22 verbunden sind, angeschlossen.

Die Einrichtung funktioniert folgendermaßen:

Bei Vorgabe einer bestimmten Position von dem Lage-Vorgabeblock der Steuereinrichtung 8 entsteht an seinem Ausgang ein Signal. Es ist gleich dem Unterschied zwischen dem Sollwert und oem Istwert, erhalten von dem Verschiebungswandler 4 durch die S'gnale s und t. Bei Verschiebung der Kolbenstange entstehen an den Ausgängen dsr Meßkreise 10 und 11 (Fig. 2, Fig. 3) zwei gleiche sinusförmige Spannungen a und b, welche um 90° zueinander verschoben sind. Diese Spannungen werden von den Gleichrichtarn 12 und 13-c und d gleichgerichtet und werdenden Komparatoren 15 und 16 zugeführt. An ihren Ausgängen entstehen die Signale m und n, welche die Analogschalter 17 und 18 so steuern, daß die Umschaltungen der Spannungen a und b in den Momenten erfolgen, in denen die beiden Spannungen eine und dieselbe Amplitude aufweisen. Die Spannungen a und b werden auch den Eingängen des Komperators 14 zugeführt, dessen Ausgangssignal k den Zweiphasenverstärker 19, dessen Eingängen die von den Analogschaltern 17 und 18 erhaltenen Signale 1 und ρ zugeführt werden, steuert. Am Ausgang des Zweiphasenverstärkers 19 entsteht das Signal t.

Durch Impulsbiidung an der vorderen und hinteren Flanke der Signale ni oder η durch die monostabilen Multivibratoren 20 und 21 entstehen die Impulsreihen q und r, welche nach ihrer Summierung und Breitenbildung in einem dritten monostabilen Multivibrator 22 das Signal a ergeben. Das Signal a ist eine Reihe von Impulsen in gleichen Abständen (0,1 mm) (Fig. 3), welches eine annähernde Information über die Bewegung der Kolbenstange 3 des Zylinders 1 gibt, und zwischen diesen Impulsen entsteht das Signal t, welches eine linear ansteigende und linear abfallende Spannung in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung darstellt und eine präzise Information über die Bewegung gibt. Diese Signale steuern nach Umwandlung in der Steuereinrichtung 8 den elektrohydraulischen Wandler 9. Er beträgt den hydraulischen Zylinder 1 in eine bestimmte Richtung und mit einer bestimmten Geschwindigkeit, bis die Signale von dem Verschiebungswandler 4 und vom Lage-Vcrgabeblock der Steuereinrichtung 8 ausgeglichen werden. Dabei stoppt die Bewegung in der ausgewählten Position bis zur Vorgabe einer neuen Position. Die Einhaltung des vorgegebenen Geschwindigkeitsgesetzes bei der Bewegung der Kolbenstange des Zylinders 1 von einem Punkt zu einem anderen wird in der Steuereinrichtung ?- verfolgt, wo die auf einem Analogweg vorgegebenen Werte der Geschwindigkeit mit den Istwerten verglichen werden. Die letzteren werden erhalten, indem vom Analogausgang des Verschiebungswandlers 4 das Signal verstärkt und in den Verstärker 5 verschoben wird und danach das Signal u in einer Differenziereinrichtung 6, an deren Ausgang das Signal ν der Geschwindigkeit proportional ist, differenziert wird. Da eine linear ansteigende oder linear abfallende Spannung mit hoher Empfindlichkeit (10 v/0,1 mm) differenziert wird, hat das Ausgangssignal ν auch eine hohe Empfindlichkeit und erhöhte Exaktheit, und zwar auch bei niedrigen Geschwindigkeiten der Kolbenstange 3. Außerdem kommt es bei Änderung der Bewegungsrichtung automatisch zur Änderung des Vorzeichens des Signals v, welches nachdem Komparator 7 Digitalinformation (1; 0) über die Bewegungsrichtung gibt. Das Signal w wird vom Ausgang des Komparators 7 auch der Steuereinrichtung 8 zugeführt, wo es mit der vorgegebenen Richtung (1; 0) verglichen wird.

Claims (3)

1. Positioniereinrichtung, bestehend aus einem hydraulischen Zylinder mit einer modifizierten Kolbenstange, welche mit einem nicht magnetischen Material bedeckt ist und mit einem Primärwandler verbunden ist, welcher an eine Einrichtung zur Verschiebungsurnwandlung mit einem Impuls- und einem Analogausgang elektrisch und in einem Block starr mechanisch an den hydraulischen Zylinder angeschlossen ist, welcher mit einem elektrohydraulischen Wandler, welcher an den Ausgang der Steuereinrichtung angeschlossen ist, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärwandler (2) aus zwei induktiven Primärwandlern besteht, welche zueinander auf ¹A des Profilschrittes der modifizierten Kolbenstange (3) mit Ringkanälen mit trapezförmigen Profil verschoben sind, wobei die Lagerückkopplungs-Eingänge der Steuereinrichtung (8) entsprechend mit dem Impuls- und mit dem Anaiogausgang der Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung (4) verbunden sind, wobei ihr Analogausgang auch an einen Verstärker zur Verschiebung des Signalpegels (5) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einer Differenziereinrichtung (6) verbunden ist, deren Ausgang mit dem Geschwindigkeitsrückkopplungs-Analogeingang der Steuereinrichtung (8) und mit einem Komparator (7), dessen Ausgang an den Richtungs-Digitaleingang der Steuereinrichtung (8) angeschlossen ist, verbunden ist.

2. Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verschiebungsumwandlung (4) aus zwei induktiven Meßkreisen (10 und 11) besteht, wobei jeder davon entsprechend über in Reihe geschaltete Elemente wie Gleichrichter (12,13) und Komparator (15,16) an den Steuereingang eines entsprechenden Analogschalters (17,18) und an den entsprechenden Eingang eines dritten Komparators (14), dessen Ausgang mit dem Steuereinang des Zweiphasenverstärkers (19) verbunden ist, angeschlossen ist, und daß außerdem jeder Meßkreis (10,11) über den Analogschalter (17,18) mit dem entsprechenden Eingang de.* Zweiphasenverstärkers (19) verbunden ist, wobei der Ausgang des Gleichrichters (12,13) jedes Meßkreises an den zweiten Eingang des Komparators (15,16) des anderen Meßkreises angeschlossen ist, und daß an den Ausgang eines der ersten zwei Komparatoren (16) zwei monostabile Multivibratoren (20 und 21), deren Ausgänge mit dem nicht invertierenden und mit dem invertierenden Eingang eines dritten monostabilen Multivibrators (22) verbunden sind, parallel geschaltet sind.

Hierzu

3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung, welche in der Robotertechnik, bei Metallschneidmaschinen und hydraulischen Servosystemen Anwendung findet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt ist eine Positioniereinrichtung, bestehend aus einem hydraulischen Zylinder mit einer modifizierten Kolbenstange mit Spiralnuten, welche mit Chrom bedeckt sind, und aus einem mit dem Zylinder starr verbundenen Pr'märwandler, welcher nach dem Prinzip des „Hall-Effekts" funktioniert. Der Umwandler folgt durch das nichtmagnetische Chrom den Spitzen und Nuten des Profils der Kolbenstange und bildet Ziffernimpulse. Jeder Impuls stellt einen zurückgelegten diskreten Abstand dar. Das Auflösungsvermögen des Primärwandlers is' 1,25mm, und das der Positioniereinrichtung -0,625mm. Die Summierung der Inipulse in der Steuereinrichtung gibt die Position der Kolbenstange an, und die elektronische Messung des Intervalls des Impulses bestimmt die Geschwindigkeit. Auf elektronischem Weg bekommt man Informationen über die Bewegungsrichtung. Zur Steuereinrichtung kann es auch vorgebende Programmiereinrichtungen geben, welche die Programmierung einzelner Positionen und Geschwindigkeiten ermöglichen.

Ein Nachteil der bekannten Positioniereinrichtung ist die geringe Exaktheit, da das Auflösungsvermögen des Primärwandlers niedrig ist. Das Signal von dem Primärwandler ist nur diskret als Information über die Lage; Information über die Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung in einem diskreten Abstand (0,625mm) ergibt sich nicht. Der schraubenförmige Profilschnitt der Kolbenstange ist gegen Drehung nicht geschützt; das führt zu Fehlern in der Positionierung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile weitgehend zu vermeiden.