DE1104590B

DE1104590B - Anordnung zur numerischen Steuerung der gegenseitigen Verstellung von zwei zusammenwirkenden Elementen einer Werkzeugmaschine

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Publication number: DE1104590B
Application number: DES53880A
Authority: DE
Original assignee: SEA SOC D ELECTRONIQUE ET D AU
Current assignee: SEA SOC D ELECTRONIQUE ET D AU
Priority date: 1956-06-16
Filing date: 1957-06-13
Publication date: 1961-04-13

Description

Anordnung zur numerischen Steuerung der gegenseitigen Verstellung von zwei zusammenwirkenden Elementen einer Werkzeugmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur numerischen Steuerung der gegenseitigen Verstellung von zwei zusammenwirkenden Elementen einer Werkzeugmaschine mit einer Steuereinrichtung, welche die Drehung eines Verstellmotors auf Grund von Informationen steuert, die aus einem zuvor aufgezeichneten Programm gewonnen werden, das Befehle und Zahlenwerte der Koordinaten des einen Elements in bezug auf das andere enthält, mit einem Interpolator, der durch aufgezeichnete numerische Informationen gesteuert wird und nach einem vorgegebenen Gesetz aufeinanderfolgende numerische Zwischeninformationen liefert, die zwischen den Informationen liegen, die nacheinander aus dem aufgezeichneten Programm abgelesen werden, und mit einer Vergleichsschaltung, die aus den verschlüsselten Zahlenwerten, die einerseits aus den aufgezeichneten Informationen errechnet werden und andererseits von einer Meßeinrichtung geliefert werden, welche die Stellung des einen Elements in bezug auf das andere mißt, eine Differenz bildet, die anschließend in eine analoge Spannung umgewandelt wird, die zur Steuerung des Verstellmotors dient.
Die zusammenwirkenden Elemente sind beispielsweise das Werkzeug einerseits und das Werkstück bzw. der dieses tragende Tisch andererseits. Bei einer numerischen, d. h. durch Zahlenwerte vorgeschriebenen Steuerung müssen die gegenseitigen Verstellungen des Werkzeugs und des Werkstücks zuvor durch eine Quantifizierung der Kurvenbahn definiert werden, welcher das Werkzeug relativ zum Werkstück folgen muß. Diese Ouantifizierung ergibt eine Folge von Zahlenwerten, welche in verschlüsselter Form auf einem Aufzeichnungsträger festgehalten werden, der mit automatischen Mitteln abgelesen werden kann, z. B,. auf ein gelochtes oder auf andere Weise markiertes Band oder ein Magnetband. Beim Abtasten der Aufzeichnung werden dann die Zahlenwerte in ein mit der Werkzeugmaschine gekoppeltes Rechengerät eingeführt, das aus diesen Zahlenwerten die zur Steuerung der Vorschubbewegungen der Maschine erforderlichen Befehle ausarbeitet. Diese Befehle müssen schließlich über entsprechende Steuervorrichtungen in die Drehung der Motore umgesetzt werden, die das Werkzeug und das Werkstück gegenseitig verstellen. Auf einer bestimmten Stufe muß also eine Digital-Analog-Umsetzung erfolgen, damit diese Steuerung stetig erfolgt.
Ferner muß auf einer gewissen Stufe in der Steuerung ein Vergleich zwischen denn durch die Aufzeichnung beschriebenen »Modell» und dem tatsächlich bearbeiteten Werkstück durchgeführt werden, damit die Steuerungen in der richtigen Weise erfolgen. Zur Erleichterung der Programmierung ist es bereits bekannt, in dem Rechengerät Interpolationen zwis7chen den Stellungen durchzuführen, welche durch zwei aufeinanderfolgende Gruppen von Zahlenwerten der 2t,laßzahlen der Bahn definiert sind. Am häufigsten wurde der so in das Rechengerät eingeführte Interpolator in .>analoger« Form ausgeführt, d. h., daß er die Maßzahlen der Stellung in Form von Entschlüsselungsspannungen erhielt, die von Speichern durch die vorweggenommene Einführung von Daten eines für die :Maschine in der Zukunft liegenden Punktes geliefert wurden. Dann arbeitete während der Übergangszeit von einer Stellung zu der nächsten der Interpolator interpolierte Zwischenwerte aus, die jeweils der augenblicklichen Sollstellung entsprechen. Dieser Zwischenwert wurde mit der augenblicklichen Iststellung verglichen, wodurch ein Fehlersignal gebildet wurde, das zur Servosteuerung des Verstellmotors diente. Da ein Fehler immer erst dann festgestellt wird, wenn er bereits eingetreten ist, liegt der .\achteil dieser bekannten Anordnungen auf der Hand.
Demgegenüber ist es das Ziel der Erfindung, unter Anwendung des Prinzips der Interpolation eine Anordnung zur numerischen Steuerung von Werkzeugmaschinen zu schaffen, bei der das Rechengerät die erforderliche Stellungskorrektur und die Vorschubgeschivindigkeit für einen zukünftigen Treffpunkt zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug ermittelt und dadurch Fehlern bereits vor ihrer Entstehung entgegenwirkt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Interpolator auf Grund jedes Satzes der ihm zugeführten aufgezeichneten Informationen und der in ihm enthaltenen früheren Informationen aufeinanderfolgende zukünftige Sollwerte der Stellung des einen Elements in bezug auf das andere im voraus berechnet, daß die Meßeinrichtung den Istwert der Stellung der Elemente bei jeder Interpolation mißt, äaß eine Subtraktionsschaltung die Differenz zwischen dem von dem Interpolator gelieferten zukünftigen Sollwert und dem von der Meßeinrichtung gelieferten Istwert bildet und daß ein Verschlüssler aus dem Code dieser Differenz eine analoge Spannung bildet, die dem Verstellmotor als Steuersignal für die Vorschubgeschwindigkeit und die Stellungskorrektur zugeführt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung errechnet der Interpolator eine zukünftige Stellung des Werkzeugs bzw. des Werkstückes, und dieser zukünftige Stellungswert wird mit dem augenblicklichen Istwert verglichen. Das so erhaltene Signal ist also kein Fehlersignal, wie bei den bekannten Anordnungen, sondern es enthält einen Geschwindigkeitssteuerbefehl, der zur Steuerung des Motors verwendet wird, so daß die vorhergesagte Stellung in der auferlegten Zeit erreicht wird. Die Interpolationen werden in Abhängigkeit von der Zeit durchgeführt. Gleichzeitig enthält das Steuersignal eine Einstellkorrektur für diese vorhergesagte Stellung. Das digital errechnete Signal wird in eine Analogspannung umgesetzt, die zur Steuerung des Vorschubmotors dient.
Natürlich sind ebenso viele Kanäle für die Berechnung und Ausarbeitung dieser Befehle wie Vorschubbewegungen der Werkzeugmaschine vorgesehen. Diese Kanäle können voneinander unabhängig sein, da die erforderliche Synchronisation offensichtlich durch das aufgezeichnete Programm selbst gewährleistet werden kann.
Vor der Beschreibung einer praktischen Ausführung der Erfindung, von welcher sich ohne weiteres alle technologischen Ausführungsvarianten ableiten lassen, soll ein Interpolationsverfahren beschrieben werden. das bei der numerischen Steuerung angewendet werden soll. Es wird nur eine Veränderliche betrachtet. da, wie oben erwähnt, die Interpolationsrechnung für jede Vorschubbewegung der Maschine unabhängig von den übrigen Vorschubbewegungen erfolgen wobei natürlich der Interpolationsparameter al? '' "ewegungen gemeinsam ist.

Man betrachtet eine Funktion z = f (t), @)) die selbst unbekannt ist, für welche jedoch eine begrenzte Anzahl von Punkten x1, x2 ... x" festgelegt ist, welche den Werten t1, t2 ... tn zugeordnet sind. Für eine numerische Steuerung werden diese Punkte bei der Quantifizierung der Kurvenbahn bestimmt, welche der Bewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück entspricht. Es kann angenommen werden, daß z. B. die Werte t1, t2 . . . t" gleiche Abstände haben. Ferner kann die Bedingung gestellt werden, daß die Kurve, welche alle von vornherein festgelegten Punkte verbindet, keine Knicke besitzen soll. Daher müssen die Tangenten in den Punkten x1, x2 . . . x. bestimmt werden, um Unstetigkeiten zwischen den aufeinanderfolgenden Kurvenabschnitten zu vermeiden. Um eine Tangente in einem Punkt zu bestimmen, kann eine geeignete arithmetische oder logische Regel angewendet werden, beispielsweise die folgende: Der Kurvenabschnitt x1, x2 ist also beispielsweise durch seine Endpunkte x1 und x2 und durch die Ableitungen der Kurve in diesen Punkten dl und x2 bestimmt. Der einfachste und allgemeinste Weg besteht dann darin, die Gleichung dritten Grades zu suchen, die diesen Bedingungen entspricht und die im einfachsten Fall folgende Form hat: x=A t3+D. (üj) Der Parameter der Interpolation sei mit p bezeichnet. Dann ergibt z. B. die Taylorsche Formel in dem Kurvenabschnitt x1, x2 den folgenden Parameterausdruck: Wenn man setzt: läßt sich die Gleichung (iv) in folgender Form schreiben: Man erkennt, daß in dieser Form die Größe x,1"; dann durch Rekursion leicht entsprechend der folgenden Tabelle errechnet werden kann:

Index I I 1I III ` IV -

0 x1 dxi Axi Axi

1 x1 + d x1 d x1 + A x1 A x1 + d3 x1 A x,

2 xi+2dxi+Axi dxi+2Axi+d3_r1 Axi+2Axi Axi

3 x1 +3dxi+3Axi+d3X1 dx1+3Ax1+3Axi Ax1+3Ax1 Axi

Gleichung (vj), oben, rechte dx + Ax +(P~1)@ Ax

Ax + Ax A#,' -17

Hälfte 1 p 1 2 1 1 1' 1 1

Jede Zeile wird offensichtlich dadurch erhalten; daß in jeder Spalte zu der zuvor in dieser Spalte enthaltenen Größe der in der unmittelbar rechts davon liegenden Spalte in der vorhergehenden Zeile stehende Inhalt addiert wird. Der Inhalt der Spalte IV bleibt offensichtlich konstant.

Diese Rechnung wird für jeden vorgegebenen Vorschub in einem Interpolator des zuvor erläuterten Steuersystems durchgeführt.
Die Daten des aufgezeichneten Programms bestehen also im wesentlichen aus Gruppen mit den Werten d3, A, d jeder Veränderlichen für die diskreten Werte, welche für diese Veränderliche von dem Programmierer gewählt wurden. Bei der Programmvorbereitung müssen also bestimmte Rechnungen durchgeführt werden, um das Programm aufstellen zu können, und es läßt sich zeigen, daß diese Rechnungen auf einer einfachen Rechenmaschine, z. B. auf einer sogenannten »Tischrechenmaschine«, durchgeführt werden können. Ausgehend von der Gleichung (iv) lassen sich für die zwischen zwei Werten von x, z. B. zwischen x1 und x2 interpolierten (p-1) Punkte die folgenden Gleichungen aufstellen: woraus sich ergibt: Man erhält schließlich unter Berücksichtigung von Gleichung (v) Da für jede Rechnung p eine Konstante ist (es wird später erläutert, wie diese Konstante gegebenenfalls verändert werden kann), beschränkt sich also die Berechnung der aufgezeichneten Zahlenwerte auf die Berechnung der Summe von Produkten, was ohne weiteres mit einem Rechengerät der genannten Art durchgeführt werden kann. Dieses Rechengerät ermöglicht die Berechnung von x" und z"+1, ausgehend von den Maßzahlen mit den gleichen Bezeichnungen, indem z. B. die oben angeführte Formel (ij) angewendet wird.
Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin ist Fig. 1 ein Blockschaltbild der Gesamtanordnung, das jedoch auf eine einzige Vorschubbewegung der Werkzeugmaschine beschränkt ist, Fig. 2 ein Blockschaltbild des in diesem System verwendeten Interpolators, welcher auf der Basis des oben erläuterten Interpolationsverfahrens arbeitet, und Fig.3 ein Blockschaltbild für eine beispielsweise Ausführungsart der Zeitbasis und der zugehörigen Hilfseinrichtungen, die in der Anordnung von Fig. 1 verwendet werden können und bei Welcher eine Ablesung der Ist-Werte der Stellungen des Werkzeugrelativs zu dem Werkzeug in der Werkzeugmaschine durch Meßwertgeber durchgeführt wird.
In der folgenden Beschreibung wird nicht näher auf die allgemein bekannte Technologie der praktischen Ausführung von Rechengeräten und Steuersystemen für Werkzeugmaschinen eingegangen, außer wo dies zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
In dem Blockschaltbild von Fig. 1 wird die Verschiebung des Tisches 1 einer Fräse als die Vorschubbewegung der Werkzeugmaschine angesehen, welche zur Erläuterung der Erfindung herangezogen werden soll. Bei 2 ist der Mittelpunkt des nicht dargestellten Werkzeugträgers angedeutet, welcher beispielsweise eine seitliche Verschiebung mittels eines Schlittens parallel zu einem feststehenden, eingeteilten Maßstab 3 und eine senkrechte Gleitbewegung parallel zu einem feststehenden und mit Einteilungen versehenen Maßstab 4 ausführen kann. Mit dem Tisch 1 ist ein eingeteilter Maßstab 5 verbunden, welcher sich mit dem Tisch verschiebt. Es ist zu bemerken, daß jedem Maßstab ein Organ zum Ablesen der Einteilungen zugeordnet ist, welches in der Lage sein muß, den abgelesenen Wert in ein- verschlüsselbares elektrisches Signal umzusetzen. Die Abtaster für die Maßstäbe 3 und 4 werden von dem Werkzeugträger getragen, so daß sie sich mit diesem bewegen. Der Abtaster 11 für den mit dem Tisch verbundenen Maßstab 5 ist hier als feststehend angenommen. Der Tisch 1 verschiebt sich entlang einer Achse 6, welche über ein Untersetzungsgetriebe -7 von der Antriebswelle 8 eines Vorschubsteuermotors 9 angetrieben wird. Auf der Achse 8 ist der Rotor eines Meßwertgebers 10 befestigt, welcher zur Grobablesung des Tischvorschubs dient. Natürlich ist ein derartiger Verschlüßler für die Grobablesung außerdem mit jedem der beiden Motore verbunden, welche zur Verschiebung des Werkzeugschlittens dienen. Jedes Ablesen der Stellung des Werkzeugs relativ zum Werkstück wird also in zwei Teilen durchgeführt, wobei der eine Teil die allgemeine Stellung auf der Bahn der betrachteten V orschubbewegung ergibt und hier mit Grobablesung bezeichnet wird, da die Einteilung nur mit verhältnismäßig großen Zwischenräumen ausgeführt ist, während der andere Teil die genaue Stellung in dem- zwischen zwei Grobeinteilungen liegenden Intervall entsprechend der Feineinteilung liefert. Für die betrachtete Vorschubbewegung geschieht die Grobmessung auf der Achse des Motors, die Feinmessung am Tisch. Die Verschlüßlung der beiden Ablesungen wird so ausgeführt, daß in der die Stellung darstellenden Zahl der von dem Grobableser kommende Codeteil den Ziffern mit den größten Wertigkeiten entspricht, während der vom Feinabtaster kommende Codeteil den Ziffern mit den niedrigsten Wertigkeiten entspricht. Diese beiden Codeteile werden durch einfaches Nebeneinanderstellen aneinandergefügt, wobei jedoch Vorkehrungen in der sie erzeugenden Schaltung getroffen sind, um jede Zweideutigkeit auszuschließen, wie im folgenden genauer erläutert werden wird.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die beiden Abtaster durch Meßwertgeber gebildet, von denen der eine linear ausgeführt und entlang dem Tisch abgewickelt ist, während der andere rotierend ausgeführt ist. Der Maßstab 5 besteht also in der Abwicklung einer Zweiphasenwicklung entlang dem Tisch 1 und der Abtaster il aus einer Einphasenwicklung, welche induktiv mit der Zweiphasenwicklung gekoppelt ist und selbst über eine geringe Strecke abgewickelt ist. Der Meßwertgeber für die Grobablesung besteht in üblicher Weise aus einer Zweiphasenwicklung 10, die induktiv mit einer Einphasenwicklung 12 gekoppelt ist. Den- beiden Zweiphasenwicklungen dieser Organe wird die gleiche, aus dem Ausgang 13 der Zeitbasis 14 kommende Wechselspannung mit einer rechtwinkeligen Phasenverschiebung zugeführt, wie später unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wird. Man nimffit also an jeder Einphasenwicklung einen Strom von veränderlicher Phase ab, wobei die Phase von der Stellung dieser Wicklung relativ zu der ihr -zugeordneten Zweiphasenwicklung abhängt.
Für die Feinablesung werden bei 22 und für die Grobablesung hei 23 Steuersignale für Ventilschaltungen 16 für die Feinablesung bzw. 17 für die Grobablesung erzeugt. Jedes Signal hat eine Dauer, die proportional der gemessenen Phasenverschiebung ist und die zugehörige Ventilschaltung während dieses Zeitintervalls öffnet, vorausgesetzt, daß die zugehörige Ventilschaltung gleichzeitig vom Ausgang 21 der Zeitbasis ein Signal erhält, welches die Öffnung erlaubt.
Von einem Ausgang 15 der Zeitbasis 14 empfangen die Schaltkreise 16 und 17 dauernd eine schnelle Impulsfolge. Die Impulse, welche während der oben definierten Zeitintervalle durch die Ventilschaltungen laufen, werden in Zählern 18 bzw. 19 gezählt. Bevor eine Zählung erlaubt wird, wird vom Ausgang 20 der Zeitbasis 14 auf die beiden Impulszähler ein Nullstellsignal gegeben.
Am Ende jeder Zählperiode ermöglicht es eine systematische Prüfung, gegebenenfalls den Inhalt des Zählers 19 zu berichtigen. Dieses geschieht mittels eines Impulses, der dann in 22 beispielsweise von einem den Zählbeginn steuernden Signal abgeleitet wird. Diese bedingte Korrektur hat den Zweck, die einwandfreie Aneinanderreihung der beiden beschriebenen Teile des Gesamtcodes zu gewährleisten. Es soll z. B. angenommen werden, daß der Grobabtaster geringfügig und in systematischer Weise relativ zum feststehenden Feinabtaster nachgeht. Es ist dann erforderlich, falls die höchste Ziffer des Zählers 18 Eins beträgt und im Gegensatz dazu die niedrigste Ziffer des Zählers 19 Null ist oder falls umgekehrt die niedrigste Ziffer des Zählers 19 Eins und die höchste Ziffer des Zählers 18 Null ist, eine Einheit des niedrigsten Stellenwertes zum Inhalt des Zählers 19 hinzuzufügen, um die erste Ziffer des Inhalts dieses Zählers auf den gleichen Wert wie die letzte Ziffer des Zählers 18 zu bringen. Zu diesem Zweck wurde ein Prüfschaltkreis 24 vorgesehen, dessen Ausgang bei 25 auf die erste Stufe des Zählers 19 gerichtet ist und welcher durch die Zustände der letzten Stufe des Zählers 18 und der ersten Stufe des Zählers 19 gesteuert wird. Diese Zustände werden in 24 kombiniert, um ein Signal zu liefern, welches der logischen Operation »ausschließliches Oder« zwischen den beiden in diesen Stufen stehenden Ziffern entspricht.
Die beiden Zähler 18 und 19 bilden also gemeinsam ein Register für die »gemessenen« Stellungen des Werkstücks relativ zum Werkzeug.
Dieses Register kann in üblicher Weise abgelesen werden, beispielsweise unter der Steuerung eines vom Ausgang 16 der Zeitbasis 14 kommenden Signals. Bei 30 bildet das gleiche Signal ein Ausgabesignal für das im Interpolator 32 gebildete Rechenergebnis. Bei 31 ist die Steuerleitung für diese Ablesung des Interpolationsergebnisses dargestellt, während 33 die von der Zeitbasis kommende Leitung ist, welche im Interpolator zuvor die Bildung des Rechenergebnisses bewirkt hat. Es handelt sich im Interpolator um das Ergebnis der »Voraussage« einer zukünftigen Stellung.
Wie im späteren Verlauf der Beschreibung zu erkennen sein wird, ist das Register zur Speicherung des Ergebnisses im Interpolator ein dynamisches Register, d. h., daß das abgelesene Resultat in Form eines verschlüsselten Zuges von zeitlich aufeinanderfolgenden Impulsen abgenommen wird. Dementsprechend muß beim Ablesen des Registers 18-19 ebenfalls ein verschlüsselter Impulszug erzeugt werden. Bei 27-28 ist der statisch-dynamische Umsetzer angedeutet, welcher, ausgehend von einer Parallelablesung des Registers, die Verteilung der-erhaltenen Impulse in einem vorbestimmten Rhythmus gewährleistet, der dem Rhythmus des aus dem Interpolator kommenden Impulszuges entspricht.
Die beiden verschlüsselten Impulszüge werden auf die jeweiligen Eingänge eines Addierwerks 29 gegeben, und das Additionsergebnis (wobei zu dieser Operation der eine der beiden Impulszüge, z. B. der aus dem statisch-dynamischen Umsetzer 27-28 kommende, in komplementärer Form eingegeben wird) entspricht dem Unterschied zwischen den beiden Codezügen, d. h. dem gemessenen Istwert und dem zeitlich vorausgesagten Sollwert des folgenden Treffpunktes. Dieser Unterschied wird in einem Register 34 # gespeichert, und zwar in -statischer Weise.
Der Inhalt des Registers 34 wird bei 35 entschlüsselt, und man erhält dadurch eine Analogspannung, deren Größe einen Geschwindigkeitsbefehl mit eingeschlossener Stellungskorrektur für denMotor 9 definiert. Diese Spannung wird auf einen Verstärker-und Steuerkanal für die Steuerung der Geschwindigkeit des Motors 9 gegeben. Die Einzelheiten dieses Kanals, welcher in üblicher Weise Leistungsverstärker und z. B. mittels Drehzahlmessung wirkende Gegenkopplungselemente enthält, sind nicht angedeutet, sondern der gesamte Kanal ist im Blockschaltbild -von Fig. 1 durch das Bezugszeichen 36 angedeutet.
Da der im Register 34 stehende numerische Code den Geschwindigkeitsbefehl definiert, ist der Modul der Geschwindigkeit (Größeneinheit der Messung) offensichtlich durch die Bezugsspannung des Entschlüßlers 35 gegeben. Zur Definition des Begriffs »Bezugsspannung« genügt es, einen üblichen Entschlüßler für binäre Aufzeichnungen zu betrachten. Jede Stufe eines solchen Speichers ist mit einer Wertigkeit behaftet, und jede Stufe bewirkt im Entschlüßler, falls sie die Ziffer Eins enthält, daß ein Strom, der proportional dieser Wertigkeit ist, im Ausgangskreis des Entschlüßlers hinzuaddiert wird. Die Gesamtheit .dieser Ströme kommt von einer Gleichspannungsquelle, und es ist- die Spannung dieser Quelle, die in bequemer Weise als Bezugsspannung bezeichnet werden kann, da sie den Entschlüßlungsmaßstab festlegt. Bei der -erfindungsgemäßen Einrichtung bietet sich die Möglichkeit an, diese Bezugsspannung zu verändern, um in entsprechender Weise die Moduln der Geschwindigkeitsbefehle in Abhängigkeit von der gewünschten Bearbeitungsart verändern zu können. Der Geschwindigkeitsmodul einer Schruppbearbeitung kann z. B. größer als derjenige einer Schlichtbearbeitung gewählt werden. Ferner kann es erwünscht sein, die Geschwindigkeit der Bearbeitung bei verschiedenen Teilen ,eines Werkstücks verändern zu können usw. Es ist daher vorgesehen, daß die Bedienungsperson einen Geschwindigkeitsmodul in den bei 46 angedeuteten Speicher einführt, welcher die dem Entschlüßler 47 zugeführte Bezugsspannung regelt. Bei der erfindungsgemäßen Steuerung kann ferner diese Regelung über die Leitung 48 durch ein Signal- geschehen, welches in dem aufgezeichneten Programm enthalten ist und daher im Verlauf des Ablesens dieses Programms nach den Wünschen des Programmierers verändert - werden kann. Eine bei 48 eingeführte numerische Instruktion wird bei 46 gespeichert, entschlüsselt, - und ihre Entschlüßlungsspannung wird z. B. dazu verwendet, den Zustand eines Rotentiometers zu verändern, an dessen Klemmen die dem normalen Geschwindigkeitsmodul entsprechende Spannung gelegt wird, so daß die gewünschte Wirkung-erzielt wird.-Die im Interpolator verarbeiteten Zahlenwerte werden natürlich während des Abtastens des das aufgezeichnete Programm enthaltenden Bandes 41 in die Abtastvorrichtung 40 eingegeben. Dieser -Abtaster wird nicht im einzelnen erläutert, da zahlreiche. Ausführungsarten für Lochstreifen, photographische Filme, Magnetbänder usw. bekannt sind. Es genügt, hier anzudeuten, daß im Abtaster 40 eine bestimmte Anzahl von Köpfen 39 vorhanden ist, die entsprechend der Art der verschlüsselten Aufzeichnung angeordnet sind und zum Ablesen der Aufzeichnung dienen. Von der Zeitbasis 14 werden periodisch Steuersignale für den Vorschub des Streifens über die Leitung 42- ausgesendet. Da bei jedem neuen Ablesen von Zahlenwerten aus dem Band wenigstens einige der im Interpolator enthaltenen Werte verändert werden müssen, werden diese Signale bei 42 auch auf diesen Interpolator gegeben, um die in bestimmten Registern oder Speichern enthaltenen Wörter zu löschen. Diese Signale, die bei 43 verzögert und eventuell geformt -werden, werden ferner der Steuerung des-Mechanismus für den Streifen (nicht gezeigt) zugeführt.
Bei 38 ist ein Verteiler zur Verzweigung der Signale dargestellt, die beim Ablesen der auf dem Band enthaltenen -Werte erhalten werden. Dieser Verteiler wird nicht im einzelnen erläutert, sondern es genügt, hier anzugeben, daß er Schaltkreise enthält, die die Auswahl des Bestimmungsortes durch Abnahme von »Vorzeichen«, die bei der Programmierung den verschiedenen verschlüsselten Informationen j e nach ihrer Art hinzugefügt wurden, oder durch einfache Verteilung entsprechend dem zeitlichen Auftreten der Informationen auf dem Band beim Ablesen oder, noch einfacher, durch entsprechende Verbindungen zwischen besonderen Spuren auf dem Streifen und den diesen Spuren im Rechengerät zugeordneten Organen bewirken. Die Ausgangsleitungen 37 des Verteilers 38 verzweigen die Zahlenwerte, die für die Arbeit des Interpolators erforderlich sind, auf die Register in diesem Interpolator, die später genauer erläutert werden. Wenn ein neuer Zahlenwert in eines dieser Register, z. B. in das im Schaltbild von Fig. 2 mit I bezeichnete Register, eingegeben werden muß, bewirkt eine der Ausgangsleitungen 491 des Verteilers 38 die Löschung dieses sonst nicht gesteuerten Registers. Vom Ausgang 48 des Verteilers wird auf den Speicher 46 jedes auf dem Band aufgezeichnete Zeichen für eine Geschwindigkeitsmodulation gegeben. Ferner kann von diesem Verteiler in einen besonderen Speicher 44 eine Zahl eingegeben werden, welche die Art und/oder die Zahl der von dem Interpolator 32 durchzuführenden Interpolationen definiert, welche vor dem nächsten Ablesen des Bandes oder, genauer, zwischen allen aufeinanderfolgenden Ablesungen des Bandes vor einer erneuten Änderung des Inhalts von 44 auf Grund des aufgezeichneten Programms erfolgen müssen. Die in 44 enthaltene Information muß natürlich auf die Zeitbasis 14 einwirken, wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wird, und dementsprechend wurde bei 45 die Leitung angedeutet, über welche die von 44 kommende Information in die Zeitbasis eingeführt wird: Der Zusammenhang zwischen den in 44 und 46 enthaltenen Informationen wird natürlich bei der Programmierung festgelegt. Es ist ferner offensichtlich, daß die von diesen Informationen beeinflußten beiden Faktoren allen Vorschubbewegungen der Werkzeugmaschinen gemeinsam sind. Nur die Zahlenwerte für die Anfangsstellung und die Zahlenwerte für die Speicher des Interpolators sind für jeden Vorschubweg verschieden.- Es sei hier daran erinnert, daß zur Verallgemeinerung des dargestellten Schaltbildes ebenso viele Gruppen von Stellungsmeßwertgebern und Rechenkanälen für die Geschwindigkeitsbefehle vorgesehen werden müssen, wie Vorschubbewegungen in der Werkzeugmaschine vorhanden sind. Die Zeitbasis ist natürlich allen Vorschubbewegungen gemeinsam, und die Synchronisation der verschiedenen Bewegungen wird einerseits durch die gemeinsame Zeitbasis und andererseits durch das aufgezeichnete Programm selbst gewährleistet.
Zur Duchführung der oben erläuterten Interpolationsrechnung ist eine Interpolationsschaltung vorgesehen, welche automatisch die Gleichung (vj) und das in der folgenden Tabelle dargelegte Verfahren anwendet. Dieser Interpolator ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Er enthält vier Register I, II, III, IV. Diese Register sind bei dem betrachteten Beispiel dynamisch, d. h., daß die in ihnen enthaltenen verschlüsselten Informationen jeweils eine über einen Aufrechterhaltungskreis 52 geschlossene Schleife durchlaufen. Die Löschung geschieht einfach dadurch, daß dieser Aufrechterhaltungskreis mittels eines Sperrsignals blockiert wird, das bei 49 angelegt wird, und dessen Dauer der Durchlaufzeit der Registerschleife entspricht. Die neuen Informationen «=erden über getrennte Schaltkreise 531 bis 534 eingeführt, welche die Codezüge über entsprechende Leitungen 371 bis 374 von dem Verteiler 38 beim Ablesen des Aufzeichnungsträgers erhalten.
Die Registerschleifen I, II und III schließen sich ferner über Additionsschaltungen 50, an deren einen Eingang die Ausgänge der Aufrechterhaltungsschaltkreise 52 angeschlossen sind. Der andere Eingang der Additionsschaltung 501 ist an den Ausgang eines Schaltkreises 511 angeschlossen, der von der Schleife des Registers II abgezweigt ist. Der zweite Eingang der Additionsschaltung 502 ist mit dem Ausgang eines Schaltkreises 512 verbunden, dessen Eingang von der Aufrechterhaltungsschleife des Registers III abgezweigt ist. Schließlich ist der zweite Eingang der Additionsschaltung 50" mit dem Ausgang eines Schaltkreises 513 verbunden, dessen Eingang von der Aufrechterhaltungsschleife des Registers IV abgezweigt ist. Jeder der Schaltkreise 51 ist nur dann geöffnet, wenn er von der Zeitbasis auf einem Steuereingang 33 ein Signal erhält, welches eine Übertragung erlaubt.
Von der Schleife des Registers I ist ein Ausgang zur Abnahme des Signals abgezweigt, welcher über eine Ventilschaltung 53, zum Eingang des Addierwerks 29 (Fig.1 und3) führt. Die Ventilschaltung 53o ist nur dann geöffnet, wenn sie bei 31 ein von der Zeitbasis des Rechengeräts kommendes Ausgabesignal erhält.
Bei Beginn der Bearbeitung empfängt das Register I eine Ausgangsmaßzahl x0 vom Band über den Eingang 371. Zuvor wurde es über die Leitung 491 gelöscht, welche die Blockierung der Aufrechterhaltungsschaltung 521 bewirkte. Wie bei jedem dynamischen Register, kann die Löschung gleichzeitig mit der Wiedereinschreibung erfolgen.
Dies ist der einzige Augenblick, wo es erforderlich ist, von außen eine Maßzahl in das Register I des Interpolators einzubringen. Man kann jedoch in das Programm eine Prüfmaßzahl zur Prüfung des von dem Rechengerät erhaltenen Punktes einführen. Der hierzu durchzuführende Vergleich ist in dem Schaltbild nicht dargestellt, er dürfte für den Fachmann auf dem Gebiet der Rechengeräte offensichtlich sein (eine zwischen dem Inhalt des Registers I und dem vom Band gelieferten Code der Prüfmaßzahl durchgeführte Konjunktion muß ein gleichförmiges Ausgangssignal ergeben, und zwar das Ausgangssignal Null, wenn der komplementäre Wert des Resultats der Konjunktion gewählt wird).
Die auf dem Band aufgezeichneten Zahlenwerte entsprechen den oben definierten Werten d x, d 2 x, ,3.r. Diese Werte wiederholen sich mit den Abtastperioden, wobei sie sich jedesmal ändern. Bei jeder Abtastung werden sie in die Register II, III bzw. IV eingeführt, welche zuvor durch Blockierung des Aufrechterhaltungsschaltkreises gelöscht wurden, indem die Schaltkreise 52", 523 und 524 Sperrsignale bei 492, 49.; bzw. 494 empfingen.
Der Inhalt des Registers II braucht nach dem Anlaufen des Programms nicht mehr durch Löschung und Neueinschreibung geändert zu werden, da er infolge der Stetigkeit der errechneten Kurven theoretisch den (bei jeder Interpolation modifizierten) Anfangszustand enthält. In der Praxis ist es jedoch zur Vermeidung einer allzusorgfältigen Prüfung der Zahlenwerte vorzuziehen, die Werte d x auf das Band aufzuzeichnen und den Inhalt des Registers II bei jedem Abtastvorgang zu löschen. Hierdurch vermeidet man eine eventuelle Gefahr einer Anhäufung von »Rundungsfehlern« bei den Interpolationsrechnungen.
Während jeder Interpolationsrechnung werden die Übertragungsschaltkreise 513, 512 und 511 für die Dauer eines Wortes geöffnet, so daß im Verlauf der Interpolationsrechnung die auf der oben angegebenen Tabelle für x(1, n, aufgeführte Rechnung durchgeführt wird. Sobald nach jeder Interpolationsrechnung der Inhalt des Registers I dem richtigen Rechenergebnis entspricht, wird der Ausgangsschaltkreis 53, für den bereits erläuterten Zweck geöffnet. Die Schaltkreise 333, 332 und 331 werden von der Zeitbasis und den zugehörigen Schaltkreisen gesteuert.
Hinsichtlich des in Fig.2 dargestellten Interpolators sind noch zwei besondere Punkte zu erwähnen. An erster Stelle ist zu bemerken, daß eine lineare Interpolation durchgeführt wird, wenn in bestimmten Augenblicken der Rechnung die Übertragungsschaltkreise 513, 512 blockiert werden und nur der Schaltkreis 511 geöffnet wird. Aus dem angegebenen Interpolationsgesetz ergibt sich dann offensichtlich, daß nur die erste. Ableitung berücksichtigt wird. Es soll später erläutert werden, wie eine derartige Möglichkeit praktisch angewendet werden kann.
Der zweite Punkt betrifft die Kapazität der Register oder, von einem anderen Gesichtspunkt aus gesehen, die Anzahl der Ziffern der in den Registern enthaltenen Wörter. Das Register I braucht offensichtlich nur eine verhältnismäßig begrenzte Kapazität zu besitzen, die von der Anzahl der Ziffern abhängt, die zur Ausarbeitung des Geschwindigkeitsbefehls verwendet werden. Es scheint im allgemeinen Fall zweckmäßiger zu sein, die Zahl dieser Ziffern im Register 34 (Fig. 1) zu beschränken. In allen Fällen müssen jedoch die Register III und vor allem IV mit einer bestimmten Anzahl von Ziffern mit niedrigeren Stellenwerten als die der niederwertigsten Ziffern der Register II und I arbeiten, um eine Anhäufung von Rundungsfehlern zu vermeiden. Diese Ziffern mit den niedrigsten Stellenwerten werden nicht in das folgende Register übertragen. Zu diesem Zweck wird die Übertragung aus dem Register IV in das Register III so durchgeführt, daß die Ziffern blockiert werden, deren Stellenwerte in dem Register III nicht vorhanden sind, und bei der Übertragung aus dem Register III in das Register II werden alle Ziffern blockiert, deren Stellenwert geringer als der niedrigste Stellenwert des Registers II ist.
In Fig.3 sind die Zeitbasis und die zugehörigen Schaltungen im einzelnen dargestellt. Ein quarzgesteuerter Oszillator 54 speist einen Impulsformer 55, aus welchem die schnellen Synchronisationsimpulse des Rechengeräts beispielsweise mit einer Frequenz von 3500 Hz hervorgehen. Eine erste Frequenzteilung bei 56, z. B. in einem Verhältnis n = 16, liefert eine Impulsfolge mit der Periode der Wortsynchronisation im Rechengerät. Auf den Frequenzteiler56 folgt ein Frequenzteiler57 mit dem Teilungsverhältnis k, z. B. h = 2, welches eine Folge von Impulsen für die Synchronisation des »Ablesens« der auf der Werkzeugmaschine gemessenen Stellungen liefert. Es folgen zwei in Kaskade geschaltete Impulsfrequenzteiler 58 und 59, wovon der erste ein Teilungsverhältnis p und der zweite ein Teilungsverhältnis q besitzt. Zusammen stellen diese beiden Frequenzteiler das Organ zur Erzeugung der Synchronisationssignale für die eigentliche Rechnung dar, und zwar für die Verschlüßlung der Meßwerte und für die Interpolationsrechnung. Am Ende dieses Signals liefert ein letzter Frequenzteiler 60 mit einem Teilungsverhältnis r, das z. B. 32 beträgt, bei 42 die Signale für den Vorschub des Aufzeichnungsträgers für das Programm (über eine Verzögerungsschaltung 43 auf die zum Abtaster 40 führende Leitung) sowie die Signale zur Löschung bzw. Blockierung der Aufrechterhaltung der Register IV, III und II im Interpolator (über eine monostabile Kippschaltung 84 mit einer geeigneten Rückstellzeit).
Die Leitung 15 führt vom Ausgang des Impulsformers 55 zu den Eingängen der beiden Ventilschaltungen 161 und 171, so daß diese beiden Stufen dauernd die Folge der schnellen Synchronisationsimpulse des Rechengeräts erhalten.
Am Ausgang des Frequenzteilers 57 bewirkt eine Abzweigleitung das wiederholte Umkippen eines bistabilen Flip-Flops 62. Die bei 85 dargestellte Wellenform, die an einem der Ausgänge abgenommen wird, wird bei 63 gefiltert, so daß sie die bei 86 gezeigte sinusförmige oder nahezu sinusförmige Wechselspannung mit der Frequenz F/2nk liefert (wobei F die Frequenz der in 55 gebildeten Impulse ist). Der Ausgang des Filters 63 entspricht dem Punkt 13 des Blockschaltbilds von Fig.1, von welchem aus die beiden Meßwertgeber für die Feinablesung und die Grobablesung der gerade betrachteten Bewegung der Werkzeugmaschine und über nicht dargestellte Abzweigleitungen die anderen Meßwertgeber für das vollständige numerische Steuersystem gespeist werden.
Die bei 13 abgenommene Wechselspannung wird zunächst auf zwei getrennte Kanäle verteilt, welche die Phasenschieber 64 und 65 enthalten. In dem einen Phasenschieber erhält sie z. B. eine positive Phasenverschiebung um +0=-f-45°, während sie im anderen Phasenschieber eine negative Phasenverschiebung um - (P = -45° erleidet. Die Zweiphasenwicklung 5 des linearen Feinwertmeßgebers und die Zweiphasenwicklung 10 des rotierenden Grobmeßwertgebers empfangen also in ihren Wicklungen die Ströme mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung um 90°. Die zu den Zweiphasenwicklungen der verschiedenen Meßwertgeber führenden Abzweigleitungen sind im Schaltbild bei 71 und 72 dargestellt. Die eine der Spannungen, vorzugsweise diejenige mit der positiven Phasenverschiebung um 45° wird als Bezugsspannung gewählt und auf eine Verstärker-Kippschaltung 66 (oder Begrenzerschaltung) für den Feinmeßwertgeber bzw. 107 für den Grobmeßwertgeber geleitet. Die Form der Ausgangsspannung ist bei 87 dargestellt. Die an der Wicklung 11 des Feinmeßwertgebers bzw. 12 des Grobmeßwertgebers abgegriffene Spannung mit veränderlicher Phase wird auf eine Verstärker-Kippschaltung oder Verstärker-Begrenzerschaltung 67 für die Feinablesung bzw. 106 für die Grobablesung gegeben. Die Form der Ausgangsspannung ist bei 88 dargestellt. Sie ist gegenüber der ersten Spannung phasenverschoben, und der Betrag dieser Phasenverschiebung ist offensichtlich eine Funktion der relativen Stellungen zwischen Stator und Rotor in jedem der beiden Meßwertgeber. Diese Wellenzüge werden durch übliche Netzwerke 68 und 69 für den Feinmeßwertgeber und 98 und 99 für den Grobmeßwertgeber differenziert. Die Ergebnisse dieser Differenzierung sind bei 89 und 90 für den linearen Meßwertgeber angedeutet. Mit diesen von einer Rechteckwelle abgeleiteten Impulsen werden die beiden getrennten Eingänge einer bistabilen Kippschaltung gesteuert. Es sei hier angenommen, daß nur die positiven Impulse die Betätigung der Kippschaltung bewirken, die bei 70 für den Feinmeßwertgeber und bei 80 für den Grobmeßwertgeber dargestellt ist. Von dem einen Ausgang der Kippschaltung 70 wird das öffnungssignal für die Ventilschaltung 161 abgegriffen, und ebenso wird das Öffnungssignal für die Ventilschaltung 171 von einem Ausgang der Kippschaltung 80 abgenommen. Die Öffnungszeiten dieser Stufen sind also zeitlich eine Funktion der erhaltenen Phasenverschiebungen, die ihrerseits wiederum ein Kennzeichen für die zu messenden Stellungen sind. Diese zeitlich begrenzten Öffnungen bewirken direkt entsprechende zeitliche Unterteilungen der bei 15 ankommenden schnellen Impulsfolge. Die Anzahl der Impulse, die in jedem Impulszug aus der Ventilschaltung 161 hervorgehen, ist ein Maß für die Stellung des Feinmeßwertgebers, während die Anzahl der Impulse in jedem aus der Ventilschaltung 171 kommenden Impulszug ein Maß für die Stellung des Grobmeßwertgebers ist.
Es wird jedoch nicht jeder so erzeugte Impulszug in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel dazu verwendet, einen numerischen Code für die gemessene Stellung zu liefern. Vielmehr werden die Impulszüge auf die Ventilschaltungen 162 und 172 geführt, deren Ausgänge mit den Eingängen der Zähler 1.8 und 19 verbunden sind. Diese Ventilschaltungen sind nur dann geöffnet, wenn ein Öffnungssignal bei 21 ankommt. Dieses Signal ist seinerseits ein Ausgangssignal einer bistabilen Kippschaltung 74 mit der Wellenform 92. Das Signal wird bei 75 verzögert, damit der die Kippschaltung erregende Impuls, der vom Ausgang des Impulsfrequenzteilers 58 kommt (und bei 73 aus Sicherheitsgründen geringfügig verzögert wurde), zunächst über die Leitung 20 die beiden Zähler 18 und 19 löschen kann, bevor eine neue Zählung dadurch stattfindet, daß die Ventilschaltung 162 für den Zähler 18 und die Ventilschaltung 172 für den Zähler 19 geöffnet werden, um einen Impulszug durchzulassen. Die Kippschaltung 74, die zum Öffnen dieser beiden Ventilschaltungen in den Arbeitszustand gebracht wurde, wird zum Zweck der Blockierung dieser Kippschaltungen wieder in den Ruhezustand gebracht, nachdem sie jeweils einen Impulszug für die Meßwerte durchgelassen hat. Während diese Kippschaltung durch das Ausgangssignal des Frequenzteilers 58 in den Arbeitszustand gebracht worden ist, wird sie durch das Ausgangssignal des Frequenzteilers 57 gelöscht.
Beim Zurückstellen der Kippschaltung 74 wird die Hinterflanke des breiten Impulses in dem Schaltkreis 105 differenziert. Der dadurch erzeugte Impuls gelangt mit einer geringfügigen Verzögerung auf den Schaltkreis 24. Dieser Schaltkreis ist dann geöffnet, wenn, wie zuvor erläutert, die letzte Stufe (mit dem höchsten Stellenwert) des Zählers 18 und die erste Stufe (mit dem geringsten Stellenwert) des Zählers 19 nicht den gleichen Ziffernwert als Inhalt haben. In diesem Fall fügt also der Schaltkreis 24 eine Einheit zum Inhalt des Zählers 19 hinzu.
Der gleiche, bei 104 ebenfalls verzögerte Impuls wird der Leseleitung 26 zugeführt, welche zum Ablesen des Zustands der beiden Zähler 18 und 19 den Inhalt dieser Zähler parallel in die statisch-dynamischen Umsetzer 27 und 28 überführen läßt. Der Additionsschaltung 29 wird also ein verschlüsselter Impulszug zugeführt. Andererseits erregt dieser Impuls eine monostabile Kippschaltung 30, welche bei 31 eine Abgriffsschaltung 530 für das Ergebnis der Interpolationsschaltung öffnet, so daß der v erschlüsselte Impulszug, der das Interpolationsergebnis darstellt, ebenfalls auf die Additionsschaltung gelangt. Während der Überführung des Inhalts der Zähler in den statisch-dynamischen Umsetzer kann z. B. die Komplementierung des Zahlenwerts durchgeführt werden.
Die Bildung des Ergebnisses im Interpolator ist vor diesem Ablesen des Ergebnisses geschehen, und zwar in dem dargestellten Beispiel etwa in folgender Weise: Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 58 hat eine bistabile Kippschaltung 78 erregt, so daß am Ausgang dieser Kippschaltung ein Signal 93 entsteht, welches bei 81 verzögert wird und in der Form 94 auf die Steuerklemme 331 des Interpolators (Fig. 2) gelangt, um die Überführung des Inhalts des Registers II in das Addierwerk 501 zu steuern. Der Inhalt des Registers II wird also zum Inhalt des Registers I hinzugefügt, so daß man als Ergebnis eine lineare Interpolation erhält. Die Kippschaltung 78 wird durch das Wortsvnchronisationssignal gelöscht, welches vom Frequenzteiler 56 abgegeben wird.
Wenn der den Frequenzteiler 59 umgehende KurzschIuß 61 in dem Augenblick geschlossen ist, wo der Frequenzteiler 58 den Impuls zur Erregung der Kippschaltung 78 abgibt, wird dieser gleiche Impuls auch eine zweite Kippschaltung 79 erregen, die von dem gleichen, aus dem Frequenzteiler 56 kommenden Signal zurückgesetzt wird. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 59 erleidet bei 80 die gleiche Verzögerung wie das Ausgangssignal des Frequenzteilers 58 bei 73. Die Kippschaltung 79 gibt an ihrem einen Ausgang ein Signal 95 ab, welches mit dem Signal 93 identisch ist und über die Verzögerungsschaltungen 82 bzw. 83 ist Signale 97 und 96 erzeugt, welche die Ventilschaltungen 51@ und 513 im Interpolator (Fig. 2) über die Klemmen 33. und 333 steuern. Dadurch werden der Inhalt des Registers IV zum Inhalt des Registers III und der Inhalt des Registers III zum Inhalt des Registers II hinzugefügt. An Hand der oben angegebenen Interpolationstabelle läßt sich leicht nachprüfen, daß man dann die Interpolationsergebnisse nach dem angegebenen Gesetz erhält. Jedesmal, wenn der Kurzschluß 61 während des Arbeitens des Rechengeräts geschlossen gehalten wird, wird demnach ein Interpolationsgesetz dritter Ordnung ausgeführt.
`'Fenn jedoch dieser Kurzschluß geöffnet bleibt, wird die Kippschaltung 79 während der Durchführung von q Interpolationsrechnungen nur einmal erregt. Demzufolge werden q-1 aufeinanderfolgende Interpolationsrechnungen linear ausgeführt, während jede q-te Interpolationsrechnung von dritter Ordnung ist, wodurch dann die richtige Aneinanderfügung der Kurvenabschnitte gewährleistet wird. Das heißt mit anderen Worten, daß jedes q-te Mal die Stetigkeit der Kurve definiert wird. Diese Anwendungsmöglichkeit kann für bestimmte Profile und bestimmte Formen der zu bearbeitenden Werkstücke oder auch für verschiedene Bearbeitungsarten von Interesse sein. Man kann z. B. eine Schruppbearbeitung durch eine lineare Interpolation mit gelegentlicher stetiger Aneinanderfügung derKurventeile in der oben beschriebenen Weise durchführen, während bei einer Schlichtbearbeitung systematisch die Interpolation dritter Ordnung angewendet wird. Zu diesem Zweck wurde der Kurzschluß in Form eines Kurzschlußschalters dargestellt, der von Hand aus betätigt werden kann. Es ist jedoch offensichtlich, daß das Interpolationsgesetz auch auf Grund des aufgezeichneten Programms geändert werden kann. Es genügt dann, einen Speicher für die Folge der Kurzschlüsse vorzusehen und je nach dem Inhalt dieses Speichers, der von dem Aufzeichnungsträger für das Programm geliefert wird, einen Schalter mit automatischer Steuerung zu betätigen. Dieser Schalter kann elektromechanisch (Relais) oder elektronisch (z. B. Vakuumröhre) gesteuert werden. Es sei beispielsweise angenommen, daß das Teilungsverhältnis im Frequenzteiler 58 p=16 beträgt, während dasjenige des Frequenzteilers 59q=4 ist. Wenn der Frequenzteiler 59 nicht kurzgeschlossen ist, entfällt dann jeweils eine kubische Interpolationsrechnung auf vier lineare Interpolationsrechnungen.
Vorteilhafterweise wird das Teilerverhältnis p entsprechend einem im Programm enthaltenen Befehl veränderlich ausgeführt. Dies ermöglicht es, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt wurde, die Anzahl der interpolierten Stellungen zu verändern, die in jedem Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen der auf dem Band enthaltenen Zahlenwerte, d. h. also in jedem Intervall zwischen zwei von dem Programmvorbereiter auf dem Modell festgelegten Maßzahlen, durchgeführt werden.
Es wurde bereits gesagt, daß das Register I nur eine begrenzte Kapazität von Binärziffern zu besitzen braucht. Dies bedeutet natürlich keinen Unterschied der Durchlaufzeit in diesem Register gegenüber der Durchlaufzeit der Register II bis IV. Infolge der Notwendigkeit der Synchronisation der Übertragungen muß die »Länge« dieser Register gleich sein, falls nicht besondere Vorkehrungen getroffen werden. Es wurde jedoch bereits weiter oben erwähnt, daß es zweckmäßiger erscheint, die Anzahl der tatsächlich für die Steuerung verwendeten Ziffern im Register 34 zu beschränken. Im Hinblick auf eine erweiterte Vielseitigkeit des beschriebenen Systems sind hierzu jedoch noch einige zusätzliche Bemerkungen zu machen.
Das Register 34 besitzt offensichtlich nur eine begrenzte Kapazität, und der aus der Additionsschaltung 29 kommende Impulszug des Ergebnisses kann also nicht vollständig im Register 34 gespeichert werden. Hierzu genügt es einfach, daß ein Signal, welches durch einen Prüfvorgang gewonnen wird, wenn das Register 34 vollständig gefüllt ist, den Zugang des Restes des Impulszugs zu diesem Register blockiert. Dies bietet in technologischer Hinsicht keine Schwierigkeit. Jedoch arbeitet in diesem Fall das System für die Steuerung mit den Ziffern der niedrigsten Stellenwerte der errechneten und gemessenen Werte. Dies entspricht einer Schlichtbearbeitung. Es ist aber vorteilhaft, wenn das System je nach der Bearbeitungsart mit verschiedenen Genauigkeiten der Steuerung hinsichtlich des Vorschubs des Werkzeugs auf dem Werkstück arbeiten kann. Mit anderen Worten sollte das System auch so arbeiten können, daß in das Register 34 verschiedene »Abschnitte« der Ziffern des Additionsergebnisses eingeführt werden können, indem z. B. ein solcher Abschnitt Ziffern mit bestimmten Stellenwerten enthält, während ein später verwendeter Abschnitt Ziffern mit anderen Stellenwerten umfaßt. Dies kann durch das aufgezeichnete Programm festgelegt werden, welches einen entsprechenden Befehl enthält und diesen in einem Speicher speichert, der den Zugang zum Register 34 vom Additionsschaltkreis 29 her steuert: Ein verzögerter Zugang läßt die Ziffern mit den niedrigsten Wertigkeiten dieses Additionsergebnisses fallen. Dennoch geschieht die Interpolationsrechnung mit der maximalen Anzahl der Ziffern, so daß eine bestimmte Kapazität der Register des Interpolators erforderlich ist, während es vom wirtschaftlichen Standpunkt aus offensichtlich von Interesse ist, diese Kapazität zu veringern. Es ist ferner offensichtlich, daß man mittels des aufgezeichneten Programms den Interpolator in dem einen öder anderen von mehrerenGenauigkeitsbereichen derZahlenwerte arbeiten lassen kann, indem man die Zahlenwerte. im Programm entsprechend bemißt. Dies ermöglicht es, die Kapazität dieser Register im Interpolator in geeigneter Weise zu verringern. Da jedoch wohlgemerkt das System in verschiedenen Bereichen der interpolierten Stellungen arbeiten soll, muß der die Meßwerte verarbeitende Teil der Schaltung, d. h. der die Zähler enthaltende Teil für die allgemeine Anwendung alle von einer Messung des Ist-Wertes herrührenden Ziffern berücksichtigen. Um nun eine richtige Addition in der Schaltung 29 durchführen zu können, muß eine Vorkehrung getroffen werden, damit das Ablesen des Registers I des Interpolators zu einem anderen Zeitpunkt geschieht als das Ablesen des Inhalts der Zähler. Anstatt eine Phasenverschiebung zwischen den Ablesezeiten der Zähler bzw. des Registers zu bewirken, ist es nun einfacher, in dem aufgezeichneten Programm einen Wert vorzusehen, der beim Abtasten im Rechengerät gespeichert wird und einfach den Abnahmeort für den dem Zählerinhalt entsprechenden Impulszug aus den statisch-dynamischen Umsetzern 27-28 definiert. Das heißt, daß entsprechend dem Inhalt dieses besonderen Speichers nur jeweils ein Abgriff von mehreren an diesen Umsetzern ausgewählt werden muß. Zur Erläuterung sei als einfaches Beispiel angenommen, daß beispielsweise diese Umsetzer eine Verzögerungsleitung bilden, die mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen ist. Beim Ablesen der Zähler werden die Ziffern in ebenso viele entlang dieser Verzögerungsleitung verteilte Abgriffe parallel eingeführt. Anstatt nun systematisch den Impulszug an dem Ende der Leitung abzunehmen, an welchem die Ziffern mit der niedrigsten Wertigkeit zuerst austreten, lassen sich leicht mehrere Abnahmeabgriffe vorsehen, die entlang der Leitung verteilt sind und deren Ausgänge alle mit der Additionsschaltung 29 jeweils über eine Ventilschaltung verbunden sind. Der Speicher zur Auswahl der im Register und Entschlüßler zu verarbeitenden Ziffern, die der Anzahl der Ziffern entsprechen, mit denen die Interpolationsrechnung durchgeführt wurde, öffnen dann einfach eine dieser Ventilschaltungen, so daß das gewünschte Ergebnis erhalten wird.
Eine weitere Bemerkung muß hinsichtlich der Aufrechterhaltung des Inhalts des Registers I gemacht werden. Im Verlauf der Interpolationsrechnung kann es vorkommen, daß durch eine Anhäufung der Inhalt dieses Registers seine Kapazität übersteigt. Zur Vermeidung eines Betriebsfehlers genügt es dann, daß die Additionsschaltung 501 am Eingang dieses Registers oder ebensogut die Ventilschaltung 502 die überflüssigen Ziffern abschneidet, die sich während einer oder nach einer Addition für das Register I bilden können. Es genügt dann, für die Schleife eine Codezeit vorzusehen, die größer als notwendig ist, und dann z. B. bei der Aufrechterhaltung den Durchgang jeder Ziffer zu verhindern, die in dieser zusätzlichen Zeit am Eingang der Aufrechterhaltungsschaltung 521 erscheint. Dies kann von dem internen Programm der Zeitbasis aus gesteuert werden. (Um die Zeichnungen nicht zu verwirren, wurden diese zusätzlichen Hilfssteuerkreise nicht dargestellt.)

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur numerischen Steuerung der gegenseitigen Verstellung von zwei zusammenwirkenden Elementen einer Werkzeugmaschine, mit einer Steuereinrichtung, welche die Drehung eines Verstellmotors auf Grund von Informationen steuert, die aus einem zuvor aufgezeichneten Programm gewonnen werden, das Befehle und Zahlenwerte der Koordinaten des einen Elements in bezug auf das andere enthält, mit einem Interpolator, der durch aufgezeichnete numerische Informationen gesteuert wird und nach einem vorgegebenen Gesetz aufeinanderfolgende numerische Zwischeninformationen liefert, die zwischen den Informationen liegen, die nacheinander aus dem aufgezeichneten Programm abgelesen werden, und mit einer Vergleichsschaltung, die aus den verschlüsselten Zahlenwerten, die einerseits aus den aufgezeichneten Informationen errechnet werden und andererseits von einer Meßeinrichtung geliefert werden, welche die Stellung des einen Elements in bezug auf das andere mißt, eine Differenz bildet, die anschließend in eine analoge Spannung umgewandelt wird, die zur Steuerung des Verstellmotors dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolator (32) auf Grund jedes Satzes der ihm zugeführten aufgezeichneten Informationen und der in ihm enthaltenen früheren Informationen aufeinanderfolgende zukünftige Sollwerte der Stellung des einen Elements (1) in bezug auf das andere (2) im voraus berechnet, daß die Meßeinrichtung (5, 11; 10, 12) den Istwert der Stellung der Elemente (1, 2) bei jeder Interpolation mißt, daß eine Subtraktionsschaltung (29) die Differenz zwischen dem von dem Interpolator (32) gelieferten zukünftigen Sollwert und dem von der Meßeinrichtung (5, 11; 10, 12) gelieferten Istwert bildet und daß ein Verschlüßler (35) aus dem Code dieser Differenz eine analoge Spannung bildet, die dem Verstellmotor (9) als Steuersignal für die Vorschubgeschwindigkeit und die Stellungskorrektur zugeführt wird.
2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Interpolator (32) nur zu Beginn des Bearbeitungsvorgangs die Anfangskoordinaten des zu verstellenden Maschinenelements (1) und sowohl beim Beginn wie auch im Verlauf der Bearbeitung bei jedem Aufruf von Informationen aus dem Programm eine Gruppe von Zahlenwerten, die zuvor entsprechend dem für das Programm festgelegten Interpolationsparameter berechnet worden sind, zugeführt werden.
3. Anordnung gemäß Anspruch 2, bei welcher der Parameterausdruck für die Projektion der Kurvenbahn, welche das eine Maschinenelement (1) in bezug auf das andere (2) zurücklegt, auf die Achse der Vorschubbewegung in folgender oder einer ähnlichen durch Rekursion berechenbaren Form gegeben ist: wobei x1 eine Anfangskoordinate auf dem betreffenden Vorschubweg bezeichnet und d x1, A2 X1 und Axi Funktionen der ersten, zweiten und dritten Ableitung, der zweiten und dritten Ableitung bzw. allein der dritten Ableitung der Veränderlichen x darstellen, die zuvor derart errechnet worden sind, daß die Aneinanderfügung der nacheinander auf der Kurvenbahn interpolierten Abschnitte gewährleistet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolator (32) ebensoviel getrennte Register (I, 1I, 11I, IV) enthält, wie Glieder in dem angewendeten Parameterausdruck vorhanden sind, daß jedes Register (I, 1I, 11I, IV) eine Eingabeschaltung (531, 532, 533, 534) für einen aus dem aufgezeichneten Programm zugeführten Zahlenwert enthält, welcher den diskreten Wert der Veränderlichen des betreffenden Gliedes darstellt, und daß jedes Register (IV, III bzw. II) mit dem vorhergehenden Register (III, II bzw. I) über einen Übertragungskreis (503, 513; 502, 512; 501, 511) verbunden ist, welcher die bedingte Übertragung des Inhalts des einen Registers zu dem folgenden Register in der Weise ermöglicht, daß gleichzeitig der aus dem einen Register kommende Zahlencode zu dem im folgenden Register stehenden Zahlencode addiert wird, daß eine Steuerschaltung (14) die Anzahl dieser Übertragungen von einer Zeitbasis aus entsprechend einer in der Steuerschaltung gespeicherten Zahl p steuert und daß die Steuerschaltung nach jeder Übertragung bewirkt, daß der Inhalt des letzten in der Kette stehenden Registers (I) der Subtraktionsschaltung zugeführt wird.
4. Anordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (14) einen Schalter (61) enthält, welcher in der einen Stellung bewirkt, daß im Interpolator (32) sämtliche Übertragungen aus den Registern (IV, III, II) in das jeweils hervorgehende Register (III, II bzw. I) durchgeführt werden, während in der anderen Stellung des Schalters (61) nur eine Übertragung des Inhalts aus dem vorletzten Register (II) in das letzte Register (I) erfolgt, und daß dieser Schalter (61) entweder vom Programm aus oder durch ein zuvor festgelegtes, in der Steuerschaltung enthaltenes Rekursionsgesetz so eingestellt wird, so daß das Ergebnis der Interpolation je nach den Anforderungen der Bearbeitung entweder nach einem kubischen Interpolationsgesetz oder nur nach einem linearen Interpolationsgesetz oder in einem wiederholten Wechsel nach diesen beiden Gesetzen vom Interpolator (32) errechnet wird.
5. Anordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Verschlüßler (10, 12) für die Grobmeßwerte der Stellung und einen Verschlüßler (5, 11) für die Feinmeßwerte der Stellung enthält, daß das Ablesen des ersten Verschlüßlers (10, 12) nach Aufruf von der Steuerschaltung (14) die Ziffern mit den höchsten Stellenwerten im Zahlenwert des gemessenen Istwerts liefert, während das Ablesen des zweiten Verschlüßlers (5, 11) beim gleichen Aufruf die Ziffern mit den niedrigsten Stellenwerten im gleichen Zahlenwert liefert, daß jeder so gebildete Teil des Gesamtcodes in einem getrennten Register (19 bzw. 18) gespeichert wird und daß die Inhalte der beiden Register (18, 19) nacheinander der Subtraktionsschaltung (29) zugeführt werden. 6. Anordnung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Verschlüßler aus einem Meßwertgeber besteht, der mit einer Wechselspannung gespeist wird, deren Frequenz mit der Frequenz eines Impulsgenerators (54, 55) in der Steuerschaltung gekoppelt ist, daß jedes der Register (18, 19) aus einem Impulszähler besteht. dessen Eingang an den Ausgang des Impulsgenerators (54, 55) über eine Torschaltung (16, 17) angeschlossen ist, welche von einem Impulsbreitenmodulator (22, 23) gesteuert wird, wobei die Breite der Impulse von einer in dem zugehörigen Meßwertgeber erzeugten Phasenverschiebung in bezug auf ein aus der Steuerschaltung (14) kommendes Aufrufsignal beeinflußt wird. 7. Anordnung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich einer anfänglich zwischen den beiden Verschlüßlern bestehenden Phasenverschiebung die beiden Zähler (18, 19) durch eine Vergleichsschaltung (24) verbunden sind, die nach der Eingabe der gemessenen Istwerte die Ziffer des höchsten Stellenwerts in dein mit dem Feinmeßwertgeber (18) verbundenen Zähler und die Ziffer des niedrigsten Stellenwerts in dem mit dem Grobrneßwertgeber verbundenen Zähler (19), die beide dem gleichen Stellenwert entsprechen, einander gleichmacht. B. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Registers (34), welches das Ergebnis der Subtraktion speichert, einer geringeren Anzahl von Ziffern entspricht, als in der Differenz vorhanden sind. 9. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mit der Subtraktionsschaltung (29) verbundenen Verschlüßler (35) der Bezugswert der Analogspannung zur Veränderung der Größenordnung der Ausführungsgeschwindigkeit einer Bearbeitung einstellbar ist. 10. Anordnung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsmaßstab durch eine Information gesteuert wird, die in der Steuerschaltung des Rechengeräts gespeichert ist, und durch das Programm während der Bearbeitung verändert werden kann. 11. Anordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das letzte Register (I) des Interpolators (32) eine geringere Ziffernkapazität als die übrigen Register (II, III, IV) dieses Interpolators besitzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 1 113 992, 1 114 433; Zeitschrift »Electronics«, Februar 1956, S. 122 bis 129; Zeitschrift »Werkstattstechnik und Maschinenbau«, 1955, H.
6, S. 287 bis 288.