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Anordnung zur Stellungsregelung von Arbeitsmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung zur Stellungsregelung von Arbeitsmaschinen durch
Wegvergleich, insbesondere für Werkzeugmaschinensteuerungen, wobei mit Hilfe von
Gebersystemen die zurückliegende und die zurückgelegte Wegstrecke eines bewegten
Maschinenteiles eingegeben bzw. erfaßt wird. Derartige Anordnungen werden besonders
bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen benötigt.
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Bei den bekannten Anordnungen dieser Art werden induktive Gebersysteme
nach Art von Drehmeldern oder Drehfeldgebern verwendet, die als sogenannte elektrische
Wellen geschaltet sind, wobei meist mehrere Geber zu einer Einheit zusammengefaßt
sind.
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In Fig. 1 ist ein Beispiel eines solchen bekannten Steuersystems dargestellt.
Hierin bedeuten PC eine Gebereinheit zur Stellungseingabe und PD eine Gebereinheit
zur Stellungsanzeige. Die erstere enthält vier Geber SX 1 bis SX
4, welche ihre vorzugsweise numerischen Informationen über Wellen AC
1 bis AC 4
und Differentialgetriebe D 1 bis D 4 erhalten,
während die letztere vier Geber SY1 bis SY4 enthält, welche über Reduktionsgetriebe
G1 bis G3 mit einer Welle AD gekuppelt sind.
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Bei derartigen Steuereinrichtungen werden die numerischen Informationen
für die Positionierung über Wellen AC 1 bis AC 4 den Gebern SX 1 bis
SX 4 eingegeben, während die Stellung der gesteuerten Maschine über Zahnstange
L, Ritzel G 0, welches mit der Zahnstange im Eingriff steht und Welle
AD zu den Gebern SY 1 bis SY 6 übertragen wird. Die Maschine wird
durch die Ausgangsdifferenz der beiden Gebereinheiten SX 1 bis SX 4 und SY
1 bis SY4 in die vorbestimmte Stellung gesteuert. Zur Erhöhung der Genauigkeit
ist jede der vier Gebereinheiten mit der nächsten über ein Reduktionsgetriebe mit
festem Übersetzungsverhältnis gekuppelt.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, erfordert eine solche Positioniervorrichtung
eine größere Zahl von Gebereinheiten, um eine hohe Zustellgenauigkeit zu erzielen.
Dadurch erhöhen sich die Anschaffungskosten erheblich. Ein anderer Nachteil ist,
daß ein. solches Steuersystem verwickelte Hilfsstromkreise und Einrichtungen zur
Erfassung der Spannungs- und Phasenänderung erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Steuersystem derart
auszubilden, daß die Nachteile der vorerwähnten Systeme vermieden werden. Hierbei
wird Gebrauch von einem fotoelektrischen Gebersystem gemacht, das in Verbindung
mit einer Vorrichtung zur Anzeige bestimmter Temperaturkombinationen zweier Medien
mittels zweier Thermometer bekanntgeworden ist. Die Anordnung gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, d'aß jedes Gebersystem aus zwei. koaxial angeordneten
Scheiben besteht, von denen eine zur Stellungseingabe und eine zur Stellungsanzeige
dient, und deren relative Verdrehung mit Hilfe einer an sich bekannten fotoelektrischen
Einrichtung derart angezeigt wird, daß in jeder Stellung der Scheiben ein der relativen
Verdrehrichtung entsprechendes Signal abgegeben wird. Die fotoelektrische Einrichtung
erzeugt nach Ermittlung der relativen Winkelabweichung ein Ausgangssignal von geeigneter
Form und Größe, das dazu benutzt wird, um die gesteuerte Maschine in die vorgegebene
Stellung zu bringen.
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In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems
im Blockschaltbild dargestellt. Hierin stellen Cd 1 bis Cd 3 die fotoelektrischen
Gebersysteme dar. Die Informationen werden den besagten Gebern vermittels der Wellen
AC 1 bis AC 3
und Differentialgetriebe D 1 bis D 3 eingegeben. Die
Stellung der gesteuerten Maschine wird durch Zahnstange L, Ritzel G 0, Welle
AD und Reduktionsgetriebe G 1 und G 2 auf die fotoelektrischen Geber
Cd l bis Cd 3 übertragen. Je nach der relativen Lage der gesteuerten
Maschine zu dem vorgegebenen Wert wird ein positives oder negatives Signal oder
Nullsignal abgegeben. Diese Signale dienen zum Zwecke der Stellungssteuerung der
Maschine.
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Systems ebenfalls im Blockschema. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von dem in Fig. 2 dargestellten dadurch, daß hier zusätzlich zwei Geber SX
I und und SX 1I, zwei Empfänger SYI und SYII, ein Stellmotor M1 zum Antrieb
der Wellen AC 1 bis AC 3 und ein Stellmotor M 2 zum Antrieb der Welle
AD 2 vorhanden sind. Bei dieser Ausführung wird also die jeweilige Stellung
der gesteuerten Maschine der Welle AD 2 vermittels der Geber SX
I und SX II und Empfänger SY I und SY II sowie einem Stellmotor M2
mitgeteilt. Dementsprechend sind die fotoelektrischen Gebersysteme Cd l bis
Cd 3 nicht mechanisch mit der stellungsanzeigenden Welle AD verbunden,
und es ist daher nicht nötig, daß die Steuereinrichtung unmittelbar an der gesteuerten
Maschine angeordnet wird.
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Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der fotoelektrischen Gebereinheit,
welche in Fig. 2 und Fig. 3 mit Cd l bis Cd 3 bezeichnet sind.
Fig. 4 a zeigt eine Seitenansicht des fotoelektrischen Gebersystems, Fig. 4b die
Vorderansicht der Stellungseingabescheibe und Fig. 4 e die Vorderansicht der stellungsangebenden
Scheibe.
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Wie Fig: 4 a zeigt, besteht die fotoelektrische Gebereinheit aus einer
Stellungseingabescheibe CC, die unmittelbar mit der Stellungseingabewelle AC gekuppelt
ist, einer stellungsanzeigenden Scheibe CD,
welche mit der stellungsanzeigenden
Welle AD gekuppelt ist, und einer fotoelektrischen Einrichtung. Letztere
besitzt eine Lampe Lp und drei fotoelektrische Elemente P, N und O, vorzugsweise
Fototransistoren. Die Scheibe CC hat laut Fig. 4 b drei Öffnungen Sp 1, Sn
1 und So 1, welche den fotoelektrischen Elementen P, N und O zugeordnet sind,
während die stellungsangebende Scheibe CD laut Fig. 4 c zwei bogenförmige
Schlitze Sp 2 und Sn 2 sowie eine Öffnung So 2 aufweist. Die Schlitze
Sp 2 und Sn 2 sind so angeordnet, daß sie sich nicht überlappen.
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Entsprechend der relativen Stellung der Scheiben CC und CD erzeugt
eines von den drei fotoelektrischen Elementen P, N oder O ein Ausgangssignal. Wenn
die Scheiben CC und CD eine Stellung zueinander einnehmen, bei der
die beiden Öffnungen So l und Sog einander gegenüberliegen, so erzeugt das fotoelektrische
Element 0 ein Nullsignal. Wenn jedoch die besagten Scheiben eine relative Stellung
einnehmen, bei der die Öffnung Sp 1 dem Schlitze Sp 2 gegenüberliegt, dann
erzeugt das fotoelektrische Element P ein positives Ausgangssignal, und wenn die
Öffnung Sn 1 in Übereinstimmung mit dem Schlitz Sp 2 ist, dann erzeugt
das fotoelektrische Element N
ein negatives Ausgangssignal. Das Nullsignal,
welches durch das Element O erzeugt wird, zeigt an und bestätigt, daß die relative
Winkelabweichung zwischen den beiden Scheiben CD und CC Null ist.
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In der Praxis wird die Steuerung so durchgeführt, daß die Steillungseingangsscheibe
CC vorerst in die gewünschte Stellung gebracht wird. Daraufhin wird die Stellung
der Scheibe CD über die Maschinenbewegung so nachgesteuert, daß die Stellung der
gesteuerten Maschine mit der vorgewählten Stellung übereinstimmt. Mit Hilfe der
fotoelektrischen Elemente P; N und O kann also die vorbestimmte Stellung der Maschine
genau angesteuert werden. Hierbei dient das Ausgangssignal des Elementes O zum Zwecke
des Anhaltens der gesteuerten Maschine.