DE1170506B

DE1170506B - Einrichtung zur Steuerung oder Regelung von Laengs- oder Drehbewegungen

Info

Publication number: DE1170506B
Application number: DES78344A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Walter Heissmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-03-06
Filing date: 1962-03-06
Publication date: 1964-05-21
Also published as: GB1005106A; FR83191E; FR1328708A; US3293417A; CH423933A

Description

Einrichtung zur Steuerung oder Regelung von Längs- oder Drehbewegungen Zusatz zur Anmeldung- S 74811 VIII b / 21 c - Auslegeschrift 1135 991 Die Hauptpatentanmeldung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung oder Regelung von Längs, oder Drehbewegungen, beispielsweise bei Vorschüben von Werkzeugmaschinen, unter Anwendung magnetisch erregter Leseköpfe mit Fühlspalten, die an einem weichmagnetischen Maßstab mit Strichraster vorbeibewegt werden. Dieses Strichraster wird mit Hilfe von einem odere mehreren Leseköpfen mit Fühlspalten abgefragt, wobei die Fühlspalte voneinander unabhängige magnetische Erregung haben und um ein ungeradzahliges Vielfaches der Strichteilung des Maßstabes gegeneinander versetzt sind. Die Einrichtung gestattet es, bewegte Teile mit hoher Genauigkeit in eine vorgegebene Sollstellung einzufahren.
Hierzu kann man sich der bekannten Programmiereinrichtungen bedienen, die mit Drehmeldermeßsystemen ausgerüstet sind.
Je nach der gewünschten Genauigkeit werden eine oder mehrere Drehmelderketten verwendet, an die als Feinkette die Einrichtung gemäß der Hauptpatentanmeldung angeschlossen wird.
Es ist bereits bekannt, daß sich eine erhebliche Verbilligung und Vereinfachung von derartigen Steuereinrichtungen dadurch erzielen läßt, daß man nicht nur für die Feinkette, sondern auch für die gröberen Meßketten statt Drehmeldermeßsystemen Maßstäbe verwendet, die an der Maschine angeordnet sind und mit Hilfe von Leseeinrichtungen abgefragt werden. Eine solche Steuereinrichtung mit einem Maßstab, der mit drei Teilungen verschiedener Periode in Form von Wicklungen versehen ist, wird im Rahmen des bekannten Inductosynsystems verwendet. Die Meßeinrichtung besteht hierbei aus einem Maßstab, der eine feinverteilte ebene Wicklung trägt, und einem Reiter, der mit mehreren ebenen Spulensystemen ausgerüstet ist. Diese Anordnung entspricht in ihrer Wirkungsweise einem Drehmelder, kann jedoch unmittelbar am Schlitten einer Maschine angeordnet werden. Der Reiter der Meßeinrichtung entspricht dem Ständer eines Empfängerdrehmelders und wird mit geringem Luftspalt über den Maßstab hinweggeführt. Er induziert in der Wicklung des Maßstabes, die dem Läufer des Empfängerdrehmelders entspricht, die Signalspannung.
Die Erfindung betrifft ein',> Weiterbildung des Gegenstandes der Hauptpatentanmeldung auf mehrere mit Maßstäben arbeitende Meßketten. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der weichmagnetische Maßstab mit zwei oder mehreren Teilungen verschiedener Periode versehen ist, die über je eine Leseeinrichtung zur Fein-, Mittel- bzw. Grobsteuerung auszewertet werden. Die Erfindung ermöglicht es, eine wesentliche Vereinfachung des Aufbaus von Steurreinrichtungen zu erreichen, da man einerseits,Drehmeldenneßsysteme mit den erforderlichen Getrieben einspart und andererseits den Maßstab nicht wie bei bekannten anderen Systemen mit Stromzuführungen versehen muß.
Die Feinteilung kann dabei wie beim Gegenstand der Hauptpatentanmeldung als Strichraster ausgebildet sein. Für die Mittel- und Grobteilungen kann man bei Bedarf Dreiecks- oder Doppelrhombenraster wählen. Im letzteren Falle kann man die Leseköpfe senkrecht zur Maßstabsrichtung derart aufsetzen, daß die Fühlspalte in der Symmetrieachse der Rhombenraster liegen. Die Maßstäbe können in gerader Linie oder in Kreisbogenform angeordnet sein.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung seien im folgenden Ausführungsbeispiele. beschrieben, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 handelt es sich darum, den Schlitten 1 einer Werkzeuginaschine gegenüber dem Bett 2 zu verschieben. Hierzu ist eine Spindel 3 vorgesehen, mit der der Schlitten bewegt wird. Die Spindel wird über Getriebe mit zugeordneten Magnetkupplungen 5 von einem Motor 4 angetrieben, der ein Gleichstrommotor oder auch ein Induktionsmotor sein kann und dauernd mit gleicher Geschwindigkeit läuft. Kupplungen und Getriebe sind im einzelnen nicht dargestellt. Die Magnetkupplungen werden von einer Signalauswerteeinrichtung 6 gesteuert, die die Signale der einzelnen Meßketten verarbeitet.
Die Sollstellungen des Schlittens werden durch Druckknöpfe, Lochkarten oder andere bekannte Mittel in der Eingabeeinrichtung 7 vorgegeben. Die Eingabeeinrichtung betätigt die einzelnen Programmiereinrichtungen 8, 9 und 10 für die Fein-, Mittel- und Grobkette. Die Programmiereinrichtungen können beispielsweise Programmiertransformatoren enthalten. Diese Programmiertransfonnatoren geben zwei Spannungen ab, die jeweils dem Sinus bzw. Kosinus eines vorgegebenen Winkelwertes entsprechen. Sie werden von einem Oszillator 11 mit einer Spannung geeigneter Frequenz, beispielsweise 10 kHz, gespeist.
Auf dem Bett 2 der Maschine ist ein weichmagnetischer Maßstab mit drei Teilungen angeordnet, die in F i g. 1 mit 12, 13 und 14 bezeichnet sind. Die Feinteilung 12 ist als Strichraster ausgebildet. Entlang des Strichrasters werden zwei Leseköpfe 15, 16 verschoben, die auf dem Schlitten 1 der Maschine angeordnet sind. Ihre, Ausbildung und Anordnung entspricht weitgehend der nach F i g. 1 der Hauptpatentanmeldung, jedoch ist hier eine induktive Abfrage gewählt worden. Hierzu werden die Ausgangsspannungen der Progratruniereinrichtung 8 je zwei Erregerwicklungen 17, 18 bzw. 19, 20 der Leseköpfe 15 und 16 zugeführt, die auf den Außenschenkeln der Kerne 21, 22 angeordnet sind. Die Mittelschenkel der Kerne tragen Wicklungen 23, 24, die in Reihe geschaltet und an die Klemmen Fl, F 2 der Feinkette geführt sind.
In entsprechender Weise sind die Leseköpfe der Mittelkette 13 mit Dreieckraster ausgebildet; die Ausgangsspannung ist an Klemmen Mi und M, geführt.
Für die Grobkette ist eine Teilung in Form eines Doppelrhombenrasters verwendet worden, um die Leseköpfe nicht zu groß dimensionieren zu müssen. Die beiden Leseköpfe, die im übrigen den Leseköpfen 15 und 16 der Feinkette völlig entsprechen, werden senkrecht zur Maßstabsrichtung auf die Teilung aufgesetzt. Die Ausgangsspannung ist an Klemmen Gl und G2 gelegt.
Die von den Leseköpfen gelieferten Ausgangsspannungen werden an die Eingänge F, M und G je eines Verstärkers 23, 24, 25 für die einzelnen Meßketten geschaltet. Die verstärkten Spannungen werden mit Hilfe von phasenempfindlichen Gleichrichteranordnungen 26, 27, 28 demoduliert und der Signalauswerteeinrichtung 6 zugeleitet. Die in den einzelnen Meßketten verwendeten Programmiereinrichtungen, Verstärker und Demodulatoren können in der für solche Steuereinrichtungen bekannten Art ausgebildet sein.
An Stelle von zwei Leseköpfen mit je zwei Fühlspalten ist es auch möglich, einen einzigen Lesekopf zu verwenden. F i g. 2 zeigt einen Lesekopf für die Feinteilung 12, der grundsätzlich entsprechend dem Lesekopf nach F i g. 2 der Hauptpatentanmeldung aufgebaut ist. Die Ausgangsspannungen des Programmiertransformators werden an die Klemmen 29, 30 und 31 angelegt, während die Lesekopfspannung an den Klemmen 32 und 33 zur Verfügung steht.
Am Beispiel der Mittelkette wird in F i g. 3 gezeigt, daß an Stelle eines induktiven Lesekopfes auch ein Lesekopf mit Hallgenerator treten kann. Der Hallgenerator 34 wird im Mittelschenkel des Kerns angeordnet und an Klemmen 35, 36 mit konstantem Steuerstrom beaufschlagt. Die Halspannung steht als Ausgangsspannung des Lesekopfes an den Klemmen 32, 33 zur Verfügung.
Schließlich zeigt F i g. 4 am Beispiel der Grobkette, daß auch hier die Anwendung eines einzigen Lesekopfes möglich ist. Zu diesem Zweck werden die beiden Teile des doppelrhombenförmigen Maßstabes um eine halbe Periode gegeneinander verschoben.
Die Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung ergibt sich unter Berücksichtigung der F i g. 5 wie folgt: Mit Hilfe des Eingabegerätes 7 und der Programmiereinrichtungen 8, 9 und 10 wird eine bestimmte Sollstellung des Schlittens vorgegeben, die in F i g. 5 durch den Pfeil 37 angedeutet ist. Die grobere Kette gibt jeweils das Richtungssignal, während die Signale der feineren Ketten so lange unterdrückt werden, bis die Signalspannung unter einen eingestellten Wert gesunken ist. Auf das feinere System wird umgeschaltet, wenn sein Führungssignal etwa seinen Größtwert hat.
Man erkennt aus F i g. 5 für eine Annäherung an die Sollstellung aus beiden Richtungen, daß zunächst die Grobkette G, dann die Mittelkette M und schließlich die Feinkette F das Einlaufen des Schlittens in die Sollstellung beherrscht. Die für den übergang von einer Kette zur anderen erforderlichen Schalteinrichtungen sind bekannt; sie können beispielsweise in der Signalauswerteeinrichtung6 enthalten sein.
In F i g. 6 ist angedeutet, wie man auf einer Kreisscheibe 38, die nur teilweise dargestellt ist, zwei oder gegebenenfalls auch mehrere Maßstabsteilungen in analoger Weise wie bei geradlinigen Maßstäben anordnen kann. Die konstruktive Ausbildung der Lese>-köpfe muß dabei nicht geändert werden.
Wie bereits in der Hauptpatentanmeldung erläutert, kann man auch jeden Lesekopf rait mehreren parallel geschalteten Fühlspalten versehen, um eine Mittelung der Ausgangsspannung über einen größeren Bereich zu erhalten. Im übrigen bestehen für die Realisierung des Erfindungsgedankens noch weit= Möglichkeiten, insbesondere hinsichtlich der Strornversorgung und der Verwendung von Hallgeneratoren in den Leseköpfen. Im letzteren Fall ist es möglich, auf den Oszillator 11 zu verzichten und die Erregung des Kerns mit Gleichspannungen vorzunehmen, die entsprechend dem gewünschten Sollwert geändert werden. Der Hallgenerator kann im Gegensatz zum induktiven Lesekopf auch Gleichfelder registrieren.

Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Steuerung oder Regelung von Längs- oder Drehbewegungen, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, unter Anwendung magnetisch erregter Leseköpfe mit Fühlspalten, die an einem weichmagnetischen Maßstab vorbeibewegt werden, wobei wenigstens zwei Fühlspalte mit voneinander unabhängiger magnetischer Erregung um ein ungeradzahliges Vielfaches der Teilung des Maßstabes gegeneinander versetzt sind, nach Patentanmeldung S 74811 VIII b / 21 c, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab mit zwei oder mehreren Teilungen verschiedener Periode versehen ist, die über je eine Leseeinrichtung zur Fein-, Mittel- bzw.
Grobsteuerung ausgewertet werden. 2.
Einrichtung nach Ansprach 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß eine der Teilungen als Dreiecksraster ausgebildet ist. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Teilungen als Doppelrhombenraster ausgebildet ist.
4. Einrichtung nach Ansprach 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Leseköpfe senkrecht zur Maßstabsrichtung derart aufgesetzt sind, daß die Fühlspalte in der Symmetrieachse der Rhombenraster liegen. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungen auf eine Kreisscheibe aufgebracht sind.
In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 315 921.