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Anordnung zur Kontrolle einer Werkzeug-Die Erfindung bezieht sich
auf eine Anordnung maschinen-Programmsteuerung zur Kontrolle einer Werkzeugmaschinen-Programmsteuerung,
insbesondere einer Punkt-zu-Punkt-Steuerung, in der ein Steuervergleichsglied Signale,
die durch einen ersten Informationsträger geliefert werden und die die Sollage mindestens
eines beweglichen Organs der Maschine wiedergeben, mit entsprechenden Signalen vergleicht,
die durch Stellungsmelder geliefert werden und die die Istlage des Organs wiedergeben,
wobei dieses Vergleichsglied den Stellmotor des Organs steuert.
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Derartige bekannte Kontrollanordnungen für Werkzeugmaschinen, bei
denen das zu steuernde bewegliche Organ beispielsweise ein das zu bearbeitende Werkstück
tragender Schlitten oder das Werkzeug, etwa ein Fräskopf, sein kann, dienen dazu,
die exakte Position des beweglichen Organs als Funktion desjenigen Steuersignals
zu überwachen, das in das Steuervergleichsglied eingegeben wird. Mögliche Fehler
jedoch, die der Informationsträger selber bzw. das auf ihm befindliche Programm
aufweist, sowie mögliche Fehler, die bei der Abtastung des Programms sowie bei der
Umsetzung und Weiterleitung der Steuersignale zum Steuervergleichsglied auftreten
können, werden von diesen bekannten Kontrollanordnungen nicht erfaßt.
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Gerade bei der Programmsteuerung mittels Lochstreifen besteht jedoch
erfahrungsgemäß die Gefahr, daß die einwandfreie Abtastung der Löcher durch Einrisse
im Streifen oder durch in die Löcher geratene Papierfetzchen oder Staubkörner verfälscht
wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Störeffekte in etwa 0,1 % der Fälle zu Fehleinstellungen
der Werkzeugmaschine führen, das ist ein Fehlerprozentsatz, der insbesondere bei
der Serienfertigung großer Stückzahlen bereits erheblich ins Gewicht fällt, vor
allem, wenn es sich um kostspielige Präzisionswerkstücke handelt: Eine Prüfung,
ob das Programm an sich richtig in den Lochstreifen eingestanzt wurde, läßt sich
durch eine sogenannte Probe- oder Scheinarbeit der Maschine vor Beginn der eigentlichen
Fertigung durchführen. Da jedoch die erwähnte Verschmutzung oder Beschädigung des
Lochstreifens zu jeder Zeit während des Arbeitsvorganges auftreten kann, können
dadurch bedingte Ausschüsse durch eine Probearbeit der Maschine nicht verhindert
werden.
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Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie Fehleinstellungen bei Werkzeugmaschinen
mit beliebiger Dateneinspeisung und mit punktweiser Einstellung vermieden werden
können. Dabei wird von einer Erweiterung und Ergänzung des bei einfachen Steuerungssystemen
an sich bekannten Prinzips der mehrfachen, unabhängigen Steuerwege Gebrauch gemacht.
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So ist es beispielsweise bekannt, zur selbsttätigen Steuerung von
Relais durch eine physikalische Größe drei parallele Steuerwege zu verwenden, denen
je unter Verwendung einer geeigneten Verriegelungsschaltung ein Relaissystem derart
zugeordnet ist, daß ein Sekundärweg nur dann freigegeben wird, wenn mindestens zwei
der Steuerwege in gleichem Sinne ansprechen. Die Funktion der Überwachung derartiger
einfacher Steuerungssysteme beruht auf der geeigneten elektrischen Hintereinanderschaltung
von Ein-Aus-Kontakten im Stromkreis des zu betätigenden Relais. Eine derartige einfache
und mit Ein-Aus-Kontakten arbeitende Verriegelungsschaltung, die diesem bekannten
Prinzip zugrunde liegt, läßt sich jedoch zur Lösung des Überwachungsproblems bei
einer komplizierten automatischen Werkzeugmaschine nicht anwenden, da es sich hierbei
einerseits nicht um eine bloße Steuerung, sondern um eine außerordentlich genaue
Lagerregelung handelt und weil es andererseits nicht genügt, lediglich das Vorhandensein
oder Nichtvorhandensein eines dem Steuersignal analogen Ein-Aus-Überwachungssignals
festzustellen.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß ein zweiter,
von dem ersten Informationsträger völlig unabhängiger Informationsträger, der mit
den Signalen des ersten Informationsträgers übereinstimmende Kontrollsignale liefert,
und ein zweites Kontrollvergleichsglied vorgesehen, das bei
Nichtübereinstimmung
dieser Kontrollsignale mit den die Istlage des Organs wiedergebenden Signalen eine
Sicherheitsvorrichtung betätigt.
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Vorzugsweise werden die Istlagesignale durch die für die Steuerung
benützten Melder selbst geliefert, wobei diese für die Kontrolle von dem Steuervergleichsglied
auf das Kontrollvergleichsglied umgeschaltet werden.
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Erfindungsgemäß wird also nicht nur ein vom Steuerkreis völlig unabhängiges
Kontrollsignal, ausgehend von einem unabhängigen zweiten Informationsträger, gewonnen
und nach Art eines Simulierungsprozesses wie das eigentliche Steuersignal in einen
Kontroll-Sollwert umgesetzt, sondern dieser Kontrollsollwert wird außerdem noch
mit dem vom gesteuerten beweglichen Maschinenteil gelieferten Istwert verglichen.
Erst das bei diesem zweiten Soll-Ist-Vergleich entstehende zweite Fehlersignal dient
als eigentliches Kontrollsignal zur Betätigung einer Sicherungsvorrichtung. Indem
also nicht nur etwa zwei Steuersignale, nämlich der Steuersollwert und der Kontrollsollwert,
sondern vielmehr erst die vom beweglichen Maschinenorgan ausgeführte Bewegung unabhängig
vom Steuerkreis überwacht wird, können außer etwaigen Fehlern, die am Informationsträger
und während der Ablesung und Umsetzung der Signale auftreten, auch noch mögliche
Fehler am Steuervergleichsglied selber erfaßt werden.
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Der Aufwand der Kontrollanordnung nach der Erfindung ist vergleichsweise
klein, da ja keinerlei neue, nicht sowieso schon im Steuerkreis verwendete Bauelemente
verwendet werden, mit Ausnahme der eigentlichen Sicherheitsvorrichtung.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein allgemeines Blockschaltbild des Steuer-und Kontrollkreises für eine
Werkzeugmaschine und F i g. 2 ein ausführliches Blockschaltbild für eine Werkzeugmaschine
mit Synchros, welche die Funktion der Vergleichsglieder und im Fall des Steuerkreises
auch gleichzeitig die Funktion des Stellungsmelders haben.
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Alle in den Blockschaltbildern symbolisch dargestellten Komponenten
des Steuer- und Kontrollkreises sind handelsübliche Geräte, auf die daher im folgenden
nicht näher eingegangen wird. Auch das Prinzip und der Aufbau des Steuerkreises
sind an sich bekannt. Es handelt sich im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 um eine
Punkt-zu-Punkt-Steuerung, wobei das Steuerprogramm in Form von Lochstreifen vorliegt.
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Nach F i g.1 wird der Informationsträger 1 durch einen Abtaster abgelesen;
das abgelesene Signal wird anschließend entschlüsselt, gespeichert und in einem
Analogwert umgesetzt. Die hierzu dienenden Einrichtungen sind insgesamt mit 2 bezeichnet.
Das Analogsignal aus dem Umsetzer wird als Steuersollwert einem Steuervergleichsglied
3 zugeführt, in welchem es mit dem Istwert verglichen wird, welcher von einem mit
dem Stellmotor 5 verbundenen Stellungsmelder 4 geliefert wird. Das resultierende
Fehlersignal dient in an sich bekannter Weise zur Steuerung des Stellmotors 5.
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Um nun sicherzugehen, daß das Steuersignal auf seinem Wege vom Informationsträger
bis zum Stellmotor durch keinen Störeffekt, insbesondere bei der Abtastung vom Informationsträger,
verfälscht wurde, wird das vom Stellungsmelder abgegebene Ist-Signal gleichzeitig
in einem Kontrollvergleichsglied 8 mit einem Kontrollsignal verglichen, das von
einem vom ersten Informationsträger 1 völlig unabhängigen zweiten Informationsträger
6 herrührt, welcher mit den Signalen des ersten Informationsträgers 1 übereinstimmende
Kontrollsignale liefert; diese Signale werden in einem vom Steuerkreis ebenfalls
unabhängigen Kontrollkreis in gleicher Weise verarbeitet wie die Steuersignale.
Die erforderlichen Einrichtungen des Kontrollkreises (Abtaster, Dekoder, Speicher
und Umsetzer) sind insgesamt mit 7 bezeichnet. Bei Nichtübereinstimmung dieser Kontrollsignale
mit den vom Stellungsmelder gelieferten, die Istlage des beweglichen Organs wiedergebenden
Signalen liefert das Kontrollvergleichsglied 8 ein Fehlersignal, das die Sicherheitsvorrichtung
9 betätigt; dabei kann es sich z. B. um ein Warnlicht oder einen Schalter zum Abstellen
des Spindelmotors der Werkzeugmaschine handeln.
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Das vorstehend erläuterte allgemeine Blockschaltbild sei jetzt an
Hand der F i g. 2 für eine mit Synchros als Melder und Vergleichsglied ausgerüstete
Werkzeugmaschine erläutert, deren zu steuerndes bewegliches Organ der Tisch 10 ist.
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Im Lochstreifen 1 sind die Einstellungen für diskrete Positionen des
Maschinentisches 10 in binärer Verschlüsselung enthalten. Jede Lochungsgruppe
enthält eine Lochreihe für die Nummer der Bearbeitungsoperation, z. B. 123, die
am Anzeiger 12 erscheint, und eine Lochreihe für jede Ziffer, z. B. sechs Reihen,
falls die Meßwerkeinstellungen bis zu 999 mm auf ein Tausendstel genau angegeben
sind.
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In F i g. 2 ist der Maschinentisch 10 als verstellbares Maschinenteil
dargestellt. Es können aber auch andere Maschinenteile mit Steuerkreisen der beschriebenen
Art ausgerüstet sein.
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Die in dem Lochstreifen 1 enthaltenen Befehle werden vom Abtaster
2a abgelesen und vom Dekoder 2 b in Dezimalwerte übersetzt. Darauf wird die so erhaltene
Einstellung jeder Koordinate in der Speichervorrichtung 2c gespeichert.
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Die Dezimalwerte gelangen weiter in einen Digital-Analog-Umsetzer
2 d. Die an den Ausgangsklemmen des Umsetzers erscheinende Spannung liegt zugleich
an den Statorwicklungen der Regelsynchros 3 a, 4 a und 3 b, 4 b, welche die Funktionen
der Einrichtungen 3 und 4 nach F i g. 1 ausüben.
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Die Werkzeugmaschine ist in an sich bekannter Weise mit getrennten
Synchros für das Grob- und das Feineinstellungssystem ausgestattet.
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Nach F i g. 2 werden die den ersten drei Ziffern (ganze Millimeter)
entsprechenden Analogspannungen an die hintereinandergekuppelten Tischsynchros
3 a, 4 a gegeben, die den drei letzten Ziffern (Tausendstelmillimeter) entsprechenden
Analogspannungen an die hintereinandergekuppelten Mikrometersynchros 3 b,
4 b. Die Rotoren dieser Synchros sind in bekannter Weise mit den Spindeln
19 bzw. 20 gekuppelt. Der Mikrometerschlitten trägt ein fotoelektrisches
Mikroskop 29, welches das Präzisionslineal 27 abtastet und die Teilung auf einer
Anzeigenvorrichtung 21, 22 sichtbar macht. Das Fehlersignal der Regelsynchros 3
a, 4 a steuert über den Verstärker 26 den Stellmotor 25, welcher den Tisch 10 verschiebt
und die Grobeinstellung bewirkt, während gleichzeitig das Fehlersignal der Regelsynchros
3 b, 4 b über den Verstärker 23 den Stellmotor 24 steuert, der den Mikrometerschlitten
so lange verschiebt,
bis der Index 21 auf der Mattscheibe 22 eine
dem gewünschten Mikrometerwert entsprechende Stellung einnimmt.
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Wenn das Grob-Fehlersignal der Regelsynchros 3a, 4a einen Wert
unterschreitet, der kleiner als eine halbe Teilung (0,5 mm) des Präzisionslineals
27 ist, wird der Verstärker 26 des Tischstellmotors von den Tischsynchros bei 28
abgeschaltet und an den elektrischen Ausgang des fotoelektrischen Mikroskops 29
geschaltet, das vom Mikrometerschlitten getragen wird und diejenige Fehlerspannung
liefert, welche der noch vorhandenen Abweichung des Linealteilungsstriches vom Index
auf der Mattscheibe entspricht und den Tisch endgültig in die Feineinstellung steuert.
Auf diese Weise wird der Tisch in zwei gleichzeitig ablaufenden Verfahrensstufen
in seine exakte Stellung gebracht.
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Das in F i g. 2 dargestellte fotoelektrische Mikroskop 29 ist bekannt.
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Die linke Hälfte des Blockschaltbildes nach F i g. 2 zeigt den Kontrollkreis.
Er umfaßt einen Kontrolllochstreifen 6 mit Anzeiger 12', einen Abtaster 7a, einen
Dekoder 7 b, einen Speicher 7 c und einen Digital-Analog-Umsetzer 7d, die
alle denen des Regelkreises gleichen. Die Ausgänge des Umsetzers speisen die Statoren
von zwei Kontrollsynchros 8 a bzw. 8b, die analog den Regelsynchros arbeiten.
Die Rotoren der Kontrollsynchros sind mechanisch mit den beweglichen Maschinenorganen,
im betrachteten Beispiel also dem Tisch 10 bzw. dem Mikrometerschlitten, gekuppelt.
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Entsteht nun z. B. infolge falscher Stellung eines Regelsynchrorotors
durch einen fehlerhaften Lochstreifen ein Fehlersignal am Ausgang des betreffenden
Kontrollsynchros, dann löst die Spannung einen Schalter oder einen Kontakt an den
Sicherheitseinrichtungen 9 a, 9 b aus, wodurch ein Warnlicht eingeschaltet oder
der Spindelantriebsmotor der Werkzeugmaschine abgeschaltet wird.
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Zu F i g. 2 ist außer der bisher beschriebenen Steuer- und Kontrollschaltung
auch noch eine mögliche Variante zur Kontrolle der Position der Regelsynchros
3 a, 3 b, 4 a, 4 b schematisch angegeben.
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Wenn man eine getrennte Prüfung der Regelsynchros wünscht, dann kann
man, nachdem das bewegliche Maschinenorgan stillgesetzt ist, d. h. wenn die Synchrogruppen
3 a, 4 a und 3 b, 4 b nicht mehr zur Steuerung der Maschine benötigt werden,
die Regelsynchros vom Steuerkreisumsetzer 2 d und den zugehörigen Verstärkern
23, 26 mit Hilfe der Schalter 45 bis 48 vom Steuerkreis trennen und durch Umlegen
der Schalter 45' bis 48' in den entsprechenden Kontrollkreis zwischen den Kontrollkreisumsetzer
7 d und die Sicherheitseinrichtungen 9a, 9 b schalten. Dabei fallen dann
die Kontrollsynchros 8 a, 8 b fort, und die Sicherheitseinrichtung zeigt an, ob
der Kontroll-Sollwert mit dem Istlagesignal übereinstimmt oder nicht.