DE1246090B - Einrichtung zum numerischen Steuern von Arbeitsmaschinen, insbesondere von Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G 05 b

G05f
Deutsche Kl.: 21c-46/54

Nummer: 1 246 090

Aktenzeichen: S 96900 VIII b/21 c

Anmeldetag: 3. Mai 1965

Auslegetag: 3. August 1967

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum numerischen Steuern von Arbeitsmaschinen, insbesondere von Werkzeugmaschinen, mit digitalincrementalen Wegemeßeinrichtungen, bei der ein für alle Wegemeßeinrichtungen gemeinsamer Differenzbildner, dessen Ausgangssignale die Maschine steuern, zum Vergleich zwischen gespeicherten Bezugsmaßsollwerten und Istwerten dient, und unter Verwendung von Umlaufspeichern.

Bei einer Steuerung von Arbeitsmaschinen besteht das einfachste Wegemeßverfahren darin, von einer bestimmten Ausgangslage aus fortlaufend vorwärts und rückwärts zu zählen (Incrementalverfahren). Lineare Maßstäbe mit Strichgittern oder rotierende Impulsgeber mit optischer oder elektromagnetischer Abtastung geben die Impulse entsprechend der Maßeinheit. Sind bei einem derartigen Wegemeßverfahren die in die Steuerung eingegebenen Informationen auf einen Bezugspunkt, z. B. eine Hauptbohrung, oder auf eine Bezugskante bezogen, so muß bei dieser Bezugsmaßeingabe der Istwert laufend in einen Zähler aufsummiert und die Soll- und Istdifferenz in jedem Augenblick mit einem Paralleladdierer ermittelt werden. Durch diesen Paralleladdierer und die Aufsummierung des Istwertes ergibt sich gegenüber einer Kettenmaßeingabe aber ein erheblicher Mehraufwand.

Zum Herabsetzen des Aufwandes bei 'einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, die mit digital absoluten Maßstäben arbeitet, ist es bereits bekannt, für alle Koordinaten ein gemeinsames Sollwert-Istwert-Vergleichsglied zu benutzen.

Da bei dieser bekannten Anordnung jedoch die digitalen Signale in paralleler Form verarbeitet werden, ist der Aufwand im Vergleichsglied und auch sonst in der Steuerung verhältnismäßig hoch.

Die Serienzahldarstellung führt nun in vielen Fällen zu weit einfacheren Geräten, da beispielsweise ein einziges Element zeitlich nacheinander alle Stellen der Zahl verarbeiten kann und sich auch die vorliegenden Werte verhältnismäßig einfach in bekannten Umlaufspeichern festhalten lassen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, unter Verwendung von Umlaufspeichern eine besonders einfache Steuerung für Arbeitsmaschinen zu schaffen, die mit digital-incrementalen Meßsystemen arbeiten und bei denen als Sollwerte Bezugsgrößen eingegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Soll- und Istwertspeicher Umlaufspeicher sind und daß die im Istwertspeicher umlaufenden Werte über ein Serienaddierwerk geführt sind, an Einrichtung zum numerischen Steuern von
Arbeitsmaschinen, insbesondere von
Werkzeugmaschinen

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Siegfried Waller, Erlangen

dem auch dekadenweise nacheinander, synchronisiert mit den Umläufen, die zwischen den Umläufen angefallenen Istwerte der Wegemeßsysteme liegen. Auf diese Weise kann das für alle Koordinaten gemeinsame Vergleichsglied in Serie arbeiten, also sehr einfach aufgebaut sein. Weiterhin lassen sich auch die als Pulse anfällenden Istweftincremente den Bezugsmaßen mit einem einfachen Glied zurechnen, das nur für eine Dekade oder bei Verwendung des Dualcodes für 1 Bit ausgebaut sein muß. Zweckmäßig sind dann dabei die in Differenzbildner nacheinander anstehenden Differenzwerte der einzelnen Koordinaten jeweils in ein Differenzregister geführt, an dessen Ausgang, zum Verteilen der jeweiligen Differenzwerte, gesteuerte Gatter liegen, so daß man aus einem Speicher die für die Vorschubredüzierung in den einzelnen Koordinaten notwendigen Werte entnehmen kann. Außerdem ist vorteilhaft jeder Impulsgeber der Wegemeßsysteme mit einem Zähler verbunden, dessen der Änderung des Ortsistwertes entsprechender Inhalt periodisch, synchronisiert mit dem Umlauf und der Pulsgabe, in einen mit dem Serienaddierer verbundenen Speicher gelangt. Auf diese Weise werden Fehler durch nicht erfaßte, vom Pulsgeber kommende Pulse mit Sicherheit vermieden.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.

Bei der gezeigten Schaltung werden die vom Informationsträger, wie z. B. einem Lochstreifen, abgenommenen Signale von der Informationseingabe 1 verteilt. Die neuen Wegsollwerte werden dabei als Bezugsmaße in einen als magnetostriktiven Umlaufspeicher ausgebildeten Sollwertspeicher 2 geleitet. Vor dem Einlesen einer neuen Wegposition wird der Sollwertspeicher gelöscht, und anschließend werden

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die neuen einzelnen Ziffern entsprechend dem für sie festgelegten Platz eingegeben. Die Plätze werden dabei in bekannter Weise von einem Umlaufregister 5 festgelegt, das von einer mit dem Umlauf im SoIlwertspeioher synchronisierten Zeitsteuerung 4, deren Zeiteinheiten von einem Schwingquarz abgeleitet sind, gesteuert wird. Diese bekannte Einspeichersteuerung ist der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt.

Die Ausgangsimpulse des Umlaufregisters 5 werden über eine geeignete Sendeschaltung 6 auf eine nicht dargestellte Spule gegeben, die das eine Ende der z. B. aus Nickeldrähten bestehenden Verzögerungsleitung 8 umgibt. Die Nickeldrähte werden dadurch infolge des magnetostriktiven Effektes zu mechanischen Longitudinalschwingungen angeregt, die sich mit Schallgeschwindigkeit im Draht fortpflanzen. Eine Empfangsspule am anderen Ende der Drähte, die hier durch einen Dauermagneten vormagnetisiert wird, erfährt durch die Permeabilitätsänderung der Nickeldrähte infolge der magnetostriktiven Verformung magnetische Flußänderungen; die induzierte Spannung, durch eine Empfängerschaltung 7 verstärkt und regeneriert, ergibt die Ausgangsimpulse, die für einen neuen Umlauf bereitstehen. Beim jeweiligen Durchgang dieser Informationen durch Umlaufregister können die einzelnen Speicherplätze nacheinander, oder je nach Ausbau des Registers 5 mehrere Plätze gleichzeitig, abgefragt und als Bezugsmaßsollwert am Differenzbildner 10 zur Verfügung gestellt werden.

Verwendet man beispielsweise einen magnetostriktiven Umlaufspeicher mit einer Umlaufzeit von 200 μβεο, so stehen bei einer Taktfrequenz der Zeitsteuerung 4 von 360 kHz 72 Speicherplätze zur Verfügung. Bei 4 Speicherplätzen pro Dekade lassen sich damit 3 Koordinatenwerte (x, y, z) mit je 6 Dekaden unterbringen.

Entsprechendes, wie für den Sollwertspeicher 2 beschrieben > gilt für den Aufbau des Istwertspeichers 3. Nur ist hier dm Umlaufweg der Information ein aus einer Dekade bestehendes Serienaddierwerk 9 vorgesehen, auf welches außerdem die von den Wegemeßsystemen der x-, y-, z-Koordinate gelieferten Werte gegeben werden.

Im nachfolgenden sei nun die Istwertbildung näher beschrieben. Als Wegemeßsystem in der x-Achse dient eine synchron mit der Vorschubbewegung in der x-AChse der Werkzeugmaschine angetriebene Scheibe 15, die an ihrem Umfang magnetische Marken aufweist. Diese Marken werden mit zwei um 90° elektrisch versetzten feststehenden Abtastköpfen 21 abgefragt und über einen Richtungsdiskriminator 16 vorzeidhenrichtig in einen Zähler 17 gegeben. Jeder abgegebene Istpuls entspricht dabei einer bestimmten in der ^-Richtung zurückgelegten Wegeeinheit.

Jeweils eine kurze Zeitspanne, bevor von dem magnetostriktiven Umlaufspeicher für den Istwert 3 die Einer in der x-Koordinate dem Serienaddierwerk 9 zugeführt werden, wird der Stand im Zähler 17 in den Zwischenspeicher 19 übertragen und der Zähler 17 gelöscht. Um zu verhindern, daß während des Übertragens auf den Zwischenspeicher 19 in dem Zähler 17 ein undefinierbarer Zustand durch einen augenblicklich ablaufenden Zählvorgang herrscht, wird eine Synchronisation dieser Übertragung durch das Gatter 20, das von der Zeitsteuerung 4 und von den Istpulsen angesteuert wird, vorgenommen. Dieses Gatter 20 steuert den Übertragungsvorgang durch Anlegen eines bestimmten Potentials an das zwischen Zähler und Speicher geschaltete Vorsatzglied 18.

Werden die Einer in der Koordinate χ dem Addierwerk 9 angeboten, wird gleichzeitig der Zwischenspeicher 19 für χ an das Serienaddierwerk 9 durch ein Signal der Zeitsteuerung angekoppelt, so daß die Summe der im Istwertspeicher augenblicklich stehenden Zahl mit der im Zwischenspeicher 19 stehenden Zahl gebildet wird.

Wie nun nicht weiter näher dargestellt, läuft der gleiche Vorgang für die Koordinaten y und ζ ab. Dadurch steht dann im Istwertspeicher 3 der jeweilige Istwert für die einzelnen Koordinaten zur Verfügung.

Im Umlauftäkt werden die einzelnen Ziffern der einzelnen Koordinaten, von der Zeitsteuerung her synchronisiert, sowohl vom Soll- als auch vom Istwertspeicher dem Differenzbildner 10 angeboten und die Differenz in das Differenzregister 11 übertragen. In dem Differenzregister 11 stehen also jeweils in einer Folge von 200 : 3 μβεο die Differenzwerte in der x-, y- und z-Koordinate an. Diese werden durch von der Zeitsteuerung 4 gesteuerte Gatter 12, 13 und 14 auf die einzelnen Koordinatenrichtungen x, y und ζ aufgeteilt und zur Steuerung des Vorschubs, z. B. zur Vorschubreduzierung, benutzt.

Will man nur den Zeitpunkt der Vorschubreduzierung aus dem Differenzregister 11 entnehmen, so ist es nicht notwendig, das Differenzregister für volle 6 Dekaden auszubauen. Seine Größe richtet sich dann nach dem maximal erwarteten Abstand des VorsChubreduzierungspunktes vom Sollwert. Es wird im allgemeinen kleiner als 20 mm sein.

Durch das hier dargestellte Abtastverfahren wird erreicht, daß nur eine Differenzauswertung und nur ein Addierwerk für die Differenzbildung notwendig ist, wobei das Addierwerk außerdem nur für eine Dekade ausgebaut sein muß.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum numerischen Steuern von Arbeitsmaschinen, insbesondere von Werkzeugmaschinen, mit digital-incrementalen Wegemeßeinrichtungen, bei der ein für alle Wegemeßeinrichtungen gemeinsamer Differenzbildner, dessen Ausgangssignale die Maschine steuern, zum Vergleich zwischen gespeicherten Bezugsmaßsollwerten und Istwerten dient, und unter Verwendung von Umlaufspeichern, dadurch gekennzeichnet, daß Soll- und Istwertspeicher (2,3) .Umlaufspeicher sind und daß die im Istwertspeicher (3) umlaufenden Werte über ein Serienaddierwerk (9) geführt sind, an dem auch dekadenweise, nacheinander, synchronisiert mit den Umläufen, die zwischen den Umläufen angefallenen Istwerte der Wegemeßsysteme (x, y, z) liegen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufspeicher magnetostriktive Umlaufspeicher sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenzeichnet, daß jeder Impulsgeber (15) der Wegemeßsysteme (x, y, z) mit einem Zähler (17) verbunden ist, dessen der Änderung des Ortsistwertes entsprechender Inhalt periodisch, synchronisiert mit dem Umlauf und der Impulsgabe, in einen mit dem Serienaddierwerk (9) verbundenen Speicher (19) gelangt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Differenzbildner (10) nacheinander anstehenden Differenzwerte der einzelnen Koordinaten (x, y, z) jeweils in ein Differenzregister geführt sind, an dessen Ausgang gesteuerte Gatter zum Vierteilen der jeweiligen Differenzwerte an die einzelnen Koordinaten liegen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 156 152;
VDE-Buchreihe »Digitale Signalverarbeitung in der Regelungstechnik«, Bd. 8, erschienen 1962 im VDE-Verlag GmbH, Berlin, S. 22/23;

Buch von W. Simon, »Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen«, erschienen 1963 im Carl-Hanser-Verlag, München, S. 44 und 45.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen