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Die Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Nachführsteuerung
zur Regelung der Lage des Werkzeugs bei Nachformmaschinen, insbesondere Brenn-und
Plasmaschneidmaschinen, mit eine Spur abtastenden Fotowiderständen als Signalwandler
und mit einem zur Steuerung des Koordinatenantriebs dienenden elektrischen Komponentenzerleger,
welcher aus einem Rotor mit einer Wicklung und einem Stator mit mehreren Wicklungen
besteht, wobei der Stator mit einer Wechselspannung beaufschlagt ist, welcher in
die Statorwicklungen induzierbar ist.
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Bei bekannten Nachführsteuerungen vorstehend genannter Art wird als
Funktionsgeber zur Steuerung der Motoren für Längs- und Quervorschub des Werkzeugs
ein elektrischer Komponentenzerleger verwendet, der aus einem Rotor mit einer Wicklung
und einem Stator mit mehreren Wicklungen besteht.
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Die Rotorwicklung wird mit einer - zumeist in einem speziellen Generator
erzeugten-hochfrequenten Wechselspannung von mindestens 400 Hz beaufschlagt. Die
Wechselspannung in der Rotorwicklung bewirkt durch Induktion eine Weckselspannung
gleicher Frequenz in den Statorwicklungen. Die Höhe der jeweils in den einzelnen
Statorwicklungen induzierten Wechselspannung und damit die Drehzahl des durch die
jeweilige Statorwicklung angesteuerten Werkzeug-Vorschubmotors hängt von der jeweiligen
Winkelstellung der Rotorwicklung, d. h. des Rotors zu den Statorwicklungen, ab.
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Die feststehenden Fotowiderstände der Abtasteinrichtung reagieren
auf Helligkeitsunterschiede auf der beleuchteten Vorlage - beispielsweise bei Abweichungen
an der dunklen Linie oder Kante auf der Zeichnungsvorlage - mit unterschiedlichen
Spannungswerten, die über einen Verstärker einem Stellmotor zugeleitet werden, der
den oben beschriebenen Rotor des Komponentenzerlegers jeweils in diejenige Winkelstellung
relativ zu den Statorwicklungen bringt, die eine Rückstellung der Werkzeuge sowie
der Abtastvorrichtung auf die dunkle Linie gewährleistet. Selbstverständlich muß
bei dieser Einrichtung auch ein Soll-Ist-Wert-Vergleicher vorgesehen sein, der die
tatsächlich vom Nachstellmotor vorgenommene Rotorverstellung mit dem erforderlichen
Lage-Soll-Wert vergleicht und eine eventuelle Korrektur des Lage-Ist-Werts ermöglicht.
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Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß bei den bisher üblichen
fotoelektrischen Nachführsteuerungen zum Ansteuern des Komponentenzerlegers (Rotor)
ein kompletter separater Regelkreis und darüber hinaus ein Generator erforderlich
war, letzterer zur Erzeugung der Hochfrequenzspannung zur Beaufschlagung des Komponentenzerleger-Rotors.
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Der primäre Nachteil dieser Regeleinrichtung zum Ansteuern des Komponentenzerlegers
ist- darin zu sehen, daß sie naturgemäß mit einer gewissen Trägheit arbeitet. Diese
Trägheit ist beispielsweise so hoch, daß eine solche Einrichtung als Nachführsteuerung
von Werkzeugen, die mit Vorschüben von 6 mlmin und mehr arbeiten, nicht mehr brauchbar
erscheint. Derartig hohe Werkzeugvorschubgeschwindigkeiten werden heute beispielsweise
beim Plasmaschneiden erreicht, wofür die unten beschriebene erfindungsgemäße Nachführsteuerung
in erster Linie gedacht ist.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten fotoelektrischen Nachführsteuerung
besteht in den hohen Kosten, die durch die große Anzahl elektrischer bzw. elektronischer
Steuergeräte verursacht wird. Dabei ist vor allem der separate Regelkreis zum Ansteuern
des Komponentenzerlegers (Rotor) sowie auch der spezielle Generator zum Erzeugen
der erforderlichen Hochfrequenzspannung zu nennen.
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Schließlich liegt es auf der Hand, daß eine komplizierte Regeleinrichtung
mit einer Vielzahl von Regel- und Stellorganen, wie sie die beschriebene bekannte
fotoelektrische Nachführsteuerung darstellt, auch entsprechende Störungsanfälligkeit
in sich birgt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Nachteile
zu vermeiden, d. h. eine fotoelektrische Nachführsteuerung zu schaffen, die - was
zur Erreichung hoher Werkzeugvorschubgeschwindigkeiten erforderlich ist - praktisch
trägheitslos arbeitet, darüber hinaus mit einer vergleichsweise geringen Zahl von
Steuerelementen auskommt und somit - bei hoher Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit
- nur vergleichsweise geringe Herstellungs- und Unterhaltungskosten verursacht.
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Der oben beschriebene aus Rotor und Stator bestehende und mit Induktion
hochfrequenter Spannungen arbeitende Komponentenzerleger, welcher sich grundsätzlich
in der Praxis sehr bewährt hat, soll jedoch auch beim Gegenstand der Erfindung beibehalten
werden, wodurch vorteilhaft eine Neuentwicklung des Komponentenzerlegers entfällt
und überhaupt - wie im folgenden beschrieben - die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe durch einen gewissen Kunstgriff in verblüffend einfacher Weise ein Fortlassen
des separaten Regelkreises zur Ansteuerung des Komponentenzerlegers sowie das Einsparen
des separaten Generators ermöglicht.
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Dies wird - erfindungsgemäß bei einer fotoelektrischen Nachführsteuerung
der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Fotowiderstände mit dem Rotor
des Komponentenzerlegers durch eine ständig rotierende Welle mechanisch verbunden
sind und daß ferner die Rotorwicklung mit den Fotowiderständen elektrisch verbunden
ist und die Wechselspannung zur Beaufschlagung der Rotorwicklungen durch die rotierenden
Fotowiderstände selbst erzeugbar ist.
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Die Erfindung besteht also im wesentlichen darin, daß die Foterwiderstände
einerseits mechanisch durch eine Welle sowie auch elektrisch, gegebenenfalls über
einen Verstärker mit dem Rotor des Komponentenzerlegers unmittelbar verbunden sind.
Die Welle rotiert ständig, und die exzentrisch an der Welle angeordneten Fotowiderstände
erzeugen beim überfahren der auf der Vorlage befindlichen Linie oder Kante elektrische
Impulse. Diese elektrischen Impulse reihen sich durch die ständig rotierende Welle
zu einer Wechselspannung aneinander, deren Frequenz von der Drehzahl der Welle sowie
der Anzahl der Fotowiderstände abhängt.
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Jeder Fotowiderstand überfährt je Wellenumdrehung zweimal die vorgezeichnete
Linie oder Kante und erzeugt entsprechend jeweils zwei Impulse. Es ist jedoch für
die Zwecke der Erfindung vorteilhafter, wenn jeder Fotowiderstand je Wellenumdrehung
nur einen verwertbaren Impuls aussendet. Um dies zu erreichen, insbesondere um bei
Verwendung mehrerer Fotowiderstände eine gleichzeitige Impulserzeugung - etwa bei
zwei sich diametral gegenüberliegenden Fotowiderständen, die normalerweise gleichzeitig
die vorgezeichnete Linie überqueren - mehrerer Fotowiderstände zu vermeiden, kann
beispielsweise durch
eine einfache Flip-Flop-Schaltung ohne weiteres
bewirkt werden, daß nur der in Bewegungsrichtung des Werkzeugs jeweils vorn liegende
Fotowiderstand einen verwertbaren Impuls erzeugt und somit der nichtverwertbare
Impuls unterdrückt wird.
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Fährt die Abtasteinrichtung ordnungsgemäß die vorgezeichnete Linie
ab, so gelangen die von den Fotowiderständen ausgesandten und durch den Verstärker
verstärkten Spannungsimpulse immer bei gegenüber der Statorwicklung gleicher Winkelstellung
des Rotors in die Rotorwicklung, da der Rotor ja mit den Fotowiderständen synchron
rotiert. Die von der oder den betreffenden Statorwicklungen an die beiden Werkzeugstellmatoren
weitergeleiteten Signale bleiben in diesem Fall konstant, d. h., es erfolgt keine
Rückstellung der Abtasteinrichtung bzw. keine Drehzahländerung der beiden für den
Werkzeugvorschub verantwortlichen Motoren.
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Weicht nun die Abtastvorrichtung von der vorgezeichneten Linie ab,
so erfolgt nunmehr die Impulsaussendung der Fotowiderstände bei einer entsprechend
der Abweichung anderen Winkelstellung der Welle. Entsprechend gelangen die Impulse
auch bei entsprechend anderer Winkelstellung des Rotors in die Rotorwicklung und
die in die Statorwicklungen induzierte Wechselspannung verteilt sich in denselben
entsprechend der neuen Winkelstellung des Rotors und bewirkt eine Änderung der von
den Statorwicklungen auf die einzelnen Werkzeugvorschubmotoren übermittelten Spannungsbeträge.
Diese bewirken dann die Rückstellung der Werkzeuge bzw. die Rückstellung der Abtastvorrichtung
auf die vorgezeichnete Linie.
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Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß mit der erfindungsgemäßen Einrichtung
die Nachführsteuerung von Werkzeug- bzw. Abtastvorrichtungen prinzipiell in derselben
Weise erfolgt wie bei der oben beschriebenen Kanteneinrichtung, mit dem Unterschied,
daß Abweichungen der Abtastvorrichtung von der vorgezeichneten Linie nahezu trägheitslos
auf die Rotorwicklung des Komponentenzerlegers übertragen werden, da der Rotor ja
mechanisch (durch die ständig rotierende Welle) und elektrisch direkt mit dem die
Abweichung unmittelbar registrierenden Fotowiderständen gekuppelt ist. Der bei der
bekannten Einrichtung umständliche und mit erheblichen zeitlichen Verzögerungen
verbundene Weg der von den Fotowiderständen ausgesandten Impulse über einen separaten
Regelkreis wird durch die Erfindung vermieden, und der separate Regelkreis kann
somit - wie schon oben angedeutet - eingespart werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht eine Einrichtung nach der Erfindung
an Hand eines schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels.
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Der Verstellmotor 1 der Steuerungseinrichtung, beispielsweise ein
Gleichstrom-Nebenschlußmotor, der über eine Leitung 2 mit Strom versorgt wird, ist
über eine Hohlwelle 3 mit dem Rotor 4 a des Komponentenzerlegers 4 sowie weiterhin
mit dem ebenfalls auf der verlängerten Motorwelle sitzenden Signalwandler 5 verbunden,
in dem die optischen Signale in elektrische Signale umgewandelt werden. Zu diesem
Zweck enthält der Signalwandler zwei nahe der Drehachse angebrachte Fotowiderstände
6, deren Lichteinfallöffnung nach unten zur Spur 7 hin zeigt. Unterhalb der Fotowiderstände
befindet sich die Optik 8, die gegenüber dem Signalwandler 5 verstellbar an diesem
befestigt ist, um eine gegebenenfalls notwendig werdende Schnittfugenkompensation
zu ermöglichen. Zur konstruktiven Stabilisierung der ganzen Einrichtung ist ein
Zwischenlager 9 vorgesehen. Die Beleuchtung der Abtaststelle 10 der Spur
7 erfolgt mittels der beiden Glühlampen 11, die im feststehenden Gehäuse
12 untergebracht sind.
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Die Hohlwelle 3 dient zur Aufnahme verschiedener Leiter. Zu diesen
gehört vor allem die Versorgungsleitung 13 für die Einrichtung mit Abgriff im Signalwandler
5 zu den beiden Fotowiderständen 6 sowie die Signalleitung 14 von den Fotowiderständen
zum Rotor 4 a des Komponentenzerlegers 4. Die Wechselspannung der in diesem befindlichen
Primärwicklung 15 erzeugt in bekannter Weise in der Sekundärwicklung 16 des Stators
4 b eine Wechselspannung, an die über die Anschlüsse 17 und 18 die nicht dargestellten
Verstärker angeschlossen sind. Der Stator 4 b des Komponentenzerlegers 4 ist dabei
justierbar fest im Gehäuse 12 angebracht.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Die von den Glühlampen
11 ausgehenden Lichtstrahlen erzeugen an der Abtaststelle 10 einen Lichtfleck, der
- von dort reflektiert - durch die Optik 8 auf die Fotowiderstände 6 geworfen wird.
Die beim Abfahren der Spur 7 mittels des Lichtflecks in den Fotowiderständen hervorgerufenen
Spannungsschwankungen, die dann entstehen, wenn der Lichtfleck beispielsweise vom
hellen Zeichnungsgrund in die dunkle Kante einer Linie oder einer Silhouette überwechselt,
wirken dabei in bekannter Weise derart auf den Verstellmotor 1 ein, daß die Maschine
immer genau der gezeichneten Spurlinie folgt. Beim Abtasten einer nur schmalen Linie,
wobei also die Drehachse der Einrichtung sich etwa in Strichmitte befindet, treten
in dem Augenblick, in dem beide Fotowiderstände über dem Strich stehen, zur gleichen
Zeit in jedem Widerstand Spannungsänderungen auf. Damit nur der jeweils in Bewegungsrichtung
vorn gelegene Fotowiderstand eine verwertbare Spannungsänderung bewirkt, werden
in diesem Fall beide Signale durch eine Flip-Flop-Schaltung getrennt.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Einrichtung treibt nun der
Motor 1 mit beispielsweise 600 U/min den Signalwandler 5 und den Rotor
4 a des Komponentenzerlegers 4 an, die sich somit ständig in rasch umlaufender
Bewegung befinden. Dabei entstehen 12 000 Signale in der Sekunde, was einer der
bekannten, mit 200 Hz arbeitenden fotoelektrischen Steuerungen entspricht. Der Signalabstand
beträgt somit 0,5 mm bei einer Fahrgeschwindigkeit von 6 m/min. In dem Augenblick,
in dem die Fotowiderstände 6 - von der Drehachse aus gesehen in Bewegungsrichtung
- die Zeichnungskante überqueren, gelangen die Signale in den Komponentenzerleger
4. Durch Justieren des Stators 4 b des Komponentenzerlegers im Gehäuse 12 vor Bewegungsbeginn
können etwaige Signalverzögerungen ausgeglichen werden.
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Da der Signalwandler 5 und der Rotor 4 b des Komponentenzerlegers
4 fest miteinander verbunden sind bzw. zusammen auf der verlängerten Motorwelle
3 sitzen, induzieren die Signale, entsprechend dem Verlauf der gezeichneten Spur,
dem Stator 4 b des Komponentenzerlegers in Bewegungsgerichtung die erforderlichen
Steuerspannungen. Die Regelung der Fahrgeschwindigkeit wird dabei im Verstärker
(Anschlußleitungen 17,18) vorgenommen.
Durch die erfindungsgemäße
Ausbildung und Wirkungsweise der Einrichtung wird eine Nachführsteuerung geschaffen,
die praktisch trägheitslos arbeitet. In Verbindung mit einem Koordinatenantrieb
zur Lagerregelung werden bedeutend weniger elektrische Bauelemente benötigt, wodurch
sich die Einrichtung wesentlich vereinfacht, zumal alle Teile sich in einer geschlossenen
Baugruppe zusammenfassen lassen. Auf diese Weise werden wiederum kostspielige Ausfallzeiten
bei Störungen vermieden. Induktive Störspannungen sind durch die verhältnismäßig
hohe, vom Anker des Antriebsmotors abgegriffene Versorgungsspannung praktisch ohne
Bedeutung.
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Das im Rahmen der Erfindung wesentliche Merkmal der elektrisch gezielten
Impulsgebung durch den dauernd rasch umlaufenden Rotor eines Komponentenzerlegers
und einen rasch umlaufenden Signalwandler ist im übrigen nicht nur bei fotoelektrisch
gesteuerten Koordinatenantrieben anwendbar, sondern kann mit gleich vorteilhaftem
Ergebnis auch in Fällen verwirklicht werden, in denen die Signale nicht von Fotowiderständen
empfangen werden, sondern beispielsweise durch induktive, kapazitive und andere
Abtastung zustande kommen.