DE1463254C - Servosteuereinrichtung zum Steuern der Bewegung eines Maschinenelementes längs einer Achse - Google Patents

Description

5 6

des Glied, als welches hier unter anderem die Steifig- betätigt wird und mit dem Hauptrückkopplungskreis

keit des Antriebs angeführt sein mag, verbunden ist. in Verbindung steht.

Beim Auftreten einer genügend großen Störung ent- Gewöhnlich wird bei großen Werkzeugmaschinen

stehen hierdurch Resonanzschwingungen, die mög- und langen Verschiebungswegen des Maschinen-

lichst im Interesse guter Funktionsfähigkeit gedämpft 5 elements eine Vorschubantriebs-Servoeinrichtung be-

werden müssen. Bei einer elektrisch betätigten Servo- nutzt, wie eine solche z. B. in der deutschen Auslege-

ventilanordnung z.B., die für den Antrieb hydrau- schrift 1097 528 gezeigt wird, eine von stellung-

lischer Kolben oder Motoren bestimmt ist, werden anzeigenden Übertragern abgehende Rückkopplungs-

die Resonanzeffekte durch Steuern der Verschiebung schleife verwendet, die ein Abweichungssignal für

des Ventilschiebers mittels eines elektrischen Ein- io den den Vorschub bewirkenden Servomotor erzeugt,

gangssignals und durch eine Belastungsreaktion Solche Übertrager sind bisher wirksam entweder an

mittels eines Servoventil aus der Einrichtung heraus- den Ausgang des Servomotors oder an ein Element

gedämpft. Bei einer anderen bekannten Servoeinrich· des Vorschubantriebes angeschlossen worden, das

tung finden elektrische Filter Anwendung, die die dynamisch vom Servomotor entfernt und in der

hoch- und niederfrequenten Positionsanzeigesignale 15 Nähe des einzustellenden Elements gelegen war, um

herausfiltern und die von den Filtern durchgelassenen dessen wirkliche Position genauer anzuzeigen. Wird

Signale miteinander vereinigen, um sie zum Betrieb der Rückkopplungsübertrager wirksam mit dein

der Servoeinrichtung zu benutzen. Servomotorausgang verbunden, so hat sich die

Bei einer weiteren, in der USA.-Patentschrift Genauigkeit, die mit der Servoeinrichtung erzielbar

2 867 759 beschriebenen Einrichtung zum Einstellen 20 ist, als durch die Genauigkeit des Vorschubantriebs

mechanischer Werkzeugmaschinenelemente ist die begrenzt ergeben, der sich summierende Ungenauig-

Einrichtung mit zwei Servomotoren, einem Grob- keiten und Änderungen infolge toten Ganges, Ab-

servomotor und einem Feinservomotor, versehen, weichungen im Zahnabstand des Zahnstangen-

von denen der letztere kurz vor Beendigung der antriebes, Steigungsfehlern der Antriebsschrauben-

durch den ersteren bewirkten Verschiebung in Tätig- 25 spindel, Abnutzung und anderen Unregelmäßigkeiten,

keit tritt und während dessen Betrieb allein Abwei- wie Abbiegungen in den Antriebsmaschinenteilen,

drangen kompensiert werden. Die Anordnung besitzt.

arbeitet mit optischen Mitteln (Photozellen), die in Wo der Rückkopplungsübertrager wirksam mit

einem Steuerkreis liegen, der durch mechanische dem zu verstellenden Maschinenelement gekuppelt

Mittel einen ausgewogenen Zustand zwischen zwei 30 ist, um eine genauere Anzeige der wirklichen Stellung

auf die Photozellen fallenden Lichtbündeln aufrecht- dieses Elements zu Rückkopplungszwecken zu erhal-

erhält. Die Einrichtung ist nicht gegen Lastresonanz- ten, führt die Dynamik des Vorschubantriebs die

Schwankungen gesichert, weil der Vorschubantrieb, vorerwähnten Lastschwankungseffekte ein, die sich

der die Lastresonanzeffekte einführt, in die Haupt- auf die Rückkopplungsschleife beschränken. Es hat

rückkopplungsschleife gelegt ist. 35 sich ergeben, daß derartige Effekte die Bandbreite

Außer dieser Einrichtung sind Anordnungen be- mechanischer Bewegungsfrequenzen einzuschränken

kannt, bei denen Antriebsabweichungen in einer suchen, die der Vorschubantrieb übertragen kann,

Proportionalitäts-Servosteueranlage unter Anwendung und dies wieder hat eine Instabilität der gesamten

einer Phasenvergleichung kompensiert werden, ferner Rückkopplungsschleife zur Folge.

Anordnungen, bei denen die Hauptrückkopplung 40 Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe

mehrfach mit den Korrektionsübertragern verbunden besteht darin, eine Servoeinrichtung zu schaffen, bei

ist. Bekannt ist ferner eine Proportionalitäts-Servo- der der Korrektionsservomotor nur eine begrenzte

einrichtung für ein Maschinenelement mit einem Korrekturwirkung ausübt, indem er auf begrenzte

Hauptservomotor und einem von diesem betriebenen Frequenzen anspricht; hierdurch soll die Einführung

Antrieb, der das Maschinenelement längs einer Achse 45 von Instabilitäten infolge der von ihm erzeugten

bewegt; bei dieser ist ein Hauptrückkopplungskreis Korrektionssignale vermieden werden. Es soll ferner

vorgesehen, der im wesentlichen innerhalb des ge- eine Servoeinrichtung geschaffen werden, bei der

samten Bewegungsbereiches des Maschinenelements über den ganzen Bewegungsbereich des einzustellen-

längs der genannten Achse wirksam ist und beim den Maschinenelements hin eine wirksame Kompen-

Auftreten eines Kommandosignals und der Bewegung 5° sation von Ungenauigkeiten im Vorschubantrieb

eines mit dem Servomotor eng verbundenen Antriebs- vorhanden ist, ohne daß Lastresonanzeffekte eine

elements ein Steuersignal zum Betreiben des Haupt- Instabilität verursachen. Trotz der restlichen Effekte

Servomotors zuführt; der Antrieb ist also aus dem dieser Art soll eine größere Genauigkeit beim Ein-

Rückkopplungskreis ausgeschlossen. Zum Kompen- stellen von Maschinenelementen als bisher erzielt

sieren von Ungenauigkeiten ist der genannte Antrieb 55 werden.

bei der Servosteueranlage mit einem Korrektions- Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß rückkopplungskreis versehen, der einen Übertrager der Korrektionsservomotor 72, der in Abhängigkeit aufweist, welcher sowohl mit dem Maschinenelement von den genannten Differenzsignalen betrieben wird, als auch mit dem Antriebselement getrieblich in Mittel aufweist, die dessen Ansprache auf die Diffe-Verbindung steht und im Korrektionsrückkopplungs- 60 renzsignale begrenzen, die mechanische Bewegungskreis ein Korrektionssignal erzeugt, das die Differenz frequenzen im wesentlichen unterhalb der genannten zweier Bewegungen der genannten Elemente darstellt. Grenzfrequenz darstellen, wobei das wirksame Eine Korrektion an dem dem Hauptservomotor zu- Arbeiten des Korrektionsrückkopplungskreises unter geführten Steuersignal für die auftretenden Bewe- Anpassung an das begrenzte Durchlaßband des gungsdifferenzen wird bei dieser Einrichtung durch 65 mechanischen Antriebs dadurch erzielt wird, daß der einen in Abhängigkeit von dem Korrektionssignal Korrektionsrückkopplungskreis auf die vom Antrieb betriebenen Korrektionsservomotor und eine Ein- übertragenen mechanischen Bewegungsfrequenzen richtung ausgeübt, die vom Korrektionsservomotor anspricht, die unterhalb der Grenzfrequenz und

7 8

oberhalb der Grenzfrequenz liegen, welche letzt- des einzustellenden Maschinenelements als Folge von

genannten Frequenzen bei einer Übertragung auf Ungenauigkeiten des auf den mechanischen Antrieb

den Hauptrückkopplungskreis zu einem unstabilen folgenden Teiles darstellen.

Arbeiten des Hauptservomotors 12 führen würden, In der Beschreibung und in der Figur sind zwei

wobei dieser in Abhängigkeit von Positionsabwei- 5 Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert,

chungssignalen betrieben wird, die mechanische Be- Es stellt dar

wegungsfrequenzen des Antriebselementes 39 dar- F i g. 1 eine Schemazeichnung einer Servosteuer-

stellen, die sowohl unterhalb als auch oberhalb der einrichtung mit Kompensation der Vorschubantriebs-

genannten Grenzfrequenz liegen, so daß die wirk- dynamik,

same Bandbreite des Hauptsteuerkreises über das io Fig. 2 eine Wiedergabe einer mustergültigen

Durchlaßband des mechanischen Antriebs 14 hinaus Werkzeugmaschine mit Induktosyn-Transformator-

erweitert wird, und wobei das Maschinenelement 10 skalen und Gleitgliedern, die an dem bewegbaren

ungeachtet der dynamischen Begrenzungen, Unge- Ständer und Bett und an dem am Ständer in Ver-

nauigkeiten und des begrenzten Durchlaßbandes des tikalrichtung bewegbaren Spindelkastensattel dazu

mechanischen Antriebs 14 in Übereinstimmung mit 15 dienen, die Position des Ständers bzw. Sattels genau

in dem breiteren Frequenzband liegenden Korn- darzustellen,

mandosignalen genau eingestellt wird. Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer abgeänderten

Der von der Erfindung gegenüber Bisherigem Ausführungsform der in Fig. 1 wiedergegebenen

erzielte Fortschritt liegt darin, daß durch die Be- Servosteuereinrichtung, wobei die Korrektions-Rück-

grenzung der Frequenzansprache des Korrektions- 20 kopplungsschleife einen Korrektions-Servomotor ein-

servomotors die Einführung einer Instabilität in die schließt, der einen Differentialauflöser dreht, welcher

Servosteuereinrichtung durch die Korrektionssignale mit dem Rückkopplungsauflöser zum Kompensieren

vermieden wird, die vom Korrektionsmotor erzeugt der Rückkopplungsschleife in bezug auf ihre dyna-

werden; diese Signale würden ohne die Ansprech- mischen Antriebseigenschaften in Kaskade geschaltet

begrenzung des Korrektionsservomotors oberhalb 25 ist, und

des Frequenzbandes der mechanischen Bewegung F i g. 4 ein Prinzipschaltbild eines Filters und eine liegen, in dem der Antrieb ohne Abweichungen in Frequenzansprechkurve eines solchen Filters.
Amplitude und Phase arbeiten kann. Als Folge von Kurz gesagt, schließt die Servosteuereinrichtung Ungenauigkeiten im Vorschubantrieb auftretende den Servomotor 12 ein, der über einen Vorschub-Abweichungen werden also beseitigt, ohne Signale 30 antrieb 14 den bewegbaren Ständer einstellt,
einzuführen, die zu einer Instabilität der Einrichtung Die F i g. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung auf führen könnten. ein numerisch gesteuertes Pfadsystem einer Werk-Ferner wird durch diese Begrenzung die wirksame zeugmaschinensteuerung. Im vorliegenden Falle lie-Bandbreite des Steuerkreises des Hauptservomotors fert die in der Fig. 1 im oberen Teil als Rechteck über das Durchlaßband des mechanischen Antriebes 35 dargestellte numerische Steuereinrichtung der Servohinaus ausgedehnt. Da der Ausgang des Hauptservo- steuereinrichtung, die im unteren Teil der F i g. 1 darmotors mit dem Hauptrückkopplungsübertrager in gestellt ist, Kommando- und Bezugssignale zum EinVerbindung steht, befindet sich der Vorschubantrieb stellen eines bewegbaren Elements, z. B. eines bewegnicht, wie bei der in der USA.-Patentschrif t 2 867 759 baren Ständers 10 der in F i g. 2 dargestellten Werkbeschriebenen Einrichtung, in der Hauptrückkopp- 40 zeugmaschine, längs der A-Achse. Der Ständer 10 lungsschleife, so daß keine Lastresonanzeffekte eine wird in der Fig. 1 durch das mit »Lastmasse« beInstabilität verursachen können. zeichnete Rechteck dargestellt. Obwohl in der F i g. 1 Die Servosteuereinrichtung vereinigt mithin die nur ein Steuerkanal für eine Λ-Achse dargestellt ist, Vorteile größerer Genauigkeit in der Einstellung können doch ähnliche Steuerkanäle für ein oder mehder Maschinenteile durch Lieferung einer Über- 45 rere Maschinenelemente längs einer oder mehrerer trageranzeige, die die Stellung des Maschinenteils weiterer Steuerachsen B bis E vorgesehen werden, genau wiedergibt, mit den Vorzügen eines schnell Die numerische Steuereinrichtung kann daher ein ansprechenden, genau arbeitenden Servoantriebs Magnetband mit Aufzeichnungen einschließen, das niedriger Federungseigenschaften, die durch Liefe- mit Hilfe von Magnetköpfen umgespielt wird, die die rung einer Ubertrageranzeige erzielbar sind, welche 50 zuvor auf dem Band aufgezeichneten Bezugs- und schnell und genau die Stellung des Servomotors Kommandosignale wiedergeben. Es wird jedoch stillwiedergibt. Die Ausdehnung der Bandbreite der schweigend vorausgesetzt, daß die Einzelheiten der mechanischen Bewegungen, die der Servomotor numerischen Steuereinrichtung keinen Teil der vorungeachtet von Lastresonanzeffekten in stabiler liegenden Erfindung bilden und daß die vorliegende Weise übertragen kann, wird, wie im weiteren Ver- 55 Einrichtung auch bei abweichenden Arten von Steuerlauf der Beschreibung noch erläutert werden soll, einrichtungen Anwendung finden kann, wie aus der durch einen Überschalteffekt bewirkt. nachstehenden Beschreibung noch hervorgehen soll. In vorteilhafter Weiterentwicklung der Erfindung Ein Hauptrückkopplungsübertrager 16, der in der wird als mechanisches Antriebselement eine Welle Beschreibung als Drehauflöser oder Synchronmotor gewählt, von der ein elektrischer Drehauflöser ange- 60 figuriert, erzeugt ein Signal, das die Position des trieben wird, der Signale erzeugt, die die Dreh- Ständers 10 darstellt. Es wird über eine Hauptrückstellungen dieser Welle darstellen, und als zweiter kopplungschleife zu einer Einrichtung 18 geleitet, in Übertrager ein elektrischer Linearauflöser gewählt, der die Phase des Rückkopplungs- mit der des Komder mit dem einzustellenden Maschinenelement mandosignals verglichen und ein Abweichungssignal mechanisch verbunden ist und die genannten Signale 65 zum Betreiben eines Servomotors 12 erzeugt wird, aus dem elektrischen Drehauflöser empfängt, und Bei der Einrichtung wird die Phasenangleichung ander Differenzsignale erzeugt, die die Differenzen gewandt, d. h, besteht zwischen dem Kommandozwischen den Stellungen der genannten Welle und und dem Rückkopplungssignal keine Phasendifferenz

9 10

mehr, so kommt der Servomotor 12 und damit der je 2,5 mm Verschiebung eine volle Umdrehung aus-Ständer an der Kommandostelle zum Stillstand. Bei führen. Das Signal des Hauptrückkopplungsauflöder durch Verfolgung eines Pfades gekennzeichneten sers stellt auch die Position des Ständers 10 mit UnRegelung zeichnet der bewegbare Ständer 10 das genauigkeiten der Stellungsregelung irgendwelcher Kommandosignal nach. 5 Art im Vorschubantrieb (ungeachtet der Korrek-

Wie aus den Beschriftungen in der F i g. 1 zu er- tionstätigkeit des Servomotors) dar. Das im Läufer sehen ist, führt die numerische Steuereinrichtung den 26 des Hauptrückkopplungsauflösers induzierte Si-Wellenformer- und Phasenaufspaltkreisen ein Bezugs- gnal wird einem Phasendiskriminator 18 zugeleitet, signal in Form einer Rechteckwelle zu. Der Wellen- der an seinem anderen Eingang ein Kommandosiformerkreisteil wandelt die Rechteckwelle in eine mit io gnal in Form einer phasenmodulierten Rechtecksder Rechteckwelle synchronisierte Sinuswelle hoher welle empfängt. Die aus der numerischen Steuerein-Reinheit um. Der Phasenaufspaltkreis »zerlegt« die richtung in Form phasenmodulierter Rechteckswel-Sinuswelle hoher Reinheit in zwei Sinuswellenaus- len empfangenen Kommandosignale stellen durch gänge gleicher Amplitude, die um 90° gegeneinander ihre Phasenverschiebung in bezug auf die rechteckige phasenverschoben, jedoch immer noch mit der ur- 15 Bezugswelle die gewünschte Position des Ständers sprünglichen rechteckigen Bezugswelle synchronisiert . 10 der Werkzeugmaschine längs der ,4-Achse dar.
sind. Die beiden Sinuswellenausgänge werden über Der Phasendiskriminator 18 empfängt daher zwei die Leiter 20 a bis 20 d zu den beiden Eingangswick- miteinander abwechselnde Eingangssignale und erlungen 24 a, 24 b eines Hauptrückkopplungsauflösers zeugt auf an sich wohlbekannte Weise an seiner 16 geleitet. Im Innern des Auflösers 16 werden die 20 Ausgangsleitung 42 ein Gleichstromabweichungssibeiden von den Wicklungen 24a, 24b erzeugten ma- gnal, dessen Größe proportional der Phasendifferenz gnetischen Wechselfelder räumlich senkrecht zuein- zwischen den beiden Eingangssignalen ist und dessen ander kombiniert, wodurch ein stetig umlaufendes Polarität der Richtung des Phasenunterschiedes entMagnetfeld konstanter Größe erzeugt wird, das mit spricht. Stimmen die Phasen der beiden Eingangssider ursprünglichen rechteckigen Bezugswelle syn- 25 gnale genau miteinander überein, so tritt auf der chron läuft. Ausgangsleitung keine Abweichungsspannung auf.

Wie in der Fig. 3 oben rechts durch die Wörter Die auf der Ausgangsleitung42 auftretende Ab- »Zu den Achsen B bis E« angedeutet, werden diese weichungsspannung wird über einen geeigneten Verbeiden Sinuswellenausgangssignale über die Leiter stärker 44 dem umsteuerbaren Servomotor 12 zur 22 a bis 22 a" zu den Steuerkanälen für die verschie- 30 Einstellung des Ständers 10 zugeführt. Nach der Dardenen Steuerachsen geleitet, von denen nur der stellung treibt der Servomotor 12 über den eine Zahn-Steuerkanal für die Λ-Achse dargestellt ist. Wie hier stange und ein Zahnrad 46 einschließenden Vorgezeigt, werden die beiden Sinuswellenausgangsignale schubantrieb 14 den Ständer vor- und rückwärts auf die beiden Ständerwicklungen 24 a, 24 b des längs einer hier als/4-Achse der Werkzeugmaschine Rückkopplungsauflösers 16 übertragen. Diese Auf- 35 bezeichneten geraden Linie an. Nach der hier gelöse- oder Synchronvorrichtung, zuweilen als »Auf- gebenen Darstellung ist der Servomotor 12 ein rasch löser-Steuertransformator« bezeichnet, weist eine ansprechender Gleichstrommotor veränderlicher Läuferwicklung 26 auf, in der in bezug auf die an die Drehzahl, der entsprechend der Polarität des auf der Ständerwicklungen 24 α, 24 b angelegte Erregerspan- Eingangsleitung auftretenden Abweichungssignals im nung eine einphasige Wechselspannung einer Phase 40 einen oder anderen Sinne rotiert und der mit einer induziert wird, die von der Winkelstellung des Lau- der Größe dieses Signals proportionalen Drehzahl fers 26 abhängt. Führt der Läufer eine vollständige läuft. Somit wird, wenn sich die Phase des für die Umdrehung aus, so wird sich die Phase der in der ^-AchsedemDiskriminatorlSgeliefertenKommando-Wicklung 26 induzierten Wechselspannung gleich- signals allmählich gegen die Phase des von der nuförmig und entsprechend über einen Winkel von ins- 45 merischen Steuereinrichtung gelieferten Bezugssignals gesamt 360° verschieben. verschiebt, der Phasendiskriminator 18 eine Abwei-

Wie in der Fig. 1 schematisch dargestellt, wird chungsspannung erzeugen, die den Servomotor 12 in

der Läufer 26 des Auflösers hier mechanisch durch geeigneter Weise erregt, den Ständer 10 und den mit

Mittel angeschlossen, die hier als Differentialgetriebe ihm verbundenen Korrektionsrückkopplungsauflöser

28 und Vorschubantrieb 14 wiedergegeben sind, der 50 16 die Bewegungen ausführen zu lassen, die vorher

zu drehen ist, wenn sich das gesteuerte Maschinen- durch numerische Information dargestellt wurden,

element, in diesem Falle der Ständer 10, bewegt. welche auf ein Magnetband der numerischen Steuer-

Das Differentialgetriebe 28 ist so angeordnet, daß, einrichtung oder irgendein anderes Speichermittel

wenn eine Eingangswelle 32 sich nicht dreht, die auf- für Aufzeichnungen aufgegeben wurden. Tritt ein

einander ausgerichteten Differentialzahnräder 34, 36 55 Abweichungssignal auf und bewegt der Servomotor

so zusammenwirken, daß eine Welle 39 und der den Ständer, so wird der Läufer 26 des Auflösers

Läufer 26 des Rückkopplungsauflösers sich genau entsprechend gedreht werden und das Abweichungs-

um den halben Betrag drehen, um den sich die Ser- signal der Null gleich werden lassen. Auf diese

vomotorwelle 38 dreht, um den Ständer 10 durch Weise wird ein Nachlauf oder eine Servosteuerung

den Vorschubantrieb 14 zu verschieben. Mithin 60 der Position des Ständers 10 einer Werkzeugmaschine

stellt die Phase des in der Läuferwicklung 26 des nach der Phase des A-Achsen-Kommandosignals

Hauptrückkopplungsauflösers induzierten Signals durchgeführt. Der Ständer bewegt sich in denjenigen

durch den Faktor Va genau die Winkellage der Ser- Richtungen, die für jede Bewegungszunahme pro-

vomotorwelle 38 am Eingang zum Vorschubantrieb grammiert worden sind, über Strecken, die in diesen

dar, obwohl sich selbstverständlich infolge der An- 65 jeweiligen Bewegungszunahmen programmiert wor-

ordnung des Getriebes die Phase des Signals bei den sind, und im Laufe von Zeiten, die programmiert

einem bestimmten Ausmaß der Ständerverschiebung worden sind, wobei sich der Ständer auch mit einer

um 360° ändern wird; z. B. wird der Läufer 26 bei Geschwindigkeit bewegt, die von der Kombination

11 12

programmierter Strecke und programmierter Zeit ab- sentlichen eine amplitudenmodulierte, phasenum-

hängt. kehrbare Sinuswelle ist, deren Amplitude und Phase

Selbstverständlich sind noch weitere Steuerkanäle die Größe bzw. die Richtung der Abweichung des

gleich dem in der Zeichnung wiedergegebenen A- tatsächlichen Standortes des Ständers 10, wie dies

Achsenkanal auch für alle anderen bewegbaren 5 vom Übertrager 50 ertastet wird, von der Stellung des

Werkzeugmaschinenelemente vorgesehen, z. B. ein in Ständers 10 nach den Abtastungen der Auflöser 51

Senkrechtrichtung bewegbarer Sattel, der längs der und 16 darstellt.

jB-Achse bewegbar ist, und andere längs der C-, D- Wie aus der F i g. 1 zu ersehen ist, besteht das eine,

und Zi-Achse der Werkzeugmaschine bewegbare 52, der gegeneinander bewegbaren Glieder des line-

Elemente (Fig. 2). Auf diese Weise sind die Be- 10 aren Meßauflösers oder Übertragers50, die zum ge-

wegungen längs verschiedener Achsen in richtiger nauen Messen der Position des bewegbaren Ständers

Weise miteinander koordiniert, und dadurch, daß in bezug auf die Führungen des Bettes benutzt wird,

jede Bewegungskomponente klein gemacht und syn- aus einem Gleitglied, das an der Unterseite des Stän-

chronisiert wird, kann auch ein kompliziertes Werk- ders befestigt ist und längs des Bettes in bezug auf

stück genau maschinell hergestellt werden. 15 das andere Glied 54 des Übertragers in Längsrich-

Um ein bewegbares Maschinenelement, z. B. den tung bewegbar ist. Das andere Übertrager-Element längs der A -Achse bewegbaren Ständer mit Hilfe des 54 besteht im vorliegenden Falle aus der Skala, die in F i g. 1 abgebildeten yi-Achsensteuerkanals genau derart an der Seite der Basis 55 befestigt ist, daß einstellen zu können, müssen die Ungenauigkeiten zwischen dem Gleitglied und der Skala ein im wesentim Vorschubantrieb unbedingt so weit wie möglich 20 liehen konstanter Abstand aufrechterhalten wird, verringert werden. Selbst nachdem man den Antrieb wenn sich das Gleitglied bei der Bewegung des Ständurch Verringerung des toten Ganges und von Ab- ders in bezug auf die Skala bewegt. Das Gleitglied biegungen durch Befolgung der fortschrittlichsten 52 weist zwei Wicklungen 52 α, 52 ft auf, die den Bearbeitungs- und Servosteuerungsverfahren so steif Ständer des Übertragers 50 darstellen und um 90° wie möglich gemacht hat, hat es sich doch ergeben, 25 gegeneinander verdreht sind, wobei 360°=2,5 mm daß es veränderliche Faktoren gibt, die erhebliche linearer Trennung an der Ständerskala gemessen Ungenauigkeiten in die Einstellung hineinbringen sind; Wicklungen werden im vorliegenden Falle von können, wenn man die eben beschriebene Servo- den Ständerwicklungen 56 α, 56 & des Korrektionssteuereinrichtung benutzt. Solche veränderliche Fak- auflösers 51 her erregt. Für die Erregung des Gleittoren sind z. B. Abweichungen der Ganghöhe an 30 gliedes 52 ist ein besonderer Korrektionsauflöser 51 Zahnstangenzähnen und Abweichungen im toten angegeben, obwohl, wie später noch in Verbindung Gang von Zahnstange und Zahnrad infolge von Ein- mit der F i g. 3 beschrieben werden wird, bei Vorschränkungen in den Herstellungsverfahren derarti- nähme geeigneter Abänderungen Signale aus dem ger Getriebe oder infolge von Abnutzungserschei- Hauptrückkopplungsauflöser 16 zum Erregen des nungen oder lokalen Temperaturänderungen, Ab- 35 Übertragers 50 hätten benutzt werden können, da die biegungen an den Vorschubantriebsgliedern bei ver- Läufer beider Rückkopplungsauflöser (16, 51) nach schiedenen Schneidstahldrücken und infolge der der Darstellung durch den Wellenabschnitt 39 a direkt ziemlich großen Kräfte, die bei der Bewegung einer miteinander verbunden sind. Die Verwendung eines schweren Masse, wie des Ständers 10, entwickelt gesonderten Auflösers 51 für die Korrektionsrückwerden müssen. Veränderliche Faktoren derselben 40 kopplungsschleife bietet eine Anzahl von Vorteilen, allgemeinen Art ergeben sich auch in Fällen, wo z. B. kann die Korrektionsschleife jeder Hauptservofür den Vorschub an Stelle von Zahnstange und steuerung einer Bahn- oder Nachlaufsteueranlage Zahnrad eine Zugspindel und eine Mutter verwendet hinzugefügt werden, ohne die Bestandteile der Hauptwerden, servorückkopplungsschleife neu ausbilden oder ab-

Es sind Einrichtungen vorgesehen, die solche Un- 45 ändern zu müssen.

genauigkeiten beim Vorschubantrieb in der Haupt- Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung rückkopplungsschleife der Servosteuerung kompen- ist daher der Ausgang der Übertragerskala 54 ein sieren. Zu diesem Zweck ist eine Korrektionsrück- Maßstab für die Differenz zwischen der Bewegung kopplungsschleife vorgesehen, die von einem Linear- des Auflösers 51 und der des Übertragers 50. Jedesauflöser50 abgeht, welcher vom Hauptrückkopp- 50 mal, wenn eine solche »Differenz« auftritt, stellt sie lungs-Drehauflöser 16 dynamisch entfernt und so Ungenauigkeiten dar, die eine Folge des toten Gannahe wie möglich an dem einzustellenden Ständer 10 ges, von Abbiegungen usw. im Vorschubantrieb 14 angeordnet ist. Im vorliegenden Falle ist bei der be- sind. Dementsprechend wird diese vom Ausgang der vorzugten Ausführungsform der Erfindung zu Korn- Übertragerskala 54 dargestellte »Differenz« über die pensationszwecken eine Messung der Abweichungen 55 Korrektionsrückkopplungsschleife zurückgeleitet, um im Vorschubantrieb vorgesehen, wobei ein Linear- die Hauptrückkopplungsschleife zu kompensieren, auflöser in Form eines herkömmlichen Positionsmeß- Zwecks Erregung des Übertragers 50 wird der Läufer transformators benutzt wird, der vom Ausgang eines 55 des Korrektionsauflösers 51 mit einer sinusförmi-Korrektionsrückkopplungsübertragers, der im vor- gen Spannung erregt, die nach der Darstellung von liegenden Falle durch einen Drehauflöser 51 reprä- 60 einem gesonderten Einphasenoszillator 68 abgeleitet sentiert wird, seinen Erregerstrom erhält. Ein solcher wird, um die Vorzüge einer Trennung zwischen der bei der ^4-Achsensteuerung zur Anwendung korn- Korrektionsschleife und der Hauptrückkopplungsmender Transformator kann zwei induktiv zueinan- schleife beibehalten zu können. Dreht sich der Läufer ■der in Beziehung stehende, gegeneinander bewegbare 55 des Korrektionsauflösers 51, wenn der Ständer Glieder 52, 54 aufweisen, von denen das eine Glied 65 vom Servomotor 12 bewegt wird, so werden in den 52 am Ständer und das andere Glied 54 an einer Wicklungen 56 a, 56 & des Korrektionsauflösers 51 ortsfesten Basis 55 mit einem Ständer befestigt ist, um 90° gegeneinander phasenverschobene Spannunwobei ein Ausgangssignal erzeugt wird, das im we- gen induziert, die die Drehlage des Läufers 55 dar-

13 14

stellen und zu dem linearen Auflöser oder Übertrager der Erfindung enthält die Bahneinrichtung einen 50 geleitet werden, der sich an der Säule der Werk- Hauptdrehrückkopplungsauflöser 80, der direkt vom zeugmaschine befindet. Im vorliegenden Falle stellt Ausgang des Hauptservoantriebsmotors 12 aus beder Läufer 55, wenn im Augenblick eine vom Haupt- trieben wird. Da keine Korrektur des Winkels der korrektionsservomotor 72 eingeführte Korrektur 5 Welle39 in der Fig. 3 in bezug auf Positionsabaußer acht gelassen wird, die Winkelstellung des weichungen im Vorschubantrieb 14 vorgesehen ist, Servomotors 12 und des Getriebes am Antriebsende stellt der Winkel des Läufers 84 eines Hauptrückdes Vorschubantriebs 14 dar, der mit dem beweg- kopplungsauflösers 80 keine genaue Anzeige der baren Element der Werkzeugmaschine, in diesem Position des Ständers 10 dar. Um solche Positions-Falle der Säule 10, verbunden ist. Es wird darauf 10 abweichungen zu kompensieren, wird in den elektrihingewiesen, daß das Gleitglied 52 des Übertragers sehen Eingang zum Hauptrückkopplungsauflöser 80 50 genau die Einstellung der Säule der Werkzeugma- zwischen dem Einphasenwellenformer 93 des Beschine darstellt. Wird das Gleitglied 52 des Über- zugskanals und den Ständerwicklungen 82 a, 82 b tragers 50 in dieser Weise erregt, so sendet die Skala des Auflösers 80 ein Korrektionsauflöser 92 einge-54 des Übertragers 50 ein Signal aus, das die Stel- 15 schaltet. Dieser Korrektionsauflöser 92 bewirkt in lungsdifferenz zwischen dem Läufer 55 des Korrek- noch zu beschreibender Weise eine Änderung des tionsauflösers und dem linearen Ubertragergleitglied elektrischen Einganges zum Hauptrückkopplungsauf-52 wiedergibt, eine Differenz, die den Ungenauig- löser 80, so zwar, daß die von seinen Läuferwickkeiten im Vorschubantrieb zuzuschreiben ist. Dieses hingen 84 a, 84 ö gelieferten Ausgangssignale solche auf dem Ausgangsleiter 62 der linearen Übertrager- 20 Sinus- und Kosinusspannungen sind, die zusammenskala 54 auftretende Differenzsignal wird über einen genommen genau die Position des Ständers 10 der Verstärker 64 zu einem Diskriminator 66 geleitet. Werkzeugmaschine darstellen, ungeachtet des Um-Dem anderen Eingang dieses Diskriminators 66 wird Standes, daß der Wellenwinkeleingang zum Läufer ein Signal aus dem Einphasenoszillator 68 zugeführt, 84 des Hauptrückkopplungsauflösers die Position das dieselbe Phase aufweist wie das der Wicklung 55 25 des Ständers 10 nicht genau wiedergibt,
des Läufers des Korrektionsauflösers zugeführte Si- Bevor die Arbeitsweise der in der Fig. 3 dargegnal. Der Diskriminator 66 der Korrektionsrückkopp- stellten Ausführungsform der Erfindung ausführlicher lungsschleife erzeugt daher in an sich bekannter beschrieben wird, sollen die nachstehenden Defini-Weise ein Gleichstromausgangssignal, das wieder zu tionen der Eingänge zu und der Ausgänge von den einem Verstärker 70 einer Korrektionsrückkopp- 30 verschiedenen Auflösern gegeben werden,
lungsschleife und einem Korrektionsservomotor 72 Das von der numerischen Steuereinrichtung ergeleitet wird, der je nach der Richtung des Signals in zeugte Bezugssignal wird als Rechteckwellenspannung der einen oder anderen Drehrichtung angetrieben angenommen, die einem Einphasenwellenformer 93 wird, wobei er die Stellung des Läufers 55 des Kor- und den Steuereinrichtungen für die Achsen B bis E rektionsauflösers zu berichtigen und auf die tatsäch- 35 je nach Erfordernis zugeführt wird. Der Einliche Stellung des Ständers auszurichten sucht, die phasenwellenformer 93 formt die rechteckige Bezugsdurch das Gleitglied 52 dargestellt wird. Zu diesem welle zu einer einzigen sinusförmigen Spannungswelle Zweck ist der Korrektionsservomotor 72 mit dem hoher Reinheit um, die mit der rechteckigen Bezugs-Differentialgetriebe 28 zwischen dem Hauptservo- welle synchronisiert ist. Die rein sinusförmige Spanmotor^ und den Wellen 39, 39 a verbunden, die 40 nungsqueile wird zur Läuferwicklung 90 des Korrekden Hauptrückkopplungsauflöser 16 mit dem Kor- tionsauflösers 92 und den Achsen B bis E je nach rektionsrückkopplungsauflöser 51 verbinden, so daß Erfordernis geleitet.

der Korrektionsservomotor den Welleneingang zu Wie an sich bekannt, werden bei der Kaskadendem Haupt- und dem Korrektionsauflöser korrigiert. schaltung von herkömmlichen zweipoligen Auflösern Der Korrektionsservomotor 72 wird in einer Dreh- 45 mit ortsfestem Stator (wie in der F i g. 3 durch die richtung betrieben, die das Differenzsignal aus der Kaskadenschaltung des Korrektionsauflösers 92 mit Übertragerskala 54 auf den Wert-Null zu verringern dem Hauptrückkopplungsauflöser 80 und seinem sucht. Während der Korrektionsservomotor 72 über Handeinstellungsauf löser 110 dargestellt) von den beidie Welle 32 und das Differentialgetriebe 34, 36, 74 den Ausgangswicklungen des letzten Auflösers in der den Welleneingang zum Korrektionsauflöser 51 ein- 50 Kaskade Ausgangsspannungen erzeugt, die Sinus- und stellt, stellt er ferner auch den Welleneingang des Kosinusspannungen sind, welche zusammengenom-Hauptrückkopplungsauflösers 16 ein, da die Läufer men mit hohem Genauigkeitsgrad die algebraische 26 und 55 beider Auflöser 16 und 55 miteinander Summe der Läuferwinkel der verschiedenen Auflöser verbunden sind. Auf diese Weise wird der Läufer 26 darstellen, die zwischen die einphasige Spannungsdes Hauptrückkopplungsauflösers in eine Stellung 55 quelle und die betreffenden Ausgänge in Kaskade gegedreht, die genau die tatsächliche Lage des Ständers schaltet sind. Aus der Fig. 3 ist zu ersehen, daß bei 10 darstellt, weshalb die Rückkopplung zum Bahn- dieser Anlage ein dritter, als Handeinstellungsaufsteuersystem, d. h. die Hauptrückkopplungsschleife, löser 110 dargestellter Auflöser mit dem Korrektionsdem Diskriminator 18 der Bahnsteuerung ein Signal auflöser 92 und dem Hauptrückkopplungsauflöser 80 zuführt, das die Ungenauigkeiten des Vorschuban- 60 in Kaskade geschaltet ist. In welcher Weise dieser triebs berücksichtigt. Der Ständer 10 der Werkzeug- Handeinstellungsauflöser verwendet wird, um von maschine wird genau so bewegt, wie dies vom Korn- Hand die Position des Ständers 10 einzustellen, soll mandosignal bestimmt wird. später noch ausführlich beschrieben werden. Es wird Ein Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, darauf hingewiesen, daß jeder der Auflöser 92, 80 daß sie bei Bahnsteueranlagen angewendet werden 65 und 110 zwei Ausgangswicklungen für gesonderte kann, bei denen die herkömmlichen auflöserartigen Sinus- und Kosinus-Ausgänge aufweist.
Übertrager verwendet werden. Bei der in der Fig. 3 Bei dieser Kaskadenschaltung der Auflöser köndargestellten, gleichfalls möglichen Ausführungsform nen die Läuferwicklungen die bevorzugten Eingangs-

15 16

wicklungen für die eine Art Auflöser und die Stan- Weiterhin ist nach der Erfindung bei der in der

derwicklungen die bevorzugten Eingangswicklungen F i g. 3 dargestellten Ausführungsform für Kompen-

für eine weitere Art Auflöser sein. Die Grundfunktion sationszwecke eine Korrektionsrückkopplungsschleife

des Auflösers wird nicht geändert, weshalb es in vorgesehen. Wie bei der Hauptausführungsform nach

F i g. 3 nicht für erforderlich gehalten worden ist, den 5 der F i g. 1 schließt die Korrektionsrückkopplungs-

Eingang z. B. zu den Läuferwicklungen folgerichtig schleife einen linearen Transformator oder Über-

zu bezeichnen. trager 50 ein, der von einem die Ständerstellung an-

Wie weiterhin an sich bekannt, kann der Sinn, in zeigenden Auflöser 80 über Kopplungstransformadem eine gegebene Zunahme des Läuferwinkels alge- torenSla, SIb gespeist wird. Es wird nunmehr gebraisch addiert wird, dadurch umgekehrt werden, io zeigt, daß die in der F i g. 3 dargestellte Vereinigung daß die mit den Läufer- und Ständerwicklungen ver- von Kupplungstransformatoren 51 a, 51 b mit einem bundenen Drähte in zweckmäßiger Weise umgepolt Übertrager 50 und einem Verstärker 64 in der Auswerden, wirkung ein Auflösersteuertransformator ganz gleich

Schließlich kann die Wirkung der Auflöser in der dem Auflöser 102 ist, so daß für diese Kombination

Kaskadenschaltung am besten beschrieben und ver- 15 eine der Definition (4) analoge Definition aufgestellt

standen werden, wenn willkürlich angenommen wird, werden kann.

daß die Summe der Läuferwinkel 0° betrage, wenn Der Übertrager 50, der durch ein die Eingangs-

die Sinus- und Kosinus-Ausgangsspannungen aus dem wicklungen 52a, 52 b tragendes Gleitglied 52 und eine

betreffenden Auflöser elektrisch den Wert 0° dar- die Ausgangswicklungen 54 a tragende Skala 54 gebil-

stellen. Die nachstehenden Definitionen basieren auf 20 det wird, gleicht in seiner Grundarbeitsweise sehr dem

der obenstehenden willkürlichen Annahme von 0° Ableseauflöser 102, indem er bei linearen mechani-

und den anderen sich darauf beziehenden Einsichten. sehen Eingängen im wesentlichen in derselben Weise

Die Anwendung der obenstehenden an sich be- wie der Drehauflöser 102 mit umlaufenden mechani-

kannten Prinzipien führt zu den nachstehenden De- sehen Eingängen arbeitet. Eine lineare Bewegung des

finitionen in bezug auf die Fig. 3: 25 Gleitgliedes 52 gegenüber der ortsfesten Skala54 im

1. Die Ausgangsspannungen aus den Läuferwick- Ausmaß von 2,5 mm bewirkt somit eine vollständige hingen 94 a, 94 b des Korrektionsauflösers 92 Änderungsfolge des von der Skalenwicklung 54 α aussind Sinus- und Kosinusspannungen, die den gesandten Ausgangssignals. In analoger Weise bealgebraischen Winkel des Läufers 90 des Korrek- ^{wirkt eine} Drehbewegung des Ableseauflöserläufers tionsauflösers darstellen 3o 104 gegen den ortsfesten Ständer im Ausmaß von

2. Die Ausgangsspannungen aus den Läuferwick- ?60° eine vollständige Änderungsfolge des von der hingen 84a, 846 des Hauptrückkopplungsauf- Lauferwicklung 104 ausgehenden Signals. Nimmt man lösers 80 sind Sinus und Kosinusspannungen, die ί"¹'^{d in beide}» ^Ffj ^{der Kreis}jf^{f d}^^{r A}™Z™&- die algebraische Summe der Winkel des Korrek- änderung vom Zustand des grundlegenden Nulkustionsauf löserläufers 90 und des Rückkopplungs- ³⁵ S^ges an beginnt so steigt das Ausgangssignal in auflöserläufers 84 darstellen. ^semer Spannung bis zu einer maximalen Wechsel-

„ ^. . spannung eines gewissen Phasensinns gegenüber dem

3. Die Ausgangspannungen der Wicklungen IHa₃ Bezugssignal an, wenn der Viertelkreispunkt erreicht lllö des Handeinstellungsauf lösers 110 sind ist, der für den Übertrager 50 ein Viertel von 2,5 mm Sinus- und Kosmusspannungen, die die alge- ₄₀ beträgt, _was f_ür den Ableseauflöser 102 ein Viertel braische Summe der Winkel der Läufer 90, 84 _von 3^0 _ent_Spricht

und 113 der drei Auflöser 92, 80 und HO in der _{Setzt sich die} Änderungsfolge auf Grund eines Kaskadenschaltung darstellen. angenommenen weiteren mechanischen Eingangs fort, Ein weiteres, an sich bekanntes Prinzip betrifft so fällt das Ausgangssignal ab und erreicht einen weidie Schaltung des herkömmlichen zweipoligen Auf- 45 teren Nullwert, der als falscher oder unstabiler Nulllösers mit ortsfestem Ständer als Meßwandler, wie wert an dem Punkt, wo der halbe Weg zurückgelegt des Ableseauflösers 102 einer mustergültigen Ablese- ist, bekannt ist und für den Übertrager 50 die Hälfte einrichtung zum Anzeigen der Position des Ständers von 2,5 mm beträgt, ein Wert, der der Hälfte von 10 der Werkzeugmaschine. Bei dieser Art Schaltun- 360° für den Ableseauflöser 102 entspricht,
gen ist der Ausgang des Auflöserläufers (unter Ver- 50 Setzt sich die Änderungsfolge infolge eines angenachlässigung kleiner Abweichungen im Auflöser nommenen weiteren mechanischen Einganges noch selbst) ein grundlegender Nullausgang, wenn der weiter fort, so steigt das Ausgangssignal in seiner Winkel des Läufers dem von der Sinus- und der Ko- Spannung wieder bis zu einer höchsten Wechselspansinus-Eingangsspannung dargestellten Winkel gleicht. nung an, jedoch mit entgegengesetztem Phasensinn, (Hierbei wird angenommen, daß zuvor ein richtiger 55 wenn drei Viertel des Umlaufs vollendet sind, was Sinn des Läuferwinkels durch geeignete Verbindun- für den Übertrager 50 drei Viertel von 2,5 mm ausgen der Drähte mit den Ständerwicklungen 100 a, macht, ein Wert, der für den Ableseauflöser 102 drei 100 b hergestellt und die willkürliche Festsetzung Viertel von 360° entspricht.

von 0° gleichfalls getroffen wurde.) Die Anwendung Wird schließlich die Änderungsfolge durch einen

dieses Prinzips führt zu einer weiteren Definition: 60 angenommenen schließlichen mechanischen Eingang abgeschlossen, so sinkt das Ausgangssignal

4. Der Ausgang der Läuferwicklung 104 dieses Ab- wieder auf den Grundnullwert ab. Dieser Zustand leseauflösers 102 ist grundlegend gleich Null, wird für den Übertrager 50 nach Zurücklegung einer wenn der tatsächliche Winkel des Läufers dem Strecke von 2,5 mm und für den Ableseauflöser 102 äquivalenten Winkel gleich ist, der durch die 65 nach einer Drehung des Läufers um 360° erreicht. Sinus- und die Kosinus-Eingangsspannung dar- Nach Beschreibung der grundsätzlichen Gleichgestellt wird, die den Ständerwicklungen 100 a, heit der Arbeitsweise des Drehableseauf lösers 102 100 b zugeführt werden. und des linearen Übertragers 50 sollen nunmehr die

17 18

Funktionen der Kopplungstransformatoren 51 a, 51 b lungsschleifendiskriminator 66 im wesentlichen das-

auf der Eingangsseite des Übertragers und des züge- selbe ist wie der Ablesediskriminator 105.

hörigen Verstärkers 64 auf der Ausgangsseite des Hieraus ist zu ersehen, daß die Kombination der

Übertragers behandelt werden. Kopplungstransformatoren 51a, 51 & mit einem

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß auf Grund 5 Übertrager 50 und dessen Gleitglied 52 und der von Herstellungsschwierigkeiten die Impedanzen der Skala 54 sowie mit einem Verstärker 64 sehr einem Wicklungen 52 a, 52 b des Ubertragergleitgliedes herkömmlichen Drehauflöser gleicht, der vom Standnicht den erforderlichen hohen Grad erreichen. Fer- punkt der elektrischen Eingangs- und Ausgangssiner weisen diese Impedanzen einen sehr niedrigen gnale aus als Auflösermeßwandler geschaltet ist, Wert gegenüber dem Ausgangsimpedanzwert des io z. B. wie der Ableseauflöser 102. Der wesentliche Rückkopplungsauflösers 80 auf, so daß, wenn die Unterschied besteht darin, daß der mechanische EinWicklungen 52 a, 52 b des Gleitgliedes direkt mit den gang bei dem Übertrager 50 eine lineare Bewegung Ausgangswicklungen 84 a, 84 b verbunden werden ist, während der mechanische Eingang beim Abmüßten, die von diesen Ausgangswicklungen 84 a, leseauflöser 102 eine Drehbewegung darstellt. Es 84 & ausgehenden Ausgangsspannungssignale fast 15 wurde ferner gezeigt, daß hier eine Gleichwertigkeit gänzlich kurzgeschlossen werden würden. insofern vorliegt, als es sich bei dem Ausgangseffekt

Die Kopplungstransformatoren 51a, 51 & heben um eine Drehbewegung beim Drehauflöser und um

nun den Impedanzpegel der Eingangskreise, die das eine lineare Bewegung beim linearen Übertrager 50

Gleitglied 52 des Übertragers speisen, so an, daß eine handelt. Diese Äquivalenz kann zusammenfassend

übermäßig große Belastung seiner Wicklungen 84 a, 20 so ausgedrückt werden, daß eine Umdrehung des

84 b vermieden wird. Die Kopplungstransformatoren Auflöserläufers oder ein proportionaler Teil des-

51a, 51 & gleichen auch die Impedanzen der Kreise selben einem Zuwachs oder ähnlichen verhältnis-

so aus, daß die effektive Impedanz des Eingangs in mäßigen Teil relativer linearer Bewegung zwischen

die Primärwicklung eines Kopplungstransformators dem Gleitglied und der Skala des Übertragers 50

51 α die gleiche ist wie die effektive Impedanz des 25 äquivalent ist, indem sie einen Zyklus von Ausgangs-Eingangs in die Primärwicklung des anderen Kopp- änderungen erzeugt, der im nachstehenden als »Zulungstransformators 51 b. Die Kopplungstransforma- wachszyklus« bezeichnet werden soll. Es wurde hiertoren51a, 51 & gleichen auch die den Wicklungen bei vorausgesetzt, daß der Auflöser nur eine zwei-

52 a, 52 b des Gleitgliedes zugeführten Ausgangs- polige Wicklung aufweist, so daß bei einer Umdreströme so aus, daß beim Anlegen gleicher Span- 30 hung des Läufers nur ein Zyklus der Ausgangsändenungen an die Primärwicklungen der Kopplungs- rungen erzeugt wird. Auflöser mit mehreren Poltransformationen die in den Wicklungen 52 a, 52 & paaren sind gleichfalls verfügbar, die bei jeder volldes Gleitgliedes fließenden Ströme gleich groß ständigen Umdrehung mehrere Zyklen von Aussind, gangsänderungen erzeugen. Die Lehren der vorlie-

Das aus der Übertragerskala 54 kommende Aus- 35 genden Erfindung können auch auf solche Alterna-

gangssignal wird über einen Leiter 62 dem Verstärker tiven ausgedehnt werden.

64 zugeführt. Dieses Ausgangssignal gleicht, wie in Es wurde ferner vorausgesetzt, daß ein Zuwachsvorstehenden Absätzen bereits gesagt wurde, dem zyklus des linearen Übertragers 50 gleich 2,5 mm ist. Ausgangssignal, das von der Läuferwicklung 104 des Es sind auch lineare Übertrager gebaut worden, die Ableseauflösers 102 bei gleichwertigem mechani- 40 einen Zyklus anderer Abmessungszunahmen beschem Eingang erzeugt werden würde, wobei, wie nutzen. Ferner können Drehauflöser oder -überbereits gezeigt wurde, ein linearer Eingang von trager gebaut werden, die einen Zyklus von 1° oder 2,5 mm für den linearen Übertrager 50 einem um- einem Hundertstel eines Kreises oder andere geeiglaufenden Eingang von 360° für den Ableseauflöser nete Zuwachszyklen benutzen. Die Lehren der vor-102 gleichwertig ist. Obwohl die beiden Ausgangssi- 45 liegenden Erfindung können ohne Schwierigkeiten so gnale in mancher Hinsicht bei gleichwertigen me- ausgedehnt werden, daß sie nicht nur die Zyklen mit chanischen Eingängen einander gleich sind, unter- verschiedenen Zunahmen, die mit linearen Übertrascheiden sie sich jedoch darin, daß das von der gern verbunden sind, sondern auch die Zyklen mit Ubertragerskala 54 ausgesandte Ausgangsspannungs- verschiedenen Zunahmen decken, die bei Drehübersignal weitaus das schwächere der beiden Signale ist, 50 tragern vorkommen, wenn die Prinzipien der Erfin- und zwar um einen Faktor von ungefähr fünf dung auf eine Winkellageneinstellung angewendet Größenordnungen. Die beiden Signale unterscheiden werde.

sich ferner in der Zeitphase, und zwar in erster Unter besonderer Bezugnahme auf die F i g. 3 Linie infolge des sehr geringen Verhältnisses der in- kann jedoch eine Richtung von Gleichwertigkeit duktiven Reaktanz zum Widerstand in den Ein- 55 zwischen der linearen Bewegung des Übertragers 50 gangswicklungen 52 a, 52 & des Übertragers im Ge- und der Drehung eines Auflösers oder auch der Dregensatz zu dem hohen Verhältnis induktiver Reak- hung beobachtet werden, die durch den Wechsel von tanz zum Widerstand in den Drehauflöser-Eingangs- Sinusspannung und davon abgeleiteter Kosinusspanwicklungen 100 a, 100 b. Der Verstärker 64 hat daher nung dargestellt wird.

die Aufgabe, das Ausgangssignal aus der Übertrager- 60 Es kann nunmehr eine Definition des Ausgangs des

skala 54 so zu verstärken, daß das zum Diskrimina- Korrektionsrückkopplungsschleif enverstärkers 64 vor-

tor 66 der Korrektionsrückkopplungsschleife geleitete genommen werden, die der Definition (4) ähnlich ist. Signal im wesentlichen dasselbe ist wie das einem

gleichwertigen Auflöser entstammende, das genügend 5. Der Ausgang des Verstärkers 64 wird grundkräftig ist und die geeignete Phasenlage gegenüber 65 legend gleich Null sein, wenn die tatsächliche dem Bezugssignal aufweist, um die gewünschte Ar- lineare Stellung des Gleitgliedes 52 gegenüber beitsweise dieses Diskriminators 66 hervorzubringen. der Skala 54 der äquivalenten linearen Stellung Man erkennt somit, daß der Korrektionsrückkopp- gleichkommt, die durch die an die Primärwick-

19 20

lungen der Kopplungstransformatoren 51 α, 51 6 (d) Absolut konstanter Abstand zwischen dem

angelegten Sinus- und Kosinuseingangsspannun- Gleitglied und der Skala.

gen dargestellt wird. (_e) Amplitude des von dem einphasigen Wellenfor-

Die Definition (5) kann ferner umgekehrt werden, ^mer ausgesandten Ausgangssignals,

wodurch sie die Definition (6) ergibt: (^f) Absolut richtige Zahnteilung des Zahnstangen-

,^ . ,-er», SA-J j triebes des Vorschubantriebs.
6. Der Ausgang des Verstärkers 64 wird grundlegend der Null gleich sein, wenn die gleichwer- Im stationären Zustand der Maschine, wenn alle tige lineare Position, die durch die an die Pri- Maschinenelemente ruhen, wird die Genauigkeit, mit märwicklungen der Kopplungstransformatoren io der die von den Wicklungen 84 a, 846 ausgehenden 51a, 51 & angelegten Sinus- und Kosinusein- Sinus- und Kosinus-Ausgangsspannungen die Posigangsspannungen dargestellt wird, der tatsäch- tion des Ständers 10 darstellen, nur durch die Geliehen linearen Position des Gleitgliedes 52 rela- nauigkeit des Übertragers 50 und der Kopplungstiv zur Skala 54 gleichkommt. transformatoren 51a, 516 sowie durch die Empfind-

15 lichkeit der Korrektionsservoeinrichtung begrenzt,

Auf der Grundlage der letzten Definition (6) ist zu d. h durch ihre Fähigkeit, ein abbrechendes Drehersehen, daß, wenn zu irgendeinem Zeitpunkt der moment des Korrektionsservomotors 72 zu entwik-Ausgang des Verstärkers 64 nicht grundlegend gleich kein, wenn die Abweichung von dem Zustand grund-NuIl ist, die äquivalent lineare Position, die durch legender Nulleistung des Verstärkers 64 außerordentdie den Primärwicklungen der Transformatoren 51a, 20 lieh klein ist.

516 zugeführten Sinus- und Kosinusspannungen dar- Im dynamischen Zustand, wenn der Hauptservogestellt wird, nicht die tatsächliche lineare Position motor 12 läuft und der Ständer 10 in Bewegung ist, des Gleitgliedes 52 gegenüber der Skala 54 ist. Unter hängt die Genauigkeit, mit der die von den Wicklundiesen Bedingungen stellen diese von den Ausgangs- gen 84 a, 846 erzeugten Sinus- und Kosinus-Auswicklungen 84a, 846 des Hauptrückkopplungsauf- 25 gangsspannungen die Position des Ständers darstellösers 80 abgeleiteten Sinus- und Kosinusspannungen len, nicht nur von den oben angeführten Faktoren nicht genau die Stellung des Ständers 10 dar. ab, sondern außerdem in hohem Grade von der Ge-Es wird nunmehr die Funktion der Korrektions- schwindigkeit, mit der Fehler in dieser Darstellung servosteuerung erläutert. Diese aus einem Diskrimi- durch das Vorschubgetriebe 14 eingeführt werden, nator 66, dem Korrektionsservoverstärker 70 und 30 und von der Geschwindigkeit, mit der der Fehler dem Korrektionsservomotor 72 bestehende Korrek- durch den Korrektionsservomotor 72 korrigiert wertionsservosteuerung hat die Aufgabe, den Ausgang den kann. Um unter dynamischen Bedingungen die des Verstärkers 64 auf Abweichungen jeder Art vom größte Genauigkeit zu erzielen, wäre aus den oben Ausgangszustand grundlegender Null zu überwachen. angeführten Tatsachen anscheinend zu schließen, daß Jedesmal, wenn der Verstärker 64 ein Ausgangssignal 35 die vom Servomotor 72 beim Drehen des Korrekerzeugt, das eine Abweichung von der Null andeutet, tionsläufers 90 zum Durchführen der genannten Korläßt dieses Signal erkennen, daß eine Korrektur der rektur entwickelte Korrektionsgeschwindigkeit so Sinus- und Kosinus-Ausgangsspannungen, die von groß wie möglich sein sollte. Die nachstehenden, sich den Ausgangswicklungen 84 a, 846 des Hauptrück- mit der Servostabilität der Hauptrückkopplungskopplungsauflösers 80 erzeugt werden, erforderlich 40 schleife befassenden Absätze enthalten Gründe für ist. Nach der Definition (2) stellen diese Ausgangs- eine Begrenzung der Korrektionsgeschwindigkeit,
spannungen die algebraische Summe der Winkel des Ein wichtiges Merkmal der Servosteuereinrichtung Korrektionsauflöserläufers 90 und des Rückkopp- besteht in der Verwendung des linearen Übertragers lungsauflöserläufers 84 dar. Der Korrektionsservo- 50 zur Erzeugung einer Leistung, die ein Maß für die motor 72 läuft, bis der Verstärker 64 wieder ein Aus- 45 Differenz zwischen der Stellung des Ständers 10, die gangssignal mit fundamentalem Nullwert abgibt. Der durch die von den Wicklungen 84 a, 84 6 des Haupt-Korrektionsservomotor 72 dreht daher den Korrek- rückkopplungsauflösers 80 erzeugten Sinus- und Kotionsauflöserläufer 90 so, daß er die Sinus- und Ko- sinusleistungen dargestellt wird, und der vom Übersinus-Ausgangsspannungen des Hauptrückkopplungs- trager 50 ermittelten Stellung des Ständers 10 ist. auflösers 80 korrigiert. Die algebraische Summe der 50 Werden für die Hauptrückkopplung andere Vorrich-Winkel des Korrektionsauflöserläufers 90 und des tungen benutzt, z. B. ein rotierender Größenwandler, Rückkopplungsauflöserläufers 84 ist somit durch der bei jeder kleinen positiven Drehungszunahme bloßes Korrigieren des Winkels des Korrektionsauf- einen elektrischen Rückkopplungsimpuls in positiver löserläufers 90 auf den richtigen Wert gebracht Richtung und bei jeder kleinen negativen Drehungsworden. 55 zunähme einen elektrischen Rückkopplungsimpuls Wie man sieht, ist die Arbeitsweise der Korrek- in negativer Richtung erzeugt, so kann eine Auskunft tionsrückkopplungsschleife bei der Erzeugung ge- über die Positionsdifferenz in der Weise erhalten nauer Sinus- und Kosinus-Ausgangsspannungen aus werden, daß die vorgenannten Impulse mit einer gleiden Ausgangswicklungen 84 a, 846 des Hauptrück- chen Reihe von Impulsen verglichen werden, die aus kopplungsauflösers nicht entscheidend abhängig von 60 einem linearen Größenwandler abgeleitet werden, der Faktoren wie: die tatsächliche Stellung des Ständers 10 mit Hilfe . . ., ^, . , . ,, , , . eines aus einem linearen Gitterwerk und einer Photo-

(a) Absolute Genauigkeit sowohl des Korrektions- _{zdle bestehenderi} Abtastgeräts mißt. Nach Ermittais auch des Rückkopplungsauflösers. _{lung der Differenz kann diese} mit einer gesteuerten

(b) Verhältnis Signal zu Rauschen auf Leiter 62. e₅ Geschwindigkeit, die im wesentlichen proportional

(c) Absolute Verstärkungs- und Phasenstabilität der Größe der Differenz ist, auf den Wert Null redu- und Treue der Wiedergabe des hochverstärken- ziert werden, indem man über Digitaleinrichtungen den Verstärkers 64. eine zusätzliche Reihe von Korrektionsimpulsen in

21 22

den Ausgang des Drehgrößenwandlers einführt. Hier- scheinung tritt. Verschiedene bekannte Verfahren aus ist zu ersehen, daß ein weiteres wichtiges Merk- können dazu benutzt werden, diese Abweichungen in mal der Servosteuereinrichtung ihre Anwendbarkeit angemessenen Grenzen zu halten,
auf Einrichtungen ist, bei denen andere Übertrager Es wird angenommen, daß eine zusammenfassende als ein Positionsmeßtransformator benutzt werden, 5 Beschreibung der Arbeitsweise der Hauptservoeinder, wie in den F i g. 1 und 3 dargestellt, mit Dreh- richtung für das vollständige Verständnis der Erfinauflösern zusammengeschaltet ist, um den Unter- dung von Nutzen ist. Es wird hierbei vorausgesetzt, schied zwischen der vom Hauptservomotor abgetaste- daß das aus der numerischen Steuereinrichtung stamten Positionen und der tatsächlichen Position zu be- mende Kommandosignal eine phasenverschobene stimmen. io Rechteckwellenspannung darstellt, die durch die Re-Bei der vorliegenden Servosteuereinrichtung sind lativlage ihrer Phase zu Phase des Bezugssignals die ferner Mittel vorgesehen, die einer Bedienungsperson gewünschte Position des Ständers 10 darstellt. Dieses bei arbeitender Werkzeugmaschine das Einstellen der- Signal wird dem Phasendiskriminator 18 als ein Einseiben von Hand ermöglichen. Die Bedienungsperson gang zugeführt.

kann mittels eines Handeinstellungsauflösers 110 in 15 Wird an dieser Stelle irgendeine von dem Handeinder Hauptrückkopplungsschleife das Werkzeug ver- stellungsauflöser 110 hineingebrachte Verschiebung setzen, um beispielsweise einen flacheren oder tiefe- außer acht gelassen, so ist das dem Phasenverschieren Schnitt durchzuführen. Die Fig. 3 zeigt, in wel- bungskreis 88 der Hauptrückkopplungsschleife entcher Weise dies erreicht werden kann; mittels eines stammende Ausgangssignal eine phasenverschobene Handrades 112 kann der Auflöserläufer 113 von 20 Sinuswellenspannung, die durch ihre Phasenlage geHand gedreht werden. Die Läuferwicklungen 112 α, genüber der Phase des Bezugssignals die tatsächliche 112 fe dieses Auflösers 110 werden von den Ständer- Stellung des Ständers 10 bis zu dem Grade darstellt, wicklungen 84 a, 84 & des Rückkopplungsauflösers daß diese tatsächliche Stellung gemessen und durch erregt und empfangen daher korrigierte Sinus- und den Hauptrückkopplungsauflöser und die Korrek-Kosinusspannungen, die die tatsächliche Position des 25 tionsrückkopplungsschleife in elektrische Signale umgesteuerten Werkzeugmaschinenelementes, z. B. des gewandelt werden kann.

Maschinenständers 10, genau darstellen. Die Aufgabe der Servosteuerung, die den Phasen-Aus den Definitionen (2) und (3) geht die Arbeits- diskriminator 18, den Hauptverstärker 44 und den weise des Handeinstellungsauflösers 110 hervor. Die- Hauptservomotor 12 einschließt, besteht darin, den ser Auflöser 110 empfängt die Sinus- und Kosinus- 30 Hauptrückkopplungsauflöser 80 und den Ständer 10 spannungen von den Ausgangswicklungen 84 a, 846 so zu bewegen, daß eine Phasengleichheit der beiden des Hauptrückkopplungsauflösers 80, wobei diese dem Diskriminator 18 zugeführten Signale erzielt Spannungen einen Winkel darstellen, der einer line- wird.

aren Position des Ständers 10 gleichwertig ist. Der Wird nunmehr der Läufer 113 des Handeinstel-Handeinstellungsauflöser 110 wirkt auf diese Span- 35 lungsauflösers 110 in eine andere Stellung gebracht, nungen derart ein, daß sein Ausgang eine Anzahl so erfolgt eine Phasenverschiebung des über den Lei-Sinus- und Kosinusspannungen ist, die zusammen die ter 89 geleiteten Signals. Da die Phasen der beiden algebraische Summe des obengenannten, die Ständer- Eingänge des Diskriminators 18 nunmehr nicht mehr stellung repräsentierenden Winkels und des Winkels übereinstimmen, so reagiert die Hauptservoeinrichdes Handeinstellungsauflöserläufers 113 darstellen. 4° tung sofort derart, daß sie den Hauptrückkopplungs-Dementsprechend stellt der Ausgang des Läufers 113 auflöser 80 und den Ständer 10 neu einstellt, um die des Handeinstellungsauflösers die lineare Stellung Phasengleichheit wiederherzustellen. Der Handelndes Ständers 10 dar, zu der eine lineare Positionsver- stellungsauflöser 110 des Bedieners ist daher ein von Setzung algebraisch addiert worden ist, die dem Win- Hand bedienbares Versetzungsmittel an sämtlichen kel des Läufers 113 des Handeinstellungsauflösers 45 befohlenen Stellungen, die durch das Kommandoproportional ist. signal dargestellt werden.

Da der Handeinstellungsauflöser 110 in die Haupt- Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Positions-

rückkopplungsschleife eingeschaltet ist, so werden ableseeinrichtung sei zuerst daran erinnert, daß die

die in den Ständerwicklungen lila, Ulfe dieses Sinus- und Kosinusausgänge aus den Ausgangswick-

Auflösers 110 erzeugten Sinus- und Kosinus-Aus- 50 Iungen84a, 84 fe des Hauptrückkopplungsauflösers

gangsspannungen einem Phasenverschiebungskreis 88 zusammengenommen die tatsächliche Position des

als Eingänge zugeführt. Ständers 10 mit einer Genauigkeit darstellen, die nur

Der Phasenverschiebungskreis 88 vereinigt wirk- von den dem Übertrager 50 und der Korrektions-

sam die Sinus- und Kosinus-Ausgangsspannungen in servoeinrichtung innewohnenden Fähigkeiten be-

Vierungsphase, wodurch eine einzelne Sinuswelle mit 55 grenzt wird. Daher sind diese Sinus- und Kosinus-

im wesentlichen konstanter Amplitude, jedoch in Ausgangssignale ein genügend genaues Maß für die

bezug auf das Bezugssignal um einen Betrag phasen- Stellung des Ständers 10 und können als Eingang für

verschoben erzeugt wird, der der linearen Stellung eine Positionsableseeinrichtung nach der F i g. 3 be-

des Ständers 10 zuzüglich des linearen Versetzungs- nutzt werden.

effektes, der vom Handeinstellungsauflöser 110 be- 60 Nach der Definition (4) wird der Ausgang des Läuwirkt wird, proportional ist. fers 104 nur dann grundsätzlich gleich Null, wenn der Temperaturschwankungen bei den verschiedenen Winkel des Läufers, der von der aus Zählwerk und Auflöserwicklungen können eine kleine, jedoch irre- Zifferblatt bestehenden Ableseeinrichtung 106 anführende zeitliche Phasenverschiebung der dem Pha- gezeigt wird, dem äquivalenten Eingangswinkel gleich senverschiebungskreis 88 zugeführten Signale verur- 65 ist, der durch die an die Ständerwicklungen 100 a, Sachen, die als geringe Phasenverschiebungsabwei- 100 fe angelegten Sinus- und Kosinusspannungen darchung des aus dem Phasenverschiebungskreis 88 korn- gestellt wird. Der Ableseservomotor 108 wird von menden phasenverschobenen Ausgangssignals in Er- dem Diskriminator 105 und dem Verstärker 107 in

23 24

Betrieb gesetzt, bis an Wicklung 104 der Ausgangs- nen. Bei höheren Frequenzen, z. B. ungefähr zehn fundamentalwert Null erhalten wird. Die Ablesungen Perioden pro Sekunde, wird die Einrichtung auf

der mit Anzeigerblatt und Zählwerk versehenen Ab- Grund der Lastresonanzeffekte instabil,

leseeinrichtung 106 zeigen den genauen Winkel des Bei der vorliegenden Servosteuereinrichtung, bei

Läufers 104 des Ableseauflösers an und geben damit 5 der der Ausgang des an das Maschinenelement angenau den gleichwertigen Eingangswinkel an, der geschlossenen Übertragers 50 benutzt wird, um über

durch die den Ständerwicklungen 100«, 100 b züge- die Korektionsrückkopplungsschleife beständig den

leiteten Sinus- und Kosinus-Eingangsspannungen dar- Eingang zum Hauptrückkopplungsauflöser zu kom-

gestellt wird, wobei dieser gleichwertige Eingangs- pensieren oder zu regeln, wird jedoch angenommen,

winkel seinerseits wieder ein höchst genaues Maß für io daß ein Umschalteffekt erzeugt wird, durch den die

die Position des Werkzeugmaschinenständers 10 ist. Abnahmestelle der Rückkopplung vom Maschinen-

Infolge der obenerwähnten Beziehung zeigt die element als Funktion der Frequenz über den Vor-Positionsablesung alle Bewegungen des Ständers 10 schubantrieb übertragener mechanischer Bewegungen an, ganz gleich, ob diese von der numerischen Steuer- zum Ausgang des Hauptservomotors umgeschaltet einrichtung oder von dem Maschinisten von Hand 15 wird. Bei niedrigen Frequenzen bis zur »Umschalt«- durch Einstellen des Handeinstellungsauflösers 110 Frequenz, die bei einem Werkzeugmaschinenständer bestimmt worden sind. Nach der Erfindung kann wei- nach Art des in F i g. 2 abgebildeten ungefähr drei terhin die beschriebene Ableseeinrichtung durch eine Perioden pro Sekunde im Servoantrieb betragen kann, Einstellvorrichtung mit unterdrücktem Nullpunkt er- ist der Vorschubantrieb mit seinem toten Gang, gänzt werden. Eine handbetätigte, rotierende Speise- 20 seinem Hochziehen, seiner Resonanz usw. in die vorrichtung, die im Ausführungsbeispiel auf die Stan- Hauptservorückkopplungsschleife eingeschaltet. Bei derwicklungen des Ableseauflösers 102 arbeitet, oder höheren Frequenzen bis zu vielleicht einer Banddie Hinzufügung eines weiteren, mit dem Ableseauf- breitengrenze oberhalb von zehn Perioden pro Selöser 102 in Kaskade geschalteten und ihm unmittel- künde, liegt der Vorschubantrieb außerhalb der bar voraufgehenden Auflösers bewirkt eine Null- 25 Hauptservorückkopplungsschleife. Auf diese Weise Punktunterdrückung. liegt bei Frequenzen, bei denen die Lastresonanz-

In bezug auf die Korrektionsservoeinrichtung wurde effekte Instabilitäten einführen können, die Dynamik bereits bemerkt, daß die Korrektionsgeschwindigkeit des Vorschubantriebs außerhalb der Hauptservorückdes Korrektionsservomotors so groß wie möglich kopplungsschleife, während die Einstellgenauigkeit sein soll. Für die Erzielung einer gesteuerten Korrek- 30 beibehalten wird, die von Servosteuereinrichtungen tionsgeschwindigkeit sind auch andere Faktoren maß- für Hochleistungswerkzeugmaschinen verlangt wird, gebend. Bei der in der Fig. 3 dargestellten Einrich- Diese Lastresonanzeffekte mögen kurz erläutert' tung zum Steuern einer großen, schweren Werkzeug- werden, ohne näher auf die Theorie von Servoeinmaschine wandelt der Vorschubantrieb 14 Drehbewe- richtungen einzugehen, wobei die Erläuterung noch gungen des Hauptservomotors 12 in lineare Bewe- 35 ferner dadurch vereinfacht werden kann, daß Nichtgungen des Ständers 10 um. Werden die belastenden linearitäten wie toter Gang und Ausschwingeffekte, Massen sehr groß, wie in einem solchen Falle, so wird gänzlich vernachlässigt werden. Der obenerwähnte die Kraft, die erforderlich ist, der belastenden Masse mechanische Filter könnte, wie in der F i g. 4 schemaeine gegebene Beschleunigung zu erteilen, gleichfalls tisch dargestellt wird, als Anzahl gesonderter Massen sehr groß. Ein Vorschubantrieb, der für den norma- 40 angesehen werden, die mittels eines nachgiebigen len Betrieb eines Werkzeugmaschinenelementes voll- Gliedes, einer Feder od. dgl., das zwischen jedem ständig ausreicht, kann möglicherweise nicht die An- Paar benachbarter Massen liegt, in Reihe miteinander Sprechfähigkeit besitzen, die erforderlich ist, eine plötz- geschaltet sind. Es wird angenommen, daß eine Freliche kleine Bewegung des Motors in eine gleich- quenzansprechkurve einer solchen Reihe von Federn zeitige, plötzliche kleine Bewegung der Last umzu- 45 und Massen, als Eingang und Ausgang linearer Bewandeln. Der Vorschubantrieb und die Last stellen wegungen ausgedrückt, wie in der Fig. 4 dargestellt, daher einen »mechanischen Filter« dar, der zwischen eine oder mehrere Resonanzfrequenzen F₁, F₂ sowie eine Eingangsgröße und eine Ausgangsgröße ge- eine Frequenz F₃ aufweist, die die Grenzfrequenz des schaltet ist. Die Eingangsgröße ist die Winkelstellung mechanischen Filters genannt wird. In der Nähe einer des Motors, während die Ausgangsgröße die lineare 50 Resonanzfrequenz oder der Grenzfrequenz zeigt die Stellung der Last ist. Phasenverschiebungskrennlinie des Filters bei einer

Ein weiteres Merkmal der Erfindung, das bei jeder kleinen Frequenzänderung wahrscheinlich einen der Ausführungsformen nach F i g. 1 und 3 Anwen- raschen Wechsel der Phasenverschiebung,
dung finden kann, ist ihre Fähigkeit, höhere Genauig- Befindet sich ein solcher mechanischer Filter in der keiten bei der Einstellung eines Maschinenelementes 55 Hauptrückkopplungsschleife, wie in der F i g. 3 darüber größere Bandbreiten zyklischer Veränderungen gestellt, so wird die Bandbreite der Hauptrückkoppmechanischer Bewegungen zu erzielen, die über den lungsschleife auf dasjenige Frequenzband begrenzt Vorschubantrieb dem getriebenen Element übermit- sein, das sowohl die Servomotoreinrichtung als auch telt werden. Infolge von Lastresonanzeffekten führten der mechanische Filter übertragen kann, ohne längs Versuche, eine Servoeinrichtung mit direkter Rück- 60 der Schleife eine totale Phasenverschiebung zu bewirkopplung von Positionsanzeigesignalen von dem an- ken, die ausreicht, eine positive Rückkopplungsgetriebenen Maschinenelement her, z. B. mittels eines schwingung zu verursachen. Da das Element, das am linearen, lagemessenden Transformators, zu verwen- wenigsten fähig ist, ein breites Frequenzband zu überden zu Einrichtungen, die bei einem großen, schweren tragen, in vielen Fällen der mechanische Filter ist (im Maschinenelement, wie den in F i g. 2 wiedergege- 65 Falle einer Werkzeugmaschine der Vorschubantrieb), benen Werkzeugmaschinenständer, nur mit niederen so wird dieses Element zum begrenzenden Faktor für Frequenzen der mechanischen Bewegung, z. B. mit die erzielbare Bandbreite,
bis drei Perioden pro Sekunde betrieben werden kön- Wie aus der Fi g. 3 zu ersehen ist, wird die Verbin-

25 26

dung zwischen dem Hauptservomotor 12 und dem tungsservoübertrager an Stelle des linearen Über-Rückkopplungsauflöser 80 durch eine kontinuierliche tragers 50 in der Anwendung auf lineare Einstellungs-Welle 38-39 gebildet. Wird die Winkellage des Servo- regelung des Ständers 10 verwendet werden,
motors 12 als Eingang und die Winkellage des Lau- Die Erfindung kann selbstverständlich auch bei

fers 84 des Rückkopplungsauflösers 80 als Ausgang 5 Abtasteinrichtungen angewendet werden, bei denen angesehen, so kann die Übermittlung von Signalen das Kommandosignal nach der Fig. 3 von einem vom Eingang zum Ausgang von der Frequenz Null Übertragergriffel erzeugt wird, der eine Schablone an bis zu einer sehr hohen Frequenz ohne Schwierig- abtastet.

keit erfolgen. Der Effekt der Bandbreitenregulierung kann mit

Wird jedoch die Winkellage des Servomotors 12 io besonderem Vorteil bei einem großen, senkrechten als Eingang und die lineare Stellung des Ständers 10 Drehwerk ausgenutzt werden, von dem ein kräftiger, als Ausgang angesehen, so kann eine ordnungs- unterbrochener Schnitt durchgeführt wird. Bei dieser gemäße Übermittlung von Signalen, d. h ohne Über- Art Schnitt können das wiederholte Auftreten und schreitung einer vorherbestimmten Abweichung bei Verschwinden der Schneidkraft am Schneidstahl beder Amplitude und der Phase über den Vorschub- 15 wirken, daß der Vorschubantrieb periodisch beanantrieb 14 vom Eingang zum Ausgang nur von der spracht und entlastet wird. Eine solche periodische Frequenz Null an bis zu irgendeiner Grenzfrequenz Beanspruchung kann ein periodisches Abbiegen und erfolgen. Zurückgehen verursachen, das die Hauptrückkopp-

Der Vorteil einer Begrenzung des Korrekturaus- lungsschleife in der Regel zu korrigieren suchen maßes der Korrektionsrückkopplungsschleife wird 20 würde. Unter solchen Bedingungen kann es jedoch nunmehr wohl klar sein. Wird die Winkellage des erwünschter sein, das normale Abbiegen und Zurück-Servomotors 12 als Eingang und der Winkel, der gehen zuzulassen. In einem solchen Falle besteht eine durch die Sinus- und die Kosinus-Ausgangssignale Lösung darin, nach der Erfindung einen Hauptrückaus den Wicklungen 84 a, 84 & des Rückkopplungs- kopplungsauf löser am getriebenen Ende der Vorauflösers dargestellt wird, als Ausgang angesehen, so 25 schubleitspindel und eine Skala eines Positionsmeßist es wünschenswert, die Übermittlung aller Signale transformators in einer Korrektionsrückkopplungsvom Eingang zum Ausgang von der Nullfrequenz an schleife vorzusehen.

bis zu der Grenzfrequenz, die noch einwandfrei durch Ein wichtiger Vorzug der vorliegenden Erfindung

den Vorschubantrieb 14 übermittelt werden kann, ist die Fähigkeit der Korrektionsrückkopplungsdurch die Korrektionsrückkopplungsschleife zu korri- 30 schleife, trotz der Summierung z. B. von Steigungsgieren. Bei der Übertragung aller Signale vom Ein- abweichungen über große Zahlen von Zahnstangengang zum Ausgang, die oberhalb der Grenzfrequenz zähnen hin oder der Summierung von Steigungsfehliegen, die vom Vorschubantrieb 14 einwandfrei lern, wenn eine Mutter eine lange Leitspindel entlangübertragen werden kann, ist keine Korrektur durch getrieben wird, eine genaue Rückkopplung zu liefern, die Korrektionsrückkopplungsschleife wünschenswert. 35 Soll z. B. der Ständer 10 eine lange Bewegung aus-Durch Wählen der Ansprechgeschwindigkeit der führen, so werden alle sich infolge unvermeidbarer Korrektionsservoeinrichtung kann eine Kontrolle der Herstellungsfehler bei der Fabrikation des Zahn-Frequenz erzielt werden, bei der die Korrektionsrück- Stangengetriebes des Vorschubantriebs aufsummenkopplungsschleife sperrt. Wie hieraus zu ersehen ist, den Steigungsfehler von der Korrektionsservoeinrichist die Begrenzung des Korrekturausmaßes, auf die 4° tung praktisch ebenso rasch korrigiert werden, wie sich bereits im vorstehenden hingewiesen wurde, eine Be- die Abweichungen bei der Bewegung des Ständers 10 grenzung der Ansprechgeschwindigkeit des Korrek- addieren.

tionsservomotors. Ein weiterer wichtiger Vorzug der Erfindung ist

Bei Anwendung einer solchen Anordnung ist die die Fähigkeit der Korrektionsservoeinrichtung gerade Bandbreite der Hauptrückkopplungsschleife nicht 45 bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Korrektionsservomehr auf dasjenige Frequenzband begrenzt, das der motor entweder mittels eines von Hand bedienbaren Vorschubantrieb übertragen kann, ohne eine vorher- Schalters oder durch einen aus der numerischen bestimmte Abweichung bei der Amplitude und Phase Steuereinrichtung herkommenden Hilfsfunktionszu überschreiten. Hierdurch kann die Verstärkung befehl absichtlich abgeschaltet wird, eine genaue der Hauptrückkopplungsschleife bei kleinen Positions- 50 Rückkopplung zu liefern. Die Korrektionsrückkoppabweichungssignalen stark erhöht werden. Wenn man lungsschleife würde beim üblichen Betrieb einbedenkt, daß die Hauptrückkopplungssignale gleich- geschaltet sein, so daß die Hauptrückkopplung imfalls für alle Bewegungsfrequenzen von der Frequenz mer selbsttätig korrigiert wird. Zu Beginn des unter-NuIl an bis zur Grenzfrequenz des Vorschubantriebs brochenen Schnittes kann ein solcher Hilfsfunktionseine genaue Korrektur erfahren haben, dann ist die 55 befehl dazu benutzt werden, den Korrektionsservo-Fähigkeit der Hauptservoschleife, den Ständer 10 auf motor unwirksam zu machen, so daß dieser in seiner ein Kommandosignal hin genau anzutreiben, stark letzten Stellung verbleiben kann,
gefördert worden. Während des unterbrochenen Schnittes würde bei

Obwohl die Lehren der Erfindung im Zusammen- einer solchen Anordnung die Rückkopplung aushang mit einer linearen Einstellungsregelung eines 60 schließlich vom getriebenen Ende der Leitspindel ab-Werkzeugmaschinenständers 10 dargelegt wurden, ist genommen werden; folglich würde beim Auftreten dies nur als Beispielerläuterung anzusehen, und die wiederholter Abbiegungen und Rückgängen keine Erfindung kann auch auf Drehbewegungen, z. B. die Rückwirkung auf die Rückkopplung entstehen, so Bewegungen D und E der in der F i g. 2 dargestellten daß der Hauptservomotor keine Korrektur vorneh-Maschine Anwendung finden. In solchen Fällen kann 65 men würde. Am Schluß des unterbrochenen Schnittes entweder ein durchdrehender Positionsmeßtransfor- kann ein weiterer Hilfsfunktionsbefehl dazu benutzt mator oder ein teil- oder tortenstückförmiger Posi- werden, den Korrektionsservomotor wieder einzutionsmeßtransformator für den Korrektionseinrich- schalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   .1. Servosteuereinrichtung zum Steuern der Bewegung eines Maschinenelementes längs einer Achse in Abhängigkeit von Kommandosignalen, mit einem Hauptservomotor und einem mechanischen Antrieb, der den Hauptservomotor mit dem Maschinenelement verbindet und ohne Überschreitung einer vorherbestimmten Abweichung bei der Amplitude und Phase ein Durchlaßband mechanischer Bewegungsfrequenzen übertragen kann, die unterhalb einer Grenzfrequenz liegen, enthaltend einen Hauptrückkopplungskreis mit einem Hauptübertrager zum Erzeugen von Rückkopplungssignalen in Abhängigkeit von einem elektrischen Eingangssignal und einem mechanischen Eingang aus einem mit dem Hauptservomotor eng gekoppelten mechanischen Antriebselement, wobei der mechanische Antrieb aus dem Hauptrückkopplungskreis ausgeschlossen wird, sowie Schaltungsmittel, die Positionsabweichungssignale in Abhängigkeit von den Rückkopplungssignalen und von Kommandosignalen erzeugen, die die gewünschte Versetzung des Maschinenelementes' aus einer ersten Stellung as in eine zweite Stellung im wesentlichen innerhalb des gesamten Bewegungsbereiches längs der genannten Achse anzeigen und die die genannten Positionsabweichungssignale zum Hauptservomotor leiten, und eine Einrichtung, die die Hauptrückkopplungssignale zum Kompensieren von Ungenauigkeiten des genannten folgenden Teiles des mechanischen Antriebs korrigiert, nämlich einen Korrektionsrückkopplungskreis, der mit dem Hauptrückkopplungskreis bei allen Bewegungsgeschwindigkeiten und innerhalb des gesamten Bewegungsbereiches des Maschinenelementes längs der genannten Achse zusammenwirkt und der einen zweiten Übertrager enthält, der mit dem Maschinenelement und mit dem Antriebselement getrieblich verbunden ist und Differenzsignale erzeugt, die die Differenz zwischen der vom zweiten Übertrager gemessenen Position des Maschinenelementes und der vom Hauptübertrager gemessenen Position des Antriebselementes darstellen, sowie weiterhin eine Einrichtung, die von einem Korrektionsservomotor betrieben wird, mit dem Hauptrückkopplungsübertrager getrieblich in Verbindung steht und die Rückkopplungssignale aus diesem entsprechend dem wirksamen Arbeiten des Korrektionsservomotors korrigiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrektionsservomotor (72), der in Abhängigkeit von den genannten Differenzsignalen betrieben wird, Mittel aufweist, die dessen Ansprache auf die Differenzsignale begrenzen, die mechanische Bewegungsfrequenzen im wesentlichen unterhalb der genannten Grenzfrequenz darstellen, wobei das wirksame Arbeiten des Korrektionsrückkopplungskreises unter Anpassung an das begrenzte Durchlaßband des mechanischen Antriebes dadurch erzielt wird, daß der Korrektionsrückkopplungskreis auf die vom Antrieb übertragenen mechanischen Bewegungsfrequenzen anspricht, die unterhalb der Grenzfrequenz und oberhalb der Grenzfrequenz liegen, weiche letztgenannten Frequenzen bei einer Übertragung auf den Hauptrückkoppluniiskreis zu einem unstabilen Arbeiten des Hauptservomotors (12) führen würden, wobei dieser in Abhängigkeit von Positionsabweichungssignalen betrieben wird, die mechanische Bewegungsfrequenzen des Antriebselementes (39) darstellen, die sowohl unterhalb als auch oberhalb der genannten Grenzfrequenz liegen, so daß die wirksame Bandbreite des Hauptsteuerkreises über das Durchlaßband des mechanischen Antriebes (14) hinaus erweitert wird, und wobei das Maschinenelement (10) ungeachtet der dynamischen Begrenzungen, Ungenauigkeiten und des begrenzten Durchlaßbandes des mechanischen Antriebs (14) in Übereinstimmung mit in dem breiteren Frequenzband liegenden Kommandosignalen genau eingestellt wird.
2. 2. Servosteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Antriebselement (39) aus einer Welle besteht, daß von der genannten Welle (39) ein elektrischer Drehauflöser (51) angetrieben wird, der Signale erzeugt, die die Drehstellungen der Welle (39) darstellen, und daß der zweite Übertrager (50) aus einem elektrischen Linearauflöser besteht, der mit dem genannten Maschinenelement (10) mechanisch verbunden ist und die genannten Signale aus dem Drehauflöser (51) empfängt, und der Differenzsignale erzeugt, die die Differenzen zwischen den Stellungen der genannten Welle (39) und des Maschinenelementes (10) als Folge von Ungenauigkeiten des genannten folgenden Teiles des mechanischen Antriebs (14) darstellen.
3. 3. Servosteuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Korrektionsservomotor (72) betriebene Einrichtung ein Mittel (92) zum Verschieben der Phase des dem Hauptrückkopplungsübertrager zugeführten elektrischen Eingangssignals aufweist, wobei die Rückkopplungssignale aus dem Hauptrückkopplungsübertrager (80) zwecks Kompensierung der genannten Ungenauigkeiten korrigiert werden.
4. 4. Servorsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Antriebselement aus einer mit dem Hauptsefvomotor in Verbindung stehenden Welle (39) besteht, daß der Hauptrückkopplungsübertrager aus einem elektrischen Drehauflöser (80) besteht, dem ein mechanischer Eingang von der genannten Welle (39) aus zugeführt wird, und der Bezugswicklungen (82 a, 82 b) aufweist, die einen elektrischen Bezugssignaleingang empfangen, sowie Rückkopplungswicklungen (84a, 846), die die Hauptrückkopplungssignale erzeugen, und daß die genannte Einrichtung zum Korrigieren der Hauptrückkopplungssignale zwecks Kompensation von Ungenauigkeiten im genannten folgenden Teil des mechanischen Antriebs einen elektrischen Drehauflöser (92) enthält, dem ein mechanischer Eingang aus dem Korrektionsservomotor (72) zugeführt wird und der zwei Sätze von Wicklungen aufweist, von denen dem einen Satz Wicklungen (90) ein Bezugssignaleingang zugeführt wird, während der andere Satz Wicklungen (94a, 94 b) ein Bezugssignal erzeugt, bei dem die Antriebsungenauigkeiten durch den Eingang aus dem Korrektionsservomotor korrigiert sind, und daß eine Verbindung vorgesehen ist, die das korri-

   3 4

   gierte Bezugssignal den Bezugswicklungen des Grenzfrequenz liegen, enthaltend einen Hauptrück-

   Hauptrückkopplungsauflösers zuführt. kopplungskreis mit einem Hauptübertrager zum
5. 5. Servosteuereinrichtung nach Anspruch 2, Erzeugen von Rückkopplungssignalen in Abhängiggekennzeichnet durch einen von Hand einstell- keit von einem elektrischen Eingangssignal und einem baren elektrischen Auflöser (110), mit dem die 5 mechanischen Eingang aus einem mit dem Hauptdem genannten Schaltungsmittel zugeführten servomotor eng gekoppelten mechanischen Antriebs-Rückkopplungssignale aus dem Hauptrückkopp- element, wobei der mechanische Antrieb aus dem lungsübertrager (80) beeinflußt werden können, Hauptrückkopplungskreis ausgeschlossen wird, sowie so daß das Maschinenelement (10) über die Schaltungsmittel, die Positionsabweichungssignale in Steuereinrichtung von Hand direkt eingestellt io Abhängigkeit von den Rückkopplungssignalen und werden kann. von Kommandosignalen erzeugen, die die gewünschte
6. 6. Servosteuereinrichtung nach Anspruch 5, Versetzung des Maschinenelementes aus einer ersten gekennzeichnet durch eine Ableseeinrichtung Stellung in eine zweite Stellung im wesentlichen (102, 106), die in Abhängigkeit von den korn- innerhalb des gesamten Bewegungsbereiches längs gierten Rückkopplungssignalen aus dem Haupt- 15 der genannten Achse anzeigen und die die genannten rückkopplungsübertrager (80) betrieben wird und Positionsabweichungssignale zum Hauptservomotor die tatsächliche Position des Maschinenelementes leiten, und eine Einrichtung, die die Hauptrück-(10) sichtbar anzeigt, welche Position des Ma- kopplungssignale zum Kompensieren von Ungenauschinenelementes (10) sowohl von den Korn- igkeiten des genannten folgenden Teiles des mechamandosignalen als auch von der von Hand 20 rüschen Antriebs korrigiert, nämlich einen Korrekgeleiteten Einstellung abhängt. tionsrückkopplungskreis, der mit dem Hauptrück-
7. 7. Servosteuereinrichtung nach Anspruch 5, kopplungskreis bei allen Bewegungsgeschwindiggekennzeichnet durch einen elektrischen Auflöser keiten und innerhalb des gesamten Bewegungs-(102) mit in Bezug aufeinander bewegbaren bereiches des Maschinenelementes längs der genann-Sätzen von Wicklungen, von denen der eine Satz 25 ten Achse zusammenwirkt und der einen zweiten Wicklungen (100 a, 100 ft) die korrigierten Rück- Übertrager enthält, der mit dem Maschinenelement kopplungssignale aus dem Hauptrückkopplungs- und mit dem Antriebselement getrieblich verbunden übertrager (80) empfängt, während in einem ist und Differenzsignale erzeugt, die die Differenz zweiten Satz Wicklungen (104) ein Positionssignal zwischen der vom zweiten Übertrager gemessenen in Abhängigkeit von der Erregung des ersten 30 Position des Maschinenelementes und der vom Satzes Wicklungen (100 a, 100 b) induziert wird, Hauptübertrager gemessenen Position des Antriebsdurch eine Ableseeinrichtung, die in Abhängig- elementes darstellen, sowie weiterhin eine Einrichkeit von dem induzierten Positionssignal betrieben tung, die von einem Korrektionsservomotor betrieben wird und einen Servomotor (108) aufweist, der die wird, mit dem Hauptrückkopplungsübertrager gegenannten Sätze von Wicklungen (100 a, 100 b; 35 trieblich in Verbindung steht und die Rückkopplungs-104) in Bezug aufeinander in einer Richtung signale aus diesem entsprechend dem wirksamen bewegt, bei der das induzierte Signal auf den Arbeiten des Korrektionsservomotors korrigiert.
   Wert Null zurückgeführt wird, wobei eine Syn- Die Erfindung kann bei Werkzeugmaschinen, chronisierung mit der tatsächlichen Bewegung namentlich großen mit schweren und über größere des Maschinenelementes (10) erfolgt, und durch 40 Strecken zu bewegenden Maschinenelementen, aber eine vom Servomotor betriebene Ableseeinrich- auch bei anderen Einrichtungen, z. B. Abtasteinrichtung, die die tatsächliche Stellung des Maschinen- tungen, bei denen ein Ubertragergriffel ein Modellelementes (10) sichtbar anzeigt, welche Stellung stück abtastet, Anwendung finden.

   des Maschinenelementes (10) sowohl von den Steuereinrichtungen an Werkzeugmaschinen, die Kommandosignalen als auch von der von Hand 45 durch elektrische Signale ein Werkzeugmaschinenbewirkten Einstellung bestimmt wird. element in eine gewünschte Stellung versetzen, sind
8. 8. Servosteuereinrichtung nach Anspruch 1, bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Korrek- Gewöhnlich wird das von einer Aufzeichnungstionsservomotor (12) betriebene Einrichtung aus vorrichtung abgeleitete elektrische Signal nach enteinem mit dem genannten Antriebselement (39) 50 sprechender Verstärkung einem in eine Regeleinrichverbundenen Differentialgetriebe (28) besteht, tung eingebauten motorischen Antrieb zugeleitet und das den dem Hauptrückkopplungsübertrager (16) läßt diesen eine Stellung einnehmen, die von dem zugeführten mechanischen Eingang korrigiert, Signal abhängig ist. Das Maschinenelement der wobei die Rückkopplungssignale aus dem Haupt- Werkzeugmaschine ist mit dem genannten Antrieb rückkopplungsübertrager (16) korrigiert werden. 55 gekuppelt, und seine Stellung wird auf elektrischem

   Wege gemessen, worauf die so gemessene Größe mit

   dem Steuersignal verglichen und dadurch ein Abweichungssignal gewonnen wird, das die Abweichung

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Servorsteuer- des Werkzeugmaschinenelementes von seiner richtieinrichtung zum Steuern der Bewegung eines 60 gen Stellung angibt. Dieses Abweichungssignal wird Maschinenelementes längs einer Achse in Abhängig- dann zur Korrektion der eingenommenen Stellung keit von Kommandosignalen, mit einem Hauptservo- wieder dem die Verschiebung des Maschinenelements motor und einem mechanischen Antrieb, der den bewirkenden Vorschubantrieb zugeführt.
   Hauptservomotor mit dem Maschinenelement ver- Bei schweren Werkzeugmaschinenelementen, die bindet und ohne Überschreitung einer vorher- 65 eine große Trägheit besitzen, treten jedoch merkliche bestimmten Abweichung bei der Amplitude und Belastungsresonanzen auf; die Trägheit des zu bePhase ein Durchlaßband mechanischer Bewegungs- wegenden Maschinenelements wirkt nämlich wie eine frequenzen übertragen kann, die unterhalb einer Masse, die mit dem Antriebsmittel durch ein federn-