DE1513355A1 - Einrichtung zur numerischen Punktregelung - Google Patents

Description

• Einrichtung zur numerischen Punktregelung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für numerische Punktregelungen, bei denen zwei Körper, z.B. ein Werkzeug und ein Werkstück in einer, zwei oder auch drei Koordinatenrichtungef relativ zu einander bewegt und in vorbestimmten Lagen zu einander angehalten werden können. Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß man Einrichtungen für die numerische Punktregelung gegenüber den bekannten Einrichtungen dieser Art wesentlich einfacher aufbauen kann, wenn man auf deren universelle Anwendbarkeit, die meist garnicht benötigt wird, verzichtet. Praktisch kommt der Fall häufig vor, daß nur einzelne diskrete Punkte, innerhalb des Verfahrbereiches die in einem vorgegebenen Raster lieben, anesteuert werden müssen, wie dies bei der Bearbeitung von geätzten Leiterplatten, für die ein Rastermaß von 2,5 mm international genormt ist, der Fall ist.
• Diese Aufhabe wird durch die Erfindung einfacher als es mit den bekannten Einrichtungen für numerische Punktregelungen möglich ist, gelöst, indem auf jede Koordinate bezogen nur diskrete, einen vorbestimmten gleichen gegenseitigen Abstand aufweisende Punkte innerhalb des Verfahrbereiches einregelbar sind, wobei dieser Abstand groß gegenüber der bleibenden Regelabweichung ist. Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist mit solchen bekannten Einrichtungen für numerische Punktregelungen vergleicLbar, bei denen die Ist-Lage nit "ilfe von lnlcreitientalmaltstäben hestimr-it, mit der Soll-Lage verblichen und bei tvereinstimmung der Vorschubgegebenenfalls mit einer Vorstufe- abgeschaltet wird. Zwischen ihnen und der erfindungsgemäßen Einrichtung bestellen jedoch sehr wesentliche Unterschiede. Die bekannten Einrichtungen dienen dem Bestreben, jeden beliebigen Punkt innerhalb des Verfahrbereiches anfahrbar zu machen. Man hat daher möglichst feine Inkrementalmaßatäbe verwendet, d.li. solche, bei denen das Inkrement etwa gleich oderkleiner als die bleibende Regelabweichung ist. Auf diese Weise wird durch die einzelnen Inkremente im gesamten Verfahrbereich ein Raster festgelegt, dessen Rastermaß dem Inkrement entspricht. Während also bei den bekannten Einrichtungen das Rastermaß und der unvermeidliche bleibende Fehler etwa gleich sind, sind diese beiden Größen bei der erfindungsgemäßen Einrichtung bis zu mehreren Größenordnungen unterschieden. Anders ausgedrückt heißt das, bei den bekannten Einrichtungen soll durch die Wahl des kleinsten sinnvollen Rastermaßes eine möglichst große Annäherung an den Idealfall, der vollkommenen Universalität erreicht werden. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird bewußt auf die Erreichung dieses Zieles zugunsten eines anderen verzichtet. nämlich ausschließlich eine verhältnismäßig kleine Anzahl von ein entsprechend weites Raster bildenden Punkten anfahrhar zu machen. Durch fliese Unterschiede ergeben sich eine Reihe wichtiger und nicht ohne weiteres vorhersehbarer Vorteile sowohl in Aufbau als auch im Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung. So iauß die Orts-Soll-Information nicht mehr mit allen den Dezimalstellen prol;rFUnniiert werden, die ihrer Genauigkeit entspricht, denn es genügt, die Orts-Soll-Inforriation in Form der laufenden Nummer des jeweils anzusteuernden l:asterpunktes einzugeben. Abgesehen von dew Wegfall einer genauen Vermaßun g werden bei der erfindungsgemäßen Einrichtung Dezimalstellen im Verhältnis von Rasterabstand zur geforderten Genauigkeit eingespart. Da der Rasterabstand praktisch nie unter 1 iiiri beträgt, und die geforderte Genauigkeit meist 0,01 mm ist, werden also mindestens zwei Dezimalstellen eintespart. Dadurch wird der elektronische Aufwand erlieblicl: vermindert. Ferner ergibt sich eine weitere Verminderung des erforderlichen technischen Aufwandes, weil die Arbeitsfrequenz wesentlich niedriger als bei den belzannten P,et;eleinrichtungen sein kann.Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäben Einrichtun- bestellt darin, dal! bei ihr keine teuren Irkrementalgeber benötigt werclen.Ein wesentlicher Vorteil ist ferner daß auch nach Spannungsausfällen die absolute Genauigkeit der folgenclen Rasterpunkte ohne erneuten Abgleich gewährleistet ist. In der Abb.1 ist das Prinzip der erfindun@sgenii-ißen Punktregelung für eine lsoordinatenrichtung dargestellt.
• Abb.2 zeit,t die Kotorapannung des als Lagegeber verwendeten Drehmelders in Abhängigkeit vom Verfahrweg.
• In Abb.3 ist ein Beispiel für die logische Schaltung des Abschaltkreises wiedergegeben. Nach der in Abb.i gezeigten Regelung für eine Werkzeugmaschine dreht der Motor 1 die Spindel 2, wodurch sich der Schlitten 3 in x-Richtungen bewegt und das Werkzeug 4 positioniert. Die Orts-Ist-Information wird von dem Drehmelder 5 geliefert, der mit dem zu verfahrenden Teil der Werkzeugmaschine über die Spindel 2 meehanisch starr gekuppelt ist. Das vom Drehmelder 5 gelieferte Signal und der Sollwert der Lage des Werkzeuges 4 werden der logischer Schaltung 6 zugeführt, in der das Abschaltqignel gewonnen wird, auf das hin der Motor 1 abgeschaltet wird. Wie die Abb. 2 erkennen läßt, ändert sich die vom Drehmelder 5 abgegebene, das Signal darstellende Spannung 10 etwa sinusförmig mit dem Weg x des Schlittens 3. Diese Spannung 10 wird einem Spannungsdiskriminator 7 zugeführt. Seine Ausgänge 8 bzw. 9 führen Signal, wenn die Spannung in den Wert +U1 bzw. -U1 überschreitet, d.Ii. die Spannung 10, die bei der Stellung il des Schlittens 3 den Wert Null hatte,- z.B. am Punkt 12- den Wert +U1 erreicht hat. Den Ausgängen 8 und ) sind Speicher 24 und 25 nachgeschaltet.@Sie sind derart gegenseitig verriegelt, da11 der eine gelöscht wenn der andere gesetzt wird usw. Die Ausgänge der Speicher 24 und 25 sind parallel geschaltet und über ein Differenzierglied 26 mit dem Eingang des Zählers :'7 verbunden der für jede Spannungshalbwelle um eine Einheit weiter geschaltet wird. Dem Zähler 27 können über die Zuführung 28 in an sich bekannter Weise Soll-Werte voreingegeben werden. Stimmt die Anzahl der vom Zähler 27 gezählten Spannungshalbwellen mit dem voreingestellten Soll-Wert überein, so tritt am Ausgang des Zählers 27 das lioinzidenzsignal auf.
• Es gelangt über die Leitung 29 an das Und-Glied 30, 'das andererseits von der Spannung 10, die am Eingang des Spannungsdiskriminators 7 liegt, über einen Spannungsdiskriminator 31 und ein Nein-Glied 32 beaufachlagt wird. Am Ausgang des Und-Gliedes 30 tritt das Abschaltsignal für den Motor 1 auf. Die gegenseitige Verriegelung 'der Speicher 24 und 25 ergibt u.a. den Vorteil, dati Fehlimpulse am Eingang des Zählers 27 mit Sicherheit erkannt und eliminiert werden. Die bei der Erzeugung des Abschaltsignals auftretenden Vorgänge sind in der Abb. 2 dargestellt. Dabei ist ein Soll-Wert = 3 angenommen. vom Nulldurchgang der Spannung 10 am Punkt il ausgehend, steigt sie beim Betätigen der Spindel 2 durch die Bewegung des Schlittens 3 an. Die Spannung 10 erreicht am Punkt 12 die Schwellenspannung +U1, a in Ausgang 8 des Spannungsdiskriminators 7 tritt Signal auf, wodurch der Speicher 24 gesetzt und der Speicher 25 gelöscht wird. Der dabei auftretende Impuls schaltet den Zähler 27 von seiner Ausgangsstellung 0 uni eine Stelle weiter auf 1. Die weitere Bewegung lässt.die Spannung 10 zunächst weiter aufsteigen; nach Überschreiten ihres Maximums erreicht sie die Schwellenspannung am Punkt 13 wieder,geht am Punkt 14 durch Null und erreicht am Punkt 15 die gegenphasige Schwellenspannung -U1. Dadurch tritt am Ausgang 9 des Spannunnsdiskriminators 7 Signal auf, wodurch der Speicher 24 gelöscht und der Speicher `?5 gesetzt wird. Der dabei entstehende Impuls schaltet den Zähler 27 abermals um eine Einheit weiter auf 2. Dies setzt sich solange fort,-bis Ist- und Soll-Wert im Zähler 27 übereinstimmen. Dies ist für den gewählten Soll-Wert, nämlich 3-Punkt 1ß der Fall. Ist er erreicht, so tritt am Ausgang des Zählers 27 L-Signal auf, das über die Leitung 29 dem Und-Glied 30 zugeführt wird, das den Abschaltbefehl jedoch noch nicht auszulösen vermag, weil die zweite Und-Bedingung noch nicht erfüllt ist. Der Schlitten 4 wird daher zunächst weiter bewegt, bis die Spannung 10 unter den Wert +U2 abgesunken ist, auf den der Spannungsdiskrininatpr 31 anspricht. Die Spannung +U2 wird am Punkt 34 unterschritten. Das Ausgangssignal des Spannungadiskriminators 31 wechselt von L-Signal auf 0-Signal. Dieses wird in dem Nein-Glied 32 in L-Signal verwandelt, das die zweite Und-Bedingungen darstellt. Es liegen jetzt beide Und-Bedingungen vor und der Abschaltbefehl für den Motor 1 wird von dem Und-Glied 30 abgegeben. Wegen der Trägheit der Werkzeugmaschine kommt sie nicht unmittelbar nach Abschaltung des Motors 1 zur Ruhe. Damit das Werkzeug 4 genau in die Soll-Lage einläuft, ist es erforderlich zu Schwellenspannung U2 derart einzustellen, daß das die Wegdifferenz zwischen den Orten 20 und 34 gleich dem Nachlaufweg ist. Der Nachlaufweg lässt sich vorher experimentell leicht ermitteln. Selbstverständlich ist es auch möglich, in bekannter Weise den Motor 1 durch einen Vorbefehl zunächst von Eilgang auf Schleichgang umzuschalten, um dann erst den Abschaltbefehl zu geben. Das Ausgangssignal des Zählers 27 wird ausser an das Und-Glied 30 an die Löscheingänge der beiden Speicher 24 und 25 geführt und löscht den jeweils gesetzten Speicher. Dadurch stehen diese für den nächsten Einregelvorgang bereit. Die neue Lage, kann bei größeren oder kleineren Werten liegen als die vorhergehendei d.li. der Schlitten 3 muß, um in die neue Lage zu kommen, nach rechts oder links bewegt werden. Bei Bewegung nach rechts läuft die Einregelung der folgenden Lage in der beschriebenen Weise ab. Bei 1,inksbewegung spricht, wie sich aus der Abb. 2 ohne weiteres erkennen läüt, beim Punkt 19 der Spannungsdiskriminator 7 an und setzt den Speicher 24. Am Punkt 10 wird er wieder gelöscht und der Speicher 2.-5 j,esetzt usw. Die logische Schaltung (Abb.3) arbeitet wie bereits beschrieben.

  Für (las Nullen der erfin(lunl:s@:em:ilieti Einrichtung kann man ein in den

  Abbildungen nicht dargestellte4s veränderbares Phasendrehglied zwischen

  dem Drehfeldgeber j und det: Spannun gsdiskriminatoren 7 lind 31 vorsehen.

  Es kann z.B. als

  ausgebildet sein oder aus einer elektri-

  scLen Schaltitrigsanordnung bestehen.

  Das Nullen geschieht in der Weise, dah das Glied, dessen Lage geregelt werden soll, in die Nullage gefahren wird, - bei Anwenduni auf Werkzeugmaschinen heilet (las, das Werkzeu.#, wird auf ein Marke auf dem Werkstück ein--estellt - Lind das @l@asendret.rlied maintell oder automatisch solare bet::tiF;t bis seine Ausgangsspannung gleich Null ist. Das Phasendrehglied gestattet ferner, den Raster innerhalb des Veretellbereiches durch Änderung der Phasendrehung zii verschieben. Der Über.:inl- von einem Master zu einem anderen ist durch Änderung der Übersetzung zwischen dem Drehmelder 5 lind der Bewegung des Schlittens 3 auf einfache Weise zu bewerkstelligen. Auf die gleiche Weise lassen sich auch metrische und Zollraster berücksichtigen. Fehleradditionen, wie sie bei den bekannten Punkt-fegeleinrichtungen für Werkzeugmaschinen bei Kettenvermaßung auftreten kiinnen, sind bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht möglich, da der jeweils eingeregelte Rasterpunkt durch die Elektronik 7, 24 und 25 überwacht wird und spätestens beim erneuten Ansprechen des 1)iskriminators 7, d.li. beispielsweise nach Einregelung< des Punktes 20 spätestens be'i Erreichen der 'Punkte 19 oder 21, ein Warnsignal abgeleitet wird. Bleibt die Verschiebung innerhalb der Toleranzgrenze, so wird die absolute Genauigkeit der nachfolgenden Funkte nicht beeinträchtigt. Aus diesen Gründen und weil sich die logische Schaltung nach Beendigung eines jeden Regelvorganges wieder im Ausgangszustand befindet, d.h. beide Speicher 24 und `._'5 gelöscht sind, ist es gemäss einer Weiterbildung der Erfindung möglich, ein und dieselbe Schaltelektronik 7,8,9,24,25 26 27,28, 30,31 und 32 für nacheinander auszuführende Regelvorgänge in verschiedenen Regeleinrichtungen zu verenden. Es braucht deshalb bei zwei-, drei-, und mehrdimensionalen Rastern für die Regeleinrichtungen, z.B. an einer Werkzeugmaschine, nur eine einzige Schaltelektronik vorgesehen zu werden. Einer anderen Weiterbildung des Erfindungsgedankens gemäh, kann das hinter dem Spannungsdiskriminators 31 auftretende Signal als Regelgröße zur Lageregelung für das Einlaufen in die Soll-Lage benutzt werden.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c 1i e. 1.) Einrichtung zur numerischen Punktregelung insbesondere für Werkzeugmaschinen dadurch gekennzeichnet, dwi auf jede Koordinate bezogen nur diskrete, einen vorbestimmten gleichen gegenseitigen abstand aufweisende Punkte innerhalb des Verfahrbereiches einregelbar sind, wobei dieser Abstand grob gegenüber der Positioniergenaui-keit ist. 2.) Einrichtung nach !'Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daü die Ist-Lage des verfahrbaren Gliedes in jeder Koordinaten-Richtung mittels einer rfeßeinrichtung bestimmt wird, die das hießergebnis als periodische Funktion des vom verfahrbaren Glied zurückgelegten Wetes darstellt, wobei die Periode dieser Funktion dein Abstand der einregelbaren Punkte entspricht und da13 das Abschaltsignal für die Verstelleinrichtung durch Zählung der von der Meßeinrichtung z.B. in Form elektrischer Spannungen abgegebenen Perioden gewonnen wird. 3.) Einri.chtun g nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das verfahrbare Glied aus einem mittels einer Spindel (2) bewegten, ein Werkzeug (4) tragenden Schlitten (3) bestellt und daß mit der Spindel (2) ein Drehmelder (5) gekuppelt ist, dessen _lugdrtegssignale zii Zählimpulsen verarbeitet werden die in einew Zähler, bei dem der Sollwert voreingestellt ist, Jezählt werden und der bei Erreichung des Sollwertes ein Koinzidenz-Signal abgibt, das zur Gewinnung des Abschaltbefehls herangezogen wird. 4.) Einrichtung nach his 3 dadurch gelienrizeicl!riet, 0a13 die Ausgangsspannung des 1)r-el:r!:elclers . einem Spannungsdiskriminator (7) zugeführt wird, (essen einer oder anderer von zwei @1usgiinl;en (i3 und 9) Signal füi rt, wenn die anste- hende Spannung einen vorl;egebenen Schwellwert + bzw.- l' 1 überschrei- tet, dall den &usgiinl;en der Spririijuiit;sdisl;rimiiratoren je einer von ) nachge- zwei sich gegenseitig verriel;elnd.en Speichern (24 und h'5 schaltet ist, deren Ausgangssignale in einer geneinsamen Ilifferen- ziereinrichtung (2b) differenziert und dann auf den Zähler (27) gegeben werden, der beim Erreichen des vereingegebenen Sollwertes ein Koinzidenz-Signal abgibt,das auf ein und-Glied (30) gefüLrt wird. das andererseits über einen Spannunl;sdisliriminator (31) und ein Nein-Glied (32) beaufschlagt i.:ird uni dali der Aus@=,ang des Y'k.-Ulie- des (30) die Abschaltun l; des _Antriebsnotors (1) der Spindel (2) bewirkt. 5,) Einrichtung nach .Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, (lali ein und dieselbe logische ScLaltung für den Abschaltkreis gemeinsam in mehreren nicht gleichzeitig arbeitenden Rel,eleinrichtunben benutzt wird. G.) Einrichtunn nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, da13 die nicht gleichzeitig arbeiteru!en Regeleinrichtungen die Lageregelungen für verschiedene Koordinatenrichtungen bei einer Werkzeugni:aschine sind. 7.) Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4 sowie 5 und/oder G dadurch gekennzeichnet, dalldas Signal hinter dem Spaniiiiirl,sdislcriminator (31) für die kleinere Schwellenspannung (+ Uj als ltehelgröße zur Lageregelung für das Einlaufen in die Soll-Lage benutzt wird.