DE1638032B2 - Numerisch arbeitende Programmsteuerung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine numerisch arbeitende Programmsteuerung zum Positionieren eines angetriebenen
Maschinenteils gegenüber einem Bezugsteil, mit einer einen Rechner enthaltenden Wegregelung, und
mit einer Einrichtung zur Berücksichtigung von den zu erreichenden Stellungen eigenen, auf Grund mechani-Icher
Ungenauigkeiten der Stellorgane des angetriebenen Maschinenteils bedingten Korrekturwerten, welche
Einrichtung dem Rechner die Korrekturwerte zur f ntsprechenden Korrektur der Befehle der Programm-Steuerung
zur Verfugung stellt, welcher Rechner eine bewegung des Maschinenteils entsprechend den derart
korrigierten Befehlen der Programmsteuerung zu verschiedenen Stellen des Yerstellbereiches veranlaßt.
Es sind bereits numerisch arbeitende Programm'
Steuerungen dieser Art bekannt (Df-AS 1 138 848), die
aber ein stellungsabhängige, mechanische, dem zu verstellenden Maschinenteil eigene Ungenauigkeiten erfassendes Korrektursystem verfügen, welches den jeweils zu erreichenden Stellen zugehörige Korrekturwerte fallweise ermittelt und zur entsprechenden Kor- 6$
rektur der Zahlenwerte der Ausgangsbefehle des Rechners benutzt, wobei diese Korrekturwerte vorübergehend zwecks entsprechender Datenverarbeitung ge speichert werden. Bei diesen bekannten numerisch arbeitenden Programmsteuerungen lassen sich die Korrekturwerte stets nur in Abhängigkeit von der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine ermitteln, d. h- diese
muß, wenn eine besonders genaue Ermittlung dieser Werte wichtig ist, verhältnismäßig niedrig gewählt
werden, um entsprechend genaue Messungen durchführbar zu machen.
Bekannt ist auch (S. Lüder: »Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen«. 1962, S. 22, 23,
insbesondere Bild 37, Teil »m«), bei numerisch arbeitenden
Programmsteuerungen dem Rechner vorher fest eingestellte Korrekturdaten (z. B. für eine Werkzeugabnutzung)
zusätzlich zu den Programmen einzugeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst weitgehende und genaue Kompensation der dem
zu verstellenden Maschinenteil eigenen, stellungsabhängigen, mechanischen Ungenauigkeiten völlig unabhängig
von der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine
zu ermöglichen bzw. mit anderen Worten die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine unabhängig von der
Dauer der zur Ermittlung der erwähnten Ungenauigkeiten durchzuführenden Meßvorgänge zu machen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer numerisch arbeitenden Programmsteuerung der eingangs
angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Berücksichtigung der KorrLkturwerte aus einer mit
dem Rechner verbundenen, elektronischen Speichervorrichtung besteht, in der eine den verschiedenen zu
erreichenden Stellungen des Maschinenteils zugeordnete, ein für allemal vorab durch eine besondere Messung
ermittelte Korrekturwerte enthaltende Tabelle gespeichert ist, und daß der Rechner derart programmiert
ist, daß er aus der elektronischen Speichel vorrichtung die Korrekturwerte zu den verschiedenen
Stellungen jeweils zur entsprechenden Korrektur der Befehle der Programmsteuerung entnimmt.
Auf diese Weise wird es möglich, die Korrekturwerie vorab unabhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit der
Maschine unter ausreichendem Zeitaufwand für die Durchführung äußerst genauer Messungen zu ermitteln,
so daß beim Betrieb der Maschine anstatt der nur unter entsprechendem, die Arbeitsgeschwindigkeit der
Maschine beeinträchtigendem Zeitaufwand möglichen Erregungszustand jeweils neuer Messungen die gespeicherten
Korrekturwerte sehr schnell stellenweise aus dem Speicher abgefragt werden können.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist gemäß den Merkmalen des obigen Anspruches 2 ausgebildet.
Die Zeichnung zeigt für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Blockschaltbild einer numerisch arbeitenden
Steuervorrichtung bei ihrer besonderen Anwendung auf einen Koordinatenschreiber. Die dargestellte
Steuervorrichtung besteht aus einer Eingangsvorrichtung 10, einem Digitalrechner 12 und einem insgesamt
mit 14 bezeichneten Koordinatenschreiber. Der Koordinatenschreiber 14 besteht aus einem angetriebenen
Maschinenteil 16, beispielsweise einem Schreibstifthalter, einem Druckkopf od. dgl., das sich aber einem Bezugsteil, welches aus einem an dem Gestell des Koordinatenschreibers befestigten Papierbogen 18 od. dgl. besteht, zu einer beliebigen Stelle bewegen läßt Die Positionierung des angetriebenen Maschinenteils 16 gegenüber dem Papierbogen 18 erfolgt auf einer als X-Achse
bezeichneten Achse mit Hilfe einer Leitspindel 20, Die Leitspindel 20 wird ihrerseits von einem Halter 22 getragen, der gegenüber dem Papierbogen 18 mit Hilfe
finer weiteren Leitspindel 24 entlang einer als K-Achse
bezeichneten, anderen Achse positioniert ist. Die Leitipindel
20 wird mit Hilfe eines ihr zugeordneten Motors 26 angetrieben, während die Leitspindel 24 mit
Hilfe eines ihr zugeordneten Motors 28 angetrieben wird. Jeder der Motoren 26 und 28 kann aus einem
Einzelmotor oder einer Motorengruppe bestehen, die zu ihrem Antrieb in geeigneter Weise angeschlossen
sind. Jeder der Motoren 26 und 28 ist vorzugsweise ein Schrittschaltmotor, dessen Stromversorgung durch
eine zugeordnete Motorsteuerung 30 bis 32 gesteuert wird. Die Leitspindel 20 ist antriebsmäßig mit einem
Codierer 27 verbunden, der über die Leitung 31 dem Rechner 12 Signale zuführt, die die durch die Winkelstellung
der Leitspindel 20 bedingte Stellung des Teiles 16 auf der X-Achse darstellen. Entsprechend ist an die
Leitspindel 24 antriebsmäßig ein Codierer 29 angeschlossen, der dem Rechner 12 über die Leitung 33 Signale
zuführt, die die durch die Winkelstellung der Leitspindel 24 bedingte Stellung des Teiles 16 auf der
K-Achse darstellen.
Die Eingangsvorrichtung 10 kann dif verschiedensten Formen haben und beispielsweise ein Lochstreifenabtaster,
Magnetbandlesekopf oder eine laufend Daten erzeugende Vorrichtung sein. In jedem Falle
dient sie zum Beliefern des Rechners 12 mit Eingangsbefehlen in Form programmgemäß codierter Zahlen,
die Stellungen darstellen, in die das angetriebene Teil 16 gebracht werden soll. Ein Y-Eingangsbefehl, der die
Stellung darstellt, in die das Teil entlang der V-Achse bewegt werden soll, wird über die Leitung 34 zugeführt,
während ein X-Eingangsbefehl, der die Stellung darsteilt, in die das Teil entlang der X-Achse bewegt werden
soll, über die Leitung 36 zugeführt wird. Der Rechner 12 bewirkt seinerseits das Umwandeln der über die
Leitungen 34 und 36 zugeführten Eingangsbefehle in auf den Motorantrieb 32 bzw. 30 übertragene Ausgangsbefehle,
von welchen der Ausgangsbefehl für den Y-Achsen-Motorantrieb 32 über die Leitung 38 und der
Ausgangsbefehl für den X-Achsen-Motorantrieb 30 über die Leitung 40 zugeführt wird. Sofprn die Motoren
26 und 28 Schrittschaltmotoren sind, bestehen die über jede der Leitungen 38 und 40 zugeführten Befehle aus
elektrischen Impulsen, die je eine Veränderung im Erregungszustand des zugeordneten Schrittschaltmotors
und einen Bewegungsbruchteil des angetriebenen Teiles 16 entlang der zugeordneten Achse wiedergeben.
Dem Rechner 12 -st eine elektronische Speichervorrichtung
42 zugeordnet, in der eine Tabelle von Korrekturwerten gegenüber Stellungen des beweglichen
Teiles oder Bezugsstellungen gespeichert ist. Diese Korrekturwerte stehen zu den Beträgen in Beziehung,
um die die Stellung des angetriebenen Teiles an jeder Bezugsstelle korrigiert werden muß, um zu bewirken,
daß die betreffende Stellung mit der befohlenen Soll-Stellung zusammenfällt oder zumindest näher an sie
herangebracht wird, als wenn der Rechner ohne Auswertung dieser Korrekturwerte betrieben wird. Der
Rechner 12 ist seinerseits so programmiert, daß er aus der Speichervorrichtung 42 entsprechend ihrer Stellung
Korrekturwerte abfragt und sie verwendet, um die an den Leitungen 38 und 40 auftretenden Ausgangsbefehle
in der Weise zu korrigieren, daß der sonst beim Positionieren des angetriebenen Teiles 16 auftretende,
lagebedingte, mechanische Fehler verringert wird.
Die in die Speichervorrichtung 42 eingespeicherte Tabelle von Korrex<iirwerten gegenüber der jeweiligen
Bezugsstellung läßt sich mittels Verwendung genauer Meßvorrichtungen erstellen, wie beispielsweise
eines Laser-Interferometers zum Ermitteln der Ist-Stellung des angetriebenem Teiles gegenüber dem Papierbogen
18 oder einem sonstigen Bezugsteil. Das ange.-
triebene Maschinenteil wird mit Hilfe von durch die Eingangsvorrichtung 111) zugeführten Eingangsbefehlen
über eine Anzahl von über sein Bewegungsfeld verstreuten Bezugsstellungen gesteuert. Beim Erreichen
jeder angenommenen Bezugsstellung durch das angetriebene Teil wird seine Ist-Stellung gemessen und mit
der befohlenen Soll-Stellung verglichen, um den Korrekturwert oder die Korrekturwerte für diese Bezugsstellung zu erhalten. Indem das angetriebene Teil durch
ein Netz von über den gesamten Bereich des Bezugsteiles 18 verstreuten Stellungen geführt wird, lassen
sich auf einer Zweiachsenbasis Fehlerwerte ermitteln, wobei jedem Bezugspunkt ein X-Fehlerwert und ein
V-Fehlerwert zugeordnet ist Daraus wird eine Fehlertabelle
erstellt, die eigentlich eine Schar von K.orrekturkurven
darstellt, wobei die jedem Bezugspunkt zugeordneten Fehlerwerte von -j-u Stellung des angetriebenen
Teiles 16 auf seinen beiden Verstellungsachsen abhängig oder eine Funktion von ihr sind.
Die in der Speichervorrichtung 42 enthaltene Korrekturtabelle läßt sich unter Computerprogrammsteuerung automatisch erstellen, indem Eingänge zum Rechner aus der Meßeinrichtung benutzt werden, um die Ist-Stellung des angetriebenen Teiles zu ermitteln, und diese Eingänge mit den befohlenen Soll-Stellungen aus der Eingangsvorrichiung verglichen werden, um die Fehlerwerte zu ermitteln, die dann automatisch in die Speichervorrichtung 42 übertragen werden. Sofern die Anzahl der Bezugspunkte nicht zu groß ist, läßt sich die Tabelle auch von Hand (d. h. ohne Zuhilfenahme automatischer Mittel) erstellen. Für eine Vorrichtung mit zwei Achsen, beispielsweise für den Koordinatenschreiber 14, wird vorzugsweise ein Gitter oder Netz aus Bezugspunkten bei gleichbleibenden Abstanden an jeder Achse erstellt. Beispielsweise würde ein Gitter oder Netz aus auf der X- und der V-Achse 25,4 mm voneinander getrennt angeordneten Linien bei einer Fläche von 254 χ 254 mm einhundert Schnittpunkte aufweisen. Eine Korrekturwerttabelle für diese Flächengröße und diesen Zwischenabstand (der einzelnen Linien raw. Bezugspunkte) läßt sich von Hand, d. h. ohne Zuhilfenahme automatischer Mittel, errechnen, jedoch wird für größere Flächen und/oder kleinere Zwischenräume die Anzahl der Schnittpunkte ziemlich groß, so daß in diesem Falle die Erstellung der Korrekturtabelle mit Hilfe automalischer Mittel zu bevorzugen sein wird.
Die in der Speichervorrichtung 42 enthaltene Korrekturtabelle läßt sich unter Computerprogrammsteuerung automatisch erstellen, indem Eingänge zum Rechner aus der Meßeinrichtung benutzt werden, um die Ist-Stellung des angetriebenen Teiles zu ermitteln, und diese Eingänge mit den befohlenen Soll-Stellungen aus der Eingangsvorrichiung verglichen werden, um die Fehlerwerte zu ermitteln, die dann automatisch in die Speichervorrichtung 42 übertragen werden. Sofern die Anzahl der Bezugspunkte nicht zu groß ist, läßt sich die Tabelle auch von Hand (d. h. ohne Zuhilfenahme automatischer Mittel) erstellen. Für eine Vorrichtung mit zwei Achsen, beispielsweise für den Koordinatenschreiber 14, wird vorzugsweise ein Gitter oder Netz aus Bezugspunkten bei gleichbleibenden Abstanden an jeder Achse erstellt. Beispielsweise würde ein Gitter oder Netz aus auf der X- und der V-Achse 25,4 mm voneinander getrennt angeordneten Linien bei einer Fläche von 254 χ 254 mm einhundert Schnittpunkte aufweisen. Eine Korrekturwerttabelle für diese Flächengröße und diesen Zwischenabstand (der einzelnen Linien raw. Bezugspunkte) läßt sich von Hand, d. h. ohne Zuhilfenahme automatischer Mittel, errechnen, jedoch wird für größere Flächen und/oder kleinere Zwischenräume die Anzahl der Schnittpunkte ziemlich groß, so daß in diesem Falle die Erstellung der Korrekturtabelle mit Hilfe automalischer Mittel zu bevorzugen sein wird.
Als eine andere Möglichkeit zum Erstellen einer auf einem Netz aus über den gesamten Bereich des Bewegungsfelde:;
des angetriebenen Teiles verstreuten Bezugspunkten basierten Korrekturw^rttabelle läßt sich
diese in vielen Fällen vereinfachen und auf Fehlerwerten aufbauen, die man erhält, indem man an einer Anzahl
von entlang jeder Achse auf einer einzigen Linie voneinander getrennten Bezugspunkten Fehlerablesungen
vornimmt Diese mögliche andere Technik ist auf
Positioniervorrichtungen, beispielweise auf viele Koordinatenschreiber, anwendbar, bei welchen man
zum Bewirken und Steuern des Positionieren des angetriebenen Teiles Führungsbahnen und Leitspindeln
verwendet. Diese Vorrichtungen weisen charakteristisch auf jeder Achse wiederholbare, stellungsbedingte
Positionierfehler auf, von welchen ein großer Teil auf die wiederholbaren Nichtlinearitäten der Leitspindeln
und der Führungsbahnen beruht. Diese auf den Unge-
nauigkeiten der Leitspindeln und der Führungsbahnen beruhenden wiederholbaren Nichtlinearitäten sind ihrerseits von der Stellung des angetriebenen Maschinenteiles in bezug auf die andere Achse nicht abhängig, so
daß für jede Achse nur eine Gruppe von Fehlerablesungen entlang der Achse vorgenommen werden muß.
Bei der vorstehend erörterten 254 χ 254 mm großen Fläche mit Zwischenräumen von 25.4 mm zwischen den
einzelnen Bezugspunkten wird durch diese Verfahrensweise die Anzahl der Bezugspunkte auf zehn Bezugspunkte entlang einer und zehn Bezugspunkte entlang
der anderen Achse, also auf insgesamt zwanzig Bezugspunkte verringert. Diese Verfahrensweise verringert
somit die Anzahl der erforderlichen Messungen erheblich, verringert die zum Erstellen der Fehlertabelle erforderliche Zeit und Arbeit, verringert dns Ausmaß der
für die Speichervorrichtung 42 erforderlichen Speicherkapazität und verkürzt die Errechnungszeit und vermindert die Komplexität des Computerprogramms.
Beim Betrieb der in der Zeichnung dargestellten, numerisch arbeitenden Steuervorrichtung kann der Rechner 12 bei Verwendung der in der Speichervorrichtung
42 gespeicherten Korrekturwerttabelle zur Ausnutzung der Fehlerwerte auf unterschiedliche Weise programmiert werden. Gemäß einem Betriebs verfahren kann
der Rechner 12 so programmiert werden, daß er beim Durchlauf des angetriebenen Teiles 16 durch gegebene
Bezugspunkte schrittweise, d. h. einzelne voneinander
getrennte. Korrekturen vornimmt. Das heißt, daß beim Durchlauf des angetriebenen Teiles durch einen Bezugspunkt eine mit dem in der Speichervorrichtung 42
für diesen Bezugspunkt gespeicherten Fehlerwert übereinstimmende Korrektur vorgenommen wird, wobei
das gesamte Ausmaß der Korrektur auf einmal erfolgt. Als Alternative dazu kann der Rechner so programmiert werden, daß die für jede beliebige Stellung des
angetriebenen Teiles 16 erforderliche Fehlerkorrektur aus den benachbarten Bezugspunkten zugeordneten
Fehlerwerten interpoliert und beim Verstellen des angetriebenen Teiles zwischen bestimmten Bezugspunk
ten Fehlerkorrekturen in Übereinstimmung mit diesei interpolierten Werten fortschreitend oder proportiona
vorgenommen werden.
Sofern die Antriebsmotoren der Positioniervorrich
tung Schrittschaltmotoren sind, bestehen die an der
Leitungen 38 und 40 auftretenden, aus dem Rechnei kommenden Ausgangsbefehle aus elektrischen Impulsen, wobei die durch den Rechner mittels Verwendung
der Fehlertabelle durchgeführten Korrekturen im we
sentlichen aus Addier- oder Subtraktionsimpulsen für
sonst an den Leitungen 38 und 40 auftretende Impulsreihen bestehen. Sofern der Rechner so programmiert
ist. daß er schrittweise, d. h. einzelne voneinander getrennte. Korrekturen vornimmt, wird beim Erreichen
is jeder Bezugsstellung durch das angetriebene Teil eine
Anzahl von zu der Größe des Korrekturwertes in Beziehung stehenden Impulsen den Leitungen 38 und 40
zugeführt bzw. aus ihnen subtrahiert. Sofern der Rechner so programmiert ist. daß er die Korrektur interpo-
iiert. werden den Leitungen 38 und 40 Impulse proportional im Wege der Addition oder der Subtraktion zugeführt. Das heißt, daß der Raum zwischen zwei Bezugspunkten an der betreffenden Achse in Bruchteile
aufgeteilt wird, deren Anzahl von den Fehlerwerten an
den Bezugspunkten abhängig ist. wobei, wenn das angetriebene Teil das Ende eines jeden Bruchteils erreicht, ein Impuls zuaddiert oder subtrahiert wird.
Es leuchtet ein. daß insbesondere die für die Positionier bzw. Einstellvorrichtung verwendeten Antriebs-
motoren, beispielsweise die Motoren 26 und 28. keine Schrittschaltmotoren zu sein brauchen, sondern Servomotoren sein könnten. In diesem Falle können die den
Motorsteuerungen 32 und 30 über die Leitungen 38 und 40 ?ugeführten korrigierten Ausgangsbefehle Digital
befehle sein, die im wesentlichen denjenigen entsprechen, die dem Rechner 12 mit Hilfe der Eingangsvorrichtung 10 über die Leitungen 34 und 36 zugeführt
werden, jedoch mit Hilfe des Rechners 12 unter Benutzung der Korrekturwerttabelle in der Speichervorrich-
tung 42 korrigiert sind.
Claims (2)
1. Numerisch arbeitende Programmsteuerung Positionieren eines angetriebenen Maschinen-
teils gegenüber einem Bezugsteil, mit einer einen Rechner enthaltenden Wegregelung und mit einer
Einrichtung zur Berücksichtigung von den zu erreichenden Stellungen eigenen, auf Grund mechanischer
Ungenauigkeiten der Stellorgane des angetriebenen Maschinenteils bedingten Korrekturwerten,
welche Einrichtung dem Rechner die Korrekturwerte zur entsprechenden Korrektur der Befehle
der Programmsteuerung zur Verfugung stellt, welcher Rechner eine Bewegung des Maschinenteils
entsprechend den derart korrigierten Befehlen der Programmsteuerung zu verschiedenen Stellen des
Verstellbereiches veranlaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Berücksichtigung der Korrekturwerte aus einer mit dem Rechner
(12) verbundenen, elektronischen Speichervorrichtung (42) besteht, in der eine den verschiedenen
zu erreichenden Stellungen des Maschinenteils (16) zugeordnete, ein für allemal vorab durch eine besondere
Messung ermittelte Korrekturwerte enthaltende Tabelle gespeichert ist, und daß der Rechner
(12) derart programmiert ist, daß er aus der elektronischen Speichervorrichtung (42) die Korrekturwerte
zu den verschiedenen Stellungen jeweils zur entsprechenden Korrektur der Befehle
der Programmsteuerung entnimmt.
2. Numerisch arbeitende Programmsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rechner (12) so programi. iert ist, daß bei solchen Stellungen des Maschinenteils (16), denen kein Korrekturwert
eindeutig zugeordnet ist, der für den Befehl der Programmsteuerung erforderliche Korrekturwert
aus den für benachbarte Bezugsstellungen in der Tabelle enthaltenen Korrekturwerten interpoliert
wird.
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EGA | New person/name/address of the applicant |