DE2020072A1

DE2020072A1 - Positioniersystem

Info

Publication number: DE2020072A1
Application number: DE19702020072
Authority: DE
Inventors: Ross Geoffrey A
Original assignee: Pratt and Whitney Co Inc
Current assignee: Pratt and Whitney Co Inc
Priority date: 1969-04-24
Filing date: 1970-04-24
Publication date: 1971-01-28
Also published as: US3593091A

Description

"2 4. 4"-7fl?e

P 3082
37/Hä

e Pratt & Whitney Inc.,

e oo

West Hartford, Connecticut 06101, USA 53 Charter Oak Boulevard

Positioniersystem

Die Erfindung betrifft ein System zum Positionieren von zwei oder mehr beweglichen Gliedern längs Je einer Achse. Die Erfindung ist speziell auf ein Absolutwert-Positioniersystem für Werkzeugmaschinen gerichtet und mit besonderem Vorteil auf Lehrenbohrwerke anwendbar, bei denen eine sehr genaue Positionierung erforderlich ist.

In manchen Positioniersystem für Werkzeugmaschinen wird ein Analog-Digital-Wandler verwendet, der beispielsweise aus einer rotierenden Scheibe besteht und eine Bewegung darstellende Impulse erzeugt. Mit Hilfe der Impulse wird in einem Positionsregist er die Stellung eines Maschinenteils längs einer gegebenen Achse gespeichert.

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Man kann zur Positionsanzeige auch einen Resolver verwenden, der mit Hilfe eines PhasenVergleichs eine Iststellung mit einer Sollstellung vergleicht und gegebenenfalls ein Fehlersignal erzeugt.

Derartige Systeme funktionieren befriedigend und werden in großem Umfang verwendet. Sie arbeiten jedoch nicht mit Absolutwerten in dem Sinne, daß sie die Iststellung eines Maschinenteils, z.B. eines Schlittens oder Supports, in dem Augenblick speichern, in dem die Ener- f giezufuhr zu dem System unterbrochen wird. Wenn man beispielsweise ein Positionsregister mit aktiven Elementen wie Transistoren oder anderen elektronischen Schaltern verwendet und die Stromzufuhr zu dem Register unterbricht, werden die elektronischen Schalter stromlos, so daß die Speicherung der Stellung des Maschinenteils verloren geht. Wenn daher zur Bearbeitung eines großen Werkstückes, zahlreiche Arbeitsvorgänge erforderlich sind, muß man dem Steuerungssystem ständig Energie zuführen, auch wenn die Maschine selbst nicht in Betrieb ist.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Steuerungssystems, welches die Stellung eines Schlittens jederzeit anzeigt, wenn dem Steuerungssystem eine Steuerenergie zugeführt wird, ferner in der Schaffung eines mit Absolutwerten arbeitenden Positioniersystems, das nur zwei Koordinatenachsen verwendet, die sich in einer Richtung von einem Bezugspunkt weg erstrecken und in dem jeder.· gegebene Punkt wahLweise als Bezugspunkt; an jeder im Arbeitsbereich der Maschine befindlichen Stolle de« Werkstückes festgelegt werden kann. Die Genauigkeit des Po8iti.onierungsyyßtem£3 soLL den Anforderungen für ο in Lehrenbohrwerk genügen. Die Geschwindigkeit der MuHchinenochLittan hoLL des weiteren in Abhängigkeit von dem vorhandenen EOhLer derart steuerbar sein, daß ο in

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großer Geschwindigkeitsbereich vorhanden ist und die Schlitten der Maschine schnell und genau in eine Sollstellung bewegt werden. Allgemein wird also die Schaffung eines verbesserten Positionierungssystems für eine Werkzeugmaschine bezweckt, insbesondere mit verbesserten Mitteln zum ständigen Anzeigen der Stellung der Maschinenschlitten bzw. zum Vorherbestimmen eines Bezugspunktes und mit einer neuen und verbesserten Geschwindigkeits-Steuereinrichtung.

Ein System der eingangs beschriebenen Art weist gemäß der Erfindung eine Einrichtung zum Erzeugen von numerischen Sollstellungssignalen auf, die eine auf eine Bezugsstellung bezogene Sollstellung eines der Glieder darstellen, ferner eine Ableseeinrichtung zum Ablesen des Absolutwerts der Iststellung jedes Gliedes längs seiner Achse, eine von der Ableseeinrichtung gesteuerte Einrichtung zum Erzeugen von numerischen Iststellungssignalen, welche die Iststellungen darstellen, eine Einrichtung zum Erzeugen von numerischen Bezugsstellungssignalen, welche Bezugsstellungen der Glieder darstellen, einen ersten Verglei,cher zum Erzeugen von numerischen Abst and s signal en, welche die Differenz zwischen den Absolutwerten für die Iststellungen und den Bezugsstellungen darstellen, einen zweiten Vergleicher zum Erzeugen von numerischen Stellungsfehlersignalen, welche die Differenzen zwischen den Abstandssignalen und den numerischen Sollstellungssignalen darstellen, und eine Einrichtung zum Bewegen der genannten Glieder in Abhängigkeit von den Stellungsfehlersignalen.

Die Erfindung schafft somit ein Positioniersystem, bei dem die Iststellung eines gesteuerten Gliedes stets durch den Absolutwert des Abstandes von einem festgelegten Nullpunkt angegeben und die Stellung des gesteuerten Gliedes gegenüber einem wählbaren Bezugspunkt dadurch bestimmt wird, daß der Absolutwert des Bezugspunktes von dem

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Absolutwert für die Iststellung des gesteuerten Gliedes subtrahiert wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung anhand der Zeichnung hervor. In dieser zeigt:

Fig. 1 ein Blockschema des erfindungsgemäßen Systems,

Fig. la eine Koordinaten-Darstellung der Achsen, an denen sich die gesteuerten Glieder der Maschine entlangbewegen können,

Fig. 2 und 2a Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Zeitsteuerungssignal-Wellenzügen,

Fig. 3 ein Schema eines Antriebssystems für die gesteuerten Glieder,

Fig. 4- ein Logikschema des Fehlerauswerters im System nach Fig. 1,

Fig. 5 ein Logikschema einer Steuereinrichtung für das Antriebssystem nach Fig. 3»

Fig. 6 ein Logikschema einer Wählschaltung für die Wahl der Bewegungsachsen, für welche numerische Informationen zu interpolieren sind,

Fig. 7 ein Logikschema zur Erläuterung der Geschwindigkeitssteuerung des Antriebssystems in Abhängigkeit von dem durch die Fehlerauswertung erhaltenen Wert, und

Fig. 8 ein ausführlicheres Logikschema eines Teils der Fig. 7.

Das erfindungsgemäße System 10 besitzt einen Umsetzer 11, der zum Decodieren und zum Verteilen von 'Informationen dient. Der Umsetzer 11 kann über einen Abtaster 12 für ein Lochband 12 oder über eine handbetätigbare Tastatur mit Informationen gespeist werden.

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Der Umsetzer gibt die Stellungsbefehle für die X- und die Y-Achse in Form von binär codierten Dezimalζiffern an ein X-Befehlsregister 14 bzw. ein Y-Befehlsregister ab. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Register 14, 15 statische Register für binär codierte Dezimalζiffern mit sieben Dekaden. Die Register werden, mit der niedrigsten Dekade beginnend, durch Markiersignale Mq bis Mg abgetastet. Der Umsetzer 11 gibt ferner Informationen an ein Netzwerk 16 ab, das als G-Funktions- oder Schleifensteuerungs-Speichernetzwerk bezeichnet werden kann.

Die Werkzeugmaschine hat beispielsweise einen Tisch und einen Bettschlitten 18, die gemäß Fig. la längs einer X- bzw. Y-Achse bewegbar sind. Es ist ein Antrieb 19 für den Tisch und ein Antrieb 20 für den Bettschlitten vorgesehen. Der Tisch und der Bettschlitten tragen je eine Präzisionsskala 21 bzw. 22 aus Glas, der ein ortsfester Ablesekopf 23 bzw. 24- zugeordnet ist. Die Ableseköpfe 23, 24 lesen von den Skalen 21 bzw. 22 die Absolutwerte für die Stellungen längs der X- bzw. Y-Achse in Bezug auf einen Nullpunkt ab. Dies ist in Fig. la erläutert. Den Skalen und Ableseköpfen ist ein Interpolator 25 zugeordnet. Für die Stellungsablesung kann ein Instrument verwendet werden, das unter der Bezeichnung DIG von der Firma General Measurement Research, Inc. hergestellt und von der Firma Automatic Gauges, Inc. in Rochester (N.Y., USA) vertrieben wird. Das DIG-Instrument besteht aus drei Elementen, 'und zwar einer Präzisionsskala aus Glas, einem kompakten Ablesekopf und einem Interpolator zum Erzeugen von Signalen zwecks Darstellung binär codierter Dezimalziffern. Ablesekopf, und Skala des DIG-Instruments sind auf verschiedenen, relativ zueinander bewegten Maschinenelementen montiert. Der Ablesekopf tastet die Skala optisch ab und bestimmt

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den Absolutwert der Stellung gegenüber einem Nullpunkt auf der Skala. Diese Information wird dem Interpolator 25 zugeführt, der für jeden Ablesekopf eine binär codierte, siebenstellige Dezimalzahl erzeugt. Diese Stellungsinformation wird über das X-Y-Gatter 26 selektiv an einen Summator oder eine Subtrahiereinrichtung 27 angelegt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Bewegungsbereich 99»99999 Längeneinheiten (LE) zu beispielsweise je 25»4- mm, d.h. er entspricht einer siebenstelligen Zahl.

Wie nachstehend beschrieben wird, erfolgt die Abgabe der sieben Ziffern der binär codierten Dezimalzahl unter Steuerung durch die Markiersignale Mq bis Mg, die zusammen einen Markierzyklus darstellen. Von dem Steuerungsspiel-Netzwerk kann man noch weitere Steuersignale ableiten. Es werden ferner die Taktsignale C1 bis C4- verwendet. Vier dieser Taktsignale bilden einen Taktzyklus. Die Dauer jedes Markiersignals entspricht einem Taktzyklus. Fig. 2a zeigt die Form der Taktzyklen und Fig. 2b gibt die Beziehung der Markiersignale zu den Taktzyklen an.

Die Taktsignale werden von einem Netzwerk erzeugt, wie es in der USA-Patentschrift 3 417 2OJ angegeben ist. Die Markiersignale werden mit Hilfe eines (nicht gezeigten) siebenstufigen Schieberegisters erzeugt, das bei jedem Taktzyklus geschoben wird, so daß auf an sich bekannte Weise in jeder Stufe ein Markiersignal erzeugt wird. Wie nachstehend angegeben ist, werden im allgemeinen die Taktsignale C2 und C4 zum Auftasten und die Signale C1 und CJ> zum Rückstellen oder Setzen verwendet. Die hier dargestellte logische Schaltung ist eine NOR-Schaltung, wie sie in der genannten USA-Patentschrift angegeben ist.

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Das System ermöglicht ferner das Festlegen eines Bezugspunktes, beispielsweise des in Fig. la gezeigten Punktes X= 5» Y«4·. Zu diesem Zweck sind für die beiden Achsen ein X-Bezugspunktregister 28 "bzw. ein Y-Bezugspunktregister 29 vorgesehen. Zur Bestimmung des Bezugspunktes dienen übliche Wandler, die einen in arabischen Dezimalzahlen dargestellten, von einer Skala abgelesenen Wert in eine binär codierte Dezimalzahl umwandelt, die in diesem Fall sieben Stellen hat. Ein geeignetes Register wird unter der Bezeichnung Digi-Switch von der Firma Digitran Co. in Pasadena (CaI., USA) hergestellt. Diese Zahlen werden in den Registern 28,29 gespeichert und können bei offenem X-Y-Wählgatter 30 während der Markier signale Mq bis Mg in der richtigen Reihenfolge abgelesen werden.

Zu diesem Zweck werden die Gatter 26 und 30 synchron geöffnet, um die Zahlen X oder Y an den Summator 27 abzugeben. In diesem werden die X- und Y-Koordinaten des Bezugspunkts zu der von der Skala des DIG-Instruments abgelesenen Zahl addiert. Die Bezugspunktzahlen werden dem Summator 27 als negative Zahlen zugeführt. Der Summator 27 besitzt eine Vo:rwärts-/Rückwärts-Addiereinrichtung für binär codierte, siebenstellige Dezimalzahlen. Diese Addiereinrichtung weist die Stufen 10 bis 10 ^y auf, an welche die Ziffern der binär codierten Dezimalzahlen über die Gatter 26 und 30 gelangen. Die Gatter 26,30 werden wahlweise für die Weitergabe von X- bzw. Y-Ziffern geöffnet, ebenso das Gatter 31. Dieses dient wahlweise zur Weitergabe des X- oder Y-Werts für die Sollstellung. Die Gatter 26,30 geben gleichzeitig die Ziffern des X-Wertes bzw. des Y-Werts weiter. Der Ausgang des Summators 27 wird mit Hilfe der Markiersignale M_Q bis M^ der Reihe nach in Form von binär codierten Dezimalzahlen abgelesen. Man erhält auf diese Weise die auf den Bezugspunkt bezogene Angabe der Iststellung. Infolgedessen werden die Iststellungen von Tisch und Schlitten nicht auf den NuIl-

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punkt, sondern auf den gewählten Bezugspunkt bezogen; der Bezugspunkt für die Positionierung kann beliebig gewählt werden. Der X-Wert und der Y-Wert der Sollstellung werden dann in einem Summator 32 mit den auf den Bezugspunkt bezogenen Werten für die Iststellung verglichen. Die sieben Ziffern der "binär codierten Dezimal zahl werden einzeln nacheinander, mit der niedrigsten Stelle beginnend, von dem Register 14 oder dem Register 15 über das Gatter 31 in zeitlicher Abstimmung mit dem Ausgang des Summators 27 an den Summator 32 gebracht. Der Ausgang des Summators 32 gibt daher den Stellungsfehler zwischen der Sollstellung und der Iststellung an, wobei beide Stellungen auf den Bezugspunkt bezogen werden. Der Summator 32 besitzt eine Vorzeichenanzeigeeinrichtung 53a* die durch Anzeige eines Defizits (borrow) oder eines Übertrags in der höchsten Stelle die Bewegungsrichtung anzeigt.

Der Betrag des Stellungsfehlers, der die Differenz zwischen der Sollstellung und der Iststellung, bezogen auf den Bezugspunkt, angibt, wird einem Fehlerauswerter zugeführt, der den Betrag des Fehlers bestimmt und an das Schleifensteuerungsnetzwerk 16 abgibt.

In Abhängigkeit von dem Betrag des Fehlers kann das Schleifensteuerungsnetzwerk 16 dem Antrieb für den Tisch und/oder dem Antrieb für den Bettschlitten einen Befehl für eine schnelle oder mittlere Bewegung erteilen oder veranlassen, daß die Geschwindigkeit durch einen Digital-Analog-Wandler gesteuert wird, der bewirkt, daß die Geschwindigkeit dem Betrag des Fehlers proportional ist. Der durch binär codierte Dezimalzahlen angegebene numerische Stellungsfehler kann an Digital-Analog-Wandler 34 und für die X- bzw. Y-Achse angelegt werden. Diese Wandler

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bewirken, daß der Tisch und der Schlitten mit einer dem Betrag des Stellungsfehlers proportionalen Geschwindigkeit angetrieben werden, wenn dieser Betrag in einem vorherbestimmten Bereich liegt. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel erkennt der Fehlerauswerter, daß der Fehler in einem von fünf Bereichen liegt, die nachstehend

1'2, E,, E^ und E₁- bezeichnet werden und beispielsweise wie folgt gewählt sind.

Fehlerbereich Bereichsangabe SchlittengeschwindiR-

keit

E₁ > 1,5 LE Eilgang.

E₂ < 1,5 LE > 0,50 LE Schnellgang

E₅ < 0,50 LE > 0,013 LE hoch, D/A-gesteuert

E^ < 0,013 LE >0,0004 LE niedrig, D/A-gesteuert

E₅ < 0,00 > 0,0004 LE Kriechgang

Jeder Schlitten (Tisch oder Bettschlitten) ist in Fig. 3 mit 40 bezeichnet. Der Antrieb erfolgt über eine Leitspindel 41, die von einem Wechselstrommotor 42 unter Steuerung durch eine Motor-Steuereinrichtung 43 mit sehr hoher Drehzahl gedreht wird. Wenn der Fehlerauswerter fest stellt, daß der Fehler kleiner geworden ist und jetzt im Bereich E« liegt, öffnen Überstromschalter bzw. Wechselstromnetzschütze und treibt ein Gleichstrommotor 44 die Leitspindel 41 über ein Zweiganggetriebe 45, das mit Schaltkupplungen CL1 und CL2 versehen ist. Bei eingerückter Schaltkupplung CL1 läuft das Getriebe im Schnellgang. Wenn der Fehler noch kleiner geworden ist und auf einen vorherbestimmten Wert, z.B. im Bereich E^ abgenommen hat, wird die Schaltkupplung CL1 aus- und die Schaltkupplung CL2 eingerückt. Wenn der Fehler weiter abgesunken ist

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und im Bereich E₃. liegt, arbeitet die Motor-Steuereinrichtung 46 in Abhängigkeit von den dem vorhandenen Stellungsfehler proportionalen Ausgangsspannungen der Ligital-Analog-Wandler. Wenn dann der Fehler bis in den Bereich E^ abgenommen hat, wird die Schaltkupplung für die niedrige Geschwindigkeit eingerichtet, so daß die Schlittengeschwindigkeit weiter herabgesetzt wird. Wenn der Stellungsfehler bis in den Bereich Er verringert ist, wird dies der Motorsteuereinrichtung 46 durch ein Signal angezeigt, worauf die Leitspindel 41 in einem viel langsameren Kriechgang bewegt wird, bis der Stellungsfehler auf Null gebracht worden ist.

Fig. 4 zeigt ein Logikschema des Fehlerauswerters. Der Stellungsfehler-Summator 32 ist durch ein Vier-Bit-Register hergestellt. Wenn zu den Zeitpunkten der Markiersignale Mq und Mg, die der Zehner- bzw. der Einerziffer des Fehlers entsprechen, der Summator 32 eine Dezimalzahl mit dem Wert 1 oder größer enthält, setzt das Gatter 48 die Speichereinrichtung 49. Die gesetzte Speichereinrichtung 49 zeigt an, daß beim letzten Vergleich zwischen Ist- und Sollstellung der Fehler größer war als 1 . Knapp vor dem nächsten Markiersignal M,-, beim Markiersignal H7 und Taktimpuls £7, wird die Speichereinrichtung 49 über das Gatter 50 zurückgesetzt.

In ähnlicher Weise sprechen die Gatter 51» 52 und an, wenn die in dem Summator 32 enthaltene Zahl im Zeitpunkt des den Zehnteln entsprechenden Markiersignals M,-wenigstens fünf beträgt. Wenn eines der Gatter 51»52 und 53 anspricht, weil im Zeitpunkt M₁- die in dem Register gespeicherte Zahl den Wert 5 oder größer hat, setzt im Zeitpunkt des .Markiersignals IC das Gatter 54 die Speichereinrichtung 56 über das Negatorgatter 55-

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Die gesetzte Speichereinrichtung 56 zeigt an, daß der Fehler mindestens 0,5 LE (von z.B. je 25»4 mm) "beträgt. Die Speichereinrichtung 56 wird im Zeitpunkt des Markierimpulses M^ und des Täktimpulses C, rückgesetzt. Das Gatter 5? spricht an, wenn der Fehler mindestens 1,5 LE beträgt. Das über das Negatorgatter 59 gesteuerte Gatter 58 spricht an, wenn der Fehler in dem Bereich von 0,5-1,5 LE liegt. Das Gatter 60 spricht an, wenn der Fehler kleiner ist als 0,50 LE.

In ähnlicher, dem Fachmann bekannter Weise kann man beim Auftreten der Markiersignale M^, und M, die Hundertstel- und Tausendstel-Stelle des Fehlers abtasten und auf diese Weise.erkennen, wann der Fehler nur noch 0,013 LE beträgt. Während der Markiersignale M₂ und M₇. kann man die Zehntausendstelstelle abtasten, um zu erkennen, wann der Fehler nur noch 0,0004 LE beträgt und der Antrieb auf den Kriechgang umgeschaltet wird.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtungen für die Motoren. In der letzten Phase des Positionierens von zwei Schlitten soll zunächst der Fehler längs einer Achse und dann der Fehler längs der anderen Achse auf Null gebracht werden. Ein Gatter 61 spricht an, wenn der Y-Fehler Ε_γ kleiner ist als 0,013 LE und der X-Fehler von Null abweicht. Das Gatter 60 gibt dann an eine Speichereinrichtung 62 für die Y-Bewegung ein Signal ab, das"Warten auf X" besagt. Die gesetzte Speichereinrichtung 62 bringt an die Gatter 63,64 ein Sperrsignal,das den Antrieb längs der Y-Achse steuerungsunfähig macht, wie nachstehend erläutert wird. Die Y-Speichereinrichtung für die Y-Bewegung wird auch durch ein Signal gesetzt, das besagt, daß der Y-Fehler gleich Null ist, und durch ein von der

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Schleifenspeichereinrichtung 65 kommendes Signal, das "besagt, daß sich die Schlitten für die X- und die Y-Achse in der Sollstellung befinden. In diesem Zeitpunkt gibt die Schleifenspeichereinrichtung 65 ein Schleifen-Ende-Signal an das Steuerungsnetzwerk 16 ab.

Eine Speichereinrichtung 66 für die X-Bewegung spricht auf einen Fehler längs der X-Achse durch Abgabe von Signalen an, welche die Gatter 67,68 steuerungsfähig machen. Wenn das Gatter 67 von der Speichereinrichtung für die X-Bewegung und von dem Pehlerauswerter 33 je ein" Signal erhält und diese Signale besagen, daß ein Fehler längs der X-Achse vorhanden ist und im Bereich E_x. liegt, bewirkt das Gatter 67 über einen Relaistreiber 69, daß ein MotorSteuerrelais anzieht und die Verbindung mit der Wechselstrommotor-Steuereinrichtung 46 herstellt, so daß eine Eilgang-Bewegung längs der X-Achse stattfindet. Von dem Register 32 erhält die Motor-Steuereinrichtung 46 ein Signal, welche das Vorzeichen bzw. die Richtung des Fehlers angibt und die Richtung bestimmt, in welcher der X-Schlitten sehr schnell bewegt werden soll.

Die Steuerung der Eilgang-Bewegung des Y-Schlittens erfolgt in derselben Weise und braucht nicht ausführlich beschrieben zu werden.

Wenn der Fehler längs der X-Achse im Bereich Ep liegt, spricht das Gatter 68 an, indem es der Motor-Steuereinrichtung 46 ein Signal zuführt, das bewirkt, daß der Gleichstrommotor 44 mit der Drehzahl für den Schnellgang läuft.

Der Ausgang der Speichereinrichtung 66 für die X-Bewegung wird an eine Steuerschaltung 70 für die Schaltkupplung CL1 für die mittlere Geschwindigkeit und an eine Steuerschaltung 71 für die Schaltkupplung CL2 für die

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niedrige Geschwindigkeit angelegt. Die Steuerschaltungen für die Schaltkupplungen bestehen nur aus den üblichen Erregungsspulen für die Schaltkupplungen und den diesen Spulen zugeordneten Schaltungen. Wenn der X-Fehler in dem Bereich E₂ oder E, liegt, bewirkt die Steuerschaltung 70, daß die Schnellgang-Schaltkupplung CL1 eingerückt wird und der Digital-Analog-Wandler in dem oberen Bereich arbeitet. Dies wird durch das Signal für E₂ oder E, bewirkt. Wenn die Steuerschaltung 70 kein Signal für E₂ oder E, empfängt, ist die Schaltkupplung CL1 ausgerückt. Ist die Speichereinrichtung 66 für die X-Bewegung gesetzt und liegt der Fehler im Bereich E^ oder E,- , so ist über die Steuerschaltung 71 die Schaltkupplung CL2 eingerückt. Die von dem Getriebe erzeugten Drehzahlen stehen im Verhältnis von etwa 10:1.

Der Interpolator 25 führt die Stellungsinterpolation für beide Achsen durch. Dafür ist eine endliche Zeit erforderlich. Der Stellungsinterpolator berechnet daher abwechselnd den Stellungsfehler für die X-Achse und den Stellungsfehler für die Y-Achse und legt das entsprechende X- oder Y-Signal an den Interpolator 25 und die Gatter 26, 30 und 31 an. Die dafür erforderliche Umschalteinrichtung ist in dem Spielsteuerungsnetzwerk 16 angeordnet und kann ein Zeitsteuerungenetzwerk in Form eines zweistufigen Zählers 74· (Fig. 6) aufweisen, der die Markier impulse M zählt und Jeweils nach vier Markierzyklen einen Überlaufimpuls erzeugt. Diese Überlaufimpulse werden an Gatter 75 und 76 angelegt, die ,je eine Speichereinrichtung 77 bzw. 78 steuern. Das in Fig. 6 gezeigte Netzwerk speichert die Angabe, längs welcher Achse die gesteuerte Bewegung erfolgt, so daß nach der nächsten Umschaltung die Stellungs-= interpolation für die andere Achse erfolgen kann. Es sei

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angenommen, daß die Interpolation für die Y-Achse durchgeführt wird und zu diesem Zweck die Speichereinrichtung 78 gesetzt ist. Durch das Setzen der Speichereinrichtung

78 wird die X-Speichereinrichtung 77 rückgesetzt. Wenn der Zähler 74 erneut überläuft, führt er den Gattern 75 und 76 Signale zu. Die gesetzte Speichereinrichtung 78 blockiert jetzt das Gatter 76, während die Speichereinrichtung 77 rückgesetzt und daher das Gatter 75 steuerungsfähig ist. Es wird daher die Speichereinrichtung 77 gesetzt, die gleichzeitig die Speichereinrichtung 78 rücksetzt.

Sobald der Interpolator 25 von der Speichereinrichtung 77 oder 78 ein Signal "X-Ablesen" oder "Y-Ablesen" erhält, gibt er über die Leitung 25a ein die Gatter 75»76 blockierendes Signal ab, so daß die Speichereinrichtungen 77»78 nicht rückgesetzt werden können, ehe der von der Skala abgelesene Wert vollständig in binär codierte Dezimalzahlen umgewandelt ist. Nach dieser Umwandlung wird an die Gatter

79 und 80 ein Signal abgegeben, das sie steuerungsfähig macht, so daß sie ein Signal an eine Speichereinrichtung 79a bzw. 80a abgeben. Die Speichereinrichtungen 79a und 80a geben die Steuersignale für die X- und die Y-Achse an die Gatter 26,30 und 31 ab. Wenn eine der Speichereinrichtungen 79a, 80a gesetzt wird, setzt sie die andere zurück. Die Speichereinrichtungen 79a, 80a bleiben in dem so erreichten Zustand, bis das andere der Gatter 79»80 ein weiteres Setzsignal abgibt.

Dies findet erst beim nächsten Überlauf des Zählers 74 oder nach einer anderen festgelegten Verzögerungszeit statt. Wenn das von dem Interpolator 25 an die Gatter 75»76 angelegte und sie steuerungsunfähig machende Signal weggenommen wird,*können die Speichereinrichtungen 77» 78

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ihren Zustand verändern. Dagegen wird der Zustand der Speichereinrichtungen 79a, 80a erst verändert, wenn der Interpolator 25 seine Stellungsberechnungen durchgeführt und die Gatter 79»80 steuerungsfähig gemacht hat.

Der Interpolator 25 kann für die Stellungsinterpolation zwei oder drei Markierzyklen benötigen. Der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Überläufen des Zählers 74- entspricht daher so vielen Markierzyklen, daß der Summator 32 den neuen Stellungsfehler berechnen kann

Während der Summator 32 die Stellen des Fehlers bestimmt, werden die Stellen 1O"¹, 1O""², 10"^ und 10"^ der binär codierten Dezimalzahl Vierbit-Binärregistern 81,82, 83 und 84 (Fig. 7) zugeführt. Für jede Achse wird dann eine binär codierte Dezimalzahl in einen Analogwert umgewandelt, was z.B. für die X-Achse durch den Digital-Analog-Wandler 34- erfolgt, und über die Bereichsumschalter 85»86 und 87 angelegt. Die durch die Umwandlung erhaltenen Analogspannungen werden von nur drei Stellen der Fehlerzahl abgeleitet. In dem oberen Digital-Analog—Bereich werden die Stellen 10 , 10 und 10~* der Dezimalzahl in eine Analogspannung umgewandelt, die an die Motor-Steuereinrichtung 4-6 angelegt wird. In dem unteren Digital-Analog-Bereich bei einem Fehler im Bereich E^ werden die Stellen 10 , 10 ^ und 10 der Dezimalzahl in eine Analogspannung umgewandelt, die an die Motor-Steuereinrichtung 4-6 angelegt wird.

Fig. 8 zeigt die Arbeitsweise des Bereichsumschal-

—1 ? ters 85 für die Stellen 10 und 10 ■ der Zahl für die

X-Achse und des entsprechenden Digital-Analog-Wandlers. Bei der Digital-Analog-Umwandlung im oberen Bereich wird das Register 81 für die Stelle 10"¹ im Zeitpunkt des Mar-

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kiersignals Mc von Gattern 90,91,92 und 93 abgetastet, wenn der X-Fehler in dem Bereich E, liegt. Auftretende Ausgänge werden über die Gatter 94- Ms 97 übertragen, solange die X-Speichereinrichtung 66 gesetzt ist. Ein von den Gattern 94- bis 97 weitergegebenes Signal setzt die entsprechende Speichereinrichtung 98, 99, IO bzw. 101."Die gesetzten Speichereinrichtungen 98 bis 101 bewirken ein Anziehen je eines Relais 102, 103, 104- bzw. 105, wodurch die entsprechenden Widerstände in dem Digital -Analog- Wandler für die X-Achse eingeschaltet werden.

Hat der Stellungsfehler bis in den Bereich E^ abgenommen, so werden die Gatter 90 bis 93 steuerungsunfähig gemacht und die Gatter 106 bis 109 geben die Stelle 10 der binär codierten Dezimalzahl weiter. Infolgedessen wird im Zeitpunkt des Markiersignals M₃.

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die Stelle 10 abgetastet, wenn der Fehler im Bereich E^ liegt. Der Arbeitsbereich des Digital-Analog-Wandlers wird daher um eine Stelle verschoben, wenn der Fehler aus dem Bereich E, in den Bereich E. geht. In diesem Zeitpunkt wird die Schaltkupplung CL1 für die mittlere Geschwindigkeit ausgerückt und die Schaltkupplung CL2 für die niedrige Geschwindigkeit eingerückt.

Bei dieser Anordnung wird die Geschwindigkeit der Schlitten in Abhängigkeit von dem jeweiligen Stellungsfehler gesteuert. Der Schlitten erreicht daher seine Sollstellung mit abnehmender Geschwindigkeit und ist innerhalb kürzester Zeit genau positioniert.

Infolge der Verwendung der verschiedenen Geschwindigkeitsbereiche, insbesondere des oberen und unteren Bereichs für die Steuerung durch den Digital-Analog-

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Wandler und das Zweiganggetriebe, wird der Steuerungsbereich der Steuereinrichtung für den Gleichstrommotor mehr als verdoppelt und der Steuerungsbereich der Digital-Anal ο g-Wandl er um eine Dezimalstelle vergrößert.

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Claims

Patentansprüche

.j System zum Positionieren von zwei oder mehr beweglichen Gliedern längs je einer Achse, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11-15, 31) zum Erzeugen von numerischen Sollstellungssignalen, die eine auf eine Bezugsstellung bezogene Sollstellung je eines der Glieder (17,18;4O) darstellen, durch eine Ableseeinrichtung (21,22,23»24) zum Ablesen des Absolutwerts der Iststellung jedes Gliedes längs seiner Achse (X,Y), durch eine von der Ableseeinrichtung gesteuerte Einrichtung (25,26) zum Erzeugen von numerischen Iststellungssignalen, welche die Iststellungen darstellen, durch eine Einrichtung (28,29,30) zum Erzeugen von numerischen Bezugsstellungssignalen, welche Bezugsstellungen der Glieder (17,18;40) darstellen, durch einen ersten Vergleicher (27) zum Erzeugen von numerischen Abstandssignalen, welche die Differenz zwischen den Absolutwerten für die Iststellungen und den Bezugsstellungen darstellen, durch einen zweiten Vergleicher (32) zum Erzeugen von numerischen Stellungsfehlersignalen, welche die Differenzen zwischen den Abstandssignalen und den Sollstellungssignalen darstellen, und durch eine Einrichtung (33»16,34,35»19,20) zum Bewegen der genannten Glieder (17,18;4O) in Abhängigkeit von den Stellungsfehlersignalen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichn e t , daß der erste Vergleicher (27) die numerischen Abstandssignale für die verschiedenen Achsen nacheinander erzeugt und eine Einrichtung (26,30) vorgesehen ist, welche die Iststellungssignale und die Bezugsstsllungssignale für die verschiedenen Achsen nacheinander ä®m ©rsten Vergleicher zuführt.

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3. System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (33,16,34,35,19,20) zum Bestimmen des Betrages des Stellungsfehlers für Jedes Glied (17*18) und zum Bewegen. Jedes Gliedes mit einer von seinem Stellungsfehler abhängigen Geschwindigkeit.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet , daß der erste und der zweite Vergleicher (27,33) so steuerbar sind, daß sie die genannten Differenzen für die verschiedenen Achsen periodisch bestimmen.
5. System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die numerischen IstStellungssignale als Absolutwertsignale und die Bezugsstellungssignale als negative Zahlen dem ersten Ver*- gleicher (27) zuführbar sind.
6. System wenigstens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (34,35»19»21) zum Bewegen der genannten Glieder (17»18) in Abhängigkeit "von«— dem Betrag der Stellungsfehler.
7. System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Achse ein Digital-Analog-Wandler (34,35) vorgesehen ist, der die Sollstellungssignale in Analogspannungen umwandelt, ferner ein Gleichstrommotor (44) zum Bewegen des zugeordneten Gliedes (17»18) und eine Steuereinrichtung (46) zur Steuerung des Gleichstrommotors (44) derart, daß dessen Drehzahl den Analogspannungen proportional ist.

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8. Antriebssystem zum Bewegen eines Gliedes mit sich verändernder Geschwindigkeit in eine Sollstellung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Herstellen einer Antriebsverbindung zwischen einem Antriebsglied (41) und dem zu bewegenden Glied (17,18;4O), durch eine Einrichtung (32) zum Bestimmen des Stellungsfehlers zwischen Soll- und Iststellung des zu bewegenden Gliedes (17,18;4O) und zum Darstellen dieses Fehlers in digitaler Form, durch ein Zweiganggetriebe (45) mit Schaltkupplungen (CL1, CL2), die zur Herstellung eines schnelleren und eines langsameren Ganges einrückbar sind, durch einen Gleichstrommotor (44) zum Antrieb des Antriebsgliedes (41) über das Getriebe (44), durch eine Steuerein-.

richtung (46) zur Steuerung der Drehzahl des Gleichstrommotors (44) in Abhängigkeit von dem Wert eines an die Steuereinrichtung (46) angelegten Steuersignals, durch einen Digital-Analog-Wandler (34,35), der so ausgebildet und angeordnet ist, daß er den digital dargestellten Fehler mit ersten und zweiten vorherbestimmten Gewichten bzw. Wertigkeiten in ein Analogsteuersignal umwandelt, durch eine Einrichtung (33) zum Bestimmen des Betrages des Stellungsfehlers, durch eine erste Schalteinrichtung (7,13,66,70,71) zum Ausrücken der Schaltkupplung (CL1) für den schnelleren Gang und zum Einrücken der Schaltkupplung (CL2) für den langsameren Gang, wenn der Stellungsfehler einen vorherbestimmten Wert (z.B. im Bereich E^ oder E_) erreicht, und durch eine zweite Schalteinrichtung (85,86,87), die das Gewicht bzw. die Wertigkeit der an den Wandler (34,35) gelangenden digitalen Zahl verändert, wenn der Stellungsfehler den vorherbestimmten Wert (z.B. im Bereich E^) erreicht.

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9. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen weiteren Motor (42) zum Antrieb des Antriebsgliedes (41) mit einer festgelegten, sehr hohen Geschwindigkeit, wenn der Stellungsfehler größer ist als ein zweiter vorherbestimmter Wert (z.B. Ep), der seinerseits größer ist als der erstgenannte vorherbestimmte Wert (z.B. E₄).
10. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (68) zum Anlegen eines pegelkonstanten Drehzahlsteuersignals an die Steuereinrichtung (46), so daß der Motor (44) mit einer festgelegten, hohen Drehzahl läuft, wenn der Stellungsfehler größer ist als ein zweiter vorherbestimmter Wert (z.B. E₂), der seinerseits

größer ist als der erstgenannte vorherbestimmte Wert (z.B. E₄).
11. Positioniersystem für zwei oder mehr beweglicher Glieder längs je einer Achse, insbesondere zur Verwendung bei Werkzeugmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Iststellung eines gesteuerten Gliedes stets durch den Absolutwert des Abstandes von einem festgelegten Nullpunkt gegeben und die Stellung des gesteuerten Gliedes gegenüber einem wählbaren Bezugspunkt durch Differenzbildung zwischen dem Absolutwert für die Iststellung des gesteuerten Gliedes und dem Absolutwert des Bezugspunktes bestimmt ist.

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