DE2041704C3

DE2041704C3 - Digitale Einrichtung zur Positionierung eines längs eines Weges verschiebbaren Maschinenteils

Info

Publication number: DE2041704C3
Application number: DE2041704A
Authority: DE
Inventors: Paul Boulder Col. Hardy
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-09-12
Filing date: 1970-08-22
Publication date: 1982-11-18
Also published as: JPS4919755B1; DE2041704A1; FR2061678B1; GB1289759A; FR2061678A1; DE2041704B2; US3584284A

Description

Die Erfindung betrifft eine digitale Einrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zur Pc;itionierung eines längs eines Weges verschiebbaren Maschinenteils.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (US-PS 33 72 321) ist zwar jedem Ort entlang des Verschiebeweges eine seine Positon genau bestimmende Adresse zugeordnet, jedoch sind die Adressen an den einzelnen Orten nicht angegeben. Die Zuordnung zwischen den Adressen und den jeweiligen Orten dieser bekannten Einrichtung ist dadurch gegeben, daß der Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers jeweils die Adresse desjenigen Ortes darstellt, an welchem sich das verschiebbare Maschinenteil gerade befindet. Der Sollpositionsgeber der bekannten Einrichtung besteht in einem Register, in welches eine die Adresse des jeweils gewünschten Ortes darstellende Zahl eingegeben wird, die sodann in einem Vergleicher mit dem die jeweilige Istposition des verschiebbaren Maschinenteils darstellenden Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers verglichen wird. Solange dieser Zählerstand mit der im Register gespeicherten Sollposition nicht übereinstimmt, betätigt das Vergleicherausgangssignal den Verschiebeantrieb, und bei Koinzidenz des Zählerstandes mit der gespeicherten Sollposition wird der Verschiebeantrieb gestoppt. Zur Erzielung einer Grob- und Feinpositionierung weist die bekannte Einrichtung zwei gleichartige, voneinander unabhängige und parallel arbeitende Positioniereinrichtungen auf, von denen die eine zur Grobpositionierung und die andere zur Feinpositionierung dient, wobei die Feinpositioniereinrichtung einen Verschiebeschritt r^r Grobpositioniereinrichtung in eine Anzahl von Teilschritten unterteilt.

Bei der bekannten Einrichtung ist es um so schwieriger, eine gute Ortsgenauigkeit beizubehaltende länger die zurückgelegten Verschiebewege sind, da die im Vorwärts-Rückwärts-Zähler jeweils als Zählerstand dargestellte Istposition des verschiebbaren Maschinenteils stets das Ergebnis einer Aufsummierung sämtlicher zurückgelegter Verschiebewege ist. Bei dieser Art der relativen Istpositionsbestimmung des verschiebbaren Maschinenteils durch Zählung der zurückgelegten Verschiebeschritte können durch Aufsummieren kleiner Ungenauigkeiten mit der Zeit größere Fehler enstehen. und die Genauigkeit des Erreichens einer gewünschten Sollposition während eines Verschiebevorgangs hängt von der Genauigkeit der Übereinstimmung der als Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zähleis dargestellten Istposition und der tatsächlichen Istposition des verschiebbaren Maschinenteils ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei beliebig langen aufeinanderfolgenden Verschiebewegen keine Fehlerhäufungen auftreten Und daß auf einfache Weise eine überschwingüngsfreie Steuerung des Verschiebeantriebs möglich ist,

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptarisprüchs angegebene Anordnung gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird demge-

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maß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler vor Beginn einer Verschiebebewegung auf die der errechneten Distanz zwischen der Ausgangsposition und der gewünschten Endposition entsprechende Zahl eingestellt, und während der Verschiebebewegung zählt der Zähler sodann die aufgrund der von der Schrittmeßeinrichtung übermittelten Impulse bis zum Erreichen einer festen Bezugszahl, deren Erreichen durch den Zählerstand das Erreichen der gewünschten Endposition des verschiebbaren Maschinenteils darstellt. Während der Verschiebebewegung stellt der momentane Zählerstand in jeder Position des verschiebbaren Maschinenteils unmittelbar die bis zur gewünschten Endposition noch zurückzulegende Verschiebedistanz dar.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht eine genaue Positionierung auch bei beliebig langen Verschiebewegen und häufigen Verschiebungen ohne Fehleranhäufung, da stets von einer eindeutig identifizierbaren Istposition ausgegangen wird. Da die gewünschte neue Position nicht einfach anhand ihrer Adresse mittels des Adressenlesers aufgesucht wird, sondern jeweils aufgrund von Solladre^e und Istadresse die Verschiebedistanz errechnet wird und die im Zähler stehende Zahl während der Verschiebebewegung jeweils der tatsächlich noch zurückzulegenden Distanz entspricht, kann in Abhängigkeit von dieser Distanz und ihrer zeitlichen Änderung der Verschiebeantrieb in optimaler Weise so gesteuert werden, daß er mit maximaler Geschwindigkeit das verschiebbare Maschinenteil bis auf eine gewisse Distanz an die Sollposition heranfährt und die Geschwindigkeit sodann proportional zur jeweils noch zurückzulegenden Entfernung verringert. Dadurch kann ein Oberschwingen der Verschiebebewegung praktisch ausgeschaltet werden und die Anfangsverschiebegeschwindigkeit kann wesentlich höher sein, als es bei einem Aufsuchen des gewünschten neuen Positionsortes nur durch Abtasten der an Orten angebrachten Adressen möglich wäre.

Das Anbringen einer maschinenlesbaren Darstellung der zugehörigen Adresse an jedem Ort des von dem verschiebbaren Maschinenteil befahrbaren Weges in Verbindung mit einem an dem verschiebbaren Maschinenteil angeordneten, diese Adressen abtastenden Adressenleser ist an sich bekannt (DE-AS 12 70 659). Bei dieser an sich bekannten Anordnung ist ein Vergleicher vorgesehen, der während einer Verschiebebewegung in jedem Augenblick des /erschiebevorgangs die mittels des Adressenlesers abgetastete, in Digitalform vorliegende augenblickliche Istposition des verschiebbaren Maschinenteils mit der ebenfalls in Digitalform vorgegebenen Adresse der gewünschten Sollposition vergleicht. Die Verschiebebewegung wird beendet, wen.) der Vergleicher Übereinstimmung zwischen der gemeldeten Istposition und der vorgegebenen Adresse der gewünschten Sollposition feststellt.

Bei der eben erwähnten, an sich bekannten Einrichtung ist während einer Verschiebebewegung ein ständiges Abtasten der Adressen der durchlaufenden Orte des Weges zum Zwecke des Vergleichs dieser Adressen mit der vorgegebenen Solladresse erforderlich, während bei der erfindungsgemäßen Einrichtung mittels des Adressenlesers nur die Adresse der Ausgangsposition vor Beginn der Verschiebebewegung zur Errechnung der zurückzulegenden Verschiebedistanz abgetastet zu werden braucht. Bei der eben erwähnten bekannten Einrichtung ist es zwar auch möglich, während der Verschiebebewegung die Annäherung des verschiebbaren Maschinenteils an die

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60 gewünschte Sollposition zu überwachen und, wenn sich das verschiebbare Maschinenteil bis auf eine gewisse Distanz der Sollposition genähert hat, eine Verlangsamung der Verschiebebewegung einzuleiten, um ein Oberschwingen der Verschiebebewegung über die gewünschte Sollposition hinaus zu vermeiden, jedoch erfordert dies bei der bekannten Anordnung einen beträchtlich größeren schaltungstechnischen Aufwand als bei der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei welcher die jeweils noch zurückzulegende Restverschiebedistanz unmittelbar durch den Vorwärts-Rückwärts-Zäh-Ier angezeigt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Positioniereinrichtung in Blockform,

F i g. 2 die Adressenkennzeichnung der einzelnen Orte des Weges und deren Abtastung,

Fig. 3 eine Anzahl von mit ui.ie-schiedlichen Zwischenräumen aneinandergereihten Adressenstreifen,

F i g. 4 anhand eines Flußdiagramms die Ermittlung der bei e^:ner Verschiebebewegung zurückzulegenden Verschiebedistanz,

Fig. 5 schematisch die Schrittmeßeinrichtung der Positioniereinrichtung,

F i g. 6 Logiksignaldiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der in F i g. 5 gezeigten Anordnung,

F i g. 7 in Blockform eine dem Adressenleser nachgeschaltete Adressenauswerteschaltung,

F i g. 8 in Blockform die Steuerung des Verschiebeantriebs,

Fig. 9 eine Arbeitskennlinie des Verschiebeantriebs und

Fig. 10 in Blockform eine Anlaufschaltung der Positioniereinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine X-Y-Positioniereinrichtung. Ein Maschinenteil in Form eines Schlittens 10 ist mittels eines "erschiebeantriebs 11 längs einer langen Schiene 12 verschiebbar, welche einen Verschiebeweg für den Schlitten 10 relativ zu einer ortsfesten Konstruktion 13 festlegt. Der Verschiebeantrieb 11 wirkt mit einer der Schiene 12 zugeordneten Zahnstange 14 zusammen.

Der Schlitten 10 ist mit einem Kragarm 15 versehen, der einen Aufzug 16 trägt Der Aufzug 16 weist seinerseits einen Vertikalschlitten 17 auf, dessen Positions- bzw. Verschiebesteuerung in gleichartiger Weise wie diejenige des horizontal verschiebbaren Schlittens 10 erfolgt, weshalb im folgenden nur die Positions- bzw. Verschieb?steuerung des horizontal beweglichen Schlittens 10 längs der Schiene 12 beschrieben wird.

Bei der feststehende· Konstruktion 13 handei; es sich beispielsweise um eine Warenregalanlage, von welcher nur ein Regalfeld dargestellt ist.

Den einzelnen d^;skreten Ortspositionen längs des vom Schlitten 10 zurücklegbaren Weges, also längs der Schiene 12, sind jeweils maschinenlesbare Adressen zugeordnet, die auf entlang der Schiene 12 angeordneten Adressenstreifen 20 dargestellt sind. Daraus sind die Positionen der einzelnen, nebeneinanderliegenden Spalten 21 der feststehenden Konstruktion 13 festgelegt, die mittels des Schlittens 10 wahlweise zugänglich sind und die vertikal übereinander angeordneter) Fächer 22 jeder Spalte 21 sind wahlweise mittels des Vertikalsnhlittpns

17 zugänglich.

Eine solche, durch den horizontal beweglichen Schlitten 10 und den Vertikalschliften 11 gebildete X-K-Positioniereinrichtung kann beispielsweise in Verbindung mit Warenregalanlagen von Kaufhäusern, in Magazinen für Aufzeichnungsträger, wie beispielsweise Magnetstreifen, Bandkassetten, Bandspulen und Aufzeichnungskarten, od. dgl. Anwendung finden. Die einzelnen Adressenstreifen 20 können dabei je nach Aufbau der Regalanlage od. dgl. durch unterschiedliche Zwischenräume 23 voneinander getrennt sein.

Zum Lesen der als phot- graphische Filmstreifen ausgebildeten Adressenstreifen 20 dient ein am Kragarm 15 angeordneter Adressenleser 24 mit einer Lichtquelle 25 und einer Anzahl lichtelektrischer Fühler, ι ί Der Adressenleser 24 leitet die von ihm erzeugten Adressensignale jeweils über ein Kabel 26 einem Digitalrechner 27 zu.

r>pm Digitalrechner 27 kann außerdem die Adresse einer gewünschten Sollposition eingegeben werden, zu welcher der Schlitten 10 hin verschoben werden soll, und der Digitalrechner errechnet dann aus dieser Solladresse und der ihm vom Adressenleser 24 übermittelten augenblicklichen Istadresse die erforderliche Verschiebedistanz, welche die von der Istposition zur Sollposition des Schlittens 10 zurückzulegende Entfernung in Form der Anzahl der zurückzulegenden Verschiebeschritte darstellt. In ähnlicher Weise erfolgt die Verschiebesteuerung des Vertikalschlittens 17 des Aufzugs 16. mit welchem der Digitalrechner über Kabel 16a verbunden ist.

Die vom Digitalrechner 27 jeweils errechnete Verschiebedistanz wird in digitaler Form über ein Kabel 28 in ein Verschiebedistanzregister 29 eingespeichert. Mit diesem Verschiebedistanzregister ist über ein Kabel 30 ein Vorwärts-Rückwärts-Zähier 31 verbunden, der in einen die höheren Ziffernstellen umfassenden Schrittzählteil 32 und einen die niedrigeren Ziffernstellen umfassenden Teilschrittzählteil 33 unterteilt ist. Der Schrittzählteil 32 wird jeweils durch den in das Verschiebedistanzregister 29 eingespeicherten Zahlenwert über das Kabel 30 auf einen die eingespeicherte Verschiebedistanz darstellenden Zählerstand voreingestellt.

Während der Verschiebebewegung des Schlittens 10 zählt der Zähler 31 dann bis zum Erreichen einer festen Bezugszahl, deren Erreichen anzeigt, daß der Schlitten 10 an der gewünschten Sollposition angekommen ist. Dabei stellt während der Verschiebebewegung der Zählerstand des Zählers 31 stets die vom Schlitten 10 bis zum Erreichen der gewünschten Soliposition noch zurückzulegende Entfernung als Anzahl der noch zurückzulegenden Verschiebeschritte dar. Der Zählerstand des Zählers 31 wird über ein Kabel 40 ständig einem Vergleicher einer Steuerschaltung 41 übermittelt, der über eine Leitung 42 mittels eines analogen Antriebssteuersignals den Verschiebeantrieb 11 steuert

Vorzugsweise steuert die Steuerschaltung 41 den Verschiebeantrieb 11 in der Weise, daß sie, solange der dem Vergleicher übermittelte Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 31 in positiver oder negativer Richtung einen gegebenen Schwellenwert übersteigt, den Verschiebeantrieb mit maximaler Geschwindigkeit steuert, während sie nach Erreichen des Schwellenwertes die Geschwindigkeit des Verschiebeantriebs jeweils proportional zum Zählerstand des Zählers 31 steuert, so daß also die Geschwindigkeit des Schlittens 10 in diesem Fall jeweils proportional zu seiner noch zurückzulegenden Resientfernung zur gewünschten Sollpositiod ist. Über eine Rückführungsleitung 43 wird ein die jeweilige Islgeschwindigkeil des Verschiebeantriebs 11 darstellendes Signal zur Steuerschaltung übertrageil.

Am Verschiebeantrieb 11 ist eine Schritt- bzw. Teilschrittmeßeinrichtung angeordnet, die eine mit optisch abtastbaren Markierungen versehene, zusammen mit dem Verschiebeantriebsmotor umlaufende Scheibe 45, weiter eine Lichtquelle 46 und eine lichtelektrische Fühlerartofdnung 47 aufweist. Die Fühlereinrichtung 47 liefert zweiphasige Impulse über Leitungen 48 und 49 zu einem Richtungsdetektor 50. Dieser Richtungsdetektor 50 ermittelt aufgrund der zweiphasigen Impulse die Bewegungsrichtung des Schlittens 10 und liefert über eine Leitung 51 ein enisprechendes Richtungssignal an den Zähler 31. Aufgrund dieses Richtungssignals zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 31 entsprechend der jeweiligen Schlittenbewegungsrichtung vorwärts oder rückwärts.

Heim dargestellten Ausführungsbeispiei besichi die üi den Zähler 31 eingegebene, die jeweils gewünschte. Verschiebedistanz darstellende Information jeweils aus einem Vorzeichenbit (Richtungsbit) und einer positiven Binärzahl. Dabei entspricht ein positives Vorzeichenbit »R« (Binärziffer 0) einer Schlittenverschiebung in Richtung eines Pfeiles 54, während ein negatives Vorzeichenbit »L« (Binärziffer 1) einer Schlittenverschiebung in entgegengesetzter Richtung entspricht.

Die von der Fühleranordnung 47 auf die Leitung 48 abgegebenen Signale erregen außerdem einen Impulsgenerator 52, der jeweils einen Teilschritt darstellende Impulse über eine Leitung 53 zur letzten Bitstelle des Zählers 31 liefert. Bei jedem über die Leitung 53 ankommenden Impuls wird ein Teilschritt vom Zählerstand des Zählers 31 subtrahiert.

F i g. 2 zeigt einen Adressenstreifen 20 und den Adressenleser mehr im einzelnen.

Auf dem Adressenstreifen 20 sind in Form nebeneinanderliegender vertikaler Spalten digitale Adressenmarkierungen in Form lichtdurchlässiger und lichtundurchlässiger Flächen angeordnet. Die Lichtquelle 25 besteht aus sechs Leuchtdioden 60, die durch Linien 61 angeordnete Lichtstrahlen auf den Adressenstreifen werfen, die durch die lichtdurchlässigen Flächen des Adressenstreifens hindurchfallen und von sechs lichtelektrischen Fühlern 62 des Adressenlesers empfangen werden. Die oberen vier Markierungszeilen auf dem Adressenstreifen, denen die lichtelektrischen Fühler 1. bis 4 zugeordnet sind, enthalten Adressenmarkierungen, während die beiden letzten Markierungszeilen, denen die lichtelektrischen Fühler 5 und 6 zugeordnet sind, Steuermarkierungen enthalten.

Die vollständige Adresse jedes auf dem Adressenstreifen 20 definierten Ortes besteht aus zwei Adressenteilen, nämlich der Streifenadresse und der Ortsadresse, die in Form von nebeneinanderliegenden Spalten auf dem Adressenstreifen angebracht sind Die Spalten 63 bis 71 stellen jeweils die Streifenadresse dar, während die jeweils dazwischenliegenden Spalten 72 die Ortsadressen darstellen. Der Adressenstreifen weist insgesamt acht definierte Orte auf, die in F i g. 2 mit 0 bis 7 bezeichnet sind.

Eine vollständige Ortsadresse auf dem Adressenstreifen 20 kann also jeweils durch eine minimale Verschiebung des Schlittens um weniger als einen Ortsabstand abgetastet werden.

Von den Steuermarkierungen zeigen in den Spalten 63 bis 71 jeweils eine lichtdurchlässige Fläche 74 in der

fünften Zeile und eine lichtundurchlässige Fläche 73 in der sechsten Zeile eine Streifenadressenspalte und in den Spalten 72 lichtundurchlässige Flächen 76 und 75 sowohl in der fünften als auch sechsten Zeile jeweils eine Ortsadressenspalte an. Die lichtundurchlässigen Markierungen 73 definieren außerdem die Grenzen zwischen benachbarten Orten und dienen als Positionsbezugsmarken. Jedesmal, wenn der Adressenleser 24 eine pQ;;*iionsbezugsmarke 73 feststellt, liefert er über eine Leitung 77 ein Positionsbezugssignal an den Teilschrittzählteil 33 des Zählers 31 und stellt diesen dadurch auf einen bestimmten Zählerstand ein, was nachstehend im einzelnen beschrieben wird.

Das Positionsbezugssignal dient dazu, die variablen Zwischenräume 23 zwischen benachbarten Adressenstreifen 20 zu kompensieren. Diese Zwischenräume sind gemäß Fig. 1 unterschiedlich lang; beispielsweise ist der Zwischenraum 78 relativ schmal, während die Zwischenräume 79 ziemlich breii sind. Die Längen der unterschiedlichen Zwischenräume 23 brauchen keine ganzzahligen Vielfache einer Schrittlänge zu sein.

Mit den aus dem Verschiebedistanzregister 29 zum Zähler 31 übertragenen Signalen, welche die jeweils gewünschte Verschiebedistanz in ganzen Schritten darstellen, wird der Schrittzählteil 32 des Zählers 31 auf die Anzahl der erforderlichen Verschiebeschritte eingestellt. Die Kapazität des Teilschrittzählteils 33 entspricht der Anzahl der zusammen einen ganzen Verschiebeschritt ergebenden Teilschritten. Ein ganzer Verschiebeschritt entspricht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dem Abstand zwischen zwei benachbarten Orten eines Adressenstreifens 20, also zwischen zwei benachbarten Positionsbezugsmarken 73. Dieser Abstand ist in F i g. 2 zwischen den Linien 80 angedeutet.

Bei einer Verschiebung soll der Schlitten 10 jeweils auf die Mitte eines Ortes, d.h. auf die Mitte der Ortsadressenmarkierungen 75, 76 eingestellt werden. Die Steuerschaltung 41 stoppt den Verschiebeantrieb 11 immer dann, wenn der Zähler 31 einen bestimmten Bezugszählerstand erreicht. Dieser Bezugszählerstand ist beispielsweise 0. Jedesmal wenn beim Durchlaufen einer Positionsbezugsmarke 73 auf der Leitung 77 ein Positionsbezugssignal erzeugt wird, wird der Teilschrittzählteil 33, dessen Kapazität gleich der dem Abstand zwischen zwei benachbarten Positionsbezugsmarken entsprechenden Teilschrittanzahl ist, auf einen der Hälfte seiner Zählkapazität entsprechenden Zählwert eingestellt, so daß also der Bezugszählerstand 0 im Teilschrittzählteil 33 jeweils genau in der Mitte zwischen zwei benachbarten Positionsbezugsmarken und somit in der Mitte eines auf einem Adressenstreifen definierten Ortes erreicht wird.

Die Ermittlung der bei einer Verschiebung zurückzulegenden Verschiebeschritte Und die Einstellung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 31 wird nachstehend mit Bezug auf F i g. 3 beschrieben.

F i g. 3 zeigt fünf Adressenstreifen 20, zwischen denen Zwischenräume unterschiedlicher Länge liegen. Die Länge jedes Adressenstreifens entspricht acht Verschiebeschritten. Die Zwischenraumlänge beträgt ³/s Schritt

zwischen den Streifen 0 und 1, lySchritte zwischen den

Streifen 1 und 2,3-rSchritte zwischen den Streifen 2 und

3 ^

3, und 1-jSchritte zwischen den Streifen 3 und 4.

Da der Teilschrittzählteil 33 des Zählers 31 beim Durchlaufen jeder Positionsbezugsmarke 73 durch das Positionsbezugssignal .auf der Leitung 77 synchronisiert wird, können trotz der variablen, unganzzahligen Schrittzahlen entsprechenden Zwischenräume die Verschiebebewegungen durch Einstellung des Schrittzählteils 32 des Zählers 31 mittels ganzzahligef Verscliiebeschrittzahlen gesteuert Werden. Dabei werden Distanzlängen, die kleiner als ein halber Vefschiebeschritt sind, nicht berücksichtigt, Während Distanzlängen im Bereich zwischen einem halben und einem vollen Verschiebeschritt als ganzer Verschiebeschritt berücksichtigt werden. Demgemäß werden beim Errechnen der erforderlichen Verschiebeschrittanzahl der Vs Schritt betragende Zwischenraum zwischen den Streifen 0 und 1. der kleiner als eine halbe Schrittlänge ist, nicht

berücksichtigt; der 1 _Λ Schritte betragende Zwischenraum zwischen den Streifen 1 und 2 wird als 2 ganze Schritte, der 3^ Schritte betragende Zwischenraum

zwischen den Streifen 2 und 3 als drei Schritte und der 1 ₄ Schritte betragende Zwischenraum zwischen den

Streifen 3 und 4 wiederum als zwei Schritte gewertet.
Die Arbeitsweise des Zählers beim Durchlaufen des Ve Schritt betragenden Zwischenraums zwischen den Streifen 0 und 1 ist folgende:

Beim Erkennen der letzten Positionsbezugsmarke 73 durch den Adressenleser 24 vor dem Verlassen des Streifens 0 wird durch das auf der Leitung 77 erzeugte Positionsbezugssignal der Teilschrittzählteil 33 des Zählers auf die der halben Schrittlänge entsprechende Teilschrittanzahl eingestellt. Bevor jedoch der Teilschrittzählteil seinen Bezugszählerstand 0 erreicht, hat der Adressenleser 24 die erste Positionsbezugsmarke des Streifens 1 erreicht, wodurch der Teilschrittzählteil wiederum auf die der halben Schrittlänge entsprechende Teilschrittanzahl gesetzt wird. Da der Zählerstand des Schrittzählteils 32 jeweils nur dann um Eins vermindert wird, wenn der Zählerstand des Teilschrittzählteils seinen Bezugszählerstand 0 durchläuft, wird also der weniger als eine halbe Schrittlänge aufweisende Zwischenraum zwischen den Streifen 0 und 1 vom Zähler 31 so berücksichtigt, als sei überhaupt kein Abstand zwischen diesen beiden Streifen vorhanden.

Beim Durchlaufen des 1 j Schritte umfassenden

Zwischenraumes zwischen den Streifen 1 und 2 erreicht der Teilschrittzählteil 33 zweimal seinen Bezugszählerstand 0, so daß damit der Zählerstand des Schrittzählteils 32 insgesamt um Zwei verringert wird. Dieser Zwischenraum wird also vom Zähler 31 so berücksichtigt, alf ob er zwei volle Schritte betragen würde.

Fig.4 zeigt in Form eines Flußdiagramms die Berechnung der Verschiebedistanzen für eine Folge gewünschter Verschiebebewegungen.

Zunächst wird eine Liste von gewünschten Solladressen eingegeben (Block 85). Zur Berechnung der ersten Verschiebedistanz wird die über die Leitung 26 übermittelte Istadresse eingegeben (Block 86). Sodann wird die Istadresse von der ersten Solladresse subtrahiert (Block 87), wonach ein Skalenfaktor 89 und die den zu durchlaufenden Zwischenräumen entsprechende Schrittzahl (Block 90) hinzuaddiert wird (Block 88). Die ermittelte Verschiebedistanz nebst dem bei der Subtraktion der Istadresse von der Solladresse ermittelten Vorzeichen (Leitung 91) wird in einem Register 92 gespeichert Nach der ersten Berechnung wird die jeweils vorhergehende Solladresse als Istadresse he-

trachtet und danach die jeweils folgende Verschiebedistanz berechnet. Das Rechenprogramm läuft so oft ab, bis sämtliche, der Liste von Solladressen zugeordnete Verschiebedistanzen errechnet und im Register 92 gespeichert sind.

Die Fig.5 und 6 erläutern die Teilschrittmeßeinrichtung. Die Lichtquelle 46 wirft einen Lichstrahl 100 auf die Teilschrittmeßscheibe 45, hinter welcher die iichtelektrischs Fühleranordnung 47 angeordnet ist. Die Scheibe 45 ist an ihrem Umfang mit miteinander abwechselnden, radial verlaufenden lichtundurchlässigen Streifen 101 und lichtdurchlässigen Streifen 102 zum Zerhacken des Lichststrahls 100 entsprechend der Drehzahl der Scheibe 45 bzw. der Verschiebegeschwindigkeit des Schlittens 10 versehen.

Zur Gewinnung eines zweiphasigen Fühlerausgangs- »ignals besteht die Fühleranordnung 47 aus zwei getrennten Fühlern 105, und zwischen diesen Fühlern und der Scheibe 45 ist eine Maske 103 mit zwei Durchbrüchen A und B angeordnet. Die Anordnung der Maskendurchbrüche und der beiden Fühler ist dabei so getroffen, daß zwischen den bei sich drehender Scheibe ♦5 auf die beiden Fühler 105 auftreffenden Lichtimpulsen eine Phasenverschiebung entsprechend der Drehrichtung der Scheibe 45 vorhanden ist.

In F i g. 6 sind die Ausgangssignale der beiden Fühler 105 dargestellt, wobei das Ausgangssignal des dem Maskendurchbruch A zugeordneten Fühlers mit 106 und das Ausgangssignal des dem Maskendurchbruch B zugeordneten Fühlers 107 bezeichnet ist. Die Buchstaben A und B bezeichnen in F i g. 6 jeweils den Signalpegel bei auf die Fühler auftreffendem Lichstrahl (lichtdurchlässige Streifen der Scheibe 45), während die Buchstaben A und B die Signalpegel bei unterbrochenem Lichtstrahl (lichtundurchlässige Streifen der Scheibe 45) bezeichnen.

Die Maskendurchbrüche A und B empfangen jeweils Licht vom gleichen lichtdurchlässigen Streifen der Scheibe 45. jedoch entsprechend der Drehrichtung der Scheibe 45 zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, wobei gemäß Fig.6 die Phasenverschiebung zwischen den beiden Ausgangsignalen der Fühler 90° beträgt Durch Vergleich der relativen Phasenlage der beiden Ausgangssignale 106 und 107 im Richtungsdetektor 50 erhält man den Drehsinn der Scheibe 45 und damit die Bewegungsrichtung des Schlittens 10.

Die Fühlerausgangssignale werden über Leitungen 48 und 49 zum Richtungsdetektor 50 übertragen. Diese Signale werden über Leitungen 115 und 117 jeweils unverändert sowie über Leitungen 116 und 118 in durch Inverter 112 und 113 invertiertem Zustand unmittelbar einem Vergleicher 119 zugeleitet Eine Verzögerungsschaltung 120 mit vier UND-Gliedern 121 bis 124 und zwei Speicherflipflops 121a und 122a erzeugt jeweils auf Ausgangsleitungen 125 bis 128 Signale, welche die unmittelbar vorhergehende Phasenbeziehung zwischen den beiden Ausgangssignalen 106 und 107 der Fühler 105 darstellen und ebenfalls dem Vergleicher 119 zugeführt werden. Die verzögerten Signale sind dabei jeweils mit einem Sternchen bezeichnet Aufgrund des Vergleichs der die jeweils augenblickliche Phasenbeziehung angebenden, über die Leitungen 115 bis 118 eingegebenen Signale und der die unmittelbar vorhergehende Phasenbeziehung darstellenden Signale steuert der Vergleicher 119 über die Leitung 51 den Yorwärts-Rückwärts-ZählerSl.

F i g. 7 zeigt eine Schaltung zur Auswertung der vom Adressenleser 24 kommenden Signale.

Die von den Adressenmarkierungen erzeugten Signale (Zeilen 1 bis 4 des Adressenstreifens) gelangen zu zwei parallelen, jeweils aus vier UND-Gliedern bestehenden Torschaltungen 130 und 135. Ein UND-

) Glied 132 ermittelt aufgrund des in einem Inverter 133 invertieften Signals des der fünften Zeile zugeordneten Fühlers und aufgrund des Signals des der sechsten Zeile zugeordneten Fühlers das Vorhandensein einer lichtdurchlässigen Fläche 74 und einer lichtundurchlässigen

in Fläche 73, also das Vorhandensein einer Streifenadresse, und steuert dementsprechend die Torschaltung 130 an. Ein weiteres UND-Glied 137 ermittelt aus den Ausgangssignalen der den Zeilen 5 und 6 zugeordneten Fühler das Vorhandensein lichtundurchlässiger Flächen 76 und 75. also einer Ortsadresse, und steuert demgemäß die Torschaltung 135 an. In Abhängigkeit von der Ansteuerung der Torschaltungen 130 und 115 werden die anstehenden Adressensignale in ein Streifenadressenregister 134 bzw. ein Ortsadressenregi-

2ü sier IJ& eingespeichert, von wo au? sie Hann für den Rechner 27 verfügbar sind.

Das Positionsbezugssignal wird jeweils in einer Aufteilungsschaltung 140 erzeugt. Die Länge der Positionsbezugsmarke 73 entspricht einer bestimmten Anzahl von Teilschritten, nämlich beispielsweise zehn Teilschritten. Das Positionsbezugssignal soll genau in der Mitte der Positionsbezugsmarke abgegeben werden. Dazu enthält die Aufteilungsschaltung 140 einen Zähler 143, der die Anstiegsflanken des Ausgangssignals

jo 106 eines Fühlers 105 der Teilschrittmeßeinrichtung zählt, mit welcher der Zähler 143 durch eine Leitung 144 verbunden ist. Die Mitte einer Positionsbezugsmarke wird von beiden Seiten nach jeweils fünf Teilschritten erreicht.

Dem UND-Glied 32 ist ein Flipflop 141 nachgeschaltet, das jeweils beim Erreichen der Kante der lichtundurchlässigen Positionsbezugsmarke 73 eingeschaltet wird. In diesem Zustand gibt das Flipflop über eine Leitung 142 den Zähler 143 frei, so daß dieser auf über die Leitung 144 ankommende Impulse anspricht

Die Mitte einer Positionsbezugsmarke 73 wird von beiden Seiten jeweils nach fünf Teilschritten von einer Seitenkante der Positionsmarke aus erreicht. Demgemäß erzeugt der Zähler 143 auf der Leitung 77 jeweils nach dem Zählen von fünf Impulsen einen das Positionsbezugssignal darstellenden Ausgangsimpuls, also genau bei Erreichen der Mitte der Positionsbezugsmarke 73, wodurch außerdem über eine Leitung 145 das Flipflop 141 ausgeschaltet und der Zähler selbst über eine Leitung 146 zurückgestellt wird.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die F i g. 8 und 9 die Steuerung des Verschiebeantriebs 11 beschrieben. Die in F i g. 8 gezeigte Steuerung arbeitet gemäß der in F i g. 9 dargestellten Kennlinie. Solange die Entfernung des Schlittens 10 von der gewünschten Sollposition einen bestimmten Wert übersteigt, wird der Verschiebeantrieb 11 konstant mit maximaler Geschwindigkeit betrieben, was in Fig.9 durch die Linie 150 (Verschiebung nach rechts) bzw. durch die Linie 151 (Verschiebung nach links) dargestellt ist Beim Erreichen einer bestimmten Schwellenwertentfernung (Punkte 155) von der gewünschten Sollposition geht die Verschiebeantriebssteuerung automatisch auf Proportionalbetrieb über und die weitere Verschiebegeschwindigkeit des Schlittens 10 erfolgt jeweils proportional zu der noch zurückzulegenden Restentfernung von der Sollposition, also proportional zum Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 31. Diese Proportional-

phase iiS in F i g. 9 durch die Linie 152 dargestellt.

Die in Fig.8 gezeigte Steuerschaltung enthält einen Digital-Analog-Umsetzer 160, welchem über die Lei-",ung 40 fortwahrend ein Restverscfiiebedistanzsignal in Form des momentanen Zählerstandes des Vorwarts-Rückwärts-Zählers 31 zugeführt wird. Der Digital-Analog-Umsetzer 160 arbeitet in Abhängigkeit von den Signalen der höheren Bitstellen des Schrittzählteils 32 des Zählers 31 in zwei Betriebsarten, wobei er in der einen Betriebsart (entsprechend den Linien 151 und 150 in Fig.9) ein maximales Analogsignal und in der anderen Betriebsart (entsprechend Linie 152 in Fig.9) ein proportionales Analogsignal als Ausgangssignal auf einer Leitung 161 erzeugt.

Das über die Leitung 161 abgegebene Analogsignal gelangt über einen Summierer 163 der Steuerschaltung 41, dem außerdem über die Leitung 43 ein Rückführungssignal eines Tachogenerators 164 des Verschiebeantriebs 11 zugeführt wird, zu einem Verstärker 165, dessen Ausgangssignai als Steuersignal über die Leitung 42 an den Verschiebeantrieb übermittelt wird.

Fig. 10 zeigt eine Anlaufschaltung der Einrichtung. Diese Anlaufschaltung dient zur Erzeugung einer minimalen Anfangsverschiebung des Schlittens 10 an irgendeinem beliebigen Ort längs der Schiene 12 zur Ermittlung der anfänglichen Istposition.

Der Anlaufvorgang wird durch Schließen eines Startschalters 172 eingeleitet, wodurch ein Startflipflop 173 eingeschaltet und sodann über eine Leitung 175 der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 31 in ssinem Schrittzählteil 32i,uf den Bezugszählerstand und in seinem Teilschrittzählteil 33 auf den einer halben Schrittlänge entsprechenden Zählerstand gesetzt wird. Gleichzeitig wird über ein UND-Glied 185 und eine Leitung 186 das Richtungsbit 171 (Vorzeichenbit) des Zählers 31, dessen beide mögliche Zustände mit R (Rechtslauf) und L (Linkslauf) bezeichnet sind, auf L (gesetzt). Dadurch wird eine Bewegung des Schlittens 10 nach links eingeleitet.

Für den Fall, daß sich der Schlitten 10 bereits am äußersten linken Ende der Schiene 12 befindet, ist ein Endschalter 178 vorgesehen, bei dessen Betätigung ein Einzelimpulsgcnerator 179 erregt wird, der über eine Leitung 180 ein Umkehrflipflop 181 ansteuert, das zuvor bei der Betätigung des Startschalters 172 in seinen Ruhezustand zurückgestellt worden ist Das auf einer Leitung 183 erscheinende Ausgangssignal des Umkehrflipflops 181 schaltet dann über ein UND-Glied 190 den Zustand des Richtungsbits 171 auf R um. Demzufolge führt der Schlitten 10 dann eine Bewegung nach rechts aus.

Beim Anlauf des Schlittens 10 wird seine Istadresse vom Adressenleser 24 abgetastet und über die Leitung 26 dem Rechner 27 mitgeteilt. Das beim Feststellen der ersten Positionsbezugsmarke 73 auf der Leitung 77 erzeugte Positionsbezugssignal bewirkt auch über eine Leitung 191 die Rückstellung des Startflipflops 173, wodurch dann das Zählersetzsignal auf der Leitung 175 wegfällt Aufgrund der Voreinstellung des Teilschrittzählteils 33 wird nun der Schlitten 10 bis zur Mitte des der anfänglich unbekannten Istposition des Schlittens 10 benachbarten definierten Ortes weiterbewegt. Danach erfolgt die Steuerung der Schlittenbewegung aufgrund der in den Zähler 31 eingegebenen Verschiebedistanzen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Digitale Einrichtung zur Positionierung eines längs eines Weges verschiebbaren Maschinenteils, wobei entlang des Weges mit gegenseitigen Abständen jeweils diskrete Orte festlegende Markierungen angeordnet sind und jedem Ort eine seine Position bestimmende Adresse zugeordnet ist, mit einem Sollpositionsgeber, in den die jeweils gewünschte Sollposition eingebbar ist, weiter mit einer Schrittmeßeinrichtung, die bei Verschiebung des Maschinenteils Verschiebeschritte darstellende Impulse erzeugt, ferner mit einem der Schrittmeßeinrichtung nachgeschalteten Vorwärts-Rückwärts-Zähler, der aufgrund der Impulse entsprechend der jeweiligen Verschieberichtung zählt, und mit einem den Verschiebeantrieb steuernden Vergleicher, der jeweils den Zählerstand mit einem das Erreichen der Sollposition anzeigenden Zähtwert vergleicht, jadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise jeder Ort des Weges mit einer maschinenlesbaren Darstellung (F i g. 2) seiner Adresse versehen ist und das verschiebbare Maschinenteil (10) einen Adressenleser (24) trägt, und daß der Sollpositionsgeber (27, 28, 29) einen Digitalrechner (27) enthält, d^r bei Vorgabe einer neuen Sollposition aus dieser und der jeweils vom Adressenleser übermittelten (über 25) Istposition die erforderliche Verschiebedistanz errechnet und den Vorwärts-Rückwärts-Zähler (31) auf einen Anfangszählerstand 'iistellt, der sich um eine der errechneten Verschiebedistanz entsprechende Zahl von dem das Erreichen der Sollposition anzeigenden Zählwert unterscheidet

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler (31) in einen die höheren Ziffernstellen umfassenden Schrittzählteil (32), der durch den Digitalrechner (27) einstellbar ist, und in einen die niedrigeren Ziffernstellen umfassenden, mit der Schrittmeßeinrichtung (46, 47, 52) verbundenen Teilschrittzählteil (33) unterteilt ist, und daß die Teilschrittmeßeinrichtung pro Verschiebeschritt eine der Kapazität des Teilschrittzählteils entsprechende Anzahl von jeweils einen Teilschritt darstellenden Impulsen erzeugt.

3. Einrichiung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die, die Orte festlegenden Markierungen jeweils Positionsbezugsmarken (73, 74) sind. zwischen denen die Orte jeweils in der Mitte lic;'

und daß ein auf die Positionsbezugsmarken anspi chendes Abtastelement (62/6) jeweils beim Durchlaufen einer solchen Positionsbezugsmarke den Teilschrittzählteil (33) des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (31) auf einen Zählerstand stellt (über 77), der gleich der Hälfte der einem Schritt entsprechenden Anzahl von Teilschritten ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Abtastelement (62/6) ein Element des Adressenlesers (24) ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (F i g. 8) die Verschiebegeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem jeweiligen Zählerstand und dem das Erreichen der Sollposition anzeigenden Zählwert so steuert, daß die Versehiebegeschwindigkeit, solange die Differenz einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, der maximalen Verschiebegeschwindigkeit entspricht und, wenn die Differenz unterhalb des Schwellenwertes liegt, proportional zu dieser Differenz isL