DE2048791A1 - Control for following the contours of a model - Google Patents

Control for following the contours of a model

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DE2048791A1 DE19702048791 DE2048791A DE2048791A1 DE 2048791 A1 DE2048791 A1 DE 2048791A1 DE 19702048791 DE19702048791 DE 19702048791 DE 2048791 A DE2048791 A DE 2048791A DE 2048791 A1 DE2048791 A1 DE 2048791A1
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Description

Beschreibung Steuerung zum Nachfahren der Konturen eines Modells Die nachstehend beschriebene Steuerung dient zum automatischen Nachfahren der Konturen eines in weiten Grenzen beliebigen Modells mit einem Fühler durch geeignete Steliantriebe. Die Nachfahrgeschwindigkeit ist unabhängig von der Richtung konstant und einstellbar. Derartige Steuerungen finden Anwendung beim direkten Kopieren von Werkstücken auf Werkzeugmaschinen, beider Gewinnung von Daten des Modells zum Zweck der Speicherung auf Datenträgern und/oder zur Weiterverarbeitung dieser Daten mit Datenverarbeitungsanlagen.Description Control for following the contours of a model Die The control described below is used to automatically follow the contours an arbitrary model with a sensor by means of suitable Steli drives. The tracking speed is constant and adjustable regardless of the direction. Such controls are used for direct copying of workpieces Machine tools, in the process of obtaining data from the model for the purpose of storage on data carriers and / or for further processing of this data with data processing systems.

Es sind bereits eine Reihe von Steuerungen für den genannten Zweck bekanntgeworden, wobei recht unterschiedliche Prinzipien zur Anwendung kommen. Eine ausreichende Genauigkeit, Konstanz der Vorschubgeschwindigkeit und gutes dynamisches Verhalten können Jedoch in der Regel nur mit komplizierten und aufwendigen Anordnungen erreicht werden.There are already a number of controls for the stated purpose became known, whereby quite different principles are used. One sufficient accuracy, constancy of the feed speed and good dynamic However, behavior can usually only be achieved with complicated and time-consuming arrangements can be achieved.

Diese Steuerungen stellen im Prinzip Regelungen dar. Ein Fehler wird durch Stellantriebe, die in zueinander senkrecht stehenden Richtungen arbeiten, am Modell entlang bewegt. Durch die BerEhrung des FUhlers mit dem Modell werden Signale gewonnen, die nach entsprechender Umformung die Steuersignale für die Stellantriebe liefern. Es wird angestrebt, daß die Bewegung gleichmäßig, mit bekannter und reproduzierbarer Genauigkeit und mit gutem dynamischen Verhalten erfolgt.These controls are in principle rules. An error will be by actuators that work in mutually perpendicular directions, moved along the model. By touching the sensor with the model Signals obtained which, after appropriate conversion, form the control signals for the actuators deliver. The aim is to ensure that the movement is uniform, known and reproducible Accuracy and with good dynamic behavior.

Die hier beschriebene neue Steuerung bedient sich zur Gewinnung der Steuersignale eines Fühlers, der die vom Modell auf den Fühler ausgeübte Kraft in zwei aufeinander senkrecht stehende Komponenten zerlegt, diese in Trägerrrequenzsignale mit gegeneinander um 900 gedrehter Phase umwandelt die dann so zusammengesetzt werden, daß ein resultierendes Trägerfrequenzsignal entsteht, dessen Amplitude dem Betrag der Kraft und dessen Phase in Bezug auf ein Referenzsignal der Richtung der Kraft entspricht. Der auf den Fühler wirkende Kraftvektor wird also durch Betrag und Phase eines Trägerfrequenz signals dargestellt.The new control described here is used to obtain the Control signals from a sensor that converts the force exerted by the model on the sensor in two perpendicular to each other Components disassembled, these into The then converts carrier frequency signals with phase rotated by 900 relative to one another be put together in such a way that a resulting carrier frequency signal arises, its amplitude, the magnitude of the force and its phase in relation to a reference signal corresponds to the direction of the force. The force vector acting on the feeler becomes thus represented by the amount and phase of a carrier frequency signal.

Die Richtung der idealen Vorschubgeschwindigkeit steht senkrecht auf diesem Kraftvektor. Das dem Geschwindigkeitsvektor entsprechende Trägerrrequenzsignal ist deshalb aus dem Kraftsignal durch eine Phasendrehung um 900 zu gewinnen. Dieses Geschwindigkeitssignal wird dann wieder mit Hilfe zweier um 900 gegeneinander in der Phase verschobener Referenzsignale in phasenempfindlichen Demodulatoren in zwei Signale zerlegt die den aufeinander senkrecht stehenden Geschwindigkeitskomponenten des Geschwindigkeitsvektors entsprechen. Diese Signale werden mit den Stellantrieben invorscbubgeschwindigkeiten umgesetzt. Da die resultierende Vorschubgeschwindigkeit unabhängig vom Betrag der FUhlerkraft einstellbar sein soll und um Unregelmäßigkeiten in den Übertragungsfaktoren ( z.B. hervorgerufen durch Reibung etc. ) auszugleichen, ist es notwendig, die Steuerung mit einem Kraft regelkreis zu versehen. Zu diesem Zweck wird die Amplitude des trägerfrequenten Kraftsignals mit einem festen Sollwert verglichen. Die Differenz der beiden Signale steuert die Phasenverschiebung eines steuerbaren Phasenschiebers und damit die Richtung der resultierenden Geschwindigkeit so, daß der Betrag der Fühlerkraft konstant bleibt. Diese Regelung entspricht einer Normierung des Kraft- bzwe Geschwindigkeitssignals. Die im Betrieb gewünschte Geschwindigkeit kann einfach durch Verändern der Verstärkung des resultierenden Geschwindigkeitssignals unabhängig von der Einstellung der Fühlerkraft eingestellt werden.The direction of the ideal feed rate is perpendicular this force vector. The carrier frequency signal corresponding to the velocity vector can therefore be obtained from the force signal by rotating the phase by 900. This The speed signal is then again with the help of two by 900 against each other in the phase shifted reference signals in phase sensitive demodulators in two Signals breaks down the velocity components that are perpendicular to each other of the speed vector. These signals are generated with the actuators invorscbubgeschätze implemented. Because the resulting feed rate should be adjustable regardless of the amount of FUhlerkraft and irregularities to compensate in the transfer factors (e.g. caused by friction etc.), it is necessary to equip the control with a force control loop. To this The purpose is the amplitude of the carrier-frequency force signal with a fixed setpoint compared. The difference between the two signals controls the phase shift of one controllable phase shifter and thus the direction of the resulting speed so that the amount of the sensor force remains constant. This regulation corresponds to a Normalization of the force or speed signal. The desired speed during operation can be done simply by changing the reinforcement of the resulting Speed signal set independently of the setting of the sensor force will.

An dieser Stelle kann im Falle des Kopierens von Werkstücken die Vorschubgeschwindigkeit den Bearbeitungsverhältnissen angepaßt werden. Durch Messung der Schnittkraft mittels eines geeigneten Meßwertaufnehmers und Vergleich dieses Meßwertes mit einem vorgegebenen Sollwert kann eine Regelung für die Vorschubgeschwindigkeit aufgebaut werden. Die Differenz zwischen Meß-und Sollwert steuert die Verstärkung des resultierenden Geschwindigkeitssignals so, daß die Schnittkraft konstant bleibt.In the case of copying workpieces, the feed speed can be set at this point be adapted to the machining conditions. By measuring the cutting force using a suitable transducer and comparison of this measured value with a predetermined one A control for the feed rate can be set up for the setpoint value. the The difference between the measured value and the nominal value controls the amplification of the resulting speed signal so that the cutting force remains constant.

Beim direkten Kopieren wird in der Regel die gleichartige Relativbewegung zwischen Modell und Fühler und zwischen Werkstück und Werkzeug durch eine feste mechanische Kopplung erzwungen. Diese Kopplung ist nicht erforderlich, wenn für die Bewegung des Fühlers am Modell und für die Bewegung des Werkzeugs am Werkstück getrennte Stellantriebe verwendet werden. Diese Stellantriebe sind tber Nachlaufsysteme gekoppelt, wobei sowohl Untersetzungen wie auch tfbersetzungen und damit Maßstabsänderungen von Modell zu Werkstück realisierbar sind. Die Kopplung der Stellantriebe ist besonders einfach im Falle der Verwendung von Schrittmotoren als Stellantriebe , die hierfür nur mit den gleichen oder mit zueinander im festen Verhältnis stehenden Schrittfrequenzen angesteuert werden . Die Signale, die von den Gebern der Nachlaufsysteme am Fühler-Modell-System abgegeben werden, können auch auf geeigneten Datenträgern gespeichert werden. Bei der Wiedergabe dieser Daten werden mit Hilfe der Empfänger der Nachlaufsysteme am Werkzeug-Werkstück-System diese Signale wieder in Bewegungen der Stellantriebe umgesetzt.In the case of direct copying, the same type of relative movement is usually used between model and feeler and between workpiece and tool through a fixed mechanical coupling forced. This pairing is not required if for the movement of the probe on the model and for the movement of the tool on the workpiece separate actuators are used. These actuators are via follow-up systems coupled, with both reductions and ratios and thus changes in scale can be implemented from model to workpiece. The coupling of the actuators is special simply in the case of using stepper motors as actuators, which for this only with the same step frequencies or with a fixed ratio to each other can be controlled. The signals from the sensors of the tracking systems on the sensor model system can also be stored on suitable data carriers. at the reproduction of this data is carried out with the help of the receiver on the tracking systems Tool-workpiece system converts these signals back into movements of the actuators.

Die Funktion der Steuerung soll an Hand von Fig. 1 und Fig. 2 näher beschrieben werden.The function of the control is to be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2 to be discribed.

Es stellt dar: Fig. 1 : Das Vektorbild der Kräfte und Geschwindigkeiten am Fühler - Modell - System.It shows: Fig. 1: The vector image of the forces and speeds on the sensor model system.

Fig. 2 : Das Blockschaltbild der Steuerung.Fig. 2: The block diagram of the control.

Das Modell 1 und der Fühler 2 werden relativ zueinander durch geeignete Stellantriebe in den Richtungen X und Y bewegt. Wenn der Fühler 2 am Modell 1 anliegt, wirkt auf ihn die Normalkraft P ein. Der Fühler 2 ist mit den Kraftmeßaufnehmern 3 und 4 versehen, die Jeweils nur die in X bzw. Y- Richtung wirkenden Komponenten Px und Py der Kraft P messen. Die Kraftmeßaufnehmer liefern ein Trägerfrequenzsignal, deren Amplitude dem Betrag der Kraftkomponente und deren Phase in Bezug auf ein Referenzsignal Je nach dem Vorzeichen der Kraftkomponenten 0o oder 1800beträgt, Die Referenzsignale der Kraftmeßaufnehmer für die X- und Y-Xomponenten werden im Frequenzgenerator 5 erzeugt, haben gleiche Frequenz, sind Jedoch gegeneinander um 900 in der Phase verschoben. Die Ausgangssignale der Kraftmeßaufnehmer 3 und 4 werden addiert und liefern damit ein Trägerfrequenzsignal, dessen Amplitude dem Betrag der Kraft P und dessen Phase in Bezug auf die Referenzsignale der Richtung der Kraft P entspricht. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die ideale Vorschubrichtung um 900 gegenüber der Richtung der Normalkraft gedreht. Durch Drehung der Phase des Normalkraftsignals um 900j in dem steuerbaren Phasenschieber 9 wird ein normiertes Vorschubgeschwindigkeitssignal erzeugt. Der Phasenschiebungawinkel des Phasenschiebers 9 wird so geregelt, daß eine einstellbare Normalkraft P konstant gehalten wird.The model 1 and the sensor 2 are relative to each other by suitable Actuators moved in the X and Y directions. If sensor 2 is on model 1, The normal force P acts on it. The sensor 2 is with the force transducers 3 and 4, the only components acting in the X or Y direction Measure Px and Py of the force P. The force transducers deliver a carrier frequency signal, whose amplitude is the amount of the force component and its phase in relation to a Reference signal depending on the sign of the force components is 0o or 1800, The reference signals of the force transducers for the X and Y-X components are in the Frequency generator 5 generated have the same frequency, but are against each other 900 postponed in phase. The output signals of the force transducers 3 and 4 are add up and thus deliver a carrier frequency signal, the amplitude of which corresponds to the amount of the force P and its phase in relation to the reference signals of the direction of the force P corresponds to. As can be seen from FIG. 1, the ideal feed direction is around 900 rotated in relation to the direction of the normal force. By rotating the phase of the normal force signal around 900j in the controllable phase shifter 9 is a normalized feed rate signal generated. The phase shift angle of the phase shifter 9 is controlled so that an adjustable normal force P is kept constant.

Zu diesem Zweck wird durch Gleichrichtung des Trägerfrequenzsignals am Ausgang des Verstärkers 6 in dem Demodulator 7 ein dem Betrag der Normalkraft P entsprechendes Signal gebildet und mit dem Normalwert 8 verglichen. Die Abweichung der beiden Signale steuert die Phasenverschiebung des Phasenschiebers 9 und damit die Richtung des Vorschubs so, daß die Amplitude des Trägerfrequenzsignals am Ausgang des Verstärkers 6 konstant bleibt. Mit der Verstärkung des Verstärkers 6 kann die Größe der Normalkraft P eingestellt werden. Der Betrag des Ausgangssignals von Verstärker 6 und des Phasenschiebers 9 ist durch diese Regelung normiert.This is done by rectifying the carrier frequency signal at the output of the amplifier 6 in the demodulator 7 is the amount of the normal force P corresponding signal formed and compared with the normal value 8. The deviation of the two signals controls the phase shift of the phase shifter 9 and thus the direction of advance so that the amplitude of the carrier frequency signal at the output of the amplifier 6 remains constant. With the gain of the amplifier 6, the The size of the normal force P can be set. The magnitude of the output signal from the amplifier 6 and the phase shifter 9 is normalized by this scheme.

Die Phasenlage des normierten Vorschubgeschwindigkeitssignals in Bezug auf die Referenzsignale stellt die Richtung der Vorschubgeschwindigkeit dar. Der Betrag des Vorschubgeschwindigkeitssignals am Ausgang des Phasenschiebers 9 kann mit dem einstellbaren Verstärker 10 verändert werden. Dadurch ist unabhängig von der Größe der Normalkraft P der Betrag der Vorschubgeschwindigkeit auf einen gewünschten Wert einstellbar. Das Ausgangssignal von Verstärker 10 wird in den phasenempfindlichen Demodulatoren 11 und 12 mit Hilfe der Referenzsignale in Signale zerlegt, die den Komponenten Vx und Vy der Vorschubgeschwindigkeit V entsprechen.The phase position of the normalized feed rate signal in relation to on the reference signals represents the direction of the feed rate. The Amount of the feed rate signal at the output of the phase shifter 9 can can be changed with the adjustable amplifier 10. This is independent of the magnitude of the normal force P the amount of the feed rate to a desired Adjustable value. The output signal from amplifier 10 is in the phase sensitive Demodulators 11 and 12 with the help of the reference signals broken down into signals that the Components Vx and Vy correspond to the feed rate V.

Die Ausgangssignale der phasenempfindlichen Demodulatoren 11 und 12 steuern über geeignete Steuereinrichtungen 13 und 14 die Stellantriebe 15 und 16.The output signals of the phase-sensitive demodulators 11 and 12 control the actuators 15 and 16 via suitable control devices 13 and 14.

Beim direkten Kopieren von Werkstücken oder Modellen auf Werkzeugmaschinen kann mit einem Schnittkraftaufnehmer 17 die auf das Werkzeug einwirkende Schnittkraft gemessen, mit einem einstellbaren Sollwert 18 verglichen und mit der Abweichung dieser beiden Werte die#Nerstärkung des Verstärkers 10 und damit der Betrag der Vorschubgeschwindigkeit V so geregelt werden, daß die Schnittkraft des Werkzeugs konstant bleibt.When copying workpieces or models directly on machine tools can use a cutting force transducer 17 to measure the cutting force acting on the tool measured, compared with an adjustable target value 18 and with the deviation of these two values the gain of the amplifier 10 and thus the amount of the Feed rate V can be controlled so that the cutting force of the tool remains constant.

Bei Verwendung von Schrittmotoren als Stellorgane 15 und 16 werden die Ausgangssignale der phasenempfindlichen Demodulatoren 11 und 12 in den Steuereinrichtungen 13 und 14 in Impulsfolgen und Richtungssignale umgewandelt. Diese Signale können auf geeigneten Datenträgern direkt oder nach Umwandlung in einen Zahlenwert in codierter Form registriert werden.When using stepper motors as actuators 15 and 16 are the output signals of the phase-sensitive demodulators 11 and 12 in the control devices 13 and 14 converted into pulse trains and direction signals. These signals can on suitable data carriers directly or after conversion into a numerical value in coded Form to be registered.

Claims (6)

PatentansnrücheClaims 1. 9 teuerung zum Nachfahren der Konturen eines Modells mit einem ühler, der die vom Modell auf den Fühler wirkende Kraft in zwei zueinander senkrecht stehende Komponenten zerlegt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kraftkomponenten mittels geeigneter Gebersysteme (3) und (4) in trägerfrequente Signale umgewandelt werden, deren Amplitude dem Betrag der Jeweiligen Kraftkomponente entspricht und deren Phase in Bezug auf ein der einzelnen Achse zugeordnetes Referenzsignal Je nach Vorzeichen der Kraftkomponente 0o oder 1800 beträgt, wobei die Referenzsignale der Achsen um 900 gegeneinander verschoben sind, und diese den Kraftkomponenten entsprechenden Trägerfrequenzsignale nach ihrer Addition ein den Kraftvektor durch Betrag und Phase kennzeichnendes Trägerfrequenzsignal bilden, dessen Amplitude nach Verstärkung im Verstärker(6) und Gleichrichtung im Demodulator ( 7 ) mit einem festen Sollwert (8) verglichen wird und die beim Vergleich entstehende Differenz die Phasenverschiebung eines steuerbaren Phasenschiebers (9) ,dessen trägerfrequentes Ausgangssignal nach Verstärkung im Verstärker (10) und phasenempfindlicher Demodulation mit Hilfe der den Jeweiligen Achsen zugeordneten Referenzsignale in den Demodulatoren zwei und (12) und Umwandlung der Ausgangssignale dieser Demodulatoren mittels der Stellantrieb-Steuerungen (13) und (14) und den Stellantrieben (15) und (16) in Stellgeschwindigkeiten die Komponenten der Vorschubge~ schwindigkeit bestimmt , die Richtung der Vorschubgeschwindigkeit so steuert, daß die vom Modell (1) auf den Fehler (2) wirkende Kraft konstant bleibt.1. 9 control for following the contours of a model with a ühler, which is the force acting by the model on the feeler in two mutually perpendicular standing components broken down, characterized in that these force components converted into carrier-frequency signals by means of suitable encoder systems (3) and (4) whose amplitude corresponds to the amount of the respective force component and their phase in relation to a reference signal Je assigned to the individual axis according to the sign of the force component is 0o or 1800, the reference signals of the axes are shifted by 900 against each other, and these are the force components corresponding carrier frequency signals through the force vector after their addition Form the amount and phase characterizing carrier frequency signal, its amplitude after Gain in the amplifier (6) and rectification in the demodulator (7) with a fixed Setpoint (8) is compared and the difference resulting from the comparison is the phase shift a controllable phase shifter (9) whose carrier-frequency output signal according to Amplification in the amplifier (10) and phase-sensitive demodulation using the Reference signals assigned to the respective axes in demodulators two and (12) and converting the output signals of these demodulators by means of the actuator controls (13) and (14) and the actuators (15) and (16) in adjusting speeds the Components of the feed rate determines the direction of the feed rate controls so that the force acting on the error (2) by the model (1) remains constant. 2. Steuerung nach Anspruch 1 zur Verwendung beim direkten Kopieren dadurch gekennzeichnet, daß ein die Schnittkraft des Werkzeuges messender ldeßwertaufnehmer (17) ein Signal abgibt, dessen Differenz zu einem einstellbaren Sollwert (18) die Verstärkung des Verstärkers (10) so steuert, daß die Schnittkraft des Werkzeugs konstant bleibt.2. Controller according to claim 1 for use in direct copying characterized in that an Ideßwertaufnehmer which measures the cutting force of the tool (17) emits a signal whose difference to an adjustable setpoint (18) the Gain of the amplifier (10) controls so that the cutting force of the tool remains constant. 3. Steuerung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Stellantriebe (15) und (16) als Schrittmotoren ausgeführt sind, die dadurch angesteuert werden, daß die aus den phasenempfindlichen Demodulatoren (11) und (12) kommenden Signale in den Steuerungen (13) und (14) in Richtungs-und Frequenzsignale umgewandelt werden.3. Control according to claim 1 and 2, characterized in that the Actuators (15) and (16) are designed as stepper motors, which are thereby controlled that the coming from the phase-sensitive demodulators (11) and (12) Signals in the controls (13) and (14) converted into direction and frequency signals will. 4. Steuerung nach Anspruch 1 , 2 , 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Schrittmotorsteuerungen (13) und (14) auf geeigneten Datenträgern aufgezeichnet werden und die Stellantriebe (15) und (16) des WerkstUck-Werkzeug-Systems bei der Wiedergabe dieser Daten-träger in gleicher Weise wie bei der Aufnahme verstellt werden.4. Control according to claim 1, 2, 3, characterized in that the Output signals of the stepper motor controls (13) and (14) on suitable data carriers are recorded and the actuators (15) and (16) of the workpiece-tool system adjusted in the same way during playback of this data carrier as during recording will. 5. Steuerung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen Fühler-Modell-System und Werkzeug-Werkstück-System über Nachlaufsysteme oder Schrittmotoren erfolgt.5. Control according to claim 1 and 2, characterized in that the Coupling between the sensor-model system and the tool-workpiece system via follow-up systems or stepper motors. 6. Steuerung nach Anspruch 1, 2 und 5 dadurch gekennzeichnet,daß die Ausgangssignale der Geber der Nachlaufsysteme des 1Modell Fühler-Systems auf geeigneten Datenträgern aufgezeichnet werden und die Steuerung der Nachlaufsysteme des Werkzeug-Werkstück-Systems durch Wiedergabe auf den Datenträgern aufgezeichneter Daten erfolgt.6. Control according to claim 1, 2 and 5, characterized in that the Output signals from the sensors of the follow-up systems of the 1-model sensor system to suitable Data carriers are recorded and the control of the tracking systems of the tool-workpiece system takes place by playing back data recorded on the data carriers.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0033492A1 (en) * 1980-01-31 1981-08-12 Becker Dental-Labor GmbH. Process and device for producing a dental crown part

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