DE2052503C3 - Vorrichtung zur Kompensation eines Wegfehlers in einem numerischen Programmsteuerungssystem - Google Patents

Vorrichtung zur Kompensation eines Wegfehlers in einem numerischen Programmsteuerungssystem

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DE2052503C3
DE2052503C3 DE2052503A DE2052503A DE2052503C3 DE 2052503 C3 DE2052503 C3 DE 2052503C3 DE 2052503 A DE2052503 A DE 2052503A DE 2052503 A DE2052503 A DE 2052503A DE 2052503 C3 DE2052503 C3 DE 2052503C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kompensation eines Wegfehlers in einem numerischen Programmsteuerungssystem, bei der ein numerisches Steuergerät Befehlsimpulse an einen elektrohydraulischen Impuls- bzw. Schrittmotor abgibt, dessen Ausgangswelle zum Antreiben einer Maschine abhängig von den Befehlsimpulsen drehbar ist, mit einem Detektor zum Erfassen der Größe der tatsächlichen Bewegung der Maschine und einem Kompensationsimpulsgenerator, durch den Kompensationsimpulse in Abhängigkeit von einem Bewegungsfehler der Maschine derart erzeugt und dem elektrohydraulischen Impulsmotor zugeführt werden, daß die Summe aus den Kompensationsimpulsen, den Befehlsimpulsen und aus Rückkopplungsimpulsen, die der Größe der tatsächlichen Bewegung der Maschine entsprechen, und die durch den Detektor erfaßt werden, nach Beseitigung des Fehlers zu Null wird.
Die DT-AS 10 97 528 befaßt sich mit dem Problem, bei einer Vorrichtung der einleitend genannten Art die Meßeinrichtung, durch die die tatsächliche Bewegung der Maschine erfaßt wird, zu vereinfachen. Sie sieht zu diesem Zweck eine mit der Antriebsvorrichtung verbundene Nachbildung vor, mit der wiederum ein Absolut-Meßgerät für die Stellung der Nachbildung verbunden ist, und ein starr mit dem Maschinenelement verbundenes Differenzmeßgerät zur Messung der Relaüvverschiebung zwischen Maschinenelement und Nachbildung. Eine Kombinationsvorrichtung bildet aus den vom Absolut-Meßgerät und dem Differenzmeßgerät gelieferten Signalen ein Istwertsignal. Dieses wird mit dem aus einem Steuergerät gelieferten Steuersignal verglichen, und die Differenz dient zur Kompensation des Fehlers.
Bekanntlich kann der hydraulische Drehmomenttarker eines elektrohydraulischen Schrittmotors '?ht trägheitslos der Steuerfrequenz folgen, sondern "»der befohlenen Größe um einen zur Schrittfre-™enz proportionalen Weg nach. Werden deshalb bei taem numerischen Steuerungssystem mit einem lektrohydraulischen Schrittmotor oder mit anderen . zeitverzögerung bewirkenden Elementen die der rröße dr tatsächlichen Bewegung der Maschine entcnrechenden Rückkopplungsimpulse unmittelbar mit den Befehlsimpulsen verglichen, um hieraus Kompensationsimpulse zu erhalten, dann ist nur dann eine exakte Steuerung möglich, wenn eine bestimmte Zielnosition angesteuert wird. Bei einer Wegsteuerung müßte jedoch die durch die Nacheilung bedingte Abweichung zwischen befohlener und ausgeführter Bewegung Berücksichtigung finden.
Üer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der einleitend genannten Art auch eine exakte Wegsteuerung selbst dann zu ermöglichen, ac wenn dieses System ein oder mehrere Elemente enthält die eine durch eine Zeitverzögerung bedingte Abweichung zwischen befohlener und ausgeführter Größe aufweisen.
Die Aufgabe ist bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Stellkreis vorhanden und mit den Befehlsimpulsen des numerischen Steuergerätes beaufschlag* ist, daß der Stellkreis in Abhängigkeit von der Frequenz der Befehlsimpulse und dieser Frequenz proportional Abweichungsimpulse liefert, die die ideale — d. h. alle Wegabweichungen umfassend, die durch den Impulsmotor und das Bewegungssystem der Maschine verursacht sind — stationäre Gesamtabweichung der tatsächlichen Bewegung von der befohlenen nachbilden und daß eine Recheneinrichtung vorgesehen ist, der einerseits die mit den Abweichungsimpulsen korrigierten Befehlsimpulse, andererseits die Rückkopplungsimpulse von der Maschine zugeführt sind und die Kompensationsimpulse nach Maßgabe des Unterschiedes dieser Impulseingaben liefert.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die durch Übertragungsglieder bedingte Zeitverzögerung simuliert und bei dem Vergleich mit der gemessenen Größe der tatsächlichen Bewegung der Maschine berücksichtigt. Hierdurch läßt sich eine sehr genaue kontinuierliche Wegsteuerung erzielen.
Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand von sieben Figuren näher erläutert. Es zeigt
Fig 1 ein Blockdiagramm eines numerischen Steuerungssystems, das ein bereits vorgeschlagenes Gerät zur Fehlerkompensation besitzt,
Fig 2 ein Blockdiagramm eines numerischen Steuerungssystems, bei dem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlerkompensation gemäß dieser Erfindung angewandt werden,
Fiε 3 ein Erläuterungsschaubild, das eine Ausführungsform eines Stellkreises für die Abweichung dapf'lt4 ein detailliertes Erläuterungsschaubild des Teils, durch den ein Kompensationsimpulsc erzeugt dungsform eines Stellkreises für die Abweichung darstellt,
F i g. 7 ein Schaubild eines gegenüber F i g. 4 verbesserten Teils zur Erzeugung eines Kompensationsimpulses.
F i g. 1 zeigt ein numerisches Steuerungssystem, das ein schon vorgeschlagenes Gerät zur Fehlerkompensation enthält (DT-AS 19 19 079). Es werden einem elektrischen Impulsmotor EPMI aus einem numerischen Steuergerät NC Befehlsimpulse zugeführt und die Ausgangswelle des Motors gedreht. Die Ausgangswelle des elektrischen Impulsmotors EPM1 ist mit einem hydraulischen Motor ZiM verbunden, so daß das Ausgangsdrehmoment des elektrischen ImpulsmotorsEPMl verstärkt wird, d.h., der elektrische Impulsmotor EPM1 und der hydraulische Motor HM bilden einen bekannten elektrohydraulischen Impulsmotor. Die Maschine Λί wird durch die verstärkte Ausgangsgröße des hydraulischen Motors HM mittels eines Transportmechanismus bewegt. Der bisher erläuterte Umfang der Technik stimmt mit dem bekannten Stand der Technik eines numerischen Steuerungssystems mit offener Schleife überein. Als Elemente für das Gerät zur Wegfehlerkompensation sind ein linearer Maßstab bzw. Wegaufnehmer LS, der die Größe der tatsächlichen Bewegung der Maschine erfaßt, ein Detektor D1, der die Umdrehungszahl der Ausgangswelle des hydraulischen Motors erfaßt, ein elektrischer Kompensationsimpulsmotor EPMl, ein Detektor D2, der den Unterschied zwischen der Anzahl der Umdrehungen des Motors EPM1 und des hydraulischen Motors WiW erfaßt, und ein Komparator COM vorgesehen, der die vom Detektor D 2 erfaßte Größe mit dem erwähnten linearen Maßstab vergleicht.
Durch Anwendung dieser Elemente wird eine Kompensation in der folgenden Weise bewirkt.
Es werden, abhängig davon, ob das verglichene Ergebnis plus oder minus ist, positive oder negative Kompcnsationsimpulse erzeugt und dann der genannte Kompensationsimpulsmotor EPM1 durch die Kompensationsimpulse in Rotation versetzt. Durch Rotation des Motors EPM 2 wird über ein Getriebe das Gehäuse des elektrischen Impulsmotors EPM1 in Rotation versetzt, das einen Teil des elektrohydraulischen Impulsmotors bildet. Demzufolge rotiert auch die Ausgangswelle des Motors EPM1 entsprechend der zu kompensierenden Größe und veranlaßt die erforderliche Kompensation des Weg fehlers.
F ie 5 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines numerischen Steuerungssystem* unter Verwendung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Fehlerkompensation gemäß dieser far-
fi ein Schaubild, das eine weitere AusbilUnter der Annahme, daß
c = Befehlsgröße,
c' = Kompensationsgröße,
d — Ansprechverzögerung des elektrohydraulischen Schrittmotors,
e = Fehler des Transportmechanismus der Maschine od. dgl.
sind, werden die in Fi g. 1 angegebenen entspreche! den Signale übertragen, und die Kompcnsationsin pulse werden so ausgesandt, daß sie c' und e zu Ni machen. Da in dem obigen nicht zur Erfindung g hörigen System als Detektoren D1 und D1 bekann Meßwertgeber verwendet werden und da der Detekt D1 die Ausgangsgröße des hydraulischen Motors t faßt, verringern die Anzeigefehler der Detektoren /)
D 2 und des hydraulischen Motors (oder des elektrohydraulischen Impulsmotors) die Genauigkeit des ganzen Systems.
F i g. 2 stellt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Die Figur zeigt, daß die Kompensation des Wegfehlers in der gleichen Weise wie oben beschrieben durch Rotation des Gehäuses des elektrischen Impulsmotors EPM1 zusammen mit dem elektrischen Kompensationsimpulsmotor EPM 2 bewirkt wird. Die Erfassung der Antriebsgröße für die Maschine wird jedoch unter Verwendung eines Befehlsimpulses direkt von dem numerischen Steuerungsgerät bewirkt.
In F i g. 2 bedeuten die Signale
c = Befehlsimpulse,
c' = Kompensationsimpulse,
dl = ideale stationäre Abweichung des gesamten Systems,
dm = stationäre Abweichung des elektrohydraulischen Schrittmotors,
d = Ansprechverzögerung des elektrohydraulischen Schrittmotors,
ρ — Anzeigefehler des elektrohydraulischen Impulsmotors und
e = Fehler des mechanischen Systems (Steigungsfehler, totes Spiel, elastische Verformung od. dgl.).
Erfindungsgemäß wird eine zur Frequenz der Befehlsimpulse proportionale Abweichung nachgebildet und diese an der Additionsstelle A1 mit den Befehlsimpulsen c summiert. Dann wird an der Addierstelle A 2 von der erhaltenen Größe c + dl die tatsächliche Bewegungsgröße (c + c' + dm + ρ + e) subtrahiert. Es werden dann abhängig davon, ob das Gesamtergebnis positiv oder negativ ist, positive oder negative Kompensationsünpulse erhalten, d. h., die Kompensationsimpulse c' werden so zugeführt, daß das Gesamtergebnis dl — (c' + dm + ρ + e) stets zu Null wird.
Hierdurch kann eine sehr genaue kontinuierliche Wegsteuerung bewirkt werden, wenn die Größe di in der Summe dl — (c' + dm + ρ + e) so eingestellt wird, daß sie sich linear zur Steuergeschwindigkeit ändert, d. h., falls die nachgebildete Abweichung so eingestellt wird, daß für das gesamte Steuerungssystem einschließlich des mechanischen Systems stets ein idealer Stellwert aufrechterhalten wird. Als linearer Maßstab bzw. Wegaufnehmer ist irgendein linearer induktiver oder magnetischer oder auf Interferenz beruhender Meßgeber verwendbar. Die beiden ersteren erfassen die mechanische Abweichung als elektrische Phasenverschiebung, während die zuletzt genannte Anordnung die Abweichung in Form von Impulssignalen erfaßt. Somit werden die Signale der elektrischen Phasenverschiebung in Impulsreihen umgewandelt, wenn die Impulse der Addierstelle A 2 zugeführt werden, wobei die Anzahl der Impulse gemäß der bekannten Analog-Digital-Umwandlung an der Stelle A 2 proportional zur Phasenverschiebung ist.
Fig. 3 zeigt eine Ausfuhrungsform eines Stellkreises für die Abweichung, die die Abweichung di proportional zu Befehlsgeschwindigkeit, d. h. der Frequenz der Befehlsimpulse einstellt.
Dieser Kreis enthält zwei Zähler R1 und R 2, ein Abtastfilter SG, einen Koinzidenzkreis COI und ein Gatter G. Ein vom numerischen Steuergerät geliefertes Abtastsignal ss öffnet das Abtastgatter SG während einer vorbestimmten Zeitdauer Γ1 und veranlaßt den Zähler Rl, die Befehlsimpulse c zu zählen, so daß in den Zähler R1 eine der vorgegebenen Zeitdauer T1 entsprechende Anzahl von Impulsen eingegeben wird, die der Anzahl der gewünschten Abweichungsimpulse entspricht. Nach Beendigung der Zählung durch den Zähler R1 werden von dem
ίο numerischen Steuergerät Taktimpulse ausgesandt, die als Abweichungsimpulse di durch das Gatter G geführt werden, bis der Inhalt des Zählers Ä 2 dem Inhalt des Zählers R1 gleichgemacht ist. Sobald die Zähler Al und R 2 den gleichen Inhalt haben, schließt das Gatter G in Verbindung mit einer Rückstellung der Zähler abhängig von einem Signal aus dem Koinzidenzkreis COl, und es wiederholen sich die beschriebenen Arbeitsabläufe. So wird die Anzahl der Ausgangsimpulse durch das Gatter G exakt pro portional der Geschwindigkeit der Befehlsimpulse ge macht, und die Größe der Abweichung di ist willkürlich veränderbar durch Änderung der Zählperiode Γ1 des Zählers R1.
F i g. 4 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm des
Teils, der die Kompensationsimpulse erzeugt. In der Zeichnung stellt
fp = positive Rückkopplungsimpulse, abhängig von der Anzeige durch den linearen Maßstab bzw. den linearen Wegaufnehmer,
cp = positive Befehlsimpulse, dip = positive Abweichungsimpulse, fn — negative Rückkopplungsimpulse, cn — negative Befehlsimpulse und din = negative Abweichungsimpulse dar.
Die Rückkopplungsimpulse werfen durch den linearen Wegaufnehmer LS, die Befehlsimpulse durch das numerische Steuergerät NC und die Abwei-
chungsimpulse durch den Stellkreis DS für die Abweichung erzeugt.
Wenn die Maschine in positiver Richtung bewegt wird, werfen positive Befehlsimpulse cp gegeben und dem umkehrbaren Zähler RC zugefügt Gleichzeitig
werfen dem umkehrbaren Zähler RC die Abweichungen zugeleitet, aber als subtrahierende Eingabe in negativen Impulsen di. Die Rückkopplungsimpulse werfen ebenfalls als subtrahierende Eingabe in negativen Impulsen gegeben. Demzufolge wirf im um-
kehrbaren Zähler RC ein Wert gespeichert, der dem obenerwähnten Wert di—(c'+dm+p+e) entspricht. Sodann wird der Inhalt des Zählers RC durch einen Durchlauf durch den Bereichsstellkreis DOS daraufhin untersucht, ob der Wert positiv, Null oder negativ
ist Ist er positiv oder negativ, dann wirf entweder das Gatter Gp oder das Gatter Gn geöffnet Beide Gatter bleiben geschlossen, falls er NuE ist
Wirf eines der Gatter Gp bzw. Gn geöffnet, dann werfen die von dem Oszillator OSC .ausgesandten
Impulse als Kompensationsimpulse C an den elektrischen Impulsmotor EPAi 2 weitergegeben.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die Abweichung di exakt zu Null, sobald die Befehlsimpulse beendet werfen. Die Signale des linearen
Wegaufnehmers kommen an und werfen direkt mil der Gesamteinheit der durch die numerische Steuereinrichtung gegebene Befehlssignale verglichen, so daß die endgültige Genauigkeit der Positionierung des
gesamten Systems allein von der Genauigkeit des linearen Wegaufnehmers, d. h. des linearen Maßstabes abhängig ist.
Bei der erwähnten Ausführungsform wird die Kompensation eines Wegfehlers durch Antrieb des elektrischen Kompensationsimpulsmotors EPM 2 mittels Kompensationsimpulsen c' ausgeführt. Der elektrische Impulsmotor EPM1 kann auch durch die Befehlsimpulse gedreht werden, die direkt mit den Kompensationsimpulsen c' kombiniert sind. Diese Ausführungsform ist in F i g. 5 dargestellt.
F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Stellkreises für die Abweichung DS entsprechend Fig. 2.
Wird der Stellkreis für die Abweichung DS nach F i g. 6 verwendet und werden Befehlsimpulse c für die Eingabe in diesen Kreis gegeben, dann kann durch diesen Kreis als Ausgangsgröße c+di erhalten werden.
Dieser Kreis nach F i g. 6 enthält einen Zwei-Richtungs-Zähler 601, einen Digital-Analog-Umwandler ao 602, der eine zum Inhalt des Zählers 601 proportionale Spannung (analog) erzeugt, sowie einen Oszillator 603, der Impulse mit einer Frequenz, die proportional zur Ausgangsgröße des Digital-Analog-Umwandlers 602 ist, aussendet. Die Steuerimpulse c werden über die Leitung 604 zur Additionseiagangsklemme des Zwei-Richtungs-Zählers 601 gegeben, und die Ausgangsimpulse des Oszillators 603 werden über die Leitung 60S zur Subtraktionseingangsklemme des Zwei-Richtungs-Zählers 601 gegeben.
Wenn in diesen Kreis die Frequenz der Befehlsimpulse c niedrig ist, wird der Inhalt (die Menge der addierten Impulse) des Zählers 601 klein, und wenn die Frequenz hoch ist, wird der Inhalt groß.
Als Ausgangsgröße des Oszillators 603 kann schließlich die Größe c+di erhalten werden.
So kann die Ausgangsgröße c+di für die Eingangsgröße c durch Anwendung des in F i g. 6 dargestellten Kreises erhalten werden, und demgemäß bilden die Eingangsgrößen cp und dip bzw. cn und din gemäß F i g. 4 die kombinierte Eingangsgröße. Demzufolge ist der Kreis nach F i g. 4 zu dem nach F i g. 7 verbessert.
Wie erläutert, kann gemäß dieser Erfindung in einer numerischen Steuerung eine genaue Kompensation des Wegfehlers erzielt werden, und darüber hinaus kann eine sehr genaue kontinuierliche Wegsteuerung dadurch erzielt werden, daß die Abweichungen des mechanischen Systems einschließlich des Servosystems gleich den idealen Abweichungen der Gesamtheit des numerischen Steuerungssystems gehalten werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Kompensation eines Wegfehlers in einem numerischen Programmsteuerungssystem, bei der ein numerisches Steuer- S gerät Befehlsimpulse an einen elektrohydraulischen Impuls- bzw. Schrittmotor abgibt, dessen Ausgangswelle zum Antreiben einer Maschine abhängig von den Befehlsimpulsen drehbar ist, mit einem Detektor zum Erfassen der Größe der tatsächlichen Bewegung der Maschine und einem Kompensationsimpulsgenerator, durch den Kompensationsimpulse in Abhängigkeit von einem Bewegungsfehler der Maschine derart erzeugt und dem elektrohydraulischen Schrittmotor zugeführt werden, daß die Summe aus den Kompensationsimpulsen, den Befehlsimpulsen und aus Rückkopplungsimpulsen, die der Größe der tatsächlichen Bewegung der Maschine entsprechen, und die durch den Detektor erfaßt werden, nach Beseitigung des Fehlers zu Null wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellkreis (DS) vorhanden und mit den Befehlsimpulsen (c) des numerischen Steuergerätes (NC) beaufschlagt ist, daß der Stellkreis (DS) in Abhängigkeit von der Frequenz der Befehlsimpulse (c) und dieser Frequenz proportional Abweichungsimpulsc (di) liefert, die die ideale — d. h. alle Wegabweichungen umfassend, die durch den Impulsmotor (EPM 1 IHM) und das Bewegungssystem der Maschine (M) verursacht sind — stationäre Gesamtabweichung der tatsächlichen Bewegung von der befohlenen nachbilden, und daß eine Recheneinrichtung (Addierstelle A 2) vorg2sehen ist, der einerseits die mit den Abweichungsimpulsen (di) korrigierten Befehlsimpulse (c), andererseits die Rückkopplungsimpulse von der Maschine (MILS) zugeführt sind und die Kompensationsimpulse (c') nach Maßgabe des Unterschiedes dieser Impulseingaben liefert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkreis (DS) für die Abweichung einen ersten Zähler (R I) zum Zählen der Befehlsimpulse enthält, die durch ein Abtastgatter (SG) während einer vorgegebenen Zeitdauer (Ti) zugeführt werden, ferner einen zweiten Zähler (R 2) zum Zählen von aus dem numerischen Steuergerät (NC) zugeführten Taktimpulsen, bis der Inhalt des zweiten Zählers (R 2) dem Inhalt des ersten Zählers (R 1) gleich ist, ferner ein Gatter (G), das nach Beendigung der Zählung der Befehlsimpulse durch den ersten Zähler (Ri) die Taktimpulse als Abweichungsimpulse (di) durchläßt, außerdem einen Koinzidenzkreis (CO/) enthält, der an die Zähler (Rl, R2) angeschlossen ist, und der ein Signal abgibt, um das Gatter (G) zu schließen, wenn die Zähler (Ri, R 2) den gleichen Inhalt erreicht haben, daß der Kompensationsimpulsgenerator einen umkehrbaren Zähler (RC) zur Speicherung der Summe der addierten Abweichungsimpulse (di), der Befehlsimpulse (c) sowie der Rückkopplungsimpulse enthält, daß ferner ein Bereichsstellkreis (DOS) vorgesehen ist, der den Inhalt des umgekehrten Zählers (RC) daraufhin untersucht, ob der Wert positiv, null oder negativ ist, daß schließlich zwei Gatter (Gp, Gn) vorhanden sind, die in Abhängigkeit von dem Untersuchungsergebnis des Bereichsstellkreises (DOS) die von einem Oszillator (OSC) zugefühnen Kompeniationsimpulse aussenden.
3 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkreis (DS) für die Abweichung einen umkehrbaren Zähler (601) enthält, der die Befehlsimpulse (c) an einer Additions-Eingangsklemme (+) aufnimmt, ferner einen Digital-Analog-Umsetzer (602) zur Erzeugung einer zum Inhalt des umkehrbaren Zählers (601) proportionalen Ausgangsspannung, einen Oszillator (603), der die Summe aus den Abweichungsimpulsen (di) und den Befehlsimpulsen (c) aussendet, die proportional zur Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers (602) ist, und daß diese zu einer Subtraktions-Eingangsklemme (-) des umkehrbaren Zählers (601) zurückgeführt wird, daß ferner der Kompensationsimpulsgenerator einen umkehrbaren Zähler (RC) zur Speicherang der Summe der addierten Abweichungsimpulse, der Befehlsimpulse und der Rückkopplungsimpulse enthält, daß ferner ein Bereichsstellkreis (DOS) vorgesehen ist, der den Inhalt de*· umkehrbaren Zählers (RC) daraufhin unterricht, ob der Wert positiv, null oder negativ ist, und daß schließlich zwei Gatter (Gp, Gn) vorhanden sind, die in Abhängigkeit von dem Untersuchungsergebnis des Bereichsstellkreises (DOS) die von einem Oszillator (OSC) zugeführten Kompensationsimpulse aussenden.
DE2052503A 1969-10-24 1970-10-26 Vorrichtung zur Kompensation eines Wegfehlers in einem numerischen Programmsteuerungssystem Expired DE2052503C3 (de)

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