DE2109921A1 - Automatic digitization system - Google Patents
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Description
OK -INQ. DIPl-INO. M. TC. t ' --.'PH Γ. OP JIPL.-PHVS. OK -INQ. DIPl-INO. M. TC. t ' -.' PH Γ. OP JIPL.-PHVS.
HÖGER-STELLRECHT- GRiESSBACH - HAECKERHÖGER RIGHT TO GRiESSBACH - HAECKER
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k - 135k - 135
1. März 1971March 1, 1971
Information DevelopmentInformation development
CorporationCorporation
30 Merz. Boulevard30 Merz. boulevard
Akron, Ohio 44313Akron, Ohio 44313
U.S,A.UNITED STATES.
Automatisches DigitalisierungssysteinAutomatic digitization system
Die Erfindung betrifft ein automatisches Digitalisierungssystem mit einer mechanischen Vorrichtung mit einem Tastkopf zur Erzeugung elektrischer Signale bezüglich seiner Position in X--Y- und 2-Richtung und mit steuerbaren Servo-Einrichtungen zur Herbeiführung von Bewegungen des Tastkopfes in X-,Y- und Z-Richtung. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem automatischen Digitalisierungscystem zur Programmerstellung für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen. The invention relates to an automatic digitization system with a mechanical device with a probe head for generating electrical signals with respect to its position in the X, Y and 2 directions and with controllable servo devices for bringing about movements of the probe head in X, Y and Z. -Direction. In particular, the invention is concerned with an automatic digitization system for creating programs for numerically controlled machine tools.
Es sind bereits viele verschiedene Typen von Abtastvorrichtungen bekannt geworden ,,-und insbesondere solche Vorrichtungen, die Prograr^ne für numerisch gesteuerte vierkzeugmaschiner: erstellen, v/elche schnell und mit einem Minimum an ArbeitszeitMany different types of scanning devices have already become known, and in particular those devices the programs for numerically controlled four-wheel machines: create, v / elche quickly and with a minimum of working hours
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des Bedienungspersonals unter Einhaltung der Genauigkeitstoleranzen, Gegenstände, die einem Modell entsprechen, herstellen. Die bekannten Abtastvorrichtungen zur Erstellung solcher Programme waren jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß häufig Fehler bei der Aufzeichnung der Tastkopfkoordinaten auftraten, daß sie kompliziert aufgebaut und teuer waren, und daß insgesamt die Arbeitszeit des Bedienungspersonals, die erforderlich gewesen wäre, um die gleiche Arbeit von Hand zu tun, nicht wesentlich reduziert werden konnte.of the operating personnel, while observing the accuracy tolerances, produce objects that correspond to a model. The known scanning devices for creating such programs, however, had the disadvantage that errors frequently occurred when recording the probe head coordinates, that they were complex and expensive, and that, in total, the hours of work of the operating personnel that would have been required to do the same work Hand doing could not be reduced significantly.
Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein System vorzuschlagen, das in der Lage war, die Oberfläche eines dreidimensionalen Systems nach Eingabe der Anfangsbedingungen automatisch abzutasten und die dabei gewonnenen Koordinatenwerte zu drucken oder in einem Träger zu lochen, der für die Steuerung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine geeignet war. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einen automatischen Digitalisierungssystenv der eingangs beschriebenen Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Servo-System zur Steuerung der zu der mechanischen Vorrichtung gehörenden Servo-Motoren vorgesehen ist, daß eine Tastkopfelektronik vorgesehen ist, die augenblicklich ein Ausgangssignal über die Position des Tastkopfes in X-,Y- und Z-Richtung liefert, wenn dies jeweils gewünscht wird, daß ein Rechner, vorzugsweise ein binärer Universalrechner, zur selektiven Steuerung des Servo-Systenis und zum Auslesen der Tastkopf-Elektronik vorgesehen ist, daß der Rechner in der Waise programmierbar ist, daß er selektiv steuerbar ist, daß Einrichtungen zum Auslesen der von der Tastkopf-Elektronik ausgewählten Information durch den Rechner vorgesehen sind, und daß zwischen der Tastkopf-Elektronik,der Servo-ßlektronikThe present invention was therefore based on the object to propose a system that was able to map the surface of a three-dimensional system after entering the initial conditions to be scanned automatically and to print the coordinate values obtained in the process or in a carrier hole suitable for controlling a numerically controlled machine tool. This object is achieved according to the invention solved with an automatic digitization system of the type described above, characterized in that is that a servo system to control the to the mechanical Device belonging servo motors is provided that a probe electronics is provided that instantly provides an output signal about the position of the probe head in the X, Y and Z directions, if this is required in each case, that a computer, preferably a binary universal computer, for selective control of the servo system and for reading out the probe electronics is provided that the computer is programmable in the orphan, that it is selectively controllable, that means for reading out the from the probe electronics selected information are provided by the computer, and that between the probe electronics, the servo electronics
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und dem Rechner eine Steuer- und Verbindungselektronik vorgesehen ist, um einen Zugriff des Rechners zur Tastkopf-Elektronik und Servo-Elektronik und eine Speicherung der Tastkopfinformation während der Tastkopfbewegung zur Auslesung durch den Rechner zu ermöglichen.and control and connection electronics are provided for the computer to allow the computer to access the probe electronics and servo electronics and a storage of the probe head information during the probe head movement for reading through the computer.
Es ist also ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Systems, daß die überwachung und Steuerung der gesamten Elektronik mittels eines Rechners erfolgen kann. Die Konsolsteuerung, die Servo-Motorsteuerung, die Steuerung für die Koordinatenwertanzeige, die Steuerung für das Schrittgrenzenregister usw.,erfolgt in allen Fällen über den Rechner, und alle diese Einrichtungen v/erden praktisch wie Peripheriegeräte benutzt. Die Arbeitsweise der Elektronik und damit die Arbeitsweise des Systems, kann in weiten Grenzen durch Wahl eines geeigneten Steuerprogramms variiert v/erden. Mit Sicherheit werden im Laufe der Zeit neue und andere Anwendungsmöglichkeiten sichtbar werden, von denen viele durch einfache Anpassung in einfacher Weise mit den vorhandenen Einrichtungen verwirklicht v/erden können.So it is an essential feature of the invention System that the monitoring and control of the entire electronics can be done by means of a computer. The console control, the servo motor control, the control for the coordinate value display, the control for the step limit register etc., in all cases via the computer, and all these devices are practically grounded like peripheral devices used. The way the electronics work, and thus the way the system works, can vary widely Choice of a suitable control program varies. Certainly new and different uses will emerge over time become visible, many of which by simply adapting them in a simple manner to the existing ones Facilities can be realized.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert und /oder sind Gegenstand der Schutzansprüche.Further advantages and details of the invention are provided below explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing and / or are the subject matter the protection claims.
In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:
Fig. 1 ein Blockdiagramm des gesamten Aufbaus einer bevorzugten Ausfuhrungsform eines Systems gemäß der Erfindung;Fig. 1 is a block diagram showing the entire construction of a preferred one Embodiment of a system according to Invention;
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Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Tastkopfsteuerung für ein System gem. Fig. 1;Fig. 2 is a block diagram of a probe control for a System according to Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockdiagramm der Elektronik des Tastkopfes mit dem Taststift;3 is a block diagram of the electronics of the probe head with the stylus;
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild der Taststiftelektronik; Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Teils der Eingangselektronik;4 shows a schematic circuit diagram of the stylus electronics; Figure 5 is a block diagram of part of the input electronics;
Fig. 6 ein Zeitdiagramm zur Verdeutlichung der Funktion des Abtastschalters der Elektronik gem. Fig. 5;6 shows a time diagram to illustrate the function of the sampling switch of the electronics according to FIG.
Fig. 7Fig. 7
und 8 weitere Blockdiagramme der Eingangselektronik;and 8 further block diagrams of the input electronics;
Fig. 9 ein Blockdiagramm des Detektors gem. Fig. 8;Figure 9 is a block diagram of the detector of Figure 8;
Fig. 10 ein dreidimensionales Schaubild zur Erläuterung der Funktion der Inkrement-Meßsteuerung durch den Inkrement-Detektor gem. Fig. 8 und 9, und10 is a three-dimensional diagram for explaining the function of the incremental measurement control by the incremental detector according to FIGS. 8 and 9, and
Fig. 11 ein Blockdiagramm der geschlossenen Schleife der Servo-Einrichtungen des digitalen Steuersystems gemäß der Erfindung.11 is a closed loop block diagram of the servos of the digital control system of FIG the invention.
In dem in Fig. 1 dargestellten Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Systems bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Modell, für welches ein Programm für eine numerisch gesteuerte Schleifmaschine, Drehbank oder dgl. erstellt werden soll. Das erfindungsgemäße System umfaßt eine Abtastvorrichtung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist, undIn the block diagram of the invention shown in Fig. 1 System, reference numeral 10 denotes a model, for which a program for a numerically controlled grinding machine, lathe or the like is to be created. The system according to the invention comprises a scanning device, which is designated as a whole by the reference numeral 12, and
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eine bekannte Vorrichtung dieser Art sein kann, beispielsweise eine Abtastvorrichtung, wie sie von der Firma Portage Machine Company ,'.Akron, Ohio, hergestellt wird. Die Abtastvorrichtung 12 besitzt einen Abtastkopf 14, welcher über eine Tastkopfelektronik 16 Ausgangsdaten über die Ergebnisse der von dem Tastkopf 14 an dem Modell 10 vorgenommenen Messungen abgibt. Das erfindungsgemäße System umfaßt ferner Servo-Einrichtungen 18, 20 und 22, die die Bewegungen des Tastkopfes in der X7Y- und Z-Richtung steuern, während sie gleich-" zeitig dazu dienen, die jeweilige Lage des Abtastkopfs gegenüber einer Marke oder einem Bezugspunkt an einem Tisch 24, welcher die Abtastvorrichtung 12 trägt, anzuzeigen. Eine Servo-Elektronik 26 bildet zusammen mit einer Steuer-und Verbindungselektronik 28, die mit der Tastkopfelektronik 16 in einer Weise koordiniert ist, die nachstehend noch genauer beschrieben werden soll, eine geschlossene Regelschleife für die Servoeinrichtungen 18, 20 und 22.may be a known device of this type, for example a scanning device such as that manufactured by Portage Machine Company, Akron, Ohio. The scanning device 12 has a scanning head 14, which via a scanning head electronics 16 output data on the results of the outputs measurements made by the probe 14 on the model 10. The system according to the invention also includes servo devices 18, 20 and 22, which control the movements of the probe head in the X7Y and Z directions while being the same- " serve in good time to determine the respective position of the scanning head in relation to a mark or a reference point on a table 24, which carries the scanning device 12 to display. Servo electronics 26 together with control and connection electronics 28, which is coordinated with probe electronics 16 in a manner that will be described in greater detail below a closed control loop for the servos 18, 20 and 22.
Der Eingangsteil der Steuer- und Verbindungselektronik 28 sendet die vom Tastkopf ermittelten Koordinatenwerte zu einer Koordinatcnwertanzeige 30, die eine sichtbare Anzeige der vom Tastkopf und der Servo-Elektronik ermittelten Werte für die drei Achsen liefert. Vorzugsweise erfolgt die Anzeige mittels Nixie-Röhren auf sechs Stellen genau, wobei gleichzeitig eine Stelle für die Anzeige des Vorzeichens vorgesehen ist.The input part of the control and connection electronics 28 sends the coordinate values determined by the probe head a coordinate value display 30, which is a visible display of the values determined by the probe head and the servo electronics supplies for the three axes. The display is preferably carried out with six digits by means of Nixie tubes, and at the same time a place for the display of the sign is provided.
Die Ausgangssignale der Steuer- und Verbindungselektronik werden ferner einem universalrechner 32 über eine Leitung zugeführt* Wie bereits oben angedeutet, besteht nämlich ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, daß die einzelnen Bausteine des Systems so entwickelt wurden, daßThe output signals of the control and connection electronics are also sent to a universal computer 32 via a line fed * As already indicated above, there is namely an essential feature of the present invention that the individual components of the system were developed in such a way that
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die tbervrachung und Steuerung der gesamten Elektronik durch einen Rechner möglich ist. Zu diesem Zweck besitzt der Rechner 32 eine Rückführleitung 36, zu der Steuer- und Verbindungselektronik 28.the monitoring and control of the entire electronics is possible through a computer. For this purpose, the computer 32 has a return line 36 to the control and compound electronics 28th
Mit dem Rechner 32 sind die üblichen datenverarbeitenden Geräte kombiniert, was durch den Block 38 angedeutet isjb. Zu diesen Geräten gehören beispielsweise Binär- Dezimal-The usual data processing devices are combined with the computer 32, which is indicated by the block 38. These devices include, for example, binary decimal
fe umsetzer und weitere Einrichtungen, wie sie dem Fachmann wohlbekannt sind. Das erfindungsgemäße System weist ferner einen Hauptsteuerpult 40 auf, über welchen die Betriebsparameter eingebbar sind, und der ferner der Einstellung der verschiedensten Betriebsweisen dient, wie z.B. Handbetrieb, automatischer Betrieb, Abtastung, Programmeingabe und -Rückstellung, Stillsetzung im Notfall, Art des Laufes, Maximalgeschwindigkeit, axiale Grenzen, Zuführrate, Lochen, Drucken, Ausgabesteuerung usw., wodurch in jedem Fall das Rechnerprograram und die Maschine beeinflußt werden, da über das Hauptsteuerpult genau bestimmt wird, in welcher Weise das nachstehend in seinen Einzelheiten noch näher zu beschreibende System arbeiten soll, um die gewünschten Er-fe converters and other facilities as they are to the specialist are well known. The system according to the invention also has a main control panel 40, via which the operating parameters can be entered, and also the setting serves the most varied of operating modes, such as manual operation, automatic operation, scanning, program input and resetting, stopping in an emergency, type of run, maximum speed, axial limits, feed rate, punching, Printing, output control, etc., which in any case affects the computer program and the machine, as over the main control panel is precisely determined in which way the following in more detail to be described in more detail System should work to achieve the desired
" gebnisse im Hinblick auf die Ergebnisse der Messungen an dem Modell 10 zu erreichen. Über die Schaltung an dem Steuerpult 40 und in Abhängigkeit von dem durchzuführenden Rechnerprogramm, können auch die Eingangsparameter in Abhängigkeit von der erforderlichen speziellen Betriebsv/eise des Systems variiert werden."with regard to the results of the measurements the model 10 to achieve. Via the circuit on the control panel 40 and depending on the one to be carried out Computer program, can also use the input parameters as a function be varied by the specific mode of operation required for the system.
Das Grundsystem wird durch Ein- und Ausgabseinheiten ergänzt, die z.B. eine Schreibmaschine, einen Locher und ein Lesegerät als übliche Einrichtungen umfassen können.The basic system is supplemented by input and output units, which may include, for example, a typewriter, a punch and a reader as common facilities.
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Diese Ein- und Ausgabeeinrichtungen sind durch den Block 42 angedeutet. Natürlich besteht eine zweiadrige Ein- und Ausgab ever bindung zwischen dem Block 42 und dem Rechner 32, wie dies für den Fachmann der Rechnerdtechnik und der Datenverarbeitung ohne weiteres auf der Hand liegt.These input and output devices are indicated by block 42. Of course there is a two-wire input and output ever connection between the block 42 and the computer 32, such as this is readily apparent to those skilled in computer technology and data processing.
Fig. 2·zeigt ein Blockdiagramm, aus dem sich nähere Einzelheiten des Systems entnehmen lassen. Insbesondere dient Fig.2 der Erläuterung der geschlossenen Regelschleife für die Servoeinrichtungen und die Steuer- und Verbindungselektronik. Im Zusammenhang mit dieser Figur und den übrigen durch die Beschreibung zu erläuternden Figuren sei hier darauf hingewiesen, daß entsprechende Teile durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, wie in Fig. 1. Dengemäß sind in Fig.2 wiederum die Tastkopf-Elektronik 16 ,der Universalrechner 32, der Tastkopf 14 und die Abtastvorrichtung 12 dargestellt. Fig. 2 dient der Erläuterung des Antriebs für den Tastkopf durch die Abtastvorrichtung, wobei der Antrieb im wesentlichen über einen Motor 50 erfolgt, der mit einer entsprechenden Kodierscheibe 52 zusammenwirkt. Jede der Servo-Einrichtungen 18, 20, 22 gem. Fig. 1 umfaßt einen eigenen Motor 50 und eine Kodierscheibe 52, wobei jeweils einer der Motoren dem Antrieb der Abtastvorrichtung in der X-Y- oder Z-Richtung dient, und di'e Registrierung dieser Bewegung der Abtastvorrichtung in der jeweiligen Richtung mit Hilfe der Kodierscheiben erfolgt, wie dies für Servo-Einrichtungen typisch ist. Die mittels der Kodierschciben gewonnenen Signale werden einem Kodierscheibenregister 54 zugeführt dessen Ausgangssignale einem üblichen digitalen Summierwerk 56 zugeführt werden und ferner einem digitalen Register, welches durch den Block 58 dargestellt ist.Figure 2 shows a block diagram from which more details can be obtained can be removed from the system. In particular, FIG. 2 serves to explain the closed control loop for the servo devices and the control and connection electronics. In connection with this figure and the rest of the description In the figures to be explained, it should be pointed out that corresponding parts are continuously provided with the same reference numerals as in FIG. 1. Accordingly, in FIG again the probe electronics 16, the universal computer 32, the probe head 14 and the scanning device 12 are shown. Fig. 2 serves to explain the drive for the probe head by the scanning device, the drive being effected essentially via a motor 50 which is connected to a corresponding Coding disk 52 cooperates. Each of the servos 18, 20, 22 according to Fig. 1 comprises its own motor 50 and one Coding disk 52, one of the motors in each case serving to drive the scanning device in the X-Y or Z direction, and this movement of the scanning device is registered in the respective direction with the aid of the coding disks, as is typical for servo devices. The signals obtained by means of the coding disks are stored in a coding disk register 54, the output signals of which are fed to a conventional digital summing unit 56, and furthermore a digital register represented by block 58.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß das Summierwerk 56 Eingangssignale von dem Kodxerscheibenregister 54 und einem Analog-Digital-Wandler 27 empfängt. Dieser Teil des Systems soll später noch näher erläutert werden. An dieser Stelle soll es genügen festzustellen, daß die jeweils mit Hilfe der Kc#iig^.ct>^bbeiF ermittelte Position durch die Abtastwerte des Tastkopfs 14 korrigiert wird, so daß das resultierende Ausgangssignal des Summierwerks 56 die korrigierte Position in XyY-yz-Richtung angibt. Dieses Äusgangssignal wird einem geeigneten Binär-Register (Block 58) zugeführt ,in einem Binär^Dezimal-Umsetzer, welcher durch den Block 60 angedeutet ist, in Dezimalform gebracht und dann durch die Koordinatenwertanzeigevorrichtung (Block 62) dargestellt. Aus dem Vorstehenden Wird deutlich, daß die Blöcke 58, 60 und 62 bzw. die durch diese Blöcke angedeuteten Geräte im wesentlichen der Köordinatenwertanzeige 30 in Fig. 1 entsprechen. DieAt this point it should be noted that the summing unit 56 receives input signals from the encoder disk register 54 and an analog-to-digital converter 27. This part of the system will be explained in more detail later. At this point it should suffice to establish that the position determined in each case with the aid of the Kc # iig ^ .ct> ^ bbeiF is determined by the sampled values of the Probe 14 is corrected so that the resulting output of the summing unit 56 is the corrected position in Indicates xyY-yz direction. This output signal becomes a appropriate binary register (block 58) supplied, in a binary → decimal converter, which is indicated by the block 60 is made into decimal form and then by the coordinate value display device (Block 62). From the foregoing it will be seen that blocks 58, 60 and 62 and the devices indicated by these blocks essentially correspond to the coordinate value display 30 in FIG. the
dem korrigierten Koordinatenwerte v/erden ,Rechner 32 von dem digitalen Register (Block 58) über eine Leitung 59 zugeführt.the corrected coordinate values v / ground, computer 32 of the digital register (block 58) via a line 59 supplied.
Der Rechner ist mit der digitalen Steuervorrichtung 64 verbunden, so daß vom Rechner die Geschwindigkeits- und die Koordinaten- Informationen an diese Steuervorrichtung 64 weitergeleitet werden können. t Die; Regelsqhleife schließt sich, indem das;rAu;S:gangssignal der Steuervorrichfewg,f64 über einen. Verstärke,r 66 an den Motor, 5O gelegt .wjfe^jä ϊ: xm die ,. Abtastvorrichtung 12 in Abhängigkeit von den Bef^hlpR-des Rechners ,32. in geeigneter Weise zu steuern. Die ;Regelschleife, welche die Blöcke, bzw. Einrichtungen 52, 54, 14, 26, 64r 66, 5ö und 12 umfaßt, ist eine vollständig stabili- .The computer is connected to the digital control device 64 so that the speed and coordinate information can be forwarded to this control device 64 from the computer. t The ; The control loop closes when the; rAu; S: input signal of the control device, f64 via a. Reinforcement, r 66 placed on the engine, 5O .wjfe ^ jä ϊ: xm die,. Scanning device 12 as a function of the command of the computer, 32. to control in an appropriate manner. The ; Control loop, which the blocks or bodies 52, 54, 14, 26, 64 r 66, 12 and 5 NC comprises, is a fully stabilized.
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sierte Regelschleife für . /Funktion der Rechner 32 nicht erforderlich ist. based control loop for. / Function of the computer 32 is not required .
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Bei dem erfindungcgemäßen System ist nämlich dafür Sorge getragen, daß mittels eines Daumenhebels an einer Ständereinheit 68r welcher einen Impulsgenerator 70 treibt, ein von Hand eingebbares Signal an die digitale Steuervorrichtung 64 gegeben werden kann, wie dies dem Fachmann wohlbekannt ist. Durch diese Mittel wird eine Fernsteuerung des Servo-Systems möglich, und außerdem ist es möglich, Steuerschalter vorzusehen, die benutzt werden können, um die Betriebsweise des Systems während des Betriebes zu verändern. Der Betrieb über Fernsteuerung kann ohne ein Rechnerprogramm durchgeführt werden, da alle Operationen dieser Einheit außerhalb des Rechners erfolgen.In the erfindungcgemäßen system care is taken namely that r by means of a thumb lever on a stator assembly 68 which includes a pulse generator 70 drives a manually enterable signal to the digital controller 64 can be given, as is well known in the art. By this means, remote control of the servo system becomes possible, and it is also possible to provide control switches which can be used to change the mode of operation of the system during operation. Operation via remote control can be carried out without a computer program, since all operations of this unit take place outside the computer.
Die Fig. .3 tmd 4 zeigen nähere Einzelheiten des Tastkopfes 14 und der Tastkopfelektronik 16, Dabei wird davon ausgegangen, daß die Bewegungen des Tastkopfes 14 in X-Y- und Z~Richtüng dadurch ermittelt werden, daß mit dem Tastkopf Taststift verbunden ist, der seinerseits mit drei linearFig. 3 and 4 show more details of the probe head 14 and the probe electronics 16, it is assumed that that the movements of the probe 14 in the X, Y and Z directions are determined by using the probe Stylus is connected, in turn with three linear
Differenzialtransformatoren verbunden ist, die asacTistehend als ΙΝΏΎ* s bezeichnet werden sollen und in Fig, die BezogszeicheJi SO, 82 land 84 tragen. Jeder IiVDT stellt eine bekannte Komponente dar, wie sie beispielsweise von der Fitmaj&iitömatlc Timing « Controls, Inc. in King of Prussia, PeiifLsylvanien hergestellt wird ,und umfaßt einen Grundkreis, wie'er In Fig« 4 dargestellt ist. Im einzelnen umfaßt jeder liVÖT eine PrimarwleJc2.*ing 8«., die mit einelreibleitr*ft*es ©aziliafcor-Treiber* verbMin^en ist, der einen Teil einer Worrichtiang 88 bildet, die ihrerseits einen ä&x Tastkopfeimlctrotiik 16 bildet, so daß ein Wechsel-, «kromaaitriebssignal für den Transformator geliefert wird.Differential transformers is connected, which are to be referred to as * s and in Fig, the reference symbols Ji SO, 82 land 84. Each IiVDT is a well-known component, such as that manufactured by Fitmaj & iitömatlc Timing Controls, Inc. of King of Prussia, Pennsylvania, and includes a base circle as shown in FIG. Specifically, each liVÖT comprises a PrimarwleJc2. * Ing 8 "., The reibleitr with einel * ft * it © aziliafcor driver * verbMin ^ s is forming a part of a Worrichtiang 88, which in turn forms a ä & x Tastkopfeimlctrotiik 16 so that an alternating, "kroma drive signal for the transformer is supplied.
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Die andere Seite des Transformators umfaßt eine Wicklung 9O, deren Mittelpunkt 92 geerdet ist. Die Messungen mittels des Tastkopfes werden dann ausgehend von einer nullstellung nit Hilfe einer kleinen Eisenstange 94 erreicht, die mechanisch direkt mit dem Tastkopf 14 verbunden ist. Normalerweise" wird diese Eisenstange in einer mittleren nullstellung gehalten, die anzeigt, daß keine Bewegung des Tastkopfes selbst in irgendeiner Richtung stattgefunden hat. Wenn sieh der Tastkopf jedoch bewegt, und damit auch die Eisern;fcange 94, dann stört dies die ausbalancierte Beziehung zwischen den Wicklungen 86 und 90, was zur Folge hat, daß tl.is Wechselstromausgangssignal auf den Leitungen 96 und 98 nicht mehr ausbalanciert ist. Die Ausgangssignale von den Leitungen und 98 sind im allgemeinen WechselstromsiqnaIe. Diese Aussignale der jeweiligen LVDT's sind, wie Fig. 3 zeigt, Eingangssignale für die Demodulatorvorrichtung 88. Die Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 96 und 98 jedes einzelnen der LVDT's 1st ein Maß für den positiven oder negativen Betrag, der addiert bzw. subtrahiert werden muß, um die Auslenkungen des Tastkopf es in X7Y- und Z-Richtung anzuzeigen, und die Demodulator-Vorrichtung 88 wandelt diese Spannungsdifferenz in ein einziges Gleichstromsignal für jede Achse um, welches in Fig. 3 auf der rechten Seite der Demodulator-Vorrichtung 88 für die X7Y- und Z-Achse ausgegeben wird.The other side of the transformer includes a winding 90, the center point 92 of which is grounded. The measurements by means of the probe head are then achieved, starting from a zero position, with the aid of a small iron rod 94 which is mechanically directly connected to the probe head 14. Normally, this iron bar is held in a central zero position, indicating that there has been no movement of the probe itself in any direction. However, if the probe moves, and so does the iron; fcange 94, then it disturbs the balanced relationship between the Windings 86 and 90, with the result that the AC output signal is no longer balanced on lines 96 and 98. The output signals from lines 9 and 98 are generally AC signals Input signals for the demodulator device 88. The voltage difference between the lines 96 and 98 of each of the LVDTs is a measure of the positive or negative amount that must be added or subtracted in order to determine the deflections of the probe head in the X7Y and Z directions and the demodulator device 88 converts this voltage difference into a single DC signal for around each axis, which is output in FIG. 3 on the right-hand side of the demodulator device 88 for the X7Y and Z axes.
Im Zusammenhang rait Fig. 5 der Zeichnung soll nunmehr die Funktion der Steuer- und Verbindungselektronik näher erläutert werden. Im einzelnen werden die X7Y- und Z-Ausgangssignale der Demodulator-Vorrichfcung 88 einem elektronischen Abtastschalter IQO zugeführt, 1*0 sie nacheinander abgetastet und in einem geeigneten Umsetzer 1O2 von einer analogenIn connection with FIG. 5 of the drawing, the Function of the control and connection electronics are explained in more detail. In detail, the X7Y and Z output signals the demodulator device 88 is an electronic one Sampling switch IQO supplied, 1 * 0 they are scanned one after the other and in a suitable converter 1O2 from an analog
BAD ORIGINAL
109838/1219 BATH ORIGINAL
109838/1219
Λ 38 579 bΛ 38 579 b
k τ '135 ; ■ r r ■"; 11 - ο ιk τ '135; ■ r r ■ "; 11 - ο ι
ι. März 1971 ζ iι. March 1971 ζ i
Gleichspannung in eine digitale Zahl umgesetzt werden. Das Abtasten durch den rotierenden Abtastschalter 100, welcher ein bekannter,felektronischer Schalter sein kann, erfolgt bei jeder Verbindung für etwa 32 jusec, wobei die Dauer eines vollstandigen Zyklus etwa 320 usec beträgt. Zwischen den Abtastvorgängen können von den Rechner andere Funktionen ausgeübt werden, eine typische Arbeitsweise, die dem Fachmann wohlbekannt ist. Fig. 6 erläutert die Funktion des Abtastschaiters 100 an einem Zeitdiagramm, von dem angenommen wird, daß es aus sich selbstverständlich ist.DC voltage can be converted into a digital number. The scanning by the rotating sampling switch 100 which may be a known, f electronic switch takes place in each connecting jusec for about 32, wherein the duration is of a fully stan-ended cycle about 320 usec. Other functions can be performed by the computer between scans, a typical mode of operation which is well known to those skilled in the art. Fig. 6 illustrates the function of the sampling switch 100 on a timing diagram which is assumed to be self-evident.
Aus Fig. 7 wird deutlich, daß der Umsetzer 102 die X-Y- und Z-Signale getrennt geeigneten Summierwerken zuführt, von denen das Summierwerk 56 in Fig. 2 gezeigt ist. In Fig. sind die Summierwerke mit den Bezugszeichen 106, 108 und bezeichnet. Das Kodierscheibenregister 54 gemäß Fig. 2 führt den entsprechenden Suruiderwerken gleichfalls X-Y- und Z-VJerte zu, so daß an den Ausgängen der Summierwerke die korrigierten X-,Y- und Z-Werte, wie dies oben bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert wurde, zur Verfügung stehen.From Fig. 7 it can be seen that the converter 102 processes the X-Y and Z signals supplied separately to suitable summing units, from which the summing unit 56 is shown in FIG. In Fig. the summing units are denoted by the reference numerals 106, 108 and. The coding disk register 54 according to FIG. 2 also leads the corresponding Suruider works X-Y- and Z-VJerte so that the corrected X, Y and Z values at the outputs of the summing units, as already mentioned above in connection with Fig. 2 was explained, are available.
Mittels der Steuer- und Verbindungselektronik wird ferner ein weiteres, wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Systems erreicht, wie dies nachstehend anhand der Fig. 8 näher erläutert werden soll. " Dabei 5 st zu beachten, daß in Fig. 1 lediglich die Elemente dargestellt sind, die der Weiterverarbeitung des korrigierten X-Wertes dienen, wobei sich jedoch versteht, dafr entsprechende Systeme für die korrigierten Y- und Z-Werte vorgesehen sind. Wie Fig. 8 zeigt, v/ird der korrigierte X-Wert einem Inkrementdetektor 120, einer Schaltung 122 für den oberen Grenzwert, und einerBy means of the control and connection electronics, a further, essential feature of the system according to the invention is achieved, as will be explained in more detail below with reference to FIG. 8. "In this case, 5 st should be noted that only the elements are in Fig. 1, as the result of further processing of the corrected X-value, being understood, however, DAFR corresponding systems for the corrected Y and Z values are provided. As shown in Figure 8 shows the corrected X value is provided to an increment detector 120, an upper limit circuit 122, and a
BABORtGINM. - 12 -BABORtGINM. - 12 -
A 38 579' bA 38 579 'b
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Schaltung 124 für den unteren Grenzwert zugeführt. Der Aufbau des Inkrementdetektors 120 wird nachstehend noch im Zusammenhang mit Fig. 9 näher erläutert. An dieser Stelle soll es genügen festzustellen, daß die Schaltungen für den oberen und den unteren Grenzwert 122 bzw. 124 übliche Grenzwert -Detektoren sind, wie sie dem Fachmann bekannt sind. Zusätzlich zu dem korrigierten Koordinatenwert sind diesen Schaltungen über eine Leitung 126 Befehle aus dem Rechner zuführbar, was - wie bereits oben ausgeführt - für die angestrebte Rechnersteuerung des Systems von großer Bedeutung ist.Circuit 124 supplied for the lower limit value. The structure of the increment detector 120 will be discussed below in connection explained in more detail with FIG. 9. At this point it should suffice to say that the circuits for the upper and the lower limit value 122 or 124 are conventional limit value detectors, as they are known to the person skilled in the art. In addition to the corrected coordinate value can be fed to these circuits via a line 126 commands from the computer, what - how already stated above - for the desired computer control of the system is of great importance.
Um die Funktion der Schaltungen 120, 122 und 124 zu verstehen, 'soll nunmehr zunächst die theoretische Grundlage der Arbeitsweise dieser Schaltungen besprochen werden. Diese theoretische Grundlage wird aus Fig» IO deutlich, die einen imaginären Würfel 130 zeigt, der als Grundelement (basic increment) für die Koordinatenwertermittlung gemäß vorliegender Erfindung dient. Die Steuer- und Verbindungselektronik ist so aufgebaut, daß sie mittels des Inkrement-Detektors 12O (pro Kordinate) feststellt, v/ann der Tastkopf in X- und/oder Y- und/oder Z-Richtung sich um ein Inkrement bewegt hat, und somit den imaginären Würfel verlassen hat, welcher das Grundelement bildet. Fig. 10 zeigt, daß der Würfel als Mittelpunkt einen Ausgangspunkt 132 besitzt. Wenn sich nun der Tastkopf in Richtung der gestrichelten Linie 134 bewegen würde, würde er am Punkt 136 zuerst in Y-Richtung aus dem Würfel ausbrechen. In diesem Falle würde der Rechner unverzüglich einen neuen Würfel mit dem Punkt 136 als Mittelpunkt aufbauen, der dem in Fig. 10 dargestellten Würfel entsprechen würde. Wenn andererseits der Tastkopf den Weg nehmen würde, der durch die gestrichelte Linie 138 dargestellt ist, würde er denTo understand the function of circuits 120, 122 and 124, 'shall now first of all the theoretical basis of the working method these circuits are discussed. This theoretical basis becomes clear from Fig. IO, which is an imaginary one Cube 130 shows that as a basic element (basic increment) for the coordinate value determination is used according to the present invention. The control and connection electronics are designed in such a way that that by means of the increment detector 120 (per coordinate) it determines whether the probe head is in X and / or Y and / or Z direction has moved by one increment, and thus the left the imaginary cube, which forms the basic element. Fig. 10 shows that the cube is a center Starting point 132 owns. Now, if the probe head moved in the direction of dashed line 134, it would at point 136 first break out of the cube in the Y-direction. In this case the computer would immediately send a new one Build a cube with the point 136 as the center, which would correspond to the cube shown in FIG. if otherwise the probe head would take the path shown by dashed line 138, it would take the
BADÜfiJGfNAL - 13 -BADÜfiJGfNAL - 13 -
109838/1219109838/1219
A 38 579 bA 38 579 b
1. März 1971March 1, 1971
Würfel am Punkt 140 verlassen, also sowohl In X— als auch in ^-Richtung die Grenzen des Würfels überschreiten und es würde wiederum ein neuer Würfel mit dem Punkt 14Ο als Mittelpunkt erzeugt,. Aus Vorstehendem ergibt sich, daß die Theorie der Irikreinentabweichung dazu dient* ein Ausgangssignal zu erzengen» sobald eine Grenzfläche des Würfels durchbrochen wird, Er findiings gemäß wird davon ausgegangen, daß ein Inkrement bzw. eine Kante des Würfels eine Länge von etwa O,254 cm besitzt, Ein Inkrement könnte jedoch auch eine Länge zwischen O,O254 und 25,4 cm besitzen, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung verlassen würde.Leave the cube at point 140, so both in X— and in ^ -direction exceed the limits of the cube and it would turn a new cube with the point 14Ο as the center generated,. From the above it follows that the theory the Irikreinentabfaig serves to * an output signal erzengen »as soon as a boundary surface of the cube is broken, according to the invention it is assumed that an increment or one edge of the cube a length of about 0.254 cm However, an increment could also have a length between O, O254 and 25.4 cm without affecting the frame the invention would leave.
Die weitere Betrachtung der Fig. 8 zeigt, daß der Inkrement-Detektor 12Ο ein erstes Unterbrechungssignal über die Leitung 120a abgibt, sobald er feststellt, daß der Tastkopf das würfelförmige Grundelement verlassen hat und dieses Signal wird normalerweise an den Rechner gegeben, um die Feststellung der Position des Tastkopfes in diesem Augenblick einzuleiten. Ein zv/eites UnterbrGchungssignal, das auf einer Leitung 21b erzeugt wird, stellt für den Rechner einen Befehl dar, anzuhalten, wenn eine Positionsermittlung noch nicht stattgefunden hat,wenn bereits eine zweite Grenzfläche des Würfels durchbrochen und dies von dem Detektor 120 festgestellt wurde. Schließlich liefert der Detektor 120 ein drittes Ausgangssignal über eine Leitung 120c, um ein Einfrieren der Positionswerte einzuleiten, so daß der Rechner zu einem späteren Zeitpunkt die genaue Position des Tastkopfes in dem Augenblick, in dem das Unterbrechungssignal über die Leitung 120a gesendet würde, ermitteln kann.Further consideration of FIG. 8 shows that the increment detector 12Ο emits a first interrupt signal via line 120a as soon as it detects that the probe is the cube-shaped basic element and this signal is normally given to the computer to make the determination the position of the probe head at that moment. A second interruption signal, which is on a Line 21b is generated represents a command for the computer to stop if a position has not yet been determined has taken place when a second boundary surface of the cube has already broken and this has been detected by the detector 120 became. Finally, detector 120 provides a third output on line 120c to indicate freeze initiate the position values so that the computer can determine the exact position of the probe at a later point in time at the moment the interrupt signal would be sent over line 120a.
109838/1219109838/1219
A 38 579 b ~A 38 579 b ~
Die Schaltung 122 für den oberen Grenzwert sendet über die Leitung 122a ein Unterbrechungssignal an den Rechner, sobald in dem hier betrachteten Beispiel der Tastkopf bei seiner Bewegung in X-Richtung eine obere Grenze überschritten hat, die zuvor definiert wurde. Ferner kann ein Stoppsignal für den Tastkopf über die Leitung 122b gegeben werden, wenn über den Daumenhebel an der Ständereinheit 68 von Hand ein Grenzwert eingegeben wird oder wenn die obere Grenze überschritten wurde, so daß beim überschreiten der oberen Grenze weder ein Schaden am Tastkopf noch am Modell eintreten kann.The circuit 122 for the upper limit value sends an interrupt signal to the computer via the line 122a as soon as In the example considered here, the probe head has exceeded an upper limit when moving in the X direction, which was previously defined. Furthermore, a stop signal for the probe head can be given via the line 122b if via a limit value is entered manually using the thumb lever on the stand unit 68 or when the upper limit is exceeded so that if the upper limit is exceeded, neither the probe nor the model can be damaged.
Die Schaltung 124 für den unteren Grenzwert arbeitet in genauThe lower limit circuit 124 operates accurately
der gleichen Weise wie die Schaltung für den oberen Grenzwertthe same way as the circuit for the upper limit value
und gibt ihre Ausgangssignale über Leitungen 124a und 124b ab.and provides its output signals on lines 124a and 124b.
An dieser Stelle soll festgehalten werden, daß die gesamte Inkrementermittlung mittels festvorbereiteter Schaltungen und von diesen gesteuerten Vorrichtungen erfolgt und nicht durch ein in den Rechner eingegebenes Programm. Dieses Programm dient lediglich dem Feststellen der jeweiligen Koordinatenwerte des Tastkopfes in dem Augenblick, in dem eine Grenzfläche des Grundelements durchbrochen wird. Infolgedessen wird die Zeit für die Programmierung des Rechners verringert und das erfindungsgemäße System arbeitet somit wesentlich schneller und auch die Koordinatenwerte werden wesentlich schneller ermittelt, da der Tastkopf seine Bewegung fortsetzen kann, während der Rechner andere Operationen durchführt und dann gemäß seinem internen Zeitprogramn erneut die Positionswerte liest. Aufgrund dieser Technik arbeitet das erfindungsgemäße System wesentlich schneller al;; die bisher bekannten Systeme dieser Art.At this point it should be noted that the entire increment determination is carried out by means of permanently prepared circuits and is done by devices controlled by these devices and not by a program entered into the computer. This Program is only used to determine the respective coordinate values of the probe head at the moment in which a Interface of the basic element is broken. As a result, it becomes time to program the calculator and the system according to the invention thus works much faster and the coordinate values are also reduced determined much faster because the probe head can continue its movement while the computer is performing other operations and then according to his internal time program again the Reads position values. Because of this technology, the system according to the invention works much faster than that; the so far known systems of this type.
109838/1219109838/1219
A 38 579 bA 38 579 b
Man stellt fest, daß der Inkrement-Detektor 120 über eine Leitung 12Od ebenfalls Eingangsinformationen von den anderen Inkrement-Detektoren erhält und über eine Leitung 12Oe seine eigenen Informationen zu den anderen Inkrement-Detektoren sendet.It is found that the increment detector 120 has a Line 12Od also input information from the other Increment detectors receives and his via a line 12Oe sends its own information to the other increment detectors.
Um eine mathematische Darstellung der Oberfläche des Modells 10 zu erzeugen ist es erforderlich, zunächst die Modell-Oberfläche in einem hypothetischen, dreidimensionalen Gitter anzuordnen. Das Gitter wird Abmessungen haben, die durch das Rechnerprogramm bestimmt werden können. Während der Tastkopf sich auf der Oberfläche des Modells IO längs einer Linie bewegt, die beispielsweise der Angriffslinie eines Schneidwerkzeugs entspricht, passiert die Spitze des Tastkopfes die Gitterlinien bzw., wenn man von einem dreidimensionalen Modell ausgeht, die Gitterebenen. Wenn der Tastkopf eine dieser EbenenIn order to generate a mathematical representation of the surface of the model 10, it is necessary to first identify the model surface to be arranged in a hypothetical, three-dimensional grid. The grid will have dimensions determined by the Computer program can be determined. While the probe head moves along a line on the surface of the model IO, for example the line of attack of a cutting tool corresponds, the tip of the probe passes the grid lines or, assuming a three-dimensional model, the lattice levels. If the probe is one of these planes
des durchläuft, werden entsprechend der Arbeitsweise/s/stems/ifemäß der Erfindung die drei Koordinatenwerte dieses Punktes ermittelt und dem Rechner als Eingangssignale zugeführt.which runs through are according to the / s / stems / ifemäß the invention determines the three coordinate values of this point and fed them to the computer as input signals.
Die Gitterlinien oder -Ebenen bilden einen dreidimensionalen Würfel, wie ihn Fig. 10 zeigt. Als Anfangsbedingung wird angenommen, daß die Tastkopfspitze sich irgendwo innerhalb dieses Würfels befindet. Solange sich die Tastkopfspitze innerhalb dieses Würfels bewegt, werden keine Signale an den Rechner abgegeben. Sobald jedoch der Tastkopf eine Fläche oder eine Wand des Würfels durchdringt, werden gemäß der Erfindung diedcei Koordinatenwerte, die mit diesem Punkt verknüpft sind, eingefroren. Danach wird um diesen Punkt herum ein neuer Koordinatenwürfel erstellt. Die Mitte des WürfelsThe grid lines or planes form a three-dimensional cube as shown in FIG. The initial condition is assume that the probe tip is somewhere within this cube. As long as the probe tip Moved within this cube, no signals are sent to the computer. However, once the probe has an area or penetrates a wall of the cube, according to the invention the two coordinate values associated with this point are determined are frozen. Then a new coordinate cube is created around this point. The center of the cube
- 16 BAD OWGlMAL - 16 BAD OWGlMAL
109838/4211;- "Ct-;109838/4211; - "Ct-;
A 38 579 b ' ' 9inqq?1 A 38 579 b " 9inqq? 1
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wird also auf den neuen Koordinatenpunkt gelegt.is therefore placed on the new coordinate point.
Der oben beschriebene Vorgang wird von drei Inkrement-Detektoren gesteuert, von denen in Fig. 8 nur einer (120) gezeigt ist. Jeder der Detektoren überwacht dabei eine Bewegungsachse und liefert ein Ausgangssignal, wenn die Inkrementgrenze überschritten wird. Wenn eine Inkrementgrenze überschritten wird, werden alle drei Detektoren zurückgestellt und der Vorgang wird wiederholt.The above process is performed by three increment detectors controlled, of which only one (120) is shown in Fig. 8. Each of the detectors monitors a movement axis and delivers an output signal when the increment limit is exceeded. When an increment limit is exceeded, all three detectors are reset and the process is repeated.
Ein Blockdiagranun der Elektronik für eine Achse bzw. einen Detektor ist in Fig. 9 dargestellt. Das R- oder Bezugsregister 150 speichert einen Binärwert der Position des letzten aufgezeichneten Punktes. Das C-Register 152 für die gegenwärtige Position enthält zu jedem Zeitpunkt den Koordinatenwert des Tastkopfes für die entsprechende Achse. Das I- oder Inkrement-Register 155 enthält den für den Vergleich bestimmten Inkrementwert. Vorzugsweise sind die Register 150, 152 und 154 als 24-Bit-Schieberegister ausgebildet. Das Register 152 empfängt ein Eingangssignal von dem digitalen Register (Block 58) , und der Ink reinen twert im I-Register 154 wird vom Rechner 32 geliefert.A block diagram of the electronics for one axis or one Detector is shown in FIG. The R or reference register 150 stores a binary value of the position of the last recorded point. The C register 152 for the current position contains the coordinate value of the probe head for the corresponding axis at any point in time. The I or increment register 155 contains the for the Comparison of certain incremental value. Preferably they are Registers 150, 152 and 154 designed as 24-bit shift registers. Register 152 receives an input from the digital register (block 58) and the ink is pure in the I register 154 is supplied by the computer 32.
Bei Eintreffen des Befehls das System auf den neuesten Stand zu bringen, wird der Inhalt des C°-Registers 152 über eine Leitung 156 in das R-Register 151 gegeben. Auf diese Weise wird der Mittelpunkt eines neuen Würfels in den Punkt gelegt, der der Position des Tastkopfes zu diesem Zeitpunkt entspricht. Beim Wechsel des Inhalts des C-Registers 152 bildet eine algebraische binärarbeitende Subtraktions-VorrichtungWhen the command is received to bring the system up to date, the contents of the C ° register 152 are sent via a Line 156 put in R register 151. In this way the center of a new cube is placed in the point which corresponds to the position of the probe head at this point in time. When changing the content of the C register 152 forms an algebraic binary subtracting device
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Λ 38 579 bΛ 38 579 b
k - 135 - 17 -k - 135 - 17 -
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die Differenz der Inhalte der Register C und R. Der absolute Wert dieser Differenz wird dann in einer Vergleicherschaltung 160 mit dem Inhalt des !-Registers verglichen. Wenn er größer ist, so bedeutet dies, daß eine Grenze überschritten wurde,und über eine Leitung 162 wird am Ausgang der Vergleicherschaltung 160 ein Impuls abgegeben, der anzeigt, daß eine Grenzüberschreitung stattgefunden hat. In diesem Augenblick wird ein Grenzwert-Flip-Flop 164 gesetzt, welches diese Bedingung beibehält. Der Impuls auf der Leitung 162 hält auch die Koordinatenwertanzeige an, so daß die drei Koordinaten des Durchstoßpunktes festgehalten werden. Gleichzeitig wird der Rechner über eine Leitung 166 angesteuert und erhält den Befehl, sein laufendes Programm zu unterbrechen und den Inhalt des Registers 58 auszulesen. Das Signal des Grenzwert-Flip-Flops 164 wird ferner benutzt, um die Inkrement-Detektoren für alle drei Achsen auf den neuesten Stand zu bringen und einen neuen Würfel festzulegen. Dies geschieht über die Leitung 168. Fig. 9 zeigt, daß die Leitung 168 über eine Leitung 170 mit den beiden anderen Inkrement-Detektoren in Verbindung steht. Im Zuge der Leitung 156 zwischen dem Register 152 und dem Register 150 liegt eine UND-Schaltung 192, deren zweiter Eingang über eine Leitung 190 vom Rechner den Befehl erhält, das R~Register 150 auf den neuesten Stand zu bringen.the difference in the contents of registers C and R. The absolute The value of this difference is then compared in a comparator circuit 160 with the content of the! Register. If he is larger, it means that a limit has been exceeded was, and via a line 162 is at the output of the comparator circuit 160 a pulse is emitted, which indicates that a limit has been exceeded. At this moment a threshold flip-flop 164 is set, which maintains this condition. The pulse on line 162 holds also displays the coordinate value display so that the three coordinates of the piercing point are recorded. Simultaneously the computer is controlled via a line 166 and receives the command to interrupt its current program and the Read the contents of register 58. The signal from the limit value flip-flop 164 is also used to update the increment detectors for all three axes and set a new cube. This is done via line 168. FIG. 9 shows that line 168 has a Line 170 is in communication with the other two increment detectors. In the course of the line 156 between the Register 152 and register 150 are connected to an AND circuit 192, the second input of which is via a line 190 from the computer receives the command to bring the R ~ register 150 up to date.
Während der Rechner den eingefrorenen Inhalt des Registers 58 verarbeitet, wird das Grenzwert-Flip-Flop 164 über eine Leitung 172 zurückgesetzt. Wenn dieses Flip-Flop jedoch nicht zurückgesetzt wird, so zeigt dies an, daß der Rechner während bereits ein neuer Durchstoßpunkt ermittelt wurde, die zuletzt eingefrorenen Koordinaten noch nicht gelesen hat und daß es erforderlich ist, ihn mit höherer Geschwindigkeit arbeitenWhile the computer is processing the frozen content of the register 58, the limit value flip-flop 164 is activated via a line 172 reset. However, if this flip-flop is not reset, this indicates that the computer has already been a new piercing point has been determined, has not yet read the last frozen coordinates and that it is required to make it work at a higher speed
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zu lassen. Es ist ein Flip-Flop 174 vorgesehen, welches anzeigt, daß der Rechner hinterher hinkt. Nimmt dieses Flip-Flop eine entsprechende Stellung ein, so wird das System durch den Rechner augenblicklich gestoppt, um eine vollständige Datenerfassung sicherzustellen.allow. A flip-flop 174 is provided which indicates that the computer is lagging behind. Take this Flip-flop a corresponding position, the system is immediately stopped by the computer for a complete Ensure data collection.
Das Unterbrechungssignal von dem Flip-Flop 174 zu dem Rechner läuft über die Leitung 176,und das Signal zum Stoppen der Servo-Einrichtungen über eine Leitung 178. Dabei ist zu beachten, daß das Signal des Grenzwert-Flip-Flops 164 an einer UND-Schaltung 180 mit einem zweiten Grenzwert-Signal auf der Leitung 162 zusammenfallen muß, um das Flip-Flop 174 zu setzen.The interrupt signal from the flip-flop 174 to the computer runs over the line 176, and the signal to stop the Servo devices via a line 178. It should be noted that the signal of the limit value flip-flop 164 on an AND circuit 180 with a second limit value signal on the line 162 must coincide to the flip-flop 174 to put.
Fig. 11 zeigt den Tastkopf 14 t den Modulator 88 ,die Kodierscheibe 52, den Rechner 32, den Analogdigitalwandler 102 und die Summierwerke 106-110, die in dieser Figur insgesamt mit dem Bezugszeichen 109 bezeichnet sind.11 shows the probe head 14 t, the modulator 88, the coding disk 52, the computer 32, the analog / digital converter 102 and the summing units 106-110, which are designated as a whole by the reference numeral 109 in this figure.
Die geschlossene Regelschleife des Servo-Systems führt zu einem Pfad aus mehreren geschlossenen Schleifen zwischen dem Tastkopf 14 und der Elektronik, die die tatsächliche Steuerung der Schaltungen des Tastkopfes bewirkt. Zu diesen Schaltungen gehört natürlich der Motor 50, der über die Kodierscheibe 52 und das Kodierscheibenregister 54 arbeitet.The closed control loop of the servo system leads to a path of several closed loops between the probe 14 and the electronics that actually control it the circuits of the probe causes. Of course, these circuits include the motor 50, which has the encoder disk 52 and the encoder disk register 54 operates.
Um die Geschwindigkeit des Motors 50 zu messen (es versteht sich, daß tatsächlich drei Motoren 5O zusammenwirken und zwar zur Erzeugung von Bewegungen in X7Y- und Z-Richtung), ist zunächst ein Tachometer 150 vorgesehen, welches einen Leistungsverstärker 152 speist, dessen Ausgang wiederum mit dem MotorTo measure the speed of the motor 50 (it will be understood that actually three motors 50 are working together, namely for generating movements in the X7Y and Z directions), a tachometer 150 is initially provided, which is a power amplifier 152 feeds, the output of which is in turn connected to the motor
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verbunden ist. Mit Hilfe des Tachometers wird eine genaue Steuerung der Geschwindigkeit des Motors erreicht, um eine stetige Bewegung des Tastkopfes 14,unabhängig von der Form der Oberfläche des Modells oder ähnlichen Einflüssen "zu erreichen. Einem weiteren Eingang des Leistungsverstärkers wird ferner das Ausgangssignal des Demodulators 88 zugeführt, um auf diese Weise zu einer weiteren, direkten korrigierenden Kontrolle des Antriebsmotors 50 zu gelangen. Die dritte Schleife, über welche eine Steuerung des Motors über den Leistungsverstärker 152 ausgeübt wird, kommt vom Ausgang des Kodierscheibenregisters 154, wobei dieses Signal auf einen Servo-Zähler 156 und von dort zur Rückkopplung auf den Verstärker 152 auf einen geeigneten Analog-Digital-Wandler 158 gegeben wird. Eine Verbindung zwischen dem Rechner 132 und dem Servo-Zähler 156 ist über eine Leitung 157 hergestellt. Dieser Pfad liefert die Inkrement-Positionsbefehle für das System. Eine Leitung 159 liefert Geschwindigkeitsbefehle für die Servo-Schleife. Man erkennt auch, daß die Betätigung des Daumenhebels an der Ständereinheit 68 über den Zähler 156 direkt auf diese geschlossene Regelschleife einwirkt.connected is. With the help of the tachometer, an accurate control of the speed of the motor is achieved to a steady movement of the probe head 14, regardless of the shape the surface of the model or similar influences ". The output signal of the demodulator 88 is also fed to a further input of the power amplifier, in order to arrive at a further, direct corrective control of the drive motor 50 in this way. The third Loop through which control of the motor is exercised through power amplifier 152 comes from the output of the encoder disk register 154, this signal to a servo counter 156 and from there for feedback to the Amplifier 152 is fed to a suitable analog-to-digital converter 158. A connection between the computer 132 and the servo counter 156 is established via a line 157. This path provides the increment position commands for the system. Line 159 provides speed commands for the servo loop. You can also see that the Actuation of the thumb lever on the stand unit 68 via the counter 156 directly on this closed control loop acts.
In der Tat könnte dies eine Positicns-Servo-Schleifen-Steuerung für den Motor 50 genannt werden (der Motor 50 stellt in der Tat nur einen von drei Motoren dar und ein gleiches System, welches in den beiden anderen Achsen arbeitet, ist gleichzeitig wirksam). Die Kombination der Tastkopfinformation, die über den Demodulatorkreis direkt auf den Leistungsverstärker 152 wirkt, mit der Kodierscheibeninformation, die auf den Leistungsverstärker 152 wirkt, und mit dem TachometerIn fact, this could be a positive servo loop control for the motor 50 (the motor 50 is in fact only one of three motors and one is the same System that works in the other two axes is effective at the same time). The combination of the probe information, which acts directly on the power amplifier 152 via the demodulator circuit, with the encoder disk information, the acts on the power amplifier 152, and with the tachometer
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150 führt zu einer kombinierten Geschwindigkeits- und Positions-Regelschleife für-die zusammenwirkenden Servo-Einrichtungen. Bei Steuerung durch geeignete Programme ermöglicht es dieses System/den Tastkopf genau rechtwinklig zur Oberfläche des Modells zu bewegen und die Tastkopfspitze stets in Kontakt mit dem Modell zu halten, ohne das System zu übersteuern oder den Tastkopf oder das Modell zu beschädigen, wobei stets sichergestellt ist, daß die genaue Richtung beibehalten wird, wenn mögliche Widerstände oder dgl. entdeckt werden/ Infolge der Betriebsweise mit geschlossener Regelschleife spricht das System verzögerungsfrei auf Geschwindigkeit und Position an.150 leads to a combined speed and Position control loop for the interacting servo devices. When controlled by suitable programs, this system / probe head enables it to be exactly at right angles to move to the surface of the model and keep the probe tip in contact with the model at all times without this Overdrive the system or damage the probe head or the model, always ensuring that the exact Direction is maintained when possible resistances or the like. Are discovered / As a result of the operation with closed The system responds to speed and position without delay.
Es soll an dieser Stelle noch einmal betont werden, daß die tatsächliche Kontrolle der Richtung der Tastkopfposition,der Tastkopfgeschwindigkeit und der Ermittlung der oberen und unteren Grenze/sowie des Überschreitens der Inkrementgrenzen, der Form der Ausgangsdaten über das Hauptsteuerpult 40 erfolgen kann/wobei dann alle Ausgangsinformationen und Bewegungen des Tastkopfes durch ein geeignetes Programm bewirkt werden, also nicht durch die festen Schaltungen (hardware) sondern durch die sog. "software" des Rechners. Die Daten werden während der Bewegung des Tastkopfes normalerweise durch eine geeignete periphere Ein- Ausgabeeinheit ausgegeben, wobei als Ausgabeeinheit typischerweise ein Locher CBlock 42) verwendet wird. Als typische Merkmale des erfindungsgemäSen Systems werden die Tastkopfelektronik und die Steuer- und Verbindungselektronik 16 bzw. 28 angesehen, die in Zusammenarbeit mit den Inkrement-Detektoren eineIt should be emphasized again at this point that the actual control of the direction of the probe head position, the Probe speed and the determination of the upper and lower limit / as well as the exceeding of the incremental limits, the form of the output data can take place via the main control desk 40 / in which case all output information and movements of the probe head can be caused by a suitable program, i.e. not by the fixed circuits (hardware) but by the so-called "software" of the computer. The data is normally recorded during the movement of the probe output by a suitable peripheral input output unit, the output unit typically being a punch CBlock 42) is used. As typical features of the invention System, the probe electronics and the control and connection electronics 16 and 28 are considered, which in cooperation with the increment detectors a
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schnelle Bewegung des Tastkopfes gestatten, wobei die Ausgangsdaten ohne übermäßige Belastung des Rechners ausgelesen werden. Die Grenzflächenüberwachung und das schnelle Ansprechen dieses mechanischen Systems verhindern jede Beschädigung des Tastkopfes oder der Probe. Der geschlossene Regelkreis des Servosystems, der die Geschwindigkeit und die Positionsinformationen koordiniert, und zwar mit Hilfe des Leistungsverstärkers, bewirkt eine direkte Steuerung des Motors bzw. der Motoren und vereinfacht ferner die Bewegung des Tastkopfes in Übereinstimmung mit der programmierten Steuerung beträchtlich. Er verhindert ferner eine mögliche Beschädigung des Tastkopfes .oder des Modells, und zwar unabhängig von den Konturen desselben und von der Geschwindigkeit, mit welcher der Tastkopf bewegt wird.Allow rapid movement of the probe, taking the output data can be read out without excessive load on the computer. The interface monitoring and the quick response this mechanical system prevents any damage to the probe or sample. The closed one Control loop of the servo system, which controls the speed and the Coordinated position information, with the help of the power amplifier, causes direct control of the Motor or motors and also simplifies the movement of the probe in accordance with the programmed Control considerable. It also prevents possible damage to the probe head or the model, independently of the contours of the same and of the speed with which the probe head is moved.
Die Abtastung des Modells kann entlang beliebiger Oberflächenlinien erfolgen; vorzugsweise startet man jedoch beispielsweise an der unteren rechten Ecke, schreitet zu der oberen rechten Ecke fort, führt danach die Abtastung auf dem seitlichen, stufenförmigen Bereich durch und setzt die schrittweise Bewegung von einer Seite des Modells zur anderen fort, bis ein Endpunkt an der entfernten,unteren linken Ecke erreicht wird. Selbstverständlich wird das seitliche Vorrücken und die Geschwindigkeit der Bewegung von der Zahl der Inkremente abhängen, an denen Messungen vorgenommen werden, und außerdem von der Kompliziertheit der Oberfläche des Modells.The model can be scanned along any surface lines take place; however, it is preferable to start, for example, at the lower right-hand corner, proceed to the upper right corner, then carries out the scan on the lateral, step-shaped area and sets the gradually move from one side of the model to the other until an endpoint is at the far lower left corner is achieved. Of course, the lateral advancement and the speed of movement will depend on the number of Increments depend on which measurements are taken and also on the complexity of the surface of the Model.
Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß ein System gemäß der Erfindung eine große Flexibilität auf v/eist, die in wesentlichen von der Zusammenwirkung eines mechanischen SystemsFrom the foregoing it follows that a system according to the invention has great flexibility on v / e, which essentially of the interaction of a mechanical system
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mit einer Programmsteuerung durch einen digitalen Computer Gebrauch macht* um mit großer Zuverlässigkeit innerhalb einer kurzen Zeit die Steuerdaten für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zu erhalten. Der direkte Zugang des Rechners zu allen Peripherie-Systemen ermöglicht es, eine große Flexibilität beim Betrieb der "hardware" und der Steuerung durch das Rechnerprogramm (software) zu erreichen.with program control by a digital computer makes use of * around with great reliability within a to receive the control data for a numerically controlled machine tool in a short time. Direct access to the computer For all peripheral systems it enables great flexibility in the operation of the "hardware" and the control to be reached by the computer program (software).
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