DE2111635C2

DE2111635C2 - Einrichtung zum Umsetzen der sich im Vergleich zu einer Bezugsphasenlage ändernden Phasenlage eines periodischen Eingangssignals in eine Folge von Impulsen

Info

Publication number: DE2111635C2
Application number: DE2111635A
Authority: DE
Inventors: John Dove Waynesboro Va. Layman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-03-12
Filing date: 1971-03-11
Publication date: 1984-05-30
Also published as: DE2111635A1; US3602994A; FR2081874B1; FR2081874A1; GB1344386A; SE379868B

Description

a) ein auf das periodische Eingangssignal und den Systemtaktgeber (21, 809) ansprechender Impulsgenerator (812), der pro Periode des Eingangssignal* einen mit dem Systemtakt synchronisierten, der Phasenlage des Eingangssignals entsprechenden Eingangsphasen-Impuls erzeugt,

b) einen digitalen Phasenvergleicher (822), der die durch den Eingangsphasen-Impuls jeweils dargestellte Phasenlage des periodischen Eingangssignals mit der Bezugsphasenlage vergleicht,

c) eine digitale Speichervorrichtung (824,826), die eine vom Betrag der in dem digitalen Phasenvergleicher (822) ermittelten Phasendifferenz abhängige digitaie Größe speichert,

d) einen auf ein vom Sys'.emtaki abgeleitetes Steuersignal ansprechenden Λ-.usgangsimpulsgenerator (828). der eine der gespeicherten digitalen Größe proportionale Anzahl von Ausgangsimpulsen mit einer Impulsfolgefrequenz erzeugt, die von der Folgefrequenz des Steuersignals abhängig ist und

e) eine Verknüpfung der digitalen Zählvorrichtung (830) mit dem Ausgangsimpulsgenerator (828) derart, daß sie die Ausgangsimpulse empfängt und ihren Zählerzustand so ändert, daß die Phasenlage des Bezugsphasensignals in einer Richtung geändert wird, in der die Phasendifferenz gegenüber dem periodischen Eingangssignal geringer ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Speichervorrichtung (826) ein Register ist, dessen Inhalt schrittweise veränderbar ist, und eine Vorrichtung (&2&B) vorgesehen ist, die die erwähnten Ausgangsimpulse derart mit dem Register verbindet, daß der in dem Register gespeicherte Zählwert sukzessiv geändert wird, während diese Ausgangsimpulse abgegeben werden, und zwar solange, bis der in dem Register gespeicherte Wert die Phasendifferenz Null anzeigt, und die derart betreibbar ist, daß sie dann den Ausgangsimpulsgenerator (828) sperrt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Register (826) derart betreibbar ist, daß es nur in einer Richtung zählt, und daß die Speichervorrichtung (824,826) derart betreibbar ist, daß sie die vom Betrag der Phasendifferenz abhängige Größe in Form eines digitalen Komplements der Größe der Phasendifferenz speichert.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Phasenlage des .Eingangssignals und des Bezugssignals wiederholt vergleichende Vorrichtung (822,

829) eine Vorrichtung (829) zum Feststellen und Anzeigen des Vorzeichens der Phasendifferenz enthält.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung (828C) aufweist, die auf die Erzeugung der Ausgangsimpulse und das Vorzeichen der Phasendifferenz dahingehend anspricht, daß sie die Phasenlage des Bezugssignals (in

830) in Richtung auf die Phasenlage des Eingangssignals ändert, bis diese weitgehend in Phase sind.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (826) zum Speichern einer vom Betrag der Phasendifferenz abhängigen Größe derart betreibbar ist, daß sie diese Größe auf der Basis der Anzahl einzelner Einheiten von Taktperioden (C 2) zwischen den Phasen des Eingangssignals und Bezugssignals bestimmt und speichert, daß die Einrichtung eine Bereichsteuervorrichtung (836) zur Erzeugung von Bereichsteuersignalen aufweist, die niedrige, mittlere und hohe Änderungsgeschwindigkeit des Eingangssignals anzeigen, daß eine Vorrichtung (838) vorgesehen ist, die auf Bereich-Steuersignale anspricht und bHm Auftreten eines Niederbereich-Steuersignals eine Anzahl von Ausgangsimpulsen erzeugt, die gleich dem Produkt aus einem Maßstabsfaktor und der Anzahl der einzelnen Einheiten von Taktperioden ist, und daß eine Vorrichtung (836) vorgesehen ist. die die Taktperioden beim Auftreten eines Hochbereich-Steuersignals um einen Maßstabsfaktor verlängert.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsimpulsgenerator (828) auf das Niederbereich-Steuersignal dahingehend anspricht, daß er die Ausgangsimpulse (828A,J über die Periode zwischen aufeinanderfolgenden Phasenvergleichen verteilt.

8. Einrichtung nach einem eier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Quelle der Eingangssignale ein Drehwinkel-Resolver (816) vorgesehen ist, so daß die Phasenlage des Eingangssignals die Drehwinkelstellung des Resolvers darstellt und die Ausgangsimpulse (828A) jeweils ein vorbestimmtes Drehwinkelinkrement der Drehwinkeländerung des Resolvers darstellen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Resolver (816) an einen Spindelmotor (818) einer Werkzeugmaschine (38) angeschlossen ist und die Einrichtung eine numerische Werkzeugmaschinen-Regeleinrichtung umfaßt, die durch die Ausgangsimpulse (828/4jbetreibbar ist.

10. Einrichtung nach Ansprüche oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Teilungsvorrichtung (834) aufweist, die auf ein Signal (80SB) anspricht, das eine gewünschte Drehwinkelstellung des Spindelmotors (818) darstellt und derart verwendbar ist, daß es die Ausgangsimpulse (828A) solange sperrt, bis der Spindelmotor die gewünschte Drehwinkelstellung erreicht hat.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Umsetzen der sich im Vergleich zu einer Bezugsphasenlagc ändernden Phasenlage eines periodischen Ein-

gangssignals in eine Folge von Impulsen, die mit dem von einem System-Taktgeber bereitgestellten Systemtakt synchronisiert sind und von denen jeder ein Inkrement der Änderung der Phasenlage darstellt, mit einer vom System-Taktgeber synchronisierten digitalen Zählvorrichtung, die ein periodisches digitales Bezugsphasensignal mit im wesentlichen gleicher Folgefrequenz wie das Eingangssignal erzeugt.

Für verschiedene Anordnungen, insbesondere numerische Werkzeugmaschinen-Steueranordnungen, benötigt man eine Einrichtung zum Umsetzen einer Information, die in Form einer sich ändernden Phasenlage eines elektrischen Signals vorliegt, in eine Folge von (digitalen) Impulsen, die die Information durch ihre Anzahl darstellen. Dazu wird auf den Stand der Technik nach der US-PS 31 74 367 verwiesen. Aus dieser Druckschrift ist für eine Gewindedrehbank eine Steueranordnung bekannt, bei der mit Hilfe eines sog. Spindelcodierers und einer sog. Gewindesteuerung die Spindeldrehzahl der Gewindedrehbank in eine der Drehzahl proportionale Folge von Impulsen umgesetzt wird, die zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit des Gewindeschneidstahls herangezogen werden. Die eigentliche Umsetzung der Drehbewegung der Spindel in digitale Impulse erfolgt durch den Spindelcodierer, bei dem es sich um einen digitalen Tachometer mit magnetischen Bauteilen, kapazitiven Bauteilen oder optischen Bauteilen handeln kann. Die vom Spindeicodierer gelieferte Impulsfolge wird dann unter Verwendung einer digitalen Zählvorrichtung in der sog. Gewindesteuerung mit dem Systemtakt der numerischen Steueranordnung synchronisiert.

Bei dem bekannten Umsetzer stellt der Spindelcodierer eine äußerst komplizierte und aufwendige Baueinheit dar. Er muß nämlich beispielsweise, um eine gute Auflösung zu erzielen, pro Umdrehung der Spindel 10 000 Impulse erzeugen, die zur Sicherstellung einer hohen Genauigkeit gleiche Abstände voneinander haben sollen. Oie an den Spindelcodierer angeschlossene Gewindesteuerung, die die anschließende Synchronisation der Impulse mit dem Systemtakt vornimmt, ist ebenfalls mit relativ komplexen elektronischen Bauteilen bestückt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Eingangssignal veränderlicher Phase mir einfachen elektronischen Bauelementen in eine Folge hinreichend gleich weit auseinanderliegender Impulse umzusetzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs beschriebene Einrichtung nach r'er Erfindung gekennzeichnet durch

a) ein auf das periodische Eingangssignal und den Systemtaktgeber ansprechender Impulsgenerator, der pro Periode des Eingangssignals einen mit dem Systemtakt synchronisierten, der Phasenlage des Eingangssignais entsprechenden Eingangsphasen-Impuls erzeugt.

b) einen digitalen Phasenvergleicher, der die durch den Eingangsphasen-Impuls jeweils dargestellte Phasenlage des periodischen Eingangssignals mit der Bezugsphasenlage vergleicht,

c) eine digitale Speichervorrichtung, die eine vom Betrag der in dem digitalen Phasenvergleicher ermittelten Phasendifferenz abhängige digitale Größe speichert,

d) einen auf ein vom "vstemtakt abgeleitetes Steuersignal ansprechenden Ausgangsimpulsgenerator, der eine der gespeicherten digitalen Größe proportionale Anzahl von Ausgangsimpulsen mit einer Impulsfolgefrequenz erzeugt, die von dei Folgefrequenz des Steuersignals abhängig ist und
e) eine Verknüpfung der digitalen Zählvorrichtung

mit dem Ausgangsimpulsgenerator derart, daß sie die Ausgangsimpulse empfängt und ihren Zählerzustand so ändert, daß die Phasenlage des Bezugsphasensignals in einer Richtung geändert wird, in der die Phasendifferenz gegenüber dem periodisehen Eingangssignal geringer ist.

Die erfindiingsgemäße Umsetzeinrichtung ist in der Lage, mit einfachen Mitteln eine Impulsfolge zu erzeugen, deren einzelne impulse mit hoher Genauigkeit die Phase des Eingangssignals bzw. den Drehwinkel einer Welle darstellen. U.'m aufwendiger Spindelcodierer oder ein ähnlicher Analog-Digital-Umsetzer, wie bei dem eingangs geschilderten Stand der Technik entfällt. Aufgrund der Tatsache, daß die Phasenlage des Bezugsphasensignals in einer Richtung geändc; wird, in der die Phasendifferenz gegenüber dem Eingangssignal geringer ist. kommt man mit Zählvorrichtungen geringer Kapazität aus.
Im Hinblick auf die beanspruchten Merkmale sei noch be nerkt, daß die Maßnahme nach dem Merkmal a), ein Signal mit einem Systemtakt zu synchronisieren, an sich bei jeder Informationsübernahme durch eine getaktete Kippstufe bekannt ist. Dazu wird beispielsweise auf die Druckschrift »Das TTL-Kochbuch«, 1973.

Seiten 46 bis 50, verwiesen. Zu dem Merkmal b) wird auf die US-PS 30 34 053. Spalte 1, Zeile 60 bis Spalte 2, Zeile 3, aufmerksam gemacht. Durch diesen zusätzlichen Stand der Technik wird jedoch die beanspruchte Gesamtkombination nicht nahegelegt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden an Hand von Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Steuerteils einer numerischen Werkzeugmaschinen-Regeleinrichtung, bei der die Erfindung angewendet werden kann.

F i g. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild des übrigen Teils der numerischen Werkzeugmaschinen-Regeleinrichtung nach F ι g. 1 zusammen mit einem schematischen Blockschaltbild der Umsctzeinrichtung nach der Erfindung.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei einer

so Regeleinrichtung, d^:;e in Abhängigkeit von »Phasensignalen« (das sind Signale, bei denen die Information in der Phasenlage des Signal= enthalten ist) derart betreibbar ist, ciaß sie einen Impulsgeber 828 (F i g. 2) über eine Ausgangsleitung 828Λ eine Folge von Impulsen erzeugen läßt. Die erwähnten Phasensignale können von einem Resolver 816 (auch Drehmelder genannt) erzeugt werden.

Die Einrichtung dient in diesem Beispiel zur Regelung einer Drehbank 38. Diese weist in typischer Weise eine Spindelstöck-Einspännvörriehtüng und einen Antriebsmotor, die beide zusammen mit 818 bezeichnet sind, und einen Reitstock 39 zum Halten eines Werkstücks 40 auf, in das ein Gewinde geschnitten werden soll. Ein Drehbank-Support 41 trieft ein Werkzeug 42 und kann in

)5 zwei Richtungen, die mit A'-Achse und V'-Achse bezeichnet sind, bewegt werden. Eine Bewegung in Richtung der X-Aehsc wird durch eine Leitspindel 44 bcwirkt.die ;in der Stelle 46 durch einen X-Achse-Stellmo-

tor 10 angetrieben wird. Die Bewegung in Richtung der V-Achse wird durch eine Quervorschubspindel 48 bewirkt, die von einem K-Achse-Stellmotor It angetrieben wird. Die Stellmotoren 10, 11 treiben auch jeweils einen Lageistwertgeber, nämlich Resolver 12 und 13 an. Diese Resolver und der Resolver 816 werden von einer Resolver- Erregerstromversorgungseinrichtung 814 durch O⁰- und 90°-Phasen-Erregersignale erregt, und wenn sie erregt sind, geben sie jeweils an ihren Ausgangsanschlüssen eine Spannung ab, deren Phasenlage eine Funktion der Drehwinkelstellung des Resolvers ist. Die von den Resolvern 12 und 13 erzeugten Lageistwertsignale werden jeweils einem Phasendiskriminator oder -vergleicher 14 bzw. 15 zugeführt. Die Vergleicher 14, 15 vergleichen die Istlagc des Werkzeugs 42 mit der Soll-Lage (die durch den Steuerten der Einrichtung vorgegeben wird). Bei diesem Vergleich handelt es sich um einen Phasenvergleich, und wenn eine Phasendifferenz festgestellt wird, wird diese in ein Fehlersignal umgesetzt, das den Stellmotoren 10, 11 zugeführt wird. Die Stellmotoren werden daher so angetrieben, daß sie die Lage des Werkzeugs in Übereinstimmung mit den Sollwertsignalen einstellen. Die Lage-Sollwertsignale werden jeweils über Leitungen 2SA und 29/4 von X-Achse und Y-Achse-Sollwertphasenzählern 28 und 29 (Fig. 1) zugeführt.

Der in Fig. 1 dargestellte Steuerteil der Einrichtung enthält eine Vorrichtung 20 zum Eingeben numerischer Daten, die numerische Befehlsinformation (programmierte Befehlsdaten), die beispielsweise in einem Lochstreifen, Lochkarten oder auf einem Magnetband vorgesehen sein kann. Die numerische Befehlsinformation liegt gewöhnlich in digital codierter Form vor und umfaßt numerische Daten, die die Vorschubgeschwindigkeit und Vorschubstrecke des Werkzeugs 42 jeweils in Richtung der X- und K-Achse für aufeinanderfolgende Bewegungsinkremente vorschreibt. Die Befehlsinformation aus der Vorrichtung 20 wird den verschiedenen Bauteilen der Regeleinrichtung zugeführt, die diese Information benötigen.

Die Einrichtung enthält einen Impuls- oder Taktgeber 21, der eine Folge von Taktimpulsen für den Betrieb der gesamten Einrichtung erzeugt. Der Taktgeber 21 steuert den Betrieb eines Taktsignalgenerators 809 (Fig. 2) über eine Leitung 214 und über diesen Taktsignalgenerator 809 die Resolver-Erregerstromversorgungseinrichtung814. Die drei Einheiten 21,809 und 814 können alle als Teil eines einzigen Taktsignalgenerators für die Einrichtung angesehen und zu einer Baueinheit zusammengefaßt werr^n.

Die Ausgangsimpulse des Taktgebers 21 werden einer von Hand betätigbaren Vorschubgeschwindigkeitsübersteuerungsschaltung 23 zugeführt, die es, wenn sie in Betrieb ist, der Bedienungsperson ermöglicht, die Folgefrequenz von Impulsen zu ändern, die an einem Schalter 8 erzeugt werden, und mithin die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs 42 zu steuern. Die Ausgangsimpulse der von Hand betätigbaren Vorschubgeschwindigkeitsübersteuerungsschaltung 23 werden über den Schalter 8 einer Geschwindigkeits-Sollwertgeber-Schaltung 24 zugeführt. Die Geschwindigkeits-Sollwertgeber-Schaltung 24 ändert die Folgefrequenz der am Ausgang 24/4 erscheinenden Impulse in Abhängigkeit von der von der Vorrichtung 20 abgegebenen Befehlsinformation. Nach der Modifizierung in der Geschwindigkeits-Sollwertgeber-Schaltung 24 werden die Impulse über eine Verbindung 24.4 einem Funktionsgenerator 25 zugeführt.

Der Funktionsgenerator 25 zerlegt die Impulse in Komponentenimpulse, die den Sollwert der Bewegungen des Werkzeugs in Richtung der X- und K-Achse in Abhängigkeit von der Befehlsinformation aus der Dateneingabevorrichtung 20 darstellen. Die Ausgangsimpulse des Funktionsgenerators 25 werden Streckenzählern 26, 27 zugeführt, die auch so geschaltet sind, daß sie Befehls- bzw. Sollwertdaten von der Vorrichtung 20 erhalten, die die Anzahl der Impulse darstellen, die für jede Bewegungsrichtung erzeugt werden sollen, wobei die Anzahl der Impulse direkt die Strecke darstellt, die das Werkzeug in jeder Bewegungsrichtung bei einem bestimmten vorgegebenen Inkrement zurücklegen soll. Die Streckenzähler 26, 27 zählen die ihnen vom Funktionsgenerator 25 zugeführten Impulse, und wenn die vorgegebene Anzahl von Impulsen gezählt worden ist. verhindern die Streckenzähler 26,27 eine weitere Übertragung von Impulsen durch die Zähler hindurch 711 dpn jeweiligen Sollwertphasenzählern 28, 29. Bei einigen Sollwerten oder Befehlen brauchen die Streckenzähler 26, 27 nicht verwendet zu werden. In diesen Fällen werden die Ausgangsimpulse des Funktionsgenerators 25 direkt den Sollwertphasenzählern 28, 29 zugeführt. Den Sollwcrtphasenzählern 28, 29 werden auch Befehlsinformationen von der Vorrichtung 20 und Taktimpulse vom Taktgeber 21 zugeführt. Wenn den Phasenzählern 28, 29 keine Impulse von den Streckenzählern 26, 27 oder vom Funktionsgenerator 25 zugeführt werden, geben die Phasenzähler 28,29 Ausgangssignale ab, die die gleiche Phasenlage wie die Ausgangssignale der Resolver 12, 13 (F i g. 2) haben. Wenn, den Phasenzählern 28, 29 dagegen Impulse zugeführt werden, dann zählen die Phasenzähler 28, 29 diese Impulse, und die gezählten Impulse werden addiert oder von den Taktimpulsen

J5 subtrahiert, die die Phasenzähler 28, 29 erhalten, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die gewünschte Bewegung positiv oder negativ ist. Die Addition oder Subtraktion bewirkt eine Vorverschiebung oder Verzögerung der Phasenlage der von den Zählern 28,29 erzeugten Impulse. Diese vorverschobene oder verzögerte Phasenlage wird von den Vergleichern 14, 15 (Fig. 2) mit den Ausgangssignalen der Resolver 12, 13 verglichen.

Wenn die Vergleicher 14,15 eine Differenz ermitteln, führen sie den Stellmotoren 10, 11 ein dieser Differenz entsprechendes Fehlersignal zu. Wenn den Phasenzählern 28, 29 keine Impulse zugeführt werden, ist die Phasenlage der von den Phasenzählern 28,29 abgegebenen Impulse konstant und mit der Phasenlage der Resolver-Signale in Phase, so daß keine Fehlersignale erzeugt werden.

Die Speicherfunktionen des Steuerteils der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung sind vorzugsweise in einer oder mehreren Umlauf-Speichervorrichtungen zusammengefaßt, die aufgrund von Signalen des Taktgebers 21 synchron betrieben werden. Ein Zugriff zu den verschiedenen Teilen des Speichers, entsprechend den verschiedenen Speicherfunktionen, erfolgt durch synchrone Signale des Taktgebers 21 oder des Taktsignalgene-

bO rators 809 (F i g. 2).

Die vorangehende Beschreibung betrifft zwar zum großen Teil eine numerische Werkzeugmaschinen-Regeleinrichtung, für die die Erfindung besonders geeignet ist. Die eigentliche Erfindung betrifft jedoch eine Ein-

b5 richtung zum Umsetzen der Phasenlage eines Signals bzw. eines »Phasen-Signals« in ein Impulssignal (eine Impulsfolge), wie sie im unteren Teil der Fi g. 2 dargestellt ist.

21 Π 635

Die Quelle der Phasensignale ist in dein dargestellten Auxtuhrungsbeispicl der I-rfindunj.' ein Resolver 816. der mit der Welle 814 des Drehbank motors 818 mecha niseh verbunden ist, um genau die Drehwinkellafie des Werkstücks 40 anzuzeigen. Der Resolver wird m der üblichen Weise durch Erregungssignale der Erregerstromversorgungseinriehtung 814 erregt, die mit dem Taktsi_t-nalgenerator 809 und dem .Systemiaktgeber 21 synchronisiert ist. Das Ausgangssignal des Resolvers 816 ist eine Sinusschwingung, deren Phasenlage in direkter Abhängigkeit von der Drehwinkolsiellung des Motors 818 verschoben wird Dieses Signal wird durch eine Impulsformerschaltung 820 in eine Rechteckschwingung umgeformt. Die? resultierende Rechteckschwingung wird dem Impulsgenerator 812 zugeführt, der da? Phasensignal in einen Impuls kurzer Dauer umsetzt, der im folgenden als Eingangsphasenimpiils bezeichnet wird und in einem Zeitpunkt auftritt, der von der Phasenlage des vom Impulsformer 820 eingegebenen Phasensignals abhängt. Kr wird durch Auswahlen eines vom Taktsignalgenerator 809 abgegebenen Takt impulses gebildet, dessen Phasenlage der Phasenlage des vom Impulsformer 820 eingegebenen Phasensignals am nächsten kommt. Die Taklimpulse, aus denen dieser Eingangsphasenimpuls ausgewählt wird, werden im folgenden auch als C 2-Taktimpulse bezeichnet. Die C 2-Taktimpulse können eint· Frequenz von beispielsweise 2.5 MHz aufweisen. Die Frequenz der von der FJnrichtung814 an den Resolver 816 abgegebenen Erregers'cnale kann bei 2.5 kHz liegen. Der vom Impulsgenerator 812 abgegebene Eingangsphasenimpuls stellt daher eine Auswahl des am nächsten befindlichen C 2-Taktimpulses dar, di-r repräsentativ für das Emgangsphasensignal ist, und stellt eine Auswahl des am nächsten befindlichen Tausendstels einer Umdrehung des Resolvers 816 oder 0,36° dar.

hin digitaler Puffer-Phasenzähler »3ö ist derart betreibbar, daß er mit der C 2-Taktfrequcnz zählt, wobei er von 0 bis 999 zählt und dann erneut beginnt. Der Gesamtzyklus des Puffer-Phasenzählers 830 entspricht daher einem Zyklus der Resolver-Erregerstromversorgungseinrichtung 814. Der Zähler 830 liefert ein Bezugsphasensignal als Bezugsgröße für den Eingangsphasenimpuls aus dem Impulsgenerator 812.

In einem vorbestimmten Teil jedes Betriebszyklus des Puffer-Phasenzählers 830 — im folgenden Zwischenphasen-Zykluszeit genannt — erfolgt ein Phasenvergleich in einer Schaltung 822 zwischen dem vom Puffer-Phasenzähler 830 abgegebenen Bezugsphasensignal und dem vom Impulsgenerator 812 abgegebenen Eingangsphasenimpuls. Bei einem speziellen Ausführungsbetspiel entspricht die Zwischenphasen-Zykluszeit für einen Betrieb in einem mittleren Drehzahl- oder Phasenänderungsgeschwindigkeitsbereich zehn C 2-Taktperioden vor und nach dem Zählerstand Null des Puffer-Phasenzählers 830. Die Zwischenphasen-Zykluszeit ist daher insgesamt gleich zwanzig C 2-Taktperioden vom Zählerstand 990 bis zum Zählerstand 009.

Als Ergebnis des Phasenvergleichs wirken die einen digitalen Phasenvergleicher darstellende Eingangsphasenfühlerschaltung 822 und die Eingangsphasenfeststellschaltung 824 dahingehend zusammen, daß sie einen Impuls mit einem Vorzeichen erzeugen, das davon abhängt, ob der Eingangsphasenimpuls der Bezugsphase voraus- oder nacheilt, und mit einer Dauer, die von dem Betrag der Phasendifferenz abhäng·. Das Vorzeichen der Phasendifferenz wird von einer Ausgangs-Richtungsschaltung 829 festgestellt und gespeichert. Ein Phascridiffcrcnz.register 826 isl so angeschlossen, dall es einen Zahlwert speichernder der Dauer des Phasendilferenzsignals entspricht. |ede l'hasendiffeienzeinheii entspricht einer Differenz von einer C 2-Taklperiode.

". Das Ausgaiigssignal der i'.ingangspli.isenieststellschal Hing 824, das dem Phasendilferen/register 826 zugeführt wird, bewirkt die Speicherung einer Größe, die gleich dem Komplement der festgestellten Phasendifferenz ist. Wenn es sieh bei dem Register 826 um einen

ίο Dczimalziihler handelt. der einen normalen »Rest« /ahlvvert .on neun speichert, dann wird das Zehner-Komplement der Phasendifferenz gespeichert. Wenn daher eine Phasendifferenz von zwei Einheiten festgestellt wird, dann speichert das Phasendifferenzre-

ι·3 gisterden Zählwert sieben.

Nachdem das Phasendifferenzregister 826 geladen und die Zwischenphaseii-Zykliiszcit abgelaufen ist. steuert das Differenzregister einen Ausgangsimpulsgeiierator 828. der Ausgangsimpulse über eine Verbindung

2Ii 8284 abgibt. Diese Ausgangsimpulse werden mit einer Maximalfrequenz herausgelassen, die durch ein Taktsignal bestimmt ist, das dem Ausgangsimpulsgenerator über eine Verbindung 8094 vom Taktsignalgenerator 809 zugeführt wird und mit jedem Taktimpuls auf der Verbindung 8094 nur einen Ausgangsimpuis zuläßt. Die Taktimpulsc. die über die Verbindung 8094 geleitet werden, können mit dem Umlaufzyklus des Speichers der numerischen Regeleinrichtung synchronisiert sein, wobei jeweils nur ein Taktimpuls für jeden Speicherum-

jo lauf erzeigt wird, ledesmal, wenn der Impulsgenerator 828 einen Impuls abgibt, gibt er auch ein Rückführimpulssignal über eine Verbindung 828ßzur Registrierung in das üifferenzrcgister 826 ab. Aufeinanderfolgende Ausgangsinipulse schalten daher das Register 826 weiter bis auf seinen ursprünglichen Zählerstand neun. In diesem Augenblick steuert es den Impulsgenerator 828 so, daß dieser die Abgabe weiterer Ausgangsinipuise unterbricht. Der Phasendifferenz-Zühlwert.der in Koniplementform in dem Difierenzregister 826 gespeichert

jo ist. wird also zur Steuerung der Anzahl der Impulse verwendet, die vom Impulsgenerator in jedem Phasenvergleichszyklus abgegeben werden. Die Frequenz, der Taktimpulse 8094 isl normalerweise ausreichend, so daß alle Ausgarigsimpulse des Generators 828 die zum

■45 Leeren des üifferenzregisters 826 erforderlich sind, abgegeben worden sind, bevor eine weitere Zwischenphasenzeit auftritt zur Ausbildung eines Phasenvergleichs und zum Speichern einer neuen Differenz im Register 826. Bei höheren Motor-Drehzahlen trifft dies nicht zu.

so Dann wird eine Drehzahlbereich-Stcuerschaltung 836 in Btlrieb gesetzt, wie es nachstehend noch ausführlicher beschrieben wird.

Die Ausgangsimpulse des Generators 828 werden auch über eine Verbindung 828C dem Puffer-Phasenzähler 830 zugeführt, um die Phase des Puffer-Zählerbetriebs so zii ändern, daß am Ende des Belnebszyklus die Phase des Zählers 830 der Phase des vorherigen Eingangsphasenimpulses entspricht. Dies wird dadurch erreicht, daß der Puffer-Phasenzähler veranlaßt wird, mit jedem Ausgangsimpuls einen Extrazählschritt auszuführen, wenn die Phasenlage des Puffer-Phasenzählers 830 vorverschoben werden soll, oder einen Zählschritt bei jedem Ausgangsimpuls auszulassen, wenn die Phase des Puffer-Phasenzählers verzögert werden muß. Irgendeine von der Schaltung 822 festgestellte Phasendifferenz ist daher normalerweise nur diejenige Phasendifferenz, die seit der letzten Zwischenphasen-Zykluszeit aufgetreten ist.

Zl

Wie man sieht, ist die nach der Erfindung ausgebildete Einrichtung mit dem Resolver 816 und der zugehörigen Schaltungsanordnung in der Lage, Signale mit sich ändernder Phase in eine Folge hinreichend gleich weil auseinanderliegender Impulse umzusetzen. Wenn die Phasenänderungen, wie in diesem Falle, den Drehwinkel einer Welle darsteilen, bedeutet jeder Impuls ein Drehwinkelinkrement. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel stellt jeder Ausgangsimpuls 828/4 ein Tausendstel einer Umdrehung oder 0,36° dar. Diese Impulse werden als Taktimpulse in der Geschwindigkeitssollwertgeberschaltung 24 (F i g. 1) und damit zur Regelung der Vorschubbewegungen des Werkzeugs 42 in Richtung der X· und der V-Achse, derart, daß die Bewegungen des Werkzeugs mit der Drehzahl des Werkstücks 40 koordiniert sind, verwendet. Die Impulse werden der Geschwindigkeits-Sollwertgeberschaltung 24 über die Verbindung 828,4 und den Schalter 8 zugeführt, der während des automatischen Betriebs durch eine Schalterbetätigungsvorrichtung 9 in die in F i g. 1 dargestellte Stellung gebracht wird. Die Schalterbetätigungsvorrichtung 9 wird durch ein Signal einer Gewindeschneid-Teilungseinheit 834 (siehe F i g. 2) über die Verbindung 834/4 betätigt.

Wenn die Einrichtung für einen Zweck, z. B. zum Gewindeschneiden, verwendet wird, bei dem aufeinanderfolgende Schnitte an Stellen ausgeführt werden müssen, die einen genau vorherbestimmten Abstand zueinander haben müssen, d. h. deren Teilung genau eingehalten werden muß, wird die Gewindeschneid-Teilungsschaltung 834 im Teilungsbetrieb verwendet, um der Schalterbetätigungsvorrichtung 9 über die Verbindung 834/4 zugeführte Freigabesignale solange zu sperren, bis eine der richtigen Teilung entsprechende Lage erreicht ist. Der Taktsignalgenerator 809 enthält einen Zähler, der in ähnlicher Weise arbeitet wie der Zähler 830, nur daß seine Phasenlage niemals geändert wird. Dieser Zähler gibt über eine Verbindung 809S Signale an die Gewindeschneid-Teilungsschaltung 834 ab. Wenn ein bestimmter Zählwert, z. B. 999, erreicht ist und dieser Zählwert auch mit der Drehwinkelstellung übereinstimmt, die der Resolver 816 einnimmt, wenn eine Zwischenphasenzykluszeit (wie oben erwähnt) in der Eingangsphasenfühlerschaltung 822 durch ein Signal des Puffer-Zählers 830 bestimmt wird, ist die Gewindeschneid-Teilungsschaltung 834 derart betreibbar, daß sie ein Freigabesignal über die Verbindung 834/4 abgibt.

Die zeitliche Lage der als »Zwischenphasenzykluszeit« bezeichneten Zeitspanne, die durch den Puffer-Zähler 830 in bezug zu der sich nicht ändernden Phasenlage des Zählers im Generator 809 festgelegt wird, stellt ein sehr gut angenähertes Maß für die genaue Drehwinkellage des Resolvers 816 dar, da der Betrieb des Puffer-Zählers 830 ständig durch die Ausgangsimpulse des Generators 828 über die Verbindung 828C so geändert wird, daß die Phasendifferenz (Phasenverschiebung) zwischen Resolver 8?6 und Zähler 830 minimal wird. Die Zwischenrhasenzykluszeitsignale werden über die dargestellte Verbindung von der Eingangsphasenfühlerschaltung 822 zur Gewindeschneid-Teilungsschaltung 834 geleitet. Das Freigabesignal auf der Verbindung 834/4 wird nicht nur der Relaissteuerung 9 (siehe Fig. 1). sondern auch dem Ausgangsimpulsgenerator 828 zur Freigabe zugeführt. Während des Teilungsbetriebs (auch »indexbetrieb« genannt) ist die Gewindeschneid-Teilungsschaltung 834 daher derart betreibbar, daß sie die Freigabesignale sowohl des Ausgangsimpulsgenerators 828 als auch der Schallerbelätigungsvorrichtung 9 sperrt und verhindert, daß dem Geschwindigkeitssollwertgeber 24 (F i g. I) und damit dem Funktionsgenerator 24A Impulse zugeführt werden. Daher erfolgen nicht eher Vorschubbewegungen in X- und V-Richtung, als bis die Teilungslage erreicht ist. Der Schalter 8 ist schematisch als herkömmlicher Schalter dargestellt. Statt dessen können jedoch auch elektronische Schaltglieder verwendet werden.

Wenn die Drehzahl des Werkstücks verhältnismäßig ίο niedrig ist, z. B. fünfzig Umdrehungen pro Minute oder niedriger, ist die Regelgenauigkeit wegen der sich dabei ergebenden niedrigen Impulsfolgefrequenz der vom Impulsgenerator 828 abgegebenen Impulse hinreichend. Die erfundene Einrichtung enthält dementsprechend eine Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836, die an die Eingangsphasenfühlerschaltung 822 angeschlossen ist. urn eine niedrige Motordrehzahl festzustellen. Wenn die Schaltung eine niedrige Motordrehzahl feststellt, löst die Schaltung 836 eine Impulsvervielfacherschaltung 838 aus, die bewirkt, daß der Ausgangsimpulsgenerator 828 für jeden einzelnen Phasendifferenzimpulszählwcrt, der im Differenzregister 826 gespeichert ist, zehn Impulse abgibt. Der Zustand niedriger Drehzahl (bzw. Geschwindigkeit) wird von der Drehzahlbereich-Steuerschaltung festgestellt, wenn die Eingangsphasenfühlerschaltung 822 bei drei aufeinanderfolgenden Zwischenphasen-Zykluszeiten keine Phasenänderung feststellt. Es erfolgt also ein selbsttätiger Übergang in einen Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl. Wenn dieser Fall auftritt, wird dem Funktionsgenerator 25 (Fig. 1) von einem Ausgang 836Λ der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 ein Signal zugeführt, das bewirkt, daß die A- und V-Werkzeuglage-Regelcinrichtungen darauf eingestellt werden, daß für jeden vom Impulsgenerator 28 abgegebenen und von der Geschwindigkeitssollwertgeberschaltung 24 über die Verbindung 828.4 empfangenen impuls nur noch ein Zehntel der bisherigen Werkzeuglageänderung vorgegeben wird. Wenn die Einrichtung in einem Bereich niedriger Drehzahlen betrieben wird, werden das Differenzregister 826 und der Puffer-Phasenzähler 830 nur nach jeweils zehn Ausgangsimpulsen des Impulsgenerators 828 um eine Zähleinheit zurückgesetzt. Die Niederdrehzahlbereich-Betriebsart bewirkt daher eine Glättung oder Dämpfung der Bewegung des Werkzeugs bei niedrigen Spindeldrehzahlen. Die Einrichtung setzt den Niederdrehzahibereich-Betrieb solange fort, bis die Eingangsphasenfühlerschaltung 822 bei jeweils zwei aufeinanderfolgenden Zwischenphasen-Zykluszeiten eine Phasendifferenz feststellt. Diese bedeutet, daß der Motor mit einer höheren Drehzahl als 75 Umdrehungen pro Minute läuft. Wenn dieser Zustand auftritt, wird er von einer speziellen Schaltung in der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 festgestellt, die die Drehzahlbereich-Steuerschaltung und den Betrieb der Schaltung aus dem Niederdrehzahlbereich hinaus und in den »normalen« oder mittleren Drehzahlbereich zurückdrängt.

Die Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 enthält auch eine Vorkehrung für einen Betrieb in einem Bebo reich hoher Drehzahlen aufgrund einer hohen Drehzahl des Motors. Die Verschiebung in den Hochdrehzahlbereich wird durch eine Schaltung 836 bewirkt, wenn die von der Phasenfühlerschaltung822 festgestellte Phasendifferenz mindestens fünf oder mehr Einheiten beträgt, b5 wodurch eine Motordrehzahl von etwa 750 Umdrehungen pro Minute oder eine höhere Drehzahl angezeigt wird. Der AusgangsimpuJsgeneralor 828 wird dann so gesteuert, daß er nur pro zehn Phasendifferenzeinhei-

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ten. die von der Phascnfiihlerschaltung 822 festgestellt werden, einen Impuls abgibt. Wieder wird der Betrieb der numerischen Regeleinrichtung durch ein Signal von der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 liber die Verbindung 836/\ zum Funktionsgenerator 25 (tig. I) da- -> hingehend geändert, daß die Verschiebungen (der Vorschub) in Richtung der Λ- und V'-Achse bei jedem F.ingangsimpuls, der über die Verbindung 828-4 zugeführt wird, um den Faktor 10 vergrößert werden.

Die Einrichtung wird automatisch aus dem hohen in Drehzahlbereich in den mittleren Drehzahlbereich zurückgeschaltet, wenn die Phasenfühlerschaltung 822 drei aufeinanderfolgende, die Phasendifferenz Null anzeigende Sipna'e feststellt. Die Funktion der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 kann auch als Maßstab- r> F.instellfunktion bezeichnet werden, da diese Schaltung den Maßstab bestimmt, in dem die Phasendifferenzimpulsc gezählt werden. Wie bereits erwähnt wurde, wird die Zwischcnphasen-/.ykluszeit als normal angesehen, wenn der Puffer-Phasenzahler 830 im Bereich von 990 :o bis 009 zählt. Dieser Zwischenphasen-Zeitbereich gilt sowohl für den Betneb im mittleren als auch im niedrigen Drehzahlbereich. Um jedoch die Feststellung höherer Drehzahlen zu ermöglichen, wenn die Einrichtung in dem hohen Bereich arbeitet, wird der Zwischenphasen-Zykluszeitbetrieb des Puffer-Phasenzählcrs 830 auf den Zählbereich von 900 bis 099 ausgedehnt.

Um die Stabilität der Einrichtung zu verbessern, werden sehr kleine Phasendifferenz»;.-! von der Phasenfühle.schaltung 822 ignoriert. Bei einem Betrieb im Bereich mittlerer und niedriger Drehzahlen werden Phasenverschiebungen zwischen den Eingangsimpulsen und Ausgangsimpulsen des Puffer-Phasenzählers 830. die den Zählwerten 998.999 und 000 entsprechen, als Phasendifferenz Null angesehen und nicht als Differenzzahl im Differenzregister 826 gespeichert. Beim Betrieb im Bereich hoher Drehzahieii wird dicNcr Nuii-Phascndmcrenzbereich soweit ausgedehnt, daß er den Puffer-Phasenzähler-Zählbereich von 994 bis 004 umfaßt.

Die Einrichtung enthält auch eine Drehzahlbereich-Erzwingungsschaltung 832. die über eine Verbindung 20A an der numerischen Dateneingabevorrichtung 20 (F'ig. 1) angeschlossen ist, um programmierte Signale zu empfangen, die es dem Programmierer ermöglichen, bestimmte Betriebsdrehzahlbereiche der Einrichtung auszuwählen. Bei einer programmierten Drehzahlbereichauswahl werden der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 von der Schaltung 832 Signale zugeführt, die bewirken, daß die selbsttätige Drehzahlbereich-Auswahlfähigkeit der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 übersteuert wird und die Einrichtung nur in dem programmierten Drehzahlbereich arbeitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Umsetzen der sich im Vergleich zu einer Bezugsphasenlage ändernden Phasenlage eines periodischen Eingangssignals in eine Folge von Impulsen, die mit dem von einem System-Taktgeber bereitgestellten Systemtakt synchronisiert sind und von denen jeder ein Inkrement der Änderung der Phasenlage darstellt, mit einer vom System-Taktgeber synchronisierten digitalen Zählvorrichtung, die ein periodisches digitales Bezugsphasensignal mit im wesentlichen gleicher Folgefrequenz wie das Eingangssignal erzeugt, gekennzeichnet durch