DE2219692A1 - Verfahren zur numerischen Steuerung einer Maschine - Google Patents
Verfahren zur numerischen Steuerung einer MaschineInfo
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- G05B19/232—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude with speed feedback only
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Description
DlPL.-ING. REINHOLDKRAMER βοοσ München oo
FLOSSMANNSTRASSE 15 FA IENTANWALT TELEFON (0811) 883603/083604
9692
I'ujit'su Limited
Kawasaki-shi, Japan
Kawasaki-shi, Japan
Verfahren zur numerischen Steuerung einer Maschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur numerischen
Steuerung einer Maschine mittels eines Servosystems, wobei die Maschine einen beweglichen Teil besitzt, der durch einen Antrieb
entsprechend einem Befehl in eine gewünschte Position gebracht wird, wobei das Servosystem mit einer Eückführeinrichtung
ausgestattet ist, die die Rückführung des beweglichen Teils der Maschine aus einer tatsächlichen Position durchführt. Dieses
Verfahren ist insbesondere für eine geschlossene numerische Steuerung oder für eine offene numerische Steuerung mit Rückführung
saus gleich geeignet.
Bei dem bekannten Servosystem einer Maschine mit geschlossener numerischer Steuerung oder offener numerischer Steuerung mit
Kückführungsausgleich wird die Endlage der Maschine exakt gesteuert,
auch wenn die Maschine einen mechanischen toten Gang
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haben sollte, da eine Vorrichtung für die Erfassung des tatsächlichen
Vorschubs der Maschine vorgesehen ist} als Folge · davon wird die Maschine, wenn sie eine gewünschte Position wegen
mech.anischer Fehler und/od,er ihrer Trägheit überfährt, durch einen Umkehrbefehl an das Servosystem der Maschine imiaer in die
gewünschte Position zurückgefahren.
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Wenn die Maschine jedoch einen toten Gang hat, wird in diesem Fall sie die. Rückwärtsbewegung erst beginnen, wenn der mechanische tote Gang vollständig aufgenommen worden ist. Mit anderen Worten wird die Leerlaufzeit durch die Zeit, die für die Aufnahme von totem Gang erforderlich ist, vergrößert.
Wenn die Maschine jedoch einen toten Gang hat, wird in diesem Fall sie die. Rückwärtsbewegung erst beginnen, wenn der mechanische tote Gang vollständig aufgenommen worden ist. Mit anderen Worten wird die Leerlaufzeit durch die Zeit, die für die Aufnahme von totem Gang erforderlich ist, vergrößert.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, den erwähnten !Nachteil zu beseitigen
und eine rasche Positionierung einer Maschine durch Verkürzung der für die Aufhebung des toten Gangs der Maschine
erforderlichen Zeit während des numerischen Steuerungvorgangs einer Maschine zu erreichen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Stufe vorgesehen ist, durch die die Verstärkung des Servosystems erhöht
wird, wenn eine Eichtungsanderung des beweglichen Teils der Maschine erforderlich ist, so daß der Antrieb den toten
Gang der Maschine rasch kompensiert.
Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele anhand von elf Figuren näher erläutert. Es zeigen
_ J —·
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Fig. 1 ein Blockdiagramm eineß Beispiels eines numerischen
Steuersystems, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausgleich des toten Gangs im System angewandt wird;
Fig. 1A ein Schaubild, daß den Zusammenhang zwischen dem Inhalt
des Ifehlerregisters und- der Drehzahl des Servomotors nach
Fig. 1 darstellt j
Fig. 1B ein Schaubild, das den Zusammenhang zwischen dem Inhalt
des Fehlerregisters und der Ausgabe des D-A Umsetzers nach Fig. 1 darstellt;
Fig. 2, 3 und 4 Blockdiagramme eines zweiten bis vierten Beispiels
eines numerischen Steuersystems, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausgleich des toten Gangs
angewandt wird;
Fig. 5 und. 6 Beispiele eines detaillierten Betriebsschaltkreises
bzw. eines Eichtungsunterscheidungsschaltkreises, enthalten im Fehlerregister der Fig. 1 bis 4-j
Fig. 7 ein Beispiel eines Eichtungsunterscheidungsschaltkreises
DD, wie er in den Fig. 1, 2, 3 und M- enthalten ist}
Fig. 8 eine Schaltvorrichtung zur Einstellung des auszugleichenden
Betrags an totem Gang!
Fig. 9 einen detaillierten Betriebsschaltkreis zum Ausgleich
des toten Gangs;
Fig. 10 ein Beispiel der Schaltung des D-A Umsetzers und Fig. 11 eine Einstellschaltung zur Einstellung des Nullbereichs.
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Nach Fig. 1 wird eine Befehlsimpulsfolge CWP aus einer numerischen
Steuereinheit NC in ein Fehlerregister ER eingespeis.t und dort gesammelt. Der Inhalt des I'ehl erregist er s ER bzw. der
in diesem aufgelaufene Wert wird an einen Digital-Analog-Umsetzer DAC weitergeleitet und in elektrische Spannungen, die dem Inhalt
des Fehlerregisters ER entsprechen, umgewandelt.
Die Ausgabe des Umsetzers DAC wird über einen Servoverstärker
SA einem Servomotor SM zugeführt, um damit eine Werkzeugmaschine 11 anzutreiben. In der Werkzeugmaschine wird eine Vorschubspindel
J1S vom Servomotor SM angetrieben, um damit einen Arbeitstisch
Ml1A gradlinig zu bewegen. Seitlich ist am Arbeitstisch
MTA eine Meßskala LS angebracht, um die Erfassung der jeweiligen Position des Arbeitstisches MTA, bezogen auf eine bestimmte
Ausgangslage, zu ermöglichen. Das Ausmaß der Bewegung der Werkzeugmaschine 11 (sprich Arbeitstisch MTA) wird von der
Meßskala LS erfaßt, und dann wird die entsprechende analoge Ausgabe der Meßskala LS einem .Analog-Digitalumsetzer ADC, der als
Positionsmelder dient, zugeführt und in eine Rückführungsimpulsfolge
ITBP umgewandelt, die dem Fehlerregister ER zugeleitet wird, um den Wert von der im Fehlerregister ER aufgelaufenen Befehlsimpulsfolge
CWP abzuziehen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Richtungsunterscheidungsvorrichtung
DD vorgesehen, die eine Polaritätsumkehr des
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Inhalts des i'ehlerregisters EE erfaßt, die auftritt, wenn der
Arbeitstisch den durch die Befehlsimpulsfolge CWP vorgegebenen
Einstellpunkt überfährt.
Bei Erscheinen eines Ausgabewertes an der Eichtungsunterscheidungsvorrichtung
DD werden in einem Eegister BE numerische Werte gebildet, die in einem Einsteilelement' SW zur' Einstellung des
Betrages des zu kompensierenden toten Gangs voreingestellt worden
sind, und .dann wird der Inhalt dieses Eegisters BE durch den Digital-Analogumsetzer DAC umgewandelt und die sich ergebende
analoge Ausgabe dieses Digital-Analogumsetzers DAC wird für kurzzeitige Erhöhung der Verstärkung des gesamten Servosystems
verwendet. In der Zwischenzeit werden ein Positionsumsetzer bzw. Positionskodierer PC und eine Pulsgeneratorschaltung
PG über Zahnräder G an den Servomotor SM angeschlossen, wodurch die Anzahl der Umdrehungen des Servomotors SM nach
Durchlaufen des Positonsumsetzers PC und der Pulsgeneratorschaltung
PG in die entsprechende Impulsfolge umgewandelt wird. Die von der Pulsgeneratorschaltung PG ausgegebene Impulsfolge
wird über ein Gatter GT in das Eegister BE eingespeist, um eine Subtraktion vom Inhalt des Eegisters BE zu bewirken, bis der
Inhalt des Eegisters BE Hull wird und das gesamte Servosystem die normale numerische Steueroperation wieder beginnt.
i'ig. 1A veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Inhalt des
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ii'ehl erregist er s 'ER und der Drehzahl des Servomotors SI'i für den
li'all des normalen numerischen Steuervorgangs.
In ii'ig. 1A zeigt die Abszi-sse den im Pehlerregister EPl aufgelaufenen
digitalen Wert und die Ordinate die Drehzahl, das heißt, die Drehgeschwindigkeit des Servomotors Ch.
Das Schaubild ist so zu verstellen, daß sich der Servomotor SIi
bei positivem digitalem Wer υ im I'ehlerregister 'Ek vorwärts, bei
negativem digitalem Wert rückwärts dreht.
i'ig. 1ß veranschaulicht das Verhältnis zwischen dem Inhalt des
.b'ehlerregisters EE und dem Ausgangswert des Digital-Analogumsetzers
für den i'all der Kompensation des toten Gangs, das heißt,
die Abszisse zeigt den digitalen Wert des i'ehl erregist er s ER,
während die Ordinate die vom Digital-Analogumsetzer DAG stammende Ausgangsspannung zeigt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vergrößert sich nun, entsprechend
der Tatsache, daß die numerische Steuereinheit ständig eine positive Befehlsimpulsfolge +CWP ausgibt, der Inhalt oder
der digitale Wert des Ji'ehlerregisters EH. Gleichzeitig ist der
Inhalt jedoch einem Subtraktionsvorgang durch die positive liüclcführungsimpulsfolge
+EBP unterworfen, die dem subtrakbiven Eingang des i'ehlerregisters ER zugeführt wird.
-V-
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π _
Dei' obengenannte Vorgang ist im Schaubild 1B durch den Pfad
a —ρ b—*>■ c —^ d veranschaulicht.
Wenn die Anzahl der Rückführungsimpulse +FBP größer als die Anzahl
der Befehlsimpulse +CWP wird, weil die Werkzeugmaschine 11 das durch die positiven Befehlsimpulse +CWP "befohlene Ausmaß der
Bewegung wegen des großen Trägheits"vermögens des Arbeitstisches
ΉΤΑ, mechanischer Fehler des Vorschubmechanismus FS oder wegen
einiger sonstiger Gründe überschreitet (im Schaubild d—^e),
wächst der Inhalt des Fehlerregisters ER, der bei Übereinstimmung der Anzahl der Befehlsimpulse +CVJP und der Rückführungsimpulse +FBP einmal auf Null angelangt war, wieder an, aber
durch die Differenz zwischen Befehlsimpulsen +CWP und Rückführungsimpulsen
+FBP in negativer Richtung.
Als Ergebnis erscheint auf der Ausgangsseite der Richtungsunterscheidungsvorrichtung
DD eine Ausgabe als ein Richtungsänderungssignal und im Register BR erscheint, wie vorne erwähnt,
der vorher eingestellte Betrag an zu kompensierendem toten Gang. Deshalb erhält man am Ausgang des Digital-Analogkonverters DAG
eine hohe Ausgangsspannung (im Schaubild 1B als e dargestellt), um den Servomotor SM mit äußerst hoher Geschwindigkeit rückwärts
zu bewegen, selbst wenn der Inhalt des Fehlerregisters ER beinahe auf Null reduziert ist. Nachdem sich der Servomotor in
der Rückwärtsrichtung soweit bewegt hat, daß der verbleibende
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tote Gang ausgeglichen ist, wird Register BR zn Null und als
!folge hiervon kehrt die Ausgangsspannung des Digital-Analog-. Umsetzers DAO auf ihren Normalwert zurück "(im Schaubild 1B Punkt
f), und deshalb wird die Werkzeugmaschine 11 durch den Servomotor SM mit zunehmend reduzierter Drehzahl auf den Einstellpunkt
g gefahrenem Schaubild 1B f —^g).
Pig. 2 zeigt ein Verfahren zum Ausgleich des toten Gangs, wie es bei einem numerischen Steuersystem mit geschlossenem Kreis
unter Verwendung eines Schrittmotors mit einer schon bekannten Feinerregungsmethode zur Anwendung kommt. Eine Feinerregungsschaltung
23 besteht aus einem Systemzähler für N-Zahlen NOO,
einem Pulsgenerator PG, der abwechselnd eine Normalimpulsfolge VVP und eine Rückwärtsimpulsfolge VNP mit einer Impulsfolgefrequenz
erzeugt, die abhängig ist vom Inhalt des Zählers NOO, einem Ringzähler RC, an den von gewissen vorher festgelegten
Stufen des Zählers NCO ein positiver und ein negativer Impuls
als Normalimpuls PP oder Rückwärtsimpuls NP gegeben wird, und einem OR-Gatter OR, durch das Impulse, die vom obenerwähnten
Impulsgenerator PG stammen, in den Ringzähler RC als Normalimpulse CW oder Rückwärtsimpulse CCW gegeben werden. DU stellt
eine Antriebseinheit für einen Schrittmotor PM dar, der einen
Vorschubmechanismus PS der Werkzeugmaschine 11 über den Eingriff
der Zahnräder RG1 und RG2 antreibt. Somit dreht sich der Schrittmotor PM als Reaktion auf einen Impuls der Stellimpulse PP oder
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HP, die dem Systemzähler für ϋΓ-Zahlen NCO entstammen, um 'einen
Schritt. Die Schrittgröße des Schrittmotors PM.entspricht jedoch der VlT-fachen Schrittgröße, die. vom Schrittmotor PM ausgeführt
worden wäre, wenn er direkt von einer Eingabeimpulsreihe CWP2
wie bei der konventionellen Art angesteuert worden wäre. Das heißt, daß der Schrittmotor PM einen ganzen konventionellen Drehschritt
ausführt, wenn er von IT-Impulsen 0WP2 angesteuert wird.
Die aus der numerischen Steuereinheit HC ausgegebene Befehlsimpulsfolge
CWP1 wird im Fehlerregister ER der Fehlererfassungsschal tung 21 des Servosystems gespeichert, während das tatsächliche
Ausmaß der Bewegung des Arbeitstisches MtEA, das von der Skala S erfaßt wird, über eine Bewegungsgrößenerfassung DDT als
Rückführungsimpulsfolge ΪΒΡ dem Fehlerregister ER zugeführt wird,
um dort vom Wert der im Fehlerregister ER gespeicherten Befehlsimpulsreihe CWP1 abgezogen zu werden.
Jedesmal, wenn eine einem Impulsgenerator OSCO entstammende Impulsfolge
konstanter Frequenz f einem Addierwerk AD zugeführt wird, wird der Inhalt des Fehlerregisters ER &zl einen Speicher
AR gegeben. Überlaufimpulse vom Speicher AR werden als eine
Impulsfolge zu Eingabeimpulsen CWP2 für die Peinerregungsschaltung
2J. Die Frequenz ist -proportional zum momentanen Inhalt des Fehlerregisters ER.
Wenn sich das Vorzeichen der im Fehlerregister ER gespeicherten
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Größe aus ähnlichen Gründen, wie früher erwähnt, umkehrt, siehe erstes Beispiel in Fig. 1, so entstehen in Eegister EE die in
einem Einstellelement SW zur Einstellung des Betrages des zu kompensierenden-toten Gangs voreingestellten numerischen Werte,
und der Inhalt des Eegisters EE wird in ein analoges Signal umgesetzt, das einem Impulsgenerator variabler Frequenz 0SG1 zugeführt
wird. Als Folge davon erhält man am Ausgang des Impulsgenerators variabler Frequenz 0SC1 eine Impulsfolge BP mit Frequenzen
proportional zum Inhalt des obenerwähnten Eegisters EE. Diese Impulsfolge BP stoppt den Betrieb des Generators OSCO,
während sie über das OB-Gatter OE in das Addierwerk AD eingespeist
wird, so daß der Inhalt des Fehlerregisters EE durch Eingabe jedes Impulses der Impulsfolge BP dem Speicher AE hinzuaddiert
wird.
Dadurch, daß die Frequenz f,. der Impulsfolge BP, wenn der Inhalt
des Eegisters EE den kleinsten Wert "1" hat, so festgesetzt wird, daß sie beinahe gleich der Frequenz f der Impulsfolge
aus dem Generator OSGO ist, wird das Intervall zwischen jeder Addition von Impulsen BP zum Addierwerk AD kleiner, wenn der
Betrag des toten Gangs, der in der Einstellvorrichtung SW eingestellt ist, größer als der Wert "1" ist, und als Folge davon
wird die Verstärkung des gesamten Servosystems erhöht. Überlaufimpulse
vom Speicher AE werden, wie in Fig. 2 gezeigt, ebenfalls an das Eegister EE gegeben, um fortlaufend von dessen Inhalt
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abgezogen zu werden, so daß, wenn der Inhalt des Registers EE
zu Null wird, die Verstärkung des gesamten Servosystems wieder
in den Normalzustand zurückkehrt.
Der Betrag des toten Gangs kann im Register EE, wie durch die gestrichelte Linie BCM in Fig. 2 gezeigt, festgelegt werden,
wenn der festzulegende Betrag vorher in den Speicher der numerischen Steuereinheit NO eingespeichert worden ist.
Fig. 3 zeigt ein drittes Beispiel, bei dem das erfindungsgemäße
Verfahren zur Kompensation des toten Gangs bei einem geschlossenen numerischen Steuersystem,ähnlich wie im zweiten Beispiel
nach Fig. 2,angewandt wird, aber eine weitere Rückführungsfunktion
zur Kompensation des Fehlers des gesamten System vorgesehen ist.
In Fig. 3 wird eine Befehlsimpulsfolge CWP1 in eine Servofehler-Eliminierungsschaltung
33 und in die obenerwähnte Feinerregungs— schaltung 23 eingespeist. Die Befehlsimpulsfolge 0WP1 wird in
einem Fehlerregister ER1 der Servofehler-Eliminierungsschaltung gespeichert und dann durch ein Addierwerk AD1 jedesmal bei Ankunft
von Impulsen mit der Bezugsfrequenz f,. am Addierwerk dem
Speicher AR1 hinzuaddiert. Überlaufimpulse CWP2 des Speichers AR1
werden in das Register ER1 zurückgeführt, um vom Wert der im
Register ER1 gespeicherten Befehlsimpulse GWP1 subtrahiert zu werden. Diese Überlauf impulse CWP2 haben jedo.ch ein bestimmte
Zeitverzögerung bezüglich der Befehlsimpulse CWP1, wobei diese
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Zeitverzögerung immer proportional zur JPreguenz der Befehls- .
impulse gehalten wird und damit den gleichen Yerzogerungseffekt
bewirkt wie Verzb'gerungsglieder in JTorm eines Schrittmotors PM.
Die Impulsfolge GWP2 wird in einem Ifehlerregister EE2 der Servofehler-Erfassungsschaltung
3I gespeichert, und der Inhalt des Ifehlerregisters ER2 wird jedesmal, wenn Impulse mit der !Frequenz
fp am Addierwerk AD2 ankommen, mittels eines Addierwerkes AD2
einem Speicher AR2 hinzuaddiert. Die Überlaufimpulse des Speichers
AR2 werden dann über das OB-Gatter OE zur Kompensationseingabe für die Eeinerregungsschaltung 23· Das heißt, da Eückführungsimpulse
J1BPI entsprechend dem Ausmaß der Bewegung der
Werkzeugmaschine 11 dem Fehlerregister ER2 zugeführt werden,
um dort vom Betrag der im Fehlerregister ER2 gespeicherten Impulse
CWP2 abgezogen zu werden, drückt der Inhalt des Pehlerregisters ER2 die Abweichung der tatsächlichen Bewegung der
Werkzeugmaschine 11 gegenüber dem eingestellten Wert, der von der numerischen Steuereinheit NO verlangt wurde, aus und entsprechend
dieser Abweichung werden vom Speicher AR2 Kompensationsimpulse erzeugt.
Wenn sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Vorzeichen des Inhaltes des Fehlerregisters ER2 aus den früher erwähnten Gründen
umkehrt, stellt das Richtungsunterscheidungselement DD den
Polaritätswechsel unverzüglich fest und der numerische Wert, der in einer Einstellvorrichtung SW, wie zum Beispiel einer
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Schaltvorrichtung zur !Festsetzung des Ausmaßes des zu kompensierenden
toten Gangs, festgelegt ist, wird in das !Register EE übertragen und aufgenommen und Impulse vom Generator OSO
werden als Kompensationsimpulse BP ausgesandt und gleichzeitig in das Register HE zurüekgespeist mnd dort vom Inhalt des Registers
BE einzeln subtrahiert. Sobald dann der Inhalt des Registers BE zu 11O11 wird, wird das Aussenden von Kompensationsimpulsen
BP durch den Generator OSC eingestellt.
Bei einer Bichtungsänderung der "Werkzeugmaschine 11 werden die
Kompensationsimpulse BP mit vorgewählter Irequenz über das OR-Gatter
OB dem Kompensationskreis hinzuaddiert und als JFolge davon
wird die Verstärkung des gesamten Servösystems kurzzeitig erhöht.
Im dritten Beispiel nach l?ig. 3 kann jedoch eine Modifikation
der obenerwähnten Arbeitsweise dergestalt vorgenommen werden, daß die Kompensation des toten Gangs darauf beschränkt wird, daß
sie nur nach Beendigung der Zufuhr der Befehlsimpulsfolge GWP1
erfolgt. Diese Beschränkung ist im Beispiel der IPig. 3 für die
Stabilität des numerischen Steuersystems sehr vorteilhaft, weil der Inhalt des i'ehlerregisters EB2 sein Vorzeichen ändern kann,
während noch Befehlsimpulse CWP1 zugeführt werden und als Folge
davon der Kompensationsvorgang des toten Gangs der Werkzeugmaschine ' 11 ausgeführt wird. Dies wäre jedoch für die Stabilität
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- 14 des Steuersystems ungünstig.
Bei dieser Modifikation im dritten Beispiel nach i*ig. 3 kann
vorgesehen werden, daß ein "Signal "Zero", dessen logischer Wert "1" wird, wenn der Inhalt des IPehlerregisters ER1 "0" wird und
das Ausgangssignal DDS der Eichtungsunterscheidungsschaltung DD in ein AND-Gatter AG Eingespeist werden und die Ausgabe dieses
AMD-Gatters AG über einen Schalter SW1 dem Eegister EE zugeführt wird, so daß die von dem AND-Gatter AG erhaltene Ausgangsgröße
als Stellsignal für Voreinstellung des Ausmaßes des zu kompensierenden toten Gangs verwendet werden kann.
Der Inhalt des iehlerregisters EB1 wird nach einer gewissen
Zeitdifferenz nach dem Ende der Zufuhr der Befehlsimpulsfolge
CWP1 zu "0" und dann erscheint, falls sich das Vorzeichen des Inhalts des Pehlerregisters EE2 ändert oder geändert hat, am
Ausgang des AMD-Gatters AG der logische Wert "1". Wenn deshalb der Schalter SW1 in die durch eine gestrichelte Linie in i'ig.
dargestellte Stellung gebracht wird, wird ein vorgewählter Betrag an totem Gang im Eegister EE voreingestellt und' der Vorgang zur
Kompensation des toten Gangs beginnt.
In J?ig. 3 ist CG ein Sollwertsignaleinsteller, SS ist eine
Skala und SO ist ein Schieber, der mit der Skala SS zusammenarbeitet.
- 15 -
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l?ig. 4- zeigt das vierte Beispiel dieser Erfindung.
Wenn sich bei-diesem Beispiel das Vorzeichen des Inhaltes des
Fehlerregisters ER2 ändert, wird eine monostabile Kippschaltung
M über das Richtungsunterscheidungselement DD betätigt. Die
Kippschaltung M sendet einen Impuls aus, der das Gatter GA öffnet.
Dadurch wird für eine durch das Zeiteinstellglied T bestimmte
Zeit eine vom Generator OSO erzeugte Impulsfolge konstanter !Frequenz f , über das Gatter GA an die Feinerregungsschaltung
23 gelegt.
Natürlich kann das vierte Beispiel ähnlieh wie beim dritten
Beispiel modifiziert werden.
Nun werden die in den erwähnten Beispielen dieser Erfindung ver wendeten Schaltungen im Detail erläutert.
J1Xg. 5 stellt eine detaillierte Betriebsschaltung der F.ehlerregister
ER, ER1 und EE2 dar.
In Fig. 5 bedeuten N1 bis N2J NAHD-Schaltungen und F1 bis F5
Flip-Flops. UPO ist ein Addiersignal, und wenn dieses Addiersignal
den logischen Wert "1" hat, zählt das Register ER die Zahl der Taktimpulse OL vorwärts. DWO ist ein Subtrahiersignal, und wenn
dieses Subtrahiersignal den logischen Wert "1" hat, zählt das
- 16 209845/.0 896
- 16 Register ER die Zahl der Taktimpulse OL rückwärts.
Das heißt, jede der Flip-Pl op schaltungen Pi bis F5 kehrt ihren
Schaltzustand bei Einspeisung eines Taktimpulses um, so daß die
Zustände "Setzen" und "Löschen" des Ausgangs abwechselnd vertauscht werden, wenn ein Eingabesignal mit dem logischen Wert
"1" in die gegenseitig verbundenen Eingänge Jedes der Flip-Flops F1 bis F5 eingespeist wird.
EST ist das "Lösch"-Eingangssignal, durch das die entsprechenden
Flip-Flops F1 bis F5 vorläufig in den "Lösch"-Zustand versetzt
werden, wobei beim Einschalten der (nicht dargestellten) elektrischen Energiequelle die Ausgänge der entsprechenden Flip-Flops
im "Setz"-Zustand den logischen Wert "0" und die im "Lösch"-Zustand den logischen Wert "1" besitzen.
Wenn nun in dem Zustand, in dem das Signal UPO mit dem logischen Wert "1" geliefert wird, einer der Taktimpulse eingegeben wird,
kehrt Flip-Flop F1 seinen Zustand um, so daß dessen Ausgang im "Setz"-Zustand den logischen Wert "1" hat. Deshalb wird der Ausgang
des KAKD-Gatters N4· "0" und der Eingang des Flip-Flops F2
wird "1". Als Folge davon kehrt Flip-Flop F2 bei Eingabe eines zweiten Taktimpulses seinen Zustand um. Damit erfolgt die binäre
Vorwärtszählung im Fehlerregister ER in der richtigen Folge.
Ebenso wird, wenn das Signal DWO von dem logischen Wert "1W
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zugeführt wird, bei Eingabe der laktimpulsfolge OL die binäre
Rückwärtszählung folgerichtig in einer ähnlichen Weise wie die
obenerwähnte Vorwärtszählung ausgeführt.
Der Ausgang ERZ des UAMD-Gatters Ή2? hat den logischen Wert "1",
wenn der Inhalt des Fehlerregisters ER "0" ist, und sonst hat der Ausgang ERZ des HAND-Gatters U23 den logischen Wert "0".
Fig. 6 stellt eine Richtungsunterscheidungsschaltung im Fehlerregister
dar, durch die die Richtungen der Befehlsimpulsfolgen und der Rückführungsimpulsfolgen, die dem' Fehlerregister zugeführt
werden, der Betriebsschaltung nach Jig. 5 festgestellt werden.
Das heißt, da der Inhalt des Fehlerregisters, wie später beschrieben,
nur den Zustand von Null bis voller Zählerstand haben kann, bestimmt die Richtungsunterscheidungsschaltung nach Fig. 6, ob
die positive Befehlsimpulsfolge +CWP, die aus der Vorwärtsbewegung
der Werkzeugmaschine 11 resultierende positive'Rückführungsimpulsfolge
+FBP^, die negative Befehlsi;:ipulsfolge -CWP
und die aus der Rückwärtsbewegung der Werkzeugmaschine 11 resultierende
negative Rückführungsimpulsfolge -FBP im Fehlerregister Jeweils vorwärts oder rückwärts gezählt werden soll.
In Fig. 6 sind H1 bis N17 NAHD-Schaltungen und A1 und A2 AND-Schaltungen.
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ERZ ist ein Signal, das den logischen Wert "1" oder "0" hat, Je
nachdem, ob der Inhalt des .Fehlerregisters Null ist oder nicht.
RTS ist ein "Lösch"-Signal, um die i'lip-Flops i'1, Ϊ2 und
in ihren Ausgangszustand zurückzustellen.
!ferner ist das Signal UPG ein Additionssignal für das i'ehlerregister,
und der Ausgang DWC ist ein Subtraktionssignal.
Das Symbol'+SIG drückt aus, daß das Vorzeichen des im I'ehlerregister
aufgelaufenen Wertes positiv ist, wenn +SIG den Wert
"1" hat, und das Symbol -SIG drückt aus, daß das Vorzeichen negativ ist, wenn es den Wert "1" hat.
Die in Ii1Ig. 6 angegebenen Signale +SP, -SP, -SS und +SS sind
Ausgangsgrößen, die zur Erfassung der Richtungsänderung dienen, und die, wie später erklärt wird, der Richtungsunterscheidungsschal
tung DD zugeführt werden, damit die Schaltung DD,ein Signal erzeugt, das die Richtungsänderung anzeigt und das die Länge einer
Taktperiode T hat.
Es wird nun die Betriebsweise der Schaltung in i'ig. 6 erklärt,
wobei angenommen wird, daß in J?ig. 6 Jedes der Jj1Iip-1'Ίops ϋ'Λ
bis J?3 in den "LÖsch"-Zustand versetzt ist, das heißt, sein Ausgang
"Setzen" entspricht "0" und sein Ausgang "Löschen" entspricht "1".
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Gleichfalls wird angenommen, daß der Inhalt des Fehlerregisters
Null ist. In diesem Fall wird in jedem der Flip-Flops F1 "bis F3 der "Setz"-Ausgang bei Eingabe eines Taktimpulses "1", sofern
der "Setζ"-Eingang "1"ist und der "Lösch"-Ausgang wird
bei Eingabe eines Taktimpulses 11I11, sofern der "Lösch"-Eingang
"1" ist.
1. Wenn einer der positiven Befehlsimpulse +CWP ansteht, wird
während der Länge einer CDaktperiode ein Addier-Signal UPC erzeugt.
Gleichzeitig wird das Signal +SIG gleich "1" und damit wird der danach im Fehlerregister gespeicherte Wert positiv.
Während die positiven Befehlsimpulse +CWP nacheinander eingegeben werden, wird das Addier-Signal je positivem Befehlsimpuls +CWP
eine TaktImpulsperiode'X lang erzeugt, und damit wird der Inhalt
des Fehlerregisters durch die empfangenen positiven Befehlsimpulse, wie vorher erklärt, fortschreitend aufgefüllt.
2. Wenn das Fehlerregister positive Rückführungsimpulse +FBP,
die aus einer Vorwärtsbewegung der Werkzeugmaschine resultieren, empfängt, wird für jeden positiven Bückführungsimpuls +FBP ein
Subtraktionssignal erzeugt und als Folge davon wird der Inhalt
des Fehlerregisters durch die Anzahl der empfangenen Impulse +FBP vermindert.
- 20 209845/0896
3. Wenn die gleiche Anzahl positiver Eüekführungsimpulse +S1BP,
wie die Zahl der bereits vom Fehlerregister empfangenen positiven Befehlsimpulse +CWP in die Eiickführungsschleife geschickt
wird, wird der' Inhalt des Fehlerregisters Null. Wenn jedoch nachher
die positiven Eückführungsimpulse +I1BP.aus Gründen wie einem
Fehler des Vorschubmechanismus der Werkzeugmaschine^überwiegen,
wird bei Empfang des ersten Impulses der überschüssigen positiven Rückführungsimpulse +FBP im Fehlerregister das Signal
-SIG erzeugt, und dann wird das Addier-Signal wiederholt erzeugt,
so daß alle überschüssigen positiven Eückführungsimpulse +FBP im Fehlerregister gebucht werden.
4. Nach Beendigung des Empfangs der positiven Befehlsimpulse +CWP im Fehlerregister, aber während der Eingabe der positiven
Eückführungsimpulse +FBP, dienen, falls negative Befehlsimpulse -CWP eingegeben werden, diese dazu, sowohl Subtraktionssignale
DWC als auch die Eückführungsimpulse +FBP zu erzeugen, so daß der Inhalt des Fehlerregisters verkleinert wird.
5· Wenn im Fall 4- einer der positiven Eückführungsimpulse +FBP
und einer der negativen Befehlsimpulse gleichzeitig eingegeben werden, wird das Subtraktionssignal über zwei Taktperioden gegeben.
6. Die Signale +SP, -SP, -SS und +SS, durch die die Vorzeichen-
- 21 209845/0896
änderung des im Fehlerregister aufgelaufenen Wertes erfaßtwird,
werden, wie in Fig. 7 gezeigt, der Eichtungsunterscheidungsschaltung
DD zugeführt. ■ .
Die Signale +SP, -SP, -SS und -tSS wechseln entsprechend der
folgenden Tabelle.
Signal | Ausgangs- zus t and |
ΙΊχρ-ϊΊορ I1I nSetz"-Zustand mit Fehlerre- gister Mull ^Vorwärt sri ch- tung) |
ϊΊίρ-ΙΊορ P5 "Setz"- Zustand |
Flip-Flop E2MSetz"- Zustand mit Fehlerre- gister Null QEückwärts- richtung) |
Flip-Plop P2 "Lösch"- Zustand |
+SP | 0 | 1 | O | O | O |
-SP | 0 | O | O | 1 | O |
-SS | 1 | 1 | O | O | 1 |
+GS | 0 | O | 1 | 1 | 1 |
jjlg. 7 zeigt eine Eichtungsunterscheidungsschaltung DD im Detail,
In der Schaltung DD wird ein Signal BSET zur Einstellung der
- 22 -
209845/0896
Größe des zu kompensierenden toten Gangs in Abhängigkeit vom
"Setz"- oder "Lösch"-Zustand des Flip-Flops 3 nach Fig. 6 ge-·
bildet.
ΈΛ bis N3 sind NAND-Schaltungen.
Fig. 8 ist eine Schalteinrichtung zur Einstellung des Betrags des zu kompensierenden toten Gangs.
In Fig. 8 haben entsprechende Schalter SO, S1, S2,
Sn - 1 und Sn Gewichte bzw. Werte von 2°, 21, 22,
2n und 2n entsprechend den Ziffern des binären Zahlensystems,
Wenn die Schalter geschlossen, sind, haben die Signale BEO bis
BEN, die von den entsprechenden Ausgängen stammen, den logischen
Wert "1", und wenn die Schalter geöffnet sind, haben die Signale BRO bis BEN den logischen Wert "0".
Wenn deshalb gewünscht wird, die Ziffer "5" (Impulse) als Betrag des zu kompensierenden toten Ganges einzustellen, sind nur zwei
Schalter S2 und SO geschlossen und die anderen Schalter bleiben offen.
Das heißt, die Signale BE2 und BRO werden den loeischeri Wert "1"
haben, während die anderen Signale den logischen Wert "0" haben werden.
— 25 209845/08 9-6
Fig. 9 fceigt die Schaltung des Registers BE zur Kompensation
von totem Gang im Detail.
In der Schaltung der Mg. 9 sind Ni bis N7 NAND-Schaltungen
und Ai bis A4 AND-Gatter. Fi bis F^ stellen Flip-Flops dar.
Die Flip-Flops F1 bis F^ sind so angeordnet, daß sie als Subtraktionszähler
mit den Werten 2 , 2 , 2 , 2n dienen,
wobei die Werte denen der entsprechenden in Fig. 8 gezeigten Schalter entsprechen. Wird das Signal EST "i", dann werden alle
Flip-Flops Fi bis F5 in ihren Ausgangszustand zurückgestellt.
Wenn vom Eichtungsunterscheidungselement DD in der bereits erläuterten
Weise eine Eichtungsänderung erfaßt wird,· wird das Signal BSET zur Einstellung des Betrags des toten Gangs gleich
"1" und der in der Schalteinrichtung nach Fig. 8 eingestellte numerische Wert wird im Eegister BR gebildet, das heißt, in den
entsprechenden Flip-Flops des Registers BE.
Wenn, zum Beispiel, der numerische Wert "5" in der Schalteinrichtung
SW von Fig. 8 eingestellt wird, werden die Flip-Flops Fi und F3, wie vorne erwähnt, eingestellt.
Die vom Positionsumsetzer PO in Fig. i kommenden Impulse werden
dem AND-Gatter Ai als vom Eegister BE abzuziehende Subtraktionsimpulse BDG zugeführt. :
- 24 -
209845/0896
Wenn ein Signal BEC, das "1" wird, wenn der Inhalt des Eegißters BE nicht "O" ist, in den anderen Eingang des AND-Gatters A1 gegeben
wird, werden die Impulse BDG den entsprechenden Flip-Flops F1 bis F? zugeführt, bis der Inhalt des Eegisters BE Hull wird.
Es ist verständlich, daß der Inhalt des Eegisters BE, wie im
Falle des Fehlerregisters EE, bei Durchgang jedes Impulses BDO
durch das AND-Gatter A1 vermindert wird.
Fig. Ί0 zeigt ein Beispiel des Digital-Analog-Umsetzers DAO.
Der Digital-Analog-Umsetzer DAO erzeugt Spannungen, deren Höhe
proportional zum Inhalt (das heißt, der digitalen Menge) des Fehlerregisters EE ist. Gleichzeitig liefert der Digital-Analog-Umsetzer
DAO während des Kompensationsvorgangs für den toten Gang mittels des Signals BEC, das "1" wird, wenn der Inhalt des Eegisters
BE nicht Null ist, eine bestimmte Spannung an einen Arbeitsverstarker OA.
Die Signale EE2°, EE21, , EE2n der betreffenden Ziffern
des Fehlerregisters gelangen über die entsprechenden NAND-Schaltungen
N1 bis N5 zu den Transistoren TE1 bis TE6.
Wenn sich die Transistoren TE1 bis TE6 im Schalthubtand "EIN"
befinden, sind die Widerstände E9, E11, E13, B15 und E17 vom
- 25 209845/0896
Arbeitsverstärker OA getrennt.
Während des gewöhnlichen ß'teuervorgangs des numerischen Steuersystems
ohne den Kompensationsvorgang für toten· Gang ist das Signal BEG "0" und als !Folge davon ist der Ausgang des NAND-Gatters
N6 gleich "1", so daß nur Transistoren in den "AUS"-Zustand
kommen, die mit den Ziffern des Fehlerregisters, die
Ausgänge "1", korrespondieren; deshalb kann durch vorherige geeignete Bemessung der erwähnten Widerstände ein Strom- oder
Spannungssignal proportional dem Inhalt des Fehlerregisters am Ausgang DAO+ des Arbeitsverstärkers OA erhalten v/erden.
Während des KompensationsVorgangs für toten Gang wird das Signal
BRC gleich "1", wobei der Ausgang des NAND-Gatters N6 gleich 11Q"
wird, so daß die Transistoren TE1 bis TE5 in den "EIN"-Zustand
gelangen und nur der Transistor TE6 in die "AUS"-Position gelangt. Somit wird die Spannung am variablen Widerstand VE in den
Operationsverstärker OA gegeben. Somit kann die Verstärkung des gesamten numerischen Steuersystems dadurch angehoben werden, daß
der Ausgang des Operationsverstärkers OA bei Spannungseinspeisung
vom variablen Widerstand VE größer gemacht wird,, als bei der Digital-Analog-Umsetzung des wirklichen Wertes des Fehlerregisters.
Nun verhindert die Eingabe eines Signals "z¥ in das NAND-Gatter
N6 die Durchführung der Kompensation des toten Gangs innerhalb
- 26 209845/0896
eines Nullbereichs mit einem "bestimmten Ausmaß, wobei dieser
Bereich vorher im Inhalt des i'ehlerregisters bezüglich des zentralen Wertes Null festgelegt wurde.
Dieses Signal "ZW wird 11O","wenn sich der Inhalt des Fehlerregisters
innerhalb des Nullbereichs bewegt, wie später erklärt wird.
Deshalb ist, sogar wenn innerhalb des Null-Bereichs eine !Richtungsänderung
stattfindet, der Ausgang des NAND-Gatters N6 gleich "1" und der Transistor TR6 ist im Zustand "AUS", da das Signal
ZW" gleich Null ist und deshalb wird nur der gewöhnliche Betrieb ausgeführt.
Fig. 11 stellt die Nullbereich-Einstellschaltung dar. Zur Einstellung des Bereichs werden mehrere Schalter fortlaufend
von der niedrigeren Ziffer LSD aus in den "AUS"-Zustand gebracht.
Wenn nun nur die Schalter SW2° und SW21 in den "AUS"-Zustand
gebracht werden und die anderen Schalter im "EIN"-Zustand verbleiben, wird der Ausgang ZW" gleich "0", wenn der Inhalt des
i'ehlerregisters kleiner als der numerische V/ert "3" ist, und er wird gleich "1", wenn der Inhalt des i'ehlerregisters größer "4"
ist.
Somit wird der Nullbereich ZD im Inhalt des i'ehlerregisters in
- 2? 209845/0896
- 2.1 -
positiver und negativer Richtung festgelegt, wie in der folgenden Ungleichung ausgedrückt:
-3 < ZD < 3
Es ist verständlich, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem Kückwärtsbefehl bezüglich der Bewegungsrichtung der
Werkzeugmaschine die Schleifenverstärkung des gesamten Servosystems
kurzzeitig erhöht wird, so daß die Werkzeugmaschine die gewünschte Position, selbst bei Vorhandensein von mechanischem
toten Gang, in äußerst kurzer' Zeit erreicht.
-■28 209845/0896
Claims (3)
- Patentansprüche/Ί Δ Verfahren zur numerischen Steuerung einer Maschine mittels eines Servosystems, wobei die Maschine einen beweglichen Teil besitzt, der durch einen Antrieb entsprechend einem Befehl in eine gewünschte Position gebracht wird, wobei das Servosystem mit einer Rückführungseinrichtung ausgestattet ist, die die Rückführung des beweglichen Teils der Maschine aus einer tatsächlichen Position durchführt, dadurch gekennzeichnet , daß eine Stufe vorgesehen ist, in der die Verstärkung des Servosystems erhöht wird, wenn eine Richtungsänderung des beweglichen Teils der Maschine erforderlich ist, so daß der Antrieb den toten Gang der Maschine rasch kompensiert.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verfahrensstufe, in der die Verstärkung des Servosystems erhöht wird, eine vorher festgelegte Zeitdauer besitzt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Stufe vorgesehen ist, in der das Ausmaß des zu kompensierenden toten Gangs voreingestellt wird, so daß der Antrieb das vorher festgelegte Ausmaß an totem Gang der Maschine rasch kompensiert.— 29 — 20 9645/0896Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Stufe, in der die Verstärkung erhöht wird, erst nach Beendigung des Steuerbefehls "vorgesehen ist. ' ■ ■ · ·209845/0896Leerseite
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