DE2219692A1

DE2219692A1 - Verfahren zur numerischen Steuerung einer Maschine

Info

Publication number: DE2219692A1
Application number: DE19722219692
Authority: DE
Inventors: Kengo Kawasaki Kanagawa; Manabe Mitsuo Tokio; Kobayashi (Japan). P
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1971-04-22
Filing date: 1972-04-21
Publication date: 1972-11-02
Also published as: FR2134048A1; DE2219692C3; JPS522074B1; GB1384323A; US3828238A; DE2219692B2; FR2134048B1; CH574641A5

Description

DlPL.-ING. REINHOLDKRAMER βοοσ München oo

FLOSSMANNSTRASSE 15 FA IENTANWALT TELEFON (0811) 883603/083604

9692

I'ujit'su Limited
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.

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

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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.

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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

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- 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 "1^W

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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.

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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-

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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.

Tabelle 1

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 E2^MSetz"- 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

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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.

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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. :

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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

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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

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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

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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.

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Claims

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.

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Verfahren 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. ' ■ ■ · ·

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