DE2219692B2

DE2219692B2 -

Info

Publication number: DE2219692B2
Application number: DE2219692A
Authority: DE
Inventors: Kengo Kawasaki Kanagawa Kobayashi; Mitsuo Tokio Manabe
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1971-04-22
Filing date: 1972-04-21
Publication date: 1973-10-04
Also published as: GB1384323A; FR2134048A1; JPS522074B1; DE2219692A1; US3828238A; CH574641A5; DE2219692C3; FR2134048B1

Description

Fig. 11 eine Einstellschaltung zur Einstellung des ^ullbereichs.

Nach Fig. 1 wird eine BefehlsimpulsfolgeCWP lus einer numerischen Steuereinheit NC in ein Feherregister ER eingespeist und dort gesammelt. Der Inhalt des Fehlerregisters ER bzw. der in diesem aufgelaufene Wert wird an einen Digital-AnalogumsetzerD/lC 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 FS vom Servomotor SM angetrieben, um damit einen Arbeitstisch MTA 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 Meßska! ■ LS erfaßt, und dann wird die entsprechende analoge Ausgabe der Meßskala LS einem Analog-Digitalumsetzer/IDC, der als Positionsmelder dient, zugeführt und in eine Rückführungsimpulsfolge FBP umgewandelt, die dem Fehlerregister Ei? zugeleitet wird, um den Wert von der im Fehlerregister ER aufgelaufenen Befehlsimpulsfolge CWP abzuziehen.

Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Richtungsünterscheidungsvorrichtung DD vorgesehen, die eine Polaritätsumkehr des Inhalts des Fehlerregisters ER erfaßt, die auftritt, wenn der Arbeitstisch den durch die Befehlsimpulsfolge CWP vorgegebenen Einstellpunkt überfährt.

Bei Erscheinen eines Ausgabewertes an der Richtungsunterscheidungsvorriciitung DD werden in einem Register BR numerische Werte gebildet, die in einem Eins^llelement SW zur Einstellung des Betrages des zu kompensierenden toten Gangs voreingestellt worden sind, und dann wird der Inhalt dieses Registers BR 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 Servomoto. SM angeschlossen, wodurch die Anzahl der Umdrehungen des Servomotors SM nach Durchlaufen des Positionsumsetzers PC und der Pulsgeneratorschaltung PG in die entsprechende Impulsfolge umgewandelt wird. Die von der Pulsgeneratorschaltung FG ausgegebene Impulsfolge wird über ein Gatter GT in das Register BR eingespeist, um eine Subtraktion vom Inhalt des Registers BR zu bewirken, bis der Inhalt des Registers BR Null wird und das gesamte Servosystem die normale numerische Steueroperation wieder beginnt.

F i g. 1A veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Inhalt des Fehlerregisters ER und der Drehzahl des Servomotors SM für den Fall des normalen numerischen Steuervorgangs.

In F i g. IA zeigt die Abszisse den im Fehlerregister ER aufgelaufenen digitalen Wert und die Ordinate die Drehzahl, das heißt, die Drehgeschwindigkeit des Servomotors SM.

Das Schjubi'.J ist so zu verstehen, daß sich der Servomotor SM bei positivem, digitalem Wert im Fehlerregister ER vorwärts, bei negativem, digitalem Wert rückwärts dreht.

F i g. 1 B veranschaulicht das Verhältnis zwischen dem Inhalt des Fehlerregisters ER und dem Ausgangswert des Digital-Analogumsetzers für den Fall der Kompensation des toten Gangs, d. h.. die Abszisse zeigt den digitalen Wert des Fehlerregislers ER, während die Ordinate die vom Digital-Analogum-

ii setzer DAC stammende Ausgangsspannung zeigt.

Gemäß der Erfindung vergrößert sich nun, entsprechend der Tatsache, daß die numerische Steuereinheit ständig eine positive Befehlsimpulsfolge -r CWP ausgibt, der Inhalt oder der digitale Wert

des Fehlerregisters ER. Gleichzeitig ist der Inhalt jedoch einem Subtraktionsvorgang durch die positive Rückführungsimpulsfolge +FBP unterworfen, die dem subtraktiven Eingang des Fehlerregisters ER zugeführt wird.

Der obengenannte Vorgang ist im Schaubild Iß durch den Pfad a—+b^i.—>d veranschaulicht.

Wenn die Anzahl der Rück.ührungsimpulse ^FBP größer als die Anzahl der Befehlsimpulse -CWP wird, weil die Werkzeugmaschine 11 das durch die

as positiven Befehlsimpulse +CWP befohlene Ausmaß der Bewegung wegen des großen Trägheitsvermögens des Arbeitstisches MTA, mechanischer Fehler des Vorschubmechanismus FS oder wegen einiger sonstiger Gründe überschreitet (im Schaubild d -+ e),

wächst der Inhalt des Fehlerregisters Ei?, der bei Übereinstimmung der Anzahl der Befehlsimpulse + CWP 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 Richtungsunterschddungsvorrichtung DD eine Ausgabe als ein Richtungsänderungssign ;1, 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 DA C 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 Ei? beinahe auf Null reduziert ist. Nachdem sich der Servomotor in der Rückwärtsrichtung so weit bewegt hat, daß der verbleibende tote Gang ausgeglichen ist, wird Register Bi? zu Null, und als Folge

hiervon kehrt die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers DAC auf ihren Nonnalwert zurück (im Schaubild Iß Punkt/), und deshalb wird die Werkzeugmaschine 11 durch den Servomotor SM mit zunehmend reduzierter Drehzahl auf den Ein-Stellpunkt g gefahren (im Schaubild IB f -*■ g).

F i g. 2 zeigt eine Einrichtung zum Ausgleich des toten Gangs, wie sie 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 NCO, einem Pulsgenerator PG. der abwechselnd eine Normalimpulsfolge VVP und eine Rückwärtsirnpulsfolge VNP mit einer Impulsfolgefrequenz erzeugt, die abhängig ist vom Inhal· des Zählers NCO, einem Ringzähler RC, an den vor gewissen vorher festgelegten Stufen des Zählers NCC ein positiver und ein negativer Impuls als Normal

impuls PP oder Rückwärtsimpuls NP gegeben wird, gezeigt, ebenfalls an das Register RE gegeben, um und einem OR-Gatter OR, durch das Impulse, die fortlaufend von dessen Inhalt abgezogen zu werden, vom obenerwähnten Impulsgenerator PG stammen, in so daß, wenn der Inhalt des Registers RE zu Null den Ringzähler RC als Normalimpulse CW oder wird, die Verstärkung des gesamten Servosystems Rückwärtsimpulse CCW gegeben werden. DU stellt 5 wieder in den Normalzustand zurückkehrt,
eine Antriebseinheit für einen Schrittmotor PM dar, Der Betrag des toten Gangs kann im Register RE,

der einen Vorschubmechanismus FS der Werkzeug- wie durch die gestrichelte Linie BCM in F i g. 2 gemaschine 11 über den Eingriff der Zahnräder RGL zeigt, festgelegt werden, wenn der festzulegende Bc- und RGl antreibt. Somit dreht sich der Schritt- trag vorher in den Speicher der numerischen Steuermotor PM als Reaktion auf einen Impuls der Stell- io einheit NC eingespeichert worden ist.
impulse PP oder NP, die dem Systemzähler für Fig. 3 zeigt ein drittes Beispiel, bei dem eine

/V-Zahlcn NCO entstammen, um einen Schritt. Die Kompensation des toten Gangs bei einem geschlos-Schrittgröße des Schrittmotors PM entspricht jedoch senen numerischen Steuersystem, ähnlich wie im der l//V-fachen Schrittgröße, die vom Schritt- zweiten Beispiel nach Fig. 2, angewandt wird, aber motor PM ausgeführt worden wäre, wenn er direkt 15 eine weitere Rückführungsfunktion zur Kompenvon einer Eingabeimpulsreihe CWP1 wie bei der sation des Fehlers des gesamten Systems vorgckonventionellen Art angesteuert worden wäre. Das sehen ist.

heißt, daß der Schrittmotor PM einen ganzen In Fig.3 wird eine Befehlsimpulsfolge CWPl in

konventionellen Drehschritt ausführt, wenn er von eine Servofehler-EliminicrungsschaltungSS und in N-Impulsen CWP1 angesteuert wird. »o die obenerwähnte Feinerregungsschaltung 23 einge-

Die aus der numerischen Steuereinheit NC ausge- speist. Die Befehlsimpulsfolge CWP1 wird in einem gebene Befehlsimpulsfolge CWP1 wird im Fehler- Fehlerregister ER 1 der Servofehler-Eliminierungsregister ER der Fehlererfassungsschaltung 21 des schaltung 33 gespeichert und dann durch ein Addier-Servosystems gespeichert, während das tatsächliche werk ADl jedesmal bei Ankunft von Impulsen mit Ausmaß der Bewegung des Arbeitstisches MTA, das as der Bezugsfrequenz/, am Addierwerk dem Speicher von der SkalaS erfaßt wird, über eine Bewegungs- ARl hinzuaddiert. ÜberlaufimpulseCWP1 des größenerfassungDDT als Rückführungsimpulsfolge Speichers A R1 werden in das Register ER 1 zurück- FBP dem Fehlerregister ER zugeführt wird, um dort geführt, um vom Wert der im Register ER 1 gespeivom Wert der im Fehlerregister ER gespeicherten cherten Befehlsimpulse CWPl subtrahiert zu werden. Befehlsimpulsreihe CWPl abgezogen zu werden. 30 Diese Überlaufimpulse CWP1 haben jedoch eine

Jedesmal, wenn eine einem Impulsgenerator OSCO bestimmte Zeitverzögerung bezüglich der Befehlscntstammende Impulsfolge konstanter Frequenz/₀ impulse CWPl, wobei diese Zeitverzögerung immer einem Addierwerk AD zugeführt wird, wird der proportional zur Frequenz der Befehlsimpulse gehal-Inhalt des Fehlerregisters ER an einen Speicher AR ten wird und damit den gleichen Verzögerungseffekt gegeben. Überlaufimpulse vom Speicher/iß werden 35 bewirkt wie Verzögerungsglieder in Form eines als eine Impulsfolge zu Eingabeimpulsen CWP1 für Schrittmotors PM. Die Impulsfolge CWPl wird in die Feinerregungsschaltung 23. Die Frequenz ist pro- einem Fehlerregister ER 2 der Servofehler-Erfasportional zum momentanen Inhalt des Fehlerregi- sungsschaltung 31 gespeichert, und der Inhalt des stersE/?. Fehlerregisters ER 2 wird jedesmal, wenn Impulse

Wenn sich das Vorzeichen der im Fehlerregister£7? 40 mit der Frequenz /_ä am Addierwerk AD 2 ankommen, gespeicherten Größe aus ähnlichen Gründen, wie mittels eines Addierwerkes/iD 2 einem Speicher/l/? 2 früher erwähnt, umkehrt (s. erstes Beispiel in Fig. 1), hinzuaddiert. Die Überlaufimpulse des Speichers so entstehen in Register RE die in einem Einstell- ARl werden dann über das OR-Gatter OR zur element SW zur Einstellung des Betrages des zu korn- Kompensationseingabe für die Feinerregungsschalpensierenden toten Gangs voreingestellten nume- 45 tung23. Das heißt, da Rückführungsimpulse FBP1 rischen Werte, und der Inhalt des Registers RE wird entsprechend dem Ausmaß der Bewegung der Werkin ein analoges Signal umgesetzt, das einem Impuls- zeugmaschinell dem Fehlerregister ER 2 zugeführt generator variabler Frequenz OSC1 zugeführt wird. werden, um dort vom Betrag der im Fehierregister Als Folge davon erhält man am Ausgang des Impuls- ERl gespeicherten Impulse CWP 2 abgezogen zu generators variabler Frequenz OSC1 eine Impuls- 50 werden, drückt der Inhalt des Fehlerregisters Ek 2 folge BP mit Frequenzen proportional zum Inhalt die Abweichung der tatsächlichen Bewegung der des obenerwähnten Registers RE. Diese Impulsfolge Werkzeugmaschine 11 gegenüber dem eingestellten BP stoppt den Betrieb des Generators OSCO, wäh- Wert, der von der numerischen Steuereinheit NC rend sie über das OR-Gatter OR in das Addier- verlangt wurde, aus und entsprechend dieser Abwerk AD eingespeist wird, so' daß der Inhalt des 55 weichung werden vom Speicher AR2 Kompen-Fehlerregisters ER durch Eingabe jedes Impulses der sationsimpulse erzeugt.
Impulsfolge BP dem Speicher AR hinzuaddiert wird. Wenn sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Dadurch, daß die Frequenz /, der Impulsfolge BP, das Vorzeichen des Inhaltes des Fehlerregisters ER 2 wenn der Inhalt des Registers RE den kleinsten aus den früher erwähnten Gründen umkehrt, stellt Wert »1« hat, so festgesetzt wird, daß sie beinahe 60 das RichtungsunterscheidungselementDD den PoIagleich der Frequenz /₀ der Impulsfolge aus dem ritätswechsel unverzüglich fest, und der numerische Generator OSCO ist, wird das Intervall zwischen Wert, der in einer Einstellvorrichtung SW, wie z. B. jeder Addition von Impulsen BP zum Addierwerk A D einer Schaltvorrichtung zur Festsetzung des Auskleiner, wenn der Betrag des toten Gangs, der in der maßes des zu kompensierenden toten Gangs, fest-Einstellvorrichtung SW eingestellt ist, größer als der 65 gelegt ist, wird in das Register ER übertragen und Wert »1« ist, und als Folge davon wird die Ver- aufgenommen und Impulse vom Generator OSC werstärkung des gesamten Servosystems erhöht. Über- den als Kompensationsimpulse BP ausgesandt und iauGmpulse vom Speicher AR werden, wie in Fig. 2 gleichzeitig in das Register RE zurückgespeist und

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dort vom Inhalt des Registers RE einzeln subtrahiert. gen und Fl bis FS Flip-Flops. UPC ist ein Addier-

Sobald dann der Inhalt des Registers RE zu »0« signal, und wenn dieses Addiersignal den logischen

wird, wird das Aussenden von Kompensationsim- Wert »1« hat, zählt das Register ER die Zahl der

pulsen BP duich den Generator OSC eingestellt. Taktimpulse CL vorwärts. DWC ist ein Subtrahier-

Bei einer Richtungsänderung der Werkzeugma- 5 signal, und wenn dieses Subtrahiersignal den logi-

schincll werden die Kompensationsimpulse BP mit sehen Wert »1« hat, zählt das Register ER die Zahl

vorgewählter Frequenz über das OR-Gatter OR dem der Taktimpulse CL rückwärts.

Kor.ipensationskreis hinzuaddiert, und als Folge Das heißt, jede der Flip-Flopschaltungen Fl

davon wird die Verstärkung des gesamten Servo- bis FS kehrt ihren Schaltzustand bei Einspeisung

systems kurzzeitig erhöht. io eines Taktimpulses um, so daß die Zustände »Setzen«

Im dritten Beispiel nach Fi g. 3 kann jedoch eine und »Löschen« des Ausgangs abwechselnd vertauscht Modifikation der obenerwähnten Arbeitsweise der- werden, wenn ein Eingabesignal mit dem logischen gestalt vorgenommen werden, daß die Kompensation Wert »1« in die gegenseitig verbundenen Eingänge des toten Gangs darauf beschränkt wird, daß sie nur jedes der Flip-Flops Fl bis F5 eingespeist wird,
nach Beendigung der Zufuhr der Befehlsimpuls- 15 RST ist das »Lösche-Eingangssignal, durch das die folge CWPl erfolgt. Diese Beschränkung ist im Bei- entsprechenden Flip-Flops Fl bis FS vorläufig in spiel der Fig.3 für die Stabilität des numerischen den »Lösch«-Zustand versetzt werden, wobei beim Steuersystems sehr vorteilhaft, weil der Inhalt des Einschalten der (nicht dargestellten) elektrischen Fehlerregisters ER 2 sein Vorzeichen ändern kann, Energiequelle die Ausgänge der entsprechenden Flipwährend noch Befehlsimpulse CWPl zugeführt wer- 20 Flops im »Setz«-Zustand den logischen Wert »0« den und als Folge davon der Kompensationsvorgang und die im »Lösch«-Zustand den logischen Wert »1« des toten Gangs der Werkzeugmaschine 11 ausgeführt besitzen.

wird. Dies wäre jedoch für die Stabilität des Steuer- Wenn nun in dem Zustand, in dem das Signal UPC

systems ungünstig. ^{mil dem} logischen Wert »1« geliefert wird, einer der

Bei dieser Modifikation im dritten Beispiel nach 25 Taktimpulse eingegeben wird, kehrt Flip-Flop Fl

F i g. 3 kann vorgesehen werden, daß ein Signal seinen Zustand um, so daß dessen Ausgang im

»Zero«, dessen logischer Wert »1« wird, wenn der »Setz«-Zustand den logischen Wert »1« hat. Deshalb

Inhalt des Fehlerregisters ER 1 »0« wird und das wird der Ausgang des NAND-Gatters N4 »0«, und

Ausgangssignal DDS der Richtungsunterscheidungs- ^der Eingang des Flip-Flops F2 wird »1«. Als Folge

suialtung DD in ein AND-Gatter AG eingespeist 30 davon kehrt Flip-Flop F2 bei Eingabe eines zweiten

werden und die Ausgabe dieses AND-Gatters AG Taktimpulses seinen Zustand um. Damit erfolgt die

über einen Schalter SWl dem Register RE zugeführt binäic Vonvärtszählur.g irr. Fehlerregister ER in der

wird, so daß die von dem AND-Gatter AG erhaltene richtigen Folge.

Ausgangsgröße als Stellsignal für Voreinstellung des Ebenso wird, wenn das Signal DWC von dem logi-

Ausmaßes des zu kompensierenden toten Gangs ver- 35 ^{schen Wert >>1(<} zugeführt wird, bei Eingabe der

wendet werden kann. Taktimpulsfolge CL die binäre Rückwärtszählung

Der Inhalt des Fehlerregisters ER 1 wird nach folgerichtig in einer ähnlichen Weise wie die oben-

einer gewissen ZeitdifTerenz nach dem Ende der Zu- erwähnte Vorwärtszählung ausgeführt,

fuhr der Befehlsimpulsfolge CWPl zu »0«, und dann Der Ausgang ERZ des NAND-Gatters N 23 hat

erscheint, falls sich das Vorzeichen des Inhalts des 40 den logischen Wert »1«, wenn der Inhalt des .fehler-

Fehlerregisters ER 2 ändert oder geändert hat. am registers ER »0« ist, und sonst hat der Ausgang ERZ

Ausgang des AND-Gatters AG der logische Wert des NAND-Gatters/V23 den logischen Wert »ü«.

»1«. Wenn deshalb der SchalterSWl in die durch Fig.6 stellt eine Richtungsunterscheidungsschal-

cine gestrichelte Linie in F i g. 3 dargestellte Stellung tung im Fehlerregister dar, durch die die Richtungen

uebra'cht wird, wird ein vorgewählter Betrag an totem 45 der Befehlsimpulsfolgen und der Rückführungsim-

Gang im Register RE voreingestellt und der Vorgang pulsfolgen, die dem Fehlerregister zugeführt werden,

zur Kompensation des toten Gangs beginnt. " der Betriebsschaltung nach Fig. 5 festgestellt

In Fi g. 3 ist CG ein Sollwertsignaleinsteller, SS ist werden.

eine Skala und SC ist ein Schieber, der mit der Das heißt, da der Inhalt des Fehlerregisters, wie

Skala SS zusammenarbeitet. 50 später beschrieben, nur den Zustand von Null bis

F i g. 4 zeigt das vierte Beispiel dieser Erfindung. voller Zählerstand haben kann, bestimmt die Rieh-

Wenn sich bei diesem Beispiel das Vorzeichen des tungsunterscheidungsschaltung nach F i g. 6, ob die

Inhaltes des Fehlerregisters ER 2 ändert, wird eine positive Befehlsimpulsfolge +CWP, die aus der Vor-

monostabile KippschaltungM über das Richtungs- wärtsbewegung der Werkzeugmaschinell resultie-

Unterscheidungselement DD betätigt. Die Kippschal- 55 rende positive Rückfuhrungsimpulsfolge +FBP, die

tang M sendet einen Impuls aus, der das Gatter GA negative jiefehlsimpulsfolge -CWP und die aus dei

öffnet. Dadurch wird für eine durch das Zeiteinsteil- Rückwärtsbewegung der Werkzeugmaschine 11 resul

glied T bestimmte Zeit eine vom Generator OSC er- tierende negative Rückfuhrungsimpulsfolge — FBl

zeugte Impulsfolge konstanter Frequenz/₃ über das im Fehlerregister jeweils vorwärts oder rückwärt!

Gatter GA an die Feinerregungsschaltung 23 gelegt. 60 gezählt werden soll.

Natürlich kann das vierte Beispiel ähnlich wie In Fig.6 sind Nl bis N Π NAND-Schaltungei

beim dritten Beispiel modifiziert werden. und A1 und A 2 AND-Schaltungen.

Nun werden die in den erwähnten Beispielen die- ERZ ist ein Signal, das den logischen Wert »1<

ser Erfindung verwendeten Schaltungen im Detail oder »0« hat, je nachdem, ob der Inhalt des Fehler

erläutert. 65 registers Null ist oder nicht.

Fi g. 5 stellt eine detaillierte Betriebsschaltung der _o- _Ί RTS ist ein »Lösch«-Signal, um die Flip-Flops Fl

Fehlerregister ER, ER 1 und ER 2 dar. .: j F2 und F3 in ihren Ausgangszustand zurückzu

In Fig. 5 bedeuten Nl bis N 23 NAND-Schaltun- £ j stellen.

Ferner ist das Signal UPC ein Additionssignal für das Fchlerregister, und der Ausgang DWC ist ein Subtraktionssignal.

Das Symbol +SIG drückt aus, daß das Vorzeichen

des im Fehlerregister aufgelaufenen Wertes positiv ist, wenn +SlG den Wert»!« hat, und das Symbol -SIG drückt aus, daß das Vorzeichen negativ ist, wenn es den Wert »1« hat.

Die in Fig. 6 angegebenen Signale +SP, -SP, — SS und +SS sind Ausgangsgrößen, die zur Erfassung der Richtungsänderung dienen, und die, wie später erklärt wird, der Richtungsunterschcidungsschaltung DD zugeführt werden, damit die Schaltung DD ein Signal erzeugt, das die Richtungsänderung anzeigt und das die Länge einer Taktperiode τ hat.

Es wird nun die Betriebsweise der Schaltung in F i g. 6 erklärt, wobei angenommen wird, daß in Fig. 6 jedes der Flip-Flops Fl bis F3 in den »Lösch«-Zustand versetzt ist, d. h., sein Ausgang »Setzen« entspricht »0« und sein Ausgang »Löschen« entspricht »1«.

Gleichfalls wird angenommen, daß der Inhalt des Fehlerregisters Null ist. In diesem Fall wird in jedem der Flip-Flops Fl bis F3 der »Sctz«-Ausgang bei Eingabe eines Taktimpulses »1«, sofern der »Setz«- Eingang »1« ist und der »Lösch«-Ausgang wird bei Eingabe eines Tatkimpulses »1«, sofern der »Lösch«- Eingang »1« ist.

1. Wenn einer der positiven Befehlsimpulse +CWP ansteht, wird während der Länge einer Taktperio'le 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 positiven Befehlimpuls +CWP eine Taktimpulsperiode τ lang erzeugt, und damit wird der Inhalt des Fchlerregisters durch die empfangenen positiven Befehlsimpulse, wie vorher erklärt, fortschreitend aufgefüllt.

2. Wenn das Fchlerregister positive Rückführungsimpulsc +FBP, die aus einer Vorwärtsbewegung der Werkzeugmaschine resultieren, empfängt, wird für jeden positiven Rückführungsimpuls +FBP ein Subtraktionssignai erzeugt, und als Folge davon wird der Inhalt des Fehlerrcgisters durch die Anzahl der empfangenen Impulse +FBP vermindert.

3. Wenn die gleiche Anzahl positiver Rückführungsimpulse + FBP, wie die Zahl der bereits vom

ίο Fchlerregister empfangenen positiven Befehlsimpulse + CWP in die Rückführungsschleife geschickt wird, wird der Inhalt des Fehlerregisters Null. Wenn jedoch nachher die positiven Rückführungsimpulse + FBP, 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 -SlG erzeugt, und dann wird das Addier-Signal wiederholt erzeugt.

so daß alle überschüssigen positiven Rückführungsimpulse + FBP im Fehlerregister gebucht werden.

4. Nach Beendigung des Empfangs der positiven Befehlsimpulse +CWP im Fehlerregister, aber während der Eingabe der positiven Rückführungsimpulse +FBP, dienen, falls negative Befehlsimpulse -CWP eingegeben werden, diese dazu, sowohl Subtraktionssignale DWC als auch die Rückführungsimpulse + FBP zu erzeugen, so daß der Inhalt des Fehlerregisters verkleinert wird.

5. Wenn im Fall 4 einer der positiven Rückführungsimpulse + FBP und einer der negativen Befehlsimpulse gleichzeitig eingegeben werden, wird das Subtraktionssignal über zwei Taktperioden gegeben. 6. Die Signale +5P, -SP, -SS und +SS, durch die die Vorzeichenänderung des im Fehlerregister aufgelaufenen Wertes erfaßt wird, werden, wie in F i g. 7 gezeigt, der Richtungsunterscheidungsschaltung DD zugeführt.

Die Signale +SP, -SP, -SS und +SS wechseln entsprechend der folgenden Tabelle.

Signal	Ausgangszustand	Flip-Flop Fl »Setz«-Zustand mit Fehlerregister Null (Vonvärts- richtung)	Flip-Flop F 3 »Setz«-Zustand	Flip-Flop F2 »Setz«-Zustand mit Fehlerregister Null (Rückwärts richtung)	Flip-Flop F 2 »Lösch «- Zustand
+ SP -SP -SS +SS	0 0 1 0	1 0 1 0	0 0 0 1	0 1 0 1	0 0 1 1

F i g. 7 zeigt eine Richtungsunterscheidungsschaltung DD im Detail. In der Schaltung DD wird ein Signal BSET zur Einstellung der Größe des zu kompensierenden toten Gangs in Abhängigkeit vom »Setz«- oder »Lösch«-Zustand des Flip-Flops 3 nach F i g. 6 gebildet.

Nl bis iV3 sind NAND-Schaltungen.

F i g. 8 ist eine Schalteinrichtung zur Einstellung des Betrags des zu kompensierenden toten Gan^s.

In Fig. 8 haben entsprechende Schalter SO, Sl, S 2 bis Sn — 1 und Sn Gewichte bzw. vVerte von 2°, 2¹, 2² bis 2"~^l und 2" entsprechend den Ziffern des binären Zahlensystems.

Wenn die Schalter geschlossen sind, haben die Signale BRQ bis BRN, die von den entsprechenden Ausgängen stammen, den logischen Wert »1«, und wenn die Schalter geöffnet sind, haben die Signale BR 0 bis BRN den logischen Wert »0«.

Wenn deshalb gewünscht wird, die Ziffer »5« (Impulse) als Betrag des zu kompensierenden toten Gangs einzustellen, sind nur zwei Schalter Sl und SO geschlossen, und die anderen Schalter bleiben offen.

Das heißt, die Signale BR2 und BRO werden den logischen Wert »1« haben, während die anderen Signale den logischen Wert »0« haben werden.

F i g. 9 zeigt die Schaltung des Registers BR zur Kompensation von totem Gang im Detail.

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In der Schaltung der Fig. 9 sind ΛΊ bis Nl Fchlerregisters, die Ausgänge»!«, korrespondieren;

NAND-Schaltungcn und A 1 his A 4 AND-Gatter. deshalb kann durch vorherige geeignete Bemessung

Fl bis F5 stellen Flip-Flops dar. der erwähnten Widerstände ein Strom- oder Span-

Dii. Flip-Flops Fl bis F5 sind so angeordnet, daß nungssignal proportional dem Inhalt des Fehlcrrcgi-

sie als Subtraktionszähler mit den Werten 2", 2¹, 2'² 5 stcrs am Ausgang DAOV des Arbeitsverstärkers OA

bis 2" dienen, wobei die Werte denen der cntspre- erhalten werden.

chenden in F i g. 8 gezeigten Schalter entsprechen. Während des Kompcnsaüonsvorgangs für toten

Wird das Signal RST »1«, dann werden alle Flip- Gang wird das Signal BRC gleich »I«, wobei der

Flops Fl bis FS in ihren Ausgangszustand zurück- Ausgang des NAND-Galters/V6 gleich »0« wird, so

gestellt. ίο daß die Transistoren TR 1 bis TRS in den /EIN«-

Wcnn vom Richtungsunterscheidungsclement DD Zustand gelangen und nur der Transistor TRCi in die in der bereits erläuterten Weise eine Richtungsändc- »AUS«-Position gelangt. Somit wird die Spannung rung erfaßt wird, wird das Signal BSET zur Bin- am variablen Widerstand VR in den Opcrationsverstellung des Betrags des toten Gangs gleich »1« und stärker OA gegeben. Somit kann die Verstärkung des der in der Schalteinrichtung nach F i g. 8 eingestellte 15 gesamten numerischen Steuersystems dadurch angenumerische Wert wird im Register BR gebildet, d. h. hoben werden, daß der Ausgang des Opcrationsin den entsprechenden Flip-Flops des Registers BR. Verstärkers OA bei Spannungscinspeisung vom vari-

Wcnn z. B. der numerische Wert »5« in der Schalt- ablen Widerstand VR größer gemacht wird als bei

einrichtungSW von Fig. 8 eingestellt wird, werden dci Digital-Analog-Umsetzung des wirklichen Wertes

die Flip-Flops Fl und F 3, wie vorn erwähnt, ein 20 des Fehlerrcgisters.

gestell . Nun verhindert die Eingabe eines Signals ZW in

Die vom Positionsumsetzer PC in F i g. I korn- das NAND-Gatter Λ/6 die Durchführung der Kommenden Impulse werden dem AND-Gatter A I als pcnsation des toten Gangs innerhalb eines NuIlvom Register BR abzuziehende Subtraktionsimpulsc bercichs mit einem bestimmten Ausmaß, wobei dieser BDC zugeführt. 23 Bereich vorher im Inhalt des Fehlerrcgisters bczüg-

Wcnn ein Signal BRC, das »1« wird, wenn der lieh des zentralen Wertes Null festgelegt wurde.

Inhalt des Registers BR nicht »0« ist, in den anderen Dieses Signal ~ZW wird »0«, wenn sich der Inhalt

Eingang des AND-Galtcrs A 1 gegeben wird, werden des Fehlerrcgisters innerhalb des Nullbereichs bc-

die Impulse BDC den eltsprechenden Flip-Flops Fl wegt, wie später erklärt wird.

bis FS zugeführt, bis der Inhalt des Registers/?/? 30 Deshalb ist, sogar wenn innerhalb des NuIl-Be-

NuII wird. reichs eine Richtungsänderung stattfindet, der Aus-

Fs ist verständlich, daß der Inhalt des Registers gang des NAND-Gatters N6 gleich »I«, und der BR, wie im Falle des Fehlerregistcrs ER, bei Durch- Transistor TR 6 ist im Zustand »AUS«, da das Signal gang jedes Impulses BDC durch das AND-Gatter A 1 ZW gleich Null ist, und deshalb wird nur der gevermindert wird. 35 wohnliche Betrieb ausgeführt.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel des Digital-Analog- Fig. 11 stellt die Nullbereich-Einstellschaltung

Umsetzers DAC. dar. Zur Einstellung des Bereichs werden mehrere

Der Digital-Analog-Umsetzer DAC erzeugt Span- Schalter fortlaufend von der niedrigeren Ziffer LSD

nungcn, deren Höhe proportional zum Inhalt (d. h. aus in den »AUS'-Zustand gebracht,

der digitalen Menge) des Fehlerregisters ER ist. 40 Wenn nun nur die Schalter SW2ⁿ und SW2¹ in

Gleichzeitig liefert der Digital-Analog-Umsetzer DAC den »AUS«-Zustand gebracht werden und die ande-

während des Kompensationsvorgangs für den toten rcn Schalter im »Ein«-Zustand verbleiben, wird der

Gang mittels des Signals BRC, das »1« wird, wenn Ausgang ZW gleich »0«, wenn der Irhalt desFehler-

der Inhalt des Registers BR nicht Null ist, eine be- registers kleiner als der numerische Wert »3« ist, und

stimmte Spannung an einen Arbeitsverstärker OA. 45 er wird gleich »1«, wenn der Inhalt des Fehlerrcgisters

Die Signale ER 2°, ER 2¹ bis ER 2" der betreffen- größer als »4« ist.

den Ziffern des Fehlerregisters gelangen über die ent- Somit wird der Nullbereich ZD im Inhalt des Fehsprechenden NAND-Schaltungen N1 bis N5 zu den lerregisters in positiver und negativer Richtung fest-Transistoren TR 1 bis TR 6. gelegt, wie in der folgenden Ungleichung ausgeu, ackt:

Wenn sich die Transistoren TR1 bis TR 6 im 50

Schaltzustand »EIN« befinden, sind die Widerslände — 3 <L ZD <Ξ 3
R9, RH, R13, RlS und RIl vom Arbeitsverstärker OA getrennt. Es ist verständlich, daß erfindungsgemäß bei einem

Während des gewöhnlichen Steuervorgangs des Rückwärtsbefehl bezüglich der Bewegungsrichtung

numerischen Steuersystems ohne den Kompensations- 55 der Werkzeugmaschine die Schleifenverstärkung des

Vorgang für toten Gang ist das Signal BRC »0«, und gesamten Servosystems kurzzeitig erhöht wird, so

als Folge davon ist der Ausgang des NAND-Gatters daß die Werkzeugmaschine die gewünschte Position,

N6 gleich »1«, so daß nur Transistoren in den selbst bei Vorhandensein von mechanischem toten

»AUS«-Zustand kommen, die mit den Ziffern des Gang, in äußerst kurzer Zeit erreicht.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 O 2 das Servosystem mit einer Rückführungseinrichtung Patentansprüche- ausgestattet ist, die den beweglichen Teil der Ma- 1 ' schine beim Überfahren der gewünschten Position aus der tatsächlichen Position in die gewünschte

1. Vorrichtung zur numerischen Steuerung einⁿr 5 Position zurückfährt.

Maschine mittels eines Servosystems, bei der ein Bei dem bekannten Servosystem einer Maschine

beweglicher Teil der Maschine mittels eines An- mit geschlossener numerischer Steuerung oder offener triebes entsprechend einem Befehl in die ge- numerischer Steuerung mit Rückführungsausgleich wünschte Position gebracht wird und das Servo- wird die Endlage der Maschine exakt gesteuert, auch system mit einer Rückführungseinrichtung ausge- io wenn die Maschine einen mechanischen toten Gang stattet ist, die den beweglichen Teil der Maschine haben sollte, da eine Vorrichtung für die Erfassung beim Überfahren der gewünschten Position aus des tatsächlichen Vorschubs der Maschine vorgeder tatsächlichen Position in die gewünschte Posi- sehen ist; als Folge davon wird die Maschine, wenn tion zurückfährt, dadurch gekennzeich- sie eine gewünschte Position wegen mechanischer net, daß durch eine Kompensationsvorrichtung ι«; Fehler und/oder ihrer Trägheit überfährt, durch einen (SW, BR, BG, PC, BCC, RE, T, M, GA) für den Umkehrbefehl an das Servosystem der Maschine toten Gang bei notwendiger Richtungsänderung immer in die gewünschte Position zurückgefahren,
des beweglichen Teils (MTA) der Maschine (11) Wenn die Maschine jedoch einen toten Gang hat,

die Verstärkung des Servosystems (S/1, SM, GU, wird in diesem Fall die Rückwärtsbewegung erst PM) vorübergehend so lange erhöht wird, bis »o beginnen, wenn der mechanische tote Gang vollständer tote Gang der Maschine kompensiert ist. dig aufgenommen worden ist. Mit anderen Worten

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- wird die Verlustzeit durch die Zeit, die für die Aufkennzeichnet, daß die Änderung der Bewegungs- nähme von totem Gang erforderlich ist, vergrößert,
richtung des beweglichen Teils der Maschine Aufgabe dieser Erfindung ist es, den erwähnten durch eine Richtungsunterscheidungsvorrichtung 25 Nachteil zu beseitigen und eine rasche Positionierung (DD) erfaßt wird und dem Antrieb (SA, SM, einer Maschine durch Verkürzung der für die Auf- DU, PM) abhängig von einem von der Richtungs- hebung des toten Gangs der Maschine erforderlichen Unterscheidungsvorrichtung (ED) gelieferten Signal Zeit während der numerischen Steuerung der ein die Verstärkung des Servosystems erhöhendes Maschine zu erreichen.

Signal zugeführt wird. 30 Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- daß durch eine Kompensationsvorrichtung für den durch gekennzeichnet, da "■ die Kompensations- toten Gang bei notwendiger Richtungsänderung des vorrichtung für den toten Gang ein Zeiteinstell- beweglichen Teils der Maschine die Verstärkung dec glied (T in Fig.4) enthält durch das die Zeit- Servosystems vorübergehend so lange erhöht wird, dauer der Erhöhung der Verstärkung des Servo- 35 bis der tote Gang der Maschine kompensiert ist.
systems festgelegt werden kann. Mit der Erfindung wird insbesondere der Vorteil

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 erreicht, daß selbst bei Vorhandensein von mechanibis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompen- schem toten Gang die Werkzeugmaschine die gesationsvorrichtung eine Einrichtung (SW) zur vor- wünschte Position in äußerst kurzer Zeit erreicht,
herigen Einstellung des Betrags des zu kompen- 40 Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an sierenden toten Gangs enthält (F i g. 8). Hand von elf Figuren näher erläutert. Es zeigt

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Beispiels eines bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompen- erfindungsgemäßen numerischen Steuersystems, das sationsvorrichtung für den toten Gang eine Ein- eine Kompensationsvorrichtung zum Ausgleich des richtung (AG, SWl) enthält, die die Erhöhung 45 toten Gangs enthält,

der Verstärkung des Servosystems so lange ver- F i g. 1A ein Schaubild, das den Zusammenhang

hindert, bis die Zufuhr der Befehlsimpulse zwischen dem Inhalt des Fehlerregisters und der (CWP 1) beendet ist (F i g. 3). Drehzahl des Servomotors nach F i g. 1 darstellt,

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Fig. IB ein Schaubild, das den Zusammenhang kennzeichnet, daß die Kompensationsvorrichtung 50 zwischen dem Inhalt des Fehlerregisters und der Ausfür den toten Gang eine Nullbereich-Einstellschal- gangsspannung des D--4-Umsetzers nach Fig. 1 dartung (SW2°, SWV bis SW2"-1, SW2") zum Ein- stellt,

stellen eines vorgegebenen Betrags der Änderung F i g. 2, 3 und 4 Blockdiagramme eines zweiten bis

der Bewegungsrichtung des beweglichen Teils der vierten Beispiels eines numerischen Steuersystems Maschine enthält, innerhalb dessen eine Kompen- 55 mit einem Ausgleich des toten Gangs,
sation des toten Gangs und eine Erhöhung der F i g. 5 und 6 Beispiele eines detaillierten Betriebs-

Verstärkung des Servosystems verhindert wird schaltungskreises bzw. einer Richtungsunterschei-(Fig. 11). dungsvorrichtung, enthalten im Fehlerregister der

Fig. Ibis 4,

60 F i g. 7 ein Beispiel einer Richtungsunterschei-

dungsvorrichtung DD, wie sie in den Vorrichtungen gemäß den F i g. 1, 2, 3 und 4 enthalten ist,

F i g. 8 eine Vorrichtung zur Einstellung des aus-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zugleicher.den Betrags an totem Gang,
zur numerischen Steuerung einer Maschine mittels 65 Fig. 9 einen detaillierten Betriebsschaltungskreis eines Servosystems, bei der ein beweglicher Teil der zum Ausgleich des toten Gangs,
Maschine mittels eines Antriebes entsprechend einem Fig. 10 ein Beispiel der Schaltung des D-A-Um-

Befehl in die gewünschte Position gebracht wird und setzers und