DE2237052C2

DE2237052C2 - Meßsteuerungsvorrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2237052C2
Application number: DE19722237052
Authority: DE
Inventors: Claudio Mordini; Mario Bologna Pozetti
Original assignee: Finike Italiana Marposs SpA
Current assignee: Finike Italiana Marposs SpA
Priority date: 1971-07-30
Filing date: 1972-07-28
Publication date: 1983-01-05
Also published as: FR2148021B1; CH556714A; SE397288B; GB1402893A; FR2148021A1; JPS4970280A; DE2237052A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßsteuerungsvorrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen zur selbsttätigen Steuerung der Relativlage von Werkzeug und Werkstück mit einer Einrichtung zum Messen der Abmessungen eines jeden bearbeiteten Werkstücks, mit einer Einrichtung zum Auswerten der von der Meßeinrichtung ermittelten Meßwerte, mit einer Einrichtung zum Steuern der Werkzeugmaschine nach Maßgabe der Auswertungsergebnisse der Auswerteinrichtung und mit einer voreinsteübaren Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl der nach einem die Relativlage von Werkzeug und Werkstück beeinflussenden Steuervorgang zwischen Bearbeitungsstation und Meßstation befindlichen Werkstücke, welche die Steuereinrichtung bis zum Erreichen dieser vorbestimmten Werkstück-Anzahl blockiert wobei die Auswerteinrichtung einen Stromkreis für die Errechnung des Mittelwertes der Meßwerte aufweist der mit der Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht durch welche die Abmessungen der Werkstücke innerhalb einer vorbestimmten Toleranzbreite gehalten werden.

Bei einer aus der Zeitschrift »Werkstattstechnik«, 1969. H. 3, S. 115-118 bekannten Meßsteuerungsvorrichtung dieser Art soll eine optimale Regelung der Werkstückabmessungen erreicht werden, indem die Differenz zwischen dem Mittelwert aller Meßwerte and dem Sollwert der Werkstücke, die mittlere Regelabweichung und die Standardabweichung t." Meßwerte aus geregelter Fertigung herangezogen werden. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Regelung ist zur Optimierung der Regelung nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Meßsteuerungsvornchtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die zwecks Korrektur der Werkstückabmessungen eine raschere bzw. beschleunigte Regelung als bisher ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auswerteinrichtung einen Stromkreis aufweist, der den Sollwert der Abmessungen der Werkstücke nach einem Steuervorgang bestimmt und diesen Sollwert in den Stromkreis für die Errechnung des Mittlwertes der Meßwerte einspeist, daß die Auswerteinrichtung einen weiteren Stromkreis aufweist, der die Änderungsgeschwindigkeit des Mittelwertes ermittelt und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung zwecks Vorverlegung oder Verzögerung des Steuervorganges gibt und daß der Stromkreis für die Errechnung des Mittelwertes ein Exponentialdämpfungsstromkreis ist und Elemente für eine Änderung der Ansprechbereit schaft aufweist.

Da bei der erfindungsgemäßen Meßsteuerungsvorrichtung die Geschwindigkeit der Änderung de Mittelwertes berücksichtigt ist. ist es ermöglich!. d;<.· Anpassungsgeschwindigkeit auf ein Maximum zu erhöhen und die Anzahl von Werkstücken außerhalb der Toleranzgrenzen, die aus einer falschen Korrektur

oder einer falschen Positionierung von Werkzeug bzw. Werkstück result!- <.τι, auf ein Minimum herabzusetzen.

Die Bildung des jeweiligen Mittelwertes ist weiter beschleunigt, indem in den Stromkreis für die Errechnung des Mittelwertes der Wert eingespeist wird, den die Werkstücke theoretisch nach einer Änderung der Relativlage von Werkzeug und Werkstück erreicht haben sollen. Durch den Exponeriualtiaifspfungwirür..-kreis ist es ermöglicht, daß sich das ganze System äußerst rasch an die Schwankungen der Werte der jeweils ankommenden Meßdaten anpaßt

Besonders zweckmäßig ist es in Ausgestaltung der Er'i-i.ntf'g wenn ein Stromkreis für die Errechnung der Streuung der Werte der Abmessungen der Werkstücke in bezug auf den Mittelwert vorgesehen ist, dessen Eingänge ar die Meßeinrichtung an die Zähleinrichtung und an die uiswerteinrichtung angeschlossen sind und dessen Ausgang an eine Steuereinrichtung der Maschine zur Steuerung von Arbeitszyklus und Werkzeugwechsel angeschlossen ist Dieser Stromkreis unter- bricht die Bearbeitung, wenn die Streuung vorbestimmte Werte überschreitet.

Besonders zweckmäßig ist es auch, wenn der Exponentialdämpfungsstromkreis ein Speicherelement für einen exponentialgedämpften Mittelwert, Lade- und Entladeschaltkreise für das Speicherelement und Steuerungsschaltkreise für die Lade- und Entladeschaltkreise aufweist. Hierdurch wird die Nachstellung des Mittelwertes auf der Basis der effektiven Abmessung der bearbeiteten Werkstücke bzw. die Anpassung des Mittelwertes bei Ankunft eines jeden neuen Meßwerts ermöglicht.

Besonders zweckmäßig ist es sodann, wenn der Exponentialdämpfungsstromkreis einen differenzbildenden Operationsverstärker umfaßt, der eingangssei- tig mit dem Speicherelement für den Mittelwert und mit der Meßeinrichtung in Verbindung steht. Hierdurch wird das Speicherelement entsprechend einem Prozentwert der Differenz zwischen der effektiven Abmessung des letzten gemessenen Werkstückes und des vorhergehenden Signals des Speicherelementes nachgestellt.

In der Regel ist die Auswerteinrichtung ein Schaltkreis, der befähigt ist, den Sollwert der Abmessung des bearbeiteten Werkstückes nach einer Änderung der Relativlage von Werkzeug und Werkstück zu errechnen und ein diesem Sollwert entsprechendes Signal in den Stromkreis für die Errechnung des Mittelwer'es der Meßwerte zl geben. Zu den Elementen für die Änderung der Ansprechbereitschaft gehurt in der Regel ein in zwei Schaltzustände bringbarer Schalter, dem Steuermittel zugeordnet sind. um ihn von dem einen 1.' den anderen Schaltzustand zu bringen. Der Schalter unterbricht im ersten Schaltzustand die Verbindung zwischen den Lade- und Entladekreisen, die z. B. von einer Integrierschaltung gebildet sind, und dem Speicherelement, während der Schalter die genannte Verbindung im zweiten Schaltzustand herstellt.

In der Folge wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, welche beispielsweise in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt

F ι ρ I ein Blockschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten Meßstcuerungsvornchtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen,

Fig. 2 ein Funktionsdiagramm der Vorrichtung gemäß Fig. I.

Fig. 3 einen Stromkreis der Vorrichtung gemäß Fi g. 1, und zwar einen Stromkreis für die Bestimmung des Mittelwertes einer Aufeinanderfolge von Meßwerten, und

F i g. 4 ein Diagramm, welches sich auf die Funktionsweise des Stromkreises psmäß r ι g i bezieht.

Insbesondere bezieht sich die folgende Beschreibung auf eine Meßsteuerungsvorrichtung für eine Schleifmaschine für Lagerringe, deren Messung normalerweise während der Bearbeitung unmöglich ist Die als Ringe ausgebildeten Werkstücke 11 am Ausgang der Schleif maschine werden mittels eines Meßkopfes 12 kontrolliert, der in irgendeiner beliebigen, an sich bekannten Art und Weise ausgeführt und auf einem Rahmen 13 befestigt ist und der eine Einrichtung zum Messen der Abmessungen eines jeden bearbeiteten Werkstückes darstellt

Das von einem Verstärker 16 in zweckmäßiger Weise verstärkte Ausgangssignal des Meßkopfes 12 wird an eine Einheit 17 für die Ermittlung und Speicherung des Maximalwertes, welcher mit dem Durchmesser der Ringe 11 übereinstimmt, weitergeleitet Diese Einheit 17 wird derartig gesteuert, daß sie die aufeinanderfolgenden Werte aufnehmen kann, d h. die Werte der Durchmesser der Ringe 11, welche aufeinanderfolgend im Bereich des Meßkopfes 12 durchlaufen.

Die ermittelten Meßwerte werden an eine Auswerteinrichtung 19 weitergeleitet, weiche beispielsweise einen arithmetischen Mittelwert an einer vorbestimmten Anzahl von Messungen von Werkstücken feststellt und welche bei jeder neuen Messung dauernd neu eingestellt wird oder welche — in bevorzugter Weise — einen Mittelwert mit Exponentialdämpfung ermittelt. Die Auswerteinrichtung 19 ist weiter in der Lage, die Geschwindigkeit der Änderung des Mittelwertes festzustellen. Das Ausgangssignal der Auswerteinrichtung 19 wild einer Steuereinrichtung 21 der Werkzeugmaschine zur Änderung der Relativlage von Werkzeug und Werkstück und einer Einheit 22 für die Anzeige des Ausgangssignals zugeführt.

Die Meßwerte der einzelnen Ringe 11 werden vom Ausgang der Einheit 17 weiter einer Einrichtung 24 zugeführt, welche in der Lage ist, die Streuung der gemessenen Momentanwerte in bezug auf den tatsächlichen Mittelwert zu errechnen. Diese Streuung wird beispielsweise errechnet, indem man den Absolutwert der Differenz zwischen jedem gemessenen Wert und dem in der Auswerteinrichtung 19 vorhandenen Mittelwert bildet und sodann einen Mittelwert der Absolutwerte der gebildeten Differenzen errechnet, der ein arithmetischer Mittelwert oder ein Mittelwert mit Exponentialdämpfung sein kann. Da die Ringe 11 zu dem Meßkopf 12 in willkürlicher Reihenfolge gelangen, kann die Streuung als Anzeige von Formfehlern der Ringe interpretiert werden.

Das Ausgangssignal der Einrichtung 24 wird einer Steuereinrichtung 26 der Maschine zur Steuerung von Arbeitszyklus und Werkzeugwechsel und einer Einheit 27 für die Anzeige zugeführt. Da nämlich die Formfehler hauptsächlich vom Zyklus der Maschine und vom Zustand des Werkzeuges abhängen, kann man das Ausgangssignal der Einrichtung 24 dazu verwenden, den Arbeitszyklus der Maschine und das Auswechseln des Werkzeuges zu steuern.

In Fig. 2 ist mittels einer Kurve 28 der normale Verlauf der Abmessungen der aufeinanderfolgend bearbeiteten Werkstücke gezeigt. Aufgrun'd der Abnützung des Werkzeuges steigen diese Abmessungen in einer im wesentliche·! linearen Gesetzmäßigkeit ar. Unter diesen Bedingungen ist im Betrieb der Verlauf

des Mittelwertes derselbe, wie jener der Abmessungen des Werkstückes. Der Mittelwert liegt jedoch unter dem Wert des zum selben Zeitpunkt in Bearbeitung befindlichen Werkstückes, und zwar nicht nur aufgrund der Bedeutung des Mittelwertes selbst, welcher eine bestimmte Anzahl von vorhergehenden Messungen berücksichtigt, sondern auch aufgrund des Vorhandenseins einer gewissen Anzahl von Werkstücken zwischen der Bearbeitungsstation und der Meßstation. In F i g. 2 ist der Verlauf des Mittelwertes durch die strichlierte Kurve 29 gezeigt.

Bei Kenntnis des Mittelwertes, seiner Ableitung in jedem Augenblick und der Anzahl der zwischen der Bearbeitungsstation und der Meßstation vorhandenen Werkstücken ist es jedoch möglich, den endgültigen Sollwert der Endabmessungen des in Bearbeitung befindlichen Werkstückes zu errechnen und folglich die Korrektur der Maschine in einer Weise durchzuführen, daß die Abmessungen der Verks'Oc·"* innerhalb der gewünschten Toleranzgrenzen, die in F i g. 2 mit 31 und 32 bezeichnet sind, verbleiben.

Besondere Probleme treten jedoch dann auf, wenn der Verlauf der Kurve 28 diskontinuierliche Stellen 33 besitzt. Dies tritt insbesonden: als Folge der Korrektu ren der Lage des Werkzeuge;: bzw. des Werkstücks an der Maschine, als Folge der Auswechslung des Werkzeuges selbst oder als F'olge der Abrichtung der Schleifscheibe im Falle von Schleifmaschinen auf. In diesen Fällen wechselt der Wert der Abmessungen der Werkstücke 11 plötzlich, um nachher wieder zu beginnen, mit der üblichen Gesetzmäßigkeit anzusteigen. Das zu lösende Problem ist, die Übergangsperiode auf ein Minimum herabzusetzen.

Die Vorrichtung gemäß Zeichnung weist eine Zähleinrichtung 34 auf, welche die Werkstücke zählt, die nach einer durchgeführten Lagekorrektur oder Auswechslung des Werkzeuges an der Meßstation vorbeilaufen. Das die Zähleinrichtung 34 aktivierende Signal blockiert auch die Auswertung der Daten und verhindert die Steuerung der Maschine bezüglich einer Änderung der Relativlage vem Werkzeug und Werkstück, bis die Zähleinrichtung 34 anzeigt, daß eine bestimmte Anzahl an Werkstücken (vorher bestimmt aufgrund der Bearbeitungsbedingungen und in die Zähleinrichtung eingespeist) gleich jener zwischen der Bearbeitungsstation und der INIeßstation vorbeigelaufen ist. Diese Werkstücke sind nämlich für die Steuerung selbst nicht mehr von Bedeutung. Wenn diese Werkstücke an der Meßstation vorbeigelaufen sind, wird die Auswertung der Daien wieder freigegeben und die Steuerung oc: Maschine wieder aufgenommen. Überdies wird die Funktion des in der Auswerteinrichtung 19 für die Errechnung des Mittelwertes enthaltenen Stromkreises variiert, indem er derart eingestellt wird, daß der Mittelwert an einer geringeren Anzahl an Werkstücken als der normalen Anzahl festgestellt wird. Die Bildung des Mittelwertes ist so viel rascher, was die Kontrolle der Genauigkeit der durchgeführten Korrektur oder der Lage des neuen Werkzeuges erleichtert Wenn man weiter die Geschwindigkeit der Änderung des Mittelwertes berücksichtigt, ist es möglich, die Anpassungsgeschwindigkeit auf ein Maximum zu erhöhen und die eventuelle Anzahl von Werkstücken außerhalb der Toleranzgrerc;e, die aus einer falschen Korrektur oder einer falscher: Positionierung des neuen Werkzeuges resultieren, auf ein Minimum herabzusetzen.

Die Neubildung des Mittelwertes kann weiter beschleunigt werden, indem man den Speicher des Mittelwertes mit einem Wert beschickt, der gleich jenem ist, welchen die Werkstücke theoretisch nach der Lagekorrektur bzw. nach der Änderung des Werkzeugs erreicht haben sollen. Die Anpassungskurve nimmt in diesem Falle die Form 35 an, welche in F i g. 2 strichpunktiert angedeutet ist.

Das dargestellte Beispiel betrifft eine Maschine, bei welcher im Betrieb die Schwankungen der Werkstückabmessungen in einer einzigen Richtung verlaufen. Es ist jedoch offensichtlich, daß die Arbeitsweise leicht auf jeden beliebigen Fall ausgedehnt werden kann, wobei man in einfacher Weise die Korrekturen derart durchführt, daß durch das Werkzeug Werkstücke gebildet werden, die im Zentrum der Toleranzbreite und nicht in der Nähe der einen oder der anderen Grenze derselben liegen.

Es ist offensichtlich, daß durch eine Steuerung der vorerwähnten Art die den bisher verwendeten Einrich tungen anhaftenden Nachteile «ermieden werden. Tatsächlich erfolgt die Korrektur an der Maschine aufgrund der an einer willkürlich veränderbaren Anzahl von Werkstücken durchgeführten Messungen und ist folglich im wesentlichen unabhängig vom Vorhandensein einiger abnormaler Werkstücke. Die Regelung der Werkstückabmessungen ist daher äußerst stabil.

Schließlich ermöglicht eine Meßsteuerungvorrichtung der vorgenannten Art die Durchführung der Korrekturen mit der nötigen Schnelligkeit durch eine entsprechende Vorverlegung des Einsetzens der Steuerung, welche die Änderungsgeschwindigkeit des Mittelwertes der Messungen, die Anzahl der zwischen der Bearbeitungsstation und der Meüstation vorhandenen Werkstücke sowie evtl. irgendeinen beliebigen anderen Faktor berücksichtigt.

Unter Bezugnahme auf F i ^ 1 wird in der Folge eine bevorzugte Ausführungsform der Stromkreise beschrieben, die in der Auswerteinheit 19 und in der Einrichtung 24 gemäß Fig. I für die Errechnung des Mittelwertes einer Aufeinanderfolge von Meßdaten enthalten sind.

Zum negativen Eingang eines Operationsverstärkers 41 gelangt von einem Dateneingang 42 über einen Widerstand 43 der Momentanwert der aufeinanderfolgenden Meßwerte. Der Operationsverstärker 41, dessen positiver Eingang über einen Widerstand 44 an Masse liegt, wird von den Spannungen + V und — V gespeist und ist an seinem negativen Eingang mittels eines Widerstandes 45 rückgekoppelt. Der Operationsverstärker 41, der als Phasenumkehrstufe arbeitet, liefert am Ausgang 46 ein in bezug auf den Eingang phasenverkehrtes Signal.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 41 wird über einen Widerstand 47 in den positiven Eingang eines Operationsverstärkers 48 eingespeist, der über einen Kondensator 49 rückgekoppelt ist und daher als Integrator arbeitet.

Der Verstärker 48 wird von den Spannungen + Vund — V gespeist, und sein negativer Eingang ist über einen veränderlichen Widerstand 50 an Masse gelegt, während der Ausgang über einen Widerstand 51 an Masse liegt Die Ladung des Kondensators 49 erfolgt über einen durch einen Feldeffekttransistor (FET) gebildeten Schalter 52 und hängt vom Wert des Widerstandes 50 ab, der die Größe des Ladestromes des Kondensators 49 bestimmt

Der den Schalter 52 bildende FET wird von einer an sich bekannten Einheit 53 gesteuert, die befähigt ist ihn zu sättigen und zu sperren. Beispielsweise kann die

Einheit 53 durch eine monostabile Kippschaltung gebildet sein, die in der Lage ist, normalerweise eine negative Spannung zu liefern und. wenn sie gesteuert wird, eine positive Spannung während einer bestimmten Zeitdauer abzugeben. Die Betätigung der Einheit 53 und folglich die Schließung des Schalters 52 erfolgen bei Ankunft eines jeden neuen Meßwerts. Wenn am Eingang des Schalters (FET) 52 eine ausreichend negv'ive Spannung anliegt, so wird der Feldeffekttransistor 52 gesperrt. Da die Verbindung zwischen dem !o Ausgang des Operationsverstärkers 48 und dem Kondensator 49 unterbrochen ist, erfäh.·'·. unter diesen Bedingungen die Spannung an den Kontakten des Speicherkondensators 49 keinerlei Änderung. Wenn hingegen eine positive Spannung ankommt, die ausreicht, d« η Feldeffekttransistor 52 in den leitenden Zustand überzuführen, so wird der Speicherkondensator 49 geladen oder entladen, und zwar in einem Ausmaß, welches von der am Ausgang des Verstärkers 4S anliegender. Spa.iri'jp.g. v. ;n der Schließkeil drs Schalters 52. vom Wert des Widerstandes 50 und von der Kapazität des Kondensators 49 abhängt.

Die an den Anschlüssen des Kondensators 49 vorhandene Spannung wird abgenommen und den Eingängen eines Differentialverstärkers 54 mit dem Verstärkungsfaktor 1 zugeführt. Dieser weist eine Eingangsimpedanz auf, die ausreicht, die Entladeströme des Kondensators 49 selb?! "emachlässigbar zu machen, wenn der Schalter 52 offen ist.

Die Spannung am Ausgang 55 des Differentialverstärkers 54. die der Spannungsdifferenz am Kondensato: 49 entspricht, wird dem Eingang 56 und sodann über einen Rückkopplungswiderstand 57 dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 41 zugeführt, also demselben Eingang, an den über den Widerstand 43 die aufeinanderfolgenden Meßwerte gelangen. Dieses dem Eingang des Verstärkers 41 über den Rückkopplungskreis zugeführte Signal stellt den von der beschriebenen Vorrichtung errechneten Mittelwert dar. wie später näher erläutert wird. Das Signal besitzt das entgegengesetzte Vorzeichen in bezug auf die Momentanwerte der aufeinanderfolgenden Meßwerte, so daß der Verstärker 41 am Ausgang 46 ein Signal aufweist, welches die Differenz der aufeinanderfolgenden Momentanwerte der Werkstückabmessungen und des auf diese Weise errechneten Mittelwerts ist.

Anfangs ist aufgrund des ungeladenen bzw. entladenen Speicherkondensators 49 der über den Rückkopplungswiderstand 57 dem negativen Eingang des Verstärkers 41 zugeführte Spannungswert gleich 0 V. Bei geschlossenem Schalter 52 lädt sich der Speicherkondensator 49 bis zu einem gewissen Wert, der außer vom Wert der Kapazität des Kondensators vom Wert des Widerstandes 50, von der Schließzett des Schalters 52 und vom Wert der am Ausgang des Verstärkers 48 vorhandenen Spannung abhängt.

Wenn man mit t die Schließzeit des Schalters 5Z nut R den Wert des Widerstandes 50, mil V₂ die am Ausgang

46 vorhandene Spannung und mit C die Kapazität des Kondensators 49 bezeichnet, so hat man am Kondensator 49 eine Spannungsänderung, die gegeben ist durch

AV=-V₁₁- t/R- C=- VJK,

wobei die Größe R ■ CVl gleich K gesetzt wurde. MK stellt den .Spannungsprozentanteil dar, um welchen der Speicherkondensator 49 geladen wird; R. C und ι werden derart gewählt, daß

ist.

Insbesondere ist nach der Ermittlung des ersten Meßwerts A\ die Spannung V₁ am Eingang 42 gegeben durch

K= λ,

Da angenommen wurde, daß der Soeicherkondensator 49 anfangs entladen ist, liegt am Eingang 56 eine mit Vdbezeichnete Spannung an, gegeben durch

Am Punkt 46 ist eine Spannung vorhanden, die dem Momentanwert des Meßwerts entspricht, wobei das Vorzeichen jedoch gewechselt ist, da der Verstärker Aι als Umschalter fungiert.

Es resultiert daher

Ki= -A\

Der Spannungswert Vu mit welchem der Speicherkondensator 49 nach Ermittlung des ersten Meßwerts At geladen wird, ist durch die folgende Beziehung gegeben:

V₁ = l/K· Zi₁ = M₁,

worin MK, wie bereits erwähnt wurde, der Spannungsprozentanteil ist, mit welchem der Speicherkondensator 49 geladen wird.

Der Spannungswert V₁ entspricht dem im Kondensator 49 nach der Ermittlung des ersten Meßwerta gespeicherten Mittelwert M₁.

Nach der Ermittlung des zweiten Meßwerts, der mit A₇ bezeichnet wird, ist die Spannung am Punkt 42

K = A₂

Zum Knotenpunkt 56 gelangt über den Rückkopplungskreis eine Spannung entsprechend dem im so Kondensator 49 gespeicherten Wert

Va=-Mt

Im Knotenpunkt 46 ist also die Spannung
V.~-(Vc+VJl=-(A₁-M₁)

Die Spannung an den Anschlüssen des Speicherkondensators 49 beläuft sich folglich nach der Ermittlung des zweiten Meßwerts Ai auf folgenden Wert:

K₂ = Af₁ - MK V_n=M_x- MK ■ [-(A₂ - M_x)] = M_x + MK ■ (A₁-M_x) = AZ₂.

Wenn man die bisher verfolgte Arbeitsweise für die Errechnung des Mittelwertes unter Heranziehung jedes aufeinanderfolgend ermittelten Meßwerts verallgemeinert, so gelangt man zur Festlegung einer Formel, welche den vom Speicherkondensator 49 nach Ermittlung eines allgemeinen Meßwerts Λ,+ ι unter Berücksichtigung des vorhergehenden Mittelwertes M, gespei-

65 cherten Mittelwert M,_{+ 1} darstellt. Dieser Wert ist gegeben durch:

M_i+t = Mi+l/K-(A₁₊₁-M)

Es ist daraus ersichtlich, daß der Mittelwert M,+ t, der im Speicherkondensator 49 nach der Ermittlung des Meßwerts Α,+ i gespeichert wurde, erhalten wird, indem

man zum Wert Μ_Λ der vorher gespeichert worden war, MK des neuermittelten Meßwerts hinzufüg;: d.h. MK ■ /4,>i, und denselben Prozentanteil des Mittelwertes M, abzieht.

Die Bildung des Mittelwertes bei jeder neuen Messung erfolgt auf einem einzigen Speicherkondensator, deren Prozentanteile an Ladung und Entladung durch einen einzigen Steuerungsstromkreis kontrolliert werden. Auf di«se Weise werden unter Verwendung eines einzigen Kondensators für den Speicherstromkreis und durch Steuerung des Prozentanteiles der Ladung und der Entladung des Kondensators mit denselben elektronischen Komponenten die vorerwähnten Probleme hinsichtlich Abweichung und Instabilität eliminiert, welche Probleme bei den bekannten Stromkreisen für Mittelwerte auftreten, bei denen für die Ermittlung des Mittelwertes von N Informationen die Anwendung von N Speicherstromkreisen zur Speicherung der Informationen und die Anwendung eines Speicherstromkreises, weicher in der Lage isi, den Mittelwert von /»/Informationen zu speichern, erforderlich ist.

Es soll nun der besondere Fall in Betracht gezogen werden, daß der Kondensator 49 entladen ist und daß alle aufeinanderfolgenden Meßwerte einen Wert gleich einer Konstante A besitzen, der den theoretischen Mittelwert darstellt.

In diesem Falle nimmt der vom Speicherkondensator 49 mit detn ersten Meßwert gespeicherte Mittelwert folgenden Wert an:

M_x = MK ■ A

Nach der Ermittlung des zweiten Meßwerts stellt sich der Speicherkondensator 49 auf folgenden Wert ein:

M₁=MK ■ A + MK ■ (A-MK A) (I)

Nach Ermittlung des ersten Meßwerts differiert der erhaltene Mittelwert von dem theoretischen Wert A um einen Betrag, welcher folgenden Wert annimmt:

E_x=A-M₁.

wobei man, wenn man für
Wert einsetzt, erhält:

den oben gefundenen

_x = A-MK ■

(\-MK)

tlung des zweiten

wprn der

Größe A ist die Differenz Ei zwischen dem Mittelwert M2 und dem theoretischen Mittelwert -4 folgende:

E₂ = A-M₂.

wobei man, wenn man ΛΛ durch den in (1) erhaltenen Wert ersetzt, erhält:

E₂ = A -[MK- A + l/K -(A - MK-A)] = A ■ (1 - MK)¹.

Bei Befolgung dieser Vorgehensweise bis zur Errechnung der Differenz bzw. des Fehlers beim /-ten Meßwert gelangt man zur folgenden allgemeinen Formel:

E₁=A ■ (I-l/K/,

35

worin E₁ die Differenz zwischen dem aus den Meßwerten errechneten Mittelwert und dem theoretischen Mittelwert beim /-ten Meßwert darstellt. Es ist ersichtlich, daß diese Differenz mit einer im wesentlichen exponentiellen Gesetzmäßigkeit mit der Erhöhung der Anzahl der ermittelten Daten abnimmt.

Wenn man die erhaltenen Werte in die graphische Darstellung gemäß F i g. 4 überträgt, in welcher auf der Abszisse die Anzahl der Daten und auf der Ordinate der Mittelwert an den Klemmen des Speicherkondensators aufgetragen sind, erhält man ein Stufendiagramm 58. welches einer Kurve 59 angenähert werden kann, die den Verlauf der Spannung an den Klemmen des Speicherkondensators 49 darstellt. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß die ermittelte Kurve sich dem so theoretischen Mittelwert nähert, sich aber nur im Unendlichen mit der Linie trifft, welche diesen theoretischen Mittelwert darstellt. In der Praxis differieren diese beiden Werte untereinander nach einer begrenzten Anzahl von Daten um einen vernachlässigbaren Betrag. Die oben erläuterte Vorgehensweise gilt im wesentlichen auch für Daten, weiche nicht vollkommen untereinander gleich sind.

Dieser Mittelwert Mi, welcher an den K'en?mer. des Kondensators 49 gespeichert verfügbar ist, steht auf diese Weise mit umgekehrtem Vorzeichen am Ausgang 55 des Verstärkers 54 zur Verfügung (F i g. 3).

Bei der Errechnung des Mittelwertes besteht normalerweise, wie dies bereits erwähnt wurde, das Erfordernis, ein schnelles System zur Verfügung zu haben, d. h. ein System, welches sich äußerst rasch an die Schwankungen der Werte der ankommenden Daten anDaßt welches aber nach einem zweiten Erfordernis auch einen stabilen Wert abgibt, der nicht übermäßig beeinflußbar ist. d. h. durch eine eventuell abnormale Messung.

Diese beiden Erfordernisse sind zueinander entgegengesetzt, da es zur Erzielung des ersten Ergebnisses notwendig ist. daß die Größe MK einen Wert nahe I besitzt. Um das zweite Ergebnis zu erhalten, ist es hingegen erforderlich, daß MK einen geringeren Wert hat.

Die Änderung von MK oder, unter Konstanthaltung der Schließzeit des Schalters 52. die Änderung der Zeitkonstante RC des Lade- und Entladekreises des Kondensators 49 entspricht einer Änderung der Beeinflussung des Mittelwertes bei jeder Messung, so daß die letzten Daten mehr oder weniger beeinflußt werden. Um dasselbe Ergebnis zu erhalten unter Verwendung eines Stromkreises für das arithmetische Mittel anstelle eines Stromkreises mit Exponentialdämpfung, genügt es, die Anzahl der Daten, aus welchen der Mittelwert errechnet wird, zu variieren und diese Anzahl herabzusetzen, wenn es erforderlich ist. die Schnelligkeit des Stromkreises zu erhöhen, und sie hinaufzusetzen, um die Beeinflussung durch abnormale Daten zu vermeiden. Im Exponentialdämpfungsstromkreis gemäß F i g. 3 ist dieses Problem in vorteilhafter Weise gelöst, da es durch eine einfache Änderung des Wertes R des Widerstandes 50 oder der Schließzeit ί des Schalters 52 oder des Wertes C des Kondensators 49 möglich ist. \/K zu ändern. Der Zähler 34 erhält nach jeder an der Maschine durchgeführten Korrektur Informationen, da er mit den Steuereinrichtungen 21,26 der Maschine verbunden ist (Fig.!}. Nach öerr. irr".!' dieser Informationen wirkt der Kondensator π der Weise auf den Stromkreis 19, daß er für eine kurze vorbestimmte Zeitdauer den Wert MK erhöht.

Bei dem in F i g. 3 dargestellten Stromkreis wird für die Errechnung des Mittelwertes einer Aufeinanderfolge von Daten ein einziger Analogspeicherstromkreis verwendet, in welchem der Mittelwert der Daten

zugeben ist. P-^i jeder nachfolgenden Information wird dies-T Mittelwert in der oben beschriebenen Weise wieder neu gebildet.

Die obigen Ausführungen lassen erkennen, daß unter Verwendung des erfindungsgemäßen Stromkreises bei uer Errechnung des Mittelwertes einer Aufeinanderfolge von Daten bedeutende Vorteile in wirtschaftlicher und praktischer Hinsicht erzielt werden.

Tatsächlich funktioniert der Stromkreis bei jeder beliebigen Anzahl von Daten, von denen der Mittelw.rt errechnet werden soll, in wirksamer Weise. Es ist nicht notwendig, Bauelemente hinzuzufügen, wenn die Anzahl (ki Daten ?i^:n'»ht wird. Die Regelung der Zciilsjiistante und im allgemeinen die Änderung der Schnelligkeit des Stromkreises können automatisch erhalten werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßsteuerungsvorrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen zur selbsttätigen Steuerung der Relativlage von Werkzeug und Werkstück mit einer Einrichtung zum Messen der Abmessungen eines jeden bearbeiteten Werkstücks, mit einer Einrichtung zum Auswerten der von der Meßeinrichtung ermittelten Meßwerte, mit einer Einrich- j₀ tung zum Steuern der Werkzeugmaschine nach Maßgabe der Auswertungsergebnisse der Auswerteinrichtung und mit einer voreinstellbaren Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl der nach einem die Relativlage von Werkzeug und Werkstück beeinflussenden Steuervorgang zwischen Bearbeitungsstation und Meßstation befindlichen Werkstücke, welche die Steuereinrichtung bis zum Erreichen dieser vorbestimmten Werkstück-Anzahl blockiert, wobei die Au«werteinrichtung einen Stromkreis für _Μ die Errechnung des Mittelwertes der Meßwerte aufweist, der mit der Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht, durch welche die Abmessungen der Werkstücke innerhalb einer vorbestimmten ToIcranzbreite gehalten werden, dadurch gekenn- ζ e i c h η e t, daß die Auswerteinrichtung (19) einen Stromkreis aufweist, der den Sollwert der Abmeslungen der Werkstücke (11) nach einem Steuervorgang bestimmt und diesen Sollwert in den Stromkreis (42, 46, 55, 56) für die Errechnung des _x Mittelwertes der Meßwerte einspeist, daß die Auswerteinricncung (19) einen weiteren Stromkreis aufweist der die Andirungsf schwindigkeit des Mittelwertes ermittelt i-nd ein entsprechendes Signal an die Steuereini ichu: .g (21) zwecks Vorverlegung oder Verzögerung des Steuervorganges gibt und daß der Stromkreis für die Errechnung des Mittelwertes ein Exponentialdämpfungsstromkreis ist und Elemente (50, 52,53) für eine Änderung der Ansprechbereitschaft aufweist.

2. Meßsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromkreis (24) für die Errechnung der Streuung der Werte der Abmessungen der Werkstücke (11) in bezug auf den Mittelwert vorgesehen ist. dessen Eingänge an die Meßeinrichtung (12, 16, 17). an die Zähleinrichtung (34) und an die Auswerteinrichtung (19) angeschlossen sind und dessen Ausgang an eine Steuereinrichtung (26) der Maschine zur Steuerung von Arbeitszyklus und Werkzeugwechsel angeschlossen ist.

3. Meßsteuerungsvorrichtung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der F.xponentialdämpfungsstromkren ein Speicherelement (49) für einen exponentialgedämpften Mittelwert. Lade· und Entladeschaltkrcise (48, 50) für das Speicherelement (49) und Steuerungsschaltkreise (52. 53) für die Lade- und Entladeschaltkreisc (48,50) aufweist.

4. Meßsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Lade- und Entladeschaltkreise (48, 50) von einer Integrierschaltung gebildet sind und das Speicherelement (49) von einem Kondensator gebildet ist.

5. Meßsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Exponentialdämpfungsstromkreis einen differenzbildenden Operationsverstärker (41) umfaßt, der eingangsseitig mit dein Speicherelement (49) für den Mittelwert und mit der Meßeinrichtung (12) in Verbindung steht.

6. Meßsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (50, 52, 53) für eine Änderung der Ansprechbereitschaft in die Lade- und Entladeschaltkreise (48, 50) für das Speicherelement (49) eingeschaltet sind