DE2406493A1

DE2406493A1 - Verfahren zur programmierung eines servosystems und durch das verfahren programmierbares servosystem

Info

Publication number: DE2406493A1
Application number: DE19742406493
Authority: DE
Inventors: Ole Dipl Ing Molaug
Original assignee: TRALLFA NILS UNDERHAUG A S FA
Current assignee: TRALLFA NILS UNDERHAUG A S FA
Priority date: 1973-02-13
Filing date: 1974-02-12
Publication date: 1974-08-15
Also published as: FR2217741B1; NO131906C; IT1008824B; SE404406B; NO131906B; AU6552774A; FR2217741A1; GB1431413A; JPS5040985A; JPS6039103U; DE2406493C2; JPS6117448Y2

Description

Verfahren zur Programmierung eines Servosystems und durch das Verfahren programmierbares Servosystem.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Programmierung wenigstens eines hydraulischen oder pneumatischen Servosystems für einen anschließenden automatischen Arbeitsprozeß, wobei das Servosystem ein Servoventil und einen Arbeitszylinder mit einem linear oder in einer Kreisbahn bewegbaren Kolben aufweist, dessen Bewegung durch das die Zufuhr eines Arbeitsmediums zu den beiden Zylinderräumen beiderseits des Kolbens regelnde Servoventil steuerbar ist, sowie ein durch das Verfahren programmierbares Servosystem.

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Wenn die durch das Servosystem zu erzeugenden Bewegungen von vornherein genau festgelegt sind, kennt man bereits die Möglichkeit, das Servosystem durch entsprechende Signale zu beaufschlagen, welche beispielsweise auf einem Magnetband aufgezeichnet oder als Programmsignale auf Lochkarten, Stiftscheiben oder Lochbändern gespeichert wurden. Diese Signale können dann jederzeit die gewünschte Bewegung des Servosystems festlegen, um beispielsweise die Bewegungen eines Werkzeuges in Bezug auf Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung innerhalb der verschiedenen Preiheitsgrade des Systems zu führen. Die gespeicherten Programmsignale können dann während der Tätigkeit des Servosystems mit aufgespürten Positionssignalen für die beweglichen Teile des Systems verglichen werden, um Korrektursignale zu erzeugen, welche jederzeit das System entsprechend den gespeicherten Programmsignalen steuern.

Es ist auch bekannt, eine derartige Programmierung dadurch zu erreichen, daß das Servosystem zunächst durch manuelle Steuerung betrieben wird, beispielsweise mittels eines Steuerknüppels, welcher längs einer vorgegebenen Bahn bewegt wird, wobei die aufgespürten Positionssignale für die beweglichen Teile des Systems aufgezeichnet werden, beispielsweise auf einem Magnetband, um für die anschließende Tätigkeit des Servosystems als Programmsignale zu dienen und die gleichen Bewegungen wie bei der Programmierungsphase anschließend automatisch ausführen zu können.

Pur Servosysteme, mit denen komplizierte menschliche Bewegungen, beispielsweise die Führung einer Spritzpistole zum Spritzen komplizierter mechanischer Gebilde, reproduziert werden sollen, haben sich die vorgenannten Programmierungs-

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verfahren jedoch eindeutig als unzureichend erwiesen. Derartige Bewegungen beruhen eindeutig auf einem innigen Zusammenwirken der motorischen Nerven zwischen Auge und Hand, und die gewünschten exakten Bewegungen sind kaum von vornherein festzulegen oder mittels eines manuell gesteuerten Servosystems zu erzeugen.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art in der Weise zu verwirklichen, daß die jeweils ihren eigenen Preiheitsgrad enthaltenden Servosysteme dazu gezwungen werden, sehr genau die gewünschten manuellen Bewegungen nachzuahmen. Dies ergibt infolgedessen die Basis für die Arbeit eines Automaten, welcher für laufende Arbeiten, selbst wenn sie reichlich kompliziert sind, einen menschlichen Arbeiter in qualitativer und genauer Ausführung der Arbeit voll und ganz ersetzen kann, welcher jedoch nicht wie ein menschlicher Arbeiter ermüden oder unaufmerksam werden kann. Ein derartig programmierter Automat kann dabei auch ohne weiteres in Umgebungen arbeiten, welche für den Menschen schädlich oder zumindest unangenehm sind.

Gekennzeichnet ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Programmierung eines Servosystems der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch, daß die beiden Zylinderräume des Arbeitszylinders beiderseits dessen Kolben hydraulisch oder pneumatisch miteinander verbunden oder kurzgeschlossen werden, der Kolben des Arbeitszylinders entsprechend einer gewünschten Bewegungsfolge bei dem zu wiederholenden automatischen Arbeitsprozeß manuell bewegt wird und die sich dadurch ändernde Kolbenstellung durch einen entsprechende Positionssignale abgebenden Positionsdetektor aufgespürt und in an sich bekannter Weise z.B. auf einem Magnetband gespeichert werden, um

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als Programmierungssignale während des nachfolgenden automatischen Arbeitsprozesses wieder in das die Kolbenbewegungen steuernde Servoventil eingespeist zu werden.

Gewöhnlich ist der Kolben des Arbeitszylinders mechanisch mit einem Werkzeug verbunden, mittels welchem der vorgegebene Arbeitsprozeß durchgeführt werden soll. Zur erfindungsgemäßen Programmierung wird dann einfach der gewünschte Arbeitsprozeß von Hand mit diesem Werkzeug durchgeführt, um die Programmierungssignale zu erzeugen, da der Kolben des Arbeitszylinders der Werkzeugbewegung während des gesamten Arbeitsprozesses folgen kann.

Das Werkzeug ist gewöhnlich mechanisch mit mehreren Servosystemen verbunden, deren jedes seinen eigenen Freiheitsgrad für die Werkzeugbewegung besitzt, um eine zugeordnete Gruppe von ProgrammierungsSignalen zu erzeugen, welche der Werkzeugbewegung innerhalb des betreffenden Preiheitsgrades genau entsprechen. Die verschiedenen Signalgruppen werden erfindungsgemäß vorzugsweise auf einem Magnetband aufgezeichnet, beispielsweise auf mehreren parallelen Spuren eines derartigen Magnetbandes, deren jede einer Gruppe der vorgenannten Programmierungssignale zugeordnet isto

Die verschiedenen Servosysteme, deren jedes seinen eigenen Preiheitsgrad der Bewegung besitzt, bilden dann zusammen einen Arbeitsautomat, um beispielsweise eine Spritzpistole zum Lackieren, zum Versprühen von Pulver, zum Sandstrahlen, zum Metallspritzen oder dgl. über irgendeinem Werkstück zu führen.

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Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren programmierbares Servosystem mit einem durch vorgespeicherte Programmierungssignale gesteuerten Servoventil und einem Arbeitszylinder mit einem linear oder in einer Kreisbahn bewegbaren Kolben, dessen Bewegung durch das die Zufuhr eines Arbeitsmediums zu den beiden Zylinderräumen beiderseits des Kolbens regelnde. Servoventil steuerbar ist sowie einem ständig die Kolbenstellung aufspürenden Positionsdetektor, durch welchen als Bezugssignale bei der Steuerung des Arbeitsprozesses des Servosystems dienende Positionssignale erzeugbar sind ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das System ein eine KurzSchlußleitung für das Arbeitsmedium zwischen den beiden Zylinderräumen beiderseits des Kolbens des Arbeitszylinders automatisch öffnendes Entlastungsventil aufweist, wobei dieses durch dieses Entlastungsventil bei Abschaltung der Zufuhr des Arbeitsmediums zum Servosystem gleichzeitig die KurzSchlußleitung mit der Abflußleitung für das Arbeitsmedium verbindbar und bei erneuter Speisung des Servosystems mit dem Arbeitsmedium von der Abflußleitung trennbar ist.

Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevozrugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Servosystems anhand der dieses Servosystem schematisch darstellenden Zeichnung,,

Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Servoeinrichtung besteht aus drei voneinander unabhängigen Servosystemen, von denen zwei mit Arbeitszylindern AS für eine Linearbewegung ausgestattet sind, während das dritte einen Drehkolbenzylinder MO zur Verdrehung einer Ausgangswelle aufweist. Diese drei Zylinder sind mechanisch mit einem Werkzeug VT verbunden, beispielsweise mit einer Spritzpistole, und können innerhalb ihres jeweiligen Preiheits-

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gradee diese Spritzpistole führen. Die Servosysteme werden dadurch Teil eines Automaten, welcher speziell zur Führung eines Spritzwerkzeuges bestimmt ist, indem er die Arbeitsbewegungen der menschlichen Hand nachahmt.

In der Zeichnung sind die hydraulischen Leitungen voll ausgezeichnet, die elektrischen Verbindungen gestrichelt und die mechanischen Verbindungen in durchgehenden Doppellinien dargestellt. Das Arbeitsmedium für die hydraulischen Leitungen wird einem Behälter RE entnommen, von welchem es mittels einer Pumpe PF ausgepumpt wird, die von einem Elektromotor EM angetrieben wird. Das Arbeitsmedium wird den drei Servosystemen über einen Hydraulikschalter HV zugeleitet, welcher im einzelnen noch zu beschreiben sein wird. Während der Tätigkeit des Servosystems wird die Bewegung der Kolben in den Arbeitszylindern durch Regelung der Zufuhr an Arbeitsmedium mittels eines Servoventils SE zu den beiden Zylinderräumen an jeder Seite eines jeden Kolbens gesteuert, während dieses Servoventil seinerseits durch elektrischeSignale gesteuert wird, welche von zur Verfügung stehenden gespeicherten ProgrammierungsSignalen abgeleitet werden, indem letztere mit Bezugssignalen verglichen werden, welche jederzeit die Kolbenstellung im Arbeitszylinder anzeigen. Diese elektrischen Steuersignale werden in einem Komparator K mit zwei Eingängen erzeugt. Jedes dieser drei Servosysteme besitzt einen derartigen Komparator mit seinen zugeordneten elektrischen Leitungen. Da jedoch diese Stromkreise für alle drei Systeme identisch sind, ist dieser Stromkreis nur für eines der drei Systeme dargestellt, um die Zeichnung nicht zu verwirren.

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In einem der Eingänge des Komparators K werden vorgewählte Programmierungssignale von einem Magnetbandrekorder BO eingespeist, und zwar über einen elektrischen Schalter EV, welcher noch näher zu beschreiben sein wird, sowie über einen Ausgangsverstärker FU. In den anderen Eingang des Komparators werden aufgespürte Positionssignale durch einen Verstärker FI von einem Positionsdetektor, beispielsweise einem Koordinatenwandler R, eingespeist, welcher mechanisch mit dem Kolben S des Arbeitszylinders verbunden ist und derart ausgebildet ist, daß er elektrische Signale erzeugt, welche jederzeit die jeweilige Kolbenposition angeben. Die beiden Eingangssignale werden im Komparator verglichen, und auf der Basis des phasen- oder numerischen Unterschiedes zwischen ihnen werden korrektive Steuersignale für das Servoventil SE erzeugt, welches daraufhin versucht, die Position des Kolbens S im Arbeitszylinder AS derart zu beeinflussen, daß dieDifferenz zwischen den EingangsSignalen im Komprator zu NULL tendiert. Dieses vorstehend beschriebene Arbeitsverfahren für die Servosysteme gehört zur an sich bekannten Technologie dieses Gebietes und wird daher von der vorliegenden Erfindung nicht umfasst.

Um eine erfindungsgemäße Programmierung zu ermöglichen, ist die Vorrichtung jedoch mit einem Hydraulikschalter HV mit zwei Positionen ausgestattet, welcher mit einem elektrischen Schalter EV für jedes der Servosysteme gekoppelt ist. Die obere der in der Zeichnung angegebenen Schalterpositionen entspricht der normalen Arbeitsweise der Servoeinrichtung zur Durchführung eines vorprogrammierten Arbeitsprozesses, beispielsweise des Lackierens eines mechanischen Gegenstands mittels einer Spritzpistole.

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Bei den unteren Schalterpositionen in HV und EV ist die Einrichtung jedoch auf Programmierung geschaltet, wobei die Pumpe PF für das Arbeitsmedium an die Abflußleitung UT der hydraulisehen Systeme angeschlossen ist, was einen Rücklauf des Arbeitsmediums zum Behälter RE ergibt. In dieser Position der Schalter HV und EV wird infolgedessen den drei Servosystemen kein Arbeitsmedium eingespeist, während der Magnetbandrekorder BO infolge dieser Position des Schalters EV und über den Verstärker PI mit dem Koordinatenwandler R verbunden ist, um die von diesem Koordinatenwandler aufgespürten Positionssignale aufzuzeichnen. In dieser Position des Hydraulikschalters HV wird das Entlastungsventil PT ebenfalls nicht dur ch den Hydraulikdruck beaufschlagt und kann infolgedessen durch die Einwirkung einer Innenfeder eine Position einnehmen, in welcher eine Kurzschlußleitung KO zwischen den beiden Räumen des Arbeitszylinders auf jeder Seite des Kolbens S geöffnet wird, während gleichzeitig diese Kurzschlußleitung mit der Abflußleitung UT der hydraulischen Leitungssysteme über den Abschluß AV verbunden ist. Die Servosysteme sind infolgedessen nunmehr programmierungsbereit, da der Druckausgleich zwischen den beiden Sdten des Kolbens in jedem der Arbeitszylinder AS und MO infolge der Kurzschlußleitung KO eine freie ungehinderte Bewegung der Kolben erlaubt, wenn das Werkzeug während der Programmierung erfindungsgemäß die gewünschten Arbeitsprozesse durchführt und infolgedessen auch die Bewegungen, welche vom Automaten infolge seiner programmierten Servosysteme automatiseh naohgeahmt werden sollen. Wenn nun im vorbeschriebenen Fall der Führung einer Spritzpistole ein ausgebildeter Lackierer diese Spritzpistole während der Programmierung führt, kann der Automat während der anschließenden automatischen Arbeitsvorgänge

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sklavisch die Bewegungen des Lackierers reproduzieren. Infolgedessen braucht ein ausgebildeter Lackierer, d.h. ganz allgemein ein ausgebildeter Facharbeiter, eine komplizierte Arbeitsprozedur nur ein einziges Mal durchzuführen, da der Automat infolge der bei dieser einmaligen Arbeitsdurchführung erzielten Programmierung erfindungsgemäß in die Lage versetzt ist, die Arbeitsabläufe praktisch ohne jede zeitliche Begrenzung genau zu wiederholen. Der Arbeiter braucht indessen nicht mehr ermüdenden oder unangenehmen Arbeitsbedingungen ständig ausgesetzt zu werden und es besteht infolgedessen auch nicht mehr die Gefahr einer Berufserkrankung infolge sich ständig wiederholender Arbeitsvorgänge.

Während der Programmierung werden die Positionssignale von den verschiedenen Servosystemen aufgezeichnet, beispielsweise auf individuell zugeordneten parallelen Spuren eines Magnetbandes, sodaß alle Systeme beim Abspielen des Bandes ihre entsprechenden Befehle erhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher für jede irgendwie vertretbare Anzahl von Servosystemen angewendet werden, welche zweckmäßigerweise mit ein und dem gleichen Werkzeug verbunden sind.

Bei einer praxisnahen Ausbildung der erfindungsgemäßen Servosysteme kann es besonders vorteilhaft sein, den Arbeitszylinder AS, das Servoventil SE und das Entlastungsventil PT mit dem Positionsdetektor R zu einem kompletten Austauschaggregat zusammenzufassen, welches lediglich zwei hydraulische Anschlüsse und einen elektrischen Eingang aufweist. Bei Fehlern in einem dieser Bestandteile kann infolgedessen das gesamte Aggregat durch ein Austauschaggregat ersetzt werden, dessen Bestandteile vorher getrimmt und aufeinander eingestellt wurden. Die praktische Erfahrung

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hat gezeigt, daß es bei einem Austausch einzelner Bestandteile nicht immer einfach ist, diese neuen Bestandteile
einzeln an das System anzupassen. Infolgedessen läßt sich durch ein derart kombiniertes Austauschaggregat der wirksamste Service und eine starke Reduzierung der für Reparaturarbeiten benötigten Zeiten erreichen.

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Claims

Patentansprüche :

Verfahren zur Programmierung wenigstens eines hydraulischen oder pneumatischen Servosystems für einen anschliessenden automatischen Arbeitsprozeß, wobei das Servosystem ein Servoventil und einen Arbeitszylinder mit einem linear oder in einer Kreisbahn bewegbaren Kolben aufweist, dessen Bewegung durch das die Zufuhr eines Arbeitsmediums zu den beiden Zylinderräumen beiderseits des Kolbens regelnde Servoventil steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Zylinder-räume des Arbeitszylinders (AS) beiderseits dessen Kolbens (S) hydraulisch oder pneumatisch miteinander verbunden oder kurzgeschlossen werden, der Kolben (S) des Arbeitszylinders (AS) entsprechend einer gewünschten Bewegungsfolge bei dem zu wiederholenden automatischen Arbeitsprozeß manuell bewegt wird und die sich dadurch ändernde Kolbenstellung durch einen entsprechende Positionssignale abgebenden Positionsdetektor (R) aufgespürt und in an sich bekannter Weise Z₀B. auf einem Magnetband (BO) gespeichert werden, um als Programmierungssignale während des nachfolgenden automatischen Arbeitsprozesses wieder in das die Kolbenbewegungen steuernde Servoventil (SE) eingespeist zu werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kolben des Arbeitszylinders mit einem zur Ausführung des automatischen Arbeitsprozesses bestimmten Werkzeug mechanisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmierung durch manuelle Bedienung des Werkzeuges (VT) zwecks Erzeugung der Programmierungssignale durchgeführt wird.

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J5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (VT) eine Spritzpistole zum Verspritzen von Farbe und/oder Lack, zum Versprühen von Pulver, zum Sandstrahlen, zum Metallspritzen oder dgl. auf ein Werkstück ist.

k. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Werkzeug mechanisch mit mehreren Servosystemen verbunden ist, deren jedes seinen eigenen zugeordneten Freiheitsgrad für die Werkzeugbewegung zwecks Erzeugung einer zugeordneten Gruppe von Programmierungssignalen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß alle Gruppen von ProgrammierungsSignalen unabhängig voneinander auf einem Magnetband, z.B. auf parallelen Spuren, aufgezeichnet werden.

5· Gemäß dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - H- programmierbares Servosystem mit einem durch vorgespeicherte Programmierungssignale gesteuerten Servoventil und einem Arbeitszylinder mit einem linear oder in einer Kreisbahn bewegbaren Kolben aufweist, dessen Bewegung durch das die Zufuhr eines Arbeitsmediums zu den beiden Zylinderräumen beiderseits des Kolbens regelnde Servoventil steuerbar ist sowie einem ständig die Kolbenstellung aufspürenden Positionsdetektor, durch welchen als Bezugssignale bei der Steuerung des Arbeitsprozesses des Servosystems dienende Positionssignale erzeugbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das System ein eine Kurzschlußleitung (KO) für das Arbeitsmedium zwischen den beiden ZyÄiderräumen beiderseits des Kolbens (S) des Arbeitszylinders (AS) automatisch öffnendes Entlastungsventil (PT) aufweist, wobei dieses durch dieses Entlastungsventil bei Abschaltung der Zufuhr des Arbeitsmediums zum Servosystem gleichzeitig die Kurzschlußleitung mit der Abflußleitung (UT) für das Arbeits-

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medium verbindbar und bei erneuter Speisung des Servosystems mit dem Arbeitsmedium von der Abflußleitung trennbar ist.

6. Servosystem nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (AS), das Servoventil (SE) und das Entlastungsventil (PT) zusammen mit dem Positionsdetektor (R) zu einem vollständigen Austauschaggregat mit nur zwei äußeren Anschlüssen für das Arbeitsmedium und einem elektrischen Eingang zusammengefaßt sind.

Patentanwalt.

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