DE2441100A1 - Frequenzvervielfachungssystem mit digitalem differentialanalysator zur numerischen werkzeugmaschinensteuerung - Google Patents

Frequenzvervielfachungssystem mit digitalem differentialanalysator zur numerischen werkzeugmaschinensteuerung

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DE2441100A1
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programmed
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DE2441100A
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Francis A Fluet
Charles A Lauer
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER
Patentanwalt
4 Dusseldorf 1 ■ Schadowplatz 9.
Düsseldorf, 27. Aug. 1974
•Westinghouse Electric Corporation,
Pittsburgh, Pa., V. St. A.
•Frequenzvervielfachungssystem mit digitalem Differentialanalysator zur numerischen Werkzeugmaschinensteuerung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen, insbesondere ein digitales Frequenzvervielf achungssystem.
Der klassische digitale Differentialanalysator (digital differential analyzer - DDA) wird in "Arithmetic Operations In Digital Computers" von R. K. Richards, S. 303 - 305, Van Nostrand Co., Inc. 1955 beschrieben. Ein verbesserter DDA ist in der US-PS 3 740 535 - "Numerical Contouring Control System" - Andras Szabo beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung als eine Komponente den modifizierten DDA nach der vorerwähnten US-PS 3 740 535 verwendet.
Bei der Beschreibung des DDA bezieht die herkömmliche Nomenklatur sich auf das eine Schieberegister als den Integranden und das andere Schieberegister als den Rest. In dieser Beschreibung wird auf die Größe des Integranden als dem Zähler N und die Kapazität des Rest-Registers als dem Nenner D Bezug genommen. Ferner wird häufig der Ausdruck digitaler Frequenzvervielfacher ebenso wie der Ausdruck digitaler Differentialanalysator verwendet, weil das Interesse in der Hauptsache auf digitale Frequenz- oder Impulsfrequenz-Vervielfachung gerichtet ist. (Es sei darauf hingewiesen,
509811/0771
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daß naturgemäß der DDA ein Frequenzvervielfacher ist.)
Verbesserte Verfahren zur numerischen Steuerung ermöglichen es nunmehr, die gewünschte Maschinen-Bahngeschwindigkeit in unmittelbaren Geschwindigkeitswerten zu programmieren. Nachdem die gewünschte Geschwindigkeit einmal ermittelt worden ist (diese Geschwindigkeitsbahn wird als der Geschwindigkeitsvektor Fv bezeichnet) , wird sie zu Steuer- bzw. Regelzwecken in orthogonale Geschwindigkextskomponenten umgewandelt. Die US-PS 3 428 876 - Kelling - beschreibt ein solches Verfahren zur Umwandlung der befehlsmäßig vorgegebenen Vektorgeschwindigkeit, wobei dieses Verfahren gewissermaßen ein Visavis zu der Lehre nach der vorliegenden Erfindung bildet.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung eines programmierbaren digitalen Frequenzvervielfachungssystems mit manueller Geschwindigkeitsabweichung (override), das eine verbesserte lineare Interpolations- und Kreis-Interpolationssteuerung zur Anwendung für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen hat.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Frequenzvervielfachungssystem mit einem ersten digitalen Differentialanalysator, der ein Zähler-Schieberegister N und ein Nenner-Schieberegister D aufweist, erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Einrichtung für die Zuführ einer Impulsfolge fc konstanter Frequenz zu dem ersten digitalen Differentialanalysator; eine Einrichtung für die Zufuhr eines auf Maximum programmierten kodierten Eingangssignals in Gestalt einer linearen Messung pro Zeiteinheit zu dem Zähler-Schieberegister N; sowie durch eine Einrichtung für die Zufuhr eines programmierbaren Eingangssignals D, zu dem Zähler-Schieberegister D, das eine Funktion des auf Maximum programmierten kodierten Eingangssignals für das Zähler-Schieberegister N ist, um so für eine im Maßstab 1 : 1 gewichtete Vektor-Ausgangsgeschwindigkeit Fv zu sorgen, wobei für die Vektorgeschwindigkeit Fv die Beziehung gilt :
Fv = fc χ N/D.
Zusätzliche Einrichtungen sorgen für einen neuen Nenner 2D,, 4D, ,
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um einen neuen gewichteten Wert des Ausgangs Fv zur Verfügung zu stellen. Weiter können Einrichtungen vorgesehen sein, um einen Prozentwert des auf Maximum kodierten Eingangssignals zu wählen und so auf manuellem Wege von der vorgegebenen Geschwindigkeit abweichen zu können.
Vorzugsweise kann das System an eine lineare Interpolation längs mindestens zweier orthogonaler Achsen durch Vorsehen mindestens eines zweiten und dritten Differentialanalysators angepaßt werden, die jeweils N2N3- bzw» D^-^-Schieberegister haben. Der Impulsausgang Fv beaufschlagt den zweiten und dritten Differentialanalysator, Eine Einrichtung speist das N -Schieberegister mit den Daten für die programmierte Verschiebung längs einer orthogonalen Achse. In ähnlicher Weise speist eine weitere Einrichtung das !SU-Schieberegister mit den Daten für die programmierte Verschiebung längs der anderen orthogonalen Achse. Eine Einrichtung sorgt für die Beaufschlagung der D2D -Schieberegister mit der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der programmierten Verschiebungen RSS, wobei für die Ausgänge der digitalen Differentialanalysatoren gilt:
Flängs einer orthogonalen Achse = Fv x N2/D2; und
P = Fv χ Ν /D
längs der anderen orthogonalen Achse 3' 3*
Kreis-Interpolation längs mindestens zweier orthogonaler Achsen (x, y) ist ebenfalls vorgesehen. Mindestens zweite und dritte Differentialanalysatoren sind vorgesehen, die N2N3- bzw. D2D3-SChXeberegister haben. Die Ausgangsimpulsfolge Fv wird wiederum den zweiten und dritten Differentialanalysatoren zugeführt. Eine Einrichtung beaufschlagt das N -Schieberegister mit den Daten für die programmierte Verschiebung längs der orthogonalen y-Achse. Eine weitere Einrichtung beaufschlagt das N ^Schieberegister mit den Daten für die programmierte Verschiebung längs der orthogonalen x-Achse. Eine Einrichtung sorgt für die Beaufschlagung der D2- und D -Schieberegister mit der Quadratwurzel der Summe der Quadrate V^x2 + Ay2 (RSS), wo
tialanalysatoren gilt:
+ Ay2 (RSS), wobei für die Ausgänge der digitalen Differen
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Fx =Ay/RSS X Fv;
Fy «Δχ/RSS χ Fv.
Eine Einrichtung koppelt Fx und Fy auf das N3- bzw. N2~Register zurück, um die Größe der jeweiligen zähler N„ und N3 entsprechend dem Fortschreiten der Kreis-Interpolation zu modifizieren. Mit den Schieberegistern D2 und D3 ist eine Einrichtung gekoppelt, um Δ χ und Ay mit RSS zu vergleichen und dann die Größe von RSS zu ändern, d.h. die D_- und D-j-Schieberegister, sofern
Ax> RSS oder
> RSS.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Flg. 1 ein Blockschaltbild des Generators für die Vektorfrequenz Fv mit manueller Geschwindigkeitsabweichung entsprechend der Erfindung;
Fig. 2 eine Tabelle mit den verschiedenen Parametern bei Betrieb des Aufbaus nach Fig. 1 für verschiedene programmierte "inches per minute (IPM)"-Werte;
Fig. 3 eine Tabelle mit den Zähler-Werten D1 für gewählte Geschwindigkeitsabweich-Prozentsätze;
Fig. 4 ein Blockschaltbild, das die Erzeugung der Geeehwindigkeitskomponenten für orthogonale Achsen (Frequenzen Fx, Fy) für lineare Interpolation veranschaulicht;
Fig. 5 ein Blockschaltbild, das die Erzeugung der Geschwindigkeitskomponenten für orthogonale Achsen (Frequenzen Fx, Fy) für Kreis-Interpolation unter Verwendung des Sinus-Kosinus-Modus-Algorithmus veranschaulicht;
Fig. 6 ein Logik-Blockschaltbild zur Steuerung des Nenners D
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unter Verwendung des Sinus-Kosinus-Algorithmus oder des Tangens-und-Eins-Algorithmus;
Fig. 7 ein Blockschaltbild, das die trigonometrische Frequenzvervielfachung für Kreis-Interpolation unter Verwendung des Tangens-und-Eins-Algorithmus veranschaulicht;
Fig. 8 eine den Inhalt des N- und D-Registers für verschiedene Betriebsarten, nämlich linear, kreisförmig und Gewindeschneiden, zusammenstellende Tabelle;
Fig. 9 eine Lösung nach dem Stand der Technik zur Erzeugung der Vektorfrequenz Fv;
Fig. 10 eine weitere Lösung nach dem Stand der Technik zur Erzeugung der Vektorfrequenz Fv; und
Fig. 11 eine Lösung nach dem Stand der Technik zur Erzeugung der Orthogonalachsen-Geschwindigkeitskomponenten für eine Vektorgeschwindigkeit Fv.
Verbesserte Programmiermöglichkeiten für numerische Steuerungen ermöglichen jetzt das Programmieren der gewünschten Maschinenbahngeschwindigkeit in unmittelbaren Geschwindigkeitswerten< BeispJslsweise kann eine F-Größe mit fünf folgenden Ziffern verwendet v/erden, um die Maschinengeschwindigkeit auf 000,01 bis 999,99 Inch pro Minute (IPM) einzustellen. Der F-Wert ist modal, d.h. er wird verwendet, bis eine neue Zahl programmiert ist. Bisherige Verfahren erforderten das Programmieren einer zu der erforderlichen Zeit umgekehrt proportionalen Zahl, wobei üblicherweise für jeden neuen Bewegungsbefehl eine neue Zahl erforderlich ist. In den meisten Steuersystemen ist eine Vorschubgeschwindigkeit-Abweichung (feed rate override - FRO) vorgesehen, so daß der Maschinenoperator den programmierten Geschwindigkeitsbefehl durch Wählen des zu verwendenden Prozentsatzes der programmierten Geschwindigkeit umgehen kann. Die Wahl der Umgehung oder Abweichung schwankt üblicherweise zwischen Null und iaundertzwanzig Prozent,
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wobei die Steuerung über das Intervall entweder kontinuierlich oder in diskreten Schritten erfolgt.
Im allgemeinen werden die programmierten und manuell gewählten Parameter verwendet/ um eine digitale Impulsfrequenz zu erzeugen, die die gewünschte Geschwindigkeit repräsentiert. Diese Frequenz wird Vektorfrequenz Fv genannt. Typischerweise repräsentiert jeder Fv-Impuls ein Inkrement von üblicherweise 0,0001 Inch Vektoroder Maschinenweg-Bewegung. Eine weitere Verarbeitung der Fv-Impulse liefert die Frequenzen Fx und Fy zur Steuerung der jeweiligen Geschwindigkeiten längs der orthogonalen Achsen χ und y (Bewegung längs der .z-Achse kann für dreidimensionale Situationen ebenfalls gesteuert werden, jedoch wird im Hinblick auf eine größere Einfachheit die Untersuchung auf die x-/y-Ebene beschränkt).
Herkömmliche Lösungen zur Erzeugung von Fv arbeiten entweder mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (voltage controlled oscillator - VCO) mit einem folgenden digitalen Differentialanalysator DDA entsprechend Fig.9 oder zwei in Kaskade geschalteten DDAen entsprechend Fig. 10. Die Frequenz am Eingang des letzten DDA bestimmt das Gesamtzeit-Auflösungsvermögen für den Fv-Generator. Ein höherer Frequenzeingang zu dem letzten DDA führt zu einer genaueren Anordnung der Fv-Impulse längs der Zeitachsen. Wenn jedoch die Vorschubgeschwindigkeit-Abweichung verwendet wird, um die programmierte Geschwindigkeit zu verringern, wird der augenblickliche Frequenzfehler von Fv größer. Außerdem führen bei der Anordnung nach Fig. 9 thermische Instabilitäten des VCO zu Fehlern bei der Erzeugung von Fv.
Fig. 1 zeigt eine Programmquelle 10, die kodierte Information für die Weiterleitung zu einem Programmspeicher 12 liefert. Der programmierte Wert der gewünschten Vorschubgeschwindigkeit (IPMP) wird als Zähler N an den digitalen Frequenzvervielfacher 14 geliefert.
Der Operator wählt den Abweichungs-Prozentsatz, der an die Kodierlogik 16 übertragen wird. Diese Kodierlogik wählt eiae Adresse in
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dem Lesespeicher (ROM) 18, der dann den richtigen Nenner-Wert D1 liöfert. Die D^Zahl wird einem binären Vervielfacher 20 zugeführt, wo sie vor der Weiterleitung an den Frequenzvervielfacher (DFM) 14 auf den richtigen Maßstab gebracht werdenkann. Der DFM vervielfacht oder multipliziert die Impulsfolge konstanter Frequenz fc, so daß man Fv erhält:
fc χ N/D = Fv.
Bei einer praktischen Anwendung der Erfindung wird ein Format mit fünf Dezimalziffern für die programmierte Vorschubgeschwindigkeit verwendet, um ein Programmieren von 00000 bis 99999 zur Wiedergabe der gewünschten Geschwindigkeiten von 000,00 bis 999,99 Inch pro Minute (IPM) bei einer Auflösung von 0,01 IPM zu ermöglichen. Die programmierten Daten werden in eine binäre Zahl umgewandelt und in dem N-Register gespeichert.
Die digitalen Speicherelemente sind binäre 25-Bit-Reihenschieberegister, die mit Datengeschwindigkeiten von 500 Kilobit/s arbeiten. Die maximale Iterations- oder Periodengeschwindigkeit ist 20.000 Perioden pro Sekunde.
Die Taktimpulse fc sind 20.000 Impulse/s. Wenn ein Fv-Impuls 0,0001 Inch Vektorbewegung repräsentiert, so repräsentiert ein Fv von 20.000 Impulsen/s 120 IPM. Um Geschwindigkeiten von mehr als 120 IPM ohne Modifizierung der grundlegenden Daten-Bit-Frequenz zu erzielen, wird der D-Wert auf einen bestimmten Maßstab gebracht, d.h. er wird mit einem binären Maßstabsfaktor 2, 4etc. multipliziert, und das Gewicht des Fv-Impulses wird entsprechend geändert (d.h. auf 0,0002", 0,0004" etc. in der nachfolgenden Steuerschaltung) . Der verwendete Maßstabsfaktor hängt von der programmierten Vorschubgeschwindigkeit (IPM) ab, wie das in der Tabelle nach Fig. 2 gezeigt ist.
Der Nenner D, ist eine Funktion der Wahl der Vorschubgeschwindigkeits-Abweichung;
D = IFM max χ FRO max/FRO,
1 wobei: D, = Nenner-Wert für den Maßstab/einer Operation,
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IPM max = 10.000 (die Auflösung von IPM max ist die gleiche
wie IPMP in Zähler),
FRO max = 120 %,
FRO = gewählter Wert der Vorschubgeschwindigkeit-Abweichung
in 10%-Schritten von 10 bis 120 %.
Die Tabelle nach Fig. 3 stellt die Nenner-Werte für verschiedene gewählte Abweich-Geschwlndigkeiten zusammen (wobei für eine Abweichung entsprechend 0 % der vorgegebenen Geschwindigkeit der BetriebA)FM gesperrt ist, so daß keine Fv-Impulse erzeugt werden*. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, führen die Maßstabsfaktoren 1, 2, etc. dazu, daß einige Vielfache von D, (Nenner für den Maßstab ι einer Operation) als der Nenner D in dem DFM 16 verwendet werden, d.i. D1, 2D1, 4D1 etc.
Zusätzliche Speicherkapazität in dem Lesespeicher (ROM) kann verwendet werden, um den Nenner D so anzupassen, daß er verschiedene Formate der Eingangsinformation annehmen kann. Beispielsweise kann die programmierte Vorschubgeschwindigkeit auf Inch/min (IPM) oder mm/min (MMPM) festgelegt sein. Zusätzliche gespeicherte Nennerwerte können gewählt werden, um Inch/U (IPR) wiederzugeben, wobei dann die Eingangsfrequenz fc beispielsweise von einer die Drehzahl einer Spindel repräsentierenden Frequenz abgeleitet würde. Der Lesespeicher kann auch eine Quelle für Zähler-Werte zur Erzeugung verschiedener festgelegter Geschwindigkeiten für schnellen, mittleren und langsamen manuellen Betrieb oder für andere manuelle Betriebsarten wie inkrementeIlen Betrieb sein.
Es kann eine automatische Beschleunigungsregelung vorgesehen sein, zusammen mit weiterem Regel-Schaltungsaufbau. Beispielsweise kann der N-Wert über einen bestimmten Zeitabschnitt linear inkrementiert werden, indem dem N-Register für jede Iteration eine Zahl hinzugefügt wird, bis sie dem programmierten IPM gleicht, so daß die Fv-Frequenz linear auf den gewünschten Wert zunimmt.
In gleicher Weise kann der N-Wert bei Annäherung an die end-
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gültige Maschinen-Position iterativ um einen Wert dekrementiert werden, um so für eine automatische Verzögerungs- oder Bremsregelung zu sorgen.
Allgemein wird in Systemen zur numerischen Kontursteuerung die gewünschte Maschinen-Vektorgeschwindigkeit Fv durch Regelung ihrer Geschwindigkeitskomponenten (Frequenzkomponenten) Fx, Fy längs zweier oder mehrerer orthogonaler Achsen erhalten. In der xy-Ebene ist für lineare Verschiebung Fx = Fv cos θ und Fy = Fv sin Θ, wobei θ der Winkel zwischen Fv und der y-Achse ist.
In gleicher Weise sind für kreisförmige Verschiebung die Komponenten Fx und Fy Funktionen des Sinus und Kosinus. Ein schematisches Schaltbild, der herkömmlichen Lösung zur Erzeugung der Komponentengeschwindigkeiten ist mit Fig. 11 wiedergegeben. Dabei handelt es sich im wesentlichen um drehverbindung mit der US-PS 3 428 876 angewandte Lösung. Wie ersichtlich, werden zwei digitale Differentialanalysatoren mit einer Vektor-Rückkopplungsannäherung (Fv approx) verwendet, um die trigonometrische Umwandlung zu erhalten. Die x-Achse7und y-Achse-Ausgangswerte Δχ und Ay werden durch die Steuereingangsdaten vorgegeben. Der Nenner-Ausdruck von DDA (DDA MODULO) bezieht sich auf die Kapazität des Restregisters des DDA.
Im Betrieb wird ein Impuls vom Fv-Eingang dem Fv-Fehlerzähler zugeführt, der den Betrieb beider DDAen aktiviert, um Impulse an den Fx- und Fy-Ausgängen zu erzeugen. Diese Ausgänge (Fx, Fy) werden dann unter Verwendung eines Vektorsummierungs-Annäherungs-Algorithmus summiert. Die erzeugte Annäherung der Vektorfrequenz (Fv approx) wird am Fv-Fehlerzähler subtrahiert, wobei der Eingang Fv aufgehoben und die DDAen deaktiviert werden. Dieser Vorgang wird für jeden erhaltenen Fv-Eingangsimpuls wiederholt. Da der Nenner-Ausdruck der DDAen feststeht (DDA MODULO), ist das Verhältnis von Fx und Fy das Verhältnis der beiden Zähler-Ausdrücke 4x und Ay. Da jeder Impuls für Fx und Fy ein Inkrement der Verschiebung auf der entsprechenden Achse repräsentiert, wird eine genaue lineare Bewegung erhalten. Jedoch ist die Genauigkeit der Änderungsgeschwindigkeit der Vektorlage, d.h. der
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Vektorgeschwindigkeit Fv, der Genauigkeit des Vektorsummierungs-Annäherungs-Algorithmus unmittelbar proportional.
Mit Fig. 4 wird eine Möglichkeit nach der Erfindung wiedergegeben, um die trigonometrische Frequenzvervielfachung für lineare Verschiebung unter Verwendung von zwei digitalen Frequenzvervielfachern (DFMn) 22 und 24 zu erzielen. Die Zähler-Ausdrücke sind Ax bzw.Ay, jedoch ist der Nenner RSS, d.h. die von
RSS =V4x2 + Ay2
abgeleitete Zahl, d.h. die Vektorlänge (RSS ist eine von dem Ausdruck "Root of Sum of Squares" - Wurzel der Summe der Quadrate abgeleitete Abkürzung). Die Geschwindigkeitsgenauigkeit ist der Genauigkeit von RSS hinsichtlich der wahren Vektorlänge proportional. Die RSS-Berechnung unter Verwendung der gegebenen Ax- und 4y-Werte muß vor Beginn des Frequenzvervielfachungsvorgangs nur einmal durchgeführt werden. Dieser Wert kann mit jeder gewünschten Genauigkeit berechnet werden, indem ein allgemeiner numerischer Prozessor mit einem geeigneten iterativen Algorithmus verwendet wird, so daß die Hardware der Fig. 11 for den Rückkopplungs-Impulssummierungs-AlgorithiBUS nicht mehr benötigt wird. Da die Berechnung für jede programmierte Bewegung einmal durchgeführt wird, steht der numerische Prozessor während der Frequenzvervielfachung im Laufe der Bewegung für andere Aufgaben zur Verfügung.
Bei der linearen Bahnsteuerung bleiben die Zehnerausdrücke für beide DFM 22, 24 über die Bewegung konstant. Der zur Berechnung des Nenners RSS verwendete arithmetische Algorithmus ist so ausgebildet, daß der RSS-Wert stets zunächst größer als die beiden Zähler-Ausdrücke ist. Das gewährleistet, daß das N/D-Verhältnis kleinerals Eins ist.
Bei der kreisförmigen Bahnsteuerung wird der Zähler N eines DFM (Fig. 5, Element 26) durch den Ausgang des anderen DFM (Fig. 5, Element 28) modifiziert. Das erfolgt, weil ein orthogonales Inkrement von Null auf ein Maximum ansteigt, während das andere orthogonale Inkrement von einem Maximum auf Null abfällt. Anders ausgedrückt, eine augenblickliche oder kontinuierliche Tangente
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(d.h. die Vektorfrequenz Fv) hat bei 0° keine zur x-Achse parallele Komponente, sondern baut sich allmählich auf ein Maximum bei 90° auf. Das Umgekehrte gilt für die zur y-Achse parallele Komponente.
Obwohl der RSS-Wert, der vor Beginn der Bewegung berechnet wird, anfänglich größer als beide Zähler-Ausdrücke ist, kann bei Ausführung der Bewegung einer der modifizierten Zähler-Ausdrücke den Wert von RSS übersteigen. Dies könnte im ersten Quadranten stattfinden, beispielsweise im Bereich O - 16° und 84 - 90°. Um eine solche Erscheinung zu verhindern, können die angenäherte sin- und cos-Beziehung der DFM-Verhältnisse zu einer Tangens-und-Eins-Beziehung modifiziert werden, wobei dennoch das gleiche Verhältnis von Fx zu Fy aufrechterhalten wird, da:
sin tan .
cos ~ 1
Dies erfolgt durch Vergleich der Zäh ler-Aus drücke Nx, Ny (d.h. Ax, Ay) mit dem RSS-Wert. Wenn einer der Zähler-Ausdrucke Nx oder Ny gleich oder größer als der RSS-Wert wird, wird der größere Ausdruck als der Zähler für beide DFM 26, 28 verwendet.
Die logische Schaltung nach Fig. 6 prüft den augenblicklichen Zähler Nx und Ny mit dem RSS-Wert. Dies erfolgt mittels zweier Komparatoren 30, 32. Der Ausgang des Komparators 30 speist ein NICHT-Gatter 34 und ein UND-Gatter 36, während der Ausgang des Komparators 32 ein NICHT-Gatter 38 und ein UND-Gatter 40 speist. Die Ausgänge der NICHT-Gatter 34, 38 sind mit einem UND-Gatter verbunden. Die Ausgänge der UND-Gatter 36, 40, 42 speisen ein ODER-Gatter 44.
Während des größten Teils der kreisförmigen Bahnsteuerung sind Nx und Ny kleiner als RSS. Die Ausgänge der Komparatoren sind eine logische NULL, so daß das UND-Gatter 42 aktiviert wird und RSS als den Nenner-Wert D weitergibt. Wird Nx £ ÄSS* so gibt der Komparator 30 eine logische EINS ab, so daß das UND-Gatter 42 deaktiviert wird. Diese logische EINS würde jedoch das UND-Gatter 36 aktivieren, so daß dieses den Wert Nx an das ODER-Gatter 44 weitergibt. Die Größe des Nenners D würde dann, wie mit Fig. 7
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gezeigt,Δx sein. Ähnliches gilt für Ny ^ RSS.
Die mit Fig. 5 veranschaulichte Betriebsart wird Frequenzvervielfachung für kreisförmige Interpolation unter Verwendung des sin- und cos-Algorithmus genannt, während die mit Fig. 7 gezeigte Betriebsart eine Frequenzvervielfachung für kreisförmige Interpolation unter Verwendung der Tangens-und-Eins-Algorithmen ist. Diese Lösung kann einen gewissen Geschwindigkeitsfehler hervorrufen, jedoch ist der Fehler stets kleiner als der durch die Diskrepanz zwischen dem berechneten RSS-Wert und der wahren Vektorlänge hervorgerufene, und der übergang vom sin- und cos-Algorithmus zum Tangens-und-Eins-Algorithmus erfolgt sanft, ohne stufenartige Geschwindigkeitsänderung.
Eine Zusammenfassung des Zähler- und Nenner-Registerinhalts für die Fx-Achse und die Fy-Achse ist mit der Tabelle der Fig. 8 wiedergegeben. Die I- und J-Nomenklatur entspricht der Anpassung durch die Electronic Association of Washington, D. C. bei Programmierung für kreisförmige Interpolation. Die obige Erläuterung des trigonometrischen DFM bezieht sich auf eine in einer Ebene gesteuerte Maschine, beschrieben durch die beiden orthogonalen Freiheitsgrade, jedoch läßt das Verfahren sich auch auf die Steuerung einer zu den anderen beiden orthogonalen dritten Achse anwenden, indem ein weiterer DFM vorgesehen und die Berechnung von RSS so abgewandelt wird, daß dabei auch eine Berücksichtigung der dritten Dimension erfolgt.
Die vorstehend beschriebene trigonometrische Lösung liefert eine sehr genaue Vektorbahnsteuerung und eine Vektorgeschwindigkeitssteuerung mit einer Genauigkeit, die dem Genauigkeitsgrad der RSS-Berechnung proportional ist. Die Bahngenauigkeit des DFM wird über ihren gesamten Bereich mit einem Fehler von weniger als einem Inkrement aufrechterhalten.
Patentansprüche
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Claims (6)

Patentansprüche
1. Frequenzvervielfachersystem mit einem ersten digitalen Differentialanalysator, der ein Zähler-Schieberegister N und ein Nenner-Schieberegister D aufweist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung für die Zufuhr einer Impulsfolge fc konstanter Frequenz zu dem ersten digitalen Differentialanalysator; eine Einrichtung für die Zufuhr eines auf Maximum programmierten kodierten Eingangssignals in Gestalt einer linearen Messung pro Zeiteinheit zu dem Zähler-Schieberegister N; sowie durch eine Einrichtung für die Zufuhr eines programmierbaren Eingangssignals D, zu dem Zähler-Schieberegister D, das eine Funktion des auf Maximum programmierten kodierten Eingangssignals für das Zähler-Schieberegister N ist, um so für eine im Maßstab 1 s 1 gewichtete Vektor-Ausgangsgeschwindigkeit Fv zu sorgen, wobei für die Vektorgeschwindigkeit Fv die Beziehung gilt:
Fv = fc χ N/D.
2. Frequenzvervielfachersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der Einrichtung für die Zufuhr eines programmierbaren Eingangssignals gekoppelte Einrichtung zur Modifizierung des Eingangs D zur Abgabe eines neuen Nenners 2D , 4D etc., der variabel gewichtete Faktoren (absolute lineare Messung pro Impuls) für den Vektorausgang Fv ergibt.
3. Frequenzvervielfachersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einrichtung für die Zufuhr eines auf Maximum programmierten kodierten Eingangssighals eine Einrichtung zur Wahl einer variablen Vorschubgeschwindigkeit-Abweichung des auf Maximum programmierten kodierten Eingangssignals für das D-Schie±>eregister gekoppelt ist, um verschiedene Größen für D zu liefern, die eine Funktion der gewählten Variablen Vorschubgeschwindigkeit-Abweichung sind.
4. Frequenzvervielfachersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einrichtung für die Zufuhr eines pro-
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grammierbaren Eingangssignals eine Einrichtung zur Modifizierung des Wertes D1 variabler Größe gekoppelt ist, um neue Nenner 2D-, 4D etc. zu liefern, die variabel gewichtete Faktoren (absolute lineare Messung pro Impuls) an den Vektorausgang Fv liefern.
5. Frequenzvervielfachersystem nach Anspruch 1 für die lineare Interpolation mindestens zweier otthogonaler Achsen, gekennzeichnet durch mindestens einen zweiten und einen dritten digitalen Differentialanalysator mit jeweils N2- und N3- bzw. D- und !^-Schieberegistern; eine Einrichtung zur Beaufschlagung des zweiten und dritten digitalen Differentialanalysators mit dem Impulsfolgeausgang Fv; eine Einrichtung zur Beaufschlagung des Zähler-Schieberegisters N2 des zweiten digitalen Differentialanalysators mit der programmierten Verschiebung längs der einen orthogonalen Achse; eine Einrichtung zur Beaufschlagung des Zähler-Schieberegisters N3 des dritten digitalen Differentialanalysators mit der programmierten Verschiebung längs der anderen orthogonalen Achse; sowie durch eine Einrichtung zur Beaufschlagung der Schieberegister D~, D3 des zweiten und dritten digitalen Differentialanalysators mit der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der programmierten Verschiebungen (RSS), wobei die Ausgänge des zweiten und dritten digitalen Differentialanalysators
längs einer orthogonalen Achse W2/U2 DZ
längs der anderen orthogonalen Achse ~ 3' 3 sind.
6. Frequenzvervielfachersystem nach Anspruch 1 für die kreisförmige Interpolation längs mindestens zweier orthogonaler Achsen (x, y), gekennzeichnet durch mindestens einen zweiten und dritten digitalen Differentialanalysator, die jeweils N2- und N3- bzw. D2- und D-j-Schieberegister haben; eine Einrichtung zur Beaufschlagung des zweiten und dritten digitalen Differentialanalysators mit dem Impulsfolgeausgang Fv; eine Einrichtung zur Beaufschlagung des Zähler-Schieberegi-
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sters K2 des zweiten digitalen Differentialanalysators mit der programmierten Verschiebung Δγ längs einer orthogonalen Achse; eine Einrichtung zur Beaufschlagung des Zähler-Schieberegisters N3 des dritten digitalen Differentialanalysators mit der programmierten Verschiebung Ax längs der anderen orthogonalen Achse; eine Einrichtung zur Beaufschlagung der Schieberegister D2, D- das zweiten bzw. dritten Differentialanalysators mit der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der programmierten Verschiebungen (RSS), wobei die Ausgänge des zweiten bzw. dritten Differentialanalysators
Fx =Ay/RSS χ Fv; bzw. Fy = Δ x/RSS χ Fv
sind; eine Einrichtung zur Kopplung von Fx zurück auf das Zähler-Register N3 des dritten digitalen Differentialanalysators zur Modifizierung der Größe von Δχ mit fortschreitender kreisförmiger Verschiebung; sowie durch eine Einrichtung zur Kopplung von Fy zurück auf das Zähler-Register N2 des zweiten digitalen Differentialanalysators zur Modifizierung der Größe von Ay mit fortschreitender kreisförmiger Verschiebung.
Frequenzvervielfachersystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine mit den Schieberegistern D2 und D3 gekoppelte Einrichtung zum Vergleich von Λ χ und Ay mit RSS zur Änderung der Größe von RSS auf entweder Δ χ oderAy, sofern:
Δ χ > RSS oder
Δγ > RSS.
KN/ot 3
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