DE2716775C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur automatischen Wiederausrichtung eines Maschinenelementes auf eine Position, die vor einer Unterbrechung der Energiezufuhr zu dem zugehörigen Antriebsmechanismus eingenommen worden war, nach der Gattung des Oberbegriffs. Sie betrifft allgemein das Gebiet der numerischen Steuereinheiten und speziell ein Verfahren und ein Gerät zur automatischen Wiederausrichtung eines Maschinenelements in eine vorbestimmte Position nach einer Unterbrechung der Energiezuführung. Bei den meisten bekannten numerisch gesteuerten Maschinen muß auf eine Unterbrechung des Stroms oder der Energiezufuhr ein Wiederausrichtverfahren folgen, wenn die Stromzufuhr oder Energiezufuhr wieder hergestellt ist. Bei einfacheren Maschinen kann eine Wiederausrichtung dadurch erfolgen, daß man das Maschinenelement in eine vorbestimmte Ausrichtposition bewegt und in der numerischen Steuereinheit Werte vorgibt, die dieser vorbestimmten Ausrichtposition entsprechen. Bei großen Kopierfräsmaschinen ist jedoch die Wiederausrichtung komplexerer Natur. Das Maschinenbett kann von etwa zwanzig Meter bis zu über hundert Meter lang sein. Weiter kann das Maschinenbett verschiedene unabhängig voneinander arbeitende Vielfachspindel-Böcke aufweisen, die diesem zugeordnet sind. Wenn vorbestimmte Ausrichtpunkte verwendet werden, so erfordert es sehr viel Zeit, den Bock entlang des Betts zu diesen Stellen oder Punkten zu bewegen. Da jeder Bock unabhängig arbeitet, existiert eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß ein Bock bei dem Versuch, eine Ausrichtstelle zu erreichen, einen anderen beeinträchtigt. Daher muß der Betrieb aller Böcke stillgelegt werden, um eine Ausrichtung eines Bockes durchzuführen. Dies ist natürlich ein sehr unbefriedigender Betrieb. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und Gerät wird eine automatische Wiederausrichtung eines Maschinenelements nach einer Unterbrechung der Energiezufuhr erzielt.

Die Erfindung geht in ihrem Oberbegriff von einem Stand der Technik aus, wie er sich aus der US-PS 38 89 105 ergibt. Aus dieser Druckschrift ist ein Gerät bekanntgeworden, bei dem die Bewegung entlang eines Wegs umgekehrt werden kann. Hierzu werden an sich bereits bekannte Elemente wie eine Servomechanismusschaltung einschließlich eines Befehlsphasenzählers, eines Phasendiskriminators und eines Rückkopplungswandlers ("resolver") verwendet. Nachteilig ist bei einem Gerät gemäß der US-PS 38 89 105 jedoch, daß die Bewegung des Maschinenelementes während der Unterbrechung der Energiezufuhr nicht gemessen werden kann.

Bei einigen Steuereinrichtungen, wie eine beispielsweise aus der US-PS 38 02 622 bekannt ist, wird bei einer Energie- oder Stromunterbrechung ein Festkörperspeicher verwendet, um ein Befehlssignal zu speichern, das die gewünschte Position wiedergibt, und um ein Strom-Rückkopplungssignal zu speichern, das die tatsächliche Position des Maschinenelements wiedergibt. Wenn der Strom wieder angelegt wird, werden das Befehls- und das Rückkopplungssignal von dem Speicher abgerufen und identifizieren die exakte Position des Maschinenelements relativ zu seiner gewünschten Position.

Bei kleineren Maschinen kann dieses zuvor erläuterte System angemessen sein. Bei größeren Maschinen existieren jedoch Bedingungen, durch die das genannte System nicht mehr angemessen ist. Erstens gibt es eine Reihe von Faktoren, die bewirken, daß sich das Maschinenelement weiterbewegt, wenn die Energiezuführung beendet wird. Wenn beispielsweise eine Stromunterbrechung auftritt, während sich das Maschinenelement in Bewegung befindet, so bewirkt die Trägheit des Maschinenelements, daß dieses seine Bewegung für eine kurze Zeitspanne fortsetzt. Bei vielen Antriebsmechanismen nimmt auch nach einer Stromunterbrechung der Mechanismus langsam in seiner Bewegung ab, bis ein Ruhezustand erreicht ist. Dies führt natürlich zu einer kleinen Bewegung des Maschinenelements.

Zweitens besitzen viele Systeme einen Vorhalt, durch den ein konstanter kleiner Fehler zwischen der gewünschten und der tatsächlichen Position des Maschinenelements eingeführt wird. Wenn daher die Stromversorgung unterbrochen und dann wieder angelegt wird, kann sich der Vorhalt ändern, wodurch sich die tatsächliche Position des Maschinenelements relativ zu der gewünschten Position verändert. Demzufolge kann ein Steuersystem, das lediglich die gewünschte und die tatsächliche Position eines Maschinenelements zu einem Zeitpunkt der Stromunterbrechung speichert, auf Änderungen der Position des Maschinenelements, die nach der Stromunterbrechung auftreten, nicht reagieren.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 ist es Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Dabei wird ein System für eine beliebige Maschine geschaffen, durch das nach einer Unterbrechung der Antriebsenergie ein Maschinenelement automatisch wieder in eine korrekte Position ausgerichtet wird.

Gemäß der Erfindung wird bei einer Energiezufuhrunterbrechung zu einem Antriebsmechanismus, der an ein Maschinenelement gekuppelt ist, eine automatische Wiederausrichtung des Maschinenelements in eine vorbestimmte Position erzielt. Es wird als erstes eine Stromunterbrechung oder Energieunterbrechung hinsichtlich des Antriebsmechanismus erfaßt. Als nächstes wird die Verschiebung des Maschinenelements nach der Energieunterbrechung gemessen und gespeichert. Wenn dann die Energie wieder dem Antriebsmechanismus zugeführt wird, so wird das Maschinenelement automatisch über eine Strecke bewegt, die gleich der gespeicherten Verschiebung ist, so daß dadurch das Maschinenelement eine Position erreicht, die es vor der Energieunterbrechung gehabt hat. Es können jedoch Situationen entstehen, bei denen sich das Maschinenelement bewegt, nachdem seine Anfangs­ bewegung gemessen und gespeichert wurde. Um dieser Situation dem Maschinen-Vorhalt Rechnung zu tragen, wird bei der Erfindung das Maschinenelement nach einer Wiederherstellung der Energiezufuhr so verstellt, daß die zuvor erläuterten Bewegungen korrigiert werden. Das Maschinenelement wird daher auch in schwierigen Situationen in seine ursprüngliche Position zurückgeführt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltbild;

Fig. 2 ein Blockschaltbild von Einzelheiten;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das das erfindungsgemäße Vorgehen veranschaulicht;

Fig. 4 ein detailliertes Flußdiagramm eines Unterprogramms, das die Schritte wiedergibt, die für die automatische Wiederausrichtung eines Maschinenelements in eine vorbestimmte Position erforderlich sind, wenn das Maschinenelement während der Energieunterbrechung einer nicht festgestellten Bewegung unterworfen wird;

Fig. 5 ein detailliertes Flußdiagramm eines Unterprogramms für die automatische Ausrichtung oder Einstellung eines Befehlssignalgenerators in die tatsächliche Position eines Maschinenelements während der Wiederanlegung der Energie; und

Fig. 6 ein detailliertes Flußdiagramm eines Unterprogramms, welches die Schritte veranschaulicht, die für die Bestimmung des Abstands erforderlich sind, bis zu welchem eine Bewegung bei der Wiederausrichtung eines Maschinenelements erfolgen muß.

Fig. 1 zeigt ein allgemeines Blockschaltbild der Komponenten der Erfindung. Allgemein gesprochen läßt sich der Gegenstand der Erfindung bei einer Werkzeugmaschine unmittelbar realisieren, die numerisch durch einen Rechner gesteuert wird. Das Blockdiagramm von Fig. 1 zeigt lediglich die Teile einer solchen Steuerung, die bei der Erfindung zur Anwendung gelangen. Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Bausteine werden von der Anmelderin hergestellt. Die exakte Definition und Zuordnung dieser Bausteine kann jedoch von Steuerung zu Steuerung variieren. Der Gegenstand der Erfindung kann auch in anderen numerischen Steuerungen realisiert werden, die einen nichtflüchtigen Speicher enthalten. Die genauen Einzelheiten der Zuordnung der Bausteine, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist daher nicht als Einschränkung der Erfindung anzusehen.

Eine zentrale Rechnereinheit (CPU) 10 spricht auf eine Eingangs-Ausgangskopplungselektronik 12 an, deren Eingangsgrößen durch ein Drucktastenfeld oder Pult 14 und Maschinensteuerkontakte 17 erzeugt werden. Die Energieversorgung einer Werkzeugmaschine kann aus einer Reihe von Gründen unterbrochen werden. Erstens kann eine Stillegung der Maschine von der betreffenden überwachenden Person gewünscht werden. In dieser Situation wird er Drucktasten verwenden, die an dem Drucktastenpult 14 zur Verfügung stehen, um zuerst die Energie von der Maschine zu nehmen und um dann die Energieversorgung für die Steuereinrichtung auszuschalten. In anderen Situationen können Fehlerbedingungen auftreten, die die Maschinensteuerkontakte erregen, um die Stromversorgung zur Maschine zu unterbrechen. In dieser Situation kann die Stromversorgung für die Steuereinrichtung beendet oder nicht beendet werden. In einer der geschilderten Situationen ist die automatische Wiederausrichtschaltung aktiv. Eine Einschränkung besteht jedoch insofern, als die Stromversorgung für die Steuereinrichtung für eine vorbestimmte Zeitperiode aufrechterhalten werden muß, nachdem die Energiezufuhr zur Maschine unterbrochen wurde. In Situationen, bei welchen die Stromversorgung für die Maschine und die Steuereinrichtung gleichzeitig unterbrochen wird, ist daher das automatische Wiederausrichtgerät nicht wirksam.

Der Rechnereinheit (CPU) 10 ist ein Datenspeicher 13 und ein Programmspeicher 15 zugeordnet. Der Programmspeicher 15 schickt die Programme zur CPU 10, durch die in Verbindung mit ausgewählten Daten aus dem Datenspeicher 13 Ausgangssignale erzeugt werden. Der Datenspeicher 13 besteht aus einem flüchtigen Speicher 16 und einem nichtflüchtigen Speicher 18. Unter normalen Betriebsbedingungen wird die Energieversorgung für die Steuereinheit aufrechterhalten und der nichtflüchtige Speicher 18 kann die meisten der aktiven Daten speichern. Bei der speziellen Situation, wie sie für den Gegenstand der Erfindung zutrifft, wobei die Energieversorgung zur Steuereinheit unterbrochen wird, werden automatisch Wiederausrichtdaten in dem nichtflüchtigen Speicher 18 gespeichert.

Unter diesen Bedingungen werden bei der Ausführung einer Bewegung die Ausgangssignale aus der CPU 10 über eine Eingabe/Ausgabe- Einheit 11 geleitet und gelangen in die Inter­ polationsschaltung 20. Die Interpolationsschaltung 20 spricht auf die Ausgangssignale an und erzeugt ein digitales Signal für die Servomechanismusschaltungen 22. Die Servomechanismusschaltungen 22 sprechen auch auf ein Rückkopplungselement 24 an, das mechanisch an ein Maschinenelement 26 gekoppelt ist, und erzeugen ein Fehlersignal für den Antriebsmechanismus 28. Die Servomechanismusschaltungen 22 fahren damit fort, ein Fehlersignal zu erzeugen, bis der Antriebsmechanismus das Maschinenelement 26 in eine solche Position bewegt hat, daß das Rückkopplungselement 24 ein Rückkopplungssignal erzeugen kann, das dem von der Interpolationsschaltung 20 erzeugten digitalen Signal entspricht. Ein Absolutpositions-Speicher 30 spricht ebenfalls auf die Interpolationsschaltung 20 an und speichert die absolute Position des Maschinenelements 26.

Zur Vereinfachung der Erläuterung ist nur ein einziges Maschinenelement 26 veranschaulicht. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß dann, wenn die Maschine eine Anzahl von Freiheitsgraden besitzt, der Positionsspeicher 30, die Servomechanismusschaltungen 22, der Antriebsmechanismus 28, das Maschinenelement 26 und das Rückkopplungselement 24 in doppelter Ausführung vorgesehen wird, um der Zahl der Freiheitsgrade an der Maschine Rechnung zu tragen.

Wie bereits an früherer Stelle erwähnt wurde, erfordert der Gegenstand der Erfindung, daß die Energieversorgung zur Maschine unterbrochen wird, bevor die Energieversorgung zur numerischen Steuereinheit abgeschaltet wird. In Fig. 1 sind keine Energieversorgungsverbindungen veranschaulicht. Jedoch ist die Stromversorgungs- oder Energiezufuhrverteilung für die Maschine und für verschiedene Steuerelemente gut bekannt. Darüber hinaus sei im Rahmen dieser Beschreibung angenommen, daß die Energieunterbrechung für die Maschine als Energieunterbrechung des Antriebsmechanismus 28 definiert ist. Die Energieunterbrechung für die Steuereinheit ergibt sich aufgrund der Energieunterbrechung zu anderen Elementen in Fig. 1. Die dem Antriebsmechanismus 28 zugeführte Energie kann elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Natur sein. Beispielsweise kann in einem hydraulischen System die der Maschine oder dem Antriebsmechanismus 28 zugeführte Energie dadurch unterbrochen werden, daß die Stromzufuhr zu einer elektrischen Pumpe aufhört, die die hydraulische Energie erzeugt, durch einen Bruch der hydraulischen Leitung, wodurch hydraulischer Druck verlorengeht, durch ein Abschalten der Hydraulik durch ein Steuergerät oder aus irgendeinem anderen Grund. Wenn dies stattfindet, wird die Energie weiterhin zur Steuereinheit geschickt, und die Servomechanismusschaltung kann weiterhin ein Fehlersignal erzeugen. Der Antriebsmechanismus besitzt jedoch nicht mehr die Fähigkeit, auf das Fehlersignal anzusprechen und das Maschinenelement zu bewegen.

Um nun die automatische Wiederausrichtung des Maschinenelements 26 nach einer Energieunterbrechung zur Maschine auszuführen, enthält der Programmspeicher 15 ein Maschinenkopplungsprogramm 32 und ein Wiederausrichtprogramm 34. Das Maschinenkopplungsprogramm 32 besteht aus einem ersten Unterprogramm 36, durch welches das Befehlssignal gespeichert wird, welches bei der Energieunterbrechung vorhanden ist, und aus einem zweiten Unterprogramm 38, durch welches das Fehlersignal gespeichert wird, und zwar nach der Energieunterbrechung zur Maschine. Das Wiederausrichtprogramm 34 enthält drei Unterprogramme. Ein erstes Unterprogramm 40 richtet den Servomechanismus nach Wiederanlegung bzw. Wiederzuführung der Energie zur Maschine aus. Ein zweites Unterprogramm 42 bewirkt die Berechnung des Wiederausrichtabstands, um den eine Bewegung durchgeführt werden muß, nachdem die Maschine wieder mit Energie versorgt wurde, und das Unterprogramm 44 steuert die Ausführung der Wiederausrichtbewegung des Maschinenelements 26.

Fig. 2 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild unter anderem von Komponenten der Servomechanismusschaltungen 22, die dazu erforderlich sind, die Erfindung zu realisieren. Ein Befehlssignalgenerator 46 spricht über ein ODER-Glied 48 auf die Ausgangssignale der Interpolationsschaltung 20 an. Der Befehlssignalgenerator 46 erzeugt auf der Leitung 50 ein Befehlssignal, welches die gewünschte Position des Maschinenelements 26 wiedergibt. Eine Diskriminatorschaltung 52 spricht auf das Befehlssignal und ein Rückkopplungssignal auf der Leitung 54 von dem Rückkopplungselement 24 an. Das Rückkopplungssignal gibt die tatsächliche Position des Maschinenelements 26 wieder. Der Diskriminator 52 erzeugt ein Fehlersignal, um den Mechanismus anzutreiben, der das Maschinenelement 26 in eine Position bewegt, in welcher das Rückkopplungssignal entsprechend dem Befehlssignal erzeugt wird. Ein Bezugssignalgenerator 58 erzeugt für das Rückkopplungselement 24 ein Bezugssignal.

Wenn die CPU 10 ein Signal von dem Drucktastenpult 14 oder von den Maschinensteuerkontakten 17 empfängt, wodurch angezeigt wird, daß die Energiezufuhr zum Antriebsmechanismus 28 unterbrochen wurde, hört die Interpolationsschaltung 20 unmittelbar mit den Operationen auf, und die CPU 10 erzeugt auf der Leitung 60 ein erstes Signal für ein UND-Glied 61 innerhalb einer Detektorbaugruppe 62. Die Detektorbaugruppe 62 spricht auf das erste Signal an, um das Befehlssignal zu erfassen, und zwar durch taktmäßiges Weiterschalten des Pufferspeichers 64 über das ODER-Glied 67 zu einem Zeitpunkt, der durch das Bezugssignal bestimmt ist. Zu diesem Zeitpunkt gelangt das Befehlssignal als Eingangsgröße in den Pufferspeicher 64 und wird danach über die Leitung 66 in den nichtflüchtigen Speicher 18 übertragen. Nach einer vorbestimmten Zeit, die durch die CPU 10 bestimmt wird, wird auf der Leitung 63 ein zweites Signal für das UND-Glied 65 innerhalb der Detektorbaugruppe 62 erzeugt. Die Detektorbaugruppe 62 spricht auf das zweite Signal an und stellt auf der Leitung 50 das Befehlssignal fest, und zwar durch taktmäßiges Weiterschalten des Pufferspeichers 64 über das ODER-Glied 67 zu einem Zeitpunkt, der durch das Rückkopplungssignal auf der Leitung 54 bestimmt ist, es wird danach die Leitung 66 in den nichtflüchtigen Speicher 18 übertragen. Das Befehlssignal wird zu diesem Zeitpunkt als Eingangsgröße dem Pufferspeicher 64 zugeführt.

Die Erfassung des Befehlssignals relativ zum Rückkopplungssignal ist äquivalent der Erfassung des Fehlersignals nach der vorbestimmten Zeitperiode. Eine weitere Einschränkung bei der Erfindung besteht darin, daß das Fehlersignal die Erfassungsgrenzen, also das Auflösungsvermögen, des Servomechanismus nicht überschreitet. Daran anschließend wird das Fehlersignal in dem Pufferspeicher 64 über eine Leitung 66 in den nichtflüchtigen Speicher 18 übertragen. Ferner spricht der Absolutpositions-Speicher 30, der die Position des Maschinenelements 26 relativ zu einer vorbestimmten Bezugsgröße enthält, auf ein Signal auf der Leitung 68 vom CPU an, wodurch die Inhalte des Speichers über die Leitung 70 in den nichtflüchtigen Speicher 18 übertragen werden.

Der nichtflüchtige Speicher 18 speichert das Befehlssignal, das Fehlersignal und das Positionssignal für eine beliebig lange Zeit, während der die Energiezufuhr zur Maschine und zur Steuerung unterbrochen ist. Wenn die CPU 10 feststellt, daß die Energiezufuhr zur Steuerung und zur Maschine wieder hergestellt werden soll, so erlaubt sie, daß die Energie wieder zur Steuereinheit gelangen kann, verhindert jedoch die Energiezufuhr zur Maschine. Wenn die Steuereinheit wieder mit Energie versorgt wird, wird ein zweites Signal erneut über die Leitung 63 zu dem UND-Glied 65 der Detektorbaugruppe 62 übertragen, die das Befehlssignal zu einem Zeitpunkt erhält, der durch das Rückkopplungssignal bestimmt ist, so daß dadurch ein zweites Fehlersignal in dem Pufferspeicher 64 gespeichert wird. Dieses Fehlersignal wird über die Leitung 66 zurück zur CPU 10 gesendet. Die CPU kehrt das Vorzeichen des Fehlersignals um und sendet es über die Leitung 72 zu der Interpolationsschaltung 20. Die Interpolationsschaltung 20 erzeugt über das ODER-Glied 48 Ausgangssignale für den Befehlssignalgenerator 46, um das Befehlssignal um einen Faktor zu ändern, der gleich dem zweiten festgestellten Fehlersignal ist. Das Fehlersignal wird daher auf Null gebracht. Dieses Null-Fehlersignal wird durch die CPU 10 überprüft, und diese erzeugt daraufhin Signale, durch die die Energie wieder zur Maschine übertragen wird. Da das Fehlersignal gleich Null ist, gelangt keine Eingangsgröße zum Antriebsmechanismus 28, und demzufolge bleibt das Maschinenelement 26 während der Wiederzuführung von Energie zum Antriebsmechanismus 28 im wesentlichen in Ruhe.

Wenn dem Antriebsmechanismus wieder Energie zugeführt wurde, verwendet die CPU 10 das Berechnungs-Wiederausrichtabstandsunterprogramm 44 in Verbindung mit dem Befehlssignal und dem Fehlersignal, die in dem nichtflüchtigen Speicher 18 gespeichert wurden, um ein Wiederausrichtsignal zu erzeugen. Das Wiederausrichtsignal stellt die Größe und die Richtung einer Wiederausrichtverschiebung dar, durch die das Maschinenelement 26 in eine Position gebracht wird, die es hatte, als die Energie zur Maschine unterbrochen war. Unter dem Einfluß weiterer Instruktionen, die durch das Ausführ-Wiederausrichtunterprogramm 44 definiert werden, sendet die CPU 10 das Wiederausrichtsignal zu einem Ausrichtimpulszähler 76, und zwar über die Leitung 74. Es gelangen daher über das ODER-Glied 48 Impulse zum Befehlssignalgenerator 46 in einer festen Folge, in einer Richtung und mit einer Größe, die durch die Inhalte des Ausrichtimpulszählers 76 bestimmt sind. Mit jedem vom Befehlssignalgenerator 46 empfangenen Impuls wird auf der Leitung 50 ein neues Befehlssignal erzeugt und zum Diskriminator 52 gesendet. Dadurch wird ein Fehlersignal erzeugt, durch welches das Maschinenelement 26 über eine Strecke bewegt wird, die durch das Wiederausrichtsignal definiert ist. An diesem Punkt wird das Positionssignal von dem nichtflüchtigen Speicher 18 zum Absolutpositionsspeicher 30 übertragen. Nach einer Energieunterbrechung zur Maschine und einer nachfolgenden Wiederzuführung von Energie zur Maschine wird daher das Maschinenelement 26 in die gleiche Position gebracht, die es vor der Energiezufuhrunterbrechung hatte, und der Absolutpositionsspeicher 30 enthält ein Positionssignal, welches dieser Position entspricht.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des allgemeinen Verfahrens und des Wiederausrichtprozesses. Bevor nun Einzelheiten des Prozesses beschrieben werden, seien einige Punkte betrachtet. Erstens läßt sich die Erfindung nur in solchen Situationen anwenden, bei welchen ein Maschinenelement nach einer Energiezufuhrunterbrechung zur Maschine eine Verschiebung erfahren hat. Weiter kann diese Verschiebung in zwei allgemeinen Situationen auftreten. In der ersten Situation kann angenommen werden, daß die gesamte Verschiebung vom Beginn einer vorbestimmten Zeitperiode an auftritt, wenn die Energiezufuhr beendet wird, bis zum Ende dieser Zeit, wenn das Fehlersignal gemessen und gespeichert wird. In diesem Fall braucht nur das Fehlersignal gespeichert werden. Nach der Wiederzufuhr von Energie zur Maschine, nach der anfänglichen Ausrichtung des Servomechanismus, kann die Maschine entsprechend über eine Verschiebestrecke bewegt werden, welche dem Fehlersignal entspricht, um die Position zu erreichen, die sie vor der Energieunterbrechung hatte. Die zweite Situation ist identisch mit der ersten mit der Ausnahme, daß eine weitere Maschinenbewegung auftreten kann, nachdem das Fehlersignal gemessen wurde. Diese Bewegung kann jedoch eine Hälfte einer elektrischen Periode des Rückkopplungselementes nicht überschreiten. Um dieser Bewegung bei dem Wiederausrichtprozeß Rechnung zu tragen oder sie zu kompensieren, muß der Wert des Befehlssignals zu dem Zeitpunkt der Energiezufuhrunterbrechung zur Maschine gespeichert werden und die Größe des Befehlssignals nach dem Ausrichtprozeß des Servomechanismus festgestellt und gespeichert werden. Der Wert dieser Signale in Kombination mit dem gespeicherten Fehlersignal kann dann dazu verwendet werden, um eine weitere Kompensationsbewegung zu berechnen. Diese Bewegung führt auch zu einer Kompensation irgendwelcher Änderungen, die infolge des Maschinen-Vorhalts auftreten können. Der Prozeß gemäß Fig. 3 veranschaulicht die Schritte, die für die Wiederausrichtung gemäß der zuvor erläuterten ersten Situation erforderlich sind.

Der Entscheidungsblock 80 bestimmt, ob die Energiezufuhr zur Maschine unterbrochen wurde. Wenn dies der Fall war, bewegt sich der Prozeß zum Block 82, der bestimmt, ob die vorbestimmte Verzögerungszeit verstrichen ist. Nach der vorbestimmten Verzögerungszeit läuft der Prozeß zum Unterprogramm 84, welches dem Unterprogramm 38 entspricht, das in dem Maschinenkopplungsprogramm 32 von Fig. 1 gezeigt ist, und mißt den Wert des Fehlersignals nach der Zeitverzögerung, und zwar unter Verwendung der Detektorbaugruppe 62 von Fig. 2. Die Größe des Fehlersignals wird ermittelt und in dem nichtflüchtigen Speicher 18 gespeichert. Als nächstes bestimmt der Entscheidungsblock 86, ob nach einem Maschinenstartsignal gefragt wurde, also ob erneut Energie dem Antriebsmechanismus zugeführt werden soll oder nicht. Wenn eine Anfrage empfangen wurde, steuert der Unterprogrammblock 88 den Befehlssignalgenerator 46 so an, daß ein Nullfehlersignal erzeugt wird. Dieser Prozeß entspricht dem Ausrichtservomechanismus-Unterprogramm 40, welches in dem Wiederausrichtprogramm 34 von Fig. 1 gezeigt ist.

Wenn der Servomechanismus ausgerichtet worden ist, bewirkt der Prozeßblock 90, daß die Energie wieder zur Maschine geleitet wird. Schließlich bewegt der Prozeßblock 92 die Maschine um eine Strecke zurück, die dem gespeicherten Fehlersignal entspricht. Diese Operation wird durch die Unterprogramme 42 und 44 des Wiederausrichtprogramms 34 in Fig. 1 ausgeführt.

Fig. 4 zeigt ein detailliertes Flußdiagramm, welches die Schritte veranschaulicht, die für die Wiederausrichtung einer Maschine erforderlich sind, nachdem die Energie wieder zugeführt wurde, und zwar in der Situation, in der das Maschinenelement eine Verschiebung erfährt, nachdem das Fehlersignal gemessen und gespeichert wurde. Als erstes bestimmt der Prozeßblock 94, ob eine Energiezufuhrunterbrechung zur Maschine aufgetreten ist oder nicht.

Für den Fall, daß die Energiezufuhr zur Maschine beendet wurde, initialisiert der Unterprogrammblock 96 eine Zeitverzögerung; der Prozeßblock 98 erfaßt das gerade gültige Befehlssignal und bewirkt eine Speicherung des Signals in dem nichtflüchtigen Speicher 18. Es ist angenommen, daß das Befehlssignal den Meßbereich des Servomechanismus nicht überschreitet. Der Unterprogrammblock 100 überträgt das gerade gültige Positionssignal von dem Absolutpositionsspeicher 30 (siehe Fig. 2) zum nichtflüchtigen Speicher 18. Als nächstes prüft der Entscheidungsblock 102, ob die Zeitverzögerung ausreicht. Diese Zeitverzögerung kann im Mittel etwa zwei Sekunden dauern. Die Größe der Zeitverzögerung ist eine Funktion des erwarteten schlechtesten Falles des Weiterlaufes eines Maschinenelementes, nachdem die Energiezufuhr zur Maschine unterbrochen wurde. Wenn die Verzögerungszeit vorüber ist, mißt das Unterprogramm 104 das Fehlersignal und speichert dieses Signal in dem nichtflüchtigen Speicher 18. Dort wo es angemessen ist, kann die Zeitverzögerungsfolge ersetzt werden durch eine iterative Schleife, durch die eine Beendigung der Bewegung des Maschinenelementes nach der Energieunterbrechung festgestellt wird. Als nächstes setzt der Prozeßblock 106 ein Zeichen, wodurch angezeigt wird, daß die zuvor erläuterten Schritte in dem Prozeß beendet sind.

Zu diesem Zeitpunkt sind alle Informationen für einen automatischen Wiederausrichtzyklus gesammelt und gespeichert; daher kann die Energiezufuhr zur Steuereinheit beendet werden. Dies kann vorkommen, wenn der Benutzer der Maschine eine feste Folge einer Abschaltprozedur durchführt, oder diese Folge kann in das System in Form einer automatischen Abschaltprozedur eingebaut sein, während der die Energieversorgung für die Steuereinheit so lange aufrechterhalten wird, bis die Verzögerungszeit nach einer Beendigung der Energieversorgung der Maschine verstrichen ist.

Der Entscheidungsblock 108 bestimmt, wann eine Maschinenstart- Anfrage gemacht wurde. Dieses Signal wird allgemein vermittels einer Maschinenstart-Drucktaste erzeugt, die an dem Drucktastenpult 14 vorhanden ist. Wenn eine Maschinenstart-Anfrage empfangen wird, so richtet der Unterprogrammblock 110 den Befehlssignalgenerator 46 so ein, daß er ein Null-Fehlersignal erzeugt. Als nächstes erzeugt der Entscheidungsblock 112 die erforderlichen Signale, um die Energie wieder der Maschine zuzuführen. Da das Fehlersignal Null ist, führt die Wiederanlegung der Energie an den Antriebsmechanismus nur zu einer minimalen Verschiebegröße des Maschinenelements. Der Entscheidungsblock 114 bestimmt, ob das Zeichen, welches in dem Prozeßblock 106 definiert ist, gesetzt wurde. Wenn das Zeichen nicht gesetzt wurde, läuft der Prozeß weiter zum Prozeßblock 116, der eine Sichtanzeige darüber erzeugt, daß ein Ausrichtfehler existiert. Es muß daher ein übliches Handausrichtverfahren folgen. Wenn das Zeichen in dem Prozeßblock 106 gesetzt wurde, so löscht der Prozeßblock 117 das Zeichen. Der Prozeß gelangt dann zum Unterprogrammblock 118, der bewirkt, daß das Befehlssignal, welches durch den Befehlssignalgenerator 46 nach der Wiederzuführung der Energie erzeugt wird, erfaßt wird. Der Unterprogrammblock 120 verwendet die Befehlssignale, die in dem Block 118 erfaßt wurden, und auch die Befehls- und Fehlersignale, die in dem nichtflüchtigen Speicher 18 gespeichert wurden, um die Größe und die Richtung der Wiederausrichtbewegung zu berechnen. Wenn gemäß Fig. 3 das Maschinenelement 26 nach der Messung des Fehlersignals nicht bewegt wird, so hat die Wiederausrichtbewegung eine Größe, die gleich derjenigen des gemessenen Fehlersignals ist, jedoch mit entgegengesetzten Vorzeichen. Wenn das Maschinenelement 26 nach der Feststellung des Fehlersignals sich um weniger als die Hälfte einer elektrischen Umdrehung des Rückkopplungselements bewegt, muß es um einen Betrag zurückbewegt werden, der gleich ist dem Fehlersignal plus einer weiteren Strecke, die durch die Befehlssignale bestimmt ist. Die Einzelheiten dieser Berechnung sind in Fig. 6 gezeigt. Schließlich bewirkt der Unterprogrammblock 122, daß die berechnete Wiederausrichtstrecke über den Ausrichtimpulszähler 76 in den Befehlssignalgenerator 46 eingespeist wird, wodurch das Maschinenelement 26 dann über die Ausrichtstrecke bewegt wird. Am Ende dieses Prozesses sollte das Maschinenelement 26 in der gleichen Position sein, die es eingenommen hätte, wenn die der Maschine zugeführte Energie zu Beginn unterbrochen worden wäre. An dieser Stelle bewirkt der Unterprogrammblock 124, daß das in dem nichtflüchtigen Speicher 18 gespeicherte Positionssignal in den Absolutpositions- Speicher 30 übertragen wird. Die von der numerischen Steuereinheit definierte Position, als die Energiezufuhr der Maschine unterbrochen wurde, entspricht der tatsächlichen Position des Maschinenelements 26, wenn die Energiezufuhr zur Maschine wieder hergestellt wurde.

Fig. 5 zeigt ein detailliertes Flußdiagramm der Schritte eines Unterprogramms für die Ausrichtung des Befehlssignalgenerators 46 für die Erzeugung eines Nullfehlersignals vor der Wiederzuführung von Energie zur Maschine. Der Prozeßblock 126 erfordert, daß das Fehlersignal erfaßt wird. Gemäß Fig. 2 wird das Fehlersignal durch Probeentnahme des Befehlssignals zu einem Zeitpunkt festgestellt, der durch das Rückkopplungssignal definiert ist. Das Fehlersignal gelangt als Eingangsgröße zum Zustandsregister 64 und wird dann zurück zur Rechnereinheit (CPU) 10 gesendet.

Der dem beschriebenen Gerät zugeordnete Servomechanismus ist inkrementeller Natur. Mit anderen Worten ist das von dem Rückkopplungselement 24 erzeugte Rückkopplungssignal zyklischer Natur. Es erzeugt ein sich wiederholendes Signal während jeder elektrischen Umdrehung des Wandlers. Das Rückkopplungssignal erzeugt daher nur einheitliche Werte innerhalb irgendeiner der elektrischen Umdrehungen. Eine Reihe von Systemen inklusive dem beschriebenen System besitzen Bereichserweiterungsschaltungen, durch die der einheitliche Bereich des Rückkopplungselements 24 um mehrere elektrische Umdrehungen erweitert werden kann. Typisch kann beispielsweise bei einer Kopier-Fräsmaschine die Auflösung des Rückkopplungssignals ein Millionstel Zentimeter pro Umdrehung sein. Wenn die elektrische Auflösung des Systems ein Impuls je Hunderttausendstel eines Zentimeters der Bewegung ist, so kann die Auflösung ausgedrückt werden als zweitausend Impulse pro Umdrehung. Bei einer Bereichserweiterungsmöglichkeit kann die Auflösung um das 2-, 4-, 8- usw. -fache erweitert werden.

Der Entscheidungsblock 128 bestimmt die relative Lage und die Größe des Fehlersignals innerhalb des Auflösungsbereiches des Servomechanismus. Dieser Block entscheidet, in welcher Richtung der Befehlssignalgenerator 46 weitergeschaltet werden muß, um die gewünschte Ausrichtung in der kürzesten Zeitperiode zu erreichen. Wenn das Fehlersignal eine Größe in der ersten Hälfte des Auflösungsbereiches des Systems besitzt, so setzt der Entscheidungsblock 132 die Ausrichtbewegung gleich der Größe des gemessenen Fehlersignals, jedoch von entgegengesetzter Polarität. Wenn das Fehlersignal eine Größe in der zweiten Hälfte des Auflösungsbereiches des Systems hat, so setzt der Entscheidungsblock 130 die Ausrichtbewegung gleich dem Unterschied zwischen dem gesamten Auflösungsbereich und der Größe des Fehlersignals.

Der Entscheidungsblock 134 bewirkt, daß die Größe der Ausrichtbewegung zu der Interpolationsschaltung 20 in Fig. 2 übertragen wird. Die Interpolationsschaltung 20 überträgt Signale zum Befehlssignalgenerator 46, um das Befehlssignal um eine Größe zu ändern, die gleich der Ausrichtbewegung ist. Der Entscheidungsblock 136 bestimmt, ob diese Bewegung vollständig ist oder nicht. Wenn die Bewegung vollständig ist, stellt der Entscheidungsblock 138 erneut den folgenden Fehler in einer Weise fest, ähnlich derjenigen, wie sie in Verbindung mit dem Prozeßblock 126 beschrieben wurde. Der Entscheidungsblock 140 bestimmt, ob das Fehlersignal Null ist. Wenn das Fehlersignal nicht Null ist, so kehrt der Prozeß zum Block 126 zurück und wird wiederholt. Wenn das Fehlersignal Null ist, so bewegt sich der Prozeß zum Prozeßblock 112 gemäß Fig. 4, und es wird die Energiezufuhr zur Maschine wieder hergestellt.

Fig. 6 zeigt ein detailliertes Flußdiagramm, welches die Schritte eines Unterprogramms wiedergibt, und zwar für die Berechnung der Wiederausrichtstrecke. Der Prozeßblock 141 arbeitet derart, daß er cp₁ = das Befehlssignal bei noch eingeschalteter Energie, cp₂ = das Befehlssignal bei wieder eingeschalteter Energieversorgung, Δ e = das nach der Zeitverzögerung gemessene Fehlersignal, und r = die Auflösung des Servomechanismus in Bits/Umdrehung abruft. Im Prozeßblock 142 wird das gespeicherte Fehlersignal Δ e, welches in dem Unterprogrammblock 104 von Fig. 4 festgestellt wurde, von dem ersten Befehlssignal cp₁ abgezogen, welches in dem Unterprogrammblock 98 von Fig. 4 festgestellt wurde. In dem Block 144 wird die zuvor definierte Differenz f₁ durch die Auflösung des Servomechanismus geteilt, der verbleibende Rest stellt eine zweite Funktion f₂ dar. In dem Entscheidungsblock 146 wird das zweite Befehlssignal cp₂, welches in dem Unterprogrammblock 118 in Fig. 4 festgestellt wurde, von der zweiten Funktion f₂ abgezogen. Diese Differenzgröße stellt eine Anfangsänderung in der Verschiebung K dar. Als nächstes bestimmt der Entscheidungsblock 148, ob diese Anfangsänderung in der Verschiebung kleiner ist als minus ein halbmal der Auflösung des Servomechanismus. Der Entscheidungsblock 150 bestimmt, ob die Anfangsausrichtverschiebung größer ist als ein halbmal der Auflösung des Systems. Wenn die Anfangsänderung in der Verschiebung größer ist als minus ein halbmal der Auflösung und kleiner ist als plus ein halbmal der Auflösung, so berechnet der Entscheidungsblock 152 eine endgültige Wiederausricht-Verschiebegröße Δ d, und zwar durch Addieren der Größe des Fehlers Δ e zu dem Anfangswiederausricht- Verschiebewert K. Wenn die Anfangswiederausrichtverschiebung kleiner ist als minus ein halbmal der Auflösung des Systems, so erhöht der Prozeßblock 154 die Größe der Anfangsausricht- Verschiebung um eine Größe, die gleich ist der Auflösung des Servomechanismus. Wenn ähnlich die Anfangsausricht-Verschiebung größer ist als plus ein halbmal der Auflösung des Servomechanismus, so vermindert der Entscheidungsblock 156 die Größe des Anfangswerts um die Größe der Auflösung des Servomechanismus. Die eingestellten Werte der Anfangswiederausricht-Verschiebungen gelangen dann als Eingang zum Prozeßblock 152, in welchem die endgültige Wiederausrichtverschiebung berechnet wird. An dieser Stelle bewegt sich der Prozeß zum Block 122 in Fig. 4, der fordert, daß die endgültige Wiederausrichtverschiebung in den Ausrichtimpulszähler 76 übertragen wird.

Insgesamt schafft die Erfindung somit ein Verfahren und ein Gerät für die automatische Wiederausrichtung eines Maschinenelements in eine vorbestimmte Position, nachdem die Energiezufuhr zu einem Antriebsmechanismus unterbrochen wurde, der an das Maschinenelement gekoppelt ist. Nach der Beendigung der Energiezufuhr mißt das Gerät eine Verschiebung des Maschinenelements während einer vorbestimmten Zeitperiode; und diese Verschiebung wird in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert. Wenn die Energiezufuhr zum Antriebsmechanismus wieder hergestellt ist, bewegt das Gerät automatisch das Maschinenelement über eine Strecke zurück, die gleich der gespeicherten Verschiebegröße ist. Demzufolge wird das Maschinenelement wieder in die Position bewegt, die es vor der Energiezufuhrunterbrechung gehabt hat.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur automatischen Wiederausrichtung eines Maschinenelementes auf eine Position, die vor einer Unterbrechung der Energiezufuhr zu dem zugehörigen Antriebsmechanismus eingenommen worden war,
- wobei die Schaltungsanordnung auf ein erstes Maschinensignal, das das Auftreten der Unterbrechung der Energiezufuhr anzeigt, und auf ein zweites Maschinensignal, das die Wiederaufnahme der Energiezufuhr angibt, anspricht,
- wobei der Antriebsmechanismus durch eine Servomechanismusschaltung gesteuert wird, die auf ein Befehlssignal, welches eine gewünschte Position des Maschinenelementes wiedergibt, und auf ein Rückkopplungssignal, welches die tatsächliche Position des Maschinenelementes wiedergibt, anspricht und daraus ein Fehlersignal erzeugt, das die Differenz zwischen dem Befehlssignal und dem Rückkopplungssignal darstellt.
gekennzeichnet durch

• (a) eine Detektorbaugruppe (62), die an eine Rechnereinheit (10) und eine Ein-/Ausgabeeinheit (11) angeschlossen ist und auf das erste Maschinensignal anspricht, um den Zahlenwert des von der Servomechanismusschaltung (22) erzeugten Fehlersignals zu erfassen, der die nach der Unterbrechung der Energiezufuhr aufgetretene Verschiebung des Maschinenelements (26) darstellt;
• (b) einen mit der Detektorbaugruppe (62) verbundenen Datenspeicher (13) zum Speichern dieses Zahlenwerts des Fehlersignals; und
• (c) eine Wiederausrichtschaltung (76, 48), die über die Rechnereinheit (10) und die Ein-/Ausgabeeinheit (11) mit der Servomechanismusschaltung (22) verbunden ist, auf das zweite Maschinensignal sowie das gespeicherte Fehlersignal anspricht und daraus ein Wiederausrichtsignal erzeugt, welches das Maschinenelement (26) in die vorgegebene Position bewegt, die es zum Zeitpunkt der Energieunterbrechung hatte.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) die Detektorbaugruppe (62) eine Auswahlschaltung (67) enthält, um das Befehlssignal wahlweise von einem Vorgang, der durch ein von einem Bezugssignalgenerator (58) erzeugten Bezugssignal dargestellt wird, oder von einem durch das Rückkopplungssignal dargestellten Vorgang zu erfassen; und
• (b) ein Pufferspeicher (64) das erfaßte Befehlssignal speichert.