DE2729372B2 - Anordnung zur Überwachung einer rechnergeführten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine - Google Patents

Anordnung zur Überwachung einer rechnergeführten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art, wie sie aus der »Siemens-Zeitschrift«, 1975, Heft 6, S. 346 bis 351, bekannt ist.
Bei einer Störung in der Antriebseinheit oder bei einer Störung der numerischen Steuerung, einer Störung des Rechners oder bei einem Fehler im Programm besteht die Gefahr, daß die Antriebseinheiten außer Kontrolle geraten. Hierdurch können schwere Schäden an der Werkzeugmaschine verursacht werden. Um derartige Schaden zu vermeiden, ist bei einer numerischen Steuerung bereits die Überwachung des Schleppabstandes durchgeführt worden (VDI-Zeitschrift, 1958, Seiten 1569 bis 1570). Wenn eine derartige Überwachung des Schleppabstandes bei einer rechnergeführten Steuerung durchgeführt werden soll, so wird der Schleppabstand erst in einem relativ späten Programmschritt gebildet. ·
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Störung sehr rasch ein Störungssi gnal zu erzeugen und damit die rechtzeitige Einleitung von geeigneten Schutzmaßnahmen zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine wird nicht erst der Schleppabstand überwacht, sondern die Überwachung wird bereits in einem früheren Programmschritt durchgeführt, wobei jeweils das Verhältnis von Drehzahlsollwert zu Teilistwert berechnet und im Hinblick auf einen vorgegebenen Toleranzbereich überwacht wird. Dies ist möglich, da die Teilistwerte in vorgegebenen Zeitintervallen, beispielsweise alle 4 msec, vom Rechner abgeholt werden und daher ein solcher Teilistwert auch ein Maß für die gefahrene Geschwindigkeit darstellt. Die gefahrene Geschwindigkeit ergibt sich aus dem im genannten Zeitintervall zurückgelegten Weg als Teilistwert, dividiert durch die vorgegebene Dauer eines Zeitintervalls. Im eingeschwungenen Zustand des Antriebs, d. h., wenn keine Verzögerung und keine Beschleunigung auftritt, steht der jeweilige Teilistwert in direkter Beziehung zum Drehzahlsollwert. Das erfindungsgemäß gebildete Verhältnis von Drehzahlsollwert zu Teilistwert wird mit einer oberen und einer unteren Toleranzgrenze verglichen. Liegt das Vergleichsergebnis länger als eine vorgegebene Zeitspanne außerhalb dieser Toleranzgrenzen, so wird ein Störungsfall angenommen. Die genannte Zeitspanne von beispielsweise 160 msec wird zunächst abgewartet, um den Einfluß von Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen zu überbrücken.
in Durch die frühere Gewinnung einer Störungsmeldung ist der Schutz vor Schäden der Maschine und der Werkstücke verbessert worden.
Bei kleinen Geschwindigkeiten sind die Teilistwerte ebenso wie der Drehzahlsollwert nahezu Null. Das Ergebnis der Verhältnisbildung würde zu ungenau. Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung sieht daher vor, daß die Überwachung des Verhältnisses von Drehzahlsollwert zu Teilistwert bei kleinen Geschwindigkeiten abgeschaltet wird.
2D Ein AusfÖhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die Figur zeigt das Blockschaltbild einer rechnergeführten Steuerung für eine Werkzeugmaschine. Von
2r> einem Lochstreifenleser 2 oder einer anderen Dateneingabevorrichtung gelangen Eingabedaten in einen Rechner 1. Von einem Bedienfeld 3 können ebenfalls Daten in den Rechner 2 eingegeben werden. Vom Rechner 1 sind lediglich die für das Verständnis der
w Erfindung wesentlichen Baueinheiten dargestellt. Der Rechner 1 enthält beispielsweise Zeichenprüfer, Dekodierer, Zwischenspeicher, Interpolatoren, Vergleicher und Anpaßschaltungen für ein Lagemeßsystem 4 bzw. eine Antriebseinheit 5, sowie Taktgeber zur Erzeugung
J5 eines Zeitrasters.
Zur Lageregelung ist ein Interpolator 11 vorgesehen, der Lagesollwerte ausgibt, die in einem Lagesollwertspeicher 12 jeweils für eine Zykluszeit gespeichert werden. Ir. einem Vergleicher 13 werden die Lagesoll-
·") werte mit Lageistwerten verglichen, die vom Lagemeßsystem 4 geliefert werden. Das Lagemeßsystem 4 enthält beispielsweise einen mit dem Maschinenschlitten 6 gekuppelten Drehmelder 7, dessen analoge Ausgangsspannung einem Anaiog-Digitahvandler 8
4> zugeführt wird. Die Impulse des Analog-Digitalwandlers 8 werden in einem Zähler 9 aufsummiert. Der Zählerstand des Zählers 9 stellt einen Teilistwert dar. Dieser Teilistwert wird zyklisch, beispielsweise alle 4 msec, in den Rechner 1 eingegeben. Hierzu wird eine
w Torschaltung 17 durchlässig gesteuert. Die Teilistwerte werden in einem addierenden Register 18 zum Gesamtistwert aufsummiert. Der Gesamtistwert wird im Vergleicher 13 mit dem vom Interpolator Il gelieferten Lagesollwert verglichen. Das Vergleichser-
Vj gebnis ist der Schleppabstand, der in einem als Zwischenspeicher dienenden Schleppabstandsspeicher 14 gespeichert wird. Der Schleppabstand wird in einem Verstärker 15 mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert, der von einer geeigneten Eingabevorrichtung 19
•»ο geliefert wird. Das Ergebnis stellt den Drehzahlsollwert dar. Der Drehzahlsollwert wird in einen als Zwischenspeicher ausgebildeten Drehzahlsollwertspeicher 16 eingegeben und zyklisch an die Antriebseinheit 5 ausgegeben, beispielsweise ebenfalls alle 4 msec.
Die Antriebseinheit 5 enthält einen Digital-Analog-Wandler 20 zur Umwandlung des digital ausgegebenen Drehzahlsollwertes in eine analoge Spannung. Die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers 20
wird in einem Vergleicher 21 mit einem Drehzahlistwert verglichen. Die sich ergebende Regeldifferenz steuert einen Drehzahlregler 22 aus, dessen Ausgangsspannung einem Steuersatz 23 zugeführt wird. Der Steuersatz 23 steuert einen als Stellglied vorgesehenen Stromrichter 24, der einen Antriebsmotor 25 speist Der Antriebsmotor wirkt auf den Maschinenschlitten 6. Mit dem Antriebsmotor 25 ist ein Tachogenerator 26 r.ur Erfassung des Drehzahlistwertes gekoppelt
Zur Abschaltung des Antriebs im Störungsfalle ist ein Schalter 27 zwischen dem Steuersatz 23 und dem Stromrichter 24 vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, daß mit einem Schutzsignal an einer anderen geeigneten Stelle der Wirkungskette eingegriffen wird. Beispielsweise kann der Drehzahlsollwert auf Null gesetzt werden. Ebenso kann die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 22 abgeschaltet werden oder es kann die Einspeisung für den Stromrichter 24 oder die Speisung des Antriebsmotors 25 unterbrocl.en werden. Vorzugsweise wird die gesamte Werkzeugmaschine stillgesetzt. Zusätzlich kann eine Störungsanzeige 36 betätigt werden.
Zur Überwachung der Antriebseinheit 5 und der Steuerung 1 sind Grenzwertmelder 30, 31, 32, 33 vorgesehen, deren Ausgangssignale in ODER-Gattern 34 und 38 miteinander verknüpft werden, deren Ausgangssignal den Schalter 27 und die Störung anzeige 36 beeinflußt.
Der Grenzwertmelder 30 überwacht den im Schleppabstandsspeicher 14 gespeicherten Schleppabstand im Hinblick auf einen Maximalwert. Da die Antriebseinheit 5 eine bauartbedingte Maximalgeschwindigkeit hat, übersteigt der Schleppabstand normalerweise die im Grenzwertmelder 30 vorgegebene Grenze nicht. Wird die Grenze dennoch überschritten, so liegt eine Störung vor. Das Ausgangssignal des Grenzwertmelders 30 ändert sich und schaltet über den Schalter 27 die Antriebseinheit 5 ab. Außerdem wird die Störungsanzeige 36 angesteuert
Im Stillstand einer Antriebseinheit sind Lageistwert und Lagesollwert gleich. Der Schleppabstand und der Drehzahlsollwert sind Null. Dennoch kann der Lageistwert aufgrund von maschinenspezifischen Störgrößeneinflüssen um eine oder mehrere kleinste Wegeinheiten hin und her pendeln. Dadurch ergibt sich auch ein entsprechender kleiner Schleppabstand. Dieser darf jedoch beim Stillstand der Antriebseinheit eine Grenze nicht übersteigen, die durch die Art der Maschine und die Art des verwendeten Lagemeßsystems bestimmt ist Ein weiterer Grenzwertmelder 33 ist auf diesen Stillstandsgrenzwert eingestellt Wird dieser Stillstandsgrenzwert überschritten, so erfolgt in der bereits beschriebenen Weise eine Abschaltung der Antriebseinheit und eine Störungsmeldung. Damit die Stillstandsüberwachung nur beim Stillstand der Antriebseinheit wirksam ist, ist ihr Ausgang oder ihr Eingang über einen
in elektronischen Schalter 35 geführt, der nur im Stillstand geschlossen ist Die Ansteuerung des Schalters 35 ist nicht näher dargestellt und kann über eine Abfrage des Drehzahlsollwertes erfolgen.
Wenn die Antriebseinheit 5 führt, ändert sich der Lagesollwert kontinuierlich. Damit bildet sich ein Schleppabstand und hieraus ein Drehzahlsollwert, welcher der zu verfahrenden Geschwindigkeit entspricht. Im eingeschwungenen Zustand steht der im Teilistwertspeicher 17 gespeicherte Teilistwert in einem
2<i direkten Zusammenhang zum Drehzahlsoilwert, der im Drehzahlsollwertspeicher 16 steht In einem Dividierer 37 wird das Verhältnis von Drehzahlsollwert zu Teilistwert gebildet. Das Ergebnis wird in einem ersten Grenzwertmelder 31 mit einer unteren Toleranzgrenze
2r) und in einem weiteren Grenzwertmelder 32 mit einer oberen Toleranzgrenze verglichen. Die Ausgangssignale der beiden Grenzwertmelder 31 und 32 werden in einem ODER-Gatter 38 zusammengefaßt und über ein Verzögerungsglied 39 geführt. Das Verzögerungsglied
in 39 ist vorgesehen, um Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge zu überbrücken. Wenn auch nach Ablauf der Ansprechverzögerung des Verzögerungsgliedes 39 einer der beiden Grenzwertmelder 31 oder 32 anzeigt, daß das Verhältnis aus Drehzahlsollwert zu Teilistwert
!) außerhalb der betreffenden Toleranzgrenze liegt, so wird über das ODER-Gatter 34 die Antriebseinheit 5 stillgesetzt und eine Störung angezeigt
Bei sehr kleinen Geschwindigkeiten sind der Drehzahlsollwert und der Teilistwert nahezu Null. Das
ι» Ergebnis der im Dividierer 37 durchgeführten Verhältnisbildung würde zu ungenau. Es wird deshalb durch entsprechende Ansteuerung des elektronischen Schalters 40 im Ausgang des Dividierers 37 abgeschaltet. Die Ansteuerung des elektronischen Schalters 40 ist nicht
■π dargestellt. Sie kann ebenfalls durch eine Abfrage des Drehzahlsollwertes erfolgen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

!7 29 372 Patentansprüche:
1. Anordnung zur Überwachung einer rechnergeführten numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, bei der von einem Lagemeßsystem in vorgegebenen Intervallen Teilistwerte erfaßt, in den Rechner eingegeben und zu einem Gesamtistwert aufsummiert werden, der mit einem Lagesollwert verglichen wird, wobei der sich beim Vergleich ergebende Schleppabstand in einen zyklisch ausgegebenen Drehzahlsollwert für die Antriebseinheit umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner in jedem Zeitintervall das Verhältnis von Drehzahlsollwert zu Teilistwert berechnet und im Hinblick auf eine obere und eine untere Toleranzgrenze überwacht, bei deren Überschreitung Störungsmeldungen erzeugt werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung des Verhältnisses von Drehzahlsollwert zu Teilistwert bei kleinen Geschwindigkeiten abgeschaltet wird.
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