DE2757689C2

DE2757689C2 - Numerische Steuereinrichtung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2757689C2
Application number: DE2757689A
Authority: DE
Inventors: John P. Monrovia Calif. Buchanan; Stanley G. San Marino Calif. Froyd; Raymond C. Monterey Park Calif. Ue
Original assignee: McDonnell Douglas Corp
Current assignee: McDonnell Douglas Corp
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1984-08-30
Also published as: FR2375641B1; JPS5382989A; DE2757689A1; GB1549919A; SE428249B; US4109185A; FR2375641A1; NL7714378A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuereinrichtung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Steuereinrichtung ist aus der DE-OS 20 01 935 bekannt

Derartige Steuereinrichtungen werden bei dei Steuerung und Regelung von Maschinen verwendet, in denen die Dreh- oder translatorische Lage eines gestellten Elements durch die entsprechende Bewegung eines stellenden Elements gesteuert wird. Typischerweise überwacht dabei ein Rückführwandler die Bewegung des gestellten Elements und sendet eine Information bezüglich der Istlage an einen Summierpunkt, an dem die Istlage mit der Sollage verglichen und ein Lagefehlersignal erzeugt wird, das dann dazu dient, die Einrichtung zu korrigieren.

Beispielsweise wird eine Steuereinrichtung dieser Art zur Steuerung von Werkzeugmaschinen, wie Drehbän

ken ÜP.d Fräsmaschinen ^v?r^VLI?PO?^t,'" Ηρπρπ vnn pinpm ς|ρπΐί·

naue Wiedergabe der Befehle auf dem Lochstreifen darstellt

Als Lagerückführwandler werden typischerweise Resolver mit zwei Sätzen von Ständerspulen, die räumlich um 90° voneinander beabstandet sind, und durch Signale mit einer Phasenverschiebung von 90° (sin tat und cos eot) erregt werden, verwendet. Ein Läufer ist drehbar an der Welle befestigt und dreht sich, so daß er von den Ständern ein sinusförmiges Ausgangssignai aufnimmt dessen Phase sich ändert (sin (eot + Φ)). Das Ausgangssignal des Resolvers ändert also seine Phase mit der Drehstellung des Achswandlers. Diese Phasenverschiebung muß dann zu einer Spannung gewandelt werden, bevor sie auf den Summierpunkt gegeben werden kann.

Ein Nachteil einer derartigen Steuereinrichtung besteht darin, daß beim Vorhandensein mehrerer Drehachsen mehrere Achsteuereinrichtungen erforderlich sind. Aus diesem Grunde sind derartige Steuereinrichtungen dann verhältnismäßig umfangreich. Kompliziert und teuer.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine derartige Steuereinrichtung zu schaffen, bei der auch beim Vorhandensein mehrerer Drehachsen lediglich eine einzige Achssteuereinrichtung erforderlich ist

Diese Aufgabe wird durch eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art gelöst die durch die in dem kennzeichnenden feil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, da3 auch mehrere Drehachsen durch nur eine einzige Achssteuereinrichtung gesteuert werden können. Dadurch ist die gesamte Steuereinrichtung vorteilhafterweise weniger umfangreich, kompliziert und teuer als vergleichbare bekannte Steuereinrichtungen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung die Wartung und die Einstellung ebenfalls insbesondere dort, wo eine hohe Genauigkeit angestrebt wild, einfacher als bei vergleichbaren Steuereinrichtungen sind.

Bei der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise eine einzige Gleichspannungsquelle verwendet werden, um die Funktionen von Mehrfachregelschleifen der bekannten Steuereinrichtungen zu erfüllen.

Vorteilhafterweise arbeitet die erfindungsgemäße Steuereinrichtung äußerst zuverlässig und stabil.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Darstellung der erfindungsgemäßen numerischen Steuereinrichtung;

Fig.2A zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten! Servo-Regelung;

F i g. 2B ist ein Schaltbild eines Resolvers; F i g. 3 ist ein Funktionsblockdiagramm des Servosy-

Lochstreifen abgelesene Daten die Stellbewegung eines in der Werkzeugmaschine herzustellenden Teils oder eines Schneidwerkzeugs bestimmen, das ein Werkzeug bearbeiten soll. Typischerweise bestimmen die von dem Lochstreifen abgelesenen Daten den Ausgangspunkt und den Endpunkt sowie die Bewegungsbahn des Werkzeugs oder des Werkstücks. Gleichzeitig erzeugt ein Lagerückführwandler ein Werkzeuglagesignal, das mil dem Sollsignal verglichen wird, um ein Lagcfchlersigna! zu erzeugen, mit dem ein neuer Lagcbcfchl erzeugt wird. Auf diese Weise schließt sich der Regelkreis. Das Werkzeug erzeugt dabei ein Werkstück, das eine ge-F i g. 4 ist ein Blockdiagramm der Servoregelung: F i g. 5 ist ein ausführliches Blockdiagramm der Achsregelung:

Fig.6.7A,7B.7C und 8stellen gemeinsam ein Schaltbiid des in der bevorzugten Ausführungsform der Achsregelung eingesetzten Rechners dar;

Fig. 9,1OA und 1OB sind ein Schallbild des gemeinsamen Datenspeichers;

M V i g. Π Λ bis 11D sind ein Schaltbild der Logikpialine der Achsregelung;

Fig. 12 zeigt eine Schaltung, die die beiden Sinuscingangssignale für die Resolver erzeugt; ,

Fig. 13Aund 13B zeigen eine Schaltung, die eine analoges Geschwindigkeitsfehlersignal für jede Achse abgibt;

F i g. 14 zeigt einen typischen Verstärkungsverlauf für eine Servorgegelung.

F i g. I ist eine bildliche Darstellung der numerischen Steuerung nach der vorliegenden Erfindung mit ihren Hauptbestandteilen. Der Rechner 100, die Eingabe-Ausgabe-Steuerang und die zugehörige Logik 102 steuern den Informationsfluß zwischen dem Steuer- und Anzeigefeld 104, dem Streifenleser 106, dem gemeinsamen Datenspeicher 108 und einer Werkzeugmaschine 110. Numerische Daten zur Bearbeitung ei"^s bestimmten Werkstücks v/erden vom Streifen 112 (bei dem es sich um einen Lochstreifen oder auch um ein iV5. n-'iband handeln kann) mit dem Leser 106 abge'esen ⁿiese Informationen nimmt die Eingabe-Äiisgi>;.f Steuerung 100 auf und lädt sie in den gemeinsame"" ' ^..enspeicher 108. Entsprechend werden bestim, ·._ ir-.formationsbits vom Steuer- und Anzeigefe'' auigenommen, die den Zustand der verschiedenen vx ' -er Bedienungsperson gesetzten Schalter darstellen, weiterhin verschiedene informationsbits von der Werkzeugmaschine hinsichtlich des Zustands von Überlaufschaltern, Temperaturfühlern usw. Die Ausgangssignale der Ein/Ausgabesteuerung gehen auch auf das Steuer- und Anzeigefeld, am dort bestimmte Anzeigeelemente und -lampen anzusteuern; weitere Ausgangsdaten gehen auf die Werkzeugmaschine und steuern dort verschiedene Maschinenfunktionen.

Der Rechner 114 ist ein Interpolator. Er nimmt grundsätzliche Daten hinsichtlich der Formgebung des Werkstücks vom Leser 106 über die Ein/Ausgabesteuerung 100 aus und erzeugt aus diesen einfachen Befehlen, die Kurven unterschiedlicher Art darstellen, in Echtzeit ausführliche Maschinenbefehle. Beispielsweise besteht ein einfacher Radius aus einer großen Anzahl von diskreten Bewegungen in der Werkzeugmaschine. Die einzelnen Bewegungsschritte werden im Interpolator 114 berechnet und auf die Achsregelung 118 gegeben, von wo aus sie schließlich, die Werkzeugmaschine 110 steuern.

Der Rechner 118, die Achsregelung, bedient sechs Regelschleifen entsprechend den bis zu sechs Achsen der Werkzeugmaschinenbewegung. In diesem System handelt es sich bei den Eingangssignalen der Achsresolver um Sinus- und Cosinuswellen, bei den Ausgangssignalen der Achsresolver um jeweils eine Sinuswelle, die entsprechend der Achslage phasenverscnoben ist. Diese Sinus- und Cosinuswellen werden von einem D/AWandler erzeugt Die Ausgangssignale der Resolver werden digitalisiert, sämtliche verbleibenden Elemente der Schleife werden digital berechnet, wobei der Achsregler 118 den gesamten Vorgang steuert

Wie in der r'ig. 1 gezeigt, steht der gemeinsame Datenspeicher 108 sämtlichen drei Rechnern zur Verfügung, wobei der Informationsübergang von einem Rechner zum anderen jeweils das Einladen der jeweiligen Informationen durch den einer. Rechner in den gemeinsamen Datenspeicher 108 und das Auslesen dieser Daien aus dem gemeinsamen Datenspeicher durch den sie anfordernden Rechner umfaßt Zusätzlich zu dem gemeinsamen Datenspeicher 108 hat jeder Rechner einen eigenen Steuerspeicher, der aus Festwertspeichern (ROM'S) aufgebaut ist, die Daten und die Steuerspeicherprogramme permanent abspeichern. Allgemein gesagt passen die im Stcuerspeicher des Ein/Ausgabereglers 100 gespeicherten Programme und Daten das System der jeweiligen Werkzeugmaschine an, während die die Bearbeitung eines bestimmten Werkstücks betreffenden Teile iypischerweise von Band 112 über den Leser 106 und die Ein/Ausgabesteuerung zum gemeinsamen Datenspeicher 108 gehen, von wo der Interpolator

sie abruft, um die Befehle des jeweiligen Teils zu erzeugen.

Die F i g. 2A ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Achsregelung nach dem Stand der Technik. Mit Ausnahme des Bandlesers dient die in diese Figur gezeigte Anordnung zur Regelung einer einzigen Achse.

Der Leser liefert für jeden der bis zu sechs Interpolatoren einen Datenblock, der einen vollständigen Abschnitt der Werkzeugbewegung definiert, und übergibt ihn an den jeweiligen Interpolator. Jeder Datenbiock enthält dabei die Endpunkte und die Definition des Weges, dem das Werkzeug zwischen ihnen folgen soll (bspw. gradlinig oder kreisförmig). Bei dem Interpolator handelt es sich in diesem Fall um eine Schaltung, die die Datenblockinformationen in einen seridien Impulszug übersetzt, in dem jeder Impuls einen Bewegungsschritt entlang der jeweiligen Achse darstdlt und die Anzahl der erzeugten Impulse in Echtzeit der ",!bewegung in dieser Achse entspricht Der Zähler nimmt auch ein Taktimpulssignal einer Standardfrequenz auf. Der serielle Impulsstrom modifiziert das Ausgangssignal des Zählers so, daß die in dem Datenbiock enthaltende Achsbewe<-\ing zu einer phasenverschobenen Rechteckwelle gewandelt wird, die am Ausgang des Zählers steht Dieses Signal gibt die Sollage an.

Gleichzeitig erzeugt ein mechanisch mit der Achse verkoppelter Resolver eine Sinuswelle, deren Phase ebenfalls der Winkellage in der Achse proportional ist. Das Resolver-Ausgangssignal wird zu einer Rechteckwelle gewandelt, die hinsichtlich der Achslage phasenverschoben ist Die Rechteckwelle am Resolverausgang und die Rechteckwelle von Zählerausgang werden dann in einem Phasenkomparator miteinander verglichen. In dem Maße, wie die Achslage nicht mit der Sollage übereinstimmt nach Maßgabe des Zählerausgangssignals, erzeugt der Phasenkomparator ein digitales Phaser. Jifferenz-Ausgangssignal. das dem Lagefehler entspricht und nach der Verstärkung in einem Phasen-Analog-Wandler eine Analogspannung ergibt, die einen Geschwindigkeitsbefehl darstellt Diese Befehlsspannung wird in einem Leistungsverstärker verstärkt und dient dann zum Ansteuern des jeweiligen Achsmotors. Auf diese Weise wird der Motor in derjenigen Richtung angetrieben, in der er die Differenz zwischen der Ist- und Sollage in der jeweiligen Achse verringert Ein mechanisch mit der Achse verkoppelter Tachogenerator erzeugt ein elektrisches Signal, das der Geschwindigkeit entlang der Achse proportional ist und an einem Summierpunkt mit der die Sollgeschwindigkeit darstellenden Spannung verglichen v/ird; das Ergebnis dient als Eingangssignal des Leistung:verstärkers. Das vollständige System weist also eine äußere Lagesehleife und eine innere Geschwindigkeitsschleife auf. Da» Sinus- und das Cosinus-Bezugssignal für den Resolver werdtn erzeugt, indem der Systemtakt geteilt und auf einen

so D/A-Sinus-Cosinusgenerator gegeben wird. Der in der Fig.2 gestrichelt umrissene Schahungsteil ist in der vorliegenden Erfindung durch Rechnerfunktionen implementiert, die unten ausführlich beschrieben sind. Auf diese Weise läßt sich der apparative Aufwand erheblich verringern, da scchr Achsregelkanäle, von denen die F i g. 2A einen zeigt sich durch die einzige Achsregelung ersetzen lassen, die die vorliegende Anmeldung beschreibt.

5 6 I

Der Resolver der F ί g. 2A ist ausführlicher in der Die Anordnung zum Steuern der Ein/Ausgabe-Funk-1

Fi g. 2b gezeigt und weist zwei Ständerwicklungen 60, tionen der Maschine mitHs vom Streifenleser oder Be- r'

61 auf, die räumlich um 90° gegeneinander verdreht sind dicnfcld übermittelter Daten IaBt sich allgemein als pro-1

und mit zwei um 90° gegeneinander verschobenen Si- grammierbare Maschinenankopplung bezeichnen, da

nusspannungen von 3,125 kHz gespeist werden. Das 5 diese Anordnung die Funktionen der verschiedenen Re-

Ausgangssignal der Lauferwicklung ist eine Spannung lais und Schaltungen erfüllt, die in den Anordnungen

sin (tot + Ψ), deren Phase der Drehung in der Achse 55 nach dem Stand der Technik zur Durchführung der Ma-

entspricht Diese phasenverschobene Sinusspannung schinenfunktionen unter der Steuerung durch Informa-

muß zu einem Rechtecksignal umgesetzt werden, bevor tionen auf dem Lochstreifen erforderlich sind. Da diese

sie auf den Lagesummierpunkt der Fig.2A gegeben in Maschinenankopplungen hier nicht apparativ, sondern

werden kann< In einer Werkzeugmaschine mit sechs mittels eines programmierbaren Rechners implemen-

Achsen gibt es sechs Resolver. tiert wird, erfolgt die Umordnung des Systems durch

Die F i g. 3 ist ein ausführlicheres Blockdiagramm des Umprogrammieren der Ein/Ausgabesteuerung. Insbe-

Systems und zeigt drei Mikrorechner. sondere wird das symbolische Relaisdiagramm das er·

In diesem Diagramm folgt der Fluß der Bewegungs- 15 forderlich ist. um die numerische Steuerung der jeweili- ' daten, d. h. der Daten, die dazu dienen, die Bewegung gen Werkzeugmaschine und deren jeweiligem Einsatz des Werkstücks oder Werkzeugs in ^s zu sechs Dreh- anzupassen, als programmierbare Maschinenankopp- j achsen zu steuern, im allgemeinen dem als gepunktete lung (PMI) bezeichnet; diese Daten werden in einem Linie gezeigten Pfad. Die die Werkzeug- oder -stückbe- Teil des Speichers in der Ein/Ausgabesteuerung abgewegungen in jeder Achse darstellenden digitalen Kode- 20 speichert, der aus programmierbaren Festwertspeiwöi 'er werden von Streifen- oder Bandleser über die ehern (PROM'S) besteht Der Rest des Speichers, bei Ein/Au&gabesteuerung übernommen und zeitweilig im dem es sich um Festwertspeicher (ROM'S) handelt, gemeinsamen Datenspeicher abgespeichert Diese Ko- dient zum Speichern der Betriebsprogramme bzw. -bedewörter sind gleich oder gleichartig mit denen, die nor- fehle für Rechner. Der Inhalt des PROM- und ROM-malerweise von Band- bzw. Streifenleser in Systemen 25 Speichers liefert also die Betriebsbefehle und -daten für · nach dem Stand der Technik geliefert werden und defi- den Mikrorechner. Mit dieser Konfiguration erfüllt die ' nieren den Anfang und das Ende der Bewegung eines Ei'.i'Ausgabesleuerung die Ein/Aus-Funktionen der Werkzeugs- bzw. -Stücks sowie die Bahn, der das Werk- Maschine einschließlich der Steuerung der Dateneingazeug oder -stück beim Obergang von Anfangs- zum be vorn Streifen- bzw. Bandleser, der Datenanzeige und Endpunkt folgen muß. Die vom Band- bzw. Streifenleser 30 der diskreten Dateneingabe zu und Datenausgabe von ■ gelieferten Daten werden im 16-Bit-RAM-Teil des ge- der Werkzeugmaschine, implementiert die programmeinsamen Datenspeichers abgespeichert mierbare Maschinenankoppiung und steuert die Ana-

Der Interpolator, d. h. der Rechner, der die Augen- log-zu-Digital-Wandler (A/D-Wandler) an. Diese Funk- :

blickslagewerte für Werkzeug oder -stück erzeugt, ruft tionen werden unten ausführlicher beschrieben. '

diese Bewegungsdaten aus dem gemeinsamen Daten- 35 Die PMI-Daten liegen in Form symbolischer Relais

speicher ab und berechnet in Echtzeit die Bewegungs- vor. die sämtliche Funktionen der Werkzeugmaschine

schritte, die das Werkzeug- oder -stück auf dem von steuern, wöbet die tatsächliche Implementierung mit ei-

Streifenleser bezeichneten Weg vom Anfangs- zum nem Bit pro symbolischen Relaiskontakt erfolgt Der

Endpunkt führen. Diese eine glatte Bewegung darstel- Relaisteil des gemeinsamen Datenspeichers weist daher

!enden Datenpakete werden dann in den Datenspeicher 40 einen 1 Bit ■ 1000Wort-SchreibIesespeicher(RAM)auf,

zurückgegeben, wo sie dem Achsregelrechner zur Ver- in dem jedes Bit entweder H oder L ist, um symbolisch

fügung stehen, um Stelldaten auf sechs Servoschal- darzustellen, ob der zugeordnete Relaiskontakt ge-¹

tungsgruppen zu geben, die jeweils eine Achse steuern. schlossen oder offen ist Mit diesem System handelt es

Die Servoschaltungen erzeugen eine einen Achsge- sich bei den PMi-Daten in PROM der Ein/Ausgabe- \

schwindigkeitsbefehl darstellende Analogspannung und 45 steuerung einfach um eine Sammlung von Adressen der

liefern sie an den Motor, der die Maschinenachse jeweils Bits im gemeinsamen Datenspeicher. Da die Relais im

treibt allgemeinen gemeinsamen Datenspeicher und dem?

Ein zweiter Hauptkanal der Informationsübertra- Speicher der Ein/Ausgabesteuerung enthalten sind, sind f gung dient dazu, die binären Funktionen der Werkzeug- die programmierbar, da jede Kombination von Funkiio- < maschine zu steuern. Diese Funktionen sind bspw. das 50 ncn sich implementieren läßt indem man einfach die." Einschalten der Kühlmittelströmung, die Leistungszu- Ein/Ausgabesteuerung umprogrammiert [. fuhr über Sperr- und Sicherheitsschaltungen, das Fort- Der gemeinsame Datenspeicher enthält weiterhin ein J schalten der Werkzeuge und das Anschalten und die 16 Bit-RAM für die zeitweilige Speicherung von Daten, nachfolgende Geschwindigkeitswahl des Spindelmo- die vom Streifen- bzw. Bandleser angeliefert werden, tors. Daten zur Steuerung dieser diskreten Funktionen 55 sowie einen programmierbaren Festwertspeicher zum werden von Lochstreifen durch die Ein/Ausgabesteue- Speichern permanenter Daten. Der Interpolator besteht rung eingelesen und unmittelbar über die Maschinenan- aus einem Mikrorechner sowie den in einem ROM gekoppellogik auf die Maschine gegeben. Gleichermaßen speicherten Programmen. Der Interpolator nimmt Dakann die Maschine Befehlsdaten von der Bedienungs- ten vom Streifenleser über den gemeinsamen Datenperson erhalten, indem diese unterschiedliche Schalter ω speicher auf und erzeugt in Echtzeit stetige Bewegun- und Drucktaster auf dem Bedienfeld betätigt Dieser gen, die zum Abruf durch die jeweiligen Achssteuerun-Datenfluß erfolgt vom Bedienfeld über die Schalterlo- gen in den gemeinsamen Datenspeicher zurückgegeben gik. die Ein/Ausgabesteuerung und die Ankoppellogik werden. Eine Eingangsgröße des Interpolators ist die zur Maschine. Schließlich lassen an deren Ein/Ausgabe- Information hinsichtiich der Geschwindigkeit und Lage steuerung vom Streifenleser oder der Maschine her vor- 65 der Spindel und geht über Schaltungsplatine ein. die die liegende Daten sich über die Anzeigeplatine auf das Tachogenerator- und Zeitsteuerschaltungen enthält ■ Bedienfeld geben, wo sie der Bedienungsperson ange- Die Achsregelung weist ebenfalls einen Mikrorech^ zeigt werden. ner und einen Festwertspeicher (ROM) auf. Die FunkJ

tion dieses Rechners ist, sechs Servokrcise zu bedienen. Die Achsregelung nimmt Informationen über die Servorschaltungen auf, die die Istlage in der zu regelnden Achse darstellen, weiterhin Bewegungsbcfehlc aus dem Interpolator über der gemeinsamen Datenspeicher hinsichtlich der Sollage und gibt einen der Differenz proportionalen Geschwindigkeitsbefehle auf die Scrvoschaltungen. Die Servoschaltungen erzeugen Ausgangssignale, nr*. denen die Ansteuerung in den sechs Servoachsen erfolgen kann; um die Servöschleife zu schließen, erfolgt Von jedem Achsresolver eine Rückmeldung der Achsiage.

Fig.3 stellt also das Gesamtfunktionsdiagramm des Systems dar.

Jeder Systemteil wird im folgenden ausführlich erörtert.

In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfirdung v/erden die Sinus-Eingangsspannungen für alle Resolver dwch D/A-Wandler erzeugt, während die Sinus-Ausgangsspannung der Resolver zu einem Impulszug umgewandelt wird, dessen zeitlicher Ablauf der Phase der Sinus-Ausgangsspar.nung des jeweiligen Resolvers entspricht Dies ist in der F i g. 4 gezeigt, in deren vereinfachtem Blockdiagramm der Taktgenerator 63 ein Ausgangsimpulssignal von etwa 3 MHz erzeugt, das ein Mod-10?4-Teiler 64 auf 3125 volle Zählerperioden pro Sekunde teilt Die zehn Ausgangsleitungen sind als Adreßleitungen an einen Festwertspeicher (ROM) 65 gelegt, der zwei Gruppen von je vier binären Ausgangssignalen erzeugt, die als Eingangssignale auf zwei D/A-Wandl^r 66, 67 gehea Der ROM ist so programmiert, daß beim Durchlaufen eines vollständigen 1024-schrittigen Zählzykius die Ausgangssignale des ROM 65 ein digitales Signal darstellen, da, wenn von den D/A-Wandlern 66, 67 zu einer analogen Spannung gewandelt, zwei Signale ergibt, die sehr genau zwei um 90° gegeneinander phasenverschobenen Sinuswellen entsprechen. Bei genauer Untersuchung handelt es sich bei diesen natürlichen um Schrittspannungen nicht um reine Sinuswellen. Beim nachfolgenden Filtern erhält man jedoch eine Spannungsform, die einer reinen Sinuswelle funktionell gleichwertig ist Diese Ausgangsspannungen dienen zur Speicherung der sechs Resolver des Systems.

Die sechs Ausgangsspannungen sin (on + Φ) der Resolver gehen auf sechs Nulldurchgangsdetektoren 68—73, die als Ausgangssignale jeweils ein Binärsignal liefern, bei dem die Übergänge immer dann erfolgen, wenn in der Sinuswelle am Eingang ein Nulldurchgang stattfindet

Der 6 :1-Zähler 88 liefert die Impulssignale zur Ansteuerung des Multiplexers 74, der ein Nulldurchgangssigna! auswählt und auf den Zwischenspeicher 75 gibt, das dem augenblicklichen Ausgangszustand des Zählers 64 entspricht Dieser Zählwert wird dann von dem Achsregler 118 ausgelesen und dazu verwendet, um die Ist-Achslage zu berechnen. Auf diese Weise wird die Phasenänderung jeder Sinus-Eingangsspannung der NuII-durchgangsdetektoren 68—73 zu einem diskreten binären Zählwert umgesetzt Da weiterhin der gleiche Mod-1024-ZähIer 64 die D/A-Wandler 66, 67 ansteuert, die für die Signale sin eat und cos tot sorgen, ist einzusehen, daß die Phasenunterschiede zwischen dem Ein- und dem Ausgang der Resolver nun am Zwischenspeicher 75 in Form eines binären Zählwerts vorliegen. Diese in binären Form vorliegende Phaseninformation wird zur Lageberechnung verwendet und geht dann auf den Summierpunkt, bei dem es sich in dieser Ausführungsform um die Artithmetiklogikeinheit (ALU) eines Rechners 118 handelt.

Die Hauptfunktion der Achsregelung .118 ist, kleinen Bewegungsschritten entsprechend. Befehle aus dem Interpolator 109 aufzunehmen, aus ihnen .die Achslage zu berechnen, diese mit den Istwerten zu vergleichen und Geschwindigkeilsbcfehle über den Dekoder 84 auf die sechs Achsantriebe zu geben. Die Zeitsteuerung zur Koordinierung der Mtiltiplexfunktioti und Decodierung der sechs Signalgruppen erfolgt indem das Überlaufbit

des Mod-1024-Zäblers64iin einen Mod-3-Zähler 87 und einen Mod-6-Zähler 88 gegeben wird. 174mal in der Sekunde dienen die Ausgangssignale dieser Zähler dazu, ein Eingangssignal des Multiplexers 74 auszuwählen, der dann den Zustand des Mod-1024-ZähIers »festhält«.

Wenn der Rechner die Logik abgefragt hat, erfährt er. daß Daten vorliegen; hierbei handJt es sich um die Achszahl (1 bis 6) sowie die Istlage des Resolvers. Der Rechner berechnet die Ist-Achslage, vergleicht sie mit der Soll-Achslage, berechnet aus dem Ergebnis die erforderliche Korrekturspannung und gibt diese über den D/A-Wandler und den Momenttanwertspeicher (»sample and hold«) auf die zugehörige Achse.

Die F i g. 5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des Achsreglers 118 der F i g. 1. Wie in F i g. 5 gezeigt weist der grundsätzliche Mikrorechner eine Steuerung 140, zwei Arithmetiklogikeinheiten 141, 142 sowie einen Steuerspeicher 143 auf. Jede Arithmeliklogikeinheit ist in der bevorzugten Ausführugsform in der Lage, acht Datenbits zu verarbeiten; da dieses System auf die parallele Verarbeitung von 16-Bit-Worten organisiert ist, sind zwei ALU-Chips 141,142 erforderlich.

Der Steuerspeicher 143 ist aus Festwertspeichern (ROM'S) aufgebaut und enthält alle Programme, die erforderlich sind, um sämtliche Rechnerfunktionen zu erfüllen, sowie weiterhin permanente Dateninformationen. Die Steuerprogramme werden im Steuerspeicher 143 ausgeführt und resultieren in einer Serie von Befehlskodewörtern, die der Steuerspeicher 143 auf die Steuerung 140 gibt Die Steuerung 140 interpretiert diese Befehle und bewirkt über Steuerleitungen, daß die ALU-Einheiten 141,142 die Funktionen der ursprünglichen Befehle erfüllen, die vom Steuerspeicher 143 her aufgenommen wurden. Wenn bspw. ein Befehlskode eine Addierfunktion ausweist, steuert die Steuereinheit die ALU-Einheiten so an, daß diese die angegebenen Zahlen addieren.

Ein frei adressierbarer Schreiblesespeicher (RAM) befindet sich für dieses System auf einer gemeinsamen Datenspeicherplatine 108, die Daten von den ALU-Einheiten oder Befehle zur Steuerung aufnehmen bzw. abgeben kann. Dieser Datenspeicher wird mit Daten über eine Ein/Ausgabesteuerung 100 versorgt die an einen Streifenleser 106 oder eine andere Einrichtung angeschlossen sein kann. Über den Streifenleser 106 und die Ein/Ausgabesteuerung 100 nimmt der gemeinsame Datenspeicher 108 dieses System also sechs stetige Serien von Sollage- und anderen Maschinensteuerinformationen auf.

Bei einer Gruppe von Eingangsdaten zur Achsregelung handelt es sich um die Ausgangssignale der sechs Resolver. Diese Informationen werden von den NuII-durchgangsdetektoren aufgenommen und über einen Multipexer 74 auf die ALU-Einheiten 141,142 gegeben. Mittels dieser Datcnrückführung werden Geschwindigkeitsbefehle erzeugt und über einen D/A-Wandler 145 auf einen Momentanwertspeicher-Multiplexer 144 gegeben, wo sie den sechs Servoschaltungen zur Verfugung stehen. Weiterhin dienen die Taktgeneratoren und

Zähler der F i g. 4 zur Steuerung des Momentanwertspeicher-Multiplexers der F i g. 5, so daß die jeweiligen Achsdaten an der ALU-Einheit gleichzeitig mit den entsprechenden Soll-Lagedaten für das Servosystem erscheinen. Gleichzeitig treibt der Taktgenerator die D/ A-Wandler 66, 67, die die Sinus- und Cosinus-Bezugsspannungen erzeugt, die als (sin tot}· und (cos eot)-E\ngangsspannungen für die sechs Achsresolver dienen.
' Die F ί ζ. 6, 7A, 7B, 7C und 8 stellen Schaltbild des in der bevorzugten Ausführungsform eingesetzten Achsregelrechners dar. Die Diskussion dieses Rechners betrifft die Steuerung 140. den Festwertspeicher 143 und die Arithmetiklogikeinheiten 141, 142. der Fig.5; tatsächlich handelt es sich bei dem Ein/Ausgabesteuerrechner 100 und dem Interpolator 114 der Fig. 1 um identische Einheiten.

In der F i g. 6 handelt es sich bei den Schaltkreisen U1 bis i/4 um 8 Bit · 1 /^-organisierte programmierbare Festwertspeicher (PROM'S). Der Rechner kann bis zu 14 dieser Schaltkreise enthalten; hier sind nur vier gezeigt, da die übrigen identisch sind. Diese Schaltkreise enthalten sämtliche Programme, die der Achsregelrechner in dieser numerischen Steuerung benötigt Die Schaltkreise erhalten ihre Adreßinformationen auf den Leitungen MAR 0 bis MAR 9, während die 8-Bit-Daten-Wörter auf den Leitungen CUMO bis CUM 7 ausgegeben werden. Da der Rechner auf eine Wortlänge von 16 Bit organisiert ist, arbeiten diese PROM'S durchweg paarweise, wobei der zweite PROM jedes Paars die anderen acht Bit des Datenworts auf den Leitungen CUMS bis CUM15 liefert Die Schaltkreise werden auf den Anwahlleitungen AZERO , ALK usw. angewählt. Die Adreßinformation läuft anfänglich auf den Leitungen MLO bis ML15 ein und wird während der Schreibund Lesezyklen der PROM'S zeitweilig in den Registern i/11, i/12 und i/13 abgespeichert, bevor sie auf die Adreßlei'.ungen MAR 0 bis MAR 9 gelegt wird. Der Dekoder t/28 dekodiert die höheren Adreßbits zu den Anwahlbits ATER 0 bis A 6K, mit denen die Anwahl der jeweiligen Schaltkreise erfolgt Die Adreßleitungen ML 0 bis ML 15 kommen von den Schaltungen, die die F i g. 7A, 7B und 7C zeigen. Die 16-Bit-Ausgangsdatenworte werden in den Schaltkreisen t/58, i/59 und i/60 der F i g. 6 gepuffert und auf die Leitungen AiL 0 bis AiL 15 ausgegeben, bei denen es sich um einen bilateralen Datenbus zwischen diesem Steuerspeicher und dem in den F i g. 7A, 7 B und 7C gezeigten Schaltungsteil handelt

Die bilaterale Adreß- und Datenleitung AfS ist in den F i g. 7A, 7B und 7C als die Leitungen ML 00 bis AiL 15 gezeigt. Die Tri-State-Schaltkreise i/51 bis i/73 dienen dazu, die Adreßdaten zum Steuerspeicher hin zu leiten oder aus dem Steuerspeicher Daten oder Befehle zu übernehmen.

Diese Daten- und Befehlsinformationen werden vom Rechner aufgenommen, bei dem es sich um eine Anordnung aus drei Schaltkreisen handelt, nämlich i/40 in F i g. 7C sowie i/41 und i/42 in F i g. 7B: sie laufen auf den Leitungen AM00 bis AM 15 sowie CAiO bis CM 7. Der Schaltkreis i/40 ist ein Befehlsdekoder (Steuereinheit 140 der Fig.5), während die Schaltkreise i741 und i/42 die 8-Bit-Arithmetiklogikeinheiten 141, 142 der F i g. 5 sind. Bei dieser Anordnung insgesamt handelt es sich also um einen 16-Bil-Mikrorechncr. In einer typischen Anwendung laufen Befehlsinformaiionen von Steuerspeicher beim ßcfchlsdekodcr i/41 auf den Leitungen CMO bis CAf 7 ein und werden t!ori interpretiert. Auf den entsprechenden Steucrausgangsluitungen des Dekoders t/40, TCl bis TCJ werden die ALU-Einheiten i/41, i/42 angewiesen, die auf den Datenlettungen AmOO bis AA'/15 eingebenden Daten zu verarbeiten bzw. bestimmte Daten auf die Leitungen AM 00 bis AM 15 auszugeben.

Die ALU-Einheiten i/41, U42 erhalten einen zweiten Satz Ein/Ausgabedaten auf den Leitungen XO bis X15. Wie unten ausführlicher beschrieben, handelt es sich hier um die Leitungen, auf denen die Geschwindigkeits-

befehle vom Rechner auf die Servorschaltungen übertragen werden.

Diese drei Schaltkreise mit den Mikrorechnerelementen i/40, i/41 und i/42 sind typische Befehlsdekoder- " und ALU-Einheiten ähnlich der Motorola-Teiinr. 6800.

Unten in Fig. 7C ist ein Diagnoseschalter gezeigt, der. wenn gedruckt, ein diskretes Signal erzeugt, das den Ablauf eines Diagnose Unterprogramms veranlaßt, das im Steuerspeicher enthalten ist: die Ergebnisse dieses Diagnoseprogramms gehen auf den Datenleitungen AfLO bis AfL2 auf den Schaltkreis i/23 der Fig. 7A. wobei die Lampen DSl bis £?S3 in einer bestimmten Erregungsfolge aufleuchten. Dieses Diagnoseprogramm erzeugt auch Sägezahn-Prüfspannungen, mit denen die D/A-Wandlerschaltung geprüft werden kann.

Der Rest der Logik in den F i g. 7A₁7B und 7C dient zur Erzeugung weiterer, hier nicht erwähnenswerter Logikfunktionen.

F i g. 3 zeigt ein Schaltbild des Rests der Datenbus-Struktur. Infolge der Redundanz dieser Schaltungen sind nur sechs jeder Gruppe von 16 Adreßleitungen gezeigt Die Platine des gemeinsamen Datenspeichers erhält ihre Adreßinformation auf den Leitungen MADRO bis AMDR 15 über das Register U14 von der Leitung AfL des Mikrorechner-Datenbus. Auf entsprechende Weise wird der Datenbus der Datenspeicherplatine auf den Leitungen MBUSO bis MBUS'15 über das Register i/16 von den gleichen Leitungen ML angesteuert Schließlich werden Daten aus dem gemeinsamen Datenspeicher auf den Leitungen MBUSO bis MBUS15 abgenommen und über das Register 21 auf die Leitungen AfL des Rechners gelegt. Weiterhin zeigt dieses Diagramm einen Teil der Logik zur Steuerung des Speicherzyklus. Diese Logik sorgt dafür, daß, wenn ein Rechner einen Speicherzyklus anfordert dieser in einen Haitzustand geschaltet wird, bis der Speicherzyklus zugewiesen worden ist Am Ende des Speicherzyklus sind die entsprechenden Daten dann in den Speicher ein- oder aus dem Speicher ausgelesen worden.

Die Fig.9. 1OA und 1OB sind Schaltbilder des gemeinsamen Datenspeichers. Bei der Fig.9 handelt es sich um ein Schaltbild der Speicherschaltkreise selbst, bei denen es sich um sechzehn als i K · 1 Bit organisierte Schreiblesespeicher (RAMs) i/24 bis t/39 handelt Infolge des redundanten Aufbaus dieses Speichers sind nur die Schaltkreise i/24, i/25, i/32 und i/33 gezeigt Da die i6-Bit-SchaIikreise parallel benutzt werden, hat dieser Schreiblesespeicher eine Kapazität von 1024 Worten mit je 16 Bit Diese Schaltkreise werden parallel auf den Adreßleitungen MADRO bis MADRS adressiert, die vom Rechner kommen. Jeder Schaltkreis liefert ein Bit; das zusammengesetzte 16-Bit-Wort geht aufdie Leitungen MBUSO bis MBUS15. Der Stift 11 des Schaltkreises ist der Ein- und auch der Ausgangsanschluß. Folglich stellen die MBUS-Leitungen einen bila-

bS lcralcn 16- Bil-Datcnbus dar. auf dem der Dia'og mit der Rcchnereinheii entsprechend der Fi κ. 8 stattfindet.

Zwei /.usill/lichc Speicher Schaltkreise f / 18. U 17 sind in diesem Schaltbild das gemeinsamen Datcnspei-

chers ge?eigt. ί/*8 ist ein 1 K ■ 1 Bit organisierter RAM, de den Zustand sämtlicher Markierbits enthält, die von den Rechnern dieses Systems verwendet werden. Dieser Schaltkreis wird ebenfalls auf den Adrcßleit-ngen MADRQ bis MADR9 adressiert;das 1 Bii-EIN/ Ausgangssignal läuft auf der Leitung MBUS15.

Der löschbare Festwertspeicher (EPROM) i/17 ist 1 K · 8 Bit organisiert und kann vom Benutzer programmiert und gelöscht werden, um verschiedene Parameter der jeweils gesteuerten Maschine zu speichern die verhältnismäßig permanent sind, sich aber von Zeit zu Zeh ändern können — bspw. die Steife, die Steigungswerte und die Eckpunkte der Servoschaltung; letztere werden unten ausführlicher erörtert. Diese Werte bleiben über längere Zeiträume unverändert, könne aber vom Benutzer zuweilen verändert werden, um den Verschleiß der Maschine oder unterschiedliche Betriebsarten aufzufangen. In seinen Echtzeitberechnungen benötigt der Rechner diese Daten, um das Ausgangssignal für den Achsantrieb 54 zu berechnen. Dieser Schaltkreis wird ebenfalls mit den Leitungen MADR 0 bis MADR 15 angesprochen: sein Ausgangssigna! geht auf die bilateralen Datenleitungen MBUS/bn MBUS7.

Die Fig. 1OA und 1OB sind Schaltbilder der diesem Speicher zugeordnete Zeitteillogik. Acht Eingänge erlauben, die Speicheranfragen von bis zu acht Mikrorechnern auf den Anfrageleitungen AXMREQ/ bis MREQ8 zu beantworten; dabei hat jeweils nur ein auf die Leitungen AXX00 bis XX15 und gleichzeitig ein Bereitsignal auf die Leitung RDYI für den Rest des Systems zu legen.

Die Fig. 12 ist ein Schaltbild des Festwertspeichers (ROM) 65 und der zwei D/A-Wandler 66,67 der F i g. 4. Die Ausgangsleitungen des Mod-1024-Zählers und des Mod-3-Zählers C3 bis C12 gehen auf den ROM-Sehaitkreis i/7, während zwei Gruppen aus je vier Ausgangsleitungen die D/A-Wandler ansteuern, die eine Sinus- und eine Cosinuswelle liefern.

Die Fig. 13A. 13B sind ein ausführliches Schaltbild des Momentanwertspeicher-Dekoders 84 der Fig.4. Der Geschwindigkeitsfehler, den der Achsregler 118 der Fig. 1 berechnet hat. wird auf den Leitungen AXX00 bis AXXiS ausgegeben und von den Registern i/26, U27 der F i g. !3B übernommen, die diese Informatk η an ihren Ausgängen festhalten und sie auf die Eingänge des D/A-Wandlers t/50 so lange geben, bis die Ausgangsleitung des A/D-Wandlers, ANLOG 1 sich stabilisiert hat. Dieses Signal puffert der Operationsverstärker U57. wird zum Eingangssignal der FET-Schaltung i/41, i/42, die unter der Steuerung durch einen Multiplexer i/21 stehen, der seinerseits vom Rechner auf den Leitungen AXADRR0 Dis AXADRR 3 adressiert wird. Ein gewählter Geschwindigkeitsfehler wird also durch die Multiplex- und Schalteranordnung gelenkt und lädt einen der sechs Kondensatoren C90 bis C95 auf. Da die Ladezeit dieser Kondensatoren bei geschlossenen Kontakt des entsprechenden Schaltkreises i/41, i/42 weit

Rechner tatsächlich Zugriff zum Speicher. Die anderen jo größer ist als ihre Entladezeil bei offenen Schaltern der werden auf Wartebetrieb geschaltet bis ein Zugriff Schaltkreise i/41, ί/42, sind die Kondensatoren C90 möglich ist Wird eine Anfrage durch ein Aufschallsigna! bis C95 praktisch kontinuierlich auf eine analoge Spanauf einer der Leitungen Pi bis PS bestätigt, geht ein nung geladen, die dem dem jeweiligen Kanal zugeord-Meldesignal auf den Leitungen AXMACKI bis rieten Geschwindigkeitsfehler entspricht Diese Span- MACK8 an den Rechner zurück. Der Speichervorgang 35 nung wird mit den Operationsverstärkern i/43 bis i/48 läuft dann ab; am Ende geht ein Endesignal auf einer der verstärkt und auf den Leitungen CWObis C//5aIsGe-Leitungen AXFINI bis FIN 8 auf den Rechner, der dann schwindigkeitsfehlersignal auf die jeweilige Achse gegeden Bus für einen weiteren Rechner freigibt Der Oszil- ben.

Iator U16 erzeugt ein 3 MHz-Taktsignal, das die züge- Wenn die Achsregelung vom Interpolator Lageinfor-

hörige Logik zu verschiedenen Taktphasen und Syn- 40 mation aufnimmt, muß sie mehrere Funktionen durchchronsignalen aufteilt führen. Sie nimmt die Achsinformation auf, berechnet

Die F i g. 11A bis 11D sind Schaltbilder der der Achsregelung zugeordneter Reglerlogikplatine. Der Systemtakt geht auf die Glieder 200,201 der F i g. 11D, die den Mod-1024-Zähler der Fig. HC aus den Zählerschaltkreisen 202, 203, 204 treiben. Die Ausgangssignale gehen auf die Leitungen Cl bis CIO. Ein Mod-Zähler aus den Flipflops 205,206, der F i g. UC und deren Beschaltung zählt das Oberlaufbit aus dem Mod-1024-Zähler

aufwärts; der Überlauf des Mod-3-Zählers wird seiner- so verfügbar sind. Nimmt die Achsregelung d'eses Signal seits vom Mod-6-ZähIer abwärts gezählt Die Aus- zur Kenntnis, übernimmt sie ein 16-Bit-Wort aus der

die Istlage, vergleicht sie mit der Sollage, berechnet den Lagefehler und gibt ein Antriebssignal auf die jeweilige Achse; all diese erfordert erhebliche Rechenzeit Die Lage wird daher etwa einmal für jede sechste Periode der Sinusspannung am Resolverausgang erfaßt, die Information im Zwischenspeicher 75 der F ig. 4 gespeichert und ein diskretes Signal auf die Achsregelung gegeben, um dieser anzuzeigen, daß für diese Achse Daten

gangsleitungen des Mod-3- und des Mod-6-ZähIers sind C ti bis C15. Die Schieberegister 208,209 der F i g. 11A halten den Zustand de: verschiedenen Zähler fest und geben ihn mit den Leitungen AXXOQ bis AXX !5 auf den Rest der Schaltung.

Die sin {at + ^-Signale aus den sechs Resolvern werden gefiltert, um Störanteile zu entfernen, und auf die Nulldurchgangsdetektoren 211 bis 216 der F i g. 11D Maschine auf dem Bus X auf. Ein Bit gibt an, daß neue Daten vorliegen, drei Bits kennzeichnen die Achse und die unteren 10 Bits enthalten den Zustand des Mod1024-Zählers. Ist keine Achse bereit, führt der Rechner andere organisatorische Maßnahmen durch und fragt die sechs Achsen regelmäßig nach neuen Daten ab.

Das Ausgangssignal des Mod-6-Zählers besteht aus den drei Bits, die in dem oben beschriebenen Won die

gegeben. Die resultierenden Rechteckwellen gehen 60 jeweiligen Achse identifizieren. Wenn der Achszähler gleichzeitig auf den Multiplexer 217 der Fig. HB, der die Achse identifiziert hat, beginnen die Nutfdurcheine von ihnen aufgrund des Zählzustands der Eingangs- gangsdetektoren 68 bis 73 der F ig. 4 mit der Suche signal C13, C14, C15 vom Mod-6-ZähIer 207 der nach einem Nulldurchgang für diese Achsen. Wie oben F i g. HC auswählt Das gewählte Nulldurchgangssignal beschrieben, werden die Sinuswellen für diese Ermittdurchläuft Frequenzschaltungen und dient schließlich 65 lung des Zeitpunktes des Nulldurchgangs zu Rechteckdazu, den Zustand des Mod-1024-Zählers in den Schalt- wellen umgewandelt Die Schaltkreise warten, bis das kreisen 208, 209 der Fig. HA festzuhalten und damit Signal von den Nulldurchgangsdetektoren von H auf L das für die jeweilige Achse ein digitales Phasensignal springt und halten dann den Ausgangszustand des Mod-

1024-ZähIers als die unteren zehn Bits der zwischengespeicherten Daten sowie den Zustand des Mod-6-ZähIers fest, der die Achse kennzeichret Der Zustand des Mod-1024-ZähIers stellt die einzigen Lagedaten dar, die der Rechner aufnimmt Der Mod-3-ZähIer liefert mehrere vorbereitete Logiksignale für die Zeitsteuerung. Um die Ictlage zu erhalten, müssen die Daten aus dem Mod-1024-ZähIer mit dem Wert aus dem vorgehenden Abtastzeitpunkt verglichen werden, um eine Bewegung zu ermitteln, and dann aufgerechnet werden, um die Lage zu bestimmen.

Ist die die Lage betreffende Aufgabe gelöst löst die Achsregelung die die Ausgangsgeschwindigkeit betreffende Aufgabe. Dies erfordert den D/A-Wandler der Fig. OB.dermit einem 12-Bit-Eingangswort4096mög-Hche Zustände zwischen den Grenzen + IO V einnehmen kann. Seine eine Ausgangsspannung geht auf einen der sechs Kanäle mit den Momentanwertspeichern der Fig. 13A. In der bevorzugten Ausführungsform wird

arbeitet ist die Kurve sehr steil und weist eine verhält- Si nismäßig starke Korrektur verhältnismäßig kleiner Feh- l| ler auf. Die Steigung B gut wenn das Werkzeug nicht |p angreift sondern auf das Werkstück hinzufährt und die gf

5 flachere Steigung die auf dem Servosystem lastenden j§ Kräfte gering halten soll, die nur das Werkzeug in eine JI Näherungslage führen sollen. Die verminderten An- ¹^ triebsforderungen halten die Entwicklung von Schwin- || gungen und die Beiastung der Bauteile gering; dieser ^

ίο Bereich wird zuweilen auch als >Zuführbereich« be- . zeichnet Schließlich ist noch ein Sättigungsbereich vor- j handen, der einer maximalen Geschwindigkeit ent- ispricht die nie überschritten werden sollte. Der Benut- \ zer legt die Gestalt dieser Kurve fest und programmiert ,

15 den EPROM entsprechend. Da der EPROM 1024 Worte J mit je 8 Bit enthält kann für jede Achse eine eigene A Steigung der Verstärkungskurve vorgesehen werden. In ^;· Systemen des Standes der Technik mußte man diese . Konstanten in Form einer Vielzahl vom Potentiometersind, ist es für den Rechner einfach, die durchschnittliche
Geschwindigkeit zu berechnen. Dies ist eine nützliche
Besonderheit da te Istgeschwindigkeit sich mit der
Sollgeschwindigkeit vergleichen läßt, um das System auf
einwandfreie Funktion zu prüfen. Wenn die Geschwindigkeitswerte nicht übereinstimmen, arbeitet das System offenbar nicht richtig. Die Fehlertoleranz wird

jede Achse in Abstanden von sechs Millisekunden be- 20 einstellungen vorsehen.

dient Da die Lagensumme (»accumulated position«) in Ab-

Zusätzlich zu der grundsätzlichen D/A-Schaltung der ständen von sechs Millisekunden jeweils aufgewertet Fig. 133 liegt eine SCALE-Leitung vor. die den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers U 57 am
Ausgang des D/A-Wandlers um einen Faktor von 4 an- 25
dert so daß der D/A-Wandler zu einer 14-Bit-SchaItung
wird. Die Schaltung enthält also die Möglichkeit einer
höheren Multiplikation für den Fall geringerer Geschwindigkeiten, bei denen eine höhere Auflösung und

Genauigkeit der Servorschaltung erforderlich sind, wie 30 vom Benutzer als Systemkonstante festgelegt Ist dieser unten beschrieben. Wert überschritten, wird ein Bit gesetzt und der Bedie-Die vom Streifen- bzw. Bandleser aufgenommenen nungsperson angezeigt so daß diese eine Korrektur Informationen sind eine Reihe von Werkstückabmes- vernehmen kann. Das System läßt sich so auslegen, daß sungen. die zu einer Serie von Werkstück- und Werk- nur eine Lampe aufleuchtet die Maschine anhält oder zeugbewegungen umgesetzt werden. Diese Bewe- 35 sonst etwas geschieht das der Benutzer für die jeweilige gungsschrittbefehle. die der Interpolator erzeugt, wer- Achse als erforderlich ansieht Eine solche Geschwinden mit einem zugehörigen Markierbit im gemeinsamen digkeilsprüfung ist der typische Lagefehlerprüfung^: Datenspeicher abgespeichert: das Einspeichern dieser überlegen, da ein Geschwindigkeitsfehler erfaßt werden Daten erfolgt in Abständen von mehreren Millisekun- kann, bevor er einen wesentlichen Lagefehler erzeugt den sie stellen die Summe der zu erzeugenden Bewe- 40 Lagefehler sind kostspielig: das Werkzeug oder das gung dar. Die Achsregelung stellt mit ihrem Programm Werkstück kann dabei Schaden nehmen, da die Fehlerdas neue Datenbit fest und rechnet die neuen in die erfassung zu einer Zeit erfolgt zu der das Werkzeug vorliegenden Daten ein, so daß sich eine absolute SoIIa- sich schon nicht mehr in der Sollage befindet Einen ge ergibt Die Lage, zu der das Werkzeug sich bewegt Geschwindigkeitsfehier kann man jedoch ermitteln, be* hat. ist ebenfalls das Ergebnis sämtlicher Bewegungs- 45 vor das Werkzeug einen wesentlichen Lagefehler er- ι punkte, die aus den aus der werkzeugmaschine aufge- zeugt. Die Geschwindigkeitsprüfung verhindert also \ nommenen sechs Gruppen von Achsdaten berechnet Schaden durch gebrochene Werkzeuge und beschädigte -' wurden, und diese ergeben ebenfalls einen aufgerechne- Werkstücke. '(■ ten Wert des tatsächlichen Bewegungsabiaufs. Die Wer- Da die summierte Sollage und die summierte Istlage te werden voneinander abgezogen, um den Lagefehler 50 intern im Rechner vorgehalten werden, lassen sie sich ermitteln zu können, der dann in der jeweiligen Achse auf dem Bedienfeld auch kontinuierlich anzeigen. Eine (Vergi. F i g. i 3Ä und 13B) ausgewertet wird. weisere Möglichkeit ist. im Akkumulator sowohl die lst-Eine weitere Einflußgröße ist die Steife der Servo- als auch die Sollage als Bezugspunkt nullzusetzen, so schleifen. Die Iststeife bestimmt der Benutzer der Werk- daß bei weiterem Arbeiten der Maschine sämtliche Abzeugmaschine: sie ist als die vom System geforderte 55 messungen sich auf diesen Bezugspunkt beziehen. Diese Geschwindigkeit pro Lagefehlereinheit definiert Eine Möglichkeil kann für die Bedienungsperson sinnvoll typische Fehlerkorrektur fordert eine Werkzeugge- sein, der die relativen Abmessungen des Werkstücks schwindigkeit von 25.4 mm/min (inVmin) für jeweils bezüglich einem bestimmten Bezugspunkt bekannt sind. 25.4 μιτι (ΙΟ-·¹ in.) Fehler. Diese Maschinenkonstante, Schließlich kann die Bedienungsperson die Summend. h. die Eckpunkte und Steigungen werden in löschba- 60 werte für die Ist- und die Sollage auf einen vorbestimmren 16-Bit-PROM des Steuerspsichers abgespeichert ten Wert setzen, mit dem sie gewöhnlich arbeitet, und ergeben eine Servosteifekurve; die Fig. 14 zeigt Da die Summenwerte innerhalb des Rechnerspei* einen typischen Verlauf. Dabei ist die waagerechte Ach- chcrs festgehalten werden, ist auch eine »Servonullfunk·^ se der Lagenachlauf (typischerweise in Einheiten von - tion« möglich, in der die Ist- und Sollage gleichgesetzt]" 25,4 μπι (10-³ in.,), während auf der senkrechten Achse 65 werden. Dies ist dann nützlich, wenn die Maschine beil die Soligeschwindigkeit typischerweise in 25.4 mm/min abgeschalteten Rechner neu eingeschaltet worden ist| (in^min) angetragen isL Im Konturierbereich mit der Unter diesem Umständen würde im System nach deni| Steigung A, wo das Werkzeug mit der Sollgenauigkeit erneuten Einschalten ein langanhaltender Ausgleichs*

Vorgang einsetzen, den man mit der Servonullfunktion verhindern kann, bei der die Ist- und die Soilage gleichgesetzt werden.

Eine mit dieser Anordnung ebenfalls mögliche Funktion ist die NuIIsynchronisierungsfunktion. Wird die Maschine zum ersten Mal angeschaltet, muß das Schneidwerkzeug zum Werkstück eine sehr genaue räumliche Zuordnung erhalten. Die Bedienungsperson kann diese Position mit dem Auge auf besser als einen Millimeter einstellen, nicht aber auf die Maschinentoleranz. Man kann der Maschine jedoch befehlen, in einen vorbestimmten Punkt eines Resolverzyklus zu gehen. Die Bedienungsperson stellt also die Maschine nach Augenmaß so knapp wie möglich ein und drückt dann einen Nullsynchronisierknopf; dieser Befehl erlaubt der Maschine, den kürzesten Weg zu der vorbestimmten und sehr genauen Resolvereinstellung zu nehmen. Die Bedienungsperson führt also eine Grobeinstellung der Maschine durch; die Maschine selbst stellt sich dann automatisch fein ein. Dies ist ein schnelles und einfaches Verfahren für eine genaue Ausrichtung der Maschinenteile vor dem Beginn eines Bearbeitungszyklus.

Weiterhin ist ein Prüfbetrieb möglich, in dem das Band bzw. der Streifen zwar läuft, aber keine Achsbewegung erfolgt Dieser Vorgang wird vom Rechner intern abgewickelt der die Sollage automatisch auch in das Istlageregister akkumuliert Die Werkzeugmaschine sieht also den Geschwindigkeitsfehler Null und bewegt das Werkzeug überhaupt nicht, während das Bedienfeld weiterhin die aufgerechnete Lage in Längseinheiten angibt Diese Betriebsart ist nützlich zum Prüfen neuer Bändern oder Streifen, wenn die tatsächliche Bearbeitung eines Werkstücks zu Schaden an der Anlage führen könnten.

Hierzu 20 Blatt Zeichnungen

35

40

45

50

55

Claims

27

Patentanspruch:

Numerische Steuereinrichtung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine mit mehreren Drehachsen, bei der ein Interpolator und Servo-Steuerkreis vorgesehen sind, wobei der Servo-Steuerkreis einen Taktgenerator, einen mit dem Taktgenerator verbundenen Zähler zum Zählen der Taktimpulse, einen drehbar mit der Drehachse verbundenen Resolver zur Erzeugung einer ihre Phase relativ zur Drehung der Drehachse ändernden Sinuswelle und eine Achssteuereinrichtung zur Erzeugung eines der Differenz zwischen Ist- und Sollage proportionalen Geschwindigkeitsbefehls aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Resolver ein Null-Durch gangsdetekior (68—73) zur Umformung der SinuE-welle in digitale Pulse nachgeschaltet ist, daß die NuH-Durchgangsdetektoren (68—73) mit einem Multiplexer (74) verbunden sind, um ein Nuli-Durchgangssignal aus einer Mehrzahl von durch eine Me.irzah! von Drehachsen erzeugten Signalen auszuwählen, daß der Multiplexer (74) mit einem Zwischenspeicher (75) verbunden ist, der seinerseits mit dem Zähler (64) verbunden ist, und daß der Zwischenspeicher (75) an die Achssteuereinrichtung (118) einen Zählerstand des Zählers (64) liefert, die hieraus die Ist-Achslage ermittelt, daß der Interpolator die Soll-Achslage an die Achssteuereinrichtung (118) liefert und daß der von der Achssteuereinrichtung erhaltene Geschwindigkeitsbefeh! an einen Demultiplexer (84) gegeben wird, um eine Drehachse aus der Mehrzahl der Drehachsen zu regeln.