DE2803394A1

DE2803394A1 - Verfahren und einrichtung zum ueberwachen des betriebszustandes von rechnergesteuerten werkzeugmaschinen o.dgl.

Info

Publication number: DE2803394A1
Application number: DE19782803394
Authority: DE
Inventors: Richard Johnston; Lyle D Ostby
Original assignee: Kearney and Trecker Corp
Current assignee: Kearney and Trecker Corp
Priority date: 1977-02-09
Filing date: 1978-01-26
Publication date: 1978-08-10
Also published as: IE46057B1; IL53751A0; CH629135A5; AU508540B2; LU79029A1; GB1596576A; NO780352L; AT364985B; GR74532B; DK57178A; AU3266878A; FR2380595A1; CA1106974A; JPS5399963A; NZ186264A; NL7801473A; BR7800745A; ES466662A1; SE445589B; US4109309A

Description

Verfahren und Einrichtung zum überwachen des Betriebszustandes von rechnergesteuerten Werkzeugmaschinen oder dergleichen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Überwachen des Betriebszustandes von rechnergesteuerten Werkzeugmaschinen oder dergleichen, insbesondere auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Anzeigen eines in den Schaltkreis einer rechnergesteuerten Werkzeugmaschine eingegebenen Analogsignals auf einem Sichtgerät, das an einem Ort (Diagnosestelle) entfernt vom Aufstellungsort der Werkzeugmaschine gelegen ist.

Zur Überwachung des Betriebszustandes von Werkzeugmaschinen ist ein Nachrichtensystem bekannt, durch das mehrere an unterschiedlichen geografischen Orten aufgestellte rechnergesteuerte Werkzeugmaschinen mit einer Diagnose- und Auswerteeinrichtung in einer zentralen Diagnosestelle verbunden sind, die ihrerseits an einem von den Werkzeugmaschinen entfernten Ort aufgestellt ist; vergleiche US-PS 3 882 305 bzw. die korrespondierende

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DT-OS 2 500 086.

Bei diesem System wird der Rechner jeder angewählten Werkzeugmaschine mit der Diagnoseeinrichtung über eine Telefonleitung verbunden, wobei die Werkzeugmaschine ein vorbestimmten Diagnoseprogramm aufgrund von Befehlen ausführt? die dem Rechner der Werkzeugmaschine von der zentralen Diagnoseeinheit übermittelt worden sind. Die charakteristischen Betriebsdaten der Werkzeugmaschine werden während des Ablaufs dieses Diagnoseprogramms überwacht und zu der Diagnoseeinheit übertragen, wo sie mit entsprechenden charakteristischen Betriebsdaten, die zu einem früheren Zeitpunkt für die gleiche Werkzeugmaschine aufgestellt worden sind, im Rahmen zulässiger Toleranzgrenzen und Parameter verglichen werden. Durch derartige Vergleiche kann ein' Fachmann an der von dem Aufstellungsort der Werkzeugmaschine entfernten Diagnosestelle tatsächliche Schaden, aber auch den Beginn von Schäden an der Werkzeugmaschine feststellen.

Bei diesem bekannten Pernüberwachungs- und Diagnosesystem werden jeweils nur charakteristische Betriebsdaten der Werkzeugmaschine überwacht, die, als digitale Signale ausgedrückt sind; eine Überwachung von Analogsignalen ist hier nicht vorgesehen, obwohl an der Werkzeugmaschine solche Analogsignale auftreten, die in einigen Fällen im Hinblick auf die Erkennung von Schäden aussagekräftiger als digitale Signale sind.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art in einem Fernüberwachungs- und Diagnosesystem anzugeben, wodurch auch Analogsignale an der Werkzeugmaschine zur Erkennung von Schäden herangezogen werden können.

Diese Aufgabe ist für ein Verfahren gemäß der. Erfindung durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

A) das Analogsignal wird in eine Folge von digitalen Signalen umgewandelt, die jeweils dem Wert der Amplitude des Analogsignals zu einer bestimmten Zeit entsprechen;

B) diese Folge der digitalen Signale wird zu der Diagnosestelle übertragen;

C) die Folge der digitalen Signale wird in der Diagnosestelle in ein dem Analogsignal angenähertes Signal rückgewandelt;

D) dieses Näherungssignal wird dem analoganzeigenden Sichtgerät in der Diagnosestelle zugeführt und dort angezeigt.

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Eine Einrichtung zum überwachen des Betriebszustandes von Werkzeugmaschine aufgrund von Analogsignalen ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung auf seiten der zu überwachenden Werkzeugmaschine ein Prüfgerät zur Eingabe des Analogsignals in den Sehaltkreis der Werkzeugmaschine aufweist, dessen Ausgang mit einem Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung des Analogsignales in eine Folge von digitalen Signalen verbindbar ist, die jeweils dem Wert der Amplitude des Analogsignales zu einer bestimmten Zeit entsprechen, daß ferner Einrichtungen zum Übermitteln dieser Folge von digitalen Signalen zu der Diagnosestelle und in der Diagnosestelle Empfangseinrichtungen für diese Signalfolge vorgesehen sind, daß in der Diagnosestelle ferner ein Digital-Analog-Wandler zur Umwandlung der Folge der digitalen Signale in ein dem Analogsignal angenähertes· Signal vorgesehen ist, und daß mit dem Ausgang des Digital-Analog-Wandlers das analoganzeigende Sichtgerät zur Anzeige dieses Näherungssignales verbunden ist.

Gemäß der Erfindung ist demnach ein Verfahren und eine Einrichtung angegeben, um Analogsignale von einer rechnergesteuerten Werkzeugmaschine zu einem analoganzeigenden Sichtgerät in einer vom Aufstellungsort der Werkzeugmaschine entfernt gelegenen Diagnosestelle zu übermitteln und dort anzuzeigen, wodurch eine Überwachung und Diagnose von bereits vorhandenen oder beginnenden

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Schäden an der Werkzeugmaschine möglich ist.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:

Figur 1 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zur überwachung einer Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung;

Figur 2 ein detailiertes Blockdiagramm einer Analog-Digital-Wandler- und Steuerschaltung gemäß Figur 1;

Figur 3 ein detailiertes Blockdiagramm der Analog-Digital-Steuerschaltung aus Figur 2;

Figur 4 ein detailiertes Blockdiagramm einer Digital-Analog-Wandler- und Steuerschaltung in der Diagnosestelle gemäß Figur 1;

Figur 5 ein schematisches Schaltbild eines Ausgangskreises für einen der Digital-Analog-Wandler gemäß Figur 4;

Figur 6 ein I'mpulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß den Figuren 1 bis 5.

Gemäß der Figur 1 weist eine Einrichtung zum überwachen des Be-

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triebszustandes einer Werkzeugmaschine eine Analog-Digital-Wandler- und Steuerschaltung 10, einen lokalen Speicher 12, der im allgemeinen ein Teil eines Rechners 13 für die Werkzeugmaschine 1st, jedoch aus als separate Einheit aufgebaut sein kann, ferner ein digitales Nachrichtenübertragungssystem mit einem lokalen Signalumsetzer 14, einer Nachrichtenverbindung, z.B. Telefonleitungen 16 und einem Signalumsetzer 18 an einer Diagnosestelle auf, wobei dieses Nachrichtenübertragungssystem ein Teil eines Fernüberwachungs- und Diagnosesystems ist, wie es beispielsweise in der oben erwähnten US-PS 3 882 305 beschrieben ist; selbstverständlich kann dieses Verbindungssystem auch anders aufgebaut sein. So kann z.B. anstelle der Telefonübermittlung auch eine Übermittlung durch Funk vorgesehen werden. Auf Seiten der Diagnosestelle weist die Einrichtung ferner einen Speicher 20 auf, der im allgemeinen, jedoch nicht notwendigerweise, ein Teil eines Diagnoserechners 21 ist; ferner sind in der Diagnosestelle eine Digital-Analog-Wandler- und Steuerschaltung 22 und ein analoganzeigendes Sichtgerät 24 vorgesehen.

Ein gewünschtes Analogsignal wird eventuell zusätzlich mit einem" Zeitwahl- oder-Taktsignal durch ein Handprüfgerät 26 (Figur 2) in den Schaltkreis der Werkzeugmaschine eingegeben, wobei das Prüfgerät mit dem Eingang der Analog-Digital-(A/D)-Wandler- und Steuerschaltung 10 verbunden wird. Dieses Analogsignal wird in der

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A/D-Schaltung 10 in eine Folge von digitalen Signalen umgewandelt, die jeweils dem Wert der Amplitude des Analogsignales zu einer bestimmten Zeit entsprechen. Die Sequenz der digitalen Signale wird dem lokalen Speicher 12 zugeführt und dort gespeichert. Daraufhin wird die Folge der digitalen Signale aus dem Speicher 12 ausgelesen und über den lokalen Signalumsetzer 14, die Telefonleitungen 16 und den Signalumsetzer 18 in der Diagnosestelle zu dem dortigen Speicher 20 übertragen. Die in diesem Speicher 20 gespeicherten digitalen Signale werden nachfolgend ausgelesen und einer Digital-Analog-(D/A)-Wandler- und Steuerschaltung 22 zugeführt, wo sie in eine analoge Form als eine Näherung des originalen Analogsignales rückumgesetzt werden. Der Ausgang der D/A-Wandler- und Steuerschaltung 22 ist mit einem analoganzeigenden Sichtgerät 24 verbunden, auf dem das Näherungssignal angezeigt wird.

Auf Seiten der Werkzeugmaschine und der Diagnosestelle sind jeweils Telefonhandapparate 28 und 30 für eine Sprechverbindung zwischen einer Bedienungsperson an der Werkzeugmaschine und einem Fachmann an der Diagnosestelle vorgesehen. Der Fachmann teilt der Bedienungsperson üblicherweise das gewünschte Analog- und Zeitwahlsignal mit, worauf die Bedienungsperson das Prüfgerät 26 an die entsprechenden Testpunkte in dem Schaltkreis der Werkzeugmaschine anlegt. Sobald das Prüfjerät mit dem Schaltkreis verbunden ist, wird die Signalumwandlung, die Übermittlung, Rück-

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umwandlung und Anzeige durch dan Fachmann an der Diagnosestelle ausgelöst.

In den Figuren 2 und 3 ist ein detailiertes Blockdiagramm der A/D-Wandler- und Steuerschaltung 10 dargestellt. Gemäß _λ der Figur 2 wird das analoge Signal des Prüfgerätes 26 einem herkömmlichen A/D-Wandler 32 zugeführt. Der A/D-Wandler 32 empfängt zusätzlich Taktimpulse von einem Zähler- und Registerschal tkreis 34, der seinerseits von einem Oszillator 36 getaktet wird. Dem Zähler- und Registerschaltkreis 34 wird eine digitale Eingangsnummer zur Einstellung des Zählers zugeführt, wodurch die Taktperiode, die für die Analog-Digital-Wandlung verwendet wird, bestimmt wird. Diese der Zählerperiode zugeordnete Eingangsnummer, mit der der Zähler 34 voreingestellt wird/ bestimmt die Anzahl der Eingangsimpulse vom Oszillator, die notwendig ist, daß der Zähler überläuft. Zur Einstellung der Zählerperiode kann jede beliebige Anzahl von Eingangsimpulsen zwischen Eins bis zur Kapazität des Zählers 34 ausgewählt werden. Das Überlaufsignal des Zählers bilden die Taktimpulse für das gesamte System. Die Eingangsnummer wird in einem konventionellen Schieberegister gespeichert und dem Zähler jedesmal dann wieder zugeführt, wenn dieser überläuft, so daß jede Taktperiode der vorgewählten Periode entspricht.

Der Analog-Digital-Wandler 32 führt jeweils einen A/D-Wandler-

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prozeß aus, wenn er einen Taktimpuls empfängt. Während des A/D-Wandlerzyklus, wird in dem A/D-Wandler 32 ein positives ZUSTANDS-Ausgangssignal erzeugt, das gegen Null abfällt, wenn der Wandlerzyklus beendet ist. Dieses ZUSTANDS-Signal wird mit einem VORZEICHEN- (+/-) -Signal entsprechend der analogen Größe, die in dem vorhergehenden Wandlerzyklus digitalisiert worden ist, einer Analog-Digital-Steuerschaltung 38 zugeführt, die im Detail in Figur 3 gezeigt und nachfolgend beschrieben ist.

Sobald das entsprechende Zeitwahl- oder Taktsignal empfangen oder erzeugt worden ist, wird in der A/D-Steuerschaltung 38 ein ZUGRIFFS- (direct memory access request}-Signal erzeugt, das dem Rechner 13 der Werkzeugmaschine zugeführt wird; hierdurch wird das digitale Ausgangssignal am A/D-Wändler 32 in den lokalen Speicher an einer Adresse eingeschrieben, die durch einen Adressenzähler 40 bestimmt ist. Der Adressenzähler 40 ist durch eine digitale Eingangsnummer voreingestellt, die die Anfangsadresse für das erste digitale Wort des A/D-Wandlerprozesses definiert. Danach wird der Adressenzähler 40 durch ein die zeitliche Schachtelung der Datenübertragung in dem System bestimmendes TSC-Signal von dem lokalen Rechner 13 weitergestellt, das am Ende einer jeden Eingabe von digitalen Daten in den lokalen Speicher 12 einen hohen Pegel einnimmt, so daß aufeinanderfolgende Ausgänge des A/D-Wandlers nacheinander in den lokalen Speicher 12 eingeschrieben werden. Durch das TSC-Signal wird

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auch ein Wortzähler 42 zurückgestellt, der durch eine digitale Eingangsnummer voreingestellt worden ist, durch die die Gesamtanzahl von Worten bestimmt ist_f die in der Folge der digitalen Signale am Ausgang des A/D-Wandlers 32 gespeichert werden sollen.

Wenn die gewählte Anzahl von digitalen Worten im lokalen Speicher 12 gespeichert sind, stellt sich der Wortzähler 42 auf Null ein und erzeugt ein ENDE- Signal, das seinerseits der A/D-Steuerschaltung 38 zugeführt wird und die Eingabe von Daten in den lokalen Speicher 12 .beendet. Es sei darauf hingewiesen, daß der A/D-Wandler auch noch nach der Abgabe des ENDE-Signales arbeitet, jedoch werden seine digitalen Ausgangssignaie nicht mehr in den lokalen Speicher 12 übernommen.

Zu Beginn des oben beschriebenen A/D-Wandlungsprozesses werden die digitalen Daten, die die gewünschte Taktperiode bestimmen, die gewünschte A/D-Testlänge und die Anfangsadresse des A/D-Testes von dem Rechner 13 der Werkzeugmaschine oder von manuellen, hier nicht gezeigten Eingabegeräten bzw. von dem Rechner 21 in der Diagnosestelle den Zählern 34, 42 bzw. 40 zugeführt. Von der gleichen Stelle wird der A/D-Steuerschaltung 38 ein EXT/INT-Taktsignal , durch das entweder eine externe oder eine interne Taktung ausgewählt wird, sq^wie ein positives oder negatives Trigger-Signal zugeführt, durch das ein positiv oder negativ arbeitender Trigger angewählt wird. Ferner wird von dem

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Rechner 13 der Werkzeugmaschine der A/D-Steuerschaltung 38 ein START-Signal, das den A/D-Wandlungsprozeß einleitet, sowie ein DMA-ZUSTANDS-Signal zugeführt, das während des A/D-Wandlungsprozesses einen hohen Pegel einnimmt und auf einen niedrigen Pegel abfällt, wenn das ENDE-Signal einen hohen Pegel einnimmt. Das START- und ZUSTANDS-Signal kann jeweils auch durch den REchner 21 in der Diagnosestelle oder durch andere geeignete Steuerkreise erzeugt werden. Die A/D-Steuerschaltung 38 weist ferner einen Triggervorbereitungseingang auf, falls keine externe oder interne Triggerung vorgesehen ist, wie dies nachfolgend beschrieben wird.

In der Figur 3 sind die einzelnen Schaltungselemente der A/D-Steuerschaltung 38 gezeigt. Am Ausgang dieses Schaltkreises liegt das ZUSTANDS-Signal an, das am invertierten Ausgang eines NAND-Gatters 44 anliegt. Das NAND-Gatter 44 erhält Eingangssignale von einem monostabilen Multivibrator 46, einem Flip-Flop 48 und einem nicht invertierenden Verstärker 50. Der Ausgang des Gatters 44 ist auf niedrigem Pegel, wenn alle Eingangssignale am Gatter 44 auf hohem Pegel liegen, so daß das ZUGRIFFS-Signal auf hohem Pegel ist. Die Arbeitsweise dieses Schaltkreises soll beginnend von dem Zeitpunkt erklärt werden, an dem ein START-Signal am Eingang des nicht invertierenden Verstärkers 50 empfangen wird. Das START-Signal hat zwischen den A/D-Wandlungs-

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zyklen einen niedrigen Pegel und geht auf einen hohen Pegel über, um einen WandlungsZyklus einzuleiten. Sobald das START-Signal einen hohen Pegel einnimmt, wird dadurch das Flip-Flop über ein NAND-Gatter 62 zurückgesetzt, wenn das DMA-ZUSTANDS-Signal niedrig ist; dieses Signal hat jeweils zwischen den Wandlungszyklen einen niedrigen Pegel. Hierdurch wird das Gatter 44 gesperrt, bis das Flip-Flop 48 durch einen unten beschriebenen Schaltkreis gesetzt wird.

Am Ende eines A/D-Wandlungszyklus im A/D-Wandler 32 fällt das ZUSTANDS-Signal vom hohen auf den niedrigen Pegel, wodurch der monostabile Multivibrator 46 und ein Flip-Flop 52 über einen invertierenden Verstärker 66 getriggert werden. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 46 ist mit einem Eingang eines UND-Gatters 47 verbunden, dessen anderer Eingang ein invertiertes ENDE-Signal von einem invertierenden Verstärker 49 empfängt. Das UND-Gatter 47 ist während des Wandlungsprozesses durchgeschaltet und wird zur Beendigung der Eingabe von Daten in dem lokalen Speicher gesperrt, sobald das am Verstärker 49 anliegende ENDE-Signal einen hohen Pegel einnimmt; dies tritt ein, wenn der Wortzähler 42 die Stellung NULL am Ende des Wandlungsprozesses erreicht.

Unter geeigneten, weiter unten beschriebenen Bedingungen wird durch die Triggerung des Flip-Flops 52 das Flip-Flop 48 über Gatter 54, 56 und 58 getaktet, so daß das Gatter 44 durch-

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schaltet und damit das ZUGRIFFS-Signal erzeugt. In dem Fall, in dem das Flip-Flop 52 das Flip-Flop 58 taktet, wird die Polarität des die Taktung verursachenden Signals gemeinsam durch das VORZEICHEN-(+/-)-Eingangssignal am Flip-Flop 52, das entsprechend dem Vorzeichen des Analogsignales am Eingang des A/D-Wandlers 32 wechselt, und durch das Trigger-(-/+)-Auswahlsignal am Eingang eines EXKLUSIV-ODER-Gatters 58 bestimmt, das als schaltbarer Inverter arbeitet. Die oben erwähnte Triggerfolge wird ausgelöst, sobald das EXT-INT-Taktsignal einen niedrigen Pegel hat, wodurch eine interne Taktung durch das Flip-Flop 52 gewählt wird.

Wenn eine externe Taktung gewählt wird, ist das EXT-INT-Taktsignal auf hohem Pegel und das Flip-Flop 48 wird durch ein externes Taktsignal getaktet, das an einem Eingang des NAND-Gatter s 60 angelegt ist, dessen Ausgang mit einem ^Eingang des NAND-Gatters 56 verbunden ist. Die Polarität dieser Triggerung wird ebenfalls durch das TRIGGER-(-/+)-Signal an dem Eingang des EXKLUSIV-ODER-Gatters 58. Auf diese Weise kann entweder eine interne , durch das NAND-Gatter 54 gesteuerte Triggerung oder eine externe, durch das NAND-Gatter 60 gesteuerte Triggerung gewählt werden, wobei in beiden Fällen die Polarität der Triggerung durch das TRIGGER-(-/+)-Signal gewählt wird. In Fällen, wo weder eine externe noch eine interne Triggerung möglich oder erwünscht ist, kann das Flip-Flop 48 direkt durch

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ein TRIGGER-Steuersignal getriggert werden, das dem Setzeingang des Flip-Flops 48 über einen nicht invertierenden Verstärker 64 zugeführt wird.

Bei der oben beschriebenen Funktionsweise springt das ZUSTANDS-Signal am Ausgang des NAND-Gatters 44 nach jedem Analog-Digital-WandlungsZyklus des A/D-Wandlers auf hohen Pegel, nachjäem das
START-Signal auf den hohen Pegel übergeht, bis das ENDE-Signal
vom Wortzähler 42 einen hohen Pegel einnimmt und das UND-Gatter 47 sperrt. Hierdurch· wird auch das NAND-Gatter 44 gesperrt und
die Eingabe von Daten vom Ausgang des D/A-Wandlers 32 in dem
lokalen Speicher 12 beendet. Das ENDE-Signal geht auf einen
hohen Pegel über, wenn der Wortzähler 42, der auf die gewünschte Gesamtanzahl von digitalen Zahlen in dem A/D-Test eingestellt
war, auf den Wert NULL zurückkehrt, wodurch angezeigt wird, daß die gewünschte Anzahl der Digitalzahlen in den lokalen Speicher 12 übernommen worden ist.

Ein Beispiel des oben beschriebenen A/D-Wandlungszyklus ist
durch das Wellen- bzw. Impulsdiagramm in Figur 6 erläutert. Die in der oberen Zeile gezeigte Wellenform 6 (C) ist ein aus einer Halbwelle gleichgerichtetes Spannungssignal, das bei einem veränderbaren Phasenwinkel über einen hier nicht gezeigten Silikongleichrichter in dem STeuerkreis der Werkzeugmaschine eingeschaltet worden ist und hier als ein Beispiel eines Typs von

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Analogsignalen verwendet ist, die in dem Schaltkreis der Werkzeugmaschine erzeugt und mit den geschilderten Verfahren und der Einrichtung an der Diagnosestelle angezeigt werden. Der in der zweiten Zeile dargestellte Impuls 6 (B) ist ein Taktimpuls zug in dem Schaltkreis der Werkzeugmaschine, mit dem der Silikongleichrichter durchgeschaltet wird, der seinerseits die Wellenform 6 (C) erzeugt. Jeder der angeschnittenen, aus einer Halbwelle gleichgerichteten Wellenformen 6 (C) beginnt nach einer festen Zeitverzögerung T₁ vom Ende des die Gleichrichtung steuernden Taktimpulses 6 (B). Die Zeitverzögerung T₁ ist durch Schaltkreischarakteristiken des Steuerkreises der Werkzeugmaschine bestimmt. Bei dem hier gezeigten Beispiel ist die in negativer Richtung abfallende Kante jedes Steuerimpulses 6 (B) als Triggerkante verwendet, jedoch ist es selbstverständlich möglich, auch die vordere in die positive Richtung springende Kante als Triggerkante zu verwenden, wobei dann die Zeitverzögerung T₁ von der Vorderkante des entsprechenden Triggerpulses 6 (B) gemessen wird.

In diesem Beispiel werden das Analogsignal 6 (C) und das externe Steuersignal 6 (B) über das Prüfgerät 26 in den Steuerkreis der Werkzeugmaschine eingegeben. Das EXT-INT-Taktsignal wird auf hohen. Pegel geschaltet, um externe Taktung anzuwählen. Das TRIGGER-(-/+)-Signal wird ebenfalls auf hohen. Pegel geschaltet, um eine Triggerung mit der abfallenden Flanke zu erreichen. Die digitalen Nummern, mit denen die Taktperiode ausgewählt werden,

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die A/D-Testlänge und die Anfangsadresse werden ausgewählt und an die entsprechenden Zähler 34, 42 bzw. 40 geleitet. Nach diesen Vorbereitungsschritten leitet der Fachmann in der Diagnosestelle die Abgabe des START-Signales ein, mit dem der A/D-Wandlungsprozeß gestartet wird. .

Wie in der Zeile (A) der Figur 6 gezeigt , wird durch den ersten TAktimpuls, der nach der hinteren Flanke des Steuerimpulses (B) erscheint, die digitale Zahl aus der entsprechenden A/D-Wandlung in dem lokalen Speicher bei der Adresse, die durch den Adressenzähler 40 bestimmt ist, gespeichert. Der erste Taktimpuls nach der hinteren Kante des Steuerimpulses 6 (B) erscheint mit einer Zeitverzögerung T₂, die jeden beliebigen Wert zwischen Null und der Länge einer Taktperiode T^ annehmen kann. Bei jedem der bezifferten Schritte in der Zeile (A) wird das entsprechende Analogsignal 6 (C) digitalisiert, d.h. daß eine digitale Zahl entsprechend der momentanen Amplitude des Analogsignales durch den A/D-Wandler 32 erzeugt wird. Die Schritte 1 bis EL sind jeweils durch das TaktIntervall T₃ voneinander getrennt, das der Größe der die Taktperiode bestimmenden digitalen Nummer entspricht, die in den. Zähler- und Registerschaltkreis eingegeben worden ist. Der A/D-Wandlungsprozeß wird bis zu der Wortnummer R. fortgesetzt, die einer die gesamte Testlänge bestimmenden Eingangsnummer entspricht, die in dem Wortzähler

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eingegeben worden ist und die gewünschte Länge des analogen Test anzeigt, d.h. die gesamte Anzahl von digitalen Zahlen, die in den lokalen Speicher eingegeben werden. Bei diesem speziellen Beispiel ist die Testlänge N-.. so gewählt, daß sie einen einzigen Zyklus der analogen Wellenform 6 (C) abdeckt; selbstverständlich kann auch eine andere Testlänge N₂ gewählt werden, mit der zwei Zyklen der Wellenform 6 (C) abgedeckt werden. Insgesamt kann die Testlänge innerhalb der Kapazitätsgrenzen der Zähler 34 und 42 ausgewählt werden.

Am Ende der gewählten Testlänge N ., oder N₂ geht der Wortzähler 42 in die Stellung NULL über und erzeugt das ENt)E-Signal, durch das der A/D-Wandlungsprozeß beendet wird und das dazu benutzt werden kann, die Übermittlung des im lokalen Speicher 12 während des vorhergehenden A/D-Wandlungsprozesses gespeicherten digitalisierten Analogsignals einzuleiten. Alternativ kann das digitalisierte Analogsignal, das eine Folge von digitalen Zahlen ist, von denen jede den Wert der Amplitude des Analogsignales zu einer bestimmten Zeit repräsentiert, wie dies in dem Wellenzug 6 (C) für die Amplituden A₃ und A, dargestellt ist, über die Datensammlungsleitung zu jeder gewünschten Zeit durch herkömmliche Ubermittlungsschaltkreise übermittelt und in dem Speicher 20 in der Diagnosestelle gespeichert und danach an dem analogen Sichtgerät 24 angezeigt werden.

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Die Digital-Analog-Wandler- und Steuerschaltung 22 in der Diagnosestelle ist in einem detaillierten Blockdiagramm in der Figur 4 gezeigt. In diesem Fall ist das analoganzeigende Sichtgerät 24 ein Oszilloskop, wobei zwei Digital-Analog-Wandler 74 bzw. 76 zur vertikalen Ablenkspannung bzw', für die horizontale

Ablenkspannung des Oszilloskops verwendet werden. Das digitalisierte Analogsignal, das im Speicher 20 in der Diagnosestelle gespeichert ist, wird dem D/A-Wandler 74 zugeführt, um ein der analogen Wellenform 6 (C) angenähertes Signal zu erzeugen; eine horizontale Kippspannung, die in diesem Fall ebenfalls als Folge von digitalen Signalen in dem. Speicher 20 gespeichert ist, wird dem D/A-Wandler 76 zugeführt, um eine horizontale Ablenkspannung zu erzeugen. Die Ausgangsspannungen der beiden D/A-Wandler 74 und 76 werden durch entsprechende Verstärker 78 und 80 verstärkt.

Die digitalen Zahlen für die horizontalen und vertikalen Ablenksignale werden in Zeitfolgen verschachtelt, d.h. es wird zuerst eine der horizontalen Ablenkung entsprechende Zahl einer Dateneingangsleitung 82 zugeführt, danach eine der vertikalen Ablenkung entsprechende Zahl, danach die nächste horizontale Zahl, die wiederum durch die nächste vertikale Zahl gefolgt wird; dies wird in der verschachtelten Zeitfolge weitergeführt. Jede dieser Zahlen wird parallel über Datentore 84 in zwei Sätze von selbst-

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haltenden Datenschaltern 86 und 88 eingegeben, wobei die Ausgänge des Schaltersatzes 86 mit dem Eingang des D/A-Wandlers 74 und die Ausgänge des Schaltersatzes 88 mit den Eingängen des D/A-Wandlers 76 verbunden sind. Auf diese Weise wird diesen die Eingangsspannung zugeführt. Jedesmal/ wenn eines der digitalen Worte der Dateneingangsleitung 82 zugeführt und zu den Datenschaltern 86 und 88 aufgrund eines TOR-Setzsignales weitergeleitet wird, wird ein Kanalauswahlwort einem Kanaldekoder 90 zugeführt, der entweder ein NAND-Gatter 92 oder ein NAND-Gatter ansteuert, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die digitale Zahl an der Dateneingangsleitung 82 eine der vertikalen Ablenkung entsprechende Zahl oder eine der horizontalen Ablenkung entsprechende Zahl ist. Ein Taktsignal TP, das parallel den NAND-Gattern 92 und 94 zugeführt wird, taktet die übergabe dieser Daten in die entsprechenden selbsthaltenden Datenschalter 86 bzw. 88, während die die anderen Daten enthaltenden Schalter 86 oder 88 ihre vorherigen Datenwerte behalten. Auf diese Weise werden die verschachtelt übertragenen, der vertikalen und horizontalen Ablenkung entsprechenden Dateneingangszahlen, die an der Dateneingangsleitung 82 angelegt sind, jeweils zu dem richtigen D/AWandler übertragen.

Zusätzlich können noch Hilfsschaltkreise 96 verwendet werden, z.B. ein Streifenschreiber, X-Y-Schreiber, digitale Druckwerke

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oder dergleichen, wobei in diesen Fällen separate Kanalauswahlworte vorgesehen sind, um die genannten Einrichtungen an- und abzuschalten oder ihre Arbeitsparameter einzustellen.

Die Ausgangssignal'e der beiden D/A-Wandler 74 und 76 sind jeweils gute Annäherungen der analogen Spannungen, aus denen ihre entsprechenden digitalen Eingangssignale abgeleitet worden sind. Der Grad der Annäherung kann wenn gewünscht dadurch verbessert werden, daß die Taktperiode T, (Figur 6) verkleinert wird.

In der Figur 5 ist eine Schaltung für die mit den D/A-Wandlern 74 und 76 verbundenen'Ausgangsverstärker 78 bzw. 80 gezeigt. Das analoge Ausgangssignal von dem entsprechenden D/A-Wandler wird dem negativen Eingang eines herkömmlichen Operationsverstärkers 98 zugeführt, dessen positiver Eingang an Masse gelegt ist und der einen Rückkopplungswiderstand 100 aufweist, der den Ausgang des Verstärkers mit dem negativen Eingang verbindet, um so eine Parallel-Parallel-Rückkopplung zu erhalten, mit der an dem Ausgang des Verstärkers eine Spannung proportional zu dem Eingangsstrom erzielt wird. Der Ausgang des Operationsverstärkers 98 ist über einen Widerstand 102 mit dem negativen Eingang eines weiteren herkömmlichen Operationsverstärkers 104 verbunden, dessen positiver Eingang wiederum an Masse gelegt ist. Zwei Rückkopplungswiderstände 106 und 108 sind in Serie zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 104 und dem negativen Eingang ge-

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schaltet. Der Widerstand 106 ist einstellbar und dient dazu, die Verstärkung des Verstärkers zu regulieren. Dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 104 wird über einen einstellbaren Widerstand 110 eine Offset-Spannung zugeführt, wodurch der Nullpunkt für die Analogfunktion des Verstärkers eingestellt wird. Die beschriebene Schaltung kann für den die vertikale Ablenkspannung bestimmenden Verstärker 78 und für den die horizontale Ablenkspannung bestimmenden Verstärker 80 verwendet werden.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist jeweils ein externes Taktsignal verwendet worden. In Fällen, wo ein externes Taktsignal nicht vorhanden ist, kann auch eine interne Taktung verwendet werden, wobei dann die Analog-Digital-Wandlung eingeleitet wird, wenn das Analogsignal von einem negativen zu einem positiven Wert bzw. von einem positiven zu einem negativen Wert übergeht, der jeweils durch das TRIGGER-(-/+)-Auswahlsignal bestimmt wird. Wenn das gewählte Analogsignal normalerweise nicht die Polarität wechselt, so kann es durch eine Halbschranke mittels herkömmlicher Offset-Schaltkreise am Eingang des A/D-Wandlers 32 abgesetzt werden, so daß hier eine Verschiebung der Polarität am Beginn der Wellenform auftritt, die zur Triggerung verwendet werden kann.

Obwohl die dargestellte Einrichtung gemäß der Erfindung ausführlich in allen für eine Realisierung notwendigen Komponenten be-

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schrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, daß die im einzelnen beschriebenen Elemente lediglich beispielhaft sind, und daß das Ziel der Erfindung auch durch andere Ausführungsformen erreicht werden kann, ohne daß dadurch das Wesen der Erfindung verlassen wird.

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3ο

Leerse ite

Claims

1 BERLIN 33

Augutta-Vlktorit-StraBe 66 j-. DIICPUI/C B DADTMCD Pienien«uaritr«fl· 2

P«t.-Anw. Dr. Ing. Rjechke UT. KUOtHNt CSt ΓΑΚ I IN t K Pat.-Anw. Dlpl.lng.

PATENTANWÄLTE ^Han'^ERutdl»o3₂4

Tel.fon:030/ %*&%% BERLIN - MÜNCHEN Telefon: 080Z₉₈₇₂₆₈

Tel.gramm-Adr.ise: Teleflrsmm-Adrasea:

Quadratur Bariin Qudadratur München

TELEX:18378e München, den 25.1.1978 TELEX: 522767

K 1093 · .

KEARNEY & TRECKER CORPORATION

11000 Theodore Trecker Way, West Allis, Wisconsin, V.St.A.

Patentansprüche

• 1. Verfahren zum Überwachen des Betriebszustandes von rechnergej steuerten Werkzeugmaschinen oder dergleichen, insbesondere Verfahren zum Anzeigen eines in den Schaltkreis einerrechnergesteuerten Werkzeugmaschine eingegebenen Analogsignales" auf einem Sichtgerät, das an einem Ort (Diagnosestelle) entfernt vom Aufstellungsort der Werkzeugmaschine gelegen ist, ge-: kennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: '

:

A) das Analogsignal wird in eine Folge von digitalen Signalen :

j umgewandelt, die jeweils dem Wert der Amplitude des Analog- '..

■ signals zu einer oestimmten Zeit entsprechen; ^:

B) diese Folge der digitalen Signale wird zu der Diagnosestelle

übertragen;

C) die Folge der digitalen Signale wird in der Diagnosestelle

in ein dem Analogsignal angenähertes Signal rückgewandelt; .

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ eich net , daß die Folge der digitalen Signale in einem* ersten lokalen Speicher auf der Werkzeugmaschinenseite zwischen den Verfahrensschritten A und B und in einem zweiten Speicher an der Diagnosestelle zwischen den Verfahrensschritten B und C gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch geke. nnzeich net , daß der Verfahrensschritt A aus folgenden Schritten zusammengesetzt ist:

A₁) es wird eine Taktperiode für die Analog-Digital-Wandlung ausgewählt;

A₂) es wird die Gesauntanzahl der digitalen Signale gewählt, die in der Folge der digitalen Signale eingeschlossen sind;

Α,) die momentane Amplitude des Analogsignals wird in eine entsprechende digitale Zahl zu Beginn aller der aufeinanderfolgenden Taktperioden umgewandelt;

Ai) die Anzahl der digitalen Zahlen, die im Schritt Ao erzeugt worden sind, wird gezählt;

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_ ο

A₁-) die Analog-Digital-Wandlung wird beendet, wenn die in dem Schritt A₃ erzeugte Anzahl von digitalen Zahlen der im Schritt A₂ gewählten Gesamtanzahl gleicht.

( 4.!Einrichtung zum Überwachen des Betriebszustandes von rechnergesteuerten Werkzeugmaschinen oder dergleichen, insbesondere Einrichtung zum Anzeigen eines in dem Schaltkreis einer rechnergesteuerten Werkzeugmaschine auftretenden Analogsignales auf einem Sichtgerät, das an einem Ort (Diagnosestelle) entfernt vom Aufstellungsort der Werkzeugmaschine gelegen ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung auf Seiten der zu überwachenden Werkzeugmaschine ein Prüfgerät (26) zur Eingabe des Analogsignales in den Schaltkreis der Werkzeugmaschine aufweist, dessen Ausgang mit einem Analog-Digital-Wandler (10) zur Umwandlung des Analogsignals in eine Folge von digitalen Signalen verbindbar ist, die jeweils dem Wert der Amplitude des Analogsignales zu einer bestimmten Zeit entsprechen, daß ferner Einrichtungen (14, 16) zum Übermitteln dieser Folge von digitalen Signalen zu der Diagnosestelle und in der Diagnosestelle Empfangseinrichtungen (18) für diese Signalfolge vorgesehen sind, daß in der Diagnosestelle ferner ein Digital-Analog-Wandler (22) zur Umwandlung der Folge der digitalen Signale in ein dem Analogsignal angenähertes Signal vorgesehen ist, und daß mit dem Ausgang des Digital-Analoc-

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Wandlers das analocjanzeigende Sichtgerät (24) zur Anzeige dieses Näherungssignales verbunden ist.

5. Einrichtung nach -Anspruch 4, dadurch gekenn- zeich net , daß auf Seiten der Werkzeugmaschine ein lokaler Speicher (12) zum Speichern der Folge der digitalen Signale und in der Diagnosestelle ein zweiter Speicher (20) zum Speichern der empfangenen Folge der digitalen Signale vorgesehen sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch ge kennzeichnet , daß mit dem Analog-Digital-Wandler (10) ein Zähler- und Registerschaltkreis (34, 36) zur Steuerung des Analog-Digital-Wandlers verbunden ist, und daß der Zählerund Registerschaltkreis einen Oszillator (36) und einen mit dessen Ausgang verbundenen Taktzähler (34) aufweist, wobei das Überlaufsignal dieses Zählers das Ausgangssignal des Zählerund Registerschaltkreises darstellt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net , daß der Taktzähler (34) auf eine vorbestimmte Binärzahl jedesmal einstellbar ist, wenn der Zähler überläuft, um so die Länge des jeweiligen Zählzyklus zu bestimmen und eine Taktperiode abzuleiten, die proportional zu der vorgegebenen Binärzahl ist.

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8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der mit einer Taktsteuerung (34) verbundene Analog-Digital-Wandler (10) jeweils zu Beginn jeder Taktperiode eine Analog-Digital-Wandjung vornimmt/ daß Einrichtungen (38) vorgesehen sind, um die digitalen Ausgangssignale jeder Analog-Digital-Wandlung in den lokalen Speicher (12) vor der nächsten Analog-Digital-Wandlung einzuschreiben, daß Einrichtungen (42) vorgesehen sind, um die Anzahl der in den lokalen Speicher (12) eingeschriebenen digitalen Ausgangssignale zu zählen, und daß Einrichtungen (38, 42) vorgesehen sind, um die Eingabe der digitalen Ausgangssignale in den lokalen Speicher (12) nach dem Einschreiben der vorgegebenen Gesamtzahl abzubrechen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net , daß die Einrichtung, um die Anzahl der digitalen Ausgangssignale, die in den lokalen Speicher (12) eingeschrieben sind, zu zählen und die Eingabe weiterer Ausgangssignale nach einer vorbeschriebenen Gesamtanzahl abzubrechen, einen Zähler (42) aufweist, daß der Zähler auf die gewünschte Gesamtanzahl von digitalen Ausgangssignalen, die in den lokalen Speicher (12) eingeschrieben werden sollen, voreinstellbar ist, daß der Zähler jedesmal, wenn ein digitales Ausgangswort in den lokalen Speicher (12) eingegeben ist, rückstellbar ist, und daß eine Einrich-

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tung (42, 44, 47) vorgesehen ist, um ein ENDE-Signal zur Beendigung der Eingabe von Daten in dem Speicher zu erzeugen, wenn der Zahler auf den WerL NULL läuft.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß für den lokalen Speicher (12) ein Adressenzähler (40) vorgesehen ist, dessen Ausgang mit dem lokalen Speicher zur Bestimmung der Adressen der in den Speicher einzugebenden digitalen Zahlen verbunden ist, daß in den Adressenzähler eine Anfangsadressennummer eingebbar ist, die die Adresse der ersten, in den lokalen Speicher (12) einzugebenden digitalen Zahl angibt, und daß der Adressenzähler jedesmal dann weiter^schaltbar ist, wenn eine digitale Zahl in den lokalen Speicher (12) eingegeben ist.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß der lokale Speicher

(12) ein Teil des Rechners (13) der Werkzeugmaschine ist.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß an der Diagnosestelle ein weiterer Rechner (21) vorgesehen ist, und daß der Speicher (20) in der Diagnosestelle ein Teil dieses Rechners (21) ist.

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^Bad original

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen (14} zum Übermitteln der Folge von digitalen Signalen zu der Diagnosestelle einen ersten Signalumsetzer (14) auf Seiten der Werkzeugmaschine aufweisen, der mit dem Rechner (13) und dem lokalen Speicher (12) verbunden ist, und daß die Empfangseinrichtung in der Diagnosestelle einen zweiten Signalumsetzer (18) aufweist, der mit dem Rechner (21) und dem Speicher (20) in der Diagnosestelle verbunden ist, und daß eine Nachrichtenverbindung (16) zwischen den Signalumsetzorh vorhanden ist, um die Folge der digitalen Signale von dem lokalen Speicher (12) zu dem Speicher (20) in der Diagnosestelle zu übertragen.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Nachrichtenverbindung eine Telefonleitung (16) umfaßt.

15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß das analoganzeigende Sichtgerät (24) einen Eingang (bei 78) zur Anlegung einer vertikalen Ablenkspannung aufweist, und daß der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers (22, 74) mit diesem Eingang verbunden ist.

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