DE2806056C3

DE2806056C3 - Einrichtung zur Regelung der Seitenlage eines sich über Rollen bewegenden Objektes

Info

Publication number: DE2806056C3
Application number: DE2806056A
Authority: DE
Inventors: Cesare Macherio Panzeri
Original assignee: BREDA TERMOMECCANICA SpA MILANO IT; Breda Termomeccanica SpA Milano
Current assignee: Ansaldo SpA
Priority date: 1977-02-15
Filing date: 1978-02-14
Publication date: 1981-10-22
Also published as: US4177644A; FR2380584B1; GB1593444A; IT1078073B; DE2806056A1; FR2380584A1; DE2806056B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Seitenlage eines sich über Rollen bewegenden Objektes, bei der eine der Rollen um eine senkrecht zu ihrer Rotationsachse liegende Achse verschwenkbar ist und als Stellglied dient, mit einem ersten Geber zur Messung der seitlichen Verschiebung des Objektes, mit einem Regler, der abhängig von dem Vergleich zwischen Soll- und Istlage des Objektes das Stellglied verstellt und mit einer zusätzlichen Rückführung für die Schrägstellung der Führungsrolle.

Bei einer bekannten Bandkantensteuerung (DE-AS 20 50 204) läuft eine Materialbahn über eine gesteuert schwenkbare Führungsrolle. Die Position einer der Kanten der Materialbahn wird von einem Geber ermittelt und als Istwert einem Regler zugeführt Dieser Regler vergleicht den Istwert mit einem eingestellten Sollwert und betätigt in Abhängigkeit von der Differenz ein Stellglied zur Veränderung der Schrägstellung der Führungsrolle. Der Bahnverlauf der Materialbahn wird auf diese Weise so geregelt, daß eine Kante der Materialbahn sich stets an einer vorbestimmten Stelle befindet, so daß ein seitliches Abwandern der Materialbahn verhindert wird.

Bei automatischen Werkzeugmaschinen ist ferner ein Lageregelkreis für einen Maschinenschlitten mit einem unterlagerten Drehzahlregelkreis bekannt (DE-AS 12 73 043). Das in dem kombinierten Regelkreis erzeugte Abweichungssignal soll während der Verstellung auf eine eingestellte Höhe begrenzt werden, um eine gleichförmige Bewegungsgeschwindigkeit des geregelten Elementes über einen langen Bewegungsbereich zu erhalten. Dem Abweichungssignal wird in einem Summierer ein geschwindigkeitsabhängiges Signal, das von einem Tachometer erzeugt wird, hinzuaddiert.
Schließlich ist es bei Schweißmaschinen, die an einem rotierenden Zylinder eine Umfangsschweißnaht erzeugen, bekannt, das Schweißwerkzeug entlang einer sinusförmigen Bahn über die Stoßnaht zu führen (US-PS 33 46 807). Die Position des Zylinders selbst wird dabei jedoch nicht ermittelt und auch nicht geregelt.

Wenn das drehbare Objekt ein Hohlzylinder oder Zylinder ist, der mit seinem Außenmantel auf Rollen aufliegt, von denen einige angetrieben sind, besteht die Gefahr, daß der Zylinder infolge kleiner Fluchtungsfehler und Unebenheiten der Tragrollen sowie aufgrund anderer Effekte im Laufe der Drehung axial wandert. Wenn an dem Zylinder Bearbeitungsvorgänge vorgenommen werden, müssen solche im Laufe der Drehung erfolgenden Axialverschiebungen ausgeglichen bzw. ausgeregelt werden, um zu gewährleisten, daß die Bearbeitung an dem Zylinderumfang auch an der richtigen Stelle durchgeführt wird. Aus der Praxis ist es bekannt, die Regelung der Axialverschiebung eines auf Rollen getragenen Zylinderkörpers durch manuelle Verstellung der Winkellage einer der Rollen zu bewirken und auf diese Weise eine manuelle Gegenstetierung zu erreichen. Diese Art der Regelung ist im Hinblick auf die große rotierende Masse äußerst gefährlich, denn ein Übersteuern der Führungsrolle

kann zur Entstehung einer Axialkraft führen, die so groß ist, daß die Grenze der Haftreibung mit der Zylinderfläche überschritten wird und der ganze Zylinder zu rutschen und zu flattern beginnt. Zur Lageregelung derartiger Zylinder sind auch die oben beschriebenen Regelkreise nicht geeignet, weil sie Obersteuerungen nicht oder jedenfalls nicht in dem erfcrderlichen Maße vermeiden. Eine geschwindigkeitsabhängige Regelung ist bei der Lagekorrektur drehender Zylinder überhaupt nicht zu gebrauchen. Bei konstanter Verstellgesch-vindigkeit wCsde der Winkelbereich, in dem die Führungsrolle verstellt werden kann, ohne daß sie an dem Zylinder rutscht, nicht eingehalten werden können, weil die Auslenkung der Führungsrolle nicht proportional zur axialen Verschiebung des Zylinders wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das auf die Führungsrolle einwirkende Regelsignal dem Stellungsfehler des bewegten Objektes stets proportional ist, so daß eine Lageregelung auch bei schwergewichtigen Objekten ohne die Gefahr des Übersteuerns erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Soll-/Istlageabweichungssignal einem zusätzlichen Komparator zugeführt wird, an dessen anderem Eingang das der Schrägstellung der Führungsrolle entsprechende Signal anliegt und daß das Ausgangssignal dieses zusätzlichen !Comparators das Stellglied steuert.

Die Besonderheit dieser Lösung liegt darin, daß zusätzlich zu dem bekannten Lageregelkreis die Schrägstellung der Führungsrolle ermittelt und bei der Erzeugung des dem Stellglied zuzuführenden Korrektursignals berücksichtigt wird. Dadurch wird zu jedem Zeitpunkt die bereits vorhandene Korrekturstellung der Führungsrolle berücksichtigt, so daß nur die zusätzlich noch erforderliche Korrekturbewegung ausgeführt wird.

Die Einrichtung arbeitet mit einem Lageregelkreis, dem ein weiterer Regelkreis unterlagen ist, so daß die Winkelkorrektur der Führungsrolle stets proportional von dem Stellungsfehler des bewegten Objektes ist, wobei die Proportionalitätskonstante durch entsprechende Wahl der Verstärkungsfaktoren im Gesamtregelkreis bestimmt werden kann Gegenüber einem einfachen Proportionalregelkreis ergibt sich durch die Verwendung des Lageregelkreises mit dem unterlagerten weiteren Regelkreis eine stabile Regelung. Bei einem Proportionalregelkreis würde jeder Stellungsfehler des sich bewegenden Objektes den Korrekturwinkel der Führungsrolle noch weiter erhöhen, so daß die Gefahr besteht, daß der Anstellwinkel der Führungsrolle den zulässigen Grenzwert überschreitet. Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist dagegen sichergestellt, daß die Schrägstellung der Führungsrolle stets innerhalb der Stabilitätsgrenzen des Regelkreises bleibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zv entnehmen.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispieie der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht einer Vorrichtung zur Bearbeitung der Innen- und Außenflächen großer Zylinder,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Regeleinrichtung,

F i g. 3 eine grafische Darstellung der Axialverschiebung des Zylinders und der zugehörigen Winkelverschiebung der Führungsrolle über der Zeit,

F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel mit elektro-hydraulischer Regeleinrichtung,

F i g. 5 einen elektro-hydraulischen Servoantrieb aus dem Ausführungsbeispiel der F i g. 4,

Fig.6 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit elektrischer Regeleinrichtung unter Verwendung eines Schrittmotors und

F i g. 7 eine elektrische Regeleinrichtung unter Verwendung eines Gleichstrommotors.

Gemäß F i g. 1 ist ein Zylinderkörper ί in horizontaler Stellung auf den Rollen 4,5 von Lagern oder Wagen 2a, 2b gelagert. Das Lager Ib weist zwei von einem Getriebemotor angetriebene Rollen 4 zum Drehen des Zylinderkörpers 1 auf, während das Lager 2a ein Paar Losrollen 5 aufweist Eine der Losrollen 5 bildet die Führungsrolle. Diese Rolle ist in einem Schwenklager 7, von dem ein Steuerhebel T absteht, gelagert

In dem dargestellten Fall besteht der Zylinderkörper 1 aus zwei Zylindern la, 16 mit großen Durchmessern, an deren Zylinderwand innen und/oder außen Schweiß-, Schleif- oder Plattierungsarbeiten entlang der Bearbeitungslinie 3 durchgeführt werden müssen. Die Bearbeitung erfolgt durch Arbeitsköpfe 6, 8, die jeweils an einem Rahmen befestigt sind und senkrecht an der betreffenden Werkstückfläche angreifen. Die Arbeitsköpfe 6, 8 sind jeweils entlang einer senkrechten Achse verschiebbar, um sich etwaigen Rundungsfehlern des Zylinderkörpers 1 anpassen zu können.

Die Regeleinrichtung weist gemäß Fig.2 einen ersten Geher 11 auf, der mit einem Tastorgan 11' die Axialverschiebungen des Zylinderkörpers 1 feststellt und sie in ein entsprechendes elektrisches Signal umformt. Der Ausgang des die Axialverschiebung messenden Gebers 11 ist dem Eingang eines ersten Komparators 13 verbunden, der Bestandteil der gestrichelt umrandeten elektronischen Regeleinrichtung ist. Der andere Eingang des Komparators 13 ist mit einem Sollwertgeber 12 verbunden, der ein Bezugssignal ausgibt, das die axiale Sollstellung des Zylinderkörpers 1 angibt

Der Ausgang des ersten Komparators 13 führt die Differenz zwischen dem Sollsignal und dem Istsignal der axialen Position des Zylinderkörpers 1 als Stellungsfehler einem regelbaren Verstärker 14 zu, der mit dem einen Eingang eines zweiten Komparators 15 verbunden ist, der ein Ausgangssignal für das Stellglied 16 liefert. Das Stellglied 16, das beispielsweise ein Drehmotor oder ein Linearmotor ist, betätigt den Steuerhebel T des Schwenklagers der Führungsrolle 5. Die Antwortzeit kann durch Verstellung eines Verstärkers 10 verändert werden. Ein zweiter Geber 17 fühlt direkt oder indirekt über das Stellglied 16 die Winkelauslenkung des Schwenklagers 17 der Führungsrolle ab und gibt ein der Winkelverschiebung proportionales Signal auf den zweiten Eingang des zweiten Komparators 15.

Die Wirkungsweise der Regeleinrichtung ist folgende:

Ein vom Sollwertgeber 12 kommendes Sollsignal steuert die axiale Stellung des Zylinderkörpers 1 auf den Lagern 2a, 2b. Der Geber 11 ermittelt die axiale Stellung des Zylinderkörpers durch Abtastung der Stirnfläche und erzeugt ein entsprechendes Istsignal. In dem Komparator 13 wird die Differenz zwischen dem Sollsignal und dem Istsignal gebildet und ein Fehlersignal erzeugt, daß in dem Verstärker 14 um einen konstanten Korrekturfaktor verstärkt wird. Das verstärkte Fehlersignal wird in dem weiteren Komparator

15 mit dem Signal eines Gebers 17 verglichen, der die Iststellung, d. h., den Schwenkwinkel, der Führungsrolle 5 abtastet. Die von dem Komparator 15 gebildete Differenz wird über den Verstärker 10 dem Stellglied 16 zugeführt. Dadurch, daß dem geschlossenen Regelkreis zusätzlich noch das Signal des zweiten Gebers 17 unterlagert wid, werden Instabilitäten in der gesamten Regeleinrichtung vermieden. Außerdem wird verhindert, daß durch einen kleinen Restfehler bei der Axialeinstellung des Zylinderkörpers 1 der Korrekturwinkel der Führungsrolle 5 übermäßig vergrößert wird und die Rutschgrenze zwischen Führungsrolle und Zylinderkörper 1 überschritten würde.

Das Betriebsverhalten der Vorrichtung ist schematisch in F i g. 3 dargestellt. Die durchgezogene Linie bezeichnet hierbei die axialen Verschiebungen s (in Millimeter) des Zylinderkörpers 1, und die gestrichelte Linie R die Verschwenkung des die Führungsrolle 5 tragenden Schwenklagers. R' bezeichnet den Grenzwert der axialen Verschiebung des Stellgliedes, über den hinaus die Gefahr des Rutschens besteht. Rutschen würde beispielsweise bei s'im Zeitpunkt 11 erfolgen.

Wie aus F i g. 3 hervorgeht, kann bei zweckmäßiger Wahl des Korrekturfaktors durch eine geeignete Verstärkung des Fehlersignals die Regelung der Axialverschiebung des Zylinderkörpers 1 innerhalb eines relativ beschränkten Verschiebungsbereichs erfolgen. Die Regeleinrichtung wirkt in der Weise, daß der Axialabweichung des Zylinderkörpers 1 ein Korrekturwinkel der Führungsrolle proportionalerweise entspricht.

Bei dem Ausführungsbeispiel einer elektro-hydraulischen Regeleinrichtung nach F i g. 4 und 5 besteht das Stellglied 16 aus einem doppelt wirkenden Zylinder 18, dessen Kolben gelenkig an einem Festpunkt abgestützt ist, während der Zylinder an dem Steuerhebel T des Schwenklagers 7 angreift. Die Steuerung des Zylinders 18 erfolgt durch ein elektro-hydraulisches Servoventil 19. das von einer hydraulischen Versorgungseinrichtung 20 gespeist wird. Das Servoventil 19 wird von dem vom zweiten Komparator 15 kommenden Signal in der beschriebenen Weise gesteuert Die Koiben-Zylinder-Einheit enthält einen Kolben 21, der über die Kolbenstange 22 und das Schwenklager 23 an einer ortsfesten Gabel 24 befestigt ist

Der Mantel 26 des Zylinders ist mit dem Steuerhebel 7' über ein zweites Schwenklager 27 verbunden. Der Zylinder wird von dem Servoventil 19 über eine Zuführöffnungen 29, 30 aufweisende Verteilerplatte 28 versorgt Die Steuerung erfolgt durch den elektronischen Geber 31, der koaxial im Kolben 18 untergebracht ist Der Geber 31 ermöglicht die Messung der Verschiebung zwischen dem Zylindergehäuse 26 und dem festen Kolben 21. Die Begrenzung des Hubes des Zylinders 18 wird durch zwei einstellbare Anschläge 32, erreicht, die auf diese Weise den Schwenkbereich des Schwenklagers 7 begrenzen. Dadurch wird verhindert, daß der zulässige Schwenkbereich der Führungsrolle, bei dessen Überschreitung Rutschen eintreten würde, überschritten wird.

Die Anschläge 32, 33 ermöglichen ferner im StörungEfalle eine manuelle Steuerung der Schwenkung der Führungsrolle 5, z. B. mit einem Ratschenschlüssel.

Um das Rutschen zwischen Führungsrolle 5 und dem Zylinderkörper 1 zu verhindern, ist es manchmal erforderlich, die Höchstkraft mit der das Stellglied 16 auf das Schwenklager 7 einwirkt zu begrenzen. Diese Begrenzung erfolgt bei dem elektro-hydraulischem Servoantrieb nach F i g. 4 und 5 durch Überdruckventile 34, 35, die antiparallel zwischen die hydraulischen Speiseleitungen zu beiden Seiten des Zylinders 18 geschaltet sind.

F i g. 6 zeigt eine digital-arbeitende Regeleinrichtung mit elektrischem Antrieb. Der in Fig.2 mit 11 bezeichnete Geber besteht gemäß Fig.6 aus einem Codierer 36, der über einen Vorwärts/Rückwärts-Zähler 37 mit einem Eingang einer Vergleichsvorrichtung in Form eines Summierers 38 verbunden ist, mit dessen anderem Eingang über einen zweiten Vorwärts/Rückuarts-Zähler 39 ein Vorwähler 40 verbunden ist, der Impulse mit niedriger Folgefrequen? liefert, welche von einem Steueroszillator erzeugt werden. Der Ausgang des Summierers 38 \^L,\ über einen Verstärker 4! an. einen Eingang des zweiten Koniparators 42 angeschlossen, dessem anderen Eingang das von einem dritten Vorwärts/Rückwärts-Zähler 43 kommende Signal zugeführt wird. Dem Zähler 43 werden die Signale eines mechanisch mit einem Schrittmotor 45 verbundenen Codierers 44 zugeführt. Der Schrittmotor 45 wird von dem Signal des Oszillators 46 mit einer Frequenz von 10 bis 300 Hz gesteuert. Die Welle des Schrittmotors 45 ist über eine Sicherheitskupplung 47 und ein Untersetzungsgetriebe 48 mit einer Spindel 49, auf der eine Spindelmutter 50 gleitet, verbunden und am Steuerhebel T angelenkt

Der Schrittmotor bewirkt die Einstellung einer der Anzahl der Schrittimpulse proportionalen Schwenkstellung mit einer der Impulsfrequenz proportionalen Geschwindigkeit. Da der Schrittmotor driftfrei ist, ist er für die beschriebene Anwendung besonders geeignet

Der Korrekturfaktor (das Verhältnis zwischen der Verschwenkung des Steuerhebels T und der Axialverschiebung des Zylinderkörpers 1) wird durch einen konstanten Faktor bzw. das Tastverhältnis der vom Codierer 2 erzeugten Impulse beeinflußt. Dieser Faktor kann im Block 41 eingestellt werden. Alternativ ist es möglich, die Antwortgeschwindigkeit an einem (nicht dargestellten) Potentiometer einzustellen, das die Frequenz der impulse des Oszillators 46 steuert

Zur Einstellung des Zylinderkörpers 1 in eine

gewünschte Axiallage können durch den Vorwähler 40 jeweils Einzelimpulse oder eine Folge niederfrequenter Impulse ausgegeben werden, bis der Zylinderkörper die richtige Lage erreicht hat.

Ferner ist es möglich, zur Vermeidung der Rutschgefahr die Stellkraft zu begrenzen. Hierzu wird zwischen den Schrittmotor 46 und das Untersetzungsgetriebe 48 bzw. die Kupplung 47 ein Drehmomentbegrenzer geschaltet. Bei Verwendung des iJntersetzungsgetnebes 48 mit Doppeleingangswelle ist im Störungsfalle eine Betätigung von Hand mit einem Handrad 52 oder ggf. mit einem Ratschenschlüssel möglich.

Bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 7 dient als Stellglied ein Gleichstrommotor 53 mit hoher statischer und dynamischer Stabilität Der Gleichstrommotor 53 ist über ein Untersetzungsgetriebe 54 mit einem Spindeltrieb 49, 50 verbunden, der den Steuerhebel T steuert

Bei allen Ausführungsbeispielen der Regeleinrichtung

sind die sich ergebenden Verschiebungsfehler des Zylinderkörpers umso kleiner, je größer der Verstärkungsfaktor des im Regelkreis enthaltenen Verstärkers

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Seitenlage eines sich über Rollen bewegenden Objektes, bei der eine der Rollen um eine senkrecht zu ihrer Rotationsachse liegende Achse verseschwenkbar ist und als Stellglied dient, mit einem ersten Geber zur Messung der seitlichen Verschiebung des Objektes, mit einem Regler, der abhängig von dem Vergleich zwischen Soll- und Istlage des Objektes das Stellglied verstellt und mit einer zusätzlichen Rückführung für die Schrägstellung der Führungsrolle, dadurch gekennzeichnet, daß das Soll-/Istlageabweichungssignal einem zusätzlichen Komparator (15) zugeführt wird, an dessen anderem Eingang das der Schrägstellung der Führungsrolle entsprechende Signal anliegt und daß das Ausgangssignal dieses zusätzlichen Komparaiors (i5) das Stellglied (16) steuert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen dem Stellglied (16) und der Führungsrolle (5) eine Begrenzungsvorrichtung (34, 35) für die auf das Schwenklager (7) der Führungsrolle (5) wirkende Höchstkraft geschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied eine elektrohydraulische Vorrichtung ist, die einen zwischen einem festen Punkt und einem Steuerhebel (7') des Schwenklagers (7) der Führungsrolle (5) angelenkten Zylinder (18) umfaßt, welcher an ein mit dem Ausgang (10) des !Comparators (15) elektrisch verbundenes Servoventil (19) angeschlossen ist.

4. Einrichtung nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Zufuhrleitungen des Druckmittels zum Zylinder (18) zwei Druckbegrenzungsventile (34,35) antiparallel geschaltet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Geber (31) zur Erzeugung des der Schrägstellung der Führungsrolle (5) entsprechenden Signals koaxial im Kolben (21) des Zylinders (18) angeordnet ist und daß zu beiden Seiten des Kolbens von Hand einstellbare mechanische Anschläge (32,33) vorgesehen sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einem Schrittmotor (45) besteht, daß der erste Geber (11) aus einem Kodierer (36) besteht, der über einen Vorwärts/ Rückwärts-Zähler (37) mit einem Summierer (38) verbunden ist, dessen Ausgang seinerseits mit dem Eingang des Komparator (42) verbunden ist. der den Schrittmotor (45) speist, und daß ein zweiter Geber (17) zur Erzeugung des der Schrägstellung der Führungsrolle (5) entsprechenden Signals ebenfalls aus einem Kodierer (44) besteht, der von dem Schrittmotor (45) betätigt wird und mit dem Eingang eines Vorwärts/Rückwärts-Zählers (43) verbunden ist, dessen Ausgang seinerseits mit einem zweiten Eingang des zusätzlichen Komparators (42) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einem Gleichstrom-Elektromotor (53) besteht, der in den vier Quadranten »Antriebsdrehmoment-Geschwindigkeit« funktioniert.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (45, 53) mit einem Steuerhebel (7') des Schwenklagers (7) der Führungsrolle (5) über einen Drehmomentbegrenzer (47), ein Untersetzungsgetriebe (48, 54) mit doppelter Eingangswelle und einem Schneckenantrieb (49,50) verbunden ist