DE2826296A1

DE2826296A1 - Einrichtung zum automatischen positionieren eines wagens an einem bezugspunkt bei einer maschine mit nc- steuerung

Info

Publication number: DE2826296A1
Application number: DE19782826296
Authority: DE
Inventors: Tetsu Ohkubo
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1977-06-16
Filing date: 1978-06-15
Publication date: 1978-12-21
Also published as: DE2826296C3; US4225928A; JPS547078A; DE2826296B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum automatischen Positionieren eines Wagens an einem Bezugspunkt bei einer Maschine mit NC-Steuerung nach Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Wenn eine automatische Einrichtung zum Wechseln der Werkzeuge oder eine automatische Einrichtung zum Palettenaustausch auf einer Werkzeugmaschine mit NC-Steuerung vorgesehen ist, oder wenn der Nullpunkt eines Programms vorgegeben werden muss, damit die Maschine ihre Funktion erfüllen kann, ist es erforderlich, dass der Wagen der Maschine an dem Bezugspunkt positioniert wird. Eine automatische Positionierung ist auch dann erforderlich, wenn der Hauptschalter einer Maschine mit NC-Steuerung anfänglich eingeschaltet wird.

So müssen beispielsweise bei einer Maschine mit einem Bearbeitung snullpunkt und Steuereinrichtungen für drei Achsen oder Spindeln, X-, Ύ- und Z-Achsen, und auch bei der Positionierung einer Einrichtung zum automatischen Austauschen von Werkzeugen an einem Nullpunkt die Spindeln Y und Z an ihren jeweiligen Nullpunkten oder Bezugspunkten positioniert werden. Auch wenn eine Einrichtung zum automatischen Austauschen von Paletten an einem Nullpunkt positioniert werden muss, muss die Spindel X an dem Nullpunkt positioniert werden. Bei früheren Positionierungseinrichtungen wurde gewöhnlich jede Spindel an ihrem jeweiligen Bezugspunkt oder Nullpunkt positioniert. Bei dieser Positionierung treten Probleme auf, die damit zusammenhängen, dass der Wagen über den Bezugspunkt hinausfährt und dann mit Teilen der Maschinen in Berührung kommt. Diese Nachteile werden noch im einzelnen beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionierungs-

8 0 9 8 51/1019

einrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass
die Nachteile und Einschränkungen bekannter Positionierungseinrichtungen soweit wie möglich behoben werden. Insbesondere soll die erfindungsgemässe Positionierungseinrichtung schnell, genau und mit geringen Kosten arbeiten.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die gemäss dem Hauptanspruch gekennzeichnet ist. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung charakterisiert.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Einrichtung kann wie
folgt zusammengefasst werden. Wenn der Wagen einer Maschine an
dem Bezugspunkt der Maschine durch Grobpositionierung und Feinpositionierung positioniert wird, wird die Grobpositionierung
so ausgeführt, dass der Wagen sich in einer beliebigen Richtung je nach der Ausgangsposition des Wagens bewegen kann. Die Bewegung des Wagens wird durch das Zusammenwirken einer an dem
Maschinenbett montierten Plattform und eines Mikroschalters abgetastet, der an dem Wagen montiert ist. Der Wagen wird zunächst mit hoher Geschwindigkeit bewegt. Wenn der Wagen an dem Bezugspunkt vorbeiläuft, wird er mit langsamer Geschwindigkeit zu dem Bezugspunkt zurückbewegt· Wenn der Wagen den Bezugspunkt wieder passiert, ist die Grobpositionierung beendet und die Feinpositionierung beginnt. Um eine Grobpositionierung in beliebiger
Richtung und bei Änderung der Bewegungsrichtung des Wagens sicherzustellen, ist eine Richtungschaltung in der Steuereinheit der
NC-S teuerung vorges ehen.

NC-Steuer- und Positionierungs-Einrichtungen bekannter Art sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung zum
automatischen Positionieren eines Wagens an einem Bezugspunkt
bei einer Maschine mit NC-Steuerung werden nun anhand der beiliegenden Zeichenungen beschrieben. Es zeigen:

8098B1 /1019

Fig.l ein vereinfachtes Blockdiagranun einer NC-Steuerung
mit einer Spindel (Achse);

Fig.2 und 3 eine an sich bekannte Positionierungseinrichtung;

Fig.4 ein Blockdiagramm einer Steuereinheit für die Positionierungseinrichtung von Fig.2;

Fig.5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Positionier ung s e inr ichtung;

Fig.6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Positionierungseinrichtung von Fig.5; und

Fig.7 ein Blockdiagramm der Steuereinheit der erfindungsgemässen Einrichtung.

Im folgenden wird zunächst eine Einrichtung zum Positionieren eines Maschinenwerkzeuges an dem Nullpunkt unter Verwendung
einer herkömmlichen numerischen {NC)-Steuerung anhand von
Fig.1, 2 und 3 beschrieben. Zur Vereinfachung der Darstellung bezieht sich die Beschreibung nur auf eine Spindel, wobei die Wirkungsweise bei den anderen Spindeln entsprechend ist.

Fig.l zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer NC-Steuerung mit einer Spindel. Es ist eine Eingabeeinheit 11 für NC-Daten vorgesehen, die die NC-Daten über einen Lochstreifen oder Druckknöpfe überträgt, um die Maschine auf den Nullpunkt zu positionieren. Eine Steuereinheit 12 empfängt die NC-Daten von der
Eingabeeinheit 11 und Signale von einem Positionsdetektor 17
und einem weiteren Positionsdetektor 18. Der Detektor 17 wird als erster Detektor bezeichnet und arbeitet als Detektor für
die Grobeinstellung bzw. Grobeinstellungsbewegung und der
Detektor 18 wird als zweiter Detektor bezeichnet und arbeitet als Detektor für die Feineinstellung bzw. Feineinstellungsbewegung. Die Steuereinheit ist mit der Motor-Antriebseinheit 13
verbunden, die mit einem Motor 14 verbunden ist, der einen Wagen 16 antreibt. Der Detektor 17 überträgt binär-kodierte Signale

809851/1019

an die Steuereinheit 12, wenn er den Vorschubbewegungszustand des Wagens 16 in bezug auf das feste Maschinenbett 15 feststellt. Wenn ein Mikroschalter auf dem Detektor 17 vorgesehen ist, ist das Ausgangssignal des Detektors 17 entweder ein EIN- oder ein AUS-Signal.

Der Detektor 18 (zweiter Detektor) stellt die augenblickliche Position des Wagens 16 fest und überträgt ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 12. Der Detektor 18 kann beispielsweise ein Detektor vom Typ "Inductosyn" sein, wie er von der Inductosyn Corporation of U.S.A. hergestellt wird. Der Detektor vom Typ "Inductosyn" hat ein feststehendes, gedrucktes Muster mit einer 2 mm-Einteilung und einen gleitbaren Abschnitt mit einem 3 kHz-Dreieckwellengenerator. Das Gerät vergleicht die Phase auf dem feststehenden Abschnitt mit der des gleitbaren Abschnitts und ermöglicht dadurch eine Feinmessung der augenblicklichen Position. Es ist zu beachten, dass dieses Gerät keinen Absolutwert der Position liefern kann. Es kann vielmehr nur die relative Lage innerhalb einer vorgegebenen Skala feststellen.

In den Fig.2 und 3 ist eine herkömmliche Positionierungseinrichtung gezeigt. Auf dem Maschinenbett 15 sind Plattformen 19a (Fig.2) und 19b (Fig.3) vorgesehen, die nahe bei dem Nullpunkt oder dem Bezugspunkt der Maschine liegen. Die Plattform steht über das feste Maschinenbett hervor und verändert den Ausgang der Detektoren 17 (Fig.2) bzw. 17a, 17b (Fig.3), die unterhalb des Wagens 16 angeordnet sind. An dem Ende des Maschinenbetts 15 ist eine Wand 2o vorgesehen, die als Begrenzung für den Hub des Wagens 16 wirkt. Die in Fig.3 gezeigte Einrichtung hat zwei Detektoren 17a und 17b statt einem einzelnen Detektor 17 wie bei der Einrichtung von Fig.2. Die beiden Detektoren 17a und 17b treten nacheinander in Funktion, wenn sich der Wagen 16 bewegt.

Bei Fig.2 ist der Wagen 16 weit von dem Nullpunkt der Maschine entfernt, und daher wird von dem Detektor 17 kein Signal abgegeben. Wenn die NC-Positionierungsdaten von der Eingabeeinheit

8098S1/1019

11 zugeführt werden, gibt die Steuereinheit 12 der Antriebseinheit 13 den Befehl, den Wagen 16 mit einer hohen Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils anzutreiben, wie es vorprogrammiert oder durch die NC-Positionierungsdaten vorgegeben wird. Wenn der Wagen 16 sich bewegt, bewirkt die Plattform 19a, dass der cetektor 17 ein EIN-Signal als Ausgang abgibt, welches anzeigt, dass der Wagen 16 sich nahe bei dem Nullpunkt befindet. Dann gibt die Steuereinheit 12 einen Befehl an den Wagen 16 ab, so dass dieser sich mit geringer Geschwindigkeit in derselben Richtung weiterbewegt. Der Wagen 16, der sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt hat, läuft aufgrund seiner Trägheit selbst nach dem Umschalten auf die langsame Geschwindigkeit noch etwas schneller weiter. Die Bewegungsenergie wird jedoch im Laufe des Betriebes mit langsamer Geschwindigkeit umgesetzt. Wenn sich der Wagen 16 an der Plattform 19a in derselben Richtung mit langsamer Geschwindigkeit vorbeibewegt hat, ändert sich das Ausgangssignal des Detektors in ein AUS-Signal. Dann erkennt die Steuereinheit 12, dass der Wagen 16 an dem Teilungs-Bezugspunkt positioniert ist. Die gerade beschriebene Positionierung mit der Plattform 19a ist die Grobpositionierung. Nachdem die Grobpositionierung abgeschlossen ist, wird die Feinpositionierung unter Verwendung des Detektors vom Typ "Inductosyn" durchgeführt. Gemäss Fig.2 liegt der Teilungs-Bezugspunkt an einem Punkt unmittelbar hinter der Plattform 19a, und dieser Punkt wird als Nullpunkt oder Bezugsposition der Maschine genommen.

Bei der Bewegungsphase mit hoher Geschwindigkeit bewegt sich der Wagen beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 1o m/min, und in der Bewegungsphase mit geringer Geschwindigkeit bewegt sich der Wagen beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von o,18 m/min. Bei der Grobpositionierung wird die Bezugsposition bis auf o,2 - o,3 mm angefahren. Dieser Fehler ist unvermeidbar, weil ein grober Mikroschälter als Detektor verwendet wird. Die Feinpositionierung mit dem Detektor vom Typ "Inductosyn" wird nach der Grobpositionierung durchgeführt, und der Fehler dieser

8 O 9 8 B 1 / 1 O 1 9

Positionierung liegt innerhalb der Teilungslänge (beispielsweise 2 mm) dieses Detektors. Der Fehler der Feinpositionierung beträgt o,o1 mm oder weniger.

Da der Wagen 16 in der in Fig.3 gezeigten Stellung weit von dem Nullpunkt der Maschine entfernt ist, gibt es kein Signal, weder von dem Detektor 17a noch von dem Detektor 17b. Wenn die NC-Positionierungsdaten von der Eingabeeinheit 11 übertragen werden, gibt die Steuereinheit 12 einen Befehl wie im Fall von Fig.2 ab, und der Wagen 16 fährt mit schneller Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles. Das Signal von dem Detektor 17a ändert sich dann wegen der Plattform 19b. Wie in dem Fall von Fig.2 fährt, der Wagen 16 nun in derselben Richtung, jedoch mit geringer Geschwindigkeit weiter. Während sich der Wagen 16 mit langsamer Geschwindigkeit weiterbewegt, ändert sich das Signal des Detektors 17b an einer bestimmten Stelle in ein EIN-Signal. Durch dieses Signal erkennt die Steuereinheit 12, dass der Wagen 16 an dem Teilungs-Bezugspunkt des Detektors 18 positioniert ist. Danach wird selbstverständlich die Feinpositionierung durch den Detektor vom Typ "Inductosyn" durchgeführt.

Wenn bei dem Fall von Fig.2 der Anfangszustand des Wagens 16 ein EIN-Signal über den Detektor 17 liefert, und wenn bei dem Fall von Fig.3 der Anfangszustand des Wagens 16 ein EIN-Signal über den Detektor 17a liefert, und wenn in beiden Fällen der Positionierungsbefehl von der Steuereinheit 12 abgegeben worden ist, beginnen beide Wagen sich mit der erwähnten, geringen Geschwindigkeit weiterzubewegen.

Es ist zu beachten, dass, wenn die Maschine am Anfang mit einer NC-Steuerung verbunden wird, die Anordnung so getroffen wird, dass der Nullpunkt der Maschine und der erwähnte Teilungs-Bezugspunkt, der als derselbe Punkt festgelegt ist, zusammenfallen. Daher ist die Positionierung der Maschine an dem Nullpunkt identisch mit der Positionierung an dem Teilungs-Bezugs-

809851/1019

punkt des Feineinstellungsdetektors, wobei diese Punkte per definitionim als ein und derselbe Punkt festgelegt sind.

Fig.3 zeigt ein Blockdiagramm der Steuereinheit 12, die bei der Einrichtung nach Fig.2 eingesetzt wird. In Fig.4 empfängt der Anschluss T₁ das Steuersignal von der Eingabeeinheit 11, der Anschluss T~ empfängt das Ausgangssignal von dem Detektor 17, und der Anschluss T^ empfängt das Teilungsbezugssignal von dem Detektor vom Typ "Inductosyn" (nicht gezeigt). In Fig.4 sind eine Decoder-Sqhaltung 111, Flip-Flops 112 und 127, UND-Schaltungen 114, 115, 116, 117 und 125, NAND-Schaltungen 113 und 126, eine Schnellvorschubschaltung 118, eine Langsamvorschubschaltung 119, eine Feinpositionierungsschaltung 12o, eine Richtungs-Entscheidungsschaltung 121, eine Antriebsschaltung 122 fester Richtung und eine ODER-Schaltung 124 gezeigt. Wenn der Wagen 16 sich an der in Fig.2 gezeigten Position befindet, ist das Signal von dem Detektor 17 ein AUS-Signal. Wenn der Positionierungsbefehl an den Anschluss T. angelegt wird, decodiert in diesem Zustand die Decoderschaltung 111 das Befehlssignal und setzt das Flip-Flop 112, und dann liefern die NAND-Schaltung 113 und die UND-Schaltung 114 das Ausgangssignal. Da das Flip-Flop 127 in diesem Zustand im negativen Zustand ist, liefert die UND-Schaltung 117 ein Ausgangssignal und bewirkt, dass die Schnellvorschubschaltung 118 ein Ausgangssignal liefert, welches über die ODER-Schaltung 124 an die Antriebsschaltung 13 geliefert wird. In dieser Situation liefert die UND-Schaltung 116 ein Ausgangssignal, und die NAND-Schaltung 123 liefert ein Ausgangssignal, so dass die Richtung von dem Ausgangssignal der Schaltung 122 fester Richtung ausgewählt wird, bei der sich der Wagen mit hoher Geschwindigkeit bewegt. Folglich bewegt sich der Wagen 16 immer in der vorgegebenen Richtung (nach links in Fig.2) mit hoher Geschwindigkeit.

Wenn der Detektor 17 mit der Plattform 19a in Wirkverbindung tritt, wird das Ausgangssignal des Detektors 17 ein EIN-Signal,

809851/1019

-1ο-

das Ausgangssignal der UND-Schaltung 114 verschwindet, und statt dessen liefert die UND-Schaltung 115 ein Ausgangssignal. Danach bewegt die Langsamvorschubschaltung 119 den Wagen 16 mit langsamer Geschwindigkeit. Die Bewegungsrichtung der Bewegungsphase mit langsamer Geschwindigkeit wird ebenfalls durch die Schaltung 122 bestimmt, so dass der Wagen sich nach links in Fig.2 bewegt. Ferner setzt der Ausgang der UND-Schaltung 115 das Flip-Flop 127. Wenn der Ausgang des Detektors 17 wieder ein AUS-Signal wird, liefern als nächstes die NAND-Schaltung 126, die UND-Schaltung 125 und die UND-Schaltung 116 nacheinander Ausgangssignale, und die Feinpositionierungsschaltung 12o und die Richtungsentscheidungsschaltung 121 werden getriggert, um den Detektor vom Typ "Inductosyn" für die Feinpositionierung zu betätigen. Das Flip-Flop 127 wird durch das Teilungs-Bezugssignal von dem Feinpositionierungsdetektor durch den Anschluss To zurückgesetzt.

Die an sich bekannten Einrichtungen, die in den Fig.2 bis 4 gezeigt sind, haben einige Nachteile. Bei der Einrichtung von Fig.2 stösst, wenn der Positionierungsbefehl in dem Zustand übertragen worden ist, wenn der Wagen 16 sich nahe an dem Hubende jenseits der Plattform 19a befindet, der Wagen 16 auf die Hubbegrenzungswand 2o mit einer hohen Bewegungsgeschwindigkeit auf, so dass die Gefahr besteht, dass ein Bruch an der Maschine auftritt, da das Signal von dem Detektor 17 ein AUS-Signal ist, und da die Bewegungsrichtung des Wagens durch die Schaltung (Fig.4) vorgegeben ist. Wenn die Plattform 19a für die Bezugsposition nahe bei der Mitte des gesamten Hubes des Wagens 16 angeordnet ist, tritt die vorgenannte Situation häufig auf, so dass immer öfter die Gefahr besteht, dass die Maschine fehlerhaft arbeitet. Wenn bei der Einrichtung von Fig.3 der Wagen 16 bis zu der Stelle gefahren ist, wo der Detektor 17b das Signal EIN überträgt, und wann der Positionierungsbefehl übertragen wird, wobei der Wagen sich in Richtung auf die Hubbegrenzungswand 2o bewegt, wird er an einem Punkt positioniert, der um einige Teilungen vor dem Nullpunkt bezogen auf den Teilungs-Bezugs-

809851/1019

punkt des Detektors 18 positioniert. Wenn die Stillstandsposition jenseits der Hubbegrenzungswand 2o liegt, stösst der Wagen sogar mit der Hubbegrenzungswand 2o zusammen. Wenn der Nullpunkt nahe bei der Mitte der Hubbewegung des Wagens 16 vorgesehen ist, besteht die Gefahr für dieses Fehlverhalten um so mehr. Folglich wird die Positionierung so eingestellt, dass der Bremspunkt einige Teilungen ( in Einheiten der Bezugsteilung des Feineinstellungsdetektors) vor dem tatsächlichen Nullpunkt eingestellt. Ferner sind zwei Detektoren 17a und- 17b für jede Achse erforderlich, so dass insgesamt Detektoren zum steuern von drei Achsen notwendig sind.

Ferner ist zu beachten, dass bei den neueren Maschinen der Bezugspunkt des Wagens nahe bei der Mitte des Gesamthubes des Wagens liegt, um den Fehler beim Schneiden von Profilen zu reduzieren. Da bei den früheren Maschinen der Bezugspunkt nahe bei dem Ende des Hubes des Wagens liegt, wird das Gewicht der Maschine und/oder des Wagens an dem Bezugspunkt nicht ausbalanciert, und Veränderungen an der Maschine aufgrund des nichtausbalancierten Gewichts verursachen erhebliche Fehler beim Fräsen.

Im folgenden wird die erfindungsgemässe Einrichtung anhand der Fig.1 und 5 bis 7 beschrieben. In diesen Figuren haben die Teile die gleichen Bezugszeichen wie die in den Fig.2 und 3, wenn es um die gleichen Teile geht, die auch in den Fig.2 und 3.gezeigt sind.

Fig.5 zeigt eine Positionierungseinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der der Wagen 16 nur einen einzigen Detektor 17 hat. Fig.6 zeigt drei Betriebsarten der Einrichtung von Fig.5. Der Bewegungsraum des Wagens 16 ist in zwei Zonen eingeteilt, wobei die eine Zone durch den Bereich gebildet wird, in dem nur das Maschinenbett 15 vorhanden ist (L,) und die andere Zone durch den Bereich, in dem das Maschinenbett mit einer Plattform 19b versehen ist (L,). Der erwähnte Nullpunkt ist der

809851/1019

Punkt P, , der in der Zone L, , jedoch sehr nahe bei der Grenze

d der beiden Zonen liegt, und der Abstand zwischen dem Punkt P, und der Grenze L, ist eine Teilung (Teilstrich) oder weniger in Einheiten von Bezugsteilungen, die durch die Eigenschaften des Detektors 18 festgelegt sind (Detektor vom Typ Inductosyn). P-, P₄ und P₇ sind die Anfangspositionen des Wagens 16 an dem Zeitpunkt, an dem der Positionierungsbefehl an die Steuereinheit 12 gegeben worden ist. P-, P₅ und P_g sind die Positionen des Wagens 16 an dem Zeitpunkt, an dem die Signale des Detektors und der Steuereinheit 12 den Bewegungsbefehl für den Wagen 16 ändern. P₃ und P_fi sind die Positionen des Wagens 16 an dem Zeitpunkt, an dem die Signale des Detektors 17 und der Steuereinheit 12 wieder in den vorherigen Befehl geändert worden sind. Der Punkt P, liegt in der Zone L, nahe an der Grenze L-, und ist eine Position, die um eine Teilung von dem Punkt P, entfernt liegt, wobei die Teilung auf die Bezugsteilung bezogen ist.

Das erste Ausführungsbeispiel bezieht sich insbesondere auf die Situation, wo der Bereich der Zone L, breit im Vergleich zu dem gesamten Hub des Wagens 16 ist (Fig.6(A)).

a) Wenn der Wagen 16 sich in der Zone L, an dem Punkt P₁ befindet und der Befehl von der Eingabeeinheit 11 übertragen wird, ist das Signal des Detektors 17 ein AUS-Signal. Durch dieses Signal steuert die Steuereinheit 12 die Antriebseinheit 13 so, dass der Wagen 16 sich mit einer hohen Geschwindigkeit in der H-Richtung des Pfeiles bewegt.

b) Der Wagen 16 fährt zu der Grenze L,, wo das Signal des Detektors 17 sich in ein EIN-Signal ändert. Dann ändert sich das obengenannte Befehlssignal ebenfalls. Das Befehlssignal an die Antriebseinheit 13 wird nun so geändert, dass der Wagen 16 sich in der L-Richtung des Pfeiles mit langsamer Geschwindigkeit ^bewegt· 809851/1019

c) Wenn der Wagen 16 sich wieder zu der Grenze L. hin bewegt, ändert sich das Signal des Detektors 17 wieder in ein AUS-Signal. In diesem Zustand hört die Grobpositionierung auf, und die Feinpositionierung beginnt. Die Steuereinheit 12 stoppt an der Position P-. sein Befehlssignal an die Antriebseinheit 13 und überträgt ein neues Befehlssignal, wodurch der Wagen 16 in der Η-Richtung des Pfeiles bewegt wird. Damit ist die Grobpositionierung beendet, und die Feinpositionierung ist ausgeführt.

d) Der Wagen 16 bewegt sich unter Verwendung des Detektors vom Typ Inductosyn und kommt an dem Punkt P, an. Durch das Teilungs-Bezugspositionierungssignal des Detektors 18 stoppt die Steuereinheit 12 das genannte Befehlssignal an die Antriebseinheit 13 zur Positionierung des Wagens 16.

Das zweite Ausführungsbeispiel betrifft den Fall, bei dem der Wagen 16 in dem Bereich L, im Anfangszustand liegt, und es ist in Fig.6(B) gezeigt.

a) Während der Wagen 16 sich in der Zone L, (an dem Punkt P.) befindet, und wenn das oben erwähnte Befehlssignal von der Eingabeeinheit 11 übertragen wird, weil das Signal des Detektors 17 ein EIN-Signal ist, gibt die Steuereinheit 12 getriggert durch dieses Signal ein Befehlssignal an die Antriebseinheit 13 ab, so dass der Wagen 16 sich in der L-Richtung des Pfeiles mit hoher Geschwindigkeit bewegt.

b) Während sich der Wagen 16 bewegt und an der Grenze L^ ankommt, ändert sich das Signal von dem Detektor 17 in ein AüS-Signal. Die Steuereinheit 12 unterbricht (an dem Punkt P₁-) das erwähnte Befehlssignal an die Antriebseinheit 13 bezüglich der Positionierung des

809851/1019

Wagens 16 und überträgt ein geändertes Befehlssignal, so dass der Wagen 16 sich in der H-Richtung des Pfeiles mit niedriger Geschwindigkeit bewegt.

c) Während sich der Wagen 16 bewegt und wieder an der Grenze L, ankommt, ändert sich das Signal des Detektors 17 wiederum. Die Steuereinheit 12 unterbricht das Befehlssignal (an dem Punkt P_g) an die Antriebseinheit

13 in bezug auf den Wagen 16 und überträgt ein geändertes Befehlssignal, so dass der Wagen 16 sich in der Η-Richtung des Pfeiles bewegt.

d) Wenn der Wagen 16 sich weiterbewegt und an dem Punkt

P, ankommt, wird die Steuereinheit durch das Teilungs-Bezugspositionierungssignal des Detektors 18 getriggert und unterbricht das Befehlssignal an die Antriebseinheit 13 bezüglich der Positionierung des Wagens 16.

Aus der Beschreibung der vorstehenden Beispiele ist ersichtlich, dass unabhängig davon, an welcher Stelle des gesamten Hubes sich der Wagen befindet, der Wagen fehlerfrei an dem Bezugspunkt der Maschine schnell und präzise positioniert v/erden kann.

Das dritte Ausführungsbeispiel betrifft eine Situation, bei der die Zone L, besonders schmal in bezug auf den Gesamthub des Wagens

16 ist. Bei dieser Situation hängt die Geschwindigkeitskomponente und die Richtungskomponente, die in dem erwähnten Befehlssignal enthalten sind, das an die Antriebseinheit 13 von der Steuereinheit 12 abgegeben wird, von dem EIN- oder AUS-Signal des Detektors

17 ab, und sie werden vorher programmiert. Es sei angenommen, dass das Signal ein EIN-Signal ist. Dann bewegt sich der Wagen mit einer langsamen Geschwindigkeit in der L-Richtung des Pfeiles. Wenn das Signal ein AüS-Signal ist, bewegt sich der Wagen mit schneller Geschwindigkeit in der Η-Richtung des Pfeiles. Im folgenden wird auf die Fig.6(C) Bezug genommen.

809861/1019

a) Während der Wagen 16 sich in der Zone L, befindet, und wenn das Befehlssignal von der Eingabeeinheit übertragen worden ist, läuft der Betrieb in derselben Weise ab, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Die Positionierung wird an dem Punkt P, durchgeführt.

b) Während der Wagen 16 sich in der Zone L^ (Punkt P_) befindet, und wenn das Befehlssignal von der Eingabeeinheit 11 übertragen worden ist, wird, da der Detektor 17 das EIN-Signal überträgt, die Steuereinheit 12 durch dieses Signal getriggert und gibt einen Befehl an die Antriebseinheit 13, um den Wagen 16 mit einer langsamen Geschwindigkeit in der L-Richtung des Pfeiles anzutreiben.

c) Wenn der Wagen 16 sich bewegt und an der Grenze L-, ankommt, ändert sich das Signal des Detektors 17 in das AUS-Signal. Die Steuereinheit 12 gibt den Befehl an die Antriebseinheit 13, um die Betriebsbewegung des Wagens 16 (an dem Punkt P_g)zu unterbrechen, und sie überträgt ein geändertes Befehlssignal, um den Wagen in der Η-Richtung des Pfeiles zu bewegen.

d) Der Wagen 16 bewegt sich und kommt an dem Punkt P, an. Durch das Teilungs-Bezugspositionierungssignal des Detektors 18 (Detektor von dem Typ Inductosyn) gibt die Steuereinheit 12 ein Befehlssignal an die Antriebseinheit 13 ab, um das obengenannte Befehlssignal für die Betriebsbewegung des Wagens 16 zu unterbrechen.

In dem gerade beschriebenen, dritten Beispiel ist die schnelle Geschwindigkeit nicht erforderlich, wenn der Wagen anfänglich nahe bei dem Hubende liegt. Daher ist hierbei der Vorteil gegeben, dass die Belastung an dem Motor reduziert wird.

809851/ 1019

Fig.7 zeigt ein Blockdiagramm der Steuereinheit 12 für die Ausführungsbeispiele, die anhand der Fig.6(A) und 6(B) beschrieben wurden. Gemäss Fig.7 empfängt der Anschluss T₁ das Befehlssignal von der Eingabeeinheit 11, der Anschluss T- empfängt das Ausgangssignal (EIN oder AUS) von dem Detektor 17, und der Anschluss T₃ empfängt das Teilungs-Bezugssignal von dem Detektor 18. Es ist eine Decoderschaltung 211 vorgesehen, die die Eingabebefehle von der Eingabeeinheit 11 decodiert. Ferner sind ein Flip-Flop 212, eine Impuls-Differenzierschaltung 213 und eine Decoder/Zähler-Schaltung 214 vorgesehen. Die Decoder/Zähler-Schaltung 214 hat drei Ausgänge a, b und c ,und das Signal steht anfänglich an dem ersten Ausgang a an. Jedes Signal, welches von der Impulsdifferenzierschaltung 213 an die Decoder/ Zähler-Schaltung 214 angelegt wird, ändert den Ausgang in einer Sequenz (a-b-c-a-b ...), an dem die Signale anstehen. Wenn das Teilungs-Bezugssignal an den Anschluss T₃ angelegt wird, wird die Decoder/Zähler-Schaltung 214 in den Anfangszustand zurückversetzt und liefert ein Signal an dem ersten Ausgang a. Ferner sind eine NAND-Schaltung 215, UND-Schaltungen 216, 217, 218 und 219, eine Schnellvorschubschaltung 22o, eine Langsamvorschubschaltung 221, eine Feinpositionierungsschaltung 222, eine Richtungsentscheidungsschaltung 223 für die Feinpositionierung und eine ODER-Schaltung 224 vorgesehen.

Wenn der Positionierungsbefehl an den Anschluss T₁ abgegeben wird, wird der Befehl von der Decoderschaltung 211 decodiert, die das Flip-Flop 212 setzt. Da der Ausgang a der Decoder/Zähler-Schaltung 214 in diesem Zustand EIN ist, liefert die UND-Schaltung 216 ein Ausgangssignal, welches die Schnellvorschubschaltung 22o betätigt, um ein Ausgangssignal zu liefern. Dieses Signal wird an die Antriebsschaltung 13 des Antriebsmotors 14 (Fig.1) über die ODER-Schaltung 224 angelegt. Die Drehrichtung des Motors, dh. die Bewegungsrichtung des Wagens 16, wird durch das Ausgangssignal der UND-Schaltung 219 definiert. Wenn der Ausgang des Detektors 17 ein EIN-Signal ist, ist das Ausgangs-

809851/1019

signal der UND-Schaltung 219 ebenfalls ein EIN-Signal. Der Wagen bewegt sich nach rechts (Fig.5). Wenn das Ausgangssignal des Detektors 17 ein AUS-Signal ist, ist das Ausgangssignal der UND-Schaltung 219 ebenfalls ein AUS-Signal, und der Wagen bewegt sich nach links. Es ist ein Merkmal des erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels der Einrichtung, dass die Bewegungsrichtung des Wagens durch das Ausgangssignal des Wagens bestimmt ist. Wenn daher bei dem Ausführungsbeispiel von Fig.6(A) der Wagen an dem Punkt P₁ ist, bewegt sich der Wagen mit hoher Geschwindigkeit nach rechts. Wenn in dem Ausführungsbeispiel von Fig.6(B) der Wagen an dem Punkt P. ist, bewegt sich der Wagen mit hoher Geschwindigkeit nach links.

Wenn der Wagen die Grenze L, überschreitet, ändert sich das Ausgangssignal des Detektors 17 (von dem AUS-Signal in das EIN-Signal oder von dem EIN-Signal in das AUS-Signal), und die Impulsdifferenzierungsschaltung 213 liefert ein Ausgangssignal entsprechend dieser Änderung. Dann schaltet die Decoder/Zähler-Schaltung 214 das Ausgangssignal von dem ersten Ausgang a auf den zweiten Ausgang b um. Daher liefert die UND-Schaltung 217 ein Ausgangssignal, welches die Langsamvorschubschaltung 221 betätigt, um ein Ausgangssignal zu liefern. Dieses Ausgangssignal wird an die Antriebsschaltung 13 angelegt, um den Motor 14 mit langsamer Geschwindigkeit über die ODER-Schaltung 224 anzutreiben. Es ist zu beachten, dass die Bewegungsrichtung der Bewegungsphase mit langsamer Geschwindigkeit entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung bei der Bewegungsphase mit hoher Geschwindigkeit ist, da das Ausgangssignal der UND-Schaltung 219 zwischen diesen zwei Phasen geändert wird.

Wenn der Wagen wieder die Grenze L, überschreitet, ist die Grobabstimmung beendet, und die Feinabstimmung beginnt. Das Ausgangssignal des Detektors 17 wird geändert und schaltet das Ausgangssignal der Decoder/Zähler-Schaltung 214 von dem Ausgang b auf den Ausgang c mit Hilfe der Impulsdifferenzierungsschaltung um. Dann stoppt die UND-Schaltung 217 das Ausgangssignal, und

8098S1/1019

eine andere UND-Schaltung 219 liefert das Ausgangssignal, wobei die Feinpositionierungsschaltung 222 und die Richtungsentscheidungsschaltung 223 bei der Feinpositionierung betätigt werden. Diese Schaltungen 222 und 223 betätigen den Feinpositionierungsdetektor, dessen Bewegungsrichtung in der Anfangsphase durch das Ausgangssignal der Schaltung 223 bestimmt ist. Wenn die Feinpositionierung abgeschlossen ist, wird das Teilungsbezugssignal an den Anschluss T₃ von dem Feinpositionierungsdetektor geliefert, und das Signal setzt die Decoder/Zähler-Schaltung 214 und das Flip-Flop 212 zurück. Damit ist sowohl die Grobpositionierung als auch die Feinpositionierung abgeschlossen.

In der folgenden Beschreibung wird angegeben, wie der erwähnte Teilungs-Bezugspunkt eindeutig festgelegt werden kann, wobei auf das erste Ausführungsbeispiel (Fig.6(A)) Bezug genommen wird.

NC-Steuerungen mit den folgenden Eigenschaften sind derzeit erhältlich:

1. Nennimpulseinheit des Motors: P = o,oo1 mm

2. Bezugsteilung des Feinpositionierungsdetektors (Inductosyn): P = 2 mm

3. Zeitkonstante der Motorantriebseinrichtung: rm = 0,06 see.

4. Verzögerungszeit der Signalerfassung des Detektor-Mikroschalters: t = o,o1 see.

Mit dieser Einrichtung und mit einer langsamen Vorschubgeschwindigkeit von V = I80 mm/min kann die folgende Gleichung angegeben werden, um den Abstand I₃ in mm zwischen der Grenze L-, und dem Punkt P₃ zu erhalten, wobei auf Fig.6(A) Bezug genommen wird.

I₃ = V · rm + V · t

(180/60) · 0,06 + (I80/60) · o,o1 = o,21 mm

809851/1019

Der Abstand 1, in mm zwischen der Grenze L, und dem Punkt P, ο d 6

liegt offensichtlich innerhalb des Wertes für den Abstand 1., in mm.

Es ist zu beachten, dass der Bezugspunkt des Feinpositionierungsdetektors (Inductosyn) in jeder 2 mm-Periode (P_h> P₁ etc., s. Fig.6) liegt, und einer der Punkte (P, ) ist der Bezugspunkt, an dem der Wagen positioniert werden muss. Um sicherzustellen, dass der richtige Bezugspunkt (P, ) statt dem falschen Bezugspunkt (P,) in jedem Fall gefunden wird, wenn der Wagen sich anfänglich in dem Bereich L, (Fig.6(A)) und wenn der Wagen sich in dem Bereich L, (Fig.6(B)) befindet, muss die folgende Gleichung erfüllt sein:

1_ + l_c :~ P ( = 2 mm )

Der Abstand l_o + 1, zwischen dem Punkt P₀ und dem Punkt V_c ist I₃ + Ig ^ o,21 +o,21 = o,42 mm. Dieser Abstand ist kleiner als der Abstand zwischen den Punkten P, und P₁, da dieser Abstand gleich der Bezugsteilung P = 2 mm bei dem Feinpositionierungsdetektor (Inductosyn) ist. Dies bedeutet, dass es sehr wohl möglich ist, dass die Punkte P₃ und P_fi "zwischen P, und P-," fallen, was gleich der Teilungs-Bezugsposition ist. Wenn die Positionierungsrichtung zu dieser Teilungs-Bezugsposition beispielsweise die Η-Richtung ist, kann P, sofort bestimmt werden. Schliesslich kann die Positionierung an dem Teilungs-Bezugspunkt in der H-Richtung des Pfeiles oder in der L-Richtung des Pfeiles (Fig.6) sein, wenn angenommen wird, dass P, der gewünschte Punkt ist. Andererseits kann aus den Punkten P. und P, derjenige Punkt ausgewählt werden, der näher an den Punkten P₃ oder Pg liegt.

Es sind eine Reihe von Abwandlungen der Erfindung möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können die Plattformen 19a und 19b unterhalb der jeweiligen Wagen 16 montiert werden, während die Detektoren 17 und 17a, 17b auf dem Maschinenbett 15 montiert sind.

809851 /1019

-2ο-

Wie oben im einzelnen beschrieben wurde, wird durch die erfindungsgemässe Einrichtung eine Positionierung des Wagens einer Maschine an dem Nullpunkt möglich, wobei die Positionierung schnell, genau und mit geringen Kosten durchgeführt werden kann. Die erfindungsgemässe Positionierungseinrichtung ist bei allen Maschinen mit NC-Steuerung anwendbar, die eine Positionierung an dem Nullpunkt der Maschine benötigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung bei Werkzeugmaschinen mit NC-Steuerung begrenzt.

809851/1019

Leerseite

Claims

PAT E N TA N WA LT E

KLAUS D. KIRSCHNER WOLFGANG GROSSE

Dl PL.-PHYSIK ER

DIPL-IN6ENIEUR

OKI ELECTRONIC INDUSTRY CO.,LTD Tokyo, Japan

HERZOG-WILHELM-STR. 17 D-S MÜNCHEN 2

JHR ZBCHEN: YOUR REFERENCE:

UNSERZEICHEN:

OUR REFERENCE: Y 3124 K/bÖ

DATUM:

15.6.1978

Einrichtung zum automatischen Positionieren eines Wagens an einem Bezugspunkt bei einer Maschine mit NC-Steuerung

Patentansprüche

Einrichtung zum automatischen Positionieren eines Wagens an einem Bezugspunkt bei einer Maschine mit NC-Steuerung, wobei die Maschine ein festes Maschinenbett, eine Plattform, die auf einer Seite des Maschinenbetts montiert ist, einen Wagen, der entlang dem Maschinenbett bewegbar ist, einen ersten Detektor, der an dem Wagen befestigt ist, um festzustellen, ob der Wagen sich auf der Plattform befindet, so dass die Grobeinstellung des Wagens an einem vorgegebenen Punkt des Maschinenbetts erfolgt, einen zweiten Detektor, um die Feinpositionierung des Wagens festzustellen, eine Motorantriebseinheit für einen Motor zum Antreiben des Wagens und eine Steuereinheit zum Steuern der Bewegung des Wagens aufweist, dadurch gekennzeich net, dass die Steuereinheit enthält einen Eingangsanschluss (T.) zur Aufnahme eines Positionierungsbefehls, eine Decoder-

809851/1019

ORIGINAL INSPECTED

schaltung (211) und ein Flip-Flop (212) zum Decodieren des Positionierungsbefehls und zum Aktivieren der Steuereinheit, eine Decoder/Zähler-Schaltung (214), deren Zustand durch die Änderung des Ausgangssignals des ersten Detektors (17) umgeschaltet wird, eine Einrichtung (219), um die Bewegungsrichtung des Wagens entsprechend dem Ausgang des ersten Detektors und dem Ausgang der Decoder/Zähler-Schaltung festzustellen, eine Schnellvorschubschaltung (22o)", um den Wagen mit einer hohen Geschwindigkeit zu bewegen, wenn die Decoder/Zähler-Schaltung in einem ersten Zustand ist, eine Langsamvorschubschaltung (221), um den Wagen mit einer langsamen Geschwindigkeit zu bewegen, wenn die Decoder/Zähler-Schaltung in dem zweiten Zustand ist, eine Einrichtung (222 und 223) zum Einschalten der Feinpositionierung des Wagens, wenn die Decoder/Zähler-Schaltung in einem dritten Zustand ist, und eine Verbindungseinrichtung, um die Ausgänge der genannten Schaltungen mit der Motorantriebseinrichtung (13) zu verbinden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor ein Mikroschalter ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform auf der rechten Seite des Maschinenbetts liegt, und dass die Bewegungsrichtung des Wagens nach rechts gerichtet ist, wenn der Ausgang des ersten Detektors ein AUS-Signal ist, und dass die Bewegungsrichtung des Wagens nach links gerichtet ist, wenn das Ausgangssignal des ersten Detektors ein EIN-Signal ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand der Decoder/Zähler-Schaltung übersprungen wird, wenn das Ausgangssignal des ersten Detektors anfänglich ein