DE2835164C2

DE2835164C2 - Numerische Interpolationsschaltung

Info

Publication number: DE2835164C2
Application number: DE2835164A
Authority: DE
Inventors: Terukazu Tokyo Kito; Kazuo Murata
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1977-08-19
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1982-10-07
Also published as: DE2835164A1; JPS5538687B2; US4213186A; JPS5433980A

Description

2. Interpolationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Addierer (105) einen Überlaufimpuls erzeugt, wenn die Summe der jeweiligen Addition gleich oder größer 2" ist, wobei π die Anzahl der Bitstellen jedes Registers (106, 107, 108,110,111,112) ist.

3. Interpolationsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zähler (102) Zeitgeberimpulse mit einer Frequenz von 2"Hz zugeführt werden und nach einer Anzahl von «,· Zeitgeberimpulsen sein Inhalt in das Überlaufregister (103) übergeben und er gleichzeitig zurückgestellt wird. ^M

4. Interpolationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vo. dem Eingang des den Geschwindigkeitsbefehl (f\) speichernden Eingangsregisters (106) ein arithmetischer Schaltkreis angeordnet ist, der aus dem Geschwindigkeitssollwert (f) und den Koordinatenbefehlen (x, y) den Geschwindigkeitsbefehl (f,) errechnet

5. Interpolationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufwerte für die Koordinaten je einem Konverter (114, 115) zugeführt werden, der die Binärcodierten Überlaufwerte in Interpolationsimpulse für das zugehörige Koordinatenstellmittel umsetzt.

6. Interpolationsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Zeitdauer (t). welche durch den Geschwindigkeitssollwert (f) und die Koordinatenbefehle (x, y) bestimmt ist, eine Anzahl (m) Zeitgeberimpulse erzeugt werden, die vom Zähler (102) in (k) Gruppen miilt je (X₁) Zeitgeberimpulsen unterteilt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine miiimerische Interpolationsschaltung zur Ansteuerung v«p Koordinatenstellmitteln auf der Basis von digitalen Difiervntialanalysatoren mit Eingangsregistern zur Speicherung von Sollwertgrößen, mit Summenregisterin und mit Addierern, die die gebildeten Summen für die Koordinatenbefehle und einen Geschwindigkeitsbefehl jeweils aufteilen in Überlauf- und Restwerte, welche leuteren in die Summenregister eingegeben werden, wobei die Ausgänge der Differentialanalysatoren mit den Koordinatenstellmitteln verbunden sind.

Die bekannten Interpolationsschaltungen arbeiten nach dem Prinzip eines digitalen Differentialanalysators, der ein erstes oder Eingangsregister, ein zweites oder Sununenrcgister und einen Addierer aufweist Wird ein Eingangsimpuls diesem Analysator !zugeführt, dann werden die Inhalte der beiden Register addiert im Addierer und die sich ergebende Summe wird in das Summenregister eingegeben und dort gespeichert Falls während der Addition das Summenregister überläuft, dient der Überlaufwert als Interpolationsimpulse. Der so erhaltene Interpolationsimpuls w?rd sodann einem Treiberschaltkreis zugeführt Angenommen, der Ursprungsinhalt des Eingangsregisters würde a betragen und die Zahl der Impulse der Sollwertgröße in T Sekunden wäre 2", wobei η die Zahl der Bits des Eingangsregisters ist dann wäre die Zahl der Überlaufimpulse (Interpolationsimpulse), welche in T Sekunden erhalten wird, gleich a. Es wird also ein Impulszug von Interpolationsimpulsen erhalten, deren Anzahl bezogen ist auf den Wert a im Eingangsregister.

Eine bekannte Interpolationsschaltung wird nachfolgend an Hand der Fig. 1 und 2 p.rlätitert Es sei vorausgesetzt, daß der Punkt P sich von A nach B bewegt, wobei der Sollwert in der A'-Richtung gleich χ mm und der Sollwert in der y-Richtung gleich y mm ist und die Geschwindigkeitsinformation /mm/s lautet

Die F i g. 2 zeigt ein Blockdiagramm zur Ausführung der vorgenannten Interpolation. Die Werte χ und y werden von einem Lochstreifen abgelesen. Die Geschwindigkeit

x'+y²

wird extern errechnet und das Ergebnis /1 wird vom Lochstreifen abgelesen. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen Interpolator für die Geschwindigkeit /i, die Bezugszahl 11 bezeichnet einen Interpolator für den Befehl in x-Richtung, 12 ist ein Interpolator für den Befehl in ^-Richtung, 15 ist ein X-Achsenantriebsmotor einer Maschine, 16 ein V-Achsenar.triebsmotor der Maschine, 13 ein Servoschaltkreis zum Steuern des Antriebsmotors 15,14 ein Servoschaltkreis, zum Steuern des Antriebsmotors 16, und 17 ein Impulsgenerator zur Erzeugung von Bezugsimpulsen.

Der Sollwert x, der vom Lochstreifenleser abgelesen wurde, wird im Eingangsregister 20 gespeichert. Der Sollwert y wird gespeichert im Eingangsregister 23, und der Sollwert /i wird dem Eingangsregister 26 zugeführt. Die Summenregistex sind mit 22,

28 ob 164

24 und 27 bezeichnet Addierer haben die Posiu'onszahlen21,25und28.

Wird im Impulsgenerator 17 ein Zeitgeberimpuls erzeugt, dann fuhrt der Addierer 28 eine Addition des Inhalts des Eingangsregisters 26 und des Summenregisters 27 durch. Die Summe dieser Addition wird von Neuem eingegeben in das Summenregister 27, Ist die Summe der Addition gleich oder größer 2", dann wird der Ausgangsleitung 29 ein Oberlaufwert als Interpolationsimpuls zugeführt Es ist anzumerken, daß die Anzahl bzw. die Frequenz des Interpolationsimpulszuges in der Leitung 29 bestimmt wird durch den Wert

Die Interpolationsimpulse der Leitung 29 haben die Funktion eines Befehlsimpulses für die Interpolationsschaltkreise 11 und 12 Die Addierer 21 und 25 führen jedesmal eine Addition aus, wenn ein Interpolationsimpuls in der Leitung 29 auftritt Sind 2" Additionen durch die Addierer 21 und 25 ausgeführt dann führte der Interpolator 11 χ Interpolationsimpulse der Ausgangsleitung 30 zu, während der Interpolator 12 y Interpolationsimpulse an die Leitung 31 gab. Diese Interpolationsimpulse in den Leitungen 30 und 31 werden über die Servoschaltkreise 13 i:nd !4 den Antriebsmotoren 15 und 16 zugeführt Die Motoren 15 und 16 bewirken somit eine Bewegung des Punktes P vom Punkt A zum Punkt B mit einer Geschwindigkeit von /mm/sec.

Die Interpolationsschaltung nach F i g. 2 weist jedoch den Nachteil auf, daß drei Interpolatorschaltkreise 10, 11 und 12 erforderlich sind Ein derart aufgebauter Interpolator ist kompliziert Insbesondere muß er eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aufweisen. Beträgt die Periode eines Befehlsimpulses 1 μίτι und beträgt die Bearbeitungsgeschwindigkeit lOm/sec, dann ist die erforderliche Zeitdauer zur Ausführung einer einzigen Interpolation in jedem Interpolationsschaltkreis geringer als 10 us. Zur Ausführung der Interpolation sind also mit hoher Geschwindigkeit arbeitende digitale Schaltkreise erforderlich. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit wird hierdurch begrenzt

Es besteht die Aufgabe, die Interpolationsschaltung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß mit zunehmender Bearbeitungsgeschwindigkeit die Zahl der auszuführenden Interpolationsrechnungen nicht dazu proportional zunimmt und somit digitale Schaltkreise verwendbar sind, deren Arbeitsgeschwindigkeit nicht groß ist

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeis^iel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ?ine graphische Darstellung einer Impulsinterpolation,

F ί g. 2 ein Blockdiagramm einer bekannten Interpolationsschaltung,

Fig.3 eine Darstellung der bei der Interpolationsschaltung nach Fig.4 auftretenden Interpolationsimpulse,

Fig.4 ein Blockdiagramm der Interpolationsschaltung,

F i g. 5 eine Darstellung der Ausführung der interpolation bei der Interpolationsschaltung nach F i g. 4,

Fig.6 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 2 und

Fig. 7 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Scnaltung nach F i g. 4.

Wenn ein Werkstück von einem Werkzeug mit geringer Schnittgeschwindigkeit bearbeitet wird, muß dem Servoschaltkreis zur Steuerung des Motors eine Impulskette von gleichförmig verteilten Interpolations-

s impulsen gemäß F i g. 3a zugeführt werden. Werden die Interpolationsimpulse gemäß F i g. 3b in ungleichförmigen Zeitabschnitten zugeführt, d.h. mehrere Impulse innerhalb einer kurzen Zeitdauer, dann wird die zu bearbeitende Oberfläche nicht glatt sondern gestud.

ίο Gemäß dem Stand der Technik werden daher die Interpolationsimpulse vom Interpolationsschaltkreis in gleichförmigen Zeitabständen erzeugt Liegt beim Stand der Technik eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit vor, dann wird daher die Frequenz der Inter- polationsimpulse entsprechend hoch, wie dies die Fig.3c zeigt Bei einer hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit ist es jedoch möglich, die Impulse auch entsprechend F i g. 3d zuzuführen, wobei man trotzdem eine glatte Bearbeitungsoberfläche erhält da der Antriebsmotor zum Antrieb der Werkzeugmaschine eine Trägheit aufweist Gemäß Fig.3d werden also mehrere Impulse zu Impulsgrupppn zusammengefaßt, weiche innerhalb einer relativeis kurzen Zeitdauer erzeugt werden.

Die vorliegende Erfindung geht von Vorstehendem aus, d. h. wenn die Bearbeitungsgeschwindigkei: gering ist werden gleichförmige Interpolationsimpulse gemäß F i g. 3a erzeugt während bei einer hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit Impulsgruppen von Interpolations- impulsen innerhalb kurzer Zeiten entsprechend F i g. 3d erzeugt werden. Auf diese Weise ergibt sich bei allen Bearbeitungsgeschwindigkeiten eine gleichförmige Bearbeitungsoberfläche, wobei für den Interpolationsschaltkreis billige digitale Bauteile verwendet werden können, deren Arbeitsgeschwindigkeit nicht groß ist. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, daß die Zeitdauer für jeden Rechenvorgang zur Berechnung einer Interpolation konstant und unabhängig ist in bezug auf Änderungen der Geschwindigkeit der Befehlsimpulse.

Weiterhin kann die Dauer zwischen jeder Interpolationsrechnung willkürlich gewählt werden, so daß es möglich ist daß die Interpolationsrechnungen sowohl von einem Klein- als auch von einem Großrechner ausgeführt werden können. Der Gegenstand der Erfindung ist besonders nützlich in Verbindung mit rechnergesteuerten numerischen Steuersystemen.

Im folgenden Ausführungsbeispiel *ird eine Interpolation für zwei Achsen, d. h. für die X-Achse und die y-Achse erläutert Es ist natürlich selbstverständlich, daß derartige Interpolationen auch für eine Vielzahl von Achsen ausgeführt werden können.

Die F i g. 4 zeigt ein Blockdiagramm eines Interpolationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Impulsgenerator 101 erzeugt Zeitgeberimpulse. Hin Zähler 102 dient zur Zählung der Zahl der Impulse vom Impulsgenerator 101. Ein Überlaufregister 103 speichert den Inhalt des Zählers 102 und speichert ',veiterhin den Ausgangswert des Addierers 105 über die Ausgangs:· leitung 122. Ist der Inhalt des Zählers 102 dem

Überlaufregister 103 zugeführt worden, wird diese: Zähler 102 auf N :I1 zurückgestellt so daß er bereit ist, neue Zeitgeberimpulse zu zählen. Auf einem Lochstreifen !21 ist das auszuführende Programm aufgezeichnet welches aus den Sollwerten für die Koordi- naten χ und y und für die Geschwindigkeit / besteht. Diese Befehle werden über ein Lesegerät 120 vom Lochstreifen 121 abgelesen. 125 ist ein arithmetischer Steuerkreis, der die vom Lochstreifen abgelesenen

Befehle den Eingangsregistern zuführt und den Wert

für den Geschwindigkeitsbefehl f\ errechnet, wobei η die Zahi der Bitstellen in jedem Register, χ und y die Sollwerte in der X und Y Richtung sind. Der Geschwindigkeitsbefehl f\ wird im Eingangsregister 106 gespeichert. Der Sollwert χ in X-Richtung wird im Eingangsregister 107 gespeichert. Das Eingangsregister 10*! dient zur Speicherung des Sollwerts ;' in der V-Richtung. Die Summenregister 110, 111 und 112 dienen zur Speicherung der Ergebnisse der Interpolationsrechnungen für den Geschwindigkeitsbefehl /Ί für die Bewegung in der X-Richtung sowie für die Bewegung in der y-Richtung. Die Register 106, 107, 108, 110, 111 und 112 haben jeweils η Bitstellen und können eine Binärzahl bis zu 2"— 1 speichern. Die Bezugszahl 109 bezeichnet einen Schaltkreis für das wahlweise Anlegen einer άζτ Ausgänge άζτ Register 106, 107 und 108 an einen Eingang des Multiplizierers 104. Durch einen anderen Schaltkreis 113 ist es möglich, einen der Ausgänge der Register 110, 111 und 112 an einen Eingang des Addierers 105 anzulegen. Der Multiplizierer 104 bildet das Produkt des Inhalts des Registers 103 und des Ausgang des Schaltkreises 109, wobei dieses Produkt sodann an den anderen Eingang des Addierers 105 angelegt wird. Der Addierer 105 bildet die Summe des Ausgangs des Multiplizierers 104 und des Ausgangs des Schaltkreises 113. Ergibt die Addition ein Überlaufbit, dann wird das Überlaufbit der Ausgangsleitung 122 zugeführt. Dies ist dann der Fall, wenn die Summe größer oder gleich 2" ist, da der Addierer und jedes Register lediglich η Bitstellen aufweisen. Die Summe der Addition abzüglich eines eventuellen Überlaufwerts wird von Neuem in eines der Register 110, 111 oder 112 eingegeben. Die Ausgangsleitung 122 ist verbunden mit dem Überlaufregister 103, sowie mit den Konvertern 114 und 115. Der in der Ausgangsleitung 122 auftretende Überlaufwert wird entweder dem Register 103 oder den Konvertern 114 oder 115 zugeführt. Die Konverter 114 und 115 setzen einen Binärcode in einem Impulszug um. Der Servoschaltkreis 116 steuert den Antriebsmotor 118 entsprechend den Interpolationsimpulsen vom Konverter 114. Der Antriebsmotor 118 steuert die X-Achse einer Werkzeugmaschine. Der andere Servoschaltkreis 117 dient zur Steuerung des Antriebsmotors 119 gemäß den Interpolationsimpulsen vom Konverter 115, wobei dieser Antriebsmotor 119 die Bewegung der Y-Achse so der Werkzeugmaschine durchführt.

Die Arbeitsweise des Geräts nach F i g. 4 wird nachfolgend erläutert.

Es sei vorausgesetzt, daß die Sollwerte zur Bewegung des Punktes Pvon Punkt A nach Punkt B wie folgt sind: Bewegungslänge in der X-Richtung ist »mm, die Bewegungslänge in der V-Richtung ist jrnm, und die Bewegungsgeschwindigkeit soll entsprechend F i g. 1 /mm/sec betragen. Diese Werte befinden sich auf dem Lochstreifen 121 und werden durch das Lesegerät 170 abgelesen. Der Wert Ar wird im Eingangsregister 107 und der Wert y im Eingangsregister 108 gespeichert. Im arithmetischen Schaltkreis 125 wird der Wert / umgerechnet auf den Wert /i gemäß der folgenden Gleichung Der resultierende Wert U wird im Eingangsregister 106 gespeichert.

Es ist zu vermerken, daß der Addierer 105 2" Additionen ausführen muß, damit alle Interpolationsimpulse in den X· und V-Richtungen erhalten werden, da jedes Register η Bitstellen aufweist.

Die Zeit /, die erforderlich ist, daß der Weg vom Punkt A nach Punkt B durchschritten wird, ergibt sich aus der Gleichung

t ~

(2)

Es sei vorausgesetzt, daß die Impulsfrequenz des Impulsgenerators 101 2" Hz beträgt, so daß die Anzahl der Impulse, die der Impulsgenerator 101 erzeugt, wenn der Weg von Punkt A nach Punkt Bdurchschritten wird, sich nach der nachfolgenden Gleichung richtet

m = 2"

(3)

Dies bedeutet also, daß während der Zeitdauer t m Zeitgeberimpulse zu 2"Geschwindigkeitsinterpolationsimpulsen führen und daß diese 2"Geschwindigkeitsinterpolationüimpulse zu χ Interpolationsimpulse in der X-Achse \:nd zu y Interpolationsimpulsen in der V-Achse führen.

Gemäß der nachfolgenden Gleichung kann der Wert m auch wie folgt ausgedrückt werden

m = tr, + a-, + ffi + ·

(4)

Hierbei ist »u α?.«3, ■ ■ · «* positiv ganzzahlig.

Dies bedeutet also, daß m Impulse gruppiert werden können in k Gruppen, wobei natürlich k kleiner ist als m.

Gemäß der vorliegenden Erfindung führt der Interpolationsschaltkreis Interpolationsrechnungen nur k mal aus, d. h. wesentlich weniger als nach dem Stand der Technik, wo diese Rechnungen m mal ausgeführt werden.

Der Zähler 102 zählt die Impulse vom Impulsgenerator 101, wobei der Inhalt des Zählers 102 dem Wert <x,-nach Gleichung 4 entspricht. Der Inhalt <%, des Zählers 102 wird dem Überlaufregister 103 zugeführt. Erhält das Register 103 den Wert tx* dann wird der Zähler 102 auf Null zurückgesetzt. Der Zähler 102 zählt dann von neuem Impulse vom Impulsgenerator 101.

Hat das Überlaufregister 103 den Wert «, erhalten, dann multipliziert der Multiplizierer 104 den Inhalt «, des Registers 103 mit dem Inhalt /, des Eingangsregisters 106 wie folgt:

Der Addierer 105 addiert das Produkt dieser Multiplikation mit dem Inhalt des Summenregisters 110. Von der Summe dieser Addition wird die ganze Zahl gleich oder größer als 2" in das Überlaufregister 103 eingegeben, während der Restwert geringer als 2" in das Summenregister 110 eingegeben wird. Da der Ursprungswert des Summenregisters gleich Null ist, kann die zuvor beschriebene Rechnung auch ausgedrückt

werden nach folgender Gleichung

/ι ■ O₁ ■ 1/2" = (ganze Zahl) + (■

Wert geringer als 2" 2"

Die ganze Zahl in dieser Gleichung 5 wird im Überlaufregister 103 als Geschwindigkeitsinterpolationsimpuls gespeichert, während der Wert geringer als 2" ir Register 110 gespeichert wird Der Inhalt des Registers 103 wird dann dazu verwendet, die Interpolationsrechnungen für die X- und V-Achsen auszuführen.

Für die Interpolationsrechnung in der .Y-Achse wird der Inhalt des Registers 103 mit dem Inhalt χ des Eingangsregisters 107 im Multiplizierer 104 multipliziert, und der Addierer 105 addiert den Inhalt des Summenregisters 111 mit dem Produkt dieser Multiplikation. Der ganzzahlige Anteil gleich oder größer als 2" dieser Multiplikation und Addition wird als Überlaufweg dem Konverter 114 zugeführt, während der

111 hinzufügt.

Die erste Interpolationsrechnung für die .Y-Achse kann mathematisch wie folgt ausgedrückt werden:

Restwert in das Erinnerungsregister 111 eingegeben wird. Der Konverter 114 setzt den Überlaufwert in einen Impulszug um, so daß über den Servoschaltkreis 116 Interpolationsimpulse für die .Y-Achse dem Antriebsmotor 118 zugeführt werden.

Als nächstes wird die Interpolationsrechnung für die K-Achse ausgeführt unter Verwendung der Inhalte des Registers 103, des Eingangsregisters 108 und des Summenregisters 112, wobei diese Rechnung in gleicher Weise ausgeführt wird wie für die X-Achse, wobei dann Interpolationsimpulse für die K-Achse den Antriebsmot jr 119 zugeführt werden.

Als nächstes wird die Interpolationsrechnung mathematisch erklärt.

Die Gleichung 5, welche die erste Interpolationsrechnung betrifft, entspricht der nachfolgenden Gleichung 6.

i* t ij_n IT ι IT /9/7 (£.\

Hierbei ist Fi der ganzzahlige Anteil gleich oder größer als 2" von F\ ■ a.\ ■ 1/2", während F, ι den Rest darstellt mit einem Wert geringer als 2".

Der ganzzahligc Wert Fi wird im Register 103 gespeichert, und dieser ganzzahlige Anteil F\ wird dazu verwendet, die Interpolationsrechnung sowohl in der A'-Achse als auch in der V-Achse auszuführen. Dies bedeutet also, daß der Multiplizierer 104 eine Multiplikation ausführt des Inhalts des Registers 103 mit dem Inhalt des Eingangsregisters 107 für die A"-Achseninterpolation und weiterhin der Addierer 105 das Produkt dieser Multiplikation zum Inhalt des Summenregisters (X)-F₁ -1/2"=

Hierbei ist ΑΊ als Überlaufwert der ganzzahlige Anteil gleich oder größer als 2" der Multiplikation* · Fi · 1/2", während X_r \ den Restwert bedeutet mit einem Wert geringer als 2".

Der Überlaufwert X_x wird dem Konverter 114 zugeführt, der die Interpolationsimpulse für die A'-Achse über den Servoschaltkreis 116 mit dem Äniriebsmoior ί ie zuführt. Der Restwert AV ι wird in das Register 111 eingegeben zur Ausführung der zweiten Interpolationsrechnung.

In entsprechender Weise wird die k-te Interpolationsrechnung für die Geschwindigkeitsinterpolation und die XAchseninterpolation ausgeführt entsprechend den Gleichungen 8 und 9.

Die Interpolationsrechnung für die Geschwindigkeit wird ausgeführt entsprechend der Gleichung 8.

Hierbei ist Fk der ganzzahlige Anteil der k-len Interpolationsrechnung und betragsmäßig gleich oder größer als 2", während F_r*den unganzzahligen Restwert darstellt, der kleiner als 2" ist.

Die Interpolationsrechnung für die A'-Achse wird ausgeführt entsprechend der Gleichung 9.

40 -„)

·-!- = [JTJ

Hierbei ist A* der ganzzahlige Anteil und somit der Überlaufwert der Jt-ten Interpolationsrechnung und betragsmäßig gleich oder größer als 2", während der Χ_Λ den unganzzahligen Restwert kleiner als 2" darstellt.

Die vorstehende Rechnung wird wiederholt, und wenn die Interpolationsrechnungen k mal ausgeführt wurden, dann ist die Gesamtzahl der Interpolationsimpulse F-, für die Geschwindigkeitsinterpolation 2", wie die Gleichung 10 zeigt.

i-l i-l *

/r

(10)

60 Die Gesamtanzahi der Interpoiationsimpulse für die .Y-Achse wird abgeleitet von der Gleichung 10 und lautet entsprechend der nachfolgenden Gleichung 11.

= X.

entsprechend den Gleichungen 3 und 4.

Die Gleichung 10 zeigt, daß die Gesamtanzahl der Interpolationsimpulse innerhalb von / Sekunden gleich 2" ist selbst wenn die Befehlsimpulse gruppiert werden zu Jt Gruppen.

(11)

Die Gleichung 11 zeigt daß χ Interpolationsimpulse erhalten werden in Obereinstimmung mit dem Wert des Eingangsregisters 107, während k Wiederholungen der

Interpolationsrechnungen.

Die Interpolationsrechnung für die V-Achse wird in entsprechender Weise ausgeführt unter Verwendung des Inhalts «,im Register 103, und zwar jeweils nachdem eine X-Achseninterpolationsrechnung durchgeführt wurde.

Ein Zahlenbeispiel dient zum leichteren Verständnis der Arbeitsweise.

Es sei vorausgesetzt, daß die Bewegungslänge in der X-Richtung 200 mm, die Bewegungsrichtung in der V-Richtung 150 mm und der Bewegungsschritt für jeden Impuls 1 mm pro Impuls entsprechend Fig.5 beträgt. Weiterhin sei vorausgesetzt, daß jedes Eingangsregister und jedes Summenregister 8 Bitstellen aufweist, so daß jedes Register einen Wert bis zu 2'—1 = 255 speichern kann.

In Tabelle 1 ist die Interpolationsrechnung des bekannten Schaltkreises nach Fig.2 gezeigt, wobei /=39 und

=

V2Ö0¹+150²

ist.

10

15

20

25

In Tabelle 1 zeigt die Spalte a die Zeitgeberimpulse vom Impulsgenerator 17, die Spalte b die Geschwindigkeitsinterpolationsrechnung irr· Schaltkreis 10, die Spalte c die Geschwindigkeitsinterpolationsimpulse in der Ausgangsleitung 29, die Spalte d die X-Achseninterpolationsrechnung im Schaltkreis 11, die Spalte e die

10

Interpolationsimpulse in X-Richtung in der Auisgangsleitung 30, die Spalte f die V-Achseninterpolalionskalkulation im Schaltkreis 12 und die Spalte g die Interpolationsimpulse in V-Richtung in der Aiisgangs-Ieitung31.

Als erstes wird die Geschwindigkeitsinterpolationsrechnung ausgeführt (stehe Spalte a) und! bei der 7. Rechnung übersteigt das Resultat die Zahl 2.% (-2»), so daß ein Überlaufwert auftritt (siehe Spalte b). Die Überlaufimpulse gemäß Spalte b werden verwendet als Befehlimpulse für die lnterpolationsrechnunjicn in den X- und y-Richtungen, d.h. die Interpolationsrechnungen gemäß Spalten d und f werden ausgeführt nur dann, wenn in der Spalte b ein Ausgang 1 vorhanden ist. Beim 13. Zeitgeberimpuls erzeugen die Schaltkreise 11 und 12 einen Überlauf impuls, wie die Spalten e und g zeigen. Diese Überlaufimpulse werden den Antriebsmotoren als Interpolationsimpulse zugeführt.

Die Ausgangsimpulse in Tabelle 1 sind in F i g. 6a bis 6d für f\ -40 als Impulszüge gezeigt. Die F i j;. 6a zeigt uic Z-ciigcDCnnipülsC

gp pg (

Spalte a in Tabelle 1). F i g. 6b zeigt die Überlaufimpulse für die Geschwindigkeitsinterpolationsrechnumg in der Ausgangsleitung 29 (siehe Spalte c in Tabelle \\ wobei (\ «= 40 ist. Die F i g. 6c zeigt die Überlaufimpulse für die XAchseninterpolationsrechnung an der Ausgangsleitung 30 (siehe Spalte e in Tabelle \\ und F ii 15.6d zeigt die Interpolationsimpulse in der Ausgangsleitiing 31 für die Y-Achse (siehe Spalte g in Tabelle 1) jeweils für den Fall Λ-40.

Tabelle 1

(a) (b)

(O (d)

(e) (D

1 0 + 40 = 40

2 40 + 40 = 80

3 80 + 40 = 120

4 120 + 40=160

5 160 + 40 = 200

6 200 + 40=240

7 240 + 40 = 24 +

8 24 + 40 = 64

9 64 i- 40 =104 10 104 + 40=144 Π 144 + 40= 184

12 184 + 40=224

13 224 + 40 = 8 +

14 8 + 40 = 48

15 48 + 40 = 88

16 88 + 40=128

17 128 + 40= 168

18 168 + 40 = 208

19 208 + 40 = 248

20 248 + 40 = 32 + 256

21 32 + 40 = 72

22 72 + 40=112

23 112 + 40=152

24 152 + 40=192

25 192 + 40 = 232

26 232 + 40=16 + 256

27 16 + 40 = 56

28 56 + 40 = 96

29 96 + 40=136 3Ö i36 + 4O= i 76 31 176 + 40 = 216

0 + 200 = 0 + 150 = 150

I 200 + 200=144 + 256 1 150+150= 44 + 256 1

144 + 200 = 88 + 256 44+150=194

88 + 200 = 32 + 256 1 194+150 = 88 + 256 1

Fortsetzung

(a) in)

(O id)

(e) (0 (g)

32 216+10 = 0 + 256

33 0 + 40 = 40

34 40 + 40 = 80

35 80 + 40=120

36 120 + 40 = 160

37 160 + 40=200

38 200 + 40=240

39 240 + 40=24 + 256

40 24 + 40 = 64

41 64 + 40= 104

42 104 + 40= 144

43 144 + 40=184

44 184 + 40 --- 224

45 224 + 40 = 8 + 256

46 8 + 40 = 48

47 48 + 40 = 88

48 88 + 40= 128

49 128 + 40 = 168

50 168 + 4Γ = 208

51 208 + 40=248

52 248 + 40=32 + 256

53 32 + 40=72

54 72 + 40=112

55 112 + 40=152

56 152 + 40=192

32 + 200 = 232

88+150=238

1 232+200=176 + 256 1 238+150=132 + 256 1

1 176 + 200=120 + 256

1 120 + 200 = 64 + 256 1 132+150=26 + 256 1

26+150=176

Zum Vergleich ist in F i g. 6 der Fall dargestellt, wenn f\ — 200 ist. F i g. 6e zeigt für diesen Fall die Geschwindigkeitsinterpolationsimpulse, 6f stellt die .tf-Achseninterpolationsimpulse und 6g die y-Achseninterpolationsimpulse dar. Wie der Vergleich der Impulszüge in F i g. 6e, 6f und 6g mit denjenigen nach F i g. 6b 6c und 6d zeigt, hat sich die Impulshäufigkeit um das 5fache erhöht Dies bedeutet also, daß der Digitalschaltkreis gemäß dem Stand der Technik bei Zi= 200 fünfmal schneller arbeiten muß als beim Fall, wo f\ ^AO ist.

Die Tabelle 2 zeigt die Interpolationsrechnung gemäß der vorliegenden Erfindung für den Fall /i=40 (T=39), *=200 und y= 150. In Tabelle 2 beinhaltet die Spalte a die Zeitgeberimpulse vom Impulsgenerator 101 in F i g. 4, die Spalte b den Ausgang vom Zähler 102, die Spalte c die Geschvvindigkeitsinterpolationsrechnung, die Spalte d die Geschwindigkeitsinterpolationsimpulse Fj, die Spalte e die .X-Achseninterpolationsrechnung, die Spalte f die ΛΓ-Achseninterpolationsimpulse x* die Spalte g die A'-Achseninterpolationsrechnung und die Spalte h die Y-Achseninterpolationsimpulse yj.

Gemäß Fig.4 werden die Zeitgeberimpulse vom Impulsgenerator 101 gezählt im Zähler 102, wobei die Geschwindigkeitsinterpolationsrechnung entsprechend der Gleichung 8 ausgeführt wird, wenn der Inhalt des Zählers 102 den Wert «, erreicht Es ist zu vermerken, daß der Wert «/willkürlich gewählt werden kann und im Ausführungsbeispiel gemäß Tabelle 2 wie folgt ist

ai=6,«2 = 8,*3 =

6, «5= \\,<Xf, — 6,

Wenn der Inhalt α, des Zählers 102 dem Register 103 zugeführt ist, wird der Zähler 102 auf Null zurückgestellt, und der Zähler 102 zählt die Impulse ^für den nächsten Interpolationszyklus.

Die Rechnung gemäß Gleichung 8 wird ausgeführt unter Verwendung des Inhalts des Registers 103 und des Inhalts f\ des Registers 106. Der durch die Rechnung

so erhaltene ganzzahlige Anteil gleich oder größer als 2⁸ ( = 256) wird in das Register 103 eingegeben und dort als Wert F, gespeichert. Der Rest kleiner als 2⁸ wird im Register 110 gespeichert. Der Inhalt /vdes Registers 103 und der Wert X im Register 107 werden im Multiplikator 104 miteinander multipliziert, und das Produkt dieser Multiplikation wird im Addierer 105 zum Inhalt des Registers 111 hinzuaddiert entsprechend der Gleichung 9. Als Ergebnis der -Y-Achseninterpolationsrechnung wird der ganzzahlige Teil größer oder gleich 2⁸ der Ausgangsleitung 122 als -V-Achseninterpolationscode zugeführt, der umgewandelt wird in einen Impulszug von Interpolationsimpulsen durch den Konverter 114. Die so erhaltenen Interpolationsimpulse werden über den Servoschaltkreis 116 dem Antriebsmotor 118 zugeführt Entsprechend wie die X-Achseninterpolationsimpulse werden diejenigen für die y-AchseninterpoIation erhalten. Sie sind in Spalte h der Tabelle 2 gezeigt

13

Tabelle

14

(b! (C)/, =40

(d) (C)(AT)I = 200

(O

I	1
2	2
3	3
4	4
5	5
6	6
7	1
8	2
9	3
10	4
11	5
12	6
13	7
14	8
15	1
16	2
17	3
18	4
19	5
20	6
21	7
22	8
23	9
24	1
25	2
26	3
27	4
28	5

0 (200 x0 + 0)/2^g = 0 + 0/2" 0 (150x0+0)/2⁸ = 0+0/2" 0

(40x8 + 240)/2" =

2 (20Ox 2 + 0)/2" = 1 + 144/2»

(150 x2 + 0)/2" = 1+44/2'

(40x9 + 48)/2⁸ = 1 + 152/2" 1 (20Ox 1 + l44)/2' = 1 +88/2" 1 (15Ox 1+44)/2'= 0+194/2* O

6 (40x6+152)/2"= 1 + 136/2⁸ 1 (20Ox 1+88)/2'= 1+ 32/2' 1 (15Ox 1 + 198)/2" = 1 +88/2" I

Tabelle 2 (Fortsetzung)

(a)

(b)

(C/,

= 40

I

(d)

(e) X =

200

I

(O

(g) Γ =

150

1)1 '

lh)

PG

+ A₁C-DIy

2"

!101)

^L

Ir. χ F₁

X,

Iy* F,·

+ W-

30	1
31	2
32	3
33	4
34	5
35	6
36	7
37	8
39	9
39	IO
40	Il
41	I
42	1
43	3
44	4
45	5
46	6
47	I
48	2
49	.1
50	4
51	5
52	fl
53	7
54	8
55	9

(4Ox 11 + 136) 2" = 2 + 64/2" 2 (200 χ 2 + 32)/2" = 1 + 176/2" I (15Ox 2 + 8£)/2" = I + 132/2" I

(40x6 + 64)/2"= 1+48/2" I (200χ 1 + 176)/2" = 1 + 120/2" I (15Ox I + 132)/2⁸ = 1+26/2" I

IO (40* IO+ 48); 2" = I +32/2" I (20Ox I + 120) 2" = I+64/2" I (150 χ I + 26)2" = 0+176 2" 0

Geschwindigkeit f\ gering ist Fig.7e zeigt den Impulszug der Interpolationsimpulse in K-Richtung, wobei dieser Impulszug demjenigen nach Fig.6d entspricht, da die Geschwindigkeit /ι gering ist

Als nächstes wird die Arbeitsweise gezeigt wenn die Geschwindigkeit /_t groß ist Im folgenden Beispiel sei vorausgesetzt daß die Geschwindigkeit /i-200 (7-195,3), X= 200 und y-150 ist Die Interpolationsrechnung wird in Tabelle 3 verdeutlicht

Die durch die Rechnung erhaltenen Impulse der ι ο Tabelle2 sind in Fig.7 gezeigt Fig.7a zeigt die Zeitgeberimpulse welche im Impulsgenerator 101 in F i g. 4 erzeugt werden. F i g. 7b zeigt den Wert«»d. h. den Ausgang des Zählers 102 entsprechend Spalte b in

Tabelle 2. λ,- wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt beim &, H, 23, 29, 40, 46. und 56. Zeitgeberimpuls. Die Zahlen 0, 2, 1, 1, 2, 1, 1 an der Oberseite jedes Impulses in Fig. 7b zeigen die Anzahl der Geschwindigkeiuinterpolationsimpulse F/ entsprechend Spalte d in Tabelle 2. Fig. 7c zeigt den Ausgang des Addierers 105 in Λ'-Richtung, und die Zahlen an der Oberseite jedes Impulses geben die Anzahl der Jf-Richtungsinterpolationsimpulse X-, an. Diese Zahlen in F i g. 7c korrespondieren mit der Spalte /in Tabelle 2. Fig.7d zeigt den Impulszug am Ausgang des Impulskonverters 114. Es zeigt sich, daß der Impulszug in Fig.7d der gleiche ist wie in Fig.7c, da die

Tabelle 3

(b) (C)/= 200

(d) (e)

(0

I	1
2	2
3	3
4	4
5	5
6	6
7	1
8	2
9	3
10	4
11	5
12	6
13	7
14	8
15	1
16	2
17	3
18	4
19	5
20	6
21	7
22	8
23	9
24	I
25	2
26	3
27	4
28	5

(200x6 + 0)/2" = 4+I76/2' 4 (200 χ 4 + 0)/2" = 3 + 32/2" 3 (150x4 + 0)/2⁸ = 2 + 88/2'

(200x8 + 176)/2* = 6 + 240/2" 6 (200 x6 + 32)<2" = 4 + 208/2" 4 (150 χ 6 + 88)/2" = 3 + 220/2» 3 (200x9 + 240)/2⁸ = 7+248/2' 7 (2OOx7 + 208)/2" = 6 + 72/2" 6 (15Ox 7+ 220)/2" = 4 + 246/2" 4

6 (2O0x6 + 248)/2" = 5+168/2" 5 (200x 5 + 72) 2" = 4 + 48/2" 4 (15Ox 5 + 246) 2" = 3 + 228 2" 3

Tabelle 3 (Fortsetzung)

(a) (b) (C)/, = 200

(d) (e) = 200 /. !χχ^ + .ν (0 (g).i = l50

X, l.ixf,+K,(i-I)) 1

30	1
31	2
32	3
33	4
.14	5
35	6
36	7
.17	8
.18	9
.19	10

I ⁱ⁷ I Fortsetzung	(b) (C)/, = 200	28 35 164	18	(hi
(a)	' ι » ι 2"	(d) (β)χ= 2OD	(0 (B)J = ISO	y,
	11 (20Ox 11+ 168)/2" = 9 + 64/2"		*, iJ-xfi+^w-Djl ·	6
40	1 2 3 4 5	9 (200x9+48)/2" = 7 + 56/2"	7 (150x9 + 228)/2" = 6+42/2"
41 42 43 44 45	6 (200 χ 6 + 64)/2" = 4+240/2"			2
46	1 2 3 4 5 6 7 8 9	4 (200x4 + 56)/2" = 3 + 88/2"	3 (150x4+42)/2" = 2+l30/2"
S Sl 52 53 54 55

10 (20Gx 10 + 240)/2" = 8+192/2' 8 (200x8 + 88)/2⁸ = 6+152/2" 6 (150x8 + 130)/2⁸ = 5 + 50/2" 5

In Tabelle 3 gibt die Spalte a den Ausgang de» Impulsgenerators 101 wieder, Spalte b zeigt den Ausgang des Zählers 102, Spalte c die Geschwindigkeitsinterpolationsrechnung, Spalte d die Geschwindigkeit^· interpolationsimpulse F» Spalte e die X-Achseninterpolationsrechnung, Spalte /"die X-Achsenunterpolationsimpulse X_h die Spalte g die V-Achseninterpolations- rechnung und die Spalte h den V-Achseninterpolationsimpuls Yi. Gemäß Tabelle 3 erzeugt der Zähler 102 einen Ausgang beim 6, 14., 23, 29, 40, 46. und 56. Impuls des Impulsgenerator 101. Entspi chend Spalte b in Tabelle 3 ist der Wert von

«, gleich «,·— 6, on - 8 (-14—6), () (

₅-ll (=40-29),o«-6(-46-40), ( )

Die Gescbwindigkeitsinterpolationsrechnung für jeden Wert α, wird entsprechend Spalte c in Tabelle 3 ausgeführt Die sich ergebenden Geschwindigkeitsinter· polationsimpulse F₁ i zeigt die Spalte d in Tabelle 3 (Fi-4, 6, 7, 5, 9, 4, 8). Unter Verwendung des so erhaltenen Werts Fi werden die Interpolationsrechnungen ausgeführt entsprechend den Spalten e und g. Es werden Werte Xi (= 3, 4, 6, 4, 7. 3, 6) und Y_{ r (- 2 3, 4, 3, 6, 2, 5) erhalten.

Die F i g. 7f bis 7j zeigt die nach der Rechnung in Tabelle 3 erhaltenen Impulszüge. F i g. 7a ist wiederum der Zeitgeberimpulszug vom Ausgang des Impulsgenerators 101. Es handelt sich hierbei um den gleichen wie beim Beispiel mit Λ — 40. Fig.7f zeigt den Ausgang α, des Zählers 102, wobei ein Ausgangssignal auftritt beim 6, 14, 23, 29, 40, 46. und 56. Zeitgeberimpuls entsprechend Spalte b in Tabelle 3. Die Zahlen 4,6,7,5, 9, 4, 8 an der Überseite jedes Impulses gemäß F i g. 7f zeigt die Anzahl der Geschwindigkeitsinterpolationsimpulse f-, für jeden Wert von «, entsprechend Spalte d in Tabelle 3. Fig.7g zeigt die Anzahl x, der X-Achseninterpolationsimpulse am Ausgang des Addierers 105 infolge der X-Achseninterpolationsrechnung entsprechend Spalte e in Tabelle 3. Die Zahlen an der Spitze jedes Impulses in F i g. 7g entspricht der Spalte f in Tabelle 3. Fi g. 7h zeigt den Impulszug am Ausgang des X-Achsenkonverters 114. Die Gesamtzahl der Impulse in F i g. 7h Ober einen gegebenen Zeitraum ist gleich der Gesamtzahl der Impulse in F i g. 6f, jedoch werden gemäß Fig.7h mehrere Impuls«* gleichzeitig erzeugt Obwohl mehrere Interpolationsimpulse zur gleichen Zeit erzeugt werden, wird eine gleichmäßige Bewegung der Werkzeugmaschine auch bei hoher Geschwindigkeit f\ erreicht F i g. 7i zeigt die Y-Achseninterpolationsimpulse und Fig.7j die Impulse am Ausgang des V-Achsenkonverters entsprechend Spalte hin Tabelle 3.

Es ist zu vermerken, daß der Wert ä» d.h. der Ausgang des Zählers 102 eine ganze Zahl größer als 2 sein kann. Demgemäß kann der Multiplizierer 104 in Fig.4 auch andere Aufgaben erfüllen außer der Geschwindigkeitsinterpolationsrechnung entsprechend Gleichung 8 und der Achseninteryj'ationsrechnung entsprechend Gleichung 9. Beispielsweise kann er die Auswahl eines Bits für den nächsten von der Werkzeugmaschine auszuführenden Arbeitsprozeß steuern. Die hierfür zur Verfügung stehende Zeit hängt natürlich davon ab, welche Arbeiten dieses Bauteil zuvor ausführte. Falls ein Zeitgeberimpuls im Impulsgenerator 101 während der Zeit erzeugt wird, bei der der Multiplizierer 104 eine andere Aufgabe erfüllt, so wird dieser Impuls nirht verloren, sondern im Zähler 102 gezählt Nachdem der Multiplizierer 104 die andere Aufgabe beendet hat kann eine Interpolationsrechnung ausgeführt werden unter Verwendung des im Zähler 102 gespeicherten Werts on. Auf diese Weise werden Interpolationsimpulse erhalten, auch wenn der Multiplizierer 104 eine andere Aufgabe übernommen hat

Die Interpolationsrechnungen können ausgeführt werden durch einen programmierten Microcomputer, der nicht nur die Interpolationsrechnungen ausführt, sondern auch andere Aufgaben zur Steuerung einer Werkzeugmaschine übernimmt Selbst wenn der Microcomputer eine andere Aufgabe eine Zeitlang übernommen hat kann er die Interpolationsrechnung korrekt nach Beendigung dieser Aufgabe ausführen unter Verwendung des Inhalts des Zählers 102.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Numerische Interpolationsjchaltung zur Ansteuerung von Koordinatenstellmitteln auf der Basis von digitalen Differentialanalysatoren mit Eingangsregistern zur Speicherung von Sollwertgrößen, mit Summenregistern und miit Addierern, die die gebildeten Summen für die Koordinatenbefehle und einen Geschwindigkeitsbefehl jeweils aufteilen ι ο in Oberlauf- und Restwerte, welche letztere in die Summenregister eingegeben wenden, wobei die Ausgänge der Differentialanalysatoren mit den Koordinatenstellmitteln verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsregister is (106, 107, 108) und die Summenrogister (UO₁ 111, 112) zu je einer Gruppe zusammengefaßt sind, daß nur ein einziger Addierer (105), «in Multiplizierer (104) und ein Überlauf register (103) vorgesehen sind, daß der Multiplizierer (104) den jeweiligen Inhalt des Oberlaufregii'ers (103) multipliziert mit dem Inhalt eines der Eiagangsregister (z.H. 106) und das Ergebnis dem Addierer (105) :tuführt, daß der Addierer (105) dieses Ergebnis addiert zu dem Inhalt des Summenregisters (z. B. 110), welches dem einen Eingangsregister (z. B. 106) zugeordnet ist, daß der Überlaufwert für jede Koordinai:e das zugehörige Koordinatenstellmittel ansteuen und der Überlaufwert des Geschwindigkeitsbefehl·! in das Überlaufregister (103) für die Multiplikation mit den Inhalten der die Koordinatenbefehle (x, y) speichernden Eingangsregistern (107, 108) eingegeben wird und daß das Überiaufregister (103) für die Multiplikation mit dem Geschwindigluitsbeft'.il (Ti) eine Zahl (<m) enthält, welche durch den Inhalt eines von Zeitgeberimpulsen getakteten '.ählers (102) bestimmt wird.