DE2847779B2

DE2847779B2 - Einrichtung zur Positionserfassung bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2847779B2
Application number: DE2847779A
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Josef 8520 Erlangen Röhrle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-11-03
Filing date: 1978-11-03
Publication date: 1981-04-02
Also published as: US4268786A; IN153405B; DE2847779A1; BR7907118A; DE2847779C3; JPS5569809A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Positionserfassung bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, bei der mit der* zu bewegenden Maschinenteil ein Drehmelder sekundärseitig gekuppelt ist, der primärseitig mit zwei 90° elektrisch gegeneinander versetzten Spannungen gespeist wird, die mittels eines aus Teilerstufen aufgebauten digitalen Sinus-Kosinus-Generators aus einer Taktfrequenz erzeugbar sind und bei der die Phasenlage der sekundärseitigen Spannung zur primärseitigen Spannung ein Maß für den Positionsistwert ist, wobei eine beim Nulldurchgang der sekundärseitigen Spannung ansprechende Auswertestufe vorgesehen ist, die die Erfassung eines dem gerade anstehenden Ausgangssignal des Sinus-Kosinus-Generators proportionalen Werts als Maß für die Istposition veranlaßt gemäß Hauptpatent 28 12 187.

Auf diese Weise erhält man praktisch ohne zusätzlichen Mehraufwand einen für die digitale Weiterverarbeitung im Rechner geeigneten Positionsistwert

Das in der Auswertestufe vorhandene Filter und der Komparator haben — auch bei Einsatz sehr hochwerti* ger Fijter — einen gewissen thermischen Phasengang. In Weiterbildung der Erfindung nach dem Hauptpatent soll durch Kompensation des Phasenganges in der Auswertestufe die Meßgenauigkeit erhöht werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Auswertestufe in festlegbaren Abständen auf eine aus der primärseitigen Spannung abgeleitete Spannung umschaltbar ist und eine Änderung des beim Nulldurchgang erfaßten Signalzustandes des Sinus-Kosinus-Generators bei aufeinanderfolgenden Umschaltungen zur Korrektur des für die Istposition ermittelten Wertes dient. Auf diese Weise läßt sich mit der für die Meßwerterfassung ohnehin vorhandenen Meßeinrichtung ein Korrekturwert zur Kompensation der Pha- sendrift gewinnen. Hierdurch ergibt sich ferner noch der Vorteil, daß gegebenenfalls auch relativ billige Filter verwendet werden können, da auch deren Phasengang erfaßbar und. damit kompensierbar ist, Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigt

Fig, 1 ein Prinzipschaltbild der Einrichtung in Verbindung mit einer numerischen Werkzeuxrnaschi nensteuerung,

Fig.2 den näheren schaltungsmäßigen Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung und F i g. 3 Impulsdiagramme. Der Schlitten 10 eine," Werkzeugmaschine ist durch die Antriebsmotoren 11, 12 in den XY-Achsen verschiebbar. Die Motoren 11, 12 werden hierzu über Thyristoranördnungen 9 von einer CNC-Steuerung 1 mit Mikroprozessor entsprechend angesteuert Zur Bildung der Steuerbefehle ist die Istposition des

Schlittens 10 zu ermitteln. Hierzu ist u.a. mit jedem Motor 11, 12 ein Drehmelder 3, 4 gekuppelt, dessen Rotor entsprechend der Verschiebung in der betreffenden Achse mitverdreht wird. Werden die Statorwicklungen dieser Drehmelder 3,4 mit um zwei elektrisch um 90° gegeneinander verschobene Spannungen gleicher Amplitude gespeist, die mittels eines digitalen Sinus-Kosinus-Generators 2£us einer Taktfrequenz Terzeugbar sind, so ist die Phasenlage der in der Rotorwicklung induzierten Spannung zur Spannung in den Statorwick-

lungen von der räumlichen Lage der Rotor- zu den Statorwicklungen abhängig.

Aus der Phasenlage der sekundärseitigen Spannung kann also auf die Position des Schlittens 10 geschlossen werden. Dies geschieht in der Weise, daß jeweils beim Nulldurchgang der in der Rotorwicklung induzierten Spannung der augenblickliche Schaltzustand des Sinus-Kosinus-Generators 2 in Register 5 bzw. 6 übertragen wird und von hier auf den Datenleitungen 51 und 61 zu festgelegten Zeitpunkten in die Steuerung 1 übernom-

4D men wird. Der Aufbau des Maßsystems sei anhand von F i g. 2 näher erläutert

Der von einem nichtgezeigten Taktgeber mit der Taktfrequenz T gespeiste Sinus-Kosinus-Generator 2 besteht im wesentlichen aus drei in Reihe geschalteten Teilerstufen 21 (Zählerstufen) mit den dezimalen Teilungsfaktoren 1:10. An den Ausgang Q und den invertierten Ausgang ^der letzten Stufe 22 sind jeweils Teilerstufen 23 und 24 mit dem Teilerverhältnis 1 :2 angeschaltet, so daß zwischen den beiden Ausgängen dieser Teüerstufen 23 und 24 über Verstärker 25 Rechteckspannungen mit einer Frequenz von 4 kHz — bei 0,5 μ Auflösung — abgenommen werden können.

Die um 90° elektrisch gegeneinander verschobenen Rechteckspannungen an den Ausgängen der Verstärker 25, deren zeitlicher Verlauf an den mit 31 und 32 bezeichneten Zeilen in Fig.3 ersichtlich ist, speisen jeweils die primärseitigen Statorwicklungen 31 und 32 des Drehmelders 3. Die an der Rotorwicklung 33 abnehmbare Spannung wird einer Auswertestufe 8 zugeführt, die aus Filter 81 und nachgeschalteten Komparator 82 besteht Der Komparator 82 schaltet jeweils beim Mulldurchgang der Rotorspannung. Der Verlauf der Spannungen hinter dem Filter 81 und hinter dem Komparator 82 ist in Zeilen 81 und 82 von F i g. 3 dargestellt. Wie ersichtlich, ist das Auftreten der Nulldurchgänge zu den Zeiten 11 und 12 (F i g. 3) von der Phasenlage der Rotorspannung zu den Statorspannungen abhängig. Eine Veränderung der zeitlichen Lage

der NuIldurchgSnge in bezug auf die Einspeisung der Statorwicklungen ist also ein Indiz for die Verschiebung des Maschinenteils, Um ein dem Stand des Rotors entsprechendes Signal zu bekommen, kann jeweils der in dem betreffenden Zeitpunkt vorliegende Signalzustand des Sinus-Kosinus-Generators 2 betrachtet werden, d. h, sein augenblicklicher Teil- bzw, Zählzustand, da dieser ein Meß für die Phasenlage der Statorspannungen zur Rotorspannung ist. Da die Teilung im Srous-Kosinus-Generätor dezimal vorgenommen wird, jedoch für weitere Verarbeitungszwecke ein S$hal in DualdärsteUung vorzuziehen ist, wird die Taktfrequenz Tgjeichzeitig auf drei in Reihe geschaltete, dual arbeitende Teilcrstufeii 26 mit jeweils dem Teilerverhältnis 1:16 gegeben. Die jeweils bei einem Durchlauf einer Periode des Sinus-Kosinus-Generators 2 von 4000 Wechseln am Ausgang[Q des Teilers 23 über eine Löschstufe 27 auf Null gesetzten Teflerstufen 26 geben dann beim Nulldurchgang der Rotorspannung ein duales Abbild des Standes des Sinus-Kosinus-Generators Z Dieser Wert wird daher beim Nulldurchgang, d. h. Schalten des Komparator« 82 über Leitungen. 28 in das Register 5 eingegeben und von hier aus Über eine Datenleitung 51 in definierten Zeitabständen in von z. B. 4 Millisekunden von der Steuerung 1 abgerufen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, können dabei der gleiche Generator 2 und die gleichen Stufen 26 auch für einen weiteren Drehmelder 4 benutzt werden, und zwar wie gestrichelt angedeutet, in der Weise, daß die gleichen Rechteckspannungen auch zur Versorgung der Statorwicklungen des Drehmelders 4 benutzt werden. Die hier vom Rotor des Drehmelders 4 abgenommene Spannung wird dann über eine ebenfalls aus Filter 71 und Komparator 72 bestehende Auswertestufe erfaßt, und «war so, daß beim NuIIdnrehgang der Rotorspannung der betreffende Stand der Tellerstufen 26 übe,-Lejtungen 29 in das Register 6 übernommen wird Dieser Wert wird dann ebenfalls ober Datenleitungen 61 zu gegebenem Zeitpunkt der Steuerung 1 zugeführt. Wie leicht erkennbar, kann das gleiche System auch noch für weitere Drehmelder oder for ähnlich aufgebaute lineare Meßsysteme benutzt werden.

Wie aus Fi g, 2 ersichtlich, ist das Filter 81 mit einem Schalter 13 wahlweise zwischen der Sekundärwicklung 33 und einem an die Teilerstufe 24 angeschlossenen Pegelumsetzer 16 umschaltbar. Die Umschaltung wird dabei in festgelegten Abständen innerhalb der Meßpausen durch eine von der CNC-Steuerung 1 angeregte Stufe 15 vorgenommen. Ist das Filter 81 mit dem Pegelumsetzer 16 verbunden, so wird sich beim Nulldurchgang der Spannung im Komparator 82 ein bestimmter Meßwert im Register 5 ergeben, der in einen Speicherplatz übernehmbar ist Ändert sich der Meßwert, z.B. durch thermischer, Phasengang des Filters 81, so wird die Änderung, d. h. die Differenz zwischen neuem und altem Meßwert als Korrekturwert für den bei der Erfassung der Istposition angefallenen Meßwert benutzt Auf diese Weise ist der Phasengang von FiIt ir und Komparator weitgehend kompensierbar.

Die gleiche Korrektur kann auch hinsichtlich des Filters 71 vorgenommen werden. Hierzu ist ein ebenfalls von der Stufe 15.gesteuerter Schalter 14 vorgesehen, der das Filter 71 wahlweise mit der Sekundärwicklung des Drehmelders 4 oder dem Pegelumsetzer 16 verbindet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch;

Einrichtung zur Positjonserfassung bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, bei der mit dem zu bewegenden Maschinenteil ein Drehmelder sekundärseitig gekuppelt ist, der primärseitig mit zwei 90° elektrisch gegeneinander versetzten Spannungen gespeist wird, die mittels eines aus Teüerstufen aufgebauten digitalen Sinus-Kosinus-Generators aus einer Taktfrequenz erzeugbar sind und bei der die Phasenlage der sekundärseitigen Spannung zur primärseitigen Spannung ein Maß für den Positionsistwert ist, wobei eine beim Nulldurchgang der sekundärseitigen Spannung ansprechende Auswertestufe vorgesehen ist, die die Erfassung eines dem gerade anstehenden Ausgangssignal des Sinus-Kosinus-Generators proportionalen Werts als Maß für die Istposition veranlaßt nach Patent 28 12 187, dadurch gekennzeichnet, daß die AuswejTEStufe (8) in festlegbaren Abständen auf eine aus der primärseitigen Spannung abgeleitete Spannung umschaltbar ist und eine Änderung des beim Nulldurchgang dieser Spannung erfaßten Signalzustandes des Sinus-Kosinus-Generators (2) bei aufeinanderfolgenden Umschaltungen zur Korrektur des für die Istposition: ermittelten Wertes dient