DE2912697C2 - System zum Kompensieren eines Fehlers bei der numerischen Steuerung - Google Patents

System zum Kompensieren eines Fehlers bei der numerischen Steuerung

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DE2912697C2
DE2912697C2 DE2912697A DE2912697A DE2912697C2 DE 2912697 C2 DE2912697 C2 DE 2912697C2 DE 2912697 A DE2912697 A DE 2912697A DE 2912697 A DE2912697 A DE 2912697A DE 2912697 C2 DE2912697 C2 DE 2912697C2
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Description

Approximationspolynome kompensiert, und es werden Einzelprogramme kombiniert.
Des weiteren ist eine Werkzeugmaschinensteuerung bekannt, bei der geometrische Ungenauigkeiten mit Hilfe einer Datenverarbeitungsanlage, welche die aufgrund von Vermessungen erhaltene Kalibrierungskurve berücksichtigt, kompensiert werden (Elektronik, 1974. H eft 10, S. 371-374).
Es ist auch bekannt, die Fehlerkorrektur einer numerischen Steuerung durchzuführen, wobei toter Gang und systematische Fehler berücksichtigt werden (Industrie-Anzeiger, 98. Jahrg., Nr. 7 vom 28.1.1976, S. 110-111).
Schließlich ist ein Verfahren zur adaptiven Steuerung von Stellantrieben bekannt, bei dem Getriebelose bei der Drehrichtungsumkehr berücksichtigt werden (DE-OS 26 01 332).
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zum Kompensieren eines Fehlers bei der numerischen Steuerung zu schaffen, das eine sehr genaue n"merische Steuerung sicherstellt, auch wenn die Fehlercharakteristik eines bewegbaren Teils der Maschine in Abhängigkeit von den Bewegungsrichtungen unterschiedlich ist. Dabei soll insbesondere eine Fehlerkompensation mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, wenn die Bewegungsrichtung des bewegbaren Teils der Maschine umgekehrt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Ausbildung führt dazu, dak eine Fehlerinformation, die dadurch erhalten wird, daß ein Positionsfehler relativ zu einem Befehlswert vorher gemessen wird, in Fehlersetzeinrichtungen entsprechend der Position des bewegbaren Maschinenteils gesetzt wird. Wenn der bewegbare Teil in Abhängigkeit von dem Befehlswert bewegt wird, wird die Fehlerinformation von den Fehlersetzeinrichtungen zum Ausführen einer Fehlerkompensation ausgelesen. Für jede der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des bewegbaren Maschinenteils ist eine Fehlersetzeinrichtung vorgesehen. Des weiteren sind Einrichtungen zum Integrieren der Fehlerinformation jeweils entsprechend den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen vorgesehen. Wenn der bewegbare Maschinenteil in Abhängigkeit von dem Befehlswert bewegt wird, wird eine Fehlerkompensation auf der Basis der Fehlerinformation ausgeführt, die aus den Fehlerse'zeinrichtungen entsprechend der befohlenen Richtung des Weges ausgelesen wird. Wenn die Richtung des Weges des bewegbaren Maschinenteils umgekehrt wird, wird der integrierte Inhalt der Iniegriereinrichtung zu dem Betrag des toten Gangs für die Fehlerkompensation addiert.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der ist
F i g. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung,
F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Fehlerinformation.
Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung des Inhalts eines bei der Ausführungsform der F i g. 3 verwendeten Speichersund
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Vorschubspindel, 2 ein Lager, das die Vorschubspindel 1 so stützt, daß eine Bewegung in axialer Richtung gehemmt wird, 3 ein Lager, das die Vorschubspindel 1 so stützt, daß eine Bewegung in axialer Richtung ermöglicht wird, 4 einen Motor, 5 einen bewegbaren Maschinenteil, 6 und 7 Nockenleisten für eine Vorwärts- und eine Rückwärtsbewegung, a Nocken zum Erzeugen von positiven Kompensationsimpulsen während des Vorwärtsvorschubs und von negativen Kompensationsimpulsen während des Rückwärtsvorschubs und b Nocken zum Erzeugen von positiven Kompensationsimpulsen während des Rückwärtsvorschubs und von negativen Kompensationsimpulsen während des Vorwärtsvorschubs. A bezeichnet eine Fehlerkurve für den Vorwärtsvorschub, B eine Fehlerkurve für den Rückwärtsvorschub und Cden Betrag des toten Gangs.
Die durch die Nockenleisten 6 und 7 erzeugten Impulse für den Vorwärts- und Rückwärtsvorschub werden getrennt voneinander gezählt. Während des Vorwärtsvorschubs wird eine Kompensation eines Bewegungsbefehlswerts durch die Kompensationsimpulse von der Nockenleiste 6 für den Vorwärtsvorschub ausgeführt und während des Rückwärtsvorschubs wird eine Kompensation des Bewegungsbefehlswerts durch die Kompensationsimpulse von der Nockenleiste 7 für den Rückwärtivorschub ausgeführt. Zur Zeit der Umkehr der Vorschubrichtung wird eine Kompensation durch Zählwerte der Kompensationsimpulse von den beiden Nockenleisten 6 und 7 ausgeführt.
Bei der Umkehr der Vorschubrichtung in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand wird beispielsweise die Summe d+ + d~ + Cdes Zählwerts d+ der Vorwärtskompensationsimpulse, des Zählwerts d~ der Rückwärtskompensationsimpulse und eines konstanten Betrags des toten Gangs CaIs Kompensationswert für den toten Gang verwendet. Auch wenn die Vorschubrichtung in einer Position der Vorschubspindel bei ihrem Vorwärts- oder Rückwärtshub umgekehrt wird, kann demgemäß eine Fehlerkompensation längs der ausgezogenen Fehlerkurven ausgeführt werden, die jeweils die Kurven A und Sannähern.
In Fig.2 bezeichnen DCPund DGN Nockenleisten für den Vorwärts- und den Rückwärtsvorschub, MP einen bewegbaren Maschinenteil, LSP und LSN Grenzschalter, SM einen Servomotor, DS eine Vorschubspindel, D£Teinen Detektor, beispielsweise einen Positionskodierer, BLR ein Register für den toten Gang, in das der Betrag des toten Gangs Ceingesetzt ist, CSC einen Kompensationssignalgenerator, ARC einen arithmetischen Kreis, PSC einen voreinstellbaren Zähler, OSC einen Impulsgenerator, ACX ein UND-Gate, PEC \ und PEC2 Kompensationszähler, PED1 und PED 2 Steigungsfehlerdetektoren, GA 1 und CA 2 Gatekreise, DDT einen Richtungsumkehrdiskriminierkreis, P7ein Befehlsband, //vTeinen Interpolator, OC 1 bis OC 4 ODER-Gates, CA Feinen Gatekreis, ERR ein Fehlerregister, SA einen Aniriebskreis und DDM einen Richtungsdiskriminierkreis.
Die Nockenleisten DGPund DGN für den Vorwärts- und den Rückwärtsvorschub enthalten jeweils mehrere Nockenpaare. An dem bewegbaren Maschinenteil MP sind Grenzschalter LSPund LSN vorgesehen, die durch Berühnng mit den Nocken betätigt werden, um Ausgangsspannungen zu erzeugen, die der Reihenfolge der Anordnung jeden Nockenpaars folgen. In Abhängigkeit von der Folge der erzeugten Ausgangsspannun-
gen wird durch die Steigungsfehlerdetektoren PEDX und PED 2 entschieden, ob die erforderliche Kompensation im Vorwärts- oder Rückwärtshub der Vorschubspindel DS liegt. Für die Kompensation des Vorwärtsvorschubs werden die Inhalte der Kompensationszähler PEC \ oder PEC2 mit 1 addiert, während für die Kompensation in dem Rückwärtsvorschub 1 von dem Inhalt jedes der Zähler PECX und PEC2 subtrahiert wird, wodurch deren Inhalte jeweils die Zählwerte d+ und d~ werden, s;iehe F i g. 1.
Die Ausgangsimpulse von den Steigungsfehlerdetektoren PEDX und PED 2 werden an den Gatekreis GA 2 angelegt, von dem der Ausgangsimpuls von dem Steigungsfehlerdetektor PED 1 oder PED 2 in Abhängigkeit davon, ob der Vorschub in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung erfolgt, als Kompensationsimpuls über das ODER-Gate OC 3 oder OG 4 und den Gatekreis GAT zu dem Fehlerregister unter der Steuerung eines Richtungssignals ds gegeben wird, das
gegeben, das in Übereinstimmung mit dem Richtungssignal i/sausgewählt ist.
Wie oben beschrieben wurde, werden die Kompensationsimpulse von den Nockenleisten DGPund DGNfür die Vorwärts- und Rückwärlsbewegungen jeweils integriert. Wenn die Richtung des Wegs umgekehrt wird, wird die Kompensation auf der Basis der Summe des Betrags des toten Gangs C und der integrierten Werte der Kompensationsimpulse ausgeführt. Auch wenn die Richtung des Vorschubs in einer Position der Vorschubspindel bei ihrem Vorwärts- oder Rückwärtshub umgekehrt wird, ist es möglich, den Fehler vollständig zu kompensieren, wodurch eine Positionierung mit hoher Genauigkeit sichergestellt wird.
In Fig. 3 bezeichnet ABR ein Absolutregister, ARU einen arithmetischen Kreis, REP und REN Register jeweils entsprechend den Kompensationszählern PECX und PEC2, die bei der Ausführungsform der Fig. 2 verwendet werden, und ETM einen Speicher, der ein
von dem Richtungsumkehrdiskriminierkreis DDTabge- 20 Regislerteil für den toten Gang BLR und Vorwärts- und
geben wird. Rückwärtsvorschubtabellcn TP und TN enthält, die
Das Befehlsband wird von einer Leseeinrichtung jeweils die Fehlerinformation entsprechend den Infor-
gelesen, um einen Wegbefehlswert und eine Informa- mationen speichern, die von den oben erwähnten
tion über die Richtung des Wegs an den Interpolator Vorwärts- und Rückwärtsnocken erhalten werden.
INTanzulegen. Der Richtungsumkehrdiskriminierkreis 25 Bei den Fig.4 und 5, die zur Erläuterung des
DDT erzeugt das Richtungssignal ds auf der Basis der Speichers ETM dienen, wird angenommen, daß Fehler Information von dem Interpolator INT und ein
Richtungsumkehrsignal des aufgrund der Unterschei
dung der Umkehr der Wegrichtung. Der Wegbefehls-
an den Positionen PX bis P9 vom Anfangspunkt derart sind, wie diese in F i g. 4 gezeigt sind, während die Inhalte der Vorwärts- und Rückwärtsvorschubtabellen wert wird an das Fehlerregister ERR gegeben, dessen 30 ΓΡ und TN des Speichers ETM derart sind, wie diese in Ausgangssignal an den Antriebskreis SA angelegt wird, F i g. 5 gezeigt sind.
dessen Ausgangüsignal wiederum den Servomotor SM Das Absolutregister ABR integriert Ausgangsimpulse
für dessen Antrieb speist, was bewirkt, daß der von dem Interpolator INT, um die Position des bewegbare Teil MP durch die Vorschubspindel DS bewegbaren Maschinenteils MP vom Anfangspunkt bewegt wird. Die Drehung der Vorschubspindel DS 35 anzuzeigen. Der Speicher ETM wird mit dem Inhalt des wird durch den Detektor DET festgestellt und dessen Interpolators INT, der als Adresseninformation verwen-Feststcilimpuls wird an den Richtungsdiskriminierkreis det wird, und dem Richtungssignal von dem Richtungs- DDM gegeben, in dem die Vorschubrichtung der umkehrdiskriminierkreis DDTsAs Auswahlsignal für die Vorschubspindel DS unterschieden wird und dessen Vorwärts-und Rückwärtsvorschubtabellen TP und TN Ausgangssignal über den Gatekreis GAT an das 40 ausgelesen. Wenn der Inhalt des Absolutregisters ABR Fehlerregister ERR gegeben wird, um den Servomotor beispielsweise Pi beim Vorwärtsvorschub wird, wird SM anzutreiben, bis der Inhalt des Fehierregisters ERR + 1, das als Fehlerinformation an der Adresse Pi der auf Null reduziert wird. Der Steigungsfehler der Vorwärtsvorschubtabelle TPgespeichert ist, ausgelesen Vorschubspindel DS wird durch die Kompensationsim- und an den Kompensationssignalgenerator CSG angepulse entsprechend der Vorschubrichtung kompensiert. 45 legt, von dem die Kompensationsimpulse über den Folglich kann auch in dem Fall, in dem sich der Gatekreis GA T an das Fehlerregister ERR gegeben
Steigungsfehler für jede Vorschubrichtung unterscheidet, die Kompensation entsprechend der Fehlercharakteristik ausgeführt werden.
werden.
Die von den Vorwärts- und Rückwärtsvorschubtabellen TP und 77V ausgelesenen Inhalte werden jeweils in
Aufgrund der Umkehr der Vorschubrichtung wird das 50 den Registern REP und REN integriert, um eine Richtungsumkehrsignal des zu dem Kompensationssi- Integration der Fehlerinformation zu erhalten, wie dies
der Fall bei den Kompensationszählern PFCl und PEC2 ist, siehe Fig.2. Wenn die Vorschubrichtung umgekehrt wird, werden die Inhalte d+ und d~ der
gnalgenerator CSG gegeben, der den Betrag des toten
Gangs C von dem Register für den toten Gang BLR und
die Kompensatioinswerte d+ und d~ von den Kompensationszählern PECX und PEC2 ausliest und die 55 Register REP und REN ausgelesen und der Betrag des arithmetische Operation C + d+ + dr in dem arithme- toten Gangs C wird von dem Register für den toten
Gang BLR des Speichers ETM ausgelesen. In dem arithmetischen Kreis ARU wird die arithmetische Operation d+ + d- + C ausgeführt und das Opera-
tischen Kreis ARC ausführt und das Ergebnis der arithmetischen Operation in den voreinstellbaren Zähler PSCsetzt Als Folge wird das UND-Gate AG X
geöffnet, um Impulse von dem Impulsgenerator OSCzu 60 tionsergebnis wird an den Kompensationssignalgeneradem Gatekreis GA 1 durchzulassen, und gleichzeitig tor CSG angelegt, um die Fehlerkompensation auszuwird die Subtraktion des voreinstellbaren Zählers PSC führen.
ausgeführt, wodurch die Impulse über das UND-Gate Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die
AG 1 zu dem Gatekreis GA 1 gegeben werden, bis der Fehlerinformation rein elektronisch zu setzen und die Inhalt des voreinstellbaren Zählers PSC auf Null 65 Fehlerkompensation auf der Basis der Fehlerinformation auszuführen, und zwar ohne jeden mechanischen Teil, wie die bei der Ausführungsform der Fig.2 benutzten Nocken. Der Betrag der Kompensation kann
reduziert ist. Von dem Gatekreis GA 1 werden auch die Impulse als Kompensationsimpulse zu dem Fehlerregister ERR über eines der ODER-Gates OG X und OG2
auch mit einem anderen gewünschten Wert als + 1 oder — 1 ausgewählt werden.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 erhalten die ODER-Gates Gl und C 2 jeweils die logischen Summen der Impulse, die an diese Gates von den > Gatekreisen GA I und CA 2 und dem Richtungsdiskriminierkreis DDM angelegt werden, und geben die logischen Summen zu dem Gatekreis CAT. Bei dieser Anordnung, bei der die Feststellimpulse von dem Detektor DET zu dem Fehlerregister ERR zurückgekoppelt werden, wird der Betrag der Rückkopplung zu dem Fehlerregister durch Kompcnsationsinipulse entsprechend der Vorschubrichuing oder der Umkehr der Vorschubrichtung korrigiert.
Wie vorangehend beschrieben wurde, sind bei der Erfindung Fehlersetzeinrichumgen vorgesehen, beispielsweise die Vorwärts- und Rückwärtsvorschubnokkenleisten DGP und DGN oder Vorwärts- und Rückwärtsvorschubtabellen TP und 77V entsprechend dem Weg des bewegbaren Maschinenteils MP in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung. Ein Positionierfehler des bewegbaren Maschinenteils MP relativ zu einem Befehlswert wird vorher gemessen entsprechend der Richtung des Wegs und eine Fehlerinformation entsprechend der Position des bewegbaren Maschinenteils MPwird durch die Fehlersetzeinrichtungen gesetzt. Des weiteren sind Fehlerinformationsintegriereinrichtungen, beispielsweise Kompensationszähler PfCl und PEC2oder Register REPuna REN vorgesehen. Im Fall eines Vorwärtswegbefehls wird die Fehlerinformation, die durch die Vorwärtsfehlersetzeinrichtung gesetzt ist, ausgelesen, um den Fehler zu kompensieren. Im Fall eines Rückwärtswegbefehls wird die Fehlerinformation durch die Rückwärtsfehlersetzeinrichtung für die Fehlerkompensation gelesen. Nach der Umkehr der Wegrichtung werden die Information, die durch die Integriereinrichtung integriert ist, und der Betrag des toten Gangs addiert, um die Fehlerkompensation auszuführen. Auch wenn die Fehler sich in Abhängigkeit von der Wegrichtung und den Positionen des bewegbaren Maschinenteils MP unterscheiden, kann der Fehler vollständig kompensiert werden. Demgemäß kann eine numerische Steuerung, auch wenn eine billige Vorschubspindel DS verwendet wird, mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. System zum Kompensieren eines Fehlers bei der numerischen Steuerung mit einer Fehlersetzvorrichtung zum Setzen einer Fehlerinformation entsprechend der Lage eines bewegbaren Maschinenteils, wobei die Fehlerinformation durch vorheriges Messen eines Lagefehlers relativ zu einem Sollwert erhalten wird, wobei, wenn der bewegbare Maschinenteil bewegt wird, die in die Fehlersetzvorrichtung gesetzte Information aus der Fehlersetzvorrichtung ausgelesen wird, um den Fehler zu kompensieren, und wobei eine Vorrichtung zum Setzen eines Betrags des toten Gangs des bewegbaren Maschinenteils vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe'nlersetzvorrichtung eine erste Fehlersetzeinrichtung (DGP, TP) zum Setzen einer Fehlerinformation entsprechend den Vorwärtsbewegungen des bewegbaren Maschinenteils (MP) und eine zweite Fehle-. Setzeinrichtung (DCN, TN) zum Setzen einer Fehlerinformation entsprechend den Rückwärtsbewegungen des bewegbaren Maschinenteils enthält und daß eine erste Integriereinrichtung (PECΊ, REP) zum Integrieren der von der ersten Fehlersetzeinrichtung ausgelesenen Fehlerinformation und eine zweite Integriereinrichtung (PECX REN) zum Integrieren der von der zweiten Fehlersetzeinrichtung ausgelesenen Fehlerinformation vorgesehen sind, wobei beim Bewegen des bewegbaren Maschinenteils nach Anlegung des Sollwerts die Fehlerkompensation auf der Basis der von den Fehlersetzeinrichtungen entsprechend der befohlenen Richtung der Bewegung des bewegbaren Maschinenteils ausgelesenen Fehlerinformation ausgeführt wird und wobei beim Umkehren der Bewegungsrichtung des bewegbaren Maschinenteils die integrierten Inhalte der beiden Integriereinrichtungen zu dem Betrag des toten Gangs für eine Fehlerkompensation addiert werden.
2. System nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersetzeinrichtungen Nocken (DGP, DGN) jeweils entsprechend den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des bewegbaren Maschinenteils (MP) sind.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersetzeinrichtungen Tabellen (TP, TN) jeweils entsprechend den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des bewegbaren Maschinenteils (MP) sind.
Die Erfindung betrifft ein System zum Kompensieren eines Fehlers bei der numerischen Steuerung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Positionierung durch numerische Steuerung ist es üblich, einen bewegbaren Maschinenteil in eine befohlene Position durch den Antrieb einer Vorschubspindel zu verschieben. Wenn die Vorschubspindel lang ist, ist sie durch Lager in einer solchen Weise gestützt, daß sie beispielsweise in axialer Richtung an der Antriebsseite unbeweglich, jedoch in axialer Richtung an der gegenüberliegenden Seite beweglich ist, wodurch ein Durchbiegen der Spindel aufgrund ihrer Ausdehnung verhindert wird. Wegen dieser Vorschubspindellageranordnung unterscheiden sich Positionierfehler, die sich aus der Ausdehnung der Vorschubspindel ergeben, wesentlich in Abhängigkeit von den Vorschubrichtungen. Um dies zu vermeiden, wird eine stark dimensionierte Vorschubspinde! mit großer Festigkeit verwendet, die jedoch sehr teuer ist.
Wenn der bewegbare Teil durch die Vorschubspindel von einem Ende zum anderen Ende seiner Weglänge bewegt wird, können des weiteren eine nicht gleichförmige Verteilung von Steigungsfehlem und eine Fehlerverteilung, die für jede Vorschubrichtung unterschiedlich ist, aufgrund der oben erwähnten Ausdehnung der Vorschubspindel auftreten. Die Fehlerkurven beim Vorwärts- und Rückwärtsvorschub verlaufen nämlich nicht parallel zueinander. Mit einer beispielsweise numerisch gesteuerten Maschine mit einer solchen Fehlercharakteristik kann, wenn die Vorwärtsbewegung in eine befohlene Position von einer Rückwärtsbewegung gefolgt ist, auch wenn eine Kompensation des toten Gangs ausgeführt ist, eine vollständige Fehlerkompensation aufgrund einer Differenz im Betrag des Fehlers an der Position der Umkehr der Richtung zwischen den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen aufgrund der Steigungsfehler nicht ausgeführt werden. Eine Ursache einer solchen Änderung in dein Positionierfehler mit der Position des bewegbaren Teils besteht darin, daß sich die Last auf die Vorschubspindel mit der Position des bewegbaren Teils ändert.
Es ist eine Einrichtung zur Verbesserung des Stellverhaltens bekannt, bei der die Kompensation der Hysterese von Stellantrieben durch Addition bzw. Subtraktion des entsprechenden Werts je nach der erfolgten Richtungsumkehr ausgeführt wird (»Messen, Steuern, Regeln«, Jahrg. 17, 1971, Heft 9, S. 315 —317). Dabei wird die nichtlineare statische Kennlinie durch
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