DE3635442A1 - Verfahren und vorrichtung zum korrigieren von totgang - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum korrigieren von totgang

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei der bei der Steuerung der Stellung eines angetriebenen Elements unter Verwendung eines die Absolutstellung ermittelnden Detektors ein Totgang korrigiert wird, der eine wesentliche Ursache für einen Fehler ist, der zwischen einer ermittelten Stellung eines vorbestimmten Teils einer Antriebsquelle, eines Getriebes oder dgl. und der herrschenden Stellung des getriebenen Elements auftritt.
Im allgemeinen ist es bei der Steuerung der Stellung eines getriebenen Elements, das durch eine Antriebsquelle und eine Übertragungseinrichtung, beispielsweise ein Getriebe, bewegt wird, notwendig, die Stellung des angetriebenen Elements zu ermitteln. Es ist jedoch dabei selten der Fall, daß die augenblickliche Stellung des angetriebenen Elements direkt ermittelt wird.
Vielmehr wird zumeist die Augenblicksstellung des angetriebenen Elements mittels eines Detektors indirekt ermittelt, der an der Antiebsquelle oder der Übertragungseinrichtung angeordnet ist. Wenn jedoch eine mechanische Einrichtung, wie beispielsweise ein Getriebe, insbesondere ein Zahnradgetriebe zwischen dem von dem Detektor abgefühlten Bauteil und dem angetriebenen Element angeordnet ist, dann tritt bei Umkehr der Bewegungsrichtung ein sog. Totgang auf, so daß die ermittelte Position an dem abgefühlten Bauteil nicht notwendigerweise der Augenblicksstellung des angetriebenen Elements entspricht.
Beispielsweise ist in Fig. 5 eine Gewindespindel 11 als Übertragungseinrichtung dargestellt, die von einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung bewegt wird, und die Stellung der Gewindespindel wird von einem Detektor ermittelt, während ein Tisch 12 von der Gewindespindel 11 bewegt wird. Fig. 5 zeigt den Zustand nach einer Bewegung des Tischs 12 nach rechts, wobei mit B eine Totgangbreite dargestellt ist, die zwischen der Gewindespindel 11 und dem Tisch 12 in Richtung nach links vorhanden ist. Wenn, wie in Fig. 6 gezeigt, die Gewindespindel 11 eine einer Bewegung um die Distanz D nach rechts entsprechende Bewegung ausführt, dann wird auch der Tisch 12 um den Umfang D nach rechts bewegt. Wenn jedoch die Bewegungsrichtung umgekehrt wird, um den Tisch nach links zu bewegen, wie in Fig. 7 gezeigt, dann verkürzt sich die Bewegungsdistanz D, um die sich die Spindel 11 bewegt, um den Totgang B, so daß sich der Tisch 12 nach links nur um die Distanz (D-B) bewegt. Um diese Verminderung der Bewegung aufgrund des Totgangs B bei Umkehr der Bewegungsrichtung zu kompensieren, muß daher die Spindel D um ein entsprechendes Übermaß bewegt werden, was jedoch nur dann stattfindet, wenn die Bewegungsrichtung umgekehrt wird. Die Korrektur auf diese Art ist zuvor mit Totgangkorrektur bezeichnet worden.
Als Detektor zum Ermitteln einer Stellung der Spindel 11 ist bislang ein inkremental arbeitender Positionsdetektor verwendet worden. Ein solcher Detektor ist dazu eingerichtet, einen Relativbewegungswert als Information abzugeben, und wenn eine Absolutstellung, die als Bezugsposition dient, nicht angegeben ist, dann ist es notwendig, einen Bezugspunkt vor der Betätigung, d. h. zum Zeitpunkt der Inbetriebssetzung einzustellen. Zu diesem Zweck wird bei der Vorrichtung, die den konventionellen inkremental arbeitenden Positionsdetektor verwendet, unmittelbar nach dem Inbetriebsetzen eine Rückführung zum Ursprung ausgeführt, um den Bezugspunkt bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine einzustellen, um die Ermittlung der Stellung zu ermöglichen. Zum Zeitpunkt der Inbetriebsetzung ist weiterhin unklar, wie das Stellungsverhältnis zwischen der Spindel 11 und dem Tisch 12 innerhalb des Totgangbereiches B ist. Unmittelbar nach dem beschriebenen Rückführen in den Ursprung besteht jedoch kein Totgang zwischen der Spindel 11 und dem Tisch 12, so daß das Positionsverhältnis zwischen der Spindel 11 und dem Tisch 12 eindeutig bestimmt ist.
Dieses Rückführen in den Ursprung jedesmal beim Inbetriebsetzen ist jedoch zeitverschwenderisch, was sich als hinderlich bei der Verbesserung der Arbeitseffektivität erwiesen hat. Diesbezüglich weist der Absolutstellungsdetektor, der in breitem Umfang zur Anwendung gekommen ist, den Vorteil auf, daß der Detektor eine höhere Genauigkeit hat und daß die Stellung unmittelbar nach dem Inbetriebsetzen ermittelt werden kann, so daß man auf das Rückführen in den Ursprung verzichten kann.
Wenn man jedoch beim Inbetriebsetzen auf die Rückführung in den Ursprung verzichtet und der Absolutstellungsdetektor der Spindel 11 zugeordnet ist, dann kann man zwar die Stellung der Spindel 11 unmittelbar nach dem Inbetriebsetzen ermitteln, wenn jedoch der Tisch 12 innerhalb des Totgangbereiches B gegenüber der Spindel 11 verschoben ist, dann ist es unmöglich, die Stellung des Tisches 12 innerhalb des Totgangbereiches B zu bestimmen, so daß hieraus der Nachteil erwächst, daß ein Fehler, der maximal der Größe des Totgangs B entspricht, zwischen der ermittelten Stellung der Spindel 11 und der wirklichen Stellung des Tisches 12 als angetriebenes Element auftreten kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei denen bei Verwendung eines Absolutstellungsdetektors die Notwendigkeit einer Rückführung zum Ursprung beim Inbetriebsetzen beseitigt ist und ein Fehler, der aufgrund eines Totgangs zum Zeitpunkt der Inbetriebsetzung verursacht wird, korrigiert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Größe des Totgangs, der in der Antriebseinrichtung auftreten kann, ermittelt, wobei eine der Bewegungsrichtungen als eine Bezugsbewegungsrichtung ausgewählt wird, und weiterhin wird der Zustand, in welchem die Bewegung in der Bezugsbewegungsrichtung verläuft, d. h. der Zustand, bei welchem die Antriebseinrichtung und das angetriebene Element miteinander in Berührung gelangen und das Stellungsverhältnis eindeutig bestimmt ist, zu einem Bezugszustand gemacht, und in diesem Zustand wird eine solche Einstellung vorgenommen, daß eine Position, die von dem Absolutstellungsdetektor ermittelt wird, der entweder an dem angetriebenen Element oder der Antriebseinrichtung angebracht ist, und eine Position des jeweils anderen Teils miteinander übereinstimmen. Beim Betrieb wird daher eine Bewegungsrichtung, die in Übereinstimmung mit einem Bewegungsbefehl unmittelbar nach dem Inbetriebsetzen ausgeführt wird, mit der voreingestellten Bezugsbewegungsrichtung verglichen, und wenn beide Richtungen nicht miteinander übereinstimmen, dann wird eine um die Größe des Totgangs vergrößerte Bewegung ausgeführt. Aufgrund dieser Tatsache stimmen die Augenblicksstellung des angetriebenen Elements nach dieser Bewegung und die von dem Absolutstellungsdetektor ermittelte Stellung miteinander stets überein, unabhängig vom Zustand vor dem Inbetriebsetzen.
Die Vorrichtung zum Korrigieren eines Totgangs gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Einrichtung zum Speichern der Totganggröße, eine Einrichtung zum Speichern der Bezugsbewegungsrichtung des angetriebenen Elements, eine Einrichtung zum Speichern der ermittelten Stellung, die durch den Absolutstellungsdetektor angegeben wird und eine Einrichtung zum Ausgeben der ermittelten Stellung, um eine Bewegungssollstellung des angetriebenen Elements zu bestimmen, wenn ein Befehl, das angetriebene Element in der Bezugsbewegungsrichtung zu bewegen, der Antriebseinrichtung zugeführt wird, während der Wert der Totganggröße hinzugefügt wird, um die Bewegungssollstellung zu bestimmen, wenn ein Befehl, das angetriebene Element in eine der Bezugsbewegungsrichtung entgegengesetzte Richtung zu bewegen, der Antriebseinrichtung zugeführt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Blockdarstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Bezugszustandes der Ausführungsform nach Fig. 1;
Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen des Betriebsablaufs bei der gezeigten Ausführungsform, und
Fig. 5, 6 und 7 schematische Darstellungen des Ablaufs bei einer bekannten Einrichtung.
Als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Anwendungsbeispiel erläutert, bei dem die Erfindung im Antrieb eines Tisches einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine verwendet wird, die einen Absolutstellungsdetektor verwendet und in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist.
Gemäß Fig. 1 ist ein beweglicher Tisch 2 vorgesehen, der zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks (nicht dargestellt) bestimmt ist. Der Tisch und das mit ihm fest verbundene Werkstück werden durch Rotation einer Gewindespindel 1 als Getriebeeinrichtung, die die Antriebseinrichtung bildet, in der Zeichnung nach links und rechts bewegt. Die Gewindespindel 1 ist mit einer Drehwelle eines Motors 3 verbunden, der eine Antriebsquelle der Antriebseinrichtung darstellt. Mit dieser Drehwelle ist ein Absolutstellungsdetektor 4 verbunden. Die Gewindespindel 1 und die Drehwelle des Motors 3 sind integral miteinander verbunden. Der Motor 3 und der Absolutstellungsdetektor 4 sind mit einem Servoverstärker 5 verbunden und bilden mit diesem einen Stellungssteuerservomechanismus 6. Der Servoverstärker 5 ist mit einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 10 über einen Totgangkorrigierer 7 verbunden.
Der Totgangkorrigierer 7 besteht aus TTL-Bausteinen oder anderen logischen Bauelementen und führt die Signalverarbeitung auf der Grundlage des Korrigierverfahrens nach der vorliegenden Erfindung durch. Der Totgangkorrigierer 7 ist mit einem Stellungsbefehlsregister 71 und einem Totgangkorrekturwertregister 72 verbunden, die so aufgebaut sind, daß die für die Datenverarbeitung benötigten numerischen Werte gehalten werden. Mit dem Totgangkorrigierer 7 sind ein Bezugsbewegungsspeicher 8 und ein Totganggrößenspeicher 9 als äußere Elemente verbunden.
Bei der oben beschriebenen Einrichtung wird der Bezugszustand vor der Inbetriebnahme eingestellt.
In Fig. 2 befindet sich der Tisch 2 in dem Zustand nach einer Bewegung nach rechts und steht in Berührung mit der Gewindespindel 1. Dieser Zustand ist vorliegend als der Bezugszustand ausgewählt. Wenn beispielsweise die Zunahmerichtung der Koordinatenachse der ermittelten Stellung als die Bezugsbewegungsrichtung ausgewählt ist, dann wird als eine Bezugsbewegungsrichtung Co der Wert "1" in dem Bezugsbewegungsrichtungsspeicher 8 eingespeichert. Wenn andererseits die Abnahmerichtung der Koordinatenachse der ermittelten Stellung als die Bezugsbewegungsrichtung gewählt ist, dann wird als Bezugsbewegungsrichtung Co der Wert "-1" in den Bezugsbewegungsrichtungsspeicher 8 eingespeichert. Die Koordinatenachse der ermittelten Stellung ist so eingestellt, daß die Totganggröße B in der Zeichnung gemessen und in dem Totganggrößenspeicher 9 gespeichert wird und weiterhin die Stellung des angetriebenen Elements am Tisch 2 und die von dem Absolutstellungsdetektor 4 ermittelte Stellung miteinander übereinstimmen.
Wenn die so eingestellte Einrichtung betrieben wird, dann wird unmittelbar nach dem Inbetriebsetzen ein Initialisierungsbetrieb ausgeführt. Dabei wird bei dieser Ausführungsform kein mechanischer Vorgang, wie beispielsweise der Rückführbetrieb zum Ursprung ausgeführt. Eine ermittelte Stellung Pt wird aus dem Absolutstellungsdetektor 4 ausgelesen und in dem Stellungsbefehlsregister 71 eingespeichert. Wenn zu diesem Zeitpunkt ein erster Bewegungsbefehl Di nach dem Inbetriebsetzen von der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 10 zugeführt wird, dann wird dieser der in dem Positionsbefehlsregister 71 gespeicherten ermittelten Position Pt hinzuaddiert, in das Positionsbefehlsregister 71 als Befehlsstellung Pt rückgeschrieben. Die Bewegungsrichtung Ci des Bewegungsbefehls Di wird mit der Bezugsbewegungsrichtung Co, die in dem Bezugsbewegungsrichtungsspeicher 8 gespeichert ist, verglichen und die Verarbeitung wird in Übereinstimmung mit dem Ergebnis ausgeführt. Genauer gesagt, wenn die Bewegungsrichtung Ci mit der Bezugsbewegungsrichtung Co übereinstimmt, dann wird die in dem Register 71 gehaltene Befehlsposition Pi als die Sollposition Pd ausgewählt, wie sie ist. Wenn nicht, dann wird die Totganggröße B, die in dem Totganggrößenspeicher 9 gespeichert ist, in das Totgangkorrekturwertregister 72 eingeschrieben, und die Befehlsposition Pi, die in dem Register 71 auf der Grundlage der Bewegungsrichtung Ci gehalten ist, wird korrigiert und als Sollposition Pd ausgewählt. Die Sollposition Pd, die so bestimmt worden ist, wird von dem Totgangkorrigierer 7 zu dem Stellungssteuerservomechanismus 6 übertragen, wodurch der Tisch 2 genau in eine Stellung entsprechend der Sollstellung Pd durch den Motor 3 bewegt wird.
Die Fig. 3 und 4 zeigen die Muster des Betriebs. In Fig. 3, wo die Bewegung nach rechts die Bezugsbewegungsrichtung Co ist, befinden sich die Gewindespindel 1 und der Tisch 2 in dem Bezugszustand selbst nach der Bewegung, und die Augenblicksstellung des angetriebenen Elements ist die Sollstellung Pd, vergleichbar der ermittelten Stellung. Andererseits, in Fig. 4, in der die Bewegung nach links entgegengesetzt zur Bezugsbewegungsrichtung Co gezeigt ist, befindet sich die Gewindespindel 1 in der Sollstellung Pd und die Augenblicksstellung des angetriebenen Elements ist um den Wert der Totganggröße B gegenüber der Sollstellung Pd nach rechts verschoben. Die Sollstellung Pd wird jedoch korrigiert, um sich um den Wert der Totganggröße B zusätzlich zu bewegen, so daß die Augenblicksstellung des angetriebenen Elements mit der Befehlsstellung Pi übereinstimmen kann.
Nach Abschluß der Serie der Initialisierungsvorgänge wird der normale Betrieb, begleitet von der Totgangkorrektur, unter Bezugnahme auf die Befehlsstellung Pi und die Bewegungsrichtung Ci wie in der Vergangenheit nur bei Änderung der Bewegungsrichtung Ci ausgeführt.
Wie oben beschrieben, macht es bei dieser Ausführungsform die Verwendung des Absolutstellungsdetektors 4 möglich, eine genaue Positionierung zu erreichen, selbst wenn auf den Rückführvorgang zum Ursprung unmittelbar nach dem Inbetriebsetzen verzichtet wird. Es wird möglich, den Betrieb unmittelbar nach Inbetriebsetzung auszuführen, ohne eine Rückführung zum Ursprung auszuführen, wodurch eine Wartezeit am Beginn des Betriebs oder nach einem Neustart des Betriebs nach einem Stopp aufgrund einer Unterbrechung vermindert werden kann, so daß die Arbeitseffektivität gesteigert wird.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Totgangkorrigierer 7 aus TTL-Bausteinen oder einer anderen Logik aufgebaut, es kann jedoch eine vergleichbare Korrektur auch durch eine Kombination eines Mikroprozessors, der zur Ausführung vergleichbarer Funktionen programmiert ist, mit einem Hauptspeicher erzielt werden. Kurz gesagt, gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Totganggröße und die Bezugsbewegungsrichtung vorherbestimmt und gespeichert und in Abhängigkeit von dem unmittelbar nach dem Inbetriebsetzen eingegebenen Bewegungsbefehl wird eine Bewegung entsprechend dem Befehl ausgeführt, wenn die Bewegungsrichtung mit der Bezugsbewegungsrichtung übereinstimmt, und eine um die Totganggröße vergrößerte Bewegung wird ausgeführt, wenn der Bewegungsbefehl eine Bewegung in zur Bezugsbewegungsrichtung entgegengesetzten Richtung betrifft.
Die Beschreibung ist an einem Beispiel gegeben worden, bei dem der Absolutstellungsdetektor an der Antriebseinrichtung vorgesehen ist. Die Erfindung ist jedoch nicht notwendigerweise auf diese Ausführungsform beschränkt. Der Absolutstellungsdetektor kann auch an dem angetriebenen Element vorgesehen sein.
Weiterhin braucht das angetriebene Element nicht notwendigerweise geradlinig bewegt zu sein, es kann sich auch um ein in Drehung oder anderer Richtung angetriebenes Teil handeln.
Wie oben beschrieben, ist die Erfindung dahingehend vorteilhaft, daß die Positionierung unter Verwendung des Absolutstellungsdetektors derart ausgeführt werden kann, daß der Totgang der Antriebseinrichtung zum Antreiben des getriebenen Elements korrigiert wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum Korrigieren eines Totgangs als Hauptursache eines Fehlers, der zwischen einer ermittelten Stellung einer Antriebseinrichtung oder eines angetriebenen Elements und einer Stellung des anderen der vorgenannten Teile auftritt, bei der Steuerung der Stellung des durch die Antriebseinrichtung bewegten angetriebenen Elements, dadurch gekennzeichnet, daß die Totganggröße und eine Bezugsbewegungseinrichtung zuvor gespeichert werden und daß bei der Bewegung in Abhängigkeit von einem Bewegungsbefehl unmittelbar nach dem Inbetriebsetzen eine Antriebseinrichtung in eine Sollstellung bewegt wird, wenn die Bewegungseinrichtung derselben mit der Bezugsbewegungsrichtung übereinstimmt, und die Antriebseinrichtung um die Totganggröße zusätzlich zur befohlenen Bewegung bewegt wird, wenn die befohlene Bewegungseinrichtung umgekehrt zur Bezugsbewegungsrichtung ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Element geradlinig beweglich ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutstellungsdetektor an der Antriebseinrichtung angeordnet ist, die mit einem abfühlbaren Teil versehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine ermittelte Stellung des abfühlbaren Teils nach dem Inbetriebsetzen in eine Befehlsstellung des Bewegungsbefehls rückgeschrieben wird, um damit die Antriebseinrichtung zu steuern.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollstellung durch eine Einrichtung zum Vergleichen der Bewegungseinrichtung des Bewegungsbefehls mit der Bezugsbewgungsrichtung bestimmt wird.
6. Vorrichtung zum Korrigieren eines Totgangs als Hauptursache eines Fehlers, der zwischen einer ermittelten Stellung einer Antriebseinrichtung oder eines angetriebenen Elements und einer Stellung des jeweils anderen der Teile beim Steuern des durch die Antriebseinrichtung bewegten angetriebenen Elements auftritt, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (9) zum Speichern der Totganggröße (B);
eine Einrichtung (8) zum Speichern einer Bezugsbewegungsrichtung (Co) des angetriebenen Elements;
eine Einrichtung (71) zum Speichern einer durch einen Absolutstellungsdetektor (4) ermittelten Stellung; und
eine Einrichtung (72) zum Rückschreiben der ermittelten Stellung, um eine Bewegungssollstellung des angetriebenen Elements (2) zu bestimmen, wenn ein Befehl zur Bewegung des angetriebenen Elements (2) in die Bezugsbewegungsrichtung (Co) der Antriebseinrichtung (3) zugeführt wird, während die Totgganggröße (B) zur Bestimmung der Bewegungssollstellung hinzugefügt wird, wenn ein Befehl zur Bewegung des angetriebenen Elements (2) in eine Richtung entgegengesetzt zur Bezugsbewegungsrichtung (Co) der Antriebseinrichtung (3) zugeführt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutstellungsdetektor (4) an der Antriebseinrichtung (3) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Element (2) geradlinig beweglich ist.
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