DE3824547C2 - Verfahren zur Steuerung eines auf Handbetrieb umschaltbaren motorischen Antriebs, Motorsteuerung mit Umschaltung auf Handbetrieb und deren Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Steuerung einer Bewegung eines wahlweise motorisch oder von Hand verstellbaren Teiles sowie entsprechende Vorrichtungen und ihre Verwendung.

Bei Motorsteuerungen möchte man häufig auch die Möglichkeit haben, kontrolliert auf den Motorantrieb verzichten zu können und statt dessen das Teil im Handbetrieb zu bewegen. Deswegen wird bei einem Wechsel der Antriebsart die momentan benutzte Antriebsart mechanisch ausgekuppelt und ein neuer Antrieb mechanisch eingekuppelt. Ein derartiger auf Handbetrieb umschaltbarer motorischer Antrieb ist beispielsweise aus der DE 34 10 201 A1 bekannt. Dieses Verfahren setzt aber das Vor­ handensein eine mechanischen Kupplung voraus, welche Platz benötigt und dem Verschleiß unterliegt. Dies ist aber besonders bei Tischgeräten sehr störend, da diese Geräte möglichst kompakt und gewichtsarm sein sollen. Die Forderung nach einer genauen Positionierung ist ein weiteres Problem bei mechanischen Kupplungsvorgängen; außerdem stört die Notwendig­ keit, daß bewußt eine Umschaltung vorgenommen werden muß.

Dieser Nachteil bleibt auch bei einem separaten Handschalter erhalten, mit welchem eine Umschaltung von Hand in den Motorantrieb erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerung zu schaffen, die es gestattet, eine angetriebene Achse auch gezielt von Hand zu verstellen, ohne den Motor mechanisch auskuppeln oder über einen separaten Schalter bewußt ausschalten zu müssen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch die Steuerungen nach den Ansprüchen 11 und 12 gelöst.

Ein besonderer Vorteil dieser Erfindung ist darin zu sehen, daß nur auf Komponenten zurückgegriffen wird, die in den meisten Geräten von vornherein vorhanden sind.

Der Erfindungsgedanke besteht darin, die Steuerung so auszu­ legen, daß sie anhand von vorher vereinbarten Kriterien selb­ ständig erkennen kann, ob der Antriebsmotor leistungslos ist oder wieder eingeschaltet werden soll, bzw. wann ein Handan­ trieb anfängt und endet. Deshalb kann man die erfindungsgemäße Motorsteuerung als eine "intelligente" Motorsteuerung be­ zeichnen. Sie kann bei der Umschaltung von den beiden Antriebs­ arten gänzlich auf eine mechanische Kupplung verzichten, wodurch man besonders bei kleineren Tischgeräten sowohl einen Raum- als auch einen Gewichtsvorteil erzielt.

Die Erfindung erlaubt es dem Benutzer, wenn er manuell eingreifen will, ohne weiteres die Handhabe zu bestätigen, und diese Betätigung der Handhabe selbst bewirkt bereits den Übergang in den Handbetrieb.

Im Automatikbetrieb ermittelt ein Meßsystem die momentane Ist­ position. Aus der Abweichung von der momentanen Sollposition (Regelabweichung) wird dann eine Stellgröße abgeleitet, die auf den Motor einwirkt (Lageregelkreis). Für den Handbetrieb wird erfindungsgemäß diese Wirkungskette aufgetrennt.

Die Anfangs- und Endkriterien für die Einleitung der Umschaltung und damit die Kriterien zur Schaltung des Motors in oder aus dem leistungslosen Zustand können in zwei Gruppen gegliedert werden:

In der ersten Gruppe erhält man die Kriterien über einen Regel­ algorithmus, welcher im Steuerrechner im Automatikbetrieb mit Motorantrieb einen von außen vorgegebenen Soll-Wert einer vor­ gegebenen Zielposition mit einem von einem Positionsgeber kommenden momentanen Ist-Wert vergleicht.

Der Steuerrechner vergleicht den Soll- und den Ist-Wert der Drehung der Antriebsachse und ermittelt daraus eine Abbruch- oder Startbedingung unter Beachtung von Schwellwerten und Zeit­ verzögerungen. Hier bewirkt also eine von außen kommende Regelabweichung, welche bei einem ordnungsgemäßen automatischen Programmablauf nicht vorhanden sein dürfte, den Übergang zum Handantrieb. Dabei ist vorausgesetzt, daß eine normale Handein­ wirkung ausreicht, die Störabweichung zu erzeugen, ohne den Benutzer durch das sich mitdrehende Handrad zu gefährden. Beim Soll- und Ist-Wert kann es sich selbstverständlich auch um in­ krementelle Größen handeln, für die das Verfahren analog gilt. Eine Handverstellung, die auf den Motor wirkt, verändert den Ist- Wert des Positionsgebers gegenüber dem von außen vorgegebenen Soll-Wert, was durch den Rechner mittels des Regelalgorithmus erkannt wird und diesen veranlaßt, über eine Stelleinrichtung auf den Motor einzuwirken (z. B. ihn stromlos zu schalten).

Damit kurzfristige, nicht beabsichtigte Störungen nicht jedesmal zu einer Motorabschaltung führen, kann man einen Schwellwert dadurch vorgeben, daß die zeitliche Änderung des Ist-Werts größer als ein vorgegebener Schwellwert sein muß, um als gewollter Handeingriff interpretiert zu werden. Dieser Vergleich wie auch alle anderen Soll-Ist-Wert-Vergleiche können im Steuerrechner erfolgen.

In der zweiten Gruppe erhält man die Umschalt-Kriterien durch ein externes Signal. Dieses externe Signal kann von einem Be­ rührungssensor am Handrad kommen, welcher auf Druck, Tempera­ turdifferenzen usw. reagiert, einem Annäherungsschalter (z. B. einer Lichtschranke am Handradgriff), einem Drehmomentmesser an der Antriebsachse (d. h. zwischen der Handhabe für Handbetrieb und dem zu positionierenden Teil, z. B. zwischen Handrad und Motorachse), einem die Betätigungskraft messenden Geber oder jedem anderen, als Schalter einsetzbaren Sensor, der ein ent­ sprechendes Signal an den Rechner Liefert. Bei Handeinwirkung schaltet die Automatik ab.

Es ist zweckmäßig, den Motor nach dem Ende jeder automatisch bewirkten Verstellung auf Handbetrieb zu bringen. Dieses Ver­ fahren ist besonders bei (z. B. durch Reibung) selbsthemmenden Trieben anwendbar und bietet den Vorteil, die bei einem Lageregler leicht auftretenden Regelschwankungen um die Stillstandslage auszuschließen. Nach einer vorgegebenen Stillstandszeit kann dann gegebenenfalls wieder auf Motoran­ trieb umgeschaltet werden. Aber auch alle anderen geeigneten Bedingungen, welche sich aus den drei vorher be­ schriebenen Gruppen der Anfangs- und Endkriterien ergeben, können als Endkriterien für den Handantrieb verwendet werden.

Bei der Erfindung ist der Motor mit dem bewegten Teil, gegebenenfalls über ein Getriebe, immer verbunden. Er wird also beim Handantrieb mitgedreht. Wenn nun die Klemmspannung am Motor Null ist, entspricht das einem Kurzschluß am Motor, wodurch dieser als dynamische Bremse wirkt. Ist hingegen der Motorstrom Null, indem man die Leitungen auftrennt oder die Versorgungsleitungen des Motors hochohmig schaltet, wirkt der Motor beim Handantrieb nicht als dynamische Bremse, sondern ist freilaufend.

Wenn bei einem Gerät mehrere Motoren zusammenwirken, so kann es sinnvoll sein, bei der Abschaltung eines Motors automatisch auch weitere Motoren in den gleichen Betriebszustand zu versetzen.

Die Kriterien, nach welchen der Steuerrechner den oder die Motoren abschaltet, können schwellenabhängig sein. Das bedeutet, daß die Abschaltung nur dann erfolgt, wenn ein vorgegebener Schwellwert überschritten wird. Dieser Schwellwert kann sofort oder erst nach einem bestimmten Andauern des Zustandes der Schwellwertüberschreitung zum Abschalten führen, um das Ab­ schalten bei Erschütterungen oder bei Regelabweichungen, wie sie im Fokusbetrieb vorkommen dürfen, zu verhindern.

In allen Fällen, bei welchen der Motorstrom Null ist, wird zur Fahrtabbremsung des bewegten Teiles die normale Abbremsung durch die Reibung der Lager ausgenutzt.

Da der Motor immer mit der Antriebsachse fest verbunden ist, kann ein Positionsmeßsystem sowohl mit dem Motor als auch mit dem bewegten Teil fest verbunden sein.

Ist die Störabweichung schwellenabhängig, so kann beim Überschreiten des Schwellwerts bei entsprechender Auslegung des Abschaltvorgangs sogar ein deutlicher Ruck spürbar sein, wenn plötzlich die rückstellende Kraft ausbleibt. Diese Rückmeldung kann wunschgemäß in ihrer Erscheinungsart und Dauer bei entsprechender Auslegung der stromregelnden Elemente in der Motoransteuerung auch softwaremäßig in weiten Grenzen verändert werden.

Die Erfindung ist bei allen Maschinen anwendbar, bei welchen das Problem des alternativen Hand- und Rechnerbetriebs bei motorisch verstellbaren Elementen besteht und bei denen man auf eine mechanische Kupplung verzichten möchte, z. B. auch bei NC- Maschinen. Außerdem wird ein erheblicher Bedienungskomfort erreicht.

Damit die vorstehend erläuterten Verfahren zur Steuerung von motorisch angetriebenen Teilen angewendet werden können, müssen mindestens ein Antriebsmotor, ein Steuerrechner (welcher die Motorleistung über eine entsprechende Einrichtung regelt) sowie eine die Betätigungskraft auf das angetriebene Teil übertragende Handhabe vorhanden sein. Dazu kommt dann entweder ein mit dem Steuerrechner verbundenes Positionsmeßsystem, welches dem Steuerrechner zur laufenden Istpositionsermittlung dient, oder ein mit der Steuerrechner verbundener Sensor, welcher dem Steuerrechner zur Überwachung der Handhabe dient. Die vom Positionsmeßsystem ermittelten Istpositionen werden dann (was vorteilhaft im Steuerrechner geschehen kann) mit im Rechner vorgegebenen (d. h. von ihm aufgrund der bautechnischen Voraussetzungen sowie der von ihm veranlaßten Ansteuerung des Antriebsmotors zu erwartenden) Sollpositionen, welche in Tabellen vorliegen oder jeweils errechnet werden, verglichen. Wenn die Differenz zwischen der Sollposition und der Istposition einen vorgebbaren Wert überschreitet, erzeugt der Steuerrechner ein Schaltsignal zur Motorabschaltung. Mittels dieses Schaltsignals erfolgt dann entweder direkt über die Motoransteuerungseinrichtung (z. B. aus Digital-Analog- Wandler mit Motorendstufe) oder über eine separate Relaisan­ steuerung die Abschaltung des Motors.

Diese beiden Umschalteinrichtungen können den Motor entweder durch eine Trennung der Stromversorgung (Freiläufer-Prinzip) oder durch ein Kurzschließen der Versorgungsleitungen (Dynamo- Prinzip) abschalten.

Der Sensor zur Überwachung der Handhabe kann ein Näherungs-, ein Berührungs- oder ein Kraftmeßsensor sein.

Die Erfindung wird nachstehend bei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere wesent­ liche Merkmale, sowie dem besseren Verständnis dienende Er­ läuterungen und Ausgestaltungsmöglichkeiten des Erfindungsge­ dankens beschrieben sind.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des prinzipiellen Aufbaus der Steuerung mit Positionsmeßsystem,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Steuerung für einen motorgetriebenen x-y-Tisch mit Injektionseinrichtung,

Fig. 3 eine detaillierte perspektivische Darstellung des x-y-Tisches aus Fig. 2, und

Fig. 4 ein Blockschaltbild des prinzipiellen Aufbaus der Steuerung mit Berührungsdetektionssensor.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau der Motorsteuerung dargestellt. Ein Mikroprozessor (5) steuert über einen D/A- Wandler (8) und eine nachgeschaltete Motorendstufe (9) den Strom eines Antriebsmotors (2). Zwischen Motor (2) und Endstufe (9) liegt der Schaltkontakt eines Relais (7), das den Motor (2) stromlos schalten oder kurzschließen kann. Ein mit dem Motor (2) verbundener Positionsimpulsgeber (3) liefert abhängig von der Drehrichtung zwei unterschiedliche Pulsfolgen, wenn sich die Motorwelle dreht. Diese Impulse werden in einem Zähler (4) vorzeichenrichtig gezählt. Die Zählbreite des Zählers (4) muß dabei nicht unbedingt dem maximalen Fahrbereich entsprechen; es reicht aus, wenn der Zähler (4) einen Puls mehr als doppelt so viel zählen kann wie innerhalb einer vorgegebenen Abtast­ periode auftreten können. Dann muß der Mikroprozessor (5) aus dem Über- oder Unterläufen des Zählers (4) die Veränderung der Istposition innerhalb der letzten Abtastperiode bestimmen. Das Ergebnis wird in der den Ist-Zustand kennzeichnenden Variablen im Mikroprozessor (5) hinterlegt.

Der Lageregler besteht nun aus einem auftrennbaren Regelkreis mit einer Wirkungskette. Diese Wirkungskette ist durch einen Soll-Ist-Wert-Vergleich charakterisiert. Im normalen Motorbetrieb steuert der Mikroprozessor (5) den Motor (2) über den Digital/Analogwandler (8) und die Motorendstufe (9) auf Sollposition. Eine Handverstellung (1) des Motors (2) mittels des Handrads (1a) wird über den Positionsimpulsgeber (3) registriert, dessen Impulse im Zähler (4) für ein vorherbestimmtes Zeitintervall (Abtastperiode) aufsummiert werden. Der Zähler (4) liefert dem Mikroprozessor (5) bzw. dem Mikroprozessorsystem einen Ist- Wert, welchen dieser mit dem vorhergegebenen Soll-Wert vergleicht. Die Handverstellung hat zur Folge, daß zwischen dem Sollwert, den der Motor einnehmen sollte, und dem tatsächlichen Positions-Ist-Wert eine Abweichung auftritt. Übersteigt diese Abweichung einen vorgegebenen Betrag, dann aktiviert der Mikroprozessor gemäß einem vorgegebenen Regelalgorithmus die Relaissteuerung (6), welche über den Schaltkontakt des Relais (7) den Motorstrom durch Unterbrechung der Versorgungsleitungen auf Null setzt.

Dabei ist nicht zwingend, daß die Auftrennung an der speziell gezeigten Stelle mit dem Relais (7) erfolgt; alternativ zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist folgendes möglich:

• a) Ein Relais trennt den Motor von der Stelleinrichtung und schließt ihn gleichzeitig kurz. Er wirkt dann durch die Selbstinduktion als dynamische Bremse.
• b) die Stelleinrichtung für den Motorstrom wird so angesteuert, daß kein Motorstrom fließt oder die Klemmenspannung des Motors Null wird. Je nach Realisierungsart braucht man dafür ein besonderes Signal oder aber auch nicht; z. B. dann nicht, wenn der Regelalgorithmus auf dem normalen Wirkungspfad den Motor mit Spannung Null beaufschlagen kann.
• c) Bei einem in Hardware realisierten Regelalgorithmus wird der Summationspunkt permanent rückgesetzt. Der Summationspunkt ist die Stelle, an der die Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert bestimmt wird. Dadurch kann das Relais ganz entfallen.

Wenn der Motor (2) nach einer Unterbrechung wieder einge­ schaltet wird, so soll er erst einmal stehenbleiben. Man muß deshalb

• 1. 1.) die Ist-Position lesen
• 2. 2.) den Summationspunkt rücksetzen
• 3. 3.) die Regelung aktivieren.

Dabei kann eine kleine Verstimmung infolge Offsets auftreten. Wenn deren Größe vorab bekannt ist, kann man einen ent­ sprechenden Offset an den Summationspunkt geben (zwischen Schritt 2 und 3). Wenn der Offsetwert vorab nicht bekannt ist, kann man auch nach Schritt 3 warten, bis der Motor (2) zum Stillstand gekommen ist und ihn dann mit entsprechend vielen Schritten in die Ausgangslage zurückbewegen. Die zuerst er­ wähnte Methode geht schneller und wird deshalb bevorzugt.

Der Regelalgorithmus befindet sich in einem der folgenden Zustände: Fahrt, Stillstand, Handbetrieb. Zwischen den diskreten Zuständen gibt es Übergänge, die von bestimmten Kriterien ausgelöst werden.

Die Gemeinsamkeiten zwischen Fahrt und Stillstand bestehen darin, daß beidesmal aus der Regelabweichung = Sollwert-Istwert eine Stellgröße berechnet wird. Die Stellgröße beeinflußt über eine Stelleinrichtung den Motorstrom. Der Motor (2) verändert die Lage, der Positionsimpulsgeber (3) liefert den Istwert, die auf den Regelalgorithmus rückwirkt. Man hat somit einen geschlossenen Regelkreis. Der Regelalgorithmus soll in beiden Zuständen so ausgelegt sein, daß er den Istwert an den Sollwert heranführt. Die Regelcharakteristik in beiden Fällen kann aber unterschiedlich sein.

Die Berechnungsvorschrift, nach der aus der Regelabweichung die Stellgröße berechnet wird, ist nicht Gegenstand der Erfindung. Es kann sich hierbei beispielsweise um den bekannten PI- oder den PID-Algorithmus handeln.

Beim Betriebszustand Fahrt ist der Regelkreis geschlossen. Er kann über auslösende Kriterien in den Betriebszustand Handbetrieb oder Stillstand übergehen. Der Übergang in den Betriebszustand Stillstand kann z. B. über ein Endlagensignal, eine exzessive Regelabweichung oder einen Not-Ausschalter aus­ gelöst werden. Außerdem wird dieser Betriebszustand einge­ nommen, wenn die Fahrt logisch zu Ende ist.

Kriterien hierfür können sein:

• - innerhalb einer vorgegebenen Zeit ändert sich der Sollwert nicht oder
• - die momentane Geschwindigkeit (= Änderung des Istwerts als Funktion der Zeit) unterschreitet einen vorgegebenen Schwellwert
• - bzw. eine Kombination mit dem vorherigen Kriterium, wobei die Intervalle und Grenzwerte der einzelnen Teilkriterien verschieden sein können.

Im Betriebszustand Stillstand verändert sich der Sollwert nicht. Der Regelkreis ist wie im Zustand Fahrt geschlossen; im Idealfall wird die Regelabweichung als Folge der Regelung schließlich Null. Sobald sich der Sollwert ändert, wird vom Zustand Stillstand in den Zustand Fahrt gewechselt, um die verlangte Position zu erreichen.

Der Übergang vom Zustand Stillstand in den Zustand Handbetrieb kann über Zeit- oder Zählerkriterien erfolgen, wobei bei den Zeitkriterien der Zustand Stillstand lediglich ein Übergangszustand ist.

Zeitkriterien können sein:

• - innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls bleibt der Betrag der Regelabweichung kleiner als ein vorgegebener Schwellwert. (Wegen des bei Lagereglern praktisch nicht auszuschließenden Pendelns um die Stillstandslage prüft man zweckmäßigerweise nicht auf Regelabweichung Null.)
• - innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ändert sich der Istwert um weniger als einen vorgegebenen Betrag
• - innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ist die Summe der Beträge der Veränderungen des Istwertes kleiner als ein vorgegebener Schwellwert
• - oder eine Kombination aus den vorgenannten Kriterien.

Während also bei den Zeitkriterien ein automatischer Übergang in den Betriebszustand Handbetrieb erfolgt, erfordern die Zählerkriterien ein aktives Eingreifen von außen, d. h. es muß eine von Hand aufgeprägte Verstellung über den Zähler (4) dem Mikroprozessor (5) gemeldet werden. Bis dies erfolgt, bleibt der Regelkreis geschlossen, so daß kleine Störungen der Ist- Position automatisch ausgeregelt werden.

Zählerkriterien können sein:

• - Die von Hand (1) aufgeprägte Verstellung wird dadurch er­ kannt, daß der Betrag der Regelabweichung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
• - Die von Hand (1) aufgeprägte Verstellung wird dadurch er­ kannt, daß der Betrag der Regelabweichung einen vorgegebenen Schwellwert eine vorgegebene Zeit lang überschreitet.
• - Die von Hand (1) aufgeprägte Verstellung wird dadurch er­ kannt, daß sich der Istwert schneller als ein vorgegebener Schwellwert ändert,
• - oder eine Kombination aus den vorgenannten Kriterien.

Im Betriebszustand Handbetrieb selber ist der Regelkreis offen, d. h. der Motor (2) ist kraftlos und seine Lage kann von Hand (1) verändert werden. Der Übergang vom Zustand Handbetrieb in den Zustand Fahrt kann erfolgen über ein Ablaufkriterium (Änderung des Sollwertes durch einen Fahrbefehl vom Rechner), gegebenenfalls muß vorher zusätzlich ein Stillstandskriterium der oben geschilderten Art erfüllt sein.

Der Übergang vom Zustand Handbetrieb in den Zustand Stillstand kann nach einem Zählerkriterium stattfinden, wobei der Regelalgorithmus laufend den Istwert überwacht. Wenn sich der Istwert innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls um weniger als einen vorgegebenen Schwellwert ändert, folgt der Übergang. Dabei wird Sollwert = Istwert gesetzt, damit die Position, bei der der Übergang stattfindet, durch die Regelung gehalten wird.

Der Zustand Handbetrieb kann aber auch durch ein besonderes Kommando wieder verlassen werden (z. B. durch ein Kommando des dann als Steuerungsrechner arbeitenden Mikroprozessors (5)).

Das in Fig. 1 allgemein dargelegte Prinzip der Steuerung soll nun an einem Beispiel erläutert werden.

In Fig. 2 ist ein x-y-Tisch (10) mit einer Injektionsein­ richtung (19) gezeigt, deren jeweilige Achsen durch einen separaten Motor (11a, b, c) angetrieben werden. An den Motoren (11a, b, c) befinden sich Positionsimpulsgeber (12a, b, c), sowie Handgriffe (13a, b, c nicht sichtbar) für eine Ver­ stellung von Hand. Die Impulse der Positionsimpulsgeber (12a, b, c) gehen auf mehrere Zähler (14) in einem Steuerwerk (15). Im Steuerwerk (15) werden die Werte der Zähler (14) an einen Mikroprozessor (16) weitergegeben, welcher über einen D/A- Wandler (17) und eine Motorendstufe (18) die Motoren (11a, b, c) betreibt. Gemäß vorher bestimmten Kriterien kann aber der Mikroprozessor (16) über eine Relaissteuerung (20) mindestens ein Relais (21) betreiben. Öffnet ein Relais (21), so ist mindestens ein Motor (11) stromlos geschaltet und kann leicht von Hand verstellt werden. Die anderen Motoren (11) werden dabei sinnvollerweise in den gleichen Betriebszustand versetzt.

Fig. 3 zeigt den x-y-Tisch (10) mit der Injektionseinrichtung (19) nochmals im Detail.

Der Motor (11b) treibt über ein Zahnrad (22) ein anderes Zahnrad (23) auf der Triebachse (24) an. Diese Triebachse (24) hat im Tischbereich ein Gewinde, wodurch ein auf der Achse (24) be­ festigter Träger (25) den x-Tisch (26) positioniert. Die Dreh­ bewegungen des Motors (11b) werden von einem Positionsimpuls­ geber (12b) detektiert. Dieser besteht in diesem Falle aus einer Schlitzscheibe (28), die fest mit der Triebachse (24) verbunden ist und von einer Lichtquelle (29) durchstrahlt wird.

Der Lichtquelle (29) gegenüber befinden sich zwei um eine viertel Phase versetzte Detektorelemente (30). Der Zähler (14) (siehe Fig. 2) erkennt anhand der Ausgangssignale den Drehsinn der Schlitz­ scheibe (28) und zählt die Schritte vorzeichenrichtig. Auf diesem Weg erkennt die Steuerung die momentane Istposition aller drei Achsen. Die Achse (24) kann aber auch mit einem Handrad (13b) verstellt werden. Dieser prinzipielle Aufbau ist sowohl beim y-Tisch mit dessen Motor (11a), Positionsimpulsgeber (12a) und Handrad (13a) gegeben als auch bei der Injektions­ einrichtung (19).

Bei einem solchen x-y-Tisch ist der Motor (11) normalerweise abgeschaltet, d. h. im Betriebszustand Handbetrieb. Der Benutzer kann beliebig an den an den Achsen (24) befindlichen Handrädern (13a, b) drehen, z. B. wenn er eine Objektposition grob ein­ stellen will. Sobald die Automatik greift, z. B. weil aufgrund eines vom Rechner ausgelösten Steuerbefehls an der Objektstelle mit Hilfe eines Photometers ein Objektrasterscan ablaufen soll, läuft die Bewegung des x-y-Tisches (10) automatisch ab. Nach Abschluß der automatischen Positionierarbeiten für den Objekt­ rasterscan geht der Betriebszustand Fahrt wieder in den Betriebszustand Handbetrieb zurück. Wenn während einer auto­ matischen Bewegung der Triebachse (24) ein Handeingriff erfolgt, geht die Automatik sofort in den Zustand Handbetrieb über. Dabei ist es sinnvoll, die Zuleitungen des Motors (11) auf gleiches Potential zu bringen, z. B. elektronisch oder durch ein kurzschließendes Relais.

Anders sieht es bei der Injektionseinrichtung (19) aus. Bei dieser sind Handeingriffe selten. Hier befindet sich in der Regel der Regelalgorithmus ständig im Zustand Fahrt bzw. im Zustand Stillstand. Deshalb ist es gut, wenn der Bediener erst eine gewisse Kraft gegen den geschlossenen Regelkreis aufbringen muß, um eine Störabweichung zu bewirken, die einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Dann geht der Regel­ algorithmus in den Zustand Handbetrieb über.

Durch die ausbleibende Rückstellkraft verspürt der Benutzer einen Ruck. Danach kann er die Injektionseinrichtung (19) frei bewegen. Wenn er damit fertig ist, d. h. für eine bestimmte Zeit keine (eine vorgegebene Schwelle überschreitende) Bewegung mehr aufprägt, schaltet sich die Injektionseinrichtung (19) wieder in den Automatikbetrieb. Die Art, wie der Ruck beim Übergang in den Handbetrieb empfunden wird, kann man durch entsprechend verlangsamtes Rücknehmen des Motorstroms so gestalten, daß kein unangemessen großer Ruck auftritt. In diesem Anwendungsfall bewirkt man den Abschaltvorgang beispielsweise dadurch, daß man beim Übergang in den Handbetrieb die Motorspannung elektronisch langsam zurücknimmt.

Hardwaremäßig besteht die Einrichtung (19) aus einem Motor (11c), einem Positionsimpulsgeber (12c), einem Handrad (13c) sowie einer höhenverstellbaren Hubstange (31), an welcher mittels einer Klemmeinrichtung (32) eine Injektionsnadel (33) starr befestigt ist.

In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des prinzipiellen Aufbaus einer Steuerung mit Berührungssensor zu sehen, hier in der speziellen Ausführung mit einem Drehmomentmesser (34). Erfolgt ein Handeingriff (41) am Handrad (36) des Motors (42), so tritt am Drehmomentmesser (34) eine Signalveränderung auf. Diese Signalveränderung wird in einer Auswerteschaltung (35) in bekannter Weise für den Mikroprozessor (43) aufbereitet. Dort erfolgt ein Vergleich der Soll-Werte mit den Ist-Werten. Das Mikroprozessorsystem, welches normalerweise den Motor (42) über einen D/A-Wandler (38) und eine Motorendstufe (39) steuert, aktiviert nun eine Relaissteuerung (40), welche den Schaltkontakt (37) eines Relais öffnet und so den Motor (42) stromlos schaltet. Ohne daß der Bediener sich dessen bewußt sein muß, hat sein Handeingriff (41) am Handrad (36) den Motor (42) stromlos geschaltet.

Die Anwendung der Erfindung ist keineswegs auf den Bereich der Mikroskopie und Mikromanipulation beschränkt. Sie ist vielmehr überall dort anwendbar, wo ein Übergang zwischen zwei Antriebsarten ohne eine besondere mechanische Auskupplung erfolgen soll.

Claims (16)

1. Verfahren zur Steuerung einer Bewegung eines wahlweise motorisch angetriebenen oder von Hand verstellbaren Teiles, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Handverstellung (1) und mindestens ein Motor (2) auf mindestens eine Antriebsachse wirken und daß der oder die Motoren (2) sich in einem Lageregelkreis befinden, welcher geöffnet wird, sobald eine Handverstellung (1) stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in die Handhabe (36) integrierter Sensor (34) betätigt wird, dessen Meßwert bei Handverstellung dazu führt, daß der Lageregelkreis geöffnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lageregelkreis immer dann geöffnet wird, wenn die Istposition des angetriebenen Teils einen vorgegebenen Endwert erreicht hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lageregelkreis jeweils automatisch wieder ge­ schlossen wird, wenn die Istposition des angetriebenen Teils innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ungeändert bleibt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (34) die Annäherung einer Hand detektiert oder die an der Handhabe (36) angreifende Betätigungskraft mißt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang in den Handbetrieb die Leistung des Motors (2, 42) elektronisch verlangsamt zurückgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Öffnung eines Lageregelkreises zur Abschaltung eines Motors (2, 42) automatisch weitere Motoren abge­ schaltet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lageregelkreis eines Motors (2) geöffnet wird, wenn die Abweichung länger als eine vorgegebene Zeit auftritt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die zeitliche Änderung der Istposition gemessen wird und der Lageregelkreis erst dann geöffnet wird, wenn die Änderung des gemessenen Ist-Werts pro Zeiteinheit einen vorgegebenen Schwellwert übertrifft.

10. Verfahren nach Anspruch 3, 4, 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Soll-Ist-Wert-Vergleich in einem Steuer­ rechner (5, 43) erfolgt.

11. Steuerung für wahlweise motorisch oder handangetriebene Teile mit einem Antriebsmotor (2, 11), einem Steuerrechner (5, 16) mit einer Motoransteuerungseinrichtung (8, 9; 17, 18) und einer Verbindung zu einem Positionsmeßsystem, sowie einer Einrichtung zur Umschaltung auf handbetätigten Antrieb, die den Motor abschaltet und eine die Betätigungskraft auf das angetriebene Teil übertragende Handhabe (1a, 13), dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung eine Anordnung enthält, welche die mit dem Positionsmeßsystem (3, 4; 12, 14) ermittelte Istposition und die vom Steuerrechner (5, 16) vorgegebene Sollposition vergleicht und ein Schalt­ signal zur Motorabschaltung liefert, wenn die Differenz zwischen Sollposition und Istposition einen vorgegebenen Wert überschreitet.

12. Steuerung für wahlweise motorisch oder handangetriebene Teile mit einem Antriebsmotor (42), einem Steuerrechner (43) mit einer Motoransteuerungseinrichtung (38, 39) sowie einer Einrichtung zur Umschaltung auf handbetätigten Antrieb, die den Motor abschaltet, und eine die Betätigungskraft auf das angetriebene Teil übertragende Handhabe (36), dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung eine die Be­ tätigungskraft auf das angetriebene Teil übertragende Handhabe (36) und einen in die Handhabe (36) integrierten Sensor enthält, welcher beim Detektieren einer Handbetätigung ein Signal an den Steuerrechner (43) zur Motorabschaltung liefert.

13. Steuerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Näherungs- oder ein Berührungssensor ist.

14. Steuerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (34) ein Geber ist, der die Betätigungskraft der Handhabe mißt.

15. Steuerung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch ein Relais (7, 21, 40), das den Motor (2, 11, 42) von seiner Stromversorgung trennt und/oder den Motor kurz­ schließt.

16. Steuerung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch ihre Verwendung für den Antrieb des Kreuztisches eines Mikroskopes, eines Mikroskop-Fokussiertriebes oder eines Mikromanipulators.