Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servosystem-
Geschwindigkeitsregelvorrichtung, insbesondere eine
Vorrichtung zur Regelung einer Geschwindigkeit bei einem
Servosystem unter Verwendung eines Rechners.
Stand der Technik
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Konventionellerweise wird eine
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung, die einen Rechner verwendet,
beispielsweise bei einer rechnergesteuerten numerischen
Steuervorrichtung (CNC-Vorrichtung), in einem
Industrieroboter o. dgl. verwendet.
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Wenn ein Werkstück beispielsweise mittels einer
CNC-Vorrichtung bzw. -Maschine bearbeitet wird, dann wird
jedem Block, gemäß welchem eine bestimmte Bearbeitung an
dem Werkstück auszuführen ist, eine geeignete
Geschwindigkeit für die Bearbeitung des Werkstücks zugeordnet.
Beispielsweise wird dann, wenn ein innerer Teil des
Werkstücks rechtwinklig zu schneiden ist, die
Zuführgeschwindigkeit zum Schneiden eines Eckbereichs des
Werkstücks relativ zu der Zuführgeschwindigkeit für ein
gerades Teilstück des Werkstücks verringert, so daß eine
Überlastung der Schneidwerkzeuge vermieden und die
geschnittene Oberfläche des Werkstücks verbessert wird,
und so daß ferner der Eckbereich des Werkstücks mit
größerer Genauigkeit geschnitten bzw. maschinell
bearbeitet wird.
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Es ist zu beachten, daß bei einer konventionellen
Servosystem-Geschwindigkeitsregel- bzw. Steuervorrichtung
zuerst eine Geschwindigkeit ausgelesen wird, die einem
Block zugeordnet ist, und daß dann die Geschwindigkeit
des Servosystems auf die zugeordnete Geschwindigkeit
geändert wird. Daher ergibt sich bei einer
konventionellen Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung das
Problem, daß dann, wenn eine Blocklänge zum Verringern
der Geschwindigkeit unzureichend ist, die Geschwindigkeit
des Servosystems nicht auf die zugeordnete
Geschwindigkeit für den nächsten Block abgesenkt werden kann.
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Die FR-OS 2 315 116 beschreibt ein digitales
Steuersystem, welches eine vorgegebene Folge von Operationen auf
einer Werkzeugmaschine steuert. Das digitale Steuersystem
gemäß der FR-OS 2 315 116 bezeichnet die Bewegungs-
Eingangssignale für jede Operation in der Form von
Blöcken, welche unter Verwendung eines Schieberegisters
abgearbeitet werden. Drei Bewegungssteuerungen steuern
die Bewegung längs ihrer jeweils senkrecht zueinander
verlaufenden Achsen. Diesen Steuerungen sind
Hilfsüberwachungseinheiten zugeordnet, welche Eingänge haben, die
von dem Schieberegister gespeist werden.
Aufeinanderfolgende Blöcke der Bewegungseingangssignale werden an die
Hilfsüberwachungseinheiten angelegt, während das
Schieberegister von einem gemeinsamen Taktimpulsgenerator
schrittweise fortgeschaltet wird, um die Synchronität
zwischen den drei Steuerungen aufrecht zu erhalten. Dies
wird in Abhängigkeit von einer programmierten Folge von
Ereignissen bewirkt.
Offenbarung der Erfindung
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Geschwindigkeitssteuerung bzw. -regelung eines Servosystems
durchzuführen und insbesondere eine Abbremsung des
Servosystems in geeigneter Weise zu steuern.
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Gemäß der Erfindung ist eine
Geschwindigkeitsregelvorrichtung zum Regeln der Geschwindigkeit in einem
Servosystem unter Verwendung eines Rechners vorgesehen, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß diese Vorrichtung umfaßt:
einen Speicher zum Speichern vorgegebener
Geschwindigkeiten für mehrere Steuerblöcke; Einrichtungen zum Lesen
der vorgegebenen Geschwindigkeiten mehrerer Blöcke; eine
Servosystem-Abbremseinrichtung, welche selektiv zum
Absenken der Geschwindigkeit des Servosystems betätigbar
ist; und Einrichtungen zum Regeln der Abbremseinrichtung
in der Weise, daß die Servogeschwindigkeit am Start jedes
Blockes nicht größer ist als die vorgegebene
Geschwindigkeit
für diesen Block, wobei die Regeleinrichtungen
Einrichtungen umfassen, um bezüglich jedes Blockes eine
Abbrems-Startposition zu berechnen, welche um eine
Strecke vor dem Beginn dieses einen Blockes liegt, die
für das Abbremsen des Servosystems durch die
Abbremseinrichtung von der vorgegebenen Geschwindigkeit für den
vorausgehenden Block auf die vorgegebene Geschwindigkeit
für diesen einen Block erforderlich ist, sowie
Einrichtungen zum Einleiten des Betriebs der
Abbremseinrichtung in der berechneten Startposition für die Abbremsung.
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Bei der Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung mit
dem vor stehend beschriebenen Aufbau gemäß der Erfindung
wird zuerst vorab ein Geschwindigkeitswert, der für
mehrere Blöcke angegeben ist, aus dem Speicher
ausgelesen, und dann wird die Geschwindigkeit des Servosystems
auf einer Geschwindigkeit gehalten, die niedriger ist als
die angegebenen Geschwindigkeiten für die Blöcke in der
Startposition der zuvor ausgelesenen Blöcke, und zwar
durch Berechnen einer Startposition für die Abbremsung.
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Außerdem wird die Geschwindigkeit des Servosystems durch
die Servosystem-Abbremseinrichtungen gegenüber der
berechneten Abbrems-Startposition verringert. Folglich
kann die Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung
eine Servosystemgeschwindigkeit aufrechterhalten, die
niedriger ist als die angegebenen Geschwindigkeiten für
alle Blöcke, und kann die Abbremsung des Servosystems mit
einem hohen Grad von Genauigkeit steuern bzw. regeln.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel des
Steuerbefehls der CNC-Vorrichtung zeigt;
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Fig. 2 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel für
eine Geschwindigkeitsänderung bei einem
Servosystem zeigt, welches durch eine
konventionelle Geschwindigkeitsregel- bzw.
Steuervorrichtung eines Servosystems gesteuert wird;
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Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches
eine CNC-Vorrichtung zeigt, die eine
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung verwendet;
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Fig. 4 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer
Geschwindigkeitsänderung eines Servosystems
zeigt, welches durch eine
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung gemäß
vorliegender Erfindung gesteuert bzw. geregelt wird;
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Fig. 5 ist ein Diagramm, welches einen Vergleich
zwischen Geschwindigkeitsänderungen bei
Servosystemen zeigt, die einerseits durch die
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung
gemäß der Erfindung und andererseits durch
eine Vorrichtung konventioneller Bauart
gesteuert werden; und
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Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, welches ein Beispiel
einer Steuer- bzw. Regeloperation auf der
Basis der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beste Art der Ausführung der Erfindung
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Zunächst werden die Probleme einer konventionellen
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung unter
Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 erläutert, und dann wird ein
Ausführungsbeispiel einer
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
erläutert.
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Fig. 1 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel des
Steuerbefehls der CNC-Vorrichtung zeigt, und Fig. 2 ist
ein Diagramm, welches ein Beispiel für eine
Geschwindigkeitsänderung eines Servosystems zeigt, welches von einer
konventionellen
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung gesteuert wird.
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Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, kann dann, wenn eine
Geschwindigkeit von F 1000 zwischen Blöcken N 120 und
N 160 auf eine Geschwindigkeit von F 100 bei einem Block
N 170 geändert wird, bei einer konventionellen
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung eine zugeordnete
Geschwindigkeit für den Block erst nach Lesen der Inhalte
des Blocks erkannt werden. Daher kann die
Servosystemgeschwindigkeit bei der konventionellen Servosystem-
Geschwindigkeitsregelvorrichtung an einer Startposition
des Blockes N 170 nicht ausreichend auf eine
Geschwindigkeit von F 100 abgebremst werden. Die zugeordnete
Geschwindigkeit für den Block N 170 wird nämlich erst in
der Startposition des Blockes N 170 erkannt, und dann
beginnt die Abbremsung des Servosystems ausgehend von der
Startposition des Blockes N 170.
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In entsprechender Weise kann dann, wenn eine
Geschwindigkeit von F 500 in dem Block N 180 auf eine
Geschwindigkeit von F 100 bei dem Block N 190 geändert wird und dann
weiter auf eine Geschwindigkeit F 500 bei einem Block
N 200 geändert wird, bei der konventionellen Servosystem-
Geschwindigkeitsregelvorrichtung die Geschwindigkeit des
Servosystems an der Startposition des Blockes N 200 nicht
ausreichend abgebremst werden, da die Abbremsung des
Servosystems ausgehend von der Startposition des Blockes
N 190 beginnt, und das Werkstück wird daher erreicht, ehe
die Servosystemgeschwindigkeit auf die in dem Block N 190
zugeordnete Geschwindigkeit von F 100 abgebremst ist, so
daß die Geschwindigkeit der Startposition des Blockes
N 200 auf die Geschwindigkeit von F 500 beschleunigt
wird, bei der es sich um die zugeordnete Geschwindigkeit
für den Block N 200 handelt.
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Wie oben ausgeführt, wird bei der konventionellen
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung zuerst eine
zugeordnete Geschwindigkeit für einen Block gelesen, und
dann wird ein Servosystem auf die zugeordnete
Geschwindigkeit gesteuert bzw. geregelt. Daher ergibt sich bei
der konventionellen Geschwindigkeitsregelvorrichtung des
Servosystems das Problem, daß die Geschwindigkeit des
Servosystems nicht auf die für den nächsten Block
vorgegebene Geschwindigkeit abgebremst werden kann, wenn
eine Blocklänge für eine Abbremsung nicht ausreichend
ist.
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Wenn beispielsweise ein innerer Teil eines Werkstücks als
rechter Winkel zu schneiden ist, dann wird die Zuführ- bzw.
Vorschubgeschwindigkeit, die für einen Block für das
Schneiden eines Eckbereichs vorgegeben ist
(beispielsweise eine Geschwindigkeit von F 100) auf eine
Geschwindigkeit eingestellt, die niedriger ist als die
Zuführgeschwindigkeit für einen Block für das Schneiden eines
geraden Bereichs (beispielsweise eine Geschwindigkeit von
F 1000). Wenn jedoch eine Blocklänge für das Schneiden
eines Eckbereichs nicht ausreichend ist, ist es
schwierig, die Servosystemgeschwindigkeit von F 1000 auf die
Geschwindigkeit von F 100 abzubremsen, die eine geeignete
Geschwindigkeit für das Schneiden eines Eckbereichs ist.
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Eine CNC-Vorrichtung, die die konventionelle Servosystem-
Geschwindigkeitsregelvorrichtung verwendet
(beispielsweise eine Drehbank), kann das Servosystem folglich nicht
auf eine geeignete Geschwindigkeit für das Schneiden
eines Eckbereichs abbremsen, so daß eine Überlastung
eines Schneidwerkzeugs herbeigeführt und die Lebensdauer
des Schneidwerkzeugs verkürzt wird.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert werden.
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Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches eine
CNC-Vorrichtung zeigt, die eine erfindungsgemäße
Geschwindigkeitsregelvorrichtung für ein Servosystem zeigt.
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Wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt die CNC-Vorrichtung einen
Mikroprozessor 4, einen RAM 5, der mit dem Mikroprozessor
4 über einen Bus verbunden ist, einen ROM 6, einen
Blasenspeicher 7, eine CRT (Bildschirm) 8, ein Tastenfeld
9 und eine Achsensteuereinheit 10.
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Ein Befehl von der Achsensteuereinheit 10 wird einem
Servoverstärker 11 zugeführt, und ein Servomotor wird in
Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des
Servoverstärkers 11 gesteuert. Ein Positionswandler 13,
beispielsweise ein Impulscodierer o. dgl., ist an dem
Servomotor 12 vorgesehen, und ein Ausgangssignal des
Positionswandlers 13 wird auf die Achsen-Steuer- bzw.
Regeleinheit 10 rückgekoppelt.
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Fig. 1 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel für den
Steuerbefehl der CNC-Vorrichtung zeigt, und Fig. 4 ist
ein Diagramm, welches ein Beispiel einer
Geschwindigkeitsänderung eines Servosystems zeigt, welches von einer
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung gesteuert wird.
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Wie in Fig. 1 und 4 gezeigt, werden bei dem betrachteten
Ausführungsbeispiel dann, wenn eine Geschwindigkeit von
F 1000 zwischen den Blöcken N 120 und N 160 auf eine
Geschwindigkeit von F 100 bei einem Block N 170 geändert
wird, die zugeordneten Geschwindigkeiten für mehrere
Blöcke vorab gelesen, und es werden
Abbrems-Startpositionen berechnet, um eine Servosystemgeschwindigkeit
aufrechtzuerhalten, die niedriger ist als die
vorgegebenen Geschwindigkeiten der Blöcke in den Startpositionen
der zuvor ausgelesenen Blöcke.
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Die Abbremsung beginnt daher ausgehend von einer Position
vor dem Block N 170, und die Servosystemgeschwindigkeit
wird auf eine Geschwindigkeit von F 100 abgebremst, die
die zugeordnete Geschwindigkeit für den Block N 170 ist,
und zwar an der Startposition des Blockes N 170. In
entsprechender Weise wird dann, wenn eine Geschwindigkeit
von F 500 in einem Block N 180 auf eine Geschwindigkeit
von F 100 bei einem Block N 190 geändert wird, die
Abbremsung ausgehend von einer Position begonnen, die vor
dem Block N 190 liegt, und das Servosystem ist an der
Startposition des Blockes N 190 auf eine Geschwindigkeit
von F 100 abgebremst, nämlich auf die zugeordnete
Geschwindigkeit für den Block N 190.
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Es ist zu beachten, daß dann, wenn eine Beschleunigung
durchgeführt wird, beispielsweise wenn eine
Geschwindigkeit von F 100 in dem Block N 170 auf eine
Geschwindigkeit von F 500 bei dem Block N 180 geändert wird, die
Beschleunigung des Servosystems ausgehend von der
Startposition des Blockes N 180 ausgeführt wird. Bei
einer Beschleunigung kann die Geschwindigkeit des
Servosystems nämlich auf die zugeordnete Geschwindigkeit
für jeden Block ausgehend von der Startposition jedes
Blockes beschleunigt werden. Obwohl in diesem Fall die
tatsächliche Geschwindigkeit des Servosystems geringer
ist als die zugeordnete Geschwindigkeit für den Block und
somit die Bearbeitungszeit länger ist, ergibt sich
absolut kein negativer Einfluß auf die
Bearbeitungsgenauigkeit. In entsprechender Weise wird dann, wenn eine
Geschwindigkeit von F 100 in einem Block N 190 auf eine
Geschwindigkeit von F 500 bei einem Block N 200 geändert
wird, die Beschleunigung des Servosystems ausgehend von
der Startposition des Blockes N 200 begonnen.
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Fig. 5 zeigt die zugeordneten Geschwindigkeiten von einem
Block N 1 bis zu einem Block N 15 und die
Geschwindigkeiten des Servosystems, welches von einer
konventionellen bzw. der erfindungsgemäßen
Servosystem-Geschwindigkeitsregeleinrichtung gesteuert wird. Die Kurve a
bezeichnet die Servosystemgeschwindigkeit, die durch die
erfindungsgemäße
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung gesteuert wird, und die Kurve b zeigt die
Servosystemgeschwindigkeit, die durch eine konventionelle
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung gesteuert
wird.
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Wie in Fig. 5 gezeigt, zeigt der Verlauf der Kurven a und
b für die Blöcke N 1 bis N 4, wo die zugeordneten
Geschwindigkeiten allmählich erhöht werden, daß die
Beschleunigung der Geschwindigkeit des Servosystems
dieselbe ist wie die zugeordneten Geschwindigkeiten der
Blöcke.
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In der Startposition eines Blockes N 5 zeigt die Kurve a,
welche die Geschwindigkeit des Servosystems anzeigt,
welches mit der
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet, eine
Abnahme der Geschwindigkeit des Servosystems auf die
einem Block N 6 zugeordnete Servosystemgeschwindigkeit in
der Startposition des Blockes N 6; die Kurve b, welche
die Geschwindigkeit des Servosystems zeigt, welches eine
konventionelle
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung verwendet, zeigt, daß die Beschleunigung der
Geschwindigkeit des Servosystems fortgesetzt wird, bis
die Servosystemgeschwindigkeit die vorgegebene
Geschwindigkeit für den Block N 5 erreicht, und daß die
Abbremsung der Servosystemgeschwindigkeit in der
Startposition des Blockes N 6 begonnen wird, in der die
zugeordnete Geschwindigkeit für den Block 6 erstmals erkannt
wird. Die von der konventionellen
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung geregelte
Servosystemgeschwindigkeit wird im Verlauf der hinteren Hälfte des Blockes
N 7 auf die zugeordnete Geschwindigkeit für den Block
N 6 (zugeordnete Geschwindigkeit für den Block N 7)
abgebremst. Es ist zu beachten, daß der Anstiegswinkel
der Beschleunigungskurve und der Abfallwinkel der
Abbremskurve durch die charakteristischen Eigenschaften
jedes der Servosysteme bestimmt werden.
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In den Blöcken N 8 und N 9, in denen die zugeordneten
Geschwindigkeiten allmählich erhöht werden, zeigen die
Kurven a und b, daß die Servosystemgeschwindigkeiten
beschleunigt werden. Die Kurve a zeigt, daß die
Abbremsung unmittelbar vor der Endposition des Blockes N 9
beginnt und daß die Servosystemgeschwindigkeit in der
Startposition für den Block N 12 gleich der zugeordneten
Geschwindigkeit für den Block N 12 ist.
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Es ist zu beachten, daß dann, wenn die Abbremsung in der
Startposition des Blockes N 10 begonnen wird (die die
Endposition des Blockes N 9 ist), indem lediglich die
vorgegebene Geschwindigkeit für den Block N 11 beachtet
wird, die Servosystemgeschwindigkeit in der Startposition
des Blockes N 11 gleich der zugeordneten Geschwindigkeit
für den Block N 11 sein wird.
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Die Servosystemgeschwindigkeit kann jedoch an der
Startposition des Blockes N 12 nicht auf die vorgegebene
Geschwindigkeit für diesen nächsten Block N 12 abgesenkt
werden. In diesem Fall muß die Servosystemgeschwindigkeit
niedriger gehalten werden als die vorgegebenen
Geschwindigkeiten für alle zuvor ausgelesenen Blöcke in den
Startpositionen all dieser Blöcke.
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Es ist zu beachten, daß die Anzahl der vorab ausgelesenen
Blöcke, beispielsweise 40 Blöcke oder 60 Blöcke, durch
das Servosystem bestimmt wird, welches die
Regelvorrichtung für die einstellbare Geschwindigkeit verwendet.
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Wie oben beschrieben, wird bei einem Servosystem, welches
mit der erfindungsgemäßen
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung arbeitet, die Servosystemgeschwindigkeit
niedriger gehalten als die Geschwindigkeit sämtlicher
Blöcke.
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Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm, in dem ein Beispiel für
eine Steuer- bzw. Regeloperation auf der Basis der
vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
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Wenn der Abbremsprozeß gestartet wird, dann werden
zunächst gemäß Schritt 21 mehrere Blöcke vorab
ausgelesen. Die Anzahl der vorab ausgelesenen Blöcke,
beispielsweise 40 Blöcke oder 60 Blöcke, wird durch das
Servosystem unter Verwendung der
Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung bestimmt. Als Nächstes werden gemäß
Schritt 22 die Abbremspositionen für die zuvor
ausgelesenen Blöcke bestätigt, und der Prozeß geht dann weiter mit
dem Schritt 23.
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Gemäß Schritt 23 wird eine Abbrems-Startposition
berechnet. Bei dieser Berechnung der Abbrems-Startposition wird
die Servosystemgeschwindigkeit niedriger gehalten als die
zugeordnete Geschwindigkeit der Blöcke in der
Startposition derselben. Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 5
beschrieben, wird die Abbrems-Startposition aus einem
Kreuzungspunkt zwischen einer Abbremskurve des
Servosystems durch die Startpositionen der einzelnen Blöcke und
den vorgegebenen Geschwindigkeiten für die Blöcke oder
einer Beschleunigungskurve für das Servosystem berechnet.
Als Nächstes wird gemäß Schritt 24 eine Abbremsung
ausgehend von der berechneten Abbrems-Startposition
gestartet.
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Die Servosystem-Geschwindigkeitsregelvorrichtung kann
also eine Servosystemgeschwindigkeit aufrechterhalten,
die niedriger ist als die vorgegebenen Geschwindigkeiten
aller Blöcke, und damit die Abbremsung des Servosystems
mit einem hohen Genauigkeitsgrad steuern bzw. regeln.
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In der vorstehenden Erläuterung ist die Servosystem-
Geschwindigkeitsregelvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht nur auf die Verwendung für eine
CNC-Vorrichtung wie z. B. eine Drehbank beschränkt, sondern
kann auch für die Servosysteme von Industrierobotern
u. dgl. verwendet werden.