DE69025897T2 - Numerische Steuereinheit - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine numerische Steuerung, die in Abhängigkeit von Steuerprogrammbefehlen betätigbar ist, um die Bewegung einer ersten Vorrichtung synchron mit einer zweiten Vorrichtung zu steuern, die nicht von der numerischen Steuerung gesteuert wird, wobei die Steuerung eine Einrichtung zum Erfassen der Geschwindigkeit und der Position wenigstens eines Elements der zweiten Vorrichtung aufweist, sowie eine Einrichtung aufweist zum Steuern der Geschwindigkeit und der Position wenigstens eines Elements der ersten Vorrichtung synchron mit dem wenigstens einen Element der zweiten Vorrichtung.
• Eine numerische Steuerung dieses Typs ist zum Beispiel aus der DE-A1-29 10 399 bekannt. Bei der herkömmlichen numerischen Steuerung ist ein Absolut-Winkelschrittdetektor vor gesehen, von dem direkt codierte Positionssignale eines Rammendruckkolbens einer Presse einerseits direkt einem Wandler und andererseits einer Nachfolgesteuerung zugeführt werden. In dem Wandler wird eine den jeweiligen Positionssignalen entsprechende Kurve simuliert, wobei die Form der Kurve frei gewählt werden kann und diese eine exakte elektronische Wiedergabe einer tatsächlichen mechanischen Kurve darstellt. Diese Kurve bestimmt die Bewegungseigenschaften einer Automationsvorrichtung, insbesondere einer Fördervorrichtung, während des Betriebs der Presse. Wenn jedoch die Presse nicht kontinuierlich betrieben wird, dann ist es die Nachfolgesteuerung, die während Stillstandsperioden der Presse eine elektronische Kurve liefert, die die Bewegungseigenschaften der Fördervorrichtung bestimmt. Falls die Kurve verändert werden soll oder andere Betriebsbedingungen erwünscht sind, wird dies erreicht durch Verändern des Programms, zum Beispiel durch Austauschen der Programmkassette in der Vorrichtung der DE-A1-29 10 399. Bei der herkömmlichen Vorrichtung ist kein Mittel vorhanden zum Verändern des Betriebsmodus während des Betriebs. Es sind auch keine Verarbeitungseinrichtungen vorhanden, mittels derer die Synchronisationsgeschwindigkeit während des Betriebs variiert werden kann.
• Fig. 7 zeigt ein Funktionsblockdiagramm unter Darstellung einer herkömmlichen numerischen Steuereinheit. In Fig. 7 wird ein Steuerprogamm 1, das in Form von Anweisungsblöcken organisiert ist, einem Programmprozessor 2 zugeführt, der das Steuerprogramm 1 liest, dessen Daten decodiert und Steuerbefehldaten erzeugt. Eine Maschinensteuerung 3 empfängt die Steuerbefehldaten von dem Programmprozessor 2 und kommuniziert mit einer Schnittstelle 4 zu der Maschine 9 (schematisch in gestrichelter Linie dargestellt), die gesteuert wird. Die Steuerung 3 arbeitet derart, daß sie den Start des Programmprozessors 2 in Abhängigkeit von einem Steuersignal von der Maschinen- Schnittstelle 4 steuert, erfaßte Rotationsgeschwindigkeitsdaten empfängt, den Steuerbefehldaten Ausführungsgeschwindigkeitsdaten hinzuaddiert sowie Ausgangsbefehldaten erzeugt. Weiterhin ist mit der Maschinensteuerung ein Interpolations-/Impulsverteiler 5 zum Verteilen von Richtungssignalen zum Lenken der Bewegung entlang jeder von zwei orthogonalen Achsen in Abhängigkeit von den Steuerbefehldaten verbunden. Die Richtungssignale werden von X-Achsen- bzw. Y-Achsen-Servoverstärkern 6A bzw. 6B empfangen, um entsprechende Servomotoren 7A und 7B in Abhangigkeit von den Steuerbefehldaten zu steuern. Die lineare Position der Maschine 9 wird durch einen X-Achsen- Detektor (Impulsgenerator) 8A und einem Y-Achsen-Detektor (Impulsgenerator) 8B identifiziert, und die Positionsinformation wird zu dem entsprechenden Servoverstärrer 6A, 6B zurückgeführt.
• Das System beinhaltet auch eine weitere Maschine (nicht gezeigt), die nicht durch das Steuerprogramm 1 gesteuert wird, die jedoch auch in irgendeiner Weise an dem Werkstück arbeiten kann. Information über den Betrieb dieser Maschine, zum Beispiel die Geschwindigkeit, mit der sich ein Teil der Maschine in dem System bewegt, wird durch einen Detektor (Impulsgenerator) 10 detektiert, der Impulse in Relation zu der Bewegung dieser Vorrichtung über eine vorbestimmte Distanz oder einen vorbestimmten Rotationswinkel in einer bestimmten Zeitspanne erzeugt. Der erfaßte Geschwindigkeitswert wird in ein Geschwindigkeitsregister 11 eingegeben, um anschließend von der Maschinensteuerung 3 gelesen zu werden. Ein Steuerpult 12 ist an der Maschine 9 zum Steuern des Betriebs der Maschine 9 vorgesehen.
• Wenn im Betrieb ein Maschinenbetrieb-START-Siqnal durch die Maschinen-Schnittstelle 4 in die Maschinensteuerung 3 eingegeben wird, veranlaßt die Maschinensteuerung 3 den Programmprozessor 2, mit dem Lesen des Steuerprogramms 1 zu beginnen. Die Programmsteuerung 2 liest das Steuerprogramm 1 auf der Basis einer Bloök-für-Block-Reihenfolge, wobei er am Anfang desselben beginnt und die Programmanweisungen decodiert. Der Programmprozessor 2 wandelt dann das decodierte Steuerprogramm 1 in eine integrale Verarbeitungsdatenstruktur um, erzeugt Steuerbefehldaten und gibt diese Steuerbefehldaten an die Maschinensteuerung 3 ab. In Abhängigkeit von den Steuerbefehldaten erzeugt die Steuerung 3 Maschinen-EIN-AUS-Steuersignale, die an die zu steuernde Maschine 9über die Maschinen- Schnittstelle 4 abgegeben werden. Die Steuerung 3 erzeugt auch Achsen-Steuerdaten, die als X-Achsen- und Y-Achsen- Steuerbefehle an den Interpolations-/Impulsverteiler 5 ausgegeben werden. Die Achsensteuerbefehle werden durch etablierte Ausführungssteuergeschwindigkeiten auf der Basis von Ausführungs-Geschwindigkeitsdaten (Überlagerung) begrenzt, die über die Maschinen-Schnittstelle 4 von dem externen Steuerpult 12 zugeführt werden. Die Maschinensteuerung 3 ist somit in der Lage, die gesamte numerische Steuerfunktion für die Maschine 9 in Abhängigkeit von Betriebssteuersignalen von einem Prozessor oder einer Bedienungsperson auszuführen.
• Der Interpolations-/Impulsverteiler 5 kann von einer linearen oder von einer kreisförmigen Interpolation Gebrauch machen, und er kann die Beschleunigung/Verlangsamung in Abhängigkeit von den Achsensteuerbefehlen und den Ausführungsgeschwindigkeitsdaten steuern. Der Interpolations/Impulsverteiler 5 verteilt Steuersignale und gibt diese an die Servoverstärker 6A und 6B ab. Die Servoverstärker lenken die Maschinenbewegung entlang der X- und der Y- Achse in Abhängigkeit von dem Steuerprogramm 1 durch Steuern der Positionen und Geschwindigkeiten der Servomotoren 7A, 7B in Abhängigkeit von den Steuersignalen der entsprechenden Achsen und den Rückkopplungssignalen, die von den entsprechenden Detektoren 8A und 8B erzeugt werden.
• Zusätzlich zu dem vorstehend genannten allgemeinen numerischen Steuervorgang kann eine Steuerung synchron mit der Bewegung des externen Maschinenelements oder -systems durchgeführt werden. Das Geschwindigkeitsregister 11, das ein Detektionssignal (Impulszugsignal) von dem Detektor 10 in dem externen System speichert, liest das Impulszugsignal in vorbestimmten Intervallen und speichert das gelesene Signal seriell in Form von Geschwindigkeitsdaten. Wenn das Steuerprogramm 1 eine Anweisung für die Ausführung eines synchronisieren Betriebs von Maschine 9/externer Maschine enthält, decodiert der Programmprozessor 9 diese Anweisung und liefert einen entsprechenden Befehl an die Maschinensteuerung 3. Bei Ausführung einer synchronisierten Steuerung liest die Maschinensteuerung 3 die Geschwindigkeitsdaten des Geschwindigkeitsregisters 11 seriell in vorbestimmten Intervallen, berechnet die angemessenen Ausführungsgeschwindigkeiten für die Achsensteuerbefehle in Abhängigkeit von den jüngsten Geschwindigkeitsdaten und gibt die entsprechenden Steuerbefehle an den Interpolations-/Impulsverteiler 5 aus. Durch obigen Vorgang läßt sich eine mit der Bewegung in dem externen System synchronisierte Steuerung der Maschine 9 erzielen.
• Die herkömmliche numerische Steuereinheit gestattet jedoch nur Geschwindigkeits-Synchronisationssteuerbewegungen in dem externen System. Zum Beispiel kann die herkömmliche Einheit nur eine begrenzte synchronisierte Bearbeitung von Werkstücken, die einer Positionssteuerung bedürfen, ausführen, wie zum Beispiel einen Gewindeschneidvorgang auf einer Drehmaschine oder einen Innengewindeschneidvorgang auf einer Fräsmaschine Im spezielleren kann die herkömmliche Einheit nicht bei einer Vorrichtung verwendet werden, die sowohl eine Positions-Synchronisationssteuerung als auch eine Geschwindigkeits-Synchronisationssteuerung benötigt.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer numerischen Steuerung des vorstehend genannten Typs, die sowohl eine Positions-Synchronisationssteuerung als auch eine Geschwindigkeits-Synchronisationssteuerung gestattet, so daß die numerische Steuerung in der Lage ist, in Echtzeit auf Befehle anzusprechen, die eine Veränderung im Betriebsmodus darstellen.
• Gelöst wird diese Aufgabe in vorteilhafter Weise durch eine numerische Steuerung des vorstehend genannten Typs, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuerung ferner folgendes aufweist: eine Geschwindigkeits- und eine Positions-Informationsspeichereinrichtung zum Speichern der erfaßten Geschwindigkeit und Position des Elements der zweiten Vorrichtung; eine Einrichtung zum Verarbeiten von Geschwindigkeits- und Positions-Synchronisationsbefehlen von einem Steuerprogramm; wobei die Verarbeitungseinrichtung einen Synchronisations-Positionsdetektor aufweist, der dazu ausgelegt ist, bei Empfang eines Positions-Synchronisationsbefehls die derzeitige Position des Elements aus der Positions-Informationsspeichereinrichtung auszulesen und die Positionssteuereinrichtung dann zu starten, wenn die derzeitige Position einem im Programm bezeichneten Wert entspricht, und wobei die Verarbeitungseinrichtung ferner einen Prozessor für die tatsächliche Vorschubgeschwindigkeit aufweist, der dazu ausgelegt ist, bei Empfang des Geschwindigkeits-Synchronisationsbefehls die derzeitige Geschwindigkeit des Elements aus der Geschwindigkeits-Informationsspeichereinrichtung auszulesen sowie die tatsächliche, gewünschte Geschwindigkeit des wenigstens einen Elements der ersten Vorrichtung aus einer im Programm bezeichneten Geschwindigkeit sowie der derzeitigen Geschwindigkeit zu berechnen, wobei der Prozessor für die tatsächliche Vorschubgeschwindigkeit dazu ausgelegt ist, die berechnete tatsächliche Geschwindigkeit an die Geschwindigkeitssteuereinrichtung zu übermitteln.
• Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerung ist die Einrichtung zum Erfassen der Geschwindigkeit und der Position wenigstens eines Elements der zweiten Vorrichtung dazu ausgelegt, Signale an die Positions- und die Geschwindigkeits-Informationsspeichereinrichtung abzugeben.
• Gemäß einer zusätzlichen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerung ist die Erfassungseinrichtung zum Bestimmen der relativen Bewegungsrichtung des Elements der zweiten Vorrichtung ausgelegt.
• Gemäß noch einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerung sprechen die Positions- und Geschwindigkeits- Informationsspeichereinrichtungen auf Impulse an und weist die Erfassungseinrichtung einen Impulsgenerator auf, der auf die Bewegung des Elements der zweiten Vorrichtung anspricht.
• Gemäß noch einer zusätzlichen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuerung ist die Positions-Informationsspeichereinrichtung zu einer Bezugsposition selektiv rückstellbar.
• Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe in vorteilhafter Weise gelöst, wobei ein interaktiver Betrieb mit größerer Flexibilität erzielt wird. Je nach Situation und Umständen kann die gesteuerte Vorrichtung nur mit Geschwindigkeits synchronisation, nur mit Positionssynchronisation oder mit einer Kombination aus Geschwindigkeits- und Positions-Synchronisationssteuerung angetrieben werden. Diese gesteigerte Flexibilität eröffnet einen größeren Anwendungsbereich der beanspruchten numerischen Steuerung.
• Wenn bei der erfindungsgemäßen numerischen Steuerung ein Befehl von dem zentralen Programm eine Geschwindigkeitssynchronisation benennt, liest der Synchronisations- Steuerprozessor die Geschwindigkeitsdaten für den angetriebenen Gegenstand in dem Werkstückssystem aus dem Geschwindigkeits-Informationsspeicher aus und steuert die Maschinen-Ausführungsgeschwindigkeit, um dadurch eine Geschwindigkeitssynchronisation auszuführen. Wenn das Steuerprogramm den Befehl zur Durchführung einer Positionssynchronisierung gegeben hat, liest der Synchronisations-Steuerprozessor seriell die Daten für den angetriebenen Gegenstand in dem externen System aus dem Positions-Informationsspeicher aus, vergleicht diese Daten mit der Befehls-Synchronisationsposition und führt bei Identifizierung der Synchronisationspositon eine Start/Stopp-Steuerung des Treibers für die numerisch zu steuernde Maschine aus. Wenn sowohl ein Befehl für eine Positions- als auch ein Befehl fur eine Geschwindigkeits- Synchronisation gegeben werden, werden die beiden vorstehenden Steuerungsarten parallel ausgeführt, um eine Positions-/Geschwindigkeits-Synchronisation durchzuführen.
• Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ausführlicher beschrieben; darin zeigen:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm einer numerischen Steuereinheit gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 1A ein externes System, wobei es sich vorliegend um eine rotierende Presse handelt, mit dem die erfindungsgemäße numerische Steuerung synchron betrieben wird;
• Fig. 2A eine Darstellung der rotationsmäßigen Position einer rotierenden Kurbel einer Pressenmaschine und Fig. 2B eine Veränderung in der vertikalen Position eines Werkzeugs während eines Preßvorgangs bei Rotation der Kurbel;
• Fig. 3 ein Beispiel eines Steuerprogramms, das bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendbar ist, zusammen mit einer schematischen Darstellung der numerisch gesteuerten Maschine;
• Fig. 4 eine Darstellung der Beziehung zwischen der Kurbelposition und X- und Y-Achsen-Steuerbefehlen, die gemäß dem Programm der Fig. 3 ausgeführt werden;
• Fig. 4A eine detailliertere Darstellung des Synchronisations-Steuerprozessors der Fig. 1;
• Fig. 5 ein verarbeitungs-Flußdiagramm für den Synchronisations-Steuerprozessor, der bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 4A verwendet wird;
• Fig. 6 ein Verarbeitungs-Zeitdiagramm unter Darstellung der Geschwindigkeits-Synchronisationssteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1; und
• Fig. 7 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen numerischen Steuereinheit.
• In den Zeichnungen werden zur Bezeichnung ähnlicher oder sich entsprechender Teile durchweg dieselben Bezugszeichen verwendet.
• Es wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beschrieben, wobei eine Werkstück-Transfersteuerung für eine rotierende Presse als Beispiel verwendet wird. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen ist, ist ein in einem Speicher auf einer Platte, Band oder dergleichen gespeichertes Programm 1 einem Programmprozessor 2 zugänglich, der mit einer Maschinensteuerung 3 und einem Synchronisations-Steuerprozessor 17 verbunden, der im folgenden noch beschrieben wird. Die Steuerung 3 kommuniziert mit dem Prozessor 17, einer Maschinen-Schnittstelle 4 und einem Interpolations-/Impulsverteiler 5. Wie bereit unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben worden ist, empfangen Servoverstärker 6A, 6B Impuissignale von der Impulsverteilungseinheit 5 sowie von einem X-Achsen- und einem Y- Achsen-Servomotor 7A bzw. 7B, wobei hierfür eine Rückkopplung von Detektoren 8A, 8B verwendet wird, um den Betrieb einer Maschine 9 zu steuern, bei der es sich zum Beispiel um einen Pressenförderer handelt. Ein Detektor (Impulsgenerator) 10 ist mit einem angetriebenen rotierenden Element der Presse direkt verbunden, und ein Geschwindigkeitsregister 11 erfaßt die Rotationsgeschwindigkeit dieses Elements. Ein Maschinen-Steuerpult 12 dient zur Eingabe von Steuerinformation für die Maschine. Dieser Konstruktion fügt die vorliegende Erfindung noch eine Richtungs-Beurteilungseinrichtung 13 zum Beurteilen der Richtung der Detektorsignalimpulse (einem Zweiphasensignal) hinzu. Ein Positionsregister 14 sammelt in positive und negative Richtung gehende Impulse, die von der Richtungs-Beurteilungseinrichtung 13 abgegeben werden, und ein Steller 15 schafft eine voreinstellung von Positions daten in dem Positionsregister 14. Das System wird vervollständigt durch eine Positions-Eingabevorrichtung 16 und einen Rückstellschalter (Löschen auf Null) 16A. Der Synchronisations-Steuerprozessor 17 führt eine Synchronisationssteuerung in Abhängigkeit von Daten von dem Ge schwindigkeitsregister 11 und dem Positionsregister 14 ansprechend auf von dem Steuerprogramm 1 stammende Synchronisationsbefehle aus.
• Fig. 1A zeigt ein Beispiel für ein externes (nicht nu mensch gesteuertes) System, wobei es sich hier um eine rotierende Presse handelt. Die Presse beinhaltet eine Kurbel 21, die ein Werkzeug 20 zum Beispiel zum Stanzen von Öffnungen in aufeinander folgende Werkstücke hebt und senkt. An dem Ende der Kurbel befindet sich der Detektor 10, der Impulse in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung der Kurbel erzeugt. Die Kurbel und somit das daran angebrachte Werkzeug werden durch einen Motor 22 angetrieben, der unabhängig von dem numerischen Steuersystem (NC- System) und der Maschine 9 gesteuert wird.
• Die numerisch gesteuerte Maschine 9 beinhaltet bei unserem Beispiel eine Werkstück-Eintrag- und Austragvorrichtung 19, die einen Arm mit einer daran angebrachten Klemmeinrichtung beinhaltet, die in einer X-Y-Ebene beweglich ist. Die Bewegung des Arms wird durch die Servomotoren 7A, 7B gesteuert, die auch in Fig. 1 gezeigt sind. Im Betrieb wird der Arm dazu veranlaßt, die von einem Zuführförderer 24 ankommenden Werkstücke zu ergreifen, die Werkstücke in Position zum Ausstanzen auf der Bank zu bringen sowie nach dem Stanzen die Werkstücke zurückzuholen und diese an einen Abführförderer 26 zu übergeben. Außerdem sind in Fig. 1A auch die Servoverstärker 6A und 6B sowie der Rest der NC-Steuerung gezeigt, die in Fig. 1 ausführlicher dargestellt ist.
• Die Arbeitsweise des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 1A, 2A und 2B beschrieben. Fig. 2A zeigt die variable winkelmäßige Position der rotierenden Kurbel 21 der Presse, und Fig. 2B zeigt die relative Position des Werkzeugs 20 bei der Rotationsbewegung der Kurbel 21. Unter Bezugnahme wiederum auf Fig. 1 sollte das Positions-Register 14 durch den Steiler 15 derart rückgestellt werden, daß es sich bei einer 0º-Position (oberer Totpunkt) der Kurbel 21 auf dem Wert Null befindet. Die Stelivorrichtung 16 zeigt den Wert an (bei diesem Beispiel normalerweise 360º), bei dem der Steiler 15 diese Funktion ausführen sollte. In dieser Position befindet sich das Werkzeug 20 an dem oberen Totpunkt. Bei Rotation der Kurbel 21 erzeugt der Detektor 10 (bei dem es sich um einen Synchron-Decoder handeln kann) Impulse, z.B. einen für jeden vorbestimmten Rotations-Inkrementbetrag, und er liefert diese über die Richtungs-Beurteilungsschaltung 13 an das Positionsregister 14, das seriell einen Impulsgesamtbetrag als Anzeige für die derzeitige Position (derzeitige Winkelposition der Kurbel 21, die in Beziehung zu der derzeitigen Höhe des Werkzeugs 20 steht) sammelt (zuwachsmäßig und verringerungsmäßig).
• Bei Rotation der Kurbel 21 verändert sich die Position des Werkzeugs 20 zwischen oberem Totpunkt und unterem Totpunkt in hin- und hergehender Weise. Das Positionsregister 14 wird durch den Steiler 15 auf 0 gestellt, wenn die winkelmäßige Position bei jeder Umdrehung 360º (0º) erreicht. Durch den vorstehend geschilderten Vorgang wird die derzeitige rotationsmäßige Position der Drehkurbel in dem Positionsregister 14 seriell gespeichert und auf den neuesten Stand gebracht.
• Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Steuerprogramms unter Darstellung der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Maschinenanordnung der Fig. 1A in Verbindung mit einem typischen NC Programm dargestellt. Das dargestellte Programm ist derart ausgebildet, daß es den Arm zum Aufnehmen eines Werkstücks von der Seite des Zuführförderers, zum Zuführen des Werkstücks zu der Presse sowie zum Aufnehmen des der Preßbearbeitung unterzogenen Werkstücks und Abgeben desselben auf die Seite des Abführförderers veranlaßt.
• Bei Schritt 1 des Programms handelt es sich um eine G00- Anweisung, die den Befehl für eine lineare Bewegung mit hoher Geschwindigkeit gibt. Im vorliegenden Fall erfordert die Anweisung eine Bewegung in der -Y-Richtung, entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Bewegung "1" (Bewegung nach links zu der Eintragstation zum Aufnehmen eines Werkstücks). Schritt 2 gibt den Befehl für den Betrieb der Klemme, so daß das Werkstück gegriffen wird. Schritt 3 gibt die Anweisung für eine Geschwindigkeitssynchronisation (G95) sowie eine Positionssynchronisation (G101) der nächsten Bewegung mit der Geschwindigkeit und der Position der Presse, im spezielleren der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbel 21 und der Position der Kurbel 21, welches als Position des Werkzeugs 20 umgesetzt wird. In Schritt 3 bewegt sich der Arm mit dem festgeklemmten Werkstück entlang der in dem oberen Teil der Zeichnung dargestellten Bahn "2" mit einer synchronisierten Geschwindigkeit F10 (die im folgenden erläutert wird) beginnend zu einem Zeitpunkt, an dem die Kurbel 21 eine Rotationsstellung von 30º (bestimmt durch die Anweisung "R30") von dem oberen Totpunkt erreicht. Als Ergebnis hiervon wird das Werkstück der Presse zugeführt, während sich das Werkzeug 20 in Richtung auf die Preßbearbeitungsposition nach unten bewegt. Es ist leicht zu erkennen, daß es in Fällen wie dem vorliegenden notwendig ist, daß der Betrieb des Arms positionsmäßig mit der Lage des Werkzeugs 10 synchronisiert wird, da ansonsten das Werkstück zu spät eingebracht werden kann und es zu einer Beeinträchtigung mit der Werkzeugbewegung und/oder einer Beschädigung des Werkzeugs 20 kommen kann. Die Geschwindigkeit der Presse und somit des Werkzeugs 20 wird von der numerischen Steuerung nicht gesteuert, und somit ist es notwendig, die numerische Steuerung des Arms an die tatsächlichen Bedingungen (d.h. die Betriebsgeschwindigkeit) der Presse anzupassen, die variabel sein können. Zu diesem Zweck wird in solchen Fällen, in denen der Befehl für eine Geschwindigkeitssynchronisation gegeben wird, die Betriebsgeschwindigkeit des Arms durch die Betriebsgeschwindigkeit der Presse bestimmt, und in solchen Fällen, in denen der Befehl für eine positionsmäßige Synchronisation gegeben wird, wird der Betriebsstart des Arms mit der Position der Kurbel 21 in Beziehung gebracht.
• In Schritt 4 wird das Werkstück aus der Klemme gelöst und somit in der Presse positioniert. Schritt 5 gibt den Be fehl zum Zurückziehen des Arms von der Presse weg entlang einer in der Zeichnung dargestellten Bahn "3", und zwar lediglich bei Geschwindigkeitssynchronisation (G95) mit einer Geschwindigkeit F20.
• Nach dem Pressen erfolgt eine Bewegungsanweisung entlang einer Bahn "4" in der Zeichnung zum Zurückholen des fertigen Werkstücks (Schritt 6). In diesem Beispiel erfolgt dieser Vorgang ebenfalls mit Geschwindigkeits- und Positionssynchronisation, so daß die Bewegung beginnt, wenn der Kurbelwinkel die 190º-Position (gerade nach dem unteren Totpunkt) erreicht hat, und mit einer synchronisierten Geschwindigkeit F10 abläuft. In Schritt 7 wird das Werkzeug eingeklemmt, und in Schritt 8 ergeht die Anweisung zu einer Bewegung entlang einer Bahn "5" bei einer synchronisierten Geschwindigkeit F20 zum Befördern des Werkstücks zu dem Abführförderer. In den Schritten 9 bis 11 wird das Werkstück schließlich aus der Klemme gelöst und das Werkstück freigegeben, und der Arm bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit nach links zu der Startposition zurück, und das Programm kehrt in der Schleife zu der Startposition zurück (M99).
• Die vorstehend erwähnten "synchronisierten Geschwindigkeiten" können wie folgt erklärt werden. Die Zahl nach den Buchstaben "F" bei der Geschwindigkeitsanweisung gibt das Ausmaß der Bewegung in der X-Y-Ebene pro vollen Impuls des Detektors 10 in Millimetern an. Die Anweisung "F10" setzt somit die Arm-Bewegungsgeschwindigkeit auf 10 mm pro Impuls des Detektors 10 fest. Da jeder Detektorimpuls einer bestimmten winkelmäßigen Bewegung der Kurbel entspricht, ist die Geschwindigkeit des Arms mit der Geschwindigkeit der Kurbel und somit mit der Bewegung des Werkzeugs synchronisiert.
• Fig. 4 zeigt die X/Y-Achsenbewegung des numerisch gesteuerten Arms synchron mit der winkelmäßigen Position der Kurbel für die Befehlssequenz der Fig. 3.
• In Fig. 4 entsprechen die mit einem Kreis umgebenen Ziffern den in Fig. 3 dargestellten Bewegungen. Anhand des Beispiels ist aus Fig. 4 erkennbar, daß die Bewegung ent lang der Bahn "4" (entsprechend Schritt 6 in Fig. 3) an einem Punkt beginnt, der einer Kurbelposition von 190º entspricht. Hier ist nur eine X-Achsen-Bewegung dargestellt, da der Schritt 6 lediglich eine Bewegung in X- Achsen-Richtung beinhaltet. Dieser Bewegung folgt in Fig. 4 eine kombinierte X- und Y-Achsen-Bewegung entlang der Bahn 5 gemäß der Anweisung in Schritt 8 des Programms der Fig. 3. Darauffolgt eine Bewegung entlang der Bahn "6" nur in Richtung der Y-Achse gemäß der Anweisung in Schritt des Programms. Aus Fig. 4 ist erkennbar, daß die Bewe gungsgeschwindigkeit von Schritt 6 höher ist als die der Schritte 4 oder 5 (die Höhe der Trapezform gibt die Geschwindigkeit wieder), da die Anweisung in Schritt 6 eine Verstellung mit hoher Geschwindigkeit (G00) ist. Die Bewegungsanzeiger sind in Fig. 4 trapezförmig, um die Beschleunigung und Verlangsamung zu Beginn und am Ende jeder Bewegung zu veranschaulichen.
• Fig. 4A zeigt den Synchronisations-Steuerprozessor ("SCP") 17 in detaillierterer Weise. Diese Vorrichtung ist für das Einwirken auf die Synchronisationsbefehle in dem Benutzerprogramm zum Koordinieren der Synchronisationsfunktion verantwortlich. Der SCP beinhaltet eine Leseeinrichtung 60 zum Lesen einer programmierten Position, wobei die Leseeinrichtung eine G101-(Positionssynchronisations-) Anweisung von dem Programmprozessor 2 detektiert und den bezeichneten Positionswert (enthalten in der "R"-Anweisung des Programms) liest und ansprechend darauf den Interpolations-/Impulsverteiler 5 stoppt. Letzterer Vorgang verhindert die sofortige Ausführung des derzeitigen Befehisblocks (X-Y-Bewegung). Ein Synchronisationspositions-Detektor 61 liest die derzeitige Position der Kurbel 21 aus dem Positionsregister 14 und bewirkt ein Starten des Interpolations-/Impulsverteilers 5, wenn die aus dem Register 14 ausgelesene Position dem im Programm bezeichneten Positionswert entspricht, so daß der Verteiler 5 die Anweisung erhält, den Befehlsblock auszuführen. Es ist somit möglich, den Einbringvorgang oder den Abführvorgang unmittelbar zu beginnen, sobald der Kurbelwinkel der Presse der synchronen Position gemäß der Programmanweisung entspricht.
• Eine Leseeinrichtung 62 für eine programmierte Vorschubgeschwindigkeit liest die programmierte Synchronisations- Vorschubgeschwindigkeit (aus der "F"-Anweisung in dem Programm) ansprechend auf einen G95- (Geschwindigkeitssynchronisations-)Befehl und startet den Betrieb eines Prozessor 63, der die tatsächliche Vorschubgeschwindigkeit des Arms aus dem "F"-Wert und der derzeitigen Geschwindigkeit der Kurbel berechnet, wobei letztere aus dem Register 11 ausgelesen wird. Der berechnete Wert wird dann an die Maschinensteuerung 3 geschickt. Das Lesen und die Berechnung finden in einem sehr kurzen Intervall (in Fig. 6 dargestellt) statt, so daß die Geschwindigkeitssteuerung Schwankungen in der Geschwindigkeit der externen Vorrichtung, wobei es sich im vorliegenden Fall um die Kurbelgeschwindigkeit handelt, sehr genau folgt.
• Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm unter Darstellung des Be triebs des Synchronisations-Steuerprozessors 17 bei der Bewerkstelligung der vorstehend beschriebenen Funktionen.
• Die Verarbeitung eines externen Steuerablaufs zum Steuern der Position/Geschwindigkeit zur Ausführung der durch den Programmprozessor 2 vorgegebenen Synchronisationsbefehle (G95, G101) erfolgt in einem vorbestimmten Intervall von mehreren Millisekunden. Bei Abwesenheit eines Geschwindigkeits-Synchronisationsbefehls G94 in Schritt 101 erfolgt eine Verarbeitung zur Bestimmung des Vorhandenseins eines Positions-Synchronisationsbefehls (G101) in Schritt 111. Wenn keiner von beiden vorhanden ist, wiederholt sich der Ablauf. Unter der Annahme, daß der Befehl 101 vorhanden ist, werden die von dem Programm (in der "R"-Anweisung) spezifizierten Synchronisationspositionsdaten und die in dem Positionsregister 14 gespeicherten derzeitigen Posi tionsdaten in den Schritten 112, 113 gelesen. Die derzeitige Position wird in jedem Zyklus auf den neuesten Stand gebracht und für eine Bestimmung verwendet, ob die Synchronisationsposition in Schritt 114 erreicht worden ist. Wenn die erzielten Daten nicht anzeigen, daß sich die Kurbel 21 in der Synchronisationsposition befindet, wird die Durchführung angehalten und der Ablauf wird wiederholt. Wenn die Daten anzeigen, daß sich die Kurbel in der Synchronisationsposition befindet, wird im Schritt 115 ein Befehl an den Interpolations-/Impulsverteiler 5 gegeben, und somit wird eine Positionssynchronisation durchgeführt.
• Wenn ein Geschwindigkeits-Synchronisationsbefehl (G95) vorhanden ist, fährt das Programm von dem Schritt 101 mit dem Schritt 102 fort, wo das Vorhandensein des Positions- Synchronisationsbefehls G101 bestimmt wird. Wenn der G101- Befehl nicht vorhanden ist, fährt das Programm mit Schritt 107 fort, wo die progammierte Synchronisationsgeschwindigkeit (aus der "F"-Anweisung) gelesen wird, wonach ein Lesen der in dem Geschwindigkeitsregister 11 gespeicherten Kurbelgeschwindigkeitsdaten erfolgt. Die korrekte Armgeschwindigkeit wird durch den Prozessor 63 in Schritt 109 unter Verwendung des ausgelesenen Kurbelgeschwindigkeitswerts und des durch die "F"-Anweisung erhaltenen mm/Impuls-Werts berechnet, und die Geschwindigkeitsdaten werden in Schritt 110 an die Maschinensteuerung 3 ausgegeben. Dieser Geschwindigkeitswert bleibt bis zu der nächsten Schleife durch das Programm hindurch gültig, wobei dann ein neuer Geschwindigkeitswert in Abhängigkeit von der detektierten Geschwindigkeit der Kurbel zu diesem Zeitpunkt berechnet werden kann.
• Für den Fall, daß ein Positions-Synchronisationsbefehl Glol zusätzlich zu einem Geschwindigkeits-Synchronisationsbefehl G95 vorhanden ist, fährt das Programm von Schritt 102 mit Schritt 103 fort, wo die Synchronisationsposition gelesen wird, wonach Schritt 104 folgt, in dem das Positionsregister gelesen wird. In Schritt 105 bestimmt der Prozessor, ob die Synchronisationsposition erreicht worden ist. Falls nicht, fährt das Programm mit Schritt 107 zum Berechnen der Geschwindigkeitsdaten fort.
• Die programmierte Synchronisationsgeschwindigkeit wird gelesen (Schritt 107), das Geschwindigkeitsregister wird gelesen (Schritt 108), und die Synchronisationsgeschwindigkeit des Arms wird berechnet (Schritt 109), wobei die Geschwindigkeitsdaten im Schritt 110 an die Maschinensteuerung ausgegeben werden. Wenn die Synchronisationsposition im Schritt 105 erreicht worden ist, empfängt die Interpolations-/Impulsverteilungsschaltung 5 eine START-Anweisung von dem Prozessor 17 zum Starten des Betriebs der Servoverstärker im Schritt 106, bevor mit den Geschwindigkeitsberechnungs- und Steuerschritten 107 bis 110 fortgefahren wird.
• Kurz gesagt, wird die Synchronisationsgeschwindigkeit in jedem Zyklus berechnet und an die Maschinensteuerung abgegeben, solange ein Geschwindigkeits-Synchronisationsbefehl G95 vorhanden ist, wobei der Positions-Synchronisations vorgang jedoch nur dann fortschreitet, wenn sich die Kurbel in der Synchronisationsposition befindet. Wenn sowohl eine Positions- als auch eine Geschwindigkeits-Synchronisationssteuerung durchgeführt werden, werden beide Verarbeitungen in einem Zyklus ausgeführt, wobei der Ablauf dem in Fig. 5 auf der linken Seite dargestellten Flußdiagramm folgt.
• Fig. 6 zeigt ein Verarbeitungs-Zeitdiagramm unter Darstellung der Geschwindigkeitssynchronisation des Synchronisations-Steuerprozessors 17 und der Maschinensteuerung 3.
• Die Zeichnung zeigt die zeitliche Steuerung beim Lesen der in dem Register 11 und/oder 14 gespeicherten Positionsinformation sowie bei der anschließenden Durchführung der Verarbeitung auf der Basis der ausgelesenen Daten. In der Linie A ist ein Bezugs-Zeitsteuerungsblock gezeigt, dessen Periode im allgemeinen kürzer als 20 ms ist. Ein externer Positions- und/oder Geschwindigkeits-Lesevorgang/Verarbeitungsvorgang wird beginnend an dem Beginn eines Bezugsblocks durchgeführt, wird dies in Linie B dargestellt ist. Während eines Bereichs des Bezugsblocks wird ein Geschwindigkeits-Synchronisationsvorgang/Berechnungsvorgang ausgeführt, wie dies durch den schraffierten Bereich dargestellt ist. Anschließend an die Beendigung dieses Vorgangs erhält die Maschinensteuerung die Ausgangsdaten und sie führt einen Geschwindigkeits-Synchroni sationssteuervorgang durch, in dem ein berechneter Wert an den Interpolations-/Impulsverteiler 5 abgegeben wird, wie dies in der Zeitlinie C zu sehen ist, und zwar beginnend an dem Beginn des nächsten Bezugsblocks.
• Es versteht sich, daß anstatt des Befehls nur für eine Startposition für die Positions-Synchronisationssteuerung wie bei dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel sowohl eine Startposition als auch eine Stopposition in dem Steuerprogramm angegeben sein können und diese Positionen von dem Synchronisations-Steuerprozessor 17 unterschieden werden können.
• Weiterhin ist zu erkennen, daß ein Start nach Bedarf zu jeder Zeit bewerkstelligt werden kann und nur die Stopposition mit der externen Position synchronisiert werden braucht.
• Ferner versteht es sich, daß zusätzlich zu der vorstehend genannten Start-/Stopp-Steuerung durch Positionssynchronisation die externen Positionsdaten und eine numerisch gesteuerte Koordinatenposition miteinander überlappt werden können, um eine feinere Steuerung zu ermöglichen.
• Es ist zu erkennen, daß die Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, einer numerischen Steuereinheit die Schaffung einer Geschwindigkeits-Synchronisationssteuerung, einer Positions-Synchronisationssteuerung sowie einer Geschwindigkeits-/Positions-Synchronisationssteuerung mit einem angetriebenen Gegenstand ermöglicht, wobei es sich insbesondere um ein Maschinenelement handelt, das in einem anderen Steuersystem als dem numerisch gesteuerten arbeitet.
• Es ist auch erkennbar, daß das externe System nicht auf ein System beschränkt zu sein braucht, das an einem Werkstück arbeitet, sondern jede beliebige Zweitmaschine beinhalten kann, die zum Arbeiten mit dem numerisch gesteuerten System ausgelegt ist.

Claims (5)

1. Numerische Steuerung, die in Abhängigkeit von Steuerprogrammbefehlen betätigbar ist, um die Bewegung einer ersten Vorrichtung (19) synchron mit einer zweiten Vorrichtung (9) zu steuern, die nicht von der numerischen Steuerung gesteuert wird, wobei die Steuerung eine Einrichtung (10) zum Erfassen der Geschwindigkeit und der Position wenigstens eines Elements (20, 21) der zweiten Vorrichtung (9) aufweist; sowie eine Einrichtung (3, 5) aufweist zum Steuern der Geschwindigkeit und der Position wenigstens eines Elements der ersten Vorrichtung (19) synchron mit dem wenigstens einen Element (20, 21) der zweiten Vorrichtung (9); dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuerung ferner folgendes aufweist:

eine Geschwindigkeits- und eine Positions-Informationsspeichereinrichtung (11, 14) zum Speichern der erfaßten Geschwindigkeit und Position des Elements (20, 21) der zweiten Vorrichtung (9);

eine Einrichtung (17) zum Verarbeiten von Geschwindigkeits- und Positions-Synchronisationsbefehlen (G95, G101) von einem Steuerprogramm (1);

wobei die Verarbeitungseinrichtung (17) einen Synchronisations-Positionsdetektor (61) aufweist, der dazu ausgelegt ist, bei Empfang eines Positions-Synchronisationsbefehls (Glol) die derzeitige Position des Elements (20, 21) aus der Positions-Informationsspeichereinrichtung (14) auszulesen und die Positionssteuereinrichtung (5) dann zu starten, wenn die derzeitige Position einem im Programm bezeichneten Wert entspricht, und

wobei die Verarbeitungseinrichtung (17) ferner einen Prozessor (63) für die tatsächliche Vorschubgeschwindigkeit aufweist, der dazu ausgelegt ist, bei Empfang eines Geschwindigkeits-Synchronisationsbefehls (G95) die derzeitige Geschwindigkeit des Elements (20, 21) aus der Geschwindigkeits-Informationsspeichereinrichtung (11) auszulesen sowie die tatsächliche, gewünschte Geschwindigkeit des wenigstens einen Elements der ersten Vorrichtung (19) aus einer im Programm be zeichneten Geschwindigkeit (F) sowie der derzeitigen Geschwindigkeit zu berechnen,. wobei der Prozessor (63) für die tatsächliche Vorschubgeschwindigkeit dazu ausgelegt ist, die berechnete tatsächliche Geschwindigkeit an die Geschwindigkeitssteuereinrichtunq (3) zu übermitteln.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) zum Erfassen der Geschwindig keit und der Position wenigstens eines Elements (21) der zweiten Vorrichtung (9) dazu ausgelegt ist, Signale an die Positions- und die Geschwindigkeits-Informationsspeichereinrichtung (11, 14) abzugeben.

3. Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (10) zum Bestimmen der relativen Bewegungsrichtung des Elements (21) der zweiten Vorrichtung (9) ausgelegt ist.

4. Steuerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Positions- und Geschwindigkeits-Informationsspeichereinrichtungen (11, 14) auf Impulse ansprechen und daß die Erfassungseinrichtung (10) einen Impulsgenerator aufweist, der auf die Bewegung des Elements (21) der zweiten Vorrichtung (9) anspricht.

5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positions-Informationsspeichereinrichtung (14) zu einer Bezugsposition selektiv rückstellbar ist.