DE69028578T2

DE69028578T2 - Vorrichtung zur Positions- und Geschwindigkeitsregelung einer Spindel

Info

Publication number: DE69028578T2
Application number: DE69028578T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Hayashida; Hiroaki Okachi; Mahito Unno
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH0326443A; EP0403842A2; EP0403842A3; HK1004903A1; KR910000299A; EP0403842B1; JP2692274B2; KR930008332B1; DE69028578D1; US5260631A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Geschwindigkeits- und Positionssteuersystem für eine Spindel eines Maschinenwerkzeugs, umfassend die Merkmale a) bis e) des beigefügten Anspruchs 1. Ein derartiges Geschwindigkeits- und Positionssteuersystem ist aus der US 4,689,528 bekannt. Das darin offenbarte Steuersystem zeigt ein Drehelement, hier den Typenkopf eines Druckers. Hier wird die Geschwindigkeits- und Positionssteuerung durch die Steuereinrichtung auf Grundlage der Erzeugung eines ersten (Impuls) Signals und von zweiten und dritten sich sinusförmig verändernden Signalen mit einer Wellenform-Formungseinrichtung zum Erzeugen eines ersten Ausgangsimpulssignals und einer zweiten und dritten Ausgangsimpulsfolge durchgeführt, wobei die letzteren digitale Signale für die Geschwindigkeits- und Positionssteuerung sind.
Eine Geschwindigkeits- und Positiongsteuereinheit für eine Spindel eines Maschinenwerkzeugs kann einen hohlen Positions/Geschwindigkeitsdetektor umfassen, der an der Spindel anbringbar ist. In einem derartigen System ist die Vereinfachung der Befestigungsstruktur des Detektors und die Steuerung sowohl der Position als auch der Geschwindigkeit der Spindel mit einer hohen Genauigkeit von äußerster Wichtigkeit. Ein derartiges Geschwindigkeits- und Positionssteuersystem findet eine breite Anwendung in dem Gebiet von numerisch gesteuerten Bearbeitungswerkzeugen, insbesondere Drehbänken.
Figur 3 ist ein Blockschaltbild, welches das Antriebssystem zeigt, das für die Hauptspindel eines Bearbeitungswerkzeugs vom C-Achsentyp zeigt, das mit einer herkömmlichen numerischen Steuereinheit ausgerüstet ist. Unter Bezugnahme auf Figur 3 bezeichnet eine Zahl 1 eine numerische Steuereinheit; 2 eine Hauptspindelantriebs-Steuereinheit; 3 einen Induktionsmotor; 4 einen Geschwindigkeitsdetektor; 5 einen Positionsdetektor mit niedriger Auflösung; 6 einen Positionsdetektor mit hoher Auflösung; 7 die Hauptspindel; 8 ein Verbindungsgetriebe für den Positionsdetektor 5; 10 ein Verbindungsgetriebe für den Positionsdetektor 6; 51 eine Geschwindigkeitserfassungsschaltung; 54 eine Positionserfassungsschaltung mit niedriger Auflösung; und 57 eine Positionserfassungsschaltung mit hoher Auflösung.
Wieder bezugnehmend auf Figur 3 wird von der numerischen Steuereinheit 1 ein Geschwindigkeitsbefehl wr* in der Form eines 3-phasigen AC-Strombefehls über die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2 an den Induktionsmotor 3 gegeben, der sich wiederum so dreht, daß er dem Befehl wr+ folgt. Um die Nachführungs- (Rückkopplungs-)-Eigenschaften zu verbessern, wird eine sogenannte geschlossene Schleife gebildet, wobei diese Bildung die Schritte einer Erfassung der Geschwindigkeit des Induktionsmotors 3 durch Eingeben der Ausgangswellenformen A des Geschwindigkeitsdetektors 4 in die Geschwindigkeitserfassungsschaltung 51, die in der Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2 vorgesehen ist, und eines Rückkoppeln des erfaßten Werts in der Form von wr umfaßt.
Eine Drehung des Induktionsmotors 3 wird über das Verbindungsgetriebe 8 an die Hauptspindel 7 übertragen, wodurch die Hauptspindel 7 angetrieben wird. Das Übersetzungsverhältnis des Verbindungsgetriebes wird entsprechend der Anwendung bestimmt.
Ein Positionsbefehl θr*, der alternativ von der numerischen Steuereinheit 1 ausgegeben wird, wird als ein 3-phasiger AC- Strombefehl über die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2 an den Induktionsmotor 3 ausgegeben, der sich wiederum so dreht, daß er dem Positionsbefehl θr* folgt. In diesem Fall ist zum Zweck einer Verbesserung der Positionsnachführungseigenschaften ein Rückführungssystem mit geschlossener Schleife für eine Position mit niedriger Auflösung eingerichtet, wobei dies die Schritte einer Erfassung der Position der Hauptspindel 7 durch Eingeben von Ausgangswellenformen B von dem Positiondetektor 5 mit niedriger Auflösung in die Positionserfassungsschaltung 54 mit niedriger Auflösung, die in der Hauptspindelantriebs- Steuereinheit 2 eingebaut ist, und einer Rückführung des erfaßten Werts in der Form von θr&sub1; umfaßt.
Die Position der Hauptspindel 7 kann auch durch Eingeben der Ausgangswellenformen C des Positionsdetektors 6 mit hoher Auflösung in eine Positionserfassungsschaltung 27 mit hoher Auflösung, die innerhalb der Hauptspindelantriebs- Steuereinheit 2 vorgesehen ist, erfaßt werden. Der erfaßte Wert wird in der Form von θr&sub2; zurückgeführt, wodurch eine geschlossene Schleife für Positionen mit hoher Auflösung eingerichtet wird.
Der Betrieb dieses Systems wird nachstehend beschrieben. Wenn unter Verwendung der Hauptspindel 7 gewöhnliche Drehbankoperationen durchgeführt werden, gibt die numerische Steuereinheit 1 einen Geschwindigkeitsbefehl wr* entsprechend der gewünschten Geschwindigkeit der Hauptspindel 7 aus, während die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2 arbeitet, so daß die tatsächliche Geschwindigkeit wr des Induktionsmotors 3 dem Geschwindigkeitsbefehl wr* folgt, wobei die Geschwindigkeit wr durch die Geschwindigkeitserfassungsschaltung 51 erfaßt wird.
In dem Fall einer Durchführung eines C-Achsenbetriebs (beispielsweise das Bohren eines Lochs in das Werkstück parallel zu der Drehachse des Werkstücks, oder ein Bilden einer Kontur auf einer Stirnfläche des Werkstücks), gibt die numerische Steuereinheit 1 einen Positionsbefehl θr* entsprechend der gewünschten Position der Hauptspindel 7 aus, während die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2 arbeitet, so daß die Position θr&sub2; der Hauptspindel 7 dem Positionsbefehl θr* folgt, wobei die Position θr&sub2; durch die Hochauflösungs- Positionserfassungsschaltung 57 erfaßt wird. Der C- Achsenbetrieb umfaßt somit die Verwendung des hochauflösenden Detektors 6, der eine Auflösung von ungefähr 360,000- Impulsen/Umdrehung aufweist, da eine Positionsgenauigkeit von 1/1000º an dem Ende der Hauptspindel für diese Bearbeitungsvorgänge erforderlich sein kann.
Als nächstes wird der Betrieb des Positionsdetektors 5 beschrieben. Der Positionsdetektor 5 besitzt eine breite Vielzahl von Anwendungen wie folgt:
1. Wenn die Hauptspindel 7 in eine orientierte Stopposition zum Zweck einer Positionierung des Werkstücks für eine Bearbeitung auf Grundlage einer mechanischen Befestigung durch die Einfügung von Haltestiften oder dergleichen gebracht wird, erfaßt die Positionserfassungsschaltung 54 mit niedriger Auflösung den Positionserfassungswert θr&sub1; zum Bilden einer Positionsschleife, wodurch die Hauptspindel 7 an der gewünschten Position gestoppt wird.
2. Wenn die Geschwindigkeit der Hauptspindel 7 auf der CRT der numerischen Steuereinheit 1 angezeigt werden soll, werden die Ausgangswellenformen B des Positionsdetektors 5 der numerischen Steuereinheit 1 eingegeben. Die Geschwindigkeit der Hauptspindel wird aus den Wellenformänderungen pro Einheitszeit in der numerischen Steuereinheit berechnet und der sich ergebende Geschwindigkeitswert wird auf der CRT angezeigt.
3. Wenn synchrone Betriebsvorgänge mit anderen Elementen oder Werkzeugen ausgeführt werden, die entlang anderer Achsen arbeiten können, beispielsweise in dem Fall des Schneidens einer Schraube (eine Synchronisierung einer Drehung mit X-Achsen- und Z-Achsenbewegungen), eine polygonale Bearbeitung (eine Synchronisierung mit einer Drehwerkzeugspindel), oder ein Werkstücktransfer oder ein Vorsprungsschneiden (eine Synchronisation positionsmäßig mit einer zweiten gegenüberliegenden Hauptspindel der Drehbank), die eine Synchronisation zwischen der Position der Hauptspindel 7 und anderen Wellen oder Spindeln erfordern, wird der Positionserfassungswert θr&sub1; mittels der Positionserfassungsschaltung 54 mit niedriger Auflösung erfaßt. Eine Positionsschleife wird so gebildet, daß der erfaßte Wert θr&sub1; dem Hauptspindel-Positionsbefehl θr* folgt, der von der numerischen Steuereinheit 1 übertragen wird, um eine Positionssynchronisierung der Hauptspindel zu derartigen anderen Spindeln durchzuführen. Der Positionsdetektor 5 weist typischerweise eine Auflösung von ungefähr 1024-4096- Impulsen/Umdrehung auf.
Wieder bezugnehmend auf Figur 3 sind in der Vergangenheit nur ein Paar von einfach konstruierten Verbindungsgetrieben 8 für eine Verbindung des Induktionsmotors 3 mit der Hauptspindel 7 verwendet worden. Natürlich können mehrere Paare von derartigen Getrieben vorhanden sein, um bei verschiedenen Verhältnissen einen Antrieb vorzunehmen. Beispielsweise können die folgenden drei Sätze einer Getriebeübertragung verwendet werden.
L-Geschwindigkeitsgänge
Verbindungsübersetzungsverhältnis = 10: 1
H-Geschwindigkeitsgänge
Verbindungsübersetzungsverhältnis = 1: 1
C-Achsenbetriebsgänge
Verbindungsübersetzungsverhältnis = 100:1
Es sei darauf hingewiesen, daß die Verbindungsgetriebe 9 und 10 durch Riemen ersetzt werden können.
Wie voranstehend erwähnt, beim Steuern der Hauptspindel für verschiedene Betriebsvorgänge, oder wenn der C-Achsenbetrieb durchgeführt wird, kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betrieb einer der Positionsdetektoren oder der Geschwindigkeitsdetektor erforderlich sein. Infolgedessen sind eine Vielzahl von Detektoren an einer Vielzahl von Stellen angebracht. Beispielsweise ist, wie in Figur 3 dargestellt, der Geschwindigkeitsdetektor 4 angebracht, so daß er direkt mit dem Induktionsmotor 3 verbunden ist, während die Positionsdetektoren 5 und 6 über die Verbindungsgetriebe 9 und 10 auf der Hauptspindel 7 angebracht sind (die Positionsdetektoren 5 und 6 können in dem gleichen Gehäuse aufgenommen sein, wobei als Folge davon der einzelne Positionsdetektor und das einzelne Verbindungsgetriebe für die Anordnung ausreichen).
Der Grund, warum die Übertragungsgetriebe 9 und 10 so angeordnet sind, wie sie es sind, ist wie folgt: Die Drehbank sieht allgemein eine Stabzuführerfunktion vor, und deshalb ist die Hauptspindel 7 hohl ausgebildet, um den Durchgang des zu bearbeitenden Werkstücks zu ermöglichen. Die Positionsdetektoren dürfen den Durchgang des Werkstücks nicht behindern und somit ist es unmöglich, sie direkt an die Hauptspindel 7 anzubringen. Aufgrund dessen werden in einer großen Mehrheit von Fällen die Positionsdetektoren durch Verbindungsgetriebe 9 und 10 mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 angebracht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Wie voranstehend diskutiert, ist es in dem Stand der Technik erforderlich, daß die Vielzahl von Detektoren an einer Vielzahl von Stellen angebracht werden, und die Hauptspindelpositionsdetektoren über Verbindungsgetriebe an der Hauptspindel angebracht werden. Demzufolge ergeben sich Probleme darin, daß die Abmessungen der Maschine beträchtlich zunehmen (um den Platz zur Anbringung der Detektoren vorzusehen) und der Aufbau kompliziert wird, was zu einem Anstieg der Kosten führt. Zusätzlich verschlechtert sich die Genauigkeit aufgrund der Tatsache, daß die Position indirekt (über die Übertragungsgetriebe) erfaßt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Geschwindigkeits- und Positionssteuersystems, welches derartige Probleme vermeidet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Geschwindigkeits- und Steuersystem wie im Anspruch 1 definiert.
Die Positions-/Geschwindigkeits-Steuereinheit für ein drehbares Element oder eine Hauptspindel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt:
Eine Sensoreinrichtung, die benachbart zu einem Detektionselement angeordnet ist, das direkt an einem drehbaren Element oder einer Hauptspindel angebracht ist, zum Erfassen einer Bewegung des Detektionselements; und eine Einrichtung zum Verarbeiten von Ausgängen des Sensors, um Information über die Geschwindigkeit und Position des drehbaren Elements oder der Spindel abzuleiten, wobei die Einrichtung zur Verarbeitung eine Verstärkungseinrichtung zur Wellenform-Formung der von dem Sensor empfangenen Signale in eine Vielzahl von Sinuswellen und Rechteckwellen und zum Verstärken dieser Signale und eine Steuereinheit, die die Sinuswellen für eine Geschwindigkeitsbestimmung und Steuerung und die Rechteckwellen für eine Positionsbestimmung und Steuerung verwendet, umfassen kann.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines NC- Verarbeitungssystems, insbesondere einer Drehbank, umfassend eine Hauptspindel und eine C-Achsen-Möglichkeit, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 ein Diagramm, das die Anordnung der Detektoren und den Betrieb eines Vorverstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 3 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Systems;
Figur 4 ein Blockschaltbild, welches den Aufbau der Steuereinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 5 ein Blockschaltbild, welches eine Vorverstärkerschaltung zeigt, die mit den Detektoren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
Figur 6 ein Diagramm, das Bearbeitungsbeispiele zeigt, die eine Positionserfassungseinrichtung mit niedriger Auflösung gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden;
Figur 7 ein Diagramm, welches Beispiele einer Bearbeitung unter Verwendung der Positionserfassungseinrichtung mit hoher Auflösung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 8 ein Diagramm, welches eine orientierte Stoppabfolge gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 9 ein Diagramm, welches die Prinzipien einer Geschwindigkeitserfassung erläutert;
Figur 10 ein Diagramm, welches die Prinzipien einer Positionserfassung mit niedriger Auflösung zeigt; und
Figur 11 ein Diagramm, welches die Prinzipien einer Positionserfassung mit hoher Auflösung zeigt.
Überall in den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Symbole gleiche oder entsprechende Komponenten.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Hauptspindelpositions- und Geschwindigkeitsdetektoren sind direkt an der Hauptspindel in der Erfindung angebracht. Die Detektorsignale werden in eine Vielzahl von Sinuswellen und Rechteckwellen Wellenform-geformt, wobei diese Signale beliebig für eine Verwendung durch die Steuereinheit wählbar sind.
Zunächst sei auf Figur 1 Bezug genommen, in der ein Blockschaltbild eines Ansteuersystems für die Hauptspindel eines Bearbeitungswerkzeugs vom C-Achsentyp gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. In Figur 1 bezeichnen die Zahlen 1-7, 51, 54 und 57 die gleichen Komponenten wie die in Figur 3 angedeuteten. Mit 11 ist ein eingebauter Hauptspindelmotor bezeichnet, der einen Rotoraufbau aufweist, der in die Hauptspindel 7 eingebaut ist. Eine Zahl 12 bezeichnet einen hohlen Erfassungskörper, der an der Hauptspindel 7 angebracht ist und sowohl eine Geschwindigkeitsdetektion als auch eine Positionsdetektion mit niedriger Auflösung erlaubt. Eine Zahl 13 bezeichnet einen Sensor zum Erfassen des hohlen Detektionskörpers 12; 14 einen hohlen Detektionskörper, der den gleichen allgemeinen Aufbau wie derjenige des Erfassungskörpers 12 aufweist und für eine Positionserfassung mit hoher Auflösung verwendet wird; und 15 einen Sensor, der speziell dem hohlen Erfassungskörper 14 zugeordnet ist. Eine Vorverstärkerschaltung, die allgemein mit 16 bezeichnet ist, empfängt die Ausgänge der Sensoren 13 und 15 und gibt sie an die numerische Steuereinheit 1 und an die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2 nach einer Wellenform- Formung der Ausgänge in Rechteckwellenformen und Sinuswellensignale aus.
Die innere Konfiguration der Vorverstärkerschaltung 16 wird nachstehend beschrieben.
Die Vorverstärkerschaltung 16, wie breit in Figur 2 dargestellt, dient zur Ausgabe einer Vielzahl von Wellenformen. Figur 5 zeigt ein Beispiel der inneren Konfiguration der Vorverstärkerschaltung 16-2 aus Figur 2(b) (einschließlich der Schaltungsanordnungen mit hoher Auflösung). Unter Bezugnahme auf Figur 5 bezeichnen Zahlen 29-31 und 36-38 Verstärkerschaltungen; 33-35 und 40-42 Vergleicherschaltungen; 32 eine Vervierfachungsschaltung; und 39 eine Verzehnfachungsschaltung.
Der Sensor 13 erzeugt drei Wellenformen: COS- und SIN-Wellen mit 256-Wellen/Umdrehung und eine SIN-Welle mit 1- Welle/Umdrehung. Die Vorverstärkerschaltung 16 gibt diese drei Wellenformen ein und verstärkt sie über die Verstärkerschaltungen 29-31, bis vorgegebene Amplitudenwerte erzielt werden.
Von den drei verstärkten Wellenformen werden die COS- und SIN-Wellen mit einer Auflösung von 356-Wellen/Umdrehung direkt von der Vorverstärkerschaltung 16 in der Form von Geschwindigkeitserfassungswellenformen ausgegeben. Die übrige Wellenform mit 1-Welle/Umdrehung wird mittels der Vergleicherschaltung 33 in eine Rechteckwelle umgewandelt und als ein 1-Impuls/Umdrehungs-Signal (Im folgenden als ein Z- Phasensignal bezeichnet) von der Vorverstärkerschaltung 16 ausgegeben.
Die verstärkten COS- und SIN-Wellen mit 256- Wellen/Umdrehungen werden auch einer Vervierfachungsschaltung 32 eingegeben! durch die vervierfachte Ausgänge, d.h. COS- und SIN-Wellen mit 1024-Wellen/Umdrehung erhalten werden. Diese Ausgänge werden den Vergleicherschaltungen 34 und 35 eingegeben, in denen sie in Folgen von Rechteckwellen mit 1024-Impulsen/Umdrehung umgewandelt werden, und zwar mit einer Phasendifferenz von 90º dazwischen. Die 2-phasigen Rechteckwellen, die für die Positionserfassung mit niedriger Auflösung verwendet werden sollen, werden Ausgänge von der Vorverstärkerschaltung 16.
Der Sensor 15 erzeugt drei Wellenformen, nämlich COS- und SIN-Wellen mit 900-Wellen/Umdrehung und eine SIN-Welle mit 1- Welle/Umdrehung. Die Vorverstärkerschaltung 16 verstärkt diese drei Wellenformen unter Verwendung von Verstärkerschaltungen 36-38 auf die vorgegebenen Amplitudenwerte herauf. Die Wellen mit 1-Welle/Umdrehung werden mittels der Vergleicherschaltung 42 in Rechteckwellen umgewandelt und als ein 1-Impuls/Umdrehungssignal (im folgenden als ein Y-Phasensignal bezeichnet) von der Vorverstärkerschaltung 16 ausgegeben. Die COS- und SIN-Wellen mit 900-Wellen/Umdrehung werden der Verzehnfachungsschaltung 39 eingegeben. Diese Signale werden darin verzehnfacht, d.h. COS- und SIN-Wellen mit 90,000-Wellen/Umdrehung werden erhalten. Diese Ausgänge werden den Vergleicherschaltungen 40 und 41 eingegeben, in denen sie in Rechteckwellenfolgen von 90,000-Impulsen/Umdrehung umgewandelt werden, die jeweils 90º außer Phase sind. Diese Signale werden als Positionserfassungssignale mit hoher Auflösung ausgegeben.
Wie man aus der oben angegebenen Beschreibung annehmen kann, ist die Vorverstärkerschaltung 16-1, die in Figur 2(a) gezeigt ist, in der gleichen Weise wie oben aufgebaut, mit der Ausnahme, daß die Anordnung derart ist, daß Komponenten 36-42 weggelassen werden, da die Einheit einen Positionsdetektor mit hoher Auflösung und zugehörige Komponenten nicht umfaßt.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Z-Phasen- und die Y- Phasensignale durch getrennte Systeme in dieser Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt werden. Alternativ kann das Z-Phasensignal direkt in der Form des Y- Phasensignals ausgegeben werden.
Nachstehend erläutert die Beschreibung, wie der Geschwindigkeitserfassungswert wr und Positionserfassungswerte θr&sub1; und θr&sub2; von den jeweiligen Ausgangswellenformen der Vorverstärkerschaltung 16 erhalten werden.
Zunächst wird die Vorgehensweise einer Ermittlung des Geschwindigkeitserfassungswerts wr im Zusammenhang mit Figur 9 erläutert.
Unter Bezugnahme auf Figur 9 bezeichnet eine Zahl 51 die Geschwindigkeitserfassungsschaltung; 52 eine Vervierfachungs- Impulserzeugungsschaltung; und 53 eine θr-Arithmetik- Schaltung.
In Figur 9 werden die 256-Wellen/Umdrehung COS- und SIN- Wellen der Vorverstärkerschaltung 16 durch die Vervierfachungs-Impulserzeugungsschaltung 52 Impulsgewandelt, und zwar in der Phasenbeziehung, die unterhalb der Figur angegeben ist. Andere Ausgänge der Vorverstärkerschaltung als die erwähnten sind in Figur 9 zur Klarheit weggelassen.
Die Anzahl von ausgegebenen Impulsen ist folgendermaßen gegeben: 256 x 4 = 1024 Impulse/pro Umdrehung. Diese Impulse und die 256-Wellen/Umdrehung COS- und SIN-Wellen werden der wr-Arithmetik-Schaltung 53 eingegeben. Die wr-Arithmetik- Schaltung 53 wird die folgenden arithmetischen Operationen ausführen.
Die Arithmetikabfolge wird bei vorgegebenen Zeitintervallen ΔT ausgeführt. Bei der Zeitgabe tn wird die Anzahl ΔP von Impulsen bestimmt, die innerhalb des ΔT (Sek.)-Intervalls gezählt werden. Als nächstes wird ein Spannungswert entweder der COS- oder der SIN-Welle gelesen. Welche gelesen wird, hängt von der Zeitgabe ab. Das heißt, wie unten in Figur 9 gezeigt, die SIN- und COS-Werte werden alternierend gewählt, und zwar in Abhängigkeit von dem bestimmten Zwischenimpuls- Bereich, in den tn fällt. Der Grund für ein alternierendes Lesen zwischen den SIN- und COS-Werten besteht darin, die Möglichkeit einer unbestimmten Ablesung zu vermeiden. Beispielsweise wird zwischen den ersten zwei Impulsen, die unten in Figur 9 gezeigt sind, der SIN-Wert zum Ablesen gewählt werden, da sich der SIN-Wert während dieser Periode monoton verändert, d.h. jedem Zeitpunkt ist ein eindeutiger Wert auf der SIN-Kurve zugeordnet. Dies trifft für die COS- Kurve in diesem Zeitintervall nicht zu. Das heißt, da die COS-Kurve ihr Maximum erreicht und während des Intervalls zwischen den ersten und zweiten Impulsen zurückdoppelt, gibt es zwei Momente innerhalb des Intervalls, welche den gleichen COS-Wert ergeben, was zu einem unbestimmten Ergebnis führt.
Als nächstes werden eine Differenz V&sub1; zwischen dem vorher gelesenen Spannungswert zum Zeitpunkt tn-1 und einem Referenzwert, und eine Differenz V&sub2; zwischen dem nun zum Zeitpunkt tn gelesenen Spannungswert und dem gleichen (absoluten) Referenzwert berechnet. Wenn V&sub0; die (konstante) Spannungsbreite zwischen gleichzeitigen Ablesungen der COS- und SIN-Wellen bezeichnet, wird wr durch die folgende Formel (1) gegeben. V&sub1; und V&sub2; werden in der Formel (1) verwendet, um die Auflösung der Berechnung von wr zu verbessern (der Ausdruck V&sub1; + V&sub2;/V&sub0; ist äquivalent zu dem Bruchteil der Gesamtzeit innerhalb ΔT, der nicht zwischen den ersten und letzten erfaßten Impulsen liegt. Siehe auch den schraffierten Bereich in Figur 9)
Die Geschwindigkeitserfassungsschaltung 51 ist gewöhnlicherweise in das Innere der Hauptspindelantriebs- Steuereinheit 2 eingebaut.
Die Vorgehensweise zum Erreichen des Positionserfassungswerts θr&sub1; wird im Zusammenhang mit Figur 10 erläutert.
In Figur 10 bezeichnet eine Zahl 54 die Positionserfassungsschaltung mit niedriger Auflösung, 55 eine Vervierfachungsschaltung und 56 eine θr&sub1;-Arithmetikschaltung.
Wieder bezugnehmend auf Figur 10 sind die Eingänge an der Vervierfachungsschaltung 55 die 1024-Impuls/Umdrehungs- Rechteckwellen der Vorverstärkerschaltung 16 (andere Ausgänge der Schaltung 16 sind zur Klarheit wieder weggelassen), die 90º außer Phase sind. Diese Impulse werden verarbeitet, um ein 1024 x 4 = 4096-Impuls/Umdrehungssignal zu erzeugen.
Diese Impulse und das 1-Impuls/Umdrehungs-(Z-Phasen)-Signal werden der θr&sub1;-Arithmetik-Schaltung 56 eingegeben. Die Arithmetik beinhaltet die Verwendung von Zählerwerten, die in der θr&sub1;-Arithmetik-Schaltung 56 gespeichert sind.
Ein Zählerwert Co an der führenden Kante des ersten Z- Phasenimpulses nach Einleitung des Arithmetikbetriebs wird gespeichert und die Position davon wird als ein Ursprungspunkt eingestellt, d.h. θr&sub1; = 0º. Danach wird die Position θr&sub1; zu jeder Ablesezeit folgendermaßen gegeben:
θr&sub1; = (Zählerwert - Co)/4096 x 360 (Grad)
Ein Positionserfassungswert ähnlich zu θr&sub1; kann auch erhalten werden, indem die Ausgangsimpulse der in Figur 9 dargestellten Impulserzeugungsschaltung 52 und das gleichzeitig mit den 256-Wellen/Umdrehungs-COS- und SIN- Wellen ausgegebene Z-Phasen-Signal verwendet wird.
Die Positionserfassungsschaltung 54 für niedrige Auflösung ist allgemein in das Innere der Hauptspindelantriebs- Steuereinheit 2 eingebaut.
Die Vorgehensweise, in der der Positionserfassungswert θr&sub2; erhalten wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 11 erläutert.
Bezugnehmend auf Figur 11 bezeichnet eine Zahl 57 eine Positionserfassungsschaltung mit hoher Auflösung; 58 eine Vervierfachungsschaltung; und 59 eine θr&sub2;-Arithmetik- Schaltung. Das Verfahren einer Berechnung des Werts θr&sub2; ist weitgehend das gleiche wie das für den Wert θr&sub1;, mit der Ausnahme, daß die Anzahlen von Impulsen unterschiedlich sind, und deshalb wird eine ausführliche Beschreibung hier weggelassen.
Nachstehend wird ein Betrieb der Gesamtfunktion der vorliegenden Erfindung angegeben.
Der eingebaute Hauptspindelmotor 11 wird im Ansprechen z.B. auf den Geschwindigkeitsbefehl wr* der numerischen Steuereinheit 1 über die Hauptspindel-Steuereinheit 2 angesteuert, wodurch die Hauptspindel 7 gedreht wird. Die Hohlerfassungskörper 12 und 14, die an der Hauptspindel 7 angebracht sind, werden dadurch gedreht und die Ausgänge der Sensoren 13 und 15 werden von der Vorverstärkerschaltung 16 empfangen, von der die Vielzahl von Wellenformen, die in den Figuren 2 und 5 erläutert sind, ausgegeben werden. Im Fall des Geschwindigkeitsbefehls wr* werden die COS- und SIN- Wellen von 256-Wellen/Umdrehung der Hauptspindelantriebs- Steuereinheit 2 eingegeben und wr wird in der Geschwindigkeitserfassungsschaltung 51 berechnet, um dadurch eine Geschwindigkeitsschleife herzustellen.
Wenn andererseits ein Positionsbefehl θr* von der numerischen Steuereinheit 1 an die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2 gesendet wird, empfängt die Hauptspindelantriebs- Steuereinheit 2 das Z-Phasensignal und die 1024- Impuls/Umdrehung 2-Phasen-Rechteckwellen, die 90º außer Phase sind, oder das Y-Phasensignal und die 90,000-Impuls/Umdrehung 2-Phasen-Rechteckwellen, die genauso um 90º außer Phase sind. Danach wird der Positionserfassungswert θr&sub1; (oder θr&sub2;) in der Positionserfassungsschaltung 54 (oder 57) berechnet, wodurch eine Positionsschleife hergestellt wird.
Der tatsächliche Betrieb der Geschwindigkeitssteuerschleife und der Positionssteuerschleife werden nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben. Figur 4 ist ein Blockschaltbild, welches die inneren Steuerkonfigurationen bezüglich der vorliegenden Erfindung der numerischen Steuereinheit 1 und der Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2, die in Figur 1 gezeigt sind, darstellt.
Zunächst werden die verschiedenen Elemente aus Figur 4 beschrieben. Eine Zahl 17 bezeichnet eine Befehls- Umschaltschaltung zum Andern des Befehlsmodus des an die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2 gesendeten Befehls. Bei 18 ist eine Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen und Senden eines Geschwindigkeitsbefehls wr* an die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2. Bei 19 befindet sich eine Befehlserzeugungsschaltung für eine Position mit niedriger Auflösung zum Senden eines Hauptspindel- Positionsbefehls θr&sub1;* einer niedrigen Auflösung an die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2; und bei 20 befindet sich eine Befehlserzeugungsschaltung für eine Position mit hoher Auflösung, zum Ausgeben eines Hauptspindel- Positionsbefehls θr&sub2;* mit hoher Auflösung an die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2. Eine Zahl 21 bezeichnet eine Befehlserzeugungsschaltung für einen orientierten Schritt, zum Ausgeben eines Stoppositionsbefehls θo* und eines Befehls ORC für einen orientierten Stopp an die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2. Bei 22 befindet sich eine Geschwindigkeitsanzeigeschaltung zum Anzeigen der Geschwindigkeit der Hauptspindel auf einer CRT, wobei die Geschwindigkeit aus dem Betrag einer Veränderung in Ausgangswellenformen (B) innerhalb einer Einheitszeit berechnet wird. Die Wellenformen (B) werden von der Vorverstärkerschaltung 16 eingegeben (siehe Figur 5). Eine Schleifenverstärkungsschaltung 23 für die Position mit niedriger Auflösung gibt einen Geschwindigkeitsbefehl wr&sub1;* aus, indem die Abweichung zwischen dem Befehl θr&sub1;* für die Position mit niedriger Auflösung und dem Erfassungswert θr&sub1; für die Position mit niedriger Auflösung mit einer Verstärkung kp&sub1; multipliziert wird. Eine Schleifenverstärkungsschaltung für die Position mit hoher Auflösung gibt einen Geschwindigkeitsbefehl wr&sub2;* aus, indem die Abweichung zwischen dem Befehl θr&sub2;* für eine Position mit hoher Auflösung und der Erfassungswert θr&sub2; für die Position mit hoher Auflösung mit einer Verstärkung kp&sub2; multipliziert wird. Eine Folgeschaltung 25 für einen orientierten Stopp führt eine Folgesteuerung aus, um die Hauptspindel an einer gewünschten Position zu stoppen, wobei die Folgesteuerung die Schritte eines Empfangens des Befehls ORC für einen orientierten Stopp und des Stoppositionsbefehls θo* und eines Eingebens des Positionserfassungswerts θr&sub1; oder des Geschwindigkeitsbefehlswerts wr umfaßt. Eine Geschwindigkeitsabweichungs-Kompensationsschaltung 26 gibt einen Strombefehl i* aus, indem eine Kompensationsarithmetik unter Verwendung der Abweichung zwischen jedem Geschwindigkeitsbefehl und dem Geschwindigkeitserfassungswert wr durchgeführt wird. Eine Stromabweichungs- Kompensationsschaltung 27 gibt einen Spannungsbefehl v* aus, der durch Ausführen einer Kompensationsarithmetik unter Verwendung der Abweichung zwischen dem Strombefehl i* und dem erfaßten Stromwert i des Motors erhalten wird. Ein Stromdetektor 28 erfaßt den tatsächlichen Motorstrom. Schließlich wählt ein Befehls-Umschaltschalter 29 eine der Befehlserzeugungsschaltungen 18-21 entsprechend dem Ausgang einer Befehls-Umschaltschaltung 17, und ein Geschwindigkeitsbefehls-Umschaltschalter 30 wählt einen geeigneten Geschwindigkeitsbefehl im Ansprechen auf die Befehlserzeugungsschaltung 17.
Als nächstes behandelt die Beschreibung die Betriebsvorgänge, die durchgeführt werden, wenn jede der jeweiligen Befehlserzeugungsschaltungen 18-21 gewählt wird.
(1) Der Fall, bei dem die Geschwindigkeitsbefehls- Erzeugungsschaltung 18 gewählt ist:
Anfänglich wird der Befehlsumschaltschalter 29 in Übereinstimmung mit dem Befehl der Befehlserzeugungsschaltung 17 auf die Position a eingestellt und gleichzeitig wird der Geschwindigkeitsbefehlsschaltungs-Umschaltschalter 30 auf die Position e eingestellt.
Als nächstes gibt die Geschwindigkeitsbefehls- Erzeugungsschaltung 18 einen Geschwindigkeitsbefehl wr* aus, um die gewünschte Geschwindigkeit der Hauptspindel 7 einzustellen. Eine Geschwindigkeitssteuerschleife wird gebildet, in der die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2 eine Steuerung ausführt, um so die Abweichung zwischen wr* und dem Ausgang wr der Geschwindigkeitserfassungsschaltung 51 auf Null zu bringen. Dieser Modus wird beim gewöhnlichen Drehen der Drehbank gewählt.
(2) Der Fall, bei dem die Befehlserzeugungsschaltung 19 für eine Position mit niedriger Auflösung gewählt ist:
Anfänglich wird der Befehlsumschaltschalter 29 entsprechend einem von der Befehlserzeugungsschaltung 17 ausgegebenen Befehl auf die Position b eingestellt und gleichzeitig wird die Geschwindigkeitsbefehlsschaltung 30 auf die Position f eingestellt.
Als nächstes gibt die Befehlserzeugungsschaltung 19 für eine Position mit niedriger Auflösung einen Positionsbefehl θr&sub1;* für die Hauptspindel aus. Die Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2 führt eine Steuerung aus, so daß die Positionsabweichung auf Null gebracht wird, wobei diese Steuerung die Schritte eines Erzeugens eines Geschwindigkeitsbefehls wr&sub1;*, der durch Multiplizieren der Abweichung zwischen θr&sub1;* und dem Ausgang θr&sub1; der Erfassungsschaltung 54 für eine Position mit niedriger Auflösung mit einer Positionsschleifenverstärkung kp&sub1; und eines Bringen der Abweichung zwischen wr&sub1;* und dem Ausgang wr der Geschwindigkeitserfassungsschaltung 51 auf Null erfordert. Somit wird eine Positionsschleife mit niedriger Auflösung einschließlich einer Geschwindigkeitsschleife als eine untergeordnete Schleife gebildet. Dieser Modus wird, wie vorangehend erwähnt, zum Zweck einer Durchführung von Positionssynchronen Betriebsvorgängen mit anderen Spindeln als der Hauptspindel (z.B. X-, Y-oder Z-Achsen-Spindeln, einer Drehwerkzeugspindel oder einer zweiten gegenüberliegenden Hauptspindel) gewählt. Figur 6 zeigt mehrere Beispiele von derartigen Positions-synchronen Betriebsvorgängen.
Unter Bezugnahme auf die Figur 6 bezeichnet die Zahl 43 eine Schneiderhaltelehre; 44 ein Schneidwerkzeug; 45 ein zylindrisches Werkstück; 46 eine Drehwerkzeugspindel; 47 ein Drehwerkzeug; 48 eine zweite Hauptspindel und eine Spannvorrichtung; und 49 ein Werkstück, welches zwischen den gegenüberliegenden Spannwerkzeugen transferiert wird.
Figur 6(a) zeigt ein Beispiel, bei dem ein Schraubenschneideprozeß auf einem zylindrischen Werkstück durchgeführt wird, in dem ein Positionssynchroner Betrieb mit einer Koordination zwischen der Hauptspindel und einer Z-Spindel (d.h. einer Bewegung entlang der Z-Achse) durchgeführt wird. Figur 6(b) zeigt ein Beispiel, bei dem ein polygonaler Schneideprozeß (Polygonbearbeitung) durchgeführt wird, während ein Positions-synchroner Betrieb ausgeführt wird, der eine Koordination zwischen der Hauptspindel und der Drehwerkzeugspindel erfordert. Figur 6(c) zeigt ein Beispiel, bei dem ein Werkstück von der Spannvorrichtung der Hauptspindel an diejenige einer gegenüberliegenden Zusatzspindel transferiert wird, an der weitere Betriebsvorgänge für das Werkstück ausgeführt werden.
Die Spindeln können sich während des Transfers synchron drehen.
Die Pfeile in Figur 6 bezeichnen die Richtungen der Synchronoperationen der einzelnen Spindeln. Eine ausführliche Beschreibung der jeweiligen Bearbeitungsverfahren wird hier weggelassen, da sie dem Betreiber offensichtlich sind. Jede der voranstehend beschriebenen Bearbeitungsvorgänge können erhalten werden, indem Positions-synchrone Programme zum Steuern einer Vielzahl von Spindeln einschließlich der Hauptspindel unter Verwendung der numerischen Steuereinheit 1 geschaffen werden.
(3) Der Fall, bei dem die Positionserfassungsschaltung 20 mit hoher Auflösung gewählt wird:
Zu Anfang wird der Befehlsumschaltschalter 29 in Übereinstimmung mit einem von der Befehlserzeugungsschaltung 17 erzeugten Befehl aus die Position c eingestellt und gleichzeitig wird die Geschwindigkeitsbefehlschaltung 30 auf g eingestellt.
Die Befehlserzeugungsschaltung 20 für eine Position mit hoher Auflösung gibt den Positionsbefehl θr&sub2;* für die Hauptspindel 7 aus. Die Hauptspindelantriebs- Steuereinheit 2 führt eine Steuerung aus, um die Positionsabweichung auf Null zu bringen, was den Schritt einer Ausgabe eines Geschwindigkeitsbefehls wr&sub2;*, der durch Multiplizieren der Abweichung zwischen θr&sub2;* und dem Ausgang θr&sub2; der Erfassungsschaltung 57 für eine Position mit hoher Auflösung mit einer Positionsschleifenverstärkung kp&sub2; erhalten wird, und den Schritt, in dem die Abweichung zwischen θr&sub2;* und dem Ausgang wr der Geschwindigkeitserfassungsschaltung 51 auf Null gebracht wird, umfaßt. Das heißt, eine Positionsschleife mit hoher Auflösung, die eine Geschwindigkeitsschleife als eine untergeordnete Schleife umfaßt, wird gebildet. Dieser Modus wird während der C-Achsen-Betriebsvorgänge gewählt, die eine Genauigkeit von bis zu 1/1000º erfordern.
Figur 7 zeigt spezifisch ein Bearbeitungsbeispiel, welches eine C-Achsen-Operation beinhaltet.
Bezugnehmend auf Figur 7 bezeichnet die Zahl 45 ein zylindrisches Werkstück; 49 ist eine Drehwerkzeugspindel; und 50 ist ein Bohrer.
Figur 7(a) zeigt ein Beispiel, bei dem ein Bohrprozeß unter Verwendung des Drehwerkzeugs bei 120º Intervallen ausgeführt wird, nachdem ein Stopp an einer Position mit hoher Genauigkeit stattgefunden hat. Figur 7(b) zeigt ein Beispiel, bei dem ein Bohrschneiden ausgeführt wird, während das Werkstück gedreht wird. Figur 7(c) zeigt ein Beispiel, in dem ein Quadratausbildungsprozeß während einer Positions-Synchronisierung der C-Achsen-Bewegung mit derjenigen von anderen Spindeln (X-Achsen- und Y- Achsen-Bewegungen) ausgeführt wird. Die Bearbeitung in Figur 7(c) ist grundlegend die gleiche wie diejenige aus Figur 6(b). Der C-Achsenbetrieb ist jedoch für Prozesse angewendet, die eine höchst genaue Endbearbeitung erfordern.
(4) Der Fall, bei dem die Befehlserzeugungsschaltung 21 für einen orientierten Stopp gewählt ist:
Der Befehlsumschaltschalter 29 wird auf Grundlage eines Befehls von der Befehlserzeugungsschaltung 17 auf d eingestellt und gleichzeitig wird der Geschwindigkeitsbefehlsschaltungs-Umschaltschalter 30 auf h eingestellt.
Als nächstes arbeitet die Befehlserzeugungsschaltung 21 für einen orientierten Stop, um automatisch eine Folgesteuerung auszuführen, wobei die Folgeschaltung 25 für einen orientierten Stop verwendet wird. Die Schaltung 25 liest sowohl den Ausgang wr der Geschwindigkeitserfassungsschaltung 51 als auch den Ausgang θr&sub1; der Erfassungsschaltung 54 für eine Position mit niedriger Auflösung und gibt einen Geschwindigkeitsbefehl wr&sub3;* vor, der auf Null abfallen wird, wenn die gewünschte abschließende Position θ&sub0; erreicht wird, wodurch ein orientierter Stopbetrieb ausgeführt wird.
Diese Abfolge wird eingehender im Zusammenhang mit Figur 8 beschrieben.
Wenn in Figur 8 ein orientierter Stopbefehl ORC von der Befehlserzeugungsschaltung 21 für einen orientierten Stop zur Zeit t&sub0; ausgegeben wird, arbeitet die Folgeschaltung 25 für einen orientierten Stop, die in der Hauptspindelantriebs-Steuereinheit 2 vorgesehen ist, zum Auslesen und Speichern eines Stoppositionsbefehls θ&sub0;* und gibt gleichzeitig einen Orientierungsgeschwindigkeitsbefehl V&sub1;* von z.B. ungefähr 200 UpM als einen Geschwindigkeitsbefehl wr&sub3;* aus. Die tatsächliche Geschwindigkeit wr erreicht die befohlene Geschwindigkeit V&sub1;* zum Zeitpunkt t&sub1;. Zur Zeit t&sub2; wird eine Erfassung des Positionswerts θr&sub1; synchron mit dem Z-Phasensignal eingeleitet, welches von der Vorverstärkerschaltung 16 über die Positionserfassungsschaltung 54 mit niedriger Auflösung ausgegeben wird. Sobald θr&sub1; eine Abweichung θe&sub1; (einen ersten Verzögerungspunkt) von der Zielposition zu einem Zeitpunkt t&sub3; erreicht, schaltet die Folgeschaltung 25 für einen orientierten Stop auf einen Kriechgeschwindigkeitsbefehl V&sub2;* von z.B. ungefähr 30 UpM als einen Geschwindigkeitsbefehl wr&sub3;* um. Die tatsächliche Geschwindigkeit wr erreicht die Kriechgeschwindigkeit V&sub2;* zum Zeitpunkt t&sub4;. Wenn θr&sub1; eine Abweichung θe&sub2; (einen zweiten Verzögerungspunkt) von der Zielposition zum Zeitpunkt t&sub5; erreicht, bewirkt die Folgeschaltung 25 für einen orientierten Stop eine Umschaltung auf einen abfallenden Geschwindigkeitsbefehl wr&sub3;*, der folgendermaßen gegeben ist:
wr&sub3;* = (θ&sub0; * -θr&sub1;) x V&sub2; */θe&sub2; ... (2)
Wenn die Zielposition zum Zeitpunkt t&sub6; erreicht wird, ist die Beziehung θ&sub0;*-θr&sub1; = 0 erfüllt. Somit reduziert sich die Formel 2 zu wr&sub3; = 0, wodurch der orientierte Stopvorgang beendet wird.
Der Modus für einen orientierten Stop wird mit der Absicht einer Positionierung der Spindel oder des Werkstücks für einen Austausch von Werkzeugen und einer Bearbeitung durch die Einfügung von Haltestiften ausgeführt. In den Figuren 1 und 3 werden die Befehle ORC für einen orientierten Stop und θr* zur Klarheit weggelassen.
Wie voranstehend erwähnt, sind Hohlerfassungskörper 12 und 14 direkt an der Hauptspindel 7 angebracht. Mit dieser Anordnung kann der mechanische Aufbau vereinfacht werden und ferner kann die Geschwindigkeit und die Position der Hauptspindel mit hoher Genauigkeit erfaßt werden. Die Sensorsignale, die entsprechend der Bewegungen der Hohlerfassungskörper 12 und 14 erzeugt werden, werden von der Vorverstärkerschaltung 16 empfangen, wobei die Signale in eine Vielzahl von Sinus- Wellen und Rechteckwellen Wellenform-geformt werden. Unter bestimmten Umständen werden gemäß der Anwendung nur die Sinus-Wellen gewählt, oder nur die Rechteckwellen werden gewählt, oder in einigen Fällen können beide Wellen gewählt werden. Somit ist ein flexibles System hergestellt, welches leicht auf unterschiedliche Bearbeitungsanforderungen angepaßt werden kann.

Claims

1. Ein Geschwindigkeits- und Positionssteuersystem für eine Spindel eines Verarbeitungswerkzeugs, umfassend:

a) eine Detektionselementeinrichtung (12, 14), die sich zusammen mit der Spindel (7) dreht;

b) eine Sensoreinrichtung (13, 15), die benachbart zu der Detektionselementeinrichtung (12, 14) plaziert ist, um eine Drehung der Detektionselementeinrichtung (12, 14) zu erfassen;

c) wobei die Sensoreinrichtung (13, 14) erzeugt: ein erstes Eingangssignal mit einer Periodizität von 1 pro Umdrehung der Detektionselementeinrichtung (12, 14), ein zweites sich sinusförmig veränderndes Eingangssignal mit einer Vielzahl von Zyklen pro Umdrehung der Detektionselementeinrichtung (12, 14), und ein drittes sich sinusförmig änderndes Eingangssignal mit der gleichen Vielzahl von Zyklen pro Umdrehung wie das zweite Eingangssignal, wobei es aber in bezug auf das zweite sich sinusförmig ändernde Eingangssignal außer Phase ist;

d) eine Wellenform-Formungseinrichtung (16, 29-35) zum Umwandeln der zweiten und dritten sich sinusförmig ändernden Eingangssignale in jeweilige zweite und dritte Ausgangsimpulsfolgen (18, 19) und zum Umwandeln des ersten Eingangssignals in ein erstes Ausgangsimpulssignal (17);

e) eine Steuereinheit (1, 2, 51, 54, 57) zum Steuern einer Geschwindigkeit und Position der Spindel (7) auf Grundlage der ersten bis dritten Eingangssignale und der Wellenform- Formungseinrichtung (16, 29-35);

dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Wellenform-Formungseinrichtung (16, 31-40) ferner vorgesehen ist, um auch die sich sinusförmig ändernden zweiten und dritten Eingangssignale auszugeben; und

g) die Steuereinheit (1, 2, 51, 54, 57) eine Geschwindigkeitssteuerung unter Verwendung der sich sinusförmig ändernden zweiten und dritten Eingangssignale und des ersten Ausgangsimpulssignals (17) und eine Positionssteuerung unter Verwendung wenigstens des ersten Ausgangsimpulssignals (17) und der zweiten und dritten Ausgangsimpulsfolgen, die von der Wellenform-Formungseinrichtung ausgegeben werden, vorsieht.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel eine Spindel (7) einer numerisch gesteuerten Drehbank ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Eingangssignal ein Sinus-Wellensignal und das dritte Eingangssignal ein Cosinus-Wellensignal, welches um 90º phasenverschoben zu dem zweiten Eingangssignal ist, ist.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umgewandelten zweiten und dritten Ausgangssignale (18, 19) Impulssignale mit einer Periodizität umfassen, die ein Vielfaches von derjenigen der zweiten und dritten Eingangssignale ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (13, 15) einen einzelnen Sensor (13) mit mehreren Sensorausgängen umfaßt und die Detektionselementeinrichtung (12) ein Detektionselement (12) umfaßt.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionselementeinrichtung (12, 14) ein getriebeartiges Element mit einer Anzahl von Zähnen proportional zu der Anzahl der Zyklen pro Umdrehung der Spindel (7) umfaßt.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionselementeinrichtung (12, 14) zwei Detektionselemente (12, 14) umfaßt und die Sensoreinrichtung (13, 15) ein Paar von Sensoren (13, 15) umfaßt, wobei jeweils eine benachbart zu jedem Detektionselement (12, 14) angeordnet ist.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionselemente (12, 14) zahnradartige Elemente mit einer Anzahl von Zähnen proportional zu der Anzahl der Zyklen pro Umdrehung der Spindel (7) umfassen, wobei ein zweites der Detektionselemente (14) eine wesentlich größere Anzahl von Zähnen als ein erstes der Detektionselemente (12) aufweist.

9. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (13, 15) ferner erzeugt: ein viertes sich sinusförmig änderndes Eingangssignal mit einer zweiten Vielzahl größer als die erste Vielzahl von Zyklen pro Umdrehung der Spindel (7) und ein fünftes sich sinusförmig änderndes Eingangssignal mit der zweiten Vielzahl von Zyklen pro Umdrehung der Spindel (7), aber in Bezug zu dem vierten Eingangssignal außer Phase, wobei die Wellenform-Formungseinrichtung (16, 29- 35) die vierten und fünften Eingangssignale in vierte und fünfte Ausgangsimpulsfolgen (21, 22) umwandelt und die Steuereinheit die vierten und fünften Ausgangsimpuisfolgen (21, 22) für eine Positionssteuerung mit hoher Auflösung verwendet.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet&sub1; daß die Wellenform-Formungseinrichtung (16, 29-35) zum Erzeugen der vierten und fünften Ausgangsimpulsfolgen (21, 22) vorgesehen ist, so daß eine Periodizität der vierten und fünften Ausgangsimpulsfolgen (21, 22) ein Vielfaches von derjenigen der zweiten und dritten Ausgangsimpulssignale (18, 19) ist.

11. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit umfaßt: eine Einrichtung (18, 19, 20) zum Erzeugen von wenigstens Geschwindigkeits-(ωr*) und Positions-(θr1*, θr2*)-Befehlssignalen; eine erste Steuerschleife, die das Geschwindigkeitsbefehlssignal (θr*) als einen Eingang empfängt und eine erste Rückkopplungsschleife umfaßt, die auf die zweiten und dritten Eingangssignale anspricht; eine zweite Steuerschleife, die ein erstes Befehlssignal (θr1*) für eine Position mit niedriger Auflösung als einen Eingang empfängt und eine zweite Rückkopplungsschleife umfaßt, die auf die zweiten und dritten Ausgangsimpulsfolgen (18, 19) anspricht und ferner die erste Rückkopplungsschleife als eine untergeordnete Schleife umfaßt; und eine dritte Steuerschleife, die Befehlssignale (θRC, θo*) für eine orientierte Stopposition empfängt und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Schleifengeschwindigkeits-Befehlssignals (ωr3*) im Ansprechen auf sowohl die zweiten und dritten Eingangssignale als auch die zweiten und dritten Ausgangsimpulsfolgen (18, 19) umfaßt, wobei die dritte Steuerschleife die erste Rückkopplungsschleife als eine untergeordnete Schleife umfaßt.

12. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit umfaßt: eine Einrichtung (18, 19, 20) zum Erzeugen von wenigstens Geschwindigkeits- und Positionsbefehlssignalen (θr1*, θr2*, ωr*); eine erste Steuerschleife, die das Geschwindigkeitsbefehlssignal (ωr*) als einen Eingang empfängt und eine erste Rückkopplungsschleife umfaßt, die auf die zweiten und dritten Eingangssignale anspricht; eine zweite Steuerschleife, die ein erstes Befehlssignal (θr1*) für eine Position mit niedriger Auflösung als einen Eingang empfängt und eine zweite Rückkopplungsschleife umfaßt, die auf die zweiten und dritten Ausgangsimpulsfolgen (18, 19) anspricht und ferner die erste Rückkopplungsschleife als eine untergeordnete Schleife umfaßt; eine dritte Steuerschleife, die Positionsbefehlssignale (θRC, θo*) für einen orientierten Stop empfängt und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Schleifengeschwindigkeitsbefehlssignal im Ansprechen sowohl auf die zweiten und dritten Eingangssignale als auch die zweiten und dritten Ausgangsimpulsfolgen (18, 19) umfaßt, wobei die dritte Steuerschleife die erste Rückkopplungsschleife umfaßt; und eine vierte Steuerschleife, die ein zweites Befehlssignal (θr2*) für eine Position mit hoher Auflösung als einen Eingang empfängt und eine vierte Rückkopplungsschleife umfaßt, die auf die vierten und fünften Ausgangsimpulsfolgen (21, 22) anspricht, wobei die vierte Rückkopplungsschleife die erste Rückkopplungsschleife als eine untergeordnete Schleife umfaßt.

13. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (1, 2, 51, 54, 57) umfaßt: eine Geschwindigkeitserfassungsschaltung (51) mit einer Vervierfachungs-Impulserzeugungsschaltung (22) zur Impulsumwandlung der zweiten und dritten sich sinusförmig ändernden Eingangssignale in eine (ωr- Impulsfolge, und eine ωr-Arithmetikschaltung (52) zum Erzeugen eines Geschwindigkeitserfassungswerts (ωr) auf der Basis der zweiten und dritten sich sinusförmig ändernden Eingangssignale und der ωr-Impulsfolge.

14. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (1, 2, 51, 54, 57) eine Erfassungsschaltung (54) für eine Position mit niedriger Auflösung umfaßt, die enthält: eine Vervierfachungsschaltung (55) zur Impulsumwandlung der zweiten und dritten Ausgangsimpulsfolgen (18, 19) in eine θr1-Impulsfolge, und eine θr1-Arithmetikschaltung (56) zum Erzeugen eines Erfassungswerts (θr1) für eine Position mit niedriger Auflösung auf Grundlage der θr1- Impulsfolge und des ersten Ausgangsimpulssignals (17).

15. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (1, 2, 51, 54, 57) umfaßt: eine Erfassungsschaltung (57) für eine Position mit hoher Auflösung, umfassend eine Vervierfachungsschaltung (58) zur Impulsumwandlung der vierten und fünften Ausgangsimpulsfolgen (21, 22) in eine θr2-Impulsfolge und eine θr2-Arithmetikschaltung (59) zum Erzeugen eines Detektionswerts (θr2) für eine Position mit hoher Auflösung auf Grundlage der θr2-Impulsfolge und des ersten Ausgangsimpulssignals (17).