ES2213632T3 - Sistema y procedimiento para el control de un dispositivo de posicionamiento, sobre todo de los mecanismos de accionamiento regulador en las maquinas herramientas asi como dispositivo de interferencia de fases. - Google Patents
Sistema y procedimiento para el control de un dispositivo de posicionamiento, sobre todo de los mecanismos de accionamiento regulador en las maquinas herramientas asi como dispositivo de interferencia de fases.Info
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- ES2213632T3 ES2213632T3 ES00979504T ES00979504T ES2213632T3 ES 2213632 T3 ES2213632 T3 ES 2213632T3 ES 00979504 T ES00979504 T ES 00979504T ES 00979504 T ES00979504 T ES 00979504T ES 2213632 T3 ES2213632 T3 ES 2213632T3
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Abstract
Sistema para el control de un dispositivo de posicionamiento sobre todo de los mecanismos de accionamiento regulador en las máquinas herramienta, con: - Un dispositivo de medición incremencial de posicionamiento con las señales de salida en la forma de sin cp1, sin (co1 ñ p) representando p, en este caso, un ángulo por el cual se encuentran desplazadas entre si las fases de dos señales de salida; - Una unidad de control, que convierte las señales de salida en unas señales de mando y la que, de esta manera, controla el dispositivo de posicionamiento; así como con: - Unos medios para la interferencia de un ángulo de corrección cp2 en las señales de salida; a este efecto, estos medios se encuentran conectados de tal modo entre el dispositivo medidor de posiciones y la unidad de control, que las señales de salida puedan adquirir la forma de sin (p1 ñ (p2), sin (p1 ñ ''P2 ñ p), antes de que las mismas sean convertidas por la unidad de control en las señales de mando; Sistema éste que está caracterizado porque: - Los medios para la interferencia de un ángulo corrector pueden servirse de por lo menos una tabla de ángulos de corrección libremente programable con los valores de los ángulos correctores ''P2, los cuales han de ser tenidos en consideración en unas determinadas circunstancias x, o bien con las equivalencias trigonométricas de los mismos.
Description
Sistema y procedimiento para el control de un
dispositivo de posicionamiento, sobre todo de los mecanismos de
accionamiento regulador en las máquinas herramientas así como
dispositivo de interferencia de fases.
La presente invención se refiere a un sistema así
como a un procedimiento para el control de un dispositivo de
posicionamiento, sobre todo de los mecanismos de accionamiento
regulador en las máquinas herramientas; con un dispositivo medidor
incremencial de posiciones con señales de salida en la forma de sin
\varphi_{1}, sin (\varphi_{1}+p), y con una unidad de
control que convierte las señales de salida en unas señales de
mando y la que controla, de este modo, el dispositivo de
posicionamiento. A este efecto, "p" representa un ángulo por
el cual están desplazadas entre si las fases de las dos señales de
salida.
En las máquinas herramientas, en los centros de
mecanizado y en la maquinaria de producción, pero también en los
distintos dispositivos de medición y de control, es necesario
posicionar una herramienta o un palpador-detector
automáticamente con respecto a una pieza de trabajo o a una pieza,
que ha de ser controlada. Por motivos de simplificación, la
presente invención está descrita a continuación siempre a través del
ejemplo del posicionamiento de una herramienta en una máquina
herramienta y en relación con una pieza de trabajo, sin que la
invención esté limitada a este caso especial de su aplicación.
En las modernas herramientas y para el
posicionamiento de la herramienta y de la pieza de trabajo, las
herramientas pueden ser desplazadas - es decir, giradas o
posicionadas - por regla general, por cinco o más ejes. Estos
movimientos giratorios o basculantes del desplazamiento son
controlados mediante una unidad de control central, normalmente por
un sistema llamado de control numérico (NC - Numeric Control); a
este efecto, la unidad recibe - durante el desplazamiento, el
movimiento giratorio o el movimiento basculante - de un dispositivo
medidor de posicionamiento constantemente unas informaciones
acerca de las efectuadas variaciones en la posición.
Entre los dispositivos medidores de posiciones se
han acreditado de una manera especial los llamados dispositivos
medidores de posicionamiento incremenciales (de contaje). En este
caso, y en función del tipo de señales de salida, se diferencian
entre los dispositivos de medición con unas señales de salida
rectangulares (y, por consiguiente, prácticamente digitalizadas,
siendo las señales transmitidas, por regla general, en la forma de
un impulso de tensión), y los dispositivos medidores con unas
señales de salida de forma sinusoidal (es decir, analógicas). Los
dispositivos con unas señales de salida rectangulares se distinguen
por un procesamiento relativamente sencillo de las señales siendo
las desviaciones de la posición, por lo general, de \pm un 3% del
período de la señal.
Si con un tiempo de exploración relativamente
corto de, por ejemplo, 250 microsegundos, se han de realizar unas
velocidades de desplazamiento de por lo menos 0,01 m/min., y si,
por motivos de exactitud, tiene que ser efectuada una variación de
por lo menos un paso de medición por ciclo de exploración, se
necesita un paso de medición de solamente 0,04 \mu. Con este paso
de medición resulta - con, por ejemplo, una velocidad de 60 m/min. -
una frecuencia de paso de 60 m/(60s * 0,04 \mum) = 25 MHz. Con el
fin de mantener, en este caso, a un reducido nivel la inversión en
conexiones en el sistema electrónico de seguimiento, se han de
procurar unas frecuencias de entrada de menos de 1 MHz. Para las
velocidades de desplazamiento tan elevadas y unos pasos de medición
muy pequeños, se han acreditado los dispositivos de medición
incremencial de posicionamientos con unas señales de salida de
forma sinusoidal, los cuales
- con una relativa desviación de la posición
dentro de un período de la señal para los mecanismos de
accionamiento con una regulación digital del número de revoluciones
de menos de un 1% del respectivo período de la señal del aparato
de medición - son incluso más exactos que los dispositivos de
medición con unas señales de salida de forma rectangular.
Existe ahora el problema de que - debido a la
ausencia de una linealidad, a causa de las dilataciones térmicas o
de unas vibraciones - la pieza de trabajo y la herramienta se
encuentran, efectivamente, en un determinado posicionamiento entre
si que, sin embargo, difiere de la posición que la unidad de
control ha calculado sobre la base de las señales, que a la misma
han sido transmitidas por el dispositivo de medición. Si bien las
desviaciones de este tipo son, con cierta frecuencia, solamente muy
reducidas, las mismas, no obstante, pueden conducir - en aquellos
casos, en los cuales estén establecidas unas tolerancias de
fabricación extremadamente reducidas para el mecanizado de una
pieza de trabajo - a que toda la pieza de trabajo sea inservible.
En este caso, sin embargo, muchas veces pueden ser calculadas o bien
medidas de antemano las diferencias, que se presentan bajo unas
determinadas condiciones y/o en ciertas posiciones.
A través de la Patente Alemana Núm. DE 32 01 005
C2 es conocido un sistema para el control de un dispositivo de
posicionamiento, sobre todo de los mecanismos de accionamiento
regulador en las máquinas herramientas, el cual comprende un
dispositivo de medición incremencial del posicionamiento, con unas
señales de salida en la forma de sin \varphi_{1}, sin
(\varphi_{1}\pmp) representando "p", en este caso, un
ángulo, por el cual están desplazadas entre si las fases de las
señales de salida; como asimismo comprende una unidad de control,
que convierte las señales de salida en unas señales de mando y la
que controla, por lo tanto, el dispositivo de posicionamiento; y
también comprende unos medios para la interferencia de un ángulo
corrector \varphi_{2} en las señales de salida; a este efecto,
los medios se encuentran conectados entre el dispositivo medidor de
posicionamiento y la unidad de control, de tal manera que las
señales de salida adquieran la forma de sin
(\varphi_{1}\pm\varphi_{2}), sin
(\varphi_{1}\pmp2\pmp), antes de ser convertidas por la
unidad de control en unas señales de mando.
Este sistema no permite, sin embargo, tener en
consideración cualquier ángulo corrector, por lo que el mismo no
puede ser empleado para el control de un dispositivo de
posicionamiento.
En la Patente Alemana Núm. DE 32 01 005 C2 está
previsto de forma obligatoria que, aparte de una escala, deben ser
empleadas unas pistas de corrección que, a los efectos de registrar
las señales correctoras, tienen que ser exploradas. Por
consiguiente, y a tenor de esta Patente Alemana, de una manera
obligatoria han de ser exploradas siempre por lo menos dos
"escalas", es decir, la propia escala, por un lado, y la
respectiva pista de corrección, por el otro lado. Por lo tanto, no
puede ser empleado cualquier ángulo corrector, sino estos ángulos
son exclusivamente el resultado de unos valores explorados en la
pista de corrección.
Por medio de la Patente Británica Núm. GB 2 335
987 Al se conoce un procedimiento para el calibrado y la
compensación de unos errores, que se encuentran dentro del propio
sistema de medición. La finalidad consiste aquí en eliminar los
errores de corta distancia ("short range errors"), pudiendo
estos errores también representar unos errores de fase ("fase
errors") que, en primer lugar, han de ser determinados mediante
un análisis de tipo FFT, para luego ser aplicados en la corrección.
Mediante el calibrado o por una compensación de los errores, sin
embargo, no se puede controlar una máquina en el sentido de la
presente Solicitud de Patente.
A través de la Patente Internacional Núm. WO
98/00921 es conocido un transmisor de ángulos para las válvulas de
mariposa. En la unidad de evaluación - que forma parte del
transmisor - el ángulo para el transmisor es determinado por
mezclarse y multiplicarse entre si los armónicos de la señal de
excitación aportada. Esta unidad de evaluación no es, sin embargo,
ningún mezclador de fases en el sentido de la presente Solicitud de
Patente.
Por medio de la Patente Núm. 5.414.516 de los
Estados Unidos se conoce un procedimiento para la evaluación - de
una alta definición - del ángulo de dos señales de medición de
forma sinusoidal, cuyas fases están desplazadas entre si en 90
grados. Esta Patente, sin embargo, no indica nada acerca de un
control activo de un dispositivo de posicionamiento a causa de la
interferencia de un ángulo corrector.
A través de la Patente Europea Núm. 0 652 419 Al
es conocido un procedimiento para la compensación de los errores
de fase en unos sistemas de medición, según el cual unos errores de
ángulo, determinados de antemano o también en línea, pueden ser
tenidos en cuenta - con independencia del ángulo del sistema de
medición, el cual se acaba de determinar - en su procesamiento por
una adición de ángulos. Sin embargo, este procedimiento no permite
la interferencia de cualquier ángulo en el sistema de medición. En
este caso, en cambio, se corrigen solamente los errores dentro de
un período de división.
De la Patente Núm. 5.375.066 de los Estados
Unidos es conocido un dispositivo para la interferencia de unos
ángulos correctores, el cual puede ser empleado solamente en los
sistemas de medición digitales o sistemas de medición con un nivel
TTL, pero no así en los sistemas de medición con unas señales
analógicas y en forma sinusoidal, que estén desplazadas de
fases.
Partiendo de este estado de la técnica, la
presente invención tiene el objeto de proporcionar un dispositivo y
un procedimiento para el control de un dispositivo de
posicionamiento, en los cuales unas determinadas desviaciones de la
posición puedan ser tenidas en consideración de manera automática,
sin que para ello tengan que ser efectuadas unas modificaciones en
las unidades de control o en el modo de funcionamiento de las
mismas, que se han acreditado como tales. Sobre todo debe existir
la posibilidad de tener en cuenta cualquier ángulo de corrección,
de tal manera que, teóricamente, estos ángulos también puedan ser
empleados para el control del dispositivo de
posicionamiento.
posicionamiento.
De acuerdo con la presente invención, este objeto
es conseguido por medio de un sistema para el control de un
dispositivo de posicionamiento, sobre todo de los mecanismos de
accionamiento regulador en unas máquinas herramientas, con un
dispositivo de la medición incremencial de las posiciones con las
señales de salida en la forma de sin \varphi_{1}, sin
(\varphi_{1}\pmp), representado "p", en este caso, un
ángulo por el cual se encuentran desplazadas entre si las fases de
dos señales de salida; con una unidad de control, que transforma
las señales de salida en unas señales de mando y la que, de este
modo, controla el dispositivo de posicionamiento como asimismo se
consigue este objeto a través de unos medios para la interferencia
de un ángulo de corrección \varphi_{2} en las señales de salida;
en este caso, estos medios se encuentran conectados de tal manera
entre el dispositivo de medición de posiciones y La unidad de
control, que las señales de salida puedan adquirir la forma de sin
(\varphi_{1}\pm\varphi_{2}), sin
(\varphi_{1}\pm\varphi_{2}\pmp), antes de que las
mismas sean convertidas por la unidad de control en las señales de
mando; a este efecto, el sistema está caracterizado por el hecho de
que los medios para La interferencia de un ángulo de corrección
pueden servirse de por lo menos una tabla de ángulos correctores
libremente programables con los valores de los ángulos correctores
\varphi_{2}, los cuales han de ser tenidos en cuenta en unas
determinadas circunstancias x, o con las equivalencias
trigonométricas de los mismos.
Por consiguiente, la presente invención está
basada en la idea fundamental de "interceptar" las señales de
posición, que son transmitidas por el respectivo dispositivo
medidor de posición, en su camino hacia la unidad de control y de
modificar las mismas según unos criterios previamente establecidos
y de aportar estas modificadas señales de posición a la unidad de
control para corregir, de esta manera, las desviaciones entre la
posición teórica medida y la posición real de la herramienta u otro
elemento, que ha de ser controlado. Según el tipo del dispositivo
de posicionamiento, que ha de ser controlado, así como en función
de las respectivas particularidades, el ángulo de corrección
\varphi_{2}, que ha de ser introducido aquí, también puede ser
mucho mayor de 2\pi o de 360 grados, de tal modo que por medio
del ángulo corrector no solamente puedan ser corregidas las
desviaciones dentro de un intervalo de paso, sino también las
desviaciones de cualquier magnitud. En teoría, el ángulo de
corrección puede ser empleado, de esta manera, incluso para el
control del dispositivo de posicionamiento.
El propio ángulo de corrección puede ser
determinado de distintas formas, que ya se conocen en parte y que
no constituyen el objeto de la presente Solicitud de Patente.A
título de ejemplo, en un mecanizado no redondo, el ángulo corrector
\varphi_{2} puede representar una función f (x, y) de la medida
falta de redondez de la superficie, que ha de ser mecanizada. En
una compensación volumétrica, el ángulo de corrección
\varphi_{2} puede representar una función o varias funciones
como, por ejemplo, la función de la temperatura, de una dilatación
axial, etc., etc.
La presente invención tiene la gran ventaja de
que - debido al hecho de que en la propia unidad de control no
tiene que ser realizada ninguna intervención - también las máquinas
ya en funcionamiento pueden ser equipadas a posteriori y sin
problema con este sistema y pueden ser pasadas al nuevo
procedimiento
para su control.
para su control.
Según una preferida forma para la realización de
la presente invención, resulta que los medios para la
interferencia de un ángulo de corrección \varphi_{2} comprenden
un dispositivo de interferencia de fases. Este dispositivo
mezclador de fases puede servirse de por lo menos una tabla, con
preferencia de dos tablas de ángulos correctores libremente
programables y con los valores de los ángulos de corrección
\varphi_{2}, que han de ser tenidos en consideración en unas
determinadas circunstancias x, o con las equivalencias
trigonométricas de los mismos, de tal modo que el ángulo de
corrección \varphi_{2} no constituye, por lo tanto, ningún valor
constante sino es más bien una función f (x) de la circunstancia
x, la cual depende de uno o de varios parámetros - como, por
ejemplo, de la presión, de la temperatura, de la posición absoluta,
etc., etc. - es decir que \varphi_{2} = f(x). También es
posible que a ciertas señales de salida del dispositivo de
posicionamiento y a determinados intervalos de \varphi_{1}
estén asignados unos determinados ángulos correctores
\varphi_{2}. De este modo, por ejemplo, puede estar previsto
dividir los valores de \varphi_{1} - que abarcan desde 0 hasta
2\pi o desde 0 hasta 360 grados - en 1.024 intervalos y asignar a
cada intervalo un valor de \varphi_{2}.
Según una conveniente ampliación de la forma de
realización de la presente invención, la cual está caracterizada
por una determinación especialmente rápida de los corregidos
valores de sin (\varphi_{1}\pm\varphi_{2}), sin
(\varphi_{1}\pm\varphi_{2}\pmp), que han de ser
transmitidos a la unidad de control, este dispositivo analógico de
interferencia de fases dispone de cuatro convertidores
analógico/digital de multiplicación; en este caso, un respectivo
convertidor está conectado para la generación de uno de los cuatro
valores siguientes: sin \varphi_{1} * cos \varphi_{2}; cos
\varphi_{1} * sin \varphi_{2}; sin (\varphi_{1}\pmp)
* cos \varphi_{2}; así como cos (\varphi_{1}\pmp) * sin
\varphi_{2}. Al ser el desplazamiento de fase p entre las
señales de salida de exactamente 90 grados, lo cual es normalmente
el caso, sin (\varphi_{1}\pmp) corresponde exactamente a cos
\varphi_{1}, y las señales de salida son, por consiguiente, en
la forma de sin \varphi_{1}, cos \varphi_{1}, por lo que
los convertidores pueden estar conectados para una formación
automática de los valores de cos \varphi_{1} * sin
\varphi_{2}; sin \varphi_{1} * sin \varphi_{2}; sin
\varphi_{1} * cos \varphi_{2}; así como de cos
\varphi_{1} * cos \varphi_{2}.
Se ha mostrado como conveniente, que el
dispositivo analógico de interferencia de fases disponga de dos
amplificaciones de adición, que forman de los valores de salida de
dos respectivos convertidores analógico/digital uno de los valores
sin (\varphi_{1}\pm \varphi_{2}), sin
(\varphi_{1}\pm\varphi_{2}\pmp). En este caso, y de una
manera conveniente, los amplificadores de adición permiten formar
las señales de salida - que por el dispositivo de interferencia de
fases son transmitidas hacia la unidad de control, dado el caso,
con la intercalación de un filtro - de tal modo que las mismas
correspondan, en cuanto a sus características, exactamente a las
señales de salida, que son aportadas por el dispositivo medidor de
posición, y para cuya recepción la unidad de control está
normalmente preparada de manera óptima.
Como una alternativa, también puede estar
previsto que los medios para la interferencia de un ángulo de
corrección \varphi_{2} comprendan por lo menos un convertidor
analógico/digital para la conversión de las señales de salida
analógicas de forma \varphi_{1}, sin (\varphi_{1}\pmp) del
dispositivo de medición incremencial de posición en unas señales
digitales, y comprendan asimismo por lo menos una unidad de cálculo
digital para calcular los valores sin (\varphi_{1}\pm
\varphi_{2}), sin (\varphi_{1}\pmp\pm\varphi_{2});
a este efecto, la unidad de cálculo digital también se puede
servir aquí de por lo menos una tabla, con preferencia de dos
tablas de ángulos correctores libremente programables, dentro de
las cuales están memorizados los valores de los ángulos de
corrección \varphi_{2}, los cuales han de ser tenidos en
consideración en unas determinadas circunstancias x, o bien las
equivalencias trigonométricas de los mismos, sobre todo los valores
de sin \varphi_{2} y de sin (\varphi_{2}\pmp).
El objeto de la presente invención se consigue
también por medio de un procedimiento para el control de un
dispositivo de posicionamiento, sobre todo de los mecanismos de
accionamiento regulador en las máquinas herramientas; a este
efecto, a través de un dispositivo de medición incremencial de
posiciones son generadas unas señales de salida en la forma de sin
\varphi_{1}, sin (\varphi_{1}\pmp), que son transmitidas
hacia una unidad de control, que convierte las señales de salida en
unas señales de mando, que controlan un dispositivo de
posicionamiento y, en este caso, en las señales de salida son
introducidos - antes de su transmisión hacia la unidad de control -
unos ángulos de corrección \varphi_{2}, de tal manera que las
señales de salida puedan adquirir la forma de sin
(\varphi_{1}\pm \varphi_{2}), sin (\varphi_{1}\pm
\varphi_{2}\pmp); este procedimiento está caracterizado por
el hecho de que los ángulos de corrección, que han de ser
introducidos - o bien las equivalencias trigonométricas de los
mismos - son tomados de por lo menos una tabla de unos ángulos
correctores libremente programables, con los valores de los ángulos
de corrección \varphi_{2}, o de sus equivalencias
trigonométricas, que han de ser tenidos en consideración en unas
determinadas circunstancias x.
En este caso, el procedimiento puede ser llevado
a efecto de tal modo, que la interferencia del ángulo corrector
\varphi_{2} durante la conversión de las señales analógicas de
salida en la forma de sin \varphi_{1}, sin
(\varphi_{1}\pmp) del dispositivo de medición incremencial de
posiciones en unas señales digitales, tenga lugar, de forma
preferente, por el empleo de uno o de varios convertidores
analógico/digital de multiplicación; a este efecto, esta forma de
proceder asegura un procesamiento especialmente rápido de las
señales, el cual está también apropiado para unas más elevadas
frecuencias de entrada.
Como alternativa, este procedimiento también se
puede llevar a la práctica, por ejemplo, de tal manera que la
interferencia del ángulo de corrección \varphi_{2} sea efectuada
- al término de la conversión de las señales analógicas de salida
en la forma de sin \varphi_{1}, sin (\varphi_{1}\pmp) del
dispositivo de medición incremencial de posiciones de una unidad de
cálculo digital.
Para la realización del sistema y del
procedimiento según la presente invención es propuesto un
dispositivo de interferencia de fases (que a continuación es
denominado brevemente mezclador de fases) para introducir un ángulo
de corrección \varphi_{2} en las señales de salida de forma
sinusoidal sin \varphi_{1}, sin (\varphi_{1}\pmp) de los
dispositivos de medición incremencial de posiciones; dispositivo
éste que comprende unos medios para la entrada de las señales de
salida sin \varphi_{1}, sin (\varphi_{1}\pmp),
procedentes del dispositivo medidor de posiciones; una memoria para
memorizar por lo menos una tabla de los ángulos de corrección
\varphi_{2}, o de las equivalencias trigonométricas de estos
ángulos, que han de ser tenidos en cuenta en la circunstancia x;
cuatro convertidores analógico/digital de multiplicación para la
formación de los términos que, según los teoremas de
adición, han de ser tenidos en consideración para las sumas/diferencias de dos ángulos; como asimismo comprende este dispositivo mezclador de fases dos amplificadores de adición, que están unidos con un respectivo convertidor de los dos convertidores analógico/digital de multiplicación y que están previstos para formar los valores sin (\varphi_{1}\pm\varphi_{2}) y sin (\varphi_{1}\pm\varphi_{2}\pmp) de los valores suministrados por los convertidores analógico/digital de multiplicación.
adición, han de ser tenidos en consideración para las sumas/diferencias de dos ángulos; como asimismo comprende este dispositivo mezclador de fases dos amplificadores de adición, que están unidos con un respectivo convertidor de los dos convertidores analógico/digital de multiplicación y que están previstos para formar los valores sin (\varphi_{1}\pm\varphi_{2}) y sin (\varphi_{1}\pm\varphi_{2}\pmp) de los valores suministrados por los convertidores analógico/digital de multiplicación.
De forma alternativa, este dispositivo mezclador
de fases también puede estar realizado de tal modo, que el mismo
comprenda unos medios para la entrada de unas señales de salida
analógicas de forma sinusoidal sin \varphi_{1},
sin(\varphi_{1} + p) de un dispositivo de medición
incremencial de posiciones; una memoria para memorizar por lo menos
una tabla con los ángulos de corrección \varphi_{2} o con las
equivalencias trigonométricas de los mismos, que han de ser tenidos
en cuenta en una determinada circunstancia x; por lo menos un
convertidor analógico/digital para convertir las señales analógicas
de salida de forma sinusoidal en unas señales digitales; como
asimismo comprende una unidad de cálculo digital para la formación
de los valores sin (\varphi_{1} \pm \varphi_{2}) y sin
(\varphi_{1}\pmp_{1}\pm\varphi_{2}) o bien cos
(\varphi_{1}\pm\varphi_{2}) de las señales digitales
suministradas por al menos un convertidor analógico/digital.
Otros detalles y las demás ventajas de la
presente invención se pueden desprender de la descripción,
relacionada a continuación para algunos ejemplos de realización de
la misma, así como de los planos adjuntos, en los cuales:
La Figura 1 muestra un croquis de principio para
explicar la problemática, es decir, la interferencia de un ángulo
de corrección \varphi_{2} en las señales de salida de la forma
sin \varphi_{1}, cos \varphi_{1} (con un desplazamiento de
fases p de 90 grados);
Las Figuras 2 y 3 indican el esquema de bloques
de una rejilla de interferencia de fases, con un dispositivo
analógico de mezcla de fases;
La Figura 4 muestra un esquema de conexión de
principio, muy simplificado, del enlace de un dispositivo mezclador
analógico de fases con un interface transmisor;
La Figura 5 indica un esquema de conexión del
dispositivo mezclador analógico de fases con cuatro convertidores
analógico/digital de multiplicación y con dos amplificadores de
adición;
La Figura 6 muestra un esquema de conexión de la
activación del dispositivo mezclador de fases;
La Figura 7 indica un filtro de paso bajo que, a
los efectos de limitar la máxima frecuencia analógica de salida
posible, está dispuesto a continuación del dispositivo mezclador de
fases;
La Figura 8 muestra un esquema de conexión de
principio de la fase de salida a los efectos de reforzar la señal
analógica, que ha sido pasada por el filtro de paso bajo;
La Figura 9 indica un esquema de conexión de
principio de la evaluación del transmisor por medio de unos
elementos de tipo MIP;
La Figura 10 muestra un croquis de principio para
indicar claramente el desarrollo típico de una señal de las series
de señales interpoladas; mientras que
La Figura 11 indica la vista esquematizada del
principio básico de la generación de unas señales de
referencia.
En la Figura 1 está indicado, de una manera
esquematizada, el modo de comportamiento de las señales de salida
de forma sinusoidal, que son suministradas por un dispositivo
medidor de posiciones, que ya es conocido como tal, por lo que el
mismo no está representado aquí con más detalles; en este caso, el
desplazamiento de fases entre las dos señales de salida es de
exactamente 90 grados, de tal manera que una señal se modifica de
forma sinusoidal, mientras que la otra señal se modifica de forma
cosinusoidal. Según los conocidos sistemas de control, de estos
valores sin \varphi_{1} y cos \varphi_{1} sería determinada
la posición de, por ejemplo, una pieza de trabajo en una máquina
herramienta. Tal como explicado más arriba, el problema consiste
aquí, sin embargo, en el hecho de que, a causa de distintas
circunstancias, la posición medida no coincide con la posición
real.
Mientras que, en los dispositivos medidores de
posicionamiento digitales y al ser conocidos unos errores, de una
manera relativamente sencilla pueden ser sumados a los valores
medidos - o bien ser restados de los mismos - unos valores de
corrección, esta posibilidad, sin embargo, no existe tan fácilmente
en los sistemas de medición con unas señales de salida de forma
sinusoidal, los que, como principio, trabajan con una mayor
exactitud. Según la presente invención, está previsto corregir las
desviaciones por medio de la interferencia de un ángulo corrector
\varphi_{2} en las señales de salida, de tal modo que se
modifiquen, por consiguiente, los valores de sin \varphi_{1} y
cos \varphi_{1} - que por una unidad de control son empleados
para controlar un dispositivo de posicionamiento - en función de
los teoramas de adición para la suma o la diferencia de dos
ángulos. Las Figuras 2 y 3 muestran el esquema de bloques de una
rejilla de interferencia de fases con un mezclador analógico de
fases, el cual sirve para la interferencia no trivial de un ángulo
de corrección \varphi_{2} de este tipo; en este caso, la Figura
3 no constituye exactamente la continuación de la Figura 2 a la
misma escala.
La rejilla de interferencia de fases, que está
indicada en las Figuras 2 y 3, está dividida en las siguientes
zonas;
- Una conexión de entrada para el transmisor,
inclusive descodificación de errores y de la señal externa de 24
voltios; a este efecto, como opción puede estar previsto que el
conectado sistema de medición sea alimentado con la tensión de un
transformador de corriente alterna/corriente continúa, que no está
separado del potencial;
- Mezclador analógico de fases y formación de
señales de referencia analógicas;
- Digitalización de las señales de entrada/salida
de forma sinusoidal;
- Conexión de salida como una emulación del
transmisor para los controles siguientes;
- FPGA (Field Programmable Gate Array) - Conjunto
de puerta de campo programable) con un oscilador; en este caso,
dentro de este equipo físico libremente programable tienen lugar
las propias funciones de la rejilla de interferencia de fases;
- Un controlador de tipo Plug & Play (enchufe
y funcionamiento); en este caso, este elemento, como pieza de
enlace con el bus ISA, facilita la descodificación de dirección de
la rejilla de interferencia de fases así como la interruptibilidad,
y la rejilla de interferencia de fases, gracias a su capacidad de
Plug & Play, también está apropiada para los futuros cuadros,
con las modernas versiones de BIOS y con los nuevos sistemas de
funcionamiento, encontrándose la
configuración dentro de una memoria EEPROM interna;
configuración dentro de una memoria EEPROM interna;
- Memoria intermedia de datos y de direcciones
para el desacoplamiento de la tarjeta del bus ISA;
- Una memoria EEPROM rápida, que contiene el mapa
de bits del elemento FPGA y cuyo contenido es transmitido
automáticamente - después de la conexión y dentro de pocos
milisegundos - a este elemento FPGA, que entonces está listo para el
funcionamiento.
En este caso, la función principal de la rejilla
de interferencia de fases aquí indicada consiste en
"falsificar" las señales del sistema de medición, es decir, en
facilitar al siguiente control y por la interferencia de un número
exacto de incrementos de recorrido una información sobre la
posición, la cual es distinta de la posición determinada por el
propio dispositivo medidor de posiciones. Este proceso de mezcla
puede ser empleado para las distintas máquinas y dispositivos,
sobre todo para la llamada compensación volumétrica, en el
mecanizado de piezas con falta de redondez así como para la
compensación de las temperaturas.
En todos aquellos casos, en los cuales tiene que
ser utilizado un sistema de medición sin ningún impulso cero
propio, la rejilla de interferencia de fases, que está indicada en
las Figuras 2 y 3, está en condiciones de generar de las señales de
seno y coseno del transmisor una señal de referencia de forma
sinusoidal; a este efecto, este proceso es iniciado por un
interruptor externo de referencia y es incorporada la más cercana
posible retícula de señal analógica (Véase la Figura 11). Tal como
esto está indicado en la Figura 10, las marcas de referencia,
producidas por el interpolador, se encuentran - conforme a las
reglas para los sistemas de medición digitales - exactamente dentro
de la retícula de las señales de recorrido; esto ha de ser aplicado
tanto para las señales de la relación de división 1 como para las
señales con unas secuencias de señales interpoladas.
La Figura 4 muestra un esquema de conexión de
principio de un interface de transmisor, el cual se constituye de
dos entradas de transmisor con los interpoladores, de los cuales
uno puede ser empleado, de manera opcional, como la segunda entrada
del transmisor. Una emulada salida del transmisor puede transmitir
hacia el sistema de control - que está dispuesto a continuación - o
las señales de entrada de la entrada opcional o bien las señales
de transmisor que son generadas dentro de la rejilla de
interferencia de fases. Por medio del segundo interpolador es
registrada, de forma separada entre si, la suma de la señal
interferida y de la entrada del transmisor, la cual es transmitida
hacia el conjunto FPGA.
La pieza central del sistema según la presente
invención la constituye un mezclador analógico de fases, dentro del
cual las señales analógicas del dispositivo medidor de posiciones y
con el ángulo \varphi_{1} son desplazadas por un ángulo
\varphi_{2} con una frecuencia bien definida; a este efecto,
esto es llevado a cabo de la misma manera para los dos valores sin
\varphi_{1} y sin (\varphi_{1} + p). Teniendo en cuenta que
el desplazamiento de fases p entre las dos señales es, por regla
general, de exactamente 90 grados, resulta que la señal sin
(\varphi_{1} + p) corresponde al valor cos \varphi_{1}. La
presente invención permite, en función de cada caso de aplicación,
aumentar o reducir el ángulo \varphi_{1} por un ángulo de
corrección \varphi_{2}. En el circuito indicado en la Figura 5,
se ha partido de la base de que del valor \varphi_{1} debe ser
deducido el ángulo corrector \varphi_{2}. Por lo tanto, el
circuito tiene que transformar automáticamente las señales de
salida de sin \varphi_{1}, cos \varphi_{1} del dispositivo
medidor de posiciones, las cuales representan las señales de
entrada del mezclador de fases, en las señales de salida de sin
(\varphi_{1} - (\varphi_{2}) y cos ((\varphi_{1} -
\varphi_{2}), que han de ser transmitidas hacia la unidad de
control, que aquí no está indicada con más detalles. Esto es
llevado a efecto por medio de las relaciones sin (\varphi_{1} -
(p2) = sin \varphi_{1} * cos \varphi_{2}- cos
\varphi_{1} * sin \varphi_{2} y cos (\varphi_{1} -
\varphi_{2}) = cos \varphi_{1} * cos \varphi_{2} + sin
\varphi_{1} * sin \varphi_{2}. En este caso, los
individuales términos de multiplicación son generados en cuatro
fases. Las señales de entrada, que son simétricas a 0 V,
constituyen el ángulo \varphi_{1}. Los ángulos \varphi_{2}
del proceso de mezcla o interferencia son generados por unas
tablas de seno y coseno. Estas tablas son activadas a través de
unas memorias EPROM del conjunto
FPGA y por la "frecuencia de mezcla" producida dentro de las mismas. La resolución es, por ejemplo, de 10 bits por círculo completo. Cuatro convertidores analógico/digital de multiplicación constituyen los escalonamientos individuales de cada resultado, que luego es procesado por los amplificadores de adición. El circuito aquí representado es completamente estático, de tal modo que, de una manera conveniente, pueden ser obtenidos unos resultados intermedios.
FPGA y por la "frecuencia de mezcla" producida dentro de las mismas. La resolución es, por ejemplo, de 10 bits por círculo completo. Cuatro convertidores analógico/digital de multiplicación constituyen los escalonamientos individuales de cada resultado, que luego es procesado por los amplificadores de adición. El circuito aquí representado es completamente estático, de tal modo que, de una manera conveniente, pueden ser obtenidos unos resultados intermedios.
La activación del mezclador de fases, que está
indicado en la Figura 5, tiene lugar en la manera que se indica en
la Figura 6. A este efecto, los impulsos E2+/ y E2i - que se
producen en la generación del ángulo de interferencia - son
registrados mediante un contador intermedio bidireccional que,
según este ejemplo de realización, es de 10 bits. Estos 10 bits
representan un círculo con 1.024 ángulos parciales, cada uno de los
cuales tiene asignado un valor dentro de la tabla de memoria EPROM
de seno-coseno. Por cada nuevo impulso E2i es
iniciada una secuencia, con la que el nuevo valor angular es
transmitido - a través de las tablas de memoria EPROM - hacia los
convertidores analógico/digital. Si se desea obtener diferentes
resoluciones del círculo, de tal modo que se puedan trabajar
también con unas más elevadas frecuencias de exploración, de una
manera conveniente resulta que en las resoluciones de círculo de 10
bits (= 2\pi /1024), de 9 bits (= 2p/512), de 8 bits (= 2p/256) y
de 7 bits (= 2\pi /128) pueden estar realizadas varias de estas
tablas.
La Figura 7 muestra un filtro de paso bajo,
concretamente un filtro tripolar de tipo Bessel, por medio del cual
es posible limitar, de una manera conveniente, las máximas
frecuencias analógicas de salida posibles del mezclador de fases.
La frecuencia límite es de aproximadamente 300 kHz.
En la Figura 8 está indicada la fase de salida -
que sirve para reforzar la señal analógica procedente de las fases
de procesamiento internas del mezclador de fases - y que la señal
invertida tiene las mismas especificaciones de señal como las
señales de salida del dispositivo de medición de posiciones, las
cuales entran en el mezclador de fases. A través de una tensión de
corrección, el punto cero de los niveles de señal analógicos es
subido otra vez al nivel normal entre 0 y 5 voltios, con lo cual se
5 consigue, de una manera conveniente, que la unidad de control,
que está dispuesta a continuación, no pueda detectar ninguna
diferencia con respecto a una salida directa del sistema de
medición.
La evaluación de la señal analógica del sistema
de medición es llevada a efecto por medio de unos
elementos de interpolación, tal como esto está indicado en la Figura 9. En este caso, estos elementos están en condiciones de descomponer el círculo - que está constituido por las señales de seno y coseno - en unos segmentos angulares uniformes y de conseguir, de este modo, una multiplicación de las señales de transmisor, la cual es elegible hasta un factor de 50. Las señales generadas están presentes en la forma digital, y las mismas están codificadas con código Gray de un sólo paso. El elemento suministra, de forma paralela entre sí, las señales *1 y las señales interpoladas, que pueden ser elegidas a través de dos entradas.
elementos de interpolación, tal como esto está indicado en la Figura 9. En este caso, estos elementos están en condiciones de descomponer el círculo - que está constituido por las señales de seno y coseno - en unos segmentos angulares uniformes y de conseguir, de este modo, una multiplicación de las señales de transmisor, la cual es elegible hasta un factor de 50. Las señales generadas están presentes en la forma digital, y las mismas están codificadas con código Gray de un sólo paso. El elemento suministra, de forma paralela entre sí, las señales *1 y las señales interpoladas, que pueden ser elegidas a través de dos entradas.
Dentro del marco de la idea básica de la presente
invención, existe la posibilidad de efectuar numerosas variaciones
y ampliaciones de la forma de realización, las que se refieren, por
ejemplo, a la ejecución técnica del mezclador de fases en cuanto a
su conexionado. No obstante, esencial para esta invención sigue
siendo la interferencia de un ángulo de corrección - que puede
corregir cualquier error y el que sirve, al ser deseado, también
para activar, de una manera exacta, determinadas posiciones - en
las señales de posicionamiento, suministradas por un dispositivo
medidor de posición, en su recorrido hacia la unidad de control; a
este efecto, la interferencia tiene lugar, de forma preferente, por
la aplicación de los teoremas de adición para la adición de dos
ángulos (sin (\varphi_{1} \pm \varphi_{2}) = sin
\varphi_{1} * cos \varphi_{2} \pm cos \varphi_{1} *
sin \varphi_{2}, cos (\varphi_{1} \pm\varphi_{2}) =
cos \varphi_{1} * cos \varphi_{2} \pm sin \varphi_{1}
* cos \varphi_{2}).
Claims (11)
1. Sistema para el control de un dispositivo de
posicionamiento sobre todo de los mecanismos de accionamiento
regulador en las máquinas herramienta, con:
- Un dispositivo de medición incremencial de
posicionamiento con las señales de salida en la forma de sin
\varphi_{1}, sin (\varphi_{1} \pm p) representando p, en
este caso, un ángulo por el cual se encuentran desplazadas entre
si las fases de dos señales de salida;
- Una unidad de control, que convierte las
señales de salida en unas señales de mando y la que, de esta
manera, controla el dispositivo de posicionamiento; así como
con:
- Unos medios para la interferencia de un ángulo
de corrección \varphi_{2} en las señales de salida; a este
efecto, estos medios se encuentran conectados de tal modo entre el
dispositivo medidor de posiciones y la unidad de control, que las
señales de salida puedan adquirir la forma de sin (\varphi_{1}
\pm \varphi_{2}), sin (\varphi_{1} \pm \varphi_{2}
\pm p), antes de que las mismas sean convertidas por la unidad de
control en las señales de mando;
Sistema éste que está caracterizado
porque:
- Los medios para la interferencia de un ángulo
corrector pueden servirse de por lo menos una tabla de ángulos de
corrección libremente programable con los valores de los ángulos
correctores \varphi_{2}, los cuales han de ser tenidos en
consideración en unas determinadas circunstancias x, o bien con las
equivalencias trigonométricas de los mismos.
2. Sistema conforme a la reivindicación 1) y
caracterizado porque los medios para la interferencia de un
ángulo corrector se pueden servir de dos tablas de ángulos de
corrección, en las cuales están memorizados los valores sin
\varphi_{2}, y sin (\varphi_{2} \pm p), que han de ser
tenidos en consideración en unas determinadas circunstancias x.
3. Sistema conforme a las reivindicaciones 1) o
2) y caracterizado porque los medios para la interferencia
de un ángulo corrector comprenden un mezclador analógico de
fases.
4. Sistema conforme a la reivindicación 3) y
caracterizado porque el mezclador analógico de fases dispone
de cuatro convertidores analógico/digital de multiplicación; en
este caso, un respectivo convertidor está conectado para uno de los
siguientes cuatro valores: sin \varphi_{1} * cos
\varphi_{2}; cos \varphi_{1} * sin \varphi_{2}; sin
(\varphi_{1} \pm p) * cos (\varphi_{2} \pm p) así como
cos (\varphi_{1} \pm p) * sin (\varphi_{2} \pm p).
5. Sistema conforme a la reivindicación 4), en el
cual el desplazamiento de fases p entre las señales de salida es de
90 grados y las señales de salida tienen, por lo tanto, la forma
de sin \varphi_{1}, cos \varphi_{1}; sistema éste que está
caracterizado porque el mezclador analógico de fases dispone
de cuatro convertidores analógico/digital de multiplicación; en
este caso, un respectivo convertidor está conectado para uno de
los valores cos \varphi_{1} * sin \varphi_{2}; sin
\varphi_{1} * sin \varphi_{2}; sin \varphi_{1} * cos
\varphi_{2} así como cos \varphi_{1} * cos
\varphi_{2}.
6. Sistema conforme a las reivindicaciones 4) o
5) y caracterizado porque el mezclador analógico de fases
dispone de dos amplificadores de adición que de los valores de
salida de cada vez dos convertidores analógico/digital constituyen
uno de los valores de sin (\varphi_{1} \pm \varphi_{2}),
sin (\varphi_{1} \pm \varphi_{2} \pm p) y cos
(\varphi_{1} \pm \varphi_{2}).
7. Sistema conforme a las reivindicaciones 1) o
2) y caracterizado porque los medios para la interferencia
de un ángulo corrector comprenden por lo menos un convertidor
analógico/digital para la conversión de una señal analógica de
salida de la forma sin \varphi_{1} sin (\varphi_{1}\pm p)
del dispositivo de medición incremental de posicionamiento en unas
señales digitales, como asimismo comprenden una unidad de cálculo
digital para calcular los valores de sin (\varphi_{1} \pm
\varphi_{2}), sin (\varphi_{1} \pm p \pm
\varphi_{2}).
8. Procedimiento para el control de un
dispositivo de posicionamiento, sobre todo de los mecanismos de
accionamiento regulador en las máquinas herramientas, según el
cual:
- Por un dispositivo de medición incremencial de
posicionamiento son generadas las señales de salida de la forma sin
\varphi_{1}, sin (\varphi_{1} \pm p), que son transmitidas
hacia una unidad de control, que transforma estas señales de
salida en unas señales de mando, que controlan un dispositivo de
posicionamiento; así como
- En estas señales de salida, antes de su
transmisión hacia la unidad de control, son interferidos unos
ángulos de corrección \varphi_{2} de tal modo, que las señales
de salida puedan adquirir la forma de sin (\varphi_{1} \pm
\varphi_{2}), sin (\varphi_{1} \pm \varphi_{2} \pm
p);
Procedimiento éste que está caracterizado
porque:
- Los ángulos de corrección, que han de ser
interferidos - o bien las equivalencias trigonométricas de los
mismos - son tomados de por lo menos una tabla de ángulos
correctores libremente programable con los valores de los ángulos
de corrección \varphi_{2}, o de las equivalencias
trigonométricas de los mismos, que han de ser tenidos en
consideración en unas determinadas circunstancias x.
9. Procedimiento conforme a la reivindicación 8)
y caracterizado porque las equivalencias trigonométricas de
los ángulos correctores, que han de ser interferidos, son tomadas
de dos tablas de ángulos de corrección en las cuales están
memorizados los valores de sin \varphi_{2} y de sin
(\varphi_{2} \pm p), que han de ser tenidos en consideración
en unas determinadas circunstan-
cias x.
cias x.
10. Procedimiento conforme a las reivindicaciones
8) o 9) y caracterizado porque la interferencia del ángulo
de corrección \varphi_{2} durante la conversión de las señales
analógicas de salida de la forma sin \varphi_{1}, sin
(\varphi_{1} \pm p) del dispositivo de medición incremencial
de posicionamiento en las señales de mando digitales tiene lugar
por el empleo de uno o de varios convertidores analógico/digital de
medición.
11. Procedimiento conforme a las reivindicaciones
8) o 9) y caracterizado porque la interferencia del ángulo
de corrección \varphi_{2} después de la conversión de las
señales analógicas de salida de la forma de sin \varphi_{1},
sin (\varphi_{1} \pm p) del dispositivo de medición
incremencial de posicionamiento en las señales de mando digitales
es efectuada, de forma preferente, por el empleo de una unidad de
cálculo digital.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE19950902 | 1999-10-22 | ||
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