KR920005255B1 - 고도의 동적처리용 수치제어장치 - Google Patents

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뷔흘러 에른스트
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악티엔 게젤샤프트 퓌어 인두스트리엘레 에렉트로 닉 아게이에 로소네바이로카르노
로버트 롬바르디니 · 레네 데릭헤티
레네 데릭헤티
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Abstract

내용 없음.

Description

고도의 동적처리용 수치제어장치
제1도는 수치제어장치의 블록도.
제2도는 4개축의 공간이동도.
제3도는 원형 조보간법의 설명도.
제4도는 경로 오차의 계산과 원형 조보간화에 대한 축성분을 나타내는 설명도.
제5도는 선형 조보간법의 설명도.
제6도는 경로 오차의 게산과 선형 조보간화에 대한 축성분을 나타내는 설명도.
제7도는 미세보간기의 프로그래머블 분주기의 블록도.
제8도는 미세보간기의 블록도.
제9도는 4개의 가능한 공정에 대한 제어용 회로의 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 조보간기 2 : 미세보간기
3 : 중간기억부 4 : 자율제어장치
5 : 프로그래머블 주파수 분할기 6 : 오실레이터
7 : 프로그램카운터 8 : 우선순위 디코더
9 : 픽스트-프로그램드 프로그램 메모리 10 : 처리 파라미터 출력회로
11 : 스테이터스 레지스터 12 : 부미세보간기
13 : 제어가능 오실레이터 14 : 스위칭 매트릭스
15 : 영속성 기억매체 50 : 카운터
61 : 시작입력 62 : 정지입력
본 발명은 특허청구의 범위 제1항의 전문에 따른 고도의 동적처리용 수치제어장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 고도의 동적처리의 제어를 위하여 예를들면 스파크 이로우시브 금속가공과 레이저가공을 위하여 경로 보간화를 실행하는 수치제어장치에 관한 것이다. 특허청구의 범위 제1항의 전문에 기재된 형의 수치제어장치는 "Rechner-steuerungen von Fertigungse-inrichtungen"(by R. Nann, ISW 4, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1972, pp113∼123)이란 책에 알려져 있다. 기지의 제어장치에 있어서, 고정시 프레임내에서 조보간기가 동작한다. 또한 거기에서 조보간기의 하류에 접속된 선형미세보간기를 동작시킨다. 조보간기와 미세보간기간의 데이터 교환도 상기 시프레임내에서 소정시간 간격으로 이루어진다. 약간 굽어진 외형의 경로보간의 경우에, 공통의 고정시프레임내에서의 조보간과 미세보간의 수행은 불필요하게 적은 마디 간격의 원인이 된다. 따라서, 그런 외형에 대해서, 불필요한 데이터 플러드가 발생되므로 조보간기는 불필요한 계산을 수행해야만 된다. 경로의 특별한 종점에 도달될 경우에, 보간법에 의해서 계산된 경로의 종점에서 최종 마디를 계산할때 고정 시프레임이내의 보간화에 기인하는 다른 하나의 문제가 발생한다. 보통, 최종 경로 성분은 이전의 경로성분의 길이와는 다른 길이를 가지므로 경로종점은 속도급등에 의해서 고정시프레임이내에 도달될 수 있다.
"Interpolation in numerischen Bahnsteuerungen"(by D. Binder, ISW 24, Springer-Verlag, Berlin, 1979, pp 60∼113)이란 책에는 여러가지 보간법 처리를 비교 설명되어 있으며, 그것들도 고정시프레임에 묶여 있다. 이 책의 113페이지와 114페이지에는 "펄스-레이트-멀티플리(Pulse-Rate-Multiply)"공정에 따른 선형 미세 보간기 작업이 개시되어 있다. 그러나, 그런 미세보간기는 후방으로의 보간화를 허용하지 않는다. 이 미세보간기의 다른 하나의 단점은 미세 보간화가 보간기의 전체 영역을 넘어서 수행될 수 있다는 것이다.
이 종래 기술과 비교하면, 본 발명의 문제는 전술한 형태의 수치제어장치를 훨씬 더 개발시켜서, 경로 보간화에 필요한 데이터량을 감소시킴과 동시에 보간화 속도의 증가가 이루어지게 하는 것이다.
특허청구의 범위 제1항의 전문에 따른 수치 제어장치에 있어서, 이 문제는 특허청구의 범위 제1항의 특징을 기술한 부분에 기재된 특징에 의해서 해결된다.
본 발명의 수치 제어장치는 시프레임 독립방식으로 동작하며 그 결과로서 기하 종속의, 적합한 제어를 실행하며, 여기서 최소 데이터량만이 산출되므로, 데트타임이 크게 회피된다. 서보시스템에 의해 요구된 속도는 본 발명의 제어장치의 경우에 기하 종속계산에 의해서 정확하게 고려된다. 순방향 보간화와는 별개로, 본 발명의 제어장치는 또한 역방향 보간화도 할 수 있다.
본 발명의 제어장치는 제어에 필요한 모든 정보로서 실시간의 고도의 동적처리의 제어를 할 수 있다. 따라서, 상기 제어장치는 높은 경로분해도를 갖는 매우 높은 경로 속도를 허용한다. 조보간기로 사용되는 주컴퓨터는 최소의 로우딩을 받게 되며 그 결과 다른 임부에 사용될 수 있다.
본 발명의 수치 제어장치는 1마이크로미터 경로 증분의 경우에 10m/min의 속도로 레이저 컷팅을 실행할 수 있다. 스파아크 이로우시브 머쉬닝의 경우에, 본 발명에 따른 수치 제어장치는 100nm의 경로 증분의 경우에 1m/min의 가공시간을 얻는다.
또한, 조보간기에 관하여 미세보간기의 감결합 독립동작에 기인하는 가능한 모듀울성을 통해서 본 발명의 제어장치는 주요한 장점을 얻는다.
기하학적 도형과 일치하는 처리 파라미터의 실시간 출력은 많은 공정들에서 더 높은 전력과 정밀도를 용납한다. 바람직한 더 이상의 개발과 구성은 종속항에 기재되어 있다.
본 발명은 첨부한 도면과 함께 본 발명의 수치 제어장치의 비제한적인 구현예에 관하여 이후 더 상세히 설명된다.
제1도는 장치의 2개의 주요성분을 나타내며, 즉 조보간기(1)는 이 기하도형을 선형부로 축소하고 상기 축소된 기하도형을 추후 제어정보와 같이 미세보간기(2)에 전달하며, 이 미세 보간기(2)는 조보간기(1)상에 도달된 계통상태, 처리상태 또는 기하학점에 대한 정보를 차례로 보고할 수 있다.
미세 보간기(2)는 중간 기억부(3)를 포함하며, 이 기억부는 조보간기(1)로부터 정보를 차례대로 기억한다. 이 중간 기억부(3)는 정상적으로 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 구비하고 있다.
기억용량은 1메가바이트 즉 1백만 8-비트 데이터 워어드까지 쉽게 될 수 있다. 가장 작은 구조는 거의 2킬로바이트를 가지고 있고 운전 및 향후 보고처리되는 긴 프로그램의 경우에 있어서 조보간기(1)로부터 비동기적으로 재장전된다. 이 처리과정은 당연히 블록과 같은 전·후 방향으로 또한 수행될 수 있어서, 개시점으로까지 보간하는 것이 항상 가능하다.
미세보간기(2)는 또한 자율적인 제어장치(4)를 포함하며, 이것은 기본적으로 순차 제어를 포함하고 있다. 자율제어장치는 상이한 제어신호에 의하여 작동되고, 상태 신호의 함수로서 수개의 선프로그램화된 제어 시켄스의 하나를 수행한다. 이 결과로서, 미세보간기는 조보간기(1)로부터 1바이트를 받아들이고 1만큼 증분된 중간 기억부(3)의 어드레스에 동일한 것을 기억하며, 조보간기(1)에 이것이 받아들여졌음을 통보한다. 서보-경로 프레임 클럭 신호 T가 새 경로 증분을 요구할때, 서보-방향 신호 R의 함수로서, 전향 또는후향 보간화용 제어 시켄스가 작동된다. 시켄스 속도는 아주 높아서, 서보-경로 프레임 클럭 신호(T) 다음의 수 μs 또는 더 빨리 축방향 출력 RX, TX, RY, TY, RZ, TZ, RC, TC은 정확한 경로 증분치를 가지고 있다.
또한 2개의 경로 증분치 사이에서 처리 파라미터 S, K를 출력하는 것이 가능하다. 이들은 중간 기억부(3)내의 기하학점에 기억될 수 있거나 또는 조보간기(1)에 의하여 직접적인 수동 명령으로서 출력될 수 있으며, 이것은 차례로 상응하는 제어 시켄스를 개시한다. 처리 파라미터 S, K는 어드레스 S를 포함하며, 이 어드레스는 계통 또는 처리중의 어느 파라미터가 수정되는지를 언급하고 K값은 상기 파라미터의 새 설정치에 상응한다. 그래서, 많은 배선의 비용 지출없이 한개의 버스를 경유하여 모든 파라미터를 제어할 수있고, 각 경우에 한개의 어드레스 디코더는 서로 일치할 경우 레지스터에 K값을 가지고 있다.
제2도는 조보간기(1)에 의하여 출력되는 것처럼 3차원의 형태의 경로 성분 L, X, Y, Z, C으로 4개축 제어된 카운터 싱킹 부식기기의 예를 나타내고 있다. 길이 L의 벡터는 선형으로 점 P1을 점 P2와 연결하고 추후 설명되는 것처럼, 결코 한개 이상이 허용 경로 오차 E만큼도 소망의 경로와 다르지 않다.
이 벡터길이 L은 서어보-경로 프레임 클럭 신호의 합을 위하여 계속적으로 기준이 되어, 이 계통의 실벡터 속도는 보장된다. Z축 주위의 회전 C에 대한 성분뿐만 아니라, 직각 좌표계 축성분 X, Y 및 Z은 또한 미세 보간기에 전달되고, 계속하여 프로그램 가능 주파수 분할기(5)내에 분할계를 결정한다. 이 축의 수 및 성질은 처리 과정마다 크게 다를 수 있다. 그래서 3개의 기본축 X, Y, Z과는 별도로 스파아크 이로우시브 와이어 컷팅기계는 또한 원추형의 축 U 및 V을 가지고 있다. 이에 더하여, 현재의 레어저 절단기는 레이저 비임이 미리 형성화된 금속판 조각상에서 최적의 방법으로 방향을 이루도록 최소한 5개의 축을 가진다.
현재, 값싼 퍼스널컴퓨터는 각함수가 요구되지 않는다면(예를들면, 사인, 코사인 또는 탄젠트), 수학적인 이동소수점 연산(floating point operations)을 신속하고 정밀하게 수행한다. 그러나, 또한 이 기본 연산의 산출 속도에 대하여 모든 요구사항을 만족시키는 디지탈 프로세서 및 단일 칩 이동소수점 프로세서가 있다. 따라서 100ns안에 새칩은 32-비트 이동 소수점 가산 또는 승산을 수행할 수 있다. 2배의 정밀도의 경우(11-비트지수, 52-비트가수), 이동 소수점 프로세서는 모든 기본 연산 및 평방근을 8μs이내에 수행할 수있는 반면, 예를들면 탄젠트 함수는 30μs를 요구한다.
많은 프로세서는 또한 명령 세트에 각함수를 가지고 있지 않기 때문에, 이 함수를 요구하지 않는 조보간기는 매우 유리하다.
제3도 및 4도는 각함수가 없는 조보간기의 원리를 설명한다. 원형편은 반시계 방향으로 이동된다. ISO코우드의 DIN 66025에 따르면 추가 정보를 얻을 수 있으며, GO3는 반시계 방향으로의 원형 보간화를 의미하고 X', Y'는 개시 좌표(YS, YS) 및 종료좌표(YE, YE)사이의 차분 크기이며, 한편 I' 및 J'는 개시점(XS, YS) 및 원(M)의 중심 사이의 차분 크기이다. 각도 ε는 X축 및 원(M)의 중심-개시좌표(XS, YS) 사이의 연결선에 의하여 둘러 싸여 있다. 각도 α는 상기 연결선 및 벡터 L1상의 원(M)의 중심으로부터 수직인 선에 의하여 둘러싸여 있다.
미세 보간기(2)만이 선형으로 보간하고 단지 최소 데이터량이 생성되도록 하기 위하여, 다각형 진로 L1…L4를 찾는 것이 필요하며, 이 진로는 이론상의 원에 대하여 최대 허용치와 한개의 오차 값 E 이상으로 결코 다르지 않다. 이 허용오차는 예를들면 켄1m일 수 있거나 또는 예를들면 정확도가 아무런 역할도 하지 않는 파괴부에 대해서는 더 클 수 있다. 용이하게 이해하기 위하여, 벡터 표시를 이후 사용치 않는다.
다음의 절차가 채택된다.
1. 원의 반경(r)이 결정된다 :
r= I'*I'+J'*J'
2. 각도 α를 사용하는 직각 3각형에 대해서(제4도) 주어진 오차 E에 대해서 최대 현의 길이 L을 결정 할 수 있다 :
L1=2* r*r-(r-E)*(r-E)
3. 추후 설명될 L의 허용치에 대한 기억 리스트에 의하여, 벡터 L의 적분치 즉 다음으로 작은 값을 선택할 수 있다. 벡터 L1…L3가 모두 동일한 길이일때, 상기 언급한 계산은 단지 기하학적 모양마다 한번씩 수행되어야 한다.
4. 3각형 내각의 총합은 항상 180°이므로, L1및 Y1사이의 각도가 α+ε의 합과 상응하는 것으로 판명할 수 있다. 따라서 X1=L1*sin(α+ε)이고 Y1=L1*cos(α+ε)이다. 각도 변환 후에
sin(α+ε) =sinε*cosα+cosε*sinα이고
cos(α+ε) = cosε*cosα -sinε*sinα이다.
제4도로부터 이것은 다음과 같다.
sinα = L1/ (2*r), cosα = 1- E/r
sinε =j'/r, cosε =1'/r
따라서, 각 함수는 제거되고 추구된 축성분 X1및 Y1이 다음과 같이 얻어질 수 있다.
X1=L1(J'/r*(1-E/r)+I'/r* L1/(2*r))
Y1=L1(I'/r*(1-E/r) -J'/r*L1/(2*r))
따라서 단지 J' 및 I'는 변수이며 반면에 기하학적 모양마다 유수는 상수이고 단지 아래와 같이 한번씩 계산되어야만 한다.
X1=J'*K1+I'*K2, K1=L1*(1-E/r)/r
Y1= I'*K1-J'*K2, K2= L1* L1(2*r*r)
5. 가능한 구(old) 반올림 오차가 지금 X1및 Y1에 가산되고, 이 결과는 정수로 반올림된다. 이 새로운 반올림 오차는 기억된다.
6. 제1경로 성분 L1, X1, Y1은 미세 보간기(2)에 출력될 수 있다.
7. 종료 좌표 XE및 YE에 이 새 차분 크기가 계산된다 :
X-축=X'-X, Y-축=Y'-Y1이며 또한 새 원의 중심 크기는
I1'=I'-X1, J1'=J'-Y1이다.
8. 4 내지 7에 따르는 절차는 종료 좌표(XE, YE)가 표에 따라서 허용할 수 있는 최종 벡터길이 L과 같이 얻을 수 있을 때가지 반복된다. 제3도에서, 이것은 예를들면 L4이다. 따라서 대부분의 벡터에서, L4는 L1과 동일한 길이를 가질 수 있다. 허용할 수 있는 벡터 길이 L이 어떠한 직접적인 점프를 허용치 않으면, 그때 벡터 L4는 2개 또는 그 이상의 경로 성분 L, X 및 Y으로부터 형성될 수 있다. 여러 오차 즉 최종 반올림 오차, 사용된 프로세서의 유한 계산 정밀도 및 ISO 코우드에 의한 종료 좌표(XE, YE)의 빈번한 과결정 방해는 이 터미널 벡터 L4로 보상될 수 있다.
선형 조보간화용 계산 방법은 제5도 및 6도에 의하여 도시된다. ISO 코우드에서, GO1온 선형 보간법을 나타낸다. X' 및 Y'는 재차 개시 좌표(XS, YS) 및 종료 좌표(XE, YE)사이의 차분 크기이다.
선형 보간법은 단지 한개축에 관계하는 기하학적 모양이 종종 일어나기 때문에 특별한 경우에 사용된다. 미세 보간기(2)의 제한된 밸런스(valence)를 통하여 (D, Binder, p114 참조), 경로 성분 L, X, Y, Z. C에 승상인자 N을 가산하는 것이 적합하며, 이것은 경로성분 L, X, Y, Z, C이 얼마나 종종 미세 가변기(2)에서 수행되는가를 결정하고, 나아가서는 데이터양의 현저한 감소를 초래하게 한다.
X-방향에서, 단지 10mm/min의 속도 및 1μm의 경로 증분을 가지고, 20ms의 고정된 시프레임 원료 127,000mm를 보간하는 것이 필요하다고 가정할때, 전통적인 조보간기는 38,100경로 성분 L, X, Y, Z, C의 데이터 흐름을 생성하나, 제안된 원리에 있어서, 이것은 미세 보간기가 7-자리 형식으로 된다면 단일경로 성분 세트 N*L, X, Y, Z, C에 의하여 취급될 수 있다.
다축이동 및 작은 허용 경로 오차 E의 경우에, 이득은 상기예에서 보다 주지할만큼 더 작으나, 데이터양이 단지 기하-종속적이기 때문에, 컴퓨터 장전(loading)은 항상 더 작다.
제5도에서, 이론적으로 요구되는 선형 경로는 1로 지시되고, X'와 경사각 α를 이룬다. 따라서 tanα=Y'/X', cosα= X'/1이고 sinα=Y'/1이다.
제6도는 이론적인 경로 l이 예를들면 2조의 경로 성분(L1, X1, Y1및 L2, X2, Y2)을 가지고 어떻게 수행될수 있는가를 나타내며, 경로 오차 E는 이론저가인 경로 l에 직각으로 형성된다. 따라서 최대치 L1에 있어서, 알고리듬은 종료 좌표(YE,YE)에 밀접하게 접근하도록 시도한다. 처음부터 기억된 표에 따라서 인정될수 있는 벡터길이 L만이 사용된다. 축 성분(X1, Y1)이 다음 계산될 수 있고 적분값을 경로 프레임속으로 부합되도록 반올림할 수 있다. 다음 X1=L1*X'/l이고, Y1=L1*Y'/l을 얻는다. 최종적으로 만들어진 경로오차 E가 허용치보다 더 작거나 또는 동일하며, 이로써 E=(Y1-X1*Y'/X')*Y'/l임을 명백히 할 필요가 있다. 경로 오차(E)가 너무 크다면 전체 계산은 다음으로 더 작은 허용벡터 길이 L을 가지고 반복되며, 그렇지 않으면 제1경로 성분 L1, X1및 Y1은 미세 보간이 (2)에 출력된다.
종료 좌표(XE, YE)에 대한 이 새 차분 크기가 지금 계산된다 : X-축=X'-X1이고 Y-축=Y'-Y1이며 이 절차는 차분 크기가 제로가 될때까지 적용된다. 반올림 오차 및 계산상 유수는 자동적으로 제거된다.
제7도는 미세 보간기(2)의 프로그래머블 주파수 분할기(5)의 구현예이다. 이 회로는 종래의 논리 성분 혹은 게이트 배열 기술로 설계될 수 있다. 원칙적으로, 그 기능은 디.바인 더에 따른 회로(D, Binder, pp73 and 114)와 동일하며, 프로그래머블 주파수 분할기(5)는 오차없이 모든 허용 벡터 길이 L을 모든 가능한 분할비율로 분할할 수 있으며 순방향 및 역방향 보간화가 가능하다는 차이점이 있다. 이를 달성하기 위하여, 카운터(50)가 설치되며, 그것은 벡터 길이 L과 같은 시각치로 프로그램될 수 있으며, 클럭 입력(51)을 통해서, 서브-경로 프레임 클럭신호(T)를 수신하고 서보-방향 신호(R)에 따라, 방향 입력(52)에 의해서 카운터의 내용을 증가 혹은 감소시킨다. 축성분 레지스터 X/L, Y/L, Z/L과 C/L은 축성분 X. Y, Z와 C를 포합하며, 그것은 조보간기(1)에 의해서 최적의 값으로 분할되며 반올림된다.
7-자리 미세 보간기(2)에 대하여, 이 값은 128로 나누어진 벡터 길이 L과 동일하며, 129.97 내지 128.01은 동일하게 양호한 결과를 준다. 이 상수 128은 실험적으로 또는 컴퓨터 시뮬레이션에 의하여 결정될 수있다. 최적치는 허용 벡터 길이 L의 최대수를 주며, 어떠한 축 성분 조합 X, Y, Z 및 C에 대하여 반올림에 의하여 야기된 최종 오차를 만들어낸다는 것이다. 예를들면 X-축에 대하여, 80의 경로 증분이 조보간기(1)에 계산된다면, 그때 계속하여 정밀하게 이 80은 미세보간기(2)에 의하여 축 출력 TX에 출력되어야 한다. 상기 언급한 예에서, 43의 허용 벡터 길이가 있으며 조보간기(1)에 기억된 다음표가 얻어진다. 간격없이 1에서 10까지 그리고 다음은, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 24, 28, 30, 31, 32, 33, 34, 36, 40, 48, 56, 60, 62, 63, 64, 65, 66, 68, 72, 80, 96, 112, 120, 124, 126, 127.
이 값들의 간단한 분석에 따르면 1과 127사이의 각 벡터 길이 L은 2개의 부분 벡터의 최대값으로부터 조합될 수 있음을 알 수 있다.
축성분 레지스터 X/L, Y/L, Z/L과 C/L도 추가의 비트를 포함하며, 그것은 그 방향으로 축성분 X, Y, Z 및 C가 작동할 것임을 나타낸다. 이 비트는 배타논리합게이트를 통해서 서보-방향 신호(R)에 접속되며 따라서 이동방향 RX, RY, RZ 및 RC를 제공한다. 전술한 책의 72와 73페이지에서 디.빈더에 의해 설명된 바와 같은 방법으로 클럭 신호의 발생이 이루어진다. 그리고 역방향 보간화동안에 카운터(50)의 출력의 하강변 혹은 사이드들은 검출되어 축성분 레지스터 내용과 AND-접속된다.
다음의 어셈블리 리스팅은 8051 프로세서용 알로리즘을 설명하는 것이며, 그것은 제7도에 도시한 미세보간화를 실행할 수 있다. 그러나, 이 구현예에서, 42머쉰사이클이 경로 증분 출력을 위해 필요하며, 최악의 경우에 그것은 새로운 세그먼트 전속을 위하여 54μs의 데드타임에 이른다. 이 시간은 보통의 조건에 대해서는 꽤 받아들일만한 것이지만 고속장치에 대해서는 10배 정도 너무 느린 시간이다. 그러므로 그런 응용에 대해서 우선 순위가 별개의 해에 부여되거나 혹은 선택적으로 혼합된 변형에 부여되야 한다.
Figure kpo00001
Figure kpo00002
Figure kpo00003
제8도는 미세 보간기(2)의 블록회로도이다. 조 보간기(1)는 우선순위 디코더(8)에 제어신호를 전송하여, 데이터 버스는 중간 기억부(3) 프로그래머블 주파수 분할기(5) 및 처리파라미터 출력회로(10)로 통한다. 우선순위 디코더(8)도 서브-경로 프레임 클럭신호 T를 수신하며, 그것은 분명히 최우선순위로 처리된다. 다른 우선순위는 장치와 공정에 따르며 각각의 경우에 정해져있다. 우선순위 디코더의 입력의 활성화 다음에, 오실레이터(6)는 그 시작입력(61)을 통해서 복구된 다음 프로그램 카운터(7)는 예를들면 30MHz의 주파수로 증가된다. 프로그램 카운터(7)의 최대 판독치에 도달했을때, 오실레이터(6)는 정지입력(62)에 의해서 다시 정지된다. 이 측정의 목적은 첫째로 프리러닝 오실레이터(free running oscillator)와의 동기화를 위해 기다릴 필요가 없으며 두째로 고 주파수에도 불구하고 장치의 전력소산이 낮게 유지된다.
프로그램 카운터(7)의 출력은 픽스트-프로그램드 프로그램 메모리(fixed-programmed program memory)(9)의 제1어드레스 입력에 접속되며, 제2어드레스 입력은 우선순위 디코더(8)에 접속되고, 제3어드레스 입력은 스테이터스 레지스터(11)에 접속된다. 따라서, 예를들면 4개의 상이한 프로그램 시켄스는 각 경우에 4개의 상이한 변체에 각 경우에 15프로그램 스텝으로 초기치가 정해질 수 있다. 예를들면, 스테이터스 레지스터(l1)는 예컨대 서보-방향 신호(R)가 순방향 혹은 역방향 보간화를 요구하는지의 여부, 프로그래머블 주파수 분할기(5)의 카운터(50)가 초과용의 자리 혹은 하위자리 초과용의 자리에 있는지의 여부등과 같은 정보를 포함한다. 스테이터스 레지스터(11)의 기능은 프로그램의 정확한 변형(예를들면 순방향 혹은 역방향 보간화)의 수행을 확실하게 하는 것이다. 픽스트-프로그램드 프로그램 메모리(9)의 데이터 출력은 프로그래머블 주파수 분할기(5)의 축의 출력 RX, TX, RY, TY, RZ, TZ, RC, TC의 출력, 처리파라미터 출력회로(10)의 출력과 중간 메모리(3)의 판독과 수록을 주로 제어하고 동일하다.
중간메모리(3)는 8비트 폭체제를 가질 수 있으며, 혹은 대응하는 속도 조건의 경우에 예를들면 48비트폭을 가질 수 있다. 그 중에서 5배의 8비트는 경로성분 L, X, Y, Z 및 C와 그것의 방향을 설명하며, 2비트는 곱셈인자 N, 5비트는 패러티 체킹의 목적에 사용되며 1비트는 어드레스가 기하정보 혹은 처리파라미터 정보를 포함하는지의 여부를 말한다. 중간 메모리(3)의 체제는, 최적의 동작 신뢰도와 제일 유리한 비용의 경우에 최선의 속도를 얻기 위하여, 공정의 조건에 따라 정해져야 한다.
제9도는 4개의 상이한 공정들을 포함하는 복합제작 공정이다. 공정 1은 단순한 4축제어 카운터싱킹 이로우젼 머쉰, 공정 머쉰, 공정 2는 전극 교환기, 공급 장치 및 핸들링 로보트로써된 고도의 복합 컷팅-카운터싱킹 이로우젼 플랜트, 공정 3은 레이저 컷팅 플랜트, 공정 4는 제작을 위한 고압수제트 컷팅 플랜트이다. 이 계획안은 제안된 제어장치가 얼마나 개작할 수 있고 확장할 수 있는가를 보여주려고 하는 것이다.
따라서, 예를들면, 단일의 강력한 조 보간기(1)는 공정 1과 공정 2의 직접 제어를 위해 사용될 수 있다. 또한 필요하다면 영속성 기억 매체(15)는 독립적인 공정 3을 실행하기 위하여 필요한 데이터로 장전될 수 있으며, 그것은 조 보간기(1)로 아무런 메시지도 제공하지 않는다. 마지막으로, 공정 4는 말하자면 무기로 프로그램되며 대규모로 실행은 항상 동일한 부품을 생산한다. 공정 4의 미세 보간기(2)는 중간 메모리(3)를 유리하게 구비하며, 그것은 정보를 영속성의 방식으로 기억한다. 이것은 RAM 성분의 공급이 배터리로써 충격이 보호되거나 혹은 전기적으로 프로그램이 가능하고 선택적으로 지울수 있는 ROM 메모리 성분을 이용하므로써 성취될 수 있다.
공정 3의 경우에, 정보용의 흐름은 자기테이프, 카세트 혹은 플롭피디스크에 의해서 일어난다. 공정 1과 공정 2는 로컬데이터 망을 거쳐서 쌍방향으로 수행될 수 있다. 그런 데이터 망은 재래식으로 동축 케이불 혹은 섬유광학선으로써 구축된다. 충분한 전송용량이 있으므로 이 지점에서 데이터 흐름에 대한 명목현상이 없다는 점이 중요하다.
고도로 복잡한 문제가 간단한 수단에 의해서 해결되기 때문에 공정 2는 특히 관심의 대상이다. 보통은 제작 수단을 위한 공급 장치와 충적 혹은 급송 로보트는 그들 자체의 수치제어로써 설비되며, 그것들은 공정에 종속한다. 공정의 진행중에 이들 수치제어는 아무런 일도 하지 않도록 되어 있다. 본 발명을 이용하면 수치제어 장치의 이용도를 매우 크게 개선시킬 수 있으며, 여기서 동일한 미세 보간기(2)가 컷팅 이로우젼메쉰, 카운터 성킹 이로우젼 프로세스, 충전로보트 및 공급 장치를 제어하기 위하여 사용된다. 이를 위하여, 축의 출력 RX, TX, RY, TY, RZ, TZ, RC, TC를 컷팅 공정, 카운터 싱킹 공정, 로보트 혹은 공급 장치에 빠르게 전환하기 위하여 단 하나의 스위칭 매트릭스(14)가 필요하다. 서보 신호를 발생하지 않는 공정들은 제어 가능한 오실레이터(13)에 의해서 경로 속도로 수행될 수 있다. 스위칭매트릭스(14)와 제어가능한 오실레이터(13)의 제어는 공정변수 S, K에 의해서 다시한번 발생한다. 부 미세 보간기(12)는 주 미세보간기(2)와 동일한 방법으로 구성되며 시제어 구동축이 동작 되어지는 경우에만 존재할 필요가 있다. 단일 수치제어 장치는 몇가지의 공정들을 다중운전으로 실행하기에 충분하기 때문에, 자본비 절약은 명백하다.

Claims (24)

  1. (a) 경로성분(L, X, Y, Z, C)과 관련되는 처리 파라미터(process parameter)(S, K)를 출력하는 조보간기(1)와, (b) 경로성분(L, X, Y, Z, C)의 미세 보간화를 위하여 조보간기(1)의 하류에 관련 제어와 함께 접속된 하나 이상의 미세 보간기(fine interpolator)(2)와, (c) 중간 기억장치(intermediate memory)(3)를갖는 고도의 동적 처리용 수치제어장치로서, (d) 조보간기는 경로 윤곽의 기하학적 모양의 함수로써가 아니라, 시프레임 독립적으로 조보간화를 실행하며, (e) 미세보간기(2)는 조보간기(1)와 시독립적으로 동작하며, (f) 조보간기(1)와 미세보간기(2)간의 데이터 교환을 위하여 죠인트가 없는 고정 시프레임(fixed timeframe)이 있으며, (g) 이를 위하여 미세 보간기(2)의 중간 기억장치(3)는 조 보간기(1)에 의해서 출력된 몇개의 경로 성분(L, X, Y, Z, C)과 처리 파라미터(S, K)의 중간 기억을 위하여 설계 되어 있으며, (h) 미세보간기(2)의 제어는 제어시스템(4)에 의해 설계되며, 제어시스템은 조보간기(1)와는 시독립적이며 미세 보간화 단계, 중간 기억장치(3)의 제어와 처리 파라미터(S, K)의 출력을 독립적으로 그리고 실시간에서 실행함을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 조보간기(1)는 본래 프로그래머블 컴퓨터임을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  3. 제2항에 있어서, 조보간기(1)는 본래 표준언어로 프로그램 가능한 펴스널 컴퓨터임을 특징으로 하는고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  4. 제1항 내지 제3항중의 어느 하나에 있어서, 조보간기는 원함수를 사용하지 않고 이동 소수점 계산으로 계산하도록 설계되어 있음을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치 제어장치.
  5. 제1항 내지 제3항중의 어느 하나에 있어서, 조보간기는 디지탈 단일칩 이동소수점 프로세서 혹은 신호 프로세서를 갖는 것을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치 제어장치.
  6. 제1항에 있어서, 근방의 보간화 간격점(P1, P2)을 연결하는 벡터의 길이에대해 보간될 윤곽으로부터의 최대 간격(경로 에러 E)이 소정의 값을 초과하지 않는 벡터 길이(L)만이 인정되도록 조 보간기(1)가 경로성분(L, X, Y, Z, C)을 계산함을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  7. 제6항에 있어서, 조보간기는 (a) 경로성분(L, X, Y, Z, C)을 계산할 때 미세 보간기(2)에서 임의의 벡터 위치에 대해 축성분(X, Y, Z, C)의 최종 에러를 만들어내지 않는 그런 벡터 길이만이 인정되며, (b. 1)허용 벡터길이(L)는 수학적 시뮬레이션 혹은 미세 보간기(2)의 시험실행에 의해서 결정되며, (b. 2) 조보간기(1)에 테이블 형태로 기억되도록 설계되어 있음을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  8. 제6항 또는 7항에 있어서, 조보간기(1)는 (a) 경로성분(L, X, Y, Z, C)을 계산할 때 조보간기는 그 다음의 경로성분(L, X, Y, Z, C)을 계산할 때 미세 보간기(2)에 필요한 양자화 기간중에 발생하는 반올림 오차를 고려하며, (b) 경로성분(L, X, Y, Z, C)의 각각의 계산에 앞서 경로 종점이 인정된 벡터 길이(L)에 도달될 수 있는지의 여부를 검토하고 각각의 경우에 최종 오차가 0이 되도록 최종 축의 성분(X, Y, Z, C)을 선택하도록 설계되어 있음을 특징으로 하는 고도의 동적처리용 수치제어장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 조보간기(1)는 미세 보간기(2)가 벡터 길이(L)를 연속적으로 보간하는 빈도를 나타내는 인자(N)를 계산된 경로성분(L, X, Y, Z, C)에 곱하도록 설계되어 있음을 특징으로 하는 고도의 동적처리용 수치제어장치.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 미세 보간기(2)는 카운터(50), 축성분 레지스터(X/L, Y/L, Z/L, C/L)와 배타적 논리합 회로를 구비한 하나 이상의 프로그래머블 주파수 분할기(펄스 비율 곱셈기)(5)를 포함하며, 여기서 (a) 카운터는 (a.1) 소정의 벡터 길이(L)로 프로그램하기 위한 입력, (a.2) 서보 경로 프레임클럭신호(T)를 위한 출력 입력(51)과 (a.3) 서보 방향신호(R)를 위한 방향 입력(52)을 가지며, (b) 축성분 레지스터(X/L, Y/L, Z/L, C/L)의 각각은 부가의 방향정보를 위한 입력과 축의 출력(TX, TY, TZ, TC)을 가지며,(c) 배타적 논리합 회로는 몇개의 게이트를 가지며, 그것의 각각은 그 하나의 입력에서 서보 방향신호(K)에 응하며 다른 하나의 입력에서 각각에 결합된 축성분 레지스터(X/L,Y/L,Z/L,C/L)에 응하며, 그 결과 축의 출력(RX, TX, RY, TY, RZ, TZ, RC, TC)의 이동방향을 결정함을 특징으로 하는 고도의 동적처리용 수치제어장치.
  11. 제10항에 있어서, 시독립 제어장치(4)는 우선 순위 디코더를 가지며, (a) 시독립 제어장치는 (a.1)조보간기(1)가 데이터 워드를 중간 기억장치(3)에 싣거나, 또는 (a.2) 조보간기(1)가 수동제어를 공정에 직접 삽입하거나, 또는 (a.3) 서보 경로 프레임 출력신호(T)가 처리될 경우 동작할 뿐이며, (b) 몇개의 신호가 동시에 적용될 경우에, 우선순위 디코더(8)는 그것의 계층을 결정하도록 설계되어 있음을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  12. 제1항 내지 제3항중의 어느 하나에 있어서, 미세 보간기(2)는 하나 이상의 픽스트 프로그램드 순서논리 성분 및/또는 하나 이상의 배열 논리 성분을 구비함을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  13. 제12항에 있어서, 미세 보간기(2)는 하드 와이어 논리로써 구성되어 있으며, 거기에서 (a) 픽스트프로그램드 프로그램 기억장치(9)는 (b) 우선순위 디코더(8), (c) 스테이터스 레지스터(11), (d) 중간기억장치(3), (e) 하나 이상의 주파수 분할기(5), (f) 처리 파라미터 출력 회로(10)와 (g) 프로그램 카운터의 역할을 하는 카운터(7)에 접속되며, (h) 우선순위 디코더(8)에 응하는 오실레이터(6)가 카운터(7)와 접속되어 있으며 시작입력(61)과 정지입력(62)을 갖는 것을 특징으로 하는 고도의 동적 쳐리용 수치제어장치.
  14. 제1항 내지 제3항중의 어느 하나에 있어서, 미세 보간기(2)는 사실상 프로그램 가능한 마이크로 컴퓨터이며, 계층에 따라 (a) 그것의 알고리즘 처리 파라미터 및기하 데이터는 조보간기(1)에 의해서 중간기억장치(3)에 실리며, (b) 미세 보간기는 조보간기(1)를 거쳐서 수동으로 입력된 지령을 직접 프로세스에 삽입하며, (c) 미세 보간기는 서보 경로 프레임 클럭신호(T)의 미세 보간화를 실행하며 동일한 것을 축의 출력(RX, TX, RY, TY, RZ, TZ, RC, TC)에 공급하도록 설계되어 있음을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용수치제어장치.
  15. 제1항 내지 제3항중의 어느 하나에 있어서, 중간 기억장치(3) 혹은 그 일부가 영속성 기억장치(예를들면 배터리 버퍼드 RAM(battery buffered RAM)인 것과 공정을 임의의 빈도로 반복할 수 있게 하기위하여 상기 장치에 의해 요구된 모든 정보를 중간 기억장치에 기억시키는 것을 특징으로 하는 고도의 동적처리용 수치제어장치.
  16. 제1항 내지 제3항중의 어느 하나에 있어서, 영속성 기억매체(예를들면 플로피디스크)는 조보간기(1)와 미세 보간기(2)와의 사이에 접속되어 있음을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  17. 제1항 내지 제3항중의 어느 하나에 있어서, 조보간기(1)와 미세 보간기(2)와의 사이에서의 데이터의 흐름을 위하여 구내 정보 통신망(local data network)(LAN)이 설치되어 있음을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  18. 제1항 내지 제3항중의 어느 하나에 있어서, 미세 보간기(2)는 상기 장치의 상태, 공정 상태 및/또는 도달된 기하학적 점들에 관한 정보를 조보간기(1)에 지시하도록 설계되어 있음을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  19. 제1항 내지 제3항중의 어느 하나에 있어서, 서보 시스템에 대한 가속 혹은 감속에 관한 기하종속데이터 : 후속의 처리 파라미터(S, K)를 수신하도록 중간 기억장치(3)가 설계되어 있음을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  20. 제1항 내지 제3항중의 어느 하나에 있어서, 픽스트 프로그램드 프로그램 기억장치(9)는 우선순위디코더(8)와 스테이터스 레지스터(11)로부터의 신호의 함수로서 몇개의 프로그램 시퀀스들 중 하나를 활성화하도록 설계되어 있음을 특징으로 하는 고도의 동적 처리용 수치제어장치.
  21. 제20항에 있어서, 픽스트 프로그램드 프로그램 기억장치(9)는 서보 방향신호(R)가 부의 방향을 지시할 경우, 프로그램 시퀀스를 활성화하도록 설계되어 있고, 중간의 기억장치(3)로부터의 데이터는 읽어내어져서 역순으로 배열되며 역방향 미세 보간화는 시작점의 최후방에서 실행됨을 특징으로 하는 수치제어장치.
  22. 제10항에 있어서, 몇개의 미세 보간기(2)는 하나의 프로세스에 대해 구비되며 서보 경로 프레임 출력신호(T)와 서보 방향 신호(R)에 의해서 상호 동기가 이루어짐을 특징으로 하는 수치제어장치.
  23. 제10항에 있어서, 하나 이상의 부 미세보간기(12)가 있으며, 그것의 서보 경로 프레임 클럭신호와 서보 방향 신호(R)는 제어가능한 오실레이터(13)에 의해 제공되며 제어가능한 오실레이터는 주 미세 보간기(2)의 처리 파라미터(S, K)에 의해서 제어됨을 특징으로 하는 수치제어장치.
  24. 제10항에 있어서, 스위칭 매트릭스(14)는 축의 출력(RX, TX, RY, TY, RZ, TZ, RC, TC)의 하류에 접속되며 미세 보간기에 의해서 출력된 처리 파라미터(S, K)에 의해서, 상기 스위칭 매트릭스는 축의 출력(RX, TX, RY, TY, RZ, TZ, RC, TC)을 상이한 구동축(R1, T1, R2, T2,‥·Rn, Tn)과 관련시킴을 특징으로 하는 수치제어장치.
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