DE2418909A1 - Vorrichtung zur positionierung eines verstellbaren maschinenteiles, vorzugsweise bei einer werkzeugmaschine - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Positionierung eines verstellbaren Maschinenteils, vorzugsweise bei einer Werkzeugmaschine Die Erfindung betrifft eine V@rrichtung zur Positionierung eines verstellbaren Maschinenteils mit einem Positionszähler, der durch eine von der Verstellung abhängige Anzahl von Zählimpulsen eines von der Stelleinrichtung des Maschinenteils gesteuerten Impulsgebers weitergeschaltet wird, und einem Referenzimpulsgeber, der jeweils nach einem vorgegebenen Verstellweg des verstellbaren M@schinenteils einen Referenzimpuls abgibt, vorzugsweise bei einer Workzeugmaschine.
• Gerade bei Werkzeugmaschinen ist die genaue P@sitionierung des Ver@tellschlittens, auf dem das zu bearbeitende Werkstück festgelegt ist, eine ganz entscheidende und für die Toleranz der fertig bearbeiteten Werkstücke maßgebende Aufgabe. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, die Position des verstellbaren Maschinenteils, z.B. des Werkstückschlittens, zum feststehenden Maschinenteil, z.B.
• dem Maschinenständer, eindeutig zu erfassen und mit bekannten Vergleichseinrichtungen und Steuereinrichtungen zur exakten Einstellung des verstellbaren Maschinenteils auf vorgebbare Positionen auszunützen.
• Es sind Vorrichtungen der @ingangs erwähnten Art bekannt, die eine Relativmessung der P@sition ausführen. Als Referenzimpulsgeber ist dabei ein Nullsignalgeber vorgesehen, der in der usgangsstellung des verstellbaren Maschinenteils eine Synchronisation, @.h. eine Einstellung des Positionszählers auf die Nullstellung, durchführt. Die Impulse des Impulsgebers werden von dem Positionszähler direkt verarbeitet, wobei die Zählrichtung von der Verstellrichtung abhängig ist. Wird bei einem Bearbeitungsvorgang die Position des verstellbaren Maschinenteils mehrmals verändert, wobei die Voränderungen in gleicher oder entgegenges@tzter Richtung beliebig vorgenommen werden können, dann werden Z@hlfehler mitgeschleppt, die damit die Positionierungsgenauigkeit dauernd verschlechte@n. Eine exakte Positionierung ist mit dieser Vorrichtung nur dann möglich, wenn bei jeder Änderung der Position der verstellbare Maschinenteil zunächst in die Ausgangsstellung gebracht wird. Die@ bedingt jedoch unnötig große Verlustzeiten für eine@ Bearbeitungs@blauf.
• Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen dio Position des verstellbaren Maschinenteils durch Absolutmessung gewonnen wird. Dazu sind jedoch komplizierte und aufwendige C dierschienen erforderlich, besonders dann, wenn ein oßes Auflösungsvermögen und eine entsprechend große Genauigkeit in der P@sitionierung gewünscht wird.
• Eine weitere Schwierigkeit bei diesen V rrichtungen besteht darin, daß beim Übergang von einer Positionsstelle zur nächsten durch den Code keine Verfälschung des- Meßergebnisses eintreten darf. Dies bedeutet, daß nur bestimmte Codes für diese Vorrichtungen eingesetzt werden können.
• Es ist auch möglich, diese beiden bekanien Meßverfahren zu kombinieren und ozone Grob- und eine Feinerfassung der Position durchzuführen. D@bei wird der Grobwert durch Relativmessung und der Feinwert durch Absolutmessung gewonnen. Die fehlende Synchronisetion der Rolativmessung bleibt aber auch bei diesem kombinierten Erfassungsverfahren erhalten, so daß nach wie vor die Nachteile einer Relativmessung gegeben sind.
• Es ist Aufg@be der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so abzuwandeln, daß die Positionierung mit der einfacheren Relativmessung so verbessert wird, daß ein Weiterschleppen von Zählfehlern bei Mehrfachpositionierung vermieden und damit auch die Genauigkeit der Positionierung ohne Synchronisation über die Ausgangsstellug erhöht wird.
• Die Bearbeitungsvorgänge sollen durch beliebige Veränderung der Position unmittelbar aneinandergereiht und so die Verlustzeiten beim Bearbeitungsablauf verkürzt oder fast ausgeschaltet werden können.
• Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der verstellbare Maschinenteil mehrere, über den gesamten Versteliweg verteilte utld festen Positionen zugeordnete Bestwertgeter steuert und daß bei Aktivierung eines diescr Festwertgeber die zugeordnete Position als entsprechender Zählerstand vorgegeben wird, der beim folgenden Referenzimpuls als erreichte Position in den Positionszähler eingetragen wird. Auf diese Weise wird mit einfachen Mitteln an fest vorgegebenen Verstellpositionen eine Synchronisation des Positionszählers vorgenommen, so daß sich nur vernachlässigbare Differenzen zwischen tatsächlicher Position und im Positionszähler erfaßter Position einstellen können. Diese Differenz wird grundsätzlich dann eliminiert, wenn eine fest vorgegebene Verstellposition durchlaufen wird und zwar einfach durch entsprechende Einstellung des Positionszählers.
• Die Ableitung der für die Synchronisation erforderlichen fest vorgegebenen Positionswerte erfolgt dabei dadurch, daß als Pestwertgeber elektrische Schalter verwendet sind, denen jeweils ein auf die zugeordnete Position eingestellter elektrischer Codierer nachgeschaltet ist. Die Ausgestaltung ist dabei so, daß als Positionszähler ein dekadischer Zähler verwendet ist, der pro Dezimalstelle jeweils vier binär ansteuerbare Schaltstufen aufweist, und daß die in einem Codierer vorgegebene dezimale Position Stelle für Stelle binär voreingestellt ist. Die Ansteuerung und Einstellung des Positionszählers wird dadurch erreicht, daß die vier Steuereingänge der Zählstufen des Positionszählers über Sammelschienen mit den zugeordneten Ausgängen der Codierstufen aller Codierer vielfachgeschaltet sind und daß beim Auftreten des Referenzinipulses die über einen betätigten elektrischen Schalter und dem nachgeschalteten C-dierer auf den Sammelschienen anstehende und eine feste Position kennzeichnende Binärinformation als neuer Zählerstand in den Positionszähler eingetragen wird.
• Die Eintragung erfolgt dabei in der Weise, daß der Einschreibimpuls für den Setzeingang des Positionszählers über eine UND-Schaltung ableitbar ist, de:e über den ersten Eingang die Referenzimpulse des Referenzimpulsgebers und über den zweiten Eingang und eine vorgeschaltete ODER-Schaltung das Anstehen einer festen Position zugeführt werden. Das Anstehen einer festen Position wird automa tisch durch die elektrischen Schalter erfaßt, in dem die Eingänge der ODER-Schaltung direkt mit den elektrischen Schaltern verbunden sind.
• Die Ausbildung der Festwertgeber ist nach der Erfindung zweckmäßigerweise so vorgenommen, daß die elektrischen Schalter als Endschalter ausgebildet und auf einer Leiste befestigt sind, die mit dem feststehenden Maschinenteil verbunden ist, und daß am verstellbaren Maschinenteil ein Schaltnocken zur Betätigung dieser Endschalter angebracht ist. Die Endschalter mit der Leiste können dann als Einheit vorgefertigt und nachträglich am feststehenden Maschinenteil angeracht wie Für die Gewinnung der Zählimpulse und Referenzimpulse ist vorgesehen, daß als Impulsgeber ein Resolver verwendet ist, der mit der Stelleinrichtung des verstellbaren Maschinenteils gekoppelt ist und pro Spindelumdrehung einen Referonsimpuls abgibt. Dieser Resolver ist so ausgebildet, daß der Resolver zwei Impulsleitungen aufweist, auf denen pro Umdrehung eine konstante Anzahl von Zählimpulsen au@@ritt, wobei die beiden Impulsfolgen gleiche Puls- und P senzeiten aufweisen, aber um eine halbe Periodendauer gegeneinander verschoben sind, und daß aus diesen beiden Impulsfolgen über eine L gikschaltung getrennt V rwärts-Zählimpulse und Rückwärts-Zählimpulse für den Positionszähler ableitbar sind, die direkt den entsprechenden Steuereingängen des Positionszählers zuführbar sind. Die Ableitung der V rwärts- und Rückwärts-Zählimpulse erf@lgt dabei dadurch, daß aus der einen Impulsfolge über ein Differenzierglied erste Impulse bei positivem Signalübergang und über einen Inverter und ein zweites Differenzierglied zweite Impulse bei negativem Signalübergang ableitbar sind, daß aus den ersten Impulsen beim V@rliegen eines Impulses der anderen Impulsfolge über eine erste UND-Schaltung V rwärts-Zählimpulse und beim V@rliegen einer Impulspause der anderen Impulsfolge über eine dritte UND-Schaltung Rückwärts-Zählimpulse ableitbar sind und daß aus den zweiten Impulsen beim V@rliegen einer Impulspause der anderen Impulsfolge über eine zweite UND-Schaltung Vorwärts-Zählimpulse und beim Vorliegen des Impulses der anderen Impulsfolge über eine vierte UND-Schaltung Rückwärts-Zählimpulse ableitbar sind.
• Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Werkzeugmaschine mit den Festwertgebern nach der Erfindung, Fig. 2 im Blockschaltbild die Einrichtungen zur Synchronisation des Positionszählers bei @ en durch die Festwertgeber nach Fig. 1 vorgegebenen festen Positionen, Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Ableitung des Schreibimpulses für den Positionszähler, Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für die logik der Fig. 1 und Fig. 5 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Ableitung der V@rwärts- und Rückwärts-Zählimpulse für den Positionszähler.
• Fig. 1 zeigt schematisch eine Werkzeugmaschine mit dem feststehenden Maschinenständer 10 an dem der Vorstellschlitten 11 verstellbar ist. An der Stütze 15 ist eine ortsfest angebrachte Werkzeugaufnahme 16 angebracht. Das zu bearbeitende Werkstück wird auf dem Verstellschlitten 11 festgelegt. Die Verstellung des Verstellschlittens wird über einen nicht dargestellten Antriebsmotor vorgenommen, der in beiden Drehrichtungen betrieben werden kann und demzufolge den Verstellschlitten 11 vorwärts- oder rückwärts bewegt, d.h. aus der Ausgangsstellung heraus oder wieder in Richtung zur Ausgangsstellung.
• Am Maschinenständer 10 ist eine Leiste 18 mit Endschaltern 12 angebracht, die über den gesamten Verstellweg des Vcrstellschlittens 11 verteilt sind und über den Schaltnocken 14 des Verstellschlittens 11 betätigt werden. Diese Ends@@alter 12 sind Arbeitskontakte 51 bis Sn, die bei Betätigung des Schalthebels 13 durch den ßchaltnocken 14 geschlossen werden. Die Steuerleitungen s1 bis sn führen zur Steuerschaltung nach Fig. 2.
• Über die Verstellspindel des Verstellschlittens 11 wird auch ein Rosolver 17 angetrieben der auf den Leitungen A, B und N Zählimpulse und Referenzimpulse abgibt, wie später noch eingehend erläutert wird.
• Wie Fig. 2 zeigt, enthält die Steuerschaltung einen P@sitionszähler Z, der dekadisch aufgebaut ist und pro Dekade St1 bis St4 jeweils vier Binärstufen aufweist, die über vier Steuerleitungen direkt binär ansteuerbar sind. Diese Steuerleitungen bilden Sammelschienen Vi bis V4. Die von den Schaltern S1 bis Sn kommenden Steuerleitungen sI bis sn führen jeweils auf einen C dierer an bis Cn. Wie am Beispiel des Codierers Cn gezeigt ist, wird darin die der festen P sition des Schaltern Sn zugeordnete Position als Binärinformation Stelle für Stelle voreingestellt. Pro stelle der dekadischen Position sind vier Binärstellen erforderlich, wie die Teile Cn1, Cn2 ... des Codierers Cn zeigen. Der Teil Cn1 ist auf "8" und der Teil Cn? auf "6" codiert. Dies bedeutet, daß mit dem Schalter Sn die P@sition 860,0 v@rgegeben ist. Jeder C dierer C1 bis Cn enthält vier C dierteile mit je vier Leitungen. Alle einander zugeordneten Codierleitungen der Codierer C1 bis Cn sind über die Sammelschienen VI bis V4 vielfachgeschaltet. Ist z.B. der Schalter Sn betätigt, dann legt der Kontakt dieses Schalters an den C dierer Cn das Steuerpotential an und auf den Sammelschienen V1 bis V4 steht die der Position 860,0 zugeordnete Binärinformation an den Binärstufen des P@sitionszählers Z. Diese Binärinformation wird aber erst dann in den Positionszähler Z eingetragen, wenn an dem Setzeingang der Schreibimpuls zo auftritt. Dieser Schreibimpuls zo tritt auf, wenn über die ODER-Schaltung 0 ein beliebiger Schalter S1 bis Sn das Steuerpotential anlegt und auf der Leitung N vom Resolver 17 ein Referenzimpuls auftritt. Der Resolver 17 ist z.B. s@ ausgelegt, daß pro Spindelumdrehung ein Referenzimpuls auftritt. Wie Fig. 3 zeigt, kann dann die Standzeit des Schalters Sn wesentlich größer sein, sie darf nur nicht größer sein als die Periodendauer der Referenzimpulsfolge. Dann ist gewährleistet, daß bei der Betätigung eines Schalters S1 bis Sn sicher nur ein Schreibimpuls zo abgegeben wird. Diese Ableitung des Schreibimpulses zo ergibt eine genaue Positionierung, obwohl bei den Schaltern S1 bis Sn eine wesentlich größere Justiertoleranz zugelassen ist. Der Zeitpunkt des Auftretens des Schreibimpulses zo für die fest vorgegebene Position ist damit eindeutig festgelegt.
• Der Zählerstand des Positionszählers Z wird über eine Vergleichsschaltung VG mit dem im Steuorteil ST vorgegebenen und den Arbeitsablauf bestimmonden P@sitionen vorglichen.
• Wie mit In angedeutet ist, kann der Stouerteil ST auch mit einem Positionen abgegebenen Eingabegerät verbu@den sein.
• Die Vergleichsschaltung VG steuert eine Antriebssteuerung AST, wobei die Befehle "soll > ist", "soll = sit" und "soll < ist" ausgetauscht und zur Drehrichtungsfestlegung bzw. Stillsetzung des Antriebsmotors AM ausgenützt werden.
• Auch zwischen dem Steuerteil ST und der Antriebssteuerung AST können Befehle ausgetauscht werden.
• Der Positionszähler Z weist zudem zwei Steuereingänge auf, über die er Vorwärts-Z hlimpulse zv und Rückwärts-Zählimpulse zr empfängt.
• Diese Zählimpulse werden über eine L@gik L von den Impulsfolgen abgeleitet, die der Resolver 17 auf den Leitungen A und B abgibt. Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild dieser Logik L und Fig. 5 ein Zeitdiagrmm dazu.
• Die Impulsfolgen auf den Leitungen A und B haben gleiche Pulsz@iten und Pausenzeiten, sowie gleiche Periodendauer. Beide Impulsfolgen sind jedoch um eine halbe Periodendauer gegeneinander versetzt, wie Fig. 5 zeigt.
• Aus der Impulsfolge B wird, wie Fig. 4 zeigt, über ein Differenzierglied DG1 bei positivem Signalübergang (Anstiegsflanke) ein Impuls I1 abgeleitet, während über den Inverter IV1 und das Differenzierglied DG2 bei negativem Signalübergang (Abstiegsflanke) ein Impuls I2 abgeleitet wird, wenn sich der Resolver 17 in der Drehrichtung dreht, die der V@rwärtsbewegung des Verstellschlittens 11 zuge-@rdnet ist (ausgezogen gezeichnete und mit + gekennzeichnete Impulse).
• Ist die Drehrichtung umgek@hrt (Zeitachso von rechts nach links), dann treten sinngemäß die gestrichelt gezeichneten und mit - bezeichnete@ Impulse I1 und I2 auf. Die Impulse I1 und I2 werden mit der Impulsfolge A und der über den Inverter IV2 invertierten Impulsfolge X verglichen, wobei die UND-Scaltungen U1 bis U4 nach den Gleichungen zv = A.I1 + #.I2 zr = A.I2 + #.I1 die V rwärts-Zählimpulse zv und die Rückwärts-Zählimpulse zr ableiten. In jedem Fall ergeben sich pro Umdrehung des Resolvers 17 eine Anzahl von Zählimpulsen, die der doppelten Anzahl der Impulsperioden der Impulsfolge A bzw. B entspricht. Diese Anzahl von Zählimpulsen bestimmt das Auflösungsvermögen der Positionierung. Wenn der Resolver 17 pro Umdrehung z.B. 50 Impulse A bzw. B abgibt und der Verstellweg der Spindel pro Umdrehung 1 mm beträgt, dann ergibt sich ein Positionierungsschritt von 1/100 mm.

Claims (11)

A n s p r ü c h e

1. Vorrichtung zur Positionierung eines verstellbaren Maschinenteils mit einem Positionszähler, der durch eine von der Verstellung abhängige Anzahl von Zählimpulsen eines von der Stelleinrichtung des Maschinenteils gesteuerten Impulsgebers weitergeschaltet wird, und einem Referenzimpulsgeber, der jeweils nach einem vorgegebenen Verstellweg des verstellbaren Maschinenteils einen Referenzimpuls abgibt, vorzugsweise bei einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Maschinenteil (11) mehrere, über den gesamten V@rstellweg verteilte und festen Positionen zugeordnete Festwertgeber (S1 bis Sn) steuert und daß bei Aktivierung eines dieser Festwertgeber die zugeordnete Position als entsprechender Zählerstand (C1 bis Cn) vorgegeben wird, der beim folgenden Referenzimpuls (N) als erreichte Position In den P -sitionozähier (Z) eingetragen ard.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Festwertgeber elektrische Schalter (S1 bis Sn) verwendet sind, denen Jeweils ein auf die zugeordnete P@sition eingestellter elektrischer C@dierer (C1 bis Cn) nachgeschaltet ist.

3. V rrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Positionszähler (Z) ein dekadischer Zähler verwendet ist, derpro Dezimalstelle (St1 bis St4) vier binär ansteuerbare Schaltstufen aufweist, und daß die in einem Codierer (C1 bis Cn) vorgegebene dezimale Position Stelle für Stelle (Cn1, On? ...) binär voreingestellt ist.

4. V rrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Steuereingänge der Zählstufen (St1 bis St4) des Positionszählers (Z) über Sammelschienen (V1 bis V4) mit den zugeordneten Ausgängen der Codierstufen (Cnl, Cn2 ...) aller Codierer (C1 bis Cn) vielfachgeschaltet sind.

5. V@rrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten des Referenzimpulses (N) die über einen betätigten elektrischen Schalter (S1 bis Sn) und dom nachgeschalteten Codierer (C1 bis Cn) auf den Sammelschienen (V1 bis V4) anstehende und eine feste P@sition kennzeichnende Bnäreinformation als neuer Zählerstand in den Positionszahler (Z) eingetragen wird.

6. V. rrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschreibimpuls (zo) für den Setzeingang des Positionszählers (Z) über eine UND-Schaltung (U) ableitbar ist, der über den ersten Eingang die Referenzimpulse (N) des Referenzimpulsgebers (17) und über den zweiten Eingang und eine vorgeschaltete ODER-Schaltung (0) das Anstehen einer festen Position (s1 bis f zugeführt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge der ODER-Schaltung CO) mit denelektrischen Schaltern (S1 bis Sn) verbunden sind

8. V rrichtung nach einom der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schalter (S1 bis Sn) als Endschalter ausgebildet und auf einer L@iste (18) befestigt sind, die mit dem feststehen?ien Maschinonteil (10) verbunden ist, und daß am verst ellbaren Maschinenteil (11) ein Schaltnocken (14) zur Betätigung dieser Endschalter angebracht ist.

9. V@rrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber ein Resolver (17) verwendet ist, der mit der Stelleinrichtung des verstellbaren Maschinenteils (11) gekoppelt ist und pro Spindelumdrehung einen Referenzimpuls (N) abgibt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Resolver (17) zwei Impulsleitungen (A,B) aufweist, auf denen pro Umdrehung eine konstante Anzahl von Zählimpulsen auftritt, wobei die beiden Impulsfolgen gleiche Puls- und Pausenzeiten aufweisen, aber um eine halbe Periodendauer gegeneinander verschoben sind, und daß aus diesen beiden Impulsfolgen (A,B) über eine L gik@chaltung (L) getrennt V rwärts-Zählimpulse (zv) und Rückwärts-Zählimpulse (zr) für den Positionszähler (Z) ableitbar sind, die direkt den entsprechenden Steuereingängen des Positionszählers (Z) zuführbar sind.

11. V rrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus der einen Impulsfolge (z.B. B) über ein Differenzierglied (DG1) erste Impulse (I1) bei positivem Signalübergang und über einen Inverter (IV) und ein zweites Differenzierglied (DG2) zweite Impulse (I2) bei negativem Signalübergang ableitbar sind, daß aus den ersten Impulsen (I1) beim V@@liegen eines Impulses der anderen Impulsfolge (A) über eine erste UND-Schaltung (U1) V@rwärts-Zählimpulse (zv) und beim Vorliegen einer Impulspause der anderen Impulsfolge (A) über eine dritte UND-Schaltung (U3) Rückwärts-Zählimpulse (zr)ableitbar sind und daß aus den zweiten Impulsen (I2) beim Vorliegen einer Impulspause der anderen Impulsfolge (A) über eine zweite UND-Schaltung (U2) V@rwärts-Zählimpulse (zv) und beim V rliegen eines Impulses der anderen Impulsfolge (A) über eine vierte UND-Schaltung (U4) Rückwärts-Zählimpulse (zr) ableitbar sind.

L e e r s e i t e