DE2757689A1

DE2757689A1 - Servosystem mit digitalen systemteilen

Info

Publication number: DE2757689A1
Application number: DE19772757689
Authority: DE
Inventors: John P Buchanan; Stanley G Froyd; Raymond C Ue
Original assignee: Mcdonnell Douglas Corp
Current assignee: Mcdonnell Douglas Corp
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1978-07-20
Also published as: SE428249B; FR2375641A1; GB1549919A; US4109185A; JPS5382989A; NL7714378A; DE2757689C2; FR2375641B1

Description

McDonnell Douglas Corporation, Long Beach, California, V₀ St₀ A, Servosystem mit digitalen Systemteilen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Servosystem und insbesondere eine Anordnung zur Steuerung der Bewegung entlang einer Vielzahl von Achsen in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine«,

Servosysteme werden weitgehend bei der Steuerung und Regelung von Maschinen verwendet, in denen die Dreh- oder translatorische Lage eines gestellten Elemente durch die entsprechende Bewegung eines stellenden Elements gesteuert wird«, Typischerweise überwacht dabei ein Rückführwandler die Bewegung des gestellten Elements und sendet Information hinsichtlich der Istiege an einen Summierpunkt, an dem die Ist- mit der Sollage verglichen und ein Lagefehlersignal erzeugt wird, das dann dazu dient, das System zu korrigieren«

Ein System dieser Art würde man bspw. bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen wie Drehbänken und Fräsmaschinen verwenden, in

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denen von einem Lochstreifen abgelesene Daten die Stellbewegung eines in der Werkzeugmaschine herzustellenden Teils oder eines Schneidwerkzeugs bestimmen, das ein Werkzeug bearbeiten solle Typischerweise bestimmen die von dem Lochstreifen abgelesenen Daten den Ausgangs- und den Endpunkt sowie die Bewegungsbahn des Werkzeugs- oder -Stücks„ Gleichzeitig erzeugt ein Lagerrückführwandler ein Werkzeuglagesignal, das mit dem Sollagesignal verglichen wird, um ein Lagefehlersignal zu erzeugen, mit dem ein neuer Lagebefehl erzeugt wird; auf diese Weise schließt sich der Regel» kreisο Das Werkzeug erzeugt dabei ein Werkstück, das eine genaue Wiedergabe der Befehle auf dem Lochstreifen darstellt·

Die Laerückführwandler sind typischerweise Resolver mit zwei Sätzen von Ständerspulen, die räumlich um 90° beabstandet sind und von Signalen mit einer Phasenverschiebung von 90° (sin ω t und cos tJ t) erregt werden. Ein Läufer ist drehbar an der Welle befestigt und dreht, so daß er von den Ständern 4in Ausgangssignal aufnimmt, dessen Phase sich ändert ( sin (ω t + 0))· Das Autgangssignal des Resolvers ändert also seine Phase mit der Dreh— stellung des Achswandlers· Diese Phasenverschiebung muß dann su einer Spannung gewandelt werden, bevor sie auf den Summierpunkt gegeben werden kanne

Infolge der mechanischen Verbindungen und des Spannungs- und Phasenvergleichs sind Stellsystems dieser Art verhältnismäßig umfangreich, kompliziert und teuer - insbesondere wenn Systeme I mit mehreren Freiheitsgraden geregelt werden sollen· Die Wartung

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und Einstellung sind ebenfalls schwierig - insbesondere wo eine hohe Genauigkeit angestrebt wird, wie in NC-Bearbeitungsanlagen.

Die hier offenbarte Anordnung ist ein digitales System mit Digital -zu-Analog-Wand lern (DOA-Wandlern) zur Erzeugung der Sinus- und Cosinus-Eingangssignale für mehrere Resolver, einem Amplitudendiskriminator, der die Resolverausgangssignale zu Digitalsignalen wandelt, und einem Rechner, die die Summierfunktionen für alle Achsen durchführt. Weiterhin erlaubt eine digitale Multiplexer-, Momentanwertspeicher- und Dekodieranordnung die Verwendung einer einzigen Gleiehspannungsquelle, um die Funktionen von Mehrfachregeleohleifen aus den Systemen des Standes der Technik zu erfüllen. Das resultierende System ist billig zu erstellen und arbeitet äußerst zuverlässig infolge des Ersatzes analoger Teile durch integrierte Schaltungen. Die Genauigkeit, Stabilität und Leichtigkeit der Wartung und Eichung werden durch die Verwendung von Logikschaltungen verbessert, die sich digital kalibrieren lassen. Da weiterhin digitale fechniken eingesetzt werden, sind einige Anwendungen möglich, die mit den Anordnungen nach dem Stand der Technik nicht erreichbar wären.

Fig. 1 der Zeichnung ist eine bildliche Darstellung der numerischen Steuerung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A ist ein Blockdiagramm einer Servoregelung nach dem Stand der Technik;

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Fig. 2B ist ein Schaltbild eines Resolvers; Figo 3 ist ein Funktionsblockdiagramm des Servosystems; Figo 4- ist ein Blockdiagramm der Servoregelung; Fig. 5 ist ein ausführliches Blockdiagramm der Achsregelung; Fig. 6, 7A, 7B, 7C und 8 stellen gemeinsam ein Schaltbild des in

der bevorzugten Ausführungsform der Achsregelung eingesetzten Rechners dar;

Figo 9, 1OA, und 1OB sind ein Schaltbild des gemeinsamen Datenspeichers;

Fig. 11A bis 11D sind ein Schaltbild der Logikplatine der Achsregelung ;

Fig. 12 zeigt eine Schaltung, die die beiden Sinuseingangssignale für die Resolver erzeugt;

Fig. 15A und 13B zeigen eine Schaltung, die eine analoges Geschwindigkeitsfehlersignal für jede Achse abgibt;

zeigt einen typischen Verstärkungsverlauf für eine Servo

regelungo

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Pig. 1 ist eine bildliche Darstellung der numerischen Steuerung nach der vorliegenden Erfindung mit ihren Hauptbestandteilen. Der Rechner 100, die Eingabe-Ausgabe-Steuerung und die zugehörige Logik 102 steuern den Informationsfluß zwischen dem Steuer- und Anzeigefeld 104, dem Streifenleser 106, dem gemeinsamen Datenspeicher 108 und einer Werkzeugmaschine 110. Numerische Daten zur Bearbeitung eines bestimmten Werkstücks werden vom Streifen 112 (bei dem es sich um einen Lochstreifen oder auch um ein Magnetband handeln kann) mit dem Leser 106 abgelesen. Diese Informationen nimmt die Eingabe-Ausgabe-Steuerung 100 auf und lädt sie in den gemeinsamen Datenspeicher 108. Entsprechend werden bestimmte Informationsbits vom Steuer- und Anzeigefeld aufgenommen, die den Zustand der verschiedenen von der Bedienungsperson gesetzten Schalter darstellen, weiterhin verschiedene Informationsbits von der Werkzeugmaschine hinsichtlich des Zustande von Überlaufschaltern, Temperaturfühlern usw. Die Ausgangssignale der Ein/Ausgabesteuerung gehen auch auf das Steuer- und Anzeigefeld, um dort bestimmte Anzeigeelemente und -lampen anzusteuern; weitere Ausgangsdaten gehen auf die Werkzeugmaschine und steuern dort verschiedene Ma schinenfunkt ionen.

Der Rechner 114 ist ein Interpolator. Er nimmt grundsätzliche Daten hinsichtlich der Formgebung des Werkstücks vom Leser 106 über die Ein/Ausgabesteuerung 100 aus und erzeugt aus diesen einfachen Befehlen, die Kurven unterschiedlicher Art darstellen,in Echtzeit ausführliche Maschinenbefehle. Bspw. besteht ein einfacher Radius aus einer großem Anzahl von diskreten Bewegungen in

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der Werkzeugmaschine. Die einzelnen Bewegungsschritte werden in Interpolator 114· berechnet und auf die Achsregelung 118 gegeben, von wo aus sie schließlich die Werkzeugmaschine 110 steuern·

Der Rechner 118, die Achsregelung, bedient sechs Regelschleifen entsprechend den bis zu sechs Achsen der Werkzeugmaschinenbewegung! In diesem System handelt es sich bei den Eingangssignalen der Achsresolver um Sinus- und Cosinuswellen, bei den Auegangesignalen der Achsresolver um jeweils eine Sinuswelle, die entsprechend der Achslage phasenverschoben ist« Diese Sinus» und Cosinuswellen werden von einem D/A-Wandler erzeugt« Die Ausgangssignale der Resolver werden digitalisiert; sämtliche verbleibenden Elemente der Schleife werden digital berechnet, wobei der Achsregler 118 den gesamten Vorgang steuert«,

Wie in der Figo 1 gezeigt, steht der gemeinsame Datenspeicher sämtlichen drei Rechnern zur Verfügung, wobei der Informationsübergang von einem Rechner zum anderen jeweils das Einladen der jeweiligen Informationen durch den einen Rechner in den gemeinsamen Datenspeicher 108 und das Auslesen dieser Daten aus dem gemeinsamen Datenspeicher durch den sie anfordernden Rechner umfaßt. Zusätzlich zu dem gemeinsamen Datenspeicher 108 hat jeder Rechner einen eigenen Steuerspeicher, der aus Festwertspeichern (RON'S) aufgebaut ist, die Daten und die Steuerspeicherprogramme permanent abspeichern. Allgemein gesagt, passen die im St«uersoeicher des Ein/Ausgaberegelers 100 gespeicherten Programme und Daten das System der jeweiligen Werkzeugmaschine an, während die die Bear-

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beitung eines bestimmten Werkstücks betreffenden Teils typischerweise Ton Band 112 über den Leser 106 und die Ein/Ausgabesteuerung zum gemeinsamen Datenspeicher 108 gehen, von wo der Interpolator siw abruft, um die Befehle des jeweiligen Teils zu erzeugen·

Die Fig. 2A ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Achsregelung nach dem Stand der Technik· Hit Ausnahme des Bandlesers dient die in dieser Figur gezeigte Anordnung zur Regelung einer einzigen Achse.

Der Leser liefert für Jeden der bis zu sechs Interpolatoren einen Datenblock, der einen vollständigen Abschnitt der Werkzeugbewegung definiert, und übergibt ihn an den jeweiligen Interpolator· Jeder Datenblock enthält dabei die Endpunkte und die Definition des Weges, dem das Werkzeug zwischen ihnen folgen soll (bspw· gradlinig oder kreisförmig)· Bei dem Interpolator handelt es sich in diesem Fall um eine Schaltung, die die Datenblockinformationen In einen seriellen Impulszug übersetzt, In dem jeder Impuls einen Bewegungssohritt entlang der jeweiligen Achse darstellt und die Anzahl der erzeugten Impulse in Echtzeit der Istbewegung in dieser Achse entspricht« Der Zähler nimmt auch ein Taktimpuleeignal einer Standardfrequenz auf. Der serielle Impulsstrom modifiziert das Ausgangssignal des Zählers so, daß die in dem Daten·» block enthaltende Achsbewegung zu einer phasenverschobenen Rechteckwelle gewandelt wird, die am Ausgang des Zählers steht. Dieses Signal gibt dl· Sollage an·

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Gleichzeitig erzeugt ein mechanisch mit der Achse verkoppelter Resolver eine Sinuswelle, deren Phase ebenfalls der Winkellage in der Achse proportional ist. Das Resolver-Ausgangssignal wird zu einer Rechteckwelle gewandelt, die hinsichtlich der Achslage phasenverschoben ist. Die Rechteckwelle am Resolverausgang und die Rechteckwelle von Zählerausgang werden dann in einem Phasenkomparator miteinander verglichen,. In dem Maße, wie die Achslage nicht mit der Sollage übereinstimmt nach Maßgabe des Zählerausgangssignals, erzeugt der Phasenkomparator ein digitales Phasendifferenz-Ausgangssignal, das dem Lagefehler entspricht und nach der Verstärkung in einem Phasen-Analog-Wandler eine Analogspannung ergibt, die einen Geschwindigkeitsbefehl darstellt» Diese Befehlsspannung wird in einem Leistungsverstärker verstärkt und dient dann zum Ansteuern des jeweiligen Achsmotors· Auf diese Weise wird der Kotos in derjenigen Richtung angetrieben, in der er die Differenz zwischen der Ist- und Sollage in der jeweiligen Achse verringert» Ein mechanisch mit der Achse verkoppelter Tachogenerator erzeugt ein elektrisches Signal, das der Geschwindigkeit entlang der Achse proportional ist und an einem Summierpunkt mit der die Sollgeschwindjgceit darstellenden Spannung verglichen wird; das Ergebnis dient als Eingangssignal des Leistungsverstärker» Das vollständige System weist also eine äußere Lageschleife und eine innere Geschwindigkeitsschleife auf» Das Sinus- und das Cosinus-Bezugssignal für den Resolver werden erzeugt, indem der Systemtakt geteilt und auf einen D/A-Sinus-Cosinusgenerator gegeben wird. Der in der Fig. $ gestrichelt umrissene Schaltungsteil ist in der vorliegenden Erfindung durch Rechnerfunktionen implementiert, die

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unten ausführlich beschrieben sind. Auf diese Welse läßt sich der apparative Aufwand erheblich verringern, da sechs Achsregelkanäle, von denen die Fig« 2A einen zeigt, sich durch die einzige Achsregelung ersetzen lassen, die die vorliegende Anmeldung beschreibt.

Der Resolver der Flg. 2A 1st ausführlicher in der Figo 2b gezeigt und weist zwei Ständerwicklungen 60, 61 auf, die räumlich um 90° gegeneinander verdrkht sind und mit zwei um 90° gegeneinander verschobenen Sinusspannungen von 3»125 kHz gespeist werden. Das Auegangssignal der Läuferwicklung ist eine Spannung sin ( ω t + 0), deren Phase der Drehung in der Achse 55 entspricht. Diese phasenverschobene Sinusspannung muß zu einem Rechtecksignal umgesetzt werden, bevor sie auf den LageSummierpunkt der Fig. 2A gegeben werden kann. In einer Werkzeugmaschine mit sechs Achsen gibt es sechs Resolver.

Dir Fig. 3 ist ein ausführlicheres Blockdiagramm des Systems und zeigt drei Mikrorechner«,

In diesem Diagramm folgt der Fluß der Bewegungsdaten, d.h. der Daten, die dazu dienen, die Bewegung des Werkstücks oder Werkzeugs in bis zu sechs Drehachsen zu steuern, im allgemeinen dem als gepunktete Linie gezeigten Pfad. Die die Werkzeug- oder -stückbewegungen in jeder Achse darstellenden digitalen Kodewörter werden von Streifen—oder Bandleser über die Ein/Ausgabesteuerung übernommen und zeitweilig im gemeinsamen Datenspeicher abgespeichert·

Diese Kodewörter sind gleich oder gleichartig mit denen, die nor-

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malerweise von Band- bzw„ Streifenleser in Systemen nach dem Stand der Technik geliefert werden und definieren den Anfang und das Ende der Bewegung eines Werkzeugs- buw_e -Stücks sowie die Bahn, der das Werkzeug oder -stück beim Übergang von Anfangs- zum Endpunkt folgen mußo Die vom Band- bzw_e Streifenleser gelieferten Daten werden im 16-Bit-RAM-Teil des gemeinsamen Datenspeichers abgespeicherte

Der Interpolator, d„ho der Rechner, der die Augenblickslagewerte für Werkzeug oder -stück erzeugt, ruft diese Bewegungsdaten aus dem gemeinsamen latenspeicher ah und berechnet in Echtzeit die Bewegungsschritte, die das Werkzeug- oder -stück auf dem von Streifenleser bezeichneten Weg vom Anfangs- zum Endpunkt führen· Diese eine glatte Bewegung darstellenden Datenpakete werden dann in den Datenspeicher zurückgegeben, wo sie dem Achsregelrechner zur Verfugung stehen, um Stelldaten auf sechs ServoSchaltungsgruppen zu geben, die jeweils eine Achse steuern. Die Servoschaltungen erzeugen eine einen Achsgeschwindigkeitsbefehl darstellende Analogspannung und liefern sie an den Motor, der die Maschinenachse jeweils treibt ο

Ein zweiter Hauptkanal der Informationsübertragung dient dazu, die binären Funktionen der Werkzeugmaschine zu steuern. Diese Funktionen sind bspw» das Einschalten der Kühlmittelströmung, die Leistungszufuhr über Sperr- und Sicherheitsschaltungen, das Fortschalten der Werkzeuge und das Anschalten und die nachfolgende Geschwind igkeitswahl des Spindelmotorsο Daten tür Steuerung dieser

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diskreten Funktionen werden von Lochstreifen durch die Ein/Ausgabeeteuerung eingelesen und unmittelbar über die Maschinenankoppellogik auf die Maschine gegeben. Gleichermaßen kann die Maschine Befehlsdaten von der Bedienungsperson erhalten, indem diese unterschiedliche Schalter und Drucktaster auf dem Bedienfeld betätigt. Dieser Datenfluß erfolgt vom Bedienfeld über die Schalterlogik, die Ein/Ausgabesteuerung und die Ankoppellogik zur Maschine. Schließlich lassen an deren Ein/Ausgabesteuerung vom Streifenleser oder der Maschine her vorliegende Daten sich über die Anzeigeplatine auf das Bedienfeld geben, wo sie der Bedienungsperson angezeigt werdemö

Die Anordnung zum Steuern der Ein/Ausgabe-Funktionen der Maschine mittels vom Streifenleser oder Bedienfeld übermittelter Daten läßt sich allgemein als programmierbare Maschinenankopplung bezeichnen, da diese Anordnung die Funktionen der verschiedenen Relais und Schaltungen erfüllt, die in den Anordnungen nach dem Stand der Technik zur Durchführung der Maschinenfunktionen unter der Steuerung durch Informationen auf dem Lochstreifen erforderlich sind«. Da diese Maschinenankopplungen hier nicht apparativ, sondern mittels eines programmierbaren Rechner* implementiert wird, erfolgt die Umordnung des Systems durch Umprogrammieren der Ein/ Ausgabesteuerung·Insbesondere wird das symbolische Relaisdiagramm das erforderlich ist, um die numerische Steuerung der jeweiligen Werkzeugmaschine und deren jeweiligem Einsatz anzuspassen, als programmierbare Maschinenankopplung (FMI) bezeichnet; diese Daten werden in einem Teil des Speichers in der Ein/Ausgabesteuerung ab-

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gespeichert, der aus programmierbaren Pestwertspeichern (PROM¹¹S) besteht. Der Rest des Speichers, bei dem es sich tun Festwertspeicher (ROM'S) handelt, dient zum Speichern der Betriebsprogramme bzwo -befehle für den Rechner. Der Inhalt des PROM- und ROM-Speichers liefert also die Betriebsbefehle und -daten für den Mikrorechnero Mit dieser Konfiguration erfüllt die Ein/Ausgabesteuerung die Ein/Aus-Funktionen der Maschine einschließlich der Steuerung der Dateneingabe vom Streifen- bzw«, Bandleser, der Datenanzeige und der diskreten Dateneingabe zu und Datenausgabe von der Werkzeugmaschine, implementiert die programmierbare Maschinenankopplung und steuert die Analog-zu-Digital-Vandler (A/D-Wandler^ an_o Diese Funktionen werden unten ausführlicher beschrieben.

Die PMI-Daten liegen in Form symbolischer Relais vor, die sämtliche Funktionen der Werkezeugmaschine steuern, wobei die tatsächliche Implementierung mit einem Bit pro symbolischen Relaiskontakt erfolgte Der Relaisteil des gemeinsamen Datenspeichers weist daher einen "!Bit χ lOOOWort-Schreiblesespeicher (RAM) auf, in dem Jedes Bit entweder H oder L ist, um symbolisch darzustellen, ob der zugeordnete Relaiskontakt geschlossen oder offen ist» Mit diesem System handelt es sich bei den PMI-Daten in PROM der Ein/ Ausgäbesteuerung einfach um eine Sammlung von Adressen der Bits im gemeinsamen Datenspeicher. Da die Relais" im allgemeinen gemeinsamen Datenspeicher und dem Speicher der Ein/Ausgabesteuerung enthalten sind, sind iie programmierbar, da jede Kombination von Funktionen sich implementieren läßt, indem man einfach die Ein/ Ausgabesteuerung umprogrammiert·

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Der gemeinsame Datenspeicher enthält weiterhin ein 16BIt-RAM für die zeitweilige Speicherung von Daten, die vom Streifen- bzw« Bandleser angeliefert werden, sowie einen programmierbaren Festwertspeicher zum Speichern permanenter Daten«, Der Interpolator besteht aus einem Mikrorechner 4owie den in einem ROM gespeicherten Programmen· Der Interpolator nimmt Daten vom Streifenleser über den gemeinsamen Datenspeicher auf und erzeugt in Echtzeit stetige Bewegungen, die zum Abruf durch die jeweiligen Achssteuerungen in den gemeinsamen Datenspeicher zurückgegeben werden. Eine Eingangsgröße des Interpolators ist die Information hinsichtlich der Geschwindigkeit und Lage der Spindel und geht über Schaltungsplatine ein, die die Tachogenerator- und ZeitSteuerschaltungen enthält _o

Die Achsregelung weist ebenfalls einen Miktorechner und einen Festwertspeicher (ROM) auf« Die Funktion diese» Rechners ist, sechs Servokreise zu bedienen«. Die Achsregelung nimmt Informationen über die Servoschaltungen auf, die die Istlage in der zu regelnden Achse darstellen, weiterhin Bewegungsbefehle aus dem Interpolator über den gemeinsamen Datenspeicher hinsichtlich der Sollage und gibt einen der Differenz proportionalen Geschwindigkeitsbefehle atf die Servoschaltungen«. Die Servoschaltungen erzeugen Ausgangssignale, mit denen die Ansteuerung in den sechs Servoachsen erfolgen kann; um die Servoschleife zu schließen, erfolgt von jedem Achsresolver eine Rückmeldung der Achslage«,

Fig. 3 stellt also das Gesamtfunktionsdiagramm des Systems dar.

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Jeder Systemteil wird im folgenden ausführlich erörtert«

In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Sinus-Eingangsspannungen für alle Resolver durch D/AWandler erzeugt, während die Sinus-Ausgangsspannung der Resolver zu einem Impulszug umgewandt wird, dessen zeitlicher Ablauf der Phase der Sinus-Ausgangsspannung des jeweiligen Resolverβ entspricht ο Dies ist in der Fig. 4- gezeigt, in deren vereinfachtem Blockdiagramm der Taktgenerator 63 ein Ausgangsimpulssignal voni* etwa 3 MHz erzeugt, das ein Mod-1024— Teiler 64- auf 3125 volle Zählperbden pro Sekunde teilt_o Die zehn Ausgangsleitungen sind als Adressleitungen an einen Festwertspeicher (ROM) 65 gelegt, der zwei Gruppen von je vier binären Ausgangssignalen erzeugt, die als Eingangssignale auf zwei D/A-Wandler 66, 67 gehen« Der ROM ist so programmiert, daß beim Durchlaufen eines vollständigen 1024-schrittigen Zählzyklus die Ausgamgssignale des ROM 65 ein digitales Signal darstellen, da, wenn von den D/A-Wandlern 66, zu einer analogen Spannung gewandlet, zwei Signale ergibt, die sehr genau zwei um 90° gegeneinander phasenverschobenen Sinuewellen entsprechen. Bei genauer Untersuchung handelt es sich bei diesen natürlichen um Schrittspannungen, nicht um reine Sinuswellen. Bei» nachfolgenden Filtern erhält man jedoch eine Spannungsform, die einer reinen Sinuswelle funktionell gleichwertig ist« Diese Ausgangsspannungen dienen zur Speisung der sechs Resolver des Systems.

Die sechs Ausgmngsspannungen sin (ot + 0) der Resolver geben auf

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sechs Nulldurchgangsdetektoren 68-73, die als Ausgangssignale jeweils ein Binärsfcgnal liefern, bei dem die Übergänge immer dann erfolgen, wenn in der Sinuswelle am Eingang ein Nulldurchgang stattfindet·

Der 6:1-Zähler 88 liefert die Impulssignale zur Ansteuerung des Multiplexers 74, der ein Mulldurchgangssignal auswählt und auf den Zwischenspeicher 75 gibt, das dem augenblicklichen Ausgangszustand des Zählers 64 entspricht. Dieser Zählwert wird dann von dem Achsregler 118 ausgelesen und dazu verwendet, um die Ist-Achslage zu berechnen. Auf diese Weise wird die Phasenänderung jeder Sinus-Eingangsspannung der Nulldurchgangsdetektoren 68-73 zu einem diskreten binären Zählwert umgesetzt. Da weiterhin der gleiche Mod-1024-Zähler 64 die D/A-Wandler 66, 67 ansteuert, die für die Signale sin u/ t und cos u) t sorgen, ist einzusehen, daß die Phasenunterschiede zwischen den Ein- und des Ausgangs der Resolver nun am Zwischenspeicher 75 in Form eines binären ZMhI-werts vorliggen. Diese in binären Form vorliegende Phaseninformation wird zur Lageberechnung verwendet und geht dann auf den Summierpunkt, Isti dem es sich in dieser Ausführungsform um die Artithmetiklogikeinheit (ALU) eines Rechners 118 handelt.

Die Hauptfunktionen der Achsregelung 118 ist, kleinen Bewegungsschritten entsprechende Befehle aus dem Interpolator 109 aufzunehmen, aus ihnen die Achslage zu berechnen, diese mit den Istwerten zu vergleichen und Geschwindigkeitsbefehle über den Dekoder 84 auf die sechs Achsantriebe zu geben. Die Zeitsteuerung

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zur Koordinierung der MuItiplexfunktion und Dekodierung der sechs Signalgruppen erfolgt, indem das Überlaufbit des Mod-1024-Zählers 64 in einen Mod-3-Zähler 87 und einen Mod-6-Zähler 88 gegeben wird« 174mal in der Sekunde dienen die Ausgangssignale dieser Zähler dazu, ein Eingangssignal des Multiplexers 74 auszuwählen, der dann den Zustand des Mod-1024-Zählers 1024 "festhält"» Wenn der Rechner die Logik abgefragt har, erfährt er, daß Daten vorliegen; hierbei handelt es sich um die Achszahl (1 bis 6) sowie die Istlage des Resolverso Der Rechner berechnet die Ist-Achslage, vergleicht sie mit der Soll-Achslage, berechnet aus dem Ergebnis die erforderliche Korrekturspannung und gibt diese über den D/AWandler und den Momenttanwertspeicher ("sample and hold") auf die zugehörige Achse_o

Die Fig. 5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des Achsreglers 118 der Fig. 1«, Wie in Fig_e 5 gezeigt, weist der grundsätzliche Mikrorechner eine Steuerung 140, zwei Arithmetiklogikeinheiten 141, 142 sowie einen Steuerspeicher 143 auf., Jede Arithmetiklogikeinheit ist in der bevorzugten Ausführungsform in der Lage, acht Datenbits zu verarbeiten; da dieses System auf die parallele Verarbeitung von 16-Bit-Worten organisiert ist, sind zwei ALU-Chips 141, 142 erforderliche

Der Steuerspeicher 143 ist aus Festwertspeichern (ROM'S) aufgebaut und enthält alle Programme, die erforderlich sind, um sämtliche Rechnerfunktionen zu erfüllen, sowie weiterhin permanente Dateninformationemo Die Steuerprogramme werden im Steuerspeicher

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143 ausgeführt und resultieren in einer Serie von Befehlskodewörtern, die der Steuerspeicher 143 auf die Steuerung 140 gibt«. Die Steuerung 140 interpretiert diese Befehle und bewirkt über Steuerleitungen, daß die ALU-Einheiten 141, 142 die Punktionen der ursprünglichen Befehle erfüllen, die vom Steuerspeicher 143 her aufgenommen wurden· Wenn bspw« ein Befehlskode eine Addierfunktion ausweist, steuert die Steuereinheit die ALU-Einheiten so an, daS diese die angegebenen Zahlen addieren«

Ein frei adressierbarer Schreiblesespeicher (RAM) befindet sich für dieses System auf eine gemeinsamen Datenspeicherplatine 108, die Daten von den ALU-Einheiten oder Befeile zur Steuerung aufnehmen bzw. abgellen kann«. Dieser Datenspeicher wird mit Daten über eine Ein/Ausgabesteuerung 100 versorgt, die an einen Streifenleser 106 oder eine andere Einrichtung angeschlossen sein kann. Über den Streifenleser 106 und die Ein/Ausgäbesteuerung 100 nimmt der gemeinsame Datenspeicher 108 dieses System also sechs stetige Serien von Sollage- und anderen Maschinensteuerinformationen auf«

Bei einer Gruppe von Eingangsdaten zur Achsregelung handelt es sich um die Ausgangssignale der sechs Resolver. Diese Informationen werden von den Nulldurchgangsdetektoren aufgenommen und über einen Multiplexer 74 auf die ALU-Einheiten 141, 142 gegeben. Mittels dieser Datenrückführung werden Geschwindigkeitsbefehle erzeugt und über einen D/A-Wandlet 145 auf einen Momentanwertspeiche r-Multiplexer 144 gegeben, wo sie den sechs Servoschaltungen zur Verfügung stehen. Weiterhin dienen die Taktgeneratoren

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und Zähler der Figo 4 zur Steuerung des Momentanwertspeicher-Multiplexers der Figo 5, so daß die jeweiligen Achsdaten an der ALU-Einheit gleichzeitig mit den entsprechenden Soll-Lagedaten für das Servosystem erscheinen_o Gleichzeitig treibt der Taktgenerator die D/A-Wandler 66, 67, die die Sinus- und Cosinus-Bezugsspannungen erzeugt, die als (Sin vJ t) - und (cos ω t) - Eingangsspannungen für die sechs Achsresolver dienen_o

Die Fig. 6, 7A, 7B, 7C und 8 stellen Schaltbild des in der bevorzugten Ausführungsform eingesetzten Achsregelrechners dar_e Die Diskussion dieses Rechners betrifft die Steuerung 140, den Festwertspeicher 143 und die Srithmetiklogikeinheiten 141, 142, der Figo 5; tatsächlich handelt es sich bei dem Ein/Ausgabesteuerrechner 100 und dem Interpolator 114 der Figo 1 um identische Einheitenο

In der Figo 6 handelt es sich bei den Schaltkreisen U1 bis U4 um 8Bit χ 1K-organisierte programmierbare Festwertspeicher (PROM¹S)₀ Der Redhner kann bis zu 14 dieser Schaltkreise enthalten; hier sind nur vier gezeigt, da die übrigen identisch sindo Diese Schaltkreise enthalten sämtliche Programme, die der Achsregelrechner in dieser numerischen Steuerung benötigt. Die Schaltkreise erhalten ihre Adressinformationen auf den Leitungen MARO bis MAR9, während die 8-Bit-Daten-Worter auf den Leitungen CUMO bis CUM7 ausgegeben werden. Da der Rechner auf eine Wortlänge von 16 Bit organisiert ist, arbeiten diese PROM¹S durchweg paarweise, wobei der zweite 2R0M jedes Paars die anderen acht Bit des Datenworte auf

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den Leitungen CUM8 bis CUM15 liefert» Die Schaltkreise werden auf den Anwahlleitungen AZERO, ALK usw„ angewählte Die Adresεinformation läuft anfänglich auf den Leitungen MLO bis ML15 ein und wird während der Schreib- und Lesezyklen der PROM¹S »eitweilig in den Registern U11, TJ12 und U13 abgespeichert, bevor sie auf die Adressleitungen MARO bis MAR9 gelegt wird_o Der Dekoder U28 dekodiert die höheren Adressbits zu den Anwahlbits AZERO bis A6K, mit denen die Anwahl der jeweiligen Schaltkreise erfolgt» Die Adressleitungen MLO bis ML15 kommen von den Schaltungen, die die Fig» 7A, 7B und 7C zeigen_o Die 16-Bit-AusgHngsdatenworte werden in den Schalkreisen U58, U59 und U60 der Figo 6 gepuffert und auf die Leitungen MLO bis ML15 ausgegeben, bei denen es sich um einen bilateralen Batenbus zwischen diesem Steuerspeicher und dem in den Fig» 7A, 7B und 7C gezeigten rjchaltungsteil handelt.

Die bilaterale Adress- und Datenleitung MS ist in den Figo 7^A, 7B und 7C als die Leitungen MLOO bis LM15 gezeigt» Die Tri-State-Schaltkreise U51 bis U73 dienen dazu, die Adressdaten zum Steuerspeicher hin zu leiten oder aus dem Steuerspeicher Daten oder Befehle zu übernehmenο

Diese Daten- und Befehlsinformationen werden vom Rechner aufgenommen, bei dem es sich um eine Anordnung aus drei Schaltkreisen handelt, nämlich U40 in Fig» 70 sowie U41 und U42 in Iig_o 7B; sie laufen auf den Leitungen AMOO bis AM15 sowie CMO bis CM7_O Der Schaltkreis W-O ist ein Befehlsdekoder (Steuereinheit 140 der Fig„ 5), während die Schaltkreise U41 und U42 die 8-Bit-Arith-

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metiklogikeinheiten 141, 142 der Figo ? sind= Bei dieser Anordnung insgesamt handelt es sich also um einen 16-Bit-Mikrorechner. In einer typischen Anwendung laufen Befehlsinformationen vom Steuerspeicher beim Befehlsdekoder U41 auf den Leitungen CMO bis CM7 ein und werden dort interpretierte £uf den entsprechenden Steuerausgangsleitungen des Dekoders U40, TG1 bis TG4 werden die ALU-Einheiten U41, U42 angewiesen, die auf den Datenleitungen AMOO bis AFI15 eingehenden Dsten zu verarbeiten bzw„ bestimmte Daten auf die Leitungen AMOO bis AM15 auszugeben,,

Die ALU-Einheiten U41, U42 erhalten einen zweiten Satz Ein/Ausgabedaten auf den Leitungen XO bis X15° Wie unten ausführlicher beschrieben, handelt es sich hier um die Leitungen, auf denen die Geschwindigkeitsbefehle vom Rechner auf die Servoschaltungen übertragen werden,.

Diese drei Schaltkreise mit den Mikrorechnerelementen U40, U41 und U42 sind typische Befehlsdekoder—und ALU-Einheiten ähnlich der MotojriLa-Teilnro 68oo. Unten in Figo 7C ist ein Diagnoseschalter gezeigt, der, wenn gedrückt, ein diskretes Signal erzeugt, d8S den Ablauf eines Diagnose-Unterprogramms veranlaßt, das im Steuerspeicher enthalten ist; die Ergebnisse dieses Diagnoseprogramms gehen auf den Datenleitungen MLO bis ML2 auf den Schaltkreis U23 der Figo 7A, wobei die Lampen DS1 bis DS 3 in einer bestimmten Erregungsfolge aufleuchten» Dieses Diagnoseprogramm erzeugt auch Sägeζahn-Prüfspannungen, mit denen die D/A-Wandlerschaltung geprüft werden kann» Der Rest der Logik inden Fig„ 7A,

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7B und 7C dient zur Erzeugung weiterer, hier nicht erwähnenswerter Logikfunktionenο

Figo 8 zeigt ein Schaltbild des Rests der Detenbusstruktur«, Infolge der Redundanz dieser Schaltungen sind nur sechs jeder Gruppe von 16 Adressleitungen gezeigte Die Platine des gemeinsamen Datenspeichers erhält ihre Adressinformation auf den Leitungen MADRO bis AMDR15 über das Register U14- von der Leitung ML des Mikrorechner-Datenbus ο Auf entsprechende Weise wird der Datenbus der Datenspeicherplatine auf den Leitungen MBUSO bis MBUSI5 über das Register U16 von den gleichen Leitungen ML angesteuerte Schließ lieh werden Daten aus dem gemeinsamen Datenspeicher auf den Leitungen MBUS/ bis MBUSI5 abgenommen und über das Register 21 auf die Leitungen ML des Rechners gelegte Weiterhin zeigt dieses Diagramm einen Teil der Logik zur Steuerung des SpeicherzykluSe Diese Logik sorgt dafür, daß, wenn ein Rechner einen Speicherzyklus anfordert, dieser in einen Haltzustand geschaltet wird, bis der Speicherzyklus zugewiesen worden ist» Am Ende des Speicherzyklus sind die entsprechenden Daten dann in den Speicher ein- oder aus dem Speicher ausgelesen worden.

Die Fig. 9> 1OA und 1OB sind Schaltbilder das gemeinsamen Datenspeichers,, Bei der Fig. 9 handelt es sich um ein Schaltbild der Speicherschaltkreise selbst, bei denen es sich um sechzehn als 1K χ 1BiIt organisierte Schreibleseepeicher (RAMe) U24- bis U39 handelt. Infolge des redundanten Aufbaus dieses Speichers sind nur die Schaltkreise U24, U25, U32 und U33 geteigt, Ba die 16-Bit-

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Schaltkreise parallel benutzt werden, hat dieser Schreibelesespeicher eine Kapazität von 1024 Worten mit je 16 Bit„ Diese Schaltkreise werden parallel auf den Adrespleitungen MAJDRO bis MADR9 adressiert, die vom Rechner kommen, Jeder Schaltkreis liefert ein Bit; das zusammengesetzte 16-Bit-Wort geht auf die Leitungen MBUSO bis MBUS15o Der Stift 11 des Schaltkreises ist der Ein- und euch der Ausgangsanschlußo Folglich stellen die MBUS-Leitungen einen bilateralen 16vBit-Datenbus dar, auf dem der Dialog mit der Rechnereinheit entsprechend der Figo 8 stattfindet_o

Zwei zusätzliche Speicher-Schaltkreise U18, U17 sind in diesem Schaltbild des gemeinsamen Datenspeichers gezeigte U18 ist ein 1K χ 1Bit organisierter RAM, der den Zustand sämtlicher Markierbits enthält, die von den Rechnern dieses Systems verwendet werden_o Dieser Schaltkreis wird ebenfalls auf den Adressleitungen MADRO bis MADR9 adressiert; das 1Bit-Ein/Ausgaiigssignal läuft auf der Leitung MBUS15.

Der löschbare Festwertspeicher (EPROM) U17 ist 1K χ 8Bit organisiert und kann vom Benutzer programmiert und gelöscht werden, um verschiedene Parameter der jeweils gesteuerten Maschine zu speichern die verhältnismäßig permanent sind, sich aber von Zeit zu Zeit ändern können - bspw» die Steife, die Steigungswerte und die Eckpunkte der Servoschaltung; letztere werden unten ausführlicher erörterte Diese Werte bleiben über längere Zeiträume unverändert, könne aber vom Benutzer zuweilen verändert werden, um den Verschleiß der Mashine oder unterschiedliche Betriebearten aufiu-

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fangen« In seinen Echtzeitberechnungen benötigt der Rechner diese Daten, um das Ausgangssignal für den Anhsantrieb 54 zu berechnen_o Dieser Schaltkreis wird ebenfalls mit den Leitungen MADRO bis MADR15 angesprochen; sein A.usgangssignal geht auf die hilateralen Datenleitungen MBUS/ bi3 MBUS7.

Die Figo 1OA und 10B sind Schaltbilder der diesem Speicher zugeordneten Zeitteillogik· Acht Eingänge erlauben, die Si^eicheranfragen von bis zu acht Mikrorechnern auf den Anfrageleitungen AXMREQ/bis MREQ8/ zu beantworten; dabei hat jeweils nut ein Rechner tatsächlich Zugriff zum Speicher. Die anderen werden auf Wartebetrieb geschaltet, bis ein Zugriff möglich ist. Wird eine Anfrage durch ein Aufschaltsignal auf einer der Leitungen P1 bis P8 bestätigt, geht ein Meldesignal auf den Leitungen AXMACK/ bis MACKB an den Rechner zurück» Der Speichervo;?gang läuft dann ab; am Ende geht ein Endesignal auf einer der Leitungen AXFIN/ bis FIN8/ auf den Rechner, der dann den Bus für einen weiteren Rechner freigibt. Der Oszillator U16 erzeugt ein 3MHz-Taktsignal, das die zugehörige Logik zu versohlenden Taktphasen und Synchronsignalen aufteilt»

Die Fig» 11A bis 11D sind Schaltbilder der der Achsregelung zugeordneter Reglerlogikplatine© Der Systemtakt geht auf die Glieder 200, 201 der Fig» 11D, die den Ilod-1024-Zähler der Fig. 11C aus den Zählerschaltkreisen 202, 203, 204 treiben. Die Ausgangssignale gehen auf die Leitungen C1 bis 010„ Ein Mod-=-Zähler aus den Flipflops 205, 206 der Fig. 11C und deren Beschaltung zählt das

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Überlaufbit aus dem rfod-1024-Zähler aufwärts; der überlauf des Mod-3-Zählers wird seinerseits vom Mod-G-Zähler abwärts gezählte Die Ausgangsleitungen des Mod-3- und des Mod-6-Zählers sind C11 bis C15. Die Schieberegister 208, 209 der Figo 11A halten den Zustand der verschiedenen Zähler fest und geben ihn mit den Leitungen AXXOO bis AXX15 auf den Rest der Schaltung.

Die sin ( u) t ♦ ^)-Signale aus den sechs Resolvern werden gefiltert, um Störanteile zu entfernen, und auf die Nulldurchgangsdetektoren 211 bis 216 der Fig. 11D gegeben, Die resultierenden Rechteckwellen gehen gleichzeitig cuf den Multiplexer 217 der Fig. 11B, der eine von ihnen aufgrund des Zählzustands der Eingangssignal C13, 014-, C15 vom Mod-6-Zähler 207 der Fig_o 11C auswählte Das gewählte Nulldurchgangssignal durchläuft Frequenzschaltungen und dient schließlich dazu, den Zustand des Mod-1024— Zählers in den Schaltkreisen 208, 209 der Fig. 11A festzuhalten und damit das für die jeweilige Achse ein digitales Phasensignal auf die Leitungen AXXOO bis AXX15 und gleichzeitig ein Bereitsignal auf die Leitung RDY/ für den Rest des Systems zu legen»

Die Figo 12 ist ein Schaltbild des Festwertspeichers (ROM) 65 und der zwei D/A-Wandler 66, 67 der Fig. 4_O Die Ausgangsleitungen des Mof-1024-Zählers und des Mod-3-Zählers 03 bis C12 gehen auf den ROM-Schaltkreis U7, während zwei Gruppen aus je vier Ausgangsleitungen die D/A-Wandler ansteuern, die eine Sinus- und eine Cosinuswelle liefern_o

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Die Figo 13A, 13B sind ein ausführliches Schaltbild des Momentanwertspeicher-Dekoders 84 der Figo 4_e Der Geschwindigkeitsfehler den der Achsregler 118 der Figo 1 berechnet hat, wird auf den Leitungen 4XX00 bis AXX 15 ausgegeben und von den Registern U26, U27 der Figo 13B übernommen, die diese Information an ihren Ausgängen festhalten unÄ sie auf die Eingänge des D/A-WaJbdlers U50 so lange geben, bis die Ausgangsleitung des A/D-Wandlers, ANLOG1 sich stabilisiert hat_o Dieses Signal puffert der Operationsverstärker U57»wird zum Eingangssignal der FET-Schalter U41, IM-2, die unter der Steuerung durch einen Multiplexer U21 stehen, der seinerseits vom Rechner auf den Leitungen AXADRBO bos AXADRR3 adressiert wird» Ein gewählter Geschwindigkeitsfehler wird also durch die Multiplex- und Schalteranordnung gelenkt und lädt einen der sechs Kondensatoren C90 bis C95 auf» Da die Ladezeit dieser Kondensatoren bei geschlossenen Kontakt des entpsrechenden Schaltkreises U41, U4-2 weit größer ist als ihre Entladezeit bei offenen Schaltern der Schaltkreise U41, tW-2, sind die Kondensatoren90 bis C95 praktisch kontinuierlich auf eine analoge Spannung geladen, die dem dem jeweiligen Kanal zugeordneten Geschwindigkeitsfehler entspricht,+Diese Spannung wird mit den Operationsverstärkern W-3 bis U48 verstärkt und auf den Leitungen CHO bis CH5 als Geschwindigkeitsfehlersignal auf die jeweilige Achse gegeben»

Wenn dleAchsregelung vom Inerpolator Lageinformation aufnimmt, muß sie mehrere Funktionen durchführen« Sie nimmt die Achsinformation auf, berechnet die Istlage, vergleicht sie mit der Sollage, berechnet den Lagefehler und gibt ein Antriebesignal auf die je-

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weilige Achse; all diese erfordert erhebliche Rechenzeit_o Die Lage wird daher etwa einmal für jede sechste Periode der Sinusspannung am Resolverausgang erfaßt, die Information im Zwischenspeicher 75 der Figo 4 gespeichert und ein diskretes Signal auf die Achsregelung gegeben, um dieser anzuzeigen, daß für diese Achse Daten verfügbar sindo Nimmt die Achsregelung dieses Signal zur Kenntnis, übernimmt sie ein 1S-Bit-Wort aus der Maschine auf dem Bus X auf., Ein Bit gibt an, daß neue Daten vorliegen, drei Bits kennzeichnen die Achse und die unteren 10 Bits enthalen den Zustand des Mod-1024-Zä lerso Ist keine Achse bereit, führt der Rechner andere organisatorische Maßnahmen durch und fragt die sechs Achsen regelmäßig nach neuen Daten ab_o

Das Amsgangssignal des Mod-6-Zählers besteht aus den drei Bits, die in dem oben beschriebenen Wort die jeweiligen Achse identifizieren« V/enn der Achszähler die Achse identifiziert hat, beginnen die Nulldurchgangsdetektoren 68 bis 73 der Figo 4 mit der Suche nach einem Nulldurchgang für diese Achse, Wie oben beschrieben, werden die Sinuswellen für diese Ermittlung des Zeitpunkts des Nulldurchgangs zu Rechteckwellen umgewandelte Die Schaltkreise warten, bi· das Signal von den Nulldurchgangsdetektoren von H auf L springt und halten dann den Ausgangszustand des Mof-1024—Zählers als die unteren zehn Bits der zwischengespeicherten Daten sowie den Zustand des Mod-6-Zählers fest, der die Achse kennzeichnet· Der Zustand des Morf-1024-Zählers stellt die einzigen Lagedaten dar, die der Rechner aufnimmt<, Der Mod-3-Zähler liefert mehrere verbereitete Logiksignale für die Zeitsteuerung. Um <3Le Istlage zu

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erhalten, müssen die Daten aus dem Mod-1024-Zähler mit dem Wert aus dem vorgehenden AbtastZeitpunkt verglichen werden, um eine Bewegung zu ermitteln, und dann aufgerechnet werden, um die Lage zu bestimmenβ

Ist die die Lage betreffende Aufgabe gelöst, löst die Achsregelung die die Ausgangsgeschwindigkeit betreffende Aufgabe. Dies erfordert den D/A-Wandler der Fig, I3B, der mit einem 12-Bit-Eingangswort 4-096 mögliche Zustände zwischen den Grenzen _+ 10 V einnehmen kann. Seine eine Ausgangsspannung geht auf einen der sechs Kanäle mit den Momentanwertspeichern der Figo 13A. In der bevorzugten Aueführungsform wird jede Achse in Abständen von sechs Millisekunden bedient.

Zusätzlich zu der grundsätzlichen D/A-Schaltung der Fig„ 13B liegt eine SCALE-Leitung vor, die den Verstärkungslaktor des Operationsverstärkers U57 am Ausgang des D/A-Wandlers um einen Faktor von 4- ändert, so daß der D/A-Wandler zu einer 14-Bit-Schalung wird» Die Schaltung enthält also die Möglichkeit einer höheren Multiplikation für den Fall geringerer Geschwindigkeiten, bei denen eine höhere Auflösung und Genauigkeit der Servoschaltung erforderlich sind, wie untej*n beschrieben»

Die vom Streifen- bzw. Bandleser aufgenimmenen Informationen sind eine Reihe von Werkstückabmessungen, die zu einer Serie von Werkstück- und Werkzeugbewegungen umgesetzt werden. Diese Bewegungsschrittbefehle, die der Interpolator erzeigt, werden mit einem

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zugehörigen Markierbit im gemeinsamen Datenspeicher abgespeichert? das Einspeichern dieser Daten erfolgt in Abständen von mehreren Millisekunden und sie stellen die Summe der zu erzeugenden Bewegung dar. Die Achsregelung stellt mit ihrem Programm das neue Datenbit fest und rechnet die neunen in die vorliegenden Daten ein, so daß sich eine absolute Sollage ergibt. Die Lage, zu der das Werkzeug sich bewegt hat, ist ebenfalls das Ergebnis sämtlicher Bewegungspunkte, die aus den aus der Werkzeugmaschine aufgenÄmmenen sechs Gruppen von Achsdaten berechnet wurden, und diese ergeben ebenfalls einen aufgerechneten Wert des tatsächlichen lewegungsablaufSo Die Werte werden voneinander abgezogen, um den Lagefehler ermittel zu können, der dann in der jeweiligen Achse (Vergltr Figo I3A und I3B) ausgewertet wird.

Eine weitere Einflußgröße ist die Steife der Servoschleifen» Die Iststeife bestimmt der Benutzer der Werkzeugmaschine; sie ist als die vom System geforderte Geschwindigkeit pro Lagefehlereinheiü definiert ο Eine typische Fehlerkorrektur fordert eine Werkzeuggeschwindigkeit von 25,4 mm/min (1 ino/min.) für jeweils 25,4 /um (10 in.) Fehlerο Diese Maschinenkonstante, d.h_o die Eckpunkte und Steigungen werden in löschbaren 16-Bit-PROM des Steuerspeichers abgespeichert und ergeben eine Servosteifekurve; die Fig. 14 zeigt einen typischen Verlauf. Dabei ist die waagerechte Achse der Lagenachlauf (typischerweise in Einheiten von 25,4 ,um (10""* in_o), während auf der sekrechten Achse die Sollgeschwindigkeit, typischerweise in 25,4 mm/min, (in./min.) angetragen ist. Im Konturierbereich mit der Steigung A, wo das Werkzeug mit der Sollge-

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;? 7 h 7 6 8 9

nauigkeit arbeitet, ist die Kurve sehr steil und weist eine verhältnismäßig starke Korrektur verhältnismäßig kleiner Fehler auf_o Die Steigung B gilt, wenn das Werkzeug nicht angreift, sondern auf das Werkstück hinzufährt und die flachere Steigung die auf dem Servosystem lastenden Kräfte gering halten soll, die nur das Werkzeug in eine Häherungslage führen sollen₀ Die verminderten Antriebsforderungen halten die Entwicklung von Schwingungen und die Belastung der Bauteile gering; dieser Bereich wird zuweilen auch als "Zuführbereich" bezeichnete Schließlich ist noch ein oättigungsbereich vorhanden, der einer maximalen Geschwindigkeit entspricht, die nie überschritten werden sollte«, Der Benutzer legt die Gestalt dieser Kurve fest und programmiert den EPROM entsprechend« Da der EPROM 1024 Worte mit je 8 Bit enthält, kann für jede Achse eine eigne Steigung der Verstärkungskurve vorgesehen werden. In Systemen des Standes der lechnik mußte man diese Konstanten in Form einer Vielzahl von Potentiometereinstellungen vorsehen₀

Da die Lagensumme("accumulated position") in Abständen von sechs Millisekunden jeweils aufgewertet sind, ist es für den Rechner einfach, die durchschnittliche Geschwindigkeit zu berechnen. Dies ist eine nützliche Besonderheit, da die Istgeschwindigkeit sich mit der Sollgeschwindigkeit vergleichen läßt, um das System auf einwandfreie Funktion zu prüfen«. Wenn die Geschwindigkeitswerte nicht übereinstimmen, arbeitet das System offenbar nicht richtig» Die Fehlertoleranz wird vom Benutzer als Systemkonstante festgelegt» Ist dieser Wert überschritten, wird ein Bit gesetzt und der

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Bedienungsperson angezeigt, so daß diese eine Korrektur vernehmen kann., Das System läßt sich so auslegen, daßnur eine Lampe aufleuchtet, die Maschine anhält oder sonst etwas geschieht, das der Benutzer für die jeweilge Achse als erforderlich ansieht_o Eine solche Geschwindigkeitsprüfung ist der typische Lagefehlerprüfung übetlegen, da ein Geschwindigkeitsfehler erfaßt werden kann, bevor er einen wesentlichen Lagefehler erzeugte Lagefehler sind kostspielig; das Werkzeug oder das Werkstück kann dabei Schaden nehmen, da die Fehlererfassung zu einer Zeit erfolgt, zu der des Werkzeug sich schin nicht mehr in der Sollage befindet« Einen Geschwindigkeitsfehler kann man jedoch ermitteln, bevor das Werkzeug einen wesentlichen Lagefehler erzeugte Die Geschwindigkeit sprüf ung verhindert also Schaden durch gebrochene Werkzeuge und beschädigte Werkstücke.

Da die summierte Sollage und die summierte Istlage intern im Rechner vorgehalten werden, lassen sie sich auf dem Bedienfeld auch kontinuierlich anzeigen., Eine weitere Möglichkeit ist, im Akkumulator sowohl die Ist- als auch die Sollage als Bezugspunkt nullzusetzen, sp daß bei weiterem Arbeiten der Maschine sämtliche Abmessungen sich auf diesen Bezugspunkt beziehen_o Diese Möglichkeit kann für die Bedienungsperson sinnvoll sein, der die relativen Abmessungen des Werkstücks bezüglich einem bestimmten Bezugspunkt bekannt sindo Schließlich kann die Bedienungsperson die Summenwerte für die Ist- und die Sollage auf einen vorbestimmten Wert setzen, mit dem sie gewöhnlich arbeitet,,

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Da die Summenwerte innerhalb des Rechnerspeichers festgehalten werden, ist auch eine "Servonullfunktion" möglich₉ in der die Ist- und Sollage gleichgesetzt werden. Dies ist dann nützlich, wenn die Maschine bei abgeschalteten Rechner neu eingeschaltet worden ist. Unter diesem Umständen würde im System nach dem erneuten Einschalten ein langanhaltender Ausgleichsvorgang einsetzen, den man mit der Servonullfunktion verhindern kann, bei der die Ist- und die Sollage gleichgesetzt werden.

Eine mit dieser Anordnung ebenfalls mögliche Funktion ist die Nullsynchronisierungsfunktione Wird die Maschine zum ersten Mal angeschaltet, muß das Schneidwerkzeug zum Werkstück eine sehr genaue räumliche Zuordnung erhalten» Die Bedienungsperson kann diese Position mit dem Auge auf besser als einen Millimeter einstellen, nicht aber auf die Maschinentoleranz_o Man kann der Faschine jedoch befehlen, in einen vorbestimmten Punkt eines Resolverayklus zu gehen. Die Bedienungsperson stellt also die Maschine nach Augenmaß so knapp wie möglich ein und drückt dann einen Nullsynchronisierknopf; dieser Befehl erlaubt der Maschine, den kürzesten Weg zu der vorbestimmten und sehr genauen Resolvereinstellung zu nehmen. Die Bedienungsperson führt also ein Grobeinstellung der Maschine durch; die Maschine selbst stellt sich dann automatisch fein ein. Dies ist ein schnelles und einfaches Verfahren für eine genaue Ausrichtung der Maschinenteile vor dem Beginn eines Bearbeitungszyklus.

Weiterhin ist ein Prüfbetrieb möglich, in dem das Band bzw. der

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Streifen zwar läuft, aber keine Achsbewegung erfolgt. Dieser Vorgang wird vom Rechner intern abgewickelt, der die Sollage automatisch auch in das Istlageregister akkumuliert. Die Werkzeugmaschine sieht also den Geschwindigkeitsfehler Null und bewegt das Werkzeug überhaupt nicht, während das Bedienfeld weiterhin die aufgerechnete Lage in Längseinheiten angibt<, Diese Betriebsart ist nützlich zum Prüfen neuer Bändern oder Streifen, wenn die tatsächliche Bearbeitung eines Werkstücks zu Schäden an der Anlage führen könnteο

Während oben eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt wurde, soll diese Erfindung in ihrem allgemeinen Umfang erläutern, nicht aber einschränken.» Diese soll nicht auf die hier beschriebenen und gezeigten Einzelheiten eingeschränkt sein; für den Fachmann sind verschiedene Abänderungen an ihnen unmittelbar ersichtlich.

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1. Steuerung für eine Maschine mit mindestens einer Drehachse, gekennzeichnet durch eine digitale Zähleinrichtung, die eine kontinuierliche Reihe binärer Zählwerte mit jeweils einer Viel- »ahl von Bits erzeugt, durch eine Einrichtung, die die Reihe von binären Zählwerten zu zwei Reihen von Binärworten umwandelt, deren Binärwert jeweils Werte aus zwei um 90° gegeneinander verschobenen Sinuswellen entspricht, durch eine Digital/ Analog-Wandlereinrichtung, die jede Reihe von Binärworten zu entsprechenden Spannungen wandelt, einen drehbar mit der Achse gekoppelten Resolver, der die Spannungen aus dem Digital/Analog-Wandler aufnimmt, als Bezugssinuswellen benutzt und eine Sinuswelle abgibt, deren Phase von der Drehung der Achse abhängt, durch einen Nulldurchgangsdetektor, der jede Ausgangssinuswelle des Resolvers in einen Binärimpuls wandelt, der seinen Zustand immer dann ändert, wenn die Sinuswelle einen Nulldurchgang hat, durch einen auf den sich ändernden Zustand des Detektorimpulses ansprechenden Zwischenspeicher, der den Zählwert der digitalen Zähleinrichtung dann speichert, wenn der Detektorimpuls seinen Zustand ändert, wobei es sich bei dem Zählwert um eine digitale Darstellung der Istlage der Achse handelt, durch eine Eingangseinrichtung, die ein digi-

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tales Signal entsprechend einer Sollage der Achse erzeugt, durch einen Summierpunkteinrichtung, die das der Istlage entsprechende Digitalsignal von dem der Sollage entsprechenden Digitalsignal subtrahiert, um ein Geschwindigkeitsfehlersignal zu erzeugen, und durch eine Achsantriebseinrichtung, die die Achse mit einer Geschwindigkeit dreht, die dem Wert des Geschwindigkeitsfehlersignals proportional ist„

Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangseinrichtung ein Band- oder Streifenleser, der ein dem Anfangs- und dem Endpunkt sowie der zwischen diesen liegenden Bewegungsbahn eines Werkzeugs entsprechendes digitales Signal erzeugt, sowie einen Interpolator aufweist, der das Signal aus dem Band- bzw„ Streifenleser in Echtzeit zu einer Serie von Lagebefehlen umsetzt»

3« Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet„ daß die digitale Zähleinrichtung einen Taktgenerator zur Erzeugung ▼on Taktimpulsen, einen Zähler zum Abwärtszählen dieser Taktimpulse sowie eine Ausgangsleitung für jedes Zählbit aufweist, um den Zustand des Zthlers parallel als Vielzahl von Bits auszugeben.

4« Steuerung nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet» daß die Wandlereinrichtung ein Festwertspeicher (ROH) ist«,

5· Steuerung nach Anspruch 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Digital/Analog-Wandlereinrichtung zwei Digital-Analog-Wandlerschaltkreise aufweist, um die Spannungen zu erzeugen»

Steuerung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Festwertspeicher auf den Ausgangsleitungen der Zähleinrichtung adressiert wird und der Festwertspeicher so programmiert ist, daß eine Serie zunehmender Adressen am Ausgang des Festwertspeichers zwei Gruppen von Ausgangsbits bewirkt, deren Binärwerte die beiden um 90° gegeneinander verschobenen Sinuswellen approximieren_o

7. Steuerung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet t daß die Achsantriebseinrichtung auf einen Verstärkungsumschaltbefehl auster Summierpunkteinrichtung anspricht, um den Geschwindigkeitsfehler mit einer einer Vielzahl von Multiplikationskonstanten zu vervielfachen, so daß der Verstärkungsfaktor der Achsantriebseinrichtung umgeschaltet werden kann·

8. Steuerung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet « daß der Summierpunkt weiterhin eine Achssteuerung aufweist, in der die von der Speichereinrichtung übernommene Achslage von der vom Band- oder Streifenleser übernommenen Sollage subtrahiert und mit einer Eonstanten m ltipliziert wird, um dem Geschwindigkeitsf«hler entsprechende Acht Antriebssignale zu erzeugen«

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Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet _t daß der Achsantrieb weiterhin eine Dekodiereinrichtung zum Umsetzen der digitalen Achsantriebssignale in eine A.nalogform und zum Aufschalten jedes analogen Achsantriebssignals auf diejenige Achse aufweist, von der das entsprechende Resolverausgangssignal aufgenommen wurde·

1Oe Steuerung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet. daß die Achssteuerung einen Rechner aufweist»

11. Steuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet» daß der Rechner eine Arithmetiklogikeinheit zum arithmetischen Subtrahieren des der Istlage der Achse entsprechenden Digitalsignals von dem der Sollage der Achse entsprechenden Digitalsignals aufweist, um ein digitales Lagefehlersignal alt einer Konstanten multipliziert, um es zu einem digitalen Geschwindigkeitsfehlersignal umzuwandlen.

12e Steuerung nach Anspruch 9» 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dekodiereinrichtung einen Digital-/Analog-Wandler, der alle digitalen Achsenantriebssignale in eine analoge Form umwandelt, einen Momentanwertspeicher ("sample and hold circuit") für jede Achse, die die Ausgangssignale der Digital/Analog-Wandler aufnehmen, einen Dekodierer, der auf dem Rechner aufgenommene Adressierdaten anspricht, um jeden der Momentanwertspeicher zu befähigen, das entsprechende analog· Antriebssignal aufzunehmen, sowie für jede Achse einen Ver-

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stärker aufweist, der das Ausgangssignal des jeweiligen Momentanwertspeichers verstärkt und das verstärkte Ausgangssignal als Antriebssignal auf die jeweilige Achse gibt.

13o Steuerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet« daß der Verstärker unter der Einwirkung eines Schaltbefehls aus dem Rechner das Ausgangssignal des Momentanwertspeichers mit einer Vielzahl von Multiplikationskonstanten multipliziert, so daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers umgeschaltet werden kann.

14. Verfahren zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit in einer Maschine mit mindestens einer Drehachse, indem man mit einem Digitalzähler in stetigen Zyklen ein Ausgangswort mit mehreren Bits erzeugt, das Zählerausgangswort au zwei Worten mit jeweils mehreren Bits umwandelt, deren Binärwerte jeweils einer von zwei Bezugssinuswellen entspricht, die gegeneinander 90° phasenverschoben sind, die Bezugssinuswellen als Eingangsbexugssignale auf mehrere Resolver gibt, diejeweils drehbar mit einer der Achsen verbundenen sind, den Zeitpunkt des Nulldurchgangs jeder Ausgangssinuswelle eines Receivers ermittelt und lh« zu einem Zeitsteuerimpuls wandelt, den Zählwert des Zählers zum Zeitpunkt jedes Zeitsteuerimpulses in einen Zwischenspeicher lädt, wobei der Zählwert der Istlage der zugehörigen Achse entspricht, mittels eines Band- bzw. Streifenlesers von einem Lochstreifen bzw. Magnetband ein

Digitalsignal abliest, das dem Sollagesignal jeder der Viel-

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zahl von Achsen entspricht, aus der Vielzahl von zwischengespeicherten Zählwerten desjenigen Istlagesignal wählt, das der gleichen Achse entspricht wie das vom Band bzw. Streifen abgelesene Sollagesignal, das gewählte Istlagesignal von dem Sollagesignal in einer Arithmetiklogikeinheit subtrahiert, um ein digitales Geschwindigkeitsfehlersignal zu erzeugen, und dieses Geschwindigkeitsfehlersignal zur Ansteuerung des Treibers der gewählten Achse verwendet, der dann diese Achse in derjenigen Achse und mit derjenigen Geschwindigkeit antreibt, die von dem Geschwindigkeitsfehlersignal bestimmt werden»

15· Steuerung für eine Mascine mit mindestens eines Drehachse, wie sie hier unter Bezug Auf die Zeichnungen im wesentlichen beschrieben ist.

16o Verfahren zur Steuerung deJP Drehgeschwindigkeit in einer Maschine mit mindestens einer Drehachse, wie es unter Bezug auf die Zeichnungen im wesentlichen beschrieben ist.

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