DE4111517A1

DE4111517A1 - Steuereinrichtung zum steuern einer mehrzahl von servomotoren

Info

Publication number: DE4111517A1
Application number: DE4111517A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Niimi
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1990-04-11
Filing date: 1991-04-09
Publication date: 1991-10-17
Also published as: KR910018875A; JP2897333B2; US5194793A; JPH03292508A; KR0184872B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Mehrzahl von Servomotoren und insbesondere eine Steuereinrichtung zum Steuern und Treiben einer Mehrzahl von Servomotoren, um ein Ob jekt in einem mechanischen Koordinatensystem an eine vorbestimmte Stelle zu bewegen.

Werkzeugmaschinen weisen üblicherweise ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstückes und einen Tisch zum Tragen des Werkstückes auf. Die Werkzeugmaschine ist mit einer Servomotor-Steuereinrichtung zum Treiben und Steuern einer Mehrzahl von Servomotoren ausgerüstet, um ein Objekt wie beispielsweise ein Werkzeug oder einen Tisch in be liebiger Richtung innerhalb von X-, Y- und Z-Achsen zu bewegen, die ein mechanisches Koordinatensystem bilden. Werden die Servomotoren auf diese Weise von der Servomotor-Steuereinrichtung getrieben und gesteuert, so wird das Objekt an jede gewünschte Stelle im mechani schen Koordinatensystem bewegt.

Der Tisch einer typischen Werkzeugmaschine ist mit einem Servomotor, der den Tisch entlang der X-Achse verschiebt, und einem anderen Ser vomotor, der den Tisch entlang der Y-Achse treibt, verbunden. Unter der Steuerung der Servomotor-Steuereinrichtung, die beide Servomoto ren steuert, folgt der Tisch der zusammengesetzten Bewegung in X- und Y-Richtung.

Die Servomotor-Steuereinrichtung weist herkömmlicherweise einen Be fehlsabschnitt zum Ausgeben eines Bewegungsbefehlssignals, um die Servomotoren zu steuern und zu treiben, und einen Interpolationsab schnitt zum Ausführen einer Interpolation auf der Basis des Bewe gungsbefehlssignals, das vom Befehlssignal eingegeben wird, und zum Ausgeben eines Interpolationssignals auf der Basis der Interpolation auf. Der Interpolationsabschnitt ist fähig, eine Kreisbogeninterpo lation auszuführen, wenn der Befehlsabschnitt ein Befehlssignal für eine kreisbogenförmige Bewegung ausgibt.

Die Einrichtung weist ferner Verteilungsabschnitte zum Ausgeben von Verteilungsimpulsen an die Servomotoren auf, wobei jeder Vertei lungsimpuls auf dem Interpolationssignal basiert, das vom Interpola tionsabschnitt zugeführt worden ist. Anlegeabschnitte, die sich zwi schen den Interpolationsabschnitten und den Verteilungsabschnitten befinden, wenden Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten auf die Interpolationssignale an, die von den Interpolationsabschnitten aus gegebene werden und führen die so modifizierten Interpolationssi gnale den Verteilungsabschnitten zu.

Die typische Einrichtung weist Komparatoren auf, die Rückkoppelungs signale von Dekodern, die an den jeweiligen Servomotoren angebracht sind, von den Verteilungsimpulsen subtrahieren, die von den Vertei lungsabschnitten ausgegeben werden, und ein Signal ausgeben. Ver stärker verstärken die Ausgangssignale der Komparatoren, um die je weiligen Servomotoren zu treiben und zu steuern.

Herkömmlicherweise werden jedem der Servomotoren zum Treiben der X- und Y-Achsen eine Beschleunigungs- und eine Bremszeitkonstante zuge wiesen. Dies bedeutet, daß bei der Servosteuerung die Beschleuni gungs- und Bremszeitkonstante dazu benutzt wird, das zu bewegende Objekt weich zu beschleunigen und weich anzuhalten. Diese Anordnung gestattet es den Vorrichtungen der Werkzeugmaschine, behutsam zu starten (weich zu beschleunigen) und behutsam zu stoppen (weich an zuhalten), so daß sie nicht beschädigt werden.

Die Verwendung der oben angeführten Beschleunigungs- und Bremszeit konstante bringt jedoch einen Nachteil mit sich. Es sei angenommen, daß während der Situation einer kreisbogenförmigen Interpolation, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, ein Kreisbogeninterpolationsbe fehl ausgelöst wird, um das Objekt mit der Geschwindigkeit F auf ei nem Kreisbogen C0 mit Radius R0 (als durchgezogene Linie darge stellt) vom Punkt P1 zum Punkt P2 zu bewegen. Unter der vorherigen Servosteuerung bleibt die oben angeführte Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante (wie der Name ausdrückt) unabhängig vom Typ der Interpolation (kreisbogenförmig oder linear) konstant. Bei gegebenem Befehlssignal von der Servosteuereinrichtung bewegt sich das gesteu erte Objekt, wie beispielsweise das Werkzeug, nicht in Echtzeit. Es existiert stets eine Zeitverzögerung zwischen dem Auslösen eines Be fehls und der Werkzeugbewegung. Wird eine Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante auf die oben angeführte Kreisbogeninterpolation angewandt, wobei der Radius R0 signifikant klein oder die Bewegungs geschwindigkeit entsprechend hoch ist, so stellt C1 mit Radius R1 die tatsächliche Bahn dar, der das Werkzeug folgt.

Die Bahn "schrumpft" radial, wodurch sich ein großer Fehler ΔR (= R0-R1) ergibt. Der Radiusfehler ΔR ist durch die folgende Gleichung gegeben:

ΔR ≈ (τr² + τP²) F²/(2R).

Hierin bedeuten R den Kreisbogenradius, F die Geschwindigkeit, "τr" die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante und "τP" die Zeitkon stante des benutzten Positioniersystems.

Wird eine Kreisbogeninterpolation wie oben beschrieben unter Verwen dung der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten "τr" mit großem Wert ausgeführt, so wird die oben angeführte weiche Beschleunigung und das weiche Anhalten der gesteuerten Operationen erreicht. Dies schützt die Vorrichtung der Werkzeugmaschine. Es tritt jedoch ein großer Radiusfehler in der Betriebsgenauigkeit auf.

Es sind mehrere Lösungen vorgeschlagen worden, um den oben angeführ ten Radiusfehler zu beheben. Eine solche Lösung ist in der JP 63- 1 46 108 beschrieben. Entsprechend dieser Lösung verwendet die Servo motoreinrichtung in Abhängigkeit vom Typ der auszuführenden Interpo lation (linear oder kreisbogenförmig) eine verschiedene Zeitkon stante für die Beschleunigung und das Bremsen für jeden der Servomo toren, die die X- und Y-Achsen antreiben. Bei der oben angeführten Vorrichtung kann der Radiusfehler beispielsweise minimiert werden, indem die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante für die Kreisbo geninterpolation so klein wie möglich gemacht wird.

Die oben angeführte Einrichtung weist jedoch weiterhin Hindernisse auf, wie beispielsweise die Forderung nach einer weichen Beschleuni gung und einem weichen Anhalten der empfindlichen und teuren Werk zeugmaschine, um deren Vorrichtungen zu schützen. Eine kleinere Zeitkonstante bedeutet für die Vorrichtung eine abruptere Beschleu nigung und ein abrupteres Anhalten und ist daher belastender. Daher muß bei der oben angeführten Einrichtung eine Grenze für die Mini mierung der Zeitkonstante für die Beschleunigung und das Anhalten eingestellt werden.

Wie beschrieben worden ist, opfert die Verwendung kleiner Beschleu nigungs- und Bremszeitkonstanten nur den mechanischen Schutz der Werkzeugmaschine, während eine gute Kreisbogeninterpolation möglich wird. Dies führt zu einer möglichen Beschädigung der Vorrichtung der Werkzeugmaschine.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die oben angeführten Nachteile zu überwinden und eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Mehrzahl von Servomotoren zu schaffen, die den Radiusfehler minimiert, der sich aus der Kreisbogeninterpolation ergibt, während die herkömmli che weiche Beschleunigung und das weiche Anhalten beim Starten und Stoppen der Vorrichtungen mit den Servomotoren weiter erreicht wird, so daß die Vorrichtungen nicht durch abrupte Vorgänge beschädigt werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Mehrzahl von Servomotoren zu schaffen, die den Ra diusfehler minimieren, der sich aus der Kreisbogeninterpolation des servogesteuerten Objektes ergibt, während die mit den Servomotoren verbundenen Vorrichtungen allmählich gestartet und gestoppt werden, um sie zu schützen.

Um die Aufgabe zu lösen und die oben diskutierten Nachteile zu über winden, ist erfindungsgemäß eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Mehrzahl von Servomotoren gebildet, die mit einer Mehrzahl von Ser vomotoren verbunden ist, die eine Befehlseinrichtung zum Ausgeben eines Bewegungsbefehlssignals zum Treiben und Steuern der Servomoto ren, eine Interpolationseinrichtung zum Ausführen einer Interpola tion auf der Basis des Bewegungsbefehlssignals, das von der Befehls einrichtung eingegeben worden ist, und zum Ausgeben eines Interpola tionssignals auf der Basis der Interpolation, wobei die Interpolati onseinrichtung eine Kreisbogeninterpolation ausführen kann, wenn die Befehlseinrichtung ein Befehlssignal für eine Kreisbogenbewegung ausgibt, eine Verteilungseinrichtung zum Ausgeben eines Verteilungs impulszuges für jeden der Servomotoren, wobei jeder Impulszug auf der Basis des Interpolationssignals, das von der Interpolationsein richtung zugeführt wird, und einer Beschleunigungs- und Bremszeit konstante bestimmt wird, und eine Beschleunigungs- und Bremszeitkon stanten-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen und Einstellen der Be schleunigungs- und Bremszeitkonstante vom Beginn einer Kreisbogenin terpolation bis zum Ende der Kreisbogeninterpolation, die von der Interpolationseinrichtung ausgeführt wird, aufweist, wobei das Ende entweder mit der Vervollständigung der Kreisbogeninterpolation durch die Interpolationseinrichtung oder der Eingabe des Stopbefehls durch die Befehlseinrichtung auftritt.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuereinrichtung gebildet, die mit einer Mehrzahl von Servomotoren verbunden ist, um die Mehrzahl von Servomotoren zu steuern, und eine Befehlseinrichtung zum Ausgeben eines Bewegungsbefehlssignals, durch das die Servomotoren gesteuert und getrieben werden, eine Interpola tionseinrichtung zum Ausführen einer Kreisbogeninterpolation auf der Basis des von der Befehlseinrichtung ausgegebenen Bewegungsbefehls signals, eine Verteilungseinrichtung zum Ausgeben von Verteilungsim pulsen (oder Impulszügen) für jeden der Servomotoren, indem eine Be schleunigungs- und Bremszeitkonstante auf das Interpolationssignal angewandt wird, das von der Interpolationseinrichtung ausgegeben wird, und eine Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungs einrichtung, die den Wert der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstan ten allmählich von einem ursprünglich vorbestimmten Wert unmittelbar nach dem Start einer Kreisbogeninterpolation reduziert, bis eine Zeitkonstante mit dem Wert Null oder einem anderen vorbestimmten Mi nimalwert eingestellt ist, aufweist.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuereinrichtung gebildet, die mit einer Mehrzahl von Servomotoren verbunden ist, um die Mehrzahl von Servomotoren zu steuern, und eine Befehlseinrichtung zum Ausgeben eines Bewegungsbefehlssignals, um die Servomotoren zu steuern und zu treiben, eine Interpolationsein richtung zum Ausführen einer Kreisbogeninterpolation auf der Basis des von der Befehlseinrichtung ausgegebenen Bewegungsbefehlssignals, eine Verteilungseinrichtung zum Ausgeben von Verteilungsimpulsen durch Anwenden einer Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante auf das Interpolationssignal, das von der Interpolationseinrichtung ausgege ben wird, und eine Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestim mungseinrichtung, die den Wert der Beschleunigungs- und Bremszeit konstante unmittelbar mit der Vervollständigung der Kreisbogeninter polation oder der Eingabe eines Stopbefehls auf einen ursprünglichen vorbestimmten Wert zurücksetzt, wenn die Verteilungseinrichtung Ver teilungsimpulse ausgibt, wobei die von der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungseinrichtung bestimmte Beschleuni gungs- und Bremszeitkonstante beim Bestimmen der Verteilungsimpulse von der Verteilungseinrichtung angewandt wird, aufweist.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung akkumuliert die Verteilungs einrichtung bevorzugterweise eine Gruppe von Impulsen (gehaltenen Impulsen), deren Zahl auf der Basis der von der Interpolationsein richtung während einer Kreisbogeninterpolation ausgegebenen Vertei lungsimpulse bestimmt wird, und verteilt diese gehaltenen Impulse unmittelbar nach der Vervollständigung der Kreisbogeninterpolation oder der Eingabe eines Stopbefehles, während der ursprüngliche vor bestimmte Wert für die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante be nutzt wird, der von der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Be stimmungseinrichtung erneut eingestellt wird.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Mehrzahl von Servomotoren gebildet, wobei die Kreisbo geninterpolation des gesteuerten Objektes unter Verwendung einer ur sprünglichen vorbestimmten Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten, die ausreichend groß ist, um eine Beschädigung der Komponenten des Antriebssystems zu vermeiden, weich gestartet wird. Die Beschleuni gungs- und Bremszeitkonstante wird anschließend von einer Beschleu nigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungseinrichtung neu berech net (ihr Wert reduziert), wenn eine Kreisbogeninterpolation ausge führt wird. Auf die Neuberechnung folgt ein Übergang zu einem festen Zustand, in dem die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante gleich Null oder einem anderen vorbestimmten Minimalwert ist.

Weist die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante "τr" einen kleinen Wert auf, ist auch die Lösung, die sich aus der Anwendung der Zeit konstante auf die oben angeführte Gleichung

ΔR ≈ (τr² + τP²) F²/(2R)

ergibt, ebenfalls klein. Während der Kreisbogeninterpolation im fe sten Zustand (wenn die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante einen geringen Wert aufweist) bildet das Interpolationssignal von der In terpolationseinrichtung eine glatte Kurve ähnlich einer Sinuskurve. Dies verhindert, daß die Vorrichtung des Servosystems belastenden Stößen durch abrupte Operationen ausgesetzt wird.

Ferner ist entsprechend der Erfindung eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Mehrzahl von Servomotoren gebildet, bei der die Be schleunigungs- und Bremszeitkonstante, die auf Null oder einen ande ren vorbestimmten Minimalwert gesetzt worden war, unmittelbar nach der Vervollständigung der Kreisbogeninterpolation oder einem Stopbe fehl erneut auf eine ursprüngliche vorbestimmte Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante (die einen höheren Wert aufweist) eingestellt wird, wodurch das gesteuerte Objekt weich angehalten werden kann. Im auf den Start der oben angeführten Kreisbogeninterpolation folgenden festen Zustand vermindert die Einstellung der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten auf Null oder einen anderen vorbestimmten Mini malwert die Lösung der oben erwähnten Gleichung für ΔR. Da hierdurch der Radiusfehler, der während einer Kreisbogeninterpolation auf tritt, auf ein Minimum reduziert wird, kann einen präzise Servo steuerung erzielt werden. Nachdem der Kreisbogen vollendet worden ist oder wenn die Servomotoren angehalten werden müssen, wird die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante wieder auf einen höheren Wert (den vorbestimmten ursprünglichen Wert) zurückgestellt, um eine Beschädigung der Kraftübertragungsvorrichtung des Systems zu verhin dern.

Ferner wird in Übereinstimmung mit der Erfindung eine Steuereinrich tung zum Steuern einer Mehrzahl von Servomotoren gebildet, bei der ein Verteilungsabschnitt sicherstellt, daß eine adäquate Zahl von Impulsen zum Starten und Stoppen ausgegeben wird oder verfügbar ist. Mit der Beendigung der Kreisbogeninterpolation oder deren Anhalten zwischendurch, werden die gehaltenen Impulse, die vom Verteilungsab schnitt während der Kreisbogeninterpolation akkumuliert worden sind, zusammen mit einer vorbestimmten ursprünglichen Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten dazu benutzt, das Anhalten weich auszuführen. Die vom Verteilungsabschnitt gehaltenen Impulse werden den Servomo toren weich zugeführt, während die vorbestimmte Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante dazu verwendet wird, das gesteuerte Objekt wäh rend oder unmittelbar nachdem eine Kurve gebildet worden ist, weich anzuhalten, wodurch die Vorrichtung mit den Servomotoren geschützt wird.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Servomotor-Steuereinrichtung ent sprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Zeit und Geschwindigkeitscharak teristiken eines Systems mit exponentieller Beschleunigung und expo nentiellem Abbremsen gegeneinander aufgetragen sind;

Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Zeit und Geschwindigkeitscharak teristiken eines Systems mit linearer Beschleunigung und linearem Abbremsen gegeneinander aufgetragen sind;

Fig. 4 ein Diagramm, um darzustellen, wie beim Stand der Technik bei einer Kreisbogeninterpolation ein Radiusfehler auftritt;

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Servomotor-Steuereinrichtung ent sprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 6(a) und 6(b) Flußdiagramme zur Erläuterung des Betriebes der Servomotor-Steuereinrichtung der zweiten Ausführungsform.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin dung dargestellt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird eine Servomotor- Steuereinrichtung 1 beispielsweise in einer Gewindeschneidmaschine als typischem Beispiel einer Werkzeugmaschine verwendet. Die Servo motor-Steuereinrichtung 1 weist drei Servomotoren MX, MY und MZ auf. Diese drei Servomotoren sind jeweils in mechanischen Übertragungssy stemen MAX, MAY und MAZ enthalten, die wiederum den X-, Y- bzw. Z- Koordinatenachsen entsprechen.

Die Servomotoren MX-MZ sind jeweils mit einem Wellenkodierer E aus gerüstet, der als Winkelpositions-Erfassungseinrichtung wirkt. Jeder der Servomotoren MX-MZ weist ferner einen Tachometer TG auf. Der Ta chometer TG erfaßt die gegenwärtigen Drehgeschwindigkeiten der Ser vomotoren MX-MZ.

In der Gewindeschneidmaschine ist ein X-Achsen-Antriebsbauteil TAX des Tisches mit der mechanischen Übertragung MAX, ein Y-Achsen-An triebsbauteil TAY des Tisches mit der mechanischen Übertragung MAY und eine Spindel mit der mechanischen Übertragung MAZ verbunden, wo bei sich die Spindel in Z-Achsen-Richtung bewegt. Die Spitze der Spindel ist mit einem Werkzeug N ausgerüstet. Der Umfang der Bewe gung des Werkzeugs N entspricht auf jeder Achse der Zahl von Umdre hungen der jeweiligen Servomotoren MX-MZ. Auf diese Weise wird das Werkzeug N an eine gewünschte Stelle im mechanischen Koordinatensy stem bewegt, das von den X-, Y- und Z-Achsen gebildet wird. Die me chanischen Übertragungen MAX, MAY und MAZ entsprechen Bewegungsein richtungen zum Bewegen eines Objektes innerhalb eines mechanischen Koordinatensystems.

Die Bewegung des Werkzeugs N an eine Zielposition entlang der Bewe gungsbahn wird durch Verbinden der Servomotor-Steuereinrichtung 1 mit einer übergeordneten Befehlseinrichtung (Befehlsabschnitt) 1A erzielt, die als Einrichtung zum Ausgeben eines Bewegungsbefehlssi gnals wirkt. Die übergeordnete Befehlseinrichtung 1A gibt Daten aus, die zum Festlegen der Bewegungsbahn und der Zielposition benutzt werden.

Die Servomotor-Steuereinrichtung 1 weist einen Interpolationsab schnitt 3 auf, der als Interpolationseinrichtung zum Berechnen der Bewegungsbahn und der Zielposition auf der jeweiligen Koordinaten achse auf der Basis der Daten von der übergeordneten Befehlseinrich tung 1A dient.

Der Interpolationsabschnitt 3 ist mit den Verteilungsabschnitten 7x- 7z verbunden, die als Einrichtung zum Ausgeben eines Impulszugs an die jeweiligen Koordinatenachsen in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Berechnungen durch den Interpolationsabschnitt 3 wirken.

Der Befehlsabschnitt 1A liest den Inhalt eines (Numerical-Control, dt. numerische Steuerung) NC-Programmes 13 und gibt Befehlssignale an den Interpolationsabschnitt 3 aus, um beispielsweise einen (nicht dargestellten) Tisch der Werkzeugmaschine entlang einer geraden oder kreisbogenförmigen Bahn zu bewegen. Der Tisch wird von zwei Servomo toren MX und MY in den Richtungen der X- bzw. Y-Achse angetrieben. Der Interpolationsabschnitt 3 interpoliert das empfangene Befehlssi gnal und erzeugt Interpolationsdaten, die zum Treiben der Servomoto ren MX und MY auf den X- und Y-Achsen benutzt werden.

Die Komparatoren 11 bestimmen die Differenz zwischen den von den Verteilungsabschnitten 7x-7z ausgegebenen Verteilungsimpulsen und den von den Kodierern E abgegebenen Rückkoppelungsimpulsen. Die Ko dierer E sind dabei auf den Servomotoren MX-MZ gebildet.

Verstärkerabschnitte 9x-9z sind mit den entsprechenden Servomotoren MX-MZ verbunden. Die Servomotoren MX-MZ geben über die Tachometer TG ein Geschwindigkeitsrückkoppelungssignal an den entsprechenden der Verstärkungsbereiche 9x-9z ab. Die Komparatoren 11 sind vor den Ver stärkern 9x-9z gebildet und die Rückkoppelungsimpulse werden als Po sitionsrückkoppelung von den Servomotoren MX-MZ an sie angelegt.

Ein Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungsabschnitt 5, der als Einrichtung zum Bestimmen der Beschleunigungs- und Brems zeitkonstante dient, ist zwischen dem Interpolationsabschnitt 3 und den Verteilungsabschnitten 7x-7z gebildet. Der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungsabschnitt 5 speichert beispielsweise vorbestimmte Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten. Der Bestim mungsabschnitt 5 weist einen Anfangsbeschleunigungs- und -bremsab schnitt 5a auf. Interpoliert der Interpolationsabschnitt 3 einen Kreisbogen, so initialisiert der Anfangsbeschleunigungs- und -brems abschnitt 5a beim Start der Kreisbogeninterpolation die Beschleuni gungs- und Bremszeitkonstante auf einen vorbestimmten ursprünglichen Wert "τ_o", verkleinert den Wert der Zeitkonstanten allmählich und führt den allmählich absinkenden Wert für die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante der Verteilungsabschnitten 7x-7z zu. Der Wert der Zeitkonstante fällt während der Interpolation des Kreisbogens weiter ab, bis er Null oder einen anderen Minimalwert (größer Null) er reicht. Der Minimalwert kann beispielsweise 5 msec betragen.

Beträgt die vorbestimmte ursprüngliche Beschleunigungs- und Brems zeitkonstante "τ_o" beispielsweise 50 msec, so initialisiert der An fangsbeschleunigungs- und -bremsabschnitt 5a den Wert der gegenwär tigen Zeitkonstante τr auf den Wert τ_o und führt dann alle 10 msec kontinuierlich die Operation

τr_n+1 = τr_n-10 msec

aus. Entsprechend wird nach 50 msec der Wert der gegenwärtigen Be schleunigungs- und Bremszeitkonstante "τr" auf 0 msec gesetzt.

Der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungsabschnitt 5 weist ferner einen Stopbeschleunigungs- und -Bremseinstellabschnitt 5b auf. Mit der Vervollständigung der oben angeführten Kreisbogenin terpolation oder beim Empfang eines extern zugeführten Stopbefehls setzt der Stopbeschleunigungs- und -Bremseinstellabschnitt 5b den Wert der gegenwärtigen Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante "τr" auf die vorbestimmte ursprüngliche Beschleunigungs- und Bremszeit konstante "τ_o" zurück.

Die Verteilungsabschnitte 7x-7z wenden die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante "τr" auf die Daten an, die vom Interpolationsab schnitt 3 interpoliert werden, und gibt entsprechend Verteilungsim pulse an die Komparatoren 11 aus. Bei der Bewegung entlang eines ge krümmten Bogens benutzen die Verteilungsabschnitte 7x-7z nicht alle Daten, die vom Interpolationsabschnitt 3 an sie zugeführt werden (d. h. nicht alle möglichen Verteilungsimpulse werden sofort ausgege ben). Statt dessen werden manche Impulse gehalten (oder akkumuliert) und später verteilt, wie unten beschrieben wird. In jedem der Ver teilungsabschnitte ist ein Impulsakkumulatorabschnitt 7a gebildet. Bei der Vorbereitung der Vervollständigung einer Kreisbogeninterpo lation oder der Eingabe eines extern zugeführten Stopbefehls stellt der Impulsakkumulatorabschnitt 7a sicher, daß eine adäquate Zahl von Haltimpulsen vorhanden ist, die zusammen mit der vorbestimmten ur sprünglichen Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante τ_o und zusammen mit den gegenwärtigen Verteilungsimpulsen Pr benutzt werden sollen. Der gegenwärtige Verteilungsimpuls Pr stellen das Ausgangssignal von den Verteilungsabschnitten 7x-7z dar und ist ein Befehlsimpuls für den gewünschten Umfang der inkrementellen Bewegung für jede einer Reihe von Zeitspannen. Manche Ausgangsimpulse vom Interpolationsab schnitt 3 werden als Haltimpulse im Impulsakkumulatorabschnitt 7a gehalten, während die restlichen Ausgangsimpulse vom Verteilungsab schnitt ausgegeben werden, um die Werkzeugbewegung zu steuern.

Der Impulsakkumulatorabschnitt 7a berechnet für das in Fig. 2 darge stellte System mit exponentieller Beschleunigung und exponentiellem Anhalten die gehaltenen Impulse mittels des Ausdrucks

Pr×τ_o

und für das in Fig. 3 dargestellte System mit linearer Beschleuni gung und linearem Anhalten durch den Ausdruck

1/2×Pr×τ_o.

Die Verteilungsimpulse stellen eine Impulszählung je Einheitszeit, d. h. einen Geschwindigkeitsbefehl für den Verstärkungsabschnitt 9 dar.

Die Bereitstellung der gehaltenen Impulse durch den Akkumulatorab schnitt 7a gestattet es dem durch die Servomotor-Steuereinrichtung gesteuerten Objekt, sich bis zur Vervollständigung des Kreisbogens oder dem Empfang eines extern zugeführten Stopbefehls wenigstens weit genug zu weiter zu bewegen, so daß das Anhalten weich ausge führt werden kann.

Die Verstärkerabschnitte 9x-9z empfangen Verteilungsimpulse von den Komparatoren 11. Diese wiederum führen den Servomotoren geeignete Antriebsströme in Übereinstimmung mit der Reaktionszeitkonstante (die das Inverse des Positionsschleifengewinnes darstellt) des ein zelnen Positioniersystems zu. Die Komparatoren 11 subtrahieren die Rückkoppelungsimpulse von den Verteilungsimpulsen und führen dem Verstärkerabschnitt 9x-9z ein Impulssignal zu, das der Differenz entspricht, die aus der Subtraktion resultiert.

Nun erfolgt eine Beschreibung, wie die erfindungsgemäße Servomotor- Steuereinrichtung arbeitet. Der Radiusfehler ΔR durch die Kreisbo geninterpolation ist durch die Gleichung

ΔR ≈ (τr² + τp²) F²/(2R)

gegeben, in der R den Kreisbogenradius, F die Geschwindigkeit, τr die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante und τp die Zeitkonstante der Positioniereinheit darstellen.

Der Anfangszeitkonstanten-Bestimmungsabschnitt 5a reduziert die tatsächliche Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante τr beim Start der Kreisbogeninterpolation allmählich unter Verwendung der Glei chung

τr_n+1 = τ_o - n × 10 msec (τr 0)

die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante "τr", die auf die oben angeführte Kreisbogeninterpolation angewandt wird, auf den Wert Null oder einen Minimalwert zu setzen (hierbei ist n=0 zum Start zeitpunkt t0 der Kreisbogeninterpolation und der Wert von n wird alle 10 msec um eins erhöht).

Mit der Vervollständigung des Kreisbogens oder der Eingabe eines ex tern zugeführten Stopbefehls wird die Beschleunigungs- und Brems zeitkonstante "τr", die auf Null oder den Minimalwert eingestellt worden ist, auf die vorbestimmte ursprüngliche Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante τ_o zurückgestellt.

Daher wird beim Start der Kreisbogeninterpolation die Bewegung des gesteuerten Objektes, wie z. B. der X-Y-Tisch oder das Werkzeug, un ter Verwendung einer sinkenden Beschleunigungs- und Bremszeitkon stante allmählich gestartet.

Mit der Vervollständigung der Kreisbogeninterpolation oder beim An halten durch einen Stopbefehl verteilen die Verteilungsabschnitte 7x-7z die oben angeführten gehaltenen Impulse und verwenden den Wert τ_o, um ein weiches Anhalten auszuführen, da die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante auf den Wert der ursprünglichen Beschleunigungs und Bremszeitkonstante (τ_o) zurückgesetzt worden ist.

In allen Fällen wird der Radiusfehler ΔR minimiert, während das ge steuerte Objekt, wie z. B. der X-Y-Tisch oder das Werkzeug, während der Kreisbogeninterpolation glatt bewegt wird. Dies schützt die Vor richtungen vor Stößen durch abrupte Operationen.

Wie ersichtlich ist, tritt bei einer linearen Interpolation kein Ra diusfehler auf. In diesem Fall wird stets die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante τ_o für die Impulsverteilung durch die Vertei lungsabschnitte 7x-7z benutzt.

Nun erfolgt eine Beschreibung eines Beispiels für den Impulsfluß von der übergeordneten Befehlseinrichtung 1A zu den Komparatoren. Dieses Beispiel dient nur zur Darstellung und ist in keiner Weise beschrän kend, sondern soll zu einem besseren Verständnis des Betriebs der vorliegenden Erfindung dienen.

Die übergeordnete Befehlseinrichtung 1A liest Daten aus dem NC-Pro gramm 13, die zur Bewegungsbahn und der Zielposition gehören, und führt die Daten dem Interpolationsabschnitt 3 zu. Der Interpolati onsabschnitt 3 empfängt diese Daten, führt einer Interpolation die ser Daten aus und erzeugt Interpolationsdaten zum Treiben der Servo motoren MX, MY und MZ. Diese Interpolationsdaten stellen Daten dar, die für eine Reihe von Zeitintervallen eine Reihe von Zielpositionen des Werkzeugs auf der X-, Y- bzw. Z-Achse bedeuten, wobei jedes Zei tintervall eine vorbestimmte minimale Einheitszeit wie z. B. 10 msec aufweist. Der Interpolationsabschnitt 3 gibt Interpolationssignale aus, die der Zahl von Impulsen je Einheitszeit entsprechen. Bei spielsweise gibt der Interpolationsabschnitt vom Beginn der Kreisbo geninterpolation an ein Interpolationssignal aus, das 100 Impulse von 0 bis 10 msec, 200 Impulse von 10 bis 20 msec und 300 Impulse von 20 bis 30 msec darstellt. Damit stellt in diesem Beispiel das Inter polationssignal 60 Impulse innerhalb der ersten 30 msec dar. Die Zahl der Impulse entspricht dem Umfang der Bewegung des Werkzeuges. Je größer die Zahl der Impulse ist, um so größer ist damit der Umfang der Bewegung innerhalb einer Einheitszeitspanne.

Die Verteilungsabschnitte 7x-7z empfangen die Interpolationssignale und erzeugen Impulszugsignale für die X-, Y- bzw. Z-Achse. Diese Im pulszugsignale werden während einer Reihe von Zeitintervallen an die Komparatoren 11 ausgegeben, wobei jedes Zeitintervall eine vorbe stimmte minimale Einheitszeit von z. B. 2,5 msec aufweist. Diese mini male Einheitszeit ist üblicherweise kleiner als die Einheitszeit, während der die Interpolationssignale ausgegeben werden. Der Wert der Verteilungsimpulszugsignale stellt den Umfang der Bewegung des Werkzeugs dar.

Die Funktion des Verteilungsabschnittes besteht darin, die Vertei lung der Impulszugsignale zu steuern, um das Werkzeug weich zu star ten und anzuhalten. Der Verteilungsabschnitt 3 verwendet die vom Be schleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungsabschnitt 5 ausge gebene Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante τr, die Interpolati onssignale und den Impulsakkumulatorabschnitt 7a. Während einer Kreisbogenbewegung halten die Impulsakkumulatorabschnitte 7a Im pulse, die von den Verteilungsabschnitten 7x-7z nicht sofort als Im pulszugsignale ausgegeben werden sollen. Damit subtrahieren die Im pulsakkumulatorabschnitte 7a die gehaltenen Impulse von den Interpo lationssignalen, die vom Interpolationsabschnitt 3 ausgegeben wer den. Im gegenwärtigen Beispiel werden z. B. von den 100 Impulsen, die vom Interpolationssignal in der Zeitspanne zwischen 0 und 10 msec dargestellt werden, von den Verteilungsabschnitten 7x-7z in dieser Zeitspanne nur 75 Impulse ausgegeben. Ferner werden diese 75 Impulse in Abhängigkeit davon über vier 2,5 msec-Intervalle verteilt, ob der Umfang der Werkzeugbewegung zu- oder abnimmt. Damit werden 25 Im pulse im Impulsakkumulatorabschnitt 7a gehalten. Dieser Vorgang tritt während der gesamten Kreisbogenbewegung auf. Mit der Vervoll ständigung der Kreisbogenbewegung oder der Eingabe eines Stopbefehls werden die gehaltenen Impulse von den Verteilungsabschnitten 7x-7z ausgegeben, wobei die vorbestimmte ursprüngliche Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante τ_o benutzt wird, um das Werkzeug weich anzu halten.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, werden der Interpolationsabschnitt 3, der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungsabschnitt 5 so wie die Verteilungsabschnitte 7x-7z von einer Logikschaltkreisanord nung gebildet, deren wesentliche Komponenten eine CPU 23a, einen ROM 23b, einen RAM 23c und einen I/O-Port 23e sind. Die CPU 23a empfängt über den I/O-Port Bewegungsbefehlsdaten vom Befehlsabschnitt 1A und speichert die Daten im RAM 23c ab. Die Bewegungsbefehlsdaten werden dazu benutzt, das Werkzeug N entlang einer linearen oder kreisbogen förmigen Bahn zu bewegen. Der ROM 23b enthält Programme für die er forderlichen Berechnungen, um die Daten für die lineare oder Kreis bogeninterpolation entsprechend einer durch den Befehl festgelegten Bewegungsbahn zu ermitteln. Die CPU 23a wirkt als Anfangsbeschleuni gungs- und -bremsabschnitt 5a, als Stopbeschleunigungs- und -Brem seinstellabschnitt 5b und als Impulsakkumulatorabschnitt 7a. Wie un ten beschrieben wird, enthält der ROM 23b ferner Programme, damit die CPU 23a die oben angeführten Funktionen ausführen kann.

Arbeitet die CPU 23a als Impulsakkumulatorabschnitt 7a, so führt sie Operationen aus, um die Geschwindigkeitsdaten für jede Achse aus ei ner Geschwindigkeitsdatentafel im ROM 23b abzuleiten. Auf der Basis der Geschwindigkeitsdaten bremst der Impulsakkumulatorabschnitt 7a die Servomotoren MX-MZ mit einer geeigneten Bremszeitkonstante ab.

Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6(a) eine Startoperation in Übereinstimmung mit der oben angeführten Ausführungsform beschrie ben. Die CPU 23a ermittelt, ob auf der Basis eines im ROM 23b ge speichertem Programmes ein Kreisbogen ausgeführt werden soll (Schritt 1). Beginnt die CPU 23a mit der Ausführung einer Kreisbo geninterpolation, so stellt sie die Beschleunigungs- und Bremszeit konstante τ auf den Wert der vorbestimmten ursprünglichen Beschleu nigungs- und Bremszeitkonstante τ_o ein (Schritt 2). Die CPU 23a be stimmt den Ablauf von 10 msec (Schritt 3). Hat die CPU 23a ermittelt, daß 10 msec verstrichen sind, so führt sie eine Operation entspre chend der unten angeführten Gleichung aus (Schritt 4):

τ_n+1 = τ_n-10 msec (ursprünglich: n=0).

Da zu Beginn n=0 gilt, ist der ursprüngliche Wert von τ_n gleich τ_o. Die CPU 23a führt nun eine Operation entsprechend der unten ange führten Gleichung aus (Schritt 5):

τ = τ_n+1.

Nun erhöht die CPU 23a den Wert von n (Schritt 6) und ermittelt, ob 10 msec vergangen sind (Schritt 7). Hat die CPU 23a festgestellt, daß 10 msec verstrichen sind, so ermittelt sie, ob τ=0 (Schritt 8) gilt. Ist dies der Fall (Schritt 8: JA), so setzt sie τ=0 (Schritt 9). Ist τ von 0 verschieden (Schritt 8: NEIN), so kehrt die CPU 23a zu Schritt 4 zurück.

Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6(b) eine Stopoperation in Übereinstimmung mit der oben angeführten Ausführungsform beschrie ben. Fährt die CPU 23a damit fort, die Kreisbogeninterpolation aus zuführen, so ermittelt sie, ob die Kreisbogeninterpolation ausge setzt worden ist (Schritt 11) und/oder ob die Kreisbogeninterpola tion beendet worden ist (Schritt 12). Ermittelt die CPU 23a, daß die Kreisbogeninterpolation ausgesetzt (Empfang eines Stopbefehls) wor den ist (Schritt 11: JA), so stellt sie die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante τ auf den Wert der vorbestimmten ursprünglichen Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante τ_o ein. Ermittelt die CPU 23a das Ende (Vervollständigung des Kreisbogens) der Kreisbogenin terpolation (Schritt 12: JA), so stellt sie die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante τ auf den Wert der vorbestimmten ursprünglichen Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante τ_o ein. Ermittelt die CPU 23a demgegenüber, daß die Kreisbogeninterpolation weder ausgesetzt noch beendet worden ist (Schritte 11 und 12: NEIN), so behält sie den Wert der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante τ bei.

Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit bestimmten Ausführungsfor men beschrieben worden ist, ist klar, daß für den Fachmann viele Al ternativen, Modifikationen und Abänderungen erkennbar sind. Entspre chend sind die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungen der Er findung nur zur Darstellung, nicht aber zur Beschränkung gedacht. Es können verschiedene Änderungen erfolgen, ohne von Prinzip und Umfang der Erfindung, wie sie in den folgenden Patentansprüchen definiert sind, abzuweichen.

Claims

1. Steuereinrichtung zum Steuern einer Mehrzahl von Servomotoren, aufweisend
eine Befehlseinrichtung (1A) zum Ausgeben eines Bewegungsbefehlssi gnals zum Treiben und Steuern einer Mehrzahl von Servomotoren (MX, MY, MZ),
eine Interpolationseinrichtung (3) zum Ausführen einer Interpolation auf der Basis des Bewegungsbefehlssignals, das von der Befehlsein richtung (1A) ausgegeben worden ist, und zum Ausgeben eines Interpo lationssignals auf der Basis der Interpolation, wobei die Interpola tionseinrichtung (3) eine Kreisbogeninterpolation ausführen kann, wenn die Befehlseinrichtung (1A) ein Befehlssignal für eine Kreisbo genbewegung ausgibt,
eine Verteilungseinrichtung (7a) zum Ausgeben von Verteilungsimpuls zügen an jeden der Servomotoren (MX, MY, MZ) auf der Basis des In terpolationssignals, das von der Interpolationseinrichtung (3) aus gegeben worden ist, und einer Beschleunigungs- und Bremszeitkon stante (τ), die von der Verteilungseinrichtung (7a) empfangen wird, und
eine Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungseinrichtung (5) zum Bestimmen und Einstellen der Beschleunigungs- und Bremszeit konstante (τ) wenigstens zu Beginn und am Ende der Kreisbogeninter polation der Interpolationseinrichtung (3), wobei das Ende der Kreisbogeninterpolation mit der Vervollständigung der Kreisbogenin terpolation durch die Interpolationseinrichtung (3) oder der Eingabe eines Stopbefehls durch die Befehlseinrichtung (1A) auftritt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungseinrichtung (5) den Wert der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante (τ) von ei nem vorbestimmten ursprünglichen Wert (τ_o) beim Start der Kreisbo geninterpolation allmählich verringert, wenn die Verteilungseinrich tung (7a) Verteilungsimpulse ausgibt.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungseinrichtung (5) den Wert der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante (τ) vermin dert, bis sie einen Wert von ungefähr Null erreicht.

4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Be stimmungseinrichtung (5) den Wert der Beschleunigungs- und Brems zeitkonstante (τ) mit der Zeit vermindert.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungseinrichtung (5) den Wert der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante (τ) von ei nem vorbestimmten ursprünglichen Wert (τ_o) beim Start der Kreisbo geninterpolation allmählich verringert, bis der Wert der Beschleuni gungs- und Bremszeitkonstante (τ) auf einem festen Wert gehalten wird.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungs- und Bremszeitkonstanten-Bestimmungseinrichtung (5) den Wert der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante (τ) unmit telbar nach der Vervollständigung der Kreisbogeninterpolation oder dem durch den Befehl angegebenen Stop auf einen vorbestimmten ur sprünglichen Wert (τ_o) setzt, der dem Wert der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante (τ_o) beim Start der Kreisbogeninterpolation ent spricht.

7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verteilungseinrichtung (7a) die Verteilungsim pulse während der Kreisbogeninterpolation akkumuliert, um sie mit der Vervollständigung der Kreisbogeninterpolation zu verteilen.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungseinrichtung (7a) die akkumulierten Verteilungsimpulse mit der Vervollständigung der Kreisbogeninterpolation oder dem durch den Befehl angegebenen Stop verteilt.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungseinrichtung (7a) Verteilungsimpulse auf der Basis des Wertes der Beschleunigungs- und Bremszeitkonstante (τ) und den gegenwärtig ausgegebenen Verteilungsimpulsen akkumuliert.