DE1763946B2 - Positionierungseinrichtung für einen beweglichen Teil einer Arbeitsmaschine, insbesondere Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

y> Das Hauptpatent 15 63 596 bezieht sich auf eine Positionierungseinrichtung für einen beweglichen Teil einer Arbeitsmaschine, insbesondere Werkzeugmaschine, längs einer oder mehrerer Achsen, die von einer diskontinuierliche Positionierungsbefehle liefernden

«ι Programmeinheit gespeist wird und einen Interpolator aufweist, der in aufeinanderfolgenden Interpolationszyklen Positionierungsinkremente errechnet, für jede der Achsen einen die Positionierung des beweglichen Teils durchführenden Servomechanismus speist und

>"> einen Speicher sowie eine von der Programmeinheit gespeiste, mit dem Speicher verbundene arithmetische Einheit enthält.

Für eine solche Positionierungseinrichtung ist beim Hauptpatent vorgeschlagen worden, daß der Interpola-

•f" tor ferner ein Register in dem Spticher zum Speichern der Koordinaten-Differenzen des von der Programmeinheit hinsichtlich seiner Koordinaten gelieferten Zielpunkts und Ausgangspunkts enthält, ferner eine Verschiebeeinrichtung zum Verschieben der Koordinate ten-Differenzen in dem Register zur Bestimmung von den Koordinaten-Differenzen proportionalen Positionierinkrementen für jede Achse in der Weise, daß der bewegliche Teil sich längs einer geraden Linie zwischen den beiden Punkten verschiebt, sowie logische Ver-

™ gleichskreise zum Vergleich vorbestimmter, von der Programmeinheit gelieferter Daten für die maximale Geschwindigkeit und für die Koordinaten des Ankunftspunkts mit der Ist-Geschwindigkeit und Stellung des beweglichen Teils zwecks Modulation der Geschwin-

">■' digkeit des beweglichen Teils gemäß einer vorgegebenen Bewegungsablaufvorschrift und einem logischen Schaltkreis, der auf die logischen Vergleichskreise anspricht, indem er die arithmetische Einheit zur Ansammlung der Positionierinkremente für jede Achse

mi in einem anderen Register des Speichers zusätzlich zu den Ist-Koordinaten des beweglichen Teils einstellt.

Die mit der Erfindung nach dem Hauptpatent erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein Interpolationssystem mit einer Einrichtung zum

h^r> Modulieren der Geschwindigkeit nach einem vorbestimmten Bewegungsgesetz bereitgestellt wird, um plötzliche Bewegungen oder Arretierungen der Teile zu vermeiden.

Bei einigen Anwendungen verursacht das Anhalten des beweglichen Teils durch Stopbefehle an den aufeinanderfolgenden Abschnitten der Wegstrecke unnötige Zeitverluste. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn, geradlinige Abschnitte zum Zweck der Annäherung einer idealen kontinuierlichen Kurve durchlaufen werden- Das Anhalten bei jedem programmbedingten Stop verursacht in Verbindung mit einem nutzlosen Warten eine gewisse Ungenauigkeit des durchfahrcnen Weges in der Nähe der Slopbefehle innerhalb der Kurve. Diese Nachteile wirken sich besonders schwerwiegend in solc.ien Fällen aus, bei denen die Steuerungseinrichtung in Präzisions-Werkzeugmaschinen eingesetzt werden soll.

Daher soll diese zusätzliche Erfindung die eine numerische Steuerungseinrichtung des Kauptpatentes dahingehend ausgestalten, daß sie unstetige Koordinaten von Stopbefehlen für Wegstreckenabschnitte liefern kann, denen das bewegliche Teil folgt, und mit einem Interpolator, der umlaufend Berechnungen in wirklicher Zeit in der Weise durchführen kann, daß für eine oder mehrere Achsen ein jeder Achse zugeordnetes Servosystem entsprechend gesteuert wird, wobei fortlaufend jedem Umlauf ein von Umlauf zu Umlauf veränderliches Stellungsinkrement für die Steuerung der Geschwindigkeit und der Beschleunigung des beweglichen Teils hinzuaddiert werden soll.

Um dies zu erreichen wird in Weiterausbildung des Hauptpatents erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Interpolator eine erste Einrichtung enthält, di«; während der Interpolation eines ersten Segments zum Vorberechnen der Interpolationsinkremente des beweglichen Teils entlang eimern zweiten Segment und zum zeitweiligen Speichern der Inkremenie arbeitet, bis diese dem Servo-System zugeführt sind, um das bewegliche Teil über den Anfangsteil des zweiten Segments der Wegstrecke zu steuern, und eine zweite Einrichtung enthält, die veranlaßt, daß sowohl der abschließende Teil des ersten Segments der Wegstrecke als auch der Anfangsteil des zweiten Segments durch das bewegliche Teil mit konstanter Geschwindigkeit und mit einer wesentlichen Geschwindigkeitskontinuität durchlaufen wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Einzelheiten, Anwendungen und Vorteile der Erfindung sinu nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die durch das bewegliche Teil mit der Einrichtung nach der Erfindung durchfahrenen aufeinanderfolgenden Abschnitte der Wegstrecke,

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 und 4 die Inhalte der veränderlichen Speicherregister in zwei verschiedenen Stufen.

Die Positionierungseinrichtung nach dem Hauptpatent 15 63 596 erlaubt eine stetige Positionierungssteuerung eines beweglichen Teils einer Werkzeugmaschine oder einer ähnlichen Einrichtung über ein separates Servosystem für jede Achse, das in der Lage ist, den beweglichen Teil unter der Steuerung von in einer Programmeinheit gespeicherten Positionsbefehlen mit Unterbrechungen in Stellung zu bringen.

Es wird angenommen, daß sich der bewegliche Teil mit einer geradlinigen Bewegung zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Punkten Pi-P2-P3 (Fig. I) des Programms auf der dutch die Koordinaten X, Ydieser Punkte identifizierten Ebene bewegt Für jeden geradlinigen Abschnitt Pi-P2, P2-P3,,,,der Weglinie genügt es, die Koordinaten der Endpunkte und die Vorschubgeschwindigkeit oder die Zuführungsge-) schwindigkeit anzugeben.

Die von dem beweglichen Teil der Maschine zwischen einem Ausgangspunkt und einem Ankunftspunkt auszuführende Bewegungsart ist im wesentlichen die folgende:

in Von dem Ausgangspunkt, z. B. Pi (x\,y 1), muß der bewegliche Teil entlang dem geradlinien Wegabschnitt beschleunigt werden, bis er die höchste zulässige Zuführungs- oder Vorschubgeschwindigkeii erreicht; anschließend muß er mit gleichbleibender Geschwindig-

r> keit den geradlinigen Abschnitt entlangfahren und schließlich muß er seine Geschwindigkeit in einer bestimmten Entfernung vom Ankunftspunkt verlangsamen, um den Ankunftspunkt PI (x2, y2) mit Nullgeschwindigkeit zu erreichen.

:« Um den geradlinigen Weg zwischen Pi und P2 mit dieser Vorschubgeschwindigkeit 7':rückzulegen, ist es notwendig, eine Reihe von Berechnungen durchzuführen, die von dem Interpolator ausgeführt wird. Der Interpolator arbeitet zyklisch, wobei DTdie konstante

->". Zeitdauer eines Interpolationsumlaufs ist. Zuersi so'l die Bewe;*ungskomponente entlang der Achse X untersucht werden.

Dabei soll angenommen werden, daß χ 1 die Koordinate des Startpunktes P 1, χ 2 die Koordinate des

in Ankunftsendepunktes P2, xndie Koordinate desjenigen Punktes auf der Weglinie zwischen Pi und P2, an dem sich der bewegliche Teil in dem AugenblickTn befindet, in welchem der n-te Interpolationsumlauf beginnt; Dxn ist das Inkrement von xn während des (fl— 1.)

i> Interpolationsumlaufs (dieses Inkrement ist der momentanen Geschwindigkeit Vx entlang der Achse X annähernd proportional, da DTkonstant ist); hx ist das Inkrement von Dxn während eines Interpolationsumlaufs in der Beschleunigungsphase Tl und in der

in Verzögerungsphase T3 (dieses Inkrement ist der momentanen Beschleunigung entlang der Achse X at .lähernd proportional, da DT konstant ist); DxM ist eine vor Beginn der Interpolation festgelegte Konstante, die das für die Koordinate xn höchstzulässige

r, Inkrement, d. h. nach den vorangehenden Ausführungen die höchstzulässige Geschwindigkeit entlang den Achsen X, VxM, angibt.

Während der gesamten Bahninterpolation zwischen χ 1 und χ 2 muß der Interpolator die Bedingung

Dxn

I)Ml

Λ 2

r2

rl

erfüllen, um die Weglinie geradlinig zu machen.

Während der/*nfangsphase 7"I konstanter Beschleunigung arbeitet der Interpolator außerdem nach drn folgenden Formeln:

D \ in f Il I)mi ι h χ (2)

ν l/i f I) ■- .mi f l)x{n ι I) (.1)

Während dieser Anfangsphase Tl werden außer den durch die Formeln (1), (2) und (3) bezeichneten genauen Interpolationen noch weitere Operationen ausgeführt, um einige Daten zu errechnen, die zur Bestimmung der

Zeitpunkte notwendig sind, an denen Beschleunigungsänderungen stattfinden:

X I)Mi £ Dm, ■ Dm, (41

ν 2

R \n

(M

(fil

der Achse X zurückgelegte Distanz xa-xl, die zurückgelegt werden mußte, um bei konstanter Beschleunigung die Höchstgeschwindigkeit zu erreichen.

Auf die Anfangsphase Ti konstanter Beschleunigung folgt die Phase 72 konstanter Geschwindigkeit, in der der bewegliche Teil mit einer Geschwindigkeit gleich DxnM für die Achse X bzw. DynM für die Achse V fortsetzt, die er am Ende der Phase 7"! erreicht hat.

In der Phase 72 führt der Interpolator die folgenden Operationen aus:

I)Ml

I) ν Λ/

\ In

Il

ν« ι D\iiM

Die Operation nach Formel (4) definiert den Wert der von dem beweglichen Teil vom .Startpunkt a 1 des in Rede stehenden geradlinigen Wegabschnitts bis zum

progressiven Distanz

ν I

Die Operation nach Formel (5) definiert den Wert einer fiktiven Distanz Pn. die der um das letzte Inkrement Dxn der Koordinate * angewachsenen progressiven Distanz

I)Ml

gleich ist.

Die Operation nach Formel (6) definiert den Wert Rxn der restlichen Distanz, die von dem beweglichen Teil am Ende des (n-\.) Interpolationsumlaufs noch zurückzulegen ist, damit es den Endpunkt .v 2 erreicht.

Außerdem wird während der gesamten bei konstanter Beschleunigung verlaufenden Phase T\ für jeden Interpolationsumlauf die Vergleichsoperation (7) ausgeführt, d. h, es wird geprüft, ob die augenblickliche Geschwindigkeit (Positionsinkrement) Dxn die höchstzulässige Geschwindigkeit DxM, d. h. VxM, überschritten hat oder nicht.

Außerdem werden von dem Interpolator während der Phase 71 analoge Operationen für die Achse Y ausgeführt.

Die Anfangsphase 71 konstanter Beschleunigung endet am Ende ^es Interpol;;'lonsumlaufs. in dem sich die Ungleichung (7) entwede- Für die Achse X oder für die Achse Vergibt Genauer gesagt, die Phase 71 endet am Ende desjenigen Interpolationsumlaufs, in welchem für die Achse AOder Kauf der Basis der Formel (2) ein Inkrement DxM bzw. DyM errechnet worden ist, das größer als das höchstzulässige Inkrement DxM bzw. DyM ist Im weiteren Verlauf dieser Beschreibung soll das am Ende der Phase 71 errechnete letzte Inkrement mit DxnM bzw. DynM (das sind die erreichten Geschwindigkeiten) bezeichnet werden.

Am Ende der Phase 71 repräsentiert die Summe

v 2 v/i R mi Rxn I'Mi

(M
(Sl

die gesamte am Ende des Interpolationsumlaufs entlang Die Ungleichheit (8) wird ermittelt, indem für jeden Interpolationsumlauf die zur Erreichung des Endpunktes χ 2 noch zurückzulegende restliche Distanz Rxn mit der in dem Register gespeicherten fiktiven Distanz PxnM verglichen wird. Die Phase 72 konstanter Geschwindigkeit endet am Ende des Interpolationsumlaufs, in welchem die Ungleichheit (8) zum erstenmal auftrit¹

Der Phase 72 konstanter Geschwindigkeit folgt die Phase 73 konstanter Verzögerung, in der der bewegliche Teil mit dem gleicher absoluten Beschleunigungswert (für die beiden Achsen mit hx bzw. hy verhältnisgleich) verzögert wird, der schon in der Beschleunigungsphase 71 verwendet wurde.

In der Phase 73 führt der Interpolator die folgenden Operationen aus:

DxUi ' Ii Dxn hx {2 I

vl/i · Il .Vd ; DxIn · Il (3|

Dxn ■ I 'Jin (Vi

Die Vergleichsoperation nach Formel (9) wird ausgeführt, um das Ende der Phase konstanter Verzögerung festzulegen.

Deshalb ist es erforderlich, die Phase konstanter Beschleunigung nicht bis zum Anhalten zu verlängern, sondern vorher abzubrechen und durch eine langsame Bewegung zu ersetzen, mit der der bewegliche Teil sich dem Endpunkt P2nach dem Hauptpatent nähert

Um die Berechnung der Werte hx und hy durchzuführen, werden die Größen (x2—xi)H und (y 2—y i)Hso berechnet, daß beispielsweise (x2—xi)h und (y2—yi)H mit Sicherheit kleiner als das für die Maschine höchstzulässige Geschwindigkeitsinkremenl (Beschleunigung) sind, wobei das letztgenannte Inkrement — wie schon erwähnt — eine an einem Kommutator der Maschine einstellbare Konstante //ist

Die Steuerungseinrichtung wird von einer Programmierungseinheit gespeist, die ein Band 1 mit einem aufgezeigten Programm (F i g. 2), einen Streifenleser 2 und einen Interpolator 4 enthält, der im wesentlichen als Digitalrechner ausgebildet ist und einen Digital-Analog-Umsetzer 5 speist, der seinerseits die Servomechanismen 6,7 und 8 speist, die den beweglichen Teil längs der

Achsen X, Vund Zin die richtige Stellung bringen, wenn angenommen wird, daß die Werkzeugmaschine drei zu steuernde Achsen aufweist.

Der ArbeitsaSiauf in der Steuerungseinrichtung umfaßt einen ersten Zeitabschnitt, in dem die Programmeinheit die vorstehend beschriebenen Daten in den Interpolator 4 eingibt, d. h. die Koordinaten χ 2 und yl ός.'. Endpunktes P2 der Bahn sowie die Höchstgeschwindigkeit DxM und DyM, mit der diese Bahn zurückzulegen ist. In diesem Zeitabschnitt befindet sich der bewegliche Teil noch an dem Start- oder Ausgangspunkt PX. Diesem Zeitabschnitt folgt ein zweiter Zeitabschnitt, in dem der Interpolator I, während der bewegliche Teil und die Programmeinheit sich noch im Ruhezustand befinden, die Berechnung der Werte /ixund /i.t'(Geschwindigkeitsinkremente) auf der Basis der vorerwähnten Kriterien vorbereitet. Es folgt ein dritter Zeilabschnitt, in dem die entsprechende Interpolation ausgeführt wird, während die Programmeinheit noch unwirksam ist. In diesem dritten Zeitabschnitt ist der Interpolator 4 wirksam, um die Verstellung des beweglichen Teils in der Echtzeit zu steuern.

Der Interpolator enthält im wesentlichen in einem geschlossenen Regelkreis einen zyklischen Speicher, ergänzt durch eine Verzögerungsleitung, Schreib- und Leseregister, die mit dem Ein- und Ausgang bzw. mit der Verzögerungsleitung in Verbindung stehen, eine Recheneinheit als Verbindung zwischen den Registern, und einen Zeitrechner, der es erlaubt, jedem aus der Verzögerungsleitung kommenden Bit eine besondere Ziffer zuzuordnen, die die Lage des Bits im Innern des Speichers angibt.

Für jede Achse X, Y und Z umfaßt der Speicher 12 Register/4, B, C... N, von denen jedes 60 Binärbenennungen DEOO-DE59 enthält. Die 12 Register sind in der Verzögerungsleitung disponiert, und zwar in einer zeitlich eingeteilten Form.

Ein Bitwertzähler zählt von 1 bis 60, wobei getrennt und nacheinander die Signale DEOO bis DE 59 erzeugt werden. Die Signale DFOO bis DE 59 bestimmen für jedes der 12 Register des Speichers das 1, das 2te,... und das 59te Bit, d. h. die Binärbezeichnungen 0 bis 59.

In den Speicherregistern werden alle Größen mittels 56 Bits dargestellt. Diese 56 Bits werden in den arithmetischen oder in den Übertragungs- und Vergleichsoperationen berechnet, die von dem Interpolator ausgeführt werden.

Dagegen werden die von der Eingabeeinheit eingegebenen Daten, wie später noch näher erläutert wird, nur von 24 geltenden Bits gebildet, die, wenn die Daten von Koordinaten gebildet werden, die Werte 1 μίτι bis ΙΟ⁷ μπι darstellen.

Bei der Eingabe von Daten aus der Programmeinheit in den Speicher werden diese 24 Bits demnach in die 24 dem Nennwert dieser Bits entsprechenden Binärbezeichnungen eingegeben, während die übrigen Binärbezeichnungen rechts und links von den 24 Binärbezeichnungen mit einigen Null-Bits gefüllt werden. So werden beispielsweise (Fig.3 und 4) die 24 Bits von χ2 in das Register D eingegeben, nämlich in die Binärbezeichnun gen von DE33 bis DE 56. Auf die gleiche Weise werden die 24 Bits von DxM, die das höchste Inkrement (maximal zulässige Geschwindigkeit) darstellen, in die Binärzeichnungen DE20 bis DE43 des Registers B eingegeben.

Die Bezeichnung DE5S wird zum Speichern der Oberträge verwendet

Die Bezeichnungen DE59 und DfOO sind in allen Speicherregistern frei und werden zur Trennung der zu verschiedenen Achsen X. Y, Z gehörenden Register verwendet.

■ι Der Bitzähler wiederholt dreimal die Zählung der 60 Binärbezeichnungen, einmal für jede Adresse X, Y, Z. Die zu den drei Adressen gehörenden Zeiten werden durch drei Signale bestimmt, die von einem anderen Zähler erzeugt werden, der durch den Bitzähler

i<> gesteuert wird.

Ein Zähler wird durch ein Zeitsignal am Ende der Information im Speicher gesteuert, wobei abwechselnd zwei Ausgänge erregt werden. Die Periode dieses Signals entspricht somit zwei Umläufen der Information

ι") in der Leitung LDR. Diese Periode kennzeichnet die Zeit eines Interpolationsumlaufs. Wie im Hauptpatent angegeben, ist die Verzögerungsleitung äquivalent einer Zusammenfassung von sechs umlaufenden Registern A, (Z F.. S. /und Min Parallelanordnung mit weiteren serhs umlaufenden Registern B, D, F, H, L und N in Parallelanordnung, die ihre Ein- und Ausgänge gemeinsam mit den ersten sechs Registern haben bzw. phasenverschoben zu den ersten sechs Registern sind.
F i g. 3 zeigt die Anordnung der verschiedenen Digitalgrößen in den Speicherregistern während der Eintrittsphase, und Fig.4 gibt die Anordnung der Digitalgrößen im Speicher während der Rechenphase wieder. Bezugnehmend auf die Achse AMst die Funktion der Speicherregister die folgende:

in Das Register A wird während der Interpolation (Fig.3) verwendet, um die Summe Σΰχη aus der Operation nach Formel (4) zu speichern; das ist die bis jetzt zurückgelegte progressive Distanz xn-xX, nämlich die Beschleunigungsphase Ti. Anschließend wird der gespeicherte Wert PxnM gehalten, und zwar aufgrund der Operation nach Formel (5), somit am Ende der Phase TX.

Das Register B wird bei der Eingabe der Daten aus dem Programmgerät verwendet, um das maximale Inkrement DxM (höchstzulässige Geschwindigkeit entlang der Achse X) zu speichern. Das Register C wird bei der Eingabe der Daten aus dem Programmgerät verwendet, um die Koordinate χ 2 des Endpunktes P2 zu speichern. Somit enthält das Register C schließlich die Größe Hx 2, die für die Berechnung des Geschwindigkeitsinkrements hx verwendet wird. Das Register D wird bei der Eingabe der Daten aus dem Programmgerät verwendet, um die Koordinate χ 2 des Endpunktes P2 zu speichern. Am Ende der Interpolation wird der

so Inhalt des Registers D auf das Register L übertragen, um als Anfangskoordinate χ 1 für den nächsten ge -adlinien Abschnitt verwendet zu werden.

Das Register E wird verwendet, um während der Interpolationszeit (Fig.4) das Geschwündigkeitsinkre ment Dx zu speichern.

Das Register Fdient zum Halten der Größe i/8 DxM während der Eintritts- und Interpolationsphase. Die Größe 1/8 DxM wird zur Modifizierung der maximalen Geschwindigkeit des Vorschubs oder der Zuführung verwendet, wie bereits in der DE-OS 17 63 934 vorgeschlagen wurde.

Am Ende der Interpolationsphase wird die bis dahin in dem Register C gespeicherte Größe Hx 2 auf das Register /übertragen. Infolgedessen wird das Register / die Größe Hx ί enthalten, die für den nächsten zurückzulegenden geradlinigen Abschnitt gültig ist, da der Endpunkt Pl eines geradlinigen Abschnittes mit dem Startpunkt Pl des darauffolgenden geradlinigen

Abschnittes zusammenfällt. Die Größe Ux 1 wird in dem Register /gespeichert, um die Berechnung von hx zu ermöglichen, die — wie schon beschrieben — vor Beginn der Interpolation ausgeführt wird. Folglich ist das Register / während der Interpolationszeit (F i g. 3) frei, um die Inkremente Dxn autzunehmen, wenn sie errechnet sind.

Der Inhalt des Registers L wird während der Interpolation ständig erhöht, so daß das Register L schließlich die aufeinanderfolgenden Werte der augenblicklichen Koordinate xn enthält. Folglich ist es klar, daß das Register L die Servosysteme speisen kann; es ist in der Tat auch das einzige Speicherregister, dessen Ausgang mit dem Digtal-Analog-Umsetzer 5 verbunden ist.

In F i g. 3 und 4 zeigen die auf die Register B, Cund D Bezug nehmenden gestrichelten Linien die 24 benachbarten unter den 56 Binärstellen jedes Registers, in die aus der entsprechenden Einheit die relativ gegebene Größe eingeführt wird, während die zu den Registern F, /und L gehörigen gestrichelten Linien angeben, daß der Inhalt der Register S, C und D in die entsprechenden Binärstellen der Register übertragen werden, d. h. ohne jede Verschiebeoperation.

Funktion und Inhalt der zu den Achsen Y und Z gehörigen Register entsprechen denen der für die Achse ^beschriebenen Register.

Die Anordnung und Wirkungsweise der betrachteten Einrichtung entspricht dem Arbeitsverfahren, bei dem bei jedem programmbedingten Stop ein Abschnitt der zu durchlaufenden Wegstrecke erzeugt wird usw., wie beschrieben wurde.

Nach der Erfindung enthält die Steuerungseinrichtung der Regelung angepaßte Mittel für ein zweites Arbeitsverfahren, bei dem ein Anhalten durch die programmbedingten Stops an den Wegstreckenabschnitten nicht auftritt. Es wird vorausgesetzt, daß das Arbeitsverfahren bei jedem geradlinigen Abschnitt der Wegstrecke angewendet werden kann. Beispielsweise kann eine spezielle Hilfsfunktion auf dem Programmstreifen zusammen mit dem Taktgeber für die Daten aufgezeichnet siein, die sich auf einen neuen Stop auf der Linie beziehen und so spezifiziert sind, daß die Stops mit einer Geschwindigkeit verschieden von Null durchfahren werden.

Insbesondere ist bei der Betrachtung der F i g. 1 zu erkennen, daß die beiden Wegstreckenabschnitte PX-P2 und P2-P3 einen gemeinsamen Stop P2 haben. Es sei angenommen, daß das Anhalten des beweglichen Teils nicht mehr bei P2 erfolgt, sondern im Gegenteil das bewegliche Teil durchläuft die Wegstrecke P1-P2-P3 mit einer im wesentlichen kontinuierlichen Geschwindigkeit

In diesem Fall wird das Ende des Abschnittes PX-P2 mit einer Geschwindigkeit durchlaufen, die konstant und gleich der Geschwindigkeit während der Phase Ύ2 im Abschnitt P\-P2 ist Dabei ist die Endphase (T3 und die folgenden Stufen) der Verzögerung eliminiert Daraus folgt, daß der Anfangsteil des Abschnittes P2-P3 mit konstanter Geschwindigkeit durchlaufen wird, wobei die anfängliche Phase der Beschleunigung 7*1 im Abschnitt P2-P3 ebenfalls eliminiert ist Die Abstufungen werden dabei so gewählt, daß das bewegliche Teil keinen zu großen Geschwindigkeitsvariationen unterliegt, wenn es den Stop P 2 durchläuft

Nachtürlich wird der Anfangsteil des Abschnittes PX-P2 und der Endteil des Abschnitts P2-P3 in einer Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsphase durchlaufen, wenn ein Stop bei den Punkten Pl und P3 vorgegeben ist.

Beim Durchlaufen des Punktes P2 fällt die auf den Abschnitt P1-P2 bezogene Interpolationsphase zeitlich

■' mit der Berechnungsphase des Stellungsinkrements (DxB, DyB) für den Abschnitt P2-P3 zusammen. Daraus folgt, daß, während der Interpolator in Echtzeit die Position längs des Abschnittes P1-P2 regelt, die Stellungsinkremente (DxB, DyB) für den folgenden

i" Abschnitt P2-P3 vorberechnet werden.

Wenn der Abschnitt Pi-P2 sehr kurz ist, erfolgt das Berechnungsverfahren für die Stellungsinkremente (DxB, DyB) im Abschnitt P2-P3 nicht wie vorher beschrieben, weil das Verfahren für den Zweck einer

^r> größeren Berechnungsgeschwindigkeit entsprechend modifiziert werden muß. Tatsache ist, daß die Berechnung abgeschlossen sein muß, bevor das bewegliche Teil den Stop P2 erreicht.

Das Prinzin hei der Berechnung der Inkremente DxB.

-'" DBist folgendes:

1) Sie muß der Bedingung

DvW

ν — v"

III)

in der Weise genügen, daß die gewünschte Neigung des Abschnittes P2-P3 erreicht wird;

in 2) Darüber hinaus müssen die Unterschiede DxB-DxM und DyB-DyM (wobei DxM und DyM maximale Geschwindigkeiten bezogen auf das Vorhergesagte sind) nicht über die vorher festgelegten positiven Werte gleich den Bruchtei-

r> len von DxM bzw. DyM ausgedehnt sein. Genauer gesagt, ideal ist es, die Geschwindigkeitsabweichung für den Durchgang durch den Stop P 2 sehr klein zu machen gegenüber der größeren Geschwindigkeit längs der Achse.

•»o Die verschiedenen Phasen bei der Berechnung der Inkremente Dxßund DyBsind folgende:
Wenn vom Streifen die abgelesene maximale Geschwindigkeit DxM und DyM ist und ebenso vorsorglich die Werte 1/128 DxM und 1/128 DyM im Register G bezogen auf die X- und y-Achse aufgezeichnet sind, wird in bekannter Weise der tatsächliche Eintritt um eine Stelle verschoben durch log₂128 = 7 Stellen.

jo Anfangs wird der auf den Punkt P3 bezogene Datenblock abgelesen. Insbesondere werden die abgelesenen Koordinaten χ 3 und y3 auf diese Weise in die Stellen DE 33 bis DESb des Registers M bezogen auf die X- bzw. y-Achse gespeichert und ebenso in die Stellen DEOl bis DE24 des Registers ^bezogen auf die X bzw. y-Achse.

Auf der Grundlage des eben Dargestellten wird es klar, daß der Eingang der Stellen £>£"33 bis DE56 der Aufbewahrung der originalen Zahlengrößen entspricht, während der ausgeführte Eingang in die Stellen DEQl bis DE2A dem Eingang des Registers N entspricht mit den Werten Hx3 bzw. Hy3, worin //=2-^ ist

Daraus ergibt sich, daß bei der Bildung der Differenzen Hx3—Hx2 und Hy3—Hy2 das Resultat

F5 hx+ und hy+ in das Register //eingegeben wird bezogen auf die X-bzw. y-Achse.

Danach werden die Inhalte hx+ und hy+ des Registers H im Register zur am meisten gültigen Stelle

verschoben, dabei nacheinander mit 2 multipliziert, bis das nachstehende Ergebnis erreicht ist:

DxM > hx' > ^₅₆ DxM (12)

131

wobei das Verschieben aufhört, sobald eine der Bedingungen (12) und (13) erreicht ist. Der auf diese Weise erlangte Wert von hx⁺ und hy⁺ wird hxi bzw. hyi benannt. Anschließend werden hxi und hyi wiederholt zusammenaddiert, bis eine der Bedingungen

DxM < .S/i.v/

DvA/

.SVn/

(14)

(15)

zwischen den auf diese Weise zusammengefaßten Summen S/w/und Shyiund den maximalen Inkrementen DxMund DyMerreicht ist.

Für den Zweck der Beschleunigung wird für die Summierung der Werte Shxi und Shyi anstelle der wiederholten Addition von hxi und hyi mit sich selbst das folgende Verfahren angenommen:

Erstens werden die Summen hxi + 128 Λα·;'und hyi + 128 hyi gebildet.

Wenn eine der Bedingungen (14) und (15) erreicht ist, wird die Summierung verblockt. Andererseits wird durch das Verfahren die Menge (16 hxi) wiederholt zur Sur.'me (hxi + 128 hxi) addiert und zur selben Zeit die Me· ige (16 hyi) wiederholt zur Summe (hyi + 128 hyi), bis eine der Bedingungen (14) und (15) erreicht ist, wo lach die Summierung verblockt ist, oder bis die zusammengefaßte Summe bezogen auf die X-Achse sich auf DxM- 16 hxi erstreckt oder bis die zusammengefaßte Summe bezogen auf die K-Achse sich auf DyM-16 hyi erstreckt. Wenn eine der letzten beiden Bedingungen erreicht wird, erfolgt eine Summation durch wiederholtes Addieren mit 2 hxi bzw. 2 hyi, bis schließlich eine der Bedingungen (14) oder (15) vorliegt.

Das Ergebnis des Vorhergehenden ist darin zu sehen, daß, sobald für die Achse unter den vorgenannten Bedingungen das Verblocken der Summierung erreicht wurde, die Endsumme von DxM oder DyM mit einem Wert zwischen 1/64 und 1/128 von DxM oder DyM differiert.

Für die andere Achse ist andererseits die Abweichung zwischen der Sumir.ation und der relativen maximalen Geschwindigkeit im allgemeinen größer.

Die in dieser Weise zusammengefaßten Endsummen für die beiden Achsen Xuna Wegen die Stellungsinkremente DxB und DyB in der Anwendung im Abschnitt P3-P2 fest So wie die Stellungsinkremente 3it für Bit summiert werden, wird während der Interpolation die augenblickliche Geschwindigkeit des beweglichen Teils bestimmt und es leuchtet durch das Vorhergesagte ein, daß während des Durchgangs durch den programmbedingten Stop P 2 die Geschwindigkeit längs der Achse nicht wesentlich unstetig ist während längs der anderen Achse die Geschwindigkeitsabweichung stets größer als die größte Änderung der Neigung zwischen dem Abschnitt PX-P2 und dem Abschnitt P2-P3 ist In

anderen Worten, die Kontinuität der Bewegung durch den Stop P2 ist stets größer als die kleinste Änderung in der Neigung der Wegstrecke.

Es ist weiterhin klar, daß bei gleichen maximal erlaubten Geschwindigkeitsabweichungen auf jeder Achse die Geschwindigkeiten DxMund CyKlund danit die Geschwindigkeit des beweglichen Teils immer größer gewählt werden kann als die kleinste Abweichung in der Neigung der Wegstrecke.

Aus dem Vorhergesagten ergibt sich außerdem, daß für die Berechnung der Inkremente, die während des Durchlaufs von P\-P2durchgeführt wird.es notwendig ist, verfügbare Koordinaten bezogen auf den Punkt P3 zu haben, nämlich zum Zweck des Festlegens der Steigung für den Abschnitt P2-P3. Dafür ist weiterhin erforderlich, daß im Speicher des Interpolators Register C, H, M, N verfügbar sind, die Daten für den kommenden Abschnitt P3-P2 enthalten, während der Interpolator selbst in Echtzeit die Positionierung längs des gegenwärtigen Abschnitts P2-PX regelt.

Es ist auch verständlich, daß die Zeit für das Ablesen einer Koordinate vom Band plus der Zeit für die Berechnung der Inkremente DxB, DyB\m Vergleich zur Durchlaufzeit längs des in der Wirklichkeit kürzesten Abschnittes klein ist.

Wie bereits erwähnt wurde, wird der letztere Teil des Abschnittes P2-PX mit konstanter Geschwindigkeit durchlaufen. Wie schon beschrieben, wird dies insoweit erreicht, als der Interpolator in Echtzeit wiederholt die Stellungsinkremente von DxnM und DynM für die beiden Achsen X und Y summiert, wobei DxnM und DynM die im ersten Teil der Beschreibung betrachteten Werte sind.

Die Summierung dieser konstanten Inkremente mit entsprechender konstanter Geschwindigkeit längs des Abschnittes PX-P2, bestimmt durch das Vorliegen der Bedingung KDxnM> x2 — xn oder der Bedingung KDynM>y2—yn, in welchen in einer vorgegebenen Form K= 1 ist und xn und yn die gegenwärtigen Koordinaten des beweglichen Teils sind, wird durch den Interpolator ausgeführt. In anderen Worten, der Durchlauf mit konstanter Geschwindigkeit längs des Abschnittes P X-P2 endet bei einem Punkt />2'(Fig. 1), der vor P2 liegt, entsprechend einem Atr.and von diesem von weniger als KDxnM längs der X-Achse und weniger als KDynM\zngs der K-Achse.

Bei Eintreten der endenden Bedingung für die konstante Geschwindigkeitsphase (Punkt P2') wird die Übertragung der Koordinaten χ 2 und y 2 vom Register D zum Register L ausgelöst (das letztere speist den Servomechanismus), wobei die Koordinaten des Punktes P2' erlangt werden, und es werden weiterhin die Koordinaten χ 3 und y3 vom Register M zum Register D an die Stelle der Koordinaten χ 2 und y 2 übertragen, ebenso wie die Inkremente DxB υηά DyB vom Register H zum Register / an die Stelle der alten auf den Abschnitt PX-P2 bezogenen Inkremente übertragen werden.

Die Summierung der Stellungsinkremente im Interpolator erfolgt augenblicklich immer wieder beginnend, insbesondere beginnend von dem Augenblick an, bei dem die Summierung durch wiederholte Addition der neuen konstanten Inkremiente DxB und DyB bei jedem Interpolatorumlauf für die Koordinaten χ 2 und y2 anfängt, die durch die Summierung in den Registern bestimmt werden.

Da, bevor der Interpolator im Hinblick auf den Durchlauf des Abschnittes P2-P3 anfängt die Koordi-

bestimmten Abschnitt abgeschlossen ist, die Register so Koordinaten von programmbedingten Stops Pi, P2, ausgebildet, daß sie die Ergebnisse so lange halten, bis P3, P4 usw. bestimmt ist. das Ende des Durchlaufs längs des vorhergehenden 15

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   1, Positionierungseinrichtung für einen beweglichen Feil einer Arbeitsmaschine, insbesondere Werkzeugmaschine, längs einer cder mehrerer Achsen, die von einer diskontinuierliche Positionierungsbefehle liefernden Programmeinheit gespeist wird und einen Interpolator aufweist, der in aufeinanderfolgenden Interpolationszyklen Positionierungsinkremente errechnet, für jede der Achsen einen die Positionierung des beweglichen Teils durchführenden Servomechanismus speist und einen Speicher sowie eine von der Programmeinheit gespeiste, mit dem Speicher verbundene arithmetisehe Einheit enthält, bei welcher der Interpolator ferner ein Register in dem Speicher zum Speichern der Koordinaten-Differenzen des von der Programmeinheit hinsichtlich seiner Koordinaten gelieferten Zielpunkts und Ausgangspunkts enthält, ferner eine Verschiebeeinrichtung zum Verschieben der Koordinaten-Differenzen in dem Register zur Bestimmung von den Koordinaten-Differenzen proportionalen Positionierinkrementen für jede Achse in der Weise, daß der bewegliche Teil sich längs einer geraden Linie zwischen den beiden Punkten verschiebt, sowie logische Vergleichskreise zum Vergleich vorbestimmter, von der Programmeinheit gelieferter Daten für die maximale Geschwindigkeit und für die Koordinaten des Ankunftspunkts mit der Ist-Geschwindigkeit und Stellung det beweglichen Teils zwecks Modulation der Geschwindigkeit des beweglichen Teils gemäß einer vorgegebenen Bewegungsablaufvorschrift und einem logischen Schaltkreis, dr-r auf die logischen Vergleichskreise anspricht, indem er die arithmetische Einheit zur Ansammlung der Positionierinkremente für jede Achse in einem anderen Register des Speichers zusätzlich zu den Ist-Koordinaten des beweglichen Teils einstellt, nach Patent 15 63 596, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolator eine erste Einrichtung (M, N) enthält, die während der Interpolation eines ersten Segment (Pi-Pl) zum Vorberechnen der Interpolationsinkremente des beweglichen Teils entlang einem zweiten Segment (P3-P2) und zum zeitweiligen Speichern der Inkremente arbeitet, bis diese dem Servo-System zugeführt sind, um das bewegliche Teil über den Anfangsteil des zweiten Segments (P2-P3) der Wegstrecke zu steuern, und eine zweite Einrichtung (G, fy enthält, die veranlaßt, daß sowohl der abschließende Teil des ersten Segments (P \- P2) der Wegstrecke als auch der Anfangsteil des zweiten Segments (P2-P3) durch das bewegliche Teil mit konstanter Geschwindigkeit und mit einer wesentlichen Geschwindigkeitskontinuität durchlaufen wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolator durch Berechnung der Stellungsinkremente für die verschiedenen Achsen die Vorberechnung durchführt, die im nächsten Abschnitt angewendet wird, dessen Verhältnisse zu jedem anderen Abschnitt dieselben sind wie die Verhältnisse der Differenzen in jedem anderen längs der verschiedenen Achsen zwischen den Koordinaten am Ende des einen Abschnittes und den Koordinaten am Ende des nächsten Abschnittes, und daß die Stellungsinkremente in Übereinstimmung mit der Vorgabe so groß ausgelegt werden, daß

   keines ein vorbestimmtes maximales Inkrement für die entsprechende Achse überschreitet,
3. 3, Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolator die Summierung der auf einen Abschnitt bezogenen Stellungsinkremente aufgibt, wenn das bewegliche Teil längs irgendeiner von den Achsen vom programmbedingten Stop sich entfernt und dafür die vorberechneten Stellungsinkremente für den nächsten Abschnitt summiert, wobei ein geringerer als ein vom gleichen Verhältnis begrenzter Abstand mit dem konstanten summierten Stellungsinkrement wenigstens im letzten Teil des einen Abschnittes durchlaufen wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolator bei Größenänderung der summierten Stellungsinkremente die programmierten Koordinaten des Stops am Ende eines Abschnittes ergänzend den tatsächlich in Ecirt-Zeit berechneten Koordinaten hinzufügt.