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Anordnung zur Stellungsregelung von Arbeitsmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anordnung zur Stellungsregelung von Arbeitsmaschinen durch
Wegvergleich, insbesondere für Werkzeugmaschinensteuerungen, unter Verwendung je
eines mehrstelligen Geber-Empfänger-Systems zur Vorgabe und zur Rückmeldung der
Stellung des bewegten Maschinenteiles sowie einer Einrichtung zum Stellungsvergleich
der jeweiligen Geber und Empfänger, wobei die einzelnen Geber- bzw. Empfängerwellen
untereinander über Untersetzungsgetriebe in Verbindung stehen und die Geberwellen
zwecks Stellungseingabe über ein Wählersystem einstellbar sind. Derartige Anordnungen
werden besonders bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen verwendet.
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Fig. 1 zeigt im Blockdiagramm ein Beispiel einer derartigen Anordnung,
wobei für die Stellungsvorgabe und Stellungsrückmeldung induktive Geber- und Empfängersysteme
verwendet sind. Hierin ist mit PC eine Gebereinheit zur Stellungsvorgabe und mit
PD eine Empfängereinheit zur Stellungsrückmeldung des Maschinenteiles bezeichnet.
Die erstere enthält fünf Geber SCX 1 bis SCX 5, denen die numerischen
Informationen mittels eines Motors M über Geberwellen AC 1 bis AC
5 und Differentialgetriebe D 1 bis D 5
eingegeben
werden, während die letztere fünf Empfänger SCT 1 bis SCT 5 enthält,
welche mit einer Empfängerwelle AD 1 über Untersetzungsgetriebe G 1 bis G
8 gekuppelt sind.
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Bei dieser bekannten Steuereinrichtung werden die numerischen Informationen
auf die Stellungsgeber SCX 1 bis SCX 5 gegeben, während die Stellung
des bewegten Maschinenteiles durch eine Zahnstange L und Ritzel Go erfaßt und auf
die Stellungsempfänger SCT 1 bis SCT 5 übertragen wird. Die resultierende
Differenz der am Ausgang von Gebern und Empfängern liegenden Spannungen wird zur
Stellungsregelung des bewegten Maschinenteiles verwendet.
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Die fünf Stellungsgeber SCX 1 bis SCX 5 können durch
Zwischenschaltung von Kegelgetrieben B 1 bis B 5 sowohl von den Wellen A
C 1 bis AC 5 als auch von Differentialgetrieben D 1 bis
D 5 zur Stellungseingabe betätigt werden. Die Wellen AC
1 bis AC 5
sind untereinander über Getriebe mit einem übersetzungsverhältnis
von 1:10 verbunden. In derselben Weise sind die Empfängerwellen AD 1 bis
AD 5 entsprechend den fünf Empfängern SCT 1 bis SCT 5 für die
Stellungsrückmeldung untereinander über Getriebe G1 bis G8 mit einem übersetzungsverhältnis
von 1:10 verbunden. Durch die Kombination der fünf Geber- bzw. Empfängereinheiten
in dieser Art ist die Möglichkeit gegeben, eine hohe Genauigkeit der Stellungsregelung
zu erzielen. Bei diesen bekannten Systemen sind also Differentialgetriebe unentbehrlich.
Solche Differentialgetriebe sind gewöhnlich sehr kompliziert, teuer und schwierig
einzustellen. Bei einer bekannten Anordnung erfolgt die Einstellung der Geberwellen
von einem Wählersystem aus über ein Nachlaufsystem, das über Stellmotoren die Geberwellen
der Differentialgetriebe steuert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen,
bei der die Informationseingabe auf einfache Weise vorgenommen werden kann und die
keine Differentialgetriebe mehr benötigt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß in
der über Untersetzungsgetriebe geführten Verbindung zwischen den einzelnen Geber-
und Empfängerwellen eine Kupplung angeordnet ist, die jeweils dann eingeschaltet
wird, wenn die Programmierung der Geberwelle des nächsthöheren Stellenwertes beendet
ist. Die Programmierung der einzelnen Geberwellen durch das Wählersystem erfolgt
über ein jeder Geberwelle zugeordnetes Kontaktscheibensystem, dessen einer Teil
mit der jeweiligen Geberwelle und dessen anderer Teil über das Untersetzungsgetriebe
mit der Geberwelle des nächstniedrigeren Stellenwertes in Verbindung steht.
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Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird die Erfindung im einzelnen
näher erläutert.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des neuen
Systems mit fotoelektrischen Scheiben als Stellungsgeber und Stellungsempfänger.
Ferner zeigt Fig. 2 a eine Wählscheibe, Fig.2b die Beschaltung der Wählscheiben,
Fig. 2 c eine Rastscheibe und Fig. 3 eine fotoelektrische Geber-Empfänger-Einrichtung.
Letztere ist bereits Gegenstand eines älteren Vorschlages.
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In Fig. 2 sind mit Cd l bis Cd 3 fotoelektrische
Geber-Empfänger-Einrichtungen, S1 bis S3 Wählscheiben und I1 bis 13 Rastscheiben
bezeichnet. Die Geberwellen sind mit Ac 1 bis Ac 3 bezeichnet, auf
welchen Bürsten A, B befestigt sind, die mit den Wählscheiben S1 bis S3 in
Berührung stehen. Ferner sind auf den Wellen die Rastscheiben 11 bis 13 befestigt.
Sowohl die Wählscheiben S 1 bis S 3 als auch die Stifte P 1 bis P
3 und die Magnete M 1 bis M 3
werden von Gehäusen H 1 bis
H 3 getragen, welche auf den Rädern G 1-1, G 1-2, G 1-3 befestigt sind. Die
Drehung der Wellen Ac 1 und Ac 2 wird auf die Gehäuse H2 und H3 durch Getriebe G1-2
bis G1-9 mit einem Untersetzungsverhältnis von 1:100 übertragen. In gleicher Weise
werden die Stifte P 1 bis P 3 und Rastscheiben 11 bis 13 gedreht, wenn sie bei der
Erregung der Magnete M 1 bis M 3 miteinander in Eingriff kommen und somit die Geberwellen
Ac 1 bis Ac 3 mit den Gehäusen H 1 bis H 3 kuppeln. Die Empfängerwellen
Ad 1 bis Ad 3 sind dazu bestimmt, die Stellung der gesteuerten
Maschinen wiederzugeben, wobei die Wellen Ad l entsprechend der niedersten
numerischen Ordnungszahl über ein Differentialgetriebe D mit der Welle Ado
gekuppelt ist, welche ein Ritzel Go trägt, das mit einer Zahnstange L im
Eingriff steht. Die Drehung der Wellen Ad 1 und Ad 2
wird auf die Wellen
Ad2 bzw. Ad3 über Reduktionsgetriebe G 2-2 bis G 2-9 mit einem übersetzungsverhältnis
von 1:100 übertragen.
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In Fig. 3 ist die fotoelektrische Geber-Empfänger-Einrichtung im einzelnen
dargestellt. Fig. 3 a zeigt dessen Seitenansicht, Fig. 3 b eine Vorderansicht der
Stellungsgeberscheibe und Fig. 3 c die Vorderansicht einer die Stellung des Maschinenteiles
rückmeldenden Empfängerscheibe.
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Die fotoelektrischen Geber-Empfänger-Einheiten bestehen aus einer
Stellungsgeberscheibe CC, die direkt gekuppelt ist mit der Geberwelle Ac, einer
Stellungsempfängerscheibe DC, welche unmittelbar mit der Empfängerwelle Ad gekuppelt
ist, und einer fotoelektrischen Einrichtung. Letztere besteht aus einer Lampe Lp
und fotoelektrischen Elementen P, N und O, insbesondere Fototransistoren. Die Lampe
Lp ist zusammen mit den drei fotoelektrischen Elementen P, N und O auf der
Scheibe CC befestigt. Diese Scheibe hat drei öfnungen, Sp 1, Sn
1 und So 1, die den Fotoelementen P, N und O gegenüberliegen, während die
Scheibe DC zwei bogenförmige Schlitze Sp 2 und Sn 2 und eine Öffnung
So 2 aufweist. Wenn die Öffnungen So 1 und So 2 einander gegenüberliegen,
geht das Licht der Lampe Lp durch diese und fällt auf das Fotoelement O, welches
dann ein Nullsignal erzeugt und damit bestätigt, daß die gesteuerte Maschine in
die vorgegebene Position gelangt ist. Bei jeder anderen relativen Stellung der Scheiben
CC und CD fällt das Licht der Lampe Lp entweder auf das Fotoelement P oder auf das
Fotoelement N, je nachdem, ob das Licht durch die Öffnung Sp 1 und den Schlitz Sp
2 oder die öfnung Sn 1 und den Schlitz Sn 2 geht. Worauf P oder N
ein positives oder negatives Signal erzeugen. Durch diese Signale wird die Maschine
derart gesteuert, daß sich die Welle Ad und Scheibe DC so lange drehen, bis
die Öffnungen So 1
und So 2 übereinstimmen.
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Fig. 2 a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Wählscheibe. Wie aus
der Figur zu ersehen ist, hat die Wählscheibe S hundert Kontaktsegmente K 1 entsprechend
der ersten Ordnungszahl und zehn Kontaktsegmente K 2 entsprechend der zweiten Ordnungszahl.
Die zwei Segmentreihen K 1, K 2 werden durch Bürsten A und B abgetastet,
welche bei Drehung der Scheibe S entlang der kreisförmig angeordneten Segmente gleiten.
Wenn beispielsweise an das Segment 4 der Segmentreihe K1 und an das Segment 3 der
Segmentreihe K2 Spannung gelegt wird und die Scheibe S sich in Drehung befindet,
so erhalten die Bürsten A und B Signal, sobald sie in Berührung mit den besagten
Segmenten kommen. Die auf diese Weise aufgenommenen Signale kennzeichnen den Wert
34.
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In Fig. 2 c ist ein Ausführungsbeispiel der Rastscheibe-1 gezeigt.
Diese Scheibe ist im wesentlichen ein Zahnrad, die mit einhundert Zähnen ausgestattet
ist, welche in Eingriff mit einem Stift P treten können, welcher von einem Magnet
M gesteuert wird. Wenn der Magnet M in Funktion tritt, fängt der Stift Peinen Zahn
der Scheibe 1 und sperrt somit die Drehbewegung der Geberwelle AC. Ist hingegen
der Magnet M nicht erregt, so kann sich die Welle AC frei drehen.
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Der Magnet M wird von der Wählscheibe S mit Hilfe der
in Fig. 2 b dargestellten Schaltung gesteuert. Mit R ist eine numerische Informationseinrichtung
bezeichnet, die aus zwei Drehschaltern R 1 und R 2 besteht. S ist eine Wählscheibe
gemäß Fig. 2 a, Ra ein Relais, welches anspricht, wenn die Bürste A die vorgegebene
Position erreicht hat, und Rb ein Relais, welches anzeigt, ob die Bürste B die vorgegebene
Stellung erreicht hat. Wenn also beispielsweise die Arme A' und
B' der Drehschalter R 1 und R 2 auf die Kontakte 3 bzw. 4 eingestellt sind
und die Welle AC unter diesen Bedingungen gedreht wird, erhalten die Relais Ra und
Rb Befehl, sobald die Bürsten A und B
die Segmente 3 bzw. 4 berühren.
Die Relais Ra und Rb betätigen den Magnet M, welcher dann wieder den Stift P in
Eingriff mit einem Zahn der Rastscheibe 1 bringt und damit die Geberwelle AC sperrt.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Stellungsregeleinrichtung
ist wie folgt: Zuerst werden die numerischen Informationen in Form von sechs Zahlen
den Wählscheiben S 1 bis S 3 mit Hilfe der Einheiten gemäß Fig. 2b vorgegeben. Danach
werden die Wellen Ac 1 bis Ac 3 mit Hilfe des Motors M1 über die Getriebe
B 1 bis B 3 angetrieben. Hierdurch werden die Bürsten A und B entlang
der Kontaktreihen bewegt. Sobald die Bürsten die vorgewählten Kontakte berühren,
werden die Magnete M1 bis M3 in Tätigkeit gesetzt und die Stifte P 1 bis P 3 in
Eingriff mit den entsprechenden Rastscheiben 11 bis 13 gebracht, wodurch die Wellen
Ac 1 bis Ac 3 mit den Gehäusen H 1 bis H 3 gekuppelt
werden. Damit bei diesem Kuppelvorgang keine Blockierung der Getriebe eintreten
kann, sind Rutschkupplungen MA 1 bis MA 3 vorgesehen. Die Drehung
der Welle AG 1 bzw. Ac 2 wird auf das Gehäuse H 2
bzw. H3 und
damit auch auf die Wählscheibe S2 bzw. S3 übertragen, und zwar mit einem übersetzungsverhältnis
von 1:100. Demgemäß werden die Scheiben S2 und S3 zusätzlich mit einem Hundertstel
des Drehwinkels der Wellen Ac 1 bzw. Ac 2 gedreht.
Erst
dann sind alle Stellungsgeberscheiben CC entsprechend der vorgegebenen numerischen
Eingabe eingestellt. Mit dem Hebel T, welcher mit dem Zahnrad G 1-1 über das Zahnrad
G 1-0 und die Welle Ad 4
gekuppelt ist, können etwaige Steigungsfehler der
Zahnstange L mit Hilfe einer Steuerleiste P' korrigiert werden.