DE1638032C3 - Numerisch arbeitende Programmsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine numerisch arbeitende Programmsteuerung zum Positionieren eines angetriebenen Maschinenteils gegenüber einem Bezugsteil, mit einer einen Rechner enthaltenden Wegregelung, und mit einer Einrichtung zur Berücksichtigung von den zu erreichenden Stellungen eigenen, auf Grund mechanischer Ungcnauigkeilen der Stellorgane des angetriebenen Maschinenteils bedingten Korrekturwerten, welche Einrichtung dem Rechner die Korrekturwerte zur entsprechenden Korrektur der Befehle der Programmsteuerung zur Verfügung stellt, welcher Rechner eine Bewegung des Maschinenteils entsprechend den derart korrigierten Befehlen der Programmsteuerung zu verschiedenen Stellen des Verstellbereiches veranlaßt.

Es sind bereits numerisch arbeitende Programmsteuerungen dieser Art bekannt (DT-AS 1 138 848), die über ein stellungsabhängige, mechanische, dem zu verstellenden Maschinenteil eigene Ungenauigkeiten erfassendes Korrektlirsystem verfügen, welches den jeweils zu erreichenden Sieiien zugehörige Korrekiurwerte fallweise ermittelt und zur entsprechenden Korrektur der Zahlenwerte der Ausgangsbefehle des Rechners benutzt, wobei diese Korrekturwerte vorübergehend zwecks entsprechender Datenverarbeitung gespeichert werden. Bei diesen bekannten numerisch arbeitenden Programmsteuerungen lassen sich die Korrekturwerte stets nur in Abhängigkeit von der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine ermitteln, d. h„ diese muß, wenn eine besonders genaue Ermittlung dieser Werte wichtig ist, verhältnismäßig niedrig gewählt v/erden, um entsprechend genaue Messungen durchführbar zu machen.

Bekannt ist auch (S. Lüder: »Die numerische

ίο Steuerung von Werkzeugmaschinen«, 1962, S. 22, 2i. insbesondere Bild 37, Teil »m«), bei numerisch arbeitenden Programmsteuerungen dem Rechner vorher fest eingestellte Korrekturdaten (/.. B. für eine Werkzeugabnut/.ung) zusätzlich zu den Programmen einzugeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst wcilgehende und genaue Kompensation der dem zu verstellenden Maschinenteil eigenen, stellungsabhängigen, mechanischen Ungenauigkeiten völlig unabhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine zu ermöglichen bzw. mit anderen Worten die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine unabhängig von der Dauer der zur Ermittlung der erwähnten Ungenauigkeiten durchzuführenden Meßvorgänge zu machen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer numensch arbeitenden Programmsteuerung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Berücksichtigung der Korrekturwerte aus einer mit dem Rechner verbundenen, elektronischen Speichervorrichtung besteht, in der eine den verschiedenen zu erreichenden Stellungen des Maschinenteils zugeordnete, ein für allemal vorab durch eine besondere Messung ermittelte Korrekturwerte enthaltende Tabelle gespeichert ist, und daß der Rechner derart programmiert ist, daß er aus der elektronischen Speichervorrichtung die Korrekturwerte zu den verschiedenen Stellungen jeweils zur entsprechenden Korrektur der Befehle der Programmsteuerung entnimmt.

Auf diese Weise wird es möglich, die Korrekturwerte vorab unabhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine unter ausreichendem Zeitaufwand für die Durchführung äußerst genauer Messungen zu ermitteln, so daß beim Betrieb der Maschine anstatt der nur unter entsprechendem, die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine beeinträchtigendem Zeitaufwand möglichen Erregungszusland jeweils neuer Messungen die gespeicherten Korrekturwerte sehr schnell stellenweise aus dem Speicher abgefragt werden können.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist gemäß den Merkmalen des obigen Anspruches 2 ausgebildet.

Die Zeichnung zeigt für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Blockschaltbild einer numerisch arbeitenden Steuervorrichtung bei ihrer besonderen Anwendung auf einen Koordinatenschreiber. Die dargestellte Steuervorrichtung besteht aus einer Eingangsvorrichtung 10, einem Digitalrechner 12 und einem insgesamt mit 14 bezeichneten Koordinatenschreiber. Der Koordinatenschreiber 14 besteht aus einem angetriebenen Maschinenteil 16, beispielsweise einem Schreibstifthalter, einem Druckkopf od. dgl., das sich über einem Bezugsteil, welches aus einem an dem Gestell des Koordinatenschreibers befestigten Papierbogen 18 od. dgl. besteht, zu einer beliebigen Stelle bewegen läßt. Die Positionierung des angetriebener! Maschinenteils 16 gegen-

(>5 über dem Papierbogen 18 erfolgt auf einer als Λ'-Achse bezeichneten Achse mit Hilfe einer Leitspindel 20. Die Leitspindel 20 wird ihrerseits von einem Halter 22 getragen, der gegenüber dem Papierbogen 18 mit Hilfe

einer weiteren Leitspindel 24 entlang einer als V-Achse bezeichneten, anderen Achse positioniert ist. Die Leitspindel 20 wild mit Hilfe eines ihr zugeordneten Motors 26 angetrieben, wahrend die Leitspindel 24 mit Hilfe eines ihr zugeordneten Motors 28 angetrieben wird, leder der Moloren 26 und 28 kann aus einen: Einzclmolor oder einer Motorengruppe bestehen, die zu ihrem Antrieb in geeigneter Weise ang.-schlossen sind, leder der Motoren 26 und 28 ist vorzugsweise ein Schritt!:-'haltmoior, dessen Stromversorgung durch eine zugeordnete Motorsteuerung JO bis 32 gesteuert wird. Die Leitspindel 20 ist antriebsmäßig mit einem Codierer 27 verbunden, der über die Leitung 31 dem Rechner 12 Signale zuführt, die die durch die Winkelstellung der Leitspindel 20 bedingte Stellung des Teiles :s 16 auf der X-Achse darstellen. Entsprechend ist an die Leitspindel 24 antriebsmäßig ein Codierer 29 angeschlossen, der dem Rechner 12 über die Leitung 33 Signale zufuhr!, die die durch die Winkelstellung dec Leitspindel 24 bedingte Stellung des Teiles 16 auf der V-Achse darstellen.

Die Eingangsvorrichtung 10 kann die verschiedensten Formen haben und beispielsweise ein Lochsireifenabtaster, Magnetbandlesekopf oder eine laufend Daten erzeugende Vorrichtung sein. In jedem Falle dient sie zum Beliefern des Rechners 12 mil Eingangsbefehlen in Form programmgemäß codierter Zahlen, die Stellungen darstellen, in die das angetriebene Teil 16 gebracht werden soll. Ein V-Eingangsbefchl, der die Stellung darstellt, in die das Teil entlang der V-Achse bewegt werden soll, wird über die Leitung 34 zugeführt, während ein X-Eingangsbefchl, der die Stellung darstellt, in die das Teil entlang der X-Achse bewegt werden soll, über die Leitung 36 zugeführt wird. Der Rechner 12 bewirkt seinerseits das Umwandeln der über die 3; Leitungen 34 und 36 zugeführten Eingangsbefehle in auf den Motorantrieb 32 bzw. 30 übertragene Ausgangsbefehle, von welchen der Ausgangsbefehl für den V-Achsen-Motorantrieb 32 über die Leitung 38 und der Ausgangsbefehl für den X-Achsen-Motorantrieb 30 über die Leitung 40 zugeführt wird. Sofern die Motoren 26 und 28 Sehrittschaltmotoren sind, bestehen die über jede der Leitungen 38 und 40 zugeführten Befehle aus elektrischen Impulsen, die je eine Veränderung im Erregungszustand des zugeordneten Schrittschaltmotors und einen Bewegurigsbruchteil des angetriebenen Teiles 16 entlang der zugeordneten Achse wiedergeben.

Dem Rechner 12 ist eine elektronische Speichervorrichtung 42 zugeordnet, in der eine Tabelle von Korrekturwerten gegenüber Stellungen des beweglichen Teiles oder Bezugsstellungen gespeichert ist. Diese Korrekturwerte stehen zu den Beträgen in Beziehung, um die die Stellung des angetriebenen Teiles an jeder Bezugsstelle korrigiert werden muß, um zu bewirken, daß die betreffende Stellung mit der befohlenen Soll-Stellung zusammenfällt oder zumindest näher an sie herangebracht wird, als wenn der Rechner ohne Auswertung dieser Korrekturwerte betrieben wird. Der Rechner 12 ist seinerseits so programmiert, daß er aus der Speichervorrichtung 42 entsprechend ihrer Stel- <ό lung Korrekturwerte abfragt und sie verwendet, um die an den Leitungen 38 und 40 auftretenden Ausgangsbefehle in der Weise zu korrigieren, daß der sonst beim Positionieren des angetriebenen Teiles 16 auftretende, lagebedingte, mechanische Fehler verringert wird. ^(l>

Die in die Speichervorrichtung 42 eingespeicherte Tabelle von Korrckturwerten gegenüber der jeweiligen Bezugsstellung läßt sich mittels Verwendung ge-

T/

natier MeUvorrichiungen erstellen, wie beispielsweise eines Laser-Interferometers zum Ermitteln der Isi-Siellimg des angetriebenen Teiles gegenüber dem Papierbogen 18 oder einem sonstigen Bezugsteil. Das angetriebene Maschinenteil wird mit Hilfe von durch die Eingangsvorriehiung 10 zugeführten Eingangsbefehlen über eine Anzahl von aber sein Bewegungsfeld verstreuten Bezugssiellungen gesteuert. Beim Erreichen jeder angenommenen Bezugsstellung durch das angetriebene Teil wird seine Ist-Stellung gemessen und mit der befohlenen Soll-Stellung verglichen, um den Korrekiurwert oder die Korrekturwerte für diese Be/.ugsstellung zu erhalten. Indem das angetriebene Teil durch ein NiMZ von über den gesamten Bereich des Bezugsteiles i8 verstreuten Stellungen geführt wird, lassen sich auf einer Zweiachsenbasis Fehlerwene ermitteln, wobei jedem Bezugspunkt ein λ'-Fchlerweii und ein V- Fehlerwert zugeordnet ist. Daraus wird eine Fehlerüibclle erstellt, die eigentlich eine Schar von Korreklurkurven darstellt, wobei die jedem Bezugspunkt zugeordneten Fehlerwene von der Stellung des angetriebenen Teiles 16 auf seinen beiden Verstellungsachsen abhängig oder eine Funktion von ihr sind.

Die in der Speichervorrichtung 42 enthaltene Korrekturtabelle läßt sich unter Computerprogrammsteuerung automatisch erstellen, indem Eingänge zum Rechner aus der Meßeinrichtung benutzt werden, um die 1 rj«.-Ste! 1 uηg des angetriebenen Teiles zu ermitteln, und diese Eingänge mit den befohlenen Soll-Stellungen aus der Eingangsvorrichtung verglichen werden, um die Fehlerwerte zu ermitteln, die dann automatisch in die Speichervorrichtung 42 übertragen werden. Sofern die Anzahl der Bezugspunkte nicht zu groß ist, läßt sich die Tabelle auch von Hand (d. h. ohne Zuhilfenahme automatischer Mittel) erstellen. Für eine Vorrichtung mit zwei Achsen, beispielsweise für den Koordinatenschreiber 14, wird vorzugsweise ein Gitter oder Netz aus Bezugspunkten bei gleichbleibenden Abständen an jeder Achse erstellt. Beispielsweise würde ein Gitter oder Netz aus auf der X- und der V-Achse 25,4 mm voneinander getrennt angeordneten Linien bei einer Fläche von 254 χ 254 mm einhundert Schnittpunkte aufweisen. Eine Korrekturwerttabelle für diese Flächengröße und diesen Zwischenabsiand (der einzelnen Linien bzw. Bezugspunkte) läßt sich von Hand, d.h. ohne Zuhilfenahme automatischer Mittel, errechnen, jedoch wird für größere Flächen und/oder kleinere Zwischenräume die Anzahl der Schnittpunkte ziemlich groß, so daß in diesem Falle die Erstellung der Korrekturiabelle mit Hilfe automatischer Mittel zu bevorzugen sein wird.

Als eine andere Möglichkeit zum Erstellen einer auf einem Netz aus über den gesamten Bereich des Bewegungsfeldes des angetriebenen Teiles verstreuten Bezugspunkten basierten Korrekturwerttabelle läßt sich diese in vielen Fällen vereinfachen und auf Fehlerwerten aufbauen, die man erhält, indem man an einer Anzahl von entlang jeder Achse auf einer einzigen Linie voneinander getrennten Bezugspunkten Fehlerablesungen vornimmt. Diese mögliche andere Technik ist auf Positioniervorrichtungen, beispielsweise auf viele Koordinatenschreiber, anwendbar, bei welchen man zum Bewirken und Steuern des Positionierens des angetriebenen Teiles Führungsbahnen und Leitspindeln verwendet. Diese Vorrichtungen weisen charakteristisch auf jeder Achse wicderliolbarc, stcüungsbedingte Positionicrfehler auf, von welchen ein großer Teil auf die wiederholbaren Nichtlinearitäten der Leitspindeln und der Führungsbahnen beruht. Diese auf den Unge-

nauigkciten der Lcitspindcln und der Führungsbuhnen beruhenden wiederholbaren Nichllincariläten sind ihrerseits von der Stellung des angetriebenen Maschinenteiles in bezug auf die andere Achse nicht abhängig, so daß für jede Achse nur eine Gruppe von Fehlerablesungen entlang der Achse vorgenommen werden muß. Bei der vorstehend erörterten 254 χ 254 mm großen Fläche mit Zwischenräumen von 25,4 mm zwischen den einzelnen Bezugspunkten wird durch diese Verfahrensweise die Anzahl der Bezugspunkte auf zehn Bezugspunkte entlang einer und zehn Bezugspunkte entiang der anderen Achse, also auf insgesamt zwanzig Bezugspunkte verringert. Diese Verfahrensweise verringert somit die Anzahl der erforderlichen Messungen erheblich, verringert die zum Erstellen der Fehlertabellc erforderliche Zeit und Arbeit, verringert das Ausmaß der für die Speichervorrichtung 42 erforderlichen Speicherkapazität und verkürzt die Errechnungszeit und vermindert die Komplexität des Computerprogramms.

Beim Betrieb der in der Zeichnung dargestellten, numerisch arbeitenden Steuervorrichtung kann der Rechner 12 bei Verwendung der in der Speichervorrichtung 42 gespeicherten Korrekturwertlabelle zur Ausnutzung der Fehlerwertc auf unterschiedliche Weise programmiert werden. Gemäß einem Betriebsverfahren kann der Rechner 12 so programmiert werden, daß er beim Durchlauf des angetriebenen Teiles 16 durch gegebene Bezugspunkte schrittweise, d. h. einzelne voneinander getrennte, Korrekturen vornimmt. Das heißt, daß beim Durchlauf des angetriebenen Teiles durch einen Bezugspunkt eine mit dem in der Speichervorrichtung 42 für diesen Bezugspunkt gespeicherten Fehlerwert übereinstimmende Korrektur vorgenommen wird, wobei das gesamte Ausmaß der Korrektur auf einmal erfolgt. Als Alternative dazu kann der Rechner so programmiert werden, daß die für jede beliebige Stellung des angetriebenen Teiles 16 erforderliche Fehlerkorrektur aus den benachbarten Bezugspunkten zugeordneten Fchlcrwerten interpoliert und beim Verstellen des angetriebenen Teiles zwischen bestimmten Bezugspunkten Fehlerkorrekturen in Übereinstimmung mit diesen interpolierten Werten fortschreitend oder proportional vorgenommen werden.
Sofern die Antriebsmotoren der Positioniervorrichlung Schrittschaltniotoren sind, bestehen die an der Leitungen 38 und 40 auftretenden, aus dem Rechnet kommenden Ausgangsbcfehle aus elektrischen Impulsen, wobei die durch den Rechner mittels Verwendung der Fchlertabelle durchgeführten Korrekturen im wc·

ίο sentlichcn aus Addier- oder Subtraktionsimpulsen füt sonst an den Leitungen 38 und 40 auftretende Impulsreihen bestehen. Sofern der Rechner so programmier! ist. daß er schrittweise, d. h. einzelne voneinander getrennte, Korrekturen vornimmt, wird beim Erreichter

ι.s jeder Bczugsslellung durch das angetriebene Teil eine Anzahl von zu der Größe des Korrekturwertes in Be ziehung stehenden Impulsen den Leitungen 38 und 4C zugeführt bzw. aus ihnen subtrahiert. Sofern der Rech ner so programmiert ist, daß er die Korrektur interpo licrt. werden den Leitungen 38 und 40 Impulse propor tional im Wege der Addition oder der Subtraktion zu geführt. Das heifit. daß der Raum zwischen zwei Bc zugspunkten an der betreffenden Achse in Bruchteile aufgeteilt wird, deren Anzahl von den Fchlcrwerten ar den Bezugspunkten abhängig ist, wobei, wenn das an getriebene Teil das Ende eines jeden Bruchteils er reicht, ein Impuls zuaddiert oder subtrahiert wird.

Es leuchtet ein, daß insbesondere die für die Positio nicr- bzw. Einstellvorrichtung verwendeten Antriebsmotoren, beispielsweise die Motoren 26 und 28, keine Schrittschaltmotorcn zu sein brauchen, sondern Servo motoren sein könnten. In diesem Falle können die der Motorsteuerungen 32 und 30 über die Leitungen 38 unc 40 zugeführten korrigierten Ausgangsbefchlc Digital

.15 befehle sein, die im wesentlichen denjenigen entsprechen, die dem Rechner 12 mit Hilfe der Eingangsvor richtung 10 über die Leitungen 34 und 36 zugcführ werden, jedoch mit Hilfe des Rechners 12 unter Benut zung der Korrckturwerttabcllc in der Spcichcrvorrich tung 42 korrigiert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Palentansprüche:

1. Numerisch arbeitende Programmsteuerung zum Positionieren eines angetriebenen Maschinenteils gegenüber einem Be/ugsteil, mit einer einen Rechner enthaltenden Wcgregeliing und mit einer Einrichtung zur Berücksichtigung von den zu erreichenden Stellungen eigenen, auf Grund mechanischer Ungenauigkeitcn der Stellorgane ties angetriebenen Maschinenteils bedingten Korrekturwerten, welche Einrichtung dem Rechner die Korrekturwerte zur entsprechenden Korrektur der Befehle der Programmsteuerung zur Verfügung stellt, welcher Rechner eine Bewegung des Maschinenteils entsprechend den derart korrigierten Befehlen der Programmsteuerung zu verschiedenen Stellen des Versiellbereicbes veranlaßt, dadurch gekennz e i c h η e t, daß die Einrichtung zur Berücksichtigung der Korrekturwerte aus einer mit dem Rechner (12) verbundenen, elektronischen Speichervorrichtung (42) besteht, in der eine den verschiedenen zu erreichenden Stellungen des Maschinenteils (16) zugeordnete, ein für allemal vorab durch eine besondere Messung ermittelte Korrekturwerte enthaltende Tabelle gespeichert ist, und daß der Rechner (12) derart programmiert ist, daß er aus der elektronischen Speichervorrichtung (42) die Korrekturwerte zu den verschiedenen Stellungen jeweils zur entsprechenden Korrektur der Befehle der Programmsteuerung entnimmt.

2. Numerisch arbeitende Programmsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (12) so programmiert ist, daß bei solchen Stellungen des Maschinenteils (16), denen kein Korrekturwert eindeutig zugeordnet ist, der für den Befehl der Programmsteuerung erforderliche Korrekturwert aus den für benachbarte Bezugsstellungen in der Tabelle enthaltenen Korrekturwerten interpoliert wird.