DE2847779A1

DE2847779A1 - Einrichtung zur positionserfassung bei numerisch gesteuerten werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2847779A1
Application number: DE19782847779
Authority: DE
Inventors: Josef Ing Grad Roehrle
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1978-11-03
Filing date: 1978-11-03
Publication date: 1980-05-08
Also published as: US4268786A; IN153405B; JPS5569809A; BR7907118A; DE2847779B2; DE2847779C3

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 P 3 2 22 BRD

Einrichtung zur Positionserfassung bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen
(Zusatz zur Patentanmeldung P 28 12 187.1 = VPA 78 P 3050)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Positionserfassung bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, bei denen mit dem zu bewegenden Maschinenteil ein Drehmelder oder dgl. gekuppelt ist, der primärseitig mit zwei um 90° gegeneinander elektrisch versetzten Spannungen gespeist ist, die mittels eines aus Teilerstufen aufgebauten, digitalen Sinus-Ksinus-Generators aus einer Taktfrequenz erzeugbar sind und bei der die Phasenlage der sekundärseitigen Spannung zur primärseitigen Spannung ein Maß für den Positionswert ist.

Um auf einfache Weise ein der Istlage des Drehmelders proportionales digitales Signal zu erzeugen, wird nach dem Hauptpatent (Anmeldung P 28 12 187.1) ein dem beim Nulldurchgang der sekundärseitigen Spannung vorliegenden Signalzustand des Sinus-Kosinus-Generators proportionaler Wert als Maß für die Istposition benutzt und zur Erfassung des Nulldurchganges ein an ein Filter an-

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geschlossener Komparator vorgesehen. Auf diese Weise erhält man praktisch ohne zusätzlichen Mehraufwand einen für die digitale Weiterverarbeitung im Rechner geeigneten Positionsistwert. Filter und Komparator haben - auch bei Einsatz sehr hochwertiger Filter einen gewissen thermischen Phasengang. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch Kompensation des Phasenganges die Meßgenauigkeit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Filter in festlegbaren Abständen auf eine aus der primärseitigen Spannung abgeleitete Spannung umschaltbar ist und eine Änderung des beim Nulldurchgang erfaßten Signalzustandes des Sinus-Kosinus-Generators bei aufeinanderfolgenden Umschaltungen zur Korrektur des für die Istposition ermittelten Wertes dient. Auf diese Weise läßt sich mit der für die Meßwerterfassung ohnehin vorhandenen Meßeinrichtung ein Korrekturwert zur Kompensation der Phasendrift gewinnen. Hierdurch ergibt sich ferner noch der Vorteil, daß gegebenenfalls auch relativ billige Filter verwendet werden können, da auch deren Phasengang erfaßbar und damit kompensierbar ist.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 ein Prinzipschaltbild der Einrichtung in Verbindung mit einer numerischen Werkzeugmaschinensteuerung,

Figur 2 den näheren schaltungsmäßigen Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung und Figur 3 Impulsdiagramme.

Der Schlitten 10 einer Werkzeugmaschine ist durch die Antriebsmotoren 11, 12 in den XY-Achsen verschiebbar.

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Die Motoren 11, 12 werden hierzu über Thyristoranordnungen 9 von einer CNC-Steuerung 1 mit Mikroprozessor entsprechend angesteuert. Zur Bildung der Steuerbefehle ist die Istposition des Schlittens 10 zu ermitteln. Hierzu ist u.a. mit jedem Motor 11,12 ein Drehmelder 3, 4 gekuppelt, dessen Rotor entsprechend der Verschiebung in der betreffenden Achse mitverdreht wird. Werden die Statorwicklungen dieser Drehmelder 3, 4 mit um zwei elektrisch um 90 gegeneinander verschobene Spannungen gleicher Amplitude gespeist, die mittels eines digitalen Sinus-Kosinus-Generators 2 aus einer Taktfrequenz T erzeugbar sind, so ist die Phasenlage der in der Rotorwicklung induzierten Spannung zur Spannung in den Statorwicklungen von der räumlichen Lage der Rotorzu den Statorwicklungen abhängig.

Aus der Phasenlage der sekundärseitigen Spannung kann also auf die Position des Schlittens 10 geschlossen werden. Dies geschieht in der Weise, daß jeweils beim Nulldurchgang der in der Rotorwicklung induzierten Spannung der augenblickliche Schaltzustand des Sinus-Kosinus-Generators 2 in Register 5 bzw. 6 übertragen wird und von hier auf den Datenleitungen 51 und 61 zu festgelegten Zeitpunkten in die Steuerung 1 übernommen wird. Der Aufbau des Meßsystems sei anhand von Figur 2 näher erläutert.

Der von einem nichtgezeigten Taktgeber mit der Taktfrequenz T gespeiste Sinus-Kosinus-Generator 2 besteht im wesentlichen aus drei in Reihe geschalteten Teilerstufen 21 (Zählerstufen) mit den dezimalen Teilungsfaktoren 1:10. An den Ausgang Q und den invertierten Ausgang Q der letzten Stufe 22 sind jeweils Teilerstufen 23 und 24 mit dem Teilerverhältnis 1:2 angeschaltet, so daß zwischen den beiden Ausgängen dieser

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Teilerstufen 23 und 24 über Verstärker 25 Rechteckspannungen mit einer Frequenz von 4 kHz - bei 0,5 η Auflösung - abgenommen werden können.

Die um 90° elektrisch gegeneinander verschobenen Rechteckspannungen an den Ausgängen der Verstärker 25, deren zeitlicher Verlauf an den mit 31 und 32 bezeichneten Zeilen in Figur 3 ersichtlich ist, speisen jeweils die primärseitigen Statorwicklungen 31 und 32 des Drehmelders 3. Die an der Rotorwicklung 33 abnehmbare Spannung wird einer Auswertestufe 8 zugeführt, die aus Filter und nachgeschalteten Komparator 82 besteht, der Komparator 82 schaltet jeweils beim Nulldurchgang der Rotorspannung. Der Verlauf der Spannungen hinter dem Filter 81 und hinter dem Komparator 82 ist in Zeilen 81 und 82 von Figur 3 dargestellt. Wie ersichtlich, ist das Auftreten der Nulldurchgänge zu den Zeiten ti und t2 (Figur 3) von der Phasenlage der Rotorspannung zu den Statorspannungen abhängig. Eine Veränderung der zeitliehen Lage der Nulldurchgänge in bezug auf die Einspeisung der Statorwicklungen ist also ein Indiz für die Verschiebung des Maschinenteils. Um ein dem Stand des Rotors entsprechendes Signal zu bekommen, kann jeweils der in dem betreffenden Zeitpunkt vorliegende Signalzustand des Sinus-Kosinus-Generators 2 betrachtet werden, d.h. sein augenblicklicher Teil- bzw. Zählzustand, da dieser ein Maß für die Phasenlage der Statorspannungen zur Rotorspannung ist. Da die Teilung im Sinus-Kosinus-Generator dezimal vorgenommen wird, jedoch für weitere Verarbeitungszwecke ein Signal in Dualdarstellung vorzuziehen ist, wird die Taktfrequenz T gleichzeitig auf drei in Reihe geschaltete, dual arbeitende Teilerstufen 26 mit jeweils dem Teilerverhältnis 1:16 gegeben. Die jeweils bei einem Durchlauf einer Periode des Sinus-Kosinus-Generators 2 von 4000 Wechseln

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am Ausgang Q des Teilers 23 über eine Löschstufe 27 auf Null gesetzten Teilerstufen 26 geben dann beim Nulldurch gang der Rotorspannung ein duales, Abbild des Standes des Sinus-Kosinus-Generators 2. Dieser Wert wird daher beim Nulldurchgang, d.h. Schalten des Komparators 82 über Lei tungen 28 in das Register 5 eingegeben und von hier aus über eine Datenleitung 51 in definierten Zeitabständen in von z.B. 4 Millisekunden von der Steuerung 1 abgerufen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, können dabei der gleiche Generator 2 und die gleichen Stufen 26 auch für einen weiteren Drehmelder 4 benutzt werden, und zwar wie gestrichelt angedeutet, in der Weise, daß die gleichen Rechteckspannungen auch zur Versorgung der Statorwicklungen des Drehmelders 4 benutzt werden. Die hier vom Rotor des Drehmelders 4 abgenommene Spannung wird dann über eine ebenfalls aus Filter 71 und Komparator 72 be-

stehende Auswertestufe erfaßt, und zwar so, daß beim Nulldurchgang der Rotorspannung der betreffende Stand der Teilerstufen 26 über Leitungen 29 in das Register 6 übernommen wird. Dieser Wert wird dann ebenfalls über Datenleitungen 61 zu gegebenem Zeitpunkt der Steuerung 1 zugeführt. Wie leicht erkennbar, kann das gleiche System auch noch für weitere Drehmelder oder für ähnlich aufgebaute lineare Meßsysteme benutzt werden.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist das Filter 81 mit einem Schalter 13 wahlweise zwischen der Sekundärwicklung 33 und einem an die Teilerstufe 24 angeschlossenen Pegelumsetzer 12 umschaltbar. Die Umschaltung wird dabei in festgelegten Abständen innerhalb der Meßpausen durch eine von der CNC-Steuerung 1 angeregte Stufe 11 vorgenommen. Ist das Filter 81 mit dem Pegelumsetzer 16 verbunden, so wird sich beim Nulldurchgang der Spannung im

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Komparator 82 ein bestimmter Meßwert im Register 5 ergeben, der in einen Speicherplatz übernehmbar ist. Ändert sich der Meßwert, z.B. durch thermischen Phasengang des Filters 81, so wird die Änderung, d.h. die Differenz zwischen neuem und altem Meßwert als Korrekturwert für den bei der Erfassung der Istposition angefallenen Meßwert benutzt. Auf diese Weise ist der Phasengang von Filter und Komparator weitgehend kompensierbar.

Die gleiche Korrektur kann auch hinsichtlich des Filters 71 vorgenommen werden. Hierzu ist ein ebenfalls von der Stufe 15 gesteuerter Schalter 14 vorgesehen, der das Filter 71 wahlweise mit der Sekundärwicklung des Drehmelders 4 oder dem Pegelumsetzer 16 verbindet.

1 Patentanspruch
3 Figuren

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Claims

Patentanspruch

Einrichtung zur Positionserfassurig bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, bei der mit dem zu bewegenden Maschinenteil ein Drehmelder oder dgl. gekuppelt ist, der primärseitig mit zwei 90° elektrisch gegeneinander versetzten Spannungen gespeist wird, die mittels eines aus Teilerstufen aufgebauten digitalen Sinus-Kosinus-Generators aus einer Taktfrequenz erzeugbar sind und bei der die Phasenlage der sekundärseitigen Spannung zur primärseitigen Spannung ein Maß für den Positionsistwert ist, wobei Jeweils ein dem beim Nulldurchgang der sekundärseitigen Spannung vorliegenden Signalzustand des Sinus-Kosinus-Generators proportionaler Wert als Maß für die Istposition benutzt wird und zur Erfassung des Nulldurchganges ein an ein Filter angeschlossener Komparator vorgesehen ist nach Patent (Anmeldung P 28 12 187.1), dadurch gekennzeichnet, daß das FiI- ter (81, 71) in festlegbaren Abständen auf eine aus der primärseitigen Spannung abgeleitete Spannung umschaltbar ist und eine Änderung des beim Nulldurchgang erfaßten Signalzustandes des Sinus-Kosinus-Geherators (2) bei aufeinanderfolgenden Umschaltungen zur Korrektur des für die Istposition ermittelten Wertes dient.

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