DE2910277A1

DE2910277A1 - Positioniersteuersystem

Info

Publication number: DE2910277A1
Application number: DE19792910277
Authority: DE
Inventors: Yoichi Dipl Ing Amemiya; Sigeru Dipl Ing Isohata; Mitsuo Dipl Ing Kawamata; Ryoichiro Dipl Ing Nozawa; Takao Dipl Ing Sasaki; Yoshitaka Dipl Ing Takekoshi
Original assignee: Fujitsu Fanuc Ltd
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1978-03-16
Filing date: 1979-03-15
Publication date: 1979-09-20
Also published as: JPS54123673A; FR2419800A1; US4287460A; GB2018466A; GB2018466B; FR2419800B1

Description

Positioniersteuersystem

Priorität: 16. März 1978 - Japan - 30412/1978

Die Zeit zum Positionieren einer Maschine mit numerischer Steuerung ist so bestimmt, daß die Positionierung zu dem Zeitpunkt beendet ist, wenn die Amplitude einer Schwingung der Maschine auf Null verringert ist. In der auf diese Weise vorbestimmten Zeit werden wenigstens eine Beschleunigungssteuerung und eine Verzögerungssteuerung durchgeführt, um eine Steuerung zur Positionierung der Maschine in einer befohlenen Position zu erreichen.

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Die Erfindung betrifft ein Positioniersteuersystem, das eine genaue Positionierung einer Maschine mit numerischer Steuerung sicherstellt.

Die Positionierung einer Maschine mit numerischer Steuerung wird im allgemeinen dadurch erreicht, daß eine Beschleunigungssteuerung und eine Verzögerungssteuerung beim Start und Halt der Maschine unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Antriebsmotors, des Drehmoments und der Trägheit der Maschine usw. durchgeführt werden. Eine solche Besen!eunigungs-Verzögerungssteuerung wird üblicherweise linear oder nach Art einer Exponentialfunktion ausgeführt. Bei der linearen Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerung wird, wie Fig. 1 zeigt, beispielsweise eine Vorschubgeschwindigkeit f linear bis zu einem vorbestimmten Wert erhöht, wenn die Zeit t nach dem Start der Maschine durchlaufen wird, und bei einem vorbestimmten Wert konstant gehalten, woraufhin die Vorschubgeschwindigkeit linear auf Null verringert wird, nachdem die Maschine sich in die Nähe der befohlenen Halteposition bewegt hat. Wenn der Positionierabstand, d.h. der Abstand zwischen der laufenden Position und der befohlenen Halteposition der Maschine, kurz ist, wird die Vorschubgeschwindigkeit f verringert, wie dies durch die gestrichelte Linie gezeigt ist.

Es ist bekannt, die Vorschubbeschleunigungs- und -Verzögerungsgeschwindigkeiten mit dem Positionierabstand zu ändern, siehe Fig. 2. Wenn der Positionierabstand groß ist, wird die Steuerkennlinie im wesentlichen dieselbe,wie in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn der Positionierabstand jedoch kurz ist, werden die Vorschubbeschleunigungs- und -verzögerungsgeschwindigkeiten erhöht und die Steuerverzögerung kann in einem bestimmten Falle starten, bevor die Beschleunigungsgeschwindigkeit ihren vorbestimmten Wert erreicht.

Bei dem Positioniervorgang wird jedoch manchmal eine Schwingung am Ende der Positionierung durch die Eigenschaft des Antriebsmotors und verschiedener Elemente der Maschine verursacht, was eine genaue Positionierung nicht möglich macht. Um diesen nachteiligen Einfluß

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einer Schwingung zu vermeiden, ist auch die gemeinsame Verwendung einer linearen und einer exponentiaien Steuerverzögerungskennlinie vorgeschlagen worden. Mit diesem Verfahren wird jedoch die Positionierzeit verlängert, so daß eine genaue und mit hoher Geschwindigkeit ausgeführte Positionierung einer solchen Werkzeugmaschine schwierig ist, die eine Positionierung mit hoher Geschwindigkeit erfordert, beispielsweise eine Stanzpresse.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Positioniersteuersystem zu schaffen, bei dem die Zeit zur Positionierung einer Maschine mit numerischer Steuerung entsprechend der Schwingungsperiode der Maschine und der Positionierung der vorbestimmten Zeit unabhängig davon bestimmt wird, ob der Positionierabstand groß oder klein ist, wodurch der Einfluß einer Schwingung der Maschine eliminiert wird, was eine genaue und mit hoher Geschwindigkeit ausgeführte Positionierung sicherstellt.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Positionierzeit entsprechend der Schwingungsperiode der Maschine bestimmt wird und daß in der Positionierzeit wenigstens eine Beschleunigungssteuerung und eine Verzögerungssteuerung zum Positionieren der Maschine an einer befohlenen Position ausgeführt werden, wodurch die Positionierung beendet wird, wenn die Amplitude der Schwingung Null ist.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind .

Fig. 1 und 2 graphische Darstellungen zur Erläuterung bekannter Positioniersteuervorgänge,

Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen zur Erläuterung von Steuervorgängen von Ausführungsformen der Erfindung und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.

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Gemäß Fig. 3 ist die Schwingungsperiode der Maschine T durch die strichpunktierte Linie b angegeben. Die Positionierzeit wird gleich der Periode T unabhängig von dem verwendeten Positionierabstand bestimmt. Demgemäß wird eine Beschleunigungs-Verzögerungs-Steuerung, die jeder der Kurven al bis a3 in Obereinstimmung mit einem bestimmten verwendeten Positionierabstand folgt, durchgeführt, um die Maschine zum Zeitpunkt ti anzuhalten, wenn die Amplitude der Schwingung der Maschine auf Null verringert wird. Wenn in diesem Falle die Vorschubbeschleunigungsund -Verzögerungsgeschwindigkeiten zueinander gleich ausgewählt werden, wird die Vorschubgeschwindigkeit zum Zeitpunkt T/2 maximal.

Gemäß Fig. 4 wird eine Steuerung, die jeder der Kurven bl bis b3 in Übereinstimmung mit einem bestimmten verwendeten Positionierabstand folgt, ausgeführt, wobei die Positionierzeit eine Beschleunigungsperiode, eine Periode mit konstanter Geschwindigkeit und eine Verzögerungsperiode enthält. Dieses Verfahren erleichtert eine Steuerung, wenn die Periode T der Schwingung der Maschine in die vorstehend erwähnten drei Perioden aufgeteilt wird, jedoch ist eine solche Aufteilung nicht immer erforderlich. Es ist beispielsweise auch möglich, die maximale Geschwindigkeit zu bestimmen, wie dies durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 angegeben ist, und die Steuerung mit konstanter Geschwindigkeit zu starten, wenn die maximale Geschwindigkeit erreicht ist.

In Fig. 5 bezeichnet M einen Speicher, CPU eine zentrale Verarbeitungseinheit, AD eine Adressensammelschiene, DT eine DatensammeTschiene, TP ein Befehlsband, TR einen Bandleser, CLG einen Taktgenerator, FRG ein Register zum Erzeugen von Vorschubimpulsen, CNT einen Zähler, DOT eine digitale Ausgangseinheit, FF einen Flipflop, BX und BY X- und Y-Achsen-Pufferregister, INTX und INTY Interpolatoren, SUX und SUY Beschleunigungskreise, ERX und ERY Fehlerregister, AX und AY Antriebsausgangskreise, SMX und SMY Servomotoren, DETX und DETY Positionskodierer oder gleichartige Detektoren, MP einen bewegbaren Teil der zu steuernden Maschine und Al bis A3 UND-Kreise. Der im

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Speicher M gespeicherte Positionierzeitpunkt ti wird auf der Basis der Periode der Schwingung der Maschine bestimmt und ein X-Richtungs-Befehlswert zum Positionieren wird beispielsweise von dem Befehlsband TP ausgelesen und in den Speicher M eingesetzt.

Bei einer Positionierung durch Beschleunigungssteuerung, Steuerung mit konstanter Geschwindigkeit und Verzögerungssteuerung, siehe Fig. 4, wird der Inhalt des Speichers !^,beispielsweise τ, für die Beschleunigungsperiode, die Periode mit konstanter Geschwindigkeit und die Verzögerungsperiode eingesetzt, die jede 1/3 der Positionierperiode T sind. Die konstante Geschwindigkeit F und die Beschleunigung K, die abgeleitet werden als F = Jgr und K = -^\ aus X = 4tl-F und

^m 2tl^{2 3}

K = - , werden durch die zentrale Verarbeitungseinheit CPU verarbeitet und in den Speicher M eingesetzt. XD und zXD sind in der Anfangsstufe der Verarbeitung Null. XD ist der Inhalt, der in das Pufferregister BX eingesetzt und durch die zentrale Verarbeitungseinheit CPU zu jeder konstanten Zeitperiode verarbeitet werden soll, wobei der akkumulierte Wert EXD ist.

Der Takt von dem Taktgenerator CLG wird dem Register FRG zugeführt, um Vorschubimpulse f zu erzeugen, die zu den Interpolatoren INTX und INTY gegeben werden. Des weiteren werden die Vorschubimpulse f durch den Zähler CNT gezählt und der Zählinhalt für eine bestimmte Zahl von Vorschubimpulsen und der gesetzte Ausgang des Flipflops der digitalen Ausgangseinheit DOT werden miteinander in den UND-Kreis Al UND-verknUpft. In Übereinstimmung mit dem Ausgang von dem UND-Kreis Al werden die UND-Kreise A2 und A3 geöffnet, um die Inhalte der Pufferregister BX und BY jeweils zu·den Interpolatoren INTX und INTY zu geben,und gleichzeitig wird der Ausgang von dem UND-Kreis Al als Unterbrechungssignal inr an die zentrale Verarbeitungseinheit CPU angelegt.

Von den Interpolatoren INTX und INTY werden in Übereinstimmung mit den Inhalten der Pufferregister BX und BY Signale an die Fehlerregister ERX und ERY über die Beschleunigungskreise SUX und SUY

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gegeben. Von den Antriebsausgangskreisen AX und AY werden Antriebssignale zu den Servomotoren SMX und SMY gegeben, um den bewegbaren Teil MP anzutreiben. Erkennungssignale von den Positionskodierern DETX und DETY werden den Fehlerregistern ERX und ERY zugeführt, um diese so zu steuern, daß ihre Inhalte auf Null verringert werden. Der bewegbare Teil MP wird nämlich in die befohlene Position bewegt.

Im Beschleunigungsbereich vom Zeitpunkt Null bis 1/3 sind die Ausgangsdaten XD durch die folgende Operation gegeben:

XD. = XD_1-1 +K (1),

worin i =0, 1, 2, 3 und XD_Q = 0 sind. Diese Ausgangsdaten XD werden zu den Pufferregistern BX von dem Speicher M übertragen.

Im Bereich mit konstanter Geschwindigkeit vom Zeitpunkt tl/3 zu 2tl/3 sind die Ausgangadaten XD konstant und in folgender Weise gegeben:

XD₁ = XD_1-1 (2).

Im Verzögerungsbereich von dem Zeitpunkt 2tl/3 zu ti werden die Ausgangsdaten erhalten durch

XD₁ = XD_1-1 - K (3).

Ein befohlener Wert X wird durch die Ausgangsdaten XD subtrahiert. Wenn dieser Inhalt auf Null reduziert wird, wird die Positionierimpulsverteilung vervollständigt. In dem Beschleunigungsbereich gilt die folgende Bedingung:

X - EXD I XD (4)

und die Ausgangsdaten XD werden in Übereinstimmung mit der Gleichung (1) verarbeitet.

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Der Bereich mit konstanter Geschwindigkeit startet, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:

XD = F {5}

und die konstanten Ausgangsdaten XD werden erzeugt, wie dies durch die Gleichung (2) gezeigt ist. Im Bereich mit konstanter Geschwindigkeit wird der akkumulierte Wert EXD in dem Beschleunigungsbereich gespeichert.

Der Verzögerungsbereich startet, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:

XD - EXD < XD (6)

und durch die der Operation folgende Gleichung (3) werden die Ausgangsdaten XD erhalten. Wenn X=O ist, ist die Positionierimpulsverteilung beendet.

Bei der Positionierimpulsverteilung kann sich ein Rest F, in einigen Fällen aus der Operation auf der Basis des befohlenen Wertes X ergeben. Am Ende des Verzögerungsbereiches wird aber eine Operation für die Impulsverteilung entsprechend dem Rest F, ausgeführt. Dies wird mit XD ύ F. gestartet. Wenn X > XD ist, werden die Ausgangsdaten zum Zeitpunkt des Starts der Restverteilungsoperation verwendet. Wenn X 5 XD ist, werden die verbleibenden Daten X als Ausgangsdaten verwendet. In jedem Falle wird die Impulsverteilung beendet, wenn X = O ist.

Im Falle der Positionierung durch die Beschleunigungs- und Verzögerurigs· Operation, siehe Fig. 3, werden die maximale Geschwindigkeit F und die Beschleunigungsgeschwindigkeit K beispielsweise auf der Basis von τ = ti, F = 2X/tl und I
Speicher M eingesetzt.

τ = ti, F = 2X/tl und K = 4X/tl² verarbeitet und werden in den

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Die Entscheidung des Beschleunigungsbereiches wird durch die folgende Operation durchgeführt:

X - EXD < XD (7)

und der Verzögerungsbereich wird gestartet, wenn die Bedingung der Gleichung (7) erfüllt ist. Die Ausgangsdaten in den Verzögerungs- und Beschleunigungsbereichen werden jeweils mit den Gleichungen (1) und (3) erhalten und die Impulsverteilung endet mit X=O. Wenn sich der Rest F. ergibt, wird die Impulsverteilung in der oben erwähnten Weise ausgeführt.

Gemäß der Erfindung wird die Zeit zum Positionieren der Maschine mit numerischer Steuerung entsprechend der Periode der Schwingung der Maschine bestimmt und eine Beschleunigungssteuerung und eine Verzögerungssteuerung oder eine Steuerung mit konstanter Geschwindigkeit werden in der vorbestimmten Positionierzeit ausgeführt, wodurch die Positionierung vervollständigt wird, wenn die Amplitude der Schwingung der Maschine im wesentlichen Null ist. Deshalb kann ein Positionierfehler aufgrund der Schwingung des Maschinensystems auf Null oder auf einen vernachlässigbar kleinen Wert verringert werden. Das Positioniersteuersystem der Erfindung ermöglicht somit eine genaue Positionierung mit hoher Geschwindigkeit.

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Leerseite

Claims

REINLÄNDER & BERNHARDT

PATENTANWÄLTE

Orthstraße 12 D-8000 Mönchen

FUJITSU FANUC LIMITED

No. 5-1, Asahigaoka 3-chome Hino-shi, Tokyo Japan .

Paten tan s ρ r iic he

l.)Positioniersteuersystem für eine Maschine mit numerischer Steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit zur Positionierung der Maschine entsprechend der Periode ihrer Schwingung bestimmt wird und daß eine Beschleunigungssteuerung und eine Verzögerungssteuerung in der Positionierzeit ausgeführt werden, um die Maschine an der befohlenen Position einzustellen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Perioden für die Beschleunigungssteuerung und die Verzögerungssteuerung jeweils mit 1/2 der Positionierzeit ausgewählt sind.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Perioden für die Beschleunigungssteuerung und die Verzögerungssteuerung jeweils mit l/n der Positionierzeit ausgewählt sind, wobei eine Steuerung mit konstanter Geschwindigkeit in dem Zeitintervall zwischen der Beschleunigungssteuerperiode und der Verzögerungssteuerperiode ausgeführt wird.

.../A2
4. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Speicher, einen Servomotor zum Treiben eines beweglichen Teils der Maschine und einen Antriebskreis für den Servomotor, wobei in den Speicher die Positionierzeit und die befohlene Position gesetzt werden, wobei die zentrale Verarbeitungseinheit wenigstens eine Beschleunigungssteueroperation und eine Verzögerungssteueroperation in Obereinstimmung mit der Positionierzeit und der befohlenen Position ausführt, um den Antriebskreis zu steuern, und wobei der Antriebskreis den Servomotor antreibt, um den beweglichen Teil der Maschine in die befohlene Position am Ende der Positionierzeit einzustellen.

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