DE2935723A1

DE2935723A1 - Sicherheitseinrichtung

Info

Publication number: DE2935723A1
Application number: DE19792935723
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1978-09-06
Filing date: 1979-09-04
Publication date: 1980-03-20
Also published as: FR2435324B1; JPS6126963Y2; IT7949877A0; JPS5540459U; DE2935723C2; IT1119805B; GB2040071B; FR2435324A1; GB2040071A; US4266170A

Description

Inoue-Japax Research Incorporated
5289 Aza Michimasa, Nagatsudamachi,
Midoriku, Yokohamashi, Kanagawaken
(Japan)

Sicherheitseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung
bzw. eine numerische Steueranordnung, bei der ein bewegliches Bauteil, wie z. B. eine Spindel oder ein ein Werkstück tragender Tisch (Werkstücktisch) oder ein Bett, in einer Werkzeugmaschine entsprechend einem programmierten numerischen Befehl geführt ist. D. h., die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für numerisch gesteuerte Systeme, um ein zu großes Steuern und einen ungenauen Vorschub des beweglichen Bauteiles aufgrund Fehlfunktionen des mechanischen Systems wirksam zu verhindern.

In herkömmlichen numerisch gesteuerten Systemen wird ein Schritt- oder Impuls-Motor gewöhnlich verwendet, um
ein bewegliches Bauteil mit einem Steuerungssystem (ohne Rückmeldung; mit offenem Wirkungskreis) anzusteuern, das jedoch keine Erfassung von ggf. beim Vorschub auftretenden Fehlern oder von einer Abweichung zwischen einem Füh-

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rungs- oder Soll-Vorschub und einem tatsächlichen oder Ist-Vorschub erlaubt. Die herkömmlichen Systeme können so eine mögliche Vorschub-Abweichung nicht erfassen, obwohl sie mit den zugeordneten elektromechanischen Komponenten betrieben sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sicherheitseinrichtung für ein numerisch gesteuertes System in einer Werkzeugmaschine anzugeben, mit der eine Abweichung im Vorschub aufgrund von Fehlfunktionen der mechanischen Komponenten zuverlässig erfaßbar ist, die einem geführten Motor zum Vorschub des beweglichen Bauteiles zugeordnet sind, damit eine sehr genaue Steuerung des geführten Vorschubes entsprechend den programmierten NC-Führungsgrößen und -Befehlen möglich ist (NC = numerische Steuerung).

Die Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Sicherheitseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die Merkmale von dessen kennzeichnendem Teil gegeben.

Der Elektro-Motor kann z. B. ein Schritt-Motor sein; das Steuersignal kann z. B. in der Form einer Reihe elektrischer Impulse von der numerischen Steuerung eingespeist sein; auch das Abtastsignal kann aus elektrischen Impulsen bestehen.

Anhand der Zeichnung mit einem Blockschaltbild in einer einzigen Figur wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein bewegliches Bauteil 1, wie z. B. eine Spindel oder ein Werkstücktisch oder ein Bett

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in einer Werkzeugmaschine, in Pfeilrichtungen χ und -x mittels Führungsschrauben oder Leitspindeln 2 durch die Drehung eines Impulsmotores 3 verschiebbar gezeigt« Das Bauteil kann in mehr als einer Koordinate, z. B„ entlang der X- und der Y-Achse oder entlang der X-, der Y- und der Z-Achse, die senkrecht zueinander sind, mit zusätzlichen entsprechenden Motoren und kuppelnden Leitspindeln verschoben werden, die zur Durchführung der jeweiligen axialen Verschiebungen vorgesehen sind (nicht dargestellt) . Der Motor 3 wird in herkömmlicher Weise mit Ansteuerimpulsen von einer numerischen Steuerung (NC-Einheit) 4 versorgt, deren Aufbau und Ausgangsfunktionen üblich sind.

Erfindungsgemäß ist ein Codierer 5 mit der Antriebswelle des Motores 3 gekoppelt, um einen Drehwinkel von dieser zu erfassen und Ausgangsimpulse in einer zur bewirkten Drehung proportionalen Anzahl zu erzeugen» Eingangsimpulse von der NC-Steuerung 4, die zur Ansteuerung des Motores 3 eingespeist sind, liegen auch an einem Vorwahl-Zähler 6, während die Ausgangs-Abtastimpulse des Codierers 5 einem Vorwahl-Zähler 7 zugeführt sind» Wenn eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen gezählt ist, erzeugen die Zähler 6 und 7 jeweils Ausgangssignale, die einem Vergleicher 8 zugeführt sind. Nach Erreichen seines Vorwahl-Zählerstandes wird der Zähler 6 rückgesetzt, und gleichzeitig setzt er den Zähler 7 zurück, so daß beide Zähler in einem Zustand sind, um das Zählen wieder zu beginnen. Bei Abwesenheit des Abzähl-Ausgangs-Signales vom Zähler 7 und ohne Empfang des Ausgangs- oder Abzähl-Signales vom Zähler 6 erzeugt der Vergleicher 8 ein Nicht-Übereinstimmungs-Signal in der Form eines Impulses, der an einem Vorwahl-Zähler 9 in der nächsten Stufe liegt«, Der zuletzt genannte Zähler gibt nach Abzählen einer vorbestimmten An-

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zahl der Nicht-Übereinstiinmungs-Impulse ein "Fehler"-Ausgangssignal oder ein Fühlsignal ab und wird dann rückgesetzt, um den Zählerstand zu löschen und wieder das Zählen zu beginnen.

Ein gesonderter Zähler 10 ist ebenfalls vorgesehen, der einen Vorwahl-Pegel-Eingang von der NC-Steuerung 4 mit einem Signal entsprechend einer Größe einer durch das bewegliche Bauteil 1 in jedem einzelnen Block einer Reihe unterteilter Bearbeitungsblöcke zu bewirkenden Verschiebung hat. Der Zähler 10 spricht auf das Ausgangssignal des Codierers 5 an und erzeugt einen Ausgangsimpuls, wenn die abgetasteten Motor-Ansteuerimpulse den Vorwahl-Zählerstand-Pegel erreichen, und er wird dann rückgesetzt. Der Zähler 10 kann auch rückgesetzt werden, bevor der Zählerstand den Vorwahl-Pegel erreicht, wenn er von der NC-Steuerung 4 ein Signal für den nächsten Bearbeitungsblock empfängt, das bewirkt, daß der angesammelte Zählerstand gelöscht wird, um das Zählen wieder zu beginnen .

Das Ausgangssignal des Vorwahl-Zählers 10 in der Form eines Impulses liegt an einem Vorwahl-Zähler 11, um darin gezählt zu werden. Wenn eine vorbestimmte Anzahl der Zählerstände abgeschlossen ist, gibt der Zähler 11 ein Ausgangssignal an einen Vergleicher 13 in der nächsten Stufe ab.

Ein weiterer Zähler 12 spricht auf Prüfsignale von der NC-Steuerung 4 an und erhöht seinen Zählerstand-Pegel, sooft ein Prüfimpuls von der NC-Steuerung 4 empfangen wird. Wenn ein Vorwahl-Pegel der Zählerstände erreicht ist, erzeugt der Zähler 12 einen Ausgangsimpuls, der dem Vergleicher 13 zugeführt ist. In diesem Zeitpunkt

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gibt ohne Ausgangssignal vom Zähler 11 der Vergleicher 13 ein Micht-übereinstimmungs-Signal ab, das an einem Zähler 14 liegt» Wenn eine vorbestimmte Anzahl der Micht-Übereinstimmungs-Signale abgezählt ist, erzeugt der Zähler 14 ein Ausgangs-"Fehler"-Signal, während er rückgesetzt wird.

Das erste "Fehler"- oder Fühl-Signal vom Zähler 9 im ersten Kanal und das zweite "Fehler"-Signal vom Zähler

14 im zweiten Kanal des Systems liegen über ein ODER-Glied

15 an einer Sichteinheit 16.

Der Vorwahl-Zähler 6 kann seinen Vorwahl-Pegel auf· z. B. fünf Impulse eingestellt aufweisen» Sooft die vorgewählte Anzahl der eingespeisten Signalimpulse zum Ansteuern des Motores 3 von der NC-Steuerung 4 empfangen wird, erzeugt der Zähler 6 ein Ausgangssignal, das im Vergleicher 8 mit dem Ausgangssignal verglichen wird, das durch den Zähler 7 erzeugt ist, der die Ansteuer-Äbtastimpulse zählt, die vom Codierer 5 abgegeben sind» Wenn kein Fehler zwischen der befohlenen oder Soll-Verschiebung und der angesteuerten oder Ist-Verschiebung vorliegt, stimmen die Zählerstand-Zahlen in den Zählern 6 und 7 miteinander überein, so daß vom Vergleicher 8 kein Ausgangssignal abgegeben wird» Lediglich bei Vorliegen eines Unterschiedes zwischen den beiden eingespeisten Signalen erzeugt der Vergleicher 8 ein Ausgangs- oder das Übereinstimmungs-Signal und speist dieses zum Vorwahl™Zähler 9.

Der Vorwahl-Zählerstand-Pegel des Vorwahl-Zählers 9 ist auf eine Höchstzahl der Zählerstände oder Nicht-übereinstimmungs-Signale eingestellt, die nacheinander auftreten können. Wenn diese Anzahl der Zählerstände erreicht Ist, erzeugt der Zähler 9 ein Äbweichungssignal und speist

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dieses über das ODER-Glied 15 zur Sichteinheit 16, wo es in der Form einer sichtbaren Anzeige angezeigt wird.

Dagegen ist in der NC-Steuerung 4 eine Information gespeichert, die jeden der unterteilten Bearbeitungsblöcke festlegt, die einzeln aus einer Linie, einer gekrümmten Linie oder einem Bogen bestehen, die zusammen ein gewünschtes Profil bilden, das in ein Werkstück gearbeitet werden soll, wobei jede Block-Information für eine Verteilung auf die einzelnen Axial- oder Koordinaten-Komponenten gespeichert ist. Die den Beginn oder das Ende eines einzelnen Bearbeitungsblockes und somit das Ausmaß der Bewegung in jeder Koordinate festlegende Information wird entsprechend von der NC-Steuerung 4 abgegeben und vom Zähler 10 aufgenommen, um dessen Vorwahl-Pegel einzustellen. Mit dem Ausmaß der Bewegung in einem gegebenen Bearbeitungsblock, der am Eingang des Zählers 10 vorgewählt ist, beginnt der Zähler 10 Ansteuer-Abtastimpulse vom Codierer 5 zu zählen und erzeugt, wenn diese den Vorwahl-Pegel erreichen, einen Ausgangsimpuls und gibt diesen an den Zähler 11 ab. Dieses Ausgangssignal wird somit dann erzeugt, wenn der Abstand des tatsächlich angesteuerten Vorschubes mit dem Vorwahl-Pegel übereinstimmt oder das sich bewegende Bauteil 1 einen gegebenen geführten Bearbeitungsbiock abgeschlossen hat. Wenn jedoch ein Unterschied zwischen dem geführten Vorschub und dem angetriebenen Vorschub vorliegt, wird kein Ausgangssignal vom Zähler 10 erzeugt oder vom Zähler 11 empfangen. Wenn der Zähler die gegebene Anzahl der Ansteuer-Abtastimpulse vom Codierer 5 nicht empfängt, bevor das nächste Block-Befehlssignal von der NC-Steuerung 4 empfangen wird, wird der vorhergehende Zählerstand gelöscht, um den Zähler 10 rückzusetzen, der dann das erneute Zählen für den neu vorgewählten Wert beginnt. Wenn dann dieser hochgezählt ist, was den Abschluß eines geführten Vorschubes des neuen Bearbeitungsblockes durch das Bauteil 1 anzeigt, speist der

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Zähler 10 den Ausgangsimpuls zum Zähler 11. Auf diese Weise kann der Zähler 11 wahlweise die Bearbeitungsblöcke zählen, in denen dem geführten Vorschub genau gefolgt wird.

In der Zwischenzeit spricht der Zähler 12 auch auf die folgenden Block-Signale von der NC-Steuerung 4 an. Der Vorwahl-Pegel des Zählers 12 ist auf eine gewünschte Anzahl der Prüfzyklen über aufeinander folgenden Bearbeitungsblöcken eingestellt. Z. B. kann ein Prüfen für jeweils drei Bearbeitungsblöcke durchgeführt werden, um deren Ausgangsimpuls zu erzeugen. Ausgangsimpulse vom Zähler 12 liegen am Vergleicher 13, der auch Ausgangsimpulse vom Zähler 11 empfängt. Der Vergleicher 13 gibt wahlweise ein Ausgangssignal ab, wenn eine Verschiedenheit zwischen dem Zählerstand des Zählers 11 und dem Zählerstand des Zählers 12 besteht oder eine Nicht-Übereinstimmung vorliegt. Die letzteren Übereinstimmungs-Signale liegen am Zähler 14, und wenn diese einen darin gesetzten Vorwahl-Pegel erreichen, erzeugt der Zähler 14 ein Fehlersignal, das über das ODER-Glied zur Sichteinheit 16 gespeist ist, wo es in der Form einer sichtbaren Anzeige angezeigt wird.

In den obigen Erläuterungen wird jeder Vorwahl-Pegel der Vorwahl-Zähler beliebig abhängig von einer bestimmten Bearbeitungs-Betriebsart, die auszuführen ist, und auf einen erlaubten Höchstwert eingestellt.

Die Erfindung ermöglicht so eine Fehler-Erfassungseinrichtung für eine numerische Steueranordnung, wobei eine doppelte Prüfung des Vorschubes eines durch eine numerische Steuerung geführten beweglichen Bauteiles bewirkt wird. Dies verhindert wirksam einen zu großen oder ungenauen

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Vorschub des geführten Bauteiles und erlaubt eine genaue Steuerung des NC-Vorschubes entsprechend programmierten Befehlen.

Claims

Ansprüche

Sicherheitseinrichtung für ein elektromechanisches System in einer Werkzeugmaschine zum gesteuerten Vorschub eines durch einen Elektro-Motor angetriebenen beweglichen Bauteiles entsprechend einem programmierten Befehl von einer numerischen Steuerung,

wobei durch ein Steuersignal von der numerischen Steuerung an den Motor dieser um einen Winkel drehbar ist,

gekennzeichnet durch

einen Codierer (5), der aus dem Drehwinkel des Motores (3) ein Abtastsignal erzeugt,

eine erste Einrichtung (9), die aus dem Steuersignal und dem Abtastsignal bei einer Abweichung zwischen beiden Signalen ein erstes Fühlsignal während jedes Zeitintervalls von aufeinander folgenden vorbestimmten Zeitintervallen erzeugt,

eine zweite Einrichtung (10), die auf die numerische Steuerung (4) anspricht, um eine vorbestimmte Größe des Drehwinkels des Motores (3) aufzuzeichnen, die durch das Steuersignal in jedem Schritt von aufeinander folgenden unterteilten Drehwinkelschritten für das bewegliche Bauteil (1) zu bewirken ist,

eine dritte Einrichtung (14), in die die aufgezeichnete Größe eingegeben ist und die auf das Abtastsignal anspricht, um ein zweites Fühlsignal zu erzeugen, wenn die

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aufgezeichnete Größe nicht durch das Abtastsignal in einem einer vorbestimmten sequentiellen Anzahl der aufeinander folgenden Drehwinkelschritte erreicht wird, und

eine vierte Einrichtung (15, 16) zum Erzeugen eines Fehlersignales aus dem ersten und dem zweiten Fühlsignal.
2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Einrichtung (9) einen ersten Zähler (6) aufweist, der mit der numerischen Steuerung (4) verbunden ist,

daß die dritte Einrichtung (14) einen zweiten Zähler (7) aufweist, der mit dem Codierer (5) verbunden und durch den ersten Zähler (6) rücksetzbar ist, und

daß der erste und der zweite Zähler (6, 7) mit einem Vergleicher (8) verbunden sind.
3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Einrichtung (10) einen dritten Zähler (12) aufweist, der mit der numerischen Steuerung (4) verbunden ist,

daß die dritte Einrichtung (14) einen vierten Zähler aufweist, der mit dem Codierer (5) verbunden ist,

daß ein fünfter Vorwahl-Zähler mit dem vierten Zähler verbunden und durch den dritten Zähler rücksetzbar ist, und

daß der dritte und der fünfte Zähler jeweils mit einem Vergleicher verbunden sind.

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