DE3314105C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Kupplungs- Bremseinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Steuereinrichtung dieser Gattung ist aus dem Aufsatz "Stepper and Clatch Drive Anticipates Stopping Point" in der Zeitschrift "Control Engineering", Mai 1967, volume 14, Heft 5, S. 97 und 99, bekannt geworden. Bei dieser vorbekannten Steuereinrichtung ist eine Grob- und eine Feineinstelleinrichtung für das angetriebene Teil (Werkstückschlitten) vorgesehen. Die Grobeinstelleinrichtung umfaßt einen schnellaufenden Motor und enthält ein Rechnerglied, das überschlägig den Bremsweg und somit die Bremsbetätigungsstellung des angetriebenen Teiles berechnet. Mit Hilfe dieser Grobeinstelleinrichtung wird das angetriebene Teil in den ungefähren Bereich der Soll-Anhaltestellung bewegt. Die Feineinstelleinrichtung besteht aus einem Schrittschaltmotor, der anschließend das angetriebene Teil mit möglichst hoher Genauigkeit in die Soll-Anhaltestellung bewegt. Die Verwendung zweier getrennter Antriebe für die Grob- und Feinpositionierung bedeutet einen beträchtlichen Herstellungs- und Steuerungsaufwand. Auch dürfte diese "zweistufige" Positionierung relativ langsam arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für eine Kupplungs-Bremseinheit der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß der Steuerungsaufwand verringert wird, ohne daß hierunter die Positioniergenauigkeit leidet.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Steuereinrichtung ist ein zusätzlicher Antrieb für die Feinpositionierung nicht erforderlich. Vielmehr läßt sich mit einer vergleichsweise einfachen Ergänzung der Steuereinrichtung eine sehr hohe Positioniergenauigkeit für das angetriebene Teil erzielen. Wenn die Steuereinrichtung die korrekte Bremsbetätigungsstellung einmal gefunden hat, erfolgt das Positionieren des angetriebenen Teiles mit hoher Geschwindigkeit. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Korrektureinrichtung ständig die Bremsbetätigungsstellung überwacht und korrigiert. Hierdurch lassen sich während des Betriebs auftretende Einflüsse wie unterschiedliche Temperaturen, unterschiedliche Werkstückmassen etc. selbsttätig ausgleichen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der einzigen Figur, die ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung für eine Kupplungs-Bremseinheit zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Ein in der Figur schematisch angedeuteter Teiltisch 12 ist über eine Kupplung (nicht gezeigt) mit einem kontinuierlich laufenden Antrieb (nicht gezeigt) verbindbar und durch eine Bremse (nicht gezeigt) anhaltbar.

Ein optischer Kodierer in Form einer Zähleinrichtung 132 mit 5000 Impulsen/Umdrehung wird durch den Teiltisch 12 über ein Untersetzungsgetriebe mit einer Untersetzung von 20 : 1 und einer Totgangausgleichsvorrichtung angetrieben. Damit erhält die Steuerung nach jeweils ca. 0,0076 mm Winkelbewegung (bei einem Werkstückdurchmesser von ca. 244 cm) je einen Impuls bei 100 000 Impulsen je Umdrehung des Teiltisches.

Ein Meßfühler besteht aus in Bohrungen des Teiltisches 12 eingepaßten Indexstiften 140 und Näherungsschaltern 144. Die Indexstifte 140 müssen genau positioniert sein; doch haben sie keine besondere Beziehung relativ zu den Werkstückstationen, die untereinander ebenfalls genau positioniert sein müssen. Damit kann eine beliebige Anzahl von Werkstückstationen ohne Änderung des Programms eines Mikrorechners 154 angewählt werden. Die Werkstückstationen sind annähernd zwischen den Indexstiften 140 angeordnet. Falls die Näherungsschalter 144 nicht die erforderliche Wiederholgenauigkeit aufweisen, läßt sich mit einer optischen Meßvorrichtung eine noch höhere Genauigkeit erzielen.

Die Genauigkeit der Teilung wird durch einen Lernprozeß des Rechners beim ersten Einbau gewonnen oder, wenn die Anlage für eine Zeitlang nicht in Betrieb war. Schätzungsweise dauert der Lernzyklus nicht mehr als acht bis zehn Teilvorgänge.

Zur Darstellung der Arbeitsweise der Anlage sei ein Indextisch mit fünf Arbeitsstationen angenommen. Daraus ergibt sich eine Zahl von 20 000 Zählungen zwischen den Stationen (5000 Impulse mal 20 (Untersetzungsverhältnis) dividiert durch fünf Stationen).

Beim ersten Start ermittelt der erste Arbeitsgang die genaue relative Winkelstellung zwischen den Indexstiften 140 und dem Anhaltepunkt des Werkstücks. Der Tisch 12 wird bewegt, so daß ein Indexstift 140 an einem Näherungsschalter 144 vorbeiläuft. Dadurch wird der Zählkreis gelöscht. Dieser wird jedesmal auf Null gestellt, wenn ein Indexstift 140 am Näherungsschalter vorbeifährt. Der Tisch 12 wird weiter bewegt, bis die Werkstücke genau in ihren Soll-Anhaltestellungen stehen. Das beste Verfahren dafür ist, den Tisch bis kurz vor die Soll-Anhaltestellung zu fahren, den Antrieb anzuhalten und die Kupplung von Hand zu verdrehen, wobei die Kupplung eingekuppelt ist. Diese Anhaltestellung wird in einen Speicher 152 durch eine Eingabetaste 150 als Soll-Anhaltestellung eingegeben. Eine digitale Anzeige der Ist-Zählung ist vorgesehen. Beispielsweise zeige die Zählung 9300 an. Die Größe (<5000) dieser Zahl bedeutet, daß die Indexstifte 140 nicht in der Mitte zwischen den Arbeitsstationen liegen.

Einfache Berechnungen aufgrund der Belastung der Befestigungsvorrichtungen und der Werkstücke zeigen beim Ausführungsbeispiel einen Anhaltewinkel von 15° an. 15° sind 100 000 mal 15 dividiert durch 360=4166 Zählschritte. Dann wird die Zahl 5134 (9300-4166) als Bremsbetätigungsstellung in einen zweiten Speicher 158 eingegeben.

Dann wird eine Teilung eingeleitet. Die Ist-Anhaltestellung sei 8500. Bei der nächsten Teilung verzögert der Rechner automatisch die Bremsstellung (und den Bremsspeicher) um 800 Zählschritte. Bei der nächsten Teilung sei angenommen, daß die Zählung für die endgültige Ist-Anhaltestellung 9320 beträgt. Dann liegt der Anhaltebefehl bei der dritten Teilung bei 5934-20=5914. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis die endgültige Ist-Anhaltezählung 9300 (Soll- Anhaltestellung) plus oder minus 2 für zwei folgende Teilungen beträgt. Dann wird ein Signal zum Start der Roboter usw. gegeben, um die Werkstücke auf dem Tisch 12 zu bearbeiten. Der Zählfehler von plus oder minus 2 ergibt eine Positionierungsgenauigkeit von plus oder minus ca. 0,152 mm bei einem Tisch von einem Durchmesser von ca. 244 cm.

Die Produktion schreitet fort, und nach der fünfzehnten Teilung wachse die Zählung von 9303 an. Bei der nächsten Teilung würde der Bremsbefehl bei 5914-3=5911 erfolgen. Der Rechner greift weiterhin die Ist-Anhaltestellung ab und verändert auch weiterhin die Position des Bremsbefehls nach Bedarf. Bei diesem Verfahren können die Auswirkungen von Temperaturänderungen und anderen Faktoren, die eine Auswanderung der Maschine bewirken können, durch den Rechner automatisch eliminiert werden.

Bei einer anderen Möglichkeit sei angenommen, daß die Bedienungskraft nach einem Los von einigen Dutzend oder hundert Teilen entscheidet, daß die Soll-Anhaltestellung für die Teilung 9296 anstatt 9300 betragen soll. Die Bedienungskraft gibt lediglich diese neue Zahl als Soll- Anhaltestellung (über die Taste 150) ein, schaltet einige Einteilungen dazwischen und nimmt die Produktion wieder auf.

Es ist vorgesehen, daß ein Lernzyklus erforderlich ist, wenn die Einrichtung länger als ca. 30 Minuten angehalten wird. Der Steuerung kann auch ein Temperaturwandler zugeschaltet werden. Das Einbeziehen der Temperatur als Regelgröße für den Bremsbefehl kann die Lernzyklen mit Ausnahme von längeren Anhalteperioden überflüssig machen.

Der Mikrorechner und die zugehörige logische Schaltung werden durch eine Nickel-Kadmium-Batterie mit eingebautem Ladegerät betrieben, um schädliche Spannungs- oder Impulsspitzen im Netz zu trennen.

Der Inhalt der Zähleinrichtung 132 wird immer dann gelöscht, wenn ein Indexstift 140 über einen Näherungsschalter 144 hinwegfährt, doch sonst zählt er Impulse in Abhängigkeit von der Bewegung des Tisches 12. Wenn das Werkstück an der Soll-Anhaltestellung angeordnet wird, wird die Taste 150 betätigt, um die gewählte Zählung in dieser Stellung in den Speicher 152 des Mikrorechners 154 einzuspeichern. Eine Vergleichseinrichtung 156 im Mikrorechner 154 vergleicht die laufende Zählung der Zähleinrichtung 132 mit der Zählung im Speicher 152, um die Positioniergenauigkeit zu ermitteln.

Nach Durchführung der vorstehend beschriebenen Rechnungen wird auch die Bremszählung in den Speicher 158 des Rechners eingespeichert. Auch diese Zählung gelangt an eine Vergleichseinrichtung 160, die dieselbe wie die Vergleichseinrichtung 156 sein kann oder nicht. Wenn der Zähler 132 die im Bremsspeicher 158 gespeicherte Zählung erreicht, dann wird die Bremse betätigt. Das Werkstück und der Tisch 12 halten an, und an diesem Punkt wird die Zählung mit der Soll-Anhaltestellung im Speicher 152 verglichen. Liegt das Vergleichsergebnis im gewählten Bereich (JA) (plus oder minus 003), gelangt ein Signal an den Roboter oder eine andere Maschine, um die Bearbeitung zu beginnen. Am Ende des Arbeitsganges meldet der Roboter oder die Maschine einer Kupplungs-Betätigungseinrichtung 162, zur nächsten Station weiterzuschalten. Liegt der Vergleich nicht in diesem Bereich (NEIN), dann schaltet die Kupplungs-Betätigungseinrichtung 162 wieder, wobei der Rechner die Bremszählung im Speicher 158 wie vorstehend beschrieben abändert (Differenz zwischen Ist- und Sollwert addiert oder subtrahiert).

Claims (4)

1. Steuereinrichtung für eine Kupplungs-Bremseinheit mit einem kontinuierlich laufenden Antrieb, einem angetriebenen Teil (12), das über eine Kupplung mit dem Antrieb verbindbar und durch eine Bremse anhaltbar ist, wobei die Steuereinrichtung einen Meßfühler (140, 144), der eine Nullpunktstellung des angetriebenen Teils feststellt, einen ersten Speicher (152), in den die Soll-Anhaltestellung des angetriebenen Teils eingebbar ist, eine Zähleinrichtung (132), die die Ist-Anhaltestellung des angetriebenen Teiles relativ zur Nullstellung feststellt, einen zweiten Speicher (158), in den die Bremsbetätigungsstellung für das angetriebene Teil eingebbar ist, eine erste Vergleichseinrichtung (160), die die Ist-Anhaltestellung mit der Bremsbetätigungsstellung vergleicht und bei Erreichen der Bremsbetätigungsstellung die Bremse betätigt, und eine zweite Vergleichseinrichtung (156) umfaßt, die die Ist-Anhaltestellung mit der Soll-Anhaltestellung vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Korrektureinrichtung aufweist, die den zweiten Speicher (158) und die zweite Vergleichseinrichtung (156) umfaßt und die in Abhängigkeit von dem Fehler zwischen Soll- und Ist-Anhaltestellung die eingespeicherte Bremsbetätigungsstellung korrigiert und den Bremsvorgang wiederholt, bis der Fehler innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegt.

2. Steuereinrichtung für eine Kupplungs-Bremseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung eine Einrichtung enthält, die ein Signal zum Einleiten des Bearbeitungsvorganges an eine Werkzeugmaschine abgibt, wenn der Fehler innerhalb des Toleranzbereiches liegt.

3. Steuereinrichtung für eine Kupplungs-Bremseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Teil (12) ein drehbarer Teiltisch ist.

4. Steuereinrichtung für eine Kupplungs-Bremseinheit nach Anspruch 3, bei der der drehbare Teiltisch mehrere Werkstückstationen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Werkstückstationen ohne Änderung der Steuereinrichtung änderbar ist.