CH636787A5

CH636787A5 - Elektronisch gesteuerte gewindeschneidmaschine.

Info

Publication number: CH636787A5
Application number: CH1233778A
Authority: CH
Inventors: Max Hetzel
Original assignee: Max Hetzel
Priority date: 1978-12-04
Filing date: 1978-12-04
Publication date: 1983-06-30
Also published as: DE2946860A1; DE2946860C2; US4338556A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte Geis windeschneidmaschine, bei welcher sich mechanische Fühler zur Messung des Drehmomentes am Schneidwerkzeug und der Gewindetiefe nicht eignen würden. Ebenso wäre eine mechanische oder auch elektromechanische Steuerung des Drehsinnes des Schneidwerkzeuges ungeeignet. Durch eine 20 elektronische Steuerung der Gewindeschneidmaschine soll der Vorteil erreicht werden, dass die Maschine ohne Abnützung mechanischer Bauteile sehr schnell hintereinander den Drehsinn des Gewindeschneidwerkzeuges ändern kann. Wenn die elektronische Steuerschaltung als wesentlichen Be-25 standteil einen Microcomputer aufweist, so kann der Intelligenzgrad der Gewindeschneidmaschine den des heutigen Standes der Technik weit übertreffen.

Die Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet. Vorzugsweise weisen die Fühler 30 zur Abtastung der Rotordrehlage lichtempfindliche und lichtemitierende Elemente, vorzugsweise Phototransistoren und Infrarotlicht emitierende Dioden auf, und eine auf der Achse des Motores befestigte Blende dreht zwischen den lichtempfindlichen und den lichtemitierenden Elementen. 35 Besonders vorteilhaft weist die elektronische Schaltung als wesentlichen Bestandteil einen Microcomputer auf, welcher die eindeutige Zählung der Motordrehzahlen unter Auswertung aller Signale der Fühler zur Abtastung der Motordrehlage vornimmt, weiter die Steuerung der Phasen des Motores 40 in beiden Drehrichtungen besorgt, und weiter die Messung des Drehmomentes am Gewindeschneidwerkzeug auswertet.

Ein Dreiphasenmotor mit permanentmagnetischem Rotor und einer dreifachen Phototransistor-Infrarotdioden Anordnung zur Abtastung der Rotordrehlage mittels einer 45 auf der Motorwelle befestigten Blende eignet sich besonders gut für mittels Microcomputer gesteuerte Gewindebohrmaschinen. Infolge seines sehr hohen Wirkungsgrades ist die Strom-Drehmomentenkennlinie des Motores fast linear und weitgehend unabhängig von der Tourenzahl, so dass über 50 den Motorenstrom des Drehmoment am Schneidwerkzeug sehr genau und schnell gemessen werden kann. Weitere Vorteile sind: Trotz fortlaufend schnell wechselndem Drehsinn des Motores fast keine Erwärmung und keine Abnützung des Motores, da er keinen Kollektor aufweist, bei welchem 55 die Bürsten bei solchem Betrieb schnell abgenützt würden und die Kollelctorlamellen verschmutzen würden. Noch ein Vorteil hegt in der dreifachen Fühleranordnung, die zur Steuerung des Motores notwendig ist aber uns als Beigabe das sichere Zählen der Motordrehungen gestattet, die zur 60 Tiefenbestimmung des Schneidwerkzeuges im Bohrloch dienen können.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

65 Fig. 1 zeigt die elektronische Schaltung der Gewindeschneidmaschine;

Fig. 2 zeigt ein Programmlussdiagramm des Microcomputers, und

Fig. 3 zeigt einen Teil der elektronischen Schaltung zur iVtotorsteuerung und Impulszählung.

Zuerst wird die Erfindung anhand der elektronischen Schaltung Fig. 1, die von einem Microcomputer 3 gesteuert wird, und an Hand des vereinfachten Programmflussdia-grammes, Fig. 2, des Microcomputers näher beschrieben. Anstelle des Microcomputers 3 könnten auch fest verdrahtete, diskrete elektronische Bauelemente oder handelsübliche IC verwendet werden.

Ein dreieckgeschalteter Dreiphasenmotor 1 - er könnte auch sterngeschaltet sein - wird von einer später beschriebenen Leistungselektronikschaltung 4, bestehend aus sechs Darlingtonleistungstransistoren 5 und sechs Treibertransistoren 6 gespiesen. Die Leistungselektronikschaltung 4 wird von sechs Ausgängen 7 bis und mit 12 des Microcomputers 3 gesteuert. Eine Phototransistorenaöordnung 2 mit drei Phototransistor-Infrarotdioden Paaren ist auf dem Motor in Abständen von je 60 Winkelgraden, bezogen auf die Motorachse, montiert. Eine auf der Motorachse nicht gezeichnete Blende deckt das Licht der Infrarotdioden je nach Drehlage des Rotors ab. Somit erhalten die Phototransistoren Licht oder kein Licht und die sich dadurch ergebenden unterschiedlichen Signale der Phototransistoren führen auf die Eingänge 13,14 und 15 des Microcomputers 3. Die Gleichstromspeisung des Motores 1 erfolgt über eine nicht näher erläuterte Speiseelektronikschaltung 16, die vom Netz an den Anschlüssen 17 und 18 gespiesen wird. Über einem niederohmigen Widerstand 19 entsteht ein Spannungsabfall, der dem Produkt aus Motorstrom und Widerstandwert 19 gleichkommt. Dieser Spannungsabfall steuert einerseits die Speiseelektronikschaltung 16 in der Weise, dass der durch den ohmschen Widerstand der Motorwicklungen verursachte Spannungsabfall zur Speisespannung aufaddiert wird, um die Tourenzahl des Motores einigermassen lastunabhängig zu erhalten, und anderseits dient der Spannungsabfall über dem Widerstand 19 dazu, über die nicht näher erläuterte Schaltung 20 dem Eingang 21 des Microcomputers 3 ein Signal zu liefern, wenn der Motorstrom und damit sein Drehmoment einen im Potentiometer 22 festgelegten Wert überschritten hat. Die Eingänge 23 bis und mit 28 des Microcomputers 3 dienen der Vorprogrammierung des Microcomputers 3 über Tasten 29 bis und mit 34 und seien anlässlich der Erläuterung des P rogrammflussdiagrammes Fig. 2 näher beschrieben.

Der Microcomputer 3 setzt sich mindestens aus einem Taktoszillator, einem Microprozessor, einem Festwertspeicher ROM, PROM oder EPROM, einem RAM Speicher und einigen Ein-Ausgangstoren zusammen. Die Ein-Aus-gangstore mit ihren Anschlüssen 7 bis und mit 15, 21 und 23 bis und mit 28 verbinden den Microcomputer 3 mit der ausserhalb des Microcomputers liegenden Schaltung.

Fig. 2 stellt das Programmflussdiagramm des Microcomputers 3 dar. In 35 wird der Microcomputer 3 mit einer Taste gestartet. Er durchläuft das Initialisierungsprogramm 36, welches die Ein- und Ausgänge des Microcomputers definiert und einige RAM Speicherplätze mit Daten besetzt. Im Programmwahlprogramm 37 bleibt der Microcomputer in einer Warteschlaufe hängen, bis eine der Tasten 29, 30 oder 31 gedrückt wird. Mit diesen drei Tasten können drei verschiedene Programme gewählt werden, die sich dadurch unterscheiden, dass die später gewählte Gewindegängezahl mit eins, acht oder 64 multipliziert wird. Zwischen Motorwelle und Schneidwerkzeug würden entsprechend dieser Multiplikationsfaktoren verschiedene Reduziergetriebe eingesetzt. Damit kann mit einem Motor der Bereich verschiedener Gewindedurchmesser erweitert werden. Nach Drücken einer der Tasten 29, 30 oder 31 springt der Microcomputer auf eines der Programme 38 in welchem er wieder in einer Warte-

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schlaufe hängen bleibt. Durch Drücken derselben Tasten 29, 30 und 31 und der zusätzlichen Taste 32 wird die gewünschte Gewindegängezahl von 0 bis 15 einprogrammiert. Den Eingängen 23 bis und mit 26 sind die Binärzahlen 1, 2,4 und 8 zugeordnet, so dass nach Drücken der Addierungstaste 33 die Werte der gedrückten Tasten 29 bis und mit 32 zusammenaddiert werden. Gleichzeitig befreit die Taste 33 den Microcomputer aus der Warteschlaufe und dieser läuft je nach gewähltem Vorprogramm durch zwei, eines oder keines der Multiplikationsprogramme 39. Der Microcomputer erreicht die Warteschlaufe 40 und läuft erst weiter, wenn die Motorstarttaste 34, gedrückt wird.

In Programm 41 wird die gewählte Gewindegängezahl in einem RAM Speicherplatz 42 gespeichert. Dieser RAM Speicherplatz dient nun der Auf- und Abzählung der Gängezahl sobald der Motor läuft. Der Microcomputer durchläuft nun das Programm 43, welches im Wesentlichen die Steuerung des Motores in Vorwärtsrichtung übernimmt und im RAM Speicherplatz 42 die vollführten Umdrehungen des Motores abzählt. Eine genauere Beschreibung der Steuerung des Dreiphasenmotores und der Auf-Abzählung wird später an Hand der Fig. 3 erfolgen. Programm 44 ist dasselbe wie Programm 43, aber ohne in eine Zeitverzögerungsschlaufe von ca. 0,1 sec. eingeschlossen zu sein. Diese Zeitverzögerung in Programm 43 ist notwendig, da beim Anlauf oder bei Umkehr der Drehrichtung des Motores infolge seines eigenen Trägheitsmomentes kurzzeitig hohe Ströme im Motor fliessen und das später beschriebene Überlastungsprogramm 46 beeinflussen könnten. Das nun folgende Programm 45 dient der Sicherheit. Sollte das Schneidwerkzeug stecken bleiben, weil es abgenützt ist oder zu viele Späne im Gewin-deloch stecken, so kann durch Drücken der Taste 34 der Programmablauf auf Programm 64 umgeleitet werden, womit der Motor ca. eine zehnteis Sekunde rückwärts läuft und das Programm dann auf die Warteschlaufe 40 springt. Der Motor hält an und das Schneidwerkzeug muss von Hand sorgfältig aus dem Gewindeloch herausgeschraubt werden.

Wenn die Sicherheitstaste 34 nicht bedient wird, so läuft der Microcomputer durch Programm 46, wo Überlastung des Schneidwerkzeuges am Eingang 21 gemessen wird.

Wenn keine Überlastung festgestellt wird, so läuft der Microcomputer durch Programm 47, wo kontrolliert wird, ob die Gängezahl im RAM Speicherplatz 42 auf Null abgezählt wurde. Ist dies nicht der Fall so springt der Microcomputer auf Programm 44 zurück. Die Programme 44,45,46 und 47 werden nun ständig durchlaufen, bis eine Entscheidung in den Programmen 46 oder 47 gefallt wird. Tritt keine Überlastung des Schneidwerkzeuges auf, so entscheidet schliesslich Programm 47, dass die gewünschte Gängezahl erreicht ist und zwingt den Microcomputer auf Programm 53 zu springen, womit der Drehsinn des Motores gekehrt wird und das Gewindeschneidwerkzeug sich aus dem Gewindeloch zurückzieht. Tritt aber vor diesem Programmsprung Überlastung des Schneidwerkzeuges auf, so springt der Microprozessor im Programm 46 auf Programm 48.

Programm 48 ist dem Programm 43 sehr ähnlich, aber der Motor wird rückwärts gesteuert und die ausgeführten Umgänge des Motores werden im RAM-Speicherplatz 42 aufgezählt. Auch in Programm 48 ist das Motorsteuerprogramm in eine kleine Zeitverzögerungsschlaufe eingeschlossen, damit der nach der Drehsinnänderung hohe Strom im Motor nicht das Überlastprogramm 51 beeinflussen kann. Programm 49 ist wie Programme 48 ohne Verzögerungsschlaufe aufgebaut. Es folgen die Programme 50 für den Nothalt des Motores wie in Programm 45, das Programm 51 zur Feststellung von Überlastungen des Schneidwerkzeuges wie Programm 46 und das Programm 52, welches eine Ent-

3

5

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IS

20

25

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40

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4

Scheidung vornimmt, wenn die Gewindezahl im RAM-Speicherplatz 42 wieder den Ausgangswert erreicht hat. Solange in den Programmen 51 und 52 nichts entschieden wird, durchläuft der Microcomputer 3 ständig die Programme 49 bis und mit 52. Das Schneidwerkzeug zieht sich aus dem Gewindeloch zurück, bis Programm 52 feststellt, dass das Schneidwerkzeug ganz aus dem Gewindeloch ausgeschraubt ist. Dann springt der Microprozessor auf Programm 43 zurück, der Motor dreht wieder in Vorwärtsrichtung und wiederholt die besprochenen Programme bis in Programm 47 entschieden wird, dass die gewünschte Gewindetiefe erreicht ist. Damit auch im Rückwärtsgang des Motores keine Überlastung des Schneidwerkzeuges infolge Schneidespänen im Gewindeloch auftreten kann, entscheidet Programm 51 in einem solchen Fall für den Rücksprung des Microcomputers auf Programm 43. Der Motor dreht wieder vorwärts und das Spiel beginnt von neuem, bis die gewünschte Gewindetiefe erreicht ist.

Von diesem Moment weg läuft der Microcomputer nur noch auf den Programmen 53 bis und mit 64, die im wesentlichen den Rückzug des Gewindeschneidwerkzeuges bis zum letzten Gewindegang besorgen. Die Programme 43 bis und mit 52 haben im wesentlichen den Vorschub des Gewindeschneidwerkzeuges bis zur gewünschten Gewindetiefe besorgt. Beide Programmgruppen sind ähnlich aufgebaut und folgende Programme sind gleicher Art und werden als «Sub-routines» in der Programmbeschreibung behandelt. 43 und 59,44 und 60,48 und 53,49 und 54,45 und 50 und 56 und 61,46 und 51 und 57 und 62,47 und 63, 52 und 58. Damit sind alle Einzelprogramme erläutert und an Hand von Fig. 2 kann die Funktionsweise der Programmgruppe 53 bis und mit 63 leicht herausgelesen werden, womit sich eine Beschreibung erübrigt. Das Programm 64 steuert den Motor noch ca. ein zehntel Sekunden rückwärts, damit das Gewindeschneidwerkzeug auf keinen Fall am ersten Gewindegang hängen bleibt. Nachdem der Microcomputer das Warteprogramm 40 erreicht hat, kann ein neues, gleiches Gewindeloch geschnitten werden, indem wieder Taste 34 kurz gedrückt wird.

Die gesamte «Software» dieser Gewindeschneidmaschine ist in einem Festwertspeicher des Microcomputers untergebracht und umfasst trotz vieler sich wiederholender «Sub-routines» doch ca. 800 8-Bit Speicherplätze. Dieser relativ erhebliche Speichergehalt verleiht der erfindungsgemässen Gewindeschneidmaschine ihre relativ hohe Intelligenz. Der

Diese sind:

Leiter 67 auf Spannung Leiter 67 auf Spannung Leiter 67 stromlos Leiter 67 auf Erde Leiter 67 auf Erde Leiter 67 stromlos

Microcomputer reagiert bei Überlastung des Schneidwerkzeuges in Vorwärts und Rückwärtsrichtung des Motores, sowohl in der allgemeinen Vorwärtsrichtung, Programmgruppe 43 bis und mit 52, als auch in der allgemeinen Rückwärts-s richtung, Programmgruppe 53 bis und mit 63. Gewindegänge werden in beiden Programmgruppen auf und abgezählt, so dass am Ende des Gewindeschneidvorganges die gewünschte Gewindegängezahl geschnitten ist und das Gewin-deschneidwerkzeug, nachdem es die Ausgangsstellung er-lo reicht hat, stillsteht. Während des Gewindeschneidens kann mit einer Sicherheitstaste der Motor jederzeit angehalten werden. Die Vorprogrammierung der gewünschten Gewindegangzahl erfolgt einfach durch Drücken einiger Tasten. Unter Berücksichtigung der Gewindeganghöhe für jeden 15 Gewindedurchmesser und unter Berücksichtigung der Untersetzungszahlen der Reduziergetriebe, könnten die Programmierungsprogramme 37,38 und 39 so abgeändert werden, dass Programmiertasten direkt mit Gewindedurchmesser und die Gewindetiefe in Millimetern angeschrieben wer-20 den könnten.

An Hand der Fig. 3 soll die Steuerung, respektive die Speisung der Phasen des Dreiphasenmotores und die Auf und Abzählung der Motordrehungen näher erläutert werden. Der vierpolig magnetisierte Rotor 65 dreht in einem 25 Stator 66 mit Wicklungen, die so miteinander verbunden sind, dass nur drei Anschlüsse 67,68 und 69 aus dem Motor herausführen und jeder Anschluss 67,68 und 69 mit den Kollektoren eines Leistungsdarlingtonpaares aus je einem NPN und einem PNP Darlingtontransistor 70 und 71,72 30 und 73, 74 und 75 bestehend, verbunden ist. Die Emitter der PNP Darlingtontransistoren sind mit der mit Plus bezeichneten Gleichstromspeisespannung verbunden, während die Emitter der NPN Darlingtontransistoren mit der Erde verbunden sind. Die Basen der sechs Darlingtontransistoren 70 35 bis und mit 75 werden wie Fig. 3 zeigt mit sechs Treibertransistoren 76 bis und mit 81 gespeist, deren Basen ihrerseits von sechs Ausgängen 82 bis und mit 87 gesteuert werden. Da die Ausgänge 82 bis und mit 87 des Microcomputers 88 nur die Zustände 0 und 1, beziehungsweise ca. null Volt und ca. 40 +5 Volt annehmen können, sind die Transistoren 70 bis und mit 81 mit der Schaltung so dimensioniert, dass sie als Schalter arbeiten. Folglich gibt es für die Speisung der Motorwicklungen auf dem Stator 66 und somit der Speiseleitungen 67, 68 und 69 sechs die magnetische Feldrichtung des Stators 45 66 ändernde Zustände.

Leiter 68 auf Erde Leiter 68 stromlos Leiter 68 auf Spannung Leiter 68 auf Spannung Leiter 68 stromlos Leiter 68 auf Erde

Leiter 69 stromlos Leiter 69 auf Erde Leiter 69 auf Erde Leiter 69 stromlos Leiter 69 auf Spannung Leiter 69 auf Spannung

Wenn die Leiter 67,68 und 69 in der gezeigten Reihenfolge mit den vorgeschriebenen Zuständen belegt werden, so dreht sich bei jedem Schritt das Statorfeld eines vierpoligen Motors um einen Winkel von 30 Grad und in derselben Richtung. Der vormagnetisierte Rotor 65 folgt dieser Bewegung. Bei umgekehrter Reihenfolge der Zustände an den

Leitern 67,68 und 69 dreht das magnetische Feld im Stator 55 66 und der Rotor 65 in umgekehrter Richtimg.

Damit die Leiter 67, 68 und 69 in der beschriebenen Reihenfolge aktiviert werden, müssen die Darlingtontransistoren 70 bis und mit 75 folgende Zustände annehmen:

Darlington 70

71

72

73

74

75

aktiv passiv passiv aktiv passiv passiv aktiv passiv passiv passiv passiv aktiv passiv passiv aktiv passiv passiv aktiv passiv aktiv aktiv passiv passiv passiv passiv aktiv passiv passiv aktiv passiv passiv passiv passiv aktiv aktiv passiv

5 636787

Somit geht aus Fig. 3 hervor, dass die Treibertransistoren 76 bis und mit 81 folgende Zustände annehmen müssen:

Treiber- 76 77 78 79 80 81

transistor aktiv aktiv passiv passiv passiv aktiv aktiv aktiv passiv aktiv passiv passiv passiv aktiv aktiv aktiv passiv passiv passiv passiv aktiv aktiv passiv aktiv passiv passiv passiv aktiv aktiv aktiv passiv aktiv passiv passiv aktiv aktiv

Damit ergeben sich für die sechs Ausgänge 82 bis und mit 87 des Microcomputers 88 folgende Zustände:

Ausgänge 82

83

84

85

86

87

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0 '

0

1

0

1

0

1

Die sechs Ausgänge 82 bis und mit 87 seien den ersten sechs Bits eines acht Bit Wortes zugeordnet. Wir legen folgende willkürliche Zuordnung zu Grunde. Bit null dem Ausgang 87, Bit 1 dem Ausgang 86, Bit 2 dem Ausgang 85, Bit 3 dem Ausgang 84, Bit 4 dem Ausgang 83 und Bit 5 dem Ausgang 82. Damit schreiben sich die Motorcodes ohne Berücksichtigung des sechsten und siebenten Bits des acht Bit Wortes in Hexadezimalzahlen ausgedrückt wie folgt:

31 34 IC OD 07 und 13

Wenn also die sechs Ausgänge 82 bis und mit 87 des Microcomputers 88 nacheinander mit den aufgeführten Codewörtern belegt werden, so dreht sich der Rotor 65 des Motores schrittweise um je einen Winkel von 30 Grad in einer Richtung. Die Codewörter in umgekehrter Reihenfolge eingegeben lassen den Rotor 65 in der andern Drehrichtung drehen. Damit der Motor fortlaufend in einer Richtung dreht, muss nach dem letzten Codewort der Reihe wieder mit dem ersten Codewort begonnen werden.

Es soll nun der Zusammenhang zwischen den Motorcodewörtern und den Signalen der Fühler zur Abtastung der Drehlage des Rotors erläutert werden. Dabei gehen wir vom drehenden Rotor 65 aus, welcher infolge seiner Vormagnetisierung in den Wicklungen des Stators Spannungen induziert. An den drei Leitern oder Phasen 67, 68 und 69 könnte man in diesem Falle sinusförmige Wechselspannungen messen, die je gegeneinander um 120 Grad verschoben sind wie im normalen Drehstromnetz. Die Frequenz der Wechselspannungen hängt von der Tourenzahl des Rotors 65 ab. Wie wir gesehen haben, werden durch die sechs Motorcodes und über die Darlingtontransistoren 70 bis und mit 75 immer je zwei von drei Motoranschlüssen 67, 68 und 69 mit der Speisegleichspannungsquelle verbunden. Die Motorcodes müssen nun zeitlich so gesteuert werden, dass an den Motoranschlüssen, die gerade mit der Speisespannung verbunden sind, die induzierte Spannung im Motor ein Maximum durchläuft und mit der Polarität der Speisespannung übereinstimmt. In diesem Falle würde der Rotor eine Tourenzahl annehmen, bei welcher der Scheitelwert der induzierten Spannung zwischen zwei der drei Leiter 67, 68 und 69

ungefähr gleich der Speisespannung ist. Im Leerlauf des Motores würde der Strom im Motor, der nun als Gleichstrom im Speisekreis gemessen werden kann, sehr klein sein. Bei Belastung des Motores würde dieser Strom proportional 20 zum Belastungsdrehmoment an der Motorwelle ansteigen. Die Messung des Speisestromes erfolgt über dem Widerstand 19 Fig. 1.

Die Motorcodes zeitlich so steuern, dass das eben beschriebene Betriebsverhalten auftritt, heisst nichts anderes 25 als den Motorcodes ganz bestimmte Fühlercodes zuzuordnen. Wir brauchen somit auch sechs Fühlercodes womit gegeben ist, dass mindestens drei Fühler zur Abtastung der Rotordrehstellung vorhanden sein müssen. Ein Mehrphasenmotor benötigt zu seiner Steuerung mindestens gleich 30 viele Fühler wie Phasen vorhanden sind. Jeder Fühler besteht im wesentlichen aus einem Phototransistor 89,90 und 91, den nichtgezeichneten den Phototransistoren gegenüber liegenden Infrarotdioden und einer allen drei Fühlern gemeinsam angehörenden, auf der Welle des Motores befestig-35 ten Blende 92, die zwischen Phototransistoren und Infrarotdioden frei durchdrehen kann. Die Blende 92 ist so ausgebildet, dass sie in Winkelabständen von je 90 Grad auf die Motorachse bezogen lichtdurchlässig und lichtundurchlässig ist. Die drei Fühler sind in Winkelabständen von je 60 Grad be-40 zogen auf die Motorachse auf dem Stator des Motores befestigt.

Von der Stellung der Blende 92 in Fig. 3 ausgehend und diese im Uhrzeigersinn drehend ergibt sich folgende Reihe der Zustandsmöglichkeiten der drei Phototransistoren.

Phototransistor

89

90

91

hell dunkel hell

dunkel dunkel hell

50

dunkel hell hell dunkel hell dunkel

hell hell dunkel

hell dunkel dunkel

Es sind sechs Zustände nach einer halben Umdrehung 55 des vierpoligen Motores festzustellen und dann wiederholt sich die aus sechs Kombinationen aufgebaute Reihe wieder. Für jeden folgenden Zustand musste die Blende um einen Winkel von 30 Grad in einer Richtung gedreht werden, wie bei der Festlegung der Motorcodes. Die Signale der Photo-60 transistoren 89, 90 und 91 führen auf die Eingänge 93, 94 und 95 des Microcomputers 88, wo sie folgende Zustands-reihe bilden 101 001 011 010 110 100. Würde man den Eingängen 93,94 und 95 folgende Bits eines acht Bit Wortes zuordnen: Bit 0 dem Eingang 95, Bit 1 dem Eingang 94 und 65 Bit 2 dem Eingang 93, und die restlichen Bits gleich 0 setzen, so wären die Codewörter der Fühler hexadezimal ausgedrückt, 05 01 03 02 06 und 04. Wir ordnen diesen Fühlercodewörtern die entsprechenden Motorcodewörter zu:

636 787

Fühlercodewort 05 Motorcodewort 31

01 34

03 IC

02 OD

06 07

04 13

Indem wir die Fühlercodeworte als Adressen im RAM Speicher behandeln und diese Speicher mit zugehörigen Motorcodewörtern besetzen, kann mit indexierter Adressierung im Programm der Motor sehr einfach gesteuert werden. Diese RAM Speicher werden im Initialisierungsprogramm geladen und die Schreibung sieht folgendermassen aus:

0001 34

0002 OD

0003 IC

0004 13

0005 31

0006 07

Der Motor arbeitet nach der aufgeführten Adresstabelle korrekt, wenn die drei Anschlüsse des Motores und die drei Anschlüsse der Fühler, sowie die Winkellage der Blende in bezug auf die magnetischen Pole des Rotors richtig ausgeführt sind. Zur korrekten Einjustierung gehe man am besten praktisch vor. Man kommutiere die Motoranschlüsse 67,68 und 69 zu den drei Darlingtonanschlüssen in den sechs möglichen Kombinationen. Nur in einer Kombination läuft der Motor ruhig und mit wenig Strom. Die genaue Winkellage der Blende zum Rotor liegt beim Minimum des Stromverbrauches des Motors im Leerlauf und kann durch leichtes Drehen der Blende gegenüber dem Rotor schnell gefunden werden. Damit der Motor auch in der andern Richtung ubo b6

4000

11b3

84

07

11b5

97

0e

11b7

de od

11b9

a6

00

11bb b7

4002

Dies war das Programm für den korrekten Antrieb des Motores. Da im Akkumulator der gewählte Motorcode liegen bleibt, wird nun im folgenden Motorumgängezählpro-

dreht, braucht man lediglich die drei Signale der Fühler umzukehren, was «softwaremässig» mit dem «Complément» Befehl für die Codewörter der Fühler erreicht wird.

An Hand der Fig. 3 soll nun die dreifache Photozellen-5 Steuerung 89,90 und 91 mit der Blende 92 in ihrer Doppelfunktion auch als Zählempfänger der Umdrehungen des Motores erläutert werden. Man soll bedenken, dass die Gewindeschneidmaschine unter schwierigen Verhältnissen des Gewindeschneidens bis zu zehnmal pro Sekunde die Dreh-lo richtung ändern kann. Wenn nur ein Phototransistor-Dio-denpaar vorhanden wäre, so könnte der Fall auftreten, wo die Blende 92 an diesem Phototransistor hin und her pendelt ohne dass der Motor eine einzige Umdrehung gemacht hat. Trotzdem würde jeden Pendelvorgang als halbe Umdrehung 15 des vierpoligen Motores im Microcomputer ausgewertet. Mit einer dreifachen Phototransistoranordnung, wie sie ohnehin für die Steuerung, respektive korrekte Speisung des Dreiphasenmotores nötig ist, kann ein falsches Zählen rein softwaremässig verhindert werden. Der Microcomputer ver-20 wertet alle drei Signale, die von den Phototransistoren 89,90 und 91 herrühren und gibt dem Auf und Abzählprogramm nur dann einen Befehl auf oder abzuzählen, wenn eine halbe Umdrehung der Motorwelle ausgeführt wurde. Da der beschriebene Dreiphasenmotor einen vierpoligen Rotor auf-25 weist und die Wicklung 66 so ausgeführt ist, dass ihr elektrischer Winkel 360 Grad ausgeführt hat, wenn der mechanische Winkel erst 180 Grad beträgt, werden pro Umdrehung des Motores zwei Zählungen vorgenommen. Die Auswertung der drei Photozellensignale zur eindeutigen Zählung 30 der Umdrehungen des Motores sei an Hand der ausführlichen Programmschreibung der «Subroutine» für die Steuerung des Motores in Vorwärtsrichtung kurz beschrieben. Dieses Programm gilt für einen Motorola Microprozessor 6800

Lade Akkumulator mit Data aus den Fühlern

Lese nur erste drei Bits heraus Speichere in RAM 000E Lade Index Register mit Inhalt in RAM 000 D und RAM 000E. 000D war 00 Lade Akkumulator indexiert Speichere Motorcodes auf die sechs Ausgänge für Motorantrieb gramm mit den Motorcodes statt den Fühlercodes gearbeitet, was auf dasselbe herauskommt, da jedem Motorcode ein eindeutiger Fühlercode zogeordnet ist.

Vergleiche Akkumulator mit Motorcode 31

Wenn gleich, fahre weiter, ansonst springe auf Adresse 1ID9

Lade zweiten Akkumulator aus RAM

OOOF (Sperrspeicher)

Wenn null, fahre weiter, ansonst springe auf Adresse 11F0

Lade zweiten Akkumulator aus RAM 0010 (Sperrspeicher)

Wenn null, fahre weiter, ansonst springe auf Adresse 11F0

Lade Index Register mit Inhalt von

RAM 0011 und RAM 0012 (auf

Abzählspeicher)

Zähle eins von Inhalt des Index

Registers ab.

11BE

81

31

CMP31

11C0

26

17

BNE11D9

11C2

D6

0F

LDA B M000F

11C4

26

2A

BNE11F0

11C6

D6

10

LDA B M0010

11C8

26

BNE 11F0

11CA

FE

0011

LDXM0011

11CD

09

DEX

LDA PIA 4000

AND 07 STA M000E LDXM000D

LDA x/oo STA PIA 4002

7

636787

11CE

FF

0011

STXM0011

11D1

7C

000F

INC M000F

11D4

7C

0010

INC M0010

11D7

20

17

BRA1IF0

11D9

81

34

CMP 34

11DB

26

08

BNE 11E5

11DD

7F

000F

CLRM000F

11E0

7C

0010

INC M0010

1IE3

20

08

BRA11F0

11E5

81

13

CMP 13

11E7

26

07

BNE11F0

11E9

D6

0F

LDA B M000F

11EB

26

03

BNE11F0

11ED

7F

0010

CLR M0010

11F0

39

RTS

Wir sehen aus diesem Programm, dass die Abzahlung des Inhaltes der Zählspeicher 0011 und 0012 nur unter den Adressen 1 ICA, 1 ICD und 1 ICE erfolgt und nur gezählt wird, wenn der Motorcode 31 auf den Motor geschaltet ist, und wenn der Inhalt der Sperrspeicher 000F und 0010 null ist. Nach der Abzählung in den Auf Ab Speicherplätzen 0011 und 0012 werden die Inhalte der Sperrspeicherplätze 000F und 0010 um eins erhöht und haben folglich nicht mehr den Wert null. Sollte der Motorcode infolge hin und her pendelns der Blende sich mehrfach wiederholen, ohne dass die Motorcodes 34 und 13 durchlaufen werden, so kann keine weitere Zählung mehr stattfinden, da der Programmablauf unter den Adressen 11C4 oder 11C8 einen Sprung ausführt und die Zählung damit umgeht. Zuerst müssen die Sperrspeicher 000F und 0010 gelöscht werden und dies geschieht erst, wenn die Motorcodes 34 und 13 auf den Motor geschaltet sind. Damit bei der Zählung noch zwischen den beiden Drehrichtungen unterschieden werden kann - im Vorwärtsprogramm soll nur die Vorwärtsrichtung berücksichtigt werden - wird unter Adresse 11E0 der Inhalt des Sperrspeichers 0010 um eins erhöht und unter Adresse 11E9 und 11EB der Sperrspeicher 0010 nur dann gelöscht, wenn der Inhalt des Sperrspeichers 000F nicht null war.

Mit diesem Programm können somit die Rotorumgänge des Motores eindeutig gezählt werden, wenn drei Fühlersignale ausgewertet werden. Zeit zur Ausführung des Programmes und Festwertspeicherplätze sind genügend vorhanden, so dass der Aufwand an Mitteln nur in drei statt einem Fühler liegt. Da der Motor zu seiner Steuerung aber ohnehin

Speichere den Inhalt des Index Registers in RAM 0011 und RAM 0012 Erhöhe Inhalt des RAM 000F um eins Erhöhe Inhalt des RAM 0010 um eins Springe auf Adresse 11F0 Vergleiche Akkumulator mit Motorcode 34

Wenn gleich, fahre weiter, ansonst springe auf Adresse 11E5

Setze Inhalt von RAM 000F auf null

Erhöhe Inhalt von RAM 0010 um eins

Springe auf Adresse 11F0

Vergleiche Akkumulator mit Motorcode

13

Wenn gleich, fahre weiter, ansonst springe auf Adresse 11F0 Lade zweiten Akkumulator mit Inhalt von RAM 000F

Wenn null, fahre weiter, ansonst springe auf Adresse 11F0

Setze Inhalt von RAM 0010 auf null Kehre von der «Subroutine» ins Hauptprogramm zurück

25 drei Fühler benötigt, so ist der Aufwand zur eindeutigen Zählung der Umdrehungen des Motores als praktisch null zu betrachten und liegt rein in der «Software», die nur bei ihrer Ausarbeitung etwas kostet.

Heute sind Microcomputer auf einem «Chip» mit 2 MHz 30 Taktoscillator, Microprozessor, 2000 Speicherplätzen in ROM, 128 Speicherplätzen in RAM und ca. 30 Ein-Ausgän-gen schon für wenig Geld auch bei relativ kleinen Stückzahlen erhältlich. Das Programm der erfindungsgemässen Gewindeschneidmaschine belegt nur ca. 800 ROM Speicher-35 plätze. Daraus ist zu ersehen, dass mehr als die Hälfte der ROM Speicherplätze ungenützt bleiben. Mit weitern Programmen könnten folglich die Fähigkeiten der erfindungsgemässen Gewindeschneidmaschine noch wesentlich erhöht werden. Es könnten z.B. Programme vorgesehen werden, die 40 über einen Digital-Analogwandler die Speisegleichspannung des Motores steuern und damit die Tourenzahl des Motores beeinflussen. Bei automatischem Betrieb der Gewindeschneidmaschine in einer taktgesteuerten Transferkette könnte ein Programm die Taktsteuerung übernehmen und 45 die Transferkette abstellen, wenn z.B. das Gewindeschneidwerkzeug zu stark abgenützt ist oder keine Schmierflüssigkeit mehr auf das zu schneidende Gewindeloch fliesst. Weiter könnten Programme ausgearbeitet werden, die auch in schwierigen Situationen, z.B. Anfressen des Gewindeso Schneidwerkzeuges im Gewindeloch, die Gewindeschneidmaschine so steuern, dass das Gewindeschneidwerkzeug sorgfältig mit Gefühl aus dem Gewindeloch herausgeschraubt wird.

3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Elektrisch gesteuerte Gewindeschneidmaschine mit Elektromotor zum Antrieb eines Gewindeschneidwerkzeuges und mit elektrischen Mitteln zur Drehsinnänderung des Motores, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Mehrphasenmotor ist, dessen Rotor mindestens ein magnetisches Polpaar aufweist, und er zur Abtastung der Rotordrehlage Fühler aufweist, deren elektrische Signale über eine elektronische Schaltung zur Steuerung der Speisung der Motorphasen und zur Zählung der Umdrehungen des Rotores verwendet werden, und der Strom des Motores über eine elektronische Schaltung zur Messung und Auswertung des Drehmomentes am Schneidwerkzeug dient.

2. Elektrisch gesteuerte Gewindeschneidmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des Motores mindestens ein permanentmagnetisches Polpaar aufweist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Elektrisch gesteuerte Gewindeschneidmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrphasenmotor ein Dreiphasenmotor ist.

4. Elektrisch gesteuerte Gewindeschneidmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Fühler zur Abtastung der Rotordrehlage mindestens ein lichtempfindliches Element und ein lichtemitierendes Element aufweist.

5. Elektrisch gesteuerte Gewindeschneidmaschine nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen lichtempfindlichen und lichtemitierenden Elementen eine auf der Motorachse befestigte Blende dreht.

6. Elektrisch gesteuerte Gewindeschneidmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens so viele Fühler zur Abtastung der Rotordrehlage auf dem Motor angebracht sind, wie dieser Phasen aufweist.

7. Elektrisch gesteuerte Gewindeschneidmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung als wesentlichen Bestandteil einen Microcomputer aufweist.

8. Elektrisch gesteuerte Gewindeschneidmaschine nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Microcomputer die Signale aller Fühler zur Abtastung der Drehlage des Rotores auswertet, um einerseits den Motor zu steuern und anderseits die Zählung der Umdrehungen des Rotors vorzunehmen.

9. Elektrisch gesteuerte Gewindeschneidmaschine nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Microcomputer die Auswertung des Drehmomentes so vornimmt, dass er den Drehsinn des Motors umsteuert, sobald das Drehmoment am Schneidwerkzeug einen einstellbaren Wert erreicht hat.

Gewindeschneidmaschinen sind bekannt, bei welchen mit verschiedenen Verfahren das Drehmoment am Gewindeschneidwerkzeug und die Gewindetiefe das Betriebsverhalten der Gewindeschneidmaschine beeinflussen. Besonders mechanisch wirkende Gewindeschneidköpfe zur Aufnahme eines Gewindeschneidwerkzeuges sind bekannt. Sie werden meistens in ein Bohrfutter einer Ständerbohrmaschine oder eines Drehbankes eingespannt. Das Drehmoment am Schneidwerkzeug wird zum Schutze des Schneidwerkzeuges mit einer Rutschkupplung begrenzt, oder spezielle Mechanismen mit einem Umkehrgetriebe ändern bei Überlastung des Schneidwerkzeuges den Drehsinn desselben.

Die Gewindetiefe wird mit einstellbaren Anschlägen begrenzt, welche ein Umkehrgetriebe betätigen, so dass nach Erreichen der eingestellten Gewindetiefe sich das Gewindeschneidwerkzeug aus dem Bohrloch herausschraubt. An s Stelle des Umkehrgetriebes kann auch der Drehsinn des Motores elektrisch über einen Schalter und einen Schützen gesteuert werden, wobei ein einstellbarer Bolzen nach Erreichen einer eingestellten Gewindetiefe den Schalter betätigt.

Bei allen diesen Mechanismen werden das Drehmoment io am Gewindeschneidwerkzeug und die Gewindetiefe rein mechanisch gemessen und die Steuerung der Drehsinnänderung erfolgt ebenfalls mechanisch oder zu mindest elektrome-chanisch mit Schaltern und Schützen.