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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein numerisches Steuersystem, das eine E/A-Einheit zur Zeitmessung verwendet.
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Beschreibung des verwandten Stands Der Technik
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Eine maschineneigene Messfunktion einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine wird derart implementiert, dass ein Berührungssensor, der an die Vorschubwelle der Werkzeugmaschine angefügt ist, in Kontakt mit einem Messobjekt durch Steuern der Vorschubwelle gebracht wird, und ein Signal aus dem Berührungssensor zur Messung verwendet wird. Gemäß dieser maschineneigenen Messfunktion wird das Messobjekt derart gemessen, dass eine numerische Steuereinrichtung die Aktivierungszeitgabe der Ausgabe des Berührungssensors bemerkt, wenn die Vorschubwelle bewegt wird, um den Berührungssensor in Kontakt mit dem Messobjekt zu bringen (
JP H05-66820 A ). Damit diese Funktion erreicht wird, soll der Berührungssensor als ein DI-Signal in die numerische Steuereinrichtung mittels irgendeiner Einrichtung eingegeben werden.
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Normalerweise werden Signale dieser Art, sowie das Signal für den Berührungssensor, häufig durch eine DI-Signaleingabeschnittstelle bezüglich der numerischen Steuereinrichtung eingegeben.
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Damit die DI/DO-Signale-Signale (Eingabe- und Ausgabesignale) zwischen der numerischen Steuereinrichtung (CNC) und der Werkzeugmaschine eingeben und ausgegeben werden, ist eine Vielzahl von externen Signaleingabe-/Ausgabeeinheiten (E/A-Einheiten) derart verbunden, dass die DI/DO-Signale normalerweise zwischen der numerischen Steuereinrichtung und den E/A-Einheiten übermittelt werden. Wird die Berührungssensorausgabe in die E/A-Einheiten eingegeben, ist es möglich, einen flexibleren Aufbau und Verdrahtung als in dem Fall zu erreichen, in dem das DI-Signal durch die Schnittstelle bezüglich der numerischen Steuereinrichtung eingegeben wird.
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Da von der numerischen Steuereinrichtung erwartet wird, eine vorbestimmte Verarbeitung in einer festen Zeit durchzuführen, werden die DI/DO-Signale jedoch häufig bei regelmäßigen Intervallen übermittelt. Wird die Berührungssensorausgabe in die numerische Steuereinrichtung durch die E/A-Einheiten eingegeben, dann wird sie in einem derartigen Fall unausweichlich in jeder Übermittlungsperiode aktualisiert. Deshalb ist eine Einrichtung erforderlich, um eine Messung höherer Genauigkeit zu erreichen. Eine Technik zum Bewältigen dieses Problems ist in der
JP H06-149320 A und
JP H11-205392 A offenbart.
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Demgegenüber offenbart die vorstehend beschriebene
JP H06-149320 A eine Technik, in der E/A-Einheiten eine ereignisgesteuerte Kommunikation mit einer numerischen Steuereinrichtung auf der Grundlage eines DI-Signals durchführen, das als ein Auslöser eingegeben ist. Gemäß dieser Technik wird die Kommunikation zum Unterbrechen der periodischen Übermittlung bewirkt. Um dies zu erreichen, ist ein ausgeklügelter Entwurf sowie eine komplizierte Arbitrierungsschaltung und eine Prioritätseinstellung erforderlich, so dass die Übermittlungsperiode in Anbetracht der Unterbrechung bestimmt oder durch ein gesondertes Protokoll oder eine Verarbeitungssequenz unter Verwendung einer Zeitgeberschaltung und dergleichen reguliert wird, anstelle der Übermittlung mit fester Periode.
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Des Weiteren offenbart die vorstehend beschriebene
JP H11-205392 A eine Technik, in der E/A-Einheiten in sich individuell Zeitgeber zur Zeitzählung umfassen, die durch ein Kommunikationsprotokoll synchronisiert werden. Gemäß dieser Technik sind die Zeitgeber in den E/A-Einheiten, von denen streng Kostengünstigkeit erwartet wird, aufgrund ihrer Erhöhung im Schaltungsausmaß nachteilig.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 052 175 A1 zeigt ein modulares numerisches Steuergerät, das aus einem Hauptrechner und zwei Reglereinheiten besteht, die mittels serieller Datenübertragungskanäle in Form einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Die Datenübertragungskanäle bestehen aus einem Sendekanal und einem Empfangskanal, wobei der Sendekanal dazu dient, einen seriellen Datenstrom vom Hauptrechner in Richtung der Reglereinheiten zu übertragen. Der Empfangskanal dient dagegen zur Übertragung eines seriellen Datenstroms von den Reglereinheiten zum Hauptrechner. Der Hauptrechner enthält eine Hauptsendeeinheit, der ein Leittaktsignal zugeführt wird, das wiederum in einem Leittaktgenerator erzeugt wird. Schließlich enthalten die Reglereinheiten eine Taktrückgewinnungseinheit, die ein Synchrontaktsignal aus dem seriellen Datenstrom gewinnt.
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Die Druckschrift
DE 692 32 158 T2 zeigt ein Kommunikationssystem, in dem eine Vielzahl von Nebenstationen durch eine serielle Übertragungsleitung mit einer Hauptstation verbunden ist. Jede der Nebenstationen ist mit einem Systemzähler und einem Steuerzeitsetzregister ausgestattet und empfängt Daten, wenn Adresseninformation, die in einem von der Hauptstation gesendeten Übertragungsrahmen enthalten ist, ihrer eigenen Adresse entspricht, und setzt den Systemzähler derart, dass die Steuerzeit für das von der Hauptstation zu steuernde Objekt an die Steuerzeit durch die eine oder mehreren Nebenstationen angepasst ist. Folglich können mehrere Nebenstationen ein Steuersignal abgeben, das der Steuerzeit für ein von der Hauptstation zu steuerndes Objekt entspricht, wenn der Inhalt des Systemzählers dem Inhalt des Steuerzeitsetzregisters entspricht. Die Nebenstation sammelt Ist-Steuerzeitdaten zwischen der Hauptstation und der Nebenstation, und aufgrund dieser Daten setzt die Nebenstation einen vorbestimmten Wert in dem Steuerzeitsetzregister. Die zwischen einer Hauptstation und den Nebenstationen übertragenen Informationen weisen mehrere Start- und/oder End-Flags auf, wobei die Anzahl der Flags auf der Basis der gewünschten Zuverlässigkeit gewählt werden kann.
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Kurzfassung der Erfindung
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Demgemäß, damit die vorstehend beschriebenen Probleme gelöst werden, besteht eine Aufgabe der Erfindung in einem Bereitstellen eines numerischen Steuersystems, das in der Lage ist, eine maschineneigene Messung höherer Genauigkeit auf der Grundlage einer Zeitmessung durch eine E/A-Einheit oder -Einheiten durchzuführen.
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Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bereitgestellt. Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
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Ein numerisches Steuersystem umfasst eine numerische Steuereinrichtung und eine oder mehrere E/A-Einheiten, die mit der numerischen Steuereinrichtung verbunden sind, und übermittelt Eingabe- und Ausgabesignale zwischen der numerischen Steuereinrichtung und den E/A-Einheiten durch eine serielle Kommunikation. In diesem numerischen Steuersystem umfasst jede der E/A-Einheiten einen Zeitmessabschnitt, der konfiguriert ist, eine Zeitmessung mit einem Eingabesignal als einem Auslöser zu starten, und einen seriellen Kommunikationsabschnitt, der konfiguriert ist, um ein Flag, das eine Eingabe des Eingabesignals anzeigt, und einen Messwert des Zeitmessabschnitts bei dem Start des Zurücksendens durch die E/A-Einheit zu der numerischen Steuereinrichtung zu senden. Demgegenüber umfasst die numerische Steuereinrichtung einen Erlangungsabschnitt, der konfiguriert ist, um das Flag und den Messwert zu erlangen, die durch die serielle Kommunikation eingegeben sind, einen Zeitgeber, der konfiguriert ist, um Zeit zu messen, und einen Eingabezeitberechnungsabschnitt, der konfiguriert ist, um die Zeit der Eingabe des Eingabesignals auf der Grundlage der durch den Zeitgeber gemessenen Zeit und des durch den Erlangungsabschnitt erlangten Messwerts zu berechnen.
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Der Eingabezeitberechnungsabschnitt ist vorzugsweise konfiguriert, die Zeit der Eingabe des Eingabesignals auf der Grundlage einer Verzögerungszeit der Kommunikation zwischen der numerischen Steuereinrichtung und der E/A-Einheit sowie der gemessenen Zeit und des Messwerts zu berechnen.
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Die numerische Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise einen Verzögerungszeitmessabschnitt, der konfiguriert ist, um die Verzögerungszeit der Kommunikation zwischen der numerischen Steuereinrichtung und der E/A-Einheit durch die serielle Kommunikation zu messen.
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In dem Fall, in dem die Vielzahl von E/A-Einheiten in einer Kette mit der numerischen Steuereinrichtung verbunden ist, ist der Eingabezeitberechnungsabschnitt vorzugsweise konfiguriert, um die Zeit der Eingabe des Eingabesignals auf der Grundlage der Verzögerungszeit der Kommunikation zwischen irgendeiner der E/A-Einheiten und der an sie angrenzenden E/A-Einheit, sowie der gemessenen Zeit und des Messwerts berechnen.
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Die E/A-Einheit ist vorzugsweise konfiguriert, um ein Zurücksenden zu der numerischen Steuereinrichtung in der seriellen Kommunikation bei Empfang von Daten aus der numerischen Steuereinrichtung zu starten.
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Gemäß der Erfindung kann ein numerisches Steuersystem vorgesehen werden, das in der Lage ist, eine maschineneigene Messung höherer Genauigkeit auf der Grundlage einer Zeitmessung durch eine E/A-Einheit oder -Einheiten durchzuführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorstehend beschriebenen und weiteren Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden durch Studium der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlich werden. Es zeigen:
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1 eine Blockdarstellung, die ein numerisches Steuersystem gemäß der Erfindung zeigt;
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2 ein Zeitdiagramm, das die Erfindung zeigt;
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3 ein Diagramm, das zeigt, wie ein Berührungssensor ein Werkstück kontaktiert und ein DI-Datum als einen Auslöser ausgibt;
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4 ein Ablaufdiagramm, das eine Verarbeitung auf der Seite des numerischen Steuersystems zeigt;
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5 ein Ablaufdiagramm, das die Verarbeitung auf der Seite einer E/A-Einheit zeigt; und
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6 ein Diagramm, das ein numerisches Steuersystem zeigt, in dem eine Vielzahl von E/A-Einheiten in einer Kette mit einer numerischen Steuereinrichtung verbunden sind.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Wie in 1 gezeigt, umfasst ein numerisches Steuersystem, das eine E/A-Einheit zur Zeitmessung verwendet, eine numerische Steuereinrichtung 10, eine Kommunikationsleitung 20 und eine E/A-Einheit 30. Das numerische Steuersystem kann ein System sein, in dem eine Vielzahl von E/A-Einheiten 30 in Form eines Sterns um die numerische Steuereinrichtung 10 herum oder in einer Kette verbunden sind (vergl. 6).
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Die numerische Steuereinrichtung 10 umfasst einen Prozessor (CPU) 11, einen Datenpuffer (DO) 12, einen Datenpuffer (DI) 13, einen Zeitgeber 14, wie einen Realzeittaktgeber zum Zeitzählen, usw. Die E/A-Einheit 30 umfasst einen Prozessor (CPU) 31, einen Datenpuffer (DO) 32, einen Datenpuffer (DI) 33, einen Zähler 34 und einen Empfänger 35. Der Zähler 34 startet ein Zählen bei Empfang eines DI-Signals als ein Auslöser. Die numerische Steuereinrichtung 10 und die E/A-Einheit 30 führen eine serielle Datenkommunikation durch die Kommunikationsleitung 20 durch. Die numerische Steuereinrichtung 10 und die E/A-Einheit 30 übermitteln periodisch Daten zwischen sich.
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Falls das DI-Signal als ein Auslöser zum Beispiel aus einem Berührungssensor 40 in die E/A-Einheit 30 eingegeben wird, startet der Zähler 34 der E/A-Einheit 30 das Zählen. Das DI-Signal ist nicht auf jenes aus dem Berührungssensor 40 eingeschränkt. Die numerische Steuereinrichtung 10 übermittelt serielle Daten (DO-Daten) zu der E/A-Einheit 30 durch die Kommunikationsleitung 20. Bei Empfang der seriellen Daten (DO-Daten) aus der numerischen Steuereinrichtung 10 sendet die E/A-Einheit 30 die seriellen Daten (DI-Daten) zu der numerischen Steuereinrichtung 10 zurück. Der Zähler 34 beendet das Zählen bei dem Start des Zurücksendens dieser seriellen Daten (DI-Daten), und sendet den momentanen Wert des Zählers 34 und ein Flag, das die Eingabe des DI-Signals anzeigt, als serielle Daten (DI-Daten) zu der numerischen Steuereinrichtung 10 durch die Kommunikationsleitung 20 durch serielle Datenkommunikation zurück.
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Demgegenüber, falls die numerische Steuereinrichtung 10, die die seriellen Daten aus der E/A-Einheit 30 empfangen hat, das vorstehend beschriebene Flag in den DI-Daten identifiziert, kann eine genaue Zeit, die durch das DI-Signal als ein Auslöser eingegeben ist, durch Subtrahieren des Werts in dem Zähler 34, der in den empfangenen DI-Daten umfasst ist, und eines vorab gemessenen Werts der Kommunikationsverzögerungszeit von einem Zeitwert in dem Zeitgeber 14 der numerischen Steuereinrichtung 10 durch eine Subtraktionseinrichtung spezifiziert werden.
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In diesem numerischen Steuersystem ist eine erforderliche Hardware (Schaltung) für die E/A-Einheit 30 nicht ein Zeitgeber zum Zeitzählen, sondern der Zähler 34, der die Zeitdauer von der Eingabe des DI-Signals als ein Auslöser zu dem Start des Rücksendens zu der numerischen Steuereinrichtung 10 misst. Von dem Zähler 34 wird lediglich erwartet, in der Lage zu sein, die Länge für die Periode der festen Übermittlung zwischen der numerischen Steuereinrichtung 10 und der E/A-Einheit 30 zu zählen. Somit kann ein Messsystem erreicht werden, das ein Schaltungsausmaß aufweist, das kleiner ist als jenes eines Zeitgebers, wie eines Realzeittaktgebers zum Zeitzählen.
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2 zeigt ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des numerischen Steuersystems zeigt. Der Zeitgeber 14 der numerischen Steuereinrichtung 10 bestimmt die momentane Zeit auf einer momentweisen Grundlage. Der Zähler 34 der E/A-Einheit 30 (oder des Empfängers 35) startet ein Zählen, wenn das DI-Signal als ein Auslöser in die E/A-Einheit 30 eingegeben wird.
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Die numerische Steuereinrichtung 10 übermittelt periodisch DO-Daten zu der E/A-Einheit 30. Bei Empfang der DO-Daten aus der numerischen Steuereinrichtung 10 sendet die E/A-Einheit 30 die seriellen Daten (DI-Daten) zu der numerischen Steuereinrichtung 10 zurück. Die E/A-Einheit veranlasst den Zähler 34, das Zählen zu beenden, bei dem Start des Zurücksendens dieser seriellen Daten (DI-Daten). Der momentane Wert in dem Zähler 34 und das Flag, das die Eingabe des DI-Signals als serielle Daten anzeigt, werden zurück zu der numerischen Steuereinrichtung 10 durch die Kommunikationsleitung 20 durch eine serielle Datenkommunikation gesendet.
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Bei Empfang dieser seriellen Daten subtrahiert demgegenüber die numerische Steuereinrichtung 10 den Wert (c) in dem Zähler 34, der in den empfangenen DI-Daten umfasst ist, und den vorigen Messwert (d) der Kommunikationsverzögerungszeit von dem Zeitwert (b), der durch den Zeitgeber 14 gemessen ist, durch die Subtraktionseinrichtung, wodurch die Zeit (a(= b – c – c)) der Eingabe des DI-Signals als Auslöser für die E/A-Einheit 30 erlangt wird.
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3 zeigt eine Darstellung, die zeigt, wie der Berührungssensor ein Werkstück kontaktiert und die DI-Daten als einen Auslöser ausgibt. Eine maschineneigene Messung kann unter Verwendung einer maschineneigenen Messvorrichtung, wie eines Berührungssensors, der an eine (nicht gezeigte) Werkzeugmaschine angefügt ist, durchgeführt werden. In diesem Fall, falls der Berührungssensor 40 relativ zu einem Werkstück 44 derart bewegt wird, dass der distale Endabschnitt eines Kontaktelements 42 des Berührungssensors 40 das Werkstück 44 kontaktiert, wird das DI-Signal als ein Auslöser aus dem Berührungssensor 40 ausgegeben. Ein Beispiel des DI-Signals als ein Auslöser, das in den Empfänger 35 der E/A-Einheit 30, die in 1 gezeigt ist, ist ein Signal, das von dem Berührungssensor 40 ausgegeben ist, der in 3 gezeigt ist.
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Nachstehend wird eine Verarbeitung, die durch die numerische Steuereinrichtung und die E/A-Einheit durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme gemäß 4 und 5 beschrieben werden.
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Die Verarbeitung auf der Seite der numerischen Steuereinrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben werden. Die nachfolgende Beschreibung ist eine sequenzielle Beschreibung von verschiedenen Schritten des Betriebs.
- [Schritt SA01] Eine Empfangsverarbeitung wird für die DI-Daten durchgeführt, die aus der E/A-Einheit 30 gesendet sind.
- [Schritt SA02] Es wird bestimmt, ob die empfangenen DI-Daten das Flag enthalten, das die Eingabe des DI-Signals als einen Auslöser anzeigt, oder nicht. Falls das DI-Signaleingabe-Flag nicht enthalten ist, endet diese Verarbeitung. Ist das DI-Signaleingabe-Flag enthalten, geht das Programm zu Schritt SA03 über.
- [Schritt SA03] Ein Zählwert, der in den DI-Daten enthalten ist, wird erlangt.
- [Schritt SA04] Zeitinformationen des Zeitgebers 14 werden erlangt.
- [Schritt SA05] Es werden die Kommunikationsverzögerungszeitdaten gelesen, die zuvor gemessen, gesetzt und in einem Speicher in der numerischen Steuereinrichtung gespeichert wurden.
- [Schritt SA06] Informationen bezüglich der Zeit der Eingabe des DI-Signals als ein Auslöser für die E/A-Einheit 30 werden gemäß einer Gleichung bestimmt, Zeit a = Zeit b – Zeit c – Zeit d, woraufhin diese Verarbeitung endet. Die Zeit b ist eine Zeit, zu der der Empfang des DI-Signals aus der E/A-Einheit beendet ist und kann auf der Grundlage der Zeitinformationen spezifiziert werden, die durch den Zeitgeber 14 gemessen sind. Die Zeit c ist der Zählerwert. Die Zeit d ist die Kommunikationsverzögerungszeit, die die Länge (zeitliche Dauer) des DI-Signals umfasst, das von der E/A-Einheit zu der numerischen Steuereinrichtung übermittelt wird.
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Die Verarbeitung von Schritten SA01 bis SA03 entspricht einem „Erlangungsabschnitt” des numerischen Steuersystems gemäß der Erfindung, während die Verarbeitung von Schritt SA06 einem „Eingabezeitberechnungsabschnitt” des numerischen Steuersystems entspricht.
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Die Verarbeitung auf der Seite der E/A-Einheit wird nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben werden. Die nachfolgende Beschreibung ist eine sequenzielle Beschreibung von verschiedenen Schritten des Betriebs.
- [Schritt SB01] Es wird bestimmt, ob das DI-Signal als ein Auslöser in die E/A-Einheit 30 eingegeben wird oder nicht. Wird die Eingabe festgestellt, dann geht das Programm zu Schritt SB02 über. Falls nicht, wird die Eingabe eines Signals als ein Auslöser abgewartet.
- [Schritt SB02] Das Zählen des Zählers 34 wird gestartet.
- [Schritt SB03] Es wird bestimmt, ob das DO-Signal von der numerischen Steuereinrichtung 10 gesendet wird oder nicht. Wird bestimmt, dass das DO-Signal gesendet wird, geht das Programm zu Schritt SB04 über. Falls nicht, wird die Sendung des DO-Signals abgewartet.
- [Schritt SB04] Das Zurücksenden der DI-Daten durch eine serielle Datenkommunikation wird gestartet.
- [Schritt SB05] Das Zählen des Zählers 34 wird angehalten.
- [Schritt SB06] Das DI-Signaleingabe-Flag, das die Eingabe des DI-Signals als einen Auslöser in die E/A-Einheit 30 anzeigt, und die DI-Daten, die Daten bezüglich des Werts in dem Zähler 34 umfassen, werden zu der numerischen Steuereinrichtung 10 gesendet, woraufhin diese Verarbeitung endet.
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Die Verarbeitung gemäß Schritt SB06 entspricht einem „seriellen Kommunikationsabschnitt” des numerischen Steuersystems gemäß der Erfindung, während die Verarbeitung gemäß Schritt SB03 einem „Empfangen von Daten aus der numerischen Steuereinrichtung” des numerischen Steuersystems der Erfindung entspricht.
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6 zeigt eine Darstellung, die ein numerisches Steuersystem zeigt, in dem eine Vielzahl von E/A-Einheiten in einer Kette mit einer numerischen Steuereinrichtung verbunden ist. Eine serielle Datenkommunikation wird ebenso zwischen irgendwelchen zwei angrenzenden E/A-Einheiten durchgeführt. Das numerische Steuersystem gemäß 6, in dem die E/A-Einheiten zur Zeitmessung verwendet werden, soll in Anbetracht der Zeit der Kommunikationsverzögerung zwischen den E/A-Einheiten 30 sowie jener zwischen der numerischen Steuereinrichtung 10 und den E/A-Einheiten 30 ausgelegt werden. Um dies zu erreichen, wird die Zeitverzögerung der Kommunikation aus der E/A-Einheit 30, in die ein DI-Signal als ein Auslöser eingegeben wird, zu der numerischen Steuereinrichtung 10 durch die anderen E/A-Einheiten vorab gemessen und in einem Speicher in der numerischen Steuereinrichtung gespeichert. Die Kommunikationszeitverzögerung kann z. B. durch Ausgeben eines Dummy-Signals aus der numerischen Steuereinrichtung zu den E/A-Einheiten 30, durch Zurücksenden des Dummy-Signals aus den E/A-Einheiten 30 zu der numerischen Steuereinrichtung 10 und durch Messen der Zeit, die zum Zurücksenden des Dummy-Signals erforderlich ist, bestimmt werden.
