DE2111635A1

DE2111635A1 - Einrichtung zum Umsetzen der Phasenlage eines Signals in eine Folge von Impulsen

Info

Publication number: DE2111635A1
Application number: DE19712111635
Authority: DE
Inventors: Layman John Dove
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-03-12
Filing date: 1971-03-11
Publication date: 1971-09-23
Also published as: US3602994A; FR2081874B1; FR2081874A1; DE2111635C2; SE379868B; GB1344386A

Description

Patentanwälte

DL-Ing. Wilhelm Reiche! Dipl-Ing. Wolfgang Beichel

6 Frankfurt a. M. 1
Parksiraße 13

6613

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., VStA

Einrichtung zum Umsetzen der Phasenlage eines Signals in eine Folge von Impulsen

Die Erfindung "betrifft eine Einrichtung zum Umsetzen der Phasenlage eines Signals in eine Folge von Impulsen, von denen jeder ein Inkrement der Änderung der Phasenlage im Vergleich zu einer Bezugsphasenlage dargestellt.

Für verschiedene Einrichtungen, insbesondere numerische Werkzeugmaschinen-Regeleinrichtungen, benötigt man eine Einrichtung zum Umsätzen einer Information, die in Form einer sich ändernden Phasenlage eines elektrischen Signals.vorliegt, in eine Folge von (digitalen)Impulsen, die die Information durch ihre Anzahl, darstellen. Diese Einrichtung muß vor allem mit hoher Genauigkeit arbeiten. Ferner benötigt man häufig eine einfache Einrichtung zur Erzeugung von Impulsfolgen, deren einzelne Impulse mit hoher Genauigkeit Drehvrinkeländerungen einer Welle darstellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Präzisionseinrichtung zum Umsetzen der sich ändernden Phasenlage eines Signals in eine Folge von Impulsen, von

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denen jeder ein Increment der Änderung der Phasenlage im Vergleich zu einer Bezugsphasenlage darstellt, zu schaffen.

Ausgehend von einer Einrichtung zum Umsetzen der sich im Vergleich zu einer Bezugsphaseηlage ändernden Phasenlage eines Eingangssignals in eine Folge von Impulsen, von denen jeder ein Inkrement der Änderung der Phasenlage darstellt, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Bezugsphasensignals mit einer Folgefrequenz, die im wesentlichen gleich der des Eingangssignals ist, und mit einer Vorrichtung zum wiederholten Vergleichen der Phasenlage des Eingangssignals und des Bezugssignals, ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Speichern einer von dem Betrag der Phasendifferenz abhängigen Größe, und eine auf ein sich wiederholendes Steuersignal dahingehend ansprechende Vorrichtung, daß sie eine Anzahl von Ausgangsimpulsen, die der gespeicherten Größe proportional ist, mit einer Impulsfolgefrequenz erzeugt, die nicht größer als die Folgefrequenz des Steuersignals ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein schematischea Blockschaltbild des Steuerteils einer numerischen Werkzeugmaschinen-Regeleinrichtung, bei der die Erfindung angewandt werden kann.

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Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild des Übrigen Teils der numerischen Werkzeugmaschinen-Regeleinrichtung nach Fig.1 zusammen mit einem schematischen Blockschaltbild der Umsetzeinrichtung nach der Erfindung.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei einer Regeleinrichtung, die in Abhängigkeit von "Phasensignalen¹¹ (das sind Signale, bei denen die Information in der Phasenlage des Signals enthalten ist) derart betreibbar ist, daß sie einen Impulsgeber 823 (Fig. 2) über eine Ausgangsleitung 828A eine Folge von Impulsen erzeugen läßt. Die erwähnten Phasensignale können von einem Resolver 816 (auch Drehmelder genannt) erzeugt werden.

Die Einrichtung dient in diesem Beispiel zur Regelung einer Drehbank 38. Diese weis- ^!n typisch®! Weise eine Spindelstock-Einspannvorrichtung und einen Antriebsmotor, die mit 818 bezeichnet sind, und einen Reitstock 39 zum Halten eines Werkstücks 40, in das ein Gewinde geschnitten werden soll, auf. Ein Drehbank-Support 41 trägt ein Werkzeug 42 und kann in zwei Richtungen, die mit X-Achse und Y-Achse bezeichnet sind, bewegt werden. Eine Bewegung in Richtung der X-Achse wird durch die Leitspindel 44 bewirkt, die an der Stelle 46 durch einen X-Achse-Stellmotor 10 angetrieben wird. Die Bewegung in Richtung der X-Achse wird durch eine Quervorschubspindel 48 bewirkt, die von dem X-Achse-Stellmotor 11 angetrieben wird. Die Stellmotoren 10, 11 treiben auch jeweils einen Lageistwertgeber, nämlich Resolver 12 und 13 an. Diese Resolver und der Resolver 816 werden vonfeiner Resolver-Erregerstromversorgungseinrichtung 814 durch Ö*- und 90°- Phasen-Erregersignale erregt, und wenn sie erregt Bind,

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geben sie jeweils an ihren Ausgangsanschlüssen eine Spannung ab, deren Phasenlage eine Funktion der Drehwinkelstellung des Resolvers ist. Die von den Resolvern 12 und 13 erzeugten Lageistwertsignale werden jeweils einem Phasendiskriminator oder -vergleicher 14 bzw. 15 zugeführt. Die Vergleicher 14, 15 vergleichen die Istlage des Werkzeugs 42 mit der Soll-Lage (die durch den Steuerteil der Einrichtung vorgegeben wird). Bei diesem Vergleich handelt es sich um einen Phasenvergleich, und wenn eine Phasendifferenz festgestellt wird, wird diese in ein Fehlersignal umgesetzt, das den Stellmotoren 10, 11 zugeführt wird. Die Stellmotoren werden daher so angetrieben, daß sie die Lage des Werkzeugs in Übereinstimmung mit den Sollwertsignalen einstellen. Die Lage-Sollwertsignale werden jeweils über Leitungen 28A und 29A von X-Achse und Y-Achse-Sollwertphasenzählern 28 und 29 (Fig. 1) zugeführt.

Der in Fig. 1 dargestellte Steuerteil der Einrichtung enthält eine Vorrichtung 20 zum Eingeben numerischer Daten, die numerische Befehlsinformation (programmierte Befehlsdaten), die beispielsweise in einem Lochstreifen, Lochkarten oder auf einem Magnetband vorgesehen sein kann. Die numerische Befehlsinformation liegt gewöhnlich in digital codierter Form vor und umfaßt numerische Daten, die die Vorschubgeschwindigkeit und Vorschubstrecke des Werkzeugs 42 jeweils in Richtung der X- und Y-Achse für aufeinanderfolgende Bewegungsinkremente vorschreibt. Die Befehltsinformation aus der Vorrichtung 20 wird den verschiedenen Bauteilen der Regeleinrichtung zugeführt, die diese Information benötigen.

Die Einrichtung enthält einen Impuls- oder Taktgeber 21,

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der eine Folge von Taktimpulsen für den Betrieb der gesamten Einrichtung erzeugt. Der Taktgeber 21 steuert den Betrieb eines Taktsignalgenerators 809 (I¹Ig. 2) über eine Leitung 21A und über diesen Taktsignalgenerator 809 die Resolver-Erregerstromversorgungseinrichtung 814· Die drei Einheiten 21, 809 und 814 können alle als Teil eines einzigen Taktsignalgenerators für die Einrichtung angesehen und zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden.

Die Ausgangsimpulse des Taktgebers 21 werden einer von Hand betätigbaren Vorscfaubgeschwindigkeitsübersteuerungsschaltung 23 zugeführt, die es, wenn sie in Betrieb ist, der Bedienungsperson ermöglicht, die Folgefrequenz von Impulsen zu ändern, die an einem Schalter 8 erzeugt werden, und mithin die Vorschubgeschwindigkeit des Werkezeugs 42 zu steuern. Die Ausgangsimpulse der von Hand betätigbaren Vorschubgeschwindigkeitsübersteuerungsschaltung 23 werden über den Schalter 8 einer Geschwindigkeits-Sollwertgeber-Schaltung 24 zugeführt. Die Geschwindigkeits-Sollwertgeber-Schaltung 24 ändert die Folgefrequenz der am Ausgang 24A erscheinenden Impulse in Abhängigkeit von der von der Vorrichtung 20 abgegebenen Befehlsinformation. Nach der Modifizierung in der Geschwindigkeits-Sollwertgeber-Schaltung 24 werden die Impulse über eine Verbindung 24A einem Funktionsgenerator 25 zugeführt.

Der Funktionsgenerator 25 zerlegt die Impulse in Komponentenimpulse, die den Sollwert der Bewegungen des Werkzeugs in Richtung der X- und Y-Achse in Abhängigkeit von der Befehlsinformation aus der Dateneingabevorrichtung 20 darstellen. Die Ausgangsimpulse des Funktionsgenerators 25 werden Streckenzählern 26, 27 zugeführt, die auch so

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geschaltet sind, daß sie Befehls- bzw. Sollwertdaten von der Vorrichtung 20 erhalten, die die Anzahl der Impulse darstellen, die für jede Bewegungsrichtung erzeugt werden sollen, wobei die Anzahl der Impulse direkt die Strecke darstellt, die das Werkzeug in jeder Bewegungsrichtung bei einem bestimmten vorgegebenen Inkrement zurücklegen soll. Die Streckenzähler 26, 27 zählen die ihnen vom Funktionsgenerator 25 zugeführten Impulse, und wenn die vorgegebene Anzahl von Impulsen gezählt worden ist, verhindern die Streckenzähler 26, 27 eine weitere Übertragung

Ψ von Impulsen durch die Zähler hindurch zu den jeweiligen Sollwertphasenzählern 28, 29. Bei einigen Sollwerten oder Befehlen brauchen die Streckenzähler 26, 27 nicht verwendet zu werden. In diesen Fällen werden die Ausgangsimpulse des Punktionsgeneratora 25 direkt den Sollwertphasenzählern 28, 29 zugeführt. Den Sollwertphasenzählern 28, 29 werden auch Befehlsinformationen von der Vorrichtung 20 und Taktimpulse vom Taktgeber 21 zugeführt. Wenn den Phasenzählern 28, 29 keine Impulse von den Streckenzählern 26, 27 oder vom Punktionsgenerator 25 zugeführt werden, geben die Phasenzähler 28, 29 Ausgangssignale ab, die die gleiche Phasenlage wie die Ausgangssignale der Resolver

) 12, 13 (Pig. 2) haben. Wenn den Phasenzählern 28, 29 dagegen Impulse zugeführt werden, dann zählen die Phasenzähler 28, 29 diese Impulse, und die gezählten Impulse werden addiert oder von den Taktimpulsen subtrahiert, die die Phasenzähler 28, 29 erhalten, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die gewünschte Bewegung positiv oder negativ ist. Die Addition oder Subtraktion bewirkt eine Vorverschiebung oder Verzögerung der Phasenlage der von den Zählern 28, 29 erzeugten Impulse. Diese vorverschobene oder verzögert© Phasenlage wird von den Vergleichern 14, (Pig. 2) ait den Ausgangesignalen der Resolver 12, 13 verglichen·

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Wenn die Vergleicher 14, 15 eine Differenz ermitteln, führen sie den Stellmotoren 10, 11 ein dieser Differenz entsprechendes Fehlersignal zu. Wenn den Phasenzählern 28, 29 keine Impulse zugeführt werden, ist die Phasenlage der von den Phasenzählern 28, 29 abgegebenen Impulse konstant und mit der Phasenlage der Resolver-Signale in Phase, so daßkeine Fehlersignale erzeugt werden.

Die Speicherfunktionen des Steuerteils der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung sind vorzugsweise in einer oder mehreren Umlauf-Speichervorrichtungen zusammengefaßt, die aufgrund von Signalen des Taktgebers 21 synchron betrieben werden. Ein Zugriff zu den verschiedenen !Teilen des Speichers, entsprechend den verschiedenen Speicherfunktionen, erfolgt durch synchrone Signale des Taktgebers 21 oder des Taktsignalgenerators 809 (Fig. 2).

Die vorangehende Beschreibung betrifft .ar zum großen Teil eine numerische Werkzeugmaschinen-Regeleinrichtung, für die die Erfindung besonders geeeignet ist. Die Erfindung betrifft jedoch insbesondere eine Einrichtung zum Umsetzen' der Phasenlage eines Signals bzw. eines "Phasen-Signals" in ein Impulssignal (eine Impulsfolge), wie sie im unteren Teil der Fig. 2 dargestellt ist.

Die Quelle der Phasensignale ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Resolver 816, der mit der Welle 819 des Drehbankmotors 818 mechanisch verbunden ist, um genau die Drehwinkellage des Werkstücks 40 anzuzeigen. Der Resolver wird in der üblichen Weise durch Erregungssignale der Erregerstroraversorgungseinrichtung 814 erregt, die mit dem Taktsignalgenerator 809 und dem Systemtaktgeber. 21 synchronisiert ist. Das Ausgangssignal des

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Resolvers 816 ist eine Sinusschwingung^deren Phasenlage in direkter Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung des Motors 818 verschoben wird. Dieses Signal wird durch eine Impulsformerschaltung 820 in eine Rechteckschwingung umgeformt. Die resultierende Recheckschwingung wird dem Impulsgenerator 812 zugeführt, der das Phasensignal in einen Impuls kurzer Dauer umsetzt, der im folgenden als Eingangsphasenimpuls bezeichnet wird und in einem Zeitpunkt auftritt, der von der Phasenlage des vom Impulsformer 820 eingegebenen Phasensignals abhängt. Er wird

" durch Auswählen eines vom Taktsignalgenerator 809 abgegebenen Taktimpulses gebildet, dessen Phasenlage der Phasenlage des vom Impulsformer 820 eingegebenen Phasensignals am nächsten kommt. Die Taktimpulse, aus denen dieser Eingangsphasenimpuls ausgewählt wird, werden im folgenden auch als C2-Taktimpulse bezeichnet* Die C2-Taktimpulse können eine Frequenz von beispielsweise 2,5 NHz aufweisen. Die Frequenz der von der Einrichtung 814 an den Resolver 816 abgegebenen Erregersignale kann bei 2,5 kHz liegen. Der vom Impulsgenerator 812 abgegebene Eingangsphasenimpuls stellt daher eine Auswahl des am nächsten befindlichen C2-Taktimpulses dar, der represen-

w tativ für das Eingangsphasensignal ist , und stellt eine Auswahl des am nächsten befindlichen Tausendstels einer Umdrehung des Resolvers 81'6 oder 0,36° dar.

Ein digitaler Puffer-Phasenzähler 830 ist derart betreibbar, daß er mit der C2-Taktfrequenz zählt, wobei er von O bis 999 zählt und dann erneut beginnt. Der Gesamtsyklus des Puffer-Phasenzählers 830 entspricht daher einem . Zyklus der Resolver-Erregerstromversorgungseinrichtung 814. Der Zähler 830 liefert ein Bezugsphasensignal als Bezugsgröße für den Eingangsphasenimpuls aus dem Impulsgenerator 812.

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In einem vorbestimmten Teil jedes Betriebszyklus des Puffer-Phasenzählers 830 - im folgenden Zwischenphasen-Zykluszeit genannt - erfolgt ein Phasenvergleich in einer Schaltung 822 zwischen dem vom Puffer-Phasenzähler 830 abgegebenen Bezugsphasensignal und dem vom Impulsgenerator 812 abgegebenen Eingangsphasenimpuls. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel entspricht die Zwischenphasen-Zykluszeit für einen Betrieb in einem mittleren Drehzahl- oder Phasenänderungsgeschwindigkeitsbereich zehn C2-Taktperioden vor und nach dem Zählerstand Null des Puffer-Phasenzählers 830. Die Zwischenphasen-Zykluszeit ist daher insgesamt gleich zwanzig C2-Taktperioden vom Zählerstand 990 bis zum Zählerstand 009.

Als Ergebnis des Phasenvergleichs wirken die Eingangsphasenfühlerschaltung 822 und die Eingangsphasenfeststellschaltung 824 dahingehend zusammen, daß sie einen Impuls mit einem Vorzeichen erzeugen,, das davon abhängt, ob der Eingangsphasenimpuls der Bezugsphase voraus- oder nacheilt, und mit einer Dauer, die von dem Betrag der Phasendifferenz abhängt. Das Vorzeichen der Phasendifferenz wird von einer Ausgangs-Richtungsschaltung 829 festgestellt und gespeichert. Ein Phasendifferenzregister 826 ist so angeschlossen, daß es einen Zählwert speichert, der der Dauer des Phasandifferenzsignals entspricht. Jede Phasendifferenzeinheit entspricht einer Differenz von einer C2-Taktperiode. Das Ausgangssignal der Eingangsphasenfeststellschaltung 824, das dem Phasendifferenzregister 826 zugeführt wird, bewirkt die Speicherung einer Größe, die gleich dem Komplement der festgestellten Phasendifferenz ist. Wenn es sich bei dem Register 826 um einen Dezimalzähler handelt, der einen normalen "Resf'-Zählwert von neun speichert, dann wird das Zehner-Komplement der Phasendifferenz gespeichert.

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Wenn daher eine Phasendifferenz von zwei Einheiten festgestellt wird-, dann speichert das Phasendifferenzregister den Zählwert sieben.

Nachdem das Phasendifferenzregister 820 geladen und die Zwischenphasen-Zykluszeit abgelaufen ist, steuert das Differenzregister einen Ausgangsimpulsgenerator 828, der Ausgangsimpulse über eine Verbindung 828A abgibt. Diese Ausgangsimpulse werden mit einer Maximalfrequenz herausgelassen, das durch ein Taktsignal bestimmt ist, daß dem Ausgangsimpulsgenerator über eine Verbindung 809A vom Taktsignalgenerator 809 zugeführt wird und mit jedem Taktimpuls auf der Verbindung 809A nur einen Ausgangsimpuls zuläßt. Die Taktimpulse, die über die Verbindung 809A geleitet werden, können mit dem Umlaufzyklus des Speichers der numerischen Regeleinrichtung synchronisiert sein, wobei jeweils nur ein Taktimpuls für jeden Speicherumlauf erzeugt wird. Jedesmal wenn der Impulsgenerator 828 einen Impuls abgibt, gibt er auch ein Rückführimpulssignal über eine Verbindung 828B zur Registrierung in das Differenzregister 826 ab. Aufeinanderfolgende Ausgangsimpulse schalten daher das Register 826 weiter bis auf seinen ursprünglichen Zählerstand oeun. In diesem Augenblick steuert es den Impulsgenerator 28 so, daß dieser die Abgabe weiterer Ausgangsimpulse unterbricht. Der Phasendifferenz-Zählwert, der in Komplementform in dem Differenzregister 826 gespeichert ist, wird also zur Steuerung der Anzahl der Impulse verwendet, die vom Impulsgenerator in jedem Phasenvergleichszyklus abgegeben werden. Die Frequenz der Taktimpulse 809A ist normalerweise ausreichend, so daß alle Ausgangsimpulse des Generators 828 die zum leeren des Differenzregisters 826 erforderlich sind ,

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abgegeben worden sind, bevor eine weitere Zwischenphasenzeit auftritt zur Ausbildung eines Phasenvergleichs und zum Speichern einer neuen Differenz im Register 826. Bei höheren Motor-Drehzahlen trifft dies nicht zu. Dann wird eine Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 in Betrieb gesetzt, wie es nachstehend noch ausfuhrlicher beschrieben wird. ' .

Die Ausgangsimpulse des Generators 828 werden auch über eine Verbindung 828G dem Puffer-Phasenzähler 830 zugeführt, um die Phase des Puffer-Zählerbetriebs so zu ändern, daß am Ende des Betriebszyklus die Phase des Zählers 830 der Phase des vorherigen Eingangsphasenimpulses entspricht. Diese wird dadurch erreicht, daß der Puffer-Phasenzähler veranlaßt wird, mit jedem Ausgangsimpuls einen Extrazählschritt auszuführen, wenn die Phasenlage des Puffer-Phasenzählers 830 vorverschoben werden soll, oder einen Zählschritt bei jedem Ausgangsimpuls auszulassen, wenn die Phase des Puffer-Phasenzählers verzögert werden muß. Irgendeine von der Schaltung 822 festgestellte Phasendifferenz ist daher normalerweise nur diejenige Phasendifferenz, die seit der letzten Zwischenphasen-Zykluszeit aufgetreten ist.

Wenn die Einrichtung für einen Zweck, zum Beispiel zum Gewindeschneiden, verwendet wird, bei dem aufeinanderfolgende Schnitte an Stellen ausgeführt werden müssen, die einen genau vorherbestimmten Abstand zueinander haben müssen, d.h. deren Teilung genau eingehalten werden muß, wird eine Gewindeschneid-Teilungsschaltung 834 verwendet. Der Taktsignalgenerator 809 enthält einen Zähler, der in ähnlicher Weise arbeitet wie der Zähler 830, nur daß seine Phasenlage niemals geändert wird. Dieser Zähler gibt

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über eine Verbindung 809B Signale an die Gewindeschneid-Teilungsschaltung 834 ab. Wenn ein bestimmter Zählwert, . z.B. 999, erreicht ist, ist die Schaltung 854 derart betreibbar, daß sie ein Freigabesignal abgibt, das den Beginn des Betriebs des übrigen Teils der gesamten Schaltungsanordnung auslöst. Dieses Ausgangssignal wird über eine Verbindung 834A geleitet und löst den Ausgangsimpulsgenerator 828 aus, und es wird auch einer Freigabe-Steuerung in Pig. 1 zugeführt. Die Steuerung 9 ist derart betreibbar, daß sie einen Schalter 8 so betätigt, daß t dieser die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 828 auf der Verbindung 828A mit der Geschwindigkeitssollwertgeberschaltung 824 verbindet. Dabei trennt der Schalter 8 die von Hand betätigbare Vorso.hubgeschwindigkeitsübersteuerungsschaltung 23 ab. Der Schalter 8 ist als ein herkömmlicher Schalter dargestellt. Stattdessen kann jedoch auch eine elektronische Torechalterung verwendet werden.

Wie man sieht,, ist die nach der Erfindung ausgebildete Einrichtung mit dem Resolver 816 und der zugehörigen Schaltungsanordnung in der Lage, Signale mit sich ändernder Phase in eine Folge hinreichend gleichweit auseinanderliegender Impulse umzusetzen. Wenn die Fhasenänderungen, wie in diesem Falle, den Drehwinkel einer Welle darstellen, bedeutet jeder Impuls ein Drehwinkelinkrement. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel stellt jeder Ausgangsimpuls 828A ein Tausendstel einer Umdrehung oder 0,36° dar. Diese Impulse werden als Taktimpulse in der Geschwindigkeitssollwertgeberschaltung 24 (Fig. 1) und damit zur Regelung der Vorschubbewegungen des Werkzeugs 42 in Richtung der X- und der Y-Achse, derart, daß die Bewegungen des Werkzeugs mit der Drehzahl des Werkstücks 40 koordiniert sind, verwendet.

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Wenn die Drehzahl des Werkstücks verhältnismäßig niedrig ist, z.B. fünfzig Umdrehungen pro Minute oder niedriger, ist die Regelgenauigkeit wegen der sich dabei ergebenden niedrigen Impulsfolgefrequenz der vom Impulsgenerator 828 abgegebenen Impulse hinreichend. Die erfundene Einrichtung enthält dementsprechend eine Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836, die an die Eingangsphasenfühlerschaltung 822 angeschlossen ist, um eine niedrige Motordrehzahl festzustellen. Wenn die Schaltung eine niedrige Motordrehzahl feststellt, löst die Schaltung 836 eine Impulsvervielfacherschaltung 838 aus, die bewirkt, daß der Ausgangsimpulsgenerator 828 für jeden einzelnen Phasendifferenzimpulszählwert, der im Differenzregister 826 gespeichert ist, zehn Impulse abgibt. Der Zustand niedriger Drehzahl (bzw. Geschwindigkeit) wird von der Drehzahlbereich-Steuerschaltung festgestellt, wenn die Eingangsphasenfühlerschaltung 822 bei drei aufeinanderfolgenden Zwischenphasen-Zykluszeiteh keine Phasenänderung feststellt. Es erfolgt also ein selbsttätiger Übergang in einen Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl. Wenn dieser Pail auftritt, wird dem Funktionsgenerator 25 (Pig. 1) von einem Ausgang 836A der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 ein Signal zugeführt, das bewirkt, daß die X- und Y-Werkzeuglage-Regeleinrichtungen darauf eingestellt werden, daß für jeden vom Impulsgenerator 28 abgegebenen und von der Geschwindigkeitssollwertgeberschaltung 24 über die Verbindung 828A empfangenen Impuls nur noch ein Zehntel der bisherigen Werkzeuglageänderung vorgegeben wird. Wenn die Einrichtung in einem Bereich niedriger Drehzahlen betrieben wird, werden das Differenzregister 826 und der Puffer-Phasenzähler 830 nur nach jeweils zehn Ausgangsimpulsen des Impulsgenerators 828 um eine Zähleinheit zurückgesetzt. Die Niederdrehzahlbereich-Betriebsart bewirkt daher eine

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Glättung oder Dämpfung der Bewegung des Werkzeugs bei niedrigen Spindeldrehzahlen. Die Einrichtung setzt den Niederdrehzahlbereich-Betrieb solange fort, bis die Eingangsphasenfühlerschaltung 822 bei jeweils zwei aufeinanderfolgenden Zwischenphasen-Zykluszeiten eine Phasendifferenz feststellt. Diese bedeutet, daß der Motor mit einer höheren Drehzahl als 75 Umdrehungen pro Minute läuft. Wenn dieser Zustand auftritt, wird er von einer speziellen Schaltung in der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 festgestellt, die die Drehzahlbereich-Steuerschaltung und den Betrieb der Schaltung aus dem Niederdrehzahlbereich hinaus und in den "normalen" oder mittleren r„ehzahlbereich zurückdrengt.

Die Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 enthält auch eine Vorkehrung für einen Betrieb in einem Bereich hoher Drehzahlen aufgrund einer hohen Drehzahl des Motors. Die Verschiebung in den Hochdrehzahlbereich wird durch eine Schaltung 836 bewirkt, wenn die von der Phasenfühlerschaltung 822 festgestellte Phasendifferenz mindestens fünf oder mehr Einheiten beträgt, wodurch eine Motordrehzahl von etwa 750 Umdrehungen pro Minute oder eine höhere Drehzahl angezeigt wird. Der Ausgangsimpulsgenerator 828 wird dann so gesteuert, daß er nur pro zehn Phasendifferenzeinheiten, die von der Bhasenfühlerschaltung 822 festgestellt werden, einen Impuls abgibt. Wieder wird der Betrieb der numerischen Regeleinrichtung durch ein Signal von der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 über die Verbindung 836A zum Funktionsgenerator 25 (Fig. 1) dahingehend geändert, daß die Verschiebungen (der Vorschub) in Richtung der X- und Y-Achse bei jedem Eingangsimpuls, der über die Verbindung 828A zugeführt wird, um den Faktor 10 vergrößert werden.

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Die Einrichtung wird automatisch aus dem hohen Drehzahlbereich in den mittleren Drehzahlbereich zurückgeschaltet , wenn die Phasenftihlerschaltung 822 drei aufeinanderfolgende, die Phasendifferenz Null anzeigende Signale feststellt« Die Punktion der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 kann auch als Maßstab-Einstellfunktion bezeichnet werden, da diese Schaltung den Maßstab bestimmt, in dem die Phasendifferenzimpulse gezählt werden· Wie bereits erwähnt wurde, wird die Zwischenphasen-Zykluszeit als normal angesehen, wenn der Puffer-Phasenzähler 830 im Bereich von 990 bis 009 zählt. Dieser Zwischenphasen-Zeitbereich gilt sowohl für den Betrieb im mittleren als auch im niedrigen DrehZahlbereich. Um jedoch die Peststellung höherer Drehzahlen zu ermöglichen, wenn die Einrichtung in dem hohen Bereich arbeitet, wird der Zwischenphasen-Zykluszeitbetrieb des Puffer-Phasenzählers 830 auf den Zählbereich von 900 bis 099 auegedehnt.

Um die Stabilität der Einrichtung zu verbessern, werden sehr kleine Phasendifferenzen von der Phasenfühlerschaltung 822 ignoriert. Bei einem Betrieb im Bereich mittlerer und niedriger Drehzahlen werden Phasenverschiebungen zwischen den Eingangsimpulsen und Ausgangsimpulseη des Puffer-Phasenzählers 830, die den Zählwerten 998, 999 und 000 entsprechen, als Phasendifferenz Null angesehen und nicht als Differenzzahl im Differenzregister 826 gespeichert. Beim Betrieb im Bereich hoher Drehzahlen wird dieser Null-Phasendifferenzbereich soweit ausgedehnt, daß er den Puffer-Phasenzähler-Zählbereich von 994 bis 004 umfaßt.

■•ν

Die Einrichtung enthält auch eine Drehzahlbereich-Erzwingungsschaltung 832, die über eine Verbindung 2OA an der numerischen Dateneingabevorrichtung 20 (Fig. 1) angeschlossen

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ist, um programmierte Signale zu empfangen, die es dem Programmierer ermöglichen, "bestimmte Betriebsdrehzahlbereiche der Einrichtung auszuwählen. Bei einer programmierten Drehzahlbereichauswahl werden der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 von der Schaltung 832 Signale zugeführt, die bewirken, daß die selbsttätige Drehzahlbereich-Auswahlfähigkeit der Drehzahlbereich-Steuerschaltung 836 übersteuert wird und die Einrichtung nur in dem programmierten Drehzahlbereich arbeitet.

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Claims

6613 Patentansprüche

1.) Einrichtung zum Umsetzen der sich im Vergleich zu einer Bezugsphasenlage ändernden Phasenlage eines Eingangssignals in eine Folge von Impulsen, von denen jeder ein Inkrement der Änderung der Phasenlage darstellt, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Bezugsphasensignals mit einer EOlgefrequenz, die im wesentlichen gleich der des Eingangssignals ist, und mit einer Vorrichtung zum wiederholten Vergleichen der Phasenlage des Eingangssignals und des Bezugssignals, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (824, 826) zum Speichern einer von dem Betrag der Phasendifferenz abhängigen Größe, und eine auf ein sich wiederholendes Steuersignal (809A) dahingehend ansprechende Vorrichtung (828), daß sie eine Anzahl von Ausgangsimpulsen, die der gespeicherten Größe proportional ist, mit einer Impulsfolgefrequenz erzeugt, die nicht größer als die lOlgefrequenz des Steuersignals ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß sie einen System-Taktgeber (21,-809) und eine auf das Eingangssignal und den System-Taktgeber dahingehend ansprechende Vorrichtung (812) enthält, daß sie einen Eingangsphasenimpuls in einem Zeitpunkt erzeugt, der die Phasenlage des Eingangssignals darstellt und mit dem System-Taktgeber synchronisiert ist, daß die das Bezugssignäl erzeugende Vorrichtung (830) so geschaltet ist, daß sie in Abhängigkeit von dem System-Taktgeber betreibbar

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ist, und daß die die Phasenlage des Eingangssignals mit der des Bezugssignals vergleichende Vorrichtung (822, 829) derart betreibbar ist, daß sie diesen Vergleich durch Vergleichen der Phasenlage, die durch den Eingangsphasenimpuls dargestellt wird, mit der Phasenlage des Bezugssignals durchführt.

Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung (826) zum Speichern der vom Betrag der Phasendifferenz abhängigen Größe eine Speichervorsichtung enthält, die derart betreibbar ist, daß sie die Phasendifferenzgröße in digitaler Form speichert.

Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die digitale Speichervorrichtung (826) ein inkrementierbares Register, dessen Inhalt schrittweise veränderbar ist, und eine Vorrichtung (828B) vorgesehen ist, die die erwähnten Ausgangsimpulse derart mit dem Register verbindet, daß der in dem Register gespeicherte Zählwert sukzessiv geändert wird, während diese Ausgangsimpulse abgegeben werden, und zwar solange, bis der in dem Register gespeicherte Wert die Phasendifferenz Null anzeigt, und die derart betreibbar ist, daß sie dann den Ausgangsimpulsgenerator (828) sperrt.

Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das inkrementierbare Register (826) derart betreibbar ist, daß es nur in einer Richtung zählt, und daß die Speichervorrichtung (824, 826) derart betreibbar ist, daß sie die vom Betrag der Phasendifferenz abhängige Größe in Form eines digitalen Komplements der Größe der Phasendifferenz speichert.

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6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine auf die Erzeugung der Ausgangsimpulse derart ansprechende Vorrichtung (828C) aufweist, daß die Phasenlage des Bezugssignals (In 830) so geändert wird, daß das Bezugssignal weitgehend mit dem Eingangssignal in Phase ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Phasenlage des Eingangssignals und des Bezugssignals wiederholt vergleichende Vorrichtung (822, 829) eine Vorrichtung (829) zum Feststellen und Anzeigen des Vorzeichens der Phasendifferenz enthält.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Vorrichtung (8280) aufweist, die auf die Erzeugung der Ausgangsimpulse und das Vorzeichen der Phasendifferenz dahingehend anspricht, daß sie die Phasenlage des Bezugssignals (in 830) in Richtung auf die Phasenlage des Eingangssignals ändert, bis diese weitgehend in Phase sind.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (826) zum Speichern einer vom Betrag der Phasendifferenz abhängigen Größe derart betreibbar ist, daß sie diese Größe auf der Basis der Anzahl einzelner Einheiten von Taktperioden (02) zwischen den Phasen des Eingangssignals und Bezugssignals bestimmt und speichert, daß die Einrichtung eine Bereichsteuervorrichtung (836) zu Erzeugung von Bereichsteuersignalen aufweist, die niedrige, mittlere und hohe Änderungsgeschwindigkeit des Eingangssignais anzeigen, daß eine Vorrichtung (838) vorgesehen ist,

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die auf Bereich-Steuersignale anspricht und beim Auftreten eines Niederbereich-Steuersignals eine Anzahl von Ausgangsimpulsen erzeugt, die gleich dem Produkt aus einem Maßstabsfaktor und der Anzahl der einzelnen Einheiten von Taktperioden ist, und daß eine Vorrichtung (836) vorgesehen ist, die die Taktperioden beim Auftreten eines Hochbereich-Steuersignals um einen Maßstabsfaktor verlängert.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e kennzeichnet, daß die Ausgangsimpulserzeugungsvorrichtung (828) auf das Niederbereich-Steuersignal dahingehend anspricht, daß äie die Ausgangsimpulse (828A) über die Periode zwischen aufeinanderfolgenden Phasenvergleichen verteilt.

.11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Quelle der Eingangssignale ein Drehwinkel-Resolver (816) vorgesehen ist, so daß die Phasenlage des Eingangssignals die Drehwinkelstellung des Resolvers darstellt und die Ausgangsimpulse (828A) jeweils ein vorbestimmtes Drehwinkelinkrement der Drehwinkeländerung des Resolvers darstellen.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Resolver (816) an einen Spindelmotor (818) einer Werkzeugmaschine (38) angeschlossen ist und die Einrichtung Teil einer numerischen Werkzeugmaschinen-Regeleinrichtung ist, die durch die Ausgangsimpulse (828A) betreibbar ist.

13» Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung eine Teilungsvorrichtung (834) aufweist, die auf ein Signal (809B)

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anspricht, das eine gewünschte Drehwinkelstellung des Spindelmotors (818) darstellt und derart verwendbar ist, daß es die Ausgangsinipulse (828A) solange sperrt, bis der Spindelmotor die gewünschte Drehwinkelstellung erreicht hat.

Re/K/Ho

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