DE2115143C3 - I mpulsgesteuerte Antriebsvorrichtung für mechanische X-Y-Schreiber - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine impulsgesteuerte Antriebsvorrichtung für mechanische X- Y-Schreiber mit mindestens einem Schrittmotor in mindestens einer Koordinate.

Ein X- V-Schreiber ist ein Gerät, mit dem Diagramme oder Kurven mittels eines Schreiborgans auf einem Aufzeichnungsmaterial dargestellt werden können. Ein solches Gerät weist im allgemeinen eine Trommel auf. die in der K-Richtung drehbar ist, sowie einen Schreiber, der linear in der X- Richtung bewegter ist. Bei diesem Gerät bewegen sich die Trommel und der Schreiber wahlweise entsprechend einem Impuls, um an einer vorbestimmten Stelle auf dem Aufzeichnungsmaterial der Trommel eine Schreibspur zu erzeugen.

Bekannte impulsgesteuerte Aniriebsvorrichtungen für derartige Schreiber sind so ausgebildet, daß eine Verstellung mit einem Schritt pro Impuls ausgeführt wird. Die pro Impuls durchgeführte Verstellung ist dann nicht änderbar.

Soll ein Linienzug mit einer bestimmten Mindestgenauigkeit aufgezeichnet werden, dann ist es erforderlich, daß die Schreibschritte in ihrer Länge ausreichend klein sind. Es ist in diesem Falle aber erforderlich, daß zur Darstellung großer und schneller Änderungen sehr viele Schreibschritte durchgeführt werden müssen, und zwar gegebenenfalls in sehr kurzer Zeit. Befriedigend lassen sich die beiden Erfordernisse jedoch nur sehr schwierig erfüllen, weshalb man nach Wegen gesucht hat, die Schrittweiten veränderbar zu machen. So ist aus der DT-AS 12 54 389 ein Koordinatenschreiber bekanntgeworden, der mit einem mehrpoligen Schrittmotor arbeitet, bei dem der den Schreibschritt hervorrufende Drehwinkel des Rotors durch geeignete wahlweise gleichzeitige Erregung mehrerer Wicklungspaare verringen oder vergrößert werden kann. Nachteilig bei diesem Schrittmotor ist, daß zur Erzeugung kleiner Schrittweiten mehrere Wicklungspaare in Betrieb sein müssen, deren Wirkungen sich aber zur Erzielung der gewünschten Schrittweitenverminderung teilweise aufheben. Gerade bei kleinen Schrittweiten wird aber von dem Motor ein hohes Anlaufmoment verlangt Will man die Schrittweiten in größerem Umfange änderbar gestalten, dann sind in einem derartigen Schrittmotor eine große Anzahl von Wicklungspaaren erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine impulsgesteuerte Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß mit einem Minimum an Aufwand ein größtmögliches Auflösungsvermögen beim Kurvenschreiben erreicht wird Insbesondere soll die Anordnung die Nachteile der bekannten Anordnung nicht aufweisen, d. h. bei kleinen Schrittweiten eine Verringerung des Anzugsmoments vermeiden.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) ein bekannter elektrischer Steuerkreis,

b) zwei Schrittmotoren.

c) eine nachgeschaltete bekannte Kraftübertragungsvorrichtung mit ersten und zweiten Antriebsseiten und gemeinsamen Abtrieb über eine Zahnräderanordnung.

Bei der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung werden demnach für jede Koordinate zwei Schrittmotoren verwendet die über ein Zahnradgetriebe z'isammen auf einen gemeinsamen Abtrieb arbeiten. Dieses Zahnradgetriebe ist ein Differentialgetriebe, mit dessen Hilfe Summen- und Differenzbildungen möglich sind. Die vorliegende Erfindung kann damit eine Getriebeanordnung verwenden, wie sie zur Erzielung stufenweise veränderbarer Drehzahlen an Werkzeugmaschinen aus der Zeitschrift »Automatik«, 1964. Heft 3. S. 82, bereits bekannt ist.

Eine derartige Ausgestaltung der Erfindung unter Verwendung zweier Schrittmotoren weist ein erstes Kegelrad auf. das mit einer vom einen Motor angetriebenen ersten Eingangswelle verbunden ist, sowie ein zweites Kegelrad, das mit einer vom zweiten Motor angetriebenen Eingangswelle verbunden ist und dessen Achse mit der des ersten Kegelrades übereinstimmt. Dritte und vierte Kegelräder, die eine gemeinsame Achse aufweisen, die rechtwinklig zu der Achse des ersten und zweiten Kegelrades verläuft und die mit dem ersten und zweiten Kegelrad kämmen, sind mit einer Welle verbunden, die die Abtriebswelle der Anordnung ist.

Eine andere Ausführungsform sieht Zahnstangen vor, die von den beiden Elektromotoren angetrieben werden und die gemeinsam auf ein Zahnrad wirken, das den Abtrieb übernimmt.

Bei der Erfindung ist stets das volle Motordrehmoment am Abtrieb der Getriebeanordnung und damit am Stellorgan vorhanden. Bei der Erzeugung von Halbschritten ist das auf das Stellorgan wirkende Motormoment sogar verdoppelt, da beide Motoren auf den Abtrieb einwirken.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in den F i g. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert Es zeigt

F i g. I ein Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform.

Fig.2 einen Querschnitt der gemeinsamen Kraftübertragungsvorrichtung in Fig. I.

F i g. 3 in auseinandergezogener Anordnung eine perspektivische Darstellung der gemeinsamen Kraft-

übertragungsvorrichtung der F ig. 2.

Fig.4A. 4B. 5A. 5B. bA bis 6C schemaiische Darstellungen eines Zahnrad-Zahnstangenmechanismus zur Erläuterung der Funktionsweise der gemeinsamen Kraftübertragungsvorrichtung der F i g. 2 und 3. s

Fig.7 ein Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer weiteren Ausfü'arungsform und

F i g. 8A bis 8F verschiedene, in der Vorrichtung der F i g. 7 auftretende Impulsfolgen.

Wie F i g. 1 zeigt, besteht die impulsgesteuerte Antriebsvorrichtung aus zwei Motorantriebskreisen 1 und 2 zur Erzeugung von Antriebsimpulsen, zwei Schrittmotoren 3 und 4, Ausgangswellen 5 und 6 der Schrittmotoren 3 und 4, zwei Untersetzungsgetrieben 7 und 8. zwei Eingangswellen 9 und 10 zur Übertragung der jeweiligen Ausgangsgrößen der Untersetzungsgetriebe zu einer gemeinsamen Kraftübertragungsvorrichtung 11 und einer Ausgangswelle 12 der Kraftübertragungsvorrichtung. Die Motorantriebskreise 1 und 2 geben elektrische Impulse an die jeweiligen Schrittmotoren 3 und 4 entsprechend Steuersignalen ab und weisen einen Steuersignalübertragungskreis, einen Impulsgenerator, einen Impulsverteiler usw. auf.

Die Schrittmotoren 3 und 4 sind Servomotoren, deren Ausgangswellen sich pro Eingangsimpuls in bekannter Weise nur um einen vorbestimmten Winkel drehen.

Die Untersetzungsgetriebe 7 und 8 vermindern die auf die Eingangswellen 9 und 10 übertragenen Drehbewegungen der Ausgangswellen 5 und 6.

Die gemeinsame Kraftübertragungsvorrichtung II ist so ausgbildet, daß sie eine sich aus zwei Teilen zusammensetzende Ausgangsgröße, die von den Cingangswellen 9 und 10 bestimmt wird, an der Ausgangswelle 12 abgibt. Fig.2 zeigt ein Beispiel der gemeinsamen Kraftübertragungsvorrichtung. In der gemeinsamen Kraftübertragungsvorrichtung 11 ist ein Kegelrad 13 mit Zähnen 25 mittels einer Schraube 17 an der Eingangswelle 9 befestigt, und ein Kegelrad 14 mit Zähnen 26, deren Anzahl gleich der der Zähne 25 ist, ist an der anderen Eingangswelle 10 mittels einer Schraube 18 befestigt. Diese beiden Kegelräder 13 und 14 kämmen jeweils mit einem Kegelrad 15 mit Zähnen 27 bzw. einem Kegelrad 16 mit Zähnen 28, deren Anzahl gleich der der Zähne 27 ist. Die Kegelräder 15 und 16 sind jeweils an beiden Enden einer Welle 19 befestigt.

Die Ausgangswelle 12 verläuft rechtwinklig zu der Welle 19 und ist durch ein Verbindungsteil 20 mit deren mittlerem Teil verbunden. Die Ausgangswelle 12 ist in einem als Hohlwelle 24 ausgebildeten Teil der Eingangswelle 10 koaxial und mittels eines Lagers 22 drehbar angeordnet, das an einem Ende der Eingangswelle 10 befestigt ist. Die Tragwelle 23, die mit der Ausgangswelle 12 fluchtet und an einem Ende an dem Verbindungsteil 20 befestigt ist wird von einem Lager 21 getragen, das an dem Kegelrad 13 angebracht ist.

Es wird nun die Arbeitsweise der impulsgesteuerten Antriebsvorrichtung erläutert:

Der Schrittmotor 3 bewirkt eine Schritt-Drehbewegung mit einem vorbestimmten Winkel entsprechend einem Impuls des Motorantriebskreises 1. Diese Schritt-Drehbewegung wird nach Verminderung ihrer Geschwindigkeit durch das Untersetzungsgetriebe 7 von der Eingangswelle 9 auf das Kegelrad 13 der gemeinsamen Kraftübertragungsvorrichtung 11 übertragen. Infolge der Drehung des Kegelrades 13 drehen sich auch die beiden Kegelräder 15 und 16, die mit dem Kegelrad 13 kämmen. Da in diesem Fall das Kegelrad 14 in einem schwebenden Zustand ist, wird die Drehung der Kegelrader 15 und 16 auf das Verbindungsu-il bzw. die Weilen i2 und 23 zentriert. Auf Grund der durch die Kegelräder 15 und 16 gegebenen Drehung dreht sich die Ausgangswelle 12 in der gleichen Richtung wie die Eingangswelle 9. Diese Drehung gegenüber der Welle 9 wird durch das Verhältnis der Anzahl der Zähne des Kegelrades 13 und der Kegelräder 15 und 16 bestimmt Wenn der Schrittmotor 4 von dem Motorantriebskreis 2 einen Impuls erhält bewirkt er eine Drehung, die durch das Untersetzungsgetriebe 8 auf die Eingangswelle 10 übertragen wird. Infolge der Drenung der Eingangswelle 10 drehen sich die Kegelräder 14,15 und 16 und damit auch wie im vorherigen Fall die Ausgangswelle IZ

Bisher wurden die beiden Antriebssysteme der Eingangswellen 9 und 10 gesondert beschrieben. Selbst wenn die beider Antriebssysteme gleichzeitig arbeiten, ergibt sich die gleiche Funktionsweise. Diese Funktionsweise wird nun an Hand der F i g. 4A bis 6C erläutert, in denen die gemeinsame Kraftübertragungsvorrichtung, die in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist allgemein gezeigt ist wobei das Kegelrad 13 einer Zahnstange 113, das Kegelrad 14 einer Zahnstange 114 und die Kegelräder 15 und 16 einem Stirnrad 115 entsprechen.

Die F i g. 4A und 4B zeigen den Zustand, wenn nur eine Zahnstange bewegt wird. Wenn das Stirnrad 115 an einer Stelle angeordnet ist, die um die Strecke Lo von der Normallinie X entfernt ist wie in Fig.4A gezeigt ist, wird die Zahnstange 113 festgehalten, und die Zahnstange 114 wird um die Strecke L in F i g. 4A nach unten bewegt wobei das Stirnrad 115 um die Strecke L/2 bewegt wird. Das Stirnrad 115 bewegt sich an eine Stelle, die um die Strecke Lo - L/2 von der Normallinie X entfernt ist. Die gleiche Funktionsweise wie bei Verwendung der Zahnstangen 113 und 114 und des Stirnrades 115 kann bei dem Kegelradmechanismus beobachtet werden, der aus den Kegelrädern 13 bis 16 besteht. Nach dem gleichen Prinzip dreht sich die Ausgangswelle 12 der gemeinsamen Kraftübertragungsvorrichtung.

Die F i g. 5A und 5B zeigen den Zustand, wenn beide Zahnstangen 113 und 114 gleichzeitig bewegt werden. Wie im Falle der F i g. 4A zeigt F i g. 5A den Zustand, wenn das Stirnrad 115 an einer Stelle angeordnet ist, die um die Strecke Lo von der Normallinie X entfernt ist. Wenn beide Zahnstangen 113 und 114 in Fig.5A um die Strecke L nach unten bewegt werden, bewegt sich das Stirnrad 115 um die Strecke L, wie in Fig. 5B gezeigt ist. Dies bedeutet, daß sich das Stirnrad 115 zu einer Stelle bewegt die um die Strecke Lo-L von der Normallinie X entfernt ist.

Die F i g. 6A bis 6C zeigen den Zustand, wenn beide Zahnstangen einzeln bewegt werden. Wie im Falle der F i g. 4A und 5A zeigt die F i g. βΑ den Zustand, wenn das Stirnrad 115 an einer Stelle angeordnet ist, die um die Strecke Lo von der Nurmallinie X entfernt ist In diesem Zustand wird, wenn die Zahnstange 113 fest ist und die Zahnstange 114 in Fig.6A um die Strecke L nach unten bewegt wird, das Stirnrad 115 um die Strecke L/2 bewegt, wie in Fig.6B gezeigt ist. Dies bedeutet, daß sich das Stirnrad 115 zu einer Stelle bewegt, die um die Strecke Lo - L/2 von der Normallinie X entfernt ist. Wenn dann die Zahnstange 114 festgehalten und die Zahnstange 113 in Fig. 6B um die Strecke L nach unten bewegt wird, verschiebt sich das Stirnrad 115 um die Strecke LJl. Wenn die Zahnstangen 113 und 114.einzeln in der gleichen Richtung um die Strecke L Bewegt werden, bewegt sich das Stirnrad 115 zu einer Stelle, die um die Strecke

Lo — Z. von der Normallinie X entfernt ist.

Die gemeinsame Kraftübertragungsvorrichtung ti arbeitet auf der Grundlage des zuvor erläuterten Prinzips. Wenn man daher die Ausgangswelle 12 mit der X- oder K-Achse eines X- K-Schreibers verbindet, wird eine Steuersignalfolge auf die beiden Motorantriebskreise 1 und 2 verteilt, oder es werden zwei einzelne Steuersignalfolgen zu den jeweiligen Motorantriebskreisen 1 und 2 geleitet. Dadurch kann die gesamte Verstellung, die durch die Impulse des Motorantriebskreises 1 und die, die durch die Impulse des Motorantriebskreises 2 bewirkt wird, auf der X- oder K-Achse erhalten werden. Die Vorrichtung ermöglicht es daher, die Verstellung der Ausgangswelle 12 entsprechend der Anzahl der Steuerimpulse zu ändern und, wenn ein Steuersignal in zwei Steuersignale unterteilt wird, um die Schrittmotoren 3 und 4 zu betätigen, wird die Anlaufkurve im wesentlichen verdoppelt.

Obwohl bei der erläuterten Ausführungsform zwei Motorantriebskreise 1 und 2 verwendet sind, genügt auch ein einziger Motorantriebskreis. In diesem Fall kann ein einziger Impuls von dem Moturantriebskreis zu den beiden Schrittmotoren 3 und 4 geleitet werden. F i g. 7 zeigt eine derartig gesteuerte Antriebsvorrichtung. Ein Impulsformer 32 ist an einen Eingangsanschluß

31 eines Steuersignals angeschlossen. Der Impulsformer

32 ist an einen Impulsverteiler 51 angeschlossen, der aus einem Flipflop 34 und UND-Gliedern 35 und 36 besteht. Die UND-Glieder sind über eine Leitung 39 bzw. 40. einen Ringkreis 41 bzw. 42 und einen Verstärker 43 bzw.

44 an einen Schrittmotor 45 bzw. 46 angeschlossen. Die Ausgangswelle des Schrittmotors 45 ist mit der Eingangswelle 47 einer gemeinsamen Kraftübertragungsvorrichtung 49 angeschlossen, während die Ausgangswelle des Schrittmotors 46 mit einer Eingangswelle 48 der gemeinsamen Kraftübertragungsvorrichtung 49 verbunden ist. Die gemeinsame Kraftübertragungsvorrichtung 49 gibt eine mechanische Ausgangsgröße an der Ausgangswelle 50 ab, die sich aus den mechanischen Eingangsgrößen der beiden Eingangswellen 47 und 48 zusammensetzt. Die gemeinsame Kraftübertragungsvorrichtung 49 ist nach dem gleichen Prinzip wie die in F i g. 2 gezeigte aufgebaut.

Die Arbeitsweise der impulsgesteuerten Antriebsvorrichtung der F i g. 7 wird nun an Hand der F i g. 8A bis 8F erläutert.

Ein Steuersignal, das aus einer in Fig.8A gezeigten Impulsfolge besteht, wird dem Impulsformer 32 über den Eingangsanschluß 31 zugeführt Der Impulsformer 32 besteht entweder aus einem Kreis mit einer Diode oder einem monostabilen Multivibrator. Der Impulsformer 32 hat die in Fig.8A gezeigten Impulse in eine in F i g. 8B gezeigte Folge von Impulse gleicher Amplitude zu formen.

Die in Fig.8B gezeigten und von dem Impusformer 32 gelieferten Signale werden dem Flipflop 34 und den UND-Gliedern 35 und 36 über die Leitung 33 zugeführt.

Das Flipflop 34 schaltet bei jedem in Fig. 8B gezeigten Impuls um und überträgt abwechselnd zu zwei Ausgangsleitungen 37 und 38 ein Signal. Die Leitung 37 überträgt die in Fig.8C gezeigten Impulse und die Leitung 38 die in F i g. 8E gezeigten.

Das UND-Glied 35 wird betätigt, nachdem dh Impulse (Fig.8B) der Leitung 33 und der Impulse (Fig. 8C) der Leitung 37 zugeführt wurden. Wenn die Impulsfolge beider Leitungen gleichzeitig auftritt, erzeugt das. UND-Glied 35 die in Fig.8D erzeugte Impulsfolge. Das UND-Glied 36 wird betätigt, nachdem die Impulse ( Fig.8B) der Leitung 33 und die Impulse ( Fig.8E) der Leitung 38 zugeführt wurden. Wenn die Impulsfolge beider Leitungen gleichzeitig auftritt, erzeugt das UND-Glied 36 die in Fig.8F gezeigte Impulsfolge

Die Impulsfolge der Fig.8D und die der Fig. 8F stellt die abwechselnd aufgeteilte impulsfolge der F i g. 8B dar, wie sich durch einen Vergleich mit der Impulsfolge der Fig. 8B ergibt.

Ein wie oben unterteiltes Impulssignal wird über die Leitung 39 dem Ringkreis 41 und das andere über die Leitung 40 dem Ringkreis 42 zugeleitet.

Die Ringkreise 41 und 42 leiten das Impulssignal den jeweiligen Phasen der Schrittmotore 45 und 46 zu und arbeiten daher als Verteiler.

Das Ausgangssignal des Ringkreises 41 wird nach Verstärkung durch den Verstärker 43 dem Motor 45, und das Ausgangssignal des Ringkreises 42 wird nach Verstärkung durch den Verstärker 44 dem Motor 46 zugeleitet.

Der Schrittmotor 45 wird entsprechend dem Impulssignal in Fig. 8D und der Schrittmotor 46 wird entsprechend der Impulsfolge in Fig.8F angetrieben. Zwei mechanische Ausgangsgrößen werden der gemeinsamen Kraftübertragungsvorrichtung 49 von den Ausgangswellen der zwei Schrittmotore 45 und 46 zugeführt, und an der Ausgangswelle 50 erhält man ein mechanisches Ausgangssignal.

Um bei der impulsgesteuerten Antriebsvorrichtung der F i g. 7 eine schrittweise Verstellung der Ausgangswelle 50 entsprechend der Anzahl der Impulse des Eingangssteuersignals zu erhalten, arbeiten die Schrittmotoren 45 und 46 in sich addierenden Halbschritten. Dies bedeutet, daß das Anlaufmoment dieser impulsgesteuerten Antriebsvorrichtung gegenüber dem der üblichen Vorrichtungen dieser Art verdoppelt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

3689

Claims (2)

2i ϊδ Patentansprüche:

1. Impulsgesteuerte Antriebsvorrichtung für mechanische X- K-Schreiber mit mindestens einem S Schrittmotor in mindestens einer Koordinate, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) ein bekannter elektrischer Steuerkreis (1,2).

b) zwei Schrittmotoren (3,45; 4,46). to

c) eine nachgeschaltete bekannte Kraftübertragungsvorrichtung (11, 49) mit ersten und zweiten Antriebsseiten (9. 47 bzw. 10, 48) und gemeinsamem Abtrieb (12, SO) über eine Zahnräderanordnung (13 bis 16).

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß beide Schrittmotoren (45, 46) von einer gemeinsamen ImpulsqueHe (31) angesteuert sind, zwischen die und die Schrittmotoren (45,46) ein impulsverteiler (51) eingeschaltet ist, der aus einen Flipflop (34) besteht, dessen Eingänge mit der Impulsquelle und dessen Ausgänge einzeln jeweils mit dem einen Eingang zweier UND-Schaltungen (35, 36) verbunden sind, deren andere Eingänge mit der Impulsquelle verbunden sind, und dessen Ausgänge (39, 40) über je eine Ring-Schaltung (41, 42) mit den Schrittmotoren (45, 46) verbunden sind.