DE2237052C2 - Meßsteuerungsvorrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen - Google Patents
Meßsteuerungsvorrichtung für spanabhebende WerkzeugmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Meßsteuerungsvorrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen zur
selbsttätigen Steuerung der Relativlage von Werkzeug und Werkstück mit einer Einrichtung zum Messen der
Abmessungen eines jeden bearbeiteten Werkstücks, mit einer Einrichtung zum Auswerten der von der
Meßeinrichtung ermittelten Meßwerte, mit einer Einrichtung zum Steuern der Werkzeugmaschine nach
Maßgabe der Auswertungsergebnisse der Auswerteinrichtung und mit einer voreinsteübaren Zähleinrichtung
zum Zählen der Anzahl der nach einem die Relativlage von Werkzeug und Werkstück beeinflussenden Steuervorgang zwischen Bearbeitungsstation und Meßstation
befindlichen Werkstücke, welche die Steuereinrichtung bis zum Erreichen dieser vorbestimmten Werkstück-Anzahl blockiert wobei die Auswerteinrichtung einen
Stromkreis für die Errechnung des Mittelwertes der Meßwerte aufweist der mit der Steuereinrichtung in
Wirkverbindung steht durch welche die Abmessungen der Werkstücke innerhalb einer vorbestimmten Toleranzbreite gehalten werden.
Bei einer aus der Zeitschrift »Werkstattstechnik«, 1969. H. 3, S. 115-118 bekannten Meßsteuerungsvorrichtung dieser Art soll eine optimale Regelung der
Werkstückabmessungen erreicht werden, indem die Differenz zwischen dem Mittelwert aller Meßwerte and
dem Sollwert der Werkstücke, die mittlere Regelabweichung und die Standardabweichung t." Meßwerte aus
geregelter Fertigung herangezogen werden. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Regelung ist zur
Optimierung der Regelung nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Meßsteuerungsvornchtung der eingangs genannten Art zu
schaffen, die zwecks Korrektur der Werkstückabmessungen eine raschere bzw. beschleunigte Regelung als
bisher ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Auswerteinrichtung einen Stromkreis aufweist,
der den Sollwert der Abmessungen der Werkstücke nach einem Steuervorgang bestimmt und diesen
Sollwert in den Stromkreis für die Errechnung des Mittlwertes der Meßwerte einspeist, daß die Auswerteinrichtung einen weiteren Stromkreis aufweist, der die
Änderungsgeschwindigkeit des Mittelwertes ermittelt und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung
zwecks Vorverlegung oder Verzögerung des Steuervorganges gibt und daß der Stromkreis für die Errechnung
des Mittelwertes ein Exponentialdämpfungsstromkreis ist und Elemente für eine Änderung der Ansprechbereit
schaft aufweist.
Da bei der erfindungsgemäßen Meßsteuerungsvorrichtung die Geschwindigkeit der Änderung de
Mittelwertes berücksichtigt ist. ist es ermöglich!. d;<.·
Anpassungsgeschwindigkeit auf ein Maximum zu erhöhen und die Anzahl von Werkstücken außerhalb
der Toleranzgrenzen, die aus einer falschen Korrektur
oder einer falschen Positionierung von Werkzeug bzw.
Werkstück result!- <.τι, auf ein Minimum herabzusetzen.
Die Bildung des jeweiligen Mittelwertes ist weiter beschleunigt, indem in den Stromkreis für die Errechnung
des Mittelwertes der Wert eingespeist wird, den die Werkstücke theoretisch nach einer Änderung der
Relativlage von Werkzeug und Werkstück erreicht haben sollen. Durch den Exponeriualtiaifspfungwirür..-kreis ist es ermöglicht, daß sich das ganze System
äußerst rasch an die Schwankungen der Werte der jeweils ankommenden Meßdaten anpaßt
Besonders zweckmäßig ist es in Ausgestaltung der Er'i-i.ntf'g wenn ein Stromkreis für die Errechnung der
Streuung der Werte der Abmessungen der Werkstücke in bezug auf den Mittelwert vorgesehen ist, dessen
Eingänge ar die Meßeinrichtung an die Zähleinrichtung
und an die uiswerteinrichtung angeschlossen sind und
dessen Ausgang an eine Steuereinrichtung der Maschine zur Steuerung von Arbeitszyklus und Werkzeugwechsel angeschlossen ist Dieser Stromkreis unter-
bricht die Bearbeitung, wenn die Streuung vorbestimmte Werte überschreitet.
Besonders zweckmäßig ist es auch, wenn der Exponentialdämpfungsstromkreis ein Speicherelement
für einen exponentialgedämpften Mittelwert, Lade- und
Entladeschaltkreise für das Speicherelement und Steuerungsschaltkreise für die Lade- und Entladeschaltkreise
aufweist. Hierdurch wird die Nachstellung des Mittelwertes auf der Basis der effektiven Abmessung der
bearbeiteten Werkstücke bzw. die Anpassung des Mittelwertes bei Ankunft eines jeden neuen Meßwerts
ermöglicht.
Besonders zweckmäßig ist es sodann, wenn der
Exponentialdämpfungsstromkreis einen differenzbildenden Operationsverstärker umfaßt, der eingangssei-
tig mit dem Speicherelement für den Mittelwert und mit der Meßeinrichtung in Verbindung steht. Hierdurch
wird das Speicherelement entsprechend einem Prozentwert der Differenz zwischen der effektiven Abmessung
des letzten gemessenen Werkstückes und des vorhergehenden Signals des Speicherelementes nachgestellt.
In der Regel ist die Auswerteinrichtung ein Schaltkreis, der befähigt ist, den Sollwert der Abmessung des bearbeiteten Werkstückes nach einer Änderung der Relativlage von Werkzeug und Werkstück zu
errechnen und ein diesem Sollwert entsprechendes Signal in den Stromkreis für die Errechnung des
Mittelwer'es der Meßwerte zl geben. Zu den
Elementen für die Änderung der Ansprechbereitschaft gehurt in der Regel ein in zwei Schaltzustände
bringbarer Schalter, dem Steuermittel zugeordnet sind. um ihn von dem einen 1.' den anderen Schaltzustand zu
bringen. Der Schalter unterbricht im ersten Schaltzustand die Verbindung zwischen den Lade- und
Entladekreisen, die z. B. von einer Integrierschaltung gebildet sind, und dem Speicherelement, während der
Schalter die genannte Verbindung im zweiten Schaltzustand herstellt.
In der Folge wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, welche beispielsweise in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt
F ι ρ I ein Blockschema einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Meßstcuerungsvornchtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen,
Fig. 2 ein Funktionsdiagramm der Vorrichtung gemäß Fig. I.
Fig. 3 einen Stromkreis der Vorrichtung gemäß Fi g. 1, und zwar einen Stromkreis für die Bestimmung
des Mittelwertes einer Aufeinanderfolge von Meßwerten, und
F i g. 4 ein Diagramm, welches sich auf die Funktionsweise des Stromkreises psmäß r ι g i bezieht.
Insbesondere bezieht sich die folgende Beschreibung
auf eine Meßsteuerungsvorrichtung für eine Schleifmaschine für Lagerringe, deren Messung normalerweise
während der Bearbeitung unmöglich ist Die als Ringe
ausgebildeten Werkstücke 11 am Ausgang der Schleif maschine werden mittels eines Meßkopfes 12 kontrolliert, der in irgendeiner beliebigen, an sich bekannten
Art und Weise ausgeführt und auf einem Rahmen 13 befestigt ist und der eine Einrichtung zum Messen der
Abmessungen eines jeden bearbeiteten Werkstückes darstellt
Das von einem Verstärker 16 in zweckmäßiger Weise verstärkte Ausgangssignal des Meßkopfes 12 wird an
eine Einheit 17 für die Ermittlung und Speicherung des Maximalwertes, welcher mit dem Durchmesser der
Ringe 11 übereinstimmt, weitergeleitet Diese Einheit 17 wird derartig gesteuert, daß sie die aufeinanderfolgenden Werte aufnehmen kann, d h. die Werte der
Durchmesser der Ringe 11, welche aufeinanderfolgend
im Bereich des Meßkopfes 12 durchlaufen.
Die ermittelten Meßwerte werden an eine Auswerteinrichtung 19 weitergeleitet, weiche beispielsweise
einen arithmetischen Mittelwert an einer vorbestimmten Anzahl von Messungen von Werkstücken feststellt
und welche bei jeder neuen Messung dauernd neu eingestellt wird oder welche — in bevorzugter Weise —
einen Mittelwert mit Exponentialdämpfung ermittelt. Die Auswerteinrichtung 19 ist weiter in der Lage, die
Geschwindigkeit der Änderung des Mittelwertes festzustellen. Das Ausgangssignal der Auswerteinrichtung 19 wild einer Steuereinrichtung 21 der Werkzeugmaschine zur Änderung der Relativlage von Werkzeug
und Werkstück und einer Einheit 22 für die Anzeige des Ausgangssignals zugeführt.
Die Meßwerte der einzelnen Ringe 11 werden vom Ausgang der Einheit 17 weiter einer Einrichtung 24
zugeführt, welche in der Lage ist, die Streuung der gemessenen Momentanwerte in bezug auf den tatsächlichen Mittelwert zu errechnen. Diese Streuung wird
beispielsweise errechnet, indem man den Absolutwert der Differenz zwischen jedem gemessenen Wert und
dem in der Auswerteinrichtung 19 vorhandenen Mittelwert bildet und sodann einen Mittelwert der
Absolutwerte der gebildeten Differenzen errechnet, der ein arithmetischer Mittelwert oder ein Mittelwert mit
Exponentialdämpfung sein kann. Da die Ringe 11 zu dem Meßkopf 12 in willkürlicher Reihenfolge gelangen,
kann die Streuung als Anzeige von Formfehlern der Ringe interpretiert werden.
Das Ausgangssignal der Einrichtung 24 wird einer Steuereinrichtung 26 der Maschine zur Steuerung von
Arbeitszyklus und Werkzeugwechsel und einer Einheit 27 für die Anzeige zugeführt. Da nämlich die Formfehler
hauptsächlich vom Zyklus der Maschine und vom Zustand des Werkzeuges abhängen, kann man das
Ausgangssignal der Einrichtung 24 dazu verwenden, den Arbeitszyklus der Maschine und das Auswechseln des
Werkzeuges zu steuern.
In Fig. 2 ist mittels einer Kurve 28 der normale Verlauf der Abmessungen der aufeinanderfolgend
bearbeiteten Werkstücke gezeigt. Aufgrun'd der Abnützung des Werkzeuges steigen diese Abmessungen in
einer im wesentliche·! linearen Gesetzmäßigkeit ar. Unter diesen Bedingungen ist im Betrieb der Verlauf
des Mittelwertes derselbe, wie jener der Abmessungen
des Werkstückes. Der Mittelwert liegt jedoch unter dem Wert des zum selben Zeitpunkt in Bearbeitung
befindlichen Werkstückes, und zwar nicht nur aufgrund der Bedeutung des Mittelwertes selbst, welcher eine
bestimmte Anzahl von vorhergehenden Messungen berücksichtigt, sondern auch aufgrund des Vorhandenseins
einer gewissen Anzahl von Werkstücken zwischen der Bearbeitungsstation und der Meßstation. In F i g. 2
ist der Verlauf des Mittelwertes durch die strichlierte Kurve 29 gezeigt.
Bei Kenntnis des Mittelwertes, seiner Ableitung in jedem Augenblick und der Anzahl der zwischen der
Bearbeitungsstation und der Meßstation vorhandenen Werkstücken ist es jedoch möglich, den endgültigen
Sollwert der Endabmessungen des in Bearbeitung befindlichen Werkstückes zu errechnen und folglich die
Korrektur der Maschine in einer Weise durchzuführen, daß die Abmessungen der Verks'Oc·"* innerhalb der
gewünschten Toleranzgrenzen, die in F i g. 2 mit 31 und 32 bezeichnet sind, verbleiben.
Besondere Probleme treten jedoch dann auf, wenn der Verlauf der Kurve 28 diskontinuierliche Stellen 33
besitzt. Dies tritt insbesonden: als Folge der Korrektu ren der Lage des Werkzeuge;: bzw. des Werkstücks an
der Maschine, als Folge der Auswechslung des Werkzeuges selbst oder als F'olge der Abrichtung der
Schleifscheibe im Falle von Schleifmaschinen auf. In diesen Fällen wechselt der Wert der Abmessungen der
Werkstücke 11 plötzlich, um nachher wieder zu beginnen, mit der üblichen Gesetzmäßigkeit anzusteigen.
Das zu lösende Problem ist, die Übergangsperiode auf ein Minimum herabzusetzen.
Die Vorrichtung gemäß Zeichnung weist eine Zähleinrichtung 34 auf, welche die Werkstücke zählt, die
nach einer durchgeführten Lagekorrektur oder Auswechslung des Werkzeuges an der Meßstation vorbeilaufen.
Das die Zähleinrichtung 34 aktivierende Signal blockiert auch die Auswertung der Daten und
verhindert die Steuerung der Maschine bezüglich einer Änderung der Relativlage vem Werkzeug und Werkstück,
bis die Zähleinrichtung 34 anzeigt, daß eine bestimmte Anzahl an Werkstücken (vorher bestimmt
aufgrund der Bearbeitungsbedingungen und in die Zähleinrichtung eingespeist) gleich jener zwischen der
Bearbeitungsstation und der INIeßstation vorbeigelaufen
ist. Diese Werkstücke sind nämlich für die Steuerung selbst nicht mehr von Bedeutung. Wenn diese
Werkstücke an der Meßstation vorbeigelaufen sind, wird die Auswertung der Daien wieder freigegeben und
die Steuerung oc: Maschine wieder aufgenommen.
Überdies wird die Funktion des in der Auswerteinrichtung 19 für die Errechnung des Mittelwertes enthaltenen
Stromkreises variiert, indem er derart eingestellt wird, daß der Mittelwert an einer geringeren Anzahl an
Werkstücken als der normalen Anzahl festgestellt wird. Die Bildung des Mittelwertes ist so viel rascher, was die
Kontrolle der Genauigkeit der durchgeführten Korrektur oder der Lage des neuen Werkzeuges erleichtert
Wenn man weiter die Geschwindigkeit der Änderung des Mittelwertes berücksichtigt, ist es möglich, die
Anpassungsgeschwindigkeit auf ein Maximum zu erhöhen und die eventuelle Anzahl von Werkstücken
außerhalb der Toleranzgrerc;e, die aus einer falschen
Korrektur oder einer falscher: Positionierung des neuen Werkzeuges resultieren, auf ein Minimum herabzusetzen.
Die Neubildung des Mittelwertes kann weiter beschleunigt werden, indem man den Speicher des
Mittelwertes mit einem Wert beschickt, der gleich jenem ist, welchen die Werkstücke theoretisch nach der
Lagekorrektur bzw. nach der Änderung des Werkzeugs erreicht haben sollen. Die Anpassungskurve nimmt in
diesem Falle die Form 35 an, welche in F i g. 2 strichpunktiert angedeutet ist.
Das dargestellte Beispiel betrifft eine Maschine, bei
welcher im Betrieb die Schwankungen der Werkstückabmessungen in einer einzigen Richtung verlaufen. Es ist
jedoch offensichtlich, daß die Arbeitsweise leicht auf jeden beliebigen Fall ausgedehnt werden kann, wobei
man in einfacher Weise die Korrekturen derart durchführt, daß durch das Werkzeug Werkstücke
gebildet werden, die im Zentrum der Toleranzbreite und nicht in der Nähe der einen oder der anderen Grenze
derselben liegen.
Es ist offensichtlich, daß durch eine Steuerung der vorerwähnten Art die den bisher verwendeten Einrich
tungen anhaftenden Nachteile «ermieden werden.
Tatsächlich erfolgt die Korrektur an der Maschine aufgrund der an einer willkürlich veränderbaren Anzahl
von Werkstücken durchgeführten Messungen und ist folglich im wesentlichen unabhängig vom Vorhandensein
einiger abnormaler Werkstücke. Die Regelung der Werkstückabmessungen ist daher äußerst stabil.
Schließlich ermöglicht eine Meßsteuerungvorrichtung der vorgenannten Art die Durchführung der
Korrekturen mit der nötigen Schnelligkeit durch eine entsprechende Vorverlegung des Einsetzens der Steuerung,
welche die Änderungsgeschwindigkeit des Mittelwertes der Messungen, die Anzahl der zwischen der
Bearbeitungsstation und der Meüstation vorhandenen Werkstücke sowie evtl. irgendeinen beliebigen anderen
Faktor berücksichtigt.
Unter Bezugnahme auf F i ^ 1 wird in der Folge eine bevorzugte Ausführungsform der Stromkreise beschrieben,
die in der Auswerteinheit 19 und in der Einrichtung 24 gemäß Fig. I für die Errechnung des Mittelwertes
einer Aufeinanderfolge von Meßdaten enthalten sind.
Zum negativen Eingang eines Operationsverstärkers
41 gelangt von einem Dateneingang 42 über einen Widerstand 43 der Momentanwert der aufeinanderfolgenden
Meßwerte. Der Operationsverstärker 41, dessen positiver Eingang über einen Widerstand 44 an Masse
liegt, wird von den Spannungen + V und — V gespeist und ist an seinem negativen Eingang mittels eines
Widerstandes 45 rückgekoppelt. Der Operationsverstärker 41, der als Phasenumkehrstufe arbeitet, liefert
am Ausgang 46 ein in bezug auf den Eingang phasenverkehrtes Signal.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 41 wird über einen Widerstand 47 in den positiven Eingang
eines Operationsverstärkers 48 eingespeist, der über einen Kondensator 49 rückgekoppelt ist und daher als
Integrator arbeitet.
Der Verstärker 48 wird von den Spannungen + Vund
— V gespeist, und sein negativer Eingang ist über einen veränderlichen Widerstand 50 an Masse gelegt,
während der Ausgang über einen Widerstand 51 an Masse liegt Die Ladung des Kondensators 49 erfolgt
über einen durch einen Feldeffekttransistor (FET) gebildeten Schalter 52 und hängt vom Wert des
Widerstandes 50 ab, der die Größe des Ladestromes des
Kondensators 49 bestimmt
Der den Schalter 52 bildende FET wird von einer an sich bekannten Einheit 53 gesteuert, die befähigt ist ihn
zu sättigen und zu sperren. Beispielsweise kann die
Einheit 53 durch eine monostabile Kippschaltung gebildet sein, die in der Lage ist, normalerweise eine
negative Spannung zu liefern und. wenn sie gesteuert wird, eine positive Spannung während einer bestimmten
Zeitdauer abzugeben. Die Betätigung der Einheit 53 und folglich die Schließung des Schalters 52 erfolgen bei
Ankunft eines jeden neuen Meßwerts. Wenn am Eingang des Schalters (FET) 52 eine ausreichend
negv'ive Spannung anliegt, so wird der Feldeffekttransistor
52 gesperrt. Da die Verbindung zwischen dem !o Ausgang des Operationsverstärkers 48 und dem
Kondensator 49 unterbrochen ist, erfäh.·'·. unter diesen Bedingungen die Spannung an den Kontakten des
Speicherkondensators 49 keinerlei Änderung. Wenn hingegen eine positive Spannung ankommt, die
ausreicht, d« η Feldeffekttransistor 52 in den leitenden Zustand überzuführen, so wird der Speicherkondensator
49 geladen oder entladen, und zwar in einem Ausmaß, welches von der am Ausgang des Verstärkers
4S anliegender. Spa.iri'jp.g. v. ;n der Schließkeil drs
Schalters 52. vom Wert des Widerstandes 50 und von der Kapazität des Kondensators 49 abhängt.
Die an den Anschlüssen des Kondensators 49 vorhandene Spannung wird abgenommen und den
Eingängen eines Differentialverstärkers 54 mit dem Verstärkungsfaktor 1 zugeführt. Dieser weist eine
Eingangsimpedanz auf, die ausreicht, die Entladeströme des Kondensators 49 selb?! "emachlässigbar zu machen,
wenn der Schalter 52 offen ist.
Die Spannung am Ausgang 55 des Differentialverstärkers 54. die der Spannungsdifferenz am Kondensato:
49 entspricht, wird dem Eingang 56 und sodann über einen Rückkopplungswiderstand 57 dem negativen
Eingang des Operationsverstärkers 41 zugeführt, also demselben Eingang, an den über den Widerstand 43 die
aufeinanderfolgenden Meßwerte gelangen. Dieses dem Eingang des Verstärkers 41 über den Rückkopplungskreis zugeführte Signal stellt den von der beschriebenen
Vorrichtung errechneten Mittelwert dar. wie später näher erläutert wird. Das Signal besitzt das entgegengesetzte
Vorzeichen in bezug auf die Momentanwerte der aufeinanderfolgenden Meßwerte, so daß der Verstärker
41 am Ausgang 46 ein Signal aufweist, welches die Differenz der aufeinanderfolgenden Momentanwerte
der Werkstückabmessungen und des auf diese Weise errechneten Mittelwerts ist.
Anfangs ist aufgrund des ungeladenen bzw. entladenen Speicherkondensators 49 der über den Rückkopplungswiderstand
57 dem negativen Eingang des Verstärkers 41 zugeführte Spannungswert gleich 0 V.
Bei geschlossenem Schalter 52 lädt sich der Speicherkondensator 49 bis zu einem gewissen Wert, der außer
vom Wert der Kapazität des Kondensators vom Wert des Widerstandes 50, von der Schließzett des Schalters
52 und vom Wert der am Ausgang des Verstärkers 48 vorhandenen Spannung abhängt.
Wenn man mit t die Schließzeit des Schalters 5Z nut R
den Wert des Widerstandes 50, mil V2 die am Ausgang
46 vorhandene Spannung und mit C die Kapazität des Kondensators 49 bezeichnet, so hat man am Kondensator
49 eine Spannungsänderung, die gegeben ist durch
AV=-V11- t/R- C=- VJK,
wobei die Größe R ■ CVl gleich K gesetzt wurde. MK
stellt den .Spannungsprozentanteil dar, um welchen der Speicherkondensator 49 geladen wird; R. C und ι
werden derart gewählt, daß
ist.
Insbesondere ist nach der Ermittlung des ersten Meßwerts A\ die Spannung V1 am Eingang 42 gegeben
durch
K= λ,
Da angenommen wurde, daß der Soeicherkondensator
49 anfangs entladen ist, liegt am Eingang 56 eine mit Vdbezeichnete Spannung an, gegeben durch
Am Punkt 46 ist eine Spannung vorhanden, die dem
Momentanwert des Meßwerts entspricht, wobei das Vorzeichen jedoch gewechselt ist, da der Verstärker Aι
als Umschalter fungiert.
Es resultiert daher
Ki= -A\
Der Spannungswert Vu mit welchem der Speicherkondensator
49 nach Ermittlung des ersten Meßwerts At geladen wird, ist durch die folgende Beziehung
gegeben:
V1 = l/K· Zi1 = M1,
worin MK, wie bereits erwähnt wurde, der Spannungsprozentanteil
ist, mit welchem der Speicherkondensator 49 geladen wird.
Der Spannungswert V1 entspricht dem im Kondensator
49 nach der Ermittlung des ersten Meßwerta gespeicherten Mittelwert M1.
Nach der Ermittlung des zweiten Meßwerts, der mit A7 bezeichnet wird, ist die Spannung am Punkt 42
K = A2
Zum Knotenpunkt 56 gelangt über den Rückkopplungskreis eine Spannung entsprechend dem im
so Kondensator 49 gespeicherten Wert
Va=-Mt
Im Knotenpunkt 46 ist also die Spannung
V.~-(Vc+VJl=-(A1-M1)
V.~-(Vc+VJl=-(A1-M1)
Die Spannung an den Anschlüssen des Speicherkondensators 49 beläuft sich folglich nach der Ermittlung
des zweiten Meßwerts Ai auf folgenden Wert:
K2 = Af1 - MK Vn=Mx- MK ■ [-(A2 - Mx)] = Mx + MK ■ (A1-Mx) = AZ2.
Wenn man die bisher verfolgte Arbeitsweise für die Errechnung des Mittelwertes unter Heranziehung jedes
aufeinanderfolgend ermittelten Meßwerts verallgemeinert, so gelangt man zur Festlegung einer Formel,
welche den vom Speicherkondensator 49 nach Ermittlung eines allgemeinen Meßwerts Λ,+ ι unter Berücksichtigung
des vorhergehenden Mittelwertes M, gespei-
65 cherten Mittelwert M,+ 1 darstellt. Dieser Wert ist
gegeben durch:
Mi+t = Mi+l/K-(A1+1-M)
Es ist daraus ersichtlich, daß der Mittelwert M,+ t, der im Speicherkondensator 49 nach der Ermittlung des
Meßwerts Α,+ i gespeichert wurde, erhalten wird, indem
man zum Wert ΜΛ der vorher gespeichert worden war,
MK des neuermittelten Meßwerts hinzufüg;: d.h.
MK ■ /4,>i, und denselben Prozentanteil des Mittelwertes
M, abzieht.
Die Bildung des Mittelwertes bei jeder neuen Messung erfolgt auf einem einzigen Speicherkondensator,
deren Prozentanteile an Ladung und Entladung durch einen einzigen Steuerungsstromkreis kontrolliert
werden. Auf di«se Weise werden unter Verwendung eines einzigen Kondensators für den Speicherstromkreis
und durch Steuerung des Prozentanteiles der Ladung und der Entladung des Kondensators mit
denselben elektronischen Komponenten die vorerwähnten Probleme hinsichtlich Abweichung und Instabilität
eliminiert, welche Probleme bei den bekannten Stromkreisen für Mittelwerte auftreten, bei denen für
die Ermittlung des Mittelwertes von N Informationen die Anwendung von N Speicherstromkreisen zur
Speicherung der Informationen und die Anwendung eines Speicherstromkreises, weicher in der Lage isi, den
Mittelwert von /»/Informationen zu speichern, erforderlich
ist.
Es soll nun der besondere Fall in Betracht gezogen werden, daß der Kondensator 49 entladen ist und daß
alle aufeinanderfolgenden Meßwerte einen Wert gleich einer Konstante A besitzen, der den theoretischen
Mittelwert darstellt.
In diesem Falle nimmt der vom Speicherkondensator 49 mit detn ersten Meßwert gespeicherte Mittelwert
folgenden Wert an:
Mx = MK ■ A
Nach der Ermittlung des zweiten Meßwerts stellt sich der Speicherkondensator 49 auf folgenden Wert ein:
M1=MK ■ A + MK ■ (A-MK A) (I)
Nach Ermittlung des ersten Meßwerts differiert der erhaltene Mittelwert von dem theoretischen Wert A um
einen Betrag, welcher folgenden Wert annimmt:
Ex=A-M1.
wobei man, wenn man für
Wert einsetzt, erhält:
Wert einsetzt, erhält:
den oben gefundenen
x = A-MK ■
(\-MK)
tlung des zweiten
wprn der
Größe A ist die Differenz Ei zwischen dem Mittelwert
M2 und dem theoretischen Mittelwert -4 folgende:
E2 = A-M2.
wobei man, wenn man ΛΛ durch den in (1) erhaltenen
Wert ersetzt, erhält:
E2 = A -[MK- A + l/K -(A - MK-A)] = A ■ (1 - MK)1.
Bei Befolgung dieser Vorgehensweise bis zur Errechnung der Differenz bzw. des Fehlers beim /-ten
Meßwert gelangt man zur folgenden allgemeinen Formel:
E1=A ■ (I-l/K/,
35
worin E1 die Differenz zwischen dem aus den
Meßwerten errechneten Mittelwert und dem theoretischen Mittelwert beim /-ten Meßwert darstellt. Es ist
ersichtlich, daß diese Differenz mit einer im wesentlichen exponentiellen Gesetzmäßigkeit mit der Erhöhung
der Anzahl der ermittelten Daten abnimmt.
Wenn man die erhaltenen Werte in die graphische Darstellung gemäß F i g. 4 überträgt, in welcher auf der
Abszisse die Anzahl der Daten und auf der Ordinate der Mittelwert an den Klemmen des Speicherkondensators
aufgetragen sind, erhält man ein Stufendiagramm 58. welches einer Kurve 59 angenähert werden kann, die
den Verlauf der Spannung an den Klemmen des Speicherkondensators 49 darstellt. Aus dem Diagramm
ist ersichtlich, daß die ermittelte Kurve sich dem so theoretischen Mittelwert nähert, sich aber nur im
Unendlichen mit der Linie trifft, welche diesen theoretischen Mittelwert darstellt. In der Praxis
differieren diese beiden Werte untereinander nach einer begrenzten Anzahl von Daten um einen vernachlässigbaren
Betrag. Die oben erläuterte Vorgehensweise gilt im wesentlichen auch für Daten, weiche nicht vollkommen
untereinander gleich sind.
Dieser Mittelwert Mi, welcher an den K'en?mer. des
Kondensators 49 gespeichert verfügbar ist, steht auf diese Weise mit umgekehrtem Vorzeichen am Ausgang
55 des Verstärkers 54 zur Verfügung (F i g. 3).
Bei der Errechnung des Mittelwertes besteht normalerweise, wie dies bereits erwähnt wurde, das
Erfordernis, ein schnelles System zur Verfügung zu haben, d. h. ein System, welches sich äußerst rasch an die
Schwankungen der Werte der ankommenden Daten anDaßt welches aber nach einem zweiten Erfordernis
auch einen stabilen Wert abgibt, der nicht übermäßig beeinflußbar ist. d. h. durch eine eventuell abnormale
Messung.
Diese beiden Erfordernisse sind zueinander entgegengesetzt, da es zur Erzielung des ersten Ergebnisses
notwendig ist. daß die Größe MK einen Wert nahe I besitzt. Um das zweite Ergebnis zu erhalten, ist es
hingegen erforderlich, daß MK einen geringeren Wert
hat.
Die Änderung von MK oder, unter Konstanthaltung der Schließzeit des Schalters 52. die Änderung der
Zeitkonstante RC des Lade- und Entladekreises des Kondensators 49 entspricht einer Änderung der
Beeinflussung des Mittelwertes bei jeder Messung, so daß die letzten Daten mehr oder weniger beeinflußt
werden. Um dasselbe Ergebnis zu erhalten unter Verwendung eines Stromkreises für das arithmetische
Mittel anstelle eines Stromkreises mit Exponentialdämpfung, genügt es, die Anzahl der Daten, aus welchen
der Mittelwert errechnet wird, zu variieren und diese Anzahl herabzusetzen, wenn es erforderlich ist. die
Schnelligkeit des Stromkreises zu erhöhen, und sie hinaufzusetzen, um die Beeinflussung durch abnormale
Daten zu vermeiden. Im Exponentialdämpfungsstromkreis gemäß F i g. 3 ist dieses Problem in vorteilhafter
Weise gelöst, da es durch eine einfache Änderung des Wertes R des Widerstandes 50 oder der Schließzeit ί
des Schalters 52 oder des Wertes C des Kondensators 49 möglich ist. \/K zu ändern. Der Zähler 34 erhält nach
jeder an der Maschine durchgeführten Korrektur Informationen, da er mit den Steuereinrichtungen 21,26
der Maschine verbunden ist (Fig.!}. Nach öerr. irr".!'
dieser Informationen wirkt der Kondensator π der
Weise auf den Stromkreis 19, daß er für eine kurze vorbestimmte Zeitdauer den Wert MK erhöht.
Bei dem in F i g. 3 dargestellten Stromkreis wird für
die Errechnung des Mittelwertes einer Aufeinanderfolge von Daten ein einziger Analogspeicherstromkreis
verwendet, in welchem der Mittelwert der Daten
zugeben ist. P-^i jeder nachfolgenden Information wird
dies-T Mittelwert in der oben beschriebenen Weise
wieder neu gebildet.
Die obigen Ausführungen lassen erkennen, daß unter Verwendung des erfindungsgemäßen Stromkreises bei
uer Errechnung des Mittelwertes einer Aufeinanderfolge von Daten bedeutende Vorteile in wirtschaftlicher
und praktischer Hinsicht erzielt werden.
Tatsächlich funktioniert der Stromkreis bei jeder beliebigen Anzahl von Daten, von denen der Mittelw.rt
errechnet werden soll, in wirksamer Weise. Es ist nicht notwendig, Bauelemente hinzuzufügen, wenn die Anzahl
(ki Daten ?i:n'»ht wird. Die Regelung der
Zciilsjiistante und im allgemeinen die Änderung der
Schnelligkeit des Stromkreises können automatisch erhalten werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Meßsteuerungsvorrichtung für spanabhebende
Werkzeugmaschinen zur selbsttätigen Steuerung der Relativlage von Werkzeug und Werkstück mit
einer Einrichtung zum Messen der Abmessungen eines jeden bearbeiteten Werkstücks, mit einer
Einrichtung zum Auswerten der von der Meßeinrichtung ermittelten Meßwerte, mit einer Einrich- j0
tung zum Steuern der Werkzeugmaschine nach Maßgabe der Auswertungsergebnisse der Auswerteinrichtung und mit einer voreinstellbaren Zähleinrichtung zum Zählen der Anzahl der nach einem die
Relativlage von Werkzeug und Werkstück beeinflussenden Steuervorgang zwischen Bearbeitungsstation und Meßstation befindlichen Werkstücke,
welche die Steuereinrichtung bis zum Erreichen dieser vorbestimmten Werkstück-Anzahl blockiert,
wobei die Au«werteinrichtung einen Stromkreis für Μ
die Errechnung des Mittelwertes der Meßwerte aufweist, der mit der Steuereinrichtung in Wirkverbindung steht, durch welche die Abmessungen der
Werkstücke innerhalb einer vorbestimmten ToIcranzbreite gehalten werden, dadurch gekenn-
ζ e i c h η e t, daß die Auswerteinrichtung (19) einen Stromkreis aufweist, der den Sollwert der Abmeslungen der Werkstücke (11) nach einem Steuervorgang bestimmt und diesen Sollwert in den
Stromkreis (42, 46, 55, 56) für die Errechnung des x
Mittelwertes der Meßwerte einspeist, daß die Auswerteinricncung (19) einen weiteren Stromkreis
aufweist der die Andirungsf schwindigkeit des Mittelwertes ermittelt i-nd ein entsprechendes
Signal an die Steuereini ichu: .g (21) zwecks
Vorverlegung oder Verzögerung des Steuervorganges gibt und daß der Stromkreis für die Errechnung
des Mittelwertes ein Exponentialdämpfungsstromkreis ist und Elemente (50, 52,53) für eine Änderung
der Ansprechbereitschaft aufweist.
2. Meßsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromkreis (24) für
die Errechnung der Streuung der Werte der Abmessungen der Werkstücke (11) in bezug auf den
Mittelwert vorgesehen ist. dessen Eingänge an die Meßeinrichtung (12, 16, 17). an die Zähleinrichtung
(34) und an die Auswerteinrichtung (19) angeschlossen sind und dessen Ausgang an eine Steuereinrichtung (26) der Maschine zur Steuerung von
Arbeitszyklus und Werkzeugwechsel angeschlossen ist.
3. Meßsteuerungsvorrichtung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der F.xponentialdämpfungsstromkren ein Speicherelement (49)
für einen exponentialgedämpften Mittelwert. Lade· und Entladeschaltkrcise (48, 50) für das Speicherelement (49) und Steuerungsschaltkreise (52. 53) für die
Lade- und Entladeschaltkreisc (48,50) aufweist.
4. Meßsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Lade- und Entladeschaltkreise (48, 50) von einer Integrierschaltung
gebildet sind und das Speicherelement (49) von einem Kondensator gebildet ist.
5. Meßsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Exponentialdämpfungsstromkreis einen differenzbildenden
Operationsverstärker (41) umfaßt, der eingangsseitig mit dein Speicherelement (49) für den Mittelwert
und mit der Meßeinrichtung (12) in Verbindung steht.
6. Meßsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elemente (50, 52, 53) für eine Änderung der Ansprechbereitschaft in die Lade- und Entladeschaltkreise (48, 50) für das Speicherelement (49)
eingeschaltet sind
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Owner name: FINIKE ITALIANA MARPOSS S.P.A., 40010 BENTIVOGLIO, |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |