DE2536974C2 - Unteranordnung für einen Digital-Differentialanalysator - Google Patents

Description

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gangsimpulsfolgefrequenz nahezu gleich der Eingangsimpulsfolgefrequenz gemacht werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Ausgangsirnpulsfolgefrequenz zwischen dem 0,5- und dem 1 fachen Wert der Eingangsfrequenz zu halten, und zwar in Abhängigkeit vom Wert und Bereich der Variablen V. Bei gewissen Anwendungen ist es erwünscht, die Ausgangsirnpulsfolgefrequenz sehr dicht bei der Eingangsimpulsfolgefrequenz zu halten, und zwar unabhängig vom Wert des Integranden V. Es ist beispielsweise üblich, Digital· Differentialanalysatoren als Funktionsgeneratoren zur numerischen Werkzeugmaschinensteuerung zu verwenden. Ein Funktionsgenerator dieser Art ist aus der US-PS 34 49 554 bekannt. Nach diesem Stand der Technik (vgl. auch F i g. 5 der Beschreibung) empfängt der Funktionsgenerator einen Zug von Impulsen, die eine gewünschte Bahngeschwindigkeit darstellen, und löst den Impulszug in zwei Impulskomponenten auf, wobei jeder Impuls eine inkrementale Befehlsdistanz längs einer von zwei senkrecht aufeinanderstehenden Achsen darstellt. Wenn man den Ausgang des ΑΓ-Integrators zur inkrementalen Veränderung des V-Integranden heranzieht und umgekehrt, befiehlt der Funktionsgenerator deim Werkzeug eine kreisförmige Bogenbahn zu durchfahren. Die Anfangswerte der Integranden sind die X- und y-Bogenmittel- punktversetzungen vom Startpunkt, des Bogens. Jeder Ausgangsimpuls stellt eine inkrementale Bewegungsdistanz längs der Achse dar. Trotz der bekannten Möglichkeit, nämlich das Oberlaufsignal an einer Stufe tieferer Ordnung des Rest-Registers abzunehmen, wird die tatsächliche Bahngeschwindigkeit nur innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 1,0 der gewünschten Bahngeschwindigkeit gehalten. Es wäre zweckmäßig, wenn man für alle Werte der X- und y-Bogenmittelpunktsversetzungen die gewünschte Bahngeschwindigkeit beibehalten könnte.

Ergänzend wird dazu auch auf den Stand der Technik nach der DE-AS 2160 528 verwiesen. Daraus ist ein digitaler Differentialintegrator bekannt, der derart ausgebildet ist, daß die effektive Überlaufrate an seinem Ausgang die maximale Eingangsrate übersteigen kann. Zu diesem Zweck werden zusätzliche Oberlaufsignale dadurch gewonnen, daß man von entsprechend niedrigeren Stufen des Rest-Registers Signale abnimmt, die dann für Maßstabsänderungen und zur Erhöhung der Ausgangsimpulsrate verwendet werden. Trotz dieser Maßnahmen sind die möglichen Maßstabsänderungen auf Werte begrenzt, die auf einer Potenz der Basis des im DDA verwendeten Zahlensystems beruhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unteranordnung für einen Digital-Differentialanalysator der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß die Ausgangsimpulsfolgefrequenz auch auf einen anderen Wert als einen Faktor der Basis des benutzten Zahlensystems ausgewählt werden kann und die Ausgangsimpulsfolgefrequenz unabhängig von der Eingangsimpulsfoigefrequenz und der Größe des Integranden steuerbar ist

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Diese Lösung besteht im Prinzip darin, daß die Ausgangsimpulsrate von einer programmierbaren Digitalzahl abhängig gemacht wird, zu deren Speicherung ein Restgröße-Register vorgesehen ist und daß diese programmierbare Restgriäße-Zahl in der beanspruchten Weise verarbeitet wird, um Überlauf ausgangsimpulse zu gewinnen, deren limpulsrate von der Restgröße-Zahl abhängt

Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die

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55 Ausgangsimpulsrate auf einem Wert zu halten, der fortlaufend annähernd gleich demjenigen der Eingangsimpulsrate ist.

Bevorzugte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Weiterbildungen umfassen auch Unteranordnungen zur Anwendung in einem digitalen Funktionsgenerator. Solche Funktionsgeneratoren können bei numerischen Werkzeugmaschinensteuerungen eingesetzt werden und bieten beispielsweise den Vorteil, daß bei einer bogenförmigen Bahn die tatsächliche Bahngeschwindigkeit unabhängig von der Anfangsgröße der X- und V-Bogenmittelpunktsversetzungen so groß wie möglich gemacht werden kann. Nach einer anderen Weiterbildung wird die Unteranordnung vorzugsweise in einem programmierten Digitalrechner realisiert.

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen beispielshalber erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten DDA-Schaltung,

Fig.2 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig.3 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer an sich üblichen Anordnung, zur numerischen Kontursteuerung mit einer DDA-Schaltung nach der Erfindung,

F i g. 5 ein Blockschaltbild der Geschwindigkeitssteuer- und Funktionsgeneratorteile der in der F i g. 4 dargestellten Anordnung zur numerischen Kontursteuerung mit üblichen DDA-Schaltungen,

Fi g. 6 ein Blockschaltbild der Geschwindigkeitssteuer- und Funktionsgeneratorteile der in der F i g. 4 dargestellten Anordnung zur numerischen Kontursteuerung mit DDA-Schaltungen nach der Erfindung und

F i g. 7 eine grafische Darstellung mit einem Vergleich der Werte für die Konturgeschwindigkeit, die man theoretisch zum einen mit üblichen DDA-Schaltungen und zum anderen mit erfindungsgemäßen DDA-Schaltungen erhält.

In einer DDA-Rechenschaltung (DDA= Digital-Differentialanalysator bzw. digitale Integrieranlage) werden die Variable durch Impulszüge dargestellt. Dabei stellt jeder Impuls eine inkrementale Änderung in der betreffenden Variablen dar.

In der F i g. 1 ist ein Blockschaltbild einer bekannten DDA-Schaltung gezeigt, wie sie beispielsweise aus der US-PS 28 41 328 bekannt ist

Diese bekannte DDA-Schaltung 10 enthält einen Integand-Vor-/Rückwärts-Zähler 12, einen Addierer-Subtrahierer 13 und ein Rest-Register 14. Der Zähler 12 spricht an seinem ^v-Eingang auf einen Impuls an. der eine inkrementale Änderung einer Variablen Vdarstellt. Weiterhin berücksichtigt der Zähler 12 an seinem 5-Eingang ein Vorzeichensignal 5, das anzeigt, ob die inkrementale Änderung eine Zunahme oder eine Abnahme des Wertes der Variablen darstellt, um die Variable V auf dem richtigen Wert zu halten. Ferner kann man den Zähler 12 auf einen Anfangswert Vq der Variablen V einstellen. Wenn am z/u-Eingang des Addierers-Subtrahierers 13 ein Impuls, im allgemeinen ein Taktimpuls, auftritt, der eine inkrementale Änderung einer Variablen U darstellt, wird der gerade im Zähler 12 gespeicherte Wert der Variablen V dem alten ResUeil des im Rest-Register 14 gespeicherten Integrals algebraisch hinzuaddiert wobei ein neuer Rest erzeugt wird. Das Rcst-Rcgister 14 weist im allgemeinen dieselbe Anzahl von Stufen wie der Integrand-Vor-ZRückwärts-Zähler

12 auf. Wenn als Folge des Addierens des gegenwärtigen Wertes des Integranden zu dem alten Wert des Restes die Kapazität des Rest-Registers 14 überschritten wird, wird ein Überlaufsignal Δζ erzeugt, das eine inkrementale Änerung im Wert des Integrals Zdarstellt. Ein auf das Überlaufsignal Δζ ansprechender Integral-Zähler 16 hält das Integral Z laufend auf dem richtigen Wert. Wenn man den Fehler vernachlässigt, der sich aus dem Wert des akkumulierten Restes ergibt, ist die Impulsfolgefrequenz am ^/z-Ausgang des Registers 14 durch die folgende Gleichung gegeben:

Dabei hängt M von dem benutzten Zahlensystem und von der Anzahl der Stufen des Rest-Registers 14 ab. Die

maximale Eingangsimpulsfolgefrequenz -j- ist im allgemeinen durch die Zeit bestimmt, die benötigt wird, um die Addition des Integranden mit der alten Restzahl zu vervollständigen. Da V stets kleiner als M sein muß, kann die maximale Ausgangsimpulsfolgefrequenz nahezu gleich der maximalen Eingangsimpulsfolgefrequenz sein. Aus der obigen Gleichung geht hervor, daß die Ausgangsimpulsfolgefrequenz dem Wert des Integranden direkt proportional und dem Wert von M umgekehrt proportional ist. Wenn ein Binärzahlensystem benutzt wird und der Zähler 12 und das Register 14 jeweils aus zwölf Stufen bestehen, ist M gleich 2¹² oder 4096. Wenn bei einem gegebenen Problem der Maximalwert des Integranden 2047 ist, wird die maximale Ausgangsimulsfolgefrequenz auf die Hälfte der Eingangsimpulsfolgefrequenz begrenzt. Eine bekannte Möglichkeit zum Erhöhen der Ausgangsimpulsfolgefrequenz bestand bei einem bekannten Maximalwert des Integranden von 2047 darin, das Rest-Register 14 als ein 11-Stufen-Register zu betrachten und ein Überlauf signal Δζ zu erzeugen, wenn der Addierer-Subtrahierer 13 veranlaßte. daß die Kapazität dieses 11-Stufen-Registers überschritten wurde. Auf diese Weise erreichte man, daß trotz des Maximalwertes des Integranden von 2047 die maximale Ausgangsimpulsfolgefrequenz nahezu gleich der Eingangsimpulsfolgefrequenz war. Diese bekannte Möglichkeit zum Erhöhen der Ausgangsimpulsfolgefrequenz ist in gewissen Fällen hilfreich, ist jedoch weniger nützlich, wenn der Maximalwert des Integranden 2100 beträgt. In diesem Fall muß man die Gesamtkapazität des Rest-Registers verwenden, und die maximale Ausgangsimpulsfolgefrequenz ist geringfügig größer als die Hälfte der Eingangsimpulsfolgefrequenz..

Der Einfachheithalber sind gleiche oder einander ähnliche Elemente und Teile, die in mehreren Figuren dargestellt sind, in jeder Figur mit derselben Bezugszahl versehen. Die Fig.2 zeigt ein Blockschaltbild einer nach der Erfindung ausgebildeten DDA-Schaltung, mit der man für einen beliebigen Maximalwert des Integranden die maximale Ausgangsimpulsfolgefrequenz erzielen kann. Wie bei der bekannten DDA-Schaltung so wird auch hier der Integrand in einem Integrand-Vor-/Rückwärts-Zähler 12 akkumuliert Ein Restgröße-Register 18 speichert eine Zahl, die einem programmierten oder programmierbaren Wert des Restes entspricht, der, wenn er überschritten wird, die Erzeugung eines Überlaufimpulses Δζ veranlaßt, der eine inkrementale Änderung im Wert des Integrals darstellt. Ein Addierer-Subtrahierer 13 spricht auf eine inkrementale Änderung der Variablen U an, und zwar auf eine Änderung in Form eines /iu-lmpulses, im allgemeinen eines Taktimpulses, um zu veranlassen, daß der gegenwärtige Wert im Zähler 12 gespeicherten Integranden dem in einem Rest-Register 14 gespeicherten alten Restteil des Integrals algebraisch hinzuaddiert wird und daß das Ergebnis der Addition, das als »vorläufig neuer Rest« bezeichnet wird, über ein UND-Glied 30 und ein ODER-Glied 34 im Register 14 gespeichert wird. Ein Vergleicher 22 spricht ebenfalls auf die inkrementale Änderung der Variablen i/an und vergleicht den vom Addierer-Subtrahierer 13 erzeugten vorläufig neuen Rest mit der Zahl in dem Restgröße-Register 18 und erzeugt ein Überlaufsignal Δζ, wenn der vorläufig neue Rest größer oder gleich der Restgröße-Zahl ist. Ein Addierer-Subtrahierer 20 spricht auf ein Signal vom Vergleicher 22 an einer Leitung 28 an. Dieses Signal zeigt an, daß der vorläufig neue Rest gleich oder größer als die programmierte Restgröße-Zahl ist und veranlaßt, daß die Restgröße-Zahl von dem vorläufig neuen Rest subtrahiert wird.

Das Ergebnis dieser Subtraktion wird im Rest-Register 14 über ein UND-Glied 32 und das ODER-Glied 34 gespeichert. Für den »kleiner als«-Fall führen die Einheiten 16 und 20 ihren Betrieb unverändert weiter, wohingegen die Einheit 14 den Ausgang der Einheit 13 empfängt.

Beim Betrieb spricht der Zähler 12 auf einen Impuls an seinem ^v-Eingang an und zählt in Abhängigkeit vom Zustand des Vorzeichensignals S um einen Schritt vorwärts oder rückwärts. Wenn am /tfu-Eingang ein Impuls erscheint, addiert der Addierer-Subtrahierer 13 den gegenwärtigen Wert des Integranden zu dem alten Rest (in 14) und liefert das Ergebnis (den vorläufig neuen Rest) zum Vergleicher 22, der den vorläufig neuen Rest mit der Zahl in dem Restgröße-Register 18 vergleicht.

Wenn der vorläufig neue Rest kleiner als die Restgröße-Zahl ist, wird der vorläufig neue Rest zu dem tatsächlichen neuen Rest (in Einheit 14) addiert, und die DDA-Schaltung ist bereit, auf den nächsten Impuls am Δυ-Eingang anzusprechen. Wenn der vorläufig neue Rest gleich oder größer als die Restgröße-Zahl ist, erzeugt der Vergleicher 22 einen Überlaufimpuk am Δζ-Ausgang, der eine inkrementale Änderung des Wertes des Integrals darstellt, und gibt den Addierer-Subtrahierer 20 frei, der die programmierte Restgröße-Zahl von dem vorläufig neuen Rest subtrahiert und das Ergebnis in dem Rest-Register 14 speichert. Die DDA-Schaltung ist dann bereit, auf den nächsten Impuls am ^u-Eingang anzusprechen, der eine weitere inkrementale Änderung der Variablen U anzeigt Die Zahl im Restgröße-Register ist derart gewählt, daß sie gleich oder geringfügig größer als der Maximalwert des Integranden ist Wenn daher der Integrand den Maximalwert aufweist, ist die Ausgangsimpulsfolgefrequenz gleich oder nahezu gleich der Eingangsimpulsfolgefrequenz.

Bei Realisierung der DDA-Schaltung in einem programmierten Digitalrechner stellen das Restgröße-Register 18 und das Rest-Register 14 sowie der Integrand-Speicher Rechnerspeicherplätze dar, und die Zählfunktion des Zählers 12 als auch die Funktionen der Addierer-Subtrahierer 13 und 20, des Vergleichers 22 und der Verknüpfungsglieder 30, 32 und 34 werden durch entsprechende arithmetische und logische Befehle im Rechner ausgeführt
Die in der F i g. 2 dargestellte Anordnung ist auf Fälle begrenzt, bei denen der vorläufig neue Rest höchstens das Doppelte der Restgröße-Zahl beträgt In dem Grenzfall, bei dem die Verdopplung genau stimmt, erzeugt ein ^u-Impuls einen Λζ-lmpuls. Wenn die neue

Rest-Zahl den zweifachen Wert der Restgröße-Zahl überschreiten kann, wird es notwendig sein, eine Divisionsoperation durchzuführen. Bei dem in der Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die vom Addierer-Subtrahierer 13 erzeugte vorläufig neue Rest-Zahl dem Dividenden-Eingang eines arithmetischen Dividierers 21 zugeführt, und die Restgröße-Zahl wird an den Divisor-Eingang des arithmetischen Dividierers 21 gelegt. Der am Ausgang des arithmetischen Dividierers 21 auftretende Divisionsrest wird dem Rest-Register 14 zugeführt und der am Ausgang des arithmetischen Dividierers 21 auftretende Quotient wird an einen Az-Impulsgenerator 23 gelegt, der die Anzahl der <4z-Impulse in Abhängigkeit vom Wert des Quotienten bestimmt. Der Dividierer 21 vergleicht notwendigerweise den Divisor mit dem Dividenden und stellt daher eine dem Vergleicher 22 in der F i g. 2 analoge Einheit dar. Weiterhin ist die Division eine einer wiederholten Subtraktion äquivalente Maßnahme, so daß der Dividierer 21 der Einheit 20 der F i g. 2 analog ist.

Aus den obigen Ausführungen geht hervor, daß bei gewissen DDA-Anwendungen entweder die Restgröße-Zahl oder der Wert des Integranden konstant sein können und daher von Hand mit Hilfe von Schaltern eingestellt werden können.

Die Vorzüge der erfindungsgemäßen DDA-Schaltung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Funktionsgenerators hervor, der zur numerischen Konturenoder Bahnsteuerung einer Werkzeugmaschine eingesetzt wird.

In der F i g. 4 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer typischen, an sich bekannten Anordnung zur numerischen Bahnsteuerung dargestellt.

Die gezeigte Anordnung zur numerischen Bahnsteuerung hat zwei Bewegungsrichtungen, und zwar eine in einer ΛΓ-Achse und eine andere in einer V-Achse. Die beiden Achsen stehen senkrecht aufeinander und liegen in einer Ebene. Abweichend davon können aber auch mehr als zwei oder nur eine Bewegungsachse vorgesehen sein. Die miteinander vereinten Bewegungsachsen liefern die tatsächliche resultierende Bewegung. Eine numerische Dateneingabeeinheit 40 liefert die numerische Befehlsinformation. Diese Information kann sich auf einer Lochkarte, einem Lochband, einem Magnetband oder auf einem anderen Aufzeichnungsträger befinden. Im allgemeinen enthält diese Information eine gewünschte Relativbewegung zwischen einem Werkzeug, beispielsweise einem Fräser, und einem zu bearbeitenden Werkstück sowie die gewünschte Bahnrichtung der Relativbewegung. Die numerische Dateneingabeeinheit 40 liest die Befehlsinformation und erzeugt entsprechende elektrische Signale zur Steuerung der Anordnung und zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück. Die Anordnung benutzt Impulse oder Impulszüge, die Befehlsinkremente für die Bewegung darstellen. So erzeugt ein Taktoszillator 41 Impulse mit einer Frequenz von C1. Diese Cl-Frequenz wird in einem Impulsfrequenzteiler 42 geteilt oder herabgesetzt Der Frequenzteiler 42 erzeugt Impulse verschiedenartiger Frequenzen einschließlich einer in der Figur eingezeichneten Frequenz Cl. Der Impulsfrequenzteiler 42 liefert auch Impulse zu einem Sinus- und Kosinus-Generator 43, der ein Sinus- und Kosinussignal zur Verwendung im Servoteil der Anordnung erzeugt

Vom Impulsfrequenzteiler 42 werden Impulse einer manuellen Vorschubübersteuerungseinheit 44 zugeführt die es einer Bedienungsperson gestattet, die Geschwindigkeit der Relativbewegung manuell zu steuern. Die manuelle Vorschubübersteuerungseinheit 44 liefert Impulse an eine Geschwindigkeitsbefehlseinheit 45. die die ankommende Impulsfrequenz von der manuellen Vorschubübersteuerungseinheit 44 um einen Betrag modifiziert, den die numerische Dateneingabeinheit 40 anfordert. Die Geschwindigkeitsbefehlseinheit 45 liefert dann Bahngeschwindigkeitsimpulse CV. Diese Bahngeschwindigkeitsimpulse CV treten mit einer Impulsfolgefrequenz auf, die längs der zu schneidenden Bahn die resultierende Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück angibt.

Die Bahngeschwindigkeitsimpulse CV werden einem Bahnfunktionsgenerator 46 zugeführt, der die Impulse CV in X- und K-Komponentenimpulse auflöst, wobei jeder Komponentenimpuls ein Befehlsinkrement der Bewegung längs der X- bzw. V-Achse darstellt. Die Ausgangsimpulsfolgefrequenz wird dann durch die Befehlsgeschwindigkeit längs der Achse dargestellt. Die Komponenten der Impulse sind mit Ay und Ax bezeichnet und werden Y- und X-Distanz-Zählern 47 und 48 sowie Y- und X-Befehlsphase-Zählern 49 und 50 zugeführt. Wie es durch unterbrochene Linien dargestellt ist, können die ^//-Impulse und zix-Impulse Y- und X-Distanz-Zählern 47 und 48 oder X- und V-Distanz-Zählem 48 und 47 zugeführt werden. Diese Maßnahme wird getroffen, damit der Bahnfunktionsgenerator 46 lediglich in einem Quadranten, also über einen Winkel von 90°, zu arbeiten braucht. Wenn zusätzliche Bewegungsquadranten erwünscht sind, wird Information von der numerischen Dateneingabeeinheit 40 dem Bahnfunktionsgenerator 46 und den Distanz-Zählern 47 und 48 zugeführt, um den Funktionsgeneratorquadranten wirksam in einen anderen Quadranten zu verschieben. Auf diese Weise kann man in allen vier Quadranten. d. h. über einen Winkel von 360°, eine Bewegung vorsehen. Den Distanz-Zählern 47 und 48 wird Information zugeführt, um die in einer vorgegebenen Operation zurückgelegte Distanz auf einen gewissen vorbestimmten absoluten Punkt zu begrenzen, so daß sich Fehler nicht akkumulieren. Nachdem die vorbestimmte Anzahl von Ay- oder Λχ-Impulsen durch die betreffenden Distanz-Zähler gelaufen sind, verhindern die Distanz-Zähler, daß weitere Impulse durch die Befehlsphase-Zähler 49 und 50 geleitet werden, und bringen die Bewegung längs der betreffenden Achsen zum Stillstand. Jeder der Befehlsphase-Zähler 49 und 50 erzeugt ein Signa!, dessen Phase sich proportional zur Anzahl der seinem Eingang zugeführten Ax- oder Jy-Impulse ändert. Die phasenveränderlichen Ausgangssignale der Befehlsphase-Zähler 49 und 50 werden zugehörigen Y- und X"-Phasendiskriminatoren 51 und 52 zugeführt.

Die Phasendiskriminatoren 51 und 52 vegleichen die Phasen der Signale von den zugehörigen Y- und X-Befehlsphase-Zählern 49 und 50 mit den Phasen von Signalen von X und V-Resolvern 53 und 54 und erzeugen Steuersignale, die X und V-Servos 55 und 56 zugeführt werden. Diese Servos 55 und 56 bewirken die Bewegung eines Werkzeugs 57 in der Y und X-Richtung, wie es durch unterbrochene Linien angedeutet ist Die Y und X-Servos 55 und 56 wirken auch auf die Kund X-Resolver 53 und 54 ein. Wenn sich die Resolver 53 und 54 bewegen, ändern sich die Phasen ihrer Ausgangssignale. Solange zwischen den beiden Signalen, die einem Phasendiskriminator zugeführt werden, eine Phasendifferenz besteht wird eine Bewegung angefordert. Bei dieser Bewegung bewegt sich das Werkzeug und die Resolver. Wenn die Anordnung richtig arbeitel, werden keine

weiteren Bewegungssignale erzeugt, sobald das Werkzeug die befohlene oder gewünschte Position erreicht hat.

In der Fig. 5 ist gezeigt, wie man die bekannten DDA-Schaltungen nach der Fig. 1 einsetzen kann, um den CV-Impulszug sowie die Ay- und ^/x-Impulszüge zu erzeugen, um eine kreisförmige Bogenbahn auszuführen. Der Impulszug von der manuellen Vorschubübersteuerungseinheit 44 wird dem .^u-Eingang einer DDA-Schaltung IOC zugeführt (Einheit 45 in F i g. 4). Die numerische Dateneingabeeinheit 40 veranlaßt, daß eine Konstante F in den Integrand-Vor-ZRückwärts-Zähler der DDA-Schaltung IOC gebracht wird. Die Ausgangsfrequenz der DDA-Schaltung lOCist dann dem Verhältnis von Fzu der bereits erwähnten Maßstabskonstanten M direkt proportional. Die Ko- und ΛΌ-Versetzungsdistanzen des Startpunkts des Bogens gegenüber dem Mittelpunkt des Bogens sind in den betreffenden Integrand-Vor-/Rückwärts-Zählern von DDA-Schaltungen 1OA und 10ß gespeichert Die Vorzeichen 5 der DDA-Schaltungen 1OA und 10ß werden ebenfalls von der numerischen Dateneingabeeinheit 40 gesteuert, und zwar in Abhängigkeit vom Betriebsquadranten und der Drehrichtung. Bei einem vorgegebenen Bogen wird der eine Integrand stets rückwärts- und der andere stets vorwärts gezählt. Das Ay-Ausgangssignal der DDA-Schaltung 10-4 wird dem Jv-Eingang der DDA-Schaltung 10ß und der ^-Ausgang der DDA-Schaltung 10Ä wird dem Jv-Eingang der DDA-Schaltung 1OA zugeführt.

Unter der Annahme, daß die CV- Impulsfrequenz ihren maximalen Wert Vmax hat, beträgt die tatsächliche Befehlsbahngeschwindigkeit einen Bruchteil der Maximalgeschwindigkeit, wie es durch die X und V-Radiusversetzungen bestimmt ist, die in den DDA-Integrand-Zählern programmiert sind. Wenn man wie zuvor eine Binärarithmetik verwendet, ist es möglich, den Überlauf oder Jz-Ausgang einer DDA-Schaltung 10 (1OA, 10ß, 1OQ einer Stufe niedrigerer Ordnung zu nehmen und damit die Ausgangsimpulsfolgefrequenz dieser DDA-Schaltung 10 zu erhöhen. Wenn man diese Technik bei dem bekannten Funktionsgenerator anwendet, kann man die Beziehung zwischen der tatsächlichen Befehlsgeschwindigkeit und der theoretischen maximalen Geschwindigkeit der ausgezogenen Linie in der F i g. 7 entnehmen. Wenn somit der Bahnradius 2"⁺³-Einheiten beträgt, ist die Bahngeschwindigkeit nahezu gleich dem maximalen Geschwindigkeitswert Vmax. Wenn der Radius abnimmt, nimmt die tatsächliche Befehlsgeschwindigkeit proportional ab. Sobald der Radius unter 2"+² abfällt, kann man den Überlauf Az vom Ausgang der nächst niedrigeren Stufe verwenden, und die Maximalgeschwindigkeit Vmax wird nahezu wieder erreicht Nimmt der Radius weiter ab, kann man in entsprechender Weise den Überlauf von der darauffolgenden niedrigsten Stufe verwenden.

In der F i g. 6 ist dargestellt wie die erfindungsgemäßen DDA-Schaltungen eingesetzt werden können, um die Ay- und Λχ-Impulszüge zu erzeugen und kreisförmige Bogenbahnen mit einer gewünschten Geschwindigkeit zu durchfahren. Wie bei dem Funktionsgenerator nach der F i g. 4 programmiert die numerische Dateneingabeeinheit 40 die Radiusversetzungsdistanzen X₀ und Y₀ in die Integrand-Zähler und steuert auch die Vorzeicheneingänge S zu DDA-Schaltungen 1IA und 11B. Der Impulszug von der manuellen Vorschubübersteuerungseinheit 44 wird dem ^u-Eingang der DDA-Schaltungen HA und 115 direkt zugeführt Die in der F i g. 4 dargestellte Einheit 45 oder die in der F i g. 5 dargestellte Einheit IOC können daher entfallen. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil der Erfindung dar. Der Jx-Ausgangsimpulszug der DDA-Schaltung UB wird dem Λν-Impulseingang der DDA-Schaltung HA und der 4x^-Ausgangsimpulszug der DDA-Schaltung HA wird dem Jv-Impulseingang der DDA-Schaltung UB zugeführt, um einen kreisförmigen Bogen zu erzeugen. Die numerische Dateneingabeeinheit 40 programmiert

ίο die Restgröße-Zahl in die Restgröße-Register (Eingang ÄS; der DDA-Schaltungen HA und 11Ä Um die Möglichkeit der DDA-Schaltungen voll auszuschöpfen, ist die Restgröße-Zahl derart programmiert, daß sie dem Radius des Kreisbogens direkt proportional und der gewünschten Geschwindigkeit längs des Bogens umgekehrt proportional ist. Die Proportionalitätskonstante ist der Maximalgeschwindigkeit, die der Impulsfrequenz von der Einheit 44 entspricht gleich oder proportional. Wenn die Impulsfrequenz von der manuellen Vorschub-Übersteuerungseinheit 44 der maximalen Geschwindigkeit entspricht und die Restgröße-Zahl derart gewählt ist, daß sie gleich dem Radius des Bahnbogens ist, stimmt die tatsächliche Bahngeschwindigkeit mit dem maximalen Wert überein und die programmierte Restgröße-Zahl ist umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit längs der Bahn und direkt proportional zum Radius oder der Neigungslänge, wobei der Radius gleich der Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der einzelnen Integrand-Werte ist. Die in der F i g. 7 dargestellte gestrichelte Linie 61 zeigt die tatsächliche Befehlsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Radius, wenn erfindungsgemäße DDA-Schaltungen benutzt werden, um den Funktionsgenerator einer Anordnung zur numerischen Bahnsteuerung bei Werkzeugmaschinen zu verwirklichen. Die Kurve zeigt, daß die maximale Bahngeschwindigkeit bei jedem beliebigen Wert des Bahnradius erreicht werden kann.

Werden die in den X und K-Integrand-Zähler programmierten Zahlen durch die Ay- und ^/x-Ausgangsimpulse nicht geändert, befiehlt der Funktionsgenerator eine gerade Bahn mit einer Neigung, die von den in dem X und Y- Integrand-Zähler gespeicherten Zahlen abhängt Weiterhin kann man durch Steuern der Modifikation des X und y-Integrand-Zählers andere Bahnformen erzeugen, beispielsweise Parabeln.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Unteranordnung für einen Digital-Differentialanalysator (DDA) zur Maßstabsänderung des DDA um einen auswählbaren Faktor, der nicht auf eine Potenz der Basis des im DDA verwendeten Zahlensystems begrenzt ist, und zur Lieferung von Überlaufausgangsimpulsen, die inkrementale Änderungen für ein berechnetes digitales Integral darstellen, um den Wert des digitalen Integrals auf den neuesten Stand zu bringen, wobei der DDA enthält:

a) einen Integrand-Vor-/Rückwärts-Zähler zum Speichern einer ersten Digitalzahl, die den gegenwärtigen Wert eines variablen Integranden darstellt,

b) ein Rest-Register zum Speichern einer zweiten Digitalzahl, die den »gebrochenen« Anteil des digitalen Integrals darstellt und mit »Rest« bezeichnet wird,

c) arithmetische und logische Schaltungsmittel, die aufgrund eines jeden einer Folge von Eingangsimpulsen, von denen jeder eine inkrementale Änderung der Integrationsvariablen darstellt, betätigbar sind, um abhängig vom Inhalt des Integrand-Vor-/Rückwärts-Zählers und des Rest-Registers eine arithmetische Operation auszuführen und das Resultat der arithmetischen Operation als auf den neuesten Stand gebrachten Rest in das Rest-Register zu bringen sowie gegebenenfalls einen der Überlaufimpulse zu erzeugen und

d) einen Integral-Zähler zum Zählen der Überlaufimpulse und zum Speichern des akkumulierten Zählwerts als Wert des digitalen Integrals,

dadurch gekennzeichnet, daß

e) die Unteranordnung ein ladbares Restgröße-Register (18) zum Speichern einer dritten Digitalzahl, die eine programmierbare Restgröße darstellt, enthält und

f) die arithmetischen und logischen Schaltungsmittel außer mit dem Integrand-Vor-/Rück- wärts-Zähler (12), dem Restregister (14) und dem Integral-Zähler (16) noch mit dem Restgröße-Register (18) und weiteren Einrichtungen (20, 22, 30, 32, 34 in Fig. 2; 21, 23 in Fig.3) verbunden sind und ansprechend auf jeden Eingangsimpuls

aa) zur Erzeugung eines einer vorläufig neuen Restzahl entsprechenden Signals die erste Digitalzahl des Integrand-Vor-ZRückwärts-Zähles (12) und die zweite Digitalzahl des Rest-Registers (14) algebraisch summieren,

bb) den Betrag der vorläufig neuen Restzahl mit dem Betrag der programmierbaren Restgröße-Zahl des Restgröße-Registers (18) vergleichen,

cc) die Eingabe der vorläufig neuen Restzahl in das Rest-Register (14) durch ein entsprechendes Signal zu diesem Register veranlassen, wenn die vorläufig neue Restzahl kleiner als die programmierbare Restgröße-Zahl ist und

dd) für den Fall, daß die vorläufig neue Restzahl nicht kleiner als die Restgröße-Zahl ist, einen Überlaufimpuls erzeugen und ihn dem Integral-Zähler (16) zuführen, die Restgröße-Zahl von der vorläufig neuen Restzahl subtrahieren und ein der Subtraktionsdifferenz entsprechendes Signal .als auf den neuesten Stand gebrachte Restzahl dem Rest-Register (14) zuführen.

2. Unteranordnung nach Anspruch 1 mit einem ersten Addierer-Subtrahierer zum algebraischen Summieren der gegenwärtig gespeicherten Werte des Integrand-Vor-/Rückwärts-Zählers und des Rest-Registers und zum Erzeugen der vorläufig neuen Restzahl am Ausgang des ersten Addierers-Subtrahierers, dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetischen und logischen Schaltungsmittel enthalten:
einen eingangsseitig an einen ersten Addierer-Subtrahierer (13) und an das Restgröße-Register (18) angeschlossenen Vergleicher (22), der die Überlaufimpulse abgibt und Signale liefert, die die Beziehungen »kleiner als« und »nicht kleiner als« darstellen,
einen mit seinem Minuend- und Subtrahend-Eingang an das Rest-Register (14) und das Restgröße-Register (18) angeschlossenen zweiten Addierer-Subtrahierer (20), der mit einem Steuereingang an einen »kleiner als/nicht kleiner als »-Ausgang des Vergleichers (22) angeschlossen ist und an einem Ausgang ein Signal abgibt, das der algebraischen Differenz an seinen Eingängen entspricht, wenn eine »nicht kleiner als«-Beziehung besteht und

eine Logikschaltung (30, 32, 34), die eingangsseitig an den zweiten Addierer-Subtrahierer (20) und den Vergleicher (22) und ausgangsseitig an das Rest-Register (14) angeschlossen ist.um in das Rest-Register den geeigneten neuen Rest zu geben, wie es durch das Vorhandensein einer »kleiner sls«-oder »nicht kleiner als«-Beziehung gefordert ist.

3. Unteranordnung nach Anspruch 1 mit einem Addierer-Subtrahierer zum algebraischen Summieren der gegenwärtig gespeicherten Werte des Integrand-Zählers und des Rest-Registers und zum Erzeugen des vorläufigen Restes am Ausgang des Addierers-Subtrahierers, gekennzeichnet durch

einen mit seinem Divisoreingang an den Ausgang des Restgröße-Registers (18) und mit seinem Dividendeneingang an den Ausgang des Addierers-Subtrahierers (13) angeschlossenen arithmetischen Dividierer (21), dessen Divisionsrestausgang an den Eingang des Rest-Registers (14) angeschlossen ist, um in das Rest-Register den tatsächlich neuen Rest einzugeben und

einen an den Quotientenausgang des arithmischen Dividierers (21) angeschlossenen Impulsgenerator (23), der aufgrund des Quotienten Überlaufausgangsimpulse erzeugt.

4. Unteranordnung nach Anspruch 2 oder 3 zur Anwendung in einem digitalen Funktionsgenerator mit einer Impulsquelle, deren Impulse eine auswählbare, im wesentlichen gleichförmige Impulsfolgefrequenz haben, zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten Überlaufimpulszuges, wobei die Impulse jedes Impulszuges mit einer Impulsfolgefrequenz auftreten, die eine gewünschte inkrementale Vorschubgeschwindigkeit längs einer ersten bzw. zweiten Achse eines kartesischen Koordinatensystems für eine zu berechnende mathematische Funktion darstellt, die in das kartesischc Koordinatensystem ein-

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gezeichnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, die Funktionen erforderlicher Zähler, Addierer-Sub-

daß zwei der Unteranordnungen (11Λ 11 B)vorge- trahierer. Vergleicher und Verknüpfungsglieder

sehen sind und daß die Impulsquelle (44) direkt mit durch entsprechende arithmetische und logische Be-

dcm Integralionsvariablencingang des ersten Addic- fehle im Rechner ausgeführt werden.

rer-Subtrahierers (13) der beiden Ujilcranordnun- 5

gen (HA WB) verbunden ist und die erste und die

zweite Unteranordnung (HA WB) durch Verbindungen vom Überlaufimpulsausgang der einen Unteranordnung (HA) zum Integrand-Vor-ZRück- Die Erfindung bezieht sich auf eine Unteranordnung wärts-Zähler (12) der anderen Unteranordnung io für einen Digital-Differentialanalysatcr (DA) gemäß (llfi^V'Ed umgekehrt über Kreuz miteinander ver- dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
bunden sind, so daß der in jedem Integrand-Vor- Die Arbeitsweise von DDA-Schaltungen ist allge-/Rückwärts-Zähler (12) gespeicherte Inhalt durch mein bekannt Dazu wird auf die US-PS 28 41 328 verdie Überlaufimpulse der jeweils anderen Unteran- wiesen. In DDA-Rechenschaltungen wird eine Variable Ordnung geändert wird. 15 durch einen Zug von Impulsen dargestellt, deren Im-

5. Unteranordnung nach Anspruch 4, dadurch ge- puJsfolgefrequenz der Ableitung nach der Integrationskennzeichnet, daß jede Oberkreuzverbindung eine variablen proportional ist Aus der zitierten Patentdirekte Verbindung ist, so daß die zu berechnende schrift (vgL auch F i g. 1 der Beschreibung) geht hervor, mathematische Funktion eine Kreisfunktion dar- daß die grundlegende DDA-Schaltung aus drei Elemenstellt 20 ten besteht: einem Zähler, der auf inkrementale Ände-

6. Unteranordnung nach Anspruch 5, dadurch ge- rungen Av des Integranden anspricht, um den Integrankennzeichnet, daß jeder Überlaufimpuls einer der den V auf dem laufenden Wert zu halten, einem Restbeiden Unteranordnungen (WA, Hilden Inhalt des Register, das den gebrochenen Anteil des Integrals spei-Integrand-Vor-/Rüekwärts-Zählers (12) der jeweils chert, und einer Addier-Subtrahier-Schaltung, die aufanderen Unteranordnung um den numerischen Wert 25 grund einer Einheitsänderung der Integrationsvariablen von 1 ändert und umgekehrt. Au den gegenwärtigen Wert des Integranden mit dem

7. Unteranordnung nach Anspruch 5 oder 6, da- gebrochenen Wert des Integrals addiert. Der Überlaufdurch gekennzeichnet daß in den Restgröße-Regi- ausgang des Restregisters stellt eine Einheitsänderung stern (18) der beiden Unteranordnungen (HA WB) Az des Werts des Integrals dar. Wenn man den Fehler derselbe Restgrößewert gespeichert ist 30 infolge des Werts des Restes vernachlässigt, ergibt sich

8. Unteranordnung nach Anspruch 7, dadurch ge- die DDA-Ausgangsfrequenz wie folgt:
kennzeichnet, daß der gespeicherte Restgrößewert

derart ausgewählt ist daß er dem Radius der zu Az _ VAu

berechnenden Kreisfunktion direkt proportional At ~ MAt

und der beabsichtigen Vorschubgeschwindigkeit 35

längs der berechneten Kreisfunktion umgekehrt Aus dieser Gleichung geht hervor, daß sich die Ausproportional ist. gangsfrequenz des DDA direkt proportional zur Varia-

9. Unteranordnung nach einem der Ansprüche 4 blen Vund zur Eingangsfrequenz der Integrationsvariabis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsquelle blen ändert Die Konstante M ist ein Maßstabsfaktor, auch zur Synchronisation der Arbeitsweise der 40 der von der Basis des benutzten arithmetischen Zahlen-Komponenten des digitalen Funktionsgenefators systems und von der Anzahl der Stufen tl?s Rest-Regidient. sters abhängt. Wenn eine Binärarithmetik verwendet

10. Unteranordnung nach einem der Ansprüche 4 wird und wenn das Rest-Rgister zwölf Stufen aufweist, bis 6 zur Anwendung in einer automatischen numeri- ist M= 2¹². Bei Verwendung einer Dezimalarithmetik sehen Werkzeugmaschinensteuerung, dadurch ge- 45 und bei fünf Dezima'ziffern des Rest-Registers ist kennzeichnet, daß die Impulsquelle ihre Impulse mit M=IO⁵. Die Eingangsfrequenz der Integrationsvariaeiner Impulsfolgefrequenz liefert, die generell einer blen t/ist oft gleichförmig und wird durch die Zeit begewünschten Geschwindigkeit der Relativbewe- stimmt, die benötigt wird, um den Wert des Integranden gung zwischen Werkzeug und Werkstück entspricht, zum Rest-Register zu addieren. Den Maximalwert, den daß die Impulse ohne die Notwendigkeit einer Mo- 50 V annehmen kann, wenn das Rest-Register ein 12-Studifikation in eine Bahngeschwindigkeitsfrequenz di- fen-Binärregister ist, beträgt 2¹²— 1, was bedeutet, daß rekt den ersten Addier-Subtrahierern (13) zugeführt sich die Ausgangsimpulsfolgefrequenz der Eingangsfrewerden und daß die Integral-Zähler (16) der beiden quenz der Integrationsvariablen annähern kann, jedoch Unteranordnungen Distanz-Zähler (47, 48) darstel- niemals gleich ihr ist oder sie überschreitet. Wenn der len. 55 Wert von V abnimmt, fällt die Ausgangsimpulsfolgefre-

11. Unteranordnung nach Anspruch 7 mit einer quenz proportional ab. Wenn der Wert des Integranden numerischen Dateneingabeeinheit, dadurch gekenn- V niemals 2" überschreitet, steigt die maximale Auszeichnet, daß die Dateneingabeeinheit (40) zumin- gangsfrequenz niemals über die Hälfte der Eingangsfredest anfangs gewünschte Restgrößenwerte in die quenz an. Bei gewissen Anwendungen ist es erwünscht, Restgröße-Register (18) und Anfangswerte und In- 60 eine hohe Ausgangsimpulsfolgefrequenz aufrechtzuerkrementvorzeichensignale in die Integrand-Vier- halten, selbst wenn der durchschnittliche Wert des Inte-/Rückwärts-Zähler (12) der beiden Unteranordnun- granden klein ist. Eine bekannte Möglichkeit zum Erhögen(HAllÄ,>eingibt. hen der Ausgangsimpulsfolgefrequenz besteht darin,

12. Unteranordnung nach einem der vorstehenden das Überlaufsignal Az von einer tieferen Stufe des Rest-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Reali- 65 Registers abzunehmen. Wenn beispielsweise der Intesierung in einem programmierbaren Digitalrechner grand V niemals 2" überschreitet, kann man das Übererforderliche Register- und Speichereinrichtungen laufsignal anstatt von der zwölften Stufe des Rest-Regidurch Rechnerspeicherplätze verwirklicht sind und sters von der elften Stufe abnehmen, so daß die Aus-