DE3426863A1 - Einrichtung zur lagemessung bei einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine oder dergleichen - Google Patents

Einrichtung zur lagemessung bei einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine oder dergleichen

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Horst Gose
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/39—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using a combination of the means covered by at least two of the preceding groups G05B19/21, G05B19/27 and G05B19/33
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA M P 3 2 7 1 DE
Einrichtung zur Lagemessung bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine oder dergleichen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Lagemessung bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine oder dergleichen, bei der ein direktes Lagemeßsystem an dem durch einen Antrieb zu bewegenden Maschinenteil angeordnet ist.
Lagemeßsysteme der vorstehend beschriebenen Art sind bei· spielsweise aus der DE-PS 12 14 307 bekannt. Der eigentliche Maßstab kann dabei rein inkremental, z.B. als Glasmaßstab mit Strichteilung oder als induktiver Linearmaßstab ausgebildet sein, bei dem die abgegriffenen Spannungen letztlich wieder in Pulse umgesetzt werden. 20
Es ist ferner auch bereits aus der vorstehend genannten Patentschrift bekannt, mehrere periodisch gestufte analoge Meßsysteme gleichzeitig vorzusehen, um einen großen Meßbereich überstreichen zu können.
Eine wesentliche Rolle für das Verhalten der Lageregelung im Rahmen einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine spielt die Auflösefeinheit im Lagemeßsystem. Bei inkrementellen Lagemeßverfahren beträgt der Meßunempfindlichkeitsbereich +- ein Inkrement. Dieser Unempfindlichkeitsbereich wirkt im Lageregelkreis als Hystereseglied, wodurch Pendelungen der Amplitude von der Größe - ein Inkrement auftreten können. Um die Auswirkungen auf das Werkstück klein zu halten, muß daher die Auflösefeinheit in der Regel mindestens zwei- bis dreimal größer sein
Ch 2 Sie / 13.07.1984
als die gewünschte Meßgenauigkeit.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Lagemessung so auszubilden, daß die Systemgenauigkeit mit relativ einfachen Mitteln wesentlich erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich ein mechanisch mit dem Antrieb gekuppeltes indirektes Lagemeßsystem vorgesehen ist, dessen Meßauflösung mindestens vier mal größer als die Meßauflösung des direkten Lagemeßsystems ist und daß die Meßwerte beider Lagemeßsysteme zueinander in Beziehung gesetzt werden.
Mit Vorteil wird dabei die Meßauflösung des indirekten Lagemeßsystems mindestens zehnfach so groß als die Meßauflösung des direkten Lagemeßsystems gewählt.
Durch die Kombination von direkten und indirekten Meßsystemen sind verschiedene Verbesserungen im Rahmen einer Lageregelung möglich, z.B. läßt sich ein pendelfreier Genauhalt beim direkten Meßsystem durch unterlagerte indirekte Messung mit höherer Auflösung erreichen; ferner auch eine Erhöhung der Regelgenauigkeit, z.B. erhöhte Konturgenauigkeit im Rahmen einer Interpolation.
Zur Verbesserung der Regelgenauigkeit ist es auch oft von Nutzen, genau Spindelsteigungsfehler und sonstige Fehler bestimmen zu können. Im Rahmen der Verwendung beider Meßsysteme ist es z.B. durch Verhältnisbildung der Meßwerte möglich, automatisch die Spindelsteigung und den Spindelsteigungsfehler der zum Antrieb des Maschinenteils benützten Spindel selbsttätig auszumessen oder auch das Umkehrspiel (Lose) im mechanischen
System zu erfassen.
- i - VPA 8*P 3 27 1 DE
Die Verwendung eines zweiten indirekten rotatorischen Meßsystems führt dabei häufig nicht zu allzugroßen Aufwand, da unter Umständen ein derartiges zweites Meßsystem gleichzeitig auch als Ersatz für eine Tachometermaschine verwendet werden kann, da ja die Frequenz der von diesem System abgegebenen Pulse ein Maß für die Motordrehzahl ist.
Anhand eines schematisch in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert: Wie aus der Zeichnung ersichtlich, treibt ein als Antrieb dienender Gleichstrommotor 2 über eine Spindel 3 das zu bewegende Maschinenteil, z.B. einen Vorschubschlitten 1 an. Dieser Vorschubschlitten 1 ist durch den Antrieb in Richtung des Doppelpfeiles 8 an der nicht gezeigten Werkzeugmaschine verschiebbar. Der Motor 2 wird von einem Gleichrichtergerät 7 gespeist, das seine Ansteuerbefehle aus einer bekannten Rechnersteuerung über entsprechende Lage-, Drehzahl- und Regelkreise erhält. Im Regelfall ist der Lageregelkreis Bestandteil der eigentlichen Rechnersteuerung 6.
Zur Lagemessung ist einmal parallel zur Spindel, d.h. parallel zum Weg des zu verfahrenden Schlittens 1 ein inkrementelles Linearmeßsystem 5 angeordnet, das aus dem eigentlichen Maßstab 51 mit der Meßauflösung ^sdir und dem zugeordneten Abtastkopf 52 besteht, der mit dem Schlitten 1 mechanisch verbunden ist. Beim Überfahren jedes Teilungsmaßstabsstriches wird vom Abtastkopf 52 ein entsprechender Impuls an die Steuerung 6 geliefert. Zusätzlich ist mit dem Motor noch ein indirektes rotatorisches Meßsystem 4 gekuppelt, das aus der mit Impulsmarken am Umfang versehenen Pulsscheibe 41 und einem ortsfesten Abtaster 42 besteht. Auch hier gelangen je-
-ytf - VPA NP 3 271 DE
veils bei Überstreichen einer Teilung am Umfang entsprechende Impulse des Meßsystems 4 zur Steuerung 6.
Die Meßauflösung^Sj j des Systems 4 ist dabei z.B. um den Faktor 10 größer als die Meßauflösung des Systems 5 gewählt.
Hierbei bestimmt sichOs.. z.B. aus der Gitterkonstanten des Linearmaßstabes 51 un(^Asinri aus ^er Strichzahl N des Gebers 4 und der Steigerung G der Spindel 3.
Soll der Schlitten 1 z.B. in die gewünschte Position A gebracht und dort ein pendelfreier Genauhalt erzielt werden, so kann von der eingezeichneten Lage aus zunächst zum Verfahren der Linearmaßstab 51 benutzt werden. Es wird hierzu z.B. eine der Strecke s entsprechende Zahl von Pulsen in einer Zählvorrichtung in der Steuerung 6 eingestellt und diese Zählvorrichtung durch jeden Puls, der vom Meßsystem 5 kommt, zurückgezählt und der Zahlzustand zur Steuerung des Motors 2 benutzt. Ist der Zählzustand Null, d.h. der Schleppabstand Null (Position A ist erreicht) wird dann steuerungsintem auf das wesentlich höhere auflösende indirekte Meßsystem 4 umgeschaltet. Pendelungen vom Umfang der Teilung des Linearmaßstabes werden dadurch verhindert, d.h. man erhält einen Genauhalt bis auf eine Auflösefeinheit des indirekten Meßsystems.
Das indirekte Meßsystem kann auch zur Erhöhung der Regelgenauigkeit verwendet werden, und zwar in der Weise, daß das indirekte Meßsystem nicht nur zum Genauhalt, sondern zusätzlich zur Interpolation herangezogen wird. Ist z.B. die Auflösung des indirekten Meßsystems 4 zehnmal höher als die des direkten Meßsystems 5, so kommen auf ein Meßinkrement des Linearmaßstabes 51 zehn Meßinkremente des Lagesystems 4. Wird also z.B. nach Er-
-*- VPA ttP 3 2 7 1OE
reichen der Position A vom Maßstab 5 auf das indirekte Meßsystem 4 umgeschaltet, so können neun weitere Zwischenpositionen erreicht werden, bis wiederum das nächste Inkrement des Linearmaßstabes 51 zur Wirkung kommt. Die Genauigkeit läßt sich also durch Umschaltung im vorliegenden Beispiel um ungefähr den Faktor 10 steigern.
Durch die Benutzung eines zweiten Wegmeßsystems können auch selbsttätig durch Vergleich der Winkelinkremente die Steigung der Spindel 3 sowie eventuelle Spindelsteigungsfehler bestimmt werden. Die Kenntnis dieser Steigungsfehler ist z.B. für hochgenaue Regelungen von großem Interesse.
Für einen vom Schlitten zurückgelegten Weg s gilt:
s - Δ sdir . Ai = Δ sind . v, wobei u, ν ganze Zahlen sind.
Hierbei bestimmt sich Δε,, aus der Gitterkonstanten des Linearmaßstabes 51. Die Auflösung Δ sind. *s"k durch die Strichzahl N der Geberscheibe 41 und die Steigung G der Spindel 3 gegeben zu
Δ s. - - G
ind g
Es ist also:
s * Δ sdi . u « G . v~ und
G -Δ sdir . N .JL
Bei konstanter Spindelsteigung muß der Wert G und somit ebenfalls das Verhältnis £ konstant sein. Spindelsteigungsfehler lassen sich also durch unterschiedliche Verhältnisse erfassen und auswerten.
Eine außerhalb des Lageregelkreises liegende Umkehrspanne kann für die Bewegungsrichtungsumkehr durch einen Korrekturwert in der numerischen Steuerung kompensiert
■werden, sofern sie belastungsunabhängig ist (Lose). Es ist deshalb von Nutzen, wenn selbsttätig die Lose bestimmt werden kann, die zwischen indirektem Meßsystem und Schlittenposition liegt. Diese Gesamtlose läßt sich einfach dadurch bestimmen, daß ausgehend von einer Grobposition des Linearmaßstabes, z.B. Position Null, solange in einer Richtung verfahren wird, bis der übergang zur nächsten Grobposition vom direkten Meßsystem 5 angezeigt wird. Dann wird die Verfahrrichtung des Motors umgekehrt. Die genannte Lose ist dann gegeben durch die Zahl der Weginkremente, die vom indirekten Meßsystem vom Zeitpunkt der Verfahrrichtungsumkehr an bis zum erneuten Erreichen der Grobposition Null durch das Meßsystem 5 registriert wird.
5 Patentansprüche
1 Figur
Leerseite -
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Einrichtung zur Lagemessung bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine oder dergleichen, bei der ein direktes Lagemeßsystem an dem durch einen Antrieb zu bewegenden Maschinenteil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein mechanisch mit dem Antrieb (2) gekuppeltes indirektes Lagemeßsystem (4) vorgesehen ist, dessen Meßauflösung mindestens viermal größer als die Meßauflösung des direkten Lagemeßsystems (5) ist und daß die Meßwerte beider Lagemeßsysteme (4, 5) zueinander in -Beziehung gesetzt werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßauflösung des indirekten Lagemeßsystems (4) mindestens zehnmal größer als die Meßauflösung des direkten Lagemeßsystems (5) gewählt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das indirekte Lagemeßsystem (4) dem direkten Lagemeßsystem (5) unterlagert ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Meßwerte beider Lagemeßsysteme (4, 5) zur selbsttätigen Bestimmung von Spindelsteigung und/oder Spindelsteigungsfehler einer mit dem Antrieb (2) gekuppelten Spindel (3) zur Bewegung des Maschinenteils (1) dient.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das indirekte Meßsystem
(4) zur selbsttätigen Ausmessung des Umkehrspiels zwischen indirekten Meßsystem (4) und Maschinenteil (1) dient.
DE19843426863 1984-07-20 1984-07-20 Einrichtung zur lagemessung bei einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine oder dergleichen Withdrawn DE3426863A1 (de)

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