DE2017535B2 - Steueranordnung fuer kopierwerkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Abtastebene auftreten, extrahiert. Eine neue Abtastebene wird jedoch nicht festgelegt, so daß diese bekannte Schaltungsanordnung bestimmte geometrische Beschränkungen aufweist (britische Patentschrift 1 129 411).

Bekannt ist eine weitere Steueranordnung, mit der ein Model! selbsttätig in sämtlichen drei Koordinaten abgetastet wird. Hierzu wird ein Abtaststift über dar. Modell geführt, und seine in einer ersten und in einer zweiten Achse liegenden Koordinaten werden gemessen. Aus diesen Meßwerten werden erste und zweite Signale gebildet. Der Abtaststift wird dann in Richtung der ersten Achse mit einer Geschwindigkeit entsprechend dem zweiten Signal und in Richtung der zweiten Achse mit einer Geschwindigkeit entsprechend dem ersten Signal verschoben. Dadurch erhält der Abtaststift eine gegenüber dem Modell im wesentlichen konstante Geschwindigkeit (USA.-Patentschrift 3 292 495).

Ausgehend vom Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine ausschließlich digital arbeitende Steueranordnung zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Steueranordnung der eingangs genannten Gattung vor, daß ein Steucroszillator eine Impulsfolge mit konstanter Impulsfolgefrequenz liefert, eine Synchronisationseinrichtung an den Schalter und die Torschaltungen und den Steueroszillator angeschlossen ist, um die gewünschte Kombination aus Tiefen- und Parallelsignalen zu synchronisieren und Impulsfolgen mit Impulsfolgefrequcnzen zu erzeugen, die eine Funktion des Betrages der gewünschten Kombination aus Tiefen- und Parallelsignalen sind, ein digitaler Sinus-Kosinus-Generator von der Synchronisationseinrichtung gesteuert wird und zwei digitale Ausgangssignale erzeugt, die zueinander komplementäre Sinus- und Kosinusfunktionen darstellen, und ein zyklisch arbeitender Impulsgenerator nach Maßgabe der ihm zugeführten Impulsfolgen, der Sinus- und Kosinusfunktionen und der Impulsfolgefrequenzen Impulsfolgen für die Antriebseinheiten liefert, wobei diese Impulsfolgen parallel zu den Verschiebeachsen verlaufende Geschwindigkeitsvektoren darstellen.

Durch Verwendung einer digitalen Steuerung wird das Problem der Abweichung von Sollwerten eliminiert und die Genauigkeit verbessert. Außerdem ergibt eine digitale Steuerung eine Stabilität über einen großen Bereich von Abtastgeschwindigkeiten. Weiter erleichtern die hohe Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit einer digitalen Steuerung die Zusammenarbeit mit Aufzeichnungsvorrichtungen, Computern und üblichen Servoeinrichtungen der Maschine. Schließlich ermöglicht eine digitale Steuerung die Verwendung von Mikrostromkreisen, so daß kleine zuverlässige Bauteile verwendet werden können.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht voi, daß die Schalter und Torschaltungen gleichzeitig sowohl sin Tiefen- als auch ein Parallelsignal liefern, die Synchronisationseinrichtung an die Schalter und Torschaltungen und den Steueroszillator angeschlos- ;en ist und eine erste Impulsfolge mit einer Impulsiolgefrequenz proportional zu dem Betrag des Tiefensignals und eine zweite Impulsfolge mit einer [mpulsfolgefrequenz proportional zu dem Betrag des ⁵arallelsignals liefert, der digitale Sinus-Kosinusjenerator auf die zweite Impulsfolge und die Pardlelsignale anspricht, um eine Sinus- und eine Kosinusfunktion zu bilden, und diese Funktionen nach Maßgabe der zweiten Impulsfolge feinstufig veränderbar sind.

Eine weitere Ausgestaltung sieht dann vor, daß der zyklisch arbeitende Impulsgenerator einen trigonometrischen Funktionsgenerator enthält, der auf die erste Impulsfolge und das Tiefensignal anspricht, um digitale Signale zu liefern, die komplementäre trigonometrische Werte darstellen, die nach Maßgabe der ersten Impulsfolge veränderbar sind, ein erster Vektorkomponentengenerator auf den trigonometrischen Funktionsgenerator und die erste Impulsfolge anspricht, um eine durch die erste Impulsfolge dargestellte Geschwindigkeitsgröße auf die eine Koordinatenachse und die Suchebene zu projizieren, wobei diese Einrichtungen eine erste Impulsfolge erzeugen, die eine Geschwindigkeitskomponentengröße darstellt, welche zu der einen Koordinatenachse parallel ist, und eine zweite Impulsfolge, die eine Geschwindigkeitskomponentengröße in der Suchebene darstellt, ein zweiter Vektorkomponentengenerator, der mit dem trigonometrischen Funktionsgenerator und der veränderlichen Impulsfolge verbunden ist, die ausgewählte Geschwindigkeiisgröße auf die eine Koordinatenachse und die Suchcbcnc projiziert, und der eine erste Impulsfolge erzeugt, die eine ausgewählte Geschwindigkeitskomponentengröße darstellt, welche zu der einen Koordinatenachse parallel ist, sowie eine zweite Impulsfolge, die eine ausgewählte Geschwindigkeitskomponentengröße in der Suchebene darstellt, Addicrer-Subtrahierer-Speicherschaltungen auf die Impulsfolgen, die Impulsfolgefrequenzen und den Funktionsgenerator ansprechen, um die Impulsfolgen algebraisch zu summieren, welche gemeinsame Richiungsachsen aufweisen, um zwei Impulsfolgen zu erzeugen, welche die resultierenden Summen darstellen, wobei die eine den Betrag der Tiefengeschwindigkeit und die andere den der Parallelgeschwindigkeit darstellt, ein dritter Vektorkomponentengenerator auf den Sinus-Kosinus-Generator und die zweite Impulsfolge ..nspricht, um eine durch die zweite Impulsfolge dargestellte Geschwindigkeitsgröße auf die anderen Koordinatenachsen zu projizieren und Impulsfolgen zu erzeugen, die Geschwindigkeitskomponentengrößen darstellen, die zu den anderen Koordinatenachsen parallel sind, ein vierter Vektorkomponentengenerator auf den Sinus-Kosinus-Generator und die andere Impulsfolge anspricht, um die planparallele Geschwindigkeitsgröße auf die anderen Koordinatenachsen zu projizieren und Impulsfolgen zu erzeugen, die Geschwindigkeitskomponentengrößen darstellen, welche zu den anderen Koordinatenachsen parallel sind, und Addierspeicherschaltungen vorgesehen sind, welche auf die Impulsfolgen ansprechen, um Impulsfolgen zu liefern, die eine Geschwindigkeitsgröße darstellen, welche zu den Koordinatenachsen parallel ist, und ein Speicher und eine Torschaltung auf den Sinus-Kosinus-Generator und die Impulsfolgen ansprechen, um Impulsfolgen, weiche zu den Bewegungsachsen parallele Geschwindigkeitsvektoren darstellen, den Antriebseinheiten zuzuführen.

Als zweckmäßig hat sich herausgestellt, daß der Schalter und die Torschaltungen das Tiefen- und das Parallelsignal in Kombination bilden, daß die Torschaltung eine Phasenverschiebungseinrichtung enthält, um die Phase des Tiefensignals um ein Viertel einer Periode zu verschieben, eine Summier-

schaltung das phasenverschobene Tiefensignal und das Parallelsignal summiert und ein resultierendes Fchlersignal erzeugt, das dem angezeigten Gesamtfehler analog ist, die Synchronisiereinrichtung an den Schalter und die Torschaltungcn und den Steueroszillator angeschlossen ist und eine Impulsfolge mit einer Impulsfolgefrequenz liefert, die proportional zu dem Betrag des resultierenden Fehlcrsignals ist, und der digitale Sinus-Kosinus-Gcnerator auf die Impulsfolgen und das resultierende Fehlcrsignal anspricht und eine Sinus- und eine Kosinusfunktion bildet, die nach Maßgabe der Impulsfolgen veränderbar sind.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der zyklisch arbeitende Impulsgenerator einen ersten Vektorkomponentengenerator enthält, der auf den Sinus-Kosinus-Gencrator und die Impulsfolge anspricht, um einen durch die Impulsfolge dargestellten Gcschwindigkcitsbctrag auf die anderen Koordinatenachsen zu projizieren und Impulsfolgen zu erzeugen, die Geschwindigkeitskomponentengrößen darstellen, welche zu den anderen Koordinatenachsen parallel sind, ein zweiter Vektorkomponentcngencrator auf den Sinus-Kosinus-Gencrator und die veränderlichen Inipulsfolgefrequenzen anspricht, um den ausgewählten Geschwindigkeitsbetrag auf die inderen Koordinatenachsen zu projizieren und Impulsfolgen zu erzeugen, die Geschwindigkeitsbeträge darstellen, welche zu den anderen Koordinatenachsen parallel sind, Additions-Spcichersehaltungcn auf die Impulsfolgen ansprechen, um Impulsfolgen zu liefern, die Geschwindigkeitsbeträge darstellen, die parallel zu den Koordinatenachsen liegen, eine erste Ebenensteuerschaltung vorgesehen ist und eine Schaltung, um die Suchebene um eine Achse zu drehen, die durch eine der Impulsfolgen bestimmt wird, der Geschwindigkeitsbetrag der anderen Impulsfolge auf die Koordinatenachsen projiziert wird und Impulsfolgen erzeugt werden, die einen Geschwindigkeitsbetrag parallel zu der Verochicbeachse darstellen, und die Speicher- und Tor-Schaltungen auf die Impulsfolgen ansprechen, die rudere Impulsfolge den Sinus-Kosinus-Generator und die Quadranteninformation, um dem Servomechanismus Impulsfolgen zuzuleiten, die Geschwindiükeitsvektoren parallel zu den Verschiebeachsen darstellt.

Zweckmäßig sind eine zweite Ebenenlenksteuerung und ein Stromkreis vorgesehen, um die Suchebene um eine andere Achse winklig zu verschieben, die zur Drehachse senkrecht steht, wobei die Geschwindigkeitsbeträge der einen der Impulsfolgen und eine Geschwindigkeitsgröße einer der Impulsfolgen auf Koordinatenachsen projiziert werden sowie Impulsfolgen zugeführt werden, die projizierte trigonometrische Geschwindigkeitskomponenten des verschobenen Winkels darstellen.

Am Beispiel der in dei Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung sind

Fig. 1 a, Ib, Ic und 1 d jeweils die Darstellung eines Ablenkmodus und die schematische Darstellung von dessen Wirkungsweise,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer mit einer erfindungsgemäßen Steueranordnung ausgerüstetem Werkzeugmaschine,

F i g. 3 a und 3 b jeweils ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steueranordnung, Fig. 3c und 3d je ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform,

F i g. 4 eine Darstellung von Fehlergrößen, Fig. 5a, 5b, 5c und 5d jeweils die schcmatische Darstellung verschiedener Lagen des Abtastfingers, F i g. 6 mit den Blöcken A, B, C. D, E und Γ eine Erläuterung der in den Schaubildern verwendeten Symbc'e,

Fig. 7a, 7b, 7c, 7d, 7c und 7f gemeinsam eine ίο ins einzelne gehende Darstellung der Steuerung des Abtaststiftes, wobei sämtliche Figuren nebeneinander anzuordnen sind, und

Fig. 7b 1, 7c 1 und 7c2 je eine Darstellung von abgeänderten Ausführungsformen. Bevor die Beschreibung der Schaltung fortgesetzt wird, ist eine weitere Erklärung der Abtastverfahren erforderlich.

Fig. la veranschaulicht das eindimensionale Abtasten gemäß dem Tiefenmodus. Nach dem Studium des Modells 12 muli die Bedienungsperson Koordinatenrichtungen auswählen, welche eine Gruppe von parallelen Ebenen bestimmen, in welchen der gewünschte Umriß abgetastet werden kann. Im vorliegenden Fall verlaufen die gewählten Koordinatenrichtungen längs der .Y-Achse 10 und der Z-Achse 14. Die Gruppe der parallelen Ebenen steht daher zur y-Achse 11 senkrecht. Die Bedienungsperson muß dann die Vorschubgeschwindigkeit des Abtastens auswählen und kann mit dem Abtasten bcginnen. Der Abtastfinger 13 wird einen Fehler in einer zur Z-Achse 14 parallelen Richtung anzeigen. Die gewählte Vorschubgeschwindigkeit bzw. der Abtastfehler bestimmen den konstanten Vorschubgeschwindigkeitsvektor 8 und den Fehlervcktor 9. Diese beiden Vektoren bestimmen in irgendeinem gegebenen Zeitpunkt die Abtastebene 17.

Das Abtasten in zwei Dimensionen oder nach dem planparallelen Modus ist in Fig. Ib gezeigt. In diesem Fall wird die Bedienungsperson Koordinatcnrichtungen längs der X-Achse 10 und der y-Achse 11 auswählen, um eine Gruppe von parallelen Ebenen zu bestimmen, die zur Z-Achse 14 senkrecht stehen. Die Abtastebene 17 wird durch den Vorschubgeschwindigkeitsvektor 15 und den Verschiebungsvektor 16 bestimmt, welche von der Berührungsstelle zwischen dem Abtastfinger 13 und dem Modell 12 ausgehen.

Fig. Ic veranschaulicht das bekannte Verfahren des Abtastens in drei Dimensionen oder nach dem Kombinationsmodus. In diesem Fall wählt die Bedienungsperson eine Vorschubgeschwindigkeit und die gleichen Koordinatenrichtungen wie beim planparallelen Modus aus. Da es jedoch zwei unabhängige Abtastwege und zwei Berührungspunkte am Abtastfinger 13 gibt, sind zwei Sätze von Ansprechvektoren vorhanden. Der Vorschubgeschwindigkeitsvektor IS und der Verschiebungsvektor 16 bestimmen die Abtastebene 17 a. Der Vorschubgeschwindigkeitsvektor 15 und der Fehlervektor 9 bestimmen eine zweite Abtastebene 17 b. Die Ansprachen in jeder Abtastebene 17 a und 17 b werden in unabhängigen Systemen verarbeitet und den entsprechenden Servoeinrichtungen der Maschine zugeleitet, um eine gleichzeitige dreiachsige Bewegung zu erzeugen. Der neueste und praktischste Abtastmodus, der nur durch diese Erfindung gelehrt wird, ist beispielsweise in F i g. 1 d veranschaulicht. Es kann auf einem Modell viele Oberflächen geben, vüe nicht genau

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mit einer Abtastebene abgetastet werden können, Gewindespindel 68 angeordnet. Mit der Gewindeweiche zu einer der Koordinatenebenen paral'el ist. spindel 68 ist ein hydraulischer Motor 70 verbunden, Der Ebenenlenkmodus überwindet dieses Problem. der durch ein Servoventil 72 gesteuert wird. Die Be-Zunächst wählt die Bedienungsperson in der vor- wegung der Gewindespindel 68 wird durch eine stehend beschriebenen Weise einer Satz von Ko- 5 Rückkopplungsvorrichtung 74 angezeigt. Auf einer ordinatenrichtungen und eine Vorschubgeschwindig- Mutter 76 der Gewindespindel 68 ist ein Spindelkeit aus. Dies ergibt eine Gruppe von Abtastebenen, gehäuse 78 befestigt. Die Gewindespindel 68 bewirkt die zu der Koordinatenebene parallel sind, welche eine Bewegung in einer Richtung, die zu den vordurch die gewählten Koordinatenrichtungen bestimmt stehend beschriebenen Bewegungen in der Längswird. Durch Ebenenlenkstcucrungen kann die Be- io richtung und in der senkrechten Richtung wechseldienungspcrson diese Ebenen um die Koordinaten- weise senkrecht steht. Das Spindclgehäuse 78 wird achsen verdrehen. Tatsächlich kann die Bedicnungs- durch Gleitschienen 80 geführt, welche mit den Fühperson die Abtastebenen innerhalb des Koordinaten- rungen 66 auf dem Träger 58 im Eingriff stehen, systems lenken, bis sie zu der abzutastenden Ober- Am Ende des Spindelgehäuses 78 ist die Abtastfläche annähernd senkrecht stehen. Eine solche Stcl- 15 einheit 82 angeordnet. Das Modell 12 ist gegenüber lung ergibt die gcnaueste Abtastung. Fig. Id zeigt dem Abtastfinger 13 auf einer Winkclplatte 84 ancin Modell 12 in einer schräg gestellten Lage. Es geordnet, die auf einer Basis 85 befestigt ist.
sei angenommen, daß die Bedienungsperson die Auf dem Gebiet des Abtastcns sind verschiedene Rirhtungen der .Y-Achse 10 und der Y-Achse 11 Verfahren bekannt, um den Umriß des Modells angewählt hat. Dies ergibt eine Gruppe von Ebenen, 2° zuzeigen. Es können beispielsweise mechanische, die zur Z-Achsc 14 senkrecht stehen. Die Bedie- optische oder akustische Verfahren verwendet wernungsperson verschwenkt dann die Ebene um einen den. Für die vorliegende Bechreibung ist der Abtasterstcn Winkel 18 und einen zweiten Winkel 19. Der kopf mit einem Umwandler versehen, der den Aus-Vorschubgeschwindigkeitsvektor 15 und der Ver- gang des Anzeigesystems in ein analoges Fehlerschiebungsvektor 16 bestimmen eine besondere Ab- 25 signal umwandelt. Während eines gegebenen Bruchtastcbcne 17, die zu der abzutastenden Oberfläche teils der Bewegung stellt die Größe des Fchlcrsignals annähernd senkrecht steht. Der Ebenenlenkmodus die Differenz zwischen der tatsächlichen Stellung gibt demnach der Bedienungsperson die Möglichkeit, des Abtastfingers und der theoretischen Stellung dar. komplexe Modelle direkt abzutasten Fs ergeben die durch den Umriß des Modells bestimmt wird, sich infolgedessen Kostenersparnisse, weil keine be- 3« Der in diesem System verwendete Abtastkopf ist sonderen Schablonen angefertigt werden müssen. eine elektromechanische Einrichtung, die in der F i g. 2 zeigt den Taststift auf einer mit einer be- USA.-Patentschrift 2 868 087 ausführlich beschrieweglichen Säule versehenen Fräsmaschine mit einem ben wird.

hydraulischen Antriebssystem. Selbstverständlich In dem in F i g. 3 a dargestellten System zeigt der kann die Abtastvorrichtung an andere Maschinen- 35 Abtastkopf 82 das Vorhandensein eines Modells mitformen und andere Antriebssysteme angepaßt wer- tels eines Abtastfingers 13 an. Mit dem Abtastfinger den. Die dargestellte Maschine besteht aus einem 13 sind Umwandler 86 mechanisch verbunden. Die Bett 28 mit Führungen 30 ciif seiner Oberseite. Die Umwandler 86 erzeugen ein zeitlich kontinuierliches Führungen 30 verlaufen in einer zur Zeichnungs- und zur gesamten Ablenkung des Abtastfingers anaebene senkrechten Richtung. Auf dem Bett 28 ist 40 loges Fehlersignal. Ein Analog-Digital-Umsetzer 90 eine senkrechte Säule 32 abgestützt. An deren Unter- wandelt das analoge Fehlersignal in einen binären seite sind Gleitschienen 34 befestigt, die mit den Ausdruck um, der eine zur Größe des Fehlersignals Führungen 30 des Bettes 28 im Eingriff stehen. Ein proportionale Größe aufweist. Der Umsetzer 90 enthydraulischer Motor 36 ist durch Antriebsteile 38 hält ein auf Null zentriertes Zählwerk, dessen Aus- und 40 mit einem Ritzel 42 mechanisch verbunden. 45 gang ein Digitalwort ist, das sich aus dem Vor-Das Ritzel 42 steht mit einer Zahnstange 44 im Ein- zeichen und der Größe des Fehlers zusammensetzt, griff, um die Säule 32 in der Richtung der Längs- In der Taststiftsteuerung-Synchronisierungsschaltung achse des Bettes 28 anzutreiben. Diese Bewegung 92 modifiziert der binäre Ausdruck die Frequenz wird durch ein elektrisches Analogsignal ausgelöst, eines Impulsquellenausganges um einen zu seiner das auf ein hydraulisches Servoventil 46 übertragen 5° Größe proportionalen Betrag. Der modifizierte Imwird. Das Servoventil 46 steuert die Strömung des pulsquellenausgang treibt die Verschiebungskon-Mediums zum hydraulischen Motor 36. Eine Rück- stanten-Modifiziereinrichtung 94 und die Drehkonkopplungsvorrichtung 48 ist mit dem hydraulischen stanten-Modifiziereinrichrung 96 an. Diese Strom-Motor 36 mechanisch verbunden, um dessen Bewe- kreise liefern Frequenzzuwachseinstellungen. Sie j gung anzuzeigen. Auf der Oberseite der Säuie 32 ist 55 steuern die Geschwindigkeit des Ansprechens des ; ein Servoventil 50 angeordnet, das mit dem anderen Systems auf Veränderungen der Ablenkung, wenn : Ventil 46 identisch ist. Das Servoventil 50 steuert sich der Abtastfinger parallel zum Modell bewegt, die Strömung des Mediums zum hydraulischen Mo- Die Eingänge dieser Stromkreise sind Konstanten, tor 52, der eine Gewindespindel 54 antreibt. Auf die in binären Schaltern eingestellt und gespeichert einer Mutter 56 der Gewindespindel 54 ist ein Trü- 60 werden. Die Verschiebungskonstanten-Modifizierger 58 angeordnet. Mit dem hydraulischen Motor einrichtung 94 steuert das Ansprechen des Systems I 52 ist eine andere RückkopplungsvorrichtuDg 60 ver- in einer zur Stelle der Spur senkrechten Richtung. j bunden, welche die senkrechte Bewegung des Trä- Die Drehkonstanten-Modifiziereinrichtung 96 steuert | gers 58 anzeigt. Auf dem Träger 58 sind senkrechte das Ansprechen des Systems auf Richtungsande- I Gleitschienen 62 befestigt welche mit senkrechten 65 rungen. Führungen 64 auf der Säule 32 im Eingriff stehen. Die Bezugnahme auf F i g. 4 wird diese Erklärung % In der Mitte der dem Beschauer zugekehrten Ober- unterstützen. Eine Richtung:änderung kann durch i fläche des Trägers S8 sind Führungen 66 und eine einen Drehwinkel 98 dargestellt werden. Ein Sehen- t

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kc' des Winkels wird durch den Vorschubgeschwin- schlüsselcr ist mit zwei nichtlinearen Skalen versehen, digkcitsvektor 100 bestimmt und bewegL sich mit welche digitale Darstellungen aufweisen, die den demselben. Der ortsfeste Schenkel wird durch eine Sinus- und Kosinuswerten analog sind. Eine dritte Achse 102 der Abtastebene bestimmt. Ein identischer Skala zeigt den Quadranten an. Der Sinus- und Winkel 99 wird durch den senkrechten Geschwindig- 5 Kosinusausgang jedes Verschlüsselers wird in ein keitsvektor 104 und die andere Achse 106 der Ab- getrenntes binäres Zählwerk gelenkt. Wenn die tastebene gebildet. Die Drehkenstante steuert daher Handräder verdreht werden, werden die digitalen das Ansprechen des Systems auf Veränderungen im Sinus- und Kosinuswerte in den Zählwerken konli-Drehwinkcl 98. nuierlich auf den neuesten Stand gebracht. Die Sinus-Gemäß Fig. 3a ist der Ausgang der Drehkon- m und Kosinuswerte der Drehwinkel und die Gestanten-Modinziereinrichtung 96 eine Antriebsfunk- schwindigkeitsvektoren 116 und 118 sird Eingänge lion für den Siaus-Kosinus-Generator 108. Nach fih die Ebenenlenkstromkreisc 122 in Fi g. 3 b. Der Auswahl der Ausrichtung und der Koordinatenrich- Ebcnenlenkmodus stellt die Geschwindigkcitsvektungen bewirkt die anfängliche Ausrichtung durch torcn 116 und 118 relativ zu den gewählten Kooraidic Bedienungsperson, daß der Generator 108 mit 15 natenrichtungen schräg. In den Ebenenlenkstromden richtigen Sinus- und Kosinuswerten gefüllt wird. kreisen unterteilt jeder Satz von Sinus- und Ko-Jcder Ausgangsimpuls der Modifiziereinrichtung 96 sinuswerten seinen entsprechenden Gcschwincligslcllt eine Wi keländerung dar und löct einen keitsvektor in Vektorkomponenten, die zu den Wiederholungsvorgang innerhalb des Generators 108 Koordinatenachsen parallel sind. Die gemeinsamen aus. Jede Wiederholung ist eine bruchstückweise 20 Komponenten werden summiert und gelangen zur Wiederholung und bringt die Sinus- und Kosinus- Überlauftorschaltung 124 als drei Geschwindigkeitswerte auf den neuesten Stand. Die Einzelheiten des vektoren, von denen jeder zu einer Koordinatenachse Generators 108 und des Vorganges werden später parallel ist. Die Überlauftorschaltung 124 empfängt beschrieben. Die Sinus- und Kosinuswerte und der die Geschwindigkeitsvektorsignale und führt clie-Ausgang des Vorschubgeschwindigkeitsgenerators 25 selben den richtigen Servoeingängcn der Maschine 110 sind Eingänge zum Generator 112 für die tan- zu. Die Geschwindigkeitsvektorsignale werden in gentir.le Vektorkomponente. Der Ausgang des Vor- Digital-Analog-Umsetzern 334. 336 und 338 aus schubgeschwindigkeitsgenerators 110 ist eine Impuls- einer digitalen Darstellung in ein Analogsignal umfrequenz. welche die von der Bedienungsperson gewandelt. Die Analogsignale bilden einen Eingang gewählte Vorschubgeschwindigkeit darstellt. Die 30 für entsprechende Servosummierschaltungen 335, 337 Sinus- und Kosinusvverte und der Ausgang der Ver- und 339. Die Ausgangssummen werden den entschiebungskonstanten-Modifiziereinrichtung 94, wel- sprechenden Servoverstärkern 340, 342 und 344 zucher den senkrechten Vektor darstellt, sind auch geführt, welche die Antriebselemente 126, 128 und Eingänge zum Generator 114 für die senkrechte 130 betätigen. Die Antriebselemente 126, 128 und Vektorkomponente. Die Komponentengeneratoren 35 130 werden durch die Rückkopplungsvorrichtungen 112 und 114 projizieren die Vorschubgeschwindig- 48, 60 und 74 überwacht, jeren Ausgänge 135, 137 keits- und Verschiebungsvektoren auf Koordinaten- und 139 einen zweiten Eingang für die Servoachsen, indem sie Vektorkomponenten erzeugen, die summierschaltungen 335, 337 und 339 bilden. Die zu den von der Bedienungsperson ausgewählten Maschine wird infolgedessen mit der gesteuerten Geursprünglichen Koordinatenrichtungen parallel sind. 40 schwindigkeit und in einer solchen Richtun_o ange-Nach entsprechender Summierung im Vektorkompo- trieben, daß der durch den Abtastkopf angezeigte ncnten-Summierstromkreis 115 stellen die Ausgänge Fehler verringert wird.

116 und 118 Geschwindigkeitsvektoren in der Ab- Gemäß Fig. 3a enthält die Taststiftsteuerung 136 lastebene dar, die zu den gewählten Koordinaten- ein Tiefensystem 137, das verwendet wird, wenn der richtungen parallel sind. Diese Geschwindigkeiten 45 Taststift nach dem Tiefenmodus oder dem Kombisind notwendig, um den durch den Abtastfinger an- nationsmodus arbeitet. Von den Umwandlern 86 gezeigten Fehler zu kompensieren und um gleich- wird ein Analogsignal empfangen und durch einen zeitig die gewählte Vorschubgeschwindigkeit des Ab- Analog-Digital-Umsetzer 142 geleitet. Der digitale tastens aufrechtzuerhalten. Wenn sich das System Ausgang geht durch eine Taststiftsteuerungs-Synnicht im Ebenenlenkmodus befindet, werden diese 50 chronisierungsschaltung 143 und eine Frequenz-Geschwindigkeiten durch die Überlauftorschaltung Zuwachseinstellung 144 hindurch und gelangt in die 124 geleitet und dem entsprechenden Servoeingang Überlauftorschaltung 124. Diese lenkt das Tiefender Maschine zugeführt. signal in eine Servosummierschaltung, welche be-Beim Ebenenlenkmodus ermöglichen die Ebenen- wirkt, daß die Antriebselemente in der vorstehend lenksteuerungen 120 der Bedienungsperson mittels 55 beschriebenen Weise ansprechen,
zweier Handräder, die Abtastebene um zwei Lenk- Die F i g. 3 c und 3 d veranschaulichen eine abwinkel zu verdrehen. Erstens kann die Abtastebene geänderte Ausführungsform des Tiefensystems. Wie um eine Koordinatenachse verdreht werden, die zu vorstehend beschrieben, bildet ein Hauptproblem einer Achse parallel ist, welche durch einen der des Kombinationsmodus das Fehlen einer Vorschub-Geschwindigkeitsvektoren 116 und 118 bestimmt 60 geschwindigkeitssteuerung in der Tiefenrichtung. Für wird. Zweitens kann die Abtastebene um eine Achse das äußerst genaue Abtasten soll die Vorschubverdreht werden, die zur ersten Drehachse senkrecht geschwindigkeit in der Tiefenrichtung eine Vektorsteht. Dies geschieht innerhalb des Koordinaten- komponente der gewählten Vorschubgeschwindigkeit systems, das durch die Achsen der Maschine ge- sein. Wenn sich der Tiefenweg verändert, sollstch bildet wird. Innerhalb der Ebenenlenksteuerungen 65 die Tiefenvorschubgeschwindigkeitskomponente ent-120 ν orden die Drehwinkel durch optische digitale sprechend verändern, um die sich ergebende Vor-Verschlüsseler gemessen, die mit den Handrädern Schubgeschwindigkeit gleich der gewählten Vorder Bedienungsperson verbunden sind. Jeder Ver- Schubgeschwindigkeit zu halten. Bei der ersten Aus-

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führungsform ist es nicht ungewöhnlich, daß die Die Fig. 7a bis 7f stellen ein detailliertes Block- Z₁ Tiefenvorschubgeschwindigkdt die sich ergebende diagramm der vollständigen digitalen Taststift- d( Vorbchubgeschwindigkeit um bis zu 50% verändert. steuerung dar. zi Diese scharfen Abweichungen in der Material- F i g. 6 ist ein Schlüssel zur Erklärung der Aus- _ei entfernung gegenüber den idealen Fräsbedingungen 5 bildung der verschiedenen Blöcke. Das Symbol in T ergeben unregelmäßige Bearbeitungen und eine über- F i g. 6, A stellt einen binären Serien-Volladdierer- si mäßige Abnutzung des Fräsers. Der durch die abge- Subtrahierer dar. Dieser ermöglicht die Addition z\ änderte Ausführungsform gelehrte Kombinations- oder Subtraktion von zwei binären Ausdrücken. fc modus eliminiert das Problem der unkontrollierten Diese Vorrichtung ermöglicht die Speicherung eines ui Vorschubgeschwindigkeitsveränderungen. Die Vek- io additiven Übertrags oder einer substraktiven Ent- d( toren der Tiefenvorschubgeschwindigkeit und der natune. Solche Vorrichtungen sind im Handel in a( planparallelen "orschubgeschWindigkeit weisen stets modularer Form erhältlich. ei eine Vektorsumme auf, die gleich der gewählten Fig. 6, B stellt einen Addierer/Subtrahierer für ei Vorschubgeschwindigkeit ist. 1 Bit dar. Dieser ermöglicht die Addition oder Sub- T Gemäß F i g. 3 c weisen die Blöcke, die mit den 15 traktion eines einzigen Bits zu einem binären Aus- al in F i g. 3 a gezeigten Blöcken übereinstimmen, die druck zu einem durch den Triggereingang bestimmgleiche Funktion auf, die vorstehend beschrieben ten Zeitpunkt. Die Logik dieser Ausbildung ist dem al wurde. Der Ausgang der Taststiftsteuerungs-Synchro- Fachmann bekannt. Ie nisierungsschaltung 143 ist demnach ein digitales Das Symbol in F i g. 6, C stellt ein Speicherregister 1: Signal, das die Größe des Fehlers in der Tiefen- 20 dar. welches aus hintereinandergeschalteten logischen d: richtung darstellt. Dieses Signal bildet den Eingang Flip-Flops besteht. Die Eingangsinformation wird di zu einer Tiefenkonstanten-Modifiziereinrichtung 144 jeweils um eine Stufe durch das Register verschoben. l; und einer Tiefenverschiebungskonstanten-Modifizier- Ein einziger Antriebsfunktionsimpuls bewirkt, daß einrichuint: 109. welche in Ausbildung und Funktion die Information in jeder Stufe um einen Platz gegen le der Drehkonstanten-Modifiziereinrichtung 96 und 25 das Bit von geringster Bedeutung hin verschoben al der Verschiebungskonstanten-Modifiziereinrichtung wird. Ein wichtiges Merkmal eines solchen Registers τ 94 des planparallelen Systems ähnlich sind. Die Mo- besteht demnach darin, daß die Antriebsfunktion _ei difiziereinrichtungen 109 und 144 sind daher Fre- gleichzeitig die Abführung der in demselben ent- E quenzzuwachseinstellungen, welche das Ansprechen hahenen Information und die Einführung einer g; des Systems in der Tiefenrichtung steuern. Der Aus- 30 neuen Information bewirken kann. Die logischen £1 gang der Tiefenkonstanten-Modifiziereinrichtung 144 Flip-Flops, welche jede Reihenstufe bilden, sind im w ist eine Antriebsfunktion für einen Sinus-Kosinus- Handel erhältlich. p] Generator 111. der mit dem Generator 108 identisch Das Symbol der F i g. 6, D stellt ein logisches Tor _st ist. Nach der anfänglichen Ausrichtung enthält der dar. Obwohl logische Tore im Handel erhältliche A Generator die Sinus- und Kosinuswerte eines Win- 35 Elemente verwenden, kann die Kombination der d: kels zwischen einem Geschwindigkeitsvektor, der den Elemente verschieden «ein. Irgendeine besondere ei Tiefenweg an der Abtaststelle iangiert, und einer Kombination kann leicht abgeleitet werden durch _V( Ebene, die zur Tiefenrichtung senkrecht steht. Die Vereinfachung der Booleschen Ausdrücke für jede ui Sinus- und Kosinuswerte und der Ausgang des Vor- Funktion des logischen Tores. pi schubgeschwindigkeitsgenerators 110 bilden den Ein- 40 Fig. 6, £ ist ein digitales Zählwerk mit einem ui gang zurr Generator 113 für die Vorschubgeschwin- Reihenausgang und einem parallelen Auspang. Seine H, digkeitsvektorkomponente. Der Generator 113 proji- Ausbildung wird später beschrieben. st ziert den ausgewählten Geschwindigkeitsvektor auf F i g. 6, F stellt einen Funktionsblock dar. Die A eine Achse in der Tiefenrichtung und auf die zur Funktion und Ausbildung jedes dieser Blöcke wird di Tiefenrichtung senkrechte Ebene. Die Sinus- und 45 beschrieben, wenn es notwendig ist. A Kosinusausgänge des Generators 111 bilden auch Wenn nicht anders angegeben, wird der Ebenen- st den Eingang zum Generator 119 für die Tiefen- lenkmodus der Wirkungsweise angenommen. Die st verschiebungs-Vektorkomponente, der als zweiten genaue Ausbildung des Abtastkopfes ist in Fig. 3 ri Eingang den Ausgang der Modifiziereinrichtung 109 dargestellt und wird in den Spalten 6, 7 und 8 der st aufweist. Dieser Generator projiziert den Geschwin- 50 obenerwähnten USA.-Patentschrift 2 868 087 be- al digkeitsvektor. der zum Tiefenweg an der Beruh- schrieben. In der vorliegenden Beschreibung soll Si rungsstelle senkrecht steht, auf eine Achse, die zur daher diese Ausbildung nur allgemein beschrieben _Sc Tiefenrichtung parallel ist, und auf eine Ebene, die werden. Gemäß Fig. 7a sind der Abtastfinger 13 ]« zu dieser Achse senki\ M steht. Die Projektionen in und die Umwandler 150 und 152 innerhalb des Ab- g< der Tiefenrichtung wertk 1 im Vektorkomponenten- 55 tastkopfes angeordnet. Der Abtastfinger ist durch Si Summierstromkreis 121 summiert. Ein Ausgang des einen konischen Test mit einem ersten Block mecha- _Sr Summierstromkreises 121 wird durch die Überlauf- nisch verbunden. Sobald eine Ablenkung senkrecht _al torschaltung 124 und in den entsprechenden Ein- zur Längsachse des Abtastfingers erfolgt, wird eine _ei gang der Servoeinrichtung geleitet. Die Projektionen Bewegung auf diesen ersten Block übertragen. Diese si auf die Ebene bilden ebenfalls den Eingang zum 60 Bewegung wird durch eine in dem konischen Sitz Summierstromkreis 121. Ein zweiter Ausgang bildet des ersten Blocks angeordnete Kugel in einen unter d; den Eingang zum Generator 112 für die tangential Federspannung stehenden zweiten Block übertragen. _ni Vektorkomponente, der in F i g. 3 d gezeigt ist. Die Am zweiten Block ist ein Anker 154 eines Diffe- F Wirkungsweise dieser Vorrichtung und der nach- rentialtransformators 150 befestigt. Die Wicklungen hi folgenden Schaltung ist die gleiche wie vorstehend 65 156 und 158 des Transformators 150 sind starr auf a beschrieben. dem Abtastkopf befestigt. Die Sekundärwicklung 158 _nj Als Hilfe zum Verständnis der Beschreibung ist des Differentialtransformators 150 ist gegenphasig bt eine kurze Erklärung der Zeichnungen erforderlich. gewickelt. Wenn daher der Anker 154 symmetrisch μ

IO

zu den Wicklungen 156 und 158 angeordnet ist, ist der Ausgang des Transformators Null. Irgendeine zui Längsachse senkrechte Ablenkung wird jedoch eine Bewegung des Ankers 154 bewirken und am Transfonnatorausgang ein analoges Wechselstromsignal erzeugen. Mit dem Abtastfinger 13 ist ein zweiter Anker 160 eines zweiten Differentialtransformators 152 starr verbunden. Die Wicklungen 162 und 164 des zweiten Transformators 152 sind auf dem Abtastkopf starr befestigt. Irgendeine zur Längsachse des Abtastfingers parallele Ablenkung bewirkt eine Bewegung des zweiten Ankers 160. Dies ergibt ein Wechselstromsignal am Ausgang des zweiten Transformators 152, das der zur Längsachse parallelen Ablenkung analog ist.

Wenn daher der Abtastfinger 13 das Modell 12 abtastet, wird die sich ergebende mechanische Ablenkung durch die beiden Differentialtransformatoren 150 una 152 gemessen. Der Transformator 150 mißt die Ablenkung in einer Ebene, die zur Längsachse des Abtastfingers senkrecht steht. Der Transformator 152 mißt die zur Längsachse kolineare Ablenkung.

Beim planparallelen Modus und beim Ebenenlenkmodus ist ein Signal notwendig, das der Gesamtablenkung des Taststiftes analog ist. Das Signal der Tiefen-Sekundärwicklung 164 wird daher durch eine 90 -Phasenverschiebungsschaltung 166 geleitet. Der phasenverschobene Ausgang bildet einen Eingang zu einem logischen Tor 168, das die Tiefen-Sekundurwicklung 164 zur planparallelen Sekundärwicklung 158 in Reihe schaltet. Der Ausgang der planparallelen Sekundärwicklung 158 ist ein Wechse!- stromsignal. das der gesamten Vektorablenkung des Abtastfingers 13 genau analog ist. Dieses Signal wird dann durch einen Gleichrichterstromkreis 170 und ein Gleichstromfilter 172 geleitet. Die Phasenverschiebungsschaltung 166, der Gleichrichter 170 und das Gleichstromnlter 172 sind getre.inte Komponentenstromkreise mit Ausbildungsgleichungen und Parametern, die veröffentlicht und leicht erhältlich sind. Die Stromstärke am Ausgang des GIe chstromfilters 172 stellt die Vektorgröße der gesamten Ablenkung des Abtastfingers dar. Es ist dies einer der Eingänge zu einem ersten Block eines Digital-Analog-Umsetzers 90. Der erste Block ist ein Stromsummierungsverstärker 174, der aus einem Widerstandssummierungsstromkreis mit einer Widerstandsrückkopplung um einen Operationsvei stärker besteht. Der Ausgangsstrom ist die algebraische Summe aller Eingangsströme. Ein zweiter Eingang 176 zum Summierungsverstärker 174 ist eine Rückkopplungs-Echleife vom digitalen Zählwerk 190. Die Rückkopplung stellt die Größe des Fehlers dar, dei umgewandelt worden ist. Der dritte Eingang 178 zum Summierungsverstärker 174 ist ein konstanter Vorspannungsstrom, der die frei hängende bis Nullablenkung darstellt. Dieser Vorspannungssl rom ist ein Ausgang einer einfachen, annähernd konstanten Stromquelle 180.

Die frei hängende bis Nullablenkung verhindert, daß die Nullstellung des Taststiftes mit der mechanischen Nullstellung des Taststiftes zusammenfällt. Fig. 5 veranschaulicht die Notwendigkeit der frei hängenden bis Nullablenkung. Fig. 5a zeigt den Abtastfinger 13, der das Modell 12 in der mechanischen Nullstellung oder frei hängenden Stellung berührt. Wenn sich der Abtastfinger 13 gegen das Modell 12 hin bewegt oder stark abgelenkt wird, wird eine Ablenkung angezeigt. Wenn sich der Abtastfinger 13 vom Modell 12 wegbewegt oder wenig abgelenkt wird, wird keine Ablenkung angezeigt. Wenn daher das Abtastsystem um die mechanische Nullstellung herum wirksam ist, besteht kein elektrischer Unterschied zwischen der Nullablenkung und einer geringen Ablenkung. Fig. 5b veranschaulicht die Nullstellung des Systems, die durch die frei hängende bis Nullablenkung 182 definiert wird. Eine

ίο elektrische Vorspannung definiert die Nullstellung des Systems, wenn sich der Abtastfinger 13 in einer abgelenkten Stellung befindet. Die Größe der Ablenkung 182 wird durch die frei hängende bis Nullablenkung definiert. Wenn sich daher gemäß Fig. 5c

der Abtastfinger 13 gegen das Modell 12 hin bewegt oder stark abgelenkt wird, ist diese Ablenkung 184 elektrisch definiert. Die elektrisch definierbare maximale Ablenkung ist jedoch durch die Ausbildung des Abtastkopfes und der Steuerung begrenzt. Wenn

sich gemäß F i g. 5 d der Abtastfinger 13 vom Modell 12 '.vegbewegt oder wenig abgelenkt wird, ist diese Ablenkung 186 ebenfalls elektrisch definiert, bis die frei hängende bis Nullablenkung überschritten wird. Zusammenfassend ist daher zu bemerken, daß die Schaltung 180 eine eindeutige Nullstellung des Systems definiert und daß Ablenkungen aus dieser Nullstellung elektrisch unterschieden sind. Sobald demnach der Ausdruck »Ablenkung« gebraucht wird, bedeutet das eine Ablenkung aus der NuIlstellung des Systems, und sobald der Ausdruck »Gesamtablenkung« gebraucht wird, bedeutet das eine Ablenkung aus der mechanischen Nullstellung.

Gemäß F i g. 7 a ist der Ausgang des Strom-

summierungsverstärkers 174 ein binäres Signal, welches das Vorzeichen des Fehlers relativ zur Nullstellung des Systems darstellt. Dies wird vei wendet, um ein auf Null zentriertes, umkehrbares Zählwerk 190 einzuschalten. Der Zustand des binären Signals bestimmt die Zählrichtung. Der Nullzustand des Zählwerks ist an der Stelle definiert, an welcher die bedeutendste Zählwerkstellung den Zustand verändert. Ein richtiger Zustand der bedeutendsten Zählwerkstellung definiert eine positive Größe. Ein falscher Zustand definiert eine negative Größe.

Positive Zahlen können demnach direkt vom Zählwerk abgelesen werden. Negative Zahlen, die unterhalb des Zentrums liegen, befinden sici: in einer umgekehrten oder Komplementform zu 1. Sie müssen rückkomplementiert werden, bevor die digitalen Darstellungen direkt verwendet werden können. Das Zählwerk 190 enthält eine absolute Darstellung des Fehlers aus der Nullstellung des Systems in Form eines Zahlenwortes, das die Größe und Richtung des Fehlers definiert. Das Zählwerk 190 ist so ausgebildet, daß es das Vorzeichen und die Größe parallel in einen Digital-Analog-Umsetzer 192 überträgt. Es ist dies eine in festem Zustand befindliche Vorrichtung, welche für jede Zählwerkziffer ein analoges Gleichstromsignal erzeugt. Diese Signale

So werden summiert und in den Stromsummierungsverstärker 174 als das Rückkopplungssigna] 176 zurückgeführt. Der Ausgang des Zählwerks 190 wird auch laufend durch eine Einrichtung 194 zur Bildung des Komplements von 1 und in einen digitalen Differentialanalysator 196 übertragen, der in Fig. 7b gezeigt ist. Die Einrichtung 194 zur Bildung des Komplements von 1 ist eine bekannte Einrichtung. Wenn die bedeutendste Stellung des Zählwerks 190

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in einen falschen Zustand gelangt, wird die negative Größe durch die Einrichtung 194 rückkomplementiert. Der digitale Wert, der eine negative Größe darstellt, wird daher ein direktes Analog des Fehlers. Der digitale Differentialanalysator 196, der nachstehend mit DDA bezeichnet wird, ist in einer seiner üblichen Ausführungsformen dargestellt. Diese Ausfuhrungsform wird als DDA-Vervielfacher bezeichnet und ist funktionell als ein Frequenzvervielfacher identifiziert. Die Verwendung von DDA-Vervielfachern definiert ein Frequenz- oder Geschwindigkeitssystem. Die Größe des Fehlers wird in eine Frequenz- oder Geschwindigkeitsgröße umgewandelt, welche das Ansprechen der Servoeingänge der Maschine entsprechend dem Verstärkungsfaktor des Systems steuert. Die Funktion der Steuerung besteht darin, die anfänglichen Geschwindigkeitsgrößen in Steuergeschwindigkv. tssignale zu unterteilen, welche auf eine Maschine anwendbar sind, die drei zueinander senkrechte Bewegungsachsen aufweist. Es ist bezeichnend, daß der Ausgang 198 des DDA-Vervielfachers 196 aus einer Reihe getrennter Impulse besteht. Die Frequenz der Impulsfolge wird durch die Frequenz der Antriebshmktior. 202 und die Größe des Eingangs 200 bestimmt. Funktionell ist der DDA-Vervielfacher ein Frequenzvervielfacher. Die Antriebsfunktion wird mit einem Faktor multipliziert, der durch die Größe des Eingangs bestimmt wird. Die Wirkungsweise des DDA-Vervielfachers 196 wird noch genauer beschrieben ^nd ist mit jener von änderten DDA-Vervielfachern identisch. Die Information wird laufend über eine L-ngangsleitung 200 eingeführt und bildet einen Eingang zu einem Reihen-Volladdierer-Subtrahierer 206. Der andere Eingang ist ein Ausgang aus einem Speicherregister 208, das anfänglich auf Null steht. Wenn ein Impuls von der Antriebsfunktion 202 empfangen wird, wird die Information auf der Eingangsleitung 200 zum Inhalt des Speicherregisters 208 addiert. Dieser Vorgang wird als eine Wiederholung bezeichnet. Nach mehreren Wiederholungen wird die Summe des Speicherregisters 208 das Fassungsvermögen des Registers überschreiten. Dieser Überschuß oder Überlauf wird auf der Leitung 198 als ein Ausgangsimpuls freigegeben. Wenn der Eingang 200 eine Konstante ist, wird das Verhältnis der Frequenz der Ausgangsimpulse 198 zur Frequenz der Antriebsfunktion 202 konstant sein. Wenn sich der Eingang 200 oder die Frequenz der Antriebsfunktion verändert, wird sich das obige Verhältnis entsprechend verändern.

Der Ausgang 200 der Einrichtung 194 zur Bildung des Komplements von 1 ist ein Eingang zum DDA-Vervielfacher 196. Die Antriebsfunktion 202 ist eine Reihe von Impulsen, welche durch den Taststiftsteuerungs-Uhroszillator 212 geliefert werden. Der Ausgang 198 ist eine Reihe von Impulsen, welche mit dem Taststiftsteuerungs-Uhroszillator synchronisiert sind, der eine zur Größe der Ablenkung proportionale Frequenz aufweist. Der Ausgang 198 wird als eine Antriebsfunktion für zwei andere DDA-Vervielfacher 214 und 216 verwendet. Diese DDA-Vervielfachcr 214 und 216 sind dem vorstehend beschriebenen DDA-Vervielfacher 196 ähnlich. Die Eingangssignale zu diesen DDA-Verviclfachern sind konstante digitale Ausdrücke, die durch System- und Leisiungsbeschreibungen einer besonderen Maschine bestimmt werden. Der Zweck der Vervielfacher 214 und 216 besteht darin, eine Frequenzzuwachseinstellung zu bewirken. Der Zuwachs wird als das Verhältnis der Ausgangsgröße einer Vorrichtung zu einer ähnlichen Eingangsgröße definiert. Um

die Stabilität aufrechtzuerhalten, muß das Verhältnis kleiner als 1 sein. In diesem FaU wird für eine gegebene Frequenz der Antriebsfunktion die Frenuenz der Ausgangsimpulse durch die Größe des konstanten digitalen Ausdrucks bestimmt. Diese Kon-

stanten, die als Ficquenzzuwachs bezeichnet werden, sind kleiner als 1 und werden mittels der binären Schalter 218 und 220 in das System eingeführt. Die binä-en Schalter 220, welche den Wert der Verschiebungskonstanten enthalten, führen dem DDA-Ver-

vielfacher 216 einen binären Ausdruck zu. Die Verschiebungskonstante bestimmt das Ansprechen des Systems in der zur Modelloberfläche senkrechten Abtastebene. Wenn die Konstante zu groß ist, wird das System schwingen. Wenn die Konstante zu kleir.

ist, wird der Abtastfinger in der Abtastebene um die Nullstellung des Systems abgelenkt. Eine solcht Ablenkung wird in dem Teil einen übermäßiger Abtastfehfer bewirken. Die binären Schalter 218 enthalten den Wert der Drehkonstante. Diese Konstante wird auf den DDA-Vervielfacher 214 übertragen und steuert das Ansprechen des Systems in der Abtastebene auf Abweichungen von einem linearen Weg. Wenn die Konstante zu groß ist, ™.i.u der Abtastfingei jagen oder den Zyklus begrenzen,

wenn er sich vom linearen Weg entfernt. Mit anderen Worten, der Abtastfinger vird sich unter aufeinanderfolgenden Bedingungen der zu geringen und zu starken Ablenkung hin und her bewegen, bevor er sich in die Nullstellung des Systems einstellt.

Wenn die Drehkonstante zu niedrig eingestellt ist, wird das System nicht empfindlich genug sein, um geringfügige Veränderungen längs des Weges der Spur anzuzeigen. Dadurch wird dte Genauigkeit des Abiastens verringert. Die Drehkonstante muß derart

eingestellt werden, daß sie zur Vorsch lbgeschwindigkeit umgekehrt proportional ist. Der Vorschubgeschwindigkeits-Wählschalter 222 führt die Information einer digitalen Teilerschaltung 224 zu. Diese Schaltung 224 besteht aus einer Reihe von binären

Teilern. Jeder binäre Teiler besteht aus einer bekannten Anordnung von logischen Flip-Flops. Wenn der Vorschubgeschwindigkeits-WählschLlter 222 den Vorschubgeschwindigkeitsbereich durch einen Faktor 8 vergrößert, verringert der digitale Teiler 224

die Größe der Drehkonstanten durch den Faktor 8. Wenn der Vorschubgeschwindigkeitsbereich verringert wird, vergrößern die Teilerstromkreise die Größe der Drehkonstanten entsprechend. Die DDA-Vervielfacher 214 und 216 sind Frequenzzuwachseinstellungen, um das Ansprechen des Systems auf Veränderungen des Abtastfingers um die Nullstellung des Systems zu steuern.

Der Ausgang des DDA-Vervielfachers 214 ist eine Impulsreihe, welche als eine Antriebsfunktion füi

einen Sinus-Kosinus-Generator 226 verwendet wird der in Fig. 7c gezeigt ist. Der Generator bestehi ans zwei identischen DDA-Integratoren. Der eine Integrator enthält die Sinuswerte und der andere die Kosinuswerte des Drehwinkels. Ein Iwtegratoi besteht aus zwei Registern 228 und 236, einen Addierer/Subtrahierer 230 für ein Bit und einen Reihen-Volladdierer-Subtrahierer 234. Der Ausganf des Eingangsregisters 228 wird in den Addierer/Sub

te

trahierer 230 für ein Bit gelenkt. Der Ausganp des Addierers/Subtrahierers für ein Bit liefert den <*ewünschten Sinuswert und bUdet einen Eingang sowohl zur Eingangstorschaltung 232 als auch zum Volladdierer/Subtrahierer 234. Der andere Eingang des Volladdierers/Subtrahierers 234 ist der Ausgang des zweiten Registers 236. Der Eingang zum zweiten Register 236 ist der Summenausgang 237 des VoIladdierers/Subtrahierers 234. Der Überlauf oder Übertragausgang 239 wird als ein Tor für den Addierer/Subtrahierer 238 für ein Bit im zweiten DDA-Integrator verwendet. Bei Arbeitsbeginn wird die anfängliche Ausrichtung in einer durch die Bedienungsperson gewählten Richtung ausgeführt Es sei Ausrichtung parallel zu einer Achse angenommen, wo der Sinuswert 1 und der Kosinuswert 0 ist Bei Ausführung der Ausrichtung mit der Richtungssteuerung 227 wird das Eingangsregister 228 mit Einsen und das Eingangsregister 240 mit Nullen gefüllt. Wenn der Generator 226 einen Impul-, von seiner Antriebsfunktion empfängt, wiederholt das die Einsen speichernde Register 228 unter Verwendung des Volladdierers 234. Wenn sich ein Überlauf ergibt, wird der Addierer/Subtrahierer 238 für em Bit des zweiten DDA-Integrators eingeschaltet, um ein Bit zu addieren. Das zweite Eingangsregister 240 wi! J auf den neuesten Stand gebracht und wiederhol: unter Verwendung des Volladdierers 242. Wenn sich ein Überlauf ergibt, wird der Addierer/Subtrahierer 230 für ein Bit des ersten DDA-Integrators eingeschaltet, um zu subtrahieren, und das Eingangsregi\er228 wird auf den neuesten Stand gebracht. Jedes Eingangsregister 228 und 240 enthält daher dg it ale Zahlenworte, welche die Sinus- und Kosinuswerte für jede bruchstückweise Veränderung des Drehwinkels darstellen. Wenn sich das Vorzeichen im umkehrbaren Zählwerk 190 verändert, zeigt dies an. daß sich die Drehrichtung verändert hat, und die Sinus- und Kosinuswerte müssen sich entsprechend verändern. Es ist notwendig, daß die digitalen Größen ihre vorhergehenden Schritte für jeden Antriebsimpuls genau iederholen. Für jeden Punkt der Drehung muß der Sinus- und Kosinuvwert übereinstimmen, ohne Rücksicht darauf, welche Drehrichtung verwendet wurd», um diesen Punkt zu erreichen. Wenn daher eine Richtungsänderung angezeigt wird, kehren die Volladdierer/SuMrahierer 234 und 242 ihre Funktionen um und werden Subtrahierer. Die Addierer/Subtrchierer 230 und 238 für ein Bit kehren ebenfalls ihre Funktion um. Jeder digitale Weg wird infolgedessen genau wieder abgetastet, und spezifische Sinus- und Kosinuswerte werden genau wiederholt, so daß innerhalb der Auflösung des Steuersystems kein digitaler Fehler auftriti.

Der Sinus-Kosinus-Generator 226 arbeitet stets im ersten Quadranten. Wenn der anfängliche Quadrant und die gewählten Koordinatenrichtungen gegeben sind, ist die anfängliche Richtung oder das Vorzeichen der Bewegung festgestellt. Nach der anfänglichen Ausrichtung wird das Vorzeichen durch ein Quadrantenzählwerk 243 gesteuert. Diese Vorrichtung überwacht die Sinus- und Kosinusweite. Wenn die Werte Null werden, kann das Quadrantenzählwerk durch Abtasten das Vorzeichen entsprechend verändern. Die Ausgänge des Quadrantenzählwerks 243 sind zwei binäre Signale weiche das Vorzeichen jeder trigonometrischen Komponente darstellen.

Der Sinusausgang wird in die beiden DDA-Ver-

vielfacher 244 und 246 gelenkt. Der Kosinusausgaug wird auf die DDA-Vervielfacher 248 und 250 übertragen. Die DDA-Vervielfacher 244, 246, 248 und 250 sind in ihrer Ausbildung und Wirkungsweise mit dem oben beschriebenen DDA-Vervielfacher 196 identisch. Eine veränderliche Impulsfrequenz wird durch einen einstellbaren Vorschubgeschwindigkeitsoszillator 252 erzeugt und bildet eine Antriebsfunktion für einen Sinus-Kosinussatz der DDA-Vervielfacher 246 und 250. Der einstellbare Vorschubgeschwindigkeitsoszillator ist eine dem Fachmann bekannte spannungsgesteuerte Vorrichtung. Die Impulsfrequenz des Vorschubgeschwindigkeitsoszillators 252 stellt eine Geschwindigkeitsgröße dar, die zur Stelle der Spur tangential ist. Die Frequenzvervielfachung der tangentialen Geschwindigkeitsgröße durch die Sinus- und Kosinuswerte des Drehwinkels projiziert diese Größe auf die Koordinatenachsen. Dies ergibt Vektorkomponentengröu^n, die zu den gewählten Koordinatenrichtungen parallel sind. Die Ausgangsimpulsreihe des DDA-Vervielfachers 216 wird verwendet, um den anderen Sinus-Kosinus-Satz der DDA-Vervielfacher 244 und 248 anzutreiben. Die Ausgangsimpulsreihe stellt die Verschiebungsgeschwindigkeitsgröße dar, die zum Punkt der Spur senkrecht steht und die durch die Sinus- und Kosinuswerte des Drehwinkels vervielfacht wird. Diese Vervielfachung projiziert die Verschiebungsgeschwindigkeitsgröße in der oben beschriebenen Weise und ergibt zwei andere Geschwindigkeitskomponentengrößen, die zu den gewählten Koordinatenachsen parallel sind. In F i g. 7 d wird die Impulsreihe 262, weiche die Sinuskomponente der Vorschubgeschwindigkeitsgröße darstellt, in einem Addierspeicher 264 zu einer Impulsreihe 260 addiert, welche die Kosinuskomponente der Verschiebungsgeschwmdigkeitsgröße darstellt. Der Addierspeicher 264 ist eine bekannte einfache zweistufige Speichervorrichtung. Ebenso werden die Impulsreihe 254 und die Impulsreihe 256 in einem ähnlichen Addierspeicher 258 summiert. Die Ausgänge 266 und 268 der Impulsreihen stellen Geschwindigkeitsgrößen dar, die zu den gewählten Koordinatenrichtungen parallel sind. Um kurz zusammenzufassen: Die Bedienungsperson wählt die Koordinatenrichtungen der Spur und die Vorschubgeschwindigkeit aus. Der Analog-Digital-Umsetzer liefert einen binären Ausdruck, der die Ablenkung aus der Nullstellung des Systems darstellt. Die Größe dieses Ausdrucks wird verwendet, um die frequenz des Ausgangs des Uhroszillators zu modulieren. Der modulierte Ausgang wird durch zwei parallele Frequenzzuwachseinstellunj-en geleitet. Der Ausgang der einen stellt die Verschiebungsvektorgröße dar. Die andere wird verwendet, um den Sinus-Ko:>inus-Generator anzutreiben. Die gewählte Vorschubgeschwindigkeit steuert den Ausgang des Vorschubgeschwindigkeitsoszillators, welcher die Vorschubgeschwindigkeitsvektorgrcße darstellt. Die Verschiebungs- und Vorschubgcschwindigkeitsvektorgrößen definieren die Abtastebene. Der Ausgang des Sinus-Kc :,inus-Generators wird verwendet, um diese Größen in zwei neue Vektorgrößen 266 und 268 üi der Abtastebene zu unterteilen. Die Vektorgrößen 266 und 268 sind zu den gewählten Koordinatenrichtungen parallel. Diese Vektorgrößen, weiche die Geschwindigkeitsgrößen darstellen, die notwendig sind, um die gewählte Vorschubgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, während der Abtastfchler

21 22

verringert wird, werden dann den entsprechenden der zweite Lenkverschlüsseier eine Drehung um eine Eingängen der Servoeinrichtung zugeführt. Koordinatenachse, die zu einer Ebene senkrecht Durch Verwendung des Ebenenlenkmodus kann steht, welche durch die gewählten Koordinatenrichdic Bedienungsperson die Abtastebene relativ zu tungcn bestimmt wird. Die Geschwindigkeitsgröße, den Koordinatenachsen schräg stellen. Die Taststift- 5 welche durch die Impulsreihe 268 und die Kosinussteuerung muß daher die Vektorgrößen 266 und 268 komponente 301 der Geschwindigkeitsgröße 266 darin neue Vektorgrößen auf den Koordinatenachsen gestellt wird, wird durch diese Drehung relativ zu der Maschine umbilden. Die Ebenenlenkstromkreise den Koordinatenachsen schräg gestellt. Der digitale sind in den Fig. 7d und 7e dargestellt. Die Hand- Ausdruck, der den Sinuswert des zweiten Lenkräder 265 und 267 dienen zum Lenken der Abtast- io winkcls darstellt, bildet den Eingang zu den DDA-ebcnc um das Modell. Die Drehung des Handrades Vervielfache™ 293 und 298. Der komplementäre 265 verdreht die Ebene um eine Koordinatenachse, Kosinuswert bildet den Eingang zu den DDA-Vcrdie zu einer Achse parallel ist, welche durch die vielfachern 295 und 300. Die Frequenzvervielfachung Richtung der Geschwindigkeitsgröße 268 bestimmt der schräg gestellten Geschwindigkeitsgrößen projiwird. Ebenso verdreht das Handrad 267 die Abtasl- 15 ziert dieselben auf die Koordinatenachsen zurück, ebene um eine andere Koordinatenachse, die zur um neue Geschwindigkeitskomponenten 303, 311, ersten Drehachse senkrecht steht. Mit den entspre- 313 und 315 zu bilden.

chenden Handrädern sind digitale optische Ver- Es soll an dieser Stelle bemerkt werden, daß es schlüsscler 270 und 272 mechanisch verbunden. viele mögliche Kombinationen der Lenkwinkcl gibt. Jeder der Verschlüssler 270 und 272 weist drei 20 Wenn jedoch die gewählten Koordinatenrichtungen nichtlineare Skalen auf. Zwei Skalen in jedem Vcr- und die in Fig. 7d gezeigte Lcnkschaltung gegeben schlüsscler haben eine sinusförmige Impulsverteilung sind, werden zwei sehr spezifische Lenkwinkel defimit einer mechanischen ^-Phasenverschiebung niert. Es ist offenbar, daß diese Winkel durch Vcrzwischen denselben. Die Kanalausgängc 274 und 276 lauschen der Eingänge 266 und 268, durch Verstellen demnach bruchstückweise Veränderungen des 25 änderung der Ausbildung des Lenkstromkreises oder Sinuswertes dar, und die Kanalausgänge 278 und 280 durch Auswahl anderer Koordinatcnriclitungcn leicht stellen bruchstückweise Veränderungen des Kosinus- verändert werden können. Geometrisch liefert die wertes dar. Die dritten Kanalausgängc 282 und 284 Drehung um eine der beiden Koordinatenachsen zeigen den Quadranten oder das Vorzeichen an. Die einer Koordinatenebene genügend Information, um Sinuskanalausgängc 274 und 276 des Verschlüsselet 30 irgendeine Ebene im Koordinatensystem der Mawerden in digitale Zählwerke 286 und 288 geleitet. schine zu beschreiben. Durch die Veränderung der Ebenso werden die Kosinuskanalausgängc 278 und Lenkwinkel oder der Koordinatcnriohiungen wird 280 in zwei andere digitale Zählwerke 290 und 292 daher der Rahmen der Erfindung nicht erweitert, geleitet. Die Zählwerke 286, 288, 290 und 292 sind Wie vorstehend beschrieben, erzeugt das Lcnkcinfachc binäre Zählwerke, die aus einer Gruppe 35 system eine Vielzahl von Geschwindigkeitskompovon hintcreinandergeschaltcten logischen Flip-Flops nentcngrößen, welche durch die Ausgangsimpulsbestehen. Jedesmal, wenn ein Impuls am Ausgang reihen 299, 303, 311, 313 und 315 dargestellt wcrdes VerschIüsselers erscheint, zählt das Zählwerk den. Die Impulsfrequenz 299 bestimmt die Geeinen Bruchteil. Die Drehrichtung der Zählwerke schwindigkeitsgröße in einer Koordinatenrichtung, wird durch die dritten Kanalausgänge 282 und 284 40 Die algebraische Summe der Impulsreihen 303, 313 des Verschlüsselet gesteuert, welche den Quadran- und die Summe der Impulsreihen 311, 315 ^estimten anzeigen. Es ist zu bemerken, daß die Lenkung men die Geschwindigkeitsgrößen in den anderen auch durch die Verwendung von Analogumwandlern beiden Koordinatenrichtungen. Die algebraische ausgeführt werden kann. Diese Vorrichtung liefert Summierung wird in den Digital-Analog-Umsetzern Analogsignale, welche die Sinus- und Kosinuswerte 45 ausgeführt. Alle Geschwindigkeitskomponentengrößen eines Winkels darstellen, der durch die Drehung werden daher in die Überlauftorschaltung 304 ei>ides Umwandlers erzeugt wird. Die Analogsignale geführt. Die Torschaltung hat als Eingang auch die bilden den Eingang zu einem Analog-Digital-Um- Informationen über das Vo^.eichen und die Koordisetzer, welcher Digitalsignale erzeugt, die den Aus- natenrichtung. Die Vorzeicheninformation setzt sich gangen der oben beschriebenen digitalen Zähl- 50 zusammen aus dem Ausgang des Quadrantenzählwerke äquivalent sind. Die Zählwerke 286, 288, werks 243 und aus den Quadrantenkanalausgängen 290 und 292 führen Digitalsignale in die DDA- 282 und 284 der Ebenenlenkverschlüsseler 270 und Vervielfacher 293, 294, 295, 296, 298 und 300 ein. 272. Die Koordinateniichtungen werden durch den Diese DDA-Vervielfacher sind mit dem DDA-Ver- von der Bedienungsperson gesteuerten Ebenenwählvielfacher 196 identisch. Die Eingänge der DDA- 55 schalter 306 bestimmt. Wenn diese Information ge-Vervielfacher 294 und 296 sind Digitalwöner. welche geben ist, trifft die Torschaltung 304 die entspredie Sinus- und KosLiuswerte des Drehwinkels um chende logische Auswahl, um die Eingangsimpulseine Koordinatenachse darstellen, die zu einer Achse reihen auf den Weg zu schicken. Die Impulsreihen parallel ist, welche durch die Geschwindigkeitsgröße 305, 307 und 309 werden dann in eine zweite Tor-268 bestimmt wird. Diese Drehung bewirkt, daß die 60 schaltung 308 übertragen, die in Fig. 7f gezeigt ist. Geschwindigkeitsgröße 266 relativ za den Koordi- Diese Schaltung besteht wieder aus einer Kombinatenachsen schräg gestellt wird. Durch die Fre- nation von im Handel erhältlichen Elementen, und quenzvervielfachung in den DDA-Vervielfachem 294 eine besondere Kombination ist durch Vereinfachung und 296 wird dieselbe auf die Koordinatenachsen der entsprechenden Booleschen algebiai«fhen Ausprojiziert, um Geschwindigkeitskomponentengrößen 65 drücke leicht erhältlich. Die Aufgabe der Torschalzu bilden. Diese Geschwindigkeitskomponenten wer- tung 308 besteht darin, eine Schaltung entsprechend den durch die Ausgangsimpulsreihen 299 und 301 dem Abtastmodus auszuführen. Wenn sich das dargestellt. Bei dieser Stromkreisausbildung bewirkt System im Ebenenlenkmo^us befindet, gehen die

Impulsreihen durch die Torschaltung 308 hindurch, wie sie von der Torschaltung 304 empfangen werden. Wenn sich der Wählschalter 310 (Fig. 7a) im Tiefenmodus oder Kombinationsmodus befindet, schaltet die Torschaltung 308 in das Tiefensystem 137, das in den Fig. 7a und 7b gezeigt ist.

Wenn .ich der Wählschalter 310 (Fig. 7a) im Tiefenmodus oder Kombinationsmodus befindet, schaltet sein Ausgangssignal die Torschaltungen 168 und 312. Dieser Schaltvorgang öffnet die Reihenverbindung zwischen den Sekundärwicklungen 158 und 164 der Transformatoren. Das Signal derTiefensekundürwicklung 164 wird durch die Torschaltung 312 gelenkt, welche dasselbe in das Tiefensystem durchgehen läßt. Die Torschaltung 168 verbindet jene Seite der planparalielen Sekundärwicklung 158 mit Erde. Die planparallele Sekundärwicklung 158 bleibt ein Teil des Ebcnenlcnksystems, wie vorstehend beschrieben. Der Ausgang der Torschaltung 312 ist ein Wechsclstromsignal, das der zur Längsachse des Abtastfingers parallelen Gesamtablenkung analog ist. Dieses Signal geht durch einen Gleichrichter 314 und ein Filter 316 hindurch. Der Ausgang des Filters bildet einen Eingang zu einem Schenkel eines Summierverstärkers 318, welcher den ersten Block des Analog-Digital-Umsetzers 142 bildet. Es ist zu bemerken, daß alle im Tiefensystem beschriebenen Stromkreiselemente im planparallelen System Gegenstücke von ähnlicher Wirkungsweise und Ausbildung aufweisen. Der Gleichrichter 314, das Filter 316 und der Summierverstärker 318 sind daher dem Gleichrichter 170, dem Filter 172 und ■ lern Summierverstärker 174 ähnlich. Der frei hängende bis Nullstromkreis 320 ist in Ausbildung und Wirkungsweise dem frei hängenden bis Nullstromkreis 180 ähnlich. Der Ausgang des Summierverstärkers 318 wird auf ein digitales Zählwerk 322 von ähnlicher Ausbildung wie das digitale Zählwerk 190 übertragen. Das Fehlersigna] wird zum Summierverstärker 318 zurückgeführt, nachdem dasselbe durch den Digital-Analog-Umsetzer 324 hindurchgegangen ist, der mit dem Digital-Analog-Umsetzer ί 92 identisch ist. Das Zahlcnwort des Zählwerks 322, das die Tiefenablenkung darstellt, wird durch eine Einrichtung zur Bildung des Komplements von 1 geleitet und in den DDA-Vervielfacher 328 eingeführt, der in Fig. 7b gezeigt ist. Der DDA-Vervielfacher 328 hat als Antriebsfunktion den Tastsriftsteuerungs-Uhroszillator2l2 und ist in Wirkungsweise und Ausbildung dem DDA-Vervielfacher 196 ähnlich. Der Ausgang des DDA-Vervielfachers 328 ist eine Impulsreihe, welche eine Frequenz aufweist, die der Ablenkung aus der Nullstellung des Tiefensystems analog und mit dem Taststiftsteuerungs-Uhroszillator synchronisiert ist. Dieselbe bildet eine Antriebsfunktion für den DDA-Vervielfacher 330. Der Eingang für den DDA-Vervielfacher 330 wird durch die binären Schalter 332 zugeführt. Die Funktion des DDA-Vervielfachers 330 ist ähnlich jener des DDA-Vervielfachers 216. Dieser Vervielfacher steuert das Ansprechen des Systems auf eine Ablenkung in einer zur Längsachse des Abtastkopfes parallelen Richtung. Der Ausgang des DDA-Vervielfachers 330 ist eine Impulsreihe, welche auf die Überlauftorschaltung308 (Fig. 7e) übertragen wird. Diese leitet dann das Tiefenfehlersignal dem entsprechenden Eingang der Servoeinrichtung zu.

Dis. Fig. 7b 1, 7c 1 und 7c2 veranschaulichen das schematische Diagramm der abgeänderten Aus führungsform des Tiefensystem-,. Zum besseren Ver ständnis sollen die Fig. 7bund 7c im schematisdiei Gesamtdiagramm durch die F i g. 7 b 1, 7 c I um 7c2 ersetzt werden.

F i g. 7 b 1 zeigt den Zusatz des Tiefenverschic bungssystems, das zum Teil aus dem von den bi nären Schaltern 350 gelieferten Eingang zum DDA Vervielfacher 352 besteht. Die Impulsreihe des Uhr

ίο Oszillators 212 bildet eine Antricbsfunktion für det Vervielfacher 352. Diese Elemente bewirken di< Frcqucnzzuwachseinstellungen, deren Wirkungsweisi früher beschrieben worden ist. Die Ausgänge dei DDA-Vervielfacher 330 und 352 sind Impulsreihen

welche den Fehler in der Tiefenrichtung darstellen aber durch die entsprechenden Frequenzzuwachs· einstellungen gedämpft werden. Der Ausgang de; Verviclfachers 330 bildet eine Antriebsfunktion füi einen Sinus-Kosinus-Generator 354, der in F i g. 7c 1

gezeigt ist. Der Generator 354 ist mit dem frühei beschriebenen Sinus-Kosinus-Generator 226 identisch. Der Generator 354 erzeugt Digitalsignalc welche die Sinus- und Kosinuswerte eines Winkel; darstellen, der zwischen einem Geschwindigkcits-

vektor, der den Tiefenweg an der Abtaststellc tangiert, und einer Ebene gebildet wird, welche zui Tiefenrichtung senkrecht steht. Nachdem die Richtungssteuerung 227 den Generator 354 auf den anfänglichen Winkel ausgerichtet hat, wird mit dem Abtasten begonnen. Wenn vorn Vervielfacher 330 ein Impuls empfangen wird, der eine Winkeländcrunj anzeigt, arbeitet der Generator 354 weiter, um neue Sinus- und Kosinuswerte zu erzeugen, welche einem neuen Winkel entsprechen, der das Tiefensystem in die Nullstellung bewegt. Der Sinuswert wird den DDA-Vervielfachern 356, 358 zugeführt und der Kosinuswert den DDA-Vervielfachern 360, 362. Die Vervielfacher sind mit dem DDA-Vervielfacher 196 identisch. Der Ausgang des Vervielfachers 352 bildet eine Antriebsfunktion für die Vervielfacher 356 und 360. Die veränderliche Impulsfrequenz des (vorstehend beschriebenen) einstellbaren Vorschubgeschwindigkeitsoszillators 252 treibt die Vervielfacher 358 und 362 an. Der Sinuswert im Vervielfächer 358 und der Kosinuswert im Vervielfacher 360 projizieren die durch ihre entsprechenden Antriebsfunktionen dargestellten Geschwindigkeitsgrößen auf eine Achse, die durch die Tiefenrichtung definiert ist. Diese Projektionen werden durch Impulsfrequenzen dargestellt und in den Addierer/Subtrahierer 368 geleitet. Der Kosinuswert im Vervielfacher 362 und der Sinuswert im Vervielfacher 356 projizieren die gleichen Geschwindigkeitsgrößen auf eine Ebene, die zur Tiefenrichtung senkrecht steht.

Diese Projektionen bilden den Eingang zum Addierer/Subtrahierer 366. Ein dritter Eingang zu jedem Addierer/Subtrahierer ist die Vorzeicheninformation vom Quadrantenzählwerk 364. Das Zählwerk 364, das mit dem Quadrantenzählwerk 243 identisch ist, überwacht die Ausgänge des Generators 354, um das Vorzeichen in der Tiefenrichtung zu bestimmen. In Abhängigkeit von dem Vorzeichen wird der Ausgang der Addierer/Subtrahierer 366 und 368 entweder die Summe oder die Differenz zwischen den Eingangsprojektionen darstellen. Der Ausgang des Addierers/Subtrahierers 368 wird demnach eine Impulsreihe sein, welche eine Geschwindigkeitsgröße in der Tiefenrichtung darstellt Dieses

309508/282

29*4

25 ' 26

Signal mit der Vorzeicheninformation vom Qua- schaltung 335, 337 und 339 geleitet. Die algebra-

drantenzählwerk wird durch die Torschaltung 308 ischen Summen bilden dann den Eingang zu den

und in die entsprechende Servoeinrichtung ge'.eitet. Servoverstärkern 340, 342 und 344. Jeder Scrvo-

Der Ausgang des Addierers/Subtrahierers 366 ist verstärker ist gleich ausgebildet. Die Ausgänge der

eine Impulsreihe, welche eine Geschwindigkeits- 5 Servoverstärker sind Gleichstromsignalc, welche auf

größe in einer Eb-ne darstellt, die Z'ir Tiefenrich- die Servoventil 46, 50 und 72 übertragen werden,

tung senkrecht stoht. Dieselbe definiert eine Ge- Die Servovcrstärkerschaltung ist von üblicher Aus-

schwindigkeitsgröße, welche den planparallelen Weg bildung und wird in vielen Maschinensystemen ver-

an der Abtaststelle tangiert. In der ersten Ausfüh- wendet. Das Servoventil spricht auf das Vorzeichen

rungsform wurde diese tangcntialc Größe durch den io und die Stärke des Gleichstromsignals an, um die

Ausgang des Vorschubgeschwindigkeitsoszillators Menge und Richtung der Strömung des Mediums zu

252 definiert. Die abgeänderte Ausführungslerm steuern. Die Servoventile sind mit den entsprcchen-

defmiert die tangentiale Größe genauer als eine den hydraulischen Motoren 36, 52 und 70 vcrbun-

Komponente der gewählten Vorschubgeschwindig- den. Die hydraulischen Motoren sind mit den cnt-

kcit. Der Ausgang des Addierers/Subtrahicrers 366 15 sprechenden Teilen 32, 58 und 78 der Maschine

liefert eine Antriebsfunktion für die DDA-Verviel- mechanisch verbunden und treiben dieselben an. Mit

fächer 246 und 250, die in Fig. 7c2 gezeigt sind. den Motoren sind auch Rückkopplungsvorrichtungen

Die Sinus- und Kosinuswerte des Drehwinkels am 48, 60 und 74 mechanisch verbunden. Die Bewegung

Ausgang des Generators 226 werden auf die Ko- der hydraulischen Motoren 36, 52 und 70 ergibt eine

ordinatcnachscn projiziert. Dieser Vorgang und der 20 mechanische Antriebsfunktion. Der Ausgang der

übrige Teil der Stromkreise ist bereits früher be- Rückkopplungsvorrichtungen liefert ein elektrisches

schrieben worden. Im vorliegenden Fall arbeiten Signal, das für jede solche hydraulische Motorbewc-

dieselbcn auf ähnliche Weise. gung repräsentativ ist. Diese Rückkopplungssignalc

Die Ausgänge der Torschaltung308 in Fig. 7f 135, 137 und 139 werden ihren entsprechenden

sind Impulsfrequenzen, welche Geschwindigkeits- 35 Servosummierschaltungen 335, 337 und 339 zugc-

vektoren darstellen, die zu den Achsen der Maschine leitet. Die Scrvoschleife ist demnach geschlossen,

parallel sind. Die Impulsfrequenzen bilden Eingänge Das Servosystem kann eine absolute und kontinuier-

zu den Digital-Analog-Umsetzern 334, 336, 338. liehe Kontrolle der Maschinenelemente aufrecht-

Der Ausgang jedes Digital-Analog-Umsetzers wird erhalten, die durch die Eingangsgeschwindigkcits-

iit einen Eingang der entsprechenden Servosumm.ier- 30 vektoren gesteuert werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

2954

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Steueranordnung für Kopierwerkzeugmaschinen für drei auf zueinander rechtwinklig verlaufenden Bahnen eines Koordinatensystems verschiebbare Antriebseinheiten eines Servosystems mit einem an die Antriebseinheiten angeschlossenen und diesen Fehlersignale zuführenden Suchkopf, wobei die Fehlersignale in Tiefensignale zerfallen, die einen in einer Richtung parallel zu einer Achse des Koordinatensystems erfaßten Fehler darstellen, und in Parallelsignale, die einen in einer Ebene parallel zu den anderen Koordinatenachsen erfaßten Fehler darstellen, mit einem Schalter und Torschaltungen zur Auswahl einer bestirnten Kombination aus Tiefen- und Parallelsignalen und mit einem Vorschubgrößensteueroszillator, der eine Folge von eine Vorschubgeschwindigkeit darstellenden unterschiedlich breiten Impulsen liefert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steueroszillator (212) eine Impulsfolge mit konstanter Impulsfolgefrequenz liefert, eine' Synchronisationseinrichtung (196, 328) an den Schalter und die Torschaltungen (166, 168, 310, 312) und den Steueroszillator (212) angeschlossen ist, um die gewünschte Kombination aus Tiefen- und Parallelsignalen zu synchronisieren unu Impulsfolgen mit Impulsfolgefrequenzen zu erzeugen, die eine Funktion des Betrages der gewünschten Kombination aus Tiefen- und Parallelsignalen sind, ein digitaler Sinus-Kosinus-Generator (226) von der Synchronisationseinrichtung (196, 328) gesteuert wird und zwei digitale Ausgangssignale erzeugt, die zueinander komplementäre Sinus- und Kosinusfunktionen darstellen, und ein zyklisch arbeitender Impulsgenerator (112, 113, 114, 115,

119, 120, 121, 122. 124) nach Maßgabe der ihm zugeführten Impulsfolgen, der Sinus- und Kosinusfunktionen und der Impulsfolgefrequenzen Impulsfolgen für die Antriebseinheiten liefert, wobei diese Impulsfolgen parallel zu den Verschiebeachsen verlaufende Geschwindigkeitsvektoren darstellen.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter und Torschaltungen (116, 168, 310, 312) gleichzeitig sowohl ein Tiefen- als auch ein Parallelsignal liefern, die Synchronisationseinrichtung (196,328) an die Schalter und Torschaltungen (116,168, 310, 312) und den Steueroszillator (212) angeschlossen ist und eine erste Impulsfolge mit einer Impulsfolgefrequenz proportional zu dem Betrag des Tiefensignals und eine zweite Impulsfolge mit einer Impulsfolgefrequenz proportional zu dem Betrag des Parallelsignals liefert, der digitale Sinus-Kosinus-Gencrator (226) auf die zweite Impulsfolge und die Parallelsignale anspricht, um eine Sinus- und eine Kosinusfunktion zu bilden, und diese Funktionen nach Maßgabe der zweiten Impulsfolge feinstufig veränderbar sind.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zyklisch arbeitende Impulsgenerator (112, 113, 114, 115, 119,

120, 121, 122) einen trigonometrischen Funktionsgenerator (354) enthält, der auf die erste [mpuhfolge und das Tiefensignal anspricht, um digitale Signale zu liefern, die komplementäre trigonometrische Werte darstellen, die nach Maßgabe der ersten Impulsfolge veränderbar sind, ein erster Vektorkomponentengenerator (356, 360) auf den trigonometrischen Funktionsgenerator (354) und die erste Impulsfolge anspricht, um eine durch die erste Impulsfolge dargestellte Geschwindigkeitspröße auf die eine Koordinatenachse und die Suchebene zu projizieren, wobei diese Einrichtungen eine erste Impulsfolge erleugen, die eine Geschwindigkeitskomponentengiöße darstellt, welche zu der einen Koordinatenachse parallel is+, und eine zweite Impulsfolge, die eine Geschwindigkeitskomponentengröße in der Suchebene darstellt, ein zweiter Vektorkomponentengenerator (358, 362), der mit dem trigonometrischen Funktionsgenerator und der veränderlichen Impulsfolge verbunden ist, die ausgewählte Geschwindigkeitsgröße auf die eine Koordin enachse und die Suchebene projiziert, und der eine erste Impulsfolge erzeugt, die eine ausgewählte Geschwindigkeitskomporentengröße darstellt, welche zu der einen Koordinatenachse parallel ist, sowie eine zweite Impulsfolge, die eine ausgewählte Geschwindigkeitskomponentengröße in der Suchebeie darstellt, Addierer S"^ trahierer-Speicherschaltuügen (366, 368) auf die Impulsfolgen, . He Impulsfolgefrequenzen und den Funktionsgenerator ansDrechen, um die Impulsfolgen algebraisch zu summieren, weiche gemeinsame Richtungsachsen aufweisen, um zwei Impulsfolgen zu erzeugen, welche die resultierenden Summen darstellen, wobei die eine den Betrag der Tiefer.geschwindigkeit und die andere den der Parallelgeschwindigkeit darstellt, ein dritter Vektorkomponentengenerator (244, 248) auf den Sinus-Kosinus-Generator und die zweite Impulsfolge anspricht, um eine durch die zweite Impulsfolge dargestellte Geschwindigkeitsgröße auf die anderen Koordinatenachsen zu projizieren und Impulsfolgen zu erzeugen, die Geschwindigkeitskomponentengrößen darstellen, die zu den anderen Koordinatenachsen parallel sind, ein vierter Vektorkomponentengenerator (246, 250) auf den Sinus-Kosinus-denerator und d'e andere Impulsfolge anspricht, um die planparallele Geschwindigkeitsgröße auf die anderen Koordinatenachsen zu projizieren und Impulsfolgen zu erzeugen, die Geschwindigkeitskomponentengrößen darstellen, welche zu den anderen Koordinatenachsen parallel sind, und Addierspeicherschaltungen (258, 264) vorgesehen sind, welche auf die Impulsfolgen ansprechen, um Impulsfolgen zu liefern, die eine Geschwindigkeitsgröße darstellen, weiche zu den Koordinatenachsen parallel ist, und ein Speicher (243) und eine Torschaltung (308) auf den Sinus-Kosinus-Generator und die Impulsfolgen ansprechen, um Impulsfolgen, weiche zu den Bewegungsachsen parallele Geschwindigkeitsvektoren darstellen, den Antriebseinheiten zuzuführen.

4. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter und die Torschaltungen (166, 168, 310, 312) das Tiefen- und das Parallelsignal in Kombination bilden, daß die Torschaltung eine Phasenverschiebungseinrichtung (166) enthält, um die Phase des Tiefensignals um ein Viertel einer Periode zu

verschieben, eine Summierschaltung (168) das phasenve· :chobene Tiefensignal und das Parallelsignal summiert und ein resultierendes Fehlersignal erzeugt, das dem angezeigten Gesamtfehler analog ist, die Synchronisiereinrichtung (196, 328) an den Schalter und die Torschaltungen und den Steueroszillator (212) angeschlossen ist und eine Impulsfolge mit einer Impulsfolgefrequenz liefert, die proportional zu dem Betrag des resultierenden Fehlersignals ist, und der digitale Sinus-Kosinus-Generator (226) auf die Impulsfolgen und das resultierende Fehlersignal anspricht und eine Sinus- und eine Kosinusfunktion bildet, die nach Maßgabe der Impulsfolgen veränderbar sind.

5. Steueranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zyklisch arbeitende Impulsgenerator (112, 113, 114, 115, 119, 120. 121. 122) einen ersten Vektorkomponentrngenerator (244. 248) enthält, der auf den Sinus-Kosinus-Generator (226) und die Impulsfolge anspricht, um einen durch die Impulsfolge dargestellten Geschwindigkeitsbetrag auf die anderen Koordinatenachsen zu projizieren und Impulsfolgen zu erzeugen, die Geschwindigkeitskomponentengrößen darstellen, welche zu den anderen Koordinatenachsen parallel sind, ein zweiter Vektorkomponentengenerator (246, 250) auf den Sinus-Kosinus-Generator (226) und die veränderlichen Impulsfolgefrequenzen anspricht, um den ausgewählten Geschwindigkeitsbetrag auf die anderen Koordinatenachsen zu projizieren und Impulsfolgen zu erzeugen, die Geschwindigkeitsbeträge darstellen, welche zu den anderen Koordinatenachsen parallel sind, Additions-Speicherschaltungen (258, 264) auf die Impulsfolgen ansprechen, um Impulsfolgen zu liefern, die Geschwindigkeitsbeträge darstellen, die parallel zu den Koordinatenachsen liefen, eine erste Ebenensteuerschaltung (270, 286, 290) vorgesehen ist und eine Schalung (294, 296), um die Suchebene um eine Achse zu drehen, die durch eine der Impulsfolgen bestimmt wird, der Geschwindigkeitsbetrag der inderen Impulsfolge auf die Koordinatenachsen projiziert wird und Impulsfolgen erzeugt werden, die einen Geschwindigkeitsbetrag parallel zu der Verschiebeachse darstellen, und die Speicher- und Torschaltungen (243, 304, 308) auf die Impulsfolgen ansprechen, die andere Impulsfolge den Sinus-Kosinus-Generator (358, 362) und die Quadranteninformation, um dem Servomechanismus Impulsfolgen zuzuleiten, die Geschwindigkeitsvektoren parallel zu den Verschiebeachsen darstellt.

6. Steueranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Ebenenlenksteuerung (272, 288. 292) vnrl ein Stromkreis (293, 295, 298, 300) vorgesehen sind, um die Suchebene um eine andere Achse winklig zu verschieben, die zur Drehachse senkrecht steht, daß die Geschwindigkeitsbeträge der einen der Impulsfolgen und eine Geschwindigkeitsgröße einer der Impulsfolgen auf Koordinatenachsen projiziert werden und daß Impulsfolgen zugeführt werden, die projiziert trigonometrische Geschwindigkeitskomponenten des verschobenen Winkels darstellen.

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für Kopierwerkzeugmaschinen für drei auf zueinander rechtwinklig verlaufenden Bahnen eines Koordinatensystems verschiebbare Antriebseinheiten eines Servosystems mit einem an die Antriebseinheiten angeschlossenen und diesen Fehlersignale zuführenden Suchkopf, wobei die Fehlersignale in Tiefensignale zerfallen, die einen in einer Richtung parallel zu einer Achse des Koordinatensystems erfaßten Fehler darstellen, und in Parallelsignale, die einen in einer Ebene parallel zu den anderen Koordinatenachsen erfaßten Fehler darstellen, mit einem Schalter und Torschaltungen zur Auswahl einer bestimmten Kombination aus Tiefen- und Parallelsignalen und mit einem Vorschubgrößensteuercszillator, der eine Folge von eine Vorschubgeschwindigkeit darstellenden unterschiedlich breiten Impulsen liefert.

Bekannte Steueranordnungen v\. wenden Analogstromkreise für sämtliche Koordinaten, was verschiedene Nachteile aufweist. Die Abtastsysteme werden durch Veränderung der Größe und ^phase eines zeitlich kontinuierlichen Fehlersignals gesteuert. Ein Hauptproblem liegt in Fehlern der Stromkreisparameter, welche eine unregelmäßige Wirkungsweise der Werkzeugmaschine bewirkt und Ungenauigkeiten in der Werkzeugführung ergibt. Außerdem erfordert die kritische Art der Analogstromkreise, daß sie für die Tätigkeit in einem verhältnismäßig schmalen Abtastgeschwindigkeitsbereich eingestellt werden. Infolgedessen kann eine große Zahl von Materialien auf der gleichen Maschine nicht genau bearbeitet werden.

Beim Abtasten eines Modells in drei Dimensionen wählt man im allgemeinen eine Ebene aus, die parallel zu der Koordinatenebene verläuft, und tastet die Kontur des Modells in dieser Ebene ab. Durch lineare Verschiebung um eine kleine Wegstrecke längs der Achse, die senkrecht zu der Abtastebene liegt, wird eine neue Abtastebene bestimmt, die neben und parallel zu der ersten Ebene liegt. In der neuen Ebene wird die Kontur des Modells abgetastet. In Fällen, in denen sich Änderungen in der Kontur des Modells auf zwei Dimensionen beschränken, wie z. B. bei einem Zylinder, ist dieses Verfahren ausreichend. Falls sich jedoch die Kontur in drei Dimensionen verändert, wie z. B. bei einer Halbkugel, entsteht ein beträchtlicher Fehler. Falls die erste Suchebene bei einer Halbkugel durch deren Mittellinie durchtritt, wird der Abtastfinger nur in der Tastebene selbst, d. h. in zwei Dimensionen, ausgclenkt. Sich anschließende parallele Tastebenen führen zu neuen Fehlern. Da eine Halbkugel, wenn man sich von ihrer Mittellinie entfernt, in allen Richtungen abfällt, während sich der Abtastfinger in einer bestimmten Ebene über sie bewegt, wird nicht nur der Abtastfinger in der Abtastebene abgelenkt, sondern er wird auch etwas in Richtung des Vorschubss ausgelenkt. Wenn die Suchebenen näher und näher an die Kante des Modells herangeführt werden, wird diese Auslenkung größer und größer. Es ist gerade die Auslenkung in dieser dritten Achse, die zu Abtustfehlern führt. Eine bekannte Steueranordnung (USA.-Patentschrift 3 128 657) neigt insbesondere zu diesen Fehlern, da sie ein auf zwei Achsen beschränktes Abtastsystem aufweist.

Bekannt ist eine weitere Schaltungsanordnung, die das gesamte Abtastfehlersignal verwendet und die wirklichen Fehlersignale, die in der ausgewählten