Устройство для программного управления следящим перемещением по ведущему перемещению Советский патент 1984 года по МПК G05B19/18 

тей оси 24, связанного управляющим входом с управляю1чими входами первого и четвертого блоков памяти 6, 18 и с третьим управляклцим выходом блока программ 1, подключенного четвертым управляга им выходом к вхрд5

датчика перемещения 3, а четвертым, пятым и шестым инфopмaциoнны / и выходами к вторым входам соответственно второго, третьего блоков памяти to, 21 и входу привода 2 ведущей си.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ СЛЕДЯЩИМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ПО ВЕДУЩЕМУ ПЕРЕМЕЩЕНИЮ, содержащее привод 2 ведущей оси, механически связанный с датчиком 3 перемещения, привод 24 Следящей оси, узел умножения 16, блок 1 программ, о т л ич а ю гт е е с я тем, что в него введены первый, второй,, третий и четвертый блоки памяти 6, 10, 21, 18 реверсивный счетчик 15 импульсов, первый и второй пороговый элементы 12, 11, первый и второй блоки сравнения 7,8, первый и второй блоки фиксации дискретных значений 5, 23, мультиплексор 14, первый, второй, третий инверторы 9, 22, 19, блок вентилей 20, первый сумматор 17, элемент НЕ-ИЛИ 13 и второй cy 1мaтop 4, подключенный первым входом к выходу датчика 2 перемещения, вторым входом - к первому информационному выходу блока программ 1, третьим входом - к выходу первого блока Памяти 6, а выходом - к инФормационному входу первого блока фиксации дискретных значений 5, соединенного управляющим входом с первым управляющим выходом блока программ 1, а выходом - с входом первого порогового элемента 12, с пепвьтм информационным входом мультиплексора 14, с. первыми входами первого и второго блоков сравнения 7,8, подключенных вторыми входами соответственно через первыП инвертор 9 и непосредственно к выходу второго блока памяти 10, а выходами соответственно к второму информационному входу мультиплексора 14, к входу второго порогового элемента 11 и к третьему информационному входу мультиплексора 14, связанного первым управляющим входом с выходом элемента НЕИЛИ 13 вторым управляющим входом с первым входом элемента НЕ-илИ 13, с выходом второго порогового элемента 11, с суммирующим входом реверсивного счетчика импульсов 15 и i с первым управляющим входом блока вентилей 20, третьим управляющим (Л С входом - с выходом первого порогового элемента 12, с вычитающим входом реверсивного счетчика импульсов 15, с вторым входом элемента НЕИЛИ 13 и вторым управляющим входом блока вентилей 20, а выходом - с информационным входом первого блока памяти бис первым входом узла умножения 16, подключенного вторым со входом к второму информационному со ISD Bt-тходу блока программ 1 и счетному входу реверсивного счетчика импульсов и первым входом второго и третье го блоков памяти 10, 21, третьим входом - к третьему информационному выходу блока программ 1, а выходом ;к информационному входу четвертогр блока памяти 18 и к первому входу первого сумматора 17, соединенного вторым входом с выходом блока вентилей 20, третьим входом через третий инвертор 19 - с выходом четвертого блока памяти 18, а выходом - с информационным входом второго блока фиксации 23, подключенного управляющим входом ко второму управляшпему выходу блока программ 1, выходом к информационному входу привода

1

Изобретение относится к схеме , управления следящим перемещением по ведущему перемещению с приводом ведущей оси и сопряженным с ней датчиком, а также с приводом следящей оси, с применением схемы умножения для формирования заданных значений следящего перемещения из выходных величин, выдаваемых датчиком, и заданного коэффициента перевода, преимущественно для зависимых друг от друга, создаваемых отдельными приводами движений инструмента (детали на станках, в частности на зубофрезерных станках обкатного типа ).

Известны устройства управления для получения заданного значения следящего перемещения в зависимости от значения ведущего перемещения при заданном отношении приращения следящего перемещения. В основу все этих устройств положено требование использовать отдельные двигатели для ведущего и следящего приводов и создать желаемое передаточное отношение между ведущим и следящим приводами с помощью электронной схетиы таким образом, чтобы обеспечить принудительное движение обоих приводов и в случае их нагрузки. Данные устройства в чисто инкрементальном режиме формируют соответствующее приращение заданного значения следящего перемещения из пройденного ведущего перемещения, регистрируя приращения направляющего перемещения инкрементным датчиком и вводя их в электронную схему.

Один из вариантов электронных схем использует делители для получения заданного значения следукнцего перемещения.

Недостаток данного устройства заключается в том, что в нем не могут быть реализованы все отнЬшения приращения следящего перемещения и таким образом все числа зубьев. Есл в электронной схеме такого рода применяются делители и умножители, то все отношения приращения следящего перемещения могут быть реализованы с достаточно высокой точностью при соответствующей высокой степени слоности электронной схемы,(патент

ФРГ I 1438932, кл. 49 d 5/22, 1963).

,При ВЫСОКОЙ разрешающей способности измерительного датчика ведущей оси, высоких рабочих скоростях больших 5 скоростях перестановки ведущей оси)

,и отношениях приращения следящего перемещения, которые в дробном представлении выражаются относительно большими целыми числами, требуется 10 нереализуемое быстродействие делителей и умножителей. Поэтому при применении электронных схем данного типа приходится отказываться или от высокой разрешающей способности из5 мерительногодатчика, или от высоких скоростей перестановки.

Кроме того, если ставится.требование обеспечения работы ведущего и следящего приводов в заданном отно0 шении зависимости и при изменении направления, необходимо более, чем вдвое, усложнить электронную схему.

Известна также электронная схема

5 формирования приращения следящего перемещения {хозяйственныйпатент ГДР № 90919, кл. В 23 F 5/00. 1970), которая работает таким образом, что к каждому входному приращению ве0 дущего перемещения прибавляется соотбетствующее приращение следящего перемещения, которое численно равно ; отношению приращения следящего перемещения, и целые приращения передаются в качестве приращенкг пере мещения на привод следящей оси, в то время как дробный остаток при следующем входном приращении ведущего перемещения прибавляется к следующему приращению следящего пере0 мещения. При каждом сложении возникает погрешность следящего перемещения, которая будет тем меньше, чем большеберется число разрядов отношения приращения следящего пе5 ремещения после запятой, т.е. чем меньше ошибка округления. Ошибка округления складываешься с каждым входным импульсом ведущего перемещения, поэтому при сохранении в те0 чение длительного времени принудительной синхронизации следящего и ведущего-приводов, например, при фрезеровании зубчатых колес по методу обкатки погрешности перемещения быстро возрастают до недопустимых. При данном способе регулирования (следящих приводов необходимо, несмотря на высокое внутреннее число разрядов, через определенные промежутки времени зануление меящу ведущей осью (осью инструмента) и сле дящей осью (осью детали). Путем зануления ведущие и следящие оси приводятся в определенные исходные положения относительно друг друга. Однако в связи с округлением чисел возникает систематическая погрешность следящего перемещения, котора при,применении этого устройства для Фрезерования зубчатых колес по мето ду обкатки сказывается прежде всего в виде погрешности направления зубьев и в меньщей мере в виде погрешности равномерного распределения зубьев. Вследствие необходимого для расчетных операций округление приращения следящего перемещения должно также. Обрываться при определенном заданном числе разрядов после запятой и тем самым округляться. Таким обра зом, чем больше повышается разрешающая способность измерительнрго дат чика ведущей оси для реализации тре буемой точности углового перемещения и постоянства следящего перемещения , тем больше увеличивается погрешность следящего перемео1ения ,так .как для одинакового проходимого отрезка следящего пере 1етения осуществляется большее количество расчет ных операций, и при каждой расчетно операции в результате входит погреш ность округления. I . Кроме того, для соблюдения установленного допуска направления зуба необходимо задавать отношение приращения следящего перемещения с соответствующим числом разрядов, т.е. с соответствующей высокой точностью, что приводит к выполнению трудоемких операций сложения в истинном масштабе времени. При этом частота операций сложения изменяется в соответствии с рабочей скоростью (скоростью ведущего и следящегй приводов а именно,высокие рабочие скорости требуют высоких частот опе ций сложения.Чтобы исключить неблаг приятные изменения частот операций сложения и получить постоянную частоту операций сложения,, необходиМО сложное согласование разрешающей способности измерительного датчика ведущей оси с числом оборотов инструмента (с числом оборотов червячной фрезы при фрезеровании зубчатых колес по методу обкатки|. Цель изобретения - обеспечение управления следящим перемещением по ведущему перемещению с более высокой точностью при высоких скоростях ведущего и следящего приводов при одновременном снижении затрат на электронные схемы.В основу изобретения положена задача создать схему для управления следящим перемещением по ведущему перемещению с приводом ведугцей оси и с сопряженным с ним путевым датчиком, а также с приводом следящей оси, с применением схемы умножения для формирования заданных значений следящего перемещения из выходных значений путевого датчика и заданного коэффициента перевода, преимущественно для зависимьлх друг от друга, создаваемых отдельными приводами движений инструмента и детали на станках, в частности на зубофрезерных станках обкатного типа, которая несмотря на произвольно большие ведущие перемещения и при их произвольно часто меняющемся направлении исключает при формировании следящего перемещения накопление его погрешности в зависимости от пройденного ведущего перемещения,и с помощью которой может быть реализавана любая разрешающая способность измерительного датчика независимо от скорости ведущего привода. Кроме того, должно быть обеспечено неизменное время выборки, поскольку это является наиболее оптимальным для систем управления с микропроцессором и индуктивными устройствами измерения перемещения (например, indukto syn). Внутреннее число разрядов должно оставаться небольшим с тем, чтобы уменьшить число расчетных операций и упростить электронные схемы. Согласно изобретению задача решается тем, что предусматриваются адресуемое запоминающее устройство для интервалов ведущего перемещения, адресуемое запоминающее устройство для соответствующих интервалов.следящего перемещения и адресуемое запоминающее устройство для округленного коэффициента перевода, приданного. . соответствуняцим друг другу парам интервальных отрезков .ведущего и следящего перемещений, причем сопряженные ячейки памяти всех запоминающих устройств сщресуются счетчиком импульсов (интервалов). Вход суммирующего (прямого) счета реверсивного счетчика импульсов (интервалов) подключен через второй пороговый элемент к выходу первого блока сравнения, первый вход которого связан с первым входом второго блока сравнения и соединен через первый блок фиксации дискретных значений с первым сумматором, включенным за изморнтельным устройством. Сигнал с вы:.иваемой ячейки памяти интервалов ведущего перемещения подается на второй вход первого блока сравнения с отрицательным знаком, а на второй вход второго блока сравнения с положительным знаком. Кроме того,вычитаквдий вход (обратного счетй ) реверсивного счетчика импульсов (интервалов ) подключен через первый пороговый элемент и первый блок фиксации к выходу первого сумматора.

Выход первого и второго блоков сравнения, а также выход первого сумматора связаны через управляемый первым и вторым пороговыми элементами мультиплексор с блоком умножения и первым блоком памяти, выход которго соединен с третьим входом первого сумматора. Выход блока умножения связан с вторым сумматором и четвертым блоком памяти, причем на второй вход второго сумматора подключен третий : блок памяти для интервалов следягцего перемещения через управляемую пороговыми элементами блок вентилей, а на третий вход - сигнал с выхода четвертого блока памяти с отрицательным знаком. Выход второго сумматора связан через второй блок фиксации с входом заданного значения привода следящей оси.

Пример осуществления изобретения

На фиг.1 представлена структурная схема управления следяр им перемещением; на фиг.2 - внутренняя структура блока умножения 16.

Блок программ 1 предусмотрен для координации отдельных частей cxeiwH Управления следящим перемещением в установленной временной последовательности . Привод ведущей оси 2 механически сопряжен с датчиком 3 перемещения. Электрический выход датчика 3 соединен с входом второго сумматора 4, на выход которого подключен блок фиксации дискретных значений 5. Второй сумматор 4 имеет два других входа, один из которых связан с блоком программ 1 с целью наладки и калибровки, а второй - с блоком памяти б достигнутого относительного ведущего перемещения. Выход блока фиксации дискретных значений 5 связан с первым блоком сравнения 7 и вторым блоком сравнения 8. Первый блок сравнения 7 через инвертор 9, а второй блок сравнения 8 непосредственно связаны с вторым блоком памяти 10 для интервалов ведущего перемещения. Выход первого блока сравнения 7 соединен с вторым пороговым элементом 11, а выход блока фиксации дискретных значений 5 - с первым пороговым элементом 12. Оба пороговых элемента 11, 12 связаны с элементом НЕ-ИЛИ 13, выход которого как и пряглые выходы обоих пороговых элементов 11, 12 связан с мультиплексором

14,Счетчик импульсов (интервалов)

15,включающий ячейки-памяти в запоминающих устройствах на вывод в соответствии с номерюм интервала, присоединен по суммирующему входу (прямого счета) к выходу первого порогового элемента 11, а по вычитающему входу (обратного счета) - к выходу второго порогового элемента 12. Мультиплексор 14 имеет три входа, которы могут по выбору подключатьмя на блок умножения 16. При этом возможно включение на вход блока умножения 16 выхода первого блока сравнения 7 через мультиплексор 14, управляемый

в случае этой связи с выхода порогового элемента 11. На вход блока умножения 16 может включаться также выход второго блока сравнения 8 через мультиплексор 14, управляемый в данном случае с выхода порогового элемента 12. Кроме того, вход блока умножения 16 может соединяться с выз4одом блока фиксации дискретных значений 5 через мультиплексор 14, который в этом случае управляется с выхода элемента НЕ-ИЛИ 13. Выход блока умножения 16 -соединен с входом первого сумматора 17 и блоком памяти 18, выход которого через инвертор 19 подключен к другому входу первого сумматора 17. Третий вход сумматора 17 связан через блок вентилей 20 с блоком памяти 21 для интервалов следящего перемещения. Блок вентилей 20 имеет два взаимоисключающих направления пропускания, из которых одно может быть представлено непосредственным соединением блока памяти 21 с ре первым сумматором 17 и управление которым осуществляется с выхода порогового элемента 11. Второе направление пропускания от блока памяти 21 .к сумматору 17, в котором промежу1 точно включен инвертор 22, управляется с выхода порогового элемента 12.

Сигнал с выхода сумматора 17 подается через блок Фиксации дисгретных значений 23 на вход заданного значения приращения привода следящей оси 24.

Блок умножения 16 (фиг.21 состоит из адресуемого счетчиком интервалов 15 запоминающего устройства 25, в памяти, которого содержатся коэффициенты перевода, приданные интервалам.

Выход запоминающего устройства

25связан с собственным умножителем

26по входу множителя, а выход мультиплексора 14 подключен на умножитель 26 по входу множимого. Произведение с выхода умножителя 26 подается на звено округления 27, также находящееся в блоке умножения 16.

Блоки памяти 10 и 18 для интервалов ведущего и следядего переметения, а также запоминающее устройство 25 для запоминания коэффициентов перевода для записи соответствующих величин связаны с блоком программ 1. Измерительный датчик 3, первый блок фиксации дискретных значений 5, первый блок памяти 6, блок умножения 16, четвертый блок памяти 18, второй блок фиксации дискретных значений 23 и привод следящей оси 24 также связаны с блоком программ 1.

Устройство работает следукичйм образом.

Блок программ 1 вырабатывает в ритме времени выборки последовательные тактовые сигналы запроса для управления перечисленными выше элементами схемы. Привод ведущей оси 2, работающий с любой заранее заданной скоростью, приводит в действие измерительный датчик 3, который выдает на сумматор 4 пройденный с момента последней выборки путь. Величина, полученная в результате суммирования, фиксируется блоком Ликсации дискретных значений 5 и сравнивается в первом блоке сравнения 7 с отрицательным значением интервала ведущего перемещения в блоке памяти 10. В случае превышения предельного значения интервала ведущего перемещения добавленное значение ведущего перемещения для случая движения привода ведущей оси 2 вперед уменьшается на значение интервала ведущего перемещения из памяти 10 до нового относительного значения ведущего перемещения, которое выдается теперь блоком сравнения .7.

Изменение знака на выходе блока сравнения 7 при превышении границы интервала вперед приводит к переключению порогового элемента 11, который соединяет выход блока сравнения 7 с блоком умножения 16 и блоком памяти 6. Таким образом, от относительного значения ведущего перемещения, подаваемого до сих пор от блока фиксации 5 через активированную элементом НЕ-НЛИ 13 ветвь мультиплексора 14 в блоке умножения 16, отсчитываемого от начала предыдущего интервала, отнимается значение интервала ведуучего перемещения, записанное в памяти, так что новое относительное значение ведущего перемегчения, отсчитывается от начала нового интервала. Кроме того, пороговый элемент 11 закрывает блок вентилей

20в ветви, которая передает на сумматор 17 записанную в блоке памяти

21величину интервала следящего перемещения, отнесенную к нарушенной границе интервала, и таким образом следящее переме ение увеличивается. Пороговый элемент 11 повЕ-иает содержание счетчика импульсов (интервалов ) 15 на единицу.

При каждом измерении актуальное относительное значение ведущего перемещения фиксируется в блоке памяти 6 и учитывается для продолжения, ведущего перемещения, т.е. суммируется с выходным значением измерительного датчика 3 в первом сумматоре 4 .

БЛОК умножения 16 определяет по 0 существу в данное время относительному значению ведущего перемещения с учетом коэффициента перерода, вызванного счетчиком {интервалов/ 15, округленное относительное знас чение следящего перемещения, которое возрастает от выборки.к выборке при движении вперед привода ведуттгей оси 2. По актуальному относительному значению следящего перемещения и округленному относительному значению

следящего перемещения, промежуточно запомненному при предыдущей выборке, а также по значению отрезка следящего пере1 ющения, вызванному из блока памяти 21 при превышении границы

интервала, определяется приращение следящего перемещения и подается на привод следящей оси 24. При каждой выборке округленное значение следящего перемещения, установленное

0 блоком умножения 16, фиксируется в блоке памяти 18. В случае движения привода ведущей оси 2 вперед значение ведущего перемещения,, пройденного в обратном направлении, т.е.

5 уменьшенное ведущее перемещение, добавляется во втором блоке сравнения 8 к зафиксированному значению отрезка ведущего перемещения. Если уменьшенное веду111ее перемещение оказывает0 ся равным нулю или меньше нуля, то срабатывает пороговый элемент 12, который уменьшает содержание счетчика (интервалов) 15 на единицу. Одновременно выходной сигнал блока

5 сравнения 8 через ветвь мультиплексора активированную пороговым элементом 12, подается на блок умножения 16 и обрабатывается там таким же образом, как это было описано для

Q направления движения вперед. Кроме того, пороговый элемент 12 закрывает блок вентилей 20.в той ветви мультиплексора, которая подает величину отрезка следящего перемещения,

с записанную в блоке памяти 21, через инвертор 22 на сумматор 17 и тем самым уменьшает относительное следящее перемещение на значение отрезка следящего перемещения,- заЛиксированное в памяти, относящееся к нарушен0 ной границе интервала. В су маторе 17 определяется приращение следящего перемещения в зависимости от цикла выборки и через блок фиксации 23 подается на привод следящей оси

5 24. В пределах интервала приращение I слелящего перемещения получается как разность путем сложения зафикси рованного в промежуточной памяти значения следящего перемещения для предыдущего цикла выборки с отрицательным знаком (инвертор 19) о акту альным относительным значением следящего перемещения. В случае превышения границы интервала соответствукидая зафиксированная в памяти ве личина отрезка следящего перемещения учитывается.при определении приращения следящего перемещения в сумматоре 17 путем добавления ее при движении вперед с положительным знаком, а при движении назад - с отрицательным знаком (управление от блока вентилей 20). Вследствие этого в пределах периода выборки требуются лииш очень простые операции умножения с округленными величинами для формирования заданного значе ния следящего перемещения из значения ведущего перемещения, которые поэтому выполняются За кратчайшее время. Формируемое заданное значение следящего перемещения не, может привести в пределах интервала к какой-либо накапливающейся ошибке позиционирования привода следящей оси 24, так как вследствие формирования разности исключается предыдущая ошибка позиционирования и остаетс только ошибка округления актуального относительного заданного значения следящего перемещения, которая исключается вследствие формирования разности в сочетании с соответствую щим зафиксированным в памяти значением отрезка следящего перемещения. Абсолютно точное значение следящего переме дения получашось бы всегда в том случае, если бы момент измере ния совпадал с достижением границы интервала, так как тогда У каждой границы интервала погрешность задан ного значения следящего перемещения обусловленная сЛоимированным округленнь 1 заданным значением следящего перемещения, исключалась бы полностью. В связи с этим принципом незасисимо от пути приводов ведущей и следящей осей устройство, построенное на простых элементах и блоках памяти с незначительным объемом памяти, позволяет выполнять очень точное и непрерывное управление следяйщм перемещением по ведущему перемещению. Сопряженная отработка отрезков ведущего перемещения, так же как и следящего перемещения, обеспечивает сколь угодно длительную и безошибочную синхронизацию при малом числе разрядов в расчетных и запоминающих блоках устройства, что приводит к незначительным затратам. Кроме того, при неизменном времени выборки можно реализовать высокую рабочую скорость инструмента при высокой разрешающей способности измерительного датчика. Устройство согласно изобретению без принятия специальных мер также позволяет реализовать режигФа работы - деление на отдельные части и калибровка, необходимые для зубоЛрезерных станков обкатного типа, задавая от блока 1 при выключенном ведущем приводе 2 имитированные значения приращения ведущего перемещения на сумматоре 4, вследствие чего устройство согласно заданному отношению перевода формирует соответствующее приращение следящего перемещения. Устройство можно также применить для формирования части заданного следящего перемещения, необходимой дополнительно при фрезеровании колес с косыми зубьями по сравнению с колесами с пpя -oaми зубьями. При этом сложение обеих частей следящего перемещения осуществляется в следящем приводе 24.

фаг.2