Копировальное следящее устройство для управления станком Советский патент 1984 года по МПК G05B19/40 

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может быть использовано при изготовлении программ для станков с программным управлением. Известно устройство для управления металлорежущим станком, использующее копировальный прибЪр с тремя датчиками координат, сумматор, вход которого через контакты переключате плоскости копирования соединены с Выходами датчиков координат, а выход через последовательно соединенн преобразователь напряжения и первый усилитель - с первым входом преобра зователя напряжение - фаза, выход которого пбдключен к входам фазовых дискриминаторов, содержащее ключ, второй усилитель, коммутатор и исто ник переменного напряжения с фиксированной фазой, выход которого чере -последовательно соединенные кл1юч и размыкающий контакт коммутатора под ключен к второму входу преобразователя напряжение -фаза, к которому через эакыкающий контакт коммутатора подключен выход сумма topa, приче выходы второго усилителя соединены с выходами датчиков координат, а . выход - к входу коммутатора. При относительном перемещении копира и копировального прибора в его датчиках вырабатываются сигналы, пропорциональные отклонению пальца и зависящие от утла копирования, которые подаются на сумматор, где производится геометрическое суммирование сигналов. Фаза выходного напряжения сумматора является функцией угла копирования, -а амплитуда выходного напряжения сумматора , пропорциональна отклонению пальца копировального прибора по нормали к поверхности копира. При отсутстви ошибки копирования входной сигнал преобразователя напряжение - фаза имеет постоянную амплитуду, а фаза пропорциональна углу копирования. Далее выходной сигнал преобразовате поступает на входы фазовых дискрими наторов , которые вырабатывают сигна для управления приводами подач по соответствующим координа.там. При от рыве пальца копировального прибора от копира выходное напряжение датчи ков становится равным нулю и информация об относительном расположении копира и копировального прибора (и о форме копира теряется. В этом случае необходимо автоматически ост навливать станок, чтобы исключить произвольное движение его рабочих органов. Обычно отрыв пальца от копира происходит вследствие неправильного выбора режима или неисправ ности системы. Однако при изготовле нии острых кромок штампов OTI%IB пальца от копира неизбежен 1 . Недостатком данного устройства является потеря информации об относительном положении копира и копировального прибора (и о форме копира при отрыве пальца от копира. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является следящая система для станков с программным управлением, использующая копировальный прибор и в каждом канале управления последовательно соединенные блок измерения, блок управления и привод, содержащая первый генератор импульсов, последовательно соединенные коммутатор и второй генератор импульсов и в каждом канале управления формирователь импульсов, причем вход первого генератора импульсов соединен с вторым выходом коммутатора и в каждом канале управления первый выход блока измерения подключен к первому входу формирователя импульсов и к соответствующему первому входу коммутатора, второй выход - к соответствующему второму входу коммутатора, второй вход формирователя импульсов соединен с выходом первого генератора импульсов, третий и четвертый входы - с третьим и четвертым выходами блока измерения, второй вход блока управления подсоединен к выходу второго генератора импульсов, а третий вход - к выходу формирователя импульсов другого канала. В следящей системе электрод копировального прибора выдает информацию, о степени приближения к поверхности копира в виде напряжения, линейно-зависящего от расстояния между .- электродом копировального прибора и копиром. Это напряжение через коммутатор подается на генераторы импульсов, которые преобразуют входное напряжение блоков измерения в переменное напряжение с частотой, пропорциональной величине электроразрядного промежут- . ка, которое затем подается на вход формирователей импульсов, где импульсы формируются по амплитуде, длительности и полярности на основании команд, полученных от блока измерения и подаются в блоки управления, в которых на основании команд, полученных от блоков измерения, формируется сигнал на управление приводами по соответствующему режиму работы Г21. . Недостатками известной системы являются наличие рывков приводов подач в момент переключения режима работы следящей системы при обкатке острых углов и замкнутых контуров, обусловленных несовпадением частот переключаемых генераторов, приводящих к увеличению динамической погрешности, и потеря информации о форме копируемой поверхности в

.случае отрыва электроразрядного датчика от копира.

Цель изобретения - повьииение точности копирования устройства..

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления станком, содержащее электрораэрядный датчик, измерительный блок, коммутатор и для каждой координаты управления управляемый генератор частоты, блок управления приводом по координатам, первый вход управляемого генератора частоты подключе к соответствующему выходу сумматора введены защатчик напряжения, формирователь сигналов направления ошибки слежения, блок защиты, реле и формирователь управляющих сигналов, первыми входами подключенныйк первым выходам задатчика напряжений вторым входом - к выходу измерительного блока и к первому входу блока защиты, nepBfciM выходом - к первому входу сумматора, вторым выходом - к управляющему входу коммутатора, выходы которого соединены с входами блоков управления приводами по координатам, а информационные входы через реле - с выходами управляемых генераторов частоты, вторые входы которых подключены к первому выходу блока защиты, соединенного вторым выходом с реле, а вторым входом с вторым выходом згшатчика напряжений , третий выход которого подключе к первому входу формирователя сигналов направления ошибки слежения/ выход которого соединен с вторым входом сумматора, а второй вход с выходом измерительного блока.

Кроме того, блок защиты содержит пороговый элемент, выполненный по схеме триггера Шмитта, соединенный через элемент задержки с выходом блока защиты, входы которого подключены к входам порогового элемента, выход которого соединен с первым выходом блока защиты.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемой следящей системы на фиг. 2 - пример обхода контура копируемой поверхности; на фиг.З структурная схема блока защиты; на фиг. 4 - структурная схема формирователя управляющих сигналов; на фиг. 5 - структурная схема анализатора входного воздействия; на фиг. 6 - структурная схема анализатора экстремальных значений; на фиг. 7 - формирование ошибки слежения в процессе копнрования.

Функциональная схема устройства фиг. 1 содержит электроразрядный датчик 1 копировального прибора, измерительный блок 2, формирователь 3 сигнала направления ошибки слежения, задатчик 4 напряжений, формирователь 5 управляющих сигналов.

сумматор 6, управляемые генераторы 7 и 8 частоты, реле 9, коммутатор 10, блок 11 управления приводами по координатам, в который входит блок импульсно-фазовых преобразователей 12 и 13 по координатам и

и блок 14 тиристорных преобразователей, электроприводы подач стакана 15 и блок 16 защиты.

Формирователь 3 сигнала направле0 ния ошибки слежения образует канал точного слежения за величиной и напряжением ошибки слежения и выполнен в виде триггера Шмитта с двумя двухпапярными выходами напря5 жения постоянного тока.

Формирователь (З управляющих сигналов фиг. 4 образует канал слежения за величиной текущего угла копирования оСц и содержит анализатор.17 входного воздействия, первое реле 18, запоминающийблок

19,в который входит автогенератор

20,накопительный конденсатор 21, пороговый элемент 22, эмиттерный

повторитель 23 и выходной конденса тор 24, анализатор 25 экстремальных значений, второе реле 26, реверсивный счетчик 27, дешифратор 28 сигналов управления. Анализатор 17 входного воздействия фиг. 5 содержит

0 пороговые элементы 29 и 30, выполненные, например, по триггера 1Ш№тта, и логические элементы И-НЕ 31 и 32. Анализатор экстремальных значений фиг. 6 содержит пороговые

5 элементы 33 и 34, выполненные по

схеме триггера Шмитта, и формирова-. тели 35 и 36 счетных импульсов, выполненные по схеме одновиоратора. Блок 16 защиты фиг. 3 содержит

0 пороговый элемент 37, выполненный по схеме триггера ПЫнтта, и элемент 38 задержки.

В предложенном устройстве функционируют и$ - выходное напряжение

5 измерительного блока 2, riponopUHOнально величине электроразрядного промежутка; и8о - напряжение задатчика 4 устанавливающее величину начального рассогласования So НЕБ

0 ew - напряжения задатчика 4, устанавливающие точность слежения за изменением величины ошибки слежения; Ijma и U mirt- напряжения задатчика 4, устанавливающие область огранис чения экстремальных значений контролируемого параметра, т.е. величину угла копирования«к; Иц- напряжение выхода решающего устройства, являющееся функцией текущего угла копирования; N(; - сигнал коммутатору 10

0 на переключение входов импульснофазовых преобразователей 12 и 13 блока 11 управления приводами по координатам станка; te - напряжение Э 1датчика 4, ограничивающее опасную5 зону работы электроразрядного датчиКЗ} Идс - напряжение, пропоруиональное направлению ошибки слежения;

и„ и Uy ,fx ,Ч)х и qY -напряжение, частота и фазовый сдвиг, пропорциональные величине текущего угла копированиями , а следовательно, скорости перемещения по координатам X иЧ. Сумматор 6 «выполнен в виде двух последовательно включенных операционных усилителей с противофазными выходными напряжениями

УХ и и V , т.е. если выходное напряжение UK у первого усилителя минимальное, то у второго максимальное.

Копировальное следящее устройств для управления станком работает следующим образом.

, Электроразрядный датчик 1 копировального прибора, перемещаясь вдоль копируемой поверхности на расстоянии равном величине начального рассогласвания SQ , выдает информацию о степени приближения к поверхности копира через измерительный блок 2 на входы формирователя 3 сигнал а направления ошибки слежения, формирователь 5 уп равляющих сигналов и блока 16 защиты в виде напряжения постоянного тока

и§ , пропорционального величине электроразЬядного промежутка. Формирователь 3 путем сравнения величины напряжения Ug с установленным в задатчике 4 напряжением и5,,анализирует величину и направление ошибки слежеНИН и формирует на выходе сигнал в виде двухполярного напряжения постоянного тока соответствующего направлению отклонения датчика от начального рассогласования 5о. Формирователь 3 следит за изменением напряжения llg в пределах допуска Л,оп Если в процессе слежения фиг. 2 , расстояние между электроразрядным датчиком и копиром увеличится, то пропорционально ему увеличится напряжение Ug и при |g и gj сработает триггер Шмитта формирователя 3. На его выходе сформируется сигнал Ujf; положительной полярности, длительностью воздейстВИЯ на первый вход сумматора 6 пропорциональный величине ошибки слежения .

Напряжение Ujg , суммируясь с напряжением U , приходящим на второй вход сумматора 6, увеличивает его выходное напряжение U и пропорционально уменьшает Ц . Это приводит к увеличению скорости подач по координате X и уменьшению по координате

Y .вследствие чего датчик возвращается на линию начального рассогласования 8о и уменьшается ошибка слежеЕсли расстояние между датчиком и копиром уменьшается, напряжение уменьшается пропорционально ему,

на выходе формирователя 3 сформируется сигнал Ui отрицательной полярности и длительностью, пропорциональной величине ошибки слежения 6 Напряжение вычитается из 1|к , в результате чего выходное напряжение и, уменьшается, а Uy увеличивается. Это равносильно торможению по координате X и ускорению по координате Y и направлено на уменьшение ошибки слежения С . Формирователь 5 управляющих сигналов путем сравнения напряжения Llj с заданным по точности копирования в задатчике 4 напряжением U и , анализом результатов сравнения и запоминанием на неограниченное время результатов анализа, выдает напряжение Иц как функцию текущего ., угла копирования об к на сумматор 6, где суммируется с напряжением Ид. Результатом суммирования являются напряжения И) и И( , пропорциональные скорости перемещения по координатам К и Y , которые затем подаются на входы управляемых генераторов 7 и 8, частоты tj и Ivj которых проходя через размыкающие контакты реле 9 защиты, поступают на вход коммутатора 10.

Здесь на основании команды N , полученной от формирователя 5 управляющих сигналов при определении наличия экстремальной точки на копируемой поверхности путем сравнения напряжения Иц с заданными в эадатчик 4 напряжениями Lljmax и 0, , происходит подключение -выходов генераторов 7 и 8 частоты к соответствующему по режиму слежения суммирующему (+) или вычитающему (-J входу импульсно-фазовых преобразователей 12 и 13 блока 11 управления приводами . Преобразователи 12 и 13 Преобразуют частоту i J, и Ц в соответствукяций по величине фазовый сдвиг Ч иСру , который через блок 14 тиристорных преобразователей воздействует на приводы подач стакана 15, уменьшая ошибку слежения 6 .

Ошибка слежения образуется вследствие отклонения фактической скорости слежения Vg от направления по касательной к копиру и равна Ettirv dt , гдеУяЛ)У«ьС - проекция вектора на нормаль ° к поверхности копира (фиг, 7), Очевидно, 4ToVN(l)V)(tt)3in«ic(tby jUlce6 iU Ux((iK(t)-U,jtt1coS K(i;l VcWsi iQ(t)UK(t)gine( где Vt и Vjj - скорость перемещения по д оординатам X и Y ; U« .Uy - напряже-. ния на выходе сумматора ; Кц - напряжение на выходе рещающего устройства S-otici 1с - ошибка копировальной системы; о(,к - угол копирования, образованный касательной к профилю по отношению к оси X ; (с - угол фактического вектора скорости V по отношению к оси X . Основное требование к следящей системе e(U доп Допуск емая ошибка слежения выбирае ся из условия точности копирования и ограничивается напряжениями и Uj; . В установившемся режиме копирова ния, когда крутизна копируемой поверхности постоянна точка . 2 величина ошибки 6доп , все узлы следящей системы находятся в устойчивом состоянии, Для формирователя 5 llj, UB Ugg и на выходах Б иМ анализатора 17 (фиг. 4 высокий потен циал. Напряжение И , на выходе запоминающего блока 19 пропорционально углу копирования оСц и находится в пределах Ujm;n U,u,a ; на выходах С+ и (-) анализатора 25 нет счетных импульсов, а состояние реверсив ного счетчика 27 и дешифратора 28 соответствует режиму работы в четвертом квадранте плоскости 1 и V . Напряжение Иц суммируется с напряжением в сумматоре 6, выходные напряжения И |( и Иу которого управляют генераторами 7 и 8, частота f jt и fY которых, проходя через коммутатор 10, поступает на вычитающие входы импульсно-фазовых преобразо)вателей 12 и 13. Величина и направление их фазового сдвига Q, и cfy определяют скорость и направление перемещения приводов подач стакана 15. Крутизна поверхности(фиг. 2) имеет экстремальную точку Ь , в кото рой Направление перемещения по коор динате Ij изменяется на противополож ное, соответствующее режиму работы в третьем квадранте плоскости X и. Уменьшение «к при обкатке угла вызыв ет увеличение ошибка Е вследствие з паздывания следящей системы. Рассто ние между электроразрядным датчиком и копиром увеличивается, пропорционально ему увеличивается напряжение Uj и прии Ж срабатывает пороговый элемент 29 анализатора 17, который высоким потенциалом на выходе переводит выход элемента И-НЕ 31, в нул вое состояние. Обусловленное этим Низкое сопротивление выхода 6 включает через размыкающие контакты реле 18 пороговый элемент 22 по вхо ду Б , которое повышает напряжение порога срабатывания путем увеличени амплитуды напряжения генератора 20 на накопительном конденсаторе 21. В результате увеличивается ток подзаряда конденсатора 24 чере.з эмиттерный повторитель 23, повышает ся напряжение И. Увеличение И воздействует через сумматор б, генерат ры 7 и 8, коммутатор 1C на входы импульсно-фазовых преобразователей 12 и 13, у которых величина фазовог сдвига по координате X увеличивается, а по координате уменьшается. Пропорционально фазовому сдвигу изменяются скорости подач стакана 15. Это приводит к изменению направления вектора результирующей скорости с в сторону уменьшения расстояния между датчиком 1 копировального прибора, и копиром. Ошибка Е уменьшает-ся, уменьшается напряжение Uj , которое при UsUjg выключает пороговый элемент 29(фиг. 5), его низкий выходной потенциал переводит выход элемента И-НЕ 31 единичное состояние, его высокое выходное сопротивление выключает пороговое устройство 22, которое запоминает уровень выходного напряжения И на конденсаторе 24 как уровень его порогового напряжения. Аналогичная картина происходит до тех пор, пока датчик не выйдет в экстремальную точку 8 , в которой скорость по координате V станет равной нулю, а напряжение Ик близко к напряжению ид„ Дальнейшее перемещение за экстремальную точку увеличивает расстояние между датчиком и копиром, так как наклон поверхности копира имеет острый угол. Напряжение Us увеличивается и при Ug И срабатывает пороговый элемент 29, приводящий к включению порогового элемента 22 по входу Б . Напряжение MX увеличивается и при Ок иэтах пороговый элемент 33 срабатывает фиг. 6 и передним фронтом выходного потенциала запускает формирователь 35, на выходе которого формируется короткий импульс, поступающий через размыкакяцие контакты реле 26 на вычитающий счетный вход (- счетчика 27. Состояние счетчика уменьшается на единицу и на выходе дешифратора 12 формируется команда MK коммутатору 10 на переключение входа преобразователя 13 по координате Y с вычитающего С-)на суммирующий С+). В результате перемещения по координате происходит в положительном направлении и без рывков, так как скорость по координате Y в момент переключения равна нулю. Одновременно дешифратор 28 формирует команду на включение реле 18 и 26, которые осуществляют переключение выходов анализаторов 17 и 25 к разноименным входам, т.е. выход Б анализатора 17 подключается замыкающими контактами реле 18 по входу М порогового элемента 22 и т.д. В результате низкое сопротивление по входу М уменьшает напряжение И , которое при И ,д ыключает пороговый элемент 33, уменьшает величину фазового сдвига, а следовательно, и скорость по координате X и увеличивает по Y . Расстояние между датчиком и копиром уменьшается, уменьшает ся напряжение Us и при выклю чается пороговый элемент 29, которы переводит выход Б элемента 31 в единичное состояние. Высокое сопротивление по входу W порогового элемента 22 выключает его и на выходе формирователя управляющих сигналов 5 запоминается напряжение Иц, пропо циональное найденному углу, и сохра няется неизменным до изменения наклона поверхности копира. Поверхность копира фиг. 2 имеет экстремальную точку с ,копирование из которой производится в четвертом квадранте. В точке скорость по координате равна нулю, а Л к близко к Ufnigij . Дальнейшее перемещение за эстремальную точку уменьшает расстояние между датчиком и копиром. Напряжение llg уменьшается и срабатывает пороговый элемент 30, который переводит выход (А элемента 32 в нул:;вое состояние. Низ.кое сопротивление по входу Б в лючает пороговый элемент 22, в результате чего Напряжение И увеличивает-ся и прии|: и-, max срабатыщает пороговый элемент 33, который запускает форми рователь 35. Сформированный импульс по выходу t-), проходя через замыка ющие контакты реле 26, поступает на С+)вход счетчика 27. Состояние счет чика 27 увеличивается на единицу и на выходе дешифратора 28 формируется команда Мц коммутатору 10 на переключение входа преобразователя 13с (+) на (-) . Направление фазового сдвига а следовательно, и перемещения по координате Y производятс в сторону -Y . Одновременно дешифра тор 28 формирует команду на выключение реле 18 и 26 и выходы анализаторов 17 и 25 подключаются к соответствующим входам порогового элемента 22 и счетчика 27. Низкое сопротивление по входу Л уменьшает напряжение И, уменьшается фазовый сдвиг (J, и скорость по координате X , jH увеличивается по Y и при H,i. выключается пороговый элемент 33. Расстояние между датчиком и копиром увеличивается и приО Ug, пороговый элемент 30 выключается, переводя выход М элемента 32 в единичное состояние, пороговый элемент 22 выключается и запоминает напряжение И как функцию текущего угла до следующего его изменения. С целью повышения надежности следящей системы в нее введен блок защиты электроразрядного датчика от случайных поломок. Блок 16 защиты определяет наличие аварийной ситуации в работе следящей системы когда электроразрядный датчик 1 копировального прибора приближается к копиру на расстояние, дальнейшее уменьшение которого может повлечь поломку датчика. При этом напряжение Uf на выходе измерительного блока 2 уменьшается и при срабатывает пороговый элемент 37(фиг. , который вырабатывает сигнал на экстренное уменьшение частоты tx и fу управляемых генераторов 7 и 8 по обеим координатам, а через время задержки, необходимое для снижения скорости подач и устанавливаемое через элемент 38 задержки, подает сигнал на включение реле 9 защиты, которое отключает генераторы 7 и 8 от фазоимпульсных преобразователей 12 и 13. Расширение функциональных возможностей заключается в том, что предлагаемая система может сохранять информацию о форме копируемой поверхности в случае отрыва датчика копировального прибора от копира за счет введения в следящую систему решающего устройства с памятью. Уменьшение динамической погрешности заключается в том, что в предлагаемой системе управление приводами подач по каждой координате производится от индивидуального генератора, а изменение напряжения перемещения производится в экстремальной точке, когда скорость подачи реверсируемой координаты равна нулю. Введение в предлагаему следящую систему формирователя управляющих сигналов, формирователя сигналов направлени ошибки слежения, задатчика напряжений и блока защиты по сравнению с известной позволяет в два раза повысить точность копирования, повысить надежность работы системы, а по сравнению с базовым объектом в 2,5 раза уменьшить дингилическую погрешность при копировании острых кромок и углов, сохранить информацию о форме копира при отрыве датчика копировального прибора от копира.

Фиг.г

ijLJ

fr Фиг.3

Н м

lr.

1. КОПИРОВАЛЬНОЕ СЛЕДЯЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКОМ, содержащее электрораэрядный датчик, измерительный блок, коммутатор и для каждой координаты управления управляемый генератор частоты, блок управления приводом по координатам, первый вход управляемого генератора частоты подключен к соответствующему выходу сумматора, от л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности копирования устройства, В него введены задатчик напряжения, формирователь сигналов .направления ошибки слежения, блок защиты, реле и формирователь управляющих сигналов, первыми входами подключенный к первым выходам задатчика напряжений, вторым входом - к выходу измерительного блока и к первому входу блока защиты, первым выходом - к первому входу сумматора, вторым выходом к управляющему входу коммутатора, выходы которого соединены с входами блоков управления приводами по координатам, а информационные входы через реле - с выходами управляемых генераторов частоты, вторые входы которых подключены к первому выходу блока защиты, сыоединенного вторым выходом с реле, а Вторым входом - с вторым выходом задатчика напряжений, третий выход которого подключен к первому входу формирователя сигналов S9 направления ошибки слежения, выход которого соединен с вторым входом сумматора, а второй вход - с выходом измерительного блока. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок защиты содержит пороговый элемент, выполнен ный по схеме триггера Шмитта, соединенный через элемент задержки с выходом блока защиты, входы которого подключены к входам порогового 4 4 элемента, выход которого соединен с первым выходом блока защиты.