Цифровой круговой интерполятор

 

Изобретение относится к устройствам числового программного управления металлорежущими станками и может быть использовано для управления двухкоординатными системами в различных системах программного управления . Целью изобретения является повышение быстродействия интерполятора . В интерполятор введены регистр радиуса вращения, два реверсивных двоичных счетчика, восемь элементов И, три D-триггера, цифровой генератор функций синуса и косинуса, коммутатор фаз шаговых двигателей X и Y координат, усилители токов фаз шаговых двигателей X и Y координат. За счет непрерывного взаимно синхронизированного управления преобразователями напряжение - частота цифровым генератором функций синуса и косинуса достигается точное взаимно согласованное перемещение X и Y координат по дуге окружности. 1 ил. G 5S

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (И) (Ю 4 G 05 В 19/18 I н

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4037365/24-24 (22) 09.12.85 (46) 30.07.87. Бюл. У 28 (71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро средств автоматизации. (72) Л.Х.Альперович (53) 621.503.55 (088.8) а (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 551611 кл. G 05 В 19/18, l975.

Авторское свидетельство СССР

N: 993210, кл. G 05 В 19/18, 1981. (54) ЦИФРОВОЙ КРУГОВОЙ ИНТЕРПОЛЯТОР (57) Изобретение относится к устройствам числового программного управления металлорежущими станками и может быть использовано для управления двухкоординатными системами в различных системах программного управления. Целью изобретения является повышение быстродействия интерполятора. В интерполятор введены регистр радиуса вращения, два реверсивных двоичных счетчика, восемь элементов И, три D-триггера, цифровой генератор функций синуса и косинуса, коммутатор фаз шаговых двигателей Х и Y координат, усилители токов фаз шаговых двигателей Х и Y координат.

За счет непрерывного взаимно синхронизированного управления преобразователями напряжение - частота цифровым генератором функций синуса и косину- а

Ж са достигается точное взаимно согласонанное перемещение Х н Y координат Q)I по дуге окружности. 1 ил.

27064

i 13

Изобретение относится к устройствам числового программного управления металлорежущими станками и может быть использовано для управления двухкоординатными системами в различных устройствах программного управления.

Цель изобретения — повышение быстродействия интерполятора.

На чертеже показана блок-схема цифрового кругового интерполятора.

Цифровой круговой интерполятор содержит вход 1 задания радиуса вращения, вход 2 задания вращения в прямом направлении, вход 3 задания вращения в обратном направлении, вход 4 запуска интерполятора 4, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 элементы И, регистр 9 радиуса вращения, первый 10 и второй 11 реверсивные двоичные счетчики, первый 12 и второй 13 цифровые компараторы, пер— вый 14 и второй 15 D-триггеры, элемент ИЛИ 16, пятый 17, шестой 18, седьмой 19 H nc MoI 20 3JIP11QHTbI И, цифровой генератор 21 функций синуса и косинуса, третий D-триггер 22, коммутатор 23 фаз шагового двигателя Х координаты, коммутатор 24 фаз шагового двигателя Y координаты, первый 25 и второй 26 преобразовате— ли напряжение — частота, усилители

27 и 28 токов фаз шаговых двигателей

Х и Y координат и выходы 29 и 30 интерполятора.

Цифровой круговой интерполятор работает следующим образом.

Из устройства управления через вход 1 задания радиуса вращения в регистр 9 радиуса вращения вписывается необходимый радиус вращения.

Затем в зависимости от необходимого направления вращения значение радиуса вращения (n разрядов) переписывается в первый 10 или во второй 11 реверсивный счетчик из регистра 9 радиуса вращения.

Рассмотрим режим кругоьой интер— поляции по часовой стрелке. В этом режиме из устройства управления через вход 2 задания вращения в прямом направлении отрицательным импульсом значение радиуса вращения переписывается из регистра 9 радиуса вращения во второй реверсивный счетчик 11 (уровни управляющих сигналов выбраны

< аналогичными для соответствующих элементов серии К155, например К155 ИЕ7

55 (элементы 10 и 11), К155ТМ2 (элементы 14, 15 и 22) . Во втором реверсивном счетчике 1 представляется значение текущей координаты по оси У, а в первом реверсивном счетчике 10 хранится значение текущей координаты по оси Х. После занесения информации в реверсивные счетчики 10 и.11 в реверсивном счетчике 10 вписано нулевое значение координаты X., а в реверсив— лом двоичном счетчике 11 хранится значение радиуса вращения. Одновременно с занесением информации во второй реверсивный двоичный счетчик 11 сигналом задается вращение в прямом направлении, второй D-триггер 15 устанавливается в единичное состояние, а первый D-триггер 14 и третий Dтриггер 22 — в нулевое состбяние.

При поступлении из устройства управления через вход 4 запуска интерполятора потенциального сигнала ПУСК цифровой генератор 21 начинает генерировать взаимосвязанные функции косинуса и синуса ° При этом изменяющееся по косинусоидальному закону напряжение поступает на первый преобразователь 25 напряжение — частота, а напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону — на второй преобразователь 26 напряжение — частота. С выхода первого преобразователя 25 напряжение — частота частота, пропорциональная текущему значению входного напряжения, поступает на входы первого 5, второго 6, пятого 17 и шестого 18 элементов H.. С выхода второго преобразователя 26 напряжениечастота частота, пропорциональная текущему значению входного напряжения, поступает на входы третьего 7, четвертого 8, седьмого 19 и восьмого 20 элементов И. Так как гри вращении в прямом направлении третий D — триггер

22 установлен в нулевое состояние, на его инверсном выходе присутствует логическая единица, которая поступает на вторые входы второго 6 и третьего

7 элементов И. При этом на вторых входах первого 5 и четвертого 8 элементов И присутствует логический ноль.

С выхода второго элемента И 6 импульсы с частотой, пропорциональной текущему напряжению на. входе первого преобразователя 25 напряжение частота, поступают на суммирующий вход первого реверсивного счетчика 10 °

Х= Rcos×;

Y = R S1I1 з

С выхода третьего элемента И 7 импупьсы с частотой, пропорцИональной текущему напряжению на входе второгс преобразователя 26 напряжение — час5 тота, поступают на вычитающий вход второго реверсивного двоичного счетчика 11. Логическая единица с инверсного выхода первого D-триггера 14 поступает на второй вход шестого эле- 10 мента И 18, с выхода которого импульсы с такой же частотой, которая поступает на первый реверсивный счетчик 10, поступают на вход коммутатора 23 фаз шагового .двигателя Х коор- 15 динаты. С выхода последнего фазовые импульсы поступают на усилители 27 токов фаз шагового двигателя Х координаты и далее через выход 29 интерполятора к обмоткам шагового двигате- 20 ля Х координаты, который начинает перемещать, например, координатный стол вправо.В это же время логическая единица с прямого выхода второго D-триггера 15 поступает на второй вход 25 седьмого элемента И 19, с выхода которого импульсы с такой же частотой, которая поступа.ет на вход второго реверсивного двоичного счетчика 11, поступают на вход коммутатора 24 фаз д0 шагового двигателя Y координаты. С выхода последнего фазовые импульсы поступают на усилители 28 токов фаз шагового двигателя Y координаты и далее через выход 30 интерполятора к обмоткам шагового двигателя Y координаты, который начинает перемещать, например, двухкоординатный стол вниз.

Таким образом, закон изменения координат перемещаемой точки осуществляется в соответствии с зависимостягде X u Y — текущие координаты точки.

За точку отсчета для данного варианта схемы принято значение угла 1, равное 90 .

При достижении содержимым первого реверсивного двоичного счетчика 10 значения радиуса вращения, хранимого в регистре 9 радиуса вращения, на выходе первого цифрового компаратора 12 появляется сигнал логической единицы, который поступает на один из входов элемента ИЛИ !6. На другом входе элемента ИЛИ 16 в этот момент присут64 ствует логический ноль. В результате на выходе элемента ИЛИ 16 появляется логическая единица. Передним фронтом этого сигнала третий D-триггер 22, включенный в режим счетного триггера, переключается в единичное состояние.

Так как прямой выход третьего Dтриггера 22 соединяется с синхронизирующим входом первого D-триггера

14, также включенного в режим счетного триггера, то первый D-триггер 14 переключится в единичное состояние и логическая единица появится на его прямом выходе, соединенном с вторым входом пятого элемента И 17. Это вызывает изменение направления движения двигателя Х координаты (двигатель Х координаты будет перемещать двухкоординатный стал влево). Одновременно импульсы появятся на выходах первого 5 и четвертого 8 элементов И. При этом первый реверсивный двоичный счетчик 10 будет работать в режиме вычитания, а второй реверсивныи двоичный счетчик 11 — в режиме сложения. Направление движения двухкоординатного стола по Y координате не изменится.

При достижении содержимым второго реверсивного двоичного счетчика

11 значения радиуса вращения на выходе второго цифрового компаратора 13 появляется сигнал логической единицы, который поступает на один из входов элемента ИЛИ 16. На другом входе этого элемента в этот момент присутствует сигнал логического нуля, поэтому на выходе элемента ИЛИ 16 появляется логическая единица, переключающая третий D-триггер 22 в нулевое состояние. При этом на инверсном выходе третьего В-триггера 22 появляется логическая единица. Передним фронтом этого сигнала второй D-триг.гер 15 переключается в нулевое состояние. На инверсном выходе этого триггера появляется уровень логической единицы, поступающий на второй вход восьмого элемента И 20. Это вызывает изменение направления вращения двигателя Y координаты. Теперь двигатель Y координаты будет перемещать двухкоординатный стол вверх.

Направление движения двухкоординатного стола по Х координате не изме1 нится.

Аналогично двухкоординатный стол будет перемещаться и в оставшихся

1327064 двух квадрантах, Остановить работу интерполятора (и тем самым движение двухкоординатного стола) можно в любои момент, убрав сигнал ПУСК. Критерием остановки интерполятора может служить, например, определенное значение координаты точки, снимаемое с выходов реверсивных двоичных счетчиков 10 и 11 и передаваемое в устройство управления °

В р ежиме круг ов ой инт ерполяции в обратном направлении устройство работает следующим образом.

В этом режиме из устройства управления через вход 3 задания вращения в обратном направлении отрицатель ным импульсом значение радиуса вращения переписывается из регистра 9 радиуса вращения в первый реверсивный двоичный счетчик 10. Во второй реверсивный двоичный счетчик 11 вписываются нули. Одновременно с этим третий D-триггер 22 устанавливается в единичное состояние, первый Dтриггер 14 также устанавливается в единичное состояние, а второй D-триг

rep 15 — в нулевое. Дальнейшая работа интерполятора в этом режиме анало гична режиму круговой интерполяции по часовой. стрелке, кроме направления вращения. За точку отсчета для данного варианта схемы принято значение угла, равное О. Начальный о угол Ч (О или 90 ) задается через второй вход цифрового функционального генератора. Изменяя частоту цифрового генератора, можно изменить скорость интерполирования, не изменяя максимальной скорости перемещения привода.

Применение цифрового кругового ин терполлтора в системах числового программного управления металлорежущими станками позволяет улучшить качество круговой интерполяции и увеличить производительность исполнительных органов, а следовательно, по высить качество самих изделий, изготавливаемых при помоБд этих станков.

Это достигается благодаря повьш ению быстродействия, точности и скорости интерполирования.

Формула изобретения

Цифро.вой круговой интерполятор, содержащий первый и второй преобразователи напряжение — частота, первый и второй цифровые компараторы, выхо1

55 ды которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента

ИЛИ, О т л и ч а. ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, и него введены регистр радиуса вращения, первый и второй реверсивные двоичные счетчики, с первого по восьмой элементы И, первый, второй и третий D-триггеры, цифровой генератор функций синуса и косинуса, коммутатор фаз шаговых двигателей Х и Y координат, усилители токов фаз шаговых двигателей Х и Y координат, вход управления второго реверсивного двоичного счетчика соецинен с асинхронным входом сброса первого D-триггера, с асинхронным входом установки второго D-триггера, с асинхрочным входом сброса третьего D-триггера, с первым входом цифрового генератора функций синуса и косинуса, второй вход которого является входом запуска ин— терполятора, вход управления первого реверсивного двоичного счетчика соединен с асинхронным входом установки первого D-триггера асинхронным входом сброса второго D-триггера, с

/ асинхронным входом установки третье-! го D-триггера, выход регистра радиуса вращения соединен с входами параллельной записи информации первого и второго реверсивных двоичных счетчиков и с первыми входами первого и второго цифровых компараторов, выход генератора функции косинуса цифрового функционального генератора соединен с входом первого преобразователя напряжение — частота, а выход функции синуса цифрового генератора — с входом второго преобразователя напряжение— частота, выход первого преобразователя напряжение — частота соединен с первыми входами первого, второго, пятого и шестого элементов И, выход второго преобразователя напряжение частота соединен с первыми входами третьего, четвертого, седьмого и восьмого элементов И, прямой выход первого D-триггера соединен с вторым входом пятого элемента И, инверсный выход первого D-триггера соединен с информационным входом этого же триггера и с вторым входом шестого эле— мента И, прямой выход второго D-триггера соединен с вторым входом седьмо1 го элемента И, инверсный выход второго D-триггера соединен с информационным входом этого же триггера и с

7 13270 вторым входом восьмого элемента И, прямой выход третьего D-триггера соединен с вторыми входами первого и четвертого элементов И и синхронизирующим входом первого D-триггера, инверсный выход третьего D-триггера соединен с информационным входом этого же триггера, с вторыми входами второго и третьего элементов И и синхронизирующим входом второго 9-триггера, а синхронизирующий вход третьего D-триггера соединен с .выходом элемента ИЛИ, выход первого элемента

И соединен с вычитающим входом первого реверсивного двоичного счетчика, 15 выход второго элемента И соединен с суммирующим входом первого реверсивного двоичного счетчика, выход третьего элемента И соединен с вычитающим входом второго реверсивного двоИч- 20 ного счетчика, выход четвертого элемента И соединен с суммирующим входом второго реверсивного двоичного счетчика, выход пятого элемента И соединен с входом обратного вращения коммутатора фаз шагового двигателя Х координаты, выход шестого элемента И соединен с входом прямого вращения коммутатора фаз шагового двигателя Х косудинаты, выход седьмого элемента

И соединен с входом обратного вращения коммутатора фаз шагового двигателя 7 координаты, выход восьмого элемента И соединен с входом прямого вращения коммутатора фаз шагового двигателя Y координаты, выходы коммутатора фаз шагового двигателя Х координаты соединены с входами усилителей токов фаз шаговых двигателей

Х координаты, а выходы .коммутатора фаз шагового двигателя Y координаты соединены с входами усилителей токов фаз шаговых двигателей Y координаты, / выход| первого реверсивного двоичного счетчика соединены с вторыми входами первого цифрового компаратора, а выходы второго реверсивного двоичного счетчика соединены с вторыми входами второго цифрового компаратора, асинхронный вход установки второго D-триггера является входом задания вращения в прямом направлении, асинхронный вход установки первого

D-триггера является входом задания вращения в обратном направлении, вход регистра радиуса вращения является входом задания радиуса вращения интерполятора.

1327064

Ь 4

Составитель А. Исправникова

Техред В.Кадар Корректор Т.Колб.

Редактор А.Лежнина

Заказ 3388/43 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород. ул ° Проектная, 4