Интерполятор с самоконтролем

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах чистового программного управления металлорежущими станками. Цель изобретения - повышение надежности работы интерполятора за счет контроля текущих интерполяционных шагов . Устройство содержит блок задания скорости 1, основной интерполятор 2, первый счетчик 3, элемент И 4, координатный счетчик 5t-52. коммутатор 61-62. программируемый делитель частоты 7i-72, элемент ИЛИ 8, контрольный интерполятор 9, второй счетчик 10, элемент ИЛИ 11. Перед началом обработки очередного кадра управляющей программы обнуляются первый счетчик 3, второй счетчик 10, в координатные счетчики 5i, 62 заносится заданная величина приращений по координатам в соответствии с заданной подачей, блок задания скорости 1 устанавливает коэффициент деления К про

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G.05 В 19/18, 19/403

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4824336/24 (22) 10.05.90 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (71) Пермское производственное объединение "Моторостроитель" им. Я.M,Ñâåðäëîâà (72) С.Л.Матуха и В.Г.Рутштейн (56) Авторское свидетельство СССР

hb 665286, кл. 6 05 В 19/18, 1977.

Авторское свидетельство СССР

hb 1280576, кл. G 05 В 19/415. 1985, (54) ИНТЕРПОЛЯТОР С САМОКОНТРОЛЕМ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах чистового. программного управления металлорежущими станками. Цель изобретения — повышение

„„. Ж„„1777122 А1 надежности работы интерполятора за счет контроля текущих интерполяционных шагов. Устройство содержит блок задания скорости 1, основной интерполятор 2, первый счетчик 3, элемент И 4, координатный счетчик 5> 52, коммутатор 61-62, программируемый делитель частоты 7 -72, элемент ИЛИ

8, контрольный интерполятор 9, второй счетчик 10, элемент ИЛИ 11. Перед началом обработки очередного кадра управляющей программы обнуляются первый счетчик 3, второй счетчик 10, в координатные счетчики

51, 52 заносится заданная величина приращений по координатам в соответствии с заданной подачей, блок задания скорости 1 устанавливает коэффициент деления К про1777122

15

20 граммируемых делителей, частоты 71 и 7z, в .интерполяторы 2 и 9 заносится необходимая геометрическая информация. С момента начала обработки текущего кадра управляющей программы импульсы Х, У с выхода основного интерполятора 2 через коммутаторы 61, 6z поступают на выход устройства(на соответствующие координатйые приводы режущего инструмента). Одновременно каждый выходной импульс вычитает из координатных счетчиков 51, 5z единицу.

Если при этом какой-либо координатный счетчик 51, 5Z обнулился (заданное перемещение по данной координате достигнуто), то он, воздействуя на соответствующий комИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах числового программного управления металлорежущими станками.

Известно устройство (а.с. М 665286, кл.

6 05 В 19/18. 1977), содержащее блок задания скорости, соединенный с интерполятором, имеющим два выхода, которые соединены с счетчиком суммарных приращений по координатам основного контура

A(, hy и с последовательно включенными умножителями и делителями, Недостатком данного устройства является отсутствие контроля прихода в конечную точку по координатам в конце отрабатывания кадра управляющей программы. Это обьясняется тем, что, если при нарушении правильной работы интерполятора прекратилась выдача выходных импульсов интерполятором по одной из координат, то эти недостающие импульсы компенсируются в счетчике импульсами другой координаты. Кроме того, основным недостатком является отсутствие контроля фактической траектории, образуемой интерполятором относительно заданной интерполятору в процессе отработки кадра управляющей программы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство, (а,с. М 1280576, кл. G 05 В 19/415, 1985), содержащее блок задания скорости, интерполятор, первый счетчик импульсов, два координатных счетчика импульсов, два коммутатора. схему "И". выход которой подключен к второму входу интерполятора, имеющему также частотный вход. подключенный к выходу блока задания, скорости и мутатор 61 или 62, переключает выходные импульсы основного интерполятора 2 на вход первого счетчика 3 (накопителя ошибки). Если оба координатных счетчика 51, 5z обнулились, то они, воздействуя на элемент

И 4, блокируют работу интерполятора 2. При этом, если содержимое первого счетчика 3 равно нулю или не произошло его переполнения, то считается, что основной интерполятор 2 отработал текущий кадр управляющей программы с заданной точностью, иначе на выходе первого счетчика 3 и схемы ИЛИ 11 возникает сигнал "Ошибка", 9 ил. 1-2-7-8-9-10-11, 5-6-3-11, 5-4-2, 26-3, два выхода для выдачи импульсов по координатам Х, У, каждый из которых скоммутирован с первым входом соответствующего коммутатора, вторые входы которых подключены к соответствующим входам схемы

"И" и выходам координатных счетчиков, входы которых скоммутированы с первыми выходами коммутаторов, имеющими также вторые выходы, подключенные к соответствующим входам первого счетчика.

Недостатком известного устройства является то, что сигнал "Ошибка" может возникнуть только в конце отработки кадра управляющей программы, т,е, контролируется конечная точка позиционирования, а не траектория движения во время работы интерполятора с немедленной выдачей ошибки при отклонении фактической траектории от заданной.

Целью изобретения является повышение надежности работы интерполятора за счет контроля текущих интерполяционных шагов.

Указанная цель достигается тем, что в

25 интерполятор с самоконтролем, содержащий блок задания скорости, первый информационный выход которого соединен с частотным входом основного интерполятора, вход блокировки которого подключен к

30 выходу элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого координатного счетчика импульсов и с управляющим входом первого коммутатора, информационный вход которого соединен с первым информационным выходом основного интерполятора, второй вход элемента И соединен с выходом второго координатного счетчика импульсов и с управляющим входом второго коммутатора, информацион1777122 ный вход которого соединен с вторым информационным выходом основного интерполятора, первый и второй выходы интерполятора с самоконтролем соединены со счетными входами соответствующих координатных счетчиков и соответственно с выходами первого и второго коммутаторов, вторые выходы которых подключены к первому и второму входам первого счетчика импульсов, введены первый и второй программируемые делители частоты, первый и второй элементы ИЛИ, контрольный интерполятор и второй счетчик импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого счетчика импульсов, а выход — к выходу "ошибка" интерполятора с самоконтролем, суммирующий вход второго счетчика импульсов соединен с выходом первого программируемого делителя частоты и с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом контрольного интерполятора, координатный выход которого подключен к вычитающему входу второго счетчика импульсов, входы задания коэффициентов первого и второго программируемых деталей частоты соединены с вторым выходом блока задания скорости, а информационные входы соответственно к первому и второму информационным выходам интерполятора.

Функциональная схема устройства представлена на фиг.1, где 1 — блок задания скорости; 2 — основной интерполятор; 3— первый счетчик; 4 — элемент И; 5> — 5г — координатный счетчик; 61-бг — коммутатор; 71-7г — программируемый делитель частоты; 8 — элемент ИЛИ; 9 — контрольный интерполятор; 10 —; 11 — элемент ИЛИ.

На фиг.2, 3, 4 показаны эпюры, иллюстрирующие контроль работы интерполятора

2 во время отработки текущего кадра управляющей программы для линейной интерполяции, где 1 — идеализированная траектория интерполятора 2; 2 — траектория контрольного интерполятора 9; 3 — фактическая траектория интерполятора 2; 4 — отклонение фактической траектории от заданной в единицах дискретности контроля траектории {содержимое второго счетчика 10): ЛХк, ЛУк — ошибка рассогласования фактической траектории от заданной; К вЂ” коэффициент деления.

Цифры на эпюрах 2. 3... — шаги интерполяции, штриховая линия. параллельная горизонтальной оси на эпюрах 4,— порог срабатывания ошибки рассогласования траекторий.

На фиг,5 — показана блок-схема алгоритма функционирования программируемых делителей частоты, устаHàíël1вающая . по числовой информации. поступающей из блока задания скорости, нужные коэффициенты деления, где F — кодированная числовая информация о подаче по траектории из блока задания скорости; К вЂ” рассчитанный коэффициент деления; РУС вЂ” регистр управляющего слова БИС КР 580 ВИ 53: УСО, 1— управляющие слова для канала 0,1, подтверждающего режим работы канала в режиме делителя частоты и подготавливающего загрузку коэффициента деления.

На фиг.б представлена блок-схема алгоритма функционирования первого счетчика. координатных счетчиков и коммутаторов, где (51, !5г, i3 — содержимое соответствующих ячеек памяти ОЗУ; Mx — константа, определяющая допустимую ошибку позиционирования.

На фиг;7 показан пример отработки интерполятором кадра управляющей программы с линейной интерцоляцией, На фиг.8 представлена блок-схема алгоритма работы второго счетчика, где 10— содержимое двух ячеек памяти 03У.

На фиг.9 представлена развернутая функциональная схема технической реализации интерполятора с самоконтролем

Интерполятор с самоконтролем реализован как комплекс двух устройств: серийно выпускаемое устройство ЧПУ, например, типа "Н22-1М" и новая разработка — "программируемый контроллер для устройств ЧПУ".

Блоки 1, 2 (см, фиг.1) — это функциональные узлы серийного устройства ЧПУ. блоки

3 — 11 реализованы в "программируемом контроллере" следующим образом: программируемые делители частоты 71, 7г — это

БИС KP 580 ВИ53, остальные блоки — про.граммно-аппаратным способом на базе процессорного модуля с использованием микропроцессора KP 580 ИК 80А и соответствующего программного обеспечения, размещенного в ППЗУ

В программируемых делителях частоты

71, 7г используются два канала БИС трехканального программируемого таймера KP

50 580 ВИ 53 с соответствующей программой обслуживания, инициирующей его работу в режиме 2, т.е, в режиме делителей частоты, Счетные входы каналов подключены к выходным импульсам интерполятора 2 {фиг,1), 55 а выходы через элемент ИЛИ 8 к аппаратуре запроса прерывания, инициирующего запуск программ контрольного интерполятора 9, а также программно-реализованного счетчика 10.

1777122

Подробное описание устройства БИС

KP 580 ВИ53, его работу и временные диаграммы см. в кн: Алексеенко А.Г. и др. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах.— М„Радио и связь, 1984, с. 65, Интерполятор 2 — основной функциональный узел устройства ЧПУ, в частности

УЧПУ типа "Н-22", он реализован примерно на 20 электронных платах. Контрольный интерполятор 9 реализован программно-аппаратным способом на базе микропроцессора

KP 580 ИК 80А по методу оценочной функции. Контрольный интерполятор 9 запускается по аппаратному прерыванию от сигналов с делителей частоты 7, 72.

Коммутаторы 6, 6z реализованы программно-аппаратным образом с использованием в качестве портов ввода (вывода

БИС программируемого параллельного интерфейса КР 580 ВВ 55, на входные линии которого подключены сигналы Х, У, а на выходные — вых,Х, вых,У, Координатные счетчйки 51,,52, первый счетчик 3 реализованы программным способом с использованием нескольких ячеек памяти оперативного запоминающего устройства (ОЗУ).

Второй счетчик 10 — это две ячейки памяти ОЗУ по конкретным физическим адресам„реализован аналогично первому счетчику 3. Программный блок активизируется аппаратным прерыванием по инициативе счетчика 7 и программным прерыванием Х контрольного интерполя1 тора 9.

Интерполятор с самоконтролем, используемый для управления металлорежущим станком в программном режиме, работает следующим образом, Перед началом отработки очередного кадра управляющей программы обнуляются первый счетчик 3, второй счетчик 10, в координатные счетчики 51, 5> заносится заданная величина приращений по координатам в соответствии с заданной подачей, блок задания скорости 1 устанавливает коэффициент деления К программируемых делителей частоты 7>, 7, в интерполяторы 2 и 9 заносится необходимая геометрическая информация. С момента начала отработки текущего кадра управляющей программы импульсы Х. Y с выхода интерполятора 2 через коммутаторы 6, 6g поступают на выход устройства (на соответствующие координатные приводы режущего инструмента), Одновременно каждый выходной импульс вычитает из координатных счетчиков 5>, 5g единицу. Если при этом какой-либо координатный счетчик 5t, 5z обнулился (заданное перемещение по данной координате достигнуто), то он, воздействуя на.соответствующий коммутатор 61 или 62, переключает. выходные импульсы интерполятора 2 на

5 вход первого счетчика 3 (накопителя ошибки). Если оба координатных счетчика 51, 52 обнулились. то они воздействуя на элемент

И 4, блокируют работу интерполятора 2. При этом. если содержимое первого. счетчика 3

10 равно нулю или не произошло его переполнения, то считается, что интерполятор 2 отработал текущий кадр управляющей программы с заданной точностью, иначе на выходе первого счетчика 3 и элемент ИЛИ

11 возникает сигнал "Ошибка", Важно отметить, что такая ситуация возникает в конце отработки кадра;

Контроль правильности работы основного интерполятора 2, т.е. заданной траектории перемещения режущего инструмента, в процессе обработки текущего кадра управляющей программы происходит следующим образом.

Выходные импульсы Х, У интерполятора 2 поступают на контрольный интерполятор 9 через программируемые делители

25 частоты 7>, 7z и элемент ИЛИ 8

Таким образом на каждый k-й (см. фиг.5) импульс интерполятора 2 осуществляется

30 очередной шаг контрольной интерполяции, причем второй счетчик 10 фиксирует это следующим образом; при правильной работе интерполятора 2 на каждый импульс с программируемого делителя частоты 71 или

35 7ã должен послецовать соответствующий импульс Х или У с контрольного интерпо1 лятора 9. При этом содержимое второго счетчика 10 не меняется, в противном случае фиксируется отклонение фактической

40 траектории от заданной на единицу дискретности контроля. При накоплении вторым счетчиком 10 2 трех единиц дискретностей контроля он выдает через элемент ИЛИ 11 сигнал "Ошибка". Очевидно, величина еди45 ницы дискретности контроля траектории определена программируемым коэффициентом программируемых делителей частоты

71. 7g. Программируемые делители частоты

7, 72 используются в данном интерполято50- ре с самоконтролем только для того, чтобы в качестве контрольного интерполятора 9 можно было использовать недорогой иатерполятор, низкого быстродействия. С другой стороны, "точный" контроль заданной тра55 ектории имеет особый смысл только при невысоких частотах, т.е, при рабочих подачах режущего инструмента, когда происходит сьем металла. Для большинства металлообрабатывающих станков с ЧПУ такие подачи имеют предел 200 мм/мин, что соответству1777122

10 ет частоте выходных импульсов интерполятора 2 примерно 300 Гц. В данном интерполяторе с самоконтролем блок задания скорости 1 устанавливает коэффициент деления К программируемых делителей частоты 71, 7г равный единице, для подач до 60 ммlмин, для более высоких подач он линейно возрастает и для подачи 1200 мм/мин равен 20.

Фиг.2 и фиг.3 приведены для случая контроля каждого импульса интерполятора

2 (К = 1), причем фактическая траектория на фиг.2 интерполятора 2 искажается относительно заданной, начиная с третьего шага интерполяции, а на фиг.3 — со второго.

Ошибка возникает сооТВВТсТВВННо после

15-ro шага и 14-го, Отклонение траектории от заданной по координатам составляет:

ЬХк= Юк= 3 К=3

На фиг,4 контролируется каждый второй импульс интерполятора 2 (К = 2). Отклонение фактической траектории от заданной начинается с 6-ro шага, Значение ошибки по координатам составляет:

Ю4 = ЛУ = 3 К = 6

Выбранная точность контроля заданной траектории перемещения режущего инструмента определена равной трем единицам дискретности контроля из чисто практических соображений в процессе отладки интерполятора с самоконтролем. Такое решение является компромиссом между идеальным контролем и "допустимыми" сбоями интерполятора УЧПУ2, не приводящими к браку обрабатываемых деталей.

Преимущества предлагаемого интерполятора с самоконтролем демонстрируются на фиг.7. Здесь рассмотрен случай отработки интерполятора 2 кадра управляющей программы с линейной интерполяцией (начальный участок прямых 1, 2 см. на фиг,2).

Прямая 1 — это идеализированная заданная траектория, 2 — фактическая в результате, например, неисправности интерполятора 2.

В прототипе контроль срабатывает в точке Б траектории 2, т.е. когда обнуляется счетчик 5> и переполнится счетчик 3, Максимальное отклонение траектории будет 5Уо.

В предлагаемом интерполяторе с самоконтролем контроль срабатывает в точке А с максимальным отклонением hXy, = ЛУк = 3

К, где К вЂ” коэффициент деления делителей

7>, 7, В цифрах это может выглядеть следующим образом, Пусть рабочая подача соответствует 60 мм/мин, т.е. К = 1. Цена одного приводного импульса по координатам равна 0,01 мм Х

25 — Х1 - 100 мм. Yz — 11 = 100 мм. Возьмем предельный случай; фактическая траектория параллельна оси Х, т.е. импульсы от интерполятора 2 по координате Y вообще не поступают. Значит Y3 - Y1 = 0 Следовательно, в этом случае ЛУо = 100 мм, а Л Хк =Л Ук

= 3 1 0,01 = 0,03 мм. Преимущество предлагаемого интерполятора с самоконтролем относительно прототипа очевидно. В варианте с прототипом на станке произойдет авария: либо брак детали, либо поломка элементов станка. В варианте с интерполятором с самоконтролем, в случае с получистовой обработки, брака детали не произойдет.

Заданная геометрическая информация для интерполяторов — это программируемые приращения по координатам Х, Y т.е. Xz — Х1 (см. фиг.7) для линейной интерполяции и плюс координаты центра окружности — для круговой интерполяции.

Проверка отклонения фактической траектории от заданной в результате сбоя работы интерполятора 2 происходит за счет контрольных расчетов, производимых контрольным интерполятором 9, в результате ко.торых при отсутствии рассогласования траекторий на каждый выходной импульс программируемого делителя частоты 7, дол30 жен образоваться Х и отсутствовать Y,,а на каждый выходной импульс 72 образоваться импульс Y и отсутствовать Х . В этом случае второй счетчик 10 не меняет своего состояния, что говорит о нормальном фор35 мировании фактической траектории.

Формула изобретения

Интерполятор с самоконтролем, содержащий блок задания скорости, первый информационный выход которого соединен с

40 частотным входом основного интерполятора, вход блокировки которого подключен к выходу элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого координатного счетчика импульсов и с управляющим входом первого коммутатора, информациочный вход которого соединен с первым информационным выходом основного интерполятора, второй вход элемента И соединен с выходом второго координатного

50- счетчика импульсов и с управляющим входом второго коммутатора, информационный вход которого соединен с вторым информационным выходом основного интерполятора, первый и второй выходы интерполятора с самоконтролем соединены со счетными входами соатветствуюц,их координатных счетчиков и соответственно с первыми выходами первого и второго коммутаторов, вторые выходы которых подключены к первому и второму входам перво1777122

ro счетчика импульсов, о т л и ч а ю щ и и ся тем, что, с целью повышения надежности работы интерполятора за счет контроля текущих интерполяционных шагов, в него введены первый и второй программируемые делители частоты, первый и второй элементы ИЛИ, контрольный интерполятор и второй счетчик ммпульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого счетчика импульсов, а выход — к выходу "Ошибка" интерполятора с самоконтролем, суммирующий вход второго счетчика импульсов соединен с выходом первого программируемого делителя частоты и с первым входом второго элемента

ИЛИ, выход которого соединен с информа. ционным входом контрольного интерполя5 тора, координатный выход которого подключен к вычитающему входу второго счетчика импульсов, входы задания коэффициентов первого и второго программируемых делителей частоты соединены с вторым

10 выходом блока задания скорости, а информационные входы — соответственно к первому и второму информационным выходам интерполятора, 1777122

1777122

1777122

1777122

86ФОя яО1мк юР 74 юС вЂ”Рие.8

Уи., Р

Составитель

Техред M.Moðãåí Tàë

Редактор Г.Бельская

Корректор H.Ìèëþêîâà

Заказ 4122 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101