Интерполятор с самоконтролем

.1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(21) 4824336/2 (22) 10,05.90 (46) 23.11.92. Б (71) Пермское ние "Моторост (72) С.Л.Матух (56) Авторское ЬЬ 665286, кл.Авторское ЬЬ 1280576, кл (54) ИНТЕРПО (57) Изобретен вычислительно пользовано в граммного уп станками. Цел юл. %43производственное объединероитель" им, Я.М,Свердловаа и В.Г.Рутштейнсвидетельство СССР6 05 В 19/18, 1977.свидетельство СССР 6 05 В 19/415, 1985,ЛЯТОР С САМОКОНТРОЛЕМ ие относится к автоматике и й технике и может быть исустройствах чистового. проравления металлорежущимиь 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 5-52, коммутатор 61-62, программируемый делитель частоты 71-72, 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 86 ФОу ялмк 8 ж 14 иг.8 Составительельская Техред М.Моргентал Корректор Н.Милюков еда аказ 4122Тираж Подписи ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откр 113035, Москва, Ж, Раушскэя наб., 4/5ям при ГКНТ СС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,1777122 10 20 граммируемых делителей, частоты 71 и 72, 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, 62 поступают на выход устройства(на соответствующие координатйые приводы режущего инструмента), Одновременно каждый выходной импульс вычитает из координатных счетчиков 51, 52 единицу. Если при этом какой-либо координатный счетчик 51, 5 г 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 Ь(, Ьу 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, 0 05 В 19/415, 1985), содержащее блок задания скорости, интер.полятор, 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, 52 обнулились, то они, воздействуя на элементИ 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 текущийкадр 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, 2- 6-3,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 работыинтерполятора с немедленной выдачейошибки 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 которогосоединен 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, информацион 1777122ный 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; 51 - 52 - координатный счетчик; 61-62 - коммутатор; 71-72 - программируемый делитель частоты; 8 -элемент ИЛИ; 9 - контрольный интерполятор; 10 - второй счетчик; 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): ЬХк, ЬУк - ошибка рассогласования фактической траектории от заданной; К - коэффициент деления.Цифры на эпюрах 2. 3 - шаги интерполяции, штриховая линия. параллельная горизонтальной оси на эпюрах 4, - порог срабатывания ошибки рассогласования траекторий.нального программируемого таймера КР50 580 ВИ 53 с соответствующей программойобслуживания, 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 аппаратурезапроса прерывания, инициирующего запуск программ контрольного интерполятора 9, а также программно-реализованногосчетчика 10. 1020 25303545 На фиг,5 - показана блок-схема алгоритма функционирования программируемых делителей частоты, устанавливающая по числовой информации, поступающей из блока задания скорости, нужные коэффициенты деления, где Е - кодированная числовая информация о подаче по траектории из блока задания скорости; К - рассчитанный коэффициент деления; РУС - 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.6 представлена блок-схема алгоритма функционирования первого счетчика. координатных счетчиков и коммутаторов, где 51, 52, 3 - содержимое соответствующих ячеек памяти ОЗУ; Мх - 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 ОЗУ.На фиг.9 представленаразвернутаяфункциональная схема технической реализации интерполятора с самоконтролемИнтерполятор с самоконтролем реализован как комплекс двух устройств: серийно выпускаемое устройство ЧПУ, например, типа "Н 22-1 М" и новая разработка - "программируемый контроллер для устройств ЧПУ".Блоки 1, 2 (см, фиг.1) - это функциональные узлы серийного устройства ЧПУ. блоки3 - 11 реализованы в "программируемом контроллере" следующим образом: программируемые делители частоты 71, 72 - это БИС КР 580 ВИ 53, остальные блоки - про.граммно-аппаратным способом на базе процессорного модуля с использованиеммикропроцессора КР 580 ИК 80 А и соответствующего программного обеспечения, размещенного в ППЗУВ программируемых делителях частоты71, 72 используются два канала БИС трехка 1777122Подробное описание устройства БИС перемещение по данной координате достиг- КР 580 ВИ 53, его работу и временные диаг- нуто), то он, воздействуя на.соответствуюраммы см. в кн; Алексеенко А.Г, и др, Про- щий коммутатор 61 или 6 р, переключает ектирование радиоэлектронной .выходные импульсы интерполятора 2 на аппаратуры на микропроцессорах. - МРа вход первого счетчика 3 (накопителя ошибдио и связь, 1984, с. 65, ки), Если оба координатных счетчика 51, 52Интерполятор 2 - основной функцио- обнулились, то они воздействуя на элемент нальный узел устройства ЧПУ, в частности И 4, блокируют работу интерполятора 2. При УЧПУ типа "Н", он реализован примерно этом, если содержимое первого. счетчика 3 на 20 электронных платах. Контрольный ин равно нулю или не произошло его переполтерполятор 9 реализован программно-аппа- нения, то считается, что интерполятор 2 отратным способом на базе микропроцессора работал текущий кадр управляющей КР 580 ИК 80 А по методу оценочной функ- программыс заданной точностью, иначе на ции. Контрольный интерполятор 9 запуска- выходе первого счетчика 3 и элемент ИЛИ ется по аппаратному прерыванию от 15 11 возникаетсигнал "Ошибка",Важноотмесигналов с делителей частоты 71, 72. тить, что такая ситуация возникает в концеКоммутаторы 6, 6 г реализованы про- отработки кадра,граммно-аппаратным образом с использо- Контроль правильности работы основнованием в качестве портов ввода (вывода гоинтерполятора 2,т.е.заданнойтраектории БИС программируемого параллельного ин перемещения режущего инструмента, в протерфейса КР 580 ВВ 55, на входные линии цессе обработки текущего кадра управляю- которого подключены сигналы Х, У, а на щей программы происходит следующим выходные - вых,Х, вых,У, образом.Координатные счетчйкй 5152, первый Выходные импульсы Х, У интерполятосчетчик 3 реализованы программным спасо ра 2 поступают на контрольный интерполябом с использованием нескольких ячеек па- тор 9 через программируемые делители мяти оперативного запоминающего частоты 7, 72 и элемент ИЛИ 8.устройства (ОЗУ). Таким образом.на каждый с-й (см. Фиг.5)торой счетчик 10 - это две ячейки па- импульс интерполятора 2 осуществляется мяти ОЗУ по конкретным физическим адре очередной шаг контрольной интерполяции, самреализован аналогично первому причем второй счетчик 10 фиксирует это счетчику 3. Программный блок активизиру-. следующим образом; при правильной рабоется аппаратным прерыванием по инициа- те интерполятора 2 на каждый импульс с тиве счетчика 71 и программным программируемогоделителя частоты 71 или прерыванием Х контрольного интерполя 72 должен последовать соответствующий тора 9. импульс Х или У с контрольного интерпоИнтерполятор с самоконтролем, ис- лятора 9. При этом содержимое второго пользуемый для управления металлорежу- счетчика 10 не меняется, в противном слущим станком в программном режиме, чае Фиксируется отклонение фактической работает следующим образом, 40 траектории от заданной на единицу дискПеред началом отработки очередного . ретностиконтроля. Принакоплении вторым кадра управляющей программы обнуляются счетчиком 10 1 трех единиц дискретностей первый счетчик 3, второй счетчик 10, в коор- контроля он выдает через элемент ИЛИ 11 динатные счетчики 5, 5 г заносится задан- сигнал "Ошибка". Очевидно, величина единая величина приращений по координатам 45 ницы дискретности контроля траектории а соответствии с заданной подачей, блок определена программируемым коэффицизадания скорости 1 устанавливает коэффи- ентом программируемых делителей частоты циент деления К программируемых делите, 72. Программируемые делители частоты лей частоты 7, 72, в интерполяторы 2 и 9 71, 72 используются в данном интерполятозаносится необходимая геометрическая ин. ре с самоконтролем только для того, чтобы формация. С момента начала отработки те- в качестве контрольного интерполятора 9 кущего кадра управляющей программы можно было использовать недорогой ийтеримпульсы Х, У с выхода интерполятора 2 полятор,низкого быстродействия. С другой через коммутаторы 61, 6 г поступают на вы- стороны, "точный" контроль заданной траход устройства (на соответствующие коор ектории имеет особый смысл только при нединатные приводы режущего инструмента), высоких частотах, т,е, при рабочих подачах Одновременно каждый выходной импульс режущего инструмента, когда происходит вычитает из координатных счетчиков 51, 52 сьем металла. Для большинства металлообединицу, Если при этом какой-либо коорди- рабатывающих станков с ЧПУ такие подачи нвтный счетчик 51, 52 обнулился (заданное имеют предел 200 мм/мин, что соответству 1777122 10ет частоте выходных импульсов интерполятора 2 примерно 300 Гц. В данном интерполяторе с самоконтролем блок заданияскорости 1 устанавливает коэффициент деления К программируемых делителей частоты 71, 72 равный единице, для подач до 60ммlмин, для более высоких подач он линейно возрастает и для подачи 1200 ммминравен 20,Фиг.2 и фиг.3 приведены для случаяконтроля каждого импульса интерполятора2 (К = 1), причем фактическая траектория нафиг.2 интерполятора 2 искажается относительно заданной, начиная с третьего шагаинтерполяции, а на фиг.3 - со второго.Ошибка возникает соответственно после15-го шага и 14-го, Отклонение траекторииот заданной по координатам составляет:Ьхк= Юк= 3 К=3На фиг,4 контролируется каждый второй импульс интерполятора 2 (К = 2), Отклонение фактической траектории от заданнойначинается с 6-го шага, Значение ошибки покоординатам составляет:асс = ЛУ = 3 К = 6Выбранная точность контроля заданной траектории перемещения режущего инструмента определена равной тремединицам дискретности контроля из чистопрактических соображений в процессе отладки интерполятора с самоконтролем, Такое решение является компромиссом междуидеальным контролем и "допустимыми"сбоями интерполятора УЧПУ 2, не приводящими к браку обрабатываемых деталей.Преимущества предлагаемого интерполятора с самоконтролем демонстрируютсяна фиг.7. Здесь рассмотрен случай отработки интерполятора 2 кадра управляющейпрограммы с линейной интерполяцией (начальный участок прямых 1, 2 см, на фиг,2),Прямая 1 - это идеализированная заданная траектория, 2 - фактическая в результате, например, неисправностиинтерполятора 2,В прототипе контроль срабатывает вточке Б траектории 2, т.е. когда обнуляетсясчетчик 51 и переполнится счетчик 3, Максимальное отклонение траектории будет ЛУо.В предлагаемом интерполяторе с самоконтролем контроль срабатывает в точке А смаксимальным отклонением ЬХк = ЛУк = 3К, где К - коэффициент деления делителей71, 7 з,В цифрах это может выглядеть следующим образом,Пусть рабочая подача соответствует 60мм/мин, т,е, К = 1. Цена одного приводногоимпульса по координатам равна 0,01 мм Х 2102025- Х 1 - 100 мм; У 2 - 11 = 100 мм. Возьмем предельный случай; фактическая траектория параллельна оси Х, т.е. импульсы от интерполятора 2 по координате У вообще не поступают, Значит УЗ - У 1 = 0 Следовательно, в этом случае ЬУо=100 мм, а ЛХк=Ь Ук = 3 1 0,01 = 0,03 мм. Преимущество предлагаемого интерполятора с самоконтролем относительно прототипа очевидно, Вварианте 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, У т,е. Х 2 - Х 1(см, фиг.7) для линейной интерполяции и плюс координаты центра окружности - длякруговой 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 рассогласованиятраекторий на каждый выходной импульс программируемого делителя частоты 7, дол жен образоваться Х и отсутствовать У , ана каждый вьсходной импульс 72 образоваться импульс У и отсутствовать Х . В этом случае второй счетчик 10 не меняет своего состояния, что говорит о нормальном фор мировании фактической траектории.Формула изобретения Интерполятор с самоконтролем, содержащий блок задания скорости, первый информационньсй 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 координатного50 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 соответствующих координатных счетчиков и соответственно с первыми выходами первого и второго коммутаторов, вторые выходы которых подключены к первому и второму входам перво 1777122 12го счетчика импульсов, о т л и ч а ю щ и й 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 интерполя тора, координатный выход которогоподключен 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,