Brevet FR2047893A1 — publié le 19710319

La présente invention concerne un dispositif de commande de taux d'avance d'un élément mobile dans une machine outil. Dans les machines outils, les traçeurs etc... une vitesse de déplace ment d'un outil ou d'un crayon est modifiée selon les types d'outils, de trajet que l'outil ou le crayon doivent suivre etc..., afin d'obtenir la qualité désirée. Dans le dispositif où les mots de commande qui sont formés par un ordinateur pour commander la machine outil ou le traçeur sont transférés à une unité de commande en réponse à des impulsions engendrées extérieurement pour amener le déplacement de l'outil ou du crayon, la vitesse d'avance de l'outil ou crayon est modifiée par modification de la fréquence des impulsions extérieures. Un dispositif antérieur utilise un arrangement numérique comprenant un générateur d'impulsions et un registre pour modifier la fré quenc de l'impulsion extérieure, le registre étant chargé avec un nombre de commande de taux d'avance et recevant ensuite des impulsions du générateur pour engendrer une impulsion dont le taux est l'inverse du nombre de commande multiplie par la fréquence du générateur d'impulsions.Un tel dispositif de commande de taux d'avance a pour inconvénient qu'il nécessite un sous-canal supplémentaire pour charger le nombre de commande de taux d'avance provenant de l'ordinateur dans le registre en plus du sous-canal pour le transfert des mots de commande, et la charge de l'ordinateur est lourde. En outre, puisque le changement brusque de taux d'avance a un effet indésirable sur la précision, il est aussi désirable de commander le taux d'avance de telle sorte que la vitesse soit modifiée doucement avec une accélération constante jusqu'à ce qu'elle atteigne une valeur désirée et ensuite on maintient une vitesse constante. Pour réaliser cela dans le dispositif de l'art antérieur mentionné ci-dessus, le registre doit être chargé fréquemment avec des nombres changeants ce qui entraîne encore une augmentation de la charge de l'ordinateur. L'objet de la présente invention est de réaliser la commande de taux d'avance sans l'utilisation des deux sous oanaux qui sont necéssaires dans le dispositif de l'art antérieur, tout en réduisant la charge de l'ordinateur. Dans ce but, un dispositif de commande de taux d'avance de l'invention est réalisé avec un dispositif de commande de taux d'avance analogique associé avec un dispositif de commande pour camm3nder un mécanisme d'entraînement d'un élément mobileret un ordinateur envoie un mot de commande de taux d'avance au dispositif de commande de taux d'avance avant les mots de commande, ledit mot de commande de taux d'avance indiquant un taux désiré auquel l'élément doit être déplacé, aussi bien que l'angle par rapport à un trajet droit duquel l'élément doit etre dn##-sc:é @t un axe de coordonnée .Ce dispo positif de commande de taux avance agit pour engendrer des impulsions dont la fréquence est déterminée par le mot de commande de taux d'avance et envoie ces impulsions à 79ordinateur pour en retirer les mots de commande. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représentent un mode de réalisation préférée de l'invention. La figure 1 représente un dispositif de commande de machine outil selon l'art antérieur. La figure 2 représente un dispositif de commande de machine outil de la présente invention. La figure 3 représente un format d'un mot de commande. La figure 4 représente un trajet approximatif théorique suivi par un outil lorsqu'il suit un trajet en ligne droite. La figure 5 représente un format d'un mot de commande de taux d'avance, La figure 6 représente de façon détaillée le dispositif de commande de taux d'avance construit selon la présente invention. La figure 7 représente une modification d'un potentiel de sortie provenant d'un amplificateur d'intégration li dans le dispositif de commande de taux d 'avance la figure 8 représente une modification du potentiel de sortie provenant On autre amplificateur d'intégration I2 du dispositif de commande de taux d'avance. La figure 9 représente une variation de fréquence des impulsions de demen- de lorsque l'on désire modifier le taux d'avance de l'outil. La figure 10 représente une modification de l'amplificateur d'intégration li dans le dispositif de commande d'avance, qui permet la sélection de chacun des deux modes, l'un pour amener la modification du taux d'avance de l'outil de façon graduelle et lDautre pour qu'elle se produise soudainement. Un dispositif de l'art antérieur et une réalisation de l'invention sont décrites en référence aux dessins d'accompagnement. La figure 1 représente un exemple d'un dispositif de commande de taux d'avance de l'art antérieur pour une machine outil à commande numérique. Une unité de traitement centrale CPU agit pour engendrer des mots de commande et les conserve dans une de ses mémoires. MPX désigne un-multiplexeur. Les soussanaux SC0 et SC1 agissent pour transférer les mots de commande et les données de commande de taux d'avance provenant du CPU, respectivement scun la commande du MPX. CC est un circuit de commande pour commander un #ervo-mécanis- me SM associé avec un outil.FC' estun dispositif de commande de données d'avance associé avec un générateur d'impulsions PG qui engendre des impulsions a une fréquence fixée Les mots de commande somt tSansfépée > s ews le sous-canal SCO à une ligne DO en réponse à des impulsions de demande développées sur une ligne Ro provenant d'une ligne de commande de taux d'avance FC'. Le taux d'avance de l'outil dépend du taux auquel les mots de commande sont retirés, ou de la fréquence des impulsions de demande. La donnée de commande de taux d'avance est une valeur numérique correspondant au taux d'avanc#e désiré de l'outil qui est chargé dans un registre à l'intérieur du dispositif de commande de taux d'avance FC' par un sous-canal SC1 et une ligne D1 et est ensuite diminué de un par un chaque fois que l'impulsion provenant#du générateur-PG est appliquée au registre. Lorsque le contenu du registre atteint zéro, l'impulsion est appliquée au circuit de commande CC. En synchronisation avec cette impulsion le circuit de commande CC envoie une impulsion de commande au sous-canal SCO par la ligne Rg. De nouvéau le registre est chargé avec la valeur de commande de taux d'avance à l'aide de la ligne Di et une opération telle que celle mentionnée ci-dessus est répétée.Le dispositif de commande de taux d'avance FC' agit pour réduire la fréquence des impulsions provenant du générateur d'impulsion PO par l'inverse d'un nombre entier. Dans le dispositif de l'art antérieur qui est décrit brièvement ci-dessus deux sous canaux sont nécessaires comme on le voit dans le dessin et puisque la fréquence des impulsions de demande varie par incrément selon la valeur numérique provenant de la ligne D, il est nécessaire de transmettre successivement des nombres de commande de taux d'avance à la ligne D1 dont chacun diffère des autres de peu afin de réaliser un changement de fréquence régulier des impulsions ou un changement de Laux d'avance de l'outil. Ainsi, le CPU doit passer plus de temps dans ce but ce qui aboutit à un abaissement de 11efficacité du dispositif total. Le dispositif de commande de taux d'avance de l'invention a pour but d'éliminer complètement le désavantage mentionné ci dessus du dispositif de l'art antérieur. On représente dans la figure 2 une réalisation du dispositif. Dans ce dessin CPU, MPX, SC, CC et SM représentent respectivement les memes composants que ceux-du dispositif de l'art antérieur représenté dans la figure i. FC est un nouveau dispositif de commande de taux d'avance pour réaliser la commande du taux d'avance selon l'invention. Une ligne D est utilisée pour le transfert des mots de commande et des mots de commande de taux d'avance provenant du sous canal SC au circuit de commande CC. alors qu'une ligne R est utilisée pour le transfert des impulsions de demande provenant du circuit de commande au sous canal. Supposons que cette réalisation est conçue pour la commande d'une machine outil et place un outil dans un plan d'axes X-Y. Un mot de commande adapté dans ce but a un format tel que celui représenté dans la figure 3. "1" dans la position de bit 12 indique que l'outil doit être déplacé d'une unité dans la direction +Y. De façon semblable les positions de bit 13, 14 et 15 sont utilisées pour respectivement les directions - Y, + X et - X, Si la position de bit +Y ou V Y comprend un "1" et si la position de bit + X ou - Y comprend aussi un 1" l'outil se déplacera dans une direction à 450 qui est la direction résultante des deux composants de coordonnées.On doit remarquer que +V et - Y ne peuvent pas êtré un "1", en même temps et que +X et - X ne peuvent pas être "1" en même temps. La position de bit zéro est toujours "O", indiquant ainsi que le mot est la donnée de commande d'outil. On a représenté dans la figure 4 la façon par laquelle l'outil suit un trajet linéaire selon les mots de commande provenant de la ligne D. Afin de suivre le trajet droit désiré A. l'outil se déplace le long d'un trajet indiqué par les flèches en réponse à chaque mot de commande provenant de la ligne O. Cela signifie, dix mots de commande sont transmis par la ligne D et tous les dix bits + X de ces mots sont des "1" alors que sept des bits + Y sont des "uns". La synchronisation du transfert des mots de commande est commandée par les impulsions de demande sur la ligne R de telle façon que le mot soit transféré un à un chaque fois qu'une impulsion de demande apparaît sur le ligne R. On remarque que lorsqu'il suit un trajet droit la vitesse de l'outil dépend du taux de transfert (c'est à-dire la synchronisation de l'impulsion de demande, et de l'inclinaison du trajet). Si la fréquence des impulsions de demande est constante la vitesse à laquelle se déplace l'outil est la plus élevée dans la direction à 450 et la plus faible dans la direction axiale. Cela signifiez la vitesse résultante lorsque l'outil se déplace dans la direction de 450 est d'environ 1,4 (/2)fois celle de l'outil suivant une direction parallèle à l'axe X ou Y. Par conséquent afin de maintenir une vitesse constante désirée ou taux d'avance dans toute direction, il est nécessaire de modifier la fréquence des impulsions de demande selon le taux d'avance désiré de l'outil et de l'inclinaison de la ligne droite. Ainsi, lorsque l'on veut déplacer l'outil avec un certain taux d'avance le long d'une ligne droite un mot de commande de taux d'avance pour commander le taux d'avance est envoyé sur la ligne D avant les mots de commande comme représenté dans la figure 3. Ce mot de commande de taux d'avance à un format tel que celui représenté dans le figure 5, Dans cet exemple, il existe quatre taux d'avance F1, F2, Fa et F4 et les bits 1 à 4 leur correspondent respectivement. Seul l'un de ces quatre bits est un "1", Il ne peut y avoir plus d'un bit égal à "1' en meme temps. quatre facteurs de compensation pour l'inclinaison du trajet sont représentés par C1 à Cq, et les bits 5 à 8 du mot de commande du taux d'avance leur correspondent respectivement.Aussi, seul l'un de ces quatre bits est toujours "1" et il ne peut y avoir plus d'un bit égal à "1" à la fois. Le bit "O" est toujours un #i" indiquant que ce mot est pour la commande de taux d'avance. Lorsqu'il reçoit un mot qui comprend un "1" dans la position de bit O,le circuit de commande CC l'envoie au dispositif de commande de taux d'avance FC. Le dispositif de commande FC engendre des impulsions avec une fréquence correcte selon le mot ainsi les impulsions de demande synchronisées avec les impulsions engendrées par le dispositif de commande sont transmises au sous-canal par la ligne R. Ensuite, les msts de commande sont transférés an synchronisation avec les impulsions de demande. La figure 6 représente les détails du dispositif de commande d'avance FC selon l'invention. Les entrées f1 - f4 et c1 - c4 reçoivent respectivement les bits F - F4 et C1 - C4 du mot de commande de taux 'avance transféré en provenance du circuit de commande CC. N'importe lequel des bits F1 F F4qui est un "1" enclenche la bascule correspondante parmi les bascules FF, -FF4 et les bascules restantes sont restaurées au moyen des circuits OU , OUi -OU4. La bascule sélectionnée conditionnè lune des portes associées G1 -G4 pour transférer un niveau de potentiel prédéterminé à partir d'une alimentation de potentiel de référence Vs àun amplificateur A. Le niveau de potentiel est adapté pour correspondre au taux d'avance désirs indiqué par la partie Fi - Fq: Dans cet exemple, F1 représente le t# d'avance le plus rapide et F4 représente le plus bas. L'amplificateur intermédiaire A a un facteur d'amplification égal à 1. Ainsi, la sortie V2 de l'amplificateur A est égale à l'entrée Vi qui est proportionnelle au taux d'avance désignée.La sortie de l'#mplificateur A est reçue par un amplificateur de comparaison Cp. La sortie v3 provenant de l'amplificateur dn comparaison Cp dépend de la dif férence entre l'entrée v2 et le pokentital de retour v5 provenant d'un ampli ficateur d'intégration lia cela signifie que ce sera un potentiel positif Si v2 est supérieur à VS et ce serez un potentiel constant négatif, dans le cas contraire, le potentiel constant négatif et le potentiel positif ayant la même valeur absolue Si v2 est égal à v5, v3 sera nul. Maintenant en supposant que v2 est supérieur à V 5. La sortie V3 provenant de l'amplificateur de comparaison Cp est le potentiel constant positif. L'amplificateur d'intégration produit la sortie v5 dont le taux de variation est proportiânnel au potentiel d'entrée v4 qui lui est appliqué, Pr est un atténuateur servant à atténuer Va pour produire un potentiel v4 tel qu'il permette un -taux de modification désiré de v5. Si v3 est positif, v4 est aussi positif et la sortie v5 aug mente avec le taux de modification déterminé à l'aide de v4 au niveau v2. Lorsque v5 est égal à v2 la sortie v3 provenant de l'a-mplificateur de compa raison Cp est zéro et le potentiel d'entrée V4 à l'amplificateur d'intégra tion I1 est aussi zéro, ainsi la sortie v5 reste cc-nstante.A ce moment, V5 est égal à la sotie v1 provenant de l'alimentation de potentiel de référence choisie par l'une des portes G1 -G4, puisque v2 est égal à V1 La figure 7 représente la variation de v5 Si v1 doit être changé de v11 à v12 à un instant tl, v varie comme représenté par la courbe v52 et si v1 doit être changé de vllà V13, V5 varie comme~ représente par la courbe v53. Du fait que le taux de variation de v5 est constant les points de saturation de v52 et v53 diffèrent naturellement l'un de l'autre, le point de saturation ta représenté avec une modification de taux d'avance supérieur se produit plus tard que le point de saturation t2 concernant une modification de taux d'avance inférieur. La sortie 5 est appliquée aux atténuateurs a1- 4 Les atténuateurs sont utilisés pour compenser la variation de la vitesse de l'outil qui provient des modifications des angles entre le segment droit que l'outil doit suivre et un axe de coordonnée. Un facteur d'atténuation nécessaire pour un segment parallèle à l'axe X ou Y est 1, pour 450 il est de 1,4 et pour tout autre angle c'est une valeur intermédiaire entre 1 et 1,4. Dans cet exemple,le facteur d'atténuation q est un celui pour a4 est 1,4 et ceux pour a2 et a3 sont des valeurs intermédiaires entre 1 et 1,4.Lorsque l'un des C1- C4 est "1", l'une des bascules correspondantes FF5- FF8 est enclenchée pour conditionner l'une des pertes G5-G6 pour transférer l'une des sorties d'atténuateurs à un second anpl#fîcateur d'intégration 12 de la même façon que les portes déjà mentionnées G5 - G4. Le potentiel de sortie V7 provenant de l'amplificateur d'intégration 12 augmente avec un taux proportionnel à v6.Lorsque v7 atteint un niveau de potentiel prédéterminé, un transistor à uni-jonction UJ est excité pour initer l'opération de retour de telle sorte que v7 est amené à être zéro et ensuite il commence de nouveau à augmenter.- Cela signifie que v7 apparaît comme une onde en dents de scie. Le taux de variation de son potentiel est porportionnel au potentiel d'entrée à l'amplificateur d'intégration I2. La figure 6 représente la forme v7. Le potentiel d'entrée v6 provenant de la forme d'onde de la figure 8 [ b) est deux fois celui de la figure 8 (a).A partir de la description ci dessus, on doit comprendre que la fréquence de l'onde en dents de scie v7 est proportionnelle à vô. v7 est dirigé sur un dispositif de mise en forme MM où il es#t transformé en une impulsion qui est amenée sur la borne RP. La fréquence de ces impulsions sur la borne RP est proportionnelle au potentiel d'entrée v6,de l'amplificateur d'intégration. Ces impulsions sont envoyées au circuit de commande CC qui à son tour envoie l'impulsion de demande au sous-canal SC par la ligne R. Les mots de commande sont transférés par la ligne R en synchronisation avec les impulsions de demande. Ala figure 6, une borne de restauration CT est reliée avec les cir- cuits OU, OU1 - OU-2. Le figure 9 représente les variations de la fréquence d'@@@@lsion@ de demande. Cela concerna un cas dans lequel F4 est désigné avant le temps tj, le bit "1" désignant F1 est appliqué à la borne F1 et de nouveau le bit "1" pour la désignation de f4 est appliqué à la borne f .Maintenant, en considérant deux cas, un cas où l'outil se déplace le long d'un segment droit parallèle à l'un des axes X ou Y commençant à t1 et terminant à t4 avec le facteur de compensation C1,l'autre cas où il est déplacé dans une direction à 450 avec le facteur de compensation C4 durant la même période, la fréquence des impulsions apparaissant sur la borne RP varie par une courbe "a" pour le premier cas et une courbe "b" pour le dernier cas. Mais, la vitesse affective à laquelle l'outil est déplacé est la même dans les deux cas. Et, le rapport des fréquences d'impulsions dans les deux cas est constant à tout moment entre t1 et t4, la fréquence représentée par la courbe "a" est 1,4 fois la fréquence représentée par la courbe "b". Si le changement de fréquence ou changement de taux ds-vitesse est petit, le changement peut en général se produire suivant un mode par étapes, Dans un tel cas, il est plus efficace d'amener la modification du taux d'avance suivant le mode par étapes plutôt que de maintenir une accélération constante. En prenant un tel fait an considération on peut ajouter quelques modifications de circuits pour choisir les modes de changement dé taux d'abance, c'est-àdire, modes par étapes et par accélération. On peprésente dans la figure 10, un xemple de modification dans laquelle la partie inférieure entourée de lignes pointillées est un circuit supplémentaire et l'amplificateur d'intégration I1 est représenté en détail. est formé d'un amplificateur continu A1, d'un condensateur C, une résistance R pour donner le potentiel de retour provenant du courant appliqué par le condensateur C. Si la gain de A1 est suffisamment élevé, le taux de modification du potentiel de sortie v5 provenant de A1 est déterminé par la valeur quiest obtenue en divisant le potentiel d'entrée vq par le produit des valeurs de C et de R. Lorsque l'on désire modifier brusquement le potentiel de sortie v5 en réponse à un changement par étapes du potentiel d'entrée v4 on réalise cela en rendant nulle la valeur de R ou de C. Dans l'exemple représenté, le mode d'accélération graduel ou par étapes est choisi an courtcircuitant ou non R. Lorsqu'une impulsion est appliquée à une borne ST, une bascule FF 9 est enclenchée pour exciter un relais Q. En conséquence, le point de contact du relais 4 est fermé ce qui courtcircuite la résistance R. Ainsi v5 varie selon le mode par étapes selon la variation par étapes de V4, D'autre part, si une borne RT reçoit une impulsion la bascule FFS est restaurée, le relais O n'est pas excité et le point de contact est ouvert, Ainsi, v5 varie avec un certein taux en réponse à la variation par étape de V4. En fournissant des positions de bit supplémentaires dans un mot de commande de taux d'avance comme représenté dans la figure 5, qui sont utilisées pour appliquer une impulsion à la borne ST ou RT, il est possible d'amener la production du changement de vitesse graduelle ou brutale suivant lequel des bits SR et RT est "1", Autrement un circuit logique de sélection peut être associé avec les bornes F1- f4 qui applique sélectivement une impulsion à la borne ST ou RT selon que la modification du taux d'avance désiré est compris à l'intérieur d'un domaine prédéterminé. Dans ce cas, l'ordinateur peut ne fournir que les mots de commande semblables à ceux utilisés lorsque le circuit de logique de sélection n'est pas utilisé. Bien que F1 - F4 déterminent le potentiel de référence et C1 - C4 déterminent le facteur d'atténuation, il est possible d inverser la fonction de F et C, c'est à-dire,Q'appliquer l'un des F et C à la borne à laquelle l'autre d'entre eux était appliqué et vice-versa; en choisissant de façon adéquate la valeur du potentiel de référence et le facteur d'atténuation. En outre il est possible d'utiliser un arrangement du circuit qui amplifie le potentiel de référence plutot que de l'atténuer. On doit comprendre en général que tout arrangement de circuit peut être utilisé pourvu qu'il ait une fonction lui permettant de modifier une valeur donnée par un facteur donné. En outre, cette invention ne doit pas être limitée au cas dans lequel le nombre des axes est de deux. il est aussi possible de maintenir la vitesse de l'outil constante dans toute direction dans le cas de trois axes en fournissant l'information qui indique les angles entre le segment et deux axes et en modifiant le potentiel de référence par un facteur adéquat selon l'information indiquant ledit angle.En outre, bien que le dispositif de l'invention soit décrit en relation avec une machine outil à commande numérique, l'invention ne se limite pas à ce domaine, cette invention peut s appliquer de façon à générale à divers dispositifs qui commandent des mécanismes pour commander tout élément mobile sous commande d'ordinateurs, Comme on l'a déjà mentionné, dans le dispositif de commande de taux d'avance de l'invention, la commande de taux d'avance est réalisée sans l'utilisation de deux sous canaux comme dans l'art antérieur.Et lorsque l'on désire augmenter le taux d'avance avec un taux augmentant de façon constante, le taux d'avance est augmenté de façon automatique avec un taux constant jusqu'au taux d'avance désiré en envoyant principalement une information de commande de taux d'avance qui indique un taux d'avance désiré final provenant de l'ordinateur de telle sorte que la charge de l'ordinateur soit réduite de façon importante, De plus, la commande de taux d'avance est réalisée avec une précision pratique utilisant des circuits analogiques relativement peu coûteux plutôt que des circuits numériques coûteux tels que des registres, des générateurs d'impulsion etc... comme dans l'art antérieur. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins, les caractéristiques essentielles de l'invention, appliquées à des modes de réalisation préférés de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de orme ou de détail qu'il juge utiles. sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. PEVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de taux d'avance d'un élément mobile comprenant un ordinateur engendrant une séquence de mots de commande pour effectuer le mouvement dudit élément mobile le long d'un trajet droit désiré et au moins un mot de commande de taux d'avance, et fournissant les dits mots de commande-séquentiellement en réponse à des impulsions de demande engendrées extérieurement, ledit dispositif étant caractérisé en ce que - chacun des dits mots de commande comprend des positions de bits qui contiennent des bits de commande pour la représentation du mouvement unitaire de l'élément mobile dans des directions selon plusieurs axes de coordonnées de référence - ledit mot de commande de taux d'avance comprend une première portion pour l'indication d'un taux d'avance désiré dudit élément mobile et une seconde portion pour indiquer un angle entre le trajet direct désiré et au moins l'un des dits axes - un mécanisme d'entraînement entraîne ledit élément mobile - un moyen de commande d'entraînement commande ledit mécanisme d'entraînement selon les dits mots de commande et - un moyen de commfflnde du taux d'avance consistant en une première partie pour engendrer un signal de référence ayant un niveau qui est déterminé par l'une des dites première et seconde portions du mot de commande de taux d'a vaincs, une seconde partie pour recevoir ledit signal de référence comme entrée pour engendrer une sortie qui approche le niveau du signal de référence avec un taux de variation désiré, une troisième partie pour modifier ladite sortie provenant de la seconde partie en la multipliant par un facteur qui est déterminé par l'autre des dites première et seconde portions du mot de commande du taux d'avance et une quatrième partie pour engendrer des impulsions de sortie à une fréquence correspondant au niveau de ladite sortie modifiée et appliquant les dites impulsions de sortie audit dispositif de commande d'entraînement J - ledit moyen de commande d'entrainement agit pour recevoir ledit mot de commande de taux d'avance et l'envoie audit moyen de commande de taux d'avance avant le commencement du mouvement dudit élément mobile, répond aux impulsions de sortie provenant dudit moyen de commande du taux d'avance pour envoyer les impulsions de demande audit ordinateur et ensuite reçoit les mots de commande provenant dudit ordinateur. 2 Dispositif selon la revertdscation I dans lequel ledit élé#?# mobile est l'outil d'une machine-outil.