Brevet FR2083659A1 — publié le 19711217

La présente invention est relative à un nouveau système de commande de vitesse de déplacement. Les systèmes de commande pour trajectoire continue ou de type numérique à contournage qui sont communément utilisés avec les frai-5 seuses permettent de déplacer un élément terminal de la machine simultanément selon plusieurs axes à des vitesses coordonnées de façon à exécuter un mouvement résultant déterminé à l'lavance. Les axes sont normalement perpendiculaires entre eux mais il peut y en avoir qui ne le soient pas comme par exemple, des axes tournants. 1 0 Tandis que les vitesses auxquelles les mouvements se produisent le Hong des axes individuels doivent respecter certains rapports mutuels de façon que l'élément terminal suive la trajectoire prescrite, des moyens doivent être également prévus pour commander chacun des mouvements composants de façon que le mouvement vectoriel résultant 15 se produise à la vitesse appropriée. Par exemple la vitesse de déplacement résultante désirée de l'outil de coupe d'une fraiseuse par rapport à l'ouvrage peut être déterminée à partir de la nature de la matière, des dimensions de l'outil de coupe et d'autres critères semblables bien connus. Pour obtenir cette vitesse de déplacement ré-20 sultante désirée, le programme de commande numérique, en général sous la forme d'une bande magnétique ou perforée, contient des instructions codées qui sont décodées et utilisées d'une manière appropriée pour régler les composantes de vitesse individuelles. Une grande variété de techniques de commande de vitesse de 25 déplacement ont déjà été utilisées dans le passé mais toutes souffrent de différents inconvénients tels que la difficulté de calculer un code de déplacement approprié à partir du programmeur, la difficulté d'outrepasser manuelleimt la vitesse de déplacement de la machine et la difficulté de déterminer quelle vitesse de déplacement 30 était souhaitée de l'examen de la bande de commande résultante. La présente invention permet d'éviter ces inconvénients. Suivant l'invention, le système de commande de position numérique qui est du type ayant une multiplicité de servo-moteurs de sortie prévus pour déplacer simultanément un élément terminal suivant 35 une multiplicité d'axes non coïncidents en fonction des informations contenues sur un élément d'entrée et comportant un contrôleur recevant les informations de l'élément d'entrée et engendrant des signaux de commande sous la forme de trains d'impulsions pour chaque servomoteur à des cadences coordonnées, est caractérisé par un système de 40 contrôle de vitesse de déplacement permettant de contrôler la vitesse 2 2083659 71 10778 à laquelle les trains d'impulsions sont engendrés par le contrôleur et qui comprend : un premier circuit générateur de carré engendrant une série de nombres dont la somme est égale au carré du nombre d'impulsions correspondant à la vitesse de déplacement de commande reçue 5 de l'élément d'entrée ; une multiplicité de seconds circuits générateurs de carrés, chacun étant connecté à une sortie du contrôleur un circuit additionneur connecté en parallèle sur les sorties de la multiplicité de ces seconds circuits ; un comparateur connecté entre la sortie du premier circuit générateur de carré et la sortie du cir 10 cuit additionneur, et un générateur d'impulsions connecté par son entrée à la sortie du circuit comparateur et par sa sortie au contrô leur. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'est donnée' qu'à titre d'exemple. A cet effet on 15 se reportera aux dessins joints dans lesquels : - la figure 1 est un schéma-bloc d'un système de commande numérique incorporant le système de contrôle de vitesse de déplacement suivant la présente invention ; - la figure 2 est un schéma-bloc plus détaillé du contrôleur 20 èt du système de contrôle de vitesse de déplacement utilisés avec le système de la figure 1 ; et , - la figure 3 est un schéma-bloc du circuit générateur de car ré utilisé avec le dispositif de la présente invention. Suivant le mode de réalisation de la figure 1, le programme 25 de la machine est emmagasiné sur bande perforée 10. Cette bande passe sous un lecteur de bande 12 qui décode en même temps les informations contenues sur la bande, les transforme en signaux électriques et les transmet aux éléments appropriés de la machine. Le système décrit fonctionne suivant trois axes formant un triédre trirectan-30 gle et le lecteur de bande 12 alimente par des conducteurs respectifs 16,18 et 20 un contrôleur 14 en signaux représentant les déplacements commandés suivant les axes X,Y,Z. Le signal de vitesse de déplacement PB. est transmis du lecteur de bande 12 au système de contrôle 22 par un conducteur 24. 35 Le contrôleur 14 utilise les signaux de commande Ï,Y et Z pour engendrer trois trains d'impulsions transmis respectivement au servo-moteur 26 de l'axe X, au servo-moteur 28 de l'axe Y et au ser-vo-moteur 30 de laxe Z par des conducteurs respectifs 32,34 et 36. La fonction essentielle du contrôleur 14 est d'engendrer des 40 trains d'impulsions de commande ayant chacun un nombre d'impulsions 71 10778 3 2083659 proportionnel aux nombres respectifs X,Y,et" Z, les impulsions étant engendrées à des cadences qui sont dans le même rapport que les nombres de commande X,Y et Z. Chacun des trains d'impulsions de commande sur les conducteurs 5 32,34 et 36 est aussi transmis au contrôleur de vitesse de déplacement 22 qui calcule la vitesse résultante et la compare au signal reçu directement par le conducteur 24. Des signaux' de commande sont transmis au contrôleur 14 par le contrôleur de vitesse de déplacement 22 sous la forme de signaux de commande d'addition sur un conducteur 10 38. Ces signaux règlent la vitesse de fonctionnement du contrôleur 14 si bien que les trains d'impulsions de commande sur les. conducteurs 32,34 et 36 sont engeadrés à la cadence appropriée. Ces signaux règlent la cadence simultanée de tous les trains d'impulsions si bien que le 'rapport entre les cadences instantanées reste constant 15 et indépendant de la vitesse de fonctionnement du contrôleur 14 -Suivant le mode de réalisation de la figure 2, les signaux de commande- de mouvement selon les axes X,Y et Z sont emmagasinés par les conducteurs 16,18 et 20 dans des registres de commande respectifs 50, 52 et 54 tous contenus d'ans le contrôleur 14. Chacun de ces re-20 gistres de commande est relié à un registre somme associé 56,58 et 60 par l'intermédiaire d'un additionneur 62, 64 et 66 respectivement, lorsqu'une impulsion est reçue par le conducteur 38 en provenance du contrôleur de vitesse de déplacement 22, les contenus des registres de commande 50,52,54 sont tous simultanément ajoutés dans leur regis-25 tre d'addition respectif 56,58,60. A chaque fois qu'une impulsion de dépassement survient du registre d'addition, une impulsion de sortie est émise sur le conducteur de sortie de ce registre, les impulsions de dépassement du registre d'addition .56, dans lequel les signaux de commande X sont additionnés d'une manière répétitive, sont transmises 30 sur le conducteur 32 et constituent les trains d'impulsions de commande du servo-moteur 26 affecté à l'axe X.. Il en est de même en liaison avec les axes Y et Z. Puisque les registres d'additions sont tous de la même longueur et que les nombres de commande respectifs y sont ajoutés au même instant, les impulsions de débordement de 35 ■ ces registres surviennent à des cadences proportionnelles aux grandeurs des nombres de commande respectifs et les trains d'impulsions sur les lignes 32,34 et 36 ont des nombres d'impulsions dans le même rapport que les nombres de commande X,Y et Z. le contrôleur ainsi décrit est bien connu. 40 -la fonction du contrôleur de vitesse de déplacement 22 consiste 71 10778 4 2083659 à engendrer des impulsions de commande d'addition sur. le conducteur 38 à une cadence propre à engendrer des trains d'impulsions commandant un mouvement ayant une vitesse de déplacement résultante égale à celle prescrite par la bande programme 10. 5 la commande de vitesse de déplacement en provenance de la ban de par la ligne 24 est emmagasinée dans un registre de vitesse de déplacement 70 contenu dans la commande de vitesse de déplacement 22 . Au moyen d'un additionneur 72 le contenu du registre 70 est additionné d'une manière répétitive dans un registre d'addition de vites-10 se de déplacement 74. Les impulsions de débordement du registre d'addition 74 apparaissant sur le conducteur 16 forment un train d'impulsions correspondant à une vitesse de déplacement proportionnelle à la grandeur du nombre vitesse de déplacement. Les commandes d'addition pour l'additionneur 72 sont dérivées d'un générateur d'impulsions 15 -78 à fréquence variable. La tension de commande pour le générateur d'impulsions 78-est dérivée d'un circuit manuel 80 qui permet à l'opérateur de régler la vitesse de déplacement réelle au-dessus ou au dessous de celle qui est programmée-. Le cadran du circuit manuel est normalement calibré en pourcentages de la vitesse-de. déplacement pro-20 granmiée et en l'absence de circonstances spéciales il est réglé sur cent pour cent. En tout cas, les impulsions surviennent sur la ligne 76 à une cadence proportionnelle à la grandeur du nombre vitesse de déplacement et au pourcentage fourni par le circuit manuel 80. le train d'impulsions sur. le-conducteur 76 est transmis à un 25 circuit générateur de carré 82 constituant un convertisseur numérique qui engendre une série de nombres dont la somme est égale au carré du nombre d'impulsions reçues sur la ligne 76. Ce circuit sera décrit ultérieurement. Les trains d'impulsions de commande sur les conducteurs 32,34 30 et 36 sont transmis respectivement à des circuits générateurs de carrés 84,86 et 88 en plus du fait qu'ils sont transmis respectivement aux servo-moteurs des axes X,Y et Z. Les circuits ..générateurs de carrés 84,86 et 88 sont identiques au circuit générateur de carrés 82. Les nombres apparaissant sur les sorties des circuits généra-35 teurs de carrés sont transmis à-un circuit d'addition 90 qui ajoute ces nombres. Les signaux de sortie d'une part du circuit d'addition 90 d'autre part du circuit générateur de carrés 82. sont comparés dans un circuit comparateur 92 qui les soustrait l'un de l'autre. Lorsque la somme des nombres transmise par le circuit 82 dépasse la somme 40 des nombres transmise par le circuit 90,1e comparateur 92 transmet 71 10778 5 2083659 des signaux à un générateur d'impulsions 94 ce qui amène ce dernier à transmettre des signaux de commande d'addition sur le conducteur 38. Ces signaux de commande d'addition accroissent la vitesse à laquelle les impulsions sont engendrées par le contrôleur 14 en four-5 nissant les signaux d'addition aux additionneurs 62,64 et 66. La-cadence du générateur d'impulsions 94 est suffisamment élevée pour que la somme des nombres fournis par l'additionneur 90 -augmente rapidement jusqu'à la valeur numérique de la somme des nombres apparaissant à la sortie du générateur de carrés 82, même si la valeur numérique 10 croit continuellement du fait de l'apparition de nouvelles impulsions sur le conducteur 76. Parvenue à l'égalité entre les deux valeurs, la somme contenue dans le circuit 92 passe par zéro et le circuit envoie un signal d'inhibition 'au générateur d'impulsion 94 qui arrête d'envoyer des *15 impulsions de commande d ' addition s ur le conducteur 38. Ce mouvement de balance continue de façon à maintenir une cadence d'impulsions de commande juste suffisante pour engendrer un mouvement de sortie correspondant au vecteur représentant le signal de vitesse de déplacement tel que modifié par le circuit manuel 80. . 20 Des moyens sont prévus dans les circuits générateurs de carrés 82,84,86 et 88 pour ramener les compteurs à zéro quand ils ont atteint leur pleine capacité. Ces moyens sont reliés aux compteurs par un conducteur 96. Cette action de remise à zéro peut introduire une légère erreur car une 25 commande d'addition peut être perdue, mais cette erreur peut être rendue aussi petite qu'on le désire en accroissant la capacité des compteurs. Le circuit 22 résout l'équation : PCP2 = XCP2 + YCP2+ ZCP 30 • dans laquelle : FCP = nombre d'impulsions engendrées correspondant au nombre de vitesse de déplacement. XCP = nombre d'impulsions de commande par minute pour l'axe des X. 35 YCP = nombre d'impulsions de commande par minute pour l'axe des Y. ZCP = nombre d'impulsions de commande par minute pour l'axe des Z. Suivant le mode de réalisation de la figure 3, l'organisation 40 interne du circuit générateur de carrés 82 est la suivante : les im 71 10778 6 2083659 pulsions d'entrée transmises à ce circuit par le conducteur 76 sont reçues par un compteur d'impulsions 100 qui en effectue un comptage continu. Les impulsions du conducteur 76 sont reçues simultanément par un soustracteur 102. La quantité numérique qui se trouve dans 5 le compteur 100 est aussi transmise au soustracteur 102 par l'intermédiaire d'un registre à décalage 104 qui décale le nombre d'un rang dans la direction la plus significative, ou, puisque le compteur est un compteur binaire, multiplie le nombre par deux. Le soustracteur .102 est connecté par sa sortie au compteur réversible 92 servant de 10 comparateur. Si le contenu du compteur 100 est appelé F, à chaque fois qu'une impulsion est reçue sur le conducteur 76, le soustracteur 102 effectue le calcul (2N-1) et fournit cette somme au compteur réversible- 92. Comme on le montre ci-dessous la somme des nombres four- 2 nis au compteur 92 est égale à U . 15 20 N 2ÎT-1 N2 0 -0 1 1 0 + t = 1 2 3 1+3 = 4 3 5 4 + 5 = 9 4 7 9 + 7 = 16 5 9 16 + 9 = 25 l'expression mathématique, de l'opération effectuée est A =*L . (2JT - 1) c'est une progression arithmétique dont la somme est : 30 somme = nombre de termes (premier terme + dernier xerr^e) 2 A = E (1 + 2N-1) = N 2 2 35 Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation représenté et décrit qui ne l'a été qu'à titre d'exemple. Il appartiendrati au technicien d'y apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. 71 10778 7 2083659 EEUEKDICATIOITS 1) Système de commande de position numérique ayant une multiplicité de servo-moteurs de sortie prévus pour déplacer simultanément un élément terminal suivant une multiplicité d'axes non coïncidents d'après des informations contenues dans un élément d'entrée et comportant 5 un contrôleur recevant les informations de l'élément d'entrée et en-gèndrant des signaux de commande sous la forme de trains d'impulsions pour chaque servo-moteur à des cadences coordonnées, caractérisé en ce qu'il comporte un système de contrôle de vitesse de déplacement permettant de contrôler la vitesse à laquelle les trains, d'impulsions "•jO"so:at engendrés par le contrôleur et qui comprend : un premier circuit générateur de' carrés engendrant une série de nombres dont la somme est égale au carré du nombre d'impulsions correspondant à l'instruction de vitesse de déplacement de commande reçue de l'élément d'entrée ; une multiplicité de seconds circuits générateurs de carrés 15 chacun étant connecté à une sortie du contrôleur ; un circuit additionneur connecté en parallèle aux sorties de cette multiplicité de seconds circuits générateurs de carrés ; un circuit comparateur connecté entre le premier circuit générateur de carrés et le circuit additionneur , et un générateur d'impulsions connecté par son entrée à 20 la sortie du circuit comparateur et par sa sortie au contrôleur. 2) Système de commande suivant la revendication 1 caractérisé en ce que chacun de ces circuits générateurs de carrés comprend la connexion en série : d'un compteur d'impulsions ; d'un registre à décalage et d'un soustracteur, le conducteur d'entrée dé ce circuit 25 étant connecté à la fois au compteur d'impulsions et au soustracteur et la sortie, du circuit étant, prise sur le soustracteur. 3) Système de commande suivant la revendication 2, caractérisé en ce que tous les compteurs d'impulsions des circuits générateurs de carrés ont la même capacité et que des moyens sont prévus pour 30 les ramener simultanément tous à zéro lorsque l'un.d'entre .eux a atteint sa capacité maximum. 4) Système de commande suivant, la revendication, caractérisé en ce que le circuit comparateur est constitué par xm.compteur réversible dans lequel les nombres en provenance du circuit.additionneur 35 sont entrés dans une direction.tandis que les nombres en provenance du premier circuit générateur de carrés sont entrés dans la direction opposée et en ce que ce compteur réversible engendre un.signal de com 71 10778 8 2083659 mande amenant le contrôleur à fonctionner lorsque son contenu net se trouve dans la direction opposée, tandis qu'il inhibe le fonctionnement du contrôleur lorsque son contenu net est dans la première direction.