Brevet FR2110212A1 — publié le 19720602

211021!? La présente invention est relative aux systèmes à ■ commande numérique du déplacement d'un élément mobile tel que le berceau d'un outil et plus particulièrement à un système permettant d'engendrer des signaux de commande de déplacement appropriés 5 pour être utilisés avec une boucle de commande de déplacement du type à analogie de phase. Il est classique dans les systèmes de commande numérique pour les fraiseuses, les machines de projets, les machines traceuses et autres d'utiliser une boucle de servomécanismes 10 à analogie de phase qui répond aux impulsions de commande pour déplacer et positionner de manière appropriée un élément mobile, la boucle de servomécanismes à analogie de phase comprend un dispositif producteur de déplacement tel qu'un moteur et des moyens de surveillance du déplacement de l'élément commandé tels que un ou 15 plusieurs résolveurs pour produire tin signal cyclique dont la phase varie pour indiquer le déplacement. Typiquement, les impulsions de commande qui sont appliquées en tant que signal d'entrée à la boucle à analogie de phase, sont engendrées en décodant des données emmagasinées dans un programme et en appliquant ces signaux à un 20 interpolateur tel qu'un analyseur numérique différentiel, l'inter-polateur qui est un dispositif relativement sophistiqué et coûteux, produit un train d'impulsions de commande qui après traitement, détermine la phase de l'onde carrée qui est appliquée à la boucle de servomécanisme à analogie de phase. 25 la présente invention permet d'éviter l'utilisa- .. tion d'interpolateurs. Suivant un premier aspect, l'invention concerne un procédé de commande numérique du déplacement d'un élément suivant au moins un axe, caractérisé en ce qu'il consiste à : engen-30 drer une séquence périodique de nombres de position à l'intérieur d'une gamme prédéterminée ; convertir cette séquence de nombres en un train d'impulsions dans lequel les espaces entre impulsions successives correspondent aux intervalles numériques entre les nombres successifs de la séquence et appliquer ce train d'impul-35 sions à une" boucle de servomécanisme à analogie de phase pour commander le déplacement de l'élément. Suivant un second aspect, l'invention concerne un dispositif à commande numérique pour commander le déplacement d'un élément le long d'au moins un axe faisant application du 40 procédé ci-dessus et qui est caractérisé en ce qu'il comprend : 71 35633 2 2110212 un générateur de séquence de quantités numériques représentant le déplacement désiré d'un élément ; un générateur de.quantités numériques de référence cycliques et périodiques parcourant une échelle déterminée ; un comparateur des quantités numériques de 5 déplacement avec les quantités numériques de référence qui engendre une séquence de signaux dans laquelle chaque signal survient à chaque fois qu'une relation prédéterminée existe entre ces quantités et un dispositif de commande de déplacement répondant à la relation de phase entre les signaux de la séquence pour provoquer •JO le déplacement de l'élément. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'est donnée qu'à titre d'exemple. A cet effet on se reportera aux dessins joints dans lesquels : - la figure 1 est un schéma bloc d'un mode de réalisation du dispose, sitif suivant l'invention ; et - la figure 2 est un diagramme représentant diverses formes d'ondes utiles à la compréhension du fonctionnement du dispositif de la figure 1. Suivant le mode de réalisation de la figure 1, 20 un- dispositif de commande numérique 10 comprend un lecteur de bande 12 à huit voies pour lire les données d'un programme partiel emmagasiné sur une bande plastique 14 de configuration standard. Les lettres et les chiffres qui sont lus sur la bande 14 par le lecteur 12 sont introduits dans un calculateur numérique universel 16 qui 25 est programmé pour exécuter une fonction de transformation de données. Le calculateur 16 émet des nombres de position à une cadence d'environ deux cents par seconde sur les conducteurs en parallèle d'un câble omnibus de sortie 20 pour être transmis à un registre de position statique 18 à dix chiffres. On vide le re-^0 gistre 18 préalablement à l'introduction de nombres de position au moyen d'un conducteur 21 de sortie du calculateur. Les chiffres de position sortants peuvent être soit sous forme binaire, soit sous forme binaire codé décimal, tous les chiffres d'un nombre étant simultanément emmagasinés dans les positions à dix chiffres ^5 du registre 18.. Dans l'exemple décrit, les nombres de position sont des nombres entiers compris entre zéro et 999» Une horloge 22 qui peut être soit intérieure, soit extérieure au calculateur 16 sert de base de temps à l'ensemble de l'appareil et est reliée au calculateur 16 ainsi qu'à un compteur de référence 24. Le comp-40 teur de référence 24 fonctionne pour diviser le signal à 200 71 35633 3 2110212 kiloeycles de l'horloge 22 en une onde carrée à deux cents cycles par seconde qui est appliquée par l'intermédiaire d'amplificateurs 38 et 40 à un résolveur 36 qui fait partie d'une boucle de servomécanismes à analogie de phase qui sera décrite ultérieurement. 5 De plus, l'horloge 22 oblige le compteur de référence 24 à balayer cycliquement et périodiquement l'échelle des nombres compris entre zéro et 999- On voit de ce qui précède que le registre de positions 18 et le compteur de référence 24 reçoivent des quantités 10 numériques, le registre de positions 18 recevant tous les chiffres des nombres de position survenant périodiquement et le compteur de référence 24 progressant sous 1'impulsion de l'horloge 22 pour parcourir cycliquement une échelle numérique de mille, les nombres qui apparaissent dans les registres 18 et 24 sont de la même forme 15 numérique, binaire ou binaire codé décimal et tous deux apparaissent à la cadence de deux cents par seconde. Par conséquent, une fois pendant l'existence de tout nombre de position donné dans le registre 18, il se trouve dans le compteur de référence 24 une quantité numérique égale, 1'occurrence de cette condition d'égalité 20 à l'intérieur de chaque intervalle de 1/200 de seconde dépendant de la valeur absolue du nombre dans le registre de position 18. le registre de position 18 est équipé de dix lignes de sortie, une pour ciiaque position de chiffre, et le compteur de référence 24 est équipé d'une manière semblable de dix lignes de 25 sortie, une pour chaque position de chiffre. Les lignes de sortie, du registre de position 18 et du compteur de référence 24 sont connectées aux entrées opposées d'un comparateur numérique 26 qui produit un signal de sortie sur un conducteur de sortie 27 lorsque tous les chiffres dans le registre 18 sont identiques aux chiffres 30 situés dans les positions correspondantes du compteur 24. Par conséquent, des signaux apparaissent sur le conducteur 27 à une fréquence nominale de deux cents impulsions par seconde mais de phase variable ou d'espacement dépendant des valeurs absolues de la séquence des nombres introduits par le calculateur 16 dans le 35 registre de*position 18 en réponse aux données numériques lues sur la bande 14- Le train d'impulsions véhiculées par le conducteur 27 est appliqué à l'entrée de qualification d'une bascule 28 qui fait partie de la boucle de servomécanismes à analogie de phase. 40 L'entrée de restauration de la bascule 28 est reliée au résolveur 71 35633 2110212 36 pour recevoir des signaux dont la phase est une indication du changement de position de l'élément commandé, par exemple le "berceau porteur de l'outil. Un circuit intermédiaire 42 donne une forme carrée aux signaux sinusoïdaux en provenance du résolveur 36, la 5 forme carrée étant plus appropriée à l'application à une bascule. Le signal de sortie de la bascule 28 qui a une forme essentiellement carrée ou rectangulaire de symétrie variable est appliqué à un circuit 30 de standardisation de niveau qui introduit up.e polarisation continue et amène la forme d'onde carrée ou rectangu-10 laire en provenance de la bascule 28 à prendre une forme symétrique en amplitude autour de zéro volt. Le signal standardisé en niveau à la sortie du circuit 30 est transmis à un filtre 32 qui extrait la valeur continue ou moyenne de l'onde carrée et l'applique en tant que signal d'erreur à un amplificateur 33 qui entraine un 15 moteur 34 du déplacement du berceau de l'outil. Le moteur 34 fonctionne de façon classique pour contrôler la position du berceau de l'outil le long d'un axe prédéterminé de déplacement. Une boucle sensiblement fermée est réalisée par : le moteur 34 ; l'outil ; le résolveur 36; la bascule 28 ; le circuit de standardisation de 20 niveau 30 et le filtre 32. Le filtre 32 est essentiellement un réseau R-G, Si les deux parties positive et négative de la forme d'onde standardisée en niveau sont égales, la valeur continue de ce signal est nulle et l'outil de la machine est stationnaire. Si la partie positive a une durée supérieure à la partie négative, 25 le filtre 32 en déduit un signal positif qui est appliqué au moteur 34 pour faire progresser le berceau porteur de l'outil dans la direction positive. Inversement, si la partie négative de la forme d'onde standardisée a une durée supérieure à la partie positive, le filtre 32 en déduit un signal négatif qui appliqué au 30 moteur 34 fait progresser le berceau porteur de l'outil dans la direction négative. La qualité positive, nulle ou négative du signal d'erreur en provenance du filtre 32 dépend de l'espace de temps ou de la relation de phase entre les impulsions qui sont appliquées à la bascule 28 en provenance du comparateur 26. 35 Afin d'éviter que le calculateur n'introduise un nouveau nombre de position dans le registre 18 pendant une fonction de comparaison, un signal d'interruption destiné au calculateur est transmis sur la sortie du comparateur 26 au moyen d'un conducteur 44 incorporant un circuit à retard 46. Le conducteur 44 40 fonctionne pour produire un signal d'interruption en direction du 71 35633 5 2110212 calculateur 16 qui 1'interprète comme un accord pour introduire un nouveau nombre de position dans le registre 18. En se reportant à la figure 2, une forme d'onde 48 illustre le signal à la sortie du compteur de référence 24 à 5 deux cents cycles par seconde. A l'aide des nombres superposés on peut voir qu'un cycle complet du compteur de référence est équivalent à un compte de mille dans le compteur 24, les nombres intermédiaires lui étant linéairement proportionnels. En supposant qu'une vitesse de déplacement nulle doit être exécutée, le calculateur 16 10 répond à un signal de vitesse de déplacement nul de la bande 14, ou plus exactement à une absence de données supplémentaires pour produire un nombre de position donné représentant la dernière position désirée du berceau de l'outil et pour introduire de manière répétitive ce nombre dans le registre de position 18. A titre d'ex-15 emple, on suppose à la ligne 50 de la figure 2, que le nombre de position 200 est introduit de manière répétitive dans le registre de position 18 par le conducteur 20. Le comparateur 26 compare le nombre 200 au contenu du compteur de référence 24 et engendre une impulsion 52 sur le ao nducteur 27, une fois pendant chaque cycle 20 complet de la forme d'onde 48 du compteur de référence. Etant donné que le nombre de position ne change pas les impulsions 52 surviennent avec un espacement constant, c'est à dire avec une relation de phase constante. Par conséquent, la bascule 28 est qualifiée au même instant à l'intérieur de chaque 1/200 de seconde, et dès 25 que la boucle à analogie de phase s'installe sur une condition d'erreur nulle, la bascule est restaurée. Par conséquent, le moteur 34 de commande de déplacement du berceau de l'outil est inactif et l'élément commandé reste dans une position qui correspond au nombre de position 200. 30 II résulte de ce qui précède qu'il est apparent que les quantités numériques de position sous la forme de nombres de position ne sont pas simplement des impulsions sans signification quantitative et qui dans les interpolateursde l'art antérieur surviennent d'une manière apériodique, mais sont des nombres en-35 tiers qui peuvent se rapporter à la position d'un élément coulissant d'une machine, chaque cycle de nombres de positions de mille par exemple, représentant un dizième de centimètre de déplacement. Cette échelle suppose qu'unerévolution du résolveur correspond à mille impulsions. 40 La ligne 54 de la figure 2, illustre le cas où 71 35633 6 2110212 la vitesse de déplacement est positive. Dans cette condition la séquence des nombres de position décroît régulièrement, telle que par exemple : 200, 50, 900, 750, 600, 450, 300, etc ... A la ligure 2 on peut voir que les impulsions 56 surviennent toujours 5 plus tôt à l'intérieur des périodes de comptage de référence puisque les nombres de position dans le registre 18 qui donnent lieu à ces impulsions sont équivalents numériquement aux contenus du compteur de référence 24 à cycle périodique, ceux-ci étaij.t considérés de plus en plus tôt à l'intérieur de ces cycles. 10 La ligne 58 illustre le cas où la vitesse de déplacement est négative, dans laquelle les impulsions 60 sont produites par le comparateur 26 en réponse à une séquence de nombres de position tels que 200 ; 350 ; 500 ; 650 ; 800 ; 950 ; 100, etc... Puisque le nombre de position dans le registre 18 croît progressi-15 vement, chaque nombre de position successif est égal à un nombre dans le compteur de référence considéré de plus en plus tard à l'intérieur de chaque intervalle du compteur. De ce qui précède on déduit que la phase des impulsions sur le conducteur 27 est variable soit positivement soit négativement en quantités finies 20 simplement en sortant du calculateur 16 une séquence de nombres de position qui comprend des variations croissantes du nombre de position avec soit le signe plus, soit le signe moins. On comprendra que le dispositifyde la figure 1 peut être appliqué à la commande de plus d'un axe de déplacement 25 et que, dans ce cas, pour chaque axe supplémentaire de déplacement, un registre de position supplémentaire 18 est nécessaire ainsi qu'un comparateur 26 et une boucle de servomécanisme à analogie de phase incorporant sa propre bascule, son circuit de standardisation de niveau, son filtre, son moteur de déplacement de berceau d'outil, 30 son résolveur et son circuit de remise en forme. Le calculateur 16 est de préférence du type numérique universel, ce type étant bien adapté au traitement des quantités numériques. Dans le système 10, le calculateur reçoit du lecteur de bande 12 des signaux spécifiant les déplacements désirés 35 l\ X et 1\ Y ( en se plaçant dans le cas de deux axesj et un nombre de vitesse de déplacement FR spécifiant la vitesse de déplacement désirée en cm. par minute. Les quantités J\ X et ù I sont vectorielles tandis que le nombre de vitesse de déplacement est un scalaire. A partir de ces données la variation du nombre de posi-40 tion A. PNj est calculée à partir de la formule suivante : 71 35633 7 2110212 ^ PU 1000 • X»PR 60.P.C. V hl2 + h, Y2 + x.m dans laquelle C est la cadence de l'horloge, P est la valeur de l'impulsion de commande, typiquement 0,0001", et FR est la vitesse 5 de déplacement programmée en cm par minute. Suivant ce calcul, la distance à laquelle il faut se rendre & Xr est calculée. Si cette quantité est zéro, le déplacement suivant l'axe des X est "terminé et aucun calcul ultérieur n'est nécessaire. Si cette quantité n'est pas nulle, la distance 10 à laquelle il faut se rendre est comparée à la variation du nombre de position. Si la distance à laquelle il faut se rendre est supérieure à la variation du nombre de position, un nouveau nombre de position égal à l'ancien augmenté de la variation du nombre de position est engendré. D'un autre côté, si la distance à laquelle ■j 5 il faut se rendre est éga_Le ou inférieure à la variation du nombre de position, un nouveau nombre de position est engendré qui est égal à l'ancien nombre de position augmenté de la distance à laquelle il faut se rendre. Dans chaque cas, le nouveau nombre de / position est comparé à la capacité maximum du compteur de réfé-20 rence et du registre de position qui dans le cas présent est de mille pour déterminer si le nombre de position est supérieur ou égal à mille. S'il est supérieur ou égal à mille, on soustrait la quantité mille du nombre de position et s'il est inférieur à mille aucune opération arithmétique n'est effectuée. Ensuite le nouveau 25 nombre de position est comparé à zéro et s'il est inférieur à zér.o, on lui ajoute mille. Parvenus en ce point, on exécute une opération logique typique connue comme étant une étape de décision et qui consiste à déterminer si le signal d'interruption est survenu sur le conducteur 44. Sinon, aucun nombre de position n'est dirigé 30 vers le registre 18. Si un signal d'interruption est survenu tin nouveau nombre de position est transmis du calculateur 16 au registre 18. Parvenus à ce point, une nouvelle distance à laquelle il faut se rendre est calculée en ajoutant l'ancienne distance à la variation du nombre de position et l'opération est recyclée. 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 appartiendrait au technicien d'y apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. 71 35633 8 2110212 RBVKTOTflAI'TONS 1) Procédé de commande numérique du déplacement d'un élément suivant au moins un axe, caractérisé en ce qu'il consiste à : engendrer une séquence périodique cfe nombres de position à 5 l'intérieur d'une gamme prédéterminée ; convertir cette séquence de nombres en un train d'impulsions dans lequel les intervalles entre impulsions successives correspondent aux intervalles numériques entre les nombres successifs de la séquence et appliquer ce train d'impulsions à une boucle de servo-mécanismes à analogie de 10 phase pour commander le déplacement de l'élément. 2) Procédé de commande numérique suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à lire les caractéristiques d'un déplacement dans un programme et à les introduire dans un calculâteur. 15 3) Dispositif à commande numérique pour commander le déplacement d'un élément le long d'au moins un axe suivant le procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend : un générateur de séquence de quantités numériques représentant le déplacement désiré d'un élément ; un générateur de quantités numériques de réfé-20 rence cycliques et périodiques parcourant une échelle déterminée ; tua comparateur des quantités numériques de déplacement avec les quantités numériques de référence qui engendre une séquence de signaux dans laquelle chaque signal survient à chaque fois qu'une relation prédéterminée existe entre ces quantités et un dispositif 25 de commande de déplacement répondant à la relation de phase existant entre les signaux de la séquence pour provoquer le déplacement de l'élément. 4) Dispositif à commande numérique suivant la revendication 3» caractérisé en ce que le générateur de quantités 30 numériques de position comprend m calculateur numérique universel et un lecteur de bande relié comme entrée au calculateur numérique. 5) Dispositif à commande numérique suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé par une horloge reliée aux générateurs de quantités numériques de position et de référence. 35 6) Dispositif à commande numérique suivant la re vendication 3, caractérisé en ce que ces quantités numériques de position et de référence sont des nombres de plusieurs chiffres situés à 1'intérieur d'une gamme numérique prédéterminée qui sont emmagasinés respectivement dans un registre de positions et dans 40 un compteur de référence et en ce que le comparateur est prévu 71 35633 9 2110212 pour comparer simultanément les chiffres correspondants dans le nombre de position et dans le nombre de référence. 7) Dispositif à commande numérique suivant la revendication 3» caractérisé en ce que ce dispositif de commande de déplacement comprend une boucle de servomécanismes à analogie de phase ; en ce que ladite boucle comprend : une bascule reliée par son entrée de qualification à la sortie du comparateur et par sa sortie à un moteur d1entrainement de berceau d'outil par l'intermédiaire de la connexion en série de : un circuit de standardisation de niveau de signal ; un filtre et un amplificateur et en ce qu'un résolveur couplé mécaniquement au moteur est connecté électriquement à l'entrée de restauration de la bascule par l'intermédiaire d'un circuit de mise en forme. 8) Dispositif à commande numérique suivant l'une des revendications 3 ou 6, caractérisé en ce que la sortie du comparateur est connectée au calculateur par l'intermédiaire d'un circuit à retard. 9) Dispositif à commande numérique suivant les revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'une autre sortie du compteur de référence est reliée aux extrémités des enroulements statoriques du résolveur par l'intermédiaire d'amplificateurs.