CN101145047B - 用于模拟在机床上加工工件的工序的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于模拟在机床上加工工件的工序的装置和方法。本发明的特征在于整体模拟方法。特定来说，PLC控制构件723和PLC工序模拟构件725帮助模拟机床的PLC移动工序。这实现了机床在其所有实质方面中的现实模拟，从而获得尤其在培训领域中和在确定机器利用时间期间的相当大的优点。

Description

用于模拟在机床上加工工件的工序的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于模拟在机床上加工工件的工序的装置和方法。特定来说，其使得可模拟CNC(计算机化数字控制)机器上的工序。
背景技术
术语CNC指包括一个或多个用于执行控制功能的微处理器的数字控制装置。CNC的外部特征为显示屏和键盘。数字控制装置(CNC)由CNC程序操作，所述程序包括所有必要功能，例如插补、姿态控制和速度控制。通过使用所述一个或多个微处理器和CNC程序，实施通常将由机器用户指定的取决于工件的CNC零件程序。
CNC零件程序由逐步描述用于加工工件的机器的总操作工序的任意数目的语句组成。程序中的每一语句表示几何加工步骤和/或特定机器功能。语句可含有不同指令。在其间作出区分：
-几何指令，通过其控制刀具与工件之间的相对移动，
-技术指令，通过其确定进给速率、锭轴转速和刀具，
-行进指令，其确定移动类型，例如快速移动、直线插补、圆形插补和水平面选择，
-切换命令，用于选择刀具、转位工作台位置、冷却剂供应，
-校正调用，例如用于刀具长度校正、铣刀直径校正、切割边缘半径校正和零点偏移，以及
-循环或子程序调用，用于频繁递归程序段。
除了数字控制、CNC程序和CNC零件程序以外，另外需要对要控制的机器的逻辑控制程序(PLC程序)，所述逻辑控制程序将被产生并集成到机器制造商的存储程序逻辑控制(SPS＝PLC(可编程逻辑控制器))中。其中，确定用于特定功能工序(例如用于刀具更换、工件更换和轮 轴限制)的所有机器定向的联动装置和联锁装置。
期望强调针对CNC与PLC之间进一步限制的一些差异。用于加工工件的CNC零件程序由机器用户产生。CNC零件程序可由用户随机改变或修改。然而，PLC程序由机器制造商产生并约束性地存储在(例如)ROM(只读存储器)上。仅在异常情况下才需要改动或改变PLC程序。特定来说，在操作期间的任何编程都不在PLC中执行。PLC程序必须针对每一PLC(存储程序逻辑控制器)产生且无法针对其它PLC商标而编译。基于这个重要差异的结果在于，每台机器可能有高达几千个CNC零件程序。CNC零件程序由机器用户产生，固定循环和子程序可无论如何均由制造商提供。通常，对一个PLC仅有一个固定的针对现场的程序。所述程序由机器的制造商产生，主要通过使用可用的操作单元产生。用于模拟机床对工件的移动的模拟系统在现有技术中是已知的。在此过程中，工件和例如由机床对其执行的移动被三维视觉化。可从不同角度观看视觉化工件。
在此基础上已知使得用户能够在使工件和机床零件视觉化的图形环境中指定加工工序的系统，所述工序可在系统中的虚拟模型上测试并随后转译为CNC零件程序。
EP 0902343中揭示了如上所述的现有技术的实例。其中描述的系统允许通过使用至少一个虚拟操作单元而针对虚拟工件产生CNC零件程序。在此系统中，用户可使用数据输入构件指定虚拟动作。虚拟操作单元上的预定虚拟动作自动转换为控制程序的控制指令，所述指令允许无冲突的动作，其中考虑到预定机器和控制配置。在此系统中，用户不必知道机器和控制器配置。机器和控制器配置中包含的复杂性从用户转移到数据处理构件，使得用户能够完全集中于将模拟的虚拟动作和虚拟操作单元。
发明内容
从现有技术开始，本发明的目的是提供一种用于模拟机床上工序的 装置和方法，其实现对机床上的移动工序的增强模拟。
本发明描述一种用于模拟在机床上加工工件的工序的装置。根据本发明，此装置包括：第一存储构件，用于存储用于产生机床虚拟图像的机床数据；第二存储构件，用于存储用于产生至少一个工件的虚拟图像的工件数据；以及第三存储构件，用于存储用于产生至少一个资源的虚拟图像的资源数据。
由于这些构件的缘故，提供产生机床实际图像所需的数据。这不仅包含对刀具台和工件的说明，还包含详细表示模拟期间夹持情况的可能性。此外，可以用各种配置展示机床，例如包含保护室(即，作为外观)，或在近观中用于专门显示连同工件和刀具的刀具台。相应数据由相应构件供应到总模拟设备。因此，实际上提供装载有工件和刀具的机床。
根据本发明通过提供彼此之间执行必要数据交换的CNC控制构件、PLC控制构件和PLC工序模拟构件来实现尤其接近于现实的机床上的工件加工过程的表示。由此，依据由相应构件(例如输入构件)、由用户或数据载体提供的控制数据，CNC控制构件产生对应于机床上相应控制信号和/或机床相应状态的CNC数据。
在此发明装置中，PLC模拟具有特别的重要性。在本发明中，通过用于产生PLC控制输出数据的PLC控制构件以及用于依据PLC控制输出数据和机床数据而产生PLC模拟数据和PLC控制输入数据的PLC工序模拟构件的相互作用来实现相同情况。此处，PLC控制构件的功能是产生PLC控制输出数据。这些可例如通过CNC零件程序的相应语句来检索，且对应于涉及机床加工状态的指令。作为对其的反应，PLC工序模拟构件产生PLC控制输入数据，其将机床的操作状态通知PLC控制构件。这实现处理操作的完整工序的描述，其中包含CNC和PLC控制输出的指令。
而且，PLC工序模拟构件产生描述PLC受控移动工序的PLC模拟数据。总模拟构件接收PLC模拟数据和CNC数据，且因此结合CNC控 制构件、PLC控制构件和PLC工序模拟而使得首次可模拟可在真实机床上实施的所有移动工序。
基于此概念，本发明装置提供一种结构，其以简单的方式使得可用模拟的形式按照真实机床上的功能实施所有功能。举例来说，例如可通过合适的模块以简单方式用模拟形式显示加工功能，例如台、头和锭轴的倍率或手动移动操作。这允许提供一种与数据处理技术相关的基本结构，其较大程度适合于机床上的真实数据处理工序且可在受到请求时被连续修正。
换句话说，CNC控制构件、PLC控制构件、PLC工序模拟构件和总模拟装置之间的相互作用详细地实现了整体模拟方法，其中由于考虑到加工工件时的相应部分功能而可提供尤其接近现实的模拟。
由此，本发明模拟装置可完成目前为止常规模拟方法无法完成的任务。举例来说，可检测所有即将发生的冲突，尤其是PLC工序可能导致的冲突。同样可模拟例如刀具的自动更换(刀具自动化)和工件的自动更换(工件自动化)。由此可检测例如由于以下事实而造成的冲突：当到刀具库的门片关闭时将执行刀具更换；刀具将容纳在锭轴中，但另一刀具仍夹持在其中；或从锭轴中取出的刀具将插入刀具库的定点中，在所述定点中已放置另一刀具。在工件自动化模拟的框架内，也可模拟例如可以圆形形式或以架子形式建置的托盘存储装置。可检测例如由以下事实造成的冲突：刀具不正确地夹持在托盘上，使得当将托盘引入机床时将存在冲击。
而且，本发明模拟装置由于以下事实而实现对机器利用时间的现实估计：PLC控制构件能够再现真实PLC控制器的行为，并与PLC工序模拟构件相互作用，这允许其现实地模拟PLC工序的及时行为。由于工件制造成本的一大部分关联于机器利用时间，因此本发明模拟装置使得可快速且准确地预测工件的制造成本。
优选地，CNC控制构件包括根据真实CNC控制的CNC程序的源代 码产生的CNC程序。
其背景在于真实机床的控制的制造商以高级编程语言编写其CNC程序，并针对CNC控制的操作系统编译所述CNC程序。根据本发明，在本实施例中使用此高级编程语言的CNC程序以及由其产生的可在市售计算机上执行的版本的CNC程序。这使得CNC控制构件是真实CNC控制构件的精确复制，其可在PC上执行。
优选地，PLC控制构件包括真实PLC控制的PLC程序或根据真实PLC控制的PLC程序的源代码产生的PLC程序。
在此情况下背景类似于CNC程序的情况。如果真实PLC控制的PLC程序可由PLC控制构件直接执行，那么不需要在本实施例中有任何改变即可采用真实PLC控制的PLC程序。然而，PLC控制构件的制造商往往以高级编程语言编写PLC程序，并针对PLC控制的操作系统编译此程序。在此情况下，优选恰恰使用此高级编程语言的PLC程序并对其进行编译或解释，使得其可在市售计算机上执行。这使得PLC控制构件可同样是真实PLC控制构件的精确复制。
在优选实施例中，用于提供控制数据的构件包括用于存储至少一个CNC零件程序的存储构件，所述CNC零件程序可在真实机床上执行。
这使得在本发明装置中存储并使用对应于例如在真实机床上执行的CNC零件程序的CNC零件程序。总而言之，有利结果是可以接近现实的方式模拟真实机床。
优选地，用于提供控制数据的构件进一步包括用于用户手动输入控制数据以改变机床操作状态的输入构件。
由于此输入构件，获得的优点在于用户可手动输入控制指令，所述指令接着将在总模拟的框架内再现。举例来说，他或她可实际上打开机床腔室的门，可手动使头和锭轴行进，或可开始或结束冷却剂供应。此功能性使得可针对CNC机器培训操作人员。在教育过程期间，受训者不会损坏机床，因为其只是模拟的。然而机床的虚拟图像是现实的。用户 将输入或将必须输入到真实机床中的所有手动输入也可被输入到模拟机床中。因此，非常现实但成本有效且无风险的培训变为可能。
优选地，输入构件包括倍率输入构件，其用于当在机床上执行CNC零件程序时分别根据CNC零件程序和改变的进给速率与旋转速率来分别输入作为进给速率与旋转速率的比率的倍率。借助于此倍率输入构件，模拟真实机床的倍率调节旋钮。通过使用此倍率调节旋钮，CNC机床的用户使得新安装的CNC零件程序首先缓慢运行以更好地能够检查工序并防止冲突(如果存在)。
此外，在有利的实施例中，输入构件包括手动行进路径输入构件，其用于输入用于手动移动锭轴、头和/或台的控制数据。借助于此手动行进路径输入构件，模拟的用户可如同在真实机床上一样手动移动锭轴、头和/或台。因此，模拟在此方面也现实地显示真实机床。
而且，输入构件可包括夹持输入构件，其用于输入用于夹持工件的控制数据。此夹持输入构件使得模拟的用户能够实践工件的夹持并针对CNC零件程序的工序准备机床的虚拟图像。
另外，输入构件优选包括用于确定零点的零点确定输入构件。通过使用此零点确定输入构件，模拟的用户可类似于在真实机床上一样确定零点。对工件的零点的确定尤其在实践操作中起重要作用。借助于零点确定输入构件，用户能够实践零点的确定。
在有利实施例中，输入构件进一步包括接通程序输入构件，其用于手动输入将由机床操作员在真实机床已接通之后输入的控制数据，以便实现机床的操作准备就绪状态。通过使用此接通程序输入构件，可作出真实机床中的所有必要手动输入，以便在机床已接通之后将机床带入操作准备就绪状态。这些接通操作包含例如打开和关闭门以能够插入刀具、夹持刀具等。
在优选实施例中，输入构件包括真实机床的真实操作员桌，其优选包括CNC操作面板和/或PLC操作面板。由于一方面的真实操作员桌与 另一方面的本发明模拟装置可能实现的对加工操作的整体模拟的发明性组合，可向用户显示对现实的接近，这在最初阶段无法实现，因为他或她直接具有的印象是他或她是在真实机床上工作。这允许例如现实的培训。
而且，输入构件可包括作为真实操作员桌的虚拟图像的虚拟操作员桌。优选地，可通过使用连接的鼠标或经由触敏监视器来操作虚拟操作员桌。由于虚拟操作员桌的缘故，即使对于那些不希望购买真实操作员桌的用户也可产生现实的操作情形。
优选地，PLC控制构件可依据控制数据产生PLC控制输出数据。其优点在于经由输入构件的控制数据输入，例如打开机床腔室门的指令，可由PLC控制构件执行。
然而，当PLC控制构件直接执行控制数据时，PLC控制构件不仅变为有效，而且更经常发生的情况为CNC控制构件执行CNC零件程序，且由此将一些指令的执行委托给PLC控制构件。
在优选实施例中，本发明装置适合于通过输入构件实现CNC零件程序内语句的选择，总模拟构件产生总模拟数据作为CNC零件程序的开始且视觉化构件视觉化选择的语句的总模拟数据，以便显示从选择的语句开始的在机床上加工工件的工序。
因此，在此优选实施例中可通过输入构件在CNC零件程序内选择语句。用户因此用信号通知他或她将希望看见由于此语句而带来的移动工序。为了能够从此点开始视觉化，必须首先产生机床在零件程序中在此点将具有的状态。这就是以一种快速跟踪的方式从开始运行通过零件程序的原因。然而视觉化仅从选择的语句开始。此在可选择的语句处开始视觉化的可能性打开了培训领域中的新的启发式机会。
优选地，显示构件包括真实机床的真实CNC显示构件。因此，进一步增强用户站在真实机床前的感觉。更现实的培训变为可能。
另外，显示构件可包括作为真实机床的真实CNC显示构件的虚拟图 像的虚拟CNC显示构件。这意味着在市售显示屏上模仿真实CNC显示构件。这在即使没有真实CNC显示构件可用的情况下也产生现实的培训情形。
优选地，视觉化构件适合于三维视觉化总模拟数据。这产生现实的印象。
在优选实施例中，第一存储构件包括用于存储运动学数据的构件，所述运动学数据用于描述机床的运动学行为。运动学数据包括描述在移动期间机床如何运转的信息。运动学数据包含例如特定移动工序的执行时间。
此外，第一存储构件可包括用于存储用于产生机床元件的虚拟图像的机床元件数据的构件。而且，第一存储构件可包括用于存储用于依据机床元件数据、运动学数据和配置数据来产生机床虚拟图像的配置数据的构件。
通过借助于配置数据从单独机床元件构成机床的虚拟图像，可以特别有效的方式显示不同类型的机床，因为许多机器元件甚至在不同类型的机床上也是相同的。这意味着配置数据指示必须如何组合预定机器元件以获得完整的机器模型。
在优选实施例中，第三存储构件包括用于存储用于产生至少一个刀具的虚拟图像的刀具数据的构件。其结果是可模型化由机床使用的刀具的优点。
优选地，第三存储构件包括用于存储用于产生至少一个夹持构件的虚拟图像的夹持构件数据的构件。这允许在其中夹持工件的夹持构件变为可模型化。
在优选实施例中，本发明装置包括用于用参数表示CNC控制构件和/或PLC控制构件的参数表示构件。优选地，此参数表示构件适合于关于由行程参数、闭合回路控制行为参数、补偿参数和刀具库参数组成的群组中的至少一个参数来用参数表示CNC控制构件和/或PLC控制构 件。此参数表示构件允许CNC控制构件和/或PLC控制构件类似于真实CNC控制和/或PLC控制而用参数表示。
优选地，本发明装置包括用于CNC控制构件与总模拟构件之间的通信的接口。可基于例如DCOM或CORBA(通用对象请求代理结构)的中间件来实现此接口。优选用于CNC控制构件与总模拟构件之间的通信的接口适合于将来自CNC控制构件的通过接口获得的非面向对象的CNC数据在被传递到总模拟构件之前转换为面向对象的形式。
这是尤其有利的，因为视觉化构件优选基于OpenGL来实现。OpenGL是面向对象的。与其相反，所建立的CNC控制构件的许多CNC程序是以C编程的，也就是说以非面向对象的语言编程的。因此必须将非面向对象的CNC数据转换为面向对象的形式以产生CNC控制构件与视觉化构件之间的互用性。
优选地，用于CNC控制构件与总模拟构件之间的通信的接口包括过滤器构件，其过滤由CNC控制构件传递到接口的CNC数据的量，使得总模拟构件从CNC控制构件传递的CNC数据的量中仅获得一部分量。
举例来说，CNC控制构件可适合于每15毫秒传递新的CNC数据。如果所有的CNC数据均被传递到总模拟构件，那么总模拟构件将必须每15毫秒更新机床模型。此计算工作很难在15毫秒中完成，因此实时模拟将非常难。CNC数据的仅一部分量经由过滤器构件传递到总模拟构件，例如CNC数据每150毫秒，即每十个CNC数据集，继续传递到总模拟构件。即使仅传递每第十个CNC数据集，也可能完全再现机床的移动工序。然而总模拟构件需要较不经常地更新机床模型，使得必需较少的计算工作且可能进行实时模拟。
优选地，本发明装置包括用于输入用于过滤器构件的配置的配置数据的输入构件。通过使用此输入构件，可例如确定过滤器构件过滤CNC数据的密集程度。此处，可能输入(例如)每第五个CNC数据集或每第十五个CNC数据集被传递到总模拟构件。
优选地，用于CNC控制构件与总模拟构件之间的通信的接口包括用于使CNC控制构件与总模拟构件之间的通信同步的同步构件。
在优选实施例中，本发明装置包括用于PLC控制构件与PLC工序模拟构件之间的通信的接口。优选地，接口适合于经由旗语实现PLC控制构件与PLC工序模拟构件之间的同步。接口可包括同步构件，其具有存储构件并确保PLC控制构件在PLC工序模拟构件从存储构件中读出PLC控制输出数据之前将一个周期期间产生的所有PLC控制输出数据写入存储构件。以相同方式，接口可包括同步构件，其具有存储构件并确保PLC工序模拟构件在PLC控制构件从存储构件中读出PLC控制输入数据之前将一个周期期间产生的所有PLC控制输入数据写入存储构件。
由此确保PLC控制构件总是在PLC工序模拟构件读出完整的一组PLC控制输出数据之前首先写入所述数据。这意味着获得一个周期的所有输出数据的可分性。这是合意的，以便甚至更现实地显示真实PLC控制构件的行为。同样在相反方向上实现PLC工序模拟构件分别产生完整的一组PLC控制输入数据并在PLC控制构件读出所述数据之前将其写入存储构件。在此情况下，也获得所有PLC控制输入数据的可分性。
在优选实施例中，本发明装置包括用于总模拟构件与PLC工序模拟构件之间的通信的接口。其可基于中间件来实现。优选地，用于总模拟构件与PLC工序模拟构件之间的通信的接口包括过滤器构件，其过滤由PLC工序模拟构件传递到接口的PLC数据的量，使得总模拟构件从由PLC工序模拟构件传递的PLC数据的量中仅获得一部分量。在此情况下，再次实施过滤，使得总模拟构件不必太经常更新机床模型，且因此由于高计算工作而使实时模拟更难。优选地，又可经由输入构件配置过滤器构件，使得对过滤器构件过滤PLC数据的密集程度进行调节。优选地，用于总模拟构件与PLC工序模拟构件之间的通信的接口包括用于使总模拟构件与PLC工序模拟构件之间的通信同步的同步构件。
所有提到的接口可适合作为远程接口。远程接口适合于实现位于不 同位置的通信伙伴之间的远程通信。这允许将各个构件分布到若干计算机。举例来说，在第一计算机上操作总模拟构件和视觉化构件同时可在第二计算机上实施PLC控制构件、CNC控制构件和PLC工序模拟可能是有利的。这是有利的，因为总模拟构件和视觉化构件要求非常多的计算容量。这意味着通过PLC工序模拟构件与总模拟构件之间的接口以及CNC控制构件与总模拟构件之间的接口适合作为远程接口的事实，可实现对总模拟的更快速执行。
此外，所有提到的接口可实现将一个通信伙伴提供的技术调用到另一通信伙伴。这允许各个构件不仅在其间交换数据，而且相互使用其技术。
优选地，根据本发明的装置包括适合于依据总模拟数据检测包含资源的机床与工件之间的冲突的冲突检测构件。由此可检查CNC零件程序或还有手动输入的控制数据其是否导致冲突。特定来说，资源包含使用的刀具。
在优选实施例中，本发明装置包括用于检查机床是否可到达预定位置的行程检查构件。预定位置可例如来自CNC零件程序或其可被手动输入。借助于行程检查构件，可找出(例如)是否可在某一机床上制成特定工件。这允许使用本发明装置进行销售支持。销售代表能够例如在其膝上型电脑上为期望购买机床的客户虚拟地呈现机床，且其能够向客户显示如何通过此机床制造要求的工件。可检查机床是否足够大以及是否适合于制造期望的工件。
在优选实施例中，视觉化构件适合于以在预定时间周期期间与在机床上加工工件的真实工序的速度成恒定比率的速度显示总模拟数据。特定来说，视觉化构件可适合于实时显示模拟数据。由此可现实地视觉化在机床上加工工件的工序，使得观察者获得在机床上对工件的加工在现实中将如何进行的现实印象。
优选地，用于提供控制数据的构件适合于提供用于执行在5轴机床 上加工工件的工序的控制数据。加工工序的视觉化对于5轴机床尤其有利，因为由于五个轴的缘故，用户尤其难以想象加工工序。
在优选实施例中，本发明装置适合于在第一时间周期期间模拟在第一机床上加工工件的工序，且在第二时间周期期间模拟在第二机床上加工工件的工序。
根据本发明，这可通过由与第二机床相关的CNC控制构件和PLC控制构件完全替换与第一机床相关的CNC控制构件和PLC控制构件(即，首先包含CNC程序、PLC程序和参数)来实现。这使得可例如分别在第一情况下使用并显示Siemens控制且在第二情况下使用并显示Heidenhain控制。因此，可模拟不同的机床和/或不同的机床控制。举例来说，这导致的优点在于，可以简单且成本有效的方式就若干机床和若干机床控制来培训学徒。
或者，可通过交换PLC程序的可能性和CNC控制构件的参数表示来实现模拟不同机床的能力。这使得(例如)可用简单且成本有效的方式模拟同一机床制造商(例如Deckel-Maho-Gildemeister)的不同机床。
优选地，本发明装置包括用于选择将在机床上加工工件的工序模拟的框架内使用的控制的控制选择构件。举例来说，可通过选择相应的CNC控制构件和相应的PLC控制构件或通过选择相应的PLC程序和相应的参数来选择控制。因此，模拟构件的用户可方便地选择控制并基于选择的控制模拟在机床上加工工件的工序。
根据本发明的装置具有许多优点。其允许对机床进行现实模拟。因此可更好地检测冲突。特定来说，可检测将由PLC移动工序引起的此类冲突。整体模拟，即模拟中包含机床的所有方面，使得可更好地预测机器利用时间。可在模拟的帮助下培训机床的用户。培训公司不必再绝对地购买机床，而是可使用模拟。这减少了资本使用。同时可模拟不同的机床并在模拟的帮助下模拟各个控制制造商的不同控制。因为模拟的虚拟机床不会损坏，所以防止了无经验用户对机床的损坏。另外，模拟可 用于销售支持。可例如在膝上型计算机上为可能想购买机床的客户视觉化机床。而且，可从模拟的结果中得出机床构造的结论。这允许对机床进行持续改进。同时，可在模型上测试机床构造的新想法而不会有任何风险。
此外，本发明包括一种用于模拟在机床上加工工件的工序的方法。根据本发明，所述方法包括以下步骤：提供用于产生机床虚拟图像的机床数据；提供用于产生至少一个工件的虚拟图像的工件数据；提供用于产生至少一个资源的虚拟图像的资源数据；提供用于执行结合在机床上的工件加工的工序的控制数据；依据所述控制数据产生CNC数据；产生PLC控制输出数据；依据所述PLC控制输出数据和所述机床数据来产生PLC模拟数据和PLC控制输入数据；依据所述CNC数据、所述PLC模拟数据、所述机床数据、所述工件数据和所述资源数据来产生关于在所述机床上加工工件的工序的总模拟数据；以及视觉化所述总模拟数据，其中包括显示在所述机床上加工工件的工序的步骤。
用于模拟在机床上加工工件的工序的本发明方法提供与本发明装置相同的优点。
优选地，所述方法包括根据真实CNC控制的CNC程序的源代码产生CNC程序的步骤。此外，所述方法可包括提供真实PLC控制的PLC程序的步骤或根据真实PLC控制的PLC程序的源代码产生PLC程序的步骤。
在有利实施例中，提供控制数据的步骤包括提供CNC零件程序的步骤，其中所述CNC零件程序可在真实机床上执行。
优选地，提供控制数据的步骤包括由用户手动输入控制数据以改变机床操作状态的步骤。
手动输入控制数据的步骤可包括输入作为根据CNC零件程序的进给速率与当在机床上执行CNC零件程序时的改变的进给速率的比率的倍率的步骤。
类似地，手动输入控制数据的步骤可包括输入控制数据以手动移动锭轴、头和/或台的步骤。
优选地，手动输入控制数据的步骤还包括输入用于夹持工件的控制数据的步骤。
在尤其优选的实施例中，手动输入控制数据的步骤包括输入用于确定零点的控制数据的步骤。
优选地，手动输入控制数据的步骤包括输入将由机床操作员在真实机床已接通之后输入的控制数据的步骤，以便实现机床的操作准备就绪状态。
在优选实施例中，在手动输入控制数据的步骤中，通过包括CNC操作面板和/或PLC操作面板的真实机床的真实操作员桌做出输入。
类似地，在手动输入控制数据的步骤中通过作为真实操作员桌的虚拟图像的虚拟操作员桌做出输入。
优选地，在产生PLC控制输出数据的步骤中，依据控制数据产生PLC控制输出数据。
在优选实施例中，所述方法包括以下步骤：输入CNC零件程序内语句的选择；从CNC零件程序的开始产生总模拟数据；以及使选择的语句的总模拟数据视觉化，以便从选择的语句开始显示在机床上加工工件的工序。
优选地，在显示在机床上加工工件的工序的步骤中，通过真实机床的真实CNC显示构件进行显示。
作为替代或补充，在显示在机床上加工工件的工序的步骤中，可通过作为真实机床的真实CNC显示构件的虚拟图像的虚拟CNC显示构件来进行显示。
优选地，在视觉化总模拟数据的步骤中，三维视觉化总模拟数据。
提供机床数据的步骤可包括提供用于描述机床运动学行为的运动学数据的步骤。类似地，提供机床数据的步骤可包括提供用于产生机床元 件虚拟图像的机床元件数据的步骤。优选地，提供机床数据的步骤包括提供用于依据机床元件数据、运动学数据和配置数据来产生机床虚拟图像的配置数据的步骤。
在优选实施例中，提供资源数据的步骤包括提供用于产生至少一个刀具的虚拟图像的刀具数据的步骤。类似地，提供资源数据的步骤包括提供用于产生至少一个夹持构件的虚拟图像的夹持构件数据的步骤。
在优选实施例中，本发明过程包括用参数表示产生CNC数据的步骤和/或产生PLC控制输出数据的步骤的步骤。
优选地，在用参数表示产生CNC数据的步骤和/或产生PLC控制输出数据的步骤的步骤中，关于由行程参数、闭合回路控制行为参数、补偿参数和刀具库参数组成的群组中的至少一个参数来进行参数表示。
在优选实施例中，本发明方法包括将CNC数据从CNC控制构件传送到总模拟构件的步骤。
优选地，在将CNC数据从CNC控制构件传送到总模拟构件的步骤中，经由中间件进行通信。
将CNC数据从CNC控制构件传送到总模拟构件的步骤可包括将非面向对象的CNC数据转换为面向对象的形式的步骤。
优选地，将CNC数据从CNC控制构件传送到总模拟构件的步骤包括以下步骤：过滤CNC数据的量以使得总模拟构件从由CNC控制构件传送的CNC数据的量中仅获得一部分量。本发明方法可包括通过输入配置数据来配置过滤CNC数据量的步骤的步骤。
在优选实施例中，本发明方法包括在PLC控制构件与PLC工序模拟构件之间传送PLC控制输出数据和PLC控制输入数据的步骤。
在PLC控制构件与PLC工序模拟构件之间传送PLC控制输出数据和PLC控制输入数据的步骤可包括经由旗语同步PLC控制构件和PLC工序模拟构件的步骤。
优选地，在PLC控制构件与PLC工序模拟构件之间传送PLC控制 输出数据和PLC控制输入数据的步骤中，PLC控制构件在PLC工序模拟构件从存储构件中读出PLC控制输出数据之前将一个周期期间产生的所有PLC控制输出数据写入存储构件。
优选地，在PLC控制构件与PLC工序模拟构件之间传送PLC控制输出数据和PLC控制输入数据的步骤中，PLC工序模拟构件在PLC控制构件从存储构件中读出PLC控制输入数据之前将一个周期期间产生的所有PLC控制输入数据写入存储构件。
在优选实施例中，本发明过程包括在PLC工序模拟构件与总模拟构件之间传送PLC模拟数据的步骤。
优选地，在PLC工序模拟构件与总模拟构件之间传送PLC模拟数据的步骤经由中间件进行。
在PLC工序模拟构件与总模拟构件之间传送PLC模拟数据的步骤可包括以下步骤：过滤PLC模拟数据的量以使得总模拟构件从由PLC工序模拟构件传递的PLC模拟数据的量中仅获得一部分量。
优选地，在通信步骤中的至少一者中，在位于不同位置处的通信伙伴之间进行远程通信。
优选地，通信步骤中的至少一者包括将一个通信伙伴提供的技术调用到另一通信伙伴的步骤。
在有利实施例中，本发明方法包括依据总模拟数据检测包含资源的机床与工件之间的冲突的步骤。
此外，本发明方法可包括检查机床是否可到达预定位置的步骤。
优选地，在视觉化总模拟数据的步骤中，以在预定时间周期期间与在机床上加工工件的真实工序的速度成恒定比率的速度显示总模拟数据。
优选地，在视觉化总模拟数据的步骤中，实时显示总模拟数据。
在尤其优选的实施例中，在提供控制数据的步骤中，提供用于执行在5轴机床上加工工件的工序的控制数据。
在优选实施例中，本发明方法包括提供用于模拟在第一机床上加工工件的工序的第一CNC控制构件和第一PLC控制构件以及提供用于模拟在第二机床上加工工件的工序的第二CNC控制构件和第二PLC控制构件的步骤。此外，根据本发明的方法可包括提供用于用参数表示用于模拟在第一机床上加工工件的工序的CNC控制构件的第一PLC程序和第一参数以及提供用于用参数表示用于模拟在第二机床上加工工件的工序的CNC控制构件的第二PLC程序和第二参数的步骤。优选地，本发明方法包括选择将在模拟用于在机床上加工工件的工序的框架内使用的控制的步骤。
此外，本发明包括一种计算机程序产品，其包括计算机可读媒体和存储在其中的计算机程序，所述计算机程序以状态序列的形式存储，所述状态序列对应于适合于由数据处理构件的数据处理媒体处理以便形成根据本发明的装置或执行用于模拟在机床上加工工件的工序的发明方法的指令。
本发明装置的描述框架内描述的PLC工序模拟构件需要关于模拟机床的及时行为的数据，以便因此能够在时间方面模拟PLC工序。这就是为什么本发明进一步包括一种用于产生PLC机床工序数据的方法，所述方法包括以下步骤：产生PLC控制数据序列，所述序列包括至少一个PLC控制数据；确定序列的每一PLC控制数据的初始状态和最终状态，所述初始状态和最终状态与PLC控制输入数据有关；提供测量单元，所述测量单元适合于测量序列的每一PLC控制数据的初始状态的发生与最终状态的发生之间的时间周期；通过真实PLC控制单元在真实机床上执行PLC控制数据序列；测量单元测量序列的每一PLC控制数据的初始状态的发生与最终状态的发生之间的时间周期；根据测量单元的测量数据产生PLC机床工序数据；以及存储PLC机床工序数据。
此方法的背景是机床包含致动器和传感器。致动器由PLC控制构件通过PLC控制输出数据来控制。PLC控制构件接收从传感器返回的PLC 控制输入数据。本发明的目的是产生PLC机床工序数据以产生提供信息的数据，所述信息是关于真实机床的传感器何时产生哪一PLC控制输入数据作为对PLC控制构件用以驱动机床的PLC控制输出数据的响应。
产生PLC机床工序数据的方法的优点在于通过使用此方法，可产生显示在执行PLC控制指令时关于时间的机床真实行为的数据。
此外，本发明包括PLC工序模拟构件，其包括用于提供PLC机床工序数据的构件，用于对机床工序模拟进行定时的定时构件，由尤其关于时间的PLC机床工序数据描述的机床的PLC工序，用于接收用于控制机床致动器的PLC控制输出数据的输入，用于模拟机床传感器输出信号的输出，用于依据通过输入接收的PLC控制输出数据、PLC机床工序数据以及定时来产生PLC模拟数据和PLC控制输入数据的内部工序模拟构件，以及用于输出PLC模拟数据和用于通过输出输出PLC控制输入数据的输出构件。
本发明PLC工序模拟构件的优点在于可以适当方式(尤其关于时间)模拟在真实机床上运行的PLC工序。
此外，本发明包括一种计算机程序产品，其包括计算机可读媒体和存储在其中的计算机程序，所述计算机程序以状态序列的形式存储，所述状态序列对应于适合于由数据处理构件的数据处理媒体处理以便形成根据本发明的PLC工序模拟构件的指令。
下文将参看附图，借助于各种实施例来描述本发明的有利发展和进一步细节。
附图说明
图1展示用户在他或她面前将看到的根据本发明的装置的实施例。
图2展示视觉化机床的实例。
图3展示具有插入的虚拟操作员桌的视觉化机床。
图4展示移动工序的视觉化的实例。
图5阐明真实机床的用户将看到的东西的视觉化有多现实。
图6展示虚拟CNC显示构件。
图7展示本发明装置的实施例的图。
图8展示用于模拟在机床上加工工件的工序的本发明方法的第一部分。
图9展示用于模拟在机床上加工工件的工序的本发明方法的第二部分。
图10展示用于模拟在机床上加工工件的工序的本发明方法的第三部分。特定来说，说明CNC数据和PLC模拟数据的产生。
图11展示用于模拟在机床上加工工件的工序的本发明方法的第四部分。特定来说，说明总模拟数据的产生和视觉化。
图12展示用于产生PLC机床工序数据的本发明方法的实施例。
图13展示发明性PLC工序模拟构件的实施例。
图14展示发明性PLC工序模拟构件的实施例的用户界面。
具体实施方式
图1展示根据本发明的装置的实施例。特定来说，给出在本实施例的情况下本发明装置的用户在他/她前方将看见什么的说明。用户看见第一显示构件101，其展示虚拟CNC显示构件。在实施例中在其左侧，有用于显示机床虚拟图像的第二显示构件102。向用户提供真实机床的真实操作员桌103。另外，他或她可经由键盘104输入数据。
图2更详细展示机床虚拟图像的实例。大体上，可看见在机床上将同样看见的所有组件。举例来说，机床腔室201被视觉化。此外，可看见机床的加工头202和用于容纳工件的相应台203。类似地，可看见CNC操作员桌204和CNC显示构件205。甚至展示包含机床的机型名称207的机床腔室206的门以及门的窗208。这阐明了将机床的非常现实的图像呈现给根据本发明的装置的用户。
图3展示具有额外虚拟操作员桌301的图2的机床虚拟图像。虚拟操作员桌包括CNC操作面板302和PLC操作面板303。参考标号304 表示倍率的调节旋钮。
图4展示在此实施例中可隐藏机床的许多元件。在所示的实例中，机床腔室201不再可见，使得用户具有台203的无阻挡的视野。机床头202行进到夹持刀具401进入工件402中的程度。工件402通过夹持构件403固定在台203上。从工件402移除的材料404在机床虚拟图像中视觉化。总而言之，用户在此设定中可看见用于在机床上加工工件的整个移动工序。
图5阐明了模拟装置的用户可获得当站在真实机床前他或她将看见什么的现实印象。用户将站在虚拟机床前并通过门206中的窗208观看机床的台203。在该处用户将看见对工件402进行的加工工序。同时，用户将看见操作员桌204和CNC显示构件205。
图6展示虚拟CNC显示构件601的实例。特定来说，虚拟CNC显示构件601展示由各个语句603组成的将执行的CNC零件程序602。此外尤其可在视域604中看见机床头的位置。
图7展示用于模拟用于在机床上加工工件的工序的本发明装置实施例的示意性结构。装置701包括第一存储构件702，其存储机床数据。第一存储构件包括其它存储构件。一个存储构件存储运动学数据703。另一存储构件存储机床元件数据704。包含在第一存储构件中的又一存储构件存储配置数据705。此外，装置701包括第二存储构件706，其存储工件数据。资源数据存储在包含在装置701中的第三存储构件707中。第三存储构件707包括用于存储刀具数据的另一存储构件708和用于存储夹持构件数据的又一存储构件709。
装置701包括用于提供控制数据的构件710，控制数据在本实例中为用于五轴机床的控制数据。此用于提供控制数据的构件710包括存储至少CNC零件程序的存储构件711。此外，用于提供控制数据的构件710包括输入构件712。输入构件712包括多个其它输入构件。特定来说，输入构件712包括用于输入倍率的输入构件713、用于输入用于夹持工 件的控制数据的输入构件714、用于输入控制数据以便执行接通程序的输入构件715、用于手动输入行进路径的输入构件716、用于输入控制数据以便确定零点的输入构件717、用于选择CNC零件程序内的语句的输入构件718以及用于选择控制的输入构件719，期望用于选择控制的输入构件719在用于在机床上加工工件的工序模拟的框架中使用。此包含在输入构件712中的输入构件的列举不应理解为最终的，而是只是用以说明输入构件的一些方面。
此外，用于模拟在机床上加工工件的工序的装置701包括CNC控制构件720。CNC控制构件720包括CNC程序721。此外，在本实施例中，CNC控制构件包括用参数表示CNC控制构件的参数722。
另外，装置701包括PLC控制构件723，其包括PLC程序724。PLC程序描绘真实机床的真实PLC控制。
此外，装置701包括用于模拟机床上的PLC工序的PLC工序模拟构件725。PLC控制构件723通过接口726与PLC工序模拟构件725通信。此接口包括同步构件727，其促使PLC控制构件723总是在PLC工序模拟构件725读出PLC控制输出数据之前首先写入其完整语句。
在相反方向上，同步构件727确保PLC工序模拟构件725总是在PLC控制构件723读出PLC控制输入数据之前首先写入PLC控制输入数据的完整语句。
特别是，PLC工序模拟构件725产生PLC模拟数据。PLC工序模拟构件725将这些PLC模拟数据传送到总模拟构件731。经由包括过滤器构件729和同步构件730的接口728实现PLC模拟数据的传送。过滤器构件729使得由PLC工序模拟构件725传递到总模拟构件731的PLC模拟数据的量可调节。同步构件730使PLC工序模拟构件725与总模拟构件731之间的通信同步。
此外，总模拟构件731经由接口732从CNC控制构件720接收CNC数据。接口732又包括过滤器构件733和同步构件734。此过滤器构件 733促使由CNC控制构件720向总模拟构件731提供的CNC数据的量可调节。同步构件734使CNC控制构件720与总模拟构件731之间的通信同步。
总模拟构件731产生关于在机床上加工工件的工序的总模拟数据。为了产生总模拟数据，总模拟构件731使用其从PLC工序模拟构件725接收的PLC模拟数据、其从CNC控制构件720接收的CNC数据、来自第一存储构件702的机床数据、来自第二存储构件706的工件数据以及来自第三存储构件707的资源数据。
总模拟构件731将产生的总模拟数据继续传递到视觉化构件735。此视觉化构件735包括3D显示构件736。通过使用3D显示构件736，视觉化构件735视觉化包含工件和资源的机床以及用于加工工件的机床的加工工序。
另外，装置701包括参数表示构件737，其用于用参数表示CNC控制构件720和/或PLC控制构件723。
依据其从总模拟构件731接收的总模拟数据，冲突检测构件739检测包含资源的机床与工件之间的冲突。
另外，装置701包括行程检查构件738，其用于检查机床是否可到达预定位置。
图8展示用于模拟在机床上加工工件的工序的方法的实施例的第一部分。在步骤801中，提供机床元件数据。在步骤802中，提供机床运动学数据。在步骤803中，随之提供配置数据。之后，在步骤804中提供刀具数据。接着在步骤805中提供夹持构件数据，且在步骤806中提供工件数据。方法程序中的点A是图9和图11所示的方法程序的开始。
图9展示用于模拟在机床上加工工件的工序的方法的实施例的第二部分。在步骤901中，提供CNC零件程序。随后，在步骤902中用户输入用于夹持工件的控制数据。之后，在步骤903中用户输入用于确定零点的控制数据。在此点B处起始图10中阐明的程序。
图10说明用于模拟在机床上加工工件的工序的方法的实施例的第三部分。在步骤1001中产生CNC数据。在步骤1002中传送这些CNC数据。之后，随之产生新的CNC数据(步骤1001)或在步骤1003中产生PLC控制输出数据。随后，在步骤1004中传送产生的PLC控制输出数据。在步骤1005中，产生PLC模拟数据和PLC控制输入数据。在步骤1006中传送这些PLC模拟数据和PLC控制输入数据。之后，程序跳回到步骤1003或步骤1001。当然，尤其可通过用户的输入或通过到达CNC零件程序的末尾来停止图10所示的程序。
图11说明用于模拟在机床上加工工件的工序的方法的实施例的第四部分。在步骤1101中产生总模拟数据。在步骤1102中视觉化这些总模拟数据。特定来说，显示在机床上加工工件的工序。在步骤1103中接收CNC数据和PLC模拟数据(只要其存在)。随后，随之返回到步骤1101，其中基于新接收的CNC数据和新接收的PLC模拟数据产生新的总模拟数据。同样可通过用户的输入来停止图11所示的程序。
图12展示用于产生PLC机床工序数据的发明过程的实施例。在步骤1201中产生PLC控制数据的序列。随后，在步骤1202中获得用于序列的每一PLC控制数据的初始状态和最终状态。在步骤1203中提供测量单元。随后，在步骤1204中通过使用真实PLC控制来在真实机床上执行PLC控制数据的工列。在执行期间，测量单元测量序列的每一PLC控制数据的初始状态的开始与最终状态的开始之间的时间周期(步骤1205)。这意味着一个接一个地执行PLC控制数据，且测量何时初始状态开始以及何时最终状态开始。随后，获得初始状态的开始与最终状态的开始之间的时间间隔。在步骤1206中，根据测量数据产生PLC机床工序数据。在步骤1207中存储这些PLC机床工序数据。
图13展示发明性PLC工序模拟构件的实施例。PLC工序模拟构件725包括用于提供PLC机床工序数据的构件1301。此用于提供PLC机床工序数据的构件1301可例如为到存储PLC机床工序数据的第一存储 构件702的接口。此外，PLC工序模拟构件725包括用于对机床工序模拟进行定时的定时构件1302，其中机床的PLC工序由PLC机床工序数据描述(尤其关于时间)。
此外，PLC工序模拟构件725包括用于从PLC控制构件723接收PLC控制输出数据的输入1303。而且，PLC工序模拟构件725包括输出1304，以将PLC控制输入数据传递到PLC控制构件723。此外，PLC工序模拟构件725包括内部工序模拟构件1305，其依据输入1303处的输入信号、由用于提供PLC机床工序数据的构件1301传递的PLC机床工序数据以及定时构件1302的定时来产生PLC模拟数据和PLC控制输入数据。由输出构件1306将PLC模拟数据传递到总模拟构件731，且借助于输出构件1306经由输出1304输出PLC控制输入数据。
图14说明发明性PLC工序模拟构件的实施例的用户界面的实施例。用户界面1401包括输出范围1402，其中显示输入的状态。可做出每一输入的图像使得其展示是将0(例如，0伏)还是1(例如，5伏)施加到输入线。输入前的图形图标展示是施加0还是1。用户界面1401进一步包括输出范围1403，其中展示输出的状态。该处显示的每一输入展示施加到输出的状态。而且，用户界面1401包括输出范围1404，其中显示PLC工序的完成程度。举例来说，可从栏位1405知道磁性锁定舱门的步骤已经实施100％。
实施例和图式仅为说明性的，且不应视为限制。可以偏离的方式组合实施例中描述的特征，以便以此方式提供针对相应的应用目的而优化的其它实施例。只要此类修改对于所属领域的技术人员来说是显然的，其就应能通过上文对实施例的描述而被隐含地揭示。
举例来说，图7中描述了许多可选的技术特征。举例来说，可设想没有冲突检测构件且没有行程检查构件的发明性装置。所属领域的技术人员明显可知，可省略这些构件以便提供其它实施例，使得应将相应实施例视为甚至在没有这些构件的情况下也可被隐含地揭示。

Claims (9)

1.一种用于模拟在机床上加工工件的工序的装置(701)，其包括
第一存储构件(702)，用于存储用于产生机床虚拟图像的机床数据，
第二存储构件(706)，用于存储用于产生至少一个工件的虚拟图像的工件数据，
第三存储构件(707)，用于存储用于产生一个刀具或夹持构件的虚拟图像的资源数据，
用于提供控制数据的构件(710)，用于执行结合机床上的工件加工的工序，
CNC控制构件(720)，用于依据所述控制数据产生CNC数据，
PLC控制构件(723)，用于产生PLC控制输出数据，
PLC工序模拟构件(725)，用于依据所述PLC控制输出数据和所述机床数据来产生PLC模拟数据和PLC控制输入数据，
总模拟构件(731)，用于依据所述CNC数据、所述PLC模拟数据、所述机床数据、所述工件数据和所述资源数据来产生关于在所述机床上加工工件的工序的总模拟数据，以及
视觉化构件(735)，用于视觉化所述总模拟数据，其包括用于显示在所述机床上加工工件的工序的显示构件(736)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述CNC控制构件(720)包括根据真实CNC控制的CNC程序的源代码产生的CNC程序(721)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述PLC控制构件(723)包括真实PLC控制的PLC程序(724)或根据真实PLC控制的PLC程序的源代码产生的PLC程序(724)。
4.根据前述权利要求中至少一个权利要求所述的装置，其特征在于所述用于提供控制数据的构件(710)包括用于存储CNC零件程序的存储构件(711)，所述CNC零件程序可在真实机床上执行。
5.一种用于模拟在机床上加工工件的工序的方法，其包括以下步骤：
提供用于产生机床虚拟图像的机床数据(801、802、803)，
提供用于产生至少一个工件的虚拟图像的工件数据(806)，
提供用于产生一个刀具或夹持构件的虚拟图像的资源数据(804、805)，
提供用于执行结合在机床上的工件加工的工序的控制数据(901、902、903)，
依据所述控制数据产生CNC数据(1001)，
产生PLC控制输出数据(1003)，
依据所述PLC控制输出数据和所述机床数据来产生PLC模拟数据和PLC控制输入数据(1005)，
依据所述CNC数据、所述PLC模拟数据、所述机床数据、所述工件数据和所述资源数据来产生关于在所述机床上加工工件的工序的总模拟数据(1101)，以及
视觉化所述总模拟数据(1102)，其包括显示在所述机床上加工工件的工序的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于根据真实CNC控制的CNC程序的源代码产生CNC程序(721)的步骤。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于提供真实PLC控制的PLC程序(724)的步骤或根据真实PLC控制的PLC程序的源代码产生PLC程序(724)的步骤。
8.根据权利要求5到7中至少一个权利要求所述的方法，其特征在于所述提供用于执行结合在机床上的工件加工的工序的控制数据(901、902、903)的步骤包括提供CNC零件程序的步骤(901)，其中所述CNC零件程序可在真实机床上执行。
9.根据权利要求1所述的用于模拟在机床上加工工件的工序的装置(701)，其特征在于：
所述用于提供控制数据的构件(710)包括用于用户手动输入控制数据以改变所述机床的操作状态的输入构件(712)，所述输入构件(712)包括真实机床的真实操作员桌(103)，
所述CNC控制构件(720)包括根据真实CNC控制的CNC程序的源代码产生的CNC程序(721)，
所述PLC控制构件(723)包括真实PLC控制的PLC程序(724)或根据真实PLC控制的PLC程序的源代码产生的PLC程序(724)。
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