DD221953A1 - Regelungsverfahren und anordnung zur abtastung und bearbeitung von konturen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung hat die Regelung eines Bearbeitungs- oder Abtastvorgangs von Konturen mit Hilfe einer Bearbeitungsmaschine, eines Industrieroboters oder Manipulators zum Ziel. Dieses wird dadurch erreicht, dass bezüglich einer grob vorgegebenen Kontur sowohl die Vorschub- als auch die Zustellbewegung unter Berücksichtigung der Toleranzen des Abtastwerkzeugs und der Kontur kontinuierlich korrigiert werden. Das Verfahren basiert auf einer Kraftregelung, wobei die Informationen über die Reaktion zwischen Werkzeug und Kontur eine Kraft-Momentsensor liefert. Aus den mit dem Sensor gemessenen Kräfte werden durch eine entsprechende Transformation die Reaktionskräfte auf der Kontur ermittelt und mit entsprechenden Sollwerten verglichen. Mit Hilfe vorgegebener Kraftschwellen erfolgt eine Auswahl der Regelungsart in der Weise, daß entweder die Vorschubgeschwindigkeit oder die Zustellbewegung geregelt wird. Bei zu großen Kraftabweichungen wird der Regelungsvorgang gestoppt. Die aus der Soll-Istwert-Abweichung der Kräfte ermittelte Wegdifferenz wird in das Bezugssystem der Verarbeitungsmaschine transformiert und die daraus resultierende Bewegungskorrektur ausgeführt. Danach erfolgt ein erneuter Regelungszyklus. Fig 2

Description

Regelungsverfahren und Anordnung zur Abtastung und Bearbeitung von Konturen ,

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung betrifft Schleif- und Entgratprozesse und andere Bearbeitungsweisen wie das Fräsen oder Hobeln sowie Abtastprozesse von Konturen unter Verwendung _; von Kraft-Motnenten-Sensoren insbesondere unter Einsatz von Industrierobotern und Manipulatoren·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die in der Literatur, insbesondere Patentliteratur, angegebenen Verfahren zur Regelung von Bearbeitungsvorgängen lassen sich in zwei Gruppen teilen: '

1. Verfahren, die eine Vielzahl von Sensoren benutzen, wie Abstandssensorik, Leistungs- und Strommesser, Kraft- und Momenten-Sensoren, elektronische Sensoren (Schwingkreise, kapazitive Sensoren), optische Sensoren'usw.

2. Verfahren mit ausschließlichem Gebrauch von Kraft-Momenten-' Sensoren

Diese Verfahren konzentrieren sich entweder auf die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit, der Drehzahl von Werkzeugantriebeα (Spindeldrehzahl beim Schleifen) oder der Zustellbewegung.' Ein Verfahren zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit mit Ermittlung der Tangentialkraft über die elektrische Leistungsaufnahme des Werkzeugspindelmotors beschreibt DE-OS 2931940· Mit einem Verfahren zur adaptiven Regelung von Werkzeugmaschinen befaßt sich die DE-OS 2018424» wobei der Arbeitsvorschub solange verändert wird, bis eine vom Verformungsmoment abhängige Größe einen Schwellwert erreicht hat. Die DE-PS 2519735 stellt ein Verfahren vor, bei der das Werkstück während der Bearbeitung gemessen wird, wobei die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer variablen Größe programmiert wird. Ein von den elastischen Verformungen abhängiges Signal regelt die Vorschubgeschwindigkeit. In der US-PS 3029962 wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem Strom, Spannung und Drehzahl des Spindelmotors einer Werkzeugmaschine erfaßt werden und diese

als Hegelgrößen benutzt werden·

In den Patentschriften BB-OS 3103166, DE-PS 2442820 und ^ DB-PS 2100363 werden Regelvprrichtungen beschrieben, bei doneη Abstands- bzw. Fertigujigsmaße regeltechnisch verarbeitet werden* Ebenfalls mit der Abstandsregelung beschäftigt sich die DE-PS 2333089» bei der der Abstand zwischen Werkzeug und Werkstückoberfläche mit Hilfe eines elektronischen Fühlers, der auf Schwingkreisbasis arbeitet, gemessen wird. Mit dem Entgraten durch einen robotergefUhrten Fräser beschäftigt sich DE-OS 2824266, wobeijsich der Fräserschaft direkt auf die . ^ Grundköntur des zu bearbeitenden Werkstückes abstützt.

Die beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, daß sie (in der Regel) entweder nur die Vorschubgeschwindigkeit oder die Zustellbeweguttg regulieren

In der DE-OS 1803742 wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem die Vorschubgeschwindigkeit und die Zustellbewegung in Abhän-

... ' .' ·· '] '.' ' .. . . .·. . ... gigkeit von der gemessenen Verformungsleistung M verändert

werden. Bei Überschreiten bzw. Unterschreiten eines Wertes M_mrt'„ wird die Bearbeitungstiefe entsprechend verringert bzw. erhöht. Wird ein Wert M__ + Δ erreicht» so wird die Vorschubbewegung gestoppt und die Bearbeitungetiefe weiter verringert. Wird ein Wert M_max -Δ erreicht, so wird die Kontur ^! im Eilvorschub abgefahren. Die Oberfläche wird mehrfach be-" - arbeitet, bis die endgültige Kontur erreicht ist. Das beschriebene Verfahren hat den Nachteil, daß die Vorschubgeschwindigkeit diskontinuierlich zwischen Eilvorschub, Arbeitsvorschub und Stop-Zustand geändert wird, in der DE-AS 2147522 wird ein Verfahren vorgestellt, bei dein ein Belastungssoliwert B vorgegeben wird. Bei Überschreiten bzw. Unterschreiten von B₃₀^ erfolgt eine kontinuierliche Verringerung bzw. Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit v. •..Ist ein Wert V_n^_n erreicht, so wird die Sollbelastung

reduziert und entsprechend dieser Sollbelastung die Schnittiefe mit Beibehaltung von v_^_n reduziert.

Wurde die reduzierte Sollbelastung B_son _r erreicht, so wird

ala Belastungswert der ursprüngliche Wert Bg₀₁₁ vorgegeben

und mit reduzierter Schnitttiefe die Vorschubgeschwindigkeit erhöhte Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß eβ die Schnitttiefe nur in eine Richtung korrigiert. Weiterhin ist zusätzlich zur Belastungsinformation eine Geschwindigkeitsinformation erforderlich· Außerdem haben die letztgenannten Verfahren den Nachteil, daß man die erforderliche Kontur sehr genau kennen muß. Ungenügend bekannte Konturen können daher nicht bearbeitet werden bzw, abgetastet werden. ' .. ,

Zie1 der Erfindung _

Die Erfindung verfolgt das Ziel, die bekannten technischen Lösungen dahin zu verbessern, daß ein geschlossenes RegelungB-konzept zur kontinuierlichen Korrektur der Abtastgeschwindigkeit bzw; Vorschubgeschwindigkeit sowie der Abtasthöhe oder Spantief e , Grathöhe mit Berücksichtigung der Toleranzen des Abtastwerkzeuges und der zu bearbeitenden Oberflächenkontur entwickelt wird, \

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Regelung für einen Bearbeitungs-oder Abtastvorgang von Konturen durch eine Maschine, einen Industrieroboter oder Manipulator mit Hilfe eines Kraft-Momentensensors so zu schaffen, daß unter Berücksichtigung der Toleranzen des Abtastwerkzeuges und der zu bearbeitenden Oberflächenkontur sowohl die Vorschub- als auch die Zustellbewegung bezüglich einer grob vorgegebenen Bahn kontinuierlich korrigiert werden·

Hierbei ist es prinzipiell unerheblich, ob das Werkzeug öder das Werkstück geführt wird bzw· an welcher Stelle der geschlossenen kinematischen Kette der Kraft-Momentensensor montiert ist· Pur einen Schleif- öder Fräsprozeß ergibt sich aus geometrischen und technologischen Überlegungen die Reaktionskraft P zwischen Werkzeug und Werkstück zu P = K1 »v · h, wobei ν die .VoEschubgeschwindigkeit ah der Oberfläche, h die abzutragende Gräthöhe bzw. Spantiefe und Klein Koeffizientenvektor ist. Pur Abtastvorgänge, bei denen die Vorschubgeschwiö.-digkeit ν vernachlässigt werden kann, gilt die Modellgleichung

wobei Ajt der durch die Kraft JP hervorgerufene Weg der nachgebenden Oberfläche ist und K2 einen Steifigkeitsfaktor darstellt,, Da der Abtastvorgang offensichtlich ein Sonderfall eines Bearbeitungsprozesses ist, kann die Regelungsaufgäbe so formuliert werden, daß bei Vorgabe einer Reaktionskraft f _qy) die vorgegebene Bahnkurve x(t) sowohl über die Vorschubgeschwindigkeit ν als auch über die Spantiefe h (bzw. ausschließlich die Abtasthöhe ΔΧ) korrigiert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß

1, die Bahnkurve des Bearbeitüngswerkzeugs entlang der Oberflächenkontur grob vorgegeben wird,

2, die erforderliche Hormalkotnponente der Reaktionskraft im Koordinatensystem des Referenzpunktes an der Oberfläche angegeben wird,

3· die Sensorsignale des Kraft-Momentensensors erfaßt werden, wobei diese Signale die im Koordinatensystem des Sensors wirkenden Kraftkomponenten darstellen,

4. die tatsächlich wirkende Uormalkomponente der Reaktionskraft im Referenzsystem aus den Sensorsignalen ermittelt wird,

5. die Soll-Istwert-Differenz der Kräfte aus Verfahrensschritt 2 und 4 gebildet wird, , ,

6. die Soll-Istwert-Differenz der ITormalkräfte mit einem vorgegebenen Umsehaltschwellwert verglichen wird. Wird dieser Schwellwert überschritten, so wird die SoIl-Istwert-Differenz mit einer Havarieschwelle verglichen. Wurde die Havarieschwelle überschritten, so wird der Regelungsvorgang gestoppt ;

7. bei Nichtüberschreitung der Havarieschwelle aus der Soll-Istwert-Differenz der Normalkräfte eine Wegkorrektur normal zur Oberfläche im Referenzsystem ermittelt wird, was einer Korrektur der Zustellbewegung entsprichtt

8. bei Kichtüberschreitung dee Umschaltschwellwertes aus Schritt 6 die tatsächlich wirkende Tangentialkomponente der Reaktionskraft im Referenzsystem aus den Sensorsignalen ermittelt wird,

9, aus den tatsächlich wirkenden Kraftkomponenten aus Schritt 4 und 8 und der vorgegebenen Sollkraft aus Schritt 2 die erforderliche Sollkomponente für die Tangentialkraft im Referenzpunkt ermittelt wird,

10. die Soll-Istwert-Differenz der Tangentialkräfte aus Schritt 8 !und 9 gebildet wird,

11. aus der Soll-Istwert-Differenz der Tangentialkräfte aus Schritt 10 eine Wegkorrektur tangential zur Oberfläche im Referenzsystem ermittelt wird, was einer Korrektur der Vorschubgeschwindigkeit entspricht,

12. die Wegkorrektur im Referenzsystem aus Schritt 7 bzw, 11 in Weg- bzw, Winkelkorrekturen bezüglich des Koordinatensystems der Bearbeitungsmaschine umgewandelt werden.

Die auftretende Soll-IstkraftDifferenz wird günstig dadurch ausgeregelt, daß jeweils eine solche Kraftänderungsgeschwindigkeit erzeugt wird, die der Soll-Istkraft-Differenz proportional

ist. : .', ..,- .·' . ^ , '; ' '. ; ..::; . ' '' : : In vorteilhafter Auskleidung wird dieses Verfahren so realisiert, daß ' . .'.'· · ,' . '^: ; .' ' ;;.'";:^;:' .

1. die geplante Bahnkurve als Folge von Stützpunkten und •Zeitintervallen entlang der Oberflächenkontur vorgegeben wird,

2· innerhalb.der vorgegebenen Stützpunkte durch lineare Interpolation Zwischenpunkte erzeugt werden, die innerhalb eines festen Zeitintervalls durchlaufen werden,

3. diese Zwischenpunkte durch die oben angegebenen 12 Verfahrenaschritte korrigiert werden,

4. die im vorhergehenden Stützpunktintervall entstandene Korrektur der Zwischenpunkte in dem aktuell abzuarbeitenden Intervall berücksichtigt wird,

5« im Falle des Überschreitens der Havarieschwelle das Beaxbeitungswerkzeug in eine über der Oberflächenkontur befindliche iarkposition gebracht wird.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens wird dadurch realisiert, daß die Ausgänge eines Kraft-Momehtensen* sbrs an die Eingänge einer ersten Rechenschaltung geführt werden· Derfcn Ausgang wird zusammen mit dem Ausgang einer Sollkraftquelle auf ein erstes Subtr&Honsglied geschaltet, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Betragsbildners verbunden ist. Der Ausgang des Betragsbildners und der Ausgang einer Umschaltschwellwertquelle werden auf diet Eingänge eines ersten Komparators geschaltet, wobei die Umschaltschwellwertquelle auf den Minuseiägang des ersten Komparators geschaltet wird* Der Q-Ausgang des ersten Komparators ist mit dem Toreingang eines zweiten Komparators verbunden, dessen Flue- bzw, Minuseingang mit dem Ausgang des Betragsbildners bzw, dem Ausgang einer Havarieschwellwertquelle verbunden.ist. Der^Ausgang des zweiten Komparators ist an den Eingang einer Havarieschaltung angeschlossen. Der negierte Ausgang des zweiten Komparators ist mit dem Tor eines Analogschalters verbunden, dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Sübtraktionsgliedes verbunden ist. Der Ausgang des Analogschalters führt aufj den Eingang eines ersten Verstärkers, dessen Ausgang an dem eisten Eingang der zweiten Rechenschaltung angeschlossen

Die Ausgänge des Kraft-Momentensensors sind außerdem an die Eingänge einer dritten Rechenschaltung geführt, deren Torleitung mit dem'negierten Ausgang des 1, Komparators verbunden ist. Der Ausgang der dritten Recheiiischaltung ist an dem J ersten Eingang einer vierten Recheikschaltung und an den Minuseingang eines zweiten SubtraktionsGliedes angeschlossen. Der zweite Eingang der vierten Reeinschaltung ist mit dem Ausgang der ersten Rechenschaltung verbunden, ί Der dritte Eingang der vierten Reihenschaltung, ist an den Ausgang der Sollkraftquelle geführt;. Der Ausgang der vierten Rechenschaltung ist mit dem Pluseingang des zweiten Subtraktionsgliedes verbunden. Dessen Ausgang führt auf den Eingang

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-eines j zweiten Verstärkers, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang der zweiten Rechenschaltung verbunden ist. Die Ausgänge der zweiten Rechenschaltung führen zusammen mit Ausgängen einer Sollbahnquelle auf die Eingänge^ einer Summierschaltung, ι deren Ausgänge an die Bahnkurveneingänge der Bearbeitungsmaschine angeschlossen sind. Die .Bafcuxkurvenausgänge sind mit den Parametereingängen der zweiten Rechenschal- ; tung verbunden. Die Eingänge PHI der __ ... 1·,2. und 3. Rechenschaltung sind an den Ausgang PHI für den Anstellwinkel eines Steuerwerkes angeschlossen. Der Taktausgang des Steuerwerkes ist an Takteingänge der dritten Rechenschältung, des zweiten Komparators und des Analogschalters angeschlossen. Der Bahnkur ve nausgang des Steuerwerkes ist mit dem Eingang der Sollbahnquelle verbunden.

Der funktionelle Inhalt der ersten bis vierten Rechensehaltung besteht in folgenden Punkten:

1. Rechensehaltung: Transformation der Signale im Sensorkoordinatensystem in ein Signal , das der Normalkraft im Referenzsystem entspricht

2. Rechensehaltung: Transformation der Signale, die räumlichen Korrekturwerten bezüglich der Oberflächenkontur entsprechen, in Signale, die eine Bewegungsänderung der Bearbeitungsmaschine hervorrufen

/3. Rechensehaltung: Transformation der Signale im Sensor-Koordinatensystem in ein Signal, das der Tangentialkraft im Referenzsystem entspricht

4. Rechönschaltung: Berechnung des Tangentialsollkraftsignals aus dem NönflBlsollkraftsignal und den in der ersten und dritten Rechenschaltung ermittelten Signalen.

Das dem Verfahren zugrundeliegende Regelgesetz besteht in der Forderung-nach derProportionalität zwischen Soll-Istkraftdifferenz und einer Kraftänderungsgeschwindigkeit, die erforderlich ist, tun diese Differenz asymptotisch gegen Null gehen zu lassen. Die aus diesem Gesetz resultierenden We g- ; korrekturen werden entweder normal oder tangential zur

Oberflächenkontur an dem geplanten Bahnverlauf angebracht« Eine gleichzeitige Korrektur beider Richtungen wird durch die ausschließliche Verwendung einea Kraft-Momentensensors ausgeschlossen· Es wird daher von einer Korrekturrichtung auf die andere mittels einer Schwellwertlogik (erster Komparator) umgeschaltet· Da Normal- und Tangentialkraft voneinander linear abhängen»wjrd zum Schwell wertvergleich nur die Normalkr af tdif f e renz herangezogen· Befindet sich die Hormalkraftdifferenz unterhalb der Umschaltschwelle, so wird mit Hilfe der dritten und vierten Rechenschaltung und der zweiten Subtraktionsschaltung das Tangentialkraftdifferenzsignal ermittelt· Andernfalls erfolgt die Durchschaltung des schon ermittelten Bormalkraftdifferenzsignals*Je nach Schaltzustand des ersten und zweiten Komparators wird aus den gewonnenen Differenzsignalen mittels der ersten oder zweiten Verstärkerschaltung sowie der zweiten Rechenschaltung eine Bewegungskorrektur der Bearbeitungsmaschine hervorgerufen, die einer Normalkorrektur (Spantiefe) oder Tangentialkorrektur (Vorschubgeschwindigkeit) entspricht. Diese Korrekturen rufen ihrerseits Kraftänderungen zwischen Oberfläche und Werkzeug und damit im Sensor hervor, die mit einem heuen Regelzyklus ausgeregelt werden·

Ausführungsbeispiel·

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel naher erläutert· Die dazugehörigen graphischen Darstellungen zeigen in,·. : ' .'..-.'. . ' : ' "

Fig· i: einen Industrieroboter mit fünf Freiheitsgraden als spezieller Bearbeitungsmaschine in Reaktion mit einer Oberflächenkontur

Fig. 2: das Prinzipblockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Schaltungsanordnung am Beispiel eines zweikomponentigen Kraftsensors

Fig. 3: Kraftschwelle für h- und v-Regelung

Als Beispiel einer Bearbeitungsmaschine soll ein Industrieroboter IR mit fünf Freiheitsgraden nach Fig· 1 dienen, an

dessen Handgelenk ein Bearbeitungswerkzeug W verbunden mit einem zweikomponentigen Kraftsensor SE montiert ist· Dieses Werkzeug W tastet die Oberflächenkontur mit der Tangentialgeschwindigkeit ν mit einer gewissen Andruckkraft ab, wobei im Referenzpunkt R eine Reaktionskraft auftritt, die sich innerhalb des Koordinatensystems Kq mit dem Basisvektor X =(x^JfX 2»^χη3' ^¹¹ ^^e Normalkraft P- und die Tangentialkraft Po zerlegt. '

Diese Kräfte werden im Sensorkoordinatensystem K mit dem Basisvektor £ =(:s_p.j ,X₂»*p3) als P^ und P_p« gemessen, wobei vorausgesetzt wird, daß die Achsen ζ ο ^un(* ·*«? P⁸¹⁰HeI zueinander sind. Der Industrieroboter hat ein Grundkoordinatensystem K_x mit dem Basisvektor xs(x^,x^,x^) , und er besitzt Gelenkkoordinaten <<-fUr den Puß, |3 fUr den Unterarm, 6 für den Oberarm, (Ffür die HandVertikaldrehung und E fUr die Handhorizontaldrehung. Die Verdrehung der Koordinatensysteme K und

Kp gegeneinander ist in diesem ebenen Beispiel durch den Winkel ^P gegeben, während die Verdrehung der Koordinatensysteme K und K gegeneinander durch die Winkel Λ, σ und & bestimmt

ist. Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Regelgesetz

Iq * ⁰R ⁽lqS0ll^q> = V ^Δ^ · ·

das sich wegen der Proportionalität P "^ X™ in der zeitdiskreten Porm

darstellen läßt.

Nach Pig. 2 liefert ein Bahngenerator BG die Achssollwerte , T\ gT}£^)Sί .j für den Zeitpunkt t„₊₁, wobei die Position

Sί .j für den Zeitpunkt t„₊₁

zu diesem Zeitpunkt mittels der Sensorinformation P ?&& ^ver~ gängeaen Zeitpunkt t_u korrigiert wird. Die Bahn soll weiterhin mit einer vorgegebenen Uormalkraft P .Jo₀Tn abgefahren werden.

Die zweidimensionale Sensorinformation F wird mit Hilfe

. . ' · .. .' ... ' . · "P/¹ ·.. · . .

einer Rechenschaltung El, die die Beziehung ₁ eoe(f) - F_pS . sin(f ) in die lormalkraft F_q1„ im

Koordinatensystem Kq transformiert.

Mit₍Hilfe der Subtraktionsschaltung S 1 wird die Differenz Δ? ₁ zwischen dem von der Sollkraftquelle SQ gelieferten Signal F₁ öl „und der transformierten Hormalkraft F -_w gebildet· Der Betragsbildiier B liefert den Betrag \ ^F A_u dieser Differenz, der wiederum mit dem Betrag eines Solldifferenzsignals |ÄF-_S|^, der von der Umschaltschwellwertquelle UQ geliefert wird, über einen Komparator K 1 verglichen wird. Für j AF Λ >\^ηΐ3\ _u ,wird ein zweiter Komparator K 2 mit Hilfe des Torea T 1 aktiviert (siehe Fig. 3)· Dieser vergleicht j AF J.u mit dem Betrag H$,varif5schwellwerts J-^F_n \ _Μβ_\.,» der von der Havarieschwell-

• q f ι max ι R*

wertquelle HQ geliefert wird. Ist ^AF - I/u >(ΔF ^j _e0 wird über ein Havariesignal HAV des Komparators K 2 der Industrieroboter IR zum Abheben des Werkzeuges W von der Oberfläche 0 in eine Havarieposition veranlaßt. Ist IAF Js.|A

' ..' ' . . / so wird ein Schalter AS mit Hilfe des Tores T 2 geschlossen, der das Signal 4F - durchschaltet· AF - wird dann mittels eines Verstärkers V 1 verstärkt und stellt dann den Korrekturwert

jU+1 *~^{n R}^^cil^^uxiB der Flächennormalen im Koordinatensystem dar (Regelung der Spantiefe). Für den Fall, daß der Komparator K 1 J ÄF_q.jL S \/liF_q1s( ermittelt hat, aktiviert er das Tor T 3 der Rechenschaltung R 3. Diese ermittelt aus F

die Tangentialkraft F' ^ mittels der Beziehung P j„ =

Da eine Tangentialsollkraft ^305 nicht unabhängig von F is« vorgegeben werden kann, wird dann mit Hilfe der Rechenschaltung R 4 aus P „ und F _4Q„ die Sollkraft F ,_, durch

Die Subtraktionsschaltung S 2 bildet die Differenz

AF o„ » F-io - !'„•aMi-die ihrerseits mittels eines Verstärkers q3u qJSu qjjz¹

V 2 verstärkt wird und dann den Korrekturwert Δχ ^iL .* in

qio'li+T

Richtung der Flächentangente ein Koordinatensystem darstellt (Regelung der Vorschubgeschwindigkeit v). Aus dem Korrekturwert bzw. Ax_τ?ο und den Informationen (ß, 3^ C^, E)J;

über die Achswinkel des Roboters zum Zeitpunkt t sowie den geforderten Anstellwinkel τ des Werkzeugs W zur Oberfläche O bildet die Rechenschaltung R 2 Korrekturen (ΔΛA^|3·^Δ ^)L· ₁ die Position des Referenzpunktes R an der Oberflächenkontur zum Zeitpunkt t„ - über die Beziehung . ^ -1( )-¹

wobei (Q ·Ρ)~ die Transformationsmatrix vom Werkstückkoordinatensystem in das Grundkoordinatensystem und J die Jakobi-Matrix darstellt·

Diese Korrekturen werden zu der geplanten Solltrajektorie zum Zeitpunkt t ₁ addiert und der korrigierte Sollwertvektor Ölg+Δ*, ftg+ Δ^, T^ ΔT₁ /_s , .%)£₊₁ ^der Antriebsregelung des IR zugeführt.

Die Steuerung der einzelnen Phasenerfolgt durch ein Steuerwerk ST, daß den Anstellwinkelf , die Trajekt or ie TRA und den Takt TAKT liefert.

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch

   1· Regelungsverfahren zur Abtastung und Bearbeitung von Konturen durch eine Maschine, einen Industrieroboter oder

   'einen Manipulator, mit Hilfe eines Kraft-Momentensensors unter!Berücksichtigung der Toleranzen des Abtastwerkzeugs und der zu bearbeitenden Oberflächenkontur und unter Voraussetzung einer grob vorgegebenen Bahnkurve dadurch gekennzeichnet, daß

   a) die Bahnkurve des Bearbeitungswerkzeugs entlang der Oberflächenkontur grob vorgegeben wird,

   b) die erforderliche Normalkomponente der Reaktionskraft im Koordinatensystem des Referenzpunktes an der Oberfläche vorgegeben wird,

   c) dieSehsorsignale des Kraft-Momentensensors erfaßt werden, wobei diese Signale, die im Koordinatensystem des Sensors wirkenden Kraftkomponenten darstellen,

   d) die tatsächlich wirkende Normalkomponente der Reaktionskraftim Referenzsystem aus den Sensorsignalen ermittelt

   e) die Soll-Istwert-Differenz der Kräfte aus Verfahrensschritt b) und d) gebildet wird,

   f) die Soll-Istwert-Pifferenz der Hormalkräfte mit einem vorgegebenen Umschaltschwellwert verglichen wird j wird dieser Schwellwert überschritten, so wird die Soll-Istwert-Differenz mit einer Havarieschwelle verglichen; wird die Havarieschwelle überschritten, so wird der Regelungsvorgang gestoppt;

   g) bei Mchtüberschreitung der Havarieschwelle aus der Soll-Istwert-Differenz der Üormalkräfte eine Wegkorrektur normal zur Oberfläche im Referenzsystem ermittelt wird, was einer Korrektur der Zustellbewegung entspricht,

   h) bei NichtUberschreitung des Umschaltschwellwertes aus Schritt f) die tatsächlich wirkende Tangentialkomponente der Reaktionskraft im Referenzsystem aus den Sensorsignalen ermittelt wird,

   . . ' . . , -13- " ; . ,· ::_:-\\._:

   i) aus den tatsächlich wirkenden Kraftkomponenten aus Schritt d) und h) und der vorgegebenen Sollkraft aus Schritt b) die erforderliche Sollkomponente für die Tangentialkraft im
   Referenzpunkt ermittelt wird,

   j) die Soll-Istwert-Differenz der Tangentialkräfte aus Schritt h) und i) gebildet wird,

   k) aus der Soll-Istwert-Differenz der Tangentialkräfte aus
   Schritt j) eine Wegkorrektur tangential zur Oberfläche im Referenzsystem ermittelt wird, was einer Korrektur der
   Vorschubgeschwindigkeit entspricht,

   1) die Wegkorrekturen im Referenzsystem aus Schritt g) bzw. k) in Weg- bzw· Winkelkorrekturen bez. des Koordinatensystems der Bearbeitungsmaschine umgewandelt werden.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   die auftretende Soll-Istkraft-Differenz dadurch ausgeregelt wird, daß jeweils eine solche Kraftänderungsgeschwindigkeit erzeugt wird, die der Soll-Istkraft-Differenz proportional
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) die geplante Bahnkurve als Folge von Stützpunkten und
   Zeitintervallen entlang.der Oberflächenkontur vorgegeben wird,

   b) innerhalb der vorgegebenen Stützpunkte durch lineare
   Interpolation Zwischenpunkte erzeugt werden, die innerhalb eines festen ZeitintervalIs durchlaufen werden,

   c) diese Zwischenpunkte durch die nach Punkt 1 angegebenen Verfahrensschritte korrigiert werden,

   d) die im vorhergehenden Stützpunktintervall entstandene
   Korrektur der Zwischenpunkte in dem aktuell abzuarbeitenden Intervall berücksichtigt wird,

   e) im Falle des Überschreitens der Havarieschwelle das Bearbeitungswerkzeug in eine über der Oberflächenkontur
   befindliche Parkposition gebracht wird·
4. 4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Ausgänge eines Kraft-Momentensensors (SE) an die Eingänge 1 und 2 einer ersten Rechenschaltung (RI). zur Transformation der Signale im Sensorkoordinatensystem in ein Signal, das der Normalkraft im Referenzsystem entspricht, geführt werden, wobei deren Ausgang zusammen mit dem Ausgang einer Sollkraftquelle (SQ) auf ein Subtraktionsglied (S1) geschaltet wird, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Betragsbildners (B) verbunden ist, dessen Ausgang und der Ausgang einer Umschaltschwellwertquelle (UQ) auf den positiven bzw· negativen Eingang eines ersten !Comparators (KT) geschaltet sind, dessen nicht negierter Ausgang Q wiederum mit dem Toreingang TI eines zweiten !Comparators (K2) verbunden ist, dessen Plusbzw· Minuseingang mit dem Ausgang des Betragsbildners (B) bzw. mit dem Ausgang einer Havarieschwellwertquelle (HQ) verbunden ist, daß der Ausgang Q des !Comparators (K2) mit dem Eingang einer Havarieschaltung (HAY) der Bearbeitungsmaschine (IR) verbunden ist, daß der negierte Ausgang Q des !Comparators (K2) mit dem Tor T2 eines Analogschalters (AS) verbunden ist, dessen Eingang an den Ausgang des Subtraktionsgliedes (S1) angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Analogschalter (AS) auf den Eingang eines Verstärkers (V1) geführt ist, dessen Ausgang mit dem Eingang 1 einer zweiten Rechenschaltung (R2) zur Transformation der Signale, die räumlichen Korrekturwerten bezüglich der Oberflächenkontur entsprechen in Signale, die eine Bewegungsänderung der Bearbeitungsmaschine hervorrufen, verbunden ist, daß außerdem die Ausgänge des Kraft-Momentensensors (SE) an die ι Eingänge 1 und 2 einer dritten Rechenschaltung (R3) zur Transformation der Signale im Sensorkoordinatensystem in ein Signal, das der Tangentialkraft im Referenzsystem entspricht, geführt sind, deren Torleitung T3 an dem negierten Ausgang Q des ersten Komparators (K1) angeschlossen ist, wobei der Ausgang der dritten Rechenschaltung (R3) mit dem Eingang 1 einer vierten Rechenschaltung (R4) zur Berechnung des Tangentialsoilkraftsignals aus dem Hormalsollkraftsignal

   ',. und den in der ersten und zweiten Rechenschaltung (R1;R2) ^x

   ermittelten Signalen und mit dem Minuseingang des zweiten Subtraktionsgliedes (S2) verbunden ist, daß der Eingang 2 , der vierten Rechenschaltung (R4) mit dem Ausgang der ersten Rechenschaltung (R1) und der Eingang 3 der vierten Rechenschaltung (R4) mit dem Ausgang der Sollkraftquelle (SQ) verbunden ist, daß der Ausgang der vierten Rechenschaltung (R4) an den Pluseingang des zweiten Subtraktionsgliedes (S2) angeschloseen 1st, dessen Ausgang auf den Eingang eines Verstärkers (V2) führt, dessen Ausgang wiederum mit dem Eingang 2 der zweiten Rechenschaltung (R2) verbunden ist, daß die Ausgänge der zweiten Rechenschaltung (R2 zusammen mit Ausgängen einer Sollbahnquelle (BG) auf die Eingänge einer Summierschaltung (A) führen, wobei die Ausgänge der Summierschaltung an die Bahnkurveneingänge der Bearbeitungsmaschine (IR) angeschlossen sind, daß die Bahnkurvenausgänge der Bearbeitungsmaschine mit den Parametereingängen der zweiten Rechenschaltung (R2) verbunden sind, daß die Eingänge ,PHI der Rechenschaltungen (R1jR2;R3) mit dem Ausgang PHI für den Anstellwinkel eines Steuerwerkes (ST) an den Eingängen T von der dritten ßechenßchaltung (R3)» des !Comparators (K2) und des AnalogschalterB .-(AS) angeschlossen ist und daß der Bahnkurvenausgang TRA des Steuerwerkes (ST) mit dem Eingang der Sollbahnquelle (BjGr) verbunden ist.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen