DD232223A1

DD232223A1 - Einrichtung zur erfassung und analyse der konturfehler an einer bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DD232223A1
Application number: DD26666684A
Authority: DD
Inventors: Horst Neundorf; Bernhard Pause
Original assignee: Mikromat Dresden Betrieb
Priority date: 1984-08-28
Filing date: 1984-08-28
Publication date: 1986-01-22

Abstract

Einrichtung zur Erfassung und Analyse der Konturfehler an einer Bearbeitungsmaschine. Diese Einrichtung ist an numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen einsetzbar. Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Einrichtung zur Erfassung und Analyse der Konturfehler zu schaffen, mit der es moeglich ist, parallel zum Bearbeitungsprozess, ohne diesen zu unterbrechen, Messwerte von Bahnkurven zu speichern und nach vorgegebenen Algorithmen zu verarbeiten und auszuwerten. Das wird dadurch geloest, dass die an der Bearbeitungsmaschine vorhandenen Wegmesssysteme der an der Konturerzeugung beteiligten Vorschubachsen ueber spezielle Adapter zusaetzlich mit einem Konturerfassungsgeraet verbunden sind. Im Konturerfassungsgeraet ist als speichernde Messwerterfassungseinrichtung ein Mikrorechner mit vorgeschaltetem Messwerterfassungsbaustein eingesetzt. Weiterhin koennen eine Bedientastatur, ein Display, eine Lochstreifenperipherie, ein Kassettenmagnetbandgeraet, ein Folienspeicher, ein Zeichentisch und eine Anschlusseinheit fuer einen Messtaster dazugehoeren. Im Programmspeicher des Mikrorechners sind enthalten: Programmbausteine fuer Messwerterfassung, Programmbausteine fuer die Steuerungen der angeschlossenen Ein- und Ausgabegeraete, und zwar zur Generierung der Sollkontur, fuer Vergleich geometrischer Daten, fuer arithmetische, logische und statistische Auswertefunktionen.

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung.

Die in der Charakteristik genannten Mängel sollen durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung so weit wie möglich beseitigt werden. Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe, eine Einrichtung zur Erfassung und Analyse der Konturfehler an einer numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine, insbesondere Werkzeugmaschine, zu schaffen, mit der es möglich ist, parallel zum Bearbeitungsprozeß, ohne diesen zu unterbrechen oder nachteilig zu beeinflussen, Meßwerte von Bahnkurven zu speichern und nach vorgegebenen Algorithmen zu verarbeiten und auszuwerten.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die an der Bearbeitungsmaschine vorhandenen Wegmeßsysteme der an der Konturerzeugung beteiligten Vorschubachsen über spezielle Adapter zusätzlich mit einem Konturerfassungsgerät verbunden sind. In diesem Konturerfassungsgerät ist als speichernde Meßwerterfassungseinrichtung ein handelsüblicher Mikrorechner mit vorgeschaltetem Meßwerterfassungsbaustein eingesetzt. Zum Konturerfassungsgerät können weiterhin eine Bedientastatur, ein Display, eine Lochstreifenperipherie, ein Kassettenmagnetbandgerät, ein Folienspeicher, ein Zeichentisch und eine Anschlußeinheit für einen Meßtaster gehören

Im Programmspeicher des Mikrorechners sind mindestens

— ein Programmbaustein für die Meßwerterfassung mit programmierbarer Anzahl der zu erfassenden Istwerte im wählbaren Weg- oder Zeitraster und

— Programmbausteine für die Steuerung der angeschlossenen Ein-und Ausgabegeräte geladen, die je nach Ausbaustufe mit

— einem Programmbaustein zur Generierung der Soll-Kontur aus eingebbaren Bestimmungsgrößen,

— einem Programmbaustein für den Vergleich geometrischer Daten der Soll- und Istkonturen,

— einem Programmbaustein für arithmetische logische Auswertefunktionen und

— einem Programmbaustein für statistische Auswertfunktionen ergänzt werden können.

Vorteilhafterweise ist das Konturerfassungsgerät so gestaltet, daß die erfaßten und gespeicherten Konturwerte einschließlich der Auswerteergebnisse kontinuierlich mit der Erfassung und Auswertung oder nachträglich auf externe Datenträger übertragbar sind. Mit dem mit speziellen Auswerteprogramm geladenen Konturerfassungsgerät ist es möglich, Rückschlüsse auf die Eigenschaften der numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine in bezug auf die Konturerzeugung und das Positionierverhalten zu ziehen. So sind z. B. aus dem Vergleich zwischen Bahnsoll- und Bahnistkurve sowohl unter Bearbeitungsbedingungen als auch im Leerlauf z.B. der Einfluß von Schnittbedingungen auf die erzeugte Bahn analysierbar. Durch die erfindungsgemäße Konturerfassung aus den Meßsystemen der Achsen ist die Meßkette zwischen programmierter Kontur und dem Bearbeitungspunkt, z. B. Werkzeugeingriffspunkt, aufgetrennt. Dadurch können im Unterschied zu bekannten Einrichtungen der Konturerfassung am Prozeß der Konturerzeugung beteiligte Zwischengrößen erfaßt und analysiert werden. Damit wird eine entscheidende Voraussetzung zur schnellen und sicheren Erkennung fehlerverursachender Wirkungsglieder geschaffen, eine Grundvoraussetzung für die Verkürzung und Effektivierung der Erprobungs- und Inbetriebnahmeprozesses. Auf diesem Wege ist damit einerseits die Verfolgung und Analyse der durch den Signalverarbeitungsprozeß der Steuerung einschließlich der Lageregelkreise bewirkten Konturbildung möglich. Andererseits können aus dem Vergleich der z. B. mit Meßtaster oder anderen bekannten Mitteln erfaßten Werkstückkontur mit der mit dem Konturerfassungsgerät aufgenommene Kontur die Fehleranteile und ihre Ursachen ermittelt werden, die im Übertragungssystem außerhalb der Lagerelgelkreise bis zum Bearbeitungspunkt, dem Werkzeugeingriffspunkt, vorwiegend durch mechanische Einflußgrößen entstehen. Durch das gleichzeitige Bearbeiten und Messen sind die realen dynamischen Einflußgrößen erkennbar, und es werden dadurch die bei der Bearbeitung auftretenden Störgrößen erfaßt. Zum Zwecke der Erfassung, der Analyse, der Auswertung und der Verarbeitung von Konturfehlern kann das Konturerfassungsgerät in drei Betriebsarten eingesetzt werden. In der ersten Betriebsart wird während einer realen oder simulierten Bearbeitung die Kontur eines Werkstückes durch fortlaufende Übernahme der Istwerte aufgenommen. Damit können folgende Aufgaben durchgeführt werden:

— Prüfung der Arbeitsgenauigkeit von neuen und auch von länger in Betrieb genommenen Maschinen,

— Kontrolle und optimale Einstellung der Regelkreise für spezielle Konturen,

— Ermittlung der Wiederholgenauigkeit beim mehrmaligen Abfahren gleicher Konturen mit statistischer Auswertung und

— Vergleich zweier Bahnkurven mit veränderten technologischen Parametern zum Zwecke der Optimierung des technologischen Programms.

In der zweiten Betriebsart kann eine mittels Meßtaster und Meßprogramm nach der Bearbeitung erfaßte Kontur mit der aus den Istwerten der Wegmeßsysteme gewonnenen Kontur verglichen werden.

In der dritten Betriebsart wird die direkte Kopplung der speichernden Meßwerterfassungseinrichtung mit der Maschinensteuerung oder einer übergeordneten Steuerung realisiert.

Dabei sind folgende Anwendungsfälle durchführbar:

— Unterbrechung der Bearbeitung bei unzulässig hohen Bahnabweichungen und

— Bahnkorrektur und Beeinflussung dertechnologischen Parameter entsprechend der festgestellten Abweichungen.

Auf der Grundlage der mit Hilfe deä Konturerfassungsgerätes gewonnenen Ergebnisse sind folgende Maßnahmen möglich:

— Optimierung des Antriebsverhaltens der einzelnen Maschinenachsen, beispielsweise durch Reglereinstellung,

— Verbesserung der Konstruktion mechanischer Baugruppen und

— Verbesserung des technologischen Programms hinsichtlich einer Optimierung der Zerspanungsparameter.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt eine Prinzipskizze der an der Werkzeugmaschine mit zwei NC-Achsen vorhandenen Steuerungsbaugruppen und der zum Konturerfassungsgerät gehörenden Baugruppen, sowie deren Verbindungen untereinander.

Die Einrichtung besteht einmal aus den an der numerischen Werkzeugmaschine vorhandenen Baugruppen, wie einer NC-Steuerung 1 und einem Lageregler 2, einem drehzahlgeregelten Vorschubantrieb 3, einem mechanischen Übertragungssystem 4 und einem Wegmeßsystem 5 pro gesteuerter Maschinenachse. Zu dieser an der Werkzeugmaschine vorhandenen Ausrüstung wird ein Konturerfassungsgerät dazugeschaltet. In diesem Konturerfassungsgerät ist als speichernde Meßwerterfassungseinrichtung ein handelsüblicher Mikrorechner 11 eingesetzt, dem ein Adapter 12 vorgeschaltet ist. Zwischen dem Mikrorechner 11 und dem Adapter 12 ist ein Meßwerterfassungsbaustein 13 eingefügt. Weiterhin Sind ein Meßtasteranschluß 14, eine Lochstreifenperipherie 15, ein Kassettenmangnetbandgerät 16, ein quasigraphisches Display 17, eine Bedientastatur 18, ein Plotter 19 und ein Folienspeicherlaufwerk20 mit dem Mikrorechner 11 verbunden. Der Adapter 12 ist über einen Eingang mit dem Wegmeßsystem 5 verbunden und besitzt Ausgänge zum Lageregler 2 und zum Meßwerterfassungsbaustein 13, der mit dem Mikrorechnern verbunden ist. Der Mikrorechner 11 ist mit der NC-Steuerung 1 verbunden. Im Mikrorechner 11 ist auch die Auswertesoftware gespeichert. Diese enthält folgende Module:

— den Meßwerterfassungsmodul mit programmierbarer Anzahl der zu erfassenden Istwerte eines Weg- oder Zeitrasters,

— Ausgangsmodule für Lochstreifen, Plotter,

Display,

Kassettenmagnetbandgerät und Folienspeicheriaufwerk,

— Eingangsmodule für Lochstreifen und Kassettenmagnetbandgerät,

— Sollkurvengenerierungsmodul,

— Vergleichsmodul für geometrische Daten und

— Statistikmodul.

Im Mikrorechner 11 ist außerdem ein Standartinterface 1.2 und ein Operationsspeicher enthalten. Die Wirkung der Einrichtung ist:

Im Konturerfassungsgerät werden während der Bearbeitung eines Werkstücks auf der Werkzeugmaschine die Istwerte der Wegmeßsysteme 5 von dem Adapter 12 aufgenommen und einmal zu den Lagereglern 2 und zum anderen auf einen Meßwerterfassungsbaustein 13 geleitet, der diese an den Mikrorechner 11 weiterleitet. Der Mikrorechner 11 speichert über ein Standartinterface 1.2 die Istwerte laut Programm in seinem Operationsspeicher, wo diese zur weiteren Auswertung mittels der ebenfalls gespeicherten Auswertesoftware bereitgehalten werden.

Die Lageregelkreise der Werkzeugmaschine werden während der Istwerterfassung mit dem Konturerfassungsgerät nicht aufgetrennt. Diese Bedingung wird durch den Adapter 12 gewährleistet. Die Prüfung der Werkstückkontur wird in folgender Reihenfolge durchgeführt:

Zuerst werden die Istwerte der an der Konturerzeugung beteiligten Wegmeßsysteme 5 im normalen Arbeitszustand der Maschine aufgenommen und gespeichert und aus diesen Werten die von den Meßsystemen erzeugte Kontur festgestellt. Dann wird diese von den Meßsystemen erzeugte Kontur mit der Sollkontur des bearbeiteten Werkstücks verglichen. Die bearbeitete Kontur kann anschließend an die Bearbeitung oder abschnittsweise zwischen Bearbeitungsschritten mittels Meßtaster und Meßprogramm aufgenommen und ihrerseits mittels der Auswertesoftware und der Sollkontur und der von den Meßsystemen aufgenommenen Kontur verglichen, ausgewertet, gespeichert und weiterverarbeitet werden. Die die Kontur beeinflussenden Korrekturwerte können entweder direkt vom Mikrorechner 11 zur NC-Steuerung 1 im Online-Betrieb oder indirekt mittels Bedientastatur 18, Lochstreifen 15 oder Magnetkassette 16 zur NC-Steuerung 1 im Offline-Betrieb übertagen werden. Mit Hilfe einer speziellen Auswertesoftware können Rückschlüsse auf das Bahnverhalten gezogen werden. Durch die Erfassung der Meßsystem-Istwerte werden in der Meßkette Zwischengrößen gewonnen, mit denen sowohl die Verfolgung als auch die Analyse der mittels des Signalverarbeitungsprozesses einschließlich der Lageregler 2 erzeugten Konturbildung möglich ist. Wesentlich ist aber auch die Tatsache, daß auf Grund der gespeicherten Werte und der im Konturerfassungsgerät integrierten Verarbeitungsmöglichkeiten eine Analyse derjenigen Fehler möglich ist, die im Übertragungssystem außerhalb der Lagereglerkreise bis zum Bearbeitungspunkt durch Einflußgrößen aus dem Bearbeitungsprozeß auftreten können. Diese Fehler können auch aus den Werkstück- bzw. Werkzeugspannungen und/oder aus Führungsfehlern der Werkzeugmaschine entstehen. Bei der Fehleranalyse können die Fehler derart lokalisiert werden, daß eindeutig bestimmt werden kann, ob der entstandene Fehler im Bereich vom Programm zum Meßsystem oder im Bereich vom Meßsystem zum Werkstück aufgetreten ist. Dadurch werden bei Fehlersuche und Maschinenprüfung gegenüber den bisherigen Methoden wesentlich schneller und zuverlässiger detaillierte, aussagefähige Ergebnisse gewonnen.

Claims

- ι - οοσ οσ

Erfindungsanspruch:

1. Einrichtung zur Erfassung und Analyse der Konturfehler an einer numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine, insbesondere Werkzeugmaschine, gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich zu der an der Bearbeitungsmaschine vorhandenen Ausrüstung ein Konturerfassungsgerät über einen speziellen Adapter (12) mit den für die Istwertermittlung an der Bearbeitungsmaschine vorhandenen Wegmeßsystemen (5) der an der Konturerzeugung beteiligten Maschinenachsen Verbunden ist, wobei das Konturerfassungsgerät als speichernde Meßwerterfassungseinrichtung ausgebildet ist, die mindestens einen Mikrorechner (11) mit Bedientastatur (18) und Ausgabeeinheit und ein Meßwerterfassungsgerät (13) als Anschlußstelle für den Adapter (12) vorhanden ist.
2. Einrichtung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß im Konturerfassungsgerät ein Anschluß (14) für einen Meßtasterund ein Anschluß für die Online-Kopplung des Mikrorechners (11) mit der NC- oder einer übergeordneten Steuerung angeordnet ist. ,
3. Einrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der im Konturerfassungsgerät enthaltene Mikrorechner (11) über Anschlußsteuerungen wahlweise oder gleichzeitig mit einer Lochstreifenperipherie (15), einem Kassettenmagnetbandgerät (16), einem Folienspeicherlaufwerk (20), einem graphischen oder quasigraphischen Display (17) und mit einem Plotter (19) verbunden ist.
4. Einrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß in der gespeicherten Auswertesoftware die Module für die Meßwerterfassung, die Sollkurvengenerierung, den Vergleich der geometrischen Daten, für Statistik sowie Ausgangs- und/oder Eingangsmodule für Lochstreifen (15), Display (17), Plotter (19), Kassettenmagnetbandgerät (16) und Folienspeicherlaufwerk (20) enthalten sind.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Einrichtung zur Erfassung und Analyse der Konturfehier an einer numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine, insbesondere Werkzeugmaschine, weiterhin als Konturerfassungsgerät bezeichnet, ist an allen numerischen Bearbeitungsmaschinen zur Kontrolle bzw. Prüfung der zu bearbeitenden Konturen, sowie zur Beeinflussung des Bearbeitungsprozesses anwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Seit langem ist bekannt, daß ein Probewerkstück mittels spezieller Meßgeräte, beispielsweise einer Meßmaschine, in seinen Abmessungen bzw. Konturen ausgemessen und dadurch geprüft wird. Diese Prüfverfahren erfordern jedoch eine Unterbrechung der Bearbeitung, bzw. sind erst nach Beendigung der Bearbeitung durchführbar. Es ist auch bekannt, das Probewerkstück mittels Meßprogramm und Meßtaster auf der Bearbeitungsmaschine direkt zu analysieren. So wurde mit der DE OS 2002525 ein Verfahren zum Messen von Werkstücken mit einem Meßtaster an einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, insbesondere Drehmaschine, offenbart, wobei die numerische Steuerung der Maschine unter Berücksichtigung von Bezugspunkten und eingespeicherten Sollpositionen den Meßtaster steuert und in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen die Position des Werkzeuges während der sich jeweils anschließenden Bearbeitungsvorgänge korrigiert. Bei diesem Verfahren befindet sich der bzw. die Meßtaster im Arbeitsraum, und sowohl die Unterbringung als auch ihre Manipulation kann zu Havarien führen. ^:

Außerdem können die Konturen nur in wenigen Kontrollpunkten erfaßt werden. In dem Buch „Bahnregelung zur Bahnerzeugung an numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen" wird von J. Huan eine Lösung offenbart, die die Kettenstruktur bei der konventionellen Bahnsteuerung durch eine direkte Regelung der Bahn ersetzt. Durch einen besonderen Algorithmus für die Bahnregelung werden die Funktionen des Interpolators und der Lageregelung zusammengefaßt. Dieses Verfahren hat in bezug auf die Bahnerzeugung einen geschlossenen Wirkungsweg. Es setzt die Implementierung dieses Regelalgorithmus in der verwendeten Steuerung voraus. Es ist ein Verfahren zur Konturerzeugung, nicht zur Konturfehlererfassung.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, eine Einrichtung zur Erfassung und Analyse der Konturfehler an einer numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine, insbesondere Werkzeugmaschine, so einzusetzen, daß detaillierte Informationen zur Bewertung der Arbeitsgenauigkeit und Leistungsfähigkeit der Bearbeitungsmaschine bereits während der Bearbeitung des Werkstückes und ohne Beeinflussung der Unterbrechung des Bearbeitungsprozesses gewonnen werden, wodurch Bearbeitungsfehler sofort erkannt, erfaßt, analysiert und gegebenenfalls ausgewertet werden können. Dadurch wird die Ökonomie sowohl der Inbetriebnahme und Prüfprozesse beim Maschinenhersteller, als auch des Einsatzes beim Anwender wesentlich verbessert.