DE10100156A1

DE10100156A1 - Vorrichtung zur Meßwerterfassung

Info

Publication number: DE10100156A1
Application number: DE10100156A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kuhn; Ralf Schaefer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-01-03
Filing date: 2001-01-03
Publication date: 2002-07-04

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Meßwerterfassung vorgeschlagen, mit einer numerischen Steuerung (10), die zumindest ein Antriebsmodul (21) ansteuert, das zumindest einen Sensor (29) zur Meßwerterfassung verfährt. Es ist zumindest ein Sensor-Ist-Wert (27) des Sensors (29) und/oder zumindest ein Positions-Ist-Wert (26) des Antriebsmoduls (21) der numerischen Steuerung (10) zugeführt zur Speicherung in einem Speicher (12, 40).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Meßwerterfassung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Zur Erfassung und der datentechnischen Aufbereitung der Kontur eines bereits bestehenden Werkstücks sind Vorrichtungen erhältlich, die mit einem oder mehreren speziellen Sensoren ausgestattet sind. Die Maschinensteuerung verfährt den Sensor in geeigneter Weise, beispielsweise mäanderförmig über dem Werkstück. Hierbei werden in einem geeigneten Zeitraster sowohl die Positionen der zu verfahrenden Achsen als auch die Sensormeßwerte erfaßt und abgespeichert. Diese Meßwerterfassung ist als eigenständiges Gerät neben der Maschinensteuerung ausgeführt und speziell auf diese Digitalisierungsfunktion hin ausgelegt. Die entsprechenden Ist-Werte müssen diesem eigenständigen Gerät separat zugeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau und die Wirkungsweise der Vorrichtung zur Meßwerterfassung zu vereinfachen und verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Aufgabe der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Meßwerterfassung umfaßt eine numerische Steuerung, die zumindest ein Antriebsmodul ansteuert, das zumindest einen Sensor zur Meßwerterfassung verfährt. Zumindest ein Sensor-Ist-Wert des Sensors und/oder zumindest ein Positions-Ist-Wert des Antriebsmoduls sind der numerischen Steuerung zugeführt zur Verarbeitung und/oder Speicherung in einem Speicher. Es ist nunmehr kein zusätzliches externes Gerät notwendig, welches der Meßwerterfassung der Ist-Werte des Sensors und/oder des Antriebs dient. Diese Funktionalität wird von der numerischen Steuerung übernommen. Dadurch kann insbesondere der Verkabelungsaufwand reduziert werden. Denn zwischen der numerischen Steuerung und dem zumindest einen Antriebsmodul besteht ohnehin in der Regel eine Busanbindung, um den Antrieb und damit den Sensor in der gewünschten Art und Weise zu verfahren. Über dieses Bussystem lassen sich jedoch besonders einfach auch die Ist-Werte des Sensors und/oder des Antriebs an die numerische Steuerung zurückführen. Die numerische Steuerung übernimmt somit zusätzlich zu den bisherigen Aufgaben nun auch die Funktion der Datenverwaltung- und/oder Verarbeitung der Ist-Werte zur Meßwerterfassung.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, daß in der numerischen Steuerung ein Pufferspeicher angeordnet ist, in dem der Sensor-Ist-Wert und/oder der Positions-Ist-Wert und/oder daraus abgeleitete Werte zwischengespeichert werden. Der numerischen Steuerung obliegt somit, die in der Regel in Echtzeit eingehenden Daten zu verwalten und gegebenenfalls in einem weiteren, externen Speicher zu hinterlegen.

In einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung sind in der numerischen Steuerung Überwachungsmittel vorgesehen, die den Zustand des Pufferspeichers überwachen, insbesondere den Füllstand des Pufferspeichers mit einem Grenzwert vergleichen. Droht der Pufferspeicher nun überzulaufen, d. h. würden nun die in Echtzeit eintreffenden oder in Echtzeit verarbeitenden Daten nicht mehr in dem Pufferspeicher Platz finden, so kann die numerische Steuerung geeignete Gegenmaßnahmen einleiten. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, daß die numerische Steuerung das Antriebsmodul in Abhängigkeit von dem Füllstand des Pufferspeichers ansteuert, beispielsweise indem der Vorschub des Antriebs reduziert oder gleich null gesetzt wird. Insbesondere bei Stillstand treffen nun keine Daten des Sensors und/oder des Antriebs ein, die zwischengespeichert oder in Echtzeit weiterverarbeitet werden müßten. Der Pufferinhalt kann nun ohne Datenverlust in der Zwischenzeit in den externen Speicher überschrieben werden. Wenn der Füllstand des Pufferspeichers den kritischen Grenzwert wieder unterschreitet, d. h. zur Datenaufnahme bereit ist, setzt die Maschinensteuerung entweder selbsttätig oder unter Benutzerquittierung den Meßwerterfassungs- und/oder verarbeitungsvorgang fort. Die doppelte Aufgabenzuweisung an die numerische Steuerung, einerseits hinsichtlich der Bewegungsvorgaben, andererseits hinsichtlich der Meßwerterfassung und/oder -verarbeitung, gewährleistet eine vollständige und lückenlose Aufnahme der die Kontur des zu vermessenden Werkstücks beschreibenden Daten.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, den Sensor-Ist-Wert einem Eingang des Antriebssystems zuzuführen. Da das Antriebssystem beispielsweise über ein Bussystem bidirektional mit der numerischen Steuerung zum Zwecke des Datenaustausches verbunden ist, kann ohne großen Zusatzaufwand die Antriebsschnittstelle auch für den Sensor genutzt werden. Insbesondere bei Antrieben sind oftmals Eingänge für externe Gebersysteme vorgesehen, die wegen Vorhandenseins eines internen Gebersystems nicht zwingend beschaltet werden müssen. Gerade solche Schnittstellen eignen sich für die Einlesung weiterer Sensordaten.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Meßwerterfassung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt die einzige Figur eine Übersicht des Zusammenwirkens der verschiedenen Komponenten.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Eine numerische Steuerung 10 weist einen Pufferspeicher 12 auf. Über ein Eingabemittel eines Personal Computers 42 erhält der Benutzer die Möglichkeit, Eingaben und Parametrierungen der numerischen Steuerung 10 vorzunehmen. Weiterhin ist ein Vorschubpotentiometer 14 vorgesehen, über das der Benutzer die Abtastzeit proportional verändern kann. Die numerische Steuerung 10 ist über eine Echtzeitschnittstelle 16 mit einem Bussystem 18 verbunden, an welchem ein erstes, ein zweites und ein drittes Antriebsmodul 21, 22, 23 zum Datenaustausch angeschlossen sind. So generiert z. B. die numerische Steuerung 10 einen Positions-Soll-Wert 25, der über das Bussystem 18 an das erste Antriebsmodul 21 gelangt. Das erste Antriebsmodul 21 sendet über das Bussystem 18 seinen Positions-Ist-Wert 26 sowie einen Sensor-Ist-Wert 27 zurück. Der Sensor-Ist-Wert 27 wird von einem Sensor 29 über einen Meßsystemeingang 31 dem Antriebsmodul 21 bereitgestellt. Weiterhin weist die numerische Steuerung 10 eine weitere Schnittstelle 34 zu einem Netzwerk 36 auf, an welchem ein Server 38 mit zugehörigem externen Speicher 40 sowie ein weiterer Personal Computer 42 angeschlossen sind.

Die Vorrichtung zur Meßwerterfassung dient der Digitalisierung einer Kontur eines bereits vorhandenen Werkstücks. Zu diesem Zweck wird zumindest ein Sensor 29 von dem Antriebssystem 21, 22, 23 in geeigneter Weise in der Nähe des abzutastenden Werkstücks verfahren. Dieser zu verfahrende Bewegungsablauf ist in Form eines NC-Programms in der numerischen Steuerung 10 hinterlegt. So kann der Sensor 29 beispielsweise mäanderförmig die Kontur des Werkstücks abtasten. Die entsprechenden Soll-Werte 25 hinsichtlich Position und Geschwindigkeit werden von der numerischen Steuerung 10 erzeugt und über das echtzeitfähige Bussystem 18 an die den Sensor 29 verfahrenden Antriebsmodule 21 bis 23 weitergeleitet. Entsprechend den Vorgaben wird der Sensor 29 verfahren. Bei dem Sensor 29 kann es sich beispielsweise um einen Entfernungsdetektor auf Laser-Basis oder akustische Auswerteverfahren handeln.

Wesentlich hierbei ist, daß der Sensor 29 einen Sensor-Ist- Wert 27 liefert, der in Verbindung mit den Positions-Ist- Werten 26 der Antriebsmodule 21 bis 23 Rückschlüsse zuläßt auf die Koordinaten der Oberfläche des zu vermessenden bzw. zu digitalisierenden Werkstücks. Der Sensor-Ist-Wert 27 gibt beispielsweise den Abstand zwischen Sensor 29 und der zu vermessenden Oberfläche des Werkstücks wieder.

Zum Zwecke der Konturermittlung werden die Positions-Ist- Werte 26 der Antriebsmodule 21 bis 23 sowie der Sensor-Ist- Wert 27 erfaßt. Bei den Positions-Ist-Werten 26 kann es sich beispielsweise um die Ist-Positionen der x-, y- und z-Achse einer Drei-Achs-Maschine handeln. Der Sensor-Ist-Wert 27 steuert hierbei das entsprechende Antriebsmodul 21, 22, 23 der Achse, an der der Sensor 29 angebracht ist, in der Weise, daß der Abstand zu der Werkstückoberfläche konstant bleibt. Somit kann auch der Sensor-Ist-Wert 27 von der numerischen Steuerung 10 für die Erzeugung neuer Sollwerte für die Antriebsmodule 21-23 herangezogen werden.

Die Summation des Sensor-Ist-Werts 27 und der Positions-Ist- Werte 26 ergibt die Höhenkoordinaten des Werkstücks. Diese Ermittlung wird beispielsweise während des Digitalisierens durch die numerische Steuerung 10 durchgeführt. Diese Koordinaten werden in dem Pufferspeicher 12 abgelegt.

Die Ist-Werte 26, 27 gelangen über das echtzeitfähige Bussystem 18 an die numerische Steuerung 10. Dort ist nun beispielsweise ein Pufferspeicher 12 vorgesehen, in den die nacheinander eingehenden Ist-Werte 26, 27 oder die von der numerischen Steuerung 10 ermittelten Koordinaten der Oberfläche des Werkstücks eingeschrieben werden. Die numerische Steuerung 10 übernimmt hierbei die entsprechende Datenverwaltung oder Datenverarbeitung. So steht die numerische Steuerung 10 über das Netzwerk 36 in Datenverbindung mit dem externen Speicher 40 des Servers 38, in den die in dem Pufferspeicher 12 befindlichen Positions- Ist-Werte 26 und Sensor-Ist-Werte 27 oder daraus abgeleitete Werte (Werkstück-Koordinaten) eingeschrieben werden. Der externe Speicher 40 ist hinsichtlich des Speicherplatzes so dimensioniert, daß alle im Rahmen des Digitalisierungsvorganges anfallenden Daten abgespeichert werden können. Befinden sich im externen Speicher 40 die Ist-Werte 26, 27, so könnte nach Vollendung des Abtastvorgangs die geometrische Darstellung (Werkstück- Koordinaten) der zu erfassenden Oberfläche berechnet werden.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der Sensor-Ist-Wert 22 des Sensors 29 über den Meßsystemeingang 31 des Antriebsmoduls 21 dem Bussystem 18 zugeführt. Der Meßsystemeingang 31 ist bei den Antriebsmodulen 21 bis 23 zumeist ohnehin vorhanden, um optional die Ausgangssignale eines externen Meßsystems zur Verfügung zu stellen. Das externe Meßsystem dient wahlweise als externe Ist- Positionserfassung des Antriebs. Zumeist ist jedoch das interne Meßsystem des Antriebs zur Positionserfassung ausreichend, so daß auf das externe Meßsystem verzichtet werden kann. Der in diesem Fall nicht benötigte Meßsystemeingang 31 wird nun erfindungsgemäß von dem Sensor 29 belegt. Der so erfaßte Sensor-Ist-Wert 27 wird nun über das Antriebsmodul 21 und das Bussystem 18 an die numerische Steuerung 10 weitergeleitet. Der Sensor 25 liefert den gemessenen Abstand (Sensor-Ist-Wert 27), so daß dieser von den Meßsystemeingängen 31 des Antriebssystems verarbeitet werden kann.

Die numerische Steuerung 10 übernimmt die Datenverwaltung und ggf. Datenverarbeitung der einzulesenden Positions-Ist- Werte 26 und Sensor-Ist-Werte 27. Hierbei wird einerseits der Füllstand des Pufferspeichers 12 mit einem kritischen Grenzwert verglichen. Wird dieser kritische Grenzwert erreicht, so droht ein Datenverlust, da keine neuen Daten (Ist-Werte 26, 27 oder daraus abgeleitete Werkstück- Koordinaten) mehr eingelesen werden können, ohne alte zu überschreiben. Um einen Datenverlust zu verhindern, steuert die numerische Steuerung 10 die Antriebsmodule 21 bis 23 im Sinne eines Stillstands an, d. h. der Vorschub wird auf den Wert null reduziert. Wird der entsprechende Vorschub gleich null erreicht, d. h. steht der Sensor 29 still, so werden ab diesem Zeitpunkt keine neuen Daten mehr in den Pufferspeicher 12 eingelesen. Durch den Einlesestop im Stillstand wird das Auftreten von redundanten Datensätzen unterbunden.

Andererseits versucht die numerische Steuerung 10, die in dem Pufferspeicher 12 abgelegten Daten möglichst schnell über das Netzwerk 36 in den externen Speicher 40 des Servers 38 zu transferieren. Sinkt dadurch der Füllstand des Pufferspeichers 12 unter den kritischen Grenzwert oder unter einen Grenzwert, bei dem neue Datensätze eingelesen werden können, wird der Vorschub der Antriebsmodule 21 bis 23 wieder auf den vor der Unterbrechung befindlichen Wert gesetzt. Der Konturerfassungsvorgang wird somit fortgesetzt. Alternativ kann vorgesehen sein, daß ein Bediener ein entsprechendes Quittungssignal beispielsweise über ein Maschinenbedienfeld eingeben muß, um den weiteren Verfahrvorgang des Sensors 29 wieder aufzunehmen.

Weiterhin kann die Parametrierung der Digitalisierungsfunktion in der numerischen Steuerung 10 erfolgen. Der Benutzer gibt beispielsweise den Dateinamen des externen Speichers 40 an, in dem die in dem Pufferspeicher 12 zwischengespeicherten Daten letztendlich abgelegt werden sollen. Mit Start des Digitalisierungsvorgangs wird die angegebene Datei gelöscht. Weiterhin kann der Benutzer einstellen, bei welchem Grenzwert bzw. Füllstand des Pufferspeichers 12 die bereits beschriebenen Stillsetzungsmaßnahmen der den Sensor 29 bewegenden Antriebe eingeleitet werden sollen. Weiterhin einstellbar ist auch die Abtastzeit, mit der die Positions- Ist-Werte 26 und der Sensor-Ist-Wert 27 erfaßt werden. Die Abtastzeit kann in Abhängigkeit des Vorschubpotentiometers 14 proportional verändert werden. Auch dadurch kann eine Erzeugung redundanter Daten verhindert bzw. verbessert werden. Der Benutzer kann auch auswählen, welche Antriebsmodule 21 bis 23 den Sensor 29 in der Digitalisierungsfunktion verfahren sollen. Auch die Parametrierung, welches Antriebsmodul 21 bis 23 seinen Meßsystemeingang 31 für das Einlesen des Sensor-Ist-Werts 27 zur Verfügung stellt, kann der Benutzer beispielsweise über die Eingabemittel des Personal Computers 42 vornehmen. Der Benutzer legt weiterhin fest, ob der Verfahrvorgang nach automatischem Stillsetzen automatisch oder auf ein Quittungssignal hin fortgesetzt werden soll.

Die Digitalisierungsfunktion wird spätestens mit dem Programmende in der numerischen Steuerung 10 beendet.

Hierbei wird die Datei geschlossen, in welche die Positions- Ist-Werte 26 und der Sensor-Ist-Wert 27 eingelesen wurden. Wird die Digitalisierung angehalten, so daß die numerische Steuerung 10 das Einlesen der Echtzeitdaten 26, 27 unterbricht, verbleibt die Verbindung zum externen Speicher 40 bestehen. Das weitere Einlesen der Positions-Ist-Werte und der Sensor-Ist-Werte 26, 27 wird zur Vermeidung von redundanten Daten unterbrochen, wenn der Vorschub gleich null ist. Dies bedeutet, daß der Soll-Vorschub und der Ist- Vorschub aller Achsmodule 21 bis 23 jeweils null ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Meßwerterfassung, mit einer numerischen Steuerung (10), die zumindest ein Antriebsmodul (21) ansteuert, das zumindest einen Sensor (29) zur Meßwerterfassung verfährt, dadurch gekennzeichnt, daß zumindest ein Sensor-Ist-Wert (27) des Sensors (29) und/oder zumindest ein Positions-Ist-Wert (26) des Antriebsmoduls (21) der numerischen Steuerung (10) zugeführt ist zur Verarbeitung und/oder Speicherung in einem Speicher (12, 40).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der numerischen Steuerung (10) ein Pufferspeicher (12) angeordnet ist, in dem der Sensor-Ist-Wert (27) und/oder der Positions-Ist-Wert (26) oder daraus abgeleitete Werte zwischengespeichert sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der numerischen Steuerung (10) Überwachungsmittel vorgesehen sind, die den Zustand des Pufferspeichers (12) überwachen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsmittel den Füllstand des Pufferspeichers (12) mit einem Grenzwert vergleichen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Steuerung (10) das Antriebsmodul (21) in Abhängigkeit von dem Füllstand des Pufferspeichers (12) ansteuert.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Steuerung (10) bei Erreichen des Grenzwerts einen Vorschub für das Antriebsmodul (21) reduziert oder gleich null setzt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bussystem (18) vorgesehen ist, welches den Datenaustausch zwischen dem Antriebsmodul (21) und der numerischen Steuerung (10) sicherstellt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmodul (21) zumindest einen Eingang (31) aufweist, über den der Sensor-Ist-Wert (27) dem Antriebsmodul (21) zugeführt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Steuerung (10) über eine weitere Schnittstelle (34) mit einem externen Speicher (40) verbunden ist, um die in dem Pufferspeicher (12) zwischengespeicherten Daten dort einzuspeichern.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß keine neuen Daten in den Pufferspeicher (12) eingelesen werden, wenn der Vorschub des Antriebsmoduls (21) ungefähr null ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einstellmittel (14) vorgesehen sind zur Beeinflussung der Abtastzeit, die das Erfassungsintervall des Sensor-Ist-Werts (27) und/oder des Positions-Ist-Werts (26) festlegt.