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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Simulationsvorrichtung, die
an einem Funktionsteil eine Kollisionsprüfung ausführt.
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Beschreibung
des verwandten Stands der Technik
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Ein
NC-Programm (nachfolgend wird eine Einheit von in einem NC-Programm beschriebenen
Befehlen als Block bezeichnet) ist erforderlich, um durch eine bestehende
Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung (NC) eine Bearbeitung
auszuführen.
Im Allgemeinen enthält
ein NC-Programm Befehle, um einer Maschine die Anweisung zu geben,
sich mit einer Bewegungsgeschwindigkeit zu bewegen, und numerische
Werte, die für
eine bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit stehen.
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In
jüngster
Zeit sind mit zunehmender Komplexität des Aufbaus einer Werkzeugmaschine
deren Betriebsabläufe
komplizierter geworden. Aus diesem Grunde geschieht es nicht selten,
dass verschiedenste Abschnitte der Maschine aneinander stoßen können, und
auch die Maschine und ein Zielobjekt (nachstehend als Werkstück bezeichnet)
können
miteinander kollidieren. Von daher besteht, um ein solches ungünstiges
Zusammenstoßen
zu vermeiden, eine zunehmende Notwendigkeit zur Simulation des Verhaltens
der Maschine, wobei der Hauptzweck der Simulation darin besteht,
eine Kollisionsprüfung
der Maschine zu erhalten.
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Hier
kann der Fall auftreten, bei dem Bahndaten automatisch durch eine
automatische Programmiervorrichtung, wie ein durch die automatische
Programmiervorrichtung programmiertes Programm, und nicht durch
ein NC-Programm
erzeugt werden. Weil aber vergleichbar zum NC-Programm die erzeugten
Bahndaten selbst in diesem Fall einen Bewegungsbefehl jeweiliger
Antriebswellen der Maschine beschreiben, liegt auch die NC-Werkzeugmaschine
mit einer derartigen automatischen Programmiervorrichtung innerhalb
des Rahmens der Erfindung.
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Beispielsweise
lautet die japanische Patentveröffentlichung
JP 64-041905 A (Seiten
3 bis 4) wie folgt: "In
einer Simulationsanzeige wie an einem Roboter werden, wenn im Ansprechen
auf einen Positionsbefehl ein Bild angezeigt wird, ein Startpunkt
und ein Endpunkt der Reihe nach angezeigt, wobei aber ein Status
zwischen den beiden Punkten nicht angezeigt werden kann." Wie aus der oben
genannten Patentveröffentlichung hervorgeht,
kann die herkömmliche
Simulationsvorrichtung je nach den Umständen die Endpunkte eines Blocks
als Bewegungsanweisung einer Vorrichtung verwenden. So wird eine
Bewegungsanweisung, die die Endpunkte des Blocks in dieser Weise
als Bewegungsanweisung angenommen hat, im Folgenden als Instruktion
auf Blockebene bezeichnet.
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Außerdem lautet
die japanische Patentveröffentlichung
JP 1-311304 A (Seiten
5 bis 9, und
1) wie folgt: "Ein einem Servomotor
einer Werkzeugmaschine zugeführter
Steuerimpuls wird abgefangen und dadurch wird nicht nur eine Prüfung der
Koordinaten eines Programms gewährleistet,
sondern auch des Koordinatensystems der Maschine." Wie in der oben
genannten Patentveröffentlichung
angeführt
wird, gibt es unter Simulationsvorrichtungen eine Simulationsvorrichtung,
die Befehlsdaten an ein Servosystem übernimmt, das mit einer untergeordneten
Position eines Steuergeräts
verbunden ist (nachstehend werden die Befehlsdaten als eigentliche
Instruktion auf Maschinenebene bezeichnet).
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Die
Befehlsdaten an das Servosystem umfassen eine Abfolge von Punkten,
die nicht durch ein Programm angezeigt werden, das auf dem Weg eines
Programmbefehls erzeugt wurde. Der Prozess, die Abfolge von Punkten
zu ermitteln, die nicht auf der Befehlsbahn angegeben sind, wird
als Interpolationsverfahren bezeichnet. Die durch das Interpolationsverfahren
erzeugten aufeinander folgenden Punkte werden als Interpolationspunkte
bezeichnet.
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Hier
ist der Interpolationspunkt ein Punkt auf der Befehlsbahn, den man
erhält,
wenn ein Funktionsteil mit einer angewiesenen Geschwindigkeit F
während
einer für
die Vorrichtung spezifischen Zeitdauer dt vorwärtsbewegt wird.
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Durch
die folgende Gleichung bestimmt man einen Abstand L von der aktuellen
Position zur nächsten, interpolierten
Position. Diese Länge
wird als Interpolationslänge
bezeichnet. L = F × dt (1)
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Da
die herkömmlichen
Simulationsvorrichtungen wie zuvor erwähnt aufgebaut sind, wird im
Falle der Instruktion auf Blockebene ein Endpunkt des Blocks als
Interpolationspunkt hergenommen. Aus diesem Grunde wird eine Simulation
unter Verwendung von weniger Interpolationspunkten ausgeführt als
bei der eigentlichen Instruktion auf Maschinenebene. Dadurch besteht
die Möglichkeit,
eine Simulation in kürzerer
Zeit auszuführen
als in den Fällen,
bei denen die Maschine tatsächlich
läuft.
Es kann aber wegen der geringen Genauigkeit einer Kollisionsprüfung die
Erfassung einer Kollision unter den Tisch fallen.
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Dabei
wird im Falle der eigentlichen Instruktion auf Maschinenebene eine
Simulation ausgeführt,
bei der so viele Interpolationspunkte verwendet werden wie beim
tatsächlichen
Maschinenbetrieb. Dementsprechend nimmt eine Simulation mindestens
so viel Zeit in Anspruch wie der tatsächliche Maschinenbetrieb.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um die zuvor erwähnten Probleme
zu lösen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Simulationsvorrichtung
bereitzustellen, mit der man in kürzerer Zeit als bei der tatsächlichen
Bearbeitung eine Kollisionsprüfung
durchführen
kann, ohne dabei die Erfassung einer Kollision zu übersehen.
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Eine
Simulationsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Ersetzungseinrichtung zur Berechnung der
maximalen Verfahrgeschwindigkeit eines Funktionsteils aus einem
Kollisionserfassungsabstand und einem Interpolationszeitraum, und
zum Ersetzen einer Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils, die
durch eine Programmanalyseeinrichtung ausgelesen wird, mit dessen
maximaler Verfahrgeschwindigkeit; und eine Interpolationspunkt-Bestimmungseinrichtung,
um Interpolationspunkte einer Bewegungsbahn aus der Verfahrgeschwindigkeit
des Funktionsteils, die von der Ersetzungseinrichtung durch die
maximale Verfahrgeschwindigkeit ersetzt worden ist, und aus dem
Interpolationszeitraum zu bestimmen, wobei die Simulationsvorrichtung
eine Kollisionsprüfung
des Funktionsteils an einem durch die Interpolationspunkt-Bestimmungseinrichtung
bestimmten Interpolationspunkt erhält.
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Wie
oben erwähnt,
wird durch die Anordnung der Simulationsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, mit einer Ersetzungseinrichtung zur Berechnung der maximalen
Verfahrgeschwindigkeit eines Funktionsteils aus dem Kollisionserfassungsabstand
und einem Interpolationszeitraum, und zum Ersetzen einer Verfahrgeschwindigkeit
des Funktionsteils, die durch eine Programmanalyseeinrichtung ausgelesen
wird, mit dessen maximaler Verfahrgeschwindigkeit; und einer Interpolationspunkt-Bestimmungseinrichtung,
um die Interpolationspunkte der Bewegungsbahn aus der Verfahrgeschwindigkeit
des Funktionsteils, die von der Ersetzungseinrichtung durch die
maximale Verfahrgeschwindigkeit ersetzt worden ist, und aus dem
Interpolationszeitraum zu bestimmen; wobei eine Kollisionsprüfung an
einem durch die Interpolationspunkt-Bestimmungseinrichtung bestimmten
Interpolationspunkt durchgeführt
wird, eine Kollisionsprüfung
in kürzerer
Zeit als bei der tatsächlichen
Bearbeitung ausgeführt,
und zwar ohne die Erfassung einer Kollision zu übersehen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockschaubild,
das eine Simulationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist ein erläuterndes
Schaubild, das eine beispielhafte Beschreibung eines NC-Programms
zeigt;
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3 ist ein erläuterndes
Schaubild, das eine Bewegungsbahn zeigt;
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4 ist ein erläuterndes
Schaubild, das Interpolationspunkte einer Bewegungsbahn zeigt;
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5 ist ein erläuterndes
Schaubild, in dem Situationen gezeigt sind, wo sich zwei Funktionsteile
bewegen;
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6 ist ein Blockschaubild,
das eine Simulationsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 ist ein Blockschaubild,
das eine Simulationsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
werden nun bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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1 ist ein Blockschaubild,
das eine Simulationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Mit
Bezug auf 1 speichert
ein Programmspeicherabschnitt 1 ein NC-Programm oder andere Programmen für ein automatisches
Programmiersystem, worin Verfahrgeschwindigkeiten und Positionsbefehle
eines Funktionsteils, z.B. eines Roboterarms bzw. eines Roboterfußteils,
und eines Schneidwerkzeugs (siehe 2)
beschrieben sind. Ein Kollisionserfassungsabstands-Speicherabschnitt 2 speichert
Kollisionserfassungsabstände,
also den Abstand zwischen einem Funktionsteil A und einem Funktionsteil
B, und den Abstand zwischen dem Funktionsteil A und einem feststehenden
Teil C, wie z.B. einem Hauptkörper
bzw. Grundrahmen der Maschine. Außerdem speichert ein Einstelldaten-Speicherabschnitt 3 Einstelldaten
von Spannvorrichtungs- und Werkstückanordnungen oder dergleichen.
Ein Speicherabschnitt 4 für Geometriedaten speichert
Geometriedaten der Maschine, Geometriedaten von Spannvorrichtungen,
Geometriedaten von Werkzeugen oder dgl. in dem virtuellen, dreidimensionalen
Simulationsraum. Beiläufig
sein erwähnt,
dass der Programmspeicherabschnitt 1, der Kollisionserfassungsabstands-Speicherabschnitt 2,
der Einstelldaten-Speicherabschnitt 3 und der Speicherabschnitt 4 die
Geometriedaten aus Speichern oder dgl. gebildet sind.
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Ein
Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 ist
z.B. aus Eingabeschnittstellen in der Art einer Tastatur oder Maus
gebildet, und aus Ausgabeschnittstellen in der Axt einer Anzeigeeinheit.
Der Änderungsabschnitt
erhält
unter der Führung
eines Bedieners des Simulationssystems eine Modusänderung
zwischen einem eigentlichen Maschinenbetriebsmodus und einem Simulationsmodus,
oder erhält
von anderen Vorrichtungen eine Anweisung, die für einen Moduswechsel zwischen
dem eigentlichen Maschinenbetriebsmodus und dem Simulationsmodus
steht.
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Ein
Programmanalyseabschnitt 6 bildet eine Programmanalyseeinrichtung
zum Auslesen von Verfahrgeschwindigkeiten und den Positionsbefehlen
des Funktionsteils aus dem NC-Programm und anderen Programmen für das automatische
Programmiersystem, die im Programmspeicherabschnitt 1 gespeichert
sind.
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Ein
Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 gibt
ein von einem Benutzer manuell eingestelltes Geschwindigkeitsverhältnis an
einen Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 für den Fall
aus, bei dem durch den Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der
eigentliche Maschinenbetriebsmodus gewählt wurde. Dagegen teilt in
dem Fall, wo vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der
Simulationsmodus gewählt
wurde, der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 einen
im Kollisionserfassungsabstands-Speicherabschnitt 2 gespeicherten
Kollisionserfassungsabstand durch einen Interpolationszeitraum, um
eine Simulationsgeschwindigkeit zu berechnen, teilt die Simulationsgeschwindigkeit
durch die Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils, die vom Programmanalyseabschnitt 6 ausgelesen
wurde, um ein Geschwindigkeitsverhältnis zu berechnen, und gibt
das Geschwindigkeitsverhältnis
an den Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 weiter. Der
Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 multipliziert die
Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils mit dem Geschwindigkeitsverhältnis, das
vom Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 ausgegeben
wurde, um die maximale Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils
zu berechnen, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Funktionsteils
durch dessen maximale Verfahrgeschwindigkeit zu ersetzen. Beiläufig sei
erwähnt,
dass der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 und
der Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 die Ersetzungseinrichtung
bilden.
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Ein
Interpolationsabschnitt 9 bildet eine Intexpolationspunkt-Bestimmungseinrichtung,
um Interpolationspunkte einer Bewegungsbahn des Funktionsteils aus
einer Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils, die vom Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 durch
die maximale Verfahrgeschwindigkeit ersetzt wird, und aus einem
Interpolationszeitxaum zu bestimmen. Ein Simulationsabschnitt 10 bildet
eine Simulationseinrichtung zur Durchführung einer Kollisionsprüfung am
Funktionsteil an einem durch den Interpolationsabschnitt 9 bestimmten
Interpolationspunkt, wenn vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der
Simulationsmodus gewählt
wurde.
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Die
Servoeinheit 11 bildet eine Antriebseinrichtung zum Antreiben
des Funktionsteils entsprechend Verfahrgeschwindigkeiten und Positionsbefehlen
des Funktionsteils, die vom Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 ausgegeben
werden, wenn vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der
eigentliche Maschinenbetxiebsmodus gewählt wurde.
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Es
sei hinzugefügt,
dass der Programmanalyseabschnitt 6, der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7,
der Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8, der Interpolationsabschnitt 9 und
der Simulationsabschnitt 10 aus Hardware bestehen können, z.B.
aus einer zweckbestimmten IC-Schaltung. Als Alternative hierzu kann
auch programmiert werden, wobei die oben angegebenen Prozesse niedergeschrieben werden,
um das Programm auf einem Computer (nicht gezeigt) laufen zu lassen.
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Es
erfolgt nun die Beschreibung der Funktionsweise der ersten Ausführungsform.
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Der
Programmanalyseabschnitt 6 analysiert das NC-Programm oder
andere Programme für
das automatische Programmiersystem, die im Programmspeicherabschnitt 1 gespeichert
sind, und liest dann die Verfahrgeschwindigkeit F und Positionsbefehle
des Funktionsteils aus, die in diesen Programmen niedergeschrieben
sind.
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Der
Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 berechnet
das Geschwindigkeitsverhältnis R
wie folgt, um eine Bewegungsbahn des Funktionsteils zu interpolieren,
die basierend auf den Positionsbefehlen des Funktionsteils bestimmt
ist, die durch den Programmanalyseabschnitt 6 ausgelesen
werden. Eine in 3 durchgezogene
Linie zeigt eine Bewegungsbahn des Funktionsteils an, und die durch "O" angegebenen Positionen sind basierend
auf den Positionsbefehlen des Funktionsteils bestimmt. Die durch "⦾" in 4 gezeigten
angegebenen Positionen zeigen Interpolationspunkte des Funktionsteils.
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D.h.,
dass dann, wenn durch den Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der
Simulationsmodus gewählt
wurde, der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 einen
im Kollisionserfassungsabstands-Speicherabschnitt 2 gespeicherten
Kollisionserfassungsabstand K durch einen Interpolationszeitraum dt
teilt, um eine Simulationsgeschwindigkeit Fs zu berechnen, wie durch
die folgende Gleichung ausgedrückt ist.
Dann teilt der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 die
Simulationsgeschwindigkeit Fs durch die Verfahrgeschwindigkeit F
des Funktionsteils, die durch den Programmanalyseabschnitt 6 ausgelesen
wird, um ein Geschwindigkeitsverhältnis R zu berechnen, und gibt
das Geschwindigkeitsverhältnis
R an den Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 aus. Wenn
aber vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der
eigentliche Maschinenbetriebsmodus ausgewählt wurde, gibt der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 das
manuell von einem Benutzer eingestellte Geschwindigkeitsverhältnis R
an den Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 aus, und
zwar mit dem gerade aktuellen Wert. Fs = (C × K)/dt (2) R = Fs/F (3)
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Hier
ist "C" in Gleichung (2)
ein vorbestimmter Koeffizient, der entsprechend einiger adäquater Regeln bestimmt
werden kann. Ein konkreter Weg zur Angabe des den Koeffizienten
C wird später
beschrieben werden.
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Der
Grund, warum der Kollisionserfassungsabstand K in Gleichung (2)
mit C multipliziert wird, besteht darin, die Lage des Funktionsteils
in unmittelbarer Nähe
zu einem anderen Teil sicher zu erfassen, wenn sich das Funktionsteil
nur einen Interpolationszeitraum lang bewegt, bevor der Abstand
zwischen den beiden Teilen auf kleiner gleich Null geht und sie
miteinander kollidieren. Dementsprechend wird der Koeffizient C
für gewöhnlich auf
einen positiven Wert kleiner als Eins eingestellt.
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Wenn
aus dem Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 ein
Geschwindigkeitsverhältnis R
erhalten wurde, multipliziert der Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 die
Verfahrgeschwindigkeit F des Funktionsteils, die vom Progxammanalyseabschnitt 6 ausgelesen
wird, mit dem Geschwindigkeitsverhältnis R, wie durch die folgende
Gleichung gezeigt ist, berechnet die maximale Verfahrgeschwindigkeit
Fexe des Funktionsteils und gibt die maximale Verfahrgeschwindigkeit
Fexe an den Intexpolationsabschnitt 9 als Verfahrgeschwindigkeit
für das
Funktionsteil aus. Fexe
= R × F (4)
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Wenn
vom Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 die maximale
Verfahrgeschwindigkeit Fexe eingegangen ist, die die Verfahrgeschwindigkeit
des Funktionsteils ist, multipliziert der Intexpolationsabschnitt 9 die
maximale Verfahrgeschwindigkeit Fexe mit dem Interpolationszeitraum
dt, wie durch die Gleichung ausgedrückt ist, um eine Länge L (nachfolgend
als Interpolationslänge
bezeichnet) zu berechnen, entlang der sich das Funktionsteil nur
einen Interpolationszeitraum lang bewegt. Dabei bestimmt der Intexpolationsabschnitt
Interpolationspunkte (durch in 4 gezeigte "⦾" angegeben) einer Bewegungsbahn des
Funktionsteils aus den Positionen (angegeben durch in 3 gezeigte "O"), die basierend auf den Positionsbefehlen
des Funktionsteils bestimmt sind, die vom Progxammanalyseabschnitt 6 ausgelesen
wurden, und bestimmt die Interpolationslänge L. L = Fexe × dt (5)
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Der
Simulationsabschnitt 10 führt an den Interpolationspunkten
eine Simulation aus, die durch den Interpolationsabschnitt 9 bestimmt
werden, wenn vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der
Simulationsmodus ausgewählt
ist, um eine positionsmäßige Stellung
des Funktionsteils in seinen im Speicherabschnitt 4 für Geometxiedaten
gespeicherten geometrischen Daten zu aktualisieren, berechnet den
Abstand zwischen mehreren Funktionsteilen bzw. den Abstand zwischen
bestimmten Funktionsteilen und ortsfesten Teilen, und prüft, ob die
Teile miteinander kollidieren oder nicht.
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Wenn
sich beispielsweise die Teile auf Kollisionskurs befinden, zeigt
der Simulationsabschnitt die Teile auf einer Anzeige (nicht gezeigt)
an, die betroffen sind, und auf einer Anzeige wird eine Nachricht
angezeigt, die angibt, dass eine Kollision zwischen den Teilen stattgefunden
hat.
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Die
Servoeinheit 11 treibt das Funktionsteil entsprechend Verfahrgeschwindigkeiten
und Positionsbefehlen des Funktionsteils an, welche vom Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 ausgegeben
werden, wenn vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der
eigentliche Maschinenbetriebsmodus ausgewählt ist.
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Es
erfolgt nun im Einzelnen eine Beschreibung, wie der Koeffizient
C zu bestimmen ist, und wie die maximale Verfahrgeschwindigkeit
Fexe des Funktionsteils zu ermitteln ist.
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Wenn
ein Gegenstand, an dem eine Simulation vorgenommen werden soll,
nur eine Maschine mit einem Funktionsteil, beispielsweise einem
Schneidwerkzeug ist, dann kann die Interpolationslänge L auf
jeweilige die Maschine bildende Teile aufgeteilt werden. Dementsprechend
kann man den Kollisionserfassungsabstand K als Interpolationslänge L verwenden.
Anders ausgedrückt
lässt sich
die Simulationsgeschwindigkeit Fs errechnen, indem man C = 1 werden
lässt.
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Für den Fall
aber, dass ein Gegenstand, an dem eine Simulation vorgenommen werden
soll, mehrere Funktionsteile hat und den Teilen jeweilige Geschwindigkeiten
zugeteilt sind, oder für
den Fall, dass mehrere Maschinen in demselben Simulationsraum einer
Simulation unterzogen werden sollen, können als gefährlichster
Fall Situationen auftreten, in denen sich die mehreren Teile auf
derselben Linie bzw. Achse bewegen und sich aufeinander zu bewegen.
In so einem Fall sollte der Koeffizient C eingestellt werden auf
z.B. C = 0,5.
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5 ist ein erläuterndes
Schaubild, das Situationen zeigt, bei denen sich zwei Funktionsteile
(Gegenstand A und Gegenstand B) in derselben Richtung auf derselben
Linie bewegen und sich einander näherkommen, und der Koeffizient
C auf 0,5 (d.h., dass die Hälfte
des Kollisionserfassungsabstands K als Interpolationslänge L verwendet
wird) eingestellt ist.
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Dabei
zeigt 5 Situationen,
in denen der Abstand zwischen Gegenstand A und Gegenstand B einen
Wert Kb darstellt, der geringfügig
größer ist
als der Kollisionserfassungsabstand K.
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Um
im nächsten
Interpolationszeitraum ab einem Zeitpunkt einen Interpolationspunkt
für eine
Simulation zu bestimmen, wird wie oben angegeben unter Verwendung
von Gleichung (2) eine Simulationsgeschwindigkeit Fs ermittelt.
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Als
Nächstes
wird, wenn ein Gegenstand, der einer Simulation unterzogen werden
soll, nur eine Maschine mit einem Funktionsteil für ein Werkstück ist,
die Verfahrgeschwindigkeit F des Funktionsteils in Gleichung (3)
eingesetzt, um das Geschwindigkeitsverhältnis R zu ermitteln.
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Für den Fall
aber, dass mehrere Funktionsteile vorhanden sind, ermittelt man
die maximale Geschwindigkeit F aus den Verfahrgeschwindigkeiten
der Funktionsteile, also aus den angewiesenen Geschwindigkeiten
Fi (i = 0, 1, ..., n) für
n Funktionsteile. F
= max(F0, F1, ..., Fn) (6)
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Anschließend werden
die maximale Geschwindigkeit F und die Simulationsgeschwindigkeit
Fs in Gleichung (3) eingesetzt, um das Geschwindigkeitsverhältnis R
zu ermitteln.
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Schließlich werden
die angewiesenen Geschwindigkeiten Fi für n Funktionsteile mit dem
Geschwindigkeitsverhältnis
R multipliziert, um die maximale Verfahrgeschwindigkeit NFi (entsprechend
Fexe von Gleichung (4)) für
n Funktionsteile zu berechnen. NFi = R × Fi (7)
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So
wird also für
den Fall, dass mehrere Funktionsteile vorhanden sind, die maximale
Geschwindigkeit F aus den angewiesenen Geschwindigkeiten Fi für n Funktionsteile
ausgewählt,
und das Geschwindigkeitsverhältnis
R zu den Simulationsgeschwindigkeiten Fi ermittelt, welches aus
dem Kollisionserfassungsabstand K erhalten wird, der ein Abstand
ist, bei dem gewährleistet
ist, dass es keine Kollision geben wird, und die angewiesenen Geschwindigkeiten
Fi für
alle Funktionsteile werden mit demselben Geschwindigkeitsverhältnis R multipliziert,
um für
jedes der Funktionsteile die maximale Verfahrgeschwindigkeit NFi
zu ermitteln. Dies verkürzt
eine Laufzeit, während
die positionsmäßige Beziehung
zwischen den Funktionsteilen in demselben Status wie beim eigentlichen
Maschinenbetriebsmodus gehalten wird, indem man zu nahe liegende
Interpolationspunkte weglässt,
um eine Kollisionsprüfung
zwischen diesen durchzuführen.
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Beiläufig sei
erwähnt,
dass der Koeffizient C auf Eins und darunter eingestellt werden
kann, selbst wenn eine Maschine ein Schneidwerkzeug hat.
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Schließlich wird
eine Überprüfung dessen
ausgeführt,
dass eine im Simulationsmodus durchgeführte Kollisionsprüfung weniger
Zeit in Anspruch nimmt, als wenn sie im eigentlichen Maschinenbetriebsmodus durchgeführt würde. Der
Vorgang der Überprüfung wird
anhand von realen numerischen Werten mit einer Werkzeugmaschine
als Beispiel beschrieben, die ein Funktionsteil hat, die von einer
numerischen Steuervorrichtung gesteuert wird, und der eine Geschwindigkeit
des Funktionsteils zugeteilt ist.
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Beispielsweise
führt die
Einstellung des Interpolationszeitraums dt auf 1,0 ms, der Schnittgeschwindigkeit
des NC-Programmbefehls F auf 5.000 mm/min, des Kollisionserfassungsabstands
K auf 3 mm und des Koeffizienten C auf 1 zu den folgenden Ergebnissen:
die Simulationsgeschwindigkeit aus Gleichung (2) ist Fs = 180.000
mm/min, und das Geschwindigkeitsverhältnis aus, Gleichung (3) ist
R = 36. Fs = (C × K)/dt = (1 × 3 × 60 × 1000)/1,0
= 180.000 R = Fs/F = 180.000/5.000 = 36
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Demzufolge
wird die Simulation unter Verwendung der Punkte ausgeführt werden,
die mit einer 36-fach erhöhten
Geschwindigkeit interpoliert wurden.
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In
diesem Zusammenhang wird, wenn dt = 5,0 ms, Fs = 36.000 mm/min erhalten.
Von daher wird die Simulation unter Verwendung der Punkte ausgeführt, die
mit einer 7,3-fachen Bewegungsgeschwindigkeit interpoliert wurden.
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Allgemein
ausgedrückt
ist eine Geschwindigkeit bei einem gegebenen Positionsbefehl höher als
eine Schnittgeschwindigkeit. Die bestehenden Werkzeugmaschinen arbeiten
beispielsweise bei 20.000 bis 100.000 mm/min oder dergleichen. Von
daher lässt
sich eine Simulation immer mit im Wesentlichen derselben Geschwindigkeit
ausführen
wie ein Positionierbefehl.
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Auf
diese Weise wird durch die Verwendung eines Interpolationspunkts
auf Basis des Kollisionserfassungsabstands K verhindert, dass die
Erfassung einer Kollision übersehen
wird, und eine Simulation wird schneller ausgeführt als der tatsächliche
Maschinenbetrieb.
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Die
oben angegebene Überprüfung berührte den
Fall, bei dem die angewiesene Geschwindigkeit niedriger liegt als
diejenige, die aus dem Kollisionserfassungsabstand K erhalten wurde.
Andererseits werden für
den Fall, dass die angewiesene Geschwindigkeit höher liegt als die, die man
aus dem Kollisionserfassungsabstand K erhalten hat, Kollisionen
der Reihe nach versagensfrei erfasst. Ein Beispiel hierfür wird nun
unter Verwendung von realen numerischen Werten nachstehend beschrieben.
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Das
Beispiel wird für
den echten Fall beschrieben, bei dem reale numerische Werte verwendet
werden, wobei, selbst wenn eine angewiesene Geschwindigkeit hoch
und darüber
hinaus ein Kollisionserfassungsabstand äußerst klein ist, eine Kollision
bei einer beispielhaften Werkzeugmaschine zuverlässig erfasst wird, die zwei
Funktionsteile hat, und der Geschwindigkeiten der Funktionsteile
zugewiesen wurden.
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Als
Beispiel für
eine Werkzeugmaschine mit zwei Funktionsteilen erfolgt eine, die
als mehrlinige Werkzeugmaschine bezeichnet wird. Die mehrlinige
Werkzeugmaschine ist eine Werkzeugmaschine mit mehreren Werkzeughaltern,
die gleichzeitig unabhängig
voneinander bedienbar sind, wie in der japanischen Patentveröffentlichung
JP 205301 A1 erwähnt ist.
Der sich von den jeweiligen Schneidwerkzeugen zu einem Antriebsgelenk
der Maschine erstreckende Abschnitt wird als "Linie." bezeichnet, und es sei angenommen,
dass die Maschine zwei Linien hat, wenn zwei Schneidwerkzeuge unabhängig bedienbar
sind.
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Beispielsweise
werden unter der Annahme, dass der Interpolationszeitraum dt = 1,0
ms ist, den Linie 1 und Linie 2 gemeinsam haben, die angewiesene
Schnittgeschwindigkeit F1 zu 10.000 mm/min für Linie 1 und F2 zu 8.000 mm/min
für Linie
2, und der Kollisionserfassungsabstand K wird zu 0,1 mm. Dann werden
bei Ermittlung der maximalen Geschwindigkeit für jedes der Funktionsteile
F entsprechend dem Fall, bei dem die Maschine mehrere Funktionsteile
aufweist, die folgenden Ergebnisse erhalten: F
= max {F1, F2} = F1 = 10.000 mm/min.
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Dabei
führt dies,
wenn man in Gleichung (2) C beispielsweise zu 0,5 werden lässt, zu
der Simulationsgeschwindigkeit Fs = (0,5 × K × 60 × 1.000)/dt
= 9.000 mm/min.
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Von
daher ergibt sich das Geschwindigkeitsverhältnis R durch R = Fs/F = 9.000/10.000
= 0,9 aus Gleichung (3), und eine Simulation wird unter Verwendung
der Punkte ausgeführt,
die bei einer Bewegungsgeschwindigkeit interpoliert wurden, die
das 0,9-fache der angewiesenen Schnittgeschwindigkeit F1 beträgt.
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D.h.
also, dass das obige Ergebnis zeigt, dass die Erfassung mit dem
Interpolationszeitraum nicht machbar ist, bis die Geschwindigkeiten
0,9-fach langsamer werden als die angewiesenen Geschwindigkeiten, und
zwar nicht machbar für
die Erfassung, ohne dabei eine Annäherung der Funktionsteile auf
einen Abstand von 0 bis 0,1 mm zwischen den zwei Linien zu übersehen.
Dagegen kann bei Multiplizieren mit 0,9 der durch eine Simulation
reproduzierte Abstand, eine Annäherung
aneinander im Bereich von 0 bis 0,1 mm, unfehlbar erfasst werden.
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Wie
aus der obigen Beschreibung klar hervorgeht, ist die Simulationsvorrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform
mit der Ersetzungseinrichtung (Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt, Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8)
zum Berechnen der maximalen Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils
aus einem Kollisionserfassungsabstand und eine Interpolationszeitraum
versehen, und zum Ersetzen der Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils,
die vom Programmanalyseabschnitt 6 ausgelesen wird, mit der
maximalen Verfahrgeschwindigkeit, und mit dem Interpolationsabschnitt 9,
um Interpolationspunkte einer Bewegungsbahn des Funktionsteils basierend
auf einer Bewegungsgeschwindigkeit des Funktionsteils, die von der
Ersetzungseinrichtung durch die maximale Verfahrgeschwindigkeit
ersetzt wird, und aus einem Interpolationszeitraum zu bestimmen.
Die wie oben konfigurierte, oben angegebene Anordnung führt eine
Kollisionsprüfung
in kürzerer
Zeit durch als die eigentliche maschinelle Bearbeitung, ohne eine
Kollisionserfassung zu übersehen.
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Zweite Ausführungsform
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Während in
der ersten Ausführungsform
der Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 den
Ausführungsmodus
zwischen dem eigentlichen Maschinenbetriebsmodus und dem Simulationsmodus
verändert, kann
die Simulationsvorrichtung in Richtung auf ein System modifiziert
sein, das auf den Simulationsmodus zugeschnitten ist, ohne den Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 und
die Servoeinheit 11 zu implementieren, wie in 6 gezeigt ist.
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Auf
diese Weise ist durch das Weglassen von in der Simulationsvorrichtung
enthaltenen Fähigkeiten eine
Anordnung der Simulationsvorrichtung außerhalb der numerischen Steuervorrichtung
möglich.
Demzufolge können
zu jeder beliebigen Zeit der tatsächliche Maschinenbetrieb und
eine Kollisionsprüfung
durch eine Maschinensimulation unabhängig bewerkstelligt werden,
ohne zur Ausführung
einer Simulation den tatsächlichen
Maschinenbetrieb anzuhalten. Dadurch kann während der Bearbeitung eines
Werkstücks
auf der realen Maschine durch Einsatz eines bereits geprüften NC-Programms eine Simulation
gleichzeitig mit der Überprüfung eines
NC-Programms für die nächste Bearbeitung
ausgeführt
werden. Dies erhöht
die Gesamtarbeitsleistung ab Programmüberprüfung und der tatsächliche
Maschinenbetrieb kann ausgedehnt werden.
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Zusätzlich sei
angemerkt, dass in der numerischen Steuervorrichtung implementierte
Funktionsteile, so wie sie sind, in Funktionsteile in der Simulationsvorrichtung
importiert werden können,
oder spezifisch für eine
Maschinensimulation ausgelegt werden können.
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Dritte Ausführungsform
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Während in
der ersten Ausführungsform
der Programmanalyseabschnitt 6, der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7,
der Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 und der Interpolationsabschnitt 9 in
einem System vorgesehen sind, die jeweils einen Betrieb entweder
im Simulationsmodus oder im eigentlichen Maschinenbetriebsmodus
unter der Führung
des Ausführungsmodus-Änderungsabschnitts 5 ausführen, kann
eine Verarbeitungslinie A (umrandeter Bereich mit Schrägschraffur)
vorgesehen sein, der ausschließlich
dem Simulationsmodus gewidmet ist, und eine Verarbeitungslinie B
(umrandeter Bereich, durch eine unterbrochene Linie angegeben),
der ausschließlich
dem eigentlichen Maschinenbetriebsmodus gewidmet ist, wie in 7 gezeigt ist.
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Auf
diese Weise wird es durch ein solches separates Vorsehen der Verarbeitungslinie
A, die ausschließlich
für den
Simulationsmodus verantwortlich ist, und der Verarbeitungslinie
B, die ausschließlich
für die Ausführung des
eigentlichen Maschinenbetriebsmodus verantwortlich ist, möglich, eine
Simulation an der Maschine laufen zu lassen, selbst wenn die Maschine
gerade in Betrieb ist, und zwar unter Verwendung von Werkzeugdaten,
Spannvorrichtungsdaten, Angaben bezüglich der Orte, an denen Werkzeuge
am Werkzeughalter angebracht sind, Magazinbestandsdaten, eines Stufenprogramms,
von Kontaktdaten, oder beliebiger anderer Daten. Dadurch wird eine
Betriebssimulation mit einer Genauigkeit ausgeführt, die dem tatsächlichen
Maschinenbetrieb nahe kommt, und es wird auch die Arbeitsleistung
ab der Programmüberprüfung bis
zum tatsächlichen
Maschinenbetrieb gesteigert. Bezugszeichenliste:
