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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuerung zur zumindest
teilweisen Kompensation von durch Deformationen bedingten Positionierungenauigkeiten
bei von einer Maschinensteuerung gesteuerten Positioniereinrichtungen,
insbesondere Bearbeitungsmaschinen, umfassend das Ermitteln eines
Kompensationswertes für
mindestens eine Bewegungsachse in Abhängigkeit von einer durch eine Bewegung
der Bewegungsachse bedingten bewegungsrelevanten Größe während der
Durchführung eines
Bewegungsprogramms und Überlagerung
dieses Kompensationswertes mindestens einer aufgrund des Bewegungsprogramms
ermittelten Steuergröße dieser
Bewegungsachse.
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Derartige
Verfahren und Steuerungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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So
sieht die
DE 103 12
025 A1 während
des Ablaufs des Bewegungsprogramms ein ständiges Erfassen der Deformation
der Positioniereinrichtung vor, woraus ein Rechenaufwand resultiert,
welcher innerhalb des üblichen
Abarbeitens eines NC-Programms nicht durchführbar ist, so daß durch
die Kompensation von Deformationen die Bearbeitung des Werkstücks verzögert wird.
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Die
DE 103 05 196 A1 sieht
ebenfalls ein Verfahren zur Kompensation von Deformationen vor, wobei
bei diesem Verfahren ständig
eine Vermessung bearbeiteter Werkstücke erfolgt und somit über die
Vermessung der bearbeiteten Werkstücke Korrekturwerte ermittelt
werden. Auch die Vermessung bearbeiteter Werkstücke stellt einen zusätzlichen,
in der Regel die Bearbeitung der Werkstücke verzögernden Zeitaufwand dar.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Steuerung der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, daß aus der
Kompensation von Deformationen kein zusätzlicher Zeitaufwand und insbesondere
auch keine negativen Auswirkungen auf die Bewegungszeit eines Werkstücks resultieren.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß zur
Ermittlung des Kompensationswertes als bewegungsrelevante Größe mindestens ein
ausschließlich
von der Maschinensteuerung für die
Ausführung
der Bewegungen der Bewegungsachse generierter oder erfaßter Antriebsparameter und
somit mindestens ein der Maschinensteuerung im Zusammenhang mit
der Durchführung
des Bewegungsprogramms ohnehin zugänglicher Antriebsparameter
herangezogen wird, daß vor
einem Start des Bewegungsprogramms ein Deformationsparametersatz
als Funktion des mindestens einen Antriebsparameters bestimmt und
gespeichert wird und daß der Kompensationswert
aufgrund des jeweiligen mindestens einen Antriebsparameters und
des Deformationsparametersatzes während der Durchführung des Bewegungsprogramms
ermittelt wird.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist
darin zu sehen, daß diese
die Möglichkeit
schafft, die ohnehin in der Maschinensteuerung zugänglichen
Antriebsparameter heranzuziehen und somit ohne eine zusätzliche
Messung die Möglichkeit
zu haben, einen Kompensationswert zu ermitteln, wobei für die Ermittlung
des Kompensationswertes während
des Bearbeitungsvorgangs keinerlei Bestimmung des Deformationsparametersatzes
erfolgt, sondern der Deformationsparametersatz vor der Durchführung des
Bearbeitungsprogramms ermittelt und abgespeichert wird, so daß die Ermittlung
des Deformationsparametersatzes außerhalb der für eine Werkstückbewegung
relevanten Zeiträume
liegt.
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Prinzipiell
wäre es
bei der erfindungsgemäßen Maschinensteuerung
denkbar, spezielle Kommunikationspfade für die Ermittlung des mindestens einen
Antriebsparameters durch die Kompensationseinheit vorzusehen.
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Besonders
günstig
ist es jedoch, wenn der mindestens einen Antriebsparameter über eine
offene Steuerungsarchitektur der Maschinensteuerung ermittelt wird.
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Eine
derartige offene Steuerungsarchitektur der Maschinensteuerung ist
standardmäßig am Markt
erhältlich
und stellt somit eine einfache Möglichkeit
dar, den mindestens einen Antriebsparameter ohne zusätzlichen
Schaltungsaufwand zu ermitteln.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei, wenn zum Erfassen des mindestens einen
Antriebsparameters aus einem Antriebsverstärker über einen Systembus der Maschinensteuerung
auf den Antriebsverstärker zugegriffen
wird.
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Hinsichtlich
des Vorliegens des mindestens einen Antriebsparameters wurden im
Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung keine
näheren
Angaben gemacht.
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So
ist zweckmäßigerweise
vorgesehen, daß der
mindestens eine Antriebsparameter für einen Achsantrieb generiert
oder an der Bewegungsachse gemessen wird. Damit greift die erfindungsgemäße Lösung auf
Antriebsparameter zurück,
die in besonders einfacher Weise in der Maschinensteuerung zugänglich sind.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausführungsform wird
der mindestens eine Antriebsparameter in einer Regelschleife für den Achsantrieb
generiert oder gemessen.
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Als
Antriebsparameter könnten
dabei nach wie vor unterschiedliche Größen herangezogen und ausgewertet
werden.
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Eine
aufgrund ihrer Einfachheit besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Lösung sieht
vor, daß der
mindestens eine Antriebsparameter einem eingeregelten Motorstrom
des Achsantriebs entspricht.
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Alternativ
oder ergänzend
dazu ist vorgesehen, daß der
mindestens eine Antriebsparameter einer Beschleunigung der Bewegungsachse
entspricht.
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Eine
weitere alternative oder ergänzende
Lösung.
sieht vor, daß der
mindestens eine Antriebsparameter einer Änderung der Beschleunigung
der Bewegungsachse entspricht.
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Alternativ
oder ergänzend
zu den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Lösungen wird die eingangs genannte
Aufgabe auch durch ein eingangs beschriebenes Verfahren gelöst, bei
welchem die Maschinensteuerung eine Schnittstelle zur Eingabe bewegungsfremder
Kompensationsparameter aufweist, bei welchem mit dem aufgrund der
bewegungsrelevanten Größe ermittelten
Kompensationswert und Berücksichtigung
eines bewegungsfremden Kompensationskoeffizienten ein virtueller
bewegungsfremder Kompensationsparameter generiert wird und bei welchem
dieser virtuelle bewegungsfremde Kompensationsparameter der Schnittstelle übermittelt
wird.
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Der
Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung ist
darin zu sehen, daß diese
die Möglichkeit
eröffnet,
eine konventionelle Maschinensteuerung zu verwenden, die zwar keinen
Eingang für
Kompensationswerte aufgrund bewegungsrelevanter Antriebsparameter
aufweist, die jedoch in Standardausführung eine Schnittstelle für die Eingabe
eines bewegungsfremden Kompensationsparameters aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
nun in der Lage, diese Schnittstelle für bewegungsfremde Kompensationsparameter
dazu einzusetzen, auch Kompensationswerte aufgrund bewegungsrelevanter
Antriebsparameter zu ermitteln und diese Kompensationswerte so umzusetzen,
daß sie
der Schnittstelle für bewegungsfremde
Kompensationsparameter zuführbar
und in entsprechender Weise von der Maschinensteuerung umsetzbar
sind.
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Eine
weitere besonders günstige
Lösung sieht
vor, daß der
Schnittstelle sowohl mindestens ein bewegungsfremder Kompensationsparameter
als auch mindestens ein virtueller bewegungsfremder Kompensationsparameter übermittelt
werden, so daß diese
in der Lage ist, in der bekannten Weise bewegungsfremde Kompensationsparameter
zu verarbeiten, gleichzeitig aber auch in der erfindungsgemäßen Weise
umgesetzte Korrekturwerte bewegungsrelevanter Antriebsparameter
zu verarbeiten.
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Grundsätzlich könnte der
bewegungsfremde Kompensationsparameter jede Art von nicht direkt mit
der Bewegung korrelierter Kompensationsparameter sein.
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Zweckmäßigerweise
entspricht jedoch der mindestens eine bewegungsfremde Kompensationsparameter
der Temperatur.
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Hinsichtlich
der Ermittlung des Kompensationswertes wurden im Zusammenhang mit
der Erläuterung
der bisherigen Ausführungsbeispiele
keine näheren
Angaben gemacht. So sieht eine besonders einfache Lösung vor,
daß die
Ermittlung des Kompensationswertes unabhängig von einer Position der Bewegungsachse
erfolgt.
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Dies
läßt sich
besonders einfach dadurch realisieren, daß der Deformationsparametersatz
positionsunabhängig
bestimmt und gespeichert wird. Diese Lösung hat den Vorteil einer
großen
Einfachheit, jedoch den Nachteil, daß damit keine sehr genaue Kompensation
von Deformationen möglich
ist.
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Eine
verbesserte Version der erfindungsgemäßen Lösung sieht daher vor, daß der Deformationsparametersatz
als Funktion der Position der Bewegungsachse gespeichert wird.
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In
diesem Fall lassen sich von der Position der Bewegungsachse abhängige Variationen
des Deformationsparametersatzes in vollem Umfang erfassen.
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Um
jedoch auch in diesem Fall die Bestimmung des Deformationsparametersatzes
zu vereinfachen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß einzelnen Positionsbereichen
der Bewegungsachse Deformationsparametersätze zugeordnet werden, so daß der Deformationsparametersatz
keine kontinuierliche Funktion der Position der Bewegungsachse darstellt, sondern
lediglich unterschiedlichen Positionsbereichen der Bewegungsachse
unterschiedliche Deformationsparametersätze zugeordnet werden, so daß sich dadurch
die Datenmenge bei der Bestimmung und Speicherung der Deformationsparametersätze erheblich
reduzieren läßt.
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Hinsichtlich
der Ermittlung des Deformationsparametersatzes wurden im Zusammenhang
mit der bisherigen Lösung
keinerlei Angaben gemacht. So sieht eine besonders bevorzugte Lösung vor,
daß der
Deformationsparametersatz im Zuge eines Justiervorgangs der Positioniereinrichtung
bestimmt wird. Das heißt,
daß der
Deformationsparametersatz nicht bei jeder Inbetriebnahme der Positioniereinrichtung,
beispielsweise zum Bearbeiten von Werkstücken, bestimmt wird, sondern
lediglich, beispielsweise werkseitig bei einem Justiervorgang oder
bei einem im Zuge eines Service der Positioniereinrichtung durchgeführten Justiervorgangs.
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Insbesondere
sind derartige Justiervorgänge so
angelegt, daß sie
nicht vom Anwender durchgeführt
werden, sondern lediglich im Zuge einer durch Wartungspersonal vorgenommenen
Justierung der Positioniereinrichtung.
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Im
Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung wurde
hinsichtlich des Einsatzes derselben lediglich auf eine Positioniereinrichtung
abgestellt.
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Eine
derartige Positioniereinrichtung könnte beispielsweise auch jede
Art von Roboter sein, der eine ausreichend genaue Positionierung
beispielsweise eines Werkstücks
vornimmt.
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Eine
besonders vorteilhafte Lösung
sieht jedoch vor, daß die
Positioniereinrichtung eine Werkzeugmaschine ist.
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Insbesondere
ist dabei die Bewegungsachse eine Bearbeitungsachse der Werkzeugmaschine,
mit welcher ein Werkstück
und ein Werkzeug relativ zueinander positionierbar sind.
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Hinsichtlich
des Aufbaus des Deformationsparametersatzes wurden im Zusammenhang
mit der bisherigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung keine
näheren
Angaben gemacht. So sieht eine zweckmäßige Lösung vor, daß der Deformationsparametersatz
einen Maschinendeformationsparametersatz umfaßt.
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Ein
derartiger Maschinendeformationsparametersatz bezieht sich dabei
insbesondere auf die Deformationen der Maschinenkomponenten selbst.
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Im
Fall einer Werkzeugmaschine bezieht sich ein derartiger Maschinendeformationsparametersatz
insbesondere auf das Werkzeugträgersystem und
die Deformation desselben.
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Ferner
sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
vor, daß der
Deformationsparametersatz einen Werkzeugdeformationsparametersatz
umfaßt.
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Ein
Vorsehen eines Werkzeugdeformationsparametersatzes hat den Vorteil,
daß sich
in diesem werkzeugspezifische Deformationsparameter ablegen lassen
und somit insgesamt der Deformationsparametersatz an das jeweilige
Werkzeug angepaßt werden
kann.
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Zweckmäßigerweise
ist in einem derartigen Fall vorgesehen, daß der Deformationsparametersatz
in Abhängigkeit
von einem Werkzeugeinsatz gewechselt wird.
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Insbesondere
arbeitet die erfindungsgemäße Lösung dabei
so, daß der
Deformationsparametersatz vor einem Einsatz eines Werkzeugs festgelegt
wird.
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Hinsichtlich
der Bestimmung des Maschinendeformationsparametersatzes wurden bislang keine
näheren
Angaben gemacht.
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So
sieht eine vorteilhafte Lösung
vor, daß auch
der Maschinendeformationsparametersatz im Zuge eines Justiervorgangs
der Positioniereinrichtung bestimmt wird, wobei der Justiervorgang – wie vorstehend
beschrieben – nicht
von dem Maschinenanwender sondern von hierzu geschultem Wartungspersonal
durchgeführt
wird und somit außerhalb
der üblichen
Anwendung der Bearbeitungsmaschine liegt.
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Ferner
ist vorzugsweise vorgesehen, daß der
Werkzeugdeformationsparametersatz im Zuge eines Justiervorgangs
des Werkzeugs bestimmt wird, so daß sich der Werkzeugdeformationsparametersatz
unabhängig
vom Maschinendeformationsparametersatz, beispielsweise bei der Werkzeugfestlegung
und Konzeption, ermitteln läßt.
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Um
auch den Justieraufwand bei der erfindungsgemäßen Lösung zu minimieren ist vorzugsweise
vorgesehen, daß der
Deformationsparametersatz werkstückmaßunabhängig bestimmt
wird.
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Insbesondere
ist dabei auch der Justiervorgang unabhängig von einer Werkstückmaßänderung.
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Ferner
wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch eine Positioniereinrichtung,
insbesondere eine Bearbeitungsmaschine gelöst, bei welcher durch Deformationen
bedingte Positionierungenauigkeiten von einer die Positioniereinrichtung
steuernden Maschinensteuerung zumindest teilweise kompensierbar
sind und welche eine Kompensationseinheit zum Ermitteln eines Kompensationswertes
für mindestens
eine Bewegungsachse in Abhängigkeit von
einer durch eine Bewegung der Bewegungsachse bedingten bewegungsrelevanten
Größe während der
Durchführung
eines Bewegungsprogramms und Überlagerung
dieses Kompensationswertes mindestens einer aufgrund des Bewegungsprogramms
ermittelten Steuergröße dieser
Bewegungsachse umfaßt,
wobei erfindungsgemäß die Kompensationseinheit
zur Ermittlung des Kompensationswertes als bewegungsrelevante Größe mindestens
einen ausschließlich
von der Maschinensteuerung für
die Ausführung
der Bewegungen der Bewegungsachse generierten oder erfassten Antriebsparameter
und somit der mindestens ein der Maschinensteuerung im Zusammenhang
mit der Durchführung
des Bearbeitungsprogramms ohnehin zugänglichen Antriebsparameter
erfasst, in der Kompensationseinheit vor einem Start des Bewegungsprogramms
ein Deformationsparametersatz als Funktion des mindestens einen
Antriebsparameters bestimmbar und speicherbar ist und die Kompensationseinheit
den Kompensationswert aufgrund des jeweiligen mindestens einen Antriebsparameters
und des Deformationsparametersatzes während der Durchführung des
Bewegungsprogramms ermittelt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsmaschine;
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2 eine
schematische Struktur einer Steuerung für eine Bewegungsachse der Bearbeitungsmaschine;
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3 eine
detaillierte Darstellung einer Arbeitsweise eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Steuerung;
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4 eine
schematische Darstellung ähnlich 3 eines
zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Steuerung;
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5 eine
schematische Darstellung ähnlich 3 eines
dritten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Steuerung
und
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6 eine
schematische Darstellung ähnlich 3 eines
vierten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Steuerung.
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Ein
in 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel einer eine Positioniereinrichtung
oder Bearbeitungsmaschine darstellenden Werkzeugmaschine 10 umfaßt ein Maschinengestell 12 mit
einem Maschinenbett 14, an welchem ein Spindelträger 16 angeordnet
ist, der eine Arbeitsspindel 18 trägt, die ihrerseits mit einer
Werkstückaufnahme 20 versehen
ist, in welcher ein Werkstück 22 aufnehmbar
und um eine Spindelachse 24 drehbar ist.
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Zur
Bearbeitung des Werkstücks 22 ist
an dem Maschinenbett 14 ein Z-Schlitten 30 angeordnet, welcher
an dem Maschinenbett 14 über Z-Führungen 32 parallel
zu einer Z-Achse verschiebbar geführt ist, wobei die Z-Achse
parallel zur Spindelachse 24 verläuft.
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Zum
Bewegen des Z-Schlittens ist außerdem
ein Z-Achsantrieb 34 vorgesehen, welcher beispielsweise
als Spindelantrieb ausgeführt
ist. Es ist aber auch denkbar, den Z-Achsantrieb 34 auch
als Linearmotor auszuführen.
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An
dem Z-Schlitten 30 ist seinerseits ein X-Schlitten 40 über X-Führungen 42 in
einer X-Richtung, die senkrecht zur Spindelachse 24 verläuft, verschiebbar
geführt
und durch einen X-Achsantrieb 44 bewegbar.
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An
dem X-Schlitten 30 ist noch ein Bearbeitungskopf 50 über eine
kombinierte Dreh- und Linearführung 52 geführt, die
mit einem Y-Achsantrieb 54 versehen ist, so daß dadurch
der Bearbeitungskopf 50 in einer Y-Richtung bewegbar ist,
die quer zur X-Richtung und zur Z-Richtung verläuft. Andererseits ist der Dreh-
und Linearführung 52 noch
ein B-Achsantrieb 56 zugeordnet, mit welchem der Bearbeitungskopf
um eine B-Achse mit der Y-Achse als Drehachse drehbar ist.
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Der
Bearbeitungskopf 50 ist einerseits mit einem direkt in
diesem gelagerten angetriebenen Werkzeug 60 versehen und
andererseits mit einem Revolverkopf 62, welcher gegenüber dem
Bearbeitungskopf 50 um eine Revolverachse drehbar ist und in
der Lage ist, eine Vielzahl von Werkzeugen 64 in bekannter
Weise aufzunehmen und in Einsatz zu bringen.
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Zur
Steuerung der Bewegung der Werkzeuge 60 oder 64 sowie
des Werkstücks 22 relativ
zueinander ist eine als Ganzes mit 70 bezeichnete Maschinensteuerung
vorgesehen, welche den Z-Achsantrieb 34, den X-Achsantrieb 44,
den Y-Achsantrieb 54 und den B-Achsantrieb 56 ansteuert.
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Mit
dieser Maschinensteuerung 70 sind somit das Werkstück 22 und
die jeweiligen Werkzeuge 60 oder 64 durch insgesamt
vier durch diese steuerbare Bewegungsachsen relativ zueinander bewegbar,
nämlich
die Z-Achse, gebildet durch den Z-Schlitten 30, die Z-Führungen 32 und
den Z-Achsantrieb 34, die X-Achse, gebildet durch den X-Schlitten 40,
die X-Führung 42 und
den X-Achsantrieb 44, die
Y-Achse, gebildet durch den Bearbeitungskopf 50, die Dreh-
und Linearführung 52 sowie
den Y-Achsantrieb 54 sowie die B-Achse, gebildet durch den
Bearbeitungskopf 50, die Dreh- und Linearführung 52 und
den B-Achsantrieb 56.
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Die
Maschinensteuerung 70 umfaßt nun ihrerseits eine programmierbare
Achsbewegungssteuerung 80, beispielsweise als CNC-Steuerung
ausgeführt,
die alle vier Bewegungsachsen ansteuert, wobei für jede Bewegungsachse ein Antriebsverstärker 82 vorgesehen
ist, der den jeweiligen Achsantrieb, in 2 exemplarisch
durch den Z-Achsantrieb 34 dargestellt, ansteuert.
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Jeder
derartige Achsantrieb, beispielsweise der Z-Achsantrieb 34 umfaßt seinerseits
einen Antriebsmotor 84 sowie ein Messsystem 86,
welches in der Lage ist, die Position längs der jeweiligen Bewegungsachse
zu erfassen.
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Das
Messsystem 86 übermittelt
dabei einerseits dem Antriebsverstärker 82 beispielsweise
einen Drehzahl-Istwert und gleichzeitig der Achsbewegungssteuerung 80 eine
Ist-Position, so daß diese
in der Lage ist, weitere Ist-Positionen
vorzugeben.
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Die
für die
einzelnen Bewegungsachsen vorgesehenen Antriebsverstärker 82 sind
dabei mit der Achsbewegungssteuerung 80 über einen
als Ganzes mit 88 bezeichneten Systembus gekoppelt, über welchen
ein Datenaustausch zwischen der Steuerung 80 und dem jeweiligen
Antriebsverstärker 82 erfolgen kann.
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Beispielsweise
gibt die Achsbewegungssteuerung 80 über den Systembus 88 dem
Antriebsverstärker 82 einen
Drehzahl-Sollwert vor.
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Hieraus
generiert der Antriebsverstärker 82 einen
dem Antriebsmotor 84 zuzuführenden Strom, der den Antriebsmotor 84 zu
einer Bewegung veranlaßt,
die beispielsweise als Drehzahl-Istwert von dem Messsystem 86 wiederum
dem Antriebsverstärker 82 zurückgemeldet
wird, so daß insgesamt
der Antriebsverstärker 82,
der Antriebsmotor 84 und das Messsystem 86 eine
Regelschleife 90 bilden.
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Darüber hinaus
ist der Antriebsverstärker 82 in
der Lage, eine Temperatur des Antriebsmotors 84 über einen
standardmäßig in diesen
eingebauten Temperatursensor zu erfassen.
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Der
Achsbewegungssteuerung 80 ist erfindungsgemäß eine als
Ganzes mit 92 bezeichnete Kompensationseinheit zugeordnet,
welche mit dieser über
eine interne Schnittstelle 94 wechselwirkt (3).
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Über die
interne Schnittstelle 94 hat die Kompensationseinheit 92 Zugriff
auf den Systembus 88 und somit auf den Antriebsverstärker 82 und
ist somit in der Lage, beispielsweise für die Z-Achse als Bewegungsachse
den Strom-Istwert
SZ auszulesen.
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Ausgehend
von diesem Strom SZ für den Z-Achsstromantrieb, ist
die Kompensationseinheit 92 in der Lage, die Kraft KZ auszurechnen, mit welcher letztlich das
in Einsatz befindliche Werkzeug, beispielsweise das Werkzeug 60,
in Z-Richtung beaufschlagt
wird.
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Darüber hinaus
ist die Kompensationseinheit 92 über die interne Schnittstelle 94 in
der Lage, die Geometriewerte GZ aus der
Achsbewegungssteuerung 80 auszulesen, welche ein Abbild
der gesamten Hebelverhältnisse
darstellen, die zwischen einem Werkzeugangriffspunkt am Werkstück 22 und
dem Z-Achsantrieb 34 bestehen, das heißt der durch die Abmessungen
der Einheiten und beispielsweise die Position der X-Achse und die
Position der Y-Achse sowie der B-Achse bedingten Hebelverhältnisse.
Die für
die Z-Achse relevanten Geometriewerte GZ resultieren
dabei primär
aus Stellungen der übrigen
Achsen, mit Ausnahme der Z-Achse.
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Mit
diesen Geometriewerten GZ und der Kraft KZ läßt sich
unter Heranziehung eines gespeicherten Deformationsparametersatzes
DZ ein Kompensationswert KWZ ermitteln,
welcher ein Maß für die Positionsabweichung
in Z-Richtung am Werkzeugangriffspunkt darstellt.
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Der
Deformationsparametersatz DZ ist dabei in
der Kompensationseinheit 92 eingespeichert und wird vor
Bearbeitung eines Werkstücks 22 im
Zuge einer Justierung der Werkzeugmaschine 10 beispielsweise
vom Wartungspersonal ermittelt und abgespeichert.
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Beispielsweise
wird der Deformationsparamtersatz DZ im
Zuge einer Einjustierung der Werkzeugmaschine 10 dadurch
ermittelt, daß eine Einwirkung
mit einer bestimmten Kraft auf ein Justierwerkzeug mit der jeweiligen
Achsrichtung erfolgt und dann ermittelt wird, welche Positionsabweichung
des Justierwerkzeugs durch welche Kraft bewirkt wird.
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Mit
diesem Kompensationswert KWZ für die Z-Achse
als Bewegungsachse ist nun keine unmittelbare Kompensation der Position
des Werkzeugs 60 durchführbar,
da die Achsbewegungssteuerung 80 dann, wenn sie als konventionelle
Achsbewegungssteuerung ausgeführt
ist, keine Schnittstelle für
eine derartige Kompensation der Deformation aufweist.
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Eine
derartige konventionelle Achsbewegungssteuerung 80 hat
jedoch üblicherweise
eine Schnittstelle 96 zur Eingabe eines Temperaturwerts für eine Temperaturkompensation
der Position in der jeweiligen Achsrichtung.
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Aus
diesem Grund ermittelt nun die Kompensationseinheit 92 aus
dem den Positionsfehler des Werkzeugangriffspunkts angebenden Kompensationswert
KWZ in Z-Richtung einen virtuellen Temperaturparameter
TVZ für
die Z-Richtung, welcher der Schnittstelle 96 übermittelt
wird.
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Die
Ermittlung des virtuellen Temperaturparameters TVZ erfolgt
unter Berücksichtigung
eines inversen Temperaturkorrekturkoeffizienten TKK Z, welcher den
Zusammenhang zwischen Temperatur- und Positionskorrektur beinhaltet,
so daß sichergestellt ist,
daß die
Achsbewegungssteuerung 80 den virtuellen Temperaturparameter
TVZ derart umsetzt, daß die gewünschte Kompensation der Positionsabweichung
in Z-Richtung erfolgt.
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Hierzu
wird über
die Schnittstelle 96 der virtuellen Temperaturparameter
TVZ in einen Speicher 98 einer
Temperaturkompensationseinheit 100 eingelesen, wobei die
Temperaturkompensationseinheit 100 den in dem Speicher 98 eingelesenen
Temperaturparameter in einen Positionskompensationswert umrechnet
und in einen Speicher 102 eines Positionsreglers 104 der
Achsbewegungssteuerung 80 einliest.
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Dieser
Positionsregler 104 ist Teil der Achsbewegungssteuerung 80 und
bewirkt eine Regelung der von der Achsbewegungssteuerung 80 gemäß dem durchzuführenden
Bearbeitungsprogramm ermittelten Positionswert PWZ des
Werkzeugs 60, in diesem Fall in Z-Richtung, die noch mit
dem in dem Speicher 102 eingelesenen Positionskompensationswert
PKWZ für
die Z-Richtung korrigiert wird, so daß insgesamt der Positonsregler 104 bewirkt,
daß das
Werkzeug 60 in Richtung der Z-Achse einerseits entsprechend
den von dem Bearbeitungsprogramm errechneten Positionswert PWZ in der Z-Richtung positioniert wird und
andererseits dieser Wert noch durch den Positionskompensationswert
PKWZ kompensiert wird, um die in Z-Richtung
auftretenden Deformationen zu berücksichtigen und damit insgesamt den
Antriebsverstärker 82 entsprechend
anzusteuern.
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Vorzugsweise
ist der Temperaturkompensationseinheit 100 noch eine Einstelleinheit 106 zugeordnet, über welche
ein Temperaturkompensationskoeffizient TKKZ ebenfalls
eingegeben werden kann.
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Der
in der Einstelleinheit 106 eingegebene Temperaturkompensationskoeffizient
TKKZ ist dabei so zu wählen, daß sich dieser und der der Kompensationseinheit 92 vorgegebene
inverse Temperaturkompensationskoeffizient TKK Z gerade aufheben und
somit der Positionskompensationswert PKWZ eine
reine auf die Position bezogene Größe darstellt.
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Ferner
ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Kompensationseinheit 92 ebenfalls
in der Lage ist, über
den Systembus 80 die internen Temperatursensoren des jeweiligen
Antriebsmotors 84 über
den Antriebsverstärker 82 abzufragen
und somit die durch das Bewegen der Z-Achse unter Bestromen des Z-Achsantriebs 34 erzeugte
Erwärmung
derselben und die dadurch erfolgende Positionsabweichung in Z-Richtung
ebenfalls unmittelbar über
die Temperatur TZ des Antriebsmotors 84 zu
erfassen und diese Temperatur TZ unmittelbar
der Schnittstelle 96 der Temperaturkompensationseinheit 100 zu übermitteln,
so daß letztlich
zwei für
die Positionsabweichung in Z-Richtung relevante Temperaturen übermittelt
werden, nämlich
die tatsächliche
Temperatur TZ und die virtuelle Temperatur
TVZ die beide in der von der Schnittstelle 96 addiert
und in den Speicher 98 der Temperaturkompensationseinheit 100 eingelesen
werden, so daß die
Temperaturkompensationseinheit 100 dann einen einheitlichen
Temperaturwert für
die Berechnung des Positionskompensationswertes PKWZ heranzieht.
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Bei
dem in 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung ist der
Deformationsparameter DZ im einfachsten
Fall unabhängig
von der Position des Werkzeugs 60 in Z-Richtung, obwohl
auch sich entsprechend der Position in Z-Richtung die Steifigkeitsverhältnisse ändern.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Lösung, dargestellt
in 4, ist daher die Kompensationseinheit 92 in
der Lage, über den
Systembus 88 aus der Achsbewegungssteuerung 80 auch
die Ist-Position in Z-Richtung
PZ auszulesen und aus einem von der Position
in Z-Richtung abhängigen
Deformationsparametersatz DZ (Z) die geeigneten
Werte für
die Berechnung des Kompensationswertes KWZ heranzuziehen.
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Im übrigen arbeitet
dieses zweite Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lösung in
gleicher Weise wie das in 1 bis 3 beschriebene erste
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lösung, so
daß hinsichtlich
der übrigen
Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Lösung vollinhaltlich
auf die voranstehenden Ausführungen
Bezug genommen werden kann.
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Bei
einem dritten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lösung, dargestellt
in 5 umfaßt
im Gegensatz zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen der Deformationsparametersatz
DZ zwei Arten von Deformationsparametern,
nämlich
einerseits einen Maschinendeformationsparametersatz MDZ und
andererseits einen Werkzeugdeformationsparametersatz WDZ,
die zusammen den Deformationsparametersatz DZ ergeben.
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Üblicherweise
ist der Maschinendeformationsparametersatz MDZ maschinenspezifisch
festgelegt, er kann sich jedoch ändern,
wenn zur Bearbeitung des Werkstücks 22 zwei
Werkzeugträger
mit eigenen Achsbewegungssystemen, also beispielsweise zwei verschiedene
Schlittensysteme, eingesetzt werden.
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In
diesem Fall ist die Kompensationseinheit 92 in der Lage, über die
interne Schnittstelle 94 von der Achsbewegungssteuerung 80 auszulesen,
welcher Werkzeugträger,
das heißt
welches Schlittensystem, im Einsatz ist und je nach Schlittensystem den
Maschinendeformationsparametersatz MDZ auszuwählen.
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Darüber hinaus
ist bei einer Vielzahl von bei der Bearbeitung des Werkstücks in Einsatz
zu bringenden Werkzeugen 64 ebenfalls die Möglichkeit
gegeben, die Werkzeugdeformationsparametersätze WDZ beispielsweise
bei der Einstellung der Werkzeuge 64 zu ermitteln und festzulegen
und dann bei der Bearbeitung des Werkstücks 22 je nach dem,
welches Werkzeug 64 im Einsatz ist, den Werkzeugdeformationsparametersatz
WDZ aufzurufen, der dem zum jeweiligen Zeitpunkt
im Einsatz befindlichen Werkzeug 64 entspricht.
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Im übrigen ist
auch das dritte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lösung in
gleicher Weise aufgebaut wie das erste oder zweite Ausführungsbeispiel
und arbeitet im übrigen
auch in gleicher Weise wie diese, so daß auf die Ausführungen
zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.
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Insbesondere
können
bei dem dritten Ausführungsbeispiel
auch der Maschinendeformationsparamtersatz MDZ und
der Werkzeugdeformationsparametersatz WDZ als
von der Position in Z-Richtung abhängige Parametersätze ausgebildet
sein und entsprechend der Vorgehensweise beim zweiten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lösung variieren.
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Bei
einem vierten Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Lösung, dargestellt
in 6 ist die Kompensationseinheit 92 in
der Lage, über
die Schnittstelle 94 nicht nur den Strom SZ für den Z-Achsantrieb 34 zu
erfassen, sondern auch in der Lage, aus der Achsbewegungssteuerung 80 die
Beschleunigung in Z-Richtung P ..Z und den Ruck
in Z-Richtung P ...Z, das heißt die Änderung der Beschleunigung,
auszulesen und für
die Ermittlung der in der Z-Richtung wirksamen Kraft KZ heranzuziehen,
so daß die
Kraft KZ zu jedem Zeitpunkt exakter ermittelbar
ist, als bei den voranstehenden Ausführungsbeispielen, da Beschleunigung
und Ruck ebenfalls in die Ermittlung der Kraft KZ eingehen
und berücksichtigt werden.
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Im übrigen arbeitet
das vierte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lösung in
gleicher Weise wie die voranstehenden Ausführungsbeispiele.
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Es
ist aber auch möglich,
das vierte Ausführungsbeispiel
mit den Vorgehensweisen des zweiten und dritten Ausführungsbeispiels
zu kombinieren und somit einen auf komplexeren Daten beruhenden Kompensationswert
KWZ zu ermitteln.
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Die
bisherige Beschreibung beschränkt
sich auf die Kompensation einer Positionsabweichung in Z-Richtung,
sie läßt sich
jedoch analog auf alle übrigen
Positionsabweichungen, das heißt
die Positionsabweichungen in der X-Richtung, der Y-Richtung und einer Drehung
um die B-Achse anwenden.