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QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE
ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der am 20. September
2007 eingereichten
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2007-243291 , die hiermit durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit eingeschlossen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine numerische Steuerung, die die Schaftbewegung
einer beweglichen Einheit einer Werkzeugmaschine steuert und eine mechanische
Kollision zwischen der beweglichen Einheit und einer Kollisionsstruktur
bei einem Spannungsausfall vermeidet.
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2. Beschreibung der einschlägigen
Technik
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Wenn
bei einer numerischen Steuerung durch ein Bearbeitungsprogramm eine
Schaftbewegung angewiesen wird, wird für jede Schaftsteuerungsbewegung
entsprechend der Bewegungsrichtung eine Funktion erzeugt, und es
wird die Schaftbewegung der beweglichen Einheit der Werkzeugmaschine
gesteuert. Die 5 ist ein Blockdiagramm einer
derartigen Steuerungstechnik.
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Gemäß der 5 wird
als Erstes durch eine Programmeingabeeinheit 1 ein Bearbeitungsprogramm
eingegeben und an eine Programmanalysiereinheit 2 geliefert.
Die Programmanalysiereinheit 2 erzeugt Daten zur Vorschubrichtung
und liefert diese als Anweisung an eine Funktionserzeugungseinheit 3.
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Wenn
die Funktionserzeugungseinheit 3 die Anweisung empfängt,
erzeugt sie eine Funktion zum Starten der Berechnung der Funktionserzeugungsposition
für jede Schaftsteuerungsperiode, um die bewegliche Einheit
an einer Sollposition zu verzögern und zu stoppen, um die
Schaftbewegung der beweglichen Einheit der Knopfverzierung zu steuern. Während
des Berechnens der Funktionserzeugungsposition wird auf Vorschubgeschwindigkeitsdaten, die
erstellt werden und vorab durch eine Vorschubgeschwindigkeitsdaten-Speichereinheit
(nicht dargestellt) abgespeichert werden, als Bewegungseinheit zur
Beschleunigung oder Verzögerung jedes Steuerungsschafts
und jeder Steuerungsperiode Bezug genommen und die Funktionserzeugungsposition wird
in solcher Weise berechnet, dass sich der Schaft des beweglichen
Körpers mit einer vorbestimmten Beschleunigung und einer
vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt. Die berechnete Funktionserzeugungsposition
wird für jede Schaftsteuerungsperiode an eine Servotreibereinheit 5 geliefert.
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An
der Seite einer Gleichspannungsversorgungseinheit 4, an
der eine Wechselspannung (AC) zugeführt wird, ist beispielsweise
eine dreiphasige Wechselspannungsversorgung als Eingangsspannungsversorgung
angeschlossen, und mit einem Gleichspannungs(DC)-seitigen Spannungsversorgungsanschlussabschnitt
ist ein Glättungskondensator (nicht dargestellt) verbunden,
der dort eingebaut ist. Die Servotreibereinheit 5 ist mit
dem Gleichspannungs-seitigen Spannungsversorgungsanschluss verbunden.
Abhängig von den mechanischen Strukturen können
mehrere Servotreibereinheiten 5 mit dem Gleichspannungs-seitigen
Spannungsversorgungsanschluss der Gleichspannungsversorgungseinheit 4 verbunden
sein.
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Innerhalb
der Servotreibereinheit 5 wird die Zufuhr der Gleichspannung
von der Gleichspannungsversorgungseinheit 4 empfangen und
es wird ein Strom an einen Servomotor 6 zum Antreiben der beweglichen
Einheit der Werkzeugmaschine auf Grundlage der von der Funktionserzeugungseinheit 3 empfangenen
Funktionserzeugungsposition geliefert. Während der Verzögerung
wird durch diese erzeugte Regenerationsenergie über die
Servotreibereinheit 5 und die Gleichspannungsversorgungseinheit 4 an
die Wechselspannungsversorgung zurückgeliefert.
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Nun
wird ein tatsächlicher Bearbeitungsvorgang unter Bezugnahme
auf die 6 beschrieben. Die 6 zeigt
einen durch ein Bearbeitungszentrum ausgeführten Bearbeitungsvorgang,
und ein Werkstück wird durch ein Werkzeug T bearbeitet,
das in einer negativen Z-Richtung in der Richtung eines Schneidanweisungsvektors
Vc(t) bewegt wird, während es sich dreht. Beim Auftreten
eines Spannungsausfalls während eines derartigen Bearbeitungsvorgangs
stoppt die Zufuhr der dreiphasigen Wechselspannung an die Gleichspannungsversorgungseinheit,
was dazu führt, dass es nicht möglich ist, die Versorgungsgleichspannung
für die Servotreibereinheit 5 zu erzeugen, wodurch
die Zufuhr von Strom von dieser zum Servomotor 6 stoppt.
Im Ergebnis werden der Spindelmotor, der das Werkzeug T dreht und
antreibt, und der den Vorschubschaft antreibende Servomotor 6 verzögert
und gestoppt, da die Spannung von der Servotreibereinheit 5 ausfällt.
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Außerdem
stoppt die Funktionserzeugung im Verlauf derselben, da die Spannungsversorgung zur
numerischen Steuerung beim Auftreten eines Spannungsausfalls während
der Bearbeitung stoppt. Daher wird beispielsweise, wenn ein Schneidprozess ausgeführt
wird, während die X- und die Y-Achse synchronisiert werden,
die Synchronisierung der X- und der Y-Achse durch das Ausfallen
der Funktionserzeugung gestört und das Werkzeug wird für
jede Achse unabhängig verzögert und gestoppt.
Genauer gesagt, verzögert und stoppt das Werkzeug T, während dieses
sich drehende Werkzeug T am Werkstück W angreift, und es
entsteht ein Problem da hingehend, dass das Werkstück verdorben
wird und gleichzeitig das Werkzeug beschädigt wird.
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Als
Verfahren zum Lösen des oben beschriebenen Problems während
eines Spannungsausfalls ist ein solches bekannt, bei dem das Werkzeug
in der Richtung (positive Z-Richtung in der
6) entgegengesetzt
zur Achse, entlang der es sich auf Grund der Schwerkraft nach unten
bewegt (beispielsweise negative Z-Richtung in der
6)
um einen festen Zurückziehwert zurückgezogen.
Bei diesem Zurückziehverfahren besteht, da die Zurückziehrichtung
und das Ausmaß des Zurückziehens einheitlich sind,
ein Problem dahingehend, dass dann, wenn sich in der Zurückziehrichtung
eine Kollisionsstruktur befindet, dieselbe mit der beweglichen Einheit
kollidiert. Außerdem ist in
JP
Hei 8-227307 ein Verfahren zum Zurückziehen eines
Werkzeugs in einer Richtung weg von einer Kollisionsposition des
Werkzeugs und des Werkstücks offenbart. Bei diesem Zurückziehverfahren
verbleibt jedoch, da die Zurückziehrichtung einheitlich
ist, immer noch das Problem, dass dann, wenn sich eine Kollisionsstruktur
in der Zurückziehrichtung befindet, die bewegliche Einheit
mit der Kollisionsstruktur kollidiert.
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Es
existiert auch ein Verfahren, bei dem die Zurückziehrichtung
und das Ausmaß des Zurückziehens vorab im Bearbeitungsprogramm
spezifiziert werden und das Werkzeug während eines Spannungsausfalls
in der im Bearbeitungsprogramm spezifizierten Zurückziehrichtung
um das spezifizierte Ausmaß des Zurückziehens
zurückgezogen wird, um das oben beschriebene Problem zu
lösen. Bei diesem Zurückziehverfahren besteht,
da die Zurückziehrichtung und das Ausmaß des Zurückziehens
im Bearbeitungsprogramm spezifiziert sind, ein Problem dahingehend,
dass dieses kompliziert wird und der Erzeugungsvorgang für
dasselbe kompliziert wird. Außerdem besteht auch ein Problem
dahingehend, dass das Programm geändert werden muss, wenn das
Zielwerkzeug der Maschine von einem vertikalen auf ein horizontales
Bearbeitungs zentrum geändert wird oder wenn Koordinaten
durch eine Spiegelungsverarbeitung am Werkzeug gewandelt werden.
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Die
Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Umstände
erdacht, und ein Vorteil der Erfindung ist das Schaffen einer numerischen
Steuerung, die beim Auftreten eines Spannungsausfalls eine Feinsteuerung
einer Schaftbewegung ermöglicht, so dass eine Kollision
zwischen dem Werkstück und der beweglichen Einheit, wie
dem Werkzeug, sicher, zuverlässig und genau vermieden werden kann.
Zu die einschlägige Technik beschreibenden Dokumenten gehören
JP Hei 8-227307 A und
JP 2002-182714 A .
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einer
Erscheinungsform der Erfindung ist Folgendes geschaffen: eine numerische Steuerung
einer Werkzeugmaschine, die die Bewegung einer beweglichen Einheit
eines Bearbeitungswerkzeugs steuert, mit einer Formdaten-Speichereinheit,
die Formdaten der beweglichen Einheit, die die Position und die
Form derselben angeben, und Kollisionsstruktur-Formdaten, die die
Position und die Form einer Kollisionsstruktur in Bezug auf die
bewegliche Einheit angeben, speichert; einer Zurückziehrichtung-Bestimmungseinheit,
die, auf Grundlage der aktuellen Position und einer Bewegungssteuerungsrichtung
der beweglichen Einheit, eine Zurückziehrichtung der beweglichen
Einheit bei einem Spannungsausfall bestimmt (nachfolgend als "Zurückziehrichtung
der beweglichen Einheit bei einem Spannungsausfall" bezeichnet);
einer Kollisionsbestimmungseinheit, die, auf Grundlage der Formdaten der
beweglichen Einheit und der Kollisionsstruktur-Formdaten das Vorliegen
oder Fehlen einer Kollision zwischen der beweglichen Einheit und
der Kollisionsstruktur bestimmt, wenn die bewegliche Einheit in
der durch die Zurückziehrichtung-Bestimmungseinheit bestimmten
Zurückziehrichtung für einen Spannungsausfall
bewegt wird; einer Zurückziehposition-Berech nungseinheit,
die, auf Grundlage des Bestimmungsergebnisses der Kollisionsbestimmungseinheit,
das Ausmaß des Zurückziehens der beweglichen Einheit
in der durch die Zurückziehrichtung-Bestimmungseinheit
bestimmten Zurückziehrichtung bei einem Spannungsausfall
bestimmt und auf Grundlage der Zurückziehrichtung bei einem Spannungsausfall
und dem Ausmaß des Zurückziehens eine Zurückziehposition
bei einem Spannungsausfall berechnet; und einer Spannungsausfall-Erkennungseinheit,
die erkennt, dass die Spannungszufuhr zur numerischen Steuerung
der Werkzeugmaschine gestoppt ist; wobei dann, wenn die Spannungsausfall-Erkennungseinheit
das Stoppen der Spannungszufuhr erkennt, die bewegliche Einheit
an die Zurückziehposition bei einem Spannungsausfall zurückgezogen
wird.
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Gemäß einer
anderen Erscheinungsform der Erfindung bestimmt, vorzugsweise, die
Zurückziehrichtung-Bestimmungseinheit, in der numerischen Steuerung
einer Werkzeugmaschine, in einer Ebene, die einen vorbestimmten
Winkel zur Bewegungssteuerungsrichtung der beweglichen Einheit bildet,
mehrere Zurückziehvektoren, deren Ursprung an einer Position
der beweglichen Einheit liegt; auf Grundlage der Formdaten der beweglichen
Einheit und der Kollisionsstruktur-Formdaten den Relativabstand
zwischen der beweglichen Einheit und der Kollisionsstruktur für
jede der Richtungen der Zurückziehvektoren berechnet; und,
als Zurückziehrichtung bei einem Spannungsausfall, die
Richtung eines Zurückziehvektors bestimmt, der auf Grundlage
des Relativabstands aus den mehreren Zurückziehvektoren
ausgewählt wurde.
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Gemäß einer
anderen Erscheinungsform der Erfindung bestimmt, vorzugsweise, die
Zurückziehrichtung-Bestimmungseinheit, in der numerischen Steuerung
einer Werkzeugmaschine, in einer Ebene, die einen vorbestimmten
Winkel zur Bewegungssteuerungsrichtung der beweglichen Einheit bildet,
mehrere Zurückziehvektoren berechnet, deren Ursprung sich
an einer Position der beweglichen Einheit befindet; für
jeden der Zurückziehvektoren die zeitli che Änderung
der Energie der beweglichen Einheit, bei der die kinetische Energie
und die potenzielle Energie derselben addiert sind, während
des Zurückziehens berechnet; und, als Zurückziehrichtung
bei einem Spannungsausfall, die Richtung eines Zurückziehvektors
bestimmt, der unter den mehreren Zurückziehvektoren auf
Grundlage der zeitlichen Änderung während des
Zurückziehens ausgewählt wurde.
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Gemäß einer
anderen Erscheinungsform der Erfindung weist, vorzugsweise, die
Kollisionsbestimmungseinheit in der numerischen Steuerung einer Werkzeugmaschine
Folgendes auf: eine Kollisionsprüfposition-Berechnungseinheit,
die, als Kollisionsprüfposition, diejenige Position berechnet,
für die das Ausmaß des Zurückziehens
für den Prüfvorgang in der durch die Zurückziehrichtung-Bestimmungseinheit
bestimmten Zurückziehrichtung bei einem Spannungsausfall
zur aktuellen Position der beweglichen Einheit addiert ist; und
eine Kollisionsbestimmungseinheit, die, auf Grundlage der Formdaten
der beweglichen Einheit und der Kollisionsstruktur-Formdaten, eine
Prüfung auf das Vorliegen oder Fehlen einer Überlappung
zwischen der beweglichen Einheit und der Kollisionsstruktur, wenn
die bewegliche Einheit in die Kollisionsprüfposition bewegt
ist, ausführt, bestimmt, dass Kollision vorliegt, wenn
eine Überlappung existiert, und bestimmt, dass keine Kollision vorliegt,
wenn keine Überlappung existiert; wobei die Zurückziehposition-Berechnungseinheit
die Zurückziehposition auf Grundlage der durch die Zurückziehrichtung-Bestimmungseinheit
bestimmten Zurückziehrichtung und dem durch die Kollisionsbestimmungseinheit,
die klärt, dass keine Kollision vorliegt, bestimmten Ausmaß des
Zurückziehens für einen Prüfvorgang,
bestimmt.
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Gemäß verschiedenen
Erscheinungsformen der Erfindung kann eine numerische Steuerung
geschaffen werden, die auf sichere, zuverlässige und genaue
Weise selbst bei einem Stromausfall eine Kollision zwischen der
beweglichen Einheit und der Kollisionsstruktur vermeiden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nun
werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer numerischen Steuerung
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Steuerungsverfahrens bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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3 ist
ein Diagramm zum Erläutern eines speziellen Vorgangs in
einem Bearbeitungszentrum bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 ist
ein Diagramm zum Erläutern eines speziellen Vorgangs, wie
er an einer Drehbank bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ausgeführt wird;
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5 ist
ein Blockdiagramm einer Steuerungseinheit; und
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6 ist
ein Diagramm zum Erläutern eines in einem Bearbeitungszentrum
ausgeführten speziellen Vorgangs.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die 1 ist
ein Blockdiagramm, das einen beispielhaften Aufbau einer numerischen
Steuerung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit einer Kollisionsvermeidungsfunktion bei einem
Stahl zeigt. Die Bezugszahlen 1, 2, 4, 5 und 6 repräsentieren
Strukturen, die mit denen der 5 identisch
sind und nicht erneut beschrieben werden. Eine Formdaten-Speichereinheit 7 registriert
und speichert, zusätzlich zu Formdaten, die die Position und
die Form einer beweglichen Einheit einer Werkzeugmaschine, wie eines
Werkzeugs, angeben, Formdaten, die die Position und die Form eines Werkstücks,
eines Spannfutters und einer mechanischen Kollisionsstruktur angeben,
die kollidieren können, wenn der Schaft der beweglichen
Einheit der Werkzeugmaschine bewegt wird. Dabei differieren die
die Schaftbewegung ausführende bewegliche Einheit und die
Kollisionsstruktur, die auf Grund der Bewegung kollidieren können,
abhängig von der Konstruktion der Werkzeugmaschine, und
es besteht keine spezielle Beschränkung auf diejenigen,
wie sie in der folgenden Beschreibung beschrieben sind.
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Um
die Zurückziehrichtung auf Grundlage der von der Formdaten-Speichereinheit 7 empfangenen
Formdaten zu bestimmen, berechnet eine Zurückziehrichtung-Bestimmungseinheit 8 sukzessive einen
Vektor aus Schnittpunkten zwischen den Zurückziehvektoren
und der Kollisionsstruktur in einer Ebene orthogonal zur Bewegungsrichtung
des Vorschubschafts, für den eine Anweisung von der Programmanalysiereinheit 2 empfangen
wird, wobei in diesem Vektor der Relativabstand zur aktuellen Trommelwaschmaschine
der größte ist. Es wird der Kollisionsabstand
zur Kollisionsstruktur in jeder der Richtungen der Vektoren bestimmt,
und der Vektor mit dem größten Abstand wird schließlich
als Zurückziehrichtung bestimmt.
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Um
eine Bestätigung des Vorliegens/Fehlens einer Kollision
auf Grundlage der Formdaten der beweglichen Einheit sowie der Formdaten
der Kollisionsstruktur zu ermöglichen, berechnet eine Kollisionsprüfposition-Berechnungseinheit 9 sukzessive, als
Kollisionsprüfposition, diejenige Position, die gegenüber
der aktuellen Position der beweglichen Einheit um ein gewünschtes Zurückziehausmaß,
in der bestimmten Zurückziehrichtung, verstellt ist. Eine Kollisionsbestätigungseinheit 10 prüft,
auf Grundlage der Formdaten der beweglichen Einheit und derjenigen
der Kollisionsstruktur, das Vorliegen oder Fehlen einer Überlappung
innerhalb beispielsweise eine dreidimensionalen Raums zwischen der
beweglichen Einheit und der Kollisionsstruktur, wenn die bewegliche
Einheit sukzessive und gedacht zur Kollisionsprüfposition
bewegt wird; sie bestätigt eine Kollision, wenn eine Überlappung
vorliegt; und sie bestätigt, dass keine Kollision auftritt,
wenn keine Überlappung vorliegt. Wenn bestimmt wird, dass
eine Kollision vorliegt, berechnet die Kollisionsprüfposition-Berechnungseinheit 9 erneut
die Kollisionsprüfposition.
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Eine
Zurückziehposition-Berechnungseinheit 11 berechnet
auf Grundlage der durch die Zurückziehrichtung-Bestimmungseinheit 8 bestimmten Zurückziehrichtung
und dem durch die Kollisionsbestätigungseinheit 10 bestimmten
Ausmaß des Zurückziehens eine Zurückziehposition
auf solche Weise, dass keine Kollision auftritt. Die berechnete
Zurückziehposition wird an die Funktionserzeugungseinheit 3 geliefert.
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Eine
Spannungsausfall-Erkennungseinheit 12 führt eine Überwachung
auf einen Spannungsausfall seitens der Wechselspannungsversorgung der
Gleichspannungsversorgungseinheit 4, beispielsweise der
dreiphasigen Wechselspannungsversorgung, aus, und wenn sie einen
Spannungsausfall derselben erkennt, überträgt
sie ein Spannungsausfall-Erkennungssignal an die Gleichspannungsversorgungseinheit 4,
und diese stoppt die Rückgewinnung der Energieversorgung,
so dass die angesammelte Energie zum Antreiben des Vorschubschafts
verwendet werden kann.
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Gleichzeitig
liefert die Spannungsausfall-Erkennungseinheit 12 ein Spannungsausfall-Erkennungssignal
auch an die Funktionserzeugungseinheit 3. Wenn die Funktionserzeugungseinheit 3 das Spannungsausfall-Erkennungssignal
empfängt, erzeugt sie auf Grundlage der von der Zurückziehposition-Berechnungseinheit 11 gelieferte
Zurückziehposition eine Funktion und liefert das Funktionserzeugungsergebnis
an die Servotreibereinheit 5.
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Die
Servotreibereinheit 5 liefert auf Grundlage der gelieferten,
erzeugten Funktion eine Anweisung betreffend den gewünschten
Strom an den Servomotor 6, und dieser zieht die bewegliche
Einheit der Werkzeugmaschine entsprechend der Stromanweisung zurück.
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Als
Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 3 ein
Verfahren zum Bestimmten der Zurückziehrichtung und des
Ausmaßes des Zurückziehens beschrieben. Die 3 veranschaulicht
eine Bearbeitung, wie sie durch ein Bearbeitungszentrum ausgeführt
wird, in dem ein Werkzeug T ein Werkstück W in der Richtung
eines Schneidanweisungsvektors Vc(t) in der negativen Z-Richtung
bearbeitet, während sich das Werkzeug T dreht. Es wird
eine orthogonale Ebene (in der 3 eine XZ-Ebene
Pxz) betrachtet, die durch die aktuelle Position P(t) orthogonal
zum Anweisungsvektor Vc(t) verläuft. In der orthogonalen
Ebene werden Zurückziehvektoren Van(t) definiert, deren
Ursprung an der aktuellen Position P(t) befindet. Beispielsweise
werden als Zurückziehvektoren Van(t) (die Zahl n ist eine
ganze Zahl von 0 bis 7) Vektoren in acht Richtungen betrachtet.
Im Ergebnis sind Vektoren VA0(t), VA1(t), VA3(t), VA4(t), VA5(t),
VA6(t) und VA7(t) definiert, die einen Kreis mit dem Zentrum an
der aktuellen Position P(t) um 2π/8 [rad] (die Zahl N in
der 3 entspricht dem Maximalwert der Zahl n + 1) teilt.
Betreffend die Zurückziehvektoren Van(t) muss der Maximalwert
der Zahl n nicht 7 sein, sondern es kann eine beliebige ganze Zahl
größer oder gleich 1 sein.
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Als
Erstes wird die Bestimmung der Zurückziehrichtung beschrieben.
Um die Zurückziehrichtung auf Grundlage der Formdaten des Werkzeugs
T und derjenigen des Werkstück W zu bestimmen, wird ein
Kollisionsabstand vom Zurückziehvektor Van(t) in der orthogonalen
Ebene (in der 3 die XZ-Ebene Pxz) orthogonal
zur Richtung des Vorschubschafts, wie von der Programmanalysiereinheit 2 empfangen, bestimmt;
d. h., es geht um den Anweisungsvektor Vc(t) und das Werkstück
W, das eine Kollisionsstruktur für das Zusatzwelle T bildet,
sowie andere Kollisionsstrukturen (beispielsweise zum Einstellen
verwendete Strukturen), und es wird sukzessive ein Vektor berechnet,
für den der Relativabstand von der aktuellen Position P(t)
der größte ist. Für die Berechnung des
Schnittpunkts zwischen dem Werkzeug T und der Kollisionsstruktur
werden die Formdaten des Werkzeugs T sowie diejenigen der Kollisionsstruktur usw.
verwendet. Beim in der 3 dargestellten Fall wird die
Beziehung zwischen dem Werkzeug T und dem Werkstück W in
der XZ-Ebene Pxz als Kollision ermittelt, wenn sich das Werkzeug
T in den Richtungen der Zurückziehvektoren VA1(t)–VA6(t)
bewegt, da die Beziehung einem Kontakt entspricht; d. h., dass der
Relativabstand für das Liniensegment P1(t)P2(t)P6(t) den
Wert 0 hat. Daher ist die Zurückziehrichtung VA0(t) oder
VA7(t). Es wird der Kollisionsabstand zu anderen Kollisionsstrukturen
(beispielsweise für die Einstellung verwendeten Strukturen)
in jeder Vektorrichtung der Zurückziehvektoren VA0(t) und
VA7(t) bestimmt, und schließlich wird als Zurückziehrichtung
der Vektor mit dem größten Relativabstand bestimmt.
Wenn alle der mehreren, in der Ebene orthogonal zum Anweisungsvektor
Vc(t) definierten Zurückziehvektoren als Kontakt zwischen dem
Werkzeug T und dem Werkstück W bestimmt werden, d. h.,
als Kollision mit dem Relativabstand 0 bestimmt werden, wie beim
bohrenden Bearbeiten, kann die Zurückziehrichtung nicht
durch das oben beschriebene Verfahren bestimmt werden. In diesem Fall
kann die Zurückziehrichtung dadurch bestimmt werden, dass
der Zurückziehvektor in einer Ebene erzeugt wird, der parallel
zur Anweisungsrichtung Vc(t) verläuft. Alternativ kann
die Richtung der Ebene, in der die Zurückziehvektoren zu
erzeugen sind, entsprechend dem Kontaktsta tus des Werkzeugs T und
des Werkstücks W definiert werden, so dass die Zurückziehrichtung
bestimmt werden kann.
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Als
anderes Verfahren zum Bestimmen der endgültigen Zurückziehrichtung
auf Grundlage der mehreren Zurückziehvektoren ist es möglich,
ein Zurückziehen in einer Richtung auszuführen,
in der der Energieverbrauch durch den Servomotor 6 während der
Schaftbewegung klein ist. Genauer gesagt, kann eine Energiedifferenz
(kinetische Energie + potenzielle Energie) zwischen dem Anweisen
der Zurückziehvektoren während der aktuellen Zeit
tk und dem Anweisungsvektor zum vorigen Zeitpunkt, d. h. zu (tk – 1),
aus der folgenden Gleichung 1 bestimmt werden. Als Zurückziehvektor
wird schließlich derjenige Vektor bestimmt, für
den die zeitliche Änderung ΔE der Energie am kleinsten
ist. ΔE = (1/2 × Vn(tk)^2 – 1/2 × V^2)
+ (P(tk) – P(tk – 1)) × G (Gleichung 1)
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Hierbei
repräsentiert Vn(t) den Anweisungsvektor, V repräsentiert
die aktuelle Geschwindigkeit, P(t) repräsentiert die aktuelle
Position, und G repräsentiert den Schwerkraftvektor. Wenn
die Einheit, die die Zurückziehrichtung auf Grundlage des
Relativabstands zwischen der aktuellen Position P(t) des Werkzeugs
T und der Kollisionsstruktur bestimmt, und die Einheit, die die
Zurückziehrichtung auf Grundlage der zeitlichen Änderung
der Energie kombiniert werden, ist es bevorzugt, Zurückziehvektoren mit
einem Relativabstand zwischen der aktuellen Position P(t) und der
Kollisionsstruktur über einem vorbestimmten Schwellenwert
auszuwählen und, als endgültigen Zurückziehvektor
unter den ausgewählten Zurückziehvektoren, denjenigen
Vektor auszuwählen, bei dem die zeitliche Energieänderung ΔE am
kleinsten ist.
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Als
Nächstes wird das Bestimmungsverfahren für das
Ausmaß des Zurückziehens beschrieben. Als Kollisionsprüfposition
wird die jenige Position eingestellt, die gegenüber der
aktuellen Position P(t) in der auf die obige Weise bestimmten Richtung
des Zurückziehvektors um ein gewünschtes Ausmaß des Zurückziehens
verstellt ist. Es wird, beispielsweise im dreidimensionalen Raum,
eine Überlappung zwischen der beweglichen Einheit mit dem
Werkzeug T und der Kollisionsstruktur (beispielsweise einer zum Einstellen
verwendeten Struktur) geprüft, wenn die bewegliche Einheit
mit dem Werkzeug T (es ist nicht die gesamte bewegliche Einheit
dargestellt) gedacht zur Kollisionsprüfposition bewegt
wird. Diese Prüfung erfolgt auf Grundlage der Formdaten
der beweglichen Einheit mit dem Werkzeug T sowie der Formdaten der
Kollisionsstruktur. Wenn keine Überlappung zwischen der
an die Kollisionsprüfposition bewegten beweglichen Einheit
und der Kollisionsstruktur vorliegt, ist es möglich, zu
klären, dass keine Kollision vorliegt, und es wird das
Ausmaß des Zurückziehens bestimmt. Wenn andererseits
eine Überlappung zwischen der an die Kollisionsprüfposition
bewegten beweglichen Einheit und der Kollisionsstruktur vorliegt, wird
als neue Kollisionsprüfposition diejenige Position eingestellt,
die gegenüber der aktuellen Position P(t) in der auf die
obige Weise bestimmten Richtung des Zurückziehens um ein
Ausmaß des Zurückziehens, das verschieden vom
zuvor verwendeten Ausmaß des Zurückziehens ist,
verstellt ist. Dann wird die Überlappung zwischen der beweglichen
Einheit mit dem Werkzeug T und der Kollisionsstruktur unter Bezugnahme
auf die neue Kollisionsprüfposition geprüft.
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In
einem Zustand, in dem eine Tür geöffnet ist, besteht
die Möglichkeit, dass sich ein Körperteil des
Bedieners innerhalb des Bearbeitungsbereichs befindet. Daher ist
es wirkungsvoll, ein Zurückziehen entsprechend einem eingeschränkten
Ausmaß des Zurückziehens auszuführen,
wenn sich die Tür im geöffneten Zustand befindet,
um einen Kontakt zwischen der beweglichen Einheit und dem Körperteil des
Bedieners durch die mechanische Betriebseinheit zu verhindern. Durch
den oben beschriebenen Prozess werden die Zurückziehrichtung
und das Ausmaß des Zurück ziehens bestimmt. Wenn
die Funktionserzeugungseinheit 3 das Spannungsausfall-Erkennungssignal
von der Spannungsausfall-Erkennungseinheit 12 empfängt,
erzeugt sie eine der auf Grundlage der Zurückziehrichtung
und des Ausmaßes des Zurückziehens berechneten
Schaftbewegungsstoppposition eine Funktion, um das Werkzeug T vom
Werkstück W zurückzuziehen. Zum Zurückziehen
des Werkzeugs T kann die elektrische Energie genutzt werden, die
sich im Glättungskondensator der Gleichspannungsversorgungseinheit 4 angesammelt
hat.
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Nun
wird das Bestimmungsverfahren für die Zurückziehrichtung
und das Ausmaß des Zurückziehens bei einer anderen
Bearbeitung unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben.
Die 4 ist ein Schnittdiagramm zum Veranschaulichen
einer durch eine Drehbank ausgeführte Bearbeitung. Es wird
ein Werkzeug T in das Innere eines Werkstück W eingeführt,
während dieses gedreht wird, und das Werkzeug T führt
in der positiven X-Richtung eine Bearbeitung in der Richtung des
Schneidanweisungsvektors Vc(t) aus. Wenn die aktuelle Position P(t)
ist, wird eine orthogonale Ebene (in der 4 die XY-Ebene Pxy)
durch die aktuelle Position und orthogonal zum Anweisungsvektor
Vc(t) betrachtet. In der orthogonalen Ebene werden Zurückziehvektoren
Van(t), deren Ursprung sich an der aktuellen Position P(t) befindet, definiert.
Beispielsweise werden als Zurückziehvektoren Van(t) Vektoren
in acht Richtungen mit der Zahl n (die Zahl n ist eine ganze Zahl
von 0 bis 7) definiert. Im Ergebnis werden Vektoren VA0(t), VA1(t),
VA3(t), VA4(t), VA5(t), VA6(t) und VA7(t) definiert, die einen Kreis
an der aktuellen Position P(t) entsprechend 2π/8 [rad]
einteilen (die Zahl N in der Figur entspricht dem Maximalwert der
Zahl n + 1). Betreffend die Zurückziehvektoren VAn(t) muss
der Maximalwert der Zahl n nicht 7 betragen, sondern es kann sich
um eine beliebige ganze Zahl größer oder gleich
1 handeln.
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Als
Erstes wird die Bestimmung der Zurückziehrichtung beschrieben.
Um die Zurückziehrichtung auf Grundlage der Formdaten des
Werkzeugs T und derjenigen des Werkstück W zu bestimmen,
wird unter den Schnittpunkten zwischen den Zurückziehvektoren
Van(t) in der Ebene (in der 4 die XY-Ebene
Pxy) orthogonal zur von der Programmanalysiereinheit 2 erhaltenen
Richtung des Vorschubschafts, d. h. dem Anweisungsvektor Vc(t),
und dem Werkstück W, das eine Kollisionsstruktur für
das Werkzeug T ist, sukzessive der Vektor berechnet, für den
der Relativabstand von der aktuellen Position P(t) der größte
ist. Bei der Berechnung der Schnittpunkte zwischen dem Werkzeug
T und der Kollisionsstruktur werden die Formdaten des Werkzeugs
T und diejenigen der Kollisionsstruktur usw. verwendet. Beim in
der 4 dargestellten Fall entspricht die Beziehung
zwischen dem Werkzeug T und dem Werkstück W, mit der aktuellen
Position P(t) als Zentrum, einem Kontaktzustand, d. h., die Relativposition am
Punkt P(t) hat den Wert 0, und es werden die Bewegungen in den Richtungen
der Zurückziehvektoren V VA0(t), VA1(t), VA2(t), VA6(t)
und VA7(t) als Kollision bestimmt. Daher sind mögliche
Zurückziehrichtungen VA3(t), VA4(t) und VA5(t). Wenn die
Kollisionsabstände zu den anderen Kollisionsstrukturen (dem
Werkstück W beim in der 4 dargestellten Fall)
für jede Vektorrichtung für die Zurückziehvektoren
VA3(t), VA4(t) und VA5(t) berechnet werden, sind die Kollisionsabstände
zwischen den Zurückziehvektoren VA3(t), VA4(t) und VA5(t)
und dem Werkstück W Liniensegmente P(t)P3(t), P(t)P4(t)
bzw. P(t)P5(t), und so wird der Vektor VA4(t), für den
der Abstand der größte ist, als endgültige
Zurückziehrichtung bestimmt. Wenn alle der mehreren, in
der orthogonalen Ebene zum Anweisungsvektor Vc(t) definierten Zurückziehvektoren
als Kontakt zwischen dem Werkzeug T und dem Werkstück W
bestimmt werden, d. h. als Kollision mit dem Relativabstand 0, kann
die Zurückziehrichtung nicht bestimmt werden. In diesem Fall
kann die Zurückziehrichtung dadurch bestimmt werden, dass
ein Zurückziehvektor in einer Ebene parallel zur Anweisungsrichtung
Vc(t) erzeugt wird. Alternativ kann die Richtung der Ebene, in der
der Zurückziehvektor zu erzeugen ist, auf Grundlage des Kontaktzustands
des Werkzeugs T und des Werkstücks W bestimmt werden, so
dass die Zurückziehrichtung bestimmt werden kann.
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Als
Nächstes wird das Bestimmungsverfahren für das
Ausmaß des Zurückziehens beschrieben. Als Kollisionsprüfposition
wird diejenige Position eingestellt, die gegenüber der
aktuellen Position P(t) in der Richtung des auf die oben beschriebene
Weise bestimmten Zurückziehvektors VA4(t) um das gewünschte
Ausmaß des Zurückziehens verstellt ist. Dann wird
auf eine Überlappung, beispielsweise im dreidimensionalen
Raum, zwischen der beweglichen Einheit mit dem Werkzeug T und der
Kollisionsstruktur (beim in der 4 dargestellten
Fall handelt es sich um das Werkstück W und die außerhalb
desselben vorhandene Kollisionsstruktur) für den Fall geprüft,
dass die bewegliche Einheit mit dem Werkzeug T (die gesamte bewegliche
Einheit ist nicht dargestellt) gedacht an die Kollisionsprüfposition
bewegt wird. Diese Prüfung erfolgt auf Grundlage der Formdaten
der beweglichen Einheit mit dem Werkzeug T und der Formdaten der
Kollisionsstruktur. Wenn zwischen der an die Kollisionsprüfposition
bewegten beweglichen Einheit und der Kollisionsstruktur keine Überlappung
besteht, ist geklärt, dass keine Kollision vorliegt, und
es wird das Ausmaß des Zurückziehens bestimmt.
Wenn andererseits zwischen der an die Kollisionsprüfposition
bewegten beweglichen Einheit und der Kollisionsstruktur eine Überlappung
vorliegt, wird als neue Kollisionsprüfposition diejenige
Position eingestellt, die gegenüber der aktuellen Position P(t)
in der auf die oben beschriebene Weise bestimmten Zurückziehvektorrichtung
um ein Ausmaß des Zurückziehens bewegt ist, das
sich vom zuvor verwendeten Ausmaß des Zurückziehens
unterscheidet. Auf Grundlage der neuen Kollisionsprüfposition
wird auf Überlappung zwischen der beweglichen Einheit mit
dem Werkzeug T und der Kollisionsstruktur geprüft.
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Die
Zurückziehrichtung und das Ausmaß des Zurückziehens
werden auf die oben beschriebene Weise bestimmt. Wenn die Funktionserzeugungseinheit 3 das
Spannungsausfall-Erkennungssignal von der Spannungsausfall-Erkennungseinheit 12 empfängt,
erzeugt sie eine Funktion entsprechend der Stoppposition der Schaftbewegung,
die auf Grundlage der Zurückziehrichtung und des Ausmaßes
des Zurückziehens berechnet wurde, und das Werkzeug T wird
vom Werkstück W zurückgezogen. Um das Werkzeug
T zurückzuziehen, kann die elektrische Energie genutzt
werden, die sich im Glättungskondensator der Gleitspannungsversorgungseinheit 4 angesammelt
hat.
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Als
Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 2 ein
Prozessablauf bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In einem Schritt S1 wird, um die Richtung unter Verwendung der Formdaten des
Werkzeugs T und derjenigen des Werkstücks W zu bestimmen,
aus Schnittpunkten zwischen von der Programmanalysiereinheit 2 empfangenen
Zurückziehvektoren Van(t) in einer Ebene orthogonal zur Richtung
der Vorschubachse, d. h. dem Anweisungsvektor Vc(t), und dem Werkstück
W, das die Kollisionsstruktur bildet, sukzessive ein Vektor berechnet, für
den der Relativabstand von der aktuellen Position Pc am größten
ist. Es wird der Kollisionsabstand zur Kollisionsstruktur in jeder
der Richtungen der Vektoren bestimmt, und schließlich wird
als Zurückziehrichtung der Vektor mit dem größten
Abstand bestimmt. In einem Schritt S2 wird als Kollisionsprüfposition
diejenige Position eingestellt, die gegenüber der aktuellen
Position P(t) in der auf die oben beschriebene Weise bestimmten
Richtung des Zurückziehvektors um ein gewünschtes
Ausmaß des Zurückziehens verstellt ist. In einem
Schritt S3 wird auf eine Überlappung, beispielsweise im
dreidimensionalen Raum zwischen der beweglichen Einheit mit dem
Werkzeug T und der Kollisionsstruktur geprüft, wenn die
Formdaten der beweglichen Einheit mit dem Werkzeug T gedacht an
die Kollisionsprüfposition bewegt werden. Diese Prüfung
erfolgt auf Grundlage der Formdaten der bewegli chen Einheit sowie derjenigen
der Kollisionsstruktur, wie sie von der Formdaten-Speichereinheit 7 empfangen
werden. Wenn keine Überlappung zwischen der an die Kollisionsprüfposition
bewegten beweglichen Einheit und der Kollisionsstruktur vorliegt,
ist geklärt, dass keine Kollision existiert, und es wird
das Ausmaß des Zurückziehens bestimmt. Wenn geklärt
wird, dass eine Kollision vorliegt, kehrt der Prozess zum Schritt
S2 zurück, und es wird eine Kollisionsprüfposition
berechnet, die verschieden von der vorigen Kollisionsprüfposition
ist. Wenn andererseits geklärt wird, dass keine Kollision
vorliegt, geht der Prozess zu einem Schritt S4 weiter. Im Schritt
S4 wird auf Grundlage des Ergebnisses im Schritt S3 eine Zurückziehposition
unter Berücksichtigung der aktuellen Position P(t) und
des bestimmten Ausmaßes des Zurückziehens berechnet.
Die Zurückziehposition-Berechnungseinheit 11 liefert
die berechnete Zurückziehposition an die Funktionserzeugungseinheit 3.
In einem Schritt S5 kehrt der Prozess zum Schritt S1 zurück,
wenn die Spannungsausfall-Erkennungseinheit 12 keinen Spannungsausfall
erkennt, d. h. im Normalbetrieb. Wenn andererseits die Spannungsausfall-Erkennungseinheit 12 einen
Spannungsausfall erkennt, geht der Prozess zu einem Schritt S6 weiter.
Im Schritt S6 wird die Versorgungsenergierückgewinnung
seitens der Gleichspannungsversorgung zur Wechselspannungsversorgung
hin durch das von der Spannungsausfall-Erkennungseinheit 12 gelieferte Spannungsausfall-Erkennungssignal
gestoppt, und die elektrische Energie wird in der Gleichspannungsbusleitung
der Gleichspannungsversorgungseinheit 4 angesammelt. In
einem Schritt S7 liefert die Servotreibereinheit 5 unter
Verwendung der in der Gleichspannungsversorgungseinheit 4 angesammelten
Energie Spannung an den Servomotor 6, und die bewegliche
Einheit wird zurückgezogen.
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Bei
der numerischen Steuerung der vorliegenden Ausführungsform
wird konstant eine Kollisionsprüfung unter Verwendung der
Formdaten ausgeführt, und auf Grundlage des Ergebnisses
der Kolli sionsprüfung kann eine Funktion zum Zurückziehen der
beweglichen Einheit in einer Richtung ohne Kollision erzeugt werden.
Daher ist es möglich, auf sichere, zuverlässige
und genaue Weise eine Kollision zwischen der beweglichen Einheit
und der Kollisionsstruktur selbst bei einem Spannungsausfall zu
vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-243291 [0001]
- - JP 8-227307 [0010]
- - JP 8-227307 A [0012]
- - JP 2002-182714 A [0012]