DE102009010859A1 - Processing instructions computing method for computerized numerical control machine tool, involves calculating multiple position interpolation values corresponding to position coefficients of position polynomial - Google Patents
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Abstract
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Berechnen von Aufbereitungsbefehlen für ein numerisch gesteuertes System, genauer gesagt, ein Verfahren zum Berechnen von Aufbereitungsbefehlen, um ein mit hoher Ordnung differenzierbares kontinuierliches Polynom für ein numerisch gesteuertes System aufzubereiten.The The invention relates to a method for calculating conditioning commands for a numerically controlled system, more precisely, a Method of calculating conditioning instructions to one with high Order differentiable continuous polynomial for to prepare a numerically controlled system.
Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the state of the technology
Bewegungssteuerung ist eine Kerntechnik bei Präzisionswerkzeugmaschinen, und zum Anwendungsumfang der Bewegungssteuerungstechnik gehören Industriemaschinen zur Positionssteuerung oder Geschwindigkeitssteuerung, insbesondere CNC (Computerized Numerical Control = Computer-gestützte numerische Steuerung)-Werkzeugmaschinen mit hoch präzisen Steuerungsvorgängen.motion control is a nuclear technology in precision machine tools, and belong to the scope of application of motion control technology Industrial machines for position control or speed control, in particular CNC (Computerized Numerical Control = Computer-aided numerical control) machine tools with high precision Control operations.
In ein Bewegungssteuerungssystem sind verschiedene Software- und Hardwaretechniken integriert, wobei die Kosten, die Stabilität, die Nutzungshäufigkeit, die Wartbarkeit desselben sowie die Skalierbarkeit und das Zusammenarbeitsverhalten der Software und der Hardware wichtige Faktoren zum Bewerten eines derartigen Systems sind. Ferner werden sowohl die Position als auch die Geschwindigkeit aller Spindeln einer Werkzeugmaschine berücksichtigt, um die Steuerungsqualität derselben zu bestimmen.In A motion control system are various software and hardware techniques integrated, whereby the costs, the stability, the frequency of use, maintainability, scalability and collaboration behavior software and hardware are important factors for evaluating a such system. Further, both the position and considers the speed of all spindles of a machine tool, to determine the control quality of the same.
Bei CNC-Werkzeugmaschinen ist ein CNC-System in eine Werkzeugmaschine eingebaut, und dieses System empfängt und berechnet Eingangsdaten und liefert anschließend Befehle zum Steuern von Betriebsbedingungen, wie der Spindeldrehung, des Austauschs von Schneidwerkzeugen, der Schneidbewegung, des Schaltens eines Kühlmittelschalters usw., um die beabsichtigten Steuerungsvorgänge zu realisieren.at CNC machine tools is a CNC system in a machine tool built-in, and this system receives and calculates input data and then provides commands to control operating conditions, such as the spindle rotation, the replacement of cutting tools, the Cutting movement, the switching of a coolant switch etc., to realize the intended control operations.
Während der Arbeit von CNC-Werkzeugmaschinen werden Ursprungsdaten (wie die geometrische Form sowie Konturverläufe) und entsprechende Anweisungen geliefert, um mehrere Interpolationswerte zu berechnen, um an einem noch nicht bearbeiteten Material eine genaue Bearbeitung entlang einer Konturkurve zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt auszuführen.While the work of CNC machine tools are original data (such as the geometric shape and contour curves) and corresponding Instructions supplied to calculate multiple interpolation values, in order to work on a not yet processed material an exact processing along a contour curve between a starting point and an end point perform.
Das
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Demgemäß wird ein Verfahren zum Berechnen von Aufbereitungsbefehlen zum Aufbereiten eines mit hoher Ordnung differenzierbaren kontinuierlichen Polynoms für ein numerisch gesteuertes System und zum Synchronisieren der Befehle zwischen einem Servotreiber und einer Steuerungseinheit einer höheren Ebene benötigt.Accordingly, becomes a method for computing conditioning instructions for rendering a high-order differentiable continuous polynomial for a numerically controlled system and for synchronization the commands between a servo driver and a control unit needed a higher level.
Um diese Aufgabe zu lösen, ist ein Verfahren zum Berechnen von Aufbereitungsbefehlen für ein numerisch gesteuertes System in solcher Weise geschaffen, dass eine Steuerungseinheit einer höheren Ebene Positionsbefehle an einen Servotreiber zum Ansteuern eines Motors liefert. Schritte des Verfahrens werden wie folgt beschrieben: Als Erstes wird durch den Servotreiber ein Speicherraum zum Speichern von Positionsbefehlen bereitgestellt. Danach werden eine Positionsmatrix und eine Transformationsmatrix gelesen. Die Transformationsmatrix wird mit der Positionsmatrix multipliziert, um mehrere Positionskoeffizienten eines Positionspolynoms zu gewinnen, und es werden mehrere Positionsinterpolationswerte berechnet. Außerdem können ein Geschwindigkeitspolynom und ein Beschleunigungspolynom gewonnen werden. Demgemäß werden die Positionsbefehle für die Aufbereitung eines mit hoher Ordnung differenzierbaren kontinuierlichen Polynoms zum Synchronisieren des Servotreibers und der Steuerungseinheit einer höheren Ebene berechnet.In order to achieve this object, a method of calculating edit commands for a numerically controlled system is provided such that a higher level controller provides position commands to a servo driver for driving a motor. Steps of the method are described as follows: First, a memory space for storing position commands is provided by the servo driver. Thereafter, a position matrix and a transformation matrix are read. The transformation matrix is multiplied by the position matrix to obtain multiple position coefficients of a Po position polynomial and several position interpolation values are calculated. In addition, a velocity polynomial and an acceleration polynomial can be obtained. Accordingly, the position commands for conditioning a high-order differentiable continuous polynomial for synchronizing the servo driver and the higher-level control unit are calculated.
Es ist zu beachten, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende Beschreibung nur beispielhaft sind und dazu vorgesehen sind, für eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung zu sorgen. Andere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich werden.It Please note that both the above general description as well as the following description are exemplary only and thereto are provided for further explanation of the claimed invention. Other advantages and features The invention will become apparent from the following description, the drawings and the claims become apparent.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
Die als neuartig angesehenen Merkmale der Erfindung sind speziell in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung selbst ist jedoch am besten unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung zu verstehen, in der eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angegeben ist.The As novel features of the invention are specifically described in set out in the attached claims. The invention itself, however, is best with reference to the following detailed To understand the description of the invention, in which an exemplary Embodiment of the invention with reference to the attached drawings.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION THE INVENTION
In Zusammenwirkung mit den beigefügten Zeichnungen wird nachfolgend der technische Inhalt der Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform, die nicht zum Einschränken des Schutzumfangs zu verwenden ist, beschrieben. Alle äquivalenten Variationen und Modifizierungen zu den beigefügten Ansprüchen sollen durch diese Ansprüche abgedeckt sein.In The interaction with the attached drawings will become hereafter the technical content of the invention with reference to a preferred embodiment, not to be used to limit the scope of protection is described. All equivalent variations and modifications to the appended claims intended by this Claims to be covered.
Nun wird auf die Zeichnungsfiguren Bezug genommen, um eine Ausführungsform der Erfindung detailliert zu beschreiben.Now Reference is made to the drawing figures to an embodiment to describe the invention in detail.
Unter
Bezugnahme auf die
Nun
wird auf die
Danach
wird die Positionsmatrix mit k-auf-1 Elementen gelesen (S102). Wenn
k den Wert 6 hat, verfügt die Positionsmatrix über
sechs Elemente, bei denen es sich um das Element θ(0) der
aktuellen Position und Elemente θ(–1), θ(–2), θ(–3), θ(–4), θ(–5)
der fünf vorangegangenen Positionen handelt. Danach wird
eine Transformationsmatrix M mit kontinuierlich k auf k Elementen
gelesen (S104). Die Transformationsmatrix M ist eine Matrix mit
konstanten Elementen und die Elemente der Transformationsmatrix
M werden entsprechend der Dimension dieser Transformationsmatrix
M bestimmt. Demgemäß kann das Positionspolynom θ(n)
wie folgt ausgedrückt werden:
Die obigen Gleichungen (Gleichung 1.2 bis Gleichung 2.6) werden in Matrixform wie folgt ausgedrückt: The above equations (Equation 1.2 to Equation 2.6) are expressed in matrix form as follows:
Auch ist die Transformationsmatrix M wie folgt definiert: Also, the transformation matrix M is defined as follows:
Anschließend werden k Positionskoeffizienten des Positionspolynoms θ(n) berechnet (S106). Die sechs Positionskoeffizienten (k = 6), d. h. a0 bis a5 können wie folgt durch die Transformationsmatrix M berechnet werden: Subsequently, k position coefficients of the position polynomial θ (n) are calculated (S106). The six position coefficients (k = 6), ie a 0 to a 5, can be calculated by the transformation matrix M as follows:
Danach
werden mehrere Positionsinterpolationswerte entsprechend dem Positionspolynom θ(n)
und den Positionskoeffizienten berechnet (S108). Die Positionsbefehle θ(i)
können durch das Positionspolynom θ(n) vom Grad
k-1 berechnet werden. Wenn i eine ganze Zahl ist, sind die Positionsbefehle θ(i)
Positionsdaten, wie sie von einer Steuerungseinheit
Außerdem
werden ein Geschwindigkeitspolynom ω(n) vom Grad k-2 und
mehrere Geschwindigkeitskoeffizienten des Geschwindigkeitspolynoms
durch Bilden der ersten Ableitung des Positionspolynoms θ(n) berechnet
(S 110). Die Gleichung 1 entspricht der ersten Ableitung zum Berechnen
des Geschwindigkeitspolynoms ω(n), d. h. ω(n)
= dθ(n)/dn wie folgt:
Danach werden mehrere Geschwindigkeitsinterpolationswerte entsprechend dem Geschwindigkeitspolynom ω(n) und den Geschwindigkeitskoeffizienten berechnet (S112).After that become multiple speed interpolation values accordingly the velocity polynomial ω (n) and the velocity coefficient calculated (S112).
Zusätzlich
werden ein Beschleunigungspolynom α(n) vom Grad k-3 und
mehrere Beschleunigungskoeffizienten desselben durch Bilden der
ersten Ableitung des Geschwindigkeitspolynoms ω(n) berechnet (S114).
Die Gleichung 3 wird der ersten Ableitung unterzogen, um das Beschleunigungspolynom α(n),
d. h. α(n) = dω(n)/dn wie folgt zu berechnen:
Abschließend werden mehrere Beschleunigungsinterpolationswerte entsprechend dem Beschleunigungspolynom α(n) und den Beschleunigungskoeffizienten berechnet (S116).Finally For example, a plurality of acceleration interpolation values corresponding to Acceleration polynomial α (n) and the acceleration coefficient calculated (S116).
Das
Positionspolynom θ(n), das Geschwindigkeitspolynom ω(n)
und das Beschleunigungspolynom α(n) sind in Phase, wodurch
eine Servoverzögerung zwischen der Steuerungseinheit
Es
wird auf die
Die
Variable n im Positionspolynom θ(n) (Gleichung 1) wird
durch eine Variable t ersetzt, um ein modifiziertes Positionspolynom θ(t)
zu erhalten (Gleichung 5), wobei t = Ta + n × Ts – Tc.
gilt. Das modifizierte Positionspolynom θ(t) ist wie folgt
ausgedrückt:
Auch
können mehrere abgetastete Positionsbefehle x0, x1, ...
x7 der Steuerungsschleife
In ähnlicher Weise kann ein modifiziertes Geschwindigkeitspolynom ω(t) dadurch berechnet werden, dass das modifizierte Positionspolynom θ(t) der ersten Ableitung unterzogen wird, und es kann auch ein modifiziertes Beschleunigungspolynom α(t) dadurch berechnet werden, dass das modifizierte Geschwindigkeitspolynom ω(t) der ersten Ableitung unterzogen wird.In similar Way, a modified velocity polynomial ω (t) calculated by the modified position polynomial θ (t) is subjected to the first derivative, and it can also be a modified Acceleration polynomial α (t) are calculated by the modified velocity polynomial ω (t) of the first Derivative is subjected.
Zusammengefasst gesagt, zeigt die Erfindung die folgenden Vorteile:
- 1. Die von der Steuerungseinheit einer höheren Ebene an den Servotreiber übertragenen Positionsbefehle können berechnet werden, um ein mit hoher Ordnung differenzierbares kontinuierliches Polynom aufzubereiten.
- 2. Das Positionspolynom, das Geschwindigkeitspolynom und das Beschleunigungspolynom sind in Phase, wodurch eine Servoverzögerung zwischen der Steuerungseinheit einer höheren Ebene und dem Servotreiber deutlich verringert ist.
- 3. Es ist einfach Positionskoeffizienten, Positionsinterpolationswerte, Geschwindigkeitskoeffizienten, Geschwindigkeitsinterpolationswerte, Beschleunigungskoeffizienten und Beschleunigungsinterpolationswerte entsprechend der Transformationsmatrix mit konstanten Elementen zu berechnen.
- 4. Es können mehrere Abtastpositionsbefehle der Regelungsschleife des Servotreibers berechnet werden, um die Positionsbefehle zwischen dem Servotreiber und der Steuerungseinheit einer höheren Ebene zu synchronisieren.
- 1. The position commands transmitted from the higher level control unit to the servo driver can be calculated to prepare a high order differentiable continuous polynomial.
- 2. The position polynomial, the velocity polynomial and the acceleration polynomial are in phase, significantly reducing servo delay between the higher level controller and the servo driver.
- 3. It is easy to calculate position coefficients, position interpolation values, velocity coefficients, velocity interpolation values, acceleration coefficients, and acceleration interpolation values corresponding to the constant-element transformation matrix.
- 4. Multiple sense position commands of the control loop of the servo driver may be calculated to synchronize the position commands between the servo driver and the higher level controller.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, ist es zu beachten, dass die Erfindung nicht auf zugehörige Einzelheiten eingeschränkt ist. In der vorstehenden Beschreibung sind verschiedene Ersetzungen und Modifizierungen nahegelegt, und andere werden dem Fachmann ersichtlich. Daher sollen alle derartigen Ersetzungen und Modifizierungen vom Schutzumfang der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung umfasst sein.Even though the invention with reference to its preferred embodiment has been described, it should be noted that the invention is not is limited to related details. In the above description, various substitutions and Modifications suggested and others will become apparent to those skilled in the art. Therefore, all such substitutions and modifications of Scope of protection in the appended claims be defined invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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---|---|---|---|---|
US6772020B2 (en) | 2001-08-11 | 2004-08-03 | Johannes Heidenhain Gmbh | Arrangement for generating command variables for control loops of a numerically controlled machine |
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US6782306B2 (en) * | 1999-12-16 | 2004-08-24 | Siemens Energy & Automation | Motion control system and method utilizing spline interpolation |
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2009
- 2009-02-27 DE DE102009010859.9A patent/DE102009010859B4/en active Active
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R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
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