DE102014018518B4

DE102014018518B4 - Numerische Steuerung mit Korrekturfunktion für arbeitsbedingte Verschiebungen

Info

Publication number: DE102014018518B4
Application number: DE102014018518.4A
Authority: DE
Inventors: c/o FANUC CORPORATION Shimizu Tsuyuki
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2034-12-13
Also published as: DE102014018518A1; CN104731012B; CN104731012A; JP5792271B2; US20150177727A1; JP2015118633A; US9778645B2

Abstract

Eine numerische Steuerung (1) zum Steuern einer Werkzeugmaschine mit 5 Achsen, welche drei Linearachsen (x, y, z) und zwei Rotationsachsen (B, C) beinhalten, zur Bearbeitung eines auf einem Tisch (30) mit drei Linearachsen (x, y, z) und zwei Rotationsachsen (B, C) angeordneten Werkstückes (40), die Folgendes aufweist:eine Arbeitsgitterbereichseinstelleinheit (8), die dazu eingerichtet ist, einen Arbeitsgitterbereich in einer Umgebung des Werkstückes (40) zu setzen, der das Werkstück (40) in einem 3-dimensionalen Koordinatensystem erfasst, welches in Bezug auf den Tisch (30) ortsfest ist, wobei der Arbeitsgitterbereich an Gitterpunkten in ein Gitter unterteilt ist, welche in vorgegebenen Abständen angeordnet sind;eine Rotationsachsenarbeitsgitterbereichseinstelleinheit (9), die dazu eingerichtet ist, den Arbeitsgitterbereich als einen Rotationsachsenarbeitsgitterbereich in den Rotationsstellungen der zwei Rotationsachsen (B, C), um die der Tisch (30) rotieren kann, zu setzen;eine Einstelleinheit (10) für werkstückverursachte Translationskorrekturwerte, die dazu eingerichtet ist, Korrekturwerte (ΔCw) bezüglich eines werkstückverursachten Translationsfehlers aufgrund einer Installation des Werkstückes (40) auf dem Tisch (30) in Bezug auf Gitterpunkte des Rotationsachsenarbeitsgitterbereiches einzustellen; undeine Berechnungseinheit (12) die dazu eingerichtet ist, auf Basis der eingestellten Korrekturwerte (ΔCw) einen Korrekturwert (ΔCw-tcp) für eine Werkzeugmittelpunktsposition (Pm-tcp) in Bezug auf das Werkstück (40) zu berechnen, undeine Funktionseinheit (5) zur Korrektur eines Fehlers, welche den Korrekturwert (ΔCw-tcp) für eine Werkzeugmittelpunktsposition (Pm-tcp) zu einer Position (Pml) der drei instruierten Linearachsen (x, y, z) zur Fehlerkorrektur addiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine numerische Steuerung zum Steuern einer 5-achsigen Werkzeugmaschine mit drei Linearachsen und zwei Rotationsachsen und insbesondere eine numerische Steuerung für hochgenaue Arbeiten durch Vorgabe eines Fehlerbetrages entsprechend der Bearbeitungsart als Translationsfehlerkorrekturbetrag entsprechend Positionen von bei einer Arbeit vorgegebenen Koordinaten, um eine Werkzeugzentralpunktsposition genau zu positionieren.
Stand der Technik
Die JP 2009 - 151 756 A beschreibt eine numerische Steuerung, welche sowohl ein Linearachsenkoordinatensystem und ein Drehachsenkoordinatensystem in Gitterbereiche unterteilt, für jeden Gitterpunkt einen Gitterpunktkorrekturvektor abspeichert, und auf Basis des Gitterpunktkorrekturvektors einen achsenabhängigen Translationskorrekturwert und einen achsenabhängigen Rotationskorrekturwert aufgrund einer Linearachsenposition bzw. einer Drehachsenposition berechnet, um die Linearachsenposition zu korrigieren.
Die in der JP 2009 - 151 756 A beschriebene numerische Steuerung kann einen Positionsfehler eines Werkzeugzentralpunktes durch einen zuvor gemessenen, vom mechanischen System verursachten Fehler korrigieren. Allerdings kann dabei ein frisch erzeugter Fehler aufgrund einer Beeinflussung des mechanischen Systems durch eine Änderung der durchzuführenden Arbeit oder ein Fehler, der bedingt ist durch eine Formänderung der durchzuführenden Arbeit, nicht berücksichtigt werden.
Das Dokument DE 10 2011 102 810 A1 , welches als nächstliegender Stand der Technik ermittelt wurde, offenbart eine numerische Steuerung zum Steuern einer mehrachsigen Maschine mit 5 Achsen (x, y, z, B, C). Die Steuerung weist eine Arbeitsgitterbereichseinstelleinheit auf, die dazu eingerichtet ist, einen Arbeitsgitterbereich in einer Umgebung des Werkstücks zu setzen, der das Werkstück in einem 3-dimensionalen Koordinatensystem mit in vorgegeben Abständen zueinander angeordneten Gitterpunkten in ein Gitter unterteilt. Weiter hat die numerische Steuerung eine Einstelleinheit für Translationskorrekturwerte, die dazu eingerichtet ist, Korrekturwerte bezüglich eines Translationsfehlers in Bezug auf Gitterpunkte des Arbeitsgitterbereiches einzustellen und eine Berechnungseinheit, die dazu eingerichtet ist, auf Basis der eingestellten Korrekturwerte einen Korrekturwert für eine Werkzeugmittelpunktposition in Bezug auf das Werkstück zu berechnen. Zudem hat die Steuerung eine Funktionseinheit zur Korrektur eines Fehlers, welche den Korrekturwert für die Werkzeugmittelpunktposition zu einer instruierten Position von drei instruierten Linearachsen addiert.
Das Dokument DE 100 46 092 A1 offenbart ein Verfahren zur Kompensation von statischen Positionsfehlern bei der Bewegungsführung eines beweglichen Maschinenelements einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine. Zur Kompensation von statischen Positions- und/oder Orientierungsfehlern wird der Arbeitsraum der Werkzeugmaschine in eine dreidimensionale Gitterstruktur aufgeteilt, wobei zu jedem Gitterpunkt oder einer Auswahl von Gitterpunkten die Abweichung zwischen einer Sollstellung und der gemessenen Iststellung in einer Kompensationstabelle gespeichert wird.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Um Obigem Rechnung zu tragen werden erfindungsgemäß Korrekturbeträge an messbaren Gitterpunkten in einem die Arbeit abdeckenden Arbeitsgitterbereich eingestellt, aus den Korrekturwerten ein Translationskorrekturwert für einen Werkzeugzentralpunkt berechnet, und der berechnete Translationskorrekturwert wird zu einer befohlenen Linearachsenposition addiert, wodurch eine numerische Steuerung bereitgestellt wird zum Steuern einer 5-achsigen Werkzeugmaschine, die in der Lage ist, eine Werkzeugzentralpunktsposition in eine genaue Position für eine hochgenaue Bearbeitung zu bewegen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einer numerische Steuerung bereitzustellen, mit der es möglich ist, bei einer 5-achsigen Werkzeugmaschine nicht nur maschinenbedingte, sondern auch arbeitsbedingte Fehler bei einer Werkstückbearbeitung zu berücksichtigen.
Diese Aufgabe wird durch eine numerische Steuerung nach der Definition einer der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
In einer Variante ist die 5-achsige Werkzeugmaschine vom Drehtischtyp. Hierbei kann der Tisch um zwei Achsen rotiert werden.
In einer anderen Variante ist die 5-achsige Werkzeugmaschine vom Mischtyp. Hierbei können ein Werkzeugkopf und der Tisch um jeweils eine von zwei Achsen rotiert werden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird nicht nur der maschinenbedingte Fehler berücksichtigt sondern auch der arbeitsbedingte Fehler und somit kann eine numerische Steuerung bereitgestellt werden, mit einer Funktion zur Korrektur eines arbeitsbedingten Verschiebungsfehlers, sodass die Bearbeitungsqualität verbessert werden kann.
Figurenliste
Die obigen und weitere Ziele sowie Merkmale der Erfindung werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung mit Blick auf die begleitenden Figuren:

1 ist ein Beispiel für einen Drehtisch einer 5-achsigen Werkzeugmaschine, die gesteuert wird von einer numerischen Steuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ist eine Darstellung der Relation zwischen einem Werkzeug und einem Tisch bei Abwesenheit eines Fehlers, einer Beziehung zwischen Werkzeug und Tisch bei Vorliegen eines durch die Maschine verursachten Translationsfehlers, und eine Relation bezüglich eines Werkstückes und eines Tisches bei Vorliegen eines durch das Werkstück verursachten Translationsfehlers aufgrund der Installation des Werkstückes auf dem Tisch;
3 zeigt einen Zustand, in dem ein die obere Fläche eines Werkstückes abdeckender Bereich an Punkten in ein Gitter unterteilt ist, bei denen jeweils ein Bezugsmessbereich eingerichtet werden kann;
4 zeigt einen Arbeitsgitterbereich, geformt durch ein drei-dimensionales Koordinatensystem, welches gewonnen wird durch Verbindung von Gitterpunkten, bei denen jeweils ein Bezugsmessbereich eingerichtet werden kann und an denen ein Bereich, welcher ein Gebiet um eine Bodenfläche des Werkstückes abdeckt, in ein Gitter unterteilt ist, sowie Gitterpunkte an der oberen Fläche des Werkstückes;
5 zeigt einen Arbeitsgitterbereich gemäß 4;
6 zeigt einen Zustand, in dem der Arbeitsgitterbereich gedreht ist mit einem Wechsel der Position einer Drehachse, welche den Tisch steuert;
7 ist eine Tabelle zur Erläuterung von Gitterpunktnummern, die für den Arbeitsgitterbereich gesetzt werden;
8 zeigt Positionsdaten Mo₁₂, welche ein Zentrum eines Bezugsbereiches (Referenzbereiches) entsprechend dem Gitterpunkt P12 des Arbeitsgitterbereiches anzeigen bevor Installation des Werkstückes, wobei die Positionsdaten Mo₁₂ mit einer Messsonde gemessen sind;
9 zeigt Positionsdaten Mo₆, welche das Zentrum eines Bezugsbereiches (Referenzbereiches) anzeigen entsprechend dem Gitterpunkt P6;
10 zeigt Positionsdaten Mw12 des Zentrums eines Bezugsbereiches (Referenzbereiches) entsprechend dem Gitterpunkt P12 des Arbeitsgitterbereiches nach Installation des Werkstückes, wobei die Positionsdaten Mw12 mit einer Messsonde gemessen sind;
11 zeigt Positionsdaten Mw₆, welche das Zentrum eines Bezugsbereiches (Referenzbereiches) anzeigen entsprechend dem Gitterpunkt P6;
12 erläutert, wie Daten von gemessenen, durch das Werkstück verursachten Translationskorrekturwerten ΔCw in einem nichtflüchtigen Speicher oder dergleichen in der numerischen Steuerung in Form einer Korrekturwerttabelle gespeichert werden;
13 zeigt einen Zustand, in dem ein Werkzeugzentralpunkt in einem Arbeitsgitterbereich positioniert ist einschließlich Gitterpunkten P14 bis P24;
14 zeigt einen Aufbau der numerischen Steuerung mit einer Fehlerkorrektureinrichtung;
15 ist eine Flussdiagramm eines Algorithmus für die gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführenden Korrektur;
16 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer 5-achsigen Werkzeugmaschine vom Mischtyp unter Steuerung durch die numerische Steuerung; und
17 zeigt eine Relation zwischen dem Werkzeug und dem Tisch bei Abwesenheit eines Fehlers, eine Relation zwischen dem Werkzeug und dem Tisch bei Vorliegen eines durch die Maschine verursachten Translationsfehlers, und eine Relation zwischen Werkstück und Tisch bei Vorliegen eines durch das Werkstück verursachten Translationsfehlers aufgrund der Installation des Werkstückes auf dem Tisch.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Einzelnen
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Zielmaschine und Fehlerkorrekturvektor
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Drehtisch einer 5-achsigen Werkzeugmaschine, die mit einer numerischen Steuerung betrieben wird. Bei dem in 1 gezeigten mechanischen Aufbau ist ein um eine C-Achse drehender und um eine B-Achse schwenkbarer Tisch 30 auf einer Y-Achse angeordnet. Die Y-Achse bewegt sich linear auf einer X-Achse und ein Werkzeugkopf 20 bewegt sich linear entlang einer Z-Achse in vertikaler Richtung. Ein Werkstück 40 ist auf dem Tisch 30 angeordnet.
Ein maschinenseitig verursachter Translationsfehler, ein werkstückseitig verursachter Translationsfehler und eine Korrektur derselben bei einer 5-achsigen Werkzeugmaschine mit Drehtisch werden nun beschrieben. Der durch die Maschine verursachte Translationsfehler wird hier als „maschinenverursachter Translationsfehler“ bezeichnet und ein durch das Werkstück verursachter Translationsfehler wird hier als „werkstückverursachter Translationsfehler“ bezeichnet.
2 erläutert eine Relation zwischen einem Werkzeug 21 und einem Tisch 30 bei Abwesenheit eines Fehlers, eine Relation zwischen dem Werkzeug 21 und dem Tisch 30 bei Vorliegen des maschinenverursachten Translationsfehlers, und eine Relation zwischen einem Werkstück und dem Tisch 30 bei Vorliegen eines werkstückverursachten Translationsfehlers aufgrund der Installation des Werkstückes 40 auf dem Tisch 30. Wenn bei diesem Beispiel ein Tischkoordinatensystem durch (Xa, Ya, Za)-Koordinaten repräsentiert ist, welche ein Tischdrehzentrum als Ursprung definieren, dann ist das Tischkoordinatensystem bei Vorliegen eines maschinenverursachten Translationsfehlers durch (Xa‘, Ya‘, Za‘)-Koordinaten repräsentiert und das Tischkoordinatensystem bei Vorliegen eines werkstückverursachten Translationsfehlers ist durch (Xa“, Ya“, Za“)-Koordinaten repräsentiert.
Der maschinenverursachte Translationsfehler ist ein Fehler in Translationsrichtung, der erzeugt wird durch eine Stellungsrelation zwischen einer Linearachse und einer Drehachse, d.h. es handelt sich um eine mechanische Stellungsrelation. Der maschinenverursachte Translationsfehler (ΔXm, ΔYm, ΔZm) gemäß 2 repräsentiert Translationsfehler in den X-, Y-, und Z-Achsenrichtungen zwischen (Xa, Ya, Za)-Koordinaten und (Xa‘, Ya‘, Za‘)-Koordinaten. Diese Fehler sind im Betrag zwar klein, jedoch in der Zeichnung stark vergrößert zur besseren Verständlichkeit. Eine Fehlerkorrektur für den maschinenverursachten Translationsfehler ist im Detail in der JP 2009 - 151 756 A sowie in weiteren Schriften im Einzelnen beschrieben und nachfolgend wird dieser Stand der Technik als bekannt vorausgesetzt und hier nicht wiederholt.
Bei dem werkstückverursachten Translationsfehler handelt es sich um einen Fehler in Translationsrichtung, der durch das Werkstück 40 verursacht wird, wenn dieses auf dem Tisch 30 installiert ist. Ein werkstückverursachter Translationsfehler ΔXw, ΔYw, ΔZw gemäß 2, bei dem es sich um einen Fehlerbetrag bezüglich einer ursprünglichen Position an einer Kontaktstelle zwischen dem Werkstück 40 und dem Werkzeugzentrumspunkt handelt, repräsentiert Translationsfehler in X-, Y-, und Z-Achsenrichtungen zwischen (Xa‘, Ya‘, Za‘)-Koordinaten und (Xa“, Ya“, Za“)-Koordinaten. Diese Fehler sind ebenfalls im Betrag relativ klein und deshalb vergrößert dargestellt zur Vereinfachung des Verständnisses.
Korrekturbeträge des maschinenverursachten Translationsfehlers und des werkstückverursachten Translationsfehlers aufgrund von instruierten (befohlenen) Linearachsenpositionen Pml (Pmx, Pmy, Pmz) und instruierter (befohlener) Drehachsenpositionen Pmr (Pmb, Pmc) werden mit ΔCm (ΔXm, ΔYm, ΔZm) bzw. ΔCw (ΔXw, ΔYw, ΔZw) bezeichnet. Da die tischseitigen Fehlerbeträge (Tisch 30) und die werkstückseitigen (Werkstück 40) Fehlerbeträge Korrekturziele sind, können sich als „Korrekturbeträge“ bezeichnet werden. Unter der Annahme, dass ein Werkzeugzentralpunktsvektor nach Translationskorrektur des maschinenverursachten Translationsfehlers mit Tm_o-tcp (Tm_o-tcpx, Tm_o-tcpy, Tm_o-tcpz) bezeichnet ist, und ein Werkzeugzentralpunktsvektor nach Translationskorrektur eines werkstückverursachten Translationsfehlers mit TW_o-tcp (Tm_o-tcpx, Tm_o-tcpy, Tm_o-tcpz), ΔCw (ΔXw, ΔYw, ΔZw) bezeichnet ist, dann kann ΔCw durch den folgenden Ausdruck (1) dargestellt werden: $Δ C w = [\begin{matrix} Δ X w^{x} \\ Δ Y w^{y} \\ Δ Z w^{z} \end{matrix}] = [\begin{matrix} T w_{o - t c p}^{x} - T m_{o - t c p}^{x} \\ T w_{o - t c p}^{y} - T m_{o - t c p}^{y} \\ T w_{o - t c p}^{z} - T m_{o - t c p}^{z} \end{matrix}]$
Der so berechnete werkstückverursachte Translationsfehlerbetrag ΔCw (ΔXw, ΔYw, ΔZw) wird zu einer modifizierten Linearachsenposition Pml‘ (Pmx‘, Pmy‘, Pmz‘) addiert unter Berücksichtigung des maschinenverursachten Translationsfehlerbetrages, um eine modifizierten Linearachsenposition Pml“(Pmx“, Pmy“, Pmz“) zu berechnen. Die linearen X-, Y- und Z-Achsen werden angetrieben, um die modifizierte Linearachsenposition Pml“ (Pmx“, Pmy“, Pmz“) zu erreichen, und die B- und C-Drehachsen werden angetrieben, um die instruierte Position zu erreichen, wodurch die Werkzeugzentralpunktsposition aus Sicht des Tisches in eine Position bewegt werden kann, die frei ist von dem werkstückverursachten Fehler und auch von dem bereits korrigierten maschinenverursachten Fehler.
Werkstückverursachter Fehler
Der durch das zu bearbeitende Werkstück 40 verursachte Fehler, d.h. ein durch das Werkstück bedingter Verschiebungsfehler ist ein im Arbeitsbereich erzeugter Fehler aufgrund des Austausches des Werkstückes 40 mit einem anderen Werkstück 40 mit anderem Gewicht und Form sowie einer Neigung der Oberfläche des Tisches 30 aufgrund des Austausches oder eines Fehlers, der erzeugt wird, wenn der Tisch bei Positionierung der Drehachse geneigt wird und dementsprechend das Werkstück 40 auf die zentrale Drehachse des Tisches 40 einwirkt.
Verfahren zum Erzeugen des Arbeitsgitterbereiches
3 zeigt einen Zustand, in dem ein eine obere Fläche des Werkstückes abdeckender Bereich an Punkten in ein Gitter unterteilt ist, an denen jeweils ein Bezugsmessbereich eingerichtet werden kann. Eine Mittelpunktsposition des Bezugsmessbereiches entspricht einem Gitterpunkt.
4 zeigt einen Arbeitsgitterbereich, der gebildet ist durch ein dreidimensionales Koordinatensystem, welches gewonnen wird durch Verbinden von Gitterpunkten, bei denen jeweils ein Bezugsmessbereich eingerichtet werden kann, wobei ein eine Bodenfläche des Werkstückes abdeckender Bereich unterteilt ist in eine Gitter, dessen Gitterpunkte mit denen des Gitters an der oberen Fläche verbunden sind. Die Form des Werkstückes ist nicht auf die in 3 gezeigte Säulenform beschränkt sondern kann beispielsweise die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds, eine kegelstumpfartige Pyramidenform oder Kugelform haben. Die Anzahl der Gitterpunkte steigt/fällt in Abhängigkeit von den Punkten, wo Bezugsmessbereiche eingerichtet werden.
5 zeigt den Arbeitsgitterbereich gemäß 4. Symbole P1 bis P12 markieren Gitterpunkte, an denen Gitterlinien einander kreuzen. Die Gitterintervalle müssen nicht konstant sein. Die obigen Maßnahmen werden ausgeführt durch eine Einheit 8 zum Generieren eines Arbeitsgitterbereiches (der Begriff „Arbeitsgitterbereich“ kann auch als „Werkstückgitterbereich“ bezeichnet werden, da er das Werkstück betrifft).
6 zeigt einen Zustand, in dem der Arbeitsgitterbereich gedreht wird mit Wechsel einer Stellung der Drehachse, welche den Tisch steuert. In einem Arbeitsgitterbereich-Bezugssystem, welches durch das Werkstück festlegende drei Linearachsen definiert ist, wird der Arbeitsgitterbereich gemäß 5 unterteilt unter Berücksichtigung eines Winkels der Drehachse. Deshalb ist der Arbeitsgitterbereich gemäß 6 ein 5-dimensionaler korrigierter Raum (X, Y, Z, B, C), der gebildet wird durch zwei Drehachsen und drei Linearachsen des Arbeitsgitterbereich-Bezugssystems.
Die Gitterpunkte P1 bis P12 gemäß 5 und die Gitterpunkte P13 bis P24 gemäß 6 sind jeweils Beispiele gemäß einem gegebenen Winkel der Drehachse und die Gitterpunktenummern des Arbeitsgitterbereichs werden vergeben, wie in der Tabelle nach FIG. 7 für jeweils andere Winkel erläutert ist. Die obigen Operationen werden ausgeführt durch eine Einstelleinheit 9 bezüglich der Drehachsen-Arbeitsgitterbereiche.
Messbeispiel für einen werkstückverursachten Translationsfehler und Erzeugung der Korrekturwerttabelle
8 zeigt Positionsdaten MO₁₂, welche einem Mittelpunkt des Bezugsbereiches entsprechend dem Gitterpunkt P12 des Arbeitsgitterbereiches entsprechen bevor das Werkstück installiert wird, wobei die Positionsdaten MO₁₂ mit einer Messsonde gemessen werden. Ähnlich zeigt 9 Positionsdaten MO₆ entsprechend dem Gitterpunkt P6, analog zu 8.
10 zeigt Positionsdaten Mw₁₂ des Mittelpunktes des Bezugsbereiches entsprechend dem Gitterpunkt P12 des Arbeitsgitterbereiches nach Installation des Werkstückes, wobei die Positionsdaten Mw₁₂ mit einer Messsonde gemessen werden.
In ähnlicher Weise zeigt 11 Positionsdaten Mw₆ entsprechend dem Gitterpunkt P6, analog zu 10.
Mit obigem Ausdruck (1) können MO₁₂ gemäß FIG. 8 und Mw₁₂ gemäß 10, der werkstückverursachte Translationskorrekturwert am Gitterpunkt 12 mit dem folgenden Ausdruck (2) dargestellt werden: $Δ C w_{12} = [\begin{matrix} Δ X w_{12}^{x} \\ Δ Y w_{12}^{y} \\ Δ Z w_{12}^{z} \end{matrix}] = [\begin{matrix} M w_{12}^{x} - M O_{12}^{x} \\ M w_{12}^{y} - M O_{12}^{y} \\ M w_{12}^{z} - M O_{12}^{z} \end{matrix}]$
Ähnlich kann MO₆ gemäß Fig. 9 und Mw₆ gemäß 11, der werkstückverursachte Translationskorrekturwert am Gitterpunkt 6 durch den folgenden Ausdruck (3) dargestellt werden: $Δ C w_{6} = [\begin{matrix} Δ X w_{6}^{x} \\ Δ Y w_{6}^{y} \\ Δ Z w_{6}^{z} \end{matrix}] = [\begin{matrix} M w_{6}^{x} - M O_{6}^{x} \\ M w_{6}^{y} - M O_{6}^{y} \\ M w_{6}^{z} - M O_{6}^{z} \end{matrix}]$
Daten der gemessenen, werkstückverursachten Translationskorrekturwerte ΔCw werden in einem nichtflüchtigen Speicher oder dergleichen gespeichert, der in die numerische Steuerung integriert ist in Form einer Korrekturwerttabelle nach 12. Die Gitterpunktnummern entsprechend P1 bis P12 nach 5 und P13 bis P14 nach 6, wobei es sich jeweils um die Mittelpunkte von Bezugsmessbereichen handelt. Sodann werden Rotationsachsenkoordinaten (B(n), C(n)) an den Gitterpunktnummern Pn, Linearachsenkoordinaten (X(n), Y(n), Z(n)) im Arbeitsgitterbereich-Bezugskoordinatensystem und gemessene, werkstückverursachte Translationskorrekturwerte ΔCw (ΔXw(n), ΔYw(n), ΔZw(n)) eingestellt. Die obigen Operationen werden durch eine Einstelleinheit 10 für werkstückverursachte Translationskorrekturwerte ausgeführt.
Berechnung des werkstückverursachten Translationskorrekturbetrages bezüglich der Werkzeugmittelpunktsposition
13 zeigt einen Zustand, in dem der Werkzeugmittelpunkt im Arbeitsgitterbereich einschließlich der Gitterpunkte P14 bis P24 positioniert ist. Eine Werkzeugmittelpunktsposition Pm-tcp (Pm-tcp-x, Pm-tcp-y, Pm-tcp-z) ist eine Position, die durch einen unten näher dargestellten Ausdruck (4) angegeben wird unter Verwendung der instruierten Linearachsenposition Pml (Pmx, Pmy, Pmz) und eines Werkzeuglängenkorrekturvektors T (Tx, Ty, Tz).
Ein werkstückverursachter Translationskorrekturbetrag ΔCw-tcp (ΔXw-tcp, ΔYw-tcp, ΔZw-tcp), basierend auf der Werkzeugmittelpunktsposition Pm-tcp, wird durch Interpolation basierend auf den werkstückverursachten Translationskorrekturbeträgen ΔCw benachbarter Gitterpunkte (P14 bis P24) entsprechend der Korrekturwerttabelle berechnet. Die Interpolation ist eine bekannte Methode und braucht nicht näher erläutert zu werden. Die werkstückverursachten Translationskorrekturbeträge bezüglich der Werkstückinstallationsoberfläche/oberen Fläche und des Inneren des Werkstückes, die nicht vermessen werden können, werden berechnet durch Interpolation basierend auf Fehlerdaten von Messpunkten an Werkstückseitenflächen und der benachbarten Messpunkte. Diese Operationen werden durch die Berechnungseinheit 12 für werkstückverursachte Translationskorrekturbeträge ausgeführt. $P_{m - t c p} = [\begin{matrix} P_{m - t c p}^{x} \\ P_{m - t c p}^{y} \\ P_{m - t c p}^{z} \end{matrix}] = [\begin{matrix} P_{m}^{x} - T^{x} \\ P_{m}^{y} - T^{y} \\ P_{m}^{z} - T^{z} \end{matrix}]$
Blockdiagramm
Es folgt die Beschreibung eines Aufbaus einer numerischen Steuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer Fehlerkorrektureinrichtung entsprechend 14. Typischerweise analysiert eine numerische Steuerung 1 ein instruiertes Programm in einer Befehlsanalyseeinrichtung 2, um Interpolationsdaten zu erzeugen, führt die Interpolation auf Basis der Interpolationsdaten in einer Interpolationseinrichtung 3 aus, um Zielpositionen der jeweiligen Achsen zu berechnen, berechnet Positionen der jeweiligen Achsen nach der Beschleunigung/Abbremsung durch eine Einrichtung 4x für die Beschleunigung/Abbremsung der X-Achse, einer Einrichtung 4y für die Beschleunigung/Abbremsung der Y-Achse, eine Einrichtung 4z für die Beschleunigung/Abbremsung der Z-Achse, eine Einrichtung 4b (a) für die Beschleunigung/Abbremsung der B-(A)-Achse, und eine Einrichtung 4c für die Beschleunigung/Abbremsung der C-Achse, führt eine herkömmliche Korrektur, wie eine Steigungsfehlerkorrektur oder eine Geradheitsfehlerkorrektur, aus in Bezug auf den maschinenverursachten Translationsfehler, und zwar in der Korrektureinrichtung 5 (vgl. JP 2009 - 151 756 A ), und treibt entsprechend endgültig berechneter Positionen einen X-Achsen-Servoantrieb 6x, einen Y-Achsen-Servoantrieb 6y, einen Z-Achsen-Servoantrieb 6z, einen B(A)-Achsen-Servoantrieb 6b(a) und einen C-Achsen-Servoantrieb 6c an.
In einer Korrektureinrichtung 7 für werkstückverursachte Translationsfehler werden Gitterpunkte zur Fehlerkorrektur durch eine Arbeitsgitterbereich-Einstelleinheit 8 und eine Rotationsachsen-Arbeitsgitterebereichseinstelleinheit 9 gesetzt und Korrekturdaten werden durch die Einstelleinheit 10 für werkstückverursachte Translationskorrekturbeträgt auf Basis der gemessenen werkstückverursachten Translationskorrekturbeträge eingestellt. Die Werzeugmittelpunktsposition wird durch die Korrektureinrichtung 5 gewonnen und es werden die entsprechenden werkstückverursachten Translationskorrekturbeträge an den Gitterpunkten ermittelt. Die Berechnungseinheit 12 für werkstückverursachte Translationskorrekturbeträge in der Korrektureinrichtung 7 für werkstückverursachte Translationsfehler verwendet die Werkzeugmittelpunktsposition und die entsprechenden werkstückverursachten Translationskorrekturbeträge an den Gitterpunkten zur Umwandlung der werkstückverursachten Translationskorrekturbeträge an den Gitterpunkten in den Korrekturwert ΔCw-tcp bezüglich der Werzeugmittelpunktsposition. Der so gewonnen Korrekturbetrag ΔCw-tcp wird als neuer Korrekturwert zum herkömmlichen Korrekturwert hinzuaddiert.
Flussdiagramm für den Algorithmus
15 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Algorithmus zur Korrektur, wie er beim ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird. Die Beschreibung erfolgt in der Reihenfolge der Schritte.
[Schritt S1] Maschinenkoordinaten Pm (Pmx, Pmy, Pmz, Pmb, Pmc) entsprechend den instruierten Achspositionen werden gewonnen.
[Schritt S2] Die werkstückverursachten Translationskorrekturbeträge ΔCw (ΔXw, ΔYw, ΔZw) an den Gitterpunkten im Rotationsachsen- und Arbeitsgitterbereich entsprechend dem Werkzeugmittelpunkt an der instruierten Position Pm werden gewonnen.
[Schritt S3) Der werkstückverursachten Translationskorrekturbetrag ΔCw-tcp des Werkzeugmittelpunktes an der instruierten Position Pm wird berechnet.
[Schritt S4] Der Betrag ΔCw-tcp wird zur instruierten Linearachsenposition Pml (Pmx, Pmy, Pmz) hinzuaddiert, um die Maschinenkoordinaten zu berechnen, in welche die Linearachse zu bewegen ist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Zielmaschine und Fehlerkorrekturvektor
16 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer 5-achsigen Werkzeugmaschine vom Mischtyp unter Steuerung durch die numerische Steuerung. Beim Maschinenaufbau gemäß 16 bewegt sich ein Werkzeugkopf 21, der um eine B-Achse schwenkbar ist, linear in Richtung der Y- und Z-Achsen, und der um eine C-Achse drehende Tisch 30 bewegt sich linear entlang der X-Achse. Das Werkstück 40 wird auf dem Tisch 30 positioniert.
Ein maschinenseitig verursachter Translationsfehler, ein werkstückseitig verursachter Translationsfehler und eine Korrektur derselben in einer 5-achsigen Werkzeugmaschine vom Mischtyp wird nunmehr beschrieben. 17 zeigt eine Relation zwischen einem Werkzeug und einem Tisch bei Abwesenheit eines Fehlers, eine Relation zwischen dem Werkzeug und dem Tisch bei Vorliegen eines maschinenverursachten Translationsfehlers, und eine Relation zwischen einem Werkstück und dem Tisch bei Vorliegen eines werkstückverursachten Translationsfehlers aufgrund der Installation des Werkstückes auf dem Tisch. Die Inhalte des „<1> Zielmaschinen- und Fehlerkorrekturvektors“ sind die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel, weshalb eine wiederholte Beschreibung insoweit sich erübrigt.
Werkstückverursachte Fehler
Die Inhalte von <2> sind die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel und deshalb wird auf eine Wiederholung der Beschreibung verzichtet.
Definitionsverfahren für den Arbeitsgitterbereich
Während beim ersten Ausführungsbeispiel zwei Drehachsen eingestellt werden zum Drehen des Werkstückes, wird beim zweiten Ausführungsbeispiel nur eine Drehachse eingestellt. Deshalb kann in 7 der Tisch vorgestellt werden mit nur einer Drehachse (C-Achse), d.h. die Konfiguration entspricht einem 4-dimensionalen Tisch mit Linearachsen (X-, Y- und Z-Achsen) und einer Drehachse (C-Achse). Ansonsten entspricht der Aufbau dem ersten Ausführungsbeispiel und wird insoweit nicht wiederholt beschrieben.
Messbeispiel für den werkstückverursachten Translationsfehler und die Einstellung der Korrekturwerttabelle
Die Inhalte entsprechend denen des ersten Ausführungsbeispieles und werden deshalb hier nicht erneut dargestellt.
Berechnung des werkstückverursachten Translationskorrekturbetrages in der Werkzeugmittelpunktposition
Die Inhalte von <5> entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispieles und werden deshalb hier nicht wiederholt beschrieben.
Blockdiagramm
Die Inhalte von <6> entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispieles und werden deshalb nicht wiederholt beschrieben.
Flussdiagramm des Algorithmus
Die Inhalte von <7> entsprechend denen des ersten Ausführungsbeispieles und werden deshalb nicht erneut beschrieben.

Claims

Eine numerische Steuerung (1) zum Steuern einer Werkzeugmaschine mit 5 Achsen, welche drei Linearachsen (x, y, z) und zwei Rotationsachsen (B, C) beinhalten, zur Bearbeitung eines auf einem Tisch (30) mit drei Linearachsen (x, y, z) und zwei Rotationsachsen (B, C) angeordneten Werkstückes (40), die Folgendes aufweist: eine Arbeitsgitterbereichseinstelleinheit (8), die dazu eingerichtet ist, einen Arbeitsgitterbereich in einer Umgebung des Werkstückes (40) zu setzen, der das Werkstück (40) in einem 3-dimensionalen Koordinatensystem erfasst, welches in Bezug auf den Tisch (30) ortsfest ist, wobei der Arbeitsgitterbereich an Gitterpunkten in ein Gitter unterteilt ist, welche in vorgegebenen Abständen angeordnet sind; eine Rotationsachsenarbeitsgitterbereichseinstelleinheit (9), die dazu eingerichtet ist, den Arbeitsgitterbereich als einen Rotationsachsenarbeitsgitterbereich in den Rotationsstellungen der zwei Rotationsachsen (B, C), um die der Tisch (30) rotieren kann, zu setzen; eine Einstelleinheit (10) für werkstückverursachte Translationskorrekturwerte, die dazu eingerichtet ist, Korrekturwerte (ΔCw) bezüglich eines werkstückverursachten Translationsfehlers aufgrund einer Installation des Werkstückes (40) auf dem Tisch (30) in Bezug auf Gitterpunkte des Rotationsachsenarbeitsgitterbereiches einzustellen; und eine Berechnungseinheit (12) die dazu eingerichtet ist, auf Basis der eingestellten Korrekturwerte (ΔCw) einen Korrekturwert (ΔCw-tcp) für eine Werkzeugmittelpunktsposition (Pm-tcp) in Bezug auf das Werkstück (40) zu berechnen, und eine Funktionseinheit (5) zur Korrektur eines Fehlers, welche den Korrekturwert (ΔCw-tcp) für eine Werkzeugmittelpunktsposition (Pm-tcp) zu einer Position (Pml) der drei instruierten Linearachsen (x, y, z) zur Fehlerkorrektur addiert.
Eine numerische Steuerung (1) zum Steuern einer Mischtypwerkzeugmaschine mit 5 Achsen, welche 3 Linearachsen (x, y, z) und 2 Rotationsachen (B, C) beinhalten, wobei ein Werkzeugkopf um eine (B) der zwei Rotationsachsen (B, C) rotieren kann und der Tisch (30) um die andere (C) der beiden Rotationsachsen (B, C) rotieren kann, sodass das Werkstück (40), welches auf dem Tisch (30) angeordnet ist, bearbeitet werden kann, wobei die numerische Steuerung (1) Folgendes beinhaltet: eine Arbeitsgitterbereichseinstelleinheit (8), die dazu eingerichtet ist, einen Arbeitsgitterbereich in einer Umgebung des Werkstückes zu setzen, der das Werkstück in einem 3-dimensionalen Koordinatensystem erfasst, welches in Bezug auf den Tisch (30) ortsfest ist, wobei der Arbeitsgitterbereich an Gitterpunkten in ein Gitter unterteilt ist, welche in vorgegebenen Abständen angeordnet sind; eine Rotationsachsenarbeitsgitterbereichseinstelleinheit (9), die dazu eingerichtet ist, den Arbeitsgitterbereich als einen Rotationsachsenarbeitsgitterbereich in der Rotationsstellung der Rotationsachse (C) um die der Tisch (30) rotieren kann, zu setzen; eine Einstelleinheit (10) für werkstückverursachte Translationskorrekturwerte, die dazu eingerichtet ist, Korrekturwerte (ΔCw) bezüglich eines werkstückverursachten Translationsfehlers aufgrund einer Installation des Werkstückes auf dem Tisch (30) in Bezug auf Gitterpunkte des Rotationsachsenarbeitsgitterbereiches einzustellen; und eine Berechnungseinheit (12) die dazu eingerichtet ist, auf Basis der eingestellten Korrekturwerte (ΔCw) einen Korrekturwert (ΔCw-tcp) für eine Werkzeugmittelpunktsposition (Pm-tcp) in Bezug auf das Werkstück (40) zu berechnen, und eine Funktionseinheit (5) zur Korrektur eines Fehlers, welche den Korrekturwert (ΔCw-tcp) für eine Werkzeugmittelpunktsposition (Pm-tcp) zu einer Position (Pml) der drei instruierten Linearachsen (x, y, z) zur Fehlerkorrektur addiert.