DE102016207820A1

DE102016207820A1 - System und Verfahren zum Implementieren einer Kompensation von globalen und lokalen Offsets in computergesteuerten Systemen

Info

Publication number: DE102016207820A1
Application number: DE102016207820.8A
Authority: DE
Inventors: Jie Gu; John S. Agapiou
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2016-05-05
Publication date: 2016-11-10
Also published as: US10067497B2; CN106126767A; CN106126767B; US20160327931A1

Abstract

Ein System für den Offset eines CNC-Bearbeitungsverfahrens beinhaltet die Übertragung von Kompensationsvariablen anhand von Registern in der festen G-Code-Programmierung der CNC-Maschine und den Offset der CNC-Maschine ohne die Änderung der festen G-Code-Programmierung. Globale Kompensationsvariablen werden auf alle Merkmalsprogramme des CNC-Bearbeitungsverfahrens angewendet, und lokale Kompensationsvariablen werden nur auf einzelne Merkmale oder Gruppen von Merkmalen angewendet. Die Maschine verschiebt ihre Position als Reaktion auf die Kompensationsvariablen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein System und ein Verfahren zur Implementierung von globalen und lokalen Offsets für 4-achsige, 5-achsige oder andere mehrachsige Maschinen mit CNC-Steuerung oder für andere computergesteuerte Systeme.
HINTERGRUND
Systeme für maschinelle Bearbeitung mit CNC-Steuerung und andere computergesteuerte Systeme, wie Roboter, können in industriellen Umgebungen verwendet werden, um Teile nach bestimmten Plänen maschinell genau zu bearbeiten. Oft werden diese Pläne in einem computergestützten Konstruktionspaket entwickelt und können in Form von Konstruktionszeichnungen dargestellt werden. Eine CNC-Maschine kann entsprechend einer zusammengestellten Abfolge von Befehlen (z. B. G-Code) betrieben werden, die das System zur Bearbeitung eines Teils anweisen, indem ein steuerbares Schneidwerkzeug bewegt wird. Während des Betriebs kann das System die Echtzeit-Position von Teil und Werkzeug überwachen und seine Position im Verhältnis zum Teil über eine präzise Servomotor-Steuerung steuern. Das Teil kann in einer Spannvorrichtung gehalten oder eingespannt werden, die wiederum auf einer Maschinen-Planscheibe positioniert ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein System für den Offset eines CNC-Bearbeitungsverfahrens beinhaltet die Übertragung von Kompensationsvariablen anhand von Registern in der CNC-Maschine und den Offset der CNC-Maschine ohne die Änderung der festen G-Code-Programmierung.
Die Kompensationsvariablen sind globale Variablen, die auf alle Funktionen des Teils angewendet werden, und lokale Variablen, die nur auf bestimmte Merkmale oder Merkmalsgruppen angewendet werden. Eine Koordinatenmessmaschine (CMM) und Kompensationsprozessor arbeiten zusammen, um die Kompensationsvariablen von Fehlerdaten zu erzeugen.
Die oben aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen ganz offensichtlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Art(en) zum Ausführen der beschriebenen Verfahren, Strukturen und Verfahren, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und angehängten Ansprüche, hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm eines Systems für die Kompensierung der Maßhaltigkeit eines maschinell bearbeiteten Teils.
2 ist eine schematische Draufsicht eines Teils mit einer Vielzahl von Merkmalen.
3A ist eine schematische perspektivische Ansicht einem 4-achsigen CNC-Fräswerkzeug mit einer Planscheibe A.
3B ist eine schematische perspektivische Ansicht einem 4-achsigen CNC-Fräswerkzeug mit einer Planscheibe B.
3C ist eine schematische perspektivische Ansicht einem 4-achsigen CNC-Fräswerkzeug mit einer Planscheibe C.
3D ist eine schematische perspektivische Ansicht einem 5-achsigen CNC-Fräswerkzeug mit einer Planscheibe A auf einer Planscheibe B.
3E ist eine schematische perspektivische Ansicht einem 5-achsigen CNC-Fräswerkzeug mit einer Planscheibe B auf einer Planscheibe A.
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Koordinatenmessmaschine.
5 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines computerisierten Verfahrens zur Berechnung von CNC-Kalibrierungs-Offsets anhand von CMM-Messdaten.
6 ist ein Diagramm mit Einrichtungsinformationen und CMM-Daten für eine Schnittstelle eines Kompensationsprozessors.
7 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines computerisierten Verfahrens zur Berechnung von CNC-Kalibrierungs-Offsets anhand von CMM-Messdaten.
8 ist eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Referenzkoordinatensystemen innerhalb eines CNC-Bearbeitungssystems.
9 ist eine schematische Darstellung von Referenz-Koordinatensystemen innerhalb einer Koordinaten-Messmaschine.
10 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines computergestützten Verfahrens zum Berechnen eines oder mehrerer CNC-Offsets, einschließlich der Berechnung von optimalen globalen Offsets und einem oder mehreren lokalen Offsets.
11 ist ein Flussdiagramm von Ausgangsdaten, die durch einen Kompensationsprozessor bereitgestellt werden.
12 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Kompensationsberechnungen in der festen G-Code-Programmierung einer CNC-Maschine.
13 ist eine schematische Darstellung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) für die Übertragung von globalen und lokalen Kompensationsvariablen an das CNC-Kompensationsprogramm.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in welchen gleiche Referenznummern verwendet werden, um gleiche oder identische Komponenten in den verschiedenen Ansichten darzustellen, zeigt 1 ein exemplarisches System 10 für die Kompensierung der Maßhaltigkeit eines maschinell bearbeiteten Teils 12. Wie dargestellt kann das System 10 ein System zur maschinellen Bearbeitung 14 mit einer CNC-Steuerung beinhalten, das mittels einem oder mehrerer Bearbeitungsverfahren ein oder mehrere Merkmale auf dem Teil erzeugen kann (z. B. Bohrung 16). In einer Ausführungsform kann das System zur maschinellen Bearbeitung mit CNC 14 ein CNC-Fräswerkzeug beinhalten, wie beispielsweise ein 4-achsiges oder 5-achsiges Fräswerkzeug (oder andere mehrachsige computergesteuerte Systeme, einschließlich Roboter), und kann Prozesse durchführen, wie beispielsweise Schneiden, Planfräsen, Bohren, Honen und / oder Bohren.
Das Teil 12 ist repräsentativ für einen einzigen Satz von Konstruktionsmerkmalen, oft dargestellt durch eine einzige Teilenummer. Einige oder alle der Konstruktionsmerkmale werden von dem CNC-Bearbeitungssystem 14 oder von einer Kombination mehrerer Systeme, an einer Vielzahl von Werkstücken 12 umgesetzt. Ein Werkstück ist eine einzelne Materialkonstanz, die durch das CNC-Bearbeitungssystem 14 transformiert und in das Teil 12 verwandelt wird. Dabei durchlaufen mehrere Werkstücke nacheinander das CAN-Bearbeitungssystem 14, das mit dem Erstellen von Teil 12 beauftragt wurde.
In der Produktion können mehrere CNC-Bearbeitungssysteme 14 (im Wesentlichen gleichzeitig) verwendet werden, um auf mehreren parallelen Linien mehrere Werkstücke zu bearbeiten und das Teil 12 herzustellen. Darüber hinaus kann jedes CNC-Bearbeitungssystem 14 eine Vielzahl von verschiedenen Teilen 12 mit verschiedenen Sätzen von Konstruktionsmerkmalen und unterschiedlichen Funktionen herstellen. Darüber hinaus kann jedes CNC-Bearbeitungssystem 14 auch so konfiguriert werden, dass verschiedene Varianten von Teil 12 herstellt.
Sobald eine oder mehrere Funktionen in bestimmte Werkstücke des Teils 12 verwandelt wurden, kann eine Koordinaten-Messmaschine (CMM) 18 eine oder mehrere Maße der resultierenden Werkstücke messen. Jede gemessene Abmessung kann mit einer festgelegten Bezugs- oder Kontrollfläche verglichen werden, die in einer entsprechenden technischen Zeichnung des Teils 12 angegeben werden kann. Die technische Zeichnung kann eine Sollabmessung für jede Messung angeben und auch weitere zulässige Toleranzen vorsehen.
Das System 10 kann ferner einen Kompensationsprozessor 20 beinhalten, der Messdaten 22 des Teils vom CMM 18 erhält und einen oder mehrere allgemeine CNC-Offsets und einen oder mehrere lokale Offsets 24 berechnet. Der Kompensationsprozessor 20 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung ein COMP-Softwarepaket (Optimierung von Prozessen in der maschinellen Bearbeitung) beinhalten, das bei der Berechnung von einem oder mehreren CNC-Offsets 24 helfen kann. Nach der Berechnung können die CNC-Offsets 24 in das CNC-Bearbeitungssystem 14 geladen werden, um die Maßhaltigkeit des Bearbeitungsverfahrens zu verbessern.
Wie allgemein in 2 dargestellt, kann Teil 12 mehrere Merkmale 26, 28, 30 enthalten. Jedes Merkmal kann durch ein CNC-Bearbeitungssystem 14 nach einer technischen Zeichnung bearbeitet werden. exemplarische Merkmale sind – ohne Einschränkung – Bohrungen, Kanäle und/oder maschinell bearbeitete Flächen. Jedes bearbeitete Merkmal kann in Bezug auf eine oder mehrere Bezugs- oder Steuerflächen angeordnet sein. Beispielsweise kann der Abstand zwischen Merkmal 26 und einer Kante 32 eine erste Abmessung 34 sein. Ebenso kann die Entfernung zwischen Merkmal 28 und Kante 32 eine zweite Abmessung 36 sein.
Wenn die Abmessung einer oder mehrerer maschinell bearbeiteter Merkmale (z. B. Abmessung 34, 36) von den Sollabmessungen abweicht, die in der Zeichnung vorgesehen sind, können die vom Kompensationsprozessor 20 festgelegten Offsets den maschinellen Prozess verändern, um die Abweichung möglichst zu reduzieren. In einer Ausführungsform können zwei Arten von Offsets verfügbar sein, um Abweichungen zu verringern: globale Offsets und lokale Offsets (wobei beide gleichzeitig verfügbar sein und durchgeführt werden können).
A globaler Offset kann die Ursache bzw. die Ausrichtung eines globalen oder maschinellen Koordinatensystems 38 anpassen. Diese Art des Offsets kann die Abmessungen aller Merkmale 26, 28, 30 im Teil 12 betreffen. Dabei kann der globale Offset ähnlich sein wie der Starrkörperversatz oder die Starrkörperdrehung des Teils 12.
Ein lokaler Offset kann dagegen ein einzelnes Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen durch Ändern der Sollabmessungen/-positionierung der CNC-Maschine 14 für nur dieses Merkmal oder Gruppe von Merkmalen selektiv anpassen. Wie in 2 dargestellt, können einige Merkmale 26, 28, 30 Sollpositionen haben, die im Verhältnis zu ihren lokalen Zentren oder Koordinatensystemen 40, 42 festgelegt werden, die wiederum im Verhältnis zu dem Maschinen-Koordinatensystem 38 positioniert werden. Daher kann der lokale Offset die Sollstellung der lokalen Zentren 40, 42 innerhalb des Maschinen-Koordinatensystems 38 ohne Auswirkungen auf andere Merkmale anpassen.
Auch wenn der globale Offset eine Starrkörper-Bewegung ist, kann er das Werkstück-Koordinatensystem an einer optimalen Stelle anpassen, um die Merkmalsabweichungen zu minimieren. Eine Art der Abweichung, die möglicherweise korrigiert werden muss, ergibt sich aus der elastischen Verformung während des Bearbeitungsverfahrens. Wenn Teil 12 beispielsweise nicht hinreichend starr ist, um den Spannkräften bzw. dem Druck des Schneidwerkzeugs während des Bearbeitungsverfahrens zu widerstehen, kann sich das Teil 12 elastisch verformen. Sobald die Kräfte nicht mehr vorhanden sind, kann Teil 12 in seinen unverformten Zustand zurückzugehen und damit alle Merkmale verschieben, die hergestellt wurden, während sich das Teil verformte.
Der vom Kompensationsprozessor 20 berechnete globale Offset kann eine mittlere Korrektur vorsehen, sodass die Abweichungen des Teils insgesamt minimiert werden. Eine exemplarische Metrik, aus der die Gesamtabweichung des Teils hervorgeht, kann die Standardabweichung der Differenz zwischen jeder gemessenen Abmessung und ihren entsprechenden vorgesehenen Sollabmessungen beinhalten. Eine Restabweichung kann jedoch bestehen bleiben, nachdem die Anpassung mit der globalen Offseteinstellung vorgenommen wurde. Die verbleibende Abweichung ist für Merkmale mit einer engen Toleranz möglicherweise nicht akzeptabel. Ein lokaler Offset kann die Abweichung dieses bestimmten Merkmals (d. h. während der Bearbeitung) anpassen, sodass es genau positioniert ist, sobald alle elastischen Belastungen entfernt sind.
Wie in 3A–3E dargestellt, können CNC-Maschinen in einigen industriellen Anwendungsbereichen so konfiguriert werden, dass sie mit vier, fünf oder mehr Steuerachsen ausgestattet sind. 3A–3C stellen 4-achsige CNC-Maschinen dar und 3D–3E veranschaulichen 5-achsige Maschinen.
3A ist eine allgemeine Darstellung einer 4-achsigen „A”-CNC-Maschine, 3B ist eine allgemeine Darstellung einer 4-achsigen „B”-CNC-Maschine und 3C ist eine allgemeine Darstellung einer 4-achsigen „C”-CNC-Maschine. In jeder dargestellten Ausführung des 4-achsigen CNC-Bearbeitungssystems 14 beträgt die Fähigkeit der Frässpindel 44 möglicherweise drei Übersetzungsgrade und der Planscheibe 46 ein Drehungsgrad.
Ebenso ist 3D eine allgemeine Darstellung einer 5-achsigen „A auf B”-CNC-Maschine 214, in welcher sich eine Planscheibe A 226 auf einer Planscheibe B 228 befindet, und 3e eine allgemeine Darstellung einer 5-achsigen „B auf A”-CNC-Maschine 214, in welcher sich ein eine Planscheibe B 228 auf einer Planscheibe A 226 befindet. In jeder der in 3D–3E dargestellten CNC-Maschinen 214 hat eine Frässpindel 224 die Fähigkeit von drei Translationsgraden im Verhältnis zu einem illustrativen X-Y-Z-Koordinatensystem 225. Die Drehung entweder um die Planscheibe A 226 oder die Planscheibe B 228 kann als Drehung um eine erste Achse oder eine zweite Achse angesehen werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer CMM 18. Wie in Fachkreisen bekannt, kann eine CMM 18 eine Sonde 50 enthalten, die von einem Messungsprozessor 54 nummerisch in einem dreidimensionalen Raum 52 geortet werden kann. Die Sonde 50 kann so bewegt werden, dass sie physischen Kontakt mit dem Teil 12 aufnimmt, zu welchem Zeitpunkt der Messungsprozessor 54 eine dreidimensionale Position aufnehmen kann. Durch den Vergleich mehrerer aufgezeichneter Positionen kann der Messungsprozessor 54 eine oder mehrere Entfernungen oder Abmessungen der maschinell bearbeiteten Werkstücke aufzeichnen, die erzeugt wurden, um Teil 12 zu gleichen. Alternativ kann eine optische oder Laser-CMM die Abmessungen der maschinell bearbeiteten Werkstücke messen und aufzeichnen.
5 stellt ein Ausführungsbeispiel eines computerisierten Verfahrens 60 zur Berechnung von CNC-Kalibrierungs-Offsets 24 anhand von CMM-Messdaten 22 dar. Die computergestützte Methode 60 kann in Verbindung mit dem oder anhand des Kompensierungsprozessors 20 ausgeführt werden, wie in 1 dargestellt. In einer Ausführungsform kann die computergestützte Methode 60 die Bereitstellung von Einrichtungsinformationen (Schritt-62), das Laden von CMM-Messdaten (Schritt 64), die Offset-Berechnung (Schritt 66) und die Ausgabe von Offsets bzw. Leistungsdaten (Schritt-68) enthalten.
In Schritt 62, wie in 6 dargestellt, können die Einrichtungsinformationen 70 über eine Schnittstelle 72 an den Kompensationsprozessor 20 übertragen werden. Exemplarische Arten von Einrichtungsinformationen 70 können die merkmalsbeschreibenden Informationen 74 und Teileinformationen 76 beinhalten. Die Schnittstelle 72 kann einen Computerterminal beinhalten, der so konfiguriert ist, dass er die Eingabe der Einrichtungsinformationen 70 von einem Betreiber erhält. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Schnittstelle 72 eine elektronische Schnittstelle sein, an welcher die Einrichtungsinformationen 70 direkt zum Kompensationsprozessor 20 hochgeladen werden können.
In einer Ausführungsform können die merkmalsbeschreibenden Informationen 74 eine Vielzahl von Merkmalsdatensätzen 78 enthalten, die jeweils einem bestimmten Merkmal entsprechen, das von dem CNC-Bearbeitungssystem 14 maschinell hergestellt wird. Jeder Merkmalsdatensatz 78 kann z. B. merkmalsidentifizierende Informationen 80, Abmessungsinformationen 82 und/oder merkmalsorientierende Informationen 84 enthalten. Exemplarische merkmalsidentifizierende Informationen 80 können einen beschreibenden Titel für jedes Merkmal 86 und/oder eine CMM-Kennung 88 enthalten. Exemplarische Abmessungsinformationen 82 können einen nominalen Messwert 90 enthalten, der für das Merkmal festgelegt wurde, und/oder eine Maßtoleranz 92. Exemplarische merkmalsorientierende Informationen 84 können die Ausrichtung 94 der CNC-Planscheibe 46 enthalten, wenn das entsprechende Merkmal hergestellt wird bzw. die Ausrichtung 96 des Teils innerhalb der CMM 18, wenn der Messwert genommen wird.
Teileinformationen 76 können Informationen enthalten, die das Teil 12 innerhalb des Koordinatenraums der Maschine ortet. Exemplarische Teileinformationen können Informationen über die Planscheibenausrichtung 98 bzw. Informationen über die Befestigungsposition 100 enthalten.
Nochmals bezugnehmend auf 5, wenn die Einrichtungsinformationen im Schritt 62 an den Kompensationsprozessor 20 übermittelt werden, können Messdaten 22 von der CMM 18 in den Prozessor 20 geladen werden (Schritt 64). In einer Ausführungsform können die Messdaten 22 rohe Messungen enthalten, die von der CMM 18 erfasst wurden und die den Nennabmessungen 90 entsprechen, die für das Merkmal in den merkmalsbeschreibenden Einrichtungsinformationen 74 hinterlegt sind. Die Messdaten 22 können über die Schnittstelle 72 geladen werden, indem sie manuell in ein Computerterminal eingegeben werden. Alternativ können die Messdaten 22 elektronisch in den Kompensationsprozessor 20 hochgeladen werden.
In einer Ausführungsform können die Messdaten 22 Messungen aus einer statistischen Stichprobe aus mehreren Teilen 12 repräsentieren. Während Daten 22 von nur einem Teil 12 es dem Kompensationsprozessor 20 ermöglichen können, die CNC-Offsets 24 korrekt zu berechnen, können es die Daten 22 von einer Probe aus mehreren Teilen dem Kompensationsprozessor 20 ermöglichen, statistische Abweichungen, die auf den Prozess der maschinellen Bearbeitung zurückzuführen sind, vollständiger nachzuvollziehen.
Wenn die Einrichtungsinformationen und CMM-Daten 22 in den Kompensationsprozessor 20 geladen werden, (d. h. Schritte 62, 64), kann der Prozessor eine oder mehrere CNC-Offsets (Schritt 66) berechnen, die von dem CNC-Bearbeitungssystem 14 verwendet werden können, um alle Abweichungen zwischen den tatsächlichen Merkmalspositionen (wie von der CMM 18 gemessen) und dem nominalen Messwert 90 aus der merkmalsbeschreibenden Information 74 zu berechnen. Wie in 7 in einer exemplarischen Ausführungsform dargestellt, kann der Schritt, in dem eine oder mehrere CNC-Offsets berechnet werden (Schritt 66), möglicherweise Folgendes beinhalten: Übertragung der CMM-Messwerte 22 aus dem CMM-Koordinatensystem in ein Koordinatensystem der CNC-Maschine (Schritt 102); Entwicklung einer Reihe von Gleichungen, die Merkmalsabweichungen und verfügbare Offsets (Schritt 104) miteinander in Beziehung setzen; Gewichtung eines oder mehrerer Merkmale des Teils 12 gemäß einem Grad der Signifikanz (Schritt 106) und Optimierung von Offset-Variablen zur Minimierung der allgemeinen Merkmalsabweichungen von den nominell festgelegten Abmessungen (Schritt 108).
Wie in 8–9 dargestellt, können das CNC-Bearbeitungssystem 14 und CMM 18 jeweils eigene, voneinander unabhängige Koordinatensysteme haben (d. h. Koordinatensysteme 110, 126). Wie in 8 dargestellt, kann das absolute Maschinenkoordinatensystem „M” 110 des CNC-Bearbeitungssystems 14 sein stationäres Koordinatensystem an der ursprünglichen Ausgangsstellung der Maschine haben und seine positiven Richtungen eingestellt als die Richtungen der Maschinenbewegungen. In einer Ausführungsform kann die CMM 18 jede Messung als GD & T-Werte (Form- und Lagetoleranzen) aufzeichnen, die an dem beliebigen CMM-Koordinatensystem 126 ausgerichtet sind.
Nochmals bezugnehmend auf 8 kann der Nullpunkt eines Planscheiben-Koordinatensystems „T” 112 ausgerichtet sein auf das Drehzentrum der Planscheibe 46 der Maschine (wie dargestellt in den 3A–3C). Der Nullpunkt des T-Systems 112 kann vom Nullpunkt des M-Systems 110 übertragen werden, obwohl es in ähnlicher Weise ausgerichtet sein kann wie das M-System 110. Zusätzlich kann die Planscheibe 46 um ihr Zentrum herum gedreht werden (beispielsweise der Nullpunkt des T-Systems 112) durch einen veränderlichen Winkel „B” 114.
In einer Ausführungsform kann eine Halterung an der Planscheibe 46 positioniert werden, um das Teil 12 zu fixieren. Die Halterung kann ein entsprechendes Halterungs-Koordinatensystem „F” 116 haben, das sich in der Mitte der Halterung befindet. Das F-System 116 kann in einem Abstand von der Planscheibenmitte übersetzt werden, obwohl es auch in ähnlicher Weise wie das M-System 110 und das T-System 112 ausgerichtet sein kann.
Das Teil 12 kann starr mit der Halterung verspannt werden. Das Teil 12 kann ein entsprechendes Teil-Koordinatensystem „P” 118 haben, das sich in der Mitte des Teils 12 befindet und an dem M-System 110 ausgerichtet ist. In einer Ausführungsform kann der Nullpunkt des P-Systems 118 einen Abstand vom Nullpunkt des F-Systems 116 übertragen. Wenn sich die Planscheibe 46 durch einen Winkel B 114 um ihre Mitte dreht, drehen sich die Halterung und das Teil 12 gleichzeitig um die Mitte der Planscheibe. Wie dargestellt wird der Nullpunkt des F-Systems 116 (d. h. die Mitte der Halterung) nach einer Drehung eine neue Position 120 innerhalb des M-Systems 110 einnehmen und in ähnlicher Weise wird der Nullpunkt des P-Systems (d. h. die Mitte des Teils) eine neue Position 122 einnehmen. Per definitionem kann die Ausrichtung der Systeme P, F und T 118, 116, 112 jedoch an der Ausrichtung des M-Systems 110 ausgerichtet bleiben. Das F-System 116 kann auch als globales Koordinatensystem bezeichnet werden. Unter Verwendung dieser exemplarischen Beziehungen kann Gleichung 1 verwendet werden, um die Mitte des Teils innerhalb des Maschinensystems festzulegen (das heißt, den Nullpunkt des P-Systems 118) „M” 110, wobei die Planscheibe an der XZ-Ebene ausgerichtet ist (d. h. eine „B”-Planscheibe). Die „W” Werte in Gleichung 1 sind Werkstückkoordinaten.
Wie in Gleichung 1 verwendet, stellt der Punkt (Tx_B, Ty_B, Tz_B) die nominale Mitte der Planscheibe B dar (d. h. den Nullpunkt des T-Systems 112), wie gemessen vom Nullpunkt der Maschine (d. h. vom Nullpunkt des M-Systems 110). In ähnlicher Weise stellt der Punkt ( Fx₀, Fy₀, Fz₀) den Abstand zwischen der Mitte der Halterung (d. h. des Nullpunkts des F – Systems 116) und der Mitte der Planscheibe dar, wenn der Planscheibenwinkel B = 0 ist. Der Punkt (Px₀, Py₀, Pz₀) stellt den Abstand zwischen der Mitte des Teils (d. h. dem Nullpunkt des P-Systems 118) und der Mitte der Halterung dar, wenn der Planscheibenwinkel B = 0 ist.
Wie in 8–9 dargestellt, kann ein Merkmal 124 mit einem Werkzeug in das Teil 12 hineingearbeitet werden. Wie in 8 dargestellt, kann sich das Merkmal 124, während sich das Teil 12 durch den Winkel B 114 hindurch bewegt, innerhalb der Systeme P, Fund T 118, 116, 112 bewegen, ist aber grundsätzlich an Teil 12 befestigt.
Wie in 9 dargestellt, kann das CMM-Koordinatensystem 126 auf dem Teil 12 festgelegt werden und im Verhältnis zum Teil eine konstante Ausrichtung behalten. Daher kann sich das CMM-Koordinatensystem 126 ebenfalls drehen, während sich das Teil 12 durch den Winkel B 114 dreht. Auf diese Weise kann die Position des Merkmals 124 innerhalb des CMM-Systems 126 konstant bleiben. In einer Ausführungsform kann das CMM-Koordinatensystem 126 auf der Mitte des Teils positioniert werden und an dem Maschinenkoordinatensystem 110 ausgerichtet werden, wenn B = 0 ist. In Anbetracht dieser exemplarischen Koordinatendefinition kann die Gleichung 2 die Lage des Merkmals 124 innerhalb des Maschinenkoordinatensystems 110 darstellen, wobei (X_cmm, Y_cmm, Z_cmm) die Lage des Merkmals 124 innerhalb des CMM-Koordinatensystems 126 darstellen kann.
In einer Ausführungsform kann die Lage der Planscheibe (Tx_B, Ty_B, Tz_B) und/oder die Lage des Teils (Px₀, Py₀, Pz₀) innerhalb des Maschinenkoordinatensystems 110 versetzt werden, um Abweichungen zwischen der vom CMM gemessenen Lage eines Merkmals und der nominellen Lage des Merkmals entsprechend der technischen Zeichnung zu korrigieren. In ähnlicher Weise kann die Winkeldrehung der Planscheibe B versetzt werden, um Abweichungen zu korrigieren. Gleichung 3 stellt die Position eines Merkmals innerhalb des allgemeinen Koordinatensystems der Maschine 110 dar (wie in Gleichung 2 festgelegt), einschließlich der globalen Offsets (ΔTx_B, ΔTz_B), (ΔPx₀, ΔPy₀, ΔPz₀) und ΔB. Das globale Koordinatensystem 110 kann zum Beispiel unter Verwendung der Befehle G54 oder G55 des CNC-Codes festgelegt werden, die im Allgemeinen als „G-Code” bezeichnet werden.
Partielle Abweichungen können verwendet werden, um lineare bzw. Winkelverschiebungen zu lösen, wie in den Gleichungen 4–5 dargestellt.
Wie aus Gleichung 6 ersichtlich ist, kann die CNC-Konvention die lineare Einstellung in einer der CMM-Abweichung entgegengesetzten Richtung festlegen, wobei die Winkeleinstellung in derselben Richtung erfolgen kann wie die CMM-Abweichung. Wie in Gleichung 7 gezeigt, kann die gesamte Merkmalsabweichung, wie ausgedrückt im Maschinenkoordinatensystem „M” 110, die Summe der linearen und Winkelabweichungen sein. ΔM → = ΔM →_{global_feature_linear} + ΔM →_{global_feature_angular} Gleichung 6
Eine Kombination der Gleichungen 3–6 kann zu Gleichung 7 führen.
Während Gleichung 7 hilfreich ist bei der Beschreibung der Merkmalsabweichung in einem globalen Koordinatensystem 110, erfolgt die Messung der Merkmalsabweichung im CMM-Koordinatensystem 126. Daher kann Gleichung 7 über eine Koordinatentransformation im CMM-Raum geschrieben werden, wie dargestellt in den Gleichungen 8–10, wobei Gleichung 10 die Kompensationsformel für ein Ausführungsbeispiel eines globalen Offsets einer 4-achsigen B-Maschine ist.
Gleichung 10 kann als eine lineare Matrix neu geschrieben werden, wie in Gleichung 11 gezeigt.
Wie in Gleichung 11 verwendet, kann jedes Element in der Koeffizientenmatrix auf der rechten Seite der Gleichung anhand der Einrichtungs-Informationen 70 festgelegt werden (dargestellt in 6), die in Schritt 62 an den Kompensationsprozessor 20 gesendet werden. Die linke Seite der Gleichung 11 stellt die Differenz zwischen einem von der CMM für ein bestimmtes Merkmal gemessenen Maß und dem in einer technischen Zeichnung angegebenen Nennmaß dar. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Merkmalsabweichungen in einem CMM-Koordinatensystem 126 dargestellt, das am Maschinenkoordinatensystem 110 ausgerichtet ist, wenn B = 0 ist.
Das Teil 12 kann ein oder mehrere Merkmale enthalten, die nicht ohne weiteres mit Bezug zum CMM-Koordinatensystem 126 gemessen werden können. Beispielsweise kann das Teil 12 mehrere Merkmale beinhalten, die aus verschiedenen Daten dimensioniert sind. Aufgrund von Bedienerfreundlichkeit bzw. Maschinenzugänglichkeit muss das Teil 12 möglicherweise physisch manipuliert werden, um die entsprechenden CMM-Messungen zu erhalten. In einem solchen Fall muss der Kompensationsprozessor 20 möglicherweise alle Messungen wieder in das gemeinsame CMM-Koordinatensystem 126 übertragen (das möglicherweise auch an dem globalen Maschinenkoordinatensystem 110 ausgerichtet ist, wenn B = 0 ist. In einem Ausführungsbeispiel ist für die Übertragung aus einer Messung in einem unabhängig ausgerichteten Koordinatensystem auf eine Messung im CNN-Referenzrahmen möglicherweise eine Rotationstransformation erforderlich. Wie in der Technik bekannt ist, kann eine solche Drehungsübertragung durch eine Reihe von 1–3 einzelnen Drehungen um eine oder mehrere Achsen des anfänglichen Koordinatensystems zusammengesetzt werden. Exemplarische Drehungsübertragungen können ZYZ- oder ZYX-Drehungen beinhalten.
Während Gleichung 11 die allgemeine Korrektur/den allgemeinen Offset für ein einzelnes Merkmal beschreiben kann, enthält das Teil 12 in der Praxis möglicherweise eine Vielzahl an Merkmalen, von welchen jedes unterschiedliche Grade der Korrektur erfordern kann. Der Kompensationsprozessor 20 kann Gleichung 11 mehrere Male verwenden, um jede gemessene Abmessung für jede jeweilige Funktion zu beschreiben. Nochmals bezugnehmend auf 7 kann der Prozessor in Schritt 104 alle erzeugten Gleichungen in einen redundanten Satz von simultanen Gleichungen zusammenzustellen. Dieser Satz kann alle gemessenen Funktionsabweichungen zurück auf die sechs verfügbaren Offsets beziehen. Mit diesem Satz an Gleichungen können ebenfalls Messungen von mehr als einem Teil 12 (d. h. aus einer statistischen Stichprobe von Teilen) nachvollzogen werden.
Sobald der Satz von simultanen Gleichungen zusammengesetzt ist, kann der Kompensationsprozessor 20 daraufhin alle Gleichungen, die für die endgültige Lösung nicht relevant sind, löschen oder „leeren”. Wenn zum Beispiel eines aus der Vielzahl der Merkmale unvollständig oder nicht definiert ist, können die Gleichungen, die dieses bestimmte Merkmal beschreiben, aus dem Satz eliminiert werden.
Sobald ein entsprechender Satz simultaner Gleichungen entwickelt ist, der alle vorgesehenen Merkmale beschreibt, kann der Prozessor 20 einen Gewichtungsalgorithmus auf die verschiedenen Gleichungen und/oder Merkmale anwenden (Schritt 106). Der Gewichtungsalgorithmus kann bei der Lösung der allgemeinen Offsets die wichtigeren Merkmale priorisieren. Zum Beispiel kann ein Merkmal mit einer engeren Toleranz höher gewichtet werden, als ein Merkmal mit einer großzügigeren Toleranz. In einem Ausführungsbeispiel kann der Gewichtungsalgorithmus durch Dividieren beider Seiten der Gleichung 11 nach der Maßtoleranz 92 des betreffenden Merkmals arbeiten. Auf diese Weise werden Merkmale mit einer geringeren Toleranz deutlich besser gewichtet
In Schritt 108 kann der Kompensationsprozessor 20 kann Werte für die sechs Offset-Variablen bestimmen, die die in dem Satz von redundanten Gleichungen beschriebenen Merkmalsabweichungen festlegen. Eine solche Bestimmung kann über eine Optimierungsroutine auftreten, die Offset-Variablen wählen kann, die die ausgedrückten Abweichungen minimieren können. Exemplarische Optimierungsroutinen können einen Löser für die Anpassung mit Hilfe der Fehlerquadratmethode, eine lineare Programmierungs-Optimierungsroutine oder andere nummerische Optimierungsmethoden enthalten.
In einer Ausführungsform kann der Löser das System vor der Durchführung einer Optimierung auf die Existenz von Singularitäten überprüfen. Wenn der Löser erkennt, dass wahrscheinlich eine Singularität besteht, kann der Prozessor 20 den Benutzer alarmieren und/oder die gesetzte Gleichung ändern, um zusätzliche problematische Gleichungen zu eliminieren oder zu „leeren”.
Zusätzlich zur Berechnung globaler Offsets 24, wie mit Bezug auf 7 beschrieben, kann der Konpensationsprozessor 20 weiter so konfiguriert werden, dass einer oder mehrere lokale Merkmals-Offsets berechnet werden. Wie in 10 beschrieben, kann der Schritt zur Berechnung einer oder mehrerer CNC-Offsets 24 (Schritt 66 aus 5) daraus bestehen, dass zunächst optimale globale Offsets (wie oben beschrieben) und dann eine oder mehrere lokale Offsets berechnet werden, um verbleibende Merkmalsabweichungen zu verbessern. Der Kompensationsprozessor 20 kann eine oder mehrere Reihen global-lokaler Offset-Berechnungen durchlaufen, bis zum Beispiel die inkrementelle Veränderung kleiner ist als ein Schwellenwert.
Gleichung 12 ist ein Ausführungsbeispiel dafür, wie der lokale Offset unter Verwendung von G-Codes innerhalb des CNC-Werkzeugwegs programmiert werden kann. In der ersten Zeile ruft der Befehl G54 den globalen Offset ab, und in der zweiten Zeile definiert der G90G01-Befehl den Werkzeugweg (n_x, n_y, n_z) unter Angabe der Nennmaße und (Δx, Δy, Δz) des lokalen Offsets des Merkmals. G54 G90G01X[n_x + Δ_x]Y[n_y + Δ_y]Z[n_z + Δ_z] Gleichung 12
Nach der Ergänzung der globalen Offsets kann noch eine Restabweichung verbleiben, die für ein oder mehrere Merkmale vorhanden sein kann. Die Abweichung kann zunächst in einem oder mehreren CMM-Koordinatensystemen ausgedrückt werden, je nachdem, wie die Abweichungen gemessen wurden. Um verwendbar zu sein, muss die Abweichung jedoch von den verschiedenen CMM-Koordinatensystemen auf ein gemeinsames CMM-Koordinatensystem übertragen werden. Das gemeinsame CMM-Koordinatensystem kann entlang des Bearbeitungskoordinatensystems 110 ausgerichtet werden, wenn die Winkelposition der Planscheibe Null ist. In einer Ausführungsform kann die im ursprünglichen CMM-Koordinatensystem gemessene Merkmalsabweichung als (Dx_{r_CMM}, Dy_{r_CMM}, Dz_{r_CMM}) dargestellt werden, und die Merkmalsabweichung im gemeinsamen CMM-Koordinatensystem kann als (Dx_{r_com}, Dy_{r_com}, Dz_{r_com}) dargestellt werden. Daher kann Gleichung 13 die Übertragung der Merkmalsabweichung vom ursprünglichen CMM-Koordinatensystem zum gemeinsamen CMM-Koordinatensystem darstellen, wobei M_CMM=>com eine Transformationsmatrix darstellt.
Wie oben bereits erwähnt, müssen die Abweichungen vom gemeinsamen CMM-Koordinatensystem auf das globale CNC-Koordinatensystem 110, in welchem das Teil bearbeitet wird, übertragen werden. In einigen Fällen muss diese Übertragung möglicherweise die Richtwirkung der Planscheibendrehung nachvollziehbar machen, die nicht immer unbedingt der Drei-Finger-Regel folgt. Daher kann Gleichung 14 verwendet werden, um die Merkmalsabweichungen und/oder notwendigen Anpassungen (Ax_{r_glo}, Ay_{r_glo}, Az_{r_glo}) im globalen Koordinatensystem 110 auszudrücken. Wenn nur ein Teil 12 mit einem einzigen Merkmal vorhanden ist, kann die Anpassung als lokaler Offset betrachtet werden. Wenn es sich um mehr als ein Merkmal auf mehreren Teilen handelt, kann der Offset als gewichteter Durchschnitt aller Anpassungen betrachtet werden.
Wie zu erkennen ist, werden die Gleichungen 1–14 zu exemplarischen Zwecken dargestellt. Während diese Gleichungen globale Offsets für ein 4-achsiges CNC-System mit einer Planscheibe B darstellen, kann ein Fachmann in ähnlicher Weise Gleichungen entwickeln, die Offsets für andere Planscheiben-Konfigurationen darstellen (z. B. 4-achsige A- oder C-Planscheiben).
Mit Bezug auf 10 kann eine Ausführungsform des Verfahrens für die Berechnung eines oder mehrerer CNC-Offsets 24 (Schritt 66) beinhalten: Berechnung einen globalen Offsets aus CMM-Daten, die in Schritt 64 empfangen wurden (Schritt 130); analytische Anwendung der globalen Offsets auf die abgeleiteten Systemgleichungen und die Berechnung der Restabweichungen (Schritt 132); Berechnung eines lokalen Offsets für ein oder mehrere Merkmale (Schritt 134); Berechnung der Restabweichungen und deren Hinzufügen zu den Nennmaßen (Schritt 136); Kumulierung der inkrementellen globalen und lokalen Offsets 130, 134 für allgemeine globale und lokale Offsets (Schritt 138); und Wiederholung, wenn die inkrementelle Änderung der Offsets nicht unterhalb einer Schwelle ist (Schritt 140).
Die Berechnung der inkrementellen globalen Offsets (Schritt 130) kann ähnlich sein wie das in 7 beschriebene Verfahren und kann enthalten: die Bezugnahme auf Restabweichungsdaten, wie von den CMM-Messungen 22 für ein Koordinatensystem der CNC-Maschine (Schritt 102) bereitgestellt; Entwicklung einer Reihe von Gleichungen, die Merkmalsabweichungen und verfügbare Offsets (Schritt 104) miteinander in Beziehung setzen; Gewichtung eines oder mehrerer Merkmale des Teils 12 gemäß einem Grad der Signifikanz (Schritt 106) und Optimierung von Offset-Variablen zur Minimierung der allgemeinen Merkmalsabweichungen von den nominell festgelegten Abmessungen (Schritt 108).
Sobald die inkrementellen globalen Offsets festgelegt sind, kann der Kompensationsprozessor 20 die Abweichungen bestimmen, die für jedes Merkmal zu erwarten sind, nachdem die Planscheibe, das Teil und/oder die Winkelattribute um die berechneten inkrementellen globalen Offsets (d. h. Schritt 132) erweitert wurden. Dann kann der Kompensationsprozessor 20 Merkmal für Merkmal anhand dieser Restabweichungen die inkrementellen lokalen Offsets berechnen.
Wo mehrere Merkmale und Teile innerhalb eines Referenzrahmens gemeinsame Attribute haben, kann der lokale Offset als gewichteter Durchschnitt der Restabweichungen über die verschiedenen Merkmale und Teile berechnet werden. In einer Ausführungsform kann der gewichtete Durchschnitt bestimmt werden, indem jede Abweichung durch die entsprechende Toleranz des Maßes geteilt wird. Als solche wird ein Merkmal mit einer kleineren Toleranz im gewichteten Durchschnitt wichtiger sein als ein Merkmal mit einer größeren Toleranz.
Sobald die inkrementellen globalen und lokalen Offsets berechnet sind, können sie zu allen vorherigen Offsets aus Schritt 138 hinzugefügt werden. An dieser Stelle kann der Kompensationsprozessor prüfen, ob die inkrementellen Änderungen an den Offsets unter einem bestimmten Schwellenwertbetrag (Schritt 140) liegen und die globalen Offsets (Schritt 130) neu berechnen, wenn dies nicht der Fall ist. Ein exemplarischer Schwellenwert für die inkrementelle Änderung kann 0,001 sein.
Unter Bezugnahme auf 5 kann der Kompensationsprozessor 20 die globalen und/oder lokalen Offsets, sobald sie berechnet sind (Schritt 66), an das CNC-Bearbeitungssystem 14 ausgeben sowie auch verschiedene Formen von Leistungsdaten an den Benutzer. Je nach Integrationsgrad zwischen Kompensationsprozessor 20 und CNC-Bearbeitungssystem 14 werden die Offsets 24 entweder direkt dem CNC-Bearbeitungssystem 14 zur Verfügung gestellt oder einem Techniker angezeigt, damit er sie manuell eingibt, wie z. B. über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI). In beiden Ausführungsformen können die Offsets 24 dazu dienen, ein oder mehrere Koordinatensysteme, die im CNC-Code definiert sind, anzupassen. Wie oben beschrieben können die globalen Offsets, die zum Beispiel aus einer Optimierungsroutine stammen, dazu verwendet werden, Lage und/oder Ausrichtung von Teil 12 als Ganzes anzupassen. Andere lokale Offsets können vom Kompensationsprozessor 20 abgeleitet werden und können ein oder mehrere lokale Merkmale von Teil 12 individuell anpassen.
Wie in 11 dargestellt, kann der Kompensationsprozessor 20 neben der Ausgabe der verschiedenen CNC-Offsets 24 auch die Leistungsdaten 150 berechnen und an den Benutzer ausgeben. Die Leistungsdaten 150 können die Abweichungen vor und nach den Korrekturen zusammenfassen und/oder vergleichen und in tabellarischer Form 152 bzw. in einer Grafikform 154 zusammengefasst werden. In einer Ausführungsform können die Leistungsdaten 150 Änderungen der Merkmalsabweichungen als Prozentwert der bereitgestellten Toleranz für dieses Merkmal analysieren. Die Leistungsdaten 150 können die Änderungen Merkmal für Merkmal und/oder als durchschnittliche Abweichung für das Teil aufzeichnen.
Bei 5-achsigen CNC-Maschinen, wie gezeigt in den 3D und 3E, enthalten die Gleichungen für die Berechnung der Kompensation fünf globale Offsets auf neun Kompensationsvariablen. Die 5-achsigen Kompensationsgleichungen werden vom Kompensationsprogramm anhand der Daten ausgeführt, die von den CMM-Messungen eines oder mehrerer Werkstücke bereitgestellt werden, und ähneln den Gleichungen für 4-achsige CNC-Maschinen.
Die Kompensationsgleichung für den globalen Offset für die 5-achsige A-auf-B-Maschine, wie dargestellt auf 3D, wird unten als Gleichung 15 dargestellt.
Wobei (Wx, Wy, Wz, Wa, Wb) die Definition der globalen Werkstückkoordinate ist, die zur Kompensation der CNC-Maschine 214 verwendet wird. Wobei (Tx_A, Ty_A, Tz_A) die nominale Mitte der A-Planscheibe 226 ab der Mitte der B-Planscheibe 228 ist. Wobei (Tx_B, Ty_B, Tz_B) die nominale Mitte der B-Planscheibe 228 ab der Mitte der CNC-Maschine 214 ist. Wobei (Px₀, Py₀, Pz₀) die nominale Mitte der Halterung ab der Mitte der A-Planscheibe 226 ist. Die A- und B-Einträge sind die jeweiligen Nenndrehpositionen der Planscheibe.
Die 5-Achsen-Gleichungen enthalten neun verschiedene globale Kompensationsvariablen, von welchen jede durch das Zeichen „Δ“ in Gleichung 15 erkennbar ist. Es gibt zwei Planscheiben-Offsetvariablen (ΔTy_A, ΔTz_A) für den Versatz der A-Planscheibe 226 in Y- und Z-Richtung. Es gibt zwei Planscheiben-Offsetvariablen (ΔTx_B, ΔTz_B) für den Versatz der B-Planscheibe 228 in Y- und Z-Richtung.
Es gibt drei Halterungs-Offsetvariablen (ΔPx₀, ΔPy₀, ΔPz₀) für den Versatz einer Halterung, die an der A-Planscheibe 226 befestigt ist, in Y- und Z-Richtung. Schließlich gibt es zwei Drehungs-Offsetvariablen: eine Drehungs-Offsetvariable ΔA in Richtung A und eine Drehungs-Offsetvariable ΔB in Richtung B.
Wie hier beschrieben, werden die globalen (und lokalen) Variablen als Parameter in ein Kompensationsprogramm in der CNC-Maschine 214 eingegeben. Parameter sind die Einbindung von globalen und lokalen Offsetvariablen in die sonst feste G-Code-Programmierung.
Die Kompensationsgleichung für den globalen Offset für die 5-achsige B-auf-A-Maschine, wie dargestellt auf 3E, wird unten als Gleichung 16 dargestellt.
Wobei (Wx, Wy, Wz, Wa, Wb) die Definition der globalen Werkstückkoordinate ist, die zur Kompensation der CNC-Maschine 214 verwendet wird. Wobei (Tx_A, Ty_A, Tz_A) die nominale Mitte der A-Planscheibe 226 ab der Mitte der CNC-Maschine 214 ist. Wobei (Tx_B, Ty_B, Tz_B) die nominale Mitte der B-Planscheibe 228 ab der Mitte der A-Planscheibe 226 ist. Wobei (Px₀, Py₀, Pz₀) die nominale Mitte der Halterung ab der Mitte der B-Planscheibe 228 ist. A und B sind die nominalen Drehpositionen.
Es gibt zwei Planscheiben-Offsetvariablen (ΔTy_A, ΔTz_A) für den Versatz der A-Planscheibe 226 in Y- und Z-Richtung. Es gibt zwei Planscheiben-Offsetvariablen (ΔTx_B, ΔTz_B) für den Versatz der B-Planscheibe 228 in Y- und Z-Richtung. Es gibt drei Halterungs-Offsetvariablen (ΔPx₀, ΔPy₀, ΔPz₀) für den Versatz einer Halterung, die an der A-Planscheibe 226 befestigt ist, in Y- und Z-Richtung. Schließlich gibt es zwei Drehungs-Offsetvariablen: eine Drehungs-Offsetvariable ΔA in Richtung A und eine Drehungs-Offsetvariable ΔB in Richtung B.
Es sei darauf hingewiesen, dass die neun Variablen für die globale Kompensation für 5-achsige A-auf-B- und die 5-achsige B-auf-A-CNC-Maschine 214 identisch sind, wie aus 3D und 3E hervorgeht. Unabhängig von der betreffenden Konstellation der 5-achsigen CNC-Maschine 214 werden die neun globalen Kompensationsvariablen kombiniert, um die Lage des Werkstücks innerhalb des festen G-Code-Programms der CNC-Maschine 214 zu versetzen, damit die hergestellten Werkstücke sich so weit als möglich an die Konstruktion des Teils angeglichen werden. Der Kompensationsprozessor kann die Werte für die globalen Kompensationsvariablen anhand von ähnlichen Lösungen, wie den dargestellten, im Vergleich zu den oben dargestellten 4-achsigen Gleichungen festlegen oder lösen.
Über die globalen Offsetvariablen können Starrkörperbewegungen von Teil 12 und von der CNC-Maschine 214 zum Ziel genommen werden. Die globalen Offsetvariablen kompensieren außer den geometrischen Fehlern der Maschinenkonstruktion die Unvollkommenheiten und Ausrichtungsfehler von Halterung und Planscheiben (oder der einzelnen Planscheibe). Die globalen Offsetvariablen können Verzerrungen des Teils 12 zum Beispiel aus folgenden Gründen und ohne Einschränkung korrigieren: Einspanndruck, Schnittkräfte, Werkzeug-Seitenlast, Temperaturschwankung, Linderung von Restspannungen und Montagefehler.
Jeder Vorfall oder jede Wiederholung des Versatzes der CNC-Maschine 214 kann als die Änderung einer ersten Werkstückkoordinaten-Definition in eine zweite Werkstückkoordinaten-Definition betrachtet werden. Die Änderung von der ersten Werkstückkoordinaten-Definition zur zweiten Werkstückkoordinaten-Definition ändert physisch die Position der Werkstücke in der CNC-Maschine 214.
Dabei ist auch zu beachten, dass die neun globalen Kompensationsvariablen für jedes Merkmal des Teils 12, das zu jedem Werkstück bearbeitet wird, identisch sind. Einzelne Merkmale oder Gruppen von Merkmalen können jedoch lokale Offsets erfordern, die nur für diese Merkmale auf die globalen Offsets gelegt werden müssen. Daher verlagern die lokalen Offsets vorübergehend die Position der CNC-Maschine 214 während der Implementierungsprogramme nur für diese einzelnen Merkmale oder Gruppen von Merkmalen. Die Funktionsprogramme für die einzelnen Merkmale oder Gruppen von Merkmalen können auch als eine Teilmenge aller Merkmalsprogramme bezeichnet werden, während die Merkmalsprogramme, die durch die globalen Offsets betroffen sind, den gesamten Satz von Merkmalsprogrammen umfassen.
Die lokalen Offsets werden auf Restfehler angewendet, die die globalen Offsets nicht kompensieren können, in der Regel, weil sie nur im Hinblick auf bestimmte Merkmale auftreten, im Gegensatz zu allen Merkmalen von Teil 12. In einigen Fällen kompensieren die lokalen Offset-Variablen die primären Fehler dieser Merkmale, weil die lokalen Verzerrungen/Fehler der Merkmale größer sind als die globalen Verzerrungen/Fehler, das heißt, dass die lokalen Offsets nicht notwendigerweise kleiner sein müssen als die globalen Offsets.
Daher kann die Ermittlung der Kompensation auch die Ermittlung der lokalen Offsetvariablen für bestimmte Merkmale oder Gruppen von Merkmalen enthalten, die auf die globalen Offsetvariablen gelegt werden. Die lokalen Kompensationsvariablen werden zusätzlich zur Definition der Werkstückkoordinaten verwendet, die aus den globalen Kompensationsvariablen generiert werden. Die lokalen Kompensationsvariablen haben oft die Form einer kleinen Anpassung an den Nennwert des Koordinatensystems und dienen zur Feinabstimmung der Kompensation für ein bestimmtes Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen, die alle in der gleichen Planscheiben-Position (bei 4-achsigen Maschinen) oder in einer kombinierten Planscheiben-Position (bei 5-achsigen Maschinen) bearbeitet werden.
Die lokalen Offsetvariablen gelten nur für bestimmte Merkmale oder Gruppen von Merkmalen, die in den gleichen Planscheibenwinkeln (A und B) bearbeitet werden. Für Funktionen, die lokale Offsetvariablen verwenden, zeigt Gleichung 17 die Überlagerung der lokalen Offsets auf die globalen Offsets.
In Gleichung 17 (Wx_li, Wy_li, Wz_li) ist die i. lokale Koordinatendefinition, für ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen „i”, sodass ein erstes Merkmal, das einen lokalen Offset benötigt, die lokale Koordinatendefinition bei (Wx_l1, Wy_l1, Wz_l1) festlegt. Die globale Definition der Werkstück-Koordinaten (Wx, Wy, Wz) stammt entweder von Gleichung 15 oder Gleichung 16, sodass die lokalen Offsetvariablen über die globalen Offsetvariablen gelegt werden, die die globale Definition der Werkstück-Koordinaten festlegt. Die lokalen Offsetvariablen (ΔLx, ΔLy, ΔLz) sind die lokalen Offsets in X-, Y- und Z-Richtung.
Es gibt keinen Drehungsoffset für die lokalen Merkmalsoffsets. Der Drehungsoffset wird im globalen Offset nachvollzogen. Der lokale Offset kann nur auf Merkmale angewendet werden, die in einer gemeinsamen Planscheibenposition für eine 4-achsige Maschine oder in einer gemeinsamen kombinierten Planscheibenposition für eine 5-achsige Maschine gefräst werden. In vielen Fällen können die lokalen Offsetvariablen auf alle Merkmale in der spezifischen kombinierte Drehungsposition angewendet werden.
12 zeigt ferner als schematische Darstellung eines Kompensationsverfahrens 300 die Implementierung der Kompensationsberechnungen in die feste G-Code-Programmierung einer CNC-Maschine, wie die 4-achsigen CNC-Maschinen 14 gemäß 3a–3C, bzw. die 5-achsigen CNC-Maschinen 214 wie dargestellt in 3D und 3E oder in anderen mehrachsigen steuerbaren Systemen, wie Robotern. Ein Block 310 zeigt bearbeitete Werkstücke. Diese Werkstücke haben mindestens einen Fräsvorgang auf der CNC-Maschine durchlaufen, sodass sie von Rohlingen zu fertigen (oder teilweise fertigen) Werkstücken geworden sind. Diese Werkstücke stellen verschiedene Beispiele für die Produktion der CNC-Maschine 214 dar und können verwendet werden, um die Genauigkeit des Verfahrens im Verhältnis zu den definierten Eigenschaften des produzierten Teils 12 festzulegen.
Ein Block 312 stellt die CMM-Analyse dar. In dieser Phase des Kompensationsverfahrens 300 werden ein oder mehrere der bearbeiteten Werkstücke einer Messung durch ein CMM-Gerät unterzogen, wie dem CMM 18 in 4. Die CMM-Analyse kann die Messung und Aufzeichnung von Abmessungen und Merkmalen sowie der relativen Lagen und Beziehungen der Merkmale beinhalten, sodass die bearbeiteten Werkstücke mit der Teilekonstruktion und den Toleranzen verglichen werden können, die den einzelnen Merkmalen zugeordnet sind. Das CMM-Gerät oder ein zugeordneter Computer erzeugt Daten aus den Messungen der bearbeiteten Werkstücke und kann Fehlerdaten anhand der Abweichungen von dem Teil 12 erzeugen.
Ein Block 314 stellt die Verwendung der Kompensationsgleichungen dar, um Kompensation zu bestimmen, die benötigt wird, um die aktuellen oder nachfolgenden Werkstücke, die von der CNC-Maschine 214 hergestellt wurden, zu verbessern. Die Kompensationsbestimmung kann in einem Kompensationsprozessor, wie zum Beispiel einem Laptop-Computer, Desktop-Computer oder Tablet-Gerät stattfinden, der die CMM-Daten aus der CMM-Analyse in Block 312 empfangen kann. Wie hier beschrieben, werden die Kompensationsgleichungen verwendet, um die spezifischen globalen und lokalen Variablen für den Offset der CNC-Maschine 214 zu identifizieren.
Ein Block 316 stellt eine Schnittstelle zwischen dem Computer, der die Variablen für die Kompensation bestimmt, und der CNC-Maschine 214 dar. Je nach Konfiguration kann die Schnittstelle eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) beinhalten, ein USB-Laufwerk, eine direkte Verbindung, Kombinationen davon oder andere Kommunikationsmittel (einschließlich drahtloser Kommunikationsprotokolle). Ein Beispiel einer verwendbaren HMI zur Übertragung von globalen und lokalen Variablen an die CNC-Maschine 214 wird in 13 dargestellt.
Ein Block 318 stellt Register dar, die in die CNC-Maschine 214 eingebaut sind, die einen Zugang zum festen G-Code der CNC-Maschine 214 bereitstellen. Die Register sind Datenhalteplätze oder Anweisungen, über die die von den Kompensationsgleichungen berechneten Variablen in einem festen G-Code-Kompensationsprogramm implementiert werden können, ohne dass das G-Code-Kompensationsprogramm selbst verändert wird. Durch den Einsatz von eingebauten Registern kann der feste G-Code der CNC-Maschine 214 auf die globalen und lokalen Kompensationsvariablen zugreifen, ohne dass ein G-Code der CNC-Maschine 214 neu programmiert werden muss.
Ein Block 320 stellt das CNC-Ausgleichsprogramm dar, auf das über die Register zugegriffen wird. Ein illustratives Beispiel eines CNC-Kompensationsprogramms für die 5-achsige, A-auf-B-CNC-Maschine 214 ist in Tabelle 1 unten dargestellt. Die durch den Kompensationsprozessor bestimmten globalen und lokalen Variablen werden durch die Register gesendet und dann als Parameter des CNC-Kompensationsprogramms innerhalb der CNC-Maschine 214 eingegeben. Die neun globalen Offsetvariablen werden in den Gleichungen 15 und 16 dargestellt und entsprechen den neun globalen Parameter innerhalb des CNC-Kompensationsprogramms. Für einzelne Merkmale, die eine Kompensation erfordern, gibt es drei lokale Offsetvariablen, die drei lokalen Parametern innerhalb des CNC-Kompensationsprogramms entsprechen.
Im CNC-Kompensationsprogramm werden die globalen Parameter (für die globalen Offsets) zuerst eingegeben, sie sind für das gesamte Teil konsistent. Dann werden die lokalen Parameter (für die lokalen Offsets) über die globalen Parameter gelegt, und zwar nur dann, wenn für bestimmte Merkmale oder Gruppen von Merkmalen benötigt. Daher werden die globalen Parameter für alle Merkmale des Teils implementiert und lokale Parameter werden nur für bestimmte Merkmale des Teils realisiert, wenn lokale Variablen bestimmt wurden.
Ein Block 322 stellt die Ausführung des CNC-Teileprogramm zur Bearbeitung von Werkstücken an der CNC-Maschine 214 dar. Die Ausführung des Teileprogramms erfolgt mit der CNC-Maschine 214 mit einem Offset aus der Werkstückkoordinatendefinition, wie gezeigt durch die Gleichungen 15 und 16, sowie mit einem Offset durch die lokale Koordinatendefinition, falls erforderlich, wie gezeigt durch Gleichung 17. Die CNC-Maschine 214 arbeitet auf einem Koordinatensystem, das auf der Basis der globalen und lokalen Offsetparameter, die über die Register eingegeben wurden, versetzt ist, d. h. die CNC-Maschine 214 bewegt sich anhand dieser Parameter. Daher wird die Leistung der CNC-Maschine 214 verbessert, ohne das G-Code-Programm zu ändern oder die CNC-Maschine 214 neu zu kalibrieren.
Der Block 322 kann auch betrachtet werden als oder aufgebrochen werden in eine Reihe von Merkmalsprogrammen, von welchen jedes einzelne eine bestimmte Funktion oder eine Oberfläche des Teils erzeugt. Der Block 322 überprüft erneut das Kompensationsprogramm für alle erforderlichen lokalen Offsetparameter in Bezug auf die spezifische Untergruppe von Merkmalsprogrammen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt umgesetzt werden. Bei Bedarf werden die lokalen Offsets dann über die globalen Offsets gelegt, die ständig für alle Merkmalsprogramme laufen. Die Qualität der durch das CNC-Teileprogramm erstellten bearbeiteten Werkstücke kann dann anhand einer CMM-Analyse geprüft werden, um weitere Daten für die Kompensationsbestimmung bereitzustellen. 12 veranschaulicht, wie die Verwendung von Parametern innerhalb fester G-Codes die Leistung der CNC-Maschine 214 verbessert, ohne dass die Programmierung verändert werden muss.
Die CNC-Maschine 214 kann so konfiguriert werden, dass mehrere unterschiedliche Teile oder mehrere Varianten des gleichen Teils hergestellt werden. In einer solchen Konfiguration können die globalen Offsetparameter in allen Teilen oder Variationen konsistent sein. Darüber hinaus können einige der lokalen Offset-Parameter konsistent sein, insbesondere bei ähnlichen Teilen oder Teilvariationen.
13 zeigt eine illustrative Mensch-Maschinen-Schnittstelle (HMI) 400. In 13 wird die HMI 400 als interaktiver Bildschirm oder Display dargestellt. Die HMI-400 ist ein Beispiel für ein Interface-System für die Kommunikation zwischen einem Kompensationsprozessor, der die globalen und lokalen Kompensationsvariablen bestimmt, und der CNC-Maschine 214, die die Kompensation ausführt, indem sie die Werkstück-Koordinatendefinition, wie in Gleichung 17 gezeigt, versetzt.
Wie in 13 dargestellt enthält die HMI 400 enthält Beschreibungen 410 von Variablen 412. Die Variablen 412 entsprechen dem in einem Kompensationsprogramm verwendeten G-Code, wie in Tabelle 1 dargestellt. Eine Spalte mit aktuellen Werten 414 und eine Spalte mit Anpassungen 416 sind ebenfalls enthalten. Eine direkte Upload-Taste 420 kann auch in der HMI-400 enthalten sein.
Die HMI 400 zeigt auch zwei Optionen für den Schnittstellenblock 316 von 12. Wie anhand der HMI 400 gezeigt, kann ein Bediener oder Benutzer Werte für jede der neun globalen Variablen und die zwei dargestellten lokalen Merkmalsvariablen eingeben, entweder in die Felder für die aktuellen Werte 414 oder für die Anpassungen 416 der HMI 400, beispielsweise mit einer Tastatur oder einem Tastenfeld. In vielen Konfigurationen ist die HMI 400 Teil der CNC-Maschine 214, sie kann aber auch ein Computer sein, der mit der CNC-Maschine 214 verbunden ist und mit ihr kommuniziert. Der Bediener kann die globalen und lokalen Kompensationsvariablen basierend auf Lösungen für die Kompensationsgleichungen erhalten, die innerhalb eines Kompensationsprozessors als Teil des Kompensationsbestimmungsblocks 314 auftreten.
Alternativ kann der Bediener ein USB-Daten Gerät an die Maschine anschließen und alle Variablen über die Direktupload-Taste 420 von dem direkten USB-Datengerät 420 in die Felder hochladen. Alternativ stellt die Direktupload-Taste 420 eine direkte Kabelverbindung oder drahtlose Verbindung zwischen dem Kompensationsprozessor und der HMI 400 dar oder kann durch diese ersetzt werden. Die Direktverbindung erlaubt entweder eine kontinuierliche Zuführung von Kompensationsvariablen in die aktuellen Werte 414 oder in die Anpassungen 416 oder ein selektives Ausfüllen der Felder des HMI 400 durch den Bediener, ohne dass dieser ein USB-Datengerät anschließen oder die Variablenwerte per Hand eingeben muss.
Zusätzlich zu den neun globalen Kompensationsvariablen, die mit Namen dargestellt werden und mit den entsprechenden variablen Nummern #800–#808 versehen sind, zeigt die HMI 400 zwei exemplarische lokale Merkmalsvariablen-Sätze. Zwei lokale Merkmale – „Local1 mfg hole” und “Local2 dowel AB” – enthalten jeweils drei lokale Variablen für den Versatz der CNC-Maschine 214 während der maschinellen Bearbeitung dieser spezifischen Merkmale. Die Variablen #809–#811 werden verwendet, während das erste Merkmal bearbeitet wird, und die Variablen #812–#814 werden verwendet, während das zweite Merkmal bearbeitet wird. Die Eingabe anderer lokaler Variablen für andere lokale Merkmale können nur auftreten, wenn diese Variablen in der gesamten Programmierung benötigt werden, oder alle lokalen Variablen können in die HMI 400 eingegeben werden, wobei während der Bearbeitung der relevanten lokalen Merkmale nur auf die benötigten, spezifischen, Variablen zugegriffen wird. Obwohl das Beispiel der dargestellten HMI 400 nur zwei lokale Merkmale enthält, können zahlreiche zusätzliche Funktionen in das Kompensationsprogramm aufgenommen werden.
Die HMI 400 zeigt, wie die Werte der Variablen für die Eingabe in die CNC-Maschine 214 als Parameter des G-Codes vorbereitet werden, ohne die G-Code-Programmierung zu ändern. Es wird darauf hingewiesen, dass die HMI 400 verwendet werden kann, um die Kompensation sowohl von A-auf-B- als auch von B-auf-A-CNC-Maschinen 214 zu ändern, ohne Veränderung oder Einstellung, da die globalen Kompensationsvariablen für beide Planscheibenkonfigurationen gleich sind.
In Tabelle 1 wird ein Beispiel für ein Fanuc-G-Code-Kompensationsprogramm gezeigt, das die Verwendung von Parametern innerhalb des festen G-Codes von 5-achsigen A-auf-B-CNC-Maschinen 214 veranschaulicht. Das Kompensationsprogramm in Tabelle 1 veranschaulicht die Verwendung von Parametern innerhalb des G-Codes, um die Variablen, die vom Kompensationsprozessor festgelegt wurden, einzuarbeiten, wie beispielsweise im Block 314 von 12. Die Variablen werden für die Verwendung durch das Kompensationsprogramm über eine Schnittstelle kommuniziert, wie beispielsweise die HMI 400, dargestellt in 13 dargestellt. Obwohl Tabelle 1 die Integration der globalen und lokalen Parameter in die Programmiersprache Fanuc veranschaulicht, ist dieselbe Technik auch auf andere Steuerungstypen anwendbar, wie beispielsweise Siemens. Tabelle 1:
Die Einarbeitung der Parameter wird durch den Vergleich von Gleichung 15, der HMI 400 und des Kompensationsprogramms in Tabelle 1 dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass beispielsweise Zeile N100 des Kompensationsprogramms das Werkstück der X-Achsen-Position (Wx) aus Gleichung 15 verfolgt. Es ist zu beachten, dass Teile des Fanuc-Codes hier so dargestellt werden können, dass die SIN- und COS-Funktionen als Markierer zwischen den Zeilen verwendet werden.
Der erste Abschnitt der N100-Zeile enthält die Variablen mit den Nummern #802 und #804, die dem globalen B-Planscheiben-Offset X und dem globalen Halterungsoffset X, wie in HMI-400 gezeigt, entsprechen. Die Parameter 802 und 804 im G-Code ermöglichen die globalen Variablen ΔTx_B und ΔPx₀, deren Werte in die entsprechenden Felder der HMI 400 eingegeben wurden, um in die Werkstück-Koordinatendefinition des Kompensationsprogramms aufgenommen zu werden. Der Rest der Zeile N100 enthält den Rest der Daten, die erforderlich sind, um Wx zu setzen.
Für die Umsetzung von lokalen Variablen, wenn diese für bestimmte Merkmale bei einer festen Planscheibenposition erforderlich sind, enthält das Kompensationsprogrmm lokale Parameter. Zum Beispiel enthält Zeile N220 die lokalen Parameter für das erste Merkmal, welches die Bohrung „Local1 mfg hole” ist, die in der HMI 400 angezeigt wird. Die lokalen Parameter werden über die globalen Parameter gelegt, indem sie nur für das spezifische Merkmal hinzugefügt werden, wenn dieses bearbeitet wird.
Die Parameter, die in der HMI-400 gezeigt, von dem festen G-Code verwendet und in Tabelle 1 dargestellt werden, sind die Variablen #809–#814. Diese Variablen enthalten zwei Sätze von Offsets jeweils für ein erstes und ein zweites Merkmal („Local1 mfg hole” und „Local2 dowel AB”). Die Sets enthalten für jedes lokale Merkmalsoffset eine Bewegung in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung, für deren Verwendung während der maschinellen Bearbeitung dieser lokalen Merkmale.
Es ist zu beachten, dass zusätzliche lokale Merkmale und ihre jeweiligen Sätze von x-, y- und z-Bewegungen auch in das Kompensationsprogramm aufgenommen werden können. Zum Beispiel kann ein weiterer Bildschirm der HMI 400 möglicherweise eine ähnliche Struktur haben, erlaubt aber die Eingabe von Offsets für ein drittes Merkmal (Local3), ein viertes Merkmal (Local4) und dergleichen.
Auch hier ist zu beachten, dass die globalen und lokalen Kompensationsvariablen in das Kompensationsprogramm des festen G-Code als globale und lokale Parameter eingegeben werden, auf die über Register zugegriffen wird. Das Kompensationsprogramm selbst wird nicht verändert.
Die globalen und lokalen Parameter können zwischen den verschiedenen Maschinenzeilen gleich sein und unterschiedliche, aber ähnliche CNC-Maschinen 214 verwenden, um das Teil 12 herzustellen. Die Werte, die in die globalen und lokalen Variablen über die HMI 400 eingegeben werden, können jedoch anders sein, da jede der verschiedenen CNC-Maschinen 214 andere Fehler haben kann. Wäre dies nicht der Fall, würde die Versetzung jeder der CNC-Maschinen 214 würde bedeuten, dass in jeder Maschine andere, speziell zugeschnittene Kompensationsprogramme installiert werden müssten.
Die HMI 400 und Tabelle 1 veranschaulichen auch eine Makrostruktur zur Programmierung der CNC-Maschine 214, die den Zugriff auf das Kompensationsprogramm über Register für mehrere Teile 12 oder für mehrere Variationen des Teils 12 vereinfacht. Zum Beispiel zeigt die HMI 400 eine spezifische Variation namens „Part3803-Var6”, aber durch die gleiche Makrostruktur des Kompensationsprogramms kann auf zusätzliche Variationen des Teils 12 zugegriffen werden. Zum Beispiel kann „Part3803-Var6” eine 6-Zylinder-Version von Teil 12 sein, und über einen anderen Bildschirm der HMI können Offsets für „Part3803-Var8” eingegeben werden, das eine 8-Zylinder-Version von Teil 12 sein kann.
Tabelle 1 zeigt Abruf oder Auswahl bestimmter Vergütungsprogramme für bestimmte Variationen der Teile 12. Die Zeile N010 wird spezifiziert, um das Kompensationsprogramm mit einem „TYPE RANGE” zu versorgen, der das spezifische Teil 12 identifiziert, für welches das Kompensationsprogramm die Position der CNC-Maschine 214 verschiebt. Deshalb weist die Zeile N010 das Kompensationsprogramm an, auf den Bildschirm oder die Datenbank der HMI 400 zuzugreifen, um das „Part3803-Var6”-Programm aufzurufen.
In automatisierten Prozessen kann der Typbereich (auch als Gruppenbereich oder globaler Bereich bezeichnet) auf den eingehenden Werkstücken durch Markierer identifiziert werden (wie QR oder Barcodes). Zum Beispiel kann ein eingehendes Werkstück gekennzeichnet werden, damit die CNC-Maschine 214 erkennt, dass das Werkstück für den Typbereich „Part3803-Var8” vorgesehen ist. Die CNC-Maschine 214 gibt dann diesen Typbereich in die Zeile N010 ein und zieht für diese spezifische Variation des Teils 12 die globalen Kompensationsvariablen aus der HMI-400.
Dadurch kann das gleiche, feste Kompensationsprogramm für eine Vielzahl von unterschiedlichen Teilen 12 oder Variationen von Teil 12 bestimmte Kompensationsoffsets nach oben ziehen – und die CNC-Maschine 214 darauf basierend physisch verschieben. Zeilen N100–N140 von Tabelle 1 zeigen, wie das Kompensationsprogramm die globalen Kompensationsvariablen aus der HMI 400 zieht. Die globalen Kompensationsvariablen oder -parameter werden verwendet, um die Position der CNC-Maschine 214 für alle Merkmalsprogramme zu verschieben, die ausgeführt werden, um „Part3803-Var6” herzustellen.
Darüber hinaus sind das in Tabelle 1 dargestellte Vergütungsprogramm und damit die entsprechende Schnittstelle HMI 400 so konfiguriert, dass bei Bedarf die verschiedenen Sätze lokaler Offsets aufgerufen bzw. ausgewählt werden. Wie zum Beispiel in Zeile N220 gezeigt, zieht das Kompensationsprogramm einen ersten Satz lokaler Variablen (#809, #810 und #811, was Verschiebungen in x-, y- und z-Richtung darstellt) aus der HMI-400. Während die CNC-Maschine 214 in der Folge andere lokale Merkmale bearbeitet, die lokale Offsets erfordern, kann das Kompensationsprogramm auf andere Sätze lokaler Kompensationsvariablen zugreifen – hier ist darauf hinzuweisen, dass nicht alle Merkmale lokale Offsets benötigen und viele durch die globale Kompensation bereits ausreichend versetzt sind. Verschiedene Variationen von Teil 12 können die gleichen globalen oder lokalen Offsets verwenden, was Verarbeitungsaufwand und Datenspeichervolumen für die HMI 400 verringert.
Wie hier beschrieben, agiert das feste Kompensationsprogramm (Tabelle 1 ist ein Beispiel hierfür) als Makroprogrammierungsstruktur für die CNC-Maschine 214, im Wesentlichen unabhängig von Teil 12, das von der CNC-Maschine 214 hergestellt wird. In das Kompensationsprogramm eingebaute Register ermöglichen jedoch den Offset verschiedener Teile 12 über die Schnittstelle (HMI 400 ist ein Beispiel hierfür). Daher kann eine einzige CNC-Maschine 214 mit einem einzigen Kompensationsprogramm mit einer einzigen Schnittstelle über Register in dem einzigen Kompensationsprogramm kommunizieren, um die CNC-Maschine 214 für eine Vielzahl von unterschiedlichen Teilen 12 oder Variationen der Teile 12 zu versetzen, ohne erhebliche Ausfallzeiten oder Neuprogrammierungszeiten.
Während die besten Ausführungsformen der dargelegten Methoden, Verfahren und Strukturen im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute schnell erkennen, dass es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen für diese dargelegten Methoden, Verfahren und Strukturen gibt, die sich im Rahmen der angefügten Ansprüche befinden. Alle Richtungsangaben (z. B. oben, unten, oben, unten, links, rechts, nach links, nach rechts, oben, unten, vertikal und horizontal) werden nur zu Identifikationszwecken verwendet, um dem Leser beim Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu helfen, und erzeugen keine Beschränkungen, insbesondere bezüglich der Position, Orientierung oder Verwendung der offengelegten Methoden, Verfahren und Strukturen. Es ist beabsichtigt, dass alle in der obigen Beschreibung enthaltenen oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Gegenstände als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu interpretieren sind.

Claims

System für den Versatz eines computergesteuerten nummerischen (CNC) Herstellungsverfahrens, bestehend aus: einer computergesteuerten nummerischen (CNC) Maschine mit einem festen Kompensationsprogramm, das konfiguriert ist, um eine erste Werkstückkoordinaten-Definition bereitzustellen; und einer Schnittstelle, die konfiguriert ist, um eine Vielzahl an Kompensationsvariablen zu erhalten und die Kompensationsvariablen an die CNC-Maschine zu kommunizieren, worin das feste Kompensationsprogramm der CNC-Maschine so konfiguriert ist, dass die Kompensationsvariablen von der Schnittstelle als Kompensationsparameter eingegeben werden, worin das feste Vergütungsprogramm konfiguriert ist, um die erste Werkstückkoordinaten-Definition anhand der Kompensationsparameter an eine zweite Werkstückkoordinaten-Definition anzupassen, und worin die CNC-Maschine konfiguriert ist, um eine Position anhand der zweiten Werkstück-Koordinatendefinition physisch zu verlagern.
System nach Anspruch 1, worin die Kompensationsvariablen über Register von der Schnittstelle an die CNC-Maschine übertragen werden, die in das feste Kompensationsprogramm der CNC-Maschine eingebaut sind.
System nach Anspruch 2, worin die CNC-Maschine konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Merkmalsprogrammen auszuführen, und worin die an die CNC-Maschine gelieferten Kompensationsvariablen globale Kompensationsvariablen enthalten, die auf alle Merkmalsprogramme angewendet werden, sowie lokale Kompensationsvariablen, die nur auf Teilmengen der Merkmalsprogramme angewendet werden.
System nach Anspruch 3, worin die lokalen Kompensationsvariablen zu der zweiten Werkstück-Koordinatendefinition nur dann hinzugefügt werden, wenn die Teilmengen der Merkmalsprogramme umgesetzt werden, sodass die zweite Werkstück-Koordinatendefinition aufgrund der Anwendung lokaler Kompensationsvariablen variiert.
System nach Anspruch 4, weiter umfassend: einer Koordinatenmessmaschine (CMM), die konfiguriert ist, um bearbeitete Werkstücke und Ausgabefehlerdaten zu messen; und einem Kompensationsprozessor, der konfiguriert ist, um die Kompensationsvariablen aus den Fehlerdaten zu ermitteln und sie an die Schnittstelle zu übertragen.
System nach Anspruch 1, worin die CNC-Maschine konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Merkmalsprogrammen auszuführen, und worin die an die CNC-Maschine gelieferten Kompensationsvariablen globale Kompensationsvariablen enthalten, die auf alle Merkmalsprogramme angewendet werden, sowie lokale Kompensationsvariablen, die nur auf Teilmengen der Merkmalsprogramme angewendet werden.
Verfahren für den Offset einer computergesteuerten Maschine, umfassend: das Senden von Kompensationsvariablen an eine Schnittstelle, worin die Kompensationsvariablen globale und lokale Variablen enthalten; die Eingabe der Kompensationsvariablen über die Schnittstelle in die computergesteuerte Maschine, worin die Kompensationsvariablen über Register eines festen Kompensationsprogramms eingegeben werden; das Ausführen des festen Kompensationsprogramms zum physischen Versatz der computergesteuerten Maschine basierend auf den globalen und lokalen Variablen; und das Ausführen einer Pluralität von Merkmalsprogrammen, worin die globalen Variablen alle Merkmalsprogramme und die lokalen nur eine Teilmenge der Merkmalsprogramme versetzen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Ausführung des festen Kompensationsprogramms zum physischen Versatz der computergesteuerten Maschine Folgendes beinhaltet: das Verschieben der computergesteuerten Maschine in lineare Richtungen und mindestens eine Drehrichtung als Reaktion auf globale Variablen; und das Verschieben der computergesteuerten Maschine nur in lineare Richtungen, mit festen Rotationsrichtungen, als Reaktion auf lokale Variablen.
Verfahren für den Offset einer computergesteuerten Maschine, die eine Vielzahl von Teilevariationen herstellt, umfassend: das Speichern von Kompensationsvariablen für eine erste und eine zweite Teilevariation in einer Schnittstelle, wobei die Schnittstelle mit einem festen Kompensationsprogramm kommuniziert, das über die computergesteuerte Maschine ausführbar ist; das Ausführen einer ersten Vielzahl von Merkmalsprogrammen für die erste Teilevariation, einschließlich: die Eingabe eines ersten Typbereichs für die erste Teilevariation in das feste Kompensationsprogramm; das Senden eines ersten globalen Variablensatzes von der Schnittstelle zum festen Kompensationsprogramm in Reaktion auf den ersten Typbereich; das Verschieben einer physischen Position der CNC-Maschine anhand des ersten globalen Variablensatzes für Merkmalsprogramme der ersten Pluralität; das Senden eines ersten lokalen Variablensatzes von der Schnittstelle zum festen Kompensationsprogramm; das Verschieben einer physischen Position der CNC-Maschine anhand des ersten lokalen Variablensatzes für eine erste Teilmenge der ersten Pluralität von Merkmalsprogrammen; das Senden eines zweiten lokalen Variablensatzes von der Schnittstelle zum festen Kompensationsprogramm; und das Verschieben einer physischen Position der CNC-Maschine anhand des zweiten lokalen Variablensatzes für eine zweite Teilmenge der ersten Pluralität von Merkmalsprogrammen; das Ausführen einer zweiten Vielzahl von Merkmalsprogrammen für die zweite Teilevariation, einschließlich: die Eingabe eines zweiten Typbereichs für die zweite Teilevariation in das feste Kompensationsprogramm; das Senden eines zweiten globalen Variablensatzes von der Schnittstelle zum festen Kompensationsprogramm in Reaktion auf den zweiten Typbereich; das Verschieben einer physischen Position der CNC-Maschine anhand des zweiten globalen Variablensatzes für Merkmalsprogramme der zweiten Pluralität; das Senden eines dritten lokalen Variablensatzes von der Schnittstelle zum festen Kompensationsprogramm; das Verschieben einer physischen Position der CNC-Maschine anhand des dritten lokalen Variablensatzes für eine zweite Teilmenge der ersten Pluralität von Merkmalsprogrammen; das Senden eines vierten lokalen Variablensatzes von der Schnittstelle zum festen Kompensationsprogramm; und das Verschieben einer physischen Position der CNC-Maschine anhand des vierten lokalen Variablensatzes für eine zweite Teilmenge der zweiten Pluralität von Merkmalsprogrammen;
Verfahren nach Anspruch 9, worin der erste und der zweite globale Variablensatz Verschiebungen in mindestens eine x-Richtung, eine y-Richtung, eine z-Richtung, eine erste und eine zweite Achsendrehung enthalten; und worin der erste, zweite, dritte und vierte lokale Variablensatz Verschiebungen in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung enthalten, aber keine Verschiebungen der ersten und der zweiten Achsendrehung.