DE102017126243A1

DE102017126243A1 - System und verfahren zum kompensieren von mehrachsigen fertigungssystemen

Info

Publication number: DE102017126243A1
Application number: DE102017126243.1A
Authority: DE
Inventors: Jie Gu; John S. Agapiou
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2018-05-17
Also published as: US20180136626A1; CN108073132A

Abstract

Ein computergesteuertes Bearbeitungssystem ist vorgesehen und beinhaltet eine mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass ein Werkstück basierend auf einem Teiledruck hergestellt wird, der die Soll-Abmessungen für das Werkstück angibt. Ein dimensionales Messgerät ist so konfiguriert, dass es die vermessenen Bemaßungen des Werkstücks aufnimmt oder bestimmt. Ein Kompensationsprozessor ist so konfiguriert, dass er die vermessenen Bemaßungen aus dem dimensionalen Messgerät entnimmt und mit den Soll-Abmessungen vergleicht und eine Vielzahl von Abweichungssätzen aus einem derartigen Vergleich ermittelt. Der Kompensationsprozessor übergibt die Abweichungssätze an die mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung, die basierend auf den Abweichungssätzen ein Maschinenkoordinatensystem verschiebt.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein System und Verfahren zum Berechnen und Implementieren der globalen und lokalen Kompensation für mehrachsige computergesteuerte Fertigungssysteme. Systeme für maschinelle Bearbeitung mit (CNC)-Steuerung und andere computergesteuerte Systeme, wie Roboter, können in industriellen Umgebungen verwendet werden, um Werkstücke nach bestimmten Plänen maschinell genau zu bearbeiten. Oft werden diese Pläne in einem computergestützten Konstruktionspaket entwickelt und können in Form von Konstruktionszeichnungen oder Teiledruck 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 Werkstück und Werkzeug überwachen und seine Position im Verhältnis zum Werkstück über eine präzise Servomotor-Steuerung steuern.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein computergesteuertes Bearbeitungssystem ist vorgesehen. Das Bearbeitungssystem beinhaltet eine mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass ein Werkstück basierend auf einem Teiledruck hergestellt wird, der die Nennmaße für das Werkstück angibt.
Ein dimensionales Messgerät ist so konfiguriert, dass es die gemessenen Abmessungen des Werkstücks erfasst. Ein Kompensationsprozessor ist so konfiguriert, dass er die vermessenen Bemaßungen aus dem dimensionalen Messgerät entnimmt und mit den Soll-Abmessungen vergleicht und eine Vielzahl von Abweichungssätzen aus einem derartigen Vergleich ermittelt. Der Kompensationsprozessor übergibt die Abweichungssätze an die mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung, die basierend auf den Abweichungssätzen ein Maschinenkoordinatensystem verschiebt.
In einigen Konfigurationen berechnet der Kompensationsprozessor aus den Abweichungssätzen eine Vielzahl von Kompensationsvariablen und überträgt die Kompensationsvariablen an die mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung. In einer derartigen Konfiguration verschiebt die mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung das Maschinenkoordinatensystem basierend auf den Kompensationsvariablen.
In einigen Konfigurationen kann der Kompensationsprozessor so konfiguriert sein, dass er die Kompensationsvariablen über Register in der G-Code Programmierung der mehrachsigen Bearbeitungsvorrichtung an die mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung überträgt. Einige Konfigurationen können neun Kompensationsvariablen aufweisen, wobei jedoch weniger oder zusätzliche Kompensationsvariablen integriert werden können.
Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen ganz offensichtlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen und der besten Arten zum Ausführen der beschriebenen Verfahren, Strukturen und Prozesse, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor.
Figurenliste

FIG. f1 ist ein schematisches Diagramm eines Systems für die Kompensierung der Maßgenauigkeit eines maschinell bearbeiteten Teils.
2 ist eine schematische Draufsicht eines Teils oder Werkstück, das zu einem Teiledruck mit einer Vielzahl von Merkmalen hergestellt wurde.
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines dimensionalen Messgerätes, das eine Koordinatenmessmaschine (CMM) ist.
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer 5-achsigen A-auf-B CNC-Fräse, die eine Ausführungsform eines mehrachsigen Fertigungssystems oder eines Werkzeugs darstellt, das mit den hierin beschriebenen Verfahren verwendbar ist.
5 ist eine schematische Darstellung einer Vielzahl von Referenzkoordinatensystemen innerhalb eines CNC-Bearbeitungssystems.
6 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines computergesteuerten Algorithmus oder eines Verfahrens zur elektronischen Kompensierung eines mehrachsigen Fertigungssystems aus dimensionalen Messdaten.
7A ist eine schematische perspektivische Ansicht einer 6-achsigen Maschine, die eine A-auf-B-Tisch-CNC-Fräse mit einer drehbaren Spindel ist und mit den hierin beschriebenen Verfahren verwendbar ist.
7B ist eine schematische perspektivische Ansicht einer 7-achsigen Maschine, die eine C-auf-B-Tisch-CNC-Fräse mit zwei drehbaren Achsen ist und mit den hierin beschriebenen Verfahren verwendbar ist.
7C ist eine schematische perspektivische Ansicht einer 6-achsigen Maschine, die eine Drehmaschine mit zweiachsiger Spindel ist und mit den hierin beschriebenen Verfahren verwendbar ist.
7D ist eine schematische perspektivische Ansicht eines mehrachsigen Roboters, der mit den hierin beschriebenen Verfahren verwendbar ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung, worin Referenznummern zur Identifizierung von im Allgemeinen ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Ansichten, wo immer möglich, verwendet werden. 1 ist ein exemplarisches System 10 für die Kompensierung der Maßgenauigkeit eines maschinell bearbeiteten Werkstücks 12.
Wie dargestellt, kann das System 10 ein computergesteuertes Fertigungswerkzeug 14 beinhalten, das beispielsweise ein computergesteuertes nummerisches (CNC) Bearbeitungssystem oder Werkzeug oder ein Roboter sein kann. Das Fertigungswerkzeug 14 erzeugt durch einen oder mehrere Bearbeitungsschritte eine oder mehrere Merkmale 16, wie zum Beispiel eine Bohrung, auf dem Werkstück 12.
Wie hierin in Bezug auf die FIGS. 4 und 7A-7D veranschaulicht, ist das Fertigungswerkzeug 14 repräsentativ für zahlreiche Geräte- und Systemtypen. In exemplarischen Ausführungsformen kann das Fertigungswerkzeug 14 eine 5-achsige CNC-Fräse oder ein 7-achsiger Fertigungsroboter sein. Das Fertigungswerkzeug 14 kann Prozesse beinhalten, ist jedoch nicht beschränkt auf Schneiden, Planfräsen, Honen, Bohren oder Schweißen, um das Werkstück 12 herzustellen.
Das Werkstück 12 wird mit dem Fertigungswerkzeug 14 basierend auf einem Teiledruck hergestellt, der eine zwei- oder dreidimensionale Konstruktionszeichnung oder ein technisches Modell sein kann. Der zum Erstellen des Werkstücks 12 verwendete Teiledruck ist repräsentativ für einen einzigen Satz von Konstruktionsmerkmalen, oft dargestellt durch eine einzige Teilenummer. Einige oder alle der Konstruktionsmerkmale werden vom Fertigungswerkzeug 14 oder von einer Kombination mehrerer Systeme, an einer Vielzahl von Werkstücken 12 umgesetzt. Im Allgemeinen, wie hierin verwendet, ist ein Teil ein Satz von Konstruktionsmerkmalen, die durch den Teiledruck repräsentiert werden, und ein Werkstück ist ein einzelnes Material, das vom Fertigungswerkzeug 14 in eine physische Darstellung des Teils umgewandelt wird. Mehrere Werkstücke 12 können nacheinander durch das Fertigungswerkzeug 14 zum Erstellen des Teils geführt werden.
In Produktionsumgebungen können eine Vielzahl von Fertigungssystemen oder Fertigungswerkzeugen 14 verwendet werden, um (im Wesentlichen gleichzeitig) mehrere Werkstücke 12 zu bearbeiten, so dass es mehrere parallele Linien gibt, die das Werkstück 12 basierend auf einem gemeinsamen oder im Wesentlichen gemeinsamen Teiledruck erzeugen.
Sobald eine oder mehrere Merkmale 16 in einem oder mehreren der Werkstücke 12 bearbeitet wurden, kann eine Messvorrichtung, wie beispielsweise eine Koordinatenmessmaschine oder CMM 18, eine oder mehrere Maße eines oder mehrerer der daraus resultierenden Werkstücke 12 messen. Jede gemessene Abmessung kann mit einer festgelegten Bezugs- oder Kontrollfläche verglichen werden, die in einem entsprechenden Teiledruck des Werkstücks 12 angegeben werden kann. Die technische Zeichnung kann eine Sollabmessung für jede Messung angeben und auch weitere zulässige Toleranzen vorsehen.
Darüber hinaus kann jedes Fertigungswerkzeug 14 in der Lage sein, eine Vielzahl von verschiedenen Werkstücken 12 mit verschiedenen Teiledrucken von Konstruktionsmerkmalen und unterschiedlichen Funktionen herstellen. Darüber hinaus kann jedes Fertigungswerkzeug 14 auch so konfiguriert werden, dass verschiedene Variationen des Werkstücks 12 hergestellt werden.
Das System 10 kann ferner einen Kompensationsprozessor 20 beinhalten, der dazu konfiguriert ist, Messdaten 22 vom CMM 18 zu erhalten und einen oder mehrere allgemeine CNC-Offsets und eine oder mehrere Kompensationsvariablen 24 zu berechnen, wie globale Offsets und lokale Offsets. Der Kompensationsprozessor 20 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung ein COMP-Softwarepaket (Optimierung von Prozessen in der maschinellen Bearbeitung) beinhalten, das beim Berechnen von einem oder mehreren Kompensationsvariablen 24 helfen kann. Das Bestimmen der Kompensationsvariablen 24 wird im Folgenden näher beschrieben. Nach dem Berechnen können die Kompensationsvariablen 24 in das Fertigungswerkzeug 14 geladen werden, um die Maßgenauigkeit des Bearbeitungsverfahrens zu verbessern.
Der Kompensationsprozessor 20, das CMM 18, das Fertigungswerkzeug 14 und alle anderen hierin verwendeten Computer oder Steuerungssysteme sind mit ausreichenden rechnerischen Ressourcen und Komponenten ausgestattet, um die hierin beschriebenen Verfahren und Techniken sowie andere damit zusammenhängende Funktionen auszuführen. Der Kompensationsprozessor 20, die CMM 18 und das Fertigungswerkzeug 14 verfügen zum Beispiel über ausreichend Speicher, Verarbeitungs- und Kommunikationsmöglichkeiten, um alle Berechnungen, Datenverarbeitung und Maschinensteuerung durchzuführen, um die Werkstücke 12 herzustellen und das darauf basierende Fertigungswerkzeug 14 zu kompensieren. Zusätzliche computergestützte Vorrichtungen können in das System 10 integriert werden, das über ausreichende Hard- und Software zur Ausführung der hierin beschriebenen Verfahren, Prozesse und Algorithmen sowie über alle weiteren Verfahren, Prozesse oder Algorithmen verfügt, die für Fachleute auf dem Gebiet der Technik erkennbar sind.
Wie im Allgemeinen in 2 dargestellt, kann das Werkstück 12 eine Vielzahl von Merkmalen beinhalten, einschließlich eines ersten Hohlraums 26, eines zweiten Hohlraums 28 und eines dritten Hohlraums 30, die einzeln oder gemeinsam auf die Merkmale 16 bezogen werden können. Jedes Merkmal kann durch ein Fertigungswerkzeug 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. So kann beispielsweise der Abstand zwischen dem ersten Hohlraum 26 und einer Kante 32 eine erste Abmessung 34 definieren. Ebenso kann der Abstand zwischen dem zweiten Hohlraum 28 und der Kante 32 eine zweite Abmessung 36 definieren.
Die CMM 18 produziert Messdaten aus dem Werkstück 12. Weicht eine Abmessung eines oder mehrerer Bearbeitungsmerkmale (z. B. die Abmessung 34 oder die Abmessung 36) von den im Teiledruck angegebenen Nennabmessungen ab, berechnet der Kompensationsprozessor aus den Abweichungen zwischen den Sollabmessungen und den gemessenen Abmessungen Abweichungssätze.
Die vom Kompensationsprozessor 20 zur Verfügung gestellten Kompensationsvariablen 24 können den Bearbeitungsprozess verändern und versuchen, die Abweichung zu reduzieren. Bei vielen CNC-Bearbeitungssystemen werden Teilefehler durch mechanisch einstellbare Maschinenkomponenten kompensiert. Die Maschine kann auf Schienen montiert und durch Verdrehen der Einstellschrauben verfahrbar sein, sodass ein Fehler, bei dem die Abmessung A um 0,02 % in x-Richtung ausfällt, durch Verdrehen einer bestimmten Schraube mechanisch kompensiert wird, bis ein bestimmter Abschnitt der Maschine 0,02 % der Abmessung A in die entgegengesetzte Richtung verschiebt.
Diese mechanischen Einstellungen sind jedoch an der Maschine möglicherweise nicht einfach durchzuführen, sodass eine reguläre Einstellung nicht möglich ist. Die mechanischen Einstellungen können auch auf große Teile, wenn nicht die gesamte Maschine, anwendbar sein. Zudem können einzelne Komponenten nicht einzeln mechanisch einstellbar sein. Wenn beispielsweise die X-Achse eines A-Tisches in einer 5-achsigen A-auf-B-Fräse eine Verstellung von 0,01 Zoll benötigt, kann die einzige Möglichkeit für eine mechanische Verstellung darin bestehen, die X-Achse des B-Tisches, auf der sich der A-Tisch befindet, zu verschieben, was zusätzliche, unerwünschte Versätze zum B-Tisch zur Folge haben kann.
Im Gegensatz dazu ist das System 10 für die elektronische Kompensierung gegenüber der mechanischen Verstellung ausgelegt. Das System 10 kann wahlweise eine große Menge von Koordinatensystemen und eine große Menge von Einzelachsen elektronisch verschieben, ohne andere Koordinatensysteme oder Achsen zu verändern. Mithilfe des vorstehenden Beispiels kann das System 10 das Fertigungswerkzeug 14 anweisen, das Koordinatensystem nur des A-Tisches um 0,01 Zoll entlang seiner X-Achse elektronisch zu verschieben, wenn der A-Tisch seine X-Achse um 0,01 Zoll anpassen muss.
Die elektronische Kompensierung des Fertigungswerkzeugs 14 wird durch Gleichung 1 veranschaulicht, die Teilefehler mit elektronischen Verschiebungen vereinheitlicht, die Teilefehler korrigieren. $Δ {\vec{M}}_{c m m} = - Δ {\vec{M}}_{G l o b a l e_M e r k m a l_l i n e a r e n} + Δ {\vec{M}}_{G l o b a l e_M e r k m a l_e c k i g e n}$
Die linke Seite von Gleichung 1 stellt Abweichungen dar, die durch die CMM 18 an einem oder mehreren der Werkstücke 12 gemessen wurden, bezogen auf die Spezifikationen für den Teiledruck der Merkmale 16. Die rechte Seite von Gleichung 1 stellt die (linearen und eckigen) elektronischen Verschiebungen dar, die vom Fertigungswerkzeug 14 zur Kompensation dieser Fehler eingesetzt werden. Wenn die rechte Seite von Gleichung 1 gleich der linken Seite ist, kompensiert das Fertigungswerkzeug 14 elektronisch alle physikalischen Fehler des Fertigungswerkzeugs 14 oder Teile davon, die zum Herstellen der Werkstücke 12 beitragen. Diese elektronische Kompensierung kann die Notwendigkeit einer mechanischen Verstellung des Fertigungswerkzeugs 14 überflüssig machen und ist präziser als diese.
In einer Ausführungsform beinhalten die Kompensationsvariablen 24 zwei Arten von Offsets, die zum Reduzieren von Abweichungen verwendet werden können: globale Offsets und lokale Offsets (beachten Sie, dass beide gleichzeitig verfügbar und umgesetzt werden können). Ein globaler Offset kann den Nullpunkt und/oder die Ausrichtung eines Maschinenkoordinatensystems 38, also des nicht bewegten Basiskoordinatensystems, das die Beziehung aller anderen Komponenten, einschließlich sich drehender oder beweglicher Tische oder Spindeln, zum Fertigungswerkzeug 14 selbst definiert. Das Werkstück 12 oder der Teiledruck, auf dem das Werkstück 12 basiert, wird über ein Teilekoordinatensystem 40 mit dem Maschinenkoordinatensystem 38 verbunden.
Die Merkmale 16, wie zum Beispiel der erste Hohlraum 26, der zweite Hohlraum 28 und der dritte Hohlraum 30, können in Bezug auf das Teilekoordinatensystem 40 dimensioniert oder positioniert werden, dessen Ursprung in einem Mittelpunkt des Teils liegen kann oder auf einem wichtigen Merkmal 16 des Teils basiert. Einzelne Merkmale, wie beispielsweise durch den dritten Hohlraum 30 veranschaulicht, können bestimmte Koordinatensysteme, wie beispielsweise ein Merkmalskoordinatensystem 42, spezifizieren. Das Teilekoordinatensystem 40 kann auch als globales Koordinatensystem bezeichnet werden, da es allen Merkmalen 16 zugeordnet ist.
Der globale Offset kann alle Positionen des ersten Hohlraums 26, des zweiten Hohlraums 28 und des dritten Hohlraums 30 im Werkstück 12 und in Bezug auf das Fertigungswerkzeug 14 verändern. Dabei kann der globale Offset ähnlich einer starren Körperverschiebung oder -drehung in Bezug auf das gesamte Werkstück 12 und das Werkstückkoordinatensystem 40 sein.
Ein lokaler Offset kann dagegen ein einzelnes Merkmal 16 oder eine Gruppe von Merkmalen 16 durch Ändern der Sollabmessungen und -positionierung des Fertigungswerkzeugs 14 für nur dieses spezielle Merkmal oder diese Gruppe von Merkmalen selektiv anpassen. Wie in 2 dargestellt, können einige der ersten Hohlräume 26, 28 und 30 Sollpositionen aufweisen, die im Verhältnis zu ihren lokalen Zentren oder Koordinatensystemen definiert sind und die wiederum im Verhältnis zum Maschinenkoordinatensystem 38 positioniert werden können. Daher kann der lokale Offset die Sollposition der lokalen Zentren innerhalb des Maschinenkoordinatensystems 38 ohne Auswirkungen auf andere Merkmale anpassen.
Auch wenn der globale Offset eine Starrkörper-Bewegung ist, kann er das WerkstückKoordinatensystem 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 beispielsweise das Werkstück 12 nicht hinreichend starr ist, um den Spannkräften und/oder dem Druck des Schneidwerkzeugs während des Bearbeitungsverfahrens zu widerstehen, kann sich das Werkstück 12 elastisch verformen. Sobald die Kräfte nicht mehr vorhanden sind, kann das Werkstück 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 16 (d. h. während der Bearbeitung) anpassen, sodass es genau positioniert ist, sobald alle elastischen Belastungen entfernt sind. Der lokale Offset ist nur für ein bestimmtes Merkmal 16 oder eine Gruppe von spezifischen Merkmalen 16 anwendbar.
Zusätzliche Erläuterungen und Beschreibungen globaler und lokaler Offsets finden sich in dem am 13. August 2013 erteilten US-Patent Nr. 8,509,940 und in der am 7. April 2016 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/093,032 , die beide hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
3 veranschaulicht eine Ausführungsform des CMM 18, das als dimensionales Messgerät für die hierin beschriebenen Verfahren eingesetzt werden kann. Eine CMM 18 eine Sonde 50 beinhalten, die von einem Messprozessor 54 nummerisch in einem dreidimensionalen CMM-Koordinatensystem 52 angeordnet sein kann. Die Sonde 50 kann so bewegt werden, dass sie physischen Kontakt mit dem Werkstück 12 aufnimmt, zu welchem Zeitpunkt der Messprozessor 54 eine dreidimensionale Position aufnehmen kann. Durch den Vergleich mehrerer aufgezeichneter Positionen kann der Messprozessor 54 eine oder mehrere Abstände oder Abmessungen der maschinell bearbeiteten Werkstücke aufzeichnen, die erzeugt wurden, um dem Werkstück 12 zu gleichen. Alternativ kann ein optisches oder laserdimensionales Messgerät die Abmessungen der vom Fertigungssystem erstellten bearbeiteten Werkstücke messen und melden.
Die CMM 18 meldet, zeichnet auf oder gibt Messdaten aus, die durch den Kompensationsprozessor 20 verwendbar sind. Unter Verwendung der hierin beschriebenen Verfahren bestimmt der Kompensationsprozessor 20 globale und lokale Offsets, die als Kompensationsvariablen 24 kommuniziert und zur elektronischen Kompensierung des Fertigungswerkzeugs 14 verwendet werden.
Unter Bezugnahme auch auf 4, und mit weiterem Bezug auf die FIGS. 1-3 ist eine Ausführungsform des Fertigungswerkzeugs 14 veranschaulicht, das im Allgemeinen als 5-achsige A-auf-B-CNC-Maschine oder -Fräse bezeichnet werden kann. Beachten Sie, dass mit den hierin beschriebenen Verfahren und Techniken auch andere Ausführungsformen des Fertigungswerkzeugs 14 verwendet werden können.
In der in 4 dargestellten Konfiguration des Fertigungswerkzeugs 14 ist eine Frässpindel 74 für drei Verschiebungsgrade im Vergleich zu einem veranschaulichenden x-y-z-Koordinatensystem 75 geeignet. Ein A-Tisch 76 sitzt auf einem B-Tisch 78 und das Werkstück 12 kann fixiert werden, z. B. mit einem figurierten (nicht dargestellten) A-Tisch 76. Die Drehung entweder um den A-Tisch 76 oder den B-Tisch 78 kann als Drehung um eine erste Achse oder eine zweite Achse angesehen werden.
Auch in Bezug auf 5, und mit weiterem Bezug auf die FIGS. 1-4 ist eine schematische Darstellung mehrerer Koordinatensysteme und deren Verstellungen dargestellt. Beachten Sie, dass die hierin beschriebenen Verfahren und Techniken zwar auf ein dreidimensionales System anwendbar sind, 5 jedoch auf ein zweidimensionales System vereinfacht ist.
Wie in 5 veranschaulicht, kann das Fertigungswerkzeug 14 ein natives, unabhängiges Koordinatensystem aufweisen, das als Maschinensystem 110, absolutes Maschinensystem M oder einfach M-System bezeichnet werden kann. Das Maschinensystem 110 des Fertigungswerkzeugs 14 kann ein stationäres Koordinatensystem an der ursprünglichen Ausgangsstellung der Maschine sein und seine positiven Richtungen können als die Richtungen der Maschinenbewegungen eingestellt sein. Darüber hinaus kann die CMM 18 in der dargestellten Konfiguration jede Messung als GD&T-Werte (geometrische Bemaßung und Toleranz) aufzeichnen, die mit einem beliebigen CMM-Koordinatensystem (nicht separat dargestellt) ausgerichtet sind.
In 5 ist der Nullpunkt eines Tisch-Koordinatensystems, das auch als Tischsystem 112 oder T-System bezeichnet werden kann, im Maschinensystem 110 dargestellt. Das Tischsystem 112 kann auf dem Drehpunkt von einem der Maschinentische, wie beispielsweise dem A-Tisch 76 oder dem in 4 dargestellten B-Tisch 78, ausgerichtet werden. Der Nullpunkt des Tischsystems 112 kann vom Nullpunkt des Maschinensystems 110 übertragen werden und kann in ähnlicher Weise ausgerichtet sein kann wie das Maschinensystem 110. Der Tisch kann um die Tischmitte (d. h. den Nullpunkt des Tischsystems 112) durch einen veränderlichen Winkel 114 drehen.
In vielen Konfigurationen kann eine Halterung auf dem Maschinentisch positioniert werden, um das Werkstück 12 zu positionieren und zu fixieren. Die Halterung kann ein entsprechendes Halterungs-Koordinatensystem aufweisen, das als Halterungssystem 116 oder F-System bezeichnet werden kann, das sich in der Mitte der Halterung befindet. Das Halterungssystem 116 kann in einem Abstand von der Tischmitte übersetzt werden, obwohl es auch in ähnlicher Weise wie das Maschinensystem 110 und das Tischsystem 112 ausgerichtet sein kann.
Das Werkstück 12 kann starr sein, oder im Wesentlichen starr an der Halterung verspannt sein. Das Werkstück 12 kann ein entsprechendes Teilekoordinatensystem aufweisen, das als Teilesystem 118 oder P-System bezeichnet werden kann. Das Teilesystem kann sich in der Mitte des Werkstücks 12 befinden, oder es kann sich an einer bestimmten Stelle des Werkstücks 12 befinden und mit dem Maschinensystem 110 ausgerichtet sein.
In einer Ausführungsform kann der Nullpunkt des Teilesystems 118 einen Abstand vom Nullpunkt des Halterungssystems 116 übertragen. Wenn sich der Maschinentisch durch einen veränderlichen Winkel 114 um seine Mitte dreht, drehen sich die Halterung und das Werkstück 12 gleichzeitig um die Mitte des Tisches. Wie dargestellt, nimmt der Nullpunkt des Halterungssystems 116 (d. h. die Mitte der Halterung) innerhalb des Maschinensystems 110 eine neue Halterungsposition 120 ein. Ebenso nimmt der Nullpunkt des Teilesystems 118 (d. h. die Teilemitte) eine neue Teileposition 122 ein. Die Ausrichtung des Teilesystems 118, des Halterungssystems 116 und des Tischsystems 112 (d. h. des P-, F- und T-Systems) kann jedoch mit der Ausrichtung des Maschinensystems 110 übereinstimmen, wie in 5 veranschaulicht. Das Teilesystem 118 kann auch als globales Koordinatensystem bezeichnet werden.
Mittels dieser exemplarischen Abhängigkeiten kann mit Gleichung 2 der Nullpunkt des Teilesystems 118 (z. B. die Teilemitte) innerhalb des Maschinensystems 110 definiert werden. Die „W“-Werte in Gleichung 2 sind die Werkstück-Koordinatenpositionen, die den Nullpunkt des Teilesystems 118 innerhalb des Maschinensystems 110 definieren. ${\begin{matrix} W x = (T x_{B}) + (T x_{A} + P x_{0}) cos B \\ - [(T z_{A}) - (P y_{0}) sin A + (P z_{0}) cos A] sin B \\ W y = (T y_{B} + T y_{A}) + (P y_{0}) cos A + (P z_{0}) sin A \\ W z = (T z_{B}) + (T x_{A} + P x_{0}) sin B \\ + [(T z_{A}) - (P y_{0}) sin A + (P z_{0}) cos A] cos B \\ W_{A} = A \\ W_{B} = B \end{matrix}$
Wie in Gleichung 2 verwendet, stellt der Punkt (Tx_B, Ty_B, Tz_B) die nominale Mitte des B-Tisches 78 dar, wie vom Nullpunkt der Maschine (d. h. vom Nullpunkt des Maschinensystems 110) gemessen.
Ebenso stellt der Punkt (Tx_A, Ty_A, Tz_A) die nominale Mitte des A-Tisches 76 dar, wie vom Nullpunkt der Maschine (d. h. vom Nullpunkt des Maschinensystems 110) gemessen. Es ist zu beachten, dass entweder der A-Tisch 76 oder der B-Tisch 78 das in 5 dargestellte Tischsystem 112 repräsentieren können, da diese Darstellung zweidimensional ist. Der Punkt (Fx₀, Fy₀, Fz₀) stellt den Abstand zwischen der Mitte der Halterung (d. h. des Nullpunkts des Halterungssystems 116) und der Mitte des Tisches dar, wenn der veränderliche Tischwinkel B=0 ist; und der Punkt (Px₀, Py₀, Pz₀) stellt den Abstand zwischen der Mitte des Teils (d. h. dem Nullpunkt des Teilesystems 118) und der Mitte der Halterung dar, wenn der Tischwinkel B=0 ist.
Ein spezielles Merkmal 124 kann mit einem Werkzeug, wie zum Beispiel der Spindel 124 in 4, in das Werkstück 12 eingearbeitet werden. Wie in 5 veranschaulicht, bewegt sich das Werkstück 12 durch den veränderlichen Winkel 114, wobei sich das spezifische Merkmal 124 innerhalb des Teilesystems 118, des Halterungssystems 116 und des Tischsystems 112 (d. h. des P-, F- und T-Systems) bewegen kann, aber inhärent auf dem Werkstück 12 fixiert ist.
Auch unter Bezugnahme auf 6, und unter fortgesetzter Bezugnahme auf die FIGS. 1-5 ist ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren oder einen Algorithmus dargestellt. 6 veranschaulicht weitgehend ein Verfahren 200 zur Kompensierung eines steuerbaren Fertigungssystems, wie beispielsweise das Fertigungswerkzeug 14, mit mindestens fünf Bewegungsachsen oder Freiheitsachsen. Teile des Systems 10 oder andere computergesteuerte Systeme können das Verfahren 200 ausführen. Obwohl die Funktionsweise des Verfahrens 200 in Bezug auf Komponenten, Systeme, Verfahren und Techniken, die hierin im Vergleich zu den Figuren beschrieben sind, dargestellt wird, können andere Fertigungssysteme das Verfahren 200 verwenden.
Schritt 210: Start.
Das Verfahren 200 kann bei einem Start- oder Initialisierungsschritt beginnen, wobei das Verfahren 200 während dieser Zeit aktiv gemacht wird. Das Verfahren 200 kann durchgehend ausgeführt werden oder kann auch nur bei Bedarf ausgeführt werden.
Schritt 212: Lasteigenschaften der Teile.
Um Werkstücke 12 herzustellen, die das gewünschte Teil repräsentieren, beinhaltet das Verfahren 200 das Laden oder die Eingabe der Teileeigenschaften. So kann beispielsweise der Teiledruck an das Fertigungswerkzeug 14, das CMM 18 und den Kompensationsprozessor 20 kommuniziert werden. Beachten Sie, dass der Teiledruck ähnlich wie bei einem dreidimensionalen Druck ist. Das Laden der Teileeigenschaften kann das Übersetzen des Teiledrucks in G-Code für das Fertigungswerkzeug 14 und das Umwandeln der Teileabmessungen in das native Koordinatensystem des CMM 18 beinhalten.
Schritt 214: Werkstücke herstellen.
Das Verfahren 200 beinhaltet das Herstellen eines oder mehrerer Werkstücke 12 mit dem Fertigungswerkzeug 14 basierend auf dem Teiledruck. Daher beinhaltet jedes sich daraus ergebende Werkstück 12 die Vielzahl der Teileigenschaften 16 basierend auf einer Vielzahl von Soll-Bemaßungssätzen aus dem Teiledruck.
Schritt 216: Dimensionales Vermessen von Werkstücken.
Das Verfahren 200 beinhaltet das Vermessen eines oder mehrerer Teileeigenschaften 16 von einem oder mehreren Werkstücken 12 mit einem dimensionalen Messgerät, wie zum Beispiel dem CMM 18. In einigen Konfigurationen kann jedes gefertigte Werkstück 12 vom CMM 18 zum Vermessen eingereicht werden.
In anderen Konfigurationen werden jedoch nur ausgewählte Werkstücke 12 vermessen. Die vermessenen Werkstücke 12 dienen als repräsentative Muster für die Arbeitsabläufe der Fertigungsvorrichtung 14. Die vermessenen Werkstücke 12 können nach dem Zufallsprinzip, anhand von Verschiebungsplänen oder in statistisch gewählten Intervallen ausgewählt werden.
Schritt 218: Ableiten von Abweichungssätzen.
Das Verfahren 200 beinhaltet das Ableiten einer Vielzahl von Abweichungssätzen aus den Differenzen zwischen den vermessenen Teileigenschaften 16 und den Soll-Bemaßungssätzen im Teiledruck. Aus den Messungen im CMM 18 ermittelt der Kompensationsprozessor 20 oder das CMM 18 selbst Abweichungen in Bezug auf den Teiledruck.
Diese Abweichungssätze stellen ein Unvermögen des Fertigungswerkzeugs 14 dar, Werkstücke 12 innerhalb der Maßtoleranzen des Teiledrucks herzustellen. Wie vorstehend erwähnt, können diese Fehler durch mechanische Verstellung oder elektronische Kompensierung behoben werden. Die Abweichung in x-Richtung für eine gegebene Bemaßung kann als ΔX_cmm ausgedrückt werden, was der Differenz zwischen der Soll- und der gemessenen Bemaßung entspricht, sodass: ΔX_cmm = X_nominalen - X_cmm ist. Der vollständige Abweichungssatz würde im Allgemeinen ΔX, ΔY und ΔZ-Komponenten, basierend auf ähnlichen Differenzen (d. h. ΔZ_cmm = Z_nominal - Z_cmm und ΔY_cmm = Y_)nominal - Y_cmm.) beinhalten. Beachten Sie jedoch, dass das Fertigungswerkzeug 14, wie viele der hierin veranschaulichten Werkzeuge, zwar wahrscheinlich mehr als eine Drehachse beinhaltet, das CMM 18 jedoch im Allgemeinen nur lineare Bemaßungen misst, sodass die Abweichungssätze nur lineare Abweichungen beinhalten.
Schritt 220: Übertragen von Abweichungen in das Teile- oder Maschinenkoordinatensystem.
Das CMM 18 kann die Abweichungssätze in Bezug auf ein Koordinatensystem bestimmen, das nativ zum CMM 18 ist. Daher kann das Verfahren 200 auch das Übertragen der einzelnen Abweichungssätze für die vermessenen Teileigenschaften 16 in ein gemeinsames Koordinatensystem entweder des Teiledrucks oder des Fertigungswerkzeugs 14 beinhalten, wenn die Abweichungen nicht zunächst in ein derartiges System abgeleitet werden.
So können beispielsweise die Abweichungssätze in zum Beispiel entweder das Maschinenkoordinatensystem 38 oder das Teilekoordinatensystem 40 von 2, das Maschinensystem 110 oder das Teilesystem 118 von 5 übertragen werden. In einigen Konfigurationen kann das CMM 18 das Teilesystem 118 als Basiskoordinatensystem verwenden, sodass die Abweichungssätze direkt bezogen auf das Teilesystem 118 berechnet werden und somit eine geringere Verschiebung erforderlich ist.
Schritt 222: Aufstellen von linearen Gleichungen.
Das Verfahren 200 beinhaltet das Aufstellen oder Erstellen von linearen Gleichungen, welche die Abweichungssätze für die vermessenen Teileeigenschaften 16 mit der Vielzahl von Kompensationsvariablen 24 gleichsetzen. Gleichung 3 stellt drei derartige lineare Gleichungen dar, eine für jede Komponente des Abweichungssatzes (auf der rechten Seite von Gleichung 3). ${\begin{matrix} \begin{array}{l} cos B Δ Τ x_{B} + sin B Δ Τ z_{B} + Δ P x_{0} + [T z_{A} - (F y_{0} + P y_{0} + Y_{c m m}) sin A \\ + (F z_{0} + P z_{0} + Z_{c m m}) cos A] Δ B = - Δ X_{c m m} \end{array} \\ \begin{array}{l} cos A Δ Τ y_{A} - sinA Δ Τ z_{A} + sin A sin B Δ Τ x_{B} - sin A cos B Δ Τ z_{B} + Δ P y_{0} \\ - (F z_{0} + P z_{0} + Z_{c m m}) ΔΑ+ (T x_{A} + F x_{0} + P x_{0} + Z_{c m m}) sinA Δ B = - Δ Y_{c m m} \end{array} \\ \begin{array}{l} sin A Δ Τ y_{A} + cosA Δ Τ z_{A} - cos A sin B Δ Τ x_{B} + cos A cos B Δ Τ z_{B} + Δ P y_{0} \\ + (F y_{0} + P y_{0} + Y_{c m m}) ΔΑ− (T x_{A} + F x_{0} + P x_{0} + X_{c m m}) cos A Δ Β = - Δ Ζ_{c m m} \end{array} \end{matrix}$
Es gibt neun Kompensationsvariablen 24 (jeweils beginnend mit Δ auf der linken Seite von Gleichung 3). Daher sind die Kompensationsvariablen in diesem Beispiel die folgenden: ΔTx_B, ΔTz_B, ΔPx₀, ΔB; ΔTy_A, ΔTz_A, ΔPy₀, ΔA; und ΔPz₀.
In der dargestellten Konfiguration löst Gleichung 3 für die negative Richtung der Abweichungssätze auf. Andere lineare Gleichungen können jedoch unterschiedlich ausgerichtet sein.
Schritt 224: Lösen für Kompensationsvariablen.
Das Verfahren 200 kann zahlreiche Abweichungssätze erstellen, einen oder mehrere für jedes der vermessenen Merkmale 16, sodass es Hunderte von linearen Gleichungen geben kann, die durch Gleichung 3 veranschaulicht werden. Daher liefert das System mehr Gleichungen als Unbekannte. Das Verfahren 200 löst die linearen Gleichungen zum Bestimmen der neun Kompensations-24-Variablen, wie in Gleichung 3 dargestellt.
In einigen Konfigurationen verwendet das Verfahren 200 zur Lösung der Gleichungen für die Kompensationsvariablen eine Kleinste-Quadrate-Anpassungslösung. Mit der Kleinste-Quadrate-Anpassungslösung minimiert das Verfahren 200 die Summe der Fehlerquadrate in den Ergebnissen der in Schritt 222 festgelegten Gleichungen. Das Kleinste-Quadrat ist jedoch nur eines der möglichen Verfahren zum Lösen von Gleichungen mit mehr Lösungen als Unbekannte, und jede geeignete Technik kann mit dem Verfahren 200 verwendet werden.
Schritt 226: Eingabekompensationsvariablen zur Bearbeitung.
Das Verfahren 200 überträgt oder übergibt die berechneten Kompensationsvariablen an das computergesteuerte Fertigungswerkzeug 14. Register werden in die feste G-Code Programmierung des Fertigungswerkzeugs 14 eingebaut, sodass die Kompensationsvariablen ohne Änderung der festen G-Code Programmierung in den Betrieb des Produktionswerkzeugs 14 übernommen werden können.
Das verschobene Werkstückkoordinatensystem ist in Gleichung 4 nachfolgend dargestellt und beinhaltet die neun Kompensationsvariablen 24 - denen jeweils eine Δ auf der rechten Seite der einzelnen Gleichungen vorangestellt ist, die durch den Kompensationsprozessor gelöst werden. Die verschobenen W-Werte können über die Register in der G-Code Programmierung des Fertigungssystems 10 eingegeben werden. ${\begin{matrix} W_{x} = (T x_{B} + ΔΤ x_{B}) + (T x_{A} + P x_{0} + Δ P x_{0}) cos B \\ - [(T z_{A} + Δ T z_{A}) - (P y_{0} + Δ P y_{0}) sin A + (P z_{0} + Δ P z_{0}) cos A] sin B \\ W_{y} = (T y_{B} + T y_{A} + Δ T y_{A}) + (P y_{0} + Δ P y_{0}) cos A + (P z_{0} + Δ P z_{0}) sin A \\ W z = (T z_{B} + Δ T z_{B}) + (T x_{A} + P x_{0} + Δ P x_{0}) sin B \\ + [(T z_{A} + Δ T z_{A}) - (P y_{0} + Δ P y_{0}) sin A + (P z_{0} + Δ P z_{0}) cos A] cos B \\ W_{A} = A + Δ A \\ W_{B} = B + Δ B \end{matrix}$
Schritt 230: Elektronisches Verschieben der Maschine.
Das Verfahren 200 beinhaltet das Verschieben einer Position des Fertigungssystems 10 durch die gelösten Kompensationsvariablen. Insbesondere kann das Verfahren 200 innerhalb des Maschinenkoordinatensystems aufgrund der gelösten Kompensationsvariablen, wie in Gleichung 4 dargestellt, eine Position des Koordinatensystems, welches das Werkstück 12 repräsentiert, verschieben.
Durch elektronisches Verschieben der Koordinaten des Fertigungswerkzeugs werden die vom Fertigungswerkzeug 14 ausgeführten Fertigungsabläufe physikalisch verschoben oder in Bezug auf die nach dem Verschieben hergestellten Werkstücke 12 versetzt. In einer Grundsituation, können zum Beispiel die linearen Gleichungen bestimmt haben, dass eine der Kompensationsvariablen, der X-Wert des Tabellensystems 112, um 0,01 Zoll daneben lag. Die Folge der elektronischen Verschiebung des Fertigungswerkzeugs 14 ist es, eine solche Abweichung zu berücksichtigen und die physikalischen Bearbeitungsprozesse gegenüber dem Tischsystem 112 in die entgegengesetzte Richtung zu verschieben. Das Fertigungswerkzeug 14 verbessert somit die Fertigungsabläufe basierend auf den Kompensationsvariablen, ohne die feste G-Code Programmierung des Fertigungswerkzeugs 14 zu verändern.
Schritt 232: Ende/Wiederholung.
Das Verfahren 200 kann enden oder sich unmittelbar oder später wiederholen.
Auch unter Bezugnahme auf die FIGS. 7A-7D und mit weiterem Bezug auf die FIGS. 1-6 sind verschiedene Versionen computergesteuerter Fertigungssysteme oder Fertigungswerkzeuge veranschaulicht, auf welche die hierin beschriebenen Verfahren und Techniken angewendet werden können. Diese exemplarischen Systeme werden in ähnlicher Weise verwendet wie die in 4 dargestellte 5-achsige A-auf-B CNC-Fräse und können mit dem Verfahren 200 oder ähnlichen Algorithmen oder Prozessen, die daran angelegt sind, versehen werden. Die in den FIGS. 7A-7D dargestellten Systeme werden nur oberflächlich beschrieben.
7A zeigt eine schematische Darstellung einer 6-achsigen Maschine 310, die eine A-auf-B Tisch-CNC-Fräse mit einer drehbaren Spindel ist. Die dargestellte 6-achsige Maschine 310 weist eine Frässpindel 324 auf, die im Vergleich zu einem veranschaulichenden x-y-z-Koordinatensystem 325 eine Verschiebung von drei Grad ermöglicht. Das Werkstück und die dazugehörige Halterung können sich auf einem A-Tisch 326 befinden, der auf einem B-Tisch 328 sitzt. Darüber hinaus ist die Frässpindel 324 im Gegensatz zum in 4 dargestellten Fertigungswerkzeug 14 in der Lage, eine Spindel-A-Achse 330 zu bewegen oder zu drehen.
7B zeigt eine schematische Darstellung einer 7-achsigen Maschine 360, die eine C-auf-B Tisch-CNC-Fräse mit einer über zwei Achsen drehbaren Spindel ist. Die dargestellte 7-achsige Maschine 360 weist eine Frässpindel 374 auf, die im Vergleich zu einem veranschaulichenden x-y-z-Koordinatensystem 375 eine Verschiebung von drei Grad ermöglicht. Das Werkstück und die dazugehörige Halterung können sich auf einem C-Tisch 376 befinden, der auf einem B-Tisch 378 sitzt. In der veranschaulichten 7-achsigen Maschine 360 ist die Frässpindel 374 ein Kabel zum Bewegen oder Drehen um eine Spindel-A-Achse 380 und auch um eine Spindel-B-Achse 382.
7C zeigt eine schematische Darstellung einer 6-achsigen Maschine 410, die eine Drehmaschine mit zweiachsiger Spindel ist. Ein Werkstück 412 ist in Bezug auf eine Frässpindel 424 drehbar und kann mit einer Spannzange 416 gehalten werden. Die Frässpindel 424 ist in der Lage, im Vergleich zu einem veranschaulichten x-y-z-Koordinatensystem 425 eine Verschiebung um drei Grad auszuführen. Die Frässpindel 424 ist ebenfalls ein Kabel zum Bewegen oder Drehen um eine Spindel-A-Achse 430 und auch um eine Spindel-B-Achse 432.
7D zeigt eine schematische Darstellung eines mehrachsigen Roboters 460. Obwohl andere Maschinenkonfigurationen mit dem Verfahren 200 als Fräsen oder andere Maschinen zum Abtragen von Material dargestellt sind, kann der mehrachsige Roboter 460 zusätzlich zum Schneiden auch für weitere Prozesse eingesetzt werden. So kann beispielsweise der mehrachsige Roboter 460 uneingeschränkt zum Schweißen, Befestigen oder Positionieren von Werkstücken relativ zueinander eingesetzt werden.
Das Verfahren 200 kann mit anderen computergesteuerten Maschinen oder Bearbeitungssystemen verwendet werden, die nicht dargestellt sind. Diese Systeme beinhalten ohne Einschränkung: Zahnradbearbeitungssysteme, Taumelräum- und Schleifsysteme. Es ist zu beachten, dass das Verfahren 200 auf Systeme mit zusätzlichen oder verschiedenen Freiheitsachsen bezogen auf die in den Figuren dargestellten Freiheitsachsen angewendet werden kann.
Obwohl einige der besten Arten der dargelegten Verfahren, Prozesse und Strukturen im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute schnell erkennen, dass es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen für diese dargelegten Verfahren, Prozesse 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, Ausrichtung oder Verwendung der offenbarten Verfahren, Prozesse 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8509940 [0029]
US 15/093032 [0029]

Claims

Bearbeitungssystem, umfassend: eine mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass ein Werkstück basierend auf einem Teiledruck hergestellt wird, der die Soll-Abmessungen für das Werkstück angibt; ein dimensionales Messgerät, das dazu konfiguriert ist, die gemessenen Bemaßungen des Werkstücks zu erfassen; und einen Kompensationsprozessor, der dazu konfiguriert ist: die gemessenen Bemaßungen mit den Soll-Abmessungen zu vergleichen und eine Vielzahl von Abweichungssätzen daraus zu bestimmen; und die Abweichungssätze an die mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung zu übertragen, worin die mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung ein Maschinenkoordinatensystem basierend auf den Abweichungssätzen verschiebt.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: worin der Kompensationsprozessor eine Vielzahl von Kompensationsvariablen aus den Abweichungssätzen berechnet und die Kompensationsvariablen an die mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung überträgt, und worin die mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung das Maschinenkoordinatensystem basierend auf den Kompensationsvariablen verschiebt.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 2, worin der Kompensationsprozessor dazu konfiguriert ist, die Kompensationsvariablen über Register in der G-Code Programmierung der mehrachsigen Bearbeitungsvorrichtung an die mehrachsige Bearbeitungsvorrichtung überträgt.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 3, worin es mindestens neun Kompensationsvariablen gibt.
Verfahren zum Kompensieren eines steuerbaren Fertigungssystems mit mindestens fünf Bewegungsachsen, umfassend: das Herstellen eines Werkstücks mit dem Fertigungssystem basierend auf einem Teiledruck, sodass jedes Werkstück eine Vielzahl von Teileigenschaften aufweist, basierend auf einer Vielzahl von Soll-Bemaßungssätzen im Teiledruck; das Messen der Teileeigenschaften mit einer dimensionalen Messvorrichtung; das Ableiten einer Vielzahl von Abweichungssätzen aus den Differenzen zwischen den vermessenen Teileeigenschaften und den Soll-Bemaßungssätzen im Teiledruck; das Erstellen von linearen Gleichungen, welche die Abweichungssätze für die vermessenen Teileeigenschaften einer Vielzahl von Kompensationsvariablen gleichsetzen; das Lösen der linearen Gleichungen für die Kompensationsvariablen; und das Verschieben einer Position des Fertigungssystems durch die gelösten Kompensationsvariablen.
Verfahren nach Anspruch 5, worin die linearen Gleichungen gelöst werden: ${\begin{array}{l} cos B Δ T x_{B} + sin B Δ T z_{B} + Δ P x_{0} + [T z_{A} - (F y_{0} + P y_{0} + Y_{c m m}) sin A \\ + (F z_{0} + P z_{0} + Z_{c m m}) cos A] Δ B = - Δ X_{c m m} \\ cos A Δ T y_{A} - sin A Δ T z_{A} + sin A sin B Δ T x_{B} - sin A cos B Δ Τ z_{B} + Δ P y_{0} \\ - (F z_{0} + P z_{0} + Z_{c m m}) Δ A + (T x_{A} + F x_{0} + P x_{0} + X_{c m m}) sin A Δ B = - Δ Y_{c m m} \\ sin A Δ T y_{A} + cos A Δ T z_{A} - cos A sin B Δ T x_{B} + cos A cos B Δ T z_{B} + Δ P z_{0} \\ + (F y_{0} + P y_{0} + Y_{c m m}) Δ A - (T x_{A} + F x_{0} + P x_{0} + X_{c m m}) cos A Δ B = - Δ Z_{c m m} \end{array}$
worin: A ein Winkel eines A-Tisches und B ein Winkel eines B-Tisches ist, Tx_B, Ty_B, Tz_B Bemaßungen zum nominalen Zentrum des B-Tisches in Bezug auf das Fertigungssystem sind, Tx_A, Ty_A, Tz_A Bemaßungen zum nominalen Zentrum des A-Tisches 126 in Bezug auf das Fertigungssystem sind, Fx₀, Fy₀, Fz₀ Bemaßungen zu einer Mitte einer Halterung sind, an der das Werkstück befestigt ist, wenn B gleich null ist, Px₀, Py₀, Pz₀ Bemaßungen zu einer Mitte des Werkstücks sind, wenn B null ist, X_cmm, Y_cmm, Z_cmm die Bemaßungen mindestens einer Teileeigenschaft sind, gemessen durch die dimensionale Messvorrichtung, ΔX_cmm, ΔY_cmm, ΔZ_cmm die bekannten angewandten Abweichungssätze sind, und ΔTy_A, ΔTz_A; ΔTx_B, ΔTz_B; ΔPx₀, ΔPy₀, ΔPz₀; und _ΔB, ΔA die neun Kompensationsvariablen sind, die dafür gelöst wurden.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: worin das Verschieben der Position des Fertigungssystems durch die gelösten Kompensationsvariablen das Verschieben eines Werkstückkoordinatensystems nach Wx, Wy, Wz, W_A und W_B beinhaltet, wie durch die Gleichungen bestimmt: ${\begin{matrix} W_{x} = (T x_{B} + ΔΤ x_{B}) + (T x_{A} + P x_{0} + Δ P x_{0}) cos B \\ - [(T z_{A} + Δ T z_{A}) - (P y_{0} + Δ P y_{0}) sin A + (P z_{0} + Δ P z_{0}) cos A] sin B \\ W_{y} = (T y_{B} + T y_{A} + Δ T y_{A}) + (P y_{0} + Δ P y_{0}) cos A + (P z_{0} + Δ P z_{0}) sin A \\ W z = (T z_{B} + Δ T z_{B}) + (T x_{A} + P x_{0} + Δ P x_{0}) sin B \\ + [(T z_{A} + Δ T z_{A}) - (P y_{0} + Δ P y_{0}) sin A + (P z_{0} + Δ P z_{0}) cos A] cos B \\ W_{A} = A + Δ A \\ W_{B} = B + Δ B . \end{matrix}$
Verfahren nach Anspruch 7, worin das Lösen der linearen Gleichungen für die Kompensationsvariablen das Anwenden eines Kleinste-Quadrate-Anpassungsverfahrens beinhaltet.