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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Patentanmeldung betrifft eine numerische Steuerung und insbesondere eine numerische Steuerung, die in der Lage ist, eine Geschwindigkeit unter Berücksichtigung eines Störungsbereiches zu steuern.
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Zum Stand der Technik
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In einer durch eine numerische Steuerung gesteuerten Maschine (z.B. einer industriellen Maschine, wie einer Werkzeugmaschine) tritt gewöhnlich eine Zeitverzögerung auf zwischen der Ausgabe eines Programmbefehls (gemäß einem Bearbeitungsprogramm, nachfolgend der Einfachheit halber als „Programm“ bezeichnet) und dem Betrieb einer Servoeinrichtung. Diese Zeitverzögerung wird auch als Servoverzögerung bezeichnet. Die Servoverzögerung verursacht eine Abweichung zwischen einem durch das Programm vorgegebenen Bearbeitungspfad und einem tatsächlichen Bearbeitungspfad. Die Servoverzögerung steigt proportional zur Vorschubgeschwindigkeit. Ist deshalb die Vorschubgeschwindigkeit groß, dann kann gemäß der linken Darstellung in 1 ein Einwärtsdrehen an einer Kante auftreten aufgrund der Servoverzögerung und es ergibt sich ein sogenannter Störer, wie beispielsweise ein Werkstück oder eine Komponente der Maschine. Auf diese Weise kann ein Werkzeug in einen Bereich geraten (Störungsbereich), wo es nicht erscheinen soll.
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Um dieses Problem zu vermeiden wird im Stand der Technik die Vorschubgeschwindigkeit oder eine Positionsbreite (ein Bereich, für den angenommen wird, dass das Werkzeug das Ende eines Blockes gemäß dem Programm erreicht hat) nahe des Störungsbereiches von Hand eingestellt unter Berücksichtigung des Einwärtsdrehens aufgrund der Servoverzögerung (rechte Seite von 1). Durch Absenkung der Vorschubgeschwindigkeit oder der Positionsbreite kann die Abweichung aufgrund der Servoverzögerung gesenkt werden. Allerdings steigt dadurch die Zykluszeit an.
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Die offengelegte
japanische Patentanmeldung 05-313729 beschreibt den Stand der Technik zur Vermeidung einer Kollision mit einem Störer. Die in der offengelegten
japanischen Patentanmeldung 05-313729 beschriebene numerische Steuerung ändert die Positionsbreite zwischen Blöcken entsprechend einem Kantenwinkel, wobei ein Kantenfehler innerhalb eines zulässigen Bereiches gehalten wird.
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Bei einer manuellen Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit und der Positionsbreite müssen die Einstellungen jedes Mal unter Berücksichtigung des Prozesses in der Nähe eines Störungsbereiches durchgeführt werden, was erhebliche Umstände bereitet.
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Bei dem in der offengelegten
japanischen Patentanmeldung 05-313729 beschriebenen Verfahren müssen die Vorschubgeschwindigkeit und die Positionsbreite automatisch eingestellt werden, um eine vorgegebene Toleranz an der Kante einzuhalten. Wird beispielsweise eine solche Steuerung an der Kante in einem Störungsbereich implementiert (siehe
2), kann die Störung (Kollision) vermieden werden mit einem Kompromiss bezüglich der Zykluszeit, was durchaus geeignet sein kann. Jedoch ist eine derartige Steuerung außerhalb der Umgebung des Störungsbereiches (siehe
2) nicht erforderlich und somit tritt ein Problem dahingehend auf, dass die Zykluszeit unnötig verlängert wird, wenn eine derartige Steuerung durchgeführt wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Diese Patentanmeldung dient der Überwindung eines solchen Problems und hat die Bereitstellung einer numerischen Steuerung zum Ziel, die in der Lage ist, eine Geschwindigkeit unter Berücksichtigung eines Störungsbereiches zu steuern.
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Eine numerische Steuerung gemäß Ausführungsbeispielen dieser Patentanmeldung bewegt ein bewegbares Objekt durch Achsensteuerung und enthält eine Abstandsbestimmungseinheit zum Einstellen einer Vorschubgeschwindigkeit und/oder einer Positionsbreite entsprechend einem Abstand zwischen einem Störungsbereich, in den das bewegbare Objekt nicht eintreten soll, und dem bewegbaren Objekt.
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Bei einer numerischen Steuerung gemäß Ausführungsbeispielen dieser Patentanmeldung stellt die Abstandsbestimmungseinheit eine Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung oder eine Positionsbreite auf kleinere Werte ein, wenn sich das bewegbare Objekt in einer Umgebung des Störungsbereiches befindet, die definiert ist in einem bestimmten Abstandsbereich zur Peripherie des Störungsbereiches, im Vergleich zu Werten, die gelten, wenn sich das bewegbare Objekt außerhalb der Umgebung des Störungsbereiches befindet.
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Bei der numerischen Steuerung gemäß Ausführungsbeispielen dieser Patentanmeldung liefert die Abstandsbestimmungseinheit eine Mehrzahl von Bereichen mit unterschiedlichen Abständen von dem Störungsbereich und stellt eine Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung bzw. eine Positionsbreite umso kleiner ein, je näher der Bereich, in dem sich das bewegbare Objekt befindet, an dem Störungsbereich liegt.
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Bei der numerischen Steuerung gemäß Ausführungsbeispielen dieser Patentanmeldung ermittelt die Abstandsbestimmungseinheit eine Bewegungsrichtung des bewegbaren Objektes auf Basis einer momentanen Position des bewegbaren Objektes und einer Position desselben in einem anschließenden Steuerzyklus und stellt die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Positionsbreite entsprechend der Bewegungsrichtung ein.
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Bei der numerischen Steuerung gemäß Ausführungsbeispielen dieser Patentanmeldung führt die Abstandsbestimmungseinheit keine Einstellung bezüglich der Vorschubgeschwindigkeit oder der Positionsbreite aus, wenn sich das bewegbare Objekt in einer Richtung bewegt, in welcher der Abstand zum Störungsbereich sich vergrößert.
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Bei der numerischen Steuerung gemäß Ausführungsbeispielen dieser Patentanmeldung stellt die Abstandsbestimmungseinheit eine Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung bzw. die Positionsbreite dann auf kleinere Werte ein, wenn sich das bewegbare Objekt in einer Richtung bewegt, in welcher sein Abstand zum Störungsbereich kleiner wird.
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Mit dieser Lehre ist es möglich, eine numerische Steuerung bereitzustellen, mit der eine Geschwindigkeit unter Berücksichtigung eines Störungsbereiches einstellbar ist.
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Figurenliste
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Das obige Ziel und die obigen Merkmale dieser Anmeldung sowie weitere Ziele und Merkmale werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren:
- 1 erläutert ein bei einer herkömmlichen numerischen Steuerung auftretendes Problem;
- 2 erläutert ebenfalls ein bei einer herkömmlichen Steuerung auftretendes Problem;
- 3 zeigt ein Beispiel für den gerätetechnischen Aufbau einer numerischen Steuerung;
- 4 zeigt eine funktionale Konfiguration für ein Beispiel einer numerischen Steuerung;
- 5 erläutert ein Beispiel für den Betrieb der numerischen Steuerung;
- 6 erläutert ein Beispiel für den Betrieb der numerischen Steuerung;
- 7 erläutert ein Beispiel für den Betrieb der numerischen Steuerung;
- 8 erläutert ein Beispiel für den Betrieb der numerischen Steuerung;
- 9 erläutert ein Beispiel für den Betrieb einer numerischen Steuerung;
- 10 erläutert ein Beispiel für den Betrieb der numerischen Steuerung; und
- 11 erläutert ein Beispiel für den Betrieb der numerischen Steuerung.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE IM EINZELNEN
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3 zeigt schematisch die gerätetechnische Konfiguration der hauptsächlichen Komponenten einer numerischen Steuerung 1 gemäß Ausführungsbeispielen dieser Beschreibung. Die numerische Steuerung 1 liest ein Programm und steuert eine Maschine. Die numerische Steuerung 1 hat einen Prozessor 11, einen Lesespeicher (ROM) 12, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 13, einen nicht-flüchtigen Speicher 14, eine Schnittstelle 18, einen Bus 10, eine Achsensteuerschaltung 16, und einen Servoverstärker 17. Mit der Schnittstelle 18 ist beispielsweise eine Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 60 verbunden.
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Der Prozessor 11 steuert die numerische Steuerung 1 als Ganzes. Der Prozessor 11 liest ein in dem ROM 12 abgespeichertes Programm über den Bus 10 und steuert die gesamte numerische Steuerung auf Basis des Systemprogramms.
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Der ROM 12 speichert im Voraus ein Systemprogramm zur Ausführung verschiedenartiger Steuerungen der Maschine.
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Der RAM 13 speichert zeitweise Rechendaten oder Anzeigedaten, sowie durch eine Bedienungsperson über die Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 60 eingegebene Daten etc.
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Der nicht-flüchtige Speicher 14 wird beispielsweise durch eine Batterie (nicht dargestellt) gestützt und behält seinen Speicherzustand auch dann, wenn die Stromversorgung für die numerische Steuerung 1 abgeschaltet ist. Beispielsweise ist das genannte Programm in dem nicht-flüchtigen Speicher 14 abgelegt.
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Die Achsensteuerschaltung 16 steuert zumindest eine Betriebsachse der Maschine. Die Achsensteuerschaltung 16 empfängt Achsenbewegungssteuerbefehle, die von dem Prozessor 11 ausgegeben werden, und gibt einen Achsenbewegungsbefehl an den Servoverstärker 17.
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Der Servoverstärker 17 empfängt den von der Achsensteuerschaltung 16 ausgegebenen Achsenbewegungsbefehl und treibt einen Servomotor 50.
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Der Servomotor 50 wird durch den Servoverstärker 17 angetrieben zur Bewegung der Betriebsachse der Maschine. Der Servomotor 50 hat üblicherweise einen Positions-/Geschwindigkeitsdetektor. Der Positions-/Geschwindigkeitsdetektor gibt ein Positions-/Geschwindigkeits-Rückmeldungssignal und dieses Signal wird in die Achsensteuerschaltung 16 rückgeführt, um so eine Regelung bezüglich Position/Geschwindigkeit durchzuführen.
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3 zeigt nur eine Achsensteuerschaltung 16, einen Servoverstärker 17 und einen Servomotor 50. Tatsächlich hingegen entspricht die Anzahl der Achsensteuerschaltungen 16, die Anzahl der Servoverstärker 17 und die Anzahl der Servomotoren 50 der Anzahl der Achsen der Maschine. Wird beispielsweise eine Maschine mit sechs Achsen gesteuert, ergibt sich eine Gesamtzahl von sechs Sätzen von Achsensteuerschaltungen 16, Servoverstärkern 17 und Servomotoren 50 entsprechend für die jeweiligen Achsen.
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Die Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 60 ist mit einer Anzeige, einer Tastatur etc. versehen. Die Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 60 zeigt Informationen an, die von dem Prozessor 11 über die Schnittstelle 16 empfangen werden. Die Eingabe-/Ausgabeeinrichtung 60 liefert über die Schnittstelle 18 Befehle, Daten etc., die über die Tastatur an den Prozessor 11 eingegeben sind.
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4 ist ein schematisches funktionales Blockdiagramm der numerischen Steuerung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Die numerische Steuerung 1 hat einen Vorprozessor 101, eine Vorderposition-Berechnungseinheit 102, eine Abstandsbestimmungseinheit 103, eine Verarbeitungseinheit 104 für die Verteilung von Interpolationsbewegungsbefehlen, eine Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 105, eine Verarbeitungseinheit 106 für Beschleunigung/Abbremsung, eine Servosteuereinheit 107, eine Positionsbreitenbefehlseinheit 108, eine Befehlseinheit 109 für die Vorschub-Übersteuerung (override), und ein Register 110 für die laufende Position.
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Der Vorprozessor 101 liest und interpretiert ein Programm.
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Die Recheneinheit 102 für die Vorderposition liest vorab ein Programm und berechnet eine Werkzeugposition in einem anschließenden Steuerzyklus.
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Die Abstandsbestimmungseinheit 103 ermittelt, ob eine Positionsbreite bzw. die Vorschubgeschwindigkeit zu ändern sind auf Basis des Abstandes zwischen dem Störungsbereich und dem Werkzeug.
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Die Prozessoreinheit 104 für die Interpolationsbewegungsbefehlsverteilung liest vorab das erforderliche Programm und führt eine Verarbeitung bezüglich der Interpolation aus und bezüglich der Achsenverteilung.
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Die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 105 gibt jeweils für die Achsen der Maschine die Bewegungsbefehle aus.
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Die Prozessoreinheit 106 für Beschleunigung/Abbremsung führt eine Verarbeitung aus bezüglich Beschleunigung/Abbremsung betreffend den Bewegungsbefehl, der durch die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 105 ausgegeben ist.
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Die Servosteuereinheit 107 treibt den Servomotor 50 jeder Achse der Maschine auf Basis des Bewegungsbefehls gemäß der Bearbeitung durch die Prozessoreinheit 106 für Beschleunigung/Abbremsung.
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Die Positionsbreitenbefehlseinheit 108 ändert einen gesetzten Wert für die Positionsbreite entsprechend einer vorgegebenen Bestimmung, wenn die Abstandsbestimmungseinheit 103 feststellt, dass die Positionsbreite zu ändern ist.
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Die Befehlseinheit 109 für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung ändert eine Übersteuerung der Vorschubgeschwindigkeit entsprechend einer vorgegebenen Bestimmung, wenn die Abstandsbestimmungseinheit 103 feststellt, dass die Vorschubgeschwindigkeit zu ändern ist.
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Das Register 110 für die laufende Position hält eine Werkzeugposition im laufenden Steuerzyklus fest.
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< Beispiel 1 >
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Die numerische Steuerung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steuert die Vorschubgeschwindigkeit und die Positionsbreite entsprechend einer Distanz zu dem Störungsbereich. 5 erläutert grundsätzlich den Betrieb der numerischen Steuerung 1 gemäß Beispiel 1. Befindet sich das Werkzeug in der Nähe des Störungsbereiches (rechter Bereich von 5), setzt die numerische Steuerung 1 gemäß Beispiel 1 die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Positionsbreite auf einen Wert kleiner als im Falle, bei dem sich das Werkzeug außerhalb des Nähebereiches des Störungsbereiches befindet (linker Bereich von 5).
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Der Betrieb der numerischen Steuerung 1 in der Zeitfolge wird nun auf Basis von 4 näher beschrieben. Die numerische Steuerung 1 wiederholt den Prozess von Schritt 1 zu Schritt 3 für jeden Steuerzyklus:
- Schritt 1: Der Vorprozessor 101 liest ein Programm aus dem nicht-flüchtigen Speicher 14 etc. und interpretiert das Programm.
- Schritt 2: Die Prozessoreinheit 104 für die Interpolationsbewegungsbefehlsverteilung führt eine Interpolationsverarbeitung aus und eine Achsverteilungsverarbeitung. Wenn dabei die Positionsbreite gemäß Ausgabe durch die Positionsbreitenbefehlseinheit 108 und die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung gemäß Ausgabe durch die Befehlseinheit 109 für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung gewonnen werden können, berücksichtigt die Prozessoreinheit für die Interpolationsbewegungsbefehlsverteilung die Positionsbreite und die Vorschub-Übersteuerung im Bewegungsbefehl.
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Dementsprechend gibt die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 105 Bewegungsbefehle für jede Achse der Maschine aus. Die Prozessoreinheit 106 für Beschleunigung/Abbremsung verarbeitet den durch die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 105 ausgegebenen Bewegungsbefehl. Die Servosteuereinheit 107 treibt den Servomotor 50 jeder Achse der Maschine auf Basis des Bewegungsbefehls, der durch die Verarbeitung bezüglich Beschleunigung/Abbremsung durch die Einheit 106 verarbeitet wurde.
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Schritt 3: Parallel zum Prozess gemäß Schritt 2 liest die Berechnungseinheit 102 für die Vorderposition vorab das entsprechende Programm und berechnet die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus.
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Die Abstandsbestimmungseinheit 103 steuert die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Positionsbreite in Abhängigkeit davon, ob sich die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus innerhalb des Störungsbereiches oder außerhalb des Störungsbereiches befindet. Nunmehr wird ein Beispiel für die Steuerung näher beschrieben.
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Es sei angenommen, dass die Abstandsbestimmungseinheit 103 eine Vorschubgeschwindigkeitsübersteuerung Oin und eine Positionsbreite Iin vorhält für den Fall, in dem sich die Werkzeugposition in der Nähe (das heißt in einem vorgegebenen Nahbereich) des Störungsbereiches befindet, und einen Übersteuerungswert Oout bzw. eine Positionsbreite Iout für den Fall vorhält, in dem sich die Werkzeugposition außerhalb der genannten Nähe des Störungsbereiches befindet, wobei diese Werte in einer Datenbasis, einer Einstellungsdatei etc. im Voraus abgelegt werden. Dabei gilt: Oin < Oout und Iin < Iout.
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Weiterhin sei angenommen, dass die Abstandsbestimmungseinheit 103 den Störungsbereich und die nahe Umgebung des Störungsbereiches im Voraus definiert erhält. Beispielsweise kann die Abstandsbestimmungseinheit 103 die folgenden Bereiche als Störungsbereiche spezifizieren:
- - Einen Bereich, in welchem ein Teil der Maschine sich befindet. Die numerische Steuerung 1 speichert typischerweise diesen Bereich ab.
- - Einen Bereich, in dem sich ein Werkstück befindet. Typischerweise ist dieser Bereich in einem Programm definiert.
- - Einen durch eine Bedienungsperson eingegebenen Störungsbereich.
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Die Abstandsbestimmungseinheit 103 berechnet die nahe Umgebung des Störungsbereiches durch Hinzufügung eines bestimmten Randbereiches zur Peripherie des in der oben genannten Weise bestimmten Störungsbereiches.
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Wird die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus in der Umgebung des Störungsbereiches lokalisiert, veranlasst die Abstandsbestimmungseinheit 103 die Befehlseinheit 109 für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung zur Abgabe des Wertes Oin für die Übersteuerung der Vorschubgeschwindigkeit im anschließenden Steuerzyklus. Wird andererseits die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus außerhalb der Umgebung des Störungsbereiches lokalisiert, wird die Befehlseinheit 109 für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung veranlasst, den Wert Oout als Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung im anschließenden Steuerzyklus auszugeben. Auf diese Weise wird in der Umgebung des Störungsbereiches die Vorschubgeschwindigkeit kleiner eingestellt im Vergleich zu Positionen außerhalb der Umgebung des Störungsbereiches und damit kann die Abweichung aufgrund der Servoverzögerung klein gehalten und eine Störung (insbesondere Kollision) vermieden werden. Wenn andererseits sogar eine Störung (insbesondere Kollision) auftritt, kann der Schaden bei der Störung unterdrückt oder zumindest gering gehalten werden. Außerhalb der Umgebung des Störungsbereiches wird die Vorschubgeschwindigkeit im Vergleich zu Positionen in der Umgebung des Störungsbereiches größer eingestellt und somit kann die Zykluszeit kurz gehalten werden (siehe die linke Seite von 6).
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Liegt die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus innerhalb der Umgebung des Störungsbereiches, veranlasst die Abstandsbestimmungseinheit 103 die Befehlseinheit 108 für die Positionsbreite zur Ausgabe des Wertes Iin als die Positionsbreite im anschließenden Steuerzyklus. Liegt die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus außerhalb der Umgebung des Störungsbereiches, wird die Befehlseinheit 108 für die Positionsbreite veranlasst, für den anschließenden Steuerzyklus den Wert Iout für die Positionsbreite auszugeben. Auf diese Weise wird in der Umgebung des Störungsbereiches die Positionsbreite auf Werte eingestellt, die klein sind im Vergleich zu den Werten außerhalb der Umgebung des Störungsbereiches und somit wird die Abweichung aufgrund der Servoverzögerung klein gehalten und es können Störungen vermieden werden. Sogar dann, wenn eine Störung auftritt, kann Schaden durch die Störung unterdrückt oder zumindest gering gehalten werden. Außerhalb der Umgebung des Störungsbereiches wird die Positionsbreite auf Werte größer als in der Umgebung des Störungsbereiches eingestellt und somit kann die Zykluszeit kurz gehalten werden (siehe die rechte Seite in 6).
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Die durch die Positionsbreiten-Befehlseinheit 108 ausgegebene Positionsbreite und die durch die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung-Befehlseinheit 109 ausgegebene Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung werden im anschließenden Steuerzyklus im Prozess gemäß Schritt 2 eingesetzt.
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Die numerische Steuerung 1 gemäß Beispiel 1 stellt die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung und/oder die Positionsbreite auf relativ kleine Werte ein, wenn sich das Werkzeug in der Umgebung des Störungsbereiches befindet. Dieses Verfahren hat einen Vorteil dahingehend, dass die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung bzw. die Positionsbreite bestimmbar sind nur auf Basis der Position des Werkzeuges, wobei die Geschwindigkeitssteuerung in einfacher Weise unter Berücksichtigung des Störungsbereiches durchgeführt werden kann.
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<Beispiel 2>
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7 erläutert die Grundzüge des Betriebs der numerischen Steuerung 1 gemäß Beispiel 2. Die numerische Steuerung 1 gemäß Beispiel 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bereiche eingestellt werden in Abhängigkeit von dem Abstand vom Störungsbereich, wobei die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung und/oder die Positionsbreite für jeden dieser Bereiche gesteuert werden. Das bedeutet: bei Beispiel 2 werden je näher das Werkzeug sich an dem Störungsbereich befindet, die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Positionsbreite und so kleiner eingestellt (in Abhängigkeit von dem jeweils gegebenen Bereich).
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Der Betrieb der numerischen Steuerung 1 gemäß 4 wird hierfür nunmehr näher beschrieben. Die numerische Steuerung 1 führt wiederholt den Prozess von Schritt 1 zu Schritt 3 für jeden Steuerzyklus aus. Dies wurde oben für Beispiel 1 näher beschrieben und braucht deshalb hier nur teilweise ausgeführt zu werden.
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Schritt 1: Der Vorprozessor 101 liest ein Programm aus dem nicht-flüchtigen Speicher 14 etc. und interpretiert das Programm.
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Schritt 2: Die Prozesseinheit 104 für die Interpolationsbewegungsbefehlsverteilung führt den Interpolationsprozess und den Prozess bezüglich der Achsenverteilung aus. Können dabei die Positionsbreite, wie durch die Positionsbreiten-Befehlseinheit 108 ausgegeben, und die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung, wie durch die Befehlseinheit 109 für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung ausgegeben, gewonnen werden, berücksichtigt die Prozesseinheit 104 die Positionsbreite und die Geschwindigkeitsübersteuerung im Bewegungsbefehl.
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Dementsprechend werden die Servomotoren 50 für jede Achse der Maschine durch die Bewegungsbefehl-Ausgabeeinheit 105 und die Prozesseinheit 106 bezüglich Beschleunigung/Abbremsung angetrieben.
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Schritt 3: Parallel zum Prozess gemäß Schritt 2 liest vorab die Vorderposition-Berechnungseinheit 102 das entsprechende Programm und berechnet die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus.
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Die Abstandsbestimmungseinheit 103 steuert die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Positionsbreite entsprechend dem Bereich, in welchem sich die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus befindet. Ein Beispiel für dieses Steuerverfahren wird näher dargestellt.
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Beim vorliegenden Beispiel werden gemäß 7 zwei oder mehr Bereiche außerhalb des Störungsbereiches definiert, die verschiedene Abstände haben von dem Störungsbereich. Beispielsweise wird ein Bereich A definiert unmittelbar außerhalb des Störungsbereiches, ein Bereich B außerhalb des Bereiches A und ein Bereich C außerhalb des Bereiches B. Für diesen Fall hält die Abstandsbestimmungseinheit 103 für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung einen Wert Oa und eine Positionsbreite Ia bereit, wenn sich die Werkzeugposition im Bereich A befindet, weiterhin für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung einen Wert Ob und eine Positionsbreite Ib, wenn sich die Werkzeugposition in dem Bereich B befindet, und für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung einen Wert Oc und eine Positionsbreite Ic, wenn sich die Werkzeugposition in dem Bereich C befindet, wobei die Werte in einer Datenbasis, einer Einstellungsdatei oder dergleichen im Voraus abgelegt werden. Dabei gilt: Oa < Ob < Oc und Ia < Ib < Ic.
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Die Abstandsbestimmungseinheit 103 hat den Störungsbereich, den Bereich A, den Bereich B und den Bereich C im Voraus spezifiziert (erhalten). Beispielsweise legt die Abstandsbestimmungseinheit 103 den Störungsbereich ähnlich wie bei Beispiel 1 fest. Der Bereich A wird berechnet durch Hinzufügung eines Randbereiches Ma zur Peripherie des Störungsbereiches, der Bereich B wird berechnet durch Hinzufügung eines Randbereiches Mb zur Peripherie des Bereiches A und der Bereich C wird entsprechend außerhalb des Bereiches B berechnet.
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Die Abstandsbestimmungseinheit 103 gibt für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung den Wert Oa aus, wenn sich die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus im Bereich A befindet, für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung den Wert Ob, wenn sich die Werkzeugposition in dem Bereich B befindet, und für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung den Wert Oc, wenn sich die Werkzeugposition im Bereich C befindet, jeweils für den anschließenden Steuerzyklus an die Befehlseinheit 109 für die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung. Auf diese Weise wird in Bereichen näher an dem Störungsbereich eine kleinere Vorschubgeschwindigkeit eingestellt und somit eine Abweichung aufgrund der Servoverzögerung klein gehalten und damit eine Störungsvermeidung erleichtert. Wenn gleichwohl eine Störung auftritt, kann dadurch verursachter Schaden gering gehalten oder unterdrückt werden. In Bereichen weiter entfernt von dem Störungsbereich hingegen wird die Vorschubgeschwindigkeit größer eingestellt und somit kann die Zykluszeit kurz gehalten werden.
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Die Abstandsbestimmungseinheit 103 gibt die Positionsbreite Ia aus, wenn sich die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus im Bereich A befindet, die Positionsbreite Ib, wenn sich die Werkzeugposition im Bereich B befindet und die Positionsbreite Ic, wenn sich die Werkzeugposition im Bereich C befindet, jeweils als die Positionsbreite im anschließenden Steuerzyklus an die Befehlseinheit 108 für die Positionsbreite. Auf diese Weise wird für einen Bereich näher an dem Störungsbereich eine entsprechend kleinere Positionsbreite eingestellt und somit wird eine Abweichung aufgrund der Servoverzögerung klein und es wird eine Störungsvermeidung erleichtert. Auch wenn eine Störung auftritt, kann ein hierdurch bedingter Schaden reduziert oder vermieden werden. In Bereichen weiter entfernt von dem Störungsbereich wird hingegen die Positionsbreite auf größere Werte eingestellt und somit kann die Zykluszeit kurz gehalten werden.
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Die durch die Befehlseinheit 108 für die Positionsbreite ausgegebene Positionsbreite und die durch die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung-Befehlseinheit 109 ausgegebene Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung werden beim Prozess gemäß Schritt 2 im anschließenden Steuerzyklus verwendet.
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Die numerische Steuerung 1 gemäß Beispiel 2 stellt die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Positionsbreite umso schmaler ein, je näher der Bereich, in dem sich das Werkzeug befindet, an dem Störungsbereich liegt. Dieses Verfahren ist insofern vorteilhaft, dass die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung bzw. die Positionsbreite bestimmbar sind nur auf Basis der Position des Werkzeuges und es kann eine feiner abgestimmte Geschwindigkeitssteuerung im Vergleich zu Beispiel 1 durchgeführt werden.
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<Beispiel 3>
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8 erläutert die Grundsätze des Betriebs der numerischen Steuerung 1 gemäß Beispiel 3. Bewegt sich das Werkzeug in einer Richtung, in welcher der Abstand zum Störungsbereich größer wird, stellt die numerische Steuerung 1 gemäß Beispiel 3 die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung oder die Positionsbreite auf Werte ein größer als die Werte, die gemäß Beispiel 1 oder gemäß Beispiel 2 berechnet werden. Vorzugsweise wird eine Steuerung zur Reduzierung der Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung oder der Positionsbreite überhaupt nicht ausgeführt.
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Der Betrieb der numerischen Steuerung 1 gemäß 4 wird näher beschrieben. Die Beschreibung erfolgt auf Basis eines Vergleichs mit Beispiel 2. Anhand des Beispiels 2 bereits gegebene Beschreibungen brauchen insofern nicht wiederholt zu werden.
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Schritt 1 und Schritt 2: Die numerische Steuerung 1 arbeitet so wie bei Beispiel 2.
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Schritt 3: Wie bei Beispiel 2 stellt die numerische Steuerung 1 die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Positionsbreite umso kleiner ein, je näher der Bereich, in dem sich das Werkzeug befindet, an dem Störungsbereich liegt. Das heißt: es werden die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung Oa und die Positionsbreite Ia eingestellt, wenn sich die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus im Bereich A befindet. Es werden die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung Ob und die Positionsbreite Ib eingestellt, wenn sich die Werkzeugposition im Bereich B befindet und es werden die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung Oc und die Positionsbreite Ic eingestellt, wenn sich die Werkzeugposition im Bereich C befindet. Es gilt:
Oa < Ob < Oc und Ia < Ib < Ic.
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Bewegt sich das Werkzeug in einer Richtung, in welcher der Abstand vom Störungsbereich größer wird, führt die Abstandsbestimmungseinheit 103 der numerischen Steuerung 1 eine Einstellung auf den größten Wert aus, welcher einstellbar ist, unabhängig von der Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung oder der Positionsbreite, wie oben beschrieben. Beispielsweise bewegt sich beim in 8 dargestellten Beispiel das Werkzeug vom Bereich C → Bereich B → Bereich A → Bereich B (das zweite Mal) → .... Unter diesen Bereichen bewegt sich das Werkzeug im Bereich B (beim zweiten Mal) in einer Richtung, in welcher der Abstand vom Störungsbereich anwächst, also in einer Richtung weg vom Störungsbereich. Dann setzt die Abstandsbestimmungseinheit 103 die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung oder die Positionsbreite auf einen Maximalwert. Das heißt: obwohl im Bereich B (beim zweiten Mal) gemäß Beispiel 2 die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung den Wert Ob hat, wird die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung auf den Wert Oc (Ob < Oc) eingestellt, entsprechend dem Maximalwert, der bei diesem Beispiel einstellbar ist.
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Die Abstandsbestimmungseinheit 103 kann feststellen, ob sich das Werkzeug in einer Richtung bewegt, in welcher der Abstand zu dem Störungsbereich größer wird mittels der Prozesse, die beispielhaft in den 9 bis 11 gezeigt sind, und gemäß den Schritten (1) bis (3).
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Schritt (1): Die Abstandsbestimmungseinheit 103 gewinnt eine momentane Werkzeugposition und eine Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus. Die momentane Position des Werkzeuges kann aus dem Register 110 für die laufenden Positionen gewonnen werden. Die Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus wird durch die Recheneinheit 102 für die Vorderposition berechnet.
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Schritt (2): Die Abstandsbestimmungseinheit 103 gewinnt einen Abstand C1 zwischen dem Störungsbereich und der momentanen Werkzeugposition und einen Abstand C2 zwischen dem Störungsbereich und der Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus.
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Das Verfahren zum Gewinnen eines Abstandes C zwischen dem Störungsbereich und der Werkzeugposition wird mit Blick auf 9 beschrieben. Die Abstandsbestimmungseinheit 103 gewinnt einen linearen Abstand A vom Mittelpunkt des Störungsbereiches (Zentrum des Störungsbereiches) zur Werkzeugposition. Anschließend wird ein Abstand B vom Mittelpunkt des Störungsbereiches zur äußeren Kante (Grenze) des Störungsbereiches ermittelt. Ein Abstand C kann gewonnen werden durch Subtraktion von B von A.
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Schritt (3): Die Abstandsbestimmungseinheit 103 vergleicht den Abstand C1 zwischen dem Störungsbereich und der momentanen Werkzeugposition mit dem Abstand C2 zwischen dem Störungsbereich und der Werkzeugposition im anschließenden Steuerzyklus. Gilt C1 > C2, wird festgestellt, dass sich das Werkzeug in einer Richtung bewegt, in welcher der Abstand zum Störungsbereich kleiner wird (siehe 10). Gilt andererseits C1 < C2, wird festgestellt, dass sich das Werkzeug in einer Richtung bewegt, in welcher der Abstand zum Störungsbereich anwächst (siehe 11).
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Bewegt sich das Werkzeug in einer Richtung, in welcher der Abstand zum Störungsbereich anwächst, führt die numerische Steuerung 1 gemäß Beispiel 3 keine Steuerung dahingehend aus, dass die Vorschubgeschwindigkeit oder die Positionsbreite in Abhängigkeit von dem Abstand zum Störungsbereich reduziert wird. Grund hierfür ist, dass davon ausgegangen wird, dass keine Störung auftritt, wenn sich das Werkzeug vom Störungsbereich wegbewegt. Auf diese Weise ist es möglich, die Zykluszeit weiter zu kürzen.
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Vorstehend wurden Ausführungsbeispiele der Anmeldung näher beschrieben, jedoch ist der Gegenstand der Anmeldung in unterschiedlicher Weise zu verwirklichen durch geeignete Änderungen und er ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt.
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Beispielsweise werden bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eine oder mehrere Bereiche in Abhängigkeit von dem Abstand zum Störungsbereich eingestellt und die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung oder die Positionsbreite werden festgelegt in Abhängigkeit von dem Bereich, in dem sich das Werkzeug gerade befindet. Allerdings ist der Anmeldungsgegenstand nicht darauf beschränkt und die Vorschubgeschwindigkeit bzw. die Positionsbreite können durch andere Berechnungsverfahren bestimmt werden auf Basis des Abstandes von dem Störungsbereich. Beispielsweise kann die Abstandsbestimmungseinheit 103 eine funktionale Abhängigkeit zwischen dem Abstand C zwischen dem Störungsbereich und der Werkzeugposition (siehe 9) und der Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung und/oder der Positionsbreite vorhalten, beispielsweise in Form einer Gleichung oder einer Tabelle. Dann kann die Abstandsbestimmungseinheit 103 zunächst den Abstand C berechnen und dann die Vorschubgeschwindigkeit-Übersteuerung bzw. die Positionsbreite entsprechend dem Abstand C auf Basis der funktionalen Beziehung gewinnen.
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Die obigen Ausführungsbeispiele erläutern einen Zusammenhang zwischen dem Werkzeug und dem Störungsbereich. Allerdings ist der Anmeldungsgegenstand nicht auf ein Werkzeug eingeschränkt und kann eingesetzt werden für den Zusammenhang zwischen einem jeglichen bewegbaren Gegenstand (üblicherweise an einer Spindel angebracht und bewegt) und dem Störungsbereich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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