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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Bearbeitungssysteme, die Koordinatenmessgeräte verwenden, um Daten für die computergestützte numerische Maschinenkorrektur bereitzustellen.
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Bearbeitete Komponenten, die zur Einführung in Systeme, z.B. für Kraftfahrzeuge, eingehen, werden maßlich auf Übereinstimmung mit den Spezifikationen geprüft und erfordern oft zusätzliche Bearbeitungen, z.B. zum Hinzufügen von Öffnungen oder bearbeiteten Oberflächen oder zur Modifizierung von Komponenten, die bei der Prüfung Abweichungen von den nominalen Spezifikationen feststellen. Diese Komponenten werden in der Regel mit einem Koordinatenmessgerät (KMG) geprüft, das Prüfungen z.B. mit Berührungssensoren, optischen Sensoren und ähnlichem durchführt. KMGs erstellen in der Regel einen KMG-Bericht, der ein oder mehrere Merkmale der Komponente identifiziert, die von vorgegebenen oder nominalen Toleranzen abweichen.
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Nachdem der KMG-Bericht erstellt wurde, ist es üblich, die KMG-Berichtdaten zu exportieren und dann separat einen Algorithmus auf die KMG-Berichtdaten anzuwenden, um einen oder mehrere Offsets zu erzeugen. Die Offsets werden dann verwendet, um separat eine CNC-Maschine (Computer Numerical Control) zu programmieren, die Bearbeitungsvorgänge durchführt, um weitere Merkmale hinzuzufügen oder die identifizierten Abweichungen zu korrigieren, wodurch die Merkmale des bearbeiteten Bauteils innerhalb der nominellen Zustandsbereiche gebracht werden. Computer numerisch gesteuerte (CNC) Bearbeitungssysteme werden in der Regel in der Industrie eingesetzt, um Teile nach vorher festgelegten Plänen präzise zu bearbeiten. Häufig werden diese Pläne in einem computergestützten Konstruktionspaket entwickelt und können in Form von technischen Zeichnungen dargestellt werden. Ein CNC-Bearbeitungssystem kann nach einer zusammengesetzten Sequenz von Befehlen (z.B. G-Code) arbeiten, die das System anweisen, ein Teil durch die Bewegung eines steuerbaren Schneidwerkzeugs zu bearbeiten. Während des Betriebs kann das System die Position eines Werkzeugs überwachen und die Werkzeugposition relativ zum Werkstück über eine präzise Servomotorsteuerung steuern.
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Um die Versatzberechnungen durchzuführen, besteht derzeit die Notwendigkeit, manuell nach Koordinatendaten in einer Teilequalitätsdatenbank zu suchen, die zur Vorpositionierung des Maschinentisches und zur Vorpositionierung des Bauteils auf dem CNC-Maschinentisch verwendet wird. Diese Daten werden in ein Koordinatensystem umgewandelt, das den Anforderungen der CNC-Maschine entspricht, dann in eine externe Software-Datenbank importiert, um die Versatzberechnungen durchzuführen, und dann die Ergebnisse der Versatzberechnung an die CNC-Maschine exportiert. Die Daten der Datenbank für die Teilequalität werden normalerweise von einer Drittpartei verwaltet, was bei der Datenerfassung, -interpretation oder -übertragung zu Fehlern in den Versatzberechnungen führen kann.
Während also die derzeitigen KMG-Maschinen und CNC-Maschinen ihren beabsichtigten Zweck erfüllen, besteht ein Bedarf an einem neuen und verbesserten System und Verfahren zum Ableiten und Anwenden globaler Offsets der numerischen Computersteuerung.
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BESCHREIBUNG
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Nach mehreren Aspekten umfasst ein System zum Ableiten und Anwenden globaler Offsets der numerischen Steuerung ein Koordinatenmessgerät (KMG), das Merkmale eines bearbeiteten Teils misst. Ein erster Prozessor innerhalb des KMG ist so programmiert, dass er die gemessenen Merkmale empfängt und CNC-Verschiebungen ausgibt, um den korrekten Betrieb eines CNC-Bearbeitungssystems zu gewährleisten.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden die Maßangaben des bearbeiteten Teils im KMG gespeichert und vom ersten Prozessor abgerufen.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Vielzahl von CNC-Offsets des bearbeiteten Teils durch den ersten Prozessor unter Anwendung einer Gruppe variabler Daten in einem Offset-Berechnungsunterprogramm berechnet.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Bericht über die Vielzahl der CNC-Offsets von der KMG an das CNC-Bearbeitungssystem weitergeleitet.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das KMG einen zweiten Prozessor, der Messdaten von bearbeiteten Teilen des KMG gespeichert hat, die zur Erstellung von Abweichungsberichten verwendet wurden.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Vielzahl von variablen Daten durch den zweiten Prozessor angewendet.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die variablen Daten Koordinatensystemdaten einschließlich einer Merkmalsmessung, eines Maschinenursprungs, einer Rotationsmittelposition eines oder mehrerer Tische und eines Vorrichtungsursprungs.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die variablen Daten Merkmalsinformationen einschließlich Merkmalsnamen, Merkmalsnominalpositionen, gemessene Merkmalspositionen, Merkmalstoleranzen und Messrichtungen.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die gemessenen Merkmale gemessene Maße, die in Bezug auf einen festgelegten Bezugspunkt des bearbeiteten Teils genommen wurden.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die gemessenen Merkmale gemessene Abmessungen, die in Bezug auf mindestens eine Steuerfläche des bearbeiteten Teils genommen wurden.
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Ein Verfahren zum Ableiten und Anwenden globaler Offsets der numerischen Steuerung umfasst nach mehreren Gesichtspunkten: die Messung von Merkmalen eines bearbeiteten Teils unter Verwendung eines Koordinatenmessgeräts (KMG); die Programmierung eines ersten Prozessors innerhalb des KMG, um die Abmessungen der Merkmale zu empfangen und um Offsets der numerischen Steuerung (CNC) auszugeben; und die Weiterleitung der CNC-Offsets von dem KMG an ein CNC-Bearbeitungssystem, um den Betrieb des CNC-Bearbeitungssystems zu steuern.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren das Abrufen von Maßinformationen des bearbeiteten Teils, die vom ersten Prozessor im KMG gespeichert wurden.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren die Berechnung einer Vielzahl von CNC-Verschiebungen des bearbeiteten Teils durch den ersten Prozessor.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren die Weiterleitung eines Berichts über die Vielzahl der CNC-Offsets durch das KMG an ein CNC-Bearbeitungssystem.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren die Speicherung der Messdaten der bearbeiteten Teile vom KMG in einem zweiten Prozessor des KMG und die Erstellung von Abweichungsberichten unter Verwendung des zweiten Prozessors.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren die Anwendung einer Vielzahl von variablen Daten durch den zweiten Prozessor im KMG, wobei die variablen Daten Koordinatensystemdaten einschließlich einer Merkmalsmessung, eines Maschinenursprungs, einer Rotationsmittelposition eines oder mehrerer Tische und eines Vorrichtungsursprungs umfassen.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren die Anwendung einer Vielzahl von variablen Daten durch den zweiten Prozessor im KMG, wobei die variablen Daten Merkmalsinformationen einschließlich Merkmalsnamen, Merkmalsnominalpositionen, gemessene Merkmalspositionen, Merkmalstoleranzen und Messrichtungen enthalten.
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Ein Verfahren zum Ableiten und Anwenden globaler Versätze der numerischen Steuerung umfasst nach mehreren Gesichtspunkten: Messen von Merkmalen eines bearbeiteten Teils unter Verwendung eines Koordinatenmessgeräts (KMG); Programmieren eines Prozessors des KMG, um die Abmessungen der Merkmale zu empfangen und Versätze der numerischen Steuerung (CNC) auszugeben; Abrufen von Maßinformationen des bearbeiteten Teils durch den Prozessor; Berechnen der CNC-Versätze des bearbeiteten Teils unter Verwendung des Prozessors; und Weiterleiten der CNC-Versätze durch das KMG an ein CNC-Bearbeitungssystem.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Verfahren das Drucken eines Qualitätsberichts, der die CNC-Offsets identifiziert, das Drucken eines Qualitätsberichts, der die CNC-Offsets identifiziert.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren das Laden der CNC-Offsets unter Verwendung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) auf das CNC-Bearbeitungssystem; und die Bearbeitung eines nächsten Teils.
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Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der hier gegebenen Beschreibung ergeben. Es ist zu verstehen, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur der Veranschaulichung dienen und nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung einschränken sollen.
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Figurenliste
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Die hier beschriebenen Figuren dienen nur zur Veranschaulichung und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems und einer Verfahren zum Ableiten und Anwenden von globalen Offsets der numerischen Steuerung nach einem exemplarischen Aspekt;
- 2 ist ein Flussdiagramm eines Koordinatenmessgerätprogramms, das in einem Kompensationsprozessor eines Koordinatenmessgeräts für das System und das Verfahren von 1 arbeitet; und
- 3 ist ein Flussdiagramm der Schritte zur Durchführung des Verfahrens des Systems und des Verfahrens von 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die gegenwärtige Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird ein beispielhaftes System und Verfahren zum Ableiten und Anwenden der globalen Offsets 10 der numerischen Steuerung unter Verwendung eines computergesteuerten (CNC) Bearbeitungssystems 12 zur Kompensation der Maßhaltigkeit eines Teils 14 gezeigt. Nach verschiedenen Gesichtspunkten kann das CNC-Bearbeitungssystem 12 eine CNC-Fräse definieren, wie z.B. eine 4-Achsen-Fräse. Bei den verschiedenen Aspekten des 4-Achsen-CNC-Bearbeitungssystems 12 kann eine Schneidspindel 16 drei Grade der Translation und ein CNC-Tisch 18 einen Grad der Rotation ausführen.
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Das CNC-Bearbeitungssystem 12 kann auch eine 5-Achsen-CNC-Maschine definieren, bei der ein erster Tisch auf einem zweiten Tisch sitzt (nicht abgebildet). Bei den CNC-Bearbeitungssystemen 12 kann die Schneidspindel 16 in Bezug auf ein illustratives x-y-z-Koordinatensystem 20 um drei Grad verschoben werden. Die Drehung entweder des ersten oder des zweiten Tisches kann als Drehung um eine erste oder eine zweite Achse angesehen werden.
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Das Teil 14 kann ein oder mehrere Merkmale enthalten, z.B. eine Bohrung 22, die durch einen oder mehrere Bearbeitungsprozesse durch eine oder mehrere festgelegte Bezugs- oder Steuerflächen 24 bereitgestellt wird. Sobald das eine oder die mehreren Merkmale in das Teil 14 eingearbeitet sind, misst ein dimensionelles Messgerät, wie z.B. eine Koordinatenmessgerät (KMG) 26, eine oder mehrere Dimensionen des Teils 14. Die gemessenen Maße können in Bezug auf eine oder alle festgelegten Bezugs- oder Steuerflächen 24 genommen werden, die in einer entsprechenden technischen Zeichnung des Teils 14 angegeben werden können. In der technischen Zeichnung kann ein Nennmaß für die Messungen angegeben werden, und es können ferner zulässige Toleranzen über und unter den Nennmaßen angegeben werden.
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Das KMG 26 kann eine Kontaktsonde 28 enthalten, die von einem Messprozessor 30 numerisch im dreidimensionalen Raum lokalisiert werden kann. Der Messtaster 28 kann in physischen Kontakt mit dem Teil 14 gebracht werden. Zu diesem Zeitpunkt kann der Messprozessor 30 eine dreidimensionale Position der Steuerfläche 24 oder eines Merkmals wie z.B. der Bohrung 22 des Teils 14 aufzeichnen. Durch Vergleich mehrerer aufgezeichneter Positionen der verschiedenen Merkmale meldet der Messprozessor 30 einen oder mehrere Abstände oder Abmessungen von bearbeiteten Arbeitsflächen oder Merkmalen, die zur Anpassung an das Teil 14 erstellt wurden.
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Alternativ kann das KMG 26 anstelle des Messtasters 28 auch die Abmessungen von bearbeiteten Werkstücken mit einem optischen Sensor oder einem Lasersensor messen und melden.
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Nach verschiedenen Gesichtspunkten enthält das KMG 26 auch einen Kompensationsprozessor 32, der Teilemessdaten 34 aus dem KMG 26 speichert, Abweichungsberichte erstellt und Offset-Berechnungen zur Versorgung des CNC-Bearbeitungssystems 12 durchführt. Der Kompensationsprozessor 32 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung ein COMP-Softwarepaket (Capability Optimization for Machining Process) enthalten. Das KMG 26 führt und sammelt Messungen des Teils 14, z.B. mit dem Messtaster 28, und berechnet einen Abweichungsbericht 36, der die Abmessungen des Teils 14 identifiziert, die von vordefinierten Abmessungsbereichen über und unter vordefinierten Nennabmessungen abweichen.
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Unter Verwendung des Abweichungsberichts 36 und der gespeicherten Informationen bezüglich einer Halte- oder Spannvorrichtung 38, die wiederum auf dem CNC-Tisch 18 des CNC-Bearbeitungssystems 12 positioniert wird, erzeugt der Kompensationsprozessor 32 des KMG 26 dann weiter einen oder mehrere CNC-Offsets 40. Nach der Berechnung werden die CNC-Offsets 40 zusammen mit dem Teil 14 in das CNC-Bearbeitungssystem 12 geladen, um die Maßgenauigkeit der nachfolgenden Bearbeitungsprozesse zu verbessern und ein fertiges Teil 42 mit Abmessungen innerhalb der Abmessungsbereiche und vorzugsweise mit den in der technischen Zeichnung angegebenen Nennmaßen herzustellen.
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Unter Bezugnahme auf 2 und erneut auf 1 wendet ein KMG-Programm 44, das im Vergütungsprozessor 32 arbeitet, eine Vielzahl von variablen Daten an. Beispielhafte variable Daten können, ohne Einschränkung, Koordinatensystemdaten 46 einschließlich einer Merkmalsmessung 48, eines Maschinenursprungs 50, einer Rotationsmittelposition 52 eines oder mehrerer Tische und eines Vorrichtungsursprungs 54 umfassen. Die variablen Daten können auch Feature-Informationen 56 einschließlich und ohne Einschränkung Feature-Namen 58, Feature-Nennpositionen 60, gemessene Feature-Positionen 62, Feature-Toleranzen 64 und Messrichtungen 66 enthalten. Wenn z.B. ein Maß eines oder mehrerer bearbeiteter Features von den in der technischen Zeichnung angegebenen Nennmaßen abweicht, werden vom Kompensationsprozessor 32 Offsets erzeugt, mit denen der Bearbeitungsprozess modifiziert und versucht wird, die Abweichung zu reduzieren. Nach verschiedenen Gesichtspunkten können zwei Arten von Offsets verfügbar sein, um Abweichungen zu reduzieren: globale Offsets und lokale Offsets (beachten Sie, dass beide gleichzeitig verfügbar und implementiert sein können).
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Ein globaler Versatz kann den Ursprung und/oder die Orientierung des globalen oder Maschinenkoordinatensystems 20 anpassen. Diese Art von Versatz kann die Abmessungen der Features in Teil 14 beeinflussen. In dieser Hinsicht kann der globale Versatz ähnlich wie eine Starrkörper-Verschiebung oder eine Drehung des Teils 14 sein. Alternativ kann ein lokaler Versatz selektiv ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen anpassen, indem die Nennabmessungen/Positionierung des CNC-Bearbeitungssystems 12 für dieses Merkmal oder diese Gruppe von Merkmalen geändert werden.
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Eine Gruppe der variablen Daten 68 wird an eine Offset-Berechnungs-Unterroutine 70 weitergeleitet und in dieser verwendet, um die CNC-Offsets 40 zu berechnen. Wie oben erwähnt, werden die CNC-Offsets 40 dann in das CNC-Bearbeitungssystem 12 geladen. Das KMG-Programm 44 innerhalb des KMG 26 ruft auch die Daten zur Erstellung des Abweichungsberichts 36 ab.
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Unter Bezugnahme auf 3 und nochmals auf 1 und 2 werden Verfahrensschritte zur Durchführung der Operationen des Systems und Verfahren zum Ableiten der globalen Offsets 10 der numerischen Computersteuerung angegeben. In einem ersten Schritt 72 bearbeitet das CNC-Bearbeitungssystem 12 zunächst den Teil 14. In einem Lieferschritt 74 wird das Teil 14 an das KMG 26 geliefert, um eine Qualitätsprüfung anhand der Teilespezifikationen durchzuführen. In einem Messschritt 76 wird das Teil 14 mit dem KMG 26 gemessen. In einem Berechnungsschritt 78 werden Daten aus dem Messschritt 76 verwendet, um Offset-Berechnungen durchzuführen. In einem Druckschritt 80 werden der Offset oder die Offsets auf einen Qualitätsbericht gedruckt. In einem auf den Berechnungsschritt 78 folgenden Aufrufschritt 82 ruft das KMG 26 periodisch die Operation des Offset-Berechnungs-Unterprogramms 70 auf. Sobald das Offset-BerechnungsUnterprogramm 70 abgeschlossen ist, werden in einem Rückgabeschritt 84 ein oder mehrere CNC-Offsets an das KMG-Programm 44 gesendet. Nach Abschluss des Druckschrittes 80 werden die CNC-Offsets z.B. mit Hilfe einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) auf das CNC-Bearbeitungssystem 12 geladen, und ein nächstes Teil wird entsprechend den Spezifikationen geschnitten oder bearbeitet.
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Das KMG 26 berechnet Anpassungen an einer Position des CNC-Tisches 18 und dessen Ausrichtung sowie die Position der Spannvorrichtung 38 relativ zum CNC-Tisch 18. Dies ermöglicht die Korrektur einer Position und einer Ausrichtung der Merkmale auf dem Werkstück 14, das mit einem spezifischen Arbeitsgang mit nur sechs Versatzvariablen bearbeitet wird, die von Maschine zu Maschine konsistent sind.
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Unter fortwährender Bezugnahme auf 1 und wieder auf 2 und 3 stellt ein Satz 88 Register dar, die in das CNC-Bearbeitungssystem 12 eingebaut sind und Zugriff auf z.B. einen festen G-Code des CNC-Bearbeitungssystems 12 ermöglichen. Bei den Registern handelt es sich um Datenhaltestellen oder Offsets, die es ermöglichen, die Variablen, die durch im Kompensationsprozessor 32 des KMG 26 angewandte Kompensationsgleichungen berechnet werden, innerhalb eines festen G-Code-Kompensationsprogramms zu implementieren, ohne das G-Code-Kompensationsprogramm selbst zu ändern. Durch die Verwendung der eingebauten Register kann auf die globalen und lokalen Kompensationsvariablen über den festen G-Code des CNC-Bearbeitungssystems 12 zugegriffen werden, ohne den G-Code auf dem CNC-Bearbeitungssystem 12 umzuprogrammieren.
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Ein Satz 90 stellt das CNC-Kompensationsprogramm dar, auf das über die Register zugegriffen wird. Die vom Kompensationsprozessor 32 bestimmten globalen und lokalen Variablen werden über die Register gesendet, um als Parameter des CNC-Kompensationsprogramms innerhalb des CNC-Bearbeitungssystems 12 eingegeben zu werden. Für einzelne Merkmale, die eine Kompensation erfordern, gibt es drei lokale Offset-Variablen, die drei lokalen Parametern innerhalb des CNC-Kompensationsprogramms entsprechen.
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Innerhalb des CNC-Kompensationsprogramms werden die globalen Parameter (für die globalen Offsets) zuerst eingegeben und sind für Teil 14 konsistent. Dann werden die lokalen Parameter (für die lokalen Offsets) den globalen Parametern überlagert, wenn sie für bestimmte Merkmale oder Merkmalsgruppen benötigt werden. Daher werden die globalen Parameter für alle Merkmale von Teil 14 implementiert, und lokale Parameter werden für spezifische Merkmale von Teil 14 implementiert, wenn lokale Variablen bestimmt wurden.
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Ein System und ein Verfahren zum Ableiten und Anwenden von globalen Offsets der gegenwärtigen Offenbarung durch numerische Computersteuerung bietet mehrere Vorteile. Dazu gehören die Erfassung von Teilmessdaten in einem KMG und die Durchführung von CNC-Offset-Berechnungen durch einen im KMG residierenden Prozessor. Ein Qualitätsbericht wird ebenfalls vom KMG gedruckt. Das gegenwärtige System und Verfahren ermöglicht es, ohne technische Unterstützung außerhalb der Schicht CNC-Offset-Korrekturen vorzunehmen und dadurch die Ausfallzeiten des CNC-Bearbeitungssystems zu reduzieren. Das gegenwärtige System und Verfahren bietet einen einheitlichen Standort (das KMG) für die Teilemessung, die Erfassung und Berichterstattung von Daten zur Teilequalität und die Berechnung von CNC-Offset-Korrekturen.
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Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhafter Natur, und Abweichungen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Solche Variationen sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.
