DE10343611A1 - Numerical control of movement path of grinding head of machine tool, whereby tools and workpieces are assigned digital coordinate elements with each element defined a 0 or 1 collision parameter - Google Patents

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Abstract

Machine control arrangement for a grinding machine with a grinding head and a workpiece carrier that are moved in several direction relative to each other under the control of a processing unit with a memory. The memory has a predetermined data reservoir for a representation of the work space in digital elements. The digital coordinate elements for predefined tools and predefined workpieces are assigned collision parameters (0 or 1). To check if a desired movement path (P) will be collision free, the control unit checks the available collision parameters for digital elements on the path. An independent claim is made for a method for determining a movement path of a grinding tool of a grinding machine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschinensteuerungseinrichtung für eine Schleifmaschine oder für vergleichbare Maschinen sowie ein Verfahren zur Bestimmung des Verfahrwegs eines Werkzeugs, insbesondere eines Schleifwerkzeugs und/oder eines entsprechenden Werkstücks.The The invention relates to a machine control device for a grinding machine or for comparable Machines and a method for determining the travel of a Tool, in particular a grinding tool and / or a corresponding Workpiece.

An Schleifmaschinen oder ähnlichen Maschinen, wie beispielsweise Erodiermaschinen oder dergleichen, ist es häufig erforderlich, das Werkstück und/oder das Werkzeug in Bezug aufeinander zu verstellen, ohne dass es zu Kollisionen kommt. Beispielsweise ist dies der Fall, wenn der mit einem Schleifwerkzeug durchzuführende Bearbeitungsvorgang beendet ist und ein anderes Schleifwerkzeug mit dem Werkstück in Eingriff zu bringen ist. Die Positionierung des Werkstücks und der Schleifwerkzeuge und die Steuerung der zu durchlaufenden Bahnen ist Sache des Maschinensteuerprogramms, das ein Maschineneinrichter oder Bediener mit mehr oder weniger intelligenten Programmierhilfen erstellt hat. Dabei ist es dem Maschineneinrichter in der Regel nicht möglich, zeitoptimale Positionierwege zu erzeugen. Dies gilt insbesondere, wenn diese zur Umgehung von Hindernissen und somit zur Vermeidung von Kollisionen nicht geradlinig sein können. Ist ein Maschinensteuerprogramm erstellt, muss es darüber hinaus vorsichtig und langwierig auf Kollisionsfreiheit überprüft werden, um zu vermeiden, dass Schleifwerkzeuge oder Werkstücke miteinander oder mit anderen Teilen kollidieren. Werden jedoch zur Vermeidung von Kollisionen ersichtlich sichere Wege gefahren, indem beispielsweise nach Beendigung einer Operation das betreffende Werkzeug zunächst in eine so genannte sichere Parkposition verfahren und anschließend die Startposition der darauffolgenden Operation von dieser Parkposition oder einer weiteren Parkposition aus angefahren wird, ergeben sich lange Verfahrwege und große Positionierzeiten. Gerade Schleifoperationen an komplizierten Werkstücken, wie beispielsweise Bohrern, Fräsern oder dergleichen, summieren sich die Positionierzeiten zu einem erheblichen Zeitverlust, den es zu vermeiden gilt.At Grinders or similar Machines, such as eroding machines or the like, it is common required, the workpiece and / or to adjust the tool relative to each other without causing it Collisions comes. For example, this is the case when using the a grinding tool to be performed Editing process is completed and another grinding tool with the workpiece is to be engaged. The positioning of the workpiece and the grinding tools and the control of the trajectories is Thing of the machine control program that a machine setter or operators with more or less intelligent programming aids has created. It is usually not the machine installer possible, Create time-optimized positioning paths. This is especially true if this is to avoid obstacles and thus to avoid Collisions can not be straightforward. Is a machine control program It also has to be created be carefully and tediously checked for collision To avoid grinding tools or workpieces with each other or collide with other parts. However, to avoid from collisions evidently driven safe ways by, for example After completion of an operation, the tool in question in a first process so-called safe parking position and then the Start position of the subsequent operation from this parking position or another parking position is approached, arise long Travels and great Positioning times. Straight grinding operations on complicated workpieces, such as for example, drills, milling cutters or the like, the positioning times add up to one considerable loss of time, which must be avoided.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Positionierverfahren sowie eine entsprechende Maschinensteuerungseinrichtung zu schaffen, mit dem sich auf einfache Weise in kurzer Zeit Verfahrwege für Werkzeuge und/oder Werkstücke bestimmen lassen, die eine geringe Positionierzeit erfordern.From that Based on the object of the invention, a positioning method and to provide a corresponding machine control device, with which in a simple way in a short time travels for tools and / or determine workpieces which require a short positioning time.

Diese Aufgabe wird mit der Maschinensteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 1 sowie mit dem Verfahren nach Anspruch 12 gelöst:
Die erfindungsgemäße Maschinensteuerungseinrichtung unterstützt den Programmierer bei der Eingabe oder Festlegung von Verfahrwegen, die eine geringe Positionierzeit erfordern. Sie kann auch dazu eingerichtet sein, solche Verfahrwege selbsttätig zu bestimmen. Die Besonderheit der Maschinensteuerungseinrichtung sowie des zugehörigen Steuerverfahrens beruht darauf, dass ein vorab berechneter Datenvorrat vorhanden ist, der für den diskretisierten Arbeitsraum gilt und für jedes Werkzeug und jede Werkzeugposition sowie für jedes Werkstück und jede Werkstückposition sowie jedes Diskretisierungselement des Arbeitsraums einen Kollisionsparameter enthält. Dieser ist beispielsweise Null wenn keine Kollision vorliegt und Eins wenn für die jeweilige Werkstück- und Werkzeugposition (die durch einen Punkt in dem Raum der Maschinenkoordinaten bestimmt wird) eine Kollision d.h. Überschneidung zwischen Werkzeug und Werkstück vorliegt. Ist beispielsweise ein spezieller Weg des Werkstücks durch den Arbeitsraum und/oder des Werkzeugs durch den Arbeitsraum vorgesehen kann durch einfaches Nachsehen in dem Datenvorrat ermittelt werden, ob der vorgesehene Weg Kollisionen enthält oder nicht. Dies kann sowohl im Wege einer Überprüfung von festgelegten Wegen geschehen als auch als unterstützende Maßnahme während der Festlegung von Verfahrwegen.This object is achieved with the machine control device according to claim 1 and with the method according to claim 12:
The machine control device according to the invention assists the programmer in inputting or defining travel paths which require a short positioning time. It can also be set up to automatically determine such travel paths. The peculiarity of the machine control device and the associated control method is based on the fact that a pre-calculated data supply exists which applies to the discretized workspace and contains a collision parameter for each tool and tool position as well as for each workpiece and workpiece position and discretization element of the workspace. This is, for example, zero if there is no collision and one if there is a collision ie overlap between tool and workpiece for the respective workpiece and tool position (which is determined by a point in the space of the machine coordinates). If, for example, a special path of the workpiece through the working space and / or the tool provided by the working space can be determined by simply looking in the data supply, whether the intended path contains collisions or not. This can be done either by checking fixed routes or as a supporting measure while defining travel distances.

Die Ermittlung des Datenvorrats ist ein ausgesprochen zeitintensiver Vorgang, der jedoch nur einmalig durchgeführt werden muss. Wird beispielsweise von einem Arbeitsraum ausgegangen, der in allen drei Raumrichtungen jeweils in hundert diskrete Schritt eingeteilt ist, ergeben sich bereits 10.000 Diskretisierungselemente. Damit kann ein erstes, z.B. ebenfalls diskretisiertes Werkzeug bei festgelegter Orientierung des Werkstücks 10.000 verschiedene Positionen einnehmen. Kann das Werkstück z.B. 100 diskrete Orientierungen einnehmen, hat der diskrete Arbeitsraum 1 Mio. Punkte. Für jeden Punkt, d.h.The Determining the data supply is a very time-consuming This process, however, only has to be carried out once. For example assumed a working space in all three spatial directions each divided into a hundred discrete step, arise already 10,000 discretization elements. This can be a first, e.g. likewise discretized tool with fixed orientation of the workpiece Take 10,000 different positions. If the workpiece can be e.g. The discrete working space has 100 discrete orientations 1 million points. For every point, i.

für jede diskrete Werkstück-Werkzeug-Konstellation (Werkstückposition und Werkzeugposition im Arbeitsraum) wird dann im gesamten Arbeitsraum jedem Diskretisierungselement (Zelle) ein Kollisionsparameter von 0 oder 1 zugeordnet. Berühren oder überschneiden sich das Werkstück und das Werkzeug nicht sind alle Zellen Null. Kommt es zur Berührung oder Überscheidung sind nur die Zellen, in denen eine Berührung oder Überschneidung vorhanden ist, beispielsweise Eins.for every discreet Workpiece-tool constellation (Workpiece position and tool position in the workspace) is then in the entire workspace each Discretization element (cell) has a collision parameter of 0 or 1 assigned. Touch or overlap the workpiece and the tool not all cells are zero. Does it come to touch or distinction are only the cells in which a touch or overlap exists for example, one.

Die Bestimmung der Kollisionsparameter in der genannten Weise erfolgt vorzugsweise nun für jeden diskretisierten Werkzeugtyp in Kombination mit jedem diskretisierten Werkstücktyp, wobei als Werkstücke vorzugsweise die geometrischen Formen von Rohlingen genommen werden. Alle diese Konstellationen gehen dann in den Datenvorrat ein. Es hat sich gezeigt, dass die Berechnung eines solchen Datenvorrats auch auf sehr leistungsfähigen Rechnern mehr als einen Tag in Anspruch nehmen kann. Der Datenvorrat bildet dann aber eine Look-up-Tabelle, anhand derer ein vorgesehener Weg eines Schleifwerkzeugs und/oder eines Werkstücks binnen weniger Sekunden oder, bei entsprechender Datenorganisation, sogar noch schneller auf Kollisionsfreiheit geprüft werden kann.The determination of the collision parameters in the above-mentioned manner preferably now takes place for each discretized tool type in combination with each discretized workpiece type, wherein as workpieces preferably the geometric shapes of Blanks are taken. All of these constellations then enter into the data store. It has been shown that the calculation of such a data supply can take more than a day, even on very powerful computers. The data store then forms a look-up table, on the basis of which a planned path of a grinding tool and / or a workpiece can be checked within a few seconds or, if the data organization is appropriate, even faster for collision freedom.

Damit schafft das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Maschinensteuerungseinrichtung jeweils für sich genommen eine Basis, um beim Programmieren von Verfahrwegen oder beim automatischen Erzeugen derselben eine Überprüfung auf Kollisionsfreiheit vornehmen zu können. Insbesondere können zeitgünstige Verfahrwege durch wiederholten Rückgriff auf den Datenvorrat sehr schnell bestimmt werden.In order to creates the method according to the invention and the machine control device according to the invention each for taken a base to programming traverses or when automatically generating the same a check for collision freedom to be able to make. Especially can time convenient Travel paths through repeated recourse be determined very quickly on the data stock.

Der Datenvorrat muss beim Maschinenhersteller lediglich ein einziger Mal ermittelt werden. Er kann dann auf alle vorhandenen Maschinen oder Schleifmaschinen kopiert werden und ermöglicht dann die Bestimmung eines günstigen Verfahrwegs. Beispielsweise wird dazu zwischen allen denkbaren Pfaden zwischen einem Anfangspunkt und einem Endpunkt der zu bestimmenden Bahn ein kollisionsfreier Pfad ausgewählt, der einem optimalen Pfad möglichst nahe kommt. Dazu können dann bekannte Standardverfahren verwendet werden.Of the Data stock must only be a single one at the machine manufacturer Time to be determined. He can then use all existing machines or grinding machines are copied and then allows the determination a cheap one The travel distance. For example, between all conceivable paths between a starting point and an end point of the to be determined Path a collision-free path selected, the optimal path as possible comes close. Can do this then known standard methods are used.

In Einzelfällen mag es genügen, wenn der Datenvorrat nur die Diskretisierungselemente des Arbeitsraums und deren Kollisionsparameter umfasst, die beim Positionieren auch zu durchlaufen sind. Evtl. können zu Randbereichen des Arbeitsraums gehörige Diskretisierungselemente weg gelassen werden. Es wird jedoch als vorteilhaft angesehen, alle Diskretisierungselemente des Arbeitsraums zu umfassen, so dass jeder denkbare Kollisionsfall in dem Datenvorrat enthalten ist.In individual cases may be enough if the data store contains only the discretization elements of the workspace and whose collision parameter includes that when positioning as well to go through. Possibly. can discretization elements belonging to peripheral areas of the workspace be left off. However, it is considered beneficial to all To include discretization elements of the workspace so that everyone conceivable collision case is contained in the data store.

Weiter wird es bevorzugt, alle Werkzeuge, die an der betreffenden Maschine vorkommen können, wobei die Werkzeuge durch Werkzeugdiskretisierungselemente beschrieben sind, die jeweils ein Werkzeugmodell bilden. Die Werkstücke sind ebenfalls diskretisiert, wobei als Werkstücke vorzugsweise die auf der betreffenden Schleifmaschine zu bearbeitenden Rohlinge in einfachen geometrischen Formen, wie Zylindern, Kegeln, gestuften Zylindern und dergleichen, diskretisiert als Werkstückmodelle dienen.Further It is preferred to use all the tools attached to the machine in question can happen the tools being described by tool discretization elements are, each forming a tool model. The workpieces are likewise discretized, whereby as workpieces preferably those on the relevant grinding machine to be processed blanks in simple geometric shapes, such as cylinders, cones, stepped cylinders and the like, discretely serve as workpiece models.

Das Verfahren eignet sich besonders zur Anwendung an Schleifmaschinen, die lediglich einen geringen Materialabtrag haben, so dass sich die Werkstücke während der Bearbeitung von ihrer Außenkontur her nur wenig verändern. Die Werkstückmodelle der Rohlinge bleiben somit trotz Bearbeitungsfortschritts an den Werkstücken gültig.The Method is particularly suitable for use on grinding machines, which have only a small material removal, so that the workpieces while the machining of its outer contour little change. The workpiece models The blanks thus remain despite processing progress to the workpieces valid.

Der Datenvorrat besteht aus einer indizierten Liste, d.h. einer Kette von Nullen und Einsen, wobei in der Regel lange Ketten von Nullen auftreten. Er ist somit von vornherein gut komprimierbar. Die Datenkompression kann jeweils auf Paarungen von Werkzeugmodellen und Werkstückmodellen beschränkt und durchgeführt werden, so dass zur Überprüfung der Kollisionsfreiheit von Pfaden eines bestimmten Werkstücks und eines bestimmten Werkzeugs lediglich ein Teildatenvorrat dekomprimiert (entpackt) werden muss.Of the Data stock consists of an indexed list, i. a chain of zeros and ones, usually long chains of zeros occur. He is thus from the outset well compressible. The data compression can each pairing of tool models and workpiece models limited and carried out so that to review the Collision freedom of paths of a particular workpiece and decompresses only a partial dataset of a particular tool (unzipped) must be.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, aus der Beschreibung oder aus Ansprüchen.Further Details of advantageous embodiments The invention will become apparent from the drawing, from the description or claims.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:In the drawing is an embodiment of Invention illustrated. Show it:

1 eine Schleifmaschine und deren Steuereinrichtung in aufs Äußerste schematisierter Darstellung, 1 a grinding machine and its control device in extremely schematized representation,

2 einen zweidimensionalen diskretisierten Arbeitsraum mit einem diskretisierten Werkstückmodell und einem diskretisierten Werkzeugmodell, die sich überschneiden, in schematisierter Darstellung, 2 a two-dimensional discretized working space with a discretized workpiece model and a discretized tool model that overlap, in a schematic representation,

3 einen Vorrat von diskretisierten Werkzeugmodellen in schematisierter Darstellung, 3 a stock of discretized tool models in a schematic representation,

4 einen Vorrat von diskretisierten Werkzeugmodellen in schematisierter Darstellung, 4 a stock of discretized tool models in a schematic representation,

5 die Struktur des Datenvorrats, der die Kollisionsparameter bestimmt, als Formel und 5 the structure of the data store, which determines the collision parameters, as a formula and

6 die Bestimmung eines kollisionsfreien Pfads um ein im Arbeitsraum diskretisiertes Hindernis an einem zweidimensionalen Beispiel in schematisierter Darstellung. 6 the determination of a collision-free path around an obstacle discretized in the working space on a two-dimensional example in a schematic representation.

In 1 ist eine Schleifmaschine 1 in aufs Äußerste schematisierter Darstellung veranschaulicht. Zu ihr gehört ein Schleifkopf 2 mit einem Schleifwerkzeug 3, z.B. einer Schleifscheibe. Der Schleifkopf 2 ist in mehreren Richtungen, beispielsweise in drei Richtungen X, Y, Z, linear verstellbar. Zur Verstellung dienen entsprechende Antriebe 4, 5, 6, die über Steuerleitungen mit einer Steuereinrichtung 7 verbunden sind. Diese wird z.B. durch einen Maschinensteuercomputer gebildet, der mit einer Speichereinheit 8 verbunden ist. Außerdem gehört zu der Schleifmaschine 1 ein Werkstückhalter 9, in dem in 1 zur Veranschaulichung ein stabförmiger Rohling 11 gelagert ist. Der Werkstückhalter 9 kann beispielsweise um eine A-Achse drehbar gelagert sein. Ein entsprechender Antrieb 12 ist mit der Steuereinheit 7 verbunden. Wenn der Schleifkopf 2 z.B. lediglich in Y- und Z-Richtung bewegbar ist, kann der Werkstückhalter 9 zusätzlich in X-Richtung bewegbar sein. Der Antrieb 4 ist dann mit dem Werkzeughalter 9 verbunden.In 1 is a grinder 1 illustrated in extremely schematized representation. To her belongs a grinding head 2 with a grinding tool 3 , eg a grinding wheel. The grinding head 2 is in several directions, for example in three directions X, Y, Z, linearly adjustable. For adjustment serve appropriate drives 4 . 5 . 6 connected via control lines with a control device 7 are connected. This is eg by a machine Tax computer formed with a storage unit 8th connected is. Also belongs to the grinder 1 a workpiece holder 9 in which 1 to illustrate a rod-shaped blank 11 is stored. The workpiece holder 9 may be rotatably mounted, for example, about an A-axis. A corresponding drive 12 is with the control unit 7 connected. When the grinding head 2 For example, only in the Y and Z directions is movable, the workpiece holder 9 additionally be movable in the X direction. The drive 4 is then with the tool holder 9 connected.

Die Koordinaten X, Y, Z und A bilden einen vierdimensionalen Arbeitsraum für die Bewegung der Schleifscheibe 3 und des Rohlings 11. Die Steuereinrichtung 7 steuert die Bewegungen der Schleifscheibe 3 und des Rohlings 11, um ein gewünschtes Schleifergebnis zu erzielen. Es steuert außerdem die Bewegung der Schleifscheibe 3 und/oder des Rohlings 11, um z.B. verschiedene nicht weiter veranschaulichte Werkzeuge nacheinander mit dem Rohling 11 in Eingriff zu bringen. Dabei müssen der Schleifkopf 2 und der Werkstückträger 9 in möglichst kurzer Zeit verfahren werden, d.h. es werden zeitoptimale oder nahezu zeitoptimale oder zumindest zeitgünstige Verfahrwege gesucht. Allerdings darf es dabei keineswegs zu Kollisionen zwischen der Schleifscheibe 3 und dem Rohling 11 oder anderen Elementen kommen. Die Steuereinrichtung 7 ist deshalb in der Lage, vorgeschlagene Wege in dem vierdimensio nalen Arbeitsraum auf Kollisionen zu überprüfen. Dazu nutzt sie einen in der Speichereinheit 8 vorhandenen Datenvorrat, der für alle möglichen Positionen der Schleifscheibe 3 und des Rohlings 11 in dem diskretisierten vierdimensionalen Arbeitsraum einen Kollisionsparameter bereithält. Dies bedeutet, dass für alle diskreten X-, Y-, Z-Positionen der Schleifscheibe 3, kombiniert mit allen diskretisierten Drehpositionen (A-Positionen) des Rohlings 11 festgelegt ist, ob eine Überschneidung (Kollision) zwischen dem Volumen der Schleifscheibe 3 und dem Rohling 11 vorliegt. Um dies zu veranschaulichen, ist in 2 ein zweidimensionales Beispiel für einen Arbeitsraum R angegeben. Seine diskretisierten Koordinaten gehen von x0 bis xn und von x0 bis ym. Der diskretisierte Arbeitsraum R umfasst somit alle möglichen diskreten Relativpositionen zwischen der Schleifscheibe 3 und dem Werkstück 11, wenn lediglich eine zweiachsige Verstellbarkeit gegeben ist (Verstellbarkeit in X und in Y). Es wird nun das Werkzeug 3, das durch die Koordinaten xk, yl gekennzeichnet ist, probeweise in jeden Punkt des diskreten Arbeitsraums verschoben, wobei seine Koordinaten xk, yl mit dem Kollisionsparameter „1" belegt werden, wenn eine Überschneidung vorhanden ist und ansonsten mit einer 0. In 2 sind die mit 0 belegten Felder leer.The coordinates X, Y, Z and A form a four-dimensional working space for the movement of the grinding wheel 3 and the blank 11 , The control device 7 controls the movements of the grinding wheel 3 and the blank 11 to achieve a desired grinding result. It also controls the movement of the grinding wheel 3 and / or the blank 11 To, for example, various tools not illustrated in succession with the blank 11 to engage. In doing so, the grinding head must 2 and the workpiece carrier 9 be traversed in the shortest possible time, ie it is time-optimized or almost time-optimal or at least timely traverse sought. However, it should by no means lead to collisions between the grinding wheel 3 and the blank 11 or other elements come. The control device 7 is therefore able to check proposed paths in the four-dimensional workspace for collisions. To do this, she uses one in the storage unit 8th existing data, which is available for all possible positions of the grinding wheel 3 and the blank 11 in the discretized four-dimensional workspace holds a collision parameter. This means that for all discrete X, Y, Z positions of the grinding wheel 3 , combined with all discretized rotational positions (A positions) of the blank 11 is set, whether an overlap (collision) between the volume of the grinding wheel 3 and the blank 11 is present. To illustrate this, is in 2 a two-dimensional example of a workspace R indicated. Its discretized coordinates go from x 0 to x n and from x 0 to y m . The discretized working space R thus comprises all possible discrete relative positions between the grinding wheel 3 and the workpiece 11 if only a two-axis adjustability is given (adjustability in X and in Y). It will be the tool now 3 , which is characterized by the coordinates x k , y l , is tentatively moved to each point of the discrete workspace, its coordinates x k , y l being assigned the collision parameter "1" if there is an overlap and otherwise having a 0. In 2 the fields with 0 are empty.

Entsprechend werden die Kollisionsparameter 0 oder 1 auch für einen drei- oder vierdimensionalen Arbeitsraum bestimmt, d.h. es wird für jede mögliche Position des Werkzeugs 3 in Kombination mit jeder möglichen Position des Werkstücks 11 der jeweilige Kollisionsparameter bestimmt. Die Kollisionsparameter werden als Datenvorrat D in der Speichereinheit 8 abgespeichert. Schematisch ausgedrückt, besteht der Datenvorrat D aus der Überlagerung des Werkzeugs 3 mit dem Werkstück 11 für den gesamten Arbeitsraum R. Die Überlagerung, die hier schematisch als Operator overl ausgedrückt wird, beinhaltet den Test auf Überschneidung für jede Relativposition von Werkzeug 3 und Werkstück 11 in dem diskretisierten Arbeitsraum.Accordingly, the collision parameters 0 or 1 are also determined for a three- or four-dimensional working space, ie it is determined for each possible position of the tool 3 in combination with every possible position of the workpiece 11 the respective collision parameter is determined. The collision parameters are stored as data stock D in the storage unit 8th stored. Schematically speaking, the data supply D consists of the overlay of the tool 3 with the workpiece 11 for the entire workspace R. The overlay, which is schematically expressed here as operator overl, involves the test for overlap for each relative position of tool 3 and workpiece 11 in the discretized workspace.

Die Steuereinrichtung 7 bestimmt nun einen Pfad P, wie anhand des weiterhin zweidimensionalen Beispiels in 6 wie folgt ersichtlich wird:
In dem diskretisierten Arbeitsraum (hier zweidimensional X, Y) wird ein kollisionsfreier Pfad von A nach B gesucht. Dieser soll erträglich kurz sein. Die kollisionsgefährdeten Bereiche sind schraffiert gekennzeichnet – in dem Datenvorrat D sind sie jeweils durch eine 1 markiert. Das Verfahren sucht nun in dem durch die Diskretisierung vorgegebenen Raster einen Weg, der um den kollisionsgefährdeten Bereich herumführt. Dieser Weg ist weiter als ein optimaler, unmittelbar an dem krummlinig begrenzten inneren Bereich 14, der die Kollisionszone kennzeichnet, angelegter Weg. Der Weg P ist aber wesentlich günstiger als ein herkömmlich durchlaufender, über Parkpositionen führender Weg P0, der in 6 schematisch eingetragen ist.The control device 7 now determines a path P, as shown in the further two-dimensional example in 6 as follows:
In the discretized working space (here two-dimensional X, Y) a collision-free path from A to B is searched. This should be bearable short. The collision-prone areas are marked hatched - in the data store D they are each marked by a 1. The method now looks for a path in the grid given by the discretization, which leads around the collision-prone area. This path is further than an optimal inner area immediately adjacent to the curvilinear 14 , which marks the collision zone, laid out route. The path P is, however, much cheaper than a conventional continuous, over parking positions leading path P 0 , the in 6 is shown schematically.

Für die reale Schleifmaschine 1 genügen keine zweidimensionalen Raster sondern es wird entsprechend mit dem vierdimensionalen Arbeitsraum gearbeitet. D.h. für alle Koordinatenquartette X, Y, Z, A, die jeweils eine mögliche Relativposition von Werkzeug zu Werkstück kennzeichnen, wird der Kollisionsparameter 0 oder 1 bestimmt und abgespeichert. Bei der Wegsuche kann dann auf diesen Datenvorrat zurückgegriffen werden, um ohne Rechenaufwand, lediglich durch Rückgriff auf die gespeicherten Werte festzustellen, ob der gewählte Pfad oder ein gerade eben ermittelter Teilpfad oder ein von einem Bediener eingegebener Teilpfad kollisionsfrei ist oder nicht.For the real grinder 1 are not enough two-dimensional grid but it is working accordingly with the four-dimensional workspace. That is, for all coordinate quartets X, Y, Z, A, each of which characterize a possible relative position from tool to workpiece, the collision parameter 0 or 1 is determined and stored. During the route search, it is then possible to fall back on this data store in order to ascertain, without computational effort, merely by resorting to the stored values, whether the selected path or a partial path or a partial path entered by an operator is collision-free or not.

Vorzugsweise werden die Kollisionsparameter nicht nur für ein spezielles Werkstück und ein spezielles Werkzeug und den gesamten mehrdimensionalen Arbeitsraum bestimmt sondern zugleich für alle diskretisierten Werkzeuge und alle diskretisierten Werkstücke. Dies ist in den 3 und 4 veranschaulicht. 3 veranschaulicht einen Vorrat von Werkzeugen WZ1, WZ2, WZ3, der z.B. Schleifscheiben innerhalb eines Rasters in allen vorkommenden Größen und Formen umfassen kann. Die Zahl der Werkzeugmodelle ist dabei prinzipiell nicht begrenzt. Im vorliegenden Beispiel sind es drei. Ebenso sind mehrere Werkstückmodelle, beispielsweise drei Werkstückmodelle für unterschiedliche große zylindrische Rohlinge vorhanden. Vorzugsweise sind die unterschiedlichen Werkstückmodelle WS1, WS2, WS3 innerhalb der gegeben Diskretisierung jeweils um einen Diskretisierungsschritt unterschieden. Es können jedoch auch grobere Abstufungen gewählt werden, wie es in 4 angedeutet ist. Es wird nun für den gesamten diskretisierten Arbeitsraum R die Überlagerung aller Werkzeugmodelle mit allen Werkstückmodellen gebildet, wie es in 5 veranschaulicht ist, um den Datenvorrat zu erzeugen. Dieser Datenvorrat umfasst dann die jedem Punkt des diskretisierten Arbeitsraums R zugeordneten Kollisionsparameter für jede mögliche Paarung WZI, WSJ (wobei I und J jeweils die Nummer des Werkzeugmodells und des Werkstückmodells bezeichnen) und für mögliche Relativpositionierung. Der Datensatz umfasst, obwohl jeder Kollisionsparameter lediglich ein Bit benötigt, für einen vierdimensionalen Arbeitsraum, dessen Koordinaten jeweils in hundert diskrete Schritte eingeteilt sind, mehrere Gigabyte, und zwar auch dann wenn nur mit einer relativ geringen Anzahl von beispielsweise drei Werkzeugmodellen und drei Werkstückmodellen gearbeitet wird. Zur Berechnung dieser Datenmenge ist ein leistungsfähiger Rechner u.U. mehrere Tage beschäftigt. Der erzeugte Datensatz gilt jedoch für den vorgegebenen Schleifmaschinentyp universell, d.h. er kann ohne Weiteres auf jede hergestellte Schleifmaschine kopiert werden. Eine Neuberechnung ist dann nicht erforderlich.Preferably, the collision parameters are determined not only for a specific workpiece and a special tool and the entire multidimensional work space but at the same time for all discretized tools and all discretized workpieces. This is in the 3 and 4 illustrated. 3 illustrates a stock of tools WZ1, WZ2, WZ3, which may include, for example, grinding wheels within a grid of all sizes and shapes. The number of tool models is basically not limited. In the present example, there are three. Likewise, meh rere workpiece models, for example, three workpiece models for different sized cylindrical blanks present. Preferably, the different workpiece models WS1, WS2, WS3 are each differentiated by a discretization step within the given discretization. However, coarser gradations can be chosen, as in 4 is indicated. It is now formed for the entire discretized workspace R, the superposition of all tool models with all workpiece models, as in 5 is illustrated to generate the data supply. This data store then comprises the collision parameters associated with each point of the discretized workspace R for each possible pairing WZI, WSJ (where I and J respectively designate the number of the tool model and the workpiece model) and for possible relative positioning. Although each collision parameter requires only one bit, the data set comprises several gigabytes for a four-dimensional workspace whose coordinates are each divided into a hundred discrete steps, even if only a relatively small number of, for example, three tool models and three workpiece models are used , To calculate this amount of data, a powerful computer may be busy for several days. However, the generated data set is universal for the given type of grinding machine, ie it can easily be copied to any manufactured grinding machine. A recalculation is then not required.

Der Datensatz kann, wie erwähnt, in komprimierter Form abgespeichert werden. Vorzugsweise wird er in Teildatensätze aufgeteilt, wobei jeder Teildatensatz eine Werkzeug-Werkstück-Paarung wiedergibt (DT = WZI overl WSJ/R). Zur Bestimmung der Kollisionsfreiheit eines Positionierwegs braucht dann nur der Teildatensatz dekomprimiert werden, der das hier interessierende Werkzeug und das interessierende Werkstück betrifft. Auf den entpackten Datensatz kann bei der Bestimmung oder Überprüfung eines Pfades zugegriffen werden, wobei das Ergebnis (Kollisionsfreiheit des Pfades ja oder nein) praktisch sofort vorliegt.Of the Record can, as mentioned, be stored in compressed form. Preferably he will in sub-records divided, each subset of a tool-workpiece pairing (DT = WZI overl WSJ / R). To determine the collision freedom of a positioning path, only the partial data record then needs to be decompressed which is the tool of interest and the one of interest workpiece concerns. The unpacked record may be used in the determination or verification of a Paths are accessed, the result (collision freedom the path yes or no) is present almost immediately.

Zur Bestimmung von zeitgünstigen kollisionsfreien Wegen wird einer Maschinensteuerung einer Schleifmaschine ein Datensatz D zur Verfügung gestellt, der in jedem diskretisierten Koordinatenpunkt (X, Y, Z, A) sowie für jede Kombination der diskretisierten Werkzeugmodelle WZI und Werkstückmodelle WSJ einen Kollisionsparameter 0 oder 1 aufweist. Dieser zeigt an, ob für die dem entsprechenden Koordinatenpunkt X, Y, Z, A zugeordnete Konstellation, d.h. Relativposition, von Werkstück 11 und Werkzeug 3 eine Kollision oder räumliche Überschneidung des Werkzeugs und des Werkstücks zur Folge hat oder nicht. Dieser Datenvorrat D bildet eine Look-up-Tabelle, die zur Überprüfung von gegebenen Pfaden oder zum Strecken oder schrittweisen Aufbau von Pfaden genutzt werden kann. Die Berechnung zeitgünstiger Pfade kann auch bei beschränkten Rechenkapazitäten in wenigen Sekunden durchgeführt werden, weil die zeit- und rechenintensive Kollisionsberechnung entfällt. Es wird auf die vorausberechnete Look-up-Tabelle zurück gegriffen.To determine time-efficient collision-free paths, a machine control of a grinding machine is provided with a data set D which has a collision parameter 0 or 1 in each discretized coordinate point (X, Y, Z, A) and for each combination of the discretized tool models WZI and workpiece models WSJ. This indicates whether for the corresponding coordinate point X, Y, Z, A constellation associated, ie relative position of workpiece 11 and tool 3 results in a collision or spatial overlap of the tool and the workpiece or not. This data set D forms a look-up table that can be used for checking given paths or for extending or stepping up paths. The calculation of time-efficient paths can be carried out within a few seconds, even with limited computing capacities, because the time- and compute-intensive collision calculation is eliminated. It is based on the precalculated look-up table.

Claims (12)

Maschinensteuerungseinrichtung für eine Schleifmaschine (1) mit einem Schleifkopf (2) und mit einem Werkstückträger (9), die durch eine mehrachsige Betätigungseinrichtung (4, 5, 6, 12) in mehreren Richtungen (X, Y, Z, A) in einem Arbeitsraum (R) in Bezug aufeinander bewegbar sind, wobei die Betätigungseinrichtung (4, 5, 6, 12) an die Maschinensteuereinrichtung (7, 8) angeschlossen ist, mit einer Verarbeitungseinheit (7) und mit einer Speichereinheit (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (8) einen vorab berechnete Datenvorrat (D) für den in Diskretisierungselemente (xiyj) unterteilten Arbeitsraum (R) bereithält, dass den Diskretisierungselementen (xiyj) für vorgegebene Werkzeuge (3) und für vorgegebene Werkstücke (11) in jeweils vorgegebenen Positionen Kollisionsparameter (0 oder 1) zugeordnet sind und dass die Kollisionsfreiheit eines Verfahrweges (P) anhand des Datenvorrates (D) durch Abfrage der vorhandenen Kollisionsparameter (0 oder 1) erfolgt.Machine control device for a grinding machine ( 1 ) with a grinding head ( 2 ) and with a workpiece carrier ( 9 ) controlled by a multi-axis actuator ( 4 . 5 . 6 . 12 ) are movable in relation to one another in a plurality of directions (X, Y, Z, A) in a working space (R), wherein the actuating device ( 4 . 5 . 6 . 12 ) to the machine control device ( 7 . 8th ) is connected to a processing unit ( 7 ) and with a storage unit ( 8th ), characterized in that the memory unit ( 8th ) contains a previously calculated data store (D) for the work space (R) subdivided into discretization elements (x i y j ), that the discretization elements (x i y j ) for predetermined tools ( 3 ) and for specified workpieces ( 11 ) are assigned in each predetermined position collision parameters (0 or 1) and that the collision freedom of a travel path (P) on the basis of the data supply (D) by querying the existing collision parameters (0 or 1). Maschinensteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenvorrat (D) alle Diskretisierungselemente (xiyj) des Arbeitsraums (R) umfasst.Machine control device according to claim 1, characterized in that the data supply (D) comprises all discretization elements (x i y j ) of the working space (R). Maschinensteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge (3) durch diskrete Werkzeugmodelle (WZ1, WZ2, WZ3) beschrieben sind.Machine control device according to claim 1, characterized in that the tools ( 3 ) are described by discrete tool models (WZ1, WZ2, WZ3). Maschinensteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (11) durch diskrete Werkstückmodelle (WS1, WS2, WS3) beschrieben sind.Machine control device according to claim 1, characterized in that the workpieces ( 11 ) are described by discrete workpiece models (WS1, WS2, WS3). Maschinensteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschreibung der Werkstücke (11) die geometrischen Formen von Rohlingen zugrunde gelegt sind.Machine control device according to claim 1, characterized in that for the description of the workpieces ( 11 ) are based on the geometric shapes of blanks. Maschinensteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenvorrat (D) Kollisionsparameter (0 oder 1) für wenigstens ein Werkstückmodell (WS1) und für wenigstens ein Werkzeugmodell (WZ1) für den gesamten Arbeitsraum und für alle einnehmbaren Werkstückpositionen umfasst.Machine control device according to claim 1, characterized in that the data store (D) has collision parameters (0 or 1) for at least one workpiece model (WS1) and for at least one tool model (WZ1) for the entire workspace and for all removable workpiece positions includes. Maschinensteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenvorrat (D) Kollisionsparameter für wenigstens ein Werkstückmodell (WS1) und für wenigstens ein Werkzeugmodell (WZ1) für den gesamten Arbeitsraum und für alle einnehmbaren Werkzeugpositionen umfasst.Machine control device according to claim 1, characterized in that the data store (D) has collision parameters for at least a workpiece model (WS1) and for at least one tool model (WZ1) for the entire workspace and for includes all recordable tool positions. Maschinensteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenvorrat (D) Kollisionsparameter für alle Werkstückmodelle (WS1, WS2, WS3, ...) und für alle Werkzeugmodelle (WZ1, WZ2, WZ3, ...) für den gesamten Arbeitsraum und für alle einnehmbaren Werkstückpositionen umfasst.Machine control device according to claim 1, characterized characterized in that the data supply (D) collision parameters for all workpiece models (WS1, WS2, WS3, ...) and for All tool models (WZ1, WZ2, WZ3, ...) for the entire workspace and for all removable workpiece positions includes. Maschinensteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenvorrat (D) komprimiert ist.Machine control device according to claim 1, characterized characterized in that the data supply (D) is compressed. Maschinensteuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenvorrat (D) in Teildatenvorräte (D1, D2, D3, ...) aufgeteilt ist, die jeweils die Kollisionsparameter (0/1) für eine Werkstück-Werkzeug-Kombination (WZ1-WS1; WZ1-WS2; WZ1-WZ3; WZ2-WS1; WZ2-WS2 ...) für alle möglichen Positionen umfassen.Machine control device according to claim 1, characterized in that the data supply (D) in partial data stores (D1, D2, D3, ...), each of which is the collision parameter (0/1) for one Workpiece-tool combination (WZ1-WS1; WZ1-WS2; WZ1-WZ3; WZ2-WS1; WZ2-WS2 ...) for all potential Include positions. Maschinensteuerungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Teildatenvorräte (D1, D2, D3, ...) jeweils gesondert komprimiert sind.Machine control device according to claim 10, characterized in that the partial data stores (D1, D2, D3, ...) respectively are compressed separately. Verfahren zur Bestimmung eines Verfahrweges eines Schleifwerkzeuges (3) und/oder eines Werkstücks (11) bei einer Schleifmaschine (1), mit einem Schleifkopf (2) und mit einem Werkstückträger (9), die durch eine mehrachsige Betätigungseinrichtung (4, 5, 6, 12) in mehreren Richtungen (X, Y, Z, A) in einem Arbeitsraum (R) in Bezug aufeinander bewegbar sind, wobei die Betätigungseinrichtung (4, 5, 6, 12) an die Maschinensteuereinrichtung (7, 8) angeschlossen ist, und wobei die Schleifmaschine (1) eine Verarbeitungseinheit (7) mit einer Speichereinheit (8) aufweist, wobei in der Speichereinheit (8) ein vorab berechneter Datenvorrat (D) für den in Diskretisierungselemente (xiyj) unterteilten Arbeitsraum (R) bereitgehalten wird, wobei den Diskretisierungselementen (xiyj) vorab für vorgegebene Werkzeuge (3) und für vorgegebene Werkstücke (11) in jeweils vorgegebenen Positionen Kollisionsparameter (0 oder 1) zugeordnet werden und wobei die Kollisionsfreiheit eines Verfahrweges (P) anhand des Datenvorrates (D) durch Abfrage der vorhandenen unveränderlichen und vorausberechneten Kollisionsparameter (0 oder 1) erfolgt.Method for determining a travel path of a grinding tool ( 3 ) and / or a workpiece ( 11 ) in a grinding machine ( 1 ), with a grinding head ( 2 ) and with a workpiece carrier ( 9 ) controlled by a multi-axis actuator ( 4 . 5 . 6 . 12 ) are movable in relation to one another in a plurality of directions (X, Y, Z, A) in a working space (R), wherein the actuating device ( 4 . 5 . 6 . 12 ) to the machine control device ( 7 . 8th ), and wherein the grinding machine ( 1 ) a processing unit ( 7 ) with a storage unit ( 8th ), wherein in the memory unit ( 8th ) a precalculated data store (D) is kept ready for the work space (R) subdivided in discretization elements (x i y j ), wherein the discretization elements (x i y j ) are stored in advance for given tools ( 3 ) and for specified workpieces ( 11 ) are assigned in each predetermined position collision parameters (0 or 1) and wherein the collision freedom of a travel path (P) on the basis of data (D) by querying the existing immutable and precalculated collision parameters (0 or 1).
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