DE19811049A1 - Numerische Steuereinheit - Google Patents

Numerische Steuereinheit

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DE19811049A1
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Jun Fujita
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerische Steuereinheit, die auf die Programmsteuerung von Werkzeugmaschinen- oder Industrieroboteroperationen oder dergleichen angewandt wird.
Herkömmlicherweise wird bei Werkzeugmaschinen- oder Industrieroboter­ operationen eine numerische Steuereinheit (NC-Einheit) benutzt, die ein gegebenes Befehlsprogramm dekodiert und ausführt, um die Werkzeugma­ schinen und dergleichen zu steuern.
(Numerische Steuereinheit und Interpolationsoperation)
Eine numerische Steuereinheit liest im voraus ein Befehlsprogramm, in welchem Arbeitsbefehle (Lage, Geschwindigkeit und dergleichen) sequentiell in einem spezifischen Format geschrieben sind, und sie gibt beim konkreten Arbeiten jeden Befehl an Werkzeugmaschinen und dergleichen in einem vorbestimmten Zeitschritt aus, um jede spezifische Bearbeitung durchzufüh­ ren.
Bei einer neueren numerischen Steuereinheit wird zum Verbessern der Bearbeitungsgenauigkeit eine Befehlskurve so interpoliert, daß ein geome­ trischer Ort glatt und weich zugänglich ist, und dazu wird eine Interpolation für ein zweiachsiges synchrones Bearbeiten und dergleichen durchgeführt.
Bei der oben genannten Interpolation wird die interpolierende Operation durch vorheriges Analysieren der Befehlskurve und durch erneutes annähern­ des Konstruieren als eine Kombination von kleinen Blöcken, bestehend aus winzigen geraden Linien, Bögen und dergleichen, durchgeführt.
(Datenformat bei der numerischen Steuereinheit)
Beim Erzeugen des Befehlsprogramms in der genannten numerischen Steuer­ einheit werden, wenn Zerspanungsarbeit und dergleichen durchgeführt wird, Formdaten von einem rechnergestützten Konstruktionssystem (CAD-System) geliefert, und ein Befehlsprogramm wird durch Benutzen der Daten erzeugt.
(Automatisches Programmieren ohne getrenntes Programmieren)
Häufig wird die B-Spline-Kurve (Basis-Spline), die verschiedenartige Kurven frei zeichnen kann, für Datenformate angewandt, die im Prozeß, basierend auf der genannten CAD-Konstruktion zur automatischen Erzeugung eines Befehlsprogramms, benutzt werden. Darüberhinaus ist es zu einer häufigen Verwendung einer NURBS-Kurve gekommen (Non-Uniform-Rational-B-Spline bzw. ungleichmäßiges rationales B-Spline), die eine Verbesserung hinsichtlich der Ungleichmäßigkeit der Zuwachsmenge von Knoten von Segmenten der B-Spline-Kurve bringt.
(Direkte Interpolation bei Freikurven)
Die vorher erwähnte B-Spline-Kurve oder NURBS-Kurve besitzt ein hohes Ausdrucksvermögen bei der Befehlskurve, so daß eine unbeschränkte, freie Kurve bzw. Freikurve zugewiesen wird. Andererseits nimmt die Datenmenge mit der Verbesserung der Genauigkeit einer Kurve zu, was den Nachteil der Komplizierung der erwähnten Interpolationsoperation verursacht.
Um diesen Nachteil zu eliminieren, wird ein Interpolationssystem, bei dem die interpolierende Operation der NURBS-Kurve wirksam durchgeführt wird, vorgeschlagen (siehe das offengelegte japanische Patent Nr. Hei 8-305 430 Bulletin).
Bei diesem System werden Daten zum Spezifizieren einer NURBS-Kurve direkt zu einer numerischen Steuereinheit befohlen. Genauer gesagt ist der Ablauf im System folgender:
Zuerst wird ein Befehlsprogramm unter Einbeziehung eines interpolierenden Befehls der NURBS-Kurve beschrieben, in der eine Befehlskurve durch eine Funktion P(t) des spezifischen Parameters t als Variable dargestellt wird. Die Bewegung pro Zeiteinheit wird durch den Geschwindigkeitsbefehl des inter­ polierenden Befehls berechnet, und ein Bewegungsbefehl wird ausgegeben. Als nächstes wird die Parametervariation bei Bewegung durch den berech­ neten Bewegungsbetrag berechnet. Der Wert, der abgeleitet bzw. gewonnen wird, nachdem die Variation dem aktuellen Wert hinzugefügt worden ist, wird anstelle der Funktion der NURBS-Kurve eingesetzt, um einen zu interpolierenden Koordinatenwert zu erhalten, und der Bewegungsbetrag jeder Achse zum Koordinatenwert wird berechnet.
Infolgedessen kann die Interpolation einer NURBS-Kurve direkt befohlen und ausgeführt werden, wodurch eine Komplizierung bei der Durchführung der interpolierenden Operation vermieden wird.
(Nachteil des Standes der Technik)
Bei dem vorgenannten direkt interpolierenden System der NURBS-Kurve wird jedoch der Bewegungsbetrag pro Periode bei der praktischen Inter­ polation mittels der Vorschubgeschwindigkeit definiert, die durch ein Pro­ gramm gesteuert wird, so daß der nachfolgend beschriebene Nachteil auftritt und die Beseitigung dieses Nachteils gewünscht wird.
(Fehler der verursacht wird, wenn die Freikurve zeitdiskret interpoliert wird)
Wenn eine Freikurve zeitdiskret interpoliert wird, bildet der interpolierte geometrische Ort praktisch ein Kontinuum von winzigen Geraden, wenn er genau betrachtet wird. Zwischen der Geraden und der befohlenen Linie tritt ein Bogenfehler Ec auf. Der Bogenfehler Ec wird durch die nachfolgende Formel mit einem Krümmungsradius R(mm) in dem betreffenden Abschnitt der Befehlskurve und mit einem Winkel von arc Θ in einem entsprechenden Abschnitt dargestellt.
(Formel 1)
Ec
= R(1-cos(Θ))
(Fehler durch Servo-Verzögerung)
Ein Servo-Abschnitt durch Rückkopplungsschleife ist gewöhnlich aus einer numerischen Steuereinheit zu einem Bearbeitungsabschnitt einer Werkzeug­ maschine, oder dergleichen, strukturiert. Eine Radiusverkleinerung durch Servo-Verzögerung tritt üblicherweise auf, wenn ein geometrischer Kurvenort im Servo-Abschnitt entnommenen wird. Falls der oben genannte Fehler durch Servo-Verzögerung bei der Bearbeitung einen zulässigen Fehler über­ schreitet, kann eine befriedigende Bearbeitungsgenauigkeit nicht erzielt werden.
Der Fehler durch Servo-Verzögerung (Radiusverkleinerung dR(mm)) ist in der nachfolgenden Formel durch einen Servoschleifen-Lagensteuerungszuwachs Ω0 (rad/sec), den Krümmungsradius R(mm) und die Vorschubgeschwindigkeit F(mm/min) dargestellt.
(Formel 2)
(Fehler durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft)
Wenn ein geometrischer Kurvenort gezogen wird, tritt eine mechanische Biegung durch Zentrifugalkraft auf und verursacht einen Fehler gemäß der Vorschubgeschwindigkeit oder der Masse eines sich bewegenden Abschnittes.
Der Maximalwert des Fehlers Em durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, wird durch die nachfolgende Formel mit einem Krümmungsradius R(mm) in dem betroffenen Abschnitt der Befehlskurve, die Vorschubgeschwindigkeit F(mm/min), die maximale Masse M(kg) eines sich bewegenden Objektes und die Steifigkeit des Vorschubschaftes K(kgf/µm) ausgedrückt.
(Formel 3)
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer numerischen Steuereinheit, die das Definieren von Daten einer Freikurve anweist, um direkt eine Freikurve zu interpolieren, und die außerdem verschiedenartige Fehler unterdrückt, welche während des vorgenannten Prozesses innerhalb jedes zulässigen Wertes auftreten.
Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine numerische Steuereinheit zu schaffen, die ein Programm dekodiert, das einen sich bewegenden geometrischen Ort durch eine Kurve R(t) definiert, welche durch einen gegebenen Parameter t dargestellt wird, und die einen Bearbeitungs­ befehl gemäß dem sich bewegenden geometrischen Ort an das zu steuernde vorbestimmte Objekt ausgibt. Die numerische Steuereinheit weist auf:
einen eine Kurve interpolierenden Schaltungsteil, der eine Kurve P(t) des sich bewegenden geometrischen Ortes interpoliert, wenn der Arbeitsbefehl ausge­ geben wird;
einen Schaltungsteil zum Einstellen eines zulässigen Fehlers, wobei dieser Teil vorher einen zulässigen Fehler in Arbeitsergebnissen einstellt;
einen Schaltungsteil zum Einstellen eines Fehlerfaktors, wobei dieser Teil vorher Fehlerfaktoren als Referenz einstellt;
einen Schaltungsteil zum Berechnen des Krümmungsradius, wobei dieser Teil einen Krümmungsradius in der Kurve P(t) berechnet;
einen Schaltungsteil zum Berechnen der zulässigen Geschwin­ digkeit, wobei dieser Teil den Krümmungsradius und die Fehlerfaktoren bewertet und die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit berechnet, die nicht den zulässigen Fehler überschreitet;
und einen Schaltungsteil zum Begrenzen der Befehlsgeschwindigkeit, wobei dieser Teil eine Befehlsge­ schwindigkeit, ausgegeben von dem kurveninterpolierenden Schaltungsteil, unter die maximal zulässige Vorschubgeschwindigkeit begrenzt, wenn die Befehlsgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit dem Arbeitsbefehl die maximal zulässige Vorschubgeschwindigkeit überschreitet.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Basisdirektinterpolation bei einer Freikurve mit Hilfe eines kurveninterpolierenden Schaltungsteils durchgeführt. Darüberhinaus wird in Übereinstimmung mit einem zulässigen Fehler und mit Fehlerfaktoren, die zuvor eingestellt werden, die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit gemäß einem Krümmungsradius berechnet, und eine Befehlsgeschwindigkeit, die dem kurveninterpolierenden Schaltungsteil zu­ geführt wird, wird unter den Wert der gegebenen zulässigen Geschwindigkeit gesteuert, die keinen Fehler verursacht, so daß die oben genannten ver­ schiedenartigen Fehler am Auftreten bei der direkten Interpolation verhindert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung werden Fehlerfaktoren durch Servo-Ver­ zögerung vorzugsweise in dem Schaltungsteil zum Einstellen des Fehler­ faktors so eingestellt, daß der Schaltungsteil zum Berechnen der zulässigen Geschwindigkeit einen Fehler durch Servo-Verzögerung zusätzlich zu einem Basisbogenfehler bewertet.
Als Ergebnis kann die Einheit einen Fehler bewältigen, der durch die Servo-Ver­ zögerung zusätzlich zu einem Bogenfehler verursacht wird. Ein Lagen­ steuerungszuwachs ist entsprechend den Fehlerfaktoren durch Servo-Ver­ zögerung verfügbar. Genauer gesagt werden im Schaltungsteil zur Begren­ zung der Befehlsgeschwindigkeit die zulässige maximale Vorschubgeschwin­ digkeit betreffend den Bogenfehler sowie die zulässige maximale Vorschubge­ schwindigkeit betreffend den Fehler durch Servo-Verzögerung jeweils berech­ net, und die kleinere der beiden Geschwindigkeiten kann als die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit ausgegeben werden.
Bei der vorliegenden Erfindung werden im Schaltungsteil zum Einstellen des Fehlerfaktors die Fehlerfaktoren durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, vorzugsweise so eingestellt, daß der Schaltungsteil zum Berechnen der zulässigen Geschwindigkeit getrennt einen Fehler durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, aus einem Basisbo­ genfehler bewertet.
Infolgedessen kann die Einheit einen Fehler durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, zusätzlich zu einem Bogenfehler, bewälti­ gen.
Die Masse eines zu steuernden, sich bewegenden Objektes und die mechani­ sche Steifigkeit sind für die Fehlerfaktoren durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, verfügbar. Genauer gesagt werden in dem Schaltungsteil zum Begrenzen der Befehlsgeschwindigkeit die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit bezüglich des Bogenfehlers sowie die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit bezüglich des Fehlers durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, jeweils berechnet, und die kleinere der beiden Geschwindigkeiten kann als endgültige, zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit ausgegeben werden.
Die Einheit kann sich mit den obigen drei Fehlern befassen, d. h. mit dem Bogenfehler, dem Fehler durch Servo-Verzögerung und dem Fehler durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft. Es ist auch möglich, daß die kleinste Geschwindigkeit der drei oben genannten zulässigen Vor­ schubgeschwindigkeiten, berechnet in Bezug auf jeden Fehler, die endgültige, zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit ist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Kurve P(t), dargestellt durch den gegebenen Parameter t, vorzugsweise ein NURBS-Kurvenformat.
Die NURBS-Kurve besitzt eine große Befähigung zum Beschreiben einer Freikurve sowie eine hohe Wirksamkeit zur Steigerung der Wirkung durch direkte Interpolation. Daher können durch Anwendung der vorliegenden Erfindung deutlich erkennbare Ergebnisse durch Verhindern verschiedenartiger Fehler erzielt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der zulässige Fehler individuell entsprechend dem oben genannten Programm eingestellt wird.
Infolgedessen wird jeder zulässige Fehler in Übereinstimmung mit jedem Bearbeitungsprogramm eingestellt, d. h. in Übereinstimmung mit durchzufüh­ renden Arbeiten und dergleichen, wodurch in Abhängigkeit von den Arbeiten und dergleichen die Fehlerkompensation optimiert wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der zulässige Fehler vorzugsweise als ein Betriebssystemparameter eingestellt, unabhängig von dem oben genannten Programm.
Dementsprechend kann ein zulässiger Basisfehler als Betriebseinstellung im System zugeteilt werden, was es nicht länger erforderlich macht, einen zulässigen Fehler bei jedem Bearbeitungsprogramm zuzuweisen, wodurch die Komplizierung des Prozesses vermieden wird und ganz gewiß die mindeste Genauigkeit, und dergleichen, gewährleistet wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die ein Betriebskonzept gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Gemäß Fig. 1 liest eine numerische Steuereinheit 10 ein gegebenes Verarbei­ tungsprogramm 11 und steuert synchron das Arbeiten einer Anzahl von Systemen bestehend aus dem X-Achsen-Servosystem 12, dem Y-Achsen-Ser­ vosystem 13 und dem Z-Achsen-Servosystem 14 gemäß einem Bearbei­ tungsbefehl, der in dem Verarbeitungsprogramm geschrieben ist.
(Basisstruktur der numerischen Steuereinheit)
Die numerische Steuereinheit 10 besteht im wesentlichen aus einem Schal­ tungsteil 15 für die Analysebearbeitung, die das Verarbeitungsprogramm liest, analysiert und weiterbehandelt, sowie aus einem Schaltungsteil 16 zum Interpolieren einer Kurve, wobei dieser Teil das analysierte Ergebnis inter­ poliert, Befehlsdaten, die durch die oben genannte Verarbeitung erhalten werden, werden an jeden Bearbeitungsteil ausgegeben, d. h. an das X-Ach­ sen-Servosystem 12, das Y-Achsen-Servosystem 13 und das Z-Achsen-Servo­ system 14.
Das Verarbeitungsprogramm 11 definiert einen sich bewegenden geome­ trischen Ort durch eine Kurve P(t), dargestellt durch den gegebenen Parame­ ter t, d. h., genauer gesagt definiert sie einen sich bewegenden geometrischen Ort als NURBS-Kurve.
Der die Analyse verarbeitende Schaltungsteil 15 liest die in der NURBS-Kur­ ve angegebenen Kurvendefinitionsdaten DP sowie die Vorschubgeschwin­ digkeitsdaten DF und übermittelt die Kurvendefinitionsdaten DP sowie den Vorschubbefehlswert CF an den Schaltungsteil 16 zum Interpolieren der Kurve.
Der Schaltungsteil 16 zum Interpolieren der Kurve führt eine direkte Inter­ polation der Freikurve mit den eingestellten Kurvendefinitionsdaten DP und dem Vorschubbefehlswert CF durch (vergl. das offengelegte japanische Patent Nr. Hei 80305430 Bulletin), und sie berechnet die Lagebefehlswerte Cx, Xy, Cz der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse, und sie gibt die Werte jeweils entsprechend an das X-Achsen-Servosystem 12, das Y-Achsen-Servosystem 13 und das Z-Achsen-Servosystem 14 aus.
Bis hierher entspricht die Struktur dem herkömmlichen Stand der Technik, doch wird eine weitere Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung dem Schaltungsteils 16 zum Interpolieren der Kurve hinzugefügt.
(Neue Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung)
Die dem Schaltungsteil 16 zum Interpolieren der Kurve hinzugefügte Struktur besteht aus einem Schaltungsteil 21 zum Einstellen von Daten, einem Schal­ tungsteil 22 zum Berechnen eines Krümmungsradius', einem Schaltungsteil 23 zum Berechnen einer zulässigen Geschwindigkeit und einem Schaltungsteil 24 zum Begrenzen einer Befehlsgeschwindigkeit.
Der Schaltungsteil 21 zum Einstellen von Daten dient sowohl als Schaltungs­ teil zum Einstellen eines zulässigen Fehlers, als auch als Schaltungsteil zum Einstellen eines Fehlerfaktors, wobei zusätzlich zu einem zulässigen Fehler Emax in den Verarbeitungsergebnissen zuvor ein Lagensteuerungszuwachs Ω0, die Masse eines sich bewegenden Objektes M und die mechanische Steifig­ keit K ebenfalls eingestellt und als Fehlerfaktoren für Bezugszwecke gespei­ chert werden.
Die genannte Einstellung kann mit Hilfe einer Konsolentafel der numerischen Steuereinheit 10, eines externen Computerterminals, oder dergleichen, durch­ geführt werden.
Jeder der Einstellwerte wird in der erforderlichen Weise in einem Speicher­ abschnitt der numerischen Steuereinheit 10 als Systemparameter gespeichert und kann auch dem Verarbeitungsprogramm 11 zugewiesen werden. In diesem Falle kann der Wert in den Schaltungsteil für die Analyseverarbei­ tung eingelesen und im Speicherabschnitt der numerischen Steuereinheit 10 gespeichert werden.
Der Schaltungsteil 22 zum Berechnen des Krümmungsradius' berechnet einen Krümmungsradius R(t) in der aktuellen Position einer Kurve P(t) durch Kurvendefinitionsdaten DP (welche die Kurve P(t) darstellen), die an den Schaltungsteil 16 zum Interpolieren der Kurve geliefert werden, und durch den aktuellen Wert des Parameters t der Kurve P(t). Bei der Operation werden das erste Stufendifferential P'(t) und das zweite Stufendifferential P''(t) des aktuellen Wertes benutzt, um anhand der nachfolgenden Formel zu rechnen. In der nachfolgenden Formel gibt κ die Operation der Bildung des äußeren Produkts wieder.
(Formel 4)
Der Schaltungsteil 23 zum Berechnen der zulässigen Geschwindigkeit bewer­ tet einen Krümmungsradius R(t), erhalten im Schaltungsteil 22 zum Berech­ nen des Krümmungsradius', sowie verschiedenartige, im Schaltungsteil 21 zum Einstellen der Daten gesetzte Werte, und er berechnet die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit Fmax, die die zulässigen Fehler Ex in Bezug auf die drei Arten von Fehlerfaktoren nicht überschreiten darf.
(Maßnahmen für den Fehlerfaktor 1)
Ein Bogenfehler Ec wird als Fehlerfaktor 1 betrachtet, wenn eine Freikurve zeitdiskret interpoliert wird und die entsprechende zulässige Geschwindigkeit Fmax 1 gefunden wird. Ein Bogenfehler Ec wird gemäß der Formel 1 er­ mittelt, wie sie weiter oben aufgeführt ist. Die Beziehung zwischen einem Bogenfehler Ec, einem Krümmungsradius R und einem Winkel Θ ist in Fig. 2 dargestellt, so daß die nachfolgende Formel aufgestellt wird:
(Formel 5)
Die Beziehung zwischen dL und cosΘ wird durch die folgende Formel ausgedrückt:
(Formel 6)
Dazu wird die oben genannte Formel 1 weiter wie folgt umgebaut.
(Formel 7)
Wenn der Krümmungsradius R(t), der bereits ermittelt worden ist, für R in die wie oben beschrieben erhaltene Formel von dL eingesetzt wird, wird der zulässige Bewegungsbetrag der Lage entsprechend dem aktuellen Parameter t ermittelt. Die zulässige Vorschubgeschwindigkeit Fmax(mm/min), die in Minuten dargestellt wird, wird mit 60/T multipliziert (T ist eine Periode der Interpolationsbearbeitungszeit (sec)), so daß die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit Fmax1 betreffend den Fehlerfaktor 1 berechnet wird.
(Maßnahmen für den Fehlerfaktor 2)
Ein Fehler durch Servo-Verzögerung wird als Fehlerfaktor 2 betrachtet, und die entsprechende zulässige Geschwindigkeit Fmax 2 wird ermittelt.
Wie oben beschrieben wird ein Fehler durch Servo-Verzögerung (Radiusver­ kleinerung Dr(mm)) in der obigen Formel 2 durch den Servoschleifen-La­ gensteuerungszuwachs ω0 (rad/sec), den Krümmungsradius R(mm) und die Vorschubgeschwindigkeit F(mm/min) dargestellt.
Der Lagensteuerungszuwachs ω0 wird im Schaltungsteil 21 zum Einstellen der Daten gesetzt, während der Krümmungsradius R bereits mit R(t) berech­ net worden ist. Wenn daher die Radiusverkleinerung dR in der genannten Formel 2 in den zulässigen Fehler Emax transformiert wird, wird die nachfolgende Formel erhalten.
(Formel 8)
Aus der Geschwindigkeit F wird die zulässige maximale Vorschubgeschwin­ digkeit Fmax2 betreffend den Fehlerfaktor 2 berechnet.
(Maßnahmen für den Fehlerfaktor 3)
Ein Fehler durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, wird als Fehlerfaktor 3 betrachtet, und die entsprechende zulässige Ge­ schwindigkeit Fmax3 wird ermittelt. Wie oben beschrieben, wird ein Fehler Em durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, in der obigen Formel 3 dargestellt, und zwar mit dem Krümmungsradius R(mm) in dem mit der Befehlskurve befaßten Abschnitt, der Vorschubgeschwindigkeit F(mm/min), der maximalen Masse M(kg) eines sich bewegenden Objektes, und der Steifigkeit des Vorschubschaftes K(kgf/µm). Die Masse eines sich bewegenden Objektes M und die mechanische Steifigkeit des Vorschubschaf­ tes K werden in dem Schaltungsteil 21 zum Einstellen der Daten gesetzt, während der Krümmungsradius R bereits als R(t) berechnet wurde. Wenn daher der Fehler Em in der Formel 3 in den zulässigen Fehler Emax transformiert wird, wird die nachfolgende Formel erhalten:
(Formel 9)
Aus der Geschwindigkeit F wird die zulässige maximale Vorschubgeschwin­ digkeit Fmax3 betreffend den Fehlerfaktor 3 berechnet.
Der Schaltungsteil 23 zum Berechnen der zulässigen Geschwindigkeit wählt die kleinste der drei zulässigen Geschwindigkeiten Fmax1, Fmax2 und Fmax3, die in der oben beschriebenen Weise als die endgültige, zulässige Maximalgeschwindigkeit Fmax erhalten wurde, und sie gibt Fmax an den Schaltungsteil 24 zum Begrenzen der Befehlsgeschwindigkeit aus.
Der Schaltungsteil 24 zum Begrenzen der Befehlsgeschwindigkeit vergleicht die vom Schaltungsteil 23 zum Berechnen der zulässigen Geschwindigkeit übermittelte Geschwindigkeit Fmax mit dem vom Schaltungsteil 16 zum Interpolieren der Kurve gelieferten Vorschubgeschwindigkeits-Befehlswert CF. Wenn der Vorschubgeschwindigkeits-Befehlswert CF kleiner als die zulässige Geschwindigkeit Fmax ist, liefert der Schaltungsteil 24 zum Begrenzen der Befehlsgeschwindigkeit den Vorschubgeschwindigkeits-Befehlswert CF als Vorschubgeschwindigkeit an den Schaltungsteil 16 zum Interpolieren der Kurve, um die Interpolationsoperation durchzuführen. Wenn hingegen der Vorschubgeschwindigkeits-Befehlswert CF die zulässige Geschwindigkeit Fmax überschreitet, liefert der Schaltungsteil 24 zum Begrenzen der Befehlsge­ schwindigkeit die zulässige Geschwindigkeit Fmax als Vorschubgeschwindig­ keit an den Schaltungsteil 16 zum Interpolieren der Kurve, um die Inter­ polationsoperation, welche die Vorschubgeschwindigkeit innerhalb der zulässi­ gen Geschwindigkeit Fmax begrenzt, durchzuführen.
Demgemäß werden bei der Interpolationsoperation im kurveninterpolierenden Schaltungsteil 16 die Operationen stets mit einer Vorschubgeschwindigkeit unter der zulässigen Geschwindigkeit Fmax durchgeführt. Da die zulässige Geschwindigkeit Fmax ausreicht, um die oben genannten Fehlerfaktoren 1 bis 3 zu vermeiden, tritt keiner der Fehler unterhalb des Wertes auf.
(Wirkungen der Ausführungsform)
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Basisdirektinterpolation der Freikurve im Schaltungsteil 16 zum Interpolieren der Kurve durchge­ führt. Darüberhinaus wird mit Hilfe des Schaltungsteils 21 zum Einstellen der Daten, des Schaltungsteils 22 zum Berechnen des Krümmungsradius', des Schaltungsteils 23 zum Berechnen der zulässigen Geschwindigkeit und des Schaltungsteils 24 zum Begrenzen der Befehlsgeschwindigkeit die zulässi­ ge maximale Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem Krüm­ mungsradius und in Übereinstimmung mit zulässigen Fehlern und Fehler­ faktoren ermittelt, die zuvor eingestellt werden, und die Befehlsgeschwindig­ keit, die dem Schaltungsteil zum Interpolieren der Kurve erteilt wird, wird unter die gegebene zulässige Geschwindigkeit heruntergeregelt, was bei der direkten Interpolation keine Fehler verursacht. Als Ergebnis wird bei der direkten Interpolation das Auftreten von verschiedenartigen Fehlern, wie etwa dem Bogenfehler, dem Fehler durch Servo-Verzögerung und dem Fehler durch Zentrifugalkraft, verhindert.
Speziell wird der Lagensteuerungszuwachs ω0 entsprechend den Fehlern durch Servo-Verzögerung im Schaltungsteil 21 zum Einstellen der Daten, jetzt als Schaltungsteil zum Einstellen des Fehlerfaktors wirkend, eingestellt, und der Fehler durch Servo-Verzögerung wird im Schaltungsteil 23 zum Berechnen der zulässigen Geschwindigkeit bewertet, so daß zusätzlich zu einem Bogenfehler (Fehlerfaktor 1) ein Fehler durch Servo-Verzögerung (Fehlerfaktor 2) behandelt wird.
Die Masse eines sich bewegenden Objektes M und die mechanische Steifig­ keit K entsprechend einem Fehler durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, werden im Schaltungsteil 21 zum Einstellen der Daten, jetzt als Schaltungsteil zum Einstellen des Fehlerfaktors wirkend, eingestellt, und der Fehler durch Zentrifugalkraft wird im Schaltungsteil 23 zum Berechnen der zulässigen Geschwindigkeit bewertet, so daß zusätzlich zu einem Bogenfehler (Fehlerfaktor 1) und zu einem Fehler durch Servo-Ver­ zögerung (Fehlerfaktor 2) ein Fehler durch mechanische Biegung, ver­ ursacht durch Zentrifugalkraft, behandelt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein sich bewegender geometrischer Ort, der im Verarbeitungsprogramm 11 eingestellt ist, eine Kurve P(t), dargestellt durch den gegebenen Parameter t. Die Kurve P(t), gezeichnet in einem NURBS-Kurvenformat, ist sehr leistungsfähig bei der Verbesserung von Wirkungen durch direkte Interpolation, zusätzlich zu außergewöhnlichen Eigenschaften einer NURBS-Kurve (hohes Vermögen zum Beschreiben von Freikurven), wodurch die Wirkungen des Verhinderns verschiedenartiger Fehler durch Anwenden der vorliegenden Erfindung besonders deutlich werden.
Bei der vorliegenden Erfindung werden zulässige Fehler, die Daten ver­ schiedenartiger Fehlerfaktoren oder dergleichen vom Schaltungsteil 21 zum Einstellen der Daten als Systemparameter gesetzt. Infolgedessen kann ein zulässiger Basisfehler als Betriebseinstellung im System zugeteilt werden, bei dem die Zuteilung eines zulässigen Fehlers in jedem Verarbeitungsprogramm nicht erforderlich ist, wodurch die Komplizierung des Prozesses vermieden wird und ganz gewiß die mindeste Genauigkeit gewährleistet wird.
(Modifikationen)
Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Vielmehr können verschieden­ artige, nachfolgend angegebene Modifikationen ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung einbezogen werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden zulässige Fehler, Daten von verschiedenartigen Fehlerfaktoren oder dergleichen im Schaltungsteil 21 zum Einstellen der Daten als Systemparameter gesetzt. Jedoch können die zulässigen Fehler, die Daten von verschiedenartigen Fehlerfaktoren oder dergleichen jedesmal auch mit Hilfe des Bearbeitungsprogramms 11 gesetzt werden.
Jeder zulässige Fehler kann also in Übereinstimmung mit jedem Verarbei­ tungsprogramm, d. h. mit jeder durchzuführenden Verarbeitung, und derglei­ chen, eingestellt werden, wodurch die Fehlerkompensation in Abhängigkeit von den Bearbeitungen und dergleichen optimiert wird.
Bei der obigen Ausführungsform entsprechen der Schaltungsteil 21 zum Einstellen der Daten sowie der Schaltungsteil 23 zum Berechnen der zulässi­ gen Geschwindigkeit den drei Fehlerfaktoren 1 bis 3, wobei jedoch die Entsprechung mit allen drei Fehlerfaktoren 1 bis 3 für die vorliegende Erfindung nicht unerläßlich ist.
Wenn beispielsweise ein sich bewegendes Objekt leicht genug ist, um die Möglichkeit eines Fehlers durch Zentrifugalkraft auszuschließen, ist es möglich, Maßnahmen nur für einen Bogenfehler (Fehlerfaktor 1) sowie einen Fehler durch Servo-Verzögerung (Fehlerfaktor 2) zu treffen.
Wenn darüberhinaus andere Fehlerfaktoren angenommen werden, genügt es natürlich, Fehler einschließlich der neuen Fehlerfaktoren einzustellen.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die zulässige Geschwin­ digkeit Fmax als Geschwindigkeitseinheit mm/min berechnet, und der Prozeß im Schaltungsteil 16 zum Interpolieren der Kurve ist auf den Bereich unterhalb der zulässigen Grenze beschränkt. Allerdings kann eine zulässige Geschwindigkeit in jeder Abtastperiode T (zulässige Geschwindigkeit κ Abtastperiode T) in den Wert des Bewegungsbetrages konvertiert werden, und ein Befehlswert in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm 11 wird auch in den gleichen Wert konvertiert, woraufhin der Vergleich und die Begrenzung durchgeführt werden können.

Claims (16)

1. Numerische Steuereinheit, die ein Programm dekodiert, das einen sich bewegenden geometrischen Ort mit einer Kurve P(t) definiert, die durch den gegebenen Parameter t dargestellt wird, und die einen Arbeitsbefehl entsprechend dem sich bewegenden geometrischen Ort an das vorbe­ stimmte, zu steuernde Objekt ausgibt, wobei die numerische Steuer­ einheit aufweist:
einen eine Kurve interpolierenden Schaltungsteil, der eine Kurve des sich bewegenden geometrischen Ortes interpoliert, wenn der Arbeits­ befehl ausgegeben wird;
einen Schaltungsteil zum Einstellen eines zulässigen Fehlers, wobei dieser Teil vorher einen zulässigen Fehler in Arbeitsergebnissen ein­ stellt;
einen Schaltungsteil zum Einstellen eines Fehlerfaktors, wobei dieser Teil vorher Fehlerfaktoren als Referenz einstellt;
einen Schaltungsteil zum Berechnen des Krümmungsradius, wobei dieser Teil einen Krümmungsradius in der Kurve P(t) berechnet;
einen Schaltungsteil zum Berechnen der zulässigen Geschwindigkeit, wobei dieser Teil den Krümmungsradius und die Fehlerfaktoren beurteilt und die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit berechnet, die nicht den zulässigen Fehler überschreitet; und
einen Schaltungsteil zum Begrenzen der Befehlsgeschwindigkeit, wobei dieser Teil eine Befehlsgeschwindigkeit, ausgegeben von dem kurven­ interpolierenden Schaltungsteil, unter die maximal zulässige Vorschubge­ schwindigkeit begrenzt, wenn die Befehlsgeschwindigkeit in Überein­ stimmung mit dem Arbeitsbefehl die maximal zulässige Vorschubge­ schwindigkeit überschreitet.
2. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 1, bei der Fehlerfaktoren durch Servo-Verzögerung in dem genannten Schaltungsteil zum Einstellen des Fehlerfaktors eingestellt sind, und bei der der Schaltungsteil zum Be­ rechnen der zulässigen Geschwindigkeit einen Fehler durch Servo-Ver­ zögerung aus einem Basisbogenfehler getrennt beurteilt.
3. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 2, bei der die Fehlerfaktoren durch Servo-Verzögerung einem Lagensteuerungszuwachs entsprechen.
4. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 3, bei der der Schaltungsteil zum Begrenzen der Befehlsgeschwindigkeit die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit betreffend den Bogenfehler sowie die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit betreffend den Fehler durch Servo-Ver­ zögerung jeweils entsprechend berechnet, und die kleinere der beiden genannten Geschwindigkeiten als die endgültige, zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit ausgibt.
5. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 1, bei der Fehlerfaktoren durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, in dem genann­ ten Schaltungsteil zum Einstellen des Fehlerfaktors eingestellt sind, und bei der der Schaltungsteil zum Berechnen der zulässigen Geschwin­ digkeit einen Fehler durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, aus einem Basisbogenfehler beurteilt.
6. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 5, bei der die Fehlerfaktoren durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, einer Masse eines sich bewegenden, zu steuernden Objektes und der mechani­ schen Steifigkeit entsprechen.
7. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 6, bei der der Schaltungsteil zum Begrenzen der Befehlsgeschwindigkeit die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit betreffend den Bogenfehler sowie die maximal zulässige Vorschubgeschwindigkeit betreffend den Fehler durch mechani­ sche Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, jeweils entsprechend berechnet und die kleinere der beiden genannten Geschwindigkeiten als die endgültige zulässige, maximale Vorschubgeschwindigkeit ausgibt.
8. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 1, bei der die Fehlerfaktoren durch Servo-Verzögerung sowie die Fehlerfaktoren durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, in dem genannten Schal­ tungsteil zum Einstellen des Fehlerfaktors eingestellt sind, und bei der der Schaltungsteil zum Berechnen der zulässigen Geschwindigkeit einen Fehler durch Servo-Verzögerung sowie einen Fehler durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, jeweils entsprechend getrennt aus einem Basisbogenfehler berechnet.
9. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 8, bei der die Fehlerfaktoren durch Servo-Verzögerung einem Lagensteuerungszuwachs entsprechen, und bei der die Fehlerfaktoren durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, einer Masse eines sich bewegenden, zu steuern­ den Objektes und der mechanischen Steifigkeit entsprechen.
10. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 9, bei der der Schaltungsteil zum Begrenzen der Befehlsgeschwindigkeit die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit betreffend den Bogenfehler, die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit betreffend den Fehler durch Servo-Ver­ zögerung und die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit betreffend den Fehler durch mechanische Biegung, verursacht durch Zentrifugalkraft, jeweils entsprechend berechnet, und die kleinste Ge­ schwindigkeit der genannten drei Vorschubgeschwindigkeiten als die zulässige maximale Vorschubgeschwindigkeit ausgibt.
11. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 1, bei der die Kurve P(t), dargestellt durch den gegebenen Parameter t, ein NURBS-Kurvenformat ist.
12. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 1, bei der die Kurve P(t), dargestellt durch den gegebenen Parameter t, als Kurvendefinitionsdaten in dem Programm beschrieben ist, und Vorschubgeschwindigkeitsdaten im Verarbeitungsprogramm beschrieben sind, wobei die Vorschubge­ schwindigkeitsdaten die Vorschubgeschwindigkeit definieren, wenn sich das zu steuerende Objekt entlang eines geometrischen Ortes der Kurve P(t) bewegt.
13. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 12, die weiter einen Analyse­ verarbeitungs-Schaltungsteil umfaßt, der die Kurvendefinitionsdaten und die Vorschubgeschwindigkeitsdaten aus dem Programm liest, einen Vorschubgeschwindigkeits-Befehlswert berechnet und den Vorschubge­ schwindigkeits-Befehlswert mit den Kurvendefinitionsdaten an den ge­ nannten Schaltungsteil zum Interpolieren der Kurve sendet.
14. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 1, bei dem der Schaltungsteil zum Einstellen des zulässigen Fehlers sowie der Schaltungsteil zum Einstellen des genannten Fehlerfaktors integral als Dateneinstell-Schal­ tungsteil vorgesehen sind.
15. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 1, bei dem der zulässige Fehler individuell gemaß dem Programm eingestellt ist.
16. Numerische Steuereinheit nach Anspruch 1, bei der der zulässige Fehler als ein Betriebssystemparameter eingestellt wird, unabhängig vom Pro­ gramm.
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