DE19919147A1

DE19919147A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Konturfehlers und Verfahren zur Kontrolle einer korrekten Sollwertvorgabe

Info

Publication number: DE19919147A1
Application number: DE1999119147
Authority: DE
Inventors: Juergen Hiller; Roland Moser; Georg Wiegaertner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: DE19919147B4

Abstract

Durch die Erfindung wird ermöglicht, einen Konturfehler, insbesondere bei einer Fertigung von Unrundkonturen, in Echtzeit während eines Bearbeitungsvorganges aus den gemessenen Istwerten einer Rundachse (C) und einer Linearachse X abzuleiten. Dazu werden die gemessenen Istwerte (C_ist, X_ist) mit der gleichen Transformation X=f (C) beaufschlagt, die auch die Kontur beschreibt. Dadurch kann zu jedem gemessenen Istwert (C_ist) der korrespondierende Wert der X-Achse (X_soll_ist) ermittelt werden. Durch einen Vergleich dieses Wertes (X_soll_ist) mit dem gemessenen Istwert (X_ist) der Linearachse (X) erhält man den eventuellen Konturfehler. Durch einen Vergleich des korrespondierenden Wertes (X_soll_ist) mit dem Sollwert (X_soll) der Linearachse (X) läßt sich darüber hinaus eine Kontrolle einer korrekten Sollwertvorgabe erreichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Konturfehlers, insbesondere einer Unrundkontur, bei industri ellen Bearbeitungsmaschinen wie numerisch gesteuerten Werk zeugmaschinen, Robotern oder dergleichen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kontrolle einer korrekten Sollwertvorgabe bei ebengenannten industriellen Bearbeitungs maschinen.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit industriellen Bear beitungsmaschinen steht stets die Anforderung an eine hohe Konturtreue des zu fertigenden Werkstückes. Aus diesem Grund besteht die Anforderung, eventuelle Konturfehler zu ermit teln, z. B. um entsprechende Justierungen an der industriellen Bearbeitungsmaschine vorzunehmen.

Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet besteht daher auch die Anforderung, eine korrekte Sollwertvorgabe eines Bearbei tungsvorganges im Hinblick auf ein zu fertigende Kontur zu kontrollieren.

Besonders kritisch sind eine Ermittlung eines möglichen Kon turfehlers sowie die Kontrolle einer direkten Sollwertvorgabe bei der Bearbeitung von Unrundkonturen wie beispielsweise Nocken oder Exzentern. Solche Werkstücke mit einer Unrundkon tur werden in der Regel durch eine industrielle Bearbeitungs maschine mit mindestens einer Rundachse und einer Linearachse gefertigt. Bei Geometrien und Unrundkonturen wie Nocken oder Exzentern besteht zwischen den genannten Achsen ein funktio naler Zusammenhang X = f(C) mit X für die Linearachse und C für die entsprechene Rundachse.

Im einfachsten Fall kann diese Kontur als mathematische Funk tion formuliert werden (z. B. X = H.sinus(C)).

Bisher sind keine Lösungen bekannt, um aus gemessenen Istwer ten von Achsen einen Konturfehler abzuleiten. Vielmehr muß ein bearbeitetes Werkstück zu einem späteren Zeitpunkt auf einer Meßmaschine vermessen werden, um einen eventuellen Kon turfehler zu ermitteln.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah ren zur Ermittlung eines Konturfehlers bei industriellen Be arbeitungsmaschinen zu schaffen, bei dem ein Konturfehler be reits bei der Bearbeitung des Werkstückes festgestellt werden kann.

Desweiteren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren zur Kontrolle einer korrekten Sollwert vorgabe zu schaffen, welche sich ebenfalls auf die Kontur treue einer industriellen Bearbeitungsmaschine auswirkt und welches ebenfalls bei der Fertigung die Sollwertvorgabe eines Werkstückes auf deren Korrektheit überprüfen läßt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Ermittlung eines Konturfehlers bei industriel len Bearbeitungsmaschinen wie numerisch gesteuerten Werkzeug maschinen oder Robotern oder dergleichen mit einer Rundachse und einer Linearachse, welche einen geometrischen Zusammen hang X = f(C) beschreiben, mit folgenden Verfahrensschritten gelöst, indem

- Istwerte der Rundachse gemessen werden,
- jeder Istwert mit der die Kontur beschreibenden Transforma tion X = f(C) beaufschlagt wird und ein korrespondierender Wert der Linearachse ermittelt wird,
- entsprechende Istwerte der Linearachse gemessen werden und
- durch Vergleich der gemessenen Istwerte mit den ermittelten korrespondierenden Werten Abweichungen bestimmt werden, welche einen Konturfehler beschreiben.

Außerdem wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Kontrolle einer korrekten Sollwertvorgabe bei industriellen Bearbeitungsmaschinen wie numerisch gesteu erten Werkzeugmaschinen, Robotern oder dergleichen mit einer Rundachse und einer Linearachse, welche einen geometrischen Zusammenhang X = f(C) beschreiben, mit folgenden Verfahrens schritten gelöst, indem

- Istwerte der Rundachse gemessen werden,
- jeder Istwert mit der die Kontur beschreibenden Transforma tion X = f(C) beaufschlagt wird und ein korrespondierender Wert der Linearachse ermittelt wird,
- entsprechende Sollwerte der Linearachse bestimmt werden und
- durch Vergleich der bestimmten Sollwerte mit den ermittel ten korrespondierenden Werten Abweichungen der Sollwertvor gabe bestimmt werden.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird die konturbeschreibende Transformation X = f(C) als mathematische Funktion beschrieben.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der beiden Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt die konturbe schreibende Transformation X = f(C) in Form einer Kurventabelle mit Stützpunkten, zwischen denen Zwischenwerte durch eine In terpolation ermittelt werden.

Besonders vorteilhaft erfolgt die Interpolation durch eine Linearinterpolation oder eine Splineinterpolation.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese in Echtzeit an der industriellen Bearbeitungsmaschine ausgeführt.

Besonders vorteilhaft lassen sich die Verfahren auch an leer laufenden Achsen der industriellen Bearbeitungsmaschine aus führen.

Eine alternative vorteilhafte Ausgestaltung der Verfahren läßt deren Durchführung unabhängig von der industriellen Be arbeitungsmaschine nachträglich in einem separaten Rechnersy stem zu.

Weitere Vorteile und Details der vorliegenden Erfindung geben sich anhand der folgenden Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 Beispiel einer Unrundkontur zur Fertigung auf einer in dustriellen Bearbeitungsmaschine im Beispiel eines Ex zenters,

Fig. 2 Blockschaltbild der Sollwertvorgabe und Achsmechanik einer industriellen Bearbeitungsmaschine,

Fig. 3 Blockschaltbild der Sollwertvorgabe und Auswertung des Konturfehlers und

Fig. 4 beispielhaftes Programmlisting für die Programmierung eines Rechnersystems zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

In der Darstellung nach Fig. 1 ist ein Beispiel einer Unrund kontur anhand eines Exzenters E gezeigt. Der Exzenter E stellt das zu fertigende Werkstück dar, welches durch eine Rundachse C verfahren wird. Daneben ist ein Werkzeug WZ ge zeigt, z. B. ein Drehmeißel oder Fräser, welcher durch eine Linearachse X zugestellt wird.

Im einfachsten Fall ist diese Unrundkontur als Funktion ma thematisch formulierbar. Schwieriger wird es, wenn eine Kon tur nur als Menge von Stützpunkten vorliegt. In numerischen Steuerungen werden Konturen vorteilhafterweise mit Kurventa bellen beschrieben. Hierzu werden Stützpunkte der Kontur pro grammiert und die numerische Steuerung ermittelt die Zwi schenwerte beispielsweise mit Hilfe einer Liniear- oder Splineinterpolation.

Legt man dem Ausführungsbeispiel die Fertigung eines Exzen ters nach der Darstellung in Fig. 1 zugrunde, so ergibt sich für den Aufbau einen entsprechenden industriellen Bearbei tungsmaschine ein Blockschaltbild der Sollwertvorgabe und Achsmechanik nach der Darstellung gemäß Fig. 2. Es wird ein Sollwert X_soll für die Rundachse C vorgegeben. Ein Regler RC für die Rundachse wird mit diesem Sollwert C_soll beauf schlagt und liefert einen entsprechenden Istwert C_ist.

Außerdem wird der Sollwert C_soll einer geometrischen Trans formation X = f(C) unterzogen. Woraus ein entsprechender Soll wert X_soll für die Linearachse X resultiert. Ein entspre chender Regler RX für die Linearachse wird mit diesem Soll wert X_soll beaufschlagt und liefert einen entsprechenden Istwert X_ist der Linearachse.

Nach der vorliegenden Erfindung werden nun die Istwerte C_ist der Rundachse C gemessen und mit der gleichen Transformation X = f(C) beaufschlagt, die auch die Kontur beschreibt. So er hält man zu jedem gemessenen Istwert C_ist der Rundachse C einen korrespondierenden Wert X_soll_ist der Linearachse X. Durch einen Vergleich dieses Wertes X_soll_ist mit dem zuge hörigen gemessenen Istwert X_ist am Ausgang des Reglers RX für die Linearachse X, z. B. durch Differenzbildung -, erhält man bei eventuell auftretende Abweichungen einen Konturfehler ΔK.

Diese Funktionalität ist in der Darstellung nach Fig. 3 ge zeigt. Diese Darstellung entspricht auf der linken Seite dem bereits mit der Darstellung nach Fig. 2 gezeigten Blockschalt bild, welches um die im vorangehenden geschilderte Funktiona lität erweitert ist. Dazu wird der am Ausgang des Reglers RC für die Grundachse C bereitstehende Istwert C_ist einer Ein heit zugeführt, welche die Transformation X = f(C) beschreibt. Anschließend steht ausgangsseitig der bereits erwähnte kor respondierende Wert X_soll_ist bereit. In einer Verglei chereinheit -, welcher der genannte Wert X_soll_ist und der am Ausgang des Reglers RX für die Linearachse X bereitstehen de Istwert X_ist zugeführt wird, stellt ausgangsseitig die entsprechende Differenz bereit, welche den Konturfehler ΔK beschreibt.

Das Verfahren kann jedoch auch zur Kontrolle der korrekten Sollwertvorgabe eingesetzt werden. Die Vorgehensweise ist dann ähnlich der im vorangehenden anläßlich Fig. 3 geschilder ten. Der korrespondierende Wert X_soll_ist wird auf die glei che Art und Weise durch Beaufschlagung des Istwertes C ist der Rundachse C mit der geometrischen Transformation X = f(C) ermittelt. Dieser Wert wird nun jedoch mit dem Sollwert X_soll für die Linearachse X verglichen. Treten Abweichungen auf, so ist dies ein Zeichen dafür, daß die Sollwertvorgabe nicht korrekt erfolgt.

Die beiden im vorangehenden geschilderten Verfahren können an leerlaufenden Achsen, während der Bearbeitung oder aber auch nachträglich an einem Rechnersystem durchgeführt werden. Zur Veranschaulichung der Realisierung in einem separaten Rech nersystem ist in der Darstellung nach Fig. 4 ein Programmli sting einer möglichen Realisierung des Verfahrens zur Ermitt lung eines Konturfehlers nach der vorliegenden Erfindung be schrieben. Die Syntax ist dabei nach dem geläufigen "Matlab"- Format mit den entsprechenden Befehlen gehalten.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung eines Konturfehlers (ΔK), insbe sondere einer Unrundkontur, bei industriellen Bearbeitungsma schinen wie numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, Robotern oder dergleichen, mit einer Rundachse (C) und einer Linear achse (X), welche einen geometrischen Zusammenhang X = f(C) be schreiben, wobei

1. Istwerte (C_ist) der Rundachse (C) gemessen werden,
2. jeder Istwert (C_ist), mit der die Kontur beschreibenden Transformation X = f(C) beaufschlagt wird und ein korrespon dierender Wert (X_soll_ist) der Linearachse (X) ermittelt wird,
3. entsprechende Istwerte (X_ist) der Linearachse (X) gemessen werden und
4. durch Vergleich der gemessenen Istwerte (X_ist) mit den er mittelten korrespondierenden Werten (X_soll_ist) Abweichun gen bestimmt werden, welche einen Konturfehler (ΔK) be schreiben.

2. Verfahren zur Kontrolle einer korrekten Sollwertvorgabe (C_soll, X_soll) bei industriellen Bearbeitungsmaschinen wie numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, Robotern oder der gleichen, mit einer Rundachse (C) und einer Linearachse (X), welche einen geometrischen Zusammenhang X = f(C) beschreiben, wobei

1. Istwerte (C_ist) der Rundachse (C) gemessen werden,
2. jeder Istwert (C_ist) mit der die Kontur beschreibenden Transformation X = f(C) beaufschlagt wird und ein korrespon dierender Wert (X_soll_ist) der Linearachse (X) ermittelt wird,
3. entsprechende Sollwerte (X_soll) der Linearachse (X) be stimmt werden und
4. durch Vergleich der bestimmten Sollwerte (X_soll) mit den ermittelten korrespondierenden Werten (X_soll_ist) Abwei chungen der Sollwertvorgabe bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die die Kontur be schreibende Transformation X = f(C) als mathematische Funktion beschrieben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die die Kontur be schreibende Transformation X = f(C) in Form einer Kurventabelle mit Stützpunkten beschrieben wird, zwischen denen Zwischen werte durch eine Interpolation ermittelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Interpolation durch eine Linearinterpolation oder eine Splineinterpolation er folgt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei dieses in Echtzeit an der industriellen Bearbeitungsmaschine ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei dieses an leerlaufenden Achsen (C, X) der industriellen Bearbeitungsmaschine ausgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei dieses unabhängig von der industriellen Bearbeitungsma schine nachträglich an einem separaten Rechnersystem ausge führt wird.