DE3000184A1

DE3000184A1 - Path control for NC machine system - has continuous comparison with model to ensure that profile machine stays within limits

Info

Publication number: DE3000184A1
Application number: DE19803000184
Authority: DE
Inventors: Hermann 7500 Karlsruhe Frank
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-01-04
Filing date: 1980-01-04
Publication date: 1981-07-09

Abstract

The numerically controlled system for machinery includes a processing facility to minimise errors in profile caused by differences in the following errors of the different axes. The system servo drives operate to follow the commands generated by the system interpolator and each axes responds dependent upon the feed rate. Errors in profile result if the following errors are very different. The system maintains a continuous comparison with a model held in memory to ensure that the feed rate is held within specific limits to ensure profile accuracy.

Description

Bahnüberwachungsverfahren für numerisch gesteuerte Arb2its-Path monitoring method for numerically controlled work2its

maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen.machines, in particular machine tools.

Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Bahnabweichungen bei numerisch gesteuerten Arbeitsmaschinen mit Lageregelkreisen, insbesondere Werkzeugmaschinen, wobei den Lage;egelkreisen der an der Bahnerzeugung beteiligten Maschinenachsen die Lagesoliwerte in einem konstanten Zeitraster vorgegeben werden.Description: The invention relates to a method for monitoring of path deviations in numerically controlled machines with position control loops, in particular machine tools, with the location; control circles of the path generation the machine axes involved, the specified position values are specified in a constant time grid will.

Die Erzeugung der programmierten Bahnkurve erfolgt bei numerischen Bahnsteuerungen durch simultanes Verfahren der Maschinenschlitten, zwischen deren Bewegungen ständig ein funktioneller Zusammenhang besteht. Den Lageregelkreisen, im allgemeinen bestehend aus Lageregeleinrichtung', geschwindigkeitsgeregeltem Vorschubantrieb und Wegmeßsystem, kommt dabei die Aufgabe zu, die einzelnen Maschinenschlitten oder das Werkzeug unabhängig von Störeinflüssen den vom Interpolator berechneten Lagesollwerten nachzuführen. Aufgrund der beschränkten Dynamik der Vorschubantriebe läuft das Werkzeug den berechneten Sollpositionen in jeder Koordinatenrichtung um einen gewissen Betrag nach. Dieser Nachlauf bzw. die Lageregelabweichung verhält sich im stationären Zustand proportional zur Vorschubgeschwindigkeit und umgekehrt proportional zur Geschwindigkeitsverstärkung des Lagereglers. Solange das Verhältnis von Nachlauf zum Sollwert der Vorschubgeschwindigkeit für alle Lageregelkreise gleich ist, sind beim Verfahren längs von Geraden -Werkzeugbahn und programmierte Bahn identisch. Unterschiedliches oder nichtlineares Übertragungsverhalten der Lageregelkreise führt dagegen zu unerwünschten Bahnabweichungen und bestimmt letztlich die erzielbare Maßgenauigkeit am Werkstück. Durch Vergleich des realen Verhaltens mit dem erwarteten Verhalten eines Lagerngelmodells lassen sich somit bei nichtidealem Verhalten Informationen über die Größe entstandener Bahnabweichungen gewinnen. Die angezeigten Koordinatenfehler geben zwar nicht direkt die Größe der geometrischen Abweichung normal zur Sollbahn an, es wird jedoch bei Einhaltung der vorgegebenen Toleranz stets gewährleistet sein, daß die überwachte Arbeitsposition innerhalb eines achsparallelen Toleranzraumes bezüglich der nachlaufenden Sollposition liegt.The programmed trajectory is generated with numeric Path controls through simultaneous movement of the machine slides, between their Movements are always functionally related. The position control loops, generally consisting of position control device, speed-controlled feed drive and measuring system, the task of the individual machine slides or the tool, regardless of interference, the position setpoints calculated by the interpolator to track. The tool runs due to the limited dynamics of the feed drives the calculated target positions in each coordinate direction by a certain amount after. This lag or the position control deviation behaves in the steady state proportional to the feed speed and inversely proportional to the speed gain of the position controller. As long as the ratio of overrun to the nominal value of the feed rate is the same for all position control loops, are when traversing along a straight line tool path and programmed path are identical. Different or non-linear transmission behavior the position control loops, on the other hand, lead to undesired path deviations and determine ultimately the achievable dimensional accuracy on the workpiece. By comparing the real Behavior with the expected behavior of a camp gel model can thus in the case of non-ideal behavior, information about the size of the path deviations that have arisen to win. The coordinate errors displayed do not directly indicate the size of the geometric deviation normal to the nominal path, but it will be observed if the predetermined tolerance must always be guaranteed that the monitored working position within an axially parallel tolerance space with respect to the trailing target position lies.

Da die Ermittlung des.$llyerhaltens iil;.iur Werkstückbea eitung gleichzeitig verlaufende Simulation der Lageregelung erfordert, die zu einer Ausweitung der Steuerungshardware führt, bzw. bei CNC-Steuergen kaum zusätzlich durch den integrierten Kleinrechner übernommen werden kann, beschränken sich die bekannten Verfahren auf eine Überwachung im stationären Zustand.Since the determination of the. $ Llyreceiving iil; .iur workpiece processing at the same time ongoing simulation of the position control, which leads to an expansion of the control hardware leads, or in the case of CNC control genes, hardly any additional through the integrated small computer can be adopted, the known methods are limited to monitoring in the steady state.

Diese zeitliche Einschränkung erweist sich dadurch als nachteilig, daß bei abweichendem Regelkreisverhalten größte Bahnfehler gerade während des Einschwingvorganges zu erwarten sind, also in diesem Zeitabschnitt der Werkstückbearbeitung einer Überwachung besondere Bedeutung zukäme.This time restriction proves to be disadvantageous, that with deviating control loop behavior, the greatest path errors, especially during the transient process are to be expected, i.e. monitoring during this time segment of the workpiece machining would be of particular importance.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, gerade für den Einschwingvorgang nach einer Geschwindigkeitsänderung die Ermittlung des Sollverhaltens möglichst einfach zu gestalten. Dazu verfügt die Überwachungseinrichtung über einen Datenspeicher, dem jeweils nach einer Änderung der Vorschubgeschwindigkeit für eine feste Anzahl -Überwachungszeitpunkte Werte entnommen werden, die bei einer zu überwachenden Lageregelabweichung deren erwarteten Verlauf während des Einschwingvorganges beschreiben. Die gespeicherten Werte entsprechen dabei für einen Anfahrvorgang mit gewünschtem Regelkreisverhalten dem Verhältnis von erwartetem Nach lauf zu der Größe des Nachlaufes, die sich aufgrund der gewählten Geschwindigkeitsverstärkung und der Vorschubsollgeschwindigkeit im stationären Zustand ergeben würde. Diese Werte geben also unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit jeweils den von der erwarteten Lageregelabweichung erreichten Anteil des Endwertes an. Sie ließen sich beispielsweise durch Simulation der betreffenden Lageregelung an einem Großrechner bestimmen.The object of the invention is precisely for the transient process after a speed change the determination of the target behavior if possible easy to design. For this purpose, the monitoring device has a data memory, each after a change in the feed rate for a fixed number - Values are taken from the monitoring times that occur in the case of a position control deviation that is to be monitored describe their expected course during the settling process. The saved Values correspond to a start-up process with the desired control loop behavior the ratio of the expected wake to the size of the wake resulting from the selected speed gain and the feed set speed im steady state would result. These values are therefore independent of the feed rate in each case the portion of the final value reached by the expected position control deviation at. They can be made, for example, by simulating the relevant position control on a mainframe computer.

Ferner ist der überwachungseinrichtung ein Rechner zugeordnet, der beim Erreichen eines neuen Bahnabschnittes für jede Bewegungsrichtung zunächst aus der Änderung der Vorschubsollgeschwindigkeit und der Geschwindigkeitsverstärkung die Nachlaufänderung im stationären Zustand berechnet. Wegen des für alle Regelkreisglieder geforderten linearen Übertragungsverhaltens können daraus die zu erwartenden Nachlaufänderungen und somit die Nachlaufsollwertc ermittelt werden.Furthermore, a computer is assigned to the monitoring device when reaching a new path section for each direction of movement initially the change in the feed set speed and the speed gain the wake change in the steady state is calculated. Because of that for all control loop elements The required linear transmission behavior can be used to calculate the expected lag changes and thus the overtravel setpoints can be determined.

Für den Fall, daß auf dem vorangenender Bahnabschnitt der Einschwingvorgang beendet~ist, wären~dazu durch den integrierten Rechner an zeitintensiven arithmetischen Operationen je über wachungszeitpunkt und Bewegungsrichtung eine Multiplikation auszuführen.In the event that the transient process occurs on the preceding track section is finished ~, ~ would have to be done by the integrated calculator on time-consuming arithmetic Operations a multiplication depending on the time of monitoring and direction of movement to execute.

Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere in der Möglichkeit mit einem für die Steuerung minimalen Aufwand eine zeitlich lücken lose überwachung des Bearbeitungsprozesses realisieren zu können.The advantage of the invention lies in particular in the possibility of using With a minimal effort for the control a timely uninterrupted monitoring of the machining process.

Dabei bleibt der von der Steuerung zu übernehmende Berechnungsaufwand unabhängig von der Ordnung der für das Lageregelmodell gewählten Übertragungsfunktion.The calculation effort to be taken over by the control remains regardless of the order of the transfer function selected for the position control model.

Claims

monitoring procedures for numerically controlled machines, in particular machine tools.

Claims: 1. Path monitoring method for numerically controlled Work machines, especially machine tools, with inadmissible deviations of working position and programmed trajectory by comparing the real behavior of each position control loop with the expected transfer behavior of a position control model are monitored, characterized in that the determination of the expected The computer device provided for the desired behavior takes values from a data memory, each of the target behavior for a monitoring time in standardized form of the position control loops after a sudden change in the target feed speed indicate.

2. Stored values according to claim 1, characterized in that their amounts in each case to the ratio of the expected change in the position control deviation correspond to the increase in the position control deviation in the steady state.