DE3408523A1 - Verfahren zur ueberwachung der durch die steuerung der antriebe einer rechnergesteuerten werkzeugmaschine oder eines industrieroboters erzeugten bahn - Google Patents

Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA B P 3 Q 7 8 DE

Verfahren zur Überwachung der durch die Steuerung der Antriebe einer rechnergesteuerten Werkzeugmaschine oder eines Industrieroboters erzeugten Bahn

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Über» wachung der durch die Steuerung der Antriebe einer rechnergesteuerten Werkzeugmaschine oder eines Industrieroboters erzeugten Bahn unter Vergleich der im Anwenderprogramm niedergelegten Sollwerte mit den entsprechenden Istwerten des Bahnweges auf unzulässige Abweichungen,

Es sind bereits rechnergesteuerte Werkzeugmaschinen bekannt (vgl. z.B. DE-AS 27 29 372), bei denen zur Überwachung der Antriebe und damit auch der gefahrenen Kontur der Schleppabstand, d.h. die Abweichung zwischen Wegsoll- und Wegistwert geprüft und bei unzulässigen Abweichungen ein Störsignal ausgegeben wird» Ferner ist es bei derartigen Steuerungen auch bekannt, das Verhältnis der zyklisch erfaßten Wegteilistwerte und der zugehöri-' gen Drehzahlsollwerte zu bilden und eine Abweichung von einem vorgegebenen Verhältnis ebenfalls als ein Indiz für eine Störung zu verwenden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache Überwachung anzugeben, mit der sich nachprüfen läßt, ob sich die im Anwenderprogramm niedergelegte Sollbahn bei vorgegebenen Geschwindigkeiten und betriebsmäßigen Bedingungen einhalten läßt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) es ist ein diskretes Systemmodell jeder Antriebs-

Ch 2 Sie / 01.03.1984

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strecke im Rechner gespeichert,

b) vor dem Abfahren der Bahn oder eines Bahnteiles entsprechend den im Anwenderprogramm niedergelegten Sollwerten werden im Rechner zu diskreten Zeitpunkten anhand des Systemmodells die dazugehörigen Istwerte bei einer vorgebenen Bahngeschwindigkeit berechnet,

c) bei unzulässigen Abweichungen der Sollwerte von den ermittelten zugehörigen Istwerten wird ein Störungssignal erzeugt.

Auf diese Weise kann also anhand des diskreten Systemmodells das NC-Anwenderprogramm im ganzen oder auch ein Teil jeweils im voraus - schneller als in Echtzeit bei laufendem Anwenderprogramm simuliert werden.

Damit kann ein zu erwartender Bahnfehler (Konturfehler) vorhergesehen und gegebenenfalls Einfluß auf das Anwenderprogramm, d.h. im vorliegenden Fall die Bahngeschwindigkeit, ausgeübt werden.

Zum einen kann auf diese Weise eine vorgegebene Bearbeitungsgenauigkeit eingehalten werden, es kann aber auch eine zeitoptimale Bearbeitung erzielt werden, wenn man die eine vorgegebene maximale Genauigkeitsschranke ausnutzt.

Wie bereits bemerkt, ist das Systemmodell als Differenzengleichung im Rechner hinterlegt, wobei die Modell-Ordnung der gewünschten Modellgenauigkeit anzupassen ist. Die Differenzengleichung kann bei Systemen mit konstanten Parametern, wie z.B. Werkzeugmaschinen, einmal bei der Inbetriebnahmephase (z.B. nach der Methode der kleinsten Quadrate) bestimmt werden. F_alls das System zeitveränderliche Parameter enthält, wie z.B. bei Robotern die Ausladung der Last, kann das Modell durch ein betriebsmäßiges Identifizieiu ngsverfahren

-/- VPA WP 3 0 78 DE fortlaufend korrigiert werden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 die Konturüberwachung und Figur 2 die geometrischen Verhältnisse»

Eine bekannte Rechnersteuerung 1 liefert auf zwei SoIlwertkanälen Wegsollwerte y_g, j_g inx- und in y-Richtung, die den im Anwenderprogramm niedergelegten Wegsollwerten entsprechen. Die Geschwindigkeit der Wegvorgaben ist dabei ein Maß für die Bahngeschwindigkeit, in der die Bahn zurückzulegen ist. Diese Sollwerte gelangen auf die gestrichelt umrandet angedeutete Wegregelstrecke 2 für die x-Achse und auf die ebenfalls gestrichelt umrandet angedeutete Wegregelstrecke 3 für die y-Achse_ffl Die vereinfacht dargestellte Wegregelstrecke 2 besteht aus dem Lageregler 21, dem Drehzahlregler 22, einem Thyristorstellglied 23 und e.inem Gleichstromservomotor 25, der die x-Vorschubachse der schematisch dargestellten Werkzeugmaschine antreibt« Entsprechendes gilt für die Wegregelstrecke 3 in der y-Achse mit Wegregler 31, Drehzahlregler 32, Thyristorstellgerät 33,und Motor 35 zur Bewegung in der y-Achse der Maschine 4. Zur Rückmeldung von Drehzahl und Wegistwert dienen Impulsgeber 26 bzw., 36»

Bis hierher entspricht die beschriebene Steuerung bereits bekannten Steuerungen. Zu erwähnen ist hierbei, daß nur über Übersichtlichkeit halber Teile der Strecke, wie z.B. die Lageregler, als gesonderte Funktionsbausteine gezeichnet sind, in Wirklichkeit werden sie gegebenenfalls ebenso wie die Drehzahlregler mit in der Rechner steuerung 1 integriert sein«,

Zusätzlich ist für jede Strecke 2 bzw. 3 ein Modell 11 bzw. 13 der betreffenden Strecke in der Rechnersteuerung hinterlegt. Dieses in Form einer Differenzengleichung hinterlegte Systemmodell berücksichtigt die elektrischen Ersatzzeitkonstanten und die mechanische Trägheit des Systems und erlaubt es, ausgehend vom eingangsseitigen Sollwert den zu erwartenden Istwert zu berechnen. Wie angedeutet, sind sowohl für die Strecke 2 als auch für die Strecke 3 derartige Modelle 11, 13 vorgesehen. Die am Ausgang dieser Modelle 11 auftretenden Istwerte ^ bzw. y^ werden jeweils noch im Vergleicher 14 mit den betreffenden Sollwerten verglichen. Die in den Vergleichern 12 und 14 festgestellten Abweichungen werden im Glied 15 geometrisch addiert. Falls sie ein bestimmtes Maß 6überschreiten, wird, wie durch die Anzeige 17 angedeutet, ein Störsignal ausgegeben.

Der wesentliche Vorteil des hier verwendeten Systemmodells ist darin zu sehen, daß bereits vor Bearbeitungsbeginn anhand des in der Rechnersteuerung 1 niedergelegten Anwenderprogramms ein Probelauf simuliert werden kann und jedesmal festgestellt werden kann, wenn bei vorhergegebener Bahngeschwindigkeit eine bestimmte Abweichung der durch ^soll ^{und y}Soll ^^β!3ΐδ^β1β£^ΐβη SoIlbahn auftritt (vgl. Figur 2). Tritt eine derartige Abweichung auf, vgl. z.B. Stelle S2 in Figur 2, so wird die Stelle gespeichert, an der die Kontur unzulässig weit verlassen wurde und - wie durch die Leitung 16 angedeutet - ein entsprechendes Signal an die Rechnersteuerung 1 gegeben, das bewirkt, daß beim Annähern an diesen Punkt S2 im echten Betrieb die Vorschubgeschwindigkeit v, d.h. die Bahngeschwindigkeit, herabgesetzt wird.

Anstelle ein Gesaratprogramm zu simulieren, können mit Hilfe des Systemmodells auch jeweils vor Ausführung des nächsten Bearbeitungssatzes entsprechende Überprüfungen

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vorgenommen und die Bahngeschwindigkeit entsprechend korrigiert werden.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann nicht nur dazu verwendet werden, eine höchstmögliche Bahngenauigkeit zu erreichen, sondern auch eine zeitoptimale Bearbeitung zu erreichen, wenn man eine gewissen Konturfehler zuläßt; z.B. wäre es ohne weiteres möglich, wenn man den Konturfehler £ zuläßt, im Punkt S1 die Bahngeschwindigkeit zu erhöhen, ohne daß Gefahr besteht, daß unzulässige Abweichungen auftreten. Auch diese Werte können gespeichert und entsprechend bei der eigentlichen Bearbeitung berücksichtigt werden.

3 Patentansprüche
2 Figuren

Claims (3)

1. Patentansprüche

   M. J Verfahren zur Überwachung der durch die Steuerung der Antriebe einer rechnergesteuerten Werkzeugmaschine 5 oder eines Industrieroboters erzeugten Bahn unter Vergleich der im Anwenderprogramm niedergelegten Sollwerte mit den zugehörigen Istwerten des Bahnweges auf unzulässige Abweichungen,

   gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) es ist·-ein diskretes Systemmodell (11, 13) jeder Antriebsstrecke (2, 3) im Rechner (1) gespeichert,

   b) vor dem Abfahren der Bahn oder eines Bahnabschnittes entsprechend den im Anwenderprogramm niedergelegten

   Sollwerten (x_e, $_) werden im Rechner (1) anhand des

   s s

   Systemmodells die dazugehörigen Istwerte (x^, y.) bei einer vorgegebenen Bahngeschwindigkeit berechnet,

   c) bei unzulässigen Abweichungen (£.) der Sollwerte von den errechneten zugehörigen Istwerten wird ein Störungssignal (17) erzeugt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßte Abweichung zur Änderung der Bahngeschwindigkeit (v) verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a du r c h gekennzeichnet, daß die Parameter des Systemmodells (11, 13) durch einen Identifizierer korrigiert werden.