DE3438007C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer computergesteuerten numerischen Steuerung für eine Maschine mit wenigstens zwei Achsen. Eine solche Steuerung ist beispielsweise aus der Zeitschrift "Elektronik", 1974, Heft 10, Seiten 371 bis 374 bekannt. Bei der darin vorgestellten Steuerung erfolgt die Bildung der Steuersignale für die einzelnen Achsen in Positionsschleifen durch fortwährenden Vergleich von vorgegebenen Positionssollwerten mit gemessenen Positionsistwerten. Zur Diagnose, insbesondere Fehlerdiagnose, derartiger Steuerungen ist es bekannt, zum Beispiel gemäß dem Aufsatz "Systemdiagnose" in der Zeitschrift "Werkstatt und Betrieb" 111 (1978), Heft 8, Seiten 515 bis 517, in der Steuerung ein Diagnoseprogramm vorzusehen oder bei programmgesteuerten Maschinen gemäß der DE-PS 27 35 397 jeden Zyklusschritt zu überwachen. Zur schnellen Fehlererkennung kann die Art des erkannten Fehlers auf einem Monitor der Steuerung angezeigt werden. Aus der DD-PS 2 03 163 ist weiterhin der Vorschlag bekannt, zur Überwachung einer spanabhebenden Bearbeitung die Schnittkonturen des Bearbeitungsvorgangs auf einem Display grafisch darzustellen und bei Bedarf den Maßstab der Darstellung geeignet zu ändern, insbesondere zu vergrößern. Ferner ist es aus der EP 83 836 für numerisch bahngesteuerte Maschinen bekannt, den Bewegungsfortschritt der Maschine entlang einer vorgegebenen Bewegungsbahn grafisch auf einem Bildschirm der zugehörigen Steuerung darzustellen. Durch grafische Kennzeichnung der bereits bearbeiteten Teile der vorgesehenen Bewegungsbahn, etwa durch Setzen von Querstrichen, wird die aktuelle Position des Werkzeugs visualisiert.

Häufig reichen diese bekannten Diagnosearten bei bahngesteuerten Maschinen wie Fräsmaschinen oder Robotern jedoch nicht aus. Dies gilt vor allem, wenn neben einer Überprüfung der statischen Bahnwerte auch die dynamische Bahngenauigkeit überprüft werden muß. Hierzu ist es bekannt, Logikanalysen heranzuziehen sowie einzelne Daten abzuspeichern und auf einem Bildschirm darzustellen. Vor allem bei komplexeren Bahnen ist es jedoch zeitauf­ wendig und schwierig z. B. die für eine Bahnabweichung relevanten Daten zu ermitteln und aus diesen Daten den Grund für die Abweichung zu erkennen und hiernach die richtigen Schritte zur Fehlerbeseitigung, z. B. durch eine Korrektur einzelner Werte vornehmen zu können. Dies können auch Fehler sein, die nicht durch einen Defekt eines Teiles hervorgerufen werden, bzw. nicht über eine Fehlerdiagnose erkannt werden können.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, über eine Diagnose­ einrichtung dem Fachmann oder dem eingewiesenen Bedienungsmann eine Überprüfung der dynamischen und statischen Bahngenauigkeit zu ermöglichen, die ohne weitere Hilfsmittel leicht und schnell Hinweise zur Fehlererkennung und/oder für eine Korrektur geben kann.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Diagnose mit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmalen ermög­ licht über eine übersichtliche Darstellung der Soll- und Istwertbahnkurven eine schnelle Ermittlung der Daten die für eine Bahnabweichung verantwortlich sein können. Durch weitere gezielte vergrößerte Darstellung der relevanten Stellen dieser Bahnkurven und/oder durch ein Kenntlichmachen einzelner Sollwerte mit den da zu­ gehörigen Istwerten, die in zeitlich nacheinander­ folgenden Schritten dargestellt werden können, lassen sich leicht die Daten erkennen, die z. B. zu einer Bahn­ abweichung geführt haben. Um die einzelnen Werte nicht aus den Bahnkurven selbst ermitteln zu müssen, können alle wesentlichen Daten zu den kenntlichge­ machten Soll- und Istwerten getrennt als Ziffernblöcke auf dem Monitor dargestellt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Grobaufbau einer CNC-gesteuerten Maschine,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Monitorbild und

Fig. 3 einen vergrößert dargestellten Teil des Monitorbildes von Fig. 2.

In Fig. 1 ist im Prinzip der Aufbau einer CNC- gesteuerten Maschine mit den wichtigsten Signalwegen dargestellt. In dieser oder ähnlicher Weise sind üblicherweise CNC gesteuerte Maschinen aufgebaut. In der CNC sind hierbei mehrere Speicher 1 bis 4 vorge­ sehen, die je nach Aufbau z. B. als RAM, ROM, EPROM usw. und Software für unterschiedliche Zwecke, wie als Arbeits-, Betriebsprogramm-, Teileprogramm-, Parameter-, Korrekturwert-Speicher usw. Verwendung finden und hier­ bei über Bus-Systeme 5 mit der Logik, dem Rechner usw. verbunden sind, der über das gleiche oder weitere Bus-Systeme 6 auch mit einem Bedienfeld mit Cursor­ tasten 7 und einem Monitor 8 verbunden ist.

Der Monitor 8 dient z. B. als Eingabehilfe bei manueller Bedienung, der Darstellung von Software-Programmen oder -Daten, der Bedienerführung, Fehlerartanzeige usw. Weiterhin ist es bekannt Software-Programme oder Daten graphisch auf dem Bildschirm darzustellen und über diese Daten eine Verfahrwegsimulation durchzuführen mit deren Hilfe es möglich ist, eine programmierte Software vor einem Verfahren der Achsen überprüfen zu können.

Häufig lassen sich jedoch einige Softwarefehler, aber vor allem auch andere Fehlerarten und Unregelmäßig­ keiten nur schwer feststellen oder die Ursache hierfür nicht erkennen. Wird z. B. bei einem fertig bearbeiteten Teil ein Fehler oder eine Unregelmäßigkeit erkannt, die abgestellt werden soll, werden umständliche und schwierige Untersuchungen erforderlich, um Abhilfe zu schaffen. Die erfindungsgemäße Einrichtung soll es nun möglich machen, solche und andere Fehler oder Unregel­ mäßigkeiten wie z. B. Überbeanspruchung von Maschinen­ teilen, Werkzeug- oder Werkstückteilen leicht diagnostizieren zu können, ohne hierfür zusätzliche Meß- und/oder Überwachungseinrichtungen in Anspruch nehmen zu müssen.

Hierzu ist ein Diagnoseprogramm vorgesehen, das eine nachträgliche Darstellung ausgewählter zuvor ver­ fahrener Bahnkurven ermöglicht. Hierzu werden ab einem vorgegebenen Triggerpunkt - der z. B. die Satznummer eines Arbeitszyklus, ein Triggerpunkt in einem bestimm­ ten Teileprogramm sein kann und/oder manuell über eine Taste im Bedienfeld ausgelöst werden kann - die Positions-Soll- und -Ist-Werte von zwei, erforderlichen­ falls frei auswählbaren Achsen bei jedem Lageregler­ durchlauf in einem Speicher abgelegt. Diese in der CNC vorhandenen Daten werden hierbei über einen Bus (5) einem der Speicher 1 bis 4 zugeführt, der hierfür am besten geeignet ist. Häufig eignet sich hierfür ein Bereich des Teileprogrammspeichers, dessen Größe ein­ stellbar ist. Die Aufzeichnungsdauer ist vom verfüg­ baren Platz im Teileprogrammspeicher abhängig, wobei z. B. bei einer Speicherbereichsgröße für 2000 Einträge, bei einer Lagereglertaktzeit von 10 ms eine Auf­ zeichnungsdauer von 2000×10 ms = 20 sec. möglich wird. In den meisten Fällen reichen jedoch schon wenige Sekunden aus, während der zu diagnostizierende Fehler oder die Unregelmäßigkeit auftritt.

Die Auswahl der Achsen kann vom Fachmann leicht er­ mittelt werden, da es sich üblicherweise nur um zwei Achsen handelt, die für den Fehler oder die Unregel­ mäßigkeit ursächlich sein können. Erforderlichenfalls können auch die Werte von 3 Achsen abgespeichert wer­ den, oder es werden bei einem nochmaligen Durchlauf andere Achsen ausgewählt.

Durch eine nachfolgende Anwahl des Diagnoseprogrammes können nun mit Hilfe der abgespeicherten Werte die Soll- und Istbahn auf dem Monitor graphisch in an sich bekannter Weise dargestellt werden. Dies kann in einem Koordinatenkreuz gemäß Fig. 2 erfolgen, wobei hier die x- und die y-Achse 10, 11 ausgewählt wurden. Das Koordinatenkreuz wird automatisch in einer Größe er­ stellt, die den Maxima- und Minima-Punkten der ge­ speicherten Werte entspricht, d. h. so daß die voll­ ständige Kontur der Achsbewegung dargestellt werden kann. In Fig. 2 werden hierzu die Werte der Punkte 12 und 13 herange­ zogen. Im Normalfall liegen die Konturen der Soll- und Istwerte übereinander (in Fig. 2 und 3 als durchgehen­ de Linie dargestellt). Weichen die Konturen vonein­ ander ab, entstehen zwei Konturen, die zur besseren Unterscheidung unterschiedlich dargestellt werden sollten. Dies kann durch eine unterschiedliche Aus­ bildung der Linien oder besser durch unterschiedliche Farben auf einem Farbmonitor erfolgen.

Durch eine entsprechende Abspeicherung der Soll- und Ist-Werte z. B. in der Reihenfolge ihres Entstehens kann eine nachträgliche Konturverfolgung der Soll- und Ist­ werte dadurch erfolgen, daß ein Soll- und der dazu ge­ hörende Istwert besonders gekennzeichnet und durch Cursortasten 7 längs der Kontur geführt werden. Dies kann in einer Weise erfolgen, daß mit der Darstellung der Soll-Istwert-Konturen der erste Soll- und Istwert durch je ein Fadenkreuz 14, 15 markiert sind und nach betätigen einer Vorwärtscursortaste die nachfolgenden Werte gekennzeichnet werden. Hierbei laufen dann die beiden Kennzeichnungen hintereinander auf der Kontur entlang, wobei der Abstand dem Schleppwert der Antriebe entspricht, der abhängig ist von der Verfahrgeschwindig­ keit der jeweiligen Achsen.

Sind z. B. an einem Werkstück an einer Stelle - die der oberen linken Ecke der Kontur gemäß Fig. 2 entspricht, Abweichungen entstanden die behoben werden sollen, wird man dieser Ecke besondere Aufmerksamkeit widmen. An dieser Stelle ist zu erkennen, daß die Kontur der Soll- und Istwerte nicht mehr übereinstimmt, jedoch lassen sich besondere Einzelheiten nicht herausfinden. Um dem abzuhelfen, wird nun z. B. über eine Lupentaste ein Cursorfenster 16 in vorgegebener Größe angewählt, das dann an einer Stelle im Monitor erscheint. Über die Cursortasten wird dieses Fenster 16 über die zu unter­ suchende Stelle 17 gelegt und diese Stelle entsprechend Fig. 3 vergrößert dargestellt je kleiner hierbei das Cursorfenster gewählt wurde, um so stärker wird die Stelle 17 vergrößert.

Nun ist wie in Fig. 3 dargestellt, genau zu erkennen, daß an der oberen linken Ecke der Istwert 18 überschwingt und nicht mehr genau dem Sollwert 19 folgt. Aus den Kurvenzügen kann hierbei leicht gefolgert werden, daß ursächlich für das Überschwingen nicht die Sollwerte für den senkrecht dargestellten Konturabschnitt sind, sondern das Überschwingen 21 der Istwerte auf dem Kreisbogenabschnitt über den Eckpunkt 20 hinaus. In den meisten Fällen wird der Fachmann die Ursache für diese Abweichung 18 schon aus diesen Kurvenformen folgern können. Sollten jedoch Zweifel bestehen - hier z. B. ob das Überschwingen 21 über die Ecke 20 hinaus ein mechanischer bzw. Antriebsfehler oder ein Software­ fehler ist - kann er die einzeln gekennzeichneten Soll- und Istwerte 22, 23 über diesen Bereich, erfor­ derlichenfalls mit stark reduzierter Geschwindigkeit, hinwegziehen lassen. Wandert hierbei z. B. der Sollwert gleichfalls über den Punkt 20 hinaus zum Punkt 24 und springt danach zurück zum Punkt 20, um von dort zum Punkt 22 weiterzuwandern, liegt mit großer Sicherheit ein Softwarefehler vor. So kann z. B. der Sollwert 19 für die Vorderkante durch einen Korrekturwert nach rechts verlagert und hierbei vergessen worden sein, den Endwert für den davorliegenden Kreisbogen ebenfalls zu korrigieren. Laufen dagegen nur die Istwerte über diesen Punkt 20 hinaus zum Punkt 24, weist dies auf einen Regelungs-, Antriebs- oder mechanischen Fehler in der X-Achse hin, der das Überschwingen 21 bewirkt.

Will man noch genauere Einzelheiten erkennen, kann nun wiederum ein beliebig großes Cursorfeld 25 über diesen Bereich gelegt werden und der gleiche Vorgang mit entsprechend diesem Feld vergrößerter Abbildung beliebig oft wiederholt werden.

Obwohl die Darstellung maßstabsgerecht und auf den X- und Y-Koordinaten Einheitswerte dargestellt werden können, ist es zur Ermittlung von Abweichungen und Einzelwerten häufig von Vorteil, Einzelwerte direkt ablesen zu können. Hierzu können derartige Einzelwert­ angaben z. B. zusammen mit den dargestellten Soll-Ist­ wertkurven gemäß Fig. 2 und 3 links neben diesen Kurven dargestellt werden. Gemäß Fig. 2 und 3 sind unter den Maßstabsangaben für das gerade abgebildete Koordinaten­ feld, die Bildgröße hinter der Bezeichnung "BILD" und die Cursorfeldgröße hinter der Bezeichnung "LUPE" ange­ geben. Darunter können dann unter der Überschrift "CURSOR-WERTE" die Werte der Soll- und Ist-Positionen angegeben sein, welche den gerade hervorgehobenen Soll- Ist-Werten 14, 15 in Fig. 2 und 22, 23 in Fig. 3 ent­ sprechen. So ist es möglich, jeden Wert im dargestell­ ten Kurvenzug direkt ablesen zu können, wobei hierzu lediglich die gewünschten Werte der Kurve, mit Hilfe der Cursortasten, mit den hervorgehobenen Werten 14, 15 in Fig. 2 und 23, 22 in Fig. 3 zur Deckung zu bringen sind.

Der Schleppfehler läßt sich einfach aus der Differenz dieser Werte ermitteln, kann aber auch direkt ange­ geben sein. Häufig gibt die Größe der Verfahrge­ schwindigkeit weitere Auskünfte zur Fehlerermittlung, daher kann es von Vorteil sein auch diese, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, direkt anzuzeigen. Die Ermittlung dieser Werte kann im Rechner aus dem jeweiligen Abstand der Einzelwerte in Verbindung mit der Lagereglertakt­ zeit erfolgen und wie bei den Soll- und Istwerten für den gerade angezeigten Punkt auf dem Bildschirm wieder­ gegeben sein (siehe V-SOLL und V-IST in Fig. 2 und 3).

Durch die lupenartige Vergrößerung über das Cursorfeld 17, 25 kann so auch ein eingewiesener Bedienungsmann leicht das entsprechende Fehlergebiet erfassen und soweit vergrößert darstellen, daß selbst einzelne In­ kremente deutlich zu erkennen sind. Hierdurch werden besondere, hochgenaue Messungen überflüssig und auch dynamisch auftretende Abweichungen sind zu erkennen, die sich selbst durch Messungen an der Maschine oder dem Werkstück bisher nicht ermitteln ließen. Dieses Verfahren läßt sich auch z. B. zur Überprüfung einer neu erstellten Software verwenden, wobei mit dieser Software ein Vorlauf ohne Werkstück und/oder Werkzeug durchgeführt werden und danach der Verfahrweg genau kontrolliert werden kann.

Durch einen entsprechenden Aufbau oder Änderung der Software für diese Diagnose kann über eine Änderung in der Darstellungsart, durch weitere Daten, oder Kurven für weitere Achsen die Diagnose dem entsprechenden Anwendungsfall angepaßt werden. Grenzen werden hierbei in erster Linie nur durch die verfügbare Speichergröße und die Darstellungsmöglichkeiten des Monitors ge­ setzt. Um Speicherplatz zu sparen, kann es sinnvoll sein, daß z. B. nur jeder zweite Soll- und Istwert ab­ gespeichert wird, wenn dies nicht zu Fehlinterpreta­ tionen bei der Diagnose führen kann.

Häufig (wie z. B. bei Drehmaschinen) liegt von vorn­ herein fest, welche der Achsen zu einer späteren Diagnose auszuwählen sind, oder welche Werte mit großer Wahrscheinlichkeit zur Diagnose herangezogen werden müssen. In diesen Fällen kann es von Vorteil sein, bei jeder Bewegung dieser Achsen ein Abspeichern der Soll- und Istwertdaten z. B. gesteuert über das Teileprogramm vorzunehmen, wobei das Löschen dieser Werte gleichfalls über das Teileprogramm erfolgt oder einen Überlauf bei gefülltem Speicher dadurch ver­ mieden wird, daß mit der Eingabe neuer Werte jeweils die ältesten Daten gelöscht werden (first in first out- Speicher).

Claims (10)

1. Computergesteuerte numerische Steuerung (CNC), welche Positions-Sollwerte für mindestens zwei Achsen errechnet, diese mit Positions-Istwerten der entsprechenden Achsen vergleicht und aus den Abweichungen dieser Werte Steuersignale für die Antriebe dieser Achsen ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Diagnose der Bahngenauigkeit Speicher vorgesehen sind, in denen ab einem vorgegebenen Triggerpunkt die einzelnen Positions-Sollwerte und Positions-Istwerte abspeicherbar sind, diese Werte abrufbar als Soll- und Istwertbahn (18, 19) auf einem Monitor (8) der CNC grafisch darstellbar sind, wobei die grafische Darstellung der Soll-Istwertbahnkurven in einem den Achsen entsprechenden Koordinatenkreuz (10, 11) erfolgt, dessen Randkoordinaten (12, 13) angepaßt an die darzustellende Kontur der Achsbewegung gewählt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die CNC mehr als zwei Achsen steuert und die Abspeicherung und/oder Darstellung der Positions-Soll- und Istwerte für zwei frei wähl­ bare Achsen erfolgt.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Abspeicherung der Positions-Soll- und die der Positions-Istwerte taktzeitbezogen erfolgt, und auf den graphisch dargestellten Bahnkurven einzeln auswählbare Sollwerte (14, 22) mit den dazugehörenden takt­ gleichen Istwerten (15, 23) durch eine besondere Kennzeichnung hervorgehoben darstellbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der einzelnen Soll- bzw. Istwerte taktgesteuert entlang der Bahnkurven über einen Tippschalter und/oder nach Art einer Cursor­ steuerung erfolgt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Kennzeichnung der einzeln auswählbaren Soll- bzw. Istwerte die numerischen Istwert-Daten, Sollwert-Daten er­ rechneten Geschwindigkeits-Daten oder Soll-Istwert-Ab­ weichdaten zu den ausgewählten Bahnpunkten in einzelnen Ziffernblocks auf dem Monitor darge­ stellt werden.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung der Soll- und Istwerte ein vorab in der Größe einstell­ barer Speicherbereich des Teileprogrammspeichers der CNC dient.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die graphische Darstellung der Soll-Istwertbahnkurven in einem Koordinatenkreuz (10, 11) mit einem Maßstab erfolgt, der automatisch über die Minima- und Maxima-Werte (12, 13) der Kontur der Bahnkurven ausgewählt wird.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auswählbare Bereiche der Soll-Istwertbahnkurven mit geändertem Maßstab vergrößert darstellbar sind (Fig. 3).

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßstabsänderung und der größer darzu­ stellende Bereich über ein in der Größe wählbares Cursorfenster (16, 17) auswählbar ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein ständiges Ab­ speichern der Soll- und Istwertdaten der zuletzt durchgeführten Achsbewegungen zweier ausgewählter Achsen in einem vorgegebenen Speicherbereich er­ folgt; wobei bei gefülltem Speicher jeweils die ältesten Daten gelöscht werden.