DE4105314A1 - Dreidimensionaler plotter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen drei­ dimensionalen Plotter, der einen Arbeitskopf mit aus­ wechselbarem und an einem Support mit mehreren Freiheits­ graden angebrachtem Werkzeug und die Verstellbewegungen des Arbeitskopfes und des Supports steuernde elektroni­ sche Vorrichtungen enthält, das heißt, daß die vorliegen­ de Erfindung eine Maschine betrifft, bei der ein Support für ein Werkzeug, insbesondere ein Arbeitskopf, auf dem Werkzeuge verschiedener Art montiert werden können, sich bewegen kann entlang einer dreidimensionalen Ober­ fläche, die über ein CAD-System definiert oder bestimmt oder direkt von der Maschine über geeignete Gerätschaften erfaßt und digitalisiert wird, die immer so vorgesehen sind, daß sie auf diesem beweglichen Support angebracht werden können.

Die Software zur Steuerung der Maschine enthält auch ein CAM-System und einen Post-Prozessor, derart, daß es möglich ist, den Plotter direkt mit einem CAD-System zu verbinden, ohne daß Vorrichtungen notwendig sind, welche die dazwischenliegenden Bearbeitungen des von dem letzteren erzeugten Oberflächensatzes ausführen. Diese Merkmale machen die Maschinenbenutzung sehr einfach und leicht, selbst auch für nicht fachlich geschultes Personal.

Der erfindungsgemäße Plotter stellt sich somit als ein System für die Ausführung vieler Maschinenbearbeitungs­ arten dar, wie z. B. Zeichnungen, Anfertigung von über­ blicken, Abfragen, Digitalisierung, Fräsarbeiten usw., und ist sehr nützlich in Entwicklungs- und Zeichnungs­ büros, in denen es notwendig ist, nach dem Zeichnen einer Konstruktion ein Modell in realer Größe zu machen, um sowohl das Aussehen zu überprüfen, als auch Versuche durchzuführen, Abänderungen auszuführen usw. So z. B. ist diese Notwendigkeit besonders bei verschiedenen Zeichnungsbüros festzustellen, wie in Büros, in denen komplizierte Oberflächen wie Autokarosserien usw. entwickelt und gezeichnet werden. In den Fällen wie dem obigen ist es notwendig, sobald die Zeichnung fertiggestellt ist, das Modell schnell und pünktlich zu realisieren, um zu sehen, wie es in der Realität ist, und sodann, nachdem alle notwendigen Abänderungen vorgenommen worden sind, diese Abänderungen auf der CAD-Oberfläche für die anschließenden Phasen der Produktion und der Herstellung von Formen usw. aufzubringen. Es ist klar, daß in Situa­ tionen wie der oben genannten die Verwendung herkömmlicher Gerätschaften ernste Probleme mit sich bringt. In der Tat ist es sehr schwierig, die Zeichnung eines Modells mit Genauigkeit auszuführen, an dem eine Reihe von Ab­ änderungen von Hand vorgenommen worden ist. Zwar gibt es eine Reihe von Vorrichtungen, die dazu verwendet werden, die eine oder andere der oben erwähnten Opera­ tionen einzeln durchzuführen. So z. B. gibt es Vorrichtun­ gen, die in der Lage sind, Oberflächen abzufragen, bei denen eine Sonde oder ein Taster sich entlang der Ober­ fläche bewegt, wobei er die Koordinaten jedes Punktes aufnimmt, eine Reihe von Signalen abgibt, die die an­ schließende Mathematisierung und Ausarbeitung der Ober­ flächen mit Hilfe eines Rechners gestatten. Darüber hinaus gibt es Maschinen, z. B. zweidimensionale Plotter, die in der Lage sind, die Zeichnung zu reproduzieren, und Werkzeugmaschinen, um das Modell ausgehend von einer Zeichnung oder besser noch von einem Satz zu reproduzie­ ren, der alle Daten mit Bezug auf diese Zeichnung enthält, die in geeigneter Weise wieder erarbeitet worden ist.

Alle obigen Vorrichtungen sind nicht geeignet für die Benutzung in einem technischen Büro, einerseits wegen ihrer oft sehr großen Abmessungen und andererseits, weil es notwendig wäre verschiedene Maschinen zur Ver­ fügung zu haben deren Benutzung recht kompliziert ist. Mit den bekannten Techniken sind in der Tat sowohl ein CAD-CAM-System, das ein mathematisches Modell der zwei­ dimensionalen Oberfläche erzeugt, als auch ein System, das in der Lage ist, dieses mathematische Modell mit Hilfe eines Fräs-Prozessors zu bearbeiten, not­ wendig, all dies weil die CAD-CAM-Systeme Werkzeug­ bahnen erzeugen, deren Formate unabhängig von demjenigen der Maschine sind.

Um besser das Verfahren zu verstehen, das zur Realisierung der Modelle mit den jetzt zur Verfügung stehenden Mitteln führt, kann man Bezug nehmen auf Fig. 1, in der die Block-Schemata des Herstellungs- und Entwicklungsver­ fahrens der durch das CAD-System erzeugten Daten, um zur Realisierung des Modells 3D zu kommen, wiedergegeben sind. Das CAD-System erzeugt einen Oberflächensatz, der zu einem CAM-System übermittelt oder in dieses einge­ geben wird, dem man auch einige nicht aufschiebbare Eingaben, z. B. das Werkzeugprofil und die Abmessungs­ toleranzen, zuliefern muß.

Auf der Grundlage der obigen Daten erarbeitet das CAM- System, ausgehend vom Oberflächensatz, eine Reihe von Werkzeugbahnen oder einen "CL-Satz". Dieser "CL-Satz" ist jedoch nicht kompatibel mit dem Format des "CNC- Satzes", und demzufolge ist es notwendig, mit Hilfe eines zweiten Prozessors oder "Post-Prozessors" eine weitere Bearbeitung vorzunehmen. Es ist auch notwendig, das System mit anderen Direktiven für die Programmierung am Lagerpunkt des Werkzeugs zu versehen, z. B. die Werkzeug­ länge, die Linearisationstoleranz, die Vorschubsteuerung am Werkzeugmittelpunkt usw. Der Post-Prozessor erzeugt am Ausgang einen Satz, genannt "NC-Satz", der gewöhn­ licherweise auf einem magnetischen Träger eingetragen wird. Alle diese Operationen finden normalerweise im Datenverarbeitungszentrum (Rechenzentrum) statt, während die folgenden Operationen in der Werkstatt ausgeführt werden, in der die Maschine angeordnet ist.

Sobald der "NC-Satz" der Werkzeugmaschine eingelastet worden ist, müssen die Parameter zum überprüfen der verbleibenden Freiheiten (Kompensation, Werkzeugdurchmesser und -länge, Zuführungsänderung und Spindelgeschwindigkeit, Symmetrie, Staffelung des Stücks usw.) eingegeben werden; nach dieser Bearbeitung kann die Maschine ihre Arbeit beginnen.

Es ist klar, daß dieses Verfahren sehr aufwendig sowohl hinsichtlich der Kosten als auch hinsichtlich der Zeit ist. In der Tat sind verschiedene Vorrichtungen und Ausrüstungen und vor allem auch spezialisiertes Personal notwendig, die Bearbeitungszeiten verlängern sich usw. Dies ist der Grund, daß auf diesem Gebiet der Wunsch nach einer Vorrichtung und insbesondere nach einer Art von dreidimensionalem Plotter besteht, die bzw. der in der Lage ist, selbständig alle oben erwähnten Opera­ tionen durchzuführen.

Eine Vorrichtung wie die oben erwähnte, die in einem technischen Büro verwendet wird, soll geringe Abmessungen haben, jedoch ein Verhältnis zwischen dem Umfang des zu bearbeitenden Werkstücks und dem Außenvolumen der Maschine aufweisen, das geeignet ist, die Herstellung von Modellen mit nicht zu kleinen Abmessungen, die jedoch mit den realen Vorrichtungen vergleichbar sind, zu ermög­ lichen. Darüber hinaus muß die Vorrichtung auf einfache Weise zu verwenden sein, so daß sie auch von Technikern ohne besondere Schulung auf dem hier in Frage stehenden Gebiet verwendet werden kann, und trotzdem soll sie in der Lage sein, jede Art von gewünschter Bearbeitung mit hoher Genauigkeit auszuführen, derart, daß man das Produkt, sei es ein Modell oder ein Oberflächensatz, verwenden kann auch für die Serienherstellung, ohne daß es notwendig ist, nachträgliche Eingriffe, Operationen, Überarbeitung der Daten usw. vorzunehmen.

Es ist demzufolge klar, daß die Schaffung einer Vorrichtung wie der oben erwähnten einige ernste technische Probleme bei der Herstellung sowohl von mechanischen als auch elektronischen Teilen der Maschinen lösen kann.

Die Vorrichtung soll in der Lage sein, Bearbeitungen mit Toleranzen von wenigen Hundertsel Millimeter auszu­ führen, was es notwendig macht, einen starren Aufbau zu schaffen, der in der Lage ist, ohne Verformungen die vom Werkzeug während der Bearbeitung übermittelten Reaktionen und die anschließenden hohe Beschleunigungen (bis zu 0,5 G), die dem Werkzeugträger während seiner Verstellungen erteilt werden, aufzunehmen.

Diese Charakteristik ist schlecht mit der Notwendigkeit zu vereinbaren, eine leichte und solide Konstruktion zu schaffen, die in einem Büro zusammen mit den zuge­ hörigen Steuerkabinen und guter akustischer Isolierung untergebracht werden kann. Außerdem soll die Einführung des Stückes leicht auszuführen sein, selbst wenn wenig Raum zur Verfügung steht. Darüber hinaus muß die Maschine, um tatsächlich praktisch und funktionell zu sein, auch von einem ungelernten Personal benutzt werden können, so daß man verschiedene Zwischenschritte beim Erarbeiten des Oberflächensatzes eliminieren kann, was heutzutage den Einsatz von spezialisierten Technikern erforderlich macht. Auch hinsichtlich der Parameter, die der Maschine während der verschiedenen Phasen des Bearbeitungszyklus zugeführt werden müssen, ist es notwendig, daß diese Operation soweit wie möglich vereinfacht wird. Das Problem wird noch dadurch komplizierter, daß, nicht wie bei zweidimensionalen Plottern, in denen die Werkzeugstellung - in diesem Falle ein "pen-point" - lediglich durch zwei kartesische Koordinaten definiert wird, bei einem 3D-Plotter es notwendig ist, sowohl die Stellung des Werkzeugs im Raum - mit Hilfe von drei kartesischen Koordinaten - als auch seine Ausrichtung oder Orientierung mit Hilfe der Richtungskosinusse der Normalen zur Ober­ fläche zu definieren.

Neben den oben erwähnten gibt es noch andere Parameter, die entsprechend der Art der auszuführenden Maschine dem verwendeten Werkzeug in Rechnung gesetzt werden müssen; diese Parameter werden später spezifisch bei der Beschreibung des elektronischen Teiles der Maschine diskutiert.

Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, daß das hier in Frage stehende Problem recht kompliziert ist. Diese und andere Probleme werden gelöst mit dem erfindungs­ gemäßen Plotter, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine in die elektronischen Steuervorrichtungen inte­ grierte Post-Prozessor-Einheit vorgesehen ist, die einen CAD-Oberflächen-Datensatz verarbeitet, um einen NC-Daten­ satz zu erzeugen. Hierbei kann z. B. ein nicht-linearer Interpolator für die Verarbeitung des CAD-Oberflächen- Datensatzes und für die Erzeugung des NC-Datensatzes und ein linearer Interpolator für die Aufnahme des NC- Datensatzes und für die Steuerung der Maschinenachsen vorgesehen sein.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Außer der oben erwähnten Fig. 1 zeigen:

Fig. 2 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Plot­ ters in perspektivischer schematischer Darstel­ lung,

Fig. 3 eine Vorderansicht des Plotters nach Fig. 1, teilweise im Schnitt gesehen,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Maschine, teilweise geschnitten,

Fig. 5 eine Einzelheit der in Fig. 4 gezeigten Anord­ nung in größerer Darstellung und geschnitten,

Fig. 6 den Plotter gemäß der Erfindung in einer Drauf­ sicht,

Fig. 7 den Plotter gemäß Fig. 6 in einem senkrechten Schnitt,

Fig. 8 die Anordnung nach Fig. 7 in einem senkrechten Schnitt mit Bezug auf eine rechtwinklig zu der Ebene der Fig. 7 ausgerichtete Ebene,

Fig. 9 die Basis der Maschine in einem waagrechten Schnitt,

Fig. 10 das Block-Schema der Steuervorrichtungen der Maschine,

Fig. 11 und 12 Block-Diagramme des Hardware-Aufbaus des Plot­ ters,

Fig. 13-15 zeigen die Arbeitsdiagramme des linearen Inter­ polators, der Steuer- oder Regelschleife und der Steuerachsen CPU (Rechnereinheit).

Gemäß Fig. 2 besteht der Plotter nach der Erfindung aus einer Basis 1, auf der zwei parallele Portal-Aufbauten oder Träger 2 und 2′ angebracht sind, die von vier an den Ecken der Maschine angeordneten Ständern oder Pfeilern 3 getragen werden. Ein Kreuzsupport 4 für eine Hülse 5 stützt sich an den beiden Portal-Aufbauten 2 und 2′ ab und gleitet auf diesen. Am unteren Ende der Hülse 5 die innerhalb des Kreuzsupports in senkrechter Richtung gleiten kann ist ein Kopf 6 mit zwei Freiheits­ graden vorgesehen. Auf diese Weise bewegt sich der Kopf 6 auf der Ebene XZ zwischen den Ständern oder Pfeilern 3 entlang der Achse X und zwischen den Trägern 2 und einem werkstückhaltenden Tisch 7 entlang der Achse Z. Der werkstückhaltende Tisch 7 bewegt sich in einer Richtung rechtwinklig zu den Achsen X und Z (Y-Achse) und vervoll­ ständigt die drei untereinander rechtwinkligen Bewegungs­ achsen.

Außer den oben erwähnten Arbeitsachsen X, Y und Z sind noch Polarachsen A und C, mit denen der Arbeitskopf 6 versehen ist, vorgesehen, wodurch sich eine gesamte Menge von fünf Freiheitsgraden ergibt. Diese Gesamt- Konfiguration bringt wichtige Vorteile mit sich: Indem man den Arbeitskopf 6 im Raum zwischen einem Paar von kastenförmige Trägern 2 und 2′ gleitend macht, ist es möglich, die Abmessungen der Struktur zu begrenzen und gleichzeitig dem Ganzen maximale Steifigkeit und Starr­ heit zu erteilen. Darüber hinaus ist es möglich, den Arbeitskopf-Support in einer geringeren Höhe anzuordnen, wodurch der Angriffspunkt der Reaktionskräfte herabge­ senkt wird, die beim Arbeiten der Maschine auf den Aufbau wirken, was wiederum eine Verringerung der Verformungen zur Folge hat.

Dank der oben erwähnten Merkmale ist es bei einer kompak­ ten Maschine möglich, einen inneren Bearbeitungsraum zu erhalten, dessen Abmessungen annähernd denjenigen der Maschine selbst entsprechen.

Diese größte Kompaktheit wird auch erreicht dank der Tatsache, daß man den Arbeitskopf die Spindel fliegend gelagert anstatt gabelartig gelagert halten läßt, wodurch sich eine weitere Verringerung des erforderlichen Raumes ergibt.

In Fig. 4 ist eine Elektrospindel mit 6′ bezeichnet, die am Arbeitskopf 6 angeordnet ist.

Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen die Zusammensetzung des Plotter- Aufbaus.

Die Ständer oder Pfeiler 3 bestehen aus einem runden Rohr 8 und einem quadratischen oder rechteckigen Rohr 9, die durch Nahtschweißung mit einem Blech 10 verbunden sind (Fig. 9). Im oberen Teil (Fig. 8) sind die Rohr­ paare 8 mit ähnlichen Rohren 11, 11′ verbunden, welche die Ecken der Träger 2 und 2′ bilden. Im unteren Teil wirkt ein Fachwerk oder Gerüst, das aus rechteckigen oder quadratischen Rohren 12 besteht, die mit unteren Profilstäben 13 (Fig. 7) verbunden sind, als Träger für die bewegliche Tafel 7, die entlang von zwei Kugel­ führungen an einem Fachwerk 27 (Fig. 3) gleitet, das am Grundkörper 1 über die Supporte 14 (Fig. 7) befestigt ist. Das Fachwerk bestimmt und definiert die Räume des elektronischen Teils und die Steuersysteme der Maschine (Fig. 3). Bei diesem Aufbau bewegt sich der Kreuzsupport 4 entlang den Trägern 2 und 2′, indem er an einem Paar von prismatischen Kugelführungen mit Hilfe von ebenso­ vielen Paaren von Gleitstücken, die mit 15 und 16 bezeich­ net sind, gleitet, wobei die ersteren in einer senkrechten Ebene und die anderen in einer horizontalen Ebene angeord­ net sind, was eine leichtere Einstellung des Kreuzsupports ermöglicht, z. B. mit Hilfe von Mikrometerschrauben od. dgl. Die Verstellbewegungen des Supports 4 mit dem Arbeitskopf 6 entlang der X-Achse werden mit einem Gleichstrommotor 17 gesteuert, der eine Kugelschraube 18 betätigt, die mit einem Gleitstück, das mit dem Support 4 integral ist, eingreift (Fig. 5). Ein nicht gezeigter Codierer oder Meßgeber nimmt diese Bewegungen auf.

Auch die Bewegungen der Achsen Y und Z (der das Werkstück tragende Tisch und Hülse) der Maschine werden durch umlaufende Kugelschrauben und Motoren erzielt und durch ebensoviele Codierer detektiert und erfühlt. In Fig. 4 ist mit 20 der Motor bezeichnet, der die Be­ wegungen des das Werkstück tragenden Tisches 7 entlang der Achse Y steuert, indem die Bewegung über einen Riemen 21 zu einer umlaufenden Kugelschraube 22 übertragen wird, die mit dem Tisch 7 verbunden ist. 23 ist die mit dem Motor axial ausgerichtete Detektorzelle, eine Lösung, die gemeinsam mit den Detektor-Systemen der Achsen X, Y und Z ist. Ein Paar von pneumatischen Zylin­ dern 24 (Fig. 2) ist an den Seiten der Hülse 5 vorge­ sehen, um einen nach oben gerichteten Schub zu liefern, der das Gewicht der Hülse ausgleichen kann. Öffnungen 25 für das Absaugen der Pulver sind im Basisrahmen in der Nähe der Ebene 7 vorgesehen.

Da die Portale oder Träger 2 von vier Ständern oder Pfeilern getragen werden, die an den Ecken der Maschine vorgesehen sind, ist die Maschine von allen vier Seiten zugänglich, so daß das Einführen der zu bearbeitenden Werkstücke leichter ist, selbst wenn diese große Ab­ messungen haben. Zu dem obengenannten Zweck sind in der Nähe der Ränder der Ebene 7 und auf gleicher Höhe Rollen 26 vorgesehen.

Wie bereits vorher gesagt worden ist, ist in dem er­ findungsgemäßen Plotter der Post-Prozessor, der den vom CAD kommenden Datensatz bearbeitet, mit den anderen elektronischen Steuervorrichtungen der Maschine inte­ griert. Dieses Thema erfordert eine weitere präzisere Darstellung.

Üblicherweise ist stromabwärts vom CAD-System ein CAM- System vorgesehen, das einen Satz (CL-Satz) erzeugt, der dann durch einen Post-Prozessor übersetzt wird, damit man einen Arbeitssatz (NC-Satz) erzielt. Dieser wird, sobald er zur Werkzeugmaschine übertragen worden ist, ihre Arbeit steuern. Sobald das CAM eine Oberfläche zur Verfügung hat (z. B. vom benachbarten CAD zugeführt, indem man die Bezier-Pole oder die multinomialen Ko­ effizienten usw. verwendet), ist es notwendig, die Arbeits­ gänge und das Verfahren für die Erzeugung der Werkzeug­ bahnen zu definieren. Um die Bewegungen des Werkzeug­ zentrums zu erzielen, ist es notwendig, vorher auf der Oberfläche vorgeschriebene oder obligate Bahnen (z. B. isoparametrische Linien) für den Tangenzpunkt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück festzuschreiben, und dann, von hier aus, wird unter Berücksichtigung der Orientierung oder Ausrichtung der Werkzeugachse die Positionierung durch die Tangenzbedingung vollständig bestimmt; in der Alternative ist es möglich, die Bewegung des Werkzeugzentrums unmittelbar teilweise zu binden, indem man einen üblichen Freiheitsgrad beibehält, der es ermöglicht, an einem nicht vorherbestimmten Punkt die Tangenzbedingung zwischen dem Werkzeug und dem Werk­ stück zu realisieren (dies ist der Fall beim Fräsen von parallelen Ebenen). Dann ist es notwendig, die be­ rechneten Bahnen - mit Hilfe eines geeigneten Übersetzers (Post-Prozessors) - in ein für die Maschinensteuerung verträgliches Format zu kodieren bzw. zu verschlüsseln.

Das jetzige Berechnungsverfahren der Bahnen bei der Bearbeitung in der CAM schließt die Notwendigkeit ein, daß man zum Rechnungszentrum ("data processing centre") zurückkehrt, um die Programme zu korrigieren, bei denen Fehler der NC-Programmierung in der Maschine aufgetreten sind. Das Ergebnis ist ein unbequemer Zwei-Wege-Informa­ tionsfluß zwischen zwei Systemen, die logisch und physi­ kalisch getrennt sind. Die Flexibilität der segmentierten Bahnen ist spärlich und schwach, da ein Programm für die Herstellung eines Standard-Werkstücks unlöslich verbunden ist mit der Benutzung eines besonderen Werkzeugs und durch die Präzision der Abmessungen, wie sie beim CAM-System verlangt werden. Schließlich ist die Menge der Informationen, die in einem NC-Satz enthalten sind, üblicherweise sehr viel höher als die Menge, die aus­ reicht um die bearbeitete Oberfläche zu definieren. Diese Umstände behindern stark die Schaffung eines Archivs für Werkstückprogramme bei der Maschine.

Bei dem Plotter gemäß der Erfindung ist ein lokales Untersystem vorgesehen worden, das einen nichtlinearen Interpolator einschließt, der geeignet ist, Trajektorien und Bahnen mit einer Kompensation der Werkzeugabmessungen zu schaffen, welcher die Oberflächen in Standard-Format behandelt, wobei er eine Gesamtheit von einfachen Richt­ linien in Rechnung setzt, die im Augenblick der Aus­ führung definiert werden. Die CAM-Bearbeitungsschritte, das Post-processing und die Auswertung des NC-Satzes, sind auf diese Weise in einer einzigen Phase durch die Maschinensteuerung vereinigt. Es besteht nunmehr die Möglichkeit, Archive von kompakten und flexiblen Informa­ tionen für die unmittelbare Ausführung von aus dem Pro­ gramm oder dem Repertoire stammenden Werkstücken aufzu­ stellen und darüber hinaus mit Hilfe von auf die Maschine selbst implementierten Dienstprogrammen Abänderungen, geometrische Parametrisierungen usw. auszuführen. Das System ist in der Lage, herkömmliche NC-Sätze zu ver­ arbeiten, die auch an Ort und Stelle ("in situ") herge­ stellt werden können im Hinblick auf eine spätere Aus­ führung, wenn man die Leistungen der Gesamtheit "Maschine - Steuerung" unter Vermeidung der komplizierten Rechnungen in der realen Zeit zum Maximum ausnutzen will. Der Tech­ niker muß lediglich den Oberflächensatz, der durch das CAD geschaffen worden ist, in den 3D-Plotter gemäß der Erfindung überführen und in die Maschine die notwendigen Werte und Parameter eingeben, um das Modell zu erhalten.

In den Fig. 11 und 12 sind Blockdiagramme der Hardware- Struktur der Steuerungseinheit der Maschine dargestellt. Charakteristisch für das System ist der Standard-MULTIBUS II, der eine BUS-Architektur unabhängig vom Prozessor ist mit einem BUS des Parallel-Systems zu 32 Bit, örtlichem Speicher-BUS und einem I/O-Expansions-BUS. Dieser Aufbau mit mehreren Bussen gibt den Vorteil, daß jeder Bus für eine spezifische Funktion optimiert ist und daß verschiedene Busse parallele Operationen ausführen kön­ nen, so daß auf diese Weise die Bearbeitungsgeschwindig­ keit erhöht wird.

Die Verbindungen CO1 . . . CO6 gestatten den Zugang zu dem MULTIBUS von ebensovielen CPUs, um die angegebenen Aktivitäten auszuführen. Im besonderen verbindet der I/O-Expansions-BUS die Schnittstellen-Karten mit den Sensoren und den Aktoren, die an der Maschine vorhanden sind. Die Verbindung zwischen dem I/O-Expansions-BUS und der CPU für die Achsensteuerung ist in größerer Einzelheit in Fig. 12 gezeigt. Mit 28 ist die Karte der CPU für die Achsensteuerung bezeichnet, die eine Schnittstellenverbindung zum MULTIBUS II und einen ört­ lichen (lokalen) Bus enthält, der diese Schnittstelle mit der CPU für die Bearbeitung und mit einer I/O-MIX- Schnittstelle enthält. Die I/O-MIX-Schnittstelle ist mit einer ähnlichen I/D-MIX-Schnittstelle auf der Karte 29 verbunden, die mit einem Daten-Steuerglied, einer Logik-Steuerung ("Control LOGIC") und einem Speicher 30 verbunden ist. Das Daten-Steuerglied besteht aus einer Reihe von Logik-Toren, um das Bearbeiten von von der I/O-MIX-Schnittstelle kommenden Signalen mit dem örtlichen Bus zum Feld hin (TOWARDS THE FIELD) zu ent­ koppeln.

Die Logik-Steuerung ("Control LOGIC") ist eine Logik für die Steuerung der Daten-Steuerglieder und des ört­ lichen (lokalen) Bus zum Feld hin (TOWARDS THE FIELD); sie bestimmt und definiert das timing oder die zeitliche Steuerung für die Synchronisation zwischen den vom I/O-MIX- Bus ausgehenden und zum örtlichen (lokalen) Bus zum Feld hin (TOWARDS THE FIELD) gehenden Signalen.

Der Speicher 30 ist ein nichtflüchtiger (non volatile) RAM (Random Access Memory)-Speicher, der Informationen über die Personalisierung für die Konfiguration der Schnittstellen-Karte speichert.

Die CPU für die Achsensteuerung erhält von dem durch die CPU des Post-Prozessors erzeugten zeitweiligen Satz die Bewegungsblocks, ausgedrückt in Werten der Koordinaten des Rechenzentrums und der Ausrichtung des Arbeitskopfes. Mit Hilfe von solchen Informationen wird der lineare Interpolator gesteuert, der die Daten für die Speisung der Steuer- oder Regelschleife liefert.

Die Aufgabe des linearen Interpolators besteht darin, für jedes Probenentnahme-Intervall die Zunahme des Raums und die relative Geschwindigkeit zu schaffen, wobei ausgegangen wird von den Ursprungs- und Endstellungen und -orientierungen des Arbeitskopfes, so daß man in der Lage ist, die "Ineinander-Verschachtelungen" der Achsen der Maschine zu steuern.

Das Arbeitsdiagramm des linearen Interpolators ist im Blockdiagramm gemäß Fig. 12 gegeben. Der lineare Inter­ polator wird bei jedem Probenentnahme-Intervall des Systems aktiviert und aktiviert seinerseits die Regel­ oder Steuerschleife, sobald der neue Punkt (die neue Stellung) und die neue Geschwindigkeit berechnet worden sind.

Die Aufgabe der Steuer- oder Regelschleife ("Control Loop") besteht darin, die reale, tatsächliche Position der Maschine soweit wie möglich nahe zur theoretischen Lage oder Position zu halten, die vom Interpolator erzeugt wird. Zu dem obengenannten Zweck werden bei jedem Proben­ entnahme-Intervall des Systems die Achsenwerte abgelesen und mit den Werten der theoretischen Lage oder Position verglichen, die vom Interpolator errechnet worden sind. Das Ergebnis eines solchen Vergleichs wird in ein Analog­ signal umgewandelt und dann zu den "Ineinander-Verschachte­ lungs-Verbindungen" der Achsen zugespeist. Das Arbeits­ schema ist in Fig. 13 gezeigt.

Die CPU für die Achsensteuerung nimmt die Sätze, welche die von der CPU für die Oberflächen-Behandlung erzeugten linearen Blocks enthalten, auf und läßt sie ausführen, wobei gleichzeitig die Steuerung der Maschinenachsen gemäß dem in Fig. 14 gezeigten Schema gewährleistet ist.

Ein Fachmann wird zahlreiche Änderungen und Varianten vorsehen können, die jedoch alle innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.

Claims (9)

1. Ein dreidimensionaler Plotter, der einen Arbeitskopf mit auswechselbarem und an einem Support mit mehreren Frei­ heitsgraden angebrachtem Werkzeug und die Verstellbewegungen des Arbeitskopfes und des Supports steuernde elektronische Vorrichtungen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine in die elektronischen Steuervorrichtungen integrierte Postpro­ zessor-Einheit vorgesehen ist, die einen CAD-Oberflächen- Datensatz verarbeitet, um einen NC-Datensatz zu erzeugen.

2. Plotter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nicht-linearer Interpolator für die Verarbeitung des CAD-Oberflächen-Datensatzes und für die Erzeugung des NC- Datensatzes und ein linearer Interpolator für die Aufnahme des NC-Datensatzes und für die Steuerung der Maschinenachsen vorgesehen sind.

3. Plotter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß separate CPUs (zentrale Rechnereinheiten) für die Bearbei­ tung der CAD- und CAM-Oberflächen, für das Post-Prozessing, die Plattenspeichersteuerung und die Achsensteuerung vorge­ sehen sind, welche CPUs verbunden sind mit einem parallelen Systembus, wobei die CPU für die Achsensteuerung über einen Erweiterungsbus mit den Sensoren und den Aktoren bzw. Stell­ antrieben der Maschine verbunden ist.

4. Plotter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die CPU für die Achsensteuerung mit dem I/O-Erweiterungsbus durch eine Einheit verbunden ist, die aus einer I/O-MIX- Schnittstelle, einem Daten-Steuerungsglied (="DATA DRIVER") zum Entkoppeln der Signal-Verarbeitung (="Signal Processing") mit dem I/O-Erweiterungsbus und aus einer Steuerungslogik besteht, welche die zeitliche Steuerung für die Synchroni­ sierung der zu dem Erweiterungs-BUS gerichteten Steuersig­ nalen bestimmt und definiert.

5. Plotter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskopf an einer in senkrechter Richtung beweglichen Hülse, die an einem entlang einer horizontalen Führung be­ weglichen Support gelagert ist, angebracht ist, welche ho­ rizontale Führung aus einem Paar von den oberen Teil des Maschinenrahmens bildenden Trägern besteht, die parallel zueinander und in solchem Abstand voneinander verlaufen, daß der Arbeitskopf zwischen diesen Trägern hindurchlaufen kann.

6. Plotter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verstellbewegungen entlang der Y-Achse ausgeführt werden, indem man die Auflagefläche für das zu bearbeitende Werkstück bewegt.

7. Plotter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreuzsupport entlang einem Paar von Kufen beweglich ist, von denen die eine eine senkrechte Stützfläche und die andere eine horizontale Stützfläche besitzt.

8. Plotter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Träger für die Hülse und für den Ar­ beitskopf an einem Paar von Ständern oder Pfeilern angebracht sind, die an den Ecken der Maschine angeordnet sind, derart, daß die zu bearbeitenden Werkstücke von jeder Seite her ein­ geführt werden können.

9. Plotter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er einen kasten- oder schachtelförmigen Trägeraufbau hat.