DE4121531A1 - Bewegungssteuergeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bewegungssteuergerät zur Steuerung der maschinellen Bearbeitung eines auf einem Förderer beweg­ ten Werkstücks synchron mit der Bewegung des Förderers, und ein Synchronsteuerverfahren für dieses Bewegungssteuergerät.

Ein Bearbeitungssystem, das nicht Stand der Technik ist und auf das für die Zwecke der Erfindung Bezug genommen wird, ist in Fig. 3 gezeigt; dabei trägt ein Förderer 31 ein Werkstück 30 auf einer Bahn in einer Richtung D. Die Bewegung des För­ derers wird von einem Codierer bzw. Schrittgeber 3 aufgenom­ men, der aufgrund der Drehung einer Fördererrolle oder der Bewegung des Förderers selbst an einem internen Sensor vorbei Impulse erzeugt. Eine Werkstück-Bearbeitungsposition befindet sich an einer vorbestimmten Stelle entlang der Bahn der För­ dererbewegung, und vor dieser Position befindet sich ein Sen­ sor 32, der die Anwesenheit des Werkstücks aufnimmt. Eine Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) wird von Führungen 33 bzw. 34, die jeweils von einem Servomotor 15 gesteuert sind, in Horizontal- bzw. Vertikalrichtung bewegt. Eine typische ser­ vogesteuerte Konstruktion mit Kugelumlaufspindel zur Einstel­ lung der Bewegung der Werkzeugmaschine ist in Fig. 10 ge­ zeigt. Der Servomotor gehört zu einem Servosystem mit dem Motor 15, einem Lagegeber 16, Servoverstärkern 14 und einem Bewegungssteuergerät 1.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, das ein konventionelles Bewe­ gungssteuergerät zeigt. Dabei umfaßt das Bewegungssteuergerät 1 einen Betriebsprozessor 2, der Geschwindigkeitsbefehlsdaten für eine Werkzeugmaschine erzeugt, deren Werkzeug zur Bear­ beitung des Werkstücks verfahrbar ist. Ein Synchronisier­ codierer ist an einem Förderer oder einer ähnlichen Trans­ porteinrichtung angeordnet und liefert Rückführungsimpulse zu einer Codiererschnittstelle 4, die die Rückführungsimpulse vom Synchronisiercodierer 3 zählt. Ein Differentialprozessor 5 berechnet die Anzahl Impulse pro Zeiteinheit auf der Basis eines Eingangswerts von der Codiererschnittstelle 4 und führt diesen Wert dem Betriebsprozessor 2 zu. Externe Maschinen­ schalter 6 sind mit einer Eingabeschnittstelle 7 verbunden, die dem Betriebsprozessor 2 entsprechende Signale zuführt. Externe Leuchten und Anzeigeeinrichtungen (z. B. ein Zähler) 8 empfangen Signale vom Betriebsprozessor 2 über eine Aus­ gabeschnittstelle 9. Ein Bildschirm-Bediengerät 10 dient der interaktiven Eingabe und Modifikation von automatischen Programmen in einer Programmdatei 11. Geschwindigkeitsbe­ fehlsdaten für die Horizontal- und die Vertikalrichtung werden von dem Betriebsprozessor 2 in Form von Rechteckim­ pulsen ausgegeben und von einem Beschleunigungs/Verlangsa­ mungs-Prozessor 12 in eine gleichmäßige Geschwindigkeitswel­ lenform umgewandelt, um den mechanischen Stoß zu verringern, der durch ein versuchtes sofortiges Befolgen des Befehlsim­ pulses auftreten würde. Die vom Beschleunigungs/Verlangsa­ mungs-prozessor 12 ausgegebene Geschwindigkeitsbefehlsinfor­ mation wird in einem Summierglied 13 summiert und umfaßt Lagebefehlsinformation. Die Lagebefehlsinformation wird einem Summationspunkt 17 einer Servorückkopplungsschleife zuge­ führt, und der Summationspunkt 17 liefert an einen Servover­ stärker 14 einen Lageabweichungswert. Das Ausgangssignal des Servoverstärkers aktiviert einen Motor 15, der die Werkzeug­ maschine in eine gewünschte Richtung zum Bearbeiten des Werk­ stücks antreibt. Ein Geber 16 erzeugt Impulse entsprechend der Drehung des Motors 15 und führt sie dem Summationspunkt 17 der Servorückkopplungsschleife zu. Ähnliche Anordnungen sind zur Steuerung der Horizontal- und der Vertikalbewegung der Werkzeugmaschine vorgesehen.

Fig. 8(a) zeigt ein Programmierbeispiel für eine synchrone Steuerung unter Anwendung von konventioneller NC-Sprache, wobei G90 die Anwendung von absoluten Koordinatenwerten in programmkoordinaten bezeichnet, G95 einen synchronen Vor­ schubmodus vorgibt, G01 lineare Interpolation definiert, X und Y orthogonale Richtungen definieren und von Koordina­ tenwerten eines Endpunkts gefolgt sind und F eine Vorschub­ strecke pro Umdrehung des Schrittgebers 3 bezeichnet, wobei beispielsweise "F10" eine Vorschubstrecke von 10 mm pro Um­ drehung bedeutet. Alle diese Programmeingaben müssen von einem Bediener spezifiziert werden.

Nachstehend wird der Betrieb beschrieben. Wenn ein Wählsignal für automatischen Betrieb durch den entsprechenden Maschinen­ schalter 6 und anschließend ein Startsignal für automatischen Betrieb eingegeben wird, liest der Betriebsprozessor 2 aus der Programmdatei 11 ein Programm aus und initiiert einen automatischen Betrieb. Die zu diesem Zeitpunkt vom Betriebs­ prozessor 2 gelieferte Befehlsinformation wird proportional den vom Schrittgeber 3 rückgeführten Impulsen erzeugt. Wenn daher der Förderer anhält und vom Schrittgeber 33 kein Rück­ führungsimpuls geliefert wird, gibt der Betriebsprozessor 2 keine Befehlsinformation aus, so daß die Motoren 15 ebenfalls angehalten werden. Wenn sich der Förderer bewegt, werden vom Schrittgeber 3 Rückkopplungsimpulse erzeugt, und die Befehls­ information wird vom Betriebsprozessor 2 erzeugt.

Die Befehlsinformationen müssen unter Berücksichtigung der Bewegung des Förderers geschrieben sein, um die Werkzeugma­ schine exakt zu einem Zielendpunktwert auf dem Förderer be­ wegen zu können, wie das Programmierbeispiel in Fig. 8(a) zeigt. Es soll beispielsweise angenommen werden, daß der Schrittgeber 3 eine Umdrehung ausführt, während sich der Förderer um 10 mm bewegt, und der Endpunkt erreicht ist, wenn sich der Förderer um 100 mm bewegt hat (dabei führt der Syn­ chronisierschrittgeber 3 zehn Umdrehungen aus). In den Fig. 8(a) und 8(b) bezeichnen die Vollinienpfeile die Bewegung der Werkzeugmaschine, die bei ortsfestem Werkstück, d. h. nicht auf einem Förderer befindlichem Werkstück, erforderlich wäre. Die Strichlinienpfeile bezeichnen den tatsächlichen Werkzeug­ weg, der zum Ausgleich der Fördererbewegung erforderlich ist. In Fig. 8(a) ist der Endpunkt (X, Y) nominell (-100, 0), aber der Endpunkt ändert sich zu (-200, 0), wenn die Bewegung des Förderers berücksichtigt wird. Die Vorschubstrecke ändert sich ebenfalls von F10 zu F20, wenn die Fördererbewegung be­ rücksichtigt wird. Der Bediener muß daher die Fördererge­ schwindigkeit in Betracht ziehen und das Bearbeitungsprogramm entsprechend ändern.

In Fig. 8(b), in der der Endpunkt (X, Y) nominell (0, 100) ist, ändert er sich zu (-100, 100), wenn die Fördererbewegung berücksichtigt wird. Die Vorschubstrecke pro Umdrehung des Schrittgebers 3 zu diesem Zeitpunkt ändert sich ebenfalls von nominell F10 zu F14, 142 (= 10×√), wenn die Fördererbewe­ gung in Betracht gezogen wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird die Geschwindigkeitsbefehls­ information für jede Achse (X, Y), die vom Betriebsprozessor 2 ausgegeben wird, durch den Beschleunigungs/Verlangsamungs- Prozessor 12 in eine geglättete Befehlsgeschwindigkeits- Wellenform umgewandelt und im Addierglied 13 akkumuliert, um die Lagebefehlsinformation zu erzeugen. Die Lagebefehls­ information wird dem Summationspunkt 17 als Befehlsinforma­ tion für einen Servoprozessor zugeführt. Der Servoprozessor veranlaßt die Bildung einer Lageschleife unter Nutzung des Lageabweichungswerts, des Servoverstärkers 14, des Motors 15 und des Gebers 16, so daß die Werkzeugmaschine in die Be­ fehlslage bewegt wird.

Die Fig. 9(a) und 9(b) zeigen die Anderung der Förderer­ geschwindigkeit (Vertikalachse) über die Zeit (Horizontal­ achse), beginnend mit einem Synchronisations-Startsignal. Die Vollinie in jeder Figur bezeichnet die tatsächliche Bewegung der Werkzeugmaschine in X-Richtung, wobei Fig. 9(b) eine hö­ here Förderergeschwindigkeit als Fig. 9(a) zeigt. Bei Auftre­ ten des Synchronisations-Startsignals wird bei einer gegebe­ nen Förderergeschwindigkeit durch eine Beschleunigungs/Ver­ langsamungs-Verzögerungszeitkonstante des Prozessors 12 der Geschwindigkeitsbefehl "abgeschwächt" und eine geringe Ver­ zögerung des Beginns der Befehlsausführung bewirkt. Die theoretische Befehlslinie (d. h. die theoretische Geschwin­ digkeit der Werkzeugmaschine unter Berücksichtigung der Ver­ zögerungszeitkonstanten) ist in den Fig. 9(a) und (b) als Strichlinie gezeichnet und wird als theoretische Verzöge­ rungskurve bezeichnet. Aufgrund der Trägheit, der Verarbei­ tungszeit und dergleichen tritt aber tatsächlich eine weitere Verzögerung zwischen der Ausgabe des Synchronisationsimpulses und der Zeit, zu der die Werkzeugmaschine die Geschwindigkeit erreicht, auf. Die eigentliche Verzögerung ist als Vollinie in den Figuren gezeichnet und zeigt, wie sich die Ist-Werk­ zeugmaschinengeschwindigkeit mit der Zeit, beginnend mit dem Auftreten des Synchronisationsimpulses, ändert, um schließ­ lich einen stabilen Zustand bei der Soll-Geschwindigkeit zu erreichen. Zwischen der theoretischen Verzögerung (Strich­ linie) und der tatsächlichen Bewegung der Werkzeugmaschine (Vollinie) verstreicht eine Zeitspanne. Das produkt aus Zeit (s) und Geschwindigkeit (mm/s), d. h. der schraffierte Be­ reich in den Figuren, entspricht der Strecke, um die der För­ derer das Werkstück fördert, bevor die Maschine auf den Be­ fehl anspricht. Wenn dieser Verzögerungswert eine Konstante ist, wird die Synchronisation zwischen dem Förderer/Werkstück und der Werkzeugmaschine ohne weiteres erreicht. Wie jedoch aus einem Vergleich der Fig. 9(a) und 9(b) hervorgeht, ändert sich der Verzögerungswert mit verschiedenen Förderergeschwin­ digkeiten. Beim Stand der Technik muß daher der Bediener zeitbezogene Versuchsläufe durchführen, um zu bestimmen, wel­ cher Verzögerungswert angewandt werden sollte. Wie die Fig. 9(a) und 9(b) zeigen, kann der Verzögerungswert durch die folgende Gleichung dargestellt werden und hängt von der Förderergeschwindigkeit ab:

wobei

D = Verzögerungswert (mm),
Fc = Förderergeschwindigkeit (mm/min),
Ts = Beschleunigungs/Verlangsamungs-Zeitkonstante (s)
Tp = Lageschleifen-Zeitkonstante (s).

Beim Stand der Technik war es nicht möglich, anders als durch Versuchsläufe die Verzögerungszeit zu berücksichtigen, wo­ durch der Betrieb schwierig und zeitraubend wurde.

Ein weiteres Beispiel einer solchen Art von Steuergerät ist in der JP-PS 45 887 (1983) beschrieben. Dieses System kann zwar eine Geschwindigkeits-Synchronisation erreichen, ist aber gleichzeitig mit dem Nachteil behaftet, daß sich die relative Lage von Werkzeug und Werkstück ändert, wenn eine Echtzeit-Änderung der Förderergeschwindigkeit auftritt. Ein Verfahren zur Steuerung eines Roboters synchron mit einem Förderer ist in der JP-PS 67 605 (1989) beschrieben. Dieses Verfahren arbeitet nach einem Endwert durch Detektieren der Fördererbewegung mittels Interpolation. Die Interpolations­ periode muß jedoch kurz sein, um die Genauigkeit der Synchro­ nisation zu steigern.

Das konventionelle Bewegungssteuergerät und das synchrone Steuerverfahren dafür gemäß der vorstehenden Beschreibung verlangen ein Bearbeitungsprogramm, das auf der Basis von Bearbeitungsinformationen, z. B. der Bewegungsgeschwindig­ keit, wirksam ist zur Bearbeitung eines auf einem Förderer befindlichen Werkstücks, wobei diese Information unter Be­ rücksichtigung der Bewegungsgeschwindigkeit des Förderers erzeugt ist. Die Änderung des Bewegungsverzögerungswerts der Bearbeitungsvorrichtung in bezug auf die Bewegungsgeschwin­ digkeit des Förderers erschwert die Synchronisation der Lage des Förderers mit derjenigen der Bearbeitungsvorrichtung, wenn sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Förderers ändert.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Überwindung der Nachteile des Standes der Technik unter Bereitstellung eines Bewegungs­ steuergeräts und eines synchronen Steuerverfahrens dafür, wo­ bei ein Bearbeitungsprogramm zum Bearbeiten eines Werkstücks auf einem Förderer geschrieben werden kann, ohne daß die Be­ wegungsgeschwindigkeit des Förderers berücksichtigt werden muß.

Das Bewegungssteuergerät gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung umfaßt: eine Bearbeitungsinformations- Operationseinrichtung zur Durchführung eines Bearbeitungspro­ gramms zum Bearbeiten eines Werkstücks auf einem Förderer durch eine Bearbeitungseinrichtung nach Maßgabe eines exter­ nen Befehls, Verarbeitung von Bearbeitungsinformation in be­ zug auf das Werkstück und Ausgabe eines Operationsergeb­ nisses; eine Fördererbewegungs-Informationseinrichtung zum Verarbeiten einer Bewegungsinformation des Förderers nach Maßgabe eines von einem Schrittgeber zur Aufnahme der För­ dererbewegung eingegebenen Signals und Ausgabe eines Opera­ tionsergebnisses; und eine Informationsverknüpfungseinrich­ tung, in der die von der Fördererbewegungsinformations-Ver­ arbeitungseinrichtung ausgegebene Fördererbewegungsinforma­ tion mit der von der Bearbeitungsinformations-Verarbeitungs­ einrichtung gelieferten Werkstückbearbeitungsinformation verknüpft wird zum Bearbeiten des auf dem Förderer befindli­ chen Werkstücks synchron mit der Bewegung des Förderers.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel führt die Bearbeitungs­ informations-Verarbeitungseinrichtung das Bearbeitungspro­ gramm zum Bearbeiten des Werkstücks auf dem Förderer durch die Bearbeitungseinrichtung nach Maßgabe eines externen Be­ fehls aus und verarbeitet die Bearbeitungsinformation für das Werkstück und liefert das Verarbeitungsergebnis, die Förde­ rerbewegungsinformations-Verarbeitungseinrichtung verarbeitet die Bewegungsinformation für den Förderer nach Maßgabe des vom Schrittgeber zur Aufnahme der Fördererbewegung gelie­ ferten Signals und liefert das Verarbeitungsergebnis, und die Informationsverknüpfungseinrichtung verknüpft die von der Fördererbewegungsinformations-Verarbeitungseinrichtung ausge­ gebene Fördererbewegungsinformation mit der von der Bearbei­ tungsinformations-Verarbeitungseinrichtung gelieferten Werk­ stückbearbeitungsinformation, um das Werkstück auf dem Förderer synchron mit der Fördererbewegung zu bearbeiten.

Bei einem Bewegungssteuergerät gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeisiel der Erfindung umfaßt die Fördererbewegungs­ informations-Verarbeitungseinrichtung eine Lageausgleichsein­ richtung zur Unterhaltung einer vorbestimmten Lagebeziehung zwischen der Bearbeitungseinrichtung und dem Werkstück auf dem Förderer, und zwar unabhängig von der Größe der Bewe­ gungsgeschwindigkeit des Förderers.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterhält die für die Fördererbewegungsinformation vorgesehene Lageausgleichs­ einrichtung eine vorbestimmte Lagebeziehung zwischen der Bearbeitungseinrichtung und dem Werkstück auf dem Förderer, und zwar unabhängig von der Größe der Bewegungsgeschwin­ digkeit des Förderers.

Ein synchrones Steuerverfahren für ein Bewegungssteuergerät nach der Erfindung umfaßt die folgenden Schritte: Verarbeiten von Bewegungsinformation unter Nutzung von Fördererbewe­ gungsinformation aus einem von einem Schrittgeber zur Auf­ nahme der Fördererbewegung eingegebenen Signal und Ausgeben eines Verarbeitungsergebnisses; Ausführen eines Bearbeitungs­ programms zur Bearbeitung des Werkstücks unter Anwendung von Bearbeitungsinformation nach Maßgabe eines externen Befehls, Verarbeiten der Bearbeitungsinformation des Werkstücks und Ausgeben eines Verarbeitungsergebnisses; und Verknüpfen der von der Fördererbewegungsinformations-Einrichtung ausgege­ benen Fördererbewegungsinformation mit der von der Bear­ beitungsinformations-Einrichtung gelieferten Werkstückbe­ arbeitungsinformation unter Anwendung einer Informations­ überlappungseinrichtung; und Bearbeiten des Werkstücks auf dem Förderer synchron mit der Fördererbewegung.

Bei diesem Verfahren wird die Bewegungsinformation des För­ derers verarbeitet und von der Fördererbewegungsinformations- Verarbeitungseinrichtung nach Maßgabe des vom Schrittgeber eingegebenen Signals hinsichtlich der Fördererbewegung ausge­ geben, das Bearbeitungsprogramm für die Bearbeitungseinrich­ tung wird von der Bearbeitungsinformations-Einrichtung nach Maßgabe des eingegebenen externen Befehls ausgeführt, die Bearbeitungsinformation hinsichtlich des Werkstücks wird ver­ arbeitet und ausgegeben, und die Fördererbewegungsinformation wird mit der Werkstückbearbeitungsinformation durch die In­ formationsüberlappungseinrichtung überlappt, um das Werkstück auf dem Förderer synchron mit der Bewegung des Förderers zu bearbeiten.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die Auslegung eines Ausführungsbeispiels eines Bewegungssteuergeräts nach der Erfindung zeigt;

Fig. 2(a) und 2(b) ein Beispiel eines Programms zur synchronen 8teuerung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 die Auslegung eines synchronen Steuersystems;

Fig. 4 ein Beispiel eines Programms für die Durch­ führung der synchronen Steuerung in dem System von Fig. 3;

Fig. 5 ein Flußdiagramm der Ausgleichsverarbeitung für die synchrone Lagesteuerung;

Fig. 6(a) bis 6(c) die Beziehung zwischen einer Fördererge­ schwindigkeit und einem Bearbeitungsverzöge­ rungswert während der Ausführung der Verarbei­ tung nach Fig. 5;,

Fig. 7 ein Blockschaltbild, das die Folgen von Signalen und Daten bei der synchronen Steuerung eines Bewegungssteuergeräts nach dem Stand der Technik zeigt;

Fig. 8(a) und 8(b) ein Beispiel eines Programms zur synchronen 8teuerung beim 8tand der Technik;

Fig. 9(a) und 9(b) eine Beziehung zwischen der Förderergeschwin­ digkeit und einem Bearbeitungsverzögerungswert nach dem Stand der Technik; und

Fig. 10 einen Werkzeugbewegungsmechanismus.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1-6 wird ein Ausführungsbei­ spiel beschrieben, wobei jeweils gleiche Bezugszeichen für gleiche oder entsprechende Teile verwendet sind. Das För­ derersystem, das die Bewegungssteuereinrichtung verwendet, wurde bereits unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, so daß nur in dem Umfang darauf Bezug genommen wird, der zum Ver­ ständnis der Erfindung notwendig ist.

Das Blockschaltbild von Fig. 1 zeigt die Auslegung des Bewe­ gungssteuergeräts 1A. Dabei ist zu beachten, daß der Be­ triebsprozessor 2 keine Information betreffend die Förde­ rerbewegung empfängt. Das Steuergerät 1A umfaßt einen Schaltprozessor 21, der selektiv ansteuerbar ist, um die Durchführung entweder eines Normalzustandslaufs, in dem die Werkzeugmaschine alleine ohne Berücksichtigung der Förderer­ bewegung gesteuert wird, d. h. wenn der Förderer in einer Bearbeitungsstellung angehalten ist (OFF), oder die Durch­ führung eines Kombinationslaufs (Bearbeitungs/Förderer-Laufs) (ON) zu veranlassen. Ein Kombinationslauf-Steuersignal 22 wird vom Betriebsprozessor 2 ausgegeben und steuert den vom Schaltprozessor 21 ausgewählten Zustand. Ein Einheitenumrech­ nungsprozessor 23 empfängt das Ausgangssignal des Schaltpro­ zessors 21 und veranlaßt die Umrechnung der Förderergeschwin­ digkeitsinformation vom Differentialprozessor 5 in ein Ein­ heitensystem, das mit demjenigen eines Geschwindigkeits­ befehls identisch ist. Diese Einheitenumrechnung wird von einer "elektronischen Untersetzung" während eines kombinier­ ten Bearbeitungs/Förderer-Laufs durchgeführt. Ein Lageaus­ gleichsverzögerungskreis 23A gibt die Verzögerung zwischen der Erfassung des Werkstücks und dem Beginn der Bewegung der Werkzeugmaschine vor. Dieser Verzögerungskreis liefert einen wert 0, bis die Verzögerungsperiode abgelaufen ist, und dann wird vom Verzögerungskreis 23A ein Geschwindigkeitsbefehls­ signal 24 ausgegeben und am Summationspunkt 26 zu dem Ge­ schwindigkeitsbefehlsimpuls des Betriebsprozessors 2 hin­ zuaddiert. Der Verzögerungswert hängt von der aufgenommenen Förderergeschwindigkeit ab. Das Ausgangssignal des Summa­ tionspunkts 26 ist ein kombinierter Geschwindigkeitsbefehls­ impuls, der durch den Beschleunigungs/Verlangsamungs-prozes­ sor 12 "weichgemacht" wird. Das kombinierte Ausgangssignal wird hier als ein "Überlappungssignal" oder Befehl bezeich­ net, der aus einer Kombination von regulärer Bearbeitungsbe­ fehlsinformation und einer Korrektur für die Fördererge­ schwindigkeit besteht. Die Funktionsweise des Verzögerungs­ kreises 23A bei der Bestimmung des Verzögerungswerts wird noch im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert.

Alternativ kann das Ausgangssignal des Lageausgleichskreises 23A einem zweiten 8ummationspunkt 27 als zweites Geschwin­ digkeitsbefehlssignal 25 zugeführt werden. Das Signal 25 ist identisch mit dem Geschwindigkeitsbefehlssignal 24, aber in diesem Fall wird es nach dem Ausgang des Beschleunigungs/Ver­ langsamungs-prozessors 12 geliefert. Dadurch wird das An­ sprechverhalten des Systems in bezug auf den Förderer gegen­ über einer am Summationspunkt 26 vor dem Prozessor 12 durch­ geführten Addition verbessert. Es ist jedoch darauf zu ach­ ten, daß das mechanische System durch eine plötzliche Ände­ rung des Geschwindigkeitsbefehls für das mechanische System keinen Schock erfährt, wenn der Befehl vom Betriebsprozessor 2 und das Geschwindigkeitsbefehlssignal vom Kreis 23A am Summationspunkt 27 miteinander verknüpft werden.

Als Verknüpfungskreis am Summationspunkt 26 oder 27 kann ein konventioneller Addierer dienen. Die Bearbeitungsinforma­ tionseinrichtung umfaßt den Betriebsprozessor 2, und die Bewegungsinformationseinrichtung umfaßt den Differentialpro­ zessor 5, den Schaltprozessor 21, den Einheitenumrechnungs­ prozessor 23 und den Lageausgleichskreis 23A.

Die Fig. 2(a) und 2(b) zeigen ein Programmierbeispiel für dieses Ausführungsbeispiel; dabei definiert G90 absolute Koordinatenwerte als Programmkoordinaten, G94 bezeichnet einen Vorschubmodus pro Minute, G01 bezeichnet eine lineare Interpolation, X und Y, gefolgt von Koordinatenwerten, defi­ nieren die Koordinaten eines Endpunkts, und F definiert eine Bearbeitungsvorschubstrecke pro Minute, beispielsweise be­ zeichnet F1000 einen Vorschub von 1000 mm/min. Im Kombina­ tionsmodus ist die effektive Vorschubstrecke der Maschine die Addition der Förderervorschubstrecke auf F1000. Wie noch im einzelnen erläutert wird, zeigt Fig. 2(a) die Eingabe von X- Koordinaten und die automatische Verlagerung von programm­ koordinaten, und Fig. 2(b) zeigt die Eingabe von Y-Koordi­ naten und die automatische Verlagerung. Der wesentliche Punkt dabei ist, daß hier das Programm ohne Berücksichtigung der Fördererbewegung geschrieben ist. Das heißt, der Programmie­ rer braucht keinen bewegten Referenzrahmen zu berücksich­ tigen, wenn ein Programm erstellt wird, wodurch der Program­ miervorgang stark vereinfacht wird. Die Förderergeschwin­ digkeit wird nunmehr durch Schaltungselemente 21-27 (Fig. 1) automatisch berücksichtigt. Da das Programm frei von Ge­ schwindigkeitsumrechnungsfaktoren zur Berücksichtigung der Förderergeschwindigkeit sein kann, können vorher für ein ortsfestes Werkstücksystem geschriebene Programme in einer Ümgebung mit bewegtem Werkstück eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bearbeitungssy­ stems, das unter synchroner Steuerung gemäß der Erfindung betrieben werden kann. Ein Förderer 31 wird in Pfeilrichtung bewegt und trägt ein Werkstück zu einer Position an einem Sensor 32 vorbei, der ein Startsignal liefert. Eine ange­ triebene Achse 33 definiert die Bewegung der Werkzeugmaschine in einer mit dem Vorschub des Förderers 31 zusammenfallenden Richtung und führt die Lagesteuerung in Horizontalrichtung durch. Eine zweite Achse 34 definiert die Bewegung der Werk­ zeugmaschine und die Lagesteuerung in einer Vertikalrichtung.

Fig. 4 ist ein Programmbeispiel für die synchrone Steuerung eines sich wiederholenden Bearbeitungsvorgangs in der System­ konfiguration von Fig. 3. G53 bezeichnet einen Befehl zum Verfahren der Werkzeugmaschine in eine Position, die in bezug auf Parameter (X, Y) in einem Bearbeitungskoordinatensystem (das der Maschine eigen ist) bezeichnet ist und hier eine po­ sition (X, Y) = (0,0) ist; GO bezeichnet einen Befehl für eine schnelle Verschiebung; G92 ist ein Befehl zur Vorgabe (zur Initialisierung) des programmkoordinatensystems; und M10 ist ein Hilfsbefehl in NC-Sprache, der die Bewegung der Maschine bis zur Eingabe eines externen Signals, z. B. hier vom Sensor 32, verzögert. Der Programmbereich von M10-M11 führt einen automatischen Bearbeitungslauf durch, der mit dem Vorschub des Förderers koordiniert ist. Während dieses Zeitraums wird das Programmkoordinatensystem entsprechend dem Vorschub des Förderers automatisch verlagert. M11 ist ein Hilfsbefehl wie M10 und dient als Befehl zur Beendigung des Kombinations­ laufs. M99 bezeichnet eine Rückkehr zum Beginn des Programms und die erneute Ausführung desselben programms.

Das Flußdiagramm von Fig. 5 zeigt die Berechnung der Über­ lappungsbewegung pro Zeiteinheit in bezug auf die aufgenom­ mene Förderergeschwindigkeit. Die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen Verzögerungswerte in bezug auf die Bewegung des Förderers, wenn der Ablauf nach Fig. 5 ausgeführt wird. Wie die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen, wird die Verknüpfungsoperation durch­ geführt, um einen konstanten Verzögerungswert als einen Be­ triebsparameter zu unterhalten, und zwar auch dann, wenn sich die Geschwindigkeit des Förderers ändert. Der schraffierte Bereich bezeichnet einen Verzögerungswert, der vom Beschleu­ nigungs/Verlangsamungs-Prozessor 12 während eines Befehls­ glättungsvorgangs (lineare Beschleunigung/Verlangsamung) so­ wie der Lageschleifenverarbeitung usw. resultiert. Der Ver­ zögerungswert ist der Förderergeschwindigkeit proportional.

Der Betrieb des Systems wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 3, 4, 5 und 6(a) und 6(b) beschrieben. Wenn ein Wählsignal für automatischen Betrieb vom entsprechenden Ma­ schinenschalter 6 und anschließend ein Startsignal für auto­ matischen Betrieb eingegeben wird, liest der Betriebspro­ zessor 2 ein Bearbeitungsprogramm aus der Programmdatei 11 aus, das vorher über das Bildschirm-Bediengerät 10 erzeugt wurde, und löst einen automatischen Bearbeitungslauf aus.

Wenn bei dem Programm in Fig. 4 M10 ausgeführt wird, wartet die Maschine auf ein Kombinationslauf-Startsignal (vom Sensor 32). Wenn das Kombinationslauf-Startsignal eingegeben wird, liefert der Betriebsprozessor 2 das Kombinationslauf-Steuer­ signal 22, das dann den Schaltprozessor 21 einschaltet, um einen Kombinationslaufbetrieb auszulösen. Beim Start des Kom­ binationslaufbetriebs wird eine Kompensation durchgeführt, um den als Parameter vorgegebenen Verzögerungswert konstant­ zuhalten. Der entsprechende Ablauf ist in dem Flußdiagramm von Fig. 5 gezeigt. Wenn bei dem Programm nach Fig. 4 M11 ausgeführt wird, liefert der Betriebsprozessor 2 ein Kombina­ tionslauf-Endesignal, das dann den Schaltprozessor 21 aus­ schaltet, um den Kombinationslaufbetrieb zu beenden.

Die Rückkopplungsimpulse vom Schrittgeber 3 während des Kom­ binationslaufs werden differenziert und dann vom Einheiten­ umrechnungsprozessor 23 in Einheiten umgerechnet, die mit denjenigen des Geschwindigkeitsbefehls identisch sind. Dann wird in der Einheit 23A die Weitergabe der umgerechneten Förderergeschwindigkeitssignale verzögert, und die Signale werden am Summationspunkt 26 vor dem Beschleunigungs/Verlang­ samungs-Prozessor 12 nach einer Verzögerungsperiode, die von der aufgenommenen Förderergeschwindigkeit abhängt, verknüpft.

Die überlappte Bewegung pro Zeiteinheit kann entsprechend dem Flußdiagramm von Fig. 5 berechnet werden. Die Berechnung ist eine Funktion des momentanen Abweichungswerts (HOSEIA) und des theoretischen Abweichungswerts (HOSEIB) für die zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Sensor 32 ein Werkstück erfaßt, und dem Zeitpunkt, zu dem die nachgeschaltete Maschine ihren Be­ trieb beginnt, zurückgelegte Strecke. Die theoretische Abwei­ chung wird wie folgt berechnet:

mit

HOSEIB = theoretischer Abweichungswert (mm),
SHIFFT = als Parameter vorgegebener Verzögerungswert in bezug auf den Förderer (Konstante),
Fc = Fördererbewegung pro Zeiteinheit (mm/ΔT),
ΔT = Abtastperiode,
Ts = lineare Beschleunigungs/Verlangsamungs-Zeitkonstante (s),
Tp = Lageschleifen-Zeitkonstante (s).

Dabei ist der Wert SHIFT ein Parameterwert, der vorher im System eingestellt und gleich einem Konstantwert gehalten wird. SHIFT entspricht der Summe des schraffierten Bereichs und des weißen Bereichs (durch Strichlinien begrenzt) in den Fig. 6(a) und 6(b). HOSEIB entspricht dem weißen Bereich, während der Bereich der Schraffur in den Fig. 6(a) und 6(b) aus dem rechten Term in der obigen Gleichung (2) berechnet werden kann. Dieser mit "A" bezeichnete Term ist von der Förderergeschwindigkeit Fc abhängig und somit keine Konstan­ te. Der Term erhöht sich mit zunehmender Förderergeschwindig­ keit aufgrund der Abhängigkeit von Fc, wie aus einem Ver­ gleich der Fig. 6(b) (hohe Förderergeschwindigkeit) und 6(a) (niedrige Förderergeschwindigkeit) ohne weiteres ersichtlich ist. Um also den Wert SHIFT konstantzuhalten, muß sich auch der Wert HOSEIB mit der Förderergeschwindigkeit ändern. Die Art und Weise der Berechnung von HOSEIB ist in Fig. 5 ge­ zeigt; dieser Algorithmus wird mit einer Wiederholungsrate von 10 ms ausgeführt.

Fig. 6(c) ist eine physische Darstellung von SHIFT, HOSEIB, A und B in den Fig. 6(a) und 6(b). Wie Fig. 6(c) zeigt, be­ zeichnet SHIFT die Entfernung zwischen dem Erfassungspunkt des Werkstücks (Sensor 32) , der auch der Punkt ist, an dem das Synchronisations-Startsignal (der Überlappungsbefehl) erzeugt wird, und der Lage der Werkzeugmaschine an ihrem Wartepunkt. HOSEIB bezeichnet die Entfernung zwischen der Lage des Sensors 32 und der Lage des Werkstücks, wenn die Werkzeugmaschine sich zu bewegen beginnt. Der Wert A ent­ spricht der Entfernung zwischen der Lage des Werkstücks bei Bewegungsbeginn der Werkzeugmaschine und dem Anfangswarte­ punkt der Werkzeugmaschine. B ist schließlich die Entfernung zwischen dem Anfangswartepunkt der Werkzeugmaschine und der Lage, in der Werkstück und Werkzeugmaschine miteinander synchron sind.

Wie aus den diagonalen Strichlinien in Fig. 6(c) ersichtlich ist, sind die Werte von HOSEIB, A und B sämtlich mit der Förderergeschwindigkeit veränderlich; nur der Parameter SHIFT ist eine Konstante.

Es wird nun wieder auf den Algorithmus gemäß Fig. 5 Bezug ge­ nommen; der Ablauf beginnt in Schritt S-50 mit der Bediener­ eingabe eines Initialisierungsbefehls. Der Rechenvorgang be­ ginnt in Schritt S-50(a), und die Schrittgeberimpulse werden in Schritt S-50(b) berechnet. In Schritt S-51 wird abgefragt, ob ein Überlappungssignalbefehl eingegeben wurde; wenn nicht, werden sowohl die theoretische Abweichung HOSEIB als auch die momentane Abweichung HOSEIA auf Null gesetzt, und der Über­ lappungswert aufgrund der Fördererbewegung Fc′ wird in Schritt S60 auf Null gesetzt, und dieser Wert wird zu dem Geschwindigkeitsbefehl des Betriebsprozessors am Summations­ punkt 26 oder 27 ohne Auswirkung addiert. Wenn aber in Schritt S-51 ein Überlappungssignalbefehl vorliegt, geht der Ablauf weiter und nutzt den in Schritt S-50(b) berechneten Synchronisations-Schrittgeberimpulswert, und in Schritt S-54 wird die Förderergeschwindigkeit Fc berechnet. Auf der Basis dieses Rechenwerts wird in Schritt S-55 unter Anwendung der Gleichung (2) der theoretische Abweichungswert bestimmt. Dann wird in Schritt S-56 ein momentaner Abweichungswert bestimmt unter Nutzung eines vorher bestimmten Werts und des Förderer­ bewegungswerts Fc. Ein Vergleich der Abweichungswerte HOSEIA und HOSEIB wird in Schritt S-57 durchgeführt, und wenn HOSEIA nicht größer als HOSEIB ist, geht der Ablauf zu Schritt S-60 weiter. Wenn aber HOSEIA größer ist, geht der Ablauf zu Schritt S-58 weiter, in dem der Überlappungsbewegungswert (Fc′) für den Fördererbewegungsausgleich (Fc′) berechnet wird. HOSEIA wird dann mit HOSEIB vorgegeben, und der Rechen­ wert von Fc′ wird in Schritt S-61 zu dem Geschwindigkeits­ befehl hinzuaddiert. Mit anderen Worten ist also der Über­ lappungsbewegungswert Fc′ Null, bis der momentane Abwei­ chungswert HOSEIA den theoretischen Abweichungswert HOSEIB überschreitet. An diesem Punkt beginnt die Werkzeugmaschine ihre Bewegung in Richtung zu der Stelle, an der sie mit dem geförderten Werkstück in bezug auf Geschwindigkeit synchroni­ siert ist, wie Fig. 6(c) zeigt. Nach Beginn der Überlappung (Fc′ ist von Null verschieden) wird der theoretische Abwei­ chungswert HOSEIB echtzeit-berechnet aufgrund von Änderungen der Förderergeschwindigkeit, und die überlappte Bewegung wird so gesteuert, daß ein konstanter Vorgabeverzögerungswert SHIFT unterhalten wird.

Wenn das Ansprechverhalten in bezug auf Änderungen der För­ derergeschwindigkeit verbessert werden muß, kann die Eingabe der überlappenden Geschwindigkeitssteuersignale am Ausgang des Beschleunigungs/Verlangsamungs-Prozessors 12 vorgenommen werden, wie in Fig. 1 durch die Verbindungslinie der Leitung 25 zum Summationspunkt 27 angedeutet ist, anstatt am Eingang dieses Prozessors 12, wie das unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel erläutert wurde. In diesem Fall ist der theoretische Abweichungswert HOSEIB in Fig. 5 durch die fol­ gende Gleichung gegeben:

mit

HOSEIB = theoretischer Abweichungswert (mm),
SHIFT = als Parameter vorgegebener Verzögerungswert (mm),
Fc = Fördererbewegung pro Zeiteinheit (ΔT),
ΔT = Verarbeitungsperiode,
Tp = Lageschleifen-Zeitkonstante (s).

Während ferner die Anzahl von überlappenden Achsen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf Eins begrenzt ist, kann ein Einheitenumrechnungsprozessor 23, der für jede Achse anwend­ bar ist, verwendet werden, um eine Überlappung für jede Achse zu ermöglichen, wodurch eine automatische Verlagerung des Programmkoordinatensystems in mehr als einer Axialrichtung ermöglicht wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der Erfindung durch eine Geschwindigkeitsbefehl-Überlappungsschaltung die von einer Fördererbewegungs-Aufnahmeeinheit ausgegebene Förderer­ bewegungsinformation mit Werkstücks-Bearbeitungsinformation vom Betriebsprozessor kombiniert, um das Werkstück auf dem Förderer synchron mit der Fördererbewegung zu bearbeiten. Eine Lageausgleichseinrichtung unterhält eine vorbestimmte Lagebeziehung zwischen der Bearbeitungsvorrichtung und dem Werkstück auf dem Förderer, und zwar unabhängig von der Bewe­ gungsgeschwindigkeit des Förderers. Ein synchrones Steuerver­ fahren für ein Bewegungssteuergerät nach der Erfindung umfaßt die Verknüpfung der Fördererbewegungsinformation mit der Werkstück-Bearbeitungsinformation und die Bearbeitung des Werkstücks auf dem Förderer synchron mit der Fördererbewe­ gung, so daß das auf dem Förderer befindliche Werkstück synchron mit der Fördererbewegung bearbeitbar ist, ohne daß die Vorschubstrecke des Förderers beim Schreiben eines Bear­ beitungsprogramms berücksichtigt werden muß, das in dem die Bearbeitungsinformaton enthaltenden Betriebsprozessor ab­ läuft.

Claims (3)

1. Bewegungssteuergerät, gekennzeichnet durch
eine Bearbeitungsinformations-Einrichtung (2), die nach Maßgabe eines externen Befehls ein Bearbeitungsprogramm zum Bearbeiten eines auf einem Förderer befindlichen Werkstücks durch eine Bearbeitungsvorrichtung fährt, die Bearbeitungs­ information in bezug auf das Werkstück verarbeitet und ein Verarbeitungsergebnis liefert;
eine Fördererbewegungsinformations-Einrichtung (4, 5, 21) zur Verarbeitung von den Förderer betreffender Bewegungsin­ formation nach Maßgabe der detektierten Fördererbewegung; und
eine Überlappungseinrichtung (23, 26), die die von der Fördererbewegungsinformations-Einrichtung ausgegebene För­ dererbewegungsinformation mit der von der Bearbeitungsin­ formations-Einrichtung gelieferten Werkstückbearbeitungs­ information überlappt, so daß das Werkstück auf dem Förderer synchron mit der Fördererbewegung bearbeitet wird.

2. Bewegungssteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördererbewegungsinformations-Einrichtung eine Lage­ ausgleichseinrichtung (23A) aufweist, die zwischen der Be­ arbeitungsvorrichtung und dem Werkstück auf dem Förderer un­ abhängig von der Größe der Bewegungsgeschwindigkeit des För­ derers eine vorbestimmte Lagebeziehung unterhält.

3. Synchronsteuerverfahren für ein Bewegungssteuergerät, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Verarbeiten von einen Förderer betreffender Bewegungs­ information unter Nutzung von Fördererbewegungsinformation, die von einem Schrittgeber zur Aufnahme der Fördererbewegung eingegeben wird;
Fahren eines Bearbeitungsprogramms für eine Werkzeugma­ schine zum Bearbeiten eines Werkstücks nach Maßgabe eines externen Befehls und Verarbeiten der das Werkstück betref­ fenden Bearbeitungsinformation; und
Überlappen der verarbeiteten Fördererbewegungsinformation mit der verarbeiteten Werkstückbearbeitungsinformation unter Anwendung einer Informationsüberlappungseinrichtung und Bear­ beiten des auf dem Förderer befindlichen Werkstücks synchron mit der Bewegung des Förderers.