DE4121531C2 - Bewegungssteuergerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bewegungssteuergerät für ein Werkzeug, das zur Bearbeitung eines sich auf einer Fördereinrichtung befindende Werkstücks vorgesehen ist, und ein Steuerverfahren für dieses Werkzeug.

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 eine Fördereinrichtung 31 ein Werkstück 30 auf einer Bahn in einer Richtung D. Die Bewegung der Fördereinrichtung wird von einem Codierer bzw. Schrittgeber 3 aufgenom­ men, der aufgrund der Drehung einer Rolle der Fördereinrichtung oder der Bewegung der Fördereinrichtung selbst an einem internen Sensor vorbei Impulse erzeugt. Eine Werkstück-Bearbeitungsposition befindet sich an einer vorbestimmten Stelle entlang der Bahn der Fördereinrichtung, 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 Bearbeitungssignale für eine Werkzeugmaschine erzeugt, deren Werkzeug zur Bear­ beitung des Werkstücks verfahrbar ist. Ein Synchronisier­ codierer ist an einer Fördereinrichtung 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. Bearbeitungssignale für die Horizontal- und die Vertikalrichtung werden von dem Betriebsprozessor 2 in Form von Rechteckim­ pulsen ausgegeben und von einem Beschleunigungs/Verzögerungs- Prozessor 12 in eine Wel­ lenform umgewandelt, um den mechanischen Stoß zu verringern, der durch ein versuchtes sofortiges Befolgen des Befehlsim­ pulses auftreten würde. Die vom Beschleunigungs/Verzögerungs- Prozessor 12 ausgegebenen Bearbeitungssignale werden in einem Summierglied 13 summiert und umfaßt einen Lagebefehl. Der Lagebefehl 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 gelieferten Bearbeitungssignale werden proportional den vom Schrittgeber 3 rückgeführten Impulsen erzeugt. Wenn daher die Fördereinrichtung anhält und vom Schrittgeber 33 kein Rück­ führungsimpuls geliefert wird, gibt der Betriebsprozessor 2 keine Bearbeitungssignale aus, so daß die Motoren 15 ebenfalls angehalten werden. Wenn sich die Fördereinrichtung bewegt, werden vom Schrittgeber 3 Rückkopplungsimpulse erzeugt, und die Bearbeitungssignale werden vom Betriebsprozessor 2 erzeugt.

Das Bearbeitungsprogramm muß unter Berücksichtigung der Bewegung der Fördereinrichtung geschrieben sein, um die Werkzeugma­ schine exakt zu einem Zielendpunktwert auf der Fördereinrichtung 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 die Fördereinrichtung um 10 mm bewegt, und der Endpunkt erreicht ist, wenn sich die Fördereinrichtung 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 einer Fördereinrichtung befindlichem Werkstück, erforderlich wäre. Die Strichlinienpfeile bezeichnen den tatsächlichen Werkzeug­ weg, der zum Ausgleich der Bewegung der Fördereinrichtung 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 der Fördereinrichtung berücksichtigt wird. Die Vorschubstrecke ändert sich ebenfalls von F10 zu F20, wenn die Bewegung der Fördereinrichtung be­ rücksichtigt wird. Der Bediener muß daher die Ge­ schwindigkeit der Fördereinrichtung 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 Bewegung der Fördereinrichtung berücksichtigt wird. Die Vorschubstrecke pro Umdrehung des Schrittgebers 3 zu diesem Zeitpunkt ändert sich ebenfalls von nominell F10 zu F14, 142 (= 10 × √2), wenn die Bewe­ gung der Fördereinrichtung in Betracht gezogen wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird das Bearbeitungssignal für jede Achse (X, Y), das vom Betriebsprozessor 2 ausgegeben wird, durch den Beschleunigungs/Verzögerungs- Prozessor 12 in eine geglättete Wellenform umgewandelt und im Addierglied 13 akkumuliert, um den Lagebefehl zu erzeugen. Der Lagebefehl wird dem Summationspunkt 17 als Befehl 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 Änderung der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung (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 Geschwindigkeit der Fördereinrichtung als Fig. 9(a) zeigt. Bei Auftre­ ten des Synchronisations-Startsignals wird bei einer gegebe­ nen Geschwindigkeit der Fördereinrichtung durch eine Beschleunigungs/Ver­ zögerungs-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 die Fördereinrichtung das Werkstück fördert, bevor die Maschine auf den Be­ fehl anspricht. Wenn dieser Verzögerungswert eine Konstante ist, wird die Synchronisation zwischen Fördereinrichtung/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 Geschwin­ digkeiten der Fördereinrichtung. 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 Geschwindigkeit ab:

wobei D = Verzögerungswert (mm),
Fc = Geschwindigkeit der Fördereinrichtung (mm/min),
Ts = Beschleunigungs/Verzögerungs- 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 58-45887 B2 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 Geschwindigkeit der Fördereinrichtung auftritt. Ein Verfahren zur Steuerung eines Roboters synchron mit einer Fördereinrichtung ist in der JP 64-67605 B2 beschrieben. Dieses Verfahren arbeitet nach einem Endwert durch Detektieren der Bewegung der Fördereinrichtung mittels Interpolation. Die Interpolations­ periode muß jedoch kurz sein, um die Genauigkeit der Synchro­ nisation zu steigern.

Den nächstliegenden Stand der Technik stellt das Bewegungs­ steuergerät gemäß Fig. 7 dar. Das Bewegungssteuergerät für ein Werkzeug ist zur Bearbeitung eines sich auf einer bewegbaren Fördereinrichtung befindenen Werkstücks vorgesehen. Das Bewegungssteuergerät umfaßt die folgenden Baugruppen:

• - eine Bearbeitungs-Steuereinrichtung zum Ausführen eines Bearbeitungsprogramms, das auf Bearbeitungsdaten des Werk­ stücks basiert und zum Ausgeben eines Bearbeitungssignals und
• - eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Bewegungsdaten der Fördereinrichtung und zum Zuführen eines Bewegungs­ signals an die Bearbeitungs-Steuereinrichtung.

Das konventionelle Bewegungssteuergerät und das korrespon­ dierende Steuerverfahren gemäß der vorstehenden Beschreibung erfordern ein Bearbeitungsprogramm, bei dem die erfaßten Bewegungsdaten der Fördereinrichtung verarbeitet werden. Der Bediener muß somit Bewegungseigenschaften der Fördereinrichtung in Betracht ziehen und das Bearbeitungsprogramm entsprechend anpassen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Bewegungssteuergerät und ein korrespondierendes Steuerverfahren bereitzustellen, das die vorgenannten Nachteile überwindet, wobei ein Bearbeitungs­ programm zum Bearbeiten eines Werkstücks auf einer Förder­ einrichtung geschrieben werden kann, ohne daß die Bewegungs­ geschwindigkeit der Fördereinrichtung berücksichtigt werden muß.

Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch den Patentanspruch 1 und verfahrensmäßig durch den Patentanspruch 2 gelöst.

Gemäß der Erfindung wird ein Bewegungssteuergerät für ein Werkzeug bereitgestellt, das zur Bearbeitung eines sich auf einer bewegbaren Fördereinrichtung befindenen Werkstücks vorgesehen ist, wobei das Bewegungssteuergerät folgendes aufweist:

• - eine Bearbeitungs-Steuereinrichtung zum Ausführen eines Bearbeitungsprogramms, das auf Bearbeitungsdaten des Werkstücks basiert, und zum Ausgeben eines Bearbeitungs­ signals,
• - eine Bewegungsinformations-Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von erfaßten Bewegungsdaten der Förderein­ richtung und zum Ausgeben eines Bewegungssignals, das im selben Einheitensystem wie das Bearbeitungssignal vorliegt,
• - eine Verzögerungsschaltung zum Korrigieren des Bewegungs­ signals durch ein Verzögerungssignal, das dem Zeitraum zwischen einem Erfassen des Werkstücks und einem Beginn der Bewegung des Werkstücks entspricht, und zum Ausgeben eines korrigierten Bewegungssignals, und
• - eine Verknüpfungseinrichtung zum Verknüpfen des Bearbeitungssignals und des korrigierten Bewegungssignals zum Ausgeben eines daraus resultierenden Steuersignals.

Bei dieser Vorrichtung müssen die Bewegungsdaten der Förder­ einrichtung in dem Bearbeitungsprogramm nicht berücksichtigt werden. Der Bediener oder ein Programmierer erstellt das Bearbeitungsprogramm so, als ob sich das Werkstück in Ruhe befinden würde. Dies bedeutet eine wesentliche Vereinfachung für das Erstellen des Bearbeitungsprogramms. Die Bewegungsdaten werden dann in der Verknüpfungseinrichtung automatisch berücksichtigt.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Werkzeugs vorgesehen, das zur Bearbeitung eines sich auf einer bewegbaren Fördereinrichtung befindenen Werkstücks vorgesehen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

• - Ausführen eines Bearbeitungsprogramms, das auf Bearbeitungsdaten des Werkstücks basiert und Ausgeben eines Bearbeitungssignals,
• - Verarbeiten von erfaßten Bewegungsdaten der Fördereinrichtung und Ausgeben eines Bewegungssignals im selben Einheitensystem, wie das des Bearbeitungssignals,
• - Korrigieren des Bewegungssignals durch Verzögerungssignal, das dem Zeitraum zwischen einem Erfassen des Werkstücks und einem Beginn der Bewegung des Werkzeugs entspricht, und Ausgeben des korrigierten Bewegungssignals, und
• - Verknüpfen des Bearbeitungssignals und des korrigierten Bewegungssignal zu einem Steuersignal und Ausgeben des Steuersignals.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren korrespondiert mit der vorgenannten erfindungsgemäßen Vorrichtung. Somit erleichtert auch dieses Verfahren dem Programmierer oder Bediener das Erstellen oder Modifizieren des Bearbeitungsprogramms.

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 Steuerung 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 Ge­ schwindigkeit einer Fördereinrichtung 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 Steuerung beim Stand der Technik;

Fig. 9(a) und 9(b) eine Beziehung zwischen der Geschwin­ digkeit der Fördereinrichtung 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 Fördereinrichtungssystem, 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 1. Dabei ist zu beachten, daß der Be­ triebsprozessor 2 keine Information betreffend die Bewegung der Fördereinrichtung empfängt. Das Steuergerät 1 umfaßt einen Schaltprozessor 21, der selektiv ansteuerbar ist, um die Durchführung entweder eines Normalzustandslaufs, in dem die Werkzeugmaschine alleine ohne Berücksichtigung der Bewegung der Fördereinrichtung gesteuert wird, d. h. wenn die Fördereinrichtung in einer Bearbeitungsstellung angehalten ist (OFF), oder die Durch­ führung eines Kombinationslaufs (Bearbeitungs/Fördereinrichtungs-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 Fördereinrichtungs-Geschwin­ digkeitsinformation vom Differentialprozessor 5 in ein Ein­ heitensystem, das mit demjenigen eines Bearbeitungs­ signals identisch ist. Diese Einheitenumrechnung wird von einer "elektronischen Untersetzung" während eines kombinier­ ten Bearbeitungs/Fördereinrichtungs-Laufs durchgeführt. Ein Verzögerungskreis 23A gibt die Verzögerung zwischen der Erfassung des Werkstücks und dem Beginn der Bewegung der Werkzeugmaschine vor. Dieser Verzögerungskreis 23 liefert einen Wert 0, bis die Verzögerungsperiode abgelaufen ist, und dann wird vom Verzögerungskreis 23A ein korrigiertes Bewegungs­ signal 24 ausgegeben und am Summationspunkt 26 zu dem Bearbeitungssignal des Betriebsprozessors 2 hin­ zuaddiert. Der Verzögerungswert hängt von der aufgenommenen Geschwindigkeit der Fördereinrichtung ab. Das Ausgangssignal des Summa­ tionspunkts 26 ist ein kombiniertes Steuer­ signal, das durch den Beschleunigungs/Verzögerungs-Prozes­ sor 12 "weichgemacht" wird. Das kombinierte Steuersignal wird hier als ein "Überlappungssignal" bezeich­ net, das aus einer Kombination eines Bearbeitungssignals und einer Korrektur für die Ge­ schwindigkeit der Fördereinrichtung 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 Verzögerungskreises 23A einem zweiten Summationspunkt 27 als zweites Bewegungssignal 25 zugeführt werden. Das Signal 25 ist identisch mit dem korrigierten Bewegungssignal 24, aber in diesem Fall wird es am Ausgang des Beschleunigungs/Ver­ zögerungs-Prozessors 12 bereitgestellt. Dadurch wird das An­ sprechverhalten des Systems in bezug auf die Fördereinrichtung 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 Steuersignals für das mechanische System keinen Schock erfährt, wenn der Befehl vom Betriebsprozessor 2 und das korrigierte Bewegungssignal 25 vom Kreis 23A am Summationspunkt 27 miteinander verknüpft werden.

Als Verknüpfungskreis am Summationspunkt 26 oder 27 kann ein konventioneller Addierer dienen. Die Bearbeitungs- Steuereinrichtung umfaßt den Betriebsprozessor 2, und die Bewegungsinformations-Verarbeitungseinrichtung umfaßt den Differentialpro­ zessor 5, den Schaltprozessor 21, den Einheitenumrechnungs­ prozessor 23 und den Verzögerungskreis 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 Vorschubstrecke der Fördereinrichtung 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 Bewegung der Fördereinrichtung 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 Geschwin­ digkeit der Fördereinrichtung wird nunmehr durch Schaltungselemente 21-27 (Fig. 1) automatisch berücksichtigt. Da das Programm frei von Ge­ schwindigkeitsumrechnungsfaktoren zur Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung sein kann, können vorher für ein ortsfestes Werkstücksystem geschriebene Programme in einer Umgebung mit bewegtem Werkstück eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bearbeitungssy­ stems, das unter synchroner Steuerung gemäß der Erfindung betrieben werden kann. Eine Fördereinrichtung 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 der Fördereinrichtung 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 der Fördereinrichtung koordiniert ist. Während dieses Zeitraums wird das Programmkoordinatensystem entsprechend dem Vorschub der Fördereinrichtung 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 Geschwindigkeit der Fördereinrichtung. Die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen Verzögerungswerte in bezug auf die Bewegung der Fördereinrichtung, 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 der Fördereinrichtung ändert. Der schraffierte Bereich bezeichnet einen Verzögerungswert, der vom Beschleu­ nigungs/Verzögerungs-Prozessor 12 während eines Befehls­ glättungsvorgangs (lineare Beschleunigung/Verzögerung) so­ wie der Lageschleifenverarbeitung usw. resultiert. Der Ver­ zögerungswert ist der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung 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 dem Verzögerungskreis 23A die Weitergabe der umgerechneten Geschwindigkeitssignale der Fördereinrichtung verzögert, und die Signale werden am Summationspunkt 26 vor dem Beschleunigungs/Verzögerungs- Prozessor 12 nach einer Verzögerungsperiode, die von der aufgenommenen Geschwindigkeit der Fördereinrichtung 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 die Fördereinrichtung (Konstante),
Fc = Bewegung der Fördereinrichtung pro Zeiteinheit (mm/ΔT),
ΔT = Abtastperiode,
Ts = lineare Beschleunigungs/Verzögerungs- 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 Fördereinrichtungs-Geschwindigkeit Fc abhängig und somit keine Konstan­ te. Der Term erhöht sich mit zunehmender Fördereinrichtungs-Geschwindig­ keit aufgrund der Abhängigkeit von Fc, wie aus einem Ver­ gleich der Fig. 6(b) (hohe Geschwindigkeit der Fördereinrichtung) und 6(a) (niedrige Geschwindigkeit der Fördereinrichtung) ohne weiteres ersichtlich ist. Um also den Wert SHIFT konstantzuhalten, muß sich auch der Wert HOSEIB mit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung 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 Geschwindigkeit der Fördereinrichtung 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 Korrekturwert aufgrund der Bewegung der Fördereinrichtung Fc' wird in Schritt S60 auf Null gesetzt, und dieser Wert wird zu dem Bearbeitungssignal des Betriebsprozessors am Summations­ punkt 26 oder 27 ohne Auswirkung addiert. Wenn aber in Schritt S-51 ein Korrekturbefehl vorliegt, geht der Ablauf weiter und nutzt den in Schritt S-50(b) berechneten Synchronisations-Schrittgeberimpulswert, und in Schritt S-54 wird die Fördereinrichtungsgeschwindigkeit 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 der Fördereinrichtungs­ geschwindigkeit 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 das korrigierte Bewegungssignal (Fc') für das korrigierte Bewegungssignal (Fc') berechnet wird. HOSEIA wird dann mit HOSEIB vorgegeben, und der Rechen­ wert von Fc' wird in Schritt S-61 zu dem Bearbeitungs­ signal hinzuaddiert. Mit anderen Worten ist also der Korrekturwert 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 Geschwindigkeit der Fördereinrichtung, und die Bewegung wird so gesteuert, daß ein konstanter Vorgabeverzögerungswert SHIFT unterhalten wird.

Wenn das Ansprechverhalten in bezug auf Änderungen der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung verbessert werden muß, kann die Eingabe der korrigierten Bewegungssignale am Ausgang des Beschleunigungs/Verzögerungs-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 = Bewegung der Fördereinrichtung pro Zeiteinheit (ΔT),
ΔT = Verarbeitungsperiode,
Tp = Lageschleifen-Zeitkonstante (s).

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

Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der Erfindung durch eine Verknüpfungeinrichtung das von einer Verarbeitungseinrichtung ausgegebene Bewegungsinformation der Fördereinrichtung mit einem Bearbeitungssignal vom Betriebsprozessor kombiniert, um das Werkstuck auf der Fördereinrichtung synchron mit deren Bewegung zu bearbeiten. Eine Lageausgleichseinrichtung unterhält eine vorbestimmte Lagebeziehung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auf der Fördereinrichtung, und zwar unabhängig von der Bewe­ gungsgeschwindigkeit der Fördereinrichtung. Ein synchrones Steuerver­ fahren für ein Bewegungssteuergerät nach der Erfindung umfaßt die Verknüpfung des Fördereinrichtungs-Bewegungssignals mit dem Werkstück-Bearbeitungssignal und die Bearbeitung des Werkstücks auf der Fördereinrichtung synchron mit der Bewe­ gung der Fördereinrichtung, so daß das auf der Fördereinrichtung befindliche Werkstück synchron mit der Bewegung der Fördereinrichtung bearbeitbar ist, ohne daß die Vorschubstrecke der Fördereinrichtung beim Schreiben eines Bear­ beitungsprogramms berücksichtigt werden muß, das in dem die Bearbeitungsinformaton enthaltenden Betriebsprozessor ab­ läuft.

Claims (2)

1. Bewegungssteuergerät für ein Werkzeug, das zur Bearbeitung eines sich auf einer bewegbaren Fördereinrichtung (31) befindenden Werkstücks (30) vorgesehen ist, wobei das Bewegungssteuergerät folgendes aufweist:

• 1. eine Bearbeitungs-Steuereinrichtung (2) zum Ausführen eines Bearbeitungsprogramms, das auf Bearbeitungsdaten des Werkstücks (30) basiert, und zum Ausgeben eines Bearbeitungssignals,
• 2. eine Bewegungsinformations-Verarbeitungseinrichtung (4, 5, 21, 23) zum Verarbeiten von erfaßten Bewegungsdaten der Fördereinrichtung (31) und zum Ausgeben eines Bewegungssignals, das im selben Einheitensystem wie das Bearbeitungssignal vorliegt,
• 3. eine Verzögerungsschaltung (23A) zum Korrigieren des Bewegungssignals durch ein Verzögerungssignal, das dem Zeitraum zwischen einem Erfassen des Werkstücks (31) und einem Beginn der Bewegung des Werkzeugs entspricht, und zum Ausgeben des korrigierten Bewegungssignals, und
• 4. eine Verknüpfungseinrichtung (26) zum Verknüpfen des Bearbeitungssignals und des korrigierten Bewegungs­ signals und zum Ausgeben eines daraus resultierenden Steuersignals.

2. Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Werkzeugs, das zur Bearbeitung eines sich auf einer bewegbaren Fördereinrichtung (31) befindenden Werkstücks (30) vorgesehen ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

• 1. Ausführen eines Bearbeitungsprogrammes, das auf Bearbeitungsdaten des Werkstücks (30) basiert, und Ausgeben eines Bearbeitungssignals,
• 2. Verarbeiten von erfaßten Bewegungsdaten der Fördereinrichtung (31) und Ausgeben eines Bewegungssignals im selben Einheitensystem, wie das des Bearbeitungssignals,
• 3. Korrigieren des Bewegungssignals durch ein Verzögerungs­ signal, das dem Zeitraum zwischen einem Erfassen des Werkstücks (30) und einem Beginn der Bewegung des Werkzeugs entspricht, und Ausgeben des korrigierten Bewegungssignals, und
• 4. Verknüpfen des Bearbeitungssignals und des korrigierten Bewegungssignals zu einem Steuersignal und Ausgeben des Steuersignals.