DE602004002373T2

DE602004002373T2 - Verfahren zum Kalkulieren einer Positionierabweichung eines Werkzeugs zwischen einer Soll- und einer Ist-Position des Werkzeugs

Info

Publication number: DE602004002373T2
Application number: DE602004002373T
Authority: DE
Inventors: Cedric Paroz
Original assignee: Tornos SA Fabrique De Machine; Tornos SA
Current assignee: Tornos SA Fabrique De Machine; Tornos SA
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: ES2273157T3; DE602004002373D1; DK1559505T3; ATE339274T1; SI1559505T1; EP1559505A1; EP1559505B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung und Berechnung einer Positionsabweichung eines Werkzeugs zwischen einer Soll-Position und einer Ist-Position des genannten Werkzeugs (siehe beispielsweise EP-0899058-A).
Die Erfindung beschäftigt sich im Einzelnen, aber nicht ausschließlich mit der Überwachung der Position eines Werkzeugs zur Ausführung einer Bearbeitung auf einer Bearbeitungsmaschine, die mindestens ein solches Werkzeug einsetzt,
Der hier benutzte Begriff Werkzeug ist untenstehend jedoch sehr weit gefasst.
Es kann sich insbesondere um ein Bearbeitungswerkzeug handeln, das heißt um ein Element, das dazu bestimmt ist, mit einem zu bearbeitenden Werkstück in Berührung zu kommen, zum Beispiel um Material von diesem Werkstück abzuheben.
Es kann sich ebenfalls um ein Tastwerkzeug handeln, das ebenfalls dazu bestimmt ist, während einer Versuchsphase einer Bearbeitungsmaschine mit einer Oberfläche eines Werkstücks in Berührung zu kommen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls technische Mittel zur Anwendung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ebenfalls Werkzeugmaschinen, die technische Mittel aufweisen, um das Verfahren anzuwenden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Software zur Anwendung des Verfahrens sowie die magnetischen oder optischen Datenträger auf dem die genannte Software gespeichert ist.
Die Erfindung wird vorteilhaft, aber nicht ausschließlich zur Positionskorrektur von Werkzeugen auf Bearbeitungsmaschinen, sogenannten Werkzeugmaschinen, wie Drehmaschinen zur Serienfertigung von Werkstücken angewandt.
Es gibt unterschiedliche Phänomene, welche die Positionierung eines Bearbeitungswerkzeugs beeinträchtigen können, jedoch werden wir als Beispiel das Phänomen der sogenannten „thermischen Drift", die durch die Ausdehnung der Strukturteile der Bearbeitungsmaschine verursacht wird, behandeln.
Ein Ergebnis, auf das die Erfindung abzielt, ist ein Verfahren zur Erkennung und Berechnung einer Positionsabweichung eines Werkzeugs zwischen einer Soll-Position und einer Ist-Position des genannten Werkzeugs, wobei dieses Verfahren zuverlässig und genau ist.
Zu diesem Zweck ist es Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Positionsabweichung eines Werkzeugs erkennt und berechnet und dies zwischen:

– einer vorgegebenen Soll-Position dieses Werkzeugs auf mindestens einer vorgegebenen, ausgerichteten Achse, die in einem vorgegebenen Bezugsraum liegt, in dem das Werkzeug einer vorgegebenen Bahn folgt, wobei diese Soll-Position als erste Position bezeichnet wird, und
– einer Ist-Position des genannten Werkzeugs auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse, wobei diese Ist-Position als zweite Position bezeichnet wird, wobei das Werkzeug mit einer Betätigungsvorrichtung so verbunden ist, dass es zylindrisch auf einer vorgegebenen Bahn von einer Ausgangsposition, der sogenannten dritten, auf der ausgerichteten, vorgegebenen Achse vorgegebenen Position verfahren werden kann, und dies mit einer Geschwindigkeit, deren Wert in einer vorgegebenen Abhängigkeit zur Zeit steht, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass:
– man in einem vorausgehenden Schritt die theoretische Dauer für den vom Werkzeug auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse zwischen der dritten Position und der ersten Position zurücklegten Verfahrweg berechnet und speichert, wobei diese Berechnung in Abhängigkeit von der Gleichung für die Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs und von Parametern der genannten dritten und ersten Position auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse ausgeführt wird, und man dann bei den folgenden Schritten
– während einer vorgegebenen Anzahl von Verfahrzyklen des Werkzeugs für jeden Zyklus
– die Ist-Dauer der Fahrt des Werkzeugs zwischen der dritten Position und der zweiten Position misst, und dann
– den Zeitunterschied berechnet, der während des betreffenden Zyklus zwischen der theoretischen Dauer der Fahrt des Werkzeugs und der Ist-Dauer der Fahrt des Werkzeugs besteht,
– man am Ende der vorgegebenen Anzahl von Zyklen
– den Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds berechnet, der zwischen der theoretischen Dauer der Fahrt des Werkzeugs und der Ist-Dauer der Fahrt des Werkzeugs besteht, und diesen Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds zur Ermittlung des Wertes einer durchschnittlichen Positionsabweichung des Werkzeugs zur ersten Position heranzieht,
– den Wert der durchschnittlichen Positionsabweichung zur Beeinflussung des Betriebs der Betätigungsvorrichtung des Werkzeugs und zur Korrektur der Parameter heranzieht, die zumindest die erste Position des Werkzeugs zumindest auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse im Bezugsraum bestimmen.

Die Erfindung betrifft auch technische Mittel zur Anwendung des Verfahrens sowie die Werkzeugmaschinen, die diese technischen Mittel zur Anwendung des Verfahrens aufweisen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Software zur Anwendung des Verfahrens sowie die magnetischen oder optischen Datenträger auf dem die Software gespeichert ist.
Ein besseres Verständnis der Erfindung erhält man beim Lesen der untenstehenden, als nicht einschränkendes Beispiel gegebenen Beschreibung unter Betrachtung der beigefügten Zeichnung, die eine schematische Draufsicht einer Station zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines auf einer vorgegebenen Bahn verfahrenen Werkzeugs und der Projizierung von verschiedenen Positionen dieses Werkzeugs auf seiner Bahn auf einer ausgerichteten, vorgegebenen Achse (W) zeigt, wobei jede dieser Positionen auf eine Zeitachse (t) übertragen ist.
Auf der Zeichnung sieht man eine Station 10 zur Bearbeitung eines Werkstücks 100 mittels eines Werkzeugs 2.
Diese Bearbeitungsstation befindet sich beispielsweise auf einer Bearbeitungsmaschine 1000.
Das Werkzeug 2 ist mit einer Betätigungsvorrichtung 7 so verbunden, dass es auf einer vorgegebenen Bahn 4 zylindrisch in einem vorgegeben Referenzraum 3 verfahren werden kann.
Man bezeichnet als vorgegebenen Bezugsraum 3 einen mindestens eindimensionalen und vorzugsweise dreidimensionalen Bezugsraum, in dem sich das Werkstück 100 befindet.
Auf der Zeichnung wurde als Beispiel ein zweidimensionaler, vorgegebener Bezugsraum 3 dargestellt.
Der dargestellte vorgegebene Bezugsraum 3 weist zwei zueinander senkrechte Achsen X und Y auf, was jedoch keine einschränkende Wirkung hat.
In diesem vorgegebenen Bezugsraum 3 wird das Werkzeug 2 auf einer vorgegebenen Bahn 4 mit einer Geschwindigkeit verfahren, deren Wert eine vorgegebene Zeitgleichung ist.
Wenn zum Beispiel die Bearbeitungsmaschine 1000 eine (nicht dargestellte) Struktur aufweist, die einer Wärmeausdehnung unterliegt, so wirkt sich diese Ausdehnung im Allgemeinen auf die Qualität der auf dieser Bearbeitungsmaschine 1000 ausgeführten Bearbeitungen aus.
In der Tat stellt man aufgrund dieser Ausdehnung der Struktur einen klassischen Positionierfehler von mindestens einem Werkzeug 2 zu einem Werkstück 100 fest, an dem ein Bearbeitungsgang ausgeführt werden soll.
Wenn das Werkzeug 2 zum Beispiel auf der Bahn 4 verfahren wird, berührt es das Werkstück 100 später als dies nach der Zeitgleichung vorgesehen werden kann.
Diese Situation ist auf der Zeichnung dargestellt und veranschaulicht den Fall, in dem sich zum Beispiel aufgrund eines Ausdehnungsphänomens das Werkstück von einer Position entfernt hat, an der es sich befinden sollte.
Dieser Positionierfehler ist durch Projektion auf mindestens einer vorgegebenen ausgerichteten Achse W messbar, das heißt auf einer Achse, deren Position in dem vorgegebenen Bezugsraum 3 definiert werden kann, in dem sich das Werkstück 100 befindet.
Beispielsweise kann die vorgegebene, ausgerichtete Achse W genau einer materiellen Verfahrachse des Werkzeugs 2 entsprechen, das heißt, einer Achse, die durch eine (nicht dargestellte) translatorische Führungsvorrichtung materialisiert wird, die Bestandteil der Betätigungsvorrichtung des Werkzeugs 2 ist.
Man geht jedoch davon aus, dass die vorgegebene, ausgerichtete Achse W eine Achse ist, deren Position und Ausrichtung in einem vorgegebenen Bezugsraum 3 vorgegeben sind, ohne dass sie unbedingt einer durch eine translatorische Führungsvorrichtung genau festgelegten, materiellen Achse entspricht.
Wenn das Werkzeug 2 auf der vorgegebenen Bahn 4 verfahren wird, fährt ein auf diesem Werkzeug 2 befindlicher Punkt an den verschiedenen Punkten 45, 46, 48, die auf der vorgegebenen Bahn 4 liegen, vorbei.
Diese verschiedenen Punkte können geometrisch auf die vorgegebene, ausgerichtete Achse W projiziert werden.
Zur erfindungsgemäßen Erkennung und Berechnung der Positionsabweichung 1 eines Werkzeuges 2 zwischen:

– einer vorgegebenen Soll-Position dieses Werkzeugs 2 auf mindestens einer vorgegebenen, ausgerichteten Achse W, die in einem vorgegebenen Bezugsraum 3 liegt, in dem das Werkzeug 2 einer vorgegebenen Bahn 4 folgt, wobei diese Soll-Position als erste Position 5 bezeichnet wird, und
– einer Ist-Position des genannten Werkzeugs 2 auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse W, wobei diese Ist-Position als zweite Position 6 bezeichnet wird:
– berechnet und speichert man in einem vorausgehenden Schritt die theoretische Dauer D1 für den vom Werkzeug 2 auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse W zwischen der dritten Position 8 und der ersten Position 5 zurücklegten Verfahrweg, wobei diese Berechnung in Abhängigkeit von der Gleichung für die Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs 2 und von Parametern der genannten dritten Position 8 und der ersten Position 5 auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse W ausgeführt wird, und man dann bei den folgenden Schritten
– während einer vorgegebenen Anzahl von Verfahrzyklen des Werkzeugs 2 für jeden Zyklus
– die Ist-Dauer D2 der Fahrt des Werkzeugs 2 zwischen der dritten Position 8 und der zweiten Position 6 misst, und dann
– den Zeitunterschied E berechnet, der während des betreffenden Zyklus zwischen der theoretischen Dauer D1 der Fahrt des Werkzeugs 2 und der Ist-Dauer D2 der Fahrt des Werkzeugs 2 besteht,
– man am Ende der vorgegebenen Anzahl von Zyklen
– den Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds EM berechnet, der zwischen der theoretischen Dauer D1 der Fahrt des Werkzeugs 2 und der Ist-Dauer D2 der Fahrt des Werkzeugs 2 besteht, und diesen Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds EM zur Ermittlung des Wertes einer durchschnittlichen Positionsabweichung EP des Werkzeugs 2 zur ersten Position 5 heranzieht,
– den Wert der durchschnittlichen Positionsabweichung EP zur Beeinflussung des Betriebs der Betätigungsvorrichtung 7 des Werkzeugs 2 und zur Korrektur der Parameter heranzieht, die zumindest die erste Position 5 des Werkzeugs zumindest auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse W im Bezugsraum 3 bestimmen.

Die Erfindung betrifft auch technische Mittel zur Anwendung des Verfahrens mit dem Zweck der Erkennung und Berechnung der Positionsabweichung 1 eines Werkzeuges 2 zwischen:

– einer vorgegebenen Soll-Position dieses Werkzeugs 2 auf mindestens einer vorgegebenen, ausgerichteten Achse W, die in einem vorgegebenen Bezugsraum 3 liegt, in dem das Werkzeug 2 einer vorgegebenen Bahn 4 folgt, wobei diese Soll-Position als erste Position 5 bezeichnet wird, und
– einer Ist-Position des genannten Werkzeugs 2 auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse W, wobei diese Ist-Position als zweite Position 6 bezeichnet wird.

Diese technischen Mittel weisen Funktionszellen (C1, C2, C3, C4, C5) auf, um:

– in einem vorausgehenden Schritt die theoretische Dauer D1 für den vom Werkzeug 2 auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse W zwischen der dritten Position 8 und der ersten Position 5 zurücklegten Verfahrweg zu berechnen und zu speichern, wobei diese Berechnung in Abhängigkeit von der Gleichung für die Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs 2 und von Parametern der genannten dritten Position 8 und der ersten Position 5 auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse W ausgeführt wird (Zelle C1), und dann bei den folgenden Schritten
– während einer vorgegebenen Anzahl von Verfahrzyklen des Werkzeugs 2 für jeden Zyklus
– die Ist-Dauer D2 der Fahrt des Werkzeugs 2 zwischen der dritten Position 8 und der zweiten Position 6 zu messen (Zelle C2), und dann
– den Zeitunterschied E zu berechnen, der während des betreffenden Zyklus zwischen der theoretischen Dauer D1 der Fahrt des Werkzeugs 2 und der Ist-Dauer D2 der Fahrt des Werkzeugs 2 besteht (Zelle C3),
– am Ende der vorgegebenen Anzahl von Zyklen
– den Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds EM zu berechnen, der zwischen der theoretischen Dauer D1 der Fahrt des Werkzeugs 2 und der Ist-Dauer D2 der Fahrt des Werkzeugs 2 besteht, und diesen Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds EM zur Ermittlung des Wertes einer durchschnittlichen Positionsabweichung EP des Werkzeugs 2 zur ersten Position 5 heranzuziehen (Zelle C4),
– den Wert der durchschnittlichen Positionsabweichung EP zur Beeinflussung des Betriebs der Betätigungsvorrichtung 7 des Werkzeugs 2 und zur Korrektur der Parameter heranzuziehen, die zumindest die erste Position 5 des Werkzeugs zumindest auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse W im Bezugsraum 3 bestimmen (Zelle C5).

Bei diesen Funktionszellen kann es sich um materielle elektronische Funktionszellen handeln, die dazu entwickelt wurden, elektrische Informationen zu empfangen und zu verarbeiten.
Bei diesen Funktionszellen kann es sich ebenfalls um virtuelle Funktionszellen handeln, die aus Gruppen von Anweisungen bestehen, welche von einem Rechner entsprechend der an diesen Rechner übergebenen Informationen ausgeführt werden.
Dieses Verfahren ist insbesondere dann anwendbar, wenn eine Bearbeitungsmaschine 1000 mindestens ein Antriebsmittel mit Inkrementalbetrieb aufweist, wobei dieses Antriebsmittel mehrere Betätigungsvorrichtungen 7 des Werkzeugs 2 so betätigt, dass ein Bearbeitungsgang an einem zu bearbeitenden, auf dem Werkstückhalter dieser Bearbeitungsmaschine 1000 befestigten Werkstückrohling ausgeführt wird, wobei die genannte Bearbeitungsmaschine 1000 mit einem Steuerungsprogramm arbeitet, das in einer Schritttabelle gespeicherte numerische Daten dazu benutzt, jedem Antriebsmittel eine Reihe inkrementaler Verfahrbefehle zuzuweisen, die entsprechend einer zeitabhängigen Variablen aufeinander folgen und die Befehlsfolge in der Schritttabelle enthalten ist, wobei die genannte Schritttabelle

– auf der Grundlage von Ergebnissen einer Berechnung erstellt wird, die in Abhängigkeit von der Zeit die optimale Bearbeitungsbahn ermittelt, und
– es gestattet, ein vorgegebenes Profil mit einem vorgegebenen Werkstoff unter Berücksichtigung der Merkmale der Bearbeitungsmaschine 1000 zu erhalten.

Man benutzt auf bemerkenswerte Weise den Wert der durchschnittlichen Positionsabweichung EP zur Beeinflussung der Betätigungsvorrichtung 7 des Werkzeugs 2, so dass diese Betätigungsvorrichtung des Werkzeugs die Parameter der dritten Position 8 dieses Werkzeugs 2 korrigiert.
Man wendet zur Berechnung des durchschnittlichen Zeitunterschieds EM an jedem beliebig gewählten Zeitpunkt vorteilhaft eine Methode zur Berechnung des sogenannten gleitenden Mittels an und benutzt eine vorgegebene Anzahl von Werten, die dem am gewählten Zeitpunkt festgestellten Wert des Zeitunterschieds vorausgehen.
Vorzugsweise benutzt man eine Methode zur Berechnung des sogenannten gewichteten gleitenden Mittels.
Man misst auf bemerkenswerte Weise zur Messung der Ist-Dauer D2 der Fahrt des Werkzeugs 2 zwischen der dritten Position 8 und der zweiten Position 6 die Verfahrdauer des Werkzeugs 2 von einem ersten Zeitpunkt T1, an dem das Werkzeug 2 die dritte Position 8 verlässt, bis zu einem zweiten Zeitpunkt T2, an dem das Werkzeug 2 an der genannten zweiten Position 6 erkannt wird.
Die technischen Mittel zum Einsatz des Verfahrens und zur Messung der Ist-Dauer D2 der Fahrt des Werkzeugs 2 zwischen der dritten Position 8 und der zweiten Position 6 von einem ersten Zeitpunkt T1, an dem das Werkzeug 2 die dritte Position 8 verlässt, weisen mindestens eine Funktionszelle zur

– Erkennung des Werkzeugs 2 an der genannten zweiten Position 6,
– Messung der Verfahrdauer des Werkzeugs 2 bis zu einem zweiten Zeitpunkt T2, an dem das Werkzeug 2 an der genannten zweiten Position 6 erkannt wird, auf.

Ebenfalls auf bemerkenswerte Weise definiert man zur Erkennung des Werkzeugs 2 an der genannten zweiten Position 6 die genannte zweite Position 6 als eine Position, an der das Werkzeug 2 die Fläche 9 berührt, welche auf der Bahn 4 dieses Werkzeugs 2 liegt.
Zur Erkennung des zweiten Zeitpunkts T2, an dem das Werkzeug 2 die Fläche 9 berührt:

– stellt man einen Spannungsunterschied zwischen dem Werkzeug 2 und der Fläche 9 her und
– überwacht den Zeitpunkt, an dem ein elektrischer Kontakt zwischen dem Werkzeug 2 und der Fläche 9 hergestellt wird und nimmt dann an, dass das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt T2 darstellt.

Die technischen Mittel zur Erkennung des Werkzeugs 2 an der genannten zweiten Position 6, wenn die genannte zweite Position 6 als eine Position, an der das Werkzeug 2 die Fläche 9 berührt, welche auf der Bahn 4 dieses Werkzeugs 2 liegt, weisen mindestens eine Funktionszelle auf, um:

– einen Spannungsunterschied zwischen dem Werkzeug 2 und der Fläche 9 herzustellen und
– den Zeitpunkt zu überwachen, an dem ein elektrischer Kontakt zwischen dem Werkzeug 2 und der Fläche 9 hergestellt wird, und anzunehmen, dass das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt T2 darstellt.

Auf eine andere bemerkenswerte Weise benutzt man zur Erkennung des zweiten Zeitpunkts T2, an dem das Werkzeug 2 die Fläche 9 berührt:

– mindestens ein Organ, das sogenannte Erkennungsorgan, das es gestattet:
– einerseits mindestens eine Amplitudenänderung einer Stärke aufzunehmen, die mindestens gleich dem ersten vorgegebenen Amplitudenwert einer von außen auf das Werkzeug 2 wirkenden Kraft ist, und
– andererseits ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches das Vorhandensein dieser Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes meldet, und
– platziert man dieses Erkennungsorgan so zwischen dem Werkzeug 2 und einer Halterung dieses Werkzeugs, dass das genannte Organ zumindest den Amplitudenänderungen einer von außen auf das Werkzeug 2 wirkenden Kraft ausgesetzt wird, zumindest wenn es die Fläche 9 berührt,
– überwacht man an diesem Werkzeug 2 die Amplitudenänderungen einer von außen auf das Werkzeug 2 wirkenden Kraft zu überwachen, und achtet auf das Auftreten einer Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes, und
– überwacht einerseits das Auftreten der Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes und andererseits den Zeitpunkt, an dem eine solche Änderung auftritt, um so anzunehmen, dass das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt T2 darstellt.

In diesem Fall weisen die technischen Mittel zur Erkennung des Werkzeugs 2 an der genannten zweiten Position 6, wenn die genannte zweite Position 6 als eine Position definiert ist, an der das Werkzeug 2 eine Fläche 9 berührt, die sich auf der Bahn 4 dieses Werkzeugs 2 befindet, Folgendes auf:

– mindestens ein Organ, das sogenannte Erkennungsorgan, das es gestattet:
– einerseits mindestens eine Amplitudenänderung einer Stärke aufzunehmen, die mindestens gleich dem ersten vorgegebenen Amplitudenwert einer von außen auf das Werkzeug 2 wirkenden Kraft ist, und
– andererseits ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches das Vorhandensein dieser Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes meldet, und wobei dieses Erkennungsorgan so zwischen dem Werkzeug 2 und einer Halterung dieses Werkzeugs platziert ist, dass das genannte Organ zumindest den Amplitudenänderungen einer von außen auf das Werkzeug 2 wirkenden Kraft ausgesetzt wird, zumindest wenn es die Fläche 9 berührt,
– mindestens eine Funktionszelle, um
– an diesem Werkzeug 2 die Amplitudenänderungen einer von außen auf das Werkzeug 2 wirkenden Kraft zu überwachen, und auf das Auftreten einer Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes zu achten, und
– einerseits das Auftreten der Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes und andererseits den Zeitpunkt, an dem eine solche Änderung auftritt, zu überwachen, um so anzunehmen, dass das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt T2 darstellt.

Auf eine andere bemerkenswerte Weise benutzt man zur Erkennung des zweiten Zeitpunkt T2, an dem das Werkzeug 2 die Fläche 9 berührt:

– mindestens ein elektrisches Schütz, und rüstet das Werkzeug 2 so mit dem elektrischen Schütz aus, dass es betätigt wird, wenn das Werkzeug 2 die Fläche 9 berührt,
– überwacht man einerseits die Betätigung des Schützes und andererseits den Zeitpunkt der Betätigung des genannten Schützes und nimmt an, dass das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt T2 darstellt.

– mindestens ein elektrisches Schütz, das so auf dem Werkzeug 2 angeordnet ist, dass das genannte Schütz betätigt wird, wenn das Werkzeug 2 die Fläche 9 berührt,
– mindestens eine Funktionszelle, um einerseits die Betätigung des Schützes und andererseits den Zeitpunkt der Betätigung des genannten Schützes zu überwachen und anzunehmen, dass das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt T2 darstellt.

Wie angegeben, betrifft die Erfindung ebenfalls eine Software zur Anwendung des Verfahrens der Erfindung.
Diese Software enthält Befehlscodes, die dazu geeignet sind, auf einem Datenträger gelesen oder gespeichert zu werden, wobei die genannten Codes auf einem Rechner ausführbar sind, der zur Erzeugung von Verfahrbefehlen für eine Bearbeitungsmaschine 1000 bestimmt ist, die mindestens ein Antriebsmittel mit Inkrementalbetrieb aufweist, wobei dieses Antriebsmittel mindestens eine Betätigungsvorrichtung 7 des Werkzeugs 2 so betätigt, dass mindestens ein Bearbeitungsgang an einem zu bearbeitenden, auf dem Werkstückhalter dieser Bearbeitungsmaschine 1000 befestigten Werkstückrohling ausgeführt wird.
Diese Software ist bemerkenswert, da sie Folgendes aufweist:

– einen vorausgehenden Schritt, bei dem man die theoretische Dauer D1 für den vom Werkzeug 2 auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse W zwischen der dritten Position 8 und der ersten Position 5 zurücklegten Verfahrweg berechnet und speichert, wobei diese Berechnung in Abhängigkeit von der Gleichung für die Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs 2 und von Parametern P8 und P5 der genannten dritten Position 8 und der ersten Position 5 auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse W ausgeführt wird,
– folgende Schritte, bei denen man a) während einer vorgegebenen Anzahl von Verfahrzyklen des Werkzeugs 2 für jeden Zyklus
– die Ist-Dauer D2 der Fahrt des Werkzeugs 2 zwischen der dritten Position 8 und der zweiten Position 6 misst, und dann
– den Zeitunterschied E berechnet, der während des betreffenden Zyklus zwischen der theoretischen Dauer D1 der Fahrt des Werkzeugs 2 und der Ist-Dauer D2 der Fahrt des Werkzeugs 2 besteht, b) am Ende der vorgegebenen Anzahl von Zyklen
– den Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds EM berechnet, der zwischen der theoretischen Dauer D1 der Fahrt des Werkzeugs 2 und der Ist-Dauer D2 der Fahrt des Werkzeugs 2 besteht, und diesen Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds EM zur Ermittlung des Wertes der durchschnittlichen Positionsabweichung EP des Werkzeugs 2 zur ersten Position 5 heranzieht,
– den Wert der durchschnittlichen Positionsabweichung EP zur Beeinflussung des Betriebs der Betätigungsvorrichtung 7 des Werkzeugs 2 und zur Korrektur der Parameter heranzieht, die zumindest die erste Position 5 des Werkzeugs zumindest auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse W im Bezugsraum 3 bestimmen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf einen magnetischen oder optischen Datenträger, auf dem eine Software gespeichert ist, die erfindungsgemäße Verfahrensschritte und Befehlescodes aufweist, die dazu geeignet sind, auf einem Datenträger gelesen oder gespeichert zu werden, wobei die genannten Codes auf einem Rechner ausführbar sind, der zur Erzeugung von Verfahrbefehlen für eine Bearbeitungsmaschine 1000 bestimmt ist, die mindestens ein Antriebsmittel mit Inkrementalbetrieb aufweist, wobei dieses Antriebsmittel mindestens eine Betätigungsvorrichtung 7 des Werkzeugs 2 so betätigt, dass ein Bearbeitungsgang an einem zu bearbeitenden, auf dem Werkstückhalter dieser Bearbeitungsmaschine 1000 befestigten Werkstückrohling ausgeführt wird.

Claims

Verfahren zur Erkennung und Berechnung einer Positionsabweichung (1) eines Werkzeugs (2) zwischen – einer vorgegebenen Soll-Position dieses Werkzeugs (2) auf mindestens einer vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W), die in einem vorgegebenen Bezugsraum (3) liegt, in dem das Werkzeug (2) einer vorgegebenen Bahn (4) folgt, wobei diese Soll-Position als erste Position (5) bezeichnet wird, und – einer Ist-Position des genannten Werkzeugs (2) auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W), wobei diese Ist-Position als zweite Position (6) bezeichnet wird, wobei das Werkzeug (2) mit einer Betätigungsvorrichtung (7) verbunden ist, um auf der festgelegten Bahn (4) ausgehend von einer als dritte Position (8) bezeichneten, vorgegebenen Ausgangsposition auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W) zyklisch verfahren zu werden, und dies mit einer Geschwindigkeit, deren Wert eine vorgegebene Funktion der Zeit F(t) ist, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass man zur Erkennung und Berechnung einer Positionsabweichung (1) eines Werkzeugs (2) zwischen – einer vorgegebenen Soll-Position dieses Werkzeugs (2) auf mindestens einer vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W), die in einem vorgegebenen Bezugsraum (3) liegt, in dem das Werkzeug (2) einer vorgegebenen Bahn (4) folgt, wobei diese Soll-Position als erste Position (5) bezeichnet wird, und – einer Ist-Position des genannten Werkzeugs (2) auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W), wobei diese Ist-Position als zweite Position (6) bezeichnet wird: – in einem vorausgehenden Schritt die theoretische Dauer (D1) für den vom Werkzeug (2) auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W) zwischen der dritten Position (8) und der ersten Position (5) zurücklegten Verfahrweg berechnet und speichert, wobei diese Berechnung in Abhängigkeit von der Gleichung für die Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs (2) und von Parametern (P8) und (P5) der genannten dritten Position (8) und ersten Position (5) auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W) ausgeführt wird, und man dann bei den folgenden Schritten – während einer vorgegebenen Anzahl von Verfahrzyklen des Werkzeugs (2) für jeden Zyklus – die Ist-Dauer (D2) der Fahrt des Werkzeugs (2) zwischen der dritten Position (8) und der zweiten Position (6) misst, und dann – den Zeitunterschied (E) berechnet, der während des betreffenden Zyklus zwischen der theoretischen Dauer (D1) der Fahrt des Werkzeugs (2) und der Ist-Dauer (D2) der Fahrt des Werkzeugs (2) besteht, – man am Ende der vorgegebenen Anzahl von Zyklen – den Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds (EM) berechnet, der zwischen der theoretischen Dauer (D1) der Fahrt des Werkzeugs (2) und der Ist-Dauer (D2) der Fahrt des Werkzeugs (2) besteht, und diesen Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds (EM) zur Ermittlung des Wertes einer durchschnittlichen Positionsabweichung (EP) des Werkzeugs (2) zur ersten Position (5) heranzieht, – den Wert der durchschnittlichen Positionsabweichung (EP) zur Beeinflussung des Betriebs der Betätigungsvorrichtung (7) des Werkzeugs (2) und zur Korrektur der Parameter heranzieht, die zumindest die erste Position (5) des Werkzeugs zumindest auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W) im Bezugsraum (3) bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Wert der durchschnittlichen Positionsabweichung (EP) so zur Beeinflussung der Betätigungsvorrichtung (7) des Werkzeugs (2) benutzt, dass diese Betätigungsvorrichtung des Werkzeugs die Parameter der dritten Position (8) dieses Werkzeugs (2) korrigiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Berechnung des durchschnittlichen Zeitunterschieds (EM) an jedem beliebig gewählten Zeitpunkt eine Methode zur Berechnung des sogenannten gleitenden Mittels anwendet und eine vorgegebene Anzahl an Werten benutzt, die dem am gewählten Zeitpunkt festgestellten Wert des Zeitunterschieds vorausgehen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Methode zur Berechnung des sogenannten gewichteten gleitenden Mittels benutzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Messung der Ist-Dauer (D2) der Fahrt des Werkzeugs (2) zwischen der dritten Position (8) und der zweiten Position (6) die Verfahrdauer des Werkzeugs (2) von einem ersten Zeitpunkt (T1), an dem das Werkzeug die dritte Position (8) verlässt, bis zu einem zweiten Zeitpunkt (T2) misst, an dem das Werkzeug (2) an der genannten zweiten Position (6) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erkennung des Werkzeugs (2) an der genannten zweiten Position (6) die genannte zweite Position (6) als eine Position definiert wird, in der das Werkzeug (2) eine Fläche (9) berührt, die sich auf der Bahn (4) dieses Werkzeugs (2) befindet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Erkennung eines zweiten Zeitpunktes (T2), an dem das Werkzeug (2) die Fläche (9) berührt: – einen Spannungsunterschied zwischen dem Werkzeug (2) und der Fläche (9) herstellt und – den Zeitpunkt überwacht, an dem ein elektrischer Kontakt zwischen dem Werkzeug (2) und der Fläche (9) hergestellt wird, und man annimmt, das das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt (T2) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Erkennung des zweiten Zeitpunktes (T2), an dem das Werkzeug (2) die Fläche (9) berührt: – mindestens ein Organ, das sogenannte Erkennungsorgan, vorsieht, das es gestattet: – einerseits mindestens eine Amplitudenänderung einer Stärke aufzunehmen, die mindestens gleich dem ersten vorgegebenen Amplitudenwert einer von außen auf das Werkzeug (2) wirkenden Kraft ist, und – andererseits ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches das Vorhandensein dieser Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes meldet, und – dieses Erkennungsorgan so zwischen dem Werkzeug (2) und einer Halterung dieses Werkzeugs platziert, dass das genannte Organ zumindest den Amplitudenänderungen einer von außen auf das Werkzeug (2) wirkenden Kraft ausgesetzt wird, zumindest wenn es die Fläche (9) berührt, – an diesem Werkzeug (2) die Amplitudenänderungen einer von außen auf das Werkzeug (2) wirkenden Kraft überwacht, und auf das Auftreten einer Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes achtet, und – einerseits das Auftreten der Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes und andererseits den Zeitpunkt überwacht, an dem eine solche Änderung auftritt und man dann annimmt, dass das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt (T2) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Erkennung des zweiten Zeitpunktes (T2), an dem das Werkzeug (2) die Fläche (9) berührt: – mindestens ein elektrisches Schütz vorsieht, und man das Werkzeug (2) so mit diesem elektrischen Schütz ausrüstet, dass es betätigt wird, wenn das Werkzeug (2) die Fläche (9) berührt. – einerseits die Betätigung des Schützes und andererseits den Zeitpunkt der Betätigung des genannten Schützes überwacht und dann annimmt, dass das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt (T2) darstellt.
Technische Mittel zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie Funktionszellen aufweisen, um: – in einem vorausgehenden Schritt die theoretische Dauer (D1) für den vom Werkzeug (2) auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W) zwischen der dritten Position (8) und der ersten Position (5) zurücklegten Verfahrweg zu berechnen und zu speichern, wobei diese Berechnung in Abhängigkeit von der Gleichung für die Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs (2) und von Parametern (P8) und P5) der genannten dritten Position (8) und ersten Position (5) auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W) ausgeführt wird, und dann bei den folgenden Schritten – während einer vorgegebenen Anzahl von Verfahrzyklen des Werkzeugs (2) für jeden Zyklus – die Ist-Dauer (D2) der Fahrt des Werkzeugs (2) zwischen der dritten Position (8) und der zweiten Position (6) zu messen, und dann – den Zeitunterschied (E) zu berechnen, der während des betreffenden Zyklus zwischen der theoretischen Dauer (D1) der Fahrt des Werkzeugs (2) und der Ist-Dauer (D2) der Fahrt des Werkzeugs (2) besteht, – am Ende der vorgegebenen Anzahl von Zyklen – den Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds (EM) zu berechnen, der zwischen der theoretischen Dauer (D1) der Fahrt des Werkzeugs (2) und der Ist-Dauer (D2) der Fahrt des Werkzeugs (2) besteht, und diesen Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds (EM) zur Ermittlung des Wertes einer durchschnittlichen Positionsabweichung (EP) des Werkzeugs (2) zur ersten Position (5) heranzuziehen, – den Wert der durchschnittlichen Positionsabweichung (EP) zur Beeinflussung der Betätigungsvorrichtung (7) des Werkzeugs (2) und zur Korrektur der Parameter heranzuziehen, die zumindest die erste Position (5) des Werkzeugs zumindest auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W) im Bezugsraum (3) bestimmen.
Mittel nach Anspruch 10 zur Messung der Ist-Dauer (D2) der Fahrt des Werkzeugs (2) zwischen der dritten Position (8) und der zweiten Position (6) von einem ersten Zeitpunkt (T1), an dem das Werkzeug (2) die dritte Position (8) verlässt, wobei diese technischen Mittel dadurch gekennzeichnet sind, dass sie mindestens eine Funktionszelle aufweisen, um – das Werkzeug (2) an der genannten zweiten Position (6) zu erkennen und – die Verfahrdauer des Werkzeugs (2) bis zu einem zweiten Zeitpunkt (T2) zu messen, an dem das Werkzeug (2) an der genannten zweiten Position (6) erkannt wird.
Technische Mittel nach Anspruch 11 zur Erkennung des Werkzeugs (2) an der genannten zweiten Position (6), wenn die genannte zweite Position (6) als eine Position definiert ist, an der das Werkzeug (2) eine Fläche (9) berührt, die sich auf der Bahn (4) dieses Werkzeugs (2) befindet, die mindestens eine Funktionszelle aufweisen, um: – einen Spannungsunterschied zwischen dem Werkzeug (2) und der Fläche (9) herzustellen und – den Zeitpunkt zu überwachen, an dem ein elektrischer Kontakt zwischen dem Werkzeug (2) und der Fläche (9) hergestellt wird, und anzunehmen, dass das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt (T2) darstellt.
Technische Mittel nach Anspruch 11 zur Erkennung des Werkzeugs (2) an der genannten zweiten Position (6), wenn die genannte zweite Position (6) als eine Position definiert ist, an der das Werkzeug (2) eine Fläche (9) berührt, die sich auf der Bahn (4) dieses Werkzeugs (2) befindet, die folgendes aufweisen: – mindestens ein Organ, das sogenannte Erkennungsorgan, das es gestattet: – einerseits mindestens eine Amplitudenänderung einer Stärke aufzunehmen, die mindestens gleich dem ersten vorgegebenen Amplitudenwert einer von außen auf das Werkzeug (2) wirkenden Kraft ist, und – andererseits ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches das Vorhandensein dieser Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes meldet, und – dieses Erkennungsorgan so zwischen dem Werkzeug (2) und einer Halterung dieses Werkzeugs zu platzieren, dass das genannte Organ zumindest den Amplitudenänderungen einer von außen auf das Werkzeug (2) wirkenden Kraft ausgesetzt wird, zumindest wenn es die Fläche (9) berührt, – mindestens eine Funktionszelle, um – an diesem Werkzeug (2) die Amplitudenänderungen einer von außen auf das Werkzeug (2) wirkenden Kraft zu überwachen, und auf das Auftreten einer Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes zu achten, und – einerseits das Auftreten der Amplitudenänderung von mindestens der gleichen Stärke wie der des ersten vorgegebenen Wertes und andererseits den Zeitpunkt zu überwachen, an dem eine solche Änderung auftritt, um so anzunehmen, dass das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt (T2) darstellt.
Technische Mittel nach Anspruch 11 zur Erkennung des Werkzeugs (2) an der genannten zweiten Position (6), wenn die genannte zweite Position (6) als eine Position definiert ist, an der das Werkzeug (2) eine Fläche (9) berührt, die sich auf der Bahn (4) dieses Werkzeugs (2) befindet, die mindestens folgendes aufweisen: – mindestens ein elektrisches Schütz, das so auf dem Werkzeug (2) angeordnet ist, dass das genannte Schütz betätigt wird, wenn das Werkzeug (2) die Fläche (9) berührt, – mindestens eine Funktionszelle, um einerseits die Betätigung des Schützes und andererseits den Zeitpunkt der Betätigung des genannten Schützes zu überwachen und anzunehmen, dass das Eintreten dieses Zeitpunktes den genannten zweiten Zeitpunkt (T2) darstellt.
Bearbeitungsmaschine (1000), die mindestens ein Antriebsmittel mit Inkrementalbetrieb aufweist, wobei dieses Antriebsmittel mehrere Betätigungsvorrichtungen (7) des Werkzeugs (2) so betätigt, dass ein Bearbeitungsgang an einem zu bearbeitenden, auf dem Werkstückhalter dieser Bearbeitungsmaschine (1000) befestigten Werkstückrohling ausgeführt wird, wobei die genannte Bearbeitungsmaschine (1000) mit einem Steuerungsprogramm arbeitet, das in einer Schritttabelle gespeicherte numerische Daten dazu benutzt, jedem Antriebsmittel eine Reihe inkrementaler Verfahrbefehle zuzuweisen, die entsprechend einer zeitabhängigen Variablen aufeinander folgen und die Befehlsfolge in der Schritttabelle enthalten ist, wobei die genannte Schritttabelle – auf der Grundlage von Ergebnissen einer Berechnung erstellt wird, die in Abhängigkeit von der Zeit die optimale Bearbeitungsbahn ermittelt, und – es gestattet, ein vorgegebenes Profil mit einem vorgegebenen Werkstoff unter Berücksichtigung der Merkmale der Bearbeitungsmaschine (1000) zu erhalten, wobei diese Bearbeitungsmaschine dadurch gekennzeichnet ist, dass sie die technischen Mittel der Ansprüche 10 bis 14 aufweist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 anzuwenden.
Software zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei diese Software Befehlscodes enthält, die dazu geeignet sind, auf einem Datenträger gelesen oder gespeichert zu werden, wobei die genannten Codes auf einem Rechner ausführbar sind, der zur Erzeugung von Verfahrbefehlen für eine Bearbeitungsmaschine (1000) bestimmt ist, die mindestens ein Antriebsmittel mit Inkrementalbetrieb aufweist, wobei dieses Antriebsmittel mindestens eine Betätigungsvorrichtung (7) des Werkzeugs (2) so betätigt, dass mindestens ein Bearbeitungsgang an einem zu bearbeitenden, auf dem Werkstückhalter dieser Bearbeitungsmaschine (1000) befestigten Werkstückrohling ausgeführt wird, wobei die genannte Software dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes aufweist: – einen vorausgehenden Schritt, in dem man die theoretische Dauer (D1) für den vom Werkzeug (2) auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W) zwischen der dritten Position (8) und der ersten Position (5) zurücklegten Verfahrweg berechnet und speichert, wobei diese Berechnung in Abhängigkeit von der Gleichung für die Verfahrgeschwindigkeit des Werkzeugs (2) und von Parametern (P8) und P5) der genannten dritten Position (8) und ersten Position (5) auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W) ausgeführt wird, – folgende Schritte, in denen man a) während einer vorgegebenen Anzahl von Verfahrzyklen des Werkzeugs (2) für jeden Zyklus – die Ist-Dauer (D2) der Fahrt des Werkzeugs (2) zwischen der dritten Position (8) und der zweiten Position (6) misst, und dann – den Zeitunterschied (E) berechnet, der während des betreffenden Zyklus zwischen der theoretischen Dauer (D1) der Fahrt des Werkzeugs (2) und der Ist-Dauer (D2) der Fahrt des Werkzeugs (2) besteht, b) am Ende der vorgegebenen Anzahl von Zyklen – den Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds (EM) berechnet, der zwischen der theoretischen Dauer (D1) der Fahrt des Werkzeugs (2) und der Ist-Dauer (D2) der Fahrt des Werkzeugs (2) besteht, und diesen Wert des durchschnittlichen Zeitunterschieds (EM) zur Ermittlung des Wertes der durchschnittlichen Positionsabweichung (EP) des Werkzeugs (2) zur ersten Position (5) heranzieht, – den Wert der durchschnittlichen Positionsabweichung (EP) zur Beeinflussung des Betriebs der Betätigungsvorrichtung (7) des Werkzeugs (2) und zur Korrektur der Parameter heranzieht, die zumindest die erste Position (5) des Werkzeugs zumindest auf der vorgegebenen, ausgerichteten Achse (W) im Bezugsraum (3) bestimmen.
Magnetischer oder optischer Datenträger, auf dem eine Software gespeichert ist, die Verfahrensschritte nach Anspruch 1 und Befehlescodes aufweist, die dazu geeignet sind, auf einem Datenträger gelesen oder gespeichert zu werden, wobei die genannten Codes auf einem Rechner ausführbar sind, der zur Erzeugung von Verfahrbefehlen für eine Bearbeitungsmaschine (1000) bestimmt ist, die mindestens ein Antriebsmittel mit Inkrementalbetrieb aufweist, wobei dieses Antriebsmittel mindestens eine Betätigungsvorrichtung (7) des Werkzeugs (2) so betätigt, dass ein Bearbeitungsgang an einem zu bearbeitenden, auf dem Werkstückhalter dieser Bearbeitungsmaschine (1000) befestigten Werkstückrohling ausgeführt wird.