ES2639616T3 - Control numérico - Google Patents

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Abstract

Control numérico para el funcionamiento de una máquina herramienta con varios ejes, con un regulador del accionamiento para cada eje a controlar, en el que los reguladores del accionamiento se pueden parametrizar a través de parámetros de la maquina (Kp, Ki, Kd, MP, Tt) y de esta manera se pueden adaptar a las más diferentes máquinas herramientas, caracterizado porque en puntos de toma en los reguladores del accionamiento se pueden seleccionar magnitudes de regulación variables (wnom, wact, Iqnom, Iqact, Unom, vnom, anom, I_int) y parámetros de la máquina (Kp, Ki, Kd, MP, Tt) y se pueden ramificar a partir del regulador del accionamiento, para ser utilizados como argumentos o parámetros de una función definida por el usuario, de manera que el valor de partida sirve para ejercer una influencia independiente de la función por uno de los reguladores del accionamiento, sendo retornado el valor de salida por adición, multiplicación o por un pliegue matemático hacia un punto de aplicación en uno de los reguladores del accionamiento.

Description

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DESCRIPCION
Control numerico
La invencion se refiere a un control numerico, como se utiliza normalmente para el control de los accionamientos de una maquina herramienta- Tales controles numericos se emplean en los mas diferentes tipos de maquinas y, por lo tanto, deben ser adaptables lo mejor posible a la maquina respectiva.
Un control numerico debe poder controlar maquinas con varios ejes moviles. Asf, por ejemplo, estan muy extendidas las maquinas herramientas para la mecanizacion de 5 eje, en las que ademas de los tres ejes lineales ya habituales desde hace mucho tiempo, se emplean todavfa dos ejes de articulacion o angulares para poder mecanizar una pieza de trabajo a ser posible en una sujecion desde todos los lados.
Para cada accionamiento de una maquina herramienta de este tipo, el control debe tener preparado un regulador de accionamiento, cuyo cometido consiste en mover el eje respectivo de acuerdo con un programa de piezas.
A tal fin se emite desde el llamado interpolador un valor teorico de la posicion al regulador del accionamiento. En la figura 1 se muestra un diagrama de bloques de un regulador de accionamiento habitual para un eje. La desviacion del valor real de la posicion xact respecto del valor teorico de la posicion xnom se emite a un regulador de la posicion, que forma un valor teorico de la posicion o bien un valor teorico del numero de revoluciones, wnom, multiplicando la desviacion por un factor de amplificacion Kv. El valor teorico de la velocidad es procesado en el regulador de la velocidad 2. Su salida es transmitida como valor teorico de la corriente lqnom a un regulador de la corriente 3, a traves del cual se controla finalmente el motor 4 del eje. El valor real de la corriente lqact, el valor real de la velocidad wact y el valor real de la posicion xact se utilizan en este caso como es habitual para cerrar circuitos de regulacion en cascada.
Para poder reaccionar mas rapidamente a modificaciones en el valor teorico de la posicion, se realiza por medio de una unidad de control previo 1 un control previo del numero de revoluciones (o bien de la velocidad) y de la corriente, eludiendo el regulador correspondiente. A tal fin se calculan con diferenciadores D la primera y la segunda derivacion del valor teorico de la posicion xnom, que se conducen como vnom y anom, respectivamente, al regulador de la velocidad 2 y al regulador de la corriente 3.
En los mas diferentes lugares en el regulador del accionamiento actuan filtros v-Flt, I-Flt, U-Flt, FIR, con lo que es posible la amortiguacion de resonancias no deseadas.
Un circuito de regulacion como se muestra aqrn se puede ajustar por medio de numerosos parametros. Asf, por ejemplo, los factores de amplificacion Kp, Ki, Kd de las porciones P, I y D de los diferentes circuitos de regulacion se depositan como parametros de la maquina en el control. Lo mismo se aplica para las constantes de tiempo Tt o las respuesta de frecuencia de los filtros. Tambien el parametro de la maquina MP, por el que se multiplica la segunda derivacion del valor teorico de la posicion antes de que se aplique al regulador de corriente 3, es un ejemplo de un parametro regulable de este tipo.
Todos estos ajustes son realizados por el fabricante de una maquina herramienta para adaptar el control numerico de una manera optima a la maquina herramienta. Los programas de piezas debe producir lo mas rapidamente posible piezas de trabajo con la medida mas exacta posible con superficies limpias.
El documento WO 2006/02994 A2 publica un procedimiento para la parametrizacion de reguladores del accionamiento de una maquina herramienta con varios ejes, en el que los reguladores del accionamiento se pueden parametrizar por medio de parametros de la maquina y de esta manera se pueden adaptar a las mas diferentes maquinas herramientas. A tal fin, se establecen uno o varios atributos de un parametro de la maquina por medio de un conjunto de datos de manera adaptada a la aplicacion respectiva. En estos atributos se trata, por ejemplo, de valores por defecto, valores lfmite, informaciones sobre la representacion, accesibilidad y posibilidad para la modificacion de un parametro. De esta manera, se pueden caracterizar, en efecto, bien parametros individuales con anterioridad y se pueden adaptar a una maquina concreta, pero de esta manera no es posible ejercer una influencia sobre los parametros en funcion del estado de funcionamiento actual de una maquina herramienta.
El cometido de la invencion es mejorar la parametrizacion de un control numerico y en particular de sus reguladores del accionamiento y crear posibilidades totalmente nuevas para la adaptacion del control numerico a una maquina herramienta.
Este cometido se soluciona por medio de un dispositivo con las caractensticas de la reivindicacion 1. Las formas de realizacion ventajosas se deducen a partir de las caractensticas, que se indican en las reivindicaciones dependientes de la reivindicacion 1.
La idea basica de la invencion es hacer accesibles el mayor numero posible de las variables utilizadas en un regulador de accionamiento y magnitudes de regulacion variables (magnitudes teoricas, magnitudes reales,
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magnitudes auxiliares como corrientes de control previo, etc.), para poder realizarlas como parametros y argumentos de una funcion definida por el usuario. Con esta funcion se pueden calcular entonces valores de partida, que pueden servir para las mas diferentes finalidades.
De esta manera, se pueden alimentar valores de partida por adicion, por multiplicacion o tambien como pliegue matematico a un punto de conexion en el regulador del accionamiento. Asf, por ejemplo, puede existir un error de geometna de una maquina, que procede de una flexion dependiente del lugar de un soporte. Si se alimenta la posicion actual de este eje como argumento de una funcion adecuada para el calculo de la flexion, entonces se puede utilizar el valor de partida para realizar un movimiento de compensacion, que elimina el error de la geometna.
De manera alternativa, se puede alimentar el valor de partida tambien de otra funcion definida por el usuario como parametro o argumento. A traves de esta concatenacion de funciones definidas por el usuario se pueden formar funciones complejas a partir de un conjunto de funciones sencillas.
Ademas, se puede utilizar un valor de partida tambien para variar un parametro de la maquina propiamente fijo, por ejemplo en funcion del lugar. Esto ultimo puede ser util cuando, por ejemplo, una herramienta se mueve sobre un plano X-Y y la maquina tiende a oscilaciones en determinadas zonas de este plano. Entonces se pueden adaptar ciertos factores de amplificacion en estas zonas para que resonancias mecanicas de la maquina herramienta no conduzcan a inestabilidades del regulador del accionamiento. Esta adaptacion no es necesaria en las zonas restantes, allf se puede posicionar gracias a otros parametros de una manera mas rapida y/o mas exacta. De este modo, la maquina puede trabajar de una manera optima en cualquier punto de trabajo, y no tiene que parametrizarse para el peor punto de trabajo.
Con ventaja se puede seleccionar una funcion a partir de un conjunto de funciones. Esto posibilita realizar a traves de un editor por clic del raton las entradas necesarias para la parametrizacion, sin que sean necesarios conocimientos de parametrizacion mas profundos.
Es conveniente establecer valores lfmites para el valor de partida de una funcion. Esto impide que se empleen valores de partida demasiado grandes, que influyan demasiado fuertes sobre el regulador del accionamiento o sobre un parametro de la maquina. Asf, por ejemplo, se puede establecer un intervalo de 0,9 a 1,1 para un valor de partida, que se aplica por multiplicacion. La variable a influir en el regulador del accionamiento se modifica entonces como maximo un 10 por ciento.
La seleccion de las variables de regulacion se realiza con ventaja a traves de punteros sobre puntos de toma en los reguladores del accionamiento. De esta manera, ademas de la seleccion de la funcion, es posible tambien la seleccion de los parametros y argumentos en un editor por clic del raton. Esto se aplica tambien para parametros fijos de la maquina, que deben tenerse en cuenta, o para constantes sencillas, que sirven, por ejemplo, para el escalamiento del valor de partida.
Una ventaja muy especial de la invencion reside en que las funciones pueden actuar tambien sobre varios reguladores del accionamiento, y de esta manera se pueden compensar, por ejemplo, errores a traves de acoplamientos mecanicos de ejes diferentes- Los puntos de toma para los parametros y argumentos de una funcion pueden estar, en efecto, en general, en otro regulador del accionamiento que el punto de aplicacion del valor de partida. Por lo tanto, de esta manera, se puede influir, por ejemplo, en un eje en funcion del estado de un eje totalmente diferente - y esto con todas las posibilidades que ofrece la consideracion de funciones discrecionales con variables de entrada discrecionales durante el calculo del valor de partida.
La presente invencion amplia, por lo tanto, las posibilidades para la parametrizacion de un control numerico de manera muy considerable y ofrece posibilidades totalmente nuevas especialmente en la consideracion de ejes acoplados.
Otras ventajas asf como detalles de la presente invencion se deducen a partir de la descripcion siguiente de una forma de realizacion preferida con la ayuda de las figuras. En este caso:
La figura 1 muestra un regulador de accionamiento con puntos de toma.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques para la definicion de una funcion definida por el usuario.
La figura 3 muestra un diagrama de bloques para influir sobre parametros de la maquina.
La figura 1 ya explicada anteriormente muestra un regulador del accionamiento para un eje de una maquina herramienta. Se registran numerosos puntos de toma wnom, wact, Iqnom, Iqact, Unom, vnom, anom, I_int para magnitudes de regulacion variables en el tiempo, que estan disponibles para seleccion, por ejemplo, en un editor para la creacion de funciones definidas por el usuario. Ejemplos de tales magnitudes de regulacion variables son los valores teoricos y reales de la posicion xnom, xact, y de la velocidad wnom, wact del accionamiento respectivo o de las corrientes Iqnom, Iqact y de las tensiones Unom en el motor. Pero tambien magnitudes fijas como factores de
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amplificacion Kp, Ki, Kd y otros parametros de la maquina MP, Tt pueden ser valores convenientes para la consideracion en una funcion definida por el usuario.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques para la definicion de una funcion definida por el usuario con la ayuda de un bloque-UCCS 7 (User Configurable Controller Structure = Estructura del Controlador Configurable por el Usuario). Como ya se ha mencionado, es util que se pueda seleccionar la funcion propiamente dicha a partir de una biblioteca de funciones 5. Esta biblioteca 5 contiene, por ejemplo, polinomios de diferente grado 5a, funciones trigonometricas 5b o tambien filtros de 2° orden 5c. De manera alternativa, se podna trabajar tambien con un polinomio individual de orden superior, con cuya ayuda se pueden aproximar funciones opcionales. La seleccion de parametros y argumentos adecuados para un polinomio es entonces de todos modos muy costosa.
Una primera etapa A para la definicion de una funcion espedfica del usuario es de manera ventajosa, por lo tanto, la seleccion de una funcion adecuada a partir de una biblioteca de funciones 5. A la etapa A pertenece tambien enlazar los parametros y argumentos de la funcion con las magnitudes de regulacion variables deseadas o con parametros fijos de la maquina 6. Valores de partida de la funcion pueden ser magnitudes discrecionales del regulador y parametros de la maquina a partir del circuito de regulacion, o valores fijos para el escalamiento, o tambien el valor de partida de otro bloque-UCCS.
Asf, por ejemplo, para un polfgono cuadratico Y = a0 + a1*X + a2*X2 como valor seleccionado esta la variable de marcha X el argumento de la funcion, que se puede enlazar con la posicion real xact del accionamiento considerado. Los coeficientes a0, a1, a2 son los parametros de la funcion cuadratica. Los parametros se pueden asociar en este caso a parametros fijos de la maquina, o se pueden introducir tambien como valor numerico.
En otra etapa B se establecen, en caso necesario, como ya se ha explicado anteriormente, los lfmites para la variable de salida, que no deben excederse.
En una etapa C existe, ademas, la posibilidad de llamar otra funcion, con la que se puede procesar a continuacion el valor de la funcion o bien la variable de salida de la funcion actual como resultado intermedio. De esta manera, a partir de funciones sencillas, tomadas de la biblioteca de funciones, se puede crear funciones mas complejas a traves de concatenacion de funciones sencillas.
Por ultimo, en una etapa D debe establecerse donde debe aplicarse la variable de salida (en el ejemplo del polinomio cuadratico el valor de la funcion Y). A tal fin, en el regulador de funcionamiento deben establecerse puntos de aplicacion. Ejemplos de tales puntos de aplicacion son los valores teoricos de la posicion xnom, de la velocidad wnom y de la corriente Iqnom. Tambien debe establecerse el tipo de la aplicacion, como ya se ha mencionado anteriormente. Todas estas etapas se pueden realizar a traves de la seleccion sencilla desde una lista de posibilidades predeterminadas. De esta manera, se puede realizar de una forma especialmente sencilla la incorporacion de una funcion definida por el usuario. Se puede poner a la disposicion del fabricante de maquinas herramientas una herramienta sencilla, pero potente para la parametrizacion del control numerico.
Si se han realizado todas las opciones, existe un bloque - UCCS 7 completo. Su contenido se puede registrar en un fichero de texto y se puede tener en cuenta de manera correspondiente por el control. Los valores de partida se calculan a tal fin en el ciclo rapido del regulador (interrupcion del regulador de ciclo alto). El bloque - UCCS 7 define totalmente la funcion espedfica del usuario.
La expresion de funcion definida por el usuario en el sentido de la invencion debe entenderse de manera que al menos los argumentos y parametros de la funcion son ocupados por el usuario u operador (que sera normalmente el fabricante de una maquina herramienta, que adapta un control a su maquina herramienta) con valores convenientes a partir de los reguladores del accionamiento. Con ventaja, tambien la funcion propiamente dicha es seleccionada de manera adecuada por el usuario. Tambien la fijacion de los lfmites y del punto de aplicacion para los valores de partida esta definida en este sentido por el usuario.
La figura 3 indica otra posibilidad ya mencionada para la utilizacion del valor de salida de una funcion espedfica del usuario. De esta manera, se puede calcular un parametro de la maquina MP de nuevo de manera muy sencilla generando como producto segundas magnitudes de entrada plnputl, plnput2, una de las cuales es, por ejemplo, el valor de salida de una funcion definida por el usuario. Ademas, es util que a tal fin se pueda multiplicar todavfa una constante K para el escalamiento, y que se puedan fijar valores lfmites LIMIT para el parametro. Si se han tomado todas las opciones, existe un bloque - UCCP 8 completo (User Configurable Controller Parameter = Parametro del Controlador Configurable por el Usuario), con cuya ayuda ese puede fijar un parametro de la maquina. Un bloque - UCCP 8 necesita claramente menos entradas del usuario y se puede procesar por un control numerico de una manera esencialmente mas rapida que un bloque UCCS 7, de manera que forma una alternativa mas sencilla y mas rapida de dos variables de entrada plnputl, plnput2 para la formacion de una magnitud de salida MP.

Claims (8)

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    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. - Control numerico para el funcionamiento de una maquina herramienta con varios ejes, con un regulador del accionamiento para cada eje a controlar, en el que los reguladores del accionamiento se pueden parametrizar a traves de parametros de la maquina (Kp, Ki, Kd, MP, Tt) y de esta manera se pueden adaptar a las mas diferentes maquinas herramientas, caracterizado porque en puntos de toma en los reguladores del accionamiento se pueden seleccionar magnitudes de regulacion variables (wnom, wact, Iqnom, Iqact, Unom, vnom, anom, I_int) y parametros de la maquina (Kp, Ki, Kd, MP, Tt) y se pueden ramificar a partir del regulador del accionamiento, para ser utilizados como argumentos o parametros de una funcion definida por el usuario, de manera que el valor de partida sirve para ejercer una influencia independiente de la funcion por uno de los reguladores del accionamiento, sendo retornado el valor de salida por adicion, multiplicacion o por un pliegue matematico hacia un punto de aplicacion en uno de los reguladores del accionamiento.
  2. 2. - Control numerico de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque la funcion definida por el usuario se puede seleccionar a partir de una pluralidad de funciones (5a, 5b, 5c), que se proporcionan en una biblioteca de funciones (5).
  3. 3. - Control numerico de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado porque el valor de salida de una primera funcion seleccionada (5a, 5b, 5c) de la biblioteca de funciones (5) se utiliza como argumento o parametro de una segunda funcion seleccionada (5a, 5b, 5c) de la biblioteca de funciones (5), de manera que se forma una funcion definida por el usuario, que es una concatenacion de funciones (5a, 5b, 5c) que estan disponibles en la biblioteca de funciones (5).
  4. 4. - Control numerico de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque por medio del valor de salida se determina un parametro de la maquina (Kp, Ki, Kd, MP, Tt).
  5. 5. - Control numerico de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque para el valor de salida se puede definir un valor lfmite (LIMIT).
  6. 6. - Control numerico de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque al menos un punto de toma para un argumento o un parametro de la funcion definida por el usuario se encuentra en otro regulador del accionamiento que el punto de aplicacion.
  7. 7. - Control numerico de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque los puntos de toma para la funcion definida por el usuario se encuentran en diferentes regulares del accionamiento.
  8. 8. - Control numerico de acuerdo con la reivindicacion 6 o 7, caracterizado porque la funcion definida por el usuario tiene en cuenta un acoplamiento mecanico de diferentes ejes de la maquina herramienta.
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