WO2007137886A1 - Einrichtung zur bewegungsführung eines maschinenelementes einer maschine - Google Patents

Einrichtung zur bewegungsführung eines maschinenelementes einer maschine Download PDF

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WO2007137886A1
WO2007137886A1 PCT/EP2007/052143 EP2007052143W WO2007137886A1 WO 2007137886 A1 WO2007137886 A1 WO 2007137886A1 EP 2007052143 W EP2007052143 W EP 2007052143W WO 2007137886 A1 WO2007137886 A1 WO 2007137886A1
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setpoint
machine
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drive
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PCT/EP2007/052143
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Jochen Bretschneider
Winfried Glück
Jens Hamann
Elmar SCHÄFERS
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a device for motion control of a machine element of a machine.
  • the invention relates to a related method ren.
  • Machining processes are often complex, time consuming, and the materials and tools involved in the process are expensive.
  • critical process conditions often occur, such as the occurrence of chatter vibrations, impending collisions between a machine element and a workpiece to be machined, temperature increase of a drive, premature wear of tools, movement of the machine element into the limit switch position and / or on missing tool in the magazine.
  • a device for BEWE ⁇ supply guide a machine element of a machine comprising a Sollwertberechungsffen, wherein the Sollwertberechungsffen setpoints determined and Rege ⁇ development of an engine to a drive means outputs, wherein the device is a Sollwertberechungsffenmodell, the Mo ⁇ dell setpoints determined and outputs to an evaluation means, , said model setpoints th time before the Sollwer ⁇ determined by Sollwertberechungsffenmodell and output to the evaluation means.
  • this object is achieved by a method for guiding the movement of a machine element of a machine, where ⁇ at be by means of a Sollwertberechungsffens setpoints ⁇ true and are output for controlling a motor of an on ⁇ drive device, wherein it is determined by means of a Sollwertberechungsffenmodells model target values, and output to an evaluation are, the model ⁇ setpoints chronologically before the target values from the Sollwertberechungs ⁇ medium model is determined and output to the evaluation means.
  • the setpoint calculation means model matches the model setpoint values to a output drive model, wherein the drive model simulates the ⁇ control technical and / or mechanical properties of the drive device. If the Sollwertbeticiansmit- is simulated tel not only by means of a target value calculation means model, but also the Antriebseinrich ⁇ processing in the form of a drive model, including the brisk ⁇ able development technical and / or mechanical properties of the drive means are taken into account in the simulation.
  • the Antriebsein ⁇ direction includes a control and / or a power converter and / or a motor and / or a transmission and / or the machine element.
  • a control, a power converter, an engine, a transmission and a machine element are common components of a drive device.
  • the Sollwertbe- calculation means and the inte Sollwertberechungsmittelmodell ⁇ integral component is a controller for controlling the machine.
  • the Antriebsmo ⁇ dell is an integral part of a control device for controlling the machine.
  • a particularly compact design of the device according to the invention is achieved.
  • the Sollwertbe ⁇ bill medium is an integral part of a control device for controlling the engine and the Sollwertbere- chung medium model and / or the drive model is integral Be ⁇ was part of an external computing device. This measure allows an implementation of the invention even if the processing power of the controller is not sufficient to additionally the setpoint calculation means model and / or the on ⁇ to have sales model with drainage.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention.
  • a controller 5 comprises a target value calculation means 1 and a Auswer ⁇ tesch. 2
  • the control device 5 controls a machine (eg a machine tool), in particular it controls the movement of a machine element 8, which may be in the form of a workpiece carriage or a tool holder or a tool, for example.
  • a machine element 8 can also be present, for example, in a printing machine in the form of a rotating printing roller.
  • the control device 5 can be present in the form of a so-called numerical control.
  • the control means 5 are other elements which are, however, since they are not necessary for an understanding of the present invention Ver ⁇ , not shown for clarity.
  • the target value calculation means 1 With help of the target value calculation means 1 are so ii within the exporting ⁇ approximately example position command values X given a pretend to be traversed desired movement of the machine element 8, as a rule ⁇ target quantity to a controller. 4
  • the control 4 con- trols according to a power converter 16 on, which in turn drives a motor 6 in accordance with what le by corresponding Pfeiffer ⁇ is indicated in Fig. 1
  • the actual position x lst of the motor 6 is detected by a position sensor 15 and fed back as Regelistuba to the controller 4.
  • the motor 6 moves via a gear 7, the machine element 8.
  • the controller 4, the power converter 16, the motor 6, the gearbox 7 and the machine element 8 are part of an on ⁇ drive device 3 in the embodiment.
  • the setpoint calculation means 1 berech ⁇
  • the position setpoints x are thus determined on the basis of operating parameters which are specified by the user, for example in the form of a desired movement. Furthermore, the operating parameters are also present, for example, in the form of maximum possible acceleration limits of the movement of the machine element and the performance data of the motor 6 and / or of the power converter 16.
  • the operating parameters of the drive device 3 can be discharged via ⁇ , which is indicated by an arrow 11 to the control means 5 and in particular to the target value calculating means. 1
  • the execution of the control device 5 and the drive device 3 described so far corresponds to the embodiment as in a commercially available machine, the setpoint calculation means 1 being commercially available in the form of a so-called numerical control kernel (NCK). is present.
  • NCK numerical control kernel
  • machining process these to simulate at least partially or fully around in front of the machining process of the simulation results based on ⁇ check whether the real machining process error-free carried will be led.
  • the occurrence of chatter vibrations can be detected in advance and accordingly the operating parameters can be changed before starting the real machining process.
  • the device has, in addition to the control device 5, an external computing device 13, which may be in the form of a single computer or multiple computers.
  • the control device 5 is connected to the external computer 13 for exchanging data, which is represented by an arrow 12.
  • the external computing device 13 comprises a target value calculation means 9 model that matches calculation means 1 with the target value ⁇ so that in the ideal case, the target value calculating means 9 model a copy of the bill Sollwertbe- medium 1.
  • the target value calculation means model 9 is thus present in the form of a virtual numerical control Ker ⁇ nels (VNCK). Immediately (eg, 1 to 10 min.
  • Model setpoint values Xsoiim are then calculated by the setpoint calculation means model 9 and fed to an evaluation means 2 as an input variable for evaluation.
  • the evaluation means 2 can now x seen from the thus simulated model setpoints so iim with time ⁇ union forward, be whether occur during real machining process disturbances or errors, so that the real machining process will not even start or due time prior to the occurrence of errors and / or Interference is stopped, for example, to avoid a threatening collision of the machine element 8 with another machine element or a workpiece.
  • the simulated model setpoints x can be as iim but also within the evaluation means 2, the occurrence will be further analyzed to determine, for example, chatter vibrations in advance.
  • the external computing device 13 in addition to a drive model 10, which simulates the control engineering and / or mechanical properties of the drive device 3, on.
  • the drive model 10 can be present, for example, in the form of a linear multi-body model, as a spatial multi-body model with consideration of the machine kinematics up to a finite element model, with optionally non-linear machine behavior such as friction and lots likewise being used can be considered in the model.
  • the properties of the control 4, the power converter 16 and the motor 6 to be preferential ⁇ considered.
  • the data model generated by the drive 10, such as corresponding actual values to the desired value calculating means 9 performs supplied ⁇ , which is indicated by an arrow fourteenth
  • the extent of such ⁇ actual values generated can then be transferred as needed to the evaluation means 2, which is indicated by an arrow 12th
  • the evaluation means 2 which is indicated by an arrow 12th
  • the current operating parameters of the setpoint calculation means and the drive device 3 are transmitted via the data line 12 to the setpoint calculation means model 9 and to the drive model 10.
  • the setpoint calculation means model 9 and the drive model are compared with the data of the real machine quasi on-line, eg with regard to occurring friction, workpiece mass, control parameters and tool condition.
  • This alignment ensures that the setpoint calculator model and the drive model always remain consistent with and remain valid for the changed real machine and machining technology. Notes the user that process errors during simulated processing ⁇ , he can modify the appropriate operating parameters directly on the machine, to start a new test run and if it runs correctly comparable, start the real machining process.
  • process variables and the process behavior can be predetermined and, if necessary, adjustments such as, for example, optimization of the spindle speed and / or the clamping depth can be made to avoid chatter vibrations.
  • control parameters can be adapted and optimized if, for example, boundary conditions such as the workpiece mass change during machining. The workpiece mass is measured for this purpose and then the control parameters are optimized after performing a simulation. As a result, the processing is not hindered by complex measurements. May further also the accuracy of the machining ⁇ processing process before the actual processing is determined and, if appropriate, the corresponding operating parameters such as road speed, acceleration or jerk that occur during movement operation of the machine element 8 can be varied accordingly.
  • physical parameters of the machine which can not be measured directly or only with great effort, can also be determined in advance with the aid of the model. The diagnostic options of the machine are thus extended without additional measuring technology.
  • FIG. 2 essentially corresponds to the mode of operation of the embodiment described above in FIG.
  • the same essential elements are therefore provided in FIG 2 with the same reference numerals as in FIG 1.
  • the only significant difference from the embodiment shown in FIG 1 is that in the embodiment of FIG 2, the setpoint calculation means model 9 and the Antriebsmodeil 10 integral part of the control device 5 are.
  • This embodiment has the advantage over the embodiment according to FIG. 1 that no additional hardware is necessary than the already existing hardware of the control unit. direction 5 of the machine.
  • the target value calculating means 9 and, if present model must drive the model 10 also ablau in real time ⁇ fen.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bewegungsführung eines Maschinenelements (8) einer Maschine, wobei die Einrichtung ein Sollwertberechungsmittel (1) aufweist, wobei das Sollwertberechungsmittel (1) Sollwerte (x<SUB>soll</SUB>) bestimmt und zur Regelung eines Motors (8) an eine Antriebseinrichtung (3) ausgibt, wobei die Einrichtung ein Sollwertberechungsmittelmodell (9), das Modellsollwerte (x<SUB>sollm</SUB>) bestimmt und an ein Auswertemittel (2) ausgibt, aufweist, wobei die Modellsollwerte (x<SUB>sollm</SUB>) zeitlich vor den Sollwerten (x<SUB>soll</SUB>) vom Sollwertberechungsmittelmodell (9) bestimmt und an das Auswertemittel (2) ausgegeben werden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein diesbezügliches Verfahren. Die Erfindung ermöglicht einen optimierten Bearbeitungsprozess.

Description

Beschreibung
Einrichtung zur Bewegungsführung eines Maschinenelementes einer Maschine
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bewegungsführung eines Maschinenelementes einer Maschine.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein diesbezügliches Verfah- ren.
Bearbeitungsprozesse sind insbesondere bei Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen und/oder bei Robotern häufig komplex, zeitaufwendig und die an dem Prozess beteiligten Materialien und Werkzeuge sind teuer. Beim Bearbeitungsprozess können bei einer handelsüblichen Maschine viele Fehler auftreten, die trotzt intensiver Vorplanung oftmals erst während des Bear¬ beitungsprozesses erkannt werden. So kommt es oftmals während des Bearbeitungsvorganges zu so genannten kritischen Prozess- zuständen wie z.B. Auftreten von Ratterschwingungen, drohenden Kollisionen zwischen einem Maschinenelement und einem zu bearbeitenden Werkstück, Temperaturüberhöhung eines Antriebs, vorzeitiges Verschleißen von Werkzeugen, Verfahren des Maschinenelementes in die Endschalterposition und/oder ein feh- lendes Werkzeug im Magazin. Diese Fehler und/oder Störungen führen häufig zu einem vorzeitigen Abbruch des Bearbeitungsprozesses .
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen optimierten Bearbeitungs- prozess zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zur Bewe¬ gungsführung eines Maschinenelements einer Maschine, wobei die Einrichtung ein Sollwertberechungsmittel aufweist, wobei das Sollwertberechungsmittel Sollwerte bestimmt und zur Rege¬ lung eines Motors an eine Antriebseinrichtung ausgibt, wobei die Einrichtung ein Sollwertberechungsmittelmodell, das Mo¬ dellsollwerte bestimmt und an ein Auswertemittel ausgibt, aufweist, wobei die Modellsollwerte zeitlich vor den Sollwer¬ ten vom Sollwertberechungsmittelmodell bestimmt und an das Auswertemittel ausgegeben werden.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Bewegungsführung eines Maschinenelements einer Maschine, wo¬ bei mittels eines Sollwertberechungsmittels Sollwerte be¬ stimmt werden und zur Regelung eines Motors an eine An¬ triebseinrichtung ausgegeben werden, wobei mittels eines Sollwertberechungsmittelmodells Modellsollwerte bestimmt und an ein Auswertemittel ausgegeben werden, wobei die Modell¬ sollwerte zeitlich vor den Sollwerten vom Sollwertberechungs¬ mittelmodell bestimmt und an das Auswertemittel ausgegeben werden .
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften Ausbildungen der Einrichtung und umgekehrt .
Es erweist sich als vorteilhaft wenn das Sollwertberechungs¬ mittelmodell im Wesentlichen mit dem Sollwertberechnungsmit- tel übereinstimmt, insbesondere mit dem Sollwertberechnungs¬ mittel übereinstimmt. Hierdurch wird eine optimale Nachbil¬ dung des Sollwertberechnungsmittels erzielt.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die aktuellen Betriebsparameter des Sollwertberechungsmittels vor Bestim¬ mung der Modellsollwerte auf das Sollwertberechungsmittelmo¬ dell übertragen werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Sollwertberechnungsmittelmodell immer mit den aktuellen Betriebsparametern, die auch das Sollwertberechnungsmittel zur Berechnung der Sollwerte verwendet, arbeitet.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn dass das Sollwertberechungsmittelmodell die Modellsollwerte an ein An- triebsmodell ausgibt, wobei das Antriebsmodell die regelungs¬ technischen und/oder mechanischen Eigenschaften der Antriebseinrichtung nachbildet. Wenn nicht nur mit Hilfe eines Sollwertberechnungsmittelmodells das Sollwertberechnungsmit- tel nachgebildet wird, sondern ebenfalls die Antriebseinrich¬ tung in Form eines Antriebsmodells, so können auch die rege¬ lungstechnischen und/oder mechanischen Eigenschaften der Antriebseinrichtung in der Simulation berücksichtigt werden.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die aktuellen
Betriebsparameter der Antriebseinrichtung vor Bestimmung der Modellsollwerte auf das Antriebsmodell übertragen werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Antriebsmodell immer auf Basis der tatsächlichen aktuellen Betriebsparameter der Antriebseinrichtung arbeitet.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Antriebsein¬ richtung eine Regelung und/oder einen Stromrichter und/oder einen Motor und/oder ein Getriebe und/oder das Maschinenele- ment umfasst. Eine Regelung, ein Stromrichter, ein Motor, ein Getriebe und ein Maschinenelement stellen übliche Komponenten einer Antriebseinrichtung dar.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Sollwertbe- rechnungsmittel und das Sollwertberechungsmittelmodell inte¬ graler Bestandteil einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Maschine ist. Durch diese Maßnahme wird eine kompakte Bauform der Einrichtung erzielt.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Antriebsmo¬ dell integraler Bestandteil einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Maschine ist. Durch diese Maßnahme wird eine besonders kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielt .
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Sollwertbe¬ rechnungsmittel integraler Bestandteil einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Maschine ist und das Sollwertbere- chungsmittelmodell und/oder das Antriebsmodell integraler Be¬ standteil einer externen Recheneinrichtung ist. Diese Maßnahme erlaubt eine Realisierung der Erfindung auch wenn die Rechenleistung der Steuerungseinrichtung nicht ausreicht um zu- sätzlich das Sollwertberechnungsmittelmodell und/oder das An¬ triebsmodell mit Ablaufen zu lassen.
Insbesondere bei Maschinen, wie z.B. Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen und/oder bei Robotern ist eine Anwendung der Erfindung vorteilhaft, da bei diesen Maschinen die Bearbeitungsprozesse komplex und zeitaufwendig sind. Es sei aber an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass selbstverständlich die Erfindung auch bei anderen Maschinen einsetzbar ist.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen :
FIG 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ein- richtung und
FIG 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung .
In FIG 1 ist in Form eines Blockschaltbildes eine erste Aus- führungsform der Erfindung dargestellt. Eine Steuereinrichtung 5 weist ein Sollwertberechnungsmittel 1 und ein Auswer¬ temittel 2 auf. Die Steuereinrichtung 5 steuert eine Maschine (z.B. eine Werkzeugmaschine), insbesondere steuert sie die Bewegung eines Maschinenelementes 8, das z.B. in Form eines Werkstückschlittens oder eine Werkzeughaltevorrichtung oder eines Werkzeugs vorliegen kann. Das Maschinenelement 8 kann aber auch z.B. bei einer Druckmaschine in Form einer sich drehenden Druckerwalze vorliegen. Die Steuereinrichtung 5 kann dabei in Form einer so genannten numerischen Steuerung vorliegen. Selbstverständlich weist die Steuereinrichtung 5 noch andere Elemente auf, die jedoch, da sie für das Ver¬ ständnis der vorliegenden Erfindung unwesentlich sind, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Mit Hilfe des Sollwertberechnungsmittels 1 werden im Rahmen des Ausfüh¬ rungsbeispiels Lagesollwerte xsoii, die eine zu verfahrende Sollbewegung des Maschinenelementes 8 vorgeben, als Regel¬ sollgröße an eine Regelung 4 vorgegeben. Die Regelung 4 steu- ert entsprechend einen Stromrichter 16 an, der wiederum einen Motor 6 entsprechend ansteuert, was durch entsprechende Pfei¬ le in FIG 1 angedeutet ist. Die Istlage xlst des Motors 6 wird von einem Lagegeber 15 erfasst und als Regelistgröße an die Regelung 4 zurückgeführt. Der Motor 6 bewegt über ein Getrie- be 7 das Maschinenelement 8. Die Regelung 4, der Stromrichter 16, der Motor 6, das Getriebe 7 und das Maschinenelement 8 sind im Rahmen des Ausführungsbeispiels Bestandteil einer An¬ triebseinrichtung 3. Das Sollwertberechnungsmittel 1 berech¬ net die Lagesollwerte xsoii anhand von Betriebsparametern die vom Anwender z.B. in Form einer gewünschten Bewegung vorgegeben werden. Weiterhin liegen die Betriebsparameter aber z.B. auch in Form von maximal möglichen Beschleunigungsgrenzen der Bewegung des Maschinenelements und den Leistungsdaten des Mo¬ tors 6 und/oder des Stromrichters 16 vor. Die Betriebsparame- ter der Antriebseinrichtung 3 können an die Steuereinrichtung 5 und insbesondere an das Sollwertberechnungsmittel 1 über¬ tragen werden, was durch einen Pfeil 11 angedeutet ist. Die bis jetzt beschriebene Ausführung der Steuereinrichtung 5 und der Antriebseinrichtung 3 entspricht der Ausführung wie bei einer handelsüblichen Maschine, wobei das Sollwertberechnungsmittel 1 handelsüblich in Form eines so genannten Numerischen Control Kernel (NCK). vorliegt.
Der Nachteil einer solchen handelsüblichen Maschine ist, dass wie schon eingangs erwähnt, Fehler oft erst während Bearbei- tungsprozess auftreten und erkannt werden und der Bearbei- tungsprozess infolge gestoppt werden muss.
Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, unmittelbar vor dem an der Maschine ablaufenden Bearbeitungsprozess diesen zumindest teilweise oder vollständig zu simulieren um vor dem Bearbeitungsprozess anhand der Simulationsergebnisse zu über¬ prüfen ob der reale Bearbeitungsprozess fehlerfrei durchge- führt werden wird. Dabei kann z.B. das Auftreten von Ratterschwingungen schon im Vorfeld erkannt werden und entsprechend die Betriebsparameter vor dem Starten des realen Bearbeitungsprozesses geändert werden.
Die Einrichtung weist neben der Steuereinrichtung 5 eine externe Recheneinrichtung 13 auf, die in Form von einem einzelnen Rechner oder mehreren Rechnern vorliegen kann. Die Steuereinrichtung 5 ist mit der externen Recheneinrichtung 13 zum Austausch von Daten verbunden, was durch einen Pfeil 12 dargestellt ist. Die externe Recheneinrichtung 13 weist ein Sollwertberechnungsmittelmodell 9 auf, das mit dem Sollwert¬ berechnungsmittel 1 übereinstimmt, so dass im Idealfall das Sollwertberechnungsmittelmodell 9 eine Kopie des Sollwertbe- rechnungsmittel 1 ist. Das Sollwertberechnungsmittelmodell 9 liegt somit in Form eines Virtuellen Numerical Control Ker¬ nels (VNCK) vor. Unmittelbar (z.B. 1 bis 10 Min. vorher) vor dem Start der Simulation d.h. bevor der virtuelle Bearbei- tungsprozess gestartet wird, d.h. bevor die Modelllagesoll- werte xsoiim vom Modellsollwertberechnungsmittel 9 erzeugt werden, werden die Betriebsparameter über die Verbindung 12 an das Sollwertberechnungsmittel 9 übertragen. Vom Sollwert- berechnungsmittelmodell 9 werden darauf hin Modellsollwerte Xsoiim berechnet und zur Auswertung einem Auswertemittel 2 als Eingangsgröße zugeführt. Das Auswertemittel 2 kann nun anhand der solchermaßen simulierten Modellsollwerte xsoiim mit zeit¬ lichen Vorlauf erkennen, ob beim realen Bearbeitungsprozess Störungen oder Fehler auftreten werden, so dass der reale Bearbeitungsprozess erst gar nicht gestartet wird oder aber rechtzeitig vor Auftreten von Fehlern und/oder Störungen angehalten wird, um z.B. eine drohende Kollision des Maschinenelementes 8 mit einem anderen Maschinenelement oder einem Werkstück zu vermeiden. Die simulierten Modellsollwerte xsoiim können aber auch innerhalb des Auswertemittels 2 weitergehend analysiert werden um z.B. das Auftreten von Ratterschwingungen schon im Vorfeld festzustellen. Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß FIG 1, weist die externe Recheneinrichtung 13 zusätzlich ein Antriebsmodell 10 auf, das die regelungstechnischen und/oder mechanischen Eigenschaften der Antriebseinrichtung 3 nachbildet, auf. Das Antriebsmodell 10 kann dabei z.B. in Form eines linearen Mehr-Körper-Modells, als räumliches Mehr-Körper-Modell mit Berücksichtigung der Maschinenkinematik bis hin zu einem Fi- nite-Elemente-Modell vorliegen, wobei gegebenenfalls nicht lineares Maschinenverhaltens wie Reibung und Lose ebenfalls im Modell berücksichtigt werden können. Dabei werden vorzugs¬ weise die Eigenschaften der Regelung 4, des Stromrichters 16 und des Motors 6 mit berücksichtigt.
Die vom Antriebsmodell 10 erzeugten Daten, wie z.B. entspre- chende Istwerte werden dem Sollwertberechnungsmittel 9 zuge¬ führt, was durch einen Pfeil 14 angedeutet ist. Die solcher¬ maßen erzeugten Istwerte können dann bei Bedarf an das Auswertemittel 2 weitergeleitet werden, was durch einen Pfeil 12 angedeutet ist. So kann z.B. wenn sich innerhalb des An- triebsmodells 10 eine zu hohe Temperatur z.B. eines nachge¬ bildeten Motors ergibt, diese an das Auswertemittel 2 gesandt werden, worauf dieses eine entsprechende Warnmeldung an den Bediener der Maschine ausgibt. Umgekehrt werden unmittelbar vor Start der Simulation (z.B. 1 bis 10 Min. vorher) die ak- tuellen Betriebsparameter des Sollwertberechnungsmittels und der Antriebseinrichtung 3 über die Datenleitung 12 an das Sollwertberechnungsmittelmodell 9 und an das Antriebsmodell 10 übertragen. Solchermaßen ist sichergestellt, dass das Sollwertberechnungsmittelmodell 9 und das Antriebsmodell mit den Daten der realen Maschine quasi online abgeglichen, z.B. hinsichtlich auftretender Reibung, Werkstückmasse, Regelparameter und Werkzeugzustand. Durch diesen Abgleich ist sichergestellt, dass das Sollwertberechnungsmittelmodell und das Antriebsmodell immer konsistent mit der sich veränderten rea- len Maschine und Bearbeitungstechnologie bleiben und Ihre Gültigkeit behalten. Stellt der Anwender fest, dass beim simulierten Bearbeitungs¬ prozesses Fehler auftreten, so kann er die entsprechenden Betriebsparameter unmittelbar an der Maschine ändern, einen erneuten Testdurchlauf starten und wenn dieser fehlerfrei ver- läuft, den realen Bearbeitungsprozess starten.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung können Prozessgrößen und das Prozessverhalten vorherbestimmt und gegebenenfalls Anpassungen wie z.B. eine Optimierung der Spindeldreh- zahl und/oder der Spanntiefe zur Vermeidung von Ratterschwingungen vorgenommen werden. Weiterhin können Regelparameter angepasst und optimiert werden, wenn sich z.B. Randbedingungen wie die Werkstückmasse während der Bearbeitung verändern. Die Werkstückmasse wird hierzu gemessen und anschließend die Regelparameter nach durchgeführter Simulation optimiert. Dadurch wird die Bearbeitung nicht durch aufwendige Messungen behindert. Weiterhin kann auch die Genauigkeit des Bearbei¬ tungsprozesses vor der eigentlichen Bearbeitung bestimmt und gegebenenfalls die entsprechenden Betriebsparameter wie Ge- schwindigkeit , Beschleunigung oder Ruck, der die beim Bewegungsvorgang des Maschinenelementes 8 auftreten, entsprechend verändert werden. Weiterhin können auch physikalische Größen der Maschine, die nicht direkt oder nur mit großem Aufwand gemessen werden können mit Hilfe des Modells im Vorfelds er- mittelt werden. Die Diagnosemöglichkeiten der Maschine werden damit erweitert ohne zusätzliche Messtechnik.
Die in FIG 2 dargestellte Ausführungsform entspricht von der Funktionsweise im Wesentlichen der vorstehend in FIG 1 be- schriebenen Ausführungsform. Gleiche Elemente sind daher in FIG 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in FIG 1. Der einzige wesentliche Unterschied zu der Ausführungsform gemäß FIG 1 besteht darin, dass bei der Ausführungsform gemäß FIG 2 das Sollwertberechnungsmittelmodell 9 und das Antriebs- modeil 10 integraler Bestandteil der Steuereinrichtung 5 sind. Diese Ausführungsform hat gegenüber der Ausführungsform gemäß FIG 1 den Vorteil, dass keine zusätzliche Hardware not¬ wendig ist als die ohnehin vorhandene Hardware der Steuerein- richtung 5 der Maschine. Um Rechenzeit zu sparen, ist es nicht unbedingt notwendig dass das Sollwertberechnungsmittel- modell 9 und das Antriebsmodell 10 unbedingt wie das Soll¬ wertberechnungsmittel 1 in Echtzeit abgearbeitet werden. Auf diese Weise kann die Rechenleistung gespart werden.
Es ist jedoch auch möglich während des Bearbeitungsprozesses (d.h. bei laufenden Bearbeitungsprozess) die Modellsollwerte und/oder andere Daten vom Sollwertberechnungsmittelmodell 9 und/oder dem Antriebsmodell 10 zeitlich konstant (z.B. konstant einige Minuten im Voraus) im Voraus zu berechnen um z.B. eine mögliche Kollision bei laufenden Bearbeitungspro¬ zess zeitlich im Voraus erkennen zu können und den Bearbeitungsprozess entsprechend vorausschauend verändern oder Not- falls stoppen zu können. Bei dieser Betriebsweise der Erfindung muss das Sollwertberechnungsmittelmodell 9 und falls vorhanden das Antriebsmodell 10 ebenfalls in Echtzeit ablau¬ fen .

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur Bewegungsführung eines Maschinenelements (8) einer Maschine, wobei die Einrichtung ein Sollwertbere- chungsmittel (1) aufweist, wobei das Sollwertberechungsmittel (1) Sollwerte (xsoii) bestimmt und zur Regelung eines Motors
(8) an eine Antriebseinrichtung (3) ausgibt, wobei die Ein¬ richtung ein Sollwertberechungsmittelmodell (9), das Modell¬ sollwerte (Xsoiim) bestimmt und an ein Auswertemittel (2) aus- gibt, aufweist, wobei die Modellsollwerte (xsoiim) zeitlich vor den Sollwerten (xson) vom Sollwertberechungsmittelmodell
(9) bestimmt und an das Auswertemittel (2) ausgegeben werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass das Sollwertberechungsmittel¬ modell (9) im Wesentlichen mit dem Sollwertberechnungsmittel (1) übereinstimmt.
3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die aktu¬ ellen Betriebsparameter des Sollwertberechungsmittels (1) vor Bestimmung der Modellsollwerte (xsoiim) auf das Sollwertbere¬ chungsmittelmodell (9) übertragen werden.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Soll¬ wertberechungsmittelmodell (9) die Modellsollwerte (xsoiim) an ein Antriebsmodell (10) ausgibt, wobei das Antriebsmodell
(10) die regelungstechnischen und/oder mechanischen Eigen- Schäften der Antriebseinrichtung (3) nachbildet.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die aktu¬ ellen Betriebsparameter der Antriebseinrichtung (3) vor Be- Stimmung der Modellsollwerte (xsoiim) auf das Antriebsmodell (10) übertragen werden.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die An¬ triebseinrichtung (3) eine Regelung (4) und/oder einen Strom¬ richter (16) und/oder einen Motor (6) und/oder ein Getriebe (7) und/oder das Maschinenelement (8) umfasst.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sollwert¬ berechnungsmittel (1) und das Sollwertberechungsmittelmodell (9) integraler Bestandteil einer Steuerungseinrichtung (5) zur Steuerung der Maschine ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass das das Antriebsmodell (10) integraler Bestandteil einer Steuerungseinrichtung (5) zur Steuerung der Maschine ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Sollwert- berechnungsmittel (1) integraler Bestandteil einer Steue¬ rungseinrichtung (5) zur Steuerung der Maschine ist und das Sollwertberechungsmittelmodell (9) und/oder das Antriebsmo¬ dell (10) integraler Bestandteil einer externen Rechenein¬ richtung (13) ist.
10. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine und/oder Roboter mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Verfahren zur Bewegungsführung eines Maschinenelements (8) einer Maschine, wobei mittels eines Sollwertberechungs- mittels (1) Sollwerte (xsoii) bestimmt werden und zur Regelung eines Motors (6) an eine Antriebseinrichtung (3) ausgegeben werden, wobei mittels eines Sollwertberechungsmittelmodells
(9) Modellsollwerte (xsoiim) bestimmt und an ein Auswertemit- tel (2) ausgegeben werden, wobei die Modellsollwerte (xsoiim) zeitlich vor den Sollwerten (xson) vom Sollwertberechungsmit¬ telmodell (Xsoiim) bestimmt und an das Auswertemittel (2) aus¬ gegeben werden.
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