WO2008095950A1 - Betriebsverfahren für eine produktionsmaschine, ausführbares systemprogramm, steuereinrichtung für eine producktionmachine - Google Patents

Betriebsverfahren für eine produktionsmaschine, ausführbares systemprogramm, steuereinrichtung für eine producktionmachine Download PDF

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WO2008095950A1
WO2008095950A1 PCT/EP2008/051436 EP2008051436W WO2008095950A1 WO 2008095950 A1 WO2008095950 A1 WO 2008095950A1 EP 2008051436 W EP2008051436 W EP 2008051436W WO 2008095950 A1 WO2008095950 A1 WO 2008095950A1
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WO
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control device
path
along
production machine
parameters
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PCT/EP2008/051436
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Tino Heber
Andre Heydenreich
Holger Hüfner
Raimund Kram
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34175—Overlap, between two blocks, continuous, smooth speed change, movement

Definitions

  • the present invention relates to an operating method for a production machine, which has a traversing element that can be moved by means of at least two position-controlled drives,
  • the at least two position-controlled drives can be controlled by a control device of the production machine such that the displacement element is freely movable in at least two dimensions, wherein the control device accepts a desired path along which the displacement element is to be moved,
  • control device controls the at least two position-controlled drives such that the traversing element is moved according to a desired speed course along the desired path.
  • the present invention further relates to a system program comprising machine code, which is directly executable by a control device of a production machine and whose execution by the control device causes the control device
  • At least two position-controlled drives by means of which the traversing element is freely movable in at least two dimensions, such controls that the traversing element is moved along a desired speed course along the desired path.
  • the present invention further relates to a control device for a production machine, which has a traversing element which can be moved by means of two position-controlled drives, wherein the at least two position-controlled drives be controlled by the control device such that the traversing element is freely movable in at least two dimensions, wherein the control device is configured such that it takes in operation - a desired trajectory against which the traversing element is to be moved, and
  • the at least two position-controlled drives such controls that the traversing element is moved according to a desired speed course along the desired path.
  • the present invention relates to a production machine, wherein the production machine has a traversing element, wherein the production machine has at least two position-controlled drives, by means of which the traversing element is freely movable in at least two dimensions, wherein the production machine has a control device, of which the at least two position-controlled drives are controllable.
  • Production machines are usually operated in such a way that a control device for the production machine accepts a desired path, by means of which the displacement element is to be moved.
  • the desired path can be divided into sections for this purpose.
  • the control device is also given dynamic parameters.
  • the dynamics parameters include a maximum permissible speed of the displacement element, a maximum permissible acceleration of the displacement element and, in some cases, a maximum permissible jerk of the displacement element.
  • the dynamics parameters are constant.
  • the control device determines a desired speed profile.
  • the setpoint speed profile is determined here by the fact that the dynamic parameters are maintained when the displacement element is moved along the setpoint path predetermined by the control device in accordance with the desired speed profile determined by the control device. Due to the procedure known in the prior art, the desired speed curve can often be optimized only to a limited extent. This is especially true when the optimum dynamics parameters vary significantly along the desired trajectory, for example due to kinematic conditions or for other reasons. Furthermore, in many cases it is not easy to determine the optimal dynamics parameters.
  • the object of the present invention is to provide possibilities on the basis of which a simple and effective optimization of the desired speed profile is possible with relatively little effort.
  • the object is achieved by an operating method having the features of claim 1, a system program having the features of claim 10, a control device having the features of claim 12 and a production machine having the features of claim 21.
  • the control device in the context of the operating method, receives the desired speed course in addition to the setpoint path.
  • the desired speed curve is in this case along the desired trajectory sections each defined as a continuous and at least once continuously differentiable function of a traversed along the desired trajectory path.
  • functions assigned directly to adjacent sections are continuous and at least one times continuously differentiable into each other.
  • the continuity and the constant differentiability are related to the travel path here.
  • the traversing element is traversed by the control device along the desired trajectory with this desired speed profile, which is not determined by the control device but is received by the control device.
  • the system program is designed in such a way that its execution by the control device of the production machine effects the above-described inventive operation of the production machine.
  • the system program can be stored on a data medium.
  • the control device is designed in such a way that, during operation, it carries out the operating method according to the invention described above.
  • the production machine has such a control device.
  • the functions are each determined by parameters of a parameterizable basic function of a predetermined degree of complexity which is uniform for all sections.
  • the basic function can be parameterized in a very versatile way.
  • the parameterizable basic function may comprise at least one parameterizable sine function.
  • control device per section at least partially directly receives the parameters of the respective function.
  • control device accepts pairs of values per section, each of which has a travel path and a predetermined one Trajectory associated setpoint speed or the predetermined travel associated derivative of the setpoint speed, and that the control device determines the parameters of the respective function at least partially automatically on the basis of the received value pairs.
  • the number of accepted value pairs and the number of parameters to be determined coincide with each other.
  • the parameters can be uniquely determined.
  • the number of accepted value pairs is greater than the number of parameters to be determined and the control device determines the parameters in the sense of an optimization.
  • a special embodiment of the present invention consists in that the control device accepts value pairs, each comprising a travel path and a setpoint speed associated with the predetermined travel path, and that the control device determines the setpoint speed profile on the basis of the received value pairs.
  • the functions assigned to immediately adjoining sections merge into each other at least twice in a continuously differentiable manner.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a production machine
  • FIG. 3 shows an example of a nominal path
  • 4 shows by way of example a desired speed course as a function of a trajectory traveled along the desired trajectory
  • FIG. 3 shows an example of a nominal path
  • 4 shows by way of example a desired speed course as a function of a trajectory traveled along the desired trajectory
  • FIG. 3 shows an example of a nominal path
  • 4 shows by way of example a desired speed course as a function of a trajectory traveled along the desired trajectory
  • FIGS. 5 to 10 are flowcharts.
  • a production machine has a displacement element
  • the production machine further has at least two position-controlled drives 2 to 4.
  • the displacement element 1 is freely movable in at least two dimensions.
  • the traversing element 1 can be moved by means of the three drives 2 to 4 in the three directions x, y, z of a rectangular, Cartesian coordinate system.
  • a trolley 8 On a traverse 7 of the portal 5, a trolley 8 is arranged, which is movable by means of the second drive 3 in the y-direction.
  • the third drive 4 On the trolley 8, the third drive 4 is arranged, by means of which a gripping element 9 can be moved in the z direction. The gripping element 9 ultimately corresponds to the displacement element.
  • FIG. 1 shows very clearly that the traversing element 1 can be moved freely and independently in at least two, here even three dimensions.
  • the drives 2 to 4 could move the traversing element 1 according to a kinematic transformation (see, for example, DE 103 38 302 B4).
  • the production machine furthermore has a control device 10. From the control device 10, the position-controlled drives 2 to 4 can be controlled.
  • the control device 10 is usually designed as a motion control (motion control).
  • the control device 10 is furthermore designed as a programmable control device. It therefore has a microprocessor 11 which processes a system program 12 which is stored in a memory device 13 of the control device 10.
  • the memory device 13 of the control device 10 corresponds to a data carrier in the sense of the present invention.
  • the system program 12 is executed by the microprocessor 11 of the controller 10.
  • the system program 12 has machine code 14 which can be executed directly by the control device 10 (more precisely by the microprocessor 11 of the control device 10).
  • the execution of the machine code 14 by the microprocessor 11 of the controller 10 causes the controller 10 to operate the production machine in a manner that will be described in more detail below.
  • the control device 10 initially receives in a step S1 a desired path 15, along which the displacement element 1 is to be moved.
  • the specification of the nominal path 15 to the control device 10 can be carried out in the same manner to which in the state of the art of a machine tool or generally a production machine, the sole web 15 is predetermined. It can be defined in particular by an application program 16, which is specified to the control device 10 by a user, not shown. An interactive specification of the desired path 15 by the user is possible. 3 shows a simple example of the setpoint path 15.
  • a step S2 the control device 10 continues to receive a desired speed curve 17 with which the displacement element 1 is to be moved along the setpoint path 15.
  • the options for specifying the desired speed curve 17 are the same as for specifying the desired track 15.
  • the specification of the desired speed curve 17 is independent of the presetting of the desired track 15.
  • speed curve 17, the control device 10 can therefore be specified in the same way as the desired path 15 or otherwise.
  • step S3 the control device 10 determines based on the predetermined desired path 15 and the predetermined desired speed curve 17 temporal courses of position values x (t), y (t), z (t), with which the drives 2 to 4 must be controlled so that the Verfahrelement 1 according to the (supplement: from the outside) predetermined target speed course 17 along the (supplement: also from the outside) predetermined set course 15 is moved.
  • step S4 the control device 10 controls the drives 2 to 4 in accordance with the time profiles of the position values x (t), y (t), z (t) determined in step S3. The control device 10 thus controls the position-controlled drives 2 to 4 in such a way that the displacement element 1 is moved along the setpoint path 15 in accordance with the desired speed course 17.
  • step S5 the control device 10 checks whether the desired path 15 is to be traversed again. For example, the control device 10 can check whether the desired trajectory 15 should be traversed once, several times or until the specification of an abort command by the user. Depending on the result of the examination of step S5, the control device 10 either returns to step S4 or to step S6.
  • step S6 the control device checks whether it should terminate the further processing of the system program 12. If this is the case, it terminates the further processing of the system program 12. Otherwise, the controller 10 returns to step S1.
  • the nominal trajectory 15 has a starting point A, intermediate points B to E and an end point F. Every intermediate point B to E defines a boundary between two sections 18 to 22 of the nominal path 15.
  • the target path 15 has a single section extending from the starting point A to the end point F.
  • the desired speed course 17 along the setpoint path 15 is a continuous function of a travel path s traveled along the setpoint path 15.
  • the function is continuously (at least once) continuously differentiable. Both the continuity and the constant differentiability are related to the travel s.
  • the continuity and the continuous differentiability applies both within the sections 18 to 22 and at the section boundaries B to E.
  • the setpoint speed curve 17 is therefore defined in sections along the desired path 15 as a continuous and at least once continuously differentiable function of the travel s.
  • functions which are assigned directly to adjacent sections 18 to 22 are continuous and at least once continuously differentiable into each other.
  • the control device 10 accepts the setpoint path 15 in a step S11.
  • the step Sil of FIG. 5 corresponds to the step S1 of FIG. 2.
  • the control device 10 receives the starting point A and the end point F, inter alia.
  • the control device 10 receives the intermediate points B to E counter.
  • the specification of the intermediate points B to E may again be part of the user program 16 or part of its own user program. Direct interactive input by the user is also possible.
  • steps S13 to S16 correspond to a possible implementation of step S2 of FIG. 2.
  • step S13 the control device 10 selects the first section 18, that is to say the section between the starting point A and the first intermediate point B.
  • step S14 the control device 10 accepts the setpoint course 17 for the selected section (in the first passage through step S14, that is to say for section 18).
  • step S15 the controller 10 checks if it has the
  • Step S14 has already processed for all sections 18 to 22. If not, the controller 10 proceeds to step S16. There it selects the next section, that is, for example, the section 19, which lies between the intermediate points B and C. Then, the controller 10 returns to step S14.
  • step S14 of FIG. 5 is preferably designed in accordance with FIG. According to FIG. 6, it is possible for the control device 10 to receive the parameters of the respective function (at least partially) per section 18 to 22 directly. Alternatively or additionally, it is possible for the control device 10 to receive one travel path s and one setpoint speed v * assigned to the predefined travel path s per section 18 to 22. Instead of the setpoint speed v *, the control device 10 can alternatively be given a time derivation of the setpoint speed v *, for example the acceleration or the jerk.
  • the pairs of values can be regarded as nodes of the desired function.
  • the control device 10 can therefore at least partially determine the parameters of the respective function.
  • the basic function can be simple or complex.
  • it may comprise at least one exponential function, at least one polynomial of predetermined degree, at least one sine function, etc.
  • the functions are determined such that they are continuously differentiable not only once but several times (ie twice, three times, etc.).
  • the above-mentioned components of the basic function can be additive, multiplicative or linked by division.
  • the basic function comprises a polynomial of at least fourth degree (eg fifth or sixth degree) and a sine function, the coefficients of which being parameterizable with respect to the polynomial. with respect to the sine function amplitude, period and phase position should be parameterizable and the combination of polynomial and sine function is additive.
  • the basic function comprises a polynomial of at least fourth degree (eg fifth or sixth degree) and a sine function, the coefficients of which being parameterizable with respect to the polynomial. with respect to the sine function amplitude, period and phase position should be parameterizable and the combination of polynomial and sine function is additive.
  • control device 10 first to obtain the information in a step S21 as to whether only the polynomial, only the sine function or both the polynomial and the sine function are to be parameterized.
  • step S22 furthermore, the degree of the polynomial can optionally be restricted.
  • step S23 the control device 10 checks whether the polynomial is to be parameterized. If the polynomial is to be parameterized, the controller 10 proceeds to a step S24. In step S24, the controller 10 receives the parameters of the polynomial.
  • step S25 the control device 10 checks whether the sine function is to be parameterized. If so, the controller 10 proceeds to step S26, in which it receives the parameters of the sine function.
  • step S21 If, in the course of step S21, a specification has been made such that only the polynomial is to be parameterized, the parameters of the sine function, of course, become equal
  • the coefficients of the polynomial are set equal to zero. If a degree of the polynomial smaller than the maximum possible degree of the polynomial has been defined in the step S22, the coefficients of the powers of the travel s which are greater than the desired degree predetermined in the step S22 become equal Zero set.
  • the control device 10 accepts a travel path s and a speed-related value assigned to this travel path s For example, the setpoint speed v * of this travel path s or a time derivative of the setpoint speed v * of this travel path s.
  • step S32 the controller 10 checks whether the acceptance of the value pairs has ended. If this is not the case, the control device 10 returns to step S31 and accepts another pair of values (travel s plus the speed-related value assigned to the travel s). Otherwise, the controller 10 proceeds to a step S33.
  • Step S33 is divided into sub-steps S33a and S33b in FIG. 8 for the sake of clarity.
  • the controller 10 determines the value of a logical variable OK.
  • the logical variable OK assumes the value "TRUE" if and only if the number of predefined value pairs is at least as large as the number of the parameters to be determined in the basic function.
  • control device 10 transfers to a step S34, in which an error treatment is carried out, for example, an error message can be output to the user ) another value pair is requested by the user, which is indicated by dashed lines in FIG.
  • step S35 is shown in the form of two substeps S35a and S35b in FIG.8, similar to the step S33.
  • the controller 10 determines the value of a logical variable OPTI.
  • the logical variable OPTI assumes the value "TRUE” if and only if the number of predefined value pairs is greater than the number of parameters to be determined.
  • sub-step S35b the value of the logical variable OPTI is queried.
  • step S36 the control device 10 uses the received value pairs to determine the parameters of the basic function to be determined.
  • control device 10 proceeds to a step S37 .
  • the control device 10 also determines the parameters of the basic function based on the received value pairs in step S37 However, in the context of step S37, the parameters are in the sense of optimization For example, a curve is determined such that the sum of the distances of the specific curve from the given value pairs is minimal.
  • control device 10 a part of the parameters are given (for example, the constant and the linear component of a PoIy- noms) and a (related to the travel s) frequency of a sine wave and the rest of the control device 10 z.
  • the controller 10 can determine the remaining parameters of the basic function based on the value pairs.
  • Other combinations of the two approaches are possible.
  • control device 10 can be preset in a step S38 to determine only the coefficients of the polynomial, only the parameters of the sine function or to determine both the coefficients of the polynomial and the parameters of the sine function.
  • a part of the parameters is set to the value zero in a step S39, the other parameters are determined by the control device 10 in accordance with the procedure described in connection with FIG.
  • the functions assigned to sections 18 to 22, which describe the desired speed profile 17, are continuous and continuously differentiable at least once, preferably at least twice.
  • the desired speed curve 17 should be continuous and differentiable at least not only within the sections 18 to 22 but also in the transition from section 18 to 22 to sections 18 to 22 (at least once, better at least twice). In order to achieve this, it is possible, for example, to proceed as explained below in connection with FIG. 9.
  • the controller 10 selects the first intermediate point B in a step S41.
  • the controller 10 weights the functions within the two in an interval 23 around the selected section boundary (eg, the intermediate point B) the selected intermediate point B to E adjacent sections 18 to 22 are defined. The weighting takes place in such a way that the desired transition of the desired speed profile 17 results.
  • f and g are the functions which define the desired speed course 17 as a function of the traveled travel distance s before and after the selected intermediate point B to E. With s ⁇ further the travel s is called, which was covered to the selected intermediate point B to E.
  • a new function h can be determined within the interval 23 on the basis of the functions f and g, which gradually passes from the function f to the function g.
  • a weighting according to the formula h - ( ⁇ - ⁇ n (k (s -s ⁇ ))) - f + - ( ⁇ + ⁇ n (k (s -s ⁇ ))) - g
  • the factor k must be determined such that the sine reaches its maximum or minimum at the limits of the interval 23 for the first time.
  • the factor k therefore has the value ⁇ / b if b is the width of the interval 23.
  • the width b is determined such that it covers only a narrow area in the vicinity of the respective intermediate point B to E.
  • step S43 the control device 10 checks whether it has already determined the respective transition function h for all intermediate points B to E. If this is not the case, the control device 10 proceeds to a step S44 in which it selects the next intermediate point B to E, for example the intermediate point C. Then it returns to step S42.
  • the steps S41 to S44 are executed in the Yes branch of the step S15 of FIG.
  • FIG. 10 shows a further procedure which is possible as an alternative to the procedures of FIGS. 5 to 9.
  • control device 10 initially receives the setpoint path 15 in a step S 51.
  • the step S51 corresponds to the step Sl of FIG. 2.
  • the control device 10 accepts a value pair, wherein the value pair consists of a travel path s and a target speed v *, which is assigned to the predetermined travel path s.
  • step S53 the control device 10 checks whether the specification of the value pairs is to be ended. If not If so, the controller 10 returns to step S52. Otherwise, it continues the further execution of the method with a step S54.
  • step S54 the control device 10 determines the desired speed curve 17 on the basis of the received value pairs. It carries out an interpolation between the predetermined value pairs so that the resulting desired speed curve 17 corresponds to the predetermined requirements (continuity, at least one continuous differentiability) ,
  • the traverse path s traveled along nominal path 15 corresponds to the x-coordinate and the corresponding nominal velocity v * corresponds to the y-coordinate of a two-dimensional coordinate system and a spline calculation known per se he follows.
  • the procedure according to the invention has many advantages.
  • the usual procedures for web interpolation (within the scope of determining the nominal trajectory 15 and possibly also in the context of determining the nominal velocity course 17) continue to be applicable.
  • the desired path 15 itself is freely selectable. There is no limitation to linear or circular nominal paths 15 given.

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Abstract

Ein Verfahrelement (1) einer Produktionsmaschine ist mittels mindestens zweier lagegeregelter Antriebe (2 bis 4) in mindestens zwei Dimensionen (x,y,z) frei verfahrbar. Die Antriebe (2 bis 4) sind von einer Steuereinrichtung (10) der Produktionsmaschine ansteuerbar. Die Steuereinrichtung (10) nimmt eine Sollbahn (15) entgegen, entlang derer das Verfahrelement (1) verfahren werden soll. Die Steuereinrichtung (10) nimmt weiterhin einen Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) entgegen, mit dem das Verfahrelement (1) entlang der Sollbahn (15) verfahren werden soll. Der Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) ist entlang der Sollbahn (15) abschnittweise jeweils als stetige und mindestens einmal stetig differenzierbare Funktion eines entlang der Sollbahn (15) zurückgelegten Verfahrweges definiert. In dem Fall, dass die Sollbahn (15) mehr als einen Abschnitt aufweist, gehen unmittelbar aneinander angrenzenden Abschnitten zugeordnete Funktionen stetig und mindestens einmal stetig differenzierbar ineinander über. Die Stetigkeit und die stetige Dif f erenzierbarkeit sind auf den Verfahrweg bezogen. Die Steuereinrichtung (10) steuert die mindestens zwei lagegeregelten Antriebe (2 bis 4) derart an, dass das Verfahrelement (1) entsprechend dem Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) entlang der Sollbahn (15) verfahren wird.

Description

BETRIEBSVERFAHREN FÜR EINE PRODUKTIONSMASCHINE, AUSFÜHRBARES SYSTEMPROGRAMM, STEUEREINRICHTUNG FÜR EINE PRODUCKTIONMACHINE
Beschreibung
Betriebsverfahren für eine Produktionsmaschine, ausführbares Systemprogramm, Steuereinrichtung für eine Produktionsmaschi- ne und Produktionsmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Produktionsmaschine, die ein Verfahrelement aufweist, das mittels mindestens zweier lagegeregelter Antriebe ver- fahrbar ist,
- wobei die mindestens zwei lagegeregelten Antriebe von einer Steuereinrichtung der Produktionsmaschine derart ansteuerbar sind, dass das Verfahrelement in mindestens zwei Dimensionen frei verfahrbar ist, - wobei die Steuereinrichtung eine Sollbahn entgegen nimmt, entlang derer das Verfahrelement verfahren werden soll,
- wobei die Steuereinrichtung die mindestens zwei lagegeregelten Antriebe derart ansteuert, dass das Verfahrelement entsprechend einem Sollgeschwindigkeitsverlauf entlang der Sollbahn verfahren wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Systemprogramm, das Maschinencode aufweist, der von einer Steuereinrichtung einer Produktionsmaschine unmittelbar ausführbar ist und dessen Ausführung durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung
- eine Sollbahn entgegen nimmt, entlang derer ein Verfahrelement der Produktionsmaschine verfahren werden soll, und
- mindestens zwei lagegeregelte Antriebe, mittels derer das Verfahrelement in mindestens zwei Dimensionen frei verfahrbar ist, derart ansteuert, dass das Verfahrelement entsprechend einem Sollgeschwindigkeitsverlauf entlang der Sollbahn verfahren wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinrichtung für eine Produktionsmaschine, die ein Verfahrelement aufweist, das mittels zweier lagegeregelter Antriebe verfahrbar ist, wobei die mindestens zwei lagegeregelten Antriebe von der Steuereinrichtung derart ansteuerbar sind, dass das Verfahrelement in mindestens zwei Dimensionen frei verfahrbar ist, wobei die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb - eine Sollbahn entgegen nimmt, anhand derer das Verfahrelement verfahren werden soll, und
- die mindestens zwei lagegeregelten Antriebe derart ansteuert, dass das Verfahrelement entsprechend einem Sollgeschwindigkeitsverlauf entlang der Sollbahn verfahren wird.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Produktionsmaschine, wobei die Produktionsmaschine ein Verfahrelement aufweist, wobei die Produktionsmaschine mindestens zwei lagegeregelte Antriebe aufweist, mittels derer das Verfahrelement in mindestens zwei Dimensionen frei verfahrbar ist, wobei die Produktionsmaschine eine Steuereinrichtung aufweist, von der die mindestens zwei lagegeregelten Antriebe ansteuerbar sind.
Die oben genannten Gegenstände sind allgemein bekannt.
Produktionsmaschinen werden in der Regel derart betrieben, dass eine Steuereinrichtung für die Produktionsmaschine eine Sollbahn entgegen nimmt, anhand derer das Verfahrelement verfahren werden soll. Die Sollbahn kann hierfür in Abschnitte unterteilt sein. Pro Abschnitt werden der Steuereinrichtung weiterhin Dynamikparameter vorgegeben. Die Dynamikparameter umfassen in der Regel eine maximal zulässige Geschwindigkeit des Verfahrelements, eine maximal zulässige Beschleunigung des Verfahrelements und in manchen Fällen auch einen maximal zulässigen Ruck des Verfahrelements. Innerhalb jedes Abschnitts sind die Dynamikparameter jeweils konstant. Anhand der zulässigen Dynamikparameter bestimmt die Steuereinrichtung einen Sollgeschwindigkeitsverlauf. Der Sollgeschwindigkeitsverlauf ist hierbei dadurch bestimmt, dass die Dynamik- parameter eingehalten werden, wenn das Verfahrelement entsprechend dem von der Steuereinrichtung ermittelten Sollgeschwindigkeitsverlauf entlang der der Steuereinrichtung vorgegebenen Sollbahn verfahren wird. Auf Grund der im Stand der Technik bekannten Vorgehensweise kann der Sollgeschwindigkeitsverlauf oftmals nur in begrenztem Umfang optimiert werden. Dies gilt ganz besonders dann, wenn die optimalen Dynamikparameter entlang der Sollbahn deutlich variieren, beispielsweise auf Grund von kinematischen Bedingungen oder aus sonstigen Gründen. Weiterhin ist es in vielen Fällen nicht einfach, die optimalen Dynamikparameter zu bestimmen.
Es ist theoretisch denkbar, das Abfahren der Sollbahn über eine Kopplung der lagegeregelten Antriebe an eine sogenannte virtuelle Achse zu bewirken. Diese Vorgehensweise bringt jedoch bezüglich der Optimierung des Sollgeschwindigkeitsverlaufs keine Vorteile. Weiterhin ist diese Vorgehensweise mit vernünftigem Aufwand nur für geometrisch einfache Sollbahnen (z. B. lineare Verfahrbewegungen oder zirkuläre Verfahrbewegungen) realisierbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mög- lichkeiten zu schaffen, auf Grund derer mit relativ geringem Aufwand eine einfache und wirksame Optimierung des Sollgeschwindigkeitsverlaufs möglich ist.
Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkma- len des Anspruchs 1, ein Systemprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 10, eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und eine Produktionsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst.
Erfindungsgemäß nimmt die Steuereinrichtung im Rahmen des Betriebsverfahrens zusätzlich zur Sollbahn den Sollgeschwindigkeitsverlauf entgegen. Der Sollgeschwindigkeitsverlauf ist hierbei entlang der Sollbahn abschnittweise jeweils als stetige und mindestens einmal stetig differenzierbare Funktion eines entlang der Sollbahn zurückgelegten Verfahrweges definiert. In dem Fall, dass die Sollbahn mehr als einen Abschnitt aufweist, gehen unmittelbar aneinander angrenzenden Abschnitten zugeordnete Funktionen stetig und mindestens ein- mal stetig differenzierbar ineinander über. Die Stetigkeit und die stetige Differenzierbarkeit sind hierbei auf den Verfahrweg bezogen. Mit diesem von der Steuereinrichtung nicht ermittelten, sondern von der Steuereinrichtung entgegen ge- nommenen Sollgeschwindigkeitsverlauf wird das Verfahrelement von der Steuereinrichtung entlang der Sollbahn verfahren.
Das Systemprogramm ist derart ausgestaltet, dass seine Ausführung durch die Steuereinrichtung der Produktionsmaschine den obenstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Betrieb der Produktionsmaschine bewirkt. Das Systemprogramm kann auf einem Datenträger gespeichert sein.
Die Steuereinrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie im Betrieb das obenstehend beschriebene, erfindungsgemäße Betriebsverfahren ausführt. Die Produktionsmaschine weist eine derartige Steuereinrichtung auf.
Es ist möglich, dass die Funktion bzw. die Funktionen durch einen Anwender direkt oder indirekt frei vorgegeben werden.
Vorzugsweise jedoch sind die Funktionen jeweils durch Parameter einer für alle Abschnitte einheitlichen parametrierbaren Grundfunktion eines vorbestimmten Komplexitätsgrades bestimmt .
Die Grundfunktion kann in sehr vielseitigem Umfang paramet- rierbar sein. Vorzugsweise umfasst die parametrierbare Grundfunktion ein parametrierbares Polynom mindestens vierten Grades (4. Grad = die 4. Potenz des Verfahrweges ist die höchste vorkommende Potenz) . Alternativ oder zusätzlich kann die parametrierbare Grundfunktion mindestens eine parametrierbare Sinusfunktion umfassen.
Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung pro Abschnitt die Parameter der jeweiligen Funktion zumindest teilweise direkt entgegen nimmt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Steuereinrichtung pro Abschnitt Wertepaare entgegen nimmt, die jeweils einen Verfahrweg und eine dem vorgegebenen Verfahrweg zugeordnete Sollgeschwindigkeit oder eine dem vorgegebenen Verfahrweg zugeordnete Ableitung der Sollgeschwindigkeit umfassen, und dass die Steuereinrichtung die Parameter der jeweiligen Funktion zumindest teilweise selbsttätig anhand der entgegen genommenen Wertepaare bestimmt.
Im letztgenannten Fall ist es möglich, dass die Anzahl der entgegen genommenen Wertepaare und die Anzahl der zu bestimmenden Parameter miteinander übereinstimmen. In diesem Fall können die Parameter eindeutig bestimmt werden. Alternativ ist es möglich, dass die Anzahl an entgegen genommenen Wertepaaren größer als die Anzahl an zu bestimmenden Parametern ist und die Steuereinrichtung die Parameter im Sinne einer Optimierung bestimmt.
Eine spezielle Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Steuereinrichtung Wertepaare entgegen nimmt, die jeweils einen Verfahrweg und eine dem vorgegebenen Verfahrweg zugeordnete Sollgeschwindigkeit umfassen, und dass die Steuereinrichtung den Sollgeschwindigkeitsverlauf anhand der entgegen genommenen Wertepaare bestimmt.
Die einfach stetige Differenzierbarkeit der Funktionen ist ein Minimalerfordernis. Besser ist es, wenn jede Funktion mindestens zweimal stetig differenzierbar ist und in dem
Fall, dass die Sollbahn mehr als einen Abschnitt aufweist, die unmittelbar aneinander angrenzenden Abschnitten zugeordneten Funktionen mindestens zweimal stetig differenzierbar ineinander übergehen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnung. Es zeigt in Prinzipdarstellung:
FIG 1 ein Blockschaltbild einer Produktionsmaschine,
FIG 2 ein Ablaufdiagramm,
FIG 3 beispielhaft eine Sollbahn, FIG 4 beispielhaft einen Sollgeschwindigkeitsverlauf als Funktion eines entlang der Sollbahn zurückgelegten Verfahrweges und
FIG 5 bis 10 Ablaufdiagramme .
Gemäß FIG 1 weist eine Produktionsmaschine ein Verfahrelement
1 auf. Die Produktionsmaschine weist weiterhin mindestens zwei lagegeregelte Antriebe 2 bis 4 auf. Mittels der lagegeregelten Antriebe 2 bis 4 ist das Verfahrelement 1 in mindes- tens zwei Dimensionen frei verfahrbar. Beispielsweise kann das Verfahrelement 1 mittels der drei Antriebe 2 bis 4 in den drei Richtungen x, y, z eines rechtwinkligen, kartesischen Koordinatensystems verfahrbar sein.
Gemäß dem Beispiel von FIG 1 ist mittels des ersten Antriebs
2 ein Portal 5 auf Schienen 6 in x-Richtung verfahrbar. An einer Traverse 7 des Portals 5 ist eine Laufkatze 8 angeordnet, die mittels des zweiten Antriebs 3 in y-Richtung verfahrbar ist. Auf der Laufkatze 8 ist der dritte Antrieb 4 an- geordnet, mittels dessen ein Greifelement 9 in z-Richtung verfahrbar ist. Das Greifelement 9 entspricht letztlich dem Verfahrelement 1.
Die Ausgestaltung von FIG 1 zeigt sehr anschaulich, dass das Verfahrelement 1 frei und unabhängig in mindestens zwei - hier sogar - drei Dimensionen verfahrbar ist. Es sind jedoch ohne weiteres auch andere Ausgestaltungen möglich und denkbar. Insbesondere könnten die Antriebe 2 bis 4 das Verfahrelement 1 gemäß einer kinematischen Transformation (siehe beispielsweise die DE 103 38 302 B4) verfahren.
Die Produktionsmaschine weist weiterhin eine Steuereinrichtung 10 auf. Von der Steuereinrichtung 10 sind die lagegeregelten Antriebe 2 bis 4 ansteuerbar. Die Steuereinrichtung 10 ist in der Regel als Bewegungssteuerung (motion control) ausgebildet . Die Steuereinrichtung 10 ist in der Regel weiterhin als programmierbare Steuereinrichtung ausgebildet. Sie weist daher einen Mikroprozessor 11 auf, der ein Systemprogramm 12 abarbeitet, das in einer Speichereinrichtung 13 der Steuerein- richtung 10 hinterlegt ist. Die Speichereinrichtung 13 der Steuereinrichtung 10 entspricht einem Datenträger im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Das Systemprogramm 12 wird von dem Mikroprozessor 11 der Steuereinrichtung 10 ausgeführt. Das Systemprogramm 12 weist Maschinencode 14 auf, der von der Steuereinrichtung 10 (genauer: vom Mikroprozessor 11 der Steuereinrichtung 10) unmittelbar ausführbar ist. Die Ausführung des Maschinencodes 14 durch den Mikroprozessor 11 der Steuereinrichtung 10 bewirkt, dass die Steuereinrichtung 10 die Produktionsmaschine auf eine Weise betreibt, die nachfolgend näher erläutert werden wird.
Gemäß FIG 2 nimmt die Steuereinrichtung 10 zunächst in einem Schritt Sl eine Sollbahn 15 entgegen, entlang derer das Verfahrelement 1 verfahren werden soll. Die Vorgabe der Sollbahn 15 an die Steuereinrichtung 10 kann auf die gleiche Art und Weise erfolgen, auf die im Stand der Technik einer Werkzeugmaschine oder allgemein einer Produktionsmaschine die SoIl- bahn 15 vorgegeben wird. Sie kann insbesondere durch ein Anwenderprogramm 16 definiert sein, das der Steuereinrichtung 10 von einem nicht dargestellten Anwender vorgegeben wird. Auch eine interaktive Vorgabe der Sollbahn 15 durch den Anwender ist möglich. FIG 3 zeigt ein einfaches Beispiel der Sollbahn 15.
In einem Schritt S2 nimmt die Steuereinrichtung 10 weiterhin einen Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 entgegen, mit dem das Verfahrelement 1 entlang der Sollbahn 15 verfahren werden soll. Die Möglichkeiten zur Vorgabe des Sollgeschwindigkeitsverlaufs 17 sind die gleichen wie zur Vorgabe der Sollbahn 15. Die Vorgabe des Sollgeschwindigkeitsverlaufs 17 ist jedoch unabhängig von der Vorgabe der Sollbahn 15. Der Sollge- schwindigkeitsverlauf 17 kann der Steuereinrichtung 10 daher auf die gleiche Weise vorgegeben werden wie die Sollbahn 15 oder auf andere Weise.
In einem Schritt S3 bestimmt die Steuereinrichtung 10 anhand der vorgegebenen Sollbahn 15 und des vorgegebenen Sollgeschwindigkeitsverlaufs 17 zeitliche Verläufe von Lagewerten x(t), y(t), z (t) , mit denen die Antriebe 2 bis 4 angesteuert werden müssen, damit das Verfahrelement 1 entsprechend dem (ergänze: von außen) vorgegebenen Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 entlang der (ergänze: ebenfalls von außen) vorgegebenen Sollbahn 15 verfahren wird. In einem Schritt S4 steuert die Steuereinrichtung 10 die Antriebe 2 bis 4 entsprechend den im Schritt S3 ermittelten zeitlichen Verläufen der Lagewerte x(t), y(t), z (t) an. Die Steuereinrichtung 10 steuert also die lagegeregelten Antriebe 2 bis 4 derart an, dass das Verfahrelement 1 entsprechend dem Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 entlang der Sollbahn 15 verfahren wird.
In einem Schritt S5 überprüft die Steuereinrichtung 10, ob die Sollbahn 15 nochmals durchlaufen werden soll. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 10 überprüfen, ob die Sollbahn 15 einmal, mehrfach oder bis zur Vorgabe eines Abbruchbefehls durch den Anwender durchlaufen werden soll. Je nach dem Ergebnis der Prüfung des Schrittes S5 geht die Steuereinrichtung 10 entweder zum Schritt S4 zurück oder zu einem Schritt S6 über.
Im Schritt S6 prüft die Steuereinrichtung, ob sie die weitere Abarbeitung des Systemprogramms 12 beenden soll. Wenn dies der Fall ist, beendet sie die weitere Abarbeitung des Systemprogramms 12. Anderenfalls geht die Steuereinrichtung 10 zum Schritt Sl zurück.
Gemäß FIG 3, das beispielhaft eine einfache Sollbahn 15 zeigt, weist die Sollbahn 15 einen Startpunkt A, Zwischenpunkte B bis E und einen Endpunkt F auf. Jeder Zwischenpunkt B bis E definiert eine Grenze zwischen je zwei Abschnitten 18 bis 22 der Sollbahn 15.
Gemäß FIG 3 sind vier Zwischenpunkte B bis E vorhanden. Die Lage und die Anzahl der Zwischenpunkte B bis E ist jedoch nahezu beliebig. Insbesondere ist es möglich, dass kein einziger Zwischenpunkt B bis E vorhanden ist. In diesem Fall weist die Sollbahn 15 einen einzigen Abschnitt auf, der sich vom Startpunkt A bis zum Endpunkt F erstreckt.
Gemäß FIG 4 ist der Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 entlang der Sollbahn 15 eine stetige Funktion eines entlang der Sollbahn 15 zurückgelegten Verfahrweges s. Die Funktion ist weiterhin (mindestens einmal) stetig differenzierbar. Sowohl die Stetigkeit als auch die stetige Differenzierbarkeit sind hierbei auf den Verfahrweg s bezogen. Die Stetigkeit und die stetige Differenzierbarkeit gilt sowohl innerhalb der Abschnitte 18 bis 22 als auch an den Abschnittgrenzen B bis E. Der Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 ist daher entlang der Sollbahn 15 abschnittweise als stetige und mindestens einmal stetig differenzierbare Funktion des Verfahrweges s definiert. In dem Fall, dass die Sollbahn 15 mehr als einen Abschnitt 18 bis 22 aufweist, gehen weiterhin Funktionen, die unmittelbar aneinander angrenzenden Abschnitten 18 bis 22 zu- geordnet sind (beispielsweise die den Abschnitt 18 und 19 zugeordneten Funktionen) stetig und mindestens einmal stetig differenzierbar ineinander über.
Es ist theoretisch möglich, den Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 als Funktion des Verfahrweges s im Rahmen einer einzigen, hinreichend komplexen Funktion über die gesamte Sollbahn 15 zu definieren. In aller Regel ist es jedoch erheblich effizienter, die Funktionen jeweils durch Parameter einer für alle Abschnitte 18 bis 22 einheitlichen parametrierbaren Grund- funktion eines vorbestimmten Komplexitätsgrades zu bestimmen. Dies wird nachfolgend in Verbindung mit FIG 5 näher erläutert. Gemäß FIG 5 nimmt die Steuereinrichtung 10 in einem Schritt Sil die Sollbahn 15 entgegen. Der Schritt Sil von FIG 5 entspricht dem Schritt Sl von FIG 2. Im Rahmen des Schrittes Sil nimmt die Steuereinrichtung 10 unter anderem den Startpunkt A und den Endpunkt F entgegen.
In einem Schritt S12 nimmt die Steuereinrichtung 10 die Zwischenpunkte B bis E entgegen. Die Vorgabe der Zwischenpunkte B bis E kann wieder Bestandteil des Anwenderprogramms 16 oder Bestandteil eines eigenen Anwenderprogramms sein. Auch eine direkte interaktive Eingabe durch den Anwender ist möglich.
Nachfolgend ausgeführte Schritte S13 bis S16 entsprechen einer möglichen Implementierung des Schrittes S2 von FIG 2.
Im Schritt S13 selektiert die Steuereinrichtung 10 den ersten Abschnitt 18, also den Abschnitt zwischen dem Startpunkt A und dem ersten Zwischenpunkt B.
Im Schritt S14 nimmt die Steuereinrichtung 10 für den selektierten Abschnitt (beim ersten Durchlaufen des Schrittes S14 also für den Abschnitt 18) den Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 entgegen .
Im Schritt S15 prüft die Steuereinrichtung 10, ob sie den
Schritt S14 bereits für alle Abschnitte 18 bis 22 abgearbeitet hat. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 10 zum Schritt S16 über. Dort selektiert sie den nächsten Abschnitt, also beispielsweise den Abschnitt 19, der zwischen den Zwischenpunkten B und C liegt. Sodann geht die Steuereinrichtung 10 zum Schritt S14 zurück.
Wenn hingegen im Rahmen des Schrittes S14 bereits für alle Abschnitte 18 bis 22 der Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 ent- gegen genommen wurde, ist das Verfahren gemäß FIG 5 beendet. Es folgen die Schritte S3 bis S6 von FIG 2. Der Schritt S14 von FIG 5 ist vorzugsweise entsprechend FIG 6 ausgestaltet. Gemäß FIG 6 ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 10 pro Abschnitt 18 bis 22 die Parameter der jeweiligen Funktion (zumindest teilweise) direkt entgegen nimmt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 10 pro Abschnitt 18 bis 22 jeweils einen Verfahrweg s und eine dem vorgegebenen Verfahrweg s zugeordnete Sollgeschwindigkeit v* entgegen nimmt. Anstelle der Sollgeschwindigkeit v* kann der Steuereinrichtung 10 alternativ ei- ne zeitliche Ableitung der Sollgeschwindigkeit v* vorgegeben werden, beispielsweise die Beschleunigung oder der Ruck.
Jeder Verfahrweg s entlang der Sollbahn 15 bildet zusammen mit dem dem jeweiligen Verfahrweg s zugeordneten geschwindig- keitsbezogenen Wert (Sollgeschwindigkeit v* oder zeitliche
Ableitung der Sollgeschwindigkeit v*) ein Wertepaar. Die Wertepaare können als Stützstellen der gesuchten Funktion angesehen werden. Anhand der entgegen genommenen Wertepaare kann die Steuereinrichtung 10 daher die Parameter der jeweiligen Funktion zumindest teilweise ermitteln. Diese Vorgehensweisen werden nachfolgend in Verbindung mit den FIG 7 und 8 näher erläutert .
Die Grundfunktion kann - je nach Ausgestaltung der vorliegen- den Erfindung - einfach oder komplex ausgestaltet sein. Beispielsweise kann sie mindestens eine Exponentialfunktion umfassen, mindestens ein Polynom vorbestimmten Grades, mindestens eine Sinusfunktion usw. Vorzugsweise sind die Funktionen derart bestimmt, dass sie nicht nur einmal, sondern mehrfach (also zweimal, dreimal usw.) stetig differenzierbar sind. Die oben erwähnten Bestandteile der Grundfunktion können additiv, multiplikativ oder durch Division miteinander verknüpft sein.
Um die erfindungsgemäße Vorgehensweise näher zu erläutern, sei beispielhaft angenommen, dass die Grundfunktion ein Polynom mindestens vierten Grades (z. B. fünften oder sechsten Grades) und eine Sinusfunktion umfasst, wobei bezüglich des Polynoms dessen Koeffizienten parametrierbar sein sollen, be- züglich der Sinusfunktion Amplitude, Periode und Phasenlage parametrierbar sein sollen und die Verknüpfung von Polynom und Sinusfunktion additiv ist. Der guten Ordnung halber wird jedoch nochmals darauf hingewiesen, dass diese Annahmen rein beispielhaft sind und lediglich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung dienen.
Gemäß FIG 7 ist es beispielsweise möglich, dass die Steuereinrichtung 10 sich in einem Schritt S21 zunächst die Infor- mation verschafft, ob nur das Polynom, nur die Sinusfunktion oder sowohl das Polynom als auch die Sinusfunktion paramet- riert werden sollen.
In einem optionalen Schritt S22 kann weiterhin gegebenenfalls der Grad des Polynoms beschränkt werden.
In einem Schritt S23 prüft die Steuereinrichtung 10, ob das Polynom parametriert werden soll. Wenn das Polynom paramet- riert werden soll, geht die Steuereinrichtung 10 zu einem Schritt S24 über. Im Schritt S24 nimmt die Steuereinrichtung 10 die Parameter des Polynoms entgegen.
In einem Schritt S25 prüft die Steuereinrichtung 10, ob die Sinusfunktion parametriert werden soll. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 10 zu einem Schritt S26 über, in dem sie die Parameter der Sinusfunktion entgegen nimmt.
Falls im Rahmen des Schrittes S21 eine Vorgabe derart erfolgte, dass nur das Polynom parametriert werden soll, werden selbstverständlich die Parameter der Sinusfunktion gleich
Null gesetzt. Wenn umgekehrt nur die Sinusfunktion parametriert werden soll, werden die Koeffizienten des Polynoms gleich Null gesetzt. Wenn im Rahmen des Schrittes S22 ein Grad des Polynoms definiert wurde, der kleiner als der maxi- mal mögliche Grad des Polynoms ist, werden die Koeffizienten der Potenzen des Verfahrweges s, die größer als der im Rahmen des Schrittes S22 vorgegebene gewünschte Grad sind, gleich Null gesetzt. Sozusagen als „Gegenstück" zur Ausgestaltung von FIG 7 ist es gemäß FIG 8 alternativ möglich, dass die Steuereinrichtung 10 in einem Schritt S31 einen Verfahrweg s und einen diesem Verfahrweg s zugeordneten geschwindigkeitsbezogenen Wert entge- gen nimmt. Der geschwindigkeitsbezogene Wert kann, wie bereits erwähnt, beispielsweise die Sollgeschwindigkeit v* dieses Verfahrweges s oder eine zeitliche Ableitung der Sollgeschwindigkeit v* dieses Verfahrweges s sein.
In einem Schritt S32 prüft die Steuereinrichtung 10, ob das Entgegennehmen der Wertepaare beendet ist. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 10 zum Schritt S31 zurück und nimmt ein weiteres Wertepaar (Verfahrweg s plus dem Verfahrweg s zugeordneter geschwindigkeitsbezogener Wert) entgegen. Anderenfalls geht die Steuereinrichtung 10 zu einem Schritt S33 über.
Der Schritt S33 ist in FIG 8 der Übersichtlichkeit halber in Teilschritte S33a und S33b aufgeteilt. Im Teilschritt S33a ermittelt die Steuereinrichtung 10 den Wert einer logischen Variablen OK. Die logische Variable OK nimmt den Wert „WAHR" dann und nur dann an, wenn die Anzahl an vorgegebenen Wertepaaren mindestens so groß wie die Anzahl der zu bestimmenden Parameter der Grundfunktion ist. Im Teilschritt S33b erfolgt die Abfrage des Wertes der logischen Variablen OK.
Wenn die logische Variable OK nicht den Wert „WAHR" aufweist, geht die Steuereinrichtung 10 zu einem Schritt S34 über, in dem eine Fehlerbehandlung erfolgt. Beispielsweise kann an den Anwender eine Fehlermeldung ausgegeben werden. Im Falle der interaktiven Vorgabe der Wertepaare kann weiterhin (mindestens) ein weiteres Wertepaar vom Anwender angefordert werden. Dies ist in FIG 8 gestrichelt angedeutet.
Wenn die logische Variable OK den Wert „WAHR" aufweist, geht die Steuereinrichtung 10 zu einem Schritt S35 über. Der Schritt S35 ist - analog zum Schritt S33 - in FIG 8 in Form von zwei Teilschritten S35a und S35b dargestellt. Im Teilschritt S35a ermittelt die Steuereinrichtung 10 den Wert einer logischen Variablen OPTI. Die logische Variable OPTI nimmt den Wert „WAHR" dann und nur dann an, wenn die Anzahl an vorgegebenen Wertepaaren größer als die Anzahl an zu bestimmenden Parametern ist. Im Teilschritt S35b erfolgt die Abfrage des Wertes der logischen Variablen OPTI.
Wenn die logische Variable OPTI den Wert „UNWAHR" aufweist, geht die Steuereinrichtung 10 zu einem Schritt S36 über. Im Schritt S36 bestimmt die Steuereinrichtung 10 anhand der entgegen genommenen Wertepaare die zu bestimmenden Parameter der Grundfunktion. Die Parameter werden hierbei exakt bestimmt.
Wenn die logische Variable OPTI den Wert „WAHR" aufweist, geht die Steuereinrichtung 10 zu einem Schritt S37 über. Auch im Schritt S37 bestimmt die Steuereinrichtung 10 anhand der entgegen genommenen Wertepaare die Parameter der Grundfunktion. Im Unterschied zum Schritt S36 bestimmt die Steuereinrichtung 10 im Rahmen des Schrittes S37 die Parameter jedoch im Sinne einer Optimierung. Es wird beispielsweise ein Kurvenverlauf derart bestimmt, dass die Summe der Abstände des bestimmten Kurvenverlaufs von den vorgegebenen Wertepaaren minimal ist. Derartige Verfahren sind allgemein bekannt, beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate.
Auch Kombinationen der obenstehend beschriebenen Vorgehensweisen sind möglich. So kann beispielsweise der Steuereinrichtung 10 ein Teil der Parameter vorgegeben werden (beispielsweise der konstante und der Linearanteil eines PoIy- noms) sowie eine (auf den Verfahrweg s bezogene) Frequenz einer Sinusschwingung und im Übrigen der Steuereinrichtung 10 z. B. fünf oder sechs Wertepaare vorgegeben werden, so dass die Steuereinrichtung 10 die verbleibenden Parameter der Grundfunktion anhand der Wertepaare bestimmen kann. Auch an- dere Kombinationen der beiden Vorgehensweisen sind möglich.
Beispielsweise kann (siehe FIG 8) der Steuereinrichtung 10 in einem Schritt S38 vorgegeben werden, ob sie nur die Koeffizienten des Polynoms, nur die Parameter der Sinusfunktion oder sowohl die Koeffizienten des Polynoms als auch die Parameter der Sinusfunktion bestimmen soll. Je nach Vorgabe wird ein Teil der Parameter in einem Schritt S39 auf den Wert Null gesetzt, die anderen Parameter werden von der Steuereinrich- tung 10 gemäß der in Verbindung mit FIG 8 beschriebenen Vorgehensweise bestimmt.
Wie bereits erwähnt, sind die den Abschnitten 18 bis 22 zugeordneten Funktionen, welche den Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 beschreiben, stetig und mindestens einmal, besser mindestens zweimal, stetig differenzierbar. Der Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 soll jedoch nicht nur innerhalb der Abschnitte 18 bis 22, sondern auch im Übergang von Abschnitt 18 bis 22 zu Abschnitt 18 bis 22 stetig und (mindestens einmal, bes- ser mindestens zweimal) stetig differenzierbar sein. Um dies zu erreichen, kann beispielsweise so vorgegangen werden, wie dies nachfolgend in Verbindung mit FIG 9 erläutert wird.
Gemäß FIG 9 selektiert die Steuereinrichtung 10 in einem Schritt S41 den ersten Zwischenpunkt B. In einem Schritt S42 wichtet die Steuereinrichtung 10 in einem Intervall 23 um die selektierte Abschnittsgrenze (z. B. den Zwischenpunkt B) herum die Funktionen, die innerhalb der beiden an den selektierten Zwischenpunkt B bis E angrenzenden Abschnitten 18 bis 22 definiert sind. Die Wichtung erfolgt derart, dass sich der gewünschte Übergang des Sollgeschwindigkeitsverlaufs 17 ergibt. Beispielhaft sei angenommen, dass f und g die Funktionen sind, die den Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 als Funktion des zurückgelegten Verfahrweges s vor und hinter dem selek- tierten Zwischenpunkt B bis E definieren. Mit sθ sei weiterhin der Verfahrweg s bezeichnet, der bis zum selektierten Zwischenpunkt B bis E zurückgelegt wurde. In diesem Fall kann beispielsweise innerhalb des Intervalls 23 anhand der Funktionen f und g eine neue Funktion h ermittelt werden, die all- mählich von der Funktion f in die Funktion g übergeht. Beispielsweise kann eine Wichtung gemäß der Formel h = -(\-ήn(k(s -sθ)))-f+-(\+ήn(k(s -sθ)))-g
erfolgen. Auch andere Übergangsfunktionen sind denkbar.
Gemäß dem gegebenen Beispiel (siehe obige Formel) muss der Faktor k derart bestimmt sein, dass der Sinus an den Grenzen des Intervalls 23 jeweils erstmals sein Maximum bzw. Minimum erreicht. Der Faktor k weist daher den Wert π/b auf, wenn b die Breite des Intervalls 23 ist. Die Breite b ist derart be- stimmt, dass sie nur einen engen Bereich in der Nähe des jeweiligen Zwischenpunkts B bis E überdeckt.
In einem Schritt S43 prüft die Steuereinrichtung 10, ob sie die jeweilige Übergangsfunktion h bereits für alle Zwischen- punkte B bis E ermittelt hat. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 10 zu einem Schritt S44 über, in dem sie den nächsten Zwischenpunkt B bis E, beispielsweise den Zwischenpunkt C, selektiert. Sodann geht sie zum Schritt S42 zurück.
Die Schritte S41 bis S44 werden im Ja-Zweig des Schrittes S15 von FIG 5 ausgeführt.
FIG 10 zeigt eine weitere Vorgehensweise, die alternativ zu den Vorgehensweisen der FIG 5 bis 9 möglich ist.
Gemäß FIG 10 nimmt die Steuereinrichtung 10 zunächst in einem Schritt S51 die Sollbahn 15 entgegen. Der Schritt S51 entspricht dem Schritt Sl von FIG 2.
In einem Schritt S52 nimmt die Steuereinrichtung 10 ein Wertepaar entgegen, wobei das Wertepaar aus einem Verfahrweg s und einer Sollgeschwindigkeit v* besteht, die dem vorgegebenen Verfahrweg s zugeordnet ist.
In einem Schritt S53 prüft die Steuereinrichtung 10, ob die Vorgabe der Wertepaare beendet werden soll. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 10 zum Schritt S52 zurück. Anderenfalls setzt sie die weitere Ausführung des Verfahrens mit einem Schritt S54 fort.
Im Schritt S54 bestimmt die Steuereinrichtung 10 anhand der entgegen genommenen Wertepaare den Sollgeschwindigkeitsverlauf 17. Sie führt hierbei eine Interpolation zwischen den vorgegebenen Wertepaaren durch, so dass der sich ergebende Sollgeschwindigkeitsverlauf 17 den vorbestimmten Anforderun- gen (Stetigkeit, mindestens einmalige stetige Differenzier- barkeit) entspricht. Man kann sich die Implementierung des Schrittes S54 derart vorstellen, dass der entlang der Sollbahn 15 zurückgelegte Verfahrweg s der x-Koordinate und die korrespondierende Sollgeschwindigkeit v* der y-Koordinate ei- nes zweidimensionalen Koordinatensystems entspricht und eine - an sich bekannte - Spline-Berechnung erfolgt.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise weist viele Vorteile auf. Insbesondere sind die üblichen Vorgehensweisen zur Bahninter- polation (im Rahmen der Ermittlung der Sollbahn 15 und gegebenenfalls auch im Rahmen der Ermittlung des Sollgeschwindigkeitsverlaufs 17) weiterhin anwendbar. Die Sollbahn 15 selbst ist frei wählbar. Es ist keine Beschränkung auf lineare oder zirkuläre Sollbahnen 15 gegeben.
Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren für eine Produktionsmaschine, die ein Verfahrelement (1) aufweist, das mittels mindestens zweier lagegeregelter Antriebe (2 bis 4) verfahrbar ist, wobei die mindestens zwei lagegeregelten Antriebe (2 bis 4) von einer Steuereinrichtung (10) der Produktionsmaschine derart ansteuerbar sind, dass das Verfahrelement (1) in mindestens zwei Dimensionen (x,y,z) frei verfahrbar ist, - wobei die Steuereinrichtung (10) eine Sollbahn (15) entgegen nimmt, entlang derer das Verfahrelement (1) verfahren werden soll,
- wobei die Steuereinrichtung (10) weiterhin einen Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) entgegen nimmt, mit dem das Ver- fahrelement (1) entlang der Sollbahn (15) verfahren werden soll,
- wobei der Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) entlang der Sollbahn (15) abschnittweise jeweils als stetige und mindestens einmal stetig differenzierbare Funktion eines ent- lang der Sollbahn (15) zurückgelegten Verfahrweges (s) definiert ist,
- wobei in dem Fall, dass die Sollbahn (15) mehr als einen Abschnitt (18 bis 22) aufweist, unmittelbar aneinander angrenzenden Abschnitten (18 bis 22) zugeordnete Funktionen stetig und mindestens einmal stetig differenzierbar ineinander übergehen,
- wobei die Stetigkeit und die stetige Differenzierbarkeit auf den Verfahrweg (s) bezogen sind,
- wobei die Steuereinrichtung (10) die mindestens zwei lage- geregelten Antriebe (2 bis 4) derart ansteuert, dass das
Verfahrelement (1) entsprechend dem Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) entlang der Sollbahn (15) verfahren wird.
2. Betriebsverfahren 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 die Funktionen jeweils durch
Parameter einer für alle Abschnitte (18 bis 22) einheitlichen parametrierbaren Grundfunktion eines vorbestimmten Komplexitätsgrades bestimmt sind.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die parametrierbare Grund¬ funktion ein parametrierbares Polynom mindestens vierten Gra¬ des umfasst.
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die parametrierbare Grundfunktion mindestens eine parametrierbare Sinusfunktion umfasst .
5. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuer¬ einrichtung (10) pro Abschnitt (18 bis 22) die Parameter der jeweiligen Funktion zumindest teilweise direkt entgegen nimmt.
6. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (10) pro Abschnitt (18 bis 22) Wertepaare entgegen nimmt, die jeweils einen Verfahrweg (s) und eine dem vorgegebenen Verfahrweg (s) zugeordnete Sollgeschwindigkeit (v*) oder eine dem vorgegebenen Verfahrweg (s) zugeordnete Ableitung der Sollgeschwindigkeit (v*) umfassen, und dass die Steuereinrichtung (10) die Parameter der jeweiligen Funktion zumindest teilweise selbsttätig anhand der entgegen genomme¬ nen Wertepaare bestimmt.
7. Betriebsverfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anzahl an entgegen ge- nommenen Wertepaaren größer als die Anzahl an zu bestimmenden Parametern ist und dass die Steuereinrichtung (10) die Parameter im Sinne einer Optimierung bestimmt.
8. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuer¬ einrichtung (10) Wertepaare entgegen nimmt, die jeweils einen Verfahrweg (s) und eine dem vorgegebenen Verfahrweg (s) zuge¬ ordnete Sollgeschwindigkeit (v*) umfassen, und dass die Steu- ereinrichtung (10) den Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) anhand der entgegen genommenen Wertepaare bestimmt.
9. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jede Funktion mindestens zweimal stetig differenzierbar ist und dass in dem Fall, dass die Sollbahn (15) mehr als einen Abschnitt (18 bis 22) aufweist, die unmittelbar aneinander angrenzenden Abschnitten (18 bis 22) zugeordneten Funktionen mindestens zweimal stetig differenzierbar ineinander übergehen .
10. Systemprogramm, das Maschinencode (14) aufweist, der von einer Steuereinrichtung (10) einer Produktionsmaschine unmit- telbar ausführbar ist und dessen Ausführung durch die Steuereinrichtung (10) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (10) - eine Sollbahn (15) entgegen nimmt, entlang derer ein Verfahrelement (1) der Produktionsmaschine verfahren werden soll, - weiterhin einen Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) entgegen nimmt, mit dem das Verfahrelement (1) entlang der Sollbahn (15) verfahren werden soll, -- wobei der Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) entlang der
Sollbahn (15) abschnittweise jeweils als stetige und mindestens einmal stetig differenzierbare Funktion eines entlang der Sollbahn (15) zurückgelegten Verfahrweges (s) definiert ist, -- wobei in dem Fall, dass die Sollbahn (15) mehr als einen
Abschnitt (18 bis 22) aufweist, unmittelbar aneinander angrenzenden Abschnitten (18 bis 22) zugeordnete Funktionen stetig und mindestens einmal stetig differenzierbar ineinander übergehen, -- wobei die Stetigkeit und die stetige Differenzierbarkeit auf den Verfahrweg (s) bezogen sind, - mindestens zwei lagegeregelte Antriebe (2 bis 4), mittels derer das Verfahrelement (1) in mindestens zwei Dimensionen (x,y,z) frei verfahrbar ist, derart ansteuert, dass das Verfahrelement (1) entsprechend dem Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) entlang der Sollbahn (15) verfahren wird.
11. Datenträger mit einen auf dem Datenträger gespeicherten Systemprogramm (12) nach Anspruch 10.
12. Steuereinrichtung für eine Produktionsmaschine, die ein Verfahrelement (1) aufweist, das mittels mindestens zweier lagegeregelter Antriebe (2 bis 4) verfahrbar ist, wobei die mindestens zwei lagegeregelten Antriebe (2 bis 4) von der
Steuereinrichtung derart ansteuerbar sind, dass das Verfahrelement (1) in mindestens zwei Dimensionen (x,y,z) frei verfahrbar ist, wobei die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb - eine Sollbahn (15) entgegen nimmt, entlang derer das Verfahrelement (1) verfahren werden soll,
- weiterhin einen Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) entgegen nimmt, mit dem das Verfahrelement (1) entlang der Sollbahn
(15) verfahren werden soll, -- wobei der Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) entlang der Sollbahn (15) abschnittweise jeweils als stetige und mindestens einmal stetig differenzierbare Funktion eines entlang der Sollbahn (15) zurückgelegten Verfahrweges (s) definiert ist, -- wobei in dem Fall, dass die Sollbahn (15) mehr als einen Abschnitt (18 bis 22) aufweist, unmittelbar aneinander angrenzenden Abschnitten (18 bis 22) zugeordnete Funktionen stetig und mindestens einmal stetig differenzierbar ineinander übergehen, -- wobei die Stetigkeit und die stetige Differenzierbarkeit auf den Verfahrweg (s) bezogen sind,
- die mindestens zwei lagegeregelten Antriebe (2 bis 4) derart ansteuert, dass das Verfahrelement (1) entsprechend dem Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) entlang der Sollbahn (15) verfahren wird.
13. Steuereinrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Funktionen jeweils durch Parameter einer für alle Abschnitte (18 bis 22) einheitlichen parametrierbaren Grundfunktion eines vorbestimmten Komplexitätsgrades bestimmt sind.
14. Steuereinrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die parametrierbare Grundfunktion ein parametrierbares Polynom mindestens vierten Grades umfasst.
15. Steuereinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die paramet¬ rierbare Grundfunktion mindestens eine parametrierbare Sinus¬ funktion umfasst.
16. Steuereinrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuer¬ einrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb pro Abschnitt (18 bis 22) die Parameter der jeweiligen Funktion zumindest teilweise direkt entgegen nimmt.
17. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Be¬ trieb pro Abschnitt (18 bis 22) Wertepaare entgegen nimmt, die jeweils einen Verfahrweg (s) und eine dem entgegen genom¬ menen Verfahrweg (s) zugeordnete Sollgeschwindigkeit (v*) o- der eine dem entgegen genommenen Verfahrweg (s) zugeordnete Ableitung der Sollgeschwindigkeit (v*) umfassen, und die Pa¬ rameter der jeweiligen Funktion zumindest teilweise selbsttä- tig anhand der entgegen genommenen Wertepaare bestimmt.
18. Steuereinrichtung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anzahl an entgegen genommenen Wertepaaren größer als die Anzahl an zu bestimmen- den Parametern ist und dass die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb die Parameter im Sinne ei¬ ner Optimierung bestimmt.
19. Steuereinrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie im Betrieb Wertepaare entgegen nimmt, die jeweils einen Verfahrweg (s) und eine dem vorgegebenen Verfahrweg (s) zugeordnete Sollgeschwindigkeit (v*) umfassen, und den Sollgeschwindigkeitsverlauf (17) anhand der entgegen genommenen Wertepaare bestimmt.
20. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jede
Funktion mindestens zweimal stetig differenzierbar ist und dass in dem Fall, dass die Sollbahn (15) mehr als einen Abschnitt (18 bis 22) aufweist, die unmittelbar aneinander angrenzenden Abschnitten (18 bis 22) zugeordneten Funktionen mindestens zweimal stetig differenzierbar ineinander übergehen .
21. Produktionsmaschine,
- wobei die Produktionsmaschine ein Verfahrelement (1) auf- weist,
- wobei die Produktionsmaschine mindestens zwei lagegeregelte Antriebe (2 bis 4) aufweist, mittels derer das Verfahrelement in mindestens zwei Dimensionen (x,y,z) frei verfahrbar ist, - wobei die Produktionsmaschine eine Steuereinrichtung (10) aufweist, von der die mindestens zwei lagegeregelten Antriebe (2 bis 4) ansteuerbar sind,
- wobei die Steuereinrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 20 ausgebildet ist.
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