WO2009010222A1 - Einrichtung oder verfahren einer steuerung für mess- oder werkzeugmaschinen mit redundant translatorisch wirkenden achsen - Google Patents

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WO2009010222A1
WO2009010222A1 PCT/EP2008/005613 EP2008005613W WO2009010222A1 WO 2009010222 A1 WO2009010222 A1 WO 2009010222A1 EP 2008005613 W EP2008005613 W EP 2008005613W WO 2009010222 A1 WO2009010222 A1 WO 2009010222A1
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axes
movement
control
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axis
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PCT/EP2008/005613
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Andreas Ehlerding
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Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg
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Definitions

  • Such axes which can be moved redundantly in the same direction, offer the possibility of combining the greater range of motion of the base axes with the higher acceleration possibilities of shorter and therefore more easily constructed additional axes, in a continuous movement sequence of a measuring device or a tool, relative to a measured or processed object.
  • additional axes shorter partial axes of a movable over the material portal with the additional axes supporting movement unit, which in turn moves along the portal may be worn, or by means of base axes, the material can be moved, wherein a tool by means of additional axes again independent of the movement through the base axes, can move relative to the material.
  • additional axes which carry a tool, along a fixed portal, as a base axis, over the material to move while the material is moved by means of another orthogonal to the portal-oriented base axis under the portal along.
  • measuring equipment or tools and light or small measuring orpasssgut can be supported by the additional axes and performed by common movement of basic and additional axes along measuring equipment or tools, without the need for a fundamentally different coordination would be required.
  • WO 2006/75209 A2 (Gattiglio et al) it is also known that additional axes are physically ortohogonal aligned with each other, and move together in a plane that is aligned with two base axes, but so that the additional physical axes in this plane of motion are not aligned parallel to the base axes, for example, as in WO 2006/75209 A2, rotated by 45 ° relative to the base axes in the common plane of motion.
  • Measuring devices often in addition a movement along the tool or, for example, a probe axis is possible, even to compensate for
  • Patent EP 1 294 544 B1 discloses another configuration and teaches, as an innovation over the prior art, a biaxially linearly movable parallel kinematic combination of the high acceleration auxiliary axles, which in particular provides the advantage that in both main horizontal directions of movement Such a machine realized in so far prevail comparable kinematic conditions, which can improve the efficiency of a two-dimensional tool movement.
  • EP 594 699 B1 In addition to the method of breaking down the total motion of an axis into different parts with respect to acceleration, EP 594 699 B1 additionally shown that in such a configuration also position and velocity summation signals can be used for feedback, for an axis consisting of superimposed portions, instead of a separate feedback in each sub-axis.
  • the said short-stroke movement elements can usually also be regarded as additional parallel to the machine axes aligned translationally effective axes. However, this is essentially limited to an active correction of errors that are usually due to elastic deformations of the structures, vibrations and control problems of relatively high-mass moving elements under high accelerations.
  • the said adjacent technical field includes US Pat. No. 5,109,148 (Fujita & Bamba).
  • US Pat. No. 5,109,148 Flujita & Bamba.
  • Fig. 3 (b) to Fig. 6, and Fig. 8 and 9 a relatively simple position-dependent control model is first described in the detailed description part for the preferably to be implemented variants of the invention, then in Fig. 4 to the consideration
  • the speed component of the less acceleratable partial axis is expanded, which in Fig. 5 again in a speed error signal is refined and finally in Fig. 6 also includes the acceleration component with.
  • a control for a two-axis superposable machine additionally taking into account that the auxiliary axis is carried by the base axis in one axis, and hence the accelerating component of the carried auxiliary axis, depending on the acceleration of the supporting base axis, with an additional signal is applied.
  • This example of the prior art shows that in principle a superimposed movement of parallel aligned axes for traversing a given desired trajectory according to the prior art can be coordinated and how the control branches superimposed acting drives can be influenced by the combination of controlled variables among each other to the quality to improve the overall control behavior and thus to achieve improved path accuracy and acceleration capability of an overall motion system.
  • Machine structure from:
  • EP 1 688 807 A1 seeks a first deviating way.
  • the additional axes may be intended, but nowhere is a means is provided for the movement shares effectively controllable from each other so that the effective effect is the same type of control and regulation as described in EP 1 708 058 A1, but with even more problematic control characteristics, in both variants described therein.
  • Variation 1 (FIG. 6) primarily suffers from the defect that a maximum signal for driving the base axis [68], [69] is applied only very decelerated as a result of a maximum deflection of the additional axis.
  • the base axis would therefore have to respond immediately to any small deflection of the additional axis (with its own acceleration) immediately maximum to minimize the movement of the additional axis, or the additional axis would have to be as long and sluggish to allow a functioning control.
  • each correction movement of the additional axis brings the base axis in motion, so that thanks to their inertia and thus existing phase shift overall results in a very tendency to self-oscillation control loop.
  • Variant 2 (Fig. 7) is more advantageous because no delayed input signal of the base axis results in an excessive advance of the auxiliary axis.
  • the benefit of an adjustment factor remains questionable.
  • the problem to be solved by the matching factor is not so much the different acceleration of the orthogonal aligned (additional) axes, but rather the concept of pure attitude control. Even with non-redundantly effective sub-axes, the observed phenomenon would emerge that lead at different limit accelerations and such a purely position-oriented control different tracking errors and impulse responses in the different axes to particularly strong distorted trajectories in critical sections.
  • web controls suitable for high web speeds therefore generate appropriate speed, acceleration, and sometimes also so-called jerk data, meaning the temporal change of the acceleration, that is mathematically the third derivative of the position over time.
  • the limit values of the mechanics are monitored and, within the framework of a so-called "look ahead” method, which determines the maximum values suitable for each position of the web, so that a total of the fastest possible path movement while maintaining the mechanical limits in results in all axes involved.
  • the control of the individual axes is advantageously designed so that it takes into account the determined additional values in their control behavior.
  • a common term for this is, for example, "feedforward". (See, for example, the already cited document DE 101 567 81 C1 sentence [39])
  • Such equipped machines also know correspondingly no significant following error, significant "overshoot” and the like - at least not to the extent that they are completely unavoidable speed-dependent in purely position-oriented controls - As in a powerful "look ahead” process significant factors on the trajectory can be considered in advance. However, an "overshoot" can not be avoided even if a too “soft” mechanism is operated with correspondingly high accelerations.
  • the first method step is (a) a data processing preprocessing for the division of a planned total trajectory, which is optimized according to task-specific criteria, to the total axes available for the respective task, at least partially divided into redundantly effective base and auxiliary axes.
  • This preprocessing can again be subdivided as desired into a plurality of process substeps, for example several consecutive optimization steps. Steps that can take place both in different technical facilities, so for example, different computers and / or with different programs but also quite integrated in a CNC control, and temporally parallel to the controlled path movement, for still following sections of track. The latter would then correspond to a so-called "look ahead" procedure.
  • the result of this preprocessing for subsequent method steps is in any case a sequence of control parameters along the trajectory of location or time, each of which includes a position and at least one further, preferably a plurality, of the parameters velocity, acceleration or jerk.
  • Each parameter set of this sequence is either assigned a time specification ("timestamp" or duration) or it is generated for a defined time frame. This may or may not mean that the parameter sets are also generated in this time frame. They may as well be generated in advance or asynchronously, and finally used in the appropriate timing by the following process step.
  • the second method step (b) comprises the control and regulation of all axes involved in the path movement and redundantly effective sub-axes, on the basis of the sequence of control parameters generated in said preprocessing.
  • the transmission of signals generated from these control parameters to the respective axle drives should be as stable as possible in terms of time, that is to say while maintaining the predetermined time cycle or the given times, continuously and with as little interruption as possible, i. without unnecessary value leaps and discontinuities. According to the invention, this applies in particular to the additional parameters in addition to the position that are generated by the preprocessing for particularly exact compliance with trajectories to be executed at high speeds.
  • a parameter duration (t) can be assigned to each parameter set.
  • the acceleration data are used here as the separation criterion by assigning motion components with higher accelerations than the maximum acceleration of the base axes to the additional axes.
  • the actual values of the sub-axes can be summed and compared with the respective common setpoint values, before correction signals, preferably for the additional axes, are derived therefrom.
  • control takes place only via the predetermined acceleration setpoint value, and a corresponding negative feedback based on desired positions, speeds and accelerations, wherein preferably the current values for acceleration and speed, especially the additional axis, not derived from the sequence of positions , but are measured directly by the sensor.
  • comparison applied reference data which may also be included in the sequence of parameters in addition to pure control parameters, are preferably, due to the expected mechanical delays between the setpoint and actual signal, already created correspondingly timed, or are in the control and regulation time-shifted accordingly before a comparison, in order to prevent faulty correction signals or oscillations from being produced by time (or phase shift between the setpoint and the actual value).
  • variant embodiments of the invention which generate only a single said sequence of control parameters for each total axis and realize a distribution of the total movement in one axis on redundant partial axes, only in the process step of the control and regulation, it is according to the invention also possible that for each total axis several sequences of control parameters are generated in parallel, then usually for each sub-axis an associated sequence corresponding to the respective partial movement.
  • axles that react with each other in a redundant manner to provide a counter-rotating possibility of zero shift, which is essentially canceled out with respect to an overall movement of the respective axle.
  • the values for such a zero offset are generated, usually as part of an optimized division of a total trajectory, in particular in order to use the range of motion of additional axes particularly efficiently.
  • said sequences of control parameters are generated in which each of the opposing zero shifts of said sub-axes are already offset, preferably a separate control for each sub-axis provided in the It is possible to use the partial data determined in the preprocessing to control the axle drives and / or as a reference value with respect to values actually applied to the axles at the respectively assumed time for generating corrective signals to the axle drives. As already mentioned above, the said details are also applicable here for improving a control and regulation.
  • the expected influence on the feedforward is preferably in the separate control parameters Provide partial axes, which may initially seem unrealistic, because then the movements of the zero offset itself could be included, but for some applications offers the advantage that only in the process stage of the control and Regulation a further division of the relative movement to the zero shift in different superimposed again mechanical elements can take place without this would have to be taken into account in the overall method according to the invention.
  • an opposing zero offset according to the invention can be realized in such a way that this relative partial movement is also taken into account in its own dynamics and with its own parameters for precontrol in the preprocessing is, and the movement distribution and billing of all parameters takes place only in the control and regulation.
  • Control loop also keep low.
  • such a procedure is also suitable for self-optimization of the system by optimizing the defaults of said preprocessing settings, for example iteratively, such that predefined SoII and actual actual values come as close as possible, thus providing improved control, for example with a Automatically balanced optimized static and dynamic accuracy is feasible.
  • very valuable data for the service of a particular machine can be obtained very easily, for example, by registering unusual changes between target and actual in all parameters for later analysis and reported directly to the operator when critical limits are exceeded, preferably already in an evaluated form.
  • significantly increased acceleration (force) values in unaccelerated sections could indicate bearing or guide damage in the axle concerned.
  • Both the type of base axes to be controlled, as well as the additional axes can be implemented mechanically very diverse.
  • linear drives hollow shaft motors, rack and pinion or ball screws are used, while for the additional axes, depending on the required range of motion and size dimension of the application in addition to linear drives and direct driven as possible ball screws and piezoelectric, electrodynamic ("voice coils”), hydraulically or pneumatically effective Drives can be used.
  • electrodynamic voice coils
  • hydraulically or pneumatically effective Drives can be used.
  • a measuring and machine tool according to the invention can be advantageously designed, for example, for shipbuilding or aircraft construction for measuring and processing of the largest components in the highest detail complexity, or for more common dimensions, for example in the size of car bodies, washing machines or circuit boards for electronic circuits, down to in the dimensions of centimeters or fractions of millimeters, for the dimensions of a workpiece to be measured or machined in microsystem technology, microelectronics or nanotechnology.
  • Machining methods for which a device or method according to the invention is particularly suitable are the welding, cutting, milling, engraving, marking, application of complex contours and structures on rather flat materials, such as sheets, plastics, glass, ceramics, wood and textiles.
  • rapid prototyping is a suitable application, in particular processes in which layers are cut, material is applied in a small area or has to be worked with an energy beam oriented as perpendicularly as possible to the material, for example in order to obtain the most uniform and exactly reproducible energy input.
  • Fig. 1 shows a machine tool with a movable in two axial directions
  • FIG. 3 is a highly schematic representation of a base axis and additional axis
  • a machine tool 10 is shown, in which a workpiece 11 is arranged stationary.
  • a portal 12 is movable along the axial direction 13.
  • a device 14 is arranged, on which in turn a tool holder 14 'is arranged, which can hold a tool.
  • the device 14 (and thus the tool holder 14 'including tool) is movable in the axial direction 15.
  • the tool holder 14 ' is also movable in the axial direction 13 with respect to the device 14. From Fig. 1 it can be seen that the tool holder 14 '(with tool) has a lower mass than the device 14, which may be referred to as a carriage.
  • the portal 12 with associated drives represents a first acting in alignment 13 partial axis and is referred to as the base axis, while the tool holder 14 'with associated drive acting in the axial direction 13 second partial axis, the additional axis represents.
  • the base axle has a wider range of motion and lower acceleration than the additional axle.
  • the movements in the axial directions 13, 15 are controlled by a controller 16.
  • a machine tool 20 is shown, in which an arm 21 along the axial direction 22 is movable. Along the arm 21, a device 23 in the axial direction 24 is movable. The device 23 is additionally movable in the axial direction 25.
  • the axial directions 22, 24, 25 define the X, Y, Z direction of a Cartesian coordinate system.
  • a boom 26 is rotatable in the axial direction 27. On the boom 26, a laser cutting head 28 is arranged as a tool, which in turn is rotatable in the axial direction 29.
  • the movement of the laser cutting head 28 is substantially parallel to the axial direction 22, so that movement of the head 28 in one area can cause a translational movement parallel to the movement of the arm 21 in the axial direction 22 and therefore the laser cutting head 28 together with its drive (translational) additional axis can be considered.
  • FIG. 3 once again shows in highly schematic form a carriage 30 which is movable relative to the guide 33 and represents a base axis or a component of such.
  • a device 31 On a device 31 is arranged, which represents an additional axis or a part of such. Both the carriage 30 and the device 31 can be accelerated in the double arrow direction 32.
  • the carriage 30 can be accelerated relative to the guide 33 with the acceleration Bb (acceleration of the base axis) and the device 31 relative to the carriage 30 with the acceleration Bz (acceleration of the additional axis).
  • An attached to the device 31 tool or a measuring device can be compared to a workpiece accelerated at least with the acceleration Bz.
  • the dashed lines BG represent the range limits of the movement latitude Sz of the additional axis.

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Abstract

Einrichtung oder Verfahren einer Steuerung für Mess- oder Werkzeugmaschinen mit redundanten translatorisch wirkenden Achsen, wobei die jeweils über eine längere Strecke bewegbaren Teilachsen eine relativ niedrig beschleunigte Teilbewegung, über den gesamten Mess- oder Bearbeitungsraum ermöglichen und die jeweils über eine kürzere Strecke bewegbaren Teilachsen überwiegend Bewegungsanteile einer Gesamtbewegung ausführen, die eine Beschleunigung jenseits eines für die Basisachsen geltenden Maximums erfordern, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der an einer Bahnbewegung beteiligten Achsen in zwei weitgehend getrennt ausführbare Verfahrensschritte aufgeteilt ist: a) Eine datentechnische Vorverarbeitung zur nach maschinen- und aufgabenspezifischen Kriterien optimierten Aufteilung einer geplanten Bewegungsbahn, wobei Steuerungsparameter für Gesamtachsen oder Teilachsen erzeugt werden, mindestens zusätzlich mit einem der Parameter Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Ruck b) eine Ansteuerung und Regelung aller an der Bahnbewegung beteiligten Achsen und redundant wirksamen Teilachsen, auf Basis der in besagter Vorverarbeitung erzeugten Abfolge von Steuerungsparametern, unter Berücksichtigung des mindestens einen zusätzlichen Parameters für Gesamtachsen oder Teilachsen.

Description

Einrichtung oder Verfahren einer Steuerung für Mess- oder Werkzeugmaschinen mit redundant translatorisch wirkenden Achsen
Technisches Gebiet und Stand der Technik
In der Entwicklung von Mess- und Werkzeugmaschinen kommt es zunehmend zum Einsatz von redundanten translatorisch wirksamen Achsen, also Achsen, die aufeinander aufbauend oder gegeneinander wirksam, parallel im Raum zueinander bewegbar sind, wobei ein oder mehrere Zusatzachsen mit einem relativ kurzen Bewegungsspielraum auf oder gegenüber von Basisachsen, mit einem relativ langen Bewegungsspielraum angeordnet sind.
Solche redundant in gleicher Richtung überlagert bewegbare Achsen, bieten die Möglichkeit den größeren Bewegungsspielraum der Basisachsen mit den höheren Beschleunigungsmöglichkeiten kurzwegiger und damit leichter gebauter Zusatzachsen, in einem kontinuierlichen Bewegungsablauf einer Messeinrichtung oder eines Werkzeuges, relativ zu einem Mess- oder Bearbeitungsgut, zu kombinieren.
Ein Beispiel für ein derartiges Konzept ist das Patent EP 594 699 B1 (Ehlerding). In besagtem Patent wurde vorgeschlagen, parallel ausgerichtete überlagert wirksame Achsanordnungen zu nutzen, um die hohe Beschleunigung leichter kurzwegiger Achsen im gesamten Arbeitsbereich weniger beschleunigbarer, langwegiger Achsen, in solchen Werkzeugmaschinen zu ermöglichen, die vorzugsweise für eine Bearbeitung von flächigen oder flachen Werkstücken in zwei oder drei orthogonal zueinander ausgerichteten Achsen ausgelegt sind.
Aus dieser Veröffentlichung ist bekannt, daß hier als Zusatzachsen bezeichnete kürzere Teilachsen von einem über dem Material bewegbaren Portal mit einer die Zusatzachsen tragender Bewegungseinheit, die sich wiederum an dem Portal entlang bewegt, getragen sein können, oder mittels Basisachsen auch das Material bewegt werden kann, wobei sich ein Werkzeug mittels Zusatzachsen nochmals unabhängig von der Bewegung durch die Basisachsen, gegenüber dem Material bewegen kann. Genauso ist auch vorstellbar ein oder mehrere Zusatzachsen, die ein Werkzeug tragen, an einem festen Portal entlang, als einer Basisachse, über das Material zu bewegen, während das Material mittels einer weiteren orthogonal zum Portal orientierten Basisachse unter dem Portal entlang bewegt wird.
Allgemein ist bekannt, daß anstatt eines Portals auch eine Traverse oder ein bewegbarer oder stationärer Arm oder Ausleger mit bewegter oder stationärer Stütze als Träger von Zusatzachsen dienen kann und daß alle genannten Achskonfigurationen auch abweichend vom üblichen Fall, in dem die Basisachsen vorzugsweise die schweren Maschinenteile oder das schwere Mess- oder Bearbeitungsgut in der horizontalen Ebene bewegen, auch eine andere Orientierung im Raum besitzen können.
Statt der Messeinrichtungen oder Werkzeuge kann auch leichtes oder kleines Mess- oder Bearbeitungsgut durch die Zusatzachsen getragen und durch gemeinsame Bewegung von Basis- und Zusatzachsen entlang von Messeinrichtungen oder Werkzeugen geführt werden, ohne daß hierzu eine grundlegend andere Koordination erforderlich wäre.
Beispielsweise aus WO 2006/75209 A2 (Gattiglio et al) ist zudem bekannt, daß Zusatzachsen zwar physisch ortohogonal zueinander ausgerichtet sind, und sich gemeinsam in einer Ebene bewegen, die an zwei Basisachsen ausgerichtet ist, jedoch so, daß die physischen Zusatzachsen in dieser Bewegungsebene nicht parallel zu den Basisachsen ausgerichtet sind, beispielsweise, wie in WO 2006/75209 A2, um 45° gegenüber den Basisachsen in der gemeinsamen Bewegungsebene gedreht.
Eine redundante, parallel ausgerichtete Wirkung der Achsen ist grundsätzlich auch hier leicht zu implementieren, da die hierzu notwendige feste Transformation zwischen den Ausrichtungen von zwei an den physischen Achsrichtungen orientierten kartesischen Koordinatensystemen, mittels simpelster konstant wirkender analoger, digitaler oder computertechnisch berücksichtigter Multiplikationselemente, problemlos auch für den durchschnittlichen Fachmann vorzusehen ist.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik bekannt, daß anstelle linear bewegter Zusatzachsen, auch der Einsatz rotorisch um einen meist geringen Winkelbetrag bewegbarer Einrichtungen möglich ist, so daß mittels eines ausreichenden Abstandes zwischen Drehpunkt und Mess- oder Bearbeitungspunkt, eine ausreichend angenähert lineare Bewegung der für die Messung oder Bearbeitung relevanten Elemente einer Messeinrichtung oder eines Werkzeuges entsteht. Eine Variante hiervon wird genutzt, wenn gebündelte Strahlungsenergie, meist ein Laserstrahl, mittels schwenkbarer Spiegel oder anderer Ablenkungselemente auf eine Bearbeitungsstelle gelenkt wird.
Zusatzachsen in diesem Sinne werden beispielsweise in dem Dokument
WO 96/29634 A1 (Cutler et al) ausführlich behandelt, siehe illustrativ hierzu besonders
Fig. 2 und Fig. 4 dort.
Ähnliche mechanische Verhältnisse betreffend der Zusatzachsen sind auch für andere
Werkzeuge denkbar, beispielsweise rotierbare Fräsköpfe, oder entsprechende
Messeinrichtungen, wobei oft zusätzlich eine Bewegung längs der Werkzeug- oder beispielsweise einer Meßtasterachse möglich ist, auch zur Kompensation der
Abweichung von einer zur jeweiligen Basisachse exakt parallelen Bewegung.
In der Patentschrift EP 1 294 544 B1 (Sartorio) wird eine weitere Konfiguration gezeigt und als eine Neuerung gegenüber dem früheren Stand der Technik eine zweiachsig linear bewegbare parallelkinematische Zusammenfassung der hoch beschleunigbaren Zusatzachsen gelehrt, was insbesondere zu dem Vorteil führt, daß in beiden horizontalen Hauptbewegungsrichtungen einer derart realisierten Maschine insoweit vergleichbare kinematische Verhältnisse herrschen, was die Effizienz einer zweidimensionalen Werkzeugbewegung verbessern kann.
Über die praktische Koordination der simultan betriebenen Achsen wird jedoch wenig offenbart. Lediglich einige wesentliche Rahmenbedingungen werden genannt, die bei der Koordination der Teilachsen gelten sollen. Ab Satz [24] bis Satz [39] der Beschreibung und im Hauptanspruch wird im Patent EP 1 294 544 B1 hierzu etwas ausgeführt.
Insbesondere wird für wichtig gehalten (ab Satz [36] der Beschreibung), daß die Basisachsen sich wesentlich schneller bewegen können, als die höchste Bearbeitungsgeschwindigkeit.
Dies soll bewirken, daß im Verlauf einer simultanen Gesamtbewegung, nach einem hoch beschleunigten Voreilen der Zusatzachsen und vor einer neuerlichen hohen Beschleunigung, die Basisachse wieder aufholen kann und somit die Zusatzachse sich nicht vor der nächsten Bewegung schon am Rand ihres maximalen Bewegungsbereiches befindet, so daß weitere hoch beschleunigte koordiniert simultane Bewegungen nicht mehr, oder nicht ausreichend, möglich wären und es so zu unerwünschten Diskontinuitäten, besonders bei einer mehrdimensionalen Bewegung des Werkzeuges, kommen könnte. Wie nun aber eine überlagerte Bewegung der Teilachsen tatsächlich koordiniert werden soll, darüber findet sich in EP 1 294 544 B1 keine weitere Information.
Offenbar auf dieser noch unvollständigen Lehre aufbauend, wird in EP 1 758 003 A1 (Cardinale et al) zunächst eine Koordination der Achsen vorgeschlagen, die nach dem Prinzip der inversen Kinematik die redundanten Freiheitsgrade einer Bewegungsmechanik durch Anwendung einer speziellen Form der sogenannten Jacobi-Matrix in optimierter Weise nutzbar machen soll. Alle Bemerkungen hierzu sind so allgemein gehalten, daß nicht deutlich wird, auf welche Weise einschränkende Bedingungen hierbei zu einem konkret nutzbaren Verfahren zur Optimierung der Bewegungskoordination bei translatorisch redundant wirksamen Achskonfigurationen, bezüglich einer konstant einzuhaltenen hohen Geschwindigkeit führen könnte. In der weiteren Beschreibung, den Beispielen und Patentanspüchen wird hierzu dann auch kein konkreter Bezug mehr hergestellt. Soweit dies dazu dienen sollte, um damit die Anwendbarkeit der beanspruchten Erfindung auch für komplexer konfigurierte Systeme anzudeuten, beispielsweise auch für rotatorische Achsen, oder auch redundant wirksame rotatorische Achsen, so ist dies jedoch nicht in einer Weise geschehen, die - ohne weitere umfangreiche Untersuchung oder erfinderische Schritte - eine Anwendbarkeit überhaupt ermöglicht. Gegenüber dem bekannten Stand der Technik wird in den Ansprüchen tatsächlich auch nichts offenbart, was dem Fachmann nicht schon bekannt wäre, wie beispielsweise eine Bewegungsaufteilung auf redundant wirksame Achsen durch Filterung. Ansonsten wird noch wiederholt, was sinngemäß schon in EP 1 294 544 B1 zu lesen war: Die Maximalgeschwindigkeit der Basisachsen sollte deutlich höher gewählt sein, als die der Zusatzachsen. (Siehe EP 1 758 003 A1 , Beschreibung, Satz 32 und Anspruch 9)
Soweit überhaupt konkret nachvollziehbar, da auch unklar bleibt, wie nicht nur Beschleunigungs- oder Amplitudenanteile einer Bewegung, sondern gleich ganze Konturen oder einzelne Abschnitte "gefiltert" werden sollen, entspricht dies letztlich also dem Stand der Technik, beispielsweise aus EP 594 699 B1 , wenn auch in einer Ausdehnung der Ansprüche auf praktisch jede Art von regelbarer physikalischer Größe, was hier jedoch nicht weiter von Interesse sein muß.
Als Ergänzung der Methode, die Gesamtbewegung einer Achse, bezüglich der Beschleunigung in verschiedene Anteile zu zerlegen, wird in EP 594 699 B1 zusätzlich gezeigt, daß in einer derartigen Konfiguration auch Summensignale für Position und Geschwindigkeit zur Rückkopplung, für eine aus überlagerten Anteilen bestehenden Achse genutzt werden können, statt einer separaten Rückkopplung in jeder Teilachse.
Dies bietet insbesondere den Vorzug, daß sich somit automatisch auch eine Gegenkopplungsdynamik für die jeweilige Gesamtachse ergibt, die der Dynamik der hoch beschleunigbaren Zusatzachse entspricht, womit auch die Bewegungsabweichungen der weniger beschleunigten Basisachse von einer Gesamtsollbahn mit hoher Dynamik korrigiert werden.
In einem zu der im bisher beschriebenen Stand der Technik benachbarten Themenbereich, und zwar der aktiven Kompensation von Sollabweichungen bei der Bewegung in Werkzeugmaschinen oder sonstigen Bewegungseinrichtungen durch üblicherweise sehr kurzhubige Bewegungselemente, existiert schon ein vielfältiger Stand der Technik hierzu.
Die besagten kurzhubigen Bewegungselemente können hierbei meist ebenfalls als zusätzliche parallel zu den Maschinenachsen ausgerichtete translatorich redundant wirksame Achsen angesehen werden. Dies ist hier aber im Wesentlichen beschränkt auf eine aktive Korrektur von Fehlern, die gewöhnlich durch elastische Verformungen der Strukturen, Schwingungen und Regelungsproblemen von relativ massereichen Bewegungselementen unter hohen Beschleunigungen bedingt sind.
Zu dem besagten benachbarten technischen Bereich gehört das US Patent 5 109 148 (Fujita & Bamba). Dort wird für den Betrieb translatorisch redundant wirksamer Achsen einiges zum Stand der Technik relevantes offenbart. Schrittweise in seiner Komplexität und Leistungsfähigkeit gesteigert, wird ein Regelmodell beschrieben, daß sich grundsätzlich zur Steuerung überlagerter Achsen eignen soll.
Mit Bezug zu den Zeichnungen Fig. 3(b) bis Fig. 6, sowie Fig. 8 und 9 wird in dem ausführlichen Beschreibungsteil für die vorzugsweise zu realisierenden Erfindungsvarianten zunächst ein relativ einfaches positionsabhängiges Regelmodel beschrieben, daß dann in Fig. 4 um die Berücksichtigung der Geschwindigkeitskomponente der weniger beschleunigbaren Teilachse erweitert wird, was in Fig. 5 nochmals in ein Geschwindigkeitsfehlersignal verfeinert wird und schließlich in Fig. 6 entsprechend auch die Beschleunigungskomponente mit einbezieht.
Mit Bezug auf Fig. 8 und 9 wird dann eine Regelung für eine in zwei Achsen überlagert bewegbare Maschine beschrieben, bei der zusätzlich berücksichtigt wurde, daß in einer Achse die Zusatzachse von der Basisachse getragen wird, und daher die Beschleunigungskomponente der getragenen Zusatzachse, abhängig von der Beschleunigung der tragenden Basisachse, mit einem zusätzlichen Signal beaufschlagt wird.
Dieses Beispiel für den Stand der Technik zeigt, daß grundsätzlich eine überlagerte Bewegung von parallel ausgerichteten Achsen zum Abfahren einer gegebenen Sollbahn nach dem Stand der Technik koordinierbar ist und wie die Regelzweige überlagert wirkender Antriebe untereinander durch die Verknüpfung von Regelgrößen beeinflußt werden können, um die Qualität des Gesamtregelverhaltens zu verbessern und somit eine verbesserte Bahngenauigkeit und Beschleunigungsfähigkeit eines Gesamtbewegungssystems zu erreichen.
Eine weiter verfeinerte Variante in die gleiche Entwicklungsrichtung wurde im Patent DE 101 567 81 C1 (Heinermann et al) offenbart. Gegenüber dem bisher schon beschriebenen Stand der Technik sind dort insbesondere die Ansprüche 6 bis 10 und 12 von Interesse, da in den zuvor aufgeführten Dokumenten noch nicht offenbart wurde, daß die Positionsbestimmung des TCP (Tool Center Point), des unmittelbar von der Zusatzachse angetriebenen Werkzeuges auch ausschließlich über die Auswertung von Beschleunigungsmessungen abgeleitet werden kann und vorzugsweise ein Hochpaßfilter hierbei vorgesehen ist, um störende Dauersignale zu unterdrücken, beispielsweise durch Gravitationseinflüsse bei nicht perfekt horizontaler Ausrichtung.
Den zwei zuletzt aufgeführten Dokumenten zum Stand der Technik ist, im deutlichen
Unterschied zu den zu Anfang aufgeführten Beispielen, jedoch eines gemeinsam:
Sie gehen ausdrücklich von sehr kurzen Zusatzachsen zur Kompensation von
Bewegungsfehlern durch die üblichen Maschinenachsen oder der gesamten
Maschinenstruktur aus:
US Pat 5 109 148 Beschr. Spalte 5, Zeile 29 bis Zeile 30, "By the way ..."
DE 101 567 81 C1 Beschr. Satz [24], dritter Punkt "- der Zusatzantrieb ..." Dem in diesen Dokumenten offenbarten Stand der Technik ist ebenso gemeinsam, daß das Ziel der Zusatzachsenbewegung immer die Kompensation von Bewegungsabweichungen der zu korrigierenden weniger beschleunigbaren oder mit einer gröberen Positionierbarkeit behafteten Basisachsen ist. Lediglich in US Pat 5 109 148 wird, allerdings ohne auf weitere Details einzugehen, beschrieben, daß es möglich sei, durch ein "smoothing filter" die Basisachse von starken Beschleunigungskräften zu entlasten, die dann durch Kompensationsbewegungen der Zusatzachsen übernommen werden. Siehe hierzu Anspruch 5 dort und die Beschreibung, Spalte 5, Zeile 16 bis Zeile 34.
Für das schon erwähnte Dokument WO 96/29634 A1 gilt, daß zwar nicht nur von Fehlerkompensation durch Zusatzachsen die Rede ist
(siehe beispielsweise Seite 1 , Zeilen 18 bis 22), tatsächlich jedoch keine universell nutzbare Lehre für eine mehrstufige Positionierungsvorrichtung geboten wird, die über das hinausgeht, was nicht schon aus US Pat 5 109 148 bekannt wäre. Statt des "smoothing filter" gibt es hier nun ein "profiling filter", das allerdings im Rahmen von Prozessen genutzt wird, die nur zur dort behandelten schrittweisen Positionierung auf eine Sequenz von Bearbeitungspunkten geeignet sind und nicht zur kontinuierlichen Bewegung einer Messeinrichtung oder eines Werkzeuges auf einer komplexen Bahnkurve.
Aufbauend auf dem gesamten hier geschilderten Stand der Technik hat es weitere theoretische Erörterungen, Simulationen und praktische Versuche gegeben, Maschinen mit translatorisch redundant wirksamen Achsen zu betreiben. Über die Ergebnisse dieser Experimente ist bisher, im Detail, wenig bekannt.
Ein im Internet veröffentlichtes Flugblatt des WZL in der RWTH Aachen (anliegend), vom Anmelder der vorliegenden Erfindung erstmals im Internet gelesen im Mai 2007 (Veröffentlichungsdatum nicht eindeutig ermittelbar), stellt die effiziente Aufteilung der Bewegungsanteile und die gemeinsame Regelung der redundant wirksamen Teilachsen, ebenso noch als offene Fragestellungen dar.
In die gleiche Richtung weisend können zwei Patentanmeldungen beim Europäischen Patentamt EP 1 688 807 A1 (Wahdehn) und EP 1 708 058 A1 (Scholich-Tessman) gedeutet werden, die neben vielen Gemeinsamkeiten, mit unterschiedlichen Ansätzen ein ähnliches Problem lösen möchten, wobei dies in EP 1 708 058 A1 am deutlichsten formuliert wird: "Die Bahnaufteilung erfordert eine tiefgreifende Änderung des gesamten Steuerungskonzeptes. Es ist derzeit (Anmeldung am 01.04.2005) kein kommerzielles Steuerungssystem bekannt, welches die auftretenden Probleme (Echtzeitfähigkeit, Bahntreue) zufriedenstellend gelöst hat." Als Konsequenz löst sich diese Anmeldung letztlich ganz von der Vorstellung einer gemeinsamen Ausführung der unterschiedlich beschleunigten Bewegungsanteile, sondern sucht die Lösung in der höheren Beschleunigung der Basisachse.
Dabei werden größere Fehler als üblich in Kauf genommen werden, die dann mit der Zusatzachse kompensiert werden sollen (ähnlich den schon besprochenen USP 5 109 148 oder EP 101 56 781 C1 ) was jedoch genau wie die geannten Vorläufer, das eigentliche Problem nur unzureichend löst, da nunmehr weiterhin die schweren Achsen mit hohen Kräften bewegt werden sollen und dennoch nicht annähernd eine Beschleunigung erreichbar ist, die bei optimal aufgeteilter Bewegung zwischen redundant wirksamen Teilachsen, bei einer ausreichend dimensionierten Zusatzachse, möglich wäre.
EP 1 688 807 A1 sucht einen zunächst davon abweichenden Weg. Hier läuft es auf eine Mischung von USP 5 109 148 und EP 594 699 B1 hinaus, insofern daß einerseits ein größerer Bewegungsanteil, entsprechend EP 594 699 B1 , den Zusatzachsen zugedacht sein mag, allerdings nirgends ein Mittel vorgesehen ist um die Bewegungsanteile effektiv kontrollierbar voneinander zu trennen, so daß es sich in der effektiven Wirkung um die gleiche Art der Steuerung und Regelung handelt, wie sie auch in EP 1 708 058 A1 beschrieben ist, allerdings mit noch problematischeren Regeleigenschaften, in beiden dort beschriebenen Varianten. Variante 1 (Fig. 6) leidet vor allem unter dem Mangel, daß ein Maximalsignal zur Ansteuerung der Basisachse [68][69] als Resultat einer maximalen Auslenkung der Zusatzachse erst sehr verzögert anliegt.
Die Basisachse müßte daher entweder auf jede kleine Auslenkung der Zusatzachse (mit der ihr eigenen Beschleunigung) sofort maximal reagieren, um die Bewegung der Zusatzachse möglichst zu minimieren, oder die Zusatzachse müßte möglichst lang und träge sein, um eine funktionierende Regelung zu ermöglichen. Im Übrigen bringt jede Korrekturbewegung der Zusatzachse, wiederum die Basisachse in Bewegung, so daß sich dank ihrer Trägheit und der damit vorhandenen Phasenverschiebung insgesamt ein sehr zur Eigenschwingung neigender Regelkreis ergibt. Variante 2 (Fig. 7) ist vorteilhafter, da kein verzögertes Eingangssignal der Basisachse zu einem unmäßigen Voreilen der Zusatzachse führt. Jedoch bleibt der Vorteil eines Anpaßfaktors eher fragwürdig. Das Problem, das der Anpaßfaktor lösen soll, liegt dabei nicht so sehr in der unterschiedlichen Beschleunigung der orthogonal zueinander ausgerichteten (Zusatz)Achsen, sondern vielmehr in dem Konzept einer reinen Lagesteuerung. Auch bei nicht redundant wirksamen Teilachsen würde das beobachtete Phänomen auftauchen, daß bei unterschiedlichen Grenzbeschleunigungen und einer derartigen rein lageorientierten Steuerung unterschiedliche Schleppfehler und Impulsantworten in den verschiedenen Achsen, zu besonders stark verzerrten Bahnkurven in kritischen Abschnitten führen.
Ein derartiges Steuerungskonzept ist an sich für hohe Bahntreue bei zugleich hohen Bahngeschwindigkeiten eher ungeeignet, unabhängig davon wie die Achsregelung im Detail ausgeführt sein mag.
Für hohe Bahngeschwindigkeiten geeignete Bahnsteuerungen erzeugen daher neben den Positionsdaten, jeweils passende Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- , und bisweilen auch sogenannten Ruckdaten, womit die zeitliche Veränderung der Beschleunigung, also mathematisch die dritte Ableitung der Position über die Zeit, gemeint ist.
Dabei werden die Grenzwerte der Mechanik überwacht und im Rahmen eines sogenannten, dem Fachmann grundsätzlich geläufigen, "look ahead" Verfahrens, die für jede Position der Bahn passenden maximalen Werte ermittelt, so daß sich insgesamt eine möglichst schnelle Bahnbewegung unter gleichzeitiger Einhaltung der mechanischen Grenzwerte in allen beteiligten Achsen ergibt.
Die Regelung der einzelnen Achsen ist vorteilhafterweise derart ausgelegt, daß sie die ermittelten zusätzlichen Werte mit in ihrem Regelverhalten berücksichtigt. Ein geläufiger Begriff hierfür ist beispielsweise "Vorsteuerung". (Siehe beispielsweise das schon aufgeführte Dokument DE 101 567 81 C1 Satz [39]) Derartig ausgestattete Maschinen kennen entsprechend auch keinen wesentlichen Schleppfehler, erhebliche "Überschwinger" und dergleichen - zumindest nicht in dem Maße, wie sie in rein lageorientierten Steuerungen geschwindigkeitsabhängig völlig unvermeidbar sind - da in einem leistungsfähigen "look ahead" Verfahren wesentliche Einflußgrößen auf die Bewegungsbahn vorab berücksichtigt werden können. Ein "Überschwinger" kann allerdings auch dann nicht vermieden werden, wenn eine zu "weiche" Mechanik mit entsprechend zu hohen Beschleunigungen betrieben wird. Gerade aber der Einsatz von Zusatzachsen bedeutet hier nicht ein weiteres Problem, sondern entweder eine überhaupt denkbare Kompensation solcher Bewegungen durch in sich ungleich "härtere" (also höherfrequent abgestimmte) Antriebskomponenten (entsprechend DE 101 567 81 C1) oder alternativ auch einen geringeren Bedarf die Basisachsen überhaupt mit derart hohen Beschleunigungen zu betreiben, die zu elastischen Bewegungen in störendem Ausmaß führen, indem die Zusatzachsen die entsprechend hochbeschleunigten Bewegungsanteile übernehmen und mit einer entsprechenden Gegenkopplung der Gesamtachse die Bahnfehler der Basisachse kompensieren können (siehe EP 594699 B1 ).
Die hieran geknüpften hohen Erwartungen haben sich aber, wie aus dem oben geschilderten schon hervorgeht, bisher nicht erfüllt.
Offenbar fehlt es allen aus dem Stand der Technik bekannten und hier aufgeführten Beispielen, insbesondere solchen, die schon in der Bewegungsplanung von einer kombinierten Bewegung von redundant wirksamen Teilachsen ausgehen, an einer praktisch nutzbaren technischen Lehre, um eine effiziente und genaue Gesamtkoordination der Teilachsen, auch bei hoher möglichst konstanter Bahngeschwindigkeit und komplexen Bahnverläufen, praktisch zu erzielen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Einrichtung oder ein Verfahren zu offenbaren, um für beliebige Konfigurationen, translatorisch redundant wirksamer Teilachsen in Mess- oder Werkzeugmaschinen, eine besonders exakte Einhaltung von auszuführenden Bewegungsbahnen bei hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zu ermöglichen.
Beschreibung der Erfindung
Um für beliebige Konfigurationen, translatorisch redundant wirksamer Teilachsen in Mess- oder Werkzeugmaschinen eine besonders exakte Einhaltung von auszuführenden Bewegungsbahnen bei hohen Geschwindigkeiten zu ermöglichen, wird gemäß dem Hauptanspruch der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß die Steuerung der an einer Bahnbewegung beteiligten Achsen in zwei weitgehend getrennt ausführbare Verfahrensschritte aufgeteilt wird:
Der erste Verfahrensschritt ist (a) eine datentechnische Vorverarbeitung zur nach aufgabenspezifischen Kriterien optimierten Aufteilung einer geplanten Gesamt- bewegungsbahn, auf die in der für die jeweilige Aufgabe verfügbaren Gesamtachsen, wenigstens teilweise aufgeteilt in redundant wirksame Basis- und Zusatzachsen. Diese Vorverarbeitung kann nochmals beliebig unterteilt sein in mehrere Verfahrensteilschritte, beispielsweise mehrere aufeinanderfolgende Optimierungs- schritte, die sowohl in unterschiedlichen technischen Einrichtungen, also beispielsweise verschiedenen Computern und/oder mit unterschiedlichen Programmen aber auch durchaus integriert in einer CNC-Steuerung, und zeitlich parallel zur gesteuerten Bahnbewegung, für noch folgende Bahnabschnitte, stattfinden können. Letzteres entspräche dann einem sogenannten "look ahead"-Verfahren. Das Ergebnis dieser Vorverarbeitung für nachfolgende Verfahrensschritte ist in jedem Fall eine entlang der Bewegungsbahn nach Ort oder Zeit möglichst fein gerasterte Abfolge von Steuerungsparametern, zu denen jeweils eine Position und mindestens ein weiterer, vorzugsweise eine Mehrzahl, aus den Parametern Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Ruck gehören.
Jedem Parametersatz dieser Abfolge ist entweder eine Zeitangabe ("Timestamp" oder Dauer) zugeordnet, oder sie werden für ein definiertes Zeitraster erzeugt. Dies kann, muß aber nicht, bedeuten, daß die Parametersätze auch in diesem Zeitraster erzeugt werden. Sie können ebensogut im Voraus oder asynchron erzeugt und schließlich im entsprechenden Zeittakt von dem folgenden Verfahrensschritt genutzt werden.
Der zweite Verfahrensschritt (b) umfaßt die Ansteuerung und Regelung aller an der Bahnbewegung beteiligten Achsen und redundant wirksamer Teilachsen, auf Basis der in besagter Vorverarbeitung erzeugten Abfolge von Steuerungsparametern. Die Weitergabe von aus diesen Steuerungsparametern erzeugten Signalen an die jeweiligen Achsantriebe sollte möglichst zeitstabil, also unter Einhaltung des vorgegebenen Zeittaktes oder der vorgegebenen Zeitangaben, kontinuierlich und möglichst stufenarm, d.h. ohne unnötige Wertsprünge und Diskontinuitäten, erfolgen. Erfindungsgemäß gilt dies insbesondere für die zusätzlichen Parameter neben der Position, die von der Vorverarbeitung zur besonders exakten Einhaltung von auszuführenden Bewegungsbahnen bei hohen Geschwindigkeiten erzeugt werden.
Die dem bisherigen Stand der Technik naheliegenste Ausführungsform wäre durch eine CNC-Steuerung gegeben, deren erfindungsgemäße Vorverarbeitung im Wesentlichen nur darin besteht, in schon grundsätzlich bekannter Weise die notwendigen Abfolge von Steuerungsparametern aus Position (Psoll), Geschwindigkeit (Vsoll) und Beschleunigung (Asoll) für jede Gesamtachse mittels eines "look ahead" Prozesses zu erzeugen, wobei auch aus redundant wirksamen Teilachsen bestehende Gesamtachsen als einheitliche Achse, mit im Wesentlichen der Länge des Bewegungsspielraumes der Basisachse und der Beschleunigung der Zusatzachse, betrachtet werden.
Gegebenenfalls ist jedem Parametersatz eine Verfahrensdauer (t) zuzuordnen.
Die Aufteilung der Bewegung auf die jeweiligen Basis- und Zusatzachsen erfolgt in dieser Variante erst während der erfindungsgemäßen Ansteuerung und Regelung. Vorzugsweise werden hier die Beschleunigungsdaten als Trennungskriterium genutzt, indem Bewegungsanteile mit höheren Beschleunigungen, als die maximale Beschleunigung der Basisachsen, den Zusatzachsen zugeteilt werden. Hierzu ist es lediglich notwendig die Beschleunigung aus der erfindungsgemäßen Abfolge aufzuteilen, in den Anteil der innerhalb der Beschleunigung der Basisachsen ausführbar ist, für die Basisachse, und allem was darüber hinausgeht, für die Zusatzachse. Für eine Gegenkopplung können die Ist-Werte der Teilachsen summiert und mit den jeweiligen gemeinsamen Sollwerten verglichen werden, bevor hieraus Korrektursignale, vorzugsweise für die Zusatzachsen allein, abgeleitet werden.
Dies entspricht in seiner Grundstruktur der schon aus EP 594 699 B1 bekannten Achskoordination durch simulierte Frequenzweichen und eine gemeinsame Gegenkopplung der redundanten Teilachsen, jedoch mit den erfindungsgemäßen Unterschieden, daß hier eine Vorsteuerung mit passenden Geschwindigkeits- und Beschleunigungssignalen stattfindet, und auch eine entsprechend dazu passende Regelung über diese Parameter, wodurch eine wesentlich exaktere Bewegung bei hohen Bahngeschwindigkeiten möglich ist.
Der Hauptunterschied zu DE 101 567 81 C1 , das diesem Beispiel regelungstechnisch ähnelt, unter anderem durch die denkbare Vorsteuerung mittels Signalen für Geschwindigkeit und Beschleunigungs"Kraft" (Satz [39] dort), ist durch die beschriebene völlig andersartige Bewegungsaufteilung, der lediglich zur Korrektur von Bewegungsabweichungen verwendeten Zusatzachsen, bedingt.
Zu beachten sind vorzugsweise auch die folgenden Details:
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, und sollte berücksichtigt sein, daß für den Fall, daß eine Zusatzachse von einer redundant wirksamen Basisachse getragen ist, der reine Beschleunigungs(kraft)anteil der Basisachse dem Wert der Zusatzachse zuzuschlagen ist. Andere Parameter können hiervon zumeist unbeinflußt bleiben. Es kann vorgesehen sein, daß vor der besagten Aufteilung der Beschleunigung diese durch einen Korrekturfaktor modifiziert wird, der sich aus der Auswertung von Rückgabesignalen und besagten Sollwerten ergibt, vorzugsweise aus den Sollwerten des vorherigen Regeltaktes, wenn eine getaktete Regelung vorliegt.
Vorzugsweise findet die Ansteuerung nur über den vorgegebenen Beschleunigungs- Soll-wert statt, und eine entsprechende Gegenkopplung anhand von Sollpositionen, -Geschwindigkeiten und -Beschleunigungen, wobei vorzugsweise die aktuellen Werte für Beschleunigung und Geschwindigkeit, besonders der Zusatzachse, nicht aus der Abfolge von Positionen abgeleitet, sondern direkt sensorisch gemessen werden.
Zum Vergleich anliegende Referenzdaten, die neben reinen Steuerungsparametern ebenfalls in der besagten Abfolge von Parametern enthalten sein können, werden vorzugsweise, wegen der zu erwartenden mechanischen Verzögerungen zwischen Soll- und Ist-Signal, schon entsprechend zeitlich angepaßt erzeugt, oder werden in der Ansteuerung und Regelung vor einem Vergleich entsprechend zeitlich verschoben, um zu verhindern, daß durch Zeit(bzw. Phasenverschiebung zwischen Soll- und Ist- Wert fehlerhafte Korrektursignale oder Schwingungen entstehen.
Diese Details, die für eine besonders Überschwingungsarme und bahntreue Bewegung sehr hilfreich sind, können auch entsprechend, und zum Teil besonders vorteilhaft, in den weiteren Erfindungsvarianten Anwendung finden.
Neben Ausführungsvarianten der Erfindung, die lediglich eine einzelne besagte Abfolge von Steuerungsparametern für jede Gesamtachse erzeugen und eine Aufteilung der Gesamtbewegung in einer Achse, auf redundant wirksame Teilachsen, erst im Verfahrensschritt der Ansteuerung und Regelung realisieren, ist es erfindungsgemäß auch möglich, daß für jede Gesamtachse mehrere Abfolgen von Steuerungsparametern parallel erzeugt werden, gewöhnlich dann für jede Teilachse eine zugehörige Abfolge entsprechend der jeweiligen Teilbewegung.
Dies hat den Vorteil, daß aus Sicht der Verfahrensstufe der Vorverarbeitung nicht mehr nur eine virtuelle Gesamtachse mit uniformen Eigenschaften vorliegt, auch wenn diese Gesamtachse aus verschiedenen redundant wirksamen Teilachsen besteht, sondern jede Teilachse ihre speziellen erfindungsgemäßen Vorsteuerungsdaten erhält, wodurch auch bei nach unterschiedlichsten Kriterien aufeinander abgestimmten Konfigurationen, translatorisch redundant wirksamer Teilachsen in Mess- oder Werkzeugmaschinen, zusammen mit besonders effizient die Bewegungskoordination optimierenden Verfahren innerhalb der Vorverarbeitung, eine exakte Einhaltung von Bahnparametern, auch bei höchster Geschwindigkeit, ermöglicht wird.
Besonders vorteilhaft ist es aber für jede dieser Realisierungsvarianten, für redundant zueinander wirksame Achsen, eine gegenläufige, sich im Wesentlichen gegenüber einer Gesamtbewegung der jeweiligen Achse aufhebende, Möglichkeit der Nullpunktverschiebung vorzusehen.
Innerhalb der besagten erfindungsgemäßen Vorverarbeitung werden die Werte für eine solche Nullpunktverschiebung erzeugt, üblicherweise als Teil einer optimierten Aufteilung einer Gesamtbewegungsbahn, insbesondere um den Bewegungsspielraum von Zusatzachsen besonders effizient zu nutzen.
Parallel zur Abfolge von Steuerungsparametern der Bewegung, jeder durch redundant wirksame Teilachsen gebildeten Gesamtachse, ist eine solche Nullpunktverschiebung an die besagte Steuerung und Regelung erfindungsgemäß zusätzlich übertragbar; entweder indem für jede Kombination aus redundant wirksamen Teilachsen, jeweils mehrere parallele der besagten Abfolgen von Steuerungsparametern erzeugt werden, in denen jeweils die gegenläufigen Nullpunktverschiebungen der besagten Teilachsen schon verrechnet sind, oder indem mindestens eine Abfolge von Steuerungsparametern, die Gesamtbewegung mehrerer besagter Teilachsen enthält, oder mehrere parallele Abfolgen ausschließlich die Steuerungsparameter von Teilachsen enthalten, und mindestens eine weitere parallele Abfolge von Steuerungsparametern die, bezüglich der Gesamtbewegung sich im Wesentlichen aufhebende, gegenläufige Nullpunktverschiebung besagter Teilachsen, relativ zueinander, enthält.
Unabhängig davon wie eine derartige Nullpunktverschiebung in den besagten Abfolgen von Steuerungsparametern repräsentiert ist, ist in der Verfahrensstufe der Vorverarbeitung zu berücksichtigen, daß die zusätzlichen gegenläufigen Achsbewegungen nicht zu einer Überschreitung von Grenzwerten in den einzelnen Teilachsen führen. Dies gilt sowohl für Positionen, die jedoch in den meisten denkbaren Optimierungsverfahren innerhalb der Vorverarbeitung eher problemlos zu berücksichtigen sind, als auch für Geschwindigkeiten und Beschleunigungen. Die zusätzlichen Bewegungen der Teilachsen sind in jedem Fall bei der Ermittlung von Werten für die Parameter zur Vorsteuerung zu berücksichtigen und sollten nicht etwa ignoriert werden, da man meinen könnte, sie würden sich ja letztlich gegeneinander aufheben.
Dies wird jedoch nur dann der Fall sein, wenn in jedem Teilschritt der Vorverarbeitung, die tatsächliche Bewegung der Teilachsen und nicht etwa nur die Gesamtsollbahn berücksichtigt wird.
Der Einfluß mag gering scheinen, wenn man grundsätzlich von, selbst im Verhältnis zur Dynamik der Basisachse, leicht bewältigbaren Bewegungen ausgeht. Aber er ist keinesfalls vernachlässigbar, wenn es um eine korrekt arbeitende erfindungsgemäße Vorsteuerung geht, die grundsätzlich auch ohne Gegenkopplungseinfluß schon annähernd korrekte Bewegungsabläufe erzeugen sollte, weniger was die absolute Positionierungsgenauigkeit angeht, sondern vor allem in Hinsicht auf die Dynamik der Einzelbewegung jeder Teilachse.
Vorzugsweise abhängig davon, wie eine derartige Nullpunktverschiebung in den besagten Abfolgen von Steuerungsparametern repräsentiert ist, ist sie in der Verfahrensstufe der Ansteuerung und Regelung der Teilachsen zu berücksichtigen.
Wenn für jede Kombination aus redundant wirksamen Teilachsen, jeweils für die Basis- und Zusatzachse, besagte Abfolgen von Steuerungsparametern erzeugt werden, in denen jeweils die gegenläufigen Nullpunktverschiebungen der besagten Teilachsen schon verrechnet sind, ist vorzugsweise eine Regelung getrennt für jede Teilachse vorzusehen, die in der Lage ist, die in der Vorverarbeitung ermittelten Teildaten zur Ansteuerung der Achsantriebe zu nutzen und/oder als Referenzwert gegenüber tatsächlich an den Achsen zum jeweilig angenommenen Zeitpunkt anliegenden Werten, zur Erzeugung korrigierender Signale an die Achsantriebe. Wie schon oben erwähnt, sind auch hier die besagten Details zur Verbesserung einer Steuerung- und Regelung anwendbar.
Bei einer Abfolge von Steuerungsparametern, die parallele Abfolgen, ausschließlich der Steuerungsparameter von Teilachsen enthalten, und mindestens einer weiteren parallelen Abfolge von Steuerungsparametern die eine Nullpunktverschiebung enthält, ist, wie schon oben beschrieben, der zu erwartende Einfluß auf die Vorsteuerung vorzugsweise in den getrennten Steuerungsparametern der Teilachsen vorzusehen, was zwar zunächst widersinnig erscheinen mag, weil dann auch die Bewegungen der Nullpunktverschiebung selbst mit eingerechnet werden könnten, jedoch für einige Anwendungen den Vorteil bietet, daß erst in der Verfahrensstufe der Ansteuerung und Regelung eine weitere Aufteilung der Relativbewegung zur Nullpunktverschiebung in verschiedene nochmals überlagerte mechanischen Elemente stattfinden kann, ohne daß dies in dem erfindungsgemäßen Gesamtverfahren berücksichtigt sein müßte.
Wenn eine Abfolge von Steuerungsparametern nur die Werte für die Gesamtbewegung enthält, so wie für die erste Ausführungsvariante beschrieben, dann ist eine erfindungsgemäße gegensinnige Nullpunktverschiebung derart realisierbar, daß auch diese relative Teilbewegung nochmals in ihrer eigenen Dynamik und mit eigenen Parametern zur Vorsteuerung bei der Vorverarbeitung berücksichtigt wird, und die Bewegungsaufteilung und Verrechnung aller Parameter erst in der Ansteuerung und Regelung stattfindet.
Bei der Anwendung der Erfindung ist in jeder ihrer Ausführungsformen zu beachten, daß auch ein grundsätzlich geeignetes Verfahren zu erfindungsgemäßen Vorverarbeitung, beispielsweise ein erfindungsgemäß modifiziertes "look ahead" Verfahren in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Ansteuerung und Regelung nicht schon automatisch zu einem guten Ergebnis führt.
Die Wirksamkeit eines solchen Verfahrens, daß mit der Übergabe von einer
Mehrzahl von Steuerungsparametern zwischen Vorverabeitung und Ansteuerung eine sogenannte Vorsteuerung realisiert, hängst wesentlich davon ab, daß die
Abweichungen der tatsächlichen Bewegungen der Mechanik, von den im Voraus berechneten Annahmen, in einem eher engen Rahmen bleiben.
Es wäre ein fataler Fehlschluß anzunehmen, daß eine ebenfalls vorgesehene
Regelung, allein auf Grund der zusätzlichen Vorsteuerung, schon "irgendwie" ein verbessertes Ergebnis bewirken könnte.
Der Vorteil einer wirkungsvollen Vorsteuerung liegt gerade darin, den nachzuregelnden
Fehler gering, und damit den notwendigen Verstärungsfaktor in dem nachgeschalteten
Regelkreis ebenfalls niedrig zu halten.
Dies wiederum erhöht die zur Beschleunigung nutzbare Bandbreite.
Funktioniert nun aber die Vorsteuerung nicht präzise genug, so kann ein hierdurch verursachter erheblicher Bahnfehler nicht in der gewünschten Effizienz korrigiert werden. Soll dieser Fehler nun mit einer Erhöhung der Verstärkung im Regelkreis vermindert werden, muß dies auch zugleich mit einer niedrigeren nutzbaren maximalen Beschleunigung erkauft werden, da nun auch schon Anregungen einer niedrigeren Frequenz zu "Überschwingern" in hoch beschleunigten Abschnitten einer Bewegungsbahn führen. Der schon im Stand der Technik erwähnte Anpaßfaktor wirkt offenbar genau über einen derartigen Mechanismus, in jenem Fall, indem das Abschwächen einer zur Ansteuerung der Zusatzachse dienenden Größe, die Wirkung einer virtuellen Massenzunahme der Zusatzachse und somit eine Absenkung der Anregungsfrequenzen im Regelkreis bedeutet, was zwar die Neigung zum Überschwingen dämpft aber sowohl die Agilität, als auch das Regelverhalten gegenüber generellen Bahnabweichungen, entsprechend verschlechtert.
Im Grunde besteht ohne eine erfindungsgemäße Vorsteuerung nur die Wahl, welche Art von Fehlern man bevorzugt, soweit nicht die real angetriebene Masse, oder überhaupt das System aus Antrieb und Last, wesentlich modifiziert würde.
Aber auch in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer entsprechenden Einrichtung, sollte, um derartige Probleme von vornherein zu vermeiden, angestrebt werden, daß die in einer erfindungsgemäßen Vorverarbeitung ermittelten Steuerungsparameter zur Einstellung der Vorsteuerung, auch ohne den Einfluß einer negativen Rückkopplung, schon weitgehend zu den zu erwartenden Positionen und Geschwindigkeitswerten des nächsten Zyklus der Abfolge von Steuerungsparametern führen, um eine schnelle und präzise Koordination der Bewegung, gerade auch unter Einbeziehung einer rückgekoppelten Regelung, zu erzielen.
Um dies zu vereinfachen und eine zuverlässig exakte Funktion im Alltagsbetrieb zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, daß im Rahmen der Regelung gewonnene Ist-Werte, oder Verhältnisse zwischen Soll und Ist aus der erfindungsgemäßen Steuerung und Regelung wiederum in Einstellmöglichkeiten der Vorverarbeitung einfließen, so daß die Möglichkeit für weitere - langsam wirkende Regelprozesse - entsteht, die beispielsweise die laufende Anpassung des Gesamtsystems an sich allmählich oder sporadisch verändernde Bedingungen bewirkt (beispielsweise Temperaturen, Werkzeuggewicht, usw.)
Ebenso ist eine solche Vorgehensweise auch zur Selbstoptimierung des Systems geeignet, indem die Vorgaben der besagten Einstellmöglichkeiten der Vorverarbeitung dahingehend, beispielsweise iterativ, optimiert werden, daß sich vorgegebene SoII- und tatsächliche Ist-Werte möglichst nahe kommen, womit eine verbesserte Regelung, beispielsweise mit einer automatisch ausgewogen optimierten statischen und dynamischen Genauigkeit realisierbar ist. Aus einem solchen System können auch sehr leicht wertvolle Daten für den Service einer betreffenden Maschine gewonnen werden, indem beispielsweise ungewöhnliche Veränderungen zwischen Soll und Ist in allen Parametern für eine spätere Analyse registriert und bei Überschreitung von kritischen Grenzwerten unmittelbar an den Bediener gemeldet werden, vorzugsweise schon in einer ausgewerteten Form. Als simples Beispiel könnten signifikant erhöhte Beschleunigungs(Kraft)werte in unbeschleunigten Abschnitten, auf einen Lager- oder Führungsschaden in der betreffenden Achse hindeuten.
Sowohl die Art der anzusteuernden Basisachsen, als auch der Zusatzachsen kann mechanisch sehr vielfältig realisiert sein.
Für Basisachsen werden gewöhnlich Linearantriebe, Hohlwellenmotore, Zahnstangentriebe oder Kugelgewindespindeln zum Einsatz kommen, während für die Zusatzachsen, je nach benötigtem Bewegungsspielraum und Größendimension der Anwendung neben Linearantrieben und möglichst direkt angetriebenen Kugelgewindespindeln auch piezoelektrisch, elektrodynamisch ("voice coils"), hydraulisch oder pneumatisch wirksame Antriebe verwendbar sein können.
Genauso ist auch der Einsatz von um eine Achse drehbarer oder parallelkinematisch bewegbarer Maschinenteile als entsprechend linear wirkende Zusatzachse innerhalb eines engen Winkelbereiches möglich, wie beispielsweise schwenkbare Laserschneidköpfe oder parallelkinematisch bewegbare Fräsköpfe.
Eine Mess- und Werkzeugmaschine kann erfindungsgemäß beispielsweise für den Schiff- oder Flugzeugbau zum Vermessen und Bearbeiten größter Bauteile in höchster Detailkomplexität vorteilhaft konzipiert werden, oder für eher alltägliche Dimensionen beispielsweise in der Größe von Autokarosserien, Waschmaschinen oder Platinen für elektronische Schaltungen, bis hinunter in in die Dimensionen von Zentimetern oder Bruchteilen von Millimetern, für die Abmessungen eines zu vermessenden oder zu bearbeitenden Werkstückes in der Mikrosystemtechnik, Mikroelektronik oder der Nanotechnologie.
Das Grundproblem - die Größe eines möglichst ununterteilten Arbeitsraumes im Verhältnis zu den zu berücksichtigenden Details - nimmt tendenziell immer mehr zu und damit zugleich auch der Bedarf für Steuerungen mit denen Bewegungen von redundant translatorisch wirksamen Maschinenachsen mit höchsten Beschleunigungen bei möglichst kontinuierlicher Mess- und Bearbeitungsgeschwindigkeiten an komplexen Konturen und Strukturen, koordinierbar sind.
Bearbeitungsmethoden für die sich eine erfindungsgemäße Einrichtung oder Verfahren besonders eignet, sind das Schweißen, Schneiden, Fräsen, Gravieren, Markieren, Aufbringen von komplexen Konturen und Strukturen auf eher flachen Materialien, wie Blechen, Kunsstoffen, Glas, Keramiken, Holz und Textilien.
Ebenso ist das Rapid Prototyping eine geeignete Anwendung, insbesondere Verfahren in denen Schichten zugeschnitten, Material kleinräumig aufgetragen wird oder mit einem möglichst senkrecht zum Material ausgerichteten Energiestrahl gearbeitet werden muß, beispielsweise um eine möglichst gleichmäßigen und exakt reproduzierbaren Energieeintrag zu erhalten.
Ferner sind das exakte Bearbeiten kleinster Strukturen oder das präzise Auf- und Abtragen feinster Details mit hoher Geschwindigkeit genauso mögliche Anwendungen der vorliegenden Erfindung, wie auch das Messen und Kontrollieren in den genannten Bereichen, wobei diese nur als Beispiele zu verstehen sind und keine in irgend einer Weise abschließende Aufzählung von Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung darstellen sollen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Werkzeugmaschine mit einem in zwei Achsrichtungen bewegbaren
Werkzeug und einer Zusatzachse;
Fig. 2 eine Werkzeugmaschine mit fünf Achsrichtungen;
Fig. 3 eine stark schematisierte Darstellung einer Basisachse und Zusatzachse;
In der Fig. 1 ist eine Werkzeugmaschine 10 dargestellt, bei der ein Werkstück 11 ortsfest angeordnet ist. Ein Portal 12 ist entlang der Achsrichtung 13 bewegbar. An dem Portal 12 ist eine Einrichtung 14 angeordnet, an der wiederum ein Werkzeughalter 14' angeordnet ist, der ein Werkzeug halten kann. Die Einrichtung 14 (und damit der Werkzeughalter 14' samt Werkzeug) ist in Achsrichtung 15 bewegbar. Der Werkzeughalter 14' ist bezüglich der Einrichtung 14 ebenfalls in Achsrichtung 13 beweglich. Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass der Werkzeughalter 14' (mit Werkzeug) eine geringere Masse aufweist als die Einrichtung 14, die als Schlitten bezeichnet werden kann. Das Portal 12 mit zugehörigen Antrieben stellt eine erste in Ausrichtung 13 wirkende Teilachse dar und wird als Basisachse bezeichnet, während der Werkzeughalter 14' mit zugehörigem Antrieb eine in Achsrichtung 13 wirkende zweite Teilachse, die Zusatzachse, darstellt. Die Basisachse hat einen größeren Bewegungsbereich und geringere Beschleunigung als die Zusatzachse. Die Bewegungen in den Achsenrichtungen 13, 15 werden durch eine Steuerung 16 gesteuert.
In der Fig. 2 ist eine Werkzeugmaschine 20 dargestellt, bei der ein Arm 21 entlang der Achsrichtung 22 bewegbar ist. Entlang dem Arm 21 ist eine Einrichtung 23 in Achsrichtung 24 bewegbar. Die Einrichtung 23 ist zusätzlich in Achsrichtung 25 bewegbar. Durch die Achsrichtungen 22, 24, 25 werden die X-, Y-, Z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems festgelegt. Ein Ausleger 26 ist in Achsrichtung 27 rotierbar. An dem Ausleger 26 ist ein Laserschneidkopf 28 als Werkzeug angeordnet, der wiederum in Achsrichtung 29 rotierbar ist.
In einem geringen Bewegungsausschnitt ist die Bewegung des Laserschneidkopfes 28 im Wesentlichen parallel zur Achsrichtung 22, so dass eine Bewegung des Kopfes 28 in einem Bereich eine translatorische Bewegung parallel zur Bewegung des Armes 21 in Achsrichtung 22 bewirken kann und daher der Laserschneidkopf 28 samt seinem Antrieb als (translatorische) Zusatzachse betrachtet werden kann.
In der Figur 3 ist nochmals stark schematisiert ein Schlitten 30 gezeigt, der relativ zur Führung 33 bewegbar ist und eine Basisachse bzw. einen Bestandteil einer solchen darstellt. Darauf ist eine Einrichtung 31 angeordnet, die eine Zusatzachse bzw. einen Bestandteil einer solchen darstellt. Sowohl der Schlitten 30 als auch die Einrichtung 31 können in Doppelpfeilrichtung 32 beschleunigt werden. Dabei kann der Schlitten 30 relativ zu der Führung 33 mit der Beschleunigung Bb (Beschleunigung der Basisachse) und die Einrichtung 31 relativ zum Schlitten 30 mit der Beschleunigung Bz (Beschleunigung der Zusatzachse) beschleunigt werden. Ein an der Einrichtung 31 befestigtes Werkzeug oder eine Messeinrichtung kann gegenüber einem Werkstück mindestens mit der Beschleunigung Bz beschleunigt werden. Die gestrichelten Linien BG stellen die Bereichsgrenzen des Bewegungsspielraums Sz der Zusatzachse dar.

Claims

Patentansprüche :
1. Einrichtung oder Verfahren einer Steuerung für Mess- oder Werkzeugmaschinen mit redundanten translatorisch wirkenden Achsen
wobei die redundanten translatorisch wirksamen Achsen, linear bewegbare Teile einer Gesamtbewegungsvorrichtung, zur mindestens zweidimensionalen Gesamtbewegung von Messeinrichtungen oder Werkzeugen, relativ zu einem mit beliebigen Verfahren abzutastenden oder zu bearbeitenden Mess- oder Bearbeitungsgut bilden,
wobei als redundante translatorische Bewegungsmöglichkeit auch gelten kann, wenn rotatorisch oder parallelkinematisch wirkende Teilbewegungsvorrichtungen, neben ihren typischen Bewegungsmöglichkeiten oder ausschließlich, innerhalb eines anwendungsabhängig ausreichend kleinen Bewegungsbereiches, für eine redundante translatorische Bewegung einer Messeinrichtung oder eines Werkzeuges genutzt werden können,
wobei die jeweils über eine längere Strecke bewegbaren Teilachsen, hier Basisachsen genannt, eine relativ niedrig beschleunigte Teilbewegung, im wesentlichen über den gesamten Mess- oder Bearbeitungsraum ermöglichen und die jeweils über eine kürzere Strecke bewegbaren Teilachsen, hier Zusatzachsen genannt, im wesentlichen die Bewegungsanteile einer Gesamtbewegung ausführen, die eine Beschleunigung jenseits eines für die Basisachsen festgestellten oder festgesetzten Maximums erfordern,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuerung der an einer Bahnbewegung beteiligten Achsen in zwei weitgehend getrennt ausführbare Verfahrensschritte aufgeteilt ist: a) Eine datentechnische Vorverarbeitung zur nach maschinen- und aufgabenspezifischen Kriterien optimierten Aufteilung einer geplanten Bewegungsbahn, auf die in der für die jeweilige Aufgabe verfügbaren Gesamtachsen erfolgt, wobei besagte Vorverarbeitung verfahrensmäßig nochmals beliebig unterteilbar, sowohl integriert in einer CNC-Steuerung als auch in verschiedenen technischen Einrichtungen und zu verschiedenen Zeiten vor oder nebenläufig zur Bahnbewegung stattfinden kann, wobei als Ergebnis besagter Vorverarbeitung für nachfolgende Verfahrensschritte eine entlang der Bewegungsbahn nach Ort oder Zeit möglichst fein gerasterte
Abfolge von Steuerungsparametern mindestens für jede Gesamtachse erzeugt wird, mindestens jeweils enthaltend aa) Position, bb) mindestens einen der Parameter Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Ruck passend zur besagten Position, entweder mit Zeitangabe oder in einer definierten Zeitrasterung, und b) eine Ansteuerung und Regelung aller an der Bahnbewegung beteiligten Achsen und redundant wirksamen Teilachsen, auf Basis der in besagter Vorverarbeitung erzeugten Abfolge von Steuerungsparametern, unter Berücksichtigung des mindestens einen zusätzlichen Parameters bb).
2. Einrichtung oder Verfahren gemäß Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, daß
besagtes aufgabenspezifische Kriterium die Einhaltung einer möglichst konstanten Bahngeschwindigkeit und die Minimierung der Länge von Bahnabschnitten mit niedrigerer Bahngeschwindigkeit ist.
3. Einrichtung oder Verfahren gemäß Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
einer der Parameter bb) die Beschleunigung ist, deren Wert in der Vorverarbeitung im Wesentlichen fortlaufend so eingestellt wird, daß bei einer virtuellen reibungsfrei simulierten Mechanik jede Gesamtachse, allein durch den Beschleunigungsverlauf im Wesentlichen ihren Anteil der jeweilig vorgegebenen Bahnbewegung ausführen würde.
4. Einrichtung oder Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die besagte Berücksichtigung von Parametern bb) in der Ansteuerung und Regelung erfolgt, indem die jeweils höchste erzeugte Ableitung der Position über die Zeit, von Geschwindigkeit, Beschleunigung oder Ruck zur direkten Ansteuerung der Achsantriebe genutzt wird und die tieferen der besagten erzeugten Ableitungen, und die Position, zur passenden Nachregelung genutzt werden.
5. Einrichtung oder Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die aktuellen Werte für Beschleunigung oder Geschwindigkeit nicht aus der Abfolge von Positionen abgeleitet, sondern direkt sensorisch gemessen werden.
6. Einrichtung oder Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
in der Vorverarbeitung zusätzliche Parameter cc) zu der besagten Abfolge von Steuerungsparametern erzeugt werden können, die nicht unmittelbar den physikalischen Größen der Bewegungssteuerung für die zugeordnete Position oder dem zugeordneten Zeitpunkt entsprechen, und in der Regelung zur besseren Anpassung an die geforderte Bewegung nutzbar sind.
7. Einrichtung oder Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
besagte Parameter bb) oder cc), entsprechend den zu erwartenden mechanischen Verzögerungen zwischen Soll- und Ist- Signal bei der Regelung, schon in der Vorverarbeitung entsprechend zeitlich angepaßt erzeugt werden, oder in der Ansteuerung und Regelung eine Verwendung entsprechend zeitlich verzögert werden kann, zur Verhinderung fehlerhafter Korrektursignale oder von Schwingungen durch Zeit(bzw. Phasenverschiebung zwischen Soll- und Ist- Werten.
8. Einrichtung oder Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Rahmen der Regelung gewonnene Ist-Werte, oder Verhältnisse zwischen Soll und Ist aus der Steuerung und Regelung, auf Einstellmöglichkeiten der Vorverarbeitung zur Optimierung der Entsprechung von Soll- und Ist- Werten und zur Berücksichtigung von mechanischen oder elektrischen Toleranzen rückwirken.
9. Einrichtung oder Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß gegenläufige sich im Wesentlichen gegenüber einer Gesamtbewegung aufhebende Nullpunktverschiebungen von redundant zueinander wirksamen Achsen, erzeugt in der besagten Vorverarbeitung a), als Teil der besagten optimierten Aufteilung einer Gesamtbewegungsbahn, parallel zu den Steuerungsparametern der Bewegung einer Gesamtachse, in der besagten Steuerung und Regelung b) wirksam werden.
10. Einrichtung oder Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Kombination aus redundant wirksamen Teilachsen, für jede Teilachse parallel besagte Abfolgen von Steuerungsparametern erzeugt werden, in denen jeweils die gegenläufige Nullpunktverschiebung und ihr Einfluß auf besagte Steuerungsparameter bb) und cc) berücksichtigt ist.
1 1. Einrichtung oder Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Abfolge von Steuerungsparametern, die Gesamtbewegung mehrerer besagter Teilachsen enthält, und durch eine hierzu parallel in der besagten Vorverarbeitung erzeugte Abfolge von im Wesentlichen gleichen Steuerungsparametern die relative Teilbewegung zur gegenläufigen Nullpunktverschiebung der Teilachsen berücksichtigt wird, und die Bewegungsaufteilung und Verrechnung aller Parameter erst in der Ansteuerung und Regelung stattfindet.
12. Einrichtung oder Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Kombination aus redundant wirksamen Teilachsen, für jede Teilachse parallel, besagte Abfolgen von Steuerungsparametern erzeugt werden, in denen jeweils nur der Einfluß der gegenläufigen Nullpunktverschiebung auf besagte Steuerungsparameter bb) und cc) berücksichtigt ist, ohne die Nullpunktverschiebung selbst, und mindestens eine weitere parallele Abfolge von Steuerungsparametern erzeugt wird, die lediglich die relativen Positionsänderungen durch die besagte gegenläufige Nullpunkverschiebung enthält.
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