DE19919147B4

DE19919147B4 - Verfahren zur Ermittlung eines Konturfehlers und Verfahren zur Kontrolle einer korrekten Sollwertvorgabe

Info

Publication number: DE19919147B4
Application number: DE1999119147
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Hiller (FH); Roland Moser; Georg Dipl.-Ing. Wiegärtner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: DE19919147A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung eines Konturfehlers (ΔK) während der Bearbeitung bei industriellen Bearbeitungsmaschinen wie numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, Robotern oder dergleichen, mit einer Rundachse (C) und einer Linearachse (X), welche einen geometrischen Zusammenhang X = f(C) beschreiben, wobei das Verfahren in Echtzeit an der industriellen Bearbeitungsmaschine ausgeführt wird, wobei
– Istwerte (C_ist) der Rundachse (C) gemessen werden,
– jeder Istwert (C_ist) mit der die Kontur beschreibenden Transformation X = f(C) beaufschlagt wird und ein korrespondierender Wert (X_soll_ist) der Linearachse (X) ermittelt wird,
– entsprechende Istwerte (X_ist) der Linearachse (X) gemessen werden und
– durch Vergleich der gemessenen Istwerte (X_ist) mit den ermittelten korrespondierenden Werten (X_soll_ist) Abweichungen bestimmt werden, welche einen Konturfehler (ΔK) beschreiben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Konturfehlers, insbesondere einer Unrundkontur, bei industriellen Bearbeitungsmaschinen wie numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, Robotern oder dergleichen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kontrolle einer korrekten Sollwertvorgabe bei ebengenannten industriellen Bearbeitungsmaschinen.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit industriellen Bearbeitungsmaschinen steht stets die Anforderung an eine hohe Konturtreue des zu fertigenden Werkstückes. Aus diesem Grund besteht die Anforderung, eventuelle Konturfehler zu ermitteln, z. B. um entsprechende Justierungen an der industriellen Bearbeitungsmaschine vorzunehmen.
Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet besteht daher auch die Anforderung, eine korrekte Sollwertvorgabe eines Bearbeitungsvorganges im Hinblick auf eine zu fertigende Kontur zu kontrollieren.
Besonders kritisch sind eine Ermittlung eines möglichen Konturfehlers sowie die Kontrolle einer direkten Sollwertvorgabe bei der Bearbeitung von Unrundkonturen wie beispielsweise Nocken oder Exzentern. Solche Werkstücke mit einer Unrundkontur werden in der Regel durch eine industrielle Bearbeitungsmaschine mit mindestens einer Rundachse und einer Linearachse gefertigt. Bei Geometrien und Unrundkonturen wie Nocken oder Exzentern besteht zwischen den genannten Achsen ein funktionaler Zusammenhang X = f(C) mit X für die Linearachse und C für die entsprechene Rundachse.
Im einfachsten Fall kann diese Kontur als mathematische Funktion formuliert werden (z. B. X = H·sinus(C)).
Aus der EP 0 396 028 A2 ist ein Verfahren zum Schleifen von Nocken einer Nockenwelle unter Verwendung einer numerisch gesteuerten Nockenwellen-Schleifmaschine, bei der die Nockenwelle in einer Aufspannung um eine mit ihrer Längsachse zusammenfallenden ersten Achse drehbar ist und ein Schleifschlitten mit einer Schleifscheibe entlang einer zweiten Achse radial auf die Nockenwelle zustellbar ist, bekannt.
Aus der US 3,619,581 ist ein Impulsverteilungssystem zur Bearbeitung eines Werkstücks bei einer Werkzeugmaschine bekannt, wobei Bewegungen des Werkstücks oder eines Werkzeugs der Werkzeugmaschine gemäß Eingangsdaten erfolgen.
Bisher sind keine Lösungen bekannt, um aus gemessenen Istwerten von Achsen einen Konturfehler abzuleiten. Vielmehr muss ein bearbeitetes Werkstück zu einem späteren Zeitpunkt auf einer Messmaschine vermessen werden, um einen eventuellen Konturfehler zu ermitteln.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Ermittlung eines Konturfehlers bei industriellen Bearbeitungsmaschinen zu schaffen, bei dem ein Konturfehler bereits bei der Bearbeitung des Werkstückes festgestellt werden kann.
Des Weiteren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kontrolle einer korrekten Sollwertvorgabe zu schaffen, welche sich ebenfalls auf die Konturtreue einer industriellen Bearbeitungsmaschine auswirkt und welches ebenfalls bei der Fertigung die Sollwertvorgabe eines Werkstückes auf deren Korrektheit überprüfen lässt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Ermittlung eines Konturfehlers während der Bearbeitung bei industriellen Bearbeitungsmaschinen wie nume risch gesteuerten Werkzeugmaschinen, Robotern oder dergleichen, mit einer Rundachse und einer Linearachse, welche einen geometrischen Zusammenhang X = f(C) beschreiben, wobei das Verfahren in Echtzeit an der industriellen Bearbeitungsmaschine ausgeführt wird, wobei

– Istwerte der Rundachse gemessen werden,
– jeder Istwert mit der die Kontur beschreibenden Transformation X = f(C) beaufschlagt wird und ein korrespondierender Wert der Linearachse ermittelt wird,
– entsprechende Istwerte der Linearachse (X) gemessen werden und
– durch Vergleich der gemessenen Istwerte mit den ermittelten korrespondierenden Werten Abweichungen bestimmt werden, welche einen Konturfehler beschreiben.

Außerdem wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Kontrolle einer korrekten Sollwertvorgabe während der Bearbeitung bei industriellen Bearbeitungsmaschinen wie numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, Robotern oder dergleichen, mit einer Rundachse und einer Linearachse, welche einen geometrischen Zusammenhang X = f(C) beschreiben, wobei das Verfahren in Echtzeit an der industriellen Bearbeitungsmaschine ausgeführt wird, wobei

– Istwerte der Rundachse gemessen werden,
– jeder Istwert mit der die Kontur beschreibenden Transformation X = f(C) beaufschlagt wird und ein korrespondierender Wert der Linearachse ermittelt wird,
– entsprechende Sollwerte der Linearachse bestimmt werden und
– durch Vergleich der bestimmten Sollwerte mit den ermittelten korrespondierenden Werten Abweichungen der Sollwertvorgabe bestimmt werden.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird die konturbeschreibende Transformation X = f(C) als mathematische Funktion beschrieben.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der beiden Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschreibt die konturbe schreibende Transformation X = f(C) in Form einer Kurventabelle mit Stützpunkten, zwischen denen Zwischenwerte durch eine Interpolation ermittelt werden.
Besonders vorteilhaft erfolgt die Interpolation durch eine Linearinterpolation oder eine Splineinterpolation.
Besonders vorteilhaft lassen sich die Verfahren auch an leerlaufenden Achsen der industriellen Bearbeitungsmaschine ausführen.
Eine alternative vorteilhafte Ausgestaltung der Verfahren läßt deren Durchführung unabhängig von der industriellen Bearbeitungsmaschine nachträglich in einem separaten Rechnersystem zu.
Weitere Vorteile und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen:
1 Beispiel einer Unrundkontur zur Fertigung auf einer industriellen Bearbeitungsmaschine im Beispiel eines Exzenters,
2 Blockschaltbild der Sollwertvorgabe und Achsmechanik einer industriellen Bearbeitungsmaschine,
3 Blockschaltbild der Sollwertvorgabe und Auswertung des Konturfehlers und
4 beispielhaftes Programmlisting für die Programmierung eines Rechnersystems zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der Darstellung nach 1 ist ein Beispiel einer Unrundkontur anhand eines Exzenters E gezeigt. Der Exzenter E stellt das zu fertigende Werkstück dar, welches durch eine Rundachse C verfahren wird. Daneben ist ein Werkzeug WZ gezeigt, z. B. ein Drehmeißel oder Fräser, welcher durch eine Linearachse X zugestellt wird.
Im einfachsten Fall ist diese Unrundkontur als Funktion mathematisch formulierbar. Schwieriger wird es, wenn eine Kontur nur als Menge von Stützpunkten vorliegt. In numerischen Steuerungen werden Konturen vorteilhafterweise mit Kurventabellen beschrieben. Hierzu werden Stützpunkte der Kontur programmiert und die numerische Steuerung ermittelt die Zwischenwerte beispielsweise mit Hilfe einer Liniear- oder Splineinterpolation.
Legt man dem Ausführungsbeispiel die Fertigung eines Exzenters nach der Darstellung in 1 zugrunde, so ergibt sich für den Aufbau einer entsprechenden industriellen Bearbeitungsmaschine ein Blockschaltbild der Sollwertvorgabe und Achsmechanik nach der Darstellung gemäß 2. Es wird ein Sollwert C_soll für die Rundachse C vorgegeben. Ein Regler RC für die Rundachse wird mit diesem Sollwert C_soll beaufschlagt und liefert einen entsprechenden Istwert C_ist.
Außerdem wird der Sollwert C_soll einer geometrischen Transformation X = f(C) unterzogen. Woraus ein entsprechender Sollwert X_soll für die Linearachse X resultiert. Ein entsprechender Regler RX für die Linearachse wird mit diesem Soll-wert X_soll beaufschlagt und liefert einen entsprechenden Istwert X_ist der Linearachse.
Nach der vorliegenden Erfindung werden nun die Istwerte C_ist der Rundachse C gemessen und mit der gleichen Transformation X = f(C) beaufschlagt, die auch die Kontur beschreibt. So erhält man zu jedem gemessenen Istwert C_ist der Rundachse C einen korrespondierenden Wert X_soll_ist der Linearachse X. Durch einen Vergleich dieses Wertes X_soll_ist mit dem zugehörigen gemessenen Istwert X_ist am Ausgang des Reglers RX für die Linearachse X, z. B. durch Differenzbildung –, erhält man bei eventuell auftretende Abweichungen einen Konturfehler ΔK.
Diese Funktionalität ist in der Darstellung nach 3 gezeigt. Diese Darstellung entspricht auf der linken Seite dem bereits mit der Darstellung nach 2 gezeigten Blockschaltbild, welches um die im vorangehenden geschilderte Funktionalität erweitert ist. Dazu wird der am Ausgang des Reglers RC für die Grundachse C bereitstehende Istwert C_ist einer Einheit zugeführt, welche die Transformation X = f(C) beschreibt. Anschließend steht ausgangsseitig der bereits erwähnte korrespondierende Wert X_soll_ist bereit. In einer Vergleichereinheit –, welcher der genannte Wert X_soll_ist und der am Ausgang des Reglers RX für die Linearachse X bereitstehende Istwert X_ist zugeführt wird, stellt ausgangsseitig die entsprechende Differenz bereit, welche den Konturfehler ΔK beschreibt.
Das Verfahren kann jedoch auch zur Kontrolle der korrekten Sollwertvorgabe eingesetzt werden. Die Vorgehensweise ist dann ähnlich der im vorangehenden anläßlich 3 geschilderten. Der korrespondierende Wert X_soll_ist wird auf die gleiche Art und Weise durch Beaufschlagung des Istwertes C_ist der Rundachse C mit der geometrischen Transformation X = f(C) ermittelt. Dieser Wert wird nun jedoch mit dem Sollwert X_soll für die Linearachse X verglichen. Treten Abweichungen auf, so ist dies ein Zeichen dafür, daß die Sollwertvorgabe nicht korrekt erfolgt.
Die beiden im vorangehenden geschilderten Verfahren können an leerlaufenden Achsen, während der Bearbeitung oder aber auch nachträglich an einem Rechnersystem durchgeführt werden. Zur Veranschaulichung der Realisierung in einem separaten Rechnersystem ist in der Darstellung nach 4 ein Programmlisting einer möglichen Realisierung des Verfahrens zur Ermittlung eines Konturfehlers nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Syntax ist dabei nach dem geläufigen „Matlab”-Format mit den entsprechenden Befehlen gehalten.

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Konturfehlers (ΔK) während der Bearbeitung bei industriellen Bearbeitungsmaschinen wie numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, Robotern oder dergleichen, mit einer Rundachse (C) und einer Linearachse (X), welche einen geometrischen Zusammenhang X = f(C) beschreiben, wobei das Verfahren in Echtzeit an der industriellen Bearbeitungsmaschine ausgeführt wird, wobei – Istwerte (C_ist) der Rundachse (C) gemessen werden, – jeder Istwert (C_ist) mit der die Kontur beschreibenden Transformation X = f(C) beaufschlagt wird und ein korrespondierender Wert (X_soll_ist) der Linearachse (X) ermittelt wird, – entsprechende Istwerte (X_ist) der Linearachse (X) gemessen werden und – durch Vergleich der gemessenen Istwerte (X_ist) mit den ermittelten korrespondierenden Werten (X_soll_ist) Abweichungen bestimmt werden, welche einen Konturfehler (ΔK) beschreiben.
Verfahren zur Kontrolle einer korrekten Sollwertvorgabe (C_soll, X_soll) während der Bearbeitung bei industriellen Bearbeitungsmaschinen wie numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, Robotern oder dergleichen, mit einer Rundachse (C) und einer Linearachse (X), welche einen geometrischen Zusammenhang X = f(C) beschreiben, wobei das Verfahren in Echtzeit an der industriellen Bearbeitungsmaschine ausgeführt wird, wobei – Istwerte (C_ist) der Rundachse (C) gemessen werden, – jeder Istwert (C_ist) mit der die Kontur beschreibenden Transformation X = f(C) beaufschlagt wird und ein korrespondierender Wert (X_soll_ist) der Linearachse (X) ermittelt wird, – entsprechende Sollwerte (X_soll) der Linearachse (X) bestimmt werden und – durch Vergleich der bestimmten Sollwerte (X_soll) mit den ermittelten korrespondierenden Werten (X_soll_ist) Abweichungen der Sollwertvorgabe bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die die Kontur beschreibende Transformation X = f(C) als mathematische Funktion beschrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die die Kontur beschreibende Transformation X = f(C) in Form einer Kurventabelle mit Stützpunkten beschrieben wird, zwischen denen Zwischenwerte durch eine Interpolation ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Interpolation durch eine Linearinterpolation oder eine Splineinterpolation erfolgt.