DE102004023848A1

DE102004023848A1 - Datenträger mit einer auf dem Datenträger gespeicherten Steuerdatei für eine Steuereinrichtung für eine Maschine und hiermit zusammenhängende Verfahren und Einrichtung

Info

Publication number: DE102004023848A1
Application number: DE102004023848A
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr. Bretschneider
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2005-12-08
Also published as: WO2005111745A3; WO2005111745A2; CN100489714C; US20070225834A1; US7570006B2; JP2007537521A; CN1950769A

Abstract

Ein Rechner (20) ermittelt anhand ihm vorgegebener funktionaler Anweisungen eine Folge von Steuervektoren (16), von denen jeder eine Anzahl von Vektorelementen (17) aufweist. Jedes Vektorelement (17) ist für maximal eine Achsantriebseinheit (2 bis 4) einer Maschine (1) bestimmt. Jeder Steuervektor (16) weist für jede Achsantriebseinheit (2 bis 4) der Maschine (1) mindestens ein Vektorelement (17) auf. Für jede Achsantriebseinheit (2 bis 4) ist zumindest ein Positionierelement (s*) vorhanden. Der Rechner (20) speichert die ermittelte Folge von Steuervektoren (16) als Steuerdatei (11) ab. Nach Übermittlung an eine Steuereinrichtung (6) der Maschine (1) ruft diese die Steuerdatei (11) auf und führt die dort abgespeicherte Folge von Steuervektoren (16) aus. Unmittelbar aufeinanderfolgende Steuervektoren (16) führt sie um eine vorgegebene Taktzeit (deltat) zeitlich versetzt aus. Sie bestimmt für jeden Zeitpunkt den Ansteuerzustand jeder Achsantriebseinheit (2 bis 4) der Maschine (1) anhand der für diese Achsantriebseinheit (2 bis 4) bestimmten Vektorelemente (17) und steuert die Achsantriebseinheiten (2 bis 4) entsprechend an.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Erstellverfahren für eine Steuerdatei für eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Maschine mit mindestens einer Achsantriebseinheit. Sie betrifft weiterhin einen Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Erstellprogramm und einen Rechner zur Durchführung eines solchen Erstellverfahrens.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Betriebsverfahren für eine Steuereinrichtung einer Maschine mit mindestens einer Achsantriebseinheit. Auch betrifft sie einen Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Betriebsprogramm und eine Steuereinrichtung zur Durchführung eines solchen Betriebsverfahrens.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung noch eine Maschine mit mindestens einer Achsantriebseinheit und einen Datenträger mit einer auf dem Datenträger gespeicherten Steuerdatei.

Maschinen mit mindestens einer Achsantriebseinheit sind allgemein bekannt. Beispiele derartiger Maschinen sind Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen und Fertigungseinrichtungen. Im Stand der Technik werden diese Maschinen von numerischen Steuerungen gesteuert. Die numerischen Steuerungen arbeiten ein Anwenderprogramm ab, das aus funktionalen Anweisungsschritten besteht, z. B. ein Teileprogramm gemäß DIN 66025. Das Anwenderprogramm legt z. B. fest, welche Maschinenabläufe, z. B. welche Verfahrbewegungen, vorgenommen werden sollen.

Die numerischen Steuerungen weisen eine Betriebssoftware auf, die einen Bedienteil und einen Echtzeitteil aufweist. Der Bedienteil wird azyklisch abgearbeitet, also nicht in Echtzeit. Der Echtzeitteil umfasst eine Datenvorverarbeitung, eine Bahnplanung, eine Geschwindigkeitsführung, gegebenenfalls auch zusätzlich eine Koordinatentransformation und/oder eine Interpolation. Er bewirkt die Umsetzung der Anweisungsschritte des Anwenderprogramms in maschinenabhängige Steuerbefehle. Der Echtzeitteil sorgt dabei dafür, dass diese Umsetzung in Echtzeit erfolgt.

Bei dieser, nach Kenntnis der Anmelderin im Stand der Technik ausnahmslos ergriffenen Vorgehensweise ist also in der numerischen Steuerung selbst ein Rechner vorhanden, dem eine von der Maschine zu realisierende Bearbeitung in funktionalen Anweisungen vorgegeben wird. Dieser Rechner ermittelt anhand der funktionalen Anweisungen eine Folge von Steuervektoren. Die Ermittlung und die Ausführung der Steuervektoren sind dabei verfahrensbedingt miteinander gekoppelt.

Jeder Steuervektor weist eine Anzahl von Vektorelementen auf. Jedes Vektorelement ist für maximal eine der Achsantriebseinheiten der Maschine bestimmt. Für jede Achsantriebseinheit der Maschine ist mindestens ein Vektorelement vorhanden. Die für die Achsantriebseinheit bestimmten Vektorelemente umfassen zumindest einen Positioniersollwert. Unmittelbar aufeinanderfolgende Steuervektoren werden von der Steuereinrichtung um eine vorgegebene Taktzeit zeitlich versetzt ausgeführt. Für jeden Zeitpunkt ist dabei der Ansteuerzustand jeder Achsantriebseinheit der Maschine von der Steuereinrichtung anhand der für diese Achsantriebseinheit bestimmten Vektorelemente bestimmbar.

Die Achsantriebseinheiten werden von der Steuereinrichtung entsprechend dem von ihr bestimmten Ansteuerzustand sodann auch angesteuert. Die Steuervektoren werden im Stand der Technik also von der numerischen Steuerung stets online und in enger zeitlicher Kopplung mit ihrer Ausführung ermittelt und dann an die Achsantriebseinheiten ausgegeben. Ein Abspeichern in Form einer Steuerdatei erfolgt nicht.

Diese Vorgehensweise weist eine Vielzahl von Nachteilen auf. So kann z. B. der Rechner, der die Steuervektoren ermittelt, ausfallen. Stillstandszeiten der Maschine sowie Reparaturkosten sind die Folge.

Weiterhin muss der Rechner die Steuervektoren in Echtzeit ermitteln, da sie unmittelbar für die Ansteuerung der Achsantriebseinheiten der Maschine herangezogen werden. Daher muss entweder die Rechenleistung des Rechners hoch sein, was entsprechende Kosten zur Folge hat. Oder es kann die Taktzeit nicht klein gewählt werden, wodurch dann eventuell die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine begrenzt wird.

Auch sind Aktualisierungen der Steuerungssoftware der numerischen Steuerung und Optimierungen der funktionalen Anweisungen nur vor Ort möglich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit zu schaffen, die die obenstehend erwähnten Nachteile vermeidet.

Die Aufgabe wird für das Erstellverfahren dadurch gelöst,

– dass einem Rechner eine von der Maschine zu realisierende Bearbeitung in funktionalen Anweisungen vorgegeben wird,
– dass der Rechner unter Abarbeitung eines Erstellprogramms anhand der funktionalen Anweisungen eine Folge von Steuervektoren ermittelt,
– dass jeder Steuervektor eine Anzahl von Vektorelementen aufweist,
– dass jedes Vektorelement für maximal eine der Achsantriebseinheiten der Maschine bestimmt ist,
– dass jeder Steuervektor für jede Achsantriebseinheit der Maschine mindestens ein Vektorelement aufweist,
– dass die für die Achsantriebseinheit bestimmten Vektorelemente zumindest einen Positioniersollwert umfassen,
– dass unmittelbar aufeinanderfolgende Steuervektoren von der Steuereinrichtung um eine vorgegebene Taktzeit zeitlich versetzt auszuführen sind,
– dass der Rechner die ermittelte Folge von Steuervektoren als Steuerdatei abspeichert und
– dass für jeden Zeitpunkt der Ansteuerzustand jeder Achsantriebseinheit der Maschine von der Steuereinrichtung anhand der für diese Achsantriebseinheit bestimmten Vektorelemente bestimmbar ist.

Hiermit korrespondierend wird die Aufgabe für das Betriebsverfahren für die Steuereinrichtung dadurch gelöst,

– dass die Steuereinrichtung unter Abarbeitung eines Betriebsprogramms eine Steuerdatei aufruft und eine in der Steuerdatei abspeicherte Folge von Steuervektoren ausführt,
– dass jeder Steuervektor eine Anzahl von Vektorelementen aufweist,
– dass jedes Vektorelement für maximal eine der Achsantriebseinheiten der Maschine bestimmt ist,
– dass jeder Steuervektor für jede Achsantriebseinheit der Maschine mindestens ein Vektorelement aufweist,
– dass die für die Achsantriebseinheit bestimmten Vektorelemente zumindest einen Positioniersollwert umfassen,
– dass die Steuereinrichtung für jeden Zeitpunkt den Ansteuerzustand jeder Achsantriebseinheit der Maschine anhand der für diese Achsantriebseinheit bestimmten Vektorelemente bestimmt und die Achsantriebseinheiten entsprechend ansteuert und
– dass die Steuereinrichtung unmittelbar aufeinanderfolgende Steuervektoren um eine vorgegebene Taktzeit zeitlich versetzt ausführt.

Die Steuerdatei kann der Steuereinrichtung dabei alternativ über eine Rechner-Rechner-Verbindung, z. B. das Internet oder ein LAN (LAN = local area network), oder einen Datenträger, auf dem die Steuerdatei abgespeichert ist, zugeführt werden.

Weiterhin wird die Aufgabe durch einen Datenträger gelöst, auf dem ein Erstellprogramm zur Durchführung eines Erstellverfahrens der oben erwähnten Art bzw. ein Betriebsprogramm zur Durchführung eines Betriebsverfahrens der oben genannten Art oder aber eine Steuerdatei der oben genannten Art gespeichert sind.

Vorrichtungstechnisch wird die Aufgabe durch einen Rechner gelöst, der einen Massenspeicher aufweist, in dem ein Erstellprogramm abgespeichert ist, so dass bei Aufruf des Erstellprogramms von dem Rechner ein derartiges Erstellverfahren ausgeführt wird. Auch wird die Aufgabe vorrichtungstechnisch durch eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Maschine mit mindestens einer Achsantriebseinheit gelöst, die einen Massenspeicher aufweist, in dem ein Betriebsprogramm abgespeichert ist, so dass bei Aufruf des Betriebsprogramms von der Steuereinrichtung ein Betriebsverfahren der oben genannten Art ausgeführt wird.

Schließlich wird die Aufgabe noch durch eine Maschine mit mindestens einer Achsantriebseinheit gelöst, die eine Steuereinrichtung der oben genannten Art aufweist.

Das Ermitteln der Folge von Steuervektoren durch den Rechner ist bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise von der Ausführung der Steuervektoren durch die Steuereinrichtung entkoppelt. Es ist daher insbesondere auch möglich, dass der Rechner nicht als die Maschine steuernde Steuereinrichtung ausgebildet ist.

Im Einzelfall können die funktionalen Anweisungen dem Rechner in Form einer Beschreibung eines momentanen Maschinenzustands und einer Änderungsanweisung vorgegeben werden. In diesem Fall ist insbesondere beispielsweise ein sogenannter Tippbe trieb realisierbar, wie er beim Einrichten und bei der Störungsbehebung erforderlich ist. Dabei kann die Steuerdatei ausnahmsweise nur einen einzigen Steuervektor aufweisen. In der Regel werden die funktionalen Anweisungen dem Rechner aber in Form eines Anwendungsprogramms mit Anweisungsschritten, z. B. in Form einer CAM-Datei, vorgegeben.

Wenn der Rechner die Folge von Steuerbefehlen anhand eines parametrierbaren Modells der Maschine ermittelt und dem Rechner Maschinenparameter vorgegeben werden, anhand derer der Rechner das Modell parametriert, ist das Erstellverfahren besonders vielseitig einsetzbar.

Wenn dem Rechner ein Auswahlbefehl vorgegeben wird und der Rechner in Abhängigkeit des Auswahlbefehls bestimmt, welches von mehreren Erstellprogrammen er abarbeitet, ist das erfindungsgemäße Erstellverfahren noch vielseitiger einsetzbar.

Es ist möglich, Vorgaben an den Rechner über eine Rechner-Rechner-Verbindung, z. B. das Internet oder ein LAN, vorzunehmen. Diese Vorgehensweise ist insbesondere in Verbindung. mit dem obenstehend erwähnten Tippbetrieb von Vorteil.

Wenn der Rechner anhand der Folge von Steuervektoren ein erwartetes Ergebnis der Bearbeitung, z. B. einen ein bearbeitetes Werkstück beschreibenden Datensatz, ermittelt und als Ergebnisdatei abspeichert, ist insbesondere rechnerseitig überprüfbar, ob die ermittelten Steuervektoren eine wunschgemäße Bearbeitung des Werkstücks bewirken.

Wenn dem Rechner ein Sollergebnis der Bearbeitung, z. B. eine CAD-Datei, zugeführt wird und der Rechner die Folge von Steuervektoren anhand eines Vergleichs des erwarteten Ergebnisses mit dem Sollergebnis optimiert, sind insbesondere die Qualität und die Dynamik des tatsächlichen Bearbeitungsvorgangs optimierbar. Das Optimieren der Folge von Steuervektoren kann der Rechner dabei alternativ selbsttätig oder anwendergestützt vornehmen.

Wenn abgespeicherte Dateien von dem Rechner über eine Rechner-Rechner-Verbindung, z. B. das Internet oder ein LAN, ausgegeben werden, ist auf besonders einfache Weise die Weiterleitung der Dateien an einen anderen Ort, z. B. zur Steuereinrichtung der Maschine, möglich. Insbesondere in Verbindung mit dem obenstehend erwähnten Tippbetrieb ist diese Vorgehensweise wieder von Vorteil.

Der Positioniersollwert kann ein Lagesollwert sein. Er kann aber auch ein dem Lagesollwert unterlagerter Sollwert, z. B. ein Drehzahl-, Strom- oder Spannungssollwert, sein.

Wenn die für die Achsantriebseinheit bestimmten Vektorelemente auch mindestens einen Ergänzungswert, z. B. eine zeitliche Ableitung des Positioniersollwerts, umfassen, arbeitet die Steuereinrichtung noch genauer.

Maschinen weisen weiterhin in der Regel mindestens eine weitere Antriebseinheit auf, die keine Achsantriebseinheit ist. Für diese weitere Antriebseinheit weisen die Steuervektoren vorzugsweise ein Vektorelement auf, das zumindest einen EIN-/AUS-Zustand dieser weiteren Antriebseinheit bestimmt. Hier ist es von Vorteil, wenn die für diese weitere Antriebseinheit bestimmten Vektorelemente einen Sollwert für eine kontinuierlich einstellbare Größe umfassen, z. B. einen Drehzahlsollwert.

Wenn die Maschine mindestens zwei Achsantriebseinheiten aufweist, ermittelt der Rechner vorzugsweise auch eine – gegebenenfalls steuervektorabhängige – Nothaltverzögerung und hinterlegt sie in der Steuerdatei. Denn dann ist es auch im Falle einer Nothaltanforderung möglich, die Achsantriebseinheiten derart anzusteuern, dass das Abbremsen und Stillsetzen der Achsantriebseinheiten der gleichen Koordination folgt wie im Normalbetrieb.

Wenn der Rechner zusammen mit den Steuervektoren auch Sollzustandsvektoren für Sensorelemente der Maschine ermittelt und den Steuervektoren zuordnet sowie die Sollzustandsvektoren zusammen mit den Steuervektoren in der Steuerdatei abspeichert, ist es auf einfache Weise möglich, die Funktionalität einer speicherprogrammierbaren Steuerung in die Steuerdatei mit einzubinden. In diesem Fall erfasst die Steuereinrichtung über Sensorelemente Istzustände der Maschine und führt den jeweiligen Steuervektor nur dann aus, wenn die erfassten Istzustände der Maschine mit dem zugeordneten Sollzustandvektor korrespondieren.

Das Ausführen der in der Steuerdatei abgespeicherten Folge von Steuervektoren erfolgt vorzugsweise nur in einem Grundmode. Um auf einfache Weise einen Tippbetrieb der Steuereinrichtung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung in einem Zusatzmode nicht diese Steuervektoren ausführt, sondern stattdessen eine Beschreibung eines momentanen Maschinenzustands und eine Änderungsanweisung an einen Rechner übermittelt, sodann abwartet, bis ihr vom Rechner eine weitere Steuerdatei übermittelt wird, und schließlich die in der weiteren Steuerdatei enthaltene Folge von Steuervektoren einmal ausführt. Die weitere Steuerdatei kann dabei im Einzelfall nur einen einzigen Steuervektor aufweisen. In der Regel enthält aber auch sie mehrere Steuervektoren. Mit dieser Vorgehensweise ist sogar dann ein Tippbetrieb möglich, wenn die Steuereinrichtung ausschließlich Steuerdateien der oben erwähnten Art ausführen kann, also selbst nicht in der Lage ist, funktionale Anweisungen in eine Folge von Steuervektoren umzusetzen.

Die Taktzeit ist im Normalbetrieb vorbestimmt. Es ist aber möglich, dass sie der Steuereinrichtung von einem Anwender vorgegeben wird (sogenannter Override). Der Anwender kann da bei sogar in der Lage sein, die Taktzeit auf unendlich zu setzen, was einem Stillstand der Maschine entspricht.

Im Regelfall führt die Steuereinrichtung die Steuervektoren ohne jegliche Korrekturen aus. Zur Berücksichtigung von z. B. Werkzeugverschleiß oder leichten Fehljustierungen kann es im Einzelfall aber sinnvoll sein, wenn die Steuereinrichtung für jeden Zeitpunkt den Ansteuerzustand der Achsantriebseinheiten anhand der für die jeweilige Achsantriebseinheit bestimmten Vektorelemente unter additiver oder multiplikativer Berücksichtigung eines Korrekturwerts bestimmt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
1 schematisch eine Werkzeugmaschine,
2 ein Ablaufdiagramm,
3 eine Steuerdatei und einen Steuervektor dieser Steuerdatei,
4 bis 6 schematisch gewünschte Bearbeitungen,
7 schematisch einen Rechner und
8 und 9 Ablaufdiagramme.
Gemäß 1 weist eine Maschine 1 mehrere Antriebseinheiten 2 bis 5 und eine Steuereinrichtung 6 auf. Mindestens eine der Antriebseinheiten 2 bis 5 ist eine Achsantriebseinheit, mindestens eine keine Achsantriebseinheit. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1 sind beispielsweise die Antriebseinheiten 2 bis 4 Achsantriebseinheiten, die Antriebseinheit 5 ist keine Achsantriebseinheit.
Die Maschine 1 kann eine beliebige Maschine sein. Nachfolgend wird aber – rein beispielhaft – von einer Werkzeugmaschine 1 ausgegangen. Die Maschine 1 könnte aber auch eine andere Maschine sein, z. B. eine Produktionsmaschine, die keine Werkzeugmaschine ist, oder eine andere Fertigungseinrichtung.
Die Antriebseinheiten 2 bis 5 weisen jeweils entweder einen oder mehrere Antriebe auf. Nachfolgend wird daher der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass jede Antriebseinheit 2 bis 5 nur einen einzigen Antrieb aufweist. Die Antriebseinheiten 2 bis 5 werden daher nachfolgend nur kurz als Antriebe 2 bis 5 bezeichnet.
Auch ist die Steuereinrichtung 6 in 1 als eigene Einheit dargestellt. Sie könnte aber auch als verteilte Steuereinrichtung realisiert sein. In diesem Fall wäre jedem Antrieb 2 bis 5 eine eigene Teil-Steuereinrichtung zugeordnet, die insbesondere in der antriebsinternen Steuereinheit realisiert sein könnte.
Von den Achsantrieben 2 bis 4 kann ein Werkzeug 7, z. B. ein Bohrfutter 7 mit einem darin gehaltenen Bohrer 7', in drei zueinander senkrechten Richtungen verfahren werden. Die Richtungen werden nachfolgend als x, y und z bezeichnet und bilden z. B. ein rechtwinkliges, rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem. Mittels des Antriebs 5 kann das Bohrfutter 7 um seine Symmetrieachse 8 gedreht werden. Die – beispielhafte – Werkzeugmaschine 1 der 1 ist also eine Bohrmaschine 1.
Gemäß 1 weist die Steuereinrichtung 6 unter anderem einen Massenspeicher 9 auf, z. B. eine Festplatte 9. Im Massenspeicher 9 sind ein Betriebsprogramm 10 und eine Steuerdatei 11 abgespeichert. Das Betriebsprogramm 10 und die Steuerdatei 11 können dabei, wie in 1 gestrichelt angedeutet, der Steuereinrichtung 6 zuvor über Datenträger 12, 13 zugeführt worden sein, auf denen das Betriebsprogramm 10 bzw. die Steuerdatei 11 in (ausschließlich) maschinenlesbarer Form gespeichert sind. Beispiele derartiger Datenträger 12, 13 sind CD-ROMs 12, 13. Alternativ ist es beispielsweise aber auch möglich, der Steuereinrichtung 6 das Betriebsprogramm 10 und/oder die Steuerdatei 11 auf andere Art zuzuführen, z. B. über eine Rechner-Rechner-Verbindung 14. Die Rechner-Rechner- Verbindung 14 kann beispielsweise ein LAN oder das Internet sein.
Das Betriebsprogramm 10 wird vorzugsweise beim Hochlaufen der Steuereinrichtung 6 automatisch aufgerufen und gestartet. Alternativ ist aber auch ein manueller Aufruf durch einen Anwender 15 möglich. Bei Aufruf des Betriebsprogramms 10 führt die Steuereinrichtung 6 unter Abarbeitung des Betriebsprogramms ein Betriebsverfahren aus, das nachfolgend in Verbindung mit 2 näher beschrieben wird.
Gemäß 2 ruft die Steuereinrichtung 6 zunächst in einem Schritt S1 die Steuerdatei 11 auf. Falls in dem Massenspeicher 9 mehrere Steuerdateien 11 abgespeichert sind, kann selbstverständlich zuvor eine Auswahl durch den Anwender 15 erfolgen.
Die Steuerdatei 11 besteht gemäß 3 aus einer Folge von Steuervektoren 16. Jeder Steuervektor 16 weist dabei eine Anzahl von Vektorelementen 17 auf. Jedes Vektorelement 17 ist für maximal einen der Antriebe 2 bis 5 der Werkzeugmaschine 1 bestimmt. Umgekehrt weist jeder Steuervektor 16 für jeden Antrieb 2 bis 5 der Werkzeugmaschine 1 mindestens ein Vektorelement 17 auf. In 3 ist dabei – nur für das bessere Verständnis der vorliegenden Erfindung – am Anfang jeden Vektorelements 17 in Klammern mit angegeben, für welchen der Antriebe 2 bis 5 das jeweilige Vektorelement 17 bestimmt ist.
Für den Achsantrieb 2 sind gemäß 3 beispielsweise die ersten beiden Vektorelemente 17 jedes Steuervektors 16 bestimmt. Das erste dieser Vektorelemente 17 stellt einen Positioniersollwert s* für diesen Antrieb 2 dar. Der Positioniersollwert s* ist dabei vorzugsweise ein Lagesollwert s* für diesen Achsantrieb 2. Alternativ könnte aber auch ein dem Lagesollwert s* unterlagerter Sollwert I*, U* vorgegeben werden, beispielsweise, wie in 3 in Klammern angegeben, ein Stromsollwert I* oder ein Spannungssollwert U*. Auch die Vorgabe eines Drehzahlsollwertes ist möglich.
Zusätzlich zu diesem Positioniersollwert s* ist gemäß 3 für diesen Antrieb 2 noch ein weiteres Vektorelement 17 vorhanden, das einen Ergänzungswert e für den Positioniersollwert s* enthält. Der Ergänzungswert e kann beispielsweise eine zeitliche Ableitung des Positioniersollwerts s* sein. Bei Vorgabe eines Lagesollwerts s* kann also z. B. ein Geschwindigkeitssollwert, ein Beschleunigungssollwert oder ein Rucksollwert vorgegeben werden.
Die Steuereinrichtung 6 ist auf Grund der obenstehend erwähnten Vektorelemente 17, die für den Achsantrieb 2 bestimmt sind, in der Lage, anhand dieser Vektorelemente 17 für jeden Zeitpunkt den Ansteuerzustand des Achsantriebs 2 zu bestimmen. Vorzugsweise werden dabei nur die entsprechenden Vektorelemente 17 des momentan auszuführenden Steuervektors 16 herangezogen. Gegebenenfalls können aber auch die entsprechenden Vektorelemente 17 des unmittelbar zuvor ausgeführten und/oder des unmittelbar nachfolgend ausgeführten Steuervektors 16 mit herangezogen werden.
In analoger Weise sind auch für die anderen Achsantriebe 3, 4 entsprechende Vektorelemente 17 vorhanden. Auch hier ist die Steuereinrichtung 6 in der Lage, für jeden Zeitpunkt anhand der für den jeweiligen Antrieb 3, 4 bestimmten Vektorelemente 17 dessen Ansteuerzustand zu bestimmen.
Der Antrieb 5 ist, wie bereits erwähnt, kein Achsantrieb. Das für diesen Antrieb 5 bestimmte Vektorelement 17 entspricht daher nicht einem Positioniersollwert, sondern bestimmt zumindest einen EIN-/AUS-Zustand des Antriebs 5. Z. B. kann das betreffende Vektorelement 17 einen Sollwert n* für eine kontinuierlich einstellbare Größe n, z. B. einen Drehzahlsollwert n*, für diesen Antrieb 5 umfassen. Auch bezüglich dieses Antriebs 5 ist die Steuereinrichtung 6 aber in der Lage, für jeden Zeitpunkt anhand der für diesen Antrieb 5 bestimmten Vektorelemente 17 dessen Ansteuerzustand zu bestimmen.
In der Regel bestimmt die Steuereinrichtung 6 die Ansteuerzustände der Antriebe 2 bis 5 ausschließlich anhand der dem jeweiligen Antrieb 2 bis 5 zugeordneten Vektorelemente 17. Es ist aber auch möglich, dass die Steuereinrichtung 6 zusätzlich auch Korrekturwerte δ2 bis δ5 additiv oder multiplikativ berücksichtigt. Damit können insbesondere leichte Justierfehler und/oder ein etwaiger Werkzeugverschleiß lokal kompensiert werden, ohne die Folge von Steuervektoren 16 neu ermitteln zu müssen.
Die Steuervektoren 16 können ferner gegebenenfalls weitere Vektorelemente 17 enthalten, die für andere Komponenten als die Antriebe 2 bis 5 bestimmt sind. Dies ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwar von untergeordneter Bedeutung, kann aber ebenfalls berücksichtigt werden. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert werden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, führt die Steuereinrichtung 6 eine Schleife aus, die aus den Schritten S2 bis S5 besteht. Im Schritt S2 ruft die Steuereinrichtung 6 den ersten Steuervektor 16 der Folge von Steuervektoren 16 auf und führt ihn aus. Sie bestimmt also für jeden Antrieb 2 bis 5 anhand der für den jeweiligen Antrieb 2 bis 5 bestimmten Vektorelemente 17 dieses Steuervektors 16 dessen Ansteuerzustand und steuert jeden der Antriebe 2 bis 5 entsprechend an. Im Schritt S3 überprüft die Steuereinrichtung 6, ob sie die Folge von Steuervektoren 16 vollständig abgearbeitet hat. Wenn sie die Folge von Steuervektoren 16 noch nicht vollständig abgearbeitet hat, führt sie im Schritt S4 den nächsten Steuervektor 16 der Folge von Steuervektoren 16 aus. Vom Schritt S4 geht sie wieder zum Schritt S3 zurück.
Auf Grund des Aufbaus der Steuervektoren 16 wird für die Ausführung jedes Steuervektors 16 eine Taktzeit δt benötigt. Die Taktzeit δt ist dabei gleich einem vorbestimmten Minimalwert δt', solange von Seiten des Anwenders 15 keine korrigierenden Eingaben erfolgen. In diesem Fall, der den Regelbetrieb darstellt, führt die Steuereinrichtung 6 – siehe 3 – unmittelbar aufeinanderfolgende Steuervektoren 16 also um den vorbestimmten Mimimalwert δt' zeitlich versetzt aus.
Wenn der Anwender 15 hingegen interaktiv ein sogenanntes Override-Signal eingibt, führt das temporär zu einer Erhöhung der Taktzeit δt. Die Folge von Steuervektoren 16 wird also langsamer ausgeführt. Bei einem vollständigen Override wird dabei die Ausführung der Steuervektoren 16 nicht fortgesetzt. Der Anwender 15 ist also im Ergebnis sogar in der Lage, die Taktzeit δt auf unendlich zu setzen.
Wenn die Steuereinrichtung 6 im Schritt S3 ermittelt hat, dass die Folge von Steuervektoren 16 vollständig ausgeführt wurde, überprüft sie in einem Schritt S5, ob die Abarbeitung der Steuerdatei 11 beendet werden soll. Wenn dies der Fall ist, ist das Betriebsverfahren abgeschlossen. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 6 zum Schritt S2 zurück und setzt die Abarbeitung der Steuerdatei 11 mit dem ersten Steuervektor 16 der Steuerdatei 11 fort. In diesem Fall erfolgt also eine zyklische Ausführung der in der Steuerdatei 11 abgespeicherten Folge von Steuervektoren 16.
Ob eine einmalige oder eine zyklische Ausführung der Folge von Steuervektoren 16 erfolgt, kann von verschiedenen Einflussgrößen abhängen. Beispielsweise kann die Werkzeugmaschine 1 im Dauerbetrieb arbeiten. In diesem Fall erfolgt ein zyklisches Abarbeiten der Folge von Steuervektoren 16. Alternativ kann die Werkzeugmaschine 1 auch im Probebetrieb oder z. B. in der Einzelfertigung oder der Kleinserienfertigung arbeiten. In diesem Fall erfolgt nur eine einmalige Abarbeitung der Folge von Steuervektoren 16. Ergänzend sei noch erwähnt, dass die Abarbeitung der Folge von Steuervektoren 16 jederzeit unterbrochen wird, z. B. wenn vom Anwender 15 oder auf andere Weise ein Stopp-Signal oder ein Notaus-Signal vorgegeben wird.
Die Steuereinrichtung 6 der vorliegenden Erfindung ermittelt also – im Gegensatz zu herkömmlichen Steuerungen für Werkzeugmaschinen – nicht mehr anhand von funktionalen Anweisungen die Steuervektoren 16 und führt sie dann in enger zeitlicher Kopplung mit deren Ermittlung aus. Vielmehr führt sie nur noch – streng getaktet – die vorgegebene Folge von Steuervektoren 16 aus. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung 6 muss daher keine Intelligenz zur Verarbeitung derartiger funktionaler Anweisungen mehr enthalten. Vielmehr ist es ausreichend, dass sie ausschließlich gemäß dem obenstehend beschriebenen Betriebsverfahren betreibbar ist.
Es ist möglich, dass der Steuereinrichtung 6 ein Rechner fest zugeordnet ist, der anhand der funktionalen Anweisungen die Folge von Steuervektoren 16 ermittelt. Auch in diesem Fall wird die Folge von Steuervektoren 16 aber komplett vorab ermittelt und der Steuereinrichtung 6 als Steuerdatei 11 zur Verfügung gestellt. Auch in diesem Fall ist also die Ermittlung der Folge von Steuervektoren 16 von deren Ausführung vollständig entkoppelt. Vorzugsweise ist der Rechner aber von der Steuereinrichtung 6 verschieden.
Die obenstehend allgemein beschriebene Vorgehensweise wird nachfolgend in Verbindung mit den 4 und 5 anhand eines einfachen Beispiels nochmals erläutert.
Man nehme beispielsweise an, das Werkzeug 7 stehe zu Anfang im Koordinatenursprung O und es sollen zwei Bohrlöcher 18, 19 gebohrt werden. Das erste Loch 18 weise in der xy-Ebene Koordinaten x1, y1 von x1 = 10 und y1 = 10 auf. Eine Bohrtiefe z1 für das erste Bohrloch 18 soll 5 sein, eine gewünschte Bohrerdrehzahl n 300 Umdrehungen/min. Das zweite Bohrloch 19 soll in der xy-Ebene bei Koordinaten x2 = 30 und y2 = 40 liegen. Die Bohrtiefe z2 für diese zweite Bohrloch 19 soll 10 sein, die Bohrerdrehzahl n 200 Umdrehungen/min. In funktionalen Anweisungen ließe sich dieser Bearbeitungsvorgang beispielsweise wie folgt beschreiben:
Mit dem ersten Befehl wird der Antrieb 5 für das Bohrfutter 7 eingeschaltet und eine Solldrehzahl n* von 300 Umdrehungen/min vorgegeben. Mit dem zweiten Befehl wird das Bohrfutter 7 mit maximaler Geschwindigkeit vmax an die Position des ersten Bohrlochs 18 verfahren. Mit dem dritten Befehl erfolgt das Bohren des Bohrlochs 18 mit der gewünschten Bohrtiefe z1. Der Vorschub erfolgt dabei mit einer Arbeitsgeschwindigkeit v1.
Mit dem vierten Befehl wird der Bohrer 7' wieder aus dem Bohrloch 18 herausgezogen. Der fünfte Befehl setzt die Solldrehzahl n* auf 200 Umdrehungen/min herunter. Mit dem sechsten Befehl wird der Bohrer 7' mit maximaler Geschwindigkeit vmax an die Stelle des zweiten Bohrloches 19 verfahren. Mit den nächsten beiden Schritten erfolgt das Bohren des Bohrloches 19 und das Zurückziehen des Bohrers 7', beides mit der Arbeitsgeschwindigkeit v1. Im vorletzten Befehl wird der Antrieb 5 für den Bohrer 7' abgeschaltet. Mit dem letzten Befehl wird der Bohrer 7' wieder zum Koordinatenursprung O zurückgefahren. Diese Verfahrbewegung erfolgt mit maximaler Verfahrgeschwindigkeit vmax.
Bereits auf Grund dieser beispielhaften, einfachen Befehlsabfolge ist sofort und ohne Weiteres ersichtlich, dass nicht jede Anweisung für jeden Antrieb 2 bis 5 der Werkzeugmaschine 1 Elemente enthält. Vor allem aber ist auch ersichtlich, dass die Zeiten zum Ausführen der einzelnen Anweisungen nicht die gleichen sein können. So definieren beispielsweise die zweite, die sechste und die zehnte (= letzte) Anweisung jeweils Verfahrbewegungen, die voneinander verschiedene Strecken umfassen, aber alle mit der maximalen Verfahrgeschwindigkeit vmax ausgeführt werden sollen. In ähnlicher Weise benötigt die Ausführung der Anweisungen 3 und 4 logischerweise eine kürzere Zeit als die Ausführung der Anweisungen 7 und 8. Bei der Vorgabe funktionaler Anweisungsschritte ist es daher prinzipbedingt nicht möglich, zu garantieren, dass alle funktionalen Anweisungen mit der gleichen Taktzeit δt ausgeführt werden. Vielmehr ermittelt im Stand der Technik eine numerische Steuerung anhand der funktionalen Anweisungen eine Folge korrespondierender Steuervektoren 16. Die Steuervektoren 16 z. B. vom Koordinatenursprung zum ersten Bohrloch 18 und zum Bohren des ersten Bohrlochs 18 könnten beispielsweise wie folgt sein:
Das erste, dritte und fünfte Vektorelement 17 jedes Steuervektors 16 gibt dabei die momentane Sollkoordinate für den jeweiligen Achsantrieb 2 bis 4 vor, die zweite, vierte und sechste Koordinate die momentane Beschleunigung. Das siebte Vektorelement 17 definiert jeweils die Solldrehzahl n* des Antriebs 5 und damit implizit auch, ob der Antrieb 5 ein- oder ausgeschaltet ist.
Das vorletzte Vektorelement 17 ist seinerseits selbst ein Sollzustandsvektor V für Sensorelemente 19' der Maschine 1. Es ist daher möglich, dass die Steuereinrichtung 6 über die Sensorelemente 19' Istzustände i der Maschine 1 erfasst und mit dem jeweiligen Sollzustandvektor V des jeweiligen Steuervektors 16 vergleicht. Der eigentliche Steuervektor 16, also die Vektorelemente 17 dieses Steuervektors 16 mit Ausnahme des Sollzustandsvektors V, wird von der Steuereinrichtung 6 nur dann ausgeführt, wenn die erfassten Istzustände i mit dem Sollzustandsvektor V korrespondieren.
Auf Grund der Zuordnung der Sollzustandsvektoren V zu den Steuervektoren 16 sind also auch die Sollzustandsvektoren V Bestandteile der Steuerdatei 11.
Das letzte Vektorelement 17 ist eine Nothaltverzögerung N. Sie kann für alle Steuervektoren 16 gleich sein. Sie kann aber auch für den jeweiligen Steuervektor 16 spezifisch sein. Sie gibt an, wie schnell die Maschine 1 im Falle einer Not haltanforderung in den Stillstand überführt wird. Bei geeigneter Vorgabe der Nothaltverzögerung N ist die Steuereinrichtung 6 daher in der Lage, eine durch die Folge von Steuervektoren 16 definierte Koordination der Achsantriebe 2 bis 4 auch dann aufrecht zu erhalten, wenn ihr die Nothaltanforderung vorgegeben wird. Sie kann also auch in diesem Fall die Achsantriebe 2 bis 4 entsprechend ansteuern. Die Nothaltanforderung kann der Steuereinrichtung 6 dabei alternativ vom Anwender 15 oder mittels der Steuerdatei 11, nämlich bei Nichtübereinstimmung von Istzuständen i und Sollzustandvektor V, vorgegeben werden.
Noch deutlicher wird der Unterschied zwischen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise und der des Standes der Technik, wenn funktionale Anweisungen für eine nicht lineare Kurve vorgegeben werden, beispielsweise für einen Viertelkreisbogen, wie er in 6 dargestellt ist.
Gemäß 6 ist P1 ein Startpunkt des Viertelkreises in der x-y-Ebene, P2 ein Endpunkt. Das Abfahren des Viertelkreisbogens soll mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit v erfolgen. Eine funktionale Anweisung hierfür könnte beispielsweise lauten:
(K, M, P1, α, v)
K bedeutet dabei, dass ein Kreisbogen abgefahren werden soll.
M definiert den Mittelpunkt des Kreises K, P1 den Startpunkt auf dem Kreis K und damit implizit dessen Radius. α gibt an, welcher Winkel abgefahren werden soll. v ist die gewünschte Verfahrgeschwindigkeit.
Es ist sofort und ohne Weiteres ersichtlich, dass die zur Ausführung dieser funktionalen Anweisung benötigte Zeit von den Parametern der funktionalen Anweisung abhängt, und zwar insbesondere von dem durch die Punkte M und P1 definierten Radius, dem zu überstreichenden Winkel α und der gewünschten Verfahrgeschwindigkeit v.
Die korrespondierenden Steuervektoren 16 der entsprechenden Steuerdatei 11 definieren nun die Koordinaten aller Zwischenpositionen ZP1, ..., ZPn und der korrespondierenden Beschleunigungen. Mit jedem Ablauf der Taktzeit δt wird dabei der nächste Zwischenpunkt ZPi angefahren. Die entsprechenden Steuervektoren 16 lauteten also beispielsweise
Der Übersichtlichkeit halber sind dabei obenstehend nur Vektorelemente 17 für die Achsantriebe 2 und 3 aufgelistet worden. Die übrigen Vektorelemente 17 wurden weggelassen.
Die Folge von Steuervektoren 16 muss selbstverständlich ordnungsgemäß erstellt worden sein. Hierzu ist gemäß 7 ein Rechner 20 vorgesehen. Der Rechner 20 ist dabei nicht als Steuereinrichtung ausgebildet, mittels derer die Werkzeugmaschine 1 gesteuert werden kann. Er kann z. B. ein handelsüblicher, nicht echtzeitfähiger PC oder eine nicht echtzeitfähige Workstation sein. Er könnte aber auch, wie bereits erwähnt, der Steuereinrichtung 6 fest zugeordnet sein, insbesondere ein Bestandteil der Steuereinrichtung 6 sein.
Auch der Rechner 20 weist unter anderem einen Massenspeicher 21 auf, z. B. eine Festplatte 21. In dem Massenspeicher 21 ist ein Erstellprogramm 22 abgespeichert. Das Erstellprogramm 22 kann dabei, wie in 7 gestrichelt angedeutet, dem Rech ner 20 zuvor über einen Datenträger 23 zugeführt worden sein, auf dem das Erstellprogramm 22 in (ausschließlich) maschinenlesbarer Form gespeichert ist. Ein Beispiel eines derartigen Datenträgers 23 ist wieder eine CD-ROM 23. Das Erstellprogramm 22 kann dem Rechner 20 aber auch auf andere Art zugeführt worden sein, z. B. wieder über die Rechner-Rechner-Verbindung 14.
Mittels eines Aufrufbefehls, der dem Rechner 20 vorgegeben wird, ist das Erstellprogramm 22 aufrufbar. Der Aufrufbefehl kann dem Rechner 20 z. B. von einem Anwender 15' vorgegeben werden. Der Anwender 15' kann dabei vom Anwender 15 der Werkzeugmaschine 1 verschieden sein. Es ist aber auch ein indirekter Aufruf über die Rechner-Rechner-Verbindung 14 möglich, insbesondere von der Steuereinrichtung 6 aus oder von einem anderen, nicht dargestellten Rechner aus.
Bei Aufruf des Erstellprogramms 22 führt der Rechner 20 unter Abarbeitung des Erstellprogramms 22 ein Erstellverfahren für die Steuerdatei 11 aus, das nachfolgend in Verbindung mit 8 näher beschrieben wird. Die Steuerdatei 11 ist dabei dieselbe Steuerdatei 11, die obenstehend in Verbindung mit der Werkzeugmaschine 1 und deren Steuereinrichtung 6 beschrieben wurde. Falls in dem Massenspeicher 21 mehrere Erstellprogramme 22 abgespeichert sind, entspricht der Aufrufbefehl ferner selbstverständlich einem Auswahlbefehl, anhand dessen der Rechner 20 bestimmt, welches der Erstellprogramme 22 er abarbeitet.
Dem Rechner 20 wird gemäß 8 zunächst in einem Schritt S6 in funktionalen Anweisungen eine von der Werkzeugmaschine 1 zu realisierende Bearbeitung vorgegeben. Die funktionalen Anweisungen können dem Rechner 20, wie in 7 schematisch angedeutet ist, z. B. in Form eines Anwendungsprogramms 24 mit einzelnen Anweisungsschritten 25 oder in Form einer CAM-Datei 26 vorgegeben werden.
Um die Folge von Steuervektoren 16 und damit die Steuerdatei 11 ordnungsgemäß erstellen zu können, muss dem Rechner 20 selbstverständlich eine vollständige Beschreibung der Werkzeugmaschine 1 und der Steuereinrichtung 6 bekannt sein. So müssen dem Rechner 20 beispielsweise Maschinenparameter MP der Werkzeugmaschine 1 bekannt sein. Die Maschinenparameter MP können beispielsweise umfassen, welche Achsen vorhanden sind, welche Achse von welchem der Antriebe 2 bis 5 angesteuert wird, welche Dynamik die Achsantriebe 2 bis 4 aufweisen und welche – gegebenenfalls last- und/oder zustandsabhängige – Elastizitäten die Achsen und die Achsantriebe 2 bis 4 aufweisen. Gegebenenfalls können im Rahmen der Modellierung sogar positionsabhängige Eigenschwingungen oder schwerkraftbedingte Durchbiegungen und dergleichen mehr berücksichtigt werden.
Zum Modellieren der Werkzeugmaschine 1 ist in dem Rechner 20 ein Modell 27 der Werkzeugmaschine 1 implementiert, das die Werkzeugmaschine 1 mit diesen Maschinenparametern MP vollständig beschreibt. Das Modell 27 kann dabei unveränderbar sein, also speziell für die zu modellierende Werkzeugmaschine 1 maßgeschneidert sein. Vorzugsweise aber ist das Modell 27 parametrierbar. In diesem Fall werden die Maschinenparameter MP dem Rechner 20 in einem Schritt S7 vorgegeben. Der Rechner 20 parametriert in diesem Fall das Modell 27 in einem Schritt S8 entsprechend den vorgegebenen Maschinenparametern MP.
Anhand der funktionalen Anweisungen, beispielsweise des Anwendungsprogramms 24, und des Modells 27 der Werkzeugmaschine 1 einschließlich deren Steuereinrichtung 6 ermittelt der Rechner 20 dann in einem Schritt S9 die gewünschte Folge von Steuervektoren 16 einschließlich der Sollzustandsvektoren V für die Sensorelemente 19'. Diese Folge von Steuervektoren 16 speichert er in einem Schritt S10 als Steuerdatei 11 ab. Der Rechner 20 ordnet also die Sollzustandsvektoren V den eigentlichen Steuervektoren 16 zu und speichert sie zusammen mit den eigentlichen Steuervektoren 16 in der Steuerdatei 11 ab.
Vorzugsweise ermittelt der Rechner 20 anhand der Folge von Steuervektoren 16 zugleich auch ein erwartetes Ergebnis 28 der Bearbeitung. Beispielsweise kann der Rechner 20 eine Ergebnisdatei 28 ermitteln und abspeichern, die einen Datensatz enthält, der eine Beschreibung eines bearbeiteten Werkstücks enthält. Details zur Erstellung einer derartigen Ergebnisdatei finden sich in der älteren, am Anmeldetag der vorliegenden Erfindung noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 103 40 403.1 der Anmelderin. Der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung wird hiermit durch Verweis auf sie mit in diese Anmeldung aufgenommen.
Es ist möglich, das der Rechner 20 lediglich das erwartete Ergebnis 28 ermittelt und abspeichert. Vorzugsweise aber wird dem Rechner 20 auch ein Sollergebnis 28' der Bearbeitung, z. B. eine CAD-Datei 28' des Werkstücks, zugeführt. Denn in diesem Fall ist der Rechner 20 in der Lage, das erwartete Ergebnis 28 mit dem Sollergebnis 28' zu vergleichen und anhand des Vergleichs die Folge von Steuervektoren 16 – gegebenenfalls auch iterativ – zu optimieren. Beispielsweise kann der Rechner 20 die Dynamik der Steuervektoren 16 derart einstellen, dass vorgegebene Toleranzen gerade noch eingehalten werden. Das Optimieren kann der Rechner 20 dabei alternativ selbsttätig oder anwendergesteuert vornehmen.
Wie bereits erwähnt, entsprechen die Steuerdatei 11 und die in der Steuerdatei 11 enthaltenen Steuervektoren 16 in Form und Inhalt der Steuerdatei 11 und den Steuervektoren 16, die obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 6 beschrieben wurden. Jeder Steuervektor 16 weist somit eine Anzahl von Vektorelementen 17 auf, wobei jedes Vektorelement 17 für maximal einen der Antriebe 2 bis 5 der Werkzeugmaschine 1 bestimmt ist. Für jeden Antrieb 2 bis 5 der Werkzeugmaschine 1 ist dabei in jedem Steuervektor 16 mindestens ein Vektorelement 17 vorhanden. Unmittelbar aufeinanderfolgende Steuervektoren 16 sind von der Steuereinrichtung 6 der Werkzeugmaschine 1 um eine vorbestimmte Minimaltaktzeit δt' zeitlich ver setzt auszuführen. Für jeden Zeitpunkt ist der Ansteuerzustand jedes Antriebs 2 bis 5 der Werkzeugmaschine 1 von der Steuereinrichtung 6 anhand der für diesen Antrieb 2 bis 5 bestimmten Vektorelemente 17 bestimmbar. Auch der Inhalt der einzelnen Vektorelemente 17 entspricht dem obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 6 beschriebenen Inhalt. Insbesondere enthält die Steuerdatei 11 somit auch die vom Rechner 20 ermittelte Nothaltverzögerung N.
Sowohl die Vorgabe der funktionalen Anweisungen als auch die Vorgabe der Maschinenparameter MP kann prinzipiell auf beliebigem Weg erfolgen. So ist es beispielsweise insbesondere möglich, dass diese und auch andere Vorgaben an den Rechner 20 über die Rechner-Rechner-Verbindung 14 erfolgen. Ebenso können auch die abgespeicherten Dateien 11, 28 vom Rechner 20 auf beliebigem Weg ausgegeben werden. Insbesondere ist auch hier wieder eine Ausgabe über die Rechner-Rechner-Verbindung 14 möglich.
Der Rechner 20 bewirkt in der Regel nicht direkt eine Ansteuerung der Antriebe 2 bis 5 der Werkzeugmaschine 1. Er ist also in aller Regel nicht als die Werkzeugmaschine 1 steuernde Steuereinrichtung 6 ausgebildet. Es ist daher nicht erforderlich, dass der Rechner 20 die Folge von Steuervektoren 16 in enger zeitlicher Kopplung zu deren Ausführung ermittelt.
Wie bereits erwähnt, ist die Steuereinrichtung 6 vorzugsweise ausschließlich gemäß dem obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 6 beschriebenen Betriebsverfahren betreibbar. Sie funktioniert also nur dann ordnungsgemäß, wenn ihr die erfindungsgemäße Steuerdatei 11 vorgegeben wird. Dieser Betrieb entspricht einem Grundmode der Steuereinrichtung 6. Hingegen ist sie nicht in der Lage, anhand der funktionalen Anweisungen selbst die erforderlichen Steuervektoren 16 zu ermitteln.
Um trotz dieser Ausgestaltung der Steuereinrichtung 6 eine manuelle Steuerung der Werkzeugmaschine 1, einen sogenannten Tippbetrieb, ermöglich zu können, wird in einem Zusatzmode der Steuereinrichtung 6 die Steuerdatei 11 nicht ausgeführt. Stattdessen wird gemäß 9 wie folgt vorgegangen: Gemäß 9 wird zunächst in einem Schritt S11 eine Verbindung zwischen dem Rechner 20 und der Steuereinrichtung 6 hergestellt, z. B, die Rechner-Rechner-Verbindung 14. Sodann wird eine Taste einer Eingabeeinrichtung der Steuereinrichtung 6 betätigt. Dieses Betätigen der Taste entspricht einer Änderungsanweisung zum Ändern des momentanen Zustands der Werkzeugmaschine 1. Es wird von der Steuereinrichtung 6 in einem Schritt S12 erfasst.
Die Steuereinrichtung 6 übermittelt diese Änderungsanweisung in einem Schritt S13 zusammen mit einer vollständigen Beschreibung des momentanen Zustands der Werkzeugmaschine 1 an den Rechner 20. Sodann wartet sie in einem Schritt S14 ab, bis ihr vom Rechner 20 eine weitere Steuerdatei 11' übermittelt wird. Diese weitere Steuerdatei 11' nimmt sie in einem Schritt S15 entgegen. In einem Schritt S16 führt sie die in der weiteren Steuerdatei 11' enthaltene Folge von Steuervektoren 16 einmal aus. Im Einzelfall enthält die weitere Steuerdatei 11' dabei nur einen einzigen Steuervektor 16. In der Regel umfasst aber auch sie – ebenso wie die Steuerdatei 11 – mehrere Steuervektoren 16. Danach überprüft sie in einem Schritt S17, ob der Tippbetrieb beendet werden soll. Wenn dies der Fall ist, wird der Tippbetrieb verlassen, anderenfalls wird zum Schritt S12 zurückgesprungen.
Auf Seiten des Rechners 20 ändert sich nichts Wesentliches. Der einzige Unterschied gegenüber der bisher beschriebenen Vorgehensweise besteht darin, dass dem Rechner 20 als funktionale Anweisung eine Beschreibung eines momentanen Maschinenzustands und eine Änderungsanweisung vorgegeben werden. Die Ermittlung des Steuervektors 16 bzw. der Steuervektoren 16 ist dem Rechner 20 dabei möglich, weil ihm die Werkzeugmaschine 1 als solche auf Grund des Modells 27 bekannt ist.
Weiterhin übermittelt in diesem Fall der Rechner 20 die weitere Steuerdatei 11' selbstverständlich an die Steuereinrichtung 6, sowie sie von ihm erstellt worden ist. Sogar im Tippbetrieb (und im Normalbetrieb sowieso) steuert der Rechner 20 aber nicht die Werkzeugmaschine 1.
Durch diese Modifikation ist somit auch ein Tippbetrieb, wie er beispielsweise beim Einrichten oder bei der Störungsbehebung erforderlich ist, realisierbar.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht somit im Wesentlichen darin, dass die Folge von Steuervektoren 16 vom Rechner 20 nur noch vorab und damit entkoppelt von deren Ausführung ermittelt werden muss. Weiterhin ist auch bei einem parallelen Einsatz auf mehreren gleichartigen Werkzeugmaschinen 1 nur ein einziges Mal ein Erstellen der Steuerdatei 11 erforderlich. Ferner ist die Taktzeit δt unabhängig von der Rechenleistung des Rechners 20, sondern nur abhängig von der Leistungsfähigkeit der Steuereinrichtung 6 beim Abarbeiten der Folge von Steuervektoren 16.
Auch ist es möglich, zentral das Erstellprogramm 22, das dem Steuerungskern einer numerischen Steuerung des Standes der Technik entspricht, zu aktualisieren und dann eine neue Steuerdatei 11 zu erstellen, ohne vor Ort Änderungen des Betriebsprogramms 10 der Steuereinrichtung 6 vornehmen zu müssen. Denn es muss lediglich mit dem neuen Erstellprogramm 22 eine aktualisierte Steuerdatei 11 erstellt und der Steuereinrichtung 6 zugänglich gemacht werden. Die Steuereinrichtung 6 wiederum muss nur noch in der Lage sein, die einzelnen Antriebe 2 bis 5 koordiniert zu betreiben. Bei Vorgabe von Lagesollwerten s* unterlagerten Sollwerten I*, U* kann sogar die Lageregelung entfallen.

Claims

Erstellverfahren für eine Steuerdatei (11) für eine Steuereinrichtung (6) zum Steuern einer Maschine (1) mit mindestens einer Achsantriebseinheit (2 bis 4), – wobei einem Rechner (20) eine von der Maschine (1) zu realisierende Bearbeitung in funktionalen Anweisungen vorgegeben wird, – wobei der Rechner (20) unter Abarbeitung eines Erstellprogramms (22) anhand der funktionalen Anweisungen eine Folge von Steuervektoren (16) ermittelt, – wobei jeder Steuervektor (16) eine Anzahl von Vektorelementen (17) aufweist, – wobei jedes Vektorelement (17) für maximal eine der Achsantriebseinheiten (2 bis 4) der Maschine (1) bestimmt ist, – wobei jeder Steuervektor (16) für jede Achsantriebseinheit (2 bis 4) der Maschine (1) mindestens ein Vektorelement (17) aufweist, – wobei die für die Achsantriebseinheit (2 bis 4) bestimmten Vektorelemente (17) zumindest einen Positioniersollwert (s*) umfassen, – wobei unmittelbar aufeinanderfolgende Steuervektoren (16) von der Steuereinrichtung (6) um eine vorbestimmte Minimaltaktzeit (δt') zeitlich versetzt auszuführen sind, – wobei der Rechner (20) die ermittelte Folge von Steuervektoren (16) als Steuerdatei (11, 11') abspeichert und – wobei für jeden Zeitpunkt der Ansteuerzustand jeder Achsantriebseinheit (2 bis 4) der Maschine (1) von der Steuereinrichtung (6) anhand der für diese Achsantriebseinheit (2 bis 4) bestimmten Vektorelemente (17) bestimmbar ist.
Erstellverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (20) die Folge von Steuervektoren (16) entkoppelt von deren Ausführung ermittelt.
Erstellverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionalen Anweisungen dem Rechner (20) in Form einer Beschreibung eines momentanen Maschinenzustands und einer Änderungsanweisung vorgegeben werden und dass die Steuerdatei (11') – abweichend von Anspruch 1 – nur mindestens einen Steuervektor (16) aufweist.
Erstellverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionalen Anweisungen dem Rechner (20) in Form eines Anwendungsprogramms (24) mit Anweisungsschritten (25), z. B. in Form einer CAM-Datei (26), vorgegeben werden.
Erstellverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (20) die Folge von Steuervektoren (16) anhand eines parametrierbaren Modells (27) der Maschine (1) ermittelt und dass dem Rechner (20) Maschinenparameter (MP) vorgegeben werden, anhand derer der Rechner (20) das Modell (27) parametriert.
Erstellverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rechner (20) ein Auswahlbefehl vorgegeben wird und dass der Rechner (20) in Abhängigkeit des Auswahlbefehls bestimmt, welches von mehreren Erstellprogrammen (22) er ausführt.
Erstellverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Vorgaben an den Rechner (20) über eine Rechner-Rechner-Verbindung (14), z. B. das Internet oder ein LAN, erfolgen.
Erstellverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (20) anhand der Folge von Steuervektoren (16) ein erwartetes Ergebnis (28) der Bearbeitung, z. B. einen ein bearbeitetes Werkstück beschreibenden Datensatz, ermittelt und als Ergebnisdatei (28) abspeichert.
Erstellungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rechner (20) ein Sollergebnis (28') der Bearbeitung, z. B. eine CAD-Datei (28'), zugeführt wird und dass der Rechner (20) die Folge von Steuervektoren (16) anhand eines Vergleichs des erwarteten Ergebnisses (28) mit dem Sollergebnis (28') selbsttätig oder anwendergesteuert optimiert.
Erstellverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abgespeicherte Dateien (11, 11', 28) von dem Rechner (20) über eine Rechner-Rechner-Verbindung (14), z. B. das Internet oder ein LAN, ausgegeben werden.
Erstellverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positioniersollwert (s*) ein Lagesollwert (s*) oder ein dem Lagesollwert (s*) unterlagerter Sollwert (I*, U*), z. B. ein Strom- oder ein Spannungssollwert (I*, U*), ist.
Erstellverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Achsantriebseinheit (2 bis 4) bestimmten Vektorelemente (17) auch mindestens einen Ergänzungswert (e), z. B, eine zeitliche Ableitung des Positioniersollwerts (s*), umfassen.
Erstellverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Steuervektoren (16) für mindestens eine weitere Antriebseinheit (5) der Maschine (1), die keine Achsantriebseinheit ist, ein Vektorelement (17) aufweisen, das zu mindest einen EIN-/AUS-Zustand dieser weiteren Antriebseinheit (5) bestimmt.
Erstellverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die für die weitere Antriebseinheit (5) bestimmten Vektorelemente (17) einen Sollwert (n*) für eine kontinuierlich einstellbare Größe (n), z. B. einen Drehzahlsollwert (n*), umfassen.
Erstellungsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Maschine (1) mindestens zwei Achsantriebseinheiten (2 bis 4) aufweist und dass der Rechner (20) auch eine – gegebenenfalls steuervektorabhängige – Nothaltverzögerung (N) ermittelt und in der Steuerdatei (11) hinterlegt.
Erstellverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (20) zusammen mit den Steuervektoren (16) auch Sollzustandsvektoren (V) für Sensorelemente (19') der Maschine (1) ermittelt und den Steuervektoren (16) zuordnet und dass der Rechner (20) die Sollzustandsvektoren (V) zusammen mit den Steuervektoren (16) in der Steuerdatei (11, 11') abspeichert.
Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Erstellprogramm (22) zur Durchführung eines Erstellverfahrens nach einem der obigen Ansprüche.
Rechner zur Durchführung eines Erstellverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, der einen Massenspeicher (21) aufweist, in dem ein Erstellprogramm (22) abgespeichert ist, so dass bei Aufruf des Erstellprogramms (22) von dem Rechner ein Erstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgeführt wird.
Rechner nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass er nicht als die Maschine (1) steuernde Steuereinrichtung (6) ausgebildet ist.
Datenträger mit einer auf dem Datenträger gespeicherten Steuerdatei (11), die gemäß einem Erstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 erstellt wurde.
Betriebsverfahren für eine Steuereinrichtung (6) einer Maschine (1) mit mindestens einer Achsantriebseinheit (2 bis 4), – wobei die Steuereinrichtung (6) unter Abarbeitung eines Betriebsprogramms (10) eine Steuerdatei (11) aufruft und eine in der Steuerdatei (11) abspeicherte Folge von Steuervektoren (16) ausführt, – wobei jeder Steuervektor (16) eine Anzahl von Vektorelementen (17) aufweist, – wobei jedes Vektorelement (17) für maximal eine der Achsantriebseinheiten (2 bis 4) der Maschine (1) bestimmt ist, – wobei jeder Steuervektor (16) für jede Achsantriebseinheit (2 bis 4) der Maschine (1) mindestens ein Vektorelement (17) aufweist, – wobei die für die Achsantriebseinheit (2 bis 4) bestimmten Vektorelemente (17) zumindest einen Positioniersollwert (s*) umfassen, – wobei die Steuereinrichtung (6) für jeden Zeitpunkt den Ansteuerzustand jeder Achsantriebseinheit (2 bis 4) der Maschine (1) anhand der für diese Achsantriebseinheit (2 bis 4) bestimmten Vektorelemente (17) bestimmt und die Achsantriebseinheiten (2 bis 4) entsprechend ansteuert und – wobei die Steuereinrichtung (6) unmittelbar aufeinanderfolgende Steuervektoren (16) um eine vorgegebene Taktzeit (δt) zeitlich versetzt ausführt.
Betriebsverfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdatei (11) der Steuereinrichtung (6) über eine Rechner- Ver bindung (14), z. B. das Internet oder ein LAN, oder einen Datenträger (13) zugeführt wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadadurch gekennzeichnet, dass der Positioniersollwert (s*) ein Lagesollwert (s*) oder ein dem Lagesollwert (s*) unterlagerter Sollwert (I*, U*), z. B. ein Strom- oder ein Spannungssollwert (I*, U*), ist.
Betriebsverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Achsantriebseinheit (2 bis 4) bestimmten Vektorelemente (17) auch mindestens einen Ergänzungswert (e), z. B. eine zeitliche Ableitung des Positioniersollwerts (s*), umfassen.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervektoren (16) für mindestens eine weitere Antriebseinheit (5) der Maschine (1), die keine Achsantriebseinheit ist, ein Vektorelement (17) aufweisen, das zumindest einen EIN-/AUS-Zustand dieser weiteren Antriebseinheit (5) bestimmt.
Betriebsverfahren nach Anspruch 25, dadadurch gekennzeichnet, dass die für die weitere Antriebseinheit (5) bestimmten Vektorelemente (17) einen Sollwert (n*) für eine kontinuierlich einstellbare Größe (n), z. B. einen Drehzahlsollwert (n*), umfassen.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass es nur in einem Grundmode der Steuereinrichtung (6) ausgeführt wird, dass die Steuereinrichtung (6) in einem Zusatzmode die in der Steuerdatei (11) abgespeicherte Folge von Steuervektoren (16) nicht ausführt, stattdessen aber eine Beschreibung eines momentanen Maschinenzustands und eine Ände rungsanweisung an einen Rechner (20) übermittelt, dass die Steuereinrichtung (6) sodann abwartet, bis ihr vom Rechner (20) eine weitere Steuerdatei (11') übermittelt wird, und dass die Steuereinrichtung (6) schließlich die in der weiteren Steuerdatei (11') enthaltene Folge von Steuervektoren (16) einmal ausführt.
Betriebsverfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) mit dem Rechner (20) über eine Rechner-Rechner-Verbindung (14), z. B. das Internet oder ein LAN, kommuniziert.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktzeit (δt) der Steuereinrichtung (6) von einem Anwender (15) interaktiv vorgegeben wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Anwender (15) in der Lage ist, die Taktzeit (δt) auf unendlich zu setzen.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) über Sensorelemente (19') Istzustände (i) der Maschine (1) erfasst und den jeweiligen Steuervektor (16) nur dann ausführt, wenn die erfassten Istzustände der Maschine (1) mit einem dem jeweiligen Steuervektor (16) zugeordneten Sollzustandvektor (V) korrespondieren.
Betriebsverfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollzustandsvektoren (V) Bestandteile der Steuerdatei (11) sind.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) mindestens zwei Achsantriebseinheiten (2 bis 4) aufweist, dass der Steuereinrichtung (6), z. B. mittels der Steuerdatei (11) oder durch den Anwender (15), eine Nothaltverzögerung (N) vorgegeben wird und dass die Steuereinrichtung (6) im Falle einer Nothaltanforderung die Achsantriebseinheiten (2 bis 4) derart ansteuert, dass eine durch die Folge von Steuervektoren (16) definierte Koordination der Achsantriebseinheiten (2 bis 4) aufrecht erhalten bleibt.
Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) für jeden Zeitpunkt den Ansteuerzustand der Achsantriebseinheiten (2 bis 4) anhand der für die jeweilige Achsantriebseinheit (2 bis 4) bestimmten Vektorelemente (17) unter additiver oder multiplikativer Berücksichtigung eines Korrekturwerts (δ2 bis δ4) bestimmt.
Datenträger mit einem auf dem Datenträger gespeicherten Betriebsprogramm (10) zur Durchführung eines Betriebsverfahrens nach einem der Ansprüche 21 bis 34.
Steuereinrichtung zum Steuern einer Maschine (1) mit mindestens einer Achsantriebseinheit (2 bis 4), die einen Massenspeicher (9) aufweist, in dem ein Betriebsprogramm (10) abgespeichert ist, so dass bei Aufruf des Betriebsprogramms (10) von der Steuereinrichtung ein Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 34 ausgeführt wird.
Steuereinrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausschließlich gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 34 betreibbar ist.
Maschine, insbesondere Werkzeugmaschine, mit mindestens einer Achsantriebseinheit (2 bis 4), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 36 oder 37 aufweist.