DE19538826A1

DE19538826A1 - Axis synchronisation system for numerical machine tool control or robot

Info

Publication number: DE19538826A1
Application number: DE1995138826
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Baer; Johannes Dipl Ing Welker
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 1997-04-30

Abstract

The synchronisation system has the electronic couplings between the axes engaged and each of the main axes (BLA1,ZLA2, YLA3) brought to a required velocity, with measurement of the positions of the main axes and the subsidiary axes (CFA) when the subsidiary axes reach a synchronous revs. The measured values for each sampling point are stored and a synchronisation error is determined for each subsidiary axis, subsequently compensated by a superimposed movement of the subsidiary axis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einsynchronisieren von Leit- und Folgeachsen, insbesondere bei numerisch ge steuerten Werkzeugmaschinen oder Robotern mit elektronischer Achskopplung.The invention relates to a method for synchronizing of leading and following axes, especially for numerically ge controlled machine tools or robots with electronic Axis coupling.

Bei Maschinen mit elektronischer Achskopplung, bei welchen Leitachsen die Bewegungen von Folgeachsen bedingen, ist es oftmals erforderlich, diese beteiligten Leit- und Folgeachsen in eine definierte Lage zueinander zu bringen. Solche Maschi nen sind z. B. numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen wie Walzfräsmaschinen, Walzschleifmaschinen zur Zahnradherstel lung, Synchronspindeln oder Roboter. Z.B. beim Zahnradnach bearbeiten durch Wälzschleifen muß eine Schleifschnecke exakt in das vorgefertigte Zahnrad eintauchen. In einem solchen Fall stellt die Schleifschnecke eine Leitachse dar, das Zahn rad, welches das Werkstück darstellt, wird von einer Folge achse bewegt.On machines with electronic axis coupling, on which Leading axes cause the movements of following axes, it is Often required, these leading and following axes involved to bring them into a defined position. Such a machine NEN are z. B. numerically controlled machine tools such as Roll milling machines, roll grinding machines for gear manufacturing tion, synchronous spindles or robots. E.g. at the gear wheel machining by generating grinding, a grinding worm must be exact Immerse in the prefabricated gear. In one In this case, the grinding worm is a leading axis, the tooth wheel, which represents the workpiece, is from a sequence axis moves.

Herkömmliche Verfahren zur Synchronisierung von Leit- und Folgeachsen erfordern es, daß Leit- und Folgeachse bei jedem Einsynchronisierungsvorgang erneut an eine spezielle, genau definierte Position gefahren werden, anschließend die Kopp lung eingeschaltet wird und zuletzt die Leitachsen auf Be arbeitungsgeschwindigkeit hochgefahren werden. In einem anderen bisher bekannten Verfahren werden Folgeachsen und alle Leitachsen bis auf eine definierte Position gefahren und die letzte Leitachse, eine sogenannte Hauptleitachse wie bei spielsweise eine Spindel, wird auf Arbeitsdrehzahl geführt. Wenn diese letzte Leitachse eine definierte Position über fährt, wird die Kopplung eingeschaltet. Conventional procedures for the synchronization of control and Following axes require that the leading and following axes for each Synchronization process again to a special, exactly defined position, then the Kopp is switched on and finally the leading axes on Be working speed can be increased. In one other previously known methods are following axes and all leading axes moved to a defined position and the last leading axis, a so-called main leading axis as in for example a spindle, is guided to the working speed. If this last leading axis is over a defined position drives, the coupling is switched on.

Beide Verfahren haben jedoch zur Folge, daß sie sehr zeitauf wendig sind, da vor der Bearbeitung jeweils erneut positio niert werden muß. Außerdem muß bei dem zweiten genannten her kömmlichen Verfahren ein sehr exakter Hochlauf der Folgeachse erfolgen, um zu verhindern, daß dabei Positionswerte verloren werden, was zwangsläufig zu einem Synchronlauffehler führen würde.However, both methods have the consequence that they are very time-consuming are manoeuvrable because positio must be renated. In addition, in the second mentioned conventional procedure, a very exact run-up of the following axis to prevent position values from being lost become, which inevitably lead to a synchronism error would.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es einerseits zeitoptimal arbeitet, andererseits ein jeweils erneutes Posi tionieren von Leit- und Folgeachsen vor der Bearbeitung ver mieden werden kann, so daß eine Einsynchronisation während des Verfahrens ermöglicht wird. Dies soll beispielsweise auch bei einem Umschalten der Übersetzungsverhältnisse von einem Werkstück zum nächsten möglich sein.The invention is therefore based on the object of a method of the type mentioned in such a way that it on the one hand works optimally, on the other hand a new Posi tion of leading and following axes before machining can be avoided, so that a synchronization during of the procedure is made possible. This should also be the case, for example when switching the gear ratios from one Workpiece to the next.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch folgende Verfah rensschritte gelöst:According to the invention, this object is achieved by the following procedure Steps solved:

1.1 the coupling is switched on and the leading axes driven to the desired speed,
1.2 it is waited until the following axes are synchronous Have reached speed,
1.3 the leading axis positions and following axis positions measured,
1.4 the measured values become a uniform sampling time saved point,
1.5 A synchronism error occurs for each following axis determined
1.6 every synchronism error is superimposed by a Following axis movement of the associated following axis from ge like.

In einer alternativen Lösung wird der Tatsache Rechnung ge tragen, daß sich Leitachse und Folgeachse zu Beginn nicht in einer Synchronposition befinden. In einem solchen Fall wird die Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst:In an alternative solution, the fact is taken into account that the leading axis and following axis are not in the beginning are in a synchronized position. In such a case the task is solved by the following procedural steps:

2.1 defined positions for the leading axes and following axes in relation to the absolute position system are determined
2.2 the coupling is switched on and the master axes are driven to the desired speed,
2.3 it is waited until the following axes are synchronous Have reached speed,
2.4 the leading axis positions and following axis positions measured,
2.5 the measured values become a uniform sampling time saved point,
2.6 A synchronism error occurs for each following axis determined
2.7 every synchronism error is superimposed by a Following axis movement of the associated following axis from ge like.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses speziell im Hinblick auf den Fall optimiert, daß Folgeachsen als perio dische Achsen ausgeprägt sind. Dies wird durch folgende wei tere Verfahrensschritte erreicht:In a first advantageous embodiment of the method according to the present invention, this is specifically in Optimized in the event that following axes as perio axes are pronounced. This is explained by the following Further process steps achieved:

3.1 the synchronization path to compensate for synchronous operation error is caused by module order with the division of the appropriate slave axis determined.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird erreicht, daß das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für den Anwendungsfall, daß Folgeachsen als endlos drehende Rund achsen ausgeprägt sind, optimiert wird und dadurch eine noch schnellere Einsynchronisation erfolgen kann. Dies wird durch folgende weiteren Verfahrensschritte erreicht:In a further advantageous embodiment, that the method according to the present invention for the Use case that following axes as an endlessly rotating round axes are pronounced, is optimized and therefore still one faster synchronization can take place. This is through The following further process steps are achieved:

4.1 A synchronization error is compensated by Selection of the shortest path within module one Revolution of the associated slave axis.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Anwendungsfall, daß Folgeachsen als Teilungsachsen ausgeprägt sind, berücksich tigt. Auch hierfür wird eine zeitoptimale Durchführung der Einsynchronisation zwischen Leitachsen und Folgeachsen er möglicht und dadurch ein Einsynchronisieren weiter beschleu nigt. Es wird durch folgenden weiteren Verfahrensschritt erreicht:In a further advantageous embodiment of the method According to the present invention, the application is that Sub-axes are defined as division axes does. For this, too, a time-optimized implementation of the Synchronization between leading axes and following axes possible and thereby further accelerating synchronization nigt. It is through the next step reached:

5.1 A synchronization error is compensated by Selection of the shortest path within the module of the Number of divisions of the associated following axis.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegen den Erfindung wird erreicht, daß die Bestimmung einer Syn chronposition beim Einrichten von Werkzeug und Werkstück vollautomatisch erfolgen können. Dies geschieht durch fol genden weiteren Verfahrensschritt:In a further advantageous embodiment of the present the invention ensures that the determination of a syn Chron position when setting up the tool and workpiece can be done fully automatically. This is done by fol the next step:

6.1 the defined position for the following axis is indicated by a non-contact sensor or a touch sensor Sensor determined based on the absolute position system.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß Leit- und Folgeachsen für ein Einsynchroni sieren nicht ständig erneut vor der Bearbeitung positioniert werden müssen, sondern zeitoptimal einsynchronisiert werden. Darüber hinaus ist eine Einsynchronisation während des Ver fahrens jederzeit möglich. Auch unter Einbeziehung des Falles, daß Folgeachsen als periodische Achsen, endlos drehende Rundachsen oder Teilungsachsen ausgeprägt sind, wird das zeitoptimale Verhalten gewährleistet, indem ein Einsyn chronisieren in noch kürzerer Zeit durchgeführt werden kann.The advantages achieved with the invention are in particular the fact that leading and following axes for a one-synchronism are not constantly repositioned before processing must be synchronized, but optimally time. In addition, a synchronization during the Ver possible at any time. Including the In the event that slave axes as periodic axes, endless rotating rotary axes or division axes are pronounced the time-optimal behavior is guaranteed by a chronize can be done in less time.

Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteran sprüchen. Dabei zeigen im einzelnen:Further advantages and inventive details emerge from the following description of an embodiment based on the drawing and in connection with the Unteran sayings. The individual shows:

Fig. 1 Anordnung eines elektrischen Getriebes anhand des Zahn radnachbearbeitens durch Wälzschleifen mit einer Schleifschnecke als Leitachse und zu fertigendem Zahn rad als Folgeachse und Fig. 1 arrangement of an electrical transmission based on the gear wheel finishing by generating grinding with a grinding worm as the leading axis and gear to be manufactured as the following axis and

Fig. 2 Prinzipskizze der Signalführung zum Einsynchronisieren von Leit- und Folgeachsen. Fig. 2 schematic diagram of the signal routing for synchronizing leading and slave axes.

Fig. 3 Skizze zum vollautomatischen Einrichten von Folgeachse und Leitachse am Beispiel einer Zahnradbearbeitung, Fig. 3 sketch for fully automatic setting of the follower axis and master axis the example of a gear machining,

Fig. 4 automatisches Einrichten eines Zahnrades und einer Schleifschnecke mit einem berührungslosen Sensor, welcher der Position des Werkzeugs gegenüber liegt, Figure 4 is automatically set up. Of a gear wheel and a grinding worm with a contactless sensor, which is the position of the tool relative to,

Fig. 5 vollautomatisches Einrichten eines Zahnrades und einer Schleifschnecke mit Hilfe eines berührenden Meßtasters. Fig. 5 fully automatic setup of a gear and a grinding worm with the help of a touch probe.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist eine Anordnung eines elek trischen Getriebes anhand des Anwendungsfalles des Zahnrad nachbearbeitens durch Wälzschleifen dargestellt. Dabei muß eine Wälzschleifschnecke B exakt in die Lücken des Zahnrades C greifen, was durch die Schraffur der beiden Elemente ange deutet ist. Die Wälzschleifschnecke B wird durch eine erste Leitachse B_LA1 angetrieben, während das Zahnrad C durch eine Folgeachse C_FA geführt wird. Beide Achsen sind in Form von Pfeilen gezeigt, die durch den Mittelpunkt verlaufen. Ein geschwungener Pfeil deutet jeweils die Tatsache an, daß es sich um Umdrehungsachsen handelt. Daneben sind zwei weitere Leitachsen Z_LA2 und Y_LA3 vorgesehen. Diese müssen als Voraussetzung für ein erfolgreiches Einsynchronisieren von Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 und Folgeachse C_FA auf definierten Positionen bezogen auf ihr absolutes Lagesystem stehen. Diese auch als Synchronpositionen bezeichneten Posi tionen sind für die Leitachsen mit B₀, Y₀ und Z₀, sowie für die Folgeachse mit C₀ bezeichnet. In the illustration according to Fig. 1 an arrangement of an elec trical transmission based on the application case of the gear is represented by reworking generating grinding. In this case, a generating grinding worm B must engage precisely in the gaps of the gear wheel C, which is indicated by the hatching of the two elements. The generating grinding worm B is driven by a first leading axis B_LA1, while the gear wheel C is guided by a following axis C_FA. Both axes are shown in the form of arrows that run through the center. A curved arrow indicates the fact that the axes of revolution are concerned. In addition, two other leading axes Z_LA2 and Y_LA3 are provided. As a prerequisite for successfully synchronizing leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 and following axis C_FA, these must be in defined positions in relation to their absolute position system. These positions, also known as synchronous positions, are designated B₀, Y₀ and Z₀ for the leading axes, and C₀ for the following axis.

Ist eine solche Synchronposition C₀₁ B₀, Y₀, Z₀ zu Beginn nicht vorhanden, so muß diese vorab ermittelt werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß alle Leitachsen und die Folgeachse in eine definierte Ausgangsposition ver fahren werden.Is such a synchronous position C₀₁ B₀, Y₀, Z₀ at the beginning not available, it must be determined in advance. This can happen, for example, that all leading axes and ver the following axis in a defined starting position will drive.

Unter der Voraussetzung, daß die Übersetzungsverhältnisse Kü_B, Kü_Z, Kü_Y korrekt angegeben sind, kann nun mit jeder Leitachse B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 verfahren werden, ohne daß die Schleifschnecke B die richtige Position im Zahnrad C verläßt. Eine Prinzipskizze zur Signalführung dazu ist in der Darstellung gemäß Fig. 2 gezeigt, wobei die Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 multipliziert mit einem jeweiligen Über setzungsverhältnis Kü_B, Kü_Z, Kü_Y verknüpft werden. Die Ver knüpfung ist durch einen Kreis dargestellt, an den die ge nannten Signale in Form von Pfeilen führen. Eine mögliche Verknüpfung besteht in einer Addition der zugeführten Signale. Dazu kommt ein Signal FA_IPO, welches zur Inter polation der Folgeachse dient. Dieses wird mit den anderen Signalen verknüpft und aus dem Verknüpfungsergebnis das Signal für die Folgeachse C_FA abgeleitet, erkennbar anhand des von dem Kreis wegführenden Pfeils. Eine Folgeposition C₁ für die Folgeachse C_FA läßt sich anhand der folgenden Be rechnungsvorschrift bestimmen, wobei mit B₁, Y₁ und Z₁ die Positionen der Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 bestimmt sind, auf die mit diesen Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 verfahren wird:Provided that the gear ratios Kü _B , Kü _Z , Kü _Y are specified correctly, you can now move with each leading axis B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 without the grinding worm B leaving the correct position in the gear wheel C. A schematic diagram for signal routing is shown in the illustration according to FIG. 2, wherein the leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 multiplied by a respective transmission ratio Kü _B , Kü _Z , Kü _{Y are} linked. The linkage is represented by a circle to which the signals mentioned lead in the form of arrows. A possible link is an addition of the supplied signals. There is also a signal FA _IPO , which is used for interpolation of the following axis. This is linked with the other signals and the signal for the following axis C_FA is derived from the linking result, recognizable from the arrow leading away from the circle. A following position C₁ for the following axis C_FA can be determined on the basis of the following calculation rule, B₁, Y₁ and Z₁ determining the positions of the leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3, to which the leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 are used:

C₁ = C₀+(B₁-B₀)_*Kü_B+(Z₁-Z₀)_*Kü_z+(Y₁-Y₀)_*Kü_Y (1)C₁ = C₀ + (B₁-B₀) _* Kü _B + (Z₁-Z₀) _* Kü _z + (Y₁-Y₀) _* Kü _Y (1)

Mit dieser Berechnungsvorschrift (1) läßt sich zu jedem be liebigen Zeitpunkt die Position C₁ berechnen, die die Folge achse C_FA einnehmen muß, um synchron mit allen Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 zu sein. With this calculation rule (1) can be to everyone any time calculate the position C₁, which is the result axis must take C_FA in order to be synchronous with all leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 to be.

Um nun ein Einsynchronisieren von Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 und Folgeachse C_FA gemäß der vorliegenden Erfindung herbeizuführen, wird eine Kopplung zwischen Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 und Folgeachse C_FA sofort eingeschaltet und alle Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 werden auf ihre Bear beitungsgeschwindigkeit hochgefahren. Die Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 können sich aber beispielsweise vom letzten Bearbeitungsprogramm noch in Bewegung befinden. In einem solchen Fall wird die Kopplung auch sofort eingeschaltet und die Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 werden auf ihre neue Bearbeitungsgeschwindigkeit gefahren. Aufgrund der Kopplung von Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 und Folgeachse C_FA ändert auch die Folgeachse C_FA ihre Geschwindigkeit. Dabei kann die Folgeachse C_FA entsprechend einer festgelegten Beschleunigungsrampe, welche beispielsweise durch die Dynamik des für die Folgeachse C_FA vorgesehenen elektrischen Antrie bes bestimmt wird, beschleunigt werden. Dabei kann es jedoch passieren, daß Weginkremente, die aufgrund einer eventuell vorhandenen Beschleunigungsbegrenzung nicht abgefahren werden, verloren gehen. Dies führt zu einem Synchronlauf fehler ΔC, welcher die Abweichung zwischen der gewünschten Position der Folgeachse C_FA und der tatsächlichen Position darstellt.To synchronize leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 and slave axis C_FA according to the present invention a coupling between leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 and following axis C_FA immediately switched on and all leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 are on their bear processing speed increased. The leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 can differ from the last one, for example Machining program are still in motion. In one in this case, the coupling is switched on immediately and the leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 are changed to their new ones Processing speed driven. Because of the coupling of leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 and following axis C_FA the following axis C_FA also changes its speed. Here can the following axis C_FA according to a defined Acceleration ramp, which is due, for example, to the dynamics of the electric drive provided for the following axis C_FA bes is determined to be accelerated. However, it can happen that increments due to a possible existing acceleration limit not exceeded will be lost. This leads to synchronous operation error ΔC, which is the deviation between the desired Position of the following axis C_FA and the actual position represents.

Nach Ende des Hochlaufs der Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 wird solange gewartet, bis die Folgeachse C_FA eine zu den Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 synchrone Drehzahl erreicht hat. Anschließend werden zu einem einzelnen Abtastzeitpunkt die Positionen B_M, Z_M und Y_M aller Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 und die Position C_M der Folgeachse C_FA gemessen und abgespeichert. In digitalen Systemen geschieht dies zu einem beliebigen Taktzeitpunkt. Anhand der folgenden Be rechnungsvorschrift (2), in die die gemessenen Positionen B_M, Z_M und Y_M von Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 eingetragen sind, kann eine Position C* ermittelt werden, wo sich die Folgeachse C_FA zum Abtastzeitpunkt M hätte befinden müssen, um mit den Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 synchron zu sein.After the start-up of the leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3, the system waits until the following axis C_FA has reached a speed synchronous to the leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3. The positions B _M , Z _M and Y _{M of} all the leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 and the position C _{M of} the following axis C_FA are then measured and stored at a single sampling time. In digital systems, this happens at any cycle time. Using the following calculation rule (2), in which the measured positions B _M , Z _M and Y _M of leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 are entered, a position C * can be determined where the following axis C_FA would have been at the sampling time M. must be synchronized with the leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3.

C* = C₀+(B_M-B₀)_*Kü_B+(Z_M-Z₀)_*Kü_z+(Y_M-Y₀)_*Kü_y (2)C * = C₀ + (B _M -B₀) _* Kü _B + (Z _M -Z₀) _* Kü _z + (Y _M -Y₀) _* Kü _y (2)

Aus der Differenz von der gemessenen Position der Folgeachse C_M und der gewünschten Position C* wird ein eventuell vor handener Synchronlauffehler ΔC errechnet. Das wird durch die folgende Berechnungsvorschrift wiedergegeben:A possibly existing synchronism error ΔC is calculated from the difference between the measured position of the slave axis C _M and the desired position C *. This is reflected in the following calculation rule:

ΔC = C*-C_M (3)ΔC = C * -C _M (3)

Durch Kombination der Berechnungsvorschriften (2) und (3) er hält man folgende Berechnungsvorschrift zur direkten Ermitt lung eines Synchronlauffehlers ΔC:By combining the calculation rules (2) and (3) he one holds the following calculation rule for direct investigation a synchronism error ΔC:

ΔC = (C₀-C_M)+(B_M-B₀)_*Kü_b+(Z_M-Z₀)_*Kü_z+(Y_M-Y₀)_*Kü_y (4)ΔC = (C₀-C _M ) + (B _M -B₀) _* Kü _b + (Z _M -Z₀) _* Kü _z + (Y _M -Y₀) _* Kü _y (4)

Wenn sich nach Einschalten der Kopplung und dem Ende des Hochlaufs von Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 und Folge achse C_FA aufgrund des Erreichens einer synchronen Drehzahl für die Folgeachse C_FA die Relativlage der Folgeachse C_FA zu den Leitachsen B_LA1 Z_LA2 und Y_LA3 nicht mehr ändert, wird ein berechneter Synchronlauffehler ΔC durch eine über lagerte Folgeachsbewegung ausgeglichen. Dies geschieht bei spielsweise durch ein überlagertes Abfahren des Synchronlauf fehlers ΔC durch einen Interpolator der Maschinensteuerung FA_IPO für die Folgeachse C_FA und kann zu einem beliebigen Zeitpunkt mit einem beliebigen Fahrprofil erfolgen.If, after switching on the coupling and the end of the startup of leading axes B_LA1, Z_LA2 and Y_LA3 and following axis C_FA, the relative position of the following axis C_FA to the leading axes B_LA1 Z_LA2 and Y_LA3 no longer changes due to the achievement of a synchronous speed for the following axis C_FA calculated synchronism error ΔC compensated by a superimposed following axis movement. This is done, for example, by superimposing the synchronous error ΔC through an interpolator of the machine control FA _IPO for the following axis C_FA and can be done at any time with any driving profile.

Für den Fall, daß eine Folgeachse C_FA als periodische Achse ausgeprägt ist, kann der Synchronisierweg zum Ausgleichen eines Synchronlauffehlers ΔC durch Modulordnung mit der Teilung verkürzt werden. Dies soll im folgenden am Beispiel einer endlos drehenden Rundachse erläutert werden. Hierbei wird der Synchronisierweg mit dem Modul eine Umdrehung be stimmt, so daß innerhalb einer einzelnen Umdrehung synchro nisiert wird. Durch die Auswahl des kürzesten Weges innerhalb dieser einen Umdrehung kann der Verfahrweg zum Ausgleichen des Synchronlauffehlers ΔC auf maximal eine halbe Umdrehung der endlos drehenden Rundachse verkürzt werden.In the event that a following axis C_FA is used as a periodic axis is pronounced, the synchronization path for balancing a synchronism error ΔC by module order with the Division can be shortened. This is shown below using the example an endlessly rotating rotary axis. Here the synchronization path with the module will be one revolution true, so that within a single turn synchro is nized. By choosing the shortest route within this one turn can be used to compensate of the synchronism error ΔC to a maximum of half a revolution the endlessly rotating rotary axis can be shortened.

Ein anderes Beispiel liegt dann vor, wenn eine Folgeachse C_FA als sogenannte Teilungsachse, z. B. beim Zahnrad, aus geprägt ist. In diesem Fall kann der Synchronisierweg auch mit dem Modul der Teilungszahl gerechnet werden. Die Teilungszahl ergibt sich beispielsweise bei einem Zahnrad mit 24 Zähnen aus dem Quotienten aus Umlaufwinkel und Zahl der Zähne. Dies ist in dem genannten Beispiel 360°/24. Auf diese Weise wird in die nächstliegende Zahnlücke des Zahnrads positioniert. Auch hierbei ist die Auswahl des kürzesten Weges möglich, so daß maximal eine halbe Teilung zur Posi tionierung in die nächstliegende Zahnlücke verfahren werden muß.Another example is when a slave axis C_FA as a so-called division axis, e.g. B. in the gear is shaped. In this case, the synchronization path can also with the module of the number of divisions. The The number of divisions results, for example, from a gear 24 teeth from the quotient of rotation angle and number of Teeth. In the example mentioned, this is 360 ° / 24. To this Way is in the closest tooth gap of the gear positioned. Here too the selection is the shortest Way possible, so that a maximum of half a division to Posi tion into the closest tooth gap got to.

Darüber hinaus kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung neben dem geschilderten Ausführungsbeispiel bei der Zahnradbearbeitung auch für verschiedene Anwendungen mit elektronisch gekoppelten Achsen bzw. elektronischem Getriebe eingesetzt werden. Dies ist beispielsweise bei Synchronspin delpaaren der Fall, um ein Werkstück in definierter Bezugs länge von einer Leit auf eine Hilfsspindel zu übergeben. Ein anderer Anwendungsfall ist bei Portalen mit zwei Antrieben, sogenannten Gantrymaschinen, zum Geradeziehen des Portals nach dem Einschalten gegeben. Außerdem kann das Verfahren unter anderem auch zum Einsynchronisieren eines mitlaufenden Werkzeugmagazins verwendet werden, um während der Fahrt ein Werkzeug wechseln zu können.In addition, the method according to the present Invention in addition to the described embodiment in the Gear machining also for different applications electronically coupled axes or electronic gear be used. This is the case with synchronous spin, for example delpaaren the case to a workpiece in a defined reference length to be transferred from a master to an auxiliary spindle. On another application is for portals with two drives, so-called gantry machines for straightening the portal given after switching on. The procedure can also among other things also for synchronizing a moving one Tool magazines used to be inserted while driving To be able to change tools.

Das im vorangehenden Ausführungsbeispiel erläuterte erfin dungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich mit beliebig vielen Leitachsen und für beliebig viele Folgeachsen durchgeführt werden. The inventions explained in the previous exemplary embodiment The method according to the invention can in principle be carried out with any number Master axes and carried out for any number of following axes will.

Ein im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ebenfalls bedeutsamer Vorgang besteht im automatischen Einrichten von Werkzeug und Werkstück, um eine definierte Synchronposition C₀, B₀, Z₀ und Y₀ für alle beteiligten Leitachsen B_LA1, Z_LA2 und Y_LA3 sowie der Folgeachsen C_FA zu ermitteln. Dies soll am Beispiel der bereits in den vorigen Ausführungen zugrunde gelegten Zahnradbearbeitung näher erläutert werden. Bei der Zahnradbearbeitung wird vielfach das Werkstück undefiniert auf den Werkstücktisch montiert, was teilweise auch während des Verfahrens geschieht. In einem solchen Fall ist jedoch die Position C₀ der Folgeachse C_FA, in der das Werkstück synchron zur Leitachse ist, nicht bekannt. Die Position C₀ muß daher nach dem Einspannen mittels geeigneter Sensoren gemessen werden. Es wird dabei gemessen, in welcher Position relativ zur Absolutlageposition des Tisches eine Zahnlücke des Zahnrads liegt.One related to the present invention as well significant process is the automatic setup of Tool and workpiece to a defined synchronous position C₀, B₀, Z₀ and Y₀ for all leading axes B_LA1, Z_LA2 involved and Y_LA3 and the following axes C_FA. This is supposed to based on the example of the one in the previous explanations placed gear machining are explained in more detail. In the Gear machining often leaves the workpiece undefined mounted on the workpiece table, which sometimes also during of the procedure happens. In such a case, however the position C₀ of the following axis C_FA, in which the workpiece synchronous to the leading axis is not known. The position C₀ must therefore be clamped using suitable sensors be measured. It is measured in which position a tooth gap relative to the absolute position of the table of the gear.

In Fig. 3 ist eine solche Konstellation dargestellt, wobei ein Zahnrad ZR, welches durch die Folgeachse C_FA geführt wird, mit einer Schleifschnecke B synchronisiert wird, welche durch die Leitachse B_LA1 angetrieben wird. Wenn das Werkstückteil auf der Position C₀ steht, liegt eine Zahnlücke exakt gegen über dem Werkzeug, in diesem Fall der Schleifschnecke B. Befindet sich der Sensor an der Position des Werkzeugs, also das Zahnrades ZR, so ist C₀ die Position, an der der Sensor bei Drehung des Zahnrads ZR eine Zahnlücke registriert hat.Such a constellation is shown in FIG. 3, wherein a gearwheel ZR, which is guided through the following axis C_FA, is synchronized with a grinding worm B, which is driven by the leading axis B_LA1. If the workpiece part is in position C₀, there is a tooth gap exactly opposite the tool, in this case grinding worm B. If the sensor is at the position of the tool, i.e. the gear wheel ZR, C₀ is the position at which the sensor has registered a tooth gap when the gear wheel ZR rotates.

Ist der Sensor S an einer anderen Position angebracht, so z. B. in Fig. 4 dargestellt anhand des Falles, daß der Sensor S gegenüber von dem Werkzeug B angeordnet ist, so muß eine Sensorverschiebung ΔC_S gegenüber dem Werkzeug B mit der gemessenen Position C_M verrechnet werden, um die korrekte Position C₀ der registrierten Zahnlücke zu erhalten.If the sensor S is attached to another position, z. B. shown in Fig. 4 based on the case that the sensor S is arranged opposite the tool B, a sensor displacement ΔC _S relative to the tool B with the measured position C _{M must be} offset to the correct position C₀ of the registered tooth gap to obtain.

Als Sensor kann ein berührungsloser Sensor S oder ein berüh render Sensor M verwendet werden. Für das Verfahren mit einem berührungslosen Sensor S läßt sich beispielsweise ein kapazi tiver Sensor verwenden. Ein solcher kapazitiver Sensor wird soweit an das Werkstück herangebracht, daß er die Flanken des Zahnrads ZR messen kann. Bei Drehung des Zahnrads ZR werden die Übergänge von Luft zu Metall gemessen und für mehrere Zahnlücken abgespeichert. Eine Mittelung über alle Messungen erfolgt durch Rückrechnen der späteren Flanken auf die erste gemessene Flanke über die bekannte Teilung des Werkstückes, also des Zahnrades C. Für die zweite Flankenmessung wird das Werkstück, das Zahnrad ZR, mit gleicher Drehzahl in Gegen richtung gedreht und wieder die Flanken gemessen, gemittelt und auf die erste Zahnlücke rückgerechnet. Die Mitte zwischen beiden Flankenmessungen ist die gemittelte Zahnlückenmitte. Durch die Richtungsumkehr bei der Messung fallen alle Hyste reseeffekte des Sensors S heraus, so daß ohne ein Einmessen bereits das erste Teil richtig justiert wird. Wird der Ab stand der Zahnlückenmitte zu einer Flanke gespeichert, so kann bei weiteren Messungen, beispielsweise für eine Serien fertigung, auf das Ausmessen der zweiten Flanke verzichtet werden. Die Lückenmitte liegt um den gespeicherten Wert neben der gemessenen ersten Flanke. Aufgrund der Hysterese des Sensors S müssen Folgemessungen mit der gleichen Drehzahl wie die erste Messung erfolgen.A non-contact sensor S or a touch sensor can be used as the sensor render sensor M can be used. For the procedure with one Contactless sensor S can be a capacitance, for example Use active sensor. Such a capacitive sensor will brought so far to the workpiece that he flanks the Gear ZR can measure. When the gear wheel turns ZR the transitions from air to metal are measured and for several Tooth gaps saved. Averaging across all measurements is done by recalculating the later edges to the first measured edge over the known division of the workpiece, So the gear C. For the second flank measurement, this is Workpiece, the gear wheel ZR, with the same speed in counter turned and the flanks measured again, averaged and calculated back to the first tooth gap. The middle between in both flank measurements is the mean tooth gap center. Due to the reversal of direction during the measurement, all hysts fall out effects of the sensor S, so that without calibration the first part is already correctly adjusted. If the Ab the center of the tooth space was saved to a flank, so can be used for further measurements, for example for a series production, the second flank is not measured will. The middle of the gap is next to the saved value the measured first edge. Due to the hysteresis of the Sensors S must make follow-up measurements at the same speed as the first measurement is done.

Nach dem gleichen Verfahren kann auch die Position eines Zahnes am Werkzeug B gemessen werden, sofern ein geeigneter Sensor zur Verfügung steht. Der Sensor braucht dabei nicht in dem eigentlichen Arbeitsraum montiert zu sein, da lediglich die absolute Lage eines Bearbeitungszahnes notwendig ist. Diese kann auch als spezielle Werkzeugkorrektur zum jewei ligen Werkstück abgespeichert werden.The position of a Tooth on tool B, if a suitable one Sensor is available. The sensor does not need to to be installed in the actual work area, since only the absolute position of a machining tooth is necessary. This can also be used as a special tool offset workpiece can be saved.

In der Darstellung in Fig. 5 ist das Verfahren eines automa tischen Einrichtens von Werkzeug B und Werkstück ZR anhand eines berührenden Sensors, einem Meßtaster M gezeigt. Ein Meßtaster M wird an beliebiger Stelle in die Zahnradlücke eines Zahnrades ZR geführt. Durch Drehung des Zahnrades ZR werden die absoluten Positionen der benötigen Flanken er mittelt. Daraus wird die Zahnlückenmitte bestimmt. Dieses Verfahren wird mit beliebigen weiteren Zahnlücken wiederholt. Die vorher ermittelte Zahnlückenmitte wird um die Zahl der Teilungen, um die weiter positioniert wurde, auf die neue Zahnlücke hochgerechnet und aus der oder den vorhergehenden Zahnlücken ein Mittelwert gebildet. Diese Zahnlückenmitte wird um die Sensorverschiebung ΔC_S auf die Bearbeitungsposi tion umgerechnet und damit nach dem eingangs erläuterten Ver fahren gemäß der vorliegenden Erfindung einsynchronisiert. Anstelle eines Meßtasters M sind auch andere berührende Sen soren einsetzbar.In the illustration in FIG. 5, the method of automatically setting up tool B and workpiece ZR is shown using a touching sensor, a measuring probe M. A probe M is guided anywhere in the gear gap of a gear ZR. The absolute positions of the required flanks are determined by rotating the gear wheel ZR. The center of the tooth gap is determined from this. This procedure is repeated with any further tooth gaps. The previously determined tooth gap center is extrapolated to the new tooth gap by the number of divisions by which further positioning has been carried out, and an average value is formed from the previous tooth gap (s). This tooth gap center is converted by the sensor displacement ΔC _S to the machining position and thus synchronized according to the method explained at the outset according to the present invention. Instead of a touch probe M, other touching sensors can also be used.

Claims

1. Method for synchronizing master and slave axes, in particular in the case of numerically controlled machine tools or robots with electronic axis coupling, with the following method steps:

1.1 the coupling is switched on and the leading axes (B_LA1, Z_LA2, Y_LA3) are moved to the desired speed,
1.2 it is waited until the following axes (C_FA) have reached a synchronous speed,
1.3 the leading axis positions (B _M , Z _M , Y _M ) and following axis positions (C _M ) are measured,
1.4 the measured values are stored at a uniform sampling time,
1.5 a synchronism error (ΔC) is determined for each following axis (C_FA),
1.6 Every synchronism error (ΔC) is compensated for by a superimposed following axis movement of the associated following axis (C_FA).

2. Method for synchronizing master and slave axes, especially in the case of numerically controlled machine tools or robots with electronic axis coupling, the master axis (B_LA1, Z_LA2, Y_LA3) and slave axis (C_FA) not in a synchronized position (B₀, Z₀, Y₀, C₀ ) with the following procedural steps:

2.1 Defined positions (B₀, Z₀, Y₀, C₀) for the leading axes (B_LA1, Z_LA2, Y_LA3) and following axes (C_FA) related to the absolute position system are determined,
2.2 the coupling is switched on and the leading axes (B_LA1, Z_LA2, Y_LA3) are moved to the desired speed,
2.3 the system waits until the following axes (C_FA) have reached a synchronous speed,
2.4 the leading axis positions (B _M , Z _M , Y _M ) and following axis positions (C _M ) are measured,
2.5 the measured values are saved at a uniform sampling time,
2.6 A synchronism error (ΔC) is determined for each following axis (C_FA),
2.7 Every synchronism error (ΔC) is compensated for by a superimposed slave axis movement of the associated slave axis (C_FA).

3. The method according to claim 1 or 2, wherein the slave axes are defined as periodic axes, with the following further method step:

3.1 the synchronization path to compensate for a synchronism error (ΔC) is determined by module order with the division of the associated following axis (C_FA).

4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the slave axes are formed as endlessly rotating rotary axes, with the following further process step:

4.1 The compensation of a synchronism error (ΔC) is done by selecting the shortest path within the module one revolution of the associated slave axis (C_FA).

5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the following axes are formed as division axes, with the following further process step:

5.1 A synchronism error (ΔC) is compensated for by selecting the shortest path within the module of the number of divisions of the associated slave axis (C_FA).

6. The method according to any one of claims 2 to 5, with the following further process step:

6.1 The defined position (C₀) for the following axis (C_FA) is determined by a non-contact sensor (S) or a touching sensor (M) based on the absolute position system.