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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Simulationsvorrichtung, die an einem Funktionsteil eine Kollisionsprüfung ausführt.
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Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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Ein NC-Programm (nachfolgend wird eine Einheit von in einem NC-Programm beschriebenen Befehlen als Block bezeichnet) ist erforderlich, um durch eine bestehende Werkzeugmaschine mit numerischer Steuerung (NC) eine Bearbeitung auszuführen. Im Allgemeinen enthält ein NC-Programm Befehle, um einer Maschine die Anweisung zu geben, sich mit einer Bewegungsgeschwindigkeit zu bewegen, und numerische Werte, die für eine bestimmte Bewegungsgeschwindigkeit stehen.
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In jüngster Zeit sind mit zunehmender Komplexität des Aufbaus einer Werkzeugmaschine deren Betriebsabläufe komplizierter geworden. Aus diesem Grunde geschieht es nicht selten, dass verschiedenste Abschnitte der Maschine aneinander stoßen können, und auch die Maschine und ein Zielobjekt (nachstehend als Werkstuck bezeichnet) können miteinander kollidieren. Von daher besteht, um ein solches ungunstiges Zusammenstoßen zu vermeiden, eine zunehmende Notwendigkeit zur Simulation des Verhaltens der Maschine, wobei der Hauptzweck der Simulation darin besteht, eine Kollisionsprüfung der Maschine zu erhalten.
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Hier kann der Fall auftreten, bei dem Bahndaten automatisch durch eine automatische Programmiervorrichtung, wie ein Programm, das anders als ein NC-Programm ist, erzeugt werden. Weil aber vergleichbar zum NC-Programm die erzeugten Bahndaten selbst in diesem Fall einen Bewegungsbefehl jeweiliger Antriebswellen der Maschine beschreiben, liegt auch die NC-Werkzeugmaschine mit einer derartigen automatischen Programmiervorrichtung innerhalb des Rahmens der Erfindung.
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Beispielsweise lautet die japanische Patentveröffentlichung
JP 64-041905 A (Seiten 3 bis 4) wie folgt: ”In einer Simulationsanzeige wie an einem Roboter werden, wenn im Ansprechen auf einen Positionsbefehl ein Bild angezeigt wird, ein Startpunkt und ein Endpunkt der Reihe nach angezeigt, wobei aber ein Status zwischen den beiden Punkten nicht angezeigt werden kann.” Wie aus der oben genannten Patentveröffentlichung hervorgeht, kann die herkömmliche Simulationsvorrichtung je nach den Umständen die Endpunkte eines Blocks als Bewegungsanweisung einer Vorrichtung verwenden. So wird eine Bewegungsanweisung, die die Endpunkte des Blocks in dieser Weise als Bewegungsanweisung angenommen hat, im Folgenden als Instruktion auf Blockebene bezeichnet.
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Außerdem lautet die japanische Patentveroffentlichung
JP 1-311304 A (Seiten 5 bis 9, und
1) wie folgt: ”Ein einem Servomotor einer Werkzeugmaschine zugeführter Steuerimpuls wird abgefangen und dadurch wird nicht nur eine Prüfung der Koordinaten eines Programms gewährleistet, sondern auch des Koordinatensystems der Maschine.” Wie in der oben genannten Patentveröffentlichung angefuhrt wird, gibt es unter Simulationsvorrichtungen eine Simulationsvorrichtung, die Befehlsdaten an ein Servosystem übernimmt, das mit einer untergeordneten Position eines Steuergeräts verbunden ist (nachstehend werden die Befehlsdaten als eigentliche Instruktion auf Maschinenebene bezeichnet).
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Die Befehlsdaten an das Servosystem umfassen eine Abfolge von Punkten, die nicht durch ein Programm angezeigt werden, das auf dem Weg eines Programmbefehls erzeugt wurde. Der Prozess, die Abfolge von Punkten zu ermitteln, die nicht auf der Befehlsbahn angegeben sind, wird als Interpolationsverfahren bezeichnet. Die durch das Interpolationsverfahren erzeugten aufeinander folgenden Punkte werden als Interpolationspunkte bezeichnet.
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Hier ist der Interpolationspunkt ein Punkt auf der Befehlsbahn, den man erhält, wenn ein Funktionsteil mit einer angewiesenen Geschwindigkeit F während einer für die Vorrichtung spezifischen Zeitdauer dt vorwärtsbewegt wird.
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Durch die folgende Gleichung bestimmt man einen Abstand L von der aktuellen Position zur nächsten, interpolierten Position. Diese Länge wird als Interpolationslänge bezeichnet. L = F × dt (1)
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Da die herkömmlichen Simulationsvorrichtungen wie zuvor erwähnt aufgebaut sind, wird im Falle der Instruktion auf Blockebene ein Endpunkt des Blocks als Interpolationspunkt hergenommen. Aus diesem Grunde wird eine Simulation unter Verwendung von weniger Interpolationspunkten ausgeführt als bei der eigentlichen Instruktion auf Maschinenebene. Dadurch besteht die Möglichkeit, eine Simulation in kürzerer Zeit auszuführen als in den Fällen, bei denen die Maschine tatsächlich läuft. Es kann aber wegen der geringen Genauigkeit einer Kollisionsprüfung die Erfassung einer Kollision unter den Tisch fallen.
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Dabei wird im Falle der eigentlichen Instruktion auf Maschinenebene eine Simulation ausgeführt, bei der so viele Interpolationspunkte verwendet werden wie beim tatsächlichen Maschinenbetrieb. Dementsprechend nimmt eine Simulation mindestens so viel Zeit in Anspruch wie der tatsächliche Maschinenbetrieb.
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Die
US 5 206 813 A (nächstliegender Stand der Technik) beschreibt ein graphisches Darstellungsverfahren für eine numerische Steuerung, die auf einer Anzeigeeinrichtung die betriebliche Form und die Lage eines Werkzeuges innerhalb eines Anzeigebetriebsbereiches anzeigt. Wenn beispielsweise eine Spitze eines Gerätes außerhalb eines Anzeigebetriebsbereiches liegt, wird eine Geschwindigkeitsinstruktion Fc basierend auf einem Signal Ci verändert. Falls die Spitze außerhalb des Anzeigebetriebsbereiches liegt, wird eine geänderte Verfahrgeschwindigkeitsinstruktion Fd verwendet. Die
DE 43 10 126 A1 beschreibt ein Verfahren zur numerischen Bahnsteuerung von Werkzeugmaschinen. Für die Berechnung einer Bahnkontur werden NURBS (Non-Uniform Rational Bi-Splines) verwendet. Die NURBS Kurven und Flächen werden durch Kontrollpunkte dargestellt. Die Druckschrift
DE 197 39 559 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erstellen eines Steuerprogramms für eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks. Die
JP 01-311 304 A überprüft die Position eines Gerätes und die Position eines Werkstücks basierend auf einem Programm, ohne einen Antrieb zu bewegen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Simulationsvorrichtung bereitzustellen, mit der man in kürzerer Zeit als bei der tatsächlichen Bearbeitung eine Kollisionsprüfung durchführen kann, ohne dabei die Erfassung einer Kollision zu übersehen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Durch diese Anordnung kann die vorliegende Erfindung eine Kollisionsprüfung in kürzerer Zeit als bei der tatsächlichen Bearbeitung ausführen, und zwar ohne die Erfassung einer Kollision zu übersehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockschaubild, das eine Simulationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist ein erläuterndes Schaubild, das eine beispielhafte Beschreibung eines NC-Programms zeigt;
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3 ist ein erläuterndes Schaubild, das eine Bewegungsbahn zeigt;
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4 ist ein erläuterndes Schaubild, das Interpolationspunkte einer Bewegungsbahn zeigt;
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5 ist ein erläuterndes Schaubild, in dem Situationen gezeigt sind, wo sich zwei Funktionsteile bewegen;
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6 ist ein Blockschaubild, das eine Simulationsvorrichtung gemaß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 ist ein Blockschaubild, das eine Simulationsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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1 ist ein Blockschaubild, das eine Simulationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Mit Bezug auf 1 speichert ein Programmspeicherabschnitt 1 ein NC-Programm oder andere Programme, die von einer automatischen Programmiervorrichtung erzeugt werden, worin Verfahrgeschwindigkeiten und Positionsbefehle eines Funktionsteils, z. B. eines Roboterarms bzw. eines Roboterfußteils, und eines Schneidwerkzeugs (siehe 2) beschrieben sind. Ein Kollisionserfassungsabstands-Speicherabschnitt 2 speichert Kollisionserfassungsabstande, also den Abstand zwischen einem Funktionsteil A und einem Funktionsteil B, und den Abstand zwischen dem Funktionsteil A und einem feststehenden Teil C, wie z. B. einem Hauptkörper bzw. Grundrahmen der Maschine. Außerdem speichert ein Einstelldaten-Speicherabschnitt 3 Einstelldaten von Spannvorrichtungs- und Werkstückanordnungen oder dergleichen. Ein Speicherabschnitt 4 für Geometriedaten speichert Geometriedaten der Maschine, Geometriedaten von Spannvorrichtungen, Geometriedaten von Werkzeugen oder dgl. in dem virtuellen, dreidimensionalen Simulationsraum. Beiläufig sein erwahnt, dass der Programmspeicherabschnitt 1, der Kollisionserfassungsabstands-Speicherabschnitt 2, der Einstelldaten-Speicherabschnitt 3 und der Speicherabschnitt 4 die Geometriedaten aus Speichern oder dgl. gebildet sind.
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Ein Ausführungsmodus-Anderungsabschnitt 5 ist z. B. aus Eingabeschnittstellen in der Art einer Tastatur oder Maus gebildet, und aus Ausgabeschnittstellen in der Art einer Anzeigeeinheit. Der Änderungsabschnitt erhält unter der Führung eines Bedieners des Simulationssystems eine Modusänderung zwischen einem eigentlichen Maschinenbetriebsmodus und einem Simulationsmodus, oder erhalt von anderen Vorrichtungen eine Anweisung, die für einen Moduswechsel zwischen dem eigentlichen Maschinenbetriebsmodus und dem Simulationsmodus steht.
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Ein Programmanalyseabschnitt 6 bildet eine Programmanalyseeinrichtung zum Auslesen von Verfahrgeschwindigkeiten und den Positionsbefehlen des Funktionsteils aus dem NC-Programm und anderen Programmen, die von einer automatischen Programmiervorrichtung erzeugt werden, die im Programmspeicherabschnitt 1 gespeichert sind.
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Ein Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 gibt ein von einem Benutzer manuell eingestelltes Geschwindigkeitsverhältnis an einen Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 für den Fall aus, bei dem durch den Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der eigentliche Maschinenbetriebsmodus gewahlt wurde. Dagegen teilt in dem Fall, wo vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der Simulationsmodus gewählt wurde, der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 einen im Kollisionserfassungsabstands-Speicherabschnitt 2 gespeicherten Kollisionserfassungsabstand durch einen Interpolationszeitraum, um eine Simulationsgeschwindigkeit zu berechnen, teilt die Simulationsgeschwindigkeit durch die Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils, die vom Programmanalyseabschnitt 6 ausgelesen wurde, um ein Geschwindigkeitsverhaltnis zu berechnen, und gibt das Geschwindigkeitsverhältnis an den Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 weiter. Der Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 multipliziert die Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils mit dem Geschwindigkeitsverhältnis, das vom Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 ausgegeben wurde, um die maximale Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils zu berechnen, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Funktionsteils durch dessen maximale Verfahrgeschwindigkeit zu ersetzen. Beiläufig sei erwähnt, dass der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 und der Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 die Ersetzungseinrichtung bilden.
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Ein Interpolationsabschnitt 9 bildet eine Interpolationspunkt-Bestimmungseinrichtung, um Interpolationspunkte einer Bewegungsbahn des Funktionsteils aus einer Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils, die vom Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 durch die maximale Verfahrgeschwindigkeit ersetzt wird, und aus einem Interpolationszeitraum zu bestimmen. Ein Simulationsabschnitt 10 bildet eine Simulationseinrichtung zur Durchführung einer Kollisionsprüfung am Funktionsteil an einem durch den Interpolationsabschnitt 9 bestimmten Interpolationspunkt, wenn vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der Simulationsmodus gewählt wurde.
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Die Servoeinheit 11 bildet eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des Funktionsteils entsprechend Verfahrgeschwindigkeiten und Positionsbefehlen des Funktionsteils, die vom Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 ausgegeben werden, wenn vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der eigentliche Maschinenbetriebsmodus gewählt wurde.
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Es sei hinzugefügt, dass der Programmanalyseabschnitt 6, der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7, der Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8, der Interpolationsabschnitt 9 und der Simulationsabschnitt 10 aus Hardware bestehen können, z. B. aus einer zweckbestimmten IC-Schaltung. Als Alternative hierzu kann auch programmiert werden, wobei die oben angegebenen Prozesse niedergeschrieben werden, um das Programm auf einem Computer (nicht gezeigt) laufen zu lassen.
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Es erfolgt nun die Beschreibung der Funktionsweise der ersten Ausführungsform.
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Der Programmanalyseabschnitt 6 analysiert das NC-Programm oder andere Programme, die von einer automatischen Programmiervorrichtung erzeugt werden, die im Programmspeicherabschnitt 1 gespeichert sind, und liest dann die Verfahrgeschwindigkeit F und Positionsbefehle des Funktionsteils aus, die in diesen Programmen niedergeschrieben sind.
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Der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt
7 berechnet das Geschwindigkeitsverhältnis R wie folgt, um eine Bewegungsbahn des Funktionsteils zu interpolieren, die basierend auf den Positionsbefehlen des Funktionsteils bestimmt ist, die durch den Programmanalyseabschnitt
6 ausgelesen werden. Eine in
3 durchgezogene Linie zeigt eine Bewegungsbahn des Funktionsteils an, und die durch ”O” angegebenen Positionen sind basierend auf den Positionsbefehlen des Funktionsteils bestimmt. Die durch
in
4 gezeigten angegebenen Positionen zeigen Interpolationspunkte des Funktionsteils.
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D. h., dass dann, wenn durch den Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der Simulationsmodus gewählt wurde, der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 einen im Kollisionserfassungsabstands-Speicherabschnitt 2 gespeicherten Kollisionserfassungsabstand K durch einen Interpolationszeitraum dt teilt, um eine Simulationsgeschwindigkeit Fs zu berechnen, wie durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist. Dann teilt der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 die Simulationsgeschwindigkeit Fs durch die Verfahrgeschwindigkeit F des Funktionsteils, die durch den Programmanalyseabschnitt 6 ausgelesen wird, um ein Geschwindigkeitsverhältnis R zu berechnen, und gibt das Geschwindigkeitsverhältnis R an den Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 aus. Wenn aber vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der eigentliche Maschinenbetriebsmodus ausgewählt wurde, gibt der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 das manuell von einem Benutzer eingestellte Geschwindigkeitsverhältnis R an den Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 aus, und zwar mit dem gerade aktuellen Wert. Fs = (C × K)/dt (2) R = Fs/F (3)
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Hier ist ”C” in Gleichung (2) ein vorbestimmter Koeffizient, der entsprechend einiger adäquater Regeln bestimmt werden kann. Ein konkreter Weg zur Angabe des den Koeffizienten C wird später beschrieben werden.
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Der Grund, warum der Kollisionserfassungsabstand K in Gleichung (2) mit C multipliziert wird, besteht darin, die Lage des Funktionsteils in unmittelbarer Nähe zu einem anderen Teil sicher zu erfassen, wenn sich das Funktionsteil nur einen Interpolationszeitraum lang bewegt, bevor der Abstand zwischen den beiden Teilen auf kleiner gleich Null geht und sie miteinander kollidieren. Dementsprechend wird der Koeffizient C für gewöhnlich auf einen positiven Wert kleiner als Eins eingestellt.
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Wenn aus dem Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7 ein Geschwindigkeitsverhältnis R erhalten wurde, multipliziert der Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 die Verfahrgeschwindigkeit F des Funktionsteils, die vom Programmanalyseabschnitt 6 ausgelesen wird, mit dem Geschwindigkeitsverhältnis R, wie durch die folgende Gleichung gezeigt ist, berechnet die maximale Verfahrgeschwindigkeit Fexe des Funktionsteils und gibt die maximale Verfahrgeschwindigkeit Fexe an den Interpolationsabschnitt 9 als Verfahrgeschwindigkeit für das Funktionsteil aus. Fexe = R × F (4)
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Wenn vom Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt
8 die maximale Verfahrgeschwindigkeit Fexe eingegangen ist, die die Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils ist, multipliziert der Interpolationsabschnitt
9 die maximale Verfahrgeschwindigkeit Fexe mit dem Interpolationszeitraum dt, wie durch die Gleichung ausgedrückt ist, um eine Länge L (nachfolgend als Interpolationslänge bezeichnet) zu berechnen, entlang der sich das Funktionsteil nur einen Interpolationszeitraum lang bewegt. Dabei bestimmt der Interpolationsabschnitt Interpolationspunkte (durch in
4 gezeigte
angegeben) einer Bewegungsbahn des Funktionsteils aus den Positionen (angegeben durch in
3 gezeigte ”O”), die basierend auf den Positionsbefehlen des Funktionsteils bestimmt sind, die vom Programmanalyseabschnitt
6 ausgelesen wurden, und bestimmt die Interpolationslänge L.
L = Fexe × dt (5) -
Der Simulationsabschnitt 10 führt an den Interpolationspunkten eine Simulation aus, die durch den Interpolationsabschnitt 9 bestimmt werden, wenn vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der Simulationsmodus ausgewählt ist, um eine positionsmäßige Stellung des Funktionsteils in seinen im Speicherabschnitt 4 für Geometriedaten gespeicherten geometrischen Daten zu aktualisieren, berechnet den Abstand zwischen mehreren Funktionsteilen bzw. den Abstand zwischen bestimmten Funktionsteilen und ortsfesten Teilen, und prüft, ob die Teile miteinander kollidieren oder nicht.
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Wenn sich beispielsweise die Teile auf Kollisionskurs befinden, zeigt der Simulationsabschnitt die Teile auf einer Anzeige (nicht gezeigt) an, die betroffen sind, und auf einer Anzeige wird eine Nachricht angezeigt, die angibt, dass eine Kollision zwischen den Teilen stattgefunden hat.
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Die Servoeinheit 11 treibt das Funktionsteil entsprechend Verfahrgeschwindigkeiten und Positionsbefehlen des Funktionsteils an, welche vom Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 ausgegeben werden, wenn vom Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 der eigentliche Maschinenbetriebsmodus ausgewählt ist.
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Es erfolgt nun im Einzelnen eine Beschreibung, wie der Koeffizient C zu bestimmen ist, und wie die maximale Verfahrgeschwindigkeit Fexe des Funktionsteils zu ermitteln ist.
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Wenn ein Gegenstand, an denn eine Simulation vorgenommen werden soll, nur eine Maschine mit einem Funktionsteil, beispielsweise einem Schneidwerkzeug ist, dann kann die Interpolationslänge L auf jeweilige die Maschine bildende Teile aufgeteilt werden. Dementsprechend kann man den Kollisionserfassungsabstand K als Interpolationslänge L verwenden. Anders ausgedrückt lässt sich die Simulationsgeschwindigkeit Fs errechnen, indem man C = 1 werden lässt.
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Für den Fall aber, dass ein Gegenstand, an dem eine Simulation vorgenommen werden soll, mehrere Funktionsteile hat und den Teilen jeweilige Geschwindigkeiten zugeteilt sind, oder fur den Fall, dass mehrere Maschinen in demselben Simulationsraum einer Simulation unterzogen werden sollen, können als gefährlichster Fall Situationen auftreten, in denen sich die mehreren Teile auf derselben Linie bzw. Achse bewegen und sich aufeinander zu bewegen. In so einem Fall sollte der Koeffizient C eingestellt werden auf z. B. C = 0,5.
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5 ist ein erläuterndes Schaubild, das Situationen zeigt, bei denen sich zwei Funktionsteile (Gegenstand A und Gegenstand B) in derselben Richtung auf derselben Linie bewegen und sich einander näherkommen, und der Koeffizient C auf 0,5 (d. h., dass die Hälfte des Kollisionserfassungsabstands K als Interpolationslänge L verwendet wird) eingestellt ist.
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Dabei zeigt 5 Situationen, in denen der Abstand zwischen Gegenstand A und Gegenstand B einen Wert Kb darstellt, der geringfügig größer ist als der Kollisionserfassungsabstand K.
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Um im nächsten Interpolationszeitraum einen Interpolationspunkt für eine Simulation zu bestimmen, wird wie oben angegeben unter Verwendung von Gleichung (2) eine Simulationsgeschwindigkeit Fs ermittelt.
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Als Nächstes wird, wenn ein Gegenstand, der einer Simulation unterzogen werden soll, nur eine Maschine mit einem Funktionsteil für ein Werkstück ist, die Verfahrgeschwindigkeit F des Funktionsteils in Gleichung (3) eingesetzt, um das Geschwindigkeitsverhältnis R zu ermitteln.
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Für den Fall aber, dass mehrere Funktionsteile vorhanden sind, ermittelt man die maximale Geschwindigkeit F aus den Verfahrgeschwindigkeiten der Funktionsteile, also aus den angewiesenen Geschwindigkeiten Fi (i = 0, 1, ..., n) für n Funktionsteile. F = max(F0, F1, ..., Fn) (6)
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Anschließend werden die maximale Geschwindigkeit F und die Simulationsgeschwindigkeit Fs in Gleichung (3) eingesetzt, um das Geschwindigkeitsverhältnis R zu ermitteln.
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Schließlich werden die angewiesenen Geschwindigkeiten Fi für n Funktionsteile mit dem Geschwindigkeitsverhältnis R multipliziert, um die maximale Verfahrgeschwindigkeit NFi (entsprechend Fexe von Gleichung (4)) für n Funktionsteile zu berechnen. NFi = R × Fi (7)
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So wird also für den Fall, dass mehrere Funktionsteile vorhanden sind, die maximale Geschwindigkeit F aus den angewiesenen Geschwindigkeiten Fi für n Funktionsteile ausgewählt, und das Geschwindigkeitsverhältnis R zu den Simulationsgeschwindigkeiten Fi ermittelt, welches aus dem Kollisionserfassungsabstand K erhalten wird, der ein Abstand ist, bei dem gewährleistet ist, dass es keine Kollision geben wird, und die angewiesenen Geschwindigkeiten Fi für alle Funktionsteile werden mit demselben Geschwindigkeitsverhältnis R multipliziert, um für jedes der Funktionsteile die maximale Verfahrgeschwindigkeit NFi zu ermitteln. Dies verkürzt eine Laufzeit, während die positionsmäßige Beziehung zwischen den Funktionsteilen in demselben Status wie beim eigentlichen Maschinenbetriebsmodus gehalten wird.
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Beiläufig sei erwähnt, dass der Koeffizient C auf Eins und darunter eingestellt werden kann, selbst wenn eine Maschine ein Schneidwerkzeug hat.
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Schließlich wird eine Überprüfung dessen ausgeführt, dass eine im Simulationsmodus durchgeführte Kollisionsprüfung weniger Zeit in Anspruch nimmt, als wenn sie im eigentlichen Maschinenbetriebsmodus durchgeführt würde. Der Vorgang der Überprüfung wird anhand von realen numerischen Werten mit einer Werkzeugmaschine als Beispiel beschrieben, die ein Funktionsteil hat, die von einer numerischen Steuervorrichtung gesteuert wird, und der eine Geschwindigkeit des Funktionsteils zugeteilt ist.
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Beispielsweise führt die Einstellung des Interpolationszeitraums dt auf 1,0 ms, der Schnittgeschwindigkeit des NC-Programmbefehls F auf 5.000 mm/min, des Kollisionserfassungsabstands K auf 3 mm und des Koeffizienten C auf 1 zu den folgenden Ergebnissen: die Simulationsgeschwindigkeit aus Gleichung (2) ist Fs = 180.000 mm/min, und das Geschwindigkeitsverhältnis aus Gleichung (3) ist R = 36. Fs = (C × K)/dt = (1 × 3 × 60 × 1000)/1,0 = 180.000 R = Fs/F = 180.000/5.000 = 36
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Demzufolge wird die Simulation unter Verwendung der Punkte ausgeführt werden, die mit einer 36-fach erhöhten Geschwindigkeit interpoliert wurden.
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In diesem Zusammenhang wird, wenn dt = 5,0 ms, Fs = 36.000 mm/min erhalten. Von daher wird die Simulation unter Verwendung der Punkte ausgeführt, die mit einer 7,3-fachen Bewegungsgeschwindigkeit interpoliert wurden.
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Allgemein ausgedrückt ist eine Geschwindigkeit bei einem gegebenen Positionsbefehl höher als eine Schnittgeschwindigkeit. Die bestehenden Werkzeugmaschinen arbeiten beispielsweise bei 20.000 bis 100.000 mm/min oder dergleichen. Von daher lässt sich eine Simulation immer mit im Wesentlichen derselben Geschwindigkeit ausführen wie ein Positionierbefehl.
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Auf diese Weise wird durch die Verwendung eines Interpolationspunkts auf Basis des Kollisionserfassungsabstands K verhindert, dass die Erfassung einer Kollision übersehen wird, und eine Simulation wird schneller ausgeführt als der tatsächliche Maschinenbetrieb.
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Die oben angegebene Überprüfung berührte den Fall, bei dem die angewiesene Geschwindigkeit niedriger liegt als diejenige, die aus dem Kollisionserfassungsabstand K erhalten wurde. Andererseits werden für den Fall, dass die angewiesene Geschwindigkeit hoher liegt als die, die man aus dem Kollisionserfassungsabstand K erhalten hat, Kollisionen der Reihe nach versagensfrei erfasst. Ein Beispiel hierfür wird nun unter Verwendung von realen numerischen Werten nachstehend beschrieben.
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Das Beispiel wird für den echten Fall beschrieben, bei dem reale numerische Wette verwendet werden, wobei, selbst wenn eine angewiesene Geschwindigkeit hoch und darüber hinaus ein Kollisionserfassungsabstand äußerst klein ist, eine Kollision bei einer beispielhaften Werkzeugmaschine zuverlassig erfasst wird, die zwei Funktionsteile hat, und der Geschwindigkeiten der Funktionsteile zugewiesen wurden.
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Als Beispiel für eine Werkzeugmaschine mit zwei Funktionsteilen erfolgt eine, die als mehrlinige Werkzeugmaschine bezeichnet wird. Die mehrlinige Werkzeugmaschine ist eine Werkzeugmaschine mit mehreren Werkzeughaltern, die gleichzeitig unabhängig voneinander bedienbar sind, wie in der japanischen Patentveröffentlichung
JP 01-205301 A1 erwähnt ist. Der sich von den jeweiligen Schneidwerkzeugen zu einem Antriebsgelenk der Maschine erstreckende Abschnitt wird als ”Linie.” bezeichnet, und es sei angenommen, dass die Maschine zwei Linien hat, wenn zwei Schneidwerkzeuge unabhängig bedienbar sind.
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Beispielsweise werden unter der Annahme, dass der Interpolationszeitraum dt = 1,0 ms ist, den Linie 1 und Linie 2 gemeinsam haben, die angewiesene Schnittgeschwindigkeit F1 zu 10.000 mm/min für Linie 1 und F2 zu 8.000 mm/min fur Linie 2, und der Kollisionserfassungsabstand K wird zu 0,1 mm. Dann werden bei Ermittlung der maximalen Geschwindigkeit für jedes der Funktionsteile F entsprechend dem Fall, bei dem die Maschine mehrere Funktionsteile aufweist, die folgenden Ergebnisse erhalten: F = max{F1, F2} = F1 = 10.000 mm/min.
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Dabei fuhrt dies, wenn man in Gleichung (2) C beispielsweise zu 0,5 werden lässt, zu der Simulationsgeschwindigkeit Fs = (0,5 × K × 60 × 1.000)/dt = 9.000 mm/min.
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Von daher ergibt sich das Geschwindigkeitsverhältnis R durch R = Fs/F = 9.000/10.000 = 0,9 aus Gleichung (3), und eine Simulation wird unter Verwendung der Punkte ausgeführt, die bei einer Bewegungsgeschwindigkeit interpoliert wurden, die das 0,9-fache der angewiesenen Schnittgeschwindigkeit F1 beträgt.
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D. h. also, dass das obige Ergebnis zeigt, dass die Erfassung mit dem Interpolationszeitraum nicht machbar ist, bis die Geschwindigkeiten 0,9-fach langsamer werden als die angewiesenen Geschwindigkeiten, und zwar nicht machbar für die Erfassung, ohne dabei eine Annäherung der Funktionsteile auf einen Abstand von 0 bis 0,1 mm zwischen den zwei Linien zu übersehen. Dagegen kann bei Multiplizieren mit 0,9 der durch eine Simulation reproduzierte Abstand, eine Annäherung aneinander im Bereich von 0 bis 0,1 mm, unfehlbar erfasst werden.
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Wie aus der obigen Beschreibung klar hervorgeht, ist die Simulationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit der Ersetzungseinrichtung (Geschwindigkeitsverhaltnis-Bestimmungsabschnitt, Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8) zum Berechnen der maximalen Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils aus einem Kollisionserfassungsabstand und eine Interpolationszeitraum versehen, und zum Ersetzen der Verfahrgeschwindigkeit des Funktionsteils, die vom Programmanalyseabschnitt 6 ausgelesen wird, mit der maximalen Verfahrgeschwindigkeit. Die Simulationsvorrichtung ist außerdem mit dem Interpolationsabschnitt 9 versehen, um Interpolationspunkte einer Bewegungsbahn des Funktionsteils basierend auf einer Bewegungsgeschwindigkeit des Funktionsteils, die von der Ersetzungseinrichtung durch die maximale Verfahrgeschwindigkeit ersetzt wird, und aus einem Interpolationszeitraum zu bestimmen. Die wie oben konfigurierte, oben angegebene Anordnung führt eine Kollisionsprüfung in kurzerer Zeit durch als die eigentliche maschinelle Bearbeitung, ohne eine Kollisionserfassung zu übersehen.
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Zweite Ausführungsform
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Während in der ersten Ausführungsform der Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 den Ausführungsmodus zwischen dem eigentlichen Maschinenbetriebsmodus und dem Simulationsmodus verändert, kann die Simulationsvorrichtung in Richtung auf ein System modifiziert sein, das auf den Simulationsmodus zugeschnitten ist, ohne den Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt 5 und die Servoeinheit 11 zu implementieren, wie in 6 gezeigt ist.
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Auf diese Weise ist durch das Weglassen von in der Simulationsvorrichtung enthaltenen Fähigkeiten eine Anordnung der Simulationsvorrichtung außerhalb der numerischen Steuervorrichtung möglich. Demzufolge können zu jeder beliebigen Zeit der tatsächliche Maschinenbetrieb und eine Kollisionsprüfung durch eine Maschinensimulation unabhängig bewerkstelligt werden, ohne zur Ausführung einer Simulation den tatsächlichen Maschinenbetrieb anzuhalten. Dadurch kann während der Bearbeitung eines Werkstücks auf der realen Maschine durch Einsatz eines bereits geprüften NC-Programms eine Simulation gleichzeitig mit der Überprüfung eines NC-Programms für die nächste Bearbeitung ausgeführt werden. Dies erhöht die Gesamtarbeitsleistung ab Programmüberprüfung und der tatsächliche Maschinenbetrieb kann ausgedehnt werden.
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Zusätzlich sei angemerkt, dass in der numerischen Steuervorrichtung implementierte Funktionsteile, so wie sie sind, in Funktionsteile in der Simulationsvorrichtung importiert werden können, oder spezifisch für eine Maschinensimulation ausgelegt werden können.
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Dritte Ausführungsform
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Während in der ersten Ausführungsform der Programmanalyseabschnitt 6, der Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt 7, der Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt 8 und der Interpolationsabschnitt 9 in einem System vorgesehen sind, die jeweils einen Betrieb entweder im Simulationsmodus oder im eigentlichen Maschinenbetriebsmodus unter der Führung des Ausführungsmodus-Änderungsabschnitts 5 ausführen, kann eine Verarbeitungslinie A (umrandeter Bereich mit Schrägschraffur) vorgesehen sein, der ausschließlich dem Simulationsmodus gewidmet ist, und eine Verarbeitungslinie B (umrandeter Bereich, durch eine unterbrochene Linie angegeben), der ausschließlich dem eigentlichen Maschinenbetriebsmodus gewidmet ist, wie in 7 gezeigt ist.
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Auf diese Weise wird es durch ein solches separates Vorsehen der Verarbeitungslinie A, die ausschließlich für den Simulationsmodus verantwortlich ist, und der Verarbeitungslinie B, die ausschließlich für die Ausführung des eigentlichen Maschinenbetriebsmodus verantwortlich ist, möglich, eine Simulation an der Maschine laufen zu lassen, selbst wenn die Maschine gerade in Betrieb ist, und zwar unter Verwendung von Werkzeugdaten, Spannvorrichtungsdaten, Angaben bezüglich der Orte, an denen Werkzeuge am Werkzeughalter angebracht sind, Magazinbestandsdaten, eines Stufenprogramms, von Kontaktdaten, oder beliebiger anderer Daten. Dadurch wird eine Betriebssimulation mit einer Genauigkeit ausgeführt, die dem tatsächlichen Maschinenbetrieb nahe kommt, und es wird auch die Arbeitsleistung ab der Programmüberprüfung bis zum tatsächlichen Maschinenbetrieb gesteigert. Bezugszeichenliste:
| 1 | Programmspeicherabschnitt |
| 2 | Kollisionserfassungsabstands-Speicherabschnitt |
| 3 | Einstelldaten-Speicherabschnitt |
| 4 | Speicherabschnitt für Geometriedaten |
| 5 | Ausführungsmodus-Änderungsabschnitt |
| 6 | Programmanalyseabschnitt |
| 7 | Geschwindigkeitsverhältnis-Bestimmungsabschnitt |
| 8 | Geschwindigkeitsbestimmungsabschnitt |
| 9 | Interpolationsabschnitt |
| 10 | Simulationsabschnitt |
| 11 | Servoeinheit |
| A | Gegenstand |
| B | Gegenstand |
| C | Koeffizient |
| dt | Interpolationszeitraum |
| F | Verfahrgeschwindigkeit |
| Fexe | maximale Verfahrgeschwindigkeit |
| Fi | angewiesene Geschwindigkeit |
| Fs | Simulationsgeschwindigkeit |
| K | Kollisionserfassungsabstand |
| L | Interpolationslänge |
| NFi | maximale Verfahrgeschwindigkeit |
| R | Geschwindigkeitsverhältnis |
