DE4115825C2 - Steuereinrichtung und -Verfahren zum Fertigen eines Werkstückes - Google Patents

Steuereinrichtung und -Verfahren zum Fertigen eines Werkstückes

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Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Steuereinrichtung und ein -verfahren zur kontinuierlichen Steuerung der Fertigung eines Werkstückes. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Verbindung von modularer Hardware und modularer Software. Durch Verwendung einer modularen Architektur können die Fähigkeiten des Controllers erweitert oder modifiziert werden, ohne daß eine größere Neugestaltung erforderlich wird.
Das Kantenüberwachungssystem ist ein Verfahren, durch das die Fertigung eines Werkstückes durch ein System mit einer Architektur gesteuert werden kann, das modulare Hardware und modulare Software aufweist. Signale werden von dem Fertigungsprozeß abgetastet und zu dem System durch die modulare Hardware übertragen. Die Signale werden dann durch die modulare Software verarbeitet, um spezielle Merkmale oder Muster in diesen Signalen zu detektieren, um den Fertigungsprozeß zu steuern.
Ein Beispiel einer derartigen modularen Hardware ist in der US-PS 48 06 914 mit der Bezeichnung "Detection by Automatic Gain Control Features of Gradual Cutting Tool Breakage" beschrieben. Dort sind mehrere Werkzeugüberwachungs-Patente beschrieben. Jede dieser Vorrichtungen hat eine Analyse von Signalen verwendet, speziell Schwingungssignalen, die erzeugt werden, wenn ein Werkstück maschinell bearbeitet wird, um einen Werkzeugbruch zu ermitteln.
Beispiele dieser Vorrichtungen enthalten einen Werkzeugmonitor auf der Basis eines Hochfrequenz- Schwingungssignals, einen Werkzeugmonitor auf der Basis eines akustischen Emissionssensors, einen Werkzeugmonitor auf der Basis von Dreiachsen-Kraftwandlern, einen Werkzeugmonitor auf der Basis von Dehnungssensoren oder einen Werkzeugmonitor auf der Basis eines Spindelleistungssensors. Jede dieser Vorrichtungen ist spezifisch für einen einzelnen Sensortyp. Alle diese Vorrichtungen sind in besonderer Weise ausgestaltet für ein spezifisches Bearbeitungsverfahren. Keine dieser Vorrichtungen hat jedoch das Vermögen, viele verschiedene Werkzeugoperationen zu steuern, da sie jeweils für ihr spezielles Bearbeitungsverfahren ausgelegt sind.
Beispielhafte Systeme mit ähnlichen Aufgaben wie im vorliegenden Fall sind in einem Papier von F.Z. Shen et al beschrieben, veröffentlicht in den Abhandlungen der 1989 North American Manufacturing Research Conference (NAMRC), und in einem Papier von F. Richter und S.A. Spiewak, ebenfalls veröffentlicht in den 1989 NAMRC Sitzungsberichten. Jedoch verwenden diese beiden Systeme eine Architektur, die sich von der hier beschriebenen wesentlich unterscheiden. Das erste Papier beschreibt ein System, bei dem jeder Überwachungs-Algorithmus auf einer getrennten CPU Karte läuft, die jeweils ein getrenntes A/D Interface aufweisen. In dem zweiten Papier wird ein System beschrieben, dessen modulares Multi-Prozessorsystem nur einen einzigen Signaltyp hat.
Keines der vorstehend beschriebenen Systeme gibt eine Anregung auf das hier beschriebene System. Das Kantensystem ist vollständig integriert, und alle Algorithmen teilen das gleich A/D, serielle und Ethernet-Interface. Weiterhin kann die Software willkürlich über eine oder viele Zentralverarbeitungseinheiten (CPU′s) in dem Kantensystem verteilt sein. Weiterhin spezifiziert anders als das von Richter und Spiewak beschriebene System die Kantensystem- Architektur ein einheitliches Interface für Signalverarbeitungs-Algorithmen, und das Ethernet-Interface sorgt für diagnostische Fähigkeiten. Die Produktivität von modernen Fertigungsoperationen ist eingeschränkt durch die Verfügbarkeit von mächtigen und flexiblen Prozeßüberwachungssystemen. Wenn eine Maschine, die ein Werkstück fertigt, fehlerhaft wird und dies nicht festgestellt wird, können teure Teile und Werkzeugmaschinen beschädigt werden. Wenn eine effektives Überwachungssystem nicht vorhanden ist, müssen Prozeßzustände notwendigerweise konservativ sein, um das Risiko eines Maschinenfehlers zu minimieren.
Bestehende Werkzeugüberwachungssysteme sind eng ausgelegt, üblicherweise um einen einzelnen Sensortyp herum, wie es einleitend beschrieben wurde. Zwar ist jedes geeignet mit unterschiedlichen Effektivitätsgraden in einem schmalen Bereich von Anwendungsfällen, aber keines ist völlig effektiv in einem flexiblen Fertigungssystem im Rahmen einer Vielfalt von Bearbeitungsvorgängen. Beispielsweise ist keines der bekannten Systeme als solches in der Lage, Fräs-, Bohr-, Dreh- und andere Verarbeitungsverfahren zu steuern. Somit gibt es kein einzelnes System, das einen breiten Bereich von Verarbeitungsverfahren steuern bzw. regeln kann.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung und ein Verfahren zum Fertigen eines Werkstückes zu schaffen, wobei auf einfache Weise Fähigkeiten erweitert oder modifiziert werden können, ohne daß eine größere Neugestaltung der Software oder der Hardware erforderlich wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 oder 26 gelöst.
Es wird ein verbessertes System geschaffen, das eine modulare Software-Architektur mit einem einheitlichen Interface für einen oder viele Signalverarbeitungs-Algorithmen und ein modulares Bus- System von Sensoren und Signalkonditionierungs-Elektronik aufweist. Jede Software-Interface-Aufgabe (Task) ist verantwortlich für die Eingabe in oder Ausgabe aus einem speziellen Stück der Hardware. Diese Interface-Aufgaben übersetzen Information zwischen externen und internen Formaten. Die externen Formate (die modulare Hardware) sind spezifisch für die Umgebung, in der das Überwachungssystem installiert ist. Die internen Datenformate (die modulare Software) sind standardisiert und unabhängig von der externen Umgebung. Der bzw. die Signalverarbeitungs- Algorithmus(men) stehen nur mit diesen internen Formaten in Verbindung.
Die Hinzufügung oder Modifikation eines Signalverarbeitungs-Algorithmus erfordert höchstens eine minimale Modifikation des internen Interface und keine Änderung des externen Interface. Umgekehrt ausgedrückt, die Adaption des Überwachungssystems an ein neues Fertigungsverfahren (dadurch Erfordernis für eine unterschiedliche Verbindung zwischen dem System und der numerischen Steuerung und eine unterschiedliche Verbindung zwischen dem System und dem "Kanten-Manager") erfordert lediglich eine Änderung der Interface-Aufgaben. Wenn überhaupt, so sind nur wenige Änderungen erforderlich an den Signalverarbeitungs-Algorithmen.
Einen Signalverarbeitungs-Algorithmus kann man sich als ein Datenfilter vorstellen. Sein Eingang erhält einen kontinuierlichen Strom von Rohdaten, die durch die Sensoren detektiert und zu der Signalkonditionierungs-Elektronik übertragen werden. Der Ausgang des bzw. der Signalverarbeitungs-Algorithmus(en), die durch im voraus eingestellte Parameter gesteuert und die durch verschiedene Signale modifiziert werden können, kann sowohl ein Strom von analysierten Daten als auch gelegentliche "interessierende" Ereignisse sein.
Wenn ein "interessierendes" Ereignis auftritt (das durch die Signalverarbeitungs-Algorithmen ermittelt wird), werden Daten, die eine vollständige Beschreibung des Ereignisses liefern, über ein Netzwerk an einen KANTEN-Manager übertragen. Diese abgegebenen Daten ermöglichen eine spätere Analyse des Ereignisses.
Ein digitaler Bus ist ebenfalls Teil der Interface- Hardware, um für ein Prüfen und Steuern des Modul-Stators zu sorgen.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Betriebsumgebung der Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Architektur der Hardware gemäß der Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Architektur der Software gemäß der Erfindung.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung und zeigt den Datenfluß zwischen der analogen und digitalen E/A Aufgabe (Task) und den anderen Aufgaben des Kanten-Computers.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des Interface zu dem Signalverarbeitungs-Algorithmus.
Fig. 6 ist ein Statusübergangsdiagramm für den Signalverarbeitungs-Algorithmus.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung der Aufgaben der seriellen Eingänge in den Kanten-Computer.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Aufgaben der seriellen Ausgänge zu der Numerischen Steuerung des Computer.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung und zeigt alle Kommunikationen zwischen der Logikaufgabe des Netzwerkes und den anderen Aufgaben des Kanten-Computers.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung und zeigt alle Kommunikationen zwischen der Datenabgabeaufgabe und den anderen Aufgaben des Kanten-Computers.
Das Kantenüberwachungssystem kann die Fertigung von Werkstücken auf einer breiten Vielfalt von Bearbeitungswerkzeugen steuern und kann auf einfache Weise erweitert oder modifiziert werden, um zusätzliche Prozesse zu überwachen und neue Arten von Werkzeugfehlern zu detektieren. Dies wird durch Verwendung einer modularen Software-Architektur erreicht, die ein einheitliches Interface zu einem oder mehreren Signalverarbeitungs- Algorithmen und ein modulares Bus-System von Sensoren und Signalkonditionierungs-Elektronik enthält. Der mit einem Bus versehene Modul sorgt für die Leistungsverteilung, Leistungsüberwachung und A/D-Verbindungsübertragung.
Fig. 1 zeigt die Gesamtumgebung, in der das Kantenüberwachungssystem verwendet wird. Der MASCHINEN- MANAGER überträgt Teile-Programme und verschiedene Werkzeugdaten zu einer numerischen Steuerung (CNC) über eine serielle RS-232 Verbindung. Zugang über eine serielle Verbindung ist ein Verfahren der Datenübertragung zwischen einem Computer und einer Pheripherie-Vorrichtung, bei dem Daten für eine Eingabe in den Computer oder Ausgabe zu der Vorrichtung Bit für Bit über einen einzelnen Stromkreis übertragen werden. Somit wird in einem System von Operationen jede Operation einzeln ausgeführt und nicht zur gleichen Zeit, zu der auch andere Aufgaben (Task) bearbeitet werden. Auf diese Weise gibt es nur einen sequentiellen Zugang zu Datenelementen.
Eine Numerische Steuerung (CNC) sorgt für eine Steuerung der Bewegungen von Maschinenkomponenten mittels Zahlen. Im einfachsten Fall wird sie dazu verwendet, das Werkstück relativ zum Werkzeug zu positionieren. Durch Kombinieren des Prinzips der numerischen Steuerung mit einem elektronischen Computer kann sie auch die Maschinenoperationen starten und stoppen, die relative Bewegung (Bahn) zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug während des Schneidens steuern und bewirken, daß sich das Werkstück (oder das Werkzeug) von der Position am Ende des einen Schnittes zu der für den Beginn des nächsten Schnittes bewegt. Nachdem beispielsweise ein Werkstück auf einen Tisch der Maschine gesetzt worden ist, müssen das Werkstück und das Werkzeug in eine richtige Relation für jedes der zu bohrenden Löcher gebracht werden.
Bei diesem Anwendungsbeispiel steuert die Numerische Steuerung (CNC) alle Bewegungen der Werkzeugmaschinenachsen, wodurch das Bearbeitungsverfahren und die Erzeugung der endgültigen Teile-Geometrie gesteuert werden. Die Numerische Steuerung überträgt verschiedene Daten zurück zum MASCHINEN-MANAGER, der seinerseits Werkzeugdaten an das WERKZEUG-MANAGEMENT-System liefert. Die Numerische Steuerung überträgt auch Daten zu dem Kanten-Monitor-System über sowohl eine bidirektionale serielle RS-232 Verbindung als auch eine Anzahl paralleler Eingangs- und Ausgangsleitungen. Durch Verwendung eines parallelen Interface können Daten gleichzeitig anstatt in einer speziellen Folge übertragen werden. In einer parallelen Verbindung zwischen einem Computer und seinen Peripherie-Geräten wird Information über mehrere Datenleitungen, ein Bit pro Leitung übertragen. Dies hat den Vorteil, daß die Übertragungsgeschwindigkeit stark vergrößert wird. Der serielle Pfad liefert Parameter und Prozeßinformation an das KANTEN-ÜBERWACHUNGS-SYSTEM (EMS), von denen einige durch die CNC von dem MASCHINEN-MANAGER erhalten wurden. Der parallele Pfad zwischen der CNC und dem Kanten-Monitor überträgt Steuerinformation von der CNC zu der EMS und liefert Status- und Alarm- Information von der EMS an die CNC. Es gibt auch ein direktes Interface zwischen der EMS und der Werkzeugmaschine. Dieses Interface weist Sensoren, die auf der Werkzeugmaschine, auf ihrer Achse und Spindel-Antriebsreglern angebracht sind, und mehrere Karten mit üblicher analoger und digitaler Interface-Elektronik auf. Die Signale, die durch die Sensoren an die Kanten-Interface-Elektronik (EIE) des Kanten-Überwachungs-Systems gesendet werden, sind die Realzeit-Daten in analoger Form, die durch die Signalverarbeitungs-Algorithmen des Kanten-Überwachungs- Systems verwendet werden. Die Sensoren können beispielsweise piezoelektrische Beschleunigungsmesser, Leistungssensoren, Niederfrequenz-Beschleunigungsmesser oder Strom-und Geschwindigkeitssensoren sein.
Das Kanten-Überwachungs-System ist ferner über ein Ethernet-Interface mit einem Kanten-Manager verbunden. Dieses Interface wird dazu verwendet, Parametersätze in das EMS zu laden und Ereignisse und Sensordaten von dem EMS aufzuzeichnen. Die aufgezeichneten Ereignisse und Daten werden von dem Kanten-Manager und einem Kanten-Analyse- Werkzeug dazu verwendet, die Leistungsfähigkeit des EMS auszuwerten, für eine Feinabstimmung der Parameter der Signalverarbeitungs-Algorithmen zu sorgen und Parameter für neue Bearbeitungsprozesse zu entwickeln. Dies ist der konzeptionelle Gesamtrahmen des hier beschriebenen Systems. Im folgenden wird jede in Fig. 1 dargestellte Komponente genauer beschrieben.
Der Maschinen-Manager wählt automatisch die Betriebsarten der Werkzeugmaschine aus. Er liefert das Teileprogramm der an dem Werkstück zu machenden Schnitte. Das Teileprogramm wird über eine serielle RS-232 Verbindung an die Numerische Steuerung (CNC) gesendet. Die CNC kann so programmiert sein, daß sie ohne menschlichen Eingriff die richtige Antwort auf ein abgetastetes Ereignis gibt. Die Information aus dem Teileprogramm kann durch die CNC dazu verwendet werden, die bei jedem einzelnen Schnitt zu erwartenden Bearbeitungskonditionen zu optimieren. Das Teileprogramm ist ein Software-Programm, das die CNC steuert, die ihrerseits beispielsweise die Spindel und Werkzeugvorschubantriebe steuert, um die richtige Schnittiefe, Oberflächengeschwindigkeit oder Vorschubgeschwindigkeit zu erhalten, und die die Auswahl des Werkzeuges steuert, mit dem die Bearbeitung ausgeführt wird. Das Teileprogramm kann auch Teilemessungs- und Werkzeugverschiebungs-Meßzyklen zusätzlich zu den Schneidvorgängen steuern. Infolgedessen liegt die Information, die die beste Konfiguration der Kantenabtast- Algorithmen ermittelt, in dem Teileprogramm. Informationen, wie beispielsweise Geschwindigkeit, Vorschub, Schnittiefe oder Werkzeuggeometrie, können durch die Erkennungsalgorithmen verwendet werden, um zwischen normalen und abnormalen Fertigungsereignissen zu unterscheiden. Das Teileprogramm konfiguriert die Erkennungsalgorithmen in dem Kanten-bzw. Kantenüberwachungssystem (EMS). Dies liefert die Algorithmen mit den Konfigurations-Parametern für den spezifischen Werkzeugbetrieb. Die Parameter, die für den bestimmten Algorithmus gesetzt sind, optimieren die Ermittlung von Werkstück-Fertigungsereignissen.
Zusätzlich zur Steuerung der Bearbeitungsvorgänge der Werkzeugmaschine berichtet die CNC auch vielfältige Statusinformation zurück zum MASCHINEN-MANAGER (MM) und Parameter und Prozeßinformation an das EMS. Die Statusinformation wird durch die CNC an den MM über eine serielle RS-232 Verbindung berichtet. Parallele Signale und serielle Nachrichten werden durch die CNC an das EMS berichtet. Wenn der Schneidvorgang begonnen hat, berichtet das EMS der CNC von katastrophalen Ereignissen über die parallele Verbindung. Die in den Signalverarbeitungsalgorithmen installierten Parameter optimieren diese Ereigniserkennung. Die Interface-Signale und Nachrichten, die beispielsweise zwischen der CNC und dem EMS fließen können, sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
Das Kantenüberwachungssystem (EMS) empfängt auch Signale von verschiedenen Sensoren, die auf der Werkzeugmaschine angebracht sind, über die Kanten-Interface-Elektronik. Diese Sensoren können so ausgelegt sein, daß sie eine breite Vielfalt von Signalen in dem Bearbeitungsprozeß detektieren. Sie können zur Abtastung von hochfrequenten Schwingungen des Werkzeugprozesses ein akustischer Emmissionssensor, ein Kraftwandler usw. sein. Beispielsweise verwendet der Werkzeugmaschinen-Monitor gemäß der US-PS 48 06 914 einen einzelnen Sensor, der klein und stabil ist und in einem angemessenem Abstand von der Werkzeug/Werkstück-Grenzfläche angebracht ist. Ein derartiger Schwingungssensor ist der VM 1000 Beschleunigungsmesser (Vibra-Metrics, Inc., Hamden, CT), der in einem Bereich relativ großer Empfindlichkeit nahe seiner Resonanzfrequenz verwendet wird. Er ist gewöhnlich nahe dem Teil oder dem Schneidwerkzeug angeordnet, und ein Miniatur-Schleifring und ein koaxialer Draht verbinden ihn mit einem analogen Vorprozessor. Der Schleifring ist optional und wird nur für einige Werkzeugmaschinen-Designs verwendet. Rohdatensignale von den Sensoren werden durch EIE-Moduln konditioniert. Diese EIE Moduln können sowohl entfernt angeordnete Moduln als auch Hauptmoduln umfassen. In dem entfernt angeordnete EIE-Moduln eingesetzt werden, würden die Sensor-Rohsignale in einem geringeren Umfang rauschen oder anderen die Signale verschlechternden Einflüsse ausgesetzt, bevor sie konditioniert werden. Das bedeutet, die Anzahl von Signalen, die Informationen transportieren, ist wesentlich größer als die Anzahl von Signalen, die keine Information transportieren. Die konditionierten Signale werden dem Analog/Digital (A/D) VME Wandler zugeführt. Die A/D Karte ist die Brücke zu der Kanten-Computer-Software und bildet ein digitales paralleles Interface zu der Kante.
Wenn EIE Hauptmoduln und entfernt angeordnete EIE Moduln verwendet werden, gibt es typisch vier EIE Hauptmoduln: Den Bus-Modul, den UE (Ultraschall-Energie)/Taktmodul, den CNC- Modul und die Treibermoduln. Die Hauptmoduln dienen typisch drei Funktionen: Eingangskleinsignalkonditionierung, Fernmodulüberwachung- und Steuerung und zweckmäßiger Testpunktzugang. Zusätzlich generiert ein Hauptmodul -der UE/Takt- ein Taktsignal, das das gesamte System steuert.
Der Bus ist eine Anzahl paralleler Leitungspfade, die die verschiedenen Hardware-Pfade des Kanten-Systems verbinden, über die die Daten kommunizieren. Die Busse können intern zu einem Prozessor sein, sie können einen Prozessor mit Haupt- oder Sekundärspeichern verbinden oder sie können ein Computersystem mit externen Peripheriegeräten verbinden.
Normalerweise kann die EIE mit einer gemeinsamen Maschinenmasse (Ground) verbunden sein, aber die Auslegung gestattet auch, daß eine unabhängige Massequelle verwendet wird, falls dies erforderlich ist, um Masse- schleifen - Probleme zu verkleinern. Weiterhin sind die vier entfernt angeordneten EIE Interface-Moduln: Der UE-Vorprozessor, das Resolver-Interface, das Kodier-Interface und die Trennverstärker. Dies ist schematisch in Fig. 2 gezeigt. Diese Figur zeigt die Verbindungen zwischen den Haupt- und entfernt angeordneten EIE Moduln und die analogen und digitalen Busse, die dieses Interface bilden. In Fig. 2 ist gezeigt, daß der Treibermodul mit den Trennverstärkern verbunden ist, der CNC Modul ist mit dem Resolver- und dem Kodier-Interface verbunden und der UE/Taktmodul ist mit Ultraschallenergie-Vorprozessor verbunden. Der Bus- Hauptmodul ist in diesem Format total intern. Jeder dieser entfernt angeordneten EIE Interface-Moduln hat einen analogen Ausgang. Die analoge Signalkonditionierung, die durch die entfernt angeordneten und die EIE Hauptmoduln ausgeführt wird, kann modifiziert werden, um die Überwachung des Werkzeugmaschinenprozessors zu optimieren.
Das Kantenüberwachungssystem (EMS) weist die modulare Software- und Hardware- Architektur gemäß der Erfindung auf. Die externen modularen Hardware-Interfaces, wie sie vorstehend erörtert wurden, bestimmen die oberste Struktur der Kanten-Software. Diese Struktur ist, für ein Realzeit- System, ein Satz unabhängig ausgeführter Aufgaben (Tasks) oder Prozesse. Die Hauptaufgaben des EMS sind in Fig. 3 eingekreist. Die externen Interfaces, für die jede Aufgabe verantwortlich ist, sind in den Rechtecken von Fig. 3 gezeigt. Die globalen Hauptdatenstrukturen sind von zwei Sätzen horizontaler Doppellinien umgeben, und die Hauptkommunikationspfade zwischen den Aufgaben sind mit Pfeilen dargestellt. Das Kantenüberwachungssystem EMS enthält wenigstens einen Signalverarbeitungs-Algorithmus und vorzugsweise viele Algorithmen, die jeweils auf eine spezifische Bearbeitungsaufgabe oder auf eine Erkennung eines spezifischen Typs eines Fertigungsereignisses gerichtet sind. Diese Verarbeitungsalgorithmen arbeiten als Datenfilter, die Eingangsrohdaten von dem externen Format aufnehmen und einen Ausgang analysierter Daten liefern. Jeder Algorithmus übt eine spezifische Funktion aus und steuert eine spezifische Funktion und wählt die richtigen Rohdaten aus, die durch den bestimmten Algorithmus zu verwenden sind.
Wenn die ganzzahligen Rohdaten aus der A/D Karte in das EMS eingespeist werden, werden sie durch die A/D und DE/A ISR (Interrupt Service Routine bzw. Unterbrechungsdienst­ programm) in einen Rohdaten-Ringpuffer kopiert. Die Kapazität des Ringpuffers muß größer sein als die für den "schlimmsten Fall" vorgesehene Antwortzeit des Algorithmus. Dies soll dem Algorithmus den richtigen Zugang zu dem Rohdatenstrom ermöglichen. Deshalb muß das von dem EMS geforderte Betriebssystem Ringpuffer und Nachrichtenschlangen enthalten, um für den asynchronen Betrieb des Algorithmus zu sorgen. Dies liegt daran, daß der Algorithmus ohne reguläre Zeitrelationen arbeitet, und seine Betriebsgeschwindigkeit steht in keiner Beziehung zu irgendeiner besonderen Frequenz des Systems, mit dem er verbunden ist.
Die in den Rohdaten-Ringpuffer kopierten Daten enthalten alle analogen Eingangssignale und alle digitalen Eingangssignale (wobei die digitalen Eingänge eine Kopie der Ausgänge enthalten). Der Puffer ist der Speicherbereich, der für die temporäre Speicherung von Information verwendet wird, die gerade empfangen worden ist. Die Information wird in dem Puffer gehalten, bis der Algorithmus zur Bearbeitung bereit ist. Die analoge und digitale E/A Aufgabe addiert Tach-, Spindelperioden-, Verstärkungsdaten, eine Zeitmarke und andere Parameter zu jeder Rohdatenstruktur, bevor den Signalbearbeitungsaufgaben mitgeteilt wird, daß die Rohdaten verfügbar sind.
Die in Fig. 4 gezeigten ADEA Aufgabe hält auch den globalen synchronen Zeitwert bei. Der Synchronzeitwert "SYNC" zählt alle Datenproben bzw. Samples seit dem letzten System-Reset und wird auch für alle internen Zeitsteuerungen (beispielsweise von digitalen Eingängen und Ausgängen) verwendet, um Rohdaten, analysierte Daten, Ereignisse und Nachrichten zu korrelieren, wenn eine Fehlersuche (Debugging) des Systems durchgeführt wird oder der Ausgang der Signalverarbeitungsroutinen geprüft wird (Sync ist eine 32-Bit vorzeichenlose ganze Zahl, inkrementiert mit der höchsten Sampelgeschwindigkeit der Sensoren, z. B. dem Ultraschallenergie-Sensor. Der Sync- Zähler fließt nur dann über, wenn die Zeit zwischen Resets eine spezifizierte Zeitlänge überschreitet).
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird der Eingangsstrom von Rohdaten bearbeitet, um einen Ausgangsstrom von analysierten Daten und gelegentlichen Paketen von Ereignisdaten zu erhalten. Der Status (Reset, Aktiv) des Algorithmus wird durch Signale von der analogen und digitalen E/A Aufgabe gesteuert. Das spezifische Verhalten des Algorithmus wird durch Parameterwerte von der seriellen Eingangsaufgabe bestimmt, wie es vorstehend erläutert wurde. Es kann mehrere Signalverarbeitungs- Algorithmusaufgaben geben, die gleichzeitig und unabhängig in dem KANTEN-Computer ausgeführt werden. Jeder einzelne Algorithmus kann eine Brucherkennung Verschleißüberwachung oder beide ausführen.
Die Signalverarbeitungs-Algorithmen haben kein direktes Interface zu irgendeiner Einrichtung außerhalb des KANTEN- Computers. Das Datenflußdiagramm (Fig. 5) zeigt alle Kommunikationen zwischen den Signalverarbeitungsalgorithmen und den anderen Aufgaben (Tasks) in dem KANTEN-Computer. Im folgenden sind die Zustände erläutert, unter denen diese Kommunikationen erfolgen.
Die ANALOG-und DIGITAL-E/A-Aufgabe sendet eine "Daten- Bereit"-Nachricht zu jedem Algorithmus immer dann, wenn eine neue Rohdatenstruktur in dem Rohdaten-Ringpuffer zur Verfügung steht. Wenn eine Algorithmus-Aufgabe eine "Daten- Bereit"-Nachricht empfängt, liest und verarbeitet sie die zugehörigen Rohdaten.
Ein Risiko, das durch den Ringpuffer eingeführt wird, besteht darin, daß die Schreib-Aufgabe so weit vor die Lese-Aufgaben kommen kann, daß sie beginnt, die Daten zu überschreiben, die noch nicht gelesen worden sind. In dem KANTEN-System ist die Länge des Rohdaten-Ringpuffers wesentlich größer als die Gesamtzahl von Nachrichtenpuffern, die in dem System zur Verfügung stehen. Wenn die Algorithmus-Aufgaben zu weit zurückbleiben, werden die meisten Nachrichtenpuffer durch unbearbeitete "Daten- Bereit"-Nachrichten verbraucht. Die Software erkennt einen "System-Überschreibungs-Nachrichtenpuffer"-Fehler lange bevor irgendwelche Rohdaten verlorengehen.
Es gibt einen für analysierte Daten vorgesehenen Ringpuffer für den analysierten Datenausgang für jeden Signalverarbeitungs-Algorithmus. Das heißt, jeder Algorithmus hat einen privaten Ringpuffer für seinen Ausgang. Jeder Algorithmus kann in seinem Ringpuffer speichern, was er will, bei jeder Geschwindigkeit, die er will (1/Sample, 1/Umd., . . .). Die zu irgendeiner Zeit gespeicherte Information sollte adäquat sein, um die Umstände zu rekonstruieren, die zu dem Status des Algorithmus zu der jeweiligen Zeit führen. Alle Ringpuffer für Rohdaten und analysierte Daten sind in logische Segmente unterteilt, jedes typisch eine Sekunde lang. Ein oder mehrere Segmente können durch die Datenabgabe-Aufgabe gelesen und abgegeben (dumped) werden für eine Verwendung bei der Analysierung von Werkzeugbrücken, Entwicklung von Parametern oder Fehlersuch-Algorithmen.
Ein geteilter Pool von Ereignisdaten-Puffern ist für alle Aufgaben (Tasks) in dem System verfügbar. Alle Ereignisdaten-Puffer haben die gleiche Größe (typisch 128 Bytes). Beispielsweise ist das erste Feld in dem Puffer der Ereignistyp; sein Wert bestimmt das Format von dem Rest des Puffers. Neue Ereignistypen und Formate können einfach definiert und zu dem System hinzugefügt werden.
Das Parameterdaten-Feld (Array) ist eine Tabelle von Strukturen. Jeder Algorithmus liest nur die Parameter, die er braucht. Konfigurations- (nicht-modifizierbar) -Parameter werden beim Reset gelesen. Parameter, die durch den Teile- Programmierer modifiziert werden, werden bei jedem Bruch oder Verschleiß-Freigabe gelesen und können beim Reset gelesen werden, wenn sie gebraucht werden, während der Algorithmus inaktiv ist. Ein Zugang zu der Parameterdaten- Struktur wird durch die serielle Eingangs-Aufgabe gesperrt, um zu verhindern, daß andere Aufgaben lesen, während Parameterwerte modifiziert werden.
Das Statusübergangsdiagramm für einen Signalverarbeitungs- Algorithmus ist in Fig. 6 gezeigt. Beim Start oder wenn ein Reset- oder wenn ein Reset- Nachsatz- Nachrichtenpaar empfangen wird, tritt die Task in den Reset-anhängig-Status ein. Wenn die serielle Eingangs-Aufgabe das Laden der Parameter-Tabelle beendet, sendet sie eine Parameter- Bereit-OK-Nachricht, und der Algorithmus tritt in den Reset-Status ein. Beim Eintritt in den Reset-Status löscht der Algorithmus alle internen Puffer und Variablen, setzt seinen Analysierte-Daten-Zeiger auf den Beginn des Ringspeichers für analysierte Daten und liest seine Konfigurations-Parameter. Der Algorithmus kann kurz in dem Reset-Status bleiben, wenn dies notwendig und möglich ist, um -die Datenpuffer schnell zu initialisieren, die für die Signalverarbeitung verwendet werden. Wenn er vollständig zurückgesetzt ist, sendet der Algorithmus "Betriebs"- Nachricht an die ADEA-Aufgabe und tritt in den inaktiven Status ein.
Wenn die "Freigabe"-Nachricht empfangen wird, lädt der Algorithmus alle seine Parameter (außer Konfigurations- Parameter) aus der Parameter-Tabelle. Wenn die Parameter- Tabelle durch die serielle Eingangs-Aufgabe gesperrt ist, wartet der Algorithmus in dem Freigabe-anhängig-Status, bis die Parameter nicht gesperrt sind.
Nach dem Laden von Parametern initialisiert der Algorithmus seine internen Variablen und Puffer. Wie beim Reset sind diese Initialisierungen in solche unterteilt, die sofort auftreten können (die Freigabe-Aktionen), und solche, die einige Rohdaten erfordern (der Initialisierungs-Status). Wenn die Initialisierung abgeschlossen ist, sendet der Algorithmus eine "Aktiv-Nachricht" and die ADEA Aufgabe und tritt in den aktiven Zustand ein. Die Zeit, die in dem initialisierten Status erlaubt ist, ist begrenzt. Wenn große Datenpuffer gefüllt werden müssen, wird dies kontinuierlich getan, während sie inaktiv sind, oder der Benutzer muß akzeptieren, daß die volle Leistungsfähigkeit nicht erreicht wird bis zu einer gewissen Zeit, nachdem der Algorithmus aktiv wurde.
Bruch-Algorithmen können bei jeder Bruch-Freigabe frisch starten ohne aufgezeichnete Vergangenheit. Verschleiß- Algorithmen löschen ihre Vergangenheits-Variablen, wenn eine "neues Werkzeug"-Nachricht empfangen wird, konservieren und aktualisieren dann diese Vergangenheit durch aufeinanderfolgende Verschleiß-Freigaben und Verschleiß-Sperrungen.
Wenn eine "Anfrage" Nachricht empfangen wird und der Algorithmus nicht im Reset-anhängig oder Reset-Status ist, dann spricht der Algorithmus unverzüglich an, indem eine "Betriebs"-Nachricht sendet.
Wenn ein Algorithmus in dem aktiven Zustand ist, wenn er ein Muster in den ankommenden Daten detektiert bzw. erkennt, das einem Werkzeugbruch entspricht, sendet er ein Bruchalarm-Signal an die Analog-und Digital-E/A Aufgabe. Bruchalarme werden nur dann abgegeben, wenn der Bruchmodus freigegeben und aktiv ist. Verschleiß-Alarme werden niemals abgegeben. Nach dem Senden eines Bruchalarms führt der Algorithmus die Sperr-Aktionen aus und tritt in den Alarm- Status ein (der im allgemeinen dem inaktiven Zustand äquivalent ist). Er bleibt in dem Alarm-Zustand für eine feste Zeitperiode (bestimmt durch einen Konfigurations- Parameter), damit die CNC auf den Alarm ansprechen kann und damit die Prozeßzustände, die den Alarm hervorgerufen haben, verschwinden. Wenn die Alarmzeit abgelaufen ist, führt der Algorithmus die Freigabe-Aktionen aus und tritt automatisch wieder in den aktiven Zustand ein. In der Praxis wird die CNC im allgemeinem den Algorithmus nach einem Alarm sperren, bevor er wieder aktiv werden kann.
Wenn ein "Gesperrt"-Nachricht empfangen wird, löscht der Algorithmus seine internen Variablen und kehrt in den inaktiven Zustand zurück. Er kann weiterhin ankommende Daten bearbeiten (beispielsweise um eine laufende Sache aufrechtzuerhalten), aber er sollte nicht interpretieren, daß Daten irgendein Werkzeug oder einen Bearbeitungsprozeß darstellen. Wenn sie inaktiv sind, dürfen Algorithmen keine Alarme abgeben.
Beim Empfang eines Verschleißstatus-Abfragesignals berechnet und sendet jeder Algorithmus, der die Abnutzung bzw. den Verschleiß überwacht, seinen laufenden Verschleißstatuswert an die serielle Ausgangsaufgabe. Jeder Verschleißstatuswert des Algorithmus könnte beispielsweise eine ganze Zahl zwischen 0 und 9 (inklusive) sein. Dies könnte auch verallgemeinert werden, damit Ereignisdatenstrukturen als Verschleißstatuswerte gelten. Die serielle Ausgangsaufgabe ist verantwortlich zum Synthetisieren eines einzelnen Verschleißstatus aus den verschiedenen Verschleißwerten. Der Verschleißstatus kann abgefragt werden, wenn der Verschleißmodus freigegeben oder gesperrt ist. Wenn ein Algorithmus den Verschleiß nicht überwacht oder unzureichende Daten empfangen hat, sendet er einen Verschleißstatuswert der Ziffer Null. Aus den empfangenen Daten kann das EMS Information über sowohl das Werkstück als auch die Werkzeugmaschine ableiten.
Das EMS enthält ferner ein Interface zu einem Kanten- Manager, von dem Parametersätze empfangen werden und in den Ereignis-und Sensordaten eingegeben werden. Diese eingegebenen Ereignisse- und Sensordaten werden durch den KANTEN-MANAGER und das KANTEN-ANALYSIS-WERKZEUG verwendet, um die Leistungsfähigkeit bzw. Performance des KANTEN- MONITORS zu beurteilen, um neue Parameter für neue Bearbeitungsprozesse zu entwickeln oder die laufenden Parameter für den laufenden Bearbeitungsprozeß einzustellen oder für eine spätere Verwendung. Dadurch soll eine diagnostische Analyse gebildet werden, wie das EMS funktioniert. Die Rohdaten und/oder die analysierten Daten, die an den KANTEN-MANAGER abgegeben werden, dienen für eine Feinabstimmung des Algorithmus und zur Lieferung einer Analyse der Werkzeugmaschinensteuerung. Sowohl der analoge Abschnitt (das EIE Interface) als auch der digitale Abschnitt (der Algorithmus) des EMS können modifiziert werden, um den Werkzeugmaschinen-Prozeß zu optimieren.
Durch jede dieser Anwendungen werden dem Interface Anforderungen auferlegt. Am unteren Ende der Volumen-, Geschwindigkeits- und Prioritäten-Skala ist eine Parametersatz-Abwärtsladung (der KANTEN-MONITOR ist inaktiv und die Werkzeugmaschine kann warten bis die Abwärtsladung vollständig ist). Das obere Ende ist die Datenspeicherung bzw. -Sicherung (kontinuierliches Übertragen von Rohdaten oder analysierten Daten, die durch einen oder mehrere Signalverarbeitungs-Algorithmen generiert worden sind, an den Manager in Echtzeit). Ein Netzwerk, wie beispielsweise Ethernet, erfüllt die Anforderungen für die Datenübertragungsgeschwindigkeit für das System. Ein Token- Ring oder FDDI (Fiber Distributed Data-Interface) - Netzwerk sollte ebenfalls für eine adäquate Performance sorgen. Eine oder mehrere lokale Speichervorrichtungen, wie beispielsweise eine Festplatte oder Diskettenlaufwerk könnte ebenfalls verwendet werden. Durch Herausnehmen oder Auswechseln des Speichermediums könnten eingegebene bzw. protokollierte Ereignisse und Daten auf ein anderes System für eine Analyse übertragen werden und neue Parametersätze könnten zu dem EMS übertragen werden. Es ist für die Kapazität des Datenübertragungspfades wichtig, die Ereignisrate zu überschreiten, die man zu protokollieren oder aufzuzeichnen wünscht.
Bei der hier beschriebenen Konfiguration ist jeder KANTEN- MONITOR mit dem KANTEN-MANAGER über ein Ethernet-Netzwerk verbunden. Das TCP/IP Protokoll wird für alle Ethernet- Kommunikationen verwendet. Ein großer Teil des Mehraufwandes des TCP/IP Protokolls wird durch eine dezidierte Zentraleinheit (CPU) getragen. Es wird deshalb erwartet, daß die Ethernet-Kommunikationen eine relativ kleine Auswirkung auf die Realzeit-Performance des Systems haben.
Die TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol Software kann mehrere gleichzeitige und logisch unabhängige Verbindungen zwischen jedem KANTEN-COMPUTER und dem KANTEN-MANAGER unterstützen. Die Netzwerk-LOG-Aufgabe unterhält eine derartige Verbindung, um Nachrichten für einen Einschluß in das SYSTEM LOG FILE zu senden. Eine zweite Verbindung wird dazu verwendet, Daten zu speichern. Getrennte Verbindungen zum Laden von Parametersätzen in den KANTEN-COMPUTER oder zum Überwachen des und zur Fehlersuche im Computer während der Bearbeitungsvorgänge können ausgebildet werden, wenn dies erforderlich ist. Die Initialisierung von Verbindungen zu den Daten- und Ereignis-Servern in dem KANTEN-MANAGER können beispielsweise ein Interface verwenden, wie beispielsweise das Standard-BSD Berkely Software Distribution Unix-Sockel-Interface. Die Server werden nach Bedarf gestartet, wobei die Fähigkeiten verwendet werden, die dem BSD Unix-Internet Daemon, /etc/inetd Teilprogranin von Unix. innewohnen. Diese Fähigkeit ist kritisch für das richtige
Funktionieren des Systems, denn sie gestattet einen Crash und ein Neuladen (Reboot) der Server, ohne den KANTEN- COMPUTER nachteilig zu beeinflussen, wie es im nachfolgenden Abschnitt beschrieben wird.
Wenn die Verbindung zu einem Daten- oder Ereignis-Server unterbrochen wird, muß keine Unterbrechung in dem Rest des Systems gesehen werden. In dem hier beschriebenen System redirigieren sowohl die Datenabgabe- als auch Netzwerk-LOG- Aufgaben ihre Ausgangsgröße an eine Null-Vorrichtung und versuchen dann periodisch eine Wiederherstellung der Verbindung zu ihren entsprechenden Servern. Ein Vermögen des Systems ist dasjenige eines "Herzschlages". Wenn Daten für eine längere Zeitperiode (typisch ein bis mehrere Minuten) nicht an den Server gesendet worden sind, dann versucht die Mandanten-Aufgabe (Datenabgabe oder Netzwerk- LOG), mit dem Server zu kommunizieren. Ohne dieses Vermögen wäre der erste Teil des nächsten Stückes von Daten, die an den Server abgegeben werden, verloren.
Zu irgendeiner Zeit und nach seinem eigenen Ermessen kann ein Signalverarbeitungs-Algorithmus des EMS ein Ereignis melden. Alle Alarme sind Ereignisse. Der Algorithmus erhält einen Ereignisdaten-Puffer von dem Betriebssystem, setzt das Ereignistyp-Feld und füllt dann den Rest des Puffers nach dem Format, das für diesen Ereignistyp geeignet ist. Es sollten so viele Daten wie möglich enthalten sein, um eine vollständige Beschreibung des Ereignisses zu liefern. Der Algorithmus sendet eine "Ereignis-Nachricht" an die Netzwerk-LOG-Aufgabe, die den Ereignis-Puffer liest, die Ereignisdaten über das Ethernet an den KANTEN-MANAGER sendet und dann den Ereignispuffer an das Betriebssystem zurückgibt.
Während der Analysierung von Daten liest in jedem Status jeder Algorithmus aus der Rohdaten-Struktur und schreibt in seine eigene Struktur analysierter Daten. Wenn er ein Segment von analysierten Daten füllt, sendet der Algorithmus eine "Daten-Speichern"-Nachricht an die Daten- Abgabe-Aufgabe (Task), um diese zu informieren, daß die Daten verfügbar sind. Die Daten-Abgabe-Task kann die analysierten Daten sofort abgeben oder kann sich deren Verfügbarkeit merken und sie später abgeben, wenn ein bestimmtes Ereignis auftritt.
Rohdaten werden beispielsweise für die Simulation von einem neuen Algorithmus abgegeben. Ein bestimmter Datenstrom kann auch selektiv für die Analyse eines bestimmten Ereignisses abgegeben werden. Rohdaten werden von dem Rohdaten- Ringpuffer über Ethernet an den KANTEN-MANAGER abgegeben. Analysierte Daten werden von dem Ausgang des Algorithmus (der Ring-Puffer für analysierte Daten) über Ethernet an den KANTEN-MANAGER abgegeben. Sowohl Sensordaten als auch/oder Sensordaten können für eine Analyse abgegeben werden.
Beispiele von Ereignisdaten können gelegentlich Statusinformation aus der seriellen Verbindung mit der CNC sein. Wie bereits beschrieben wurde, kann jeder Algorithmus ein "interessierendes" Ereignis ermitteln, und der Algorithmus würde dann Ereignisdaten aussenden, die ein Paket von Information sein würde, die das Ereignis beschreibt. Ereignisse können auch verwendet werden, die Datenabgabe auszulösen. Beispielsweise kann der KANTEN- MANAGER zu dem KANTEN-MONITOR "sagen", wenn ein spezielles Ereignis (ein Ultraschall-Bruchalarm) auftritt, "dieses" Datenpaket abzugeben. Wenn der Ultraschall-Bruchalarm auftritt, dann werden beispielsweise Rohdaten, die zwischen 10 Sekunden vor dem Alarm und 5 Sekunden nach dem Alarm gesammelt worden sind, und analysierte Daten, die zwischen zwei Sekunden vor dem Alarm und 2 Sekunden nach dem Alarm generiert worden sind, über Ethernet an den KANTEN-MANAGER abgegeben. Diese Kombination von rohen und analysierten Daten ermöglicht eine richtige Analyse der Antwort der Software. Potentiell alles von dem KANTEN-MONITOR könnte als ein Ereignis protokolliert bzw. geloggt werden, sogar interne Fehlernachrichten in der Software.

Claims (26)

1. Steuereinrichtung zum Fertigen eines Werkstückes, mit einer modularen Hardware, die mit modularer Software verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die modulare Hardware
  • a) Sensoren zum Detektieren von Signalen in dem Fertigungsprozeß und
  • b) Signalkonditionierungselemente enthält zum Übertragen der detektierten Signale zu der Einrichtung,
  • c) wobei die modulare Software einen oder mehrere Signalverarbeitungs-Algorithmen aufweist, die zur Detektierung von Merkmalen in den detektierten Signalen zum Steuern der Fertigung des Werkstückes geeignet sind,
  • d) eine oder mehrere Interface-Tasks und Datenstrukturen die Signalverarbeitungs-Algorithmen von externen Datenformaten trennen,
  • e) die Interface-Tasks und externen Datenformate ein Computer-Netzwerk-Interface aufweisen, das zum Aufzeichnen von Sensordaten und anderer diagnostischer Information geeignet ist, und
  • g) das Computer-Netzwerk-Interface automatisch eine Verbindung wieder herstellt, wenn die Netzwerkverbindung unterbrochen ist, und Daten ohne Unterbrechung des Realzeitbetriebs ausscheidet, wenn die Netzwerkverbindung nicht wieder hergestellt werden kann.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Sensoren ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser zum Detektieren von Ultraschall­ energie ist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Sensoren ein Leistungssensor zum Detektieren der durch den Fertigungsprozeß verbrauchten Energie ist.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Sensoren eine Niederfrequenz- Beschleunigungsmesser ist.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Sensoren ein Stromsensor zum Detektieren des Achsenstroms ist.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Sensoren ein Tachometer zum Detektieren der Geschwindigkeit einer rotierenden Achse in dem Fertigungsprozeß ist.
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Sensoren ein Sensor zum Detektieren der Funktion der Signalkonditionierungselemente ist.
8. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkonditionierungselemente Trennverstärker aufweisen.
9. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkonditionierungselemente einen Auflöser und ein Kodier-Interface aufweisen.
10. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkonditionierungselemente einen Ultraschall-Energievorprozessor aufweisen.
11. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkonditionierungselemente ein Treibermodul aufweisen.
12. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkonditionierungselemente einen internen Busmodul aufweisen.
13. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkonditionierungselemente einen numerischen Steuerungsmodul aufweisen.
14. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkonditionierungselemente einen Ultraschallmodul aufweisen.
15. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkonditionierungsmodul einen Taktmodul aufweist.
16. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungs-Algorithmus einen kontinuierlichen Strom von analysierten Daten abgeben kann.
17. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungs-Algorithmus Pakete von Ereignisdaten abgeben kann.
18. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungs-Algorithmus Aufgaben bzw. Tasks gleichzeitig und unabhängig ausführt.
19. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Verarbeitungsparameter des Signalverarbeitungs-Algorithmus veränderbar sind zum Modifizieren des Fertigungsprozesses.
20. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere Signalverarbeitungs-Algorithmen durch andere ersetzbar sind.
21. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Nachrichtenschlangen und Datenringpuffer für einen asynchronen Betrieb der Signalverarbeitungs-Algorithmen sorgen.
22. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Computer-Netzwerk-Interface zum Modifizieren der Einrichtungsantwort auf Signale von dem Fertigungsprozeß verwendbar ist.
23. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungs-Algorithmus ein Werkzeugbruch-Detektions-Algorithmus ist, der auf der Überwachung von Ultraschallenergie basiert.
24. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungs-Algorithmus ein Werkzeugverschleiß-Detektions-Algorithmus ist, der auf der Überwachung von Spindelleistung und Ultraschallenergie basiert.
25. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die modulare Software mehrere Signalverarbeitungs-Algorithmen aufweist, die nur mit internen Datenformaten in Verbindung stehen, die standardisiert und von der äußeren Umgebung unabhängig sind.
26. Steuerverfahren zum Fertigen eines Werkstückes unter Verwendung modularer Hardware, die mit modularer Software verbunden ist, gekennzeichnet durch:
  • a) Detektieren von Signalen in dem Fertigungsprozeß durch einen oder mehrere austauschbare und modulare Sensoren,
  • b) Übertragen der detektierten Signale durch eine austauschbare und modulare Signalkonditionierungs­ einrichtung und
  • c) Verarbeiten der Signale von der Signalkonditio­ nierungseinrichtung durch wenigstens einen Signal­ verarbeitungs-Algorithmus durch Detektieren von Merkmalen in den Signalen zum Steuern des Fertigungsprozesses, wobei
  • d) für den wenigstens einen Signalverarbeitungs- Algorithmus modulare Software verwendet wird, die mit der austauschbaren und modularen Signalkonditionierungs­ einrichtung verbunden ist,
  • e) der wenigstens eine Signalverarbeitungs-Algorithmus von externen Datenformaten durch eine oder mehrere Interface-Tasks und Daten-Strukturen getrennt ist,
  • f) die Interface-Tasks und externen Daten-Strukturen ein Computer-Netzwerk-Interface aufweisen, das zum Aufzeichnen von Sensordaten und anderer diagnostischer Information verwendet wird,
  • g) bei einer Unterbrechung einer Netzwerkverbindung das Netzwerk-Interface automatisch wieder verbunden wird und
  • h) ohne Unterbrechung des Realzeitbetriebs Daten ausgeschieden werden, wenn die Netzwerkverbindung nicht wieder hergestellt werden kann.
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