DE10063674A1 - Numerische Steuerung und Verfahren zum automatischen Freifahren einer Achse nach einem Überfahren sicherer Endlagen - Google Patents

Abstract

Zum automatischen Freifahren einer Achse, die nach einem Überfahren einer sicheren Endlage (E+) auf Stillstand (3) überwacht wird, wird eine Überwachung auf Überschreitung der sicheren Endlagen (E+, E-) abgeschaltet und ein Freifahrbereich (4) definiert durch einen Grenzwert (G1) in der Verfahrrichtung der Achse, die zum Überschreiten der sicheren Endlage (E+) führte, mit dem Wert der betragsmäßig größeren Grenze (S1) des überwachten Stillstandsbereichs (3) und durch einen Grenzwert (G2) in der anderen Verfahrrichtung der Achse mit dem Wert der entsprechenden sicheren Endlage (E-). Nach Deaktivieren der Überwachung auf Stillstand der Achse kann die Achse dann unter Überwachung auf Überschreitung dieses Freifahrbereichs (4) automatisch zurück in den normalen Verfahrbereich (1) innerhalb der sicheren Endlagen (E+. E-) verfahren werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automati­ schen Freifahren einer Achse, die nach einem Überfahren einer sicheren Endlage auf Stillstand überwacht wird, sowie auf ei­ ne korrespondierende numerische Steuerung.

Moderne numerische Steuerungen können in Verbindung mit ge­ eigneten Antriebs-Systemen Funktionen zur Verfügung stellen, mit denen ein Werkzeugmaschinenhersteller in der Lage ist, eine Maschine wie beispielsweise eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine oder einen Roboter mit Sicherheitstechnik zum Maschinen- und Personenschutz auszurüsten.

Eine der darin enthaltenen Überwachungsfunktionen ist häufig die Überwachung auf "Sichere Endlagen", die eine numerisch verfahrbare Achse auf ihre absolute Position überwacht. Dabei werden in der Regel die Werte für die sicheren Endlagen als Positionswertepaare in Maschinendaten parametriert, nämlich ein Grenzwert in negativer Verfahrrichtung, der zweite Grenz­ wert für die positive Verfahrrichtung der Achse. Beim Über­ schreiten eines dieser Grenzwerte wird eine Stopreaktion ein­ geleitet, die die Achse in den Stillstand überführt. Darüber hinaus wird dem Anwender häufig über einen Alarm das Über­ schreiten der sicheren Endlage angezeigt.

Ein weiteres Verfahren der Achse in die gleiche Richtung wür­ de zur Gefährdung von Mensch und/oder Maschine führen, und muss durch die Maschinensteuerung unterbunden werden.

Dazu sind nach dem Stand der Technik zwei Vorgehensweisen be­ kannt. Zum einen erfolgt dies durch sicheres Überwachen des Stillstands der Achse oder zum anderen durch ein fortwährendes Auslösen des zur Sicheren Endlage gehörenden Alarms und damit verbundenem Unterdrücken weiterer Fahrbefehle.

Der Anwender/Maschinenbediener hat nun herkömmlicherweise zwei Möglichkeiten, die Maschine aus dieser Stillstands- Situation wieder in den normalen Betriebszustand zu überfüh­ ren.

Eine bekannte Möglichkeit besteht in einer Umschaltung auf alternativ zur Verfügung stehende sichere Endlagen, die zuvor in der Inbetriebnahmephase der Maschine so parametriert wur­ den, dass ein Verfahren der Achse wieder möglich ist, z. B. durch einen zweites Endschalterpaar, das einen größeren Ver­ fahrbereich der Achse ermöglicht.

Neben der Vergrößerung des möglichen Verfahrbereichs zwingt dies den Maschinenhersteller, die zweite zur Verfügung ste­ hende sichere Endlage auf diese Weise zu parametrieren. Damit steht diese zweite sichere Endlage jedoch nicht mehr zur Pa­ rametrierung eines anderen, unabhängigen Verfahrbereichs zur Verfügung.

Nach Verfahren der Achse in den eigentlichen Verfahrbereich, begrenzt durch das erste sichere Endschalterpaar, kann dann wieder auf die ursprüngliche sichere Endlage umgeschaltet werden.

Eine alternative bekannte Vorgehensweise besteht in einer zwischenzeitlichen Abschaltung der Überwachung auf sichere Endlagen. Damit ist die Überwachung nicht mehr aktiv und die Achse kann in jeder Richtung verfahren werden.

Damit besteht in dieser Phase des Betriebs kein Maschinen- und Personenschutz mehr. Das Ausschalten der Überwachung darf daher aus Sicherheitsgründen regelmäßig nur von dazu autori­ siertem Personal geschehen, und ist dadurch bereits sehr auf­ wendig.

Nach Verfahren der Achse in den eigentlichen Verfahrbereich der Achse kann die Überwachung dann wieder eingeschaltet wer­ den.

Ein diesen herkömmlichen Maßnahmen innewohnendes Problem be­ steht somit in der beschriebenen aufwendigen Art und Weise, wie von dem Stillstand in den normalen Betriebszustand zu­ rückgekehrt wird, einerseits durch eine Verwendung weiterer zu parametrierender sicherer Endlagen, die die Flexibilität und den Funktionsumfang der Maschine einschränkt, und ande­ rerseits durch die alternative aufwendige Maschinenbedienung, die nur von einem eingeschränkten Personenkreis durchgeführt werden darf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Mög­ lichkeit zur Rückkehr aus einem durch Überfahren einer siche­ ren Endlage bedingten Stillstand in den normalen Betriebszu­ stand zu schaffen, die die Flexibilität und den Funktionsum­ fang der Maschine möglichst wenig einschränkt, ohne dabei auf Sicherheit zu verzichten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum automatischen Freifahren einer Achse gelöst, die nach einem Überfahren einer sicheren Endlage auf Still­ stand überwacht wird. Dies wird durch die folgenden Verfah­ rensschritte erreicht:

• - Abschalten einer Überwachung auf Überschreitung der siche­ ren Endlagen,
• - Definieren eines Freifahrbereichs durch
• - Setzen eines ersten Grenzwertes in der Verfahrrichtung der Achse, die zum Überschreiten der sicheren Endlage führte, auf die betragsmäßig größere Grenze des überwachten Still­ standsbereichs der Achse und durch
• - Setzen eines zweiten Grenzwertes in der anderen Verfahr­ richtung der Achse auf den Wert der entsprechenden sicheren Endlage,
• - Aktivieren einer Überwachung auf Überschreitung dieses Freifahrbereichs,
• - Deaktivieren der Überwachung auf Stillstand der Achse,
• - Verfahren der Achse zurück in den normalen Verfahrbereich innerhalb der sicheren Endlagen,
• - Aktivieren der Überwachung auf Überschreitung der sicheren Endlagen und
• - Deaktivieren der Überwachung auf Überschreitung des Frei­ fahrbereichs.

Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn eine Signalisie­ rung einer Überschreitung einer sicheren Endlage erfolgt, weil dadurch dem Bediener die Möglichkeit gegeben wird fest­ zustellen, ob bereits ein erfolgreiches Freifahren erfolgt ist oder ob die sichere Endlage nach wie vor überschritten ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung erfolgt zusätzlich eine Sperrung von Verfahrbefehlen in die Verfahrrichtung der Achse, die zum Überschreiten der sicheren Endlage führte, wenn die Überwa­ chung auf Überschreitung des Freifahrbereichs aktiviert ist. Dadurch kann die Sicherheit weiter erhöht werden.

Ferner wird die Aufgabe der Erfindung durch eine numerische Steuerung zum sicheren Verfahren einer Achse gelöst, die über folgende Komponenten verfügt:

• - ein Mittel zur Überwachung eines zulässigen Verfahrbereichs der Achse innerhalb sicherer Endlagen,
• - ein Mittel zur Überwachung auf Überschreitung eines Still­ standsbereichs durch die Achse, das nach Überfahren einer sicheren Endlage aktivierbar ist,
• - ein Mittel zur Überwachung auf Überschreitung eines Frei­ fahrbereichs, der durch einen ersten Grenzwert in der Ver­ fahrrichtung der Achse, die zum Überschreiten der sicheren Endlage führt, mit dem Wert der betragsmäßig größeren Gren­ ze des überwachten Stillstandsbereichs der Achse und durch einen zweiten Grenzwert in der anderen Verfahrrichtung der Achse mit dem Wert der entsprechenden sicheren Endlage de­ finierbar ist, wobei die Achse nach Deaktivierung des Mit­ tels zur Überwachung auf Überschreitung eines Stillstands­ bereichs unter Überwachung auf Überschreitung dieses Frei­ fahrbereichs zurück in den normalen Verfahrbereich inner­ halb der sicheren Endlagen verfahrbar ist.

Auch im Rahmen einer solchen numerischen Steuerung ist es aus den angeführten Gründen vorteilhaft, ein Mittel zur Signali­ sierung einer Überschreitung des zulässigen Verfahrbereichs vorzusehen.

Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit einer solchen numeri­ schen Steuerung nach der Erfindung wird ein Mittel zur Gene­ rierung eines Statussignals vorgesehen. Dieses Statussignal erhält den Wert der sicheren Endlage zugewiesen, die über­ schritten wurde. Anhand dieses Wertes des Statussignals sind dann bei aktiver Überwachung auf Überschreitung des Freifahr­ bereichs Verfahrbefehle in die dem Wert des Statussignals entsprechende Verfahrrichtung der Achse sperrbar.

Eine Erfassung von jeweiligen Lageistwerten der Achse zur An­ steuerung der verschiedenen Überwachungsmittel erfolgt vor­ teilhaft entweder über ein Lagegebersystem oder durch ein Paar von Endschaltern zur Erfassung eines Überfahrens einer sicheren Endlage der Achse zur Ansteuerung des Mittels zur Überwachung eines zulässigen Verfahrbereichs der Achse.

Ein besonders hohes Maß an Sicherheit lässt sich erreichen, indem die jeweiligen Überwachungsmittel zweikanalig in siche­ rer Technik ausgeführt sind.

Ein besonders großer Vorzug gegenüber dem bekannten Stand der Technik besteht darin, dass das Konzept nach der vorliegenden Erfindung automatisch durch die numerische Steuerung ausge­ führt werden kann.

Eine solche numerische Steuerung gemäß der Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine oder einem Roboter einsetzen.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich an­ hand der folgenden Darstellung eines vorteilhaften Ausfüh­ rungsbeispiels und in Verbindung mit der Figur. Es zeigt in Prinzipdarstellung:

Fig. 1 ein Diagramm des Geschwindigkeitsverlaufs bei Ver­ fahren einer überwachten Achse über eine sichere Endlage.

Die Darstellung nach Fig. 1 dient zur Veranschaulichung der verschiedenen überwachten Verfahrbereiche und Grenzen für ein automatisches Freifahren einer numerischen Achse. Dazu ist ein Geschwindigkeitsverlauf v über den theoretisch möglichen Verfahrweg s aufgetragen, der bei Verfahren einer überwachten Achse in positiver Richtung resultiert.

Ein zulässiger Verfahrbereich 1 bei Überwachung auf sichere Endlagen wird durch zwei Positionen E+ und E- für sichere Endlagen begrenzt. Im positiven Verfahrbereich ist dies E+, im negativen Verfahrbereich E-. Wird durch die Achse bei­ spielsweise die positive sichere Endlage E+ überfahren, so wird die Geschwindigkeit v der Achse schnellstmöglich auf Null abgebaut und die Achse dadurch stillgesetzt.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann ein Maschinenbedie­ ner die Maschine selbständig vom Stillstand nach Überfahren der sicheren Endlage E+ in den normalen Betriebszustand ver­ setzen.

Bei Überschreiten der sicheren Endlage E+ (genauso selbstver­ ständlich bei E-), also wenn die Achse in einen Verfahrbe­ reich 2 jenseits des zulässigen Verfahrbereichs 1 gelangt, wird somit wie bisher eine Stop- und Alarmreaktion eingeleitet, durch die die Achse stillgesetzt wird und weitere Ver­ fahrbefehle zunächst unterdrückt werden. Zusätzlich wird eine andere Überwachung eingeschaltet, die anzeigt, dass eine si­ chere Endlage E+ überschritten wurde. Diese hat beispielswei­ se nur eine Meldung "Sichere Endlage +/- überschritten" zur Folge und verhindert keine weiteren Fahrbefehle.

Nach Übergang in den Stillstand und Einschalten einer siche­ ren Überwachung des Stillstands der Achse wird die Überwa­ chung der sicheren Endlagen E+ und E- automatisch vom System abgeschaltet. Während aktivierter Überwachung auf Stillstand der Achse darf sich diese nur in einem engen zulässigen Ver­ fahrbereich 3 bewegen, der durch eine obere Grenze S1 und ei­ ne untere Grenze S2 definiert ist.

Gleichzeitig wird automatisch eine weitere Überwachung akti­ viert, im weiteren "Überwachung Freifahrbereich Sichere End­ lagen" genannt. Dieser zulässige Verfahrbereich 4 bei Überwa­ chung auf Freifahrbereich wird durch zwei Grenzwerte G1 und G2 definiert.

Der Grenzwert G1 in der Verfahrrichtung, die zum Überschrei­ ten der sicheren Endlage E+ führte, entspricht dabei dem Wert S1 der sicheren Überwachung des Stillstands, also dem größe­ ren Wert der Grenzen S1 und S2. Für eine Überschreitung der sicheren Endlage E- im negativen Verfahrbereich ist dazu der "negativere", also der betragsmäßig ebenfalls größere Wert von S1 und S2 anzusetzen.

Der Grenzwert G2 in der anderen Verfahrrichtung (hier in Richtung E-) wird auf den Wert der entsprechenden sicheren Endlage gesetzt. Dies ist hier als der Wert E-. Somit gilt für die Grenzwerte zur Festlegung des Verfahrbereichs 4 bei Überwachung auf Freifahrbereich sichere Endlagen für das in Fig. 1 gezeigte Beispiel:

G1 = S1 und

G2 = E-

Damit wird ein weiteres Verfahren in die "falsche" Richtung über die Grenzen der sicheren Überwachung auf Stillstand hin­ aus überwacht, und bei Überschreiten der Grenze durch erneu­ tes Stillsetzen der Achse verhindert.

Mit einem Bearbeitungs-Reset wird nun die Reaktion auf den durch Überfahren der Sicheren Endlage E+ ausgelösten Alarm aufgehoben, die sichere Überwachung auf Stillstand wird eben­ falls aufgehoben. Damit sind erneut Verfahrbefehle möglich, die Achse kann verfahren werden.

Wie bereits oben erwähnt, ist zu diesem Zeitpunkt weiterhin die "Überwachung Freifahrbereich Sichere Endlagen" aktiv, so dass zu jeder Zeit der Schutz für Mensch und Maschine gewähr­ leistet ist. Durch die Meldung "Sichere Endlage +/- über­ schritten" wird ein Bediener weiterhin auf die fehlerhafte Situation hingewiesen.

Durch Verfahren der Achse in den normalen Verfahrbereich zu­ rück wird bei Unterschreiten der sicheren Endlage E+ die Mel­ dung "Sichere Endlage +/- überschritten" automatisch zurück­ genommen. Die Überwachung auf sichere Endlagen E+ und E- wird automatisch wieder eingeschaltet. Außerdem wird die "Überwa­ chung Freifahrbereich sichere Endlagen" automatisch wieder abgeschaltet. Damit ist der Ausgangszustand wieder herge­ stellt, die Achse befindet sich wieder im normalen Betriebs­ zustand.

Unterstützt wird die Funktion durch Statussignale, die anzei­ gen, welche sichere Erdlage E+ oder E- überschritten wurde (positiver oder negativer Grenzwert). Mit diesen Statussigna­ len ist es möglich, eventuelle Verfahrbefehle in die "fal­ sche" Richtung zu unterbinden und damit die Bedienung der Ma­ schine einfacher zu gestalten.

Mit Hilfe dieser Funktionalität wird der sichere Zustand der Maschine nie verlassen und die Sicherheit für Mensch und Ma­ schine ist jederzeit gewährleistet. Der Ausgangszustand der Maschine wird ohne weitere Bedienhandlungen wiederherge­ stellt, und somit der normale Betrieb der Maschine wieder möglich.

Die bisherigen Wege zum Überführen der Maschine vom stillge­ setzten Zustand zurück in den normalen Betriebszustand dage­ gen sind entweder für den Maschinenhersteller oder den Ma­ schinenbediener mit erhöhtem Aufwand, geringerer Verfügbar­ keit der Maschine und/oder zeitweiser Verminderung des Schut­ zes für Mensch und Maschine verbunden, was durch die genannte Erfindung erheblich reduziert werden kann.

Claims (12)

1. Verfahren zum automatischen Freifahren einer Achse, die nach einem Überfahren einer sicheren Endlage (E+, E-) auf Stillstand (S1, S2) überwacht (3) wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschrit­ te:

• - Abschalten einer Überwachung (1) auf Überschreitung der si­ cheren Endlagen (E+, E-),
• - Definieren eines Freifahrbereichs (4) durch
• - Setzen eines ersten Grenzwertes (G1) in der Verfahrrichtung der Achse, die zum Überschreiten der sicheren Endlage (E+ oder E-) führte, auf die betragsmäßig größere Grenze (S1) des überwachten Stillstandsbereichs (3) der Achse und durch
• - Setzen eines zweiten Grenzwertes (G2) in der anderen Ver­ fahrrichtung der Achse auf den Wert der entsprechenden si­ cheren Endlage (E+ oder E-),
• - Aktivieren einer Überwachung auf Überschreitung dieses Freifahrbereichs (4),
• - Deaktivieren der Überwachung auf Stillstand der Achse,
• - Verfahren der Achse zurück in den normalen Verfahrbereich innerhalb der sicheren Endlagen (E+, E-),
• - Aktivieren der Überwachung (1) auf Überschreitung der si­ cheren Endlagen (E+, E-) und
• - Deaktivieren der Überwachung auf Überschreitung des Frei­ fahrbereichs (4).

2. Verfahren zum automatischen Freifahren einer Achse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Verfahrensschritt: Signalisierung einer Überschreitung einer sicheren Endlage (E+, E-).

3. Verfahren zum automatischen Freifahren einer Achse nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch fol­ genden weiteren Verfahrensschritt: Sperren von Verfahrbefehlen in die Verfahrrichtung der Ach­ se, die zum Überschreiten der sicheren Endlage (E+ oder E-) führte, bei aktiver Überwachung auf Überschreitung des Freifahrbereichs (4).

4. Numerische Steuerung zum sicheren Verfahren einer Achse mit
einem Mittel zur Überwachung eines zulässigen Verfahrbe­ reichs (1) der Achse innerhalb sicherer Endlagen (E+, E-),
einem Mittel zur Überwachung auf Überschreitung eines Stillstandsbereichs (3) durch die Achse, das nach Überfah­ ren einer sicheren Endlage (E+ oder E-) aktivierbar ist,
einem Mittel zur Überwachung auf Überschreitung eines Frei­ fahrbereichs (4), der durch einen ersten Grenzwert (G1) in der Verfahrrichtung der Achse, die zum Überschreiten der sicheren Endlage (E+ oder E-) führt, mit dem Wert der be­ tragsmäßig größeren Grenze (S1) des überwachten Still­ standsbereichs (3) der Achse und durch einen zweiten Grenz­ wert (G2) in der anderen Verfahrrichtung der Achse mit dem Wert der entsprechenden sicheren Endlage (E+ oder E-) defi­ nierbar ist, wobei die Achse nach Deaktivierung des Mittels zur Überwachung auf Überschreitung eines Stillstandsbe­ reichs (3) unter Überwachung auf Überschreitung dieses Freifahrbereichs (4) zurück in den normalen Verfahrbereich innerhalb der sicheren Endlagen (E+, E-) verfahrbar ist.

5. Numerische Steuerung zum sicheren Verfahren einer Achse nach Anspruch 4 mit einem Mittel zur Signalisierung einer Überschreitung (2) des zulässigen Verfahrbereichs (1).

6. Numerische Steuerung zum sicheren Verfahren einer Achse nach Anspruch 4 oder 5 mit mit einem Mittel zur Generierung eines Statussignals mit dem Wert der sicheren Endlage (E+ oder E-), die überschrit­ ten wurde, anhand dessen bei aktiver Überwachung auf Über­ schreitung des Freifahrbereichs (4) Verfahrbefehle in die dem Wert des Statussignals entsprechende Verfahrrichtung der Achse sperrbar sind.

7. Numerische Steuerung zum sicheren Verfahren einer Achse nach einem der Ansprüche 4 bis 6 mit einem Lagegebersystem zur Erfassung von jeweiligen Lageist­ werten der Achse zur Ansteuerung der verschiedenen Überwa­ chungsmittel.

8. Numerische Steuerung zum sicheren Verfahren einer Achse nach einem der Ansprüche 4 bis 7 mit einem ersten Endschalter und einem zweiten Endschalter zur Erfassung eines Überfahrens einer sicheren Endlage (E+, E-) der Achse zur Ansteuerung des Mittels zur Überwachung eines zulässigen Verfahrbereichs (1) der Achse.

9. Numerische Steuerung zum sicheren Verfahren einer Achse nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die jeweiligen Überwachungsmittel zweikanalig in sicherer Technik ausgeführt sind.

10. Numerische Steuerung zum sicheren Verfahren einer Achse nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei ein Freifahren einer Achse nach Überfahren einer sicheren Endlage automatisch er­ folgt.

11. Werkzeugmaschine mit einer numerischen Steuerung nach ei­ nem der Ansprüche 4 bis 10.

12. Roboter mit einer numerischen Steuerung nach einem der Ansprüche 4 bis 10.