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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung, die den Werkzeugvektor einer Werkzeugmaschine anzeigt.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Einige numerische Controller zum Steuern von Werkzeugmaschinen werden zusammen mit einer Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung verwendet, die einen Werkzeugweg anzeigt, auf dem sich ein Werkzeug bewegt. Eine Bedienperson verwendet visuelle Information über einen Werkzeugweg, den die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung darstellt, um die Bearbeitungsprozedur zu bewerten. Zum Bewerten einer Bearbeitungsprozedur ist es vorteilhaft, einen Werkzeugvektor zu bewerten, der die Lage eines Werkzeugs repräsentiert, und zwar zusätzlich zu einem Weg, der einen Bewegungspfad eines Werkzeug-Spitzenpunkts repräsentiert, der zu einem Bearbeitungsteil gehört. 11A und 11B zeigen Skizzen, die die Auswirkung der Werkzeuglage auf die bearbeitete Form darstellen. 11A zeigt eine bearbeitete Form, die man erhält, wenn ein Werkzeug 100 eine Lage hat, die im Wesentlichen senkrecht zu einer bearbeiteten Oberfläche P ist. 11B zeigt eine bearbeitete Form, die man erhält, wenn das Werkzeug 100 eine gegenüber der bearbeiteten Oberfläche P geneigte Lage hat. Ein Vergleich von 11A und 11B zeigt deutlich, dass zwar der Werkzeug-Spitzenpunkt 102 an der gleichen Stelle angeordnet ist, die Form der bearbeiteten Oberfläche P jedoch abhängig von der Werkzeuglage völlig unterschiedlich ausfallen kann.
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Das japanische Patent
JP 4 689 745 B2 offenbart eine Werkzeugvektor-Anzeigevorrichtung, die einen tatsächlichen Weg anzeigt, der aus der Information über die tatsächliche Position eines Werkzeug-Spitzenpunkts erhalten wird, die eine Erfassungsvorrichtung erfasst, und auch die Lage eines Werkzeugs als Werkzeugvektor auf dem tatsächlichen Pfad. Diese herkömmliche Vorgehensweise ist dafür entworfen, einen Werkzeugvektor zusammen mit einem tatsächlichen Weg anzuzeigen, damit man eine Werkzeuglage in einem Abschnitt visuell überprüfen kann, in dem möglicherweise ein Fehler in der bearbeiteten Form auftritt.
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Es hat sich jedoch als schwierig herausgestellt, die Ursache des Fehlers in der bearbeiteten Form nur anhand der Information zu erkennen, die die Werkzeugvektor-Anzeigevorrichtung des japanischen Patents
JP 4 689 745 B2 darstellt. Daher besteht Bedarf für eine Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung, die visuelle Information liefert, die wirksam die Ursache eines Fehlers in einer bearbeiteten Form kennzeichnet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung stellt eine Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem abhängigen Anspruch.
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Offenbart ist ferner eine Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung mit einer Anzeigeeinheit, die aus einem Programmpfad, einem Sollpfad und einem tatsächlichen Pfad mindestens zwei Pfade darstellt, damit man die Pfade miteinander vergleichen kann, und zwar gestützt auf Information aus einer numerischen Steuerungsvorrichtung, die die Position des Werkzeug-Spitzenpunkts einer Werkzeugmaschine steuert, wobei der Programmpfad ein Weg des Werkzeug-Spitzenpunkts ist, der einem Bearbeitungsprogramm entspricht, der Sollpfad ein Weg des Werkzeug-Spitzenpunkts ist, der zu einem Sollsignal für eine Antriebseinheit der Werkzeugmaschine gehört, und der tatsächliche Pfad ein Weg des Werkzeug-Spitzenpunkts ist, der von einer Erfassungsvorrichtung erfasst wird, und die Anzeigeeinheit zudem eine Werkzeugvektor-Anzeigeeinheit umfasst, die mindestens ein Liniensegment darstellt, das den Werkzeug-Spitzenpunkt verbindet, der durch den Programmpfad, den Sollpfad oder den tatsächlichen Pfad läuft, und einen Referenzpunkt, der von dem Werkzeug-Spitzenpunkt hin zur Seite der Werkzeugbasis um einen vorbestimmten Abstand entfernt ist, und zwar als Werkzeugvektor, der eine Werkzeuglage repräsentiert, und wobei die Werkzeugvektor-Anzeigeeinheit dafür ausgelegt ist, alle Werkzeugvektoren für mindestens zwei Pfade aus dem Programmpfad, dem Sollpfad und dem tatsächlichen Pfad so anzuzeigen, dass man die Werkzeugvektoren miteinander vergleichen kann.
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Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung enthält eine Werkzeugvektor-Anzeigeeinheit, die Werkzeugvektoren darstellt, die Werkzeuglagen repräsentieren, die zu mindestens zwei Pfaden aus dem Programmpfad, dem Sollpfad und dem tatsächlichen Pfad gehören, so dass man die Werkzeugvektoren miteinander vergleichen kann. Tritt ein Fehler in einer bearbeiteten Form auf, so kann eine Bedienperson die Ursache des Fehlers durch den Vergleich der Werkzeugvektoren in jedem Bearbeitungsschritt erkennen, der als visuelle Information dargestellt wird.
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Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung kann zudem umfassen: eine Werkzeugvektor-Auswahleinheit zum Auswählen eines Werkzeugvektors für einen ersten Pfad, der entweder der Programmpfad oder der Sollpfad oder der tatsächliche Pfad ist, und eines Werkzeugvektors für einen zweiten Pfad, der nicht der erste Pfad ist; und eine Winkelberechnungseinheit, die einen Winkel berechnet, der durch den Werkzeugvektor für den ersten Pfad und den zweiten Pfad definiert ist, wobei die Anzeigeeinheit zudem eine Winkelanzeigeeinheit zum Darstellen des Winkels umfasst.
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Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung kann zudem eine Winkelanzeigeeinheit enthalten, die einen Winkel anzeigt, der zwischen einem Werkzeugvektor bestimmt ist, der aus dem Programmpfad, dem Sollpfad und dem tatsächlichen Pfad gewählt wird, und einem Werkzeugvektor, der zu einem anderen Pfad gehört. Damit kann eine Bedienperson quantitativ feststellen, wie stark Werkzeugvektoren, die durch zwei gewählte Pfade laufen, gegeneinander geneigt sind.
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Die obigen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigt:
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1 ein Blockdiagramm einer Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung einer ersten Ausführungsform;
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2 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Anordnung einer Werkzeugmaschine;
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3 eine beispielhafte Anzeige, in der ein Programmpfad, ein Sollpfad und ein tatsächlicher Pfad so dargestellt sind, dass man die Pfade miteinander vergleichen kann;
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4 eine beispielhafte Anzeige, in der zusätzliche eine Anzahl Werkzeugvektoren für jeden Pfad in 3 dargestellt sind;
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5 eine Skizze von Werkzeugvektoren zusammen mit einer bearbeiteten Oberfläche;
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6 eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Bereichs VI in 5;
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7 ein Flussdiagramm mit den Schritten einer Anzeigeprozedur, die die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung der ersten Ausführungsform ausführt;
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8 ein Blockdiagramm einer Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung einer zweiten Ausführungsform;
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9 eine Darstellung einer beispielhaften Anzeige, in der zusätzlich ein gemäß der zweiten Ausführungsform berechneter Winkel wiedergegeben wird;
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10 ein Flussdiagramm mit den Schritten einer Anzeigeprozedur, die die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung der zweiten Ausführungsform ausführt;
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11A eine Skizze der Auswirkung der Werkzeuglage auf die bearbeitete Form; und
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11B eine Skizze der Auswirkung der Werkzeuglage auf die bearbeitete Form.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Der Maßstab der dargestellten Elemente der Ausführungsformen kann von der Anwendung in der Praxis abweichen, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
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1 zeigt ein Blockdiagramm einer Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 der ersten Ausführungsform. Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 enthält eine Positionsdaten-Gewinnungseinheit 12, die Positionsdaten für jede Antriebswelle einer Werkzeugmaschine 40 von einer numerischen Steuerungsvorrichtung 30 erhält, eine Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14, die die Koordinaten für einen Werkzeug-Spitzenpunkt 42a aus den Positionsdaten berechnet, die die Positionsdaten-Gewinnungseinheit 12 ausgibt, eine Werkzeugweg-Erzeugungseinheit 16, die einen Pfad erzeugt, durch den der Werkzeug-Spitzenpunkt 42a verläuft, und eine Anzeigeeinheit 20, die eine Werkzeugweg-Anzeigeeinheit 22 enthält, die den Pfad anzeigt, den die Werkzeugweg-Erzeugungseinheit 16 erzeugt, und zwar auf einem Monitorbildschirm (nicht dargestellt). Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 enthält auch eine Werkzeugvektor-Berechnungseinheit 18, die einen Werkzeugvektor berechnet, der an der Koordinate des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a endet. Die Anzeigeeinheit 20 enthält ferner eine Werkzeugvektor-Anzeigeeinheit 24, die den Werkzeugvektor, den die Werkzeugvektor-Berechnungseinheit 18 berechnet, auf einem Monitorbildschirm anzeigt.
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Die numerische Steuerungsvorrichtung 30 sendet abhängig von einem Bearbeitungsprogramm und diversen vorbestimmten Parametern ein Steuersignal an einen Motor 44. Die numerische Steuerungsvorrichtung 30 steuert die Bewegung des Motors 44, damit die Antriebswellen der Werkzeugmaschine 40, beispielsweise eine Drehbank oder ein Bearbeitungszentrum, mit Leistung versorgt werden. Die numerische Steuerungsvorrichtung 30 empfängt eine Positionsrückführung des Motors 44 aus einer Erfassungsvorrichtung 46, beispielsweise einem Geber des Motors 44, damit die tatsächliche Position einer jeden Antriebswelle der Werkzeugmaschine 40 erhalten wird.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung einer 5-achsigen Werkzeugmaschine als Beispiel für die Werkzeugmaschine 40. Die Werkzeugmaschine 40 umfasst ein Werkzeug 42, das einen Werkzeug-Spitzenpunkt 42a hat. Der Werkzeug-Spitzenpunkt 42a ist mit verschiedenen Klingenarten versehen, damit für ein Werkstück (nicht dargestellt) auf einem Tisch 48 eine vorbestimmte Bearbeitungsprozedur erfolgt, beispielsweise Schneiden, Schleifen, Drehen usw. In der Beschreibung wird der Begriff ”Werkzeug-Spitzenpunkt” verwendet. Man beachte, dass sich der Werkzeug-Spitzenpunkt 42a nicht zwingend auf eine Spitze des Werkzeugs 42 bezieht, sondern auch einen Abschnitt umfassen kann, der tatsächlich eine Bearbeitungsprozedur vornehmen kann.
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Die beiden in 2 dargestellten Pfeile geben an, dass sich der Werkzeug-Spitzenpunkt 42a in den Richtungen der jeweiligen Pfeile bewegen kann. Anders gesagt kann sich das Werkzeug 42 unabhängig und parallel zu einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse bewegen. Zusätzlich kann sich das Werkzeug 42 um eine Drehachse A und eine Drehachse B drehen, die aufeinander senkrecht stehen und jeweils durch die strichpunktierten Linien dargestellt sind. Auf diese Weise kann der Werkzeug-Spitzenpunkt 42a bezüglich eines Werkstücks mit der Bewegung von fünf Antriebswellen bewegt werden, und jede Welle kann unabhängig kontrolliert werden. Man beachte, dass die 5-achsige Werkzeugmaschine 40 in der Beschreibung nur als Beispiel angegeben ist. Natürlich ist die Erfindung in gleicher Weise auf Werkzeugmaschinen mit anderem Aufbau anwendbar.
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Ein von der numerischen Steuerungsvorrichtung 30 ausgelesenes Bearbeitungsprogramm enthält diverse Informationen, beispielsweise eine Sollposition und eine Sollgeschwindigkeit einer jeden Antriebswelle, die in einem vorbestimmten Format angegeben ist, beispielsweise einem G-Code, und die programmgestützt erzeugt wird, beispielsweise durch CAD/CAM, und zwar für die Form eines bearbeiteten Artikels. Das Bearbeitungsprogramm enthält auch Information wie Formdaten, die zum Erzeugen eines Pfads durch Verbinden von Koordinatenpunkten verwendet werden, siehe unten. Die Operationen der numerischen Steuerungsvorrichtung 30, beispielsweise ein Prozess zum Erzeugen von Steuersignalen für den Motor 44 aus dem Bearbeitungsprogramm und den Parametern, sind bekannt. Sie werden daher in dieser Beschreibung nicht mehr ausführlich erklärt.
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Nun zurück zu 1. Die Positionsdaten-Gewinnungseinheit 12 erhält Positionsdaten aus der numerischen Steuerungsvorrichtung 30. Die Positionsdaten enthalten eine Programmposition, eine Sollposition und eine tatsächliche Position. Die Programmposition ist eine Sollposition, die durch ein Bearbeitungsprogramm für jede Antriebswelle spezifiziert wird. Die Sollposition ist eine Sollposition für jede Antriebswelle, die durch das Ergebnis der Interpolation in der numerischen Steuerungsvorrichtung 30 erhalten wird. Die numerische Steuerungsvorrichtung 30 nimmt eine Interpolation vor, und zwar ausgehend von einem Programmpfad, der mit einem unten beschriebenen Verfahren erzeugt wird, und von einer Sollgeschwindigkeit, die von einem Bearbeitungsprogramm spezifiziert wird, und von einer Beschleunigungs/Verzögerungs-Zeitkonstante, die durch Parameter spezifiziert wird. Als Ergebnis der Interpolation wird eine Sollposition für jede Antriebswelle und für jeden Steuerungszyklus berechnet.
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Die tatsächliche Position ist eine Position eines jeden Motors 44, den die Erfassungsvorrichtung 46 des Motors 44 erfasst, oder anders formuliert, die tatsächliche Position einer jeden Antriebswelle. Wahlweise kann eine tatsächliche Position einer jeden Antriebswelle auch durch das Multiplizieren eines integrierten Werts berechnet werden, den man durch das Integrieren von Positionsrückführungen aus der numerischen Steuerungsvorrichtung 30 mit einem Bewegungsumfang je Einheitsimpuls erhält.
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Die Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14 berechnet die Koordinaten des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a aus den von der Positionsdaten-Gewinnungseinheit 12 erhaltenen Positionsdaten und aus der Maschinenkonfigurationsinformation. Die Maschinenkonfigurationsinformation bezeichnet Informationen, die die Position des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a gegenüber der Werkzeugmaschine 40 repräsentieren. Die Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14 berechnet eine Programmkoordinate, bei der es sich um die Koordinate des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a handelt, die dem Bearbeitungsprogramm entspricht, und zwar aus der Programmposition und der Maschinenkonfigurationsinformation. Die Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14 berechnet auch Sollkoordinaten, bei denen es sich um Koordinaten des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a handelt, die zu einer Sollposition nach der Interpolation in der numerischen Steuerungsvorrichtung 30 gehören, und zwar aus der Sollposition und der Maschinenkonfigurationsinformation. Zudem berechnet die Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14 tatsächliche Koordinaten, die zu Koordinaten des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a gehören, die die Erfassungsvorrichtung 46 erfasst, und zwar aus der tatsächlichen Position und der Maschinenkonfigurationsinformation.
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Die Werkzeugweg-Erzeugungseinheit 16 erzeugt einen Pfad des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a, indem sie die Koordinaten des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a, die die Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14 für jeden vorbestimmten Zyklus berechnet, mit einer vorbestimmten Form verbindet. Die Werkzeugweg-Erzeugungseinheit 16 erzeugt einen Programmpfad, indem sie die Programmkoordinaten, die die Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14 berechnet, mit Formdaten verbindet, die das Bearbeitungsprogramm spezifiziert, beispielsweise geraden Linien und Bögen. Zudem erzeugt die Werkzeugweg-Erzeugungseinheit 16 einen Sollpfad, indem sie die Sollkoordinaten verbindet, die die Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14 berechnet, und zwar beispielsweise mit geraden Linien. Die Werkzeugweg-Erzeugungseinheit 16 erzeugt auch einen tatsächlichen Pfad, indem sie die tatsächlichen Koordinaten, die die Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14 berechnet, beispielsweise mit geraden Linien verbindet.
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Der Programmpfad, der Sollpfad und der tatsächliche Pfad, die die Werkzeugweg-Erzeugungseinheit 16 erzeugt, werden von der Werkzeugweg-Anzeigeeinheit 22 auf einem Monitorbildschirm angezeigt. 3 zeigt eine beispielhafte Darstellung, in der der Programmpfad, der Sollpfad und der tatsächlich Pfad überlagert angezeigt werden, damit man die Pfade miteinander vergleichen kann. In 3 stellt die punktierte Linie den Programmpfad dar, die gestrichelte Linie den Sollpfad und die durchgezogene Linie den tatsächlichen Pfad. Die schwarzen Punkte in 3 stellen Sollkoordinaten dar. Durch die überlagerte Darstellung der jeweiligen Pfade, die wie beschrieben einen gegenseitigen Vergleich ermöglicht, kann man beispielsweise feststellen, ob sich der Werkzeug-Spitzenpunkt 42a tatsächlich gemäß dem Programmpfad bewegt. Zeigt sich, dass sich der Werkzeug-Spitzenpunkt 42a nicht wie beabsichtigt bewegt, so kann eine Bedienperson die Ursache von Fehlern im Bearbeitungsprogramm, der Befehlserzeugungsprozedur und der Servosteuerung der numerischen Steuerungsvorrichtung 30 feststellen, und zwar mit Hilfe der visuellen Information durch den Vergleich der jeweiligen Pfade.
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Nun zurück zu 1. Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 enthält die Werkzeugvektor-Berechnungseinheit 18. Die Werkzeugvektor-Berechnungseinheit 18 ist so gestaltet, dass sie die Programmkoordinaten, die Sollkoordinaten und die tatsächlichen Koordinaten erhält, die die Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14 berechnet. Die Werkzeugvektor-Berechnungseinheit 18 berechnet aus diesen Koordinaten einen Werkzeugvektor, der die Werkzeuglage repräsentiert.
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Eine Prozedur zum Berechnen des Werkzeugvektors wird nun mit Hilfe der beispielhaften 5-achsigen Werkzeugmaschine in 2 beschrieben. Die Koordinaten der X-Achse, der Y-Achse, der Z-Achse, der A-Achse und der B-Achse zur Zeit t sind jeweils mit x(t), y(t), z(t), a(t) und b(t) bezeichnet. In einem am Werkstück festen Koordinatensystem wird ein Ursprung so eingestellt, dass die Koordinate des Schnittpunkts M der Drehachse A und der Drehachse B als (x(t), y(t), z(t)) bezeichnet werden können. Bezeichnet man die Entfernung vom Schnittpunkt M zum Werkzeug-Spitzenpunkt 42a mit L, und ist die Position, an der das Werkzeug 42 in senkrechter Richtung nach unten zeigt, als Ursprung der A-Achse und der B-Achse eingestellt, so berechnen sich die Koordinaten PosX der X-Achse, PosY der Y-Achse und PosZ der Z-Achse des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a gemäß der folgenden Gleichungen: PosX = x(t) + L × cos(a(t)) × sin(b(t)); PosY = y(t) + L × sin(a(t)); und PosZ = z(t) – L × cos(a(t)) × cos(b(t)).
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Dabei ist ein Punkt, der durch die Koordinaten des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a gemäß den obigen Gleichungen spezifiziert wird, als Vektorendpunkt Pe bezeichnet.
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Ein Vektoranfangspunkt PS bezieht sich auf einen Referenzpunkt, der an einer Position gesetzt ist, die eine vorbestimmte Entfernung d vom Vektorendpunkt Pe hat, d. h., dem Werkzeug-Spitzenpunkt 42a, und zwar hin zum Basisende des Werkzeugs 42 auf der zentralen Achslinie des Werkzeugs 42. Die Koordinaten PosX' auf der X-Achse, PosY' auf der Y-Achse und PosZ' auf der Z-Achse des Werkzeugvektor-Anfangspunkts PS kann man gemäß der folgenden Gleichungen berechnen: PosX' = x(t) + (L – d) × cos(a(t)) × sin(b(t)); PosY' = y(t) + (L – d) × sin(a(t)); und PosZ' = z(t) – (L – d) × cos(a(t)) × cos(b(t)).
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Die Werkzeugvektor-Anzeigeeinheit 24 zeigt den von der Werkzeugvektor-Berechnungseinheit 18 berechneten Werkzeugvektor auf einem Monitorbildschirm an. Der Werkzeugvektor wird als Liniensegment angezeigt, das den Werkzeugvektor-Anfangspunkt Ps und den Vektorendpunkt Pe verbindet, die die Werkzeugvektor-Berechnungseinheit 18 wie beschrieben berechnet. 4 zeigt eine beispielhafte Darstellung, in der zusätzlich eine Anzahl Werkzeugvektoren für den Programmpfad, den Sollpfad und den tatsächlichen Pfad in 3 angezeigt werden. Der Werkzeugvektor eines jeden Pfads verläuft auf jedem Pfad geradlinig vom Vektor-Anfangspunkt Ps zum Vektorendpunkt Pe. Die durch jeden Pfad gehenden Werkzeugvektoren werden ebenfalls überlagert dargestellt, damit man die Werkzeugvektoren in gleicher Weise wie die jeweiligen Pfade miteinander vergleichen kann. Um die Werkzeugvektoren in gleicher Weise wie die Pfade voneinander unterscheiden zu können, gehört eine punktierte Linie zu einem Werkzeugvektor auf dem Programmpfad, eine gestrichelte Linie zu einem Werkzeugvektor auf dem Sollpfad und eine durchgezogene Linie zu einem Werkzeugvektor auf dem tatsächlichen Pfad. In dieser Weise werden die durch die jeweiligen Pfade verlaufenden Werkzeugvektoren überlagert dargestellt, damit man sie zusätzlich zu den Pfaden miteinander vergleichen kann. Tritt beispielsweise ein Fehler in einer bearbeiteten Form auf, so kann man die Fehlerursache aus der visuellen Information erkennen.
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Wird die bearbeitete Form nicht wie beabsichtigt erhalten, so kommen verschiedene Ursachen dafür in Frage. Eine mögliche Ursache ist, dass das Bearbeitungsprogramm nicht korrekt ist. Da in diesem Fall eine Bearbeitungsprozedur anhand fehlerhafter Befehle des Bearbeitungsprogramms erfolgt, erhält man natürlich nicht die beabsichtigte Form. Eine weitere mögliche Ursache für den Fehler in der bearbeiteten Form liegt in der Prozedur, mit der die numerische Steuerungsvorrichtung 30 Befehle erzeugt. In diesem Fall müssen Einstellungen erfolgen, damit durch korrekte Parametereinstellungen usw. geeignete Befehle erzeugt werden. Ist beispielsweise die Servosteuerung ungeeignet eingestellt, so kann zudem eine Servoverzögerung auftreten.
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Mit Hilfe von 5 und 6 wird nun eine beispielhafte Bewertung der Werkzeuglage anhand des Vergleichs der Werkzeugvektoren beschrieben. 5 zeigt eine Skizze der Werkzeugvektoren zusammen mit einer bearbeiteten Oberfläche 50. 6 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht des Bereichs VI in 5. In diesem Beispiel erhält man keine glatte bearbeitete Oberfläche 50 im Bereich VI in 5, und die bearbeitete Oberfläche 50 hat eine irreguläre konkav-konvexe Form. In 5 stellt die Kurve 52 die Kontur der bearbeiteten Oberfläche 50 auf einem tatsächlichen Pfad dar oder anders formuliert einen Pfad des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a (des Endpunkts Pe eines Werkzeugvektors). Die Kurve 54 ist dagegen der Pfad des Werkzeugvektor-Anfangspunkts Ps, der abhängig von der Bewegung des Werkzeugs 42 verschoben wird.
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In 6 sind ein Werkzeugvektor 56 mit einem Anfangspunkt Ps1 und einem Endpunkt Pe1 für den tatsächlichen Pfad und ein Werkzeugvektor 58 mit einem Anfangspunkt Ps2 und einem Endpunkt Pe2 für den Sollpfad so dargestellt, dass man die Werkzeugvektoren miteinander vergleichen kann. Der Werkzeugvektor für den Programmpfad ist zur Vereinfachung weggelassen, da er nahezu dem Liniensegment des Werkzeugvektors 58 für den Sollpfad entspricht. Anders gesagt fallen der Werkzeugvektor für den Programmpfad und der Werkzeugvektor 58 für den Sollpfad im Wesentlichen zusammen. Es ist nur der Werkzeugvektor 56 für den tatsächlichen Pfad als Liniensegment dargestellt, das sich beträchtlich von den anderen Werkzeugvektoren 58 unterscheidet. In einem solchen Fall kann man davon ausgehen, dass das Werkzeug 42 nicht durch einen Befehl bewegt wird, den die. numerische Steuerungsvorrichtung 30 aussendet. Damit kann man feststellen, dass der Fehler in der bearbeiteten Oberfläche 50 durch eine ungeeignete Einstellung der Servosteuerung oder Störungen während des Bearbeitungsvorgangs auftritt.
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In einem weiteren Beispiel, in dem etwa ein Werkzeugvektor für den Sollpfad und ein Werkzeugvektor für den tatsächlichen Pfad im Wesentlichen übereinstimmen und sich nur ein Werkzeugvektor für den Programmpfad wesentlich von den anderen Werkzeugvektoren unterscheidet, kann man davon ausgehen, dass ein Fehler in der bearbeiteten Form durch eine Prozedur zum Erzeugen eines Befehls aus dem Bearbeitungsprogramm auftritt, beispielsweise durch einen Interpolationsvorgang. Werden die Werkzeugvektoren für die jeweiligen Pfade so angezeigt, dass man sie miteinander vergleichen kann, und zeigt sich, dass das Werkzeug 42 eine unerwünschte Lage einnimmt, so kann eine Bedienperson die Fehlerursache mit Hilfe der visuellen Information feststellen.
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7 zeigt ein Flussdiagramm mit den Schritten einer Anzeigeprozedur, die die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 der ersten Ausführungsform ausführt. Zuerst setzt die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 die Positionsdaten-Gewinnungseinheit 12 in Gang, damit Positionsdaten von der numerischen Steuerungsvorrichtung 30 erhalten werden (Schritt S10). Die Positionsdaten enthalten wie beschrieben eine Programmposition, eine Sollposition und eine tatsächliche Position. Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 setzt nun die Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14 in Gang, damit aus den von der Positionsdaten-Gewinnungseinheit 12 ausgesendeten Positionsdaten und mechanischer Konfigurationsinformation eine Programmkoordinate, eine Sollkoordinate und eine tatsächliche Koordinate berechnet werden, die die Koordinaten des Werkzeug-Spitzenpunkts 42a repräsentieren (Schritt S11). Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 aktiviert nun die Werkzeugweg-Erzeugungseinheit 16, damit jeweils ein Programmpfad, ein Sollpfad und ein tatsächlicher Pfad durch Verbinden der Programmkoordinaten, der Sollkoordinaten und der tatsächlichen Koordinaten, die die Werkzeugkoordinaten-Berechnungseinheit 14 berechnet, mit einer vorbestimmten Form erzeugt wird (Schritt S12).
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Nachfolgend nimmt die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 die Werkzeugvektor-Berechnungseinheit 18 in Betrieb, damit ein Werkzeugvektor berechnet wird (Schritt S13). Wie beschrieben ist der Werkzeugvektor ein Liniensegment, das den Werkzeug-Spitzenpunkt 42a und einen Referenzpunkt verbindet, der um eine vorbestimmte Strecke entfernt vom Werkzeug-Spitzenpunkt 42a hin zum Basisende des Werkzeugs 42 zu finden ist. Der Anfangspunkt und der Endpunkt des Werkzeugvektors werden jeweils für die Programmkoordinaten, die Sollkoordinaten und die tatsächlichen Koordinaten berechnet. Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 schaltet nun die Werkzeugweg-Anzeigeeinheit 22 und die Werkzeugvektor-Anzeigeeinheit 24 ein, damit der Programmpfad, der Sollpfad und der tatsächliche Pfad sowie die Werkzeugvektoren für die jeweiligen Pfade auf dem Monitorbildschirm angezeigt werden (Schritt S14).
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Es werden nun weitere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die sich von der obigen Ausführungsform unterscheiden. In der folgenden Darstellung werden bereits beschriebene Gegenstände nicht mehr erklärt. Gleiche oder entsprechende Elemente werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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8 zeigt ein Blockdiagramm einer Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10' einer zweiten Ausführungsform. 8 zeigt nur die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10'. Ein Vergleich mit 1 zeigt, dass die numerische Steuerungsvorrichtung 30 und die Werkzeugmaschine 40 in 8 nicht dargestellt sind. Die Wechselwirkung der Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10' mit der numerischen Steuerungsvorrichtung 30 und der Werkzeugmaschine 40 unterscheidet sich nicht von dem Fall der Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 der beschriebenen ersten Ausführungsform.
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Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10' dieser Ausführungsform enthält eine Werkzeugvektor-Auswahleinheit 60, eine Winkelberechnungseinheit 62 und eine Winkelanzeigeeinheit 64 zusätzlich zu der Konfiguration der Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10 der ersten Ausführungsform.
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Die Werkzeugvektor-Auswahleinheit 60 wählt zwei Werkzeugvektoren für beliebige gegebene Koordinaten, die eine Bedienperson mit einer externen Eingabevorrichtung wählt, beispielsweise einer Maus oder einer Tastatur. Für diesen Vorgang wird auch gewählt, ob der Programmpfad, der Sollpfad oder tatsächliche Pfad zu diesen Werkzeugvektoren gehört. Dabei unterscheiden sich die jeweiligen Pfade für die beiden gewählten Werkzeugvektoren. Beispielsweise wählt eine Bedienperson eine Position des zu wählenden Werkzeug-Spitzenpunkts 42a und zugehörige Pfade, anders ausgedrückt zwei beliebige Pfade aus dem Programmpfad, dem Sollpfad und dem tatsächlichen Pfad. Aus Reaktion auf die Handlungen der Bedienperson wählt die Werkzeugvektor-Auswahleinheit 60 die Werkzeugvektoren für die ausgesuchten Positionen und Pfade und sendet Information zum Bezeichnen der gewählten Werkzeugvektoren an die Winkelberechnungseinheit 62.
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Die Winkelberechnungseinheit
62 ermittelt alle Koordinaten der Vektoranfangspunkte Ps1 und Ps2 und der Vektorendpunkte Pe1 und Pe2 der beiden Werkzeugvektoren, die die Werkzeugvektor-Auswahleinheit
60 gewählt hat, aus der Werkzeugvektor-Berechnungseinheit
18, und sie berechnet einen Winkel θ, der durch die beiden Werkzeugvektoren bestimmt ist. Der zwischen den beiden Werkzeugvektoren bestimmte Winkel θ wird mit der folgenden Gleichung anhand einer Formel berechnet, die für ein inneres Vektorprodukt erfüllt ist:
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Die Winkelanzeigeeinheit 64 zeigt den von der Winkelberechnungseinheit 62 berechneten Winkel θ zusammen mit den entsprechenden Pfaden und Werkzeugvektoren auf einem Monitorbildschirm an.
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9 zeigt eine Darstellung einer beispielhaften Anzeige, in der zusätzlich ein gemäß der zweiten Ausführungsform berechneter Winkel θ wiedergegeben wird. Als Beispiel sind ein Werkzeugvektor 70, der einen Anfangspunkt Ps1 und Endpunkt Pe1 hat, für den tatsächlichen Pfad, und ein Werkzeugvektor 72, der einen Anfangspunkt Ps2 und Endpunkt Pe2 hat, für den Sollpfad dargestellt. Der Wert des Winkels θ (3,5 Grad in diesem Beispiel), der zwischen den Werkzeugvektoren 70 und 72 bestimmt ist, wird ebenfalls angezeigt. Wird der Winkel zwischen den Werkzeugvektoren, die durch zwei beliebig gewählte unterschiedliche Pfade verlaufen, auf einem Bildschirm als Zahlenwert angezeigt, so kann eine Bedienperson quantitativ einen relativen Neigungswinkel der Werkzeugvektoren, d. h. der Werkzeuglagen, feststellen.
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10 zeigt ein Flussdiagramm mit den Schritten einer Anzeigeprozedur, die die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10' der zweiten Ausführungsform ausführt. Die Prozeduren in den Schritten S10 bis S14 unterscheiden sich nicht von der zusammen mit 7 beschriebenen ersten Ausführungsform und werden daher nicht nochmals erklärt. In dieser Ausführungsform wählt die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10' als Reaktion auf eine Handlung der Bedienperson zwei beliebige gegebene Werkzeugvektoren mit der Werkzeugvektor-Auswahleinheit 60 (Schritt S20). Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10' setzt nun die Winkelberechnungseinheit 62 in Gang, damit ein Winkel θ berechnet wird, der zwischen den beiden im Schritt S20 gewählten Werkzeugvektoren bestimmt ist (Schritt S21). Nun nimmt die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung 10' die Winkelanzeigeeinheit 64 in Betrieb, damit ein im Schritt S21 berechneter Wert des Winkels θ auf einem Monitorbildschirm angezeigt wird (Schritt S22).
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Es sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Fachleuten ist klar, dass man die Erfindung mit beliebigen Kombinationen von Merkmalen der Ausführungsformen implementieren kann, die in der Beschreibung offenbart sind. In den erläuterten Ausführungsformen sind beispielhafte Darstellungen beschrieben, in denen die jeweiligen Pfade und Werkzeugvektoren so angezeigt werden, dass sie miteinander verglichen werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige besondere Ausführungsformen eingeschränkt. Anders formuliert bedeutet dies: so lange die jeweiligen Pfade und Werkzeugvektoren so dargestellt werden, dass sie miteinander verglichen werden können, können die Pfade und Werkzeugvektoren auch andersartig angezeigt werden, beispielsweise so, dass die Pfade und Werkzeugvektoren nebeneinander auf mehreren Bildschirmen angezeigt werden.
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In den erläuterten Ausführungsformen sind beispielhafte Darstellungen beschrieben, in denen drei Pfade, d. h. der Programmpfad, der Sollpfad und der tatsächliche Pfad, und die zu diesen Pfaden gehörenden Werkzeugvektoren so dargestellt sind, dass sie miteinander verglichen werden können. Man kann jedoch auch nur zwei der drei Pfade und der zugehörigen Werkzeugvektoren so anzeigen, dass sie miteinander verglichen werden können. Insbesondere kann jeder beliebige Pfad dieser drei Pfade abhängig von einer Auswahl einer Bedienperson angezeigt werden.
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AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Die Werkzeugweg-Anzeigevorrichtung der Erfindung zeigt Werkzeugvektoren, die durch den Programmpfad, den Sollpfad und den tatsächlichen Pfad verlaufen, so an, dass die Werkzeugvektoren miteinander verglichen werden können. Tritt ein Fehler in einer bearbeiteten Form auf, so kann eine Bedienperson die Fehlerursache leicht erkennen.
