DE19944607A1 - Satzübergreifende Geschwindigkeitsführung bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine oder einem Roboter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung ist ein Verfahren zur satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine oder einem Roboter, wobei zur Bestimmung des Bahngeschwindigkeitsverlaufs aufeinander aufbauende Stufen angewandt werden, in denen jeweils nicht über das Minimum der innerhalb eines zu Beginn jeder Stufe zu ermittelnden Bereichs der gegebenen Bahn liegenden maximalen satzbezogenen Bahngeschwindigkeiten hinausgegangen wird. DOLLAR A Die genannten Stufen der Erfindung unterteilen sich in eine vorgegebene Abfolge von Verfahrensschritten, wobei insbesondere die Teilaufgabe einer satzbezogenen Geschwindigkeitsführung pro Stufe mehrfach durchzuführen ist. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung läßt sich dergestalt erweitern, als daß eine Bahnbewegung ohne Anhalten auch im Falle einer zu Beginn dem Verfahren nur in ihrem Anfangsbereich bekannten Bahn dadurch ermöglicht wird, daß der zunächst ermittelte Bahngeschwindigkeitsverlauf durch nochmalige modifizierte Anwendung des Verfahrens an die veränderten Randbedingungen angepaßt wird. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung läßt sich weiterhin dergestalt erweitern, als daß neben maximalen satzbezogenen Bahngeschwindigkeiten auch maximale Satzübergangsgeschwindigkeiten in die Durchführung des Verfahrens miteinbezogen werden.

Description

Die Erfindung ist ein Verfahren zur satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine oder einem Roboter.

Bei numerischen Steuerungen zur Bahnsteuerung von Werkzeugmaschinen oder Robotern stellt sich die Aufgabe, daß Bahnbewegungen zu erzeugen sind, welche in Form von NC-Sätzen programmiert werden. Ein wichtiger steuerungsinterner Aufgabenpunkt ist dabei die Festlegung des Verlaufs der Bahn­ geschwindigkeit über der Zeit v_B(t) bzw. der Bahnlänge v_B(s). Diese Aufgabe wird als Geschwindigkeits­ führung bezeichnet. Bei der Geschwindigkeitsführung sind neben der für den jeweiligen NC-Satz progam­ mierten Bahngeschwindigkeit diverse Randbedingungen zu beachten, welche sich aus dem dynamischen Verhalten der Maschine bzw. ihren Bewegungsachsen ergeben.

Entsprechend dem Prinzip der Satzverarbeitung innerhalb numerischer Steuerungen unterteilt sich die Geschwindigkeitsführung in eine rein satzbezogene Geschwindigkeitsführung sowie die hierauf aufbau­ ende satzübergreifende Geschwindigkeitsführung. Letztgenannter Aufgabenpunkt wird vielfach auch als Look-Ahead-Funktionalität bezeichnet. Die satzübergreifende Geschwindigkeitsführung wird u. a. in folgendem Buch beschrieben: Werkzeugmaschinen - Fertigungssysteme. Band 3.1 - Automatisierung und Steuerungstechnik 1, Manfred Weck, VDI-Verlag Düsseldorf 4. Auflage 1995, Kapitel 7.1.1 bis 7.1.2.2.

Insbesondere im Bereich der Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitung von Freiformflächen erlaubt eine satzübergreifende Geschwindigkeitsführung gegenüber rein satzbezogener Geschwindigkeitsführung eine erhebliche Steigerung der im Mittel erzielten Bahngeschwindigkeit. Der Grund dessen liegt darin, daß bei satzübergreifender Geschwindigkeitsführung im Gegensatz zu rein satzbezogener Geschwindigkeits­ führung nicht an jedem Satzende angehalten werden muß.

Es ist weiterhin bekannt, daß zur satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung eine vorausschauende Analyse mehrerer NC-Sätze erforderlich ist. Teilweise sind dies bis zu hundert und mehr NC-Sätze. Inner­ halb der numerischen Steuerungen ist daher ein Satzpuffer zur Aufnahme einer entsprechenden Anzahl an NC-Sätzen vorzusehen, welcher als Grundlage der satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung dient, u. a. beschrieben in folgendem Buch: NC/CNC-Handbuch, Hans B. Kief, Hanser-Verlag München 1997, Seite 64. Der Satzpuffer ist nach dem FIFO-Prinzip zu organisieren.

Den standardmäßig eingesetzten Verfahren zur satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung liegt das Prinzip zugrunde, daß auf eine sequentielle Vorgehensweise der Festlegung des Bahngeschwindigkeits­ verlaufs der einzelnen NC-Sätze zurückgegriffen wird, bekannt aus Franz Krauß, Splineverarbeitung in numerischen Steuerungen für das fünfachsige Fräsen, Springer-Verlag Berlin 1996, Kapitel 6.4.2, dort als "rekursiver Vorgang" bezeichnet. Um den Bahngeschwindigkeitsverlauf für einen NC-Satz festzulegen und an die nachfolgende Sollwertgenerierung weiterzuleiten, wird daher ausgehend von einem aktuell betrachteten NC-Satz sowie dessen zunächst erwünschtem satzbezogenen Bahngeschwindigkeitsverlauf eine Verzögerungskurve ermittelt, mit Hilfe derer die satzübergreifende Verwendbarkeit des satzbezogenen Verlaufs überprüft wird. Die Verzögerungskurve wird ausgehend vom Ende des aktuell betrachteten NC- Satzes in Bahnrichtung ermittelt. Sie wird so lange fortgesetzt, bis eine Verletzung der dynamischen Rand­ bedingungen erkannt wird, oder aber vollständiger Stillstand erreicht ist. Die Verzögerungskurve erstreckt sich wie bereits erläutert über ggf. hundert und mehr NC-Sätze. Wird mit der Verzögerungskurve voll­ ständiger Stillstand ohne Verletzung einer der dynamischen Randbedingungen erreicht, so kann der aktuell betrachtete NC-Satz inkl. seinem zugehörigen satzbezogenen Bahngeschwindigkeitsverlauf an die Soll­ wertgenerierung weitergeleitet werden.

Die aufwendig ermittelte Verzögerungskurve läßt sich jedoch nur in Ausnahmefällen zur Sollwert­ generierung weiterverwenden, da i. allg. in den nachfolgenden NC-Sätzen nicht bis zum vollständigen Still­ stand verzögert, sondern mit einer definierten Bahngeschwindigkeit ungleich Null weitergefahren werden soll. Im Falle der Verletzung einer der dynamischen Randbedingungen während der Ermittlung der Verzögerungskurve ist außerdem eine geeignete Modifikation der Verzögerungskurve sowie des Bahn­ geschwindigkeitsverlaufs im aktuell betrachteten NC-Satz vorzunehmen.

Den standardmäßig eingesetzten Verfahren zur satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung liegt dem­ zufolge der Nachteil zugrunde, daß im Zuge der satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung vielfach Verzögerungskurven ermitteln werden, welche anschließend wieder zu verwerfen sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur satzübergreifenden Geschwindig­ keitsführung so auszubilden, daß die Anzahl der wieder zu verwerfenden Verzögerungs- oder auch Beschleunigungskurven sich gegenüber den standardmäßig eingesetzten Verfahren zur satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung erheblich reduziert.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

• 1. die sequentielle Reihenfolge der Festlegung des Bahngeschwindigkeitsverlaufs aufgegeben wird und durch eine nachfolgend noch näher zu erläuterte Reihenfolge ersetzt wird,
• 2. die satzübergreifende Geschwindigkeitsführung in aufeinander aufbauende Stufen untergliedert wird, in denen jeweils nicht über das Minimum der innerhalb eines zu Beginn jeder Stufe zu ermit­ telnden Bereichs der gegebenen Bahn liegenden maximalen satzbezogenen Bahngeschwindigkeiten hinausgegangen wird.

Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ergibt sich dann, falls sämtliche NC- Sätze der abzufahrenden Bahn gleichzeitig im beschriebenen Satzpuffer zur Verfügung stehen. Als Bahn wird hierbei ein geometrisch zusammenhängender Weg im Raum angesehen, innerhalb dessen mit Aus­ nahme von Bahnanfang und -ende keine Anhaltebedingung vorliegt. In diesem Fall ergibt sich für die erste Stufe der satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung folgende Abfolge an Verfahrensschritten:

• 1. Es werden so lange NC-Sätze von der numerischen Steuerung eingelesen und verarbeitet, bis sich sämtliche NC-Sätze der abzufahrenden Bahn im Satzpuffer befinden. Die satzbezogen maximal zuläs­ sige Bahngeschwindigkeit wird zu diesem Zeitpunkt für jeden NC-Satz im Satzpuffer als dem Ver­ fahren bekannt vorausgesetzt.
• 2. Es wird das Minimum der satzbezogen maximal zulässigen Bahngeschwindigkeiten bestimmt. Dieser Wert stellt für die erste Stufe der satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung eine obere Grenze v_B,max der Bahngeschwindigkeit dar, über die während der ersten Stufe nicht hinausgegangen wird. Der zugehörige NC-Satz wird im folgenden als "aktueller NC-Satz" bezeichnet.
• 3. Die satzübergreifende Geschwindigkeitsführung wird ausgehend vom Bahnanfang bzw. Bahnende simultan vor- und rückwärts durchgeführt: Durch Durchführung der Teilaufgabe der satzbezogenen Geschwindigkeitsführung in Vorwärtsrichtung werden ausgehend von vollständigem Stillstand am Bahnanfang so lange satzbezogene Beschleunigungskurven bestimmt, bis die obere Grenze der Bahn­ geschwindigkeit entsprechend 2.2 erreicht ist. Analog hierzu werden in Rückwärtsrichtung ausgehend von vollständigem Stillstand am Bahnende so lange satzbezogene Verzögerungskurven ermittelt, bis ebenfalls die obere Grenze der Bahngeschwindigkeit entsprechend 2.2 erreicht ist.
• 4. Für den dazwischenliegenden Bereich der Bahn wird die obere Grenze der Bahngeschwindigkeit entsprechend 2.2 als konstanter Verlauf angesetzt.

Die erste Stufe der satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung ist hiermit abgeschlossen. Die genaue Art der satzbezogenen Geschwindigkeitsführung ist dabei nicht von Bedeutung. Zur satzbezogenen Geschwindigkeitsführung kann daher entweder ein linearer zeitlicher Verlauf der Bahngeschwindigkeit mit abschnittsweise konstanter Bahnbeschleunigung oder aber ein nichtlinearer zeitlicher Verlauf der Bahngeschwindigkeit verwendet werden. Eine ruckbegrenzte Geschwindigkeitsführung läßt sich in erstgenanntem Fall selbstverständlich nicht erzielen.

Eine günstige Ausführungsform der satzbezogenen Geschwindigkeitsführung ergibt sich dadurch, daß bei der ersten Durchführung der Teilaufgabe der satzbezogenen Geschwindigkeitsführung für einen NC- Satz die maximal erzielbare Bahngeschwindigkeitsdifferenz ermittelt wird, unabhängig von der oberen Bahngeschwindigkeitsgrenze v_B,max der jeweiligen Stufe des Verfahrens. Eine weiterhin günstige Ausführ­ ungsform der satzbezogenen Geschwindigkeitsführung besteht darin, falls dynamisch zulässig, nicht die vollständige Bahnlänge des NC-Satzes für den geforderten Beschleunigungs- oder Verzögerungskurve zu verwenden, sondern vielmehr nur einen Teil der Satzlänge. Während dem restlichen Teil des NC-Satzes wird dann mit konstanter Bahngeschwindigkeit gefahren.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dessen besteht darin, eine derartigen satzbezogenen Bahngeschwindigkeitsverlauf nur dann festzulegen, wenn sich gegenüber der vollständigen Nutzung der Satzlänge für die Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskurve ein vorzugebender Zeitgewinn erzielen läßt.

Ein Ausführungsbeispiel der ersten Stufe der Erfindung ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 gezeigt, wobei zur satzbezogenen Geschwindigkeitsführung ein nichtlinearer zeitlicher Verlauf der Bahn­ geschwindigkeit verwendet wird. Im Ausführungsbeispiel befinden sich 8 NC-Sätze im Satzpuffer. NC- Satz 4 bestimmt die obere Grenze der Bahngeschwindigkeit in der ersten Stufe. In Vorwärtsrichtung sind zum Erreichen der oberen Grenze v_B,max zwei satzbezogene Beschleunigungskurven notwendig, in Rück­ wärtsrichtung eine satzbezogene Verzögerungskurve. Der konstante Verlauf erstreckt sich über die NC- Sätze 3 bis 7. Diejenigen satzbezogenen Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskurven, in welchen eine spätere Erhöhung der Bahngeschwindigkeit gegenüber dem im Rahmen der ersten Stufe des Verfahrens ermittelten Bahngeschwindigkeitsverlauf forthin möglich ist, sind hierbei mit Hilfe eines Pfeils oberhalb der jeweiligen Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskurve angedeutet. In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist der Bahngeschwindigkeitsverlauf nicht über der Zeit als v_B(t), sondern vielmehr als Funktion der Bahn­ länge als v_B(s) gezeichnet, um auch bei Variation des zeitlichen Verlaufs der Bahngeschwindigkeit eine verschiebungsfreie Darstellung der NC-Satzgrenzen auf der Abszisse zu bewirken.

Ausgehend vom damit festgelegten Bahngeschwindigkeitsverlauf folgen weitere Stufen der satzüber­ greifenden Geschwindigkeitsführung. Sie sind der ersten Stufe stark ähnlich, unterscheiden sich jedoch in folgenden Merkmalen:

• 1. Zur Auswahl des aktuellen NC-Satzes werden nur noch diejenigen NC-Sätze herangezogen, deren Bahngeschwindigkeitsverlauf nicht bereits in Folge einer vorherigen Stufe vollständig festliegt.
• 2. Die Stufe erstreckt sich nicht mehr über die gesamte Bahn im Satzpuffer, sondern nur noch über einen Teilbereich hiervon. Dieser "relevante Bereich der Stufe" wird bestimmt, indem ausgehend vom aktuellen NC-Satz so lange nach links und rechts gegangen wird, bis jeweils ein NC-Satz gefunden wird, dessen Bahngeschwindigkeitsverlauf in Folge der vorherigen Stufen bereits vollständig festliegt.

Ein Ausführungsbeispiel der zweiten Stufe der Erfindung ist in der Darstellung gemäß Fig. 2 gezeigt. NC-Satz 5 bestimmt die obere Grenze der Bahngeschwindigkeit in der zweiten Stufe, ist also der aktuelle NC-Satz. Der relevante Bereich der Stufe erstreckt sich über die NC-Sätze 5 bis 8. In Vorwärtsrichtung sind zum Erreichen der oberen Grenze v_B,max zwei satzbezogene Beschleunigungskurven notwendig, in Rückwärtsrichtung zwei satzbezogene Verzögerungskurven. Ein konstanter Bahngeschwindigkeitsverlauf wird in der zweiten Stufe nicht festgelegt, da die Verzögerungskurve im vorliegenden Fall an der Satz­ grenze zwischen NC-Satz 6 und 7 unmittelbar an die Beschleunigungskurve anschließt.

Es wird so lange jeweils eine weitere Stufe des Verfahrens durchgeführt, bis sich kein NC-Satz mehr finden läßt, in welchem eine Erhöhung der Bahngeschwindigkeit gegenüber dem bis zum diesem Zeitpunkt bestimmten Verlauf möglich ist. Ein Ausführungsbeispiel aller Stufen der Erfindung ist in der Darstellung gemäß Fig. 3 gezeigt, wobei insgesamt fünf Stufen erforderlich sind.

Eine besonders günstige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ergibt sich dann, falls zu Beginn des Verfahrens eine Liste der im Satzpuffer vorhandenen NC-Sätze angelegt wird, in welcher die Num­ mern der NC-Sätze zunächst entsprechend ihrer satzbezogenen maximalen Bahngeschwindigkeit in auf­ steigender Reihenfolge sortiert werden. Es sei besonders vermerkt, daß diese sortierte Liste lediglich die NC-Satznummern umfaßt sowie der Ermittlung des aktuellen NC-Satzes in jeder Stufe des Verfahrens dient. Die sequentielle Reihenfolge der NC-Sätze im Satzpuffer bleibt selbstverständlich unverändert.

Der aktuelle NC-Satz einer Stufe ergibt sich dabei als der oberste NC-Satz, welcher zum jeweiligen Zeitpunkt in der sortierten Liste vorhanden ist. Um dies zu ermöglichen sind nach jeder Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens diejenigen NC-Sätze bzw. Satznummern aus der sortierten Liste zu streichen, in welchen keine weitere Erhöhung der Bahngeschwindigkeit gegenüber dem bis zum diesem Zeitpunkt bestimmten Verlauf mehr möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei dieser besonders günstige Ausführungsform so lange fortgesetzt, bis die sortierte Liste vollständig leer ist.

Bei der Durchführung des Look-Ahead gemäß der Erfindung kann der Fall auftreten, daß sich eine Beschleunigungskurve mit einer Verzögerungskurve innerhalb eines NC-Satzes unerlaubter Weise schneidet. Um Überschneidungen der satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung in Vor- und Rück­ wärtsrichtung zu vermeiden, ist der NC-Satz in einem solchen Fall geeignet aufzuteilen, und zwar in einen am Satzbeginn startenden Anteil für die Beschleunigung auf der Bahn sowie einen unmittelbar daran anschließenden Anteil zur Verzögerung auf der Bahn, welcher bis zum Satzende reicht.

Die im Satzpuffer vorhandenen NC-Sätze sind im Anschluß an die Durchführung der satzüber­ greifenden Geschwindigkeitsführung entsprechend dem FIFO-Prinzip der Sollwertgenerierung zu unter­ ziehen. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dann, falls der Satzpuffer nicht nur zur satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung verwendet wird, sondern vielmehr auch zur Sollwert­ generierung dient. Erreicht die Sollwertgenerierung das Ende des vordersten NC-Satzes im Satzpuffer, so ist dieser NC-Satz aus dem Satzpuffer zu löschen. Der im Satzpuffer freiwerdende Speicherplätze steht somit einem weiteren NC-Satz zur Verfügung.

Eine Wahlmöglichkeit bei der Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, mit der Sollwertgenerierung für eine Bahn entweder dann zu beginnen, sobald die erste Stufe des Ver­ fahrens beendet ist, oder aber den Beginn der Sollwertgenerierung so lange zu verzögern, bis die satzüber­ greifende Geschwindigkeitsführung für die Bahn vollständig durchgeführt ist. Die erste Ausgestaltungs­ form besitzt den Vorteil, daß unmittelbar mit der Bahnbewegung begonnen werden kann, während die Bahnbewegung im Falle der zweiten Ausgestaltungsform zwar verzögert gestartet wird, jedoch eine im Mittel höhere Bahngeschwindigkeit bewirkt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ergibt unter Beachtung der Tat­ sache, daß u. U. nicht sämtliche NC-Sätze der abzufahrenden Bahn gleichzeitig im beschriebenen Satz­ puffer zur Verfügung stehen. Dies ergibt sich insbesondere für den Fall, daß die Anzahl der zu einer Bahn gehörigen NC-Sätze die Puffergröße des Satzpuffers überschreitet. Die im Satzpuffer in Folge der Durch­ führung der Sollwertgenerierung freiwerdenden Speicherplätze sind daher dazu zu nutzen, zusätzliche, zur gleichen Bahn gehörige NC-Sätze in den Satzpuffer zu laden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in diesem Fall dergestalt modifizieren, als daß der zunächst festgelegte vollständige Stillstand am bisherigen Ende der im Satzpuffer vorliegenden Bahn dadurch beseitigt wird, als daß das Verfahren nochmalig in modifizierter Form durchgeführt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dahingehend, als daß die nochmalige modifi­ zierte Durchführung des Verfahrens nicht mit jedem neu in den Satzpuffer gelangenden NC-Satz begonnen wird, sondern vielmehr zunächst gewartet wird, bis ein als signifikant anzusehender Bereich der Bahn in Form zusätzlicher NC-Sätze im Satzpuffer vorliegt. Es erweisen sich zwei Varianten als vorteilhaft:

• 1. Es wird so lange gewartet, bis eine vorgegebene Anzahl an NC-Sätzen neu in den Satzpuffer gelangt.
• 2. Es wird so lange gewartet, bis eine vorgegebene Bahnlänge in Form der Summe der Länge der neu in den Satzpuffer gelangenden NC-Sätze vorliegt.

Eine Ausnahme dessen liegt dann vor, wenn das Bahnende erreicht wird. In diesem Fall ist unmittelbar mit der nochmaligen modifizierten Durchführung des Verfahrens zu beginnen.

Die Modifikation des Verfahrens besteht aus den zwei folgenden Merkmalen:

• 1. Die neu im Satzpuffer befindlichen NC-Sätze werden in die momentan vorliegende sortierte Liste einsortiert. Des weiteren werden die innerhalb der "zunächst abschließenden Verzögerungskurve" des Bahngeschwindigkeitsverlaufs liegenden NC-Sätze dann nochmals in die sortierte Liste einsortiert, falls diese bereits aus der sortierten Liste gestrichen wurden. Die zunächst abschließende Verzögerungs­ kurve ergibt sich als derjenige Teil des zunächst festgelegten Bahngeschwindigkeitsverlaufs, welcher ausschließlich verzögernd durchlaufen wird und sich bis zum bisherigen Ende der im Satzpuffer vor­ liegenden Bahn erstreckt.
• 2. Es werden während der einzelnen Stufen des Verfahrens solange keine Beschleunigungskurven ermittelt, bis die zunächst abschließende Verzögerungskurve nicht mehr vorhanden ist. Hierzu ist der konstante Verlauf der Bahngeschwindigkeit in jeder Stufe nach links bis zum jeweiligen Schnittpunkt mit der zunächst abschließenden Verzögerungskurve auszudehnen. Unzulässige Überschneidungen zwischen den beiden Bahngeschwindigkeitsverläufen sind dadurch zu vermeiden, als daß innerhalb des betroffenen satzweisen Anteils der zunächst abschließenden Verzögerungskurve eine geeignete Abschwächung der Verzögerung vorgenommen wird.

Eine beispielhafte Darstellung dieses Sachverhalts ist der Darstellung gemäß Fig. 4 zu entnehmen. Ent­ sprechend der Puffergröfle des Satzpuffers sind zunächst 12 NC-Sätze im Satzpuffer, welche vollständig der satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung unterzogen werden. Nach Durchführung der Sollwert­ generierung für die ersten 4 NC-Sätze gelangen 4 weitere NC-Sätze in den Satzpuffer, welche zur gleichen Bahn gehören. Die zunächst abschließende Verzögerungskurve beginnt in der Mitte von NC-Satz 9 und endet mit NC-Satz 12. Die sortierte Liste umfaßt nach dem Einsortieren die NC-Sätze 9 bis 16. In Fig. 4 ist unter a) derjenige Bahngeschwindigkeitsverlauf dargestellt, wie er sich im vorliegenden Fall ohne noch­ malige modifizierte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben würde. Demgegenüber zeigt Fig. 4 unter b) die erste Stufe der nochmaligen modifizierten Durchführung des Verfahrens, deren relevanter Bereich sich von NC-Satz 9 bis 16 erstreckt. Die zunächst abschließende Verzögerungskurve wird vom konstanten Verlauf am NC-Satzübergang 10-11 geschnitten. Eine unzulässige Überschneidung der zunächst abschließenden Verzögerungskurve mit dem konstanten Bahngeschwindigkeitsverlauf tritt in dieser Stufe nicht auf, da beide Bahngeschwindigkeitsverläufe genau am Satzübergang 10-11 ineinander übergehen. Weiterhin zeigt Fig. 4 unter c) den modifizierten Bahngeschwindigkeitsverlauf nach Durch­ führung aller Stufen des modifizierten Verfahrens.

Das bislang angegebene Verfahren bezieht sich auf die Einhaltung satzbezogener Maximalwerte der Bahngeschwindigkeit. Zusätzlich hierzu ist im Falle einer nicht ausreichend hohen Stetigkeit an den Über­ gängen der NC-Sätze vielfach eine einzuhaltende Übergangsgeschwindigkeit auf der Bahn an jedem NC- Satzübergang zu berücksichtigen. Geht man davon aus, daß die an den einzelnen Satzübergängen Maximalwerte der Übergangsgeschwindigkeit dem Verfahren bekannt sind, so besteht eine vorteilhafte Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahren darin, neben den maximalen satzbezogenen Bahn­ geschwindigkeiten auch die maximalen Übergangsgeschwindigkeiten in die Ermittlung des satzüber­ greifenden Bahngeschwindigkeitsverlaufs miteinzubeziehen.

Da eine rein auf einen Satzübergang beschränkte Erhöhung der Bahngeschwindigkeit im Sinne eines kontinuierlichen Bahngeschwindigkeitsverlaufs nicht möglich ist, gehen die Satzübergänge bei dieser vorteilhaften Form der Erweiterung des Verfahrens zwar jeweils in die Bestimmung der oberen Grenze v_B,max sowie des relevanten Bereichs einer Stufe mit ein, nicht jedoch in die Entscheidung, ob noch eine weitere Erhöhung der Bahngeschwindigkeit und damit eine weitere Stufe der satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung möglich ist.

Eine beispielhafte Darstellung dieses Sachverhalts ist der Darstellung gemäß Fig. 5 zu entnehmen. Es zeigt das bereits in Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel, jetzt jedoch unter zusätzlicher Berück­ sichtigung vorgegebener Satzübergangsgeschwindigkeiten. Dargestellt sind die ersten beiden Stufen des erweiterten Verfahrens. In Stufe 1 wird die obere Grenze v5, der Bahngeschwindigkeit an Stelle eines aktuellen NC-Satzes durch die maximale Satzübergangsgeschwindigkeit an der Satzgrenze 5-6 festgelegt. In Stufe 2 ist NC-Satz 4 der aktuelle NC-Satz. Der relevante Bereich von Stufe 2 erstreckt sich über die NC-Sätze 2 bis 5.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß sich im Rahmen der satz­ übergreifenden Geschwindigkeitsführung wieder zu verwerfende Beschleunigungs- und Verzögerungs­ kurven im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren größtenteils vermeiden lassen und somit ein rechenzeit­ effizientes Verfahren zur satztübergreifenden Geschwindigkeitsführung bei numerisch gesteuerten Werk­ zeugmaschinen sowie Robotern erfunden wurde.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß alle Verarbeitungsschritte weitestgehend in Echtzeit während der Bewegung der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine bzw. des Roboters durchgeführt werden. Es ist aber auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren bereits vor der Laufzeit des NC-Programms, also ohne Echtzeitanforderungen, durchzuführen.

Um auch in besonders rechenzeitintensiven Anwendungsfällen das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzen zu können, kann das Verfahren zur Verringerung des Rechenaufwands nach der Berechnung jeder Stufe des Verfahrens vorzeitig beendet werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ver­ fahren ergibt sich in jedem Fall ein Bahngeschwindigkeitsverlauf ohne Anhalten der Bahnbewegung vor dem Bahnende.

Es erweist sich weiterhin als vorteilhaft, daß sich das Verfahren gemäß der Erfindung als unabhängig von folgenden Merkmalen erweist:

• 1. Das Verfahren gemäß der Erfindung erweist sich als unabhängig von der Anzahl an Bewegungs­ achsen der Werkzeugmaschine bzw. der Dreh- und Schubgelenke des Roboters sowie deren genauem kinematischen Aufbau, da diese maschinenspezifischen Merkmale im Rahmen der Teilaufgabe zur satz­ bezogenen Geschwindigkeitsführung zu berücksichtigen sind.
• 2. Das Verfahren gemäß der Erfindung erweist sich als unabhängig davon, ob im Rahmen der satz­ bezogenen Geschwindigkeitsführung für Beschleunigungs- und Verzögerungskurven ein linearer oder nichtlinearer zeitlicher Verlauf der Bahngeschwindigkeit verwendet wird, sowie ob hierfür stets die vollständige NC-Satzlänge oder mitunter auch nur ein Teil davon verwendet wird.
• 3. Das Verfahren gemäß der Erfindung erweist sich als unabhängig von dem zur NC-Bearbeitung ein­ gesetzten Werkzeug. Das Verfahren ist besonders gut zur Hochgeschwindigkeits-Fräsbearbeitung geeignet, läßt sich jedoch auch für andere Bearbeitungstechnologien vorteilhaft einsetzen.
• 4. Das Verfahren gemäß der Erfindung erweist sich als unabhängig davon, ob die im NC-Programm angegebenen NC-Sätze exakt mit den Sätzen im Satzpuffer übereinstimmen, oder aber im Rahmen der steuerungsinternen Verarbeitung zwischenzeitliche Modifikationen der Sätze vorgenommen werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur satzübergreifenden Geschwindigkeitsführung bei einer numerisch gesteuerten Werkzeug­ maschine oder einem Roboter, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• 1. 1.1 Zur Bestimmung des Bahngeschwindigkeitsverlaufs werden aufeinander aufbauende Stufen angewandt, in denen jeweils nicht über das Minimum der innerhalb eines zu Beginn jeder Stufe zu ermittelnden Bereichs der gegebenen Bahn liegenden maximalen satzbezogenen Bahn­ geschwindigkeiten hinausgegangen wird.
• 2. 1.2 Das Verfahren erstreckt sich in seiner ersten Stufe über die gesamte Bahn bis zur nächsten Anhalte­ bedingung bzw. alle dem Verfahren zu diesem Zeitpunkt bekannten NC-Sätze (Fig. 1).
• 3. 1.3 Das Verfahren erstreckt sich demgegenüber ab der zweiten Stufe nur noch über denjenigen Teil­ bereich an NC-Sätzen, welcher eine Erhöhung der Bahngeschwindigkeit gegenüber dem bis zum diesem Zeitpunkt bestimmten Verlauf der Bahngeschwindigkeit ermöglicht (Fig. 2).
• 4. 1.4 Die Durchführung einer jeweils weiteren Stufe des Verfahrens ist so lange möglich, bis sich kein NC-Satz mehr finden läßt, in welchem eine Erhöhung des Bahngeschwindigkeitsverlaufs gegenüber dem bis zum diesem Zeitpunkt bestimmten Verlauf machbar ist (Fig. 3).

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• 1. 2.1 Erhöht sich die Anzahl der dem Verfahren bekannten NC-Sätze während der Durchführung des Verfahrens, so läßt sich der zunächst ermittelte Bahngeschwindigkeitsverlauf dadurch an die ver­ änderten Randbedingungen anpassen, daß das Verfahren nochmals in modifizierter Form durchgeführt wird (Fig. 4).
• 2. 2.2 Die nochmalige modifizierte Durchführung des Verfahrens wird erst dann durchgeführt, wenn ein signifikanter weiterer Bereich der Bahn dem Verfahren zwischenzeitlich zur Verfügung steht.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer nicht ausreichend hohen Stetigkeit an den Übergängen der NC-Sätze neben maximalen satzbezogenen Bahn­ geschwindigkeiten auch maximale Satzübergangsgeschwindigkeiten auf der Bahn in die Durchführung des Verfahrens miteinbezogen werden (Fig. 5).

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verfahrens­ schritte in Echtzeit während der Bearbeitung des Werkstücks durchgeführt werden.