DE3714028C2 - - Google Patents
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Description
Verfahren zum Ermitteln von Korrekturwerten für die von einer
Wegmeßeinrichtung einer numerisch gesteuerten Handhabungs-
oder Produktionsmaschine erfaßten Meßwerte.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln von
Korrekturwerten für die von einer Wegmeßeinrichtung einer
numerisch gesteuerten Handhabungs- oder Produktionsmaschine,
insbesondere einer Werkzeugmaschine oder eines Roboters, er
faßten Meßwerte unter Verwendung einer zusätzlichen Präzisions
meßeinrichtung während einer Kalibrierphase, wobei dabei vor
gegebene Meßpositionen entlang eines verfahrbaren Weges ange
fahren werden, wobei synchron mit dem von der Wegmeßeinrichtung
ermittelten Erreichen der vorgegebenen Meßpositionen von der
Präzisionsmeßeinrichtung jeweils die tatsächliche Meßposition
bestimmt wird, wobei jeweils die Differenz zwischen vorgegebe
ner und tatsächlicher Meßposition gebildet wird, wobei diese
Differenz jeweils als Korrekturwert in der Steuerung regi
striert wird und wobei entsprechend den Korrekturwerten nach
Abschluß der Kalibrierphase die von der Wegmeßeinrichtung
erfaßten Meßwerte kompensiert werden.
Wenn bei einer Werkzeugmaschine Verfahrwege zu messen sind, er
folgt dies entweder dadurch, daß an einem Schlitten der Maschi
ne angebrachte Längenmaßstäbe abgetastet werden (direktes Meß
system) oder daß ein rotatorischer Meßgeber die Drehbewegung
eines Motors oder einer Spindel überwacht, die eine Schlitten
bewegung der Maschine verursacht (indirektes Meßsystem).
Bei direkten Meßsystemen entstehen Meßfehler primär dadurch,
daß eine wirtschaftliche Fertigung des Längenmaßstabes nur
innerhalb vorgegebener Toleranzen möglich ist. Diese können
zwar mittels mechanischer Stellschrauben zum Dehnen oder
Strecken des Längenmaßstabes korrigiert werden, jedoch ist
dieses Verfahren relativ aufwendig. Bei indirekten Meßsystemen
entstehen Meßfehler insbesondere dadurch, daß die vermessende
translatorische Bewegung durch eine Spindel ausgelöst wird, die
fertigungsbedingte Steigungsfehler längs des Verfahrbereiches
aufweist. Ferner verursacht jede Richtungsänderung eine gewisse
Weghysterese, die durch Leerwege des Systems bedingt ist.
Diese Meßfehler können bei beiden Meßsystemen mit Hilfe von
Präzisionsmeßeinrichtungen ermittelt werden. Dazu werden alle
zu vermessende Sollpositionen nacheinander von einem die Ver
messeung vornehmenden Bediener oder per Steuerungs-Programm
(NC-Programm bzw. RC-Programm) angefahren und die jeweiligen
Korrekturwerte, die angeben, inwieweit die tatsächliche
Position von der mit Hilfe der Wegmeßeinrichtung jeweils
erfaßten Position abweicht, werden in einem Fehlerdiagramm
aufgezeichnet. Ein solches Steuerungsprogramm ist dabei aller
dings nicht hinsichtlich Geschwindigkeit und/oder Beschleuni
gung sowie hinsichtlich der beiden möglichen Bewegungsrichtun
gen parametrisiert. Das resultierende Fehlerdiagramm wird
manuell oder rechnergestützt ausgewertet, indem es entweder
dazu verwendet wird, daß die eingangs genannten mechanischen
Korrekturen des Längenmaßstabes vorgenommen werden oder daß
die Korrekturwerte nach Abschluß der Vermessung der Steuerung
vorgegeben werden, damit diese dann automatisch die von der Weg
meßeinrichtung erfaßten Meßwerte korrigiert. Auch diese Vorge
hensweise erfordert jedoch einen relativ hohen Zeitaufwand für
die Vermessung und kann nur durch hochqualifiziertes Personal
vorgenommen werden.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der
DE 33 02 063 A1 bekannt. Dabei wird für alle möglichen Posi
tionen längs eines zu verfahrenden Weges für verschiedene ther
mische Zustände und Lastbedingungen ermittelt, welche jeweiligen
Korrekturwerte anzusetzen sind. Auf individuelle Feder-
Masse-Verhalten der Achsen wird dabei jedoch nicht abgestellt.
Ferner ist aus der EP 01 82 394 A2 ein ähnliches Kalibrier
system bekannt, bei dem eine vorteilhafte Speicherung und
Verarbeitung von Korrekturwerten beschrieben ist.
Weiterhin ist die Berücksichtigung von Beschleunigungen bei
einer Positionsregelung aus der DE 30 46 363 A1 bekannt und
aus der Veröffentlichtung "Feinwerktechnik & Meßtechnik" 85
(1977) 7, Seite 343-353 ist es u.a. auch bekannt, einer nume
rischen Steuerung einen Weg-Zeit-Verlauf vorzugeben, bei dem
die vorgegebenen Meßpositionen alternierend aus beiden Richtun
gen anzufahren sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß das Feder-Masse-Verhalten der
jeweils zu vermessenden Achse berücksichtigt werden kann.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
für den Kalibriervorgang der numerischen Steuerung ein Weg-
Zeit-Verlauf vorgegeben wird, bei dem der verfahrbare Weg mehr
fach mit jeweils unterschiedlich hohen Beschleunigungen bzw.
Verzögerungen durchfahren wird, und daß die wegabhängigen Kor
rekturwerte für die unterschiedlichen Beschleunigungsbedingun
gen der Maschine registriert werden. Dadurch, daß ein parametrisierter
Weg-Zeit-Verlauf gewählt ist, wird die Qualität
der Ermittlung der Korrekturwerte unabhängig von der Sorgfalt
des jeweiligen Bedieners. Bei einer Präzisionsmeßeinrichtung
mit einem zugeschalteten Kompensationsrechner könnte der para
metrisierte Weg-Zeit-Verlauf auch von dieser Einrichtung der
Steuerung zugespielt werden. Der Kompensationsrechner kann als
Softwaremodul mit Hardwarezusatz ausgebildet sein und kann
prinzipiell im Steuerungsrechner, in der Präzisionsmeßeinrich
tung oder in einer beliebigen Komponente der Gesamtanordnung
installiert sein.
Eine erste vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, daß bei einer Streuung unterliegenden Meßwerten
in der numerischen Steuerung jeweils der im Streuungsschwerpunkt
liegende Meßwert als relevanter Korrekturwert gespeichert wird.
Die Berechnung des Fehlerschwerpunktes kann dabei entweder in
der eigentlichen Steuerung oder aber in einem an die Steuerung
angeschlossenen Programmiergerät vorgenommen werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Meßvorgang der Präzisionsmeßeinrichtung
jeweils durch ein Triggersignal mit dem Meßvorgang der Wegmeß
einrichtung synchronisiert wird. Dadurch ist es möglich, auf
ein kontinuierliches Messen der Präzisionsmeßeinrichtung zu ver
zichten und die Ergebnisse der Präzisionsmeßeinrichtung syn
chron zu den von der Wegmeßeinrichtung gemeldeten Zeitpunkten
des Erreichens der Meßpositionen zu beschränken. In Abhängig
keit vom angewählten Meßverfahren kann das Triggersignal von
der NC oder vom Kompensationsrechner ausgelöst werden. Das
Triggersignal bewirkt ein zeitsynchrones Erfassen der Position
der Wegmeßeinrichtung und der Präzisionsmeßeinrichtung. Dadurch
ist der Meßablauf schneller, weil der Meßvorgang nicht erst
nach Ablauf einer fixen Zeit gestartet wird, sondern mit dem
"Position-Erreicht-Signal" der NC zuzüglich einer sehr kurzen
Beruhigungszeit. Weiterhin bietet das Meßverfahren mit Trigger
signal alternativ oder zusätzlich die Möglichkeit der fliegen
den Achsvermessung.
Hierbei erzeugt der Kompensationsrechner ein Steuerungsprogramm
für eine Vermessung bei dynamischen Achsbewegungen mit Trigger
signalen zum zeitsynchronen Erfassen der Positionen von Wegmeß
einrichtung und Präzisionsmeßeinrichtung. Aus der Meßreihe
des fliegenden Meßverfahrens können vom Kompensationsrechner
zusätzliche Werte zur Berechnung der Korrekturwerte und des
dynamischen Verhaltens der Einrichtung abgeleitet werden.
Dadurch, daß zunächst die Korrekturwerte in relativ groben
Schritten ermittelt werden und daß daraufhin die Korrekturwerte
in sich anschließenden Feinschritten hinsichtlich ihrer Ge
nauigkeit verbessert werden, können die relevanten Korrektur
werte relativ schnell mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
Dabei wird dies insbesondere dadurch ermöglicht, daß jeweils
dort Feinschritte ausgelöst werden, wo die groben Schritte
Korrekturwerte einer vorgegebenen Mindestgröße überschreiten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar
gestellt und wird im folgenden näher erläutert.
Dabei zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Erfindung und
Fig. 2 eine Korrekturwerttafel.
In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist als gestrichelter Block eine
Werkzeugmaschine WM angedeutet. Dabei ist für eine Achse ein
Servomotor SM gezeigt, der über eine Kugelrollspindel K mit dem
Maschinentisch MT der Werkzeugmaschine WM verbunden ist. (Im
weiteren wird der Übersichtlichkeit halber nur auf diese eine
Achse eingegangen, wobei die Erfindung selbstverständlich auf
beliebig viele Achsen der Werkzeugmaschine WM anwendbar ist.)
Mit dem Maschinentisch MT wird ein Abtastkopf AK über den Ver
fahrweg des Maschinentisches MT hin längs eines Längenmaßstabes
L geführt. An diesem sind Wegmarken vorgesehen, die vom Abtastkopf
AK abgetastet werden. Die Ausgangssignale des Abtastkopfes
geben einer Werkzeugmaschinensteuerung NC für die Werkzeugma
schine WM stets Aufschluß darüber, wo sich der Maschinentisch MT
längs seines Verfahrweges befindet.
Die Werkzeugmaschinensteuerung NC dient dazu, daß gemäß vorgege
benen Bearbeitungsprogrammen unter anderem der Servomotor SM an
gesteuert wird. Dabei ist es im Interesse einer hohen Bearbei
tungsgenauigkeit erforderlich, daß die Ist-Position des Maschinen
tisches MT mit Hilfe des Abtastkopfs AK und des Längenmaßstabes
L exakt erfaßt wird. Dies wäre jedoch an das Erfordernis gebun
den, daß der Längenmaßstab L mit einer Fertigungstoleranz herge
stellt worden wäre, die wesentlich größer wäre als die erstrebte
Bearbeitungsgenauigkeit durch die Werkzeugmaschine. Da dies je
doch nicht unbedingt gewährleistet ist, muß für eine Vielzahl
von Meßpositionen entlang des Verfahrweges des Maschinentisches
MT während einer Kalibrierphase festgestellt werden, inwieweit der
von der Meßeinrichtung ermittelte Ist-Wert einer Kompensation
bedarf.
Dazu dient ein Meßgerät M, das als ein Laser-Interferometer aus
gebildet ist und das mit einem Reflektor R am Maschinentisch MT
korrespondiert. Mit Hilfe des Meßgerätes M wird die jeweilige
genaue Position des Maschinentisches MT der Werkzeugmaschinen
steuerung NC gemeldet. Eine Triggerung kann beispielsweise so
vorgenommen werden, daß stets dann, wenn die Wegmeßeinrichtung
am Abtastkopf AK und Längenmaßstab L eine von mehreren vorge
gebenen Meßpositionen innerhalb des verfahrbaren Weges des Ma
schinentisches MT erfaßt hat, ein Meßvorgang des Meßgerätes M
ausgelöst wird. Es ist aber auch dadurch eine Triggerung mög
lich, daß von der Werkzeugmaschinensteuerung NC ein Signal
"Position erreicht" oder "Stillstand" ausgelöst wird. Wenn die
tatsächlichen vom Meßgerät M erfaßten Positionen des Maschinen
tisches MT und die von der Wegmeßeinrichtung erfaßten Soll-Posi
tionen dann in der Werkzeugmaschinensteuerung NC oder einem der
Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Programmiergerät
z. B. mittels eines Korrekturwertrechners der eingangs genannten
Art miteinander verglichen werden, führt dies dazu, daß sich
Korrekturwerte ermitteln lassen, die nach Abschluß der Kalibrier
phase, in der das Meßgerät M verwendet wird, im weiteren eine
Korrektur der von der Wegmeßeinrichtung gelieferten Meßwerte
in der Werkzeugmaschinensteuerung NC bewirken.
Beispielsweise aufgrund von Leerwegen aber insbesondere wegen
Elastizitäten der mechanischen Elemente der Werkzeugmaschine WM
ist es jedoch nicht immer ausreichend, jede Meßposition nur ein
einziges Mal anzufahren. Aus diesem Grunde wird während der Kalibrier
phase ein parametrisierter Weg-Zeit-Verlauf der Werkzeugmaschinen
steuerung NC in Form eines Programms oder Programmsatzes vorge
geben. Gemäß diesem Weg-Zeit-Verlauf erfolgt die Ermittlung der
Korrekturwerte. Wesentlich für diesen Weg-Zeit-Verlauf ist es,
daß die einzelnen Meßpositionen, im Ausführungsbeispiel Meßposi
tionen x0, x1 und x2, mehrfach angefahren werden und dies auch
(ggf. fliegend) aus verschiedenen Richtungen heraus. Ferner
wird im dargestellten Weg-Zeit-Verlauf, bei dem der Weg durch
die Achse s und die Zeit durch die Achse t angegeben ist, davon
ausgegangen, daß die Bewegung des Maschinentisches MT mit ver
schiedenen Beschleunigungen verläuft.
Von der Meßposition x0 an wird zur Zeit t0 (Punkt 0) der Ma
schinentisch MT mit einer positiven Beschleunigung +b₁ bis zu
einer Meßposition x1 zur Zeit t1 beschleunigt (Pkt. I). Von dort
an wird der Maschinentisch MT mit der negativen Beschleunigung
-b1 bis zur Meßposition x2 zur Zeit t2 (Ort II) abgebremst und
dann in Gegenrichtung wiederum bis zur Meßposition x1 bis zur
Zeit t3 mit der positiven Beschleunigung +b1 beschleunigt (Pkt. III).
Von dort an erfolgt wiederum ein Abbremsen mit der negativen Be
schleunigung -b1 bis zur Meßposition x0 zur Zeit t4 (Pkt. IV).
Nachdem somit der Maschinentisch MT den Verfahrweg sowohl für die
positive Beschleunigung +b1 wie auch die negative Beschleunigung
-b1 in beiden Richtungen durchfahren hat, schließt sich daran
der gleiche Vorgang wie für eine erhöhte Beschleunigung b2 an.
So wird ausgehend von der Meßposition x0 zur Zeit t4 (Pkt. IV)
bis zur Meßposition x1 zur Zeit t5 (Pkt. V) mit der Beschleuni
gung +b2 der Maschinentisch MT beschleunigt und dann bis zur Meß
position x2 zur Zeit t6 (Pkt. VI) mit der negativen Beschleunigung
-b2 verzögert und dann in Richtung auf die Meßposition x1 zur
Zeit t7 (Pkt. VII) wieder mit der Beschleunigung +b2 beschleunigt.
Daraufhin schließt sich vom Zeitpunkt t7 bis zum Zeitpunkt t8
am Ort der Meßposition x0 (Pkt. VIII) eine Bremsphase mit negati
ver Beschleunigung -b2 an.
Während im Ausführungsbeispiel für die Meßpositionen nur die
drei Meßpositionen x0, x1 und x2 angegeben sind, werden natur
gemäß zwischen diesen Extremwerten eine Vielzahl von einzelnen
Meßpositionen berücksichtigt, die jedoch der Übersichtlichkeit
halber im Weg-Zeit-Diagramm nicht angedeutet sind.
In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist der eben geschilderte Sach
verhalt in Form einer Korrekturwerttafel noch einmal angedeutet.
Zeilenweise sind dort für die Meßpositionen x0, x1 und x2 und
für die Beschleunigungswerte +b1 bis +bn, -b1 bis -bn die resul
tierenden Korrekturwerte als delta (x0 . . . 2, ±b1. . .n) angegeben.
Damit soll auch gezeigt werden, daß der im Zusammenhang mit Fig. 1
vorgesehene Kalibriervorgang nicht nur für zwei Beschleunigungswerte
sondern für eine beliebige Anzahl n von Beschleunigungswerten
möglich ist.
Claims (5)
1. Verfahren zum Ermitteln von Korrekturwerten für die von
einer Wegmeßeinrichtung einer numerisch gesteuerten Handha
bungs- oder Produktionsmaschine, insbesondere einer Werkzeug
maschine oder eines Roboters, erfaßten Meßwerte unter Verwen
dung einer zusätzlichen Präzisionsmeßeinrichtung während einer
Kalibrierphase, wobei dabei vorgegebene Meßpositionen entlang eines
verfahrbaren Weges angefahren werden, wobei synchron mit dem
von der Wegmeßeinrichtung ermittelten Erreichen der vorgegebe
nen Meßpositionen von der Präzisionsmeßeinrichtung jeweils die
tatsächliche Meßposition bestimmt wird, wobei jeweils die
Differenz zwischen vorgegebener und tatsächlicher Meßposition
gebildet wird, wobei diese Differenz jeweils als Korrekturwert
in der Steuerung registriert wird und wobei entsprechend den
Korrekturwerten nach Abschluß der Kalibrierphase die von der Weg
meßeinrichtung erfaßten Meßwerte kompensiert werden, da
durch gekennzeichnet, daß für den Kalibrier
vorgang der numerischen Steuerung (NC) ein Weg-Zeit-Verlauf
(S=F(t)) vorgegeben wird, bei dem der verfahrbare Weg mehrfach
mit jeweils unterschiedlich hohen Beschleunigungen bzw.
Verzögerungen durchfahren wird, und daß die wegabhängigen
Korrekturwerte für die unterschiedlichen Beschleunigungsbedin
gungen der Maschine registriert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei einer Streuung unterliegenden Meß
werten in der numerischen Steuerung (NC) jeweils der im Streuungsschwerpunkt
liegende Meßwert als relevanter Korrekturwert gespeichert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Meßvorgang der Präzisions
meßeinrichtung (M, R) jeweils durch ein Triggersignal mit dem Meß
vorgang der Wegmeßeinrichtung (L, AK) synchronisiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß zunächst die
Korrekturwerte in relativ groben Schritten ermittelt werden
und daß daraufhin die Korrekturwerte in sich anschließenden
Feinschritten hinsichtlich ihrer Genauigkeit verbessert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß jeweils dort Feinschritte ausgelöst
werden, wo die groben Schritte Korrekturwerte einer vorgege
benen Mindestgröße überschreiten.
Priority Applications (1)
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DE19873714028 DE3714028A1 (de) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | Verfahren zum ermitteln von korrekturwerten fuer die von einer wegmesseinrichtung einer numerisch gesteuerten handhabungs- oder produktionsmaschine erfassten messwerte |
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DE19873714028 DE3714028A1 (de) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | Verfahren zum ermitteln von korrekturwerten fuer die von einer wegmesseinrichtung einer numerisch gesteuerten handhabungs- oder produktionsmaschine erfassten messwerte |
Publications (2)
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DE3714028A1 DE3714028A1 (de) | 1988-11-17 |
DE3714028C2 true DE3714028C2 (de) | 1992-02-13 |
Family
ID=6326368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19873714028 Granted DE3714028A1 (de) | 1987-04-27 | 1987-04-27 | Verfahren zum ermitteln von korrekturwerten fuer die von einer wegmesseinrichtung einer numerisch gesteuerten handhabungs- oder produktionsmaschine erfassten messwerte |
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