Bewegungssteuerung

- Vorteile:

• keine Schleifkontakte, daher wartungsarm
• geringere Läufererwärmung
• bessere Dynamik

-Nachteile:

• aufwändigere Ansteuerung
• Erfassung der Rotorlage zur Drehfeldansteuerung notwendig

- speziell für hochdynamische Antriebe als Stellglied in Regelkreisen optimierter Motor

Drehzahl des Rotors ist geringer als (und damit asynchron zur) Frequenz des Drehfeldes

Begründung:

• auf dem Rotor befinden sich keine Permanentmagnete, sondern eine kurzgeschlossene Läuferwicklung
• erst durch die Drehzahldifferenz (Schlupf) wird die Läuferwicklung erregt und dadurch das nötige Magnetfeld erzeugt

analog: kontinuierliche Zuordnung von Messwerten zur Messgröße , dadurch unendliche Anzahl von Messwerten im Messbereich

digital: diskrete Zurodnung von Messwerten zur Messgröße, dadurch endliche Anzahl von Messwerten im Messbereich

- Auswertung von zwei Signalen, die 90° phasenverschoben zur Teilungsperiode der Maßverkörperung aufgenommen werden

- Aus der aktuellen Phasenverschiebung der beiden Signale zueinander (+ 90° oder -90°) kann auf die Bewegungsrichtung geschlossen werden

- Prinzip: Jedem Wegelement ist eine eindeutige Zahl (Code) zugeordnet

- Konsequenz: Je größer der Messbereich und je kleiner die Auflösung, desto mehr Codespuren (und damit Arbeitsaufwand, Bauraum, Kosten) werden benötigt

- Abtastfehler: Übergang von einem Wert zum nächsten erfolgt nicht in allen Codespuren synchron und ist daher nicht immer eindeutig

- Umgehung: GRAY-Code, V-Abtastung

- Bewegung einer Vorschubachse auf eine bekannte Position im Maschinenkoordinatensystem (Referenzpunkt)

- wo: an Vorschubachsen mit inkrementellen Messsystemen

- wofür: Herstellung eines Bezuges (Referenzierung) zwischen dem Messsystemnullpunkt und dem Achs- bzw. Maschinennullpunkt

- wann: nach dem Einschalten und Hochlauf der Maschine, ggf. nach Havarie / Notaus

nein

- auch hier muss Bezug zwischen Messsystem- und Maschinennullpunkt hergestellt werden, Referenzierung erfolgt aber nur einmalig bei Inbetriebnahme der Maschine

Was: mehrere zusätzliche Marken auf dem Maßstab eines inkrementellen Messsystems mit jeweils verschiedenen, aber eindeutigen Abständen zwischen benachbarten Marken

- Wofür: Referenzierung des inkrementellen Messsystems

- Wie: Überfahren von zwei benachbarten Referenzmarken und Messung ihres Abstandes über das inkrementelle Messsystem --> eindeutige Zuordnung der aktuellen Achsposition zum Messsystemnullpunkt möglich

- Vorteil: kürzere Referenzierungswege möglich

siehe Skript

- Lageregler, Drehzahlregler, Stromregler

- Antriebsteller, Motor, Mechanik

- Lagerückführung: direktes / indirektes Messsystem

- Geschwindigkeitsrückführung: Tachogenerator oder Differenzieren des Lagesignals

- Schleppabstand = notwendige Regelabweichung am Eingang des P-Lagereglers, damit während einer Bewegung ein Geschwindigkeitssollwert v_soll>0 erzeugt wird

- Definition: e=v_f / K_v

- Reduzierung: Geschwindigkeit reduzieren, K_v Faktor erhöhen, Vorsteuerung

- direkte Vorgabe der Sollgeschwindigkeit an den unterlagerten Drehzahlregelkreis

- bewirkt: schnellere Reaktion des Regelkreises auf veränderte Sollwertvorgabe

--> besseres Führungsverhalten des Regelkreises

--> Reduzierung des Schleppabstandes

- Eingangsgrößen:= Geschwindigkeitssollwerte

--> Vorausberechnung und Vorgabe über die Steuerung

--> Ableitung aus den Lagesollwerten (Differenzieren)

mit Geschwindigkeitsvorsteuerung bei konstanter Achsgeschwindigkeit (v=const.)

- Schnittstelle zwischen Steuerung und Antrieb

- Grundtypen:

• analog, z. B. +/- 10 V
• digital, z. B.: SERCOS, EtherCAT

- primär: Vorgabe von Sollwerten von der Steuerung an den Antrieb (analog / digital)

- Übertragung von Istwerten vom Antrieb an die Steuerung (nur digital)

- Antriebsparametrierung (nur digital)

- Antriebsdiagnose (nur digital)

- geringere Störempfindlichkeit

- Reduzierung des Verkabelungsaufwandes

- bidirektionale Datenübertragung zwischen Antrieb und Steuerung möglich

- Antriebsparametrierung und -diagnose über die Steuerung möglich

- Lageregelkreis kann im Antrieb geschlossen werden

- keine Übertragungstotzeit innerhalb des Regelkreises --> bessere Regelkreisdynamik

- Messsystemschnittstellen liegen komplett im Antriebsregelgerät

- geringere Rechenlast in der Steuerung

digitale Antriebsschnittstelle

Vorwärtstransformation: Transformation vom Antrieb auf den Abtrieb (vorwärts)

- Größen: Umrechnung von Achspositionen in die zugehörige Endeffektorpose

- Anwendungen:

• Anzeige der aktuellen Istpose auf der Bedienoberfläche der Steuerung
• Simulation von Bewegungsfehlern

Rückwärtstransformation: Transformation vom Abtrieb auf den Antrieb (rückwärts)

- Größen: Umrechnung der Endeffektorpose in die zugehörigen Achspositionen

- Anwendungen:

• Berechnung der Achssollwerte in der Steuerung
• Simulation von Bewegungsfehlern

- seriell:

• V: eindeutig, einfach (analytisch) zu berechnen
• R: mehrdeutig, aufwendig (numerisch) zu berechnen

- parallel:

• V: mehrdeutig, aufwendig (numerisch) zu berechnen
• R: eindeutig, einfach (analytisch) zu berechnen

seriell:

•  Vorschubachsen sind zwischen Gestell und bewegtem Endeffektor hintereinander (seriell) angeordnet
•  eine Achse trägt alle in der kinematischen Kette nachfolgenden Achsen

parallel:

• alle Vorschubachsen wirken (parallel) zwischen Gestell und bewegtem Endeffektor
• keine Achse trägt eine andere

spezielle Kinematik mit seriellen und parallelen Teilstrukturen

- kinematische Struktur mit mehr Antrieben als Bewegungsfreiheitsgraden

- Ansteuerung:

• ist mehrdeutig: eine Endeffektorpose hat unendlich viele Achssollwertkombinationen
• Eindeutigkeit nur mit zusätzlichen Randbedingungen erreichbar

- Vorteile:

• Erweiterung des verfügbaren bzw. zulässigen Arbeitsraumes
• Erhöhung der Bewegungsdynamik
• Optimierung der poseabhängigen Steifigkeit
• Absicherung definierter Strukturbelastungen (z. B. Seilkinematik, nur Zugkräfte)

- 5-Achs-Maschine mit drei translatorischen (X, Y´,Z´,) und zwei rotatorischen (A,B) Achsen

-X: translatorische Achse, Werkzeug wird bewegt

- Y´, Z´: translatorische Achse, Werkstück wird bewegt

- A,B: rotatorische Achsen, Werkzeug wird bewegt

- zeitrichtige Zerlegung einer Bahn (Diskretisierung in einzelne Stützpunkte) entsprechend des Bahnprofils

- erforderlich zur Ermittlung der Sollwerte für die Lageregelung der Vorschubachsen

Grob: Annäherung einer komplexen Bahngeometrie durch einfachere Geometrien (z.B. Geraden- oder Kreisbogensegmente)

Fein: Erzeugung von Bahnstützpunkten bzw. Achssollwerten im Lageregeltakt

- Verlauf der Geschwindigkeit über Bahn-(geometrie)

- benötigt bei der Bahninterpolation für den Zeitbezug der einzelnen Antriebssollwerte

- Betrachtung des Geschwindigkeitsprofils über mehrere NC-Sätze hinweg im Rahmen der Satzaufbereitung in NC-Steuerungen

- Vorteile:

• Realisierung von Vorschubgeschwindigkeiten >0 an den Satzgrenzen
• Ausnutzung der maximal zulässigen Antriebs- und Maschinengrenzwerte
• Reduzierung von Verfahrzeit und damit Bearbeitungsdauer

- bezeichnen Verfahren zur Bahninterpolation

- Wegrasterverfahren = Bahnzerlegung mit konstantem Weginkrement, damit variable Zeitinkremente --> zur Ansteuerung von Schrittmotoren

- Zeitrasterverfahren = Bahnzerlegung mit konstantem Zeitinkrement, damit variable Weginkremente --> Zur Ansteuerung von Servomotoren

- Ruckbegrenzung = Erzeugung von Bewegungsvorgaben ohne Beschleunigungssprünge (dadurch endlicher / begrenzter Ruck)

- Realisierung: mit Hilfe spezieller Geschwindigkeitsprofile zur Bahninterpolation

- Vorteile:

• Reduzierung der Schwingungsanregung in Beschleunigungs- und Bremsphasen
• sanftere / weichere Bewegungsverläufe

- Nachteile:

• Bewegungsvorgang dauert länger
• Berechnungsaufwand ist größer

- NC- Programm: Textdatei (ASCII), jede Zeile ein NC-Satz

- Programmbeginn: Zeile mit % am Anfang und optional Programmname dahinter

- NC-Sätze: Folge aus einem / mehreren NC-Worten, beginnend mit N-Wort

- N-Worte: Kombination aus Adressbuchstabe und Zahlenwert

- Adressbuchstaben = Kennzeichnung von Funktionen und Parametern

- Zahlenwerte = Funktions- / Satznummern, Achskoordinaten, Parameterwerte

- Bewegungsfunktionen --> Abarbeitung im Interpolator

- Maschinen-/Schaltfunktionen --> Abarbeitung in zusätzlicher SPS

- Fertigungsgeometrie: Konstruktionsdaten des Werkstückes

- Fertigungstechnologie: Reihenfolge, Verfahren, Vorschubgeschwindigkeiten, Spanquerschnitte, Drehzahlen, etc.

- Werkzeuge: Abmessungen und Verfügbarkeit

- Spannmittel: Abmessungen, Verfügbarkeit, ggf. Aufspannlage

- Werkzeugmaschine: Achsen, Arbeitsbereich, Kinematik Bewegungsvorgänge, etc.

- NC-Steuerung: Eingabeformate, Funktionalitäten etc.

- Geometrisch - kinematisch

- Elastisch (statisch, dynamisch)

- Thermisch