Echtzeit-Kollisionsschutz an NC-Drehmaschinen

Von modernen Fertigungsanlagen wird erwartet, daß sie durch eine verbesserte Leistungsfähigkeit verbunden mit einer großen Flexibilität eine Steigerung der Produktivität sicherstellen /M1/. Bei Drehmaschinen zum Beispiel wird dies durch höhere Verfahrgeschwindigkeiten, mehrere Schlitten und entsprechend aufwendige Steuerungen erreicht. Als Folge davon werden die entsprechend komplexen Maschinen störungsanfälliger und schwieriger zu bedienen. Kollisionen durch Fehleingaben der Bedienperson und durch Fehl funktionen der Steuerung verursachen hohe Kosten. Um solche Schäden zu vermeiden oder wenigstens zu reduzieren, wurden verschiedene Systeme entwickelt, die Kollisionen verhindern oder wenigstens die Folgen in Grenzen halten sollen. Allerdings decken diese Systeme immer nur Teilbereiche der Kollisionsursachen ab, so daß sie nur teilweisen Schutz bieten. Die Frage nach einem umfassenden Kollisionsschutz, der in Echtzeit möglichst alle Kollisionsursachen rechtzeitig erkennt, wird deshalb immer dringender.

Die Entwicklung eines möglichst umfassenden Kollisionsschutzsystems setzt eingehende Untersuchungen voraus, die die Kollisionsursachen genau klassifizieren, so daß ein Anforderungsprofil erstellt werden kann. Da ein 100% sicheres System technisch nicht möglich und wirtschaftlich auch nicht sinnvoll ist, muß versucht werden, die Hauptursachen der Kollisionen zu erfassen, um so einen Ansatzpunkt für ein optimales, technisch real isierbares Kollisionsschutzsystem zu erreichen. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, nicht nur die Kollisionsursachen, sondern auch bereits vorhandene Systeme auf ihre Vor- und Nachteile hin zu untersuchen.

Die in Kapitel 4 beschriebene Bahnüberwachung verifiziert die Ausführung der Befehle durch die Steuerung. Sie geht davon aus, daß diese Anweisungen einen kollisionsfreien Betrieb der Maschine ermöglichen. Fehlerhafte Befehle oder Programme müssen deshalb schon vor der Ausführung erkannt werden. Diese Aufgabe wird von der Geometrieüberwachung übernommen, die mit Hilfe eines Modells des gesamten Arbeitsraumes eine Simulation der geometrischen Verfahrbefehle in Echtzeit durchführt und so in der Lage ist, mögliche Kollisionen rechtzeitig zu erkennen.

Die Betriebssicherheit von NC-Maschinen kann durch redundante Hardware wesentlich erhöht werden. Deshalb soll die Bahnüberwachung als zusätzlicher Steuerungsbaustein unabhängig von der Bahnsteuerung deren Funktion überwachen. Ein umfassender Kollisionsschutz muß nicht nur die Auswirkungen von Bedienungsfehlern, sondern auch Kollisionen verhindern, die durch Fehl funktionen der Maschine und der Steuerung auftreten.

Eine nicht zu unterschätzende Bedeutung kommt der Programmiersprache zu, die folgende Eigenschaften aufweisen muß:

Es bietet sich eine Weiterentwicklung des Kollisionsschutzsystems in zwei Richtungen an. In den folgenden Abschnitten sollen einige Anregungen gegeben werden, wie das Kollisions schut zsys tem entsprechend ergänzt werden kann.

In dieser Arbeit wurde ein Basissystem für einen umfassenden Kollisionsschutz für die 2-Achsen-Drehbearbeitung entwickelt und auf seine Einsatzfähigkeit hin untersucht. Ein besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Verbindung von technischer Funktionalität mit einfachem Aufbau gelegt, um der Forderung nach einer wirtschaftlich einsetzbaren Lösung gerecht zu werden. Vorhandene Systeme erfüllen die umfassenden Anforderungen nur teilweise. Die Lösung beruht im wesentlichen auf dem neuen Prinzip, daß eine Steuerung redundant aufgebaut wird und so in der Lage ist, Fehlersituationen zu erkennen und vor Eintritt eines Schadens geeignete Maßnahmen zu treffen.