Trajektorien online berechnen

Anwendungsbeispiel: Sensorbasiertes Bohren

Anhand folgender Bohrapplikation lässt sich beispielhaft zeigen, wie sich die extrem kurze Zeit zwischen dem Beginn einer Bewegungsberechnung und deren Ausführung in der Praxis auswirkt:
Ein x-y-Tisch, der durch zwei Antriebe bewegt wird, und eine Bohrachse (z-Richtung) werden miteinander koordiniert bewegt. Die Speisung der per Ethercat verbundenen Antriebsregler mit den erforderlichen Sollwerten und Vorsteuergrößen erfolgt hier in Zyklen von 250 µs. Bild 2 zeigt zur Vereinfachung nur den Positions- und Geschwindigkeitsverlauf der z-Achse für zwei Bohrvorgänge. Auf eine langsame Freiraumbewegung zum Positionieren des x-y-Tisches (Phase 1) folgt eine schnelle Anfahrtsbewegung (Phase 2), währenddessen der Kontakt mit dem Material erwartet wird. Im Moment des Kontaktes (bei 102 mm, linker gelber Kreis) wird die exakte aktuelle Position erfasst. Noch im gleichen Regeltakt erfolgt die Generierung einer Bohrbewegung relativ zu dieser Position und es wird unmittelbar mit der Ausführung begonnen (Phase 3). Nach Erreichen einer Bohrlochtiefe von 5 mm wird der Bohrer wieder aus dem Material he­rausgezogen (Phase 4). Beim zweiten Vorgang wird der Kontakt bei 103,1 mm erkannt (rechter, gelber Kreis).

Zusammenfassend kann man festhalten: Durch die Berücksichtigung der exakten Kontaktposition und der unmittelbaren Berechnung und Ausführung der neuen Bewegung lässt sich die Präzision von Bohr-, Dreh-, Fräs- und Pressanwendungen deutlich erhöhen – ohne eine Verlangsamung der Prozesse hinnehmen zu müssen. Verglichen zu bisherigen Lösungen ist bei diesem Ansatz kein Übergangsintervall zwischen zwei Trajekto­riensegmenten notwendig, da die neue Trajektorie direkt an den aktuellen Bewegungszustand anknüpft. Durch diese Art der Reaktivität sind neue Features im Bereich der elektrischen Antriebsregelung möglich. Ausgelöst durch Sensor-Ereignisse während der Programmlaufzeit können Applikationen noch im gleichen Regeltakt auf Bewegungen Einfluss nehmen. Beispiele hierfür sind:

• Unmittelbares Umschalten zwischen kartesischen und Zylinderkoordinaten.
• Unmittelbare Veränderung von Maximalwerten für Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck.
• Unmittelbares Umschalten zwischen ereignisgesteuerten und vorberechneten Bewegungen.

Autoren: Dr. Torsten Kröger ist Inhaber und Geschäftsführer der Firma Reflexxes;
Gerhard Spiegel ist Leiter Marketing und Vertrieb bei Koenig-pa in Lauf a.d. Pegnitz.

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2. Echtzeit-Ethernet – ein wichtiger Baustein
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