DE02763538T1 - Verfahren und system zur automatischen , softwaregestützten steuerung von orientierungsparametern eines wasserstrahls - Google Patents

Verfahren und system zur automatischen , softwaregestützten steuerung von orientierungsparametern eines wasserstrahls Download PDF

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Abstract

Eine Methode zum automatischen und dynamischen Kontrollieren der dreidimensionalen Ausrichtung eines Schneidkopfes eines Fluidstrahlapparates (320) relativ zu einem zu schneidenden Material (303), zum Produzieren eines Zielstückes (310) mit einer Geometrie, die eine Vielzahl von geometrischen Gebilden aufweist, wobei der Fluidstrahlapparat (320) eine Vielzahl von Prozessparametern aufweist, die folgendes umfassen:
Aufnehmen einer Indikation eines Wertes eines Prozessparameters für jeden der Vielzahl an geometrischen Gebilden der Geometrie, wobei wenigstens zwei geometrische Gebilde mit unterschiedlichen Werten der Prozessparameter miteinander assoziiert sind;
automatisches und dynamisches Determinieren eines Orientierungsparameters für jede geometrische Einheit in Übereinstimmung mit dem indizierten Prozessparameterwert, wobei der Orientierungsparameter genutzt wird um wenigstens entweder die Neigung oder Verdrehung des Schneidkopfes zu kontrollieren; und
automatisches Kontrollieren der Bewegung des Schneidkopfes in Übereinstimmung mit dem automatisch determinierten Orientierungsparameter, um das Material (303) so zu schneiden, dass ein Zielstück oder Werkstück (310) erreicht wird.

Claims (55)

  1. Eine Methode zum automatischen und dynamischen Kontrollieren der dreidimensionalen Ausrichtung eines Schneidkopfes eines Fluidstrahlapparates (320) relativ zu einem zu schneidenden Material (303), zum Produzieren eines Zielstückes (310) mit einer Geometrie, die eine Vielzahl von geometrischen Gebilden aufweist, wobei der Fluidstrahlapparat (320) eine Vielzahl von Prozessparametern aufweist, die folgendes umfassen: Aufnehmen einer Indikation eines Wertes eines Prozessparameters für jeden der Vielzahl an geometrischen Gebilden der Geometrie, wobei wenigstens zwei geometrische Gebilde mit unterschiedlichen Werten der Prozessparameter miteinander assoziiert sind; automatisches und dynamisches Determinieren eines Orientierungsparameters für jede geometrische Einheit in Übereinstimmung mit dem indizierten Prozessparameterwert, wobei der Orientierungsparameter genutzt wird um wenigstens entweder die Neigung oder Verdrehung des Schneidkopfes zu kontrollieren; und automatisches Kontrollieren der Bewegung des Schneidkopfes in Übereinstimmung mit dem automatisch determinierten Orientierungsparameter, um das Material (303) so zu schneiden, dass ein Zielstück oder Werkstück (310) erreicht wird.
  2. Methode nach Anspruch 1, wobei das Aufnehmen der Indikation des Wertes des einen Prozessparameters für jedes Gebilde der Vielzahl geometrischer Gebilde des Weiteren umfasst: das Aufnehmen eines Indikatorwertes für die Geschwindigkeit für jeden der Vielzahl der geometrischen Gebilde, wobei wenigstens zwei geometrische Gebilde über unterschiedliche Geschwindigkeiten miteinander assoziiert oder verknüpft sind.
  3. Die Methode nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens die zwei über die unterschiedlichen Geschwindigkeiten miteinander verknüpften oder assoziierten Gebilde sukzessive so angeordnet sind, dass sie entweder eine Beschleunigung oder eine Verlangsamung initiieren.
  4. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das automatische und dynamische Determinieren des Orientierungsparameters für jedes Gebilde in Bezug auf die Geschwindigkeit des Weiteren umfasst: das automatische und dynamische Determinieren des Orientierungsparameters für jedes Gebilde in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit derart, dass die Geschwindigkeit des Schneidens des Materials maximiert wird.
  5. Die Methode in Übereinstimmung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der automatisch determinierte Orientierungsparameter wenigstens entweder einen Steigungswinkel oder einen Kegelwinkel ist.
  6. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das automatische und dynamische Determinieren des Orientierungsparameters für jeden der geometrischen Gebilde zumindest des Weiteren umfasst: das automatische und dynamische Determinieren von wenigstens einem Steigungswinkel oder einem Kegelwinkel zum Schneiden der jeweiligen geometrischen Gebilde in Übereinstimmung mit den in die indizierten Prozessparameterwerten.
  7. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Orientierungsparameter für jeden der zwei sukzessiven Gebilde unterschiedlich sind.
  8. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, die des Weiteren Folgendes umfasst: das automatische Determinieren eines zweiten Orientierungsparameters für das Determinieren der Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit der determinierten Geschwindigkeit und der Vielzahl an Prozessparametern; und das Kontrollieren der Bewegung des Schneidkopfes in Übereinstimmung mit beiden automatisch determinierten Orientierungsparametern.
  9. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die determinierten ersten und zweiten Orientierungsparameter einen Steigungswinkel und einen Kegelwinkel umfassen.
  10. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steigungswinkel oder der Kegelwinkel ein Winkel des Jetstrahls des Schneidkopfes relativ zu dem Material (303) ist.
  11. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das automatische Kontrollieren der Bewegung des Schneidkopfes in Übereinstimmung mit dem automatisch determinierten Orientierungsparameter zum Schneides des Materials zum Produzieren des Zielstückes des Weiteren Folgendes umfasst: das Generieren von Bewegungsinstruktionen, die den automatisch determinierten Orientierungsparameter für jede geometrische Einheit indizieren; und die Bewegung des Schneidkopfes derart beeinflussen, dass er in Übereinstimmung mit den generierten Bewegungsinstruktionen ausgerichtet wird.
  12. Die Methode in Übereinstimmung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die generierten Bewegungsinstruktionen ein Bewegungsprogramm umfassen, das ein Controller des Schneidkopfes kontrolliert.
  13. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, die Folgendes umfasst: das Kommunizieren des Bewegungsprogrammes mit dem Controller des Schneidkopfes.
  14. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Controller Teil des Apparates (320) ist, das den Schneidkopf umfasst.
  15. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegungsinstruktionen maßgeschneidert für den Schneidkopfkontroller werden.
  16. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegungsinstruktionen eine Vielzahl von Command-Sequenzen mit einer x-y Ortsangabe umfassen und wenigstens einen Kegelwinkelkompensationswert und einen Steigungswinkelkompensationswert umfassen, so dass Korrekturen an dem Zielschnitt für den Bediener des Strahlschneidapparates (320) transparent werden.
  17. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegungsinstruktionen eine Vielzahl von Command-Sequenzen umfassen, die inverse kinematische Zusammenhänge indizieren, um den Schneidkopf gemäß einer x-y Ortsangabe und wenigstens dem Kegelwinkel oder dem Steigungswinkel zu kontrollieren, derart, dass dies für einen Bediener des Strahlschneidapparates (320) transparent ist.
  18. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das automatische und dynamische Determinieren des Orientierungsparameters für jede geometrische Gebildeart des Weiteren folgendes umfasst: automatisches und dynamisches Determinieren eines Orientierungsparameters unter Zuhilfenahme eines Vorhersagemodells für einen Schnitt, basierend auf dem Ändern zumindest des Steigungswinkels oder des Kegelwinkels.
  19. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorhersagemodell Werte für wenigstens den Steigungswinkel oder den Kegelwinkel als Funktion der Geschwindigkeitswerte indiziert.
  20. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funktion der Geschwindigkeit des Weiteren als eine Funktion von wenigstens einem der Prozessparameter definiert ist.
  21. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozessparameter wenigstens ein Parameter bezüglich der abrasiven Flussrate, des Düsenöffnungsdurchmessers, der Mixrohrcharakteristika, des Fluiddrucks, der Materialdicke oder des Materialtyps ist.
  22. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorhersagemodell Werte anzeigt, die zumindest für den Steigungswinkel, den Kegelwinkel als Funktion der Beschleunigungswerte stehen.
  23. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorhersagemodell Werte für zumindest den Steigungswinkel oder den Kegelwinkel als Funktion von Verlangsamungswerten indiziert.
  24. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorhersagemodelldaten in einer dynamischen modifizierbaren Codesammlung gespeichert werden.
  25. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorhersagemodell als programmierte Funktion repräsentiert ist, die Werte zurückgibt, welche auf eine Evaluierung einer mathematischen Gleichung basieren oder auf diskrete nachschlagbare Werte zurückgehen.
  26. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mathematische Gleichung eine Gleichung umfasst, die eine Funktion aus Geschwindigkeit und weiteren Koeffizienten umfasst, welche auf Werten basieren, die sich auf Prozessparameterwerte gründen.
  27. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gleichung ein Polynom ist.
  28. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schneidkopf durch Bewegung um wenigstens 4 Achsen kontrolliert wird.
  29. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schneidkopf durch Bewegung um wenigstens 5 Achsen kontrolliert wird.
  30. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Achsen Neigungs- und Verdrehbewegungen des Schneidkopfes relativ zu dem Zielstück oder Werkstück vorsehen.
  31. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidstrahlschneidapparat (320) einen abrasiven Wasserstrahl umfasst.
  32. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fluidstrahlapparat (320) als Hochdruckfluidstrahl ausgelegt ist.
  33. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte durch einen Controller des Strahlschneidapparates (320) durchgeführt werden.
  34. Die Methode nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller in den Strahlschneidapparat (320) eingebettet ist.
  35. Ein computerlesbares Memorymedium, das Instruktionen zum Kontrollieren eines Computerprozessors in Übereinstimmung nach den Schritten gemäß des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 35 zum automatischen und dynamischen Kontrollieren der dreidimensionalen Ausrichtung eines Schneidkopfes eines Fluidstrahlschneid apparates (320) relativ zu einem Material (303), welches geschnitten werden muss, zum Produzieren eines Werkstückes (310) umfasst.
  36. Ein Fluidstrahlkontrollsystem, wie z.B. einen Controller (321; 409), der einen Fluidstrahlapparat (320) zum Produzieren von Material (303) eines Werkstückes (310) mit einer Geometrie, die eine Vielzahl von geometrischen Segmenten umfasst, kontrolliert, wobei der Fluidstrahlapparat (320) einen Schneidkopf hat, der um eine Vielzahl von Achsen rotiert, dadurch gekennzeichnet, dass er folgendes umfasst: einen Schneidkopfkontrollabschnitt, der mit einer Vielzahl von Orientierungswerten zum Schneidkopf des Fluidstrahlapparates (320) zum Orientieren des Schneidkopfes in drei Dimensionen bezüglich der Vielzahl von Achsen zum Schneiden des Werkstückes kommuniziert; und Steigungs- und Kegelwinkelmodellierkomponenten umfasst, die strukturiert sind zum automatischen und dynamischen Determinieren einer Vielzahl von Orientierungswerten für jeden einer Vielzahl von Segmenten der Geometrie in Übereinstimmung mit den Werten der Prozessparameter, die mit jedem Segment verbunden sind, wenigstens zwei Segmenten, die assoziierte Werte des Prozessparameters umfasst, die unterschiedlich sind; und die eine Vielzahl an determinierten Orientierungswerten für jedes Segment zu dem Schneidkopfkontrollinterface zum Kontrollieren der Ausrichtung des Schneidkopfes weiterleiten.
  37. Das System nach Anspruch 37, wobei der Prozessparameter für jeden der Vielzahl an geometrischen Segmenten die Geschwindigkeit indiziert und wobei die wenigstens zwei geometrischen Segmente mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten verknüpft sind.
  38. Das System nach Anspruch 37 oder 38, wobei die wenigstens zwei geometrischen Segmente mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten verknüpft sind und sukzessive so angeordnet sind, dass die zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten entweder eine Beschleunigung oder ein Abbremsen indizieren.
  39. Das System nach wenigstens einem der Ansprüche 37 bis 39, wobei die Steigungs- und Kegelmodellkomponenten des Weiteren so zum automatischen und dynamischen Determinieren der Orientierungswerte, die mit jedem Segment verknüpft sind, und zwar in Übereinstimmung mit den Geschwindigkeiten strukturiert sind, so dass die Geschwindigkeit des Schneidens durch das Material maximiert wird.
  40. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 40, wobei die automatisch determinierten Orientierungswerte wenigstens den Steigungswinkel oder den Kegelwinkel umfassen.
  41. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 41, wobei die automatisch determinierte Vielzahl an Orientierungswerten auch Abstandskompensationswerte umfasst.
  42. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigungs- und Kegelmodellwertkomponenten automatisch die Vielzahl an Orientierungswerten für jeden der Vielzahl an Segmenten der Geometrie in Übereinstimmung mit der Vielzahl an Prozessparametern determiniert.
  43. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 43, wobei die Prozessparameter wenigstens die abrasive Flussrate, die Düsenöffnungsdurchmessparameterwerte, die Mixrohrcharakteristika, die Fluiddrücke, die Materialdicken oder die Materialtypen umfasst.
  44. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 44, wobei die determinierten Orientierungswerte für jeden der zwei sukzessiven Gebilde unterschiedlich sind.
  45. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 45, wobei der Steigungswinkel oder der Kegelwinkel als ein Winkel des Jetstrahls des Schneidkopfes relativ zum Material (303) ist.
  46. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 46, wobei die Orientierungswerte für jeden der Segmente weitergeleitet werden an das Schneidkopfkontrollinterface als Bewegungsmeldung, die die Bewegung des Schneidkopfes zum Ausrichten dieses in Übereinstimmung mit den Orientierungswerten bewirken.
  47. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 47, wobei die Bewegungsinstruktionen ein Bewegungsprogramm umfassen, das ein Controller eines Schneidkopfes kontrolliert.
  48. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 48, das des Weiteren ein Datenspeicher oder Memory umfasst, das ein Vorhersagedatenmodell, basierend auf den Ausrichtungsparametern des Schneidkopfes umfasst, die auf einen Schnitt zurückgehen, bei dem solche Werte Verwendung fanden, und wobei die Steigungs- und Kegelmodellkomponenten so strukturiert sind, dass sie das Vorhersagedatenmodell aus dem Speicher abfragen und automatisch und dynamisch die Vielzahl von Orientierungswerten, hervorgehend auf den Vorhersagedatenmodell determinieren, und zwar basierend auf den Änderungen von wenigstens dem Steigungs- oder Kegelwinkel, nutzen.
  49. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 49, wobei das Vorhersagemodell Werte für wenigstens den Steigungswinkel oder den Kegelwinkel, und zwar als Funktionen der Geschwindigkeitswerte, der Beschleunigungswerte oder der Abbremswerte indiziert.
  50. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 50, wobei das Vorhersagedatenmodell eine programmierte Funktion aufweist, die die Steigungswinkel und Kegelwinkel basierend auf den Prozessparametern ermittelt.
  51. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 51, wobei das Vorhersagemodell als mathematische Gleichung aufgebaut ist oder aus Nachschlagewerten diskreter Werte repräsentiert wird. 53, Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 52, wobei die Gleichung ein Polynom mit unterschiedlichen Koeffizienten ist, wobei ein Wert des Koeffizienten auf einem Wert eines Prozessparameters basiert.
  52. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 53, wobei der Fluidstrahlschneidapparat mehr als ein Dreiachsensystem umfasst.
  53. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 54, wobei der Fluidstrahlschneidapparat ein Wasserjetapparat ist, ein Hochdruckapparat ist, oder ein Niederdruckapparat ist.
  54. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 55, wobei das Controllsystem Teil des Apparates (320) ist, welches den Schneidkopf umfasst.
  55. Das System nach zumindest einem der Ansprüche 37 bis 56, wobei der Schneidkopfkontrollabschnitt und der Steigungs- und Kegelmodellkomponentenabschnitt in einem computernumerischen Controller eingebettet ist.
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