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Regelung in CNC-Systemen

1980
CNC-Maschine mit geschlossenem Regelkreis und Rückmeldeeinrichtungen in der Automatisierung.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Hochpräzise CNC-Maschinen verwenden eine geschlossener Kreislauf Kontrollsystem zur Gewährleistung der Genauigkeit. Dieses System verwendet Rückmeldegeräte, wie z. B. Drehgeber an Servomotoren oder lineare Skalen an den Maschinenachsen, um die tatsächliche Position der Maschine kontinuierlich zu überwachen. Die Steuerung vergleicht dieses Echtzeit-Feedback mit der vom Programm befohlenen Position und nimmt sofortige Korrekturen vor, um Fehler auszugleichen.

A closed-loop control system is a fundamental concept in automation that provides a high degree of accuracy and reliability, which is critical in CNC applications. Its counterpart, the open-loop system, is simpler and less expensive, typically using stepper motors. In an open-loop system, the controller sends a command (e.g., ‘move 100 steps’) to the motor and assumes the action is completed perfectly, with no way to verify the outcome. This can lead to inaccuracies if the motor stalls, loses steps due to high load, or if there are mechanical imperfections like backlash in the drive screws.

Im Gegensatz dazu schließt ein geschlossenes System die Schleife mit einem Rückkopplungssignal. Die Hauptkomponenten sind der Regler, das Stellglied (in der Regel ein Servomotor) und ein Rückführungssensor (ein Encoder oder Maßstab). Die Steuerung sendet einen Bewegungsbefehl an den Servomotor. Der Encoder, der physisch mit der Motorwelle oder der beweglichen Achse der Maschine verbunden ist, misst die tatsächliche Bewegung und sendet einen Strom von Positionsdaten zurück an die Steuerung. Die Logik des Controllers, häufig ein PID-Algorithmus (Proportional-Integral-Derivative), berechnet ständig den "Schleppfehler" - die Differenz zwischen der befohlenen Position und der vom Encoder gemeldeten tatsächlichen Position. Wird ein Fehler festgestellt, passt der Controller das Signal an den Motor an, um die Diskrepanz in Echtzeit zu korrigieren. Dieser kontinuierliche Prozess von Befehl, Messung, Vergleich und Korrektur ermöglicht es dem System, dynamische Variablen wie Werkzeugdruck, Wärmeausdehnung von Maschinenkomponenten und mechanischen Verschleiß zu kompensieren, was zu einer deutlich höheren Präzision und Wiederholbarkeit führt, als dies bei Systemen mit offenem Regelkreis möglich ist.

UNESCO Nomenclature: 3301
- Automatisierung

Typ

Abstraktes System

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • die Erfindung des Servomechanismus
  • Entwicklung der Regelungstheorie, einschließlich des PID-Reglers
  • Erfindung von Positionsrückmeldegeräten wie Dreh- und Lineargebern
  • Verfügbarkeit von Mikroprozessoren, die eine Echtzeit-Signalverarbeitung ermöglichen

Anwendungen

  • hochpräzise Bearbeitung in der Luft- und Raumfahrt
  • Herstellung medizinischer Geräte
  • Halbleiterfertigungsausrüstung
  • Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren
  • Koordinatenmessgeräte (KMG)
  • Industrierobotik

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandt mit: geschlossener Regelkreis, Steuerung, CNC, Servomotor, Encoder, Rückkopplung, PID-Regler, Genauigkeit, Präzision, Automatisierung.

Historischer Kontext

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(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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