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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 Regelkreis 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.

Ein geschlossener Regelkreis ist ein grundlegendes Konzept in der Automatisierung, das ein hohes Maß an Genauigkeit und Zuverlässigkeit bietet, was bei CNC-Anwendungen entscheidend ist. Sein Gegenstück, die Open-Loop System ist einfacher und kostengünstiger und verwendet in der Regel Schrittmotoren. Bei einem System mit offenem Regelkreis sendet die Steuerung einen Befehl (z. B. "bewege 100 Schritte") an den Motor und geht davon aus, dass die Aktion perfekt ausgeführt wird, ohne dass das Ergebnis überprüft werden kann. Dies kann zu Ungenauigkeiten führen, wenn der Motor blockiert, aufgrund hoher Last Schritte verliert oder wenn mechanische Unzulänglichkeiten wie Spiel in den Antriebsschrauben vorhanden sind.

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 in Echtzeit arbeiten können Signalverarbeitung

Anwendungen

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

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • predictive geschlossener Regelkreis systems using AI to anticipate errors before they occur
  • multi-sensor fusion feedback (Akustik, thermal, positional) for holistic machine state awareness
  • Dezentrale Regelung für Schwärme von Fertigungsrobotern
  • Energiegewinnungs-Encoder, die sich durch Maschinenbewegungen mit Energie versorgen
  • Quanten-Positionssensoren für beispiellose Genauigkeit in der Nanofertigung
  • Closed-Loop-Systeme, die den Werkzeugverschleiß auf der Grundlage einer Echtzeit-Rückmeldung der Schnittkraft anpassen
  • biometric feedback loops where the machine adapts to a human operator’s physiological state
  • selbstheilende Steuerungssysteme, die Signale um beschädigte Komponenten herumleiten können
  • Closed-Loop-Steuerung für Soft-Robotik mit flexiblen, verteilten Sensoren
  • Steuerungssysteme, die Umgebungsdaten verwenden, um die thermische Drift vorzukompensieren
Verwandt mit: geschlossener Regelkreis, Steuerung, CNC, Servomotor, Encoder, Rückkopplung, PID-Regler, Genauigkeit, Präzision, Automatisierung.

Historischer Kontext

Regelung in CNC-Systemen

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

10. Jahr Jubiläum

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