Schleppabstand: Soll, Ist und Rückführung richtig verstehen

Thema: CNC-Steuerung & Achsen

Bei einer geregelten Achse kann der Istwert beispielsweise aus einem Motorencoder oder einem linearen Maßstab stammen. Bei einer offenen Schrittmotoransteuerung kann eine Software hingegen eine aus erzeugten Schritten berechnete Position zurückmelden. Dieselbe Bezeichnung „Position feedback“ muss deshalb auf ihre tatsächliche Signalquelle geprüft werden.

Vorzeichen und Zeitpunkt gehören zur Angabe

Für ein eigenes Lehrbeispiel nehmen wir vier Momentaufnahmen einer Achse. Alle Werte sind in Millimetern und frei gewählt. Es handelt sich nicht um Messungen meiner Maschine und nicht um zulässige Grenzwerte.

Warum ein guter Endpunkt allein nicht genügt

Während einer Bearbeitung wirkt die gesamte Bahn. Eine Achse kann am Ende das Ziel erreichen und unterwegs dennoch von ihrer Vorgabe abweichen. Bei mehreren Achsen kommt hinzu, wie sich die Abweichungen zueinander verhalten. Aus einem einzelnen Schleppabstandswert lässt sich daher nicht allgemein die Form eines Konturfehlers berechnen; „aus jedem Kreis wird eine Ellipse“ wäre zu pauschal.

Auch der umgekehrte Schluss ist falsch: Ein kleiner am Motor gemessener Fehler schließt Abweichungen hinter diesem Messort nicht aus. Der Beitrag über Wegmesssysteme erklärt, welche mechanischen Übertragungen die Rückführung jeweils umfasst.

Following Error bei einer Schrittmotoransteuerung

LinuxCNC stellt beim Stepgen-Baustein unter anderem einen aus erzeugten Schritten gewonnenen Positionswert bereit. Ohne unabhängigen Geber ist dieser Wert keine Messung der tatsächlichen Motor- oder Tischlage. Eine Überwachung kann dann beispielsweise eine Abweichung zwischen Bewegungsvorgabe und Schrittgenerierung erkennen, aber nicht jeden real verlorenen Schritt nachweisen.

Ein Motor mit lokal geschlossenem Regelkreis ändert daran nur so viel, wie seine Rückmeldungen tatsächlich nach außen geführt und ausgewertet werden. Die Begriffe „Closed Loop“ und „Servo“ ersetzen deshalb keinen Signalplan. Zuerst muss klar sein, wer welche Position misst und welche Abweichung überwacht wird.

Grenzwerte sind keine universellen Einstelltipps

In LinuxCNC stehen FERROR und MIN_FERROR für Grenzen der zulässigen Abweichung. Die Dokumentation beschreibt bei entsprechender Konfiguration eine geschwindigkeitsabhängige Überwachung. Die dort gezeigten Beispielzahlen sind keine Empfehlung für eine beliebige Fräse. Einheiten, Kinematik, Rückführung und Bewegungsgrenzen müssen zusammenpassen.

Ein Alarm sollte nicht durch beliebiges Vergrößern der Grenze zum Schweigen gebracht werden. Ebenso sind pauschale PID-Werte ohne Kenntnis des Systems kein belastbarer Lösungsvorschlag. Zunächst braucht es einen nachvollziehbaren Fehlerzustand und passende Aufzeichnungen.

Diagnose in sinnvoller Reihenfolge

• Soll- und Istsignal eindeutig benennen, Einheiten und Vorzeichen prüfen.
• Feststellen, ob der Istwert gemessen oder aus Ansteuerungssignalen berechnet ist.
• Betriebszustand, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Zeitpunkt des Fehlers dokumentieren.
• Mechanik, Versorgung, Schnittstellen und Rückmeldungen fachkundig prüfen.
• Regler- und Grenzwertänderungen nur anhand der Herstellerunterlagen und mit überprüfbarem Ergebnis vornehmen.

Meine selbst auf CNC umgerüstete Optimum BF 20 ist kein Beleg für einen hier angenommenen Antrieb oder Encoder. Die Architektur behandelt CNC-Steuerung; die Abgrenzung zu einer Messung am fertigen Teil steht unter Messabweichung.