DE69227788T2

DE69227788T2 - Fuzzy-Inferenz-basiertes Gerät

Info

Publication number: DE69227788T2
Application number: DE69227788T
Authority: DE
Inventors: Tomomitsu C/O Mitsubishi Denki K.K Nagoya-Shi Aichi Niwa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: EP0530790A2; EP0740237A2; EP0740236B1; EP0740237B1; HK1009051A1; DE69227788D1; US5493502A; JPH0561533A; EP0742511A2; DE69232294D1; EP0740237A3; EP0530790B1; EP0740236A3; DE69229379T2; EP0530790A3; DE69232294T2; KR930006524A; US5532932A; JP3036143B2; DE69229379D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fuzzy-Folgerungseinrichtung, die bei einer numerisch gesteuerten bzw. NC-Werkzeugmaschine angewandt wird.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Eine NC-Steuerungseinheit führt die NC-Verarbeitung entsprechend einem Bearbeitungsprogramm durch, das von einem Papierstreifen oder dergleichen geliefert wird, und treibt eine Werkzeugmaschine entsprechend den Resultaten dieser Verarbeitung, so daß ein Werkstück nach den Anweisungen bearbeitet wird.
Fig. 1 ist ein Blockbild einer bekannten NC-Steuerungseinheit. Ein von einem Streifenleser 11 ausgelesenes Bearbeitungsprogramm wird in einem Speicher 12 gespeichert. Bei Ausführung des Bearbeitungsprogramms wird es aus dem Speicher 12 blockweise ausgelesen. Das Programm wird zuerst von einem Controller 17 verarbeitet, der eine Zentraleinheit bzw. CPU, einen Steuerungsprogrammspeicher usw. enthält. Der Controller 17 führt dann die NC-Steuerungsverarbeitung entsprechend dem Bearbeitungsprogramm durch, wobei er den Servomotor einer Werkzeugmaschine 1 antreibt, so daß ein Tisch oder ein Werkzeugständer entsprechend einem Bewegungsbefehl bewegt wird, oder führt über einen Steuerungskasten 13 einen Steuerungsvorgang durch wie etwa das Ein/Ausschalten eines Kühlmittels für die Werkzeugma schine 1, Spindelvorwärtsdrehen/Rückwärtsdrehen/Stopp. 16 bezeichnet ein Bedienfeld mit Stellelementen zum Erteilen von Nullstell-, Suchlauf- und anderen Befehlen, 14 ist eine manuelle Dateneingabeeinheit (als die MDI bezeichnet), die verwendet wird, um verschiedene Daten manuell in den Controller 17 einzugeben, und 15 ist eine Displayeinheit, um die aktuelle Position und andere Daten der Maschine anzuzeigen, wobei die Einheiten 11 bis 17 eine CNC-Steuerungseinheit (als die CNC-Einheit bezeichnet) umfassen. Der Controller 17 in der CNC-Einheit, der die CPU, den Steuerprogrammspeicher usw. wie oben beschrieben aufweist, führt eine vorbestimmte NC-Verarbeitung auf der Basis des Steuerprogramms und des Bearbeitungsprogramms aus, wodurch die Werkzeugmaschine 1 gesteuert wird. Im allgemeinen ist die Bearbeitung eines Werkstücks auf einer Werkzeugmaschine eine abtragende Bearbeitung, die einen nicht gewünschten Bereich in Form von Spänen durch die Relativbewegung zwischen einem Werkzeug und dem Werkstück abnimmt. Bei diesem Abtragungsvorgang ist der Bearbeitungswirkungsgrad durch die Spanmenge, die pro Zeiteinheit entfernt wird, bestimmt. Um den Bearbeitungswirkungsgrad zu steigern, kann nur diese Spanabtragungsmenge pro Zeiteinheit maximiert werden. In der Praxis gibt es jedoch gewisse Einschränkungen, beispielsweise die Begrenzung der auf die Maschine und das Werkzeug aufgebrachten Last und die für eine zu bearbeitende Oberfläche verlangte Präzision. Ferner ist die Spanabtragungsmenge pro Zeiteinheit durch Bearbeitungsbedingungen bestimmt. Bei einem Drehvorgang sind die Bearbeitungsbedingungen die Werkstückgeschwindigkeit pro Zeiteinheit, die relative Vorschubrate des Werkzeugs zum Werkstück und die Bearbeitungstiefe durch das Werkzeug in dem Werkstück. Bei einem Fräsvorgang sind die Bearbeitungsbedingungen die Werkzeuggeschwindigkeit pro Zeiteinheit, die relative Vorschubrate des Werkzeugs zu dem Werkstück und die Frästiefe durch das Werkzeug in dem Werkstück. Sowohl bei dem Dreh- als auch bei dem Fräsvorgang ist die Steuerung der relativen Vorschubrate des Werkzeugs zu dem Werkstück bevorzugt ein äußerst wichtiges Bearbeitungselement in dem Abtragungsvorgang. Eine unnötige Verringerung dieser relativen Vorschubrate verschlechtert den Bearbeitungswirkungsgrad und verlängert die Bearbeitungszeit. Ihre Zunahme über einen zulässigen Wert hinaus beeinflußt die Bearbeitungsgenauigkeit nachteilig und überlastet das Werkzeug, die Maschine und andere Systemkomponenten.
Fig. 2 ist ein Blockbild der Hauptkomponenten einer bekannten Vorschubratensteuerungseinheit. Das Bearbeitungsprogramm wird aus dem Speicher 12 von Fig. 1 blockweise ausgelesen. Jeder Block wird von dem Controller 17 analysiert, und das Resultat der Controlleranalyse wird dann einem Impulsverteilungsprozessor 21 als CNC-Befehlsdaten 20 in Fig. 2 zugeführt, d. h. als der Bewegungsbefehl und Vorschubratenbefehl jeder Achse. Der Impulsverteilungsprozessor 21 errechnet für jede Achse einen Bewegungsimpuls pro Zeiteinheit aus dem Bewegungsbefehl und dem Vorschubratenbefehl jeder Achse und führt sie dem Servoregler 22 jeder Achse zu. Dieser Bewegungsimpuls wird von dem Servoregler 22 genutzt, um einen Servomotor 23 der Werkzeugmaschine 1 anzutreiben.
In der CNC-Einheit gibt es im allgemeinen zwei Möglichkeiten, das Werkzeug zu bewegen; die eine besteht darin, das Werkzeug auf einer Geraden zu bewegen, wie Fig. 3(a) zeigt, die eine lineare Interpolation veranschaulicht, und die andere besteht darin, das Werkzeug auf einem Bogen zu bewegen, wie Fig. 3(b) zeigt, die eine zirkulare Interpolation veranschaulicht. Im Fall der linearen Interpolation ist eine Vorschubrate F ein vektorieller Wert, der einen Anfangspunkt und einen Endpunkt wie in Fig. 3(a) gezeigt miteinander verbindet, und die axialen Geschwindigkeitskomponenten sind:
Fz = Fcosθ
Fx = Fsinθ
mit Fx = eine Geschwindigkeitskomponente in einer X-Achsenrichtung, Fz = eine Geschwindigkeitskomponente in einer Z- Achsenrichtung und A = ein Winkel zwischen einer Z-Achse und einem Vektor, der durch den Anfangspunkt A und den Endpunkt B bezeichnet ist.
Wenn sich das Werkzeug auf einem Bogen bewegt, ist die Vorschubrate F immer ein tangentialer Geschwindigkeitsvektorwert an einem Punkt auf dem Bogen, wie Fig. 3(b) zeigt, d. h.:
F = Fx² + Fz²
Die Bewegungsachsen einer CNC-Werkzeugmaschine umfassen Geradbewegungsachsen und Rotationsachsen. Die Geradbewegungsachsen verlaufen auf einer Geraden relativ zu Koordinatenachsen, z. B. X-, Y- und Z-Achsen, wie in Fig. 14 zu sehen ist, die Steuerungsachsen in der NC-Steuerungseinheit veranschaulicht. Die Rotationsachsen führen eine Rotationsbewegung relativ zu den X-, Y- und Z-Achsen aus, z. B. A-, B- und C-Achsen. Im Stand der Technik steuert die CNC-Einheit die Geradbewegungsachsen und die Rotationsachsen auf vollkommen identische Weise, d. h. bei der Steuerung der Rotationsachsen liefert die CNC- Einheit Bewegungsbefehlswerte als Winkel und behandelt alle für die Vorschubrate F gegebenen numerischen Werte als lineare Geschwindigkeit. Beispielsweise behandelt die CNC-Einheit 1º der Rotationsachse als äquivalent 1 mm der Geradbewegungsachse und verarbeitet die Vorgänge der Rotations- und der Geradbewegungsachsen auf gleiche Weise, obwohl ihre Operationen inhärent vollkommen verschieden sind. In der CNC-Einheit ist die Vorschubrate in einem einzelnen bestimmten Block immer identisch innerhalb dieses einzelnen Blocks.
Bei der herkömmlichen CNC-Einheit, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist die befohlene Vorschubrate F die relative Vorschubrate des tatsächlichen Werkstücks und Werkzeugs, wenn die Geradbewegungsachsen bezeichnet sind. Wenn andererseits die Rotationsachsen, d. h. die um die X-, Y- und Z-Achsen rotierenden Achsen bezeichnet sind, wirkt die bezeichnete Vorschubrate als die Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsachse, d. h. die Winkelgeschwindigkeit, wie Fig. 4(a) zeigt, die die Vorschubsteuerung der Rotationsachse verdeutlicht. Daher ist die relative Vorschubrate Fc des Werkstücks und des Werkzeugs für die Rotationsachsen wie folgt:
Fc = F · π · r / 180
mit F = die angegebene Vorschubrate und r = eine Strecke zwischen dem Rotationsachsenzentrum und dem Werkzeug. Wenn also gewünscht wird, daß die relative Vorschubrate des Werkstücks und des Werkzeugs mit F vorgegeben wird, muß die in dem Befehl tatsächlich angegebene Vorschubrate F0 wie folgt sein:

"Mathematischer Ausdruck 1"

F0 = 180 · F/π · r
Ein erstes Problem ist also, daß bei der Programmierung die angegebene Vorschubrate F entsprechend dem mathematischen Ausdruck 1 korrigiert werden muß, indem die Distanz r zwischen dem Rotationsachsenzentrum und dem Werkzeug berücksichtigt wird.
Wenn die Geradbewegungsachse und die Rotationsachse gleichzeitig gesteuert werden, ist die Komponente eines numerischen Werts, der durch die jeder Achse entsprechende Vorschubrate F gegeben ist, mit derjenigen identisch, die angewandt wird, wenn die Geradbewegungsachsen gesteuert werden. Es ist jedoch zu beachten, daß zwar die Geschwindigkeitskomponenten bei der Steuerung der Geradbewegungsachsen sowohl hinsichtlich Größe als auch Richtung unverändert bleiben, daß aber diejenigen bei der Steuerung der Rotationsachsen ihre Richtung ändern, während sich das Werkzeug bewegt (hinsichtlich der Größe gleich bleiben), und die resultierende zusammengesetzte Vorschubrate in der Werkzeugvorschubrichtung ändert sich mit der Bewegung des Werkzeugs. Dies ist in Fig. 4(b) gezeigt, die die Vorschubsteuerung durch die gleichzeitige Steuerung der Geradbewegungs- und Rotationsachsen zeigt. Wenn die Geradbewegungsachse (X- Achse) und die Rotationsachse (C-Achse) gleichzeitig mit der Vorschubrate F unter der Annahme gesteuert werden, daß ein X- Achsen-Inkrementbefehlswert (Bewegungsbefehlswert in der X-Achsenrichtung) x ist und ein C-Achsen-Inkrementbefehlswert (Rotationsbefehlswert in der C-Achsenrichtung) c ist, sind eine X-Achsenvorschubrate (lineäre Geschwindigkeit) Fx und eine C- Achsenvorschubrate (Winkelgeschwindigkeit) ω wie folgt:

"Mathematischer Ausdruck 2"

Fx = F x X/X² + c²

"Mathematischer Ausdruck 3"

ω = F x c/X² + c²
Die lineare Geschwindigkeit Fc bei der C-Achsensteuerung ist repräsentiert durch:

"Mathematischer Ausdruck 4"

Fc = ω · π · r/180
Unter der Annahme, daß die Geschwindigkeit in der Werkzeugvorschubrichtung am Anfangspunkt P1 Ft ist und ihre X-Achsen- und Y-Achsen-Geschwindigkkeitskomponenten Ftx bzw. Fty sind, sind Ftx und Fty wie folgt repräsentiert:

"Mathematischer Ausdruck 5"

Ftx = -rsin (π/180 θ) x π/180 ω + Fx

"Mathematischer Ausdruck 6"

Fty = -rcos (π/80 θ) x π/180 ω
mit r = eine Distanz zwischen dem Rotationsachsenzentrum und dem Werkzeug (Einheit: mm), und 9 = ein Winkel zwischen dem Punkt P1 und der X-Achse im Rotationszentrum. Entsprechend den mathematischen Ausdrücken 1, 2, 3, 4 und 5 ist die zusammengesetzte Geschwindigkeit Ft: "Mathematischer Ausdruck 7"
Wie durch den mathematischen Ausdruck 7 angedeutet ist, ist Ft die Geschwindigkeit am Punkt P1. Während die C-Achse rotiert, ändert sich der Wert von θ, und der Wert von Ft ändert sich ebenfalls. Um die relative Geschwindigkeit, d. h. die Schnittgeschwindigkeit Ft, des Werkstücks und Werkzeugs so konstant wie möglich zu halten, muß daher der als Befehl gegebene Winkelwert minimiert werden, und die Änderung des θ-Werts muß reduziert werden. Wenn der θ-Wert eines zu bearbeitenden Bereichs groß ist, stellt sich somit als zweites Problem ein, daß die Vorschubrate verringert werden muß. Alternativ kann die Bearbeitungsbahn in Abschnitte unterteilt und jeder Abschnitt von einem eigenen Block gesteuert werden, was die Verarbeitung mehrerer Blöcke für einen Vorgang erforderlich macht.
Die Fig. 5(a) bis (c) zeigen eine Programmbahn in einer Ecke, wobei Fig. 5(a) einen programmierten Weg und einen tatsächlichen Werkzeugweg zeigt. Im Idealfall ist es erwünscht, daß der programmierte Weg dem tatsächlichen Werkzeugweg entspricht. Tatsächlich sind sie jedoch in der Ecke P immer verschieden in folge einer Nachlaufverzögerung usw. in einem Servosystem. Wenn daher ein Werkzeug 31 sich um die Ecke P unter einem stumpfen Winkel relativ zu einem Werkstück 30 bewegt, wie Fig. 5(b) zeigt, bewegt es sich in einer Richtung, in der es in das Werkstück einschneidet. Um das zu vermeiden, werden Maßnahmen ergriffen, z. B. wird die Vorschubrate des Werkzeugs 31 herabgesetzt, oder das Werkzeug 31 wird an der Ecke für einige Zeit angehalten. Wenn sich umgekehrt das Werkzeug 31 unter einem spitzen Winkel relativ zu dem Werkstück 30 um die Ecke P bewegt, greift es zwar nicht an dem Werkstück an, aber es ergeben sich Probleme, beispielsweise bleibt ein großer Teil des Metalls unbearbeitet, oder eine große Last wird plötzlich auf das Werkzeug 31 aufgebracht.
Die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen eine Eckenübersteuerungsfunktion, die von manchen herkömmlichen CNC-Einheiten angewandt werden kann, um die Befehls-Vorschubrate innerhalb von vorgegebenen Distanzen Le und Ls vor und nach der Ecke P in einem vorgegebenen Verhältnis zu reduzieren(Übersteuerung). Die Geschwindigkeit wird jedoch nur in zwei Stufen geändert, d. h. eine erste Änderung erfolgt innerhalb der Distanzen Le und Ls, die ausgehend von der Ecke P gemessen sind, und eine zweite Änderung erfolgt in den anderen Bereichen. Es gibt daher ein drittes Problem, daß nämlich die Vorschubrate so vorgegeben sein muß, daß sie der Geschwindigkeit in dem am meisten verringerten Geschwindigkeitsbereich innerhalb der Distanzen Le und Ls, beginnend an der Ecke P, entspricht. Bei dieser Funktion hat ferner die Vorschubrate die Tendenz, sich zu abrupt zu ändern.
Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen einen Bohrvorgang als ein Beispiel des Bohrens eines Werkstücks 30 mit einem Bohrwerkzeug 31. Fig. 7(a) zeigt, daß das Werkzeug 31 gerade beginnt, das Werkstück 30 zu bearbeiten. Um eine bevorzugte Bearbeitung auszuführen, sollte die Vorschubrate verringert werden, wenn das Werkzeug 31 mit dem Werkstück 30 in Kontakt gelangt, und sollte erhöht werden, wenn das Werkzeug 31 vollständig in das Werkstück 30 eingeschnitten hat. Wenn nämlich das Werkzeug 31 mit dem Werkstück 30 mit einer normalen Vorschubrate, die zum Bearbeiten des Werkstücks 30 angewandt wird, in Kontakt gebracht wird, wird das Werkzeug 31 plötzlich mit einer Last beaufschlagt, was zu einem Bruch oder einer Positionsverlagerung des Werkzeugs 31 führt. Somit wird das Werkzeug 31 im allgemeinen bis zu einem Punkt "a" geringfügig vor dem Werkstück 30 positioniert, das Werkstück 30 wird mit einer verringerten Vorschubrate bis zu einem Punkt "b" gebohrt, an dem das Werkzeug 31 vollständig in das Werkstück 30 einschneiden würde, und das Werkstück 30 wird ab dem Punkt "b" mit der gewöhnlichen Vorschubrate gebohrt.
Ein Beispiel in Fig. 7(b) zeigt, daß das Werkzeug 31 ein Durchgangsloch in das Werkstück 30 bohrt. Wenn in diesem Fall das Werkzeug 31 mit der gewöhnlichen Vorschubrate durch das Werkstück 30 bohrt, werden Grate an der entgegengesetzten Oberfläche des Werkstücks gebildet. Um das zu vermeiden, wird das Werkstück 30 im allgemeinen bis zu einem Punkt "c" mit der gewöhnlichen Vorschubrate gebohrt, kurz bevor das Werkzeug 31 das Werkstück 3 durchbohrt, und eine reduzierte Vorschubrate wird vom Punkt "c" bis zu einem Endpunkt "d" angewandt.
Die Fig. 8(a) und 8(b) zeigen einen Vorschnitt in einem konischen Bereich eines Werkstücks, wobei Fig. 8(a) zeigt, daß die Oberfläche des Werkstücks 30, die zuerst mit dem Werkzeug 31 in Kontakt gelangt, abgeschrägt ist, und Fig. 8(b) zeigt, daß die entgegengesetzte Oberfläche abgeschrägt ist. Wenn die Vorschubrate nicht verringert wird, wenn das Werkzeug 31 mit dem Werkstück 30 in Kontakt gelangt und wenn das Werkzeug 31 durch das Werkstück 30 hindurch bohrt, verschlechtert sich speziell in diesen Fällen die Bohrpräzision, wodurch die Gefahr eines Werkzeugbruchs höher wird. Ein viertes Problem ist, daß der Be arbeitungsweg in mehrere Blöcke unterteilt werden muß, um die Vorschubrate zu steuern, wie oben beschrieben wurde, und die Vorschubrate für jeden Block muß für die Worst-Case-Bedingungen in bezug auf die in diesem Block ausgeführte Schneidfunktion vorgegeben sein.
Die Fig. 9(a) und 9(b) zeigen die Bearbeitung eines Formstoffwerkstücks; Fig. 9(a) zeigt, daß ein Werkstück 30 wie etwa ein Formstoff von einem Werkzeug 31 bearbeitet wird und daß das Werkstück Bereiche hat, die von dem Werkzeug zu bearbeiten sind, und Bereich hat, die nicht zu bearbeiten sind. Um den Bearbeitungswirkungsgrad und die Effektivität zu steigern, wird nach der bereits beschriebenen herkömmlichen Lehre das Werkstück in vier Blöcken a-b, b-c, c-d und d-e gemäß Fig. 9(b) bearbeitet, obwohl das Werkstück sonst in einem einzigen Block gemäß Fig. 9(a) bearbeitet werden könnte. Bei dem Bearbeiten gemäß Fig. 9(b) ist es erwünscht, an den Punkten, an denen die Bearbeitung des Werkstücks gerade beginnt (Punkte b und d), die Vorschubrate des Werkzeugs 31 zu verringern, um den Stoß auf das Werkzeug 31 beim Kontakt mit dem Werkstück 30 zu mildern, und das ist auch an einem Punkt erwünscht, an dem das Werkzeug 31 das Werkstück 30 verläßt (Punkt c), um die Vorschubrate zu verringern, so daß keine Grate an dem Werkstück 30 gebildet werden. Da diese Vorschubratenänderung jedoch die Blöcke weiter unterteilt, ergibt sich ein fünftes Problem, wenn das Werkstück tatsächlich so bearbeitet wird, wie das in Fig. 9(b) gezeigt ist. Insbesondere dann, wenn nach Berücksichtigung der Vorschubrate an den Punkten b, c und d immer noch Gütefehler auftreten, ist es unvermeidlich, daß die gesamte Vorschubrate herabgesetzt werden muß, wenn der Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird.
Fig. 10, die den Bearbeitungsvorgang an einer Zwischenform veranschaulicht, zeigt, daß der mittlere Bereich eines Werkstücks 30 von einem Werkzeug 31 bearbeitet wird, wobei der Bereich a-b ein Bereich ist, in dem das Werkzeug in das Werkstück einschneidet und allmählich belastet wird, der Bereich b-c ein Bereich ist, in dem eine bestimmte Belastung weiterhin auf das Werkzeug aufgebracht wird, und der Bereich c-d ein Bereich ist, in dem die Belastung des Werkzeugs allmählich abnimmt. Die Vorschubrate wird im allgemeinen unter Berücksichtigung der Vorschubrate im Bereich b-c festgelegt. Wenn aber das Werkzeug durch eine plötzliche Überlastung in einem Bereich a-b bei der festgelegten Vorschubrate nachteilig beeinflußt wird, ergibt sich ein sechstes Problem, daß es nämlich unvermeidlich ist, eine reduzierte Vorschubrate unter Berücksichtigung des Vorschubs im Bereich a-b anzugeben.
Fig. 11 zeigt eine Meßfunktion und zeigt, daß ein Werkstück 30 mit einem Meßwerkzeug 31a gemessen wird, wobei die Position des Werkstücks 30 dadurch gemessen wird, daß das Sensorwerkzeug 31a mit dem Werkstück 30 in Kontakt gebracht wird. In diesem Fall ist die Messung in zwei Blöcken programmiert worden, so daß das Werkzeug mit einer vergleichsweise hohen Rate bis zu einem Punkt geringfügig vor dem Werkstück zugeführt wird und mit einer niedrigeren Meßrate vom Punkt "a" zum Punkt "b" zugeführt wird. Da der Bearbeitungsweg im Bereich des Meßpunkts (a-b) in Blöcke unterteilt ist und die Vorschubrate in diesem Bereich (a-b) erheblich verringert ist, ergibt sich ein siebtes Problem, daß nämlich zusätzliche Zeit benötigt wird, um Messungen unter Verwendung des Werkzeugs 31a durchzuführen.
Fig. 12 zeigt, wie die Steuerung bei der Vorgabe eines Nichteintrittsbereichs durchgeführt wird, wobei eine Funktion gezeigt ist, die ständig überprüft, ob ein Werkzeug 31 in einen Bereich 32 eintritt, in den das Werkzeug 31 nicht eintreten darf, und die das Werkzeug an einem Punkt "a" an einer Grenze anhält, wenn das Werkzeug gerade beginnt, in den Bereich 32 einzutreten. Da das Werkzeug 31 in diesem Fall ständig mit der vorgegebenen Rate zugeführt wird, bis es in den Nichteintritts bereich 32 gelangt, erhebt sich das achte Problem, daß der Nichteintrittsbereich geringfügig größer definiert werden muß, um sicherzustellen, daß die Grenze mit Sicherheit vermieden wird.
Zusätzlich ist die Vorschubrate eines Werkzeugs im allgemeinen weitgehend von einer Beziehung zwischen dem Material eines Werkstücks und demjenigen des Werkzeugs abhängig. Wenn daher das aktuelle Werkzeug während der Bearbeitung durch ein Werkzeug ersetzt wird, das aus einem anderen Material besteht, stellt sich ein neuntes Problem, daß nämlich die Vorschubrate geändert werden muß, indem Korrekturen an dem Bearbeitungsprogramm der CNC-Einheit vorgenommen werden.
Die Fuzzy-Folgerungslogik kann bei der Steuerung von Bearbeitungsvorgängen angewandt werden. Die Fuzzy-Logik oder Fuzzy- Folgerungstheorie wird als eine Alternative zu traditionellen Expertensystemen angewandt, die präzise oder "scharfe" Regeln auf der Basis der Booleschen Algebra für die Lösung von Problemen anwenden, die eine Beurteilung oder Steuerung beinhalten. Wenn die Probleme komplex sind und nicht ohne weiteres nach den starren Prinzipien der Zweistufen-Logik lösbar sind, bietet die Flexibilität der unscharfen bzw. Fuzzy-Logik deutliche Vorteile hinsichtlich der Verarbeitungsdauer und Präzision.
Die Theorie der Fuzzy-Logik ist vielfach vereöffentlicht worden und wird in "Fuzzy Logic Simplifies Complex Control Problems" von Tom Williams, Computer Design magazine, S.90-102 (März 1991) zusammengefaßt.
Kurz gesagt verlangt jedoch die Anwendung der Theorie die Erstellung eines Sets von Regeln, die herkömmlich als "Steuerungsregeln", "Folgerungsregeln" oder "Produktionsregeln" bezeichnet werden und die die Erfahrungen und das Wissen eines Experten auf dem speziellen Gebiet repräsentieren, auf dem ein zu lösendes Problem vorliegt. Die Folgerungsregeln sind repräsentiert in Form von WENN.... (einem Bedingungsteil oder vorangehenden Teil)...DANN.... (einem Schlußfolgerungsteil oder nachfolgenden Teil). Dies wird herkömmlich als ein WENN... DANN-Format bezeichnet. Eine große Anzahl von Regeln wird charakteristisch in einer Anwendungsregelbasis zusammengestellt, um die Änderungen, die sich durch die Anwendung einstellen können, adäquat zu repräsentieren.
Zusätzlich sind "Elementfunktionen" für die "Bedingungsteile" und die "Schlußfolgerungsteile" definiert. Insbesondere sind Variablen in jedem der Teile als Fuzzy-Werte oder "Etiketten" definiert, die relative Wortbeschreibungen (typischerweise Adjektive) anstelle von präzisen Zahlenwerten aufweisen. Die Wertemenge kann mehrere verschiedene "Stufen" innerhalb eines Bereichs umfassen, die beispielsweise von "hoch" zu "mittel" zu "niedrig" im Fall einer Höhenvariablen verlaufen. Jede Stufe basiert auf einer präzisen Verknüpfung numerischer Eingangswerte zu Elementgraden und enthält veränderliche Elementgrade. Beispielsweise können einer Sammlung verschiedener Höhenstufen von "hoch" bis "niedrig" Zahlenwerte zwischen 0 und 1 zugeordnet sein. Die Sammlung verschiedener Stufen wird als "Fuzzy- Menge" bezeichnet, und die Funktion entsprechender unterschiedlicher Höhenstufen zu Zahlenwerten spiegelt sich in der "Elementfunktion". Zweckmäßig kann die Menge durch eine geometerische Form wie etwa ein Dreieck, eine Glocke, ein Trapezoid und dergleichen repräsentiert sein.
Bei dem Fuzzy-Folgerungs-Steuerungsverfahren wird dann die Folgerungssteuerung in mehreren Schritten durchgeführt. Zuerst wird die Konformität mit jedem der eingegebenen "Etiketten" in dem "Bedingungsteil" entsprechend den Folgerungsregeln festgestellt. Zweitens wird die Konformität mit dem gesamten "Bedingungsteil" entsprechend den Folgerungsregeln festgestellt. Drittens werden die Elementfunktionen der Steuerungsvariablen in dem "Schlußfolgerungsteil" auf der Basis der Übereinstimmung mit dem gesamten "Bedingungsteil" entsprechend den Folgerungsregeln korrigiert. Das Verfahren zum Bestimmen der Steuerungsvariablen, d. h. der Bildung eines scharfen Werts, basiert auf einem von mehreren Prozessen einschließlich des Schwerpunktprozesses, des Bereichsprozesses und des Maximalhöhenprozesses.
Die Fuzzy-Folgerungsregeln und Elementfunktionen repräsentieren das Wissen von Experten, die mit den Charakteristiken eines komplizierten gesteuerten Objekts einschließlich nichtlinearer Elemente vertraut sind, z. B. die Temperatursteuerung einer Kunststoff-Formmaschine und dia Mischungssteuerung von Chemikalien, die unter Anwendung mathematischer Modelle in einer Steuerungstheorie schwer zu beschreiben sind. Das Fuzzy-Logiksystem verwendet einen Computer, um die Folgerungsregel- und Elementfunktions-Verarbeitung durchzuführen und dadurch eine Folgerung auf Expertenstufe zu erhalten.
In der JP-Patentveröffentlichung 95542 von 1990 (Cutting Adaptive Control System) wird die Fuzzy-Folgerung auf das Schneiden angewandt und erfolgt auf der Basis eines Eingangssignals von einem externen Sensor. Wenn die Fuzzy-Steuerung in Verbindung mit den Operationen auszuführen ist, die die oben angegebenen Probleme antreffen, muß die auszuführende Fuzzy-Folgerung dem Schneidvorgang der Werkzeugmaschine folgen. Da dies erfordert, daß eine sehr schnelle Fuzzy-Folgerung durchgeführt wird, ist die mittels Software ausgeführte Fuzzy-Folgerung nicht schnell genug. Ein zehntes Problem resultiert daher aus der Forderung, daß ein spezieller Fuzzy-Chip usw. in die CNC-Vorrichtung eingebaut werden muß, um die Verarbeitung auf einer Hardwarebasis durchzuführen, was zu Kostensteigerungen führt. Wenn ferner bei einem Fuzzy-Folgerungsverfahren, das allgemein bei gewöhnlichen Steuerungsoperationen angewandt wird (z. B. MIN_MAX- oder Schwerpunktverfahren), die Ergebnisse der Regeln 1, 2 und 3 wie in Fig. 33(a) bis 33(c) zusammengesetzt sind, beeinflussen die Ergebnisse der Regeln 1 und 3 das Ergebnis der Zusammensetzung, aber das Ergebnis von Regel 2 hat keinen Einfluß auf das Ergebnis der Zusammensetzung. Das zeigt, daß das Ergebnis von Regel 2 vollständig ignoriert wird, was zu einem weiteren Problem führt, daß nämlich bei der Bildung einer Schlußfolgerung nicht die Ergebnisse aller Regeln berücksichtigt worden sind.
Weiterhin gibt es allgemein sehr wichtige Regeln und weniger wichtige Regeln, d. h. Regeln haben unterschiedliche Bedeutung. Es gibt jedoch ein weiteres Problem, daß herkömmlich alle Mengenregeln bei den bekannten Fuzzy-Folgerungsmethoden gleich behandelt werden.
Das Dokument PROCEEDINGS 1988 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ROBOTICS AND AUTOMATION, Vol. 3, PHILADELPHIA, USA, S. 1511-1519, Y. F. LI, C. C. LAU, "APPLICATION OF FUZZY CONTROL FOR SERVO SYSTEMS" beschreibt die Anwendung einer c.o.g.-Methode zum Errechnen des kombinierten Folgerungsergebnisses unter Nutzung der Maximal-Minimal-Zusammensetzung. Ein kombiniertes Folgerungsergebnis wird erhalten durch Multiplikation des Grads (der Höhe) der Elementfunktion mit der c.o.g.-Position, und diese Summe wird dividiert durch die Summe aller c.o.g.-Positionen über die universale Menge.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Überwindung des oben angegebenen Problems durch Vorsehen eines Fuzzy-Folgerungsteils, der bewirkt, daß die Ergebnisse aller gegebenen Regeln in einer Schlußfolgerung bzw. Konklusion reflektiert sind.
Die Erfindung betrifft eine Fuzzy-Folgerungseinrichtun und ein -verfahren entsprechend den Ansprüchen 1 bzw. 5.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Ergebnisse von Fuzzy-Regeln rasch zusammengesetzt und alle Ergebnisse der Regeln an einer finalen Schlußfolgerung reflektiert werden, was eine einfache Abstimmung der Elementfunktionen sicherstellt. Durch Kombination mit der vorher angegebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erlaubt diese Ausführungsform die Durchführung der Verarbeitung durch spezielle Hardware usw., um die Zeit für die Fuzzy-Folgerung, die ausschließlich durch Softwareverarbeitung durchgeführt wird, zu verkürzen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Überwindung des oben angegebenen Problems durch Vorsehen eines Fuzzy-Folgerungsteils, der bewirkt, daß die Bedeutung von Regeln in einer Schlußfolgerung reflektiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine finale Schlußfolgerung unter Berücksichtigung der Bedeutung jeder Regel abgeleitet werden, und eine bevorzugte Folgerung kann außerdem durch Abstimmen einer solchen Bedeutung durchgeführt werden. In Kombination mit der Abstimmung von Elementfunktionen erlauben die vorher angeführten Ausführungsformen die Vorgabe von mehr idealen Regeln.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockbild einer bekannten numerischen Steuerungseinheit.
Fig. 2 ist ein Blockbild, das die Hauptteile eines bekannten Vorschubraten-Controllers zeigt.
Fig. 3(a) zeigt die im Stand der Technik bekannte lineare Interpolation.
Fig. 3(b) zeigt die im Stand der Technik bekannte Zirkularinterpolation.
Fig. 4(a) zeigt die im Stand der Technik bekannte Rotationsachsen-Vorschubsteuerung.
Fig. 4(b) zeigt die im Stand der Technik bekannte Vorschubsteuerung durch gleichzeitiges Steuern einer Geradbewegungsachse und einer Rotationsachse.
Fig. 5(a) bis 5(c) zeigen im Stand der Technik bekannte Programmbahnen zum Bearbeiten diverser Eckformen.
Fig. 6(a) und 6(b) zeigen eine im Stand der Technik bekannte Eckenübersteuerungsfunktion.
Fig. 7(a) und 7(b) zeigen einen im Stand der Technik bekannten Bohrvorgang.
Fig. 8(a) und 8(b) zeigen das im Stand der Technik bekannte Bohren in einem konisch verjüngten Bereich.
Fig. 9(a) und 9(b) zeigen die für Stand der Technik bekannte Bearbeitung eines Formmaterial-Werkstücks.
Fig. 10 zeigt die im Stand der Technik bekannte Bearbeitung einer Zwischenform.
Fig. 11 zeigt eine im Stand der Technik bekannte Bearbeitungs-Meßfunktion.
Fig. 12 zeigt die im Stand der Technik bekannte Steuerung in einer Nichteintrittsbereich-Einstellung.
Fig. 13 ist ein Blockbild, das die Schlüsselkomponenten eines Vorschubraten-Controllers zeigt.
Fig. 14 zeigt Steuerungsachsen in der bekannten numerischen Steuerungseinheit.
Fig. 15 ist ein Flußdiagramm, das die Vorschubratensteuerung einer Rotationsachse betrifft.
Fig. 16 ist ein Flußdiagramm, das die gleichzeitige Geschwindigkeitssteuerung der Geradbewegungsachse und der Rotationsachse betrifft.
Fig. 17(a) und 17(b) zeigen Beispiele von Regeln für die Vorschubratensteuerungsvorgabe in einem Wissensspeicherteil.
Fig. 18 ist ein Flußdiagramm, das die Verarbeitung eines Folgerungsteils gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft.
Fig. 19 ist ein Beispiel von Regeln für die Vorschubratensteuerung, die in den Wissensspeicherteil der vorliegenden Erfindung gesetzt sind.
Fig. 20(a) bis 20(c) zeigen ein Beispiel von Elementfunktionen für die Vorschubratensteuerung, die in den Wissensspeicherteil gesetzt sind.
Fig. 21 zeigt ein Beispiel von Regeln für die Vorschubratensteuerung, die in den Wissensspeicherteil gesetzt sind.
Fig. 22(a) und 22(b) zeigen ein Beispiel von Elementfunktionen für die Vorschubratensteuerung, die in den Wissensspeicherteil gesetzt sind.
Fig. 23 zeigt ein Beispiel von Regeln für die Vorschubratensteuerung, die in den Wissensspeicherteil gesetzt sind.
Fig. 24(a) und 24(b) zeigen ein Beispiel von Elementfunktionen für die Vorschubratensteuerung, die in den Wissensspeicherteil gesetzt sind.
Fig. 25 zeigt, wie eine Strecke zwischen dem Nichteintrittsbereich und dem Werkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung extrahiert wird.
Fig. 26 ist ein Flußdiagramm, das eine Aufeinanderfolge der Extraktion der Strecke zwischen dem Nicheintrittsbereich und dem Werkzeug zeigt.
Fig. 27 zeigt ein Beispiel einer Funktion, die in dem Wissensspeicherteil gespeichert ist.
Fig. 28 ist ein Flußdiagramm, das eine Erzeugungssequenz der Funktion in dem Wissensspeicherteil zeigt.
Fig. 29(a) bis 29(c) zeigen, wie Funktionen in dem Wissensspeicherteil zum Zeitpunkt der Messung erzeugt werden, und die Fig. 29(d) bis 29(e) zeigen die Anwendung der Fuzzy-Logik auf eine Meßfunktion.
Fig. 30(a) bis 30(c) zeigen Beispiele von Daten, die in den Wissensspeicherteil gesetzt sind und verwendet werden, um die Vorschubrate entsprechend den Werkzeug- und Werkstückmaterialien zu korrigieren.
Fig. 31 zeigt ein Beispiel einer Regelmatrix in dem Wissensspeicherteil, die dazu dient, die Vorschubrate entsprechend den Werkzeug- und Werkstückmaterialien zu korrigieren.
Fig. 32 zeigt ein Beispiel der Ausführung nur von entsprechenden Regeln in der Regelmatrix in dem Wissensspeicherteil, die dazu dienen, die Vorschubrate entsprechend den Werkzeug- und Werkstückmaterialien zu korrigieren; Fig. 32(b) zeigt ein relevantes Flußdiagramm.
Fig. 33(a) bis 33(d) zeigen die Zusammensetzung von Regeln bei dem MAXMIN-Verfahren zur Fuzzy-Steuerung entsprechend der herkömmlichen Steuerungstechnik.
Fig. 34(a) bis 34(c) zeigen eine Werkzeugvorschubrate in einem einzelnen Block gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 35(a) bis 35(c) zeigen eine Werkzeugvorschubrate in einem einzelnen Block.
Fig. 36 ist ein Flußdiagramm, das die Steuerung der Werkzeugvorschubrate in einem einzelnen Block betrifft.
Fig. 37 zeigt ein Folgerungsverfahren gemäß einer MAX_MIN- Schwerpunktmethode für die Fuzzy-Folgerung gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 38(a) bis 38(f) zeigen Elementfunktionen für die Fuzzy-Folgerung gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 39(a) bis 39(c) zeigen Elementfunktionen für die Fuzzy-Folgerung.
Fig. 40 zeigt die Vorgabe von Produktionsregeln für die Fuzzy-Folgerung.
Fig. 41 zeigt ein Folgerungsverfahren für die Fuzzy-Folgerung.
Fig. 42 zeigt die Vorgabe von Produktionsregeln für die Fuzzy-Folgerung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Fig. 13 bezeichnen die Bezugszeichen 20 bis 23 gleiche oder entsprechende Teile wie in der herkömmlichen Einheit, und 24 ist ein Vorschubratenprozessor.
Wie ein Flußdiagramm von Fig. 15 zeigt, das die Vorschubratensteuerung veranschaulicht, wird von dem Vorschubratenprozessor 24 zuerst abgefragt, ob ein Bearbeitungsmodus ein linearer Interpolationsmodus (G1-Modus) ist (Schritt 100). Im Fall des linearen Interpolationsmodus wird abgefragt, ob ein Bewegungsbefehl nur für eine Rotationsachse ist (Schritt 101). Wenn er nur für die Rotationsachse ist, wird ein Rechenvorgang ausgeführt, um eine Strecke r zwischen dem Anfangspunkt eines Werkzeugs, mit Punkt A in Fig. 4(a) bezeichnet, von dem der Schneidvorgang ausgeht, und dem Zentrum der Rotationsachse zu erhalten (Schritt 102). Eine Kompensationsvorschubrate Fo wird dann aus einer angegebenen Vorschubrate F entsprechend dem mathematischen Ausdruck 1 errechnet (Schritt 103). Der Impulsverteilungsprozessor 21 in Fig. 13 verarbeitet diese Vorschubrate Fo auf identische Weise wie beim Stand der Technik als eine Befehlsvorschubrate. Indem die angegebene Vorschubrate auf diese Weise entsprechend der Strecke r zwischen dem Zentrum der Rotationsachse und dem für die Bearbeitung verwendeten Werkzeug korrigiert wird, kann die relative Geschwindigkeit des Werkstücks und des Werkzeugs bei der angegebenen Vorschubrate F gehalten werden.
Auf ähnliche Weise wird, wie ein Flußdiagramm von Fig. 16 zeigt, das die Geschwindigkeitssteuerung für die gleichzeitige Steuerung einer Geradbewegungsachse und einer Rotationsachse veranschaulicht, von dem Vorschubratenprozessor 24 abgefragt, ob der Bearbeitungsmodus der lineare Interpolationsmodus (G1- Modus) ist (Schritt 110). Im Fall des linearen Interpolationsmodus wird dann abgefragt, ob der Bewegungsbefehl für die gleichzeitige Zweiachsen-Interpolation für die Rotations- und die Geradbewegungsachsen ist (Schritt 111). Wenn er für die gleichzeitige Zweiachsen-Interpolation ist, wird ein Geschwindigkeitsänderungsmodus eingeschaltet (Schritt 112). Wenn dieser Geschwindigkeitsänderungsmodus aktiv ist, führt der Impulsverteilungsprozessor 24 in Fig. 13 eine Impulsverteilung durch, während er gleichzeitig eine Vorschubrate korrigiert, so daß Ft in dem mathematischen Ausdruck 7 immer eine Befehlsvorschubrate F ist, d. h. unter der Annahme, daß die korrigierte Vorschubrate Fo ist entsprechend dem "Mathematischen Ausdruck 7": "Mathematischer Ausdruck 8"
mit x = ein X-Achsenbewegungswert und c = ein C-Achsenbewegungswert, die innerhalb eines einzelnen Blocks immer konstant sind. Der Parameter "r" ist eine Strecke zwischen dem Rotationsachsenzentrum und der Werkzeugposition P1 in Fig. 4(b), und θ ist ein Winkel zwischen der Werkzeugposition P1 und der X-Achse im Rotationsmittelpunkt. Da r und θ sich momentan mit der Bewegung des Werkzeugs ändern, werden die jeweiligen r und θ gefunden, und die korrigierte Vorschubrate Fo der angegebenen Vorschubrate F wird nach dem mathematischen Ausdruck 8 berechnet und als die angegebene Vorschubrate genutzt, um die Impulsverteilung auszuführen. Die angegebene Vorschubrate wird somit momentan entsprechend dem r und dem A der Werkzeugposition korrigiert, so daß die relative Geschwindigkeit des Werkstücks und des Werkzeugs bei der angegebenen Vorschubrate F gehalten werden kann.
Fig. 34 zeigt ein Bearbeitungsprogramm 41, seine Operation 42 und eine Vorschubrate 43 nach dem Stand der Technik, wobei "G01" die lineare Interpolation bezeichnet und "X__Y__" die Koordinatenwerte eines Endpunkts sind. "F__" definiert eine Werkzeugvorschubrate. Wenn ein Befehl von dem Bearbeitungsprogramm gegeben wird, wie 41 zeigt, wird die lineare Interpolation mit der Vorschubrate F von einer aktuellen Werkzeugposition (Punkt S) bis zu einem bezeichneten Endpunkt (Punkt E) entsprechend 42 ausgeführt. Diese Vorschubrate ist ein Konstantwert F, wie durch 43 bezeichnet ist. Fig. 35 zeigt ein Bearbeitungsprogramm 44, seine Operation 42 und eine Vorschubrate 45. In dem Bearbeitungsprogramm 44 ist der Teil
"G01X__Y__ F__"
identisch mit demjenigen des herkömmlichen Bearbeitungsprogramms, und das gilt auch für seine Operation 42. Der Teil:
"L1 =__L2 =__L3__L4__R1__R2__"
ist ein Befehl zum Ändern der Werkzeugvorschubrate an den Startpunkt- und Endpunktbereichen eines Blocks. Das bedeutet, daß, wie 45 zeigt, die angegebene Vorschubrate ausgehend von einem Startpunkt S bis zu einem Punkt P1 eine Strecke L1 davon entfernt zu F·R1/100 geändert wird und dann bis zu einem Punkt P2 eine Strecke L2 von P1 entfernt auf den Wert rückgestellt wird, den sie vorher hatte, also auf F. Hinsichtlich eines Endpunktbereichs wird die Vorschubrate zwischen einem Punkt P3 eine Strecke (L3+L4) entfernt von einem Endpunkt E und einem Punkt P4 eine Strecke L4 von demselben entfernt von F zu F·R2/100 geändert und bleibt danach bis zum Endpunkt unverändert.
Jedes von L1, L2, L3 und L4 braucht nicht angegeben zu werden, wenn es nicht notwendig ist. Wenn es nicht angegeben ist, wird es als Null betrachtet. Wenn R1 oder R2 nicht angegeben ist, wird es als 100 betrachtet, was bedeutet, daß keine Geschwindigkeitsänderung erfolgt. Die Verarbeitungsfolge des in Fig. 33 gezeigten Beispiels wird nun in Form eines Ablaufdiagramms von Fig. 36 dargestellt. Zuerst wird geprüft, ob das Werkzeug zwischen S und P1 angeordnet ist (Schritt 501). Wenn es zwischen S und P1 angeordnet ist, wird die Werkzeugvorschubrate mit R1% des angegebenen Werts vorgegeben (Schritt 502). Wenn es nicht zwischen S und P1 ist, wird geprüft, ob das Werkzeug zwischen P1 und P2 angeordnet ist (Schritt 503). Wenn es zwischen P1 und P2 ist, wird die Vorschubrate mit F·α vorgegeben (Schritt 504), wobei α eine Zahl ist, die durch einen mit 510 bezeichneten Ausdruck repräsentiert ist. Wenn es nicht zwischen P1 und P2 ist, wird geprüft, ob das Werkzeug zwischen P2 und P3 angeordnet ist (Schritt 505). Wenn es zwischen P2 und P3 ist, wird die Vorschubrate mit F wie angegebenen vorgegeben (Schritt 506). Wenn es nicht zwischen P2 und P3 ist, wird geprüft, ob das Werkzeug zwischen P3 und P4 angeordnet ist (Schritt 507). Wenn es zwischen P3 und P4 ist, wird die Vorschubrate mit F·β vorgegeben (Schritt 508), wobei β eine Zahl ist, die durch einen mit 511 bezeichneten Ausdruck repräsentiert ist. Wenn es nicht zwischen P3 und P4 ist, befindet sich das Werkzeug zwischen P4 und E, und somit wird die Werkzeugvorschubrate mit R2% des angegebenen Werts vorgegeben (Schritt 509).
Es ist ersichtlich, daß eine lineare Änderung der Vorschubrate, die bei dieser Ausführungsform zwischen P1 und P2 oder zwischen P3 und P4 stattfindet, auch durch einen Beschleunigungs/Verzögerungs-Verlauf ersetzt werden kann, wobei eine Methode angewandt wird, die in der JP-Patentschrift 168513 von 1984 und der JP-Patentschrift 18009 von 1986 beschrieben ist. In diesem Fall ist es nur erforderlich, die Ausdrücke 510 und 511 in dem Flußdiagramm von Fig. 36 zu ändern.
In Fig. 13 bezeichnen die Bezugszeichen 20 bis 23 Teile, die mit denen der herkömmlichen Einheit identisch sind oder ihnen entsprechen, und 24 ist ein Vorschubraten-Controller, der einen Wissensspeicherteil 25 und einen Folgerungsteil 26 aufweist.
Der Wissensspeicherteil 25 enthält eine Vielzahl von Regeln, die zum Ändern der Vorschubrate an einer Ecke beschrieben sind, wie die Fig. 17(a) und 17(b) zeigen. Beispielsweise verringert Regel 1 die Vorschubrate eines Werkzeugs, während sich das Werkzeug der Ecke nähert. Herkömmlich wird, wie die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen, die Vorschubrate einfach entsprechend den Grenzwerten einer Distanz von der Ecke umgeschaltet, d. h. wenn sich das Werkzeug um eine bestimmte Strecke Le in die Nähe der Ecke P bewegt hat, wird die Vorschubrate auf einen bestimmten Wert verringert, und wenn sich das Werkzeug eine bestimmte Strecke L5 von der Ecke P wegbewegt hat, wird die Vorschubrate wieder auf den Ausgangswert zurückgebracht. Wie Fig. 17(a) zeigt, erlaubt die Funktion 1, die ein Verzögerungsverhältnis entsprechend der Strecke definiert, um die sich das Werkzeug der Ecke genähert hat, eine fakultative Änderung der Vorschubrate. Regel 2 korrigiert das Verzögerungsverhältnis der Werkzeugvorschubrate entsprechend dem Abschrägungswinkel der Ecke. Im allgemeinen wird, je schärfer die Abschrägung der Ecke ist (je näher an null Grad sie ist), eine um so größere Verzögerung erfolgen, und je sanfter die Abschrägung ist (je näher an 180º), um so kleiner ist die Verzögerung. Bei dem Beispiel der Regel in bezug auf die in Fig. 17(b) vorgegebene Eckenvorschubsteuerung wird die Vorschubrate durch Funktion 2 von Regel 2 entsprechend der Schräge der Ecke korrigiert, wobei in Funktion 1 von Regel 1 ein mittlerers Verzögerungsverhältnis vorher vorgegeben ist.
Fig. 18 ist ein Flußdiagramm, das einen Ablauf zeigt, wie der Folgerungsteil 26 in der Praxis die Vorschubrate in der Ecke unter Anwendung der Regeln steuert, die in dem Wissensspeicherteil 25 gespeichert sind.
Der Folgerungsteil 26 liest zuerst Regel 1 aus dem Wissensspeicherteil 25 (Schritte 200, 201), findet eine Strecke zwischen dem Werkzeug und der Ecke, die für die Regel 1 erforderlich ist, und gibt sie als Eingangsdaten ab (Schritt 202). Der Folgerungsteil 26 extrahiert das Verzögerungsverhältnis 21 der Vorschubrate entsprechend dieser Strecke (Schritt 203). In die sem Fall wird das Verzögerungsverhältnis der Werkzeugvorschubrate, das der Strecke von der Ecke entspricht, durch Anwendung der Funktion 1 extrahiert. Auf gleiche Weise extrahiert der Folgerungsteil 26 aus Regel 2 das Verzögerungsverhältnis Z2 der Vorschubrate entsprechend dem Abschrägungswinkel der Ecke (Schritte 204, 205, 201 bis 203). Da bei der vorliegenden Ausführungsform N = 2 in Schritt 205 in JA resultiert, setzt der Folgerungsteil 26 dann die beiden Verzögerungsverhältnisse Z1 und Z2, die durch die beiden Regeln gegeben sind, zusammen (Schritt 206), wodurch die Werkzeugvorschubrate Fo bestimmt wird (Schritt 207). In diesem Fall wird die obige Zusammensetzung durch das Produkt jedes Werts gefunden.

"Mathematischer Ausdruck 9"

Z = Z1·Z2·.....·Zn
mit n = die Anzahl von Regeln. Die Vorschubrate wird bestimmt durch Errechnen der Vorschubrate Fo, korrigiert durch Multiplikation der bezeichneten Vorschubrate F mit dem Vorschubratenverzögerungsverhältnis, das entsprechend dem "mathematischen Ausdruck 9" gefunden wird.
Fo = F·(1-Z)/100
mit Z = ein resultierendes Verzögerungsverhältnis in %. Eine komplexe Steuerung auf der Basis einer Vielzahl von Regeln kann erreicht werden, indem auf diese Weise eine Bearbeitungsbedingung (die Werkzeugvorschubrate) durch das Zusammensetzen einer Mehrzahl von Ergebnissen gefunden wird. Außerdem ist es, dadurch, daß der Wissensspeicherteil 25 und der Folgerungsteil 26 individuell vorgesehen sind, möglich, kompliziertere Regeln zu definieren.
Die Regeln, die in einem fakultativen Format in dem Wissensspeicherteil 25 beschrieben sind, wie in den Fig. 17(a) und 17(b) gezeigt ist, können in Form eines Operationsausdrucks von Funktionen beschrieben werden. In Fig. 17(a) und 17(b) sind beispielsweise die Funktion 1 und die Funktion 2 definiert, und ein Ausdruck zur Operation an dem Ergebnis dieser Funktionen ist wie folgt definiert:

"Mathematischer Ausdruck 10"

F = F1·F2
Der mathematische Ausdruck 10 zeigt, daß das Produkt des Ergebnisses, das durch die Operation von Funktion 1 (F1) und Funktion 2 (F2) gefunden wurde, als ein Endergebnis genutzt wird.
Der Folgerungsteil 26 findet das Operationsergebnis jeder Funktion, wie in Fig. 18 gezeigt ist, und setzt diese Ergebnisse entsprechend dem definierten Ausdruck zusammen. Der mathematische Ausdruck 9 in Schritt 206 ist der definierte Ausdruck. Wenn beispielsweise der folgende Operationsausdruck definiert worden ist:

"Mathematischer Ausdruck 11"

F = (F1 + F2 + F3)/3·F4
bedeutet das, daß die durch die Funktionen 1, 2 und 3 errechneten Ergebnisse ausgemittelt werden und daß der erhaltene Mittelwert mit dem durch Funktion 4 errechneten Ergebnis multipliziert wird, so daß das Endergebnis gebildet wird. Eine Regel kann somit durch fakultativ definierte Funktionen und einen Ausdruck, der solche Operationsmethoden definiert, definiert werden.
In Fig. 13 sollen Regeln, die in dem Wissensspeicherteil 25 zu speichern sind, in dem WENN... DANN-Format der Fuzzy-Folgerungssteuerung beschrieben werden, wobei der vorangehende Teil (WENN) eine Bedingung bezeichnet, unter der eine Regel zum Ändern der Vorschubrate beurteilt wird, und der Folgeteil (DANN) eine Operation bezeichnet, die auszuführen ist, wenn der Bedingung in dem vorangehenden Teil genügt oder nicht genügt ist.
Die Regeln sind in einem sogenannten "Produktionsregel"-Format beschrieben, wenn in den Regeln beschriebene Werte in einem Elementfunktionsformat repräsentiert sind. Das erlaubt dem Wissensspeicherteil 25, "Makro"-Allgemeinwissen, das durch eine Regel beschrieben ist, und "Mikro"-Spezialwissen, das durch eine Elementfunktion repräsentiert ist, zu umfassen. Der Folgerungsteil 26 zieht eine Schlußfolgerung durch eine Fuzzy-Folgerung an den gegebenen Elementfunktionen auf der Basis der Regeln, die in dem Wissensspeicherteil 25 beschrieben sind.
Wie bereits erwähnt wurde, nutzt die Fuzzy-Folgerung, die bei der Fuzzy-Steuerung durchgeführt wird, häufig den Schwerpunkt in dem Ergebnis der Folgerung entsprechend fuzzy-bezogenen Maximal-Minimal-Zusammensetzungsregeln und wird als eine Maximal- Minimal-Zusammensetzungsschwerpunktmethode bezeichnet.
Bei dieser Methode wird die Folgerung in den nachstehenden drei Schritten durchgeführt, wie Fig. 37 zeigt:
(1) Die Konformität ai jeder Regel wird errechnet unter Anwendung gegebener Voraussetzungen x&sup0;, y&sup0;;
(2) ein Folgerungsergebnis Ci· wird für jede Regel gefunden; und
(3) die für sämtliche Ergebnisse erhaltenen Folgerungsergebnisse werden synthetisiert, um C&sup0; zu finden. An seinem gewichteten Schwerpunkt wird das Folgerungsergebnis Z&sup0; aller Regeln errechnet.
Es gibt verschiedene andere Techniken, die konzipiert worden sind, z. B. eine Methode, bei der Ci 1/ai-mai verengt wird, anstatt Ci· zu finden, indem das obere Ende von Ci durch Ai weggenommen wird als Interpretation einer Fuzzy-Menge C&sup0;, eine C&sup0;-Nichtfuzzifizierungsmethode, die einen Median anstelle eines Schwerpunkts errechnet, und eine Höhenmethode, die das Element einer Trapezoidmenge, das einen Maximalwert ergibt, auswählt.
Aus früheren Erfahrungen ist es bekannt, daß unter einer Reihe von solchen Techniken die Maxmial-Minimal-Zusammensetzungsschwerpunktmethode ein sehr gutes Ergebnis liefert.
Die Fig. 19 und 20(a) bis (c) zeigen Regeln, die in dem Wissensspeicherteil 25 enthalten sind. Die dort beschriebenen Regeln sind diejenigen, die für die Steuerung der Bohrvorschubrate angewandt werden, die in den Fig. 7(a) und 8(a) gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 19 zeigen R1 bis R5 Regeln, die zusammengesetzt sind, um eine Schlußfolgerung abzuleiten. POS ist eine Strecke zwischen dem Werkzeug 31 und dem Werkstück 30 in Fig. 7(a), + bezeichnet eine Strecke, bevor das Werkzeug 31 mit dem Werkstück 30 in Kontakt gelangt, und - diejenige nach dem Kontakt. 0 bezeichnet einen Kontaktpunkt. A1 ist eine in Fig. 20(a) gezeigte Elementfunktion, die die Anweisung enthält, daß die Werkzeugvorschubrate geringfügig verringert wird, bevor das Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt gelangt, für einige Zeit nach dem Herstellen des Kontakts zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auf dem reduzierten Wert gehalten wird, bis das Werkzeug vollständig an dem Werkstück angreift, und auf den Ausgangswert zurückgebracht wird, nachdem das Werkzeug vollständig angegriffen hat.
ANG in Fig. 19 bezeichnet die Abschrägung einer Werkstückoberfläche, an der das Werkzeug in Kontakt gelangt, und ist in fünf Typen von B1 bis B5 entsprechend dem Grad der Abschrägung klassifiziert. Fig. 20(b) zeigt die Elementfunktionen von B1 bis B5. FEED in Fig. 19 ist das Verzögerungsverhältnis der Werkzeugvorschubrate und bezeichnet den Grad der Abnahme der Werkzeugvorschubrate, der in fünf Stufen von C1 bis CS klassifiziert ist. Fig. 20c zeigt die Elementfunktionen von C1 bis C5.
Die Regeln in Fig. 19 bedeuten, daß die Vorschubrate des Werkzeugs entsprechend der Abschrägung der Werkstückoberfläche reduziert wird, mit der das Werkzeug in Kontakt gelangt, und zwar von dem Zeitpunkt, unmittelbar bevor das Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt gelangt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Werkzeug vollständig an dem Werkstück angreift.
Ein Beispiel eines Folgerungsablaufs ist wie folgt. Wenn man die Regel 1 als Beispiel nimmt, wird die Strecke zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück gefunden, und ihre Konformität wird unter Anwendung der Elementfunktion A1 in Fig. 20(a) bewertet. Die Abschrägung der Werkstückoberfläche, mit der das Werkzeug in Kontakt ist, wird ebenfalls gefunden, und ihre Konformität wird unter Anwendung der Elementfunktion B1 in Fig. 20(b) bewertet. Da die Regel in dem vorangehenden Teil eine UND-Bedingung ist, wird der kleinere Wert dieser Konformitäten angenommen, und ein Ergebnis wird unter Nutzung der Elementfunktion V1 in Fig. 20(c) gefunden. Auf ähnliche Weise werden die Ergebnisse der Regeln 2 bis 5 gefunden und zusammengesetzt, so daß eine Schlußfolgerung abgeleitet wird. Ein Max-Min-UND wird als ein Beispiel der Durchführung einer Addition und einer Schwerpunktmethode als dem Zusammensetzungsprozeß verwendet. Die so gewonnene Schlußfolgerung wird genutzt, um die Vorschubrate F entsprechend dem nachstehenden Ausdruck zu korrigieren, die als die Werkzeugvorschubrate genutzt wird.

"Mathematischer Ausdruck 12"

Fo = F·100 - Z/100
mit Fo = die korrigierte Gesamtvorschubrate, F = die Befehls- Vorschubrate und Z = das durch Fuzzy-Folgerung abgeleitete Werkzeugverzögerungsverhältnis.
Auf die Vorschubratensteuerung in Fig. 7(b) und Fig. 8(b) sind die in den Fig. 19 und 20(a) bis (c) gezeigten Regeln ebenfalls auf die gleiche Weise anwendbar. In diesem Fall ist POS eine Strecke bis zu der Oberfläche des Werkstücks 30, das mit dem Werkzeug 31 durchgebohrt wurde, und ANG ist die Abschrägung dieser Oberfläche.
In Fig. 10 wird die Werkzeugvorschubrate so gesteuert, daß sie entsprechend der Bewegungsrichtung des Werkzeugs korrigiert wird. Die Werkzeugbewegungsrichtung Null geht davon aus, daß das Werkzeug das Werkstück parallel dazu bearbeitet, d. h. zwischen b-c, die Richtung + geht davon aus, daß das Werkzeug das Werkstück in einer Werkstückangriffsrichtung, d. h. zwischen a-b, bearbeitet, und die Richtung - geht davon aus, daß das Werkzeug das Werkstück in einer das Werkstück verlassenden Richtung, d. h. zwischen c-d, bearbeitet. Wenn diese Werkzeugbewegungsrichtungen als Eingangsdaten eingegeben sind, wird eine Schlußfolgerung unter Anwendung von Elementfunktionen entsprechend den Fig. 22(a) und 22(b) extrahiert. Entsprechend dem so erhaltenen Werkzeugvorschubrate-Verzögerungsverhältnis wird die korrigierte Vorschubrate unter Anwendung des mathematischen Ausdrucks 12 gefunden.
In diesem Fall ist, wenn die Werkzeugbewegungsrichtung - ist, d. h. wenn sich das Werkzeug von dem Werkstück weg bewegt, das Verzögerungsverhältnis -, und die korrigierte Vorschubrate steigt über die befohlene Vorschubrate an.
Bei einem in Fig. 12 gezeigten Beispiel wird die Strecke zwischen dem Werkzeug 31 und dem Nichteintrittsbereich 32 zum Gebrauch als Eingangsdaten extrahiert, und das Verzögerungsverhältnis wird entsprechend Elementfunktionen, die in den Fig. 24(a) und 24(b) gezeigt sind, auf der Basis von in Fig. 23 gezeigten Regeln extrahiert. Die korrigierte Werkzeugvorschubrate wird extrahiert unter Anwendung des extrahierten Verzögerungs verhältnisses entsprechend dem mathematischen Ausdruck 12. Dabei wird festgestellt, wo das Werkzeug relativ zu dem Nichteintrittsbereich 32 unter den Positionen 1 bis 8 existiert, wie Fig. 25 zeigt, und die Strecke L zwischen dem Werkzeug 31 und dem Nichteintrittsbereich 32 wird, wie in einem Flußdiagramm in Fig. 26 gezeigt ist, entsprechend der Werkzeugposition extrahiert.
In dem Flußdiagramm von Fig. 26 wird davon ausgegangen, daß die Werkzeugposition (X, Y) ist, daß die X-Achsen-Obergrenze und -Untergrenze des Nichteinrittsbereichs XL und XS sind, und daß die Y-Achsen-Obergrenze und -Untergrenze des Nichteintrittsbereichs YL und YS sind. In Schritt 300 werden XL, XS, YL und YS gefunden, um zu bestimmen, wo unter den Bereichen 1 bis 8, die in Fig. 25 gezeigt sind, sich das Werkzeug befindet. In Schritt 301 wird dann die Klassifizierung einer Grenzmenge entsprechend den Werten von XL, XS, YL und YS durchgeführt, und die Strecke L zwischen dem Werkzeug 31 und dem Nichteintrittsbereich 32 wird entsprechend dem Ergebnis der Klassifizierung extrahiert (Schritt 302).
Wenn ein Formmaterial bearbeitet wird, wie in Fig. 9(a) zu sehen ist, soll die Vorschubrate entsprechend einer Werkstückgestalt gesteuert werden. Daher wird automatisch von der Werkstückgestalt selbst eine Funktion erzeugt. Bei CNC-Einheiten mit einem automatischen Programm enthalten einige eine vorher eingegebene Materialgestalt, die als Basis zur Erzeugung der Funktion genutzt wird. Fig. 27 zeigt die automatisch erzeugte Funktion, wobei die normale Vorschubrate als ein Abweichungswert Null (0) gezeigt ist und in der vorgegebenen Geschwindigkeit zunimmt oder abnimmt, wie als Plus- (+) - oder Minus- (-) - Verhältniswerte oder Prozentsatz gezeigt ist. Entsprechend der Werkstückgestalt wird die Vorschubrate leicht verringert, bevor das Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt gelangt (Punkt a), kehrt geringfügig nach dem Vorbeilauf des Werkzeugs am Punkt a zu dem Ausgangswert zurück, nimmt wiederum geringfügig ab, bevor es aus dem Werkstück austritt (Punkt b), nimmt auf einen zulässigen Grenzwert in einem Bereich zu, in dem das Werkstück nicht vorhanden ist (zwischen b-c), nimmt geringfügig ab, bevor das Werkzeug erneut Kontakt mit dem Werkstück hat (Punkt c), und wird kurz nach dem Vorbeilauf des Werkzeugs am Punkt c auf den Ausgangswert zurückgebracht.
Ein Vorgang der Erzeugung der Funktion in Fig. 27 wird nunmehr entsprechend einem Flußdiagramm von Fig. 28 beschrieben. Ein Werkstückeintrittsbereich wird abgefragt (Schritt 400), und der Beschleunigungs/Verzögerungsverlauf des Werkstückeintrittsbereichs wird eingestellt (Schritte 401 bis 403). Die Vorschubrate wird zuerst zwischen einer Position L1 entfernt von der Werkstückendfläche und einer davon entfernten Position L2 auf Z1% verringert (Schritt 401). Die Vorschubrate wird dann bis zu einer Position L3 im Inneren des Werkstücks auf Z1% gehalten (Schritt 402). Die Vorschubrate wird bis zu einer Position L4 im Inneren des Werkstücks auf den Ausgangswert zurückgebracht (Schritt 403). Die obigen Schritte ergeben einen Beschleunigungs/Verzögerungsverlauf, bei dem die Vorschubrate unmittelbar vor dem Kontakt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück verringert wird und in einer Position, in der das Werkzeug um eine bestimmte Strecke in das Werkstück eingetreten ist, auf einen Normalwert zurückkehrt. Wenn das Werkzeug das Werkstück verläßt, wird ein Werkstückaustrittsbereich abgefragt (Schritt 404), und der Beschleunigungs/Verzögerungsverlauf des Bereichs, in dem das Werkzeug aus dem Werkstück austritt, wird eingestellt (Schritte 405 bis 407). Die Vorschubrate wird zwischen den Positionen L5 und L6 zuerst bis auf Z2% verringert, bevor das Werkzeug das Werkstück verläßt (Schritt 405). Die Vorschubrate wird dann bis zu einer von dem Werkstück entfernten Position L7 auf Z2% gehalten (Schritt 406). Die Vorschubrate wird bis zu einer von dem Werkstück entfernten Position L8 auf Z3% erhöht (Schritt 407). Die obigen Schritte bilden einen Beschleunigungs/Verzögerungsverlauf, bei dem die Vorschubrate unmittelbar vor dem Austritt des Werkzeugs aus dem Werkstück verringert wird und dann, nachdem das Werkzeug sich um eine bestimmte Strecke von dem Werkstück entfernt hat, auf ein bestimmtes Verhältnis erhöht wird.
Die so erzeugte Funktion wird genutzt, um die Werkzeugvorschubrate beim eigentlichen Bearbeiten zu korrigieren. Dabei wird relativ zu der bezeichneten Vorschubrate F ein Beschleunigungs/Verzögerungsverhältnis extrahiert, indem die Funktion genutzt wird, wie Fig. 27 zeigt, und die korrigierte Vorschubrate Fo wird wie angegeben durch den folgenden Ausdruck gefunden:

"Mathematischer Ausdruck 13"

Fo = F·100 + Z/100
wobei Z das Beschleunigungs/Verzögerungsverhältnis ist, das durch die Funktion in Fig. 27 gegeben ist.
Bei dieser Ausführungsform kann das in der Vertikalachse der Funktion verwendete Beschleunigungs/Verzögerungsverhältnis eine tatsächliche Vorschubrate sein. In diesem Fall wird der mathematische Ausdruck 13 ersetzt durch:

"Mathematischer Ausdruck 14"

Fo = Z
wobei Z die korrigierte Vorschubrate selbst ist, die durch die Funktion gegeben ist.
Wenn der in Fig. 11 gezeigte Meßbetrieb durchgeführt wird, kann eine Neumessung durchgeführt werden, nachdem das Werkstück 30 durch das Werkzeug 31a gemessen wurde. Auch in diesem Fall ergibt, wie die Fig. 29(a) bis 29(c) zeigen, die automatische Erzeugung einer Funktion, die einen Beschleunigungs/Verzögerungsverlauf einer zweiten Vorschubrate bezeichnet, eine genauere und nützlichere Messung. In Fig. 29(b) ist die Funktion 1 der Werkzeugvorschubrate-Verzögerungsverlauf der ersten Messung. Aufgrund der ersten Messung ist ihr Verzögerungsbandbereich breit, und ihr Verzögerungsverhältnis ist klein, um Meßzeit einzusparen.
Im allgemeinen nimmt die Meßgenauigkeit proportional zu der Vorschubrate bei der Messung ab. Entsprechend der ersten Messung wird die Ist-Position des Werkstücks geschätzt, wobei der Abweichungswert usw. eines Meßfühlers berücksichtigt wird. Ein Verzögerungsverlauf wie die Funktion 2 in Fig. 29(c) wird unter Berücksichtigung eines vorbestimmten Spielraumwerts für die geschätzte Position des Werkstücks automatisch erzeugt. In der Funktion 2 ist der Verzögerungsbandbereich schmal, um die Meßzeit zu verkürzen, und das Verzögerungsverhältnis ist groß, um die Meßgenauigkeit zu erhöhen.
Die Fig. 29(d) und 29(e) sind Beispiele, bei denen Fuzzy-Elementfunktionen automatisch korrigiert werden. Dabei werden Elementfunktionen auf der Basis des Ergebnisses der ersten Messung geändert. In diesem Fall ist die Fuzzy-Steuerungsregel die folgende:
Wenn POS = P1, dann ist Feed = F1 (i = 1 bis 3).
Die Werkzeugvorschubrate (Feed) wird entsprechend der Werkzeugposition (POS) geändert.
Wie in bezug auf erwartete Werkstückpositionen P1 bis P3 und entsprechende Vorschubraten F1 bis F3 in Fig. 29(d) zu sehen ist, gibt die Elementfunktion in der ersten Messung die Breite, die verwendet wird, um zu beurteilen, daß das Werkzeug sich dem Werkstück nähert, groß vor (P1) und gibt außerdem die Werkzeugvorschubrate (F1) schnell vor. Die Elementfunktion in der zwei ten Messung wird entsprechend P', einer erwarteten Werkstückposition, korrigiert auf der Basis des Ergebnisses der ersten Messung, wie in Fig. 29(e) gezeigt ist. Dabei wird die Breite, die zur Beurteilung dient, daß sich das Werkzeug dem Werkstück nähert, schmal (P1) vorgegeben, und die Werkzeugvorschubrate (F1) ist langsamer vorgegeben. Die Werkzeugvorschubrate (F2, F3) in dem von dem Werkstück fernen Bereich (P2, P3) ist schneller vorgegeben.
Allgemein ist die Vorschubrate des Werkzeugs stark von dem Werkstoff des zu bearbeitenden Werkstücks und dem Werkstoff des zum Bearbeiten verwendeten Werkzeugs abhängig. Es ist somit denkbar, daß eine Standardvorschubrate vorgegeben und entsprechend der Kombination der Werkstück- und Werkzeugmaterialien korrigiert wird. Die Fig. 30(a) bis 30(c) zeigen Regeln für dieses Konzept, wobei Ti (i = 0 bis 9) ein Werkzeugmaterial und Wz (z = 0 bis 9) ein Werkstückmaterial bezeichnen. Wenn sowohl die Werkzeuge TOOL als auch die Werkstücke WORK feineingeteilt werden (10 Stufen), wie in den Fig. 30(b) und 30(c) gezeigt ist, erweitert sich die Anzahl der Regeln auf 100, wie Fig. 31 zeigt. Somit benötigt ein Versuch, eine Operation an allen Regeln durchzuführen und ihre Ergebnisse zu extrahieren, übermäßig viel Zeit bei der Folgerung. Daher sind die einzigen ausgeführten Regeln diejenigen, die sich auf die Werkzeuge TOOL und Werkstücke WORK entsprechend der Werkstoffhärte von gegebenen Werkzeugen und Werkstücken beziehen.
Wenn beispielsweise die Werkstoffhärte der Werkzeuge und Werkstücke exakt in Zahlenwerten gegeben ist, werden nur Elementfunktionen, die in Fig. 30(a) angegeben sind, entsprechend diesen Werten gefolgert. Wenn die Elementfunktion T5 den Härtewert α bis β hat und die Härte K des gegebenen Werkzeugs wie folgt ist:
α ≤ K ≤ β
dann wird T5 als entsprechend beurteilt. Wenn die Werkstoffhärte der Werkzeuge und Werkstücke zweifelhaft ist und in Elementfunktionen gegeben ist, werden die Elementfunktionen von jedem von T0 bis T9 und WO bis W9, die in den Härtebereich dieser gegebenen Elementfunktionen fallen, als entsprechend beurteilt. Wenn die Bereiche von "Werkzeug" und "Werkstück", die in den Fig. 30(a) und 30(b) mit Pfeilen gekennzeichnet sind, Tatsachen sind, die dieser Elementfunktion gegeben sind, dann sind die Elementfunktionen, deren Bereiche aus diesen gegebenen Tatsachen bestehen, "T4" und "T5" für "Werkzeug" und "W6" und "W7" für "Werkstück".
Fig. 32(a) zeigt, daß dadurch, daß die Elementfunktionen T4 bis T5 unter den Werkzeugen und die Elementfunktionen W6 bis W7 unter den Werkstücken der Werkstoffhärte als Extraktionsergebnis entsprechen, nur die Regeln F64, F65, F74 und F75 ausgeführt werden, um eine Schlußfolgerung abzuleiten.
Fig. 32(b) ist ein Flußdiagramm, das einen Algorithmus zeigt, der auszuführende Regeln extrahiert. In Fig. 32(b) bezeichnet "i" die Nummer einer Regel, und "j" bezeichnet die Nummer eines Bedingungsteils jeder Regel. Die Anzahl von Regeln ist n, und die Anzahl von Bedingungsteilen jeder Regel ist mi. Zuerst werden die i- und j-Parameter initialisiert, und zwar insbesondere als i = 1 initialisiert (Schritt 601), und dann als j = 1 initialisiert (Schritt 602). Dann wird der Bereich (α, β) einer Elementfunktion in einer i-ten Regel mit einem j-ten Bedingungsteil extrahiert (Schritt 603). Ein Elementfunktionsbereich ist ein Bereich des Werts, den eine definierte Elementfunktion in einer Horizontalrichtung annimmt. Es wird überprüft, ob Dij (Tatsache), die ein dieser Elementfunktion gegebener Wert ist, in dem in Schritt 603 extrahierten Bereich existiert (Schritt 604). Wenn Dij kein bestimmter Wert ist, wenn beispielsweise Dij auch eine Elementfunktion ist, wird überprüft, ob zwischen Dij und (α, β) ein Überlappungsabschnitt vorhanden ist.
Wenn die Antwort in Schritt 604 JA ist, dann wird der Wert von j um 1 erhöht (Schritt 605). Es wird überprüft, ob der Wert von innerhalb von mi ist, d. h. ob es eine Elementfunktion eines Bedingungsteils gibt, die nicht durch die i-te Regel beurteilt wurde (Schritt 606). Wenn die Antwort in Schritt 606 JA ist, erfolgt Rücksprung zu Schritt 603. Wenn die Antwort NEIN ist, geht der Ablauf zu Schritt 607 weiter. Wenn die Antwort in Schritt 604 JA ist, wird das Ausführungs-Flag der i-ten Regel auf AUS gesetzt (Schritt 608). Wenn die Antwort in Schritt 606 NEIN ist, wird das Ausführungs-Flag der i-ten Regel auf EIN gesetzt (Schritt 607). Die Ausführungs-Flags an jeder der Regeln sind vorhanden, um zu erkennen, ob die jeweilige Regel auszuführen ist oder nicht. Wenn die Fuzzy-Folgerung durchgeführt wird, sollten nur die Regeln ausgeführt werden, deren Flags EIN sind.
Wenn bei der Abarbeitung von Schritt 602 bis Schritt 608 eine Regel ohne Dij, das ein der Elementfunktion gegebener Wert ist, in einem Elementfunktionsbereich eines Bedingungsteils jeder Regel vorhanden ist, wird die Regel mit Sicherheit 0, solange eine Folgerung mit einer MAX_MIN-Methode durchgeführt wird Daher wird ein Ausführungs-Flag einer Regel auf AUS gesetzt, da keine Notwendigkeit zur Durchführung einer Folgerung besteht.
Als nächstes wird der Wert von i um 1 erhöht (Schritt 609). Es wird überprüft, ob i ein Wert innerhalb n ist, d. h. ob es unter Bezugnahme auf alle Regeln beurteilt wurde (Schritt 610). Wenn die Antwort in Schritt 610 JA ist, d. h. wenn es noch einige zu beurteilende Regeln gibt, erfolgt Rücksprung zu Schritt 602. Bei NEIN endet die Abarbeitung.
Im allgemeinen sind verschiedene Formen (51 bis 56), wie die Fig. 38(a) bis 38(f) zeigen, für Elementfunktionen denkbar, die zur Fuzzy-Folgerung verwendet werden.
Bei der herkömmlichen Definition von Regeln unter Bezugnahme auf das Beispiel von Fig. 23 werden daher die Regeln so definiert, wie durch R1 bis R3 in Fig. 23 angedeutet ist, und die Elementfunktionen A1, A2, A3, B1, B2 und B3 müssen separat neu definiert werden. Aus diesem Grund muß eine Mensch-Maschine- Schnittstelle bereitgestellt werden, die speziell zur Definition von Elementfunktionen dient, und ein großer Bereich muß in einem System bereitgestellt werden, um Elementfunktionen zu speichern.
Zur Lösung eines solchen Problems können Elementfunktionen in einem bestimmten Formenmuster repräsentiert und gleichzeitig mit Regeln definiert werden. Ein Beispiel ist durch 57 in Fig. 39(a) gegeben, wobei sämtliche Elementfunktionen in Form eines gleichschenkligen Dreiecks definiert sind und Li eine Mittelposition und li eine halbe Länge der Basis des gleichschenkligen Dreiecks bezeichnen. Wenn Elementfunktionen wie oben beschrieben definiert werden, können sie durch die Mitte (d. h. die Schwerpunktposition) Li und die halbe Basislänge li der Form 57 definiert werden, und es ist daher nur erforderlich, Li und li einzugeben. Das ermöglicht es, Regeln und Elementfunktionen gleichzeitig in bezug auf die Regeln in Fig. 23 zu definieren, wie Fig. 40 zeigt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 40 bezeichnen A1, A2, A3, B1, B2 und B3 die Mittelpunkte jeweiliger Elementfunktionen, und a1, a2, a3, b1, b2 und b3 bezeichnen die halben Basislängen jeweiliger Elementfunktionen.
Elementfunktionen können auch in anderen Formenmustern dargestellt werden, wie 58 in Fig. 39(b) zeigt, wobei eine Totzone vorgesehen ist oder, wie 59 in Fig. 39(c) zeigt, wobei die Form asymmetrisch ist. In diesem Fall können Elementfunktionen unter Verwendung eines zusätzlichen Parameters als (Li, li, mi) repräsentiert werden.
Im allgemeinen werden die meisten Elementfunktionen in der mit 57 in Fig. 39(a) bezeichneten Form definiert. Wenn also Elementfunktionen in dem Formenmuster eines gleichschenkligen Dreiecks entsprechend 57 repräsentiert werden, dann wird bei der Ableitung einer Schlußfolgerung aus dem Konklusionsteil einer Regel ein Folgerungsergebnis wie folgt in bezug auf die Elementfunktionen 61 in dem Konklusionsteil zur Konformität α (0≤α≤1) gefunden, wie Fig. 41 zeigt. Da die Form ein gleichschenkliges Dreieck ist, ist die Schwerpunktposition Li, und der Bereichswert Si ist:
Si = (lj + li) ·α/2
mit lj = die halbe obere Basislänge eines Trapezoids, li = die halbe untere Basislänge davon, und α = eine Höhe.
li : lj = 1 :(1 - α)
Daher ist
lj = (1 - α) li
Somit ist
Si = (li + (1 - α) li) ·α/2 = (2 - α) ·α·li/2
Somit kann der Wert von Si ohne weiteres aus α und li errechnet werden, und die Schlußfolgerung kann schnell abgeleitet werden.
Nachstehend wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der Synthetisierung des Folgerungsergebnisses jeder Regel, wie in Fig. 37 gezeigt ist, bei der bekannten Fuzzy-Folgerungsmethode sind die Formen der Elementfunktionen in dem Ergebnis jeder Regel überlappt, und der Schwerpunkt einer so erhaltenen Form wird gefunden.
Fig. 33 zeigt eine Form, die durch Synthetisierung der Ergebnisse von drei Regeln, die in den Fig. 33(a) bis 33(c) gezeigt sind, und Zusammensetzen der Formen von drei Elementfunktionen in dem MAX_MIN-Verfahren erhalten ist. Wenn die Schlußfolgerung jeder Regel so zusammengesetzt ist, müssen die Formen so zusammengesetzt werden, um eine neue Form zu extrahieren, was Verarbeitungszeit erfordert, und in dem Beispiel der Fig. 33(a) bis 33(d) hat das Ergebnis von Regel 2 keinen Einfluß auf eine endgültige Schlußfolgerung. Denn gemäß Fig. 33(b) hat die Mittelposition der Elementfunktion im Schlußfolgerungsteil von Regel 2, wenn sie geringfügig verschoben ist, keinen Einfluß auf die endgültige Schlußfolgerung. Ein solcher Fall führt zu dem Problem, daß es schwierig ist, bei dem herkömmlichen Verfahren Elementfunktionen abzustimmen. Bei der vorliegenden Erfindung wird daher eine endgültige Schlußfolgerung L gefunden durch Folgerung entsprechend dem "mathematischen Ausdruck 8" aufgrund der Schwerpunktposition Li und des Bereichs Si in dem Ergebnis jeder Regel. Dabei ist n die Anzahl von Regeln. Bei diesem Verfahren beeinflußt das Ergebnis jeder Regel immer die endgültige Schlußfolgerung, und es werden keine Formen zusammengesetzt, so daß die Fuzzy-Folgerungsverarbeitung mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann. Bei Kombination mit der oben beschriebenen Methode der Darstellung von Elementfunktionen in einem bestimmten Formenmuster und gleichzeitiger Definition mit Regeln bietet die obige Ausführungsform eine viel schnellere Verarbeitung.
Es wird nun eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Da bei der bekannten Fuzzy-Folgerung alle Regeln gleich behandelt werden, kann sich die Bedeutung von bestimmten Regeln nicht in einer Schlußfolgerung widerspiegeln.
Tatsächlich muß jedoch die Bedeutung von Regeln bei der Ableitung einer endgültigen Schlußfolgerung in Betracht gezogen werden. Die vorliegende Erfindung definiert die Bedeutung jeder Regel, wie Fig. 42 zeigt, indem beispielsweise VAL verwendet wird. VAL erhält einen größeren Wert im Fall einer bedeutsameren Regel und einen kleineren Wert im Fall einer weniger bedeutsamen Regel.
Wenn man annimmt, daß die Bedeutung jeder Regel Bi ist, wird die endgültige Schlußfolgerung L gefunden, indem die Folgerung entsprechend dem "mathematischen Ausdruck 9" von der Mitte der Schwerpunktposition Li und der Fläche Si durchgeführt wird. Dabei ist n die Anzahl von Regeln. Auf diese Weise kann die Fuzzy-Folgerung durchgeführt werden, wobei die Bedeutung jeder Regel berücksichtigt wird. Da außerdem die Bedeutung Bi so ausgelegt ist, daß sie einen negativen Wert zuläßt, kann auch eine negative Regel vorgegeben werden. Insbesondere macht die Vorgabe eines negativen Werts für die Bedeutung einen Bereichswert in dem Schlußfolgerungsteil einer Regel negativ, wodurch eine negative Regel vorgegeben wird. Das erlaubt die Vorgabe der nachstehenden Regel, die bei der herkömmlichen Methode nicht definiert werden kann:
WENN A = A1, DANN ist B nicht B1.

Claims

1. Fuzzy-Folgerungseinrichtung, die folgendes aufweist:

eine Einrichtung zum Anwenden einer Vielzahl (n) von Regeln (Ri), ausgedrückt als Elementfunktionen (A, B, C), um ein individuelles Folgerungsresultat in Form eines Anteils (Ci·) einer der Elementfunktionen (A, B, C) für jede Regel (Ri) zu erhalten,

eine Einrichtung zum Bestimmen der Oberfläche Si, der Schwerpunktsposition Li, des Resultatanteils (Ci·) der einen Elementfunktion für jede Regel (Ri) entsprechend den individuellen Folgerungsresultaten jeder Regel, und

eine Einrichtung zum Erhalten des kombinierten Fuzzy- Folgerungsresultats L von allen individuellen Folgerungsresultaten entsprechend den Regeln unter Anwendung der Formel:

(n = Anzahl von Regeln).

2. Fuzzy-Folgerungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Regeln Produktionsregeln sind, die jeweils einen Bedingungsteil und einen Ergebnisteil aufweisen.

3. Fuzzy-Folgerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner folgendes aufweist:

eine Einrichtung zum Bestimmen der Signifikanz Bi jeder Regel (Ri),

wobei die Einrichtung zum Erhalten des kombinierten Fuzzy- Folgerungsresultats die Signifikanz βi jeder Regel darstellen unter Anwendung der Formel:

(n = Anzahl von Regeln).

4. Fuzzy-Folgerungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei wenigstens einer der Signfikanzparameter (Bi) einen negativen Wert hat.

5. Fuzzy-Folgerungsverfahren, das folgende Schritte aufweist:

Speichern einer Vielzahl (n) von Produktionsregeln (Ri), die jeweils einen Bedingungsteil und einen Ergebnisteil aufweisen, ausgedrückt als Elementfunktionen (A, B, C);

Anwenden der Regeln, um ein individuelles Folgerungsresultat in Form eines Anteils (Ci·) einer Elementfunktion des Ergebnisteils für jede Regel zu erhalten;

Berechnen der Oberfläche Si und der Schwerpunktsposition Li des Resultatanteils (Ci·) für jede Regel (Ri); und

Erhalten des kombinierten Fuzzy-Folgerungsresultats L aus den Resultatanteilen (C·) für sämtliche Regeln (Ri) unter Anwendung der Formel:

(n = Anzahl von Regeln).

6. Fuzzy-Folgerungsverfahren nach Anspruch 5, das ferner den Schritt aufweist: Darstellen der Elementfunktionen (A, B, C) als Muster einer bestimmten Gestalt.

7. Fuzzy-Folgerungsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, das ferner folgende Schritte aufweist:

Vorbestimmen der Signifikanz βi jeder Regel (Ri) und

Erhalten des kombinierten Fuzzy-Folgerungsresultats L von sämtlichen Regeln unter Anwendung der Formel:

(n = Anzahl von Regeln).

8. Fuzzy-Folgerungsverfahren nach Anspruch 7, wobei wenigstens einer der Signifikanzparameter (βi) einen negativen Wert hat.