För att förbättra produktiviteten i tillverkningsprocesser ökar, särskilt i högteknologiländer, användningen av komplexa verktygsmaskiner. Dessa maskiner har ofta flera axelgrupper, kombinerade skärtekniker och har kapacitet för bearbetning med hög hastighet och stor noggrannhet. Sådana high-tech-maskiner som kombinerar svarvning och fräsning eller femaxliga maskiner är kända för hög effektivitet. För operatören ökar dock svårigheten att kunna följa och övervaka de snabba och komplexa maskinrörelserna. Att stoppa maskinen manuellt vid en hotande kollisionsrisk är nära nog omöjligt. Situationen blir inte bättre av att många verkstadsföretag idag har brist på vana cnc-operatörer. Den här utvecklingen har sporrat verktygsmaskintillverkarna att ta fram system för att undvika kollision mellan verktyg och maskindelar. CAS, Collision Avoidance System, är en vanlig beteckning på sådana system. I följande artikel visar styrsystemtillverkaren m m Fanuc GE hur man där resonerat och valt utvecklingsväg. Cnc-system och cadcam-leverantörer har utvecklat koncept för att förbättra säkerheten i verktygsmaskiner. Dessa kan i huvudsak indelas i två kategorier - integrerade och "offline". "Offline" avser simuleringar som körs på en pc, oberoende av verktygsmaskinen och styrsystemet. Cadcam-leverantörer använder sitt kunnande för att skapa tredimensionella modeller av arbetsstycket, lägger till virtuella maskinkomponenter och verktyg och förflyttar dem efter den kontur som skall bearbetas. Med dessa simuleringar kan NC-programmets duglighet och risken för eventuella kollisioner kontrolleras. Många tillverkare av pc-stödda cnc-system använder sig av denna metod för att förhindra krockar. Med dessa offline-system har operatören tillgång till simulering av verktygsvägarna för nästa arbetsstycke medan bearbetning av den aktuella detaljen pågår i maskinen. Dock måste beaktas att tillförlitligheten hos denna typ av kollisionsövervakning är begränsad, eftersom den virtuella världen inte alltid motsvarar verkligheten. Vad händer till exempel om ett verktyg går sönder och måste bytas ut? För att anpassa simuleringen till verkligheten måste nya verktygsdata överföras till pc:n, integreras i cam-systemet och simuleringen beräknas på nytt. Samma gäller för temporära ändringar av spännanordning eller i maskinen. Erfarenheten visar att de flesta kollisioner uppstår i samband med riggning och inkörning av program. Offline-övervakning tar dock inte hänsyn till sådana parametrar. Det är lätt hänt att operatören matar in fel ställängd på verktyget. Beteendet hos den som riggar maskinen och kör in program kan inte förutses i en virtuell omgivning. Integrerade system har möjlighet att eliminera alla dessa säkerhetsbrister. De övervakar i realtid och tar alltid hänsyn till gällande maskinstatus. Kollisionsskyddet övervakar varje maskinrörelse, även vid riggning och inkörning av program. Eftersom de integrerade systemen inte kan utvärdera den egentliga bearbetningsprocessen bör man simulera stora, komplexa program i en pc innan de överförs till maskinen. Fanuc GE cnc-system ur serien 30i/31i Model A erbjuder en "3D Interference Check" som är integrerad i cnc-kärnan och som, om den är riktigt konfigurerad, förhindrar kollisioner med nära nog 100% säkerhet. Detta system använder sig av geometriska element (plan, kuber och cylindrar) i områden där det finns risk för kollisioner - så nära som 1 µm från den aktuella konturen. Maximalt 24 sådana element kan specificeras. Cnc-systemet tar hänsyn till denna geometriinformation och aktuella verktygsdata när axelrörelserna beräknas. Takttiden för beräkning av samtliga objekt i kollisionsmodellen är 4 ms. Beräkningarna utförs av huvudprocessorn, parallellt med interpolering av axlarna. Upptäcks en kollisionsrisk stoppas maskinen genom att det sista interpoleringssteget före en definierad modell inte kommer att utföras. Skulle det visa sig att kollisionsmodellen är för komplex för att kunna beräknas inom 4 ms använder Fanuc GE en eskaleringsstrategi: tiden ökas till 8 ms och samtidigt utökas säkerhetszonen. Vid konfigurering av 3D-Interference Check har användaren möjlighet att bestämma villkoren för de olika kollisionselementen: antingen beräknas kollisionsriskerna för varje rörelse eller endast för snabbmatning. Väljer man kombinationen “verktyg och arbetsstycke” aktiveras endast kollisionsberäkningen för snabbmatning, eftersom skärande bearbetning förutsätter att verktyget måste få komma i kontakt med arbetsstycket. Skulle maskinen stoppas på grund av en kollisionsrisk under pågående bearbetning kan operatören friköra axlarna manuellt med fortsatt aktiv övervakning. Så undviks en kollision, även om operatören av misstag skulle trycka på fel knapp. 3D kollisionsövervakning är användarvänlig. Relevanta geometriska data kan matas direkt in i cnc-systemet. Verktygsdata som cnc-systemet behöver för att kunna utföra bearbetningen överförs automatiskt till kollisionsövervakningen. I många fall är det dock bekvämare och upp till 40% snabbare att använda ett av Fanuc GE utvecklat mjukvarustöd. Med detta så kallade Setting Tool kan maskintillverkaren eller operatören definiera de områden där det finns kollisionsrisker, med hjälp av geometriska figurer. Exempel på sådana områden är maskinbord och uppspänningsanordningar. Setting Tool kan köras på en pc med operativsystemen Windows 2000 / XP / Vista och stödjer datautbyte med 3D cad-system, vilket underlättar definition av riskområden avsevärt. Via ett IGES-snittställe kan de önskade cad-elementen hämtas till pc:n och användas i Setting Tool för att anpassas till kollisionsövervakningen. Denna mjukvara är speciellt användbar för att ta hand om olika modeller i en maskinserie. Flera olika konfigurationer av kollisionsmodellen kan hanteras samtidigt och enstaka element kan om så önskas kopieras från en maskin till en annan. En annan fördel med Setting Tool visar sig vid verifiering av Interference Check. I cnc:n finns en skärmbild som visar den aktuella modellen som trådmodell som kan roteras och betraktas från olika vinklar. Visning av solidmodell och zoomfunktion har valts bort till förmån för högre hastighet. Dessa funktioner finns dock i Setting Tool, vilket möjliggör detaljstudier under verifieringen. Eftersom pc:n är sammankopplad med cnc:n via Ethernet eller en höghastighetsbuss kan samtliga rörelser hos kollisionsobjekten följas i realtid på pc:n i en 3D-animering. Medan Setting Tool ansvarar för konfigurering och verifiering av kollisionsmodellen, så utförs den egentliga 3D-Interference Check i cnc. Detta är även anledningen till att upplösningen av grafiken på skärmen har reducerats. Fanuc GE har tagit fram ett lättbegripligt användargränssnitt och gjort avkall på komplex animerad 3D-grafik för att reducera tiden för dataöverföring. Detta innebär att blockcykeltiden i cnc:n och maskinens produktivitet inte påverkas negativt när 3D-Interference Check används, vilket inte är fallet i alla integrerade kollisionsskyddssystem. Användare av Open Fanuc 300i/310i/320i cnc-system som är utrustade med en extra pc kan även skapa en mera komplex grafisk visning för 3D Interference Check. I sådana fall levererar cnc:n i realtid en - genom Look ahead-funktionen - i förväg skapad position till pc:n innan den exekveras i cnc:n. Pc:n utför kollisionsberäkningen och visar resultatet i 3D-animering. Datorn signalerar alla potentiella överlappningar mellan de definierade objekten till cnc:n, som i sin tur stoppar alla axelrörelser innan kollisionen blir ett faktum. En höghastighetsbuss mellan cnc:n och pc:n är en grundförutsättning för denna funktion. Några maskintillverkare, som till exempel Stama, tillverkare av avancerade vertikala fleropar och fräs- och svarv-center, använder redan 3D Interference Check. Dr Achim Feinauer, företagets vd, förklarar: - Vid körning i femaxliga fräsmaskiner och svarvar är det svårt för operatören att överblicka alla axelrörelser, så vi måste skapa en hjälp för att förhindra kollisioner. Den nya Fanuc 3D Interference Check-funktionen har imponerat på oss. Den är enkelt att använda och erbjuder nära nog 100% säkerhet. Stama har tidigare använt pc-baserade lösningar som visade maskinen och alla komponenter i detalj. Även om visningssättet imponerade upptäcktes snart nackdelar: - För att kunna mata in ändringar krävdes det en med cad-världen förtrogen specialist. I Fanuc-systemen kan operatören utföra dessa uppgifter på egen hand och det behövs inga stora datamängder som är fallet vid datorsimulering. Detta möjliggör realtidsövervakning, även under manuell körning. De första Stama fräs- och svarvcentren, MC 726 MT-G och MC 734 MT-G, med 3D Interference Check finns nu på marknaden. Andra maskintyper kommer att anpassas steg för steg.