Punkt-zu-Punkt-Bewegung, Überblendete Bewegung, Konturierte Bewegung.

Für viele Aufgaben bewegen sich mehrachsige Linearsysteme – kartesische Roboter, XY-Tische und Portalsysteme – geradlinig, um schnelle Punkt-zu-Punkt-Bewegungen zu ermöglichen. Einige Anwendungen, wie beispielsweise Dosieren und Schneiden, erfordern jedoch, dass das System einer Kreisbahn oder einer komplexen Form folgt, die sich nicht durch einfache Linien und Bögen darstellen lässt. Glücklicherweise verfügen moderne Steuerungen über die Rechenleistung und Geschwindigkeit, um komplexe Bewegungsabläufe für mehrachsige Systeme mit zwei, drei oder sogar mehr Bewegungsachsen zu berechnen und auszuführen.

Punkt-zu-Punkt-Bewegung

Das Grundprinzip der Punkt-zu-Punkt-Bewegung besteht darin, einen vorgegebenen Punkt unabhängig vom zurückgelegten Weg zu erreichen. In ihrer einfachsten Form bewegt die Punkt-zu-Punkt-Bewegung jede Achse unabhängig, um die Zielposition zu erreichen. Um beispielsweise von Punkt (0,0) zu Punkt (200, 500) zu gelangen, bewegt sich die X-Achse um 200 mm, und sobald sie ihr Ziel erreicht hat, bewegt sich die Y-Achse um 500 mm. Die Bewegung in zwei unabhängigen Segmenten ist typischerweise die langsamste Methode, um von einem Punkt zum anderen zu gelangen, weshalb diese Form der Punkt-zu-Punkt-Bewegung selten verwendet wird.

Die andere Möglichkeit für eine Punkt-zu-Punkt-Bewegung besteht darin, die Achsen gleichzeitig mit demselben Bewegungsprofil zu bewegen. Im obigen Beispiel – der Bewegung von (0,0) nach (200, 500) – würde die X-Achse ihre Bewegung abschließen, bevor die Y-Achse ihre Bewegung beendet hat, sodass der Bewegungspfad aus zwei verbundenen Linien bestünde.

Überblendete Bewegung

Eine Variante der Punkt-zu-Punkt-Bewegung für mehrachsige Linearsysteme ist die Überblendbewegung. Um eine Überblendbewegung zu erzeugen, überlagert der Regler die Bewegungsprofile zweier Achsen. Sobald eine Achse ihre Bewegung beendet hat, beginnt die andere, ohne auf den vollständigen Stillstand der ersten Achse zu warten. Ein vom Benutzer festgelegter Überblendfaktor definiert die Position, den Zeitpunkt oder den Geschwindigkeitswert, an dem die zweite Achse ihre Bewegung beginnen soll.

Überblendete Bewegungen erzeugen beim Richtungswechsel einen Radius anstelle einer scharfen Ecke. Anwendungen wie Dosieren und Schneiden erfordern unter Umständen überblendete Bewegungen, wenn das zu verfolgende Teil oder Objekt abgerundete Ecken aufweist. Selbst wenn am Bewegungsende kein Radius (Kurve) erforderlich ist, bietet überblendete Bewegung den Vorteil, dass die Achsen in Bewegung bleiben. Dadurch werden die Verzögerungs- und Beschleunigungszeiten vermieden, die zum Anhalten und Neustarten bei abrupten Richtungswechseln notwendig wären.

Lineare Interpolation

Eine gängigere Bewegungsart für Mehrachsensysteme ist die lineare Interpolation, die die Bewegung zwischen den Achsen koordiniert. Dabei ermittelt die Steuerung für jede Achse das passende Bewegungsprofil, sodass alle Achsen gleichzeitig die Zielposition erreichen. Das Ergebnis ist eine gerade Linie – der kürzeste Weg – zwischen Start- und Endpunkt. Die lineare Interpolation eignet sich für Zwei- und Dreiachsensysteme.

Kreisinterpolation

Für kreisförmige Bewegungsbahnen oder Bewegungen entlang eines Bogens können mehrachsige lineare Systeme die Kreisinterpolation nutzen. Diese Bewegungsart funktioniert ähnlich wie die lineare Interpolation, erfordert jedoch die Kenntnis der Parameter des zu beschreibenden Kreises oder Bogens, wie z. B. Mittelpunkt, Radius und Richtung bzw. Mittelpunkt, Startwinkel, Richtung und Endwinkel. Die Kreisinterpolation erfolgt in zwei Achsen (typischerweise X und Y). Wird die Bewegung um die Z-Achse ergänzt, ergibt sich eine Spiralinterpolation.

Konturierte Bewegung

Die Konturberechnung kommt zum Einsatz, wenn ein Mehrachsensystem einem vorgegebenen Pfad folgen soll, um den Endpunkt zu erreichen, die Trajektorie jedoch zu komplex ist, um sie durch eine Reihe gerader Linien und/oder Kreisbögen zu definieren. Um eine konturierte Bewegung zu realisieren, werden bei der Steuerungsprogrammierung eine Reihe von Punkten sowie die Bewegungszeit vorgegeben. Der Bewegungsregler verwendet dann lineare und kreisförmige Interpolation, um einen kontinuierlichen Pfad durch die Punkte zu erzeugen.

Eine Variante der Konturbewegung, die als PVT-Bewegung (Position, Geschwindigkeit und Zeit) bezeichnet wird, vermeidet abrupte Geschwindigkeitsänderungen und glättet die Trajektorien zwischen den Punkten, indem die Zielgeschwindigkeit (zusätzlich zu Position und Zeit) an jedem Punkt angegeben wird.