Varie foto rappresentano macchine e metodologie di lavorazioni diverse. Nello sfondo si vedono le scintille prodotte da una macchina a taglio plasma. In basso abbiamo un braccio robotico, con la sua immagine specchiata, utilizzato per operazioni di pick&place. In alto una macchina taglio plasma per profili tubolari.

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Rivoluzione della pianificazione del moto

XStar motion mira a innovare in maniera radicale la pianificazione del moto delle macchine utensili e robot. La nostra tecnologia sfrutta l'implementazione di algoritmi di ottimizzazione e la potenza di calcolo attualmente disponibile per pianificare il movimento di ogni macchina in modo da sfruttarne tutta la potenza e aggiornarla per ogni singolo compito, in modo autonomo.

Pianificazione del moto

La pianificazione del moto è la generazione del profilo tempo variante di ciascun asse della macchina per eseguire una determinata operazione come, ad esempio, un taglio, una saldatura o semplicemente un movimento dell'utensile. Questo processo si basa su tre fasi fondamentali:

• Il percorso utensile viene generato a partire dalla digitalizzazione del risultato da ottenere, ad esempio il disegno di un componente;
• Passaggio dal percorso dell'utensile al percorso di ciascun asse;
• Definizione del movimento della macchina - la velocità con cui ogni asse deve percorrere il percorso assegnato.

Immagine di macchina taglio con scintille che si alzano al passaggio della torcia sulla lamiera

Se le prime due fasi - nella maggior parte dei casi - consentono una soluzione con una minima libertà di scelta, dovuta a tolleranze sul percorso vincolanti per la lavorazione in questione, che sono oggi appannaggio dei software CAD/CAM, la terza fase può produrre comportamenti della macchina molto diversi a seconda delle tecniche utilizzate, e definisce il trade-off tra tempo ciclo, quanto tempo impiegherà la macchina per completare il percorso dato, determinando il costo dell'operazione, e fluidità del movimento, meno stress e vibrazioni sulle componenti aumenta la vita della macchina e migliora la qualità del lavoro.
Buoni indicatori della fluidità del movimento sono i valori di accelerazione e di variazione dell'accelerazione - jerk - che devono essere generati dagli assi per eseguire il movimento desiderato. Valori più bassi di accelerazione e jerk indicano un movimento più fluido, mentre valori più alti possono portare a un movimento "a scatti", inducendo vibrazioni e sollecitazioni strutturali e aumentando il rischio di usura prematura dei componenti meccanici.

Approccio classico basato su euristiche

Lo stato dell'arte è in gran parte basato su euristiche, cioè su regole che decidono a priori a quale velocità - e quindi accelerazione e jerk - seguire un determinato percorso. Il percorso è solitamente suddiviso in porzioni eseguite con profili di velocità predefiniti, tipicamente trapezoidali. Per ottenere tempi di ciclo accettabili, il movimento degli assi è tipicamente poco fluido, oppure per rispettare i limiti degli assi si producono tempi di esecuzione eccessivamente elevati. Per ovviare a questo problema, la traiettoria ottenuta in seguito all'applicazione dei profili di velocità predefiniti viene filtrata prima di essere utilizzata nella macchina, perdendo garanzie.
Pro:

Costo computazionale estremamente basso.

Contro:

Il comportamento ottenuto è sostanzialmente diverso da quello ottimale in termini di tempo ciclo;
Nessuna garanzia di rispetto delle tolleranze, dei vincoli di velocità, accelerazione e jerk degli assi;
Il tuning dei parametri di filtraggio non è in genere un'operazione semplice, in quanto non vi è una comprensione diretta dell'effetto del parametro sulla lavorazione e di solito viene eseguita da personale specializzato del fornitore del CNC;
L'impostazione dei parametri è specifica per l'operazione, quindi non si può escludere il caso in cui debba essere eseguita a ogni cambio di operazione che la macchina deve eseguire.

Il metodo XStar

XStar motion sfrutta tutta la potenza di calcolo oggi disponibile e apre nuovi scenari per la pianificazione e il controllo del movimento. La tecnologia XStar motion si basa su algoritmi di ottimizzazione numerica. In particolare, il problema della pianificazione del movimento di una macchina lungo un determinato percorso nel minor tempo possibile può essere formulato come un problema di ottimizzazione con una soluzione unica. Questa soluzione, che fornisce il movimento della macchina, viene determinata con algoritmi efficienti e affidabili. I limiti di velocità, accelerazione e jerk degli assi possono essere inclusi nel problema come vincoli, ottenendo un movimento che li rispetti.

Vantaggi principali:

Rispetto dei vincoli degli assi, compresi quelli di velocità, accelerazione e jerk e della tolleranza di lavorazione;
Garanzie sul valore minimo di tempo in cui è possibile eseguire un ciclo di lavorazione, dati i limiti degli assi;
I parametri del software di controllo del movimento sono chiaramente riconoscibili entro i limiti degli assi della macchina e non richiedono alcun tipo di messa a punto;
Funziona online, fornendo i riferimenti ottimizzati alla frequenza del controllore;
Gestisce percorsi di lunghezza arbitraria.

Perché ora?

Oggi è possibile adottare l'ottimizzazione numerica nel controllo delle macchine per due motivi principali: in primo luogo, la potenza di calcolo disponibile a costi ragionevoli consente di eseguire routine di ottimizzazione con frequenze compatibili con il funzionamento della macchina; inoltre, i moderni approcci di ottimizzazione convessa consentono di affrontare problemi rilevanti per la lavorazione ad alta velocità.

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