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Die
vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte
und befasst sich somit mit einem Maschinensteuerungsverfahren.
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Numerisch
gesteuerte Maschinen nehmen heute in der industriellen Fertigung
eine immer größere Rolle
ein. Sie werden sowohl für
die Fertigung einzelner Teile als auch in der Serienproduktion,
etwa als Schweißroboter
im Automobilkarrosseriebau, eingesetzt. In vielen, jedoch nicht
allen Fällen
existiert zwar ein Datensatz, der das zu bearbeitende Werkstück detailliert
beschreibt, etwa in Form von CAD-Daten. Selbst mit solchen Daten
ist aber die Programmierung der numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine
oftmals noch mit erheblichem Aufwand verbunden. Es kann überdies,
gerade in der Serienfertigung, vorkommen, dass ad hoc Änderungen
an einzelnen bei einer Reihe von Bauteilen vorgenommen werden müssen, etwa
dann, wenn Qualitäts-
oder Toleranzprobleme beobachtet werden und zum Beispiel im Karosseriebau
die optimale Lage von Schweißnähten nicht
mehr gewährleistet
ist.
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Es
gibt eine Vielzahl von Ansätzen
zur Programmierung werkstückbearbeitender
Maschinen, zu denen, sofern nichts Anderes erwähnt wird, für Zwecke der vorliegenden Erfindung
auch und gerade Roboter mit in mehreren Freiheitsgraden beweglichen
Roboterarmen gerechnet werden. So kann, ausgehend alleine von CAD-Daten,
ein Maschinensteuerungsprogramm festgelegt werden. Während dies
bei einfachen Problemen wie dem Bohren von Löchern in gegebener geometrischer
Ausrichtung zueinander in flache Bleche noch problemfrei möglich ist,
treten erhebliche Probleme bei komplexen Strukturen auf, insbesondere
dann, wenn die Bearbeitung sukzessive an unterschiedlichen Fertigungsstationen vorzunehmen
ist, wie dies im Automobilbau der Fall ist, wo etwa an einer ersten
Station geschweißt,
an einer zweiten Station gebohrt und an einer dritten Station zusammengefügt oder
lackiert werden soll, weil sich hier Ungenauigkeiten an einer Station
später
nachteilig auswirken kön
nen.
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Es
ist bereits vorgeschlagen worden, an der Maschine selbst entweder
einen Roboterarm, z. B. mit Steuerknüppel joystickgesteuert oder
dergleichen, von Position zu Position an einem realen Werkstück zu bewegen,
um dort die jeweils von der Maschine auszuführenden Bearbeitungsschritte
wie Bohren eines Loches mit bestimmter Tiefe und gegebenem Durchmesser,
Schweißen
einer Naht in bestimmter Form usw., vorzugeben. Dieser Prozess wird
als Einlernen bezeichnet. Es ist dabei auch möglich, den Roboterarm zunächst nur
von Position zu Po sition zu bewegen, die jeweiligen angesteuerten Positionen
und gegebenenfalls Bewegungsbahnen zu erfassen und später die
an einer jeden angesteuerten Position erforderlichen Bewegungen
zur Bearbeitung zu bestimmen.
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Weiter
ist vorgeschlagen worden, an Stelle der Bewegung des Roboterarms
einen Zeiger über ein
Werkstück
zu bewegen und dessen Position zu bestimmen, um dann für diese
Position wie zuvor beschrieben eine Bearbeitung auswählen zu
können.
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Verwiesen
wird in diesem Zusammenhang insbesondere auf die folgenden Veröffentlichungen: Patent
abstract 63052203 A, JP patent abstract 63245359 A, JP patent abstract
2002172575, JP patent abstract 56140414 A, JP patent abstract 0325591,
JP patent abstract 10138182 A, JP patent abstract 60256802 A, JP
patent abstract 61182106 A, JP patent abstract 04322305 A, JP patent
abstract 62165213, US-PS 6,352,354 B1 und Lehrbücher wie „HANDBOOK OF INDUSTRIAL ROBOTICS", ISBN 0-471-17783-0 von S. Y. Nof,
oder „INDUSTRIEROBOTERHANDBUCH
FÜR INDUSTRIE
UND WISSENSCHAFT",
herausgegeben von H.-J. Warnecke und R. D. Schraft.
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Die
bekannten Methoden sind jedoch immer noch umständlich und insbesondere dann
ungeeignet, wenn eine Maschinensteuerung sehr schnell und dennoch
sicher programmiert oder umprogrammiert werden soll.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche
Anwendung bereitzustellen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe wird in unabhängiger
Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in
den Unteransprüchen.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
somit in einem ersten Grundgedanken ein Maschinensteuerungsverfahren
zur Steuerung einer werkstückbearbeitenden
Maschine vor, bei welchem unter Verwendung eines berührungsfrei
erfassten Zeigers eine Position bestimmt und für diese eine gewünschte Bearbeitung
bestimmt wird, und bei welchem vorgesehen ist, dass im Ansprechen
auf die erfassten Zeigerkoordinaten eine Liste von möglichen
Bearbeitungsschritten automatisch generiert und/oder für die Auswahl verfügbar gemacht
wird.
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Die
erste Erkenntnis mit Bedeutung für
die vorliegende Erfindung ist somit darin zu sehen, dass die Programmierung
einer Maschinensteuerung signifikant dadurch verbessert wird, dass
zu einer jeweils erfassten Zeigerkoordinate nicht gewartet wird, bis
ein Benutzer eine gewünschte
Bearbeitung bestimmt, sondern vielmehr auf eine Datenbank zugegriffen
wird, in der wahrscheinlichste Bearbeitungen für bestimmte Positionen abgelegt
sind, oder durch Erfahrungswerte mögliche Bearbeitungsschritte
vorhergesagt werden, um aus dieser eine Liste von möglichen
Bearbeitungsschritten an der erfassten Zeigerkoordinate zu generieren
und für
die Auswahl verfügbar
zu machen. Durch die Vorgabe einer Liste möglicher Bearbeitungsschritte,
aus denen ein Benutzer auswählen
kann, wird dann eine auf sehr einfache Weise durchführbare eigentliche
Programmierung möglich,
so dass die Programmierung der Maschinensteuerung nicht mehr ausschließlich nur
von höchst
spezialisierten Fachleuten vorgenommen werden kann, sondern bereits
auch beispielsweise von qualifizierten Facharbeitern, die in einer
Fertigungslinie ein Problem beobachten, welches sich ohne weiteres
durch geringfügige Änderung
eines Bearbeitungsprogrammes beheben lässt. Beispiele hierfür sind etwa
geringfügige
Verschiebungen einer Schweißnaht, Änderungen
eines Schweißlinienmmusters
in der laufenden Fertigung, Änderungen von
Sprührichtungen
und -bahnen usw., die von einem Arbeiter am Fließband erkannt werden. Die Generierung
von Listen möglicher
Bearbeitungsschritte erlaubt es, auch ohne Programmiersprachenkenntnisse
derartige Änderungen
vorzunehmen, ist schnell und erlaubt somit eine nahezu instantane
Verbesserung und Reaktion auf Fehljustierungen und dergleichen.
Die Gesamtanlaufzeiten einer Fertigungsstraße mit einer Vielzahl von gesteuerten,
Werkstücke bearbeitenden
Maschinen bis zum reibungslosen Ablauf kann damit ohne weiteres
erheblich verkürzt
werden.
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In
einer bevorzugten Variante wird es sich bei der werkstückbearbeitenden
Maschine um eine CNC-, Montage-, Handhabe-, Meß-, Füge-, Bohr-, Dreh-, Fräs- und/oder
Schweißvorrichtung
handeln. Als Werkstückbearbeitung
im Sinne der Erfindung wird dabei nicht nur eine formändernde,
oberflächenverändernde,
trennende, montierende und/oder fügende, sondern gegebenenfalls
auch durch Vermessung oder Analyse bearbeitende bzw. handhabende Behandlung
verstanden. Es ist auch möglich,
mit dem Verfahren nicht nur die Serienfertigung in größeren Stückzahlen
einer Vielzahl von Einheiten, wie Automobilkarosserien oder dergleichen
zu verbessern, sondern es können
auch Einzelstücke
nach der Erfindung hergestellt werden. So kann beispielsweise für ein Werkstück die Anzahl
der unterschiedlich großen Bohrungen
und/oder Fräsungen
und deren Ausführungen
wie Durchmesser und Bohrtiefe sowie z. b. Absenkungen festgelegt
werden, was auch von Handskizzen oder dergleichen leicht abgenommen werden
kann. Ohne dass dann im Betrieb noch jede Position, an der ein Loch
gewünscht
wird, einzeln angefahren werden muss, kann ein Bediener, nach Fixieren
des Werkstückes
auf einem Maschinentisch, zunächst
für jede
Position, die er etwa von Hand eingemessen hat, durch einfaches
Zeigen auf eine Position einen jeweiligen Bearbeitungsschritt aus
der Liste der noch abzuarbeitenden oder während der voranschreitenden
Programmierung noch auszuwählenden
Bearbeitungsschritte auswählen,
wobei die Maschine nach Abschluss der Steuerung ohne kompliziertes
Einmessen der Lage des fixierten Werkstückes sofort mit der Bearbeitung
beginnen kann, was gegebenenfalls hinter einer Schalldämmhaube
geschehen kann. Im Extremfall könnte
die Liste im übrigen
auch durch als vor Zeigen auf eine gewünschte Bearbeitungsposition
fest vorgegebener Bearbeitungsschritt definiert sein. Dann wäre bevorzugt
noch auszuwählen
zwischen der Wahl dieses festen Schrittes oder dem Verwerfen der
Position als falsch gewählt.
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In
einer bevorzugten Variante wird die Maschine zumindest einen werkzeugtragenden
Roboterarm für
die Bearbeitung des Werkstückes
aufweisen. Das Werkzeug kann dabei bevorzugt gewechselt werden.
Die zu generierende Liste wird dabei bevorzugt eine Makroliste für vollständige Roboterarm-Teilbewegungen,
z. B. „fahre
mit Geschwindigkeit v nach xyz und bohre dort", sein.
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Während es
ohne weiteres möglich
ist, in der Einzelfertigung von Bauteilen durch die vorliegende Erfindung
nach einfacher Vorgabe z. B. der einzelnen Löcher, Bohrungen, Fräsungen usw.
ohne Bezug auf die exakte Bemaßung
eines Werkstückes
eine Auswahlliste der jeweils an einem erfassten Zeigerort durchzuführenden
Bearbeitungsschritte zu generieren, wird für kom pliziertere Anlagen ein
erheblicher Vorteil erhalten, wenn ein für eine jeweilige Maschine bereits
abgelegtes Steuerungsprogramm herangezogen wird, um die Auswahlliste
der an einem Ort durchzuführenden
gewünschten
Bearbeitung zu generieren. Dies ist hilfreich, wenn kleine Änderungen eines
Steuerungsprogrammes erforderlich sind, etwa die Verschiebung oder
Verlängerung
einer Schweißnaht,
die Veränderung
der Anzahl von Schweißpunkten
längs einer
Linie usw. Wird etwa festgestellt, dass mit den für die Herstellung
einer Karosserie verwendeten Schweißrobotern eine höhere Anzahl
von Schweißpunkten
längs einer
Schweißlinie,
an der nur punktuell geschweißt
werden soll, erforderlich ist, kann aufgrund der Feststellung, dass
eine Zeigerposition an oder nahe der Schweißlinie liegt, eine Liste generiert
werden, die eine oder mehrere Schweißschrittvarianten umfasst,
und es kann nach Auswahl einer weiteren angebotenen Schweißung längs der Linie
das komplette Bearbeitungsprogramm automatisch geändert werden.
Diese Änderung
der Steuerung kann einmalig erfolgen, d. h. für eine einzelne Ausführung, oder
aber mehrfach in einer Serie, um eine dauerhafte Änderung
des Bearbeitungsprogramms herbeizuführen.
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Das
vorbeschriebene Beispiel der Nähe
eines erfassten Punktes, an der eine weitere Schweißung vorgenommen
werden soll, zu einer Bahn, auf der bereits Schweißpunkte
vorgesehen sind, zeigt, dass es sinnvoll und bevorzugt ist, die
Nähe eines
erfassten Realpunktes zu einem virtuellen Punkt zu bestimmen. Dies
gilt für
eine Vielzahl von Anwendungen und ist somit nicht nur auf das beispielhaft
erwähnte
Bearbeitungsverfahren des Schweißens längs einer Bahn beschränkt.
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In
einer bevorzugten Variante wird nicht nur die Zeigerposition, sondern
zugleich auch die Zeigerausrichtung bestimmt. Es ist demgemäß bevorzugt, wenn
nicht nur der Endpunkt des Zeigers erfasst wird, sondern statt dessen
auch auf die Lage des Zeigers im Raum Bezug genommen wird. Es kann
also auch seine Orientierung, Drehung usw. berücksichtigt werden, wobei entweder
nur zwei Orientierungskoordinaten erfasst werden, etwa weil der
Zeiger allgemein stiftförmig
ist und seine Ausrichtung um die Stiftachse ignoriert wird, oder
aber es können durch
geeignete Sensormittel alle drei Rotationsfreiheitsgrade miterfasst
werden.
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Die
Positionsbestimmung des Zeigers erfolgt in einer besonders bevorzugten
Variante unter Verwendung von Ultraschallsignalen, wobei durch Phasenmessung
mit einer Vielzahl von Sendern und/oder Empfängern, die jeweils am Zeiger
und fest referenziert zur Bearbeitungszelle und/oder -maschine vorgesehen
sind, die erforderlichen Messungen durchführbar sind. Es sei darauf hingewiesen,
dass bei Verwendung von mehreren Sendern wahlweise ein alternierendes
Ein- und Ausschalten eines jeweiligen Senders erfolgen kann, oder
es können
Sender mit unterschiedlichen Frequenzen verwendet werden, um die
einzelnen Sender voneinander zu unterscheiden. Das Zeitmultiplexverfahren
hat dabei gegenüber
dem Frequenzmultiplexverfahren den Vorteil, relativ einfach zu sein
und es kann gezeigt werden, dass bei geeigneten Messfrequenzen,
Senderwechseln usw. die Ungenauigkeit einer einzelnen Messung nicht,
jedenfalls nicht signifikant, erhöht wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung prinzipiell nicht auf
eine bestimmte Anordnung von Sendern an der Zelle und Empfängern am
Zeiger oder umgekehrt beschränkt
ist und im übrigen
auch Mischformen möglich
sind, bei denen einige Empfänger
und einige Sender am Zeiger vorgesehen sind und das gleiche für die Bearbeitungszelle
gilt. Als Bearbeitungszelle wird dabei das Volumen verstanden, innerhalb
dessen eine Werkstückbearbeitung
erfolgen kann. Dieses Volumen kann, wie beispielsweise bei CNC-Maschinen
schon aus Gründen
der Lärmentwicklung
in einer Fertigungshalle bevorzugt, durch schalldämmende Wände oder
dergleichen, die die eigentliche Bearbeitungsfläche umgrenzen, abgeschlossen
sein; es sei aber darauf hingewiesen, dass dies keinesfalls notwendig
ist.
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Alternativ
und/oder zusätzlich
zur Ultraschallmessung kann die Positions- und/oder Lagebestimmung
des Zeigers auch unter Verwendung elektromagnetischer Wellen erfolgen.
Bei den elektromagnetischen Wellen kann es sich um optische Signale handeln,
insbesondere um Radarsignale, wobei wiederum eine Vielzahl von Sendern
und/oder Empfängern
am Zeiger und/oder fest referenziert zur Bearbeitungszelle vorzusehen
sind.
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Die
Auswahl des nächsten
Bearbeitungsschrittes wird bevorzugt entweder auf einem dicht bei der
Zelle und für
den Bediener gut zugänglichen Touchpanel
verfügbar
gemacht und/oder es kann auch eine Auswahl am Zeigerstift selbst
erfolgen. Die letzte Variante ist besonders bevorzugt, wenn nur sehr
wenige Bearbeitungsmöglichkeiten
vorliegen, so dass durch einfaches Anzeigen mittels LED- oder LCD-Displays
oder auch einem kleinen TFT-Display am Zeigerstift die von der Liste
generierten Möglichkeiten
auswählbar
gemacht werden können.
Weiter sei auf die alternative und/oder zusätzliche Möglichkeit hingewiesen, den
Stift zugleich zur Projektion zum Beispiel von Listen oder von an
einer aktuellen Stelle momentan auszufüh renden Bearbeitungsschritten
auf eine Fläche
wie ein Werkstück
auszubilden.
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Es
ist besonders bevorzugt, vor jeder weiteren Positionsbestimmung
die Auswahl zu erzwingen, um sicherzustellen, dass auch ein mit
Maschinenprogrammierung vergleichsweise unvertrauter Bediener keine
Fehlprogrammierung bewirkt. Die schrittweise Vorgabe weiterer Bearbeitungsschritte
erlaubt dabei insbesondere auch eine automatische Sofortprüfung auf
eventuelle Fehlprogrammierungen, etwa wenn Bohrlöcher nachfolgend auf einer
Schweißlinie
liegen oder dergleichen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise an Hand der Zeichnung
beschrieben. In dieser ist gezeigt durch
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1 eine
Maschine für
die Umsetzung eines Maschinensteuerungsverfahrens nach der vorliegenden
Erfindung.
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Nach 1 ist
eine allgemein mit 1 bezeichnete Maschine 1 zur
Bearbeitung eines Werkstückes 2 mittels
eines Roboterarmes 3 ausgebildet und weist zu ihrer Steuerung
durch eine Steuerelektronik 4 einen berührungsfrei erfassbaren Zeiger 5 auf,
dessen Position mittels Sensoren 6 erfassbar ist, um im
Ansprechen auf die erfassten Zeigerkoordinaten eine Liste von möglichen
Bearbeitungsschritten zu generieren und für eine Auswahl verfügbar zu
machen.
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Im
vorliegend beispielhaft dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Maschine
als schweißender, fräsender und
bohrender Roboter dargestellt, wobei sich der gesteuerte Roboterarm
in einer durch strichpunktierte Linien angedeuteten Zelle 1a be wegen kann,
um ein Werkstück 2 wie
erforderlich zu schweißen,
zu bohren oder Ausfräsungen
daran vorzunehmen.
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Für die Zwecke
der vorliegenden Erklärung wird
davon ausgegangen, dass es eine Vielzahl identischer Werkstücke 2 gibt,
die auf gleiche Weise zu bearbeiten sind, wobei weiter angenommen
wird, dass bereits eine Bearbeitung für das Werkstück 2 vorgegeben
wurde, diese Bearbeitungen nun aber geringfügig und schnell zu verändern sind.
Am Werkstück
dargestellt sind dafür
offenbarungs- und beispielhalber vier unterschiedliche Bearbeitungen, nämlich zwei
Schweißungen 2a, 2b an
den Kanten, eine Ausfräsung 2c im
Zentrum und drei Bohrungen auf der Oberseite des hier würfelförmig dargestellten Werkstückes. Um
von Werkstück
zu Werkstück
reproduzierbare Positionen des Werkstückes 2 auf der Maschine 1 innerhalb
der Bearbeitungszelle 1a erhalten zu können, sind im dargestellten
Ausführungsbeispiel
Anschläge 1b, 1c, 1d auf
der Grundplatte 1e vorgesehen, gegen welche das Werkstück fixiert
werden kann.
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Der
nur schematisch dargestellte Roboterarm 3 ist in der Lage,
jede der für
die Maschine gewünschten
Bearbeitungen, also vorliegend Fräsen, Bohren und Schweißen, vorzunehmen
und jeden Punkt am Werkstück 2 wie
erforderlich zu erreichen. Der Roboterarm 3 steht dabei
unter der Steuerung der als Prozessrechner ausgestalteten Steuerelektronik 4,
und zwar über
eine Leitung 7, über
welche seine Bewegungen und Aktionen durch die Steuerelektronik 4 gesteuert
werden können.
Die Abfolge der einzelnen Arbeitsschritte, die von dem Roboterarm 3 abzuarbeiten
sind, wird mit Bezug auf 4, insbesondere 4g beschrieben,
woraus ersichtlich ist, dass zunächst
drei gleich große
Löcher
auf der Oberseite zu bohren sind, dann eine Schweißnaht an
der oberen Vorderkante vorzusehen ist, danach eine Schweißnaht an
der rechten Vorderkante und anschließend eine Fräsung auf
der Vorderseite. Die Art und Weise, wie der Roboterarm an sich gesteuert wird,
um derartige Bearbeitungen vorzunehmen, ist per se bekannt.
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Die
Steuerung 4 umfasst eine Vielzahl von Stufen, Schnittstellen
und dergleichen. Während
von diesen nicht alle beschrieben werden müssen, seien die folgenden im
Hinblick auf ihre besondere Bedeutung erwähnt, wobei darauf hingewiesen
wird, dass die Stufen im Hinblick auf eine klarere Offenbarung gewählt wurden,
in einer praktischen Ausführung aber,
anders als nachstehend nur zu Offenbarungszwecken beschrieben, ausgeführt und/oder
zusammengefasst sein können,
insbesondere hinsichtlich der Funktionalität einzelner Stufen und/oder
der jeweiligen Implementierung, solange von den wesentlichen Aspekten
der vorliegenden Erfindung, wie sie sich für den Fachmann aus dem Gesamttext
ergeben, nicht signifikant abgewichen wird.
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Die
Steuerungselektronik 4 umfasst zunächst eine Sensorsignalkonditionierungsstufe 4a0, mit
der von den Sensoren 6 Signale empfangen werden, die indikativ
für einen
Empfang von Meßsignalen 5a ist,
welche von Signalquellen 5b am Zeiger 5 ausgestrahlt
werden. Die Sensorsignalkonditionierungsstufe 4a0, die
Sensorsignale von den Sensoren 6 empfängt, konditioniert diese bezüglich Signalpegel
etc. und speist die konditionierten Signale an eine Zeigerkoordinaten-
und Lageerfassungsstufe 4a, welche dazu angeordnet ist,
aus den konditionierten Signalen Position und Lage des Zeigers 5 zu
bestimmen. Der Zeigerkoordinaten- und Lageerfassungsstufe 4a folgt
hier im dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Konkordanzstufe 4b, die dazu bestimmt ist, zu realen
Koordinaten und Lagen des Zeigers 5 an einem existierenden
und vorliegenden Werkstück 2 entsprechende
virtuelle Positionen und gegebenenfalls Lagen an einem idealisierten,
beispielsweise ideal glatten Werkstück zu bestimmen. Dies ist in
der Stufe 4b dargestellt durch den Übergang der Realkoordinaten
x, y, z, α, β, γ am Realwerkstück 2 zu
virtuellen Koordinaten x'VIR, y'VIR, z'VIR, α'VIR, β'VIR, γ'VIR.
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Die
ermittelten virtuellen Koordinaten, die einer Lage am als bekannt
abgelegten und vorausgesetzten Werkstück 2 entsprechen,
werden dann in einer Verarbeitungsstufe 4c herangezogen,
um an Hand der bereits abgelegten älteren Programmierung, vergleiche
Pfeil 8 von Kästchen 4g,
zu ermitteln, ob nahe der vom Bediener angetasteten Stelle des Realwerkstückes eine
bestimmte Bearbeitung vorgesehen ist. Im vorliegenden Fall sind
für Werkstück 2 insgesamt
nur vier verschiedene unterschiedliche Bearbeitungen in Form von
Makros vorgesehen, nämlich
zwei für
die Anfertigung von Schweißnähten, eine
für eine
Reihe Bohrlöcher
und eine für eine
Ausfräsung.
Die Konkordanzstufe 4c ist dazu ausgebildet, hier z. B.
anhand der Abstände
des virtuell bestimmten Punktes x'VIR, y'VIR, z'VIR von
den Koordinaten, an denen die jeweiligen unterschiedlichen Bearbeitungen
stattfinden sollen, was für
jeweils einen indikativen (Schwer-)Punkt x1, y1, z1 für das Makro
der ersten Schweißnaht,
x2, y2, z2 für
das Makro der Bohrungsreihe, x3, y3, z3 für die zweite Schweißnaht und
x4, y4, z4 für
das Makro der Fräsung
angedeutet ist, zu ermitteln, das dem am realen Werkstück durch
den Zeiger 5 angezeigten Punkt die Bohrlochreihe nahe den
Koordinaten x2, y2, z2 am nächsten
liegt. Dies ist in Stufe 4d dargestellt. Es versteht sich,
dass tatsächlich
auch das exakte Bohrloch identifizierbar ist, das angetastet wurde,
dass aber von der Verwendung einer zu gro ßen Menge von Koordinaten in
der Offenbarung übersichtshalber
abgesehen wurde.
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Es
wird nun eine Liste möglicher
Bearbeitungen und Veränderungen
der Bearbeitung bei den Löchern
nahe der Bohrungen x2, y2, z2 generiert. Es wird also eine Veränderung
eines Makros zugelassen. Dazu ist die Generierungsstufe 4d vorgesehen. Es
wird dabei für
die Zwecke der Erfindung angenommen, dass von einem die Maschinenprogrammierung
möglicherweise
verändern
wollenden Arbeiter lediglich entweder die Bohrlochgröße in Grenzen verändert werden
oder das angewählte
Bohrloch in seiner Lage geringfügig
verschoben werden darf.
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Die
Stufe 4e zeigt die Liste der von der Generierungsstufe 4d vorgeschlagenen
möglichen
Bearbeitungen in grafischer Form an, nämlich einerseits eine Vergrößerung oder
Verkleinerung des Bohrloches und andererseits dessen Verschiebung.
Dargestellt ist in Stufe 4e ein Ausschnitt eines Touchscreen, auf
dem unterschiedliche Veränderungen
der vorprogrammierten Bearbeitung angedeutet sind. Die Darstellung
der Liste kann prinzipiell in alphanumerischer oder numerischer
Form erfolgen, gegebenenfalls sind aber auch andere Möglichkeiten
gegeben, etwa durch das Projezieren von unterschiedlichen Symbolen über den
Zeiger 5 selbst auf das Werkstück, wobei beispielsweise die
Symbole verändert werden
können,
was zyklisch erfolgen kann, bis ein Arbeiter die von ihm gewünschte Bearbeitung
auswählt.
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Nach
der Auswahl, angedeutet in Stufe 4f, im vorliegenden Beispiel
Auswahl einer Bohrungsvergrößerung,
wird eine Maschinensteuerungsprogrammveränderung erforderlich, wozu
das vorherige Programm, angedeutet in 4g, unterer Bereich,
zu än dern
ist in ein neues Programm, durch welches ein vergrößertes Loch
zu bohren ist, wie bei 4g1 angedeutet. Dass dabei erforderlichenfalls
Veränderungen
der Trajektorie, längs
der sich der Roboterarm bewegt, erforderlich sind, sei erwähnt.
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Der
Zeiger 5 umfasst in der vorliegenden Darstellung fünf Ultraschallsender,
die nichtplanar angeordnet sind und in einer Zeitmultiplexweise,
also nacheinander, Signale aussenden. Die Signale, angedeutet u.
a. bei 5a, 5b, sind von in den Ecken der Bearbeitungszelle 1a angeordneten
Ultraschallsensoren empfangbar, und zwar dergestalt, dass aus der Phasenlage
der empfangenen Ultraschallsignale auf den Abstand eines jeweiligen
in einer Ecke angeordneten Ultraschallsensors zu dem gerade aktiven
Ultraschallsender am Zeiger 5 geschlossen werden kann:
Die hier dargestellte Anzahl von fünf Ultraschallsendern am Zeiger 5 ist
nicht zwingend erforderlich, genauso wie auch das Vorhandensein
von insgesamt acht Ultraschallempfängern an der Zelle nicht erforderlich
ist, um den Zeiger 5 in seiner Position und Lage zu erfassen;
die Verwendung einer Mehrzahl von Sendern und Empfängern, die über die absolut
notwendige Anzahl hinausgeht, erhöht aber in vorteilhafter Weise
die Präzision
und Zuverlässigkeit
der Bestimmung und wurde daher vorliegend als bevorzugte Variante
mit offenbart, obgleich für
den Fachmann einsichtig sein wird, dass er weder unbedingt eine
so große
Anzahl an Sender-Empfänger-Paaren
bereitstellen muss, noch dass er zwingend auf Ultraschallsignale
und eine Phasenmessung zur Positionsbestimmung angewiesen ist; vielmehr
ist einsichtig, dass andere Positionsbestimmungen gleichfalls möglich sind,
beispielsweise optischer Art mittels Kameras, über Radarsignale, modulierte
Lichtsignale usw. Auch ist einsichtig, dass die eigentliche Triangulation
und Positions- und Lagebestimmung nicht Kern der vorliegenden Erfindung
ist und insoweit nicht näher
erläutert
zu werden braucht.
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Weiter
ist der Zeiger dazu ausgebildet, die Antastung eines Punktes am
Werkstück
der Steuerelektronik 4 zu signalisieren, was vorliegend
durch geeignete Modulation der Ultraschallsender am Zeiger 5 und
Demodulation in der Steuerelektronik 4 geschieht, aber
auch anders realisierbar wäre.
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Die
Sensoren 6 speisen wie erwähnt ihre jeweiligen Signale
an die Ausgangsstufe 4a0, die auch in der Lage ist, zu
erkennen, gegebenenfalls durch jeweilige unterschiedliche Modulation
der jeweiligen Sender am Zeiger 5, welcher der entsprechenden Sender
am Zeiger 5 gerade aktiv ist.
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Mit
der beschriebenen Vorrichtung kann ein Maschinensteuerungsverfahren
ausgeführt
werden wie folgt:
Es wird zunächst ein Werkstück 2 mittels
eines CAD-Programmes in seinen Koordinaten vorgegeben und eine erste
Maschinensteuerung zur Durchführung
einer gewünschten
und erforderliche Werkstückbearbeitung
programmiert. Dabei kann per se zwar bereits auf die vorliegende
Erfindung Rückgriff genommen
werden. Für
die Zwecke der näheren
Erläuterung
der besonderen Vorteile der Erfindung wird aber davon ausgegangen,
dass ein solches Programm schon vorliegt; es ist auch nicht erforderlich, obgleich
vorteilhaft, zur Erstellung eines solchen ersten Maschinensteuerungsprogrammes
dringend und unabdingbar die vorliegende Erfindung heranzuziehen.
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Wenn
nun im Laufe einer Fertigungsserie festgestellt wird, dass etwa
in eine Bohrung im Werkstück 2 künftighin
größere Teile
einzusetzen sind und daher eine von drei Bohrungen einer Bohrungsreihe zu
vergrößern ist,
wird vorgegangen wie folgt:
Zunächst wird mit dem Zeiger 5 auf
das entsprechende Loch gezeigt. Dies kann durch Richten des Zeigers
und Bestimmung seiner Lage erfolgen, so dass nicht zwingend das
Werkstück 2 berührt werden muss,
was besonders vorteilhaft ist, wenn ein reales, extrem empfindliches
Werkstück
bearbeitet wird. Vorliegend typisch wird der Zeiger jedoch bei Antasten des
an seiner Spitze angeordneten Kontaktsensors am Werkstück 2 die
Berührung
des Werkstückes
erfassen und im Ansprechen darauf die von den einzelnen Sendern
bevorzugt kontinuierlich ausgesandten Ultraschallsignale derart
modulieren, dass an den Sensoren 6 die Antastung des Werkstückes 2 an Hand
der Modulation beobachtbar und somit von der Erfassungsstufe 4a0 erkennbar
ist.
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Nachdem
in der angetasteten Position von allen Sensoren 6 für jeden
Ultraschallsender am Zeiger 5 Signale an die Stufe 4a0 gesandt
wurden, was angesichts einer bei Ultraschall schon ohne Probleme
möglichen
schnellen Durchschaltung der einzelnen Sender und der Möglichkeit,
Ultraschallsensoren parallel auszulesen, ohne merkliche Verzögerung und
ohne eine Beeinträchtigung
der Messgenauigkeit geschehen kann, werden die Koordinaten x, y,
z, die die Zeigerposition anzeigen, sowie die die Lage angebenden
Daten, hier als Winkel α, β, γ, in Stufe 4a bestimmt
und weitergeleitet, um daraus in Stufe 4b eine Position
x'VIR, y'VIR, z'VIR zu
bestimmen, das heißt, dass
zu der realen, erfassten Koordinate eine wahrscheinlichste virtuelle
Koordinate bestimmt wird. Dann wird in der Konkordanzstufe 4c an
Hand der bestimmten virtuellen Koordinaten x'VIR, y'VIR, z'VIR überprüft, ob nahe
dieser Punkte eine bestimmte Bearbeitung im bestehenden Programm
vorgesehen ist. Die Konkordanzstufe 4c hat dabei durch
eine geeignete Anbindung an das eigentliche Bearbeitungsprogramm
Zugriff auf die Bearbeitungsdaten, wobei die Anbindung im vorliegenden
Beispiel als Linie 8 eingezeichnet ist und technisch beispielsweise
durch einen Speicherzugriff in einem Maschinensteuerungssystem auf
den Bearbeitungsprogrammspeicher realisiert sein kann.
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Nachdem
festgestellt wurde, dass im vorliegenden Fall nahe des mit dem Zeiger 5 angetasteten Punktes
x2, y2, z2 Bohrungen vorzunehmen sind und auch festgestellt wurde,
dass mehrere Bohrungen in einer Reihe liegen, wird unter Rückgriff
auf eine Datenbank mit möglicherweise
zu fordernden und zuzulassenden Makroänderungen eine Anzahl von möglichen,
von der bisherigen Bearbeitung differierenden Bearbeitungsvarianten
generiert. So wird, ohne weiteres Zutun des Benutzers, eine Vergrößerung oder Verkleinerung
des Bohrloches zur Auswahl gestellt, genauso wie eine Verschiebung
des bereits vorhandenen, vom Zeiger 5 aus der Reihe der
hier drei Bohrlöcher
angetasteten Bohrloches. Der Zeigerbediener muss sich dabei in der
dargestellten, bevorzugten Variante nicht um die Einzelbefehle kümmern, mit
denen etwa nach Bohren der ersten beiden Löcher der Reihe die Bohrlochgröße verändert wird, das
heißt,
er ist nicht mit den Details befasst, die ein Bohrerwechsel erfordert,
noch muss er für
eine Verschiebung des Bohrloches auf der Oberfläche die exakten Koordinaten
der Verschiebung selbst im CAD-Programm vorgeben, was bei komplexen
Werkstücken
auf Grund der schrägen
Lage von Ebenen und dergleichen im Raum zu erheblichen Schwierigkeiten
führen
kann.
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Die
Generierungsstufe 4d offerierte vielmehr unterschiedliche
Befehlsmakros, die aus einer Reihe von Einzelschritten wie „bewege
den Bohrer zu der Bohrerwechselstation, wechsle dort den Bohrer,
bewege den Roboterarm an die nächste
Stelle" zusammengesetzt
sind. Die von der Generierungsstufe vorgeschlagenen und im übrigen im
Hinblick auf eine jeweilige Qualifizierung eines Bedieners als zulässig forderbar
erkannten und eingestuften Makros werden dann in einer Stufe 4e zur
Auswahl gebracht. Dabei kann es sich insbesondere um einen Touchscreen handeln,
auf dem der Bediener nur kurz antippen muss, was er wünscht. Nachdem
die Auswahl geschehen ist, dargestellt bei 4f, wird das
entsprechende Makro in der Maschinensteuerungsstufe 4g geändert und
es kann dann sofort die weitere Bearbeitung des Werkstückes 2 vorgenommen
werden, sofern der Benutzer nicht weitere Änderungen wünscht.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
es somit, sehr schnell eine Programmierung einer Maschine vorzunehmen
und/oder zu ändern
und unterstützt dabei
die Bedienung in optimaler Weise.