DE102005048812B4

DE102005048812B4 - Steuerung werkstückbearbeitender Maschinen

Info

Publication number: DE102005048812B4
Application number: DE200510048812
Authority: DE
Inventors: Jörg SIEGERT; Bernhard Gottwald
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2005-10-10
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2025-10-11
Also published as: WO2007041993A1; DE102005048812A1

Abstract

Maschinensteuerungsverfahren zur Steuerung einer werkstückbearbeitenden Maschine, wobei die Maschine
gemäß
einem vorab bestimmten Programm zur Maschinensteuerung und
an diesem Programm in laufender Fertigung vorgenommenen geringfügigen Änderungen
gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
zu bestimmten virtuellen Positionen wahrscheinlichste Bearbeitungsschritte gemäß der Programmierung festgelegt werden,
einem Benutzer ein Zeiger zum Zeigen auf eine bestimmte reale Position zur Verfügung gestellt wird, eine mit dem Zeiger angezeigte reale Position erfasst wird und auf Grund der Nähe des erfassten Realpunktes zu einem virtuellen Punkt die virtuelle Sollposition bestimmt wird,
und für diese virtuelle Position
eine Liste
der wahrscheinlichsten Bearbeitungsschritte unter Berücksichtigung der diesem Benutzer lediglich erlaubten Änderungen
automatisch generiert und
für die Auswahl zur Verfügung gestellt wird,
um nach einer vorgenommenen Auswahl
eine Bearbeitung eines Werkstücks
mit entsprechend der Auswahl geändertem Programm vorzunehmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und befasst sich somit mit einem Maschinensteuerungsverfahren.
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.
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 können.
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 Position 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.
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.
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 03255910 A , 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 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.
Weiter wird verwiesen auf

Stefan Münch, Stefan M, Michael Sassin, Siegfried Bocionek: The Application Of PbD Methods To Real-World Domains: Two Case Studies. 1994;
S. MÜNCH, J. KREUZIGER, M. KAISER, R. DILLMANN: Robot Programming by Demonstration (RPD) – Using Machine Learning and User Interaction Methods for the Development of Easy and Comfortable Robot Programming Systems, veröffentlicht in Proceedings of the 24th International Symposium an Industrial Robots (ISIR '94);
H. FRIEDRICH, S. MÜNCH AND R. DILLMANN: Robot Programming by Demonstration (RPD): Supporting the Induction by Human Interaction. Kluwer Academic Publishers, 1996. Seiten 163–189; sowie
Fachhochschule Osnabrück: KUKA KR-30, Grundlagen. Version 1.0 vom 26.09.2005. Seiten 33–56;
DE 100 23 668 A1 ;
DE 102 15 167 C1 ;
US 2004/0143362 A1 ;
DE 102 46 783 A1 ;
DE 695 13 416 T2 .

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.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
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.
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.
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.
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.
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 kompliziertere 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 auszuführenden Bearbeitungsschritten auf eine Fläche wie ein Werkstück auszubilden.
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.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist gezeigt durch
1 eine Maschine für die Umsetzung eines Maschinensteuerungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung.
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.
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 bewegen kann, um ein Werkstück 2 wie erforderlich zu schweißen, zu bohren oder Ausfräsungen daran vorzunehmen.
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.
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 Fig. 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.
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.
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, y'_VIR.
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 großen Menge von Koordinaten in der Offenbarung übersichtshalber abgesehen wurde.
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.
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.
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 ändern 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Maschinensteuerungsverfahren zur Steuerung einer werkstückbearbeitenden Maschine, wobei die Maschine gemäß einem vorab bestimmten Programm zur Maschinensteuerung und an diesem Programm in laufender Fertigung vorgenommenen geringfügigen Änderungen gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zu bestimmten virtuellen Positionen wahrscheinlichste Bearbeitungsschritte gemäß der Programmierung festgelegt werden, einem Benutzer ein Zeiger zum Zeigen auf eine bestimmte reale Position zur Verfügung gestellt wird, eine mit dem Zeiger angezeigte reale Position erfasst wird und auf Grund der Nähe des erfassten Realpunktes zu einem virtuellen Punkt die virtuelle Sollposition bestimmt wird, und für diese virtuelle Position eine Liste der wahrscheinlichsten Bearbeitungsschritte unter Berücksichtigung der diesem Benutzer lediglich erlaubten Änderungen automatisch generiert und für die Auswahl zur Verfügung gestellt wird, um nach einer vorgenommenen Auswahl eine Bearbeitung eines Werkstücks mit entsprechend der Auswahl geändertem Programm vorzunehmen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zu bestimmten Bearbeitungsschritten Makros vorgesehen sind, die in Verbindung mit anderen Makros für die Werkstückbearbeitung ausführbar sind, und die Liste zulässiger Bearbeitungsschritte im Hinblick auf vorgegebene Makros generiert wird, wobei die Veränderung ein einzelnes Makro verändert und hernach das veränderte Makro zur gemeinsamen Ausführung mit anderen Makros durch entsprechende Anpassungen eingebunden wird.
Maschinensteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die werkstückbearbeitende Maschine eine CNC-, Füge-, Handhabe-, Meß-, Montage-, Bohr-, Dreh-, Fräs- und/oder Schweißvorrichtung ist.
Maschinensteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine zumindest einen werkzeugtragenden Roboterarm für die Werkstückbearbeitung aufweist.
Maschinensteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Steuerungsprogramm für die Maschine vorgesehen und abgelegt wird, nach welchem schrittweise Bearbeitungen an gegebenen Positionen erfolgen, anhand der erfassten realen Position eine oder eine Vielzahl von virtuellen Sollpositionen bestimmt werden, bei denen Bearbeitungen gemäß der vorabgelegten Programmierung vorgesehen sind und an Hand der dort hinterlegten Bearbeitungsanweisung der Liste für eine Auswahl möglicher Bearbeitungsschritte verfügbar gemacht wird.
Maschinensteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Liste im Ansprechen auf die Zeigerausrichtung bei dem Realpunkt bestimmt wird.
Maschinensteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positions- und/oder Lagebestimmung des Zeigers unter Verwendung von Ultraschallsignalen erfolgt, insbesondere durch Phasenmessung mit einer Vielzahl von Sendern und/oder Empfängern, die jeweils am Zeiger und fest referenziert zur Bearbeitungszelle und/oder -maschine vorgesehen sind.
Maschinensteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmung des Zeigers unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Radarsignalen, erfolgt, insbesondere durch Phasenmessung mit einer Vielzahl von Sendern und/oder Empfängern, die jeweils am Zeiger und/oder fest referenziert zur Bearbeitungszelle vorgesehen sind.
Maschinensteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Zeigers im Raum erfasst wird.
Maschinensteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl am Zeigerstift und/oder auf einem Touchpanel verfügbar gemacht wird.
Maschinensteuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl vor einer weiteren Positionsbestimmung erzwungen wird und/oder eine weitere Positionsbestimmung erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit möglich wird.