DE102011011542B4

DE102011011542B4 - Verfahren zur automatisierten Programmierung und Optimierung von robotischen Arbeitsabläufen

Info

Publication number: DE102011011542B4
Application number: DE102011011542.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Eberst Christof
Original assignee: CONVERGENT INFORMATION TECHNOLOGIES GmbH; CONVERGENT INFORMATION Tech GmbH
Current assignee: CONVERGENT INFORMATION TECHNOLOGIES GmbH; CONVERGENT INFORMATION Tech GmbH
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2031-02-18
Also published as: JP2012171091A; JP5848152B2; DE102011011542A1; US8892255B2; US20120215352A1

Abstract

Verfahren zur automatisierten Ansteuerung eines Bearbeitungsroboters mit einem von dem Bearbeitungsroboter getragenen Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks, oder einem von dem Roboter gehaltenem Werkstück, welches zur Bearbeitung gegenüber einem Werkzeug bewegt wird, einer Bewegungs- und Arbeitsabläufe des Bearbeitungsroboters abarbeitenden Steuerung, wenigstens einem einen Arbeitsfortschritt aufnehmenden Sensor, wobei ein bei der Bearbeitung erzielter Effekt der Bewegungs- und Arbeitsabläufe beobachtet wird, und einem Planungswerkzeug, das den aufgenommenen Arbeitsfortschritt mit einem angestrebten Bearbeitungsziel vergleicht und aus dem Unterschied zwischen dem Bearbeitungsziel und einem dem aufgenommenen Arbeitsfortschritt entsprechenden Istwert der Bearbeitung Bewegungs- und Arbeitsabläufe bestimmt, mit denen das angestrebte Bearbeitungsziel erreicht wird, wonach die bestimmten Bewegungs- und Arbeitsabläufe in Echtzeit oder schritthaltend in roboterausführbare Steuerbefehle umgesetzt und wobei der Bearbeitungsroboter im Sinne eines Erreichens des angestrebten Bearbeitungsziels ansteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Programmierung und Optimierung von robotischen Arbeitsabläufen.
Die Publikation DE 198 59 169 A1 beschreibt ein Lernsystem und ein Verfahren zur Optimierung der Steuerung autonomer Erdbewegungsmaschinen, wobei die Maschine zyklisch entsprechend bestimmten Parameter arbeitet und die Parameter so eingestellt werden, dass die Maschine während des folgenden Zyklus verbessert arbeitet. Die Publikation US 2007/0244599 A1 betrifft ebenso ein Verfahren zur Optimierung eines Roboterprogramms, insbesondere vor dem Hintergrund, dass die Roboter, auf denen die Programme ausgeführt werden, nicht immer exakt die gleichen Eigenschaften aufweisen. Die Publikation DE 10 2004 028 565 A1 betrifft ein Verfahren und ein System zur Ermittlung eines Wartungsbedarfes von Achsen eines Roboterarmes eines Industrieroboters. Die Publikation EP 0616 706 B1 beschreibt ein Verfahren zur Optimierung von Steuerparametern für Systeme wie z. B. Roboterarme. Schließlich beschreibt die Publikation WO 2009/086220 A1 allgemein ein Verfahren zur offsetfreien, prädiktiven Regelung.
Roboter-Steuerungen arbeiten zur Ausführung einer Aufgabe Programme ab und regeln die Ausführung derart, dass die Aktionen (Bewegungen ggf. mit Kräften/Nachgiebigkeit, Signalen) mit hoher Wiederholgenauigkeit immer bestmöglich den programmierten entsprechen. Dazu werden in Echtzeit messbare und programmierbare parametrierbare Aktionen/Bewegungsparameter wie Positionen, Geschwindigkeiten, Kräfte geregelt. Die Regelung bestimmt somit nur indirekt das Ergebnis. Nur wenn die Beziehung zwischen Aktionen/Parametern und Ergebnis ausreichend vorhersagbar und wiederholbar ist, wird das Ergebnis zielführend geregelt.
Zur Programmierung einer Aufgabe werden mittels Off-Line-Programmierung, ”teach-in” oder Programmieren durch Vormachen, ausführbare Programme erstellt. Diese beschreiben von der Steuerung verarbeitbare bzw. leicht mess- und steuerbare Bewegungskommandos, Aktionen, Signale etc. deren genaue Einhaltung zu dem eigentlich gewünschten Ergebnis (d. h. dem Ziel der Anwendung, des Prozesses) führen soll.
Dieser Ansatz stößt jedoch oft an seine Grenzen. Und zwar bei der Automation von Service- oder Wartungsarbeiten – aufgrund gealterter Materialeigenschaften, Abnutzung, etc., bei der Produktion von sehr kleinen Losen – aufgrund unzureichend vieler Tests zur Optimierung des Prozessergebnisses, bei der Automation von Ausbesserungs- oder Nachbesserungsarbeiten in der Produktion, beim Einsatz von Werkzeugen die Verschleiß-, Abnutzung oder Schwankungen unterliegen (z. B. Schleifmedien) oder bei Prozessen die sehr sensibel auf Parameteränderungen reagieren oder die zeitlich nicht konstant sind (z. B. Streichen mit Pinsel/Walze).
Derartige Ansätze bewirken somit folgende Effekte bzw. Probleme. Die Ausführung einer Aufgabe durch einen Roboter mit gleichem Programm und Parametern führt nicht zu gleichbleibenden sondern zu deutlich unterschiedlichen Prozessergebnissen (in Qualität u. -Fortschritt). Der Zusammenhang zwischen Ergebnis und Aktionen/Parametern und damit das Resultat der Abarbeitung eines Programms ist nicht sicher vorhersagbar bzw. simulierbar, auch eine fortschrittliche Regelung welche zum Ausgleich von Unsicherheiten Programmparameter adaptiert (z. B. mit Kraft-/Momentenregelung) ist nicht hinreichend und folglich sind Abläufe, die eine Ausführung unter Einhaltung von Qualität und Ergebnis sicherstellen für obige Fälle nicht zielführend programmierbar oder planbar.
Hauptproblem ist, dass Roboter nicht ergebnisorientiert geregelt und programmiert werden können, sondern über Befehle angesteuert werden, welche lediglich Bewegung, Kräfte, etc. beschreiben. Diese diverse Aktionen beschreibenden Befehle können während der Ausführung ausreichend genau einhalten werden, bewirken ihrerseits aber möglicherweise schwankende oder vom Ziel abweichende Prozessresultate.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zu schaffen, mit dem ein Roboter zielgerichtet programmiert und geregelt werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Robotersteuerung regelt die Prozessparameter in Echtzeit derart, dass ein gewünschtes Bearbeitungsziel erreicht wird. Der Roboter wird zwar aus Kompatibilitätsgründen üblicherweise weiterhin konventionell angesteuert. Beobachtet und optimiert werden von der erweiterten Steuerung jedoch nicht nur die Ausführung der Bewegungs- und Arbeitsabläufe sondern auch der jeweilige Effekt der Bewegungs- und Arbeitsabläufe. Die erweiterte Steuerung adaptiert die geplanten Bewegungs- und Arbeitsabläufe derart, dass deren Vorabsimulation eine Erreichung des geplanten Bearbeitungsziel bzw. Effekts bestmöglich vorherberechnet und Abweichungen in der Zielerreichung vorhergehender Aktionen bei folgenden Aktionen ausglichen werden. Die konventionellen Steuersignale an den Roboter werden daraus errechnet. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Anwendungen wie: abtragende Prozesse (Schleifen, Polieren, Fräsen, ...) auftragende Prozesse (Beschichten, Lackieren, ...), generative Prozesse (Plasma oder Metall-sprühen, Auftragsschweißen, ...), Inspektions- oder Reinigungsprozesse, Eigenschaftenändernde Prozesse (Aktivieren über Beflämmen, ...) und dgl. sowohl im regulären Produktionsablauf als auch in der Nachbesserung (von Defekten) in der Produktion oder in Anwendungen wie Reparatur oder Wartung oder Überholen von Gutem oder Teilen oder in Anwendungen Service-Bereich.
Die Programmierung erfolgt wahlweise ein oder zweistufig. Die Planung und Simulation der Anwendung optimiert Bewegungen des Roboters und das Prozessergebnis, übergibt dann an eine erweiterte Robotersteuerung aber ein nicht nur rein aus Aktionen bestehendes Programm sondern ein erweitertes Programm welches Aktionen mit dem zu erreichenden Ziel der jeweiligen Aktion verknüpft. Die Planung selber kann in einer vorteilhaften Realisierung gezielt eine Variation der Parameter einsetzen um das simulierte Prozessergebnis bezüglich Gütekriterien zu optimieren.
Das Planungswerkzeug plant Bewegungsabläufe des Roboters und generiert für diese Bewegungsabläufe auf einem Robotercontroller ausführbare Roboterprogramme. Gleichzeitig vergleicht das Planungswerkzeug den geplanten, d. h. den mit den Bewegungsabläufen zu erzielen gewünschten Effekt für einen oder mehrere Bewegungsbefehle oder Aktionen, mit dem mit einem Sensor nach dessen/deren Ausführung gemessen tatsächlichen Effekt.
Üblicherweise trägt der Roboter ein Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken. Alternativ kann aber auch der Roboter das Werkstück halten und diese gegenüber einem Werkzeug bewegen. Optional können die zur Messung des tatsächlichen mit einer Bearbeitung erzielten Effektes erforderlichen Sensoren am Roboter und/oder am Werkzeug oder in der Arbeitszelle vorgesehen sein. Die Sensoren zur Messung der Effekte der Bearbeitung in Folge der Bewegungsabläufe können diese Messungen bevorzugt bereits selbst auswerten. Beispielsweise wird die Menge oder Dicke der Schicht des bei einer Schleifbewegung abgetragenem Lacks feststellt oder die Rauigkeit einer Oberfläche vor und nach einem Schleifvorgang bestimmt.
Der Prozesssimulator dient dazu das voraussichtliche Ergebnis eines Bewegungsablaufes zu simulieren. In einer vorteilhaften Realisierung werden auch dabei auftretende Prozesskräfte berechnen. Das Prozessmodell vergleicht stets die von den Sensoren gemessenen Effekte (Istwerte) mit den für die ausgeführten, von der Steuerung aufgezeichneten Bewegungen und Aktionen simulierten Ergebnissen und gleicht die Parameter des Prozessmodelles derart an, dass das berechnete mit dem gemessenen Effekt zunehmend gut übereinstimmt. Damit kann beispielsweise ein eventueller Werkzeug- oder Roboterverschleiß oder veränderte Materialeigenschaften des Werkstücks oder Umgebungsparameter (Luft-/Werkstück-Temperatur, -Feuchte, etc...) berücksichtigt werden.
Erfindungswesentlich ist eine ergebnisorientierte Ansteuerung des Roboters bzw. des Bearbeitungswerkzeuges. Insbesondere wird in den Robotersteuerungen die angestrebte Zielwirkung und das angestrebte Bearbeitungsziel durch eine Messung, Regelung und Optimierung des Bearbeitungsfortschrittes in Echtzeit oder schritthaltend mit dem Bearbeitungsprozess berücksichtigt. Und dies direkt auf Basis des gewünschten, angestrebten Bearbeitungsziels anstatt wie bei einer herkömmlichen Regelung durch Vorgabe von Bewegungen und Parametern die lediglich eine oftmals nicht genau bekannte oder veränderliche Wirkung und damit Beitrag zum Ergebnis erzielen. Möglich wird dies durch Verwendung von Prozessmodellen und einer Echtzeitprozesssimulation, deren Prozessmodel in Abhängigkeit der Sensordaten, also des gemessenen Prozessfortschrittes laufend anpassbar ist.
Damit ist eine Abnutzung des Werkzeugs über die Zeit ebenso berücksichtigbar, wie anfänglich unbekannte oder über die Zeit veränderte Materialeigenschaften bzw. Eigenschaften in der Wechselwirkung zwischen Werkzeug und Werkstückoberfläche. Die Anpassung erfolgt beispielsweise durch einen Vergleich der Simulation des Prozessergebnisses für die mit einem Sensor gemessene real ausgeführte Bahn und die direkte Messung des Prozessergebnisses vor/nach Ausführung einer Bearbeitung. Ziel ist neben einer Erreichung des Bearbeitungsziels auch die Minimierung der Abweichung zwischen Simulation und Messung durch Modifikation des Prozessmodells.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt. Es zeigen
1 ein Schaubild zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Werkzeug, einer Robotersteuerung, einer Sensoreinheit und mit einem Prozesssimulator,
2 das Schaubild aus 1 mit detaillierterem Planungswerkzeug,
3 ein zweistufiges Planungswerkzeug zur Offlineplanung und Onlineanpassung,
4 eine detailliertere Darstellung des Sensormoduls und
5 eine detailliertere Darstellung des Prozesssimulators.
In der Zeichnung sind das Planungswerkzeug mit I, die Robotersteuerung mit II, die Sensoreinheit mit III und der Prozesssimulator mit IV bezeichnet. Eine Eingabe von außen erfolgt über die Eingabeschnittstelle 101. Über diese Schnittstelle können Zielwerte, CAD-Daten oder dgl. in das Planungswerkzeug I übertragen werden. Das Planungswerkzeug I berechnet und optimiert Bewegungsabläufe eines Roboters in Abhängigkeit eines geplanten und zu erzielenden Effektes. Dieses Planungswerkzeug I kann den Prozess und die dafür erforderlichen Bahnen planen und Bewegungsbahnen und Parameter, wie Geschwindigkeit, Anpressdruck und dgl., lokal anpassen, um von Sensoren festgestellte vorherige Abweichungen im Effekt (104) auszugleichen und die Ausführung zukünftiger Bahnen derart abzuändern, dass der für die angepasste Bahnen simulierte Effekt derart verändert wird, dass die Abweichung zum vorab geplanten Effekt im Einzelnen oder im Gesamten minimiert wird. Die entsprechenden Prozessberechnungen erfolgen in der Prozessplanung bzw. im Bewegungsplaner 102.
Zur Erfindung gehört ein Prozesssimulator mit Prozessmodell 103 zur Vorherberechnung eines zu erzielenden Prozessergebnisses für einen geplanten Bewegungsablauf. Die Prozessmodellparameter sind automatisiert derart anpassbar, dass die Simulationsergebnisse für die zuvor ausgeführten Bewegungen und Aktionen (protokolliert in der Steuerung 105) an die von Sensoren gemessene tatsächlichen Prozessergebnise möglichst nahe herankommen. Eine Steuerung 105 übernimmt in üblicher Weise die Ablaufsteuerung und die Ausführung des Programms zur Darstellung der jeweils gewünschten, mit einem Roboter 106 auszuführenden Bewegungsbahn. Der Roboter wird von der Robotersteuerung 105 zur Erzielung einer gewünschten Bewegungsbahn angesteuert, welche Bewegungsbahnen vorzugsweise mitprotokolliert werden. Zusätzlich kann gegebenenfalls eine Protokollierung der bei den einzelnen Bewegungen auftretenden Kräfte erfolgen. Um den Bearbeitungsfortschritt messen zu können, ist ein Sensor 107 vorgesehen, der unmittelbar den Effekt der Bearbeitung infolge der Bewegungsabläufe misst und gegebenenfalls bereits auswertet. Beispielsweise wird die Menge bzw. Dicke des bei an einer Schleifbewegung abgetragenem Lacks festgestellt bzw. wird die Rauigkeit einer Oberfläche je vor und nach einem Schleifvorgang bestimmt. Die Differenzbestimmung 104 vergleicht die von der Prozesssimulation vorberechneten, mit den vom Sensor 107 aufgenommenen tatsächlichen Werten des Effekts und gibt dies an die Prozessplanung 102 weiter.
Geplante Prozessbahnen werden mit Parameter, Bewegungsbahnen für Relativbewegungen zwischen Werkstück und Werkzeug von der Prozessplanung 102 an die Prozesssimulation 103 übergeben, die ihrerseits simulierte Prozessergebnisse für die Bewegungsbahnen an die Prozessplanung 102 zurückliefert. An die Robotersteuerung 105 werden von der Prozessplanung 102 ausführbare Befehle oder ein Programm im gesamten oder in Teilen übergeben. Das für diese an 105 übergebene Befehle oder Programmteile) erwartete Prozessergebnis wird von der Prozessplanung 102 zudem an die Differenzbestimmung 104 weitergeleitet. Die Robotersteuerung 105 steuert den Roboter bzw. das Werkzeug 106 in Abhängigkeit der Roboterbefehle auf den vorausberechneter Bewegungsbahnen. Der Roboter liefert die tatsächlich abgefahrene Bewegungsbahn an die Steuerung zurück welche diese protokolliert. Diese Werte werden von der Robotersteuerung ebenfalls an die Prozesssimulation 103 zurückgeleitet. Der von den Sensoren gemessene tatsächliche Effekt nach der Bearbeitung wird einerseits an die Prozesssimulation 103 und anderseits an die Differenzbestimmung 104 geliefert.
In 2 ist die einstufige Ausführung eines online-fähigen Planungswerkzeugs beispielhaft dargestellt. Hier ruft die Anwendung zur Planung bzw. Optimierung 112 wechselnd den Prozessplaner 132 und den Bewegungsplaner 122 auf, um für eine jeweilige erforderliche Werkzeugbahnen, mit der ein gewünschter Effekt erzielt werden soll, passende Roboterbewegung zu finden. Die Planung generiert für das vorgegebene Ziel einen initialen Plan und in weiterer Folge Plananpassungen zum Berücksichtigen von (in 104) festgestellten Abweichungen zwischen berechnetem und tatsächlich gemessenem Effekt. Der Prozessplaner 132 plant und optimiert Werkzeugbahnen dabei derart, dass das für die Bahnen simulierte Prozessergebnis vorgegebene Kriterien erfüllt. Zu diesem Zweck ruft die Prozessplanung 132 die Prozesssimulation 103 auf. Der Bewegungsplaner 122 prüft von der Prozessplanung 112 geplante Werkzeugbahnen auf Ausführbarkeit und passt diese gegebenenfalls an. Optimierte Bewegungsbahnen werden an die Planung/Optimierung 112 zurückübergeben. Nicht ausführbare Bewegungsbahnen werden verworfen. Der Codegenerator 142 generiert ein von der Robotersteuerung ausführbares Programm und übergibt dieses bzw. Teile davon an die Robotersteuerung 105. Zudem wird der vorberechnete Effekt an die Differenzbestimmung 104 übergeben, die in weiterer Folge Abweichungen zwischen dem vorherberechneten Effekt und dem tatsächlichem, von den Sensoren aufgenommenem, Effekt auswertet.
In 3 ist die zweistufige, in Offline- und Online-fähige Module unterteilte, Ausführung der Planung beispielhaft dargestellt. Das Modul zur Planung 112 einer Anwendung ruft wiederum wechselweise einen Prozessplaner 132 und einen Bewegungsplaner 122 auf, um für eine jeweilige erforderliche Werkzeugbewegung, mit der ein gewünschter Effekt erzielt werden soll, passende Roboterbewegung zu finden. Die Planung generiert für das vorgegebene Ziel einen Initialbewegungsplan. Der Prozessplaner 132 plant und optimiert Werkzeugbahnen derart, dass das für die Bahnen simulierte Prozessergebnis vorgegebenen Kriterien erfüllt. Dazu ruft der Prozessplaner 132 die Prozesssimulationen 103 auf. Der Bewegungsplaner 122 prüft die von der Prozessplanung 132 geplanten Werkzeugbahnen auf Ausführbarkeit, passt diese gegebenenfalls an. Optimierte Bewegungsbahnen werden zurückgegeben, wohingegen nicht ausführbare Bewegungsbahnen verworfen werden. Der Programmgenerator 142 generiert einen Plan welcher vereint: erstens ein grundsätzlich vom Roboter ausführbares Programm und zweitens eine Beschreibung der mit dem Programm und dessen einzelnen Bewegungen und Aktionen zu erzielenden Wirkungen – wobei die Beschreibung in einer idealen Ausführung eine einfache wechselseitige Zuordnung von Wirkung(en) und Aktion(en) bzw. Bewegungen unterstützt. 142 übergibt diesen Plan an ein Modul zur Auftrennung bzw. zum Zerlegen 152 der im Planungswerkzeug Ia gefundenen Pläne.
In weiteren Schritten erfolgen Bewegungsplananpassungen zum Berücksichtigen von festgestellten Abweichungen zwischen berechnetem und tatsächlichem gemessenem Effekt im Planungswerkzeug Ib.
Das Modul zur Differenzbestimmung 104 ist in diesem Ausführungsbeispiel dem Planungswerkzeug Ib zugeordnet. Die Optimierungsanwendung 162 führt eine Anpassung von Prozess- und Bewegungsplänen an ein zu erreichendes Ziel in Echtzeit oder schritthaltend durch und generiert für das Ziel bzw. für ein Teil-ziel Zielkorrekturen und angepasste Pläne. Diese werden von einer Prozessoptimierung 172 unter Zuhilfenahme des für die jeweilige Bahn simulierten Prozesses derart angepasst, dass trotz eventuell auftretender Abweichungen in dem Ergebnis der vorherigen Aktionen der Unterschied zwischen dem in 152 übernommenen offline geplanten Ergebnis und dem für die on-line adaptierten Bahnen simulierten Ergebnis, im gesamten oder für die nächsten Bahnen des Plans, minimal sind. Der Bewegungsplaner 182 prüft wiederum auf Ausführbarkeit und Kollisionsfreiheit der einzelnen Bewegungsbahne. Gefundene und für gut befundene Bewegungsbahnen mit zugeordneter Wirkung werden wiederum von einem Generator 192 aufgetrennt in erstens vom Roboter ausführbare Befehle übersetzt die an die Steuerung 105 übergeben werden und zweitens in die vorherberechneten Wirkungen die an die Differenzbestimmung 104 übergeben werden.
Die Sensoreinheit 3 umfasst gemäß 4 einen Sensor mit Datenverarbeitung 117, mit dem beispielsweise bereits 3D-Daten, insbesondere Punktwolken einer Oberfläche oder dgl. erfasst und vorverarbeitet werden können. Diese Daten werden dann einem Modul zur Extraktion prozessrelevanter Merkmale und Parameter 127 zugeleitet, welches beispielsweise nicht benötigte Daten herausfiltert und verwirft bzw. Sensordaten mit einem mathematischen Modell analysiert und somit z. B. 3D Punktmessungen in Form-, Krümmung-, Oberflächenbeschreibungen umwandelt. Ein Modul zur Auswertung des Prozessfortschrittes bzw. -ergebnisses bzw. des Effekts des Prozesses 137 ermittelt nunmehr endgültig die prozessrelevanten Daten, z. B. die Dicke des Schichtauf- oder -abtrags an verschiedenen Stellen des Werkstücks, die den gemessenen Ist-Wert darstellen der an die Differenzbestimmung 104 und an das Prozesssimulationsmodell 103 zur weiteren Verarbeitung übergeben wird.
Gemäß 5 umfasst die Prozesssimulation IV ein Modul zur Differenzbestimmung 113, mit dem ein Vergleich des gemessenen Prozessfortschritts bzw. Ergebnisses gegenüber dem für die real ausgeführte und von der Steuerung aufgezeichnete Bewegung simulierten Prozessfortschritt bzw. -Ergebnis durch Berechnung der Differenz bzw. Abweichung erfolgt. Diese Abweichung wird von der Modellanpassung 123 dazu genützt, das Modell des Prozesses derart anzupassen das die Abweichung zwischen in 107 gemessenem und für die tatsächlich aufgezeichnete Bewegung/Aktion simulierte Prozessfortschritt zu minimieren.
Dazu wird das Prozessmodell 133 von der Modellanpassung 123 angepasst, bis die Prozesssimulierung 143 ein angepasstes, ausreichend gutes Ergebnis liefert, das nur mit einer gewünschten geringen Toleranz vom tatsächlichen Messergebnis abweicht. Die Punkte 113, 123, 133 und 143 werden, falls erforderlich, zur Optimierung zyklisch durchlaufen, um den Differenzfehler zwischen Simulation und Messung zu minimieren.

Claims

Verfahren zur automatisierten Ansteuerung eines Bearbeitungsroboters mit einem von dem Bearbeitungsroboter getragenen Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks, oder einem von dem Roboter gehaltenem Werkstück, welches zur Bearbeitung gegenüber einem Werkzeug bewegt wird, einer Bewegungs- und Arbeitsabläufe des Bearbeitungsroboters abarbeitenden Steuerung, wenigstens einem einen Arbeitsfortschritt aufnehmenden Sensor, wobei ein bei der Bearbeitung erzielter Effekt der Bewegungs- und Arbeitsabläufe beobachtet wird, und einem Planungswerkzeug, das den aufgenommenen Arbeitsfortschritt mit einem angestrebten Bearbeitungsziel vergleicht und aus dem Unterschied zwischen dem Bearbeitungsziel und einem dem aufgenommenen Arbeitsfortschritt entsprechenden Istwert der Bearbeitung Bewegungs- und Arbeitsabläufe bestimmt, mit denen das angestrebte Bearbeitungsziel erreicht wird, wonach die bestimmten Bewegungs- und Arbeitsabläufe in Echtzeit oder schritthaltend in roboterausführbare Steuerbefehle umgesetzt und wobei der Bearbeitungsroboter im Sinne eines Erreichens des angestrebten Bearbeitungsziels ansteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung geplante auszuführende Bewegungs- und Arbeitsabläufe erst nach deren erfolgreicher Simulation in einem Prozesssimulator ausführt, mit dessen Hilfe eine Erreichung des geplanten Bearbeitungsziels vorherberechnet und Abweichungen in der Zielerreichung vorhergehender Bewegungs- und Arbeitsabläufe in den geplanten auszuführenden Bewegungs- und Arbeitsabläufen durch Anpassung der Prozessparameter oder Bewegungen ausglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung Bewegungs- und Arbeitsabläufe optimiert wobei als Gütekriterium das simulierte Bearbeitungsergebnis des/der Bewegungen/Abläufe gegen ein Bearbeitungsziel verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Planungswerkzeug Ablauf-/Bewegungsprogramme generiert und zudem deren Wirkung im ganzen oder für zusammengefasste oder einzelne Bewegungen/Aktionen oder deren Unterteile vorberechnet.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Planungswerkzeug eine Beschreibung der Anwendung generiert, welche Ablauf-/Bewegungsprogramme und simulierte Wirkung beinhaltet und welche für komplette, und/oder für Teile der Ablauf-/Bewegungsprogramme deren simulierte Wirkung, vorzugsweise wechselseitig zuordnet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschreibung der Anwendung auf einer Steuerung ausgeführt wird und dass der die Wirkung beschreibende Teil direkt oder indirekt sensoriell messbar oder ableitbar ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschreibung der Wirkung bzw. des Ergebnisses einzelnen Regionen des zu bearbeitenden Werkstücks zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Planungswerkzeug ein Prozesssimulator zugeordnet ist, der ausgehend von einem jeweiligen gemessenen Istwert des Bearbeitungsfortschritts die Wirkung geplanter folgender Bewegungs- und Arbeitsabläufe errechnet und diese vorausberechnete Wirkung, vorzugsweise nach erfolgtem Bewegungs- und Arbeitsablauf mit dem aufgenommenen Istwert vergleicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Planungswerkzeug ein Prozesssimulator zugeordnet ist, der die erwartete Wirkung bereits ausgeführter, und vorzugsweise von der der Steuerung protokolierter, Bewegungs- und Arbeitsabläufe errechnet und diese mit dem gemessenen Istwert dieser ausgeführten Bewegungs- und Arbeitsabläufe vergleicht.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesssimulatorparameter zur Verbesserung des dem Prozesssimulator zugeordneten Rechenmodells im Sinne einer Angleichung der berechneten Wirkung an die Istwirkung nachjustiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der einzelnen relevanten Prozesssimulatorparameter über die Zeit mitprotokolliert werden und dass aus diesen Protokolldaten Prognosen über die Werkzeug- oder Prozessmedium-Standzeit, Abnutzung und Wirksamkeit bzw. über erforderliche Wartungsarbeiten oder Parameteranpassungen zur Kompensation der Abnutzung oder geänderten Wirksamkeit errechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Roboter oder dem Roboterwerkzeug wenigstens ein Sensor, insbesondere zur Messung des tatsächlichen mit einer Bearbeitung in Folge der Bewegungs- und Arbeitsabläufe erzielten Effektes zugeordnet ist, der Istwerte der Bearbeitung misst und gegebenenfalls auswertet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für Anwendungen mit unbekannten oder sehr unsicherer Wechselwirkung zwischen Werkzeug und Werkstück das Planungswerkzeug anfangs, vor der Justierung der Prozesssimulationsparameter, defensiv plant – indem erstens während der ersten durchgeführten Aktionen einer Anwendung die Prozesssimulatorparameter oder das Simulationsmodell neu festgelegt bzw. justiert werden und zweitens während dieser Justierungsphase diese ersten Aktionen einer Anwendung mit Prozesssimulatorparametern simuliert und geplant werden die einem maximal möglichen Effekt entsprechen. Idealerweise wird das Planungswerkzeug eine Aktion in dieser Phase so planen, dass diese wiederholt durchgeführt werden muss um das Bearbeitungsziel zu erreichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozesssimulator die bei den Bewegungs- und Arbeitsabläufen auftretenden Prozesskräfte berechnet und diese vorberechneten Prozesskräfte laufend mit von Sensoren aufgenommenen Prozesskräften abgleicht.