CN103302552B - 运行加工机的方法、投影装置和具有投影装置的加工机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行加工机（10）的方法，其中，在运行该加工机（10）时利用投影机（24）将加工机（10）的一个或多个状态投映到该加工机（10）的工作空间中；以及一种用于在该类方法中应用的投影装置（40）和最后涉及的是一种具有该类投影装置（40）的加工机（10）。

Description

运行加工机的方法、投影装置和具有投影装置的加工机

技术领域

本发明首先涉及一种用于运行加工机的方法。此外，本发明也涉及一种在此种方法中所应用的或能够在此种方法中应用的投影装置，并且最后涉及一种具有该类投影装置的加工机。

背景技术

在这里和下文中将机床、机器人和其它的具有多个自由度的数控机器概括在加工机这一概念之下。加工机、即例如机床和机器人是本身已知的。同样已知的是一种用于运行该类加工机的方法。以铣床作为加工机的实例，在运行时例如预设至少一条用于工具、即铣头或类似物的运动轨并且铣床利用对通常也被称为轴的自由度进行合适的、本身已知的控制而起作用，从而使铣头遵循预设的运动轨并且由此在分别待加工的工件中形成与运动轨相符的轮廓。替代使相应的工具运动，也可以考虑使工件运动。工件的这种运动也是利用相应地控制加工机的相应的轴进行的。一般来说可以由此坚持这一点，即为了运行例如作为对于加工机的实例的铣床或类似物分别预设至少一个轮廓，相应的工件应保持该轮廓，其中，该轮廓基于工具和工件的相对运动通过这种方式而形成，即使工具或者工件沿着为保持轮廓而必需的运动轨运动。

功能相同的情况适用于自动焊接-和/或自动装配机，其中为了运行，不是利用工具在研磨塑形的范畴内加工工件，而是在这些自动焊接-和/自动装配机中由装配头进行装配-和/或焊接过程。机器人作为在这里具有重要意义的加工机的其它实施方式与铣床一样适合于对工件进行研磨加工，但也适用于操作-和装配过程、适用于焊接过程(汽车工业中的焊接机器人)、适合于印制电路板的装配、适合于例如医疗技术中的位置精确地重复加工步骤等等。

在专利文献JP 7 328894 A中说明了一种用于加工机的启动方法，在该方法中例如将位置信息投映到加工机的平坦的面上。

然而在运行该类或类似的加工机时尚不完全理想的是，其编程复杂并且需要对分别应用的坐标系和其在加工机运行的期间可能发生变化的取向有清楚的了解。

相应地，加工机的编程或启动等要求相应的专家具有非常好的空间表现能力和将其转化为在相应地为加工机的编程而设计的坐标系中对运动过程进行描述的能力。

发明内容

本发明的目的相应地在于，说明一种用于运行加工机的方法，该方法在进行编程、启动和/或使用该类加工机时辅助该类加工机的编程人员或操作人员。

根据本发明，该目的通过一种方法实现。对此，在用于运行加工机的方法中提出，利用投影机将加工机的一个或多个状态投映到加工机的工作空间中，并且在那里对于加工人员而言在视觉上可见地示出。在此将加工机的运行理解为加工机的编程、启动、维护或者也理解为加工机的正常应用，即例如在生产期间的应用。其中，在该方法中进一步设计为，加工机的单个的或多个的状态在加工机的工作空间中的投影通过3D投影机在工作空间中的预设的或者可预设的空间点上实现。该类3D投影具有这样的优点，即与能够通过2D投影示出的机器状态、例如轴-实际值，即加工机的和单个的或所有的由加工机所包括的自由度的当前位置相比，能够传递附加的信息，这些附加的信息最优地能够以三维的方式示出。

本发明的优点主要在于，当前的机器状态、即例如位置信息直接在加工机的工作空间中通过合适的投影示出，从而使对加工机进行编程、启动、维护加工机等的相应的操作人员能够以其为指导并避免错误或发现错误。其中，在加工机的工作空间中的显示特别有利，这是因为能够同时一方面观察加工机的所示出的状态，并且另一方面也能够观察加工机的运动。这对于操作人员而言是适宜的，这是因为操作人员不必不断地改变视线方向，并且此外还避免通过持续地改变眼睛的定焦而引起的疲劳现象。此外，一方面对所示出的加工机的状态以及另一方面对加工机的运转运动进行同时观察，使得能够对可能的危险情况快速地做出反应，而当加工人员在计算机显示器或类似物上看到所显示的该类状态信息时，该情况是不可能的或者具有一定的延迟。

由已完成的发明出发，突出的是，状态信息在处于使用者通常视线内的投影面上的投影目前在个别的载客汽车中是已知的。在那里，例如当前的速度、可能的速度限制或导航系统的指示作为状态借助于投影机在车辆的前挡风玻璃上示出。驾驶者得到这样的印象，即信息在他前方的街道上显示，并且能够将他的注意力集中在交通情况和街道走向上并且不必移开其视线，以便从通常位于仪表板中的显示仪器中读取这些信息。

在本方法的一种实施方式中设计为，加工机的单独的或多个的状态在加工机的工作空间中的投影附加地利用2D投影机在位于工作空间中的面上实现。原则上考虑将任何在这一方面常用的机器、即例如所谓的投影机(Beamer)作为2D投影机。该类投影机的特别的实施方式称为Pico投影机或LED投影机。考虑将机器壁或类似物、例如工作间边界物，或者也考虑将安装在工作空间中的玻璃作为用于投影的、位于工作空间中的面。由投影示出的信息也可以包括所谓的人机接口(HMI)的某些部分，即例如通常在所谓的用于对加工机进行编程和/或操作加工机的控制板(OP)上进行的显示。

作为对于进一步在上文中提及的、能够用3D投影附加地示出的信息的实例则可以例举加工机的坐标系的显示，其中，投影包括该类坐标系的单个的或所有的坐标轴的取向准确的显示，即坐标轴在空间中相应地取向，这符合相应的坐标系的实际取向。可以考虑将工件坐标系(WKS)、机器坐标系(MKS)、基础坐标系(BKS)和/或虚拟坐标系(KOS)作为能够在这一方面示出的坐标系。关于分别示出的坐标系，能够通过使用人员进行选择。其中可以将一个坐标系、例如工件坐标系预选为标准设置，从而使其显示始终在当未明确地选择另一坐标系的投影时进行。

特别是相应的坐标系(MKS，WKS等等)的三维显示使机器操作人员例如能够更容易地表现工具的运动和工件在空间中的取向。在不进行相应的练习、特别是当五轴的机床或机器人运动时，这便非常困难。

也就是说，在对加工机的单个的或多个的状态实现三维投影时，操作人员在他的视野内也可以看见工件和分别使他感兴趣的某个或每个机器状态、特别是分别使他感兴趣的坐标系。此外他还能够与在3D投影的范畴内相同地保持关注当前的机器状态或相应的NC程序的某些部分，而同时不必始终注视控制板(OP)或同类物并且由此而分散注意力。这使得视野更为清晰并简化了加工机的操作。

在用于运行加工机的方法中利用3D投影机将加工机的一个或多个状态投映到加工机的工作空间中，在该方法的一个特别的实施方式中提出，3D投影机是一种3D激光投影机，该3D激光投影机能够为渐次放射的激光光束相应地改变激光光束的焦点，以便在某个这样特定的点上引起对于人眼而言可见的效应、特别是等离子放电。

没有例如幻灯片、银幕、眼镜或同类物等附加的辅助工具的3D投影目前尚处在准备阶段。

日本的Burton Inc.公司在互联网(http://burton-jp.com/en/product.htm)中描述了一种在那里被称为“真3D显示器”(True 3D-Display)的装置。根据网址http://www.golem.de/0603/43672.html也可以找到对于日本的“先进工业科学与技术国家研究院”(AIST)、庆应义塾(Keio)大学和Burton公司的3D投影机的说明。

此外提出，投影机能够将三维显示投映在空气中并且为此目的明确地在空间中改变激光光束的焦点，以便在该焦点的附近引起对于人眼而言可见的等离子放电。对于在这里提出的、用于运行加工机的方法中的应用而言，该类3D投影机也是可以考虑的。

在用于运行加工机的方法的一种特别的实施方式中提出，投影、特别是对坐标系的投影在作为预设的空间点的工件原点上实现。随后，机器操作人员能够直接地在察看工件时观察例如在那里示出的坐标系。

上述目的也可以通过一种投影装置实现，该投影装置包括投影机、即如上文所说明的3D投影机或包括该类3D投影机和2D投影机、以及处理单元和存储器。其中，处理单元是一种微处理器或类似物。在存储器中载入了能够通过处理单元执行的计算机程序，通过该计算机程序能够实施如在这里和随后说明的方法。其中，投影装置可以是加工机的控制设备的一部分或与该类控制设备无关地实现。在与加工机的控制设备无关的实施方式中，控制设备和投影装置以合适的方式和方法通讯地连接或可以通讯地连接，从而使投影装置至少获得关于加工机分别需要示出的状态的信息。任何常用的有线的或无线的信号-和/或数据传输都可以考虑作为通讯连接。可以考虑直接将需要示出的加工机的状态或任何合适的、在其基础上投影装置的处理单元能够自身测定或计算出这些状态的信息作为此外需要传递的数据。

此外，本发明的个别方面优选地在软件中实施。本发明由此一方面也是一种具有能够通过计算机、确切地说是通过投影装置执行的程序编码指令的计算机程序，另一方面是一种具有该类计算机程序的存储介质，以及最后也是一种投影装置，该类计算机程序作为用于实施该方法和设计方案的工具而载入或能够载入投影装置的存储器中。

本发明由此总地也涉及一种根据开头说明的定义的、具有用于实施如在这里和随后说明的方法的工具的加工机、特别是具有如同样在这里和随后说明的投影装置的加工机。

本发明和它的设计方案的优点由此特别地在于，通过将一个或多个机器状态投映在加工机的相应的工作空间中用于对操作人员进行支持，基本上无限制地在分别示出的信息范围的方面来扩展本发明。这能够在个别情况下例如达到显示NC程序的部段，该部段在加工机分别进行的运动中具有重要意义。

附图说明

后面通过附图详细地说明本发明的实施例。彼此相符的对象或元件在所有的图中具有相同的参考标号。

该实施例或任一实施例并不理解为是对本发明的限制。相反地，在当前所公开的范畴内，替换和修改是可能的，特别是这样的变体和组合，即例如通过将单个的、与在普遍的和特殊的说明部分关联地所说明的和/或附图中所包含的特征以及元件或方法步骤的组合或改变，对于专业技术人员而言在实现该目的的方面是可以推断出该类变体和组合的，并且该类变体和组合通过可组合的特征导致新的对象或新的方法步骤以及方法步骤结果。

其示出：

图1示出作为加工机实例的铣床，在其工作空间中通过投影机将加工机所包括的轴线的单个的位置信息作为加工机的运行状态以投影的方式示出，

图2示出图1中的示意图的局部并放大了作为投影示出的机器状态，

图3示出具有至少两个旋转的自由度和一个在其工作空间中取向准确的、作为机器状态示出的坐标系的加工机的示意图的局部，

图4示出类似于图3的示意图，其中，取向准确的、作为机器状态示出的坐标系在工件原点上投影，和

图5示出用于显示具有2D或3D投影机的加工机的单个或多个状态的投影装置的示意性简化图和加工机的在用于控制和/或监测相应的加工机的控制设备上的基本安装情况。

具体实施方式

图1示出作为对于加工机10的实例的、被壳体12或保护室围绕的铣床。所示出的铣床包括两个平移的自由度，这两个平移的自由度作为能够在x方向和y方向上运动的轴14，16而实现。单个的轴14，16仅经过示意性简化地以轮廓元件的方式示出，在这些轮廓元件中例如通过机头座轴或类似物能够分别进行x方向和y方向上的运动。

工件滑动架18位于x轴14的轮廓上，并且用于安装需要利用铣床进行加工的工件(未示出，见图3)的铣床操作台20、即装配平台或类似物则又位于该工件滑动架上。为加工该种工件，铣床具有垂直的、即在z方向上取向的、具有铣刀杆22或类似物和工具容纳部的轴。利用工具容纳部能够以本身已知的方式和方法连接铣头或类似物并且通过该类铣头(未示出)能够对相应的工件进行加工。

利用能够在x方向和y方向上运动的铣床操作台20和能够在z方向上运动的铣刀杆22，示出的铣床因而具有三个平移的自由度。铣床的运动也可以这样实施，即铣床操作台20的位置是固定的并且铣刀杆22除了具有在z方向上的平移的移动性之外也能够通过相应的机械装置在x方向和y方向上运动。此外，在这里仅作为加工机10实例的铣床或任一其它的加工机10的具体的运动学对于本发明不具有特别的意义。

加工机10包括投影机24、在这里即为2D投影机26，或者加工机10例如在开始运转的期间被分配有该类投影机24，26。通过投影机24，26将加工机10的一个或多个状态投映到该加工机10的工作空间中。这在图1中作为投影28示出。投影28在玻璃30上实现，该玻璃可能可用于投影28，并且位于加工机10的工作空间中的面中。原则上也能够使用任一其它的合适的投影面来代替玻璃30，即例如在位于壳体12中的加工机10中可以使用该类壳体12的面或任一其它的、例如为限定围绕加工机10的保护室的界限而总归必需的面。

作为加工机10的实例示出的铣床的三个自由度的当前位置被作为通过投影机24，26投映在加工机10的工作空间中的加工机10的状态而示出。所投映的机器状态依此分别是“X 100 G54”；“Y 000”；“Z 000”。这在图2中作为图1中的示意图的局部，以放大的方式示出。其中，投影28在加工机10的工作空间中预设的或可预设的空间点上实现，其中，相应的空间点例如与投影面、即例如玻璃30或类似物上的位置相符合。

预设的或可预设的空间点作为投影28的位置能够通过投影机24，26的合适的取向或投影机24，26为此所包括的镜头所影响。投影机24，26的取向、或投影机24，26的镜头的影响可以手动地或自动地、例如取决于加工机10的或相应的工件的运动而实现。对于该类自动的影响，投影机24，26或包括投影机24，26的投影装置(图5)包括一个或多个合适的、能够通过控制信号控制的执行器，这些控制信号将有意的影响、即例如对投影机24，26的摆摄进行编码。

相应的加工机10的单个或多个状态在其工作空间中的投影28，即例如像在图1和图2中示出地在能够在x方向和y方向附近的中央区域中移动的铣床操作台20以及能够在z附近的中央区域中移动的铣刀杆22的投影，使得操作人员能够在例如进行启动、设置过程时或在加工工件的期间同时观察加工机10的这个或任一个分别投映的状态，从而可能连续观察加工机10和分别实施的运动或行为，而同时不必将视线从加工机10上或从其工作空间中移开。对于操作人员而言这极大地减轻了工作负担并使得能够轻松地工作。此外还由此获得一种安全性，这是因为操作人员能够持续地对加工机10进行监测，而不必转换视线用于能够监测例如在其上同样能够基本地显示该类状态的操作设备(OP；未示出)上的显示。

图3示出不同于图1的加工机10的局部。其区别在于另外两个自由度，即旋转的自由度。这使得能够这样改变铣床操作台20的取向，即该铣床操作台例如，正如所示出地，向左取向。但是，相应的旋转轴的旋转也使得可以进一步向左取向或相应的向右取向。此外，另一个旋转轴使铣床操作台20的旋转成为可能。为此在示出的加工机10中设有位于铣床操作台20下方的圆轴32，该圆轴自身是能够旋转的并且由此使铣床操作台20可以不同地取定，并且此外也使得铣床操作台20自身并且与圆轴32无关地旋转，由此使铣床操作台20能够在示出的、基本水平的取向上定位，但是也能够在每个任意的其它空间取向中旋转。

这使得能够从所有的侧面和不同的取向来实现在这里示出的、安装在铣床操作台20上的工件34。根据对加工机10的运动可能性和由加工机所包括的旋转的和/或平移的轴/自由度的说明已经明确的是，需要极大的空间表现力以便理解随着铣床操作台20的、即也意味着位于其上的工件34的运动而出现的、在加工机10运行时所应用的坐标系的变化。为了辅助加工机10的操作人员，本发明在这里提出，通过在一种实施方式中作为3D投影机、特别是3D激光投影机的投影机24(图1)借助于投影28将在运行加工机10时所应用的坐标系作为该加工机10的状态示出。在图3中所示出的是一种笛卡尔坐标系，并且能够清楚地看到其三个轴，这些轴以常用的标号x，y，z表示。

坐标系的这一投影28在加工机10的工作空间中预设的或可预设的空间点上实现，并且该类投影28使得-如在上文中已为2D投影所说明地-操作人员能够在机器开始运转时、在设置运行时、在维护时或在生产期间能够这样在视觉上监测相应的加工机10，即能够同时监测这一个或任一个分别投映的机器状态和加工机10的运动、确切地说是由加工机分别包括的轴14，16的运动。

除了或对于如图3中的坐标系的投影28可替代地，也能够实现如上文中与图1和图2相关联地说明的投影28，即如通过单个的轴14，16的位置而得出加工机10的状态的投影28。相应地，加工机10的分别投映的状态的类型和数量对于操作人员而言是可以选择的，由此能够根据需要调整投影28的范围、即其信息内容。

图4示出图3中的示意图的经过放大的局部，由此可以在这里不再对已经说明的细节进行说明。在图4中示出的投影28的特点在于，作为加工机10的状态投映在其工作空间中的坐标系在工件原点上示出，并且由此直接使得与在加工工件34时需要移位并且在所示出的工件坐标系(WKS)中需要显示的轮廓/运动轨的说明的关联变得明了。

图5总结性地示出具有投影机24、即例如2D投影机26(图1，图2)或3D投影机(图3，图4)的投影装置40的经过示意性简化的原理示意图。该投影装置40或者包括该类投影机24，或者与该类投影机24以合适的方式和方法连接。该投影装置40也可以同时包括2D投影机和3D投影机或者与这些投影机连接。这些投影机的较大数量也是可能的，并且是有意义的，并且这些投影机的数量在个别情况下视有需要示出的运行状态或其它的信息和空间的实际情况而定。

为控制该投影机或任一个投影机24，投影装置40包括以微处理器的形式存在的或类似于微处理器的处理单元42以及存储器44。计算机程序46载入存储器44中，利用该计算机程序如在这里说明地可实施用于运行加工机10的方法，其中，利用投影机24将加工机10的一个或多个状态投映到该加工机10的工作空间中。为此，从在图4中仅简化表示为两个可平移的轴14，16的加工机10中，投影装置40一方面获得关于加工机10的相应运动学的信息、即关于由加工机所包括的轴14，16的类型和运动范围的信息，以及关于所有的轴14，16、或至少主要的轴的各当前的位置或取向的信息。

如果为了加工工件34而使预设的运动轨移位，在运行加工机10时总归需要这些说明加工机10的状态的信息。为此，加工机10本身包括以微处理器的形式存在的或类似于微处理器的处理单元50以及存储器52，在该存储器中安装有加工程序、例如所谓的NC程序54或在作为加工机使用机器人的情况下所使用的RC程序，该加工程序说明了对工件34通过加工机10分别预设的加工情况。就这方面而言在加工机10和投影装置40之间进行的数据交换通过在相应的处理单元42，50之间延伸的双箭头示出。数据传输也可以以本身已知的方式和方法在无线的或有线的路径上进行。

投影装置40的功能性基本上也可以由加工机10的处理单元50来承担。因此在其存储器52中除了NC程序54外还载入了用于实施将加工机10的一个或多个状态投映到其工作空间中的方法的计算机程序46。

虽然通过实施例在细节上对本发明进行了详尽的说明与描述，但本发明不局限于这个或这些已公开的实例，并且在不脱离本发明的保护范围的前提下，专业技术人员可以从中推导出其它变体。

在这里提出的描述的单个的重要的方面可以由此简略地总结如下：所说明的是一种用于运行加工机10的方法，其中，在运行加工机10时通过投影机24将该加工机10的一个或多个状态投映到该加工机10的工作空间中；以及一种用于在该种方法中应用的投影装置40和最后说明的是一种具有该类投影装置40的加工机10。

Claims (9)

1.一种用于运行加工机(10)的方法，其中，在运行所述加工机(10)时利用投影机(24)将所述加工机(10)的一个或多个状态投映到所述加工机(10)的工作空间中，其特征在于，所述投影通过3D投影机在所述工作空间中的预设的或能预设的空间点上实现。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述3D投影机是3D激光投影机，所述3D激光投影机能够对于接连发射的激光射束分别改变所述激光射束的焦点，以便在一个确定的点上引发对于人眼而言可视的效应。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述投影在作为预设的空间点的工件原点上实现。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述投影包括对在运行所述加工机(10)时所应用的坐标系的相应的至少单个的轴(14，16)的显示。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述对于人眼而言可视的效应是等离子放电。

6.一种具有投影机(24)以及处理单元(42)和存储器(44)的投影装置(40)，其中，在所述存储器(44)中载入了能够利用所述处理单元(42)执行的计算机程序(46)，利用所述计算机程序能够实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。

7.一种数字存储介质，具有能电子读取的控制信号，所述控制信号这样与根据权利要求6所述的投影装置(40)共同起作用，从而使得根据权利要求1至5中任一项所述的方法得以实施。

8.一种具有用于实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法的工具的加工机(10)。

9.根据权利要求8所述的加工机，其特征在于，所述加工机是具有根据权利要求6所述的投影装置(40)的加工机。