CN116113519A - 用于将机床自动化的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将机床自动化的系统，具有用于给该机床(102)提供工件和/或工具和/或从该机床(102)送走工件和/或工具的外部装置(108)、用于作动该机床(102)的部件的至少一个执行器(110)和/或用于检测显示部件(102a)的至少一个信号或该机床(102)或该外部装置(108)的状态的至少一个传感器(112)和控制单元(106)，该控制单元设计成通过控制该至少一个执行器(110)引发该机床(102)或该外部装置的至少一个功能和/或依据该至少一个传感器(112)的信号引发该外部装置(108)的至少一个功能。

Description

用于将机床自动化的系统

本发明涉及用于将机床自动化的系统。

典型的自动化解决方案通常由机床、安置在机床外的用于给机床供应工件和/或工具和/或从机床送出工件和/或工具的机器人、零件储存装置和工件储存装置组成。在通常闭合的为了供应和送走工件或工具可打开的机床加工室中设有工具用夹爪以及用于夹紧工件的夹具。因此，自动化解决方案代替操作者地接管了给机床供应工件和/或工具和/或从机床送出工件和/或工具。

机床和其它部件在这种已知的机床自动化系统中配备有电气接口，它们经此相互通信或者它们与上级控制单元通信，其中上级控制单元可以相应控制该机床和其它部件。在此进行设于机床中的一般用压力油或压缩空气工作的夹具的直接控制，通常通过机床本身。为了能控制例如在五轴铣床的回转枢转台上的夹具，在此用于与夹具的复杂回转接头被引导穿过回转枢转台，以便将压力介质和用于操作旁通阀的或许控制电线引导至夹具。

这样的通信接口通常由机床制造商设计为专有接口以连接自己的自动化部件。因此，自动化部件的外部制造商大多始终被拒接近机床，无论是因为该制造商未公开接口电气规范、或是因为需要复杂的机械适配器用于机械连接至外部制造商的部件。此外，实际上许多机床并非针对集成到自动化解决方案中而设置或适用的，因此肯定不具有合适的接口。也没有所需的硬件、尤其是至回转枢转台的回转接头或用于启闭机器门的自动驱动装置。可能的改装通常不敌为此产生的高昂成本。

因此，本发明基于如下任务，提供一种用于将机床自动化的系统，其允许绑定如下机床并能以简单方式廉价实现，该机床不具有适于接合自动化解决方案、尤其是用于给机床提供工件和工具和/或从机床中取出工件和/或工具的外部装置的接口。

因此，目的是提供自动化，自动化接管操作者的用于装卸载机器的所有工作，而不必改造附加接口或自动化硬件和机器。此外，本发明基于以下任务，提供一种计算机程序产品以及一种用于这种系统的执行器和传感器。

本发明利用权利要求1或13、14和15的特征完成该任务。

该发明基于以下知识：在采用合适的执行器和/或传感器的情况下可以放弃要借助用于给机床提供工件和/或工具和/或从机床取出工件和/或工具的外部装置(以下也简称为机器人)自动化的机床的接口，所述执行器和/或传感器连接到控制单元，控制单元设计成通过控制至少一个执行器来引发机床的至少一个功能和/或依据该至少一个传感器的信号来引发外部装置的至少一个功能。由此允许作为自动化解决方案的本发明系统可以接管操作者的某些任务，例如按下机床操控面板上的启动按钮、依据机床操控面板上的显示打开和关闭机床的门等等。外部装置可设计成固定式机器人并包括一个或多个用于存放工件和/或工具的存库。外部装置通常位于机床加工室的借助门可关闭的开口之前并且具有至少一个臂用于相对于机床供给和送走工具或工件。在此，显然也可以分别在一次供给过程中同时提供多个工件和/或工具，或者在一个送走过程中同时送走多个工件和/或工具。这些工件和/或工具也可以为此安置和保存在一个存库中。

该控制单元可被集成到外部装置中或也可设计为上级控制单元，其与外部装置所包含的机器控制单元通信。机器控制单元和上级控制单元在此可设计成无线通信以便能放弃高成本的电缆布线。

在一个非常简单的实施方式中，该控制单元可被集成到外部装置中。特别是，机器控制单元和接管自动化功能的控制单元可被集成，即设计为唯一的控制单元。在这种情况下，基本的自动化也可能在于依据一个或多个采集机床的一个参数或状态的传感器的信号来引发外部装置的至少某一项功能。由于控制单元已与机器控制单元耦联，故在这样的情况下不一定需要用于操作机床部件的执行器如机床的电开关或其它调节件。

在另一个变型中也可以仅设置一个或多个执行器，而无需设置一个单独传感器用于测知显示部件的至少一个信号或机床或外部装置的状态。

但在大多数情况下，人们将会设置一个或多个执行器和一个或多个传感器，以便尤其获得尽量完整的机床自动化。

根据本发明的一个实施方式，该至少一个执行器和该至少一个传感器无线连接到该控制单元。由此可以放弃在传感器或执行器与控制单元之间设置通信电缆。这尤其在传感器或执行器中起到作用，所述传感器或执行器安置在机床的活动部分上，例如安置在回转枢转台上。

在本发明的一个实施方式中，该至少一个执行器可设计成操作件作动装置并且具有至少一个电动的、气动的或液压驱动的操作件。例如操作件可设计成可线性移动的操作件，其适于操作机床操控面板上的按压开关或按钮。

在另一变型中，该执行器可以设计为用于机床的单门或双门的门开启器。为此，执行器也可以具有打开和关闭也可设计成双门的门的作动装置，例如呈驱动辊的形式。

根据本发明，该执行器也可设计为夹紧装置以用在机床中。夹具装置在此可以用于直接夹紧工件，或也可以用来固定另一夹紧装置如台虎钳，其也可被设计成根据本发明的执行器。

根据本发明的一个设计，该至少一个传感器可设计为光学传感器如光电二极管或摄像头。这样的传感器可以例如安置在机床的操控面板上并测知发光二极管的状态或在屏幕上的输出(以任何显示或字符的形式)。该传感器可被设计成仅将具有相关信息内容的直接的传感器信号传输给控制单元，或者信号处理已经在传感器中进行并且仅将信号处理结果如用于发光二极管的通/断说明传输给控制单元。

在本发明的一个实施方式中，该至少一个传感器和/或至少一个执行器可设计成连接如粘接或螺纹连接至机床、尤其是机床的操控面板或床体。由此得到用于这样的传感器或执行器的简单安装。尤其已经可在传感器或执行器的一个或多个合适的固定面上设置合适的覆有剥离膜的胶。于是，为了安装必须剥下该膜并且将传感器以固定面安放和压紧到机床的相关表面上。

根据本发明的传感器可被设计用于监测夹紧装置且特别是根据本发明的夹紧装置的夹紧力或正确的夹紧状态。在后者情况下该传感器和执行器也可设计为集成模块。

在此要指出的是，显然传感器或执行器的每个实施方式也都可以被设计为独立模块。

根据本发明系统的一个实施方式，所选或所有的传感器和执行器可设计成自给自足并且均包括自己的尤其是可再充能的供能装置。供能装置尤其可以是供电装置，例如呈充电电池形式。电池充电在此可以感应、即非接触进行，或者以连线方式通过连接到充电装置进行。显然也可以更换电池并外部充电或不使用充电电池。此外或附加地，也能设置呈气压蓄压容器形式的供能装置。在这种情况下，可以通过例如借助外部装置的活动臂供应压缩空气来进行再充能。传感器或执行器的自给自足设计允许保证各自功能，而无需建立经由机床或外部装置的永久存在的供能。

如上已述，该外部装置根据本发明被设计成固定式装置，其具有至少一个活动臂用于给机床提供工件和/或工具和/或从机床送走工具和/或工件。该至少一个臂也还可以用来给执行器供应压缩空气，该执行器设计用于各自操作件的气压作动。

根据发明，该控制单元可以包括计算机程序，其当在机床的控制单元中运行时设计用于与外部装置通信并且或许在考虑由至少一个传感器提供的信息下如此控制该至少一个执行器，即，机床加工过程被自动化，特别是工件加工过程的开始、机床门的打开或关闭、部分加工或完全加工的工件的取出或者提供待加工的工件至机床和卸下或供应工具至机床。当然，计算机程序也可被存储在控制单元中，或者也可被存储在数据载体或云中，并从数据载体或云被加载到控制单元的工作内存中。

本发明的其它实施方式来自从属权利要求。

以下将结合如图所示的实施例来更详细解释本发明。图中示出：

图1示出与机床有关的用于将机床自动化的系统的实施方式的基本透视的视图；

图2示出图1中的图示的俯视图；

图3示出根据图1的实施方式的俯视图，但没有待自动化的机床；

图4示出根据本发明的自给自足式执行器的透视图；和

图5示出类似于图4的图示，但执行器自固定靴取出。

图1以基本上透视的图示示出由机床102和用于将机床自动化的系统104组成的总系统100。自动化系统104所包含的仅一个控制单元106以及各自通信连接以框图形式被示意性示出。图2示出根据图1的总系统100的俯视图。

为了更好概览起见，图3再次以相同的视图示出自动化系统104但不带机床102。

如从这些图中看到地，自动化系统104除了控制单元106外还包括外部装置108用于给机床供应工具和/或工件和/或从机床取出工件和/或工具，外部装置在说明书范围内也被简称为“机器人”。此外，自动化系统104包括多个呈设计为台虎钳的夹紧装置110a形式、呈设计为零点夹紧系统的夹紧装置110b(图2)形式、呈门开启器110c形式和呈操作件作动装置110d形式的执行器110。最后，自动化系统104包括至少一个传感器112。在当前情况下，传感器112被集成到操作件作动装置110d中(图4)。分别将至少一个传感器(未示出)也集成到执行器110a、110b和110c中。在此，如果这些部件被设计为气动工作部件或液压工作部件，则台虎钳110a和零点夹紧系统110b可以是压力传感器。门开启器110c也可以包括一个传感器，其例如测知门或驱动装置(因此是门)的位置。因而，在执行器110和控制单元106之间的通信连接在图1至图3中被示出为双向连接。

自动化系统104利用这些部件允许以预定程度将机床102自动化，同时自动执行在未被自动化的机床下必须由操作者完成的行动。在此它尤其是提供工件和/或工具给机床102或从机床102送走工件和/或工具、关闭加工室的机床的门114的打开或关闭、加工周期的开始等。

机器人108具有至少一个可占用的臂108a，借助该臂机器人108抓住工件或工具(未示出)并将其送入机床102的加工室或从其中送出。机器人也可以具有未示出的存库以保存或存放工件和工具。

在如图所示的实施例中，在机床102的加工室中设有零点夹紧系统110b，其例如可以固定在机床的回转枢转台上。在所示例子中，执行器110以可控的台虎钳110a形式被保持在零点夹紧系统110b上。零点夹紧系统110b也设计为可控的执行器110。两个执行器110a和110b至少可如此控制，即，各自执行器可以借助控制指令被转移到夹紧位置或松开位置。

当然也可能的是，在每个执行器、因此在每个所述执行器110a、110b中设有传感器，它们测知某些事件或状态、例如各自执行器是否从一个位置运动到另一个位置和/或实际上是否到达或留在预定位置。但是，相关的传感器也可被设计自己的模块。

设计为门开启器110c的执行器110具有驱动装置，其设计成使可设计成滑动门的门运动并从打开位置转移到关闭位置。与所有其它执行器一样，门开启器110c可以作为独立模块构成。该模块还可被事后连接到机床102的支架或底面的如下位置处，在该位置中可以将驱动装置连接到活动门114。当然，门开启器110c也可以具备一个或多个传感器，它们测知驱动装置和/或门114的各自位置。

设计为操作件作动装置110d的执行器110安置在机床102的操控面板102a上并设计用于作动操控面板102A的一个或多个对应所属的操作件。

如图4所示，执行器110d也可以作为独立模块。在操作件作动装置110d的壳体116中，设有用于操作件118的电动、气动或液压的驱动装置。在所示实施方案中，操作件118被设计为可线性移动的柱状件，其从壳体116向下伸出。壳体116在底面有四个支脚120，操作件作动装置110d可借助支脚安放在操控面板102a上并与之连接。该连接可以例如通过胶或螺纹连接进行。在任何情况下，该连接都必须被设计成该壳体被固定而无法相对于操控面板102a的表面移动和抬起，即便当借助固定件118施加力以作动相关的操作件(未示出)时。为了安装，操作件作动装置110d必须在操控面板102a的相关操作件上方对准方向，使得操控面板102a的操作件118正好在待操作的操作件上方。在此位置中，壳体116接着被连接到操控面板102a。

在图4所示的执行器110d的变型中，固定于底面例如机床102的操控面板102a的表面上借助安装在支脚120的底侧上、例如保持支脚120的底面的相应凹部中的永磁铁124进行(见图5)。为了实现执行器110d的易取下或拆卸，设置固定靴126，它们能以其底面牢固连接到底面，例如通过粘接或螺纹连接。在上侧区域，固定靴126具有多个凹部，支脚120的下部可安装在凹部中。该凹部在此设计成使支脚不可侧向移动地被固定。固定靴在此可由铁磁性材料构成以确保在磁铁124或与之固定连接的支脚120之间的尽量大的固定力。但在固定靴126未被选择为铁磁性而是例如由塑料构成的另一变型中，罐状固定靴的底部126也可设计成在这种情况下也有足够的固定力。

图5示出处于如下位置的执行器110d，在该位置中执行器的支脚124脱离固定靴126或从中抬起。因此，如图4和图5所示的执行器110d变型允许简单地将执行器固定在底面上，例如通过将固定靴126与底面粘接在一起，并允许通过简单抬起执行器110d从固定靴126中拆除执行器，固定靴还保持与底面连接。但执行器110d还是借助固定靴126被充分牢固地连接到底面，且尤其是无法侧向移位地被固定。执行器110d的抬起允许根据需要简单地人工操作通常由执行器11d作动的操作件。当然，这也适用于被处于其安装位置的执行器110d遮挡的其它操作件。

图4所示的实施方式具有WLAN模块122，其还包括一个未被详细示出的安置在壳体116中的天线。当然，这种无线连接也可以设置用于每种其它设计的执行器110或每个传感器112。

如上已述，在执行器110d的壳体中也安置有传感器，该传感器设计用于测知相关的操作件是否有一定的状态。例如该操作件可被设计为发光的按钮，其中如果按钮可以/必须被按下以便例如引发机床102的加工周期，则照明起效。在这种情况下，该传感器被设计为光学传感器。当然，该传感器也可设计成测知操控面板102a的另一显示件的状态并或许取决于此地引发操作，例如按下对应所属的按钮或操作对应所属的开关。

该传感器显然也可以以其它任何方式来设计。光学传感器也可以设计为摄像头，其测知显示或操控面板的任一其它显示(例如借助LED或其它发光件的错误显示)或机床的任何其它部件的状态。通过图像评估方法(包括OCR方法)，控制单元106可以从提供给它的传感器信号(在此是摄像头图像信号)中确定所要求的传感器信息，例如呈纯文本形式或者作为操作者用符号的在屏幕上要求某个工具，并且据此适当地控制机器人108和/或执行器110。也可以想到，通过作为摄像头构成的传感器112识别在机床102的屏幕或操控面板102A上的任何信息，并将其传输、尤其媒体流至网络中的一个或多个参与者，它们位于与自动化机床102或总系统100相同的网络中。

传感器112可被如此设计，即，它们仅将单纯的传感器信号传输给控制单元106，其中在这种情况下该控制单元106评估该传感器信号，例如检查某些特定事件。或者，传感器112也可以是这样的，即它们有一定的智能且尤其完成对刚获得的传感器信号的高度处理。在这种情况下，传感器已经可以将一定信息例如作为数字信息传输至控制单元。例如光学传感器112可被设计成识别显示LED的颜色以及将相关信息如“红色”、“绿色”、“黄色”传输到控制单元106。

机器人108以及执行器110和传感器112可以以任何方式与控制单元106的通信连接。在连接到机器人108时也可以考虑有线连接，而在传感器112与执行器110和控制单元106之间的连接时最好动用无线连接。由此获得明显更高的灵活性并且可以节省与电缆布线相关的成本。如果是位于机床102的加工室中的执行器，则还牵涉到将相关电缆引至外面的困难。如果执行器也还安置在活动件例如机床102的回转枢转台上，则还需要复杂且成本密集的回转接头。但显然也可以在传感器112和执行器110中动用与控制单元106的有线连接，如果这无论出于何种原因是必须的或有利的。

控制单元106也可以安置在机器人108之中或之上并也设计成与机器人81的控制单元集成在一起。当然，也可以在任何其它部位设置控制单元106，例如在自动化机床用控制台或用于许多自动化机床的控制台中。

执行器110和传感器112尤其也可设计为自给自足式模块，其中这样的模块也可以包括多个执行器110和/或传感器112。为此，相关模块可以具备自己的供能装置如充电电池。显然也可以使用可更换的电池代替充电电池。

作为供电装置的替代或补充，也可以设置压力供能装置、尤其是气压供能装置。例如气压式执行器110可以具备压力容器，其也可设计成再填充。为此，例如执行器可以具备压力接口，例如可以在压力接口处借助机器人108的臂108a供应压缩空气，例如借助被插入压缩空气接口中的压缩空气枪。尤其建议这样的变型用于执行器110，其设计为气动夹紧装置，例如以台虎钳110a或零点夹紧系统110b的形式。

最后要指出的是，执行器110、尤其设计为操作件作动装置100d的执行器可以安置在待自动化的机床或在此须引发所需操作的与之相连的部件的每个任何部位处。例如如果在已有的门开启模块上设有用于引发期望的门运动的操作件如电开关，也可以在该门开启模块上定位操作件作动装置110d。

同样情况也适用于传感器112。它们也可以安置在待自动化的机床或在此须获得机床自动化所需的参数或信息的与之相连的部件的任何部位处。

控制单元106一般能以软硬件组合的形式实现，其中该软件尤其可设计用于评估传感器信号或由传感器提供的信息并根据也可以从传感器信号中确定的预定参数引发执行器的功能。该软件也能全部或部分以固件形式被固定存储在控制单元106中，或者可借助外部存储器(包括云存储器)使控制单元106用到该软件以便在其中运行。最后也可能的是该软件可在上级控制单元中运行并仅给其提供由传感器提供的信号和/或信息，并且将由上级控制单元提供的控制信号提供给例如设置在机器人108中的与传感器和执行器相连的局部预定控制单元。

附图标记列表

100由自动化系统和机床构成的总系统

102机床

102a操控面板

104自动化系统

106控制单元

108外部装置/机器人

108a臂

110执行器

110a台虎钳

110b零点夹紧系统

110c门开启器

110d操作件作动装置

112传感器

114门

116壳体

118作动件

120支脚

122WLAN模块

124磁铁

126固定靴

Claims (15)

1.一种用于将机床自动化的系统，所述系统具有：

(a)外部装置(108)，所述外部装置(108)用于给所述机床(102)提供工件和/或工具，和/或所述外部装置(108)用于从所述机床(102)送走工件和/或工具，

(b)至少一个执行器(110)和/或至少一个传感器(112)，所述至少一个执行器(110)用于作动所述机床(102)的部件，所述至少一个传感器(112)用于检测显示部件(102a)的至少一个信号或所述机床(102)或所述外部装置(108)的状态，和

(c)控制单元(106)，所述控制单元(106)被设计成通过控制所述至少一个执行器(110)引发所述机床(102)或所述外部装置的至少一个功能和/或依据所述至少一个传感器(112)的信号引发所述外部装置(108)的至少一个功能。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述至少一个执行器(110)和/或所述至少一个传感器(112)无线连接至所述控制单元(106)。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征是，所述至少一个执行器(110)被设计为操作件作动装置(110d)并且具有至少一个电动的、气动的或液压驱动的作动件(118)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征是，所述执行器(110)被设计成用于所述机床(102)的单门或双门(114)的门开启器(110c)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征是，所述执行器(110)被设计成夹紧装置(110a,110b)以用在所述机床(102)中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征是，所述至少一个传感器(112)被设计成光学传感器如光电二极管或摄像头。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征是，所述至少一个传感器(112)和/或所述至少一个执行器(110)被设计成能连接例如能粘接或能螺纹连接至所述机床(102)、尤其是所述机床的操控面板(102a)或壳体。

8.根据权利要求5或者权利要求6或7所述的系统，只要它们也引用权利要求5，其特征是，所述至少一个传感器被设计成用于监测所述夹紧装置(110a,110b)的夹紧力或正确的夹紧状态。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征是，所选或所有的传感器(112)和执行器(110)被设计成是自给自足的并且包括自己的尤其能够再填充的供能装置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征是，所述外部装置(108)被设计为固定式装置，所述固定式装置具有至少一个活动臂(108a)，所述至少一个活动臂(108a)用于给所述机床(102)提供工件和/或工具和/或用于从所述机床送走工件和/或工具。

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征是，所述控制单元(106)包括计算机程序，所述计算机程序在所述控制单元(106)中运行时被设计成与所述外部装置(108)通信并且在必要时在考虑由所述至少一个传感器(112)提供的信息的情况下如此控制所述至少一个执行器(110)，即，所述机床(102)的工作过程被自动化，尤其是工件的加工过程的开始、所述机床(102)的门(114)的打开或关闭、取出部分加工或完全加工的工件或者提供待加工的工件给所述机床(102)和取出或提供工具给所述机床(102)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征是，所述控制单元(106)被设计成与所述外部装置(108)和所述机床(102)分开的独立的上级控制单元，所述上级控制单元最好通过无线连接被连接至所述外部装置(108)和所述至少一个执行器(110)和/或所述至少一个传感器(112)。

13.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的系统(100)的、能记录在数据载体上或能通过互联网下载的计算机程序产品，所述计算机程序产品包含指令以通过控制至少一个执行器(110)引发机床(102)的至少一个功能和/或根据至少一个传感器(112)的信号引发外部装置(108)的至少一个功能。

14.一种用于根据权利要求1至12中任一项所述的系统的执行器，其特征是，所述至少一个执行器(110)被设计成是自给自足的并且为此具有自己的尤其能够再填充的供能装置并且被设计成与所述系统(100)的控制单元(106)无线通信。

15.一种用于根据权利要求1至12中任一项所述的系统的传感器，其特征是，所述传感器(112)被设计成是自给自足的并且为此具有自己的尤其能够再填充的供能装置并且被设计成与所述系统(100)的控制单元(106)无线通信。

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