DD247406A1 - Schaltungsanordnung zur sensorgefuehrten laengenmesstoleranzkorrektur in automatisierten handhabungsprozessen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorsteuerungsanordnung, die Werkzeug- oder Werkstueckmasstoleranzen durch Korrekturbewegungen in der Peripherie einer Handhabungseinrichtung ausgleicht. Ziel der Erfindung ist es, die Einsatzmoeglichkeiten von Handhabungseinrichtungen, deren Steuerungen nicht ueber Sensoranschluesse zur permanenten Bahnverfolgung mittels Sensoren verfuegen, auf einfache Weise ohne aufwendige Umruestung der Steuerung durch ein peripheriebeeinflussendes Sensorsystem zu erweitern und gleichzeitig eine Bereicherung der Anwendungsmoeglichkeiten gegenueber herkoemmlichen Sensorsteuerungen zu ermoeglichen. Die Aufgabe besteht darin, Sensorinformationen mittels eines Koordinators, der entweder ueber digitale Ausgaenge der Steuerung einer Handhabungseinrichtung oder durch steuerungsexterne digitale Signale beeinflussbar ist, so zu bewerten, dass eine achsrichtige Korrekturbewegung der in der Peripherie liegenden Bewegungsachsen erfolgt. Fig. 2

Description

Handhabungseinrichtung in festgelegten Grenzen gestatten. Die Antriebe der bewegten Achsen in der Peripherie sind an Wandler angeschlossen, die mit einem Koordinator, der durch binäre Ausgangssignale der Steuerung der Handhabungseinrichtung aktiviert werden kann, verbunden sind. Die Sensoreingänge des Koordinators sind über Verstärker an einen oder mehrere Sensoren, die Weginformationen verarbeiten, angeschlossen.

Die durch die Sensoren gewonnenen Informationen werden über den Koordinator den einzelnen Peripherieachsen zugeführt und in Weginstruktionen umgewandelt. Der Koordinator ist geeignet, jede einzelne Sensorinformation beliebig vielen Bewegungsachsen mit jeweils wählbarer Korrekturrichtung zuzuordnen. Die Zuordnung ist manuell oder über binäre Ausgangssignale der Steuerung der Handhabungseinrichtung möglich und vom Anwenderprogramm einfach beeinflußbar. Diese Möglichkeiten der Beeinflussung der Korrekturrichtung und Auswahl der Korrekturachsen durch das Anwenderprogramm bieten bisher allgemein bekannte Sensorlösungen nicht. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten für die Lösung technologischer Aufgaben mit Hilfe von Handhabungseinrichtungen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt:

Fig. 1: das Gesamtblockschaltbild einer Steuerungsanordnung mit mehreren Sensoren, Fig. 2: das erweiterte Blockschaltbild für eine Steuerungsanordnung mit einem Sensor, Fig.3: ein Ausführungsbeispiel einer in zwei Achsen beweglichen Peripheriebaugruppe einer Handhabungseinrichtung für

Schweißaufgaben und Fig.4: eine Tabelle der Schalterstellungen des Koordinators bei verschiedenen Schweißnahtpositionen der Handhabungseinrichtung.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild der gesamten Steuerungsanordnung für ein Steuerungssystem mit mehreren Sensoren 3,4 und 5, die über Verstärker 6,7 und 8 mit den Sensoreingängen des Koordinators 9 verbunden sind. Die Ausgänge des Koordinators 9 sind über die Wandler 10,11 und 12 mit den Antrieben 13,14 und 15 verbunden, die den Bewegungsachsen der X-, Y- und Z-Richtung 24,25 und 26 zugeordnet sind. Über binäre Steuersignale 2 ist der Koordinator 9 durch die Steuerung der Handhabungseinrichtung 1 beeinflußbar.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer peripheriebeeinflussenden Sensorsteuerung mit einem Sensor 3 und zwei Antrieben 13 und 14 für die in der Peripherie angeordneten Bewegungsachsen 25 und 24. Im Koordinatur 9 befinden sich vier Schaltelemente, die durch binäre Steuersignale 2 der Steuerung der Handhabungseinrichtung 1 entsprechend der Tabelle in Fig. 4 aktiviert werden.

Die Schaltelemente für die X-Achse 16 und das Schaltelement für die Y-Achse 17 ordnen das Sensorsignal den Antrieben 13 oder 14 zu und die Schaltelemente für den Richtungssinn der X-und Y-Achse 18 und 19 bestimmen die Bewegungsrichtung der Antriebe 13 und 14. Für diese Konfiguration zeigt Fig.3 ein Ausführungsbeispiel der Peripherie, wobei das Werkstück 21 durch eine Schweißverbindung mit einer Grundplatte 20 zu verbinden ist.

Die Schweißung erfolgt durch ein Werkzeug 23, im Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ein Schweißbrenner, an dem ein Sensor 22 starr befestigt ist. Die Relativbewegung der Grundplatte 20 wird durch die Bewegungsachse in X-Richtung 24 und die Bewegungsachse in Y-Richtung 25 ermöglicht.

Fig.4 zeigt eine Tabelle, in der den Positionen von Fig. 3 die entsprechenden Schalterstellungen des Koordinators 9 aus Fig.2 zugeordnet sind, um die in Fig. 3 dargestellte Schweißaufgabe zu realisieren.

Dabei entspricht der Wert Null der in Fig. 2 gezeichneten Schalterstellung und der Wert Eins der entgegengesetzten Schalterstellung. Mit einem Stern sind beliebige Schalterstellungen gekennzeichnet.

Eine Funktionsbeschreibung erfolgt am Beispiel der in Fig. 3 abgebildeten Schweißaufgabe. Jede Schweißnaht wird entsprechend ihrer Lage im Koordinatensystem der Grundplatte 20 und der Signalerfassungsrichtung des Sensors 22 durch das Anwenderprogramm der Steuerung 1 nach Fig. 2 bewertet.

Diese im Anwenderprogramm enthaltenen Informationen für die Sensorsteuerung werden über die binären Steuersignale 2 der Steuerung der Handhabungseinrichtung 1 nach Fig.2 dem Koordinator 9 zugeführt und dadurch die Schalter 16,17,18 und 19 gemäß der Tabelle in Fig. 4 aktiviert. So werden jeder Schweißnaht, von Nahtanfang bis Nahtende, die spezifischen Korrekturkennwerte für eine achsrichtige Bewertung der Sensorinformation zugeordnet und die Bewegungsachsen 24 und 25 in Fig.3 zu einer der Sensorinformation entsprechenden Korrekturbewegung veranlaßt.

Damit ist die Möglichkeit gegeben, die Korrekturbewegungsrichtung und den Aktivierungszeitraum sowie den Sensor frei auszuwählen, der richtungsbestimmend wirken soll.

Daraus ergeben sich verbesserte Sensierungsmöglichkeiten und Zusatzfunktionen zur Steuerung technologischer Prozesse, die herkömmliche Sensorsteuerungen nicht erfüllen, wobei eine Grob- oder Feinpositionierung von Werkstücken und/oder Werkzeugen durch achsrichtiges Aufrufen der Sensoren mittels Anwenderprogramm erfolgen kann. Schweißnahtabschnitte, die sich nicht oder nur schlecht zur Sensierung aufgrund ihrer räumlichen Lage oder konstruktiven Gegebenheiten des Werkstückes eignen, können durch Abschalten einzelner oder aller Sensoren bzw. Umschalten auf andere Sensoren auch während des Schweißprozesses, wenn die Steuerung der Handhabungseinrichtung das zuläßt, realisiert werden.

Es lassen sich auch qualitative Merkmale des Prozesses erfassen und durch Beaufschlagen der Verstärker 6,7 und 8 aus Fig. 1 mit einer Regelgröße eine Regelcharakteristikänderung erreichen.

Prinzipiell kann die Sensorsteuerungsanordnung beliebig mit Sensoren erweitert oder zusätzliche Regelgrößen zur Beeinflussung dertechnologischen Prozeßgrößen eingefügt werden.

Claims (2)

1. Peripheriebeeinflussende sensorgeführte Längenmaßtoleranzkorrektur in automatisierten Handhabungsprozessen, gekennzeichnet dadurch, daß die Signal leitungen einen der mehreren Sensoren (3,4,5), die Längenmaßabweichungen eines Werkstückes (21) oder Werkzeuges (23) in elektrische Signale umwandeln, an einen Koordinator (9) angeschlossen sind, der diese Sensorsignale frei wählbar an einen oder mehrere Wandler (10,11,12), die mit den Antrieben (13,14,15) einer oder mehrerer in der Peripherie befindlicher Bewegungsachsen der X-, Y-und Z-Richtung (24,25,26) verbunden sind, zum Zwecke der Feinpositionierung in Abhängigkeit von den Informationen der Sensoren und unabhängig von der Bahnpositionierung der programmierten Handhabungseinrichtung weiterleitet.

2. Peripheriebeeinflussende sensorgeführte Längenmaßtoleranzkorrektur in automatisierten Handhabungsprozessen, gekennzeichnet dadurch, daß die Signalleitungen binärer Ausgangssignale (2) der Handhabungseinrichtung an den Koordinator (9) zur programmgemäßen Zuordnung der Sensorsignale zu den Korrekturachsen der Peripherie angeschlossen sind.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die überall dort anwendbar ist, wo eine Handhabungseinrichtung, insbesondere technologische Aufgaben, wie z. B. Schweißen, Entgraten oder Beschleifen, erfüllt und Bauteiltoleranzen oder Werkzeugabnutzung eine Feinkorrektur der Relativlage von Werkzeug und Werkstück erforderlich machen, dies aber durch die Steuerung der Handhabungseinrichtung nicht realsiiert werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind verschiedene Schaltungsanordnungen bekannt, die mittels Sensoren Weginformationen aufgrund vorhandener Lagemaßtoleranzabweichungen von Werkzeugen und/oder Werkstücken einer technologischen Anordnung gewinnen und diese in Korrekturbewegungen wandeln, die zum Ausgleich der Lageabweichungen des Werkstückes zum Werkzeug der Hauptbewegung der technologischen Anordnung überlagert werden, wobei entweder das Werkzeug der Hauptbewegung der technologischen Anordnung zugeordnet wird und das Werkstück gegenüber diesem eine untergeordnete in ihrer Lage fixierte Bewegung vollführen kann bzw. unbeweglich fixiert ist oder umgekehrt.

Nach DE G05 D3/042208863, DE G05 D3/042333089 und GB G05 D3/042000864 wird die Hauptbewegung vom Werkzeug ausgeführt und die durch Sensoren gewonnenen Weginformationen nach einer steuerungsspezifischen Umwandlung in Korrekturbewegungen der Hauptbewegung des Werkzeuges überlagert, wobei das Werkstück als Bezugsobjekt für die Sensoren dient und deshalb in seiner Lage auf einem Werkstückträger starr fixiert ist. Die Werkzeugmanipulatorsteuerung muß dafür geeignete schaltungstechnische und programmtechnische Schnittstellen besitzen. Nach DE G 05 D3/04222 5011 wird zur relativen Positionierung das Werkzeug unter anderem in Form einer optischen Einrichtung starr befestigt und das Werkstück, das auf einem in einer oder mehreren Achsen verfahrbaren Tisch in seiner Lage fest fixiert ist, mittels einer Steuerung relativ zum Werkzeug bewegt. Die Sensorsignale werden nach einer steuerungsspezifischen Aufbereitung der Werkstückaufnahmeeinrichtung zugeführt, die die Korrekturbewegung der Hauptbewegung überlagert. Alle bekannten Lösungen besitzen die Gemeinsamkeit, daß die Korrekturbewegung stets der Hauptbewegung überlagert wird, indem durch schaltungstechnische und/oder programmtechnische Maßnahmen die Sensorsignale der Steuerungseinrichtung zugeführt und dort verarbeitet werden. Das hat den Nachteil, daß bei Steuerungen, die diese Zugriffsmöglichkeit nicht besitzen, ein nachträglicher Sensoreinsatz nicht möglich ist, da aus vorwiegend ökonomischen Gründen Änderungen dieses Ausmaßes in der Schaltungs- und/oder Programmtechnik einer Steuerung in der Regel abzulehnen sind. Hauptgründe hierfür sind in der Verringerung der Zuverlässigkeit, dem Wegfall von Garantiebedingungen bei Änderungen und das dem Anwender in der Regel nicht bekannte Betriebssystem der Steuerungen zu finden. Außerdem sind diese bekannten Sensorsteuerungen ausschließlich für den dargelegten Verwendungszweck geeignet und gestatten keinerlei Zusatzfunktionen, die z. B. die Peripherie der Handhabungseinrichtungen beeinflussen, so daß die Anwendungsmöglichkeiten beschränkt sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einerseits den Anwendungsbereich von Handhabungseinrichtungen, die nicht zur sensorgesteuerten Bahnverfolgung ausgelegt oder geeignet sind, durch eine Sensorfunktion zu erweitern und andererseits die Einsatzmöglichkeiten von Sensoren'durch schaltungstechnische und/oder programmtechnische Steuerung ihrer Signaiwegezu vergrößern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensorschaltung zu entwickeln, die es ermöglicht, Sensorsignale so mit Hilfe digitaler Prozeßausgänge einer Manipulatorsteuerung programmtechnisch zu bewerten, daß diese zu einer korrekturrichtigen Steuerbewegung in der Peripherie des Manipulators zum Ausgleich von Längenmaßtoleranzabweichungen am Werkstück und/oder Werkzeug benutzt werden können und sich gleichzeitig günstigere Sensierungsmöglichkeiten gegenüber herkömmlichen Sensorsteuerungen ergeben.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß in der Peripherie eine oder mehrere zusätzliche bewegte Achsen angeordnet sind, die eine Feinpositionierung der Werkzeug-oder Werkstückaufnahme prinzipiell unabhängig von der Bewegung der