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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren
zur computergesteuerten Messung von Werkstücken mit wenigstens einer Messmaschine
sowie einer Vorrichtung zur Eingabe von Parametern zu fertigender
Werkstücke
in eine Datenbank.
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Im
heutigen Maschinenbau ist es für
eine schnelle, effiziente, kostengünstige und genaue Herstellung
bzw. Bearbeitung von Maschinenbauteilen unerlässlich, diese auf numerisch
gesteuerten Werkzeugmaschinen, sogenannten CNC-Bearbeitungsmaschinen,
herzustellen. Die CNC-Bearbeitungsmaschinen verfügen über eine Computersteuerung,
welche die Bewegungsabläufe
bei der Fertigung von einzelnen Maschinenteilen und Werkstücken steuert. Die
Computersteuerung gibt dabei Steuerbefehle an Elektromotoren der
Bearbeitungsmaschine, welche mit ihren Werkzeugen entsprechend der
Steuerbefehle das zu fertigende Werkstück bearbeitet. Die Werkstücke bestehen
dabei meist aus Stahl, grundsätzlich
sind aber auch andere Werkstoffe damit bearbeitbar. Die Genauigkeitsanforderung
für solche Werkstücke können enorm
hoch sein, so ist es z. B. bei der Herstellung von Druckmaschinen
erforderlich, dass die Werkstücke
auf den tausendstel Millimeter genau vermessen werden, um einen
einwandfreien Lauf der Druckmaschine sicherzustellen.
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Aus
diesem Grund ist es erforderlich, die mit einer CNC-Bearbeitungsmaschine
hergestellten Werkstücke
nach jedem Bearbeitungsgang zu vermessen, um die Einhaltung engster
Toleranzen zu gewährleisten.
Das Vermessen der Werkstücke
geschieht bei diesen hohen Genauigkeitsanforderungen mittels Messmaschinen,
auf denen die zu vermessenden Werkstücke fixiert werden und anschließend vermessen
werden. Falls die Messmaschine Abweichungen von den Sollwerten feststellt,
welche über
die zulässigen
Toleranzen hinausgehen, so muss das Werkstück entweder nachbearbeitet
werden, oder wenn dies nicht möglich
ist, aussortiert werden. Zur Steuerung des Bearbeitungsvorgangs auf
einer CNC-Bearbeitungsmaschine und zur Durchführung des Messvorgangs auf
einer Messmaschine müssen
beiden Geräten
die genauen Abmessungen des jeweiligen Werkstücks bekannt sein. D. h. die
Abmessungen des Werkstückes
müssen
in den Steuerungsrechnern der Messmaschine und der CNC-Bearbeitungsmaschine
abgelegt sein, so dass das Werkstück entsprechend bearbeitet
und vermessen werden kann.
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Bei
den heutigen Messmaschinen ist es bei jedem Messvorgang erforderlich,
die Abmessungen des zu messenden Werkstücks in den Rechner der Messmaschine
einzugeben, um das Werkstück
anschließend
auf Übereinstimmung
mit den eingegebenen Daten überprüfen zu können. Alternative
werden mehrere Messvorgänge
vorab in den Rechner der Messmaschine eingegeben, welche jedoch
nur an der Maschine geändert
werden können.
Da jeder Hersteller von Messmaschinen eigene Programmiersysteme
für seine
Maschine vorsieht, muss bei einem Austausch der Messmaschine eine
neue Programmierung stattfinden. Außerdem muss jeder neue Messvorgang
auf der zugehörigen
Messmaschine programmiert werden.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren
zur computergesteuerten Fertigung von Werkstücken zu schaffen, welche ein
einfacheres Umprogrammieren auf neue Bearbeitungs- und Messvorgänge als
beim Stand der Technik erlauben.
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Die
vorliegende Aufgabe wird durch die Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsformen
sind den Unteransprüchen
und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind die Daten, d. h. die Abmessungen, der zu fertigenden Werkstücke als
Parameter in einer Datenbank abgespeichert. Die Daten für ein zu
vermessendes Werkstück
müssen
daher nicht mehr in die Maschinensteuerung bzw. das Messprogramm
der Messmaschine einprogrammiert werden, sondern können von
der Messmaschine vor dem jeweiligen durchzuführenden Messvorgang direkt
aus der Datenbank übernommen
werden. Somit ist die Messmaschine in der Lage, sämtliche
zu fertigende Werkstücke
zu vermessen, deren Daten in der Datenbank abgespeichert sind. Auf
diese Datenbank können
sämtliche Messmaschinen
in einem Fertigungsbetrieb zugreifen, was die Verwaltung des gesamten
Maschinenparks wesentlich vereinfacht. Es gibt nur noch eine zentrale
Datenbank, in der die Daten der zu fertigenden Werkstücke abgespeichert
sind und auf die mehrere oder sämtliche
Messmaschinen zugreifen können,
so dass nur diese eine oder wenige Datenbänke gepflegt werden müssen. Da
die Messmaschinen von unterschiedlichen Herstellern stammen können, laufen
auf den Steuerungsrechnern der Messmaschinen Konvertierungsprogramme,
welche die Daten aus der Datenbank in ein zu der jeweiligen Messmaschine
passendes Format konvertieren. Diese Konvertierungssoftware muss
jedoch nur einmal bei der Anschaffung einer neuen Messmaschine implementiert
werden, so dass danach weitere Programmiervorgänge an der Messmaschine überflüssig sind. Erst
auf diese Art und Weise lassen sich die Messmaschinen sinnvoll miteinander
vernetzen, wobei als zentraler Knotenpunkt die Datenbank dient.
Auf den Messmaschinen laufen somit parametrisierte Messprogramme,
welche sich die Daten der zu vermessenden Werkstücke aus der Datenbank laden.
Das Messprogramm der Messmaschine ist somit parametrisiert angelegt,
d.h. die Abmessungen der Werkstücke
werden als Parameter erst zur Laufzeit des Messprogramms in das
Messprogramm der Messmaschine eingefügt, wodurch Änderungen
der Abmessungen der Werkstücke
unabhängig
vom Messprogramm vorgenommen werden können und das Messprogramm bei Änderung
der Parameter nicht wie beim Stand der Technik jedes Mal neu compiliert
werden muss.
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In
einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die CNC-Bearbeitungsmaschine
Zugriffsmöglichkeit
auf die in der Datenbank abgelegten Daten zu fertigender Werkstücke hat.
Da in der Datenbank zweckmäßiger Weise die
Daten aller zu fertigenden Werkstücke, welche auf den Messmaschinen
vermessen werden müssen,
abgespeichert sind, ist es möglich,
diese Daten auch für
die eigentliche Herstellung der Werkstücke auf den CNC-Bearbeitungsmaschinen
zu benutzen. Denn meist werden nur Werkstücke vermessen, welche vorher
auf CNC-Bearbeitungsmaschinen geformt wurden und umgekehrt. Auf
diese Art und Weise lassen sich die Vorteile für die zentrale Programmierung
von Messmaschinen auch für
die Programmierung der CNC-Bearbeitungsmaschinen
nutzen. Auch die CNC-Bearbeitungsmaschinen sind daher an die Datenbank
angebunden und können
auf die darin abgespeicherten Daten zugreifen. Dazu läuft auch
auf den an die Datenbank angeschlossenen Steuerungsrechnern der
CNC- Bearbeitungsmaschinen
ein Konvertierungsprogramm, welches die Daten aus der Datenbank
in ein Format umsetzt, welches zu der jeweiligen CNC-Bearbeitungsmaschine
kompatibel ist. Auch dieses Konvertierungsprogramm muss für jede CNC-Bearbeitungsmaschine
nur einmal bei der Anschaffung einprogrammiert werden, wodurch spätere Änderungen
am Steuerungsprogramm der CNC-Bearbeitungsmaschine überflüssig werden.
Die CNC Bearbeitungsmaschine liest die Daten des zu fertigenden
Werkstücks
aus der Datenbank und steuert anhand dieser Daten ihre Werkzeuge.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die Datenbank an einen separaten Rechner zur
Eingabe von Daten für
zu fertigende Werkstücke
angebunden ist. Auf diese Art und Weise wird eine Möglichkeit
geschaffen, die in der Datenbank abgelegten Daten der zu fertigenden
Werkstücke
zu pflegen. Der separate Rechner zur Eingabe von Daten muss sich
dabei weder in der Nähe
der Datenbank befinden, welche z. B. auf einem eigenen Server läuft, noch
muss er sich in der Nähe
der CNC-Bearbeitungsmaschinen und der Messmaschinen befinden. Es
reicht aus, dass der separate Rechner über eine Datenleitung an den
Server der Datenbank angebunden ist. Auf diesem separaten Rechner
können
die Daten der zu bearbeitenden Werkstücke entweder in einer Eingabemaske von
Hand eingegeben werden, oder die Daten können automatisch aus einem
CAD-Programm entnommen werden, mittels dessen Hilfe die Daten der
zu fertigenden Werkstücke
am Rechner erstellt werden. Auf dem separaten Rechner ist außerdem wiederum eine
Konvertierungs-Software installiert, welche die über die Eingabemaske eingegebenen
Daten oder die dem CAD-Programm
entstammenden Daten in das Format der Datenbank auf dem Server konvertiert.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, über den separaten
Rechner die Daten in der Datenbank an zentraler Stelle zu ändern, ohne
auf irgendeine Art und Weise in die Programme der Steuerungsrechner von
CNC-Bearbeitungsmaschinen und Messmaschinen eingreifen zu müssen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die CNC-Bearbeitungsmaschine
an den separaten Rechner zur Eingabe von Daten zu fertigender Werkstücke angeschlossen ist.
Auf diese Art und Weise ist es möglich
Daten aus dem separaten Rechner auch direkt zur CNC-Bearbeitungsmaschine
zu übertragen,
ohne diese aus der Datenbank lesen zu müssen. Insbesondere sind davon
Daten betroffen, welche nur für
die Bearbeitungsvorgänge
auf den CNC-Bearbeitungsmaschinen wichtig sind, aber für die Messvorgänge auf
den Messmaschinen keine Rolle spielen. Diese Daten brauchen nicht
in der globalen Datenbank abgelegt sein, sondern können direkt
von dem separaten Rechner zu der jeweiligen CNC-Bearbeitungsmaschine
geleitet werden.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, dass der separate Rechner eine Einrichtung aufweist,
mittels derer die Daten eines zu fertigenden Werkstückes, welche mittels
eines CAD-Programms erzeugt werden, in ein Datenformat konvertierbar
sind, in welchem die Daten des zu fertigenden Werkstückes in
der Datenbank abspeicherbar sind. Die Daten aus dem CAD-Programm weisen meist
ein anderes Datenformat auf als die Daten in der Datenbank. So liegen
die Daten in CAD-Programmen meist im "Step"-Format vor,
während
die Datenbank das "SQL"-Format verwendet.
Zudem müssen
aus den Daten des CAD-Programms
meist noch Normergänzungen
wie z. B. Toleranzen nach der DIN Norm, hinzugefügt werden. Die so aufbereiteten
Daten werden dann anschließend
in das Format der Datenbank umgewandelt.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Messmaschine die für
das Vermessen eines zu fertigenden Werkstückes erforderlichen Daten bzw.
Parameter vor jedem Messvorgang erneut aus der Datenbank anfordert
und einliest. Die der Datenbank entnommenen Daten für den Messvorgang
auf der Messmaschine werden somit vor jedem Messvorgang auf deren
aktuellen Stand gebracht, so dass etwaige zwischenzeitliche Änderungen
an den Daten des zu messenden Werkstücks in der Datenbank sofort
in das Messprogramm auf der Messmaschine übernommen werden. Dies ist
insbesondere dann wichtig, wenn mehrere eigentlich gleiche Werkstücke hintereinander
vermessen werden, so dass eigentlich kein erneutes Einlesen der
Daten aus der Datenbank erforderlich wäre. Sind bei diesen mehreren
Messvorgängen
hintereinander jedoch zwischenzeitlich Daten geändert worden, so würden diese
nicht berücksichtigt,
wenn die Messmaschine nicht vor jedem Messvorgang auf die aktuellen
in der Datenbank abgespeicherten Daten zurückgreifen würde, sondern stattdessen auf
die Daten in ihrem eigenen Zwischenspeicher zurückgreifen würde. Mit dieser vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist also dafür gesorgt, dass die Messmaschine
stets mit aktuellen Daten arbeitet, welches außerdem genauso für die CNC-Bearbeitungsmaschinen
gilt, wenn diese ihre Daten direkt aus der Datenbank beziehen. Auch
die CNC-Bearbeitungsmaschinen lassen sich somit immer auf dem aktuellen
Stand der Datenbank halten.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand mehrerer Figuren näher beschrieben
und erläutert. Es
zeigen:
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1: einen schematischen Verbund
aus einer CNC-Bearbeitungsmaschine, zwei Koordinatenmessgeräten, einem
SQL-Server mit einer Datenbank und einem separaten Rechner für die Erstellung der
Daten zu fertigender Werkstücke,
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2: einen reduzierten Verbund
bestehend aus einem Koordinatenmessgerät, einem SQL-Server mit einer
Datenbank und einem separaten Rechner zur Eingabe der Daten zu fertigender
Werkstücke und
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3: eine Eingabemaske für die Daten
zu fertigender Werkstücke
für manuelle
Eingabe auf einem separaten Rechner.
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Die 1 zeigt einen Verbund aus
zwei Koordinatenmessgeräten 3,
einem Server mit einer globalen Datenbank 2, einer CNC-Bearbeitungsmaschine 4 und
einem separaten Rechner 1. Bei dem separaten Rechner 1 handelt
es sich um einen PC oder ein Notebook, auf welchem ein CAD-Programm 11 für die Konstruktion
von Maschinen und Werkstücken installiert
ist. Die mittels dieses CAD-Programms 11 konstruierten
Werkstücke
liegen dabei in dem CAD proprietären "Step"-Datenformat vor.
Weiterhin befindet sich auf dem separaten Rechner 1 eine
Software 13, welche sogenannte Normergänzungen enthält, so dass
die im CAD-Programm 11 erstellten Parameter zu fertigender
Werkstücke
durch das Normergänzungsprogramm 13 z.
B. um Toleranzfelder nach der DIN Norm ergänzt werden können. Außerdem läuft auf
dem separaten Rechner 1 noch ein drittes Programm 12,
nämlich
ein Programm zur Merkmalsverwaltung 12. Dieses Programm
dient zur Festlegung von Bearbeitungsvorgängen für die CNC-Bearbeitungsmaschine 4.
Die so ergänzten
Parameter aus dem CAD-Programm 11 werden schließlich mittels einer
Konvertierungssoftware 7, welche ebenfalls auf dem separaten
Rechner 1 läuft,
als Parameter in das Format der globalen Datenbank auf dem Server 2 umgesetzt.
Die Parameter sind dabei in der bekannten Programmiersprache für Datenbanken
SQL formatiert, wobei der Server 2 über ein Unix Betriebssystem
verfügt.
Das Betriebssystem des separaten Rechners 1 ist vorzugsweise
Windows, wobei auch andere Systeme wie Linux möglich sind, solange diese die
auf dem Rechner laufenden Programme 11, 12, 13 unterstützen. Der
Server 2 und der separate Rechner 1 kommunizieren
dabei entweder drahtgebunden oder drahtlos über eine Datenleitung.
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Auch
die Koordinatenmessgeräte 3 kommunizieren über eine
solche Datenleitung mit dem Server 2, so dass sie vor jedem
Messvorgang auf die auf dem Server 2 abgespeicherten Parameter
zurückgreifen
können.
In der globalen Datenbank sind dabei die Abmessungen, die Toleranzen
sowie die Messstrategie des zu vermessenden Werkstücks als
Parameter abgespeichert, so dass diese Daten, welche zur Vermessung
des Werkstücks
notwendig sind, direkt aus der Datenbank auf dem Server 2 von
den Koordinatenmessgeräten 3 in
ihr Steuerprogramm eingelesen werden können. In dem Steuerprogramm auf
dem Steuerungsrechner der Koordinatenmessgeräte 3 müssen daher
keinerlei Parameter irgendwelcher Werkstücke abgespeichert sein. Das
Steuerprogramm der Messmaschine 3 ist messmaschinenspezifisch,
da jeder Hersteller seine Eigenheiten pflegt. Deshalb ist der Messmaschine 3 ein
so genannter Postprozessor vorgeschaltet, welcher ein messmaschinenunabhängiges Messprogramm
in das messmaschinenspezifische Steuerprogramm umwandelt. Dieser
Postprozessor ist als Konvertierungssoftware 7 in den 1 und 2 angedeutet. Erst durch das Einlesen
der Parameter in das maschinenunabhängige Messprogramm wird die
passende Messstrategie für
den Messvorgang in Abhängigkeit der
eingelesenen Parameter festgelegt und das Messprogramm sowie das
daraus im Postprozessor generierte Steuerprogramm der Messmaschine 3 so durch
einen internen Algorithmus für
den aktuellen Messvorgang vorbereitet.
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Bei
dem Verbund gemäß 1 kann auch der Steuerungsrechner
für das
CNC-Programmiersystem 41 der
CNC-Bearbeitungsmaschine 4 auf die Parameter in der Datenbank
auf dem Server 2 zurückgreifen.
Somit müssen
auch die Parameter des Steuerungsrechners der CNC-Bearbeitungsmaschine 4 nicht
mehr programmiert werden, sondern können direkt vom Server 2 übernommen
werden. Zur Formatkonvertierung läuft neben dem CNC-Programmiersystem 41 auf
dem Rechner der CNC-Bearbeitungsmaschine 4 ebenfalls eine
Konvertierungssoftware 7, welche die Parameter aus dem
SQL-Server 2 in
das bei CNC-Maschinen übliche
Format umwandeln. Mit diesen Parametern kann dann das auf dem Steuerungsrechner
der CNC-Bearbeitungsmaschine 4 laufende CNC Programmiersystem 41 die Motoren
der eigentlichen Bearbeitungsmaschine 42 so steuern, dass
die Werkzeuge der Bearbeitungsmaschine 42 das zu fertigende
Werkstück
entsprechend den Parametern aus der Datenbank auf dem SQL-Server 2 fertigen.
Weiterhin verfügt
die CNC-Bearbeitungsmaschine 4 noch über eine Datenverbindung 8 zu
dem separaten Rechner 1, so dass auch Parameter, welche
nur für
die CNC-Bearbeitungsmaschine 4 erforderlich
sind, direkt vom separaten Rechner 1 an diese übermittelt
werden können.
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2 zeigt einen Verbund aus
zwei Koordinatenmessgeräten 3,
welche an den Server 2 mit der globalen Datenbank angebunden
sind, wobei der Server 2 wiederum über eine Datenverbindung an
einen separaten PC 5 angebunden ist. Bei dem separaten
PC 5 handelt es sich prinzipiell um den gleichen Rechner
wie den separaten Rechner 1 in 1, wobei der PC 5 gemäß 2 nicht unbedingt über ein CAD-Programm
verfügen
muss. Dieser Rechner 5 kann auch nur über eine Eingabemaske 6 verfügen, über welche
die Daten bzw. Parameter für
ein zu fertigendes Werkstück
von einem Bediener von Hand eingegeben werden können. Die von Hand eingegebenen
Daten bzw. Parameter werden dann ebenfalls in der Datenbank auf
dem Server 2 abgespeichert und stehen dann für Messvorgänge auf
den Koordinatenmessgeräten 3 zur
Verfügung.
Selbstverständlich
kann diese manuelle Eingabe über
die Eingabemaske 6 auch auf dem CAD-Rechner 1 in 1 erfolgen, so dass der
Verbund in 1 sowohl
automatisch über
das CAD-Programm als auch von Hand über die Eingabemaske 6 programmierbar
ist. Entscheidend in 1 und 2 ist jeweils, dass eine
Eingabe der Parameter nur auf einem Rechner 1, 5 erforderlich
ist, so dass die Programmierung einzelner Koordinatenmessgeräte 3 überflüssig ist,
denn die Maschinen 3 lesen die Parameter zur Laufzeit ihrer Steuerungsprogramme
aus der Datenbank 2 in ihre Steuerungsprogramme ein. Die
Steuerungsprogramme selbst werden bei Änderungen von Parametern nicht
mehr geändert
und auch nicht neu compiliert, was eine nicht unerhebliche Zeitersparnis
darstellt.
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3 zeigt ein Beispiel für eine Eingabemaske 6.
Der Bediener kann über
diese Eingabemaske 6 die Abmessung eines zu fertigenden
Werkstückes
eingeben und gleichzeitig die Messstrategie bzw. Bearbeitungsstrategie
festlegen. In der Eingabemaske 6 gemäß 3 handelt es sich um die Parameter für ein Gewindeloch
in einem Werkstück. Mittels
der dort eingegebenen Parameter wird über kartesische XYZ-Koordinaten
die Position des Gewindelochs festgelegt, außerdem auch dessen Durchmesser,
dessen Gewindesteigung und die Art und Weise, wie das Gewindeloch
in dem Werkstück angebracht
wird. Wenn alle benötigten
Daten über die
Eingabemaske 6 erfolgt sind, wird dieses Gewindeloch mit
einer Merkmalsnummer versehen und in der Datenbank auf dem Server 2 abgespeichert.
So können
für jedes
Werkstück
mehrere Vorgänge
unter Merkmalsnummern abgespeichert werden, wobei Merkmale, welche
bei mehreren Werkstücken
gleich sind, nur einmal unter einer gemeinsamen Merkmalsnummer abgespeichert
werden müssen.
Dies reduziert die Eingabe von Parametern für zu fertigende Werkstücke auf
ein Minimum. Beim Auslesen der Daten des Werkstücks aus der Datenbank 2 in
einen der Messmaschine 3 vorgeschalteten Rechner wird auf diesem
in Abhängigkeit
der ausgelesen Daten ein Messprogramm erstellt. Dieses Messprogramm
wird dann mittels der Konvertierungssoftware 7 in ein Steuerprogramm
der Messmaschine 3 umgewandelt, so dass die Messmaschine 3 die
entsprechenden Messvorgänge
vornehmen kann. Dabei liest das Steuerprogramm die Parameter immer
aktuell aus der Datenbank 2.
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- 1
- CAD-Rechner
- 2
- Server
mit Globaler Datenbank
- 3
- Koordinatenmessgerät
- 4
- CNC-Bearbeitungsmaschine
- 5
- PC
- 6
- Eingabemaske
- 7
- Konvertierungssoftware
- 8
- Datenverbindung
- 11
- CAD-Programm
- 12
- Programm
zur Merkmalsverwaltung
- 13
- Programm
für Normergänzungen
- 41
- CNC-Programmiersystem
- 42
- Bearbeitungsmaschine