DE102005039075A1

DE102005039075A1 - Verfahren zur Positionierung eines Speichergegenstandes, vorzugsweise eines Werkzeuges und/oder eines Werkstückes

Info

Publication number: DE102005039075A1
Application number: DE102005039075A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl.-Ing. Siegler; Bernd Dipl.-Ing. Zapf (FH)
Original assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gebrueder Heller Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-02-08

Abstract

Werkzeuge oder Werkstücke von Werkzeugmaschinen werden in Magazinen in einer Speicherplatzposition gespeichert. DOLLAR A Um die Werkzeuge beziehungsweise Werkstücke an der jeweiligen Speicherplatzposition schnell, verschleißarm und mit hoher Genauigkeit positionieren zu können, werden die Speicherplatzposition sowie die Bewegungsbahn taktil ermittelt und die Positionierungs- und Bahnwerte gespeichert. Es ist dadurch nicht mehr notwendig, eine fertigungstechnisch bedingte Positionsabweichung vorab meßtechnisch zu ermitteln. DOLLAR A Das Verfahren wird vorteilhaft bei der Positionierung von Werkzeugen in Magazinen für Werkzeugmaschinen eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung eines Speichergegenstandes, vorzugsweise eines Werkzeuges und/oder eines Werkstückes, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung von Werkstücken verfügen häufig über Werkzeugmagazine zur Bevorratung von Werkzeugen, die entsprechend einer vorgegebenen Bearbeitungsreihenfolge nacheinander in die Hauptspindel eingewechselt werden. Die Werkzeugmagazine können beispielsweise als Scheibenmagazine, Kettenmagazine oder als Flächenmagazine ausgeführt sein. Bei Flächenmagazinen werden die Werkzeuge mittels einer in drei Achsen von Servomotoren angetriebenen Transportvorrichtung von ihrer Speicherplatzposition zu einer Bereitstellungsposition transportiert bzw. in umgekehrter Reihenfolge beim Rücktransport der Werkzeuge. Derartige Werkzeugmagazine können bis zu 100 oder mehr Werkzeuge aufnehmen oder erstrecken sich deswegen über eine große Fläche. Sie können als starre Regalmagazine, drehbare Turmmagazine oder in ähnlicher Form ausgeführt sein. Die Transportvorrichtung ist mit einem Greifelement versehen, das die Werkzeuge in einem Werkzeugkonus aufnehmen kann. Der sichere Transport der Werkzeuge hängt vor allem von der genauen Positionierung des Greifelementes, also letztlich des Werkzeuges, zur jeweiligen Speicherplatzposition zu den Werkzeugen ab.

Die Werkzeuge werden durch verschiedene Feder- und Rastelemente in der Speicherplatzposition festgehalten. Zum Erreichen dieser Position wird die Transportvorrichtung entlang einer programmierten Bahnkurve bewegt, wobei die Feder- und Rastelemente mit dem Werkzeug in Kontakt kommen. Ebenso können die Werkzeugmaschinen Werkstückspeicher mit prinzipiell gleichem Aufbau aufweisen.

Die einzelnen Speicherplatzpositionen weisen maßliche Abweichungen von ihrer theoretischen Soll-Position auf. Sind diese Abweichungen fertigungstechnisch bedingt, liegen sie dauerhaft in gleicher Größe und Richtung vor. Gewöhnlich werden die Ist-Positionen vor der ersten Verwendung des Magazins mit einer externen Meßvorrichtung ermittelt und in einer Korrekturtabelle in der Maschinensteuerung hinterlegt. Die Ist-Positionen stellen dann sozusagen die vom Greifelement jeweils anzufahrende Soll-Position dar. Die Vermessung ist sehr zeitaufwendig. Während des Einsatzes des Werkzeug- oder Werkstückmagazins in der Werkzeugmaschine treten zeitlich veränderliche maßliche Abweichungen von den in der Korrekturtabelle angegebenen Soll-Positionen auf. Diese entstehen zum Beispiel durch temperaturbedingte Längenausdehnung, wobei die Temperaturverteilung innerhalb des Magazins unterschiedlich sein kann, etwa wenn Maschinenaggregate nur örtlichen Einfluß ausüben. Darum kann kein einheitlicher Temperaturkorrekturfaktor für eine Positionsverschiebung angewendet werden. Weitere zeitlich veränderliche maßliche Abweichungen entstehen durch elastische Verformungen, bedingt durch variierende Werkzeugmassen und -formen sowie durch asymmetrische Werkzeugbeladung. Die Verwendung eines werkzeugbezogenen Korrekturfaktors ist kaum möglich, weil die elastische Verformung – je nach Bauart – von der gewählten Speicherplatzposition abhängt. Befindet sich diese beispielsweise nahe an einem stabilen Grundgerüst, ist die Verformung gering, weiter weg davon größer. Je nach Aufbau des Speichers können sich die durch die einzelnen Werkzeuge oder Werkstücke hervorgerufenen Verformungen aufsummieren. Eine deterministische Vorbestimmung der Positionsabweichung ist aufgrund einer sich ständig veränderten Bestüc kungskonfiguration der einzelnen Speicherplatzpositionen in der Praxis nicht möglich. Durch die maßliche Abweichung zwischen Greiferposition und Speicherplatzposition werden die Werkzeuge bzw. Werkstücke, die Feder- und Rastelemente sowie die Transportvorrichtung mechanisch stark belastet, bei großen Abweichungen treten außerdem Funktionsstörungen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so auszubilden, daß die Positionierung an der jeweiligen Speicherplatzposition schnell, verschleißarm und mit hoher Genauigkeit erfolgt.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird jede einzelne Speicherplatzposition durch die taktile Positionierung ermittelt. Die Werte werden in einer Korrekturtabelle in der Maschinensteuerung hinterlegt. Dabei wird außerdem die zur Speicherposition führende optimale Bewegungsbahn ermittelt. Es ist nicht mehr erforderlich, die fertigungstechnisch bedingte Positionsabweichungen vorab meßtechnisch zu ermitteln.

Nach der einmaligen Ermittlung der Speicherplatzpositionen und der optimalen Bewegungsbahn erfolgen vorteilhaft weitere Ermittlungen während des Betriebes der Maschine in Abhängigkeit von verschiedenen Kriterien, beispielsweise nach einer Kollision. Außerdem werden vorteilhaft bei dem Verfahren in einem weiteren Schritt verschiedene feste und zeitlich veränderliche Zustandsgrößen, die im Zusammenhang mit der Positionierbewegung zur Speicherposition relevant sind, in einer Datenbank gespeichert. Aus diesen Datensätzen werden mit Hilfe eines Analysemoduls Korrekturwerte für die Speicherplatzposition vorausberechnet.

Das Verfahren ermöglicht eine exakte Positionierung längs einer optimalen Bewegungsbahn und somit einen verschleißarmen und fehlerfreien Betrieb des Werkzeug- oder Werkstückmagazins.

Das Verfahren beruht vorteilhaft auf der Auswertung eines charakteristischen Kraftverlaufs, der sich beim Einfahren der Transportvorrichtung in die Speicherplatzpositionen entlang der vorgegebenen Bewegungsbahn ergibt. Besonders charakteristische Stellen treten beim Überfahren von mechanischen Feder- oder Rastelementen oder beim Erreichen einer mechanischen Anschlagposition auf.

Vorteilhaft wird der Kraftverlauf in Kraftvektoren in den Bewegungsrichtungen X, Y und Z der Transporteinrichtung zerlegt. Vorteilhaft kann der Kraftverlauf dann in einem Kraft-Weg-Diagramm dargestellt werden.

Die Auswertung des Kraftverlaufs kann auf verschiedene Arten erfolgen, zum Beispiel durch Auswertung der Motorströme der Antriebsmotoren oder durch Verwendung von Dehnungsmeßstreifen, Piezokristallen oder ähnlichem.

Trägt man mehrere Kurven von verschiedenen Speicherplatzpositionen in einem Kraft-Weg-Diagramm auf, so zeigt sich, daß die Kurven neben dem charakteristischen Verlauf zusätzlich innerhalb eines bestimmten Streubereichs liegen. Die Auswertung mehrerer Kurven von ein und derselben Speicherplatzposition zeigt hingegen, daß dabei nur eine sehr geringe Streuung auftritt.

Weicht die Speicherplatzposition von ihrer Soll-Position ab, ändert sich beim Einfahren der Transportvorrichtung in eine Speicherplatzposition der Kurvenverlauf aufgrund der zunächst beibehaltenen programmierten Bewegungsbahn entsprechend. Durch eine Auswertung der Kurve werden Korrektursignale errechnet und an Achsantriebsmodule geleitet, wobei dann neue Bahnkurvenbewegungen errechnet und ausgeführt werden. Die Bewegungsbahn weicht dann bereits von der programmierten Bahn ab, und zwar so, daß sie am Ende der Bewegung die Ist-Position erreicht. Diese neu ermittelte aktuelle Position und die zu ihr führende optimale Bewegungsbahn wird in einer Korrekturtabelle gespeichert. Die Ermittlung der aktuellen Positionen beruht vorteilhaft auf einer taktilen Sensorik. Die auftretenden Kräfte werden vorteilhaft online durch eine Bahnveränderung kompensiert.

Durch die fortlaufende Ermittlung der aktuellen Positionen wird es möglich, die Charakteristik jeder einzelnen Speicherplatzposition hinsichtlich der zeitlich veränderlichen Abweichungen der aktuellen Positionen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern aufzuzeichnen und auszuwerten. Die Parameter sind zum Beispiel Werkzeugmasse, Werkzeugmassenverteilung (Massenträgheitsmoment), Gesamtbeladungszustand, Temperatur usw.. Zu jeder Ermittlung einer aktuellen Ist-Position kann in einer Datenbank ein Datensatz abgespeichert werden. Mit Hilfe von Auswertealgorithmen können für zukünftige Verfahrenssituationen, wie beispielsweise Beladesituationen, Voraussagen für die sich ergebenden Ist-Positionen der einzelnen Speicherplatzpositionen getroffen werden. Dadurch werden die auftretenden Abweichungen immer geringer, so daß auch immer geringere Bewegungsbahnkorrekturen erforderlich sind. Es hat sich gezeigt, daß die beim Einsatz dieses Verfahrens erforderliche Zeit zum Erreichen der Ist-Position um so kürzer ist, je kleiner die Abweichung ist. Eine längere Positioniergeschwindigkeit stellt zumindest beim erstmaligen Vermessen der gesamten Speicherplatzpositionen keinen relevanten Zeitverlust dar. Relevant wird die Positioniergeschwindigkeit hingegen, wenn die vorgegebene Taktzeit einzuhalten ist. Die Positioniergeschwindigkeit beeinflußt maßgeblich die Werkzeugbereitstellungszeit. Diese Größe ist für die Maschinenproduktivität sehr wichtig, weil eine lange Werkzeugbereitstellungszeit dann zu Wartezeiten führt, wenn die Werkzeugeinsatzzeit des gerade im Einsatz befindlichen Werkzeuges kurz ist. Durch die präzise Voraussage der Ist-Position in Verbindung mit der fortlaufenden Ermittlung/Aktualisierung der Ist-Position werden sehr schnelle Positionierzeiten bei verschleiß- und störungsarmem Betrieb erzielt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es somit möglich, die Fertigungstoleranz für die Speicherplatzpositionen zu vergrößern. Dadurch ergeben sich Kosteneinsparungen bei der Herstellung und bei der Inbetriebnahme.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
1 in schematischer Darstellung ein Regalmagazin mit einer Transportvorrichtung und verschiedenen Speicherplatzpositionen,
2a bis 2d ein Greifelement mit Feder- und Klinkenelementen und die Einfahrbewegung in den Speicherplatz,
3a bis 3d einen charakteristischen Kraftverlauf längs einer Bewegungsbahn s,
4a in Form eines Flußdiagramms die grundsätzlichen Schritte zur Erlangung aktueller Werte für die Speicherplatzposition und für die Bewegungsbahn,
4b den Spezialfall, bei dem keine Korrekturwerte ΔP₁, ΔP₂ vorhanden sind, was dann der Fall ist, wenn das Magazin das allererste Mal zum Einsatz kommt, also bei der Inbetriebnahme,
4c einen Ablauf, bei dem auf das taktile Positionieren verzichtet wird, wenn aktuelle Werte für die Position und Bewegungsbahn vorliegen,
4d Kriterien, mittels derer eine Entscheidung über eine taktile oder nicht-taktile Positionierbewegung getroffen wird,
4e eine Datenbank zur Speicherung verschiedener Daten, die vorteilhaft bei jeder Positionierbewegung gewonnen werden.
1 zeigt ein Flächenmagazin 21 zur Speicherung von Werkzeugen 20. Es ist als Regalmagazin aufgebaut und verfügt beispielhaft über 100 Werkzeugspeicherplatzpositionen 50. Die einzelnen Speicherpositionen befinden sich auf den Kreuzungspunkten der Strichpunktlinien und sind mit den Spalten A bis J und den Zeilen 1 bis 10 eindeutig gekennzeichnet. Die Speicherplätze sind mit einem Gestell 22 fest verbunden. Auf ihm ist ein Schlitten 27 angebracht, der sich zwischen einer unteren Führung 23 und einer oberen Führung 24 erstreckt und mittels Führungsschienen 25 und 26 längs der Führungen 23 und 24 in X-Richtung verschiebbar ist. Der Antrieb des Schlittens 27 erfolgt über zwei den Führungen 23, 24 zugeordnete Antriebsstränge, nämlich über Antriebsmotoren 35, 36, Vorschubspindeln 37, 38 und Spindelmuttern 39, 40. Mit den Antriebsmotoren 35, 36 werden die Vorschubspindeln 37, 38, die parallel zu den Führungen 23, 24 liegen, drehbar angetrieben. Die Vorschubspindeln 37, 38 befinden sich im Bereich zwischen den Führungen 23, 24. Auf den Vorschubspindeln 37, 38 sitzen die Spindelmuttern 39, 40, die am Schlitten 27 vorgesehen sind.
Auf dem Schlitten 27 befindet sich ein weiterer Schlitten 31, der mittels zweier Führungsschuhe 30 längs Führungsschienen 28, 29 senkrecht zur X-Richtung in Y-Richtung verschiebbar ist. Der Antrieb des Schlittens 31 erfolgt mittels eines Antriebsmotors 43, mit dem eine Vorschubspindel 41 drehbar angetrieben wird. Sie erstreckt sich in Y-Richtung und trägt eine Spindelmutter 42, die mit dem Schlitten 31 verbunden ist. Am Schlitten 31 ist ein schematisch dargestellter Werkzeuggreifer 32 mit einer Werkzeugaufnahme 33 angeordnet. Sie nimmt ein Werkzeug 34 an seinem Konus auf. Der Werkzeuggreifer 32 ist mittels eines (nicht dargestellten) Antriebes längs einer Z-Achse bewegbar, die senkrecht zur X- und Y-Achse liegt. Diese Bewegung ist erforderlich, damit die Werkzeugaufnahme 33 auf den Werkzeugkonus aufgeschoben und von ihm abgezogen werden kann. Mit dem Werkzeuggreifer 32 werden die Werkzeuge 34 von ihrer jeweiligen Werkzeugspeicherplatzposition 50 zu einer Werkzeugbereitstellungsposition 51 transportiert und umgekehrt. Diese Werkzeugbereitstellungsposition 51 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an einer Seite des Gestelles 22 vorgesehen. Für die Werkzeugspeicherplatzposition F4 ist die ungefähre Bewegungsbahn s eingezeichnet. Von der Werkzeugbereitstellungsposition 51 aus werden die Werkzeuge 34 zur Bearbeitungsspindel einer Bearbeitungsmaschine weitertransportiert.
Die 2a bis 2d zeigen das Einfahren eines Werkzeuges 34 in eine Werkzeugspeicherplatzposition 50 unter idealen Bedingungen, das heißt die Bewegungsbahn des Werkzeuges 34 entspricht exakt der (theoretischen) Soll-Bewegungsbahn. Es erfolgt keine Ausregelung der Bewegungsbahn aufgrund von mit Sensoren ermittelten Bahnabweichungen. Zur Darstellung der Bewegungsbahn s wird die Werkzeugmittelachse 52 herangezogen.
Der Speicherplatz 50 besteht aus einer Grundplatte 53, die am (nicht dargestellten) Gestell 22 angebracht ist. An seinem vorderen Ende weist der Speicherplatz 50 eine ungefähr halbkreisförmige Öffnung 55 auf, in welcher ein Werkzeugbund 56 mit einer umlaufenden Nut 57 so positioniert werden muß, daß die Lage der Werkzeugachse 52 mit der Werkzeugspeicherplatzposition 50 übereinstimmt. Zum sicheren Halten des Werkzeuges 34 in der Werkzeugspeicherplatzposition 50 sind in der Öffnung 55 zwei ortsfeste Stützrollen 58, 59 sowie eine verstellbare Stützrolle 60 vorgesehen. Zusätz lich ist in der Öffnung 55 noch wenigstens ein Nutenstein 61 angeordnet, der das in der Werkzeugspeicherplatzposition 50 verwahrte Werkzeug 34 gegen Verdrehung sichert, indem er in eine Mitnehmernut 62 des Werkzeuges 34 eingreift. Die verstellbare Stützrolle 60 ist am vorderen, dem zu erfassenden Werkzeug 34 zugewandten Ende eines zweiarmigen Hebels 63 drehbeweglich gelagert. Der Hebel 63 wiederum ist um eine Achse 64 schwenkbar gelagert und stützt sich an dem von der Stützrolle 60 abgewandten Ende an einer Schraubendruckfeder 65 ab.
In 2a steht das Werkzeug 34 in seiner Startposition A. In dieser Position berührt es noch keine Bauteile des Speicherplatzes 50. Von der Startposition A aus bewegt sich das Werkzeug 34 längs der X-Achse zur Position B (2b). Die verstellbare Stützrolle 60 kommt dabei mit der Greifernut 57 in Kontakt. Bei der weiteren Bewegung des Werkzeuges 34 längs der X-Achse wird über die Stützrolle 60 der Hebel 63 um die Achse 64 gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 65 geschwenkt.
Von der Position B aus wird das Werkzeug 34 nun in einer schrägen, linearen Bewegung in zwei Achsrichtungen (X, Y) bis zum Punkt C bewegt (2c). Die Stützrolle 60 hat dabei ihre Position nur mehr geringfügig geändert. In X-Richtung hat das Werkzeug 34 seine Endposition bereits erreicht. Die Stützrolle 59 taucht in dieser Position bereits in die Greifernut 57 ein. Der Nutenstein 61 liegt noch außerhalb der Mitnehmernut 62 des Werkzeuges 34. Die benachbart zum Nutenstein 61 vorgesehene Stützrolle 58 hat noch geringen Abstand vom Werkzeug 34 bzw. vom Werkzeugbund 56. Zum Schluß bewegt sich das Werkzeug 34 noch in Y-Richtung in die Position D (2d), in welcher das Werkzeug 34 seine Soll-Position erreicht hat, welche mit der Ist-Position des Speicherplatzes 50 übereinstimmt und in welcher der Nutenstein 61 in die Mitnehmernut 62 eingreift.
Bei der Einfahrbewegung des Werkzeuges 34 in die Werkzeugspeicherplatzposition 50 entlang der Bewegungsbahn s treten längs der Achsen X, Y und Z Kräfte auf. Sie werden durch den Kontakt des Werkzeuges 34 mit Elementen des Speicherplatzes 50 erzeugt, beispielsweise durch den Kontakt der Stützrolle 60 mit der Greifernut 57. Weitere Ursachen stellen Reibung und Schwerkraft dar. Je nach Greiferausführung können auch rotatorische Achsen vorhanden sein, zum Beispiel eine C-Achse, mit der das Werkzeug 34 in eine bestimmte Winkellage gedreht werden kann.
3a zeigt die Kräfte F_X, F_Y, F_Z, beim Einfahren des Werkzeuges 34 in die Werkzeugspeicherplatzposition 50 unter idealen Bedingungen, das heißt die Bewegungsbahn s entspricht exakt der (theoretischen) Soll-Bewegungsbahn, wobei keine Ausregelung der Werkzeugbahn aufgrund von mit Sensoren ermittelten Bahnabweichungen erfolgt. Die Kräfte sind für jede Achse separat dargestellt. Die anhand der 2a bis 2d erläuterten Positionen A, B, C und D sind zur besseren Orientierung längs der Achse der Bewegungsbahn s übernommen.
Betrachtet man das Diagramm der Kraft F_X, so ist die Kraft von der Position A ausgehend zunächst gering und vor allem auf Reibung zurückzuführen. Beschleunigungskräfte bleiben in den nachfolgenden Betrachtungen zur Vereinfachung unberücksichtigt. Kurz vor Erreichen der Position B kommt die Greifernut 37 mit der unter Federvorspannung stehenden Stützrolle 60 in Berührung. Die dabei auftretende Kraft hat eine X- und eine Y-Komponente. In X-Richtung steigt die Kraft F_X bei der weiteren Bewegung zur Position D zunächst an und fällt dann zum Ende hin leicht ab. In Y-Richtung steigt die Kraft F_Y ebenso an, verbleibt dann aber auf diesem Niveau, weil die vorgespannte Stützrolle 60 permanent auf die Greifernut 57 einwirkt. Von Position A an weist die Kraft F_Y bereits einen geringen Betrag auf, der auf die Gewichtskraft des Werkzeuges 34 und des Schlittens 31 zurückzuführen ist. In Z-Richtung bleibt die Kraft F_Z konstant und bei etwa Null, weil in dieser Richtung keine Bewegung stattfindet und auch keine Schwerkraft wirkt. Die in diesem Fall auftretenden Kurven werden als Normalkurven bezeichnet.
Im Diagramm gemäß 3b ist die Normalkurve aus 3a der besseren Vergleichbarkeit wegen strichpunktiert dargestellt, die in diesem Fall auftretende Kurve hingegen dick ausgezogen. Es wird eine Positionsabweichung in der Y-Achse angenommen, das heißt die Bewegungsbahn s ist in der Y-Richtung um einen bestimmten Betrag gegenüber der Soll-Bewegungsbahn versetzt. Dies kann beispielsweise durch eine fertigungsbedingte Maßabweichung der Werkzeugspeicherplatzposition 50 herrühren. Durch diese Abweichung kommt die Greifernut 57 mit einer Fläche 70 (2a) des Speicherplatzes 50 in Kontakt. Die dabei entstehende Kraft führt zu einer Erhöhung der Reibung und addiert sich zu der bisherigen Kraft F_X. Die Reibung wirkt bis zum Punkt B. Ab diesem Punkt entfernt sich die Greifernut 57 von der Fläche 70 bei der weiteren Bewegung des Werkzeuges 34 in Richtung auf seine Endposition D. Von da an verläuft die Kraft F_X weiter wie in 3a.
In Y-Richtung wirkt sich der Kontakt zwischen der Greifernut 57 und der Fläche 70 in ähnlicher Weise wie in X-Richtung. Es erfolgt ein Anstieg der Kraft ab der Berührung. In Position B verläuft die Kurve wieder wie in 3a, das heißt ab hier sind keine Störeinflüsse mehr vorhanden. Die gegenüber 3a auftretende zusätzliche Kraft führt zu einem erhöhten Verschleiß am Werkzeug 34 und/oder am Werkzeuggreifer 32.
Im Diagramm in 3c ist die Normalkurve aus 3a der besseren Vergleichbarkeit wegen wiederum strichpunktiert dargestellt, die bei diesem Fall auftretende Kurve hingegen dick ausgezogen. Es wird eine Positionsabweichung in der X-Achse angenommen, die dazu führt, daß der Werkzeuggreifer 32 die vorgesehene Endposition in X-Richtung überfährt und dabei in der Position C auf Anschlag fährt. Es handelt sich hierbei um eine Kollision des Werkzeuges 34 mit dem Speicherplatz 50. Der Kraftanstieg im Punkt C ist nahezu senkrecht. Die Kraft addiert sich zu der bisher aufgetretenen Kraft gemäß 3a. Die auftretenden Kräfte werden sehr hoch, gegebenenfalls wesentlich höher, als im Diagramm dargestellt ist. Selbst Abweichungen von weit unterhalb einem Millimeter können sehr hohe Kräfte verursachen. Die Kollision führt auch dazu, daß die Kraft F_X bei der weiteren Bewegung von Position C nach Position D in Y-Richtung stark zunimmt. Außer stark erhöhtem Verschleiß kann es im dargestellten Fall zu Beschädigungen des Werkzeuges 34 und/oder des Werkzeugmagazins 21 kommen.
Im Diagramm in 3d ist die Normalkurve aus 3a der besseren Vergleichbarkeit wegen wiederum strichpunktiert dargestellt, die in diesem Fall auftretende Kurve hingegen dick ausgezogen. Es wird eine Positionsabweichung in der Z-Achse angenommen, die dazu führt, daß die Stützrolle 60 stärker gegen die Greifernut 57 drückt. Dadurch wird die Reibungskraft in der X-Richtung erhöht, was sich am Anstieg der Kraft F_X zeigt, vor allem im Bewegungsbereich zwischen den Positionen B und D. Die Kraft F_Y wird in gleicher Weise erhöht. Außerdem tritt nun auch ein Kraftanstieg in Z-Richtung auf, der ebenfalls durch den Kontakt der Stützrolle 60 mit der Greifernut 57 verursacht wird.
Erfindungsgemäß werden die Kräfte der Normalkurven aus 3a in der Maschinensteuerung hinterlegt. Die Messung der Kräfte erfolgt beispielsweise durch Sensoren im Werkzeuggreifer 32 oder durch Messung der Motorströme der jeweiligen Antriebsmotoren für die Achsen X, Y und Z. Tritt bei der Einfahrbewegung des Werkzeuggreifers 32 längs der Bewegungsbahn s eine Abweichung von der jeweiligen Normalkurve auf, so wird dies von der Steuerung als eine Abweichung von der Soll-Bewegungsbahn interpretiert. Auf diese Abweichung reagiert die Steuerung mit einer Korrekturbewegung, die dazu führt, daß der Werkzeuggreifer 32 abweichend von der programmierten Soll-Bewegungsbahn bewegt wird. Diese neue Ist-Bewegungsbahn verläuft dabei so, daß die auftretenden Kräfte nahe bei den Referenzwerten der Normalkurven liegen. Durch dieses sensorische Verfahren wird es möglich, die optimale Ist-Bewegungsbahn sowie die Ist-Speicherplatzposition 50 zu ermitteln. Der Verschleiß von Werkzeug 34 und Werkzeuggreifer 32 wird dadurch stark verringert, und die Gefahr der Beschädigung der Werkzeuge 34 und/oder des Werkzeugmagazins 21 wird dadurch praktisch eliminiert.
Erkennt die Steuerung beispielsweise einen plötzlichen Anstieg der Kraft F_X gemäß 3c, so wird die Bewegung gestoppt bzw. umgekehrt, bis die Kraft wieder auf dem Normalmaß angelangt ist. Von diesem Punkt wird nun die weitere Bewegung ausgeführt.
4a zeigt in Form eines Flußdiagramms die grundsätzlichen Schritte zur Erlangung aktueller Werte für die Speicherplatzposition und für die Bewegungsbahn s. Grundlage bilden die Vorgabewerte P_v und Bewegungsbahn s_v. Die Werte für die Position P_v und die Bewegungsbahn s_v stammen zum Beispiel aus Konstruktionszeichnungen und daraus abgeleiteten NC-Programmen und sind in der Maschinensteuerung hinterlegt. Da die Positionswerte in der Praxis, also am realen Speicher, von den Vorgabewerten abweichen können, wird es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die Abweichungen zu ermitteln und daraus Korrekturwerte zu berechnen. Diese Korrekturwerte, nämlich der Positionskorrekturwert ΔP₁ und der Bewegungsbahnkorrekturwert Δs₁, werden zu den Vorgabewerten P_v bzw. s_v addiert. Besonders leistungsfähig wird das Verfahren, wenn vorausberechnete Korrekturwerte zu den Vorgabewerten addiert werden. Diese Werte basieren auf einer größeren Anzahl von Datensätzen, bei denen für jede Positionierbewegung Daten, wie Temperatur oder Gesamtbeladezustand des Speichers, gewonnen und mittels eines Analysemoduls Vorhersagewerte über eventuelle maßliche Abweichungen errechnet werden. Es handelt sich dabei um den Positionskorrekturwert ΔP₂ und den Bewegungsbahnkorrekturwert Δs₂. In der Summe ergeben sich dann aktuelle Werte für die Position und für die Bewegungsbahn, nämlich für die aktuelle Position Pa = Pv + ΔP1 + ΔP2 und für die aktuelle Bewegungsbahn sa = sv + Δs1 + Δs2.
Bei der Positionierbewegung werden jeweils die aktuellen Werte für die Position und für die Bewegungsbahn verwendet, sofern sie vorhanden sind.
4b zeigt den Spezialfall, bei dem weder der Positionskorrekturwert ΔP₁ noch der vorausberechnete Positionskorrekturwert ΔP₂ vorhanden sind. Dies ist nämlich dann der Fall, wenn das Magazin 21 das allererste Mal zum Einsatz kommt, also bei der Inbetriebnahme. Es gilt dann P_a = P_v und s_a = s_v, das heißt zur Positionierung werden die Vorgabewerte verwendet. Weil die vorgegebene Position P_v und damit die Bewegungsbahn s_v deutlich von den realen Werten abweichen können, erfolgt die taktile Positionierung mit geringer Geschwindigkeit. Bei der Inbetriebnahme ist eine hohe Einfahrgeschwindigkeit noch nicht erforderlich; der wichtigere Aspekt ist die Vermeidung von Bauteilbeschädigungen durch Kollisionen. Beim taktilen Positionieren wird die Ist-Position P_ist sowie die optimale Bewegungsbahn s_opt ermittelt. Aus diesen Werten werden im nächsten Schritt die Korrekturwerte Positionskorrekturwert ΔP₁ und der Bewegungsbahnkorrekturwert s₁ berechnet, und zwar für den Positionskorrekturwert ΔP1 = Pv – Pist und für den Bewegungsbahnkorrekturwert Δs1 = sv – sopt
Mangels vorausberechneten Korrekturwerten ergeben sich dann die aktuellen Werte zu Pa = Pv + ΔP1 und sa = sv + Δs1.
Liegen aktuelle Werte für die Position und für die Bewegungsbahn vor, so ist es nicht mehr zwingend erforderlich, bei jeder Positionierbewegung eine taktile Positionierung durchzuführen.
Diesen Fall zeigt 4c. Bei der Positionierbewegung wird hier auf die vorliegenden aktuellen Werte zurückgegriffen und die Bewegung längs der Bewegungsbahn s_a zur aktuellen Speicherplatzposition P_a ausgeführt. Es hat sich gezeigt, daß in vielen Fällen darauf verzichtet werden kann, bei jeder Positionierbewegung eine taktile Positionierung durchzuführen, weil die aktuellen Werte über einen längeren Zeitraum keine oder tolerierbare maßliche Veränderungen aufweisen. Besonders dann, wenn zusätzlich zu den ermittelten Werten ΔP₁ und Δs₁ vorausberechnete Werte vorliegen, kann relativ lang auf eine erneute taktile Positionierung verzichtet werden, weil maßliche Abweichungen vorab errechnet und bei der Positionierung berücksichtigt werden. Dies ist sehr vorteilhaft, denn die taktile Positionierung benötigt mehr Zeit als eine rein programmgesteuerte Positionierbewegung. Handelt es sich bei dem Speicher 21 um ein Werkzeugmagazin einer hochproduktiven Werkzeugmaschine, sind schnelle Positionierbewegungen erforderlich, um die vorgegebenen Taktzeiten zu erreichen. Bei taktilem Positionieren während jeder Positionierbewegung kann die geforderte Taktzeit in vielen Fällen nicht mehr erreicht werden. Während der Positionierbewegung werden allerdings die Kraftverläufe der Achsen X, Y, Z und C während der Positionierbewegung aufgezeichnet und in einer Datenbank abgespeichert. Diese Daten stehen für Auswertungen in einem Analysemodul zur Verfügung. Die Positionierzeit wird durch diese Aufzeichnung nicht verlängert.
4d zeigt Kriterien, mittels denen eine Entscheidung über eine taktile oder eine nicht-taktile Positionierbewegung getroffen wird. Ausgehend von den vorliegenden aktuellen Werten für die Position sowie für die Bewegungsbahn werden vier Kriterienblöcke unterschieden. Danach kann die Entscheidung ereignisbezogen getroffen werden, zum Beispiel bei einer kompletten Neubestückung des Magazins, durch die sich aufgrund vorhandener Elastizitäten der einzelnen Speicherplätze maßliche Verschiebungen ergeben können. Es kann auch erforderlich sein, nach einem Crash, zum Beispiel nach einer Kollision der Transporteinrichtung mit einem Speicher platz, eine taktile Positionierung durchzuführen. Ein weiteres Kriterium stellt ein Intervall dar, zum Beispiel ein Zeitintervall oder ein Häufigkeitsintervall. Mittels Häufigkeitsintervall kann beispielsweise festgelegt werden, daß die Position und die optimale Bewegungsbahn eines Speicherplatzes nach 50 Positionierbewegungen mit der taktilen Positionierung wieder neu ermittelt wird. Ein weiteres Kriterium stellt die Größe der Abweichung des aktuellen Kraftverlaufs gegenüber der gespeicherten Normalkurve dar. Dazu werden empirisch ermittelte Schwellwerte vorgegeben, bei deren Überschreitung automatisch bei der nächstfolgenden Positionierbewegung die taktile Positionierung durchgeführt wird. Ein Vergleich erfolgt dabei für jede Achse separat, also für X, Y, Z und C. Schließlich kann eine taktile Positionierung nach freier Wahl erfolgen, zum Beispiel wenn sie zu 100% angewendet wird, oder zu 0% oder zu einem beliebigen anderen Wert. Je nach Entscheidung erfolgt die Positionierbewegung mit oder ohne taktile Positionierung. Der weitere Verfahrensablauf erfolgt dann jeweils wie in 4b bzw. 4c gezeigt.
4e zeigt eine Datenbank zur Speicherung verschiedener Daten, die vorteilhaft bei jeder Positionierbewegung gewonnen werden. Die gewonnenen Daten stellen feste und zeitlich veränderliche Zustandsgrößen des Speichersystems dar. Die Datensätze enthalten Datenfelder für die aktuelle Position P_a, die aktuelle Bewegungsbahn s_a, die Temperatur φ, die Masse m und das Trägheitsmoment J des Speichergegenstandes, die Steifigkeit c des Speicherplatzes, sofern vorhanden Stammdaten D des Speichergegenstandes (zum Beispiel Werkzeugdurchmesser, Länge), den Gesamtbeladungszustand L des Speichermagazins sowie die Kraftverläufe F der Achsen X, Y, Z und C während der Positionierbewegung. Daten wie Temperatur, Masse, Massenträgheitsmoment, Steifigkeit und Gesamtbeladungszustand beeinflussen die maßliche Position des Speicherplatzes. Die Kraftverläufe werden durch diese Positionsabweichungen beeinflußt. Werden über einen längeren Zeitraum Datensätze gesammelt, so können daraus mit dem nachgeschalteten Analysemodul Gesetzmäßigkeiten ermittelt und nachfolgend mit einer bestimmten statistischen Sicherheit Vorausberechnungen für die zu erwar tende Position und Bewegungsbahn errechnet werden. Die entsprechenden Korrekturwerte sind der Positionskorrekturwert ΔP₂ und der Bewegungsbahnkorrekturwert Δs₂, die gemäß 4a zu den Vorgabewerten P_v und s_v addiert werden. Durch dieses Verfahren wird die Positioniergenauigkeit weiter erhöht, so daß taktile Positionierungen weniger häufig durchgeführt werden müßten.
Im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Werkzeug 20 unmittelbar gehandhabt. Es ist aber in gleicher Weise möglich, einen Adapter (Köder) zusammen mit dem eingesetzten Werkzeug in der beschriebenen Weise zu transportieren.

Claims

Verfahren zur Positionierung eines Speichergegenstandes, vorzugsweise eines Werkzeuges und/oder eines Werkstückes, in einer Speicherplatzposition, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplatzposition sowie die Bewegungsbahn (s) taktil ermittelt und die Positionierungs- und Bahnwerte gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes Korrekturwerte (ΔP) taktil ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte (ΔP) gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Position und/oder der Bewegungsbahn (s) der Kraftverlauf bei der Bewegung des Speichergegenstandes (34) erfaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftverlauf in Kraftvektoren in wenigstens zwei Bewegungsrichtungen (X, Y, Z, C) erfaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftverlauf durch Auswertung des Motorstromes eines Antriebsmotors für den Transport des Speichergegenstandes (34) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftverlauf durch Verwendung von Dehnungsmeßstreifen, Piezokristallen und dergleichen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte online durch eine Bahnänderung kompensiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die neue Position und die zu ihr führende Bewegungsbahn als Korrekturwerte gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abweichen der Ist-Bewegungsbahn von der gespeicherten Bewegungsbahn Korrektursignale errechnet und an Achsantriebsmodule geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der korrigierten Bewegungsbahn gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsbahn (s) so korrigiert wird, daß sie nahe bei der Soll-Bewegungsbahn liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Position und/oder die Bewegungsbahn (s) in Intervallen überprüft werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten von Schwellwerten der Kraft (F_x, F_y, F_z) bei der nachfolgenden Positionierbewegung eine taktile Positionierung durchgeführt wird.