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Die
Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur automatisierten
Anpassung von Prozessparametern wenigstens einer Handhabungsvorrichtung,
insbesondere wenigstens eines industriell einsetzbaren Roboters
mit vorzugsweise sechs Achsen. Des Weiteren betrifft die Erfindung
eine Prozesssteuerung mit vorgenanntem System.
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Durch
das fortschreitende Verschmelzen der Arbeitsbereiche von Mensch
und Maschine und die damit einhergehende Intensivierung der Mensch-
Maschinenkooperation sind immer höhere Sicherheitsanforderungen
an moderne Automations- beziehungsweise Automatisierungssysteme
gestellt, denen durch immer umfangreichere und zuverlässigere,
aber in aller Regel auch komplexere Sicherheitskonzepte Rechnung
zu tragen ist.
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Nicht
zuletzt durch die Integration entsprechender Sicherheitskonzepte
in die jeweiligen Produktionsanlagen und/oder -prozesse, und insbesondere
durch die Verfügbarkeit
leistungsfähiger
Steuer/Regeleinrichtungen mit entsprechenden Sicherheitseinrichtungen,
auch mit sog. „safety
controller", zur Überwachung
und Steuerung und/oder Regelung insbesondere von Industrierobotern
mit mehreren Achsen, sind neue Produktionskonzepte und Arbeitsumgebungen
ermöglicht,
welche eine Einbindung des Menschen als integralen Bestandteil des
jeweiligen Produktions- und/oder Arbeitsprozesses erlauben.
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Einfach
konfigurierte Produktionskonzepte und/oder Arbeitsumgebungen sehen
dabei beispielsweise hinsichtlich Aufbau, Dimensionierung und Verwendung/Anwendung
starr beziehungsweise fest vorgegebene Arbeits- und/oder Produktionszellen
mit entsprechenden Trenn-Gittern und/oder -Zäunen, Einfriedungen oder anderen
physischen Abgrenzungen vor, welche eine strikte Separation der
Arbeitsbereiche von Mensch und Maschine, insbesondere Roboter, bewirken
und aufrechterhalten.
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Diese
Konzepte werden jedoch in verstärktem
Maße durch
immer flexibler nutzbare Arbeitsumgebungen, insbesondere Arbeitszellen
mit leistungsfähigeren
und flexibleren Sicherheitskonzepten, mit beispielsweise Sicherheitseinrichtungen
wie „safety
controller", Rolltoren
oder -pforten sog. „shutter
gates", Laser Scannern,
Lichtvorhängen,
Lichtschranken, Bewegungsdetektoren, infrarotdetektoren, Radarüberwachung,
Sicherheits-PLC's
und weiteren derartigen Einrichtungen, abgelöst, um ein enges aber gleichzeitig
auch sicheres beziehungsweise gefahrloses Zusammenwirken von Mensch
und Maschine, insbesondere Roboter, zu ermöglichen und Synergieeffekte
besser nutzbar zu machen.
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Bei
Anwendung vorgenannter Sicherheitskonzepte sind dabei im Wesentlichen
zwei Hauptanforderungen an den jeweiligen Arbeitsprozess gestellt.
So ist dieser zum Einen an die Sicherheitsanforderungen und/oder
-bestimmungen und/oder -konzepte der jeweiligen Arbeitsumgebung,
insbesondere eine entsprechend aufgesetzte Arbeitszelle anzupassen,
dies bedeutet, dass jeder Prozess individuell entwickelt und abgestimmt
werden muss, um die Sicherheitsanforderungen und/oder -vorgaben
der jeweiligen Arbeitszelle zu erfüllen. Der Programmierer beziehungsweise
Entwickler hat dabei unter Anderem auch jene Bereiche und/oder Zonen
zu berücksichtigen,
welche der Roboter unter bestimmten Bedingungen nicht durchqueren und/oder
in die er nicht eindringen darf, sowie Bereiche und/oder Zonen in
denen sich der Roboter nur mit verminderter Geschwindigkeit bewegen
darf und/oder Bedingungen, die es erforderlich machen dass der Roboter in
Position verharrt und/oder in eine vorbestimmte Position verfährt und/oder
still steht und sich nicht bewegt.
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Beispielsweise
sollte sich der der Roboter dann nur langsam in beziehungsweise
durch einen Bereich bewegen, wenn ein Mensch sich in vorgenantem
Bereich oder in unmittelbarer Nähe
zu diesem Bereich aufhält und
beispielsweise zur Übernahme
auf ein Werkstück
wartet.
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Weiterhin
soll ein Roboter sich dann nicht mehr bewegen, beziehungsweise sollte
in Position verharren, wenn er durch einen verschließbaren Zugang
beispielsweise eine Rollpforte oder ein Rolltor ein Werkstück erhält und der
Zugang geöffnet
ist.
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Eine
Berücksichtigung
aller Sicherheitsanforderungen ist dabei zwingend erforderlich,
um eine prozessbedingte Verletzung gegebener Sicherheitsbestimmungen
und/oder -grenzen weitestgehend zu vermeiden, um letztlich nicht
durch die übergeordnete
Sicherheitssystem gestoppt zu werden, was einen Prozessabbruch-,
zumindest jedoch eine Prozessunterbrechung zur Folge haben würde.
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Vorgenannte
Maßnahmen – Prozessanpassungen
und/oder Berücksichtigung
aller Sicherheitsanforderungen – können jedoch
einen erheblichen, zusätzlichen
Aufwand bedeuten verglichen mit der Implementierung des gleichen
Prozesses ohne Berücksichtigung
entsprechend der Sicherheitsanforderungen.
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Darüber hinaus
ist zum Zweiten jeder einzelne Prozess daraufhin zu testen, ob er
die gesetzten Sicherheitsanforderungen und die jeweiligen Regularien
erfüllt.
Demgemäß sind nach
Implementierung eines Prozesses entsprechende Testprozeduren beziehungsweise – verfahren
zu initiieren und zu durchlaufen, die jeden einzelnen Abschnitt
eines Produktions- und/oder Arbeitszyklus oder – prozesses erfassen und abdecken.
Demgemäß sind eine
Vielzahl auch unterschiedliche Tests zu durchlaufen, damit sicher
gesellt werden kann, dass alle Sicherheitsanforderungen und/oder
-regularien beziehungsweise Richtlinien erfüllt sind.
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Obschon
dies einen immensen Aufwand – technischer
Art aber letztlich auch an Zeit und Kosten – bedeutet, kann nur auf diese
Weise sichergestellt werden, dass der jeweilige Prozess innerhalb
gesetzter Spezifikationen und Vorgaben abläuft und keine unerwarteten
Verletzungen oder Verstöße vorbestimmter
Sicherheitsmargen und/oder -regeln auftreten. Diese könnten im
schlimmsten Fall auch dazu führen,
dass das übergeordnete
Sicherheitssystem einen Notfallstop beziehungsweise eine Notfallabschaltung
des jeweiligen Prozesses und damit auch eine Abschaltung einer oder
mehrerer eingesetzter Handhabungsvorrichtungen auslöst.
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Nachteilig
müsste
somit jeder Prozess mit erheblichem Aufwand manuell an die jeweilige
Arbeitszelle und die vorgegebenen Sicherheitsanforderungen und/oder
-regularien angepasst werden. Eine entsprechende Automatisierung
vorgenanten Prozesses ist bislang nicht möglich.
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Auch
ist es nicht möglich
flexibel anpassbare Arbeitszellen zur Ausführung auch unterschiedlicher
Arbeitsprozesse unter identischen Sicherheitskonzepten mit identischen
Sicherheitsanforderungen beziehungsweise Vorgaben oder Regularien
zu betreiben, da jeder einzelne Prozess darauf abgestimmt werden
müsste den
identischen/gleichen Satz von Sicherheitsbestimmungen/-vorgaben
und/oder Regeln zu erfüllen.
Darüber hinaus
müsste
noch jeder Prozess auf die Erfüllung
und/oder Einhaltung der entsprechenden Bestimmungen, Vorgaben und/oder
Regeln getestet werden, was einen immensen technischen und zeitlichen
Aufwand bedeuten würde.
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Dies
gilt insbesondere angesichts komplexerer Zellenaufbauten mit beispielsweise
wenigstens einer zusätzlichen
Werkzeugmaschine und/oder Werkstückbearbeitung
und/oder bei Verwendung von zwei oder mehreren Handhabungsvorrichtungen
in nur einer Zelle, wobei bei gegebenenfalls beide Handhabungsvorrichtungen
aufeinender abzustimmen und/oder Vorrichtungsspezifische Vorgaben
und/oder Anforderungen – auch
sicherheitsgerichteter Art – zu
berücksichtigen
sind.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde eine vereinfachte
und verbesserte Möglichkeit
zur insbesondere sicherheitsgerichteten Abstimmung eines Arbeitsprozesses
auf eine Arbeitsumgebung bereitzustellen, wobei wenigstens eine
Handhabungsvorrichtung zur Prozessausführung vorgesehen ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein System zur automatisierten Anpassung von
Prozessparametern wenigstens einer Handhabungsvorrichtung gelöst, welches
die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen des Systems sowie ein entsprechendes Verfahren
und eine Prozessteuerung mit vorgenanntem System sind in weiteren
Ansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
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Das
erfindungsgemäße System
zur automatisierten Anpassung von Prozessparametern wenigstens einer
Handhabungsvorrichtung, wirkt mit wenigstens einer Steuer-/Regeleinrichtung,
insbesondere mit Sicherheitssteuerung, zur Überwachung und/oder Steuerung
und/oder Regelung der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung zusammen,
wobei wenigstens eine Kontrolleinrichtung vorgesehen ist, die wenigstens
einen Prozessparameter selektiv überwacht
und/oder im Bedarfsfall vorgaben- und/oder umgebungsabhängig und/oder
regelbasiert im Zusammenwirken mit der wenigstens einen Steuer-/Regeleinrichtung
wenigstens einen Prozessparameter der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung
automatisiert anpasst, wobei umgebungs- und/oder sicherheitsspezifische
Vorgaben und/oder Bestimmungen auch unabhängig von der Art des jeweiligen
Arbeitsprozesses eingehalten und/oder umgesetzt sind.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung des Systems ist die Anpassung
des wenigstens einen Prozessparameters vorausschauend bewirkt.
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In
einer Systemausgestaltung ist wenigstens eine Schnittstelle vorsehbar,
durch welche eine Erfassung und/oder Bestimmung von Umgebungsinformationen,
insbesondere von Sensor- und/oder Schalt- und/oder Zustandsinformationen
eingesetzter Betriebsmittel und/oder Überwachungseinrichtungen, beispielsweise
das Öffnen
und/oder Schließen
von Pforten, das Auslösen/Signalgeben
von Lichtschranken und dergleichen, ermöglicht ist.
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Systemgemäß ist dabei
vorsehbar, dass als Arbeitsumgebung der Aufbau und/oder die Struktur
wenigstens einer Arbeitszelle, in welcher eine oder mehrere Handhabungsvorrichtungen
anordenbar sind, erfasst und/oder zugrunde gelegt ist, wobei insbesondere
auch verschiedene Arbeits- und/oder Sicherheitsbereiche, Lichtschranken,
Grundriss und/oder Aufteilung der jeweiligen Arbeitszelle, Zonen
mit beispielsweise unterschiedlichen Geschwindigkeiten, Arbeitsstationen
der Handhabungsvorrichtung, Pforten und dergleichen mehr erfassbar
sind.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Systems ist vorgesehen,
dass die Anpassung des wenigstens einen Prozessparameters der wenigstens
einen Handhabungsvorrichtung in Abhängigkeit von Position und/oder
Ausrichtung der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung bewirkt
ist.
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Sind
mehr als nur eine Handhabungsvorrichtung eingesetzt, so ist vorteilhaft
vorsehbar, dass die Anpassung des wenigstens einen Prozessparameters
wenigstens einer Handhabungsvorrichtung auch in Abhängigkeit
beziehungsweise unter Berücksichtung
von Position und/oder Ausrichtung und/oder Geschwindigkeit der jeweils
anderen Handhabungsvorrichtungen bewirkt ist und/oder dass die Anpassung
koordiniert bewirkt ist.
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In
einer Systemweiterbildung ist wenigstens eine Schnittstelle vorgesehen,
welche die Erfassung und/oder Übertragung
vorbestimmter Prozessinformationen durch und/oder an die Steuer-/Regeleinrichtung ermöglicht.
Die wenigstens eine Schnittstelle kann dabei drahtlos, beispielsweise
als WLAN-, Bluetooth-, IR- oder GPRS- Schnittstelle, oder drahtgebunden,
beispielsweise als PCI-, SCSI-, Firewire, LAN-, Ethernet, USB- oder
RS-232-Schnittstelle, ausgebildet sein. Auch entsprechende Feldbusschnittstellen,
wie beispielsweise PROFIBUS, CAN-BUS oder Fieldbus Foundation sind
vorteilhaft vorsehbar.
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In
einer Weiterbildung des Systems ist vorgesehen, dass die Kontrolleinrichtung
der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung Positions- und/oder
Umgebungsinformationen kontinuierlich oder zyklisch, oder in wiederkehrenden
Zeitintervallen kontinuierlich erfasst, auswertet und zur Parameterbestimmung
und/oder Parameteranpassung einsetzt.
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Die
Erfassung der Positionsinformationen kann dabei im Zusammenwirken
mit der Steuer-/Regeleinrichtung und/oder der Sicherheitssteuerung,
insbesondere durch Auslesen von Sensoren, Signalgebern, Endschaltern,
sowie von Achslagen, Gelenkstellungen, Strom-/Spannungswerten der
Antriebseinheiten der jeweiligen Handhabungsvorrichtung erfolgen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verfügt das System über wenigstens
einen Datenspeicher, auf dem Prozessinformationen und/oder Umgebungsinformationen
und/oder Handlungsanweisungen, insbesondere in Form von Programmcodemittel,
sowohl für
die Steuer-/Regeleinrichtung als auch die Kontrolleinrichtung abrufbar
und/oder ausführbar
gespeichert sind.
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In
einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Steuer-/Regeleinrichtung
wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung, welche mit dem wenigstens
einen Datenspeicher mit Prozessinformationen und/oder Handlungsanweisungen,
insbesondere in Form von Programmcodemitteln, zur Ausführung und/oder
Umsetzung des jeweiligen Arbeitsprozesses für die Handhabungsvorrichtung
zusammenwirkt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die Kontrolleinrichtung in die
Steuer-/Regeleinrichtung
integrierbar und/oder insbesondere als Einschubelement ausgebildet.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die Kontrolleinrichtung eine
Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere einen Mikroprozessor
und/oder eine SPS, und/oder einen Datenspeicher.
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Insbesondere
sind die jeweiligen Handlungsanweisungen und/oder Bewegungs-/Handlungsmuster dabei
allein durch den jeweiligen Arbeitsprozess bestimmt und/oder umfassen,
beziehungsweise berücksichtigen
nahezu keine umgebungsspezifischen Vorgaben.
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In
einer Weiterbildung des Systems ist vorsehbar, dass die Anpassung
des wenigstens einen Prozessparameters der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung
durch die Kontrolleinrichtung dynamisch, das heißt auch bei sich ändernden
Umgebungsbedingungen und/oder Umgebungsinformationen, wie beispielsweise Änderungen
von Schaltzuständen,
sich ändernden
Sensor- und/oder Positionsinformationen, insbesondere auch anderer
Handhabungsvorrichtungen, und dergleichen mehr erfolgt.
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Vorteilhaft
ist weiterhin vorsehbar, dass die Kontrolleinrichtung die Anpassung
des wenigstens einen Prozessparameters, das heißt die Änderung von einem Ist- auf
einen Sollwert, umgebungs- und/oder vorgabenabhängig mittels einer stetigen
Funktion, insbesondere mit einem linearen, parabolischen, exponentiellen, oder
logarithmischen Verlauf, oder mittels einer Sprungfunktion bewirkt.
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Eine
Systemausgestaltung sieht vor, dass die Kontrolleinrichtung als
wenigstens einen Prozessparameter die Geschwindigkeit und/oder wenigstens
eine Geschwindigkeitskomponente und/oder die Orientierung und/oder
die Ausrichtung und/oder die Position der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung
und/oder ihres Werkzeuges anpasst.
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Weiterhin
ist vorsehbar, dass die Anpassung des wenigstens einen Prozessparameters
durch die Kontrolleinrichtung online, das heißt im laufenden Betrieb der
Handhabungsvorrichtung während
der jeweiligen Prozessausführung,
bewirkt wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist eine Sicherheitseinrichtung, insbesondere
eine übergeordnete
Sicherheitseinrichtung vorgesehen, welche bei Verletzung vorbestimmter
Sicherheitsregularien und/oder Abweichungen von Parametervorgaben
außerhalb
vorbestimmter Grenzen, eine Notfallabschaltung des Systems, insbesondere
der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung, bewirkt, wobei Kontrolleinrichtung
und Sicherheitseinrichtung unabhängig
voneinander agieren und sich nicht beeinflussen.
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Auch
ist vorsehbar, dass Kontrolleinrichtung und Sicherheitseinrichtung
derart zusammenwirken, dass in der Sicherheitseinrichtung erfasste
Umgebungsinformationen und/oder umgebungsspezifische Vorgaben und/oder
Kenngrößen von
der Kontrolleinrichtung abrufbar und/oder für die Parameteranpassung nutzbar sind.
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In
vorteilhafter Weiterbildung des Systems ist wenigstens eine Handhabungsvorrichtung
als Industrieroboter, insbesondere als Industrieroboter mit sechs
Achsen und/oder Gelenken ausgebildet.
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Weiterhin
ist vorsehbar, dass es sich bei wenigstens einer Handhabungsvorrichtung
um einen Schleif-, Schweiß-,
Lackier- oder einen Roboter mit Greifwerkzeug oder einem anderen
Werkzeug handelt.
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Weiterhin
wird eine Prozesssteuerung zur Steuerung/Regelung wenigstens einer
Handhabungsvorrichtung zur Ausführung
eines Arbeitsprozesses beansprucht, welche die gestellte Aufgabe
löst und
welche eine Steuer-/Regeleinrichtung und Sicherheitssteuerung sowie
ein System zur automatisierten Anpassung von Prozessparametern wenigstens
einer Handhabungsvorrichtung umfasst.
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Eine
Ausgestaltung der Prozesssteuerung sieht vor, dass der Steuer-/Regeleinrichtung
mit einem Planungswerkzeugs, insbesondere einem „motion planner", erstellte prozessspezifische
Bewegungsmuster und/oder demgemäße Handlungsanweisungen
für die
wenigstens eine Handhabungsvorrichtung zur Umsetzung und/oder Ausführung übertragbar
und/oder aufprägbar
sind.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass wenigstens eine Schnittstelle
vorgesehen ist, welche die Erfassung und/oder Übertragung vorbestimmter Prozessinformationen
durch und/oder an die Steuer-/Regeleinrichtung (50) und/oder
die Erfassung sowie Verarbeitung von Sensor- und/oder Zustandsinformationen auch
eingesetzter Betriebsmittel ermöglicht.
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Die
wenigstens eine Schnittstelle kann dabei drahtlos, insbesondere
als WLAN-, Bluetooth-, IR- oder GPRS- Schnittstelle, oder drahtgebunden,
insbesondere als PCI-, SCSI-, Firewire, LAN-, Ethernet, USB- oder RS-232-Schnittstelle,
oder auch als Feldbusschnittstelle, insbesondere als PROFIBUS- oder CAN-BUS-Schnittstelle,
ausgebildet sein.
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Des
Weiteren wird die gestellte Aufgabe auch durch ein entsprechendes
Verfahren, insbesondere auch zur Ausführung auf vorgenanntem System
gelöst.
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Verfahrensgemäß wird zur
automatisierten Anpassung von Prozessparametern wenigstens einer Handhabungsvorrichtung,
im Zusammenwirken mit wenigstens einer Steuer-/Regeleinrichtung,
insbesondere mit Sicherheitseinrichtung beziehungsweise Sicherheitssteuerung,
zur Überwachung
und/oder Steuerung und/oder Regelung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung,
mittels wenigstens einer Kontrolleinrichtung wenigstens ein Prozessparameter
selektiv überwacht
und/oder im Bedarfsfall vorgaben- und/oder umgebungsabhängig und/oder
regelbasiert im Zusammenwirken mit der wenigstens einen Steuer-/Regeleinrichtung automatisiert
angepasst, wobei umgebungs- und/oder sicherheitsspezifische Vorgaben
und/oder Bestimmungen auch unabhängig
von der Art des jeweiligen Arbeitsprozesses eingehalten und/oder
umgesetzt werden.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorsehbar, dass die Anpassung
des wenigstens einen Prozessparameters vorausschauend durchgeführt wird.
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In
Fortbildung des Verfahrens ist dabei weiterhin vorteilhaft vorsehbar,
dass eine Erfassung und/oder Bestimmung von Umgebungsinformationen,
insbesondere von Sensor- und/oder Schalt- und/oder Zustandsinformationen
eingesetzter Betriebsmittel und/oder Überwachungseinrichtungen durchgeführt und/oder
die ermittelten Informationen für
eine Prozessparameteranpassung ausgewertet werden.
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Weiterhin
ist vorsehbar, dass als Arbeitsumgebung der Aufbau und/oder die
Struktur wenigstens einer Arbeitszelle, in welcher eine oder mehrere
Handhabungsvorrichtungen anordenbar sind, erfasst und/oder zugrunde
gelegt wird.
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In
einer vorteilhaften Ausprägung
des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Anpassung des wenigstens einen
Prozessparameters der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung in
Abhängigkeit
von Position und/oder Ausrichtung der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung
durchgeführt
wird.
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Werden
mehrere Handhabungsvorrichtungen eingesetzt, so ist vorteilhaft
vorsehbar, dass die Anpassung des wenigstens einen Prozessparameters
wenigstens einer Handhabungsvorrichtung auch in Abhängigkeit
beziehungsweise unter Berücksichtung
von Position und/oder Ausrichtung und/oder Geschwindigkeit der jeweils
anderen Handhabungsvorrichtungen durchgeführt wird.
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In
einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine Erfassung und/oder
Obertragung vorbestimmter Prozessinformationen durch und/oder an
die Steuer-/Regeleinrichtung durchgeführt. Die Erfassung und/oder Obertragung
kann dabei drahtlos, beispielsweise mittels WLAN, Bluetooth, IR
oder GPRS, oder drahtgebunden, beispielsweise mittels PCI-, SCSI-,
Firewire, LAN-, Ethernet, USB- oder RS-232-Bus, durchgeführt werden.
Auch entsprechende Feldbusschnittstellen, wie beispielsweise PROFIBUS,
CAN-BUS, Fieldbus-Foundation oder Modbus sind vorteilhaft vorsehbar.
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In
Fortbildung des Verfahrens ist weiterhin vorsehbar, dass Positionsinformationen
kontinuierlich oder zyklisch, oder in wiederkehrenden Zeitintervallen
kontinuierlich erfasst, auswertet und zur Parameterbestimmung und/oder
Parameteranpassung eingesetzt werden.
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Die
Erfassung der Positionsinformationen kann dabei im Zusammenwirken
mit der Steuer-/Regeleinrichtung und/oder der Sicherheitseinrichtung
und/oder durch Auslesen von Sensoren, Signalgebern, Endschaltern,
sowie von Achslagen, Gelenkstellungen, Strom-/Spannungswerten der
Antriebseinheiten der jeweiligen Handhabungsvorrichtung, durchgeführt werden.
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In
einer weiteren Ausbildung des Verfahrens werden Prozessinformationen
und/oder Umgebungsinformationen und/oder Handlungsanweisungen, insbesondere
in Form von Programmcodemittel sowohl für die Steuer-/Regeleinrichtung
als auch die Kontrolleinrichtung, abrufbar und/oder ausführbar auf
wenigstens einem Datenspeicher gespeichert.
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In
einer weiteren Fortbildung des Verfahrens umfasst die Steuer-/Regeleinrichtung
wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung, welche mit dem wenigstens
einen Datenspeicher mit Prozessinformationen und/oder Handlungsanweisungen,
insbesondere in Form von Programmcodemitteln, zur Ausführung und/oder Umsetzung
des jeweiligen Arbeitsprozesses für die Handhabungsvorrichtung
zusammenwirkt.
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In
einer weiteren Ausbildung des Verfahrens werden mit einem Planungswerkzeug,
insbesondere einem „motion
planner", erstellte
prozessspezifische Bewegungsmuster und/oder demgemäße Handlungsanweisungen
für wenigstens
eine Handhabungsvorrichtung verfahrensvorbereitend zur Umsetzung
und/oder Ausführung
an die jeweilige Steuer-/Regeleinrichtung übertragen und/oder zur ausgeführt.
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Insbesondere
sind die jeweiligen Handlungsanweisungen und/oder Bewegungsmuster
dabei allein durch den jeweiligen Arbeitsprozess bestimmt und/oder
umfassen, beziehungsweise berücksichtigen
keinerlei umgebungsspezifische Vorgaben.
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In
einer weiteren Verfahrenausprägung
ist vorgesehen, dass die Anpassung des wenigstens einen Prozessparameters
der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung dynamisch, das heißt auch
bei sich ändernden
Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Änderungen von Schaltzuständen, sich ändernden Sensor-
und/oder Positionsinformationen, insbesondere auch anderer Handhabungsvorrichtungen,
und dergleichen mehr, durchgeführt
wird.
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Vorteilhaft
ist weiterhin vorsehbar, dass die Anpassung des wenigstens einen
Prozessparameters, das heißt
die Änderung
von einem Ist- auf einen Sollwert, umgebungs- und/oder vorgabenabhängig mittels
einer stetigen Funktion, insbesondere mit einem linearen, parabolischen,
exponentiellen, oder logarithmischen Verlauf, oder mittels einer
Sprungfunktion durchgeführt
wird.
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In
Weiterbildung des Verfahrens wird als wenigstens ein Prozessparameter
die Geschwindigkeit und/oder wenigstens eine Geschwindigkeitskomponente
und/oder die Orientierung und/oder die Ausrichtung und/oder die
Position der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung und/oder ihres
Werkzeuges anpasst.
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Weiterhin
ist vorsehbar, dass die Anpassung des wenigstens einen Prozessparameters
online und/oder in Echtzeit, das heißt im laufenden Betrieb der
Handhabungsvorrichtung während
der jeweiligen Prozessausführung,
durchgeführt
wird.
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Durch
das vorbeschriebene System, die Prozesssteuerung sowie das entsprechende
Verfahren wird eine automatisierte und/oder kontinuierliche Abstimmung
eines Arbeitsprozesses auf eine jeweils vorgegebene Arbeitsumgebung
unter Einbeziehung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung bei vergleichsweise
geringem Aufwand ermöglicht.
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Die
weitere Darlegung der Erfindung sowie vorteilhafter Ausgestaltungen
und Weiterbildungen erfolgt anhand einiger Zeichnungen und Ausführungsbeispiele.
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Es
zeigen
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1 beispielhaft
ausgebildete Arbeitszelle mit verschiedenen Arbeitsbereichen und
Zonen
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2 idealisierter
Prozess in einer beispielhaft ausgestalteten Arbeitszelle
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3a, 3b Aufbau
und Abhängigkeiten
einer herkömmlichen
Prozesssteuerung
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4 herkömmliche
Prozesssteuerung mit Steuer-/Regeleinrichtung mit Sicherheitssteuerung
für wenigstens
eine Handhabungsvorrichtung
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5 herkömmlicher
Prozessablauf in einer beispielhaft ausgebildeten Arbeitszelle
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6a, 6b Aufbau
und Abhängigkeiten
einer Prozesssteuerung mit System zur automatisierten Anpassung
von Prozessparametern wenigstens einer Handhabungsvorrichtung,
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7 Prozesssteuerung
mit beispielhaft ausgebildetem System zur automatisierten Anpassung
von Prozessparametern wenigstens einer Handhabungsvorrichtung,
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8 Prozessablauf
gemäß Verfahren
zur automatisierten Anpassung von Prozessparametern wenigstens einer
Handhabungsvorrichtung,
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In 1 ist
eine beispielhaft ausgebildete Arbeitszelle 10 mit wenigstens
einer Handhabungsvorrichtung 11, insbesondere ein sechsachsiger
Industrieroboter, sowie mit einem Bereich für manuelle Werkstückzuführung mit
Rollpforte 12 und einem manuellen Arbeitsbereich 14,
beispielsweise zur Werkstückentnahme, angegeben.
Der manuelle Arbeitsbereich 14 ist durch einen ersten Lichtvorhang 16,
insbesondere ein oder mehrere Lichtschranken und/oder Laser Scanner
vom Innenbereich 15 der Arbeitszelle sowie durch einen zweiten
Lichtvorhang 18, insbesondere ein oder mehrere Lichtschranken
und/oder Laser Scanner, vom Außenbereich
der Zelle separiert. Der Bereich der manuellen Werkstückzuführung mit
Rollpforte 12 ist dabei in eine erste sicherheitsrelevante
Zone Z1 und in eine zweite sicherheitsrelevante Zone Z2 unterteilbar.
Auch um den manuellen Arbeitsbereich 14 herum sind zwei
sicherheitsrelevante Zonen vorgesehen, nämlich eine dritte Zone Z3 und
eine vierte Zone Z4. Zusätzlich
ist ein dritter Lichtvorhang 20 vorgesehen, der die Zelle 10 zur linken
Seite (linke Seite in Draufsicht auf 1) hin gegen
den Außenbereich
um die Arbeitszelle abgrenzt. Vor diesem dritten Lichtvorhang 20 ausgehend
ist eine weitere fünfte
ins Innere der Zelle gerichtete sicherheitsrelevante Zone Z5 vorgehen.
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Für die verschiedenen
Bereiche 12, 14, 15 und/oder Zonen Z1,
Z2, Z3, Z4, Z5 können
dabei unterschiedliche Prozessvorgaben und/oder Prozessparametervorgaben
und/oder Bedingungen für
die Handhabungsvorrichtung sowie damit einhergehende einzuhaltende
Sicherheitsbestimmungen definiert und/oder vorgegeben sein. Diese
zielen in aller Regel darauf ab, Gefährdungen und insbesondere Beschädigungen
und Verletzungen von Mensch und/oder Maschine zu verhindern und
ein sicheres Zusammenwirken sowie einen sicheren und möglichst
reibungslosen beziehungsweise störungsfreien
Prozessablauf zu ermöglichen.
So kann beispielsweise vorgegeben sein, dass sich die Handhabungsvorrichtung 11,
insbesondere ein 6-achsiger Roboter,
in ausgewählten
Zonen unter bestimmten Umgebungsbedingungen und/oder Vorgaben, wie
insbesondere Pforte 12 offen oder geschlossen, Mensch anwesend
oder abwesend, weiterer Roboter in unmittelbarer Nähe und dergleichen,
lediglich mit reduzierter beziehungsweise verminderter Geschwindigkeit
bewegt. Dies gilt im hier gezeigten Beispiel für die erste Zone Z1, falls
die Pforte 12 geöffnet
ist, sowie die dritte Zone Z3, falls sich ein Mensch, insbesondere
ein Arbeiter, Techniker oder Ingenieur, innerhalb des manuellen
Arbeitsbereichs 14 aufhält
und auch für
die fünfte
Zone Z5, da sich diese in unmittelbarer Nähe zum Außenbereich befindet. Die jeweils
vorherrschenden Umgebungsbedingungen lassen sich anhand entsprechender
Umgebungsinformationen, wie Schaltzustände eingesetzter Betriebsmittel,
Sensor- und/oder Überwachungsinformationen
ermitteln und/oder bestimmen.
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Weiterhin
ist vorgebbar, dass der jeweilige Roboter 11 beziehungsweise
der jeweilige Prozess angehalten werden beziehungsweise ab- oder
ausgeschaltet werden, wenn sich der Roboter 11 in andere
ausgewählte
Zonen, hier die zweite Zone Z2 falls die Pforte 12 geöffnet ist
und die vierte Zone Z4 falls ein Mensch im manuellen Arbeitsbereich 14 anwesend
ist, hineinbewegt.
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In 2 ist
ein idealisierter Ablauf eines Arbeitsprozesses in einer beispielhaft
ausgestalteten Arbeitszelle gezeigt, welche zusätzlich zu 1 noch
eine Station zum Werkzeugwechsel 36 sowie eine maschinelle Werkstückbearbeitung 34 umfasst.
Bei vorgenanntem Arbeitsprozess werden verschiedenartige, zu bearbeitende
Werkstücke 30a, 32a manuell
durch eine Rollpforte 12, welche geöffnet und geschlossen werden
kann, in die Arbeits- oder Produktionszelle 10 verbracht.
Die eingebrachten Werkstücke 30a, 32a sind
prozessgemäß von wenigstens
einer Handhabungsvorrichtung 11 zu erfassen, aufzunehmen
und in einem ersten Schritt S1 zu einer maschinellen Bearbeitungsstation 34,
beispielsweise eine Werkzeug-/Bearbeitungsmaschine 34 zur
weiteren Be- und/oder Verarbeitung zu verbringen. Um auch geometrisch
unterschiedliche Werkstücke Aufnehmen
und Handhaben zu können,
ist in der Arbeitszelle für
die Handhabungsvorrichtung 11 ein Werkzeugwechsler beziehungsweise
eine Station zum Werkzeugwechsel 36 vorgesehen, welcher
es ermöglicht beispielsweise
unterschiedliche Greifwerkzeuge bedarfs- und/oder werkstückabhängig zu
selektieren und zu applizieren.
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In
einem zweiten Schritt S2 ist das jeweilige Werkstück 30a, 32a dann
maschinell zu Bearbeiten und danach die bearbeiteten Werkstücke 30b, 32b in
einem dritten Schritt S3 erneut zu erfassen, aufzunehmen und in
den manuellen Arbeitsbereich 14 zur manuellen Entnahme,
Weiterbe- und/oder -verarbeitung und/oder Kontrolle zu verbringen.
Anschließend
bewegt sich Handhabungsvorrichtung 11, nunmehr ohne Werkstück 30a, 32a,
in einem vierten Schritt S4 zurück
zur Pforte 12, um das nächste
Werkstück
aufzunehmen. Sollte vor Aufnahme des nächsten Werkstücks ein
Werkzeugwechsel erforderlich sein so würde sich die Handhabungsvorrichtung 11 alternativ
zum vierten Schritt S4 in einem ersten alternativen Schritt S5 zur
Wechselstation bewegen, den Werkzeugwechsel durchführen und
sich in einem weiteren alternativen Schritt S6 zurück zur Pforte 12 bewegen.
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Die
den einzelnen Schritte S1, S3, S4, S5, S6 entsprechenden Bewegungspfade
der Handhabungsvorrichtung 11 sind durch Pfeile kenntlich
gemacht.
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In 3a ist
der Aufbau einer herkömmlichen
Prozesssteuerung für
eine beispielhaft ausgebildete Produktions- beziehungsweise Arbeitszelle 10 gezeigt.
Dabei wird der jeweilige Arbeitsprozess 38, beispielsweise
die Montage eines Produktes aus verschiedenen Werkstücken, Zwischenprodukten
oder Komponenten, die Weiterverarbeitung einer Werkstückes, sowie
die Herstellung und/oder Handhabung eines Werkstückes und damit auch die Bewegungen
der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung 11, in aller
Regel von einem Sicherheitssystem 40 beziehungsweise sicherheitsgerichteten
System überwacht
und kontrolliert. Überwachung
und Kontrolle des jeweiligen Arbeitsprozesses 38 erfolgen
dabei dahingehend, dass das Sicherheitssystem 40 dafür eingerichtet
ist zu erkennen, wenn vorbestimmte Sicherheitsregularien und/oder
Prozessvorgaben oder -relevante Parameter und/oder Bedingungen nicht
erfüllt
beziehungsweise missachtet werden, und bei vorliegender Verletzung
umgehend eine Notfallabschaltung beziehungsweise Beendigung des
jeweiligen Arbeitsprozesses 38 zu bewirken.
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Dies
zu erreichen sind, wie in 3b angegeben,
bestimmte Abhängigkeiten
und/oder Verknüpfungen zu
berücksichtigen.
So ist stets das Sicherheitssystem 40 in Abhängigkeit
der jeweiligen Arbeitsumgebung beziehungsweise des jeweiligen Zellenaufbaus 42 auszubilden
und/oder aufzusetzen. Weiterhin ist jeder Arbeitsprozess 38 individuell
dahingehend auszugestalten oder anzupassen, dass er die durch das
Sicherheitssystem 40 und damit auch den Zellenaufbau 42 vorgegebenen
Sicherheitsregularien und/oder Anforderungen und/oder Vorgaben und/oder
Bedingungen, wie beispielsweise ortsabhängige Geschwindigkeitsbeschränkungen,
Einschränkungen
der Bewegungsfreiheit der Handhabungsvorrichtung, oder Werkzeugvorgaben,
berücksichtigt
und/oder erfüllt,
so dass ein Störfall
im Regelfall vermieden ist.
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In 4 ist
eine herkömmlich
zur Prozessumsetzung, im hier gezeigten Beispiel zur Umsetzung des im
Wesentlichen aus 2 bekannten Arbeitsprozesses
unter Verwendung einer Arbeitszelle 10 mit Handhabungsvorrichtung 11,
maschineller Werkstückbearbeitung 36,
einer Tür 44 mit
Schalter 44b, einem Rolltor 46 mit Antrieb 46a mit
Schalter 46b sowie einem Laser Scanner 48 zu dessen
Umgebungsüberwachung,
eingesetzte Prozesssteuerung mit Steuer-/Regeleinrichtung 50 mit
Sicherheitssteuerung 51 für wenigstens eine Handhabungsvorrichtung
gezeigt. Die Steuer-/Regeleinrichtung 50 umfasst weiterhin
eine Achs-Kontrolleinrichtung 52 zur Erfassung und Kontrolle
von Gelenkwinkel, Achs- und/oder Werkzeugposition und/oder Ausrichtung
der Handhabungsvorrichtung 11. Die Steuer-/Regeleinrichtung 50 umfasst
weiterhin eine Datenverarbeitungseinrichtung 53 welche
im Zusammenwirken mit einem Datenspeicher (in 4 nicht
explizit dargestellt) vorbestimmte Handlungsanweisungen zur Ausführung und
Umsetzung des jeweiligen Arbeitsprozesses 38 an die Handhabungsvorrichtung 11 übermittelt.
Im Zusammenwirken mit der Datenverarbeitungseinrichtung 53 sowie
der Achsen-Kontrolleinrichtung 52 werden mittels der Sicherheitssteuerung 51 an
vorbestimmten Synchronisations-Positionen
die jeweils mittels Datenverarbeitungseinrichtung 53 und
der Achsenkontrolleinrichtung 52 ermittelten Gelenk- und/oder
Achswinkel miteinander verglichen und/oder abgeglichen und damit die
jeweilige Position und Ausrichtung der Handhabungsvorrichtung 11 überprüft und gegebenenfalls
korrigiert.
-
Werden
dabei durch die Sicherheitssteuerung vorgegebene Grenzwerte einzelner
Prozessparameter und/oder Prozessvorgaben für bestimmte Bereiche und/oder
Zonen der Arbeitszelle überschritten
oder unterschritten, löst
die Sicherheitssteuerung im Zusammenwirken mit einer Speicherprogrammierbaren
Steuerung (SPS) und/oder eines PLC's 56 eine Notfallabschaltung
der Steuer-/Regeleinrichtung 50 beziehungsweise der Handhabungsvorrichtung 11 aus.
Weiterhin wirkt der PLC mit verschiedenen Überwachungseinrichtungen, wie beispielsweise
Endschaltern, Lichtschranken zusammen, um zusätzliche Umgebungsinformationen
abzurufen und auszuwerten. So kann vorgabenabhängig eine Notafallabschaltung
beispielsweise auch schon dann ausgelöst werden, wenn die Tür 44 zur
Arbeitszelle 10 geöffnet
ist was durch den Schalter 44b erfassbar ist, oder wenn
sich ein Mensch im Erfassungsbereich des Laser Scanners 48 aufhält.
-
In
5 ist
ein mit herkömmlicher
Steuer-/Regeleinrichtung
50 mit Sicherheitssteuerung
51 umgesetzter
Prozessablauf des idealisierten Prozesses gemäß
2 gezeigt.
Demgemäße Handlungsanweisungen
an die Handhabungs-vorrichtung
11 in Form von Programmcodemitteln
zur Umsetzung und/oder Ausführung
durch Prozesssteuerung und Handhabungsvorrichtung
11 sind
nachstehend beispielhaft angegeben:
-
Gemäß vorstehenden
Handlungsanweisungen ist der idealisierte Prozess nach 2 herkömmlich durch
nachfolgenden Prozessablauf umsetzbar.
-
Der
Prozess beginnt an Ausgangspunkt A, der Pforte 12, falls
diese geöffnet
ist. Befindet sich die Handhabungsvorrichtung 11, insbesondere
der Roboter, am Ausgangspunkt A und ist die Pforte 12 geöffnet (ideale
Ausgangssituation), so soll er, wenn diese Voraussetzungen zu Beginn
gegeben sind, ein erstes Werkstück 30a aufnehmen,
die Pforte schließen,
warten bis die Pforte 12 geschlossen ist und sich dann
mit langsamer Geschwindigkeit durch Z2 von A nach A1 bewegen, sich
dann bei geschlossenem Tor mit hoher Geschwindigkeit von A1 nach
A2 bewegen, sich dann mit geringer Geschwindigkeit durch Z1 von
A2 nach A3 bewegen, sich dann mit hoher Geschwindigkeit von A3 nach
B bewegen, bei B das aufgenommene Werkstück 30a bearbeiten,
sich dann mit nach wie vor hoher Geschwindigkeit mit dem bearbeiteten
Werkstück 30b nach B1
bewegen, sich dann mit geringer Geschwindigkeit durch Z3 von B1
nach B2 bewegen, an B2 so lange verharren beziehungsweise warten
bis kein Mensch oder Arbeiter im jeweiligen manuellen Arbeitsbereich 14 anwesend
ist, sich dann langsam durch Z4 nach C bewegen und das bearbeitete
Werkstück 30b ablegen.
Bevor nun das nächste
Werkstück 30a, 32a aufgenommen
werden kann gilt es zu prüfen,
ob das nachfolgende Werkstück 30a, 32a dem
Vorherigen entspricht oder nicht, demgemäß ergeben sich zwei Alternativen.
- 1. Das nächste
zu handhabende, zweite Werkstück 32a unterscheidet
sich vom vorausgehenden ersten Werkstück 30a, so dass zu
dessen Handhabung zunächst
ein Werkzeugwechsel erforderlich ist. Dementsprechend bewegt sich
die Handhabungsvorrichtung 11 zunächst langsam durch die Zonen
Z4 und Z3 von C nach D1, dann mit schneller Geschwindigkeit von
D1 nach D, wechselt das Werkzeug bei D, bewegt sich dann mit schneller
Geschwindigkeit von D nach D2 und bewegt sich dann mit langsamer
Geschwindigkeit durch Zone Z1 von D2 nach D3.
- 2. Das nächste
zu handhabende, zweite Werkstück 30a ist
identisch mit dem vorherigen, so dass zu dessen Handhabung kein
Werkzeugwechsel erforderlich ist. Demgemäß bewegt sich der Roboter mit
langsamer Geschwindigkeit durch die Zonen Z4 und Z3 von C nach C1,
dann mit schneller Geschwindigkeit von C1 nach C2 und dann mit langsamer
Geschwindigkeit durch Zone Z1 von C2 nach C3.
-
Ausgehend
von D3 oder C3 bewegt sich der Roboter dann mit langsamer Geschwindigkeit
durch Zone Z2 zum Ausgangspunkt A und öffnet die Pforte 12,
um beispielsweise das nächste
Werkstück
aufzunehmen und der vorbeschriebene Ablauf beginnt von Neuem.
-
Weiterhin
könnte
beispielsweise auch vorbestimmt sein, dass die Handhabungsvorrichtung 11 bei
C3 oder D3 verharrt, also sich nicht in Zone Z1 bewegt, solange
die Pforte 12 geöffnet
ist.
-
Wird
eine der gesetzten Vorgaben oder Bestimmungen verletzt, beispielsweise
weil sich der Roboter fälschlicherweise
in einer Zone zu schnell bewegt, oder prozessgemäß an einer Position beispielsweise
nicht lange genug verharrt, so führt
dies unweigerliche zu einer Eingriffnahme durch die Sicherheitssteuerung 51 und
zu einer Abschaltung der Handhabungsvorrichtung 11 und
damit einer Prozessunterbrechung.
-
Daraus
ist ersichtlich, dass jede noch so kleine Sicherheitsbestimmung
und/oder Vorgabe im jeweiligen Prozess, beziehungsweise dem ihm
zugrunde liegenden Bewegungsmuster, individuell berücksichtigt werden
und der Prozess dahingehend angepasst werden muss, was bei einer
Vielzahl unterschiedlicher Prozesse oder gar bei Umstellungen von
Prozessen und/oder Modernisierungen nur mit erheblichem Aufwand
realisierbar ist.
-
In 6a ist
der Aufbau einer Prozesssteuerung mit beispielhaft ausgebildetem
System zur automatisierten Anpassung von Prozessparametern einer
Handhabungsvorrichtung 11 gezeigt.
-
Dabei
wird der jeweilige Arbeitsprozess, beispielsweise die Montage eines
Produktes aus verschiedenen Werkstücken, Zwischenprodukten oder
Komponenten, die Weiterverarbeitung oder Bearbeitung eines Werkstückes, sowie
die Herstellung und/oder Handhabung eines Werkstückes und damit auch die Bewegungen
der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung 11, von einem
Sicherheitssystem 40 beziehungsweise sicherheitsgerichteten
System überwacht
und gesteuert. Überwachung
und Steuerung durch das Sicherheitssystem 40 erfolgen dahingehend,
dass das Sicherheitssystem 40 detektiert beziehungsweise
erfasst, wenn vorbestimmte Prozessvorgaben, insbesondere auch sicherheitskritische
oder -relevante Bestimmungen und/oder Bedingungen, verletzt beziehungsweise
missachtet werden, und dass bei vorliegender Verletzung umgehend
eine Notfallabschaltung beziehungsweise Beendigung des jeweiligen
Arbeitsprozesses 38 ausgelöst und/oder bewirkt wird.
-
Zusätzlich zu
vorgenanntem Sicherheitssystem 40 ist ein System zur automatisierten
Prozessanpassung vorgesehen, welches bei potentiellen beziehungsweise
drohenden Konflikten und/oder kritischen Situationen, das heißt bei drohender
Verletzung von Vorgaben, insbesondere sicherheitstechnischer Art,
vorausschauend, das heißt
bevor ein solcher Konflikt auftritt, automatisiert eine vorgaben-
und/oder umgebungsabhängige
und/oder regelbasierte Anpassung des wenigstens einen kritischen
Prozessparameters der Handhabungsvorrichtung 11, beispielsweise
von Positionskoordinaten, Ausrichtung, Geschwindigkeit und dergleichen,
bewirkt, um den drohenden Konflikt und damit letztlich auch eine
Abschaltung beziehungsweise Unterbrechung des jeweiligen Prozesses
durch das Sicherheitssystem 40 zu vermeiden beziehungsweise
zu verhindern.
-
Dies
zu erreichen sind, wie in 6b gezeigt,
auch hier gegebene Abhängigkeiten
zu berücksichtigen. So
sind stets das Sicherheitssystem 40 sowie das System zur
automatisierten Anpassung von Prozessparametern in Abhängigkeit
des jeweiligen Zellenaufbaus beziehungsweise der jeweiligen Zellenarchitektur
auszubilden und/oder aufzusetzen, wobei sicherheitsgerichtete Parametervorgaben
und/oder Bestimmungen im Zugriff auf das Sicherheitssystem von diesem übernommen
werden können.
-
Darüber hinaus
ist jedoch keine vorbereitende individuelle Anpassung des jeweiligen
Arbeitsprozesses 38 an die jeweilige Arbeitsumgebung, insbesondere
die Arbeitszelle, und damit auch die jeweilige Zellenarchitektur,
sowie mit dem Aufbau mehr erforderlich, denn das System sowie das
Verfahren zur automatisierten Anpassung von Prozessparametern gewährleisten,
dass keinerlei Sicherheitsverletzungen und/oder Störungen auftreten,
indem verschiedene relevante Prozessparameter, wie beispielsweise
Geschwindigkeit und/oder Position und/oder Gelenkwinkel und/oder
Achslage, während
des beziehungsweise im laufenden Prozess kontinuierlich überwacht
und vorausschauend, vor Eintreten eines Konfliktes, an gegebene
Vorgabenwerte und/oder Parametervorgaben, auch sicherheitstechnischer
Art, wie beispielsweise Geschwindigkeitsbeschränkungen, für die Handhabungsvorrichtung 11 verbotene
Zonen und dergleichen, angepasst werden, so dass Konflikte und ein
Eingriff des Sicherheitssystems 40 weitestgehend vermieden
sind. Dies bedeutet aber, dass der eigentliche Prozess sehr vereinfacht
auf das Wesentliche beschränkt
und entkoppelt von diversen Parametervorgaben, insbesondere zellenbedingter
und/oder umgebungsbedingter und/oder sicherheitstechnischer Art,
realisiert und/oder konditioniert werden kann und damit auch bei
nahezu gleichbleibender Arbeitsumgebung beziehungsweise Arbeitszelle
beliebig modifizier und/oder änderbar
und damit flexibel gestaltbar ist.
-
Ein
beispielhaft ausgestaltetes System zur automatisierten Anpassung
von Prozessparametern wenigstens einer Handhabungsvorrichtung 11 ist
in 7 im Rahmen einer Prozesssteuerung zur Umsetzung des
im Wesentlichen aus 2 bekannten Arbeitsprozesses
unter Verwendung einer Arbeitszelle 10 mit Handhabungsvorrichtung 11,
maschineller Werkstückbearbeitung 36,
einer Tür 44 mit
Schalter 44b, einem Rolltor 46 mit Antrieb 46a mit
Schalter 46b sowie einem Laser Scanner 48 zu dessen
Umgebungsüberwachung
gezeigt. Die eingesetzte Prozesssteuerung umfasst Steuer-/Regeleinrichtung 50 mit
Sicherheitssteuerung 51 sowie eine Achs-Kontrolleinrichtung 52 zur
Erfassung und Kontrolle von Gelenkwinkel, Achs- und/oder Werkzeugposition
und/oder Ausrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung 11.
Die Steuer-/Regeleinrichtung 50 umfasst weiterhin eine
Datenverarbeitungseinrichtung 53 welche im Zusammenwirken
mit einem Datenspeicher (in 4 nicht
explizit dargestellt) vorbestimmte Handlungsanweisungen 54 zur
Ausführung und
Umsetzung des jeweiligen Arbeitsprozesses 38 an die Handhabungsvorrichtung 11 übermittelt.
Im Zusammenwirken mit der Datenverarbeitungseinrichtung 53 sowie
der Achsen-Kontrolleinrichtung 52 werden
mittels der Sicherheitssteuerung 51 an vorbestimmten Synchronisations-Positionen
die jeweils mittels Datenverarbeitungseinrichtung 53 und
der Achsen-Kontrolleinrichtung 52 ermittelten Gelenk- und/oder
Achswinkel miteinander verglichen und/oder abgeglichen und damit
die jeweilige Position und Ausrichtung der Handhabungsvorrichtung 11 überprüft und gegebenenfalls
korrigiert. Werden dabei durch die Sicherheitssteuerung 51 vorgegebene
Grenzwerte einzelner Prozessparameter und/oder Prozessvorgaben und/oder
Bestimmungen, insbesondere sicherheitsspezifische Bestimmungen,
für bestimmte
Bereiche und/oder Zonen der jeweiligen Arbeitsumgebung, insbesondere
der Arbeitszelle 10, überschritten
(Obergrenzen) oder unterschritten (Untergrenzen), so löst die Sicherheitssteuerung 51 im
Zusammenwirken mit einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS)
und/oder eines PLC's 56 eine
Notfallabschaltung der Steuer-/Regeleinrichtung 50 beziehungsweise
der Handhabungsvorrichtung 11 aus. Weiterhin kann der PLC 56 mit
verschiedenen Überwachungseinrichtungen,
wie beispielsweise Endschaltern, Lichtschranken zusammenwirken,
um zusätzliche
Umgebungsinformationen abzurufen und auszuwerten. So kann vorgabenabhängig eine
Notafallabschaltung beispielsweise auch schon dann ausgelöst werden,
wenn die Tür 44 zur
Arbeitszelle 10 geöffnet
ist was durch den Schalter 44b erfassbar ist, oder wenn
sich ein Mensch im Erfassungsbereich des Laser Scanners 48 aufhält. Letztlich eine
Abschaltung zu vermeiden und dennoch eine flexible und/oder variable, änderbare
Prozessgestaltung zu ermöglichen,
ist weiterhin ein System zur automatisierten Anpassung von Prozessparametern
wenigstens einer Handhabungsvorrichtung 11 vorgesehen,
welches mit der Steuer-/Regeleinrichtung 50 mit Sicherheitssteuerung 51 zur Überwachung
und/oder Steuerung und/oder Regelung der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung 11 zusammenwirkt
und in diese integriert ist. Das System umfasst wenigstens eine
Kontrolleinrichtung 60, welche eine selektive Überwachung
wenigstens eines Prozessparameters, beispielsweise der Geschwindigkeit
und/oder der Position und/oder der Gelenkwinkel und/oder der Synchronisationsposition,
durchführt
und/oder im Bedarfsfall, ins-besondere bei drohendem Verstoß oder drohender
Verletzung von Prozessvorgaben, wie beispielsweise einzuhaltenden
Grenzwerten, und/oder Sicherheitsbestimmungen, vorgaben- und/oder
umgebungsabhängig
und/oder regelbasiert im Zusammenwirken mit der wenigstens einen
Steuer-/Regeleinrichtung 50 wenigstens einen Prozessparameter
der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung 11 automatisiert
vorausschauend anpasst, wobei umgebungs- und/oder sicherheitsspezifische
Vorgaben und/oder Bestimmungen auch unabhängig von der Art des jeweiligen
Arbeitsprozesses eingehalten und/oder umgesetzt sind. Das Zusammenwirken
von Steuer-Regeleinrichtung 50 und Kontrolleinrichtung 60 besteht
im wesentlichen darin, dass der Datenverarbeitungseinrichtung 53 der
Steuer-/Regeleinrichtung 50 angepasste Parameterwerte,
insbesondere in Form entsprechender Handlungsanweisungen, zur Umsetzung
für den
Prozess übermittelt
und/oder aufgeprägt
werden. Darüber
hinaus überwacht
und/oder erfasst die Kontrolleinrichtung 60 im Zugriff,
insbesondere Lesezugriff, auf die Sicherheitssteuerung 51 und/oder
die Achsen-Kontrolleinrichtung 52 und damit auch in der
Sicherheitssteuerung 51 erfasste Parametervorgaben 62 und/oder
Bestimmungen. und/oder Umgebungsbedingungen, welche neben dem Zellenaufbau
auch Sensor und/oder Überwachungs-
sowie Prozessparameter und Statusinformationen der wenigstens einen
Handhabungsvorrichtung 11, aber auch von eingesetzten Betriebsmitteln,
umfassen können.
Die Überwachung
kann dabei kontinuierlich durchgeführt werden, so dass auch Änderungsinformationen
umgehend erkannt und erfasst werden können. Im Zugriff auf die Datenverarbeitungseinrichtung 53 und
Achs-Kontrolleinrichtung 52 überwacht und/oder
erfasst die Kontrolleinrichtung 60 insbesondere Gelenkwinkel
und/oder Drehwinkel und/oder Aschslagen wenigstens einer Handhabungsvorrichtung 11 beziehungsweise
eines Werkzeuges. Auf diese Weise ist es der Kontrolleinrichtung 60 ermöglicht eine
Bewegungs- und/oder Positionskontrolle wenigstens einer Handhabungsvorrichtung 11 durchzuführen. In
Kenntnis von Position und/oder Bewegung der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung 11 sowie
von Status-/Umgebungsinformationen und/oder Prozessparameter und/oder
Parametervorgaben ist die Kontrolleinrichtung 60 in die
Lage versetzt mögliche
Konfliktsituationen, insbesondere eine drohende Verletzung beziehungsweise
Missachtung von Parametervorgaben und/oder Bestimmungen zu erkennen
und rechtzeitig im voraus den betroffenen Parameter im Zusammenwirken
mit der Steuer-/Regeleinrichtung 50 dahingehend anzupassen,
das heißt
wenigstens eine entsprechende Korrekturanweisung und/oder Handlungsanweisung
oder wenigstens einen entsprechenden Korrekturwert zu bestimmen
und an die Steuer-/Regeleinrichtung 50,
insbesondere deren Datenverarbeitungseinrichtung 53, zur
Umsetzung zu übermitteln,
dass der drohende Konflikt und letztlich eine Abschaltung beziehungsweise
Prozessunterbrechung vermieden ist.
-
Darüber hinaus
ist auch vorstellbar mehrere Handhabungsvorrichtungen 11 innerhalb
einer Arbeitsumgebung beziehungsweise Arbeitszelle einzusetzen,
wobei bei der Parameteranpassung dann zusätzlich auch Statusinformationen,
insbesondere Positions- und/oder Bewegungsinformationen, sowie Prozessvorgaben
und/oder Bestimmungen hinsichtlich der jeweils übrigen Handhabungsvorrichtungen
zu berücksichtigen
und/oder zu erfassen und/oder zu verarbeiten sind. Um den Arbeits-
beziehungsweise Verarbeitungsaufwand für eine einzelne Kontrolleinrichtung 60 in
Grenzen zu Halten und zu beschränken,
könnten
systemgemäß auch vorteilhaft
mehrere Kontrolleinrichtungen 60 vorgesehen sein, beispielsweise
für jede
im Prozess eingesetzte Handhabungsvorrichtung 11 jeweils
eine Kontrolleinrichtung 60 welche sowohl untereinander
als auch mit Steuer-/Regelenrichtung 50 zusammenwirken.
-
In 8 ist
ein beispielhafter Prozessablauf nach einem Verfahren zur automatisierten
Anpassung von Prozessparametern wenigstens einer Handhabungsvorrichtung
gezeigt.
-
Zur
Ausführung
ist dabei eine Prozesssteuerung nach 7 mit einem
System zur automatisierten Anpassung von Prozessparametern wenigstens
einer Handhabungsvorrichtung 11 eingesetzt.
-
Dem
Verfahren ist eine Arbeitszelle 10 gemäß 2 inklusive
der entsprechender Prozessvorgaben und/oder Bestimmungen, insbesondere
sicherheitstechnischer Art, zu Grunde gelegt. Die zur eigentlichen
Prozessumsetzung gemäß 2 erforderlichen
Handlungsanweisungen der Steuer-/Regelenrichtung 50 und/oder
Datenverarbeitungseinrichtung 53 an die jeweilige Handhabungsvorrichtung 11 in
Form von Programmcodemittel und damit auch die eigentliche Prozessarchitektur
sind gegenüber
dem Beispiel nach 5 deutlich vereinfacht und reduziert
und beschränken
sich, wie nachfolgend dargelegt, lediglich noch auf grundlegende
Prozesshandlungen und Anweisungen wie Bewegen von Punkt 1 nach
Punkt 2, Aufnehmen oder Ablegen eines Werkstückes, Bearbeiten
eines Werkstücks
sowie öffnen
oder schließen
einer Pforte und dergleichen. Weitergehende Parametervorgaben, insbesondere
sicherheitstechnischer Art, sowie die eigentliche Arbeitsumgebung
und/oder jeweilige Zellenaufbau sind nicht berücksichtigt und/oder nicht umfasst.
Damit sind die eigentlichen Prozesshandlungen von der jeweiligen
Arbeitsumgebung beziehungsweise Zellenaufbau entkoppelt.
-
Beispielhafte
Handlungsanweisungen der Datenverarbeitungseinrichtung 53 zur
Prozessausführung:
- //Initial state: robot at A, gate open
- WHILE true DO
- pick up work piece;
- close gate;
- move to B;
- process work piece;
- move to C;
- put down work piece;
- IF next work piece NOT same as current
- move to D;
- change tool;
- ENDIF
- move to A;
- open gate;
- ENDWHILE
-
Gemäß vorgenannten
Handlungsanweisungen weist der vorbeschriebene Prozess nachfolgendes Handlungsmuster
auf:
Der Prozess startet an Station A, falls die Pforte 12,
insbesondere ein Rolltor, geöffnet
ist. Befindet sich die Handhabungsvorrichtung 11, insbesondere
der Roboter am Ausgangspunkt A und ist das Tor geöffnet (Ausgangssituation),
so wird ein erstes Werkstück 30a aufgenommen,
dann die Pforte 12 geschlossen, dann eine Bewegung der
Handhabungsvorrichtung 11 von Station A nach B ausgeführt, das
aufgenommene Werkstück bei
Station B zu bearbeitet, nach der Bearbeitung mit dem bearbeiteten
Werkstück 30b eine
Bewegung von Station B nach C ausgeführt und bei Station C das Werkstück 30b niedergelegt.
Bevor nun das nächste
Werkstück 30a, 32a aufgenommen
werden kann gilt es zu prüfen
ob das nachfolgende Werkstück
dem vorherigen entspricht oder nicht, demgemäß ergeben sich zwei Alternativen.
- 1. Das nächste
zu handhabende, zweite Werkstück 32a unterscheidet
sich vom vorausgehenden ersten Werkstück 30a, so dass zu
dessen Handhabung zunächst
ein Werkzeugwechsel erforderlich ist. Dementsprechend bewegt sich
die Handhabungsvorrichtung 11 zunächst von Station C nach D und
führt einen Werkzeugwechsel
durch.
- 3. Das nächste
zu handhabende, zweite Werkstück 30a ist
identisch mit dem vorherigen Werkstück, so dass zu dessen Handhabung
kein Werkzeugwechsel erforderlich ist.
-
Ausgehend
von Station D oder C bewegt sich die Handhabungsvorrichtung 11 nun
zum Ausgangspunkt A zurück
und öffnet
die Pforte 12, um beispielsweise das nächste Werkstück 30a, 30b aufzunehmen.
-
Weitere
Angaben, beispielsweise betreffend die verschiedenen Zonen Z1 bis
Z5 und die darin zulässigen
Geschwindigkeiten, werden an dieser Stelle nicht mehr von der Steuer-/Regeleinrichtung 50 beziehungsweise
deren Datenverarbeitungseinrichtung 53 zur Ausführung des
Prozesses benötigt
und/oder berücksichtigt.
-
Derartige
Prozess- und/oder Parametervorgaben sowie deren Einhaltung obliegen
nunmehr der Zuständigkeit
des entsprechenden Systems zur automatisierten Anpassung von Prozessparametern
und insbesondere dessen Kontrolleinrichtung 60, welche
im Zusammenwirken mit der Steuer-/Regeleinrichtung 50 der Handhabungsvorrichtung 11 und/oder
des jeweiligen Prozesses automatisiert eine vorausschauende Anpassung
der jeweiligen Prozessparameter vornimmt, derart dass insbesondere
die für
die verschiedenen Zonen bestehenden Geschwindigkeitsvorgaben und/oder
Haltepositionen berücksichtigt
und eingehalten werden.
-
Die
zur Geschwindigkeitsanpassung beispielhaft eingesetzten Handlungsanweisungen
und/oder Regelschleifen in Form von Programmcodemitteln lauten:
-
Wobei
in der ersten Regelschleife die Handlungsanweisung enthalten ist,
dass die Handhabungsvorrichtung 11 wenn sie sich in Zone
Z2 befindet, verharren beziehungsweise stoppen soll, falls die Pforte 12 geöffnet ist.
Ist die Pforte jedoch geschlossen so soll sie sich in Zone Z2 mit
langsamer Geschwindigkeit bewegen.
-
Die
zweite Regelschleife umfasst die Anweisung, dass die Handhabungsvorrichtung
wenn sie sich in Zone Z4 befindet, verharren beziehungsweise stoppen
soll, falls sich ein Mensch im manuellen Arbeitsbereich 14 aufhält, was
durch die verschiedenen Lichtvorhänge und/oder Lichtschranken
erfassbar ist. Ist kein Mensch anwesend, so soll sie sich in Zone
Z4 mit langsamer Geschwindigkeit bewegen.
-
Die
dritte Regelschleife beinhaltet die Anweisung, dass die Handhabungsvorrichtung 11 in
den Zonen Z5, Z1 oder Z3 mit langsamer Geschwindigkeit bewegen soll
und sich im Übrigen
mit schneller Geschwindigkeit bewegen soll.
-
Die
Einhaltung und/oder Einstellung der für die verschiedenen Zonen unter
bestimmten Bedingungen geforderten Geschwindigkeiten der Handhabungsvorrichtung 11 oder
auch ein Stopp der Handhabungsvorrichtung werden damit verfahrensgemäß durch
das System zur automatisierten Anpassung von Prozessparametern und/oder
seiner Kontrolleinrichtung 60 im Zusammenwirken mit der
Steuer-/Regeleinrichtung 50 des Prozesses und/oder der
Handhabungsvorrichtung 11 bewirkt.
-
Dabei
werden der Arbeitszellenaufbau sowie die in Abhängigkeit des Aufbaus vorgegebenen
Prozessvorgaben berücksichtigt
und/oder die relevanten Prozessparameter kontinuierlich und/oder
positionsabhängig erfasst
und/oder überwacht.
-
Durch
die Entkopplung des eigentlichen Prozesses von der jeweiligen Arbeitsumgebung,
insbesondere der jeweiligen Zelle, und den damit verbundenen Parametervorgaben
und/oder Sicherheitsbestimmungen ist eine einfache Umgestaltung
und/oder Änderung
des eigentlichen Prozesses beziehungsweise Prozessablaufs möglich.
-
Auf
diese Art und Weise lassen sich mit vergleichsweise geringem Aufwand
unterschiedliche Prozesse im Wechsel in der gleichen Arbeitsumgebung
beziehungsweise der gleichen Arbeitszelle ausführen.
