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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Automatisierungsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs nach Anspruch 1, sowie ein Arbeitsverfahren.
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Aufgrund immer kürzerer Innovationszyklen werden neue Technologien zunehmend schneller in neuen Produktideen umgesetzt. Die Montage als letzte Stufe des Herstellungsprozesses ist Sammelbecken für alle Einflussfaktoren und Probleme des Wertschöpfungsprozesses, wie zum Beispiel schwankende Stückzahlen, wechselnde Produktvielfalt sowie Kosten- und Termindruck. Zum lösen dieser Probleme ist die Automatisierung von Prozessen ein zentraler Ansatzpunkt.
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So beschreibt die Druckschrift
DE 42 29 067 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, ein flexibles Transportsystem. Das Transportsystem umfasst mehrere Bearbeitungsstationen zum Montieren und/oder Bearbeiten von Teilen bzw. Baugruppen. Das Transportsystem weist Transportmittel zum Transport von die Teile bzw. Baugruppen aufnehmenden Werkstückträgern auf, und ist mit einer Hauptumlaufbahn und gegebenenfalls davon abzweigenden Nebenbahnabschnitten für die darauf umlaufende Werkstückträger ausgeführt, wobei eine Mehrzahl von in Längsrichtung hintereinander angeordneter Module gleicher Länge mit jeweils einer Hin- und Rücktransportstrecke einen Hauptumlaufbahnabschnitt bilden und jedes Modul mindestens eine Bearbeitungsstation aufzunehmen vermag. Das die Hin- und Rücktransportstrecke aufweisende Modul bildet ein Basismodul. Die Nebenbahnabschnitte sind als Nebenschlussmodul mit zwei parallel zueinander und eine gegenläufige Transportrichtung aufweisende Quertransportbahnen und einem zwischen den Quertransportbahnen verlaufenden Nebenbahnabschnitt ausgeführt. Das Nebenschlussmodul ist mindestens an eine der beiden Hin- und Rücktransportstrecken des Hauptumlaufbahnabschnitts des Basismoduls ankoppelbar.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung wird eine Automatisierungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Arbeitsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß wird eine Automatisierungsanlage vorgeschlagen. Die Automatisierungsanlage ist ausgebildet in der Fertigung und Produktion und/oder in der Automatisierung von anderen Prozessen, wie zum Beispiel in der Labor- und/oder Prüfautomatisierung eingesetzt zu werden. Insbesondere kann die Automatisierungsanlage Teile eines Produktionsprozesses und/oder einen gesamten Produktionsprozess von Werkstücken automatisieren, wie zum Beispiel die Fertigung und Montage von Werkstücken.
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Die Automatisierungsanlage umfasst mindestens ein Funktionsmodul und mindestens eine Auswerteeinheit. Die mindestens eine Auswerteeinheit ist insbesondere als ein Mikrocontroller, Mikrochip und/oder Mikroprozessor ausgebildet. Vorzugsweise ist die Auswerteinheit als ein Computer ausgebildet, insbesondere als embedded Computer und im Speziellen als Panel Computer ausgebildet.
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Das mindestens eine Funktionsmodul ist insbesondere ein mechatronisches Objekt. Das Funktionsmodul weist mindestens eine Funktion und/oder Fähigkeit auf, wobei die Funktion und/oder Fähigkeit zur Ausführung von Fertigungs-, Montage- oder sonstigen Produktionsprozessen in der Automatisierungsanlage ausgebildet sind. Die Funktion und/oder Fähigkeit umfasst beispielsweise Bohren, Spannen, Greifen, Vermessen, Transportieren und/oder Zuführen. Die Funktionsmodule sind insbesondere steuerbar. Die Kombination mehrerer Funktionsmodule in der Automatisierungsanlage erlaubt die Ausführung komplexerer Automatisierungsprozesse, indem die spezifischen Fähigkeiten mehrere autarker Funktionsmodule zu höherwertigen Fähigkeiten kombiniert werden und/oder die Funktionsmodule zur Ausübung dieser höherwertigen Fähigkeiten miteinander interagieren.
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Das Funktionsmodul umfasst vorzugsweise eine Grundeinheit und eine Funktionseinheit, wobei insbesondere Grundeinheit und Funktionseinheit konstruktiv verbunden sind. Die Grundeinheit ist zur Befestigung und/oder Fixierung des Funktionsmoduls ausgebildet, beispielsweise ist die Grundeinheit als Standfuß ausgebildet. Die Funktionseinheit umfasst die Komponenten des Funktionsmoduls, die zur Ausführung der Funktion und/oder Fähigkeit nötig sind. Die Funktionseinheit ist beispielsweise ein Transportsystem, ein Zuführgerät, eine Schraubstation und/oder ein Handhabungsgerät.
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Das Funktionsmodul ist in einem Anlagenbereich anordenbar. Insbesondere sind im Anlagenbereich mehrere Funktionsmodule anordenbar und/oder vernetzbar. Der Anlagenbereich ist insbesondere Bestandteil der Automatisierungsanlage. Vorzugsweise weist der Anlagenbereich eine ebene Fläche auf und/oder kann beispielsweise als eine Tischplatte, Montageplatte oder ähnliches ausgebildet sein. Alternativ und/oder ergänzend ist der Anlagenbereich ein Bereich einer Fertigungsstrecke und/oder einer Werkshalle. Insbesondere wird unter dem Anlagenbereich die Fläche, wie zum Beispiel eine Tischfläche, eine Tragfläche einer 3d-Konstruktion und/oder eine Bodenfläche einer Fertigungshalle, verstanden, auf oder an welcher die Funktionsmodule angeordnet sind und/oder anordenbar sind.
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Das Funktionsmodul umfasst eine Sensoreinheit zum Aufnehmen von Umgebungsdaten. Die Sensoreinheit kann im Inneren des Funktionsmoduls angeordnet sein und/oder an einer Oberfläche des Funktionsmoduls angeordnet sein. Die Sensoreinheit ist beispielsweise eine optische, elektromagnetische und/oder taktile Sensoreinheit. Die Umgebungsdaten können als optische, elektrische, magnetische und/oder taktile Markierungen ausgebildet sein.
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Vorzugsweise umfasst der Anlagenbereich die Umgebungsdaten, wobei die Sensoreinheit ausgebildet ist, den Anlagenbereich zu analysieren und die Umgebungsdaten aufzunehmen. Die Sensoreinheit kann die Umgebungsdaten digital und oder analog bereitstellen.
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Die mindestens eine Auswerteeinheit ist ausgebildet, die absolute Position des mindestens einen Funktionsmoduls im Anlagenbereich zu bestimmen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die Auswerteeinheit die Position mehrerer derartiger Funktionsmodule im Anlagenbereich bestimmen, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Funktionsmodule unterschiedliche Funktionseinheiten aufweisen. Die Bestimmung der absoluten Position erfolgt auf Basis der Umgebungsdaten. Die Positionsbestimmung durch die Auswerteeinheit ist vorzugsweise genauer als 0,25 mm und im Speziellen genauer als 0,1 mm. Insbesondere ist die Auswerteeinheit datentechnisch mit der Sensoreinheit verbunden. Alternativ und/oder ergänzend ist die Auswerteeinheit mit mehreren Sensoreinheiten von anderen Funktionseinheiten verbunden.
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Die Bestimmung der absoluten Position erfolgt vorzugsweise in einem 2-dimensionalen Raum. Beispielsweise erfolgt die Bestimmung der absoluten Position in einer ebenen Fläche, wobei die ebene Fläche beispielsweise vom Anlagenbereich gebildet wird. Als ein Bezugskoordinatensystem wird vorzugsweise ein kartesisches Koordinatensystem mit einer x-y-Ebene gewählt, wobei die die x-y-Ebene durch den Anlagenbereich aufgespannt wird und wobei die Bestimmung der absoluten Position die Bestimmung einer x-Koordinate, einer y-Koordinate und eines Rotationswinkel des Funktionsmoduls um eine zur x-y-Ebene senkrechten Rotationsachse.
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Vorzugsweise entsprechen die von der Sensoreinheit aufgenommen Umgebungsdaten direkt der absoluten Position, den absoluten Koordinaten und/oder einer Codierung der absoluten Koordinaten, so dass die absolute Position durch ein Ablesen und/oder ein Decodieren der Umgebungsdaten von der Auswerteeinheit bestimmbar ist.
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Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass ein hochmodularer Baukasten aus verschiedenen Funktionsmodulen es gestattet, komplexe Fertigungs- und Automatisierungsanlagen aus den Funktionsmodulen aufzubauen. Die Verwendung einer Sensoreinheit und Auswerteeinheit zur Positionsbestimmung der Funktionseinheiten ermöglicht es, schnell und einfach komplexe Anlagen aus den Funktionsmodulen zu initialisieren und/oder einzurichten. Auf ein explizites Ausmessen der aufgebauten Geometrie der Automatisierungsanlage kann verzichtet werden, da dies durch die Sensoreinheit und die Auswerteeinheit für jedes Funktionsmodul in der Automatisierungsanlage erfolgt. Es wird somit eine Automatisierungsanlage vorgeschlagen, die sich schnell und einfach modifizieren lässt und es erlaubt verschiedenste bzw. auch wechselnde Automatisierungen durchzuführen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Funktionsmodul die Auswerteeinheit. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit in der Grundeinheit und/oder Standfuß angeordnet. Alternativ und/oder ergänzend ist die Auswerteeinheit in der Sensoreinheit integriert und/oder in der Funktionseinheit angeordnet. Die Auswerteeinheit ist mit der Sensoreinheit des jeweiligen Funktionsmoduls datentechnisch verbunden, wobei die datentechnische Verbindung über eine Kabelverbindung und/oder Funkverbindung erfolgen kann. Ferner kann die Auswerteeinheit mit Sensoreinheiten anderer Funktionsmodule im Anlagenbereich datentechnisch verbunden sein.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Sensoreinheit als Kamera ausgebildet. Die Kamera ist zum Erfassen der Umgebungsdaten ausgebildet. Insbesondere ist die Kamera zur Aufnahme von Bildern als Umgebungsdaten ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Kamera zur Aufnahme von Bildern im sichtbaren Wellenlängenbereich ausgebildet. Die Kamera kann z. B. als eine CCD-Kamera oder als eine CMOS-Kamera oder in einer anderen Bauart ausgebildet sein. Vorzugsweise umfasst die Kamera eine Lichtquelle, um Umgebungsdaten in dunklen Bereichen aufzunehmen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Funktionsmodul eine Befestigungsfläche. Die Befestigungsfläche ist vorzugsweise größer als 1 Quadratzentimeter, insbesondere größer als 50 Quadratzentimeter und im Speziellen größer als 200 Quadratzentimeter. Die Befestigungsfläche ist vorzugsweise im Grundmodul und/oder im Standfuß angeordnet.
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Die Befestigungsfläche ist zur Fixierung des Funktionsmoduls im Anlagenbereich ausgebildet. Zur Fixierung kontaktiert die Befestigungsfläche den Anlagenbereich flächig, wobei der von der Befestigungsfläche überdeckte Bereich des Anlagenbereichs eine Kontaktfläche bildet. Die Kamera ist so im Funktionsmodul angeordnet, dass die Kamera auf die Kontaktfläche blickt. Insbesondere ist die Kamera so angeordnet, dass die Kontaktfläche von der Kamera aufnehmbar ist. Vorzugsweise ist die Kamera ausgebildet mindestens eine optische Markierung vollständig aufzunehmen und/oder zu erfassen. Alternativ und/oder ergänzend ist von der Kamera mindestens eine Fläche der Kontaktfläche mit der 2,5-fachen Breite einer optischen Markierung als Umgebungsdaten aufnehmbar.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Automatisierungsanalage optische Markierungen, wobei die optischen Markierungen durch die Sensoreinheit erfassbar sind. Die optischen Markierungen sind insbesondere im Anlagenbereich angeordnet. Vorzugsweise sind die optischen Markierungen äquidistant im Anlagenbereich angeordnet. Besonders bevorzugt sind positionseindeutige optische Markierungen, wobei die optische Markierung beispielsweise die Position als Koordinaten direkt angibt oder diese codiert darstellt.
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Besonders bevorzugt ist es, dass die Automatisierungsanlage eine Basisplattform umfasst. Die Basisplattform bildet den Anlagenbereich vorzugsweise abschnittsweise oder vollständig. Die Basisplattform kann beispielsweise der gesamte Bodenbereich einer Werkshalle sein. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die Basisplattform als eine Metall- oder Kunststoffplatte ausgebildet. Insbesondere ist die Basisplattform eine Tischfläche oder eine Montageplatte.
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Die Funktionsmodule sind auf der Basisplattform fixierbar, insbesondere reversibel fixierbar. Die Fixierung ist beispielsweise form-, kraft- und/oder stoffschlüssig. Die optischen Markierungen sind auf der Basisplattform angeordnet. Insbesondere sind die optischen Markierungen auf der Oberfläche der Basisplattform angeordnet. Beispielsweise sind für einen Montagetisch als Basisplattform die optischen Markierungen auf der Tischoberfläche des Montagetisches angeordnet.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das mindestens eine Funktionsmodul magnetisch auf der Basisplattform fixierbar. Vorzugsweise ist die Basisplattform aus einem magnetischen Metall gefertigt und beispielsweise als magnetische Metallplatte ausgeführt. Insbesondere umfassen die Funktionsmodule mindestens einen Magneten, wie zum Beispiel einen Permanentmagneten und oder einen schaltbaren Elektromagneten. Der mindestens eine Magnet ist im Funktionsmodul so angeordnet, dass der mindestens eine Magnet zum Fixieren zur Basisplattform gerichtet ist. Der mindestens eine Magnet ist beispielsweise in der Grundeinheit und/oder dem Standfuß angeordnet. Die Fixierung eines Funktionsmoduls ist daher ohne Vorarbeiten wie zum Beispiel Bohren von Befestigungslöchern möglich.
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Insbesondere ist das Funktionsmodul frei und/oder ungerastert auf der Basisplattform anordenbar. Die Funktionsmodule sind insbesondere kontinuierlich verschiebbar, so dass ein Funktionsmodul an jeder Position der Bassplattform anordenbar ist. Die Funktionsmodule können vorzugsweise nach einer Fixierung wieder gelöst und erneut frei verschoben werden, so dass eine Optimierung der Anlagengeometrie vereinfacht wird.
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In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung umfasst die Automatisierungsanlage ein erstes Funktionsmodul und mindestens ein weiteres Funktionsmodul. Die Auswerteeinheit ausgebildet die Relativposition des ersten Funktionsmoduls im Anlagenbereich zu dem mindestens einen weiteren Funktionsmodul im Anlagenbereich zu bestimmen. Insbesondere ist die Auswerteeinheit ausgebildet aus der absoluten Position die Relativposition zwischen dem ersten Funktionsmodul und allen weiteren Funktionsmodulen im Anlagenbereich zu bestimmen. Beispielsweise wird die Relativposition durch einen Vektor beschrieben, der sich aus der Subtraktion der Koordinaten der absoluten Position des weiteren Funktionsmoduls von den Koordinaten der absoluten Position des ersten Funktionsmoduls ergibt. Vorzugsweise bestimmt die Auswerteinheit die Relativposition aller Funktionsmodule im Anlagenbereich zueinander.
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Besonders bevorzugt ist, dass das Funktionsmodul zur Ausführung einer Funktion ausgebildet ist. Insbesondere ist die Funktion eine montagetechnische Funktion. Die Funktion kann beispielsweise Greifen, Spannen, Bohren, Transportieren oder Rotieren sein. Die Funktion wird durch eine parametrisierte Funktionsbeschreibung beschrieben. Beispielsweise ist die parametrisierte Funktionsbeschreibung als ein Programm ausgebildet. Die parametrisierte Funktionsbeschreibung ist insbesondere in dem Funktionsmodul hinterlegt. Vorzugsweise ist die parametrisierte Funktionsbeschreibung als Firmware in dem Funktionsmodul hinterlegt. Insbesondere sind zur Ausführung der Funktion Anwendungsparameter nötig, wobei die Anzahl der Anwendungsparameter kleiner oder gleich als die Anzahl der Parameter der parametrisierten Funktionsbeschreibung ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Funktionsmodul ein Steuermodul zum Steuern des Funktionsmoduls. Insbesondere ist die mindestens eine Funktion vom Steuermodul start- und stoppbar. Das Steuermodul ist beispielsweise in der Grundeinheit oder der Funktionseinheit angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit einen Datenspeicher und/oder einen Prozessor. Insbesondere kann die Steuereinheit als Schnittstelle zwischen Funktionsmodul und einem Bediener ausgebildet sein, wobei die Steuereinheit beispielsweise als ein embedded Computer ausgebildet ist.
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Die Steuereinheit ist insbesondere ausgebildet, sich mit einer Mehrzahl von Funktionsmodulen automatisiert und/oder selbständig datentechnisch zu verbinden. Die datentechnische Verbindung erfolgt vorzugsweise über eine Funkverbindung. Insbesondere ist die Steuereinheit ausgebildet selbständig eine Datenverbindung mit allen anderen Steuereinheiten in dergleichen Funktionsmodulen aufzubauen. Alternativ sind die Funktionsmodule im Anlagenbereich über eine Kabelverbindung miteinander verbunden, wobei die Steuermodule der Funktionsmodule selbstständig eine datentechnische Verbindung aufbauen.
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Besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit die parametrisierte Funktionsbeschreibung und die absolute Position des Funktionsmoduls und/oder die Relativposition des Funktionsmoduls zu anderen Funktionsmodulen erhält. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit mit der Steuereinheit verbunden, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, die absolute und/oder relative Position des Funktionsmoduls im Anlagenbereich der Steuereinheit bereitzustellen. Die Steuereinheit ist ausgebildet die parametrisierte Funktionsbeschreibung der Funktion des Funktionsmoduls zu erhalten. Insbesondere ist die Steuereinheit ausgebildet die Funktion des Funktionsmoduls anzusteuern und/oder die parametrisierte Funktionsbeschreibung zu initialisieren. Insbesondere ist die Steuereinheit ausgebildet die Funktion des Funktionsmoduls zu starten und/oder zu stoppen.
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Vorzugsweise ist das Steuermodul ausgebildet die zur Ausführung einer Funktion nötigen Anwendungsparameter bereitzustellen. Die Anwendungsparameter umfassen beispielsweise die absolute Position des Funktionsmoduls und/oder die Relativposition des Funktionsmoduls zu anderen Funktionsmodulen im Anlagenbereich. Die Steuereinheit kann die Anlagenparameter beispielsweise in einer Datenbank bereitstellen, wobei die in die Datenbank eingetragenen Anlagenparameter beispielsweise von der Auswerteeinheit bereitgestellt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Automatisierungsanlage eine Einleseeinheit. Die Einleseeinheit ist vorzugsweise datentechnisch mit der Steuereinheit verbunden. Insbesondere umfasst jedes Funktionsmodul eine eigene Einleseeinheit. Alternativ oder ergänzend ist die Einleseeinheit im Anlagenbereich angeordnet und mit mehreren und/oder allen Funktionsmodulen im Anlagenbereich datentechnisch verbunden. Die Einleseeinheit ist z.B. ausgebildet die Anwendungsparameter aus CAD-Plänen zu entnehmen, wobei die CAD-Pläne vorzugsweise digital der Einleseeinheit bereitzustellen sind. In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung ist die Einleseeinheit ausgebildet aus CAD-Plänen die benötigten Anwendungsparameter selbständig zu extrahieren.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Automatisierungsanlage;
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2 zeigt ein Funktionsmodul mit der Funktion eines Linearförderers;
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3 zeigt ein Funktionsmodul mit Blick auf die Befestigungsfläche.
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4 zeigt ein Beispiel für die Aufnahme von optischen Markierungen als Umgebungsdaten;
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5 zeigt den Datenfluss in einem Funktionsmodul mit Steuereinheit;
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6 zeigt den Datenfluss in einer Automatisierungsanlage mit zwei Funktionsmodulen.
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1 zeigt eine Automatisierungsanlage 1. Die Automatisierungsanlage 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein Funktionsmodul 2 sowie einen Anlagenbereich 3. Der Anlagenbereich 3 ist beispielsweise der Bodenbereich einer Fertigungshalle, in dem das Funktionsmodul 2 angeordnet werden kann. Das Funktionsmodul 2 kann insbesondere ungerastert und frei im Anlagenbereich 3 angeordnet werden. Die Automatisierungsanlage 1 kann auch mehr als ein Funktionsmodul 2 umfassen.
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Der Anlagenbereich 3 wird teilweise von einer Basisplattform 4 überdeckt. Die Basisplattform 4 ist als eine ebene, ferromagnetische Platte mit einer Anordnungsfläche 5 ausgebildet, auf der das Funktionsmodul 2 fixierbar ist. Das Funktionsmodul 2 ist insbesondere magnetisch auf der Anordnungsfläche 5 und/oder Basisplattform 4 fixierbar, so dass keine Löcher oder Gewinde zur Fixierung des Funktionsmoduls 2 angebracht werden müssen.
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Die Basisplattform 4 umfasst optische Markierungen 6, wobei die optischen Markierungen 6 auf der Anordnungsfläche 5 angebracht sind. Der besseren Übersicht wegen, sind in 1 beispielhaft nur drei optische Markierungen 6 mit Bezugszeichen versehen. Die optischen Markierungen 6 sind matrixartig in Zeilen und Spalten angeordnet und insbesondere äquidistant angeordnet. In den optischen Markierungen 6 ist die Position, an der jeweilige optische Markierung angebracht ist, codiert. Die optischen Markierungen 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel 2-dimensionale optische Codes, wobei die 2-dimensionalen optischen Codes die Koordinaten der jeweiligen Position codieren.
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Das Funktionsmodul 2 weist eine Grundeinheit 7 und einen Funktionseinheit 8 auf, wobei die Funktionseinheit 8 auf der Grundeinheit 7 angeordnet ist. Die Funktionseinheit 8 umfasst ein Arbeitsaktorik 9, wobei die Arbeitsaktorik 9 der Abschnitt der Funktionseinheit 8 ist, der zu einer Werkstückbearbeitung ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Funktionseinheit 8 als Pick-and-Place-Roboter ausgebildet. Der Pick-and-Place-Roboter weist eine Arbeitsaktorik 9 auf, wobei die Arbeitsaktorik 9 um einen zentralen Befestigungspunkt 10 rotierbar befestigt ist. Die Arbeitsaktorik 9 ermöglicht durch die Rotationsmöglichkeit das Bearbeiten eines Werkstückes in einem Arbeitsbereich 11, wobei der Arbeitsbereich 11 ein Kreis um den Befestigungspunkt 7 ist. Der Arbeitsbereich ist insbesondere abhängig von der Funktion eines Funktionsmoduls und kann in anderen Ausführungsbeispielen rechteckig, elliptisch oder beliebig geformt sein.
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2 zeigt einen Funktionsmodul 2, wobei das Funktionsmodul 2 eine Funktion zum geordneten Speichern/Zuführen von Bauteilen, beispielhaft mittels eines Linearförderers, aufweist. Das Funktionsmodul 2 umfasst die Grundeinheit 7 und die Funktionseinheit 7, wobei die Funktionseinheit eine Linearfördereinheit bildet. Zwischen Grundeinheit 7 und Funktionseinheit 8 ist eine Sensoreinheit 12 zur Erfassung von Umgebungsdaten angeordnet. Das Funktionsmodul 2 umfasst eine Auswerteeinheit 17 (siehe 3), wobei die Auswerteeinheit 17 ausgebildet ist, auf Basis der durch die Sensoreinheit 12 bereitgestellten Umgebungsdaten die absolute Position der Funktionseinheit 2 im Anlagenbereich 3 zu bestimmen. Als absolute Position werden beispielsweise die x, y-Koordinaten der Sensoreinheit des Funktionsmoduls 2 in einem 2-dimensionalen kartesischen Koordinatensystem sowie die Rotation innerhalb der x-y-Ebene bestimmt. Ferner ist die Auswerteeinheit 17 ausgebildet die Relativposition zwischen dem Funktionsmodul 2 und anderen Funktionsmodulen 2 im Anlagenbereich 3 zu bestimmen.
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Die Grundeinheit 7 ist in als quaderförmiger Standfuß ausgeführt. Das Funktionsmodul 2 umfasst eine Befestigungsfläche 13. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Befestigungsfläche 13 durch die zur Basisplattform 4 zeigende Fläche des Standfußes gebildet. Das Funktionsmodul 2 wird auf der Basisplattform 4 im Anlagenbereich 3 angeordnet, wobei die Befestigungsfläche 13 den Anlagenbereich 3 und insbesondere die Basisplattform 4 in einer Kontaktfläche flächig kontaktiert
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Das Funktionsmodul 2 umfasst mehrere Datenanschlüsse 14 zur datentechnischen Verbindung mit anderen Funktionsmodulen 2. Die Datenanschlüsse 14 sind hier beispielhaft als USB-Anschlüsse ausgeführt. Alternativ können die Datenanschlüsse 14 als Ethernet-, WLAN- oder Bluetoothschnittstellen ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Datenanschlüsse 14 in der Grundeinheit 7 des Funktionsmoduls 2 angeordnet.
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Das Funktionsmodul 2 weist die Funktion eines Linearförderers auf. Die Funktion ist durch das Funktionsmodul 2 in der Automatisierungsanlage 1 anwendbar. Die Funktion ist als parametrisierte Funktionsbeschreibung im Funktionsmodul 2 implementiert. Zur Anwendung der Funktionen müssen dem Funktionsmodul 2 Anwendungsparameter bereitgestellt werden, wobei die Anwendungsparameter die zur Ausführung der Funktion nötigen Informationen und Parameter umfassen. Die parametrisierte Funktionsbeschreibung umfasst als Parameter beispielsweise absolute Position und/oder Relativposition des Funktionsmoduls 2, relative interne Abgreifposition, Typteilenummer. Der Linearförderer kann dabei unterschiedliche Funktionen ausbilden, wie zum Beispiel Bereitstellen von Bauteilen und/oder geordnetes Speichern von Bauteilen in der Automatisierungsanlage 1.
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3 zeigt das Funktionsmodul 2 und insbesondere die Grundeinheit in einer Ansicht von unten, wobei von unten vom Anlagenbereich 3 auf die Befestigungsfläche 13 meint. Die Befestigungsfläche 13 ich rechteckig mit abgerundeten Ecken ausgebildet. In den vier abgerundeten Ecken ist jeweils ein Magnet 15 zur rasterlosen Fixierung der Funktionsmodule 2 im Anlagenbereich 3 angeordnet. Der Magneten 15 sind hier als Permanentmagneten ausgeführt, alternativ können die Magneten 15 aber auch ansteuerbare Elektromagneten sein, die nur zur und/oder während der Fixierung der Funktionsmodule 2 magnetisch sind. Alternativ können die Magneten ausgebildet sein im stromlosen Zustand magnetisch zu sein und im bestromten Zustand nichtmagnetisch zu sein.
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In dem Funktionsmodul 2 ist als Sensoreinheit 12 eine Kamera eingebaut. Die Kamera ist mit einer senkrechten Blickrichtung auf die Befestigungsfläche 13 in der Grundeinheit 7 angebracht. Die Kamera ist daher ausgebildet die optischen Markierungen 6 im Anlagenbereich 3 als Umgebungsdaten aufzunehmen, oberhalb der sich die Kamera befindet.
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Das Funktionsmodul 2 umfasst eine embedded Steuerung 16, wobei die embedded Steuerung 16 in der Grundeinheit 7 angeordnet ist. Die Kamera ist datentechnisch mit der Auswerteeinheit 17 verbunden, wobei die Auswerteeinheit 17 Teil der embedded Steuerung 16 ist. Die Auswerteeinheit 17 ist ausgebildet die absolute Position und/oder Relativposition des Funktionsmoduls 2 auf Basis der von der Kamera erfassten Umgebungsdaten und/oder optischen Markierungen 6 zu bestimmen.
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Die embedded Steuerung 16 umfasst eine Steuereinheit 18. Die Auswerteeinheit 17 ist zur Bereitstellung der absoluten Position und/oder Relativposition des Funktionsmoduls 2 mit der Steuereinheit 18 datentechnisch verbunden. Ferner kann sich die Steuereinheit 18 des Funktionsmoduls 2 selbstständig mit anderen Steuereinheiten 18 von anderen dergleichen Funktionsmodulen 2 im Anlagenbereich 3 verbinden, so dass das Funktionsmodul 2 ein Plug & Produce Funktionsmodul 2 bildet. Die Steuereinheit 18 ist ausgebildet die Funktion des Funktionsmoduls 2 anzusteuern, insbesondere diese zu starten und/oder zu stoppen. Die Steuereinheit 18 ist ausgebildet, die zur Ausführung der Funktion von der parametrisierten Funktionsbeschreibung benötigten Anwendungsparameter bereitzustellen. Die Anwendungsparameter umfassen insbesondere absolute Position und/oder Relativposition und/oder alle Lagefreiheitsgrade der Arbeitsaktorik 9.
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Die embedded Steuerung 16 umfasst eine Einleseeinheit 19. Die Einleseeinheit 19 ist datentechnisch mit der Steuereinheit 18 und mit einer der Datenschnittschnittstellen 14 verbunden. Die Steuereinheit ist ausgebildet durch die Einleseeinheit 19 mit Anwendungsparameter versorgt zu werden. Die Einleseeinheit 19 ist mit einer der Datenschnittstellen datentechnisch zum Einlesen und/oder Erfassen von CAD-Daten eines zu fertigenden Werkstückes verbunden. Die Einleseeinheit 19 ist ausgebildet aus den CAD-Plänen des zu fertigenden Werkstückes die Anwendungsparameter zu extrahieren und der Steuereinheit 18 bereitzustellen, die das Funktionsmodul 2 zur Ausführung der Funktion benötigt.
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4 zeigt ein Beispiel für die Aufnahme von optischen Markierungen 6 als Umgebungsdaten. Die Sensoreinheit 12 ist als Kamera ausgebildet und ist ausgebildet, die optischen Markierungen 6 als Bilder aufzunehmen. Die aufgenommen Bilder sind in einem Kamerakoordinatensystem 20 mit x´-Achse und y´-Achse aufgenommen. Die optischen Markierungen 6 sind als optische 2D-Codes ausgeführt und matrixartig auf der Basisplattform 4 angeordnet. Die matrixartige Anordnung erfolgt äquidistant in einem Basisplattformkoordinatensystem 21 mit x-Achse und y-Achse.
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Die Auswerteeinheit 17 ist ausgebildet die aufgenommenen Umgebungsdaten in die absolute Position des Funktionsmoduls 2 umzuwandeln. Beispielsweise decodiert die Auswerteeinheit 17 den aufgenommen optische 2D-Codes und kann so die absolute Position des Funktionsmoduls 2 einschränken. Insbesondere ist die Auswerteeinheit 17 ausgebildet, die absolute Position aus dem Winkel, den das Kamerakoordinatensystem 20 mit dem Basisplattformkoordinatensystem 21 einschließt, genauer einzugrenzen. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit 17 ausgebildet die absolute Position des Funktionsmoduls 2 auf Basis des Decodierens des optische 2D-Codes und dem eingeschlossenen Winkeln zwischen Basisplattformkoordinatensystem 21 und Kamerakoordinatensystem 20 zu bestimmen.
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5 zeigt ein Schema des Datenflusses eines Funktionsmoduls 2. Das Funktionsmodul 2 umfasst die Sensoreinheit 12, wobei die Sensoreinheit 12 ausgebildet ist, die Umgebungsdaten aufzunehmen. Die Sensoreinheit 12 ist datentechnisch mit der Auswerteeinheit 17 verbunden. Die Auswerteeinheit 17 bestimmt auf Basis der bereitgestellten Umgebungsdaten die absolute Position. Das Funktionsmodul 2 weist eine Funktion zur Anwendung in der Automatisierungsanlage 1 auf. Die Funktion ist in dem Funktionsmodul 2 als parametrisierte Funktion 22 implementiert.
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Das Funktionsmodul 2 umfasst ferner die Steuereinheit 18. Die Steuereinheit 18 ist ausgebildet, die parametrisierte Funktion zu erhalten. Die Steuereinheit 18 ist datentechnisch mit der Auswerteeinheit 17 verbunden, wobei die Auswerteeinheit 17 ausgebildet ist, der Steuereinheit 18 die absolute Position des Funktionsmoduls 2 bereitzustellen. Die zur Ausführung der Funktion benötigten Anwendungsparameter stellt die Steuereinheit 18 bereit und ist ausgebildet die parametrisierte Funktion mit Parametern zu initialisieren. Insbesondere kann die Steuereinheit 18 sämtliche Steuerungshardware und/oder Signalanpassungen umfassen, um die Funktion 22 vorzugsweise innerhalb des Funktionsmoduls operativ auszuführen.
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6 zeigt den Datenfluss eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Automatisierungsanlage 1. Die Automatisierungsanlage 1 umfasst hier ein erstes Funktionsmodul 2 mit den Komponenten # und ein zweites derartiges Funktionsmodul 2b mit den Komponenten # b. Alternativ kann die Automatisierungsanlage 1 weitere Funktionsmodule 2 c...n umfassen. Jedes der zwei Funktionsmodule 2, 2b umfasst eine Sensoreinheit 12, 12b, eine Steuereinheit 18, 18b und mindestens eine parametrisierte Funktion 22, 22b.
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Die Automatisierungsanlage 1 umfasst eine zentrale Auswerteeinheit 17. Die Auswerteeinheit 17 ist datentechnisch mit der Sensoreinheit 12 des ersten Funktionsmoduls 2 und der Sensoreinheit 12b des zweiten Funktionsmoduls 2 verbunden. Die Auswerteeinheit 17 ist ausgebildete auf Basis der durch die zwei Sensoreinheiten 18, 18b erfassten Umgebungsdaten die absolute Position des ersten Funktionsmoduls 2 und des zweiten Funktionsmoduls 2b zu bestimmen. Ferner ist die Auswerteeinheit 17 ausgebildet auf Basis der absoluten Position des ersten Funktionsmoduls 2 und der absoluten Position des zweiten Funktionsmoduls 2b die Relativposition zwischen den zwei Funktionsmodulen 2, 2b zu bestimmen. Insbesondere sind in den parametrisierten Funktionen 22, 22b auch alle anwendbaren Funktionen und Arbeitsräume hinterlegt, wobei die Steuereinheit 18 bestimmen kann, ob zwei Funktionen miteinander interagieren können, wie zum Beispiel Aufnehmen von einem Teil des Linearförderers durch eine Pick&Place-Einheit.
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Die Auswerteeinheit 17 ist datentechnisch mit der Steuereinheit 18 des ersten Funktionsmoduls 2 und der Steuereinheit 18b des zweiten Funktionsmoduls 2b verbunden. Die Auswerteeinheit 17 ist ausgebildet den Steuereinheiten 18, 18a die absoluten Positionen und Relativposition des ersten und zweiten Funktionsmodules 2, 2b bereitzustellen. Die Steuereinheiten 18. 18b stellen wiederum die Anwendungsdaten den Funktionsmodulen 2, 2b zur Anwendung der Funktionen zu Verfügung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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