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Die Erfindung betrifft eine Werkstückbearbeitungsanlage, insbesondere eine Plattenaufteilsäge, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Werkstückbearbeitungsanlage, und eine Steuerungseinrichtung nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.
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Vom Markt her bekannt sind Werkstückbearbeitungsanlagen in Form von Plattenaufteilsägen. Mit diesen können großformatige rechteckige plattenförmige Werkstücke beispielsweise für die Zwecke der Möbelindustrie in kleinere Werkstücke aufgeteilt werden. Hierzu verfügt die Plattenaufteilsäge über einen Zuführtisch, einen Maschinentisch, in dessen Bereich die eigentlichen Sägeeinrichtung angeordnet ist, sowie einen Entnahmetisch. Seitlich von den besagten Tischen ist eine sich geradlinig erstreckende Anlageeinrichtung in Form eines Winkellineals angeordnet, an das ein - ebenfalls sich möglichst geradlinig erstreckender - seitlicher Rand eines aufzuteilenden Werkstücks angelegt werden kann. Hierdurch soll eine gewünschte Ausrichtung des Werkstücks relativ zur Sägeeinrichtung erreicht werden.
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Die
EP 2 253 442 A1 beschreibt eine Bearbeitungsvorrichtung und ein Bearbeitungsverfahren zur Bearbeitung von plattenförmigen Werkstücken. Ein in der Bearbeitungsvorrichtung vorhandenes Werkstück kann mittels Messeinrichtungen vermessen werden. Diese können jeweils die schmalen Seitenflächen des Werkstücks messen und sind hierzu im Bereich einer Ausrichteinrichtung angeordnet. Außerdem ist es aus der
DE 201 08 813 U1 bekannt, ein zu sägendes Werkstück automatisch auf einer Sägevorrichtung räumlich auszurichten. Schließlich beschreibt die
EP 1 916 046 B1 ein Verfahren zum maschinellen Schneiden eines plattenförmigen Werkstücks, bei dem berührungslos, nämlich optisch, Lage und Geometrie und Abmessungen des aufzuteilenden Werkstücks ermittelt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Werkstückbearbeitungsanlage, ein Verfahren zu deren Betrieb sowie eine Steuerungseinrichtung bereitzustellen, welche es gestattet, auf einfache Art und Weise qualitativ hochwertige bearbeitete Werkstücke zu erhalten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Werkstückbearbeitungsanlage, ein Verfahren zum Betreiben einer Werkstückbearbeitungsanlage sowie eine Steuerungseinrichtung mit den Merkmalen des jeweiligen nebengeordneten Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wesentliche Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der beigefügten Zeichnung. Dabei können diese Merkmale für die Erfindung sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen wesentlich sein.
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Erfindungsgemäß wird eine Werkstückbearbeitungsanlage vorgeschlagen, mit der insbesondere plattenförmige Werkstücke beispielsweise für die Herstellung von Möbeln bearbeitet werden können. Beispielsweise ist eine solche Werkstückbearbeitungsanlage eine Plattenaufteilsäge, mit der großformatige Ausgangswerkstücke in meist rechteckige bearbeitete Werkstücke aufgeteilt werden. Eine solche Werkstückbearbeitungsanlage umfasst ein Werkzeug zum Herstellen und/oder Bearbeiten eines Rands eines Werkstücks, beispielsweise eine Säge (vorwiegend Herstellen) oder einen Fräser (sowohl Herstellen als auch Bearbeiten). Es wird vorgeschlagen, dass die erfindungsgemäße Werkstückbearbeitungsanlage mindestens eine Sensoreinrichtung umfasst, welche ein Signal bereitstellt, auf dessen Basis eine geometrische Eigenschaft eines von der Werkstückbearbeitungsanlage unmittelbar zuvor bearbeiteten Werkstücks ermittelt werden kann, und zwar eine solche geometrische Eigenschaft, die sich - möglicherweise - durch die unmittelbar zuvor erfolgte Bearbeitung des Randes des Werkstücks verändert hat.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Werkstückbearbeitungsanlage. Gemäß dem Verfahren wird mittels mindestens einer Sensoreinrichtung ein Signal bereitgestellt und auf der Basis dieses Signals eine geometrische Eigenschaft eines bearbeiteten Werkstücks ermittelt wird, wobei es sich wiederum um eine solche geometrische Eigenschaft handelt, die sich durch die Bearbeitung des Randes des Werkstücks verändern kann.
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Die Erfindung ermöglicht es, nach einer erfolgten Bearbeitung eines Werkstücks, beispielsweise nach einer Aufteilung eines Ausgangswerkstücks so, dass ein abgetrenntes und somit bearbeitetes Werkstück entsteht, dieses bearbeitete Werkstück im Hinblick auf seine Geometrie, insbesondere bezüglich Länge, Breite, Geradheit eines Randes oder mehrerer Ränder und Rechtwinkligkeit, zu beurteilen. Es kann somit unmittelbar nach der Bearbeitung eine Aussage getroffen werden, ob das hergestellte bzw. bearbeitete Werkstück ein gewünschtes Qualitätsziel erfüllt oder ob eine Nachbearbeitung erforderlich ist oder sogar eine Nachproduktion eines neuen Werkstücks mit dem Ziel, dass dieses dann das gewünschte Qualitätsziel erfüllt.
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Somit gestattet es die Erfindung, sehr schnell und sehr einfach Qualitätsprobleme zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Hierdurch wird insgesamt die Qualität der letztendlich bereitgestellten Werkstücke verbessert.
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Eine erste Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die geometrische Eigenschaft eine Krümmung eines Rands und/oder einen Winkel zwischen zwei Rändern und/oder einen Abstand zwischen zwei parallelen Rändern des bearbeiteten Werkstücks umfasst. Diese geometrischen Eigenschaften beschreiben insbesondere plattenförmige Werkstücke und insbesondere solche, die durch die Bearbeitung aufgeteilt wurden, sehr gut und sind einfach zu erfassen.
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Vorgeschlagen wird auch, dass die Sensoreinrichtung mindestens drei stationäre Sensoren umfasst, die längs einer vorzugsweise geraden Linie (starr) angeordnet sind, die sich wenigstens im Wesentlichen orthogonal zu einer Bewegungsrichtung des bearbeiteten plattenförmigen Werkstücks erstreckt, und dass die Signale der Sensoren einen Zustand ändern, wenn sich ein Rand des Werkstücks an ihnen vorbei bewegt. Dies ist eine sehr einfache Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgesehenen Sensoreinrichtung. Es versteht sich, dass die geometrische Eigenschaft mit umso größerer Genauigkeit und Zuverlässigkeit bestimmt werden kann, je größer die Anzahl der längs der Linie angeordneten Sensoren ist.
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Vorgeschlagen wird auch, dass die Sensoreinrichtung mindestens drei Sensoren umfasst, die längs einer vorzugsweise geraden Linie angeordnet und wenigstens im Wesentlichen orthogonal zur Erstreckung der Linie beweglich sind, und dass die Signale der Sensoren einen Zustand ändern, wenn sie sich an einem Rand des Werkstücks vorbei bewegen. Dies ist eine mögliche Ausgestaltung, die beispielsweise einfach auch bei bestehenden Werkstückbearbeitungsanlagen nachgerüstet werden kann.
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Eine Weiterbildung sieht ferner vor, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Sensor umfasst, der parallel zur Erstreckung eines Randes eines bearbeiteten Werkstücks beweglich ist. Durch eine solche Sensoreinrichtung wird der Rand des Werkstücks quasi „abgescannt“, wodurch eine sehr präzise Aussage über die den Rand betreffende geometrische Eigenschaft, beispielsweise eine Krümmung, möglich wird.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Sensor umfasst, der wenigstens zum Teil in einen Auflagetisch, auf dem das bearbeitete Werkstück liegt, integriert ist. Dabei darf die Bewegung des bearbeiteten Werkstücks natürlich nicht behindert werden, der mindestens eine Sensor muss also unterhalb von der Auflageebene des Werkstücks auf dem Auflagetisch angeordnet sein. Dies ist eine sehr robuste Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensoreinrichtung.
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Vorteilhaft ist ferner, wenn die Sensoreinrichtung mindestens einen Sensor umfasst, der wenigstens zum Teil zu einem Bearbeitungsbereich benachbart angeordnet ist. Die Ermittlung der geometrischen Eigenschaft an dem bearbeiteten Werkstück kann somit unmittelbar nach der Bearbeitung bzw. sogar noch während der Bearbeitung des Werkstücks erfolgen.
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Vorgeschlagen wird bei stationär und linienhaft angeordneten Sensoren, die benachbart zum Bearbeitungsbereich angeordnet sind, dass längs einer Linie angeordnete Sensoren in einer Förderrichtung des bearbeiteten Werkstücks gesehen stromabwärts von dem Bearbeitungsbereich, also hinter diesem angeordnet sind. Eine Rückbewegung des Werkstücks relativ zum Bearbeitungsbereich zur Erfassung mittels der Sensoreinrichtung kann somit entfallen, wodurch Zeit gespart wird.
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In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass längs einer Linie angeordnete Sensoren in einer Förderrichtung des bearbeiteten Werkstücks gesehen auch stromaufwärts von dem Bearbeitungsbereich, also vor diesem angeordnet sind. Auf diese Weise kann, noch bevor ein in Bewegungsrichtung gesehen hinterer Rand des Werkstücks den Bearbeitungsbereich überquert hat, dieser bereits mittels der Sensoreinrichtung erfasst werden, wodurch Zeit gespart wird.
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Bei einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsanlage ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Sensor umfasst, der wenigstens zum Teil im Bereich einer Puffereinrichtung angeordnet ist. Die Erfassung mittels der Sensoreinrichtung kann somit außerhalb von dem normalen Betriebsablauf erfolgen, wodurch dieser weniger gestört wird.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Puffereinrichtung seitlich von einem Zuführtisch angeordnet ist. Eine solche Puffereinrichtung ist auch als „aktiver Teilepuffer“ bekannt und gestattet das Einschleusen eines bereits bearbeiteten Werkstücks für eine nochmalige Bearbeitung. Durch die Anordnung der Sensoreinrichtung im Bereich einer solchen Puffereinrichtung kann die Qualitätskontrolle unmittelbar vor dem besagten Einschleusen erfolgen, wodurch sich möglicherweise erst während der Pufferung ergebende Veränderungen der geometrischen Eigenschaften berücksichtigt werden können.
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Ähnliche Vorteile ergeben sich dann, wenn die Puffereinrichtung oberhalb von einem Bearbeitungsbereich angeordnet ist. Allerdings hat eine solche Puffereinrichtung noch den Vorteil, dass sie sehr platzsparend angeordnet ist und hierdurch die Gesamtabmessungen der Werkstückbearbeitungsanlage klein bleiben können.
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Vorgeschlagen wird auch, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Sensor umfasst, der mindestens zum Teil im Bereich einer seitlichen Anlageeinrichtung, insbesondere im Bereich eines Winkellineals angeordnet ist. Dies gestattet zusätzlich die Überprüfung der Qualität eines seitlichen Rands eines Werkstücks, und gestattet es darüber hinaus, die korrekte Ausrichtung des Werkstücks durch das Winkellineal zu prüfen, wenn beispielsweise durch die oben erwähnten linienhaft angeordneten Sensoren der vordere Rand und/oder der hintere Rand des Werkstücks erfasst wird. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit der Qualitätsaussage verbessert.
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Denkbar ist ferner, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Sensor umfasst, der wenigstens zum Teil im Bereich eines Druckbalkens und damit im Betrieb oberhalb des Werkstücks angeordnet ist. Ein solcher Druckbalken wird insbesondere bei Werkstückbearbeitungsanlagen für die Bearbeitung von plattenförmigen Werkstücken, beispielsweise Plattenaufteilsägen, verwendet, um während des Bearbeitungsvorgangs das Werkstück zwischen dem Druckbalken und einem Maschinentisch zu verklemmen. Der Druckbalken ist also vertikal beweglich, und meist erstreckt er sich längs zum Bearbeitungsbereich, beispielsweise längs zu und oberhalb von einem Sägespalt. Ist die Sensoreinrichtung im Bereich des Druckbalkens angeordnet, beispielsweise in diesen integriert, ist sie praktisch zwingend im Bereich des vom Werkzeug bearbeiteten Randes des Werkstücks angeordnet, und sie kann somit unmittelbar nach der Bearbeitung die gewünschte Erfassung vornehmen. In einer vorteilhaften Weiterbildung hierzu wäre auch denkbar, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Sensor umfasst, der beispielsweise entlang einer Traverse, die parallel zum Druckbalken oberhalb von einem Bearbeitungsbereich angeordnet ist, verfahrbar ist.
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Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen Sensor umfasst, der wenigstens zum Teil im Bereich eines oberhalb von einem Bearbeitungsbereich vorhandenen und beweglichen Portals angeordnet ist. Auch dies ist eine Variante, die eine einfache Nachrüstung bei bereits bestehenden Werkstückbearbeitungsanlagen ermöglicht.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensoreinrichtung mindestens einen optischen Sensor, beispielsweise einen Infrarotsensor ähnlich zu jenen Sensoren, wie sie bei PC-Mäusen üblich sind, und/oder mindestens einen induktiven Sensor und/oder mindestens einen berührend arbeitenden Sensor und/oder mindestens eine Kamera umfasst. Selbst die sehr einfachen Infrarotsensoren, die bei PC-Mäusen üblich sind, liefern sehr gute Messergebnisse, da sie zuverlässig eine Signalzustandsänderung bereitstellen, wenn ein Rand eines bearbeitetes Werkstück sich an ihnen vorbei bewegt (oder sie sich an einem Rand eines bearbeiteten Werkstücks vorbei bewegen). Alle diese Sensoren gestatten die Erfassung von Größen und stellen entsprechende Signale bereit, auf deren Basis sehr gut die gewünschte geometrische Eigenschaft des bearbeiteten Werkstücks ermittelt werden kann.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass bei der Ermittlung der geometrischen Eigenschaft des bearbeiteten Werkstücks eine Relativgeschwindigkeit zwischen einem Sensor der Sensoreinrichtung und dem Werkstück und/oder eine Position eines Programmschiebers berücksichtigt wird. Dies ist eine sehr wichtige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, da sie es auf sehr einfache Art und Weise ermöglicht, einen Abstand zwischen zwei parallelen und sich orthogonal zur Bewegungsrichtung erstreckenden Rändern des Werkstücks zu ermitteln. Aus der Kenntnis der Relativgeschwindigkeit und der Zeit, die zwischen der Erfassung des einen Randes mittels der Sensoreinrichtung und der Erfassung des anderen Randes mittels der Sensoreinrichtung verstreicht, kann sehr präzise und einfach der in dieser Zeit zurückgelegte Weg und damit der besagte Abstand bestimmt werden.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn abhängig von der ermittelten geometrischen Eigenschaft eine Aktion ausgelöst wird, wobei diese Aktion vorteilhafterweise vollkommen automatisch, also ohne Zutun einer Person, ausgelöst wird. Auf diese Weise kann ein weitgehend oder sogar vollständig automatischer Betrieb der Werkstückbearbeitungsanlage erreicht werden, wodurch Bedienpersonal eingespart werden kann, bzw. es kann Bedienpersonal eingesetzt werden, welches weniger detailliert geschult sein kann. Hierdurch können Kosten im Betrieb der Werkstückbearbeitungsanlage gespart werden.
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In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Aktion mindestens eine aus der folgenden Gruppe ist:
- • Veranlassen einer Handhabung des Werkstücks: Dies kann als Reaktion nach einem Bearbeitungsvorgang erfolgen und beispielsweise ein Drehen, Verschieben und/oder Ausrichten des Werkstücks mittels einer entsprechenden Handhabungseinrichtung, beispielsweise eines Roboters oder einer Ausrichtvorrichtung, oder manuell durch eine Bedienperson beinhalten, und/oder eine erneute oder spezielle Bearbeitung des Werkstücks beinhalten.
Die Handhabung kann auch bedeuten, dass beispielsweise aufgrund eines erkannten unzulässig krummen Rands des Werkstücks ein sogenannter „Spannungsfreischnitt“ veranlasst wird. Dem liegt zugrunde, dass beispielsweise bei Spanplatten während deren Produktion durch die Abkühlung innere Spannungen innerhalb der Platte entstehen können, die dazu führen können, dass sich das Werkstück bei der Aufteilung verzieht. Durch das Einbringen eines Schlitzes und das Heraustrennen eines Streifens, in dem der Schlitz liegt, kann ein Werkstück von den internen Spannungen wenigstens weitgehend befreit werden, so dass bei einer anschließenden Aufteilung die Gefahr, dass krumme seitliche Randabschnitte entstehen, reduziert wird.
- • Ausgabe einer Information an eine Bedienperson: Die Information kann beispielsweise beinhalten, dass an die Bedienperson dann, wenn ein unzulässig gekrümmter Rand oder eine sonstige Abweichung von einem gesetzten Qualitätsziel des Werkstücks erkannt wurde, eine Warnmeldung und/oder eine konkrete Instruktion ausgegeben wird, beispielsweise akustisch in Form eines Piepstons, in Form einer Sprachausgabe, oder optisch durch Aufleuchten eines Warnlichts oder Ausgabe eines Textes an einer entsprechenden Anzeige. Denkbar ist ferner, dass die Warnmeldung und/oder konkrete Instruktion als eine Anzeige auf das zu bearbeitende Werkstück projeziert wird, oder dass eine Meldung auf einem mobiles Gerät, beispielsweise ein Smartphone oder ein Tablett-PC, ausgegeben wird, oder dass ein längs zum Bearbeitungsbereich angeordnetes LED-Leuchtband in einer vorgegebenen und der Warnmeldung und/oder der konkreten Instruktion entsprechenden Art und Weise aufleuchtet. Möglich ist aber auch, dass dann, wenn die Auswertung ergibt, dass das Werkstück das gesetzte Qualitätsziel erreicht hat, dies ebenfalls als Information an die Bedienperson ausgegeben wird.
Auch kann an die Bedienperson als Information eine exakte Angabe zum Umfang einer Krümmung des Randes ausgegeben werden, und es können entsprechende konkrete Handlungsanweisungen an die Bedienperson ausgegeben werden, beispielsweise als Text oder als Sprache, die es ihr erleichtern, ein vorhandenes Problem zu beheben oder ein drohendes Problem zu vermeiden, beispielsweise, indem die Bedienperson die oben erwähnten Spannungsfreischnitte veranlasst.
Die Ausgabe der Information ist direkt bei der Werkstückbearbeitungsanlage möglich, sie kann alternativ oder zusätzlich aber beispielsweise auch per Bluetooth oder WLAN an eine direkt bei der Bedienperson vorhandene Anzeigeeinrichtung ausgegeben werden, beispielsweise eine von der Bedienperson getragene Smartwatch oder an einen von der Bedienperson getragenen Kopfhörer. Insbesondere bei einer Smartwatch kann die Ausgabe der Informationen zumindest auch haptisch, beispielsweise als Vibrationssignal, erfolgen. Auch ist eine Ausgabe der Information mittels eines Laserassistentsystems möglich, mit dem beispielsweise eine Anzeige auf das Werkstück projeziert wird, beispielsweise in Form einer Handlungsanweisung.
- • Speichern eines Qualitätsmerkmals des Werkstücks: Dies ist besonders von Vorteil für die Protokollierung des Herstellungsprozesses, was die Bearbeitung späterer Reklamationen erleichtert und eine Optimierung einer nachfolgenden Bearbeitung ermöglicht. Als Qualitätsmerkmal kommt beispielsweise ein Absolutwert eines Krümmungsradius des seitlichen Rands infrage, und/oder ein relativer Wert des Krümmungsradius, beispielsweise relativ zu einem Grenzwert, oder ähnliches.
Das Qualitätsmerkmal kann unmittelbar in einem Speicher der Werkstückbearbeitungsanlage gespeichert werden, es kann aber auch in eine externe Datenbank gespeichert werden, beispielsweise eine Cloud. Auf diese Weise steht das Qualitätsmerkmal beispielsweise einem übergeordneten Qualitätssystem zur Verfügung, welches den kompletten Bearbeitungsprozess des Werkstücks überwacht und es ermöglicht, einen Fehler im Reklamationsfall bis zu dem Bearbeitungsschritt, in dem der Fehler erzeugt wurde, zurückzuverfolgen. Zusätzlich zu dem Qualitätsmerkmal kann auch mindestens ein Prozessparameter abgespeichert werden, wodurch Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Qualitätsmerkmalen erkennbar und nachverfolgbar gemacht werden.
- • Anbringen einer Information an dem Werkstück: Diese Information kann beispielsweise ein Qualitätsmerkmal umfassen, wie oben erwähnt beispielsweise ein die Krümmung eines seitlichen Randabschnitts betreffendes Qualitätsmerkmal. Auch können beispielsweise die Toleranzen des Werkstücks sowie die Prozessparameter, die zur Herstellung des Werkstücks verwendet werden, in der Information enthalten sein. Die Information kann beispielsweise mittels eines Klebeetiketts auf das Werkstück aufgebracht werden, und sie kann dort beispielsweise leicht auslesbar in Form eines Barcodes oder eines QR-Codes vorhanden sein. Diese Information wird bei den nachfolgenden Bearbeitungsschritten berücksichtigt.
- • Veranlassen, dass das Werkstück ausgeschleust wird: Dies gestattet beispielsweise eine Nachbehandlung eines Werkstücks, dessen seitlicher Rand als unzulässig krumm erkannt wurde, so dass dieses später wieder für eine Bearbeitung verwendet werden kann. Hierdurch wird eine hohe Bearbeitungsqualität sichergestellt, bei gleichzeitig geringem Materialverbrauch.
- • Deklarieren des Werkstücks als Ausschuss: Dies kommt vor allem dann infrage, wenn eine Nachbehandlung aufgrund einer zu hohen Überschreitung der zulässigen Grenzwerte keinen Erfolg verspricht. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein unzulässig krummer seitlicher Rand bei einem bereits bearbeiteten Werkstück festgestellt wurde, die Sensoreinrichtung den Abstand also in Förderrichtung gesehen nach dem Bearbeitungsbereich erfasst bzw. ermittelt hat. Auch hierdurch wird die Bedienperson entlastet, da die Aktion automatisiert auf der Basis des Messergebnisses durch die Sensoreinrichtung erfolgen kann.
- • Veranlassen, dass ein Werkstück nachproduziert wird. Dies dürfte vor allem im Zusammenhang mit dem obigen Aufzählungspunkt „Deklarieren des Werkstücks als Ausschuss“ interessant sein. Auch hierdurch wird die Bedienperson erheblich entlastet, weil das Nachproduzieren automatisiert durchgeführt werden kann. Dies kann soweit automatisiert sein, dass von einer Steuerungseinrichtung der Werkstückbearbeitungsanlage dann, wenn ein Werkstück als Ausschuss deklariert wurde, automatisch ein neuer Bearbeitungsplan erstellt bzw. ein bestehender Bearbeitungsplan modifiziert wird, so dass automatisch das als Ausschuss deklarierte Werkstück nachproduziert wird, ohne dass ein manueller Eingriff durch die Bedienperson, beispielsweise eine manuelle Neuprogrammierung oder Anpassung des Bearbeitungsplans, notwendig ist.
- • Erstellen eines geometrischen Profils eines Rands des Werkstücks bzw. des Werkstücks eines Schnittplans. Ein solches geometrisches Profil kann in vielfacher Hinsicht verwendet werden, beispielsweise wenn es darum geht, die Ursache für eine unerwünschte Krümmung eines seitlichen Rands eines Werkstücks herauszufinden. Durch eine Analyse der geometrischen Abweichung innerhalb des Schnittplans können Rückschlüsse auf die Einstellung der Maschine und der daraus resultierenden systematischen Fehler gezogen werden. Es kann also ein systematischer Fehler und eine maschinenbedingte Ursache hierfür ermittelt werden, und es kann veranlasst werden, dass als Folge hiervon eine Einstellung an der Werkstückbearbeitungsanlage vorgenommen wird
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Insgesamt wird durch die oben vorgeschlagenen und automatisch eingeleiteten Aktionen die Prozesssicherheit bei der Bearbeitung insbesondere von plattenförmigen Werkstücken erheblich gesteigert, und zwar insbesondere bei solchen plattenförmigen Werkstücken, bei denen eine Istabmessung von einer Sollabmessung in unzulässiger Weise abweicht. Dies macht sich besonders vorteilhaft bemerkbar bei solchen Werkstückbearbeitungsanlagen, die weitgehend automatisch oder sogar vollautomatisch betrieben werden. Aber auch bei handbedienten Werkstückbearbeitungsanlagen machen sich die oben erwähnten Vorteile bemerkbar. Dabei versteht es sich, dass ein Grenzwert, der beispielsweise definiert, dass ein Werkstück beispielsweise einen unzulässig gekrümmten seitlichen Rand aufweist, von der Bedienperson frei gewählt oder als ein Prozessparameter von einer Steuerungseinrichtung abhängig von dem herzustellenden Werkstück automatisch, also ohne Beteiligung durch die Bedienperson, eingestellt werden kann. Die Definition der zulässigen Toleranzen kann also sehr flexibel und anwendungsbezogen gehandhabt werden.
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Erfindungsgemäß ist es ferner wenn aus der Auswertung auf mindestens ein Qualitätsmerkmal aus der folgenden Gruppe geschlossen wird: Abweichung eines Istmaßes des Werkstücks von einem Sollmaß; Winkelfehler des Werkstücks; Abweichung eines Istverlaufs des Rands von einem Sollverlauf.
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Zu der Erfindung gehört auch eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung einer Werkstückbearbeitungsanlage der oben genannten Art, umfassend einen Speicher und einen Prozessor. Es wird vorgeschlagen, dass die Steuerungseinrichtung eingerichtet ist zur Steuerung des oben beschriebenen Verfahrens.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Funktionsäquivalente Elemente und Bereiche tragen dabei die gleichen Bezugszeichen. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Werkstückbearbeitungsanlage in Form einer Plattenaufteilsäge mit einer Sensoreinrichtung zur Ermittlung einer geometrischen Eigenschaft eines bearbeiteten Werkstücks;
- 2 eine Draufsicht auf ein Werkstück und die Sensoreinrichtung von 1 zu verschiedenen Zeitpunkten während einer Vorschubbewegung des Werkstücks;
- 3 ein Diagramm, in dem auf der Ordinate die Zeitpunkte der Signalzustandsänderungen von fünf längs der Abszisse linienhaft angeordneten Sensoren der Sensoreinrichtung von 2 bei einem rechtwinkligen Werkstück dargestellt sind;
- 4 ein Diagramm, in dem auf der Ordionate ein einer Distanz entsprechendes Signal eines seitlichen Sensors der Sensoreinrichtung von 2 über der auf der Abszisse auftragenen Zeit t bei einem rechtwinkligen Werkstück dargestellt ist;
- 5 ein Diagramm ähnlich zu 3 bei einem trapezförmigen Werkstück;
- 6 ein Diagramm ähnlich zu 4 bei einem trapezförmigen Werkstück;
- 7 ein Diagramm ähnlich zu 4 bei einem Werkstück mit Materialkratern;
- 8 das Diagramm von 7 nach einer Filterung;
- 9 eine Draufsicht auf zwei durch die Bearbeitung „bananenförmig“ gewordene Werkstücke, eine Bearbeitungslinie und die fünf linienhaft angeordneten Sensoren der Sensoreinrichtung von 2;
- 10 mittig: eine Draufsicht auf zwei bearbeitete Werkstücke einer ersten Betriebssituation, einer oberen und einer unteren Linie mit jeweils drei Sensoren einer Sensoreinrichtung und eine Bearbeitungslinie, oben: ein Diagramm ähnlich zu 3 für die obere Linie von Sensoren der Sensoreinrichtung, und
unten: ein Diagramm ähnlich zu 3 für die untere Linie von Sensoren der Sensoreinrichtung;
- 11 eine Darstellung ähnlich zu 10 einer zweiten Betriebssituation;
- 12 eine Darstellung ähnlich zu 10 einer dritten Betriebssituation;
- 13 mittig und unten: eine Draufsicht auf zwei bearbeitete Werkstücke einer ersten Betriebssituation, eine Linie mit drei Sensoren einer Sensoreinrichtung und eine Bearbeitungslinie, sowie
oben: ein Diagramm ähnlich zu 3 für die Linie der Sensoren;
- 14 eine Darstellung ähnlich zu 13 einer zweiten Betriebssituation;
- 15 eine Darstellung ähnlich zu 13 einer dritten Betriebssituation;
- 16 eine Darstellung ähnlich zu 1 einer zweiten Ausführungsform einer Werkstückbearbeitungsanlage;
- 17 eine Darstellung ähnlich zu 1 einer dritten Ausführungsform einer Werkstückbearbeitungsanlage;
- 18 eine Darstellung ähnlich zu 1 einer vierten Ausführungsform einer Werkstückbearbeitungsanlage;
- 19 eine Darstellung ähnlich zu 1 einer fünften Ausführungsform einer Werkstückbearbeitungsanlage;
- 20 eine teiltransparente Ansicht von oben auf einen Druckbalken und einen Maschinentisch einer sechsten Ausführungsform einer Werkstückbearbeitungsanlage;
- 21 eine schematische geschnittene Seitenansicht auf die Anordnung von 20; und
- 22 eine Darstellung ähnlich zu 1 einer siebten Ausführungsform einer Werkstückbearbeitungsanlage.
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1 zeigt eine Werkstückbearbeitungsanlage 10 in Form einer Plattenaufteilsäge. Sie umfasst vorliegend beispielhaft einen Zuführtisch 12, der vorliegend beispielhaft aus einer Mehrzahl von Rollenbahnen gebildet ist, einen sich an den Zuführtisch 12 anschließenden Maschinentisch 14 und einen sich an den Maschinentisch 14 anschließenden Entnahmetisch 16. Letzterer ist vorliegend beispielhaft als Luftkissentisch ausgebildet und besteht vorliegend beispielhaft aus vier Segmenten, von denen aus Gründen der Einfachheit nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist.
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Die Bearbeitung eines Werkstücks erfolgt im Bereich des Maschinentisches 14, in dem hierfür ein Sägeschlitz 18 vorhanden ist, der längs einer punktiert dargestellten und einen Bearbeitungsbereich bildenden Sägelinie 20 verläuft. Unterhalb von dem Sägeschlitz 18 ist ein längs zur Sägelinie 20 verfahrbarer Sägewagen 22 vorhanden, der vorliegend beispielhaft zwei Sägeblätter (nicht gezeichnet) einer Hauptsäge und einer Vorritzsäge trägt. Oberhalb von der Sägelinie 20 ist ein gestrichelt gezeichneter Druckbalken 24 vorhanden, der während einer Bearbeitung eines Werkstücks auf dieses abgesenkt werden kann. Grundsätzlich denkbar sind aber auch ganz andere Arten von Werkzeugen, beispielsweise Fräseinrichtungen, Bohrer, oder ähnliches.
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Zu der Werkstückbearbeitungsanlage 10 gehört ferner eine Fördereinrichtung vorliegend beispielhaft in Form eines portalartigen Programmschiebers 26, der motorisch in einer durch einen Pfeil 28 dargestellten Förderrichtung und zurück bewegt werden kann und der eine Mehrzahl von Spannzangen 30 trägt, von denen in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine mit einem Bezugszeichen bezeichnet ist.
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Ferner gehört zu der Werkstückbearbeitungsanlage 10 noch eine Handhabungseinrichtung 32, die vorliegend nur symbolisch durch ein strichpunktiert gezeichnetes Sechseck dargestellt ist und die beispielsweise eine Kombination aus einem Roboter mit einer Saugtraverse umfassen kann. Durch eine solche Handhabungseinrichtung 32, oder - nicht dargestellt - eine Handhabungseinrichtung eines Plattenlagers, können Werkstücke auf den Zuführtisch 12 aufgelegt oder von diesem entnommen werden, und es können Werkstücke auf den Entnahmetisch 16 aufgelegt und von diesem entnommen werden.
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Im Bereich des Entnahmetisches 16 ist ferner eine Etikettiereinrichtung 34 vorhanden, und ferner ist in einem unteren Bereich von 1 noch eine Anzeigeeinrichtung 36 gezeichnet. Zu der Werkstückbearbeitungsanlage 10 gehört auch eine seitlich von den drei Auflagetischen 12, 14 und 16 angeordnete Anlageeinrichtung 38 in Form eines vorliegend beispielhaft aus zwei Segmenten 40a und 40b bestehenden und sich geradlinig erstreckenden leistenartigen Winkellineals.
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Die Anlageeinrichtung 38 erstreckt sich dabei exakt orthogonal zur Sägelinie 20. Man erkennt aus 1, dass das eine Segment 40a der Anlageeinrichtung 38 vor allem seitlich Zuführtisch 12 und das zweite Segment 40b der Anlageeinrichtung 38 vor allem seitlich vom Entnahmetisch 16 angeordnet ist.
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Die Werkstückbearbeitungsanlage 10 umfasst eine Sensoreinrichtung 42, die vorliegend beispielhaft zunächst sechs in einer geraden Linie parallel zu der Sägelinie 20 angeordnete Sensoren 44a-f beinhaltet, die in den Maschinentisch 14 oberflächenbündig integriert sind. Diese gerade Linie erstreckt sich orthogonal zu der Förderrichtung 28 und somit auch zu einer Bewegungsrichtung 46 eines in 1 im Bereich des Maschinentisches 14 und des Entnahmetisches 16 gezeichneten und in der vorliegend dargestellten Betriebssituation insgesamt rechteckigen Werkstücks 48. In Bewegungsrichtung 46 des Werkstücks 48 gesehen weist dieses vorliegend beispielhaft einen geradlinigen vorderen Rand 50a und einen geradlinigen hinteren Rand 50b auf. Das Werkstück 48 wurde mittels des Sägewagens 22 und der dort vorhandenen Sägen durch einen Schnitt längs zur Sägelinie 20 von einem Ausgangswerkstück 51 abgetrennt, welches in 1 von den Spannzangen 30 noch gehalten und auf dem Zuführtisch 12 befindlich gezeichnet ist. Insoweit handelt es sich bei dem Werkstück 48 um ein bearbeitetes Werkstück.
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Die Sensoren 44a-f sind so ausgebildet, dass sich die Zustände ihrer Signale ändern, wenn sich der vordere Rand 50a und der hintere Rand 50b an ihnen vorbei, vorliegend nämlich über sie hinweg bewegt. Zu diesem Zweck sind die Sensoren 44a bis 44f in den Maschinentisch 14, auf dem das bearbeitete Werkstück 48 liegt, integriert, und zwar unmittelbar benachbart zur Sägelinie 20, die, wie oben erwähnt wurde, insoweit einen Bearbeitungsbereich bildet. Dabei sind die Sensoren 44a-f in Förderrichtung 28 bzw. Bewegungsrichtung 46 gesehen stromabwärts von dem Bearbeitungsbereich 20, also nach diesem angeordnet, also insgesamt zwischen der Sägelinie 20 und dem Entnahmetisch 16.
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Bei den Sensoren 44a-f handelt es sich vorliegend beispielhaft um Infrarotsensoren ähnlich zu jenen, die in PC-Mäusen verwendet werden und die vorliegend in der Art einer Lichtschranke eingesetzt werden und die vorliegend wegen ihrer Funktion auch als „Kantenerfassungssensoren“ bezeichnet werden können. Diese Sensoren setzen zur Erkennung eines Rands eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Sensor voraus. Grundsätzlich sind aber auch andere Sensoren möglich, beispielsweise akustische Sensoren, berührend arbeitende Tastsensoren, induktive Sensoren oder eine Bildverarbeitungseinrichtung in Form einer Kamera, wobei auch Kombinationen der oben erwähnten Sensoren möglich sind. Die Sensoren können eine Reinigungseinrichtung z.B. in Form einer Abblasdüse beinhalten, mit der beispielsweise im Betrieb entstehender Staub entfernt und so die Funktionsfähigkeit der Sensoren sichergestellt werden kann.
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Ein seitlicher Rand des Werkstücks 48, der zu der Anlageeinrichtung 38 hin weist und an dieser anliegt, trägt das Bezugszeichen 52. In die Anlageeinrichtung 38 ist ebenfalls ein Sensor 54 integriert, der kontinuierlich einen Abstand des seitlichen Rands 52 von der Anlageeinrichtung 38 erfasst.
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Zu der Werkstückbearbeitungsanlage 10 gehört auch noch eine Steuerungseinrichtung 56, bei der es sich beispielsweise um einen PC handeln kann. Die Steuerungseinrichtung 56 erhält Signale von zahlreichen Sensoren der Werkstückbearbeitungsanlage 10, so auch von den Sensoren 44a-f und 54 der Sensoreinrichtung 42. Abhängig von den Signalen der Sensoren und abhängig von einem oder von mehreren Computerprogrammen, die in der Steuerungseinrichtung 56 abgespeichert sind, steuert die Steuerungseinrichtung 56 verschiedene Komponenten der Werkstückbearbeitungsanlage 10 an.
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Zu den angesteuerten Komponenten gehören beispielsweise der Programmschieber 26 und die Spannzangen 30, der Sägewagen 22 und die auf diesem angeordneten Sägen, die Handhabungseinrichtung 32, die Etikettiereinrichtung 34 sowie die Anzeigeeinrichtung 36. Die Steuerungseinrichtung 56 kommuniziert ferner vorzugsweise bidirektional mit einem externen Speicher 58, bei dem es sich beispielsweise um einen Cloudspeicher handeln kann und in dem Datensätze einer Datenbank gespeichert sind.
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In einem normalen und optimalen Betrieb arbeitet die Werkstückbearbeitungsanlage 10 wie folgt: das Ausgangswerkstück 51 wird beispielsweise mittels der Handhabungseinrichtung 32 auf den Auflagetisch 12 gelegt. Dann wird das Ausgangswerkstück 51 an einem hinteren Rand von den Spannzangen 30 gegriffen und schrittweise in Richtung Maschinentisch 14 bewegt. Dort wird es in einer gewünschten Weise relativ zu der Sägelinie 20 positioniert, dann der Druckbalken 24 abgesenkt, und dann wird von dem Ausgangswerkstück 51 durch einen Schnitt (Erstschnitt) das Werkstück 48 abgetrennt, das dann auf dem Maschinentisch 14 und dem Entnahmetisch 16 zum Liegen kommt. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, bis das Ausgangswerkstück 51 vollständig aufgeteilt ist.
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Da die Längserstreckung der Anlageeinrichtung 38 exakt orthogonal zur Längserstreckung der Sägelinie 20 ist, werden auf diese Weise rechteckige abgetrennte und insoweit bearbeitete Werkstücke 48 erzeugt. Diese haben im normalen und optimalen Betrieb, der in 1 gezeichnet ist, exakt gerade Seitenränder 50a, 50b sowie 52, die parallel bzw. exakt orthogonal zueinander sind.
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Nach dieser ersten Aufteilung des Ausgangswerkstücks 51 kann das bearbeitete Werkstück 48 entweder zwischengelagert werden, oder es kann sofort abgelegt werden, oder es kann sofort wieder auf den Zuführtisch 12 zurück bewegt werden, beispielsweise durch die Handhabungseinrichtung 32, dort beispielsweise um 90° gedreht werden, und dann nochmals aufgeteilt werden (Zweitschnitt). Das bearbeitete Werkstück 48 wird somit zu einem Ausgangswerkstück, aus dem dann weitere bearbeitete Werkstücke entstehen. Dieser Vorgang kann unter Umständen mehrfach wiederholt werden (Drittschnitt bzw. Nachschnitt).
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In 2 ist die Bewegung des rechteckigen bearbeiteten Werkstücks 48 in Bewegungsrichtung 46 über die Sensoren 44a-f hinweg mit durchgezogenen Linien gezeichnet. Gestrichelt gezeichnet ist darüber hinaus in 2 die Bewegung eines trapezförmigen Werkstücks 48 in Bewegungsrichtung 46 über die Sensoren 44a-f hinweg.
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In 3 sind die Zeitpunkte (Ordinate) der Zustandsänderungen der Signale der Sensoren 44a-f (Abszisse) für den Fall des rechteckigen Werkstücks 48 aufgetragen. Dabei bezeichnet ein Zeitpunkt t1 jenen Zeitpunkt, in dem sich der vordere Rand 50a über die Sensoren 44a-f vorbei bewegt, und der Zeitpunkt t2 jenen Zeitpunkt, zu dem sich der hintere Rand 50b des Werkstücks 48 an den Sensoren 44a-f vorbei bzw. über diese hinweg bewegt. In den Diagrammen ist ein Sollsignal (entsprechend einem perfekt rechteckigen und zur Sägelinie 20 und zur Anlageeinrichtung 38 ausgerichteten Werkstück 48) gestrichelt gezeichnet, und ein Istsignal ist durchgezogen gezeichnet. In 4 ist das einem Abstand enstprechende Signal (Ordinate) des Sensors 54 über der Zeit aufgetragen.
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Man erkennt aus 3, dass bei dem rechteckigen Werkstück 48 alle Sensoren eine Änderung des Signalzustands zu den Sollzeitpunkten t1 und t2 anzeigen. Man erkennt ferner, dass in Kenntnis der Geschwindigkeit des Werkstücks 48 in Bewegungsrichtung 46 aus der Zeitdifferenz t2-t1 der Abstand zwischen dem vorderen Rand 50a und dem hinteren Rand 50b ermittelt werden kann. Es wird also eine Relativgeschwindigkeit zwischen den Sensoren 44a-f der Sensoreinrichtung 42 und dem Werkstück 48 bzw. der relative zurückgelegte Weg des Werkstücks 48 relativ zu den Sensoren 44a-f berücksichtigt. Der ermittelte Abstand stellt eine geometrische Eigenschaft des bearbeiteten plattenförmigen Werkstücks 48 da, die auf diese Weise mittels der Sensoreinrichtung 42 ermittelt werden kann. Es ist somit möglich, mittels eines Messsystems des Programmschiebers 26 durch Zuordnung der Änderung der Signalzustände der einzelnen Sensoren 44a-f einen Abstand zwischen dem vorderen Rand 50a und dem hinteren Rand 50b zu ermitteln.
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Aus 4 erkennt man ferner, dass ein Istabstand x zwischen dem seitlichen Rand 52 und der Anlageeinrichtung 38 zu jedem Zeitpunkt während der Bewegung des Werkstücks 48 dem Sollabstand entspricht und dabei während der Bewegung des Werkstücks 48 konstant bleibt. Aus den 3 und 4 wiederum ergibt sich, dass der vordere Rand 50a und der hintere Rand 50b exakt parallel zueinander sind, und dass der seitliche Rand 52 exakt orthogonal zu den beiden Rändern 50a und 50b liegt. Somit werden durch die Sensoreinrichtung 42 auch die Winkel zwischen den Rändern 50a, 50b sowie 52 ermittelt, welche ebenfalls geometrische Eigenschaften des Werkstücks 48 sind. Da die Signaldarstellungen in den 3 und 4 darüber hinaus geradlinig sind, ist auch bekannt, dass die Ränder 50a, 50b sowie 52 exakt gerade sind, deren Krümmung also Null ist, was ebenfalls eine geometrische Eigenschaft des bearbeiteten Werkstücks 48 ist.
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All dies wird in der Steuerungseinrichtung 56 aus den Signalen der Sensoren 44a-f sowie 54 sowie aus der ebenfalls in der Steuerungseinrichtung 56 bekannten Geschwindigkeit des Programmschiebers 26 und dem vom Programmschieber 26 zurückgelegten Weg ermittelt, und die Istwerte werden in der Steuerungseinrichtung 56 mit den Sollwerten verglichen. Im vorliegenden Fall erkennt man, dass die Istwerte (weitestgehend) exakt den Sollwerten entsprechen, woraus die Steuerungseinrichtung 56 schließt, dass das bearbeitete Werkstück 48 im Hinblick auf seine geometrische Eigenschaft (weitestgehend) exakt dem gewünschten Qualitätsziel entspricht. Dies wird einerseits dem Speicher 58 übermittelt, und andererseits wird auf das Werkstück 48 mittels der Etikettiereinrichtung 34 ein Etikett aufgeklebt, welches die Abweichungen der Istwerte von den Sollwerten (vorliegend Null) als Qualitätsmerkmale in Form beispielsweise eines Barcodes oder eines QR-Codes enthält.
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Es versteht sich, dass es hier und nachfolgend möglicherweise erforderlich sein kann, das noch von den Spannzangen 30 des Programmschiebers 26 gegriffene Werkstück 51 entgegen der Förderrichtung 28 wieder zum Zuführtisch 12 hin zurückzuziehen und anschließend wieder in Förderrichtung 28 vorzuschieben, um herbeiführen zu können, dass sich der zu beurteilende Rand 61a an den Sensoren 44a-f vorbeibewegt.
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In den 5 und 6 sind die entsprechenden Zeitpunkte der Signalzustandsänderungen bzw. Signalverläufe für das in 2 gestrichelt gezeichnete trapezförmige Werkstück 48 aufgetragen. Man erkennt, dass die Zeitpunkte bzw. Signalverläufe eindeutig die Trapezform indizieren und die Abweichungen der Istwerte von den Sollwerten anzeigen. Aus der Auswertung in der Steuerungseinrichtung 56 ergibt sich dann, dass die Ränder 50a und 50b des Werkstücks 48 zwar parallel und geradlinig sind, das Werkstück 48 jedoch nicht rechtwinklig sondern trapezförmig ist. Auch diese Qualitätsmerkmale, also die Abweichungen der Istwerte von den Sollwerten, werden im Speicher 58 abgespeichert und mittels der Etikettiereinrichtung 34 durch ein Etikett beispielsweise als Barcode oder als QR-Code auf das Werkstück 48 aufgeklebt.
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In der Steuerungseinrichtung 56 werden die Differenzen zwischen den Istwerten und den Sollwerten mit Grenzwerten verglichen, und wenn die Grenzwerte überschritten werden, wird eine Aktion ausgelöst. Es wird also abhängig von der ermittelten geometrischen Eigenschaft (vorliegend: starke Trapezform des bearbeiteten Werkstücks 48) die besagte Aktion ausgelöst. Diese Aktion kann umfassen: Veranlassen einer Handhabung des Werkstücks; Ausgabe einer Information an eine Bedienperson; Speichern eines Qualitätsmerkmals des Werkstücks (wie oben bereits erwähnt); Anbringen einer Information an dem Werkstück (wie ebenfalls oben bereits erwähnt); Veranlassen, dass das Werkstück ausgeschleust wird; Deklarieren des Werkstücks als Ausschuss; Veranlassen, dass ein Werkstück nachproduziert wird; Erstellen eines geometrischen Profils eines Rands des Werkstücks; Fehleranalyse der Maschineneinstellung und Erzeugen von hiervon abhängigen Anweisungen für die Maschineneinstellung.
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In 7 ist das Signal des Sensors 54 von 4 stärker aufgelöst wiedergegeben. Man erkennt, dass das Signal einzelne kurzzeitige Spitzen („Peaks“) aufweist, die in 7 mit 60 bezeichnet sind. Diese werden verursacht durch Vertiefungen („Materialkrater“) in dem seitlichen Rand 52 des Werkstücks 48. Dies hängt damit zusammen, dass zahlreiche Materialien (beispielsweise Spanholz) zu Werkstücken führen, die in ihrem Inneren keine perfekt geschlossene Struktur sondern Hohlräume aufweisen. An einer Grenzfläche nach außen werden diese Hohlräume in Form von Materialkratern sichtbar.
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Da der Sensor 54 die Entfernung des seitlichen Rands 52 von der Anlageeinrichtung 38 mit einer sehr hohen Genauigkeit misst, beispielsweise mit einer Genauigkeit von wenigen Hundertstel Millimetern, treten die besagten Materialkrater in Form der Signalspitzen 60 zutage. Es wird daher ein Toleranzbereich (gestrichelte Linien in 7) festgelegt, und Signalwerte, die außerhalb dieses Toleranzbereiches liegen, werden ausgefiltert. Dies führt dann zu dem letztlich für die Auswertung verwendeten Signalverlauf entsprechend 8 bzw. entsprechend 4.
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9 zeigt eine andere Betriebssituation mit einem Ausgangswerkstück 51 und einem bearbeiteten Werkstück 48. Man erkennt, dass sich beide Werkstücke 48 und 51 aufgrund vorhandener innerer Spannungen nach dem Trennschnitt längs der Sägelinie 20 verzogen haben, wodurch sich bei beiden eine sogenannte „Bananenform“ einstellt. Beim bearbeiteten Werkstück 48 erkennt man, dass dessen hinterer Rand 50b in 9 nach unten gekrümmt ist, wohingegen ein in Bewegungsrichtung 46 gesehen vorderer Rand 61a des Ausgangswerkstücks 51 in 9 nach oben hin gekrümmt ist. Hierdurch öffnet sich zwischen diesen beiden Werkstücken 48 und 51 ein sichelförmiger Spalt, der bei der weiteren Bewegung der beiden Werkstücke 48 und 51 in Bewegungsrichtung 46 von den unterhalb von dem Spalt 62 liegenden Sensoren 44a-c durch eine entsprechende Signaländerung erfasst wird. Hätten sich die beiden Werkstücke 48 und 51 nicht verzogen, wäre dieser Spalt 62 nicht vorhanden, und die unterhalb liegenden Sensoren 44a-c würden bei der Bewegung der beiden Werkstücke 48 und 51 an den Sensoren 44a-c vorbei bzw. über diese hinweg keine Signaländerung erzeugen. Die außerhalb von den Werkstücken 48 und 51 liegenden Sensoren 44e und 44d erkennen in dem gezeigten Fall kein Material.
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In dem in 9 dargestellten Fall wird aus den Signalzustandsänderungen der Sensoren 44a-c abgeleitet, dass der hintere Rand 50b des Werkstücks 48 und der vordere Rand 61a des Ausgangswerkstücks 51 nicht gerade sind. In der Folge werden die mittels der Sensoren 44a-c entsprechend der obigen Beschreibung im Zusammenhang mit den 2-6 erzeugten Signale ausgewertet und die ermittelten Istwerte mit den vorgegebenen Sollwerten verglichen. Abhängig davon, ob die Werte innerhalb oder außerhalb eines Toleranzbereiches liegen, wird das bearbeitete Werkstück 48 entweder als „in Ordnung“ oder als „Ausschuss“ deklariert.
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Auch hier kann selbstverständlich unter Berücksichtigung der Relativgeschwindigkeit bzw. des zurückgelegten Wegs der Werkstücke 48 und 51 relativ zur Sensoreinrichtung 42 und aus den Signalzustandsänderungen der Sensoren 44a-e auch beispielsweise der Abstand zwischen den vorderen und hinteren Rändern 50a, 50b bzw. 61a und 61b ermittelt werden, also letztendlich die Werkstückbreite. Auch diese kann mit entsprechenden Sollwerten verglichen werden, so dass automatisch die Abmessungen des bearbeiteten Werkstücks noch während bzw. unmittelbar nach dem Fertigungsprozess überprüft werden.
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Nun wird auf die 10-12 Bezug genommen, anhand derer die Signalzustandsänderungen von drei in einer geraden Linie und in der Bewegungsrichtung 46 der Werkstücke 48 und 51 unmittelbar „stromaufwärts“ von der Sägelinie 20 angeordneten Sensoren 44a-c sowie von drei in einer geraden Linie und in der Bewegungsrichtung 46 der Werkstücke 48 und 51 vorliegend beispielhaft unmittelbar „stromabwärts“ von der Sägelinie 20 angeordneten Sensoren 44d-f erläutert werden. Bei den Sensoren 44a-f handelt es sich wiederum um solchen Sensoren, wie sie beispielsweise von üblichen PC-Mäusen bekannt sind. Sie ändern ihren Signalzustand in dem Moment, in dem sich ein Rand eines Werkstücks an ihnen vorbei bewegt. Auch hier sind die Sensoren 44a-f in den Maschinentisch 14 oberflächenbündig integriert, so dass sich der Signalzustand der Sensoren 44a-f dann ändert, wenn sich ein Rand eines Werkstücks über sie hinweg bewegt. Im Grunde arbeiten diese Sensoren nach dem Prinzip einer Lichtschranke. Aus Darstellungsgründen sind die Sensoren 44a-f in einer zur Sägelinie 20 stark benachbarten Position gezeichnet. Es versteht sich, dass sie auch von der Sägelinie 20 stärker entfernt angeordnet sein könnten.
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Sämtliche 10-12 zeigen in der Mitte das Ausgangswerkstück 51 und das bearbeitete Werkstück 48 nach einem Sägevorgang längs der Sägelinie 20, oben die Zeitpunkte der Signalzustandsänderungen der stromaufwärtigen Reihe von Sensoren 44a-c und unten die Zeitpunkte der Signalzustandsänderungen der stromabwärtigen Reihe von Sensoren 44d-f. Aus Gründen der Einfachheit und der Übersichtlichkeit sind die Bezugszeichen nur für 10 eingetragen.
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10 zeigt den Fall, bei dem die Materialspannungen geringer sind als die Haltekräfte der Spannzangen 30 am hinteren Rand 61b des Ausgangswerkstücks 51. Trotz der vorhandenen Materialspannungen bzw. auf Grund der Werkstücksteifigkeit behält das Ausgangswerkstück 51 somit seine rechteckige Form bei, und der vordere Rand 61a bleibt gerade. Entsprechend ändern die stromaufwärtigen Sensoren 44a-c den Signalzustand alle zum gleichen Zeitpunkt und nach einem Bewegungsweg, der genau dem vorgesehenen Bewegungsweg entspricht.
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Das bearbeitete Werkstück 48 verformt sich dagegen, sobald es vom Ausgangswerkstück 51 abgetrennt ist, aufgrund der vorhandenen Materialspannungen bananenförmig. Wenn es vom Ausgangswerkstück 51 weiter in Bewegungsrichtung 46 bewegt wird, überstreicht sein gekrümmter hinterer Rand 50b die stromabwärtigen Sensoren 44d-f, und diese ändern somit den Signalzustand nicht zum gleichen Zeitpunkt. Die äußeren Sensoren 44d und 44f ändern den Signalzustand früher als erwartet, also nach einem kürzeren Bewegungsweg als erwartet, wohingegen der mittlere Sensor 44e den Signalzustand im wesentlichen zum erwarteten Zeitpunkt und nach dem erwarteten Bewegungsweg ändert. Dies hängt damit zusammen, dass an dieser Stelle das bearbeitete Werkstück 48 unmittelbar am Ausgangswerkstück 51 anliegt, wie es auch bei einem geraden Verlauf des hinteren Randes 50b der Fall wäre.
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Analog hierzu erklären sich die 11 und 12 weitgehend von selbst: in 11 und in 12 sind die Materialspannungen auch im Ausgangswerkstück 51 so hoch, dass sich dieses bananenförmig verformt, obwohl sein hinterer Rand 61b noch von den Spannzangen 30 gegriffen ist. Somit ergeben sich während der Bewegung des vorderen Randes 61a des Ausgangswerkstücks 51 und des hinteren Randes 50b des bearbeiteten Werkstücks 48 über die Sensoren 48a-f hinweg in den oberen Diagrammen die Zeitpunkte der Änderungen der Signalzustände entsprechend dem jeweiligen Verlauf des vorderen Randes 61a des Ausgangswerkstücks 51. In den unteren Diagrammen ergeben sich die Zeitpunkte der Änderungen der Signalzustände entsprechend dem jeweiligen Verlauf des hinteren Randes 50b des bearbeiteten Werkstücks 48.
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Die 13-15 zeigen die gleichen Betriebsituationen der 10-12, wobei jedoch nur eine Reihe von drei Sensoren 44a-c in Bewegungsrichtung 46 gesehen stromabwärts von der Sägelinie 20 angeordnet ist. Aus Gründen der Einfachheit und der Übersichtlichkeit sind die Bezugszeichen nur für 13 eingetragen, und die Sesnoren 44a-c sind stark benachbart zur Sägelinie 20 gezeichnet, könnten aber wiederum auch deutlich von ihr entfernt sein. Die jeweiligen Sensoren 44a-c ändern den Signalzustand während der Bewegung des Ausgangswerkstücks 51 und des von diesem geschobenen Werkstücks 48 zunächst dann, wenn sich der hintere Rand 50b des bearbeiteten bzw. abgetrennten Werkstücks 48 über sie hinweg bewegt, und ändern den Signalzustand nochmals, wenn sich der vordere Rand 61a des Ausgangswerkstücks 51 über sie hinweg bewegt. Entsprechend ergeben sich die in den Diagrammen gezeichneten Zeitpunkte der Änderungen der Signalzustände der jeweiligen Sensoren 44a-c, aus denen die Form und auch die Abmessung des zwischen den beiden Werkstücken 48 und 51 gebildeten Spalts entnommen werden kann.
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Nun wird auf die 16-22 Bezug genommen, die unterschiedliche Ausführungsformen von Werkstückbearbeitungsanlagen 10 darstellen. Dabei unterscheiden sich die Werkstückbearbeitungsanlagen 10 insbesondere durch die Positionierung und Ausgestaltung der Sensoreinrichtung 42. Insoweit wird nachfolgend insbesondere hierauf und die damit zusammenhängenden Merkmale Bezug genommen.
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Die Werkstückbearbeitungsanlage 10 von 16 weist anders als die Werkstückbearbeitungsanlage 10 von 1 zusätzlich eine Puffereinrichtung 64 auf, die seitlich vom Zuführtisch 12 angeordnet ist. Die Puffereinrichtung 64 weist eine eigene Fördereinrichtung (nicht gezeichnet, beispielsweise ein Riemenförderer) auf, mit der in der Puffereinrichtung 64 liegende Werkstücke 48a-d insbesondere in Richtung zum Zuführtisch 12 hin bewegt werden können. Dies ist durch einen Pfeil 66 symbolisiert. Auch eine Bewegung der in der Puffereinrichtung 64 liegenden Werkstücke 48a-d in entgegengesetzter Richtung ist grundsätzlich möglich.
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An dem an den Zuführtisch 12 angrenzenden Rand der Puffereinrichtung 64 sind vorliegend beispielhaft drei in einer geraden Linie angeordnete stationäre Sensoren 44a-c der Sensoreinrichtung 42 angeordnet. Werden die in der Puffereinrichtung 64 liegenden (bereits beispielsweise durch einen Erstschnitt oder einen Zweitschnitt bearbeiteten) Werkstücke 48a-d von der Fördereinrichtung entsprechend dem Pfeil 66 in Richtung zum Zuführtisch 12 hin bewegt und hierdurch in den Zuführtisch 12 eingeschleust, wo sie dann beispielsweise von den Spannzangen 30 des Programmschiebers 26 gegriffen und der Sägelinie 20 (für einen Zweitschnitt bzw. einen Drittschnitt) zugeführt werden können, bewegen sich die vorderen und hinteren Ränder dieser Werkstücke 48a-d über die Sensoren 44a-c hinweg, wodurch wiederum entsprechende Zustandsänderungen der Signale der Sensoren 44a-c erzeugt werden, welche, insbesondere im Zusammenhang mit der bekannten Geschwindigkeit der Fördereinrichtung in Richtung des Pfeils 66 bzw. dem bekannten Bewegungsweg in Richtung des Pfeils 66, eine Aussage über die Geradheit bzw. Krümmung der besagten Ränder und die Abmessungen sowie die Rechtwinkligkeit der Werkstücke 48a-d gestattet. Es versteht sich, dass die Sensoren 44a-c sowohl unterhalb von den Werkstücken 48a-d als auch oberhalb von den Werkstücken 48a-d angeordnet sein können.
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Die in 17 gezeichnete Werkstückbearbeitungsanlage 10 unterscheidet sich von jener der 16 dadurch, dass die in einer Linie angeordneten Sensoren 44a-c nicht stationär sind, sondern im wesentlichen orthogonal zur Erstreckung der Linie beweglich sind, entsprechend der in 17 gezeichneten Pfeile 68. Die Sensoren 44a-c können beispielsweise auf einem gemeinsamen Schlitten angeordnet sein, der unter den in der Puffereinrichtung 64 liegenden Werkstücken 48a-d hinweg bewegt werden kann. Diese Bewegung wird dabei motorisch durchgeführt, und beispielsweise mittels eines Wegmesssystems ist jederzeit die Position der Sensoren 44a-c sowie der während deren Bewegung zurückgelegte Weg bekannt.
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Wenn sich die Sensoren 44a-c unter den Werkstücken 48a-d hinweg bewegen, ergeben sich wieder die oben erwähnten Änderungen der Signalzustände der Sensoren 44a-c dann, wenn sich diese unter einem Rand eines Werkstücks 48a-d hinweg bewegen. Aus dieser Änderung des Signalzustands und der bekannten augenblicklichen Position bzw. dem zurückgelegten Weg der Sensoren 44a-c kann dann wiederum die Geradheit, Krümmung, Rechtwinkligkeit, Dimension, etc., der in der Puffereinrichtung 64 liegenden Werkstücke 48a-d ermittelt werden.
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Auch bei der Werkstückbearbeitungsanlage 10 von 18 ist die Sensoreinrichtung 42 im Bereich der seitlich vom Zuführtisch 12 angeordneten Puffereinrichtung 64 vorhanden. Allerdings weist diese nur einen Sensor 44 auf, der im Wesentlichen parallel zur Erstreckung der Querränder der in der Puffereinrichtung 64 liegenden Werkstücke 48a-d motorisch bewegt werden kann (Pfeil 68). Vorzugsweise ist der Sensor 44 oberhalb von den in der Puffereinrichtung 64 liegenden Werkstücken 48a-d angeordnet. Mittels des Sensors 44 kann der gesamte zum Zuführtisch 12 unmittelbar benachbarte Querrand (vorderer Rand 50a) eines in der Puffereinrichtung 64 liegenden Werkstücks 48a-d abgescannt werden. Vorteilhafterweise ist in diesem Fall der Sensor 44 nicht als ein reiner „Kantenerfassungssensor“ ausgebildet, beispielsweise in Form der oben erwähnten PC-Mäuse, sondern beispielsweise als Kamera oder als Laserscanner, der eine Erfassung der Form und Lage einer Kante eines Werkstücks in einem bestimmten Bereich oder sogar der Gesamtform eines Werkstücks ermöglicht.
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Eine weitere Variante einer Werkstückbearbeitungsanlage 10 ist in 19 gezeigt, wobei dort die Sensoreinrichtung 42 in die Anlageeinrichtung 38 („Winkellineal“) integriert ist. Zu diesem Zweck ist die Anlageeinrichtung 38 in eine Vielzahl einzelner Segmente unterteilt, und die Sensoren 54a-c der Sensoreinrichtung 42 sind als Abstandssensoren ausgebildet. Auch hierdurch lässt sich die Geradheit oder Krümmung jenes Randes des Werkstücks 48, der zu der Anlageeinrichtung 38 hin weist, ermitteln (vorliegend der hintere Rand 50b).
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In den 20 und 21 sind nur der Maschinentisch 14 und die dort vorhandenen Elemente einer weiteren Ausführungsform einer Werkstückbearbeitungsanlage 10 gezeichnet. Bei dieser Werkstückbearbeitungsanlage 10 ist die Sensoreinrichtung 42 in den Druckbalken 24 integriert. Man erkennt, dass der Druckbalken 24 zwei voneinander separate und sich parallel zur Sägelinie 20 erstreckende Niederhalteelemente 70a und 70b umfasst, von denen eines stromaufwärts und ein anderes stromabwärts von der Sägelinie 20 bzw. vom Sägeschlitz 18 angeordnet ist. Beide Niederhalteelemente 70a und 70b können vertikal bewegt werden und so das Ausgangswerkstück 51 vor der Aufteilung und das abgetrennte Werkstück 48 und das verbleibende Ausgangswerkstück 51 nach der Aufteilung festhalten (dieser Zustand ist in 21 gestrichelt gezeichnet).
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Zwischen den beiden Niederhalteelementen 70a und 70b ist ein Träger 72 vorhanden, an dessen zum Maschinentisch 14 hin weisendem Ende vorliegend beispielhaft mehrere Sensoren 44a-d in Form von Kameras angeordnet sind (alternativ könnten die Sensoren auch am Niederhalteelement 70a und/oder am Niederhalteelement 70b befestigt sein). Diese erfassen einen unterhalb liegenden Bereich 74. Die Sensoren 44a-d sind vorzugsweise stationär. Denkbar ist aber auch, dass diese parallel zur Sägelinie 20 beweglich sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn beispielsweise nur ein einziger Sensor in Form einer Kamera oder etwas ähnlichem vorgesehen wäre.
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Mittels der Sensoren 44a-d kann unmittelbar nach der Aufteilung eine erzeugte Schnittfuge 76 zwischen den beiden Werkstücken 48 und 51 von oben erfasst werden, so dass sowohl die Lage als auch die Form und sogar weitere qualitative Eigenschaften des hinteren Randes 50b des abgetrennten Werkstücks 48 und des vorderen Randes 61a des Ausgangswerkstücks 51 erfasst und ausgewertet werden können. Wenn erforderlich, kann im Bereich der Sensoren 44a-d auch eine (in der Figur nicht gezeigte) Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein, welche die Erfassung der Schnittfuge 76 durch die Sensoren 44a-d erleichtert bzw. die Genauigkeit erhöht.
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Bei der in 22 gezeichneten Werkstückbearbeitungsanlage 10 ist eine Puffereinrichtung 78 oberhalb von dem Bearbeitungsbereich 20 angeordnet, nämlich auf einer Struktur, welche den beweglichen Druckbalken (in 22 nicht sichtbar, da von der Puffereinrichtung 78 verdeckt) lagert.
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Auch dort können bearbeitete Werkstücke 48e-h zwischengelagert werden, bevor sie einer weiteren Bearbeitung (beispielsweise Zweitschnitt und/oder Drittschnitt) zugeführt werden. Bei der Werkstückbearbeitungsanlage 10 von 22 ist die Sensoreinrichtung 42 im Bereich dieser Puffereinrichtung 78 angeordnet, und zwar in Form eines verschieblichen Portals 80, welches als Messeportal ausgeführt ist. Dieses Messportal 80 kann über die Puffereinrichtung 78 längs des Doppelpfeils 68 hinweg bewegt werden und bei dieser Bewegung die in der Puffereinrichtung 78 liegenden Werkstücke 48e-h abscannen.
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Ein solches Messportal 80 hat den Vorteil, dass mit ihm nicht nur eine geometrische Eigenschaft eines bearbeiteten Werkstücks 48e-h ermittelt werden kann, sondern darüber hinaus auch weitere Qualitätsmerkmale, beispielsweise solche, welche die Schnittqualität und die Werkstückoberfläche (Kratzer, Ausreißer, etc.) betreffen. Derartige Messportale sind vom Markt her grundsätzlich bekannt. Beispielsweise arbeitet ein solches Messportal 80 mit Bilderfassung oder mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Sensoren, beispielsweise Kameras, Ultraschallsensoren, Lasersensoren, etc.
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Ein solches Messportal 80 kann auch im Bereich der Puffereinrichtung 64 angeordnet sein, die seitlich vom Zuführtisch 12 angeordnet ist, wie in 22 durch einen gestrichelt gezeichneten Kasten angedeutet ist. In diesem Fall kann das Messportal 80 auch stationär angeordnet sein. Dann würden die in der Puffereinrichtung 64 liegenden Werkstücke 48a-d von dem Messportal 80 abgescannt werden, wenn sie von der Fördereinrichtung der Puffereinrichtung 64 längs zum Pfeil 66 in Richtung zum Zuführtisch 12 unter dem Messportal 80 hindurch bewegt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2253442 A1 [0003]
- DE 20108813 U1 [0003]
- EP 1916046 B1 [0003]
