DE102019210752A1

DE102019210752A1 - Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine und Fertigungssystem

Info

Publication number: DE102019210752A1
Application number: DE102019210752.4A
Authority: DE
Inventors: Christoph Scharfenberg; Christof Sailer
Original assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Current assignee: Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2021-01-21
Also published as: WO2021013725A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fertigungssystem (10) aufweisend
- eine Werkstückanordnung (64) mit einer optischen Kennzeichnung (14), die eine vordefinierte Ausdehnung (16a, 16b) in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung (18a, 18b) aufweist, und
- eine Werkzeugmaschine (20) mit einem Bildverarbeitungssystem (22) zum Erfassen der optischen Kennzeichnung (14).
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine (20) mit den Schritten
a) Anordnen einer Werkstückanordnung (64) mit einer optischen Kennzeichnung (14), die eine vordefinierte Ausdehnung (16a, 16b) in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung (18a, 18b) aufweist, in einem Arbeitsraum (56) der Werkzeugmaschine (20),
b) Aufnehmen eines Bildes der optischen Kennzeichnung (14) mit einem Bildverarbeitungssystem (22) der Werkzeugmaschine (20),
c) Ermitteln eines Bezugspunkts (58) an der Werkstückanordnung (64) unter Verwendung des in Schritt b) aufgenommenen Bildes.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Fertigungssystem aufweisend eine Werkstückanordnung und eine Werkzeugmaschine. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine.
Zur Bearbeitung, insbesondere dreidimensionalen Bearbeitung, eines Werkstücks mittels einer Werkzeugmaschine wird das Werkstück im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine fixiert; hierzu können Spannvorrichtungen wie Werkstückträger oder Spannpratzen eingesetzt werden. Das Anordnen und Befestigen des Werkstücks im Arbeitsraum wird auch als Rüsten der Werkzeugmaschine bezeichnet. Zur präzisen Bearbeitung des Werkstücks muss die Werkzeugmaschine bzw. deren Steuerung wissen, wo sich das Werkstück im Arbeitsraum genau befindet. Ein NC-Programm zur Steuerung der Bearbeitung muss insofern auf die konkrete Position und Ausrichtung des Werkstücks angepasst werden. Dies wird als Einrichten, insbesondere 3D-Einrichten, oder Einfahren bezeichnet. Hierbei werden typischerweise ein Nullpunkt des NC-Programmes und ein Fixpunkt auf dem Werkstück oder der Spannvorrichtung in Deckung gebracht, so dass das NC-Programm translatorisch und rotatorisch zum Werkstück passt und alle Toleranzen einhält. Dieser Prozessschritt des Einrichtens ist traditionell sehr aufwendig.
Oft wird die Position und Ausrichtung eines dreidimensionalen Bauteils mittels eines Messtasters ermittelt. Dieser Vorgang erfordert einen hohen Zeitaufwand, geschultes Personal und ist außerdem fehleranfällig. Insbesondere sind menschliche Fehler auch bei geschultem Personal nicht auszuschließen. Neben solchen taktilen Systemen werden zur Bestimmung der Werkstückposition und Werkstückorientierung auch optische Verfahren, wie beispielsweise die sehr kostspielige Lasertriangulation eingesetzt. Oft werden auch spezielle, mit hoher Präzision angefertigte Anschläge verwendet, die entsprechend teuer sind. Nachteilig an den bekannten Verfahren ist zudem, dass diese nur sehr begrenzt, insbesondere nicht vollständig, automatisierbar sind.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Fertigungssystem und ein Verfahren bereit zu stellen, die ein schnelles und automatisiertes Einrichten einer Werkzeugmaschine erlauben.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fertigungssystem gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10. Die Unteransprüche und die Beschreibung geben bevorzugte Weiterbildungen an.
Erfindungsgemäßes Fertigungssystem
Das erfindungsgemäße Fertigungssystem weist eine Werkstückanordnung mit einer optischen Kennzeichnung auf. Die Werkstückanordnung kann einen Werkstückträger aufweisen. An dem Werkstückträger ist ein Werkstück festlegbar. Alternativ oder zusätzlich zum Werkstückträger kann die Werkstückanordnung ein Werkstück aufweisen.
Die optische Kennzeichnung weist eine vordefinierte Ausdehnung in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung auf. Die erste und die zweite Raumrichtung sind hierbei insbesondere in Bezug zu der optischen Kennzeichnung zu verstehen. Die optische Kennzeichnung kann an dem Werkstückträger und/oder an dem Werkstück vorgesehen sein. Das Werkstück kann beispielsweise durch Lasermarkieren oder Prägen mit der optischen Kennzeichnung versehen worden sein. Die optische Kennzeichnung kann als ein (einziges) flächiges Kennzeichnungselement ausgebildet sein.
Die optische Kennzeichnung kann im sichtbaren Wellenlängenbereich erkennbar sein. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die optische Kennzeichnung auch für Menschen erkennbare Informationen enthält. Ferner erlaubt dies die Verwendung von Standardkomponenten (insbesondere Kamera) für das Bildverarbeitungssystem. Alternativ kann die optische Kennzeichnung ganz oder teilweise außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs erkennbar sein, insbesondere im Ultraviolettbereich oder im Infrarotbereich. Eine solche Kennzeichnung kann insbesondere an einem Werkstück der Werkstückanordnung verbleiben, ohne für einen Betrachter wahrnehmbar zu sein.
Das Fertigungssystem weist ferner eine Werkzeugmaschine mit einem Bildverarbeitungssystem zum Erfassen der optischen Kennzeichnung auf. Das Bildverarbeitungssystem weist typischerweise eine Kamera, insbesondere für den sichtbaren Wellenlängenbereich bzw. ggf. für den Ultraviolettbereich oder den Infrarotbereich, auf. Die Kamera kann an einem Bearbeitungskopf, insbesondere einem Laserbearbeitungskopf, oder an einer beweglichen Werkzeugachse, insbesondere einer Pinole, der Werkzeugmaschine angeordnet sein. Alternativ kann die Kamera an einer festen Position, insbesondere an einem Gestell oder einer Einhausung der Werkzeugmaschine angeordnet sein. Die Kamera ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Arbeitsraum der Werkzeugmaschine vollständig zu erfassen. Die Kamera kann hierzu ein großes Gesichtsfeld besitzen. Das Bildverarbeitungssystem weist typischerweise eine Auswerteeinheit auf, die in einem Steuerungssystem der Werkzeugmaschine eingerichtet sein kann.
Das Bildverarbeitungssystem ermöglicht es, anhand der optischen Kennzeichnung Position und Orientierung der Werkstückanordnung in einem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine automatisch zu ermitteln. Das Bildverarbeitungssystem kann hierzu ein Bild der optischen Kennzeichnung aufnehmen. Da die Größe der optischen Kennzeichnung, d.h. ihre Ausdehnung in der ersten und der zweiten Raumrichtung, bekannt ist, kann die Werkstückanordnung besonders genau lokalisiert werden. Die Werkstückanordnung kann in einer prinzipiell beliebigen Position im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine positioniert werden. Anhand der von dem Bildverarbeitungssystem erfassten optischen Kennzeichnung kann automatisch ein Ausgangspunkt für eine Bearbeitung des Werkstücks in Maschinenkoordinaten ermittelt werden, ohne dass hierzu Bedienpersonal tätig werden muss.
Die optische Kennzeichnung kann eine vordefinierte Struktur (Anordnung bestimmter Elemente an vordefinierten Positionen und/oder in vordefinierter Weise relativ zueinander) aufweisen. Dadurch kann das Ermitteln der Orientierung der Werkzeuganordnung vereinfacht werden.
Die optische Kennzeichnung weist typischerweise auch in einer dritten Raumrichtung eine vordefinierte Ausdehnung auf. Die vordefinierte Ausdehnung in der dritten Raumrichtung kann insbesondere Null sein. D.h. die optische Kennzeichnung kann sich in einer durch die erste und die zweite Raumrichtung definierten Ebene erstrecken. Hierdurch wird die Ermittlung von Verkippungen der Werkstückanordnung bezüglich einer Referenzebene, etwa der Ebene eines Maschinentischs, der Werkzeugmaschine vereinfacht. Ebenso kann bei einer ebenen optischen Kennzeichnung deren Position in der dritten Raumrichtung besonders genau bestimmt werden.
Die vordefinierte Ausdehnung ist in der ersten und der zweiten Raumrichtung grundsätzlich größer Null, typischerweise im Dezimeter- bis Meter-Bereich. Große Ausdehnungen der optischen Kennzeichnung ermöglichen eine präzisere Bestimmung von Position und Orientierung der Werkstückanordnung.
Die erste, die zweite und die dritte Raumrichtung verlaufen typischerweise jeweils senkrecht zueinander. Typischerweise verlaufen die erste und die zweite Raumrichtung parallel zur Ebene eines Maschinentischs der Werkzeugmaschine, wenn die Werkstückanordnung im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine angeordnet ist. Die dritte Raumrichtung verläuft dann vorzugsweise in vertikaler Richtung.
Ein Kennzeichnungselement der optischen Kennzeichnung kann einen Barcode, einen Data-Matrix-Code, einen QR-Code und/oder lesbaren Text enthalten. Dadurch wird ein hoher optischer Kontrast erhalten. Dies erleichtert das Erkennen der optischen Kennzeichnung durch das Bildverarbeitungssystem.
Die Werkzeugmaschine ist vorzugsweise zur Durchführung der Schritte a), b), c) und ggf. d), e) und/oder f) des unten beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Die Werkzeugmaschine ist typischerweise eine Blechbearbeitungsmaschine. Vorzugsweise ist die Werkzeugmaschine eine Laserbearbeitungsmaschine.
Die optische Kennzeichnung kann ein einziges, insbesondere flächiges Kennzeichnungselement aufweisen. Das eine Kennzeichnungselement enthält vorzugsweise Informationen zum Identifizieren der Werkstückanordnung.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die optische Kennzeichnung mehrere, vorzugsweise flächige, Kennzeichnungselemente aufweist. Dadurch kann die Präzision der Lageerkennung erhöht werden. Durch mehrere, voneinander separate Kennzeichnungselemente kann die Gesamtausdehnung der optischen Kennzeichnung in der ersten und zweiten Raumrichtung vergrößert werden, ohne dass die gesamte Fläche im Bereich der Ausdehnung von der optischen Kennzeichnung überdeckt wird. Eine solche optische Kennzeichnung mit mehreren Kennzeichnungselementen kann zudem einfacher an der Werkstückanordnung angebracht werden, insbesondere wenn die Werkstückanordnung nur an wenigen Stellen das Anbringen eines Kennzeichnungselements erlaubt. Mehrere Kennzeichnungselemente können eine Fläche der optischen Kennzeichnung aufspannen. Die Position und Orientierung der Werkstückanordnung können dann vorteilhafterweise ermittelt werden, ohne dass die Fläche der optischen Kennzeichnung zuvor hinterlegt worden ist.
Ein erstes der Kennzeichnungselemente kann Informationen über die Lage der weiteren Kennzeichnungselemente relativ zu dem ersten Kennzeichnungselement enthalten. Die Kennzeichnungselemente sind vorteilhafterweise jeweils rechteckig.
Die mehreren Kennzeichnungselemente können an den Ecken eines Polygons angeordnet sein. Die optische Kennzeichnung besteht vorzugsweise aus vier Kennzeichnungselementen, die insbesondere an den Ecken eines Rechtecks angeordnet sein können.
Jedes der Kennzeichnungselemente weist vorteilhafterweise selbst eine vordefinierte Ausdehnung in der ersten und der zweiten Raumrichtung auf. Die vordefinierten Ausdehnungen der einzelnen Kennzeichnungselemente können jeweils im Millimeter- bis Zentimeter-Bereich liegen. Durch das voneinander entfernte Anbringen der Kennzeichnungselemente kann trotz deren geringer Größe eine große Präzision bei der Erfassung der optischen Kennzeichnung durch das Bildverarbeitungssystem erzielt werden.
Vorzugsweise enthält die optische Kennzeichnung Informationen über einen Ausgangspunkt für eine Bearbeitung eines Werkstücks der Werkstückanordnung. Die Informationen können die Lage des Ausgangspunkts relativ zu einem Bezugspunkt an der Werkstückanordnung angeben, vorzugsweise relativ zu der optischen Kennzeichnung, insbesondere relativ zu einem ersten der Kennzeichnungselemente. Der Ausgangspunkt kann ein Nullpunkt eines durchzuführenden Bearbeitungsprogramms sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Informationen die Lage des Ausgangspunkts, insbesondere in einer dritten Raumrichtung, relativ zu einer Oberfläche der Werkstückanordnung, insbesondere zu einer Oberfläche des Werkstücks, beschreiben. Der Ausgangspunkt kann dann in Bezug zu der Oberfläche durch ein Abstandsregelsystem der Werkzeugmaschine angefahren werden. Die Lage des Ausgangspunkts ist typischerweise senkrecht zu der Oberfläche angegeben.
Die optische Kennzeichnung kann Informationen darüber enthalten, wie ein Bearbeitungskopf der Werkzeugmaschine zu dem Ausgangspunkt verbracht werden kann. Dies ist insbesondere nützlich, wenn der Ausgangspunkt wegen möglicher Kollisionen, etwa mit dem Werkstück oder dem Werkstückträger der Werkstückanordnung, nicht aus allen Richtungen angefahren werden kann. Die Informationen zum Verbringen können einen NC-Code enthalten oder auf einen in der Werkzeugmaschine hinterlegten NC-Code verweisen, der ein kollisionsfreies Anfahren des Ausgangspunkts bewirkt.
Vorzugsweise ist das Bildverarbeitungssystem dazu eingerichtet, anhand der Größe der optischen Kennzeichnung in einem aufgenommenen Bild eine Position der Werkstückanordnung in einer dritten Raumrichtung zu ermitteln. Dies ist erfindungsgemäß möglich, da die Ausdehnungen der optischen Kennzeichnung in der ersten und der zweiten Raumrichtung bekannt sind. Bei Blick im Wesentlichen entlang der dritten Raumrichtung kann daher aus der Größe der optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild auf deren Entfernung geschlossen werden. Die Analyse von Verzerrungen der optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild ermöglicht es, Abweichungen der Blickrichtung von der dritten Raumrichtung und Verschiebungen der optischen Kennzeichnung senkrecht zur Blickrichtung zu erkennen und rechnerisch zu kompensieren.
Die Werkzeugmaschine des Fertigungssystems kann ein Steuerungssystem aufweisen, das ein Steuerungsprogramm zur Steuerung einer Bearbeitung eines Werkstücks der Werkstückanordnung enthält. Vorzugsweise ist das Steuerungssystem dazu eingerichtet, in der optischen Kennzeichnung enthaltene Informationen dem Steuerungsprogramm hinzuzufügen. Dadurch wird es ermöglicht, dass die Werkzeuganordnung der Werkzeugmaschine mitteilt, wie das Werkstück bearbeitet werden soll. Fehlzuordnungen von Bearbeitungsprogramm und Werkstück bzw. Werkstückträger können auf diese Weise vermieden werden. Die Informationen können insbesondere die Art der durchzuführenden Bearbeitung (z.B. Schneiden oder Schweißen), eine zu bearbeitende Geometrie (z.B. den Verlauf einer Schnittlinie) und/oder Bearbeitungsparameter (z.B. eine anzuwendende Laserleistung und/oder eine Vorschubgeschwindigkeit) enthalten. Da diese Informationen automatisch an die Werkzeugmaschine übermittelt werden, kann der Fertigungsablauf erheblich vereinfacht und beschleunigt werden. Das Steuerungsprogramm kann insbesondere einen vordefinierten (statischen) Programmteil und einen durch die Informationen der optischen Kennzeichnung anpassbaren (dynamischen) Programmteil aufweisen. Dies vereinfacht die Bereitstellung der Informationen für im Rahmen des statischen Programmteils gleichartige Bearbeitungsvorgänge, da nur die jeweils abweichenden den dynamischen Programmteil betreffenden Informationen bereitgestellt und dem Steuerungsprogramm hinzugefügt werden müssen. Da der statische Programmteil nicht mehr verändert werden muss, kann er beglaubigt oder signiert sein.
Die zuvor genannten Informationen können gesammelt in einem Kennzeichnungselement oder verteilt in mehreren Kennzeichnungselementen der optischen Kennzeichnung enthalten sein. Die zuvor genannten Informationen können alternativ auch ganz oder teilweise in einen Informationselement der optischen Kennzeichnung enthalten sein. Das Informationselement dient - im Gegensatz zu den Kennzeichnungselementen - nicht zur Bestimmung von Position und Orientierung der Werkstückanordnung. Das Informationselement kann daher für eine größere Speichertiefe optimiert sein, wohingegen die Kennzeichnungselemente für eine präzise Lagerkennung optimiert sein können.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Fertigungssystems ist an der Werkzeugmaschine eine weitere optische Kennzeichnung vorgesehen, die eine vordefinierte Ausdehnung in zwei Raumrichtungen aufweist. Die weitere optische Kennzeichnung kann die vordefinierte Ausdehnung insbesondere in der ersten und der zweiten Raumrichtung aufweisen. Alternativ kann die weitere optische Kennzeichnung die vordefinierte Ausdehnung in zwei Achsrichtungen eines Maschinenkoordinatensystems aufweisen. Die weitere optische Kennzeichnung kann das Ermitteln der Position der Werkstückanordnung in Maschinenkoordinaten vereinfachen. Die weitere optische Kennzeichnung ist insbesondere bei einer beweglich angeordneten Kamera des Bildverarbeitungssystems, etwa an einem Bearbeitungskopf oder einer Werkzeugachse (z.B. einer Pinole), nützlich. Durch die weitere optische Kennzeichnung kann in diesem Fall vermieden werden, dass die Position der Kamera aus der Stellung des Bearbeitungskopfs bzw. der Pinole bestimmt werden muss. Stattdessen kann die Position der optischen Kennzeichnung unmittelbar relativ zu der weiteren optischen Kennzeichnung im Kamerabild ermittelt werden. Die weitere optische Kennzeichnung kann einen Nullpunkt eines maschinenfesten Koordinatensystems bezeichnen, insbesondere sich an diesem Nullpunkt befinden. Die weitere optische Kennzeichnung ist vorzugsweise ortsfest relativ zu, insbesondere an, einem Maschinentisch der Werkzeugmaschine angebracht.
Die Werkstückanordnung kann eine Abdeckeinrichtung für die optische Kennzeichnung aufweisen. Mittels der Abdeckeinrichtung kann eine Verschmutzung der optischen Kennzeichnung während einer Bearbeitung eines Werkstücks der Werkstückanordnung vermieden werden. Die Abdeckeinrichtung kann eine Klappe oder einen Deckel umfassen. Insbesondere kann für jedes Kennzeichnungselement eine eigene Klappe bzw. ein eigener Deckel vorgesehen sein. Die Abdeckeinrichtung kann an einem Werkstückträger der Werkstückanordnung ausgebildet sein. Die Abdeckeinrichtung kann insbesondere so an dem Werkstückträger ausgebildet sein, dass auch ein an dem Werkstück vorgesehenes Kennzeichnungselement abgedeckt werden kann.
Erfindungsgemäßes Einrichtverfahren
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine. Das Verfahren umfasst die Schritte

a) Anordnen einer Werkstückanordnung mit einer optischen Kennzeichnung, die eine vordefinierte Ausdehnung in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung aufweist, in einem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine,
b) Aufnehmen eines Bildes der optischen Kennzeichnung mit einem Bildverarbeitungssystem der Werkzeugmaschine,
c) Ermitteln eines Bezugspunkts an der Werkstückanordnung unter Verwendung des in Schritt b) aufgenommenen Bildes.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Bezugspunkt ohne Zutun von Bedienpersonal ermittelt werden, nachdem die Werkstückanordnung im Arbeitsraum positioniert wurde. Das Anordnen der Werkstückanordnung im Arbeitsraum kann manuell erfolgen, wobei aufgrund der nachfolgenden Schritte b) und c) die Positionierung im Wesentlichen beliebig erfolgen kann. Die erforderliche Sorgfalt kann dadurch verringert werden. Insbesondere kann eine fehlerhafte Bearbeitung des Werkstücks vermieden werden, da mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch der Bezugspunkt ermittelt wird. Da das Verfahren lediglich eine optische Erfassung der Werkstückanordnung erfordert und automatisch durchgeführt werden kann, kann das Einrichten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr schnell erfolgen, typischerweise innerhalb weniger Minuten (im Gegensatz zu oft einigen Stunden bei herkömmlichen Verfahren mit taktilen Sensoren). Dadurch kann eine erhebliche Produktivitätssteigerung und verbesserte Maschinenauslastung erreicht werden.
Der Bezugspunkt kann die Lage der Werkstückanordnung, insbesondere gemessen in einem maschinenfesten Koordinatensystem, angeben. Vorzugsweise wird in Schritt c) auch eine Orientierung der Werkstückanordnung unter Verwendung des aufgenommenen Bildes ermittelt. Eine Verdrehung bzw. Drehstellung der Werkstückanordnung, insbesondere bezüglich einer Blickrichtung einer Kamera des Bildverarbeitungssystems, kann anhand einer verdrehten Ausrichtung der optischen Kennzeichnung im von dem Bildverarbeitungssystem aufgenommenen Bild ermittelt werden. Die Blickrichtung der Kamera entspricht vorzugsweise einer dritten Raumrichtung, insbesondere einer vertikalen Richtung. Eine Verkippung des Werkstückträgers gegenüber einer Arbeitsebene der Werkzeugmaschine, insbesondere gegenüber einer Maschinentischebene, kann anhand einer Verzerrung der optischen Kennzeichnung im von dem Bildverarbeitungssystem aufgenommenen Bild ermittelt werden.
Zum Ermitteln des Bezugspunkts kann die Position und Orientierung der optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild ausgewertet werden. Hierbei kann auch die Position und ggf. Orientierung einer, insbesondere maschinenfesten, weiteren optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild berücksichtigt werden. Der Bezugspunkt kann sich an einem ausgezeichneten Punkt der optischen Kennzeichnung oder in einer vordefinierten Relativposition bezüglich des ausgezeichneten Punkts der optischen Kennzeichnung befinden. Der ausgezeichnete Punkt kann durch die Lage eines ersten Kennzeichnungselements der optischen Kennzeichnung definiert sein.
Das Verfahren wird vorzugsweise an einem zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Fertigungssystem durchgeführt. Insbesondere können die Werkzeugmaschine und die Werkstückanordnung Teil eines zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Fertigungssystems sein. Die Werkstückanordnung kann, wie zuvor beschrieben, ein Werkstück und/oder einen Werkstückträger, an dem das bzw. ein Werkstück festlegbar ist, aufweisen. Das Bildverarbeitungssystem weist typischerweise eine Kamera auf, die, wie zuvor beschrieben, an der Werkzeugmaschine angeordnet sein kann. Die erste und die zweite Raumrichtung verlaufen typischerweise senkrecht zueinander und insbesondere, wie zuvor beschrieben, parallel zur Ebene eines Maschinentischs.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass anhand der Größe der optischen Kennzeichnung in einem in Schritt b) aufgenommenen Bild eine Position der Werkstückanordnung in einer dritten Raumrichtung ermittelt wird. Die dritte Raumrichtung verläuft typischerweise senkrecht zur ersten und zweiten Raumrichtung. Das Ermitteln der Position in der dritten Raumrichtung ist erfindungsgemäß möglich, da die Ausdehnungen der optischen Kennzeichnung in der ersten und der zweiten Raumrichtung bekannt sind. Bei Blick im Wesentlichen entlang der dritten Raumrichtung kann daher aus der Größe der optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild auf deren Entfernung geschlossen werden. Die Analyse von Verzerrungen der optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild ermöglicht es, Abweichungen der Blickrichtung von der dritten Raumrichtung und Verschiebungen der optischen Kennzeichnung senkrecht zur Blickrichtung zu erkennen und rechnerisch zu kompensieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Position des Werkstückträgers in der dritten Raumrichtung durch Fokussieren einer Kamera des Bildverarbeitungssystems auf die optische Kennzeichnung ermittelt werden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren den weiteren Schritt
d) Ermitteln eines Ausgangspunkts für eine Bearbeitung eines Werkstücks der Werkstückanordnung unter Verwendung von in der optischen Kennzeichnung enthaltenen Informationen.
Ausgehend von dem Ausgangspunkt kann sodann eine Bearbeitung des Werkstücks erfolgen. Ein Eingreifen von Bedienpersonal ist hierzu nicht erforderlich; mithin wird eine weitergehende Automatisierung ermöglicht. Der Ausgangspunkt kann ein Nullpunkt eines durchzuführenden Bearbeitungsprogramms sein. Der Ausgangspunkt kann mit anderen Worten einer programmierbaren Nullpunktverschiebung eines Bearbeitungsprogramms entsprechen, die traditionell für jeden neu im Arbeitsraum angeordneten Werkstückträger manuell ermittelt und in das Bearbeitungsprogramm eingetragen werden muss. Die Informationen können die Lage des Ausgangspunkts relativ zu dem Bezugspunkt an der Werkstückanordnung angeben, vorzugsweise relativ zu der optischen Kennzeichnung, insbesondere relativ zu einem ersten der Kennzeichnungselemente.
Die optische Kennzeichnung kann Informationen über die Lage des Ausgangspunkts relativ zu einer Oberfläche des Werkstücks enthalten. Der Ausgangspunkt kann dann in Bezug zu der Oberfläche durch ein Abstandsregelsystem der Werkzeugmaschine angefahren werden. Die Lage des Ausgangspunkts wird typischerweise senkrecht zu der Oberfläche angegeben. Das Verfahren wird auf diese Weise besonders robust gegenüber Lageabweichungen des Werkstücks in einer Richtung senkrecht zu seiner Oberfläche.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren den weiteren Schritt
e) Verbringen eines Bearbeitungskopfs der Werkzeugmaschine an den Ausgangspunkt, wobei in der optischen Kennzeichnung enthaltene Informationen über einen Verfahrweg für den Bearbeitungskopf berücksichtigt werden.
Die Informationen werden insbesondere zum Festlegen eines Verfahrweges für den Bearbeitungskopf berücksichtigt. Wenn die Lage des Ausgangpunkt relativ zu einer Oberfläche des Werkstücks beschrieben ist, kann zusätzlich ein Abstandsregelsystem der Werkzeugmaschine verwendet werden, insbesondere um den Bearbeitungskopf in der dritten Raumrichtung an den Ausgangspunkt zu verfahren. Die Verwendung von in der optischen Kennzeichnung enthaltenen Informationen über den Verfahrweg ist insbesondere nützlich, wenn der Ausgangspunkt wegen möglicher Kollisionen mit dem Werkstück oder Werkstückträger nicht aus allen Richtungen angefahren werden kann. Die Informationen über den Verfahrweg können den Verfahrweg, insbesondere ausgehend von dem Bezugspunkt, beschreiben. Die Informationen können einen NC-Code enthalten oder auf einen in der Werkzeugmaschine hinterlegten NC-Code verweisen, der ein kollisionsfreies Anfahren des Ausgangspunkts bewirkt.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren den weiteren Schritt
f) Hinzufügen von in der optischen Kennzeichnung enthaltenen Informationen über eine an einem Werkstück der Werkstückanordnung durchzuführende Bearbeitung zu einem Steuerungsprogramm der Werkzeugmaschine.
Mit anderen Worten teilt die Werkzeuganordnung der Werkzeugmaschine mit, wie das Werkstück bearbeitet werden soll. Die Informationen können insbesondere die Art der durchzuführenden Bearbeitung (z.B. Schneiden oder Schweißen), eine zu bearbeitende Geometrie (z.B. den Verlauf einer Schnittlinie) und/oder Bearbeitungsparameter (z.B. eine anzuwendende Laserleistung oder eine Vorschubgeschwindigkeit) enthalten. Da diese Informationen nicht mehr manuell an die Werkzeugmaschine übermittelt werden müssen, kann der Fertigungsablauf erheblich vereinfacht werden.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Fertigungssystem und ein Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine, wobei eine Werkstückanordnung eine optische Kennzeichnung aufweist, mit deren Hilfe die Werkzeugmaschine mittels eines Bildverarbeitungssystems automatisch eingerichtet werden kann bzw. wird. Die optische Kennzeichnung enthält vorteilhafterweise Meta-Informationen, die den Vorgang des Einrichten und/oder eine anschließende Bearbeitung näher spezifizieren.
Die oben erwähnten unterschiedlichen in der optischen Kennzeichnung enthaltenen Informationen werden grundsätzlich mit dem Bildverarbeitungssystem ausgelesen. Die Informationen können jeweils vollständig in der optischen Kennzeichnung enthalten sein. Alternativ können die Informationen auf entsprechende weitergehende Informationen verweisen, die insbesondere in einem Steuerungssystem der Werkzeugmaschine hinterlegt sein können.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Meta-Informationen kann die optische Kennzeichnung folgendes enthalten

- eine Identifikationsnummer insbesondere eines Werkstückträgers der Werkstückanordnung, um Verwechslungen von Werkstückträgern auszuschließen,
- Abmessungen eines Werkstückträgers der Werkstückanordnung, zur Unterscheidung verschiedener Werkstückträger im Arbeitsraum durch das Bildverarbeitungssystem anhand ihrer unterschiedlichen Größe,
- Positionen von Kennzeichnungselementen der optischen Kennzeichnung relativ zu einem ersten Kennzeichnungselement,
- Dateinamen von anzuwendenden NC-Programmen,
- Prüfsummen, zur Sicherung der Datenintegrität.

Alle in der optischen Kennzeichnung enthaltenen Informationen können verschlüsselt sein. Dadurch kann insbesondere verhindert werden, dass die Informationen mittels eines Smartphone-Scanners ausgelesen werden können. Die optische Kennzeichnung kann eine Signatur für die enthaltenen Informationen enthalten.
Die optische Kennzeichnung kann weiterhin menschenlesbare Informationen enthalten (z.B. eine Werkstücknummer, eine Kunden- und/oder Seriennummer, etc.).
Die optische Kennzeichnung kann aus einem, vorzugsweise laminierten, Blatt Papier bestehen, auf dem die Kennzeichnung aufgedruckt ist. Die optische Kennzeichnung kann in einen Werkstückträger und/oder ein Werkstück eingraviert sein. Die optische Kennzeichnung kann mittels einer Hilfsvorrichtung, beispielsweise in der Art eines Diapositiv-Rahmens, in einen Werkstückträger einklipsbar sein. Eine einklipsbare optische Kennzeichnung kann nach dem Einrichten der Werkzeugmaschine aber vor der Bearbeitung eines Werkstücks von dem Werkstückträger entfernt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Figuren der Zeichnung. Die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale können erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Figurenliste
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Fertigungssystem aufweisend eine Werkstückanordnung mit einer optischen Kennzeichnung an einem Werkstückträger und eine Werkzeugmaschine mit einem Bildverarbeitungssystem, in einer stark schematisierten Aufsicht;
2 das Fertigungssystem von 1 in einer stark schematisierten Seitenansicht;
3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einrichten einer Werkzeugmaschine;
4 ein Fertigungssystem ähnlich wie in 1, wobei die optische Kennzeichnung an einem Werkstück angebracht ist.

1 zeigt ein schematisch dargestelltes Fertigungssystem 10 in einer Aufsicht. 2 zeigt das Fertigungssystem 10 in einer Seitenansicht.
Das Fertigungssystem 10 umfasst eine Werkzeugmaschine 20 mit einem Bearbeitungskopf 26. Der Bearbeitungskopf 26 ist hier als ein LaserBearbeitungskopf für eine Laser-Bearbeitung, beispielsweise Schweißen, Schneiden und/oder Laser-Metal-Deposition, ausgebildet. Die Werkzeugmaschine 20 ist in den 1 und 2 stark abstrahiert dargestellt; in den 1 und 2 sind Bewegungsmöglichkeiten des Bearbeitungskopfs 26 schematisch angedeutet (vgl. Doppelpfeile), ohne dass damit eine Beschränkung auf eine konkrete konstruktive Gestaltung der Werkzeugmaschine 20 verbunden sein soll.
Die Werkzeugmaschine 20 ist mit einem Bildverarbeitungssystem 22 ausgestattet. Das Bildverarbeitungssystem 22 umfasst eine Kamera 24. Die Kamera 24 ist an dem Bearbeitungskopf 26 angeordnet. Die Kamera 24 kann daher mit dem Bearbeitungskopf 26 in einem Arbeitsraum 56 der Werkzeugmaschine 20 verfahren werden. Die Kamera 24 ist dazu eingerichtet, ein zumindest teilweises, insbesondere vollständiges, Bild des Arbeitsraums 56 aufzunehmen. Das von der Kamera 24 aufgenommene Bild wird elektronisch an eine Auswerteeinheit 54 des Bildverarbeitungssystems 22 übermittelt. Die Auswerteeinheit 54 ist hier in einem Steuerungssystem 40 der Werkzeugmaschine 20 eingerichtet.
Das Fertigungssystem 10 umfasst ferner eine Werkstückanordnung 64. Die Werkstückanordnung 64 weist ein Werkstück 34 und einen Werkstückträger 12 auf. Der Werkstückträger 12 ist an einem Maschinentisch 60 der Werkzeugmaschine 20 befestigt. Das Werkstück 34 ist seinerseits an dem Werkstückträger 12 befestigt. Das Werkstück 34 ist somit über den Werkstückträger 12 mittelbar an dem Maschinentisch 60 befestigt.
Die Werkstückanordnung 64 weist eine optische Kennzeichnung 14 auf. Die optische Kennzeichnung 14 umfasst hier vier Kennzeichnungselemente 28a-28d. Die optische Kennzeichnung 14 weist eine vordefinierte Ausdehnung 16a, 16b in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung 18a, 18b auf. Die vordefinierten Ausdehnungen 16a, 16b entsprechen mit anderen Worten einer jeweiligen Abmessung der optischen Kennzeichnung in den beiden Raumrichtungen 18a, 18b. Die optische Kennzeichnung 14 ist hier in einer Ebene parallel zum Maschinentisch 60 angeordnet. Mit anderen Worten weist die optische Kennzeichnung 14 in einer dritten Raumrichtung 18c eine verschwindende Ausdehnung (Null) auf.
Die erste und die zweite Raumrichtung 18a, 18b fallen hier mit der x-Achse bzw. der y-Achse eines maschinenfesten Koordinatensystems zusammen. Die dritte Raumrichtung 18c entspricht hier einer z-Achse des maschinenfesten Koordinatensystems. Die drei Raumrichtungen 18a, 18b, 18c stehen hier jeweils senkrecht aufeinander. Im Allgemeinen können die drei durch die optische Kennzeichnung definierten Raumrichtungen 18a-18c von den Achsen des maschinenfesten Koordinatensystems abweichen. Durch eine entsprechende Koordinatentransformation können die Raumrichtungen 18a-18c und das maschinenfeste Koordinatensystem in Beziehung zueinander gesetzt werden. Die optische Kennzeichnung kann von dem Bildverarbeitungssystem 22 erfassbare Informationen betreffend den Verlauf der drei Raumrichtungen 18a-18c in Bezug zu der optischen Kennzeichnung 14 oder einzelnen ihrer Elemente enthalten. Beispielsweise können die Raumrichtungen 18a, 18b durch Linien in der optischen Kennzeichnung 14 definiert sein.
Die Kennzeichnungselemente 28a-28d weisen ihrerseits auch jeweils eine vordefinierte Ausdehnung 30a, 30b auf. Hier sind alle Kennzeichnungselemente 28a-28d gleich groß. Die Kennzeichnungselemente 28a-28d sind flächig ausgebildet. Die Kennzeichnungselemente 28a-28d sind an den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet. Die optische Kennzeichnung 14 weist hier mit anderen Worten in der Ebene der Raumrichtungen 18a, 18b eine konvexe Hülle in Form eines Rechtecks auf. Im Allgemeinen sind jedoch auch andere Formen denkbar.
An dem Maschinentisch 60 ist eine weitere optische Kennzeichnung 44 angebracht. Die weitere optische Kennzeichnung weist eine vordefinierte Ausdehnung 46a, 46b in den Raumrichtungen 18a, 18b (x- bzw. y-Achse des maschinenfesten Koordinatensystems) und eine verschwindende Ausdehnung in der Raumrichtung 18c (z-Achse des maschinenfesten Koordinatensystems) auf. Die weitere optische Kennzeichnung 44 markiert hier einen Nullpunkt 48, d.h. den Ursprung, des maschinenfesten Koordinatensystems.
Das Bildverarbeitungssystem 22 ist dazu eingerichtet, die optische Kennzeichnung 14 und die weitere optische Kennzeichnung 44 zu erfassen. Insbesondere ist das Bildverarbeitungssystem 22 dazu eingerichtet, die optische Kennzeichnung 14 und die weitere optische Kennzeichnung 44 in einem Bild des Arbeitsraums 56 zu identifizieren. Das Bildverarbeitungssystem 22 ist weiterhin dazu eingerichtet, die Lage der Kennzeichnungselemente 28a-28d im Arbeitsraum 56, insbesondere relativ zu der weiteren optischen Kennzeichnung 44, zu ermitteln. In der dritten Raumrichtung 18c kann das Bildverarbeitungssystem 22 die Position der optischen Kennzeichnung 14, insbesondere relativ zu der weiteren optischen Kennzeichnung 44, aus der Größe der optischen Kennzeichnung 14 bzw. der Größe der weiteren optischen Kennzeichnung 44 ermitteln, da das Bildverarbeitungssystem 22 die vordefinierten Ausdehnungen 16a, 16b bzw. 46a, 46b kennt.
Die Werkzeugmaschine 20 weist eine Abdeckeinrichtung 50 für die optische Kennzeichnung 14 auf. Die Abdeckeinrichtung 50 umfasst hier zumindest eine, insbesondere mehrere Klappen 52 zum Abdecken je eines der Kennzeichnungselemente 28a-28d (in 2 beispielhaft am Kennzeichnungselement 28a dargestellt). Durch Abdecken der optischen Kennzeichnung 14 kann deren Verschmutzung während einer Bearbeitung des Werkstücks 34 mittels des Bearbeitungskopfs 26 vermieden werden.
In 2 ist eine weitere Kamera 24a des Bildverarbeitungssystems 22 gezeigt. Die Kamera 24a ist ortsfest insbesondere an einer Einhausung 38 der Werkzeugmaschine 20 angeordnet. Die Kamera 24a ist so angeordnet, dass ihr Gesichtsfeld den gesamten Maschinentisch 60 erfasst. Die Kamera 24a kann zusätzlich oder alternativ zu der Kamera 24 vorgesehen sein. Im Übrigen ist die Kamera 24a wie die Kamera 24 eingerichtet, vgl. oben. In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform können auch mehrere, insbesondere zwei, ortsfeste Kameras 24a vorgesehen sein. Die mehreren ortsfesten Kameras 24a können jeweils zum Erfassen eines Teilbereichs des Arbeitsraums 56 eingerichtet sein. Jeder der Teilbereiche kann für die Anordnung je einer Werkstückanordnung 64 vorgesehen sein.
Die optische Kennzeichnung 14 enthält Meta-Informationen bezüglich der Werkstückanordnung 64. Ebenso kann die weitere optische Kennzeichnung 44 Informationen enthalten, insbesondere betreffend den Arbeitsraum 56 und/oder das maschinenfeste Koordinatensystem, insbesondere betreffend dessen Nullpunkt 48 und den Verlauf der x- und y-Achsen. Das Bildverarbeitungssystem 22 ist dazu eingerichtet, in der optischen Kennzeichnung 14 und ggf. der weiteren optischen Kennzeichnung 44 enthaltene Informationen zu erfassen und erforderlichenfalls weiterzuverarbeiten. Die Meta-Informationen können in einem oder mehreren der Kennzeichnungselemente 28a-28d enthalten sein. Alternativ können die Meta-Informationen zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in einem nicht näher dargestellten Informationselement der optischen Kennzeichnung 14 enthalten sein.
Die Kennzeichnungselemente 28a-28d der optischen Kennzeichnung 14 und die weitere optische Kennzeichnung 44 sind hier als zweidimensionale Datencodes ausgestaltet; eine Code-Struktur ist stark abstrahiert angedeutet. Die Meta-Informationen der optischen Kennzeichnung 14 können auf die mehreren Kennzeichnungselemente 28a-28d verteilt vorliegen. Dies ist vorteilhaft, wenn sehr viele Informationen bereitgestellt werden sollen. Vorzugsweise sind jedoch alle Informationen in dem ersten Kennzeichnungselement 28a enthalten. Dies kann die Auswertung vereinfachen.
Das erste Kennzeichnungselement 28a markiert einen Bezugspunkt 58 der Werkstückanordnung 64, hier des Werkstückträgers 12. Der Bezugspunkt 58 dient als Referenzpunkt für die Lage des Werkstücks 34.
Die optische Kennzeichnung 14 enthält Informationen über einen Ausgangspunkt 32 für eine Bearbeitung des Werkstücks 34. Die Informationen beschreiben vorzugsweise, wo der Ausgangspunkt 32 relativ zu dem Bezugspunkt 58 liegt. Die Informationen können hierzu einen Abstand des Ausgangspunkts 32 von dem Bezugspunkt in den durch die optische Kennzeichnung 14 definierten Raumrichtungen 18a-18c angeben.
In der dritten Raumrichtung 18c kann die Lage des Ausgangspunkts 32 alternativ zum Bezug auf den Bezugspunkt 58 relativ zu einer Oberfläche 36 des Werkstücks 34 angegeben sein. Mit anderen Worten können die Informationen spezifizieren, in welchem Abstand von der Oberfläche 36 sich der Bezugspunkt 32 befindet, vgl. insbesondere 2.
Die optische Kennzeichnung 14 enthält ferner Informationen darüber, wie der Bearbeitungskopf 26 kollisionsfrei an den Ausgangspunkt 32 verbracht werden kann. Die Informationen können hierzu einen Verfahrweg für den Bearbeitungskopf 26 ausgehend von einer relativ zu dem Bezugspunkt 58 definierten Ausgangsposition beschreiben. Die Ausgangsposition kann sich beispielsweise in einigem Abstand oberhalb des Bezugspunkts 58, d.h. weit oben (dritte Raumrichtung 18c) im Arbeitsraums 56, befinden.
Nachdem der Bearbeitungskopf 26 an den Ausgangspunkt 32 verbracht wurde, kann eine Bearbeitung des Werkstücks 34 mit einem flexiblen (anpassbaren) Steuerungsprogramm 42 erfolgen. Das Steuerungsprogramm 42 ist in dem Steuerungssystem 40 hinterlegt. Die optische Kennzeichnung 14 enthält Informationen zur Anpassung des Steuerungsprogramms 42 an eine für das Werkstück 34 gewünschte Bearbeitung. Die Informationen können insbesondere eine Art der durchzuführenden Bearbeitung und anzuwendende Bearbeitungsparameter angeben. Hier enthalten die Informationen den Verlauf einer Schnittlinie 66 (vgl. 1), die in das Werkstück 34 eingebracht werden soll. Die Informationen aus der optischen Kennzeichnung 14 werden dem Steuerungsprogramm 42 hinzugefügt, so dass eine Bearbeitung mit dem durch die Informationen näher ausgestalteten Steuerungsprogramm 42 erfolgen kann. Das Steuerungsprogramm 42 enthält mit anderen Worten einen statischen Programmteil und einen durch die Informationen aus der optischen Kennzeichnung 14 anpassbaren, dynamischen Programmteil.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einrichten einer Werkzeugmaschine 20, hier der Werkzeugmaschine 20 des Fertigungssystems 10 gemäß den 1 und 2.
In einem ersten Schritt 100 wird die Werkstückanordnung 64 im Arbeitsraum 56 der Werkzeugmaschine 20 angeordnet. Hierzu kann der Werkstückträger 12 mit dem Werkstück 34 an dem Maschinentisch 60 befestigt werden. Die Werkstückanordnung 64 weist die oben beschriebene optische Kennzeichnung 14 auf.
In einem anschließenden Schritt 102 wird mittels der Kamera 24 (alternativ oder zusätzlich mittels einer oder mehreren weiteren Kameras 24a) ein Bild der optischen Kennzeichnung 14 aufgenommen. Das Bild wird an die Auswerteeinheit 54 übermittelt. Die Auswerteeinheit 54 extrahiert die in der optischen Kennzeichnung 14 enthaltenen Informationen aus dem Bild. Die Informationen können unter anderem angeben, um welchen Typ von Werkstück und Werkstückträger es sich vorliegend handelt.
In einem Schritt 104 wird die Lage des Bezugspunkts 58 an der Werkstückanordnung 64 ermittelt. Anhand der erhaltenen Informationen weiß die Auswerteeinheit 54, dass der Bezugspunkt der in 1 linken unteren Ecke des Kennzeichnungselements 28a entspricht. Die Auswerteeinheit 54 kann insbesondere durch einen Vergleich der Positionen der optischen Kennzeichnung 14 und der weiteren optischen Kennzeichnung 44 die Lage des Bezugspunkts 58 in Maschinenkoordinaten ermitteln.
In einem Schritt 106 wird die Lage des Ausgangspunkts 32 für die Bearbeitung des Werkstücks 34 ermittelt. Die Informationen aus der optischen Kennzeichnung 14 geben hier mit Betrag und Richtung an, wie weit der Ausgangspunkt in den Raumrichtungen 18a, 18b von dem Bezugspunkt 58 entfernt ist. Ferner geben die Informationen an, wie weit sich der Ausgangspunkt 32 in der dritten Raumrichtung 18c über der Oberfläche 36 des Werkstücks 34 befindet.
Sodann wird in einem Schritt 108 der Bearbeitungskopf 26 der Werkzeugmaschine 20 an den Ausgangspunkt 32 verbracht. Hierzu wird zunächst anhand der Größe der optischen Kennzeichnung 14 im aufgenommenen Bild deren Lage in der dritten Raumrichtung 18c ermittelt. Das Steuerungssystem 40 weiß daher, wo sich das Werkstück in Bezug auf die z-Achse des maschinenfesten Koordinatensystems befindet. Nun wird der Bearbeitungskopf 26 in einem durch die Informationen vorgegebenen Abstand oberhalb (in der dritten Raumrichtung 18c) des Bezugspunkts 58 angeordnet. Hierbei wird vorausgesetzt, dass die Werkstückanordnung 64 eine bestimmte, vorbekannte Höhe nicht überschreitet, so dass der Bearbeitungskopf 26 in einem oberen Bereich des Arbeitsraums 56 kollisionsfrei verfahren werden kann. Nachdem sich der Bearbeitungskopf 26 an dem Ausgangspunkt oberhalb des Bezugspunkts 58 befindet, wird der Bearbeitungskopf 26 entlang eines durch die Informationen in der optischen Kennzeichnung 14 vorgegebenen Verfahrweges an den Ausgangspunkt 32 verfahren.
Vor der Bearbeitung des Werkstücks 34 werden in einem Schritt 110 die in der optischen Kennzeichnung 14 enthaltene Informationen über die an dem Werkstück 34 durchzuführende Bearbeitung dem Steuerungsprogramm 42 hinzugefügt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Werkstück 34 in einem Schritt 112 auf die passende Weise und mit den richtigen Bearbeitungsparametern bearbeitet wird.
4 zeigt ein weiteres Fertigungssystem 10. Eine Werkstückanordnung 64 des Fertigungssystems 10 von 4 weist ein Werkstück 34 auf, das mittels dreier Spannpratzen 62 an einem Maschinentisch 60 einer Werkzeugmaschine 20 des Fertigungssystems 10 befestigt ist. Eine optische Kennzeichnung 14 ist hier unmittelbar an dem Werkstück 34 angebracht. Im Übrigen entspricht das Fertigungssystem 10, insbesondere in Bezug auf die Werkzeugmaschine 20 und die optische Kennzeichnung 14, dem Fertigungssystem 10 gemäß den 1 und 2. Insofern sei auf die obige Beschreibung verwiesen.
Bezugszeichenliste

10: Fertigungssystem
12: Werkstückträger
14: optische Kennzeichnung
16a, 16b: vordefinierte Ausdehnung
18a, 18b, 18c: der optischen Kennzeichnung ersten, zweite, dritte Raumrichtung
20: Werkzeugmaschine
22: Bildverarbeitungssystem
24, 24a: Kamera
26: Bearbeitungskopf
28a-28d: Kennzeichnungselemente
30a, 30b: vordefinierte Ausdehnung
32: der Kennzeichnungselemente Ausgangspunkt
34: Werkstück
36: Oberfläche
38: Einhausung
40: Steuerungssystem
42: Steuerungsprogramm
44: weitere optische Kennzeichnung
46a, 46b: vordefinierte Ausdehnung
48: der weiteren optischen Kennzeichnung Nullpunkt
50: Abdeckeinrichtung
52: Klappe
54: Auswerteeinheit
56: Arbeitsraum
58: Bezugspunkt
60: Maschinentisch
62: Spannpratzen
64: Werkstückanordnung
66: Schnittlinie

Anordnen 100 einer Werkstückanordnung in einem Arbeitsraum
Aufnehmen 102 eines Bildes
Ermitteln 104 eines Bezugspunkts
Ermitteln 106 eines Ausgangspunkts
Verbringen 108 eines Bearbeitungskopfs an den Ausgangspunkt
Hinzufügen 110 von Informationen zu einem Steuerungsprogramm
Bearbeiten 112 eines Werkstücks der Werkstückanordnung

Claims

Fertigungssystem (10) aufweisend - eine Werkstückanordnung (64) mit einer optischen Kennzeichnung (14), die eine vordefinierte Ausdehnung (16a, 16b) in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung (18a, 18b) aufweist, und - eine Werkzeugmaschine (20) mit einem Bildverarbeitungssystem (22) zum Erfassen der optischen Kennzeichnung (14).
Fertigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kennzeichnung (14) eines oder mehrere, vorzugsweise flächige, Kennzeichnungselemente (28a-28d) aufweist.
Fertigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kennzeichnung (14) Informationen über einen Ausgangspunkt (32) für eine Bearbeitung eines Werkstücks (34) der Werkstückanordnung (64) enthält.
Fertigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen die Lage des Ausgangspunkts (32), insbesondere in einer dritten Raumrichtung (18c), relativ zu einer Oberfläche (36) des Werkstücks (34) beschreiben.
Fertigungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kennzeichnung (14) Informationen darüber enthält, wie ein Bearbeitungskopf (26) der Werkzeugmaschine (20) zu dem Ausgangspunkt (32) verbracht werden kann.
Fertigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildverarbeitungssystem (22) dazu eingerichtet ist, anhand der Größe der optischen Kennzeichnung (14) in einem aufgenommenen Bild eine Position der Werkstückanordnung (64) in einer dritten Raumrichtung (18c) zu ermitteln.
Fertigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (20) ein Steuerungssystem (40) aufweist, das ein Steuerungsprogramm (42) zur Steuerung einer Bearbeitung eines Werkstücks (34) der Werkstückanordnung (64) enthält, und dass das Steuerungssystem (40) dazu eingerichtet ist, in der optischen Kennzeichnung (14) enthaltene Informationen dem Steuerungsprogramm (42) hinzuzufügen.
Fertigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Werkzeugmaschine (20) eine weitere optische Kennzeichnung (44) vorgesehen ist, die eine vordefinierte Ausdehnung (46a, 46b) in zwei Raumrichtungen, insbesondere in der ersten und der zweiten Raumrichtung (18a, 18b), aufweist.
Fertigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückanordnung (64) eine Abdeckeinrichtung (50) für die optische Kennzeichnung (14) aufweist.
Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine (20) mit den Schritten a) Anordnen (100) einer Werkstückanordnung (64) mit einer optischen Kennzeichnung (14), die eine vordefinierte Ausdehnung (16a, 16b) in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung (18a, 18b) aufweist, in einem Arbeitsraum (56) der Werkzeugmaschine (20), b) Aufnehmen (102) eines Bildes der optischen Kennzeichnung (14) mit einem Bildverarbeitungssystem (22) der Werkzeugmaschine (20), c) Ermitteln (104) eines Bezugspunkts (58) an der Werkstückanordnung (64) unter Verwendung des in Schritt b) aufgenommenen Bildes.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Größe der optischen Kennzeichnung (14) in einem in Schritt b) aufgenommenen Bild eine Position der Werkstückanordnung (64) in einer dritten Raumrichtung (18c) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 mit dem weiteren Schritt d) Ermitteln (106) eines Ausgangspunkts (32) für eine Bearbeitung eines Werkstücks (34) der Werkstückanordnung (64) unter Verwendung von in der optischen Kennzeichnung (14) enthaltenen Informationen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kennzeichnung (14) Informationen über die Lage des Ausgangspunkts (32) relativ zu einer Oberfläche (36) des Werkstücks (34) enthält.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 mit dem weiteren Schritt e) Verbringen (108) eines Bearbeitungskopfs (26) der Werkzeugmaschine (20) an den Ausgangspunkt (32), wobei in der optischen Kennzeichnung (14) enthaltene Informationen über einen Verfahrweg für den Bearbeitungskopf (26) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14 mit dem weiteren Schritt f) Hinzufügen (110) von in der optischen Kennzeichnung (14) enthaltenen Informationen über eine an einem Werkstück (34) der Werkstückanordnung (64) durchzuführende Bearbeitung zu einem Steuerungsprogramm (42) der Werkzeugmaschine (20).