DE102020103885A1

DE102020103885A1 - Verfahren zur Steuerung mindestens einer Bearbeitungsvorrichtung durch einen Nutzer

Info

Publication number: DE102020103885A1
Application number: DE102020103885.2A
Authority: DE
Inventors: Lars Windels; Sönke Maeter
Original assignee: " Swms Systemtechnik Ingenieurgesellschaft Mbh "; Swms Systemtechnik Ingenieurgesellschaft Mbh
Current assignee: " Swms Systemtechnik Ingenieurgesellschaft Mbh "; Swms Systemtechnik Ingenieurgesellschaft Mbh
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung mindestens einer Bearbeitungsvorrichtung durch einen Nutzer, wobei dem Nutzer über eine Visualisierungsvorrichtung ein virtuelles Modell der Bearbeitungsvorrichtung angezeigt wird und wobei mindestens eine auszuführende Arbeitsanweisung an eine Steuerungseinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung gesendet wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das virtuelle Modell der Bearbeitungsvorrichtung und mindestens ein reales Objekt, insbesondere ein zu bearbeitendes Werkstück, dem Nutzer mittels der Visualisierungseinrichtung überlagert dargestellt und dass es sich bei mindestens einer Arbeitsanweisung um mindestens eine hinterlegte offline generierte Steuerungsanweisung handelt. Weiterhin wird aus der offline generierten Steuerungsanweisung ein Bewegungsablauf des virtuellen Modells berechnet und der Bewegungsablauf des virtuellen Modells und mindestens ein reales Objekt, insbesondere ein zu bearbeitendes Werkstück, wird dem Nutzer mittels der Visualisierungsvorrichtung vor der Durchführung der Arbeitsanweisung durch die Bearbeitungsvorrichtung überlagert dargestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung mindestens einer Bearbeitungsvorrichtung durch einen Nutzer, wobei dem Nutzer über eine Visualisierungsvorrichtung ein virtuelles Modell der Bearbeitungsvorrichtung angezeigt wird und wobei mindestens eine auszuführende Arbeitsanweisung an eine Steuerungseinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung gesendet wird.
Bei Bearbeitungsvorrichtungen kann es sich beispielsweise um Roboter, Werkzeugmaschinen oder Ähnliches handeln. Bearbeitungsvorrichtungen kommen in einer Vielzahl an Anwendungen, beispielsweise in der produzierenden Industrie zum Einsatz. Bearbeitungsvorrichtungen, insbesondere Roboter, können beispielsweise zur Produktion oder Bearbeitung von Werkstücken eingesetzt werden, wobei beispielsweise durch eine Bearbeitungsvorrichtung an jedem Werkstück der gleiche Arbeitsablauf durchgeführt wird. Bei den Bearbeitungsvorrichtungen kann es sich sowohl um stationäre Roboter handeln, an denen beispielsweise die zu bearbeitenden Werkstücke vorbeigefahren werden, es kann sich allerdings auch um mobile Roboter handeln, die zu den zu bearbeitenden Werkstücken verfahren werden. Bei mobilen Robotern kann es sich beispielsweise um kollaborative Roboter handeln, die zur Unterstützung von menschlichem Personal eingesetzt werden können. Insbesondere kollaborative Roboter können mit einem Endeffektor, beispielsweise einem Werkzeug, ausgerüstet sein, durch den Aufgaben erfüllt werden können. Beispielsweise können Roboter einen Gelenkarm aufweisen, durch den der Endeffektor an eine gewünschte Position verfahren werden kann, um die Arbeitsschritte auszuführen.
Problematisch beim Einsatz von Bearbeitungsvorrichtungen, insbesondere von Robotern, ist, dass die Bearbeitungsvorrichtungen gesteuert, insbesondere programmiert, werden müssen, um eine entsprechende Arbeitsanweisung ausführen zu können, wozu ein erhebliches Fachwissen notwendig sein kann. Insbesondere bei kollaborativen Robotern ist eine aufwändige Steuerung, insbesondere eine Programmierung, schwierig umzusetzen, da einzelne Arbeitsschritte gegebenenfalls nur einmalig oder nur wenige Male durchzuführen sind und nicht in vielen Wiederholungen, wie es beispielsweise in der Fließbandproduktion üblich ist. Durch die aufwendige Programmierung ist ein zeiteffizienter Einsatz von kollaborativen Robotern schwierig. Einem Nutzer muss somit ein intuitives Steuerungsverfahren, insbesondere ein Programmierverfahren, zur Verfügung gestellt werden, um einen zeiteffizienten Einsatz von kollaborativen Robotern in Montageprozessen zu ermöglichen.
Beispielsweise aus der EP 1 435 280 B1 ist ein Verfahren und ein System zur Programmierung eines Industrieroboters bekannt. Hierbei wird dem Roboter ein Weg gelehrt, welcher eine Zahl von Wegpunkten hat, die sich auf oder in der Nähe von einem durch den Roboter zu bearbeitenden Objekt befinden. Das Verfahren umfasst das Erhalten von Informationen über die Position der Wegpunkte in Beziehung zu dem Objekt, das Speichern der Informationen über die Position der Wegpunkte und das Simulieren des Roboterweges basierend auf den erhaltenen Informationen über die Wegpunkte und einem Modell des Roboters. Erfindungswesentlich vorgesehen ist hierbei, dass eine grafische Darstellung des Roboterweges basierend auf dem simulierten Roboterweg erzeugt wird. Hierbei können die Wegpunkte durch ein Zeigeelement auf dem Werkstück festgelegt werden.
Problematisch beim bekannten Stand der Technik ist, dass alle, auch komplexe, Bewegungsabläufe des Roboters einzeln durch das Festlegen von Wegpunkten einprogrammiert werden müssen. Insbesondere bei vielen, detaillierten Schritten, kann dies zu einem hohen Steuerungsaufwand beziehungsweise Programmieraufwand führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Programmierung mindestens einer Bearbeitungsvorrichtung vorzuschlagen, bei dem auch vielschrittige Arbeitsabläufe zeiteffizient programmierbar sind.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einem Verfahren zur Steuerung mindestens einer Bearbeitungsvorrichtung durch einen Nutzer, wobei dem Nutzer über eine Visualisierungsvorrichtung ein virtuelles Modell der Bearbeitungsvorrichtung angezeigt wird und wobei mindestens eine auszuführende Arbeitsanweisung an eine Steuerungseinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung gesendet wird, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass das virtuelle Modell der Bearbeitungsvorrichtung und mindestens ein reales Objekt, insbesondere ein zu bearbeitendes Werkstück, dem Nutzer mittels der Visualisierungseinrichtung überlagert dargestellt werden, dass es sich bei mindestens einer Arbeitsanweisung um mindestens eine hinterlegte offline generierte Steuerungsanweisung handelt, dass aus der offline generierten Steuerungsanweisung ein Bewegungsablauf des virtuellen Modells berechnet wird und dass der Bewegungsablauf des virtuellen Modells und mindestens ein reales Objekt, insbesondere ein zu bearbeitendes Werkstück, dem Nutzer mittels der Visualisierungsvorrichtung vor der Durchführung der Arbeitsanweisung durch die Bearbeitungsvorrichtung überlagert dargestellt werden.
Bei dem computergestützten Verfahren zur Steuerung, insbesondere zum Programmieren einer Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere eines Roboters, wird die Bearbeitungsvorrichtung zum Ausführen einer Arbeitsanweisung durch einen Nutzer angelernt. Bei einer Bearbeitungsvorrichtung kann es sich insbesondere um einen Roboter, eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Werkstücken oder Ähnliches handeln. Bei dem Verfahren wird dem Nutzer zunächst ein virtuelles Modell der Bearbeitungsvorrichtung über eine Visualisierungsvorrichtung dargestellt. Bei dem virtuellen Modell kann es sich um eine grafische Darstellung, insbesondere eine berechnete, also gerenderte, Darstellung handeln. Das virtuelle Modell wird dem Nutzer über eine Visualisierungsvorrichtung dargestellt, wobei es sich bei der Visualisierungsvorrichtung insbesondere um eine Augmented Reality-Vorrichtung, insbesondere eine Augmented Reality-Brille handeln kann. Die Visualisierungsvorrichtung kann hierbei eine Recheneinheit zur Durchführung von Rechenschritten aufweisen oder zumindest datenleitend mit einer Recheneinrichtung zur Durchführung von Rechenschritten verbunden sein. Durch eine Augmented Reality-Vorrichtung kann das virtuelle berechnete Modell der Bearbeitungsvorrichtung und reale Objekte, beispielsweise ein zu bearbeitendes Werkstück, oder auch die nähere Umgebung der Bearbeitungsvorrichtung überlagert dargestellt werden. Durch die Augmented Reality-Brille wird das virtuelle Bearbeitungsvorrichtungsmodell also im Sichtfeld des Nutzers eingeblendet. Beispielsweise kann das virtuelle Modell von dem Nutzer über die Visualisierungsvorrichtung so bewegt und beeinflusst werden, wie es zur Ausführung der Arbeitsanweisungen notwendig ist. Beispielsweise kann ein virtuelles Modell eines Roboterarms mit einem Endeffektor so bewegt werden, dass der Endeffektor sich an der korrekten Position zur Ausführung einer Arbeitsanweisung an dem Werkstück befindet. Bei einem Endeffektor kann es sich um ein Werkzeug handeln, dass beispielsweise an die durchzuführende Arbeitsanweisung angepasst sein kann. Durch die überlagerte Darstellung des virtuellen Bearbeitungsvorrichtungsmodells und des realen zu bearbeitenden Objektes kann somit ganz intuitiv eine durch die Bearbeitungsvorrichtung abzuarbeitende Arbeitsanweisung durch den Nutzer festgelegt werden. Bei einer Arbeitsanweisung kann es sich beispielsweise um einen von der Bearbeitungsvorrichtung abzuarbeitenden Bewegungsablauf, durchzuführende Montageabschnitte und/oder Ähnliches handeln. Das virtuelle Bearbeitungsvorrichtungsmodell kann hierbei durch den Nutzer, beispielsweise über Gestensteuerung, also mit den Händen, deren Position und Haltung von der Visualisierungsvorrichtung erfasst werden kann, gesteuert werden. Weiterhin ist auch eine Steuerung über Eingabevorrichtungen, wie beispielsweise Tastaturen, Controllereinheiten oder Ähnliches, möglich. Durch den Nutzer wird also eine durch die Bearbeitungsvorrichtung abzuarbeitende Bewegungsabfolge über die Steuerung des virtuellen Modells vorgegeben, wobei die Bewegung des virtuellen Modells hierbei dem Nutzer dargestellt werden kann. Die Darstellung kann beispielsweise in Echtzeit oder auch nach Vervollständigung der Arbeitsanweisung durch den Nutzer erfolgen. Durch die Steuerung des virtuellen Modells durch den Nutzer wird eine Arbeitsanweisung für die reale Bearbeitungsvorrichtung generiert. Zur Durchführung der Arbeitsanweisung also zur Programmierung kann diese an eine Steuerungseinrichtung der realen Bearbeitungsvorrichtung gesendet werden, so dass die Arbeitsanweisung von der Bearbeitungsvorrichtung durchgeführt werden kann. Bei mindestens einer Arbeitsanweisung handelt es sich um eine hinterlegte, beispielsweise in einer Datei in einem Speicher oder Visualisierungsvorrichtung oder in einem Speicher der mit der Visualisierungsvorrichtung verbundenen Recheneinrichtung hinterlegte, offline generierte Steuerungsanweisung. In einer offline generierten Steuerungsanweisung können beispielsweise mehrere Bewegungsschritte, also eine Schrittabfolge hinterlegt sein. Beispielsweise können Positionen hinterlegt sein, an denen die Bearbeitungsvorrichtung mittels des Endeffektors eine Aktion durchführen soll. Die Positionen, an denen Aktionen mittels des Endeffektors durchgeführt werden sollen, können beispielsweise in relativen Koordinaten zueinander angegeben sein. Beispielsweise kann in der Steuerungsanweisung eine Abfolge von zu setzenden Schweißnähten, Schweißpunkten, Nietpunkten, zu schleifende Bereiche oder Ähnliches festgelegt sein. Durch das Auswählen einer Steuerungsanweisung ist der Arbeitsablauf der Bearbeitungsvorrichtung vorgegeben, so dass keine zeitintensive einzelne Programmierung der Verfahrensschritte erfolgen muss. Die auszuführende offline generierte Steuerungsanweisung kann im Vorfeld erstellt sein und an die jeweiligen Gegebenheiten, insbesondere an das zu bearbeitende Werkstück, angepasst sein. Durch den Nutzer muss lediglich über das virtuelle Modell ausgewählt werden, an welcher Position die offline generierte Steuerungsanweisung durchgeführt beziehungsweise gestartet werden soll. Beispielsweise kann das virtuelle Robotermodell eines Roboterarmes über die Augmented Reality-Vorrichtung von dem Nutzer so bewegt werden, dass die Steuerungsanweisung an der ausgewählten Position des Werkstückes gestartet werden kann. Aus der offline generierten Steuerungsanweisung wird beispielsweise mittels der Visualisierungsvorrichtung oder einer mit der Visualisierungsvorrichtung verbundenen Recheneinrichtung ein Bewegungsablauf des virtuellen Robotermodells berechnet und der Bewegungsablauf wird dem Nutzer mittels der Visualisierungsvorrichtung vor Durchführung der Arbeitsanweisung durch die Bearbeitungsvorrichtung dargestellt. Somit ist es ermöglicht, dass der Nutzer auf intuitive Art und Weise kontrollieren kann, ob die offline generierte Steuerungsanweisung an der richtigen Stelle ausgeführt wird und beispielsweise, ob eine Durchführung zu den gegenwärtigen räumlichen Umgebungsbedingungen möglich ist. Nach Freigabe durch den Nutzer können die erstellten Arbeitsanweisungen an die reale Bearbeitungsvorrichtung gesendet werden, so dass eine Durchführung gestartet werden kann.
In einer Weiterbildung des Verfahrens handelt es sich bei der Visualisierungsvorrichtung um eine Augmented Reality-Vorrichtung. Mit einer Augmented Reality-Vorrichtung, beispielsweise einer Augmented Reality-Brille, kann das virtuelle Bearbeitungsvorrichtungsmodell in das Blickfeld des Nutzers projiziert werden. Somit ist eine Überlagerung des Sichtfeldes, in dem sich beispielsweise das zu bearbeitende Objekt befindet und des virtuellen Bearbeitungsvorrichtungsmodells möglich. Das Bearbeitungsvorrichtungsmodell kann beispielsweise über Gestensteuerungen oder über Eingabevorrichtungen, die mit der Augmented Reality-Vorrichtung verbunden sind, gesteuert werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens sind in mindestens einer offline generierten Steuerungsanweisung auszuführende Prozessschritte enthalten. In einer offline generierten Steuerungsanweisung sind verschiedene Prozessschritte, die von der Bearbeitungsvorrichtung durchzuführen sind, enthalten. Beispielsweise können in einer Steuerungsanweisung Positionen also Koordinaten angegeben sein, an denen beispielsweise mittels des Endeffektors Prozessschritte, also Arbeitsschritte, an dem Werkstück auszuführen sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei der offline generierten Steuerungsanweisung um eine im Vorfeld mittels eines rechnergestützten Programmierverfahren, insbesondere eines rechnergestützten Konstruktionsverfahren erstellte Steuerungsanweisung. Steuerungsanweisungen für bestimmte Werkstücke können im Vorfeld, beispielsweise mittels eines rechnergestützten Konstruktionsverfahren, beispielsweise mittels eines CAD/CAM-Programms erstellt werden. Beispielsweise kann mittels eines CAD/CAM-Programms festgelegt werden, an welchen Positionen also an welchen Koordinaten eines Werkstückes beispielsweise Schweißpunkte zu setzen sind. Durch die Zuweisung der CAD/CAM-Steuerungsanweisung zu einer Position an dem Werkstück durch den Nutzer kann die Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung der Steuerungsanweisung programmiert werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Bearbeitungsvorrichtung durch den Nutzer mittels der Visualisierungsvorrichtung eine Position als Startposition zur Durchführung der offline generierten Steuerungsanweisung zugewiesen. Durch die Überlagerung des virtuellen Modells der Bearbeitungsvorrichtung mit dem realen Werkstück im Sichtfeld des Nutzers ist auf einfache Art und Weise eine Zuordnung der offline generierten Steuerungsanweisung an eine Position des Werkstückes durch den Nutzer ermöglicht. Beispielsweise mittels Gestensteuerung oder anderer Eingabemöglichkeiten kann das virtuelle Bearbeitungsvorrichtungsmodell so bewegt werden, dass sich der Endeffektor der Bearbeitungsvorrichtung an einer Startposition zur Durchführung einer offline generierten Steuerungsanweisung befindet. Ab diesem Startpunkt kann eine auszuführende Steuerungsanweisung, insbesondere eine CAD/CAM-Steuerungsanweisung, durchgeführt werden, ohne dass die einzelnen Arbeitsschritte der Steuerungsanweisung einzeln programmiert werden müssen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens enthält die offline generierte Steuerungsanweisung Koordinaten und die in der Steuerungsanweisung enthaltenen Koordinaten werden in ein für die Visualisierungsvorrichtung verarbeitbares Koordinatensystem umgewandelt. Zur Umsetzung und Darstellung einer Steuerungsanweisung müssen die in der Steuerungsanweisung enthaltenen Koordinaten in ein für die Visualisierungsvorrichtung verarbeitbares Koordinatensystem umgesetzt werden. Durch die Koordinaten in der offline generierten Steuerungsanweisung können beispielsweise zu bearbeitende Positionen an dem Werkstück festgelegt sein. Bei den Steuerungsanweisungen kann es sich beispielsweise um CAD/CAM-Anweisungen handeln, deren Koordinaten beispielsweise in einem rechtshändigen Koordinatensystem angegeben sind, wobei Rotationen durch Vektorrichtungen ausgedrückt sein können. Die Visualisierungsvorrichtung kann beispielsweise Koordinaten verarbeiten, die in einem linkshändigen Koordinatensystem angegeben sind, wobei Rotationen durch Quaternionen ausgedrückt sein können. Um die CAD/CAM-Steuerungsanweisung, also die zunächst von dem virtuellen Bearbeitungsvorrichtungsmodell auszuführenden Arbeitsschritte, durch die Visualisierungsvorrichtung darstellen zu können, muss das in der CAD/CAM-Steuerungsanweisung verwendete Koordinatensystem in ein von der Visualisierungsvorrichtung verarbeitbares Koordinatensystem umgewandelt werden. Durch die Umwandlung in das Koordinatensystem der Visualisierungsvorrichtung kann der Arbeitsablauf der offline generierten Steuerungsanweisung, also der Bewegungsablauf des virtuellen Bearbeitungsvorrichtungsmodells dem Nutzer über die Visualisierungsvorrichtung dargestellt werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden zur Visualisierung verwendete Koordinaten in dem von der Visualisierungsvorrichtung verarbeitbaren Koordinatensystem in ein für eine Steuerungseinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung verarbeitbares Koordinatensystem umgewandelt. Mittels der Visualisierungsvorrichtung kann durch einen Nutzer über das virtuelle Bearbeitungsvorrichtungsmodell eine von der Bearbeitungsvorrichtung auszuführende Arbeitsanweisung, also ein von der Bearbeitungsvorrichtung auszuführender Bewegungsablauf vorgegeben werden. Um eine Ausführung des von dem virtuellen Bearbeitungsvorrichtungsmodell ausgeführten Bewegungsablaufes durch die reale Bearbeitungsvorrichtung zu ermöglichen, muss das in der Visualisierungsvorrichtung verwendete Koordinatensystem in ein für eine Steuerungseinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung verarbeitbares Koordinatensystem umgewandelt werden. Beispielsweise kann das von der Visualisierungsvorrichtung verwendete linkshändige Koordinatensystem, in dem Rotationen in Quaternionen dargestellt sind, in ein rechtshändiges Koordinatensystem, in dem Rotationen als Axis-angles dargestellt sind, umgewandelt werden. Somit kann die Arbeitsanweisung, die durch den Nutzer mittels der Visualisierungsvorrichtung für das virtuelle Bearbeitungsvorrichtungsmodell bearbeitet wurde, durch die reale Bearbeitungsvorrichtung ausgeführt werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird ein Bewegungsablauf des virtuellen Modells durch den Nutzer vorgegeben und der Bewegungsablauf des virtuellen Modells wird an eine Steuerungseinrichtung zur Ausführung des Bewegungsablaufes durch die Bearbeitungsvorrichtung übertragen. Mittels der Visualisierungsvorrichtung kann ein Bewegungsablauf des virtuellen Modells der Bearbeitungsvorrichtung durch den Nutzer vorgegeben und beeinflusst werden. Wenn der Bewegungsablauf des virtuellen Bearbeitungsvorrichtungsmodells die Anforderungen an den auszuführenden Arbeitsablauf erfüllt, kann der Bewegungsablauf des virtuellen Modells an eine Steuerungseinrichtung der realen Bearbeitungsvorrichtung übertragen werden. Der durch den Nutzer an dem virtuellen Modell entwickelte Arbeitsablauf kann somit durch die reale Bearbeitungsvorrichtung ausgeführt werden. Hierdurch ist eine einfache intuitive Steuerung, insbesondere Programmierung, der realen Bearbeitungsvorrichtung über das virtuelle Bearbeitungsvorrichtungsmodell ermöglicht.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist ein Bewegungsablauf des virtuellen Modells der Bearbeitungsvorrichtung mittels Gestensteuerung erzeugbar. Mittels der Visualisierungsvorrichtung kann das virtuelle Bearbeitungsvorrichtungsmodell durch den Nutzer durch Gestensteuerung beeinflusst werden. Hierbei können beispielsweise die Hände des Nutzers und die ausgeführten Gesten erfasst und ausgewertet werden. Beispielsweise kann durch Gestensteuerung oder andere Steuerungseinrichtungen ein Bewegungsablauf des virtuellen Bearbeitungsvorrichtungsmodells durch den Nutzer vorgegeben werden. Der Bewegungsablauf des virtuellen Bearbeitungsvorrichtungsmodells kann dem Nutzer mittels einer Visualisierungsvorrichtung, insbesondere einer Augmented Reality-Brille, dargestellt werden, so dass der Nutzer kontrollieren kann, ob der von dem virtuellen Modell ausgeführte Bewegungsablauf dem gewünschten Arbeitsablauf entspricht. Hierbei kann das virtuelle Bearbeitungsvorrichtungmodell mittels der Augmented Reality-Brille in das Sichtfeld des Nutzers projiziert werden und dabei mit realen Objekten überlagert werden. Nach Fertigstellung des Bewegungsablaufes kann der Bewegungsablauf des virtuellen Bearbeitungsvorrichtungsmodells an die Steuerungseinrichtung einer realen Bearbeitungsvorrichtung übertragen werden, so dass der Bewegungsablauf durch die reale Bearbeitungsvorrichtung ausgeführt werden kann.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird einem Nutzer über die Visualisierungseinrichtung ein virtuelles Bedienfeld dargestellt und über das virtuelle Bedienfeld sind Arbeitsanweisungen auswählbar. Mittels der Visualisierungsvorrichtung, insbesondere mittels einer Augmented Reality-Brille, können dem Nutzer ein oder mehrere virtuelle Bedienfelder in das Sichtfeld des Nutzers eingeblendet werden. Durch die virtuellen Bedienfelder können dem Nutzer eine Vielzahl von Menüs und Einstellungsmöglichkeiten zur Verfügung gestellt werden. Zur Auswahl einzelner Menüpunkte können beispielsweise die Hände des Nutzers von der Visualisierungsvorrichtung erfasst werden, so dass der Nutzer mit seinen Händen die virtuellen Bedienfeldern, wie bei einer normalen realen Tastatur bedienen kann.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird für den Bewegungsablauf des virtuellen Modells eine Kollisionserkennung durchgeführt. Zur Ausarbeitung einer Arbeitsanweisung für die reale Bearbeitungsvorrichtung kann von dem Nutzer mittels der Visualisierungseinrichtung ein Bewegungsablauf des virtuellen Bearbeitungsvorrichtungsmodells festgelegt werden. Nach Fertigstellung des Arbeitsablaufes kann der auf dem Arbeitsablauf basierende Bewegungsablauf des virtuellen Bearbeitungsvorrichtungsmodells dem Nutzer über die Visualisierungsvorrichtung dargestellt werden. Insbesondere werden von der Visualisierungsvorrichtung hierbei die Umgebungsbedingungen, wie die Position des zu bearbeitenden Werkstückes aber auch sich in der Umgebung befindliche Objekte erfasst. Insbesondere kann hierbei berechnet werden, ob bei der Durchführung des Bewegungsablaufes durch das virtuelle Modell beziehungsweise durch die reale Bearbeitungsvorrichtung, Kollisionen zwischen dem virtuellen Modell beziehungsweise der realen Bearbeitungsvorrichtung und anderen Objekten auftreten können. Durch diese Kollisionserkennung kann dem Nutzer angezeigt werden, dass gegebenenfalls ein vom Nutzer geplanter Bewegungsablauf durch die Bearbeitungsvorrichtung nicht durchführbar ist und somit hier Änderungen notwendig sind.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird für den Bewegungsablauf des virtuellen Modells der Bearbeitungsvorrichtung eine Erreichbarkeitserkennung durchgeführt. Bei der Erstellung eines Bewegungsablaufes des virtuellen Modells durch einen Nutzer werden mittels der Visualisierungsvorrichtung Objekte in der Umgebung, insbesondere das zu bearbeitende Werkstück, erfasst. Mittels einer Erreichbarkeitserkennung wird erfasst, ob das zu bearbeitende Werkstück in der gegebenen räumlichen Anordnung so von dem virtuellen Modell beziehungsweise von der realen Bearbeitungsvorrichtung erreicht werden kann, dass alle vorgegebenen Arbeitsschritte mittels des Endeffektors durchführbar sind. Somit ist sichergestellt, dass eine vom Nutzer mittels der Visualisierungsvorrichtung und dem virtuellen Modell ausgearbeitete Arbeitsanweisung durch die Bearbeitungsvorrichtung durchführbar ist.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Position zur Durchführung der offline generierten Steuerungsanweisung durch die Bearbeitungsvorrichtung in relativen Koordinaten zu der Bearbeitungsvorrichtung angegeben und die relativen Koordinaten sind durch den Nutzer mithilfe der Visualisierungsvorrichtung anpassbar. Die Position beziehungsweise die Positionen an dem Werkstück, an dem eine Steuerungsanweisung beziehungsweise Prozessschritte einer Steuerungsanweisung durchgeführt werden soll, kann in der offline generierten Steuerungsanweisung in relativen Koordinaten zu der Bearbeitungsvorrichtung angegeben sein. Von dem Nutzer können die relativen Koordinaten mittels der Visualisierungsvorrichtung so beeinflusst werden, dass die offline generierte Steuerungsanweisung und somit die in der Steuerungsanweisung enthaltenen Arbeitsschritte an der gewünschten Position des Werkstücks durchgeführt werden können.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die genaue Position zur Durchführung der offline generierten Steuerungsanweisung durch einen Sensor erfasst. Mittels mindestens eines Sensors werden Umgebungsbedingungen, insbesondere die genaue Position des Werkstückes, erfasst. Insbesondere kann hierbei ein Sensor zur Objekterkennung der Visualisierungsvorrichtung oder auch ein externer Sensor, beispielsweise ein Laserscanner zum Einsatz kommen. Mittels eines Scanners kann an einem Werkstück der genaue Bereich, an dem eine Steuerungsanweisung durchgeführt werden soll, erfasst werden. Durch die genaue Erfassung des zu bearbeitenden Bereiches ist eine sehr genaue Positionierung des zur Bearbeitung verwendeten Endeffektors der Bearbeitungsvorrichtung möglich, so dass Arbeitsschritte mit hohem Präzisionsbedarf durchgeführt werden können. Beispielsweise kann im Vorfeld mittels der Visualisierungsvorrichtung durch den Nutzer eine Positionsauswahl zur Durchführung der offline generierten Steuerungsanweisung an dem Werkstück erfolgen, wobei die Feinjustierung auf Basis der Daten des Sensors erfolgt.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden mehrere Bearbeitungsvorrichtungen gesteuert und den verschiedenen Bearbeitungsvorrichtungen werden verschiedene Arbeitsanweisungen zugeordnet. Mittels des Programmierverfahrens können von einem Nutzer auch mehrere Bearbeitungsvorrichtungen gesteuert, insbesondere programmiert, werden, wobei die Steuerung beziehungsweise die Programmierung auch parallel erfolgen kann. Hierbei können verschiedene Arbeitsanweisungen den verschiedenen Bearbeitungsvorrichtungen zugeordnet werden, so dass beispielsweise Arbeitsschritte parallel erfolgen können.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Bewegungsabläufe der virtuellen Modelle verschiedener Bearbeitungsvorrichtungen parallel dargestellt und eine Kollisionserkennung zwischen den Bewegungsabläufen der virtuellen Modelle wird durchgeführt. Bei der Steuerung beziehungsweise der Programmierung, insbesondere der parallelen Programmierung, mehrere Bearbeitungsvorrichtungen mittels einer Visualisierungsvorrichtung durch einen Nutzer können die Bewegungsabläufe der Bearbeitungsvorrichtungen parallel zueinander über die Visualisierungsvorrichtung dargestellt werden. Hierbei kann eine Kollisionserkennung zwischen den Bewegungsabläufen der verschiedenen Bearbeitungsvorrichtungen durchgeführt werden, so dass dem Nutzer eine Rückmeldung gegeben werden kann, falls sich Bearbeitungsvorrichtungen in ihren Bewegungsabläufen gegenseitig berühren oder behindern würden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei mindestens einer Bearbeitungsvorrichtung um einen Roboter oder um eine Werkzeugmaschine. Bei einer Bearbeitungsvorrichtung kann es sich um einen Roboter, beispielsweise einen kolaborativen Roboter, einen mobilen Roboter, einen stationären Roboter oder Ähnliches handeln. Beispielsweise kann ein Roboter einen in mehrere Raumrichtungen beweglichen Roboterarm aufweisen, mit dem ein Endeffektor, also ein Werkzeug, bewegt werden kann. Weiterhin kann es sich bei einer Bearbeitungsvorrichtung um eine Werkzeugmaschine, wie beispielsweise eine Schleifvorrichtung, eine Schweißvorrichtung, eine Fräsvorrichtung oder Ähnliches handeln. Durch das Verfahren können von den Robotern beziehungsweise Werkzeugmaschinen abzuarbeitende Arbeitsanweisungen, beispielsweise Bewegungsabläufe, erstellt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das in den internen Speicher eines Computers geladen werden kann und auf einem maschinenlesbaren Datenträger gespeicherte Programmcodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden können, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer ausgeführt wird. Der Datenträger ist beispielsweise ein wiederbeschreibbarer Speicher (RAM), oder ein einmal beschriebener und danach nur noch lesbarer Speicher (ROM), ein Speichermedium wie eine CD oder DVD, ein, insbesondere elektronisches, Gerät wie beispielsweise der Computer selbst oder ein Server oder ein Netzwerk.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller erfindungswesentlicher Verfahrensschritte, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Das Computerprogramm weist Programmcodeabschnitte zur Durchführung aller Verfahrensschritte einer möglichen Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Steuerung mindestens einer Bearbeitungsvorrichtung , wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird, auf. Die Programmcodeabschnitte sind vorzugsweise auf einem maschinenlesbaren Datenträger gespeichert und werden in den Arbeitsspeicher eines Rechners geladen oder über ein Datennetz übermittelt. Der maschinenlesbare Datenträger bei den vorstehen genannten Computerprogrammen ist jeweils vorzugsweise eine Festplatte, ein USB-Stick oder eine CD oder DVD.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Darstellung dargestellten Beispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:

1: den schematischen Ablauf der Interaktion zwischen einem Nutzer und einer Bearbeitungsvorrichtung;
2: einen schematischen Ablauf der Verarbeitung einer offline generierten Steuerungsanweisung;
3: eine Auswahl einer offline generierten Steuerungsanweisung durch einen Nutzer;
4: eine Erstellung einer Pose eines Endeffektors; und
5: eine schematische Darstellung der Programmierung mehrerer Bearbeitungsvorrichtungen.

In 1 ist der schematische Ablauf der Interaktion eines Nutzers 1 mit einer Bearbeitungsvorrichtung 2 dargestellt. Der Nutzer 1 ist mit einer Visualisierungsvorrichtung, insbesondere mit einer Augmented Reality-Vorrichtung ausgestattet. Über die Visualisierungsvorrichtung kann der Nutzer 1 über virtuelle Bedienelemente 3 Steuerungsanweisungen auswählen, wobei die Steuerungsanweisungen an eine Steuerungssoftware 4 gesendet werden 5. Über die Steuerungssoftware 4 kann ein virtuelles Modell 6 der Bearbeitungsvorrichtung 2 gemäß den über das virtuelle Bedienelement 3 ausgewählten Befehlen gesteuert werden 7. Die Bewegung des virtuellen Modells 6 kann dem Benutzer 1 über die Visualisierungsvorrichtung dargestellt werden 8. Über die Steuerungssoftware 4 können Befehle über ein Netzwerk 9, an die Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere an die Bearbeitungsvorrichtung 2, gesendet werden.
In 2 ist die Verarbeitung einer offline generierten Steuerungsanweisung dargestellt. Aus einer offline generierten Steuerungsanweisung 10, insbesondere aus einer CAD/CAM-Datei, kann eine auf eine Bearbeitungsvorrichtung unangepasste Steuerungsanweisung 11 erstellt werden, die durch die Bearbeitungsvorrichtung 12 verarbeitet werden soll. Um eine Verarbeitung der unangepassten Steuerungsanweisung 11 mittels der Bearbeitungsvorrichtung 12 zu ermöglichen, muss eine Anpassung an die Bearbeitungsvorrichtung 12 erfolgen. Die unangepasste Steuerungsanweisung 11 kann Koordinaten 13 in einem rechtshändigen Koordinatensystem, in dem Rotationen als Vektorrichtungen dargestellt sind, enthalten. Die Koordinaten 13 werden in ein Koordinatensystem 14, das von der Visualisierungsvorrichtung verarbeitbar ist, übersetzt 15. Die Koordinaten 14 könnten beispielsweise mittels der Visualisierungsvorrichtung an das zu bearbeitende Werkstück, beispielsweise durch eine Gestensteuerung des Nutzers angepasst werden 16. Die angepassten Koordinaten 16 werden in ein von der Bearbeitungsvorrichtung 12 verarbeitbares Koordinatensystem 18 übersetzt. Durch die Umwandlung der Koordinatensysteme kann die auf eine Bearbeitungsvorrichtung 12 nicht angepasste Steuerungsanweisung 11 zu einer an die Bearbeitungsvorrichtung 12 angepasste Steuerungsanweisung 17 verarbeitet werden. Weiterhin ist es möglich, dass in der offline generierten Steuerungsanweisung Befehle, insbesondere APT-Befehle 19, über einen Interpreter 20 in ein von der Steuerungsanweisung 17 verarbeitbaren Befehl 21 gewandelt werden.
In 3 ist die Verarbeitung einer offline generierten Steuerungsanweisung dargestellt. Einem Nutzer 22 wird eine im Vorfeld offline generierte Steuerungsanweisung 24 zur Verfügung gestellt. Die offline generierte Steuerungsanweisung 24 kann an eine Visualisierungsvorrichtung 25 gesendet werden 26. Die Steuerungsanweisung 24 kann weiter an eine Steuerungssoftware 27 gesendet werden 28. Über die Steuerungssoftware 27 kann die Steuerungsanweisung 24 visualisiert werden 29 und über die Visualisierungsvorrichtung dem Nutzer 22 dargestellt werden 30. Über die Visualisierungsvorrichtung kann eine Steuerungsanweisung, insbesondere die visualisierte offline generierte Steuerungsanweisung 29, also die mittels eines virtuellen Modells dargestellte Steuerungsanweisung mittels eines in der Visualisierungsvorrichtung dargestellten Manipulators 31 beeinflusst werden 32. Die bearbeitete offline generierte Steuerungsanweisung kann mittels der Visualisierungsvorrichtung dem Nutzer 22 zur Überprüfung dargestellt werden 30. Nach Überprüfung kann eine Steuerungsanweisung zur Durchführung durch die Bearbeitungsvorrichtung 33 ausgewählt werden 34. Die ausgewählte offline generierte Steuerungsanweisung wird über ein Netzwerk 35 von der Steuerung 27 an die Bearbeitungsvorrichtung 33 gesendet.
In 4 ist die Beeinflussung einer Pose eines Endeffektors einer Bearbeitungsvorrichtung durch einen Nutzer 36 beschrieben. Mittels eines über eine Visualisierungsvorrichtung dargestellten 3D-Manipulators 37 kann ein Endeffektor einer Bearbeitungsvorrichtung beziehungsweise dessen virtuelles Modell 39 von dem Nutzer 36 beeinflusst werden 38. Über den dargestellten 3D-Manipulator 37 kann hierbei das virtuelle Modell der Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere das virtuelle Modell des Endeffektors, in allen Raumrichtungen ausgerichtet werden. Bei dem 3D-Manipulator kann es sich beispielsweise um virtuelle Markierungen, insbesondere Pfeile, die dem Nutzer mittels der Visualisierungsvorrichtung dargestellt werden, handeln, durch die dargestellte Positionen und Bewegungen durch den Nutzer ausgewählt werden können. Aus der Beeinflussung des Nutzers 36 wird eine virtuelle Soll-Pose 39 des Endeffektors bestimmt. Für die Soll-Pose 39 des virtuellen Modells wird eine Kollisionserkennung 40 und eine Erreichbarkeitserkennung 41 für den gewünschten Anwendungsfall berechnet und dem Nutzer 36 über die Visualisierungsvorrichtung dargestellt 42. Die Soll-Pose 39 kann über ein Netzwerk 43 an eine reale Bearbeitungsvorrichtung oder an einen Bearbeitungsvorrichtungs simulator 44 gesendet werden. Über das Netzwerk 43 und eine Steuerungssoftware 45 kann eine Ist-Pose der Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere des Endeffektors, berechnet werden 46 für die eine Kollisionserkennung 47 durchgeführt werden kann. Die Ist-Pose 46 des Endeffektors der Bearbeitungsvorrichtung kann über eine Visualisierungsvorrichtung dem Nutzer 36 dargestellt werden 48.
In 5 ist die Programmierung beziehungsweise Steuerung mehrerer Bearbeitungsvorrichtungen von einem Nutzer 49 dargestellt. Ein Nutzer 49 kann über eine Visualisierungsvorrichtung 50 und eine Steuerungssoftware 51 über ein Netzwerk 52 die Programmierung mehrerer Bearbeitungsvorrichtungen 53, 54, vornehmen.
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1435280 B1 [0004]

Claims

Verfahren zur Steuerung mindestens einer Bearbeitungsvorrichtung durch einen Nutzer, wobei dem Nutzer über eine Visualisierungsvorrichtung ein virtuelles Modell der Bearbeitungsvorrichtung angezeigt wird und wobei mindestens eine auszuführende Arbeitsanweisung an eine Steuerungseinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung gesendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Modell (6, 39) der Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) und mindestens ein reales Objekt, insbesondere ein zu bearbeitendes Werkstück, dem Nutzer (1, 22, 36, 49) mittels der Visualisierungseinrichtung überlagert dargestellt werden (8, 30, 42, 48), dass es sich bei mindestens einer Arbeitsanweisung um mindestens eine hinterlegte offline generierte Steuerungsanweisung (11, 24) handelt, dass aus der offline generierten Steuerungsanweisung (11, 24) ein Bewegungsablauf des virtuellen Modells (6, 39) berechnet wird und dass der Bewegungsablauf des virtuellen Modells (6, 39) und mindestens ein reales Objekt, insbesondere ein zu bearbeitendes Werkstück, dem Nutzer (1, 22, 36, 49) mittels der Visualisierungsvorrichtung vor der Durchführung der Arbeitsanweisung durch die Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) überlagert dargestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Visualisierungsvorrichtung um eine Augmented-Reality-Vorrichtung handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer offline generierten Steuerungsanweisung (11, 24) auszuführende Prozessschritte enthalten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der offline generierten Steuerungsanweisung (11, 24) um eine im Vorfeld mittels eines rechnergestützten Programmierverfahren, insbesondere eines rechnergestützten Konstruktionsverfahren, erstellte Steuerungsanweisung handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) durch den Nutzer (1, 22, 36, 49) mittels der Visualisierungsvorrichtung eine Position als Startposition zur Durchführung der offline generierten Steuerungsanweisung (11, 24) zugewiesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die offline generierte Steuerungsanweisung (11, 24) Koordinaten (13) enthält und dass die in der offline generierten Steuerungsanweisung (11, 24) enthaltenen Koordinaten (13) in ein für die Visualisierungsvorrichtung verarbeitbares Koordinatensystem (14) umgewandelt werden (15).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Visualisierung verwendete Koordinaten in dem von der Visualisierungsvorrichtung verarbeitbaren Koordinatensystem (14) in ein für eine Steuerungseinrichtung der Q:\IB5JAW\JAWDKA\2020002075.DOC Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) verarbeitbares Koordinatensystem (18) umgewandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegungsablauf des virtuellen Modells der Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) durch den Nutzer (1, 22, 36, 49) vorgegeben wird und dass der Bewegungsablauf des virtuellen Modells (6, 39) an eine Steuerungseinrichtung zur Ausführung des Bewegungsablaufes durch die Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegungsablauf des virtuellen Modells (6, 39) der Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) mittels Gestensteuerung erzeugbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass einem Nutzer (1, 22, 36, 49) über die Visualisierungsvorrichtung ein virtuelles Bedienfeld dargestellt wird und dass über das virtuelle Bedienfeld Arbeitsanweisungen auswählbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für den Bewegungsablauf des virtuellen Modells (6, 39) der Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) eine Kollisionserkennung (40) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Bewegungsablauf des virtuellen Modells (6, 39) der Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) eine Erreichbarkeitserkennung (41) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Position zur Durchführung der offline generierten Steuerungsanweisung (11, 24) durch die Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) in relativen Koordinaten zur Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) angegeben wird und dass die relativen Koordinaten durch den Nutzer (1, 22, 36, 49) mittels der Visualisierungsvorrichtung anpassbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der genaue Ort zur Durchführung der offline generierten Steuerungsanweisung (11, 24) durch einen Sensor erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bearbeitungsvorrichtungen (53, 54) gesteuert werden und dass den verschiedenen Bearbeitungsvorrichtungen (53, 54) verschiedene Arbeitsanweisungen zugeordnet werden können.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsabläufe der virtuellen Modelle verschiedener Bearbeitungsvorrichtungen (2, 12, 33, 44, 53, 54) parallel dargestellt werden und dass eine Kollisionserkennung (40) zwischen den Bewegungsabläufen der virtuellen Modelle (6, 39) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einer Bearbeitungsvorrichtung (2, 12, 33, 44, 53, 54) um einen Roboter oder um eine Werkzeugmaschine handelt.
Computerprogrammprodukt, das in den internen Speicher eines Computers geladen werden kann und auf einem maschinenlesbaren Datenträger gespeicherte Programmcodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgeführt werden können, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.
Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.