DE102021123180A1

DE102021123180A1 - Vorrichtung zum Fertigen und/oder Bearbeiten von Objekten und Verfahren zum Fertigen und/oder Bearbeiten eines Objekts

Info

Publication number: DE102021123180A1
Application number: DE102021123180.9A
Authority: DE
Inventors: Elias Vögel; Laurenz Fussenegger
Original assignee: Multivative GmbH
Current assignee: Multivative GmbH
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2023-03-09
Also published as: CN117916679A; WO2023036649A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fertigen und/oder Bearbeiten von Objekten, wobei Werkzeuge sowohl an einer Arbeitshalterung wie auch an einer oder mehreren Ruhehalterungen angebracht und dabei jeweils mit Steuerungsschnittstellen zur elektrischen Verbindung mit jeweils mindestens einer Steuerungseinheit verbunden werden können. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein zugehöriges Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fertigen und/oder Bearbeiten von Objekten sowie ein zugehöriges Verfahren.
Die Fertigung von Objekten wie beispielsweise Maschinenteilen wurde früher überwiegend durch spanende oder andere abtragende Bearbeitung realisiert, wobei typischerweise ein Rohling verwendet wurde, von welchem nicht benötigte Teile entfernt wurden. In den letzten Jahren hat es sich jedoch gezeigt, dass additive Fertigungsverfahren in zahlreichen Anwendungen Vorteile haben, wobei sie insbesondere flexibler sind und weniger Material benötigen. Ebenso hat es sich gezeigt, dass bei der Fertigung von Leiterplatten, also beispielsweise beim Bestücken von Leiterplatten mit elektronischen Komponenten, viele weitere Fertigungstechnologien sinnvoll sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Fertigen und/oder Bearbeiten von Objekten bereitzustellen, welche im Vergleich zu bekannten Ausführungen alternativ oder besser ausgeführt ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein zugehöriges Verfahren bereitzustellen. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fertigen und/oder Bearbeiten von Objekten. Die Vorrichtung weist eine Arbeitshalterung auf, an welcher ein Werkzeug lösbar befestigbar ist. Die Vorrichtung weist einen Manipulator auf, an welchem die Arbeitshalterung angebracht ist und mit welchem die Arbeitshalterung variabel positionierbar ist. Die Vorrichtung weist eine oder mehrere Ruhehalterungen auf, wobei an jeder Ruhehalterung ein Werkzeug lösbar befestigbar ist. Die Vorrichtung weist eine oder mehrere Steuerungsschnittstellen zur elektrischen Verbindung mit jeweils mindestens einer Steuerungseinheit auf. Sowohl die Arbeitshalterung wie auch mindestens eine Ruhehalterung weisen zweckmäßig jeweils einen oder mehrere Anschlüsse zur Verbindung mit einem daran befestigten Werkzeug auf, wobei die Anschlüsse der Arbeitshalterung und der mindestens einen Ruhehalterung mit mindestens einer Steuerungsschnittstelle elektrisch verbunden sind.
Durch eine solche Vorrichtung kann ein Werkzeug in der Ruhehalterung gehalten werden, während es nicht benötigt wird, und kann mittels der Arbeitshalterung aufgenommen werden, während es verwendet wird, wobei in beiden Fällen eine Steuerung und/oder Versorgung des Werkzeugs mittels einer mit einer Steuerungsschnittstelle verbundenen Steuerungseinheit möglich ist. Der Betrieb der Vorrichtung kann auf diese Weise deutlich vereinfacht werden. Insbesondere kann auf direkte Leitungen zum Werkzeug, beispielsweise flexible Leitungen, welche dauerhaft daran befestigt sind, verzichtet werden. Dies erleichtert das Austauschen von Werkzeugen sowie das Verwenden neuer Werkzeuge und erhöht den Einsatzradius der Werkzeuge.
Die Vorrichtung kann insbesondere einen 3D-Drucker darstellen oder als 3D-Drucker ausgebildet sein.
Unter einem Fertigen von Objekten kann insbesondere verstanden werden, dass ein Objekt als solches entsteht. Dies kann beispielsweise im Rahmen einer additiven Fertigung erfolgen. Dabei wird ein Material beispielsweise von einem Werkzeug vorrätig gehalten und so aufgebracht, dass das Objekt, ein Teil davon oder ein dann noch zu bearbeitender Teil entsteht. Unter einem Bearbeiten von Objekten kann insbesondere verstanden werden, dass ein bereits vorhandenes Objekt durch Materialabtrag oder durch Auftrag von Material verändert wird. Bei einem Objekt kann es sich beispielsweise auch um eine Leiterplatte handeln, welche mit diversen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen bestückt wird oder an welcher anderweitige Bearbeitungen durchgeführt werden. Es kann sich jedoch auch um andere Objekte handeln.
Die Arbeitshalterung ist insbesondere diejenige Halterung, an welcher ein Werkzeug befestigt wird, wenn es gerade verwendet wird. Mittels des Manipulators kann die Arbeitshalterung so bewegt werden, dass sie an einen erforderlichen Ort verbracht werden kann. Beispielsweise kann sie in die Nähe eines zu bearbeitenden oder zu fertigenden Objekts gebracht werden. Der Manipulator kann beispielsweise eine dreidimensionale Positionierung der Arbeitshalterung ermöglichen. Er kann auch eine zweidimensionale oder eindimensionale Positionierung ermöglichen. Auch eine mehrdimensionale, beispielsweise vier- oder fünfdimensionale Positionierung ist möglich. In diesem Fall können beispielsweise noch eine oder mehrere Drehachsen kontrolliert werden. Der Manipulator kann insbesondere gezielt steuerbar sein, um die Arbeitshalterung exakt zu positionieren.
Die Ruhehalterungen können insbesondere dazu ausgebildet sein, ein jeweiliges Werkzeug zu halten, wenn es gerade nicht benötigt wird. Dies erlaubt insbesondere auch einen automatischen Werkzeugwechsel, da die Vorrichtung selbst an ihren Ruhehalterungen alle vorgesehenen Werkzeuge halten kann und diese bei Bedarf von der Arbeitshalterung aufgenommen werden können. In den Ruhehalterungen können die Werkzeuge auch elektrisch kontaktiert werden, so dass beispielsweise eine Aufwärmphase in der Ruhehalterung durchgeführt werden kann, Daten ausgetauscht werden können, Kontrollen durchgeführt werden können oder das Werkzeug mit neuem Verbrauchsmaterial versehen werden kann. Bei den Steuerungsschnittstellen handelt es sich insbesondere um Schnittstellen, welche mit einer jeweiligen Steuerungseinheit verbunden werden können. Beispielsweise kann es sich bei einer Steuerungsschnittstelle um einen Steckplatz für eine Steckkarte handeln, und dementsprechend kann es sich bei einer Steuerungseinheit insbesondere um eine Steckkarte handeln, welche in eine Steuerungsschnittstelle eingesteckt werden kann. Die Steuerungsschnittstelle kann beispielsweise Kontakte aufweisen, und die Steuerungseinheit kann dazu komplementäre Kontakte aufweisen, um eine elektrische Verbindung zwischen Steuerungseinheit und Steuerungsschnittstelle herzustellen. Auch andere Ausführungen können jedoch verwendet werden.
Bei einem Anschluss kann es sich beispielsweise um einen Kontakt handeln, welcher eine elektrische Verbindung zwischen Werkzeug und jeweiliger Halterung herstellen kann. Es kann vorgesehen sein, dass in der Arbeitshalterung einer oder mehrere Kontakte vorhanden sind, wobei weiter vorgesehen sein kann, dass in einer jeweiligen Ruhehalterung einer oder mehrere Kontakte vorgesehen sind, welche ebenso ausgebildet sind und welche das Werkzeug deshalb so kontaktieren können als sei es von den Kontakten der Arbeitshalterung kontaktiert. Es können jedoch auch unterschiedliche Arten von Kontakten in Arbeitshalterung und Ruhehalterung vorgesehen sein. Insbesondere können in einer Ruhehalterung weniger Kontakte verwendet werden als in der Arbeitshalterung, beispielsweise wenn nicht alle Funktionalitäten in der Ruhehalterung benötigt werden.
Es sei verstanden, dass grundsätzlich mindestens eine Arbeitshalterung und mindestens eine Ruhehalterung vorhanden ist, dass jedoch auch mehrere Ruhehalterungen vorhanden sein können. Es sei weiter verstanden, dass grundsätzlich mindestens eine der Ruhehalterungen jeweils einen oder mehrere Anschlüsse zur Verbindung mit einem daran befestigten Werkzeug aufweist, und dass auch weitere Ruhehalterungen vorhanden sein können, welche solche Anschlüsse nicht aufweisen oder andere Arten von Anschlüssen aufweisen. Es können grundsätzlich auch mehrere oder alle Ruhehalterungen entsprechende Anschlüsse aufweisen.
Die Vorrichtung ist in ihrer bislang beschriebenen Form zur Interaktion mit einem oder mehreren Werkzeugen und einer oder mehreren Steuerungseinheiten konfiguriert. Werkzeuge und/oder Steuerungseinheiten müssen also nicht zwingend Bestandteil der Vorrichtung sein. Diese können jedoch auch Bestandteil der Vorrichtung sein.
Es kann vorgesehen sein, dass von einem, einigen oder allen Anschlüssen der Ruhehalterungen jeweils eine Leitung abgeht, welche mit jeweils einem Kontakt einer, einiger oder jeder Steuerungsschnittstelle elektrisch verbunden ist. Durch eine solche Leitung kann eine unmittelbare Versorgung des jeweiligen Anschlusses mit elektrischer Leistung und/oder Datenkommunikation und/oder Signalkommunikation von der Steuerungsschnittstelle bzw. einer damit verbundenen Steuerungseinheit erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass von einem, einigen oder allen Anschlüssen der Arbeitshalterung jeweils eine Leitung abgeht, welche mit jeweils einem Kontakt einer Steuerungsschnittstelle, einiger Steuerungsschnittstellen oder jeder Steuerungsschnittstelle elektrisch verbunden ist. Dies erlaubt eine entsprechende Versorgung eines Werkzeugs durch die Kontakte der Arbeitshalterung.
Die Steuerungsschnittstellen können insbesondere gleichartig zueinander ausgebildet sein. Dies erlaubt einen einfachen modularen Austausch von Steuerungseinheiten.
Insbesondere können sie beispielsweise in einem Schaltschrank angeordnet sein, welcher einen mechanischen Schutz der Steuerungsschnittstellen und Steuerungseinheiten bildet. Es können jedoch auch unterschiedliche Arten von Steuerungsschnittstellen in einer Vorrichtung verwendet werden.
Die Vorrichtung kann gemäß einer Ausführung eine Druckluftversorgung und/oder eine Unterdruckversorgung für die Arbeitshalterung aufweisen. Die Druckluftversorgung und/oder die Unterdruckversorgung kann insbesondere von einer zentralen Steuerungseinheit und/oder von mit den Steuerungsschnittstellen verbundenen Steuerungseinheiten aus ansteuerbar sein. Eine solche Ausführung erlaubt eine Versorgung eines Werkzeugs mit Druckluft und/oder mit Unterdruck, wobei eine Druckluft beispielsweise einen unter Druck stehenden Luftstrom bezeichnen kann, wohingegen Unterdruck durch eine Leitung vorgesehen sein kann, welche auf einen Druck unter Atmosphärendruck verbracht wird. Dies kann beispielsweise durch eine Vakuumpumpe oder eine sonstige Pumpe erfolgen. Eine Druckluft kann beispielsweise durch einen Kompressor vorgesehen werden. Die zentrale Steuerungseinheit kann insbesondere eine Steuerungseinheit sein, welche zusätzlich zu den mit den Steuerungsschnittstellen verbundenen Steuerungseinheiten vorhanden ist. Die zentrale Steuerungseinheit kann insbesondere zentrale Funktionen übernehmen, beispielsweise die Steuerung der Druckluftversorgung und/oder Unterdruckversorgung wie eben erwähnt und/oder die Steuerung des Manipulators oder anderer Komponenten der Vorrichtung. Die zentrale Steuerungseinheit kann beispielsweise als Steckkarte oder auch als Computer, Mikroprozessor, Mikrocontroller, speicherprogrammierbare Steuerung (SPSS), anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC = Application Specific Integrated Circuit) oder als andere programmierbare oder fest verdrahtete Einheit ausgeführt sein. Gleiches gilt im Übrigen für die Ausführung der Steuerungseinheiten.
Eine Druckluft und/oder ein Unterdruck können insbesondere für einen Werkzeugwechsel verwendet werden, wobei beispielsweise ein Werkzeug durch Unterdruck gehalten werden kann oder durch Druckluft bewegt werden kann. Es können auch druckluft- oder vakuumbetätigte Komponenten in den Werkzeugen vorgesehen sein, welche wie eben beschrieben versorgt werden können. Beispielsweise kann mittels Druckluft in einem Werkzeug eine Turbine oder ein anderes Element zum Antrieb eines Bohrers oder einer anderen Bearbeitungseinheit angetrieben werden. Unterdruck kann beispielsweise verwendet werden, um an dem Werkzeug eine andere Komponente oder ein zu bearbeitendes Teil anzusaugen.
Gemäß einer Ausführung weist die Vorrichtung eine oder mehrere elektrische Leistungsversorgungen für die Arbeitshalterung und/oder die Ruhehalterungen auf. Die elektrische Leistungsversorgung kann insbesondere von einer zentralen Steuerungseinheit und/oder von einer oder mehreren mit den Steuerungsschnittstellen verbundenen Steuerungseinheiten aus ansteuerbar sein. Dies erlaubt eine zentrale Leistungsversorgung für die Werkzeuge, so dass eine solche Leistungsversorgung nicht über die Steuerungsschnittstellen bereitgestellt zu werden braucht. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Leistungsbereitstellung auch über die Steuerungsschnittstellen erfolgen. Die elektrische Leistungsversorgung wie eben beschrieben hat grundsätzlich den Vorteil, dass sie separat implementierbar ist und typischerweise leistungsfähiger ausgeführt sein kann. In einer beispielhaften Ausführung können über 4 Kontakte gleichzeitig jeweils 230 V / 10 A übertragen werden. Insgesamt wäre also maximal 230 V / 20 A (bei gewährleistetem Zu- und Abfluss) möglich, was einer Leistung von bis zu 4 kW entspricht. Beispielsweise kann es sich um eine Hochleistungsversorgung handeln. Mittels der zur Verfügung gestellten Leistung können in den Werkzeugen beispielsweise Heizelemente, Elektromotoren, Relais, Aktuatoren oder Lampen betrieben werden. Bezüglich der zentralen Steuerungseinheit sei auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Die Vorrichtung kann gemäß einer Ausführung mindestens einen Multiplexer aufweisen, der dazu ausgebildet ist, eine von mehreren elektrischen Leistungsversorgungen mit einem oder mehreren Anschlüssen der Arbeitshalterung und/oder der Ruhehalterungen selektiv zu verbinden. Dadurch kann je nach Bedarf eine geeignete Leistungsversorgung aus mehreren ausgewählt werden, und die elektrische Leistung kann an einer geeigneten Stelle an der Arbeitshalterung und/oder an einer oder mehreren der Ruhehalterungen bereitgestellt werden.
Jede Steuerungsschnittstelle, oder auch nur eine oder einige der Steuerungsschnittstellen, kann insbesondere einen oder mehrere elektrische Kontakte aufweisen, wobei jeder Kontakt mit einem oder mehreren Anschlüssen elektrisch verbunden ist und mit einer Steuerungseinheit elektrisch verbindbar ist. Bei den Anschlüssen handelt es sich dabei insbesondere um diejenigen, welche weiter oben bereits erwähnt wurden. Die Kontakte können beispielsweise als Fahnen oder Flächen ausgeführt sein, und sind insbesondere elektrisch leitend. Die Kontakte der Steuerungsschnittstellen können beispielsweise als Steckverbinder nach DIN 41612 ausgeführt sein, welche ineinander gesteckt werden können.
Insbesondere können einige oder alle Anschlüsse als elektrische Kontakte oder als Stecker ausgeführt sein. Ein elektrischer Kontakt kann beispielsweise ein leitender Teil der Oberfläche sein, welcher mit einer Leitung verbunden ist. An diesen leitenden Teil der Oberfläche kann beispielsweise ein komplementärer leitender Teil des Werkzeugs kontaktieren und damit eine elektrische Verbindung herstellen. Ein Stecker kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass eine Einrastung und/oder eine Kontaktierung zueinander komplementärer, hervorstehender und/oder eingerückter Komponenten möglich ist. Einige oder alle Anschlüsse können als Federkontakte ausgeführt sein.
Insbesondere kann jede Ruhehalterung jeweils einen oder mehrere Anschlüsse zur Verbindung mit einem daran befestigten Werkzeug aufweisen. Es können jedoch zusätzliche Ruhehalterungen vorgesehen sein, welche beispielsweise keine Anschlüsse zum Verbinden mit einer Steuerungsschnittstelle, aber trotzdem einen oder mehrere Anschlüsse zur Identifikation eines Werkzeugs aufweisen können. Es können jedoch auch Ruhehalterungen vorgesehen sein, welche keine Anschlüsse zur Verbindung mit einem Werkzeug aufweisen.
Insbesondere können die Steuerungsschnittstellen als Steckplätze für Steuerungseinheiten in Form von elektrischen Steckkarten ausgebildet sein. Dies erlaubt eine einfache Ausführung und insbesondere auch ein einfaches Austauschen der Steckkarten. Die Steuerungsschnittstellen und/oder Steckplätze können insbesondere in einem Schaltschrank oder einem anderen umschlossenen Gehäuse angeordnet sein, wodurch sie vor mechanischen Beschädigungen, Staub und auch vor einem unbefugten Auswechseln oder Manipulationen geschützt werden können.
Die Arbeitshalterung kann insbesondere mittels des Manipulators automatisch und/oder elektrisch oder elektronisch steuerbar positionierbar sein. Dies erlaubt ein exaktes Positionieren der Arbeitshalterung und damit eines daran angebrachten Werkzeugs, wobei beispielsweise ein dreidimensionales Koordinatensystem oder auch ein Zylinderkoordinatensystem oder Kugelkoordinatensystem verwendet werden kann, um die Arbeitshalterung zu positionieren.
Der Manipulator kann insbesondere als Portalanlage ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass ein Balken entlang einer Halterung in einer x-Richtung verfahrbar ist, wobei die Halterung in einer z-Richtung, also einer Höhe, verfahrbar ist. Entlang des Balkens kann die Arbeitshalterung beispielsweise in einer y-Richtung verfahrbar sein. Die genannten Richtungen (x, y, z) können insbesondere senkrecht aufeinander stehen. Insbesondere kann eine x-y-Ebene eine horizontale Ebene aufspannen.
Die Arbeitshalterung kann insbesondere mittels des Manipulators dreidimensional positionierbar sein. Dies erlaubt eine besonders hohe Flexibilität. Auch eine zweidimensionale oder eindimensionale Positionierbarkeit sowie eine vier- oder fünfdimensionale Positionierbarkeit sind jedoch möglich.
Das oder die Werkzeuge können insbesondere ausschließlich mittels der Anschlüsse der Arbeitshalterung und der Ruhehalterung oder der Ruhehalterungen mit den Steuerungsschnittstellen oder Steuerungseinheiten verbindbar oder verbunden sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass keine zusätzliche Verbindung, insbesondere elektrische und/oder pneumatische Verbindung, zum jeweiligen Werkzeug vorhanden ist. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen werden häufig flexible Leitungen verwendet, um Werkzeuge zu versorgen, und zwar unabhängig davon, ob sie gerade verwendet werden oder sich in einer Ruhehalterung befinden. Die flexible Leitung ist somit bei aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen immer mit dem Werkzeug verbunden und schränkt dessen Bewegungsbereich und Austauschbarkeit ein. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung kann vorteilhaft darauf verzichtet werden, so dass Werkzeuge einfacher austauschbar sind und der Aktionsradius erweitert wird.
Die Arbeitshalterung kann insbesondere dazu konfiguriert sein, ein Werkzeug durch das Anwenden von Federkraft zu halten und durch das Anwenden von Druckluft zu lösen.
Dies hat sich als vorteilhafte Ausführung erwiesen, wobei beispielsweise eine Feder für eine Verrastung sorgen kann und diese Verrastung mit Druckluft gelöst werden kann. Insbesondere können einer oder mehrere Nullpunktspanner verwendet werden.
Eine, einige oder alle Ruhehalterungen können jeweils eine oder mehrere Schienen aufweisen, auf welche beispielsweise ein jeweiliges Werkzeug von oben eingeschoben werden kann. Das Werkzeug kann beispielsweise am Boden der Ruhehalterung aufgelegt werden.
Die Ruhehalterungen können insbesondere entlang einer Linie benachbart zueinander angeordnet sein. Die Linie kann beispielsweise gerade oder auch gebogen sein. Dies erlaubt eine einfache Ausführung.
Die Anschlüsse können insbesondere zum Übertragen von Daten und/oder elektrischer Energie zwischen Werkzeug und Steuerungseinheit mit der jeweiligen Steuerungsschnittstelle verbunden sein. Daten können insbesondere bidirektional oder auch nur unidirektional übertragen werden. Dadurch kann beispielsweise ein Werkzeug gesteuert werden, wobei es beispielsweise Befehle erhalten kann, Software aktualisiert werden kann oder Messwerte oder sonstige Daten ausgelesen werden können. Elektrische Energie kann insbesondere dem Antrieb von Komponenten wie Elektromotoren, Magneten, Lichtern oder Heizelementen dienen.
Die Vorrichtung kann insbesondere eine zentrale Steuerungseinheit aufweisen. Es kann sich beispielsweise um diejenige handeln, welche bereits weiter oben erwähnt wurde. Die zentrale Steuerungseinheit kann insbesondere mit einer, einigen oder allen Steuerungsschnittstellen verbunden sein. Dies erlaubt eine Kommunikation zwischen zentraler Steuerungseinheit und den jeweiligen Steuerungseinheiten, welche mit den Steuerungsschnittstellen verbunden sind. Die zentrale Steuerungseinheit kann auch mit einer, einigen oder allen Steuerungseinheiten verbunden sein. Dies kann beispielsweise mittels eines CAN-Busses oder eines anderen Bussystems erfolgen. Die zentrale Steuerungseinheit kann insbesondere zur Steuerung des Manipulators ausgebildet sein. Dies erlaubt eine zentrale Steuerung des Manipulators, so dass nicht jede Steuerungseinheit zur Steuerung des Manipulators in der Lage sein muss. Dies erhöht insbesondere die Modularität, da beispielsweise jede Steuerungseinheit einem Werkzeug oder mehreren Werkzeugen zugeordnet sein kann.
Die Vorrichtung kann insbesondere eines oder mehrere Werkzeuge aufweisen, welche an der Arbeitshalterung oder an jeweils einer Ruhehalterung befestigt sind. Dies ist insbesondere funktional zu verstehen, d.h. jedes Werkzeug ist entweder an der Arbeitshalterung oder an einer Ruhehalterung befestigt, wobei typischerweise nicht mehr als ein Werkzeug gleichzeitig an der Arbeitshalterung oder an einer jeweiligen Ruhehalterung befestigt ist. Die Vorrichtung kann insbesondere eine oder mehrere Steuerungseinheiten aufweisen, wobei jede Steuerungseinheit mit jeweils einer Steuerungsschnittstelle zur Steuerung eines oder mehrerer Werkzeuge verbunden ist. Dies erlaubt insbesondere eine besonders hohe Modularität, da jedes Werkzeug eine zugeordnete Steuerungseinheit aufweisen kann, beispielsweise eine Steckkarte, welche beispielsweise zusammen mit dem jeweiligen Werkzeug vertrieben werden kann. Dies ermöglicht auch eine Modularität je nach Kundenanforderung, da die Vorrichtung an sich so konstruiert sein kann, dass sie mit unterschiedlichen Werkzeugen bestückbar ist, wobei jeder Kunde nur diejenigen Werkzeuge und zugeordnete Steuerungseinheiten hat, welche er auch tatsächlich benötigt.
Insbesondere können eines, einige oder alle Werkzeuge eine elektronische Werkzeugidentifizierung haben. Diese Werkzeuge können insbesondere dazu konfiguriert sein, ihre elektronische Werkzeugidentifizierung über mindestens einen Anschluss an eine zentrale Steuerungseinheit oder an mindestens eine mit einer Steuerungsschnittstelle verbundene Steuerungseinheit zu senden. Dadurch können Werkzeuge identifiziert werden. Die Werkzeuge können auch dazu konfiguriert sein, ihre elektronische Werkzeugidentifizierung an ein Detektionsmodul zu senden. Dieses Detektionsmodul kann dazu konfiguriert sein, eine Detektion eines Werkzeugs in der Arbeitshalterung und/oder in einer, einigen oder allen Ruhehalterungen vorzunehmen. Es kann auch beispielsweise dazu konfiguriert sein, einen Typ oder ein bestimmtes Werkzeug zu identifizieren. Die Werkzeugidentifizierung kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie eine Identifizierung für die Art des Werkzeugs beinhaltet. Sie kann auch eine eindeutige Identifizierung eines bestimmten Werkzeugs, beispielsweise in Form einer Seriennummer, beinhalten. Die Identifizierung kann sowohl über die Ruhehalterung als auch über die Arbeitshalterung gesendet werden. Dies ermöglicht eine Identifizierung eines Werkzeugs in beiden Arten von Halterungen.
Nachfolgend werden unterschiedliche Werkzeuge aufgeführt, wobei ein Werkzeug oder mehrere Werkzeuge aus dieser Liste entnommen werden können. Beispielsweise kann bzw. können ein Werkzeug für additive Fertigung, ein Fräswerkzeug, ein Tastwerkzeug, ein Dosierwerkzeug, ein Bestückungswerkzeug, ein Lasergravurwerkzeug, ein Klebewerkzeug und/oder ein Rotationsmesser vorhanden sein. Auch andere Werkzeuge können verwendet werden.

Nachfolgend werden für einige Werkzeuge tabellarisch deren typische Funktionalität sowie mögliche Anschlüsse angegeben, wobei sich die Anschlüsse insbesondere auf die Ausbildung der zugeordneten Steuerungseinheiten beziehen. Es sei erwähnt, dass es sich hier um typische oder bevorzugte Angaben handelt, dass jedoch auch andere Funktionalitäten, Anschlüssen und Werte verwendet werden können.

Werkzeug	Funktionalitäten	Anschlüsse
Fräswerkzeug (insbesondere zur Metallbearbeitung)	Frässpindel ein/aus, Drehzahl, Betätigung Werkzeugwechsel, Messung Überlastung, Absaugung	Motorspindel: bis zu 250 V AC, 5 A, 4 Leitungen; Temperatur-Sensor: 24 V, 1 A max., 2 Leitungen; Druckluft: ca. 6 bar für Werkzeugwechsel und Ausblasung
Fräswerkzeug (insbesondere zur Platinenbearbeitung)	Frässpindel ein/aus, Drehzahl, Betätigung Werkzeugwechsel, Messung Überlastung, Absaugung	Motorspindel: bis zu 36 V AC, 7 A, 3 Leitungen; Temperatur-Sensor: 24 V, 1 A max., 2 Leitungen; Druckluft: ca. 6 bar für Werkzeugwechsel und Ausblasung
3D-DruckWerkzeug	Heizung ein/aus, Heizung Temperaturregelung, Heizung Messung Ist-Temperatur, Lüfter ein/aus, Lüfter Drehzahl, Materialzufuhr ein/aus, Materialzufuhr	Schrittmotor Materialzufuhr: 24 V, 2 A max., 4 Leitungen; Material-Sensor: 24 V, 1 A max., 2 Leitungen; Temperatur-Sensor: 24 V, 1 A max., 2 Leitungen; Heizelement: 24 V, 3 A max.,

	Geschwindigkeit, Sensor Material, Materialzufuhr spezifische Länge	2 Leitungen; Lüfter (bis zu 2): 24 V, 1 A max., je 2 Leitungen
Messtast-Werkzeug	Aktivierung/Deaktivierung, Messung Ist-Zustand, Benachrichtigung bei Auslösung	Messtaster: 24 V, 1 A max., 3 Leitungen
DosierWerkzeug	Druckregelung für DruckluftZufuhr, Materialzufuhr-Spindel ein/aus, Materialzufuhr-Spindel Drehzahl, Zufuhr-Spindel Setzung Aktiv-Zeit	Motor Zufuhrspindel: 24 V, 2 A max., 2 Leitungen; Endschalter: 24 V, 1 A max., 2 Leitungen Druckluft: 1 bis 3 bar, regelbar
BestückungsWerkzeug	Vakuum ein/aus, Drehung Bauteil um gegebenen Winkel, Rücklesen aktueller Winkel	Schrittmotor Bauteildrehung: 24 V, 2 A max., 4 Leitungen; Endschalter: 24 V, 1 A max., 2 Leitungen; Vakuumventil: 24 V, 1 A max., 2 Leitungen; Vakuumversorgung: 1 Leitung; Option für 2. Bestückungskopf für schnellere Bestückung (zzgl. Schrittmotor und Hebeeinrichtung für beide Köpfe)
Lasergravur	Laser ein/aus, Leistungsregelung	Laser-Anschlüsse: max. 24 V, 5 A
Dosierung Kleber/Dichtmaterial	Vorschub Medium an/aus, Geschwindigkeitsregelung	Spindelantrieb: max. 24 V, 2 A; Druckluft: max. 5 bar
Rotationsmesser	Regelung der Drehung Messer	Motor für Messerdrehung: max. 24 V, 2 A

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Fertigen und/oder Bearbeiten eines Objekts, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Befestigen mindestens eines Werkzeugs an einer Ruhehalterung, wobei das Werkzeug mittels mindestens eines Anschlusses der Ruhehalterung elektrisch mit einer dem Werkzeug zugeordneten Steuerungseinheit verbunden ist, während es an der Ruhehalterung befestigt ist,
- Lösen des Werkzeugs von der Ruhehalterung und dabei Befestigen des Werkzeugs an einer Arbeitshalterung, wobei das Werkzeug mittels mindestens eines Anschlusses der Arbeitshalterung elektrisch mit der dem Werkzeug zugeordneten Steuerungseinheit verbunden ist, während es an der Arbeitshalterung befestigt ist,
- Positionieren des Werkzeugs mittels eines Manipulators, an welchem die Arbeitshalterung befestigt ist, dabei Fertigen und/oder Bearbeiten des Objekts mittels des Werkzeugs.

Mittels eines solchen Verfahrens kann sichergestellt werden, dass jedes Werkzeug immer an der Arbeitshalterung oder an einer der Ruhehalterungen befestigt ist und über die jeweilige Halterung mit einer zugeordneten Steuerungseinheit verbunden ist. Dies erlaubt eine Steuerung des Werkzeugs durch die jeweilige Steuerungseinheit unabhängig davon, wo es sich gerade befindet. Trotzdem kann auf eine dauerhafte Verbindung, beispielsweise in Form einer flexiblen Leitung, verzichtet werden.
Das Verfahren kann insbesondere mittels einer Vorrichtung wie hierin beschrieben ausgeführt werden. Bezüglich der Vorrichtung kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Es sei verstanden, dass alle mit Bezug auf die Vorrichtung gegebenen Merkmale auch für das Verfahren anwendbar sind. Gleiches gilt in umgekehrter Richtung.
Es sei verstanden, dass das hierin beschriebene Verfahren auch dann ausgeführt werden kann, wenn Werkzeuge nicht über die jeweilige Halterung bzw. deren Anschlüsse mit Steuerungseinheiten verbunden sind. Beispielsweise kann das Verfahren sowohl mit Werkzeugen ausgeführt werden, welche eine Verbindung mit einer Steuerungseinheit benötigen, wie auch mit Werkzeugen, welche eine solche Verbindung nicht benötigen. Insbesondere kann eine Vorrichtung dazu ausgebildet sein, das beschriebene Verfahren auszuführen, jedoch beispielsweise auch Werkzeuge zu verwenden, welche die Verbindung zu einer Steuerungseinheit gar nicht benötigen.
Das Werkzeug kann beispielsweise ausschließlich mittels der Anschlüsse der Ruhehalterung und/oder der Arbeitshalterung mit der Steuerungseinheit verbunden sein. Dadurch kann insbesondere auf eine flexible Leitung oder andere direkte Verbindungen zum Werkzeug verzichtet werden. Dies erhöht die Flexibilität und erleichtert die Austauschbarkeit.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen:

1: eine Vorrichtung zum Fertigen und/oder Bearbeiten von Objekten,
2: eine Detailansicht der Vorrichtung von 1,
3: eine weitere Detailansicht der Vorrichtung von 1, und
4: einen elektrischen Schaltplan der Vorrichtung von 1.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 100 zum Fertigen und/oder Bearbeiten von Objekten. Die Vorrichtung 100 weist ein Gestell 110 auf, welches in der gezeigten Ausführung mittels insgesamt vier Füßen 112 auf einem Boden stehen kann, wobei von den vier Füßen 112 in 1 drei zu sehen sind.
Das Gestell 110 trägt unter anderem eine Bearbeitungsoberfläche 120. Auf der Bearbeitungsoberfläche 120 können Objekte abgelegt werden, welche bearbeitet werden sollen. Ebenso können Objekte neu entstehen, beispielsweise im Rahmen eines 3D-Drucks.
An dem Gestell 110 ist des Weiteren ein Portal 130 montiert. Das Portal 130 ist entlang einer kurzen Seite des Gestells 110 verfahrbar, und zwar mittels eines hinten am Gestell 110 angebrachten ersten Elektromotors 132. Die Richtung, entlang welcher das Portal 130 wie eben beschrieben verfahrbar ist, kann als y-Richtung bezeichnet werden.
Neben dem Portal 130 kann eine nicht dargestellte Leitungsführung angeordnet werden, über welche nicht näher dargestellte Leitungen zwischen dem Gestell 110 und dem Portal 130 geführt werden. Derartige Leitungen können beispielsweise der Stromversorgung, der Versorgung mit Druckluft oder Vakuum sowie dem Daten- und/oder Signalaustausch dienen.
An dem Portal 130 sind vorliegend eine erste Schiene 134 und eine zweite Schiene 136 ausgebildet. Diese erstrecken sich horizontal in Richtung der längeren Seite des Gestells 110, welche als x-Richtung bezeichnet werden kann. Die Schienen 134, 136 sind vorliegend verdeckt ausgeführt, d.h. sie werden von flexiblen Abdeckelementen wie Borsten verdeckt.
An dem Portal 130 ist ein Modulhalter 140 angebracht, und zwar derart, dass er entlang der beiden eben beschriebenen Schienen 134, 136 in x-Richtung verschoben werden kann. Hierzu dient ein zweiter Elektromotor 142. Zusätzlich ist ein dritter Elektromotor 144 vorgesehen, mittels welchem der Modulhalter 140 vertikal, also in z-Richtung, verfahren werden kann. Der Modulhalter 140 kann damit insgesamt dreidimensional frei im Raum positioniert werden. Grenzen dieser Positionierung werden gegebenenfalls durch die geometrischen Gegebenheiten der benannten Elemente vorgegeben.
An dem Modulhalter 140 ist eine Arbeitshalterung 200 angeordnet. Diese wird nachfolgend mit Bezug auf 2 näher beschrieben werden. An der Arbeitshalterung 200 kann ein Werkzeug befestigt werden, um damit Objekte zu fertigen und/oder zu bearbeiten. Hierauf wird weiter unten näher eingegangen werden. Die Vorrichtung 100 weist ferner insgesamt fünf Ruhehalterungen 300 auf. Die Ruhehalterungen 300 dienen dazu, ein jeweiliges Werkzeug aufzunehmen, wenn es gerade nicht zum Fertigen und/oder Bearbeiten von Objekten benötigt wird. Die Ruhehalterungen 300 sind wie gezeigt unmittelbar nebeneinander angeordnet und werden weiter unten mit Bezug auf 3 näher beschrieben werden.
Das Portal 130 und der Modulhalter 140 können zusammen als Manipulator 116 betrachtet werden, welcher die Arbeitshalterung 200 verfahren und positionieren kann.
Die ganz links angeordnete Ruhehalterung 300 ist vorliegend nicht mit einem Werkzeug belegt.
In der zweiten Ruhehalterung 300 von links aus gesehen ist vorliegend ein Bestückungswerkzeug 150 aufgenommen, wobei ein solches Bestückungswerkzeug 150 typischerweise einen Motor mit einer Hohlwelle aufweist, wobei in der Hohlwelle ein Vakuum anlegbar ist. Mittels dieses Vakuums kann ein Bauteil gehalten und positioniert werden, wobei die Hohlwelle mittels des Motors drehbar ist. Dies erlaubt ein Positionieren und Ausrichten des Bauteils wie beispielsweise eines Prozessors oder einer anderen mikroelektronischen oder elektrischen Komponente. Damit kann beispielsweise eine Platine bestückt werden.
In der dritten Ruhehalterung 300 von links aus gesehen befindet sich vorliegend ein Dosierwerkzeug 151, welches beispielsweise eine Kartusche, einen Schlauch, eine Spindel und einen Elektromotor aufweist. Mittels des Elektromotors kann die Spindel angetrieben werden, um in der Kartusche gelagertes Material wie beispielsweise Lötpaste oder Dichtmittel zu fördern und untenseitig auszugeben. Damit kann dieses Material auf ein zu bearbeitendes Objekt aufgebracht werden.
In der vierten Ruhehalterung 300 von links aus gesehen befindet sich ein 3D-Messtastwerkzeug 152, welches untenseitig einen bewegbaren Stift hat, mittels welchem ein Objekt abgetastet werden kann. Dabei können Bewegungen des Stifts, welche durch den Kontakt mit dem Objekt erzeugt werden, erfasst werden, wodurch eine sehr exakte Information über die Oberfläche des Objekts erhalten werden kann.
In der am weitesten rechts angeordneten Ruhehalterung 300 befindet sich vorliegend ein Fräswerkzeug 153, welches untenseitig einen Fräser aufweist, welcher mittels eines Elektromotors drehbar ist. Das Fräswerkzeug 153 weist auch eine Absaugung auf, um eventuell entstehende Frässpäne unmittelbar abzusaugen. Hierzu kann ein nicht näher dargestellter Absaugschuh vorgesehen sein, welcher Borsten aufweisen kann, um ein seitliches Austreten von Frässpänen zu verhindern. Der Absaugschuh kann auch schwimmend montiert sein, so dass er sich beispielsweise automatisch an die Höhe und/oder Kontur eines zu bearbeitenden Objekts anpassen kann.
Es sei verstanden, dass die Werkzeuge 150, 151, 152, 153 hier nur schematisch gezeigt und kursorisch beschrieben sind. Auch andere Werkzeuge, beispielsweise ein 3D-Druckwerkzeug zur Abgabe eines Materials zum 3D-Druck, können beispielsweise verwendet werden.
2 zeigt die bereits erwähnte Arbeitshalterung 200 in größerer Detailliertheit. Obenseitig ist dabei zunächst eine langlochförmige Absaugung 210 vorgesehen. Damit können beispielsweise Frässpäne, wie weiter oben bereits mit Bezug auf das Fräswerkzeug 153 erwähnt, abgesaugt werden. Weiter unten sind ein erster Nullpunktspanner 220 und ein zweiter Nullpunktspanner 225 vorgesehen. Damit kann eines der bereits erwähnten Werkzeuge oder auch ein anderes Werkzeug in geeigneter Weise an der Arbeitshalterung 200 mechanisch befestigt werden.
Obenseitig unterhalb der Absaugung 210 sind seitlich ein Vakuumanschluss 230 und ein Druckluftanschluss 235 vorgesehen. Damit können Vakuum und Druckluft bereitgestellt werden. Auch eine umgekehrte Konfiguration ist möglich. Es kann auch vorgesehen sein, dass zur Laufzeit entschieden werden kann, ob und wo Druckluft und/oder Vakuum anliegen sollen. Unter Vakuum sei dabei insbesondere ein Druck unter Atmosphärendruck verstanden, welcher beispielsweise durch eine geeignete Pumpe erzeugt werden kann. Unter Druckluft sei insbesondere Luft mit einem Druck über Atmosphärendruck verstanden, welcher ebenfalls durch eine geeignete Pumpe erzeugt werden kann.
Zwischen den beiden Nullpunktspannern 220, 225 ist ein Hochleistungs-Stromversorgungsanschluss 240 vorgesehen. Damit kann ein befestigtes Werkzeug mit hohen Strömen und/oder hohen Spannungen versorgt werden, welche über die Leistungsfähigkeit sonstiger vorhandener Versorgungsleitungen hinausgehen.
Unmittelbar links und rechts seitlich zum Hochleistungs-Stromversorgungsanschluss 240 sind Kegelsenkungen 250, 255 für Befestigungsschrauben vorgesehen.
Nochmalig außerhalb zu den beiden Kegelsenkungen 250, 255 sind vorliegend vier erste Kleinspannungsanschlüsse 260 und vier zweite Kleinspannungsanschlüsse 265 vorgesehen. Diese sind als gefederte Kontakte ausgeführt und können Spannungen bis 36 V übertragen.
Des Weiteren sind jeweils außenseitig dazu vorliegend zehn erste Universalanschlüsse 270 und zehn zweite Universalanschlüsse 275 vorgesehen. Diese sind ebenfalls als gefederte Kontakte ausgeführt und können beispielsweise zur Übertragung von Signalen, Daten oder analogen Signalen wie kleinen Strömen oder Spannungen verwendet werden.
Es sei verstanden, dass die hier beschriebene Ausführung lediglich beispielhaft ist und in keiner Weise einschränkend zu verstehen ist, solange die entsprechenden Merkmale nicht in einen unabhängigen Anspruch aufgenommen werden, was natürlich vorbehalten bleibt.
3 zeigt die derzeit nicht mit einem Werkzeug bestückte Ruhehalterung 300 in größerer Detailliertheit. Dabei ist zu sehen, dass untenseitig in der Ruhehalterung 300 insgesamt zehn Universalanschlüsse 310 vorgesehen sind, welche der Übertragung von Daten, analogen Signalen, sonstigen Signalen, Strömen oder Spannungen zu und von Werkzeugen dienen. Auch zur Erkennung von Werkzeugen können diese Universalanschlüsse 310 verwendet werden. Des Weiteren sind vorliegend vier Spannungsversorgungsanschlüsse 320 vorgesehen, welche zur Spannungs- und Stromversorgung eines aufgenommenen Werkzeugs dienen.
Seitlich an der Ruhehalterung 300 sind eine untere Schiene 330 und eine obere Schiene 340 vorgesehen. Diese dienen dazu, ein in der Ruhehalterung 300 aufgenommenes Werkzeug zu halten. Hierzu sind in einem Werkzeug jeweilige Ausnehmungen vorhanden, so dass das Werkzeug horizontal auf die Schienen geschoben und dann abgesenkt werden kann, so dass es in dem dann eingenommenen Zustand von den Schienen 330, 340 gehalten wird. Anschließend kann das Werkzeug von den bereits weiter oben erwähnten Nullpunktspannern 220, 225 gelöst werden, und die Arbeitshalterung 200 kann wegbewegt und für andere Aufgaben verwendet werden.
4 zeigt rein schematisch einen Schaltplan der Vorrichtung 100. Dabei sind schematisch das Portal 130 mit dem daran angebrachten Modulhalter 140 und seiner Arbeitshalterung 200 gezeigt. Des Weiteren ist daran schematisch ein Werkzeug 150 gezeigt, welches an der Arbeitshalterung 200 befestigt ist und somit zum Bearbeiten eines Objekts verwendet werden kann. Von den Ruhehalterungen 300 sind insgesamt vier gezeigt, welche zur schematischen Erläuterung der Funktionalität und des Aufbaus dienen. Drei der gezeigten Ruhehalterungen 300 haben eine Verbindung zu Steuerungsschnittstellen wie weiter unten beschrieben, eine Ruhehalterung 300 (ganz links) hat keine solche Verbindung.
Die Arbeitshalterung 200 ist wie gezeigt über einen Multiplexer 410 mit einer elektrischen Leistungsversorgung 400 verbunden, welche wie weiter unten beschrieben mit einer Steuerungseinheit verbunden ist. Dadurch kann eine hohe elektrische Leistung bereitgestellt werden, welche beispielsweise über den bereits weiter oben erwähnten Hochleistungs-Stromversorgungsanschluss 240 ausgegeben werden kann. Über den Multiplexer 410 könnten auch noch andere Leistungsversorgungen angeschlossen und verwendet werden, welche nicht gezeigt sind.
Es sind mehrere Steuerungsschnittstellen 500, 510 vorhanden, wobei vorliegend vier schematisch dargestellt sind. Es sei verstanden, dass grundsätzlich eine beliebige Anzahl an Steuerungsschnittstellen 500, 510 verwendet werden kann, um entsprechend viele Funktionalitäten und eine hohe Variabilität bereitzustellen. Unter den Steuerungsschnittstellen ist eine oberste Steuerungsschnittstelle 510 vorgesehen. Jede der Steuerungsschnittstellen 500 und die oberste Steuerungsschnittstelle 510 sind vorliegend als Steckplätze für Steckkarten ausgebildet, so dass sie einfach mit Steckkarten bestückt werden können. Sie weisen nur summarisch dargestellte Kontakte 520 auf, mittels welchen eine jeweilige elektrische Verbindung zu darin befindlichen Steckkarten erfolgen kann. Die Kontakte 520 sind wie nachfolgend beschrieben und wie in 4 dargestellt mit der Arbeitshalterung 200 und den Ruhehalterungen 300 verbunden.
Von der Arbeitshalterung 200 aus gehen wie gezeigt vorliegend drei Leitungen 530 ab, welche sich in der Darstellung von 4 links von der am weitesten oben angeordneten Steuerungsschnittstelle 500 unterhalb der obersten Steuerungsschnittstelle 510 verzweigen und dadurch mit jeder der Steuerungsschnittstellen 500 sowie mit der obersten Steuerungsschnittstelle 510 verbunden sind. Es sei verstanden, dass die hier dargestellten drei Leitungen 530 lediglich beispielhaft sind und grundsätzlich eine beliebige Anzahl solcher Leitungen 530 verwendet werden kann.
Von denjenigen drei Ruhehalterungen 300, welche am weitesten rechts dargestellt sind, gehen ebenfalls jeweils drei Leitungen 540 ab, wobei auch in diesem Fall erwähnt sei, dass hier eine beliebige Anzahl von Leitungen verwendet werden kann. Diese Leitungen 540 sind auch jeweils mit allen Steuerungsschnittstellen 500 sowie mit der obersten Steuerungsschnittstelle 510 verbunden.
Mittels der erwähnten Leitungen 530, 540 können somit Ströme, Spannungen, Signale, analoge Signale und/oder Daten zwischen der Arbeitshalterung 200 und den Steuerungsschnittstellen 500 sowie der obersten Steuerungsschnittstelle 510 sowie auch zwischen den erwähnten Ruhehalterungen 300 und den Steuerungsschnittstellen 500 und der obersten Steuerschnittstelle 510 ausgetauscht werden. Durch die bereits erwähnten Kontakte 520, mit welchen die jeweiligen Leitungen 530, 540 verbunden sind, wird dementsprechend ein entsprechender Austausch mit in den Steuerungsschnittstellen 500 und der obersten Steuerungsschnittstelle 510 aufgenommenen Steckkarten ermöglicht. Die Steckkarten, auf welche weiter unten näher eingegangen wird, können somit zur Steuerung von Werkzeugen verwendet werden, welche in der Arbeitshalterung 200 und/oder in einer der Ruhehalterungen 300 aufgenommen sind.
Zum Erkennen, ob sich Werkzeuge in der Arbeitshalterung 200 und/oder den Ruhehalterungen 300 befinden, sind ein Detektionsmodul 570 sowie eine zentrale Steuerungseinheit 560 vorgesehen. Letztere ist direkt mit der Arbeitshalterung 200 verbunden, um zu detektieren, ob ein Werkzeug an der Arbeitshalterung 200 befestigt ist. Durch einen zusätzlichen Austausch von Daten, beispielsweise durch den Erhalt einer eindeutigen Identifikation oder einer Modellidentifikation des jeweiligen Werkzeugs, kann auch darauf geschlossen werden, um welches Werkzeug es sich dabei handelt.
Des Weiteren ist ein CAN-Bus 550 vorgesehen, welcher sowohl mit der zentralen Steuerungseinheit 560 wie auch mit dem Detektionsmodul 570 verbunden ist. Das Detektionsmodul 570 ist mit allen Ruhehalterungen 300 verbunden und kann dementsprechend detektieren, ob sich ein jeweiliges Werkzeug in der Ruhehalterung 300 befindet. Auch eine eindeutige Identifizierung und/oder eine Identifizierung des Typs kann wie eben mit Bezug auf die Arbeitshalterung 200 beschrieben durchgeführt werden. Über den CAN-Bus 550 kann eine entsprechende Rückmeldung zu der zentralen Steuerungseinheit 560 gegeben werden. Diese ist somit auch darüber informiert, welche Werkzeuge sich in den Ruhehalterungen 300 befinden.
In jeder Steuerungsschnittstelle 500 ist eine jeweilige Steuerungseinheit 600 aufgenommen. Die Steuerungseinheiten 600 sind als Steckkarten ausgeführt und können damit die Kontakte 520 der Steuerungsschnittstellen 500 unmittelbar kontaktieren. In der obersten Steuerungsschnittstelle 510 ist eine oberste Steuerungseinheit 700 aufgenommen, welche grundsätzlich äquivalent zu den Steuerungseinheiten 600 ausgebildet ist. Alle nachfolgenden Ausführungen mit Bezug auf die Steuerungseinheiten 600 gelten entsprechend für die oberste Steuerungseinheit 700 mit der Maßgabe, dass die Bezugszeichen zur obersten Steuerungseinheit 700 um einen Wert von 100 erhöht sind. Die oberste Steuerungsschnittstelle 510 und die oberste Steuerungseinheit 700 sind so bezeichnet, weil sie in 4 ganz oben angeordnet sind. Die oberste Steuerungseinheit 700 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie die elektrische Leistungsversorgung 400 steuern kann. Die zentrale Steuerungseinheit 560 ist keine Steuerungseinheit im Sinne der ansonsten beschriebenen Steuerungseinheiten 600, 700, welche typischerweise einem Werkzeug zugeordnet sind, sondern stellt eine zentrale Funktionalität für unterschiedliche Werkzeuge und zur Steuerung der gesamten Vorrichtung 100 bereit.
Jede Steuerungseinheit 600 weist vorliegend einen Mikroprozessor 610, eine Werkzeugsteuerung 620, eine Schaltersteuerung 630 sowie mehrere Schalter 640 auf. Die Schalter 640 sind nur summarisch bezeichnet. Dies dient lediglich der besseren Übersichtlichkeit der Darstellung. Dementsprechend weist die oberste Steuerungseinheit 700 ebenfalls einen Mikroprozessor 710, eine Werkzeugsteuerung 720, eine Schaltersteuerung 730 sowie mehrere Schalter 740 auf.
Der Mikroprozessor 610 steuert die grundlegenden Funktionen der jeweiligen Steuerungseinheit 600. Die Werkzeugsteuerung 620 stellt spezifische Funktionen für ein jeweiliges Werkzeug bereit, wobei es sich beispielsweise um die Bereitstellung von Strom, Spannung oder Daten sowie den Empfang und das Auswerten von Daten handeln kann. Die Werkzeugsteuerung 620 ist wie gezeigt über die Schalter 640 mit den Kontakten 520 der jeweiligen Steuerungsschnittstelle 500 verbunden. Die Schalter 640 werden durch die Schaltersteuerung 630 so geschaltet, dass die jeweilige Steuerungseinheit 600 nur mit einer der Halterungen 200, 300 zu einem bestimmten Zeitpunkt verbunden ist. Sie ist also entweder mit der Arbeitshalterung 200 oder mit genau einer der Ruhehalterungen 300 verbunden. Dadurch kann ein spezifisches Werkzeug kontrolliert werden. Alle Schalter 640, welche eine Verbindung zu der gewünschten Halterung 200, 300 herstellen, sind geschlossen. Alle anderen Schalter 640 sind geöffnet. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführung können die Schalter auch außerhalb der Steuerungseinheiten 600, 700 ausgeführt sein, beispielsweise in den Steuerungsschnittstellen 500, 510.
Zur Sicherstellung eines ordnungsgemäßen Betriebs, insbesondere einer korrekten Zuordnung zwischen jeweiligem Werkzeug und Steuerungseinheit 600, 700, sind alle Steuerungseinheiten 600, 700 mit der zentralen Steuerungseinheit 560 verbunden. Die zentrale Steuerungseinheit 560 teilt über jeweilige Verbindungen den Steuerungseinheiten 600, 700 mit, welches Werkzeug an welcher der Halterungen 200, 300 verbunden ist, so dass eine jeweils für die Steuerung dieses Werkzeugs ausgebildete Steuerungseinheit 600, 700 die Schalter 640, 740 entsprechend schalten kann.
Des Weiteren sind auch die Steuerungseinheiten 600 sowie die oberste Steuerungseinheit 700 mit dem bereits erwähnten CAN-Bus 550 verbunden. Dies erlaubt einen universellen Datenaustausch. Insbesondere können Steuerungseinheiten 600, 700 jeweils zur Steuerung von einem oder mehreren spezifischen Werkzeugen ausgebildet sein.
Die zentrale Steuerungseinheit 560 ist dazu ausgebildet, allgemeine Steuerungsaufgaben für alle oder mehrere Werkzeuge wahrzunehmen, die gesamte Funktionalität der Vorrichtung 100 einschließlich beispielsweise der bereits erwähnten Elektromotoren 132, 142, 144 zu steuern und die Funktionalität der Steuerungseinheiten 600, 700 zu koordinieren. Die Steuerungseinheiten 600, 700 können beispielsweise über den CAN-Bus 550 eine Anforderung zur Bereitstellung einer besonderen elektrischen Leistung über die Leistungsversorgung 400 an die zentrale Steuerungseinheit 560 geben, welche dann über die oberste Steuerungseinheit 700 die elektrische Leistungsversorgung 400 entsprechend ansteuert, da sie mit dieser verbunden ist.
Durch die gezeigte Ausführung ist es möglich, ein jeweiliges Werkzeug sowohl an der Arbeitshalterung 200 wie auch an den jeweiligen Ruhehalterungen 300 unmittelbar mit einer jeweils zugeordneten Steuerungseinheit 600, 700 zu verbinden. Dadurch können die Funktionalitäten des jeweiligen Werkzeugs in jeder der Halterungen 200, 300 von der jeweiligen Steuerungseinheit 600, 700 gesteuert werden. Dies kommt insbesondere ohne eine dauerhafte Verbindung zum Werkzeug aus, was den Arbeitsablauf erheblich erleichtert und die Flexibilität erheblich erhöht. Gleichzeitig wird auch eine besonders hohe Flexibilität beim Einsatz von Werkzeugen und Steuerungseinheiten 600, 700 sichergestellt. Ein Anwender kann genau die Werkzeuge kaufen und vorrätig halten, welche er für seinen besonderen Anwendungszweck benötigt, und kann hierfür spezifische Steuerungseinheiten 600, 700 in die Steuerungsschnittstellen 500, 510 einsetzen. Das Bereithalten von Funktionalitäten, welche gar nicht benötigt werden, wird auf diese Weise vermieden. Des Weiteren ist auch ein einfacher Austausch der einzelnen Steuerungseinheiten 600, 700 möglich, wodurch beispielsweise neue Versionen verwendet werden können oder defekte Steuerungseinheiten 600, 700 ausgetauscht werden können.
Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, soweit dies technisch sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.
Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.
Um die Lesbarkeit zu verbessern, wurde auf das Einfügen von Bezugszeichen für die Anschlüsse der Arbeitshalterung und der Ruhehalterung in den Ansprüchen verzichtet.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung
110: Gestell
112: Füße
116: Manipulator
120: Bearbeitungsoberfläche
130: Portal
132: erster Elektromotor
134: erste Schiene
136: zweite Schiene
140: Modulhalter
142: zweiter Elektromotor
144: dritter Elektromotor
150: Bestückungswerkzeug
151: Dosierwerkzeug
152: 3D-Messtastwerkzeug
153: Fräswerkzeug
200: Arbeitshalterung
210: Absaugung
220: erster Nullpunktspanner
225: zweiter Nullpunktspanner
230: Vakuumanschluss
235: Druckluftanschluss
240: Hochleistungs-Stromversorgungsanschluss
250: Kegelsenkung
255: Kegelsenkung
260: erste Kleinspannungsanschlüsse
265: zweite Kleinspannungsanschlüsse
270: erste Universalanschlüsse
275: zweite Universalanschlüsse
300: Ruhehalterungen
310: Universalanschlüsse
320: Spannungsversorgungsanschlüsse
330: untere Schiene
340: obere Schiene
400: elektrische Leistungsversorgung
410: Multiplexer
500: Steuerungsschnittstellen
510: oberste Steuerungsschnittstelle
520: Kontakte
530: Leitungen
540: Leitungen
550: CAN-Bus
560: zentrale Steuerungseinheit
570: Detektionsmodul
600: Steuerungseinheiten
610: Mikroprozessor
620: Werkzeugsteuerung
630: Schaltersteuerung
640: Schalter
700: oberste Steuerungseinheit
710: Mikroprozessor
720: Werkzeugsteuerung
730: Schaltersteuerung
740: Schalter

Claims

Vorrichtung (100) zum Fertigen und/oder Bearbeiten von Objekten, wobei die Vorrichtung (100) folgendes aufweist: - eine Arbeitshalterung (200), an welcher ein Werkzeug (150, 151, 152, 153) lösbar befestigbar ist, - einen Manipulator (116), an welchem die Arbeitshalterung (200) angebracht ist und mit welchem die Arbeitshalterung (200) variabel positionierbar ist, - eine oder mehrere Ruhehalterungen (300), wobei an jeder Ruhehalterung (300) ein Werkzeug (150, 151, 152, 153) lösbar befestigbar ist, - eine oder mehrere Steuerungsschnittstellen (500, 510) zur elektrischen Verbindung mit jeweils mindestens einer Steuerungseinheit (600, 700), - wobei sowohl die Arbeitshalterung (200) wie auch mindestens eine Ruhehalterung (300) jeweils einen oder mehrere Anschlüsse zur Verbindung mit einem daran befestigten Werkzeug (150, 151, 152, 153) aufweist, wobei die Anschlüsse der Arbeitshalterung (200) und der mindestens einen Ruhehalterung (300) mit mindestens einer Steuerungsschnittstelle (500, 510) elektrisch verbunden sind.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, - wobei von einem, einigen oder allen Anschlüssen der Ruhehalterungen (300) jeweils eine Leitung (540) abgeht, welche mit jeweils einem Kontakt (520) einer, einiger oder jeder Steuerungsschnittstelle (500, 510) elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei von einem, einigen oder allen Anschlüssen der Arbeitshalterung (200) jeweils eine Leitung (530) abgeht, welche mit jeweils einem Kontakt (520) einer, einiger oder jeder Steuerungsschnittstelle (500, 510) elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Steuerungsschnittstellen (500, 510) gleichartig zueinander ausgebildet sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - welche eine Druckluftversorgung und/oder eine Unterdruckversorgung für die Arbeitshalterung (200) aufweist, - wobei die Druckluftversorgung und/oder die Unterdruckversorgung von einer zentralen Steuerungseinheit (560) und/oder von mit den Steuerungsschnittstellen (500, 510) verbundenen Steuerungseinheiten (600, 700) aus ansteuerbar sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - welche eine oder mehrere elektrische Leistungsversorgungen (400) für die Arbeitshalterung (200) und/oder für die Ruhehalterungen (300) aufweist, - wobei die elektrische Leistungsversorgung (400) von einer zentralen Steuerungseinheit (560) und/oder von einer oder mehreren mit den Steuerungsschnittstellen (500, 510) verbundenen Steuerungseinheiten (600, 700) aus ansteuerbar ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 6, - welche mindestens einen Multiplexer (410) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine von mehreren elektrischen Leistungsversorgungen (400) mit einem oder mehreren Anschlüssen der Arbeitshalterung (200) und/oder der Ruhehalterungen (300) selektiv zu verbinden.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei jede Steuerungsschnittstelle (500, 510) einen oder mehrere elektrische Kontakte (520) aufweist, wobei jeder Kontakt (520) mit einem oder mehreren Anschlüssen elektrisch verbunden ist und mit einer Steuerungseinheit (600, 700) elektrisch verbindbar ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei einige oder alle Anschlüsse als elektrische Kontakte oder Stecker ausgeführt sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei jede Ruhehalterung (300) jeweils einen oder mehrere Anschlüsse zur Verbindung mit einem daran befestigten Werkzeug (150, 151, 152, 153) aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Steuerungsschnittstellen (500, 510) als Steckplätze für Steuerungseinheiten (600, 700) in Form von elektronischen Steckkarten ausgebildet sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Arbeitshalterung (200) mittels des Manipulators (116) automatisch und/oder elektrisch oder elektronisch steuerbar positionierbar ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei der Manipulator (116) als Portalanlage ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Arbeitshalterung (200) mittels des Manipulators (116) dreidimensional positionierbar ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei das oder die Werkzeuge (150, 151, 152, 153) ausschließlich mittels der Anschlüsse der Arbeitshalterung (200) und der Ruhehalterung (300) oder der Ruhehalterungen (300) mit den Steuerungsschnittstellen (500, 510) oder Steuerungseinheiten (600, 700) verbindbar sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Arbeitshalterung (200) dazu konfiguriert ist, ein Werkzeug (150, 151, 152, 153) durch das Anwenden von Federkraft zu halten und durch das Anwenden von Druckluft zu lösen, und/oder - wobei eine, einige oder alle Ruhehalterungen (300) eine oder mehrere Schienen (330, 340) aufweisen, auf welche ein Werkzeug (150, 151, 152, 153) von oben eingeschoben werden kann, und wobei das Werkzeug (150, 151, 152, 153) am Boden der Ruhehalterung (300) aufgelegt werden kann.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Ruhehalterungen (300) entlang einer Linie benachbart zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Anschlüsse zum Übertragen von Daten und/oder elektrischer Energie zwischen Werkzeug (150, 151, 152, 153) und Steuerungseinheit (600, 700) mit der jeweiligen Steuerungsschnittstelle (500, 510) verbunden sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - welche eine zentrale Steuerungseinheit (560) aufweist; - wobei die zentrale Steuerungseinheit (560) mit einer, einigen oder allen Steuerungsschnittstellen (500, 510) und/oder Steuerungseinheiten (600, 700) verbunden ist, und/oder - wobei die zentrale Steuerungseinheit (560) zur Steuerung des Manipulators (116) ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - welche eines oder mehrere Werkzeuge (150, 151, 152, 153) aufweist, welche an der Arbeitshalterung (200) oder an jeweils einer Ruhehalterung (300) befestigt sind, und - welche eine oder mehrere Steuerungseinheiten (600, 700) aufweist, wobei jede Steuerungseinheit (600, 700) mit jeweils einer Steuerungsschnittstelle (500, 510) zur Steuerung eines oder mehrerer Werkzeuge (150, 151, 152, 153) verbunden sind.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 20, - wobei eines, einige oder alle Werkzeuge (150, 151, 152, 153) eine elektronische Werkzeugidentifizierung haben, und - wobei diese Werkzeuge (150, 151, 152, 153) dazu konfiguriert sind, ihre elektronische Werkzeugidentifizierung über mindestens einen Anschluss an eine zentrale Steuerungseinheit (560) und/oder an mindestens eine mit einer Steuerungsschnittstelle (500, 510) verbundene Steuerungseinheit (600, 700) und/oder an ein Detektionsmodul (570) zu senden.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 20 oder 21, - wobei mindestens ein Werkzeug (150, 151, 152, 153), oder mehrere Werkzeuge (150, 151, 152, 153), ein Werkzeug für additive Fertigung, ein Fräswerkzeug (153), ein Tastwerkzeug (152), ein Dosierwerkzeug (151), ein Bestückungswerkzeug (150), ein Lasergravurwerkzeug, ein Klebewerkzeug oder ein Rotationsmesser ist.
Verfahren zum Fertigen und/oder Bearbeiten eines Objekts, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Befestigen mindestens eines Werkzeugs (150, 151, 152, 153) an einer Ruhehalterung (300), wobei das Werkzeug (150, 151, 152, 153) mittels mindestens eines Anschlusses der Ruhehalterung (300) elektrisch mit einer dem Werkzeug (150, 151, 152, 153) zugeordneten Steuerungseinheit (600, 700) verbunden ist, während es an der Ruhehalterung (300) befestigt ist, - Lösen des Werkzeugs (150, 151, 152, 153) von der Ruhehalterung (300) und dabei Befestigen des Werkzeugs (150, 151, 152, 153) an einer Arbeitshalterung (200), wobei das Werkzeug (150, 151, 152, 153) mittels mindestens eines Anschlusses der Arbeitshalterung (200) elektrisch mit der dem Werkzeug (150, 151, 152, 153) zugeordneten Steuerungseinheit (600, 700) verbunden ist, während es an der Arbeitshalterung (200) befestigt ist, - Positionieren des Werkzeugs (150, 151, 152, 153) mittels eines Manipulators (116), an welchem die Arbeitshalterung (200) befestigt ist, dabei Fertigen und/oder Bearbeiten des Objekts mittels des Werkzeugs (150, 151, 152, 153).
Verfahren nach Anspruch 23, - welches mittels einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 oder 24, - wobei das Werkzeug (150, 151, 152, 153) ausschließlich mittels der Anschlüsse der Ruhehalterung (300) und/oder der Arbeitshalterung (200) mit der Steuerungseinheit (600, 700) verbunden ist.