DE10241742B4

DE10241742B4 - Fertigungsanlage zum Herstellen von Produkten

Info

Publication number: DE10241742B4
Application number: DE10241742A
Authority: DE
Inventors: Christoph Bender
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: DE10241742A1; US6975918B2; JP2004098279A; GB2406812A; GB2406812B; US20040049312A1; JP4593893B2; GB0323821D0

Abstract

Fertigungsanlage zum serienmäßigen Herstellen von Produkten,
– mit wenigstens einer Bearbeitungseinrichtung (2) zum automatischen Bearbeiten von Produkten, wobei die Bearbeitungseinrichtung (2) in Abhängigkeit von Steuerbefehlen wenigstens ein Werkzeug zum Bearbeiten eines der Produkte betätigt,
– mit wenigstens einer Messeinrichtung (3) zum automatischen Vermessen wenigstens einer geometrischen Ist-Abmessung (15) bei einem der von der Bearbeitungseinrichtung bearbeiteten Produkte,
– mit einer Korrektureinrichtung (4), welche mit der Bearbeitungseinrichtung (2) und mit der Messeinrichtung (3) gekoppelt ist und welche die wenigstens eine gemessene Ist-Abmessung (15) mit einer vorgegebenen Soll-Abmessung (8) vergleicht, die in einem Toleranzintervall (9) mit einer oberen Toleranzgrenze (10) und einer unteren Toleranzgrenze (11) liegt, wobei die Korrektureinrichtung (4) korrigierend in die Steuerbefehle des jeweiligen Werkzeugs eingreift,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Korrektureinrichtung (4) nur dann korrigierend in die Steuerbefehle des jeweiligen Werkzeugs eingreift, wenn die Ist-Abmessung (15) außerhalb eines Eingriffsintervalls (12) liegt, das mit einer oberen Eingriffsgrenze...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Fertigungsanlage zum serienmäßigen Herstellen von Produkten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Produkten werden durch eine Bearbeitung, insbesondere durch eine spanabhebende Bearbeitung, wie z. B. Bohren, Fräsen, Schleifen, Schruppen oder Schlichten, aus Rohlingen auf Maß hergestellt.
Stand der Technik
Üblicherweise umfasst eine derartige Fertigungsanlage eine oder mehrere Bearbeitungseinrichtungen, die eine automatische, vorzugsweise spanabhebende, Bearbeitung der Produkte ermöglichen. Eine derartige Bearbeitungseinrichtung betätigt dabei in Abhängigkeit von Steuerbefehlen ein oder mehrere Werkzeuge, insbesondere spanabhebende Werkzeuge, zum Bearbeiten des jeweiligen Produkts. Beispielsweise handelt es sich bei einer derartigen Bearbeitungseinrichtung um eine CNC-Fräsmaschine.
Bei Produkten, die mit einer derartigen Bearbeitungseinrichtung aufeinander folgend hergestellt werden, können die geometrischen Abmessungen der Produkte in der Regel nicht exakt eingehalten werden. Dies ist einerseits auf inhärente Toleranzen der Bearbeitungseinrichtung zurückzuführen, die beispielsweise dann auftreten, wenn das jeweilige Werkzeug die Bearbeitung des nächsten Produkts nicht exakt an derselben Startposition wie beim vorangehenden Produkt beginnt. Je hochwertiger die Bearbeitungseinrichtung ist, desto kleiner sind diese inhärenten Wiederholungstoleranzen. Zum anderen können Werkzeugverschleiß und Temperatureinflüsse die Maßhaltigkeit des Produktionsvorgangs beeinflussen.
Zur Qualitätssicherung des Fertigungsprozesses werden die bearbeiteten Produkte jeweils oder stichprobenweise mit einer geeigneten Messeinrichtung vermessen. Die so manuell oder automatisch erzeugten Messprotokolle werden vom jeweiligen Maschinenführer ausgewertet, um gegebenenfalls die Steuerbefehle der Bearbeitungseinrichtung in geeigneter Weise korrigieren zu können. Hierbei besteht das Problem, dass kleinere Korrekturen aufgrund des damit verbundenen Aufwands nicht durchgeführt werden können, ohne die Produktion übermäßig zu verzögern. Des weiteren können Eingabefehler auftreten. Außerdem treten zwischen einzelnen Abmessungen Korrelationen auf, die vom Maschinenführer nicht immer vollständig überblickt werden können, so dass die Korrektur einer ersten Abmessung eine Verschlechterung einer zweiten oder weiterer Abmessungen nach sich ziehen kann.
Die Druckschrift DE 198 40 801 A1 offenbart eine Vorrichtung zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken, die eine konstante Fertigungsqualität unter Ausschaltung von Störgrössen, wie Temperaturänderungen und Werkzeugverschleiss, gewährleisten sollen. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Messeinrichtung zum Soll/Ist-Vergleich der Werkstücke, welche über eine Steuereinrichtung und ein Werkzeug in an sich bekannter Weise auf das Werkstück einwirkt, und die beim Überschreiten vorgegebener Grenzwerte mittels geeigneter Steuerbefehle korrigierend in den Bearbeitungsprozess eingreift.
Die Druckschrift DE 100 17 378 A1 offenbart ein Qualitätssicherungssystem für Metallbearbeitungswerkzeuge, welches ebenfalls einen Soll/Ist-Vergleich an dem im Bearbeitungsprozess befindlichen Werkstück vornimmt und auf Basis dieses Vergleichs entsprechende Steuerbefehle an die jeweilige Bearbeitungsstation abgibt.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Fertigungsanlage der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine erhöhte Fertigungsqualität und Produktivität besitzt.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine automatisch arbeitende Korrektureinrichtung vorzusehen, die in Abhängigkeit der von der Messeinrichtung automatisch bestimmten Ist-Abmessungen selbsttätig in die Arbeit der Bearbeitungseinrichtung eingreift und dort die Steuerbefehle des jeweils betroffenen Werkzeugs in geeigneter Weise korrigiert. Dabei ist von besonderer Bedeutung, dass die Korrektureinrichtung nur dann korrigierend in die Steuerbefehle des jeweiligen Werkzeugs eingreift, wenn die überprüfte Ist-Abmessung außerhalb eines Eingriffsintervalls liegt, das seinerseits innerhalb eines die geforderte Soll-Abmessung enthaltenden Toleranzintervalls liegt und die Korrektureinrichtung die Eingriffsgrenzen des Eingriffsintervalls in Abhängigkeit vorausgehender Ist-Abmessungen und/oder Korrektureingriffe automatisch verändert. Mit Hilfe eines derartigen Eingriffsintervalls kann das Korrekturverhalten der Korrektureinrichtung insbesondere dahingehend beeinflusst werden, dass beispielsweise ein nachteiliges Schwingungsverhalten in den Ist-Abmessungen aufeinander folgender Produkte vermieden werden kann. Derartige Schwingungen können beispielsweise dann auftreten, wenn die Korrekturgrößen etwa dieselbe Größenordnung besitzen wie inhärente Wiederholbarkeitstoleranzen der Bearbeitungseinrichtung. Dennoch ermöglicht die vollautomatisch ablaufende Korrektur der Steuerbefehle die Berücksichtigung relativ kleiner Maßabweichungen zur Durchführung einer Korrektur. Durch die Datenübertragung zwischen den einzelnen Komponenten der Fertigungsanlage können Eingabefehler durch Bedienpersonal vermieden werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Bearbeitungseinrichtung zum automatischen spanabhebenden Bearbeiten von Produkten ausgebildet ist und betätigt in Abhängigkeit von Steuerbefehlen wenigstens ein spanabhebendes Werkzeug zum Bearbeiten eines der Produkte.
Darüber hinaus kann bei einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Korrektureinrichtung bei einem neuen Produktionszyklus für eine vorbestimmte oder vorbestimmbare Anzahl von Produkten in einem Vorlaufbetrieb arbeitet und anschließend in einen Hauptlaufbetrieb umschaltet. Während des Vorlaufbetriebs hält die Korrektureinrichtung die Eingriffsgrenzen konstant, während dieselbe im Hauptlaufbetrieb die Eingriffsgrenzen in Abhängigkeit der vorausgehenden Ist-Abmessungen bzw. Korrektureingriffe verändert.
Gemäß einer besonderen Weiterbildung kann die Korrektureinrichtung auch so ausgestaltet sein, dass sie mehrere Abmessungen des Produkts, die sich gegenseitig beeinflussen können, simultan korrigiert. Da die Ermittlung der Korrekturgrößen automatisch erfolgt, können auch komplexere Zusammenhänge berücksichtigt werden, so dass es insbesondere möglich ist, Abmessungen, die miteinander korrelieren und sich gegenseitig beeinflussen, durch entsprechende Korrektureingriffe zu korrigieren, ohne dass sich dadurch andere Abmessungen verschlechtern.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Fertigungsanlage nach der Erfindung,
2 ein Diagramm zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines Produktionsvorgangs,
3 eine Ansicht wie in 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform der Fertigungsanlage.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Entsprechend 1 umfasst eine erfindungsgemäße Fertigungsanlage 1 wenigstens eine Bearbeitungseinrichtung 2, wenigstens eine Messeinrichtung 3 und eine Korrektureinrichtung 4. Die Fertigungsanlage 1 dient zur Herstellung von nicht gezeigten Produkten, die auf Maß aus Rohlingen hergestellt, z. B. spanabhebend herausgearbeitet werden. Beispielsweise handelt es sich bei diesen Produkten um Turbinenschaufeln.
Die Bearbeitungseinrichtung 2 ist hier zum automatischen und spanabhebenden Bearbeiten der Produkte ausgebildet und umfasst zu diesem Zweck wenigstens ein nicht gezeigtes spanabhebendes Werkzeug. Für die automatische Bearbeitung des Produkts betätigt die Bearbeitungseinrichtung 2 das jeweilige Werkzeug mit Hilfe von Steuerbefehlen. Die Bearbeitungseinrichtung 2 kann beispielsweise eine computergesteuerte Maschine sein, insbesondere eine CNC-Maschine, wie z. B. eine CNC-Fräsmaschine. In der Bearbeitungseinrichtung 2 läuft in bekannter Weise eine Bearbeitungsprozedur ab, bei der nacheinander geeignete Steuerbefehle an das oder die Werkzeuge abgegebenen werden, um aus dem jeweiligen Rohling das gewünschte Produkt herauszuarbeiten.
Die Erfindung kann bevorzugt bei einer spanabhebenden Bearbeitung zum Einsatz kommen. Grundsätzlich sind auch andere Bearbeitungsmethoden möglich, die durch Beeinflussung der Abmessungen aus einem Rohling ein End-Produkt auf Maß herstellen, z. B. ein Umformvorgang.
Nach der Bearbeitung des Produkts wird dieses manuell oder automatisch entsprechend einem Pfeil 5 der Messeinrichtung 3 zugeführt, in der das Produkt automatisch vermessen wird. Die Messeinrichtung 3 bestimmt dabei wenigstens eine geometrische Ist-Abmessung des Produkts. Üblicherweise bestimmt die Messeinrichtung 3 jedoch mehrere Ist-Abmessungen des Produkts.
Die ermittelten Ist-Abmessungen werden von der Messeinrichtung 3 entsprechend einem Pfeil 6 der Korrektureinrichtung 4 zur Verfügung gestellt. Die Korrektureinrichtung 4 kennt die für das Produkt gewünschten Soll-Abmessungen und kann nun einen Soll-Ist-Vergleich der Abmessungen durchführen. Anhand dieses Vergleichs kann die Korrektureinrichtung 4 dann einen Korrektureingriff generieren und diesen entsprechend einem Pfeil 7 an die Bearbeitungseinrichtung 2 weiterleiten. Dort bewirkt der von der Korrektureinrichtung 4 erzeugte Korrektureingriff eine entsprechende Korrektur der Steuerbefehle des für die jeweilige Ist-Abmessung verantwortlichen Werkzeugs.
Die Korrektureinrichtung 4 korrigiert dabei nicht jede (messbare) Abweichung der Ist-Abmessungen von der jeweils zugehörigen Soll-Abmessung. Vielmehr soll eine Korrektur nur dann erfolgen, wenn die jeweils gemessene Ist-Abmessung außerhalb eines Eingriffsintervalls liegt, dass seinerseits in einem Toleranzintervall liegt, das die jeweilige Soll-Abmessung umgibt.
Im folgenden werden anhand der 2 und 3 die Funktionsweisen der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage 1 bzw. der Korrektureinrichtung 4 bzw. des von der Korrektureinrichtung 4 durchgeführten Korrekturverfahrens näher erläutert:
In den 2 und 3 repräsentiert eine strichpunktierte Linie 8 die Soll-Abmessung, die am jeweiligen Produkt nach seiner Bearbeitung in der Bearbeitungseinrichtung 2 vorliegen soll. Diese Soll-Abmessung 8 einschließend ist ein Toleranzintervall 9 angeordnet, das durch eine obere Toleranzgrenze 10 und durch eine untere Toleranzgrenze 11 begrenzt ist. Zweckmäßig ist die Soll-Abmessung 8 mittig zwischen den beiden Toleranzgrenzen 10 und 11 angeordnet. Innerhalb des Toleranzintervalls 9 erstreckt sich ein Eingriffsintervall 12, das seinerseits durch eine obere Eingriffsgrenze 13 und eine untere Eingriffsgrenze 14 begrenzt ist. Da die Eingriffsgrenzen 13, 14 dynamisch bzw. variabel sein können, was weiter unten näher erläutert wird, sind diese in den 2 und 3 durch aufeinander folgende Kreise symbolisiert.
Für die Diagramme der 2 und 3 ist für eine Vielzahl von hintereinander hergestellten Produkten eines Fertigungsloses jeweils eine bestimmte Ist-Abmessung ermittelt worden. Diese Ist-Abmessungen sind dabei jeweils durch Kreuze repräsentiert, die teilweise mit 15 bezeichnet sind.
Die Abstände der ermittelten Ist-Abmessungen 15 von der Soll-Abmessung 8 entsprechen dabei den Abweichungen der jeweiligen Ist-Abmessungen 15 von der Soll-Abmessung 8. Solange die Ist-Abmessungen 15 innerhalb der Eingriffsgrenzen 13, 14 liegen, erzeugt die Korrektureinrichtung 4 kein Korrektursignal. Sobald jedoch eine Ist-Abmessung 15 außerhalb des Eingriffsintervalls 12 liegt, generiert die Korrektureinrichtung 4 ein geeignetes Korrektursignal. Diese Korrektursignale sind in den 2 und 3 durch Linien 16 symbolisiert, die sich von der jeweiligen Ist-Abmessung 15 in Richtung Soll-Abmessung 8 erstrecken.
Zweckmäßig ist die Korrektureinrichtung 4 so ausgebildet, dass sie einerseits einen durch einen Pfeil symbolisierten Vorlaufbetrieb 17 und andererseits einen durch einen Pfeil symbolisierten Hauptlaufbetrieb 18 ermöglicht. Wenn ein neues Los der Produkte hergestellt werden soll, beginnt bei 19 ein neuer Produktionszyklus. Zu Beginn dieses Produktionszyklusses arbeitet die Korrektureinrichtung 4 im Vorlaufbetrieb 17. Nach einer vorbestimmten Anzahl von Produkten stellt dann die Korrektureinrichtung 4 bei 20 ihre Arbeitsweise in den Hauptlaufbetrieb 18 um, der dann bis zum Ende des Produktionszyklusses beibehalten wird. Vorlaufbetrieb 17 und Hauptlaufbetrieb 18 können sich wie folgt voneinander unterscheiden:
Während des Vorlaufbetriebs 17 sind die Eingriffsgrenzen 13, 14 und somit das Eingriffsintervall 12 konstant. Zusätzlich oder alternativ erfolgt die Korrektur der Steuerbefehle während des Vorlaufbetriebs 17 unabhängig davon, ob die jeweilige Ist-Abmessung 15 noch innerhalb des Toleranzintervalls 9 liegt oder schon soweit außerhalb des Eingriffsintervalls 12 liegt, das sie sich auch außerhalb des Toleranzintervalls 9 befindet.
Von besonderer Bedeutung ist eine Ausführungsform, bei der die Korrektureinrichtung 4 innerhalb des Vorlaufbetriebs 17 jeden einzelnen Korrektureingriff 16 ausschließlich aus der aktuellen Ist-Abmessung 15 ermittelt, ohne dabei die Historie vorausgehender Ist-Abmessungen 15 bzw. vorausgehender Korrektureingriffe 16 zu berücksichtigen.
Im Unterschied dazu können im Hauptlaufbetrieb 18 die Eingriffsgrenzen 13, 14 variabel sein und dynamisch an den aktuellen Zustand des Produktionsprozesses angepasst werden. Insbesondere ist es dabei möglich, die Eingriffsgrenzen 13, 14 und somit das Eingriffsintervall 12 in Abhängigkeit der Historie des Herstellungsprozesses, also in Abhängigkeit vorausgehender Ist-Abmessungen 15 bzw. vorausgehender Korrektureingriffe 16 automatisch zu verändern. Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, kann die Korrektureinrichtung 4 das Eingriffsintervall 12 verkleinern, wenn mehrere Ist-Abmessungen 15 hintereinander keinen Korrektureingriff erfordern und/oder jeweils relativ weit von den Eingriffsgrenzen 13, 14 entfernt sind. Ebenso kann das Eingriffsintervall 12 verkleinert werden, wenn aufeinander folgende Korrektureingriffe hinsichtlich ihrer Größe abnehmen.
Umgekehrt vergrößert die Korrektureinrichtung 4 das Eingriffsintervall 12, wenn Korrektureingriffe häufiger erforderlich werden und/oder wenn aufeinander folgende Korrektureingriffe hinsichtlich ihrer Größe zunehmen. Desweiteren kann die Korrektureinrichtung 4, z. B. mittels statistischer Auswertungen, die bisherige Entwicklung des Fertigungsprozesses berücksichtigen. Insbesondere können dadurch Trendbildungen und Ausreißerverhalten erkannt werden. Die Betrachtung der Historie ist auch für die Berechnung der Korrekturgrößen von erhöhtem Interesse, um rechtzeitig das Korrekturverhalten der Korrektureinrichtung 4 an das Verhalten der Bearbeitungseinrichtung 2 anpassen zu können. Dabei werden die aktuellen Korrektureingriffe aus der aktuellen Ist-Abmessung 15 sowie in Abhängigkeit der vorausgehenden Ist-Abmessungen 15 bzw. der vorausgehenden Korrektureingriffe 16 ermittelt.
Zusätzlich oder alternativ kann für den Hauptlaufbetrieb 18 vorgesehen sein, dass Ist-Abmessungen, die außerhalb des Toleranzintervalls 9 liegen, anders behandelt werden, als solche, die noch innerhalb der Toleranzgrenzen 10, 11 liegen. Beispielsweise kann bei einer außerhalb des Toleranzintervalls 9 liegenden Ist-Abmessung 15 der Abstand zur Soll-Abmessung mit einer stärkeren Gewichtung in die Berechnung des Korrektureingriffs eingehen, als bei einer Ist-Abmessung, die noch innerhalb des Toleranzintervalls 9 liegt.
Außerdem kann ein weiterer Unterschied zwischen dem Vorlaufbetrieb 17 und dem Hauptlaufbetrieb 18 darin liegen, dass der Abstand zwischen Soll-Abmessung und Ist-Abmessung unterschiedlich stark bei der Ermittlung des Korrektureingriffs berücksichtigt wird. Beispielsweise wird bei der Ausführungsform gemäß 2 der Korrektureingriff 16 so gewählt, dass die betroffene Abmessung beim folgenden Produkt den Sollwert aufweisen müsste. Im Unterschied dazu werden im Hauptlaufbetrieb 18 die Korrektureingriffe 16 exemplarisch so gewählt, dass die betroffene Abmessung beim nachfolgenden Produkt gezielt oberhalb bzw. unterhalb der Soll-Abmessung liegen müsste.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist das Eingriffsintervall 12 stets zentrisch zur Soll-Abmessung 8 ausgerichtet. Bei besonderen Anwendungsformen kann es jedoch erwünscht sein, die Position der Ist-Werte einer oder mehrerer Abmessungen des Produkts gezielt innerhalb des Toleranzintervalls 9 zu steuern. Beispielsweise kann es für eine bestimmte Anwendung vorteilhaft sein, wenn sich die Ist-Abmessungen 15 vorzugsweise oberhalb der Soll-Abmessung, also zwischen der Soll-Abmessung 8 und der oberen Toleranzgrenze 10 aufhalten. Eine derartige Konstellation lässt sich bei der erfindungsgemäßen Korrektureinrichtung 4 besonders einfach dadurch realisieren, dass das Eingriffsintervall 12 innerhalb des Toleranzintervalls 9 exzentrisch zur Soll-Abmessung 8 positioniert wird. Entsprechend 3 ist daher das Eingriffsintervall 12 im wesentlichen oberhalb der Soll-Abmessung 8 angeordnet. Da sich die Korrektureingriffe 16 im wesentlichen nach der Position der Ist-Abmessungen 15 relativ zum Eingriffsintervall 12 richten, hat dies zur Folge, dass bei einer Mehrzahl der Produkte die betroffene Ist-Abmessung 15 oberhalb der Soll-Abmessung 8 liegt. Ziel ist es hierbei, auf die nach oben verschobene Mitte innerhalb der Eingriffsgrenzen 13, 14 zu korrigieren.
Bei anderen besonderen Anwendungsformen kann es wünschenswert sein, im Hinblick auf eine bestimmte geometrische Abmessung nicht nur die Einzeltoleranz eines einzelnen Produkts zu betrachten, sondern die Gesamttoleranz eines Produktionsloses. Diese Vorgabe trifft beispielsweise auf solche Produkte zu, die später in mehrfacher Ausfertigung eingebaut werden müssen und in diesem Einbauzustand in ihrer Gesamtheit bestimmten Toleranzen genügen müssen. Die Gesamttoleranz dieses Produktionsloses wird auch als Summentoleranz bezeichnet. Dabei ist es durchaus möglich, dass die vom gesamten Produktionslos letztlich einzuhaltende Summentoleranz vom Mittelwert der Einzeltoleranz eines einzelnen Produktes abweicht. Zur Realisierung eines derartigen Produktionsloses kann die erfindungsgemäße Korrektureinrichtung 4 in geeigneter Weise das Eingriffsintervall 12 exzentrisch zur Soll-Abmessung innerhalb des Toleranzintervalls 9 anordnen. Ein solches Beispiel ist in 3 wiedergegebenen. Dort ist mit einer strichpunktierten Linie der Wert einer gewünschten Summentoleranz 21 eingetragen. Diese Summentoleranz 21 verläuft dabei oberhalb der Soll-Abmessung 8. Zumindest im Vorlaufbetrieb 17 ist das Eingriffsintervall 12 zweckmäßig mittig zur Summentoleranz 21 ausgerichtet. In 3 ist mit einer durchgezogenen Linie die Entwicklung der momentanen Gesamttoleranz 22 wiedergegebenen, die sich durch die Addition aus den Werten der bislang hergestellten Produkte ergibt. Wie aus 3 hervorgeht, nähert sich diese momentane Summentoleranz 22 allmählich an die gewünschte Summentoleranz 21 an.
Wie ebenfalls aus 3 hervorgeht, variiert die Korrektureinrichtung 4 die Position des Eingriffsintervalls 12 relativ zur gewünschten Summentoleranz 21 bei fortschreitender Produktion. Diese Positionsänderung des Eingriffsintervalls 12 geht dabei mit einer Änderung der Exzentrizität des Eingriffsintervalls 12 relativ zur Soll-Abmessung 8 einher. Die Korrektureinrichtung 4 kann nun in Abhängigkeit der Historie vorangegangener Ist-Abmessungen bzw. vorangegangener Korrektureingriffe die Exzentrizität des Eingriffsintervalls 12 variieren. Ein wichtiger Faktor zur Bestimmung der Exzentrizität kann beispielsweise im verbleibenden Abstand zwischen der gewünschten Summentoleranz 21 und der bereits erreichten momentanen Summentoleranz 22 gesehen werden. Je näher sich die momentane Summentoleranz 22 an die gewünschte Summentoleranz 21 annähert, desto kleiner kann die Exzentrizität des Eingriffsintervalls 12 gewählt werden.
Sobald dann die momentane Summentoleranz 22 die gewünschte Summentoleranz 21 erreicht, richtet die Korrektureinrichtung 4 das Eingriffsintervall 12 mittig auf die Soll-Abmessung 8 aus.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann die Korrektureinrichtung 4 bei der Ermittlung des erforderlichen Korrektureingriffs außerdem einen Werkzeugwechsel berücksichtigen, der gegebenenfalls in der Bearbeitungseinrichtung 2 zwischenzeitlich stattgefunden hat.
Sofern die Fertigungsanlage 1 mit mehreren Bearbeitungseinrichtungen 2 arbeitet, ist es für die Korrektureinrichtung 4 von besonderer Bedeutung, dass eine eindeutige Zuordnung zwischen dem aktuell ausgemessenen Produkt und derjenigen Bearbeitungseinrichtung 2 hergestellt wird, die dieses Produkt erzeugt hat. Des Weiteren muss berücksichtigt werden, dass zwischen der Messeinrichtung 3 und der Bearbeitungseinrichtung 2 ein Puffer vorhanden sein kann. Beispielsweise benötigt die Messprozedur in der Messeinrichtung 3 so viel Zeit, dass nach der Auswertung der Messung ein Korrektureingriff auf den momentan in der Bearbeitungseinrichtung 2 ablaufenden Bearbeitungsvorgang nicht möglich ist. Dementsprechend muss die Korrektureinrichtung 4 erkennen, dass auf ein Produkt mit unzulässiger Ist-Abmessung, das zu einem Korrektureingriff geführt hat, ein weiteres Produkt mit unzulässiger Ist-Abmessung folgen kann, das jedoch nicht für eine Korrektur herangezogen werden soll, da sich die beim vorangehenden Produkt ermittelte Korrektur erst an späteren Produkten auswirkt. Dementsprechend sind in 3 die mit einem Kreis 23 gekennzeichneten Ist-Abmessungen 15 ohne Korrektureingriff 16.
Des Weiteren ist es möglich, dass die Korrektureinrichtung 4 so gestaltet ist, dass ein vorbestimmter oder vorbestimmbarer Korrekturbegrenzungsfaktor bei der Ermittlung eines Korrektureingriffs berücksichtigt werden kann. Dieser Korrekturbegrenzungsfaktor gibt dabei eine maximal mögliche Korrekturgröße vor, die bei einer entsprechend großen Abweichung zwischen Ist-Abmessung und Soll-Abmessung in einem Korrekturschritt berücksichtigt werden kann. Hierdurch kann gegebenenfalls ein Schwingungsverhalten unterdrückt werden.
Zweckmäßig wird dieser Korrekturbegrenzungsfaktor nur dann von der Korrektureinrichtung 4 berücksichtigt, wenn die jeweils untersuchte Ist-Abmessung noch innerhalb des Toleranzintervalls 9 liegt. Sobald die jeweilige Ist-Abmessung außerhalb des Toleranzintervalls 9 liegt, können auch größere Korrekturen akzeptiert werden.
Wie bereits weiter oben erläutert, ist in den 2 und 3 lediglich eine einzige Abmessung exemplarisch wiedergegeben, die von der Messeinrichtung 3 ermittelt und von der Korrektureinrichtung 4 berücksichtigt wird. Durch die Automatisierung des Korrekturvorgangs ist es, insbesondere rechnergestützt, relativ einfach, mehrere verschiedene Abmessungen zu überprüfen, die außerdem miteinander in Wechselwirkung stehen, so dass die Korrektur einer Abmessung Auswirkungen auf eine oder mehrere andere Abmessungen nach sich ziehen kann. Die erfindungsgemäße Korrektureinrichtung 4 kann diese komplexen Zusammenhänge berücksichtigen und dementsprechend die Korrekturbefehle anpassen, um Auswirkungen auf andere als die jeweils untersuchte Abmessung zu vermeiden. Auch für den Fall, dass mehrere verschiedene Abmessungen korrigiert werden müssen, kann die Korrektureinrichtung 4 die erforderlichen Korrektureingriffe so wählen, dass sich die gewünschten Korrekturen ergeben, ohne andere, unkritische Abmessungen zu beeinträchtigen.

1: Fertigungsanlage
2: Bearbeitungseinrichtung
3: Messeinrichtung
4: Korrektureinrichtung
5: Pfeil
6: Pfeil
7: Pfeil
8: Soll-Abmessung
9: Toleranzintervall
10: obere Toleranzgrenze
11: untere Toleranzgrenze
12: Eingriffsintervall
13: obere Eingriffsgrenze
14: untere Eingriffsgrenze
15: Ist-Abmessung
16: Korrektureingriff
17: Vorlaufbetrieb
18: Hauptlaufbetrieb
19: Beginn des Produktionszyklusses
20: Beginn des Hauptlaufbetriebs
21: gewünschte Summentoleranz
22: momentane Summentoleranz
23: Kreis

Claims

Fertigungsanlage zum serienmäßigen Herstellen von Produkten, – mit wenigstens einer Bearbeitungseinrichtung (2) zum automatischen Bearbeiten von Produkten, wobei die Bearbeitungseinrichtung (2) in Abhängigkeit von Steuerbefehlen wenigstens ein Werkzeug zum Bearbeiten eines der Produkte betätigt, – mit wenigstens einer Messeinrichtung (3) zum automatischen Vermessen wenigstens einer geometrischen Ist-Abmessung (15) bei einem der von der Bearbeitungseinrichtung bearbeiteten Produkte, – mit einer Korrektureinrichtung (4), welche mit der Bearbeitungseinrichtung (2) und mit der Messeinrichtung (3) gekoppelt ist und welche die wenigstens eine gemessene Ist-Abmessung (15) mit einer vorgegebenen Soll-Abmessung (8) vergleicht, die in einem Toleranzintervall (9) mit einer oberen Toleranzgrenze (10) und einer unteren Toleranzgrenze (11) liegt, wobei die Korrektureinrichtung (4) korrigierend in die Steuerbefehle des jeweiligen Werkzeugs eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) nur dann korrigierend in die Steuerbefehle des jeweiligen Werkzeugs eingreift, wenn die Ist-Abmessung (15) außerhalb eines Eingriffsintervalls (12) liegt, das mit einer oberen Eingriffsgrenze (13) und mit einer unteren Eingriffsgrenze (14) innerhalb des Toleranzintervalls (9) liegt, und die Korrektureinrichtung (4) die Eingriffsgrenzen (13, 14) des Eingriffsintervalls (12) in Abhängigkeit vorausgehender Ist-Abmessungen (15) und/oder Korrektureingriffe (16) automatisch verändert.
Fertigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinrichtung (2) zum automatischen spanabhebenden Bearbeiten von Produkten ausgebildet ist und in Abhängigkeit von Steuerbefehlen wenigstens ein spanabhebendes Werkzeug zum Bearbeiten eines der Produkte betätigt.
Fertigungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) bei einem neuen Produktionszyklus für eine vorbestimmte oder vorbestimmbare Anzahl von Produkten in einem Vorlaufbetrieb (17) arbeitet und anschließend in einen Hauptlaufbetrieb (18) umschaltet.
Fertigungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) in dem Vorlaufbetrieb (17) das Eingriffsintervall (12) mittig zur Soll-Abmessung (8) oder mittig zu einer vorbestimmten, vom aktuellen Produktionslos bezüglich der Ist-Abmessung (15) einzuhaltenden Summentoleranz (21) ausrichtet.
Fertigungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) in dem Vorlaufbetrieb (17) die Eingriffsgrenzen (13, 13) konstant hält.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) in dem Vorlaufbetrieb (17) unabhängig davon, ob die Ist-Abmessung (15) innerhalb oder außerhalb des Toleranzintervalls (9) liegt, die Steuerbefehle korrigiert, wenn die Ist-Abmessung (15) außerhalb des Eingriffsintervalls (12) liegt.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) in dem Vorlaufbetrieb (17) jeden Korrektureingriff unabhängig von vorausgehenden Ist-Abmessungen (15) und/oder Korrektureingriffen (16) anhand der aktuellen Ist-Abmessung (15) ermittelt.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) in dem Hauptlaufbetrieb (18) die aktuellen Korrektureingriffe (16) anhand der aktuellen Ist-Abmessung (15) und in Abhängigkeit vorausgehender Ist-Abmessungen (15) und/oder Korrektureingriffe (16) ermittelt.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) in dem Hauptlaufbetrieb (18) für den Fall, dass die Ist-Abmessung (15) innerhalb des Toleranzintervalls (9) liegt, andere Korrektureingriffe (16) erzeugt, als für den Fall, dass die Ist-Abmessung (15) außerhalb des Toleranzintervalls (9) liegt.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) die Eingriffsgrenzen (13, 14) verkleinert, wenn die Anzahl der Korrektureingriffe (16) und/oder deren Größe bei aufeinanderfolgenden Ist-Abmessungen (15) abnimmt, und/oder dass die Korrektureinrichtung (4) die Eingriffsgrenzen (13, 14) vergrößert, wenn die Anzahl der Korrektureingriffe (16) und/oder deren Größe bei aufeinanderfolgenden Ist-Abmessungen (15) zunimmt.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) in dem Hauptlaufbetrieb (18) das Eingriffsintervall (12) exzentrisch zur Soll-Abmessung (8) ausrichtet.
Fertigungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) im Hauptlaufbetrieb (18) das Eingriffsintervall (12) so lange exzentrisch zur Soll-Abmessung (8) ausrichtet, bis eine vorbestimmte, vom aktuellen Produktionslos bezüglich der Ist-Abmessung (15) einzuhaltende Summentoleranz (21) erreicht ist, und das Eingriffsintervall (12) mittig zur Soll-Abmessung (8) ausrichtet, sobald die Summentoleranz (21) erreicht ist.
Fertigungsanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) die Exzentrizität, mit welcher das Eingriffsintervall (12) von der Soll-Abmessung (8) abweicht, in Abhängigkeit der Summentoleranz (21) unter Berücksichtigung der vorausgehenden Ist-Abmessungen (15) und/oder Korrektureingriffe (16) einstellt.
Fertigungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) bei der Ermittlung des Korrektureingriffs (16) einen vorbestimmten Korrekturbegrenzungsfaktor berücksichtigt, der eine maximale Korrekturgröße vorgibt.
Fertigungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) den Korrekturbegrenzungsfaktor nur dann berücksichtigt, wenn die aktuelle Ist-Abmessung (15) innerhalb des Toleranzintervalls (9) liegt.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) so ausgebildet ist, dass sie mehrere Abmessungen des Produkts, die sich gegenseitig beeinflussen können, simultan korrigiert.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (4) die Größe des Korrektureingriffs (16) in Abhängigkeit des Abstands zwischen der Ist-Abmessung (15) und der Mitte des Eingriffsintervalls (12) ermittelt.