DE202021104688U1 - Vorrichtung zur Prozessüberwachung in einer Werkzeugmaschine - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Prozessüberwachung in einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen Solid-State LiDAR-Sensor aufweist mit dem durch Erzeugung einer Punktwolke Konturen innerhalb und außerhalb der Werkzeugmaschine erfassbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prozessüberwachung in einer Werkzeugmaschine nach dem ersten Schutzanspruch.
  • In einer Werkzeugmaschine laufen viele Prozesse ab, die einer Überwachung bedürfen. Einer der Prozesse ist die Kontrolle auf unbefugten Zutritt in den Arbeitsraum der Werkzeugmaschine. Diese Überwachung erfolgt gewöhnlich mittels Sichtkontrolle durch den Maschinenbediener. Alternativ unterstützen Kameras, welche den Gefahrenbereich überwachen und das Bild auf einer zentralen Bedienstelle oder zusätzlichen Monitor darstellen. Einige Bereiche können auch mittels Lichtschranken überwacht werden.
  • Eine weitere Überwachungssituation ist die Prozessbeobachtung im Arbeitsraum. Hierbei kann eine Sichtkontrolle durch den Maschinenbediener erfolgen. Dabei schaut der Maschinenbediener durch eine Scheibe, wobei die Scheibe im Regelfall mit Kühlschmierstoff verschmutzt ist wodurch die Sicht stark eingeschränkt ist. Gemäß dem Stand der Technik werden auf einige Scheiben rotierende Sichtscheiben montiert, welche den Kühlschmierstoff durch hohe Drehzahlen wegschleudern. Mit einer derartigen Lösung kann der Bearbeitungsprozess durch einen kreisrunden Ausschnitt beobachtet werden. Die eigentliche Bearbeitung ist jedoch weiterhin von Kühlschmierstoff umgeben. Zum Teil unterstützen auch bei dieser Situation Kameras die Überwachung, welche den Bearbeitungsprozess filmen und das Bild auf einer zentralen Bedienstelle oder zusätzlichen Monitor darstellen. Jedoch werden auch die Kameralinsen mit Kühlschmierstoffen benetzt und haben dadurch einen nur eingeschränkten Blick auf den Bearbeitungsprozess. Des Weiteren müssen die zum Einsatz kommenden Kameras Kühlmitteldicht sein. Zu diesem Zweck sind sie in einem speziellen Gehäuse gekapselt. Das Gehäuse ist zusätzlich mit Druckluft beaufschlagt und die Linse wird mit einer rotierenden Sichtscheibe freigehalten. Eine derartige Konstruktion ist sehr aufwändig.
  • Eine weitere Überwachung sollte zur Kollisionsvermeidung zwischen Maschinenkomponenten, Werkzeugen und Werkstücken im Einrichtebetrieb und Automatikbetrieb erfolgen.
    Im Einrichtebetrieb werden die Maschinen manuell durch den Maschinenbediener verfahren. Die Inbetriebnahme im Handbetrieb (JOG) oder im handeingabeautomatischen MDA (Manual Data Automatic). Die Kollisionsvermeidung beruht auf der Sichtkontrolle durch den Maschinenbediener. Zum Teil unterstützen Kameras, welche die Maschinenbewegungen filmen und das Bild auf der zentralen Bedienstelle oder auf zusätzlichen Monitor darstellen.
    Im Automatikbetrieb kommen zum Teil Softwarelösungen zum Einsatz welche eine mögliche Kollision im Arbeitsraum vorberechnen und bei drohender Gefahr das weitere Verfahren von Achsen stoppen. Diese Softwarelösungen arbeiten immer mit einem vorher hinterlegten 3D-Modell der Maschine. Das Problem ist, dass wechselnde Störkonturen (durch wechselnde Werkzeuge, Werkstücke, Spannvorrichtungen) nicht im 3D-Modell berücksichtigt werden. Damit gewährleistet die aktuelle Lösung keine hundertprozentige Sicherheit der Kollisionsfreiheit.
  • Die Überwachung der Werkzeuge hinsichtlich Beschädigung und Kontur kann gemäß dem Stand der Technik mit drei Lösungen erfolgen. Als erste Lösung sind mechanische Messverfahren genannt, bei denen ein Körper gegen die Werkzeugspitze gefahren wird. Ein Messsystem nimmt den dafür zurückgelegten Weg auf und errechnet mittels Software daraus die tatsächliche Werkzeuglänge und vergleicht sie mit den hinterlegten Soll-Werten.
  • Des Weiteren gibt es Messverfahren auf Basis von Lasertechnik, bei denen ein Werkzeug axial und radial durch einen Laserstrahl bewegt wird. Ein Messsystem nimmt den dafür zurückgelegten Weg auf, wobei daraus die tatsächliche Werkzeuglänge und - durchmesser mittels Software errechnet werden. Diese Werte werden mit den hinterlegten Soll-Werten verglichen.
  • Die dritte Variante ist ein Messverfahren auf Basis von Kameratechnik bei denen ein Werkzeug gefilmt wird. Eine Software kann dann die Konturen des Werkzeugs aufnehmen und vergleicht sie mit den hinterlegten Soll-Werten.
  • Neben den vorgenannten Überwachungen sollte in der Werkzeugmaschine ebenfalls die Überwachung der Spannsituation des Werkstücks erfolgen.
    Das Werkstück wird entweder in eine dafür vorgesehene Spannvorrichtung oder unter Zuhilfenahme von Standardspannkomponenten direkt auf die Maschinenpalette oder den NC-Drehtisch gespannt. Als Vorlage für die korrekte Werkstückspannung erhält der Maschinenbediener im Regelfall Spannanleitungen aus der Arbeitsvorbereitung.
    Die Kontrolle der korrekten Spannung erfolgt gemäß dem Stand der Technik durch Sichtkontrolle des Maschinenbedieners. Zur Unterstützung gibt es Messverfahren auf Basis von Kameratechnik bei denen eine Spannsituation gefilmt wird. Eine Software kann folgend die Konturen der Spannsituation aufnehmen und vergleicht diese mit den, in einer Datenbank hinterlegten Soll-Werten. Bei hydraulisch betätigten Spannvorrichtungen können des Weiteren indirekte Staudruckabfragen zur Kontrolle der Spannsituation getätigt werden.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2018 204 704 A1 ist ein System und ein Verfahren zum Überwachen eines Überwachungsbereichs bekannt, wobei das System eine Vielzahl von bildgebenden Sensoren zum Erfassen eines Bewegungsverhaltens von mindestens einem bewegbaren Objekt im Überwachungsbereich aufweist. Des Weiteren weist das System eine Auswerteeinrichtung zum Berechnen einer Trajektorie des mindestens einen bewegbaren Objekts in Abhängigkeit des erfassten Bewegungsverhaltens und eine Schnittstelle zum Verfügbarmachen der berechneten Trajektorie für eine Steuerung eines Betriebsablaufs im Überwachungsbereich auf, wobei mindestens ein bildgebender Sensor der Vielzahl von bildgebenden Sensoren auf einem mobilen Sensorträger angeordnet ist. Die Erfassung erfolgt mittels Kameras, wobei zumindest ein weiterer Umfelderfassungssensor vorgesehen ist, der beispielhaft als Radar-Sensor, Lidar-Sensor, Infrarot-Sensor oder Ultraschall-Sensor ausgebildet ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Prozessüberwachung in einer Werkzeugmaschine zu entwickeln, welche einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und all diese Überwachungen in einer technischen Lösung bündelt, wodurch die Sicherheit und Prozessstabilität signifikant erhöht werden.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Prozessüberwachung in einer Werkzeugmaschine, weist wenigstens einen Solid-State LiDAR-Sensor auf, mit dem durch Erzeugung einer Punktwolke Konturen innerhalb und außerhalb der Werkzeugmaschine erfassbar sind.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung mehrere LiDAR-Sensoren auf, mittels derer Prozesse innerhalb der Werkzeugmaschine überwachbar sind, wobei mehrere LiDAR-Sensoren eine feste Sensor Array und ein volumetrisches Sichtfeld bilden.
  • Die LiDAR-Sensoren sind besonders bevorzugt in einem Arbeitsbereich und/oder an einem Rüstplatz und/oder einem Werkzeugmagazin und/oder einem Außenbereich der Werkzeugmaschine angeordnet.
  • Im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine ist wenigstens ein LiDAR-Sensor angeordnet, mit dem eine Punktwolke erzeugbar ist, mittels derer Außenkonturen von Maschinenkomponenten, Werkstücken und Werkzeugen im Arbeitsbereich detektierbar sind. So können Fehlerquellen mittels des Sensors erfasst werden.
    Bevorzugt ist ein oder mehrere LiDAR-Sensoren fest an der Werkzeugmaschine montiert wobei alternativ auch ein oder mehrere LiDAR-Sensoren verfahrbar in der Werkzeugmaschine montiert sein können.
  • Zur Gewährleistung einer optimalen Überwachung sind in einer vorteilhaften Ausgestaltung mehrere LiDAR-Sensoren im Arbeitsraum an Innenwänden oder einer Dachunterseite der Werkzeugmaschine verteilt montiert.
  • Die Vorrichtung weist vorteilhafter Weise eine Datenbank mit Soll-Daten der zu überwachenden Werkzeuge und Maschinenkomponenten auf, wobei besonders bevorzugt die erfassten Konturen mittels einer Auswerteeinheit mit den Soll-Daten der Datenbank abgleichbar sind.
  • Des Weiteren kann die Überwachung mittels LiDAR-Sensoren mit Kameras und/oder 2D Sensoren und/oder 3D Sensoren oder anderweitigen Erfassungsmitteln für eine 2D- oder 3D-Erfassung kombinierbar sein. Mittels der LiDAR-Sensoren und definierten Algorithmen sind Konturen, Körper, Bewegungen und Situationen erkennbar.
  • Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung in einem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine beschrieben.
  • In der vorliegenden Erfindung finden Solid-State LiDAR-Sensoren mit fester Sensor Array und volumetrischem Sichtfeld Anwendung.
  • Einer oder mehrere LiDAR Sensor werden im Arbeitsraum der Maschine montiert. Die Montage der Sensoren, insbesondere an Innenwänden oder der Dachunterseite hängen von der Überwachungsaufgabe und der dafür zu detektierenden Szene ab.
  • Der oder die LiDAR-Sensoren detektieren den Arbeitsraum innerhalb der Werkzeugmaschine und erfassen mittels wenigstens einer Punktwolke
    • - die Außenkontur einer Arbeitsspindel,
    • - die Außenkontur der Werkzeuge,
    • - die Außenkontur sämtlicher Maschinenkomponenten innerhalb des Arbeitsraumschutzes, umfassend NC-Drehtisch, Palettenwechsler, Maschinenpalette, Trittroste, Messempfänger und Kameras,
    • - die Außenkontur der Spannvorrichtung und
    • - die Außenkontur des Werkstücks.
  • Durch den LiDAR-Sensor werden über einstellbare Abtastraten ständig Punktewolken von den oben genannten Außenkonturen erstellt und einer Software zur Verfügung gestellt. Die Auswertungen der Punktewolken innerhalb der Software erfolgen durch die folgenden Schritte:
    • - Abgleich der Punktewolke mit 3D-Daten im Rahmen eines Soll-Ist-Vergleichs, wobei die 3D-Daten im Vorfeld der Auswertungssoftware zur Verfügung gestellt werden,
    • - Erkennung von Konturen/Körpern/Bewegungen/Situationen basierend auf Algorithmen.
  • Mit dem Einsatz wenigstens eines LiDAR-Sensors und der daraus erzeugten Punktwolke kann eine Kollisionsprüfung durch Erfassung aller Störkonturen (Spindel, Werkzeug, Tisch, Vorrichtung, Werkstück etc.) im Arbeitsraum und ein Abgleich mit dem hinterlegten Kollisionsmodell erfolgen. Dadurch kann eine Vermeidung von Bedienerfehlern durch Erfassung der realen Geometrie von Werkzeug und Vorrichtung erfolgen, was zur Vermeidung von Schäden an der Maschine führt.
  • Des Weiteren erfolgt eine Überprüfung der Bearbeitung hinsichtlich des Fortschritts und der Qualität. Dadurch lassen sich automatisierte Aussagen zum Bearbeitungsergebnis ohne eine Bedieneranwesenheit treffen. Das führt zu weniger Ausschuss, reduzierten Personalkosten und einem hohen Informationsgehalt in kurzer Zeit im Vergleich zu einem Messtaster gemäß dem Stand der Technik.
  • Eine weitere Möglichkeit der Überwachung im Arbeitsraum ist die Kontrolle von Werkzeugkonturen und die Erkennung von Bohrerbruch. Durch die Erkennung der Werkzeugkonturen kann vermieden werden, dass durch vorherige Fehlbedienungen ein falsches Werkzeug in der Spindel eingesetzt ist, welches zu einem Ausschussteil oder einem Maschinenschaden führen kann.
  • Durch die Erkennung von Bohrerbruch kann der Bearbeitungsprozess gesteuert werden. Dadurch wird die Möglichkeit geboten, das Werkstück zum Gutteil zu machen. Die Messung erfolgt Hauptzeitparallel und wirkt sich damit nicht negativ auf die Produktivität der Maschine aus.
  • Um die Auswertung der Szene zu optimieren können mittels Sensordatenfusion weitere Inhalte wie 2D oder 3D Kamerabilder mit der Punktewolke kombiniert werden.
    Die Ergebnisse der Auswertung führen zu direkten Reaktionen in der Werkzeugmaschine und können wie folgt aussehen:
    • - Durch Personenerkennung wird der Maschinenstart verhindert, da Personen im Gefahrenbereich erkannt wurden, was die Sicherheit erhöht
    • - Maschinenbewegung wird umgehend gestoppt um Kollisionen zu verhindern,
    • - Die Weiterbearbeitung des Werkstücks wird gestoppt, da ein beschädigtes oder falsches Werkzeug oder Werkstück erkannt wurde.
  • Zusätzlich werden dem Maschinenbediener Informationen über das Maschinenverhalten in geeigneter Art und Weise, beispielsweise durch Meldetexte, auf einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface - HMI) zur Verfügung gestellt. Die aufgenommene Punktewolke kann zusätzlich visualisiert und auf der Hauptbedientafel oder einem zusätzlichen Monitor angezeigt werden. Dadurch bekommt der Maschinenbediener trotz stark eingeschränkter Sichtverhältnisse einen guten Überblick über den aktuellen Bearbeitungsprozess und dessen Fortschritt.
  • Eine weitere Überwachung findet am Rüstplatz der Maschine Anwendung. Auch in diesem Anwendungsfall kommen Solid-State LiDAR-Sensoren mit fester Sensor Array und volumetrischem Sichtfeld zum Einsatz. Einer oder mehrere LiDAR-Sensoren werden an der Außenhülle der Maschine montiert, sodass der Rüstplatzbereich delektiert werden kann. Der oder die LiDAR-Sensoren detektieren den Rüstplatz und den umgebenden Bereich und liefern so Punktewolken von folgenden Objekten:
    • - Außenkontur des Rüstplatzes inklusive Türen,
    • - Außenkontur der Spannvorrichtung,
    • - Außenkontur des Werkstücks,
    • - Außenkonturen von neben der Maschine stehenden Dingen wie Werkbänken, Kisten etc. (sofern vorhanden) und
    • - Außenkontur eines Menschen, welcher seinen Arbeiten am Rüstplatz der Maschine nachgeht.
  • Durch den LiDAR-Sensor werden über einstellbare Abtastraten permanent Punktewolken von den genannten Außenkonturen erstellt und einer Auswerteeinheit mit Datenbank und einer zugehörigen Software zur Verfügung gestellt. Die Auswertungen der Punktewolken innerhalb der Software erfolgen durch:
    • - Abgleich der Punktewolke mit 3D-Daten im Rahmen eines Soll-Ist-Vergleichs, wobei die 3D-Daten der Auswertungssoftware im Vorfeld zur Verfügung gestellt werden,
    • - Erkennung von Konturen, Körpern, Bewegungen und Situationen basierend auf Algorithmen, wobei um die Auswertung der Szene zu optimieren mittels Sensordatenfusion weitere Inhalte wie 2D oder 3D Kamerabilder mit der Punktewolke kombiniert werden können.
  • Die Ergebnisse der Auswertung der Daten führen zu direkten Reaktionen in der Werkzeugmaschine, wobei folgende Schalthandlungen erfolgen können:
    • - Automatisches Öffnen und Schließen der Rüstplatztüren wird verhindert, wenn Personen im Gefahrenbereich erkannt wurden,
    • - die Bearbeitungsfreigabe wird nicht erteilt, wenn ein falsches Werkstück erkannt wurde,
    • - die Bearbeitungsfreigabe wird nicht erteilt, wenn ein falsches gespanntes Werkstück erkannt wurde,
    • - die Bearbeitungsfreigabe wird erteilt, wenn eine vorher definierte Geste durch den Maschinenbediener erkannt wurde und der Maschinenbediener den Gefahrenbereich verlassen hat.
  • Zusätzlich werden dem Maschinenbediener Informationen über das Maschinenverhalten in geeigneter Art und Weise auf einer HMI, beispielsweise durch Meldetexte zur Verfügung gestellt.
  • Durch den Einsatz wenigstens eines LiDAR-Sensors am Rüstplatz kann die Anwesenheit und Position des Werkstücks und der Spannvorrichtung erfasst werden.
  • Daraus ergibt sich der Vorteil des größeren Informationsgehalts durch eine hohe Anzahl von Messpunkten im Vergleich zur zu einer pneumatischen Auflagekontrolle.
  • Weitere Vorteile durch den Einsatz wenigstens eines LiDAR-Sensors ergeben sich aus einer höheren Prozessstabilität, der Vereinfachung der Vorrichtungskonstruktion und einer daraus resultierenden Kostensenkung. Des Weiteren kann mittels der Sensoren eine Bauteilidentifikation erfolgen, wodurch die manuelle Identifikation durch den Maschinenbediener durch eine weniger fehlerbehaftete, maschinelle Identifikation ersetzt wird. Dies kann zur Vermeidung von Maschinenschäden führen.
  • Auch die Spannsituation des Werkstücks der Spannvorrichtung kann überwacht werden. Das führt zum Entfall von anderweitiger Sensorik, welche sich sonst im Rüstplatz befindet und somit hohen Verschleiß ausgesetzt ist. Des Weiteren kann eine Reduzierung von Ausschuss erreicht werden, da die Werkstücklage nach dem Spannen geprüft werden kann.
  • Ein weiterer Anwendungsfall ist die Überwachung des Werkzeugmagazins einer Werkzeugmaschine. Zum Einsatz kommen ebenfalls Solid-State LiDAR-Sensoren mit fester Sensor Array und volumetrischem Sichtfeld. Einer oder mehrere LiDAR-Sensoren werden im Werkzeugmagazin der Maschine montiert. Je nach Aufgabe der Überwachung sind einer oder mehrere LiDAR-Sensoren fest oder auf einem verfahrbaren Werkzeugzubringer montiert.
    Der oder die LiDAR-Sensoren detektieren den Innenraum des Werkzeugmagazins und liefern so Punktewolken von den folgenden Objekten im Werkzeugmagazin:
    • - Außenkontur von den Werkzeugen und
    • - Außenkontur von Maschinenteilen des Werkzeugmagazins.
  • Durch den LiDAR-Sensor werden über einstellbare Abtastraten ständig Punktewolken von den Außenkonturen erstellt und einer Auswerteeinheit mit Datenbank und zugehöriger Software zur Verfügung gestellt. Die Auswertungen der Punktewolken innerhalb der Software erfolgen durch:
    • - Abgleich der Punktewolke mit 3D-Daten im Rahmen eines Soll-Ist-Vergleichs, wobei die 3D-Daten der Auswertungssoftware im Vorfeld zur Verfügung gestellt werden,
    • - Erkennung von Konturen, Körpern, Bewegungen und Situationen basierend auf Algorithmen.
  • Um die Auswertung der Szene zu optimieren können mittels Sensordatenfusion weitere Inhalte wie 2D oder 3D Kamerabilder mit der Punktewolke kombiniert werden. Die Ergebnisse der Auswertung führen zu direkten Reaktionen in der Maschine, ähnlich wie im Fall der Überwachung am Rüstplatz. Diese Reaktionen umfassen:
    • - Die Bearbeitungsfreigabe wird nicht erteilt, da ein falsches Werkzeug erkannt wurde,
    • - die Bearbeitungsfreigabe wird nicht erteilt, da ein defektes Werkzeug erkannt wurde,
    • - die Übergabeplätze zwischen Werkzeugzubringer und Werkzeugwechsel und Werkzeugablageplätzen werden auf Basis der Messwerte neu angelernt.
  • Zusätzlich werden dem Maschinenbediener Informationen über das Maschinenverhalten in geeigneter Art und Weise auf einer HMI zur Verfügung gestellt. Auch im Magazin kann mittels der beschriebenen Überwachung eine Erkennung von Bohrerbruch mit den genannten Vorteilen erfolgen. Des Weiteren kann im Magazin eine Magazinvermessung erfolgen, was zu einer Zeitersparnis im Vergleich zum manuellen Antasten jedes Kamms in mehreren Achsen führt.
  • Der letzte Anwendungsfall beschreibt die Überwachung außerhalb der Maschine. Zum Einsatz kommen Solid-State LiDAR Sensoren mit fester Sensor Array und volumetrischem Sichtfeld. Einer oder mehrere LiDAR Sensor werden an der Außenhülle der Maschine montiert, sodass die Hauptbedienstelle detektiert werden kann. Der oder die LiDAR-Sensoren detektieren den Bereich um die Hauptbedienstelle und liefern so Punktewolken von folgenden Objekten:
    • - der Außenkontur von Teilen der Außenhaut der Maschine inkl. Hauptbedienstelle
    • - Sofern vorhanden, den Außenkonturen von neben der Maschine stehenden Dingen wie Werkbänken, Kisten etc.
    • - Außenkontur eines Menschen, welcher seinen Arbeiten an der Hauptbedienstelle der Maschine nachgeht.
  • Durch den LiDAR-Sensor werden über einstellbare Abtastraten ständig Punktewolken von den oben genannten Außenkonturen erstellt und einer Software zur Verfügung gestellt. Die Auswertungen der Punktewolken innerhalb der Software erfolgen durch:
    • - einen Abgleich der Punktewolke mit 3D-Daten im Rahmen eines Soll-Ist-Vergleichs, wobei die 3D-Daten der Auswertungssoftware im Vorfeld zur Verfügung gestellt werden,
    • - das Erkennung von Konturen/Körpern/Bewegungen/Situationen basierend auf Algorithmen.
  • Um die Auswertung der Szene zu optimieren können mittels Sensordatenfusion weitere Inhalte wie 2D oder 3D Kamerabilder mit der Punktewolke kombiniert werden. Die Ergebnisse der Auswertung führen zu direkten Reaktionen in der Maschine:
    • - Bei Annäherung des Maschinenbedieners wird die Maschine aus dem Stand-By-Modus geholt oder für die Bedienung relevante Verbraucher wie Innenraumbeleuchtung und Displays werden aktiviert wodurch eine schneller Betriebsbereit entsteht,
    • - bei Abwesenheit des Bedieners wird die Maschine in den Stand-By-Modus versetzt oder für den Prozess unnötige Verbraucher wie Innenraumbeleuchtung und Displays werden deaktiviert um Energie zu sparen,
    • - die Maschine kann auf vorher definierte Gesten des Bedieners reagieren.
  • Zusätzlich werden dem Maschinenbediener Informationen über das Maschinenverhalten in geeigneter Art und Weise auf einer HMI zur Verfügung gestellt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Arbeitsraumes einer Werkzeugmaschine,
    • 2 eine Draufsicht gemäß 1.
  • In 1 und 2 ist ein schematischer Arbeitsraum einer Werkzeugmaschine dargestellt. Die Werkzeugmaschine weist einen Werkzeugständer 1 mit einem Vertikalschlitten 2 und einer daran angeordneten Spindel 3 auf. Des Weiteren ist ein Drehtisch 4 und ein Maschinenbett 5 dargestellt, in welchem der Drehtisch 4 verfahrbar ist. Gemäß den 1 und 2 ist exemplarisch ein LiDAR-Sensor 6 an einer senkrecht stehenden Seitenfläche 7 der Werkzeugmaschine angeordnet derart, dass der LiDAR-Sensor die Spindel 3 und den Drehtisch 4 erfasst. Der LiDar-Sensor 6 erzeugt eine Punktwolke, aus der die Ist-Werte ermittelt und mit Soll-Werten abgeglichen werden. Der überwachte Bereich wird mittels der gestrichelten Linien dargestellt.
  • Bisherige Systeme und Lösungen konnten jeweils nur einzelne Überwachungen übernehmen. Durch den Einsatz von LiDAR-Sensoren werden die Überwachungen gebündelt. Zusätzlich wird es ermöglicht die tatsächliche Bearbeitungssituation trotz dem Einsatz von hohen Kühlschmierstoffmengen zu erkennen, da das LiDAR durch diese Flüssigkeit hindurch die Festkonturen detektieren kann. Durch die Bündelung der Überwachungsaufgaben in einem Sensor werden die Gesamtkosten deutlich reduziert. Des Weiteren hat der LiDAR im Vergleich zu einer Kameralösung den Vorteil, dass keine Daten erzeugt werden, welche das Individuum erkennen lassen. Dies ist speziell in Firmen mit Arbeitnehmervertretung ein sensibles Thema, da man Fehlbedienungen an der Maschine direkt dem Individuum zuordnen kann und auch darüber hinaus in die Privatsphäre eindringt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Werkzeugständer
    2
    Vertikalschlitten
    3
    Spindel
    4
    Drehtisch
    5
    Maschinenbett
    6
    LiDAR-Sensor
    7
    Seitenfläche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018204704 A1 [0009]

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur Prozessüberwachung in einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen Solid-State LiDAR-Sensor aufweist mit dem durch Erzeugung einer Punktwolke Konturen innerhalb und außerhalb der Werkzeugmaschine erfassbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehrere LiDAR-Sensoren aufweist, mittels derer Prozesse innerhalb der Werkzeugmaschine überwachbar sind, wobei mehrere LiDAR-Sensoren eine feste Sensor Array und ein volumetrisches Sichtfeld bilden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LiDAR-Sensoren in einem Arbeitsbereich und/oder an einem Rüstplatz und/oder einem Werkzeugmagazin und/oder einem Außenbereich der Werkzeugmaschine angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitsbereich wenigstens ein LiDAR-Sensor angeordnet ist, mit dem eine Punktwolke erzeugbar ist, mittels derer Außenkonturen von Maschinenkomponenten, Werkstücken und Werkzeugen im Arbeitsbereich detektierbar sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere LiDAR-Sensoren fest an der Werkzeugmaschine montiert sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere LiDAR-Sensoren verfahrbar in der Werkzeugmaschine montiert sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere LiDAR-Sensoren im Arbeitsraum an Innenwänden oder einer Dachunterseite verteilt montiert sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Datenbank mit Soll-Daten der zu überwachenden Werkzeuge und Maschinenkomponenten aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Konturen mittels einer Auswerteeinheit mit den Soll-Daten der Datenbank abgleichbar sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung mittels LiDAR-Sensoren mit Kameras und/oder 2D Sensoren und/oder 3D Sensoren kombinierbar ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der LiDAR-Sensoren und definierten Algorithmen Konturen, Körper, Bewegungen und Situationen erkennbar sind.
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