DE2406493C2 - Programmierbares Servosystem zur Führung eines Werkzeuges, insbesondere einer Spritzpistole - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein programmierbares Servosystem zur Führung eines Werkzeuges, insbes. einer Spritzpistole, mit wenigstens einem durch vorgespeicherte Programmierungssignale gesteuerten Servoventil für das hydraulisch angetriebene Werkzeug, mit wenigstens einem die Werkzeugstellung erfassenden Positionsdetektor sowie mit wenigstens einem Arbeitszylinder mit einem linear oder auf einer Kreisbahn bewegbaren Kolben als Antrieb des Werkzeuges, der einerseits mit dem Werkzeug und andererseits mit dem Positionsdetektor gekuppelt ist, wobei zum Programmieren das Werkzeug von Hand führbar ist und die dabei erfaßten Positionssignale auf einem Magnetband abspeicherbar sind, von dem sie beim Arbeiten des Werkzeuges abrufbar sind.

Ein bekanntes Servosystem der eingangs beschriebenen Gattung (US-PS 32 46 223) ist einem Manipulator zugeordnet, der einen elektrisch gesteuerten hydraulisehen Antrieb besitzt Der Manipulator nimmt Werkstücke aus einer Bohrmaschine und legt diese auf einem Förderer oder dergleichen ab. Die Bewegungen des Manipulators laufen innerhalb von drei Freiheitsgraden ab. Zum Programmieren wird der Manipulator von Hand und langsam an die entsprechenden Positionen herangeführt, an denen er ein Werkzeug ergreift bzw. ablegt. Der spätere Arbeitsablauf erfolgt wesentlich schneller. Da die Programmierbewegungen des Manipulators gegenüber den Arbeitsbewegungen wesentlich langsamer ablaufen sollen und es nur darauf ankommt, daß der Manipulator an zwei bestimmten Betriebsstellungen zuverlässig positioniert wird, nämlich zum Aufnehmen und zum Ablegen der Werkstücke, spielt es 5 offenbar keine Rolle, auf welchem Wege und unter welchen Umständen der Benutzer während des Programmierens den Manipulator führt Es spielt auch keine Rolle, weiche Reaktionskräfte der Benutzer bei der Führung des Manipulators während des Programmierens

jo überwinden muß.

Bei einem anderen Servosystem (DE-OS 20 12 858) erfolgt die Programmierung nach Maßgabe eines im einzelnen vorher festgelegten Programms, wobei ein Kolben eines Arbeitszylinders angetrieben gesteuert wird, denn der Kolben steht auf zumindest einer Seite des Arbeitszylinders zu allen Zeiten unter Systemdruck. Das setzt zunächst voraus, daß vor dem eigentlichen Programmieren eine gewünschte Folge von Arbeitsschritten im einzelnen festgelegt wird, daß diese Ar- beitsschritte dem Kolben mit Hilfe eines geeigneten Antriebes nacheinander aufgezwungen werden, wobei der Kolben mn Hilfe dieses Antriebes nacheinander in die gewünschten Positionen bewegt wird, und daß dann die jweiligen Kolbenstellungen erfaßt und gespeichert werden. Auch bei diesem Servosystem sollen die Kolbenbewegungen während des automatischen Arbeitsprozesses mit sehr viel höherer Geschwindigkeit erfolgen als während der Programmierung.
Wenn es sich jedoch darum handelt Arbeitsvorgänge zu automatisieren, die bisher lediglich manuell ausgeführt werden konnten, weil diese manuellen Bewegungen sich einer mathematischen Analyse weitgehend entziehen, dann können die dabei auftretenden Probleme mit den bekannten Servosystemen nicht gelöst werden.

Die komplizierten manuellen Bewegungen z. B. einer Spritzpistole, beruhen auf einem innigen Zusammenwirken der motorischen Nerven zwischen Auge und Hand. Derartige Bewegungen sind kaum von vornherein festzulegen und lassen sich auch nicht mit einem manuell gesteuerten Servosystem erzeugen. Die Funktionsabläufe der Spritzpistole lassen sich aber auch nicht in einem anderen Zeitmaßstab durchführen, weil sonst das Arbeitsergebnis der Spritzpistole gefährdet wird. Es ist also erforderlich, die Spritzpistole auch während des Programmierens in »Echtzeit« zu führen. Da ferner die Bahnen, auf denen eine Spritzpistole geführt und bewegt wird, in der Regel mehr als drei Freiheitsgrade erfordern, muß der Benutzer auch in der Lage sein, die Spritzpistole während des Programmierens im wesentlichen frei, d. h. ungehindert von wechselnden Reaktionskräften, führen zu können.

Daraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, nämlich ein Servosystem der eingangs beschriebenen Gattung so auszuführen, daß die vom Benutzer während des Programmierens zu überwindenden Reaktionskräfte gering bleiben oder ganz verschwinden.

Diese Aufgabe wird mit einem programmierbaren Servosystem der eingangs beschriebenen Gattung gelöst, das gekennzeichnet ist durch ein eine Kurzschlußleitung für das Arbeitsmedium zwischen den Zylinderräumen beiderseits des Kolbens des Arbeitszyiinders automatisch öffnendes Entlastungsventil, wobei die Kurzschlußleitung bei Abschaltung der Zufuhr des Arbeitsmediums zum Servosystem durch das Entlastungsventil mit einer Abflußleitung für das Arbeitsmedium verbindbar sowie bei erneuter Speisung des Servosystems mit dem Arbeitsmedium von der Abflußleitung trennbar ist.

Nach bevorzugter Ausführung sollen der Arbeitszylinder, das Servoventil und das Entlastungsventil zusammen mit dem Positionsdetektor zu einem vollständigen Austauschaggregat mit nur zwei äußeren Anschlüssen für das Arbeitsmedium und einem elektrischen Eingang zusammengefaßt sein.

Erfindungsgemäß werden der oder die mit dem Werkzeug verbundenen Kolben des oder der hydraulischen Antriebe während der Programmierung, d. h. nach dem Abschalten des Arbeitsmediums gleichsam freigegeben. Sie können den Bewegungen des Werkzeuges ungehindert folgen. Deswegen kann der Benutzer das Werkzeug beim Programmieren in »Echtzeit« führen, ohne daß er dabei durch unerwünschte Reaktionskräfte der hydraulischen Antriebe behindert wird. Die während des Programmierens aufgezeichneten Positionssignale, die die Bewegungen des Werkzeuges charakterisieren, können für den Arbeit-ablauf des Werkzeuges wieder abgerufen werden und das Werkzeug führt praktisch identische Bewegungen aus wie bei der Programmierung.

Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Servosystems anhand der dieses Servosystem schematisch darstellenden Zeichnung.

Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Servoeinrichtung besteht aus drei voneinander unabhängigen Servosystemen, von denen zwei mit Arbeitszylinder /*.!> für eine Linearbewegung ausgestattet sind, während das dritte einen Drehkolbenzylinder MO zur Verdrehung einer Ausgangswelle aufweist Diese drei Zylinder sind mechanisch mit einem Werkzeug VT verbunden, beispielsweise mit einer Spritzpistole, und können innerhalb ihres jeweiligen Freiheitsgrades diese Spritzpistole führen. Die Servosysteme werden dadurch Teil eines Automaten, welcher speziell zur Führung eines Spritzwerkzeuges bestimmt ist, indem er die Arbeitsbewegungen der menschlichen Hand nachahmt.

In der Zeichnung sind die hydraulischen Leistungen voll ausgezeichnet, die elektrischen Verbindungen gestrichelt und die mechanischen Verbindungen in durchgehenden Doppellinien dargestellt Das Arbeitsmedium für die hydraulischen Leitungen wird einem Behälter RE entnommen, von welchem es mittels einer Pumpe PF ausgepumpt wird, die von einem Elektromotor EM angetrieben wird. Das Arbeitsmedium wird den drei Servosystemen über einen Hydraulikschalter HV zugeleitet, welcher im einzelnen noch zu beschreiben sein wird. Während der Tätigkeit des Servosystems wird die Bewegung der Kolben in den Arbeitszylindern durch Regelung der Zufuhr an Arbeitsmedium mittels eines Servoventils SE zu den beiden Zylinderräumen an jeder Seite eines jeden Kolbens gesteuert, während dieses Servoventil seinerseits durch elektrische Signale gesteuert wird, welche von zur Verfügung stehenden gespeicherten Programmierungssignalen abgeleitet werden, indem letztere mit Bezugssignalen verglichen werden, welche jederzeit die Kolbenstellung im Arbeitszylinder anzeigen. Diese elektrischen Steuersignale werden in einem Komparator K mit zwei Eingängen erzeugt. Jedes dieser drei Servosysteme besitzt einen derartigen Komparator mit seinen zugeordneten elektrischen Leitungen. Da jedoch diese Stromkreise für alle drei Systeme identisch sind, ist dieser Stromkreis nur für eines der drei Systeme dargestellt, um aie Zeichnung nicht zu verwirren.
In einem der Eingänge des Komparators K werden vorgewählte Programmierungssignale von einem Magnetbandrekorder BO eingespeist, und zwar über einen elektrischen Schalter EV, weiche; noch näher zu beschreiben sein wird, sowie über einen Ausgangsverstärker FU. ίη den anderen Eingang des Komparators werden aufgespürte Positionssir,nale durch einen Verstärker Fl von einem Positionsdetektor, beispielsweise einem Koordinatenwandler R, eingespeist, welcher mechanisch mit dem Kolben S des Arbeitszylinder verbunden ist und derart ausgebildet ist, daß er elektrische Signale erzeugt, welche jederzeit die jeweilige Kolbenpositio.n angeben. Die beiden Eingangssignale werden im Komparator verglichen, und auf der Basis des phasen- oder numerischen Unterschiedes zwischen ihnen werden korrektive Steuersignale für das Servoventil SE erzeugt, welches daraufhin versucht die Position des Kolbens Sim Arbeitszylinder ASderart zu beeinflussen, daß die Differenz zwischen den Eingangssignalen im Komparator zu NULL tendiert Dieses vorstehend beschriebene Arbeitsverfahren für die Servosysteme gehört zur an sich bekannten Technologie dieses Gebietes und wird daher von der vorliegenden Erfindung nicht umfaßt
Um eine erfindungsgemäße Programmierung zu ermöglichen, ist die Vorrichtung jedoch mit einem Hydraulikschalter HV mit zwei Positionen ausgestattet, welcher mit einem elektrischen Schalter EV für jedes der Servosysteme gekoppelt ist. Die obere der in der Zeichnung angegebenen Schalterpositionen entspricht der normalen Arbeitsweise der Servoeinrichtung zur Durchführung eines vorprogrammierten Arbeitsprozesses, beispielsweise des Lackierens eines mechanischen Gegenstands mittels einer Spritzpistole.

Bei den unteren Schalterpositionen in HV und /TK ist die Einrichtung jedoch auf Programmierung geschaltet wobei die Pumpe PFfür das Arbeitsmedium an die Abflußleitung UT der hydraulischen Systeme angeschlossen ist, was einen Rücklauf des Arbeitsmediums zum Behälter RE ergibt. In dieser Position der Schalter HV und ffVwird infolgedessen den drei Servosystemen kein Arbeitsmedium eingespeist, während der Magnetbandrekorder BO infolge dieser Position des Schalters EV und über den Verstärker Fl mit dem Koordinatenwandler R verbunden ist, um die von diesem Koordinatenwandler aufgespürten Positionssignale aufzuzeichnen. In dieser Position des Hydrauükschalters HV wird das Entlastungsventil PFebenfalls nicht durch den Hydraulikdruck beaufschlagt und kann infolgedessen durch die Einwirkung einer Innenfeder eine Position einnehmen,

so in welcher eine Kurzschlußleitung KO zwischen den beiden Räumen des Arbeitszylinder auf jeder Seite des Kolbens S geöffnet wird, während gleichzeitig diese Kurzschlußieitung mit der Abflußleitung UT der hydraulischen Leitungssysteme über den Abschluß AV verbunden ist. Die Servosysteme sind infolgedessen nunmehr programmierungsbereit, da der Druckausgleich zwischen den beiden Seiten des Kolbens in jedem der Arbeitszylinder AS und MO infolge der Kurzschlußleitung KO eine freie ungehinderte Bewegung der KoI-ben erlaubt, wenn das Werkzeug während der Programmierung erfindungsgemäß die gewünschten Arbeitsprozesse durchführt und infolgedessen auch die Bewegungen, welche vom Automaten infolge seiner programmierten Servosysteme automatisch nachgeahmt werden sollen. Wenn nun im vorbeschriebenen Fall der Führung einer Spritzpistole ein ausgebildeter Lackierer diese Spritzpistole während der Programmierung führt, kann der Automat während der

sehen Arbeitsvorgänge sklavisch die Bewegungen des Lackierers reproduzieren. Infolgedessen braucht ein ausgebildeter Lackierer, d. h. ganz allgemein ein ausgebildeter Facharbeiter, eine komplizierte Arbeitsprozedur nur ein einziges Ma! durchzurühren, da der Automat infolge der bei dieser einmaligen Arbeitsdurchführung erzielten Programmierung erfindungsgemäß in die Lage versetzt ist, die Arbeitsabläufe praktisch ohne jede zeitliche Begrenzung genau zu wiederholen. Der Arbeiter braucht indessen nicht mehr ermüdenden oder unangcnehmen Arbeitsbedingungen ständig ausgesetzt zu werden und es besteht infolgedessen auch nicht mehr die Gefahr einer Berufserkrankung infolge sich ständig wiederholender Arbeitsvorgänge,

Während der Programmierung werden die Positionssignale von den verschiedenen Servosystemen aufgezeichnet, beispielsweise auf individuell zugeordneten parallelen Spuren eines Magnetbandes, so daß alle Systeme beim Abspielen des Bandes ihre entsprechenden Befehle erhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher für jede irgendwie vertretbare Anzahl von Servosystemen angewendet werden, welche zweckmäßigerweise mit ein und dem gleichen Werkzeug verbunden sind.

Bei einer praxisnahen Ausbildung der erfindungsgemäßen Servosysteme kann es besonders vorteilhaft sein, den Arbeitszylinder AS, das Servoventil SE und das Entlastungsventil PT mit dem Positionsdetektor R zu einem kompletten Austauschaggregat zusammenzufassen, weiches lediglich zwei hydraulische Anschlüsse und einen elektrischen Eingang aufweist. Bei Fehlern in einem dieser Bestandteile kann infolgedessen das gesamte Aggregat durch ein Austauschaggregat ersetzt werden, dessen Bestandteile vorher getrimmt und aufeinander eingestellt wurden. Die praktische Erfahrung hat gezeigt, daß es bei einem Austausch einzelner Bestandteile nicht immer einfach ist, diese neuen Bestandteile einzeln an das System anzupassen. Infolgedessen läßt sich durch ein derart kombiniertes Austauschaggregat der wirksamste Service und eine starke Reduzierung der für Reparaturarbeiten benötigten Zeiten erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Programmierbares Servosystem zur Führung eines Werkzeuges, insbesondere einer Spritzpistole, mit wenigstens einem durch vorgespeicherte Programmierungssignale gesteuerten Servoventil für das hydraulisch angetriebene Werkzeug, mit wenigstens einem die Werkzeugstellung erfassenden Positionsdetektor sowie mit wenigstens einem Arbeitszylinder mit einem linear oder auf einer Kreisbahn bewegbaren Kolben als Antrieb des Werkzeuges, der einerseits mit dem Werkzeug und andererseits mit dem Positionsdetektor gekuppelt ist, wobei zum Programmieren das Werkzeug von Hand führbar ist und die dabei erfaßten Positicnssignale auf einem Magnetband abspeicherbar sind, von dem sie beim Arbeiten des Werkzeuges abrufbar sind, gekennzeichnet durch ein eine Kurzschlußleitung (KO) for das Arbeitsmedium zwischen den Zylinderräumen beiderseits des Kolbens (S) des Arbeitszylinders (AS) automatisch öffnendes Entlastungsventil (PT), wobei die Kurzschlußleitung (KO) bei Abschaltung der Zufuhr des Arbeitsmediums zum Servosystem durch das Entlastungsventil//»?} mit einer Abflußleitung (UT) für das Arbeitsmedium verbindbar sowie bei erneuter Speisung des Servosystems mit dem Arbeitsmedium von der Abflußieitung (UT) trennbar ist.

2. Servosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (AS) das Servoventil (Sf^und das Entlastungsventil (PT) zusammen mit dem Positionsdetektor (R) zu einem vollständigen Austauschaggregat mit nur zwei äußeren Anschlüssen für das Arbeitsmedium und einem elektrischen Eingang zusammengefaßt sind.