DE2622906A1

DE2622906A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines industriellen automaten

Info

Publication number: DE2622906A1
Application number: DE19762622906
Authority: DE
Inventors: Tudoi Murakami; Syouzi Nasu; Katsuhiko Shimizu; Goro Tuda
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1975-05-23
Filing date: 1976-05-21
Publication date: 1976-12-09
Also published as: DE2622906B2; FR2311630B1; GB1554944A; GB1554945A; FR2311630A1; US4105937A

Description

Buft

MÜLLER-BORE · GROEXING · OETJFEL - SCHÖN · HBRTEL L

PAXEXTAXVÄLTE 9£9 9ΟΠβ

2 i. MAI 1376

□ R.WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALT VON 1927-1975) HANS W. GROENlNG. DIPL.-1NG. DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS.

Hl/We/th - E 1200

KOBE STEEL LTD.

3-18, 1-chome, Wakinohama-cho

Fukiai-ku

Kobe-city, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines industriellen

Automaten

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines industriellen Automaten·

Allgemein bezieht sich die Erfindung darauf, hei einem, industriellen Automaten einen Arbeitsablauf einzuspeichern, was vor der Durchführung des eigentlichen Arbeitsablaufes erfolgt.

Diese Eingabe des Arbeitsablaufes oder diese Programmierung des Automaten erfolgt üblicherweise dadurch, daß der Arbeitsarm des Automaten einem bestimmten Weg auf einem Werkstück entlanggeführt wird, so daß der Arbeitsablauf dabei eingespeichert wird.

ITachdem dieser Einspeichervorgang abgeschlossen ist, wird der eingespeicherte Arbeitsablauf in der Weise wiedergegeben, daß der Automat selbsttätig den eigentlichen Arbeitsvorgang

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8 MÜHCHES 80 · SIEBERTSTH. 4 · POSTFACH 86 0730 · KABEL·: 31ITEBOPAT · TEL. (080) 471079 · TELEX 8-22

"bei dem Werkstück nach dem eingespeicherten Arbeitsablauf ausführt. Entsprechende Verfahren bei industriellen Automaten lassen sich in zwei E;ypen einteilen, von denen der eine 2yp nur eine Ortssteuerung und der andere Syp zusätzlich eine Geschwindigkeitssteuerung erfordert. Somit ist das Arbeitsverfahren eines Automaten in Abhängigkeit von den in Betracht zu ziehenden Arbeitsvorgängen zu bestimmen.

Ih der IIS-Patentschrift 3 64-8 14-3 (Harper et al.) wird ein Armelement beschrieben, welches gelenkig an einem Befestigungspunkt außerhalb einer Grundplatte bexireglich angebracht ist. Der Arm wird aus einzelnen Abschnitten gebildet, die an ihrer jeweiligen Verbindung gelenkig angebracht sind. Ein Finger wird in eiaer entsprechenden Bewegung auf den entfernten Abschnitt des Armes zu und von diesem hinweg bewegt. Elektromotoren sind an den Gelenkpunkten angeordnet, um die Bewegung der Armabschnitte und des Finger element es jeweils zu steuern. Im Betrieb legt eine Bedienungsperson ihren eigenen Arm und ihren eigenen Finger über den Arm, den Abschnitt und den Finger. Dann manipuliert die Bedienungsperson die Armabschnitte und den Finger in der Weise, daß diejenige Funktion ausgeführt wird, welche normalerweise von der Bedienungsperson bei ihrer täglichen Arbeitsroutine ausgeführt wird. Indem die Motoren durch eine Schneckenradanordnung betätigt werden, xirerden die Sichtung, die Geschwindigkeit und die Dauer jeder Drehbewegung jedes Motors in geeigneten Signalen auf ein Band oder einen Streifen aufgezeichnet. Bei der Wiedergabe des Bandes oder des Streifens betätigt der Motor den Arm und die Finger in der Weise, daß genau diejenigen Funktionen ausgeführt werden, wie sie von der Bedienungsperson mit dem Arm und den Fingern ausgeführt wurden.

Für den Fall jedoch, daß das Orts signal und das Geschwindigkeitssignal gleichzeitig aufgezeichnet werden sollen, hängt die

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Qualität der Wiedergabe oder des tatsächlich durchgeführten Arbeitsvorganges von der Eingabe ab. Wenn, "beispielsweise die Bedienungsperson den Arm mit einer ungleichförmigen Geschwindigkeit "bewegt, so wird der Arm "beim tatsächlichen Arbeitsvorgang ebenfalls entsprechend ungleichförmig "bewegt, was bedeutet, daß keine zufriedenstellenden Arbeitsergebnisse erreicht werden. TJm diesen ITachteil zu überwinden, ist ein Verfahren versucht worden, bei welchem eine Rolle und eine Antriebseinrichtung auf der Torderseite eines Armes verwendet werden, wenn der Automat programmiert wird bzw. eine entsprechende Eingabe erfolgt, so daß die Holle mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durch die Antriebskraft des Motors gedreht werden kann, um einem bestimmten "Weg entlanggeführt zu werden.

Weiterhin wird die Geschwindigkeitssteuerung insbesondere im P alle eines Schweißvorganges we sent lieh, bei welchem eine gewünschte Geschwindigkeit entlang einem Weg exakt gesteuert wird, und zwar für Teile komplizierter Konstruktion und Form, um einer beliebigen Kurve zu folgen und auf die Geschwindigkeitsveränderung im laufe des Arbeitsvorganges ansprechen zu können. Da jedoch der Arbeitsraum bei dem Automaten dreidimensional ist, hat es sich als schwierig erwiesen, die lineare Geschwindigkeit der Abtastspitze eines Arms zu ermitteln. Somit ist es bei einem solchen Verfahren denkbar, die Bewegungen bei den verschiedenen Freiheitsgraden des Automaten zusammenzusetzen und die entsprechende lineare Geschwindigkeit zu berechnen. Diese Methode hat sich jedoch als unpraktisch erwiesen, weil die Berechnungsformeln. für die lineare Geschwindigkeit eine sehr komplizierte Form annehmen, was eine lange Berechnungs— zeit erfordert. Dies rührt von der Tatsache her, daß der Automat fünf bis sieben Freiheitsgrade hat, daß die meisten Koordinatensysteme zylindrisch oder sphärisch sind und daß der Automat ein Gelenksystem benutzt, welches Gelenke verwendet, die ein System mit sich gegenseitig beeinflussenden Elementen darstellt.

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_ 4- —

Anstatt des komplizierten Berechnungsverfahrens wurde auch eine Methode versucht, hei welcher ein äquidistant markiertes Band hei der Eingabe an dem gewünschten Arbeitsweg angehracht vrurde und hei welchem das Ortssignal, welches hei dem Eingabevorgang an den entsprechenden Markierungspunkten fein unterteilt wurde, in der Weise aufgezeichnet und wiedergegehen wurde, daß die vorgegebene Geschwindigkeit an jeder der fein unterteilten Stellen eingehalten werden konnte. Bei diesem Verfahren erfordert es jedoch einen erhehlichen Zeitaufwand, einen so komplizierten Vorgang wie die Anbringung des Bandes durchzuführen· 5¹Ur den komplizierten weg von komplizierten Kurven ist es darüber hinaus schwierig und erfordert viel Zeit, den Arbeitsvorgang durchzuführen. Somit ist auch mit dieser Methode entweder keine hinreichende Genauigkeit zu erreichen, oder sie ist praktisch kaum durchführbar.

Aus der obigen Diskussion ist ersichlich, daß eine Yielsahl von· Versuchen unternommen x-rarde, einen industriellen Automaten entlang einer vorgegebenen Ortskurve zu führen. Mt herkömmlichen Mitteln, mit Vielehen eine Orts steuerung und zugleich eine Geschwindigkeitssteuerung versiicht wurden, ergibt sich jedoch eine außerordentlich komplizierte Vorgehensxireise, die ein erhebliches Geschick für das Bedienungspersonal und eine Vielzahl von Arbeitsschritten erfordert, und zwar aufgrund der Schwierigkeit bei der Geschwindigkeitssteuerung für den Fall, daß eine hohe Genauigkeit angestrebt wird·

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines industriellen Automaten der oben näher erläuterten Art zu schaffen, mit welcher die oben angesprochenen Probleme in vorteilhafter Weise gelöst werden können.

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Demgemäß sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung bei einem industriellen Automaten geschaffen werden, mit welchen die Programmierung des Automaten oder die Eingabe eines Arbeitsablaufes in den Automaten in besonders einfacher Weise und besonders rasch auch dann durchgeführt werden können, wenn ein komplizierter Weg oder ein kompliziertes Huster vorgegeben werden, so daß die tatsächlichen Arbeitsvorgänge flexibel, genau und rasch ablaufen können.

Weiterhin soll bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Geschwindigkeitssteuerung frei durchgeführt werden können, so daß bei den tatsächlichen Arbeit s ablauf en die Geschwindigkeit unabhängig von der Ortssteuerung erfolgen kann.

ITach dem Grundgedanken des Erfinders werden ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgesehen, bei welchen der Arbeitsvorgang in einem industriellen Automaten vor der Durchführung des eigentlichen Arbeitsablaufes eingespeichert wird und die Einspeicherung dadurch erfolgt, daß die Abtastspitze des Automatenarms einem bestimmten Weg entlanggeführt wird. Dabei Xferden folgende Schritte ausgeführt: es wird an dem Ende des Arms die Abtastspitze angebracht, die x^enigstens einen Verlagerungsimpulsoszillator aufweist, der aus einer Projektionseinrichtung und einem Fototransistor sowie einer Rolle besteht, die mit öffnungen wie Spalten oder Schlitzen versehen ist, wobei die Projektionseinrichtung und der Fototransistor in konzentrischen Positionen in bezug auf die Öffnungen der Solle derart angeordnet sind, daß eine optische Achse zwischen den zwei optischen Elementen gebildet wird. Dann wird die Abtastspitze dem gewünschten Weg entlanggeführt, so daß das Ortssignal der Abtastspitze durch den Verlageruiigsimpulsoszillator erhalten werden kann, wenn die Holle um einen bestimmten Winkelbetrag durch die Bewegung der Abtastspitze gedreht wurde, wobei

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das Ortssignal in einen Speicher eingegeben wird. Anschließend wird die Abtastspitze gegen eine Arbeitsspitze am Ende des Arms ausgetauscht. Schließlich wird das Ortssignal in der Weise wiedergegeben, daß die Arbeitsspitze automatisch dem vorgegebenen Weg von den gespeicherten Ortssignale entlanggeführt wird, wodurch die Geschwindigkeit der Arbeitsspitze unabhängig von der eingegebenen Geschwindigkeit der Abtastspitze steuerbar ist.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes xieist die Abtastspitze ein Einsatzelement auf, welches lösbar an der Vorderseite des Autamatenarms angebracht ist, wobei ein drehbares Element drehbar mit seiner Achse auf der anderen Seite des Einsatzelementes angebracht ist, und wobei ein schwenkbares Element an dem drehbaren Element über eine entsprechende Schwenkantriebseinrichtung angebracht ist und an seiner Vorderseite mit dem Verlagerungsimpulsoszillator ausgestattet ist.

Genauer gesagt, der Verlagerungsimpulsoszillator ist gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß eine Anzahl von Öffnungen wie Schlitzen äquidistant auf der Rolle verteilt sind und daß an dem Bein eines Halteelementes, welches die Rolle auf beiden Seiten hält, eine Projektionseinrichtung und ein Fototransistor eingebettet sind, und zwar konzentrisch in bezug auf die Öffnungen in der Rolle, so daß eine optische Achse zwischen den zwei optischen Elementen gebildet wird. Weiterhin, ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur Eingabe des Arbeitsablaufes vorgesehen, bei welcher die Schwenkantriebseinrichtung eine Schneckenradanordnung aufweist.

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Die Erfindung wird nachfolgend "beispielsweise anhand der Zeichnung "beschrieben; in dieser zeigen:

IFig. 1 eine vergrößerte Detaildarstellung, welche einen Verlagerungsimpulsoszillator veranschaulicht,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Rolle gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung, welche ein Ausfuhrungsbeispiel eines erwünschten Arbeitsweges veranschaulicht,

Fig. 4- ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines Eingabevorganges,

Fig. 5 ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines Wiedergabevor— ganges,

Fig. 6 ein Blockdiagramm, welches eine weitere Ausführungsform des Eingabevorganges veranschaulicht,

Fig. 7 ein Blockdiagramm, welches einen Schweißautomaten veranschaulicht, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird,

Fig. 8 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Tastspitze gemäß der Erfindung,

Fig. 9 einen Schnitt entlang der linie IV-IV in der Fig. 8, Fig. 10 einen Grundriß, welcher den Eingriff zwischen der

Schnecke und dem Schneckenrad gemäß Fig. 9 veranschaulicht,

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11, 12 -and 13 jexveils eine Seitenansicht, welche die Beziehung zwischen der Mittellinie der Rolle und der Achse der Vorderseite des Schweißbrenners darstellt, und zwar während des Eingabevorganges gemäß Fig. 8, und

Fig. 14- eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Rolle·

Obwohl die Erfindung nachfolgend hauptsächlich anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben wird, bei welchem die Erfindung bei einem Schweißautomaten angewandt wird, sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung keineswegs auf eine derartige Anwendung beschränkt ist. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung werden nachfolgend in einzelnen Abschnitten beschrieben, in denen jeweils ein Verlagerungsimpulsoszillator, ein mit dem Verlagerungsimpulsoszillator durchgeführter Eingabevorgang und ein Wiedergabevorgang beschrieben werden, wonach dann die Ausführung sf or men der Erfindung im einzelnen näher erläutert werden.

Zunächst wird der Verlagerungsimpulsoszillator beschrieben. In der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 eine Abtastspitze bezeichnet, die einen Verlagerungsimpulsoszillator aufweist, der lösbar an der Vorderseite eines Arms 1 eines Automaten angebracht ist, um den Eingabe vor gang durchzuführen. Der Verlagerungsimpulsoszillator weist eine Rolle 5 auf, welche drehbar in einem Halteelement 3 mit Hilfe eines Stiftes 4- gelagert ist. Ein Gummiring 6 ist auf dem Außenumfang der Rolle 5 angebracht, so daß diese gegen Rutschen gesichert ist. Auf der Seite der Rolle 5 sind gemäß Fig. 2 eine Anzahl von Öffnungen 7 ausgebildet, die entlang exzentrischen Kreisen äquidistant angeordnet sind. An den Beinen 8 der Halteeinrichtung 3j welche die Rolle führt, und zwar an beiden Seiten, sind eine Projektionseinrichtung 9 und ein Fototransistor 10 angeordnet, die in bezug auf

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die Öffnungen 7 der Solle 5 konzentrisch angeordnet sind, so daß eine optische Achse zwischen den "beiden optischen Elementen 9 "und 10 gebildet wird. Die Projektionseinrichtung 9 ist mit einer Energieversorgungsleitung 10 verbunden, wahrend der Fototransistor 10 mit einer Signalleitung 12 verbunden ist. Wenn die Rolle 5 sich in dieser Anordnung dreht, so gehen die Öffnungen 7 jeweils durch die optische Achse hindurch, so daß jedesmal bei dem Durchgang einer Öffnung durch die optische Achse ein Impuls erzeugt werden kann.

Die Anzahl der Öffnungen 7 hängt von den Sahnintervallen oder den Wegintervallen ab. Diese Intervalle sind üblicherweise Abschnitte, in die ein gewünschter Weg unterteilt werden kann, wobei angenommen werden kann, daß die einzelnen Abschnitte gerade Linien sind. Dieser Sachverhalt wird anhand der Fig. 3 unten näher erläutert. Der Schweißweg (l), der zurückgelegt !werden soll, ist derart angeordnet, daß für die Verlagerung über einen Abschnitt (Δ1), der als gerade angesehen werden kann, ein Impuls geliefert wird. Dann ergibt sich die folgende Beziehung, wenn die Anzahl der Öffnungen Ή beträgt und der Durchmesser der Rolle D ist:

^³

In dieser Gleichung ist es notwendig, daß bei der gewünschten Verlagerung ein kleiner Rollendurchmesser (D) verwendet wird und daß die Anzahl der Öffnungen (U) für einen kleinen Abschnitt (Δ1) groß ist. Diese Forderung ist leicht zu erfüllen, wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, und zwar durch eine Anordnung der Öffnungen, bei welcher die Öffnungen in zwei Reihen angeordnet und jextfeils um einen halben Abschnitt gegeneinander versetzt sind, so daß zwei Sätze einer Projektionseinrichtung 9 und eines Fototransistors 10 geliefert werden.

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Nachfolgend wird der Eingabevorgang erläutert. Venn mit Hilfe der Abtastspitze 2 ein Eingabe Vorgang durchgeführt werden soll, so wird die Abtastspitze 2 an der Vorderseite des Armes 1 angebracht. Dann wird der Handgriff 13 in der Weise betätigt, daß die Rolle 5 sich über eine Verschweißung 14- entlang einen gewünschten Schweißweg bewegt, um den Eingabevorgang zu bewirken.

Infolge der Drehbewegung der Holle 5 werden an den jeweiligen Punkten A, B, ö, D - - - die gewünschten Impulse erzeugt, wobei die gex'ränschten Punkte dadurch erhalten werden, daß der Weg (1) in einzelne Teile oder Abschnitte (Δ1) gemäß Fig. 3 unterteilt wird, und es werden gleichzeitig die jeweiligen Freiheitsgrade des Automatenarms 1 an solchen Impuls erzeugung spunk ten als Ortssignal aufgezeichnet. Die Fig. 4- zeigt eine Schaltung für den Aufnahnievorgang. Wenn die Rolle 5 auf der Torderseite des Arms 1 des Automaten 15 sich dreht, werden die Impulse, welche in den Verlagerungsimpulsoszillator 2 erzeugt werden, in einen Datenspeicher 16 eingespeichert. Andererseits werden die Verlagerungen an den geweiligen Freiheitsgraden des Automatenarms 1 an den Impulserseugungspunkten auch als Ortssignal mit Hilfe eines Ortsfühlers 17 in den Datenspeicher 16 eingegeben, wobei der Ortsfühler 17 in der Betätigungseinrichtung des Automatenarms 1 angeordnet ist. Genauer gesagt, für den Fall, daß fünf Freiheitsgrade vorhanden sind, wird das Ortssignal am . Punkt (A) durch χ , y , Z , X und Y festgelegt, während das Ortssignal am Punkt (B) durch x^, y. , Z-, , X^ und X^ festgelegt wird. Somit werden die Ortssignale in jedem Abschnitt (Δ1) nacheinander aufgezeichnet.

Nachfolgend wird der Wiedergabevorgang erläutert.

Nachdem das Programm des Schweißweges In den Automaten eingegeben ist, und zwar mit Hilfe des oben beschriebenen Eingabevorganges,

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wird der Automat in Abhängigkeit von dem Programm in Betrieb gesetzt, tun. den gewünschten Schweißvorgang auszuführen» Dieser Wiedergabevorgang wird nachfolgend anhand der Fig. 5 beschrieben, lach dem Wiedergabevorgang wird die Tastspitze von der Vorderseite des Automatenarms 1 abgenommen und durch einen Schweißbrenner 18 ersetzt, der in diesem Fall als Arbeitsmaschine dient, so daß auf diese Weise ein mit einer geschlossenen Schleife arbeitendes Kegelsystem gebildet wird· Die Ortssignale an den jeweiligen Punkten, welche bei dem Eingabevorgang aufgezeichnet wurden, und zwar in den Intervallen der Abschnitte (Al), werden in jedem Intervall (Ät) als Steuersignal dem Automaten 15 mit Hilfe eines Rechners 19 zugeführt. Dann wird die Geschwindigkeit in dieser Zeit durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

_ir Δ1

Es sei darauf hingewiesen, daß die Geschwindigkeit auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Die Geschwindigkeit 00, welche durch die obige Gleichung festgelegt wird, wird in eine Geschwindigkeitssteuer einheit 20 eingegeben, und der Automat 15 kann den Schweißvorgang entlang dem vorbestimmten Schweißweg mit der gewünschten Geschwindigkeit ausführen. Für den Fall, in welchem die Geschwindigkeit im Laufe des Schweißvorganges verändert werden muß, läßt sich dies mit Hilfe eines Steuersignals durchführen, mit welchem die vorgewählte Geschwindigkeit verändert werden kann. Diese Positionsveränderung kann frei und unabhängig von der Eingabegeschwindigkeit mit der Holle vorgenommen werden.

Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Steuerschaltung zur Durchführung des Eingabe— und des Wiedergabevorganges. Bei dieser Ausführungsform werden die Impulse des

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Verlagerungsimpulsoszillators 2 während 'des Eingabevorganges kumuliert, und die Geschwindigkeitssteuerung erfolgt mit Hilfe einer Speicherung, wobei nicht nur die Ortssignale bei den jeweiligen Freiheitsgraden, sondern auch die kumulierte Impulse bei einem vorgegebenen Zeitintervall gespeichert werden. Diese Ausführungsfom der Erfindung ist insbesondere für den Fall zweckmäßig, in welchem der Speicher der Lesegeschwindigkeit der Daten nicht folgen kann.

Bei dem Eingabevorgang wird die Rolle 5 auf der Vorderseite des Arms 1 des Automaten 15 dazu gebracht, entlang dem geiränschten Schweißweg abzurollen, so daß die integrierten Impulse, welche durch Integration derjenigen Impulse erzeugt werden, die im Verlagerungsimpulsoszillator 2 entlang dem gesamten Weg für die Schweißung erzeugt werden, und zwar durch Verwendung eines Zählers 21, in dem Datenspeicher 16 bei jedem vorgegebenen Zeitintervall (T₀) durch die Steuerung einer unten beschriebenen Zeitsteuereinrichtung 30 eines Rechners abgespeichert werden können. In dieser Zeit werden die Ortssignale (x: , y , ζ , X , X , Z) bei den jeweiligen Freiheitsgraden in jedem bestimmten Zeitintervall (T₀) in dem Speicher abgespeichert.

Auf diese V/eise wird der Wiedergabevorgang durch das Programm ausgeführt, indem die kumulierten Impulse beim Eingabevorgang sowie die Orts signale entsprechend abgespeichert werden. Dann erhält man die Verlagerung (AIn) im vorgegebenen Zeitintervall (T ) durch die Anzahl der Impulse (P_n) aus der unten angegebenen Gleichung. Mit (Kl) ist die Verlagerung für einen Impuls bezeichnet.

η ⁼ η "~ n-1
= KlAP_n = Kl(P_n -P_n-1)

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Demgemäß gilt die folgende Beziehung zwischen der vorgegebenen Geschwindigkeit und dem Zeitintervall (¹EP₂₁) j 3ji welchem das Ortssignal erzeugt wird;

Somit werden die Ortssignale bei den entsprechenden Freiheitsgraden, wie sie bei den Zeitintervallen (Uj während des Eingabevorganges abgespeichert wurden, als Steuersignal in die Steuereinheit eingegeben, und zwar in den Zeitintervalle η (TP_n) während des Wiedergäbevorganges. Somit kann die Geschwindigkeit, welche bei der Verlagerung CAl_n) während des gewünschten Abtastvorganges aufgebaut xfird, in freier Weise auf einen vorgegebenen Pegel gebracht werden.

Eine Ausführungsform eines Schweißautomaten, bei xielchem das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden kann, wird nachfolgend beschrieben.

In der 5¹Ig. 7 ist schematisch der Schweißautomat gemäß der Erfindung dargestellt, und die S¹Ig. 3 bis 10 aeigen eine Ausführungsform der Abtastspitze, welche lösbar auf der Vorderseite des Arms des Automaten angebracht werden kann.

Gemäß Fig. 7 weist der Automat 15 allgemein einen hochstehenden Arm 24· auf, der über eine drehbare Scheibe 23 auf einer Grundplatte 22 angebracht ist. Weiterhin ist ein Arm 1 vorhanden, der auf der Vorderseite bzw· Oberseite des hochstehenden Arms 24- angebracht ist. Bei dem Eingabevorgang wird gemäß Fig. 7 die Abtastspitze 2 lösbar an der Vorderseite des Arms 1 angebracht, so daß die Rolle 5 auf dem Schweißweg der Verschweißen 14· durch Handbetätigung des Handgriffes 13 abgerollt werden kann.

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Andererseits wird "bei dem Wiedergabevorgang die Abtastspitze 2 abgenommen, "und es wird stattdessen ein Schweißbrenner eingesetzt.

Wenn angestrebt wird, den Schweißvorgang mit Hilfe des Schweißautomaten 15 durchzuführen, so wird eine Steuerschaltung gemäß der Darstellung in der Zeichnung verwendet. Obwohl das Servosystem geiröhnlich aus sechs Systemen besteht, (oder aus sechs i'reiheitsgraden), wenn ein Schweißvorgang abläuft, sind zur "Vereinfachung der Erläuterung nur zwei Systeme dargestellt· Hit den Bezugszeichen 19, 16, 17A und 17B, 26, 27, 20 und 28 ist die Steuerschaltung bezeichnet, die hauptsächlich aus einem Rechner oder einer Daten-verarbeitungseinheit, dem Datenspeicher, den Ortsfühlern, einem Servoventil, einer hydraulischen Energie— Versorgungseinheit, der Geschwindigkeitssteuerung und einem Programmspeicher besteht. In diesem Programmspeicher 28 werden eine Reihe von Steuerprograamen für das Lesen von Orts— Signalen vom Ortsfühler I7 gespeichert, weiterhin die Datenübertragung zum Datenspeicher 16 und die Steuerausgänge für das Servoventil 26 und die hydraulische Energieversorgungsein— heit 27 des Automaten.

In den Fig. 8, 9 und 10 ist die Abtastspitze näher veranschaulicht, die ein Einsatz element 38, ein rotierendes Element 39, ein schwenkbares Element 4-0 und einen Yerlagerungsimpulsoszillator 4-1 aufweist.

Das Einsatzelement 38 ist zylinderförmig ausgebildet, und der Zylinder hat in seiner Mitte eine Durchgangsbohrung 4-2, und er hat weiterhin einen größeren Abschnitt 4-3 sowie einen kleineren Abschnitt 4-4-, Ein Stift 4-5 ist in der Innenwand der

ü U

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Durchgangsbohrung 42 des größeren Abschnittes 43 derart eingebettet, daß er nach, innen steht, während ein Futenabschnitt 46 in dem gesamten Außenumfang des kleineren Abschnittes 44 angeordnet ist. Die Durchgangsbohrung 42 des größeren Abschnittes 43 ist auf einen vorderen Körper 34 aufgepaßt, von welchem die Düse auf der Vorderseite des Schweißbrenners entfernt ist. Ein Stift 45, welcher derart angeordnet ist, daß er von der Innenwand der Durchgangsbohrung 42 absteht, ist drehbar in der Spiralnut angeordnet, welche im Außenumfang des vorderen Körpers 34 ausgebildet ist, so daß eine lösbare Befestigung an dem vorderen Körper 34- möglich ist.

Weiterhin ist das drehbare Element 39 in seiner Mitte mit einer Durchgangsbohrung 47 ausgestattet, und es ist in einen größeren Abschnitt 48 sowie einen kleineren Abschnitt 49 unterteilt. Stifte 50 sind in der Innenwand des größeren Abschnittes 48 an solchen Stellen eingebettet, daß der Innenumfang derart in zwei Hälften unterteilt wird, daß er sich nach, innen erstreckt. Eine Schnecke 52 ist drehbar über eine Welle 53 in. einer Halterung 51 gelagert, welche auf der Außenseite des größeren Abschnittes 48 angeordnet ist. An den beiden Seiten des kleineren Abschnittes 49 sind Durchgangsbohrungen 54 angeordnet, und zwar in der Weise, daß sie einander gegenüberstehen und sich von außen in die Durchgangsbohrung 47 erstrecken. Der größere Abschnitt 48 des drehbaren Elementes 39 ist auf die Außenseite des kleineren Abschnittes 44 des Einsatzelementes 38 aufgepaßt, und gleichzeitig sind die Stifte 50 in den Hutenab schnitt 46 eingepaßt, der im Außenumfang des kleineren Abschnittes des Einsatzelementes 38 ausgebildet ist, so daß das drehbare Element 39 sich in bezug auf das Einsatz element drehen kann.

Das schwenkbare Element 40 ist derart ausgebildet, daß es eine sich verjüngende Form aufweist, und zwar in seiner Mitte, und

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es v/eist weiterhin eine Durchgangsbohrung 55 auf. Ein Paar von Klammern 55 sind einander gegenüber auf dem größeren Endabschnitt des schwenkbaren Elementes 40 angebracht. Jede dieser Klammern 56 ist mit einer Bohrung 57 "und einer Gewindebohrung 53 ausgestattet. An einer dieser Klammern 55 ist mit Hilfe einer kleinen Schraube ein Schneckenrad 60 angebracht, welches eine Bohrung 60a aufweist. Am Mittelabschnitt des schwenkbaren Elementes 40 sind Rechtecköffnungen 63 vorgesehen, welche einander senkrecht zu der Achse der Bohrungen 57 "und 58 gegenüber stehen, welche in den Klammern 56 ausgebildet sind. Die mit der Lagerung S ausgestattete Rolle 5 ist drehbar auf dem vorderen Abschnitt des schwenkbaren Elementes 40 mit Hilfe der Welle 4 gelagert. Auf den konzentrischen Kreisen im Bereich des Außenumfanges der Solle 5 sind eine Anzahl von Öffnungen 7 angeordnet und zwar äquidistant, in der axialen Richtung. An den Halte ab schnitten 64 und 64 auf den beiden Seiten der Halterung der Rolle 5 sind die Projektionseinrichtung 9 "und der Fototransistor 10 eingebettet, welche in konzentrischen Positionen zu den Öffnungen 7 der Rolle 5 angeordnet sind. Die Projektionseinrichtung 9. ist mit der Energieversorgungsleitung 11 verbunden, während der Fototransistor 10 mit der Signalleitung 12 verbunden ist. Folglich wird eine optische Achse zwischen den optischen Elementen 9 und 10 gebildet, so daß die elektrischen Impulse erzeugt werden können, sobald die Öffnungen 7 die optische Achse bei der Drehung der Rolle 5 schneiden. Die Klammern 56 des schwenkbaren Elementes 40 sind auf die Außenseite des kleineren Abschnittes 49 des drehbaren Elementes 39 aufgepaßt. Die Gewindebohrung 58 einer der Klammern 55 fluchtet mit der Bohrung 54, die in dem kleineren Abschnitt 49 angeordnet ist, und eine Schraube 59 ist in die fluchtenden Bohrungen eingeschraubt. Weiterhin ist die Bohrung 57 der übrigen Klammern 56 fluchtend mit der Bohrung 60a des Schneckenrades 60 ausgerichtet, und ein Stift 62 ist in die fluchtenden Bohrungen eingesetzt, so daß das schwenkbare

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Element 40 schwenkbar angebracht ist. Das Schneckenrad 60, welches an der Klammer 56 angebracht ist, ist derart angeordnet, daß es nit der Schnecke 52 im Eingriff steht, die auf dem drehbaren Element 39 angeordnet ist. Folglich ist das schwenkbare Element 40 derart ausgebildet, daß es auf der Achse Y-X des Stiftes 62 und der Schraube 59 schwenken kann, wenn die Schnecke 52 gedreht wird. Die Spitze und der vordere Körper y\- des Schweißbrenners werden in die entsprechenden Bohrungen 42, 47 und ^>3 der auf diese Weise gebildeten Abtastspitze eingesetzt.

Zunächst wird bei der Eingabe des Schweißweges in den Automaten die Düse gedreht und von dem vorderen Körper 34· an der Vorderseite des Schweißbrenners abgenommen, wenn der Greiferabschnitt des Schweißbrenners von dem Arm des Automaten erfaßt wird. Dann xfird das Einsatzelement 38 der Abtastspitze auf den vorderen Körper aufgepaßt, und. der Stift 45, der auf dem vergrößerten Abschnitt 43 des Elementes 38 befestigt ist, wird in die Spiralnut des vorderen Körpers 34 eingesetzt und gedreht. Auf diese Weise läßt sich die Abtastspitze leicht auf dem Ende des Automatenarms anbringen. Wie oben bereits kurz angedeutet wurde, wird der Eingabevorgang in der Weise ausgeführt,' daß die Impulssignale, x\relche bei den vorgegebenen Intervallen von 1 bis 2 mm im Verlagerungsimpulsoszillator bei der Drehung der Holle 5 auf der Abtastoberfläche der Verschweißung 14 erzeugt wurden, während der Abtastvorgang der Abtastspitze ablief, in ein Startsignal umgewandelt, in welchem die gex'ninschten Ortsdaten enthalten sind. Die Steuerschaltung 19? welche einen Rechner oder eine digitale Datenverarbeitungsanlage gemäß Fig. 7 ausreist, beginnt die Abtastung der Ortsdaten des Ortsfühlers 17» wenn das Startsignal erzeugt wird, so daß der Datenspeicher 16 seinen Speichervorgang ausführen kann.

Die Ortsdaten sind in diesem Falle solche Daten, welche bei den entsprechenden Freiheitsgraden der Vorderseite des Arms 1

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gewonnen werden, wobei diese Daten durch die Ortsfühler •und 173 ermittelt werden. Diese Fühler 17A und 173 sind in den Zylinder 29 A und 293 enthalten, die in geeigneter Weise zwischen dem hochstehenden Arm 24 und der sich drehenden Scheibe 23 angeordnet sind.

Bei diesem Eingabevorgang, bei welchem die Schweißbahn eine gekrümmte Richtung oder eine sich plötzlich ändernde Sichtung aufweist, dreht sich das drehbare Element 39 in B.eaktion darauf um die Linie X-X in Fig. 8, und zwar in bezug auf das Einsatzelement 38, so daß die axiale Linie i-i an der Vorderseite eines Schweißbrenners 66 fluchtend angeordnet sein kann, wie es in der Fig. 11 dargestellt ist, und zwar in bezug auf die Hittellinie I-I der Solle, so daß die Solle 5 entlang der Schweißbahn abrollen kann. Andererseits ist für den Fall, d.aß eine Veränderung in der Dicke oder der Anordnung der Verschweißung 14 zu berücksichtigen ist, oder die Absicht besteht, einen Schweiß— •Vorgang auf der Oberfläche durchzuführen, welche für die Drehung der Solle nicht geeignet ist, eine Anordnung vorgesehen, bei welcher die Schnecke 52 sich in der weise dreht, daß das schwenkbare Element 40 um den Stift 62 und die Schraube 59 in bezug auf das rotierende Element 39 schwenken kann. Wie aus den Fig. 12 und 13 insbesondere ersichtlich ist, rollt die Solle 5 entlang dem gewünschten Schweißweg, während die axiale Linie i-i auf der Vorderseite des Schweißbrenners 66 gegenüber der Mittellinie I-I der Solle 5 verlagert wird. Da jedoch gleichzeitig das schwenkbare Element 40 an seinen, beiden Seiten mit Bohrungen 63 ausgestattet ist, kann die Abtastspitze auf der Vorderseite des Schweißbrenners leicht verlagert werden.

Der gewünschte Schweißvorgang wird in der Weise ausgeführt, daß nach der Einspeicherung des Schweißweges in den Automaten durch den oben beschriebenen Eingabevorgang der Automat durch den Speicher betrieben wird. Zu diesem Zweck ist das Einsatzelement 38 drehbar von dem vorderen Körper 34- an der

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Vorderseite des Schweißbrenners abzunehmen, und zwar unter der Voraussetzung, daß der Schweißbrenner im Arm des Automaten gehalten ist. Dieser Vorgang läuft in derselben Weise ab Xfie bei der Eingabe. Dann wird die Düse, welche während des Eingabevorganges entfernt war, drehbar an dem vorderen Körper 34- anstatt des Einsätzelementes 38 angebracht.

Die Ortsdaten, welche im Datenspeicher 16 gespeichert sind, werden als Steuersignal den entsprechenden Servo systemen 26 mit Hilfe der Steuerschaltung 19 in den Zeitintervallen zugeführt, welche durch die GeschwindigkeitsSteuereinheit 20 vorgegeben werden. Gleichzeitig werden die Ortsdaten an den geweiligen Stellen zu dieser Zeit von dem Ortsfühler 17 zurückgeführt, und die Abweichungsberechnung von den gespeicherten Daten und die Servosteuer-Ortskorrektur der Betriebsausgangspegel werden ausgeführt.

Die Steuerung des Schweißweges erfolgt nach dem oben beschriebenen Verfahren, und die Steuerung der Schweißgeschwindigkeit wird durch das Steuerverfahren gemäß der Erfindung ausgeführt, bei welchem die Ortsdaten bei federn der vorgegebenen Intervalle aufgezeichnet werden, in welche der Schweißweg unterteilt wurde· Falls es erwünscht ist,- kann die Schweißgeschwindigkeit veränderbar eingestellt werden, und zxvrar auf der Grundlage der Verschweißung der vorgegebenen Intervalle des Schweißweges, und zwar unabhängig vom Eingabe Vorgang, indem die Zeitintervalle der Ortsdaten bestimmt werden, welche den Betrieb steuern, und zwar unter Verwendung der Geschwindigkeitssteuereinheit 20·

Obwohl bei der obigen Ausführungsform die Öffnungen 7 an den Stellen angeordnet sind, die äquidistant auf den konzentrischen Kreisen im Bereich des Umfanges der Rolle liegen, ist die Rolle nicht auf diese Ausführungsform begrenzt, sondern kann vielmehr

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auch mit solchen äquidistant angeordneten, eingekerbten ITuten oder radialen Schlitzen ausgestattet sein , wie sie gemäß JTig. auf der Außenunfangsobsrfläche oder auf der Seite der Walze angeordnet sind.

Weiterhin kann die Impulserzeugungseinrichtung entweder eine optische Abtasteinrichtung zur Übertragung oder Reflexion oder eine Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen aufweisen, welche magnetisch, kapazitiv oder mit Eontakten arbeitet, sobald die Rolle eine vorgegebene Strecke zurückgelegt hat.

Wie nachfolgend im einzelnen beschrieben wird, können der Arbeitswirkungsgrad und die Genauigkeit bei der erfindungs— gemäßen Geschwindigkeitssteuermethode beachtlich gesteigert v/erden. Dies rührt daher, daß die Geschwindigkeitssteuerung entweder in Abhängigkeit von den Arbeitscharakteristika beim Wiedergabevorgang erfolgen kann, und zwar unabhängig von der Geschwindigkeit beim Eingabevorgang, oder in einem freien Verfahren, in welchem die Geschwindigkeit an den Stellen vermindert wird, an denen es erforderlich ist, die Arbeitsvorgänge besonders sorgfältig auszuführen, während die Geschwindigkeit an anderen Stellen höher liegen kann.

Da nach dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren der Abtastvorgang bei ,jedem Abstandsintervall dadurch erfolgt, daß der Arbeitsweg in feine Abschnitte unterteilt wird, kann die Speicherkapazität der Speichereinrichtung unabhängig von der Eingabezeitperiode sein. Der Arbeitsvorgang kann rasch und zuverlässig in Abhängigkeit des Geschwindigkeitssteuerverfahrens nach der Erfindung durchgeführt werden, indem zusätzlich ein Abtastvorgang bei jedem Zeitintervall verwendet wird. Dies rührt daher, daß es leicht möglich ist, den vorgegebenen Abstandsabtastvorgang für diejenigen Stellen ·

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durchzuführen, welche die Geschwindigkeitssteuerung erfordern, und den vorgegebenen Zeitabtastvorgang für diejenigen Stellen vorzusehen, welche keine Geschwindigkeitssteuerung erfordern.

Weiterhin kann nach der erfindungsgemäßsn Geschwindigkeitssteuervorrichtung der irerlagerungsicipulsoszillator abgenommen oder angebracht werden, und zxrar in Abhängigkeit davon, ob der Eingabe vor gang am 3o.de des Automatenarms mit Hilfe des Einsatzelementes des rotierenden Elementes und des schwenkbaren Elementes erfolgt, unter der Voraussetzung, daß der Schweißbrenner durch die Vorderseite des Automatenarms gehalten ist, so daß der Verlagerungsimpulsoszillator sich drehen und schwenken kann· Somit kann auch ein komplizierter Schweißweg oder ein kompliziertes Huster ordnungsgemäß in dem Automa.ten aufgezeichnet werden, bei welchem die Schweißrichtung bogenförmig verläuft oder ihre Richtung plötzlich ändert, und es kann auch ein in mehreren Schichten oder Ebenen angeordneter Weg berücksichtigt werden« Da andererseits die Abtastspitze ausgetauscht wird, wenn die Anordnung im Wiedergabevorgang arbeitet, und zwar durch eine Düse ersetzt wird, kann der Automat den Schweiß-Vorgang ausführen, wobei die Positionierimgsgenauigkeit des Schweißbrenners in einem dreidimensionalen Raum verbessert werden kann. Da weiterhin sowohl der Eingabevorgang als auch der Wiedergabevorgang dadurch ausgeführt v/erden, daß die Düse gegen die Abtastspitze am Ende des Automatenarms ausgetauscht wird, können die zwei Vorgänge leicht innerhalb außerordentlich kurzer Zeit ausgeführt werden. Somit ist die Geschwindigkeit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung selbst bei der Herstellung von solchen Artikeln sehr hoch, welche in kleiner Menge, jedoch in verschiedenen Arten hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch leicht hantiert und gewartet werden, weil sie sehr klein ist und außerordentlich einfach aufgebaut ist.

- Patentansprüche ~ 609850/0273

Claims

Patentansprüche

!Verfahren zur Steuerung eines industriellen Automaten, "bei

\ Jwelchem, die Eingabe- "bzw. Programmierung durch ein manuelles

Führen einer Abtastspitze eines Automatenarms entlang einem. gewünschten Weg erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende des Arms eine Abtastspitze angebracht wird, welche wenigstens einen Terlagerungsimpulsoszillator aufweist, der aus einer Projektionseinrichtung und einem. Fototransistor sowie einer Rolle besteht, die mit Öffnungen wie Spalten oder Schlitzen ausgestattet ist, daß die Projektionseinrichtung und der Fototransistor in konzentrischen Positionen zu den jeweiligen Spalten der Rolle derart angeordnet sind, daß zwischen den zwei optischen Elementen eine optische Achse gebildet wird, daß die Abtastspitze einem, gewünschten weg entlanggeführt wird, so daß das Ortssignal der Abtastspitze durch den Verlagerungsimpulsoszillator erhalten werden kann, sobald die Rolle sich durch die Bewegung der Abtastspitze um einen bestimmten Betrag gedreht hat, und daß das Ortssignsil in einen Speicher eingegeben wird, daß anschließend die Abtastspitze gegen eine Arbeitsspitze am Ende des Arms ausgetauscht wird, und daß schließlich das Ortssignal in der Weise wiedergegeben wird, daß die Arbeitsspitze automatisch den vorgegebenen Weg durch das gespeicherte Ortssignal entlanggeführt wird, wodurch die Geschwindigkeit der Arbeitsspitze unabhängig von der Eingabegeschwindigkeit der Abtastspitze frei verändert werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verlagerungsortssignal bei den entsprechenden Freiheitsgraden erzeugt wird, sobald das Ortssignal durch den Impulsoszillator erzeugt wird, so daß beide Signale in dem. Speicher gespeichert werden können·

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3· Verfahren nach, Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ortssignale iron dem Impulsoszillator kumuliert werden, und daß das Yerlagerungsortssignal "bei den entsprechenden Ereine it sgraden in einem vorgegebenen Zeitintervall erzeugt wird, so daß "beide Signale in den Speicher eingegeben werden können.
4-. Vorrichtung zur Steuerung eines industriellen Automaten, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabe bzw. Programmierung über eine von Hand fuhrbare Abtastspitze eines Automatenarms entlang einem gewünschten Weg durchführbar ist, daß die Abtastspitze wenigstens einen Verlagerungsimpulsoszillator aufweist, der aus einer Projektionseinrichtung und einem Fototransistor sowie einer Rolle besteht, die mit Öffnungen wie Spalten oder Schlitzen ausgestattet ist, und daß die Projektionseinrichtung sowie der !Fototransistor in konzentrischen Positionen in bezug auf jeweilige Öffnungen in der Rolle derart angeordnet sind, daß eine optische Achse zwischen den zwei optischen Elementen gebildet ist.
5· Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastspitze folgende Teile aufweist: ein Einsatzelement, welches lösbar an dem Ende des Automatenarms angeordnet ist, ein drehbares Element, welches drehbar mit seiner Achse an dem anderen Ende des Einsatzelementes anbringbar ist und ein schwenkbares Element, welches an dem drehbaren Element über eine schwenkbare Antriebseinrichtung anbringbar ist und an seinem vorderen Ende mit dem Verlagerungsimpulsoszillator ausgestattet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkantriebseruirichttmg eine Schneckenradanordnung aufweist.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen aus einer Vielzahl von Öffn"ungen gebildet
sind, die in der seitlichen Oberfläche einer Rolle auf
einem konzentrischen Kreis angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7_} dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in einem einzigen konzentrischen Kreis angeordnet sind.
9· Vorrichtung nach Anspruch 7s dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen in einer Mehrzahl von konzentrischen Kreisen angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen eine Hehrzahl von Schlitzen aufweisen, die in der seitlichen Oberfläche einer Holle derart angeordnet sind, daß sie sich radial erstrecken·

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