DE2640257A1

DE2640257A1 - Selbstanpassendes bearbeitungszentrum fuer programmierbare automation

Info

Publication number: DE2640257A1
Application number: DE19762640257
Authority: DE
Inventors: Mario Dr Ing Salmon
Original assignee: Olivetti SpA
Current assignee: Olivetti SpA
Priority date: 1975-09-03
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1977-03-17
Also published as: US4145802A; JPS5815253B2; NO763022L; NO763023L; CH621503A5; JPS5232184A; IT1047161B; FR2322694A1; CA1084735A; JPS598501B2; DE2640256A1; GB1566443A; SE7609657L; NO151851B; FR2322693B1; SU878184A3; FR2322694B1; SE7609601L; FR2322693A1; NO151851C

Description

PATENTANWÄLTE

ifferkörner<L Qfit/

D-1 BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 68 D-8 MÜNCHEN 22 · WIDEN MAYERSTRASSE 49

Ing. C. Olivetti & Co., S.p.A.

BERLIN: DIPL.-INQ. R. MÜLLER-BÖRNER

MÜNCHEN: DIPL.-INS. HANS-HEINRICH WEY DIPL-ING. EKKEHARD KÖRNER

Berlin, 2. September 1976

"Selbstanpassendes Bearbeitungszentrum für programmierbare Automation"

(Italien, Nr. 69 197-A/75 vom 3. September 1975)

Seiten Beschreibung - 4 Patentansprüche
6 Blatt Zeichnungen

Ma/Rü 25 988

709811/0809

BERLIN: TELEFON (O3O) 8312O88 KABEL: PROPINDUS · TELEX O1 84O57

MÜNCHEN: TELEFON (O89) 22 55 85 KABEL: PROPINDUS · TELEX O5 24244

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bearbei-, tungszeηtrum, das sich unter programmierbarer Automation selbst anoaßt.

Bei BearbeitungsZentren sehr hoher Genauigkeit wird die Relativbewegung zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück oder Teil und einem gegebenen Arbeitskipf durch numerische Steuerung mittels einer sehr kostspieligen Ausrüstung geführt, die sehr hohe Genauigkeit gewährleistet. Diese Bearbeitungszentren arbeiten zufriedenstellend mit mit Werkzeugen ausgerüsteten Arbeitsköpfen, beispielsweise zum Bohren, können jedoch bei für das Einpassen oder den Zusammenbau bestimmten Arbeitsköpfen nicht verwendet werden, wobei eine bestimmte Stellung des Werkstücks genau erreicht werden muß, die vorher wegen der Toleranzen von vorhergehenden Bearbeitungsvorgängen oder wegen des Spiels bei schon eingepaßten kinematischen Ketten nicht genau bestimmt werden kann, beispielsweise zum Miteinanderverbinden zweier mechanischer Teile.

Es sind bereits Einrichtungen vorgeschlagen worden, die ein bestimmtes Werkzeug über eine vorgegebene Stelle eines Werkstücks mit einer gewissen Annäherung verbringen und dann das Werkstück selbst in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Vorschrift abtasten können, bis es genau in der gewünschten Stellung angehalten wird. Bei einer weiteren bekannten Haschine ist ein selbstanpassender Taster vorgeschlagen worden, bei dem der Werkzeughalter mit Sensoren versehen ist, die als Funktion der Verschiebung, beispielsweise eines Stifts mit Bezug auf eine Bohrung, ein entsprechendes Verschieben des Werkzeughalters mittels Servomotoren bewirken. Diese

709811/0809

•~ 3 —

beiden bekannten Maschinen erfordern eine ganz -besonders hochentwickelte und kostspielige elektronische Apparatur zum Führen des Teiles. Sie weisen außerdem den Nachteil auf, daß sie mechanisch starr wirken, so daß ein Ausfall der elektronischen Betriebssteuerung die Maschine beschädigen kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein selbstanpassendes Bearbeitungszentrum zu schaffen, bei dem keine Einrichtung zum Steuern der Bewegung nach dem ungefähren Positionieren des Teils erforderlich ist und durch das sowohl ein Arbeitswerkzeug als auch ein Werkzeug zum Einpassen oder zum Zusammenbau positioniert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein BearbeitungsZentrum vorgeschlagen, das sich unter programmierbarer Automation selbst anpaßt und das erfindungsgemäß eine Fühleinrichtung zum Erkennen eines Satzes verschiedener Situationen eines Bearbeitungsvorgangs und eine Programm- . einrichtung zum Speichern eines Programms einschließlich eines Satzes den Situationen entsprechender Unterroutinen aufweist, wobei die Fühleinrichtung dermaßen angeordnet ist, daß sie in Erwiderung auf das Erkennen einer vorgegebenen Situation des Bearbeitungsvorgangs die entsprechende Unterroutine des Programms adressieren kann.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

— 4 — 70981 1 /0809

Hinsichtlich einzelner Merkmale des nachstehend beschriebenen Bearbeitungszentrums wird auch auf die unter der Bezeichnung "selbstanpassende Tastvorrichtung für Arbeitsmaschinen" eingereichte Patentanmeldung gleichen Datums verwiesen.

Weitere Einzelheiten, Anwendungen und Vorteile der Erfindung werden nachstehend von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine scheraatische perspektivische Ansicht

eines die Erfindung verkörpernden Bearbeitungszentrums r

Fig. 2 einen teilweisen Mittelschnitt einer ersten

Ausführungsform des selbstanpassenden Arbeitskopfes;

Fig. 3 einen teilweisen Mittelschnitt einer zweiten

Ausführungsform des Arbeitskopfesr

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von

Fig. 3;

Fig« 5 ein Diagramm des Steuersystems des Be-

arbeitungszentruras nach Fig. Iy

Fig. 6 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Einzelheit einer Abwandlung der Vorrichtung in Fig. 3;

709811/0809 _ ₅ _

Fig. 7a bis 7f ein Diagramm einer Reihe von Stufen der

Bearbeitung, wie sie von der Abwandlung in Fig. 6 ausgeführt wird, und

Fig. 8 ein Flußdiagramm der Bearbeitungsstufen

eines bestimmten Zusammenbauvorgangs, wie er von dem Zentrum in Fig. 1 ausgeführt wird.

BearbeitungsZentrum

Das Bearbeitungszentrum kann kurz gesagt als System beschrieben werden, das mit zwei Arbeitsköpfen versehen ist, von denen jeder drei Freiheits- und Übersetzungsgrade X, Y, Z aufweist, die durch eine einzige aus bestimmter elektronischer Hardware zusammengesetzte Steuereinheit und durch einen Minicomputer gesteuert werden.

Fig. 1 zeigt ein Bearbeitungszentrura, dessen Gestell 11 mit einem feststehenden Arbeitstisch 12 versehen ist, auf dem ein zu bearbeitendes Werkstück oder Teil Io befestigt ist. Am Gestell 11 sind zwei vordere aufrechte Pfosten 13 befestigt, die über ein Querstück oder eine Schiene 15 miteinander verbunden sind. Nach hinten zu ragen Seitenwände 14 vom Gestell auf, die über eine Rückwand 14',auf deren Oberseite sich eine weitere Schiene befindet, miteinander verbunden sind. Die hintere Schiene 15 trägt eine feststehende Zahnstange 16. Die Schienen sind über zwei Längsträger 22 miteinander verbunden, deren Enden 17 die Form von entlang der beiden Schienen laufenden Schlitten aufweisen, von denen jeweils die hinteren Schlitten ein Antriebsritzel 19 besitzen, das

709811/0 8 09

rait der feststehenden Zahnstange 16 in Eingriff steht und durch einen Schrittschaltmotor 20 gedreht werden kann. Dieser wird mittels einer Anzahl von proportional zu derjenigen Bewegung liegenden Impulsen befehligt, die · der Schlitten entlang der X-Achse durch eine entsprechende Steuereinheit 21 (Fig. 5) ausführen muß, die mit einem internen Speicher versehen und an sich bekannt ist, weswegen sie nicht im einzelnen beschrieben werden wird.

Arbeitsköpfe 25 haben Schlitten 24, die in Richtung der Y-Achse entlang der Träger 22 laufen können. Jeder Schlitten 24 ist außerdem mit einem Antriebsritzel 27 versehen, das mit einer Zahnstange 26 kämmt, die am Träger 22 befestigt ist, und das von einem zweiten durch die Einheit 21 (Fig. 5) gesteuerten Schrittschaltmotor zum Bewegen des Arbeitskopfes 25 entlang der Y-Achse angetrieben wird.

Der Schlitten 24 ist mit einem dritten Antriebsritzel (Fig. 2) versehen, das von einem dritten Schrittschaltmotor 32 gedreht wird, der ebenfalls durch die Einheit gesteuert wird. Das Antriebsritzel 31 kämmt mit einer auf einem Mantel 34 des Arbeitskopfes 25 ausgebildeten Zahnstange 33 zum Bewegen des Kopfes entlang der Z-Achse. Mit dem Mantel 34 ist ein Werkzeughalter 4o abnehmbar verbunden.

Sämtliche Bewegungen werden unter Verwendung von Kugellagern erreicht, die auf Bodenführungen gleiten, und mittels in der Zeichnung nicht dargestellter Exzenter wird Spiel aufgenommen und das Ausrichten bewirkt,

- 7 70981 1/0809

Das Antreiben wird mittels der Schrittschaltmotoren, der Zahnstangen und der Antriebsritzel bewirkt. Zwischen jedem Motor und seinem Antriebsritzel ist ein Untersetzungsgetriebe geschaltet: jedem Schritt des Motors entspricht ein Vorrücken um 0,05 mm, das somit den maximalen Unterschied in der Anwendungsmöglichkeit des Systems darstellt. Damit eine maximale Modularität gewährleistet ist, sind sämtliche Antriebe unabhängig und gleich ausgebildet, insbesondere sind die Motoren, die Untersetzungsgetriebe und die Antriebsritzel bei allen Achsen die Gleichen.

Der Wechsel des Werkzeughalters 4o gemäß der auszuführenden Bearbeitungsvorgänge wird automatisch vorgenommen. Zu diesem Zweck ist an der Rückwand 14' (Fig. 1) ein Werkzeugrahmen 41 für jeden Kopf angebracht, in dem die verschiedenen zu verwendenden Werkzeughalter 4o in vorbestimmten Stellungen angeordnet sind. Eine Programmeinheit 42 (Fig. 5) kann jede Einheit 21 mit der von den Schrittschaltmotoren 2o, 28 und 32 benötigten Information versorgen, um dem Kopf 25 zu ermöglichen, das Werkzeug, das in der entsprechenden Stellung gearbeitet hat, abzulegen, ein neues Werkzeug zu suchen, das neue Werkzeug aus dem Rahmen 41 zu entnehmen und den Kopf 25 in die erforderliche Stellung mit Bezug auf das Werkstück 10 zu verbringen.

Das beschriebene Bearbeitungszentrum wird dann angewendet, wenn eine punktweise Steuerung notwendig ist, bei der die erforderliche Genauigkeit nur an der letzten Stelle jeder Bahn relativ ist. Das Programmieren der Maschine mit numerischer steuerung sorgt für das Entwerfen und das Speichern der Liste derjenigen Instruktionen auf einem Datenträger, die an die Maschine, gegebenenfalls auch mit der Möglichkeit von Aufbereitungsverfahren gegeben werden

70981 1 /0809

sollen, welche ein Verändern der Daten ermöglichen, wenn die Ergebnisse der Bearbeitung nicht den Theorien des Programmierers entsprechen.

Insbesondere muß das Programmieren die folgenden Merkmale aufweisen: Speichern der Daten und Instruktionen, aufeinanderfolgendes Lesen der gespeicherten Daten, Ausführen der Berechnungen zum Bewirken von beispielsweise geradlinigen oder kreisförmigen Interpolationen, optische Anzeige, Drucken der sich auf das Fortschreiten der Bearbeitung beziehenden Daten und Unterhaltungen mit elektronischen Hochleistungs-Datenverarbeitungsanlagen zum Lösen von Notfällen.

Damit das System eine stärkere Allgemeinheit bieten und schnell von einer Anwendungsart in eine andere umgewandelt werden kann, beinhaltet es einen Datenprozessor, beispielsweise einen Minicomputer 43, der mittels geeigneter Software zum Handhaben der Steuereinheiten 21 und zum Erzeugen der Programme zu spezialisieren ist. Das Programm wird seinerseits auf module Weise erstellt, bei der die einzelnen Module durch Unterroutinen gebildet werden, die sich auf festgesetzte und eine Vielzahl von Malen durchzuführende Zyklen beziehen. Die Unterroutinen werden durcfybestimmte Adressen unterschieden und können durch den Minicomputer auf unabhängige Weise oder mittels bedingter Sprünge, die im Programm vorgesehen sind, unmittelbar aus der Einheit 42 abgerufen werden.

Eine Instruktionsmethode dieser Art läßt einerseits vermuten, daß die Maschine einen absoluten Genauigkeitsgrad besitzt, damit sie den Instruktionen selbst entsprechen kann, und andererseits, daß die zu handhabenden Teile,

7 09811/0809

abgesehen von einer guten Wiederholbarkeit, zusätzlich noch eine absolute Genauigkeit der gleichen Größenordnung besitzen wie die der Maschine und des Steuersystems. Tatsächlich kann es jedoch besonders bei Zusammenbauarbeiten passieren, daß das übereinanderlegen vieler Teile zu Abschlußstellungen führt, die Genauigkeitsgrade aufweisen, welche beträchtlich niedriger als diejenigen der Einzelbauteile sind.

Ein zweiter zu berücksichtigender Gesichtspunkt besteht darin, daß bei langen und komplexen Behandlungs- oder Handhabungsoperationen (die aus Hunderten von Elementarbewegungen bestehen) das theoretische und abstrakt ausgeführte theoretische programmieren mit Sicherheit sehr schwierig erscheint und die Quelle vieler Fehler sein kann. Ein theoretisches Programmieren würde deshalb eine hohe Genauigkeit sogar bei Anbringung der Armaturen an der Maschine erforderlich machen.

Um diese Nachteile zu beseitigen, weist das Bearbeitungszentrum mit Bezug auf jeden Arbeitskopf 25 eine üblicherweise inaktive Aufzeichnungseinheit 221 auf, die durch den Minicomputer 43 zwecks AufZeichnens eines Satzes von Instruktionen in der Programmeinheit 42 konditioniert werden kann. Eine von Hand betätigbare Steuereinheit mit einem Flip-Flop 222 kann außerdem die Steuerung der Einheit 21 für das Bearbeitungszentrum sperren. Letzteres kann seinerseits bei der Ausführung des ersten Arbeitszyklus von Hand durch eine Reihe in der Zeichnung nicht dargestellter Elemente geführt werden, die auf bekannte Weise die vom Zyklus benötigte Bewegungsfolge hervorrufen. Diese den Schrittschaltmotoren 2o, 28 und 32 zugeordneten

- 10 709811/0809

Bewegungen erzeugen über eine Reihe von in der Zeichnung nicht dargestellten Übertragungsgeräten Signale, die unter Zwischenwirkung der Steuereinheit 21 und unter dem Befehl der Einheit 222 auf den Minicomputer 43 übertragen werden, der seinerseits die entsprechenden Instruktionen erstellt. Diese werden auf die Einheit 221 geschickt, die das Aufzeichnen derselben in der Einheit 42, beispielsweise in einem Speicher "der letzteren, bewirkt, wodurch allmählich diejenigen Instruktionen gespeichert werden, die die tatsächliche Situation der absoluten Genauigkeit der Maschine, der Armaturen und der zu handhabenden Teile wiedergeben.

Die auf diese Weise gespeicherten Daten gestatten es natürlich der Maschine, eine große Anzahl von Zyklen beliebig oft zu wiederholen, die sämtlich untereinander gleich sind'.

Das BearbextungsZentrum arbeitet auf anpassungsfähige Weise, d. h. es hat ein nicht-entscheidendes Verhalten, gemäß dem es in der Lage ist, nicht starr den in der Einheit 42 gespeicherten Instruktionen zu folgen, sondern Rettungs- oder Schutzverfahren in Betrieb zu nehmen, wenn die tatsächliche Situation nicht die in der Programmierstufe vorgesehene wiedergibt. Wenn die Elementaroperation bei einem Zusammenbau- oder Einpaßzyklus beispielsweise im Einsetzen eines Stiftes in eine Bohrung besteht, kann die tatsächliche Situation die folgenden Regelwidrigkeiten aufweisen: Nichtvorhandensein des Stiftes, Nichtvorhandensein der Bohrung,. Durchmesser des Stifts und der Bohrung sind so bemessen, daß kein Einpassen möglich ist, Relativstellungen der Achse der Bohrung und der des Stiftes sind derart, daß der Einsetzvorgang nicht ausgeführt werden kann.

709811/0809 - li -

Bei einem entscheidenden System würde der Zyklus selbst bei Vorhandensein von Regelwidrigkeiten fortfahren, so daß das Erreichen des angestrebten Ziels und die Zuverlässigkeit der Methode von der Qualität der einzusteckenden Teile, dem Gelingen der vorangegangenen Arbeitsvorgänge und der Kapazität der Maschine für die Wiederholung abhängen. Die Verwendung von besonderen Sicherheitseinrichtungen hat im allgemeinen den Zweck, die Bearbeitung zu unterbrechen und es der Bedienungsperson zu überlassen, die Ursachen für diese Unterbrechung ausfindig zu machen und, wenn dies möglich ist, die notwendigen Korrekturen bei dem initiierten Zyklus vorzunehmen.

Ein System, das allgemein sein soll und das auch zum Arbeiten in Schüben geeignet ist, muß in der Lage sein, jede möglicherweise auftretende Regelwidrigkeit auf allgemeine Weise zu entdecken. Deshalb ist es notwendig, ein System zu schaffen, das die Situation von Zeit zu Zeit auf allgemeine Weise analysiert und Universalsignale aussendet, die einfach zu interpretieren sind.

Zu diesem Zweck weist das Bearbeitungszentrum Fühleinrichtungen auf, die aus einer Reihe von Stellungs- und/oder Kraftumformern bestehen, welche auf tastende Weise eine Reihe oder einen Satz von verschiedenen Situationen des Bearbeitungsvorgangs erkennen können. Eine Anzahl dieser Umformer wird in Verbindung mit der nachstehenden Beschreibung des Arbeitskopfes in Fig. 3 und 4 behandelt. Außerdem wird in diesem Fall eine klare Bedeutung der Signale und eine einfache Behandlung für die Interpretation derselben erreicht.

- 12 -

709811/0809

Für jede ermittelte regelwidrige Situation und somit für jedes diese Situation interpretierende Signal wird während der Erstellung des Programms ein Satz entsprechender Unterroutinen vorgesehen, die auf diese Weise die Rettungsverfahren zum Überwinden unvorhergesehener Schwierigkeiten bilden. Diese Verfahren werden mittels eines Adressierens über den Minicomputer 43, das von den durch die Umformer ausgesandten Signalen bewirkt wird, gespeichert und dann verwendet, wenn es ihrer bedarf.

Da die Möglichkeit besteht, die Signale der Umformer zum Verändern des programmierten Verhaltens der Maschine zu benutzen, können die von der groben Unterscheidung des Steuersystems und der Antriebe herrührenden Schwierigkeiten selbst in den Fällen beseitigt werden, in denen die Maschine und die Teile eine niedrige Wiederholbarkeit besitzen.

Da die beiden Arbeitsköpfe 25 etwas sperrig und die erforderlichen Bearbeitungsvorgänge von unterschiedlicher Dauer sind, kann es vorkommen, daß durch ein getrenntes Programmieren der beiden Arbeitsköpfe und ein gleichzeitiges Bewirken des Arbeitens derselben zwei Arbeitsvorgänge der beiden Köpfe 25 gleichzeitig in Stellungen ausgeführt werden müssen, die sehr nahe beieinander liegen. In diesem Fall wäre es notwendig, zwei Programmierungen vorzusehen, die dermaßen koordiniert sind, daß diese Möglichkeit durch ein Verzögern eines Bearbeitungsvorgangs mit Bezug auf den anderen ausgeschaltet wird.

- 13 -

70981 1/0809

Diese Möglichkeit wird jedoch dadurch ausgeschaltet, daß ein Koordinieren der beiden Programmeinheiten 42 über den Minicomputer 43 bewirkt wird, der derma Sen programmiert ist, daß einer der beiden Arbeitsköpfe 25 angehalten werden kann, wenn dessen Bahn in die Bahn des anderen Arbeitskot>fes 25 eintritt.

Das hier beschriebene BearbeitungsZentrum ist besonders geeignet für Arbeiten auf dem Gebiet der Feinmechanik, der Leichtelektromechanik und der Elektronik. Da nicht notwendigerweise sämtliche aufgezählten Eigenschaften bei jeder Anwendungsart unentbehrlich sind, weist das System eine hohe Modularität zum Erhalten der notwendigen Arbeitsvorgänge auf, um verschiedene Anwendungsarten zu minimalen Kosten Genüge zu tun.

aus vorstehenden Angaben wird deutlich, daß das System die folgenden Eigenschaften aufweist:

Programmierbarkeit

- Selbsterkennung

- nicht-entscheidendes Verhalten

Das System weist außerdem die folgenden Eigenschaften auf j

- Modulkinematik und-antriebe

- Hochleistungsdynamik

- Fähigkeit zum Wiederumrüäten und zum WerkzeugwechseIn

Im beschriebenen Fall sind zwei Arbeitsköpfe 25 vorgesehen, von denen jeder drei orthogonale Freiheitsgrade besitzt. Mögliche Drehbewegungen werden falls notwendig, mittels eines in der Ebene der Maschine drehbaren Doppe!system erhalten.

709811/0809

- 14 -

Eine Anordnung dieser Art weist die folgenden Vorteile auf:

- Gute Genauigkeit, die an sämtlichen Stellen des Arbeitsbereiches gleich ist,

- Kleinere sich bewegende Massen und deshalb geringere Trägheitskräfte,

- Größere Einfachheit bei der Ausführung von gradlinigen Bahnen, die insbesondere bei Zusammenbau- oder Einpaßarbeiten sehr häufig auftreten,

- Maximale Modularität und deshalb die Möglichkeit, der Maschine eine Gestaltung in Übereinstimmung mit dem Minimum an erforderlichen Leistungen zu geben, jedoch den Weg zu höheren Anspruchsstufen offenzulassen, die später notwendig werden könnten.

Eine Eigenschaft eines Zentrums für die Bearbeitung mittels programmierbarer Automation besteht darin, daß die verschiedenen Bearbeitungsvorgänge (Bewegungen) in einer Zeitfolge ausgeführt werden. Daher ist es klar, daß die Leistung und die Produktivität der Maschine von der Schnelligkeit der Bewegungen abhängen. Natürlich ist die Schnelligkeit ihrerseits eine Funktion der Höchstgeschwindigkeit und der Beschleunigungen, die das Betätigungssystern liefern kann. Bei dem beschriebenen BearbeitungsZentrum ist eine zufriedenstellende Schnelligkeit ohne Aufgabe der hohen Genauigkeitsgrade der Positionierung erreicht worden, die für viele Bearbeitungsvorgänge erforderlich sind.

Wenn die Genauigkeit einer Maschine erwähnt wird, so muß noch zwischen absoluter Genauigkeit und Wiederholbarkeit unterschiedsn werden. Die Erste ist eine

- 15 -

709811/0809

Funktion der Geometrie der Maschine, des Spiels und der Anpassungsfähigkeit der verschiedenen Teile. Die Zweite hängt ausschließlich von dem Unterschied der Betätigungseinrichtungen und des Steuersystems ab.

Einer der bedeutendsten Vorteile des Systems liegt in dessen Fähigkeit zum Wiederumrüsten. Tatsächlich besteht die höchstwahrscheinliche Verwendung eines programmierbaren Automationssystems in der Herstellung von Schüben.

Tatsächlich wird es nur zufällig vorkommen, daß die Produktivität des Systems durch die augenblickliche Anforderung vollständig gesättigt ist. Außerdem ist es in diesem Fall, um längeren Unterbrechungen zu begegnen, angemessen, sich die Möglichkeit einer Verwendung der besonderen Ausstattung an einem System vorzubehalten, das aufgrund seiner Allgemeinheit eine Hilfe für eine Vielzahl von .mit einem praktischen Aufbau verwendeten Maschinen darstellen kann.

Um diesen Erfordernissen zu entsprechen, muß die Ausstattung auswechselbar und schnell ersetzbar sein. Mit Ausstattung sind hier sowohl die Positionier- als auch die Vorschubeinrichtungen (die üblicherweise feststehend sind) und mehr oder weniger allgemeine Greifelemente oder Werkzeuge für bestimmte Technologien (die an den Enden der bewegbaren Arme angeordnet sind) sowie die grundlegende Software und die Programmdaten gemeint.

- 16 -

70981 1 /0809

Wie aus Nachstehendem ersichtlich, wird die Fähigkeit zuTii Wiederumrüsten hier durch die Modularität der Programme, der Greifeinrichtung und der Werkzeughalter erleichtert, die für automatisches Auswechseln während des Bearbeitungsvorgangs vorgesehen sind. Die Aufgabenteilung zwischen der besonderen Hardware und dem Minicomputer wird dadurch bewirkt, daß man versucht, die geringsten Gesamtkosten zu erhalten und Erweiterungen oder Verkleinerungen des Systems zu vereinfachen. Insbesondere ist unter Berücksichtigung des vorstehend Gesagten klar ersichtlich, daß die Einheiten 21 die Energiezufuhren mit besonderen Hardware-Modulen paraHeIschalten, die untereinander gleich sind, und innerhalb des Minicomputers sämtliche Funktionen des Steuerns, des Speicherns usw. in Reihe schalten.

Die besondere elektronische Hardware weist daher die Doppelfunktion des mehrmaligen Verwendens der Eingangs-/ Ausgangs-Signale des Minicomputers und des Erzeugens der für die Antriebe notwendigen Energiestufen auf.

Außerdem werden sämtliche Bewegungsfunktionen der Achsen gänzlich in der Hardware gesteuert: In-Bewegung-Setzen, Beschleunigen, Steuern der Geschwindigkeit, Verlangsamen und Anhalten werden durch besondere Schaltungen gesteuert. Jeder der Motoren 20, 28 und 32 ist mit Schaltungen zum Steuern der Folge (schrittweises Vorrücken) , zum Steuern des Stroms (Zerhackerschaltung) und zum Liefern desselben versehen, die voneinander unabhängig und untereinander gleich sind, so daß deshalb die Wartung des Systems sehr erleichtert wird.

- 17 -

70981 1 /0809

Die besondere elektronische Hardware bildet auch die Schnittstelle in Richtung auf den Minicomputer 43 für die besonderen Lauf-Mikroschalter, die Sicherheitseinrichtungen und das Steuerpult,

Die Unterhaltung zwischen der Hardware und dem Minicomputer wird mit Redundanzen ausgeführt, damit Ausfälle, Fehler und Störungen aufgedeckt werden können.

Das Steuerpult ist sehr einfach. Tatsächlich kann durch das Vorhandensein eines Fernschreibers die Anzahl der Druckknöpfe nur in der Einführungsstufe stark verringert werden. Deshalb erweist sich der Betrieb der Maschine bei der Herstellung als bemerkenswert einfach.

Die vom Minicomputer 43 durchgeführten Hauptfunktionen sind die folgenden:

- Verschlüsseln der von Menschenhand in einer höheren Sprache während der Einführungsstufe gelieferten Instruktionen?

- Speichern der Instruktionen selbst im Zentralspeicher des Systems (was somit zur Folge hat, daß Lochstreifen oder andere externe Speicher entfallen);

- In-Reihenfolge-Bringen und Verteilen der Instruktionen auf die besondere Hardware zu gegebener Zeit und in besonders maschinenorientierter von der Elektronik des Systems benötigter Form.

- 18 -

70981 1/0809

Das Programm ist in verschiedene Module unterteilt, die voneinander unabhängig sind und von einer gemeinsamen "vorgegebenen Basis" Gebrauch machen, die, abgesehen vom gespeicherten Programm, zusätzlich die Bedingungen enthält, die den "Zustand" des Systems (Koordinaten der Achsen, Zustand der Hilfseinrichtungen, gestartete Operationen, Zustand der Hardware, Arten des Datenaustausches etc.) bestimmen.

Die Hauptmodule des Programms sind?

- Ein Überwachungsmodul für das Starten und das erneute Starten des Programms und zum Auswählen der Betriebsbedingungen des Systems; es ermöglicht ein Rufen der einzelnen Module unter Zwischenwirkung einer Art von "Arbeitssteuersprache";

- Ein speicherunterteilendes Modul zum Vorbereiten des Zentralspeichers zwecks Speicherns von bestimmten Daten?

- Ein Instruktionsmodul für das Programmieren in Übereinstimmung mit dem Prinzip des "Plattenrückspiel-Modus", d. h. der sogenannten "Selbstinstruktion¹¹ . Das System wird das erste Mal von Menschenhand geführt, um die gewünschte gespeicherte Bahn auszuführen. In dieser Stufe werden sämtliche für den Betrieb notwendigen Komplementärinformationen ebenfalls unter Zwischenwirkung eines Fernschreibers eingeführt; der grundlegende Instruktionssatz des Systems ist in der folgenden Tabelle zusammen mit dem für die hauptsächlichen abgeleiteten Maschinen angegeben;

- 19 -

70981 1/0809

Ein Ausführungsmodul zum teilweisen oder vollständigen, fortlaufenden oder schrittweisen Ausführen eines oder mehrerer Zyklen in Übereinstimmung mit den von der Bedienungsperson gelieferten Instruktionen;

Ein Aufbereitungsmodul für die Teilkorrektur der bereits gespeicherten Instruktionen;

Ein Rettungs- und Wiederladungsmodul zum Erhalten einer Kopie der gespeicherten Daten und zum erneuten Laden derselben in den Speicher; dieses Modul ermöglicht Schubbearbeitung mit verringerten Umbauzeiten, ohne daß die Operationen jedes Mal neu programmiert werden müssen.

Durch die Modularität der Software können verschiedene Programme genau den Erfordernissen entsprechend zugeschnitten werden, ohne die grundlegenden Module und vor allem ohne die Bedingungen und die Sprache der Unterhaltung zwischen Mensch und Maschine und der Unterhaltung mit der elektronischen Hardware zu verändern.

INSTRUKTIONSSATZTABELLE

MNEMOTECHNISCHE INSTRUKTIONEN

ABKÜRZUNG

IN Lernen

LI Aufführen

ED ' Aufbereiten

MA Ausführen des 1 Zyklus

- 2o -

709811/0809

AU Ausführen des 1 Zyklus mit

Steuerpult

DU Zwischenspeichern

ST Speichern

FI Ende

NW Achsen auf Null bringen

OK Anfangsstellung bestätigen

FR Geschwindigkeit des Vorrückens

SP Spindel

MN Spindeldrehbefehl

AX Hilfseinrichtung

OR Zurückkehren an den Anfang

KO Verbinden

NU Etikett

II Beginn des stufenweisen Erhöhens

IF Ende des stufenweisen Erhöhens

MO Bewegung der Achsen

WA - Feststellen des 1 Arms

CF Bohrzyklus

CM Einschraubzyklus

TR Drehtisch

PP Vorliegen des externen Vorzeichens

EX Rufen

RP Suchen nach Wand

RF Suchen nach Bohrung

AB Überschreiten des Hubendes

JU Springen

AS Drucken der absoluten Koordinatien

NE nicht Ausführen

RE Wiederaufnehmen der Ausführung

CO Steuerpult

FI Ende

IL geradliniger Interpolator

IC kreisförmiger Interpolator

- 21 -

709811 /0809

Selbstanpassende Einrichtung für Bohreinheiten

Das Bearbeitungszentruin weist zwei Arbeitsköpfe 25 zum Eohren auf. In jedem dieser Köpfe ist eine Welle 36 (Fig. 2) im Mantel 34 drehbar und mittels eines Getriebes 37 mit einem Elektromotor 38 zum Drehen eines von einem Werkzeughalter 4o getragenen Werkzeuges verbunden. Das Werkzeug 39 kann mit einer Reihe von Buchsen 75 mit einer Einführung oder Senkung zusammenarbeiten, die in eine Bohreinrichtung 175 eingebaut sind, um die Stellen des Werkstücks oder Teils 10 anzuzeigen, an denen gebohrt werden soll.

Der Werkzeughalter 4o (Fig. 2) wird mit dem Arbeitskopf 25 über eine Kupplung 45 verbunden, die in einen ersten Zustand, um ein gewisses Verschieben des Werkzeughalters 4o mit Bezug auf den Kopf 25 zu ermöglichen, und in einen zweiten Zustand versetzt werden kann,um den Werkzeughalter 4o starr am Kopf 25 anzuklammern. Die Kupplung 45 weist ein erstes, aus einer an dem Mantel 34 befestigten Muffe 46 bestehendes Element auf. Die Muffe 46 trägt am Boden einen Bronzering 47 mit einer ebenen Lagerfläche 48 für ein zweites Element der Kupplung 45, das aus einer Scheibe 52 des Werkzeughalters 4o besteht.

Darüber hinaus befindet sich in der Muffe 46 ein Elektromagnet 49 mit einer Wicklung 5o, die unter Steuerung durch die entsprechende Einheit 21 (Fig. 5) mit zwei verschiedenen Spannungen erregt werden kann: Einer ersten Spannung von 8 Volt und einer zweiten Spannung von Volt. Der Elektromagnet 49 hat einen Luftspalt zwischen zwei Teilen, von denen einer der Kern 51 der Wicklung

709811/0809 -22-

ist, während der andere aus der Scheibe 52 des Werkzeughalters 4o besteht.

Die Scheibe 52 ist mit zwei Bohrungen 53 versehen, die zwei an dem Ring 47 des Elektromagneten 49 in axialen und diametral gegenüberliegenden Stellungen befestigte Axialstifte 54 aufnehmen können. Der Durchmesser der Bohrungen 53 ist größer als der der Stifte 54, so daß eine gewisse Bewegung des Werkzeughalters 40 in bezug auf die Muffe 46 möglich ist.

Der Werkzeughalter 40 ist weiterhin mit einem mit dem Werkzeug 39 drehbaren Schaft 56 versehen, der in die Spindel des Kopfes 25 eingreifen kann. Diese Spindel umfaßt eine Hülse 57, die an ihrem oberen Ende mit zwei schraubenförmigen, um 180 voneinander angebrachten Soalten 58 versehen ist.

Zwei von einem mit der Welle 36 über ein Universal-Gelenkstück 61 verbundene Bolzen 6o getragene Radialstifte 59 greifen in die Spalte 58 ein. Zwischen der Hülse 57 und dem Bolzen 6o befindet sich eine Druckfeder 62, die die Hülse 57 üblicherweise in einer unteren Stellung hält, wie in der Zeichnung dargestellt.

Der Schaft 56 des Werkzeughalters 4o ist mit zwei Radialstiften 63 versehen, die in zwei Spalte 64 der H'ilse 57 eingreifen können, um das Werkzeug 39 in Drehung mitzunehmen. Eine Reihe von mittels eines elastischen Rings 67 gehaltenen Kugeln 66 dient dazu, den Werkzeughalter 40 axial zu halten, wenn der Elektromagnet 49 nicht erregt ist.

709811/0809

- 23 -

In der Muffe 46 ist weiterhin eine Ringleitung 68 gebildet, die über ein elastisches Rohr 69 mit Druckluft versorgt wird. Die Leitung 68 steht über eine Reihe von Axialleitungen 71, von denen nur eine in Fig. 2 zu sehen ist, mit ebensovielen Düsen 72 in dem Bronzering 47 in Verbindung, so daß ein Luftlager zwischen der Fläche 48 des Ringes 47 und der entsprechenden Fläche der Scheibe 52 gebildet wird.

Schließlich befindet sich in dem Ring 47 ein Sensor 73, der das Vorhandensein des Werkzeughalters 4o signalisieren und sowohl die Zufuhr von Luft als auch die Erregung des Elektromagneten 49 anhalten kann, bis ein Vv erk ζ eughalter 4o mit dem Kopf 25 verbunden ist.

Die selbstanpassende Vorrichtung entsprechend Fig. arbeitet in folgender Weise. Wenn der Arbeitskopf in Übereinstimmung mit dem neuen Werkzeug 4o auf dem Rahmen 41 (Fig. 1) gebracht ist, während, wie bereits erwähnt wurde, der Werkzeughalter 4o bereits so ausgerichtet ist, daß die Bohrungen 53 in Übereinstimmung milZÖen Axialstiften 54 stehen (Fig. 2), kann die Hülse 57 jede Winkelstellung in bezug auf den Schaft 56 einnehmen. Wenn die Stifte 63 nicht in die Spalte 64 eingreifen, wird die Hülse 57 entgegen der Wirkung der Feder 62 nach oben geschoben. Die mit den Stiften 59 zusammenarbeitenden schraubenförmigen Spalte 58 veranlassen dann die Hülse 57 sich zu drehen, bis die Spalte 64 mit den Stiften ausgerichtet sind. D.'.e Feder 62 veranlaßt dann die Hülse 57, nach unter, zu springen, die Kraft des federnden Ringes 67 zu überwinden und die Stellung von Fig. ^u erreichen.

- 24 -

709811/0809

Die Steuereinheit 21 (Fig. 5) verursacht dann die Erregung des Elektromagneten 49 mit einer Spannung von 8 Volt und befiehlt die Sendung von Druckluft durch das Rohr 69 in die Leitungen 68 und 71. Der Luftdruck wird so reguliert, das seine Wirkung durch die Düsen 72 auf der Scheibe 52 die Wirkung des Elektromagneten 49 fast ausgleicht. Auf diese Weise hält der Elektromagnet 49 den Werkzeughalter 4o zurück, während er ihm eine gewisse Radialbewegung innerhalb der durch die Bohrungen 53 ermöglichten Grenzen, unterstützt von dem Luftlager, gestattet. Diese Bewegung wird auch auf die Hülse 57 und den Bolzen 6o übertragen, während die Welle 36 dank des Universal-Gelenkstücks 61 unbeweglich bleiben kann.

Wenn der Werkzeughalter 4o auf diese Weise mit dem Arbeitskopf 25 verbunden ist, wird dieser unter Steuerung durch die Einheiten 21 und 42 (Fig. 5) verschoben, bis er mit der von den Schrittschaltmotoren 2ο und 28 ermöglichten Annäherung die gewünschte Stellung

des Werkstücks Io (Fig. 2) erreicht, die durch eine der Buchsen 75 der Bohreinrichtung 175 dargestellt ist.

Der Arbeitskopf 25 wird dann durch den Schrittschaltmotor 32 nach unten bewegt, damit das Werkzeug 39 in die Buchse 75 eingreift. Wenn das Werkzeug 39 nicht genau mit der Buchse 75 ausgerichtet ist, verursacht dieser Eingriff die Verschiebung des Werkzeugs 39 in bezug auf die Welle 36. Sobald die gewünschte Stellung durch das Werkzeug 39 erreicht ist, hält der Schrittschaltmotor 32 an, weil das Werkzeug 39 nicht weiter vorrücken kann. Dann sendet er ein Signal an die Steuereinheit 21, das für die Erregung des Elektromagneten 49 mit einer Spannung von 24 Volt und die

- 25 -

709811/0809

gleichzeitige Beendigung der Luftzufuhr an das Rohr sorgt. Der Werkzeughalter 4o bleibt auf diese Weise starr an der Muffe 46 befestigt, und der Motor 38 kann für den BearbeitungsVorgang betätigt werden.

Bei Beendigung des Bearbeitungsvorgangs wird der Arbeitskopf 25 erst hochgehoben und dann bewegt, um den Werkzeughalter 4o zurück über den Rahmen 41 zu bringen. Der Elektromagnet 49 wird völlig entregt, und in die Düsen 72 wird Druckluft geschickt. Die nicht mehr durch die Erregung des Elektromagneten 49 ausgeglichene Druckluft kann jetzt die Wirkung des elastischen Ringes auf die Kugeln 66 überwinden, so daß der Werkzeughalter 4o von dem Arbeitskopf 25 getrennt wird, der in den entsprechenden Sitz im Rahmen 41 (Fig. 1) abgesetzt wird.

Es ist somit klar, daß ein äußerst bemerkenswertes Merkmal dieses Bear'beitungszentrums darin liegt, daß zwei Betriebsgesichtspunkte zu gleicher Zeit vorhanden sind, die an und für sich einander ausschließen: Die Verwendung einer Bohreinrichtung und die Verwendung einer numerischen Steuerung.

Der Hauptgrund für diese ungewöhnliche Kombination ist die technologische Unmöglichkeit, die Bohrzeiten durch Verwendung freier Bohrer herabzusetzen, weil tatsächlich das Biegen der Bohrer vor allem im Fall kleiner Lecher den Grad des Vorschubs begrenzt. Bei Vorhandensein der Buchsen 75 ist es andererseits möglich, die Bohrzeiten drastisch herabzusetzen und die Notwendigkeit des Zentriere'ns auszuschließen.

- 26 -

709811/0809

Durch das System können jedoch gute Positioniergeschwindigkeiten, selbst bei verhältnismäeig niedrigen , Genauigkeitsgraden erreicht werden, bei denen brauchbare Teile ohne die Verwendung der Bohreinrichtung nicht gefertigt werden könnten.

Da das Bearbeitungszentrum für die Herstellung kleiner und mittlerer Reihen bestimmt ist, wirken sich die Kosten der Bohreinrichtung nur begrenzt auf die Herstellungskosten aus. Außerdem ist in vielen Fällen die Bohreinrichtung bereits für die herkömmliche und mit Reihen von empfindlichen Bohrmaschinen ausgeführte Bearbeitung ausgebildet, so daß die Kosten der Bohreinrichtung nicht als echte zusätzliche Kosten angesehen werden können.

Um verschiedene Bearbeitungsvorgänge bei der Steuerung der Vorschubgrade der Achsen X, Y, Z zusätzlich zu den üblichen Schnelligkeitsgraden durchführen zu können, kann die Einheit 21 eine Bewegung entlang der drei Achsen mit acht Vorschubgradwerten befehlen. Auf diese Weise ist es möglich. Bohr-, Einschraub- und andere Arbeitsvorgänge mit dem geeignetsten Vorschubgrad auszuführen. Das Werkstück Io kann außerdem auf einem in der Zeichnung nicht dargestellten Drehtisch angebracht sein, wodurch eine weitere Steuerachse dem System hinzugefügt wird.

Um die Arbeit des Programmierens zu vermindern, ist eine Anzahl sich häufig wiederholender typischer Operationen in die Software der Maschine "eingefroren" worden, wie z. B. ein festgelegter Bohrzyklus (vgl. Instruktion CF der Tabelle); ein festgelegter Einschraubzyklus (Instruktion CM)r ein Bewegen des Drehtisches zum Wechseln der werkzeuge (Instruktion TR) usw.

709811/0809 -

Selbstanpassende Vorrichtung für Einpaß- oder

Zusammenbaueinheiten

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Bearbeitungszentrum zwei Arbeitsköpfe 25 auf, von denen jeder ein tastendes Einbau- oder Zusammenbauwerkzeug an dem Werkzeughalter 4o (Fig. 3) trägt.

Die hauptsächlichen Schwierigkeiten, auf die man bei der Automatisierung von Einpaß- oder Zusammenbauarbeiten trifft, sind auf regelwidrige Situationen, die ein Klemmen des Systems verursachen, und auf Schwierigkeiten beim Einpassen oder Zusammenbauen selbst zurückzuführen, was in den Abmessungstoleranzen der Teile begründet liegt, weil beim Einpassen oder Zusammenbauen Abmessungen und Toleranzen mit einbezogen werden, die sich von den Funktionsabmessungen und -toleranzen des Teils unterscheiden. Ein Steuerhebel kann beispielsweise vom funktionellen Standpunkt aus gesehen annehmbar sein, selbst wenn er merklich gebogen ist. Unter diesen Umständen kann sich das automatische Einpassen desselben als praktisch unmöglich erweisen.

Das erstellte System ist mit Geräten, Hardware und Software ausgestattet, die einerseits die Wirksamkeit der Einpaß- oder Zusammenbauarbeiten, wie ein Einpassen durch Selbstzentrieren mit gleitendem und spiralförmigem Suchen, das nachstehend näher beschrieben werden wird, verbessern und andererseits selbst in diesem Fall die tatsächlichen und wirklichen Bedingungen, die sich von den vorgesehenen unterscheiden, zu ermitteln und automatisch einfa'che Entscheidungen zu treffen.

- 28 -

70981 1/0809

Zu diesem Zweck trägt der Schlitten 24 des Arbeitskopfes 25 im Inneren einen dem Mantel 34 in Fig. 2 vergleichbaren Mantel 34'. Unterhalb des Mantels 34' ist eine Muffe 77 befestigt, an der ein Bronzering 78 befestigt ist. In dem Ring 78 sind vier Axialleitungen 79 ausgebildet, die über eine Ringleitung 80 gespeist werden und in einer Düse 81 an der unteren Fläche enden.

Die Muffe 77 trägt einen Elektromagneten 49 ähnlich dem der Fig. 2, dessen Magnetkreis eine zu einem Werkzeughalter 4o gehörende Scheibe 87 aufweist. Die Scheibe 87 trägt eine Hülse 89, in der mit einem gewissen Hub ein am Boden mit einer Scheibe 92 eines Werkzeugs 88 befestigter Stempel 91 gleiten kann. Die Scheibe 92 ist selbstdrehbar mit Hilfe eines in einen Spalt 94 in der Scheibe 87 eingreifenden Stiftes 93 mit der Scheibe 87 verbunden. Der Stempel 91 ist oben mit einem Kopf 96 versehen, der oben durch einen magnetostriktiven Umformer 97 für die Z-Achse abgetastet werden kann, der auf bekannte Art und Weise jede Axialbewegung des Kopfes 96 in verschiedenen Stufen des Arbeitszyklus signalisieren kann.

Zwischen dem Kopf 96 und der Schulter 98 der Hülse 89 ist eine erste Druckfeder 99 angebracht, und zwischen der Scheibe 92 und der Hülse 89 liegt eine zweite Feder lol. Die Wirkung der Feder 99 herrscht über die Wirkung der Feder lol vor, was zur Folge hat, daß das Werkzeug 88 normalerweise die hohe Stellung von Fig. einnimmt.

- 29 -

70981 1 /0809

Die Scheibe 87 ist mit zwei diametral gegenüberliegenden Bohrungen 102 (Fig. 4) versehen, die mit einem gewissen Spiel mit einem Paar vom Ring 78 getragenen starren Stiften 103 in Eingriff treten können, um die Selbstanpassung des Werkzeughalters 4o zu ermöglichen. Auf dem Ring 78 sind außerdem zwei federnde Stifte 104 angebracht, die sich ebenfalls diametral gegenüberliegen und mit den Stiften 103 abwechseln. Jeder Stift 104 ist gleitend in einem Zylinder 107 im Ring 78 an einem Kolben 106 (Fig. 3) befestigt und nach unten durch eine Druckfeder 1O8 vorgespannt. Die Stifte 104 sind so beschaffen, daß sie in Spalte 109 in der Scheibe 87 eingreifen, die entlang einer einzigen Achse, beispielsweise der X-Achse (Fig. 4) ausgerichtet sind. Die Spalte 109 sind so bemessen, daß jede Bewegung der Scheibe 87 mit Bezug auf den Ring 78 entlang der anderen Achse verhindert wird, so daß, wenn das von der Scheibe 87 getragene Werkzeug sich lediglich entlang der ersten Achse bewegen muß, die Stifte 104 abgesenkt werden, während im entgegengesetzten Fall sich die Scheibe 87 in jede Richtung innerhalb der Grenzen des Spiels zwischen den Stiften 103 und den Bohrungen 102 bewegen kann,Zwischen der unteren Seite des Kolbens 106 und dem Zylinder 107 befindet sich eine mittels radialer Leitungen 111 und einer Ringleitung 312 gespeiste Luftkammer 110, wobei die Luft durch ein Außenrohr 113 zugeführt wird.

Vier hohle Zentrier-Stempel 116, die radial um 90 zueinander versetzt angeordnet und jeweils einstückig mit einem gleitend in einer zylindrischen Ausnehmung 118 angebrachten Kolben 117 sind, können mit einer zylindrischen Fläche 114 des Kopfes 96 zusammenwirken. Eine Feder 119 spannt jeden Kolben 117 nach innen vor.

- 30 -

709811/0809

während Druckluft durch eine Reihe von Leitungen 122, in eine ringförmige Kammer 121 zugeführt werden kann. Jeder Kolben 117 liegt normalerweise gegen einen Ring an (Fig. 3), so daß ein gewisses Spiel zwischen dem Ende des Zentrier-Stempels 116 und der Oberfläche 114 bleibt. Zwei der in entsprechender Weise zu den X- und Y-Achsen um 90 zueinander versetzt angeordneten Stempel 116 nehmen jeweils einen Stellungs-Umformer 126 entsprechend dem Umformer 97 auf.

Das Werkzeug 88 hat einen Kolben 127, der senkrecht durch eine pneumatische Einrichtung beweglich und an dem Boden mit einer Aussparung 128 versehen ist, in die zwei Vorsprünge 129 zweier Ansatzbacken 131 eingreifen. Diese Backen sind auf zwei Stiften 132 des Werkzeugs 88 drehbar gelagert und können einen Stift 133 ergreifen, der in einen Sitz 134 in einem Teil 135 eingepaßt werden soll.

Zum Verbinden der Umformer 97 und 126 mit den betreffenden Steuereinheiten 21 (Fig. 5) weist das System einen Multiplexer 136 für jeden Kopf 25 zum Auswählen der von ihm zu lesenden Umformer 97, 126 sowie einen A/i>-Umwandler für jeden Kopf auf, um die Eingabe vorzubereiten, die die Einheit 21 auf den Minicomputer 43 schicken muß.

Außerdem werden neue Instruktionen vorgesehen, um eine leichte und allgemeine Verwendung der Hardware zu ermöglichen. Insbesondere wurden mit Bezug auf die Instruktionen der vorstehenden Tabelle die folgenden Instruktionen hinzugefügt:

- 31 -

709811/0809

Eine Vergleichsinstruktion CPR, die es ermöglicht, einen Vergleich zwischen der tatsächlichen Stellung der Umformer 97, 126 und einer vorbestimmten Stellung anzustellen: In Übereinstimmung mit dem Ausgang des Vergleichs kann das Einpaß- oder Zusamme nba upr ogr a mm ordnungsgemäß entsprechend der gespeicherten Folge fortfahren oder einen "Sprung" auf andere Instruktionen ausführen;

Eine Suchinstruktion RIC, die es ermöglicht, zu verursachende Bewegungen unter Energiesteuerung in sämtlichen drei Koordinatenebenen auszuführen, um Absetz-Stellungs-Suchen nachzugehen.

Das den Arbeitskopf von Fig. 3 und 4 beinhaltende System arbeitet auf die folgende Weise:

Es soll angenommen werden, daß im Fall der Fig. 3 und das Werkzeug 88 sich in den beiden X- und Y-Richtungen bewegen kann, so daß die Spalte 109 nicht betroffen werden und, abgesehen von der Modularität des Systems, aus der Scheibe 87 weggelassen werden könnten.

Zuerst verursacht die Programmeinheit 42 (Fig. 5) ein Verschieben des Arbeitskopfes über die Steuereinheit 21, um den Kopf in entsprechende Lage mit dem im Rahmen 41 ausgewählten Werkzeughalter 40 zu bringen (Fig. 1). Danach veranlaßt die Steuereinheit 21 (Fig. 5), daß Druckluft in das Rohr 113 ( Fig. 3) geschickt wird, so daß über die Leitungen 112 und 111 die Stifte 104 übergangen werden, indem sie die Federn 108 überwinden. Außerdem veranlaßt dann die Steuereinheit 21, daß der Elektromagnet 49 (Fig. 3) mit einer Spannung von 8 Volt erregt wird, wodurch die Scheibe 87 mit dem Arbeitskopf 25 verbunden wird.

709811/0809 _ ₃₂ _

Die Wirkung der Federn 119 auf die Kolben 117 erzeugt nun eine erste Zentrierung des Werkzeughalter-Stempels 91 auf dem Arbeitskopf 25. Danach wird Druckluft in die Leitungen 122 und 123 geleitet, wodurch die vier Stempel 116 übergangen werden, und es wird Druckluft in die Düsen 81 geleitet, um die Scheibe 87 in bezug auf den Kopf 25 leicht bewegbar zu machen, wie im Fall der Fig. 2 dargestellt. Dann veranlaßt die Programmeinheit 42 über die Einheit 21 das Werkzeug 88, sich zu einer in der Zeichnung nicht dargestellten Station zu bewegen, wo sich eine Anzahl der Stifte 133 (Fig. 3) befindet. Der Kolben 127 wird nun betätigt, wodurch er sich nach oben bewegt, so daß die Backen 131 einen Stift 133, wie in Fig. 3 angedeutet, ergreifen. Da es unwahrscheinlich ist, daß der Stift 133 sich in der durch die Befehle der Programmeinheit 42 bestimmten theoretischen Stellung befindet, verschiebt sich das Werkzeug 88 beim Schließen der Backen 131 in bezug auf den Arbeitskopf 25, indem es die Scheibe 87 veranlaßt, auf dem Ring 78 zu schwimmen. Diese Wirkung wird durch die zu den Düsen 81 geleitete Druckluft unterstützt, wodurch ein Luftlager zwischen den beiden Flächen der Scheibe 87 und des Ringes 78 geschaffen wird, die aneinandergrenzen.

Am Ende des Hubes des Kolbens 127 wird der Kopf 25 nach oben bewegt, und die Druckluft wird aus den Leitungen 123 und 122 entfernt. Mit Hilfe der Stempel erzeugt die Feder 119 nun die Zentrierung des Stempels 91 zusammen mit der Scheibe 87, dem Werkzeug 88 und dem Stift 133. Der Elektromagnet 49 wird dann auf 24 Volt erregt, und die Druckluft wird aus den Düsen 81 entfernt, woraufhin der Werkzeughalter 4o starr mit dem Kopf 25 verbunden bleibt.

- 33 -

709811/0809

Der Arbeitskopf 25 wird dann in entsprechende Stellung zu dem Sitz 134 gebracht, in den der Stift 133 eingesetzt werden soll. Wenn die durch den Befehl der Einheit 21 erreichte Stellung nicht genau der gewünschten Stellung entspricht, beginnt eine durch die drei Umformer 97 und 126 gesteuerte Suchbewegung, wobei die Umformer wahlweise durch die Einheit 21 über den entsprechenden Multiplexer 136 aktiviert werden und die entsprechenden durch einen Umwandler 137 in numerische Werte umgewandelten Daten zu dem Minicomputer 43 senden. Die Suchbewegung wird von dem Minicomputer 43 über die Instruktion RIC geführt und durch eine Spiralbewegung des Kopfes 25 ausgeführt, wie im wesentlichen in der US-PS 3 906 325 beschrieben.

Mehr im einzelnen wird dazu ausgeführt: Wenn der Stift

133 das Teil 135 berührt, ohne den Sitz 134 zu zentrieren, wird die Feder lOl zusammengedrückt, so daß der Kopf 96 sich nach oben bewegt, dadurch wird der Umformer 97 veranlaßt, ein Signal abzugeben, das in Verbindung mit der vom Werkzeug erreichten Höhe die entsprechende Such-Sequenz erzeugt« Die Feder lOl könnte auch auf anderen Stufen des Zyklus gespannt werden, beispielsweise weil das Greifen des Stiftes ausfällt, oder die Suche des Teiles erfolglos bleibt oder aufgrund anderer auftretender Hindernisse. Das gleiche Signal des Umformers 97 erzeugt dann so viele verschiedene Folgen zur Aufrechterhaltung des Zyklus wie erforderlich« Wenn die gewünschte Stellung erreicht ist, was durch den Umformer 97 signalisiert wird, dann wird der Stift in den Sitz 134 eingesetzt, wonach der Kolben 127 betätigt wird und die Backen 131 öffnet. Wenn der Sitz

134 oder der Stift 133 mit einer Abrundung oder einer anderen geeigneten Einführ-Einrichtung versehen sein sollten, könnte die Suchbewegung weggelassen werden,

709811/0809 - ₃₄ -

während die Einsetz-Bewegung des Stiftes 133 in den Sitz 134 über den auf 8 Volt erregten Elektromagneten 49 durchgeführt und das Luftlager begründet wird.

Wenn der Werkzeughalter 40 auf den Rahmen 41 zurückgebracht werden soll (Fig. 1), veranlagt die Steuereinheit 21 den Kopf 25·, sich in Übereinstimmung mit der Stellung des Werkzeughalters zu bewegen, wonach der Elektromagnet 49 völlig entregt und erneut Luft zu den Düsen 81 geleitet wird, so daß die Druckluft die Freigabe des Werkzeughalters 4o aus dem Kopf 25 gewährleistet.

Das Bearbeitungszentrum ist insbesondere zum Einpassen oder Einbauen von mechanischen und elektronischen Bauteilen, besonders in der Industrie zur Ausstattung von Büromaschinen und Datenverarbeitungsanlagen, geeignet, wie zum Einpassen von Tastaturhebeln und Druckhämmern, zum Anbringen von Tasten auf Tastaturhebeln, zum Einsetzen von Schaltungspaketen in Schalttafeln, zum Abziehen von Kabeln und Ergreifen in Klemmentafeln, sowie zum Zusammenbau von Schreibwalzen tragenden Wagen.

Wenn das einzupassende Teil eine Schraube ist, kann der Werkzeughalter einen Schraubenzieher 141 aufweisen, der an einer Spindel 142 angebracht ist, die über ein Ge-triebe 144 durch ihren eigenen Elektromotor 143 in Drehung versetzt wird. Der Kopf 96 des Werkzeughalters ist jetzt hohl, um eine Feder 145 aufzunehmen, die zwischen dem Kopf selbst und einer Schulter des Stempels 146 angebracht ist, der mit Hilfe von zwei Spalten 147 mit zwei Stiften 147" der Spindel 142 ver-

709811/0809 - 35-

bunden ist. Diese Spindel kann sich daher in bezug auf den Kopf 25 aufgrund der Kupplung 45 entsprechend derjenigen von Fig. 2 und 3 bewegen. Darüber hinaus kann der Kopf 96 in bezug auf die Spitze des Schraubenziehers 141 axiale Bewegungen ausführen. Diese Bewegung wird über den Stempel 146 vom Umformer 97 festgestellt.

Ure die Relativbewegung des Stempels 146 in bezug auf den Kopf 96 klarzustellen, ist der Stempel 146 in Fig. 7 als ein Zeiger 148 dargestellt, der in bezug auf eine Skala 149 des Arbeitskopfes 25 beweglich ist.

In der ersten Phase (Fig. 7a, 7b), wenn der Kopf 25 unter Steuerung durch die Einheit 21 und möglicherweise durch die Suchbewegung die Schraube 14o in Übereinstimmung mit der Bohrung 15o im Teil 151 bringt, wird die Feder 145 .(Fig. 6) nicht gespannt, und die Maschine geht in die folgende Stufe über. Wenn andererseits die Feder gespannt ist, beispielsweise weil die Bohrung 15o nicht gefunden wird (Fig. 7b), wird diese Tatsache durch den Umformer 97 signalisiert, der einen unkonditionierten Sprung innerhalb des Programms ausführt, und der Betrieb wird angehalten (Verwerfen).

In der zweiten Phase (Fig. 7c, 7d) bewegt sich der Schraubenzieher 141 vor, wird aber noch nicht gedreht. Wenn die Feder 145 gespannt wird, ist alles in Ordnung, und die Maschine geht zur folgenden Phase über; wenn andererseits die Feder nicht gespannt wird, bedeutet dies,daß das mit Gewinde versehene Teil 152, in das die Schraube 14o eingeschraubt werden soll, fehlt, oder daß die Schraube 14o fehlt, oder daß das Gewinde der

- 36 -

709811/0809

Schraube oder das des Teils überdreht ist. In diesem Fall soll das durch den Umformer 97 (Fig. 6) gegebene Signal, das die Nicht-Spannung der Feder 145 anzeigt, das Anhalten des Betriebs veranlassen (Verwerfen).

In der dritten Phase (Fig. 7e, 7f) wird der Schraubenzieher 141 gedreht, bis die Schraube 14o gegen das Teil 151 anschlägt, wodurch das Anhalten des Motors 143 (Fig. 6) befohlen wird. Wenn alles in Ordnung ist, wird die Fedei. 145 nicht gespannt, und die Einpassung stimmt. Wenn andererseits die Feder 145 gespannt wird, bedeutet dies, daß die Schraube nicht richtig voll eingeschraubt und daher nicht in Anschlag gegen das Teil 151 gekommen ist, so daß der Betrieb in diesem Fall ebenfalls anhält und das Teil verworfen wird.

Fig. 8 veranschaulicht die vollständige Folge zum Zusammenbau einer Gruppe oder Einheit in Form eines Flußdiagramms, wobei von den zwei Arbeitsköpfen 25 Gebrauch gemacht werden muß. Der Arbeitsvorgang besteht darin, daß auf einem mit einem Feststellstift 154 versehenen Teil 153 mittels des linken Kopfes 25 ein Block 155 mit zwei Gewindebohrungen 156 und auf diesem eine Winkelplatte 157 angeordnet wird. Es ist notwendig, zwei Schrauben 158 und 159 in die Winkelplatte 157 mittels des rechten Kopfes 25 einzuschrauben« Aus dem Diagramm sind sämtliche Arbeitsstufen klar ersichtlich, und es sind außerdem das Feststellen zwischen den beiden Köpfen und die Operationen angezeigt, die im Falle einer Unterbrechung der korrekten Folge auszuführen sind.

- 37 -

709811/0809

Die beiden rait dem Etikett ALT versehenen Blöcke benötigen die Wiederholung von derartigen Operationen, wie sie zum Liefern eines fehlenden Blocks, einer fehlenden Platte oder Schraube oder zum Ersetzen eines schadhaften Blocks oder einer schadhaften Platte erforderlich sind.

Es wird darauf hingewiesen, daß die hauptsächlichen und am meist verwendeten Montagefolgen eingefroren werden können, indem man sie als Unterroutinen in geeignete Speicher mit einer Ersparnis an Speicherbelegung und Programraierzeit einspeichert. Die Schützoder Rettungsverfahren und Ausweichverfahren für jeden Fall von Regelwidrigkeit während eines Zusammenbauvorgangs, können außerdem in einem "On-Line" oder "Off-Line" -Modus erstellt werden.

Wie bisher ersichtlich, ist es klar, daß das beschriebene Einpaß- oder Zusammenbausystem auf folgende Weisen arbeiten kann:

Auf entscheidende Weise als Maschine mit numerischer Steuerung ohne jede Rückkoppelung,

Mit Selbstzentrierung, d. h. durch Ausnutzen des Vorhandenseins von Einführungen und Abrundungen, die die Einpassungsarbeiten erleichtern können.

Mit besonderen Suchbewegungen nach der genauen Stellung und Ermittlung des tatsächlichen Zustand des Systems über den Minicomputer.

- 38 -

709811/0809

Das System kann:

- Relativbewegungen auch in den drei Richtungen X, Y, Z zulassen,

- diese Bewegungen ermitteln und die ermittelten Werte auf den Minicomputer übertragen,

- sich selbst in eine zentrierte Stellung zurückbringen.

Das System kann verwendet werden:

Als passives System zum Ausführen von EinpaS- oder Zusammenbauarbeiten durch Ausnutzen von Einführungen und Abrundungen auf ganz ähnliche Weise, wie die Bohrerspitzen 39 in die Buchsen 75 (Fig. 2) eingesetzt werden.

Als Detektor für die von den Zwingen erreichten Höhen, indem die relativen Gleitbewegungen des Mantels 34 und des Werkzeughalters 40 gemessen werden.

Als Detektor für die über das einzupassende Teil übertragenen Kräfte,

Im allgemeinen als Kombination dieser drei grundlegenden Methoden, damit Fall für Fall die Einpaßarbeiten und die entsprechenden Prüfungen auf richtigen und vollständigen Zusammenbau auf einen Bestwert gebracht werden können.

- 39 -

709811/0809

Die Empfindlichkeit des Systems wird durch die Luftlager und die Grundvorrichtungsbuchsen 75 gewährleistet: Somit ist es möglich, Kräfte in der Größenordnung von lOO g zu ermitteln und beispielsweise die Belastung aufgrund des Nichtbefestigens selbst eines einzigen Schaltungspaketstiftes zu erkennen.

Die Gruppe der Verfahren und neuen Instruktionen ermöglichen eine beträchtliche Verbesserung der Wirksamkeit der Einpaß- oder Zusammenbauvorgänge insoweit, als die Verfahren des Einsetzens durch Selbstzentrierung und die Suchverfahren die tatsächliche Zahl der erfolgreichen Operationen erhöhen, während die Möglichkeit der Ermittlung der Kräfte und der echten Bewegungen dem Minicomputer ein Folgen und Prüfen der genauen Entwicklung der Einpaß- oder Zusammenbaufolgen erlaubt und im Falle eines Fehlers oder einer regelwidrigen Situation eine sofortige Diagnose und die Aktivierung von entsprechenden Rettungsverfahren gewährleistet.

Es ist außerdem klar, daß die Erregung des Elektromagneten 49 mittels zweier verschiedener Ströme in jedem Fall immer zwei verschiedene Bedingungen für die Kupplung 45 schafft, wobei in der ersten der Werkzeughalter 40 eine gewisse Verschiebung in bezug auf den Arbeitskopf 25 erfahren kann, während im zweiten Fall der Werkzeughalter 40 in bezug auf den Kopf 25 selbst völlig festgeklemmt ist.

Es ist klar, daß verschiedene Abänderungen, Verbesserungen und Auswechselungen von Teilen in dem beschriebenen Bearbeitungszentrutn vorgenommen werden können, ohne dadurch den Bereich der Erfindung zu verlassen.

70981 1 /0809

_ 40 -

Das beschriebene Bearbeitungszentrum kann außerdem für andere Arten von Bearbeitungsvorgängen hergerichtet werden. Einer dieser Vorgänge kann das Heißvernieten von Warzen oder Stiften auf Blechteilen sein. Das System verringert die Kosten für die besondere Ausrüstung auf ein Mindestmaß und ermöglicht einen guten Gesamtwirkungsgrad.

Die zu vernietenden Teile werden von einem Drehtisch getragen um eine vollständige Oberlagerung von menschlichen Arbeitszeiten und Maschinenzeiten zu erhalten. Durch Verwendung der gleichen Maschine unter Weglassung lediglich des Drehtisches ist es auch möglich, Punktschweißarbeiten zwischen ebenen Metalltafeln oder -platten auszuführen.

Die Intensität des Vernietungsstroms (Nietenheizstroms) wird durch den Minicomputer unter Zwischehwirkung eines D/A-Umwandlers reguliert, der eine Schnittstelle mit den herkömmlichen Vernietungsteuerungen unter der Steuerung einer besonderen Instruktion zum Steuern der Intensität des Vernietungsstroms und zum Takten der verschiedenen Arbeitsstufen bildet. Somit ist es möglich, Operationen mit Vorerwärmung und/oder Härtung sowie mit Annäherungs-, Vernietungs-, Wartungs-, Temper- und anderen Zeiten auszuführen, die beliebig programmierbar sind.

Das System kann weiterhin in Verbindung mit dem Schneiden von Tafeln oder Platten mit einem Plasmabrenner angewendet werden. Die Abmessungstoleranzen

- 41-

709811/0809

und die abschließende Oberflächenbearbeitung des zugeschnittenen Teils machen das System sehr geeignet zum Fertigen von Verkleidungen für Körper, flächenmäßig große Seiten von reprografischen Maschinen, Möbelstücke, Ladenregale usw.

Die Schneidamplitude beträgt ungefähr 2 mm, und das System kann daher Profile mit konkaven Radien von nicht weniger als etwa 3 ram zuschneiden. Wenn Profile hergestellt werden müssen, ist zusätzlich eine numerische Steuereinrichtung erforderlich, die von einem Lochstreifen gesteuert wird und die notwendigen geradlinigen und kreisförmigen Interpolatoren mit der Möglichkeit des Einführens von Radiuskorrekturen aufweist.

Patentansprüche:

Ma/Rü 25 988

709811/0809

Claims

Patentansprüche

1. Selbstanpassendes BearbeitungsZentrum für programmierbare Automation, gekennze ichnet durch eine Fühleinrichtung, die einen Satz von verschiedenen Situationen des Bearbeitungsvorgangs erkennen kann, wobei eine Programmeinrichtung zum Speichern eines Programms vorgesehen ist, das aus einem Satz Unterroutinen besteht, die den Situationen entsprechen, und wobei die Fühleinrichtung in Erwiderung der Erkennung einer vorgegebenen Situation des Bearbeitungsvorgangs die entsprechende Unterroutine des Programms adressieren kann*

2. Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1 mit wenigstens einem Arbeitskopf, der mit einer selbstanpassenden Tast-Einrichtung versehen ist, dadurch gekennze ichnet, daß der Arbeitskopf entlang wenigstens zweier Koordinaten durch numerische Steuereinheiten bewegbar ist, wobei jede Einheit einen entsprechenden Schrittschaltmotor befehligt, der mit einer Anzahl von elektrischen Impulsen gespeist wird, die der auszuführenden Bewegung proportional sind.

3. BearbeitungsZentrum nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die wahlweise betätigt werden können, um ein Steuern des Zentrums durch die Bedienungsperson als Alternative zur Steuereinheit zu ermöglichen, wobei das Zentrum eine Aufzeichnungseinheit beinhaltet, die wahlweise betätigt werden kann, um auf die Programmeinrichtung einen Satz Instruktionen aufzuzeichnen, der einem Satz von Operationen des Bearbeitungszentrums entspricht, welche von der Bedienungsperson gesteuert werden.

709811/0809

- 43 -

4. BearbeitungsZentrum nach einem der vorhergehenden Ansprache, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei selbstanpassende Einrichtungen vorgesehen sind, die getrennt voneinander durch gesonderte Steuereinheiten programmier- und steuerbar sind, wobei eine Zentraleinheit zum Koordinieren der Steuereinheiten als Funktion der Dauer der betreffenden Operationen, der ArbeitsStellungen der verschiedenen Werkzeuge und der Gesamtabmessungen der Köpfe vorgesehen ist.

ι Ma/ilü 25 988

709811/0809