DE3602457A1 - Rechnergesteuertes fertigungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein rechnergesteuertes Fertigungssystem mit wenigstens einer Bearbeitungsmaschine mit einem zugeordneten Maschinensteuerrechner, dem ein Leitrechner übergeordnet ist, und mit einer Koordinatenmeßmaschine, wobei aus Meßwerten der Koordinatenmeßmaschine Korrekturwerte zur Steuerung der Bearbeitungsmaschine ermittelt werden.

In der Literaturstelle VDE-Berichte 540, VDO Verlag Düsseldorf, Seiten 183 bis 221 "Fertigungsintegrierte Koordinatenmeßgeräte als vollautomatische Meßzentren zur Qualitätsregelung", H. Kampa, G. Trieb, ist angegeben, daß in einem flexiblen Fertigungssystem zur Bearbeitung von Werkstücken eine Koordinatenmeßmaschine mit der Bearbeitungsmaschine so gekoppelt werden soll, daß aus der Analyse von Meßwerten Korrekturdaten für die Einstellung der Bearbeitungsmaschine gewonnen werden. In solchen Korrekturdaten kann bspw. der Verschleiß des Werkzeugs der Bearbeitungsmaschine berücksichtigt sein.

Bei der Verkettung einer Meßmaschine mit einer Bearbeitungsmaschine ist ein Datenaustausch zwischen der Meßmaschine, dem Leitrechner und dem Maschinensteuerrechner nötig. Außerdem ist ein umfangreicher Informationsaustausch von Zustandsmeldungen, Identifikationsdaten sowie Korrekturdaten erforderlich. Solche Systeme werden dadurch leicht unübersichtlich und aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fertigungssystem der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die Korrekturwertbildung erfolgt, ohne daß hierzu nötige Zustandsdaten der Bearbeitungsmaschine der Meßmaschine bzw. einem dieser zugeordneten Rechner zugeleitet werden müssen.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Fertigungssystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Koordinatenmeßmaschine ein Prozeßrechner zugeordnet ist, daß der Prozeßrechner die Meßwerte an den Leitrechner weiterleitet, daß der Leitrechner die Meßwerte speichert und daß für einen bestimmten Bearbeitungsvorgang der Maschinensteuerrechner die Sollwerte für diesen Bearbeitungsvorgang und die zugehörigen Meßwerte des letzten vorhergehenden entsprechenden Bearbeitungsvorgangs aus dem Leitrechner abruft, miteinander vergleicht und hieraus Korrekturwerte für die Bearbeitungsmaschine bildet.

Dadurch ist erreicht, daß der Prozeßrechner der Meßmaschine durch die Korrekturwertbildung nicht belastet ist. Er braucht also keinen Massenspeicher für eine vom Fertigungsablauf abhängige Speicherung der Meßwerte aufzuweisen. Ebensowenig muß er die Zustandsdaten der Bearbeitungsmschine, die zur Korrekturwertbildung nötig sind, erfassen und mit den Meßwerten (Istwerten) verarbeiten. Die Korrekturwertbildung erfordert also keinen besonderen Aufbau des Prozeßrechners der Meßmaschine.

Die Meßwerte (Istwerte) werden vom Prozeßrechner der Meßmaschine dem Leitrechner ständig zugeführt. Dessen ohnehin vorhandener Massenspeicher ist zur Speicherung und Verwaltung der Meßwerte geeignet.

Vor einem bestimmten Bearbeitungsvorgang eines Werkstücks übernimmt der Maschinensteuerrechner der Bearbeitungsmaschine den bei dem gleichen, zuletzt vorhergehenden Bearbeitungsvorgang am vorhergehenden Werkstück erreichten Istwert und steuert dementsprechend die Einstellung der Bearbeitungsmaschine.

Es ist also auch der Leitrechner von der Bildung des Korrekturwerts frei, so daß ihm die hierzu nötigen Zustandsdaten der Bearbeitungsmaschine vom Maschinensteuerrechner nicht übergeben werden müssen.

Die Bildung des Korrekturwerts in dem Maschinensteuerrechner der Bearbeitungsmaschine hat auch den Vorteil, daß der Korrekturwert in Störungsfällen, wenn Aufsichtspersonal an der Bearbeitungsmaschine tätig werden muß, dort am Maschinensteuerrechner sichtbar und berücksichtigbar ist.

In Ausbildung der Erfindung kann der Leitrechner mindestens einer Bearbeitungsmaschine, einer Koordinatenmeßmaschine und einer Transporteinrichtung, die alle für sich völlig autonom arbeiten, übergeordnet sein und mit der Bearbeitungsmaschine über einen Maschinenrechner, mit der Koordinatenmeßmaschine über eine Steuereinheit und mit der Transporteinrichtung über eine zugeordnete weitere Steuereinheit verbunden sein, wobei in dem Leitrechner alle notwendigen Arbeits-, Meß- und Transport-Daten der angeschlossenen Systeme speicherbar und von den Systemen im Bedarfsfall frei und ohne Rangfolge abrufbar sind.

Mit diesem erfinderischen Produktionsprogramm unter dem zentralen Einsatz des Leitrechners ist grundsätzlich und insoweit erstmalig die Zuordnung einer Meßmaschine zu einer oder zu mehreren Bearbeitungsmaschinen möglich. Hier wird von einem sogenannten chaotischen Produktionsbetreib ausgegangen, weshalb mit ausreichenden Zwischenpuffern und Prioritätenregelungen die möglichen Engpaßsituationen auch beherrschbar werden. Insoweit ist die eingesetzte Transporteinrichtung ein wesentlicher Faktor im Gesamtprogramm. Bei dieser Ausbildung der Erfindung ist es Ziel, immer die neuesten Meßdaten zur Bearbeitungsmaschine zu melden, damit jeweils nur aktuelle Korrekturen anstehen. Änderungsmerkmale, die eine Datenrückführung beeinträchtigen, wie zum Beispiel: Werkzeugwechsel und besondere Betriebszustände der Maschinen werden von der Entscheidungsebene der Bearbeitungssteuerung selbst erkannt und berücksichtigt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines flexiblen Fertigungssystems mit Koordinatenmeßmaschine;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines flexiblen Fertigungssystems mit Koordinatenmeßmaschine und Transporteinrichtung.

Das Fertigungssystem weist eine Transporteinrichtung 1 für Werkstücke auf. Die Transporteinrichtung 1 ist von einer CNC/SPS-Steuereinheit 2 gesteuert, die an einen Leitrechner 3 (Zellenrechner) angeschlossen ist. Mit dem Leitrechner 3 sind ein Bildschirm 4, eine Eingabetastatur 5 und ein Drucker 6 verbunden. Der Leitrechner 3 ist bspw. ein PC-Rechner mit Diskettenlaufwerk, Festplatte und V24-Schnittstellen.

Bei der Transporteinrichtung 1 ist eine Bearbeitungsmaschine 7angeordnet, der ein Maschinensteuerrechner 8 (CNC/SPS) zugeordnet ist. Dieser ist an den Leitrechner 3 angeschlossen. Parallel hierzu ist eine zweite Bearbeitungsmaschine 9 mit einem zweiten Maschinensteuerrechner 10 in der Zeichnung gezeigt.

Bei der Transporteinrichtung 1 ist außerdem eine Koordinatenmeßmaschine 11 mit einer Steuereinheit 12 angeordnet, die von einem Prozeßrechner 13 gesteuert ist. Der Prozeßrechner 13 ist ebenfalls an den Leitrechner 3 angeschlossen.

Der Maschinensteuerrechner 8 bzw. 10 steuert und überwacht in Abhängigkeit von den im Leitrechner 3 gespeicherten Werkstück-Sollwerten und Befehlen des Leitrechners 3 ggf. die Auswahl eines Werkzeugs aus einem Werkzeugmagazin der Bearbeitungsmaschine 7 bzw. 9 und insbesondere die Einstellung des Werkzeugs relativ zum Werkstück und den Ablauf des jeweiligen Bearbeitungsvorgangs.

Der Prozeßrechner 13 steuert und überwacht in Abhängigkeit von den Meßprogrammbefehlen des Leitrechners 3 ggf. die Auswahl eines Meßtasters aus einem Meßtastermagazin der Koordinatenmeßmaschine 11 und insbesondere die Justierung des Meßtasters am zu messenden Werkstück, den Ablauf der Messung und die Erfassung der Meßwerte. Außerdem kann der Prozeßrechner 13 auch den Vergleich dahingehend durchführen, ob die Meßergebnisse in einem vom Leitrechner 3 vorgegebenen Toleranzrahmen liegen. Ist dies nicht der Fall, wird ein Alarmsignal ausgelöst.

Der Prozeßrechner 13 gibt die Meßwerte in den Speicher des Leitrechners 3. Aus diesem sind sie vom Maschinensteuerrechner 8 bzw. 10 abrufbar. Wenn der Maschinensteuerrechner 8 bzw. 10 bereit ist, einen bestimmten Bearbeitungsvorgang mit einem bestimmten Sollwert durchzuführen, ruft er aus dem Speicher des Leitrechners 3 den Meßwert - das Meßergebnis - des letzten vorhergehenden gleichen Bearbeitungsvorganges ab. Er vergleicht den Sollwert mit dem Meßwert des vorher bearbeiteten Werkstücks und bildet aus einer ggf. vorhandenen Abweichung einen Korrekturwert für die Nachstellung des Werkzeugs bzw. den Ablauf des Bearbeitungsvorganges. Dadurch läßt sich der Einfluß eines Verschleißes des Werkzeugs auf den Bearbeitungsvorgang in gewissen Grenzen ausgleichen. Ist ein Ausgleich durch Nachstellen des Werkzeugs nicht mehr möglich, leitet der Maschinensteuerrechner 8 bzw. 10 ein Auswechseln des verschlissenen Werkzeugs gegen ein noch unverbrauchtes gleiches Werkzeug aus dem Werkzeugmagazin der Bearbeitungsmaschine 7 bzw. 9 ein. Ist auch dies nicht mehr möglich, erfolgt eine Alarmgabe.

Über den Maschinensteuerrechner 8 bzw. 10 bzw. und den Leitrechner 3 kann auch eine Beeinflussung des Meßprogramms der Koordinatenmeßmaschine 11 in der Weise vorgenommen werden, daß solange die Meßwerte näher bei den Sollwerten als bei den Toleranzgrenzen liegen, eine Messung nicht bei jedem Werkstück, sondern nur bei jedem xten Werkstück vorgenommen werden. Erst wenn sich die Meßwerte der Toleranzgrenze stark nähern, sollte die entsprechende Messung bei jedem Werkstück vorgenommen werden.

Da die Meßwerte des Prozeßrechners 13 im Leitrechner 3 gespeichert sind, solange sie benötigt werden können, können auf den Bearbeitungsmaschinen 7 bzw. 9 auch wechselweise unterschiedliche Werkstücke bearbeitet werden. Die Maschinensteuerrechner 8 bzw. 10 greifen immer auf diejenigen Meßwerte zurück, die bei einem vorhergehenden gleichen Bearbeitungsvorgang erreicht wurden. Jeder der Maschinensteuerrechner 8 bzw. 10 ruft den Meßwert aus dem jeweils vorhergehenden dem vorgesehenen Bearbeitungsvorgang gleichen Bearbeitungsvorgang ab und nimmt eine entsprechende Einstellung des Werkzeugs vor. Der Prozeßrechner 13 braucht also aus den Meßwerten nicht auf Vorrat Korrekturwerte zu bilden und zu speichern, von denen ihm unbekannt wäre, wann welche Bearbeitungsmaschine zu welchem Bearbeitungsvorgang solche Korrekturwerte benötigt.

Entsprechend der Fig. 2 ist die Steuerungsstruktur im wesentlichen ein Zusammenfügen von autonomen Einheiten, nämlich:
- Bearbeitungsmaschine 14
- NC-Portalroboter 15 als
Transporteinrichtung
- Flexibles Meßzentrum 16 und
- Leitrechner 3 mit entsprechenden Rechnerausrüstungen.

Die so beschaffenen Schnittstellen vom Leitrechner 3 zu den genannten Einheiten 14, 15, 16 mit dem zugeordneten Auswerterechner 17 zum Flexiblen Meßzentrum 16, der Transport-Steuereinheit 18 zum Portalroboter 15 und der Steuereinheit 19 zur Bearbeitungsmaschine 14 ermöglichen damit:

- die Koordinierung aller anfallenden Aufgaben mit festgelegten Prioritäten,

- daß die übertragenen Daten die aktuelle Aufgabe definieren, die von der jeweiligen Einheit autonom abgearbeitet wird,

- daß die Betriebszustände der Einheiten vom Leitrechner 3 überwacht und auf einem Bildschirm des Leitrechners 3 graphisch farbig dargestellt werden,

- daß die ermittelten Meßergebnisse des Flexiblen Meßzentrums 16 vom Auswerterechner 17 an den Leitrechner 3 zum Zwischenspeichern übertragen werden, damit diese zum aktuellen Zeitpunkt an die Bearbeitungseinheit zur Korrekturwertbestimmung und Kompensation des Werkzeugverschleißes verwendet werden und

- daß die Signale über das Gesamtergebnis der Messung auf der Maschine 14, wie
GUT
AUSSCHUSS
NACHARBEIT
oder Warngrenzenüberschreitungen gemeldet werden an die Transportsteuerung zur Sortierung der Werkstücke und zur Technologieunterstützung der Bearbeitungsmaschine 14, damit die notwendigen Werkzeugänderungen, wie zum Beispiel: Werkzeug nachstellen und Ersatzwerkzeug bereitstellen, möglich sind.

Zwischen dem Flexiblen Meßzentrum 16 und dem Auswerterechner 17 befindet sich die Steuerungseinheit 20 für die Steuerung des Flexiblen Meßzentrums, wobei das Steuerungsprogramm softwareabhängig ist und die Programmvarianten jeweils vom Anwender direkt bestimmt werden. Das Flexible Meßzentrum 16 ist ferner mit einem Drehtisch 21 für die Werkstückaufnahme ausgerüstet.

Schließlich sind dem Auswerterechner 17, der Transportsteuereinheit 18, der Steuereinheit 19 und dem Leitrechner 3 noch Peripheriegeräte, wie Bedienerterminal mit Drucker 22, Drucker und Speichereinheit 23 und Dateneingangs- und Datenausgangsgeräte mit Leseeinheiten 24 zugeordnet. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Einheiten untereinander funktionell (elektrisch) verbunden.

Claims (6)

1. Rechnergesteuertes Fertigungssystem mit wenigstens einer Bearbeitungsmaschine mit einem zugeordneten Maschinensteuerrechner, dem ein Leitrechner übergeordnet ist, und mit einer Koordinatenmeßmaschine, wobei aus Meßwerten der Koordinatenmeßmaschine Korrekturwerte zur Steuerung der Bearbeitungsmaschine ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Koordinatenmeßmaschine (11) ein Prozeßrechner (13) zugeordnet ist, daß der Prozeßrechner (13) die Meßwerte an den Leitrechner (3) weiterleitet, daß der Leitrechner (3) die Meßwerte speichert und daß für einen bestimmten Bearbeitungsvorgang der Maschinensteuerrechner (8, 10) die Sollwerte für diesen Bearbeitungsvorgang und die zugehörigen Meßwerte des letzten vorhergehenden, entsprechenden Bearbeitungsvorgangs aus dem Leitrechner (3) abruft, miteinander vergleicht und hieraus Korrekturwerte für die Bearbeitungsmaschine (7 bzw. 9) bildet.

2. Fertigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitrechner (3) mindestens einer Bearbeitungsmaschine (7, 9, 14), einer Koordinatenmeßmaschine (11, 16) und einer Transporteinrichtung (1, 15), die alle für sich völlig autonom arbeiten, übergeordnet ist und mit der Bearbeitungsmaschine (7, 9, 14) über einen Maschinensteuerrechner (8, 10, 19), mit der Koordinatenmeßmaschine (11, 16) über eine Steuereinheit (12, 20) und mit der Transporteinrichtung (1, 15) über eine weitere zugeordnete Steuereinheit (2, 18) verbunden ist, wobei in dem Leitrechner (3) alle notwendigen Arbeits-, Meß- und Transport- Daten der angeschlossenen Systeme (7, 9, 11, 1) speicherbar und von den Systemen (7, 9, 14, 11, 16, 1, 15) im Bedarfsfall frei und ohne Rangfolge abrufbar sind.

3. Fertigungssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßrechner (13, 17) die Meßwerte kontinuierlich an einen Massenspeicher des Leitrechners (3) weiterleitet.

4. Fertigungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Korrekturwert je nach dessen Größe an der Bearbeitungsmaschine (7, 9, 14) eine Werkzeugnachstellung oder ein Werkzeugwechsel durchgeführt oder ein Alarm ausgelöst wird.

5. Fertigungssystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Korrekturwerts das Meßprogramm für die Koordinatenmeßmaschine (11, 16) beeinflußt.

6. Fertigungssystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßrechner (13, 17) ein Alarmsignal auslöst, wenn der Meßwert seinen Toleranzbereich überschreitet.