DE3729644A1 - Verfahren zur bestimmung der temperatur von werkstuecken in flexiblen fertigungssystemen - Google Patents
Verfahren zur bestimmung der temperatur von werkstuecken in flexiblen fertigungssystemenInfo
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Description
In jüngster Zeit werden Koordinaten-Meßgeräte in steigender
Anzahl direkt im Fertigungsbereich eingesetzt und mit den
Bearbeitungsmaschinen z. B. eines flexiblen Fertigungssystems
verkettet.
In solchen verketteten Systemen ist es nicht möglich, die
Längenmessungen am Werkstück bei der Bezugstemperatur von 20°C
durchzuführen. Das Werkstück hat infolge des gerade durchlaufe
nen Fertigungsprozesses einschließlich der Wasch- und Trock
nungsvorgänge eine andere Temperatur angenommen, die bestimmt
und bei der Ermittlung der Meßergebnisse berücksichtigt werden
muß.
Die Ermittlung der Werkstücktemperatur erfolgte bisher manuell,
indem vom Bedienpersonal ein Temperatursensor auf das Werkstück
aufgesetzt und der abgelesene Temperaturwert in den Rechner des
Koordinatenmeßgerätes eingegeben wurde.
Aus der DE-C2 30 13 378 ist außerdem ein Verfahren bekannt, bei
dem die bearbeiteten Werkstücke automatisch einer mit einem
Temperaturfühler versehenen Meßeinrichtung zugeführt und
hinsichtlich ihrer Abmessungen und ihrer Temperatur ausgemessen
werden. Zur Gewinnung von Steuerdaten für den Bearbeitungs
prozeß werden die Meßwerte mit entsprechenden Werten eines in
regelmäßigen Abständen immer wieder neu vermessenen Meister
werkstücks verglichen.
Das bekannte Verfahren ist jedoch dann schlecht geeignet, wenn
Werkstücke mit unterschiedlicher Geometrie automatisch gemessen
werden sollen. Denn dann ist ein aufwendiges Handhabungssystem
erforderlich, um den Temperatursensor mit dem Werkstück in
Kontakt zu bringen.
Für genaue Längenmessungen ist es erforderlich, die Werk
stücktemperatur auf 0,1 K zu kennen. Bekannte, berührungslos
arbeitende Temperatursensoren sind bisher nicht in der Lage,
Temperaturen mit dieser Genauigkeit zu erfassen. Zur Tempera
turerfassung mit hoher Genauigkeit verwendet man überwiegend
Präzisionswiderstände oder Thermistoren, die jedoch an eine
elektronische Schaltung für die Meßdatengenerierung sowie an
eine Spannungsversorgung angeschlossen sein müssen. Der dazu
erforderliche Kabelanschluß stört bei Materialflußsystemen.
Außerdem besitzen die zur Temperaturmessung eingesetzten
Präzisionswiderstände eine relativ lange Zeitkonstante. Nach
dem Anbringen eines solchen Temperaturfühlers am Werkstück
dauert es daher einige Minuten, bis der exakte Temperaturwert
des Werkstücks abgelesen werden kann. Diese Zeitkonstante
verursacht Stillstandszeiten des Koordinatenmeßgerätes.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Bestimmung der Temperatur von Werkstücken in flexiblen
Fertigungssystemen anzugeben, das bei möglichst geringem
zusätzlichem Aufwand eine automatische Temperaturerfassung mit
einer Genauigkeit erlaubt, die zur Korrektur des Temperaturfeh
lers bei Längenmessungen an den Werkstücken gefordert ist.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruches
dadurch gelöst, daß auf dem Werkstückträger bzw. am Werkstück
selbst eine autarke Sensorik installiert wird, die zusammen mit
dem Werkstück den Materialfluß durchläuft und den gemessenen
Temperaturwert des Werkstücks an entsprechende Gegenstellen
überträgt.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich, eine ausreichend genaue
Temperaturmessung sicherzustellen, wobei diese Messung
automatisch unabhängig von der Werkstückgeometrie erfolgt.
Da die Sensorik stets am Werkstück verbleibt und den Material
fluß zusammen mit dem Werkstück durchläuft, entspricht der vom
Sensor gemessene Temperaturwert außerdem exakt der Temperatur
des Werkstücks. Stillstandszeiten des zur Längenmessung verwen
deten Gerätes, die auftreten können, wenn der Sensor erst kurz
vor der Durchführung des Längenmeßprogramms an das Werkstück
angesetzt wird, sind deshalb vermieden.
Bezüglich der Art und Weise, wie die Temperaturwerte zur
Korrektur der vom Koordinatenmeßgerät bestimmten Längenmeßwerte
verwendet werden, verweist die Anmelderin auf die ältere
Anmeldung P 36 20 118.9 vom 14. 6. 1986 mit dem Titel "Verfahren
zur Bestimmung bzw. Korrektur des Temperaturfehlers bei
Längenmessungen".
Vorzugsweise besitzt die Sensorik neben dem Temperaturfühler
und der zur Meßwertgenerierung angeschlossenen Elektronik eine
eigene Spannungsversorgung und ist in einem gekapselten Gehäuse
untergebracht. Sie kann während des gesamten Durchlaufs
durch das Fertigungssystem einschließlich der Wasch- und
Trocknungsvorgänge am Werkstück verbleiben.
Zur Aufladung der Spannungsversorgung des Sensors kann es
zweckmäßig sein, während der Meßwertübertragung zusätzlich eine
Übertragung von Energie z. B. durch kapazitive oder induktive
Kopplung von der Gegenstelle auf die Sensorik vorzunehmen.
Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, ist es weiterhin
vorteilhaft, wenn der Steuerrechner des in das flexible
Fertigungssystem integrierten Koordinatenmeßgerätes nach der
Übertragung des Temperaturmeßwertes diesen einer Plausibili
tätsprüfung zu unterziehen. Hierdurch können Störungen wie z. B.
eine zu geringe Spannungsversorgung, ein Ausfall der Datenüber
tragung, ein Überschreiten des zulässigen Temperaturbereiches
etc. erkannt werden und an den Leitrechner des flexiblen
Fertigungssystems gemeldet werden. Dieser ist dann in der Lage
Abhilfemaßnahmen wie z. B. einen Austausch der Sensorik oder ein
Ändern der Fertigungsparameter zu veranlassen.
Wenn die Sensorik zusätzlich mit einem Datenspeicher versehen
ist, dann ist es nicht nur möglich die Temperaturmeßwerte an
den einzelnen Bearbeitungs- bzw. Meßstationen festzuhalten. Der
Speicher kann zusätzlich der Ablage einer Kennung zur Identifi
kation des mit der Sensorik verbundenen Werkstücks dienen. Mit
Hilfe der an die Gegenstelle übermittelten Kennung ist es dann
möglich, das für das Werkstück vorgesehene Meßprogramm automa
tisch aufzurufen. Weiterhin können dann von der Gegenstelle die
im Zuge des Meßprogramms ermittelten Meßdaten an die Sensorik
übermittelt und im Speicher abgelegt werden. Diese Meßwerte
dienen dann beispielsweise zur Weichenstellung an Sortiersta
tionen des Fertigungssystems, wo die Werkstücke qualitativ
anhand des Meßergebnisses getrennt werden.
Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnah
me auf die Fig. 1-3 der Zeichnungen näher
erläutert.
Fig. 1 ist eine Prinzipskizze eines in ein flexibles
Fertigungssystem integrierten Koordinatenmeßgerätes in
perspektivischer Ansicht.
Fig. 2 zeigt das Werkstück, den Werkstückträger und die
Sensorik aus Fig. 1 in vergrößerter Abbildung.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der Sensorik aus Fig. 1 bzw.
Fig. 2.
In Fig. 1 ist ein Koordinatenmeßgerät in Portalbauweise
dargestellt, dessen Tastkopf (103) entlang der drei Meßachsen
x, y und z verfahren werden kann. Zur Messung der Fahrwege
dienen die drei Maßstäbe am Portalbogen (108), am Maschinenbett
(101) und an der Pinole (109) der Meßmaschine.
Das Koordinatenmeßgerät ist mit einem nicht näher dargestellten
flexiblen Fertigungssystem über eine Fördereinrichtung (104)
verbunden, von der die zu vermessenden Werkstücke (106) auf
Bauteilträgern in Form von Paletten (105) ange
liefert werden. Auf jeder Palette (105) ist zusätzlich eine
Sensorik bestehend aus einem oder mehreren an das Werkstück
(106) angesetzten Temperaturfühlern (117), der für die
Meßdatengenerierung benötigten Elektronik und einer eigenen
Spannungsversorgung befestigt. Die Sensorik ist bis auf den
Temperaturfühler (117) in einem gekapselten Gehäuse (107)
untergebracht und hat den Fertigungsprozeß einschließlich der
Wasch- und Trocknungsvorgänge zusammen mit dem Werkstück (106)
durchlaufen.
In Fig. 3 ist der prinzipielle Aufbau der Sensorik im Block
schaltbild dargestellt. Kernstück der Elektronik im Gehäuse
(107) ist ein Mikroprozessor (111). Er ist mit dem bzw. den
Temperaturfühlern (117) über einen Multiplexer (120) sowie
einen Analog-Digital-Wandler (112) verbunden. Der Mikroprozes
sor führt beispielsweise eine Temperaturmessung nach der Vier
drahtmethode durch und nimmt die Kalibrierung und Linearisie
rung der Meßwerte gemäß einem vorgegebenen Programm vor.
Derartige Meßschaltungen sind beispielsweise aus der EP-A1 01
20 102 bekannt.
Der Mikroprozessor (111) ist über seinen Datenbus (121) weiter
hin mit einem Speicherbaustein (114) verbunden, in dem wie noch
beschrieben wird neben den gemessenen Temperaturwerten bzw. den
durchlaufenden Bearbeitungsstationen auch eine werkstückspezi
fische Kennung sowie die Ergebnisse der Koordinatenmessung auf
dem Koordinatenmeßgerät aus Fig. 1 abgelegt werden können.
Zur Übertragung der vom Mikroprozessor (111) ermittelten Tempe
raturwerte des Sensors (117) an die Gegenstelle (110) dient ein
Senderbaustein (113) im Gehäuse (107). Dieser Baustein (113)
steuert im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Infrarotdiode
(122) an, deren Signal vom Mikroprozessor mit der zu übertra
genden Information codiert wird. Anstelle der Infrarotdiode
kann jedoch auch ein anderer Geber wie beispielsweise ein
Ultraschallgeber eingesetzt werden.
Die Stromversorgung (115) für den Mikroprozessor (111) ist über
einen Schalter (119) an den Mikroprozessor und die übrige
Sensorelektronik angeschlossen, und wird vom Signal eines
Decoderbausteins (134) eingeschaltet. Der Decoder (134) ist mit
einem auf infrarotes Licht ansprechenden Sensor, dem Fototran
sistor (123) verbunden. An den Sensor (123) ist ein weiterer
Empfänger (128) angeschlossen, der zur Rückübertragung von
Daten an den Mikroprozessor (111) dient.
Die Gegenstelle (110) enthält einen Empfängerbaustein (124) für
den Empfang der vom Sender (113) der Sensorik übermittelten
Temperaturmeßwerte bzw. der im Speicher (114) abgelegten
Werkstückkennung sowie einen Senderbaustein (125) zur
Übermittlung des Einschaltimpulses für die Spannungsversorgung
(115) bzw. der Rückübertragung von Meßdaten an den Speicher
(114) der Sensorik (107). Der Senderbaustein (125) und der
Empfängerbaustein (124) sind ebenso wie die entsprechenden
Bausteine der Sensorik jeweils mit einer Photodiode (120) als
Geber und einem Phototransistor (127) als Detektor versehen.
Die Spannungsversorgung (115) ist an einen Laderegler (129)
angeschlossen und erhält die zur Wiederaufladung benötigte
Energie von einer Spule (130). Die Spule (130) ist dann, wenn
die Palette mit dem Werkstück in vorbestimmten Positionen im
Materialfluß verweilt, induktiv mit einer an eine Wechsel
spannungsquelle (132) angeschlossenen, zweiten Spule (131)
gekoppelt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch die
Gegenstelle (110) mit einer derartigen Einrichtung (131, 132)
zur Wiederaufladung der Spannungsquelle (115) versehen.
Die Gegenstelle (110) ist mit dem Steuerrechner (102) des
Koordinatenmeßgerätes aus Fig. 1 verbunden, der wiederum über
eine Datenleitung mit dem Leitrechner (116) des flexiblen
Fertigungssystems kommuniziert.
Eine Temperaturmessung läuft in dem vorstehend beschriebenen
System folgendermaßen ab:
In einer Aufgabestation wird die Palette (105) mit dem Werk
stück (106) sowie mit einer Sensorik (107, 117) bestückt, deren
Akkumulator (115) aufgeladen ist. Über eine an der Aufgabesta
tion angebrachte Koppelstelle werden eine Kennung für die
bestückte Palette bzw. zur Identifikation des darauf befestig
ten Werkstücks an die Sensorik übermittelt und im Speicher
(114) abgelegt. Anschließend beginnt das Werkstück auf der
Palette den Fertigungsprozeß zu durchlaufen.
Nach jedem erfolgten Bearbeitungsschritt wird dieser über ent
sprechende Gegenstellen an der Entsorgungsstation der jeweili
gen Produktionsmaschine an die Sensorik übertragen und eben
falls dem Speicher (114) abgelegt. Wenn die Palette (105) nach
erfolgter Bearbeitung des Werkstücks (106) das Koordinatenmeß
gerät (101) erreicht, schaltet die Gegenstelle (110) über einen
an den Decoder (134) übermittelten Impuls die Spannungsversor
gung (115) der Sensorik ein. Anschließend werden dort von der
Gegenstelle (110) zunächst die Werkstückskennungs- und Zustands
daten gelesen. Mit Hilfe dieser Daten wird das für das
Werkstück (106) benötigte Meßprogramm im Rechner (102) des
Koordinatenmeßgerätes aufgerufen. Im Zuge dieses Meßprogramms
werden dann die benötigten Temperaturmeßwerte des Werkstücks
(106) abgefragt. Das Meßprogramm kann auch die Temperaturmeß
werte von mehreren am Werkstück (106) angebrachten Sensoren
(117) abfragen, sofern diese bei entsprechender Größe des
Werkstücks vorgesehen sind.
Der Rechner (102) unterzieht anschließend die empfangenen
Temperaturmeßwerte einer Plausibilitätsprüfung. Nur wenn die
Temperatur innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt, wird das
Koordinatenmeßprogramm durchgeführt. Im anderen Falle erfolgt
eine Fehlermeldung an den Leitrechner (116) des flexiblen
Fertigungssystems. Dieser kann dann die Weiterleitung der
Palette zurück an die Aufgabestation veranlassen, wo beispiels
weise ein neuer Temperatursensor eingesetzt wird, wenn die Art
des Fehlers auf eine Fehlfunktion im Sensor, wie z. B. zu
geringe Versorgungsspannung oder verschmutzte
Datenübertragungseinrichtung schließen läßt.
Nach abgeschlossener Koordinatenvermessung wird das Meßergebnis
über die Gegenstelle (110) an den Empfänger (128) übermittelt
und vom Mikroprozessor (111) im Speicher (114) der Sensorik
abgelegt. Außerdem wird eine qualitative Aussage über das
Meßergebnis gespeichert, von der die Weiterverarbeitung des
Werkstücks abhängt.
Wenn die Palette (105) das Koordinatenmeßgerät (101) verläßt
erreicht es eine Sortierstation, in der die letztgenannte
Information abgefragt wird. Hier werden Weichen so gestellt,
daß die Werkstücke beispielsweise nach Klassen selektiert oder
nur nach gut und schlecht getrennt weitergeleitet werden.
Im Ausführungsbeispiel wurde eine Sensorik beschrieben, bei der
die Elektronik und ein oder mehrere Temperaturfühler über ein
flexibles Kabel miteinander verbunden sind. Es ist jedoch auch
möglich nach entsprechender Miniaturisierung der Elektronikbau
steine beide Komponenten, den Temperaturfühler und die Elektro
nik, in ein Gehäuse zu integrieren. Es entstehen dann autarke
Sensorkapseln, die an beliebiger Stelle an das Werkstück ange
setzt werden können.
Claims (8)
1. Verfahren zur Bestimmung der Temperatur von Werkstücken in
flexiblen Fertigungssystemen, vorzugsweise für die Korrektur
des Temperaturfehlers bei der Längenmessung an den
Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem
Werkstückträger (Palette 105) bzw. am Werkstück (106) selbst
eine autarke Sensorik (107, 117) installiert wird, die
zusammen mit dem Werkstück (106) den Materialfluß durchläuft
und den gemessenen Temperaturwert des Werkstücks an
entsprechende Gegenstellen (110) überträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sensorik eine eigene Spannungsversorgung (115) enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sensorik ein gekapseltes Gehäuse (107) besitzt und auch
während der Materialbearbeitung am Werkstück bleibt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Übertragung des Meßwerts drahtlos erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich eine Übertragung von Energie von der Gegenstelle
(110) zu der Sensorik (107) stattfindet.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gegenstellen (110) mit dem Steuerrechner (102) eines
Koordinatenmeßgerätes verbunden sind und der Rechner (102)
nach der Übertragung des Meßwerts von der Sensorik auf die
Gegenstelle eine Plausibilitätsprüfung des empfangenen
Temperaturmeßwerts durchführt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sensorik mit einem Speicher (114) versehen ist, im Speicher
eine Kennung zur Identifikation des mit der Sensorik
verbundenen Werkstücks (106) abgelegt ist, und die Kennung
mit dem gemessenen Temperaturwert an die Gegenstelle (110)
übermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich Meßwerte bzw. durchgeführte
Bearbeitungsergebnisse von der Gegenstelle (110) auf die
Sensorik (107) übertragen und im Speicher (114) abgelegt
werden.
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