DE4013617C2 - Verfahren zum Erstellen von Arbeitsprogrammen für mehrere automatische Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen von Arbeitsprogrammen für mehrere automatische Maschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als Beispiel für Maschinen, auf die die Erfindung Anwendung findet, können Montageeinheiten für Kraftfahrzeugaufbauten genannt werden, wie sie in den japanischen Patentanmeldungen Nr. 62-313023 und 63-143479 beschrieben werden. Wenn derartige automatische Maschinen in getrennten Fabriken oder Fabrikationsanlagen aufgestellt sind, ist es nicht möglich, die Maschinen mit dem selben Arbeitsprogramm optimal zu betreiben, obgleich die Maschi­ nen die selben Konstruktionsmerkmale aufweisen. Der Grund besteht darin, daß die Maschinen trotz übereinstimmender Konstruktion individuelle Ab­ weichungen aufweisen, die durch individuell verschiedene zeitliche Verände­ rungen der Maschineneigenschaften (z. B. aufgrund von Alterungsprozessen oder Abnutzung) und durch unterschiedliche Installationsbedingungen der Maschinen in den verschiedenen Fabrikationsanlagen bedingt sind. Aus die­ sem Grund ist es bisher üblich, die Arbeitsprogramme für jede einzelne Ma­ schine gesondert zu erstellen und auszuarbeiten. Das Aufstellen von einwand­ freien Arbeitsprogrammen für jede einzelne Maschine ist jedoch mit einem erheblichen Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden, insbesondere, wenn die Maschinen für die Ausführung unterschiedlicher Arten von Arbeiten ausgelegt sind. Darüber hinaus ist es äußerst schwierig, wenn nicht gar unmöglich, ge­ eignete Alternativen, die in einer Fabrik aufgefunden wurden, in die in den anderen Fabriken verwendeten Arbeitsprogramme einzuarbeiten.

Aus US 4 670 849 ist ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Erstellen von Arbeitsprogrammen für Roboter bekannt, bei dem unab­ hängig von einem Werkstück die durch den Roboter bedingten, beispielswei­ se durch Montageungenauigkeiten oder Verschleißprozesse bedingten Posi­ tionsabweichungen gemessen werden und diese Abweichungen dann im Ar­ beitsprogramm für den Roboter berücksichtigt werden. Bei Robotern mit gleicher Grundkonfiguration können somit die Arbeitsprogramme rationell erstellt werden, indem ausgehend von einem gemeinsamen Arbeitsprogramm die individuellen Korrekturen für den jeweiligen Roboter vorgenommen wer­ den.

Auch aus EP 0 301 527 A2 ist ein Verfahren zur Messung und Korrektur von Positionsfehlern eines Roboters unabhängig vom Werkstück bekannt.

In "Maschine und Werkzeug", 20, 1986, Seiten 46 bis 50 wird ein Software­ paket zur Roboterprogrammierung und -simulation beschrieben, das aus ver­ schiedenen Modulen aufgebaut ist. Mit einem ersten Modul wird ein Modell des Roboters oder der Arbeitszelle erstellt, so daß Arbeitsabläufe simuliert werden können. Die bei dieser Simulation entwickelten Bewegungssequenzen werden dann von einem weiteren Modul in ein einsatzfähiges Arbeitspro­ gramm umgesetzt. Ein zusätzliches Modul dient zur Erfassung der Abwei­ chungen der physisch installierten Fertigungszelle von den im Modell ge­ machten Annahmen. Diese Abweichungen werden dann in dem Modell- Erstellungsmodul berücksichtigt, um ein neues Modell und, darauf aufbauend, ein modifiziertes Arbeitsprogramm zu erstellen.

Aus der Veröffentlichung DE 37 14 028 A1, die ein Verfahren zum Ermitteln von Korrekturwerten für die von einer Wegmeßeinrichtung einer NC-Maschi­ ne erfaßten Meßwerte betrifft, läßt sich entnehmen, daß individuelle Posi­ tionsabweichungen eines realen Roboters in bezug auf eine Grundkonfigura­ tion gemessen werden können, um durch Berücksichtigung der so gewonne­ nen Korrekturwerte einen fehlerfreien Programmlauf zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das es gestattet, auf einfache Weise und in kurzer Zeit Arbeitsprogramme für mehre­ re Maschinen mit übereinstimmenden Konstruktionsmerkmalen zu erstellen, die im Rahmen einer flexiblen Fertigung zur Bearbeitung unterschiedlicher Werkstückarten eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Systems zum Erstellen von Arbeits­ programmen für automatische Maschinen;

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Hauptrechners, der zum Erstellen der Arbeitsprogramme ver­ wendet wird;

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels der Er­ findung;

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Illustration der Arbeitsweise des Haupt­ rechners bei der Erstellung eines Basis-Arbeitsprogrammes; und

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Illustration der Arbeitsweise von nachge­ ordneten Rechnern, die zur Bildung individueller Arbeitspro­ gramme verwendet werden.

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung am Beispiel von Mon­ tageeinheiten für Kraftfahrzeugaufbauten erläutert. Das erfindungsgemäße Prinzip ist jedoch entsprechend auch bei anderen Arten von automatisch ar­ beitenden Maschinen anwendbar.

Das erfindungsgemäße Programmerstellungssystem umfaßt gemäß Fig. 1 ei­ nen Hauptrechner 1 zum Entwickeln einer Vielzahl von Arbeitsprogrammen, die in verschiedenen Fahrzeugkarosserie-Montageeinheiten 101, 102, 103, . . . verwendet werden. Die Montageeinheiten sind in Punktschweißstationen von getrennten Kraftfahrzeug-Montagelinien angeordnet, die zur flexiblen Ferti­ gung verschiedener Kraftfahrzeugmodelle dienen. Jede der Montageeinhei­ ten enthält eine Anzahl von Manipulatorarmen (Robotern) zur Positionierung von Karosserie-Baugruppen (Werkstücken) und zum Verschweißen oder Heft­ schweißen der entsprechend positionierten Baugruppen durch Punktschwei­ ßung im Zuge der Montage der Fahrzeugkarosserien. Die Montageeinheiten 101, 102, 103 weisen die selben Spezifikationen auf (beispielsweise die selbe Anzahl von Manipulatorarmen).

Der Hauptrechner 1 ist funktionell gegliedert in ein Programmerstellungssy­ stem 2, ein Simulationssystem 3 und verschiedene Dateien 4-11. Die Hardwa­ re des Hauptrechners 1 entspricht der eines üblichen Computers mit einer Zentraleinheit (CPU), einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einem Nur-Lese-Speicher (ROM) und einer Eingabe/Ausgabe-Steuereinheit. Die Zen­ traleinheit ist mit den übrigen Komponenten des Computers über einen Da­ tenbus verbunden. Der ROM enthält das Betriebsprogramm für die Zentra­ leinheit. Der Hauptrechner 1 ist mit einem CAD-Rechner 12 und einem Ter­ minal 13 verbunden, das eine Tastatur und eine Anzeigeeinheit aufweist. Wei­ terhin ist der Hauptrechner 1 mit Steuereinheiten 111, 112, 113, . . . verbun­ den, durch welche die erstellten Arbeitsprogramme von dem Hauptrechner 1 an Programmspeicher 121, 122, 123, . . . übermittelt werden, die den betreffen­ den Steuereinheiten 111, 112, 113 zugeordnet sind. Die Steuereinheiten 111, 112, 113, . . . steuern die zugehörigen Montageeinheiten 101, 102, 103, . . . gemäß den in den betreffenden Programmspeichern 121, 122, 123, . . . gespei­ cherten Programmen.

Die erste Datei 4 enthält Normalpositionsdaten, die bereitgestellt wurden auf der Grundlage von CAD-Daten für die einzelnen Fahrzeugtypen der verschie­ denen Modellversionen (Limousine, Coupe, etc.). Die Normalpositionsdaten werden von dem CAD-Rechner 12 in die erste Datei 4 übertragen. Diese Nor­ malpositionsdaten geben bestimmte Normalpositionen von jeweiligen Bezugs­ punkten an, zu denen die jeweils zugehörigen Arbeitswerkzeuge (Positionier­ lehren und Schweißköpfe) bewegt werden sollen, um die Karosserie-Bau­ gruppen zu positionieren und durch Punktschweißung miteinander zu verbin­ den, wie in Tabelle 1 gezeigt ist. Diese vorgegebenen Normalpositionen sind in einem dreidimensionalen Standardkoordinatensystem (x, y, z) angegeben.

Die zweite Datei 5 enthält Montageeinheits-Daten für jede der Montageein­ heiten. Die Montageeinheits-Tabellendaten werden von dem Terminal 13 in die zweite Datei 5 übertragen. Die Montageeinheits-Tabellendaten geben die Fabrik, die Produktionslinie und die Bearbeitungsstation an, in der die betref­ fende Montageeinheit installiert ist, sowie den Kommunikationscode für den Datenaustausch zwischen der Montageeinheit und dem Hauptrechner 1, wie in Tabelle 2 gezeigt ist. Somit kann der Kommunikationscode für eine ge­ wünschte Montageeinheit angegeben werden, wenn die Fabrik, die Montagelinie und die Arbeitsstation für die betreffende Montageeinheit gegeben sind.

Die dritte Datei 6 enthält Fahrzeug-Strukturdaten, die für jeden der Fahr­ zeugtypen jeder Modellversion empirisch ermittelt wurden. Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, umfassen die Strukturdaten Annäherungspositionsdaten und Endzustandsdaten. Die Annäherungspositionsdaten geben Annäherungspositi­ onen an, an denen die betreffenden Arbeitswerkzeuge (Positionierlehren und Schweißköpfe) angehalten werden sollen, unmittelbar bevor sie in die betref­ fenden Normalpositionen überführt werden. Die Endzustandsdaten geben Korrekturfaktoren an, mit denen die zugehörigen Normalpositionen korri­ giert werden sollen, um eine höhere Betriebsgenauigkeit der Montageeinhei­ ten zu erreichen. Die Korrekturfaktoren sind von der Struktur und Steifheit der Karosserie-Baugruppen abhängig, die der Punktschweißstation zugeführt werden. Jede der Annäherungspositionen ist gegeben in Form von Entfer­ nungen in x-, y- und z-Richtung von der zugehörigen Normalposition. Jeder der Korrekturfaktoren ist in Form von Entfernungen in x-, y- und z-Richtung von der betreffenden Normalposition gegeben. Die Annäherungspositionen sind als Positionen definiert, in welche die betreffenden Arbeitswerkzeuge bewegt werden können, ohne daß es zu Kollisionen oder Behinderungen mit den entwurfsgemäßen Karosserie-Rohbauten kommt, deren Baugruppen sich von Fahrzeugtyp zu Fahrzeugtyp und von Modellversion zu Modellversion in ihrer Form und ihren Abmessungen unterscheiden. Die Korrekturfaktoren sind definiert als Beträge, um die die Normalpositionen geändert werden sol­ len, um je nach Fahrzeugtyp und Modellversion verschiedene Abweichungen in der Struktur und Steifheit der Baugruppen so auszugleichen, daß die Mon­ tagegenauigkeit des Fahrzeugaufbaus verbessert wird. Die Korrekturfaktoren werden während der Entwicklung der Montageeinheiten mit den selben Spezifikationen oder während des Betriebs der in den betreffenden Punkt­ schweißstationen installierten Montageeinheiten bestimmt.

Die vierte Datei 7 enthält individuelle Variationsdaten, die erste und zweite Positionsfehler gemäß Tabelle 4 angeben. Die ersten Positionsfehler kenn­ zeichnen Abweichungen der tatsächlichen Positionen der jeweiligen Manipu­ latorarm-Achsen von den zugehörigen Positionen, die durch das für jede der Montageeinheiten erstellte Arbeitsprogramm gegeben sind, wenn sich die Manipulatorarm-Achsen am Ausgangspunkt des Arbeitsprogrammes befinden. Die zweiten Positionsfehler kennzeichnen Abweichungen der tatsächlichen Positionen der jeweiligen Manipulatorarm-Achsen von den zugehörigen Posi­ tionen, die durch das für jede Montageeinheit erstellte Arbeitsprogramm ge­ geben sind, wenn die Manipulatorarm-Achsen unabhängig zu einzelnen vorge­ benen Kontrollpunkten bewegt werden. Die ersten und zweiten Positionsfeh­ ler werden gemessen, wenn die betreffende Montageeinheit installiert ist, und in einheitlichen Zeitintervallen, um zeitliche Änderungen auszugleichen. Somit geben die individuellen Variationsdaten für jeden der Fahrzeugtypen jeder Modellversion die Abweichungen zwischen den tatsächlichen Positi­ onen der Arbeitswerkzeuge von den zugehörigen vorgegebenen Normalpositi­ onen an. Die tatsächlichen Positionen der Arbeitswerkzeuge werden ebenfalls in einheitlichen Zeitintervallen gemessen, wenn die betreffende Montageein­ heit installiert ist, um zeitliche Änderungen auszugleichen. Die ersten und zweiten Positionsfehler werden in dem dreidimensionalen Standardkoordina­ tensystem (x, y, z) angegeben.

Die fünfte Datei 8 enthält Arbeitsschemadaten für jeden der Manipulatorarme (Roboter) und für jeden der Fahrzeugtypen jeder Modellversion. Die Arbeits­ schemadaten werden von dem Terminal 13 in die fünfte Datei 8 übertragen und geben die Bewegungen jedes der Manipulatorarme in x-, y- und z-Rich­ tung in jeweiligen Schritten 1, 2, 3, 4, . . . an, wie in Tabelle 5 gezeigt ist. Die Ar­ beitsschemadaten bilden ein Basisprogramm für die Bewegung der zugehöri­ gen Manipulatorarme. Der Manipulatorarm kann das Arbeitswerkzeug oder die Arbeitswerkzeuge in der effizientesten Weise ohne Behinderungen durch die Karosserie-Baugruppen von der Ausgangsposition zu dem Bezugspunkt oder den Bezugspunkten, wo das Positionieren und/oder Punktschweißen ausgeführt wird, und von dort zum Ausgangspunkt bewegen, wenn die Schrit­ te in einer vorgegebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Die siebte Datei 10 enthält Steuerdaten, die über das Terminal 13 eingege­ ben werden. Die Steuerdaten geben die Arbeitsgeschwindigkeit an, mit der ein Manipulatorarm betrieben wird, sowie eine Maximalgeschwindigkeit, die einen oberen Grenzwert für die für den Manipulatorarm zugelassene Ge­ schwindigkeit darstellt, wie in Tabelle 6 gezeigt ist. Die Maximalgeschwindig­ keit wird gemessen, wenn die Montageeinheit in der betreffenden Bearbei­ tungsstation installiert ist, und die Arbeitsgeschwindigkeit wird auf einen Wert eingestellt, der hinreichend kleiner ist als die Maximalgeschwindigkeit.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

Tabelle 6

Tabelle 7

Die sechste Datei 9 enthält Roboter-Gestaltdaten (CAD-Daten) für jede Monta­ geeinheit. Die Roboter-Gestaltdaten werden über das Terminal 13 eingegeben und kennzeichnen die Formen, Abmessungen und Anordnungen jedes Mani­ pulatorarmes einschließlich der Arbeitswerkzeuge. Die achte Datei 11 ent­ hält Karosserie-Gestaltdaten (CAD-Daten) einschließlich numerischer Daten, die die Formen und Abmessungen jeder der Karosserie-Baugruppen für jeden Fahrzeugtyp jeder Modellversion angeben. Die CAD-Daten werden beim Ent­ wurf der Montageeinheit von dem CAD-Rechner 12 erstellt und in die achte Datei 11 übertragen.

In Fig. 2 ist in einem Flußdiagramm das Programm des Hauptrechners 1 dargestellt. Im ersten Schritt 204 nach dem Programmanfang 202 liest der Hauptrechner 1 die Montageeinheitsdaten aus der zweiten Datei 5. In Schritt 206 wird eine der unter den Montageeinheitsdaten aufgelisteten Montageein­ heiten spezifiziert. Als Beispiel soll angenommen werden, daß in Schritt 206 die Montageeinheit 101 gewählt wird. In Schritt 208 liest der Hauptrechner 1 aus der vierten Datei 7 die individuellen Variationsdaten, die sich auf die ausgewählte Montageeinheit 101 beziehen, aus der sechsten Datei 9 die Ro­ boter-Gestaltdaten der Montageeinheit 101 und aus der siebten Datei 10 die Steuerdaten für die gewählte Montageeinheit 101. Die gelesenen Daten geben die Eigenschaften der ausgewählten Montageeinheit 101 an.

In Schritt 210 wird durch den Hauptrechner 1 eine der Modellversionen und einer der Fahrzeugtypen dieser Modellversion festgelegt. In Schritt 212 wer­ den aus der achten Datei 11 die Karosserie-Gestaltdaten gelesen, die sich auf den ausgewählten Fahrzeugtyp der ausgewählten Modellversion beziehen. In Schritt 214 werden die Normalpositionsdaten für diesen Fahrzeugtyp aus der Datei 4 gelesen. Da die gelesenen Normalpositionsdaten in einem dreidimen­ sionalen Standardkoordinatensystem bezüglich des Fahrzeugaufbaus angege­ ben sind, wandelt der Hauptrechner 1 die gelesenen Normalpositionsdaten in entsprechende Normalpositionsdaten in einem auf die ausgewählte Monta­ geeinheit bezogenen dreidimensionalen Standardkoordinatensystem um. Wei­ terhin modifiziert der Rechner die umgewandelten Normalpositionsdaten an­ hand der zuvor aus der Datei 7 gelesenen individuellen Variationsdaten, um Normalpositionen für die einzelnen Manipulatorarme (Roboter) zu berechnen. Da sich die durch die individuellen Variationsdaten angegebenen Positions­ fehler nur auf den Ausgangspunkt und die Kontrollpunkte beziehen, ist der Hauptrechner 1 so programmiert, daß er zwischen diesen Datensätzen inter­ poliert, um auch die Positionsfehler für die übrigen Punkte zu erhalten. In Schritt 218 liest der Hauptrechner 1 aus der fünften Datei 8 die Arbeitssche­ madaten, die sich auf den ausgewählten Fahrzeugtyp beziehen, und aus der dritten Datei 6 die Fahrzeugstrukturdaten für diesen Fahrzeugtyp.

In Schritt 220 modifiziert der Hauptrechner 1 die in Schritt 216 berechne­ ten Normalpositionsdaten auf der Grundlage der in den Fahrzeugstrukturda­ ten enthaltenen Endzustandsdaten und berechnet die Annäherungspositionen anhand der modifizierten Normalpositionen. Der Hauptrechner 1 über­ schreibt die modifizierten Normalpositionen und die berechneten Annäher­ ungspositionen auf die Arbeitsschemadaten und fügt die durch die Steuerda­ ten gegebenen Arbeitsgeschwindigkeiten hinzu und bildet so ein Arbeitspro­ gramm zur Steuerung jedes der Manipulatorarme (Roboter), der in der ausge­ wählten Montageeinheit 101 für die Montage von Fahrzeugkarosserien des ausgewählten Typs verwendet wird, wie in Tabelle 7 gezeigt ist. Da die bei der Entwicklung der ausgewählten Montageeinheit und während des Be­ triebs derselben enthaltenen Endzustandsdaten in das Arbeitsprogramm ein­ bezogen sind, ist es möglich, die Montageeinheit mit höherer Montagegenau­ igkeit zu betreiben.

In Schritt 222 wird entschieden, ob es zu Überschneidungen wenigstens ei­ nes Manipulatorarmes mit einem anderen Manipulatorarm und/oder den Ka­ rosseriebaugruppen kommt, d. h., ob die Bewegung des Manipulatorarmes durch andere Manipulatorarme oder Karosseriebaugruppen behindert wird oder ob, umgekehrt, der betreffende Manipulatorarm die Bewegung anderer Teile behindert. Für diese Entscheidung werden Simulationen ausgeführt, um wenigstens einen Punkt zu ermitteln, der von mehreren Objekten (Manipulatorarmen und Karosseriebaugruppen) besetzt wird, wenn die Manipulatorar­ me schrittweise in gleichmäßigen Zeitintervallen gemäß dem in Schritt 220 gebildeten Arbeitsprogramm bewegt werden. Bei den Simulationen werden dreidimensionale Modelle der betreffenden Manipulatorarme und der betref­ fenden Karosseriebaugruppen verwendet. Die Modelle der Manipulatorarme ergeben sich aus den Roboter-Gestaltdaten für die ausgewählte Montageein­ heit, und die Modelle der Karosseriebaugruppen ergeben sich aus den Karos­ serie-Gestaltdaten für den ausgewählten Fahrzeugtyp. Wenn die Antwort auf die Abfrage in Schritt 222 "ja" ist, so wird das Programm mit Schritt 224 fortgesetzt. Andernfalls wird das Programm mit Schritt 226 fortgesetzt.

In Schritt 224 wird durch den Hauptrechner 1 die Bewegungsbahn für jeden der Manipulatorarme so berechnet, daß Überschneidungen vermieden wer­ den. Anschließend erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 220, wo das Arbeitspro­ gramm entsprechend der berechneten Bewegungsbahn modifiziert wird.

In Schritt 226 wird überprüft, ob ein Arbeitsintervall, d. h., die Zeitspanne zwischen dem Beginn und der Vollendung eines Arbeitsvorganges durch den Manipulatorarm größer ist als eine vorgegebene Taktzeit. Das Arbeitsintervall wird während der Simulationen in Schritt 222 gemessen. Wenn die Antwort auf die Abfrage in Schritt 226 "ja" ist, wird das Programm mit Schritt 228 fortgesetzt, andernfalls mit Schritt 230.

In Schritt 228 wird entschieden, ob der Manipulatorarm, für den ein zu lan­ ges Arbeitsintervall festgestellt wurde, mit höherer Arbeitsgeschwindigkeit bewegt werden kann, d. h., ob die Arbeitsgeschwindigkeit dieses Manipulator­ armes kleiner ist als die Maximalgeschwindigkeit. Wenn diese Abfrage bejaht wird, erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 220, und dort wird das Arbeitspro­ gramm so modifiziert, daß die Arbeitsgeschwindigkeit auf einen größeren, jedoch noch unter der Maximalgeschwindigkeit liegenden Wert geändert wird. Andernfalls wird in Schritt 232 eine Nachricht an das Terminal 13 übermit­ telt, daß die Taktzeit geändert, der Manipulatorarm ausgewechselt oder ein weiterer Manipulatorarm hinzugefügt werden sollte.

In Schritt 230 ermittelt der Hauptrechner 1 anhand der Montageeinheits- Tabellendaten den Kommunikationscode für die ausgewählte Montageeinheit 101 und übermittelt das Arbeitsprogramm an die Steuereinheit 111, die die­ ser Montageeinheit zugeordnet ist. Mit dem Abschluß des Schrittes 230 oder 232 ist das Programmende 234 erreicht.

Das oben beschriebene Programm wird für die anderen Fahrzeugtypen der ausgewählten Modellversion und weiterhin für sämtliche Fahrzeugtypen aller anderen Modellversionen wiederholt, so daß ein vollständiges Arbeitspro­ gramm für die ausgewählte Montageeinheit 101 gebildet wird. In ähnlicher Weise werden Arbeitsprogramme für die anderen Montageeinheiten erstellt.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pro­ grammerstellungssystems.

Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der Hauptrechner 1 zur Erstellung ei­ nes Basis-Arbeitsprogrammes für jeden Fahrzeugtyp jeder Modellversion. Die Basis-Arbeitsprogramme werden an nachgeordnete Rechner 21, 25, . . . über­ mittelt, durch die das Basis-Arbeitsprogramm in individuelle Arbeitsprogram­ me umgewandelt wird, die in den jeweiligen Montageeinheiten 101, 102, . . . in den Punktschweißstationen der verschiedenen Montagelinien der flexiblen Fertigungsanlage verwendet werden. Jede der Montageeinheiten weist eine Anzahl von Manipulatorarmen (Robotern) auf, mit denen die Baugruppen der Fahrzeugkarosserie (Werkstücke) positioniert und durch Punktschweißung in der gewünschten Konfiguration miteinander verbunden werden. Auch hier weisen die Montageeinheiten 101, 102, . . . die gleichen Spezifikationen (beispielsweise die gleiche Anzahl von Manipulatorarmen) auf.

Gemäß Fig. 3 weist der Hauptrechner 1 außer dem Programmerstellungssy­ stem 2 und dem Simulationssystem 3 sieben Dateien 4, 5, 6, 8, 9, 10 und 11 auf. Die Hardware des Hauptrechners 1 umfaßt eine Zentraleinheit (CPU), einen RAM, einen ROM und eine Eingabe/Ausgabe-Steuereinheit. Die Zentraleinheit steht mit den übrigen Komponenten über einen Datenbus in Verbindung. Der ROM enthält das Betriebsprogramm für die Zentraleinheit. Der CAD-Rechner 12 und das Terminal 13, das eine Tastatur und eine Anzeigeeinheit aufweist, sind mit dem Hauptrechner 1 verbunden. Die Datei 4 enthält die Normalposi­ tionsdaten gemäß Tabelle 1, die Datei 5 die Montageeinheitsdaten gemäß Ta­ belle 2, die Datei 6 die Fahrzeugstrukturdaten gemäß Tabelle 3, die Datei 8 die Arbeitsschemadaten gemäß Tabelle 5, und die Datei 9 enthält die Robo­ ter-Gestaltdaten, wie in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel be­ schrieben wurde. Die Datei 10 enthält die Steuerdaten gemäß Tabelle 6. Die Datei 11 enthält die in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel be­ schriebenen Fahrzeug-Strukturdaten.

Die nachgeordneten Rechner 21, 25, . . . stimmen in ihrem Aufbau und ihrer Funktion im wesentlichen überein. Jeder der nachgeordneten Rechner ent­ hält eine CPU, einen RAM, einen ROM und eine Eingabe/Ausgabe-Steuerein­ heit. In funktioneller Hinsicht umfaßt jeder nachgeordnete Rechner gemäß Fig. 3 ein individuelles Arbeitsprogrammerstellungssystem 22 (26), einen Arbeitsprogrammspeicher 23 (28) und eine Datei 24 (28) für die individuel­ len Variationsdaten. Die Zentraleinheit jedes nachgeordneten Rechners steht mit den zugehörigen Komponenten des Rechners über einen Datenbus in Verbindung. Der ROM enthält das Betriebsprogramm für die Zentraleinheit. Die nachgeordneten Rechner 21, 22, . . . sind jeweils mit einer der Steuerein­ heiten 111, 112, . . . für die einzelnen Montageeinheiten 101, 102, . . . verbunden. Durch die Steuereinheiten werden die jeweils zugehörigen Montageeinheiten entsprechend den in den zugeordneten Rechnern 21, 25, . . . erstellten indivi­ duellen Arbeitsprogrammen gesteuert. Die Dateien 24, 28 enthalten die indi­ viduellen Variationsdaten gemäß Tabelle 4, die für die zugehörigen Montage­ einheiten 101, 102, . . . empirisch bestimmt wurden.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm des Betriebsprogrammes des Hauptrechners 1, das zur Erstellung des Basis-Arbeitsprogrammes dient. Im ersten Schritt 304 nach dem Programmanfang 302 liest der Hauptrechner die Montageein­ heitsdaten aus der Datei 5. In Schritt 106 wird eine der in der Datei 5 aufge­ listeten Montageeinheiten ausgewählt, beispielsweise die Montageeinheit 101. In Schritt 308 werden die Roboter-Gestaltdaten für die ausgewählte Montageeinheit 101 aus der Datei 9 und die zugehörigen Steuerdaten aus der Datei 10 gelesen. Die gelesenen Daten geben die Eigenschaften der ausge­ wählten Montageeinheit 101 an.

In Schritt 310 wird eine der Modellversionen und einer der Fahrzeugtypen dieser Modellversion festgelegt. In Schritt 312 werden die Karosserie-Ge­ staltdaten für den ausgewählten Fahrzeugtyp aus der Datei 11 gelesen. In Schritt 314 werden die Normalpositionsdaten für den ausgewählten Fahr­ zeugtyp aus der Datei 4 gelesen. In Schritt 316 werden die gelesenen Nor­ malpositionsdaten in entsprechende Normalpositionsdaten in einem auf die ausgewählte Montageeinheit bezogenen dreidimensionalen Standardkoordi­ natensystem umgewandelt, um Normalpositionen für die jeweiligen Manipula­ torarme (Roboter) zu berechnen. Dies ist notwendig, da die gelesenen Nor­ malspositionsdaten in einem dreidimensionalen Standardkoordinatensystem gegeben sind, das sich auf den Fahrzeugaufbau bezieht. In Schritt 318 liest der Hauptrechner die Arbeitsschemadaten für den ausgewählten Fahrzeugtyp der ausgewählten Modellversion aus der Datei 8 und die entsprechenden Fahrzeug-Strukturdaten aus der Datei 6.

In Schritt 320 modifiziert der Hauptrechner die in Schritt 316 berechneten Normalpositionen auf der Grundlage der in den Fahrzeug-Strukturdaten ent­ haltenen Endzustandsdaten, und die Annäherungspositionen werden anhand der modifizierten Normalpositionen berechnet. Der Hauptrechner 1 über­ schreibt die modifizierten Normalpositionen und die berechneten Annä­ herungspositionen auf die Arbeitsschemadaten und fügt die aus den Steuerda­ ten erhaltenen Arbeitsgeschwindigkeiten hinzu, so daß ein Basis-Arbeitspro­ gramm zur Steuerung der Manipulatorarme (Roboter) der Montageeinheit 101 bei der Montage von Fahrzeugkarosserien des ausgewählten Fahrzeugtyps gebildet wird, wie in Tabelle 7 angegeben ist. Da die Endzustandsdaten, die während der Entwicklung der ausgewählten Montageeinheit und während des Betriebs derselben gewonnen wurden, in das Arbeitsprogramm einbezo­ gen sind, ist es möglich, die Montageeinheit mit einer höheren Montagege­ nauigkeit zu betreiben.

In Schritt 322 wird entschieden, ob Überschneidungen zwischen einem Ma­ nipulatorarm mit einem anderen Manipulatorarm und/oder den Karosserie­ baugruppen auftreten. Für diese Entscheidung werden Simulationen ausge­ führt, um wenigstens einen Punkt zu ermitteln, der von mehreren Objekten (Manipulatorarmen und Karosseriebaugruppen) gleichzeitig besetzt wird, wenn die Manipulatorarme schrittweise in gleichmäßigen Zeitintervallen ent­ sprechend dem in Schritt 320 gebildeten Arbeitsprogramm bewegt werden. Bei den Simulationen werden dreidimensionale Modelle der einzelnen Mani­ pulatorarme und der einzelnen Karosseriebaugruppen verwendet. Die Model­ le der Manipulatorarme ergeben sich aus den Roboter-Gestaltdaten für die betreffende Montageeinheit, und die Modelle für die Karosseriebaugruppen ergeben sich aus den Karosserie-Gestaltdaten für den ausgewählten Fahrzeug­ typ. Wenn die Abfrage in Schritt 322 bejaht wird, wird das Programm mit Schritt 324 fortgesetzt, andernfalls mit Schritt 326.

In Schritt 324 wird durch den Hauptrechner 1 die Bewegungsbahn für jeden der Manipulatorarme so berechnet, daß Überschneidungen vermieden wer­ den. Anschließend erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 320, wo das Basis-Ar­ beitsprogramm entsprechend den berechneten Bewegungsbahnen modifi­ ziert wird.

In Schritt 326 wird entschieden, ob ein Arbeitsintervall, das durch den zeitli­ chen Abstand zwischen dem Beginn eines Arbeitsvorgangs des Manipulatorar­ mes und dem Abschluß des Arbeitsvorgangs gegeben ist, größer ist als eine vorgegebene Taktzeit. Das Arbeitsintervall wird während der Simulationen in Schritt 322 gemessen. Wenn die Abfrage in Schritt 326 bejaht wird, wird das Programm mit Schritt 328 fortgesetzt, andernfalls mit Schritt 330.

In Schritt 328 wird überprüft, ob der Manipulatorarm, bei dem das überlange Arbeitsintervall festgestellt wurde, mit einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit bewegt werden kann, d. h., ob die bisherige Arbeitsgeschwindigkeit dieses Manipulatorarmes kleiner ist als die Maximalgeschwindigkeit. Wenn die Fra­ ge in Schritt 328 bejaht wird, erfolgt ein Rücksprung zu 320, und das Basis- Arbeitsprogramm wird modifiziert, um die Arbeitsgeschwindigkeit auf einen größeren Wert zu ändern, der jedoch noch unter der Maximalgeschwindig­ keit liegt. Andernfalls wird das Programm mit Schritt 332 fortgesetzt, und es wird eine Nachricht an das Terminal 13 übermittelt, daß die Taktzeit geän­ dert, der Manipulatorarm ausgetauscht oder ein weiterer Manipulatorarm hinzugefügt werden sollte.

In Schritt 330 werden aus den Montageeinheits-Tabellendaten die Kommuni­ kationscodes gelesen, die sich auf die Montageeinheiten 101 und 102 bezie­ hen, und das vollständige Basis-Arbeitsprogramm wird an die nachgeordne­ ten Rechner 21 und 25 übermittelt. Mit dem Abschluß des Schrittes 330 oder 332 ist das Programmende 334 erreicht.

Das oben beschriebene Programm wird für die anderen Fahrzeugtypen der ausgewählten Modellversion und weiterhin für sämtliche Fahrzeugtypen aller anderen Modellversionen wiederholt, so daß ein vollständiges Basis-Arbeits­ programm erstellt wird.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm eines von den nachgeordneten Rechnern 21, 25, . . . ausgeführten Programmes zur Erstellung individueller Arbeitspro­ gramme für die jeweils zugeordneten Montageeinheiten. Als Beispiel soll hier angenommen werden, daß ein individuelles Arbeitsprogramm für die Monta­ geeinheit 101 erstellt wird. Das Programm beginnt bei Schritt 402. Im an­ schließenden Schritt 404 empfängt der Rechner 21 das Basis-Arbeitspro­ gramm von dem Hauptrechner 1. In Schritt 406 liest der Rechner 21 die individuellen Variationsdaten, die sich auf die zugehörige Montageeinheit 101 beziehen, aus der Datei 24.

In Schritt 408 modifiziert der Rechner 21 die durch das Basis-Arbeitspro­ gramm gegebenen Normalpositionen anhand der individuellen Variationsda­ ten, um Normalpositionen für die einzelnen Manipulatorarme zu berechnen und ein individuelles Arbeitsprogramm zur Steuerung der Montageeinheit 101 aufzustellen. Da durch die individuellen Variationsdaten Positionsfehler angegeben werden, die sich nur auf den Ausgangspunkt und die Kontroll­ punkte beziehen, ist der Rechner 21 so programmiert, daß er zwischen die­ sen Datensätzen interpoliert, um Positionsfehler auch für die übrigen Punkte zu erhalten. In Schritt 410 wird das individuelle Arbeitsprogramm in dem in­ dividuellen Arbeitsprogrammspeicher 23 gespeichert. Damit ist das Pro­ grammende 412 erreicht. Das individuelle Arbeitsprogramm wird von dem Programmspeicher 23 an die Steuereinheit 111 übermittelt und dient zur Steuerung der Montageeinheit 101. In ähnlicher Weise werden auch indivi­ duelle Arbeitsprogramme für die anderen Montageeinheiten erstellt und aus­ geführt.

Bei dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel übernehmen die nachge­ ordneten Rechner einen Teil der Programmerstellung, so daß die erforderli­ che Rechenkapazität für den Hauptrechner 1 verringert wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erstellen von Arbeitsprogrammen für mehrere automati­ sche Maschinen (101, 102, 103), die jeweils mehrere verschiedene Arten von Werkstücken bearbeiten oder handhaben, wobei die Maschinen zwar dieselbe Grundkonfiguration aufweisen, in ihren individuellen Eigenschaften jedoch voneinander abweichen, bei dem

• - die Arbeitsprogramme für jede Werkstückart Normalpositionsdaten, die für die betreffende Werkstückart Normalpositionen angeben, an denen die Maschine arbeiten soll, und Arbeitsschemadaten umfassen, die für jede Werk­ stückart ein bestimmtes Arbeitsschema der Maschine angeben,
• - die tatsächlichen Positionen der Maschinen gemessen und mit vorgege­ benen Soll-Positionen verglichen werden, um individuelle Variationsdaten zu erzeugen, die die Abweichungen der tatsächlichen Positionen der einzelnen Maschinen von den vorgegebenen Soll-Positionen angeben, und
• - die Normalpositionsdaten für jede Maschine und Werkstückart anhand der individuellen Variationsdaten für die betreffende Maschine korrigiert werden,

dadurch gekennzeichnet, daß an den Normalpositionsdaten für jede Werkstückart zusätzlich zu der Korrek­ tur anhand der maschinenabhängigen individuellen Variationsdaten eine Kor­ rektur anhand von vorgegebenen Korrekturgrößen zur Korrektur von werk­ stückbedingten Positionsabweichungen vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Normal­ positionsdaten zuerst in Abhängigkeit von den individuellen Variationsdaten korrigiert werden und dann die Korrektur anhand der werkstückabhängigen Korrekturgrößen an den maschinenabhängig korrigierten Normalpositions­ daten vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Normal­ positionsdaten zuerst anhand der werkstückabhängigen Korrekturgrößen korrigiert werden und dann die maschinenabhängige Korrektur anhand der individuellen Variationsdaten an den werkstückabhängig korrigierten Nor­ malpositionsdaten vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erstellung der Arbeitsprogramme maschinenweise erfolgt, wobei für jede Maschine zunächst die zugehörigen Variationsdaten gelesen und dann die Arbeitsprogramme für sämtliche Werkstückarten anhand dieser Variationsdaten erstellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst für jede Werkstückart ein Basis-Arbeitsprogramm erstellt wird und dann für jede Maschine anhand des Basis-Arbeitsprogramms ein individuelles Arbeitspro­ gramm erstellt wird, indem die Normalpositionsdaten anhand der maschi­ nenabhängigen Variationsdaten korrigiert werden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für jede Werkstückart Werkstück-Gestaltdaten zur Kennzeich­ nung der Form des Werkstücks erzeugt werden, daß Maschinen-Gestaltdaten zur Kennzeichnung der Form der betreffenden Maschine für jede der Maschi­ nen erzeugt werden, daß durch Simulation der Arbeitsweise der ausgewähl­ ten Maschine gemäß dem Arbeitsprogramm für diese Maschine anhand der zugehörigen Werkstück-Gestaltdaten und Maschinen-Gestaltdaten überprüft wird, ob die Maschine wenigstens ein Punktionselement aufweist, das mit ei­ nem anderen Funktionselement oder dem Werkstück kollidiert, und daß das Arbeitsprogramm in diesem Fall modifiziert wird, um derartige Kollisionen zu vermeiden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulation mit dem Basis-Arbeitsprogramm durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Maßnahmen:

• - Erzeugen von Steuerdaten zur Angabe einer Normalgeschwindigkeit und einer Maximalgeschwindigkeit für jedes Funktionselement der ausgewählten Maschine,
• - Einsetzen der Normalgeschwindigkeiten in das Arbeitsprogramm für die ausgewählte Maschine,
• - Berechnen eines von dem Funktionselement für die Ausführung der be­ treffenden Arbeit benötigten Arbeitszeitintervalls und
• - Vergleichen des Arbeitszeitintervalls mit einem vorgegebenen Wert und Modifizieren des Arbeitsprogrammes im Sinne einer Erhöhung der Arbeits­ geschwindigkeit auf einen unter der Maximalgeschwindigkelt liegenden Wert, wenn das Arbeitszeitintervall größer ist als der vorgegebene Wert.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen nach Anspruch 8 an dem Basis-Arbeitsprogramm vorgenom­ men werden.