DE4120216A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der werkstueckposition bei einem foerderbandofen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Werkstückposition bei einem Förderbandofen, bei dem Werk­ stucke vor dem Eintritt in einen Ofenraum auf ein Förderband in einer Aufgabeposition aufgegeben werden, durch den Ofenraum kontinuierlich oder diskontinuierlich auf dem Förderband bewegt werden und nach dem Verlassen des Ofenraums vom Förderband entnommen werden. Im folgenden soll der Begriff "Förderband" auch Abwandlungen davon, wie Fördergurte o. dgl. umfassen.

Förderbandöfen werden für die Wärmebehandlung von Werkstücken in vielfältiger Weise eingesetzt. Bedingt durch die zunehmende Automatisierung von Fertigungseinrichtungen mit automatischen Be- und Entladestationen ist es erforderlich, die Position der Werkstücke auf dem Förderband, insbesondere am Ofenauslauf, exakt zu erfassen. Bei einem Förderbandofen besteht aber die Schwierigkeit, daß insbesondere durch die erhöhte Temperatur und die Beladung des Förderbandes eine Längung des Förderbandes auftritt, so daß eine einfache Wegmessung zur Bestimmung der Werkstückposition meist nicht mit ausreichender Genauigkeit durchführbar ist. Insbesondere für automatische Entladeeinrich­ tungen muß jedoch die Werkstückposition am Ofenauslauf mit relativ hoher Genauigkeit erfaßt werden.

Theoretisch kann die Längung des Förderbandes zwar berechnet und zur Korrektur der Wegmessung herangezogen werden, jedoch hat sich diese Losung in der Praxis nicht bewährt, da der Meßaufwand für die Erfassung sämtlicher relevanter Einflußgrößen zu hoch ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Bestimmung der Werkstückposition bei einem Förderbandofen zu schaffen, das insbesondere am Ofenauslauf eine höhere Genauigkeit ermöglicht. Ferner soll eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst.

Die Lösung ergibt sich gemäß der vorliegenden Erfindung auf überraschend einfache Weise dadurch, daß auf dem Förderband Markierungspunkte vorgesehen werden; deren Position relativ zu einem Werkstück während des Vorschubes des Förderbandes abgetastet wird. Dabei wird der Abstand der Aufgabestelle eines Werkstuckes von einem benachbarten Markierungspunkt sowie die zurückgelegte Wegstrecke des Markierungspunktes während eines Vorschubes des Förderbandes erfaßt. Die Position des Werkstückes wird schließlich aus der zurückgelegten Weg­ strecke des Markierungpunktes und aus dem Abstand zwischen Markierungspunkt und Aufgabestelle des Werkstückes bestimmt. Dieses Verfahren ermöglicht eine besonders einfache Bestimmung der Werkstuckposition, wobei sich die Genauigkeit durch die Anzahl der verwendeten Markierungspunkte an die Erfordernisse des Einzelfalles anpassen läßt.

In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die Werkstückaufgabe an einer konstanten Position des Förderbandes, wodurch der Meßaufwand besonders gering gehalten wird.

In der einfachsten Ausführung des Verfahrens wird die Position des Werkstückes bei der Aufgabe mit Hilfe eines Sensors bestimmt und beim weiteren Vorschub des Bandes durch eine einfache Wegmessung aktualisiert. Um jedoch eine weitere Verbesserung der Genauigkeit insbesondere am Ofenauslauf zu erzielen, sind nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung zwei Sensoren vorgesehen, um die Markierungspunkte nämlich vor dem Einlauf in den Ofenraum und nach dem Verlassen des Ofenraums abzutasten. Dadurch können Einflüsse, die durch eine Längung des Bandes innerhalb des Ofenraums bedingt sind, weiter reduziert werden.

Eine besonders einfache Abtastung der Markierungspunkte ergibt sich, wenn jeder Sensor beim Passieren eines Markierungspunktes lediglich einen Schaltimpuls erzeugt.

Bei dieser Ausführung löst der erste, vor dem Ofenraum angeordnete Sensor in zweckmäßiger Weise beim Passieren eines Markierungspunktes einen Schaltimpuls aus: um eine Wegmessung in Gang zu setzen. Dabei wird die vom Ort des Sensors aus zurückgelegte Wegstrecke des Markierungspunktes ermittelt und die so ermittelte Wegstrecke gespeichert. In zweckmäßiger Ausführung löst auch der zweite, hinter dem Ofenraum angeordnete Sensor beim Passieren eines Markierungspunktes einen Schalt­ impuls aus, um eine Wegmessung für die vom Ort des Sensors aus zurückgelegte (zweite) Wegstrecke des Markierungspunktes zu ermitteln. Legt man den Ursprung der X-Achse eines Koordi­ natensystems durch die Aufgabestelle des Werkstückes, so kann die momentane Position des Werkstückes nach Passieren des zweiten Sensors durch den Markierungspunkt nun dadurch berechnet werden, daß die Differenz aus der Summe der Abszisse des Ortes des zweiten Sensors und der zweiten Wegstrecke einerseits und aus der Summe der Abszisse des Ortes des ersten Sensors und der ersten gespeicherten Wegstrecke bei Aufgabe des Werk­ stückes gebildet wird.

Mit diesen Maßnahmen läßt sich auch bei Verwendung einfacher Schaltsensoren eine gute Genauigkeit bei der Werkstückpositions­ bestimmung am Ofenauslauf erreichen.

Hierbei kann die Messung der Wegstrecken indirekt über den Antrieb des Förderbandes, vorzugsweise mittels eines Inkremen­ talgebers erfolgen, der mit dem Antrieb gekoppelt ist. Dabei werden die Impulse des Inkrementalgebers zweckmäßigerweise zwei getrennten Zählern zugeführt, die über die Schaltimpulse des ersten bzw. zweiten Sensors auf Null zurückgestellt werden, um die erste bzw. zweite Wegstreckenmessung zu beginnen. Eine solche indirekte Wegstreckenmessung ermöglicht eine ausreichende Genauigkeit, da die Markierungspunkte durch den zweiten Sensor am Ofenauslauf abgetastet werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist ein Förderband, einen Antrieb zur Bewegung des Förderbandes durch einen Ofenraum, eine Aufgabeeinrichtung zur Aufgabe von Werk­ stücken auf das Förderband, eine Entnahmeeinrichtung zur Entnahme von Werkstücken und Markierungspunkte auf dem Förder­ band auf, die in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet sind.

Die Markierungspunkte können in besonders einfacher Ausführung als Schaltfahnen ausgebildet sein, jedoch können zur Erhöhung der Betriebssicherheit auch automatisch erkennbare Codierungen vorgesehen sein. Bei einer Ausführung der Sensoren als Schalter können diese als einfache Näherungsschalter oder auch als Lichtschranken ausgebildet sein.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, aus der die geometrischen Beziehungen entnehmbar sind.

Ein erfindungsgemäßer Förderbandofen weist ein endloses Förder­ band 4 auf, das endseitig über eine Antriebsachse 11 und eine Umlenkachse 12 mit Rollen geführt ist. Die Antriebsachse 11 ist von einem Antrieb 8 mit einem Elektromotor und einem entsprechenden Getriebe angetrieben. Das Förderband 4, das in alternativer Weise auch als Gliederkette o. dgl. ausgeführt sein kann, durchläuft einen Ofenraum 1, der zur Wärmebehandlung von Werkstücken dient. Die Werkstücke 2 werden mittels einer Aufgabeeinrichtung 5, die als Greifeinrichtung ausgebildet ist, jeweils an einer konstanten Aufgabeposition durch ein Verfahren des Greifers entlang einer Aufgabeachse 7 auf das Förderband aufgelegt. Durch das Förderband 4 und die Aufgabe­ achse 7 ist ein kartesisches Koordinatensystem aufgespannt, dessen Ursprung die Aufgabeposition bildet. Die Abszisse der Aufgabeposition hat also den Wert O:X(WA)=O.

Nach Durchlaufen des Ofenraums 1 werden die Werkstücke 2 durch eine Entnahmeeinrichtung 6, die einen zumindest in X-Richtung und Y-Richtung verfahrbaren Greifarm aufweist, vom Förderband entnommen. Um ein kontrolliertes Erfassen der Werkstücke 2 bei der Entnahme zu gewährleisten, muß deren Position nach dem Verlassen des Ofenraums 1 bekannt sein. Da die Position in Y-Richtung und Z-Richtung nicht verändert wird, ist in der Zeichnung nur die interessierende Abszisse X dargestellt. Auf dem Förderband 4 sind in vorbestimmten, gleichmäßigen Abständen d Markierungspunkte 3 angebracht, die als einfache Schaltfahnen ausgebildet sind. Zur Abtastung der Markierungs­ punkte 3 sind je ein Sensor S1 und S2 vor und hinter dem Ofenraum 1 angeordnet. In Bewegungsrichtung des Förderbandes, die durch den Pfeil mit der Ziffer 10 angedeutet ist, ist der erste Sensor S1 vor dem Ofenraum 1 an der Stelle X(S1) angeordnet. Der zweite Sensor S2 ist nach dem Ofenraum 1 an der Stelle X(S2) angeordnet.

Mit dem Antrieb 8 ist ein Inkrementalgeber 9 gekoppelt, dessen Impulse gezählt und gespeichert werden, um den Vorschub des Förderbandes zu erfassen.

Von einer zentralen Steuereinheit 13 werden die Wegmessungen ausgewertet und die Aufgabe der Werkstücke durch die Aufgabe­ einheit 5, die Entnahme der Werkstücke durch die Entnahmeeinheit 6, sowie die Vorschubbewegung des Förderbandes durch den Antrieb 8 gesteuert.

Die Sensoren S1, S2 sind als Lichtschranken oder Näherungs­ schalter ausgeführt, die bei Durchgang eines Markierungspunktes 3 jeweils einen Schaltimpuls erzeugen. Sobald ein Markierungs­ punkt 3 den Sensor S1 passiert, wird über diesen ein Zähler in der zentralen Steuereinheit 13, der die Impulse des Inkre­ mentalgebers zahlt, auf Null zurückgesetzt. Beim weiteren Vorschub des Bandes wird somit der Abstand A1 des Markierungs­ punktes 3 vom Ort des Sensors X(S1) durch den Zählerstand erfaßt.

Wenn ein Markierungspunkt den Sensor S2 passiert, so wird dadurch ein weiterer Zähler der Steuereinheit 13 für Impulse des Inkrementalgebers 9 auf Null zurückgesetzt, so daß der Abstand A2 des Meßpunktes beim weiteren Vorschub des Bandes vom Ort X(S2) des Sensors S2 durch den Zählerstand erfaßt wird.

Wird ein Werkstück von der Aufgabeeinheit 5 auf das Förderband 4 an der Stelle X(WA) = O aufgesetzt, so wird der momentane Zählerstand für den Abstand A1 des benachbarten Markierungs­ punktes vom ersten Sensor S1 gespeichert. Werden weitere Werk­ stücke auf das Förderband aufgelegt, bevor ein weiterer Markie­ rungspunkt den ersten Sensor S1 passiert hat, so werden auch die entsprechenden Zählerstände, die jeweils den Abstand A1 des Markierungspunktes vom Sensor S1 repräsentieren, in der Steuereinheit 13 gespeichert. Die jeweiligen Abstände A1 werden bei der Bestimmung der Werkstückpositionen nach dem Verlassen des Ofenraums 1 als Korrektur berücksichtigt.

Sofern die Werkstücke identische Abmessungen aufweisen und in gleichen Abständen zueinander an der Stelle X(WA)=O auf das Förderband 4 aufgelegt werden, kann aus der Wegmessung des Abstandes A2 zwischen dem Ort des Markierungspunktes X(ME) und dem Ort des Sensors (XS2) nach Passieren des Sensors S2 durch den Markierungspunkt der Ort eines Werkstückes X(WE) nach Verlassen des Ofenraums 1 direkt aus folgender Gleichung bestimmt werden:

X (WE) = X (S2) + A2 - (X(S1)+A1) (Gl. 1)

Bei dieser Bestimmung der Werkstückposition X(WE) nach Verlassen des Ofenraums werden Einflüsse der Bandlängung weitgehend ausgeschaltet, da die Bandlängung hauptsächlich auf den Ofenraum 1 infolge der Bandbeladung bei hoher Temperatur begrenzt ist. Bei der normalerweise üblichen langsamen Bandgeschwindigkeit hat sich das Förderband nach Verlassen des Ofenraums in der Regel auch wieder so weit abgekühlt, daß der Abstand zwischen in Bewegungsrichtung vorlaufendem Markierungspunkt und dem Werkstück vor Eintritt in den Ofenraum 1 und nach Verlassen des Ofenraums praktisch identisch ist, so daß die Meßfehler sehr gering bleiben.

Werden die Werkstücke nicht in gleichmäßigen Abständen auf­ gelegt, oder kommt es auf die Bestimmung der Werkstückposition eines bestimmten Werkstückes nach Verlassen des Ofenraums an, so kann die jeweilige Abstandsmessung nach Verlassen des Ofenraums dem jeweiligen Werkstück zugeordnet werden. Wenn - wie in der Zeichnung dargestellt - die Abstände der beiden Sensoren X(S2)-X(S1) und der Markierungspunkte d so gewählt sind, daß sich z. B. jeweils vier Markierungspunkte 3 im Bereich zwischen den beiden Sensoren S1 und S2 befinden, so wird eine werkstücksynchrone Messung dadurch erreicht, daß die Auswertung der Abstandsmessung A2 nach Gleichung (1) erst dann erfolgt, wenn der Sensor S2 den Durchgang von vier Markierungspunkten registriert hat.

Die Genauigkeit der Positionsbestimmung X(WE) für jedes Werk­ stück nach Verlassen des Ofenraums läßt sich den gewünschten Bedingungen anpassen, indem die Anzahl der Markierungspunkte erhöht wird, d. h. der Abstand d der einzelnen Markierungspunkte voneinander verringert wird.

Die Markierungspunkte 3 können zur Erhöhung der Produktions­ sicherheit auch als maschinenlesbare Codierungen ausgeführt sein, wodurch eine Zuordnung der jeweiligen Abstandsmessungen zueinander direkt möglich ist, ohne daß hierzu die Anzahl der Markierungspunkte, die den Sensor S2 passiert haben, gezahlt werden müßte.

Claims (17)

1. Verfahren zur Bestimmung der Werkstückposition bei einem Förderbandofen, bei dem Werkstücke (2) vor dem Eintritt in einen Ofenraum <1) auf ein Förderband (4) in einer Aufgabeposition (X(WA)) aufgegeben werden, durch den Ofenraum <1) kontinuierlich oder diskontinu­ ierlich auf dem Förderband (4) bewegt werden und nach dem Verlassen des Ofenraums <1) vom Förderband (4) entnommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Förderband (4) Markierungspunkte (3) vorgesehen sind, daß der Abstand der Aufgabestelle (X(WA)) eines Werk­ stückes (2) von einem benachbarten Markierungspunkt (3) durch Abtastung erfaßt wird, daß die zurückgelegte Wegstrecke des Markierungspunktes (3) während eines Vorschubes des Förderbandes (4) erfaßt wird, und daß die Position des Werkstückes (2) aus der zurückgelegten Wegstrecke des Markierungspunktes (3) und aus dem Abstand (X(MA)-X(WA)) zwischen Markierungspunkt (3) und Aufgabe­ stelle des Werkstückes (2) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabeposition bei der Aufgabe verschiedener Werkstücke (2) unverändert ist und bei einem durch die Aufgabeposition gelegten Koordinatensystem durch die Abszisse X(WA)=O gegeben ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Sensor (S1 bzw. S2) in einem festen Abstand (X(S1) bzw. X(S2)) von der Aufgabeposition (X(WA)) angeordnet ist, um die Markierungspunkte (3) in Vor­ schubrichtung des Förderbandes (4) vor und hinter dem Ofenraum (1) abzutasten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensor (S1, S2) bei Passieren eines Markierungs­ punktes (3) einen Schaltimpuls erzeugt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den ersten, vor dem Ofenraum (1) angeordneten Sensor (S1) erzeugte Schaltimpuls eine Wegmessung auslöst, um die vom Ort des Sensors (X(S1)) aus zurück­ gelegte Wegstrecke (A1) des Markierungspunktes (3) zu ermitteln, und daß die so ermittelte Wegstrecke (A1) gespeichert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den zweiten, in Vorschubrichtung des Förderbandes hinter dem Ofenraum (1) angeordneten Sensor (S2) erzeugte Schaltimpuls eine Wegmessung auslöst, um die vom Ort (X(S2)) des Sensors (S2) aus zurückgelegte zweite Wegstrecke (A2) des Markierungspunktes (3) zu ermitteln.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die momentane Position (X(WE)) des Werk­ stückes (2) nach Passieren des zweiten Sensors (2) durch den Markierungspunkt (3): dessen erste zurück­ gelegte Wegstrecke (A1) bei Aufgabe des Werkstückes (2) gespeichert wurde, durch die Summe der Abszisse des Ortes des zweiten Sensors (X(S2)) und der zweiten Wegstrecke (A2) abzüglich der Summe aus Abszisse des Ortes des ersten Sensors (X(S1)) und erster Wegstrecke (A1) bei Aufgabe gegeben ist: X (WE) = X (S2) + A2 - (X(S1)+A1).

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Messung der Wegstrecken (A1, A2) indirekt über den Antrieb (8) des Förderbandes (4) erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Wegstrecken mittels eines Inkremental­ gebers (9) erfolgt, der mit dem Antrieb (8) gekoppelt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse des Inkrementalgebers (9) zwei getrennten Zählern zugeführt werden, die über die Schaltimpulse des ersten (S1) bzw. des zweiten (S2) Sensors auf Null zurückgestellt werden, um die erste (A1) bzw. zweite (A2) Wegstreckenmessung zu beginnen.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von n Markie­ rungspunkten (3) auf dem Förderband (4) bezogen auf den Abstand (X(S2)-X(S1)) der beiden Sensoren die zweite Wegstreckenmessung (A2) erst bei dem n-ten Schaltimpuls des zweiten Sensors (S2) ausgelöst wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einem Förderband (4) mit einem Antrieb (8) zur Bewegung des Förderbandes (4) durch einen Ofenraum (1), mit einer Aufgabeeinrich­ tung (5) zur Aufgabe von Werkstücken (2) auf das Förder­ band (4), und mit einer Entnahmeeinrichtung (6) zur Entnahme von Werkstücken (2), dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Förderband <4) in gleichmäßigen Abständen (d) zueinander Markierungspunkte (3) angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet; daß die Markierungspunkte (3) als Schaltfahnen ausge­ bildet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungspunkte (3) als automatisch erkennbare Codierungen ausgeführt sind.

15. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung der Markierungspunkte Sensoren (S1, S2) vorgesehen sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (S1, S2) als Näherungsschalter aus­ geführt sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (S1, S2) als Lichtschranken ausgebildet sind.