DE68928526T2

DE68928526T2 - Vorrichtung zur automatischen Konstruktion einer Einspannvorrichtung

Info

Publication number: DE68928526T2
Application number: DE68928526T
Authority: DE
Inventors: Sunao Goto; Masaru Kawano
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1989-10-24
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2009-10-25
Also published as: US5075866A; JPH02115980A; EP0366069A2; DE68928526D1; KR930003128B1; EP0366069B1; EP0366069A3; KR900006880A; JP2779181B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Konstruktion einer Einspanneinrichtung mit einer Vielzahl von Bauteilen bzw. Komponenten. Eine derartige Einspanneinrichtung wird verwendet zum Festklemmen und Führen des Werkstücks beim Schweißen, bei der Montage, beim Klemmen, Schneiden oder dergleichen oder deren dafür vorgesehenen Bearbeitungswerkzeuge. Diese Konstruktionsvorrichtung bzw. Entwurfsvorrichtung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Konstruktion, die ein Computersystem oder dergleichen, d.h. CAD/CAM verwendet. Die Komponenten bzw. Bauteile, die die Einspanneinrichtung bilden, umfassen Teile, welche im Handel erhältlich sind und weit verbreitet sind sowie Spezialteile, die ausschließlich in der Einspanneinrichtung verwendet werden.
Wenn eine Einspanneinrichtung mit einer Vielzahl von Komponenten entworfen bzw. konstruiert wird, verwenden konventionelle Konstruktionsunterstützungsssysteme, die CAD/CAM genannt werden, im allgemeinen die folgenden Konstruktions bzw. Entwurfsverfahren:
Wenn ein zu konstruierendes Arbeitsstück eine Vielzahl von Teilen aufweist, entspricht die graphische Datenbasis für jedes der Teile bzw. Bauteile im wesentlichen der tatsächlichen Form eines jeden Bauteils bzw. Teils. Wenn beispielsweise ein Teil im Grunde durch das Verhältnis aus Länge, Breite und Höhe charakterisiert wird, weisen dessen graphische Daten dasselbe Längen/Breiten-Höhenverhältnis auf. In der graphischen Datenbasis werden zuvor die graphischen Daten für jedes der Teile sowie die graphischen Daten für diesselben Teile in verschiedenen Konfigurationen registriert bzw. abgespeichert. Die angezeigte graphische Form ist daher zu den graphischen Daten des bezeichneten Teils äquivalent bzw. gleichwertig, selbst wenn ein auszuwählendes Teil und die Konfiguration des auszuwählenden gleichen Teils durch die Bedienperson oder unter Verwendung eines Programms bestimmt bzw. benennt wird. Mit anderen Worten andere graphische Formen als die in der graphischen Datenbasis abgespeicherten graphischen Formen werden niemals angezeigt.
Die japanische Patentveröffentlichungsschrift Nr. 63-137219 beschreibt eine Technik zum automatischen Konstruieren einer Form bzw. Formschablone, jedoch gilt die oben genannte Tatsache auch für diese in der japanischen Patentveröffentlichung beschriebene Technik in Bezug auf die graphischen Formen, welche in dem System nach dem Stand der Technik angzeigt werden.
Teile mit beliebigen Formen können jedoch nicht durch CAD/CAM konstruiert werden und die konstruierten Teile müssen stets bestimmte vorgegebene Bedingungen erfüllen. Wenn eine Einspanneinrichtung beispielsweise automatisch entworfen bzw. konstruiert wird, kann eine Einspanneinrichtung mit irgendwelchen gewünschten Formen nicht konstruiert werden. Die konstruierte Einspanneinrichtung sollte durch den Typ bzw. die Art des Arbeitsstückes für welche die Einspanneinrichtung verwendet wird, sowie durch die Position und die Form der Oberfläche, welche die Einspanneinrichtung berührt, eingegrenzt bzw. begrenzt werden. Da die Einspanneinrichtung immer bewegt wird und einen beweglichen Abschnitt enthält, darf die Einspanneinrichtung mit anderen Abschnitten des Arbeitsstücks nicht eingreifen bzw. interferieren. Wenn eine Einspanneinrichtung entworfen bzw. konstruiert wird, müssen daher Überlegungen nicht nur in Bezug auf die Berührungsfläche sondern auch in Bezug auf die Gesamtform des Arbeitsstücks angestellt werden. Es ist nämlich notwendig die Bedingungen für das Konstruieren von lediglich einer Einspanneinrichtung strikt zu limitieren bzw. einzugrenzen. Einspanneinrichtungen, welche nicht diese strikt limitierten Bedingungen erfüllen, sind als Einspanneinrichtungen nutzlos bzw. ungeeignet.
Die oben beschriebenen konventionellen CAD/CAM Verfahren sind jedoch so ausgelegt, daß die Bedienperson oder der Programmierer Linien ziehen kann oder registrierte bzw. abgespeicherte Teile interaktiv auswählen kann, wie oben beschrieben wurde. Das System besitzt lediglich die Funktion Linien entsprechend der Festlegung der Bedienperson zu ziehen oder aus der Datenbasis diejenigen graphischen Daten zu gewinnen bzw. zu extrahieren, welche direkt dem registrierten ausgewählten Teil entsprechen, und dieses anzuzeigen. Wenn folglich eine Einspanneinrichtung, welche nicht die eingegrenzten bzw. limitierten Bedingungen erfüllt, konstruiert wird, wird die Bedienperson in eine Situation gebracht, in welcher die Konstruktionsarbeit zum Zwecke des Entwurfs bzw. der Konstruktion einer geeigneten Einspanneinrichtung völlig neu von Beginn an gestartet werden muß.
Dies verursacht ein Ansteigen der für das Konstruieren erforderlichen Zeit und ist daher spürbar ineffizient bzw. unwirtschaftlich. Falls eine Anstrengung unternommen wird, um die Zeit für das Konstruieren zu vermindern, muß sich die Bedienperson oder der Programmierer die angezeigte graphische Form bis zu einem gewissen Ausmaß vorstellen bevor er Befehle zum Linien ziehen oder Befehle zum Auswählen eines Teils gibt, er muß die Befehle und die Auswahl durch Überwachen und Auswählen in seinem Kopf ausführen und sich so viel wie möglich anstrengen um eine passende bzw. genaue Teileform festzulegen bzw. zu bezeichnen. Da jedoch verschiedene Arten und Grenzen bestehen ist es extrem schwierig sich die graphische Form des Gesamtteils auf Grundlage der Annahme über diese Grenzbedingungen vorzustellen. Dies führt schließlich zu einer Verminderung der Arbeitseffizienz.
Dementsprechend wird die vorliegende Erfindung vorgeschlagen als eine Konzeption, die sich grundlegend von dem Stand der Technik unterscheidet und das oben beschriebene Problem bei den konventionellen Vorrichtungen vermeidet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur automatischen Konstruktion einer Einspanneinrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, automatisch eine Einspanneinrichtung zu konstruieren, indem sie automatisch Strukturmodelle bzw. Aufbaumodelle konstruiert, welche zielgenau den Aufbau der gewünschten Einspanneinrichtung unter Annahme der Basis-Startbedingungen für die Konstruktion in Bezug auf einen datenverarbeitenden Abschnitt zeigen, welcher an einem Arbeitsstück und auf Grundlage eines Basisverbindungsmodells eingestellt wird, das die Konfiguration der Teile der Einspanneinrichtung angibt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung der obigen Aufgabe wird durch Patentanspruch 7 beansprucht.
Die oben genannte Vorrichtung und das oben genannte Verfahren ermöglichen das automatische Konstruieren eines Struktur- bzw. Aufbaumodells, das die genaue Struktur der Einspanneinrichtung wiedergibt unter Annahme der grundlegendsten Konstruktionsstartbedingungen in Bezug auf einen Abschnitt bzw. einen Teil des Arbeitsstücks und in Bezug auf ein Basis- Verbindungsmodell, welches die Konfiguration der Einspanneinrichtungsteile grob darstellt.
Die vorliegende Erfindung weist ferner Speichereinrichtungen auf, in welcher eine Vielzahl von Basis- Verbindungsmodellen zuvor abgespeichert werden, eine Einstelleinrichtung zur Einstellung der zulässigen Bedingungen für die Konstruktion der Einspanneinrichtung, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Strukturmodells der Teile, die durch die Strukturmodellerzeugungseinrichtung mit den zulässigen Bedingungen erzeugt werden, und eine Einrichtung zum Wiederabrufen anderer Basisverbindungsmodelle aus der Speichereinrichtung. Falls das erste Basisverbindungsmodell die zulassigen bzw. erlaubbaren Konstruktionsbedingungen nicht erfüllt werden nämlich andere Basisverbindungsmodelle sukzessive wiederabgerufen bzw. ausgelesen, so daß das Strukturmodell erneut in Übereinstimmung mit dem ausgelesenen Modell konstruiert bzw. entworfen wird. Dies ermöglicht ein genaueres Konstruieren.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Einspanneinrichtung bewegliche oder nicht bewegliche Bauteile auf und die Strukturmodellerzeugungseinrichtung bzw. Einrichtung zur Erzeugung eines Strukturmodells beginnt mit dem Konstruieren bzw. Entwerfen des beweglichen Teils.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Verbindungsmodellerzeugungseinrichtung die Funktion des Abspeicherns der Daten in Bezug auf den durch die Einspanneinrichtung für jedes Arbeitsstück zu bearbeitenden Abschnitt des Arbeitsstücks als Datenbasis.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Basisverbindungsmodell für jedes Paar einer jeden Art der Einspanneinrichtung und des Arbeitsstücks vorbereitet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1 u. 2 erläuternde Darstellungen des Konfigurationskonzepts bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3A u. 3B den Systemaufbau einer Ausführungsform, bei welcher die vorliegende Erfindung angewendet wird;
Fig. 4 eine perspektivische Explosionsansicht einer Klemmeinheit als Beispiel für eine Einspanneinrichtung, die durch das in den Fig. 3A und 3B gezeigte System konstruiert ist;
Fig. 5 eine Vorderansicht der Klemmeinheit;
Fig. 6A u. 6B in einer Tabelle zusammengefaßte Informationen in Bezug auf die in der Klemmeinheit verwendeten Teile;
Fig. 7 bis 9 Darstellungen eines Einheitsmodells der in Fig. 4 gezeigten Klemmeinheit;
Fig. 10 ein Ablaufdiagramm der Steuerprozedur zum Auswerten des gleichen Einheitsmodells;
Fig. 11 eine erläuternde Darstellung der Konstruktionsbedingungen zur Erzeugung der Form eines Lokators;
Fig. 12 ein Ablaufdiagramm der Arbeitsprozedur des in den Fig. 3A und 3B gezeigten Systems;
Fig. 13A bis 13E Ablaufdiagramme der Bedienprozedur des in den Fig. 3A und 3B gezeigten Systems;
Fig. 14, 15A bis 15F die Datenstruktur für jede der Datenbasen, die in dem in Fig. 3A und 3B gezeigten System verwendet werden;
Fig. 16A bis 16D Ablaufdiagramme der Datenverarbeitungsprozedur zur Konstruktion der in Fig. 4 gezeigten Einheit;
Fig. 17 ein weiteres Beispiel einer Klemmeinheit; und
Fig. 18 eine Darstellung zur Erläuterung des Entwurfs bzw. der Konstruktion einer Gestellform.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine Ausführungsform, bei welcher die vorliegende Erfindung für ein CAD-System zur automatischen Konstruktion von Einspannvorrichtungen verwendet wird, welche in einer Fahrzeugkarosseriemontagestraße bzw. Montagelinie für die Montage von Teilen zur Bildung eines vollendeten Produkts verwendet werden, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Einspanneinrichtungen werden zum Klemmen von Autoteilen bzw. Fahrzeugteilen in einer Montagestraße verwendet.

Prinzip der Ausführungsform

Die Fig. 1 und 2 zeigen das Konzept eines bei dieser Ausführungsform verwendeten CAD-Systems. In diesem CAD-System werden die Basisdaten in Bezug auf eine Oberfläche, auf deren Grundlage ein Arbeitsstück bearbeitet wird, und das Basisverbindungsmodell am Startpunkt verwendet. Die Basisdaten und das Basisverbindungsmodell werden unten im Detail beschrieben. Die Basisdaten enthalten wenigstens Daten in Bezug auf einen Abschnitt eines zu bearbeitenden Werkstücks und das Basisverbindungsmodell ist ein aus Formeln zusammengesetztes Modell (genannt "Organisationsmodell"), welches die mechanischen Beziehungen zwischen den Bauteilen bzw. Komponenten ausdrücken, die die Einspanneinrichtung bilden, und welche einen beweglichen Abschnitt und einen nicht beweglichen Abschnitt aufweisen oder ein aus Formeln zusammengesetztes Modell (sogenanntes "geometrisches Modell"), welches die geometrischen Beziehungen zwischen den Komponenten bzw. Bauteilen ausdrückt. Das geometrische Modell zeigt die Konfigurationsbeziehung zwischen den jeweiligen Teilen und einer "Lücke" (Abstand) von der Form eines Werkstücks oder dergleichen.
Ein Strukturmodell der Teile wird aus den Basisdaten und dem Basisverbindungsmodell erzeugt. Das Strukturmodell ist eine Menge von "Spezifikationen" (die Idee einer "Teilspezifikation"), die auf der Grundlage der Basisdaten und dem Basisverbindungsmodell zur Spezifizierung der zu konstruierenden Einspanneinrichtung entworfen wird und der Einheit eins zu eins entspricht. Wenn die Spezifikation von einem Teil der Einheit bestimmt wird, wird diese Spezifikation die Konstruktionsbzw. Entwurfsbedingung für ein weiteres anderes Teil. Die Spezifikation, die für ein anderes Teil bestimmt wird, wird folglich ermittelt und zu einer Konstruktionsbedingung für noch ein anderes Teil. Auf diese Weise werden die Einheitsstrukturen nacheinander folgend in einer kettenartigen verbindenden Weise verwirklicht. Eine "Konstruktionsdatenbasis" wird als ein Speicherort für konkrete Daten benutzt, die bei der Konstruktion verwendet werden. Falls die existierenden Standardteile in dem System vorhanden sind, entspricht die "Teilspezifikation" den "Selektionsbedingungen bzw. Auswahlbedingungen" für die Auswahl eines gewünschten Teils aus den Standardteilen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Falls das gewünschte Teil bei den Standardteilen nicht vorhanden ist, wird eine Spezifikation ("Erzeugungsspezifikation") zur Erzeugung eines zu der Teilspezifikation ähnlichen Form auf der Grundlage der ausgewählten Teilspezifikation selektiert bzw. ausgewählt. Die Eingabe und Ausgabe zwischen den jeweiligen Datenbasen wird über einen Einheitsstrukturdatensatz (Fig. 14) in der Konstruktionsdatenbasis durchgeführt.
Das System zur Konstruktion einer Einspanneinrichtung besitzt die folgenden Betriebseigenschaften bzw. Charakteristika:
(1): Da das "Strukturmodell" als "eine Menge von Teil-Spezifikationskonzepten" erzeugt wird, die durch Menschen begrifflich einfach erfaßt werden können, kann die automatische Konstruktion in einfacher Weise realisiert werden. Da eine Konstruktion einfach eine Sammlung von Diagrammen bzw. Darstellungen umfaßt, kann ein Mensch bei konventionellen CAD-Systemen nicht in einfacher Weise erfassen bzw. verstehen, ob ein unvollständiges Diagramm passend ist, falls ein unvollständiges Diagramm in einem Schritt im Verlaufe der Konstruktion angezeigt wird.
(2): Da die Standardteile im Zusammenhang mit dem Strukturmodell ausgewählt werden, daß als eine "Menge von Teil-Spezifikationskonzepten" ausgebildet ist, ist bei diesem System zur Konstruktion einer Einspanneinrichtung die Anzahl der Einspanneinrichtungsformen, die durch die von der Bedienperson gegebenen Befehle zum Zeichnen eines Diagramms gebildet werden, der minimale erforderliche Wert.
(3): Die Berühr- bzw. Kontaktoberfläche einer Einspanneinrichtung wird direkt auf Grundlage der zu bearbeitenden Oberflächendaten des Arbeitsstücks gebildet und daher wird die Genauigkeit des Werkstücks, bzw. die Arbeitsgenauigkeit signifikant erhöht.
Die Fig. 3A und 3B sind Darstellungen des gesamten CAD-Systems bei einer Ausführungsform. Dieses CAD-System ist erstens dafür ausgelegt die Anzahl der erforderlichen Schritte zur Konstruktion einer Einspanneinrichtung zu vermindern und zweitens zur Erhöhung der Präzision der NC-Arbeit und drittens zur Förderung von Standardisierung. Zu diesem Zwecke ist das Konzept für die automatische Konstruktion bei dem System wie folgt:
* die Konstruktionsprozedur und das Muster werden programmiert,
* die Standardteile werden programmiert,
* die Konstruktionseinzelposten (Auswahlbedingungen und Erzeugungsbedingungen) werden automatisch in Übereinstimmung mit der Eingabe von Konstruktionsbedingungen berechnet,
* das Standardteil wird ausgelesen und in Übereinstimmung mit den Auswahlbedingungen angeordnet,
* die Form eines Teiles wird automatisch erzeugt (Ausgabe der Erzeugungsbedingungen)
* zweidimensionale Diagramme werden direkt ausgehend von den dreidimensionalen Daten gebildet bzw. geformt, und
* NC-Daten werden direkt ausgehend von den dreidimensionalen Daten erzeugt.
Das oben beschriebene Konzept wird durch die folgende Beschreibung deutlich. Der Aufbau des CAD-Systems wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3A und 3B beschrieben. In dem CAD-System werden drei Eingangsdatenbasen und eine einzelne Ausgangsdatenbasis verwendet. Die drei Eingangsdatenbasen weisen eine "Arbeitsstück-Hauptdatenbasis (PDB)" 1 auf, die Daten in Bezug auf ein durch die Einspanneinrichtung zu bearbeitenden Arbeitswerkstück enthält, "eine Standardteildatenbasis (PDB)" 2, die Daten in Bezug auf die Standardteile enthält, welche verwendet werden, wenn die Einspanneinrichtung durch die Standardteile gebildet wird, und "eine Konstruktions- Standardisierdatenbasis (SDB)", welche das Basisverbindungsmodell oder dergleichen enthält, in welchem die Beziehung zwischen den Einspanneinrichtungskomponenten, welche die Einspanneinrichtung bilden, und deren Mechanismen oder die Beziehung zwischen den Komponenten und deren Geometrie in einem aus Formeln zusammengesetzten Modell abgespeichert sind. Die oben genannte Ausgangsbasis ist eine "Konstruktionsdatenbasis" 4.
WDB 1 enthält hauptsächlich "Arbeitsformdaten" in Bezug auf die Form eines Arbeitsstücks und "Arbeitsbasisdaten", welche eine Position bzw. Lage des durch die Einspanneinrichtung zu bearbeitenden Arbeitsstücks zeigen.
Die drei Eingangsdatenbasen welche zuvor gebildet werden, werden in einem Host bzw. Hauptrechnersystem 3 abgespeichert. Wenn eine Einspanneinrichtung konstruiert wird, gibt die Bedienperson die Art eines Werkstücks, eine Position des zu bearbeitenden Werkstücks (Arbeitsbasisdaten), die Auswahl eines Verbindungsmodells und dergleichen über eine Arbeitsstation 8 ein. Auf der Grundlage dieser eingegebenen Posten führt das Hauptrechnersystem einen detaillierten bzw. genauen Entwurf bzw. Konstruktion im Dialogsystem mit der Bedienperson durch.
Zur gleichen Zeit dient das System 3 dazu, die SDB und WDB auf der Grundlage des Basisverbindungsmodells und der Arbeitsposition des Arbeitsstücks bzw. Werkstücks, die ausgewählt und eingegeben werden, zu durchsuchen, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist, um ein "Strukturmodell" ausgehend von dem "Basisverbindungsmodell" zu bilden. Wenn das Strukturmodell gebildet ist, wird eine Inkongruenz, wie beispielsweise eine Interferenz bzw. Wechselwirkung bzw. Störung zwischen dem Strukturmodell, das die Einspanneinrichtung zeigt, und dem Werkstück untersucht, indem man die "Arbeitsformdaten" verwendet. Falls eine Wechselwirkung besteht, wird ein einmaliger Abschnitt erneut entworfen bzw. konstruiert, so daß keine Wechselwirkung mehr stattfindet. Die Auswahlbedingungen und die Erzeugungsbedingungen werden auf Basis des so entworfenen Strukturmodells ausgegeben. Nach dem Standardteil mit einer Spezifikation, welche mit der Einspanneinrichtung übereinstimmt, wird in der Standarddatenbasis entsprechend den Ausgabeselektionsbedingungen gesucht und es wird dann die Konstruktionsdatenbasis ausgegeben. Das Konstruktionsteil wird auch in Übereinstimmung mit den Erzeugungsbedingungen konstruiert und an die Konstruktionsdatenbasis ausgegeben. NC-Daten werden ausgehend von der Konstruktionsdatenbasis zusammen mit der Explosionszeichnung der Einspanneinrichtung, der Einheitszeichnung, der Montagezeichnung und der Teiletabelle usw. wenn erforderlich ausgegeben.

- die zu konstruierende Einspanneinrichtung -

Das in den Fig. 3A und 3B gezeigte System ist in der Lage verschiedene Einspanneinrichtungen für verschiedene Werkstücke entsprechend der Art des Arbeitsvorgangs zu konstruieren.
Fig. 4 ist eine perspektivische Expiosionsansicht einer Einspanneinrichtung, die durch das System konstruiert ist.
Die Einspanneinrichtung wird in Klemmen bzw. Einklemmen eines dünnen Stahlplattenabschnitts 16 verwendet und besteht hauptsächlich aus Bauteilen, wie beispielsweise einem Zylinder 10, einem Klemmarm 11, einem Lokator (Aufnahmeplatte 12) und einem rechtwinkligen Befestigungsarm 13. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet die Form eines Basisbearbeitungsabschnitts des Werkstücks 16 und das Bezugszeichen 14 bezeichnet die Form einer Aufnahmefläche für den Lokator 12, der den Basisarbeitsabschnitt berührt.
Fig. 5 ist eine Vorderansicht der Einspanneinrichtung, welche das Werkstück 16 in einem Zustand hält, in dem die Einspanneinrichtung montiert wird und auf einem Gestell 101 fixiert wird. Die Einspanneinrichtung 100 wird zur Aufnahme des Arbeitsstücks 16 verwendet und es wird daher im folgenden als "Wiegeneinheit" bezeichnet.
Um die Wiegeneinheit 100 dazu zu veranlassen, das Werkstück 16 zu halten und es festzuklemmen ist es erforderlich den Klemmarm 11 um einen Klemmdrehpunkt bzw. einen Klemmhebeldrehpunkt J&sub1; zu drehen. Bei dieser Einspanneinrichtung 100 wird die Drehung des Klemmarms 11 dadurch erreicht, daß man die Kolbenbewegung des Zylinders 10 verändert. Mit anderen Worten das Ende der Stange 10a des Zylinders 10 ist drehbar durch das Ende des Klemmarms 11 gelagert. Der Klemmarm 11 wird drehbar durch den Lokator 12 an dem Klemmdrehpunkt J&sub1; und der Zylinder 10 wird drehbar an dem Klemmdrehpunkt J&sub2; gelagert. Wenn der Zylinder 10 die Lage einnimmt, welche durch die durchgezogenen Linien in Figur 5 dargestellt ist, klemmt der Klemmarm 11 das Werkstück 16 ein, wohingegen, wenn der Zylinder 10 die Lage, wie sie durch die gestrichelten Linien in Figur 5 dargestellt ist, einnimmt, wird die Lage bzw. der Zustand des Klemmarms 10 ausgehend von der Klemmiage zu einer Lage verändert, bei der er beispielsweise bei 70º öffnet.
Der Lokator 12 ist durch Bolzen an dem rechtwinkligen Befestigungsarm 13 und der rechtwinklige Befestigungsarm 13 ist an dem Gestell 101 ebenfalls durch Bolzen befestigt.

- Standardteil -

Die Figuren 6A und 6B zeigen die Arten von Standardteilen, die in dem CAD-System verwendet werden, sowie die Auswahl- bzw. Selektionsbedingungen und die Erzeugungs- bzw. Kreationsbedingungen zur Spezifizierung der Standardteile.
Es werden beispielhaft sieben Standardteile gezeigt. Die Bezeichnungen bzw. Namen der sieben Standardteile lauten "Modell des rechtwinkligen Befestigungsarms", Modell des "Zylinders", Modell des "Klemmarms", Modell des "Lokators", Modell des "Gestelis", Modell des "zylindrischen Befestigungsarms" und Nodell der "Armatur".
Eine Betriebseigenschaft des Systems besteht darin, daß "die Standardteile" als Konzept der "Auswahlbedingungen" und "Erzeugungsbedingungen" begriffen werden. Für den Fall des Teilkonzept "Zylinder"-Modells wird das Konzept zuerst durch den Teilnamen des Zylinders spezifiziert und dann durch "die Hublänge" und den "Kolbendurchmesser" der Zylinderstange spezifiziert. Falls die "Hublänge" und der "Kolbendurchmesser" für das "Zylinder"-Modell spezifiziert sind, ist ein existierender bzw. bestehender Zylinder spezifiziert bzw. festgelegt. Die Standardteildatenbasis PDB ist derart ausgelegt, daß nicht nur die Dimensionen bzw. Abmessungen der Form des Standardteils spezifiziert sind, sondern auch nicht-graphische Spezifikationen bzw. Festlegungen, wie beispielsweise der Lieferant, das Gewicht, der Formname, der Preis usw. können aus den Bestimmungsspezifikationen gewonnen werden. Die tatsächlich angzeigte graphische Form wird durch ein Programm zur Erzeugung einer Zylindergraphik in Übereinstimmung mit der spezifizierten Hublänge und dem spezifizierten Kolbendurchmesser erzeugt bzw. generiert.
Bei dem konventionellen CAD-System stellt der Begriff "Teile" eine Sammlung von "graphischen Anzeigedaten" dar, welche durch die Teilenamen spezifiziert sind. Bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "Teile" lediglich das Konzept, welches durch die "Teilenamen" und die "Auswahlbedingungen" oder die "Erzeugungsbedingung" spezifiziert wird. Die automatische Konstruktion kann nämlich auf der Grundlage des Konzepts der "Teilenamen" und der "Selektionsbedingungen" oder der "Erzeugungsbedingungen" ausgeführt werden. Falls eine graphische Anzeige notwendig ist, wird das Standardteilprogramm zusammen mit einem funktionalen Code aufgerufen, welcher die Erzeugung einer graphischen Form gemäß dem Teil Namen so erfordert, daß eine graphische Form durch das aufgerufene Programm in Übereinstimmung mit den Erzeugungsbedingungen erzeugt werden kann. Falls keine graphische Anzeige erforderlich ist, und die Teilspezifikationen, wie beispielsweise der Formatname, die Abmessungen und der Lieferantenname benötigt werden, wird der funktionale Code für die Ausgabe der Spezifikationen und des Standardteilprogramms derart aufgerufen, daß die Teilespezifikationen ausgegeben werden.
Wenn ein Teilmodell bei dem Prozeß zur Bildung eines strukturellen Modells gebildet wird, dienen, wie oben beschrieben, die Spezifikationen des Teils als Konstruktionsbedingungen für ein weiteres Teil, so daß die Einheitsstrukturen in Verkettung zueinander bzw. in Verbindung zueinander verwirklicht werden. Die Konstruktionsbedingungen eines jeden Teils werden in der Spalte für Konstruktionsbedingungen, die in Tabelle 6 gezeigt ist, aufgelistet.

- Basisverbindungsmodell -

Das Konzept des Basisverbindungsmodells wird im folgenden beschrieben. Da das größte Problem des CAD-Systems darin besteht, die Anzahl der Konstruktionsschritte zu vermindern ist es wünschenswert, daß die Anzahl der bezeichneten Posten und Eingaben durch die Bedienperson so klein wie möglich ist. Die grundlegendsten Basisdaten sind die "Funktion einer Einspanneinrichtung", d.h. die Angabe welchem Gebrauchszweck bzw. welchem Verwendungszweck die Einspanneinrichtung dient. Die Funktion der Einspanneinrichtung besteht beispielsweise bei dieser Ausführungsform darin zu klemmen. In Bezug auf die Klemmfunktion werden bei diesem System Klemmformen zuvor formelmäßig umgesetzt und wie unten beschrieben klassifiziert.
(a): Klassifizierung durch die Ausdehnungsrichtung des Klemmarms in Bezug auf die Aufnahmefläche eines Werkstücks.
Dies hängt von der Ausdehnungsrichtung der Form eines Arbeitsstücks ab. Da das Arbeitsstück beispielsweise in dem in Figur 4 gezeigten Beispiel sich nach rechts erstreckt, erstreckt sich der Klemmarm nach links.
(b): Klassifizierung durch den Zustand bzw. die Lage der Zylinderstange, wenn der Klemmvorgang bzw. das Klemmen durchgeführt wird.
(c) Klassifizierung durch die Position bzw. Lage der Strebe des rechtwinkligen Befestigungsarms, wie in Figur 4 dargestellt ist.
(d): Klassifizierung durch die Form der Montage des Zylinders und des Klemmarms an den Lokator.
Beispielsweise dadurch, ob das Ende des Klemmarms direkt an das Ende der Zylinderstange angeschlossen ist oder über einen dazwischen liegenden Gelenkabschnitt, oder ob die Montageposition J&sub1; des Klemmarms an den Lokator sich oberhalb oder unterhalb der Montageposition J&sub2; des Zylinders an dem Lokator befindet.
(e): Klassifizierung durch die Klemmkraft, d.h. Klassifizierung durch die Klemmkraft, welche entsprechend dem Arbeitsabschnitt eingestellt wird.
(f): Klassifizierung durch den Entklemmwinkel (70º in dem in Figur 5 gezeigten Beispiel)
(g): Klassifizierung durch die Anzahl der Positionen eines Werkstücks an welchem das Klemmen durchgeführt wird und, wenn das Klemmen an einer Vielzahl von Positionen durchgeführt wird, durch die Anzahl der Lokatoren, durch welche eine Vielzahl von Zylinder- und Klemmarmen gelagert werden.
In dem CAD-System dieser Ausführungsform wird eine Vielzahl von "Basisverbindungsmodellen", welche auf der Grundlage bzw. auf Basis der oben genannten Klassifikationen formelmäßig umgesetzt werden, vorbereitet und für jede der Einspanneinrichtungsformen zur Bildung eines Modells kombiniert, daß als Menüfeld an einer Arbeitsstation 8 derart angezeigt wird, daß jedes der Modelle ausgewählt werden kann.
Die Basisverbindungsmodelle werden durch Formelmodelle mit algebraischen Ausdrücken, logischen Diskriminanten, Vektorausdrücken oder Zeichenausdrücken ausgedrückt. In dem System dieser Ausführungsform wird, wie in den Figuren 6A und 6B gezeigt, eines der Basisverbindungsmodelle selektiert bzw. ausgewählt, falls die Aufnahme- bzw. Empfangsoberfläche des Werkstücks und die Klemmform spezifiziert werden. Die Strukturmodelle, welche ein spezifiziertes Basisverbindungsmodell bilden, werden erzeugt, und die Auswahlbedingungen bzw. Selektionsbedingungen sowie die Erzeugungsbedingungen der Teilemodelle werden derart bestimmt, daß das Basisverbindungsmodell, welches lediglich formelmäßige Ausdrücke enthält, ausgestaltet bzw. umgesetzt werden kann. Die Basisverbindungsmodelle als formelmäßige Modelle werden im folgenden beschrieben, indem man als Beispiel die Trageeinheit bzw. Gestelleinheit 100 benutzt, die in Figur 5 dargestellt ist. Jedes der Formelmodelle drückt die geometrischen Einordnungsbeziehungen zwischen den den Teilmodellen aus, die ein Basisverbindungsmodell bilden.
Figur 7 zeigt das geometrische Modell der Trageeinheit 100, wie sie in Figur 5 gezeigt ist. In der Darstellung stellen die Symbole jeweils die Posten dar, welche in der unten angegebenen Tabelle aufgeführt sind. Tabelle Tabelle (fortgesetzt) Tabelle (fortgesetzt)

Konstruktion der Einheit

Wie in Figur 2 gezeigt, weist ein Basisverbindungsmodell ein Organisationsmodell und ein geometrisches Modell auf. Figur 7 zeigt ein Organisationsmodell zur Konstruktion der in Figur 5 gezeigten Einheit. Das in Figur 7 gezeigte Modell enthält lediglich eine Klemmeinrichtung und einen Zylinder als einfache Teile. Da die anderen Teile, der rechtwinklige Befestigungsarm und der Lokator keinen beweglichen Abschnitt besitzen wird das Modell nur durch den Zylinder und die Klemmeinrichtung konfiguriert bzw. gebildet, die bewegliche Abschnitte besitzen. Die Konfiguration eines Modells wird spezifiziert indem man lediglich Teile mit beweglichen Abschnitten (d.h. die "Selektionsbedingungen" werden berechnet) verwendet, und die nicht beweglichen Abschnitten werden dann bestimmt (die "Erzeugungsbedingungen" werden berechnet). Auf Grundlage des in Figur 7 gezeigten Mechanismusmodelis werden zunächst die Koordinaten J&sub1; des Klemmdrehpunktes bestimmt und die folgenden Größen werden dann ermittelt:
Armlänge der Klemmeinrichtung r&sub1;
Winkel während des Entklemmens θc
Verbindungsgliedlänge der Klemmeinrichtung r&sub3;
Koordinaten J&sub3; am Berührungspunkt der Stange der Klemmeinrichtung
Hublänge des Zylinders
Innendurchmesser des Zylinders φ&sub1;
Fixierdrehpunkt des Zylinders J&sub2;
Zylinderstangenlänge während des Entklemmens l&sub2;
Bei dem Prozeß für die Bestimmung der oben genannten Werte bzw. Größen sind die Werte, welche am Ausgangspunkt bzw. Startpunkt verwendet werden, die Weltkoordinatenwerte, welche unterhalb der Endpunkte P&sub1; und P&sub2; der Oberfläche des Werkstücks 16 vorgegeben sind, das eingeklemmt wird, und die Werte ΔX und ΔY an der Position des Endes der Klemmeinrichtung während des Entklemmens
P&sub1; (P'1x, P'1y, P'1z)
P&sub2; (P'2x, P'2y, P'2z)
Es ist von Bedeutung, daß die oben beschriebenen Werte zur Bestimmung eines geometrischen Modells ausgehend von diesen Werten ermittelt werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß
P'1z = P'2z
die Koordinaten von P&sub1;, P&sub2; werden zunächst in solche relativ zu dem Standardpunkt P&sub0; konvertiert bzw. umgewandelt, so daß P&sub1; und P&sub2; durch Ortskoordinaten ausgedrückt werden, wie unten beschrieben.
P1x = P'1x - P0x
P1y = P'1y - P0y
P1z = P'1z - P0z
P2x = P'2x - P0x
P2y = P'2y - P0y
P2z = P'2z - P0z
Falls der Neigungswinkel θF der Klemmfläche aus diesen Koordinaten bestimmt wird, enthält man die folgende Gleichung:
Verschiedene Werte werden dann ausgehend von dem θF Wert und P&sub1; und P&sub2;, die durch die Ortskoordinaten ausgedrückt werden, bestimmt.
Koordinatenwerte J&sub1; des Klemmdrehpunkts
Sei ein Einheitsvektor in Richtung auf die Schnittlinie zwischen der Klemmfläche und der X-Achse, ein Vektor ausgehend von dem Punkt P&sub2; zu dem Punkt J&sub1; und ein Vektor ausgehend von dem Punkt P&sub2; zu dem Punkt Q, wobei die folgenden Gleichungen erhalten werden: (k: a konstant)
Da der Arm der Klemmeinrichtung eine Drehbewegung durchführt, werden die folgenden Gleichungen erhalten:
mit den folgenden Definitionen:
wobei die Werte ΔX und ΔY Bedingungswerte für die Konstruktion des in Figur 7 gezeigten Modells sind, der Vektor q durch die folgende Gleichung ausgehend von der Gleichung (4) ausgedrückt wird:
Mit Gleichungen (2), (3) und (4) wird die folgende Gleichung erhalten:
k - q ² = k s ²
Mit Einsetzung dieser Gleichung in Gleichung (7) und der folgenden Änderungen der Variablen:
α = x P2x
β = y P2y
erhält man die folgende Gleichung:
Da = k erhält man daher ausgehend von Gleichung (2)
und die Koordinaten J1x, J1y des Klemmdrehpunkts werden ausgedrückt durch die folgende Gleichung:
Auf diese Weise werden die Koordinatenwerte der Klemmeinrichtung J&sub1; berechnet. Der Effektivbereich der Koordinaten des Klemmdrehpunkts J&sub1; wird dann berücksichtigt. Für den Fall einer Klemmeinheit, wie beispielsweise der Wiegeeinheit 101 ist die Position des Klemmpunkts während des Entklemmens durch den Abstand von dem Endpunkt des Werkstücks und die Höhe von der Klemmfläche begrenzt. Es wird nämlich eine Konstruktionsbedingung geliefert, die darin besteht, daß die Position des Klemmpunkts von dem Werkstück in einem geeigneten Abstand getrennt liegen muß, so daß das Werkstück einfach an die Einspanneinrichtung angebracht und von dieser entfernt werden kann, sowie eine Konstruktionsbedingung, die darin besteht, daß die Position nicht so weit getrennt liegen darf, so daß eine Wechselwirkung mit anderen Einspanneinrichtungen verhindert wird und die Arbeit nicht behindert ist. Der Endpunkt des Werkstücks kann einfach aus den Daten in Bezug auf die Form des Werkstücks ermittelt werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird, wenn der Punkt P&sub1; als das Ende der Form des Werkstücks betrachtet wird, falls der Trennumfang bzw. Trennmenge des Endes Q des Klemmarms ΔX und ΔY während des Entklemmens beträgt und falls der erlaubte Bereich für ΔX gleich ΔXmin bis ΔXmax ist ausgehend von Gleichung (5) J1x wirksam, wobei wenn P1x < 0 ist,
P1x - ΔXmin ≥ X ≥ P1x - ΔXmax .... (10)
und wobei wenn P1x > 0 ist,
P1x + ΔXmin ≤ X ≤ P1x ΔXmax .... (11)
ΔXmin und ΔXmax betragen beispielsweise jeweils 30 mm und 100 mm.

- Armlänge r&sub1; der Klemmeinrichtung -

Die Armlänge r&sub1; der Klemmeinrichtung wird durch die folgende Gleichung ermittelt:

- Entklemmen des Winkels θc -

Da das Innenprodukt (J&sub1; Q, S) der Vektoren J&sub1; Q und S
beträgt, ist der Entklemmwinkel θc:

- Verbindungsgliedlänge r&sub3; der Klemmeinrichtung -

Falls die für das Einklemmen des Werkstücks 16 erforderliche Kraft, die in der vertikal zu der Oberfläche bzw. Fläche verlaufenden Richtung gemessen wird, gleich Fc ist (beispielsweise 40 Kg: Konstruktionskonstante) und falls der Ausgang des Zylinders die Kraft Fa ist, beträgt die Drehung um den Klemmdrehpunkt erforderliche Drehmoment Mc
Mc = Fc r&sub1;.
Derartige Konstruktionsbedingungen, nämlich daß das Drehmoment Mc mit dem durch den Zylinder vorgerufenen Drehmoment ausgeglichen wird und daß der Ablenkungs- bzw. Ausschlagwinkel des Zylinders minimal ist, sind durch den folgenden Ausdruck gegeben:
Fa r&sub3; cos θc/2 ≥ Mc
Daher erhält man:
Da r&sub3; nicht so lang sein darf, daß die Klemmeinrichtung mit anderen Einspanneinrichtungen interferiert bzw. kollidiert oder die Arbeit behindert, ist der folgende Maximalwert r3max durch die folgende Konstruktionsbedingung gegeben:
r&sub3; ≤ r3max
r&sub3; liegt daher in dem folgenden Bereich:

- Ausgang Fa des Zylinders -

Ausgehend von Formel (15) sollte der Ausgang des Zylinders betragen:
Es wird eine Entscheidung getroffen, ob die Konstruktionsbedingungen, wie sie durch die Gleichungen (15) und (16) ausgedrückt werden, erfüllt werden, indem man einen Wert ersetzt, welcher zuvor angenommen wird, beispielsweise der Standardkonstruktionswert oder dergleichen für den Wert r&sub3; oder Fa, indem man Berechnungen unter Verwendung des ra oder Fa Wertes beginnt, eine Reihe von Berechnungen wie unten beschrieben wiederholt und eine Entscheidung dahingehend trifft, ob die Gleichungen (15) und (16) in Übereinstimmung mit den verschiedenen Werten, die man aus der Reihe von Berechnungen erhält, erfüllt sind.

- Koordinate J&sub3; des Berührungspunkts zwischen der Klemmeinrichtung und der Stange -

Figur 8 erhält man, indem man die Figur 7 derart umändert, daß der Kontaktpunkt J&sub3; zur Verbindung der Klemmeinrichtung mit der Stange in einem Ortskoordinatensystem in einfacher Weise ermittelt werden kann. Wie aus Figur 7 hervorgeht, weisen die drei Vektoren die folgende Beziehung auf:
Da

- Erforderlicher Hub S&sub1; des Zylinders -

Da aus Figur 8 hervorgeht, daß der Hubumfang
S&sub0; = 2 r&sub3; sin (θc/2),
beträgt, wenn der Bereich der Länge ΔS (beispielsweise 10 mm: Konstruktionskonstante) berücksichtigt wird, beträgt die erforderliche Hublänge S&sub1;
S&sub1; = S&sub0; + ΔS.

- Auswahl des Zylinders -

Unter Berücksichtigung der Konstruktionsbedingungen, daß der Zylinder einen Ausgangswirkungsgrad von ηa besitzt, und mit einem Luftdruck von P betrieben wird, wird der Innendurchmesser φ&sub1; des Zylinders durch die folgende Gleichung angegeben:
Der Zylinder und der dafür vorgesehene Befestigungsarm, welcher den oben beschriebenen erforderlichen Hub S&sub1; erfüllt und den Innendurchmesser φ&sub1; aufweist, werden selektiert bzw. ausgewählt, indem die Standardteildatenbasis für den Zylinder durchsucht. Von dem auf diese Weise ausgewählten Zylinder und Befestigungsarm werden die Zylinderverbindungsgliedlängen r&sub2; und die Zylinderstangenlänge l&sub2; während des Entklemmens sowie die Zylinderlänge l&sub3; bestimmt, wie in Figur 9 gezeigt ist.

- Koordinate J&sub2; des Befestigungsdrehpunkts des Zylinders -

Die Koordinaten J&sub2; des Drehpunkts zur Befestigung des Zylinders 10 an den Lokator können ausgehend von Figur 7 und der Koordinatenposition J&sub4; des Drehpunkts während des Entklemmens ermittelt werden.
J2x = J4x - sgn(P1x) r&sub2;
J2y = J4y - l&sub2;
J&sub4; wird einfach bestimmt als eine Position von J&sub3;, welche um einen Winkel θc gedreht ist.

- Stangenlänge während des Entklemmens -

Die Stangenlänge beträgt
l&sub1; = l&sub2;+ S&sub0;.
Wenn ein Basisverbindungsmodell unter Verwendung der Form der Klemmfläche (Koordinaten von P&sub1;, P&sub2;) und wenn die Klemmkraft Fa sowie die Position des Klemmarms während des Entklemmens (Abstand beim Entklemmen) bestimmt werden, können auf diese Weise die folgenden Werte berechnet werden:
Armlänge r&sub1; der Klemmeinrichtung
Winkel θc während des Entklemmens
Verbindungsgliedlänge r&sub3; der Klemmeinrichtung Koordinaten J&sub3; des Gelenks der Klemmeinrichtungsstange
Der Klemmarm kann unter Verwendung dieser Werte entworfen bzw. konstruiert werden. Auf der Grundlage des konstruierten Klemmarms werden die unten angegebenen Werte des Zylinders 10 dann selektiert bzw. ausgewählt.
Hublänge S&sub1; des Zylinders
Innendurchmesser φ&sub1; des Zylinders
Befestigungsdrehpunkt J&sub2; des Zylinders
Zylinderstangenlänge l&sub2; während des Entklemmens
Von den beweglichen Abschnitten wird die Gesamtheit der Klemmweise konstruiert und erzeugt, während der Zylinder ausgehend von den bestehenden Standardteilen selektiert bzw. ausgewählt wird.

Inspektion

Da es Fälle gibt, in denen die Ergebnisse der Berechnungen der "Selektionsbedingungen" und der "Erzeugungsbedingungen" nicht geeignet sind für den praktischen Gebrauch in den oben beschriebenen Prozeß zu deren Berechnung werden basierend auf diesen Bedingungen Entscheidungen getroffen.
Figur 10 zeigt teilweise ein Entscheidungsprogramm, welches beispielsweise den Klemmarm verwendet. In dem in Figur 10 dargestellten Schritt S 2 werden die Initialdaten bzw. Anfangsdaten für die Erzeugungsbedingungen, wie beispielsweise Daten für die Aufnahmefläche eingestellt. In Schritt S4 wird der Winkel θ&sub0;, welcher durch die Aufnahmefläche und hinweg der q gebildet wird, wenn der Klemmarm sich in der Entklemmposition befindet, berechnet. Dieser Winkel wird in einfacher Weise ausgehend von der Definition des Innenprodukts der Vektoren und berechnet.
Falls der Winkel θc logisch über 90º ist, weist die Struktur der Klemmeinheit der vorliegenden Erfindung keinen festgelegten Drehpunkt auf und ist daher nicht erfüllt. Falls θc > 90º wird, da das ausgewählte Basisverbindungsmodell nicht geeignet ist, wird ein nächstes bzw. weiteres Basisverbindungsmodell mit einer unterschiedlichen Struktur bzw. einem unterschiedlichen Aufbau in Schritt S14 ausgewählt bzw. selektiert.

- Erzeugung der Lokatorform -

Wenn der Klemmdrehpunkt J&sub1;, bei welchen der Klemmarm den Lokator klemmt und der Montagedrehpunkt J&sub2;, bei welchen der Zylinder an dem Lokator montiert ist, bestimmt werden, kann die Form des Lokators erzeugt werden. Der rechtwinklige Befestigungsarm wird durch seinen Typ und die Grundhöhe ausgehend von der Gestellfläche festgelegt, wie in der Standardteiltabelle in Figuren 6A und 6B gezeigt ist, wenn der Lokator an dem rechtwinkligen Befestigungsarm angeschlossen ist bzw. mit diesem verbunden ist, ist es notwendig um die Verbolzung bzw. Verschraubung bei vier Positionen an dem Minimum auf der Verbindungsfläche zum Zwecke der festen Verbindung des Lokators zu ermöglichen. Die Breite (Abstand zwischen A und B in Figur 11) des oberen Abschnitts des Lokators wird durch J&sub1; und die Position der Aufnahmefläche bzw. Empfangsfläche begrenzt. Die Breite (Abstand zwischen S&sub1; und S&sub2; in Figur 11) des unteren Abschnitts des Lokators wird durch die Breite des rechtwinkligen Befestigungsarms begrenzt. Um den Lokator mit dem rechtwinkligen Befestigungsarm durch Verschrauben bzw. Verbolzen an wenigstens vier Stellen zu verbinden, können daher die vier Formmuster, die in Figur 11 gezeigt sind, logisch erhalten werden.
Figur 11 zeigt die logische Entscheidung auf Grundlage dessen, welche Form des Montageabschnitts des Lokators an dem rechtwinkligen Befestigungsarm aus den vier Formmustern unter Verwendung der Endpunkte A, B auf Seite des Lokators und der Endpunkte S&sub1;, S&sub2; auf der Seite des rechtwinkligen Befestigungsarms ausgewählt bzw. selektiert wird. In den Figuren 11 sind x&sub1;, x&sub2; X&sub1; und X&sub2; wie folgt definiert:
A(x&sub1; y&sub1;), B (x&sub2; y&sub2;)
R&sub1; (X&sub1; Yu), R&sub2; (X&sub2; Yu)
S&sub1; (X&sub1; YL), S&sub2; (X&sub2; YL)
Bei der in Figur 11 gezeigten logischen Entscheidung besteht die Möglichkeit, daß die Verbolzung bzw. Verschraubung an der Position R&sub2; nicht möglich ist, falls ein Lokator mit einer Form, die an einer Seite das die Punkte B und S&sub2; verbindende Segment aufweist, in der logischen Entscheidung über das erste Muster ausgewählt wird. Um diese Möglichkeit auszuschließen, wird daher eine Lokatorform selektiert, in welcher die Punkte B und R&sub2; miteinander in Verbindung stehen.
Das oben beschriebene mathematische Modell und die Konstruktionsbedingungen stellen lediglich Beispiele dar und sind inhaltlich nicht auf das Dargestellte beschränkt. Es ist mit anderen Worten möglich, weitere oder andere Bedingungen sowie weitere oder andere mathematische Prozeßverarbeitungen für die oben genannten Ausführungsformen anzuwenden.

- Bedienprozedur -

Figur 12 zeigt die Bedienprozedur des CAD-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren 13A bis 13E zeigen eine spezifische bzw. bestimmte Bedienprozedur bzw. bestimmten Bedienablauf des gleichen Systems. Der Bedienvorgang wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 13A bis 13E beschrieben. In den Figuren 13A bis 13E bezeichnet ein Abschnitt, welcher durch ein Rechteck angegeben ist, den Anzeigebildschirm für eine jede der Arbeitsstationen.
In Schritt S20 wird die Richtung und die Höhe der Gestelloberfläche und der Arbeitsbasis eingegeben. Ein Arbeitsstück wird auf dem Bildschirm auf Grundlage der eingegebenen Arbeitsbasis angezeigt. In Schritt S22 wird die Arbeitsoberfläche bezeichnet. In Schritt S26 wird die Aufnahmefläche bezeichnet. In Schritt S28 wird der Entklemmwinkel des Klemmarms, welcher die Konstruktionsbedingungen erfüllt, ausgewählt und angezeigt.
Auf der Grundlage dieser Eingabebedingungen werden die Selektionsbedingungen und die Erzeugungsbedingungen unter Bezugnahme auf das oben beschriebene Basisverbindungsmodell berechnet und dann die Datenverarbeitung in den Schritten S30 bis 536 durchgeführt. In den Schritten S30 und S32 wird die Suche nach einem Zylinder und einem rechtwinkligen Befestigungsarm in der Standardteiledatenbasis in Übereinstimmung mit den Selektionsbedingungen durchgeführt und der gesuchte bzw. ermittelte Zylinder und der rechtwinklige Befestigungsarm werden angezeigt. In Schritt S34 wird ein Lokator erzeugt und angezeigt, und in Schritt S36 wird ein Klemmarm erzeugt und angezeigt. In Schritt S38 wird der Umriß der vollendeten Wiegeeinheit angezeigt. In Schritt S40 wird die Zeichnung der Einheit ausgegeben.
Da eine Vielzahl von Wiegeeinheiten für ein Werkstück erforderlich ist, wird die Datenverarbeitung in den Schritten S20 bis S38 für jede der Einheiten wiederholt. In Schritt S40 wird aus Bequemlichkeitsgründen ein Fall dargestellt, bei dem die Position zwischen einer Einheit und einem Werkstück dargestellt ist. Eine Beschreibung des Werkstücks wird gegeben unter der Annahme, daß das Werkstück durch drei Wiegeeinheiten gelagert wird.
In Schritt S42 wird die Bildung eines Gestells angegeben. In Schritt S44 wird die Basisform der Gestellfläche eingegeben. Diese Basis ist durch die Form des Werkstücks, wie es in Figuren 6A und 6B gezeigt ist, begrenzt.
Wie in Figur 18 gezeigt, werden Montageöffnungen 45 und eine Zylinderöffnung 44, die verwendet werden, wenn der Zylinder mit der Gestelloberfläche interferiert, auf Grundlage der Konfigurationsdaten (Figur 15D, wie unten beschrieben) der Einheiten an der Gestellfläche erzeugt. In Schritt S46 wird die Struktur der Gestellfläche erzeugt und in Schritt S48 wird die Anordnung der Sitze (die in Figur 18 mit 41 bezeichnet werden) an der Gestellfläche angezeigt, wie in Figur 18 dargestellt und in Schritt S50 wird eine perspektivische Ansicht der Gesamtheit der Gestellfläche angezeigt. In Schritt S52 wird eine Zeichnung eines Zustandes, bei dem die Einheiten an dem Gestell montiert sind angezeigt.
In Figur 18 bezeichnet das Bezugszeichen 40 eine obere Platte; das Bezugszeichen 42 eine Umfangskanalstruktur; und das Bezugszeichen 43 eine interne Struktur (flacher Balken). Die Montageöffnungen 45 für den rechtwinkligen Befestigungsarm weisen Tafelbasisschlagöffnungen und Verschraubungsöffnungen bzw. Verbolzungsöffnungen auf. Die Montageöffnungen 45 und die Austrittsöffnung 44 werden erzeugt, indem man Konfigurationsdaten für die Klemmeinheiten auf der Gestellfläche und die Strukturmodelle der Einheiten verwendet.
Auf diese Weise werden, wenn die Konstruktion abgeschlossen ist, die Zeichnungen und die NC-Daten gebildet.

- Datenstruktur in dem System -

Figur 14 ist eine Darstellung einer Beziehung den jeweiligen Datenbasen und diesem CAD-System. Die Figuren 15A bis 15F zeigen im Detail den Datenstrom, wie er in Figur 14 gezeigt ist.
Figur 15A zeigt die Arbeitshauptdatenbasis (WDB).
Die Figuren 16A bis 16D zeigen umrißartig bzw. in groben Zügen die Datenverarbeitung in dem System zur Konstruktion von Einspanneinrichtungen.
Die Datenstruktur wird unter Bezugnahme auf die Figur 14 bis 16 umrißartig beschrieben.
Wenn die Bildung einer Einheit von der Arbeitsstation (Schritt S100 in Figur 16A), bezeichnet wird, wird ein Statusdatensatz (Figur 15B) für den Umgang mit den Prozeßzustand der automatischen Konstruktion, beispielsweise die Anzahl der bis dahin gebildeten Einheiten, gebildet, und gleichzeitig die Arbeitsbasis (Arbeitsposition) in der Arbeitsstation (Schritt S104) eingestellt. Die Position-Codes K werden von der WDB (siehe Figur 15A) auf Grundlage der Arbeitsbasis selektiert bzw. ausgewählt. Die Positionscodes bzw. Lagecodes werden mit Indices versehen, welche eine Vielzahl von Arbeitspositionen an jedem Werkstück angeben. Von der WDB werden die Position-Codes K ausgegeben, die einer Konstruktionsstandarddatenbasis SDB (Figur 15C) zugeführt werden sowie der Status-Datensatz (Figur 15B) und die Einheitsanordnungsdaten und die Formdaten der Werkstücke und die Arbeitspositionen, welche dem Einheitsstrukturdatensatz (Figur 15D) zugeführt werden. Die Einheitsanordnungsdaten sind Daten in Bezug auf die Positionen, bei welchen die gebildeten Einspanneinheiten an dem Gestell angeordnet sind.
Die Positioncodes K werden zur Indizierung des Einheitsstrukturdatensatzes einer Standardkonstruktionsprozedur und eines Satzes von Konstruktionsauswertefunktionen (wie in Figur 15C gezeigt ist), verwendet. Die Standardentwurfsprozedur ist für den Typ einer jeden Einspanneinrichtung einmalig, beispielsweise im Falle der in Figur 4 gezeigten Einheit, ist die Standardprozedur ein Programm, welches einen Ablauf umfaßt, bei welchem schrittweise zuerst ein Zylinder und ein rechtwinkliger Befestigungsarm, welche ausgewählte Teile sind, entworfen bzw. konstruiert werden und dann ein Lokator und ein Klemmarm, welche Teile mit erzeugten Formen sind, auf Grundlage der selektierten Teile konstruiert werden, so daß die Basisverbindungsmodelle in Übereinstimmung mit der Prozedur erzeugt und ausgedrückt werden. Der Auswertefunktionssatz weist beispielsweise die mathematischen Modelle auf, die jeweils den Basisverbindungsmodellen entsprechen und welche oben unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und 11 beschrieben wurden.
Das Strukturkonstruktionsauswerteprogramm für eine Einspanneinrichtung wird entsprechend der ausgewählten Prozedur und der eingestellten Auswertefunktion gestartet. Der Einheitsstrukturdatensatz wird ebenfalls erzeugt und initialisiert. Das oben beschriebene Strukturmodell, welches unter Verwendung der Einheitsanordnungsdaten, der Werkstückform und der Arbeitspositionsformdaten sowie der Teilkonstruktionsbedingungen erzeugt wird, wird in dem Einheitsstrukturdatensatz abgespeichert.
Das gestartete Strukturkonstruktionsauswerteprogramm bzw. das gestartete Auswerteprogramm für die strukturelle Konstruktion gibt die Selektionsbedingungen zu dem Teileselektionsprogramm und die Erzeugungsbedingungen zu dem Teileformerzeugungsprogramm ab. Das Teilselektionsprogramm und das Teilformerzeugungsprogramm gibt als Anforderungsspezifikationen die Selektionsbedingungen und die Erzeugungsbedingungen an die Standardteiledatenbasis (RDB) (Figur 15E) ab, und erhalten als Eingabe Entscheidungsspezifikationen. Die Programme geben die Entscheidungsspezifikationen an das Strukturkonstruktionsauswerteprogramm, welches zur Auswertung verwendet wird, zurück.
Die Spezifikationen des ermittelten bzw. entschiedenen Teils werden als dreidimensionale Daten in der Einspanneinrichtungskonstruktionsdatenbasis (DDB) durch das Formerzeugungsprogramm abgespeichert.
Das Zeichnungsbildungsprogramm, das NC-Datenerzeugungsprogramm, die in der DDB abgespeicherten dreidimensionalen Daten und verschiedene Ausgangsprogramme erzeugen und geben zweidimensionale Zeichnungen und NC-Arbeitsdaten ab, wie in Figur 15F gezeigt ist.
Die parallele Datenverarbeitungsprozedur von der Erzeugung der Strukturmodelle (Schritt S108) bis hin zur Erzeugung eines jeden Teils wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 16A bis 16D beschrieben. Die Bedeutungen der in den Zeichnungen gezeigten Symbole ist in Figur 16E angegeben. In den Zeichnungen stellt das Symbol (a) eine Datenverarbeitung dar, die durch die Auswertefunktion entsprechend einer jeden der Einheitstypen betrieben wird; das Symbol (d) die Datenwerte, welche in dem Grenzbedingungsdatensatz in dem Einheitsstrukturdatensatz abgespeichert sind; Symbol (c) die Einspanneinrichtungskonstruktionsdatenbasis DDB; und Symbol (d) die Standardteiledatenbasis PDB.
Wenn der Klemmdrehpunkt J&sub1; und die Verbindungsgliedlänge r&sub2;, die Hublänge S&sub2; des Zylinders und die Zylinderausgangskraft Fa sowie der Entklemmwinkel θc in Schritt S110 bestimmt werden, werden die Spezifikationen des Zylinders in Schritt S112 bestimmt und die Stablänge, die Typnummer usw. als Entscheidungsspezifikationen ausgehend von der Standardteiledatenbasis PDB eingegeben. In Schritt S112 wird die Zylindermontageposition J&sub2; ausgehend von den Entscheidungsspezifikationen berechnet und in Schritt S120 wird die Form des Zylinders erzeugt und angeordnet sowie die Daten in Bezug auf den Zylinder zur Auswahl bzw. Selektion des rechtwinkligen Befestigungsarms in Schritt S160 verwendet.
In Schritt S130 wird die Form der Klemmeinrichtung bzw. des Klemmers auf Grundlage der Koordinaten J&sub1; des Klemmdrehpunktes in Schritt S110 und auf Grundlage der Arbeitsbasisdaten berechnet.
In Schritt S160 wird die Grundhöhe des rechtwinkligen Befestigungsarms zur Auswahl eines rechtwinkligen Befestigungsarms auf Grundlage der Basisarbeitsposition und Abschnittsform des Werkstücks sowie der Zylindermontageposition J&sub2;, die in Schritt S118 erhalten wird, eingestellt. In Schritt S164 wird der rechtwinklige Befestigungsarm aus der Standardteiledatenbasis selektiert. In Schritt S140 wird die Form des Lokators erzeugt. In Schritt S140 wird ferner die Form der Aufnahmefläche bzw. Empfangsfläche (Klemmflächenform) des Lokators auf Grundlage der Arbeitsbasis erzeugt. Die Erzeugung der Empfangsflächenform auf Grundlage der Arbeitsbasis (Empfangsflächenform des Werkstücks) trägt zu einer Verbesserung bei der Arbeitsgenauigkeit einer Einspanneinrichtung, wie oben beschrieben bei. In Schritt S144 werden die Klemmarmmontageposition J&sub1;, die Zylindermontageposition J&sub2; und die Bolzenmontagepositionen für die rechtwinkligen Befestigungsarme in dem Lokator derart eingegeben, so daß die Form des Lokators erzeugt wird. Dies wird unter Bezugnahme auf Figur 11 beschrieben.
Figur 17 ist eine Vorderansicht einer Klemmeinrichtung, in welcher zwei Zylinder und Klemmarme auf einem Lokator montiert sind. Obwohl ein Basisverbindungsmodell für eine derartige Einheit sich von derjenigen, wie sie in Figur 7 gezeigt ist, unterscheidet ist sie im Grunde gleich.

- Auswirkung der Ausführungsform -

Die oben beschriebene Ausführungsform hat die folgenden Effekte bzw. Auswirkungen:
(1): Die Strukturmodelle der Teile, welche eine Einspanneinrichtung bilden können sukzessive bzw. aufeinander folgend in Verbindung miteinander bzw. kettenartig auf Grundlage der Annahme der grundlegendsten Konstruktionsstartbedingungen für die Arbeitspositionen eines Werkstücks konstruiert werden, welche in Arbeitsbasisdaten und Basisverbindungsmodellen enthalten sind, welche die Bauteile der Einspanneinrichtung im groben darstellen. Eine automatische Konstruktion kann durch einfache Operationen mit einem hohen Effizienzniveau durchgeführt werden.
Da die mechanischen Basisstrukturen der Bauteile bzw. Komponenten in den Basisverbindungsmodellen enthalten sind, braucht der Konstrukteur beim Konstruktionsvorgang lediglich die Konstruktionsbedingungen auswählen, welche in einem Selektionsabschnitt dargestellt sind. Die Bedienperson kann auch eine Einspanneinrichtung mit einer hohen Entwurfs- bzw. Konstruktionseffizienz konstruieren bzw. entwerfen, da die komplizierten Berechnungen zur Berechnung der Konstruktionsbedingungen durch das System durchgeführt werden.
(2): Der beste Weg besteht darin, die Teile einer Einspanneinrichtung ausgehend von bestehenden Teilen auszuwählen. Jedoch ist es nicht immer möglich, alle Teile ausgehend von bestehenden Teilen zu selektieren bzw. auszuwählen. Einspanneinrichtungen, die für denselben Zweck verwendet werden, besitzen unvermeidlicherweise verschiedene Formen entsprechend den Gebrauchsbedingungen der Einheiten. Wenn ein Teil bei den bereits vorhandenen bzw. existierenden Teil nicht vorhanden ist, muß dieses Teil daher erzeugt werden.
Bei dieser Ausführungsform enthält das Basisverbindungsmodell Informationen in Bezug auf die Unterscheidung bzw. Diskriminierung zwischen den ausgewählten Teilen (der Zylinder, der rechtwinklige Befestigungsarm und dergleichen) sowie über erzeugte Teile (der Klemmarm, der Lokator, das Gestell und dergleichen) in den Teilen, welche eine Einspanneinrichtung bilden. Die Strukturmodelle enthalten als Ausgabe die Selektionsbedingungen mit den Teilespezifikationen, denen die bestehenden Teile entsprechen und die Erzeugungsbedingungen mit den Teilebedingungen, die durch die Teile mit neu zu erzeugenden Formen erfüllt werden müssen. Existierende Standardteile werden aufgrund der Selektionsbedingungen selektiert bzw. ausgewählt und Formen mit der größten Übereinstimmung mit den ausgewählten Teilen in mechanische Verbindung damit werden ausgehend von den Erzeugungsbedingungen erzeugt.
Die Selektionsbedingungen und die Erzeugungsbedingungen, welche als die Strukturmodelle ausgegeben werden, sind mit anderen Worten eine Sammlung von Teilespezifikationen. Falls verschiedene Posten der Information, wie beispielsweise Korrekturinformation für Teileformen, Teilenummer und Teilelieferanten usw. in der Standarddatenbasis gespeichert werden, ist es daher möglich, alle erforderliche Information zu erhalten, indem man die Standardteiledatenbasis durchsucht unter Verwendung der Teilespezifikationen als Indices. Teiletabellen können beispielsweise in einfacher Weise ausgegeben werden.
(3): Die oben beschriebene Ausführungsform weist als Basisarbeitsdaten die Formen der Abschnitte auf, bei denen die Klemmwiegeeinheit direkt das Werkstück berührt. Die Form der Kontakt- bzw. Berührungsoberfläche zwischen dem Werkstück und dem Klemmarm der Wiegeeinheit ist für die Berührung geeignet, wobei dies dazu führt, daß die Konstruktion einer Einspanneinrichtung mit hoher Präzision erfolgt.

Claims

1. Vorrichtung zur automatischen Konstruktion einer Einspanneinrichtung für das automatische Entwerfen einer Einspanneinrichtung mit wenigstens zwei Teilen, wobei die Vorrichtung aufweist:

eine Einrichtung zur Erzeugung eines Verbindungsmodells unter Verwendung einer Konstruktions-Standardisierdatenbasis (SDB) für die Erzeugung eines Basisverbindungsmodells, welches im wesentlichen die Verbindung zwischen wenigstens zwei Teilen zeigt;

eine Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Daten, welche eine Bearbeitungsposition eines an der Einspanneinrichtung zu bearbeitenden Werkstücks betreffen, und von Daten in bezug auf das, Werkstück und unter Verwendung einer Hauptdatenbasis (WDB), einer Standardteildatenbasis (PDB), die Daten in bezug auf Standardteile enthält, welche bei der Bildung der Einspanneinrichtung durch die Standardteile verwendet wird; und

eine Einrichtung zur Erzeugung eines Strukturmodells für das Starten mit den über die Eingabeeinrichtung eingegebenen Daten und das nachfolgende Erzeugen von Strukturmodellen von wenigstens zwei Teilen, welche die Einspanneinrichtung entsprechend dem Basisverbindungsmodell und der Standardteiledatenbasis bilden.

.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner aufweist: eine Speichereinrichtung zum vorherigen Abspeichern einer Vielzahl von Basisverbindungsmodellen;

eine Einstelleinrichtung zum Einstellen zulassiger Bedingungen für die Konstruktion einer Einspanneinrichtung; eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen eines Strukturmodells eines durch die Strukturmodellerzeugungseinrichtung erzeugten Teiles mit den zulässigen Bedingungen;

eine Wiederabrufeinrichtung für die Wiedergewinnung weiterer Basisverbindungsmodelle aus der Speichereinrichtung auf der Grundlage der Vergleichsergebnisse.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bearbeitungsart durch die Einspanneinrichtung Klemmen ist, und bei der die Bearbeitungsposition des daran zu bearbeitenden Werkstücks eine Kontaktoberfläche ist, welche durch die Einspanneinrichtung eingespannt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einspanneinrichtung ein bewegliche und ein nicht bewegliche Teile aufweist, wobei die Einrichtung zur Erzeugung eines Strukturmodells für die Konstruktion der beweglichen Teile gestartet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zur Erzeugung eines Verbindungsmodells zur Abspeicherung von Daten bezüglich der Bearbeitungsposition des an der Einspanneinrichtung zu bearbeitenden Werkstücks in einer Datenbasis für jedes Werkstück dient.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Basisverbindungsmodell für jedes Paar aus einem Einspanneinrichtungstyp und einem Werkstück vorbereitet ist.

.7. Verfahren zum automatischen Konstruieren einer Einspanneinrichtung aus wenigstens zwei Teilen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Abspeichern von Basisverbindungsmodelldaten in einer Konstruktions-Standardisierdatenbasis (SDB), wobei die Konstruktions-Standardisierdatenbasis (SDB) zum Wiederabruf unter Verwendung eines Suqhschlüssels geeignet ist;

Spezifieren des Typs einer Einspanneinrichtung und des Typs eines an der Einspanneinrichtung zu bearbeitenden Werkstücks;

Suchen nach einem Basisverbindungsmodell, welches im wesentlichen eine Verbindung zwischen den Teilen derjenigen Einspanneinrichtung zeigt, welche in der Konstruktions- Standardisierdatenbasis (SDB) spezifiziert ist, unter Verwendung des Typs der Einspanneinrichtung und des Typs des Werkstücks als Schlüssel;

Eingeben von Daten, welche eine Bearbeitungsposition eines an der Einspanneinrichtung zu bearbeitenden Werkstücks betreffen, und von Daten bezüglich des Werkstücks unter Verwendung einer Bearbeitungshauptdatenbasis (WDB); und

Starten mit den eingegebenen Daten und nachfolgendes Erzeugen von Strukturmodellen der die Einspanneinrichtung bildenden Teile entsprechend einer Standardteilbasis (PDB), welche Daten bezüglich der Standardteile enthält, die bei der Bildung der Einspanneinrichtung durch die Standardteile und in Übereinstimmung mit dem gesuchten Basisverbindungsmodell verwendet wird, wobei ein Verbindungsmodell eine geometrische Beziehung zwischen wenigstens zwei Teilen der Einspanneinrichtung ausdrückt.