EP2589000A1 - Dialogsystem und verfahren zur untersuchung eines bearbeitungsprozesses - Google Patents

Dialogsystem und verfahren zur untersuchung eines bearbeitungsprozesses

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EP2589000A1
EP2589000A1 EP11748905.4A EP11748905A EP2589000A1 EP 2589000 A1 EP2589000 A1 EP 2589000A1 EP 11748905 A EP11748905 A EP 11748905A EP 2589000 A1 EP2589000 A1 EP 2589000A1
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EP
European Patent Office
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data
dialog system
machine tool
proposal
operator
Prior art date
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Application number
EP11748905.4A
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English (en)
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Klaus Bauer
Gerhard Hammann
Hans-Peter Bock
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Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Original Assignee
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2589000A1 publication Critical patent/EP2589000A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N5/00—Computing arrangements using knowledge-based models
    • G06N5/04—Inference or reasoning models
    • G06N5/045—Explanation of inference; Explainable artificial intelligence [XAI]; Interpretable artificial intelligence
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41875—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by quality surveillance of production
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32007—Operator is assisted by expert system for advice and delegation of tasks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • a generic dialog system or a generic method for examining a machining process carried out on a machine tool are, for. B. from the patent US 6,345,205 Bl.
  • the dialog system designed as an auxiliary system for a laser processing machine, an improvement proposal in the form of changed process parameters for a workpiece machining planned on the laser processing machine can be determined.
  • Relative to an already performed workpiece machining an operator gives at least one quality feature, eg. As the extent of burring on a created laser cut, the improvement of which the operator desires.
  • the dialog system calculates new process parameters for carrying out an optimized workpiece machining.
  • the dialog system uses stored expert knowledge, which can be B. empirically determined relationships of process parameters and quality features includes.
  • the suggestions for improvement which provides the dialogue system according to the invention, provide - as already mentioned - z.
  • a standard, changed set of process parameters or resulting process parameters for the subsequent processing process may be suggested for improvement.
  • other types of suggestions for improvement are conceivable, which can submit the dialogue system.
  • the dialog system may suggest maintenance or conversion work on the machine tool or the performance of analyzes, tests, etc.
  • the dialogue system is designed to request in addition to the specification of the quality feature to be improved if necessary, further operator inputs and together with the sensor data determined by the machine tool sensor data and / or with the image data for determining the proposal to process.
  • Possible operator inputs are both the input of objective values and the input of subjective ratings.
  • the operator may be asked to select values, variants, ratings. Thanks to this variant of the invention, the operator can introduce his wishes and abilities - if available - in the proposal-finding process.
  • the dialogue system can also initiate a machining process and / or a measurement by the machine tool sensor system.
  • the dialogue system independently current sensor data and thus z. B.
  • the programmer determines how a part is machined. It determines which tools are used, in which order the machining takes place, and which process parameters apply, for example, to the laser power and feed rate.
  • the programming systems 17, 20, 22 assist the programmer in finding suitable process parameters and processing strategies for his machining task.
  • the information about suitable process parameters and processing strategies are contained in so-called technology tables and rules that define the data memory 15.
  • step S4 it is checked in a step S6 whether further information has to be read in by the machine tool sensor system 1a,... In or has to be generated by means of a test processing in order to investigate or optimize the machining process. If this is the case and the operator agree (J in S6), in a step S7, the data from the machine tool sensors 1a,... In are read into the dialog system 23, possibly as part of a test processing. If no further data from the machine tool sensors la, ... In are read in (N in S6), in a step S8 proposed ways to improve the machining process or automatically implemented, so that the inventive method ends.

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Abstract

Ein erfindungsgemäßes Dialogsystem (23), mittels dessen ein auf einer Werkzeugmaschine (1) durchgeführter Bearbeitungsprozess untersucht werden kann, um einen Vorschlag zum Verbessern zumindest eines Qualitätsmerkmales eines nachfolgenden Bearbeitungsprozesses zu ermitteln, weist Eingabemittel (7), mittels derer ein Bediener das zu verbessernde Qualitätsmerkmal vorgeben kann, und ein Vorschlags-Modul (25) auf, welches unter Zugriff auf hinterlegtes Expertenwissen zumindest einen Vorschlag zum Verbessern des Qualitätsmerkmals ermitteln kann. Dazu ist das Vorschlags-Modul (24) ausgebildet, zum Ermitteln eines Vorschlags durch eine Werkzeugmaschinensensorik (1a,...1n) ermittelte Daten und/oder Bilddaten eines bearbeiteten Werkstücks (40) samt zugehörigen Material- und Bearbeitungsdaten (P1,..., P5) einzulesen. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Untersuchung eines Bearbeitungsprozesses mit Hilfe eines derartigen Dialogsystems (23) beschrieben.

Description

Pialoqsystem und Verfahren zur Untersuchung eines
Bearbeitun sprozesses
Die Erfindung betrifft ein Dialogsystem (oder„Technologieassistent") zur Unter- suchung eines auf einer Werkzeugmaschine durchgeführten Bearbeitungsprozesses, um einen Vorschlag zum Verbessern zumindest eines Qualitätsmerkmales eines nachfolgenden Bearbeitungsprozesses zu ermitteln, wobei das Dialogsystem Eingabemittel aufweist, mittels derer ein Bediener das zu verbessernde Qualitätsmerkmal vorgeben kann, und wobei das Dialogsystem ein Vorschlags-Modul aufweist, welches unter Zugriff auf hinterlegtes Expertenwissen zumindest einen Vorschlag zum Verbessern des Qualitätsmerkmals ermitteln kann.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Untersuchung eines auf einer Werkzeugmaschine durchgeführten Bearbeitungsprozesses, um einen Vor- schlag zum Verbessern zumindest eines Qualitätsmerkmales eines nachfolgenden Bearbeitungsprozesses zu ermitteln, bei welchem ein Bediener einem Dialogsystem zumindest ein Qualitätsmerkmal vorgibt, woraufhin das Dialogsystem mittels hinterlegten Expertenwissens zumindest einen Vorschlag zum Verbessern des Qualitätsmerkmals ermittelt. Dialogsysteme sind in allen Bereichen der Technik im Einsatz und zeichnen sich insbesondere durch die Fähigkeit aus, dass sie mit einem Bediener kommunizieren können. Zu diesem Zweck umfasst ein Dialogsystem zumindest Ein- /Ausgabemittel sowie einen Prozessor bzw. eine zentrale Recheneinheit, welche die zur spezifischen Ausbildung des Dialogsystems erforderliche Software ausführen. Die Erfindung betrifft im Speziellen ein Dialogsystem für den Einsatz in der industriellen Werkstückfertigung. Ein gattungsgemäßes Dialogsystem bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren zur Untersuchung eines auf einer Werkzeugmaschine durchgeführten Bearbeitungsprozesses sind z. B. aus der Patentschrift US 6,345,205 Bl bekannt. Mittels des als Hilfssystem für eine Laserbearbeitungsmaschine ausgebildeten Dialogsystems kann ein Verbesserungs-Vorschlag in Form von geänderten Prozessparametern für eine auf der Laserbearbeitungsmaschine geplante Werkstückbearbeitung ermittelt werden. Bezogen auf eine bereits durchgeführte Werkstückbearbeitung gibt ein Bediener zumindest ein Qualitätsmerkmal, z. B. das Ausmaß der Gratbildung an einem erstellten Laserschnitt, vor, dessen Verbesserung der Bediener wünscht. Anhand von Bediener-Eingaben und gespeicherten Prozessparametern der durchgeführten Werkstückbearbeitung berechnet das Dialogsystem neue Prozessparameter zur Durchführung einer optimierten Werkstückbearbeitung. Dabei greift das Dialogsystem auf hinterlegtes Expertenwissen zurück, welches z. B. empirisch ermittelte Zusammenhänge von Prozessparametern und Qualitätsmerkmalen umfasst.
Das Dialogsystem des Standes der Technik hat den Nachteil, dass Verbesserungs-Vorschläge hauptsächlich auf Basis subjektiver Bewertungen bzw. Einschätzungen des Bedieners ermittelt werden. Die Möglichkeiten der Vorschlags- findung bei dem herkömmlichen Dialogsystem sind daher maßgeblich durch die Fähigkeiten und Möglichkeiten des Bedieners sowie durch den Umfang des hinterlegten Expertenwissens begrenzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu Grunde, ein Dialogsystem und Verfahren zur Untersuchung eines Bearbeitungsprozesses zu ent- wickeln, welche sich durch erweiterte Möglichkeiten der Vorschlagsfindung auszeichnen.
Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe durch ein Dialogsystem mit den Merk- malen von Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Untersuchung eines Bearbeitungsprozesses mit den Merkmalen von Anspruch 16.
Im Sinne der Erfindung ist das Vorschlags-Modul des Dialogsystems derart ausgebildet, dass es zum Ermitteln eines Vorschlags durch eine Werkzeugmaschi- nensensorik ermittelte Daten und/oder Bild-Daten (Fotos) eines bearbeiteten Werkstücks samt zugehörigen Material- und Bearbeitungsdaten einliest. Die Datenbasis, auf welcher ein Verbesserungs-Vorschlag ermittelt werden kann, ist folglich um objektive Daten erweitert, welche von Sensoren der Werkzeugmaschine ermittelt werden oder Bild-Daten des bearbeiteten Werkstücks samt ihren zugehörigen Material- und Bearbeitungsdaten darstellen . Aufgrund der erweiterten Datenbasis können bei der Suche nach einem Verbesserungs-Vorschiag z. B. maschinenseitige Effekte berücksichtigt werden, die für ei nen Bediener nicht erkennbar sind. Beispielsweise können mangelhafte Einstellungen, z. B. eine fehlerhafte Fokuslageneinstellung eines Laserstrahls, oder mangelhafte Komponen- ten, z. B. eine verschmutzte Linse eines Laserschneidkopfes, ermittelt werden. Des Weiteren können durch einen Sensor zur Materialerkennung Unterschiede zwischen der Zusammensetzung des tatsächlich verwendeten Materials und der Material-Zusammensetzung detektiert werden, auf deren Basis die Prozessparameter ausgewählt wurden. So können zusätzliche Fehlerursachen entdeckt oder ausgeschlossen werden .
Außerdem ergibt sich der Vorteil, dass zur Untersuchung des Bearbeitungsprozesses nicht nur indirekte Informationen, welche auf der subjektiven Einschätzung des Bedieners bzgl . der Qualitätsmerkmale eines Bearbeitungsergebnisses basieren, Verwendung finden. Stattdessen können auch objektive Informationen des auf der Werkzeugmaschine durchgeführten Bearbeitungsprozesses direkt einfließen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung von objektiven Sensor- und Bild-Daten verlieren die Fähigkeiten des Bedieners bei der Vorschlagsfindung an Bedeutung. Das erfindungsgemäße Dialogsystem kann daher auch von weniger fachkundigen Bedienern mit gleichem Erfolg eingesetzt werden.
Im Sinne der Erfindung liefert das Dialogsystem auf Betreiben eines Bedieners einen Verbesserungs-Vorschlag. Es unterscheidet sich insofern z. B. von einem System zur Prozessüberwachung, welches beim Auftreten einer Störung während eines Bearbeitungsprozesses automatisch eine Warnung und eventuell zugleich einen Vorschlag zum Beheben der Störung ausgibt. Der Auslöser dafür, dass ein Bediener das erfindungsgemäße Dialogsystem zur Hilfe nimmt, kann jedoch ebenfalls eine Störung während eines Bearbeitungsprozesses sein, d. h. zumindest teilweise kann das Dialogsystem auch ein Diagnosesystem darstellen, welches aufgrund von durch einen Bediener vorgegebenen Symptomen (mangelhafte Qualitätsmerkmale) und mit Hilfe von durch die Werkzeugmaschinensensorik ermittelten Daten oder von aufgenommenen Bild-Daten einen Vorschlag zum Be- heben der Störung unterbreiten kann.
Insbesondere ist ein erfindungsgemäßes Dialogsystem aber dazu vorgesehen, einen zumindest weitgehend störungsfreien Bearbeitungsprozess zu untersuchen, um einen Vorschlag zu generieren, mittels dessen ein nachfolgender Bearbei- tungsprozess verbessert bzw. optimiert werden kann.
Beispielsweise können mögliche Ursachen für Qualitätsmängel bzw. Fehlerquellen für sich genommen, noch unterhalb von durch eine Prozessüberwachung definierten Alarmschwellen liegen, in Summe jedoch dazu führen, dass ein qualitativ ausreichender Bearbeitungsprozess mit standardmäßigen Prozessparametern nicht zu gewährleisten ist. Das Dialogsystem ist dadurch in der Lage festzustellen, ob eine Verbesserung eines vorgegebenen Qualitätsmerkmals z. B. durch eine einfache Anpassung der Prozessparameter, wie beispielsweise der Bearbeitungsgeschwindigkeit, der Laserenergie, des Schneidgasdrucks oder der Laser- frequenz usw., möglich bzw. sinnvoll ist.
Maßgeblich ist, dass ein Bediener dem Dialogsystem bezogen auf einen durchgeführten Bearbeitungsprozess zumindest ein Qualitätsmerkmal vorgibt. Als Qualitätsmerkmal sind einerseits Merkmale und Eigenschaften des Ergebnisses bzw. Produktes des Bearbeitungsprozesses aufzufassen. Beispielhaft zu nennen sind ein Schnittgrat, eine Werkstückverfärbung, Riefen und Kratzer an der Werkstückoberfläche, die Maßgenauigkeit oder auch die Ebenheit eines Werkstückes. Neben Produktmerkmalen stellen aber auch Prozesseigenschaften Qualitäts- merkmale des Bearbeitungsprozesses dar. Hierzu gehören insbesondere die Bearbeitungsgeschwindigkeit, Emissionen bei der Werkstückbearbeitung, die Prozesssicherheit, der Energieverbrauch usw.
Ein erfindungsgemäßes Dialogsystem kann derart ausgebildet sein, dass es nicht nur den Abschnitt eines Bearbeitungszyklus einer Werkzeugmaschine untersuchen und verbessern kann, bei welchem tatsächlich ein Werkzeug auf ein Werkstück einwirkt. Vielmehr umfasst der Bearbeitungsprozess im Sinne dieser Erfindung z. B. auch die Handhabung des Werkstückes vor und nach der eigentlichen Werkstückbearbeitung und andere begleitende Prozesse. Im Falle des zu unter- suchenden Bearbeitungsprozesses muss es sich nicht um einen Bearbeitungsprozess handeln, bei welchem ein vollständiger Bearbeitungszyklus durchlaufen wurde. Der zu untersuchende Bearbeitungsprozess kann auch nur einen Teil eines Bearbeitungszyklus, z. B. lediglich die Zuführung des Werkstückes, das Einbringen eines einzelnen Laserschnitts usw., umfassen. Insbesondere kann der zu untersuchende Bearbeitungsprozess auch ein testweise auf einer Werkzeugmaschine durchgeführter Bearbeitungsprozess sein.
Die Verbesserungs-Vorschläge, welche das erfindungsgemäße Dialogsystems liefert, stellen - wie bereits erwähnt - z. B. einen gegenüber einem standardmäßi- gen, geänderten Satz von Prozessparametern bzw. resultierenden Prozessparametern für die nachfolgenden Bearbeitungsprozess dar. Alternativ oder ergänzend sind aber auch andere Arten von Verbesserungs-Vorschlägen denkbar, die das Dialogsystem unterbreiten kann. Beispielsweise kann das Dialogsystem War- tungs- oder Umbaumaßnahmen an der Werkzeugmaschine oder die Durchfüh- rung von Analysen, Tests usw. vorschlagen.
Zum Ermitteln eines Verbesserungs-Vorschlags liest das Dialogsystem Sensor- Daten, d. h. Messwerte oder auch Auswertungen von Messwerten der Sensoren, und/oder Bild-Daten eines bearbeiteten Werkstücks samt zugehörigen Material- und Bearbeitungsdaten ein. Im Rahmen dieser Anmeldung sind daher mit den Begriffen Sensoren bzw. Sensorik nicht nur die Messgeber, sondern auch die zugehörige Auswerteelektronik und -Software der Sensoren usw. umfasst. Ein erfindungsgemäßes Dialogsystem ergibt sich, wenn die Daten zumindest eines Sensors zum Ermitteln eines Verbesserungs-Vorschlags durch das Dialogsystem eingelesen werden können. Je mehr Sensor-Daten von je mehr Sensoren der Werkzeugmaschinensensorik das Dialogsystem aber einlesen kann, desto größer ist jedoch die Datenbasis zur Vorschlagsfindung und damit die Belastbarkeit des Vorschlages. Die Sensorik von modernen Werkzeugmaschinen weist in der Regel eine Vielzahl von Sensoren auf, die in erster Linie zur Prozessregelung und Prozessüberwachung dienen.
Hilfreich zur Vorschlagsfindung sind insbesondere Daten von Sensoren, welche den Bearbeitungszyklus, im Speziellen die eigentliche Werkstückbearbeitung di- rekt beobachten, wie beispielsweise ein optischer Sensor zur Überwachung des Einstechens beim Laserschneiden oder ein Sensor zur Nahtverfolgung beim Laserschweißen. Damit das Dialogsystem die bei dem zu untersuchenden Bearbei- tungsprozess ermittelten Sensor-Daten bei der Vorschlagsfindung später einlesen kann, werden diese Daten abgespeichert und das Dialogsystem kann im Bedarfs- fall auf die hinterlegten Sensor-Daten zugreifen.
Die Bild-Daten des bearbeiteten Werkstücks sind vorzuzgsweise Bilder einer Kamera mit ausreichend hoher Bildqualität, wobei die Bearbeitungsstelle des Werkstücks, wie z.B. eine Schnittkante, vorteilhaft aus unterschiedlichen Blickwinkeln fotografiert wird.
Schließlich zeichnet sich das erfindungsgemäße Dialogsystem dadurch aus, dass die subjektiven Einschätzungen des Bedieners mittels objektiven Sensor- und/oder Bild-Daten quantifiziert werden können. Teilweise erübrigen sich da- durch zeitaufwändige Abfragen des Bedieners. Der Bediener gelangt mit Hilfe des Dialogsystems in möglichst wenigen, zielführenden Schritten zu einem Verbesserungs-Vorschlag. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung nach Anspruch 1 ergeben sich aufgrund der Merkmale der Ansprüche 2 bis 15.
Bei einen besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Dia- logsystem ausgebildet, zusätzlich zur Vorgabe des zu verbessernden Qualitätsmerkmals im Bedarfsfall weitere Bedienereingaben anzufordern und gemeinsam mit den durch die Werkzeugmaschinensensorik ermittelten Sensor-Daten und/oder mit den Bild-Daten zum Ermitteln des Vorschlages zu verarbeiten. Als mögliche Bedienereingaben kommen sowohl die Eingabe von objektiven Werten als auch die Eingabe von subjektiven Bewertungen in Frage. Insbesondere kann der Bediener zur Auswahl von Werten, Varianten, Bewertungen aufgefordert werden. Dank dieser Erfindungsvariante kann der Bediener seine Wünsche und Fähigkeiten - soweit vorhanden - in den Vorschlagsfindungsprozess einbringen. Vorzugweise kann das Dialogsystem auch einen Bearbeitungsprozess und/oder eine Messung durch die Werkzeugmaschinensensorik initiieren. Beispielsweise kann das Dialogsystem eigenständig aktuelle Sensor-Daten und somit z. B. aktuelle Zustandsdaten von Bauteilen der Werkzeugmaschine abfragen, wobei das Dialogsystem zu diesem Zweck mit dem jeweiligen Sensor in Verbindung steht. Insbesondere ergibt sich die Möglichkeit, dass auf Betreiben des Dialogsystems ein weiterer Bearbeitungsprozess durchgeführt wird, bei welchem bestimmte Sensor-Daten erfasst und abgespeichert werden, die bei einem standardmäßigen Bearbeitungsprozess nicht erfasst oder zumindest nicht abgespeichert werden. Außerdem kann das Dialogsystem unter Berücksichtigung aller verfügbaren Da- ten, an die Situation angepasste Testbearbeitungen initiieren.
Des Weiteren kann das Dialogsystem aber auch einen vorschlagsgemäß optimierten Bearbeitungsprozess selbst, d. h. automatisiert, starten. Hierzu kann das Dialogsystem vorzugsweise zumindest mit einer Steuereinheit der Werkzeugma- schine kommunizieren. Wenn das Dialogsystem die wahrscheinlichsten Ursachen bzgl. der zu verbessernden Qualitätsmerkmale gefunden hat, ist es von Vorteil, wenn es auch den Vorschlag zur Verbesserung bzw. Optimierung selbst umsetzen kann. Alternativ kann das Dialogsystem einen Bearbeitungsprozess oder eine Sensormessung aber auch durch einen Vorschlag an den Bediener initiieren. Eine besonders angenehme Bedienung des Dialogsystems ergibt sich, wenn das Dialogsystem einen Maskengenerator aufweist, der insbesondere Masken zur Eingabeaufforderung und/oder zur Ausgabe von ermittelten Vorschlägen erzeu- gen kann. Die graphische Gestaltung der Ein-/ Ausgabemittel des Dialogsystems mit Masken ermöglicht die Realisierung eines besonders intuitiven Bedienkonzepts für das Dialogsystem. Das Dialogsystem ist insbesondere derart ausgebildet, dass der Bediener durch die Masken von der Problembeschreibung über die Vorschlagsfindung bis zur Umsetzung eines Vorschlages geführt werden kann.
Im Falle einer besonders bevorzugten Erfindungsvariante weist das hinterlegte Expertenwissen eine baumartige Datenstruktur mit hierarchischen Entscheidungsknoten auf, auf die das Lösungs-Modul zum Ermitteln eines Vorschlages zugreifen kann. Bei der Vorschlagsfindung arbeitet das Dialogsystem folglich nach und nach Entscheidungsknoten ab. An dem jeweiligen Entscheidungsknoten muss das Dialogsystem jeweils nur diejenigen Informationen einholen, z. B. durch eine Eingabeaufforderung oder ein Einlesen von Sensor-Daten, welche zur Entscheidung an dem anstehenden Entscheidungsknoten erforderlich sind. Aufgrund der baumartigen Datenstruktur mit hierarchischen Entscheidungsknoten werden daher die Abfrage und das Einlesen von Informationen, die für die Vor- schlagfindung unerheblich sind, vermieden. So ergibt sich eine Variante eines Dialogsystems, das sich durch eine besonders zielgerichtete Ermittlung eines Vorschlags auszeichnet. Vorzugsweise umfasst das hinterlegte Expertenwissen eine Datenbank, welche eine Vielzahl von einzelnen Datenelementen aufweist, die insbesondere jeweils einen Entscheidungsknoten definieren. Dank der Verwendung einer Datenbank kann das erfindungsgemäße Dialogsystem zur Verwaltung des Expertenwissens auf bewährte Datenbanktechniken und -module zurückgreifen. So kann bei- spielsweise das Expertenwissen in der Datenbank verschlüsselt hinterlegt sein, wobei nur das Dialogsystem mittels eines entsprechenden Datenbank-Moduls im Bedarfsfall frei auf das Expertenwissen zugreifen kann. Beispielsweise kann eine relationale Datenbank oder eine Objektdatenbank vorgesehen sein. In der Praxis bewährt hat sich insbesondere eine XML-Datenbank. Die Datenbankstruktur mit einer Vielzahl von einzelnen Datenelementen, die jeweils einen Entscheidungsknoten definieren, zeichnet sich durch eine hohe Transparenz aus. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das hinterlegte Expertenwissen von einem Bediener änderbar ist, d. h. die Vorschlagsermittlung erfolgt durch das Dialogsystem anhand eines generischen Entscheidungsbaumes. In diesem Fall können Entscheidungsknoten von einem Bediener, z. B. mittels eines implementierten Datenbank-Moduls, ergänzt bzw. eingefügt werden, wobei lediglich einzelne Datenelemente ergänzt und geändert werden.
Vorteilhafterweise ist außerdem der Maskengenerator so an die Datenbankstruktur angepasst, dass beim Ändern des Entscheidungsbaums keine Änderungen am Maskengenerator notwendig sind, sondern dieser automatisch passende Ein- oder Ausgabemasken, z. B. auf dem Display einer Datenverarbeitungsanlage, er- stellen kann. Somit können neue Erkenntnisse des Expertenwissens durch Änderungen am Entscheidungsbaum eingefügt werden, ohne dass Änderungen an der Schnittstelle zwischen Bediener und Dialogsystem vorgenommen werden müssen. Zu diesem Zweck sind im Maskengenerator verschiedene Maskenvorlagen festgelegt, z. B. wie eine Eingabeaufforderungen für den Bediener auszusehen hat, wenn an einem Entscheidungsknoten ein oder mehrere Werte eingegeben werden müssen, wie dem Bediener Beispieldaten oder fertig ausgewertete Daten zur Auswahl angezeigt werden müssen, wie Vorschläge angezeigt werden sollen etc. Zum Generieren einer Maske muss der Maskengenerator nur die erforderliche Maskenvorlage bestimmen und mit Informationen aus dem Datenelement auffüllen, welches dem anstehenden Entscheidungsknoten zugeordnet ist.
Vorzugsweise erfolgt die Verarbeitung der Sensor- und/oder Bild-Daten mittels des Lösungs-Moduls derart, dass das Vorschlags-Modul an einem Entscheidungsknoten eine Entscheidung zumindest anhand der Sensor- und/oder Bild-Daten trifft (Sensorik/Werkstück-Daten-Entscheidungsknoten) . Alternativ oder ergänzend sind Entscheidungsknoten derart definiert, dass das Vorschlags-Modul an dem jeweiligen Entscheidungsknoten eine Entscheidung zumindest anhand einer Bedienereingabe (Bedienereingabe-Entscheidungsknoten) oder anhand Daten aus einem Steuerprogramm des durchgeführten Bearbeitungsprozesses (Steuer- programm-Daten-Entscheidungsknoten) trifft. Weitere Arten von Entscheidungsknoten sind darüber hinaus denkbar.
Vor allem im Zusammenspiel aller drei genannten Arten von Entscheidungskno- ten beim Ermitteln eines Vorschlages liegt eine Stärke des erfindungsgemäßen Dialogsystems, das somit auf eine breite Daten- und Wissensbasis zugreifen kann, um schließlich einen belastbaren Verbesserungs-Vorschlag zu bestimmen. Im Falle eines besonders bevorzugten Dialogsystems weist daher das hinterlegte Expertenwissen eine baumartige Datenstruktur auf, die zumindest einen Pfad zum Ermitteln eines Vorschlages definiert, welcher zumindest einen Sensorik/ Werkstück-Daten-Entscheidungsknoten, zumindest einen Bedienereingabe- Entscheidungsknoten und/oder zumindest einen Steuerprogramm-Daten- Entscheidungsknoten aufweist. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Dialogsystem Teil einer Steuereinheit der Werkzeugmaschine. Indem das erfindungsgemäße Dialogsystem in der Steuereinheit integriert ist, ergibt sich ein erfindungsgemäßes Dialogsystem, welches Zugriff auf eine Vielzahl von Daten, Informationen und Kommunikationsmöglichkeiten hat, die förderlich für eine effektive Fehleranalyse sind.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Steuereinheit aufgrund eines Vorschlages des Dialogsystems für einen nachfolgenden Bearbeitungsprozess eine automatische Bestimmung bzw. Anpassung zumindest eines Prozessparameters des nachfolgenden Bearbeitungsprozesses vornehmen kann. Vorzugsweise kann das Dialogsystem hierzu auf ein gespeichertes Steuerprogramm für den nachfolgenden Bearbeitungsprozess zugreifen und dort zumindest einen Prozessparameter ändern.
Schließlich betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Computerprogrammpro- dukt, welches Kodierungsmittel aufweist, die zum Ausbilden eines erfindungsgemäßen Dialogsystems angepasst sind, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Datenverarbeitungsanlage betrieben wird. Als mögliche Computerprogrammprodukte sind beispielhaft zu nennen CD-ROM Disks, USB-Sticks, Festplat- ten-Einschübe usw. Als Computerprogrammprodukt sind im Rahmen dieser An- meidung aber auch herunterladbare Softwareprodukte oder ähnliches aufzufassen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die noch im Weiteren auf- geführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können das hinterlegte Expertenwissen, welches eine baumartige Datenstruktur mit hierarchischen Entscheidungsknoten aufweist, auf die ein Lösungs-Modul zum Ermitteln eines Vorschlages zugreifen kann, auch unabhängig von einem Lösungs-Modul, das ausbildet ist, zum Ermitteln eines Vorschlags durch eine Werkzeugmaschi- nensensorik ermittelte Daten einzulesen, an einem Dialogsystem, aber auch z. B an einem System zur Prozessüberwachung, erfindungsgemäß vorgesehen sein.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfin- dung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen
Fig. 1 einen Aufbau eines Fertigungssystems mit einer Werkzeugmaschine, einer Steuerungsvorrichtung für die Werkzeugmaschine sowie einem Programmiersystem;
Fig. 2 einen Aufbau eines Dialogsystems zur Untersuchung eines auf der
Werkzeugmaschine durchgeführten Bearbeitungsprozesses;
Fig. 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Untersuchung eines auf der Werkzeugmaschine durchgeführten Bearbeitungsprozesses;
Fig. 4 ein Werkstück in Form eines Testschnittblechs mit mehreren je- weils mit unterschiedlichen Schneidparametern geschnittenen
Schnittkanten; und
Fign. 5a-5e die einzelnen Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schneidparameteroptimierung mithilfe eines in das Tele- präsenzportal eingebundenen zentralen Expertensystems. Die Steuerung von Werkzeugmaschinen erfolgt mit Hilfe numerischer Steuerungsvorrichtungen, die im Allgemeinen in drei Steuereinheiten, ein MMC- Bediensystem (Man Machine Communication) als Dateneingabe- und Visualisie- rungseinheit, eine SPS-Steuereinheit (speicherprogrammierbare Steuerung) und eine NC-Steuereinheit, aufgeteilt sind. Daten und Steuerbefehle werden über das MMC-Bediensystem eingegeben, an die NC-Steuereinheit weitergeleitet und dort decodiert. Die Daten und Steuerbefehle werden nach geometrischen und technologischen Daten (NC-Steuereinheit) und Schaltbefehlen (SPS-Steuereinheit) ge- trennt weiter verarbeitet. Die NC- und SPS-Steuereinheiten übermitteln den aktuellen Maschinenstatus zur Visualisierung an die MMC-Steuereinheit.
Fig. 1 zeigt eine Werkzeugmaschine 1, die mit Hilfe einer numerischen Steuerungsvorrichtung 2 gesteuert wird. Die Werkzeugmaschine 1 enthält Sensoren la, ... In, die im Allgemeinen einen Bearbeitungsprozess überwachen. Beispiele hierfür sind Sensoren für die Bestimmung des Düse-Werkstück-Abstands, des Verschmutzungsgrades einer Linse, der Fokuslage bei einer Laserwerkzeugmaschine, Sensoren für die Messung der Kraft bei Stanz-/Biegemaschinen, Sensoren für die Bestimmung des Biegewinkels bei Biegemaschinen oder auch Senso- ren für die Detektion oder Vorhersage von Kollisionen bzw. sich anbahnenden Kollisionen der Maschine mit dem Werkstück.
Hardwareseitig umfasst die Steuerungsvorrichtung 2 ein MMC-Bediensystem 3 mit einem als Industrie-PC ausgebildeten Steuerungscomputer 4 und einer Be- dieneinrichtung 5 mit einem Bildschirm 6 als Anzeigeeinheit und einer Eingabeeinheit 7, die bspw. als Tastatur, Maus oder Touchpanel ausgebildet ist. Weiterhin umfasst die Steuerungsvorrichtung 2 eine Maschinensteuertafel 8 zur manuellen Bedienung der Werkzeugmaschine 1, wobei vor allem sicherheitsrelevante Bedienungen ausgeführt werden, und eine NCU-Baugruppe 9 (Numerical Control Unit) mit integrierter NC-Steuereinheit 10 und SPS-Steuereinheit 11. Die NC- und SPS-Steuereinheiten 10, 11 können auch als separate Baugruppen ausgebildet sein. Softwareseitig umfasst die Steuerungsvorrichtung 2 eine Bediensoftware 12 zur Steuerung der Werkzeugmaschine 1, Softwaremodule 13 zur Auftragsverwaltung, Werkzeugverwaltung und Palettenverwaltung, eine Programmverwaltung 14 zur Verwaltung von Steuerprogrammen und einen Datenspeicher 15, in dem standardmäßige Prozessparameter für die Steuerprogramme gespeichert sind.
Der Begriff "Steuerprogramm" umfasst neben dem NC-Programm sämtliche Technologiedaten, die aus dem NC-Programm in externe Datenspeicher ausgelagert sind. In diesem oder einem zusätzlichen Datenspeicher 15 können über die NCU-Baugruppe 9 auch Sensordaten der Werkzeugmaschinensensoren la, ... In eingelesen und abgelegt werden. Außerdem können weitere Anwendungen, wie bspw. ein Konstruktionssystem, ein Programmiersystem oder ein kombiniertes Konstruktions- und Programmiersystem, auf dem Steuerungscomputer 4 installiert sein.
An der Herstellung eines Bauteils auf der Werkzeugmaschine 1 sind ein Konstrukteur, ein Programmierer und ein Maschinenbediener mit Tätigkeiten beteiligt, die zum Teil in Personalunion von einer oder zwei Personen ausgeübt werden können . Die Konstruktion des Bauteils erfolgt mit Hilfe eines Konstruktions- Systems 16 (CAD-System) oder eines kombinierten Konstruktions- und Programmiersystems 17 (CAD-/CA -System), wobei die Abkürzungen CAD und CAM für Computer Aided Design und Computer Aided Manufacturing stehen.
Fertige Konstruktionszeichnungen werden auf einer dafür in einem Netzwerk 18 vorgesehenen gemeinsamen CAD-Datenablage 19 abgelegt, auf welche die Programmierer bei Bedarf zugreifen können.
Die Werkzeugmaschine 1 wird über Steuerprogramme gesteuert, die mit Hilfe eines Programmiersystems oder manuell an der Bedieneinrichtung 5 des MMC- Bediensystems 3 erstellt werden . Programmiersysteme kennen grundlegende und spezielle NC-Funktionen und wissen, welche Technologiedaten benötigt werden und welche Regeln für die Bearbeitung gelten . Damit können sie die Bearbeitung automatisch definieren und ein Steuerprogramm generieren . Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind neben dem kombinierten Konstruktions- und Programmiersystem 17 ein weiteres kombiniertes Konstrukti- ons- und Programmiersystem 20 auf dem Steuerungscomputer 4 und ein Programmiersystem 21 (CAM-System) im Netzwerk 18 installiert. Die Programmier- Systeme 17, 20, 21 sind mit einer CAM-Datenablage 22 verbunden, auf die die Programmierer und Maschinenbediener zugreifen können. Der Programmierer legt die fertigen Steuerprogramme in der CAM-Datenablage 22 ab. Der Maschinenbediener kann auf die CAM-Datenablage 22 zugreifen und die Steuerprogramme aus der CAM-Datenablage 22 in die Programmverwaltung 14 des Steue- rungscomputers 4 importieren.
Bei der Programmierung legt der Programmierer fest, wie ein Bauteil bearbeitet wird. Er bestimmt, welche Werkzeuge eingesetzt werden, in welcher Reihenfolge die Bearbeitung erfolgt, und welche Prozessparameter bspw. für die Laserleis- tung und Vorschubgeschwindigkeit gelten. Die Programmiersysteme 17, 20, 22 unterstützen den Programmierer dabei, geeignete Prozessparameter und Bearbeitungsstrategien für seine Bearbeitungsaufgabe zu finden. Die Informationen über geeignete Prozessparameter und Bearbeitungsstrategien sind in sogenannten Technologietabellen und Regelwerken enthalten, die den Datenspeicher 15 definieren.
In einer Technologietabelle sind in Abhängigkeit von der Materialart, der Materialdicke und dem Bearbeitungsverfahren geeignete Prozessparameter für alle relevanten Größen hinterlegt, die eine prozesssichere Bearbeitung ermöglichen. Bei Bedarf werden Technologietabellen in Abhängigkeit weiterer Parameter definiert. Dazu gehört beim Laserschneiden bspw. die Konturgröße, die in klein, mittel und groß unterschieden wird, und der Maschinentyp, auf dem die Bearbeitung erfolgen soll. Bei Technologietabellen wird zwischen allgemeinen, in der Regel schreibgeschützten Technologietabellen des Maschinenherstellers und kundenspezifischen Technologietabellen unterschieden. Allgemeine Technologietabellen werden vom Maschinenhersteller mit großem Aufwand ermittelt und zusammen mit der numerischen Steuerungsvorrichtung 2 der Werkzeugmaschine 1 an die Kunden ausge- liefert. Kundenspezifische Technologietabellen können von einem Programmierer oder Maschinenbediener angelegt und verändert werden. In kundenspezifischen Technologietabellen sind an die Bearbeitungsaufgaben eines speziellen Kunden angepasste Prozessparameter gespeichert. Die in den allgemeinen Technologie- tabellen gespeicherten Prozessparameter werden im Rahmen dieser Anmeldung als "standardmäßige Prozessparameter" bezeichnet.
Um die standardmäßigen Prozessparameter zu ermitteln, führen Maschinenhersteller unzählige Parametervariationen durch und bewerten die Bearbeitungser- gebnisse. Die Entscheidung, welche Prozessparameter in der Technologietabelle gespeichert werden, hängt unter anderem von den Randbedingungen ab. Soll eine Bearbeitung mit höchstmöglicher Bearbeitungsqualität durchgeführt werden, ergeben sich andere Prozessparameter als bei einer Bearbeitung mit schnellstmöglicher Geschwindigkeit. Die Prozessparameter, die ein Maschinenhersteller in allgemeinen Technologietabellen angibt, stellen in der Regel einen Kompromiss verschiedener Randbedingungen, wie Qualität, Prozesssicherheit und Geschwindigkeit, dar. Dabei wissen der Programmierer und der Maschinenbediener in der Regel nicht, unter welchen Randbedingungen der Maschinenhersteller die Prozessparameter der allgemeinen Technologietabellen ermittelt hat.
Die Eigenschaften des verwendeten Materials haben wesentlichen Einfluss auf die Prozesssicherheit des Bearbeitungsprozesses und die Qualität des Bearbeitungsergebnisses. Dies kann dazu führen, dass Prozessparameter, die bei einem bestimmten Material zufriedenstellende Bearbeitungsergebnisse geliefert haben, nach einem Wechsel des Materiallieferanten oder bei einer anderen Materialcharge unzufriedenstellende Bearbeitungsergebnisse liefern, so dass eine Anpassung der Prozessparameter erforderlich wird.
Insbesondere um einen Bediener bei einer solchen Anpassung zu unterstützen, ist ein Dialogsystem (auch als„Technologieassistent" bezeichnet) 23 zur Untersuchung eines auf der Werkzeugmaschine 1 durchgeführten Bearbeitungsprozesses vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Dialogsystem 23 Teil der Steuerungsvorrichtung 2. Als Ein-/Ausgabemittel des Dialogsystems 23 dient daher die Bedieneinrichtung 5 der Steuerungsvorrichtung 2 mit dem Bildschirm 6 als Anzeigeeinheit und der Eingabeeinheit 7. Als zentrale Recheneinheit des Dialogsystems 23 dient die zentrale Recheneinheit des Steuerungscomputers 4, auf welcher Kodierungsmittel 24 betrieben werden, durch welche sich das Dialogsystem 23 ausbildet.
Beispielsweise können die Kodierungsmittel 24 zum Implementieren des Dialogsystems 23 in der Steuerungsvorrichtung 2 als Softwaremodul auf dem Steuerungscomputer 4 installiert sein oder von vornherein Teil der Bediensoftware 12 sein. Alternativ können die Kodierungsmittel 24 auf einer gesonderten Baugruppe oder einem gesonderten Einschub des Steuerungscomputers 4 gespeichert sein. Es ist aber auch denkbar, dass das Dialogsystem 23 als Teil eines der Programmiersysteme 17, 20, 21 betrieben wird. Schließlich kann das Dialogsystem 23 auch als eigenständiges System auf einer separaten Datenverarbeitungsanlage betrieben werden.
Fig. 2 zeigt den softwareseitigen Aufbau des Dialogsystems 23. Demnach weist das Dialogsystem 23 ein Vorschlag-Modul 25, ein Datenbank-Modul 26 und ein Maskengenerator-Modul 27 auf. Zusätzlich können weitere, nicht gezeigte Module für unterschiedlichste Zwecke vorgesehen sein.
Das zentrale Modul des Dialogsystems 23 ist das Vorschlags-Modul 25, welches unter Zugriff auf hinterlegtes Expertenwissen zumindest einen Vorschlag zum Verbessern eines von einem Bediener mittels der Eingabeeinheit 7 vorgegebenen Qualitätsmerkmals ermitteln kann. Zum Ermitteln eines Vorschlags liest das Vor- schlags-Modul 25 im Bedarfsfall durch die Werkzeugmaschinensensorik (la, ...In) ermittelte Daten ein. Die Sensor-Daten umfassen Messwerte der Sensoren ( la, ...In) oder auch Daten, die auf weitergehende Auswertung der Sensor-Messwerte basieren. Zum Einlesen der Sensor-Daten kann das Dialogsystem 23 zum einen direkt mit Sensoren (la, ...In) über Datenleitungen 28 kommunizieren (Figur 1). Zum anderen kann das Dialogsystem 23 aber auch auf Speichermittel, hier den Datenspeicher 15, zugreifen, in welchen Daten der Sensoren (la, ...In) abgespeichert sind, die insbesondere bei dem zu untersuchenden Bearbeitungsprozess ermittelt wurden. Alternativ oder ergänzend ist es auch denkbar, dass das Dialogsystem 23 die Sensor-Daten indirekt über eine NCU-Datenleitung einlesen kann.
Außerdem kann das Dialogsystem 23 zum Ermitteln eines Verbesserungs- Vorschlages im Bedarfsfall Bedienereingaben anfordern und gemeinsam mit den durch die Werkzeugmaschinensensorik (la, ... In) ermittelten Daten verarbeiten. Schließlich ist das Dialogsystem 23 in der Lage zur Informationsbeschaffung bestimmte Sensor-Messungen oder einen bestimmten Bearbeitungsprozess zu initiieren.
Das Vorschlags-Modul 25 arbeitet bei der Vorschlagsfindung einen implementierten Algorithmus ab, der insbesondere den Zugriff auf das hinterlegte Expertenwissen bestimmt. Das Expertenwissen, auf welches das Dialogsystem 23 zugreifen kann, ist in einem oder mehreren über das Netzwerk 18 verteilten Speicher- mittein hinterlegt. Zu dem Expertenwissen zählen z. B. auch die Technologietabellen.
Vor allem weist das Expertenwissen aber eine XML-Datenbank auf, welche eine Vielzahl von einzelnen Datenelementen umfasst. Die Datenelemente definieren eine baumartige Datenstruktur mit hierarchischen Entscheidungsknoten, wobei ein Entscheidungsknoten jeweils von einem Entscheidungsknoten-Datenelement definiert ist.
Im Einzelnen sind in einem Entscheidungsknoten-Datenelement zumindest eine Frage bzw. ein Entscheidungskriterium zur Entscheidung zwischen zumindest zwei verschiedenen Verweisen zu weiteren Entscheidungs-Datenelementen hinterlegt, welche wiederum jeweils einen Entscheidungsknoten mit Verweisen definieren usw. Außerdem enthält die Datenbank Datenelemente die Verbesserungs- Vorschläge definieren. Wenn das Vorschlags-Modul auf ein Datenelement mit ei- nem Verbesserungs-Vorschlag verwiesen wird, ist die Vorschlagsfindung beendet. Das Dialogsystem kann den Vorschlag an den Bediener ausgeben, ihn bei der Optimierung bzw. Problembehebung führen oder selbst automatisch Anpassungen usw. in die Wege leiten. Es sind Entscheidungsknoten mit verschiedenen Arten von Fragen bzw. Entscheidungskriterien vorgesehen. So sind einige Entscheidungsknoten derart definiert, dass das Vorschlags-Modul 25 an dem Entscheidungsknoten eine Entscheidung anhand durch die Werkzeugmaschinensensorik (la, ...In) ermittelter Daten trifft (Sensor-Daten-Entscheidungsknoten). Andere Entscheidungsknoten sind derart definiert, dass das Vorschlags-Modul an dem Entscheidungsknoten eine Entscheidung anhand einer Bedienereingabe (Bedienereingabe-Entscheidungsknoten) oder anhand von Daten aus einem Steuerprogramm des durchgeführten Bearbeitungsprozesses (Steuerprogramm-Daten-Entscheidungsknoten) trifft. Insbesondere sind auf diese Weise Pfade zum Ermitteln eines Vorschlages definiert, welche einen Sensorik-Daten-Entscheidungsknoten, einen Bedienereingabe-Entscheidungsknoten und/oder einen Steuerprogramm-Daten-Entscheidungsknoten aufweisen. Das Vorschlags-Modul wird bei der Abarbeitung eines Sensor-Daten- Entscheidungsknotens veranlasst, Sensor-Daten einzulesen und anhand der Sensor-Daten einen Verweis auf ein im Entscheidungspfad folgendes Datenelement zu bestimmen. Entsprechendes gilt bei Steuerprogramm-Daten- Entscheidungsknoten.
Im Falle von Bedienereingabe-Entscheidungsknoten wird durch das Vorschlags- Modul eine Eingabeaufforderung veranlasst. Zu diesem Zweck ist das Maskengenerator-Modul 27 vorgesehen, welches einen Maskengenerator ausbildet, der Masken zur Eingabeaufforderung erzeugen kann. Außerdem kann der Maskenge- nerator im Bedarfsfall auch Masken zur Ausgabe von ermittelten Verbesserungs- Vorschlägen oder allgemein zur Information und Unterstützung des Bedieners erzeugen.
Seitens des Maskengenerators ist nicht für jede einzelne mögliche Anzeige eine individuelle Maske hinterlegt. Vielmehr sind einige wenige Maskenvoriagen definiert, die lediglich mit Informationen aus dem gerade in Bearbeitung befindlichen Datenelement aufgefüllt werden müssen. Die Implementierung eines solchen Maskengenerators hat vor allem Vorteile, wenn das Dialogsystem 23 als lernen- des System ausgebildet ist, d. h. das Expertenwissen z. B. durch einen Bediener änderbar ist.
Im Falle des gezeigten Dialogsystems 23 dient zum Ändern des in der Datenbank hinterlegten Expertenwissens das Datenbank-Modul 26, welches nach Art einer üblichen Datenbank-Verwaltungssoftware ausgebildet ist. Mittels des Datenbank- Moduls 26 können Datenelemente ergänzt bzw. eingefügt werden, im Speziellen können folglich weitere Entscheidungsknoten oder auch Vorschläge von einem Bediener eingebracht werden.
Außerdem koordiniert das Datenbank-Modul 26 auch allgemein den Zugriff des Vorschlags-Moduls 25 auf die Datenbank, so dass bewährte Datenbanktechniken zum Einsatz kommen können. So ist z. B. das in der Datenbank abgespeicherte Expertenwissen verschlüsselt und somit kein freier Zugriff auf das Expertenwis- sen möglich. Da die baumartige Datenstruktur bzw. der Entscheidungsbaum ein umfangreiches Expertenwissen über Bearbeitungsprozesse enthält, ist es sinnvoll diese Daten durch geeignete Maßnahmen zu verschlüsseln und so dieses Expertenwissen gegen unerwünschten Zugriff zu schützen. Zugriff erhalten daher nur die Komponenten der Werkzeugmaschine 1, die diesen benötigen, insbesondere nur das Dialogsystem 23 über das Datenbank-Modul 26.
Beispiele für Qualitätsmerkmale eines Bearbeitungsprozesses, die der Bediener dem Dialogsystem 23 zur Verbesserung vorgeben kann, sind unter anderem die Schnittkantenqualität bei Lasermaschinen, die u.a. durch Gratbildung und Rich- tung des Grats, Riefenbildung oder Verfärbungen an der Schnittkante bewertet werden kann, und die Kratzerbildung auf Blechen oder Rohren an Rohrbearbeitungsmaschinen, Stanzmaschinen oder Stanz-/Laserkombinationsmaschinen, a- ber auch unerwünschte Verformungen eines Werkstücks, z. B. auf Grund von Kollisionen der Werkzeugmaschine 1 mit dem Werkstück. Solche Kollisionen kön- nen beispielsweise an Biegemaschinen zwischen einem gebogenen Werkstückteil und einem Werkzeug oder einer Werkzeughalterung auftreten oder zwischen einem Stanz- oder Laserkopf der Werkzeugmaschine 1 und Werkstück-Blechen mit Umformungen bzw. Werkstück-Blechen oder Rohren mit lasergeschnittenen Tei- len, wenn das ausgeschnittene Teil nicht ordnungsgemäß aus dem Rohr oder Blech heraus fällt.
Wenn durch einen Bediener beispielsweise festgestellt wird, dass die Schnittqua- lität eines Laserschnittes unzureichend ist, startet der Bediener das Dialogsystem 23. In einem ersten Schritt erfolgt durch den Bediener über die Eingabeeinheit 7 die Vorgabe des Qualitätsmerkmals„Schnittqualität", z. B. durch Auswahl dieses Qualitätsmerkmals auf einer vom Dialogsystem 23 angebotenen Liste an Qualitätsmerkmalen. Daraufhin greift das Vorschlags-Modul 25 des Dialogsystems 23 auf das entsprechende Datenelement der XML-Datenbank zur Verbesserung der Schnittqualität zu.
Im Weiteren werden nun zunächst die Mängel der Schnittqualität konkretisiert. Je nach Werkzeugmaschine 1 könnte das anstehende Datenelement z. B. eine erste Verarbeitungsanweisung aufweisen, wonach das Auslesen eines Sensors (la, ... In) der Werkzeugmaschine 1, wie z.B. das Auslesen der Aufnahmen einer CCD-Kamera veranlasst wird, um die Attribute des Datenelements mit den benötigten Zusatzinformationen zu füllen. Alternativ oder ergänzend kann eine Bedie- nereingabemaske erzeugt werden, um eine benötigte Bedienereingabe zu veran- lassen.
Dem Element in diesem Beispiel könnten die beiden folgenden, zu füllende Attribute zugeordnet sein : 1. Gratbildung nach oben (ja/nein) und 2. Gratbildung nach unten (ja/nein). Wenn diese beiden Attribute des Elements durch Bediener- eingäbe oder Auslesen von Sensoren (la, ... In) gefüllt sind, wird durch eine weitere Verarbeitungsanweisung auf ein weiteres Datenelement verwiesen. Es ist ein nachfolgendes Datenelement denkbar, in dem die Gratbildung durch weitere Attribute genauer beschrieben wird, wie z.B. Höhe des Grats, durchgängig oder nur vereinzelt gebildeter Grat etc. oder, wenn es zu keiner Gratbildung gekommen ist, zu einem Element, dessen Attribute mit Informationen bzgl. Verfärbungen oder Riefenbildung bei der Laserbearbeitung gefüllt werden. Das Dialogsystem 23 dient folglich zur geführten Unterstützung des Bedieners bei der Problemschreibung. Nach Abarbeitungen mehrerer Datenelemente, welche hierarchische Entscheidungsknoten definieren, gelangt das Vorschlags-Modul schließlich zu einem Datenelement mit einem Verbesserungs-Vorschlag. Der Verbesserungs-Vorschlag wird z. B. ausgegeben oder automatisch umgesetzt. Beispielsweise kann eine au- tomatische oder eine Bediener geführte Fokuslagen-Anpassung für den nachfolgenden Bearbeitungsprozess vorgenommen werden.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Untersuchen eines auf einer Werkzeugmaschine 1 durchgeführten Bearbeitungs- prozesses durch das Dialogsystem 23.
In einem Schritt Sl öffnet der Bediener auf der MMC-Bedieneinheit 3 eine Eingabemaske um ein oder mehrere von ihm festgestellte, zu verbessernde Qualitätsmerkmale einzugeben. Anschließend werden in einem Schritt S2 die für die Un- tersuchung und anschließende Optimierung der in Sl eingegebenen Qualitätsmerkmale relevanten Daten aus der Werkzeugmaschinensensorik la, ... In in das Dialogsystem 23 eingelesen. In einem Schritt S3 werden die bislang eingegebenen Daten des Bedieners und der Werkzeugmaschinensensorik la, ... In verarbeitet und mit bekannten Ursachen für Mängel bzw. mit bekannten Optimie- rungsmöglichkeiten des zu verbessernden Qualitätsmerkmals aus dem Expertenwissen verglichen. In einem Schritt S4 wird geprüft, ob weitere Eingaben des Bedieners zur Untersuchung oder Optimierung des Bearbeitungsprozesses notwendig oder hilfreich sind. Sollte dies der Fall sein und der Bediener der weiteren Informationseingabe zustimmen (J in S4), werden in einem Schritt S5 die weiteren Bedienereingaben eingelesen. Anderenfalls (N in S4) wird in einem Schritt S6 geprüft, ob weitere Informationen von der Werkzeugmaschinensensorik la, ... In eingelesen oder mittels einer Testbearbeitung erzeugt werden müssen, um den Bearbeitungspro- zess zu untersuchen bzw. zu optimieren. Sollte dies der Fall sein und der Bediener zustimmen (J in S6), werden in einem Schritt S7 die Daten aus der Werkzeugmaschinensensorik la, ... In in das Dialogsystem 23 eingelesen, gegebenenfalls im Rahmen einer Testbearbeitung. Wenn keine weiteren Daten aus der Werkzeugmaschinensensorik la, ... In eingelesen werden (N in S6), werden in einem Schritt S8 Möglichkeiten zur Verbesserung des Bearbeitungsprozesses vorgeschlagen oder automatisch umgesetzt, womit das erfindungsgemäße Verfahren endet. Es versteht sich, dass die als generischer Entscheidungsbaum ausgeführte Datenstruktur auch in anderen Erfindungen zum Einsatz kommen kann. Insbesondere ist ein System zur Prozessüberwachung denkbar, welches durch das Auslesen von Werkzeugmaschinensensoren la, ... In beispielsweise feststellen kann, dass Störungen auftreten bzw. Qualitätsmerkmale mangelhaft sind. Automatisch, d. h. ohne Bedienervorgabe, ermittelt das System zur Prozessüberwachung unter Zugriff auf die Datenstruktur mit hierarchischen Entscheidungsknoten, welche insbesondere in einer Datenbank hinterlegt ist, die analog zu der Datenbank des Dialogsystems 23 aufgebaut ist, zumindest eine Möglichkeit, um die Störung bzw. den Mangel bei einem nachfolgenden Bearbeitungsprozess zu eliminieren.
Fig. 4a zeigt ein Testschnittblech 40 mit fünf, jeweils mit unterschiedlichen Schneidparametern PI bis P5 lasergeschnittenen Schnittkanten 41± bis 415, und Fig. 4b zeigt Fotos Bi bis B5 der dabei aufgrund unterschiedlicher Gratbildung unterschiedlichen Schnittkanten 41t bis 415, bei denen als Schneidparameter je- weils die Fokuslage des Laserstrahls relativ zur Blechoberseite variiert wurde und -4 mm, -5 mm, -6 mm, -7 mm und -11 mm betrug.
Zur Optimierung der Schneidparameter ohne Expertenwissen vor Ort wird wie in Fig. 5 gezeigt vorgegangen.
An der hier als Laserschneidmaschine ausgebildeten Werkzeugmaschine 1 wird das in Fig. 4 gezeigte Testschnittblech 40 mit seinen unterschiedlichen Schnittkanten 41χ bis 415 entsprechend den unterschiedlichen Schneidparametern PI bis P5 geschnitten. Die Schnittkanten 41i bis 415 des Testschnittblechs 40 werden mit einer Kamera 50 mit ausreichend hoher Bildqualität aus unterschiedli- chen Blickwinkeln fotografiert (Fig. 5a).
Die zugehörigen Schneidparameter PI bis P5 (also die unterschiedlichen Fokuslagen) sowie die Materialeigenschaften (also z.B. Edelstahl mit Blechdicke 8 mm) werden den Bildern Bi bis B5 der Schnittkanten 41i bis 415 vom Maschinenbe- dienrechner 51 als Metadaten angefügt (Fig. 5b). Die Bilder Bi bis B5 der Schnittkanten 411 bis 415 samt den zugehörigen Metadaten werden vom Maschinenbedienrechner 51 über eine Telepräsenzschnittstelle 52 über eine gesicherte Internetverbindung 53 mit einer speziellen Servicekennung (ID Cause) zu einem Telepräsenzportal 54 des Werkzeugmaschinenherstel- lers übertragen (Fig. 5c) .
Über die spezielle Servicekennung wird im Telepräsenzportal 54 erkannt, dass es sich um eine Anfrage nach einer Schneidparameteroptimierung handelt. Das Telepräsenzportal 54 prüft, ob eine Autorisierung für die Nutzung der Schneidparameteroptimierung vorliegt und gewährt diese gegebenenfalls. Danach werden die Bilder Bx bis B5 der Schnittkanten 41i bis 415 samt den zugehörigen Metadaten an ein in das Telepräsenzportal 54 eingebundenes Dialogsystem (Technologieassistent) 23 übertragen (Fig. 5d) . Das Dialogsystem 23 bildet zusammen mit seinem Vorschlag-Modul 25 und seiner Datenbank 26 ein zentrales Expertensystem des Werkzeugmaschinenherstellers.
Das Experten- bzw. Dialogsystem 23 ermittelt aus den jeweiligen Bildern Bi bis B5 der Schnittkanten 41i bis 415 und den zugehörigen Metadaten den optimalen. Schneidparameter Popt oder gegebenenfalls weitere Schneidparameter für ein weiteres Testschnittblech. Dies kann durch Regelwerke, Datenbanken sowie Bildanalyse durch einen Menschen an einem Bildschirmarbeitsplatz 55 erfolgen. Das Experten- bzw. Dialogsystem 23 sendet den ermittelten optimalen Schneidparameter Popt bzw. die ermittelten weiteren Schneidparameter über das Telepräsenzportal 54 und über die gesicherte Internetverbindung 53 an die Telepräsenzschnittstelle 52 und zurück an den Maschinenbedienrechner 51 (Fig. 5e). Am Maschinenbedienrechner 51 kann der Maschinenbediener nun den ermittelten op- timalen Schneidparameter Popt übernehmen oder ein weiteres Testschnittblech herstellen.
Durch diese„Online Schneidparameteroptimierung" können die Schneidparameter der Laserschneidmaschine ohne Expertenwissen vor Ort optimiert werden . Dies funktioniert auch mit Materialien mit schwankender Qualität sowie mit bisher nicht erfassten Materialien . Die übermittelten Schneidparameter samt zugehörigen Material- und Bearbeitungsdaten können zentral im Expertensystem gespeichert und zur weiteren Verbesserung des Expertensystems genutzt werden. Dem Maschinenbetreiber steht über das zentrale Expertensystem immer das neueste Wissen des Werkzeugmaschinenherstellers zur Verfügung. Das beschriebene Verfahren kann auch für andere Schneidtechnologien (z.B. Wasserstrahlschneiden) angewandt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Dialogsystem (23) zur Untersuchung eines auf einer Werkzeugmaschine (1) durchgeführten Bearbeitungsprozesses, um einen Vorschlag zum Verbessern zumindest eines Qualitätsmerkmales eines nachfolgenden Bearbeitungsprozesses zu ermitteln, wobei das Dialogsystem (23) Eingabemittel (7) aufweist, mittels derer ein Bediener das zu verbessernde Qualitätsmerkmal vorgeben kann, und wobei das Dialogsystem (23) ein Vorschlags-Modul (25) aufweist, welches unter Zugriff auf hinterlegtes Expertenwissen zumindest einen Vorschlag zum Verbessern des Qualitätsmerkmals ermitteln kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vorschlags-Modul (25) ausgebildet ist, zum Ermitteln eines Vorschlags durch eine Werkzeugmaschinensensorik (la, ...In) ermittelte Daten und/oder Bilddaten (Bi, B5) eines bearbeiteten Werkstücks (40) samt zugehörigen Material- und Bearbeitungsdaten (P1; P5) einzulesen.
2. Dialogsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dialogsystem (23) ausgebildet ist, zusätzlich zur Vorgabe des zu verbessernden Qualitätsmerkmals im Bedarfsfall weitere Bedienereingaben anzufordern und diese gemeinsam mit den durch die Werkzeugmaschinensensorik (la, ... In) ermittelten Daten und/oder mit den Bilddaten (Bi, B5) des bearbeiteten Werkstücks (40) samt zugehörigen Material- und Bearbeitungsdaten (Pi, P5) zum Ermitteln des Vorschlages zu verarbeiten.
3. Dialogsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dialogsystem (23) ausgebildet ist, einen Bearbei- tungsprozess und/oder eine Messung durch die Werkzeugmaschinensensorik (la, ... In) zu initiieren.
4. Dialogsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dialogsystem (23) einen Maskengenerator (27) aufweist, der insbesondere Masken zur Eingabeaufforderung und/oder zur Ausgabe von ermittelten Vorschlägen erzeugen kann.
5. Dialogsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hinterlegte Expertenwissen eine bau martige Datenstruktur mit hierarchischen Entscheidungsknoten aufweist, auf die das Vorschlags-Modul (25) zum Ermitteln eines Vorschlages zugreifen kann .
6. Dialogsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hinterlegte Expertenwissen eine Datenbank, insbesondere eine XML-Datenbank, umfasst, welche eine Vielzahl von einzelnen Datenelementen aufweist, die Entscheidungsknoten definieren .
7. Dialogsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hinterlegte Expertenwissen von einem Bediener änderbar ist, insbesondere weitere Entscheidungsknoten von einem Bediener ergänzt bzw. eingefügt werden können .
8. Dialogsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Entscheidungsknoten derart definiert ist, dass das Vorschlags-Modul (25) an dem Entscheidungsknoten eine Entscheid ung zumindest anhand durch die Werkzeugmaschinensensorik ( la , ... In ) ermittelter Daten und/oder anhand der Bilddaten (Bi, B5) des bearbeiteten Werkstücks (40) samt zugehörigen Material - und Bearbeitungsdaten (P-L,
P5) trifft (Sensorik/Werkstück-Daten-Entscheidungsknoten) .
9. Dialogsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Entscheidungsknoten derart definiert ist, dass das Vorschlags-Modul (25) an dem Entscheidungsknoten eine Entscheidung zumindest anhand einer Bedienereingabe trifft ( Bedienereingabe- Entscheidungsknoten) .
10. Dia logsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch geken nzeichnet, dass zumindest ein Entscheidungsknoten derart definiert ist, dass das Vorschlags-Modul (25) a n dem Entscheidungsknoten eine Entscheidung zumindest anhand von Daten aus einem Steuerprogramm des durchgeführ- ten Bearbeitungsprozesses trifft (Steuerprogramm-Daten- Entscheidungsknoten).
11. Dialogsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeich- net, dass das hinterlegte Expertenwissen eine baumartige Datenstruktur aufweist, die zumindest einen Pfad zum Ermitteln eines Vorschlages definiert, welcher zumindest einen Sensorik-/Werkstück-Daten- Entscheidungsknoten, zumindest einen Bedienereingabe-Entscheidungsknoten und/oder zumindest einen Bearbeitungsprogramm-Daten- Entscheidungsknoten aufweist.
12. Dialogsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Expertenwissen in einer zentralen Datenbank (26), die in ein Telepräsenzportal (54) eingebunden ist, gespeichert ist.
13. Steuereinheit (2) einer Werkzeugmaschine (1), welche ein Dialogsystem (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
14. Steuereinheit (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) derart ausgebildet ist, dass anhand eines mittels des
Dialogsystems (23) ermittelten Vorschlages für einen nachfolgenden Bear- beitungsprozess eine automatische Anpassung zumindest eines Steu- erprogrammes eines nachfolgenden Bearbeitungsprozesses vorgenommen werden kann.
15. Computerprogrammprodukt, welches Kodierungsmittel (24) aufweist, die zum Ausbilden eines Dialogsystems (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 angepasst sind, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Datenverarbeitungsanlage (4) betrieben wird.
16. Verfahren zur Untersuchung eines auf einer Werkzeugmaschine (1) durchgeführten Bearbeitungsprozesses, um einen Vorschlag zum Verbessern zumindest eines Qualitätsmerkmales eines nachfolgenden Bearbeitungsprozesses zu ermitteln, bei welchem ein Bediener einem Dialogsystem (23) ein Qualitätsmerkmal vorgibt, woraufhin das Dialogsystem (23) mit- tels hinterlegten Expertenwissens zumindest einen Vorschlag zum Verbessern des Qualitätsmerkmals ermittelt,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Dialogsystem (23) zum Ermitteln des Vorschlages durch die Werkzeugmaschinensensorik ( la, ...In) ermittelte Daten und/oder Bilddaten (Bi, B5) eines bearbeiteten Werkstücks (40) samt zugehörigen Material- und Bearbeitungsdaten (Pi, P5) einliest.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Werkzeugmaschinensensorik (la, ...In) ermittelten Daten und/oder die Bilddaten (Bi, B5) samt zugehörigen Material- und Bearbeitungsdaten (Pi, P5), insbesondere über ein Telepräsenzportal (54), an ein zentrales Dialogsystem (23) übertragen werden.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bild (Βχ, B5) einer Schnittkante (41i bis 415) des bearbeiteten Werkstücks (40) aufgenommen und zusammen mit den zugehörigen Material- und Schneidparameterdaten (Pi, P5) des bearbeiteten Werkstücks (40) an das Dialogsystem (23) übertragen wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Bilder (Bi, B5) mehrerer jeweils mit unterschiedlichen Schneidparameterdaten (Ρ1; P5) geschnittenen Schnittkanten (41i bis 415) des bearbeiteten Werkstücks (40) aufgenommen und zusammen mit den zugehörigen Material- und Schneidparameterdaten (Px, P5) des bearbeiteten Werkstücks (40) an das Dialogsystem (23) übertragen werden.
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