System und Verfahren zur automatisierten Ver- und/oder Bearbeitung von Werkstücken
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein System sowie ein Verfahren zur automatisierten Be- und/oder Verarbeitung von Werkstücken, wobei mittels wenigstens einer Handhabungsvorrichtung, insbesondere ein Roboter und/oder ein industriell einsetzbarer Roboter, automatisiert ein vorgebbarer Be- und/oder Verarbeitungsprozess wenigstens eines Werkstückes durchführbar ist.
Roboter übernehmen im Rahmen industrieller Fertigung mehr und mehr Aufgaben und Funktionen. Dabei werden in verstärktem Maße Roboter eingesetzt, um Komponenten an einem vorbestimmten Ort zu positionieren und/oder zusammenzufügen, also zu Montagezwecken, aber auch zunehmend zur Bearbeitung von Werkstücken, wie beispielsweise zum Lackieren, Schleifen, Laserschneiden, Polieren, Bohren, Fräsen, udgl., wobei demgemäße Werkzeug-Roboter mit den entsprechenden Bearbeitungswerkzeugen, wie beispielsweise Schweißköpfen, Lackier-Düsen oder Laserschneidvorrichtungen ausgestattet sind. Dabei führen die Roboter mit den gegebenen Achsen vorprogrammierte Bewegungen durch. Um, insbesondere in der Oberflächenbearbeitung eine zumindest gleichmäßige Bearbeitungsgualität zu erreichen ist es erforderlich die Anpresskräfte wischen zu bearbeitendem Werkstück und dem zur Bearbeitung eingesetztem Werkzeug zu stabilisieren und/oder kontrollieren. Dazu werden in der Industrie herkömmlich unterschiedliche System
eingesetzt. So kann beispielsweise beim Schleifen eines Werkstückes mittels Druckluft ein vorbestimmter Anpressdruck vom Schleifwerkzeug auf das zu schleifende Werkstück beaufschlagt werden, um einen ständigen Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug beim Bearbeitungs- beziehungsweise Fertigungsprozess sicherzustellen und einen Kontaktverlust und damit Einbußen bzw. Einbrüche in der Schleifqualität zu vermeiden. Weitere Systeme umfassen beispielsweise eine mechanische Federung, eine Federung mittels Gummiklötze, eine elektromagnetische Federung mit im Wesentlichen vergleichbaren Funktionsweisen und/oder ähnlichen Wirkprinzipien. Nachteile erlauben bekannte Systeme und/oder Verfahren bislang nicht, insbesondere bei der Verwendung von Druckluft, die beaufschlagten Anpresskräfte hinreichend genau und/oder schnell zu regeln und/oder anzupassen, so dass eine vorbestimmbare oder voreinstellbare Bearbeitungskraft beziehungsweise Anpresskraft während des Bearbeitungsprozesses bislang nicht auf einen Konstantwert regelbar ist.
Insbesondere bei Druckluft ist dies zumindest anteilig auf deren Kompressibilität zurückzuführen, da dadurch ein den volumen- und geschwindigkeitskonstanter Luftstrom nicht sichergestellt werden kann. Weitere Einschränkungen erfahren die bekannten Systeme insbesondere auch durch physikalische Gesetzmäßigkeiten in der Prozessbearbeitung. So sind bei Verwendung von Druckluft die erreichbaren Anpresskräfte begrenzt durch die Leistungsfähigkeit der Druckversorgung (Leitungsnetz und Kompressor). Bei Verwendung elektrischer Systeme beispielsweise beim Einsatz von Elektromagneten werden vergleichsweise hohe Ströme und/oder Spannungen benötigt, um die vorhandenen Widerstände zu überwinden und die erforderlichen Feldstärken zu generieren. Auch die elektromagnetische Verträglichkeit der übrigen Prozesskomponenten spielt dabei eine Rolle. Weiterhin werden die beaufschlagbaren Anpresskräfte auch durch die Bauform, Bauart und die spezifischen Materialeigenschaften der eingesetzten Werkzeuge sowie der zu bearbeitenden Werkstücke begrenzt, wobei es lokal zu erheblichen Unterschieden kommen kann, beispielsweise beim Übergang von einem dickwandigen zu einem dünnwandigen Bereich des Werkstückes und/oder bei der Verwendung unterschiedlicher Materialien mit unterschiedlichen spezifischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Oberflächenhärte. Auch kann bei einem demgemäß vergleichsweise aufwendigen Prozessaufbau die bauartbedingte Flexibilität der Handhabungsgeräte drastisch
eingeschränkt sein, wobei sich bei den Werkzeugen eingeschränkte Ausgleichsmechanismen durch Hubbeschränkungen ergeben können. Dies kann wiederum zur Folge haben, dass eine variierende Maßhaltigkeit der Bauteile nicht durch automatisierte Systeme ausgleichbar ist. Eine weitere Korrektur beziehungsweise Anpassung der beaufschlagten Anpresskräfte kann beispielsweise auch bei einem auftretendem Werkzeugverschleiß erforderlich werden. Auch eine derartige automatisierte Anpassung ist mit bekannten Systemen und Verfahren bislang nicht hinreichend möglich, so dass die zu Grunde liegenden Bearbeitungsprozesse oftmals nur manuell umgesetzt werden können, was letztlich dazu führt, dass naturgegeben Abweichungen und/oder Unterschiede in der Bearbeitung auftreten und jedes bearbeitete Bauteil den Charakter eines Unikates erhält.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine verbesserte Möglichkeit zur Erreichung einer reproduzierbaren und/oder gleichmäßigen Bearbeitungsqualität bei der automatisierten Bearbeitung, insbesondere bei der Oberflächenbearbeitung, eines Werkstückes, insbesondere auch bei variierenden Umgebungsbedingungen, anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein System zur automatisierten Be- und/oder Verarbeitung von Werkstücken mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systems sowie ein entsprechendes Verfahren zur Be- und/oder Verarbeitung von Werkstücken sind in weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Das erfindungsgemäße System zur automatisierten Be- und/oder Verarbeitung von Werkstücken weist wenigstens eine Handhabungsvorrichtung, insbesondere einen Roboter oder Industrieroboter, mit wenigstens einer Messanordnung zur Erfassung wenigstens einer Regelgröße auf, wobei wenigstens eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche mit wenigstens einer Messanordnung zusammenwirkt und unter Berücksichtigung der wenigstens einen Regelgröße eine Optimierung des jeweiligen Be- und/oder Verarbeitungsprozesses bewirkt.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Systems ist die Optimierung des jeweiligen Be- und/oder Verarbeitungsprozesses durch regelgrößenabhängige Korrektur eines vorgegebenen Bewegungsablaufs und damit durch eine Bahn- und/oder Positionskorrektur der Handhabungsvorrichtung bewirkt.
Eine Weiterbildung des Systems sieht wenigstens eine, an einem distalen Ende der Handhabungsvorrichtung angeordnete Haltevorrichtung zur Aufnahme wenigstens eines Werkzeugs oder wenigstens eines Werkstücks vor.
Als wenigstens eines Werkzeug sind dabei insbesondere ein Schleif- und/oder Polier- und/oder Fräs- und/oder ein Entgratungswerkzeug einsetzbar.
Als wenigstens eines Werkstück sind dabei insbesondere zu polierende und/oder zu schleifende und/oder zu entgratende Gehäuseelemente, beispielsweise Kameragehäuseteile, einsetzbar. Die Gehäuseelemente können beispielhaft aus Magnesium oder Aluminium oder einer Kombination daraus gebildet sein.
In einer Ausgestaltung des Systems ist wenigstens eine Messanordnung zur Kraft- und/oder Momentenbestimmung und/oder Kraft- und/oder Momentendifferenz- bestimmung vorgesehen, wobei als Regelgröße, die in wenigstens einer vorbestimmbaren Richtung zwischen eingesetztem Werkzeug und jeweiligem Werkstück wirkenden Kräfte und/oder Momente berücksichtigt und/oder verwertet sind.
In einer systemgemäßen Weiterbildung ist wenigstens eine Steuerungseinrichtung zur Positions- und/oder Bewegungssteuerung der Handhabungsvorrichtung vorgesehen, welche mit der wenigstens einen Regeleinrichtung derart zusammenwirkt, dass der Steuerungseinrichtung einer jeweilig durchgeführten Positions- und/oder Bahnoptimierung entsprechende Steuerkorrekturwerte, insbesondere Bewegungs- und/oder Positionskorrekturwerte, bezüglich eines vorgegebenen Bewegungsablaufs und/oder Bahnverlaufs zur Umsetzung übermittelt sind.
Systemgemäß ist weiterhin vorsehbar, dass durch vorgenannte Messanordnung qualitativ die entlang wenigstens einer frei vorgebbaren Richtung und/oder wenigstens
einer Achse zwischen Werkzeug und Werkstück auftretenden beziehungsweise wirkenden Kräfte und/oder Momente absolut erfassbar sind und/oder die erfassten Messwerte, über wenigstens eine vorsehbare Schnittstelle zur Kommunikation und zum Datenaustausch, an die Regelkomponente übermittelbar sind.
In einer weiteren Ausgestaltung des Systems ist vorteilhaft vorsehbar, dass entlang wenigstens einer Achse und/oder wenigstens einer vorgebbaren Richtung auftretende Kräfte und/oder Momente beziehungsweise Kraft- und/oder Momentenabweichungen relativ zu wenigstens einem vorbestimmten Wert erfasst und/oder die über wenigstens eine vorsehbare Schnittstelle, insbesondere drahtgebunden, wie beispielsweise mittels USB, Ethernet, RS-232, Fire-Wire, SCSI oder ein anderes LAN oder drahtlos, wie beispielsweise mittels Bluetooth, Infrarot, Funkstrecke oder ein anderes WLAN zur Kommunikation und zum Datenaustausch, an die Regeleinrichtung übermittelt werden.
Vorteilhaft ist weiterhin vorsehbar, dass die wenigstens eine Richtung frei im Raum eines statischen und/oder eines bewegten Bezugssystem oder Koordinatensystems definierbar ist, was eine optimierte Bahnkorrektur und resultierend einen optimalen Einsatz eines jeweiligen Werkzeugs bei der Bearbeitung des jeweiligen Werkstückes, auch bei einer Vielzahl von Bearbeitungsprozessen und/oder auch bei veränderlichen Umgebungsparametern, ermöglicht.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Systems ist durch die Regeleinrichtung eine Interpretation und Verarbeitung der übermittelten Messwerte der jeweiligen Regelgröße bewirkt und/oder resultierend eine jeweilige Bewegungs- beziehungsweise Bahnkorrektur und/oder entsprechenden Bahnkorrekturwert der Handhabungsvorrichtung ermittelt und/oder eine entsprechende Bahn- und/oder Positionsoptimierung bewirkt.
Insbesondere bewirkt die wenigstens eine Regeleinrichtung im Zusammenwirken mit der Steuerungseinrichtung und der wenigstens einen Messanordnung, dass die entlang wenigstens einer vorbestimmbaren Richtung wirkende Kraft und/oder das entlang wenigstens einer Richtung wirkende Moment auf wenigstens einen vorbestimmten Referenzwert geregelt ist und/oder konstant gehalten ist.
Eine Weiterbildung des Systems sieht vor, dass mittels der Regeleinrichtung in Abhängigkeit eines oder mehrerer vorgebbarer Parameter, wie beispielsweise der aktuellen Position des Werkzeuges oder des Werkstückes, der Art des verwendeten Werkzeuges, der Art des jeweiligen Be- oder Verarbeitungsprozesses ein jeweilig geeigneter Referenzwert aus einem vorbestimmbaren Satz von Referenzwerten, welche insbesondere auf einem Datenspeicher aufrufbar abgelegt sind, selektiert ist.
Demgemäß ist vorsehbar dass die Regeleinrichtung einen Datenspeicher mit abgelegten Referenzwerten aufweist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Systems ist die Messwerterfassung und/oder - Verarbeitung durch die Messanordnung im Zusammenwirken mit der Regeleinrichtung zyklisch oder kontinuierlich bewirkt, wobei dann auch die resultierende Bahn- und/oder Positionskorrektur beziehungsweise Bahn- und/oder Positionsoptimierung zyklisch oder kontinuierlich bewirkt ist.
Vorteilhaft ist die wenigstens eine Handhabungsvorrichtung dabei ein- oder mehrachsig, insbesondere sechsachsig ausgebildet, so dass sechs mögliche Rotationsfreiheitsgrade bestehen.
In vorteilhafter Weiterbildung des Systems ist die wenigstens eine Regeleinrichtung in die Steuerungseinrichtung integriert und Bestandteil derselben.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Regeleinrichtung modular ausgebildet und/oder in die Steuerungseinrichtung integrierbar.
Insbesondere verfügen Steuerungseinrichtung und/oder Regeleinrichtung und/oder Messanordnung über jeweils wenigstens eine Schnittstelle zur drahtgebundenen und/oder drahtlosen Kommunikation und/oder zum Datenaustausch.
Dabei kann es sich beispielsweise um Hardwareschnittstellen zwischen physikalischen Systemen, wie PCI-Bus, SCSI, USB, Firewire oder auch RS-232 handeln, und/oder um
Datenschnittstellen zur Interprozesskommunikation (IPC), insbesondere über ein Netzwerk hinweg, wie Remote Procedure CaII, DCOM, RMI oder CORBA aber auch ODBC und JDBC, handeln. Auch die bekannten Netzwerkprotokolle wie TCP, HTTP, usw. können als IPC-Schnittstellen verstanden werden.
Auch gängige Industrie- und/oder Feldbussysteme sowie deren Schnittstellen sind zum Datenaustausch und/oder zur Datenkommunikation vorteilhaft einsetzbar. Hierzu zählen beispielsweise auch CAN-BUS, Profibus, Feldbus, MOST-Bus, LIN-Bus, EIB, KNX oder auch FlexRay.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Messanordnung wenigstens einen auf einem der nachfolgend genannten Prinzipien/Arten beruhenden Kraft- und/oder Momentensensor:
- Piezoelektrischer Sensor, bei einem piezoelektrischen Sensor wird mittels Druck, also Kraft pro Fläche, in einem Kristall eine elektrische Spannung hervorgerufen, wobei im Kristall elektrische Ladungen getrennt werden (piezoelektrischer Effekt). Die elektrische Spannung ändert sich dabei in einem vorbestimmten Bereich proportional zur Kraft. Dieser Effekt funktioniert auch umgekehrt, so dass es bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Sensor zu einer Verformung desselben kommt. Piezoelektrische Sensoren bieten darüber hinaus etliche Vorteile, beispielsweise deren Unempfindlichkeit gegenüber hohen Temperaturen, es ist keine äußere Spannungversorgung erforderlich und deren Wirkungsgrad ist vergleichsweise hoch.
- Kraftaufnehmer, beim Einsatz von Kraftaufnehmern wird aufgrund von Krafteinwirkung ein Federelement elastisch verformt, wobei die Kraftaufnahme in vorgeschriebener Richtung zu erfolgen hat. Die durch Krafteinwirkung hervorgerufene Verformung des Federkörpers, in aller Regel Metall, wird über Dehnungsmessstreifen in elektrische Spannung umgewandelt. Dann wird beispielsweise über einen entsprechend vorsehbaren Messverstärker die durch Krafteinwirkung hervorgerufene elektrische Spannung und damit die Dehnungsänderung registriert und/oder kann aufgrund der elastischen Eigenschaften des Federkörpers in einen Kraftmesswert umgerechnet werden.
-Differenzdruckmesser, bei welchem die Differenz zweier Absolutdrücke, der so genannte Differenzdruck, gemessen wird. Der Differenzdrucksensor kann dabei zwei Messkammern aufweisen, die durch eine Membran hermetisch voneinander getrennt sind. Die messbare Auslenkung der Membran ist dann ein Maß für die Größe des Differenzdruckes. Die Kammern können dabei mit Flüssigkeit, insbesondere auch mit einem Gel entsprechender Viskosität gefüllt sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist wenigstens eine Messanordnung zur Kraft- und/oder Momentenbestimmung beziehungsweise Kraft- und/oder Momentendifferenzbestimmung im Bereich wenigstens einer der Achsen beziehungsweise Drehachsen der Handhabungsvorrichtung angeordnet.
Systemgemäß ist weiterhin vorsehbar, dass wenigstens eine Messanordnung als Teil der Kinematik der Handhabungsvorrichtung ausgebildet ist.
In Weiterbildung des Systems ist die Handhabungsvorrichtung als Roboter insbesondere als industriell einsetzbarer Roboter mit wenigstens einer Drehachse, insbesondere jedoch sechs Drehachsen ausgestaltet.
Eine Ausgestaltung des Systems sieht vor, dass die Handhabungsvorrichtung das jeweilige Werkzeug relativ zum Werkstück gemäß einer vorbestimmten Bahn bewegt.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Handhabungsvorrichtung das jeweilige Werkstück relativ zum Werkzeug gemäß einer vorbestimmten Bahn bewegt.
Weiterhin ist vorsehbar, dass die Messanordnung eine Kraft- und/oder Momentenbestimmung beziehungsweise Kraft- und/oder Momentendifferenzbestimmung in einer oder mehreren Achsen, insbesondere sechs Achsen, und/oder einer Resultierenden aus mehreren Achsen der Handhabungsvorrichtung ermöglicht.
Eine Weiterbildung des Systems sieht vor, dass die Haltevorrichtung eine Schleif- und/oder Poliermaschine und/oder einen Fräser und/oder ein Entgratungswerkzeug aufweist.
Vorteilhaft ist vorsehbar, dass in der Regeleinrichtung auch komplexe Formgebungen und/oder Materialübergänge und/oder unterschiedliche Materialien der Werkstücke berücksichtigt beziehungsweise berücksichtigbar und/oder umsetzbar sind.
In vorteilhafter Ausbildung des Systems sind weitere Messanordnungen zur Erfassung weiterer physikalischer Größen beispielsweise von Werkzeug, Werkstück und/oder Handhabungsvorrichtung vorgesehen.
Insbesondere ist vorsehbar, dass die Regeleinrichtung Prozessgrößen mittelbar und/oder unmittelbar beeinflusst.
Eine weitere Ausbildung des Systems sieht vor, dass eine Vielzahl von Messanordnung unterschiedlicher Form, Funktion und Bauart, wie Beispielsweise Kraftsensoren, Drucksensoren, Abstandsmesser, Bewegungsmesser, Geschwindigkeitssensoren, Lagesensoren, Leitfähigkeitsmesser, optische Sensoren und Messfühler, insbesondere für Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit, im Zusammenwirken oder getrennt voneinander zur Messwerterfassung und/oder Messsignalbildung eingesetzt sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung berücksichtigt die Regeleinrichtung auch den Einsatz von den jeweiligen Bearbeitungsprozess unterstützenden Zusatzmitteln, wie beispielsweise den Einsatz unterschiedlicher Schleifpasten beim Schleifen und/oder Polieren, unterschiedlichen Körnungen beim Schleifen und/oder Polieren und/oder Sandstrahlen, durch geeignete Parameterwahl, wobei beispielsweise jedem Zusatzmittel wenigstens ein .entsprechender Prozessparameter, beispielsweise ein spezifischer Referenzwert der Regelgröße, insbesondere die Aufpresskraft des Schleifers auf das Werkstück, aber beispielsweise auch die Bearbeitungsgeschwindigkeit beziehungsweise Geschwindigkeit der Handhabungsvorrichtung, zugewiesen ist.
In Weiterbildung des Systems sind die erfassten Messwerte der Messanordnung zur absoluten oder relativen Kalibrierung der Handhabungsvorrichtung eingesetzt.
Vorteilhaft sind systemgemäß ein oder mehrere Bearbeitungsschritte, auch mit unterschiedlichen Werkzeugen und/oder Umgebungsbedingungen beziehungsweise - Parametern möglich, wobei vorteilhaft vorsehbar ist, dass der Werkzeug- und/oder Parameterwechsel und/oder die parameterspezifische Referenzwertanpassung automatisch durchgeführt sind.
Weiterhin ist vorteilhaft vorsehbar, dass unterschiedliche Orientierungen des jeweiligen Bearbeitungs- beziehungsweise Verarbeitungswerkzeuges, beispielsweise ein erforderliches schräges Aufsetzen des Schleifers auf das jeweilige Werkstück, wodurch ein Winkel zwischen Oberflächennormalen des Werkstückes und der Drehachse des Schleifers gebildet ist, berücksichtigbar sind und/oder keinen Einfluss auf die Funktionsweise der Messanordnung und/oder der Regeleinrichtung haben.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Systems ist die Funktionsweise der Messanordnung und/oder der Regeleinrichtung unabhängig von der Relativbewegung und/oder Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück.
Vorteilhaft ist durch den Einsatz von Messanordnung und/oder Regeleinrichtung sowie den Optimierungsprozess die Funktionsweise und Flexibilität der Handhabungsvorrichtung und/oder etwaiger Zuführungen nicht beeinträchtigt.
Vorgenanntes System ermöglicht durch Berücksichtigung einer messbaren Regelgröße damit eine reproduzierbare und/oder gleichmäßige Bearbeitungsqualität, insbesondere bei der Oberflächenbearbeitung, auch bei sich ändernden Umgebungsparametern, beispielsweise bei unterschiedlichen Schleif- und/oder Poliervorgängen verschiedene Schleifpasten und damit einhergehend unterschiedliche Auflagekräfte, zu erreichen.
Auch wird die gestellte Aufgabe durch ein entsprechendes Verfahren zur automatisierten Be- und/oder Verarbeitung von Werkstücken gelöst, wobei mittels wenigstens einer Messanordnung einer Handhabungsvorrichtung wenigstens eine
Regelgröße erfasst wird und mittels wenigstens einer Regeleinrichtung unter Berücksichtigung der wenigstens einen Regelgröße eine Optimierung des jeweiligen Be- und/oder Verarbeitungsprozesses durchgeführt wird.
In Ausprägung des Verfahrens wird die Optimierung des jeweiligen Be- und/oder Verarbeitungsprozesses dadurch bewirkt, dass basierend auf der ermittelten Regelgröße Korrektur eines vorgegebenen, insbesondere programmierten, Bewegungsablaufs und damit eine Bahn- und/oder Positionskorrektur der Handhabungsvorrichtung durchgeführt wird.
Als Be- und/oder Verarbeitungsprozesse finden dabei insbesondere Schleif- und/oder Polier- und/όder Fräs- und/oder Entgratungsprozesse Anwendung, wobei demgemäß auch entsprechende Werkzeuge, insbesondere Schleimaschine, Poliermaschine, Fräser und/oder Engrater eingesetzt werden.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass mittels wenigstens einer Messanordnung eine Kraft- und/oder Momentenbestimmung und/oder Kraft- und/oder Momentendifferenzbestimmung durchgeführt wird, wobei als Regelgröße, die in wenigstens einer vorbestimmbaren Richtung zwischen jeweilig eingesetztem Werkzeug und jeweiligem Werkstück wirkenden Kräfte und/oder Momente berücksichtigt werden.
Vorteilhaft ist weiterhin vorsehbar, dass die wenigstens eine Richtung frei im Raum eines statischen und/oder eines bewegten Bezugssystem oder Koordinatensystems definiert werden kann, wodurch eine optimierte Bahnkorrektur und resultierend einen optimalen Einsatz eines jeweiligen Werkzeugs bei der Bearbeitung des jeweiligen Werkstückes, auch bei einer Vielzahl verschiedenartiger Bearbeitungsprozesse und/oder auch bei veränderlichen Umgebungsbedingungen beziehungsweise - Parametern, ermöglicht wird.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass anhand der erfassten Regelgrößenmesswerte entsprechende Steuerkorrekturwerte, insbesondere Bewegungs- und/oder Positionskorrekturwerte, ermittelt und zur Durchführung einer
entsprechenden Positions- und/oder Bahnoptimierung zur Umsetzung an eine Steuerungseinrichtung der Handhabungsvorrichtung übermittelt werden.
Verfahrensgemäß ist weiterhin vorsehbar, dass durch vorgenannte Messanordnung, insbesondere qualitativ, die entlang wenigstens einer frei vorgebbaren Richtung und/oder wenigstens einer Achse zwischen Werkzeug und Werkstück auftretenden beziehungsweise wirkenden Kräfte und/oder Momente absolut erfasst werden und/oder die erfassten Messwerte, beispielsweise über wenigstens eine vorsehbare Schnittstelle zur Kommunikation und zum Datenaustausch, an die Regeleinrichtung übermittelt werden.
In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens ist vorteilhaft vorsehbar, dass entlang wenigstens einer Achse und/oder wenigstens einer vorgebbaren Richtung auftretende Kräfte und/oder Momente beziehungsweise Kraft- und/oder Momentenabweichungen relativ zu wenigstens einem vorbestimmten Referenzwert erfasst und/oder die über wenigstens eine vorsehbare Schnittstelle, insbesondere drahtgebunden, wie beispielsweise mittels USB, Ethernet, RS-232, Fire-Wire, SCSI oder ein anderes LAN oder drahtlos, wie beispielsweise mittels Bluetooth, Infrarot, Funkstrecke oder ein anderes WLAN zur Kommunikation und zum Datenaustausch, an die Regeleinrichtung übermittelt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird mittels der wenigstens einen Regeleinrichtung eine Interpretation und Verarbeitung der übermittelten Messwerte der jeweiligen Regelgröße durchgeführt und/oder resultierend eine jeweilige Bewegungs- beziehungsweise Bahnkorrektur und/oder entsprechenden Bahnkorrekturwert der Handhabungsvorrichtung ermittelt und/oder eine entsprechende Bahn- und/oder Positionsoptimierung bewirkt.
Insbesondere wird die entlang wenigstens einer vorbestimmbaren Richtung wirkende Kraft und/oder das entlang wenigstens einer Richtung wirkende Moment auf wenigstens einen vorbestimmten Referenzwert geregelt und/oder konstant gehalten.
I ό
Eine weitere Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass in Abhängigkeit eines oder mehrerer vorgebbarer Parameter und , wie beispielsweise der aktuellen Position des Werkzeuges oder des Werkstückes, der Art des verwendeten Werkzeuges, der Art des jeweiligen Be- oder Verarbeitungsprozesses ein jeweilig geeigneter Referenzwert aus einem vorbestimmbaren Satz von Referenzwerten, welche insbesondere auf einem Datenspeicher aufrufbar ablegbar sind, selektiert wird.
In einer vorteilhaften Weiterführung des Verfahrens wird die Messwerterfassung und/oder -Verarbeitung zyklisch oder kontinuierlich durchgeführt, wobei dann auch die resultierende Bahn- und/oder Positionskorrektur beziehungsweise Bahn- und/oder Positionsoptimierung zyklisch oder kontinuierlich durchgeführt wird.
Vorteilhaft können verfahrensgemäß insbesondere sechs mögliche Rotationsfreiheitsgrade der Handhabungsvorrichtung berücksichtigt werden.
In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens kann die Kommunikation und/oder der Datenaustausch, insbesondere bei Übermittlung der erfassten Messwerte und/oder der Position- und/oder Bahnkorrekturwerte jeweils drahtgebunden oder drahtlos mittels geeigneter Schnittstellen erfolgen.
Dabei kann es sich beispielsweise um Hardwareschnittstellen zwischen physikalischen Systemen, wie PCI-Bus, SCSI, USB, Firewire oder auch RS-232 handeln, und/oder Datenschnittstellen zur Interprozesskommunikation (IPC), insbesondere über ein Netzwerk hinweg wie Remote Procedure CaII, DCOM, RMI oder CORBA aber auch ODBC und JDBC, handeln. Auch die bekannten Netzwerkprotokolle wie TCP, HTTP, usw. können als IPC-Schnittstellen verstanden werden.
Auch gängige Industrie- und/oder Feldbussysteme sowie deren Schnittstellen sind zum Datenaustausch und/oder zur Datenkommunikation vorteilhaft einsetzbar. Hierzu zählen beispielsweise auch CAN-BUS, Profibus, Feldbus, MOST-Bus, LIN-Bus, EIB, KNX oder auch FlexRay.
In einer weiteren Ausgestaltung wird verfahrensgemäß wenigstens ein piezoelektrischer Sensor und/oder ein Kraftaufnehmer und/oder ein Differenzdruckmesser als Kraft- und/oder Momentensensor eingesetzt.
Verfahrensgemäß ist weiterhin vorsehbar, dass mittels der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung das jeweilige Ver- beziehungsweise Bearbeitungswerkzeug relativ zum Werkstück gemäß einer vorbestimmten, insbesondere programmierten Bahn bewegt wird oder alternativ das jeweilige Werkstück relativ zum Werkzeug gemäß einer vorbestimmten, insbesondere programmierten Bahn bewegt wird.
Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass mittels Messanordnung eine Kraft- und/oder Momentenbestimmung beziehungsweise Kraft- und/oder Momentendifferenz- bestimmung in einer oder mehreren Achsen, insbesondere sechs Achsen, und/oder einer aus mehreren Achsen Resultierenden der Handhabungsvorrichtung durchgeführt wird.
Vorteilhaft ist vorsehbar, dass auch komplexe Formgebungen und/oder Materialübergänge und/oder unterschiedliche Materialien der Werkstücke verfahrensgemäß berücksichtigt werden.
Auch ist weiterhin vorsehbar, dass weitere physikalische und/oder prozessrelevante Größen, insbesondere von Werkzeug, Werkstück und/oder Handhabungsvorrichtung, erfasst werden.
Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass mehrere Messanordnungen unterschiedlicher Form, Funktion und/oder Bauart, wie Beispielsweise Kraftsensoren, Drucksensoren, Abstandsmesser, Bewegungsmesser, Geschwindigkeitssensoren, Lagesensoren, Leitfähigkeitsmesser, optische Sensoren und Messfühler, insbesondere für Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit, im Zusammenwirken oder getrennt voneinander zur Erfassung einer oder mehrerer Regelgrößen sowie der jeweiligen Messwerte und/oder dem sich daraus ergebenden Messsignal eingesetzt werden.
In vorteilhafter Ausprägung des Verfahrens wird auch ein Einsatz den jeweiligen Parameterwahl berücksichtigt, wobei beispielsweise jedem den Bearbeitungsprozess unterstützenden Zusatzmittel, wie beispielsweise unterschiedliche Schleifpasten beim Schleifen und/oder Polieren, unterschiedliche Körnungen beim Schleifen und/oder Polieren und/oder Sandstrahlen, durch geeignete Verknüpfung kenngrößenspezifisch und/oder parameterspezifisch wenigstens ein weiterer Prozessparameter, beispielsweise ein spezifischer Referenzwert der jeweiligen Regelgröße, insbesondere die Aufpresskraft des Schleifers auf das Werkstück, aber beispielsweise auch die Bearbeitungsgeschwindigkeit beziehungsweise Geschwindigkeit der
Handhabungsvorrichtung, zugewiesen wird.
In Weiterbildung des Verfahrens werden die erfassten Messwerte der Messanordnung auch zur Kalibrierung der Handhabungsvorrichtung eingesetzt
Vorteilhaft können verfahrensgemäß auch ein oder mehrere Bearbeitungsschritte, auch mit unterschiedlichen Werkzeugen und/oder bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen beziehungsweise -parametern durchlaufen werden, wobei vorteilhaft vorsehbar ist, dass ein Werkzeug- und/oder Parameterwechsel und/oder eine parameterspezifische Referenzwertanpassung automatisiert durchgeführt wird.
Weiterhin ist vorteilhaft vorsehbar, dass unterschiedliche Orientierungen des jeweiligen Bearbeitungs- beziehungsweise Verarbeitungswerkzeuges, beispielsweise ein erforderliches schräges Aufsetzen der Schleifers auf das jeweilige Werkstück, wodurch ein Winkel zwischen Oberflächennormalen des Werkstückes und der Drehachse des Schleifers gebildet ist, berücksichtigt werden können und/oder keinen Einfluss auf den Verfahrensablauf beziehungsweise die Durchführung des Verfahrens haben.
Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass eine Selektion der Bahnoptimierungsart, beziehungsweise der ihr zu Grunde liegenden Prozessparameter, programmgesteuert anhand wenigstens einer vorbestimmbaren Kenngröße durchgeführt wird.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht weiterhin vor, dass in Abhängigkeit eines oder mehrerer vorgebbarer Kenngrößen, wie beispielsweise der aktuellen Position des
Werkzeuges oder des Werkstückes, der Art des verwendeten Werkzeuges, der Art des jeweiligen Be- oder Verarbeitungsprozesses ein jeweilig geeigneter Referenzwert aus einem vorbestimmbaren Satz von Referenzwerten, welche insbesondere auf einem Datenspeicher aufrufbar abgelegt sein können, selektiert wird.
Weiterhin ist vorteilhaft vorsehbar, dass die Ver- oder Bearbeitung des wenigstens einen Werkstückes mittels wenigstens einer ein- oder mehrachsigen Handhabungsvorrichtung durchgeführt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird wenigstens ein Messsignal beziehungsweise werden die in wenigstens einer Richtung erfassten Kraft- und/oder Momentenmesswerte als Absolutwerte ausgegeben und/oder weitergeleitet.
Verfahrensgemäß ist vorteilhaft vorsehbar, dass die Bewegungsbahn der Handhabungsvorrichtung ausgehend vom Messsignal beziehungsweise den erfassten Messwerten zwischen zwei frei vorgebbaren Positionen anwendungsspezifisch optimiert wird.
Eine weitere Ausprägung des Verfahrens sieht vor, dass durch das Resultat der Messung beziehungsweise die Auswertung und/oder Interpretation der Messwerte eine flexible Änderung des Bewegungsablauf beziehungsweise des Prozessablaufs und/oder des zu Grunde liegenden Programms bewirkt wird.
Vorteilhaft ist weiter vorsehbar, dass ein- oder mehrdimensionale Größen und/oder Messwerte und/oder Korrekturwerte ermittelt werden.
Vorteilhaft ist das Verfahren universell anwendbar und/oder weitgehend unabhängig von. Art und/oder Form und/oder Beschaffenheit des jeweiligen Werkstückes und/oder des jeweiligen Werkzeuges.
Die weitere Darlegung der Erfindung sowie vorteilhafter Ausgestaltungen erfolgt anhand von einigen Figuren und Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1 beispielhaft ausgebildetes System zur automatisierten Be- und/oder Verarbeitung von Werkstücken
In Fig. 1 ist ein beispielhaft ausgestaltetes System zur automatisierten Be- und/oder Verarbeitung von Werkstücken gezeigt. Als Handhabungsvorrichtung 4 ist ein mehrachsiger Roboter oder Industrieroboter, insbesondere ein sechs Achsen aufweisender Roboter, mit wenigstens einer Messanordnung 8 mit wenigstens einem Kraftsensor zur Erfassung wenigstens einer Regelgröße 9 vorgesehen.
Am distalen Ende des Roboters 4 ist eine Haltevorrichtung 12 zur Aufnahme wenigstens eines Werkzeugs 6, im hier gezeigten Beispiel eines Schleifers beziehungsweise einer Schleifmaschine 6 vorgesehen. Die Haltevorrichtung 12 kann dabei beispielsweise einen Flansch und/oder Greifer und/oder Wechselmagazin für Werkzeuge aufweisen.
Grundsätzlich können jedoch auch weitere Verarbeitungswerkzeuge, wie insbesondere ein Polier- und/oder Fräs- und/oder Entgratungswerkzeuge und/oder Schweißgeräte eingesetzt sein.
Weiterhin ist eine Regeleinrichtung 10 vorgesehen, welche mit der Messanordnung 8 zusammenwirkt und unter Berücksichtigung der wenigstens einen Regelgröße 9 eine Optimierung des jeweiligen Be- und/oder Verarbeitungsprozesses bewirkt, indem eine regelgrößenabhängige Korrektur eines vorgegebenen Bewegungsablaufs und damit eine Bahn- und/oder Positionskorrektur des Roboters 4 beziehungsweise des Werkzeugs 6 relativ zum Werkstück 2 durchgeführt und/oder bewirkt wird.
Als Werkstück 2 ist beispielhaft ein zu polierendes Gehäuseelement, insbesondere ein Kameragehäuseteile, angegeben. Die Gehäuseelemente können beispielhaft aus Magnesium oder Aluminium oder Kunststoff oder einer Kombination daraus gebildet sein.
Die Messanordnung 8 zur Kraft- und/oder Momentenbestimmung und/oder Kraft- und/oder Momentendifferenzbestimmung erfasst dabei als Regelgröße 9, die in wenigstens einer vorbestimmbaren Richtung R zwischen eingesetztem Werkzeug 6 und dem jeweiligem Werkstück 2 wirkende Auflage- und/oder Anpresskraft.
Weiterhin ist eine Steuerungseinrichtung 14 mit Anzeige- 16 und Eingabeeinrichtung 18 zur Postions- und/oder Bewegungssteuerung des Roboters 4 vorgesehen, welche mit der Regeleinrichtung 10 derart zusammenwirkt, dass der Steuerungseinrichtung 14 einer jeweilig durchgeführten Positions- und/oder Bahnoptimierung entsprechende Steuerkorrekturwerte, insbesondere Bewegungs- und/oder Positionskorrekturwerte, bezüglich eines vorgegebenen Bewegungsablaufs und/oder Bahnverlaufs übermittelt und durch diese automatisiert umgesetzt werden. Diese Korrekturwerte sind dabei derart bemessen, dass eine Abweichung des jeweilig erfassten Regelgrößenmesswertes von einem vorbestimmbaren Referenzwert kompensiert wird, das heißt die jeweilige Regelgröße auf einen vorbestimmbaren Referenzwert geregelt wird.
Dabei können parameterabhängig, insbesondere in Abhängigkeit der Position des Werkzeugs und/oder der jeweiligen Materialbeschaffenheit des Werkstücks und/oder des jeweiligen Bearbeitungsschrittes und/oder der eingesetzten Zusatzmittel, beispielsweise verschiedene Schleif- und/oder Polierpasten auch mehrere unterschiedliche beziehungsweise differierende Referenzwerte zum Einsatz kommen.
Vorteilhaft können somit auch unterschiedliche Bearbeitungsschritte und/oder -phasen durchgeführt werden.
Aufgrund des hohen Automatisierungsgrades und der Regelung der Auflagekraft des Werkzeuges auf dem Werkstück ist reproduzierbar eine vergleichsweise hohe Bearbeitungs- und/oder Prozessqualität insbesondere Schleif- und/oder Polierqualität des Systems sowie des Verfahrens gegeben und erreicht.