WO2020165127A1 - Verfahren zum einrichten einer werkzeugmaschine und fertigungssystem - Google Patents

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WO2020165127A1
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machine tool
real
machining head
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Christof Sailer
Christoph Scharfenberg
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Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for setting up a machine tool, in which a workpiece carrier is arranged in a work space of the machine tool.
  • the invention also relates to a production system having a machine tool with a machining head and a workpiece carrier.
  • the workpiece For machining, in particular three-dimensional machining, of a workpiece by means of a machine tool, the workpiece is typically fixed in the work space of the machine by means of a workpiece carrier. This is also known as setting up the machine tool. For precise machining of the workpiece, the machine tool or its control must know exactly where the workpiece is located in the work area.
  • An NC program to control the machining must be adapted to the specific position and alignment of the workpiece. This is referred to as setup, especially 3D setup, or run-in.
  • setup especially 3D setup, or run-in.
  • a zero point of the NC program and a fixed point on the workpiece carrier or workpiece are brought into congruence so that the NC program fits the workpiece in terms of translation and rotation and complies with all tolerances.
  • This setup process step is traditionally very complex.
  • the position and alignment of a three-dimensional component is often determined using a measuring probe. This process requires a lot of time, trained personnel and is also prone to errors. In particular, human errors cannot be ruled out, even with trained personnel.
  • optical methods such as very expensive laser triangulation are also used to determine the workpiece position and orientation. Special stops made with high precision are also often used, which are correspondingly expensive.
  • Another disadvantage of the known methods is that they can only be automated to a very limited extent, in particular not completely.
  • the invention thus relates to a method for setting up a machine tool, with the steps
  • step a) the workpiece carrier is first placed in the work area of the machine tool and fastened there, for example clamped to a work table.
  • the workpiece carrier can be arranged in the work space together with a workpiece held by the workpiece carrier.
  • the workpiece carrier can initially be arranged alone (without a workpiece) in the work space and the workpiece can then be fixed to the workpiece carrier.
  • the workpiece can also be fastened to the workpiece carrier after steps b) and c) have been carried out. If the workpiece is already attached to the workpiece carrier when performing step c), optical features of the workpiece can also be used for fine alignment in step c). In this respect, the workpiece can be viewed as part of the workpiece carrier.
  • the machining head of the machine tool is aligned relative to the workpiece carrier.
  • This means that the machining head is brought into a specific relative position and possibly orientation with respect to the workpiece carrier.
  • the relative position can be defined, for example, by the fact that an excellent point on the machining head, for example a tool or an optical element, has is to be arranged a predetermined distance vertically above a marked point on the workpiece carrier.
  • the machining head is aligned in the two steps b) and c) in the context of an upstream rough alignment and a subsequent fine alignment.
  • a real-time localization system preferably an indoor GPS, is used for rough alignment in step b).
  • Such a system typically allows the position of an object to be determined to within a few centimeters.
  • At least one first position-determining means of the real-time localization system is arranged on it. At least one further first position determining means of the real-time localization system is preferably also arranged on the machining head.
  • Second position determination means of the real-time localization system are arranged in a stationary manner with respect to the machine tool (or with respect to its workspace or work table). The first and second position determination means communicate with one another in a manner known per se, so that the positions of the respective first position determination means can be determined. These positions are typically transmitted to a control system of the machine tool. The control system can typically also determine the position of the machining head independently of the real-time localization system.
  • the machining head can be pre-positioned, ie roughly aligned, based on its known position and the position of the workpiece carrier determined by means of the real-time localization system.
  • the machining head is precisely aligned relative to the workpiece carrier.
  • An image processing system is used for this.
  • the image processing system records optical features of the workpiece carrier and optionally also of the processing head. That way you can the position and, if necessary, the alignment of the machining head relative to the workpiece carrier can be determined with an accuracy in the micrometer range, preferably to a maximum of 100 ⁇ m, particularly preferably to a maximum of 10 ⁇ m.
  • the image processing system can detect optical features, for example edges of the workpiece carrier or optical identifications, such as target crosses or points.
  • the method according to the invention allows the process of setting up the machine tool (possibly apart from arranging the workpiece in the workspace) to be fully automated and carried out very quickly. There is no need for trained personnel, since steps b) and c) of setting up programmed routines can be carried out. Furthermore, the method according to the invention allows the workpiece carrier to be positioned essentially as desired in step a). The real-time localization system detects its position and enables the machining head to be positioned close to the workpiece carrier for optical fine alignment without the need for human interaction with the machine tool.
  • the method according to the invention is preferably carried out with a manufacturing system according to the invention described below.
  • step b) the position of the workpiece carrier is first determined by means of the real-time localization system and a target position of the rough alignment for the machining head is determined from the determined position of the workpiece carrier.
  • the machining head can then be moved into the target position starting from its position known to a control system of the machine tool.
  • the orientation of the workpiece carrier can also be determined using the real-time localization system.
  • at least three first position determining means are typically arranged on the workpiece carrier.
  • a target orientation for the machining head can be determined from the determined orientation of the workpiece carrier. It is also particularly preferably provided that the machining head is moved to the target position of the rough alignment while its position is monitored by the real-time localization system.
  • at least one further first position determination means is arranged on the machining head. Possibly. the machining head can be rotated into the target orientation while its orientation is monitored by the real-time localization system. In this way, the positions and possibly orientations of the workpiece carrier and machining head are determined using the same method, namely using the real-time localization system.
  • the machining head In the target position, the machining head is positioned close to the workpiece carrier, so that systematic errors in the real-time localization system occur for both components in approximately the same type and size. In this way, the accuracy of the rough alignment can be improved. In particular, it can be achieved in such a way that the target position of the machining head relative to the workpiece carrier is reached with an accuracy that is below the accuracy of the determination of absolute positions by means of the real-time localization system.
  • the real-time localization system can be used to determine absolute positions to within a few centimeters, whereas the relative position of two objects that are close together can be determined to within a few millimeters.
  • the monitoring of the position and, if necessary, the orientation of the machining head can be carried out continuously or at time intervals.
  • the workpiece carrier has first position-determining means which are used both in step b) for rough alignment and in step c) for fine alignment of the machining head.
  • first position-determining means also in step c)
  • fewer, preferably none, additional optical markings for the image processing system need to be attached to the workpiece carrier.
  • the first position determination means can be recognized as such by the image processing system.
  • the first position determination means preferably carry optical identifications. In this way, the precision of the fine alignment can be further improved.
  • a particularly preferred variant of the method is characterized in that a camera of the image processing system arranged on the processing head is used in step c). This simplifies the implementation of step c) and further improves the accuracy.
  • the position of the camera on the processing head can (once) be determined very precisely.
  • the camera detects optical features of the workpiece carrier so that the machining head can be aligned relative to the workpiece carrier with great precision.
  • the camera is typically arranged on the machining head in such a way that it detects the workpiece carrier when the machining head has been roughly aligned in step b).
  • a distance between the machining head and the workpiece carrier is determined from the sharpness of an image recorded by the camera, in particular by focusing the camera. This allows step c) to be carried out particularly quickly.
  • the camera on the machining head captures the workpiece carrier from two different perspectives, in particular from two mutually perpendicular directions. This allows an even more precise fine alignment of the machining head.
  • the processing head can typically be controlled and moved so precisely that it can be pivoted and possibly moved in the second perspective to pick up the workpiece carrier without impairing information already obtained about the relative position.
  • the workpiece carrier preferably transmits information about machining to be carried out to a control system of the machine tool. In this way it can be ensured that the correct machining is carried out on a workpiece on the workpiece carrier.
  • the control system can control the machining head for machining the workpiece in the workpiece carrier.
  • the information can directly designate the processing to be carried out, for example with a program number. Alternatively, the information can identify the workpiece carrier and / or a type of workpiece received therein.
  • the control system can then take the processing to be carried out from a database.
  • the information can be stored or coded in a first position determining means on the workpiece carrier.
  • At least one first position-determining means of the real-time localization system is arranged on the workpiece carrier. At least one further first position-determining means of the real-time localization system is preferably arranged on the machining head.
  • second position-determining means of the real-time localization system are arranged in a stationary manner, in particular on the machine tool.
  • the second position determination means are preferably arranged in a stationary manner with respect to a work table for receiving the workpiece carrier, for example on the work table and / or on a housing of the machine tool. If the position of the machine tool is invariably and precisely known, the second position determination means can also be arranged in the vicinity of the machine tool, for example on structural elements of a production hall.
  • the first and second position determination means can interact in a manner known per se to determine the positions of the workpiece carrier and of the machining head. On the basis of the positions determined in this way, the machining head can be roughly aligned relative to the workpiece carrier.
  • the image processing system has a camera for capturing optical features of the workpiece carrier.
  • the camera can also be set up to record optical features of the machining head. The optical features recorded by the camera can be used to fine-tune the machining head relative to the workpiece carrier.
  • the manufacturing system according to the invention allows a method according to the invention described above to be carried out.
  • the production system is typically set up to carry out a method according to the invention as described above.
  • a control system of the machine tool can be suitably programmed for this purpose.
  • the first position determination means can be designed as receivers or tags.
  • the second position determining means can be designed as sensors or anchors or emitters; they can each have an antenna. Alternatively, the second position determining means as
  • the first position determining means are typically designed as sensors or anchors or emitters; they can each have an antenna.
  • the manufacturing system can have several workpiece carriers with the first
  • Have position determining means it can be provided that several workpiece carriers are arranged at the same time in the work space of the machine tool. The machine tool can then be set up for each of the multiple workpiece carriers with one run of the method according to the invention.
  • the first position determination means can be connected to an electrical system of the machine tool and / or via an electrical or electronic interface can be activated. Such active first position determination means can fulfill further functions, for example transmit information to a control system of the machine tool. At least three first position determining means of the real-time localization system are preferably arranged on the workpiece carrier. At least three first position determining means of the real-time localization system are preferably arranged on the workpiece carrier. At least three first
  • Position determination means of the real-time localization system be arranged.
  • An orientation of the workpiece carrier or machining head can be determined in each case using the at least three first position determination means.
  • the machining head can be brought closer to each of the at least three position determination means of the workpiece carrier.
  • the position and orientation of the workpiece carrier can be determined via the positions of the machining head known to a control system of the machine tool (measured in machine coordinates) when the alignment to the respective first position determination means has taken place.
  • the camera of the image processing system is preferably arranged on the processing head of the machine tool. A camera arranged on the machining head is positioned close to the workpiece carrier when the machining head is aligned. As a result, the fine alignment can be carried out with particularly great precision using the camera.
  • the first position determination means on the workpiece carrier particularly preferably have optical identifications for the image processing system.
  • the image processing system can recognize the optical markings.
  • the first position determination means can then be used for position determination by means of the real-time localization system and by means of the image processing system. With such first position determination means, the number of further optical markings to be provided on the workpiece carrier can be determined be reduced; In particular, additional optical markings on the workpiece carrier can be completely dispensed with.
  • One of the first position-determining means on the workpiece carrier can contain information about a processing to be carried out by the machine tool.
  • the manufacturing system in particular a control system of the machine tool, can be set up to receive this information.
  • the information can directly designate the processing to be carried out, for example with a program number.
  • the information can identify the workpiece carrier and / or a type of workpiece received therein.
  • the control system of the machine tool can take the processing to be carried out from a database.
  • the machining head is preferably designed as a laser machining head.
  • a laser processing head cannot be set up like a processing head for machining by so-called scratching.
  • the laser processing head can be designed for one or more of the processing types cutting, welding, laser metal deposition.
  • FIG. 2 shows the production system from FIG. 1 in a highly schematic side view
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method for setting up a machine tool.
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated manufacturing system 10 in a top view.
  • Figure 2 shows the manufacturing system 10 in a side view.
  • the manufacturing system 10 comprises a machine tool 12 with a processing head 14.
  • the processing head 14 is designed here as a laser processing head for laser processing, for example welding, cutting and / or laser metal deposition.
  • the machine tool 12 is shown in a highly abstracted manner in FIGS. 1 and 2; Movement possibilities of the machining head are indicated schematically in the figures (cf. double arrows), without this being intended to be associated with a restriction to a specific structural design of the machine tool 12.
  • the manufacturing system 10 further comprises a workpiece carrier 16.
  • a workpiece 18 is held on the workpiece carrier.
  • the workpiece carrier 16 is arranged on a work table 20 in a work space 22 of the machine tool 12.
  • the manufacturing system 10 also has a real-time localization system 24.
  • the real-time localization system 24 comprises first position determination means 26 which are arranged on the workpiece carrier 18.
  • the real-time localization System 24 further comprises a further, first position-determining means 28 which is arranged on processing head 14.
  • the real-time localization system 24 has second position determination means 30 which are arranged in a stationary manner, here on a housing 32 of the machine tool 12.
  • Position determination means 30 cooperate so that the positions of the workpiece carrier 16 or the machining head 14 can be determined.
  • position determination means 30 can communicate with a control system 33 of machine tool 12.
  • the manufacturing system 10 also has an image processing system 34.
  • the image processing system 34 comprises a camera 36, which is arranged here on the processing head 14. An optics of the camera 36 can be directed at the work table 20.
  • the image processing system 34 can include a software module in the control system 33 of the machine tool 12.
  • FIG. Figure 3 shows a
  • the machining head 14 When setting up, the machining head 14 is aligned for subsequent machining of the workpiece 18 in the workpiece carrier 16. After the set-up, the workpiece 18 can be machined, the machining head 14 traveling a predefined path starting from an end position after the set-up has been completed.
  • a first step 100 the workpiece carrier 16 with the workpiece 18 is arranged in the work space 22 of the machine tool 12.
  • the workpiece carrier 16 is fastened to the work table 20 in a manner known per se.
  • a subsequent step 102 the machining head 14 of the machine tool 12 is roughly aligned relative to the workpiece carrier 16.
  • the position and orientation of the workpiece carrier 16 in the work space 22 is first determined by means of the real-time localization system 24.
  • a target position for the machining head 14 is determined from this data in a substep 102b.
  • the target position can be determined, for example, by a defined distance above a marked point on the workpiece carrier 16.
  • the position of the machining head 14 is determined by means of the real-time localization system 24.
  • the accuracy of the rough alignment can be improved, since systematic errors of the real-time localization system 24 on the workpiece carrier 16 and occur in approximately the same way (amount and direction) in the machining head 14.
  • the machining head 14 is then moved to the target position in a substep 102d. At the latest when the target position is reached, preferably continuously during the process, the position of the machining head 14 is determined again with the real-time localization system 24. The position of the machining head 14 can then be corrected until the real-time localization system 24 determines a sufficiently precise correspondence with the target position.
  • the movement of the machining head 14 to the target position is therefore carried out under monitoring by the real-time localization system 24.
  • the target position can typically be reached with a precision of a few centimeters during rough alignment.
  • the first position determination means 26 or 28 and the second position determination means 30 work together.
  • the first and / or second Position determination means 26, 28, 30 also communicate with the
  • one of the first position determination means 26 on the workpiece carrier 16 contains information about a processing to be carried out on the workpiece 18. This information can also include information about the target position for the machining head 14. For example, in the context of determining the position of the workpiece carrier 14 in substep 102a, the information from the first position determining means 26 can be sent to the
  • Control system 33 are transmitted.
  • a fine alignment of the machining head 14 takes place in a step 104.
  • the image processing system 34 with the camera 36 is used for fine alignment.
  • the camera 36 is located on the machining head 14 in the vicinity of the workpiece carrier 16.
  • the camera 36 can therefore detect optical features of the workpiece carrier 16, for example edges or separately applied optical identifications.
  • the first position determination means 26 on the workpiece carrier 16 each have an optical identification, for example in the form of a point, optical code, or register cross. These optical features are recorded by the camera 36 and their position in the image section of the camera 36 is determined.
  • the actual positions of the first position-determining means 26 in the work space can be determined on the basis of the respective positions of the optical markings in the camera image and the actual coordinates of the machining head 14.
  • a distance from the workpiece carrier can be determined from the sharpness of the image recorded by the camera 36 and corrected accordingly.
  • the camera 36 is preferably focused on an optical feature of the workpiece carrier 16, focussed for example one of the first position determination means 26, so that the distance can be deduced from the focus position.
  • the camera 36 can be rotated in order to capture the workpiece carrier from a further perspective
  • the processing head 14 can typically be brought into a starting point for subsequent processing of the workpiece 18 with an accuracy of 100 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m, particularly preferably 7 ⁇ m.
  • first position determining means 28
  • Method 102d of the machining head 14 to the target position transmitting 102aa of information

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine (12), mit den Schritten a) Anordnen eines Werkstückträgers (16) in einem Arbeitsraum (22) der Werkzeugmaschine (12), b) Grobausrichten eines Bearbeitungskopfs (14) der Werkzeugmaschine (12) relativ zu dem Werkstückträger (16) unter Verwendung eines Echtzeit- Lokalisierungs-Systems (24), c) Feinausrichten des Bearbeitungskopfs (14) relativ zu dem Werkstückträger (16) unter Verwendung eines Bildverarbeitungssystems (34). Die Erfindung betrifft zudem ein Fertigungssystem (10) aufweisend eine Werkzeugmaschine (12) mit einem Bearbeitungskopf (14), einen Werkstückträger (16), ein Echtzeit-Lokalisierungs-System (24) und ein Bildverarbeitungssystem (34), wobei an dem Werkstückträger (16) wenigstens ein erstes Positionsbestimmungsmittel (26) des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems (24) angeordnet ist, vorzugsweise wobei an dem Bearbeitungskopf (14) wenigstens ein weiteres erstes Positionsbestimmungsmittel (28) des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems (24) angeordnet ist, wobei mehrere zweite Positionsbestimmungsmittel (30) des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems (24) ortsfest, insbesondere an der Werkzeugmaschine (12), angeordnet sind und wobei das Bildverarbeitungssystem (34) eine Kamera (36) zum Erfassen von optischen Merkmalen des Werkstückträgers (16) aufweist. Das Verfahren und das Fertigungssystem erlauben ein schnelles und automatisiertes Einrichten der Werkzeugmaschine.

Description

Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine und
Fertiaunassvstem
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine, bei dem ein Werkstückträger in einem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine angeordnet wird. Die Erfindung betrifft zudem ein Fertigungssystem aufweisend eine Werkzeugmaschine mit einem Bearbeitungskopf und einen Werkstückträger.
Zur Bearbeitung, insbesondere dreidimensionalen Bearbeitung, eines Werkstücks mittels einer Werkzeugmaschine wird das Werkstück typischerweise mittels eines Werkstückträgers im Arbeitsraum der Maschine fixiert. Dies wird auch als Rüsten der Werkzeugmaschine bezeichnet. Zur präzisen Bearbeitung des Werkstücks muss die Werkzeugmaschine bzw. deren Steuerung wissen, wo sich das Werkstück im Arbeitsraum genau befindet. Ein NC-Programm zur Steuerung der Bearbeitung muss insofern auf die konkrete Position und Ausrichtung des Werkstücks angepasst werden. Dies wird als Einrichten, insbesondere 3D-Einrichten, oder Einfahren bezeichnet. Hierbei werden typischerweise ein Nullpunkt des NC- Programmes und ein Fixpunkt auf dem Werkstückträger oder dem Werkstück in Deckung gebracht, so dass das NC-Programm translatorisch und rotatorisch zum Werkstück passt und alle Toleranzen einhält. Dieser Prozessschritt des Einrichtens ist traditionell sehr aufwendig.
Oft wird die Position und Ausrichtung eines dreidimensionalen Bauteils mittels eines Messtasters ermittelt. Dieser Vorgang erfordert einen hohen Zeitaufwand, geschultes Personal und ist außerdem fehleranfällig. Insbesondere sind menschliche Fehler auch bei geschultem Personal nicht auszuschließen. Neben solchen taktilen Systemen werden zur Bestimmung der Werkstückposition und - Orientierung auch optische Verfahren wie beispielsweise die sehr kostspielige Lasertriangulation eingesetzt. Oft werden auch spezielle, mit hoher Präzision angefertigte Anschläge verwendet, die entsprechend teuer sind. Nachteilig an den bekannten Verfahren ist zudem, dass diese nur sehr begrenzt, insbesondere nicht vollständig, automatisierbar sind.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Fertigungssystem bereit zu stellen, die ein schnelles und automatisiertes Einrichten einer Werkzeugmaschine erlauben.
Beschreibung der Erfindung Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und ein Fertigungssystem gemäß Patentanspruch 10. Die Unteransprüche und die Beschreibung geben bevorzugte Weiterbildungen an. Erfindungsgemäße Verfahren
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine, mit den Schritten
a) Anordnen eines Werkstückträgers in einem Arbeitsraum der
Werkzeugmaschine,
b) Grobausrichten eines Bearbeitungskopfs der Werkzeugmaschine relativ zu dem Werkstückträger unter Verwendung eines Echtzeit-Lokalisierungs- Systems,
c) Feinausrichten des Bearbeitungskopfs relativ zu dem Werkstückträger unter
Verwendung eines Bildverarbeitungssystems.
Im Schritt a) wird zunächst der Werkstückträger im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine platziert und dort befestigt, beispielsweise mit einem Arbeitstisch verspannt. Der Werkstückträger kann mitsamt einem von dem Werkstückträger gehaltenen Werkstück in dem Arbeitsraum angeordnet werden. Alternativ kann der Werkstückträger zunächst alleine (ohne ein Werkstück) im Arbeitsraum angeordnet werden und das Werkstück sodann am Werkstückträger festgelegt werden. Das Befestigen des Werkstücks am Werkstückträger kann prinzipiell auch nach der Durchführung der Schritte b) und c) erfolgen. Wenn das Werkstück bei der Durchführung von Schritt c) bereits am Werkstückträger befestigt ist, können auch optische Merkmale des Werkstücks zum Feinausrichten im Schritt c) verwendet werden. Das Werkstück kann insofern als ein Teil des Werkstückträgers angesehen werden.
Anschließend an Schritt a) wird der Bearbeitungskopf der Werkzeugmaschine relativ zu dem Werkstückträger ausgerichtet. Dies bedeutet, dass der Bearbeitungskopf in eine bestimmte Relativposition und ggf. -Orientierung bezüglich des Werkstückträgers gebracht wird. Die Relativposition kann beispielsweise dadurch definiert sein, dass ein ausgezeichneter Punkt des Bearbeitungskopfs, beispielsweise ein Werkzeug oder ein optisches Element, mit einem vorbestimmten Abstand vertikal oberhalb eines ausgezeichneten Punkts des Werkstückträgers anzuordnen ist.
Das Ausrichten des Bearbeitungskopfs erfolgt erfindungsgemäß in den beiden Schritten b) und c) im Rahmen eines vorgeschalteten Grobausrichtens und einem anschließenden Feinausrichten.
Zum Grobausrichten im Schritt b) wird ein Echtzeit-Lokalisierungs-System, vorzugsweise ein Indoor-GPS, verwendet. Ein solches System erlaubt typischerweise das Bestimmen der Position eines Objekts auf einige Zentimeter genau.
Zur Bestimmung der Position des Werkstückträgers wird an diesem wenigstens ein erstes Positionsbestimmungsmittel des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems angeordnet. Vorzugsweise wird auch an dem Bearbeitungskopf wenigstens ein weiteres erstes Positionsbestimmungsmittel des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems angeordnet. Zweite Positionsbestimmungsmittel des Echtzeit-Lokalisierungs- Systems werden ortsfest bezüglich der Werkzeugmaschine (bzw. bezüglich deren Arbeitsraum oder Arbeitstisch) angeordnet. Die ersten und zweiten Positionsbestimmungsmittel kommunizieren in an und für sich bekannter Weise miteinander, so dass die Positionen der jeweiligen ersten Positionsbestimmungsmittel ermittelt werden können. Diese Positionen werden typischerweise an ein Steuerungssystem der Werkzeugmaschine übermittelt. Das Steuerungssystem kann die Position des Bearbeitungskopfs typischerweise auch unabhängig von dem Echtzeit-Lokalisierungs-System ermitteln. Der
Bearbeitungskopf kann ausgehend von seiner bekannten Position und der mittels des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems bestimmten Position des Werkstückträgers vorpositioniert, d.h. grob ausgerichtet werden. Im anschließenden Schritt c) erfolgt ein Feinausrichten des Bearbeitungskopfs relativ zu dem Werkstückträger. Hierzu wird ein Bildverarbeitungssystem eingesetzt. Das Bildverarbeitungssystem erfasst optische Merkmale des Werkstückträgers und optional auch des Bearbeitungskopfs. Auf diese Weise kann die Position und erforderlichenfalls die Ausrichtung des Bearbeitungskopfs relativ zum Werkstückträger mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich, vorzugsweise auf höchstens 100 pm, besonders bevorzugt auf höchstens 10 pm genau, bestimmt werden. Zum Feinausrichten kann das Bildverarbeitungssystem optische Merkmale, beispielsweise Kanten des Werkstückträgers oder optische Kennzeichnungen, wie z.B. Zielkreuze oder Punkte, erfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, den Vorgang des Einrichtens der Werkzeugmaschine (ggf. vom Anordnen des Werkstücks im Arbeitsraum abgesehen) vollständig zu automatisieren und sehr schnell durchzuführen. Auf geschultes Personal kann verzichtet werden, da die Schritte b) und c) des Einrichtens von programmierten Routinen ausgeführt werden können. Ferner erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, den Werkstückträger im Schritt a) im Wesentlichen beliebig zu positionieren. Das Echtzeit-Lokalisierungssystem erkennt dessen Position und ermöglicht es, den Bearbeitungskopf für ein optisches Feinausrichten nahe am Werkstückträger zu positionieren, ohne dass hierfür eine menschliche Interaktion mit der Werkzeugmaschine erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise mit einem unten beschriebenen, erfindungsgemäßen Fertigungssystem durchgeführt.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass im Schritt b) zunächst die Position des Werkstückträgers mittels des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems bestimmt wird und aus der ermittelten Position des Werkstückträgers eine Zielposition des Grobausrichtens für den Bearbeitungskopf bestimmt wird. Der Bearbeitungskopf kann sodann ausgehend von seiner einem Steuerungssystem der Werkzeugmaschine bekannten Position in die Zielposition verfahren werden.
Auch die Orientierung des Werkstückträgers kann mittels des Echtzeit- Lokalisierungs-Systems bestimmt werden. Hierzu sind typischerweise wenigstens drei erste Positionsbestimmungsmittel an dem Werkstückträger angeordnet. Aus der ermittelten Orientierung des Werkstückträgers kann eine Zielorientierung für den Bearbeitungskopf bestimmt werden. Besonders bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass der Bearbeitungskopf unter Überwachung seiner Position durch das Echtzeit-Lokalisierungs-System an die Zielposition des Grobausrichtens verfahren wird. An dem Bearbeitungskopf ist hierzu wenigstens ein weiteres erstes Positionsbestimmungsmittel angeordnet. Ggf. kann der Bearbeitungskopf unter Überwachung seiner Orientierung durch das Echtzeit-Lokalisierungs-System in die Zielorientierung gedreht werden. Auf diese Weise werden die Positionen und ggf. Orientierungen von Werkstückträger und Bearbeitungskopf mit derselben Methode, nämlich mittels des Echtzeit- Lokalisierungs-Systems, bestimmt. In der Zielposition ist der Bearbeitungskopf nahe am Werkstückträger positioniert, so dass systematische Fehler des Echtzeit- Lokalisierungs-Systems für beide Komponenten in näherungsweise derselben Art und Größe auftreten. Auf diese Weise kann die Genauigkeit des Grobausrichtens verbessert werden. Insbesondere kann derart erreicht werden, dass die Zielposition des Bearbeitungskopfs relativ zum Werkstückträger mit einer Genauigkeit erreicht wird, die unterhalb der Genauigkeit der Bestimmung von Absolutpositionen mittels des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems liegt. So können Absolutpositionen mit dem Echtzeit-Lokalisierungs-System beispielsweise auf einige Zentimeter genau bestimmt werden, wohingegen die Relativposition zweier nahe beieinanderliegender Objekte auf einige Millimeter genau bestimmt werden kann. Die Überwachung der Position und ggf. Orientierung des Bearbeitungskopfs kann kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen erfolgen.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Werkstückträger erste Positionsbestimmungsmittel aufweist, die sowohl im Schritt b) zum Grobausrichten als auch im Schritt c) zum Feinausrichten des Bearbeitungskopfs verwendet werden. Durch die Verwendung der ersten Positionsbestimmungsmittel auch im Schritt c) sind weniger, vorzugsweise keine, zusätzliche optische Markierungen für das Bildverarbeitungssystem am Werkstückträger anzubringen. Die ersten Positionsbestimmungsmittel können als solche von dem Bildverarbeitungssystem erkannt werden. Vorzugsweise tragen die ersten Positionsbestimmungsmittel optische Kennzeichnungen. Auf diese Weise kann die Genauigkeit des Feinausrichtens weiter verbessert werden. Eine besonders bevorzugte Verfahrensvariante ist dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) eine an dem Bearbeitungskopf angeordnete Kamera des Bildverarbeitungssystems verwendet wird. Dies vereinfacht die Durchführung von Schritt c) und verbessert die Genauigkeit weiter. Die Position der Kamera am Bearbeitungskopf kann (einmalig) sehr präzise bestimmt werden. Sodann erfasst die Kamera optische Merkmale des Werkstückträgers, so dass der Bearbeitungskopf mit großer Präzision relativ zum Werkstückträger ausgerichtet werden kann. Die Kamera ist typischerweise derart am Bearbeitungskopf angeordnet, dass sie den Werkstückträger erfasst, wenn der Bearbeitungskopf im Schritt b) grob ausgerichtet wurde.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Abstand des Bearbeitungskopfs von dem Werkstückträger aus der Schärfe eines von der Kamera aufgenommenen Bildes, insbesondere durch Fokussieren der Kamera, ermittelt wird. Dies erlaubt ein besonders schnelles Durchführen des Schrittes c).
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Kamera an dem Bearbeitungskopf den Werkstückträger aus zwei unterschiedlichen Perspektiven, insbesondere aus zwei zueinander senkrechten Richtungen, erfasst. Dies erlaubt eine noch präzisiere Feinausrichtung des Bearbeitungskopfs. Der Bearbeitungskopf kann typischerweise so präzise angesteuert und bewegt werden, dass er zum Aufnehmen des Werkstückträgers in der zweiten Perspektive verschwenkt und ggf. verfahren werden kann, ohne dass dadurch bereits gewonnene Informationen zur Relativposition verschlechtert werden.
Vorzugsweise übermittelt der Werkstückträger Informationen über eine durchzuführende Bearbeitung an ein Steuerungssystem der Werkzeugmaschine. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die richtige Bearbeitung an einem Werkstück an dem Werkstückträger durchgeführt wird. Das Steuerungssystem kann den Bearbeitungskopf für die Bearbeitung des Werkstücks in dem Werkstückträger ansteuern. Die Informationen können die durchzuführende Bearbeitung direkt bezeichnen, beispielsweise mit einer Programmnummer. Alternativ können die Informationen den Werkstückträger und/oder einen in diesem aufgenommenen Typ von Werkstück identifizieren. Das Steuerungssystem kann dann die durchzuführende Bearbeitung aus einer Datenbank entnehmen. Die Informationen können in einem ersten Positionsbestimmungsmittel an dem Werkstückträger gespeichert oder codiert sein.
Erfindungsgemäße Fertigungssysteme
In den Rahmen der Erfindung fällt weiterhin ein Fertigungssystem aufweisend
- eine Werkzeugmaschine mit einem Bearbeitungskopf,
- einen Werkstückträger,
- ein Echtzeit-Lokalisierungs-System, und
- ein Bildverarbeitungssystem.
Erfindungsgemäß ist an dem Werkstückträger wenigstens ein erstes Positionsbestimmungsmittel des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems angeordnet. Vorzugsweise ist an dem Bearbeitungskopf wenigstens ein weiteres erstes Positionsbestimmungsmittel des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems angeordnet.
Zudem sind mehrere zweite Positionsbestimmungsmittel des Echtzeit- Lokalisierungs-Systems ortsfest, insbesondere an der Werkzeugmaschine, angeordnet. Die zweiten Positionsbestimmungsmittel sind vorzugsweise ortsfest bezüglich eines Arbeitstischs zur Aufnahme des Werkstückträgers angeordnet, beispielsweise an dem Arbeitstisch und/oder an einer Einhausung der Werkzeugmaschine. Wenn die Position der Werkzeugmaschine unveränderlich und präzise bekannt ist, können die zweiten Positionsbestimmungsmittel auch in einer Umgebung der Werkzeugmaschine, beispielsweise an Strukturelementen einer Fertigungshalle, angeordnet sein.
Die ersten und zweiten Positionsbestimmungsmittel können in an und für sich bekannter Weise Zusammenwirken, um die Positionen des Werkstückträgers und des Bearbeitungskopfs zu bestimmen. Anhand der derart bestimmten Positionen kann ein Grobausrichten des Bearbeitungskopfs relativ zu dem Werkstückträger vorgenommen werden. Erfindungsgemäß weist das Bildverarbeitungssystem eine Kamera zum Erfassen von optischen Merkmalen des Werkstückträgers auf. Die Kamera kann auch zum Erfassen von optischen Merkmalen des Bearbeitungskopfs eingerichtet sein. Die von der Kamera erfassten optischen Merkmale können zum Feinausrichten des Bearbeitungskopfs relativ zum Werkstückträger herangezogen werden.
Das erfindungsgemäße Fertigungssystem erlaubt die Durchführung eines oben beschrieben, erfindungsgemäßen Verfahrens. Typischerweise ist das Fertigungssystem zur Durchführung eines oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Hierzu kann ein Steuerungssystem der Werkzeugmaschine geeignet programmiert sein.
Die ersten Positionsbestimmungsmittel können als Empfänger bzw. Tags ausgebildet sein. Die zweiten Positionsbestimmungsmittel können als Sensoren bzw. Anker oder Emitter ausgebildet sein; sie können jeweils eine Antenne aufweisen. Alternativ können die zweiten Positionsbestimmungsmittel als
Empfänger bzw. Tags ausgebildet sein. In diesem Fall sind die ersten Positionsbestimmungsmittel typischerweise als Sensoren bzw. Anker oder Emitter ausgebildet; sie können jeweils eine Antenne aufweisen. Das Fertigungssystem kann mehrere Werkstückträger mit ersten
Positionsbestimmungsmitteln aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehrere Werkstückträger zugleich im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine angeordnet sind. Die Werkzeugmaschine kann dann für jeden der mehreren Werkstückträger mit einem Durchlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet werden.
Die ersten Positionsbestimmungsmittel können an ein elektrisches System der Werkzeugmaschine angeschlossen sein und/oder über eine elektrische bzw. elektronische Schnittstelle aktivierbar sein. Solchermaßen aktive erste Positionsbestimmungsmittel können weitere Funktionen erfüllen, beispielsweise Informationen an ein Steuerungssystem der Werkzeugmaschine übermitteln. Vorzugsweise sind an dem Werkstückträger wenigstens drei erste Positionsbestimmungsmittel des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems angeordnet. Auch an dem Bearbeitungskopf können wenigstens drei erste
Positionsbestimmungsmittel des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems angeordnet sein. Anhand der wenigstens drei ersten Positionsbestimmungsmittel kann jeweils eine Orientierung des Werkstückträgers bzw. Bearbeitungskopfs bestimmt werden. Beim Grobausrichten und/oder Feinausrichten des Bearbeitungskopfs im Rahmen der Schritte b) bzw. c) eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Bearbeitungskopf an jedes der wenigstens drei Positionsbestimmungsmittel des Werkstückträgers angenähert werden. Die Position und Orientierung des Werkstückträgers kann dabei über die einem Steuerungssystem der Werkzeugmaschine bekannten Positionen des Bearbeitungskopfs (gemessen in Maschinenkoordinaten) bei erfolgtem Ausrichten zu den jeweiligen ersten Positionsbestimmungsmitteln bestimmt werden. Die Kamera des Bildverarbeitungssystems ist vorzugsweise an dem Bearbeitungskopf der Werkzeugmaschine angeordnet. Eine am Bearbeitungskopf angeordnete Kamera ist bei ausgerichtetem Bearbeitungskopf nahe am Werkstückträger positioniert. Dadurch kann das Feinausrichten unter Verwendung der Kamera mit besonders großer Präzision vorgenommen werden.
Besonders bevorzugt weisen die ersten Positionsbestimmungsmittel an dem Werkstückträger optische Kennzeichnungen für das Bildverarbeitungssystem auf. Das Bildverarbeitungssystem kann die optischen Kennzeichnungen erkennen. Die ersten Positionsbestimmungsmittel können dann zur Positionsbestimmung mittels des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems und mittels des Bildverarbeitungssystems verwendet werden. Mit solchen ersten Positionsbestimmungsmitteln kann die Anzahl weiterer am Werkstückträger vorzusehender optischer Markierungen verringert werden; insbesondere kann auf zusätzliche optische Markierungen am Werkstückträger vollständig verzichtet werden.
Eines der ersten Positionsbestimmungsmittel an dem Werkstückträger kann Informationen über eine von der Werkzeugmaschine durchzuführende Bearbeitung enthalten. Das Fertigungssystem, insbesondere ein Steuerungssystem der Werkzeugmaschine, kann dazu eingerichtet sein, diese Informationen zu erhalten. Die Informationen können die durchzuführende Bearbeitung direkt bezeichnen, beispielsweise mit einer Programmnummer. Alternativ können die Informationen den Werkstückträger und/oder einen in diesem aufgenommenen Typ von Werkstück identifizieren. Das Steuerungssystem der Werkzeugmaschine kann in diesem Fall die durchzuführende Bearbeitung aus einer Datenbank entnehmen.
Vorzugsweise ist der Bearbeitungskopf als ein Laser-Bearbeitungskopf ausgebildet. Ein Laser-Bearbeitungskopf kann nicht wie ein Bearbeitungskopf für eine spanende Bearbeitung durch sogenanntes Ankratzen eingerichtet werden. Bei einem Laser-Bearbeitungskopf kommen daher die Vorteile der Möglichkeit zum Einrichten unter Verwendung des Echtzeit-Lokalisierungssystems und des Bildverarbeitungssystems besonders zum Tragen. Der Laser-Bearbeitungskopf kann für eine oder mehrere der Bearbeitungsarten Schneiden, Schweißen, Laser- Metal-Deposition ausgebildet sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Figuren der Zeichnung. Die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale können erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 ein Fertigungssystem in einer stark schematisierten Aufsicht;
Fig. 2 das Fertigungssystem von Fig. 1 in einer stark schematisierten Seitenansicht;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einrichten einer Werkzeugmaschine.
Figur 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Fertigungssystem 10 in einer Aufsicht. Figur 2 zeigt das Fertigungssystem 10 in einer Seitenansicht.
Das Fertigungssystem 10 umfasst eine Werkzeugmaschine 12 mit einem Bearbeitungskopf 14. Der Bearbeitungskopf 14 ist hier als ein Laser- Bearbeitungskopf für eine Laser-Bearbeitung, beispielsweise Schweißen, Schneiden und/oder Laser-Metal-Deposition, ausgebildet. Die Werkzeugmaschine 12 ist in den Figuren 1 und 2 stark abstrahiert dargestellt; in den Figuren sind Bewegungsmöglichkeiten des Bearbeitungskopfs schematisch angedeutet (vgl. Doppelpfeile), ohne dass damit eine Beschränkung auf eine konkrete konstruktive Gestaltung der Werkzeugmaschine 12 verbunden sein soll.
Das Fertigungssystem 10 umfasst weiterhin einen Werkstückträger 16. An dem Werkstückträger ist ein Werkstück 18 gehalten. Der Werkstückträger 16 ist auf einem Arbeitstisch 20 in einem Arbeitsraum 22 der Werkzeugmaschine 12 angeordnet.
Das Fertigungssystem 10 weist ferner ein Echtzeit-Lokalisierungs-System 24 auf. Das Echtzeit-Lokalisierungs-System 24 umfasst erste Positionsbestimmungsmittel 26, die an dem Werkstückträger 18 angeordnet sind. Das Echtzeit-Lokalisierungs- System 24 umfasst ferner ein weiteres, erstes Positionsbestimmungsmittel 28, das an dem Bearbeitungskopf 14 angeordnet ist. Ferner weist das Echtzeit- Lokalisierungs-System 24 zweite Positionsbestimmungsmittel 30 auf, die ortsfest, hier an einer Einhausung 32 der Werkzeugmaschine 12 angeordnet sind. Die ersten Positionsbestimmungsmittel 26, 28 und die zweiten
Positionsbestimmungsmittel 30 wirken zusammen, sodass die Positionen des Werkstückträgers 16 bzw. des Bearbeitungskopfs 14 ermittelt werden können. Die ersten Positionsbestimmungsmittel 26, 28 und die zweiten
Positionsbestimmungsmittel 30 können hierzu mit einem Steuerungssystem 33 der Werkzeugmaschine 12 kommunizieren.
Das Fertigungssystem 10 weist weiterhin ein Bildverarbeitungssystem 34 auf. Das Bildverarbeitungssystem 34 umfasst eine Kamera 36, die hier an dem Bearbeitungskopf 14 angeordnet ist. Eine Optik der Kamera 36 kann auf den Arbeitstisch 20 gerichtet sein. Das Bildverarbeitungssystem 34 kann neben der Kamera 36 ein Softwaremodul im Steuerungssystem 33 der Werkzeugmaschine 12 umfassen.
Ein Verfahren zum Einrichten der Werkzeugmaschine 12 des Fertigungssystems 10 wird unter ergänzender Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben. Figur 3 zeigt ein
Ablaufdiagramm eines solchen Verfahrens. Beim Einrichten wird der Bearbeitungskopf 14 für eine anschließende Bearbeitung des Werkstücks 18 im Werkstückträger 16 ausgerichtet. Nach dem Einrichten kann eine Bearbeitung des Werkstücks 18 vorgenommen werden, wobei der Bearbeitungskopf 14 ausgehend von einer Endposition nach Abschluss des Einrichtens eine vordefinierte Bahn abfährt.
In einem ersten Schritt 100 wird der Werkstückträger 16 mit dem Werkstück 18 im Arbeitsraum 22 der Werkzeugmaschine 12 angeordnet. Der Werkstückträger 16 wird hierzu in an und für sich bekannter Weise an dem Arbeitstisch 20 befestigt.
Dabei ist es jedoch nicht erforderlich, eine definierte Position des Werkstückträgers 16 genau einzuhalten. Es genügt, den Werkstückträger 16 ungefähr an der richtigen Position oder auch nur irgendwo im Arbeitsraum 22 anzuordnen, da seine Position und Ausrichtung im weiteren Verfahrensablauf automatisch bestimmt werden, so dass sich die Werkzeugmaschine selbsttätig darauf einstellen kann.
In einem anschließenden Schritt 102 erfolgt ein Grobausrichten des Bearbeitungskopfs 14 der Werkzeugmaschine 12 relativ zu dem Werkstückträger 16. Hierzu wird in einem Teilschritt 102a zunächst die Position und Orientierung des Werkstückträgers 16 im Arbeitsraum 22 mittels des Echtzeit-Lokalisierungs- Systems 24 bestimmt. Aus diesen Daten wird in einem Teilschritt 102b eine Zielposition für den Bearbeitungskopf 14 ermittelt. Die Zielposition kann beispielsweise durch einen definierten Abstand oberhalb eines ausgezeichneten Punkts des Werkstückträgers 16 bestimmt sein. Sodann wird in einem Teilschritt 102c die Position des Bearbeitungskopfs 14 mittels des Echtzeit-Lokalisierungs- Systems 24 ermittelt. Indem die Position des Bearbeitungskopfs 14 mittels des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems 24 ermittelt wird und nicht auf eine in Maschinenkoordinaten im Steuerungssystem 33 vorgehaltene Positionsinformation zurückgegriffen wird, kann die Genauigkeit des Grobausrichtens verbessert werden, da systematische Fehler des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems 24 beim Werkstückträger 16 und beim Bearbeitungskopf 14 in annähernd derselben Weise (Betrag und Richtung) auftreten. Sodann wird der Bearbeitungskopf 14 in einem Teilschritt 102d an die Zielposition verfahren. Spätestens bei Erreichen der Zielposition, vorzugsweise kontinuierlich während des Verfahrens, wird die Position des Bearbeitungskopfs 14 erneut mit dem Echtzeit-Lokalisierungs-System 24 bestimmt. Die Position des Bearbeitungskopfs 14 kann sodann nachkorrigiert werden, bis das Echtzeit-Lokalisierungs-System 24 eine hinreichend genaue Übereinstimmung mit der Zielposition feststellt. Das Bewegen des Bearbeitungskopfs 14 an die Zielposition erfolgt also unter Überwachung durch das Echtzeit-Lokalisierungs-System 24. Die Zielposition kann beim Grobausrichten typischerweise auf wenige Zentimeter genau erreicht werden. Zur Bestimmung der Positionen und ggf. Orientierungen des Werkstückträgers 16 und des Bearbeitungskopfs 14 im Rahmen des Schritts 102 wirken die ersten Positionsbestimmungsmittel 26 bzw. 28 und die zweiten Positionsbestimmungsmittel 30 zusammen. Die ersten und/oder zweiten Positionsbestimmungsmittel 26, 28, 30 kommunizieren zudem mit dem
Steuerungssystem 33 der Werkzeugmaschine 12. Hier enthält eines der ersten Positionsbestimmungsmittel 26 am Werkstückträger 16 Informationen über eine an dem Werkstück 18 durchzuführende Bearbeitung. Diese Informationen können auch Informationen über die Zielposition für den Bearbeitungskopf 14 umfassen. Beispielsweise im Rahmen des Ermittelns der Position des Werkstückträgers 14 im Teilschritt 102a können die Informationen von dem ersten Positionsbestimmungsmittel 26 in einem Unterschritt 102aa an das
Steuerungssystem 33 übermittelt werden.
Im Anschluss an das Grobausrichten 102 erfolgt in einem Schritt 104 ein Feinausrichten des Bearbeitungskopfs 14. Zum Feinausrichten wird das Bildverarbeitungssystem 34 mit der Kamera 36 eingesetzt. Nach dem Grobausrichten befindet sich die Kamera 36 am Bearbeitungskopf 14 in der Nähe des Werkstückträgers 16. Die Kamera 36 kann daher optische Merkmale des Werkstückträgers 16, beispielsweise Kanten oder gesondert angebrachte optische Kennzeichnungen, erfassen. Hier weisen die ersten Positionsbestimmungsmittel 26 am Werkstückträger 16 jeweils eine optische Kennzeichnung, beispielsweise in Form eines Punkts, optischen Codes, oder Passkreuzes, auf. Diese optischen Merkmale werden von der Kamera 36 erfasst und ihre Position im Bildausschnitt der Kamera 36 wird ermittelt. Anhand der jeweiligen Positionen der optischen Kennzeichnungen im Kamerabild sowie der Ist-Koordinaten des Bearbeitungskopfs 14 können die Ist-Positionen der ersten Positionsbestimmungsmittel 26 im Arbeitsraum ermittelt werden.
Senkrecht zur Bildebene der Kamera 36, d.h. in„Blickrichtung" der Kamera 36, kann ein Abstand von dem Werkstückträger aus der Schärfe des von der Kamera 36 aufgenommenen Bildes ermittelt und entsprechend korrigiert werden. Vorzugsweise wird die Kamera 36 hierbei auf ein optisches Merkmal des Werkstückträgers 16, etwa eines der ersten Positionsbestimmungsmittel 26 fokussiert, so dass aus der Fokuslage auf den Abstand geschlossen werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Kamera 36 gedreht werden, um den Werkstückträger aus einer weiteren Perspektive zu erfassen. Beim Feinausrichten mittels des Bildverarbeitungssystems 34 kann der Bearbeitungskopf 14 typischerweise mit einer Genauigkeit von 100 pm, vorzugsweise 10 pm, besonders bevorzugt 7 pm, in einen Ausgangspunkt für eine nachfolgende Bearbeitung des Werkstücks 18 gebracht werden.
Beim zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren ist eine menschliche Interaktion mit dem Fertigungssystem 10 allenfalls zum Anordnen 100 des Werkstückträgers 16 im Arbeitsraum 22 erforderlich. Die Schritte des Grobausrichtens 102 und des Feinausrichtens 104 können vollständig automatisiert werden. Dies steigert die Präzision und Geschwindigkeit des Einrichtens der Werkzeugmaschine 12.
Bezuaszeichenliste
Fertigungssystem 10
Werkzeugmaschine 12
Bearbeitungskopf 14
Werkstückträger 16
Werkstück 18
Arbeitstisch 20
Arbeitsraum 22
Echtzeit-Lokalisierungs-System 24
erste Positionsbestimmungsmittel 26
weiteres, erstes Positionsbestimmungsmittel 28
zweite Positionsbestimmungsmittel 30
Einhausung 32
Steuerungssystem 33
Bildverarbeitungssystem 34
Kamera 36
Anordnen 100 des Werkstückträgers 16 im Arbeitsraum 22 Grobausrichten 102 des Bearbeitungskopfs 14
Bestimmen 102a der Position des Werkstückträgers 16
Bestimmen 102b einer Zielposition für den Bearbeitungskopf 14 Bestimmen 102c der Position des Bearbeitungskopfs 14
Verfahren 102d des Bearbeitungskopfs 14 an die Zielposition Übermitteln 102aa von Informationen
Feinausrichten 104 des Bearbeitungskopfs 14

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine (12),
mit den Schritten
a) Anordnen (100) eines Werkstückträgers (16) in einem Arbeitsraum (22) der Werkzeugmaschine (12),
b) Grobausrichten (102) eines Bearbeitungskopfs (14) der
Werkzeugmaschine (12) relativ zu dem Werkstückträger (16) unter Verwendung eines Echtzeit-Lokalisierungs-Systems (24),
c) Feinausrichten (104) des Bearbeitungskopfs (14) relativ zu dem
Werkstückträger (16) unter Verwendung eines
Bildverarbeitungssystems (34).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) zunächst die Position des Werkstückträgers (16) mittels des Echtzeit- Lokalisierungs-Systems (24) bestimmt wird (102a) und aus der ermittelten Position des Werkstückträgers (16) eine Zielposition des Grobausrichtens für den Bearbeitungskopf (14) bestimmt wird (102b).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch die
Orientierung des Werkstückträgers (16) mittels des Echtzeit- Lokalisierungs-Systems (24) bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Bearbeitungskopf (14) unter Überwachung seiner Position durch das Echtzeit-Lokalisierungs-System (24) an die Zielposition des
Grobausrichtens verfahren wird (102d).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (16) erste
Positionsbestimmungsmittel (26) aufweist, die sowohl im Schritt b) zum Grobausrichten (102) als auch im Schritt c) zum Feinausrichten (104) des Bearbeitungskopfs (14) verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Schritt c) eine an dem Bearbeitungskopf (14) angeordnete Kamera (36) des Bildverarbeitungssystems (34) verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand des Bearbeitungskopfs (14) von dem Werkstückträger (16) aus der Schärfe eines von der Kamera (36) aufgenommenen Bildes, insbesondere durch Fokussieren der Kamera (36), ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kamera (36) an dem Bearbeitungskopf (14) den Werkstückträger (16) aus zwei unterschiedlichen Perspektiven, insbesondere aus zwei zueinander senkrechten Richtungen, erfasst.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (16) Informationen über eine durchzuführende Bearbeitung an ein Steuerungssystem (33) der
Werkzeugmaschine übermittelt (102aa).
10. Fertigungssystem (10) aufweisend
- eine Werkzeugmaschine (12) mit einem Bearbeitungskopf (14),
- einen Werkstückträger (16),
- ein Echtzeit-Lokalisierungs-System (24), und - ein Bildverarbeitungssystem (34),
wobei an dem Werkstückträger (16) wenigstens ein erstes
Positionsbestimmungsmittel (26) des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems (24) angeordnet ist,
vorzugsweise wobei an dem Bearbeitungskopf (14) wenigstens ein weiteres erstes Positionsbestimmungsmittel (28) des Echtzeit- Lokalisierungs-Systems (24) angeordnet ist,
wobei mehrere zweite Positionsbestimmungsmittel (30) des Echtzeit- Lokalisierungs-Systems (24) ortsfest, insbesondere an der
Werkzeugmaschine (12), angeordnet sind, und
wobei das Bildverarbeitungssystem (34) eine Kamera (36) zum Erfassen von optischen Merkmalen des Werkstückträgers (16) aufweist.
11. Fertigungssystem (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Werkstückträger (16) wenigstens drei erste
Positionsbestimmungsmittel (26) des Echtzeit-Lokalisierungs-Systems (24) angeordnet sind und vorzugweise dass an dem Bearbeitungskopf (14) wenigstens drei erste Positionsbestimmungsmittel (28) des Echtzeit- Lokalisierungs-Systems (24) angeordnet sind.
12. Fertigungssystem (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kamera (36) des Bildverarbeitungssystems (34) an dem Bearbeitungskopf (14) der Werkzeugmaschine (12) angeordnet ist.
13. Fertigungssystem (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die ersten Positionsbestimmungsmittel (26) an dem Werkstückträger (16) von dem Bildverarbeitungssystem (34) erkennbare optische Kennzeichnungen aufweisen.
14. Fertigungssystem (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eines der ersten Positionsbestimmungsmittel (26) an dem Werkstückträger (16) Informationen über eine von der
Werkzeugmaschine (12) durchzuführende Bearbeitung enthält.
15. Fertigungssystem (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass der Bearbeitungskopf (14) als ein Laser- Bearbeitungskopf ausgebildet ist.
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