WO2021058528A1 - Automatisierter fertigungsprozess und fertigungsanlage zum biegen von glasscheiben mit integriertem digitalen abbild - Google Patents

Automatisierter fertigungsprozess und fertigungsanlage zum biegen von glasscheiben mit integriertem digitalen abbild Download PDF

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WO2021058528A1
WO2021058528A1 PCT/EP2020/076511 EP2020076511W WO2021058528A1 WO 2021058528 A1 WO2021058528 A1 WO 2021058528A1 EP 2020076511 W EP2020076511 W EP 2020076511W WO 2021058528 A1 WO2021058528 A1 WO 2021058528A1
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manufacturing process
actuators
bending
automated manufacturing
parameter values
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PCT/EP2020/076511
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Muhammed ALTIN
Achim ZEICHNER
Arthur PALMANTIER
Patrick PEINEMANN
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Saint-Gobain Glass France
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Definitions

  • the invention lies in the technical field of manufacturing glass panes and relates to an automated manufacturing process for bending glass panes with an integrated digital image of the manufacturing process.
  • the invention also extends to an automated manufacturing system for performing the automated manufacturing process according to the invention for bending glass panes.
  • WO 2004/087590 and WO 2006072721 a method is described in which the pane is first pre-bent on a bending frame by gravity, followed by press bending by means of an upper or lower bending form.
  • EP 255422 and US 5906668 the bending of a disk by suction against an upper bending form is described.
  • EP 1550639 A1, US 2009/084138 A1 and EP 2233444 A1 each have a device in which a press frame can be transported between bending stations on a carriage that is slidably mounted on a stationary support.
  • DE 102005043022 A1 shows a method for controlling and / or monitoring a movement of a free body in an industrial machine, the movement of the free body being simulated.
  • automated production systems are used in which movement control of movable system parts takes place by means of actuators, for example electric motors, and sensors.
  • actuators for example electric motors
  • sensors for example, a servo motor, which consists of an electric motor and a sensor, in combination with a motor controller, can be used to move to fixed positions.
  • the sensors encoders
  • rotary encoders record the actual states of the actuators and encode them into digital signals.
  • Actuators usually have individual controls (e.g. motor control).
  • the motion controls of actuators are typically controlled by at least one higher-level, programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the PLC coordinates the manufacturing process by transmitting setpoints at the right time to the subordinate motion control systems and monitoring the process sequence via feedback from sensor values in the process.
  • the PLC is therefore the central control instance for the automated manufacturing process.
  • a human operator can influence the automated process sequence via a human-machine interface by entering specific manipulated variables (parameter values) to control the manufacturing process.
  • the manufacturing process is parameterized for this purpose. Changing the values of process parameters does not change the programming of the PLC.
  • the operator has an important task here, since it is usually necessary to change parameter values in the automated production process when process conditions have changed. For example, actuators are to be controlled differently when a tool change has taken place or, in general, another, for example time-optimized method with reduced cycle times is to be carried out. This requires well-trained operators and is challenging, especially since modern systems for automated glass bending are becoming more and more complex due to additional functionalities.
  • Maintaining machine safety is particularly important when changing process parameters, and collisions between system parts must be avoided under all circumstances. Collisions can damage parts of the plant and possibly result in longer downtimes in the production plant. However, it is due to the steadily increasing The degree of complexity of automated production systems can sometimes be difficult to set the parameters in such a way that machine safety is always ensured.
  • Short cycle times are also important for the practice of series production.
  • the operator's task here is to reduce the distances traveled by moving system parts by entering optimized parameter values, to increase their speeds and accelerations if necessary, and to ensure rapid access to a glass pane to be processed in order to generally achieve temporal compression of the manufacturing process.
  • this increases the risk of collisions between movable system parts.
  • the object of the present invention is to provide an improved automated manufacturing process and an automated manufacturing system for bending panes with which these disadvantages can be avoided.
  • the operator should be able to use changed parameter values without risking a collision of movable parts of the system.
  • it should be possible to safely optimize parameter values with regard to a selectable process property, preferably the cycle time for processing wafers. In general, machine safety should always be guaranteed when the operator changes parameters.
  • an automatized manufacturing process for bending panes is shown in which a pane can be machined using movable system parts, the movable system parts being controllable by a programmable logic controller (PLC) on the basis of manually enterable parameter values.
  • PLC programmable logic controller
  • the programmable logic controller can output control signals to actuators of the movable system parts and receive sensor signals from sensors for detecting actual states of the actuators.
  • parameter values entered manually by an operator for controlling the movable system parts are transmitted to a digital image of the automated manufacturing process in the automated manufacturing process. This is followed by a check for a collision of parts of the system due to a movement of at least one movable part of the system, with the transmission of control signals based on the parameter values to the actuators being blocked in the event of a collision, or, if there is no collision, control signals based on the parameter values are blocked by the programmable logic controller are output to the actuators. Accordingly, if a collision between parts of the system is detected, the machine control system automatically intervenes by blocking the transmission of the control signals to the actuators. On the other hand, there is no such blocking of the control signals if no collision is detected. The production plant is thus reliably and safely protected against collisions between plant parts.
  • a “movable system part” is understood to mean a system part that is held on a forced movement path by an actuator, in contrast to a free body such as a disk.
  • a free body In contrast to a movable system part, a free body cannot be kept on a forced movement path by an actuator alone. Accordingly, a disk is not a movable part of the system for the purposes of the invention.
  • the present invention is based on the knowledge that an integrated digital image (also referred to as a “digital shadow”) of the automated manufacturing process for bending panes can be used usefully in the real manufacturing process.
  • the digital image simulates the real production process in a program implementation (software) that is implemented in logic modules that are already available or that are additionally provided for this purpose.
  • the digital image of the automated manufacturing process requires automatic, computer-aided processing of the process data, in particular the control and sensor data.
  • the use of a programmable logic controller (PLC) is required so that this data is available in digitized form and can also be influenced.
  • PLC programmable logic controller
  • the automated production process is controlled by an operator by manually entering specific control variables (parameter values).
  • the digital image includes a three-dimensional (3D) simulation of the kinematics of the plant parts of the production plant that can be moved (by a respective actuator) on a forced movement path, in particular of the complete production plant, as well as a visualization of the simulated kinematics of at least one movable plant part on at least one monitor .
  • a higher-level control of the kinematics simulation is carried out by a PLC, which can be implemented in hardware or software (emulation).
  • a communication and data device is provided which enables bidirectional communication via a preferably standardized machine-to-machine (M2M) communication so that there is access to current process data at a sufficient update rate.
  • M2M machine-to-machine
  • the communication and data device can preferably also store process data.
  • As an interface to the real process the communication and data device is directly connected to the PLC of the real production process.
  • the kinematic simulation obtains the required process data from the communication and data facility and is also connected to the PLC
  • the digital image depicts the behavior and properties of the automated manufacturing process in a level of detail that is appropriate for its intended use of supporting the human operator in the operation of the process.
  • the aim is to gain knowledge about the past, present and / or future of the automated manufacturing process, with the present description of the invention being essentially based on a future manufacturing process. This gain in knowledge is used to support the operator in his task as the person responsible for the process and the highest decision-making authority.
  • a key component of the digital image is the kinematic simulation of the automated manufacturing process.
  • a geometric model of the production plant in which the production process to be mapped takes place, is built within the kinematic simulation model.
  • the level of detail is at the discretion of the modeler and must be adapted to the objectives of the digital image and the specific manufacturing process.
  • even detailing down to individual screws can be useful, if these limit the movement of other system parts, for example, or are otherwise relevant for the course of the manufacturing process.
  • larger, complex assemblies can also be replaced by placeholder geometries or left out completely in other scenarios.
  • a digital 3D geometry model is preferably created with a computer-aided design (CAD) system, which is usually constructed as an edge, surface or volume model.
  • CAD computer-aided design
  • the second element of the simulation is the kinematic model.
  • the kinematic model is linked to the initially immobile geometric model and thus allows all degrees of freedom of movement of the real manufacturing process to be reproduced.
  • the influence of the real actuators on the manufacturing process is advantageously simulated in a simplified manner by means of kinematic constraints.
  • a table is considered that is connected to an electric motor via a spindle and can thus be moved linearly in a uniaxial manner in a guide.
  • the electric motor is controlled by a motor controller, which receives setpoints for the axis position of the table, the speed and the acceleration as parameters.
  • the 3D geometry model of the table is advantageously assigned a uniaxial, linear degree of freedom so that its position can be influenced directly by a variable.
  • This simplification strongly abstracts from the original mechanical behavior, but still allows the sequence of the manufacturing process to be accurately reproduced.
  • Another component of the kinematic simulation is the sensor system.
  • the control PLC
  • the process sequence is mapped by the movement behavior of the production plant influenced by the actuators.
  • the primary state variables are the position variables of the moving system parts. The inclusion of the glass pane in the process flow is optional.
  • any parameter configuration and its effects on the process sequence can be simulated. Relevant information for the process operator is first of all whether the control program is running correctly with the selected parameter values. Related questions can be whether all positions can be reached with the given speeds, whether the further conveyance of the glass pane is successful or whether collisions occur. In addition, the effects on process variables such as the cycle time are relevant.
  • a visualization of the simulated process sequence by means of a 3D animation on at least one is particularly advantageous Monitor, which enables a more effective information transfer of the course of a complex manufacturing process with new parameterization to the human being than only text-based information.
  • the PLC controls the process and movement sequence in the automated manufacturing process.
  • the sensors are connected to the inputs of the PLC and the actuators to the outputs.
  • the use of the digital image for the representation of future process states requires a simulation of future process states that is independent of the real process. Therefore, the 3D kinematics simulation must be controlled separately, analogous to the functionality of the PLC. The most important goal is the transferability of the simulation results to the control of the real process.
  • the same parameter configuration causes identical motion sequences, regardless of whether the PLC used in the process, another PLC in hardware or a mapping (emulation) of the PLC is used for the kinematics simulation.
  • the control within the simulation also allows a complete abstraction of the sensors within the simulation model, since the control program can directly access all simulated process states and process variables.
  • a PLC emulation is linked to the 3D kinematics simulation. Since the real control program is used in the PLC emulation, all the sensors of the automated production process required for motion control must be implemented in the simulation model and the sensor signals must be available in a PLC-compatible form. In addition, the sensors and actuators of the 3D kinematic simulation must be connected to the virtual inputs and outputs of the PLC emulation.
  • the digital image can therefore particularly advantageously generate information about a future process status or status of the manufacturing system with the aid of the kinematics simulation.
  • the kinematic simulation enables the production process to be represented independently of the current process data of an actual process that is currently running. This enables the digital image to make statements about the effects of parameter changes on any process variables. Building on this, a suitable optimization strategy can be used to optimize process parameters with regard to defined criteria. In particular, collisions between parts of the system can be avoided.
  • the digital image uses the process data of the actual manufacturing process in operation and thus continuously puts itself in the same state as the real process. Based on this data, the digital image can show the current state of the visualize the supply system through a representation on at least one monitor (eg 3D animation). This data stream can also be used for process analysis purposes. New process-related variables can be generated from the existing data through aggregation, reduction or calculation and these can be visualized accordingly. The digital image can also carry out safety checks by monitoring safety-relevant process variables and comparing them with previously defined rules.
  • Results of the digital image are transmitted to the operator via a visual display on at least one monitor and, if necessary, text-based.
  • Text-based information can also be displayed, for example, by the MMS.
  • the communication and data device defines which data is processed and stored in which form and transmits this data to the 3D kinematics simulation as required.
  • the process data required for the real process is read out through a connection to the PLC, which processes it centrally.
  • the main task of the communication and data facility is therefore the transmission of historical and current process data to the simulation in a compatible data format and a sufficient update rate.
  • the digital image can perform a purely informational function, i.e. it provides the person with information that they have to interpret independently and, if necessary, implement in a process intervention.
  • the information can either be requested manually by the operator or it can also be provided automatically by the digital image.
  • the process sequence based on previously entered parameter values is visualized on at least one monitor.
  • the second stage is the submission of suggestions for action by the digital image, which can either be accepted or rejected by the user.
  • the suggestions can either be triggered manually by humans or automatically.
  • the third stage describes the fully automatic action through the digital image, which puts the operator in a passive role. This monitors the automatically executed actions and can react to them at his own discretion. However, the operator is the highest decision-making authority and manually decides which information is actually fed back into the real process.
  • the invention provides, on the basis of manually entered parameter values, to generate information about a future process state or state of the manufacturing system with the aid of the kinematics simulation of movable system parts and, in the event of a detected collision of system parts due to movement of at least one system part, a transmission of to to block control signals based on the entered parameter values to the actuators.
  • the operator can therefore safely enter new parameter values.
  • the machine safety of the production plant is always guaranteed.
  • the forwarding of the control signals based on the parameter values to the actuators can be blocked in the memory-programmable control device. However, it is also possible that the transmission of the control signals based on the parameter values to the actuators is blocked in actuator control devices (e.g. motor control) controlled by the programmable logic control device.
  • appropriate information or a message is output on at least one monitor in the event of a collision.
  • colliding parts of the system are displayed in color on the min least one monitor of non-colliding parts of the system.
  • the simulated process sequence is also possible, for example, for the simulated process sequence to be stopped as soon as a collision of system parts occurs. Since the kinematics simulation has the geometries of the system parts, such a collision check can be carried out in a simple manner, with only a test for overlapping or overlapping of the outer dimensions of system parts being required.
  • the simulated sequence of movements of the movable part is shown in an enlarged view and / or different angles on the min least one monitor. This enables the operator to make a precise visual assessment of the process flow, which is usually due to the special features of a hot bending zone is not possible in the real production plant.
  • the simulated sequence of movements of the movable system parts is particularly advantageously displayed on the at least one monitor in a viewing angle that is not accessible from the outside.
  • the simulated sequence of movements of the movable parts is displayed with a time delay on the at least one monitor. This enables the operator to study the simulated process sequence very precisely, as it were in slow motion.
  • the automated manufacturing process for bending panes in the event of a collision, in addition to the visual representation of the movement sequence of movable system parts, further information is displayed on the at least one monitor, which can be useful for the operator.
  • at least one path-time diagram (cyclogram) of at least one movable system part is displayed on the at least one monitor. This makes it easier for the operator to analyze the process flow.
  • the automated manufacturing process for bending panes which can be found in the digital image, preferably comprises the following (e.g. successive) steps:
  • a press frame is provided within the bending zone, with the pane being pressed between the mold and the press frame.
  • the pane can be placed on the press frame.
  • a prestressing frame is provided in the bending zone, the pane being transported on the prestressing frame to a cooling device for thermal prestressing of the pane. During transport on the prestressing frame, the pane can be bent in the inner area of the pane by gravity.
  • a press frame is first provided in the bending zone, followed by pressing the pane between the mold and press frame and then providing a prestressing frame in the bending zone, and placing the wafer on the prestressing frame.
  • the disk can be fixed to several shapes one after the other in order to produce complex geometries.
  • the at least one shape is preferably only moved up and down in a translatory manner in the vertical direction.
  • the at least one frame is preferably moved back and forth translationally in only one horizontal direction.
  • the invention also extends to an automated production system for bending panes, which is suitably set up for carrying out the method according to the invention.
  • the production plant comprises movable plant parts for processing a pane, which can be controlled by a programmable control device on the basis of manually inputted parameter values.
  • the programmable logic controller can output control signals to actuators of the movable system parts and receive sensor signals from sensors for detecting actual states of the actuators.
  • the manufacturing plant has a digital image of the automated manufacturing process and at least one monitor for displaying content relating to the process sequence.
  • the production system is programmed in such a way that manually entered parameter values for controlling the movement of the movable system part are transmitted to the digital image of the automated production process, a check for collision of system parts due to a movement of at least one movable system part is carried out, with the transfer in the event of a collision is blocked by control signals based on the parameter values from the programmable logic controller to the actuators, or, in the absence of a collision, control signals based on the parameter values are output from the programmable logic controller to the actuators.
  • the term “pane” generally refers to a pane of glass, for example a soda-lime glass.
  • the automated manufacturing system for bending panes advantageously comprises several structurally and functionally delimitable zones.
  • An essential component is a bending zone for bending hot panes, which is advantageously equipped with a heating device for heating panes.
  • the bending zone can be brought to a temperature that enables the plastic deformation of panes and is, for example, in the range from 500.degree. C. to 750.degree.
  • the bending zone is preferably designed as a heatable chamber that is closed or closable towards the external environment.
  • the bending zone comprises at least one shape that can be equipped with a tool for fixing a pane, as well as at least one frame (e.g. ring-shaped frame) on which the pane can be placed.
  • the pane rests on the frame only with the pane edge.
  • the tool has a contact surface for contacting the disc.
  • the contact surface is designed to be suitable for a desired curvature of the disk.
  • the frame is used to store the disc and, if necessary, to press the edge area of the disc with a mold.
  • the frame has a press surface that is complementary to the contact surface of a tool of a mold.
  • the frame is advantageously designed to be suitable for surface prebending by gravity in the inner region of the pane, with the inner region of the pane being able to sag downwards by gravity.
  • the frame can be open, i.e. it can be provided with a central opening, but it can also have a full surface, as long as the inner area of the pane can sag.
  • An open design is preferred with a view to simpler processing of wafers.
  • the bending zone has at least one mold and a press frame assigned to the at least one mold, the mold and press frame being displaceable in the vertical direction relative to one another so that the pane can be pressed in the edge area between the mold and press frame.
  • the shape can only be moved in a translatory manner (one-dimensional or uniaxial) in the vertical direction.
  • the press frame can preferably only be moved in a translatory manner in a horizontal plane. This enables easy control of the mold and press frame.
  • the bending zone only has a single shape and orderly press frame.
  • the bending zone can also have two or more shapes and at least one associated press frame, for example, with the pane being bent in several stages.
  • the at least one mold preferably has a means for fixing a pane on its contact surface, for example a pneumatic suction device for sucking in a gaseous fluid, in particular air, through which the pane can be drawn against the contact surface by means of negative pressure.
  • the contact surface can be provided for this purpose, for example, with at least one suction hole, advantageously with a plurality of suction holes, for example evenly distributed over the contact surface, at each of which a negative pressure can be applied for a suction effect on the contact surface.
  • the suction device generates a typically upwardly directed flow of a gaseous fluid, in particular air, which is sufficient to hold the pane firmly on the contact surface.
  • the means for fixing a disc on the contact surface comprises a pneumatic blowing device for generating a gaseous fluid flow, in particular an air flow, which is designed so that a disc is blown by the gaseous fluid flow from below, thereby raised and against the Contact surface of the form can be pressed.
  • a pneumatic blowing device for generating a gaseous fluid flow in particular an air flow, which is designed so that a disc is blown by the gaseous fluid flow from below, thereby raised and against the Contact surface of the form can be pressed.
  • the automated production system advantageously has a preheating zone with a heating device for heating panes to the bending temperature, as well as a transport mechanism, in particular of the roller bed type, for transporting panes from the preheating zone to the bending zone, in particular to a removal position (e.g. directly) below a mold .
  • the roller bed is advantageously designed so that individual slices can be transported to the removal position one after the other.
  • the removal position can in particular correspond to an end section of the roller bed.
  • the automated production system also advantageously has a thermal pretensioning zone with a cooling device for thermal pretensioning of a pane, it being possible for a pretensioning frame (eg pretensioning ring) to be provided for transporting a pane from the bending zone into the pretensioning zone.
  • the thermal pre-stressing creates a temperature difference between a surface zone and a core zone of the pane in order to increase the breaking strength of the pane.
  • the bias of the disc is advantageous by means of a device for blowing a gaseous fluid, preferably air, onto the pane.
  • the two surfaces of a disc are acted upon simultaneously with a stream of cooling air.
  • the production system has at least one mold, a press frame (e.g. press ring) and a prestressing frame (e.g. prestressing ring), wherein the mold can be lowered and raised in the vertical direction by a reciprocating translational movement, and both the press frame and the prestressing frame each by a reciprocal translational movement can be offset in a horizontal direction, in particular in a position directly below the at least one shape.
  • a disc can be taken from the mold, pressed in cooperation with the press frame and then placed on the prestressing frame.
  • the press and pretensioning frames are advantageously moved one after the other to a position directly below the mold.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an exemplary automated manufacturing
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a production system for bending panes in a plan view for the production process of FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a diagram to illustrate the information flows in the manufacturing plant of FIG. 2
  • FIG. 5 shows a diagram to illustrate the information flows in the manufacturing plant of FIG. 2 with an integrated digital image
  • FIG. 6 shows a diagram to illustrate the information flows in a first application of the digital image in the production plant of FIG. 5;
  • FIG. 8 shows a diagram to illustrate the information flows in a third application of the digital image in the production plant of FIG. 5;
  • FIG. 9 shows a further diagram to illustrate the information flows corresponding to a fourth application of the digital image from FIG. 5.
  • FIG. 1 uses a schematic representation to illustrate an exemplary automated production process for bending panes in automobile glazing.
  • flat, two-dimensional glasses are processed that have previously been cut and pre-processed.
  • the resulting product is what is known as single-pane safety glass with a geometry that can be freely designed within the framework of certain boundary conditions.
  • a disk is machined in two steps in a production facility. First of all, the disc is bent to give shape by pressing under the action of a strand and then pretensioned by means of controlled cooling.
  • FIG. 2 uses a schematic representation to illustrate an exemplary production system for the automated production process from FIG. 1 in a top view from above. In the schematic representation of FIG. 1, the manufacturing process runs from left to right.
  • a pane 2 is first heated over a heating section, since it is not possible to reshape the glass when it is cold.
  • the pane 2 is heated in a preheating zone 12 by radiant heat 3, which is supplied from above and below a roller bed 4 on which the pane 1 is supported for its transport.
  • the disk 1 is fed to a bending zone 5 on the roller bed 4.
  • the pane 1 is blown from below with hot air 6 and picked up by a vertically movable mold 7.
  • the mold 7 is to be provided with a suction device for the disc 1 in order to generate a negative pressure on its surface.
  • the surface of the mold 7 is to achieve a desired geometry of the to be produced disc 2 specially designed.
  • a deformation of the pane 1 is already achieved.
  • a horizontally movable, hot press ring 8 is moved under the mold 7 as a counterpart to the mold 7.
  • the press ring 8 does not depict the complete geometry of the disk 1, but only offers a contact surface for the edge of the disk 1.
  • the mold 7 is then lowered and the disc 1 is pressed between the mold 7 and the press ring 8 to give it a shape.
  • the disk 1 remains after the pressing process with the aid of a negative pressure generated on the surface of the mold 7 on the mold 7 until the press ring 8 is retracted and a horizontally movable, cold pre-tensioning ring 9, which was previously located in a pre-tensioning zone 10 next to the bending furnace 5, whose position has taken.
  • the vacuum is now released and the disk 1 is placed on the pretensioning ring 9.
  • the disk 1 is transported on the prestressing ring 9 from the bending furnace 5 into the prestressing zone 10 and is prestressed with a stream of cold air 11 and cooled. After pretensioning, the process is complete and the pane 1 can be removed.
  • Figure 2 the linear movements of the three central elements form 7, press ring 8 and pretensioning ring 9 are illustrated schematically by means of arrows.
  • the discs 1 are automatically fed in, and finished discs are automatically removed and transferred to downstream manufacturing steps.
  • the sequence of the production process within the production system 1 is completely automated, with the mold 7, press ring 8 and pretensioning ring 9 each being able to move uniaxially by actuators (eg servomotors).
  • actuators eg servomotors
  • the course of movement of the mold 7, press ring 8 and pretensioning ring 9 controlled by actuators is decisive for the transport and the resulting geometry of the disk 1.
  • the additional actuators are used to influence the process in a targeted manner. For example, the supply of cold air and cold air is controlled by flaps that are moved by actuators, and the separation of various furnace areas by movable doors.
  • the process is determined by the control of the axes of the mold 7, press ring 8 and preload ring 9 of the production plant 1, since their movements are mutually dependent and they operate in the same work area.
  • the mold 7 has to lower itself into the press ring 8 in order to be able to carry out the pressing step.
  • Small deviations in the position or the chronological sequence of movements can result in undesired collisions, which results in an expensive downtime in the production process, but also in severe damage to the tools and the production system due to the high speeds and forces of the servomotors 1 can cause yourself.
  • a control of these various axes is important for the successful execution of the production process, but their control is based on the movements of the central elements of the production plant 1.
  • the automated manufacturing process for bending disks illustrated with reference to FIGS. 1 and 2 comprises a single mold and a pressing and pretensioning ring. This is only to be understood as an example, it being understood that, in principle, several molds can be used in order to manufacture very complex disk geometries. Thermal pre-tensioning of the pane is also optional.
  • the process is controlled by a central PLC, which is connected to all the sensors in the production plant 1 and, on this basis, determines the setpoint specifications for the various axes to be controlled.
  • the PLC specifies movement controls for the respective actuators on the basis of received sensor data.
  • Subordinate motor controls take over the control of the actuators based on the setpoints of the PLC.
  • the PLC controls the non-kinematic process influences, for example furnace temperatures and flow pressures. The operator can access the PLC through the MMS and control the process sequence, with specific parameters being entered in the MMS for this purpose.
  • FIG. 4 uses a diagram to illustrate the various information flows in the automated manufacturing process for bending glass panes, as is carried out, for example, in the manufacturing plant 1 of FIG.
  • the role of the human operator is to monitor and parameterize the manufacturing process.
  • the MMS is available to the operator for this, via which the manufacturing process can be started or stopped, and parameters for controlling the manufacturing process can be entered.
  • An exemplary input mask of the MMS is shown in which a parameter value (here, for example, 200) for a "Vorpo sition B" and a further parameter value for a "pressing position 1" (here, for example, 250) can be entered manually.
  • the parameters are transferred to the PLC, which controls the glass bending process accordingly, whereby the PLC uses sensor data for this purpose.
  • the process parameterization is important for the correct flow of the manufacturing process. Especially after the mold has been retooled with a new tool, the parameters must be adapted to the changed process and the new tool geometry.
  • the programming of the PLC specifies the existing movement positions of the axes and their basic sequence structure. The programming is only changed in the event of profound process changes, for example when a completely new movement step is introduced.
  • the concrete axis position values of a specific movement step as well as the associated speed and acceleration are the subject of parameterization by the operator. There are preset parameter values for each tool type, but these may have to be adjusted manually to the condition of the wheel or to the prevailing conditions.
  • the operator enters all parameter values manually into the MMS and overwrites the existing parameterization of the PLC after pressing the start button. The process is then carried out with the new parameters.
  • the automated manufacturing system for bending panes is provided with a digital image of the automated manufacturing process, which supports the operator.
  • the existing IT infrastructure is used to seamlessly incorporate the information flow of the digital image.
  • the control of the digital image is therefore integrated into the MMS.
  • the digital image is a program-technically implemented kinematic simulation of the glass bending process.
  • the digital image connected directly to the PLC comprises several components.
  • the central component is a 3D kinematics simulation of the glass production process, which is controlled by a programmable (emulated) PLC, for example. (Simulated) sensor data can be sent to the emulated PLC.
  • a communication server and a database Connected to the 3D kinematics simulation is a combination of a communication server and a database, through which communication with the PLC for the real production process takes place.
  • OCT UA is a bidirectional machine-to-machine communication protocol that was developed for industrial automation.
  • the details are known to the person skilled in the art and are not relevant for an understanding of the invention, so that they do not have to be discussed in more detail here.
  • OPC UA enables the transfer of current process data between the PLC of the real manufacturing process and the 3D kinematics simulation.
  • the database saves the process data stream entering the OPC UA server.
  • the 3D kinematics simulation can access current and previous process data via the OPC UA server.
  • the emulated PLC executes the original PLC control program for the real glass bending process.
  • a visualization of the 3D kinematics simulation is shown to the operator on the monitors in addition to the camera images.
  • the 3-D kinematic simulation comprises a geometric model of the production plant in which the production process to be mapped takes place, in conjunction with a kinematic simulation model.
  • the 3D kinematics simulation depicts the process sequence of the production plant influenced by the actuators, with the primary state variables being the position variables of the movable plant parts.
  • FIG. 6 A first application is illustrated with the aid of FIG. 6, in which the various information flows in the glass production process are shown, including the digital image, in a representation analogous to FIG. This essentially involves a simulation of the automated manufacturing process using current sensor data, which runs parallel to the real manufacturing process.
  • the flow of information from the glass bending process in operation to the digital image is one-sided and automatic. Sensor data are sent to the 3D kinematics simulation transmitted and archived in the database at the same time. Archiving in the database is only optional. On the basis of this sensor data stream, the simulation of the glass bending process is carried out automatically without any action by the operator, as long as no other control commands are triggered by the operator.
  • the mapping of the current process status continuously transfers the simulation model to the status of the real process, so that in particular the movements of the axes of the main components of the production system can be displayed as 3D animation on the monitors. The problem of poor visibility into the process due to the high temperature environment can thus be solved.
  • This function can be further supported with the method of process analysis.
  • the most important information can be displayed dynamically in accordance with the current process status.
  • the actual process data are assigned to the movement steps of the axes and then prioritized depending on the deviations from the setpoints or average values.
  • throughput statistics can be calculated as new values from the process data. While the MMS displays a static cycle time based on the duration of the programmed movement sequence in the PLC, the average throughput, which is influenced by delays in the upstream production steps, can be calculated in the 3D kinematics simulation environment.
  • the use of the current process data stream also enables safety checks. Since the simulation model depicts the geometric condition of the system and, in contrast to the PLC, has data on the dimensions of the tools currently installed, the digital image can be used to determine the distances between the main and secondary axes while the process is running. Distances that fall below the limit values can be highlighted for the operator in the 3D animation. In cases of particularly serious deviations, the simulation can also intervene in the process independently and send a command to stop the system to the PLC via the OPC UA server. The same applies to the monitoring of the negative pressure that holds the disc on the mold after pressing.
  • the exact system status can be displayed and frozen in the 3D animation when the fault occurs, so that the furnace operator has a better basis for decision-making than the limited view through the cameras for the need process intervention can be presented.
  • FIG. 7 shows the various information flows during the glass production process, including the digital image, in a representation analogous to FIG. This is essentially about an error analysis after the occurrence of a fault in the real glass bending process.
  • the error analysis is triggered manually by the operator if necessary. After the command has been triggered via the MMS, this is forwarded to the 3D kinematics simulation.
  • the simulation requests previous sensor data from the OPC UA server. These sensor data are read from the database and serve as a new data source for the 3D kinematics simulation.
  • the simulation model then runs through the past process states and visualizes them in the same way as current process data is used.
  • Two exemplary scenarios are particularly relevant for this application in production.
  • system errors such as unplanned downtimes, glass loss within the furnace or collisions can be investigated.
  • time stamp of the error the faulty cycle can be identified and visualized for the operator.
  • the comparison of the process data of the faulty manufacturing cycle with earlier, fault-free cycles with the same parameterization and tooling from the database enables unusual values or values deviating from the target value to be highlighted.
  • the digital image helps to analyze the cause of errors by identifying and visualizing potential sources of error.
  • An initial assessment of the extent of the defect and the possible need for repairs can be carried out directly on the system by the responsible personnel without additional aids.
  • the second usage scenario of the failure analysis concerns defective glass panes.
  • Each manufactured pane has a unique identification number that is stored in the database together with the previous process data. Each pane can therefore be assigned to the data image of its individual production cycle. If the measuring station downstream of the glass bending process detects increasing deviations from the target geometry, the operator can use the Disk number Let the production of this disk visualize again using the digital image. Analogous to the investigation of system errors, the 3D animation of the production cycle of the defective panes contains additional information from the comparison with previous cycles with the same configuration. This supports the operator in deciding whether and how a parameter adjustment has to be made or whether incorrect system behavior is the cause of the geometry deviations.
  • FIG. 8 A third application is illustrated with reference to FIG. 8, in which the various information flows in the glass manufacturing process are shown in a representation analogous to FIG. 5, including the digital image. This essentially involves checking new parameters, in particular to avoid collisions between parts of the system, and then automatically optimizing them based on this.
  • the test of new parameters for the operation of the manufacturing process is a very important support function of the digital image for the operator.
  • the frequency of parameter changes in connection with the serious consequences of a single incorrectly entered parameter results in a simple and reliable method for risk-free
  • the operator preferably enters the new parameter values in the normal input mask of the MMS and, for example, presses a newly added button to trigger the simulation instead of directly parameterizing the PLC of the real production process with the new values.
  • the parameters are transferred via the PLC and the OPC UA server to the 3D kinematics simulation, which the emulated PLC re-parameterizes.
  • the 3D kinematics simulation stops the ongoing processing of current process data and is therefore independent of the ongoing manufacturing process.
  • the emulated PLC executes the control program and controls the actuators of the simulation model using the sensor values it has read.
  • the simulation environment simulates the process sequence with the original control program using the operator's new parameterization proposal and visualizes the process sequence on the monitors.
  • the simulation calculates the resulting cycle time of the new parameter configuration and whether collisions have occurred.
  • the 3D animation enables the operator to visually and qualitatively validate the new process sequence, including any collisions that may occur.
  • the simulation results with regard to the cycle time and any system components involved in collisions are, for example, also transmitted to the MMS as text and displayed.
  • the final decision on the application is made at the end of a review cycle the new parameterization at the operator, who can confirm or reject them with the push of a button.
  • An automatic optimization of parameters which is preferably carried out in addition, runs largely analogously to the test of a new parameterization.
  • the operator enters a set of parameters into the MMS as the basis for the optimization process, which is processed from the digital image.
  • several runs are now carried out which, in order to save time, preferably do without the 3D animation.
  • the parameters are adjusted step by step using an optimization algorithm, for example to minimize cycle times.
  • the parameter configuration with the shortest cycle time, which however still runs properly and without collisions, is visualized and the associated parameters are shown in the input mask of the MMS.
  • the operator must finally confirm the parameterization suggestion before it is applied to the real process.
  • FIG. 9 A fourth application is illustrated in FIG. 9 with the aid of a schematic diagram. This essentially involves checking new parameters with a view to avoiding collisions between system parts and automatic blocking of the transmission of control signals to the actuators in the glass bending process.
  • the operator preferably enters new parameter values in the normal input mask of the MMS and presses a button to trigger the real production process.
  • the PLC transfers the parameter values, however, before forwarding the corresponding control signals to the actuators to the OPC UA server and to the 3D kinematics simulation.
  • the emulated PLC executes the control program and controls the actuators of the simulation model using the sensor values it has read.
  • the simulation environment simulates the process sequence with the original control program using the operator's new parameterization suggestion, whereby the process sequence is checked for any collisions that may occur. If a collision is detected, transmission of control signals to the actuators is blocked, here for example by the PLC itself, and this can also be done by subordinate individual control devices of the actuators. This is symbolized in FIG.
  • the control signals are transmitted to the actuators and the process sequence is started. If a collision is detected, or if no collision is detected, it is advantageous if the simulated sequence of movements of the system parts is displayed as a 3D animation on a monitor. This makes it easier for the operator to choose new ones Parameter values. The display of further information on the process sequence is also advantageous.
  • the invention provides a novel automated manufacturing process for glass bending and a manufacturing system with a digital image of the automated manufacturing process, in which collisions of system parts can be avoided reliably and safely. Unwanted downtimes and increased production costs due to the replacement of damaged parts in the event of a collision do not occur.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen automatisierten Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben, bei welchem eine Scheibe mittels bewegbarer Anlageteile bearbeitbar ist, wobei die bewegbaren Anlageteile auf Basis manuell eingebbarer Parameterwerte durch eine speicherprogrammierbare Steuereinrichtung steuerbar sind, wobei die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung Steuersignale an Aktoren der bewegbaren Anlageteile ausgeben und Sensorsignale von Sensoren zum Erfassen von Ist-Zuständen der Aktoren empfangen kann, wobei manuell eingegebene Parameterwerte zur Steuerung der bewegbaren Anlageteile an ein digitales Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses übermittelt werden, eine Prüfung auf Kollision von Anlageteilen aufgrund einer Bewegung mindestens eines bewegbaren Anlageteils erfolgt, wobei im Kollisionsfalle die Weitergabe von auf den Parameterwerten basierenden Steuersignalen von der speicherprogrammierbare Steuereinrichtung an die Aktoren blockiert wird, oder bei fehlender Kollision auf den Parameterwerten basierende Steuersignale von der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung an die Aktoren ausgegeben werden.

Description

Automatisierter Fertigungsprozess und Fertigungsanlage zum Biegen von Glasscheiben mit integriertem digitalen Abbild
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Fertigung von Glasscheiben und betrifft einen automatisierten Fertigungsprozess zum Biegen von Glasscheiben mit einem integrierten digitalen Abbild des Fertigungsprozesses. Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine automatisierte Fertigungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen automatisierten Fertigungsprozes ses zum Biegen von Glasscheiben.
Bei der Herstellung von Glasscheiben für Automobile werden flache Gläser zugeschnitten, vor bearbeitet und anschließend einem Glasbiegeprozess bei hohen Temperaturen im Bereich von 500°C bis 750°C unterzogen, um die für Automobile typische gewölbte Geometrie auszubilden. Insbesondere im Bereich der Verglasung von Personenkraftwagen hat die Sicherheit der Insas sen eine zentrale Bedeutung. Da unbehandeltes Glas im Bruchfall ein erhebliches Verletzungsri siko darstellt, wird unter anderem Einscheibensicherheitsglas als Windschutz-, Fleck- oder Sei tenscheibe verbaut. Einscheibensicherheitsglas wird durch einen thermischen Vorspannprozess, der aus Erhitzung und anschließender schneller Abkühlung besteht, aus normalem Glas erzeugt. Die so eingebrachten inneren Spannungen erhöhen die Bruchfestigkeit. Gleichzeitig sorgen sie dafür, dass das Glas bei Bruch in kleine Stücke mit stumpfen Kanten zerfällt. Das Biegen und thermische Vorspannen der Scheiben erfolgt in aller Regel in einem kombinierten Fertigungspro zess, bei dem die Erwärmung der Scheiben auf Biegetemperatur für das thermische Vorspannen genutzt wird.
In der WO 2004/087590 und WO 2006072721 ist jeweils ein Verfahren beschrieben, bei dem die Scheibe zunächst auf einem Biegerahmen durch Schwerkraft vorgebogen wird, gefolgt von einer Pressbiegung mittels einer oberen oder unteren Biegeform. In der EP 255422 und US 5906668 ist jeweils die Biegung einer Scheibe durch Ansaugen gegen eine obere Biegeform beschrieben. EP 1550639 A1 , US 2009/084138 A1 und EP 2233444 A1 kann jeweils eine Vorrichtung entnom men werden, bei der ein Pressrahmen auf einem Schlitten, der auf einem stationären Träger verschiebbar gelagert ist, zwischen Biegestationen transportierbar ist.
Die DE 102005043022 A1 zeigt ein Verfahren zur Steuerung und/oder Überwachung einer Be wegung eines freien Körpers bei einer industriellen Maschine, wobei die Bewegung des freien Körpers simuliert wird. In der industriellen Serienfertigung von Glasscheiben werden automatisierte Fertigungsanlagen eingesetzt, bei denen mittels Aktoren, zum Beispiel Elektromotoren, und Sensoren eine Bewe gungsregelung von bewegbaren Anlageteilen erfolgt. Beispielsweise können durch einen Servo motor, der aus einem Elektromotor und einem Sensor besteht, in Kombination mit einer Motor steuerung, fest definierte Positionen angefahren werden. Die Sensoren (Kodierer), beispiels weise Drehgeber, erfassen die Ist-Zustände der Aktoren und kodieren diese in digitale Signale.
Aktoren weisen meist individuelle Steuerungen auf (z.B. Motorsteuerung). Die Bewegungsrege lungen von Aktoren werden aber typischer Weise von zumindest einer übergeordneten, speicher programmierbaren Steuerungseinrichtung (SPS) kontrolliert. Diese enthält die Steuerungslogik für den Ablauf des gesamten Fertigungsprozesses und führt alle Prozessdaten an einem zentra len Punkt zusammen. Die SPS koordiniert den Fertigungsprozess, indem sie Sollwerte zum rich tigen Zeitpunkt an die untergeordneten Bewegungsregelungen übermittelt und den Prozessab lauf über die Rückmeldung von Sensorwerten im Prozess überwacht. Die SPS ist somit die zent rale Kontrollinstanz des automatisierten Fertigungsprozesses.
Wesentlich hierbei ist, dass ein menschlicher Bediener über eine Mensch-Maschine-Schnittsteile (MMS) Einfluss auf den automatisierten Prozessablauf nehmen kann, indem spezifische Stellgrö ßen (Parameterwerte) zur Steuerung des Fertigungsprozesses eingegeben werden. Der Ferti gungsprozess ist zu diesem Zweck parametrisiert. Durch eine Änderung der Werte von Pro zessparametern wird die Programmierung der SPS nicht verändert. Dem Bediener kommt hierbei eine wichtige Aufgabe zu, da in aller Regel eine Änderung von Parameterwerten im automatisier ten Fertigungsprozess erforderlich ist, wenn sich Prozessbedingungen geändert haben. Bei spielsweise sind Aktoren anders anzusteuern, wenn ein Werkzeugwechsel erfolgt ist oder gene rell ein anderes, beispielsweise zeitlich optimiertes Verfahren mit reduzierten Taktzeiten, durch geführt werden soll. Dies erfordert gut geschulte Bediener und ist herausfordernd, zumal moderne Anlagen zur automatisierten Glasbiegung durch zusätzliche Funktionalitäten immer komplexer werden.
Besonders wichtig bei einer Änderung von Prozessparametern ist die Aufrechterhaltung der Ma schinensicherheit, wobei Kollisionen von Anlageteilen unter allen Umständen zu vermeiden sind. Kollisionen können zu Beschädigungen von Anlageteilen führen und möglicher Weise längere Ausfallzeiten der Fertigungsanlage mit sich bringen. Jedoch ist es aufgrund des stetig steigenden Komplexitätsgrads von automatisierten Fertigungsanlagen mitunter schwierig, die Parameter so einzustellen, dass die Maschinensicherheit stets gegeben ist.
Erschwerend kommt hinzu, dass die Biegung von Glasscheiben in einer heißen Umgebung mit einer eingeschränkten räumlichen Zugänglichkeit stattfindet, so dass eine visuelle Überwachung des Fertigungsprozesses schwierig und aus bestimmten Sichtpositionen oder Sichtwinkeln über haupt nicht möglich ist. Für den Bediener ist es mitunter schwer oder nicht zu erkennen, ob sich Anlageteile gefährlich nahe kommen.
Für die Praxis der Serienfertigung wichtig sind ferner kurze Taktzeiten. Dem Bediener obliegt hier die Aufgabe, durch Eingabe optimierter Parameterwerte Wegstrecken von bewegbaren Anlage teilen zu verringern, deren Geschwindigkeiten und Beschleunigungen gegebenenfalls zu erhö hen, sowie für einen zeitlich schnell aufeinander folgenden Zugriff auf eine zu bearbeitende Glas scheibe zu sorgen, um generell eine zeitliche Komprimierung des Fertigungsprozesses zu errei chen. Dies erhöht jedoch die Gefahr von Kollisionen von bewegbaren Anlageteilen.
In der Praxis kommt es jedoch immer wieder vor, dass der Bediener Parameterwerte eingibt, die zu einer Kollision von Anlageteilen führen. Dies sollte jedenfalls vermieden werden.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten auto matisierten Fertigungsprozess sowie eine automatisierte Fertigungsanlage zur Biegung von Scheiben zur Verfügung zu stellen, mit denen diese Nachteile vermieden werden können. So soll der Bediener insbesondere in der Lage sein, geänderte Parameterwerte verwenden zu können, ohne hierbei eine Kollision von bewegbaren Anlageteilen zu riskieren. Zudem sollen Parameter werte im Hinblick auf ein wählbare Prozesseigenschaft, vorzugsweise die Taktzeit zum Bearbei ten von Scheiben, gefahrlos optimiert werden können. Generell soll die Maschinensicherheit bei einer Parameteränderung durch den Bediener stets gewährleistet sein.
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen automati sierten Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben sowie eine automatisierte Fertigungsan lage zur Durchführung des Verfahrens gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Erfindungsgemäß ist ein automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben gezeigt, bei dem eine Scheibe mittels bewegbarer Anlageteile bearbeitbar ist, wobei die bewegbaren An lageteile auf Basis manuell eingebbarer Parameterwerte durch eine speicherprogrammierbare Steuereinrichtung (SPS) steuerbar sind. Die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung kann Steuersignale an Aktoren der bewegbaren Anlageteile ausgeben und Sensorsignale von Senso ren zum Erfassen von Ist-Zuständen der Aktoren empfangen.
Gemäß vorliegender Erfindung werden im automatisierten Fertigungsprozess von einem Bedie ner manuell eingegebene Parameterwerte zur Steuerung der bewegbaren Anlageteile an ein di gitales Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses übermittelt. Anschließend erfolgt eine Prüfung auf Kollision von Anlageteilen aufgrund einer Bewegung mindestens eines bewegbaren Anlageteils, wobei im Kollisionsfalle die Weitergabe von auf den Parameterwerten basierenden Steuersignalen von der speicherprogrammierbare Steuereinrichtung an die Aktoren blockiert wird, oder bei fehlender Kollision auf den Parameterwerten basierende Steuersignale von der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung an die Aktoren ausgegeben werden. Es erfolgt demnach bei erkannter Kollision von Anlageteilen ein automatischer Eingriff in die Maschinen steuerung durch Blockieren der Übertragung der Steuersignale an die Aktoren. Andererseits liegt eine solche Blockierung der Steuersignale nicht vor, wenn keine Kollision erkannt wird. Die Fer tigungsanlage ist somit zuverlässig und sicher vor Kollisionen von Anlageteilen geschützt.
Im Sinne vorliegender Erfindungsbeschreibung wird als "bewegbares Anlageteil" ein Anlageteil verstanden, das durch einen Aktor auf einer erzwungenen Bewegungsbahn gehalten wird, im Unterschied zu einem freien Körper, wie eine Scheibe. Im Unterschied zu einem bewegbaren Anlageteil kann ein freier Körper nicht alleine von einem Aktor auf einer erzwungenen Bewe gungsbahn gehalten werden. Dementsprechend ist eine Scheibe kein bewegbares Anlageteil im Sinne der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein integriertes digitales Abbild (auch als "digitaler Schatten" bezeichnet) des automatisierten Fertigungsprozesses zum Biegen von Scheiben nutzbringend im realen Fertigungsprozess eingesetzt werden kann. Insbesondere kön nen hierdurch die eingangs genannten Probleme beim automatisierten Biegeprozess vermieden werden, was nachfolgend detailliert dargestellt wird. Das digitale Abbild simuliert den realen Fer tigungsprozess in einer programmtechnischen Umsetzung (Software), die in bereits vorhandenen oder für diesen Zweck zusätzlich vorgesehenen Logikbausteinen ausgeführt wird. Das digitale Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses erfordert eine automatische, com- putergestützte Verarbeitung der Prozessdaten, insbesondere der Steuerungs- und Sensordaten. Damit diese Daten digitalisiert vorliegen und auch beeinflussbar sind, wird der Einsatz einer spei cherprogrammierbaren Steuerungseinrichtung (SPS) vorausgesetzt. Der automatisierte Ferti gungsprozess wird von einem Bediener durch manuelle Eingabe spezifischer Stellgrößen (Para meterwerte) gesteuert.
Das digitale Abbild umfasst eine dreidimensionale (3D) Simulation der Kinematik der (durch einen jeweiligen Aktor) auf einer erzwungenen Bewegungsbahn) bewegbaren Anlageteile der Ferti gungsanlage, insbesondere der kompletten Fertigungsanlage, sowie eine Visualisierung der si mulierten Kinematik mindestens eines bewegbaren Anlageteils auf mindestens einem Monitor. Eine übergeordnete Steuerung der Kinematiksimulation erfolgt durch eine SPS, die in Hardware oder Software (Emulation) implementiert sein kann. Des Weiteren ist eine Kommunikations- und Dateneinrichtung vorgesehen, welche eine bidirektionale Kommunikation über eine vorzugsweise standardisierte Maschine-zu-Maschine (M2M-)Kommunikation ermöglicht, so dass Zugriff auf ak tuelle Prozessdaten in hinreichender Aktualisierungsrate besteht. Vorzugsweise kann die Kom munikations- und Dateneinrichtung Prozessdaten auch speichern. Als Schnittstelle zum realen Prozess ist die Kommunikations- und Dateneinrichtung direkt mit der SPS des realen Fertigungs prozesses verbunden. Die Kinematiksimulation bezieht benötigte Prozessdaten aus der Kommu nikations- und Dateneinrichtung und ist zudem mit der SPS des digitalen Abbilds verbunden.
Das digitale Abbild bildet das Verhalten und die Eigenschaften des automatisierten Fertigungs prozesses in einem Detaillierungsgrad passend zu seinem Anwendungszweck der Unterstützung des menschlichen Bedieners im Betrieb des Prozesses ab. Ziel ist ein Erkenntnisgewinn über Vergangenheit, Gegenwart und/oder Zukunft des automatisierten Fertigungsprozesses, wobei im Rahmen vorliegender Erfindungsbeschreibung in wesentlicher Weise auf einen zukünftigen Fer tigungsprozess abgestellt wird. Dieser Erkenntnisgewinn wird eingesetzt, um den Bediener in seiner Aufgabe als Prozessverantwortlicher und oberste Entscheidungsinstanz zu unterstützen.
Ein wesentlicher Bestandteil des digitalen Abbilds ist die kinematische Simulation des automati sierten Fertigungsprozesses. Zunächst wird dafür ein geometrisches Modell der Fertigungsan lage, in der der abzubildende Fertigungsprozess abläuft, innerhalb des kinematischen Simulati onsmodells aufgebaut. Der Detaillierungsgrad liegt im Ermessen des Modellierers und muss an die Zielsetzung des digitalen Abbilds und an den spezifischen Fertigungsprozess angepasst sein. So kann einerseits sogar eine Detaillierung bis hin zu einzelnen Schrauben sinnvoll sein, wenn diese beispielsweise die Bewegung von anderen Anlageteilen limitieren oder anderweitig relevant für den Ablauf des Fertigungsprozesses sind. Andererseits können in anderen Szenarien auch größere, komplexe Baugruppen eventuell durch Platzhaltergeometrien ersetzt oder komplett aus gelassen werden. Vorzugsweise wird ein digitales 3D-Geometriemodell mit einem Computer Aided Design (CAD)-System erstellt, welches üblicherweise als Kanten-, Flächen- oder Volumen modell aufgebaut ist. Nach dem geometrischen Modell der Fertigungsanlage ist das zweite Ele ment der Simulation das kinematische Modell. Das kinematische Modell ist mit dem zunächst unbeweglichen geometrischen Modell verknüpft und erlaubt so sämtliche Bewegungsfreiheits grade des realen Fertigungsprozesses nachzubilden. Der Einfluss der realen Aktoren auf den Fertigungsprozess wird vorteilhaft durch kinematische Zwangsbedingungen vereinfacht nachge bildet. Beispielsweise wird ein Tisch betrachtet, der über eine Spindel mit einem Elektromotor verbunden ist und so in einer Führung einachsig linear bewegt werden kann. Der Elektromotor wird durch eine Motorsteuerung kontrolliert, die Sollwerte für die Achsposition des Tisches, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung als Parameter entgegennimmt. In dem Simulationsmo dell wird dem 3D-Geometriemodell des Tisches vorteilhaft ein einachsiger, linearer Freiheitsgrad zugewiesen, sodass dessen Position direkt durch eine Variable beeinflussbar ist. Diese Verein fachung abstrahiert stark von dem originalen mechanischen Verhalten, erlaubt aber trotzdem den Ablauf des Fertigungsprozesses akkurat wiederzugeben. Ein weiterer Bestandteil der kinemati schen Simulation ist die Sensorik. Im realen Fertigungsprozess benötigt die Steuerung (SPS) als Eingangswerte die Sensordaten des Prozesses, so dass diese als Reaktion darauf Sollwertevor gaben für die Aktoren treffen kann. Dementsprechend müssen diese von dem Simulationsmodell nachgebildet werden. Durch die 3D-Kinematiksimulation wird der Prozessablauf durch das Be wegungsverhalten der durch die Aktoren beeinflusste Fertigungsanlage abgebildet. Die primären Zustandsgrößen sind die Positionsvariablen der beweglichen Anlageteile. Die Einbeziehung der Glasscheibe in den Prozessablauf ist optional.
Durch die externe Parametrisierbarkeit des SPS-Steuerungsprogrammes können beliebige Pa rameterkonfigurationen und deren Auswirkungen auf den Prozessablauf simuliert werden. Rele vante Informationen für den Prozessbediener sind zunächst, ob das Steuerungsprogramm mit den gewählten Parameterwerten korrekt abläuft. Diesbezügliche Fragenstellungen können sein, ob alle Positionen mit den gegebenen Geschwindigkeiten erreicht werden können, ob die Wei terbeförderung der Glasscheibe erfolgreich ist oder ob Kollisionen auftreten. Darüber hinaus sind die Auswirkungen auf Prozessgrößen wie die Taktzeit relevant. Besonders vorteilhaft ist eine Vi sualisierung des simulierten Prozessablaufes durch eine 3D-Animation auf mindestens einem Monitor, was eine effektivere Informationsübertragung des Ablaufes eines komplexen Fertigungs prozesses unter neuer Parametrisierung zum Menschen als lediglich textbasierte Informationen ermöglicht.
Die SPS steuert im automatisierten Fertigungsprozess den Prozess- und Bewegungsablauf. An die Eingänge der SPS sind die Sensoren, an die Ausgänge die Aktoren angeschlossen. Die Nut zung des digitalen Abbilds für die Darstellung zukünftiger Prozesszustände erfordert eine von dem realen Prozess unabhängige Simulation zukünftiger Prozesszustände. Daher muss die 3D- Kinematiksimulation separat, analog zur Funktionsweise der SPS, gesteuert werden. Wichtigstes Ziel ist dabei die Übertragbarkeit der Simulationsergebnisse auf die Steuerung des realen Pro zesses. Idealerweise verursacht dieselbe Parameterkonfiguration identische Bewegungsabläufe, unabhängig davon, ob die im Prozess eingesetzte SPS, eine weitere SPS in Hardware oder eine Abbildung (Emulation) der SPS für die Kinematiksimulation genutzt wird. Die Steuerung innerhalb der Simulation erlaubt zudem eine komplette Abstraktion der Sensorik innerhalb des Simulations modells, da das Steuerungsprogramm direkt auf sämtliche simulierte Prozesszustände und Pro zessgrößen zugreifen kann. Beispielsweise ist eine SPS-Emulation mit der 3D-Kinematiksimula- tion verbunden. Da das reale Steuerungsprogramm in der SPS-Emulation genutzt wird, müssen sämtliche für die Bewegungssteuerung erforderlichen Sensoren des automatisierten Fertigungs prozesses im Simulationsmodell implementiert werden und die Sensorsignale in einer SPS-kom- patiblen Form vorliegen. Zudem ist die Anbindung der Sensoren und Aktoren der 3D-Kinematiksi- mulation an die virtuellen Eingänge bzw. Ausgänge der SPS-Emulation zu realisieren.
Besonders vorteilhaft kann das digitale Abbild somit Informationen über einen zukünftigen Pro zesszustand bzw. Zustand der Fertigungsanlage mithilfe der Kinematiksimulation generieren. Durch die Kinematiksimulation kann der Ablauf des Fertigungsprozesses unabhängig von den aktuellen Prozessdaten eines gerade ablaufenden tatsächlichen Prozesses dargestellt werden. Dadurch ist es dem digitalen Abbild möglich, Aussagen über die Auswirkungen von Parameterän derungen auf beliebige Prozessgrößen zu treffen. Darauf aufbauend kann eine geeignete Opti mierungsstrategie genutzt werden, um Prozessparameter hinsichtlich festgelegter Kriterien zu optimieren. Insbesondere können Kollisionen von Anlageteilen vermieden werden.
Möglich ist auch, dass das digitale Abbild die Prozessdaten des im Betrieb befindlichen tatsäch lichen Fertigungsprozesses nutzt und sich so laufend in denselben Zustand wie der reale Prozess versetzt. Basierend auf diesen Daten kann das digitale Abbild den aktuellen Zustand der Ferti- gungsanlage durch eine Darstellung auf mindestens einem Monitor (z.B. 3D-Animation) visuali- sieren. Weiterhin kann dieser Datenstrom zu Zwecken der Prozessanalyse genutzt werden. So können aus den vorhandenen Daten durch Aggregation, Reduktion oder Berechnung neue pro zessbezogene Größen generiert werden und diese entsprechend visualisiert werden. Hierbei kann das digitale Abbild auch Sicherheitsprüfungen durchführen, indem er sicherheitsrelevante Prozessgrößen überwacht und diese mit vorher definierten Regeln vergleicht.
Denkbar ist auch, dass durch die Verarbeitung früherer Prozessdaten das digitale Abbild in der Lage ist, Fehlerursachen zu analysieren und darzustellen.
Ergebnisse des digitalen Abbilds werden dem Bediener über eine visuelle Darstellung auf min destens einem Monitor und gegebenenfalls textbasiert übermittelt. Die Anzeige einer textbasier ten Information kann beispielsweise auch durch die MMS erfolgen.
Die Kommunikations- und Dateneinrichtung legt fest, welche Daten in welcher Form sowohl ver arbeitet als auch gespeichert werden und übermittelt diese Daten nach Bedarf an die 3D-Kine- matiksimulation. Die erforderlichen Prozessdaten des realen Prozesses werden durch eine Ver bindung mit der SPS, die diese zentral verarbeitet, ausgelesen. Die Hauptaufgabe der Kommu nikations- und Dateneinrichtung ist demnach die Übermittlung von historischen und aktuellen Pro zessdaten an die Simulation in einem kompatiblen Datenformat und einer hinreichenden Aktuali sierungsrate.
Die Interaktion des Bedieners mit dem digitalen Abbild kann grundsätzlich auf drei verschiedenen Ebenen stattfinden. Zuerst kann das digitale Abbild eine reine Informationsfunktion ausführen, d.h. dass dieses dem Menschen Informationen zur Verfügung stellt, die er selbstständig interpre tieren muss und gegebenenfalls in einem Prozesseingriff umsetzen kann. Die Informationen kön nen entweder manuell von dem Bediener angefordert werden oder auch automatisch durch das digitale Abbild bereitgestellt werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine visuelle Darstellung des auf zuvor eingegebenen Parameterwerten basierenden Prozessablaufs auf min destens einem Monitor.
Die zweite Stufe ist das Unterbreiten von Handlungsvorschlägen durch das digitale Abbild, die vom Benutzer entweder angenommen oder abgelehnt werden können. Auch die Vorschläge kön nen entweder manuell durch den Menschen oder automatisch ausgelöst werden. Die dritte Stufe beschreibt die vollautomatische Handlung durch das digitale Abbild, die den Be diener in eine passive Rolle versetzt. Dieser überwacht die automatisch ausgeführten Aktionen und kann in seinem eigenen Ermessen auf diese reagieren. Der Bediener ist jedoch die oberste Entscheidungsinstanz und entscheidet manuell welche Informationen tatsächlich in den realen Prozess zurückgeleitet werden.
Wie bereits ausgeführt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, auf Basis manuell eingegebener Parameterwerte, Informationen über einen zukünftigen Prozesszustand bzw. Zustand der Ferti gungsanlage mithilfe der Kinematiksimulation bewegbarer Anlageteile zu generieren und im Falle eine erkannten Kollision von Anlageteilen durch Bewegung mindestens eines Anlageteils eine Übermittlung von auf den eingegebenen Parameterwerten basierenden Steuersignalen an die Aktoren zu blockieren. Der Bediener kann somit gefahrlos neue Parameterwerte eingeben. Die Maschinensicherheit der Fertigungsanlage ist stets gewährleistet. Eine Blockierung der Weiter gabe der auf den Parameterwerten basierenden Steuersignale an die Aktoren kann in der spei cherprogrammierbare Steuereinrichtung erfolgen. Möglich ist aber auch, dass eine Blockierung der Weitergabe der auf den Parameterwerten basierenden Steuersignalen an die Aktoren in von der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung gesteuerten Aktorsteuereinrichtungen (z.B. Motorsteuerung) erfolgt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des automatisierten Fertigungsprozesses zum Biegen von Scheiben wird im Kollisionsfalle eine entsprechende Information bzw. Nachricht auf mindes tens einem Monitor ausgegeben. Vorzugsweise werden kollidierende Anlageteile auf dem min destens einen Monitor von nicht kollidierenden Anlageteilen farblich abgesetzt dargestellt. Mög lich ist beispielsweise auch, dass der simulierte Prozessablauf gestoppt wird, sobald eine Kolli sion von Anlageteilen auftritt. Da die Kinematiksimulation über die Geometrien der Anlageteile verfügt, kann eine solche Kollisionsprüfung in einfacher Weise erfolgen, wobei lediglich ein Test auf Überlapp bzw. Überschneidung der äußeren Abmessungen von Anlageteilen erforderlich ist.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung des automatisierten Fertigungsprozesses zum Biegen von Scheiben wird im Kollisionsfall der simulierte Bewegungsablauf der bewegbaren An lagenteils in einer vergrößerten Darstellung und/oder verschiedenen Blickwinkeln auf dem min destens einen Monitor dargestellt. Dies ermöglicht dem Bediener eine genaue visuelle Begutach tung des Prozessablauf, die in aller Regel aufgrund der Besonderheiten einer heißen Biegezone in der realen Fertigungsanlage nicht möglich ist. Besonders vorteilhaft wird der simulierte Bewe gungsablauf der bewegbaren Anlageteile in einem von außen nicht zugänglichen Blickwinkel auf dem mindestens einen Monitor dargestellt.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung des automatisierten Fertigungsprozesses zum Biegen von Scheiben wird im Kollisionsfall der simulierte Bewegungsablauf der bewegbaren An lageteile in zeitlicher Verzögerung auf dem mindestens einem Monitor dargestellt. Dies ermöglicht dem Bediener den simulierten Prozessablauf sehr genau, gleichsam in Zeitlupe, zu studieren.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung des automatisierten Fertigungsprozesses zum Biegen von Scheiben werden im Kollisionsfall neben der visuellen Darstellung des Bewegungs ablaufs bewegbarer Anlageteile auch weitergehende Informationen auf dem mindestens einen Monitor dargestellt, welche für den Bediener nutzbringend sein können. Vorzugsweise wird min destens ein Weg-Zeit-Diagramm (Zyklogramm) mindestens eines bewegbaren Anlageteils auf dem mindestens einen Monitor dargestellt. Dies erleichtert dem Bediener die Analyse des Pro zessablaufs.
Das automatisierte Fertigungsverfahren zum Biegen von Scheiben, welches sich im digitalen Ab bild wiederfindet, umfasst vorzugsweise die folgenden (z.B. sukzessiven) Schritte:
Bereitstellen einer auf Biegetemperatur erwärmten Scheibe in einer Biegezone, beispielsweise direkt unterhalb einer Form. Fixieren der Scheibe an einer Kontaktfläche (eines Werkzeugs) der Form. Vorteilhaft erfolgt ein Fixieren der Scheibe durch Anblasen mit einem gasförmigen Fluid. Alternativ und vorzugsweise ergänzend wird die Scheibe durch Ansaugen an der Kontaktfläche der Form festgelegt. Positionieren eines Rahmens innerhalb der Biegezone, beispielsweise direkt unterhalb der Form, während die Scheibe an der Form festgelegt ist, und Auflegen der Scheibe auf den Rahmen. Der Rahmen dient zum auflagernden Transport der Scheibe, wobei eine Bie gung der Scheibe durch Schwerkraft erfolgen kann.
Optional wird ein Pressrahmen innerhalb der Biegezone bereitgestellt, wobei die Scheibe zwi schen der Form und dem Pressrahmen verpresst wird. Optional kann die Scheibe auf den Press rahmen gelegt werden. Optional wird ein Vorspannrahmen in der Biegezone bereitgestellt, wobei die Scheibe auf dem Vorspannrahmen zu einer Kühleinrichtung zum thermischen Vorspannen der Scheibe transpor tiert wird. Während des Transports auf dem Vorspannrahmen kann eine Biegung der Scheibe im Innenbereich der Scheibe durch Schwerkraft erfolgen.
Beispielsweise wird zunächst ein Pressrahmen in der Biegezone bereitgestellt, gefolgt von einem Verpressen der Scheibe zwischen Form und Pressrahmen und anschließendem Bereitstellen ei nes Vorspannrahmens in der Biegezone, sowie einem Ablegen der Scheibe auf dem Vorspann rahmen.
Es versteht sich, dass die Scheibe zur Erzeugung komplexer Geometrien zeitlich nacheinander an mehreren Formen fixiert werden kann.
Vorzugsweise wird die mindestens eine Form nur in vertikaler Richtung translatorisch auf und ab bewegt. Vorzugsweise wird der mindestens eine Rahmen nur in einer horizontalen Richtung translatorisch hin und her bewegt.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine automatisierte Fertigungsanlage zum Biegen von Scheiben, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet eingerichtet ist. Die Fertigungsanlage umfasst bewegbare Anlageteile zum Bearbeiten einer Scheibe, die auf Basis manuell eingebbarer Parameterwerte durch eine speicherprogrammierbare Steuereinrich tung steuerbar sind. Die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung kann Steuersignale an Ak toren der bewegbaren Anlageteile ausgeben und Sensorsignale von Sensoren zum Erfassen von Ist-Zuständen der Aktoren empfangen. Die Fertigungsanlage verfügt über ein digitales Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses sowie mindestens einen Monitor zur Darstellung von den Prozessablauf betreffenden Inhalten. Die Fertigungsanlage ist programmtechnisch so eingerich tet, dass manuell eingegebene Parameterwerte zur Steuerung der Bewegung der bewegbaren Anlageteils an das digitale Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses übermittelt werden, eine Prüfung auf Kollision von Anlageteilen aufgrund einer Bewegung mindestens eines beweg baren Anlageteils erfolgt, wobei im Kollisionsfalle die Weitergabe von auf den Parameterwerten basierenden Steuersignalen von der speicherprogrammierbare Steuereinrichtung an die Aktoren blockiert wird, oder bei fehlender Kollision auf den Parameterwerten basierende Steuersignale von der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung an die Aktoren ausgegeben werden. Im Rahmen vorliegender Erfindungsbeschreibung bezieht sich der Begriff "Scheibe" generell auf eine Glasscheibe, beispielsweise ein Kalk-Natron-Glas.
Die automatisierte Fertigungsanlage zum Biegen von Scheiben umfasst vorteilhaft mehrere struk turell und funktionell voneinander abgrenzbare Zonen. Wesentlicher Bestandteil ist eine Biege zone zum Biegen von heißen Scheiben, die vorteilhaft mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen von Scheiben ausgerüstet ist. Insbesondere kann die Biegezone zu diesem Zweck auf eine Tem peratur gebracht werden, die ein plastisches Verformen von Scheiben ermöglicht und beispiels weise im Bereich von 500°C bis 750°C liegt. Die Biegezone ist vorzugsweise als eine zur äußeren Umgebung hin geschlossene bzw. verschließbare, heizbare Kammer, ausgebildet.
Für eine Biegung von Scheiben umfasst die Biegezone mindestens eine Form, die mit einem Werkzeug zum Fixieren einer Scheibe ausgerüstet werden kann, sowie mindestens einen Rah men (z.B. ringförmiger Rahmen), auf dem die Scheibe abgelegt werden kann. Typischer Weise liegt die Scheibe dem Rahmen nur mit dem Scheibenrand auf. Das Werkzeug weist eine Kon taktfläche zum Kontaktieren der Scheibe auf. Die Kontaktfläche ist für eine gewünschte Biegung der Scheibe geeignet ausgebildet. Der Rahmen dient zum Ablegen der Scheibe und, gegebe nenfalls zum Verpressen des Randbereichs der Scheibe mit einer Form. In Form eines Pressrah mens verfügt der Rahmen über eine Pressfläche, die komplementär zur Kontaktfläche eines Werkzeugs einer Form ausgebildet ist. Vorteilhaft ist der Rahmen für eine Flächenvorbiegung durch Schwerkraft im Innenbereich der Scheibe geeignet ausgebildet, wobei ein Durchsacken des Innenbereichs der Scheibe nach unten durch Schwerkraft ermöglicht ist. Der Rahmen kann zu diesem Zweck offen, d.h. mit einer zentralen Durchbrechung versehen sein, aber auch vollflä chig ausgebildet sein, solange ein Durchsacken des Innenbereichs der Scheibe ermöglicht ist. Eine offene Gestaltung ist im Hinblick auf eine einfachere Prozessierung von Scheiben bevorzugt.
In einer Ausgestaltung weist die Biegezone mindestens eine Form und einen der mindestens einen Form zugeordneten Pressrahmen auf, wobei Form und Pressrahmen in vertikaler Richtung relativ zueinander versetzbar sind, so dass die Scheibe im Randbereich zwischen Form und Pressrahmen verpresst werden kann. Vorzugsweise ist die Form nur translatorisch (eindimensi onal bzw. einachsig) in vertikaler Richtung bewegbar. Vorzugsweise ist der Pressrahmen nur translatorisch in einer horizontalen Ebene bewegbar. Dies ermöglicht eine einfache Steuerung von Form und Pressrahmen. Beispielsweise weist die Biegezone nur eine einzige Form und zu- geordneten Pressrahmen auf. Für komplexere Scheibengeometrien kann die Biegezone bei spielsweise auch zwei oder mehr Formen und mindestens einen zugeordneten Pressrahmen auf weisen, wobei eine Biegung der Scheibe in mehreren Stufen erfolgt.
Vorzugsweise weist die mindestens eine Form ein Mittel zum Fixieren einer Scheibe an deren Kontaktfläche auf, beispielsweise eine pneumatische Saugeinrichtung zum Ansaugen eines gas förmigen Fluids, insbesondere Luft, durch welche die Scheibe mittels Unterdrück gegen die Kon taktfläche gezogen werden kann. Die Kontaktfläche kann zu diesem Zweck beispielsweise mit mindestens einem Saugloch, vorteilhaft mit einer Vielzahl von über die Kontaktfläche beispiels weise gleichmäßig verteilten Sauglöchern versehen sein, an denen für eine Saugwirkung an der Kontaktfläche jeweils ein Unterdrück anlegbar ist. Die Saugeinrichtung erzeugt einen typischer Weise nach oben gerichteten Strom eines gasförmigen Fluids, insbesondere Luft, der ausreicht, um die Scheibe an der Kontaktfläche festzuhalten. Dies ermöglicht es insbesondere, einen Rah men zur Aufnahme der an der Kontaktfläche festgelegten Scheibe, unterhalb der Scheibe zu platzieren. Alternativ oder ergänzend umfasst das Mittel zum Fixieren einer Scheibe an der Kon taktfläche eine pneumatische Blaseinrichtung zum Erzeugen eines gasförmigen Fluidstroms, ins besondere eines Luftstroms, die so ausgebildet ist, dass eine Scheibe durch den gasförmigen Fluidstrom von unten her angeblasen, hierdurch angehoben und gegen die Kontaktfläche der Form gedrückt werden kann. Das Fixieren einer Scheibe an der Kontaktfläche einer Form ist nicht zwingend mit einem Biegevorgang verbunden, kann jedoch zu einer Biegung der Scheibe führen.
Die automatisierte Fertigungsanlage verfügt vorteilhaft über eine Vorwärmzone mit einer Heiz einrichtung zum Erwärmen von Scheiben auf Biegetemperatur, sowie einen Transportmechanis mus, insbesondere vom Typ Rollenbett, zum Transportieren von Scheiben von der Vorwärmzone zur Biegezone, insbesondere zu einer Entnahmeposition (z.B. direkt) unterhalb einer Form. Das Rollenbett ist vorteilhaft so ausgebildet, dass einzelne Scheiben nacheinander zur Entnahmepo sition transportiert werden können. Die Entnahmeposition kann insbesondere einem Endab schnitt des Rollenbetts entsprechen.
Vorteilhaft verfügt die automatisierte Fertigungsanlage weiterhin über eine thermische Vorspann zone mit einer Kühleinrichtung zum thermischen Vorspannen einer Scheibe, wobei ein Vorspann rahmen (z.B. Vorspannring) zum Transport einer Scheibe von der Biegezone in die Vorspann zone vorgesehen sein kann. Durch das thermische Vorspannen (Tempern) wird gezielt eine Tem peraturdifferenz zwischen einer Oberflächenzone und einer Kernzone der Scheibe erzeugt, um die Bruchfestigkeit der Scheibe zu erhöhen. Die Vorspannung der Scheibe wird vorteilhaft mittels einer Vorrichtung zum Anblasen der Scheibe mit einem gasförmigen Fluid, vorzugsweise Luft, erzeugt. Vorzugsweise werden die beiden Oberflächen einer Scheibe gleichzeitig mit einem küh lenden Luftstrom beaufschlagt.
Beispielsweise weist die Fertigungsanlage mindestens eine Form, einen Pressrahmen (z.B. Pressring) und einen Vorspannrahmen (z.B. Vorspannring) auf, wobei die Form durch eine rezip roke translatorische Bewegung in vertikaler Richtung abgesenkt und angehoben werden kann, und sowohl Pressrahmen als auch Vorspannrahmen jeweils durch eine reziproke translatorische Bewegung in einer horizontalen Richtung versetzt werden können, insbesondere in eine Position direkt unterhalb der mindestens einen Form. Somit kann eine Scheibe von der Form aufgenom men, im Zusammenwirken mit dem Pressrahmen verpresst und anschließend auf dem Vorspann rahmen abgelegt werden. Press- und Vorspannrahmen werden hierbei vorteilhaft nacheinander in eine Position direkt unterhalb der Form verfahren.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinati onen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläutern den Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombi nationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu ver lassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften automatisierten Fertigungs-
Prozesses zum Biegen von Scheiben;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Fertigungsanlage zum Biegen von Scheiben in Draufsicht für den Fertigungsprozess von Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Veranschaulichung der Prozessteuerung durch die SPS;
Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Informationsflüsse in der Fertigungsan lage von Figur 2; Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Informationsflüsse in der Fertigungsan lage von Figur 2 mit integriertem digitalen Abbild;
Fig. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Informationsflüsse bei einem ersten An wendungsfall des digitalen Abbilds in der Fertigungsanlage von Figur 5;
Fig. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Informationsflüsse bei einem zweiten
Anwendungsfall des digitalen Abbilds in der Fertigungsanlage von Figur 5;
Fig. 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Informationsflüsse bei einem dritten An wendungsfall des digitalen Abbilds in der Fertigungsanlage von Figur 5;
Fig. 9 ein weiteres Diagramm zur Veranschaulichung der Informationsflüsse entspre chend einem vierten Anwendungsfall des digitalen Abbilds von Figur 5.
Es seien zunächst die Figuren 1 und 2 betrachtet. Figur 1 veranschaulicht anhand einer schema tischen Darstellung einen beispielhaften automatisierten Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben in der Automobilverglasung. Im Fertigungsprozess werden flache, zweidimensionale Gläser verarbeitet, die zuvor zugeschnitten und vorbearbeitet wurden. Das resultierende Produkt ist ein so genanntes Einscheibensicherheitsglas mit einer im Rahmen gewisser Randbedingun gen frei gestaltbaren Geometrie. Dazu wird eine Scheibe in einer Fertigungsanlage in zwei Schrit ten bearbeitet. Zunächst wird die Scheibe unter Flitzeeinwirkung formgebend durch Pressung gebogen und daraufhin durch kontrollierte Abkühlung vorgespannt. Figur 2 veranschaulicht an hand einer schematischen Darstellung eine beispielhafte Fertigungsanlage für den automatisier ten Fertigungsprozess von Figur 1 in einer Draufsicht von oben. In der schematischen Darstellung von Figur 1 verläuft der Fertigungsprozess zeitlich von links nach rechts ab.
Hierbei wird zunächst eine Scheibe 2 über eine Heizstrecke erhitzt, da eine Umformung vom Glas im kalten Zustand nicht möglich. Das Aufheizen der Scheibe 2 erfolgt in einer Vorwärmzone 12 durch Heizstrahlung 3, die von ober- und unterhalb eines Rollenbetts 4, dem die Scheibe 1 für deren Transport aufgelagert ist, zugeführt wird. Auf dem Rollenbett 4 wird die Scheibe 1 einer Biegezone 5 zugeführt. Innerhalb der Biegezone 5 wird die Scheibe 1 von unten her mit Heißluft 6 angeblasen und von einer vertikal verfahrbaren Form 7 aufgenommen. Die Form 7 ist zur Er zeugung eines Unterdrucks an deren Oberfläche mit einer Ansaugvorrichtung für die Scheibe 1 versehen sein. Die Oberfläche der Form 7 ist zum Erreichen einer gewünschten Geometrie der zu produzierenden Scheibe 2 speziell gestaltet. Durch die Anpassung des heißen Glases an die Oberfläche der Form 7 wird bereits eine Umformung der Scheibe 1 erreicht. Nun wird als Gegen stück der Form 7 ein horizontal verfahrbarer, heißer Pressring 8 unter die Form 7 gefahren. Im Gegensatz zur Form 7 bildet der Pressring 8 nicht die komplette Geometrie der Scheibe 1 ab, sondern bietet nur eine Kontaktfläche für den Rand der Scheibe 1 . Die Form 7 wird anschließend abgesenkt und die Scheibe 1 zwischen Form 7 und Pressring 8 formgebend gepresst. Die Scheibe 1 verbleibt nach dem Pressvorgang mithilfe eines an der Oberfläche der Form 7 erzeug ten Unterdrucks an der Form 7 bis der Pressring 8 zurückgefahren und ein horizontal verfahrba rer, kalter Vorspannring 9, der sich zuvor in einer Vorspannzone 10 neben dem Biegeofen 5 befand, dessen Position eingenommen hat. Nun wird der Unterdrück gelöst und die Scheibe 1 auf dem Vorspannring 9 abgelegt. Auf dem Vorspannring 9 wird die Scheibe 1 aus dem Biegeofen 5 in die Vorspannzone 10 transportiert und mit einem Kaltluftstrom 11 vorgespannt und abgekühlt. Nach dem Vorspannen ist der Prozess abgeschlossen und die Scheibe 1 kann entnommen wer den. In Figur 2 sind die linearen Bewegungen der drei zentralen Elemente Form 7, Pressring 8 und Vorspannring 9 schematisch anhand von Pfeilen veranschaulicht.
In der Fertigungsanlage 1 werden die Scheiben 1 automatisch zugeführt, als auch fertige Schei ben automatisch entnommen und an nachgelagerte Fertigungsschritte überstellt. Der Ablauf des Fertigungsprozesses innerhalb der Fertigungsanlage 1 läuft vollständig automatisiert ab, wobei sich Form 7, Pressring 8 und Vorspannring 9 jeweils einachsig durch Aktoren (z.B. Servomotoren) bewegen lassen. Der durch Aktoren gesteuerte Bewegungsverlauf von Form 7, Pressring 8 und Vorspannring 9 ist maßgeblich für den Transport und die resultierende Geometrie der Scheibe 1 . Zusätzlich zu den Aktoren zur Bewegung dieser zentralen Elemente der Fertigungsanlage 1 wer den weitere Aktoren eingesetzt, um den Prozess gezielt zu beeinflussen. Beispielsweise wird die Fleiß- und Kaltluftzufuhr durch von Aktoren bewegte Klappen gesteuert, sowie die Abtrennung von verschiedenen Ofenbereichen durch verfahrbare Türen realisiert. Prozessbestimmend ist je doch die Steuerung der Achsen von Form 7, Pressring 8 und Vorspannring 9 der Fertigungsan lage 1 , da deren Bewegungen sich untereinander bedingen und sie im selben Arbeitsbereich operieren. So muss sich beispielsweise die Form 7 in den Pressring 8 absenken, um den Press schritt durchzuführen zu können. Kleine Abweichungen in der Position oder der zeitlichen Abfolge der Bewegungen können so in unerwünschten Kollisionen resultieren, was einen kostspieligen Stillstand des Fertigungsprozesses nach sich zieht, darüber hinaus aber auch aufgrund der ho hen Geschwindigkeiten und Kräfte der Servomotoren auch schwere Beschädigungen der Werk zeuge und der Fertigungsanlage 1 selbst verursachen können. Eine Steuerung hiervon verschie dener Achsen ist wichtig für den erfolgreichen Ablauf des Fertigungsprozesses, deren Steuerung orientiert sich jedoch an den Bewegungen der zentralen Elemente der Fertigungsanlage 1 . Der anhand der Figuren 1 und 2 veranschaulichte automatisierte Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben umfasst eine einzige Form sowie einen Press- und Vorspannring. Dies ist nur bei spielhaft zu verstehen, wobei es sich versteht, dass grundsätzlich mehrere Formen eingesetzt werden können um sehr komplexe Scheibengeometrien zu fertigen. Zudem ist das thermische Vorspannen der Scheibe optional.
Die Prozessteuerung erfolgt durch eine zentrale SPS, die mit sämtlichen Sensoren der Ferti gungsanlage 1 verbunden ist und auf dieser Basis Sollwertvorgaben für die verschiedenen anzu steuernden Achsen ermittelt. Dies ist in Figur 3 schematisch veranschaulicht. Demnach gibt die SPS auf Basis von empfangenen Sensordaten Bewegungsregelungen für die jeweiligen Aktoren vor. Untergeordnete Motorregelungen übernehmen die Regelung der Aktoren anhand der Soll werte der SPS. Zusätzlich steuert die SPS die nicht kinematischen Prozesseinflüsse, zum Bei spiel Ofentemperaturen und Anströmungsdrücke. Der Bediener kann durch die MMS auf die SPS zugreifen und den Prozessablauf steuern, wobei zu diesem Zweck spezifische Parameter in der MMS eingegeben werden.
Figur 4 veranschaulicht anhand eines Diagramms die verschiedenen Informationsflüsse beim au tomatisierten Fertigungsprozess zum Biegen von Glasscheiben wie er beispielsweise in der Fer tigungsanlage 1 von Figur 2 ausgeführt wird. Die Rolle des menschlichen Bedieners ist die Über wachung und Parametrisierung des Fertigungsprozesses. Hierfür steht dem Bediener die MMS zur Verfügung, über die der Fertigungsprozess gestartet oder gestoppt werden kann, sowie Pa rameter zur Steuerung des Fertigungsprozesses eingegeben werden können. Eine beispielhafte Eingabemaske der MMS ist dargestellt, in der ein Parameterwert (hier z.B. 200) für eine "Vorpo sition B" und ein weiterer Parameterwert für eine "Pressposition 1" (hier z.B. 250) manuell einge geben werden können. Die Parameter werden an die SPS übertragen, durch welche eine ent sprechende Steuerung des Glasbiegeprozesses erfolgt, wobei die SPS hierzu auf Sensordaten zurückgreift. Diverse Prozessinformationen, welche von der SPS bereitgestellt werden, können dem Bediener über die MMS zur Kenntnis gebracht werden, was hier nicht näher dargestellt ist. Auf Monitoren wird der von Kameras aufgenommene tatsächliche Prozessablauf dargestellt, was dem Bediener unterstützende Prozessinformationen liefert. In aller Regel hat der Bediener aber keine direkte visuelle Einsicht in den Fertigungsprozess, da die Achsbewegungen größtenteils innerhalb der geschlossenen Biegezone stattfinden. Zudem ist die Einsicht durch Kameras be grenzt, da es sich um eine Hochtemperaturumgebung handelt und Spezialkameras mit ver- gleichsweise schlechter Auflösung und Blickwinkel eingesetzt werden müssen. Aufgrund des An- lagenaufbaus werden in aller Regel mindestens vier Sichten benötigt, um den Prozessablauf voll ständig wiederzugeben. Der Bediener überwacht die Fertigung insbesondere in Hinblick auf An lagenfehlfunktionen, wie den Verlust einer Scheibe innerhalb der Anlage, welche durch eine feh lerhafte Heißluftanströmung oder ein Abreißen des Unterdruckes verursacht werden kann.
Die Prozessparametrisierung ist wichtig für den ordnungsgemäßen Ablauf des Fertigungsprozes ses. Insbesondere nach der Umrüstung der Form mit einem neuen Werkzeug müssen die Para meter an den veränderten Prozess und die neue Werkzeuggeometrie angepasst werden. Die Programmierung der SPS gibt die vorhandenen Bewegungspositionen der Achsen und deren grundlegende Ablaufstruktur vor. Eine Änderung der Programmierung findet nur bei tiefgreifen den Prozessänderungen statt, zum Beispiel, wenn ein komplett neuer Bewegungsschritt einge führt wird. Die konkreten Achspositionswerte eines spezifischen Bewegungsschrittes sowie die zugehörige Geschwindigkeit und Beschleunigung sind Gegenstand der Parametrisierung durch den Bediener. Für jeden Werkzeugtyp existieren zwar Parametervorgabewerte, diese müssen aber gegebenenfalls an die Beschaffenheit der Scheibe oder an herrschende Bedingungen ma nuell angepasst werden. Der Bediener gibt alle Parameterwerte manuell in die MMS ein und überschreibt nach einer Betätigung des Startknopfes die vorhandene Parametrisierung der SPS. Der Prozess wird daraufhin mit den neuen Parametern durchgeführt.
Gemäß vorliegender Erfindung ist die automatisierte Fertigungsanlage zum Biegen von Scheiben mit einem digitalen Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses versehen, welches den Be diener unterstützt. Die bestehende IT-Infrastruktur wird genutzt, um den Informationsfluss des digitalen Abbilds nahtlos mit einzubeziehen. Die Steuerung des digitalen Abbilds wird daher in die MMS integriert. Wie eingangs dargestellt, handelt es sich beim digitalen Abbild um eine pro grammtechnisch umgesetzte kinematische Simulation des Glasbiegeprozesses.
Dies ist anhand der schematischen Darstellung von Figur 5 veranschaulicht, worin die verschie denen Informationsflüsse beim Glasfertigungsprozesses unter Einbeziehung des digitalen Ab bilds in einer zu Figur 4 analogen Darstellung gezeigt sind. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die das digitale Abbild betreffenden Unterschiede zu Figur 4 erläutert und ansonsten wird auf obige Ausführungen Bezug genommen. Das direkt an die SPS angeschlossene digitale Abbild umfasst mehrere Bestandteile. Zentraler Bestandteil ist eine 3D-Kinematiksimulation des Glasfertigungsprozesses, die durch eine hier bei spielsweise programmtechnische (emulierte) SPS gesteuert wird. (Simulierte) Sensordaten kön nen an die emulierte SPS gesendet werden. An die 3D-Kinematiksimulation angeschlossen ist eine Kombination aus einem Kommunikations-Server und einer Datenbank, durch welche die Kommunikation mit der SPS für den realen Fertigungsprozess erfolgt. Hier ist der Kommunikati ons-Server beispielsweise in Form eines OPC UA-Servers ausgebildet. OCT UA ist ein bidirekti onales Maschine-Maschine Kommunikationsprotokoll, das für die industrielle Automatisierung entwickelt wurde. Die Details sind dem Fachmann bekannt und für das Verständnis der Erfindung nicht relevant, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss. Konkret ermöglicht der Einsatz von OPC UA die Übertragung aktueller Prozessdaten zwischen der SPS des realen Fertigungsprozesses und der 3D-Kinematiksimulation. Die Datenbank speichert den in den OPC UA-Server eingehenden Prozessdatenstrom. So kann die 3D-Kinematiksimulation über den OPC UA-Server auf aktuelle und frühere Prozessdaten zugreifen. Die emulierte SPS führt das originale Steuerungsprogramm der SPS für den realen Glasbiegeprozess aus. Eine Visualisierung der 3D- Kinematiksimulation wird dem Bediener, zusätzlich zu den Kamerabildern, auf den Monitoren dargestellt.
Die 3D-Kinematiksimulation umfasst ein geometrisches Modell der Fertigungsanlage, in der der abzubildende Fertigungsprozess abläuft, in Verbindung mit einem kinematischen Simulationsmo dell. Die 3D-Kinematiksimulation bildet den Prozessablauf der durch die Aktoren beeinflusste Fertigungsanlage ab, wobei die primären Zustandsgrößen die Positionsvariablen der bewegli chen Anlageteile sind.
Im Weiteren werden verschiedene bevorzugte Anwendungsfälle des integrierten digitalen Abbilds des Glasbiegeprozesses der Fertigungsanlage 1 beschrieben.
Ein erster Anwendungsfall ist anhand Figur 6 veranschaulicht, worin die verschiedenen Informa tionsflüsse beim Glasfertigungsprozesses unter Einbeziehung des digitalen Abbilds in einer zu Figur 5 analogen Darstellung gezeigt sind. Hierbei geht es in wesentlicher Weise um eine Simu lation des automatisierten Fertigungsprozesses anhand aktueller Sensordaten, welche parallel zum realen Fertigungsprozess abläuft.
Der Informationsfluss von dem im Betrieb befindlichen Glasbiegeprozess zum digitalen Abbild ist einseitig und automatisch. Sensordaten werden über die SPS und den OPC UA-Server an die 3D-Kinematiksimulation übermittelt und gleichzeitig in der Datenbank archiviert. Die Archivierung in der Datenbank ist lediglich optional. Auf Basis dieses Sensordatenstromes wird die Simulation des Glasbiegeprozesses ohne Einwirkung des Bedieners selbsttätig ausgeführt, solange keine anderen Steuerungsbefehle vom Bediener ausgelöst werden. Die Abbildung des aktuellen Pro zesszustandes versetzt das Simulationsmodell fortlaufend in den Zustand des echten Prozesses, sodass insbesondere die Bewegungen der Achsen der Hauptbestandteile der Fertigungsanlage als 3D-Animation auf den Monitoren dargestellt werden können. Das Problem der schlechten Einsicht in den Prozess aufgrund der Hochtemperaturumgebung kann so gelöst werden. Zudem werden Informationen, die gegebenenfalls bereits textbasiert durch die MMS angezeigt werden können, anschaulich in der 3D-Animation visualisiert. Temperaturmessungen können als Textan merkung in dem richtigen Bereich der Biegezone dargestellt werden und Anblasungen mit Heiß- und Kaltluft können durch Animationen visualisiert und mit zusätzlichem Kontext, wie aktueller Druck und Temperatur, versehen werden. Die Verdichtung der Informationen und die Visualisie rung in einer 3D-Animation ermöglichen dem Bediener einen besseren und schnelleren Überblick über den Prozessverlauf.
Mit der Methode der Prozessanalyse kann diese Funktion weiter unterstützt werden. Anstatt die Auswahl der Informationen in der Visualisierung dauerhaft statisch festzulegen, können jeweils die wichtigsten Informationen passend zum aktuellen Prozesszustand dynamisch angezeigt wer den. Dazu werden die Ist-Prozessdaten den Bewegungsschritten der Achsen zugeordnet und daraufhin in Abhängigkeit von den Abweichungen zu den Sollwerten bzw. Durchschnittswerten priorisiert. Zudem können Durchsatzstatistiken aus den Prozessdaten als neue Größen berech net werden. Während die MMS eine statische Zykluszeit, basierend auf der Dauer des program mierten Bewegungsablaufes in der SPS, anzeigt, kann in der 3D-Kinematiksimulationsumgebung der durchschnittliche Durchsatz, der durch Verzögerungen in den vorgelagerten Fertigungsschrit ten beeinflusst wird, errechnet werden.
Die Nutzung des aktuellen Prozessdatenstroms ermöglicht auch Sicherheitsprüfungen. Da das Simulationsmodell den geometrischen Zustand der Anlage abbildet und, im Gegensatz zur SPS, Daten über die Abmessungen der aktuell eingebauten Werkzeuge besitzt, können durch das di gitale Abbild Abstände zwischen den Haupt- und Nebenachsen im laufenden Betrieb des Prozes ses ermittelt werden. Abstände, die Grenzwerte unterschreiten, können dem Bediener in der 3D- Animation hervorgehoben werden. In Fällen besonders schwerwiegender Abweichungen kann die Simulation auch eigenständig in den Prozess eingreifen und über den OPC UA- Server einen Befehl zum Anlagenstopp an die SPS senden. Gleiches gilt für die Überwachung des Unterdruckes, der die Scheibe nach dem Pressen an der Form hält. Detektiert die 3D-Kinematiksimulation anhand der Daten der Drucksensoren ein Ab reißen des Unterdruckes, kann der exakte Anlagenzustand bei Auftritt des Fehlers in der 3D- Animation dargestellt und eingefroren werden, sodass dem Ofenführer eine bessere Entschei dungsgrundlage als die begrenzte Einsicht durch die Kameras für den benötigen Prozesseingriff dargeboten werden kann.
Ein zweiter Anwendungsfall ist anhand Figur 7 veranschaulicht, worin wiederum die verschiede nen Informationsflüsse beim Glasfertigungsprozesses unter Einbeziehung des digitalen Abbilds in einer zu Figur 5 analogen Darstellung gezeigt sind. Hierbei geht es in wesentlicher Weise um eine Fehleranalyse nach Auftreten einer Störung im echten Glasbiegeprozess.
Im Gegensatz zum Anwendungsfall von Figur 6 wird die Fehleranalyse bei Bedarf manuell durch den Bediener ausgelöst. Nach der Befehlsauslösung über die MMS wird dieser an die 3D-Kine- matiksimulation weitergeleitet. Die Simulation fragt frühere Sensordaten beim OPC UA- Server an. Diese Sensordaten werden aus der Datenbank ausgelesen und dienen der 3D-Kinematiksi- mulation als neue Datenquelle. Daraufhin durchläuft das Simulationsmodell die vergangenen Pro zesszustände und visualisiert sie analog zur Nutzung aktueller Prozessdaten.
Im Fertigungsbetrieb sind zwei beispielhafte Szenarien für diese Anwendung besonders relevant. Zum ersten können Anlagenfehler, beispielsweise ungeplante Stillstände, Glasverlust innerhalb des Ofens oder Kollisionen untersucht werden. Anhand des Zeitstempels des Fehlers kann der fehlerhafte Zyklus identifiziert werden und dem Bediener visualisiert werden. Der Vergleich der Prozessdaten des fehlerhaften Fertigungszyklus mit früheren, fehlerfreien Zyklen gleicher Para metrisierung und Werkzeugbestückung aus der Datenbank ermöglicht die Hervorhebung unge wöhnlicher bzw. vom Sollwert abweichender Werte. So hilft das digitale Abbild bei der Fehlerur sachenanalyse durch die Identifikation und Visualisierung von potentiellen Fehlerquellen. Eine erste Einschätzung des Fehlerausmaßes und des eventuellen Reparaturbedarfs kann direkt an der Anlage durch das verantwortliche Personal ohne zusätzliche Hilfsmittel durchgeführt werden. Das zweite Nutzungsszenario der Fehleranalyse betrifft fehlerhafte Glasscheiben. Jede gefertigte Scheibe besitzt eine eindeutige Identifikationsnummer, die zusammen mit den früheren Prozess daten in der Datenbank gespeichert wird. Daher kann jede Scheibe dem Datenabbild ihres indi viduellen Fertigungszyklus zugeordnet werden. Stellt die dem Glasbiegeprozess nachgelagerte Messstation vermehrt Abweichungen von der Sollgeometrie fest, kann der Bediener anhand der Scheibennummer die Fertigung dieser Scheibe durch das digitale Abbild erneut visualisieren las sen. Analog zu der Untersuchung von Anlagenfehlern enthält die 3D-Animation des Fertigungs zyklus der fehlerhaften Scheiben zusätzliche Informationen aus dem Vergleich mit vorherigen Zyklen gleicher Konfiguration. Dies unterstützt den Bediener in der Entscheidung, ob und wie eine Parameteranpassung vorgenommen werden muss oder ob fehlerhaftes Anlagenverhalten ursächlich für die Geometrieabweichungen sind.
Ein dritter Anwendungsfall ist anhand Figur 8 veranschaulicht, worin gleichermaßen die verschie denen Informationsflüsse beim Glasfertigungsprozesses unter Einbeziehung des digitalen Ab bilds in einer zu Figur 5 analogen Darstellung gezeigt sind. Hierbei geht es in wesentlicher Weise um die Überprüfung neuer Parameter, insbesondere zur Vermeidung von Kollisionen von Anla geteilen, und darauf aufbauend deren automatische Optimierung.
Der Test von neuen Parametern für den Betrieb des Fertigungsprozesses stellt eine sehr wichtige Unterstützungsfunktion des digitalen Abbilds für den Bediener dar. Durch die Häufigkeit der Pa rameteränderungen in Verbindung mit den schweren Folgen bereits eines einzigen falsch einge gebenen Parameters resultiert eine einfache und zuverlässige Methode zur risikolosen Vor abüberprüfung von Änderungen. Zur Nutzung dieser Methode gibt der Bediener die neuen Para meterwerte vorzugsweise in die normale Eingabemaske der MMS ein und betätigt beispielsweise eine neu hinzugefügte Schaltfläche, um die Simulation auszulösen, anstatt die SPS des realen Fertigungsprozesses mit den neuen Werten direkt zu parametrisieren. Die Parameter werden über die SPS und den OPC UA-Server an die 3D-Kinematiksimulation übertragen, die die emu lierte SPS neu parametrisiert. Die 3D-Kinematiksimulation stoppt beispielsweise die laufende Verarbeitung aktueller Prozessdaten und ist somit unabhängig vom laufenden Fertigungspro zess. Die emulierte SPS führt das Steuerungsprogramm aus und steuert die Aktoren des Simu lationsmodells über dessen ausgelesene Sensorwerte. Die Simulationsumgebung simuliert so den Prozessablauf mit dem originalen Steuerungsprogramm unter dem neuen Parametrisie rungsvorschlag des Bedieners und visualisiert den Prozessverlauf auf den Monitoren. Gleichzei tig errechnet die Simulation die resultierende Zykluszeit der neuen Parameterkonfiguration und ob Kollisionen aufgetreten sind. Die 3D-Animation ermöglicht dem Bediener somit eine visuelle und qualitative Validierung des neuen Prozessablaufes inklusive eventuell auftretender Kollisio nen. Die Simulationsergebnisse bezüglich Zykluszeit und gegebenenfalls in Kollisionen involvier ten Anlagenbestandteilen werden beispielsweise auch als Text an die MMS übertragen und an gezeigt. Am Ende eines Überprüfungszyklus liegt die finale Entscheidung über die Anwendung der neuen Parametrisierung beim Bediener, der diese mit einem Knopfdruck bestätigen oder ver werfen kann.
Eine vorzugsweise ergänzend ausgeführte automatische Optimierung von Parametern verläuft größtenteils analog zum Test einer neuen Parametrisierung. Der Bediener gibt zu diesem Zweck einen Parametersatz als Grundlage des Optimierungsvorganges in die MMS ein, der von dem digitalen Abbild verarbeitet wird. Anstatt eines Simulationsdurchlaufes werden nun mehrere Durchläufe, die zur Zeitersparnis vorzugsweise auf die 3D-Animation verzichten, durchgeführt. Zwischen den Durchläufen werden die Parameter anhand eines Optimierungsalgorithmus bei spielsweise zur Zykluszeitminimierung schrittweise angepasst. Die Parameterkonfiguration mit der geringsten Zykluszeit, die jedoch immer noch ordnungsgemäß und ohne Kollisionen abläuft, wird visualisiert und die zugehörigen Parameter in der Eingabemaske der MMS dargestellt. Der Bediener muss den Parametrisierungsvorschlag final bestätigen, bevor dieser auf den realen Pro zess angewandt wird.
In Figur 9 ist anhand eines schematischen Diagramms ein vierter Anwendungsfall veranschau licht. Hierbei geht es in wesentlicher Weise um die Überprüfung neuer Parameter im Hinblick auf die Vermeidung von Kollisionen von Anlageteilen und eine automatische Blockierung der Über mittelung von Steuerungssignalen an die Aktoren im Glasbiegeprozess.
Der Bediener gibt neue Parameterwerte vorzugsweise in die normale Eingabemaske der MMS ein und betätigt eine Schaltfläche, um den realen Fertigungsprozess auszulösen. Die SPS über trägt die Parameterwerte jedoch vor Weiterleitung entsprechender Steuersignale an die Aktoren an den OPC UA-Server und an die 3D-Kinematiksimulation. Die emulierte SPS führt das Steue rungsprogramm aus und steuert die Aktoren des Simulationsmodells über dessen ausgelesene Sensorwerte. Die Simulationsumgebung simuliert so den Prozessablauf mit dem originalen Steu erungsprogramm unter dem neuen Parametrisierungsvorschlag des Bedieners, wobei eine Prü fung des Prozessablaufes auf eventuell auftretende Kollisionen erfolgt. Falls eine Kollision er kannt wird, wird eine Übertragung von Steuersignalen an die Aktoren blockiert, hier beispiels weise durch die SPS selbst, wobei dies gleichermaßen auch durch nachrangige individuelle Steu ereinrichtungen der Aktoren erfolgen kann. In Figur 9 ist dies durch eine Ampel mit Schranke symbolisiert. Falls keine Kollision erkannt wird, werden die Steuersignale an die Aktoren übertra gen und der Prozessablauf wird gestartet. Falls eine Kollision erkannt wird, oder auch, wenn keine Kollision erkannt wird, ist es vorteilhaft, wenn der simulierte Bewegungsablauf der Anlagenteile als 3D-Animation auf einem Monitor angezeigt wird. Dies erleichtert dem Bediener die Wahl neuer Parameterwerte. Vorteilhaft ist auch die Anzeige weitergehender Informationen des Prozessab laufs.
Aus obigen Ausführungen ergibt sich, dass die Erfindung einen neuartigen automatisierten Ferti- gungsprozess zum Glasbiegen sowie eine Fertigungsanlage mit einem digitalen Abbild des au tomatisierten Fertigungsprozesses zur Verfügung stellt, bei denen zuverlässig und sicher Kollisi onen von Anlageteilen vermieden werden können. Unerwünschte Ausfallzeiten sowie vermehrte Produktionskosten durch Ersatz beschädigter Teile im Kollisionsfall treten nicht auf.
Bezugszeichenliste
I Fertigungsanlage 2 Scheibe
3 Heizstrahlung
4 Rollenbett
5 Biegezone
6 Heißluft 7 Form
8 Pressring
9 Vorspannring
10 Vorspannzone
I I Kaltluftstrom 12 Vorwärmzone

Claims

Patentansprüche
1 . Automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben, bei welchem eine Scheibe mittels bewegbarer Anlageteile bearbeitbar ist, wobei die bewegbaren Anlageteile auf Basis ma nuell eingebbarer Parameterwerte durch eine speicherprogrammierbare Steuereinrichtung steu erbar sind, wobei die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung Steuersignale an Aktoren der bewegbaren Anlageteile ausgeben und Sensorsignale von Sensoren zum Erfassen von Ist-Zu- ständen der Aktoren empfangen kann, wobei manuell eingegebene Parameterwerte zur Steuerung der bewegbaren Anlageteile an ein digitales Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses übermittelt werden, eine Prüfung auf Kollision von Anlageteilen aufgrund einer Bewegung mindestens eines bewegbaren Anlageteils erfolgt, wobei im Kollisionsfalle die Weitergabe von auf den Parameterwerten basierenden Steu ersignalen von der speicherprogrammierbare Steuereinrichtung an die Aktoren blockiert wird, oder bei fehlender Kollision auf den Parameterwerten basierende Steuersignale von der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung an die Aktoren ausgegeben werden.
2. Automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben nach Anspruch 1 , bei wel chem im Kollisionsfalle eine entsprechende Information auf mindestens einem Monitor ausgege ben wird.
3. Automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben nach Anspruch 2, bei wel chem kollidierende Anlageteile auf dem mindestens einen Monitor von nicht kollidierenden Anla geteilen farblich abgesetzt dargestellt werden.
4. Automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei welchem ein simulierte Bewegungsablauf der bewegbaren Anlageteile in einer ver größerten Darstellung und/oder verschiedenen Blickwinkeln auf dem mindestens einen Monitor dargestellt wird.
5. Automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welchem der simulierte Bewegungsablauf der bewegbaren Anlageteile in einem von außen nicht zugänglichen Blickwinkel auf dem mindestens einen Monitor dargestellt wird.
6. Automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem der simulierte Bewegungsablauf der bewegbaren Anlageteile in zeitlicher Verzögerung auf dem mindestens einem Monitor dargestellt wird.
7. Automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei welchem mindestens eine den Prozessablauf betreffende, über die Visualisierung des Bewegungsablaufs der bewegbaren Anlageteile hinausgehende Information auf dem mindestens einen Monitor dargestellt wird.
8. Automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben nach Anspruch 7, bei wel chem mindestens ein Weg-Zeit-Diagramm eines bewegbaren Anlageteils auf dem mindestens einen Monitor dargestellt wird.
9. Automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem eine Blockierung der Weitergabe der auf den Parameterwerten basierenden Steuersignalen an die Aktoren in der speicherprogrammierbare Steuereinrichtung erfolgt.
10. Automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem eine Blockierung der Weitergabe der auf den Parameterwerten basierenden Steuersignalen an die Aktoren in von der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung gesteu erten Aktorsteuereinrichtungen erfolgt.
11. Automatisierte Fertigungsanlage zum Biegen von Scheiben zur Durchführung des Verfah rens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welche bewegbare Anlageteile zum Bearbeiten einer Scheibe aufweist, wobei die bewegbaren Anlageteile auf Basis manuell eingebbarer Parameter werte durch eine speicherprogrammierbare Steuereinrichtung steuerbar sind, wobei die speicher programmierbare Steuereinrichtung Steuersignale an Aktoren der bewegbaren Anlageteile aus geben und Sensorsignale von Sensoren zum Erfassen von Ist-Zuständen der Aktoren empfangen kann, welche über ein digitales Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses verfügt, und wel che programmtechnisch so eingerichtet ist, dass manuell eingegebene Parameterwerte zur Steu erung der Bewegung der bewegbaren Anlageteile an das digitale Abbild übermittelt werden, eine Prüfung auf Kollision von Anlageteilen aufgrund einer Bewegung mindestens eines bewegbaren Anlageteils erfolgt, wobei im Kollisionsfalle die Weitergabe von auf den Parameterwerten basie- renden Steuersignalen von der speicherprogrammierbare Steuereinrichtung an die Aktoren blo ckiert wird, oder bei fehlender Kollision auf den Parameterwerten basierende Steuersignale von der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung an die Aktoren ausgegeben werden.
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