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Dokumentenidentifikation DE69714534T2 15.05.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0830921
Titel Verfahren zur Handhabung von Blechteilen in einem Arbeitsraum mit einer Werkzeugmaschine und einem Roboter
Anmelder Salvagnini Italia S.p.A., Sarego, Vicenza, IT
Erfinder Marobin, Mario, 36020 Campiglia dei Berici (Vicenza), IT
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69714534
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.09.1997
EP-Aktenzeichen 972028138
EP-Offenlegungsdatum 25.03.1998
EP date of grant 07.08.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.2003
IPC-Hauptklasse B25J 9/16

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Handhabung von Blechteilen in einem Arbeitsbereich mit einer Stanz- /Schneidewerkzeugmaschine und einem Roboter, mit der automatischen Erzeugung von Trajektorien, und eine Einrichtung zur Durchführen des Verfahrens.

Moderne flexible Herstellungssysteme (FMS, flexible manufacturing systems) sind bekannt zur Bearbeitung von Metallblechen, wie beispielsweise durch Stanzen/Schneiden, Biegen etc., welche Systeme die Produktion einheitlicher Mengen von bearbeiteten Metallblechen (Stücken) mit einer nun getesteten Technologie ermöglichen, die aus dem sogenannten "Verschachteln" (nesting) besteht, d. h. aus dem optimierten Zusammenfügen einzelner Bleche. Unter Verwendung einer solchen Technologie wird ein Arbeitszyklus einer numerisch gesteuerten (NC) Werkzeugmaschine eines Arbeitsbereichs erhalten, und zwar mittels eines Programms, welches durch die Zusammenfügung einzelner Programme für die numerische Steuerung erzeugt worden ist, die in eine geeignete Reihenfolge gebracht worden sind, und das Programm wird abgearbeitet, um den Ausschuss zu minimieren, der sich aus dem Arbeitsprozess ergibt. Auf diese Art und Weise wird eine hohe Flexibilität erzielt für Stücke mit beliebiger Gestalt und Größe, hergestellt bei Geschwindigkeiten, die zwischen einigen Sekunden bis einigen Minuten liegen.

In modernen Arbeitsbereichen kann, um die Metallbleche zu der Werkzeugmaschine zuzuführen und um die fertiggestellten Stücke zu sammeln und zu stapeln, ein anthropomorpher Roboter anstelle herkömmlicher Einrichtungen oder zusätzlich dazu verwendet werden. Der anthropomorphe Roboter ist mit einem Arm mit mehreren Drehgelenken und zumindest einem Gleitgelenk versehen. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Drehgelenke fünf oder mehr. Der anthropomorphe Roboter ermöglicht eine leichte Handhabung der Metallbleche, besonders wenn sie Gestalten und Größen haben, welche für eine herkömmliche Handhabung nicht sehr geeignet sind.

Die zur Handhabung von Metallblechen erforderlichen Trajektorien haben Gestalten, welche bekannt sind und welche durch wenige Fälle ausgedrückt werden können, sie werden aber zu einem unendlichen Satz, weil sich der Anfangspunkt und der Endpunkt der Bahn bezüglich des Einzelfalls und der Flexibilität der Produktion kontinuierlich verändern.

Um die Trajektorien zur Handhabung der Metallbleche in einem Selbstlernvorgang aufzusetzen, wird gemeinhin ein Verfahren verwendet, mittels dessen ein Bediener durch Bedienen einer hängenden Steuerung den Roboter führt, die gewünschte Trajektorie oder Abwicklung im Raum durchzuführen. Der auf diese Art und Weise ausgeführte Weg wird in einer Steuerungseinheit des Roboters für die selbständige Verwendung, d. h. ohne die Einwirkung des Bedieners, zu einem späteren Zeitpunkt, für die Handhabung der Metallbleche von einer Zuführseite zur Werkzeugmaschine und/oder von der Werkzeugmaschine zu einer Abladestelle gespeichert.

Das Selbstlernverfahren reduziert die Flexibilität der Arbeitsbereiche stark; insbesondere wenn die Produktionsmengen einzigartig sind, wird die Flexibilität gleich Null aufgrund der Tatsache, dass der für jedes einzelne Stück einer einheitlichen Menge durchgeführte Selbstlernvorgang nicht noch einmal verwendet wird.

Im allgemeinen schaffen die Hersteller von Robotern eine Programmiersprache für die Abfolgen der durchzuführenden Aktionen, und einen Selbstlernvorgang für die Initialisierung von Daten, welcher für sehr generelle Anwendungen verwendet werden kann. Die Anpassung der Abfolgen und der Daten an einen bestimmten Arbeitszyklus erfordert Zeit, die im Fall von Stanz- und/oder Schneid- oder Biegevorgängen zwischen 30 und 300 Minuten oder noch mehr liegt. Diese Zeiten sind sehr lang verglichen mit denen, die für die automatische Erzeugung von Programmen für die numerische Steuerung mittels der "Verschachtelungs"-Technologie erforderlich sind. Tatsächlich erfordert das Verschachteln für mehrere Produktionsstunden nur wenige Minuten für die Erzeugung der Programme, beginnend mit denjenigen, welche für die individuellen Stücke existieren. Die Zeiten der Selbstlernstufe übertragen sich daher in eine "Ausfallzeit", d. h. in einen Verlust einer Flexibilität, was im Fall von Stanz-/Schneidmaschinen oder Täfelungs- (Biege-)Maschinen, die, wie es oft der Fall ist, für die Produktion von kleinen Mengen verwendet werden, sehr kostspielig ist.

Der Selbstlernvorgang erfordert auch eine besondere Fähigkeit seitens des Bedieners, aber diese Art von Fähigkeit fehlt oft in kleinen Betrieben, oder ihre Anwesenheit bringt in jedem Fall einen weiteren Kostenanstieg mit sich.

Außerdem beinhaltet der Selbstlernvorgang auch Sicherheitsprobleme, weil er innerhalb des Aktionsfelds des Roboters durchgeführt werden muss. Um den Roboter zu initialisieren, hat ein Bediener eine tragbare Tastatur zu seiner Verfügung (Programmierhandgerät oder control by wire). Um den Roboter mit adäquater Genauigkeit in die erforderlichen Arbeitsstellungen zu bringen und zu überprüfen, dass er tatsächlich die vorbestimmten endgültigen Positionen bezüglich der Werkzeugmaschine einnimmt, ist der Bediener jedoch im allgemeinen gezwungen, die momentan vom Roboter eingenommenen Stellungen aus sehr naher Entfernung zu inspizieren, und dies bringt ihn in den Bewegungsbereich der Komponenten und daher in einen Zustand großer Gefährdung.

WO-A-96 14967 offenbart ein Verfahren zum Planen der Bewegung eines Roboters im freien Raum, beschränkt durch Hindernisse, von einer Anfangsposition bis zu einer Zielposition. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: 1) Vorschlagen von mehren vorgeschlagenen, vom Roboter durchzuführenden Bewegungen für eine m-te Bewegung innerhalb einer Abfolge von Bewegungen; 2) Modellieren von zumindest einem Bereich des Roboters und der Hindernisse, welche den freien Raum beschränken; 3) Bestimmen, ob eine Kollision zwischen dem Roboter und einem Hindernis für eine vorgeschlagene, als besagte m-te Bewegung ausgeführte Bewegung auftreten wird; und 4) Erzeugen eines Plans, der diese Sequenz an Bewegungen beinhaltet, durch Auswählen, für jede Bewegung in der Abfolge der Bewegungen, einer vorgeschlagenen Bewegung, die nicht zu einer Kollision führen wird und welche den Roboter näher an die Zielposition bringen wird.

Genauer gesagt weist das Verfahren zur Bewegungsplanung eine grobe Bewegungsplanung zwischen mehreren jeweiligen Positionspaaren Qi und Qg auf und eine feine Bewegungsplanung zwischen mehreren jeweiligen Paaren von Positionen qi und qg.

Bei diesem Planungsverfahren wird die Bewegung des Roboters bestimmt durch Kombinieren einer groben Bewegung und einer feinen Bewegung und durch Modellieren eines Bereichs des Roboters und eines Hindernisses, d. h. mittels CAD Techniken.

Daher ist die Bewegungsbahn des Roboters nicht von erfassten Positionen und der Gestalt (den Abmaßen) einer Bearbeitungsmaschine, des Roboters, der Zuführstelle und der Abladestelle abgeleitet und auch nicht von den Werkstückparametern, die von Betriebsprogrammen der Werkzeugmaschine erhalten worden sind.

EP 0 807 497, welche Teil des Standes der Technik im Sinne des Artikels 54(3) EPÜ ist, offenbart ein Bearbeitungsverfahren für einen Arbeitsbereich mit einem anthropomorphen Roboter, welcher mit einer Biegepresse zum Bearbeiten eines Metallblechs zusammenarbeitet. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Erfassen von festen Eingabedaten, die von geometrischen Positionen im Raum gebildet werden, und von Gestaltdaten des Roboters, der Presse und zumindest einer Zuführeinheit, ohne auf CAD Techniken auszuweichen, b) Definieren von variablen Eingabedaten, die durch die Dicke des Metallblechs, die Höhe, den Winkel und die Richtung jeder Biegung, die Länge und die Orientierung jeder Biegung, die Position eines Biegewerkzeugs, gebildet werden, ohne auf CAD Techniken zurückzugreifen, c) Bearbeiten der oben erwähnten Daten in einer Bearbeitungseinheit mittels eines Algorithmus auf der Basis der Lösungen der inversen Kinematik, um automatisch Zyklen der Zuführung, des Biegens und des Abladens des Metallblechs zu erzeugen, und d) Übertragend er Zyklen an eine Steuerungseinheit des Roboters, um so den Roboter anzutreiben und die Biegepresse, um einen vollständigen produktiven Arbeitszyklus für ein fertiggestelltes gebogenes Metallblech zu starten, beginnend mit dem zu biegenden Metallblech.

Dieses Verfahren ist ausgestaltet für eine Biegepresse und ist nicht geeignet für eine Werkzeugmaschine, welche andere Bearbeitungsvorgänge durchführt, wie beispielsweise eine Stanz-/Schneidemaschine. Beispielsweise beinhaltet das Verfahren nicht das Erfassen der variablen Eingabedaten von den Betriebsprogrammen der Maschine und das Handhaben der Metallbleche durch Auswählen der Metallbleche nach ihrer Art, d. h. gestanzte oder geschnittene Metallbleche.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bewegen von Metallblechen in einem Arbeitsbereich mit einer Stanz-/Schneide- Werkzeugmaschine und einem Roboter, welches es ermöglicht, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden, einen Handhabungsvorgang von nach der Art ausgewählten Metallblechen durchzuführen und die Schritte des Selbstlernens und des Veränderns der Betriebssequenzen des Roboters, immer wenn die Art der handzuhabenden Metallbleche sich verändert, vollständig zu eliminieren.

Das oben erwähnte Ziel wird gemäß der Erfindung erreicht mit einem Verfahren zum Bewegen von Metallblechen in einem Raum eines Arbeitsbereichs und mit einer Einrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 16. Einer der Hauptvorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung ist der Anstieg in der Flexibilität, der sich aus der Möglichkeit der Handhabung der Metallbleche, ausgewählt nach ihrer Art, ergibt, ohne auf den Selbstlernvorgang und auf hochkomplexe und kostenintensive Methodologien wie beispielsweise CAD Methodologien zurückzugreifen, Methodologien der künstlichen Intelligenz und Expertensystemen.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Verbesserung in der Sicherheit, da es nicht länger notwendig ist, im Aktionsfeld der sich bewegenden Komponenten des Arbeitsbereichs zu arbeiten.

Weitere Vorteile bestehen in der Genauigkeit, der Effizienz und der Verlässlichkeit der Arbeitszyklen des anthropomorphen Roboters, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden.

Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun beschrieben mit Bezug auf eine Ausführungsform, die als nicht begrenzendes Beispiel in den anliegenden Zeichnungen dargestellt ist, wobei:

Fig. 1 ein funktionales Diagramm eines Verfahrens zur Handhabung von Metallblechen in einem Arbeitsbereich mit einer Werkzeugmaschine und einem anthropomorphen Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Arbeitsbereichs mit einer Werkzeugmaschine und einem anthropomorphen Roboter, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten kann.

Fig. 1 zeigt ein funktionales Diagramm eines Verfahrens zur Handhabung von Metallblechen in einem Arbeitsbereich (einer Arbeitszelle), wie dem mit 10 in Fig. 2 bezeichneten. Der Bereich 10 weist eine Werkzeugmaschine 100 auf, die operativ mit einer Bearbeitungs- /Steuerungseinheit 107 verbunden ist, und einen anthropomorphen Roboter 101, der operativ mit einer Steuerungseinheit 108 verbunden ist, eine Stelle 110 zum Zuführen von zu bearbeitenden Metallblechen sowie eine Stelle 106 zum Abladen der bearbeiteten Metallbleche.

Die Werkzeugmaschine 100 besteht aus einer Stanz-/Schneidemaschine, die mit einer Bearbeitungsfläche 105 versehen ist, die die Metallbleche lagert, die gerade bearbeitet werden. Der anthropomorphe Roboter 101 besteht aus einem Arm 102 und Griffelementen 103 (beispielsweise Saugnäpfen, oder Einrichtungen zum mechanischen, pneumatischen oder magnetischen Greifen). Der anthropomorphe Roboter 101 kann die bearbeiteten Metallbleche 104 von der Arbeitsfläche 105 herunterziehen und sie, geordnet nach der Art und gestapelt, auf einer vorbestimmten Lagerfläche 106a oder 106b oder 106c der Abladestelle 106 platzieren, welche sich im Aktionsfeld des Roboters 101 befindet.

Der Arbeitsbereich 10 weist auch eine zusätzliche Bearbeitungseinheit 109 auf, die beispielsweise aus einem Personalcomputer oder einer Arbeitsstation besteht und Funktionalitäten hat, die später beschrieben werden. Die zusätzliche Bearbeitungseinheit 109 und die Steuereinheit des Roboters 108 können physisch und funktional in der einzigen Bearbeitungs- /Steuerungseinheit 107 der Stanz-/Schneidemaschine 100 vorgesehen sein.

Gängige Zubehörteile zum Zuführen, abladen und Stapeln der Metallbleche, die auch vorgesehen sein können, um den Arbeitsbereich 10 zu vervollständigen, sind nicht dargestellt. In gleicher Art und Weise ist auch ein zweiter Roboter nicht dargestellt, welcher zur Handhabung der zu bearbeitenden Metallbleche, geordnet nach der Art, von einer Lagerfläche 110a oder 110b der Zuführstelle 110 zu der Arbeitsfläche 105 der Stanz- /Schneidemaschine 100 verwendet werden kann.

Das Verfahren zur Bewegung gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf den anthropomorphen Roboter 101 angewandt, um das Abladen der bearbeiteten Metallbleche 104 von der Oberfläche 105 durchzuführen und um sie, geordnet nach der Art, in der Abladestelle 106 zu stapeln. Das Bewegungsverfahren, das in Fig. 1 dargestellt ist, basiert auf einem Programm (einem Software- Algorithmus), welches in einer zuvor gewählten Programmiersprache betrieben ist und in einem Projektcomputer (nicht dargestellt) kompiliert und/oder übersetzt worden ist. Ein ausführbares Programm wird erhalten, welches in die Datenverarbeitungseinheit 109 der Fig. 2 geladen wird.

Das Verfahren hat einen anfänglichen Schritt zur Konfigurierung des Arbeitsbereichs 10 (Block 1 in Fig. 1), bestehend aus der Erfassung von Parametern, welcher die Geometrie im Raum von Komponenten identifizieren, welche im dargestellten Fall der anthropomorphe Roboter 101, seine Greifelemente 103, die Arbeitsfläche 105 der Stanz-/Schneidemaschine 100 und die Abladestelle 106 sind. Einige Parameter bestehen aus Positionsdaten, und sie repräsentieren die Beschreibung der den anthropomorphen Roboter 101 umgebenden Welt in Form von orientierten kartesischen Ausdrücken (X,Y,Z,O,A,T), wobei (X,Y,Z) die Ursprungskoordinaten des Ausdrucks sind und (O,A,T) die Euler-Winkel sind, welche die Orientierung des Ausdrucks im Raum definieren. Andere Parameter bestehen aus Daten der Gestalt der Komponente des Arbeitsbereichs und bestehen beispielsweise aus den Längen der Arme des Roboters, aus den Dimensionen seiner Greifelemente und aus anderen Daten. Im beispielhaften Fall bestehen die berücksichtigten Konfigurationsparameter (Block 1) aus:

- der Position des Roboters 101,

- der Position der Arbeitsfläche 105,

- der Position einer Lagerfläche 106a, 106b oder 106c der Abladestelle 106,

- der Gestalt des Roboters 101 und seiner Greifelemente 103,

- der Gestalt der Arbeitsfläche 105,

- der Gestalt einer Lagerfläche 106a, 106 oder 106c der Abladestelle 106.

Die früher bezeichneten Konfigurationsparameter bilden feste Eingabedaten, weil sie unabhängig von der Form und den Dimensionen der zu handhabenden Metallbleche 104 sind. Sie werden auf permanente Art und Weise in das ausführbare Programm, welches sich in der Datenverarbeitungseinheit 109 befindet, eingefügt oder damit verbunden.

Das Verfahren beinhaltet auch einen Schritt der Erfassung variabler Eingabedaten (Block 2) in der Datenverarbeitungseinheit 109 (Fig. 2). Solche variablen Eingabedaten bestehen aus

- Dimensionen eines vorher ausgewählten zu handhabenden Metallblechs,

- der Gestalt dieses zu handhabenden Metallblechs,

- der Produktionssequenz von zuvor ausgewählten Metallblechen.

Die oben erwähnten variablen Eingabedaten werden automatisch erfasst durch Betriebsprogramme der Stanz-/Schneidemaschine 100; der Schritt der Datenerfassung kann mit der möglichen Hinzufügung von anderen Daten vervollständigt werden, die aus Vorgaben zum Stapeln auf den Lagerflächen 105a, 106, 106c der Abladestelle 106 bestehen.

In Abwesenheit dieser letztgenannten Daten ist es möglich, mit Stapelpositionen zu arbeiten, die automatisch bezüglich der erhältlichen Daten berechnet werden.

Die oben erwähnten variablen Eingabedaten bestehen aus Informationen, die in jedem Fall in der Bearbeitungs-/Steuerungseinheit der Stanz- /Schneidemaschine für den Betrieb des Arbeitsbereichs zur Verfügung stehen. Jedes zum Extrahieren dieser Informationen geeignete Verfahren kann die oben genannten variablen Eingabedaten definieren und kann für den Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Für jedes zuvor ausgewählte Metallblech bildet ein Logik/Entscheidungs-Algorithmus den Anfangs- und Endpunkt der Trajektorie, die die Greifelemente 103 des Roboters 101 durchführen müssen, um den erforderlichen Handhabungsvorgang von der Arbeitsfläche 105 bis zu einer zuvor ausgewählten Lagerfläche 106a, 106b oder 106c der Abladestelle 106 durchzuführen (Block 3). Der Algorithmus vervollständigt die Trajektorie mit einer Reihe von Zwischenpunkten zwischen den auf diese Art und Weise berechneten Endpunkten, so geplant, dass der Roboter darauf beschränkt wird, sich entlang zuvor festgelegter Bahnen zu bewegen (Block 4). Der "Punkt" ist in diesem Kontext eine Art und Weise zum Darstellen eines orientierten kartesischen Ausdrucks im Raum, und die "Punkte" der Trajektorie nehmen Werte an und sind in der Anzahl ausreichend, damit die Bewegung des Roboters zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten vorhersagbar ist und sich im Aktionsfeld seines Arms befindet.

Mittels des Verfahrens kann für jeden "Punkt" einer so geplanten Trajektorie folgendes berechnet werden (Block 5):

- Lösungen der inversen Kinematik für den Arm des Roboters,

- eine Blech/Maschinenzuordnung (variable/feste Daten) für jede gefundene Lösung.

Die inverse Kinematik ist eine mathematische Transformation, welche einen orientierten Ausdruck des Euklidischen RAUMS (X,Y,Z,O,A,T) in Beziehung zu einem Vektorsatz Z1, Z2, Z3, ..., Zn setzt. Jeder Vektor 21 hat so viele Komponenten, wie es Achsen des Roboters gibt; jede Komponente stellt die lineare Position (in Millimetern) oder die winklige Position (gerade) dar, die jede Achse einnehmen kann, um den "Punkt" (Y,Y,Z,O,A,T) zu erreichen. Die beschriebene Transformation ist Fachleuten als "Lösung des Problems der inversen Kinematik" bekannt. Für jeden Platte k (k = 1,2,3, ..., k') der geplanten Trajektorie werden die n (n = 0,1,2, ..., n') gefundenen Lösungen zugewiesen, wobei jede die Gestalt des handzuhabenden Metallblechs identifiziert; für jede Trajektorie werden so die k' · n' räumlichen Darstellungen des Roboter + Blechsatzes berechnet.

Das Verfahren weist einen Schritt der Analyse der Blech/Maschinen- Interferenzen (Block 6) auf für die Auswahl einer geeigneten Lösung unter den im vorangehenden Schritt vorgebrachten. Genauer gesagt, werden die Interferenzen Blech/Roboter, Blech/Werkzeugmaschine und Blech/Lagerflächen überprüft. Dieser Schritt wird durch einen logisch-mathematischen Algorithmus durchgeführt, welcher automatisch die geeignetste Lösung unter den berechneten Darstellungen identifiziert, um so die Lösungen zu eliminieren, welche Blech/Maschinen-Interferenzen beinhalten, Abweichungen von den Achsen der Roboterachsen und ungeeigneten Drehungen (0ºº und 0º ± 360º) der Achsen von einem Punkt zum nächsten.

Als Alternative zu dem eben beschriebenen automatischen Vorgang kann eine vereinfachte und ergonomische graphische Darstellung verwendet werden, welche effektiv die Blechmaschinen-Interferenzen visualisieren kann, die Abweichungen von den Achsen und die ungeeigneten Drehungen der Achsen, um so schnell (in wenigen Sekunden) für alle Punkte der Trajektorie die geeignetste Lösung unter den für jeden Punkt berechneten herauszufinden. Dieser zweite (interaktive) Vorgang kann auch verwendet werden für einen schnellen visuellen Check der automatisch durch den ersten Vorgang durchgeführten Auswahlen.

Mit Bezug auf Fig. 1 werden die durch den Block 3 und 4 zum Planen der Trajektorie und durch den Block 5 und 6 zum Bestimmen der geeigneten Lösung identifizierten Schritte für jedes in der Produktionssequenz der variablen Eingabedaten (Block 2) beschriebene Metallblech wiederholt.

Das Verfahren hat auch einen Schritt zum Erzeugen variabler Ausgabedaten (Block 7) in einer der Steuerungseinheit 108 des Roboters 101 eigenen Programmiersprache. Die Ergebnisse der früher beschriebenen Entscheidungs- und Berechnungs-Algorithmen werden in Ausgabedaten umgewandelt, die gültig sind zum Antreiben des Roboters 101 gemäß den Syntax-Regeln seiner eigenen Programmiersprache. Die umgewandelten Daten sind die Positionsvektoren für die Achsen des Roboters und eine Liste mit der Sequenz der durchzuführenden Zyklen.

Das Verfahren wird vervollständigt durch einen Schritt des Erzeugens von abschließenden Ausgangsdaten (Block 8) in Form von Arbeitszyklen des Roboters. Die abschließenden Ausgangsdaten bestehen aus einem Satz von Elementarzyklen, erforderlich zum Ausführen der physischen Bewegung des Roboters synchronisiert mit der Stanz-/Schneidemaschine, geschrieben gemäß den Syntax-Regeln Programmiersprache des spezifischen Roboters und besonders ausgestaltet, um die früher variablen Ausgangsdaten aufzunehmen (Block 7). Die Kombination der so aufgebauten Elementarzyklen und der variablen Ausgangsdaten ermöglicht es, den Handhabungsvorgang der Metallbleche, der mittels des Roboters 101 durchgeführt wird, der mit der Stanz-/Schneidemaschine 100 zusammenarbeitet, automatisch zu erhalten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es, wenn das in dem Projektcomputer erzeugte Programm zu dem Arbeitsbereich 10 übertragen werden soll, ausreichend, die Werte der geometrischen Positionen im Raum der Komponenten des bestimmten Arbeitsbereichs (Kalibrierung) zu erfassen und sie in das Programm selbst einzusetzen.

Das Ergebnis ist ein kundengebundener Software-Algorithmus der ausführbaren Art, der, wenn er einmal in der Datenverarbeitungseinheit 109 des Arbeitsbereichs 10 sich befindet, die früher beschriebenen variablen Eingabedaten erfassen kann (Block 2) und am Ausgang die variablen Daten (Block 7) zur Verfügung stellen kann und die Arbeitszyklen des Roboters (Block 8) für die automatischen Handhabungsvorgänge der Metallbleche, die der Produktion der Stanz-/Schneidemaschine 100 zugeordnet sind.

Die variablen Daten und die Zyklen der Blöcke 7 und 8 werden von der Bearbeitungseinheit 109 zu der Steuerungseinheit 108 des Roboters 101 für die unmittelbare Durchführung der erforderlichen Arbeit übertragen.

Aus der oben erfolgten Beschreibung wird deutlich, dass das beschriebene Verfahren den Arbeitsbereich vollständig flexibel macht, weil der manuelle Schritt des Definierens der Handhabungs-Trajektorie dies Roboters mittels des Selbstlernvorgangs eliminiert worden ist. Die zusätzliche Verarbeitungseinheit 109 und die Steuerungseinheit 108 des Roboters kann physisch und funktional in der einzigen Verarbeitungs- /Steuerungseinheit 17 der Stanz-/Schneidemaschine 100 untergebracht sein.

Ein ähnliches Verfahren zur Bewegung kann auf einen zweiten Roboter in dem Arbeitsbereich 10 angewandt werden zum Aufnehmen der zu bearbeitenden Metallbleche, geordnet nach dem Typen, von den Lagerflächen 110a und 110b der Zuführstelle 110 und zum Platzieren der Bleche auf der Arbeitsfläche 105.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Bewegung von Metallblechen in einem Raum eines Arbeitsbereichs (10) mit einer Stanz-/Schneide-Werkzeugmaschine (100), zumindest einem Roboter (101), einem Ort (110) zum Zuführen der zu bearbeitenden Metallbleche und einem Ort (106) zum Entladen der fertig bearbeiteten Metallbleche (104), wobei die Stanz-/Schneide-Werkzeugmaschine (100), der Roboter (101) und die Zuführ- und Entladeorte (110, 106) jeweils eine feste Gestalt und eine feste geometrische Position in dem Raum des Arbeitsbereichs (10) haben, wobei der Roboter (101) mit einem Arm (102) versehen ist und mit einem Greifelement (103), welcher die Metallbleche (104) aufnehmen kann und operativ mit einer Steuerungseinheit (108) verbunden ist, wobei der Roboter (101) anthropomorph ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Handhaben der Metallbleche (104)

a) zuvor gewählte feste Eingabedaten erfasst werden, welche aus Konfigurationsparametern bestehen, welche die Geometrie im Raum der Stanz- /Schneide-Werkzeugmaschine (100), des Roboters (101) und des Zuführ- und/oder Entladeortes (110, 106) in Form von orientierten Kartesischen Ausdrücken und Gestaltsdaten identifizieren, ohne auf CAD-Techniken auszuweichen, wobei die Gestaltdaten des Roboters (101) aus Dimensionen des Arms (102) und des Greifelements (103) bestehen;

b) zuvor gewählte variable Eingabedaten von der Stanz-/Schneide- Werkzeugmaschine (100) erfasst werden, die bestehen aus

- Dimensionen eines zuvor gewählten, zu handhabenden Metallblechs (104),

- der Gestalt des zu handhabenden Metallblechs (104),

- einer Abfolge der Bearbeitung von zuvor gewählten Metallblechen, erfasst mittels Betriebsprogrammen der Stanz-/Schneide- Werkzeugmaschine (100), ohne auf CAD-Techniken zurückzugreifen;

c) die oben genannten festen und variablen Eingabedaten auf einer Bearbeitungseinheit (109) mittels eines Algorithmus bearbeitet werden, welcher auf den Lösungen der inversen Kinematiken basiert, um automatisch Ausgabedaten zu erzeugen, welche eine zuvor gewählte Trajektorie des Metallblechs (104) zwischen dem Zuführ- oder dem Entladeort (110, 106) und der Stanz-/Schneide-Werkzeugmaschine (100) identifizieren, und

d) die Ausgabedaten zu der Steuerungseinheit (108) des Roboters (101) übermittelt werden, um den Roboter (101) anzutreiben, um das Metallblech (104) entlang der vorher gewählten Trajektorie zu bewegen, um so die Metallbleche, ausgewählte nach dem Typ, automatisch zu handhaben.

2. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Position des Roboters (101) aufweisen.

3. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Position einer Arbeitsfläche (105) der Stanz-/Schneide-Werkzeugmaschine (100) aufweisen.

4. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Gestalt der Arbeitsfläche (105) der Stanz-/Schneide-Werkzeugmaschine (100) aufweisen.

5. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Position einer Auflagefläche (106a, 106b, 106c) des Entladeorts (106) aufweisen.

6. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Gestalt der Auflagefläche (106a, 106b, 106c) des Entladeorts (106) aufweisen.

7. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Position einer Auflagefläche (110a, 110b) des Zuführorts (110) aufweisen.

8. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Gestalt der Auflagefläche (110a, 110b) des Zuführorts (110) aufweisen.

9. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt c) einen Schritt des Identifizierens und Berechnens (Block 3) des Anfangspunkts und des Endpunkts einer Handhabungs-Trajektorie des Metallblechs (104) aufweist.

10. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt c) auch einen Schritt des Planens (Block 4) von Zwischenpunkten der Handhabungs-Trajektorie des Metallblechs (104) aufweist.

11. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Punkt der geplanten Trajektorie die folgenden Berechnungen gemacht werden (Block 5):

- Lösungen der inversen Kinematiken für den Arm (102) des Roboters (101),

- Blech/Maschine-Zuordnung mittels der variablen und festen Daten für jede Lösung, die gefunden worden ist.

12. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt der Analyse von Interferenzen (Block 6) zwischen dem Metallblech (104) und dem Roboter (101) für die automatische Selektion einer geeigneten Lösung unter den gefundenen aufweist.

13. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt der grafischen Darstellung beinhaltet, welche Blech/Maschinen-Interferenzen visualisieren kann, außer der Reihe liegende Werte und ungeeignete Rotationen der Achsen des Roboters (101), um für alle Punkte der Trajektorie die geeignetste Lösung unter den Lösungen zu finden, die für jeden Punkt berechnet worden sind.

14. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt des Erzeugens von variablen Ausgangsdaten (Block 7) beinhaltet, wobei die Ergebnisse der Entscheidungs- und Berechnungs- Algorithmen in variable Ausgangsdaten in einer Programmiersprache umgewandelt werden, die der Steuerungseinheit (108) des Roboters (101) eigen ist.

15. Verfahren zur Bewegung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt des Erzeugens von finalen Ausgangsdaten (Block 8) beinhaltet, wobei Ausgangsdaten in Form von festen Arbeitszyklen erzeugt werden, beschrieben gemäß der eigenen Sprache der Steuerungseinheit (108) des Roboters (101), geeignet zum Produzieren von Trajektorien, welche bezüglich der erhaltenen Daten variabel sind.

16. Vorrichtung mit einem Roboter (101) zur Handhabung von Metallblechen in einem Raum eines Arbeitsbereichs (10), mit einer Stanz- /Schneide-Werkzeugmaschine (100), einem Ort (110) zum Zuführen von Metallblechen, die bearbeitet werden sollen, und mit einem Ort (106) zum Entladen von fertig bearbeiteten Metallblechen (104), wobei die Stanz- /Schneide-Werkzeugmaschine (100), der Roboter (101) und die Zuführ- und Entladeorte (110, 106) jeweils eine feste Gestalt und eine feste geometrische Position in dem Raum des Arbeitsbereichs (10) haben, wobei der Roboter (101) mit einem Arm (102) versehen ist und mit einem Greifelement (103), welcher die Metallbleche (104) aufnehmen kann und operativ mit einer Steuerungseinheit (108) verbunden ist, wobei der Roboter (101) anthropomorph ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Steuerungseinheit (108) ein mit einem Computer ausführbares Programm geladen ist, mittels dessen sie gemäß einem Verfahren zur Bewegung arbeiten kann, wobei für vorher ausgewählte, zu bearbeitende Metallbleche

a) zuvor gewählte feste Eingabedaten erfasst werden, welche aus Konfigurationsparametern bestehen, welche die Geometrie im Raum der Stanz-/Schneide-Werkzeugmaschine (100), des Roboters (101) und des Zuführ- und/oder Entladeortes (110, 106) in Form von orientierten Kartesischen Ausdrücken und Gestaltsdaten identifizieren, ohne auf CAD-Techniken auszuweichen, wobei die Gestaltdaten des Roboters (101) aus Dimensionen des Arms (102) und des Greifelements (103) bestehen;

b) zuvor gewählte variable Eingabedaten von der Stanz- /Schneide-Werkzeugmaschine (100) erfasst werden, die bestehen aus

- Dimensionen eines zuvor gewählten, zu handhabenden Metallblechs (104),

- der Gestalt des zu handhabenden Metallblechs (104),

- einer Abfolge der Bearbeitung von zuvor gewählten Metallblechen,

erfasst mittels Betriebsprogrammen der Stanz-/Schneide- Werkzeugmaschine (100), ohne auf CAD-Techniken zurückzugreifen;

c) die oben genannten festen und variablen Eingabedaten auf einer Bearbeitungseinheit (109) mittels eines Algorithmus bearbeitet werden, welcher auf den Lösungen der inversen Kinematiken basiert, um automatisch Ausgabedaten zu erzeugen, welche eine zuvor gewählte Trajektorie des Metallblechs (104) zwischen dem Zuführ- oder dem Entladeort (110, 106) und der Stanz-/Schneide-Werkzeugmaschine (100) identifizieren, und

d) die Ausgabedaten zu der Steuerungseinheit (108) des Roboters (101) übermittelt werden, um den Roboter (101) anzutreiben, um das Metallblech (104) entlang der vorher gewählten Trajektorie zu bewegen, um so die Metallbleche, ausgewählte nach dem Typ, automatisch zu handhaben.

17. Vorrichtung (101) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Position des Roboters (101) aufweisen.

18. Vorrichtung (101) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Position einer Arbeitsfläche (105) der Stanz-/Schneide-Werkzeugmaschine (100) aufweisen.

19. Vorrichtung (101) nach Anspruch 16 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Gestalt der Arbeitsfläche (105) der Stanz-/Schneide-Werkzeugmaschine (100) aufweisen.

20. Vorrichtung (101) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Position einer Auflagefläche (106a, 106b, 106c) des Entladeorts (106) aufweisen.

21. Vorrichtung (101) nach Anspruch 16 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Gestalt der Auflagefläche (106a, 106b, 106c) des Entladeorts (106) aufweisen.

22. Vorrichtung (101) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Position einer Auflagefläche (110a, 110b) des Zuführorts (110) aufweisen.

23. Vorrichtung (101) nach Anspruch 16 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Eingabedaten eine vorangestellte Gestalt der Auflagefläche (110a, 110b) des Zuführorts (110) aufweisen.

24. Vorrichtung (101) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt c) einen Schritt des Identifizierens und Berechnens (Block 3) des Anfangspunkts und des Endpunkts einer Handhabungs-Trajektorie des Metallblechs (104) aufweist.

25. Vorrichtung (101) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt c) auch einen Schritt des Planens (Block 4) von Zwischenpunkten der Handhabungs-Trajektorie des Metallblechs (104) aufweist.

26. Vorrichtung (101) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Punkt der geplanten Trajektorie die folgenden Berechnungen gemacht werden (Block 5):

- Lösungen der inversen Kinematiken für den Arm (102) des Roboters (101)

- Blech/Maschine-Zuordnung mittels der variablen und festen Daten für jede Lösung, die gefunden worden ist.

27. Vorrichtung (101) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt der Analyse von Interferenzen (Block 6) zwischen dem Metallblech (104) und dem Roboter (101) für die automatische Selektion einer geeigneten Lösung unter den gefundenen aufweist.

28. Vorrichtung (101) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt der grafischen Darstellung beinhaltet, welche Blech/Maschinen-Interferenzen visualisieren kann, außer der Reihe liegende Werte und ungeeignete Rotationen der Achsen des Roboters (101), um für alle Punkte der Trajektorie die geeignetste Lösung unter den Lösungen zu finden, die für jeden Punkt berechnet worden sind.

29. Vorrichtung (101) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt des Erzeugens von variablen Ausgangsdaten (Block 7) beinhaltet, wobei die Ergebnisse der Entscheidungs- und Berechnungs- Algorithmen in variable Ausgangsdaten in einer Programmiersprache umgewandelt werden, die der Steuerungseinheit (108) des Roboters (101) eigen ist.

30. Vorrichtung (101) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt des Erzeugens von finalen Ausgangsdaten (Block 8) beinhaltet, wobei Ausgangsdaten in Form von festen Arbeitszyklen erzeugt werden, beschrieben gemäß der eigenen Sprache der Steuerungseinheit (108) des Roboters (101), geeignet zum Produzieren von Trajektorien, welche bezüglich der erhaltenen Daten variabel sind.

31. Vorrichtung (101) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Bewegen in einer Verarbeitungseinheit (109) in Form des ausführbaren Programms geladen ist.

32. Vorrichtung (101) nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (108) und die Bearbeitungseinheit (109) physisch und funktional in eine Bearbeitungs-/Steuerungseinheit (107) der Werkzeugmaschine (100) eingebettet sind.







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