DE2903184A1

DE2903184A1 - Werkzeugmaschine mit einer zugeordneten roboteinheit

Info

Publication number: DE2903184A1
Application number: DE19792903184
Authority: DE
Inventors: Hajimu Inaba; Shinsuke Sakakibara
Original assignee: Fujitsu Fanuc Ltd
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1978-01-31
Filing date: 1979-01-27
Publication date: 1979-08-02
Also published as: GB2013368B; JPS5918194B2; JPS54102754A; US4366423A; FR2416088B1; FR2416088A1; GB2013368A

Description

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK DlpL-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

& £u -SCHUBERT 6 FRANKFURT/M.

TELEFON (Will

287014 GR. ESCHENHEIMER STR.

Gu/ki Oase: 2072-DE

26. Januar 1979

FUJITSU FAMJO LIMITED 5-1, Asahigaoka 3-chome,

Hino-shl
!Dokyo, Japan

Werkzeugmaschine mit einer zugeordneten Roboteinheit.

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Beschreibung:

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine oder dergleichen mit einer zugeordneten Roboteinheit und einer Steuereinheit für die Ro"boteinheit.

Im Betrieb einer derartigen Anlage können gefährliche Betriebszustände erreicht werden, beispielsweise ein ungewollter Zusammenstoß zwischen der Roboteinheit und der Werkzeugmaschine, wodurch bei bekannten derartigen Anlagen deren Betriebssicherheit herabgesetzt 1st, wenn die Roboteinheit nicht in Übereinstimmung mit den Betriebsbedingungen der Werkzeugmaschine betätigt wird. TJm diesen Nachteil zu vermeiden, wird beim Stand der Technik die Roboteinheit über verschiedene Signale gesteuert, beispielsweise ein Wartesignal, ein Terbotssignal und ein Nothaltsignal, die von der Werkzeugmaschine erzeugt werden.

Die drei erwähnten Signalarten reichen jedoch für eine sichere Steuerung der Roboteinheit nicht aus, weil sie nicht alle Betriebsbedingungen der Werkzeugmaschine berücksichtigen. Dies beruht auch darauf, daß es sahireiche Typen von Werkzeugmaschinen gibt. Eine Roboteinheit sollte derart gesteuert werden, daß die verschiedensten Arten nicht normaler Betriebsbedingungen der Werkzeugmaschine berücksichtigt werden, die während des Betriebs einer solchen Maschine entstehen können. Mit den erwähnten drei Signalarten ist dies aber nur unvollkommen möglich.

Der erwähnte Stand der Technik ist beispielsweise in der Veröffentlichung "UNIMATE", veröffentlicht von der Firma Kawasaki Heavy Industries Ltd·, beschrieben,,

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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der Signale, die von einer solchen Werkzeugmaschine erzeugt werden, zu erhöhen, so daß die davon gesteuerte Roboteinheit auch unnormale Betriebszustände der Werkzeugmaschine bei ihrer Bewegung berücksichtigt. Es sollen also die erwähnten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und insbesondere soll die Betriebssicherheit der Anlage erhöht werden.

Weiterhin soll die Anzahl der in einer Werkzeugmaschine erzeugten Signalarten vergrößert werden, insbesondere durch Einschließung eines Haltesignals, so daß die Betätigung der Roboteinheit besser nicht normalen Betriebsbedingungen der Werkzeugmaschine angepaßt werden kann. Der Betrieb soll wieder eingeschaltet werden können, indem ein bestimmter Schalter betätigt wird, so daß die Betriebssicherheit der Anlage erhöht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch ein Diagramm einer aus einer Werkzeugmaschine, einer Roboteinheit und einer Steuereinheit bestehenden Anlage nach der Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für die Steuereinheit der Anlage naoh Fig. 1.

Eine in Fig. 1 gezeigte Roboteinheit 1 ist in drei Achsen gesteuert, nämlich in einer Z-Achse für vertikale Bewegungen, in einer Θ-Achse für die Drehbewegung und in einer R-Achse für eine horizontale Bewegung eines Armes 12 und einer Hand

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der Roboteinheifc«, Die vertikale Bewegung wird durch die Drehung einer Gewindestange 14 bewirkt, die von einem Motor für die Beilegung in der Z-Achse "betätigt wird«, Die Drehung der Gewindestange wird in eine vertikale Bewegung eines Gehäuses 13 umgesetzt, welches mit der Gewindestange 14 verbunden ist., Der Arm 12 mit der Hand 11 ist mit dem Gehäuse 13 verbunden«, Die Drehbewegung wird über ein Zahnrad 18 erreicht s, welches von einem Motor 17 für di© Θ-Achse gedreht wird· Die Drehung des Zahnrades 18 bewirkt ©ine Drehung des Gehäuses 13 und somit auch des Armes 12 und der Hand 11. Bie horizontale Bewegung wird durch eine Bewegung des Armes bezüglich des Gehäuses 13 bewirkt, und zwar über einen Motor 16 für fiie R-Aohse. Diese"drei Motoren 15_S 16, 17 werden über Eingänge signale angetrieben,, die von einem Servo—Verstärker 35 in einer Steuereinheit geliefert werden. Die Greifbewegung und die Drehbewegung werden von einem Signal-gesteuert,, welches von einer Hilfssteuerong 38 in der Steuereinheit 2 geliefert wird» Die gesamte Bewegung der Roboteinheit 1 wird somit von der Steuereinheit 2 gesteuert«. Unter der Einwirkung der Steuereinheit führt die Roboteinheit 1 vorbestiramte Bewegungen für eine Werkzeugmaschine 4 eus„ beispielsweise wird ein Werkstück 42 montiert oder abmontiert,, ein Werkzeug 41 wird ausgewechselt oder dergleichen»

Die Hand 11 der Roboteinheit 1 hat einen Sensor 111, der ein Nichtfunktionieren der Hand 11 nachweist»

Die Werkzeugmaschine 4 hat ein Werkzeug 41, ein Werkstück 42, eine Haupt-Spindel 43, einen Haupt-Spindelmotor 44, eine Stromversorgung 45» eine Abdeckhaube 46» einen Fühler 461 für die Abdeckhaube, einen Fühler 441 für die Drehung"und einen Fühler 451 für die Stromversorgung»

Fig., 2 zeigt, daß die Werkzeugmaschine 4 von der Roboteinheit bedient wird«. Die Roboteinheit 1 wird von der Steuereinheitgesteuert, die ihrerseits Signale von der Werkzeugmaschine 4, der Roboteinheit 1 und einer Steuertafel 3 erhält. Die Werk-

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zeugraaschlne 4 und die Roboteinheit 1 erzeugen die folgenden Tier Signalarten:

Ein Wartesignal A, ein Yerbotssignal B, ein Haltesignal O und ein Nothaltesignal D.

Im folgenden werden diese Signale näher erläutert.

I. Das Wartesignal A;

Ein Wartesignal ist beispielsweise ein Signal, welches vom Fühler 461 für die Abdeckhaube erzeugt wird, wenn die Abdeckhaube 46 geschlossen ist. Bei diesem Beispiels wird das Wartesignal nur. dann erzeugt, wenn die Abdeckhaube 46 geschlossen ist. Bas Signal wird also nicht erzeugt, wenn die Haube geöffnet 1st. Als Wartesignale können auch diejenigen Signale verwendet werden, die in Übereinstimmung mit den Greiflagen von Klemmbacken oder Bohrfuttern erzeugt werden.

II. Verbotssignal B:

Ein Verbotssignal ist beispielsweise ein Signal, welches vom Fühler 441 für die Drehung erzeugt wird, wenn der Haupt-Spindelmotor 44 sich dreht. Bei diesem Beispiel wird ein Verbotssignal nur dann hergestellt, wenn der Haupt-Spindelmotor 44 sich dreht und nicht wenn der Motor anhält.

III. Haltesignal C;

Ein Haltesignal ist beispielsweise ein Signal, welches vom Fühler 451 für die Stromversorgung erzeugt wird, wenn die Stromversorgung 45 ausgeschaltet ist. Bei diesem Beispiel wird ein Haltesignal nur dann erzeugt, wenn die Stromversorgung 45 ausgeschaltet ist und nicht wenn die Stromversorgung 45 eingeschaltet ist..

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IV. Nothalt signal Ds

Ein Nothaltsignal ist beispielsweise ein Signal,, -welches vom Fühler 1Ί1 für die Hand erzeugt wird,, wenn die Hand nicht mehr funktionsfähig ist. Bei diesem Beispiel wird ein Nothalt signal nur erzeugt,, -wenn die Hand 11 fehlerhaft arbeitet und nicht, wenn die Hand 11 normal arbeitet.

Die in Fig. 2 gezeigte Steuereinheit 2 hat einen Speicher 21, der in eine Anzahl von Speionerblöoke 211, 212, 213, . .· 21 ΪΓ 'unterteilt ist. Jedem dieser Speicherblöcke ist eine Zahl einer Zahlenfolge als Adresse zugeordnet.

Zum Programmieren der Anlage, welches zur Vorbereitung des Systems dient, um dies betriebsbereit zu machen, werden die entsprechenden Daten über die Steuertafel 3 dem Speicher 21 eingegeben. Beim Reproduzieren der Daten, welches ein Teil des Betriebes der Roboteinheit 1 ist, werden die,wie vorstehend erwähnt, gespeicherten Daten nacheinander ausgelesen, so daß die Roboteinheit 1 entsprechend den ausgelesenen Daten betrieben wird.

Jeder Speioherblook des Speichers 21 ist in eine Anzahl von Speichergebieten unterteilt,, Jedes dieser Speiohergebiete speichert eine Sorte Daten, beispielsweise die Förderrate F, die Verschiebung in der Z-Aehse, der O-Achse und der R-Achse, und S-kodierte Instruktionen S-01, S-Q2, ... S-99» Die Instruktion S-01 ist beispielsweise einem Prüf-Warte-Signal zugeordnet und die Instruktionen S-02 bis S-99 werden Hilfsfunktionen zugeordnet.

Der Inhalt des Adressensäfalers 24 wird bei Vorliegen eines Eingangs von einem UUD-Gatter 25 gezählt. Eine Adresse der Speicherblocks des Speichers 21 ist als Ausgang des Adressenzählers 24 bestimmt. Die in dem bestimmten Speicherblock gespeicherten Daten werden ausgelesen und dann an ein Register 32 zum Kontrollieren der Daten tibergeben, und szwar über ein

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UND-Gatter 22 und ein ODER-Gatter 23. Wenn der Betrieb der Roboteinheit entsprechend den ausgelesenen Daten eines Speicherblooks beendet ist, so wird das Beendigungssignal dem UND-Gatter 25 zugeleitet, welches an den Adressenzähler 24 ein Eingangssignal liefert, wodurch der Adressenzähler 24 um eine Ziffer weitergestellt wird. Dadurch wird das Auslesen des als nächsten bestimmten Speioherblocks eingeleitet, wodurch die nächste Betätigung der Roboteinheit bewirkt wird.

Der Betrieb der Roboteinheit 1 wird in zeitlicher Folge entsprechend den Befehlen eines Speioherblocks kontrolliert, die im Register 32 für die Steuerdaten registriert sind.

Der Instruktionswert als Ausgang des Registers 32 wird in einem Vergleicher 34 mit der augenblicklichen Position als Ausgang eines Registers 33 für die momentane Position verglichen. Besteht zwischen diesen beiden Werten eine Differenz, so gibt der Vergleicher 34 einen Eingangsimpuls an den Servo-Verstärker 35, der die Motoren 15, 16, 17 für die drei Achsen antreibt, wodurch die Roboteinheit 1 betätigt wird. Die Bewegungen der Roboteinheit werden von Fühlern 151, 161 und 171 derart nachgewiesen, daß die Bewegungen jeweils als Impulsfolge dargestellt werden, die in das Register 33 für die momentane Position eingegeben und dort gespeichert werden. Ein Schritt bei der Betätigung der Roboteinheit 1 ist beendet, wenn die Inhalte der Register 32 und 33 einander gleich sind.

Die Betätigung der Steuereinheit 2 entsprechend den vorstehend beschriebenen vier Signalarten, die von der Werkzeugmaschine 4 und der Roboteinheit 1 übermittelt werden, werden im folgenden beschrieben.

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I» Das Wartesignal A;

Das Operationaprogramm ist so gewählt, daß das Prttf-Warte-Signal S-O1 als Instruktion von einem Speicherbloek ausgelesen wird,, wenn ein Wartesignal von der Werkzeugmaschine erzeugt wird. Die Roboteinheit 1 "bleibt in der Warteposition« Wenn das Wartesignal "bei der Werkzeugmaschine verschwindet,, so beginnt die Betätigung der Roboteinheit wieder. Diese Terfahrenssohritte werden über das Register eine Umkehrschaltung 31 j ©ine Umkehrschaltung 30 und ein

ODER-Gatter 29 durchgeführte, Wenn das Prttf-Warte-Signal S-O1 (Prüfung des Wartesignals) der Umlcehrsohaltung 31 vom Register 32 zugeleitet ist, und wenn daa Wartesignal A der Umkehrschaltung 30 zugeleitet worden ist, so liefern "beide Umkehr schaltungen 30 und 31 das Signal "0" an das ODER-Gatter 29# Dieses Gatter erzeugt somit keine Ausgangssignale, so daß der Adressenzähler 24 nicht weiter geschaltet wird. Wenn anschließend das Wartesignal A verschwindet,, so wird das dem ODER-Gatter von der Utnkehrsohaltung 30 zugeleitete Signal in das Signal "1" umgewandelt, wodurch der Adressenzänler 24 weiter geschaltet werden kann«,

Dieses Yerfahren ermöglicht ea„ "beim Betrieb der Ro"boteinheit 1 fortzufahren,, nachdem bestätigt ist, daß die Abdeckhaube 46 der Werkzeugmaschine offen ist»

II. DasYerbotasignal B:

Wird das Yerbotssignal B von der Werkzeugmaschine 4 erzeugt, und auch wenn kein Prttf-Warte-Signal S-01 ausgelesen wird, so wird "bewirkt, daß die Roboteinheit 1 sich im Wartezustand "befindet«, Wenn anschließend das Yerbotssignal B verschwunden ist, so "beginnt der Betrieb der Roboteinheit 1 automatisch, ohne daß eine neue Betätigung notwendig ist, beispielsweise Betätigung eines Startknopfes» Diese

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Verfahrenssehritte werden liter eine Umkehr schaltung 28 und ein UND-Gatter 26 durchgeführt. Wenn das Verbotssignal erzeugt wird, so liefert die Umkehrschaltung 28 an das UND-Gatter 26 das Signal "0", und der Adressenzähler 24 wird an einem V/eiterzählen gehindert. Wenn anschließend das Verbotesignal verschwunden ist, so wird das von der Umlcehrschaltung 28 dem UND-Gatter 26 zugeleitete Signal in ein "1"-Signal geändert, so daß der Adressenzähler 24 weitersohaltet.

Diese Verfahren3schritte ermöglichen es, daß "beispielsweise

die Hand 11 das Werkstück 42 greift, wenn die Spindel 43 sich dreht. Die Hand 11 kann aber das Werkstück 42 greifen, wenn sich die Spindel 43 nicht dreht.

III.Da3 Haltesignal G:

Wird das Haltesignal 0 in der Werkzeugmaschine 4 erzeugt, so wird dieses Signal dem ersten Eingang einer Flip-Flop-Schaltung 27 zugeleitet, so daß ein Ausgangssignal "0" der Flip-Flop-Sohaltung 27 erzeugt wird. Der Ausgang des UHD-G-atters 25 ist somit "0". Der Adressenzähler 24 wird dadurch daran gehindert, weiterzusohalten. Der Betrieb der Roboteinheit 1 wird daduroh angehalten. In diesem Pail kann der Betrieb der Roboteinheit 1 nicht wieder eingeleitet werden, auch wenn das Haltesignal verschwunden ist, weil die Flip-ITLop-Schaltung 27 weiterhin Ausgangssignale "0" erzeugt.

Wird anschließend ein Startknopf 301 der Steuertafel 3

betätigt, so wird ein Startsignal SS erzeugt und an den ersten Eingang der Flip-Flop-Sohaltung 27 gegeben. Die Flip-Flop-Schaltung 27 wird dadurch zurückgestellt und erzeugt das Ausgangssignal "1". Daduroh erzeugt auch das UND-G-atter das Ausgangs signal "1", welohes wiederum bewirkt,

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daß das UND-Gatter 25 ebenfalls das Ausgangssignal "1" erzeugt» Der Adressenzähler 24 beginnt wieder mit dem Weiterschalten, so daß dadurch der Betrieb der Roboteinheit 1 wieder begonnen wird»

Diese Verfahrensschritte ermöglichen es„ den Betrieb der Roboteinheit 1 als Antwort auf eine Abschaltung der Stromversorgung 45 anzuhalten, eo daß nach dem Wiedereinschalten der Stromversorgung 45 die Roboteinheit 1 aber nicht ebenfalls wieder betätigt wird. Die Roboteinheit 1 kann lediglieh dann wieder eingeechaltet werden,, nachdem der Startknopf 301 der Steuertafel 3 von Hand betätigt wurde. Vorher hat die Bedienungsperson das gesamte System überprüft.

IV. Das Nothaltsignal Dj

Wird das Nothaltsignal D in der Roboteinheit 1 erzeugt, so schaltet ein Schalter 36 die Stromversorgung 37 für den Servo-Verstärker 35 ab, wodurch der Betrieb der Roboteinheit 1 angehalten wird» In diesem Fall kann die Roboteinheit nicht wieder eingeschaltet werden, auch wenn das Nothaltsignal D verschwindet, weil der Schalter 36 nicht automatisch wieder geschlossen werden kann, wenn das Nothaltsignal D nicht mehr anliegt»

Anschließend kann die Roboteinheit 1 nur dann wieder eingeschaltet werden, nachdem die Einheit vollständig in ihren Ausgangszustand zurückgekehrt ist und das gesamte System überprüft worden ist»

Wichtig für die Erfindung ist es somit, daß für eine besser angepaßte Steuerung einer Roboteinheit, die eine Werkzeugmaschine bedient, in Übereinstimmung mit den verschiedenen Betriebsbedingungen der Werkzeugmeachine und der Robotein-

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heit die Anzahl der Signalarten, die in der Werkzeugmaschine erzeugt wird, vergrößert wird, wobei eine vorbestimmte Steuerung der Roboteinheit abhängig von den vermehrten Signalarten erreicht wird.

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Claims

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Patentanspruch

Werkzeugmaschine oder dergleichen mit einer zugeordneten Roboteinheit und einer Steuereinheit für die Roboteinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschine (4) und die Roboteinheit (1) ein Wartesignal (A), ein Terbotssignal (B)₉ ein Nothalt» signal (D) und ein Haltsignal (ö) entsprechend den Betriebsbedingungen der Werkzeugmaschine und der Roboteinheit erzeugen können, deren Punktionen derart sind, daß bei Vorliegen des Wartesignals (A) zusammen mit einem Prüf-Warte-Signal (S-01),, welches aus einem Speicher (21) der Steuereinheit (2) ausgelesen wird,, die Roboteinheit (1) im Wartezustand Terbleibt_f solange das Wartesignal ansteht, daß bei Torliegen des Verbotssignals (B) die Roboteinheit (1) im Wartezustand bleibt, solange das Verbotssignal ansteht» daß bei Vorliegen des lothaltsignals (D) die Roboteinheit (1) anhält, und daß bei Vorliegen des Haltsignals (C) die Roboteiniieit (1) anhält und nur dann wieder betätigt wird, wenn das Haltsignal nicht mehr anliegt und ein Startschalter (501) betätigt Ist.

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