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WO2021013725A1 - Fertigungssystem und verfahren zum einrichten einer werkzeugmaschine - Google Patents

Fertigungssystem und verfahren zum einrichten einer werkzeugmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2021013725A1
WO2021013725A1 PCT/EP2020/070279 EP2020070279W WO2021013725A1 WO 2021013725 A1 WO2021013725 A1 WO 2021013725A1 EP 2020070279 W EP2020070279 W EP 2020070279W WO 2021013725 A1 WO2021013725 A1 WO 2021013725A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpiece
machine tool
optical identification
optical
identification
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/070279
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christof Sailer
Christoph Scharfenberg
Original Assignee
Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh filed Critical Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh
Publication of WO2021013725A1 publication Critical patent/WO2021013725A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
    • B23Q17/2233—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool relative to the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • B23Q17/2428—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves for measuring existing positions of tools or workpieces

Definitions

  • the invention relates to a manufacturing system having a workpiece arrangement and a machine tool.
  • the invention also relates to a method for setting up a machine tool.
  • machining in particular three-dimensional machining
  • the workpiece is fixed in the working space of the machine tool; clamping devices such as workpiece carriers or clamping claws can be used for this purpose.
  • Arranging and securing the workpiece in the work area is also referred to as setting up the machine tool.
  • the machine tool or its control must know where the workpiece is in the Working area is located exactly.
  • An NC program for controlling the machining must be adapted to the specific position and orientation of the workpiece.
  • setup especially 3D setup, or run-in.
  • a zero point of the NC program and a fixed point on the workpiece or the clamping device are typically brought into congruence, so that the NC program fits the workpiece in terms of translation and rotation and complies with all tolerances.
  • This setup process step is traditionally very complex.
  • the position and alignment of a three-dimensional component is often determined using a measuring probe.
  • This process requires a lot of time, trained personnel and is also prone to errors. In particular, human errors cannot be ruled out, even with trained personnel.
  • optical methods such as very expensive laser triangulation, are also used to determine the workpiece position and workpiece orientation. Special stops made with high precision are also often used, which are correspondingly expensive.
  • Another disadvantage of the known methods is that they can only be automated to a very limited extent, in particular not completely.
  • the manufacturing system according to the invention has a workpiece arrangement with an optical identification.
  • the workpiece arrangement can have a workpiece carrier.
  • a workpiece can be fixed to the workpiece carrier.
  • the workpiece arrangement can have a workpiece.
  • the optical identification has a predefined extent in a first and a second spatial direction.
  • the first and second spatial directions are to be understood here in particular in relation to the optical identification.
  • the optical identification can be provided on the workpiece carrier and / or on the workpiece.
  • the workpiece can be provided with the optical identification, for example by laser marking or embossing.
  • the optical identification can be designed as a (single) flat identification element.
  • the optical identification can be recognizable in the visible wavelength range. This is particularly useful when the optical identification also contains information that can be recognized by humans. This also allows the use of standard components (in particular cameras) for the image processing system.
  • the optical identification can be fully or partially recognizable outside the visible wavelength range, in particular in the ultraviolet range or in the infrared range.
  • the production system also has a machine tool with an image processing system for detecting the optical identification.
  • the image processing system typically has a camera, in particular for the visible wavelength range or, if applicable, for the ultraviolet range or the infrared range.
  • the camera can on a processing head, in particular a laser processing head or on a movable tool axis, in particular a quill, of the machine tool.
  • the camera can be arranged at a fixed position, in particular on a frame or a housing of the machine tool.
  • the camera is preferably set up to completely capture a work area of the machine tool.
  • the camera can have a large field of view for this purpose.
  • the image processing system typically has an evaluation unit that can be set up in a control system of the machine tool.
  • the image processing system enables the position and orientation of the workpiece arrangement in a working area of the machine tool to be determined automatically on the basis of the optical identification.
  • the image processing system can record an image of the optical identification. Since the size of the optical identification, ie its extension in the first and second spatial directions, is known, the workpiece arrangement can be localized particularly precisely. The workpiece arrangement can in principle be positioned in any position in the working area of the machine tool. On the basis of the optical identification detected by the image processing system, a starting point for machining the workpiece in machine coordinates can be determined automatically without the need for operating personnel to do this.
  • the optical identification can have a predefined structure (arrangement of certain elements at predefined positions and / or in a predefined manner relative to one another). This makes it easier to determine the orientation of the tool arrangement.
  • the optical identification typically also has a predefined extent in a third spatial direction.
  • the predefined extent in the third spatial direction can in particular be zero. That is to say, the optical identification can extend in a plane defined by the first and the second spatial direction. This enables the determination of tilts of the workpiece arrangement with respect to a reference plane, for example the plane of a Machine table that simplifies the machine tool.
  • its position in the third spatial direction can be determined particularly precisely.
  • the predefined extent is generally greater than zero in the first and second spatial directions, typically in the decimeter to meter range. Large expansions of the optical marking enable a more precise determination of the position and orientation of the workpiece arrangement.
  • the first, second and third spatial directions typically each run perpendicular to one another.
  • the first and the second spatial direction typically run parallel to the plane of a machine table of the machine tool when the workpiece arrangement is arranged in the working space of the machine tool.
  • the third spatial direction then preferably runs in the vertical direction.
  • An identification element of the optical identification can contain a barcode, a data matrix code, a QR code and / or readable text. This gives a high optical contrast. This makes it easier for the image processing system to recognize the optical identification.
  • the machine tool is preferably set up to carry out steps a), b), c) and optionally d), e) and / or f) of the method according to the invention described below.
  • the machine tool is typically a sheet metal working machine.
  • the machine tool is preferably a laser processing machine.
  • the optical identification can have a single, in particular flat, identification element.
  • the one identification element preferably contains information for identifying the workpiece arrangement.
  • the optical identification has a plurality of, preferably flat, identification elements.
  • the precision of the position detection can thereby be increased.
  • the total extent of the optical identification in the first and second spatial direction can be increased without the entire area in the area of the extension being covered by the optical identification.
  • Such an optical identification with a plurality of identification elements can also be attached more easily to the workpiece arrangement, in particular if the workpiece arrangement only allows an identification element to be attached at a few points.
  • Several identification elements can span an area of optical identification. The position and orientation of the workpiece arrangement can then advantageously be determined without the surface of the optical identification having previously been stored.
  • a first one of the identification elements can contain information about the position of the further identification elements relative to the first identification element.
  • the identification elements are advantageously each rectangular.
  • the plurality of identification elements can be arranged at the corners of a polygon.
  • the optical identification preferably consists of four identification elements, which can be arranged in particular at the corners of a rectangle.
  • Each of the identification elements advantageously itself has a predefined extent in the first and the second spatial direction.
  • the predefined dimensions of the individual identification elements can each be in the millimeter to centimeter range.
  • the optical identification preferably contains information about a starting point for machining a workpiece in the workpiece arrangement.
  • the information can indicate the position of the starting point relative to a reference point on the workpiece arrangement, preferably relative to the optical identification, in particular relative to a first of the identification elements.
  • the starting point can be a zero point of a machining program to be carried out.
  • the information describes the position of the starting point, in particular in a third spatial direction, relative to a surface of the workpiece arrangement, in particular to a surface of the workpiece.
  • the starting point can then be approached in relation to the surface by a distance control system of the machine tool.
  • the location of the starting point is typically indicated perpendicular to the surface.
  • the optical identification can contain information about how a machining head of the machine tool can be brought to the starting point. This is particularly useful if the starting point cannot be approached from all directions due to possible collisions, for example with the workpiece or the workpiece carrier of the workpiece arrangement.
  • the information on moving can contain an NC code or refer to an NC code stored in the machine tool, which brings about a collision-free approach to the starting point.
  • the image processing system is preferably set up to determine a position of the workpiece arrangement in a third spatial direction on the basis of the size of the optical identification in a recorded image.
  • This is possible according to the invention since the dimensions of the optical identification in the first and second spatial directions are known. When looking essentially along the third spatial direction, it is therefore possible to deduce its distance from the size of the optical marking in the recorded image.
  • the analysis of distortions of the optical marking in the recorded image makes it possible to recognize deviations in the viewing direction from the third spatial direction and shifts in the optical marking perpendicular to the viewing direction and to compensate for them mathematically.
  • the machine tool of the manufacturing system can have a control system that contains a control program for controlling a machining of a workpiece of the workpiece arrangement.
  • the control system is preferably set up to add information contained in the optical identification to the control program. This makes it possible for the tool arrangement to inform the machine tool how the workpiece is to be machined. In this way, incorrect assignments of the machining program and workpiece or workpiece carrier can be avoided.
  • the information can in particular contain the type of processing to be performed (e.g. cutting or welding), a geometry to be processed (e.g. the course of a cutting line) and / or processing parameters (e.g. a laser power to be used and / or a feed rate). Since this information is automatically transmitted to the machine tool, the production process can be considerably simplified and accelerated.
  • the control program can in particular have a predefined (static) program part and a (dynamic) program part that can be adapted using the information from the optical identification. This simplifies the provision of the information for machining processes of the same type within the framework of the static program part, since only the respectively different information relating to the dynamic program part has to be made available and added to the control program. Since the static part of the program no longer needs to be changed, it can be certified or signed.
  • the information mentioned above can be contained in a single identification element or distributed in several identification elements of the optical identification.
  • the aforementioned information can alternatively also be wholly or partially contained in an information element of the optical identification.
  • the information element does not serve to determine the position and orientation of the workpiece arrangement.
  • the information element can therefore be optimized for a greater memory depth, whereas the identification elements can be optimized for precise position detection.
  • a further optical identification is provided on the machine tool, which has a predefined extent in two spatial directions.
  • the further optical identification can have the predefined extent in particular in the first and the second spatial direction.
  • the further optical identification can have the predefined extent in two axial directions of a machine coordinate system.
  • the further optical identification can simplify the determination of the position of the workpiece arrangement in machine coordinates.
  • the further optical identification is particularly useful in the case of a movably arranged camera of the image processing system, for example on a machining head or a tool axis (for example a quill).
  • the further optical identification can prevent the position of the camera from having to be determined from the position of the machining head or the quill.
  • the position of the optical identification can be determined directly relative to the further optical identification in the camera image.
  • the further optical identification can designate a zero point of a machine-fixed coordinate system, in particular located at this zero point.
  • the further optical identification is preferably attached in a stationary manner relative to, in particular on, a machine table of the machine tool.
  • the workpiece arrangement can have a cover device for the optical identification.
  • soiling of the optical identification can be avoided during machining of a workpiece of the workpiece arrangement.
  • the cover device can comprise a flap or a lid. In particular, a separate flap or cover can be provided for each identification element.
  • the cover device can be formed on a workpiece carrier of the workpiece arrangement.
  • the covering device can in particular be designed on the workpiece carrier in such a way that an identification element provided on the workpiece can also be covered.
  • a method for setting up a machine tool also falls within the scope of the present invention.
  • the method comprises the steps
  • step c) Determining a reference point on the workpiece arrangement using the image recorded in step b).
  • the reference point can be determined without the intervention of operating personnel after the workpiece arrangement has been positioned in the work space.
  • the arrangement of the workpiece arrangement in the work area can be done manually, with the positioning being essentially arbitrary due to the following steps b) and c). This can reduce the level of care required. In particular, incorrect machining of the workpiece can be avoided since the reference point is automatically determined by means of the method according to the invention. Since the method only requires optical detection of the workpiece arrangement and can be carried out automatically, the set-up with the method according to the invention can take place very quickly, typically within a few minutes (in contrast to often a few hours with conventional methods with tactile sensors). This can lead to a significant increase in productivity and improved machine utilization.
  • the reference point can indicate the position of the workpiece arrangement, in particular measured in a machine-fixed coordinate system.
  • An orientation of the workpiece arrangement is preferably also determined in step c) using the recorded image.
  • a rotation or rotational position of the workpiece arrangement, in particular with respect to a viewing direction of a camera of the image processing system, can be performed using a rotated alignment of the optical identification can be determined in the image recorded by the image processing system.
  • the viewing direction of the camera preferably corresponds to a third spatial direction, in particular a vertical direction. Tilting of the workpiece carrier with respect to a working plane of the machine tool, in particular with respect to a machine table plane, can be carried out using a
  • Distortion of the optical identification in the image recorded by the image processing system can be determined.
  • the position and orientation of the optical identification in the recorded image can be evaluated.
  • the position and, if necessary, the orientation of a further optical identification, in particular machine-fixed, can also be taken into account in the recorded image.
  • the reference point can be located at a marked point on the optical marking or in a predefined relative position with respect to the marked point on the optical marking.
  • the marked point can be defined by the position of a first marking element of the optical marking.
  • the method is preferably carried out on a manufacturing system according to the invention described above.
  • the machine tool and the workpiece arrangement can be part of a manufacturing system according to the invention described above.
  • the workpiece arrangement can have a workpiece and / or a workpiece carrier on which the workpiece or a workpiece can be fixed.
  • the image processing system typically has a camera which, as previously described, is attached to the
  • Machine tool can be arranged.
  • the first and second spatial directions typically run perpendicular to one another and, in particular, as described above, parallel to the plane of a machine table. It is advantageously provided that based on the size of the optical
  • a position of the workpiece arrangement is determined in a third spatial direction.
  • the third spatial direction typically runs perpendicular to the first and second Spatial direction.
  • the determination of the position in the third spatial direction is possible according to the invention, since the dimensions of the optical identification in the first and second spatial directions are known. When looking essentially along the third spatial direction, it is therefore possible to deduce its distance from the size of the optical marking in the recorded image.
  • the analysis of distortions of the optical marking in the recorded image makes it possible to recognize deviations in the viewing direction from the third spatial direction and shifts in the optical marking perpendicular to the viewing direction and to compensate for them mathematically.
  • the position of the workpiece carrier in the third spatial direction can be determined by focusing a camera of the image processing system on the optical identification.
  • the method preferably comprises the further step
  • the workpiece can then be machined from the starting point. Intervention by operating personnel is not required for this; further automation is therefore made possible.
  • the starting point can be a zero point of a machining program to be carried out.
  • the starting point can correspond to a programmable zero point shift of a machining program, which traditionally has to be determined manually for each new workpiece carrier arranged in the work space and entered into the machining program.
  • the information can indicate the position of the starting point relative to the reference point on the workpiece arrangement, preferably relative to the optical identification, in particular relative to a first of the
  • the optical marking can provide information about the location of the optical marking
  • the starting point can then be in relation to the surface through a Distance control system of the machine tool are approached.
  • the location of the starting point is typically specified perpendicular to the surface. In this way, the method becomes particularly robust with regard to positional deviations of the workpiece in a direction perpendicular to its surface.
  • the method preferably comprises the further step
  • the information is taken into account, in particular, to determine a travel path for the machining head. If the position of the starting point is described relative to a surface of the workpiece, a distance control system of the machine tool can also be used, in particular to move the machining head in the third spatial direction to the starting point.
  • the use of information about the travel path contained in the optical identification is particularly useful if the starting point cannot be approached from all directions due to possible collisions with the workpiece or workpiece carrier.
  • the information about the travel path can describe the travel path, in particular starting from the reference point.
  • the information can contain an NC code or refer to an NC code stored in the machine tool, which causes a collision-free approach to the starting point.
  • the method preferably comprises the further step
  • the tool arrangement tells the machine tool how the workpiece is to be machined.
  • the information can in particular the type of processing to be carried out (for example cutting or welding), a geometry to be processed (for example the course of a cutting line) and / or processing parameters (for example a laser power to be used or a Feed rate) included. Since this information no longer has to be transmitted manually to the machine tool, the production process can be considerably simplified.
  • the invention relates to a manufacturing system and a method for setting up a machine tool, wherein a workpiece arrangement has an optical identification, with the aid of which the machine tool can or is automatically set up by means of an image processing system.
  • the optical identification advantageously contains meta-information that the process of Set up and / or specify subsequent processing in more detail.
  • the above-mentioned different information contained in the optical identification is basically read out with the image processing system.
  • the information can be completely contained in the optical identification.
  • the information can refer to corresponding further information, which can in particular be stored in a control system of the machine tool.
  • the optical identification can contain the following
  • optical identification can be encrypted. In particular, this can prevent the information from being read out using a smartphone scanner.
  • the optical identification can contain a signature for the information contained.
  • the optical identification can also contain human-readable information (e.g. a workpiece number, a customer and / or serial number, etc.).
  • human-readable information e.g. a workpiece number, a customer and / or serial number, etc.
  • the optical identification can consist of a sheet of paper, preferably laminated, on which the identification is printed.
  • the optical identification can be engraved in a workpiece carrier and / or a workpiece.
  • the optical identification can be clipped into a workpiece carrier by means of an auxiliary device, for example in the form of a slide frame. An optical identification that can be clipped in can be removed from the workpiece carrier after the machine tool has been set up, but before a workpiece is machined.
  • FIG. 1 shows a production system according to the invention having a workpiece arrangement with an optical identification on a workpiece carrier and a machine tool with an image processing system, in a highly schematic plan view;
  • FIG. 2 shows the production system from FIG. 1 in a highly schematic side view
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method according to the invention for setting up a machine tool
  • FIG. 4 shows a manufacturing system similar to that in FIG. 1, the optical identification being attached to a workpiece.
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated manufacturing system 10 in a top view.
  • Figure 2 shows the manufacturing system 10 in a side view.
  • the manufacturing system 10 includes a machine tool 20 with a
  • the processing head 26 is here as a laser
  • Processing head for laser processing e.g. welding
  • the machine tool 20 is shown in a highly abstracted manner in FIGS. 1 and 2; In FIGS. 1 and 2, possibilities of movement of the machining head 26 are indicated schematically (cf. double arrows), without any restriction to a specific structural design of the machine tool 20 being associated therewith.
  • the machine tool 20 is equipped with an image processing system 22.
  • the image processing system 22 comprises a camera 24.
  • the camera 24 is arranged on the processing head 26.
  • the camera 24 can therefore be moved with the machining head 26 in a work space 56 of the machine tool 20.
  • the camera 24 is set up to record an at least partial, in particular complete, image of the work space 56.
  • the image recorded by the camera 24 is electronically transmitted to an evaluation unit 54 of the image processing system 22.
  • the evaluation unit 54 is set up here in a control system 40 of the machine tool 20.
  • the manufacturing system 10 further comprises a workpiece arrangement 64.
  • the workpiece arrangement 64 has a workpiece 34 and a workpiece carrier 12.
  • the workpiece carrier 12 is fastened to a machine table 60 of the machine tool 20.
  • the workpiece 34 is in turn fastened to the workpiece carrier 12.
  • the workpiece 34 is thus fastened indirectly to the machine table 60 via the workpiece carrier 12.
  • the workpiece arrangement 64 has an optical identification 14.
  • the optical identification 14 here comprises four identification elements 28a-28d.
  • the optical marking 14 has a predefined extent 16a, 16b in a first and a second spatial direction 18a, 18b.
  • the predefined dimensions 16a, 16b correspond to a respective dimension of the optical identification in the two spatial directions 18a, 18b.
  • the optical identification 14 is arranged here in a plane parallel to the machine table 60. In other words, the optical marking 14 has a negligible extent (zero) in a third spatial direction 18c.
  • the first and second spatial directions 18a, 18b coincide here with the x-axis and the y-axis of a coordinate system fixed to the machine.
  • the third spatial direction 18c here corresponds to a z-axis of the machine-fixed coordinate system.
  • the three spatial directions 18a, 18b, 18c are each perpendicular to one another here.
  • the three spatial directions 18a-18c defined by the optical identification can be from the axes of the machine-fixed coordinate system.
  • the spatial directions 18a-18c and the machine-fixed coordinate system can be related to one another by means of a corresponding coordinate transformation.
  • the optical identification can contain information that can be detected by the image processing system 22 relating to the course of the three spatial directions 18a-18c in relation to the optical identification 14 or individual elements thereof.
  • the spatial directions 18a, 18b can be defined by lines in the optical identification 14.
  • the identification elements 28a-28d for their part also each have a predefined extent 30a, 30b.
  • all labeling elements 28a-28d are of the same size.
  • the identification elements 28a-28d are flat.
  • the identification elements 28a-28d are arranged at the corner points of a rectangle.
  • the optical identification 14 has a convex envelope in the form of a rectangle in the plane of the spatial directions 18a, 18b. In general, however, other shapes are also conceivable.
  • a further optical marking 44 is attached to the machine table 60.
  • the further optical identification has a predefined extent 46a, 46b in the spatial directions 18a, 18b (x and y axis of the machine-fixed axis
  • the further optical identification 44 marks a zero point 48 here, i.e. the origin, of the machine-fixed coordinate system.
  • the image processing system 22 is set up to detect the optical identification 14 and the further optical identification 44.
  • the image processing system 22 is set up to identify the optical identification 14 and the further optical identification 44 in an image of the work space 56.
  • the image processing system 22 is also set up to determine the position of the identification elements 28a-28d in the working space 56, in particular relative to the further optical identification 44.
  • the image processing system 22 can determine the position of the optical Determine marking 14, in particular relative to the further optical marking 44, from the size of the optical marking 14 or the size of the further optical marking 44, since the image processing system 22 knows the predefined dimensions 16a, 16b or 46a, 46b.
  • the machine tool 20 has a cover device 50 for the optical identification 14.
  • the covering device 50 here comprises at least one, in particular a plurality of flaps 52 for covering each of the identification elements 28a-28d (shown in FIG. 2 by way of example on the identification element 28a).
  • FIG. 1 Another camera 24a of the image processing system 22 is shown in FIG.
  • the camera 24a is stationary, in particular on an enclosure 38 of the
  • the camera 24a is arranged such that its field of view covers the entire machine table 60.
  • the camera 24a can be provided in addition or as an alternative to the camera 24. Otherwise, the camera 24a is set up like the camera 24, see above.
  • several, in particular two, stationary cameras 24a can also be provided.
  • the multiple stationary cameras 24a can each be set up to capture a partial area of the work space 56. Each of the partial areas can be provided for the arrangement of a workpiece arrangement 64.
  • the optical identification 14 contains meta-information relating to the workpiece arrangement 64.
  • the further optical identification 44 can also contain information, in particular relating to the working space 56 and / or the machine-fixed coordinate system, in particular relating to its zero point 48 and the course of the x and y axes .
  • the image processing system 22 is set up to record information contained in the optical identification 14 and possibly the further optical identification 44 and, if necessary, to process it further.
  • the meta information can be stored in a or more of the identification elements 28a-28d may be included. Alternatively, the meta-information can be contained at least partially, in particular completely, in an information element of the optical identification 14, which is not shown in detail.
  • the identification elements 28a-28d of the optical identification 14 and the further optical identification 44 are designed here as two-dimensional data codes; a code structure is indicated in a highly abstracted manner.
  • the meta information of the optical marking 14 can be distributed over the plurality of marking elements 28a-28d. This is advantageous if a great deal of information is to be provided. However, all of the information is preferably contained in the first identification element 28a. This can simplify the evaluation.
  • the first identification element 28a marks a reference point 58 of the workpiece arrangement 64, here the workpiece carrier 12.
  • the reference point 58 serves as a reference point for the position of the workpiece 34.
  • the optical identification 14 contains information about a starting point 32 for machining the workpiece 34.
  • the information preferably describes where the starting point 32 lies relative to the reference point 58.
  • the information can indicate a distance of the starting point 32 from the reference point in the spatial directions 18a-18c defined by the optical marking 14.
  • the position of the starting point 32 can be specified as an alternative to the reference to the reference point 58 relative to a surface 36 of the workpiece 34.
  • the information can specify the distance from the surface 36 at which the reference point 32 is located, cf. in particular FIG. 2.
  • the optical identification 14 also contains information about how the machining head 26 can be brought to the starting point 32 without collision can.
  • the information can describe a travel path for the machining head 26 based on a starting position defined relative to the reference point 58.
  • the starting position can, for example, be at a certain distance above the reference point 58, that is to say high up (third spatial direction 18c) in the working space 56.
  • the workpiece 34 can be machined with a flexible (adaptable) control program 42.
  • the control program 42 is stored in the control system 40.
  • the optical identification 14 contains information for adapting the control program 42 to a processing desired for the workpiece 34. The information can in particular a type of processing to be carried out and to be used
  • the information contains the course of a cutting line 66 (see FIG. 1) which is to be introduced into the workpiece 34.
  • the information from the optical identification 14 is added to the control program 42, so that processing can take place with the control program 42, which is configured in more detail by the information.
  • the control program 42 contains a static program part and a dynamic program part that can be adapted using the information from the optical identification 14.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method for setting up a machine tool 20, here the machine tool 20 of the manufacturing system 10 according to FIGS. 1 and 2.
  • the workpiece arrangement 64 is arranged in the work space 56 of the machine tool 20.
  • the workpiece carrier 12 with the workpiece 34 can be fastened to the machine table 60.
  • the workpiece arrangement 64 has the optical identification 14 described above.
  • an image of the optical identification 14 is recorded by means of the camera 24 (alternatively or additionally by means of one or more further cameras 24a).
  • the image is transmitted to the evaluation unit 54.
  • the evaluation unit 54 extracts the information contained in the optical identification 14 from the image. The information can indicate, among other things, what type of workpiece and workpiece carrier it is.
  • a step 104 the position of the reference point 58 on the workpiece arrangement 64 is determined.
  • the evaluation unit 54 knows that the reference point corresponds to the lower left corner of the identification element 28a in FIG. 1.
  • the evaluation unit 54 can determine the position of the reference point 58 in machine coordinates in particular by comparing the positions of the optical identification 14 and the further optical identification 44.
  • a step 106 the position of the starting point 32 for machining the workpiece 34 is determined.
  • the information from the optical identification 14 indicates here, with amount and direction, how far the starting point is away from the reference point 58 in the spatial directions 18a, 18b. Furthermore, the information indicates how far the starting point 32 is located in the third spatial direction 18c above the surface 36 of the workpiece 34.
  • a step 108 the machining head 26 of the machine tool 20 is brought to the starting point 32.
  • the control system 40 therefore knows where the workpiece is located in relation to the z-axis of the machine-fixed coordinate system.
  • the machining head 26 is now arranged above (in the third spatial direction 18c) the reference point 58 at a distance predetermined by the information. It is assumed that the
  • Workpiece arrangement 64 does not exceed a specific, previously known height, so that the machining head 26 is in an upper region of the work space 56 can be moved without collision. After the machining head 26 is located at the starting point above the reference point 58, the machining head 26 is moved to the starting point 32 along a travel path predetermined by the information in the optical identification 14.
  • the information contained in the optical identification 14 about the machining to be carried out on the workpiece 34 is added to the control program 42 in a step 110. In this way it can be ensured that the workpiece 34 is machined in a step 112 in the appropriate manner and with the correct machining parameters.
  • FIG. 4 shows another manufacturing system 10.
  • a workpiece arrangement 64 of the manufacturing system 10 of FIG. 4 has a workpiece 34 which is fastened to a machine table 60 of a machine tool 20 of the manufacturing system 10 by means of three clamping claws 62.
  • An optical identification 14 is attached directly to the workpiece 34 here.
  • the manufacturing system 10, in particular with regard to the machine tool 20 and the optical identification 14 corresponds to the manufacturing system 10 according to FIGS. 1 and 2. In this respect, reference is made to the above description.
  • Cutting line 66 Arranging 100 a workpiece arrangement in a work space. Recording 102 an image

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fertigungssystem (10) aufweisend: - eine Werkstückanordnung (64) mit einer optischen Kennzeichnung (14), die eine vordefinierte Ausdehnung (16a, 16b) in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung (18a, 18b) aufweist, und - eine Werkzeugmaschine (20) mit einem Bildverarbeitungssystem (22) zum Erfassen der optischen Kennzeichnung (14). Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine (20) mit den Schritten a) Anordnen einer Werkstückanordnung (64) mit einer optischen Kennzeichnung (14), die eine vordefinierte Ausdehnung (16a, 16b) in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung (18a, 18b) aufweist, in einem Arbeitsraum (56) der Werkzeugmaschine (20), b) Aufnehmen eines Bildes der optischen Kennzeichnung (14) mit einem Bildverarbeitungssystem (22) der Werkzeugmaschine (20), c) Ermitteln eines Bezugspunkts (58) an der Werkstückanordnung (64) unter Verwendung des in Schritt b) aufgenommenen Bildes.

Description

FERTIGUNGSSYSTEM UND VERFAHREN ZUM EINRICHTEN EINER
WERKZEUGMASCHINE
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Fertigungssystem aufweisend eine Werkstückanordnung und eine Werkzeugmaschine. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine. Zur Bearbeitung, insbesondere dreidimensionalen Bearbeitung, eines Werkstücks mittels einer Werkzeugmaschine wird das Werkstück im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine fixiert; hierzu können Spannvorrichtungen wie Werkstückträger oder Spannpratzen eingesetzt werden. Das Anordnen und Befestigen des Werkstücks im Arbeitsraum wird auch als Rüsten der Werkzeugmaschine bezeichnet. Zur präzisen Bearbeitung des Werkstücks muss die Werkzeugmaschine bzw. deren Steuerung wissen, wo sich das Werkstück im Arbeitsraum genau befindet. Ein NC-Programm zur Steuerung der Bearbeitung muss insofern auf die konkrete Position und Ausrichtung des Werkstücks angepasst werden. Dies wird als Einrichten, insbesondere 3D-Einrichten, oder Einfahren bezeichnet. Hierbei werden typischerweise ein Nullpunkt des NC- Programmes und ein Fixpunkt auf dem Werkstück oder der Spannvorrichtung in Deckung gebracht, so dass das NC-Programm translatorisch und rotatorisch zum Werkstück passt und alle Toleranzen einhält. Dieser Prozessschritt des Einrichtens ist traditionell sehr aufwendig. Oft wird die Position und Ausrichtung eines dreidimensionalen Bauteils mittels eines Messtasters ermittelt. Dieser Vorgang erfordert einen hohen Zeitaufwand, geschultes Personal und ist außerdem fehleranfällig. Insbesondere sind menschliche Fehler auch bei geschultem Personal nicht auszuschließen. Neben solchen taktilen Systemen werden zur Bestimmung der Werkstückposition und Werkstückorientierung auch optische Verfahren, wie beispielsweise die sehr kostspielige Lasertriangulation eingesetzt. Oft werden auch spezielle, mit hoher Präzision angefertigte Anschläge verwendet, die entsprechend teuer sind. Nachteilig an den bekannten Verfahren ist zudem, dass diese nur sehr begrenzt, insbesondere nicht vollständig, automatisierbar sind.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Fertigungssystem und ein Verfahren bereit zu stellen, die ein schnelles und automatisiertes Einrichten einer Werkzeugmaschine erlauben.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fertigungssystem gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10. Die Unteransprüche und die Beschreibung geben bevorzugte Weiterbildungen an. Erfindungsgemäßes Fertigungssystem Das erfindungsgemäße Fertigungssystem weist eine Werkstückanordnung mit einer optischen Kennzeichnung auf. Die Werkstückanordnung kann einen Werkstückträger aufweisen. An dem Werkstückträger ist ein Werkstück festlegbar. Alternativ oder zusätzlich zum Werkstückträger kann die Werkstückanordnung ein Werkstück aufweisen.
Die optische Kennzeichnung weist eine vordefinierte Ausdehnung in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung auf. Die erste und die zweite Raumrichtung sind hierbei insbesondere in Bezug zu der optischen Kennzeichnung zu verstehen. Die optische Kennzeichnung kann an dem Werkstückträger und/oder an dem Werkstück vorgesehen sein. Das Werkstück kann beispielsweise durch Lasermarkieren oder Prägen mit der optischen Kennzeichnung versehen worden sein. Die optische Kennzeichnung kann als ein (einziges) flächiges Kennzeichnungselement ausgebildet sein. Die optische Kennzeichnung kann im sichtbaren Wellenlängenbereich erkennbar sein. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die optische Kennzeichnung auch für Menschen erkennbare Informationen enthält. Ferner erlaubt dies die Verwendung von Standardkomponenten (insbesondere Kamera) für das Bildverarbeitungssystem. Alternativ kann die optische Kennzeichnung ganz oder teilweise außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs erkennbar sein, insbesondere im Ultraviolettbereich oder im Infrarotbereich. Eine solche Kennzeichnung kann insbesondere an einem Werkstück der Werkstückanordnung verbleiben, ohne für einen Betrachter wahrnehmbar zu sein. Das Fertigungssystem weist ferner eine Werkzeugmaschine mit einem Bildverarbeitungssystem zum Erfassen der optischen Kennzeichnung auf. Das Bildverarbeitungssystem weist typischerweise eine Kamera, insbesondere für den sichtbaren Wellenlängenbereich bzw. ggf. für den Ultraviolettbereich oder den Infrarotbereich, auf. Die Kamera kann an einem Bearbeitungskopf, insbesondere einem Laserbearbeitungskopf, oder an einer beweglichen Werkzeugachse, insbesondere einer Pinole, der Werkzeugmaschine angeordnet sein. Alternativ kann die Kamera an einer festen Position, insbesondere an einem Gestell oder einer Einhausung der Werkzeugmaschine angeordnet sein. Die Kamera ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen Arbeitsraum der Werkzeugmaschine vollständig zu erfassen. Die Kamera kann hierzu ein großes Gesichtsfeld besitzen. Das Bildverarbeitungssystem weist typischerweise eine Auswerteeinheit auf, die in einem Steuerungssystem der Werkzeugmaschine eingerichtet sein kann. Das Bildverarbeitungssystem ermöglicht es, anhand der optischen Kennzeichnung Position und Orientierung der Werkstückanordnung in einem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine automatisch zu ermitteln. Das Bildverarbeitungssystem kann hierzu ein Bild der optischen Kennzeichnung aufnehmen. Da die Größe der optischen Kennzeichnung, d.h. ihre Ausdehnung in der ersten und der zweiten Raumrichtung, bekannt ist, kann die Werkstückanordnung besonders genau lokalisiert werden. Die Werkstückanordnung kann in einer prinzipiell beliebigen Position im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine positioniert werden. Anhand der von dem Bildverarbeitungssystem erfassten optischen Kennzeichnung kann automatisch ein Ausgangspunkt für eine Bearbeitung des Werkstücks in Maschinenkoordinaten ermittelt werden, ohne dass hierzu Bedienpersonal tätig werden muss.
Die optische Kennzeichnung kann eine vordefinierte Struktur (Anordnung bestimmter Elemente an vordefinierten Positionen und/oder in vordefinierter Weise relativ zueinander) aufweisen. Dadurch kann das Ermitteln der Orientierung der Werkzeuganordnung vereinfacht werden.
Die optische Kennzeichnung weist typischerweise auch in einer dritten Raumrichtung eine vordefinierte Ausdehnung auf. Die vordefinierte Ausdehnung in der dritten Raumrichtung kann insbesondere Null sein. D.h. die optische Kennzeichnung kann sich in einer durch die erste und die zweite Raumrichtung definierten Ebene erstrecken. Hierdurch wird die Ermittlung von Verkippungen der Werkstückanordnung bezüglich einer Referenzebene, etwa der Ebene eines Maschinentischs, der Werkzeugmaschine vereinfacht. Ebenso kann bei einer ebenen optischen Kennzeichnung deren Position in der dritten Raumrichtung besonders genau bestimmt werden. Die vordefinierte Ausdehnung ist in der ersten und der zweiten Raumrichtung grundsätzlich größer Null, typischerweise im Dezimeter- bis Meter-Bereich. Große Ausdehnungen der optischen Kennzeichnung ermöglichen eine präzisere Bestimmung von Position und Orientierung der Werkstückanordnung. Die erste, die zweite und die dritte Raumrichtung verlaufen typischerweise jeweils senkrecht zueinander. Typischerweise verlaufen die erste und die zweite Raumrichtung parallel zur Ebene eines Maschinentischs der Werkzeugmaschine, wenn die Werkstückanordnung im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine angeordnet ist. Die dritte Raumrichtung verläuft dann vorzugsweise in vertikaler Richtung.
Ein Kennzeichnungselement der optischen Kennzeichnung kann einen Barcode, einen Data-Matrix-Code, einen QR-Code und/oder lesbaren Text enthalten. Dadurch wird ein hoher optischer Kontrast erhalten. Dies erleichtert das Erkennen der optischen Kennzeichnung durch das Bildverarbeitungssystem.
Die Werkzeugmaschine ist vorzugsweise zur Durchführung der Schritte a), b), c) und ggf. d), e) und/oder f) des unten beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Die Werkzeugmaschine ist typischerweise eine Blechbearbeitungsmaschine. Vorzugsweise ist die Werkzeugmaschine eine Laserbearbeitungsmaschine.
Die optische Kennzeichnung kann ein einziges, insbesondere flächiges Kennzeichnungselement aufweisen. Das eine Kennzeichnungselement enthält vorzugsweise Informationen zum Identifizieren der Werkstückanordnung.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die optische Kennzeichnung mehrere, vorzugsweise flächige, Kennzeichnungselemente aufweist. Dadurch kann die Präzision der Lageerkennung erhöht werden. Durch mehrere, voneinander separate Kennzeichnungselemente kann die Gesamtausdehnung der optischen Kennzeichnung in der ersten und zweiten Raumrichtung vergrößert werden, ohne dass die gesamte Fläche im Bereich der Ausdehnung von der optischen Kennzeichnung überdeckt wird. Eine solche optische Kennzeichnung mit mehreren Kennzeichnungselementen kann zudem einfacher an der Werkstückanordnung angebracht werden, insbesondere wenn die Werkstückanordnung nur an wenigen Stellen das Anbringen eines Kennzeichnungselements erlaubt. Mehrere Kennzeichnungselemente können eine Fläche der optischen Kennzeichnung aufspannen. Die Position und Orientierung der Werkstückanordnung können dann vorteilhafterweise ermittelt werden, ohne dass die Fläche der optischen Kennzeichnung zuvor hinterlegt worden ist.
Ein erstes der Kennzeichnungselemente kann Informationen über die Lage der weiteren Kennzeichnungselemente relativ zu dem ersten Kennzeichnungselement enthalten. Die Kennzeichnungselemente sind vorteilhafterweise jeweils rechteckig.
Die mehreren Kennzeichnungselemente können an den Ecken eines Polygons angeordnet sein. Die optische Kennzeichnung besteht vorzugsweise aus vier Kennzeichnungselementen, die insbesondere an den Ecken eines Rechtecks angeordnet sein können.
Jedes der Kennzeichnungselemente weist vorteilhafterweise selbst eine vordefinierte Ausdehnung in der ersten und der zweiten Raumrichtung auf. Die vordefinierten Ausdehnungen der einzelnen Kennzeichnungselemente können jeweils im Millimeter- bis Zentimeter-Bereich liegen. Durch das voneinander entfernte Anbringen der Kennzeichnungselemente kann trotz deren geringer Größe eine große Präzision bei der Erfassung der optischen Kennzeichnung durch das Bildverarbeitungssystem erzielt werden. Vorzugsweise enthält die optische Kennzeichnung Informationen über einen Ausgangspunkt für eine Bearbeitung eines Werkstücks der Werkstückanordnung. Die Informationen können die Lage des Ausgangspunkts relativ zu einem Bezugspunkt an der Werkstückanordnung angeben, vorzugsweise relativ zu der optischen Kennzeichnung, insbesondere relativ zu einem ersten der Kennzeichnungselemente. Der Ausgangspunkt kann ein Nullpunkt eines durchzuführenden Bearbeitungsprogramms sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Informationen die Lage des Ausgangspunkts, insbesondere in einer dritten Raumrichtung, relativ zu einer Oberfläche der Werkstückanordnung, insbesondere zu einer Oberfläche des Werkstücks, beschreiben. Der Ausgangspunkt kann dann in Bezug zu der Oberfläche durch ein Abstandsregelsystem der Werkzeugmaschine angefahren werden. Die Lage des Ausgangspunkts ist typischerweise senkrecht zu der Oberfläche angegeben.
Die optische Kennzeichnung kann Informationen darüber enthalten, wie ein Bearbeitungskopf der Werkzeugmaschine zu dem Ausgangspunkt verbracht werden kann. Dies ist insbesondere nützlich, wenn der Ausgangspunkt wegen möglicher Kollisionen, etwa mit dem Werkstück oder dem Werkstückträger der Werkstückanordnung, nicht aus allen Richtungen angefahren werden kann. Die Informationen zum Verbringen können einen NC-Code enthalten oder auf einen in der Werkzeugmaschine hinterlegten NC-Code verweisen, der ein kollisionsfreies Anfahren des Ausgangspunkts bewirkt.
Vorzugsweise ist das Bildverarbeitungssystem dazu eingerichtet, anhand der Größe der optischen Kennzeichnung in einem aufgenommenen Bild eine Position der Werkstückanordnung in einer dritten Raumrichtung zu ermitteln. Dies ist erfindungsgemäß möglich, da die Ausdehnungen der optischen Kennzeichnung in der ersten und der zweiten Raumrichtung bekannt sind. Bei Blick im Wesentlichen entlang der dritten Raumrichtung kann daher aus der Größe der optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild auf deren Entfernung geschlossen werden. Die Analyse von Verzerrungen der optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild ermöglicht es, Abweichungen der Blickrichtung von der dritten Raumrichtung und Verschiebungen der optischen Kennzeichnung senkrecht zur Blickrichtung zu erkennen und rechnerisch zu kompensieren. Die Werkzeugmaschine des Fertigungssystems kann ein Steuerungssystem aufweisen, das ein Steuerungsprogramm zur Steuerung einer Bearbeitung eines Werkstücks der Werkstückanordnung enthält. Vorzugsweise ist das Steuerungssystem dazu eingerichtet, in der optischen Kennzeichnung enthaltene Informationen dem Steuerungsprogramm hinzuzufügen. Dadurch wird es ermöglicht, dass die Werkzeuganordnung der Werkzeugmaschine mitteilt, wie das Werkstück bearbeitet werden soll. Fehlzuordnungen von Bearbeitungsprogramm und Werkstück bzw. Werkstückträger können auf diese Weise vermieden werden. Die Informationen können insbesondere die Art der durchzuführenden Bearbeitung (z.B. Schneiden oder Schweißen), eine zu bearbeitende Geometrie (z.B. den Verlauf einer Schnittlinie) und/oder Bearbeitungsparameter (z.B. eine anzuwendende Laserleistung und/oder eine Vorschubgeschwindigkeit) enthalten. Da diese Informationen automatisch an die Werkzeugmaschine übermittelt werden, kann der Fertigungsablauf erheblich vereinfacht und beschleunigt werden. Das Steuerungsprogramm kann insbesondere einen vordefinierten (statischen) Programmteil und einen durch die Informationen der optischen Kennzeichnung anpassbaren (dynamischen) Programmteil aufweisen. Dies vereinfacht die Bereitstellung der Informationen für im Rahmen des statischen Programmteils gleichartige Bearbeitungsvorgänge, da nur die jeweils abweichenden den dynamischen Programmteil betreffenden Informationen bereitgestellt und dem Steuerungsprogramm hinzugefügt werden müssen. Da der statische Programmteil nicht mehr verändert werden muss, kann er beglaubigt oder signiert sein.
Die zuvor genannten Informationen können gesammelt in einem Kennzeichnungselement oder verteilt in mehreren Kennzeichnungselementen der optischen Kennzeichnung enthalten sein. Die zuvor genannten Informationen können alternativ auch ganz oder teilweise in einen Informationselement der optischen Kennzeichnung enthalten sein. Das Informationselement dient - im Gegensatz zu den Kennzeichnungselementen - nicht zur Bestimmung von Position und Orientierung der Werkstückanordnung. Das Informationselement kann daher für eine größere Speichertiefe optimiert sein, wohingegen die Kennzeichnungselemente für eine präzise Lagerkennung optimiert sein können. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Fertigungssystems ist an der Werkzeugmaschine eine weitere optische Kennzeichnung vorgesehen, die eine vordefinierte Ausdehnung in zwei Raumrichtungen aufweist. Die weitere optische Kennzeichnung kann die vordefinierte Ausdehnung insbesondere in der ersten und der zweiten Raumrichtung aufweisen. Alternativ kann die weitere optische Kennzeichnung die vordefinierte Ausdehnung in zwei Achsrichtungen eines Maschinenkoordinatensystems aufweisen. Die weitere optische Kennzeichnung kann das Ermitteln der Position der Werkstückanordnung in Maschinenkoordinaten vereinfachen. Die weitere optische Kennzeichnung ist insbesondere bei einer beweglich angeordneten Kamera des Bildverarbeitungssystems, etwa an einem Bearbeitungskopf oder einer Werkzeugachse (z.B. einer Pinole), nützlich. Durch die weitere optische Kennzeichnung kann in diesem Fall vermieden werden, dass die Position der Kamera aus der Stellung des Bearbeitungskopfs bzw. der Pinole bestimmt werden muss. Stattdessen kann die Position der optischen Kennzeichnung unmittelbar relativ zu der weiteren optischen Kennzeichnung im Kamerabild ermittelt werden. Die weitere optische Kennzeichnung kann einen Nullpunkt eines maschinenfesten Koordinatensystems bezeichnen, insbesondere sich an diesem Nullpunkt befinden. Die weitere optische Kennzeichnung ist vorzugsweise ortsfest relativ zu, insbesondere an, einem Maschinentisch der Werkzeugmaschine angebracht.
Die Werkstückanordnung kann eine Abdeckeinrichtung für die optische Kennzeichnung aufweisen. Mittels der Abdeckeinrichtung kann eine Verschmutzung der optischen Kennzeichnung während einer Bearbeitung eines Werkstücks der Werkstückanordnung vermieden werden. Die Abdeckeinrichtung kann eine Klappe oder einen Deckel umfassen. Insbesondere kann für jedes Kennzeichnungselement eine eigene Klappe bzw. ein eigener Deckel vorgesehen sein. Die Abdeckeinrichtung kann an einem Werkstückträger der Werkstückanordnung ausgebildet sein. Die Abdeckeinrichtung kann insbesondere so an dem Werkstückträger ausgebildet sein, dass auch ein an dem Werkstück vorgesehenes Kennzeichnungselement abgedeckt werden kann. Erfindungsgemäßes Einrichtverfahren
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine. Das Verfahren umfasst die Schritte
a) Anordnen einer Werkstückanordnung mit einer optischen Kennzeichnung, die eine vordefinierte Ausdehnung in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung aufweist, in einem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine, b) Aufnehmen eines Bildes der optischen Kennzeichnung mit einem Bildverarbeitungssystem der Werkzeugmaschine,
c) Ermitteln eines Bezugspunkts an der Werkstückanordnung unter Verwendung des in Schritt b) aufgenommenen Bildes.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Bezugspunkt ohne Zutun von Bedienpersonal ermittelt werden, nachdem die Werkstückanordnung im Arbeitsraum positioniert wurde. Das Anordnen der Werkstückanordnung im Arbeitsraum kann manuell erfolgen, wobei aufgrund der nachfolgenden Schritte b) und c) die Positionierung im Wesentlichen beliebig erfolgen kann. Die erforderliche Sorgfalt kann dadurch verringert werden. Insbesondere kann eine fehlerhafte Bearbeitung des Werkstücks vermieden werden, da mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch der Bezugspunkt ermittelt wird. Da das Verfahren lediglich eine optische Erfassung der Werkstückanordnung erfordert und automatisch durchgeführt werden kann, kann das Einrichten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr schnell erfolgen, typischerweise innerhalb weniger Minuten (im Gegensatz zu oft einigen Stunden bei herkömmlichen Verfahren mit taktilen Sensoren). Dadurch kann eine erhebliche Produktivitätssteigerung und verbesserte Maschinenauslastung erreicht werden.
Der Bezugspunkt kann die Lage der Werkstückanordnung, insbesondere gemessen in einem maschinenfesten Koordinatensystem, angeben. Vorzugsweise wird in Schritt c) auch eine Orientierung der Werkstückanordnung unter Verwendung des aufgenommenen Bildes ermittelt. Eine Verdrehung bzw. Drehstellung der Werkstückanordnung, insbesondere bezüglich einer Blickrichtung einer Kamera des Bildverarbeitungssystems, kann anhand einer verdrehten Ausrichtung der optischen Kennzeichnung im von dem Bildverarbeitungssystem aufgenommenen Bild ermittelt werden. Die Blickrichtung der Kamera entspricht vorzugsweise einer dritten Raumrichtung, insbesondere einer vertikalen Richtung. Eine Verkippung des Werkstückträgers gegenüber einer Arbeitsebene der Werkzeugmaschine, insbesondere gegenüber einer Maschinentischebene, kann anhand einer
Verzerrung der optischen Kennzeichnung im von dem Bildverarbeitungssystem aufgenommenen Bild ermittelt werden.
Zum Ermitteln des Bezugspunkts kann die Position und Orientierung der optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild ausgewertet werden. Hierbei kann auch die Position und ggf. Orientierung einer, insbesondere maschinenfesten, weiteren optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild berücksichtigt werden. Der Bezugspunkt kann sich an einem ausgezeichneten Punkt der optischen Kennzeichnung oder in einer vordefinierten Relativposition bezüglich des ausgezeichneten Punkts der optischen Kennzeichnung befinden. Der ausgezeichnete Punkt kann durch die Lage eines ersten Kennzeichnungselements der optischen Kennzeichnung definiert sein.
Das Verfahren wird vorzugsweise an einem zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Fertigungssystem durchgeführt. Insbesondere können die Werkzeugmaschine und die Werkstückanordnung Teil eines zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Fertigungssystems sein. Die Werkstückanordnung kann, wie zuvor beschrieben, ein Werkstück und/oder einen Werkstückträger, an dem das bzw. ein Werkstück festlegbar ist, aufweisen. Das Bildverarbeitungssystem weist typischerweise eine Kamera auf, die, wie zuvor beschrieben, an der
Werkzeugmaschine angeordnet sein kann. Die erste und die zweite Raumrichtung verlaufen typischerweise senkrecht zueinander und insbesondere, wie zuvor beschrieben, parallel zur Ebene eines Maschinentischs. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass anhand der Größe der optischen
Kennzeichnung in einem in Schritt b) aufgenommenen Bild eine Position der Werkstückanordnung in einer dritten Raumrichtung ermittelt wird. Die dritte Raumrichtung verläuft typischerweise senkrecht zur ersten und zweiten Raumrichtung. Das Ermitteln der Position in der dritten Raumrichtung ist erfindungsgemäß möglich, da die Ausdehnungen der optischen Kennzeichnung in der ersten und der zweiten Raumrichtung bekannt sind. Bei Blick im Wesentlichen entlang der dritten Raumrichtung kann daher aus der Größe der optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild auf deren Entfernung geschlossen werden. Die Analyse von Verzerrungen der optischen Kennzeichnung im aufgenommenen Bild ermöglicht es, Abweichungen der Blickrichtung von der dritten Raumrichtung und Verschiebungen der optischen Kennzeichnung senkrecht zur Blickrichtung zu erkennen und rechnerisch zu kompensieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Position des Werkstückträgers in der dritten Raumrichtung durch Fokussieren einer Kamera des Bildverarbeitungssystems auf die optische Kennzeichnung ermittelt werden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren den weiteren Schritt
d) Ermitteln eines Ausgangspunkts für eine Bearbeitung eines Werkstücks der Werkstückanordnung unter Verwendung von in der optischen Kennzeichnung enthaltenen Informationen.
Ausgehend von dem Ausgangspunkt kann sodann eine Bearbeitung des Werkstücks erfolgen. Ein Eingreifen von Bedienpersonal ist hierzu nicht erforderlich; mithin wird eine weitergehende Automatisierung ermöglicht. Der Ausgangspunkt kann ein Nullpunkt eines durchzuführenden Bearbeitungsprogramms sein. Der Ausgangspunkt kann mit anderen Worten einer programmierbaren Nullpunktverschiebung eines Bearbeitungsprogramms entsprechen, die traditionell für jeden neu im Arbeitsraum angeordneten Werkstückträger manuell ermittelt und in das Bearbeitungsprogramm eingetragen werden muss. Die Informationen können die Lage des Ausgangspunkts relativ zu dem Bezugspunkt an der Werkstückanordnung angeben, vorzugsweise relativ zu der optischen Kennzeichnung, insbesondere relativ zu einem ersten der
Kennzeichnungselemente.
Die optische Kennzeichnung kann Informationen über die Lage des
Ausgangspunkts relativ zu einer Oberfläche des Werkstücks enthalten. Der Ausgangspunkt kann dann in Bezug zu der Oberfläche durch ein Abstandsregelsystem der Werkzeugmaschine angefahren werden. Die Lage des Ausgangspunkts wird typischerweise senkrecht zu der Oberfläche angegeben. Das Verfahren wird auf diese Weise besonders robust gegenüber Lageabweichungen des Werkstücks in einer Richtung senkrecht zu seiner Oberfläche.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren den weiteren Schritt
e) Verbringen eines Bearbeitungskopfs der Werkzeugmaschine an den Ausgangspunkt, wobei in der optischen Kennzeichnung enthaltene Informationen über einen Verfahrweg für den Bearbeitungskopf berücksichtigt werden.
Die Informationen werden insbesondere zum Festlegen eines Verfahrweges für den Bearbeitungskopf berücksichtigt. Wenn die Lage des Ausgangpunkt relativ zu einer Oberfläche des Werkstücks beschrieben ist, kann zusätzlich ein Abstandsregelsystem der Werkzeugmaschine verwendet werden, insbesondere um den Bearbeitungskopf in der dritten Raumrichtung an den Ausgangspunkt zu verfahren. Die Verwendung von in der optischen Kennzeichnung enthaltenen Informationen über den Verfahrweg ist insbesondere nützlich, wenn der Ausgangspunkt wegen möglicher Kollisionen mit dem Werkstück oder Werkstückträger nicht aus allen Richtungen angefahren werden kann. Die Informationen über den Verfahrweg können den Verfahrweg, insbesondere ausgehend von dem Bezugspunkt, beschreiben. Die Informationen können einen NC-Code enthalten oder auf einen in der Werkzeugmaschine hinterlegten NC-Code verweisen, der ein kollisionsfreies Anfahren des Ausgangspunkts bewirkt. Vorzugsweise umfasst das Verfahren den weiteren Schritt
f) Hinzufügen von in der optischen Kennzeichnung enthaltenen Informationen über eine an einem Werkstück der Werkstückanordnung durchzuführende Bearbeitung zu einem Steuerungsprogramm der Werkzeugmaschine.
Mit anderen Worten teilt die Werkzeuganordnung der Werkzeugmaschine mit, wie das Werkstück bearbeitet werden soll. Die Informationen können insbesondere die Art der durchzuführenden Bearbeitung (z.B. Schneiden oder Schweißen), eine zu bearbeitende Geometrie (z.B. den Verlauf einer Schnittlinie) und/oder Bearbeitungsparameter (z.B. eine anzuwendende Laserleistung oder eine Vorschubgeschwindigkeit) enthalten. Da diese Informationen nicht mehr manuell an die Werkzeugmaschine übermittelt werden müssen, kann der Fertigungsablauf erheblich vereinfacht werden.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Fertigungssystem und ein Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine, wobei eine Werkstückanordnung eine optische Kennzeichnung aufweist, mit deren Hilfe die Werkzeugmaschine mittels eines Bildverarbeitungssystems automatisch eingerichtet werden kann bzw. wird Die optische Kennzeichnung enthält vorteilhafterweise Meta-Informationen, die den Vorgang des Einrichten und/oder eine anschließende Bearbeitung näher spezifizieren.
Die oben erwähnten unterschiedlichen in der optischen Kennzeichnung enthaltenen Informationen werden grundsätzlich mit dem Bildverarbeitungssystem ausgelesen. Die Informationen können jeweils vollständig in der optischen Kennzeichnung enthalten sein. Alternativ können die Informationen auf entsprechende weitergehende Informationen verweisen, die insbesondere in einem Steuerungssystem der Werkzeugmaschine hinterlegt sein können.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Meta-Informationen kann die optische Kennzeichnung folgendes enthalten
- eine Identifikationsnummer insbesondere eines Werkstückträgers der Werkstückanordnung, um Verwechslungen von Werkstückträgern auszuschließen,
- Abmessungen eines Werkstückträgers der Werkstückanordnung, zur Unterscheidung verschiedener Werkstückträger im Arbeitsraum durch das Bildverarbeitungssystem anhand ihrer unterschiedlichen Größe,
- Positionen von Kennzeichnungselementen der optischen Kennzeichnung relativ zu einem ersten Kennzeichnungselement,
- Dateinamen von anzuwendenden NC-Programmen,
- Prüfsummen, zur Sicherung der Datenintegrität. Alle in der optischen Kennzeichnung enthaltenen Informationen können verschlüsselt sein. Dadurch kann insbesondere verhindert werden, dass die Informationen mittels eines Smartphone-Scanners ausgelesen werden können. Die optische Kennzeichnung kann eine Signatur für die enthaltenen Informationen enthalten.
Die optische Kennzeichnung kann weiterhin menschenlesbare Informationen enthalten (z.B. eine Werkstücknummer, eine Kunden- und/oder Seriennummer, etc.).
Die optische Kennzeichnung kann aus einem, vorzugsweise laminierten, Blatt Papier bestehen, auf dem die Kennzeichnung aufgedruckt ist. Die optische Kennzeichnung kann in einen Werkstückträger und/oder ein Werkstück eingraviert sein. Die optische Kennzeichnung kann mittels einer Hilfsvorrichtung, beispielsweise in der Art eines Diapositiv-Rahmens, in einen Werkstückträger einklipsbar sein. Eine einklipsbare optische Kennzeichnung kann nach dem Einrichten der Werkzeugmaschine aber vor der Bearbeitung eines Werkstücks von dem Werkstückträger entfernt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Figuren der Zeichnung. Die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale können erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Fertigungssystem aufweisend eine Werkstückanordnung mit einer optischen Kennzeichnung an einem Werkstückträger und eine Werkzeugmaschine mit einem Bildverarbeitungssystem, in einer stark schematisierten Aufsicht;
Fig. 2 das Fertigungssystem von Fig. 1 in einer stark schematisierten Seitenansicht; Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einrichten einer Werkzeugmaschine;
Fig. 4 ein Fertigungssystem ähnlich wie in Fig. 1, wobei die optische Kennzeichnung an einem Werkstück angebracht ist.
Figur 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Fertigungssystem 10 in einer Aufsicht. Figur 2 zeigt das Fertigungssystem 10 in einer Seitenansicht. Das Fertigungssystem 10 umfasst eine Werkzeugmaschine 20 mit einem
Bearbeitungskopf 26. Der Bearbeitungskopf 26 ist hier als ein Laser-
Bearbeitungskopf für eine Laser-Bearbeitung, beispielsweise Schweißen,
Schneiden und/oder Laser-Metal-Deposition, ausgebildet. Die Werkzeugmaschine 20 ist in den Figuren 1 und 2 stark abstrahiert dargestellt; in den Figuren 1 und 2 sind Bewegungsmöglichkeiten des Bearbeitungskopfs 26 schematisch angedeutet (vgl. Doppelpfeile), ohne dass damit eine Beschränkung auf eine konkrete konstruktive Gestaltung der Werkzeugmaschine 20 verbunden sein soll. Die Werkzeugmaschine 20 ist mit einem Bildverarbeitungssystem 22 ausgestattet. Das Bildverarbeitungssystem 22 umfasst eine Kamera 24. Die Kamera 24 ist an dem Bearbeitungskopf 26 angeordnet. Die Kamera 24 kann daher mit dem Bearbeitungskopf 26 in einem Arbeitsraum 56 der Werkzeugmaschine 20 verfahren werden. Die Kamera 24 ist dazu eingerichtet, ein zumindest teilweises, insbesondere vollständiges, Bild des Arbeitsraums 56 aufzunehmen. Das von der Kamera 24 aufgenommene Bild wird elektronisch an eine Auswerteeinheit 54 des Bildverarbeitungssystems 22 übermittelt. Die Auswerteeinheit 54 ist hier in einem Steuerungssystem 40 der Werkzeugmaschine 20 eingerichtet.
Das Fertigungssystem 10 umfasst ferner eine Werkstückanordnung 64. Die Werkstückanordnung 64 weist ein Werkstück 34 und einen Werkstückträger 12 auf. Der Werkstückträger 12 ist an einem Maschinentisch 60 der Werkzeugmaschine 20 befestigt. Das Werkstück 34 ist seinerseits an dem Werkstückträger 12 befestigt. Das Werkstück 34 ist somit über den Werkstückträger 12 mittelbar an dem Maschinentisch 60 befestigt.
Die Werkstückanordnung 64 weist eine optische Kennzeichnung 14 auf. Die optische Kennzeichnung 14 umfasst hier vier Kennzeichnungselemente 28a-28d. Die optische Kennzeichnung 14 weist eine vordefinierte Ausdehnung 16a, 16b in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung 18a, 18b auf. Die vordefinierten Ausdehnungen 16a, 16b entsprechen mit anderen Worten einer jeweiligen Abmessung der optischen Kennzeichnung in den beiden Raumrichtungen 18a, 18b. Die optische Kennzeichnung 14 ist hier in einer Ebene parallel zum Maschinentisch 60 angeordnet. Mit anderen Worten weist die optische Kennzeichnung 14 in einer dritten Raumrichtung 18c eine verschwindende Ausdehnung (Null) auf.
Die erste und die zweite Raumrichtung 18a, 18b fallen hier mit der x-Achse bzw. der y-Achse eines maschinenfesten Koordinatensystems zusammen. Die dritte Raumrichtung 18c entspricht hier einer z-Achse des maschinenfesten Koordinatensystems. Die drei Raumrichtungen 18a, 18b, 18c stehen hier jeweils senkrecht aufeinander. Im Allgemeinen können die drei durch die optische Kennzeichnung definierten Raumrichtungen 18a-18c von den Achsen des maschinenfesten Koordinatensystems abweichen. Durch eine entsprechende Koordinatentransformation können die Raumrichtungen 18a-18c und das maschinenfeste Koordinatensystem in Beziehung zueinander gesetzt werden. Die optische Kennzeichnung kann von dem Bildverarbeitungssystem 22 erfassbare Informationen betreffend den Verlauf der drei Raumrichtungen 18a-18c in Bezug zu der optischen Kennzeichnung 14 oder einzelnen ihrer Elemente enthalten. Beispielsweise können die Raumrichtungen 18a, 18b durch Linien in der optischen Kennzeichnung 14 definiert sein. Die Kennzeichnungselemente 28a-28d weisen ihrerseits auch jeweils eine vordefinierte Ausdehnung 30a, 30b auf. Hier sind alle Kennzeichnungselemente 28a-28d gleich groß. Die Kennzeichnungselemente 28a-28d sind flächig ausgebildet. Die Kennzeichnungselemente 28a-28d sind an den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet. Die optische Kennzeichnung 14 weist hier mit anderen Worten in der Ebene der Raumrichtungen 18a, 18b eine konvexe Hülle in Form eines Rechtecks auf. Im Allgemeinen sind jedoch auch andere Formen denkbar.
An dem Maschinentisch 60 ist eine weitere optische Kennzeichnung 44 angebracht. Die weitere optische Kennzeichnung weist eine vordefinierte Ausdehnung 46a, 46b in den Raumrichtungen 18a, 18b (x- bzw. y-Achse des maschinenfesten
Koordinatensystems) und eine verschwindende Ausdehnung in der Raumrichtung 18c (z-Achse des maschinenfesten Koordinatensystems) auf. Die weitere optische Kennzeichnung 44 markiert hier einen Nullpunkt 48, d.h. den Ursprung, des maschinenfesten Koordinatensystems.
Das Bildverarbeitungssystem 22 ist dazu eingerichtet, die optische Kennzeichnung 14 und die weitere optische Kennzeichnung 44 zu erfassen. Insbesondere ist das Bildverarbeitungssystem 22 dazu eingerichtet, die optische Kennzeichnung 14 und die weitere optische Kennzeichnung 44 in einem Bild des Arbeitsraums 56 zu identifizieren. Das Bildverarbeitungssystem 22 ist weiterhin dazu eingerichtet, die Lage der Kennzeichnungselemente 28a-28d im Arbeitsraum 56, insbesondere relativ zu der weiteren optischen Kennzeichnung 44, zu ermitteln. In der dritten Raumrichtung 18c kann das Bildverarbeitungssystem 22 die Position der optischen Kennzeichnung 14, insbesondere relativ zu der weiteren optischen Kennzeichnung 44, aus der Größe der optischen Kennzeichnung 14 bzw. der Größe der weiteren optischen Kennzeichnung 44 ermitteln, da das Bildverarbeitungssystem 22 die vordefinierten Ausdehnungen 16a, 16b bzw. 46a, 46b kennt.
Die Werkzeugmaschine 20 weist eine Abdeckeinrichtung 50 für die optische Kennzeichnung 14 auf. Die Abdeckeinrichtung 50 umfasst hier zumindest eine, insbesondere mehrere Klappen 52 zum Abdecken je eines der Kennzeichnungselemente 28a-28d (in Figur 2 beispielhaft am Kennzeichnungselement 28a dargestellt). Durch Abdecken der optischen
Kennzeichnung 14 kann deren Verschmutzung während einer Bearbeitung des Werkstücks 34 mittels des Bearbeitungskopfs 26 vermieden werden.
In Figur 2 ist eine weitere Kamera 24a des Bildverarbeitungssystems 22 gezeigt. Die Kamera 24a ist ortsfest insbesondere an einer Einhausung 38 der
Werkzeugmaschine 20 angeordnet. Die Kamera 24a ist so angeordnet, dass ihr Gesichtsfeld den gesamten Maschinentisch 60 erfasst. Die Kamera 24a kann zusätzlich oder alternativ zu der Kamera 24 vorgesehen sein. Im Übrigen ist die Kamera 24a wie die Kamera 24 eingerichtet, vgl. oben. In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform können auch mehrere, insbesondere zwei, ortsfeste Kameras 24a vorgesehen sein. Die mehreren ortsfesten Kameras 24a können jeweils zum Erfassen eines Teilbereichs des Arbeitsraums 56 eingerichtet sein. Jeder der Teilbereiche kann für die Anordnung je einer Werkstückanordnung 64 vorgesehen sein.
Die optische Kennzeichnung 14 enthält Meta-Informationen bezüglich der Werkstückanordnung 64. Ebenso kann die weitere optische Kennzeichnung 44 Informationen enthalten, insbesondere betreffend den Arbeitsraum 56 und/oder das maschinenfeste Koordinatensystem, insbesondere betreffend dessen Nullpunkt 48 und den Verlauf der x- und y-Achsen. Das Bildverarbeitungssystem 22 ist dazu eingerichtet, in der optischen Kennzeichnung 14 und ggf. der weiteren optischen Kennzeichnung 44 enthaltene Informationen zu erfassen und erforderlichenfalls weiterzuverarbeiten. Die Meta-Informationen können in einem oder mehreren der Kennzeichnungselemente 28a-28d enthalten sein. Alternativ können die Meta-Informationen zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in einem nicht näher dargestellten Informationselement der optischen Kennzeichnung 14 enthalten sein.
Die Kennzeichnungselemente 28a-28d der optischen Kennzeichnung 14 und die weitere optische Kennzeichnung 44 sind hier als zweidimensionale Datencodes ausgestaltet; eine Code-Struktur ist stark abstrahiert angedeutet. Die Meta- Informationen der optischen Kennzeichnung 14 können auf die mehreren Kennzeichnungselemente 28a-28d verteilt vorliegen. Dies ist vorteilhaft, wenn sehr viele Informationen bereitgestellt werden sollen. Vorzugsweise sind jedoch alle Informationen in dem ersten Kennzeichnungselement 28a enthalten. Dies kann die Auswertung vereinfachen. Das erste Kennzeichnungselement 28a markiert einen Bezugspunkt 58 der Werkstückanordnung 64, hier des Werkstückträgers 12. Der Bezugspunkt 58 dient als Referenzpunkt für die Lage des Werkstücks 34.
Die optische Kennzeichnung 14 enthält Informationen über einen Ausgangspunkt 32 für eine Bearbeitung des Werkstücks 34. Die Informationen beschreiben vorzugsweise, wo der Ausgangspunkt 32 relativ zu dem Bezugspunkt 58 liegt. Die Informationen können hierzu einen Abstand des Ausgangspunkts 32 von dem Bezugspunkt in den durch die optische Kennzeichnung 14 definierten Raumrichtungen 18a-18c angeben.
In der dritten Raumrichtung 18c kann die Lage des Ausgangspunkts 32 alternativ zum Bezug auf den Bezugspunkt 58 relativ zu einer Oberfläche 36 des Werkstücks 34 angegeben sein. Mit anderen Worten können die Informationen spezifizieren, in welchem Abstand von der Oberfläche 36 sich der Bezugspunkt 32 befindet, vgl. insbesondere Figur 2.
Die optische Kennzeichnung 14 enthält ferner Informationen darüber, wie der Bearbeitungskopf 26 kollisionsfrei an den Ausgangspunkt 32 verbracht werden kann. Die Informationen können hierzu einen Verfahrweg für den Bearbeitungskopf 26 ausgehend von einer relativ zu dem Bezugspunkt 58 definierten Ausgangsposition beschreiben. Die Ausgangsposition kann sich beispielsweise in einigem Abstand oberhalb des Bezugspunkts 58, d.h. weit oben (dritte Raumrichtung 18c) im Arbeitsraums 56, befinden.
Nachdem der Bearbeitungskopf 26 an den Ausgangspunkt 32 verbracht wurde, kann eine Bearbeitung des Werkstücks 34 mit einem flexiblen (anpassbaren) Steuerungsprogramm 42 erfolgen. Das Steuerungsprogramm 42 ist in dem Steuerungssystem 40 hinterlegt. Die optische Kennzeichnung 14 enthält Informationen zur Anpassung des Steuerungsprogramms 42 an eine für das Werkstück 34 gewünschte Bearbeitung. Die Informationen können insbesondere eine Art der durchzuführenden Bearbeitung und anzuwendende
Bearbeitungsparameter angeben. Hier enthalten die Informationen den Verlauf einer Schnittlinie 66 (vgl. Figur 1), die in das Werkstück 34 eingebracht werden soll. Die Informationen aus der optischen Kennzeichnung 14 werden dem Steuerungsprogramm 42 hinzugefügt, so dass eine Bearbeitung mit dem durch die Informationen näher ausgestalteten Steuerungsprogramm 42 erfolgen kann. Das Steuerungsprogramm 42 enthält mit anderen Worten einen statischen Programmteil und einen durch die Informationen aus der optischen Kennzeichnung 14 anpassbaren, dynamischen Programmteil.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einrichten einer Werkzeugmaschine 20, hier der Werkzeugmaschine 20 des Fertigungssystems 10 gemäß den Figuren 1 und 2.
In einem ersten Schritt 100 wird die Werkstückanordnung 64 im Arbeitsraum 56 der Werkzeugmaschine 20 angeordnet. Hierzu kann der Werkstückträger 12 mit dem Werkstück 34 an dem Maschinentisch 60 befestigt werden. Die Werkstückanordnung 64 weist die oben beschriebene optische Kennzeichnung 14 auf. In einem anschließenden Schritt 102 wird mittels der Kamera 24 (alternativ oder zusätzlich mittels einer oder mehreren weiteren Kameras 24a) ein Bild der optischen Kennzeichnung 14 aufgenommen. Das Bild wird an die Auswerteeinheit 54 übermittelt. Die Auswerteeinheit 54 extrahiert die in der optischen Kennzeichnung 14 enthaltenen Informationen aus dem Bild. Die Informationen können unter anderem angeben, um welchen Typ von Werkstück und Werkstückträger es sich vorliegend handelt.
In einem Schritt 104 wird die Lage des Bezugspunkts 58 an der Werkstückanordnung 64 ermittelt. Anhand der erhaltenen Informationen weiß die Auswerteeinheit 54, dass der Bezugspunkt der in Figur 1 linken unteren Ecke des Kennzeichnungselements 28a entspricht. Die Auswerteeinheit 54 kann insbesondere durch einen Vergleich der Positionen der optischen Kennzeichnung 14 und der weiteren optischen Kennzeichnung 44 die Lage des Bezugspunkts 58 in Maschinenkoordinaten ermitteln.
In einem Schritt 106 wird die Lage des Ausgangspunkts 32 für die Bearbeitung des Werkstücks 34 ermittelt. Die Informationen aus der optischen Kennzeichnung 14 geben hier mit Betrag und Richtung an, wie weit der Ausgangspunkt in den Raumrichtungen 18a, 18b von dem Bezugspunkt 58 entfernt ist. Ferner geben die Informationen an, wie weit sich der Ausgangspunkt 32 in der dritten Raumrichtung 18c über der Oberfläche 36 des Werkstücks 34 befindet.
Sodann wird in einem Schritt 108 der Bearbeitungskopf 26 der Werkzeugmaschine 20 an den Ausgangspunkt 32 verbracht. Hierzu wird zunächst anhand der Größe der optischen Kennzeichnung 14 im aufgenommenen Bild deren Lage in der dritten Raumrichtung 18c ermittelt. Das Steuerungssystem 40 weiß daher, wo sich das Werkstück in Bezug auf die z-Achse des maschinenfesten Koordinatensystems befindet. Nun wird der Bearbeitungskopf 26 in einem durch die Informationen vorgegebenen Abstand oberhalb (in der dritten Raumrichtung 18c) des Bezugspunkts 58 angeordnet. Hierbei wird vorausgesetzt, dass die
Werkstückanordnung 64 eine bestimmte, vorbekannte Höhe nicht überschreitet, so dass der Bearbeitungskopf 26 in einem oberen Bereich des Arbeitsraums 56 kollisionsfrei verfahren werden kann. Nachdem sich der Bearbeitungskopf 26 an dem Ausgangspunkt oberhalb des Bezugspunkts 58 befindet, wird der Bearbeitungskopf 26 entlang eines durch die Informationen in der optischen Kennzeichnung 14 vorgegebenen Verfahrweges an den Ausgangspunkt 32 verfahren.
Vor der Bearbeitung des Werkstücks 34 werden in einem Schritt 110 die in der optischen Kennzeichnung 14 enthaltene Informationen über die an dem Werkstück 34 durchzuführende Bearbeitung dem Steuerungsprogramm 42 hinzugefügt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Werkstück 34 in einem Schritt 112 auf die passende Weise und mit den richtigen Bearbeitungsparametern bearbeitet wird.
Figur 4 zeigt ein weiteres Fertigungssystem 10. Eine Werkstückanordnung 64 des Fertigungssystems 10 von Figur 4 weist ein Werkstück 34 auf, das mittels dreier Spannpratzen 62 an einem Maschinentisch 60 einer Werkzeugmaschine 20 des Fertigungssystems 10 befestigt ist. Eine optische Kennzeichnung 14 ist hier unmittelbar an dem Werkstück 34 angebracht. Im Übrigen entspricht das Fertigungssystem 10, insbesondere in Bezug auf die Werkzeugmaschine 20 und die optische Kennzeichnung 14, dem Fertigungssystem 10 gemäß den Figuren 1 und 2. Insofern sei auf die obige Beschreibung verwiesen.
Bezuaszeichenliste
Fertigungssystem 10
Werkstückträger 12
optische Kennzeichnung 14
vordefinierte Ausdehnung 16a, 16b der optischen Kennzeichnung ersten, zweite, dritte Raumrichtung 18a, 18b, 18c
Werkzeugmaschine 20
Bildverarbeitungssystem 22
Kamera 24, 24a
Bearbeitungskopf 26
Kennzeichnungselemente 28a-28d
vordefinierte Ausdehnung 30a, 30b der Kennzeichnungselemente
Ausgangspunkt 32
Werkstück 34
Oberfläche 36
Einhausung 38
Steuerungssystem 40
Steuerungsprogramm 42
weitere optische Kennzeichnung 44
vordefinierte Ausdehnung 46a, 46b der weiteren optischen Kennzeichnung Nullpunkt 48
Abdeckeinrichtung 50
Klappe 52
Auswerteeinheit 54
Arbeitsraum 56
Bezugspunkt 58
Maschinentisch 60
Spannpratzen 62
Werkstückanordnung 64
Schnittlinie 66 Anordnen 100 einer Werkstückanordnung in einem Arbeitsraum Aufnehmen 102 eines Bildes
Ermitteln 104 eines Bezugspunkts
Ermitteln 106 eines Ausgangspunkts
Verbringen 108 eines Bearbeitungskopfs an den Ausgangspunkt Hinzufügen 110 von Informationen zu einem Steuerungsprogramm Bearbeiten 112 eines Werkstücks der Werkstückanordnung

Claims

Patentansprüche
1. Fertigungssystem (10) aufweisend
- eine Werkstückanordnung (64) mit einer optischen Kennzeichnung (14), die eine vordefinierte Ausdehnung (16a, 16b) in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung (18a, 18b) aufweist, und
- eine Werkzeugmaschine (20) mit einem Bildverarbeitungssystem (22) zum Erfassen der optischen Kennzeichnung (14).
2. Fertigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kennzeichnung (14) eines oder mehrere, vorzugsweise flächige, Kennzeichnungselemente (28a-28d) aufweist.
3. Fertigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kennzeichnung (14) Informationen über einen Ausgangspunkt (32) für eine Bearbeitung eines Werkstücks (34) der Werkstückanordnung (64) enthält.
4. Fertigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen die Lage des Ausgangspunkts (32), insbesondere in einer dritten Raumrichtung (18c), relativ zu einer Oberfläche (36) des
Werkstücks (34) beschreiben.
5. Fertigungssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kennzeichnung (14) Informationen darüber enthält, wie ein Bearbeitungskopf (26) der Werkzeugmaschine (20) zu dem
Ausgangspunkt (32) verbracht werden kann.
6. Fertigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildverarbeitungssystem (22) dazu eingerichtet ist, anhand der Größe der optischen Kennzeichnung (14) in einem aufgenommenen Bild eine Position der Werkstückanordnung (64) in einer dritten Raumrichtung (18c) zu ermitteln.
7. Fertigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine (20) ein Steuerungssystem (40) aufweist, das ein Steuerungsprogramm (42) zur Steuerung einer Bearbeitung eines Werkstücks (34) der Werkstückanordnung (64) enthält, und dass das Steuerungssystem (40) dazu eingerichtet ist, in der optischen Kennzeichnung (14) enthaltene Informationen dem
Steuerungsprogramm (42) hinzuzufügen.
8. Fertigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Werkzeugmaschine (20) eine weitere optische Kennzeichnung (44) vorgesehen ist, die eine vordefinierte
Ausdehnung (46a, 46b) in zwei Raumrichtungen, insbesondere in der ersten und der zweiten Raumrichtung (18a, 18b), aufweist.
9. Fertigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückanordnung (64) eine
Abdeckeinrichtung (50) für die optische Kennzeichnung (14) aufweist.
10. Verfahren zum Einrichten einer Werkzeugmaschine (20) mit den Schritten a) Anordnen (100) einer Werkstückanordnung (64) mit einer optischen Kennzeichnung (14), die eine vordefinierte Ausdehnung (16a, 16b) in einer ersten und einer zweiten Raumrichtung (18a, 18b) aufweist, in einem Arbeitsraum (56) der Werkzeugmaschine (20), b) Aufnehmen (102) eines Bildes der optischen Kennzeichnung (14) mit einem Bildverarbeitungssystem (22) der Werkzeugmaschine (20), c) Ermitteln (104) eines Bezugspunkts (58) an der Werkstückanordnung (64) unter Verwendung des in Schritt b) aufgenommenen Bildes.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Größe der optischen Kennzeichnung (14) in einem in Schritt b)
aufgenommenen Bild eine Position der Werkstückanordnung (64) in einer dritten Raumrichtung (18c) ermittelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 mit dem weiteren Schritt
d) Ermitteln (106) eines Ausgangspunkts (32) für eine Bearbeitung eines Werkstücks (34) der Werkstückanordnung (64) unter Verwendung von in der optischen Kennzeichnung (14) enthaltenen Informationen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Kennzeichnung (14) Informationen über die Lage des Ausgangspunkts (32) relativ zu einer Oberfläche (36) des Werkstücks (34) enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 mit dem weiteren Schritt
e) Verbringen (108) eines Bearbeitungskopfs (26) der Werkzeugmaschine (20) an den Ausgangspunkt (32), wobei in der optischen
Kennzeichnung (14) enthaltene Informationen über einen Verfahrweg für den Bearbeitungskopf (26) berücksichtigt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14 mit dem weiteren Schritt f) Hinzufügen (110) von in der optischen Kennzeichnung (14)
enthaltenen Informationen über eine an einem Werkstück (34) der Werkstückanordnung (64) durchzuführende Bearbeitung zu einem Steuerungsprogramm (42) der Werkzeugmaschine (20).
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022200461A1 (de) 2022-01-17 2023-07-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Robotersystem zum Bearbeiten eines Werkstücks sowie Koordinatensystemmarker für ein Robotersystem
EP4369126A1 (de) * 2022-11-09 2024-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und anordnung zur programmierung von automatisierten maschinen zur montage von werkstücken, computerimplementiertes werkzeug und automatisierte maschine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013083730A1 (en) * 2011-12-06 2013-06-13 Hexagon Technology Center Gmbh Coordinate measuring machine having a camera
DE102017123877A1 (de) * 2016-10-14 2018-04-19 Engel Austria Gmbh Robotersystem
DE102016120132A1 (de) * 2016-10-21 2018-04-26 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Werkstücksammelstelleneinheit und Verfahren zur Unterstützung der Bearbeitung von Werkstücken
US20180150058A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 Glowforge Inc. Fabrication with image tracing
DE102017126487A1 (de) * 2017-11-02 2019-05-02 Festool Gmbh System zur Bearbeitung eines Werkstücks

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005022344B4 (de) * 2005-05-13 2008-06-19 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur Werkstückeinmessung
US20110295408A1 (en) * 2010-05-27 2011-12-01 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Process for positioning a workpiece
US10656617B2 (en) * 2014-07-16 2020-05-19 Faro Technologies, Inc. Measurement device for machining center

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013083730A1 (en) * 2011-12-06 2013-06-13 Hexagon Technology Center Gmbh Coordinate measuring machine having a camera
DE102017123877A1 (de) * 2016-10-14 2018-04-19 Engel Austria Gmbh Robotersystem
DE102016120132A1 (de) * 2016-10-21 2018-04-26 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Werkstücksammelstelleneinheit und Verfahren zur Unterstützung der Bearbeitung von Werkstücken
US20180150058A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 Glowforge Inc. Fabrication with image tracing
DE102017126487A1 (de) * 2017-11-02 2019-05-02 Festool Gmbh System zur Bearbeitung eines Werkstücks

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