DE2508968C2 - Numerisch gesteuertes Handhabungssystem - Google Patents

Description

19. Handhabungssystem nach Anprucb 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß für eine weitere Achsrichtung (x) ein weiterer Sensor (56) vorgesehen ist, der in gleicher Weise auf die Positionierung in einer zweiten zur ersten Achsrichtung (y) rechtwinklig verlaufenden Achsrichtung (x) einwirkt, die Positionierung in der ersten Achsrichtung (y) ohne ein Verfahren in der zweiten Achsrichtung (x) erfolgt und die Positionierung in der zweiten Achsrichtung (x)\n einem zweiten Arbeitsschritt durchgeführt wird.

20. Handhabungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß für die Positionskorrektur in einer Bewegungseinrichtung rechtwinklig zu dieser Bewegungsrichtung mehrere Sensoren (80) nebeneinander angeordnet sind.

40

Die Erfindung betrifft ein numerisch gesteuertes Handhabungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solches Handhabungssystem ist aus »Industrie-Roboter«, H. J. Warnecke, R. D. Schraft, Krausskopf-Verlag 19;3 S. 20—32 bekannt. In der industriellen Fertigung und Bearbeitung werden in steigendem Maße Handhabungssysteme — wie sogenannte »Industrie-Roboter« — eingesetzt, welche weitgehend selbsttätig arbeiten und deren Bewegungsabläufe numerisch gesteuert werden. In vielen Fällen ist der Einsatz derartiger Handhabungssysteme jedoch schwierig, da eine ausreichende genaue Lage des Werkstückes, des Werkzeuges, der Werkstück- bzw. Werkzeughalterung, oder des Handhabungssystemes in allen möglichen Freiheitsgraden bei oft häufigem Lagewechsel nur sehr schwer zu erreichen ist.

Meist läßt sich mit einfachen Vorrichtungen, wie einer besonderen Gestaltung der Auflageflächen, durch Anschlage oder Halterungen die Lage in einem Teil der möglichen Freiheitsgrade sehr genau einhalten, während eine ausreichend genaue Lagebestimmung in einem oder zwei restlichen Freiheitsgraden nur mit sehr großem Aufwand und/oder nur durch langwierige Vorgänge möglich ist. So läßt sich z. B. ein Werkstück mit einer größeren ebenen Fläche einfach durch Auflegen auf eine festliegende Auflagefläche in der Höhe fixieren und eventuell mit entsprechend ausgebildeten Anschlägen in weiteren Achsrichtungen festlegen. Um jedoch alle Freiheitsgrade zu erfassen wird ein Einspannen des Werkstückes erforderlich, wobei im allgemeinen die Hälfte aller Einspann-Kanten oder -Flächen gegenüber einem zu bearbeitenden Punkt am Werkstück nur entsprechend kleine Toleranzen aufweisen dürfen. Häufig ist jedoch das Einspannen zu schwierig oder zeitraubend bzw. es müssen an sich unnötige Toleranzwerte eingehalten werden. Dies gilt vor allem dann, wenn das Werkstück danach z. B. zum Fortbewegen oder Bearbeiten gleich wieder ausgespannt werden muß.

Weiterhin werden häufig durch die Größe, das Gewicht, den Werkstoff usw. verhältnismäßig große Toleranzen bedingt, während die Bearbeitung hohe Forderungen an die Lagegenauigkeit stellt. So kann z. B. die Lage einer Bohrung völlig unkritisch sein, das Einführen eines Bolzens in diese Bohrung setzt jedoch im allgemeinen sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit voraus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe lugrunde, das eingangs genannte Handhabungssystein so zu verbessern, daß zur Bearbeitung von Werkstücken, deren örtliche Lage zum Handhabungssystem nicht genau fixiert ist, mit geringem Aufwand und ohne wesentlichen Verlust an Bearbeitungszeit eine Positionskorrektur gegenüber einem programmierten Positionswert möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch ! gelöst.

Aus der österreichischen Patentschrift 2 48 825 ist es bekannt bei numerischen Werkzeugmaschinensteuerungen über eine selbsttätige Meßeinrichtung die Bezugskante eines Werkstücks zu vermessen und nach einem Vergleich mit einem Sollwert die Soll-Istwert-Differenz zu ermitteln. Diese Differenz wird als Korrekturwert für den Ist- oder Sollwert der Position des Werkzeugs in den Regelkreis zur Positionierung des Werkzeugs gegeben.

Das Werkstück selbst befindet sich be: der Vermessung in einer genau definierten Lage und der Meßwertvergleich erfolgt zu einem Zeitpunkt während dem der Sc-Uwert zur Positionierung des Werkzeuges im Regelkreis anliegt.

In der gleichen Patentschrift wird auch eine Vermessung der Werkzeug-Position angegeben, die in gleicher Weise zur Korrektur herangezogen werden soli. Hierzu wird der Werkzeugträger mit dem eingespannten Werkzeug in eine vorgegebene Meßstellung gefahren, in welcher der Differenzwert von der Sollwertlage gemessen wird. Hierbei werden die Abweichungen des Werkzeuges (z. B. des Werkzeugverschleißes) und der Lage des Werkzeuges im Werkzeugträger, nicht jedoch Abweichungen des Werkzeugträgers in einer späteren Soll·Position erfaßt Die Aufgabe der Erfindung läßt sich mit einer derartigen Einrichtung nicht lösen, da hier eine genaue Lage des Werkstücks nicht gegeben ist, die Bezugskante jedoch einen vorgegebenen bekannte.·! Abstand zur Soüwertposition aufweisen soll.

Es ist an sich bekannt,, Sensoren bei Handhabungssystemen zu verwenden (siehe z. B. Zeitschrift für wirtschaftliche Fertigung 1973, Heft 7, Seite 352 ff, Zeitschrift für industrielle Fertigung »wt«, 1973, Heft 12, Seite 823 ff), jedoch dienen diese einem anderen Zweck insbesondere der Optimierung eines Bearbeitungsvorganges (z. B. Greifen eines Werkstückes) oder wirken als Endschalter, d. h. iösen iediglich eine Schaltfunktion aus, durch weiche z. B. ein Antrieb stillgesetzt wird. Es wurden auch schon Sensoren zur Lageermittlung über

sogannte Fernsehaugen oder Fernsensoren entwickelt, die in einem bestimmten Bereich alle Objekte orten (siehe z. B. Zeitschrift »Bänder Bleche Rohre« 1973, Heft 12, Seite 517 ff) und die Steuerung entsprechend dieser Ortung beeinflussen, jedoch sind diese Handhabungssysteme derart aufwendig und empfindlich, daß ein wirtschaftlicher Einsatz nur in sehr begrenztem Umfang möglich ist

Weiterhin ist es bekannt (siehe z. B. Zeitschrift »Electronics« July 19, 1973, Seite 102) die Lage eines Werkstückes z. B. mit Lichtschranken zu vermessen und nach Auswertung dieser Meßergebnisse das Programm für die Steuerung zu erstellen oder abzuändern. Diese Art löst, mit erheblichem Aufwand insbesondere in der Steuerung, nur in wenigen Fällen bei einfachen Werkstücken die Aufgabe der Erfindung.

Im Gegensatz hierzu erfolgt gemäß der Erfindung die Korrektur mit einfachen Mitteln während des Positionierens, wobei gleichzeitig auch Toleranzen des Handhäbüiigsiysicfns c B. des beiasteten Greiferarmes ausgeglichen werden können.

Die Programmierung der Steuerung läßt sich besonders einfach gestalten, wenn die numerische Steuerung einen Arbeitsspeicher aufweist, in dem ein in Verfahrrichtung über den erwünschten Sollwert hinausgehender Differenzwert eingespeichert ist, welcher nach Erfassen der Bezugskante oder Bezugsfläche durch den Sensor zur Positionskorrektur herangezogen wird.

Der zusätzliche Aufwand in der Steuerung läßt sich klein halten, wenn der Differenzwert in einem bei numerischen Steuerungen bekannten (wt-Zeitschrift für ind. Fertigung, 1973, Nr. 12, S. 808-810) Korrekturspeicher eingebbar oder programmierbar gespeichert ist, und eine Soll-Ist-Wertdifferenz durch einen Vergleich sowohl in an sich bekannter Weise durch Signale aus einer Istwertmeßeinrichtung, wie auch durch Signale aus der vom Sensor gesteuerten Meßeinrichtung mit den Sollwertsignalen oder den Differenzwerisignslc" aus dem Korrekturspeicher gebildet wird.

Unter Umständen läßt sich die Erfindung auch ohne wesentliche Eingriffe in die Steuerung anwenden, wenn neben der üblichen Istwertmeßeinrichtung eine zusätzliche, durch den Sensorgesteuerte Meßeinrichtung vorgesehen ist welche erst nachdem der Sensor eine Bezugskante des zu bearbeitenden Werkstückes erfaßt hat Ausgangssignale abgibt, die ihrer Art nach den Signalen aus der istwertmeßeinrichtung entsprechen. Ein Eingriff in die numerische Steuerung kann weitgehend entfallen, wenn über eine mechanische Abtasteinrichtung, durch die Positionierbewegung in einer Positionierachsrichtung, ein Differentialresolver betätigt wird, sobald die Bezugskante erreicht ist die Ausgangssignale des Differenzresolvers einem weiteren Resolver als Erregersignale zugeführt sind und dieser weitere Resolver Teil einer Istwertmeßeinrichtung für die gleiche Positionierachse ist

Eine sehr genaue Positionierung und/oder eine sicherere Abtastung mit einfachen Sensoren läßt sich mit kleinem zusätzlichen Schaltungsaufwand in der Steuerung erzielen, wenn in Weiterbildung der Erfindung der Sensor eine Schalteinrichtung betätigt welche bei Erfassen der Bezugskante den Soll-Istwert-Vergleich dahingehend beeinflußt daß nur der zusätzlich eingespeicherte Differenzwert wirksam ist Hierbei läßt sich die erforderliche Meßeinrichtung durch die allgemein schon vorhandene !stwertrneßcinrichtung ersetzen, wenn der Sensor eine Schalteinrichtung steuert, weiche den beim Erfassen der Bezugskante der Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung als Sollwert zugeführten Wert gegen einen gespeicherten Differenzwert austauscht, welcher von einem festliegenden Abstand der Bezugskante zum tatsächlichen Sollwert und/oder vom Abstand des Sensors zum positionierenden Teil abhängig ist.

Die Erfindung läßt sich in besonders vorteilhafter Weise zum Auffinden des Mittelpunktes zwischen Bezugskanten verwenden, wobei der Sensor beim Positionieren über die beiden Bezugskanten geführt wird. Dies ist vor allem für das Positionieren im Mittelpunkt von Kreisflächen von Vorteil, wobei der Durchmesser, eine eventuelle Schräglage, oder die Abweichung von der Soll-Lage keinen Einfluß auf Korrekturgenauigkeit hat.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann dies bewirkt werden, wenn der Sensor nach Erreichen der ersten Bezugskanten die Meßeinrichtung oder den SoII-Istwertvergleich derart betätigt oder umschaltet, daß sich beim Überfahren weiterer gleichgroßer Weginkremente Signale mit halber Wertigkeit ergeben und diese halbe Wertigkeit über den Sensor nach Erreichen der zweiten Bezugskante wieder aufgehoben wird. Die Positionskorrektur läßt sich auch für mehr als eine Positionierachse anwenden. Bei einer Kreisfläche ergibt sich hierbei eine verhältnismäßig einfache Steuerung, wenn für die weitere Positionierachseinrichtung ein weiterer Sensor vorgesehen ist, der in gleicher Weise auf die Positionierung in einer zweiten zur ersten Achsrichtung rechtwinklig verlaufenden Achsrichtung einwirkt, die Positionierung in der ersten Achsrichtung ohne ein Verfahren in der zweiten Achsrichtung, in parallelem Abstand vom Sollwert der zweiten Achsrichtung erfolgt und die Positionierung in der zweiten Achsrichtung in einem zweiten Arbeitsschritt durchgeführt wird.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

Fig. ! den stark vereinfachten Aufbau eines Handhabungssystemes mit einem mechanischen Sensor,

F i g. 2 das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerung,

Fig.3 eine Anleitung zur Programmierung der Steuerung für ein Anwendungsbeispiel,

Fig.4 den vereinfachten Aufbau für ein Anwendungsbeispiel,

Fig. 5 ein Positionieren über den Mittelpunkt einer Kreisfläche,

Fig.6 die Wirkungsweise eines optischen Sensors und

F i g. 7 ein Anwendungsbeispiel zum Positionieren eines Schwenkarmes.

In F i g. 1 wird ein Handhabungssystem 1 über eine numerische Steuerung 2, wie sie auch bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen verwendet wird, gesteuert Hierbei soll ein Werkstück 3, das in seiner Höhenlage durch Aufliegen auf einem Werktisch 4 Fixiert ist, auf seiner Oberfläche 5 mit einem Werkzeug 6 bearbeitet werden. Das Werkstück 3 ist z. B. durch einfaches Schieben oder Pressen gegen einen Anschlag 7 bis auf einen Freiheitsgrad in -Y-Richtung ausreichend genau festgehalten. Ober die numerische Steuerung (NC), kann nun das Werkzeug 6 bis auf die Position in A"-Richtung hinreichend genau positioniert werden.

Das Verfahren in dieser ^-Richtung erfolgt über eine Spindel 8, welche von einem Motor 9 angetrieben wird, der auf seiner Weile einen Tachometer T und einen Resolver R trägt Der Tachometer Tliegt wie in F i g. 2 angedeutet und bei numerischen Steuerungen üblich, in

einem Analogregelkreis und dient der Verbesserung der Regelcharakteristik für diesen Antrieb. Seine Ausgangsspannung wird einem Eingang des Leistungssteuerkreises 10 für den Motor 9 zugeführt. Der Resolver R dient, wie gleichfalls bekannt, der Istwertmessung, wobei seine Ausgangssignale einer Soll-Istwert-Vergleichsstufe 11 zugeführt sind. Zur Erzeugung dieser Ausgangssignale benötigt der Resolver R eine Wechselspannung, wie Siw bei numerischen Steuerungen mit phasenanalogem Regelkreis zur Sollwertbildung benötigt werden. Dieser Sollwert wird in einer Stufe 12 über einen Interpolator erzeugt, der von einem Arbeitsspeicher gesteuert wird. Die Stufen 10 bis 12 sind üblicherweise für mehrere Steuerachsen mehrfach vorgesehen (in F i g. 2 nicht dargestellt), wobei die Arbeitsspeicher 24 über ein Rechenwerk 13 gesetzt und gesteuert werden. Das Rechenwerk 13 erhält seine Daten bzw. Befehle aus einem Bandlesegerät 14 und dem Bedienungs- und Anzeigeteil 15 sowie einem Steuerbefehlsteil 16.

Der Haitearm 25 des Handhabungssystems trägt nun erfindungsgemäß einen Sensor 17, der einen Tastfinger 18 aufweist, welcher in ,Y-Richtung federnd gelagert ist und z. B. über eine Zahnstange einen Differential-Resolver 19 verstellt, sobald beim Positionieren der Tastfinger 18 an eine Bezugsfläche 20 am Werkstück 3 anstößt und zurückgedrückt wird. Der Differential-Resolver 19 ist in die Zuleitung 21 für den Resolver R geschaltet und ändert entsprechend der Verschiebung des Tastfingers 18 die Phase und Frequenz der sonst dem Resolver R direkt zugeführten Wechselspannung und hierdurch den Wert der Istwertsignale, die der NC über die Leitung 22 zugeführt werden. Hierdurch wird keinerlei Eingriff in die NC erforderlich, wobei durch eine entsprechende Programmierung, Aufbau bzw. Übersetzung am Differentialresolver 19 eine Positionskorrektur in X-Richtung möglich wird, welche Lagefehler des Werkstückes ausgleichen kann.

u/ic LiSgcnicLicinriCiitUng uCS oCnSCrS Kt !St iliCiit ϋΓϊ

die Verwendung eines Resolvers gebunden, so kann auch ein beliebig anderes Lagemeßsystem Verwendung finden, bzw. anstelle des mechanischen Tasters eine andere z. B. optische Tasteinrichtung gewählt werden. Es dürfte jedoch im allgemeinen von Vorteil sein, ein System zu wählen, das der Istwertmeßeinrichtung (R) zumindest in der Art der ausgegebenen Istwertsignale entspricht. Von Vorteil kann es auch sein, den Sensor 17 oder die Ruhepunktlage des Tasters 18 in seiner Lage veränderbar oder einstellbar zu gestalten, um die Anschlagposition bei Änderungen z. B. des Werkstückes, der Sollwertposition oder der Bezugsfläche leichter anpassen zu können. Sollen mehrere Positionen mit festliegendem Abstand zur Bezugskante oder -fläche angefahren werden, kann wie in F i g. 1 angedeutet das Werkzeug auch an einem gesondert — in A'-Richtung getrennt — verfahrbaren Arm 23 befestigt sein. Anstelle des Werkzeuges 6 kann z. B. auch eine Greifvorrichtung vorgesehen sein, welche Teile an das Werkstück und/ oder dort befestigt

In F i g. 4 ist ein gleichartiges Handhabungssystem 40 dargestellt das eine Punktschweißeinrichtung 41 entlang der Dachrinne 42 einer Kfz-Karosserie 43 führt. Obwohl durch eine entsprechende Einspannvorrichtung für die Karosserie (nicht dargestellt) ihre Lage verhältnismäßig genau Fixiert werden kann, ist durch die Toleranzen des Werkstückes (hier Karosserie) bedingt z. B. ein Punktschweißen, auch durch genaues Positionieren der Schweißzange, im Innern der Regenrinne nicht sicherzustellen. Obwohl die Lage der Schweißpunkte im rechten Winkel zu X-Richtung unkritisch ist, und Höhenfehler, durch eine entsprechende Ausgestaltung der Befestigung der Schweißzange, beim Schließen der Zange ausgeglichen werden können, kann der Sollwert in X-Richtung vor oder hinter der Regenrinne 42 liegen.

In Fig. 3a ist die Sollwertlage und in F i g. 3b, 3c sind zwei Extremlagen der Regenrinne dargestellt. Als Bezugskante dient die Vorderkante 30 der Regenrinne auf der eine Tastwalze 44 zur Anlage kommt, oder entlangrollt. Die Tastwalze kann z. B. über ein Gestänge eine Meßeinrichtung betätigen, welche bei gleichen Wegabschnitten ein um das lOfache höherwertiges Ausgangssignal liefert, als die Istwertmeßeinrichtung (nicht dargestellt). Soll der Schweißpunkt annähernd in der Mitte der Dachrinne liegen, wird die NC nicht mit diesem Sollwert 31 programmiert, sondern z. B. diesem Sollwert 31 ein Differenzwert 32 — hier 250 Weginkremente — zugeschlagen, der dem zehnfachen Wert des Abstandes 33 der Bezugskante 30 vom Sollwert 31 — hier 25 Weginkrementen — entspricht. Der Diiiererizwert 32 wird dann beim Positionieren im letzten Teil — hier 25 Weginkremente — vor dem Sollwert, durch die Bewegung der Tastwalze berichtigt. Befindet sich nun die Regenrinne Fig.3b 100 Weginkremente hinter dem Soliwert 31, positioniert die Steuerung die Schweißzange nur etwa 9,1 Weginkremente vor dem tatsächlichen Istwert 34', da die dort verbleibenden 250-100 + 9,1 = 159,1 Weginkremente durch die dann um 25 — 9,1 = 15,9 Weginkremente versetzte Tastwalze berichtigt sind. Liegt die Regenrinne hingegen 100 Weginkremente vor dem Sollwert (Fig.3c), erfolgt die Positionierung etwa 9 Weginkremente hinter dem Istwert 34". Sollte durch die erhöhte Impulsfrequenz nicht schon atomatisch die Positioniergeschwindigkeit über die NC verringert werden, kann dies durch eine Zusatzschaltung bewirkt werden, welche beim Einsetzen der ersten Signale infolge der Tasterbewegung die Geschwindigkeit herabsetzt, urn ein möglichst schwingungsfreies Einfahren in die Endposition zu ermöglichen. Dies gilt vor allem, wenn durch eine weitere Überhöhung des Signalverhältnisses noch kleinere Toleranzabweichungen erzielt werden sollen. Der zusätzlich programmierte Differenzwert kann auch unabhängig vom Abstand der Bezugskante 30 zum Sollwert 31 gewählt werden. So kann z. B. im obigen Fall der Differenzwert auch dem Wert der ohne Fehler möglichen maximalen Abweichung 34' (+ 100 Imkremente) abzüglich der maximalen Schweißpunkt-Toleranz (— 10 Inkremente) entsprechen (100 — 10 = 90 Inkremente) und der Taster 44 derart eingestellt werden, daß er bei dieser Abweichung (F i g. 3b) gerade die Bezugskente 30 berührt Hierbei kann das Einsetzen von Signaländerungen durch den Taster als Kriterium für das Überschreiten dieser maximalen Abweichung benutzt werden und bei einem Defekt in der Tasteinrichtung vermieden werden, daß eine weitausgreifende Fehlerpositionierung erfolgt

In F i g. 4 ist an der Tastwalze noch ein zweiter Sensor 45 angebracht welcher in gleicher Weise über eine Tastrolle 46 Höhentoleranzen ausgleichen kann, und/ oder zusätzlicher Signale liefert, wenn z. B. bei einer Krümmung der Regenrinne über die NC die Schweißzange in eine Schräglage 47 gesteuert werden soll, um immer rechtwinklig zur Schweißpunktebene zu stehen.

Bei den hier beschriebenen Arten der Positionskorrektur, wurde kein wesentlicher Eingriff in eine NC erforderlich, wie sie z. B. zur Steuerung für Werkzeugmaschinen Verwendung findet Bei größeren Stückzahlen

io

15

derart verwendeter Handhabungssystemc dürfte es jedoch von Vorteil sein, eine Steuerung dahingehend abzuändern, daß Positionskorrekturen ohne zusätzliche, aufwendige und empfindliche Wegmeßeinrichtungen möglich werden. So kann z. B. anstelle dieser Meßeinrichtung die zur numerischen Steuerung erforderliche IstwertmeßeinrichMing verwendet werden, wenn durch die Sensoren eine entsprechende Umschaltung erfolgt. Die Sensoren biauchen dann lediglich beim Erfassen der Bezugskante einen Schalter zu betätigen oder einen Steuerimpuls abzugeben, der diese Umschaltung bewirkt. Hierzu können z. B. im Speicher 24 der NC gemäß F i g. 2 zusätzliche Speicherplätze vorgesehen sein, in welchen die Wegdifferenzen zwischen erfaßter Bezugskante und Sollwert eingespeichert sind. Über eine Umschaltung durch die Sensoren, kann das bewirkt werden, daß der um die maximal mögliche Abweichung erweiterte Sollwert, bzw. der Soll-Istwert-Differenzrest gegen diese gespeicherten Werte ausgetauscht wird. Als Sensor kann je nach Amvendur.gsfsü ein zur Erfassung der Bezugskante günstiger optischer, mechanischer, magnetischer, induktiver oder akustischer Sensor Verwendung finden.

In F i g. 5 und 6 ist ein Anwendungsfall dargestellt, wie er häufig bei Handhabungssystemen vorkommt die Tei-Ie aufgreifen und an anderer Stelle absetzen oder montieren sollen. Als Bezugskante soll hier der Rand 50 einer Kreisfläche 51 auf der Oberfläche 52 eines Werkstückes 53 dienen. Die Kreisfläche kann durch eine Bohrung 54, einen Bolzen oder Zapfen gebildet werden. Soll z. B. in die Bohrung oder auf den Bolzen ein Teil gesetzt oder montiert werden, ist es erforderlich dieses Teil genau über der Kreisfläche zu positionieren. Hierzu sind am Haltearm oder Greifer des Handhabungssystemes zwei Sensoren 55; 56 angebracht, wobei der Sensor 55 von dem zu positionierenden Teil 57 in X-Richtung um 55* und V-Richtung um 55 y entfernt angeordnet ist, während ein zweiter Sensor 56 lediglich in λ'-Richtung versetzt in einem kleineren Abstand 56 χ befestigt ist.

Wie in F i g. 6 dargestellt, können die Sensoren als Reflexions-Lichtschranken aufgebaut sein. Der grundsätzliche Aufbau kann derart gewählt sein, daß eine Lichtquelle 60 im Brennpunkt eines Hohlspiegels 61 durch eine Optik 62 einen Lichtbündel 63 abstrahlt, welcher nur in einem langgestreckten, sehr engen Bereich 64 zu einem Brennpunktgebiet gebündelt ist, das durch Reflexion in der Lage ist eine Lichtsonde 65 derart zu beeinflussen, daß diese z. B. über eine Torschaltung eine Umschaltung bewirkt oder einen Schaltimpuls abgibt.

Die Positionierung erfolgt hier in einem ersten Arbeitsgang zuerst in y-Richtung von einem Punkt 58 aus, der um 55 χ vom angenommenen Sollwert 59 versetzt liegt, mit einem programmierten Sollwertpunkt 66 bei eingeschaltetem Sensor 55. Dieser Sollwertpunkt 66 liegt um den Wert der maximal möglichen Abweichung 67 hinter dem vermuteten Sollwert 59. Auf dem Weg zum Sollwertpunkt 66 wird der Sensor 55 zweimal über die kreisförmige Bezugskante 50 hinweggeführt Handelt es sich hierbei um eine Vertiefung 54, wird vor Beginn des Arbeitsschrittes beim Einschalten der Lichtquelle 60 die Lichtsonde ansprechen und nach Überfahren des Kantenpunktes 68 eine Umschaltung bewirken. Durch diese Umschaltung wird das der Soll-Istwertvergleichsstufe zugeführte Signal zum Verfahren in den Sollwert 66 gegen ein Signal ausgetauscht, das ein Weiterfahren mit der vorgegebenen Strecke 55 y bewirkt. Gleichzeitig wird durch eine Umschaltung z. B. in der Ist- oder Sollwertsignalerstellung eine Signaländerung dahingehend durchgeführt, daß ein Verfahren über zwei Weginkremente dem Verfahren nur eines Weginkrementes entspricht, und so der Verfahrweg nur zur Hälfte erfaßt wird. Bei den üblichen Steuerungen läßt sich dies im allgemeinen durch eine einfache Verdoppelung oder Halbierung einer Impulsreihe über bistabile Multivibratoren bewirken. Erreicht der Sensor 55 die Bezugskante 50 an der gegenüberliegenden Stelle 69, wird diese Signaländerung wieder aufgehoben, wodurch sich wieder der volle Verfahrweg auswirkt.

Durch diese Art der Positionskorrektur wird sichergestellt, daß ein Verfahren in y-Richtung immer bis zur Höhe 70 des Mittelpunktes 71 der Kreisfläche 51 erfolgt, unabhängig davon wie groß der Kreisdurchmesser oder die Sehne ist, welche der Sensor 55 überfährt. Auch die Größe des Brennfleckgebietes 64 spielt keine wesentliche Rolle, da bei einem entsprechenden Aufbau ein versetztes Umschalten an der ersten Kante ein spiegelbildlich versetztes Umschalten an der zweiten Kante bewirkt. In gleicher Weise erfolgt nun ein Verfahren in Ar-Richtung mit eingeschaltetem Sensor 56, der nun über der Stelle 56' steht und über die Bezugskantenpunkte 72 und 73 bis zum Punkt 56" geführt wird. Programmiert ist auch hier ein Wert der der maximalen Abweichung entspricht Im Punkt 72 erfolgt die erste Umschaltung auf die Sollwertdifferenz 56 χ und die Halbierung der Wegaufnahme, die dann im Punkt 73 wieder abgeschaltet wird.

Ist auch eine Toleranz in der Höhe auszukorrigieren, so kann dies z. B. durch ein Herabfahren bis zum Ansprechen des Sensors 55 z. B. in der Ausgangsposition 58 bewirkt werden.

Durch eine entsprechende Anordnung der Sensoren mit entsprechend abgeänderten Differenzwerten (55 x; 55 y; 56 χ und 56 y nicht gleich Null) ist es möglich, bei koordinatenrichtiger Lage des Werkstückes auch Positionspunkte z. B. Kreismittelpunkte anzufahren, die selbst keine oder nur eine ungeeignete Bezugskante aufweisen, wobei eine entfernt liegende Kreisfläche abgetastet wird, deren Mittelpunkt mit festgelegten Abständen zum gewünschten Positionspunkt liegt.

Die Positionskorrektur ist nicht auf lineare E jwegungen beschränkt. Wie F i g. 7 dargestellt, kann in gleicher Weise auch der Schwenkarm 74 eines Handhabungssystemes 75 z. B. über einen Bolzen 76 an einem Werkstück 77 positioniert werden, um einen Teil auf diesen aufzuschieben oder aufzuschrauben, das zuvor von einem anderen Bearbeitungsplatz 78 aufgegriffen wurde. Anstelle eines einzelnen Sensors sind für die Positionskorrektur der Schwenkachse 79 hier vier Sensoren 80 nebeneinander angeordnet. So können auch Positionsfehler, die größer sind als die Kreisfläche, ausgeglichen werden. Die richtige Auswahl der von diesen Sensoren 80 abgegebenen Signale kann hierbei erforderlichenfalls durch eine einfache Entscheidungslogik bewirkt werden. Für die Positionskorrektur in Richtung der Schwenkachse 79 ist nur 1 Sensor 81 erforderlich.

Mit Hilfe der gleichen Sensoren 80 kann auch vor dem Aufgreifen des Teiles 83 vom Bearbeitungsplatz 78 die genaue Position dieses Teiles 83 in gleicher Weise ermittelt werden. Auch am Greifer selbst kann, z. B. durch die Greifklauen 84 hindurch oder an den äußeren Greifklauenenden, eine Lichtschranke oder ein sonstiger Sensor vorgesehen sein, welcher beim Aufgreifen und/oder Absenken Höhentoleranzen ausgleicht

Die Sensoren bzw. die Signaländerungen welche diese bewirken, können weiterhin auch zu anderen z. B. Überwachungszwecken mitverwendet werden. So

40

45

50

könnt? ζ. B. falls keine Erfassung der Bezugskante bzw.
Bezugskanten erfolgt, ein entsprechender Alarm gegeben werden oder mit veränderten Werten ein neuer
Suchlauf eriolgen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

IO

25

30

40

45

50

60

65

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Numerisch gesteuertes Handhabungssystem mit wenigstens einem Sensor, bei dem für wenigstens eine Achsrichtung über eine Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung ein positionierbarer Halterungsoder Greifarm für ein Werkstück oder Werkzeug in eine Sollwertposition gesteuert wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) daß der positionierbare Halterungs- oder Greifarm (25; 74) zur Positionierung den Sensor (17; 44; 55; 56) trägt,

b) daß der Aufbau und die Lage des Sensors (17; 44; 55; 56) am Halterungs- oder Greifarm (25; 74) und/oder der Verfahrweg derart gewählt sind, daß der Sensor (17; 44; 55; 56) während des Positionierens eine Bezugskante oder Bezugsfläche (20; 30; 50) des zu bearbeitende Werkstücks (3; 43; 53; 77) erfaßt und

c) daß der Sensor (17; 44; 55; 56) eine Lagemeßeinrichtung (19; R) steuert, weiche entsprechend den Verfahrwegsinkrementen, die nach Erreichen der Bezugskante oder Bezugsfläche (20; 30; 50) ermittelt werden, Signale erzeugt, die einer Einrichtung zugefübjrt werden, die mit Hilfe dieser Signale und einem vorgegebenen Wert aus dem bekannten Abstand der Bezugskante oder Bezugsfläche (20; 30;50) zur Sollpo- sition den Soll-Ist-Wertvergleich (11) im Sinne einer Positi«,nskorrektur beeinflußt.

2. Handhabungssystem n?ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die numerisch.: Steuerung einen Arbeitsspeicher (24) aufweist, in dem ein in Verfahrrichtung über den erwünschten Soliwert hinausgehender den Abstand der Bezugskante oder Bezugsfläche berücksichtigender Differenzwert (32) eingespeichert ist, welcher nach Erfassen der Bezugskante (30) oder der Bezugsfläche (54) durch den Sensor (17; 44), über die Signale der Lagemeßeinrichtung (19) aufgehoben oder abgearbeitet wird.

3. Handhabungssystem nach Anspruch 2, bei dem der Differenzwert (32) in einen an sich bekannten Korrekturspeicher (24) eingebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Istwert-Vergleich durch einen Vergleich sowohl der Signale aus einer Istwertmeßeinrichtung (R) für die laufende Position, als auch der Signale aus der vom Sensor gesteuerten Lagemeßeinrichtung (19) mit den Sollwertsignalen oder den Differenzwertsignalen aus dem Korrekiurspeicher (24) gebildet wird.

4. Handhabungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die LagemeBeinrichtung (19) erst nach dem der Sensor eine Bezugskante oder Bezugsfläche (20; 30) des zu bearbeitenden Werkstückes (3; 43) erfaßt hat, Ausgangssignale abgibt, die ihrer Art nach den Signalen aus der Istwertmeßeinrichtung ^entsprechen.

5. Handhabungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Weginkrement entsprechenden Ausgangssignale, der durch den Sensor (17) gesteuerten Meßeinrichtung (19) einem mehrfachen Wert, der durch die Istwertmeßeinrichtung (R) abgegebenen Signale, für ein gleichgroßes Weginkrement entsprechen.

6. Handhabungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (17) eine mechanische Abtasteinrichtung (18; 44) aufweist

7. Handhabungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Lagemeßeinrichtung (19) ein Differentialresolver (19) ist, dessen Ausgangssignale einem weiteren Resolver (R) als Erregersignale zugeführt sind, und dieser weitere Resolver (R) die Istwert-Positionssignale liefert

8. Handhabungssystem nach Ansprüche oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (18; 44) als Laufrolle (46) oder Laufwalze (44) ausgebildet ist

9. Handhabungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau und/oder die Obersetzung des Differentialresolvers (19) derart gewählt ist, daß sich bei maximaler Toleranz (Fig.3b; c) des Abstandes der Sollwert-Position vom Handhabungssystem noch eine ausreichende Positionskorrektur ergibt

10. Handhabungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfssteuerkreis vorgesehen ist, durch den nach Erfassen der Bezugskante oder Bezugsfläche (20; 30; 50) durch den Sensor (17; 44; 55; 56) die Geschwindigkeit des Achsenantriebes (9) herabgesetzt wird.

11. Handhabungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß der Sensor (55; 56) eine Schalteinrichtung betätigt, weiche bei Erfassen der Bezugskante (50) den Soll-Istwert-Vergleich (11) dahingehend beeinflußt, daß nur noch der zusätzlich eingespeicherte Differenzwert als Sollwert wirksam ist.

12. Handhabungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (17; 44; 55; 56) eine Schalteinrichtung steuert, weiche die rvieBempfindiichkeit der vorhandenen Lagemeßeinrichtung ^umschaltet

13. Handhabungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (44; 55; 56) eine Schalteinrichtung steuert, welche den — beim Erfassen der Bezugskante oder Bezugsfläche (30; 50) — der Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung (11) als Sollwert zugeführten Wert gegen einen gespeicherten Differenzwert (33; 55.^;56^ austauscht, welcher von dem festliegenden Abstand der Bezugskante oder Bezugsfläche (30;50) zum tatsächlichen Soliwert (31; 71) und/oder vom Abstand des Sensors (55; 56).zum positionierenden Teil (41; 57) abhängig ist.

14. Handhabungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (55; 56) eine einfache oder Reflexions-Lichtschranke (60 bis 65) enthält.

15. Handhabungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß für weitere Achsrichtungen jeweils ein weiterer Sensor (46; 56; 81), eine Lagemeßeinrichtung (19; R) und ein gespeicherter Differenzwert (3ü; 55*,) vorgesehen sind.

16. Handhabungssystem zum Positionieren in den Mittelpunkt (71) zwischen zwei Bezugskanten oder Bezugsflächen (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (55; 56) beim Positionieren über die beiden Bezugskanten oder Bezugsflächen (50) hinweggeführt wird, beide Bezugskanten oder Bezugsflächen (50) erfaßt und hierbei ein Mittelpunktwert ermittelt wird.

17. Handhabungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor nach Erreichen der ersten Bezugskante oder Bezugsfläche (68) die Lagemeßeinrichtung (R, 10) betätigt oder umschaltet und nach Erreichen der zweiten Bezugskante (69) derart beeinflußt, daß ihre Ausgangssignale beim Überfahren weiterer gleichgroßer Weginkremente Signalen mit doppelter Wertigkeit entsprechen.

18. Handhabungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (55; 56) nach Erreichen der ersten Bezugskante (68; 72) eine Umschaltung bewirkt, welche in der numerischen Steuerung (2; Fig.2) die Werte für den verbleibenden Restverfahrweg mit dem Differenzwert gegen einen zuvor eingespeicherten Korrekturwert (55y; 56x) austauscht, sowie gleichzeitig den Soll-Istwertvergleich derart beeinflußt, daß eine Bewegung über zwei Weginkremente sich wie eine Bewegung über ein Weginkrement auswirkt und nach Erreichen der zweiten Bezugskante, diese Beeinflussung