Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Fabrikationsanlage mit numerisch gesteuerten Bearbeitungseinrichtungen, mit den Bearbeitungseinrichtungen einzeln zugeordneten Steuereinheiten, mit Werkzeugen zur Komplettbearbeitung von Werkstücken, mit Magazinen zur Aufbewahrung der Werkzeuge und der Werkstücke, mit den Bearbeitungseinrichtungen zugeordneten Handhabungsgeräten für die Beschickung der Bearbeitungseinrichtungen mit Werkstücken und für den Werkzeugaustausch sowie mit Messzellen zur Prüfung des Zustandes der Werkstücke bzw. Werkzeuge.
Das Ziel der Erfindung ist es, im Zusammenhang mit der Überwachung und Steuerung des Produktionsablaufs einer derartigen Fabrikationsanlage ein leistungsfähiges System für den Informationsfluss zwischen den verschiedenen Anlageeinheiten und den Werkstücken bzw. Werkzeugen zu schaffen, welches in verhältnismässig einfacher Weise eine flexible, insbesondere auftragsbezogene Fertigung mit vielen verschiedenen Werkstücken in kleinen Losgrössen ermöglicht. Insbesondere hat die Erfindung ein verbessertes Informationssystem zum Ziel. Ferner soll das Informationssystem auch geeignet sein, auf dem Wege der Identifikation auch andere, z.B. die Fertigung steuernde Informationen zu übertragen.
Dieses Ziel lässt sich dadurch erreichen, dass erfindungsge mäss die Werkstücke und die Werkzeuge für den Einsatz in den Bearbeitungseinrichtungen und den Messzellen einzeln oder gruppenweise auf einheitlichen Trägern montiert sind, welche in die Bearbeitungseinrichtungen positionsgerecht einspannbar sind und auf welchen die Werkstücke auf ihrem Weg durch die Fabrikationsanlage bis zur vollständigen Bearbeitung verbleiben, dass die Träger der Werkstücke und diejenigen der Werkzeuge mit elektronischen Datenspeichern versehen sind, in denen Daten zum Identifizieren der Werkstücke bzw.
Werkzeuge und Daten zum Steuern des automatischen Fertigungsablaufs speicherbar sind, dass die Handhabungsgeräte und Messzellen mit zum Ablesen der gespeicherten Daten geeigneten Datenverarbeitungsgeräten ausgerüstet sind, und dass die Datenverarbeitungsgeräte mit den jeweils zugeordneten Steuereinheiten der Bearbeitungseinrichtungen kommunikativ verbunden sind.
Mit den erfindungsgemässen Massnahmen lässt sich der Datenverbund im gesamten Informationsnetz der Fabrikationsanlage lückenlos schliessen.
Der Einsatz von einheitlichen Werkstück- bzw. Werkzeugträgern, welche mechanische Positionierungshilfen aufweisen, bildet eine günstige Voraussetzung für die Anwendung des erfindungsgemässen Identifikationssystems. Dabei kann es sich insbesondere bei den Werkstückträgern um solche für einzelne Werkstücke oder um solche, z.B. Paletten, für eine Gruppe von gleichartigen Werkstücken handeln.
Im Gegensatz zu bisherigen Systemen, welche in bezug auf den Standort der Werkstücke und Werkzeuge mit Platzkodierung arbeiten, sind beim erfindungsgemässen System die Werkstücke und Werkzeuge selbst eindeutig identifizierbar. Dieser Umstand erhöht nicht nur die Sicherheit gegen Verwechslungen bei der gegenseitigen Zuordnung der Daten und der betreffenden Werkstücke bzw. Werkzeuge, sondern ermöglicht auch eine ungeordnete Ablage der Werkstücke und Werkzeuge in den betreffenden Magazinen.
Die eindeutige Identifizierung der Komponenten (Werkstücke und/oder Werkzeuge) bildet die Grundlage dafür, dass den einzelnen Komponenten zusätzliche Informationen, insbesondere solche zur Steuerung der Fertigung, mitgegeben werden können. Werkstück- bzw. Werkzeugträger, welche entsprechende Daten mit sich führen und diese bei Bedarf der Steuerung übermitteln können, ermöglichen erst ein vollautomatisches Arbeiten im Verbund von einzelnen Fertigungszellen.
Vorzugsweise sind Datenspeicher vorgesehen, welche es ermöglichen, die gespeicherten Daten während des Fabrikationsvorganges zu verändern, also beispielsweise die Daten eines Werkstücks jeweils dem aktuellen Stand der Bearbeitung anzupassen. Zu diesem Zweck kann jedes Datenverarbeitungsgerät ausser einem Lesekopf, einen Schreibkopf und eine den Lesezyklus und den Schreibzyklus steuernde Steuer- und Auswerteeinrichtung aufweisen.
Voraussetzung für einen störungsfreien Betrieb ist die Sicherheit der Datenübertragung. Mit Rücksicht auf den oft rauhen Betrieb im Bereich von Bearbeitungseinrichtungen mit deren Störeinflüssen von \l, Spänen und Kühlmitteln ist von Vorteil, für die Datenübertragung ein System mit berührungsfreier Datenübertragung vorzusehen, wozu sich ein drahtloses Trägerfrequenzsystem besonders gut eignet.
Hinsichtlich der Energieversorgung der Datenspeicher ergibt sich eine vorteilhafte Lösung dadurch, dass Datenspeicher mit energiefreier Speicherung eingesetzt und Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen die Energie, welche die Datenspeicher für die Datenübertragung benötigen, vom Datenverarbeitungsgerät auf den jeweils angesteuerten Datenspeicher drahtlos übertragen wird. Halbleiterspeicher dieser Art sind kostengünstig und zudem verhältnismässig klein und überall leicht zu montieren. Für die Energieübertragung ist mit Vorteil ein induktives Wechselfeld vorgesehen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
Gezeigt ist eine Fertigungszelle. Diese umfasst eine Bearbeitungseinrichtung 1, welcher eine Steuereinheit 2 und ein Handhabungsgerät 3 zugeordnet ist, sowie einen gesamthaft mit 4 bezeichneten Messplatz. Die Steuereinheit 2 und das Handhabungsgerät 3 sind durch eine Datenleitung 5 miteinander verbunden, und die Steuereinheit 2 und der Messplatz 4 sind durch je eine Datenleitung 6 bzw. 7 an eine Ringleitung 8 angeschlossen. Die Ringleitung 8 ist mit einem Datenbus 9 (z.B. in einem unter der Bezeichnung "Ethernet" bekannten Datenübertragungssystem) kommunikativ verbunden, an welchen ausserdem z.B. ein Prozessplanungssystem (PPS) 10, eine DNC-Steuereinheit 11 und eine CAD-Einheit 12 angeschlossen sind. Die DNC-Steuereinheit 11 dient der direkten Übermittlung von Steuerdaten an die Ringleitung 8 und damit an die Fertigungszelle.
An den Datenbus 9 können weitere Fertigungszellen über eine separate Ringleitung und eine DNC-Steuereinheit angeschlossen sein.
Das Werkstück 13 ist auf einem einheitlichen Träger 14 montiert, welcher an jeder Stelle, an der sich das Werkstück 13 zum Lagern, Vermessen und Bearbeiten aufhält, z.B. auf einem Spannvorrichtung 15 am Messplatz 4 und am Spannfutter 16 der Bearbeitungseinrichtung 1, positionsgerecht einspannbar ist. Der Träger 14 ist mit einem Datenträger 17 versehen, in welchem die zur Identifizierung des Werkstücks 13 erforderlichen Daten und allfällige weitere Daten gespeichert sind.
Aufgrund eines Bearbeitungsauftrags wird das dafür vorgesehene Werkstück 13 in hier nicht näher beschriebener Weise dem Messplatz 4 zugeführt, an welchen auch die im Auftrag spezifizierten Daten (wie Werkstückbezeichnung, NC-Programm-Bezeichnung usw.) übertragen werden. Am Messplatz 4 findet die sogenannte Voreinstellung des Werkstücks 13 statt. Dabei wird mit Hilfe eines ein Datenverarbeitungsgerät enthaltenden Messgerätes 20 die Position des Werkstücks bezüglich seines Trägers 14 bzw. der Versatz desselben gegenüber einem dem Träger 14 zugeordneten Bezugssystem festgestellt. Die Messdaten werden zusammen mit den oben genannten Auftragsdaten in dem am Werkzeugträger 14 befindlichen Datenträger 17 gespeichert. Damit sind die Messdaten einem bestimmten, identifizierbaren Werkstück fest zugeordnet, und diesbezügliche Verwechslungen sind daher ausgeschlossen.
Hierauf gelangt das Werkstück in ein dafür vorgesehenes Magazin (nicht dargestellt).
Zu Beginn eines Arbeitsprogramms wird das mit Werkstücken beladene Magazin (nicht dargestellt) an einen Platz gefahren, an dem es durch den beweglichen Greifarm 18 des Handhabungsgerätes 3 oder durch denjenigen eines anderen Handhabungsgerätes erreichbar ist. Das Handhabungsgerät 3 ist mit einem Datenverarbeitungsgerät 19 ausgerüstet, dessen Lesekopf beispielsweise mit dem beweglichen Greifarm 18 verbunden ist. In einem Initialisierungslauf fährt der Lesekopf sämtliche Lagerpositionen im Magazin an und liest die in den Datenträger 17 gespeicherten Daten in den Arbeitsspeicher seines Datenverarbeitungsgerätes 19.
Die Steuereinheit 2 der Bearbeitungseinrichtung 1 kann nun über die Schnittstelle zum Handhabungsgerät 3 direkt die Bezeichnung des benötigten Werkstücks 13 aufrufen, worauf das Handhabungsgerät 3 das be treffende Werkstück aus dem Magazin holt und der Bearbeitungseinrichtung 1 zuführt. Das dem Handhabungsgerät 3 zugeordnete Datenverarbeitungsgerät 19 transferiert während der Übergabe des Werkstücks 13 die im Datenträger 17 zusätzlich gespeicherten Daten an die Steuereinheit 2 weiter, wobei anhand der mitgeführten NC-Programm-Bezeichnung aus den in der Steuereinheit 2 gespeicherten NC-Programmen das für die Bearbeitung des Werkstücks 13 benötigte NC-Programm ausgesucht und zur Steuerung der Bearbeitungseinrichtung 1 eingesetzt wird.
Grundsätzlich in gleicher Weise kann mit den für die Bearbeitung der Werkstücke benötigten Werkzeugen verfahren werden.
Das Werkstück 13, das nach seiner Bearbeitung in der Bearbeitungseinrichtung 1 einer oder mehreren weiteren Bearbeitungseinrichtungen zuzuführen ist, kann zwischenzeitlich magaziniert werden. Vorzugsweise wird dabei das Werkstück zunächst wieder an den Messplatz 4 oder einen anderen Messplatz befördert, wo das Werkstück 13 erneut vermessen wird und die neuen Messdaten in den Datenträger 17 an seinem Träger 14 gelesen werden. Auch in dieser Phase können im Datenträger 17 zusätzliche, z.B. die Weiterbearbeitung des Werkstücks 13 betreffende Daten gespeichert werden.
The present invention relates to an automatic manufacturing system with numerically controlled processing devices, with the processing devices individually assigned control units, with tools for the complete processing of workpieces, with magazines for storing the tools and the workpieces, with the handling devices assigned to the processing devices for loading the processing devices with workpieces and for tool exchange and with measuring cells to check the condition of the workpieces or tools.
The aim of the invention is to provide, in connection with the monitoring and control of the production process of such a manufacturing plant, a powerful system for the flow of information between the various plant units and the workpieces or tools, which in a relatively simple manner has flexible, in particular order-related production many different workpieces in small batch sizes. In particular, the invention aims at an improved information system. Furthermore, the information system should also be suitable to identify others, e.g. to transfer information controlling the production.
This goal can be achieved in that, according to the invention, the workpieces and the tools for use in the processing devices and the measuring cells are mounted individually or in groups on uniform supports, which can be clamped in the processing devices in the correct position, and on which the workpieces pass through Manufacturing plant until complete processing remains that the carrier of the workpieces and those of the tools are provided with electronic data memories in which data for identifying the workpieces or
Tools and data for controlling the automatic production sequence can be stored, that the handling devices and measuring cells are equipped with data processing devices suitable for reading the stored data, and that the data processing devices are communicatively connected to the respectively assigned control units of the processing devices.
With the measures according to the invention, the data network in the entire information network of the manufacturing plant can be closed completely.
The use of uniform workpiece or tool carriers which have mechanical positioning aids forms a favorable prerequisite for the use of the identification system according to the invention. In particular, the workpiece carriers can be those for individual workpieces or such, e.g. Pallets, act for a group of similar workpieces.
In contrast to previous systems, which work with location coding with regard to the location of the workpieces and tools, the workpieces and tools themselves can be clearly identified in the system according to the invention. This circumstance not only increases the security against confusion in the mutual assignment of the data and the relevant workpieces or tools, but also enables a disordered storage of the workpieces and tools in the relevant magazines.
The clear identification of the components (workpieces and / or tools) forms the basis for the fact that the individual components can be given additional information, in particular that for controlling the production. Workpiece or tool carriers, which carry the corresponding data with them and can transmit them to the control system if required, only enable fully automated work in the combination of individual production cells.
Data memories are preferably provided which make it possible to change the stored data during the manufacturing process, that is to say, for example, to adapt the data of a workpiece to the current status of the processing. For this purpose, each data processing device can have, in addition to a read head, a write head and a control and evaluation device which controls the read cycle and the write cycle.
The security of data transmission is a prerequisite for trouble-free operation. In view of the often harsh operation in the area of processing devices with their interference from \ l, chips and coolants, it is advantageous to provide a system with contact-free data transmission for data transmission, for which a wireless carrier frequency system is particularly suitable.
With regard to the energy supply of the data storage device, an advantageous solution results from the fact that data storage devices with energy-free storage are used and devices are provided with which the energy which the data storage devices need for the data transmission is wirelessly transmitted from the data processing device to the respectively controlled data storage device. Semiconductor memories of this type are inexpensive and also relatively small and easy to install anywhere. An inductive alternating field is advantageously provided for the energy transmission.
In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically.
A manufacturing cell is shown. This includes a processing device 1, to which a control unit 2 and a handling device 3 are assigned, as well as a measuring station, designated overall by 4. The control unit 2 and the handling device 3 are connected to one another by a data line 5, and the control unit 2 and the measuring station 4 are each connected to a ring line 8 by a data line 6 and 7, respectively. The ring line 8 is communicatively connected to a data bus 9 (e.g. in a data transmission system known as "Ethernet"), on which, for example, a process planning system (PPS) 10, a DNC control unit 11 and a CAD unit 12 are connected. The DNC control unit 11 is used for the direct transmission of control data to the ring line 8 and thus to the production cell.
Further production cells can be connected to the data bus 9 via a separate ring line and a DNC control unit.
The workpiece 13 is mounted on a unitary carrier 14, which is located at every point where the workpiece 13 is for storage, measurement and processing, e.g. on a clamping device 15 at the measuring station 4 and on the chuck 16 of the processing device 1, can be clamped in the correct position. The carrier 14 is provided with a data carrier 17 in which the data required for identifying the workpiece 13 and any other data are stored.
On the basis of a machining job, the workpiece 13 provided for this purpose is fed to the measuring station 4 in a manner not described in more detail here, to which the data specified in the job (such as workpiece name, NC program name, etc.) are also transmitted. The so-called presetting of the workpiece 13 takes place at the measuring station 4. The position of the workpiece with respect to its carrier 14 or the offset thereof with respect to a reference system assigned to the carrier 14 is determined with the aid of a measuring device 20 containing a data processing device. The measurement data are stored together with the above-mentioned order data in the data carrier 17 located on the tool carrier 14. This means that the measurement data are permanently assigned to a specific, identifiable workpiece, and there is no risk of confusion.
The workpiece then arrives in a magazine provided for this purpose (not shown).
At the beginning of a work program, the magazine (not shown) loaded with workpieces is moved to a place where it can be reached by the movable gripping arm 18 of the handling device 3 or by that of another handling device. The handling device 3 is equipped with a data processing device 19, the reading head of which is connected, for example, to the movable gripping arm 18. In an initialization run, the reading head moves to all storage positions in the magazine and reads the data stored in the data carrier 17 into the working memory of its data processing device 19.
The control unit 2 of the processing device 1 can now call up the designation of the required workpiece 13 directly via the interface to the handling device 3, whereupon the handling device 3 retrieves the workpiece concerned from the magazine and feeds the processing device 1. The data processing device 19 assigned to the handling device 3 transfers the data additionally stored in the data carrier 17 to the control unit 2 during the transfer of the workpiece 13, using the NC program designation carried out to process the NC programs stored in the control unit 2 of the workpiece 13 required NC program is selected and used to control the machining device 1.
The tools required for machining the workpieces can basically be used in the same way.
The workpiece 13, which after its processing in the processing device 1 is to be fed to one or more further processing devices, can be stored in the meantime. Preferably, the workpiece is first conveyed back to the measuring station 4 or another measuring station, where the workpiece 13 is measured again and the new measuring data are read into the data carrier 17 on its carrier 14. In this phase too, additional, e.g. data relating to the further processing of the workpiece 13 are stored.