DE4211634A1 - Verfahren zur Steuerung eines Industrieautomaten für die Schuhproduktion während der Lernphase - Google Patents

Description

Das Digitalisieren von Bearbeitungskonturen für Schuhbearbeitungsautomaten gehört mit zu den wichtigsten Funktionen solcher Automaten, da einerseits der Digitalisiervorgang von "EDV- ungelernten" Schuhfachmännern durchgeführt werden soll, aber andererseits ein EDV-technisch und mathematisch sehr aufwendiger Vorgang beherrscht werden muß.

Bei z.Z. gängigen Schuhbearbeitungsautomaten für z. B. das Aufrauhen oder Zementieren des Zwickeinschlages oder der Schuhseite müssen die 5- oder 6achsigen Bewegungen des Werkzeugs ähnlich wie beim TEACH-IN eines Roboters explizit vorgegeben werden. Die explizit vorgegebenen Punkte im Maschinenarbeitsraum werden abgespeichert.

Bei diesen Automaten bleibt der Benutzer dem Stand der Technik entsprechend weitgehend ungeführt, d. h. er bekommt von dem Automaten selbst keinerlei aktive Unterstützung um eine sinnvolle und bearbeitungs­ gerechte Digitalisierung der Bearbeitungsbahn zu gewährleisten. Bei fast allen oben angesprochenen Schuhbearbeitungsautomaten ergibt sich nicht nur die Notwendigkeit das Werkzeug der Maschine auf bestimmte Punkte der zu bearbeitenden Schuhkontur zu führen. (Erzeugt werden Raumpunkte, die durch ihre Ordnung in einer Bearbeitungsreihenfolge die Bearbeitungsbahn bilden.) Es müssen noch zusätzliche Anforderungen erfüllt werden. So muß z. B. das Werkzeug oder die Werkzeugachse oft in senkrechter Richtung auf der abzufahrenden Bahn stehen, (Fig. 4) was das Zuordnen von sog. Hilfsachsen zu der Bearbeitungsbahn bedeutet. (4te 5te und evtl. 6te Achse). Auch hier erhält der Maschinenbediener im allgemeinen keine Unterstützung von dem Fertigungsautomaten, so daß z. B. sein gutes Gefühl oder Augenmaß über die Qualität des Arbeitsergebnisses des Fertigungsautomaten entscheidet. Aus diesen Gründen ist es heute z. T. noch üblich daß speziell ausgebildete Mitarbeiter der Schuhautomatenhersteller das Digitalisieren der Bearbeitungskonturen für die Schuhfabriken durchführen müssen.

In EP 0403 149 wird ein Verfahren vorgeschlagen, nach dem der Automat beim Teach-In nach der Übernahme eines Bahnpunktes in ihren Konturspeicher eine fest eingestellte Vorschubbewegung macht, um über den festen Abstand der Bahnpunkte zu gewährleisten daß die Punkte die abzufahrende Bahn genau genug approximieren. Weiterhin kann der Bediener den zu digitalisierenden Bahnpunkten Schalterstellungen zuordnen, die von dem Automaten "gemerkt" werden und beim Reproduzieren der Bahn automatisch wiederholt werden, so daß gewisse Größen über der Bahnkontur einstellbar sind.

In US 45 41 054 wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem erreicht wird, daß alle digitalisierten Punkte der Bearbeitungsbahn einen vorher vom Bediener ein­ gestellten Abstand genau einhalten. Dies geschieht, indem die Achsen des Automaten so verfahren werden, daß der Bezugspunkt des Zeigegeräts immer auf einer Kugel um den zuletzt digitalisierten Punkt liegt. Weiterhin wird mit diesem Verfahren erreicht, daß der Bediener die Vorschubgeschwindigkeit des Automaten von Bahnpunkt zu Bahnpunkt über den vorher von ihm zu wählenden Abstand der Bahnpunkte einstellen kann. Kleiner Abstand der Punkte bedeutet geringe Vorschub­ geschwindigkeit. Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt wie in EP 0403 149 beschrieben darin, daß bei kleinen Krümmungsradien der Bearbeitungsbahn der Abstand der digitalisierten Punkte klein sein muß um die nötige Genauigkeit der Bearbeitung zu erreichen. Dies bedingt aber geringen Vorschub, so daß z. B. die Werkzeugdrehzahl angepaßt werden muß.

Durch die genannten Entwicklungen sind zwar einige Verbesserungen der Bedienerunterstützung erreicht, aber die wesentlichen Aufgaben, wie oben beschrieben, werden nicht gut unterstützt.

Insgesamt kann mit diesen Verfahren keine umfassende oder ausreichende Unterstützung des Maschinenbedieners beim Digi­ talisieren der Bearbeitungsbahn eines Schuh­ bearbeitungsautomaten erreicht werden.

Der in den Ansprüchen 1 bis 4 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den EDV- und maschinen­ baulich ungelernten Bediener des Industrieautomaten so zu unterstützen, daß er ohne besondere Vor­ kenntnisse, nach kurzer Einarbeitungszeit, eine bearbeitungsgerechte Bearbeitungsbahn des Automaten digitalisieren kann und die zur Bearbeitung zusätzlich benötigten Maschineneinstelldaten, der Bearbeitungsbahn zugeordnet eingeben kann.

Erfindungsgemäß wird die oben beschriebene Aufgabe gemäß den Ansprüchen 1-4 gelöst.

Nach der expliziten Vorgabe von Bearbeitungskonturpunkten durch den Bediener in z. B. nur noch zwei Achsen (x, y-Ebene in Fig. 1) werden die folgenden Funktionen automatisch durch einen nach dem vorgestellten Verfahren arbeitenden Fertigungsautomaten erfüllt:

• - automatisches Vorschlagen des nächsten zu digitalisierenden Punktes, entsprechend der bereits zuvor digitalisierten Bahnpunkte. (Zwei- oder dreidimensionale Extrapolation.)
• - automatisches Regulieren und Messen der Achsen, die sich am Werkstück abstützen können; z. B. die in Fig. 1 dargestellte z-Achse, die automatisch das Höhenprofil der Bearbeitungsbahn erfassen kann.
• - automatische Überprüfung der vom Bediener explizit vorgegebenen Bahnpunkte auf ihre "Korrektheit". (Erkennung von sog. Ausreißern.)
• - automatisches Glätten der dreidimensionalen Raumpunktebahn, bevor die zusätzlichen Hilfsachsen berechnet werden.
• - automatische Berechnung der Maschinenhilfsachsen, um die Achsen des Werkzeugs immer senkrecht beziehungsweise parallel zur Werkzeugbahn zu halten.

Mit Hilfe eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung nachstehend anhand der Skizzen noch näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine typische Konfiguration der Maschinensteuerung, die beispielhaft zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Konturbahn mit Vorschlags- und Korrekturpunkten.

Fig. 3 ein beispielhaftes Flußdiagramm zur Steuerung der Bahnpunkteermittlung.

Fig. 4 die Anstellung eines Werkzeuges, z. B. einer Rauhbürste, auf der Bearbeitungskontur Fig. 5 die Lage der Vorschlagspunkte und der korrigierten Punkte der Bearbeitungsbahn.

Fig. 6 die Verteilung der digitalisierten Bahnpunkte mit großem und mit kleinem Abstand zueinander, entsprechend den Krümmungsradien der Bearbeitungsbahn.

Die in Fig. 1 dargestellte Konfiguration kann zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens verändert werden. Es sind weitere hier nicht aufgezeigte Veränderungen der Konfiguration nach Fig. 1 möglich.

Die in Fig. 1 gezeigte Konfiguration soll als beispielhafte Hardwaregrundlage des Ausführungs­ beispiels dienen, anhand dessen das vorgestellte Verfahren näher erläutert wird.

Der Maschinenbediener (9) fährt mit dem Hand­ steuergerät (8) ein Zeigegerät (2) auf den von ihm zu bestimmenden Startpunkt der Kontur auf dem in der Maschine eingespannten Werkstück (1), (hier i. a. ein Schuh oder ein Leisten). Das Zeigegerät enthält in z-Achsen-Richtung ein Wegmeßgerät (7) oder ist mit einem solchen verbunden, wie in Fig. 1 skizzenhaft dargestellt. Das z-Achsen-Wegmeßgerät liefert ein Signal, anhand dessen über einen A/D-Wandler (10) für die Vorschubeinheit (3) in z-Richtung der Maschine eine Verfahranweisung berechnet werden kann. Dadurch kann während des Digitalisiervorgangs der Abstand der z-Achse (6) der Maschine zur Werkstückkontur im Berührpunkt von "Zeigegerät" und Werkstück konstant gehalten werden.

Nachdem der Bediener (9) das "Zeigegerät" (2) auf den Startpunkt (Pk_n-1) gefahren hat, gibt er den Punkt frei zur Übernahme in den Konturspeicher (13). Nach diesem Vorgang gibt der Maschinenbediener einen zweiten Punkt (Pk_n) ein. Danach berechnet entweder die CPU (11) oder die NC (12) einen neuen Punkt (Pv₁), der einen festen Abstand (1) vom zuletzt in den Konturspeicher übernommenen Punkt (Pk_n) hat und der auf der geraden Verlängerung der letzten zwei Konturspeicherpunkte (Pk_n, Pk_n-1) liegt. Das Zeige­ gerät (2) wird nun von der NC (12) auf diesen Punkt gefahren, indem Verfahranweisungen für die x-Achse (4) und die y-Achse (5) berechnet werden. Der Maschinenbediener hat nun die Möglichkeit den von der Maschine vorgeschlagenen Punkt (Pv₁) entsprechend der Kontur des Werkstückes zu korrigieren, indem er das Zeigegerät (2) mit dem Handsteuergerät (8) auf den Korrigierpunkt (Pkor) verfährt. Nachdem der vom Bediener korrigierte Punkt (Pkor) durch ihn zur Übernahme in den Konturspeicher (13) freigegeben wurde, wird von dem Punkt (Pkor) der Abstand (d) zur Verlängerungsgeraden (a) der zwei zuletzt über­ nommenen Punkte (Pk_n, Pk_n-1) berechnet. Liegt der Abstand innerhalb von bestimmten Grenzen, so wird der Punkt in den Konturspeicher (13) übernommen. Ist der Punkt zu weit von der Verlängerungsachse entfernt, so wird der Punkt nicht übernommen und die NC (12) oder die CPU (11) berechnet anhand der beiden zuletzt übernommenen Punkte (Pk_n, Pk_n-1) einen neuen Vor­ schlagspunkt (Pv₂), der jedoch einen geringeren Abstand (1/2) zu dem zuletzt eingegebenen Punkt hat, der aber weiterhin auf der Verlängerungsgeraden (a) der beiden zuletzt eingegebenen Konturspeicherpunkte (Pk_n, Pk_n-1) liegt. Der Maschinenbediener kann nun diesen Vorschlagspunkt ebenfalls wieder korrigieren und diesen Vorschlagspunkt (Kkor₂) zur Übernahme in den Korrekturspeicher (13) freigeben, wo er als neuer Konturpunkt (Pk_n+1) eingetragen wird.

Haben zwei nacheinander in den Konturspeicher übernommene Punkte (Pk_i, Pk_i+1) bereits den kleinen Abstand (1/2) und zwischen dem Vorschlagspunkt (Pv) und dem korrigierten Punkt (Pkor) ist ein Abstand (d), welcher nicht einen bestimmten Grenzwert über­ schreitet, so wird der nächste Vorschlagspunkt (Pv_i) wieder mit großem Abstand (1) zum zuletzt übernommenen Punkt (Pk_i) berechnet. (Die Punkte Pv_i und Pk_i sind nicht in den Skizzen dargestellt.)

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der Abstand zwischen den zwischen den Konturpunkten (Pk) zu ziehende Geraden, nie einen bestimmten Grenzwert zur tatsächlichen Kontur der Bearbeitungsbahn überschrei­ tet. Es werden bei engen Radien (II) der Kontur automatisch enge Schritte gemacht, während bei linearen Konturen (I) große Schritte gemacht werden. Fig 6.

Nachdem auf diese Weise alle Konturpunkte in den Konturspeicher übernommen wurden, wird die Kontur durch einen Glättungsalgorithmus geglättet, wobei evtl. digitalisierte Ausreißer erkannt werden und dem Verlauf der Kontur angepaßt werden.

Auf Grund der digitalisierten Punkte der Konturbahn ist es mit Hilfe eines gängigen Gradierverfahrens möglich, die Konturen für andere Größen des Modells zu berechnen, so daß nicht jede einzelne Kontur jeder Größe des Modells digitalisiert werden muß.

Erst nach dem Glätten der Konturbahn ist es möglich die notwendigen Positionen der Hilfsachsen zu berechnen, indem auf den Verbindungsgeraden der Konturpunkte (Pk) Senkrechte oder Parallele in bestimmten Ebenen errechnet werden und an den Konturpunkten (Pk) vektoriell addiert werden.

Nachdem die Bahnpunkte aller Automatenachsen berechnet wurden, kann die digitalisierte Bear­ beitungsbahn auf einem Bildschirm des Automaten angezeigt werden, indem zwischen den Punkten einfach Geraden gezeichnet werden. Ein über diese Bahn lau­ fender Cursor, kann zum Bestimmen von speziellen Bahnbereichen genutzt werden. Diesen Bahnbereichen können bestimmte technologische Eigenschaften zugeordnet werden. Diese können zum Beispiel die Rotationsgeschwindigkeit des Werkzeuges, die Vorschubgeschwindigkeit, die Auftragsmenge von Klebstoff, der Anpreßdruck oder die Passivkraft des Werkzeugs sein. Die Einstellung der Vorschub­ geschwindigkeit über ein Bild der Konturbahn auf einem Bildschirm der Maschine ist sinnvoll, da dem heutigen Stand der Technik von Maschinen­ steuerungen entsprechend, die Relativgeschwindigkeit des Werkzeuges zum Werkstück in verschiedenen Ebenen, z. B. nur in X, Y Ebene und unabhängig von weiteren Achsenbewegungen frei einstellbar ist und von der Steuerung jeweils von digitalisiertem Punkt zu digitalisiertem Punkt eingehalten werden kann, was die Bearbeitung besonders im Fersen- und Zehenbereich des Schuhes erleichtert.

Das Darstellen der Bearbeitungskontur auf dem Bildschirm macht es weiterhin möglich, daß ebenfalls über den über die Kontur bewegbaren Cursor, bestimmte Bereiche der Bearbeitungsbahn in ihrer Lage im Raum verändert werden können, indem die Koordinaten der digitalisierten Punkte des gewählten Kontur­ abschnittes durch Addition oder Subtraktion von Verschiebungsvektoren geändert werden. Durch diese Maßnahme wird es möglich, etwaige Fehler im Bearbei­ tungsergebnis zu korrigieren, ohne daß neue Kontur­ punkte digitalisiert werden müssen. Dies führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Handhabung von solchen Industrieautomaten.

Claims (1)

1. Verfahren zur Steuerung eines Industrieautomaten für die Schuhproduktion, während der Lernphase, bei dem ein vom Maschinenbediener kontrollierbares Zeigegerät über das Werkstück (hier i. a. ein Schuhleisten) bewegt wird, um die vom Automaten zu reproduzierende Bearbeitungsbahn zu digitalisieren, dadurch gekennzeichnet, daß:

   • 1. Der Automat auf Grund der bereits digitalisierten Bahnpunkte das Zeigegerät selbsttätig auf einen neuen Punkt bewegt, der nahe der zu bearbeitenden Kontur liegt, so daß eine harmonische Fortsetzung der bereits übernommenen Bewegungsbahn gebildet wird und der Maschinenbediener den von dem Automaten vor­ geschlagenen Punkt korrigieren kann und dann der korrigierte Punk in den Konturspeicher des Automaten übernommen werden kann, wobei der Abstand der vom Automaten vorgeschlagenen Bahnpunkte entsprechend des Krümmungsradius der Bearbeitungsbahn dynamisch vergrößert oder verkleinert wird.
   • 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Achsen des Automaten, welche sich über das Zeigegerät am Werkstück abstützen können, vom Automaten selbständig reguliert werden und die Positionen dieser Achsen selbsttätig in den Konturspeicher des Automaten übernommen werden.
   • 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionen der Automaten­ achsen, die zur Anstellung des Werkzeuges in senkrechter oder paralleler Richtung zur Bear­ beitungsbahn dienen, vom Automaten selbständig berechnet werden, ohne daß der Bediener diese Achsen beim Digitalisieren der Bearbeitungsbahn verfahren muß.
   • 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schuhbearbeitung bestimmte Maschinenparameter, wie z. B. Vorschub­ geschwindigkeit, Werkzeugdrehzahl und -Anpreßdruck über ein Programm, bei dem die digitalisierten Punkte der Bearbeitungsbahn auf einem Bildschirm des Automaten angezeigt werden, für spezielle Bereiche der Bearbeitungsbahn individuell eingestellt werden können und daß ebenso über die Darstellung der digitalisierten Punkte der Bearbeitungsbahn auf dem Bildschirm ein bereichsweises Ändern der Bearbei­ tungsbahn zum Korrigieren etwaiger Fehler des Bearbeitungsprozesses möglich ist, ohne daß erneut Bahnpunkte mit Hilfe des Zeigegerätes digitalisiert werden müssen.