DE10325895A1

DE10325895A1 - Werkzeug- oder Produktionsmaschine mit Head-up-Display

Info

Publication number: DE10325895A1
Application number: DE10325895A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dirnfeldner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2005-01-05
Also published as: EP1484133A1; EP1484133B1; US20050002151A1; DE502004000940D1; US7296956B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeug- oder Produktionsmaschine, wobei die Maschine einen mittels mindestens einer durchsichtigen Scheibe (4) vom Bediener einsehbaren Arbeitsbereich (1) aufweist, wobei die Scheibe (4) mittels eines Projektionsapparates (3) als Head-up-Display verwendbar ist und solchermaßen dem Bediener Informationen auf der Scheibe (4) visualisierbar sind. Die Vorrichtung schafft somit eine einfache und kostengünstige Möglichkeit dem Bediener eine besonders übersichtliche Darstellung von Informationen über den Produktions- bzw. Fertigungsvorgang und sonstigen auf der Maschine aublaufenden Vorgängen zur Verfügung zu stellen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeug- oder Produktionsmaschine, wobei die Maschine einen mittels mindestens einer durchsichtigen Scheibe vom Bediener einsehbaren Arbeitsbereich aufweist.

Fast jede handelsübliche Werkzeug- oder Produktionsmaschine besitzt heutzutage eine Anzeigeeinheit bzw. eine Bedientafel mit Hilfe derer der Fertigungs- bzw. Produktionsvorgang vor Ort parametriert und überwacht werden kann. Als Anzeigeeinheit wird dabei üblicherweise ein Röhren- oder LCD-Bildschirm eingesetzt. Dieser befindet sich gewöhnlich neben oder vor der Maschine als integraler Bestandteil einer Bedientafel oder ist an einem beweglichen sogenannten Galgen montiert.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass als Anzeigeeinheit ein Head-up-Display verwendet wird. Dabei kann das Headup-Display zusätzlich zur handelsüblichen bestehenden konventionellen Anzeigeeinheit bzw. Bedientafel oder alternativ anstatt der herkömmlichen Anzeigeeinheit bzw. Bedientafel verwendet werden.

Ein Head-up-Display ist eine technische Vorrichtung, mit Hilfe derer Information dem Bediener überlagert dargestellt werden können. Dabei wird das darzustellende Bild in eine durchsichtige Scheibe eingespiegelt, so dass sowohl das Bild, als auch der Hintergrund gleichzeitig sichtbar wird. Head-up-Displays kommen schon seit längerer Zeit in Flugzeugen zum Einsatz und befinden sich gerade in der Fahrzeugtechnik in der Einführungsphase.

Der Arbeitsraum von Werkzeug- oder Produktionsmaschinen ist in der Regel gekapselt und mit mindestens einer Schutztür versehen. Der Arbeitsraum ist dabei in der Regel durch Sicht fenster bzw. durchsichtige Scheiben vom Bediener zu Kontrollzwecken einsehbar. Diese Sichtfenster ermöglichen somit die Überwachung des Fertigungs- bzw. Produktionsvorgangs durch den Bediener. Werden nun eines oder mehrere dieser Sichtfenster oder eine sonstige durchsichtige Abtrennung z.B. aus Glas oder durchsichtigen Kunststoff zum Arbeitsraum der Maschine als Head-up-Display verwendet, so ermöglicht die transparente Darstellung eine enge Bindung der dargestellten Information mit den im Hintergrund sichtbaren Arbeitsraum der Maschine. Diese Konzept eignet sich insbesondere besonders gut für innovative Ansätze bei Inbetriebnahme-, Fertigungs-, Produktions-, Diagnose- und Service-Vorgängen. Dabei besteht die Anforderung, Informationen möglichst gut in Verbindung zu Abläufen im Arbeitsraum der Maschine darzustellen. Durch eine sogenannte kontakt-analoge Darstellung können Informationen visualisiert werden, die in direktem Zusammenhang mit der durch sich überlagernden Umgebungsinformation stehen. Ein besonders hoher Vorteil kann gegebenenfalls durch eine räumlich holographische Darstellung erzielt werden, bei den die Anzeige optisch in den Arbeitsraum der Maschine eindringt und somit mit der Realität verschmilzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe eines Head-up-Displays dem Bediener eine besonders übersichtliche Darstellung von Informationen über den Fertigungs- bzw. Produktionsvorgang und sonstigen auf der Maschine ablaufenden Vorgängen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird für eine Werkzeug- oder Produktionsmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Scheibe mittels eines Projektionsapparates als Head-up-Display verwendbar ist und solchermaßen dem Bediener Informationen auf der Scheibe visualisierbar sind.

Durch die Integration eines Head-up-Displays in bestehende Maschinenkomponenten kann quasi die Anzeigeeinheit bzw. Bedientafel mit der Maschine verschmelzen. Durch die Platzer sparnis und die Reduzierung der Komponenten lässt sich somit eine besonders kostengünstige Realisierung einer Anzeige- bzw. Bedientafel realisieren. Die Möglichkeit dem Bediener Informationen mit Hilfe der Head-up-Display-Technik in den Maschinenraum einzublenden ermöglicht grundlegende Innovation im Bereich der Inbetriebnahme, Produktion, Diagnostik und Service. So können beispielsweise Hinweise zu Fehlern beim Fertigungs- bzw. Produktionsvorgang direkt dort eingeblendet werden, wo sie aufgetreten sind. Weiterhin können Arbeitsanweisungen schrittweise bzw. arbeitsschrittabhängig direkt an der Maschine dargestellt werden, so dass diese wesentlich leichter nachvollzogen werden können als es bei einer abstrakten Darstellung an einem herkömmlichen Bildschirm der Fall wäre.

Weiterhin zeichnet sich ein Head-up-Display gegenüber den vorher beschriebenen konventionellen Anzeigeeinheiten bzw. Bedientafeln durch seine besonders hohe Robustheit gegenüber den oft in der Fertigungstechnik vorkommenden problematischen Umweltbedingungen aus.

Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Visualisieren von Informationen, vom Bediener auch Daten und Befehle zur Steuerung der Maschine über die Scheibe eingebbar sind. Wenn der Head-up-Display neben den reinen Darstellungen von Informationen auch in der Lage ist, Daten und Befehle zur Steuerung der Maschine zu erfassen, kann mittels des Head-up-Displays die herkömmliche Bedientafel ersetzt werden.

In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die vom Bediener eingegebenen Daten und Befehle über mindestens eine Kamera oder mittels einer berührungsempfindlichen Scheibe erfassbar sind. Die eingegebenen Daten und Befehle können solchermaßen besonders sicher erfasst werden.

Ferner erweist es sich als vorteilhaft wenn der Projektionsapparat an der Maschinenaußenseite angebracht ist, da an der Maschinenaußenseite keine so ungünstigen Umweltbedingungen für die Funktionsfähigkeit des Projektionsapparates z.B. hinsichtlich Verschmutzung gegeben sind, wie an der Maschineninnenseite.

Weiterhin er weist es sich als vorteilhaft, wenn als Informationen Betriebsparameter und/oder Arbeitsanweisungen und/oder die graphische Visualisierung von Simulationsergebnissen und/oder die graphische Visualisierung von Arbeitsabläufen vorgesehen sind. Solche Informationen sind für ein Verständnis und Kontrolle des Fertigungs- bzw. Produktionsvorgangs für den Bediener von hohem Interesse.

Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn vom Head-up-Display eine räumliche holographische Darstellung, die virtuell in den Arbeitsraum der Maschine eindringt, erzeugbar ist. Durch eine räumliche holographische Darstellung, die virtuell in den Arbeitsraum der Maschine eindringt, ist dem Bediener eine besonders übersichtliche optische Kontrolle und Darstellung des Fertigungs- bzw. Produktionsvorgangs möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine und

2 eine Darstellung des Head-up-Displays.

In 1 ist in Form eines Ausführungsbeispiels eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine dargestellt. Der Arbeitsraum 1 der Maschine, in dem der eigentliche Fertigungs- bzw. Produktionsvorgang stattfindet ist im geschlossenen Zustand durch die Schiebetür 2 vom Bediener der Maschine getrennt. In 1 ist die Maschine mit geöffneter Schiebetür 2 dargestellt.
Mittels einer Bedientafel 10 kann die Maschine Vorort bedient werden.
In die Schiebetür 2 ist eine durchsichtige Scheibe 4, die in dem Ausführungsbeispiel aus Glas besteht, eingelassen. Bei geschlossener Schiebetür 2 ermöglicht die Scheibe 4 den Bediener, die Sicht auf den Arbeitsraum 1. Über der Scheibe 4 befindet sich an der Maschinenaußenseite der Schiebetür 2 ein Projektionsapparat 3. Mit Hilfe des Projektionsapparates 3 wird auf die durchsichtige Scheibe 4 das darzustellende Bild eingespiegelt, so dass sowohl das Bild, als auch der Hintergrund einem Betrachter gleichzeitig sichtbar wird.
In 2 ist beispielhaft bei geschlossener Schiebetür 2 und angeschaltetem Projektionsapparat 3, die einem Betrachter sich bietende Sicht durch die Scheibe 4 auf den Arbeitsraum 1 dargestellt. Die Bezugszeichen 2, 3 und 4 stimmen mit den aus 1 überein. Durch die Scheibe 4 ist das eingespannte Fräswerkzeug 10 sowie das zu bearbeitende Werkstück 11 erkennbar. aber den Projektionsapparat 3 wird nun auf die Scheibe 4 dem Bediener zusätzliche Informationen eingespiegelt. In den Ausführungsbeispiel wird dem Bediener ein virtuelles Informationsfeld 5, welches schrittweise die Arbeitsabläufe anzeigt, eingespiegelt. Über die vom Projektionsapparat 3 eingespiegelten Pfeile 6, 8 dem eingespiegelten Ausschnitt 7 sowie der eingespiegelten Bemaßung 12, wird dem Bediener der nächste Produktionsschritt dargestellt, der in dem Ausführungsbeispiel aus dem Ausfräsen einer Nut im Werkstück 11 besteht. Anhand dieser virtuell eingespiegelten übersichtlichen Information kann der Betrachter den Fertigungs- bzw. Produktionsvorgang mit hoher Zuverlässigkeit auf einfache Art und Weise überwachen.
Besonders vorteilhaft ist es wenn zusätzlich auf die Scheibe 4, mittels des Projektionsapparates 3, eine räumliche holographische Darstellung eingespiegelt wird, bei dem die Darstellung optisch in den Arbeitsraum 1 der Maschine eindringt und solchermaßen mit den physikalisch vorhandenen Maschinenelementen und/oder Werkstücken optisch verschmilzt. Auf diese Weise ist dem Bediener insbesondere bei Inbetriebnahme-, Diagnose- und Servicevorgängen aber auch während des normalen Fertigungs- bzw. Produktionsvorgangs eine sehr übersichtliche Kontrollmöglichkeit gegeben.
Zusätzlich wird im Ausführungsbeispiel mittels des Projektionsapparates 3 auch noch ein virtuelles Tastaturfeld 9 auf die Scheibe 4 eingespiegelt. Bedienhandlungen am virtuellen Tastaturfeld 9 werden optisch z.B. mittels einer in den Projektionsapparat 3 integrierten Kamera erfasst und der Steuerung der Maschine zur Verfügung gestellt. Mittels des Eingabefeldes 9 und gegebenenfalls noch weiteren Eingabefeldern, die der Übersichtlichkeit halber in 2 nicht mehr dargestellt sind, lässt sich die Maschine Vorort vom Bediener steuern.
Selbstverständlich können die Bedienhandlungen bei einem oder mehreren virtuellen Tastaturfeldern alternativ auch mittels einer berührungsempfindlichen Scheibe erfasst werden, wobei die Scheibe des Sichtfensters vorteilhaft gleich als berührungsempfindliche Scheibe ausgeprägt sein kann. Weiterhin sind selbstverständlich auch noch andere virtuelle Eingabemittel (z.B. virtuelle Maus) als das im Ausführungsbeispiel verwendete virtuelle Tastaturfeld denkbar.
Der aus der Scheibe 4 und dem Produktionsapparat 3 gebildete Head-up-Display kann entweder optional, wie in 1 dargestellt, zur Bedientafel 10 vorhanden sein oder die Bedientafel 10 komplett ersetzen, so dass diese entfallen kann.
Die Größe des Displays ist bei Head-up-Technik im wesentlichen nur durch die zur Verfügung stehende Projektionsfläche d.h. die Größe der Scheibe beschränkt. Dadurch ergibt sich eine große Flexibilität bezüglich der Größe der Anzeige, der Art der Anzeige und der Menge der gleichzeitig dargestellten Informationen. Eine Skalierung der Anzeige gemäß den Anforderungen der Maschine und der Wünsche des Kunden ist problemlos möglich.
Selbstverständlich können mit Hilfe des Head-up-Displays auch im Vorfeld extern erzeugte Simulationsergebnisse eingespielt werden und solchermaßen im Arbeitsraum der Maschine der Produktionsvorgang visuell kontrolliert werden. Eventuell vorhandene Fehler sind somit leicht erkennbar.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass als Werkzeugmaschinen z.B. ein- oder mehrachsige Dreh-, Fräs-, Bohr- oder Schleifmaschinen zu verstehen sind. Zu den Werkzeugmaschinen werden auch noch Bearbeitungszentren, lineare und rotatorische Transfermaschinen, Lasermaschinen oder Wälz- und Verzahnmaschinen gezählt. Allen gemeinsam ist, dass ein Material bearbeitet wird, wobei diese Bearbeitung mehrachsig ausgeführt werden kann. Zu den Produktionsmaschinen werden z.B. Textil-, Kunststoff-, Holz-, Glas-, Keramik- oder Steinbearbeitungsmaschinen gezählt. Maschinen der Umformtechnik, Verpackungstechnik, Drucktechnik, Fördertechnik, Pumpentechnik, Lüftertechnik, Hebewerkzeuge sowie Roboter gehören ebenfalls zu den Produktionsmaschinen.

Claims

Werkzeug- oder Produktionsmaschine, wobei die Maschine einen mittels mindestens einer durchsichtigen Scheibe (4) vom Bediener einsehbaren Arbeitsbereich (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe mittels eines Projektionsapparates (3) als Head-up-Display verwendbar ist und solchermaßen dem Bediener Informationen auf der Scheibe (4) visualisierbar sind.
Werkzeug- oder Produktionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Visualisieren von Informationen, vom Bediener auch Daten und Befehle zur Steuerung der Maschine über die Scheibe (4) eingebbar sind.
Werkzeug- oder Produktionsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Bediener eingegebenen Daten und Befehle über mindestens eine Kamera oder mittels einer berührungsempfindlichen Scheibe (4) erfassbar sind.
Werkzeug- oder Produktionsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsapparat (3) an der Maschinenaußenseite angebracht ist.
Werkzeug- oder Produktionsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Informationen Betriebsparameter und/oder Arbeitsanweisungen und/oder die graphische Visualisierung von Simulationsergebnissen und/oder die graphische Visualisierung von Arbeitsabläufen vorgesehen sind.
Werkzeug- oder Produktionsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Head-up-Display eine räumliche holographische Darstellung, die virtuell in den Arbeitsraum (1) der Maschine eindringt, erzeugbar ist.