CN101801617A - 带有切削刀片的机器人工具和相应的用于加工工件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于加工工件(16)的机器人工具(22)，该机器人工具(22)带有用于与机器人相连接的联接元件，其中，通过保持元件(24)使切削刀片(28)保持在预定的位置中，其中，该保持元件可通过联接元件与机器人相连接。

Description

带有切削刀片的机器人工具和相应的用于加工工件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于加工工件的机器人工具(Roboterwerkzeug)，该机器人工具带有用于与机器人相连接的联接元件。此外，本发明涉及用于加工工件的机器人系统和方法。
背景技术
在较宽的应用范围中已知用于加工工件的机器人工具，例如以用于涂漆、焊接或粘接。但是还存在这样的应用领域，即，在这些应用领域中目前还未利用机器人实施工件的加工，而是仍然经常手动地、即由相应的操作人员用手完成。
因此例如设置，手动地利用锐利的刀片、例如手动利用相应的刀具切断超出工件边缘的保护物的突出部分(Ueberstand)、例如粘接在LCD显示器上的保护片(Schutzfolie)。这种刀具相对较快地变钝并因此必需经常替换。此外，对于在切削过程中刀片折断的情况存在严重的受伤危险。
发明内容
基于现有技术，本发明的目的是，提供用于加工工件的机器人工具、机器人系统以及方法，利用其比过去更快且更准确地实现加工。
该目的根据本发明通过带有权利要求1中所提及的特征的用于加工工件的机器人工具得以实现。
因此本发明涉及开头所提及的那种类型的机器人工具，该机器人工具的特征在于，通过保持元件使切削刀片保持在预定的位置中，并且该保持元件可通过联接元件与机器人相连接。
由此实现这样的机器人工具，即，其尤其精确地将切削工作实施为工件加工。因为切削刀片保持在预定的位置中并且可与机器人合作以机器人运动的准确性而加以使用。
另一优点是，根据本发明的机器人工具具有切削刀片更换器。
通过这种方式保证，可以简单的方式更换可能变得不锐利的切削刀片或者简单地按照周期尤其在一定的使用时间后更换。
同样有利的是，机器人工具的保持元件具有用于切削刀片的检查装置。
通过这种方式正在使用中的切削刀片还可被使用恰好如既定的锐利度(Schaerfe)仍被提供的那样之长的时间。只有当刀片确定不可用时，才相应地进行更换。
根据本发明的机器人工具的有利设计方案的特征在于，切削刀片以弹性的方式与保持装置相连接。
通过这种方式有利地实现公差补偿。如果弹性的容纳例如在一个空间方向上是有效的，则尤其简单地补偿切削棱边处的不平度或待切削的工件处的材料厚度变化或其它不可预见的结果。
根据本发明的机器人工具的切削刀片是热刀片，由此有利地提高切削能力。
此外，根据本发明的机器人工具的改进方案在保持装置处设置其它联接元件。
通过这种方式可将其它加工器具与保持装置相结合并由此结合在根据本发明的机器人工具处。这种其它加工器具例如为带有优点的第二切削刀片，第二切削刀片在需要时尤其快速地供使用。但是还可容易地设想联接其它器具或装置，例如吸持装置或测量装置。
尤其有利的是，夹持装置(Greifvorrichtung)与保持元件相连接、尤其可松开地相连接。
通过这种方式尤其简单地使得根据本发明的机器人工具能够利用夹持装置，首先将待加工的工件带到预定的加工位置中，并接着在无需第二机器人或者根本无需相关机器人处的工具更换的情况下立刻开始工件的加工。尤其当夹持装置可松开地与保持元件相连接时，根据本发明的机器人工具能够使夹持装置保留在工件处。这使得之后以简单的方式重新持握工件成为可能。
当保持元件具有尤其光学的或基于激光的传感器时，实现根据本发明的机器人工具的有利改进方案。
通过这种方式能够使机器人工具利用传感器(例如数字摄影机)拍摄其周围环境的照片并且如此通过分析照片识别其周围环境，以及通过这种方式可考虑在运动行驶中的可能的障碍。
为此还有利地使用传感器，以用于至少通过事先预定的基准点或基准棱边线或在待加工工件处或机器人工作范围中的类似者进行验证。
如此可能尤其简单地确定或确认待加工的工件的正确位置。例如通过寻找工件处的期待或计划部位处的基准点来实现验证。如果在该处未能找到基准点，则利用围绕期待位置的寻找运动来寻找实际的基准点，例如所涂覆的标记或工件处的典型部位。
同样如此良好的是可通过传感器整体测量工件。此外根据本发明设置，利用传感器可识别工件位置并且如有必要的话可利用识别的位置修正机器人的运动程序。
通过这种方式在需要时还可修正工件定位在其工件保持器中时的轻微偏差，即，单独相对于各自的加工过程。
此外，通过带有机器人和根据本发明的机器人工具、带有权利要求14中所提及的特征的机器人系统实现本发明的目的。
因此在这种具有根据本发明的机器人工具的机器人系统中也可以实现所有上述的机器人工具本身具有的优点。
此外，在根据本发明的机器人系统的有利设计方案中在机器人的工作范围中布置有刀片更换器并且机器人工具在需要时与刀片更换器合作。
在本发明对象的这种设计方案中，机器人工具本身免除刀片更换的功能并且可相应地以简化的方式设计。
相应的情况适用于带有这样的刀片检查器具的机器人系统的设计方案，该检查器具布置在机器人工作范围中并且在需要时与机器人工具合作。
最后，通过根据本发明的用于加工工件的、带有权利要求15中所提及的特征的方法同样实现本发明的目的。
相应地，本发明涉及一种利用根据本发明的机器人工具用于加工工件的方法，其特征在于，切削刀片通过机器人系统沿着预定的运动路径运动。
利用该自动化步骤首先可实现加工的一致性和重复性以及由此相应高的质量水平。此外可对应于所使用的刀片优化切削速度，这通常导致实现明显更高的切削能力。此外，机器人的工作范围是安全区，在其中在机器人运行期间无操作人员逗留。由此从一开始排除否则常见的对这些操作人员的伤害或危害的可能性。
通过传感器获得用于运动路径起始点的参考点，由此实现根据本发明方法的有利补充。
通过这种方式对应于恰好待加工的工件的单独位置以尤其简单的方式保证验证运动轨迹或者修正运动路径。
为了改善切削质量在根据本发明的方法中设置，在每次切削之前或/和之后检查切削刀片的状态(例如断裂，弯曲等)。
通过这种方式可以尤其简单的方式转化预定的质量标准的转化。
本发明对象的其它有利设计方案可从其它的从属权利要求中得出。
附图说明
借助于在附图中示出的实施例可进一步解释和描述本发明、有利的设计方案、本发明的改进以及其它优点。其中：
唯一的附图显示了机器人系统的示意图。
具体实施方式
唯一的附图显示了机器人系统10，该机器人系统10带有机器人12、工件台14，在该工件台14上布置有工件16。在示出的示例中机器人12具有机器人脚18以及多轴的机器人臂20，该机器人臂20在其自由端处支撑组合工具22。在此，该组合工具22与未详细示出的机器人臂20的联接凸缘紧固地相连接，以使得机器人12通过简单的运动确定组合工具22的空间位置和取向。
组合工具22利用保持元件24而与机器人臂20相连接。此外，保持元件24作为用于刀片保持器26(刀片28夹住在其中)、用于传感器系统30以及用于吸附夹持装置(Sauggreifvorrichtung)32的基础元件。保持元件24与所有这些部件26，30，32紧固地相连接。
在该附图中如此地示出组合工具22，即，吸附夹持装置32布置成正好与待加工的工具16相对，其中，该工具16已经放置在竖立在地面上的工件台14上的工件保持器34中。此外，在所示的附图中吸附夹持装置32与工件16带有间隔。在工件16的背离工件台14的侧面上，保护片36与相关的工件16的侧面相连接。在该示例中，工件16应为由布置大量单个的太阳能电池而制成的太阳能模块，其中，保护片36应作为用于太阳能电池的保护件而用于其它加工步骤和同样用于可能之后的运输。但是，在所示的示例中该保护片36比相关的工件16的表面更大，从而对于带有工具的机器人来说任务是，沿着限制表面的棱边、尽可能靠近这些棱边来切断保护片。
在机器人的工作范围中以在地面上竖立的方式在工件台14旁边还显示刀片检查器具40以及刀片更换器具42。通过这种方式对于机器人12来说可能的是，在加工工件16期间或者在每次加工工件之前或之后允许检验切削刀片的状态并且如必要的话执行刀片更换。同样在本发明想法内的是，这样的器具40，42以相应合适的形式已布置在组合工具22的保持基础元件24处。在这种情况下有利地省去为了到达刀片检查器具40或刀片更换器具42所必需的机器人臂的不同运动。在示例中显示冷刀片。但是可完全一样使用如对于专业人员来说原理上已知的热刀片。由此提高刀片的使用寿命。
利用所选示例尤其应显示，对于机器人系统10来说通过根据本发明的组合工具22并结合机器人20和其它部件40，42，14的工件16加工保证尤其快速且可靠的工件加工。
利用所示的机器人系统10，以如下方式实施根据本发明的利用组合工具22、用于加工工件16的方法。首先机器人向在该附图中未详细示出的用于未加工的工件的转移工位(Uebergabestation)行进。在该转移工位处，吸附夹持装置32被带到接着待加工的工件上方的位置中、如同在附图中所示的类似的位置中，即，正好在支撑保护片的工件的侧面上方。该示意图显示吸附夹持工具32的侧视图，从而在该视图中只可看到第一和第二吸附夹持器44，根据工件的形状和尺寸、任务分配(Aufgabenstellung)如有可能一个吸附夹持器就足够，但是也可需要明显更多的这种吸附夹持器44，例如六个吸附夹持器，以用于保持可靠地夹持太阳能模块并且同样用于输送。机器人现在使吸附夹持装置32运动直到吸附夹持器44贴靠在工件16的表面处。然后如此地操控吸附夹持器44，即，使得实现吸附作用并且使工件16附着在吸附夹持装置处。
现在通过机器人将工件16从转移位置一直带到工件台14上方的部位。在机器人继续运动时将工件16放置在工件台14的保持装置34中并且断开吸附夹持装置32的吸附作用，以使得从此刻起吸附夹持装置32与工件16断开联结或从工件16上松开。
对于这种方式备选地设置，例如将吸附夹持装置32和基础元件24之间的连接元件46如此地设计为可松开的或可操控的联结器，即，使得在需要时机器人控制器或工具控制器使吸附夹持装置32与基础元件22断开联结或者分离。这意味着，一旦工件16定位在工件保持器34中，则吸附夹持装置32通过与吸附夹持器44和工件的连接而停留，在该工件处通过中间件46处的联结器的断开联结而使整个吸附夹持装置完全断开联结。
在任何情况下，机器人工具22从此刻起能够利用其它装置执行其它工作步骤。首先，使摄影机30通过相应的组合工具/机器人运动而被带到工件16上方的位置中，以使得可利用传感器系统测量整个工件。现在借助于测量点确定工件16在其工件保持器34中的精确位置并且此外计算参考点，该参考点用于精确且单独地为恰好待加工工件在其当前位置中确定、修正或验证利用刀片28所进行的切削运动的起始点。
切削刀片28通过组合工具22的适合的位置变化首先被带到刀片检查器具40并在该刀片检查器具40处运动到检查位置中，以使得器具可执行刀片检查。假设刀片已磨损并且机器人现在使组合工具22运动到刀片更换器具42，在该刀片更换器具42中替换刀片。但是同样在本发明想法内的是，当在组合工具22本身处的相应器具处进行锐利度检查或/和刀片更换，则相应地设计该组合工具22。机器人使刀片28行进到其在工件16附近范围的起始位置中。在定位时注意的是，在切削保护片36时刀片18的运动路径在技术上尽可能优化地伸延，以使得遵照所需的切削速度、切削角等。通过相应的补偿装置(但是在附图中未详细示出)补偿在刀片18的运动过程中例如由于工件16在待切割的棱边处的尺寸不准确性所产生的相对较小的干扰。在这种补偿装置中例如以弹性的方式安置刀片，尤其垂直于刀片切削的切削运动。在所选的示例中，用于沿着棱边(在这些棱边处保护片36突出超过工件16)切削保护片36的运动路径由四个单个的直线分运动组成，从而在结束这四个运动之后沿着棱边绕着工件16行进一次。
在结束切削过程之后，组合工具22的机器人臂20以这种方式再运动到基本在工件16上方的位置中，即，使得摄影机30可摄取工件16的其它图像。通过相应配备的图象处理系统执行切削的质量控制，并且在足够的切削质量情况下，工件16由吸附夹持装置22再次所持握并且从工件台14被带到用于经过加工的工件的转移位置中。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于加工工件的机器人工具，所述机器人工具带有用于与机器人相连接的联接元件，其特征在于，通过保持元件使切削刀片保持在预定的位置中，所述保持元件可通过所述联接元件与所述机器人相连接，并且夹持装置与所述保持元件相连接、尤其可松开地相连接。
2.根据权利要求1所述的机器人工具，其特征在于，所述保持元件具有切削刀片更换器。
3.根据权利要求1或2所述的机器人工具，其特征在于，所述保持元件具有用于所述切削刀片的刀片检查器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具，其特征在于，所述切削刀片以弹性的方式与所述保持装置相连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具，其特征在于，所述切削刀片是热刀片。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具，其特征在于，所述保持装置具有其它联接元件。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具，其特征在于，可通过所述保持装置的相应的操控而分开或/和连接所述夹持装置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具，其特征在于，所述夹持装置是吸附夹持装置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具，其特征在于，所述保持元件具有尤其光学的或基于激光的传感器。
10.根据权利要求9所述的机器人工具，其特征在于，利用所述传感器可在待加工的工件处或在机器人的工作范围中验证至少一个事先预定的基准点或基准棱边。
11.根据权利要求9或10所述的机器人工具，其特征在于，利用所述传感器可测量工件。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的机器人工具，其特征在于，利用所述传感器可识别工件位置并且如有必要的话可利用识别的位置修正机器人的运动程序。
13.一种带有根据权利要求1至12中任一项所述的机器人工具和机器人、用于加工工件的机器人系统。
14.一种利用根据权利要求1至12中任一项所述的机器人工具用于加工工件的方法，其特征在于，切削刀片通过根据权利要求13所述的机器人系统沿着预定的运动路径运动，并且所述机器人利用夹持装置持握待加工的工件并且将所述待加工的工件带到既定的位置处、尤其到工件保持器或工件台处。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过传感器获得起始点或用于运动路径起始点的参考点，并且利用所述传感器测量工件的位置或/和尺寸。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述切削刀片在切削前加热到预定的温度。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其特征在于，在每次切削之前或/和之后检查切削刀片的状态。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其特征在于，按照预定的准则、尤其取决于刀片的状态或者取决于使用时间或切削长度来更换刀片。

Claims (27)

1.一种用于加工工件的机器人工具，所述机器人工具带有用于与机器人相连接的联接元件，其特征在于，通过保持元件使切削刀片保持在预定的位置中，并且所述保持元件可通过所述联接元件与所述机器人相连接。
2.根据权利要求1所述的机器人工具，其特征在于，所述保持元件具有切削刀片更换器。
3.根据权利要求1或2所述的机器人工具，其特征在于，所述保持元件具有用于所述切削刀片的刀片检查器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具，其特征在于，所述切削刀片以弹性的方式与所述保持装置相连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具，其特征在于，所述切削刀片是热刀片。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具，其特征在于，所述保持装置具有其它联接元件。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具，其特征在于，夹持装置与所述保持元件相连接、尤其可松开地相连接。
8.根据权利要求7所述的机器人工具，其特征在于，可通过所述保持装置的相应的操控而分开或/和连接所述夹持装置。
9.根据权利要求7或8所述的机器人工具，其特征在于，所述夹持装置是吸附夹持装置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的机器人工具，其特征在于，所述保持元件具有尤其光学的或基于激光的传感器。
11.根据权利要求10所述的机器人工具，其特征在于，利用所述传感器可在待加工的工件处或在机器人的工作范围中验证至少一个事先预定的基准点或基准棱边。
12.根据权利要求10或11所述的机器人工具，其特征在于，利用所述传感器可测量工件。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的机器人工具，其特征在于，利用所述传感器可识别工件位置并且如有必要的话可利用识别的位置修正机器人的运动程序。
14.一种带有根据权利要求1至13中任一项所述的机器人工具和机器人、用于加工工件的机器人系统。
15.根据权利要求14所述的机器人系统，其特征在于，在所述机器人的工作范围中布置有刀片更换器并且所述机器人工具在需要时与所述刀片更换器合作。
16.根据权利要求14或15所述的机器人系统，其特征在于，在所述机器人的工作范围中布置有刀片检查器具并且所述机器人工具在需要时与所述刀片检查器具合作。
17.一种带有根据权利要求1至10中任一项所述的机器人工具和机器人的机器人系统，其特征在于，在所述机器人的工作范围中布置有磨刀器具并且所述机器人工具在需要时与所述磨刀器具合作。
18.一种利用根据权利要求1至13中任一项所述的机器人工具用于加工工件的方法，其特征在于，切削刀片通过根据权利要求14至17中任一项所述的机器人系统沿着预定的运动路径运动。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，通过传感器获得起始点或用于运动路径起始点的参考点。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述切削刀片在切削前加热到预定的温度。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其特征在于，在每次切削之前或/和之后检查切削刀片的状态。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其特征在于，按照预定的准则、尤其取决于刀片的状态或者取决于使用时间或切削长度来更换刀片。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其特征在于，所述机器人利用夹持装置持握待加工的工件并且将所述待加工的工件带到既定的位置处、尤其到工件保持器或工件台处。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述夹持装置在将工件带到既定位置处之后从机器人工具上松开。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述夹持装置留在工件处。
26.根据权利要求18至25中任一项所述的方法，其特征在于，利用所述传感器测量工件的位置或/和尺寸。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，借助于确定的位置或/和确定的尺寸获得运动路径或者修正计划的运动路径。
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