CN113134878A - 用于加工工件的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于加工工件的设备，所述工件优选至少部段地由木头、木质材料、塑料等构成，所述设备包括：至少一个加工装置，以用于加工所述工件；传送装置，以用于引起在至少一个加工装置和所述工件之间的相对运动；至少一个非接触式距离传感器，所述非接触式距离传感器设立为用于，能够测量距所述工件的表面的距离，其特征在于，至少一个非接触式距离传感器设立为用于以+/‑0.01mm或更精确的测量精度来测量所述距离，和/或具有三角测量传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于加工工件的设备，所述工件优选至少部段地由木头、木质材料、塑料等构成。此外，本发明还涉及一种相应的方法。
背景技术
在加工例如由木头、木质材料、塑料等制成的工件时，需要精确地确定在加工刀具与工件之间的相对位置。为了该目的常见的是，设有探头元件，例如探头辊，所述探头元件以探测的方式接触相应的工件，并且以这种方式确保：相应的加工单元被置于对于加工适合的位置处。
该方式在实践中已得到证实。然而，由于在探头元件与工件之间的物理接触会导致在相应的工件表面上的损坏或痕迹。此外，仅能直至特定的压纹深度探测结构化的表面。此外，在高的速度下也会发生质量损失，以及尤其还有对表面的损坏。
此外还已知的是，利用非接触式工作的距离传感器来确定在加工单元与工件之间的相对关系。因此，例如EP 1 038 644 B1公开了这种类型的加工设备，其中设有光学传感器，所述光学传感器测量关于工件的距离，以便在该基础上确定铣削单元或铣刀关于工件的相对位置。然而已示出的是，这种加工设备通常不提供足够高质量的加工结果，尤其在不同的工件表面的光泽度或粗糙度变化的情况下如此。
发明内容
本发明所基于的目的是，提供一种用于加工工件的开始提及的类型的设备，所述设备能够在简单的结构下实现高质量的加工结果，尤其在工件表面变化的情况下也如此。此外，本发明的目的是，提供一种用于加工工件的相应的方法。
所述目的根据本发明通过一种用于加工工件的设备以及一种用于加工工件的方法来实现。在本文中给出本发明的特别优选的改进方案。
本发明基于以下认知：在现有技术中使用的非接触式距离传感器阻碍了达到期望的质量水平。在该背景下，根据本发明提出，在这种加工设备中，至少一个非接触式距离传感器设立为，以+/-0.01mm或更精确的测量精度来测量所述距离。替选地或附加地，根据本发明提出，非接触式距离传感器根据三角测量原理工作。
通过所述措施，一方面能够实现相应的加工装置关于要加工的工件的明显更精确的定位，由此产生明显提高的加工质量。在此，发明人发现，即使在工件表面，例如不同的光泽度或粗糙度变化的情况下也能够通过根据本发明的距离传感器的设计方案来获得该结果。鉴于日益多样化的生产要求，这具有特别重要的意义。此外，根据本发明的加工设备也具有非接触式探测的通常的优点，如尤其是低的损坏和污染风险、高的加工速度、开启高度模块化的结构类型、低的维护耗费和紧凑的结构形式。
如果根据本发明的一个改进方案距离传感器具有激光三角测量传感器，那么能够以特别明显的方式实现这些优点。
根据本发明的一个改进方案，所述加工设备具有至少两个非接触式距离传感器。在此，特别优选的是，至少两个距离传感器基本上沿一个方向进行测量，由此进一步改进了工件表面的位置的检测精度。替选地或附加地，根据本发明的一个改进方案特别优选的是，至少两个距离传感器沿彼此不同的方向进行测量。因此，例如能够特别可靠地检测例如过渡区域，如角部或边缘，由此能够进一步提高工件质量。此外，根据本发明的一个改进方案提出，至少一个非接触式距离传感器具有至少+/-0.05mm或更精确的测量精度，由此能够再次实现显著提高工件质量。替选地或附加地，根据本发明的一个改进方案的至少一个非接触式距离传感器具有距工件至多300mm的测量距离。因此，发明人发现，非接触式距离传感器在该距离范围内提供了特别精确和可再现的测量结果，并且在此即使在工件表面变化的情况下也能够提供所述测量结果。
根据本发明的一个改进方案，至少一个加工装置具有至少一个定位轴线，以用于关于工件对所述加工装置进行定位。以这种方式，能够将所述加工装置精确且快速地设定到期望的加工位置中，使得在迅速且可自动化的加工过程中产生所期望的高的工件质量。在此，特别优选的是，至少一个定位轴线具有+/-0.05mm或更精确的位置精度。这引起出色的加工结果。
此外，根据本发明的一个改进方案的加工设备具有校准装置，以用于对至少一个距离传感器进行校准。因此确保：至少一个距离传感器即使在通常是恶劣且易受污染的环境条件下也始终提供足够的测量精度，使得能够可靠地实现期望的工件质量。
替选地或附加地，根据本发明的一个改进方案提出，所述设备还具有检查装置，以用于检查至少一个距离传感器的运行状态，尤其是污染程度。以这种方式也能够显著地有助于维持至少一个距离传感器的测量精度，以便能够持久地确保工件质量，其中上文提及的校准装置和检查装置必要时也能够通过用于校准和检查的单个单元形成。
此外，根据本发明的一个改进方案的所述加工设备具有电子控制单元，所述电子控制单元优选设立为用于，基于至少一个距离传感器的检测结果来控制至少一个加工装置的至少一个定位轴线。通过这种设计方案使得所述加工设备能够在没有用户干预的情况下连续地以最高质量执行顺畅的工件加工。
尽管在本发明的范围中对于特定的目的也能够使用接触式探头元件，但是总体上优选的是，所述加工设备不具有为了定位至少一个加工装置而接触所述工件的探头元件。因此能够避免对工件表面的损坏或污染，而本发明的非接触式距离传感器确保了期望的高的工件质量。
在本发明的范围中能够以不同的方式和方法构造所述加工装置，其中加工通常理解为至少在工件的表面上进行改变。
根据本发明的设计被证实为有利的是，所述加工设备设立为用于，在所述工件上执行切削加工和/或涂覆过程。在所述加工时，本发明的精确的非接触式距离传感器能够充分发挥其在加工质量方面的优势。
在用于加工工件的方法中，上文提及的优点能够特别明显地实现。
在执行所述方法时特别优选的是，至少一个距离传感器沿着工件的表面记录多个测量值，其中在确定所述工件表面的辅助位置时，忽略相对于相邻的测量值在数值上的偏差超过预定的阈值的测量值。以这种方式可行的是，滤除所述工件表面的不连续性，如槽、钻孔等，使得它们不会对工件表面的加刀具有负面影响。
根据所述方法的一个改进方案还提出，由至少一个距离传感器沿着工件表面记录多个测量值，随后从中形成替代值，尤其是平均值，基于该替代值，确定所述工件表面关于加工装置的实际位置。以这种方式能够至少部分地抹平要加工的工件的不连续性和公差，使得产生主要有助于高的工件质量的连续的加工过程。
附图说明
图1示意性地示出加工设备的一个实施形式的立体图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本发明的优选实施例。
在图1中示意性地示出用于加工工件2的加工设备1的立体图。在本实施形式中，所述加工设备1用于加工至少部段地由木头、木质材料、塑料等制成的工件。尽管本发明不局限于此，但是这种工件能够广泛用于家具和建材领域。
在本实施形式中，所述加工设备1包括两个加工装置10和12，所述加工装置例如能够是所谓的修边单元。借助于这种单元，通常将接合到工件2上的边缘(在图1中未示出)的突出的部段进行修边。然而应注意的是，也能够使用完全不同类型的加工装置，所述加工装置例如执行其它切削加工或者将涂覆材料施加到所述工件的表面上。
在本实施形式中，所述加工装置10、12分别具有两个定位轴线10x、10z、12x、12z，借助于所述定位轴线，所述加工装置10、12能够关于工件2分别沿在图1中所示出的方向X和Z定位。在此，所述定位轴线10x、10z、12x、12z例如能够具有+/-0.01mm的定位精度。
此外，所述加工设备1还包括传送装置4，所述传送装置在本实施形式中构造为连续式传送装置，例如传送带、传送链、传送皮带等。然而应注意的是，所述传送装置4也能够设立为用于使所述加工装置10和12移动，而保持工件2静止。两种设计的混合形式也是可行的，其中所述传送装置4始终具有引起在至少一个加工装置10、12与工件2之间的相对运动的任务。
此外，在本实施形式中的加工设备1包括总计四个非接触式距离传感器20、22、24和26。所述非接触式距离传感器分别设立为用于测量距工件2的表面的距离并且在本实施形式中构造为激光三角测量传感器。尽管本发明不局限于此，但是在本实施形式中的激光三角测量传感器的测量精度为+/-0.001mm。在本实施形式中，所述距离传感器20、22、24、26沿行进方向设置在相应的刀具的加工点上游约200mm处，并且在此例如远离要检测的工件表面约20mm，以便能够获得期望的测量精度，并且此外也在工件表面变换的情况下提供可靠的距离测量结果。
如在图1中可看出，在本实施形式中，两个距离传感器20和24基本上指向一个方向，即指向在图1中所给出的X方向，而两个距离传感器22和26同样基本上指向一个方向，即指向在图1中所给出的Z方向。此外，两个距离传感器20和22指向彼此不同的方向，即在本实施形式中相互正交，尽管根据要求，其它角度也是可行的。同样，两个距离传感器24和26指向彼此不同的方向，即在本实施形式中同样相互正交。在此，所述距离传感器20、22、24、26设置为，使得所述距离传感器以无接触的方式探测在传送装置4上运送的工件2的边缘或角部区域，这通过平行地和彼此正交地设置的距离传感器的组合是特别有效可行的。面状或扫描式探测也是可行的。
为了能够持久地确保非接触式距离传感器20、22、24、26的测量精度，所述加工设备1包括未详细示出的校准装置，以用于校准距离传感器。例如，这能够包括基准面或基准工件，所述基准面或基准工件能够由距离传感器测量并且其距所述距离传感器的距离是精确已知的。所述基准面例如能够是加工设备1的部段，如果当前在所述距离传感器的测量范围内不存在工件2，那么能够由距离传感器20、22、24、26测量该部段。在此，所述校准装置也能够同时用作为检查装置，以用于检查运行状态，如所述距离传感器的污染程度，然而其中也能够设有单独的检查装置，例如相机等。此外，所述加工设备1也能够包括用于清洁所述距离传感器的清洁单元，例如吹气喷嘴、刮水器等。
此外，在本实施形式中的加工设备1包括电子控制单元50，所述电子控制单元既与距离传感器20、22、24、26连接，也与定位轴线10x、10z、12x、12z连接。在此，所述电子控制单元50用于，连续地查询所述距离传感器20、23、24、26的检测结果，并且在此基础上操控所述定位轴线10x、10z、12x、12z，使得所述定位轴线进入用于加工工件4的期望的相对位置。
然后，在图1中示出的加工设备1的运行例如如下进行。要加工的工件2借助于传送装置4沿着借助箭头所示出的行进方向送入。如果所述工件4到达所述距离传感器20、22的区域，就利用所述距离传感器20、22测量距所述工件2的表面的距离。根据所述测量值确定工件表面关于所述加工装置10的实际位置，更确切地说在电子控制单元50中进行。随后，所述电子控制单元50确保在考虑存储在所述控制单元50中或馈入所述控制单元50中的加工数据的情况下，将所述加工装置10利用定位轴线10x和10z设定到期望位置中，在所述期望位置中能够获得所期望的加工结果。随后，对所述工件2的加工在工件2的上部的纵向边缘的区域中通过加工单元10进行。
随后，所述工件2到达所述距离传感器24和26以及所述加工单元12，在该处符合意义地重复上述过程，其中区别在于：对所述工件2的下部的纵向边缘进行加工。然而同样可行的是，同时加工上部的和下部的纵向边缘。
在通过距离传感器20、22、24、26记录和评估测量值的情况下的一个特点在于，始终记录多个测量值，并且随后在电子控制单元50中进行特定评估，借助所述特定评估例如能够补偿特异性。因此，在本实施形式中，所述工件2例如具有横向槽60，所述横向槽能够为几毫米宽和深。因此，所述槽60的深度超过例如能够限定在百分之一或十分之一毫米范围内的阈值。这引起，在控制单元50中确定所述工件2的实际位置时忽略通过所述距离传感器20和22在所述槽60的区域中记录的测量值。因此，在工件2的纵向边缘的区域中进行期望的修边不由于不连续性(槽60)而受到影响，由此能够实现所期望的高的工件质量。
在电子控制单元50中对所记录的测量值进行进一步的有针对性的评估能够在于，从多个所记录的测量值中形成替代值，如尤其是平均值。因此，例如能够始终将多个测量值合并、一起评估并且合并为一个替代值或平均值。随后，仅基于该替代值执行实际加工。发明人的尝试示出，因此产生明显更连续的加工，而所述加工更少地受到公差以及相应的工件2的特异性的影响。
Claims (13)
1.一种用于加工工件(2)的设备(1)，所述工件优选至少部段地由木头、木质材料、塑料等构成，所述设备包括：
至少一个加工装置(10、12)，以用于加工所述工件(2)；
传送装置(4)，以用于引起在至少一个加工装置(10、12)和所述工件(2)之间的相对运动；
至少一个非接触式距离传感器(20、22、24、26)，所述至少一个非接触式距离传感器设立为用于，能够测量距所述工件(2)的表面的距离，
其特征在于，
所述至少一个非接触式距离传感器(20、22、24、26)设立为用于以+/-0.01mm或更精确的测量精度来测量所述距离，和/或具有三角测量传感器。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述三角测量传感器具有激光三角测量传感器。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中设有至少两个非接触式距离传感器(20、22、24、26)，其中优选至少两个非接触式距离传感器(20、24；22、26)基本上沿一个方向进行测量，和/或至少两个非接触式距离传感器(20、22；24、26)沿彼此不同的方向进行测量。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中所述至少一个非接触式距离传感器(20、22、24、26)具有至少+/-0.05mm或更精确的测量精度，和/或具有距所述工件(2)至多300mm的测量距离。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中至少一个加工装置(10、12)具有至少一个用于关于所述工件(2)对所述加工装置(10、12)进行定位的定位轴线(10x、10z、12x、12z)，所述定位轴线优选具有+/-0.05mm或更精确的位置精度。
6.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中所述设备还具有校准装置，以用于对至少一个距离传感器进行校准。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中所述设备还具有检查装置，以用于检查至少一个距离传感器的运行状态，尤其是污染程度。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中所述设备还具有电子控制单元(50)，所述电子控制单元优选设立为用于，基于至少一个距离传感器(20、22、24、26)的检测结果来控制至少一个加工装置(10、12)的至少一个定位轴线(10x、10z、12x、12z)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的设备，所述设备不具有为了定位至少一个加工装置(10、12)而接触所述工件(2)的探头元件。
10.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中所述加工装置(10、12)设立为用于，在所述工件上执行切削加工和/或涂覆过程。
11.一种用于利用根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)来加工工件的方法，所述工件优选至少部段地由木头、木质材料、塑料等构成，所述方法具有以下步骤：
利用所述至少一个非接触式距离传感器(20、22、24、26)测量距所述工件(2)的表面的距离；
根据所测量到的距离确定所述工件(2)的表面关于所述加工装置(10、12)的实际位置；
在考虑加工数据的情况下设定所述加工装置(10、12)的期望位置；和
在所述表面的区域中对所述工件(2)进行加工。
12.根据权利要求11所述的方法，其中由至少一个距离传感器(20、22、24、26)沿着工件(2)的表面记录多个测量值，其中在确定所述工件(2)的表面的实际位置时，忽略相对于相邻的测量值在数值上的偏差超过预定的阈值的测量值。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中由至少一个距离传感器(20、22、24、26)沿着工件(2)的表面记录多个测量值，随后从中形成替代值，尤其是平均值，基于该替代值，确定所述工件(2)的表面关于所述加工装置的实际位置。
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