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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung
eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils sowie ein Computerprogrammprodukt.
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Aus
dem Stand der Technik ist die Bearbeitung eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils,
insbesondere einer Instrumententafel, mit einem Laserstrahl zur
Herstellung einer Airbagklappenöffnung bekannt.
Insbesondere zeigen
DE
196 36 429 C1 , WO 02/26 534 A1,
EP 0 711 627 B1 ,
GB 2 276 354 A und
JP 2-99 324 entsprechende Verfahren und Vorrichtungen für die Laserschwächung.
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Aus
dem Stand der Technik auch bereits die Herstellung von unsichtbaren
Soll-Bruchlinien
durch Laserschwächung
zur Realisierung einer Airbag-Austrittsöffnung bekannt. Üblicherweise
wird während
der Beaufschlagung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils mit dem Laserstrahl
die bereits abgetragene oder die noch verbleibende Schichtdicke
gemessen. Hierzu wird entweder ein Ultraschall-Sensor eingesetzt
oder es wird der von dem Laserstrahl durch die Wandung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
transmittierte Anteil gemessen. Bei der Beaufschlagung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
mit dem Laserstrahl wird dieser mittels einer Laseroptik auf den
jeweiligen Bearbeitungspunkt fokussiert.
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Der
Erfindung liegt dem gegenüber
die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte
Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Bearbeitung eines
Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils mit einem Laser zu schaffen.
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Die
der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den
Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Durch
die Erfindung wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
mit einem Laserstrahl geschaffen. Zunächst wird ein Oberflächenprofil
einer zu bearbeitenden Oberfläche
des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
an mehreren Messpunkten abgetastet. Die Abtastung erfolgt durch
einen Sensor, wie zum Beispiel einen optischen Sensor oder einen
Messtaster.
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Mit
Hilfe der durch die Abtastung erhaltenen Messwerte wird ein vorgegebener
Bewegungsverlauf des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils mit Bezug auf
eine Laseroptik korrigiert. Die Bearbeitung der Oberfläche des
Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteils erfolgt
dann durch Beaufschlagung mit dem Laserstrahl währen des korrigierten Bewegungsverlaufs.
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Die
Erfindung ermöglicht
Bauteiltoleranzen des zu bearbeitenden Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
durch Abtastung des Oberflächenprofils zu
erfassen. Die durch die Abtastung erfassten Bauteiltoleranzen werden
zur Korrektur eines vorgegebenen Bewegungsverlaufs herangezogen,
welcher sich zum Beispiel auf einen idealen Oberflächenprofilverlauf
bezieht. Dadurch wird der vorgegebene Bewegungsverlauf an das mit
den Bauteiltoleranzen behaftete Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil angepasst. Dementsprechend
kann ein verbessertes Bearbeitungsergebnis erzielt werden, da der
Bewegungsverlauf während
der Beaufschlagung der Oberfläche
mit dem Laserstrahl entsprechend den durch die Abtastung erfassten
Bauteiltoleranzen korrigiert ist.
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Diese
Korrektur ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Laseroptik
stationär
ist und einen stationären
Brennpunkt aufweist. In diesem Fall ist es zur Erzielung eines optimalen
Bearbeitungsergebnisses erforderlich, dass sich der stationäre Brennpunkt möglichst
genau auf dem Bearbeitungspunkt auf der Oberfläche des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils befindet.
Dies kann erfindungsgemäß dadurch
erreicht werden, dass der vorgegebene Bewegungsverlauf so korrigiert
wird, dass die Bearbeitungspunkte auf der Oberfläche des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil
einen unter Berücksichtigung
der Bauteiltoleranzen im wesentlichen konstanten Abstand von der
Laseroptik aufweisen, wenn sie jeweils den Laserstrahl passieren.
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Dies
ist insbesondere für
die Laserbearbeitung von Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteilen vorteilhaft,
die durch einen Langfaser-Thermoplast-Direktprozess (LFT-D) und In-Line-Compounding
(ILC) hergestellt werden. In einem sogenannten LFT-D/ILC-Prozess
wird der Kunststoff direkt in der Anlage eingearbeitet (sogenanntes
In-Line-Compounding) und mit den bauteilabhängig erforderlichen Additiven
versetzt. In einer Anlage werden die Verstärkungsfasern direkt in die
Kunststoffschmelze eingearbeitet und zu dem Bauteil geformt. Mit
diesem Prozess sind erhebliche Kosteneinsparungen und Gewichtseinsparungen
möglich,
wobei die Bauteiltoleranzen gegenüber herkömmlichen Verfahren etwas größer sind.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht
es auch Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteile, die in einem Langfaser-Thermoplast
(LFT) hergestellt worden sind und die dementsprechend relativ große Bauteiltoleranzen
aufweisen, präzise
mit einem Laserstrahl zu bearbeiten, um beispielsweise eine unsichtbare
Soll-Bruchlinie zur Realisierung der Austrittsöffnung eines Airbags herzustellen.
Durch die Erfindung kann also auch ein mit Toleranzen behaftetes Bauteil
so bearbeitet werden, dass eine unsichtbare Soll-Bruchlinie realisiert wird und die vorgegebenen Öffnungskräfte eingehalten
werden.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Abtastung vor dem Start des Bewegungsverlaufs.
Beispielsweise wird das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil zunächst in
einem Roboter-Greifer fixiert. Das Oberflächenprofil des in dem Roboter-Greifer befindlichen
Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils wird dann an den vorgesehenen
Messpunkten abgetastet. Erst nachdem die Abtastung an allen Messpunkten
erfolgt ist, wird der Bewegungsverlauf gestartet, um die Oberfläche mit
dem Laserstrahl zur beaufschlagen. Dies hat den Vorteil, dass nicht
gleichzeitig mit der Laserbearbeitung eine Abtastung der Oberfläche erfolgen
muss. Dies ermöglicht
es insbesondere, ein relativ kostengünstiges Sensorprinzip für die Abtastung
der Oberfläche
einzusetzen, wie zum Beispiel einen Messtaster zur mechanischen
Abtastung des Oberflächenprofils.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Messtaster stationär. Das in dem Roboter-Greifer
befindliche Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil wird von dem Roboter
entlang des Messtasters bewegt, so dass dieser das Oberflächenprofil
abtasten kann. Danach erfolgt die Korrektur des vorgegebenen Bewegungsverlaufs
mit den so erhaltenen Messwerten und die Beaufschlagung der Oberfläche mit
dem Laserstrahl während
des korrigierten Bewegungsverlaufs.
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Die
Abtastung des Oberflächenprofils
nachdem das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil
in dem Roboter-Greifer fixiert worden ist, hat insbesondere den
Vorteil, dass sich das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil bereits
in seiner Bearbeitungsposition für
die spätere
Beaufschlagung mit dem Laserstrahl befindet. Insbe sondere werden
durch die Einspannung in dem Roboter-Greifer bedingte elastische Verformungen
des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils bei der Abtastung mit erfasst,
so dass sie in die Korrektur des vorgegebenen Bewegungsverlaufs
mit eingehen können.
Da die Beaufschlagung der Oberfläche
mit dem Laserstrahl in derselben Lage des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
mit Bezug auf den Roboter-Greifer
wie die Abtastung erfolgt, hat dies eine besonders hohe Präzision der
Bearbeitung zur Folge.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Laseroptik und der Laserbrennpunkt stationär. Der vorgegebene
Bewegungsverlauf bezieht sich auf ein ideales Oberflächenprofil,
das nicht mit Toleranzen behaftet ist. Der vorgegebene Bewegungsverlauf ist
dabei so gewählt,
dass ein im wesentlichen konstanter Abstand zwischen den für die Bearbeitung
auf der Oberfläche
vorgesehenen Bearbeitungspunkten und der Laseroptik eingehalten
wird, d.h. der Abstand zwischen einem Bearbeitungspunkt und der
Laseroptik ist für
alle Bearbeitungspunkte derselbe, wenn der betreffende Bearbeitungspunkt
den Laserstrahl passiert. Insbesondere ist dieser Abstand so gewählt, dass
der Brennpunkt möglichst
deckungsgleich mit den Bearbeitungspunkten ist.
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Die
Korrektur des vorgegebenen Bewegungsverlaufs erfolgt dann so, dass
der im wesentlichen konstante Abstand auch bei dem realen Oberflächenprofil
des mit Bauteiltoleranzen behafteten Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
eingehalten wird. Befindet sich also zum Beispiel ein realer Bearbeitungspunkt
bezüglich
des idealen Oberflächenprofils
in einer Mulde, so wird der vorgegebene Bewegungsverlauf dahingehend
angepasst, dass der Roboter-Greifer das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil
entsprechend etwas näher
an die Laseroptik bewegt.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann ein Korrekturwert für den gesamten Bewegungsverlauf
gespeichert werden. Dadurch können
Schwankungen der Materialzusammensetzung verschiedener Chargen von
Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteilen
berücksichtigt
werden. Ein solcher Korrekturwert kann als globaler Offset dem vorgegebenen
Bewegungsverlauf hinzuaddiert werden, so dass sich der Abstand zwischen
den Bearbeitungspunkten und der Laseroptik entsprechend ändert. Alternativ
oder zusätzlich
können
für ein
oder mehrere der Bearbeitungspunkte auch spezifische Korrekturwerte
eingegeben werden.
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Die
Addition bzw. Subtraktion eines einheitlichen Offsets ist auch zur
Korrektur von Toleranzen der Laseroptik vorteilhaft. Die Laseroptik
hat eine Brennlinse, die von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden muss,
wobei die Brennlinsen bezüglich
ihrer Brennweite Toleranzen aufweisen. Erfindungsgemäß wird die
Brennweite der Brennlinse, auf die sich der vorgegebenen Bewegungsverlauf
bezieht, gespeichert. Die Brennweite der Austausch-Brennlinse wird
gemessen und mit der Brennweite der ersten Brennlinse verglichen.
Die Differenz der Brennweiten ergibt den globalen Offset, der dem
vorgegebenen Bewegungsverlauf addiert bzw. subtrahiert wird. Dies
hat insbesondere den Vorteil, dass das Teaching des bzw. der Bewegungsabläufe nicht
wiederholt werden muss.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung wird durch die Laserbearbeitung eine Soll-Bruchlinie erzeugt.
Diese kann rillenförmig
ausgebildet sein und/oder als Perforation.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt,
insbesondere ein digitales Speichermedium, für die Ansteuerung eines Roboters,
um ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil in einen Bewegungsverlauf
zu versetzen, während
eine zu bearbeitende Oberfläche
des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils mit einem Laserstrahl beaufschlagt
wird. Das Computerprogrammprodukt kann den Roboter und/oder einen
geeigneten Messsensor zur Abtastung eines Oberflächenprofils der zu bearbeitenden
Oberfläche
ansteuern und eine Korrektur des vorgegebenen Bewegungsverlaufs
mit den durch die Abtastung erhaltenen Messwerten berechnen.
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Im
weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Laserbearbeitung eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils,
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2 ein
Flussdiagramm einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 zeigt
schematisch ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100,
wie zum Beispiel eine Instrumententafel. Das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 hat
eine Oberfläche 102,
die in Einbauposition des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 von
einem Kraftfahrzeug-Innenraum aus her sichtbar ist. Ferner hat das
Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 eine der Oberfläche 102 gegenüberliegende
Oberfläche 104,
die im eingebauten Zustand des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils
nicht sichtbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Oberfläche 102 um
die Haut einer Instrumententafel und bei der Oberfläche 104 um
die Unterseite der Instrumententafel, die im Allgemeinen durch die
Trägerschicht
der Instrumententafel gebildet wird.
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Die 1 zeigt
schematisch ein ideales Oberflächenprofil 106 der
Oberfläche 104 sowie
ein reales Oberflächenprofil 108 der
Oberfläche 104, welches
mit Bauteiltoleranzen behaftet ist.
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Das
Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 ist in einen Greifer 110 eines
Roboters 112 eingespannt. Der Roboter 112 mit
seinem Greifer 110 ist so angeordnet, dass er das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 im
Bereich eines Sensors 114 und einer Laseroptik 116 bewegen
kann.
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Der
Sensor 114 dient zur Abtastung des realen Oberflächenprofils 108.
Vorzugsweise ist der Sensor stationär. Der Sensor 114 hat
ein Interface 118 zur Ausgabe der durch die Abtastung erhaltenen Messwerte
an eine Steuerung 120, die ein entsprechendes Interface 122 aufweist.
Bei dem Sensor 114 handelt es sich beispielsweise um einen
Messtaster mit einem mechanischen Tastkopf zur Abtastung des Oberflä chenprofils 108.
Beispielsweise wird durch den Tastkopf die Stellung eines Potentiometers
des Messtasters verändert,
so dass der Verlauf des Oberflächenprofils
in ein elektrisches Signal gewandelt wird.
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Die
Bearbeitung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 erfolgt
mit einem Laser 124. Der Laser 124 liefert einen
Laserstrahl, der von der Laseroptik 116 auf die zu bearbeitende
Oberfläche gelangen
kann. Die Laseroptik 116 hat eine feste Brennweite 126.
Vorzugsweise sind sowohl die Laseroptik 116 als auch der
Laser 124 stationär
angeordnet. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn sowohl der Sensor 114 als
auch die Laseroptik 116 stationär sind; in diesem Fall bewegt
sich nur der Robotergreifer 110 mit dem Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 während des
Abtast- bzw. des Laserbearbeitungsvorgangs..
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Die
Steuerung 120 hat einen Speicher 128 mit einem
Speicherbereich 130 zur Speicherung eines vorgegebenen
Bewegungsverlaufs. Der vorgegebene Bewegungsverlauf beschreibt die
Relativbewegung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 mit
Bezug auf die Laseroptik 116. Dieser vorgegebene Bewegungsverlauf
bezieht sich auf das ideale Oberflächenprofil 106 und
ist vorzugsweise so gewählt,
dass jeder Bearbeitungspunkt auf dem idealen Oberflächenprofil 106 einen
Abstand von der Laseroptik 116 aufweist, der der Brennweite 126 entspricht,
wenn der Bearbeitungspunkt mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird.
Zusätzlich
kann in dem Speicherbereich 130 ein Bewegungsverlauf für die Bewegung
des Robotergreifers mit dem Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 entlang
des Sensors 114 für
die Zwecke der Abtastung gespeichert sein.
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Die
Ermittlung der Bewegungsverläufe
kann durch Berechnung bzw. Simulation auf der Basis von CAD Daten
des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 erfolgen.
Alternativ werden die Bewegungsverläufe durch sog. Teaching des
Roboters festgelegt. Hierzu wird der Robotergreifer manuell an sog.
Teaching Punkte gebracht, die dann gespeichert werden. Die Teaching
Punkte sind vorzugsweise im wesentlichen deckungsgleich mit den
Abtastpunkten und den Bearbeitungspunkten.
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Der
Speicher 128 hat ferner einen Speicherbereich 132 zur
Speicherung der von dem Sensor 114 gelieferten Messwerte.
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Die
Steuerung 120 hat einen Prozessor 134 zur Ausführung eines
Steuerungsprogramms 136 für den Roboter 112.
Das Steuerungsprogramm 136 hat ein Programmmodul 138 zur
Interpolation der Sensormesswerte 132 und ein Programmmodul 140 zur Berechnung
eines korrigierten Bewegungsverlaufs unter Berücksichtigung der gemessenen
bzw. interpolierten Sensormesswerte.
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Zur
Bearbeitung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 wird
dieses zunächst
in den Greifer 110 eingespannt. Der Roboter 112 wird
von der Steuerung 120 bzw. dem Steuerungsprogramm 136 so
angesteuert, dass der Sensor 114 das reale Oberflächenprofil 108 an
mehreren, zum Beispiel sechs Messpunkten, abtasten kann. Beispielsweise handelt
es sich bei diesen Messpunkten gleichzeitig um Bearbeitungspunkte,
die später
mit dem Laserstrahl beaufschlagt werden sollen.
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Die
von dem Sensor 114 erfassten Messwerte werden über dessen
Interface 118 ausgegeben und über das Interface 122 in
die Steuerung 120 eingegeben, wo sie in dem Speicherbereich 132 gespeichert
werden. Hierzu können
die Interfaces 118 und 122 über ein Netzwerk unmittelbar
oder mittelbar verbunden sein. Beispielsweise kann hierzu ein Feldbus,
ein Ethernet oder ein sog. Realtime Ethernet verwendet werden. Als Übertragungsprotokoll
kann TCP/IP eingesetzt werden. Alternativ werden die Messwerte des
Sensors zunächst
von der Steuerung der Laserschwächungsanlage,
die den Laser 124 steuert, erfasst. Von dort werden die
Messwerte ausgelesen und in einem separaten Computer in ein Format
gebracht, welches mit der Steuerung 120 des Roboters 122 kompatibel
ist.
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Optional
werden die in dem Speicherbereich 132 gespeicherten Sensormesswerte
durch das Programmmodul 138 interpoliert.
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Danach
wird eine Korrektur des in dem Speicherbereich 130 gespeicherten
Bewegungsverlaufs durch das Programmmodul 140 auf der Basis der
gegebenenfalls in terpolierten Sensormesswerte berechnet. Ergibt
die Abtastung des Oberflächenprofils 108 beispielsweise,
dass sich ein Bearbeitungspunkt in einer Mulde befindet, so wird
der vorgegebene Bewegungsverlauf entsprechend korrigiert, das heißt, der
Greifer 110 muss der Tiefe der Mulde entsprechend näher an die
Laseroptik 116 herangefahren werden, wenn der betreffende
Bearbeitungspunkt mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird. Entsprechend
ist der Abstand des Greifers 110 von der Laseroptik zu
vergrößern, wenn
ein Bearbeitungspunkt oberhalb des idealen Oberflächenprofils 106 befindet.
Durch die Korrektur des vorgegebenen Bewegungsverlaufs wird sichergestellt,
dass sich jeder der Bearbeitungspunkte bei Beaufschlagung mit dem Laserstrahl
in einem Abstand von der Laseroptik 116 befindet, der der
Brennweite 126 möglichst
genau entspricht.
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Nach
der Berechnung der Korrektur des vorgegebenen Bewegungsverlaufs
steuert das Steuerungsprogramm 136 den Roboter 112 so
an, dass dieser den Greifer 110 mit dem Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 in
den korrigierten Bewegungsverlauf versetzt, während der Laser 124 eingeschaltet
ist. Durch den Laserstrahl wird an den Bearbeitungspunkten von der
Oberfläche 104 Material
abgetragen, so dass beispielsweise eine Soll-Bruchlinie entsteht.
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Die 2 zeigt
ein entsprechendes Flussdiagramm. In dem Schritt 200 wird
das zu bearbeitende Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil von dem
Roboter-Greifer aufgenommen. Das in dem Roboter-Greifer befindliche
Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil wird dann vermessen, indem es
an mehreren Messpunkten abgetastet wird. In dem Schritt 204 wird
mit Hilfe der so erhaltenen Messwerte ein vorgegebener Bewegungsverlauf,
der sich auf ein nicht toleranzbehaftetes ideales Oberflächenprofil
bezieht, korrigiert, um den real vorhandenen Bauteiltoleranzen Rechnung
zu tragen. Danach wird das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil in
den korrigierten Bewegungsverlauf versetzt, während gleichzeitig eine Beaufschlagung
mit dem Laserstrahl erfolgt (Schritt 206).
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- 100
- Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil
- 102
- Oberfläche
- 104
- Oberfläche
- 106
- ideales
Oberflächenprofil
- 108
- reales
Oberflächenprofil
- 110
- Greifer
- 112
- Roboter
- 114
- Sensor
- 116
- Laseroptik
- 118
- Interface
- 120
- Steuerung
- 122
- Interface
- 124
- Laser
- 126
- Brennweite
- 128
- Speicher
- 130
- Speicherbereich
- 132
- Speicherbereich
- 134
- Prozessor
- 136
- Steuerungsprogramm
- 138
- Programmmodul
- 140
- Programmmodul