DE102007052999A1

DE102007052999A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Laserscanners

Info

Publication number: DE102007052999A1
Application number: DE102007052999A
Authority: DE
Inventors: Michael Mischke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-11-06
Also published as: DE102007052999B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Laserscanners, welcher von einem Roboter entlang einer Raumbahn (2), die durch Raumpunkte (1) definiert ist, geführt wird, wobei mittels eines Laserstrahls Schweißfiguren (4) an einem Werkstück platziert werden. Der Laserscanner wird dazu von einer Steuerung angesteuert, die unabhängig von der Steuerung für den Roboter arbeitet. Die Steuerungen für den Roboter und den Laserscanner sind miteinander synchronisiert. Die zusätzliche Steuerung führt jedoch zu einem erhöhten Programmieraufwand. Auch ist eine Fehlerdiagnose beim Einsatz mehrerer Steuerungen schwieriger. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung eines Laserscanners der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass der Wartungs- und Programmieraufwand reduziert wird, die Investitionskosten gesenkt werden und gleichzeitig die Fehlerdiagnose vereinfacht wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zur Ansteuerung eines Laserscanners, bei dem der Laserscanner mittels einer Steuerung des Roboters angesteuert wird. Hierdurch wird es möglich, auf eine zweite, externe Steuerung für den Laserscanner zu verzichten, wodurch insbesondere die Investitionskosten gesenkt, der Wartungsaufwand reduziert und die Fehlerdiagnose vereinfacht werden. Weiterhin vorteilhaft ist es, dass der Steuerung des Roboters zumindest ein virtueller Raumpunkt (3) vorgegeben wird. Hierdurch wird es möglich, dass ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Laserscanners, welcher von einem eine Steuerung aufweisenden Roboter entlang einer Raumbahn, die durch Raumpunkte definiert ist, geführt wird, wobei mittels eines Laserstrahls Schweißfiguren an einem Werkstück platziert werden.
Ein Roboter ist ein programmierbares Mehrzweck-Handhabungsgerät für das Bewegen von Material, Werkstücken, Werkzeugen oder Spezialgeräten. Der frei programmierbare Bewegungsablauf macht ihn für verschiedenste Aufgaben einsetzbar. In der industriellen Fertigung werden sogenannte Industrieroboter eingesetzt. Dies sind Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw. Winkeln frei programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Sie sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und können Handhabungs- und/oder Fertigungsaufgaben ausführen.
Ein Laserscanner ist ein optisches Gerät, welches mittels von Motoren getriebenen Linsen und Spiegeln eine Bewegung eines Laserstrahls ermöglicht. Oberflächen oder Körper können durch die Bewegung der Linsen und Spiegel des Laserscanners zeilen- oder rasterartig überstrichen werden, um von dem Laserstrahl vermessen oder bearbeitet zu werden. Zum Erzeugen einer einzelnen Zeile wird der Winkel eines Spiegels verändert, an dem der Laserstrahl reflektiert wird. Das kann durch einen Galvanometerantrieb oder ein sich drehendes Spiegelprisma erfolgen, je nachdem, ob eine periodische (Zeile, Bild) oder eine frei programmierbare Bewegung (Vektorsteuerung) erforderlich ist. Zur zweidimensionalen Ablenkung müsste ein Spiegel in zwei Richtungen ausgelenkt werden; um die Mechanik zu vereinfachen, werden jedoch meist zwei jeweils orthogonal zueinander bewegte Spiegel nahe beieinander aufgestellt, über die der Laserstrahl reflektiert wird. Die beiden Plan- bzw. Polygonspiegel werden von je einem Galvanometerantrieb oder einem Elektromotor angetrieben.
Des Weiteren existieren Laserscanner zum 3D-Lasermarkieren, die neben den zwei Spiegeln für X- und Y-Achse noch eine verstellbare Optik für die Tiefe, also die Z-Achse besitzen. Damit ist es möglich, den Laser auch in der dritten Dimension anzusteuern und auf einen bestimmten Punkt zu fokussieren.
Das Laserstrahlschweißen wird vor allem zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und bei geringen thermischen Verzügen gefügt werden müssen. Das Laserstrahlschweißen oder Laserschweißen wird in der Regel ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt. Das Laserlicht wird dabei mittels einer Optik fokussiert. Die Werkstückoberfläche der Stoßkante bzw. der Fügestoß der zu verschweißenden Bauteile befindet sich in der unmittelbaren Nähe des Fokus der Optik (im Brennfleck); die Lage des Fokus relativ zur Werkstückoberfläche (oberhalb oder unterhalb) ist ein wichtiger Schweißparameter und legt z. B. die Einschweißtiefe mit fest. Der Brennfleck besitzt typische Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern, wodurch sehr hohe Energiekonzentrationen entstehen, wenn der eingesetzte Laser die typische Laserleistung von einigen Kilowatt besitzt. Durch Absorption der Laserlichtenergie erfolgt auf der Werkstückoberfläche ein extrem schneller Anstieg der Temperatur über die Schmelztemperatur von Metall hinaus, sodass sich eine Schmelze bildet. Durch die hohe Abkühlgeschwindigkeit der Schweißnaht wird diese extrem hart und verliert in der Regel an Zähigkeit.
Zum Laserschweißen wird in der Industrie gewöhnlich ein Roboter eingesetzt, an dem die Laserstrahlquelle fixiert ist. Der Roboter wird dann so programmiert, dass dieser den Laserstrahl entlang der gewünschten Schweißbahn über ein Werkstück führt. Durch den Einsatz eines Laserscanners ist es möglich, dass die Bahn des Laserstrahls nicht nur von der Bewegung des Roboters abhängig ist. Der Laserscanner kann in den Grenzen seines Arbeitsraums den Laserstrahl entlang der Schweißbahn bewegen, wodurch die Raumbahn des Roboters kürzer und bewegungsoptimiert gestaltet werden kann. Dabei fährt der Roboter einzelne Arbeitspunkte auf der Raumbahn an.
Die einzelnen Arbeitspunkte liegen jeweils im Arbeitsraum des Laserscanners. Solange der Roboter an dem Arbeitspunkt verharrt, führt der Laserscanner den Laserstrahl entlang der Schweißbahn. Der Laserscanner wird dazu von einer Steuerung angesteuert, die unabhängig von der Steuerung für den Roboter arbeitet. Die Steuerungen für den Roboter und den Laserscanner sind miteinander synchronisiert. Die zusätzliche Steuerung führt jedoch zu einem erhöhten Programmieraufwand. Auch ist eine Fehlerdiagnose beim Einsatz mehrerer Steuerungen schwieriger.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung eines Laserscanners der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass der Wartungs- und Programmieraufwand reduziert wird, die Investitionskosten gesenkt werden und gleichzeitig die Fehlerdiagnose vereinfacht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Ansteuerung eines Laserscanners vorgesehen, bei dem der Laserscanner mittels einer Steuerung des Roboters angesteuert wird. Hierdurch wird es möglich, auf eine zweite, externe Steuerung für den Laserscanner zu verzichten, wodurch insbesondere die Investitionskosten gesenkt, der Wartungsaufwand reduziert und die Fehlerdiagnose vereinfacht werden.
Üblicherweise wird der Laserstrahl von einem Roboter entlang einer Schweißbahn geführt. Dabei sind Schweißbahn und eine dazu abzufahrende Raumbahn des Roboters, welche entlang von programmierten Raumpunkten verläuft, identisch. Beim Einsatz von Laserscannern an einem Roboter ist es günstig, dass der Steuerung des Roboters zumindest ein virtueller Raumpunkt vorgegeben wird. Hierdurch wird es möglich, dass die Raumbahn des Roboters kürzer und bewegungsoptimiert gestaltet werden kann, wodurch die Bewegung des Roboters beschleunigt und der Arbeitsablauf verkürzt werden.
Der Laserscanner hat einen eingeschränkten Arbeitsraum, daher ist es günstig, dass die virtuellen Raumpunkte außerhalb der Raumbahn des Roboters und/oder außerhalb der Schweißbahn angelegt werden. Hierdurch wird es möglich, bei einer wegoptimierten Raumbahn des Roboters den Arbeitsraum des Laserscanners um den virtuellen Raumpunkt herum optimal auszunutzen.
Vorteilhaft ist es, dass der Laserstrahl mittels des Laserscanners entlang der Schweißbahn geführt wird und dass der Laserscanner mittels des Roboters entlang der Raumbahn in die Nähe der virtuellen Raumpunkte geführt wird. Hierdurch wird es möglich, den Laserscanner mittels der Steuerung für den Roboter anzusteuern.
Günstig ist es, dass der Roboter kontinuierlich bewegt wird. Hierdurch wird es möglich, dass auf eine Unterbrechung der Bewegung des Roboters in der Nähe der virtuellen Raumpunkte verzichtet werden kann.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Diese zeigt in der einzigen Figur Raumpunkte 1 entlang einer Raumbahn 2 eines Roboters. Die Raumbahn 2 wurde so gestaltet, dass diese an den Arbeitsbereichen 5 eines Laserscanners entlangführt und gleichzeitig möglichst kurz ist. Für die Herstellung der Schweißfiguren 4 innerhalb der Arbeitsbereiche 5 des Laserscanners sind in der Steuerung des Roboters für den Laserscanner virtuelle Raumpunkte 3 programmiert. Die virtuellen Raumpunkte 3 sind dabei derart angeordnet, dass sie im Zentrum der Schweißfiguren 4 liegen.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines Laserscanners, welcher von einem eine Steuerung aufweisenden Roboter entlang einer Raumbahn, die durch Raumpunkte definiert ist, geführt wird, wobei mittels eines Laserstrahls Schweißfiguren an einem Werkstück platziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserscanner mittels der Steuerung des Roboters angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerung des Roboters zumindest ein virtueller Raumpunkt (3) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der virtuelle Raumpunkt (3) außerhalb der Raumbahn (2) des Roboters und/oder außerhalb der Schweißbahn einer Schweißfigur (4) angelegt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl mittels des Laserscanners entlang der Schweißbahn der Schweißfigur (4) geführt wird und dass der Laserscanner mittels des Roboters entlang der Raumbahn (2) in die Nähe der virtuellen Raumpunkte (3) geführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter kontinuierlich bewegt wird.