DE102008011996A1

DE102008011996A1 - Robot for use with robot hand for radiating laser beam for processing work piece, has cutting nozzle unit for conducting process gas on work piece

Info

Publication number: DE102008011996A1
Application number: DE200810011996
Authority: DE
Inventors: Stefan Maier; Thomas Wechs
Original assignee: ROBOT TECHNOLOGY GmbH; ROBOT-TECHNOLOGY GmbH
Current assignee: ROBOT TECHNOLOGY GmbH; ROBOT-TECHNOLOGY GmbH
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2009-09-03

Abstract

The robot has a cutting nozzle unit (2) for conducting process gas on the work piece. The cutting nozzle unit has a focusing optical unit for focusing the laser beam and a space sensor unit (4) for sensing the distance from a surface of the work piece. The relative position of the cutting nozzle unit to a hand axle (3) and the focusing optical unit is adjustable. The introduction of the laser beam into the hand axle takes place parallel to the geometrical rotational axis (14) of the hand axle.

Description

Die Erfindung betrifft einen Roboter mit einer Roboterhand zum Ausstrahlen eines Laserstrahls zum Bearbeiten eines Werkstücks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a robot with a robot hand for broadcasting a laser beam for machining a workpiece according to the preamble of Claim 1.

Bekannt sind Roboter, durch die ein Laserstrahl bis zu einer Schneiddüse geleitet wird, die Prozessgas an die Werkstückoberfläche leitet.Known are robots, through which a laser beam is directed to a cutting nozzle which conducts process gas to the workpiece surface.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Roboter mit einer Roboterhand so weiterzubilden, dass eine sehr kurze Handlänge und eine große Flexibilität gegeben ist.task The present invention is to provide a robot with a robot hand so educate that given a very short hand length and great flexibility is.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Roboter mit einer Roboterhand zum Ausstrahlen eines Laserstrahls zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Schneiddüsenmittel zum Leiten von Prozessgas auf das Werkstück, wobei in der letzten Handachse der Roboterhand eine im wesentlichen rechtwinklige Umlenkung des Laserstrahls in Richtung des in die Handachse integrierten Schneiddüsenmittels erfolgt, wobei das Schneiddüsenmittel ein Fokussieroptikmittel zum Fokussieren des Laserstrahls und insbesondere ein Abstandssensormittel zum Sensieren des Abstandes von einer Oberfläche des Werkstücks aufweist und wobei die relative Position des Schneiddüsenmittels zur Handachse zusammen mit dem Fokussieroptikmittel einstellbar ist.The Task is solved by a robot with a robot hand to emit a Laser beam for machining a workpiece with a cutting nozzle means for conducting process gas to the workpiece, wherein in the last hand axis the robot hand a substantially rectangular deflection of the Laser beam towards the cutting nozzle means integrated into the hand axis takes place, wherein the cutting nozzle means a focusing optical means for focusing the laser beam and in particular a Distance sensor means for sensing the distance from a surface of the workpiece and wherein the relative position of the cutting nozzle means adjustable to the hand axis together with the focusing optic means is.

Durch die vorliegende Erfindung ist die Schneiddüse schnell beweglich und zugleich platzsparend in die letzte Handachse integriert. Zudem erfolgt die Laserleitung integriert, durch Spiegelumlenkungen innerhalb des Roboters bis zur Roboterhand des sich hieraus ergebende kurze Handlänge ist eine hohe Umorientierungsgeschwindigkeit des Roboters und eine hohe Plangenauigkeit gegenüber herkömmlichen Systemen möglich. Die erfindungsgemäße Roboterhand ist an verschiedensten Robotern und roboterähnlichen Vorrichtungen einsetzbar.By The present invention, the cutting nozzle is fast moving and at the same time Space-saving integrated into the last hand axis. In addition, the Integrated laser cable, by mirror deflections within the Robot to the robot hand of the resulting short hand length is a high reorientation speed of the robot and a high Plan accuracy opposite usual Systems possible. The robot hand according to the invention can be used on a variety of robots and robot-like devices.

Vorteilhaft ist es, wenn die Einleitung des Laserstrahls in die letzte Handachse im wesentlichen parallel zu der geometrischen Drehachse der letzten Handachse erfolgt und anschließend eine im wesentlichen rechtwinklige Umlenkung insbesondere mittels eines Spiegels in eine Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Drehachse der letzten Handachse. Hierdurch wird eine kompakte Form der Laserleitung erreicht, die in Kombination mit einer angesetzten, vor und zurückfahrenden Schneiddüsenmittel trotz einer hohen Beweglichkeit und Erreichbarkeit des Werkstücks zugleich eine geringe Handlänge sichergestellt.Advantageous It is when the introduction of the laser beam into the last axis of the hand substantially parallel to the geometric axis of rotation of the last hand axis takes place and then a substantially rectangular deflection, in particular by means of a Mirror in a direction substantially perpendicular to the axis of rotation the last hand axis. As a result, a compact form of the laser line is achieved in combination with an attached, back and forth Cutting nozzle means despite a high mobility and accessibility of the workpiece at the same time a short hand length ensured.

Vorteilhaft ist es, wenn die relative Position des Schneiddüsenmittels durch Längsverstellung des Schneiddüsenmittels im wesentlichen entlang des umgelenkten Laserstrahls einstellbar ist, wobei das Fokussieroptikmittel mit dem Schneiddüsenmittel und insbesondere dem Abstandssensormittel verbunden längs verstellbar ist.Advantageous it is when the relative position of the cutting nozzle means by longitudinal adjustment of the Cutting nozzle means essentially adjustable along the deflected laser beam is, wherein the focusing optics means with the cutting nozzle means and in particular the distance sensor means connected longitudinally adjustable is.

Vorteilhaft ist es, wenn ein Antriebsmotor für die Verstellung des Schneiddüsenmittels in Bezug zum Drehpunkt der geometrischen Drehachse der letzten Handachse an einer dem Schneiddüsenmittel gegenüberliegenden Seite angeordnet ist und dass das angetriebene Schneiddüsenmittel an der anderen Seite bezogen auf den Drehpunkt der geometrischen Drehachse der letzten Handachse. Die Anordnung ist sehr platzsparend und besitzt eine kurze Handlänge von dem Schneiddüsenmittel bis zur Drehpunkt der letzten Achse. Der gesamte Aufbau wesentlich kompakter, da Motor und Schneiddüse im Sinne einer Balance an zwei Seiten des Drehpunktes des entsprechenden Achsenglieds angeordnet sind..Advantageous is it when a drive motor for the Adjustment of the cutting nozzle means in relation to the fulcrum of the geometric axis of rotation of the last hand axis at a cutting nozzle means opposite Side is arranged and that the driven cutting nozzle means on the other side relative to the pivot of the geometric Rotary axis of the last hand axis. The arrangement is very space-saving and has a short hand length from the cutting nozzle means to the pivot point of the last axis. The whole construction essential more compact, as motor and cutting nozzle in the sense of a balance on two sides of the fulcrum of the corresponding Axial member are arranged ..

Vorteilhaft ist es, wenn die letzte Handachse die fünfte Achse des Roboters ist. Eine motorische Achse, die das Schneiddüsenmittel vor und zurück fährt, ist als fünftes Achsenglied ausgebildet.Advantageous it is when the last axis of the hand is the fifth axis of the robot. A motor axis that drives the cutting nozzle means back and forth is as fifth Axle link formed.

Vorteilhaft ist es, wenn das Schneiddüsenmittel derart abgedichtet ist, dass in den verschiedenen Verstellungsstadien das Prozessgas durch die Handachse im wesentlichen zu einem Düseneingang und von dort im wesentlichen zu einem werkstückseitigen Düsenausgang zu leiten ist.Advantageous it is when the cutting nozzle means is sealed so that in the various stages of adjustment the process gas through the hand axis substantially to a nozzle inlet and from there essentially to a workpiece side nozzle exit to lead is.

Vorteilhaft ist es, wenn das Schneiddüsenmittel als seitlich vor den Laserstrahl linear beweglicher Leitarm ausgebildet ist, wobei Prozessgas durch den Leitarm bis zu einem werkstückseitigen Düsenausgang geleitet wird.Advantageous it is when the cutting nozzle means formed as laterally in front of the laser beam linearly movable Leitarm is, with process gas through the Leitarm up to a workpiece-side nozzle outlet is directed.

Vorteilhaft ist es, wenn das Schneiddüsenmittel als seitlich vor den Laserstrahl schwenkbarer Leitarm ausgebildet ist, wobei Prozessgas durch den Leitarm bis zu einem werkstückseitigen Düsenausgang geleitet wird.Advantageous it is when the cutting nozzle means formed as laterally in front of the laser beam pivotable Leitarm is, with process gas through the Leitarm up to a workpiece side nozzle exit is directed.

Vorteilhaft ist es, wenn Abstandssensormittel an dem Bereich des Düsenausgangs angebracht ist.Advantageous it is when distance sensor means at the area of the nozzle exit is appropriate.

Vorteilhaft ist es, wenn das Abstandssensormittel sensoriert einen Abstand zu einer Werkstückoberfläche, so dass der Fokus des Laserstrahls im Düsenausgangsbereich durch die Verschiebung des Schneiddüsenmittels einen vorbestimmten, insbesondere konstanten Abstand zur Werkstückoberfläche einhält.Advantageous it is when the distance sensor means senses a distance to a workpiece surface, so that the focus of the laser beam in the nozzle exit area through the Displacement of the cutting nozzle means maintains a predetermined, in particular constant distance to the workpiece surface.

Die Erfindung ist in unterschiedlichen Kombinationen und Vorrichtungen einzusetzen und ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsformen begrenzt.The Invention is in various combinations and devices and is not on the embodiments shown here limited.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.Further Features and advantages of the invention will be apparent from the claims and the description below, in the embodiments of the subject matter the invention in conjunction with the drawings are explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen Roboterarm mit einer Roboterhand, 1 a robot arm with a robot hand,

2 einen Teil einer Roboterhand, 2 a part of a robot hand,

3a einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil einer Roboterhand und 3a a schematic longitudinal section through a part of a robot hand and

3b einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil einer Roboterhand. 3b a schematic longitudinal section through a part of a robot hand.

1 zeigt einen Roboterarm mit einer Roboterhand 1. Eine letzte Handachse 3 ist um eine virtuelle geometrische Drehachse 14 drehbar an dem Roboterarm befestigt, wobei ein Achsenglied 19 der letzten Handachse 3 um einen virtuellen im wesentlichen zentralen Drehpunkt 10 der Drehachse 14 schwenkbarbar ist. Ein Laserstrahl 7 wird, integriert in den Roboterarm, mittels Spiegelumlenkung, beispielsweise durch einen Spiegel 18, bis in die letzte Handachse 3 und dort durch das Achsenglied 19 bis zu einem Düsenausgang 11 in einem Schneiddüsenmittel 2 geleitet. Das Schneiddüsenmittel 2 leitet Prozessgas auf eine zu bearbeitende Werkstückoberfläche um insbesondere den Bearbeitungsvorgang mit dem Laserstrahl 7 zu unterstützen und die abgearbeiteten Stäube zu entfernen und abzuhalten. Innerhalb des Achsenglieds 19 befindet sich ein Antriebsmotor, wie in 3a und 3b dargestellt, der das längsbewegliche Schneiddüsenmittel 2 angepasst an die Anforderungen der Werkstückoberfläche 7 in Längsrichtung 8 ausfährt oder zurückfährt. An der Spitze des Schneiddüsenmittels 2 befindet sich ein Abstandssensormittel 4. Hierdurch werden Signale an eine nicht dargestellte Steuerung gesendet, die anschließend die Anpassung an die Werkstückoberfläche einleitet. 1 shows a robot arm with a robot hand 1 , One last hand axis 3 is a virtual geometric axis of rotation 14 rotatably mounted on the robot arm, wherein an axis member 19 the last hand axis 3 around a virtual essentially central fulcrum 10 the axis of rotation 14 is pivotable. A laser beam 7 is, integrated into the robot arm, by means of mirror deflection, for example by a mirror 18 , until the last hand axis 3 and there through the axle link 19 up to a nozzle exit 11 in a cutting nozzle means 2 directed. The cutting nozzle means 2 conducts process gas to a workpiece surface to be machined, in particular the machining process with the laser beam 7 to support and remove the processed dusts and hold. Within the axis link 19 there is a drive motor, as in 3a and 3b showing the longitudinally movable cutting nozzle means 2 adapted to the requirements of the workpiece surface 7 longitudinal 8th extends or retracts. At the top of the cutting nozzle means 2 there is a distance sensor means 4 , As a result, signals are sent to a controller, not shown, which then initiates the adaptation to the workpiece surface.

Die dargestellte Roboterhand 1 ist durch die beschriebene Ausbildung der Handachse sehr kompakt und kann auf kleinstem Raum alle notwendigen Bearbeitungsschritte durchführen.The illustrated robot hand 1 is very compact by the described training of the hand axis and can perform all necessary processing steps in a small space.

2 zeigt einen Teil der Roboterhand 1, insbesondere das Achsenglied 19 der letzten Handachse 3. An der dargestellten Seitenöffnung 21, durch die der Laserstrahl 7 in das Achsenglied eingeleitet werden kann, wird das Achsenglied 19 an den Roboterarm angekuppelt und ist zugleich um die Seitenöffnung 21 drehbar, sodass sich dort der Drehpunkt 10 der geometrischen Drehachse 14 befindet. 2 shows a part of the robot hand 1 , in particular the axis member 19 the last hand axis 3 , At the illustrated side opening 21 through which the laser beam 7 can be introduced into the axis member, the axis member 19 coupled to the robot arm and is at the same time around the side opening 21 rotatable, so there is the fulcrum 10 the geometric axis of rotation 14 located.

3a zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil einer Roboterhand 1. Durch die Seitenöffnung 21 wird der Laserstrahl 7 in den Innenbereich des Achsenglieds 19 geleitet und dort mittels eines Spiegel 18 in einem im wesentlichen rechten Winkel zu einem Schneiddüsenmittel 2. Beispielsweise im Düseneingangsbereich 15 des Schneiddüsenmittels 2, jedoch mit dem Schneiddüsenmittel 2 verschiebbar, kann ein Fokussieroptikmittel 5 in Form einer Linse angebracht sein. Durch dieses Fokussieroptikmittel 5, durch das mittels eine Verstellvorrichtung 12 der Fokus 20 des Laserstrahls 7 relativ zum Schneiddüsenmittel 2 fest eingestellt werden kann, wird der Laserstrahl 7 auch bei einem Verschieben des Schneiddüsenmittels 2 immer im Bereich des Fokusses 20 zusammengeführt. Auf diese Weise ist zwar das Schneiddüsenmittel beweglich aber der Fokus in einem konstanten Abstand zum Düsenausgang 11. Mittels des beispielsweise an der Spitze des Schneiddüsenmittels 2 angebrachten Abstandssensormittel 4 kann die Schneiddüse in einem konstanten Abstand 16 zu einer sich ändernden Werkstückoberfläche 17 gehalten werden. 3a shows a schematic longitudinal section through a part of a robot hand 1 , Through the side opening 21 becomes the laser beam 7 in the interior of the axle member 19 headed and there by means of a mirror 18 at a substantially right angle to a cutting nozzle means 2 , For example, in the nozzle entrance area 15 of the cutting nozzle means 2 but with the cutting nozzle means 2 slidable, can be a focusing optics means 5 be attached in the form of a lens. By this focusing optic means 5 , by means of an adjusting device 12 the focus 20 of the laser beam 7 relative to the cutting nozzle means 2 can be fixed, the laser beam 7 even with a displacement of the cutting nozzle means 2 always in the area of the focus 20 merged. In this way, although the cutting nozzle means is movable but the focus at a constant distance to the nozzle exit 11 , By means of, for example, at the tip of the cutting nozzle means 2 attached distance sensor means 4 The cutting nozzle can be at a constant distance 16 to a changing workpiece surface 17 being held.

Der Antriebsmotor 9 des Schneiddüsenmittels 2 ist dazu auf einer dem Schneiddüsenmittel 2 gegenüberliegenden Seite 13 des Achsenglieds 19 in Bezug auf den Drehpunkt 10 der Drehachse 14 angebracht. Dies ist einerseits sehr raumsparend und bewirkt zugleich eine kompakte Form der Handachse, so dass eine geringer Störbereich durch die Handachse erreicht wird.The drive motor 9 of the cutting nozzle means 2 is on one of the cutting nozzle means 2 opposite side 13 of the axle link 19 in terms of the pivot point 10 the axis of rotation 14 appropriate. This is on the one hand very space-saving and at the same time causes a compact shape of the hand axis, so that a small interference region is achieved by the hand axis.

3b zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil einer Roboterhand 1, wobei das Schneiddüsenmittel 2 in diesem Fall weit in Richtung Antriebsmotor 9 zurückgefahren ist. 3b shows a schematic longitudinal section through a part of a robot hand 1 wherein the cutting nozzle means 2 in this case, far in the direction of the drive motor 9 has moved back.

11: Roboterhandrobotic hand
22: SchneiddüsenmittelCutting nozzle means
33: Handachsehand axis
44: AbstandssensormittelDistance sensor means
55: FokussieroptikmittelFokussieroptikmittel
77: Laserstrahllaser beam
88th: Längsverstellunglongitudinal adjustment
99: Antriebsmotordrive motor
1010: Drehpunktpivot point
1111: Düsenausgangnozzle exit
1212: Verstellvorrichtung für Fokussieroptikmitteladjustment for focusing optics
1313: gegenüberliegende Seiteopposing page
1414: Drehachseaxis of rotation
1515: Düseneingangnozzle inlet
1616: Abstanddistance
1717: WerkstückoberflächeWorkpiece surface
1818: Spiegelmirror
1919: Achsengliedaxle member
2020: Fokusfocus
2121: Seitenöffnungside opening

Claims

Robot with a robot hand ( 1 ) for emitting a laser beam ( 7 ) for machining a workpiece with a cutting nozzle means ( 2 ) for conducting process gas to the workpiece, wherein in the last hand axis ( 3 ) of the robot hand ( 1 ) a substantially rectangular deflection of the laser beam ( 7 ) in the direction of the hand axis ( 3 ) integrated cutting nozzle means ( 2 ), wherein the cutting nozzle means ( 2 ) a focusing optic means ( 5 ) for focusing the laser beam ( 7 ) and in particular a distance sensor means ( 4 ) for sensing the distance from a surface of the workpiece, and wherein the relative position of the cutting nozzle means ( 2 ) to the hand axis together with the focusing optic means ( 5 ) is adjustable.

Robot according to claim 1, characterized in that the introduction of the laser beam ( 7 ) in the last hand axis ( 3 ) substantially parallel to the geometric axis of rotation ( 14 ) of the last hand axis ( 3 ) and then a substantially rectangular deflection, in particular by means of a mirror ( 18 ) in a direction substantially perpendicular to the axis of rotation ( 14 ) of the last hand axis ( 3 ).

Robot according to claim 1 or 2, characterized in that the relative position of the cutting nozzle means ( 2 ) by longitudinal adjustment ( 8th ) of the cutting nozzle means ( 2 ) substantially along the deflected laser beam ( 7 ) is adjustable, wherein the focusing optics means ( 5 ) with the cutting nozzle means ( 2 ) and in particular the distance sensor means ( 4 ) connected longitudinally adjustable.

Robot according to one of claims 1 to 3, characterized in that a drive motor ( 9 ) for the adjustment of the cutting nozzle means ( 2 ) in relation to the fulcrum ( 10 ) of the geometric axis of rotation ( 14 ) of the last hand axis ( 3 ) on a cutting nozzle means ( 2 ) opposite side ( 13 ) and that the driven cutting nozzle means ( 2 ) on the other side relative to the fulcrum ( 10 ) of the geometric axis of rotation ( 14 ) of the last hand axis ( 3 ).

Robot according to one of claims 1 to 4, characterized in that the last hand axis ( 3 ) is the fifth axis of the robot.

Robot according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cutting nozzle means ( 2 ) is sealed in such a way that in the various stages of adjustment, the process gas through the hand axis ( 3 ) substantially to a nozzle entrance ( 15 ) and from there substantially to a workpiece side nozzle exit ( 11 ).

Robot according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cutting nozzle means ( 2 ) as laterally in front of the laser beam ( 7 ) linearly movable Leitarm is formed, wherein process gas is passed through the Leitarm up to a workpiece-side nozzle outlet.

Robot according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cutting nozzle means ( 2 ) as laterally in front of the laser beam ( 7 ) is formed pivotable Leitarm, wherein process gas is passed through the Leitarm up to a workpiece-side nozzle outlet.

Robot according to one of claims 1 to 8, characterized in that distance sensor means ( 4 ) at the area of the nozzle exit ( 11 ) is attached.

Robot according to one of claims 1 to 9, characterized in that the distance sensor means ( 4 ) senses a distance ( 16 ) to a workpiece surface ( 17 ), so the focus ( 20 ) of the laser beam ( 7 ) in the nozzle exit area ( 11 ) by the displacement of the cutting nozzle means ( 2 ) maintains a predetermined, in particular constant distance to the workpiece surface.