DE102008013396A1

DE102008013396A1 - Modul zur Bearbeitung von Werkstücken

Info

Publication number: DE102008013396A1
Application number: DE102008013396A
Authority: DE
Inventors: Danny Dipl.-Math. Schnabel (FH); David Dipl.-Math. Wenzel; Mirko Dipl.-Ing. Händler; Volkmar Dr.-Ing. Vogel
Original assignee: Hoermann Engineering GmbH
Current assignee: Robur Prototyping and Materials GmbH
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Modul zur Bearbeitung von Werkstücken, der die Durchführung von mehreren Bearbeitungsprozessen gewährleistet, wobei die Bearbeitungsprozesse entlang einer Bewegungsbahn über eine gemeinsame Programmierung und Steuerung durchführbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Modul zur Bearbeitung von Werkstücken, der es ermöglicht, unterschiedliche Bearbeitungsverfahren, insbesondere in einer Werkstückaufspannung (Lagefixierung des Werkstückes) zu realisieren.
Aus DE 38 07 476 A1 ist eine Bearbeitungseinrichtung für laserschweißbare und lasertrennbare Werkstücke bekannt, die für deren Vor- und Nachbearbeitung mit mehreren Bearbeitungsvorrichtungen versehen ist. Dabei können eine thermische Einrichtung, eine mit der Werkstückoberfläche korrespondierende mechanische Einrichtung, eine Blas- oder Absaugeinrichtung im Vorlauf zu einem Laserkopf und eine Abdeckvorrichtung, eine Werkstückbeschichtungseinrichtung und eine weitere thermische Einrichtung im Nachlauf zum Laserkopf angeordnet sein.
Diese Bearbeitungseinrichtung weist eine Steuerung bzw. Regelung auf, die zur Steuerung bzw. Regelung der einzelnen Arbeitsgänge vorgesehen ist.
Der wesentliche Nachteil der Lösung besteht darin, dass keine Möglichkeit der Programmierung der einzelnen Werkzeuge über ein gemeinsames Tool aufgezeigt wird und/oder dass nicht alle Bearbeitungswerkzeuge kontaktfrei auf das Werkstück einwirken.
Aus DE 102 17 b678 A1 ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstoffen durch Kombination eines Bearbeitungswerkzeuges mit mindestens einem weiteren Bearbeitungswerkzeug bekannt, wobei ein Bearbeitungswerkzeug ein Laser ist und mit dem zweiten Bearbeitungswerkzeug eine pulsmodulierte Bearbeitung erfolgt. Nachteilig ist dabei die Verwendung mehrerer Werkzeuge mit jeweils unterschiedlichen Steuerungen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Modul zur Bearbeitung von Werkstücken zu entwickeln, der die Durchführung von mindestens zwei Bearbeitungsverfahren effektiv und mit minimalem konstruktivem Aufwand gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Modul zur Bearbeitung von Werkstücken gewährleistet erfindungsgemäß die Durchführung von mehreren Bearbeitungsprozessen, wobei die Bearbeitungsprozesse entlang einer Bewegungsbahn über eine gemeinsame Programmierung und Steuerung durchführbar sind.
Dazu weist der Modul wenigstens ein Werkzeug auf, welches zur Durchführung eines oder mehrerer Bearbeitungsverfahren geeignet ist, wobei ein Tool zur Generierung und Optimierung der Bewegungsbahn mit der Steuerung des Moduls in Verbindung steht/bringbar ist oder in die Steuerung integriert ist.
Mit dem Tool sind Bewegungsanweisungen in die Steuerung direkt oder indirekt übertragbar.
Weiterhin sind Mittel zur Positionierung des Werkstücks in Abhängigkeit von den zu bearbeitenden Bereichen des Werkstückes vorgesehen.
Die Mittel zur Positionierung des Werkstückes positionieren das Werkstück in Abhängigkeit von den durch das/die Werkzeug/e erreichbaren Bearbeitungsbereichen. Dies erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von den durch das Tool ermittelten Bewegungsbahnen. Weiterhin sind vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von Form und Lage des Werkstückes mittels des Tools die Bewegungsbahnen des Moduls bei fixierter Lage des Werkstückes festlegbar.
Es ist möglich nur ein zur Durchführung unterschiedlicher Bearbeitungsverfahren geeignetes Werkzeug zu verwenden und dieses für jedes Bearbeitungsverfahren entlang der gleichen oder einer anderen Bearbeitungsbahn zu bewegen.
Weiterhin kann ein Modul mehrere Werkzeuge zur Bearbeitung eines Werkstückes mit unterschiedlichen Verfahren aufweisen, die mittels einer gemeinsamen/gekoppelten Steuerung steuerbar sind.
Bevorzugt ist der Modul durch ein Handhabungsgerät, insbesondere einen Roboter, bewegbar.
Die Generierung und Optimierung der Bewegungsbahn des Moduls wird mit dem Tool bevorzugt offline durchgeführt.
Das/die Werkzeug/e ist/sind erfindungsgemäß so im Modul integriert, dass bei den Bearbeitungsprozessen kein direkter Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug besteht, d. h., dass generell Remote-Bearbeitungen durchgeführt werden.
Es ist weiterhin möglich, dass ein oder mehrere Werkzeuge positionierbare Elemente aufweisen, um bei fixierter Position des Handhabungsgerätes das Bearbeitungselement zielgerichtet auf den Bearbeitungspunkt des Werkstückes zu lenken.
Insbesondere sind mit einem oder mehreren im Modul angeordneten Werkzeugen ohne direkten Werkstückkontakt wenigstens zwei der nachfolgend aufgeführten Bearbeitungsprozesse durchführbar: das Abtragen von Oberflächenbeschichtungen, das Reinigen von Oberflächen, das Auftragen von Beschichtungen, das Schneiden, das Gravieren, das Schweißen, das Löten und ggf. andere Fügeprozesse.
Vorteilhafter Weise ist in dem Modul eine Laser-Ablenkeinheit integriert, die für unterschiedliche Verfahrensabläufe einsetzbar ist.
Dabei ist es möglich, ein oder auch mehrere Bearbeitungsdurchläufe über dem Werkstück abzufahren.
Die Vorteile der Vereinigung mehrerer Werkzeuge/Prozesse durch die Verwendung eines Moduls werden besonders für Remote-Anwendungen deutlich, da hier wesentlich mehr Freiheitsgrade für die Positionierung des Handlingsgerätes bestehen. Durch die Verwendung eines einzigen Handlingsgerätes bzw. durch die Steuerung aller Werkzeuge über eine gemeinsame Steuerung werden Beschaffungskosten und Inbetriebnahmezeiten gesenkt.
Durch die Einbindung weiterer Prozesse, die zeitnah abfolgen können, sind große Taktzeiteinsparungen realisierbar, die auch mit Einsparungen an Betriebsmitteln für das Handlingsgerät verbunden sind, wenn die Prozesse gekoppelt in weniger Durchläufen abgearbeitet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: Prinzipdarstellung der Prozessbearbeitung auf der Bahn eines Werkzeuges bei einem Durchlauf und bei Durchführung von zwei Bearbeitungsverfahren,
2: Prinzipdarstellung der Prozessbearbeitung auf der Bahn von zwei Werkzeugen bei einem Durchlauf und bei Durchführung von zwei Bearbeitungsverfahren (je Werkzeug ein Verfahren),
3: Prinzipdarstellung von zwei Durchlaufen mit jeweils einem Werkzeug bei der Durchführung von zwei Bearbeitungsverfahren,
4: Prinzipdarstellung eines Moduls mit zwei Werkzeugen in Form von zwei Ablenkeinheiten für jeweils einen Laserstrahl, wobei mit dem ersten Laserstrahl ein Reinigen/Abtragen der Oberfläche des Werkstückes und zeitversetzt mit dem zweiten Laserstrahl das Schweißen erfolgt.
5: Prinzipdarstellung eines Moduls mit einem Werkzeug in Form einer Ablenkeinheit für einen Laserstrahl, mit welchem ein Reinigen/Abtragen der Oberfläche des Werkstückes und anschließend das Schweißen erfolgt.
In 1 bis 3 sind die Lagemöglichkeiten zweier unterschiedlicher Bearbeitungsprozesse A, B an jeweils drei Werkstück-Bearbeitungsorten symbolisch dargestellt.
1 zeigt die Prinzipdarstellung der Bahn eines Werkzeuges, welches durch ein Handlinggerät bzw. einen Roboter entlang dieser Bahn bewegt wird. Hierbei erfolgt in einem Durchlauf die Durchführung von zwei Bearbeitungsverfahren A, B mit Bearbeitungslinien A1/B1, A2/B2, A3/B3. Auf jeder Bearbeitungslinie erfolgt zuerst das Reinigen der Oberfläche mit dem ersten Bearbeitungsverfahren A und anschließend das Schweißen mit dem zweiten Bearbeitungsverfahren B. Beide Verfahren werden durch eine Laser-Ablenkeinheit (ein Werkzeug) realisiert, die in ein Handlingsgerät, z. B. einen im Raum bewegbaren Roboter integriert ist.
In 2 ist die Prinzipdarstellung der Bahn von zwei Werkzeugen bei einem Durchlauf und bei Durchführung von zwei Bearbeitungsverfahren A, B (je Werkzeug ein Verfahren) mit Bearbeitungslinien A1/B1, A2/B2, A3/B3 dargestellt.
3 zeigt die Prinzipdarstellung mit zwei Verfahrensdurchläufen, die mit einem oder zwei Werkzeugen durchgeführt werden. Im ersten Durchlauf wird das Verfahren A (z. B. Reinigen) und im zweiten Durchlauf das Verfahren B (z. B. Schweißen) durchgeführt.
Zu erkennen sind somit aus den 1 bis 3 prinzipielle Möglichkeiten für den zeitlichen Ablauf der einzelnen Schritte bei unterschiedlichen Modulkonfigurationen. Diese für zwei Bearbeitungsprozesse beispielhaften Konfigurationen sind:
In einem Durchlauf des Handlingsgerätes (Führungsmaschine/Positioniersystem/Roboter) wird ein in das Modul integriertes Werkzeug (z. B. Laser-Ablenkeinheit, Scanner) für zwei Bearbeitungsprozesse genutzt (z. B. Oberflächenbeschichtung eines Werkstückabschnittes abtragen und in diesem Gebiet schweißen) (1). In einem Durchlauf des Handlingsgerätes kommen zwei in das Modul integrierte Werkzeuge für die Bearbeitungsprozesse zum Einsatz. Es können daher zeitliche Überschneidungen der Teilprozesse realisiert werden (z. B. kann das Schweißen kurz nach der vorlaufenden Abtragung gestartet werden) (2).
In zwei Durchlaufen werden die Prozesse nacheinander abgearbeitet (3). Dabei kommt jeweils nur ein Bestandteil des Moduls zum Einsatz.
Die Prinzipdarstellung eines Moduls 1 mit zwei Werkzeugen 2, 3 in Form von zwei Ablenkeinheiten für einen Laserstrahl, wobei mit dem ersten Laserstrahl ein Reinigen/Abtragen der Oberfläche des Werkstückes und anschließend zeitversetzt mit dem zweiten Laserstrahl das Schweißen erfolgt, ist in 4 dargestellt.
Dabei sollen zwei Halbzeuge in Form von Blechen W1, W2 zu einem Werkstück W zusammengeschweißt werden. Die Bleche W1, W2 liegen auf Stoß im Nahtbereich N aneinander an. Mit dem ersten Laserstrahl L1 des ersten Werkzeuges 2 erfolgt nun das Reinigen der Oberfläche im Nahtbereich N durch Verdampfen und anschließend das Schweißen in diesem Werkstückabschnitt mittels des zweiten Laserstrahls 12 durch das zweite Werkzeug 3 (vergleiche 2 für den zeitlichen Ablauf).
Die Steuerung der beiden Werkzeuge 2, 3 erfolgt über eine gemeinsame Steuerung 5, die durch einen Programmierrechner 6 programmierbar ist.
In 5 ist die Prinzipdarstellung eines Moduls 1 mit nur einem Werkzeug 2 in Form einer Ablenkeinheit für einen Laserstrahl L1 dargestellt, mit welchem ein Reinigen/Abtragen der Oberfläche der zum Werkstück W zu fügenden Werkstückbereiche W1, W2 im Nahtbereich N und anschließend das Schweißen erfolgt. Auch hier ist das Werkzeug bzw. der Modul mit einer Steuerung 5 gekoppelt, die über einen Programmierrechner programmierbar ist (vergleiche 1 und 3 für den zeitlichen Ablauf).
Durch die erfindungsgemäße Lösung ergeben sich infolge der direkten Kopplung zweier Bearbeitungsverfahren hohe Taktzeitgewinne und Einsparungen bei sonst erforderlichen weiteren Führungsmaschinen.
Des Weiteren wird durch die Erfindung die Komplexität eines Remote-Systems erstmals für Programmierer intuitiv greifbar, wodurch weitere Einspareffekte in der Installationsphase der Anlage möglich sind.

1: Modul
2: erstes Werkzeug
3: zweites Werkzeug
5: Steuerung
6: Programmierrechner
L1: erster Laserstrahl
L2: zweiter Laserstrahl
N: Nahtbereich
W: Werkstück
W1, W2: Bleche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3807476 A1 [0002]
- DE 10217678 A1 [0005]

Claims

Modul zur Bearbeitung von Werkstücken, der die Durchführung von mehreren Bearbeitungsprozessen gewährleistet, wobei die Bearbeitungsprozesse entlang einer Bewegungsbahn über eine gemeinsame Programmierung und Steuerung durchführbar sind.
Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens ein Werkzeug aufweist, welches zur Durchführung eines oder mehrerer Bearbeitungsverfahren geeignet ist, wobei ein Tool zur Generierung und/oder Optimierung der Bewegungsbahn mit der Steuerung des Moduls in Verbindung steht/bringbar ist oder in die Steuerung integriert ist.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Tool Bewegungsanweisungen erstellbar und die Bewegungsanweisungen in die Steuerung übertragbar sind.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Positionierung des Werkstückes in Abhängigkeit von den zu bearbeitenden Bereichen des Werkstückes vorgesehen sind.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Positionierung des Werkstückes das Werkstück in Abhängigkeit von den durch das/die Werkzeug/e erreichbaren Bearbeitungsbereiche positionieren.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Positionierung des Werkstückes das Werkstück in Abhängigkeit von den durch das Tool ermittelten Bewegungsbahnen positionieren.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von Form und Lage des Werkstückes mittels des Tools die Bewegungsbahnen des Moduls festlegbar sind.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Durchführung unterschiedlicher Bearbeitungsverfahren geeignetes Werkzeug für jedes Bearbeitungsverfahren entlang der gleichen oder einer anderen Bearbeitungsbahn bewegbar ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul mehrere Werkzeuge zur Bearbeitung eines Werkstückes mit unterschiedlichen Verfahren aufweist, die mittels einer gemeinsamen/gekoppelten Steuerung steuerbar sind.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er durch ein Handhabungsgerät bewegbar ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Generierung und Optimierung der Bewegungsbahn des Moduls mit dem Tool offline durchführbar ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge so im Modul integriert sind, dass bei den Bearbeitungsprozessen kein direkter Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug besteht.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Werkzeuge positionierbare Elemente aufweisen, um bei fixierter Position der Grundmechanik das Bearbeitungselement zielgerichtet auf den Bearbeitungspunkt des Werkstückes zu lenken.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem oder mehreren im Modul angeordneten Werkzeugen ohne direkten Werkstückkontakt wenigstens zwei der nachfolgend aufgeführten Bearbeitungsprozesse durchführbar sind: das Abtragen von Oberflächenbeschichtungen, das Reinigen von Oberflächen, das Auftragen von Beschichtungen, das Schneiden, das Gravieren, das Schweißen, das Löten und Fügeprozesse.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul eine Laser-Ablenkeinheit aufweist, die für unterschiedliche Verfahrensabläufe einsetzbar ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder auch mehrere Durchläufe über dem Werkstück abfahrbar sind.