DE102010055045A1

DE102010055045A1 - Unter Kamerabeobachtung fernsteuerbarer Fräsroboter

Info

Publication number: DE102010055045A1
Application number: DE201010055045
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bauer Jens
Original assignee: IMS Robotics GmbH
Current assignee: IMS Robotics GmbH
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2030-12-18
Also published as: DE202011002603U1; DE102010055045B4

Abstract

Bei einem Fräsroboter (1) mit einer Kamera (3) und einem Rotationswerkzeug (5) zum Bearbeiten der Innenwände von Rohren kleiner Durchmesser ist das Rotationswerkzeug (5) so umfänglich freigespart oder so durchlocht, dass eine am Werkzeugarm (2) des Fräsroboters (1) installierte Kamera (3) durch das Rotationswerkzeug (5) sowohl im Stillstand des Rotationswerkzeugs (5) als auch bei Rotation des Rotationswerkzeugs (5) hindurch sehen kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen unter Kamerabeobachtung fernsteuerbaren Fräsroboter mit einem Rotationswerkzeug zum Bearbeiten der Innenwände unbegehbarer Rohre sowie ein Rotationswerkzeug hierfür und dessen Verwendung. Die beobachtende Kamera kann sowohl vom Fräsroboter selbst getragen werden als auch als separate Einheit zur Bearbeitungsstelle verbracht sein.
Aus beispielsweise DE 197 45 497 C2 , DE 198 15 579 C1 , DE 100 35 221 C2 , DE 101 18 217 C2 oder DE 298 08 280 U1 des Anmelders sind eingangs genannte gattungsbildender Fräsroboter bekannt. Als Rotationswerkzeuge eignen sich Kugelfräser, Zylinderfräser, Pilzkopffräser, Kegelfräser, Einlauffräser, aber auch z. B. rotierende Bürsten. Mit ihnen werden unbegehbare Abwasserrohre gereinigt, geglättet, einragende Hindernisse beseitigt oder von Wurzelwerk befreit. Einlauffräser dienen dazu, Einläufe von Hausanschlussrohren in mittels Inlinertechnik sanierten Abwasserrohren frei zu fräsen.
In den letzten Jahrzehnten ist es gelungen, immer schlankere Fräsroboter zu bauen, mit denen selbst Hausanschlüsse befahren und bearbeitet werden können. Um eine entsprechende Schlankheit und Bogengängigkeit eines Fräsroboters zu erreichen, sind unter anderem auch eine eingebaute Kamera und deren Beleuchtungseinrichtung gedrungen. Dies hat zur Folge, dass die entsprechend tiefliegend eingebaute Kamera nicht hinter das Rotationswerkzeug blicken kann und der Bediener den Fräsroboter „nach Gefühl” steuern und zwecks Kontrolle des Arbeitsergebnisses den Fräsroboter immer wieder soweit zurücknehmen muss, bis er eine einigermaßen ausreichende Übersicht über den Bearbeitungsstand erlangt hat.
Das kostet nicht nur Zeit, sondern kann auch aufgrund der Blindheit des Bedieners bezüglich des Raumes hinter dem Rotationswerkzeug während des Fräsens zu Fehlhandlungen und irreparablen Schäden am Rohr führen.
Aber auch für den Fall, dass eine Kamera separat in das Rohr eingefahren wird, kann sie, in Blickrichtung gesehen, nicht hinter das rotierende Werkzeug auf die eigentliche Bearbeitungsstelle schauen, weil das Rotationswerkzeug in ihrer optischen Achse liegt. Dabei ist es gleichgültig, ob das Kamerasystem vor oder hinter dem Rotationswerkzeug des Fräsroboters positioniert ist oder ob das Rotationswerkzeug um die Läng- oder Querachse des Fräsroboters rotiert. Ein weiteres Problem ist es, dass die während der Arbeiten abgetragenen Partikel eine „Nebelwand” verursachen, die die Sicht auf die Bearbeitungsstelle stark behindert. Im dem absolut dunklen Rohr reflektieren überdies die von der Beleuchtung angestrahlten Staubpartikel und Späne das Licht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und einen unter Kamerabeobachtung fernsteuerbaren Fräsroboter mit einem Rotationswerkzeug sowie ein Rotationswerkzeug hierfür zu entwickeln, welche es erlauben, von der Kamera aus gesehen durch das Rotationswerkzeug hindurch auf eine Bearbeitungsstelle zu schauen, und zwar sowohl im Stillstand des Rotationswerkzeugs als auch im rotierenden Betrieb.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen geben die begleitenden Ansprüche an.
In vorteilhafter Weise wird durch die Erfindung die Kamerasicht auf eine Bearbeitungsstelle wesentlich erweitert bzw. überhaupt erst während des Arbeitens möglich. Der Fräsroboter muss nicht fortwährend für eine Betrachtung des Arbeitsergebnisses zurückgefahren und das Absetzen des Arbeitsstaubes abgewartet werden, um dann wieder mit der Bearbeitung fortzufahren. Das Risiko eines Bearbeitungsfehlers sinkt durch die wesentlich erweiterte Sicht, die insbesondere während der Rotation des Rotationswerkzeugs, also während der Arbeit mit dem Fräsroboter, in Erscheinung tritt.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 den vorderen Abschnitt eines eine Kamera tragenden Fräsroboters mit einem um die Längsachse seines Werkzeugarms rotierenden Fräser und
2 den vorderen Abschnitt eines eine Kamera tragenden Fräsroboters mit einem quer zur Längsachse seines Werkzeugarms rotierenden Fräser.
In 1 ist der vordere Abschnitt eines eine Kamera tragenden Fräsroboters 1 für unbegehbare Rohre dargestellt, mit dessen Hilfe z. B. ein Kanalisationsrohr bearbeitet werden kann, beispielsweise ein Inliner an der Einmündung eines Hausanschlusses im Zuge einer Sanierung aufgefräst werden kann.
Der Fräsroboter 1 hat einen etwa kreisrunden, länglichen Körper, an dessen Kopfseite ein schwenk- und/oder drehbeweglicher Werkzeugarm 2 angebaut ist. Der Fräsroboter 1 trägt eine Kamera 3 mit einer Beleuchtungseinrichtung und einen Werkzeugträger 4 mit einem Rotationswerkzeug 5, im Beispiel ein Kugelfräser, der um die Längsachse des Werkzeugarms 2 rotieren kann. Die Kamera 3 sitzt in Bearbeitungsrichtung gesehen hinter dem Rotationswerkzeug nahe zur Längsachse des Fräsroboters 1, was eine gute Bogengängigkeit des Fräsroboters 1 erlaubt. Im speziellen Beispiel sitzt die Kamera 3 auf einem verschwenk- und/oder verdrehbaren Werkzeugarm 2 des Fräsroboters 1. Sie kann aber auch vom Körper des Fräsroboters 1 selbst getragen werden. Ohne Anwendung der Erfindung könnte die Kamera 3 nur in einem sehr kleinen Winkel zur Längsachse des Fräsroboters 1 bzw. seines Werkzeugarms 2 an dem Rotationswerkzeug 5 vorbei auf eine Bearbeitungsstelle schauen. Unmittelbar vor dem Rotationswerkzeug 5 ist das Sichtfeld auf eine Bearbeitungsstelle deutlich eingeschränkt, weil das Rotationswerkzeug 5 in der Blickachse der Kamera 3 liegt und folglich die Sicht versperrt. Dies ist von großem Nachteil für insbesondere kritische Arbeiten, wie das Auffräsen eines Einlaufs in einem Inliner. Wird hier der Inliner auch nur knapp neben dem Einlauf verletzt, ist das Sanierergebnis verdorben.
Sind der Fräsroboter 1 und das Rotationswerkzeug 5 jedoch so hergerichtet, dass im Rotationswerkzeug Segmente geeignet freigespart sind, so kann die Kamera 3 in einem zur Längsachse größeren Winkel α durch eine segmentartige Freisparung 5a hindurch auf eine Bearbeitungsstelle blicken. Die zuvor unbeobachtbare Zone verschwindet. Je nach Art eines eingesetzten Rotationswerkzeugs 5 werden vorteilhaft umfänglich mehrere Freisparungen 5a symmetrisch um die Rotationsachse des Rotationswerkzeugs 5 erzeugt. Im Beispiel sind vier Freisparungen 5a vorhanden. Steht das Rotationswerkzeug 5 so, dass eine Freisparung 5a in der optischen Blickachse der Kamera 3 liegt, so schaut die Kamera 3 durch diese hindurch viel effektiver auf die Bearbeitungsstelle als zuvor. Steht das Rotationswerkzeug 5 so, dass ein nicht freigespartes Segment 5b des Rotationswerkzeug 5 in der optischen Blickachse liegt, so schaut die Kamera 3 durch die beiden anliegenden Freisparungen 5a hindurch auf die Bearbeitungsstelle. Rotiert während des Arbeitseinsatzes das Rotationswerkzeug 5 um die Längsachse des Fräsroboters 1 bzw. des Werkzeugarms 2 mit der üblichen schnellen Drehzahl, so entsteht ein weites, nahezu ungestörtes Sichtfenster auf die Bearbeitungsstelle. Die nicht freigesparten Segmente 5b verschwinden optisch für den Betrachter. Dieses Phänomen ist aus dem Anblick eines schnell drehenden Propellers bekannt.
Die nicht freigesparten Segmente 5b eines Fräsers als Rotationswerkzeugs 5 können mit Hartmetall oder Diamanten besetzt sein. Auch können die Freisparungen 5a Hartmetall-Fräskanten an den nicht freigeschnittenen Segmenten 5b bilden.
Ein erfindungsgemäß modifiziertes Rotationswerkzeug 5 verbessert des Weiteren die Sicht beim Arbeiten deshalb erheblich, da die abgetragenen Partikel durch die propellerartige Wirkung des Rotationswerkzeugs 5 von der Bearbeitungsstelle fortgeschleudert werden. Es liegt kein undurchdringlicher Nebel mehr über dieser.
Im Beispiel nach 1 ist die Kamera 3 auf dem Werkzeugarm 2 des Fräsroboters 1 angeordnet und das Rotationswerkzeug 5 rotiert um die Längsachse des Werkzeugarms 2, ganz gleich, ob der Werkzeugarm 2 ausgelenkt ist oder nicht. In der Grundstellung des Werkzeugarms 2 läuft die Längsachse des Werkzeugarms 2 zugleich auch durch den Körper des Fräsroboters 1. Trägt nicht der Werkzeugarm 2, sondern der Körper des Fräsroboters 1 die Kamera (nicht gezeichnet) und ist der Werkzeugarm 2 ausgelenkt, so wird ferngesteuert die Kamera 3 zum Rotationswerkzeug 5 ausgerichtet. Immer rotiert das Rotationswerkzeug im Wesentlichen um die optische Achse der Kamera.
Gemäß einer Ausführung nach 2 rotiert das Rotationswerkzeug 5 quer zur Längsachse des Fräsroboters 1 bzw. dessen Werkzeugarms 2 und somit im Wesentlichen quer zur optischen Achse der Kamera 3. Der Werkzeugarm 2 kann im Beispiel mit der Kamera 3 um eine Längsachse parallel zur Längsachse des Fräsroboters 1 rotieren. Er kann aber auch (zusätzlich) verschwenkbar sein, wobei die Kamera 3 nachzuführen ist. Um auch für solche Bauarten einen Durchblick durch das Rotationswerkzeug 5 hindurch auf eine Bearbeitungsstelle zu ermöglichen, wird das Rotationswerkzeug 5 erfindungsgemäß quer zu seinem Werkzeugschaft 6 durchbohrt. Beispielsweise läuft eine größere Bohrung 7 oberhalb der Verbindung zwischen dem Werkzeugschaft 6 und dem eigentlichen Fräskörper quer durch das Rotationswerkzeug 5 hindurch. Es ist aber auch möglich, in Querrichtung nicht näher dargestellte seitliche Freisparungen vorzusehen. Auch hier verbessert sich insbesondere beim schnellen Rotieren des Rotationswerkzeugs 5 die Kamerasicht auf eine dahinter liegende Bearbeitungsstelle erheblich.
In den Zeichnungen ist dargestellt, dass das Rotationswerkzeug 5 an der Spitze des Fräsroboters 1 positioniert ist und die Kamera 3 dahinter. Im Geltungsbereich der Erfindung liegt es aber auch, wenn die Kamera 3 an der Spitze des Fräsroboters 1 positioniert ist und zurück schaut in Richtung des Rotationswerkzeugs 5. Diese Konfiguration ist nicht näher dargestellt.
In den Zeichnungen ist ferner dargestellt, dass die Kamera 3 vom Fräsroboter 1 getragen wird. Im Geltungsbereich der Erfindung liegen jedoch auch solche Konfigurationen, bei denen die Kamera 3 unabhängig vom Fräsroboter 1 mit beispielsweise einer Schiebestange, einem Schlitten, einem Fahrwagen oder auch selbstfahrend in eine Position gebracht wird, um den Fräsroboter 1 mit seinem Rotationswerkzeug 5 während des Betriebes unter Kamerabeobachtung zu führen. Die separate mobile Kamera 3 kann hierzu beispielsweise vor dem Fräsroboter 1 und seinem Rotationswerkzeug 5 positioniert und bedient werden.
In den Zeichnungen ist das Rotationswerkzeug 5 als Kugelfräser dargestellt. Es kann aber auch jede andere für eine Innenrohrbearbeitung geeigente Fräserform erfindungsgemäß hergerichtet werden oder auch eine Rotationsbürste oder dergleichen Rotationswerkzeug.
Grundsätzlich ist es mit einer Verwendung eines für eine Kameradurchsicht umfänglich freigesparten oder durchlochten Fräswerkzeugs möglich, Fräsarbeiten mittels eines kamerageführten Fräsroboters in unbegehbaren Rohren schneller und exakter auszuführen als bisher, weil das Fräswerkzeug den Kamerablick hinter das Fräswerkzeug freigibt.
Bezugszeichenliste

1: Fräsroboter
2: Werkzeugarm
3: Kamera
4: Werkzeugträger
5: Rotationswerkzeug
5a: Freisparung
5b: Frässchneide
6: Werkzeugschaft
7: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19745497 C2 [0002]
DE 19815579 C1 [0002]
DE 10035221 C2 [0002]
DE 10118217 C2 [0002]
DE 29808280 U1 [0002]

Claims

Unter Kamerabeobachtung fernsteuerbarer Fräsroboter mit einem Rotationswerkzeug zum Bearbeiten der Innenwände unbegehbarer Rohre, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationswerkzeug (5) so umfänglich freigespart oder so durchlocht ist, dass eine Kamera (3) sowohl im Stillstand des Rotationswerkzeugs (5) als auch bei Rotation des Rotationswerkzeugs (5) durch das Rotationswerkzeug (5) hindurch sehen kann.
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (3) mit dem Fräsroboter (1) baulich verbunden und vor oder hinter dessen Rotationswerkzeug (5) angeordnet ist.
Fräsroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (3) unabhängig vom Fräsroboter (1) als separate mobile Einheit ausgebildet ist und von vorn oder hinten zum Rotationswerkzeugs (5) blickt.
Fräsroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kamera (3) zugeordnete Beleuchtungseinrichtung durch das Rotationswerkzeug (5) hindurch strahlt.
Rotationswerkzeug für einen unter Kamerabeobachtung fernsteuerbaren Fräsroboters (1) zum Bearbeiten der Innenwände unbegehbarer Rohre, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationswerkzeug (5) so umfänglich ausgespart oder so durchlocht ist, dass eine Kamera (3) durch das Rotationswerkzeug (5) sowohl im Stillstand des Rotationswerkzeugs (5) als auch bei Rotation des Rotationswerkzeugs (5) hindurch sehen kann.
Rotationswerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationswerkzeug (5) für eine Rotation im Wesentlichen um die Blickachse der Kamera (3) längs zu seiner Rotationsachse segmentartig freigespart oder durchlocht ist.
Rotationswerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationswerkzeug (5) zwischen seinen Schneiden (5b) freigeschnitten ist oder die Freischneidungen (5a) selbst Schneiden (5b) erzeugen.
Rotationswerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationswerkzeug (5) für eine Rotation im Wesentlichen quer zur Blickachse der Kamera (3) quer zu seiner Rotationsachse freigespart oder durchlocht ist.
Rotationswerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationswerkzeug (5) mindestens an zwei sich gegenüberliegenden Stellen (5a) freigespart oder durchlocht ist.
Rotationswerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationswerkzeug (5) ein Fräser oder eine Bürste ist.
Verwendung eines für eine Kameradurchsicht umfänglich freigesparten oder durchlochten Rotationswerkzeugs (5) für einen kamerageführten Fräsroboter (1).