DE102011122202A1 - Moving device for translatory movement of length-variable beam of laser cutting machine, has auxiliary axle unit, where elements of beams are displaceable towards each other such that axle unit is translatively movable at last element - Google Patents

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Abstract

The device has an end effector (30) movable with relatively high acceleration over short distances, directly or by an auxiliary axle unit (20). The axle unit is movable with relative reduced acceleration over working areas (1-3) of a machine tool along length-variable beams (12, 15) of the tool. Each beam has elements displaceable towards each other such that the first element is movable as a base axle, and the axle unit is translatively movable at the last element in direction of movability of the elements. An independent claim is also included for a method for translatory movement of a length-variable beam of a machine tool.

Description

Technisches Gebiet und Stand der TechnikTechnical field and state of the art

Die Fortentwicklung neuer Materialbearbeitungs-, -verbindungs- oder -aufbauverfahren wie Laserschneiden und -schweißen, Hochgeschwindigkeitsfräsen, Rapid Prototyping oder von Nachbearbeitungsverfahren beispielsweise Härten, Beschichten oder Polieren haben zu einer wachsenden Anzahl von Werkzeugmaschinen mit hohen Bewegungsgeschwindigkeiten ihrer Werkzeug- oder Werkstück tragenden Elemente geführt. Auch bei Messmaschinen werden hohe Geschwindigkeiten angestrebt.The advancement of new material processing, bonding or assembly techniques such as laser cutting and welding, high speed milling, rapid prototyping or post-processing such as hardening, coating or polishing have resulted in a growing number of machine tools with high speeds of movement of their tool or workpiece carrying members. Also in measuring machines high speeds are desired.

Werkzeuge und Messeinrichtungen werden im weiteren als Endeffektoren bezeichnet. Bewegungsvorrichtungen einer Mess- oder Werkzeugmaschine, die jeweils eine translatorische oder rotatorische Bewegung eines Endeffektors relativ zu einem Werkstück in einer Achse eines Referenzkoordinatensystems des Arbeitsraumes der Maschine erlauben, werden im weiteren als Achsen bezeichnet. Als Maschinenachsen werden solche Teilbewegungsvorrichtungen bezeichnet, die eine translatorische oder rotatorische Bewegung eines Maschinenelementes gegenüber einem in der Hierachie der Gesamtstruktur der Maschine höher stehenden Maschinenelement erlauben, wobei die Hierachie beim Maschinengestell als höchste Stufe beginnt und bei den Maschinenachsen zur direkten Bewegung eines Endeffektors als niedrigste Stufe endet.Tools and measuring devices are referred to hereinafter as end effectors. Moving devices of a measuring or machine tool, each of which allow a translational or rotational movement of an end effector relative to a workpiece in an axis of a reference coordinate system of the working space of the machine are referred to as axes. Machine axes are those partial movement devices which permit a translatory or rotational movement of a machine element relative to a machine element higher in the hierarchy of the machine, the hierarchy starting at the machine frame as the highest stage and at the machine axes for the direct movement of an end effector as the lowest stage ends.

Achsen und Maschinenachsen können identisch sein, aber es können auch Achsbewegungen, in Bezug zum besagten Referenzkoordinatensystem, aus den Bewegungen mehrerer Maschinenachsen zusammengesetzt sein.Axes and machine axes may be identical, but axis movements may also be composed of the movements of several machine axes with respect to said reference coordinate system.

Damit die hohen angestrebten Geschwindigkeiten auch bei kompliziert gestalteten Werkstücken genutzt werden können, sind hohe Beschleunigungen der bewegten Elemente notwendig.High acceleration of the moving elements is necessary in order to be able to use the high desired speeds even for workpieces with complex designs.

In vielen Anwendungen ist es notwendig einen Endeffektor kontinuierlich und mit möglichst hoher konstanter Relativgeschwindigkeit, an einem mindestens teilweise kompliziert geformten Werkstück entlang zu führen, das relativ zum besagten Endeffektor eine wesentlich höhere Masse und/oder wesentlich größere Abmessungen hat. Dies setzt eine relativ massive und/oder langwegige Führungsstruktur voraus.In many applications, it is necessary to guide an end effector continuously and with the highest possible constant relative velocity along an at least partially complicated shaped workpiece, which has a substantially higher mass and / or substantially larger dimensions relative to said end effector. This requires a relatively massive and / or long-lasting leadership structure.

Je massiver die bewegten Elemente sind, umso höher sind die Kräfte die einerseits notwendig sind um die erwünschten hohen Beschleunigungen zu erzielen und die anderseits entsprechende Rückwirkungen auf tragende oder führende Strukturen verursachen.The more massive the moving elements are, the higher are the forces which are necessary on the one hand to achieve the desired high accelerations and on the other hand cause corresponding effects on supporting or guiding structures.

Dies führt zu unerwünschten, meist elastischen, Verformungen dieser Strukturen, was wiederum häufig zu Schwingungen auf den Resonanzfrequenzen aller beteiligten Maschinenelemente führt. All diese Verformungen und Schwingungen führen zur Abweichung zwischen Soll- und Ist-Weg bei der Bewegung eines Endeffektors relativ zum Werkstück.This leads to undesirable, usually elastic, deformations of these structures, which in turn often leads to oscillations on the resonance frequencies of all machine elements involved. All of these deformations and oscillations lead to a deviation between the desired and actual path during the movement of an end effector relative to the workpiece.

Es sind verschiedene Lösungsansätze bekannt, um dieses Problem zu mindern. Ein Ansatz, mit dem sich die hier vorliegende Patentanmeldung befasst, versucht die Bewegungsabweichungen von vornherein klein zu halten.Various approaches are known to mitigate this problem. One approach, with which the present patent application deals, tries to keep the motion deviations small from the outset.

Dies ist unter anderem möglich durch 1. Stabilität, 2. Reduktion der bewegten Massen und 3. Impulsausgleich.This is possible, among other things, by 1. stability, 2. reduction of the moving masses and 3. impulse compensation.

Fehlervermeidung durch Rigidität der Strukturen und Dämpfung von Schwingungen führt zu massiven Maschinen, die hohe Antriebskräfte benötigen, was somit hohe Anschaffungs- und Aufstellungskosten, hohen Energieverbrauch und in vielen Fallen auch hohen Verschleiß bedeutet, also zu hohen Anschaffungs- und Betriebskosten führt. Diese Kosten übersteigen bei den angestrebten Beschleunigungen häufig den erzielbaren Produktivitätsvorteil.Error avoidance through rigidity of the structures and damping of vibrations leads to massive machines that require high driving forces, which means high acquisition and installation costs, high energy consumption and in many cases also high wear, thus leading to high acquisition and operating costs. These costs often exceed the achievable productivity advantage for the desired accelerations.

Zur Fehlervermeidung durch Reduktion der bewegten Massen sind ebenfalls eine ganze Reihe von Lösungsansätzen bekannt.To avoid errors by reducing the moving masses, a whole series of approaches are also known.

Neben der Verwendung neuartiger Werkstoffe, beispielsweise Kohlefaserverbundstoffe, kommt es auch zum Einsatz alternativer Achskonfigurationen.In addition to the use of novel materials, such as carbon fiber composites, it comes also to use alternative Achskonfigurationen.

Eine besonders leistungsfähige Gruppe von Achskonfigurationen, enthalten als wesentliches Merkmal in ihren Hauptbewegungsrichtungen sogenannte ”redundante Achsen”.A particularly powerful group of axle configurations contain so-called "redundant axes" as an essential feature in their main directions of movement.

Als ein frühes Beispiel hierfür lehrt EP 594699 B1 die parallel überlagerte (redundante) Bewegung von längeren Basisachsen und kürzeren Zusatzachsen, wobei die Zusatzachsen durch ihre kleineren Wege und Spannweiten sehr viel kleiner bauen und damit leichter sind, also mit weniger Kraft zu beschleunigen.As an early example of this teaches EP 594699 B1 the parallel superimposed (redundant) movement of longer base axles and shorter auxiliary axles, whereby the additional axles build much smaller due to their smaller ways and spans and thus are lighter, that is to accelerate with less force.

Dies führt, je nach Abwägung, eher zu höheren Beschleunigungen bei gleichen Kräften, oder geringeren Rückwirkungen bei gleichen Beschleunigungen, so dass sowohl Genauigkeit, als auch Geschwindigkeit hiervon profitieren können.Depending on the consideration, this leads to higher accelerations with the same forces, or less reactions with the same accelerations, so that both accuracy and speed can benefit from this.

Weitere wichtige Entwicklungsschritte in dieser Richtung sind durch EP 1 294 544 B1 und EP 1 724 054 B1 erzielt worden, indem zunächst eine besondere orthogonal-parallelkinematische Zusatzachsenkonfiguration gelehrt wurde, die zu dem zusätzlichen Vorteil führt, dass in beiden Hauptbewegungsrichtungen einer derart realisierten Maschine insoweit vergleichbar günstige kinematische Verhältnisse herrschen, und mittels der in EP 1 724 054 B1 veröffentlichten Lehre wird dargestellt wie eine derartige Zusatzachseneinheit mittel Impulsausgleich nochmals um eine Größenordnung an Präzision bei zugleich extrem hoher Beschleunigung gewinnen kann.Further important development steps in this direction are due to EP 1 294 544 B1 and EP 1 724 054 B1 obtained by first a special orthogonal-parallel kinematic Additional axial configuration was taught, which leads to the additional advantage that prevail in both main directions of movement of such a machine so far comparatively favorable kinematic conditions, and by means of in EP 1 724 054 B1 published teaching is shown how such an additional axis unit means impulse compensation can win again by an order of magnitude in precision at the same time extremely high acceleration.

Jener Stand der Technik wurde sowohl bezüglich der erzielbaren Beschleunigungen und Genauigkeiten als auch bezüglich seiner vielseitigeren Anwendbarkeit, durch die in den internationalen Patentanmeldung WO 2011/023185 A1 veröffentlichte Lehre nochmals wesentlich verbessert und WO 2011/023186 A1 fügte dem Stand der Technik bezüglich derartiger Achsenkonfigurationen noch die Option hinzu, Reaktionskräfte aus hohen Beschleunigungen mittels der Methode der Impulsentkopplung zu kompensieren.That prior art has been discussed both in terms of achievable accelerations and accuracies as well as in its more versatile applicability by the International Patent Application WO 2011/023185 A1 published doctrine again significantly improved and WO 2011/023186 A1 With regard to such axle configurations, the prior art added the option of compensating for reaction forces from high accelerations by means of the pulse decoupling method.

Weiterhin ist ein besonders wirtschaftlich zu realisierendes und flexibles Maschinenkonzept das, erstmals für eine großflächige Bearbeitung von Flachmaterialien, teilweise auf rotorisch bewegbare Basisachsen aufbaut, aus der DE 10 2011 119 211 A1 bekannt. Bevorzugte Ausführungsformen jener Erfindung zeigen als neue Nutzungsmöglichkeit eines schwenkbaren Auslegers unter anderem eine neue Ausführungsform der Impulsentkopplung. Für einen wesentlichen Teil von Anwendungen, die eine Bearbeitung von Flachmaterial vorsehen, dürfte dies ein bevorzugtes Maschinenkonzept darstellen. Jedoch sind auch Anwendungssituationen darstellbar, in denen mögliche Drehbewegungen von Zusatzachsen mittels schwenkbaren Auslegern eher nachteilhaft sind, beispielsweise wenn eine eher schmale und langgestreckte Bauweise einer Bearbeitungsmaschine- oder Gesamtanlage vorgesehen ist oder ein Verfahren oder Maschinenkonzept mit rein tranlatorisch wirksamen Basisachsen in den jeweiligen Anwendungen Vorteile bietet.Furthermore, a particularly economical to implement and flexible machine concept that, for the first time for a large-scale machining of flat materials, partly based on rotor-movable base axes, from the DE 10 2011 119 211 A1 known. Preferred embodiments of this invention show, among other things, a new embodiment of impulse decoupling as a new possibility of use of a pivotable cantilever. For a substantial portion of applications involving sheet processing, this is believed to be a preferred machine concept. However, application situations are also present in which possible rotational movements of additional axes by means of pivotable arms rather disadvantageous, for example, if a rather narrow and elongated design of a processing machine or overall system is provided or offers a method or machine concept with purely translationally effective base axes in the respective applications advantages ,

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Vorteile bekannter Konzepte von Bearbeitungsmaschinen mit schwenkbarem Ausleger auch für Maschinenkonzepte mit rein translatorisch bewegbaren Ausleger, als Träger von Zusatzachsen, zu erzielen. The object of the invention is therefore to obtain advantages of known concepts of machine tools with swivel arm for machine concepts with purely translationally movable boom, as a carrier of additional axes.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Um die vorgenannte Aufgabe zu lösen, ist als Teil einer Werkzeugmaschine eine Bewegungseinrichtung mit translatorischer Bewegung einer redundant wirksamen Zusatzachseneinheit an einem Ausleger vorgesehen, bei der ein Endeffektor direkt oder mittels eines Werkzeugträgers durch besagte Zusatzachseneinheit, mit relativ hoher Beschleunigung über kurze Distanzen hinweg, mindestens in einer Richtung parallel zur jeweiligen Bearbeitungsfläche bewegbar ist und besagte Zusatzachseneinheit wiederum mittels weitreichenderer Basisachsen, mit relativ geringer Beschleunigung über einen oder mehrere Arbeitsbereiche einer Werkzeugmaschine hinweg bewegbar ist, indem besagter Ausleger entlang besagter Arbeitsbereiche mittels einer entsprechenden Bewegungsvorrichtung translatorisch verschiebbar ist, und/oder besagte Arbeitsbereiche mittels entsprechender Bewegungsvorrichtungen entlang besagtem Ausleger verschiebbar sind.To achieve the above object, as part of a machine tool, a movement device with translational movement of a redundant auxiliary axis unit is provided on a boom, in which an end effector directly or by means of a tool carrier through said auxiliary axis unit, with relatively high acceleration over short distances, at least in is movable in one direction parallel to the respective working surface and said auxiliary axis unit is again movable by means of wider base axes, with relatively low acceleration over one or more working areas of a machine tool by said boom along said work areas by means of a corresponding movement device is translationally displaceable, and / or said work areas be displaced by means of corresponding movement devices along said boom.

Erfindungsgemäß besteht besagter Ausleger aus einer Mehrzahl längst des Auslegers zueinander verschiebbarer Elemente, derart dass dessen erstes Element als besagte Basisachse bewegbar ist und an dem jeweils letzten Element, längst des Auslegers, besagte Zusatzachseneinheit translatorisch bewegbar ist. Ein solcher Ausleger könnte beispielsweise in der Art eines ausziehbaren Teleskoparms ausgeführt sein, aus einer Mehrzahl, zur besagten Zusatzachseneinheit hin, in Volumen und Masse abgestuften Einzelelementen.According to the invention, said boom consists of a plurality of elements of the boom which can be displaced with respect to one another such that its first element is movable as said base axis and on the respective last element, longest of the boom, said auxiliary axis unit is translationally movable. Such a cantilever could for example be designed in the manner of an extendable telescopic arm, from a plurality, to the said additional axis unit out, in volume and mass graded individual elements.

Eine bevorzuge Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine impulsentkoppelte Bewegung besagter Zusatzachseneinheit entlang des besagten Auslegers vorgesehen ist.A preferred embodiment of the invention is characterized in that a pulse-decoupled movement of said auxiliary axis unit is provided along said cantilever.

Dies kann insbesondere in zwei Varianten ausgeführt sein:

  • 1. Der Ausleger ist in seiner Lagerung entweder zur Führung entlang besagter Arbeitsbereiche oder an einem festen Punkt, wenn besagte Arbeitsbereiche relativ zu besagtem Ausleger bewegbar sind, zusätzlich entlang seiner Längsachse verschiebbar. Bei der Beschleunigung besagter Zusatzachseneinheit entlang des Auslegers, durch einen beliebigen Antrieb der zwischen Zusatzachseneinheit und Ausleger wirksam ist, kann die Reaktionskraft aus der Beschleunigung der Zusatzachseneinheit durch eine entgegengesetzte Bewegung des Auslegers, mindestens teilweise aufgenommen werden, was schädliche Anregungsimpulse der tragenden Strukturen wirksam mindert. Dabei ist, insbesondere je nach Masseverhältnis zwischen Ausleger und daran bewegbarer Zusatzachseneinheit und den sich daraus ergebenden Bewegungsspielraum des Auslegers, bei eher kleinem translatorischem Bewegungsspielraum des Auslegers eine Kombination aus Federmittel und Dämpfung oder, bei eher längerem Bewegungsspielraum ein entsprechender Antrieb zwischen Aufhängung und Ausleger vorgesehen, der die Aufgabe des Federmittels und der Dämpfung übernimmt, den Bewegungsspielraum des Auslegers und den Aufbau von unerwünschter Bewegungsenergie im System zu begrenzen.
  • 2. Der Teil des Auslegers, an dem besagte Zusatzachseneinheit geführt und bewegt wird, dient zugleich als verschiebbare Ausgleichsmasse zur Aufnahme und Kompensation von Reaktionskräften aus hochbeschleunigten Bewegungen der Zusatzachseneinheit, weil dies den Aufbau einer stabilen und präzisen Führung des besagten Auslegers in allen seinen Bewegungsachsen wesentlich vereinfacht.
This can be carried out in particular in two variants:
  • 1. The boom is in its storage either for guidance along said work areas or at a fixed point, when said work areas are movable relative to said boom, additionally slidable along its longitudinal axis. In the acceleration of said auxiliary axle unit along the boom, by any drive between the auxiliary axle unit and boom, the reaction force from the acceleration of the auxiliary axle unit by an opposite movement of the boom, at least partially absorbed, which effectively reduces harmful excitation pulses of the supporting structures. In this case, in particular, depending on the mass ratio between the boom and movable additional axis unit and the resulting range of motion of the boom, with rather small translational movement of the boom a combination of spring means and damping or, at rather long range of motion, a corresponding drive between the suspension and boom provided the task of the spring means and the damping takes over, to limit the range of motion of the boom and the build-up of unwanted kinetic energy in the system.
  • 2. The part of the boom on which said auxiliary axis unit is guided and moved, serves as a sliding balancing mass for receiving and compensating reaction forces from highly accelerated movements of the auxiliary axis unit, because this essential for the construction of a stable and precise guidance of said boom in all its axes of motion simplified.

Bezüglich der Auslegung und dem Zusammenspiel mit den transversal zur Längsrichtung des Auslegers bewegbaren Zusatzachsen, kann hier grundsätzlich die technische Lehre aus dem vorbekannten Dokument WO 2011/023186 A2 genutzt werden. Jedoch ergibt sich erfindungsgemäß darüber hinaus eine flexibel an die anwendungsspezifischen Gegebenheiten anpassbare Geometrie des besagten Auslegers, was sowohl eine verbesserte Ausnutzung der technischen Leistungsfähigkeit der Impulsentkopplung in einer Konfiguration mit einem translatorisch bewegbaren Ausleger ermöglicht, als auch den Transport und die Aufstellung einer erfindungsgemäßen Maschine vereinfacht sowie die Zugänglichkeit besagter Arbeitsbereiche verbessert.With regard to the interpretation and the interaction with the transversely movable to the longitudinal direction of the boom additional axes, in principle, the technical teaching of the prior art document WO 2011/023186 A2 be used. However, according to the invention, moreover, there is a geometry of said cantilever which can be flexibly adapted to the application-specific conditions, which allows both improved utilization of the technical performance of impulse decoupling in a configuration with a translationally movable cantilever, and simplifies the transport and installation of a machine according to the invention improves the accessibility of said work areas.

Bei der Lagerung und Führung eines erfindungsgemäßen Auslegers, ist eine möglichst spielarme und biegesteife Gesamtkonfiguration anzustreben, wobei bezüglich der Steifigkeit jedoch die Anforderungen, wegen des Einsatzes besagter Zusatzachsen, nicht besonders hoch sind, und sogar niedrige Resonanzfrequenzen des Auslegers bevorzugt sein können, wenn ein Ausgleich der aus der Beschleunigung der Basisachsen entstehenden temporären Verformungen durch Bewegungen der Zusatzachsen kompensiert werden kann, neben ihrer eigentlichen Funktion der hochbeschleunigten Eigenbewegung.When storing and guiding a boom according to the invention, a low backlash and rigid overall configuration is desirable, but with respect to the stiffness, the requirements, because of the use of said additional axes are not particularly high, and even low resonance frequencies of the boom may be preferred when a balance the resulting from the acceleration of the base axes temporary deformations can be compensated by movements of the additional axes, in addition to their actual function of highly accelerated self-motion.

Die translatorische Bewegung des Auslegers entlang besagter Arbeitsbereiche wird gewöhnlich mittels eines konventionellen Antriebs erfolgen, wie aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von Varianten bekannt.The translatory movement of the boom along said work areas will usually be by means of a conventional drive as known in the art in a variety of variations.

Besagte Zusatzachseneinheit enthält erfindungsgemäß mindestens eine Achse beliebiger Bauart mit der besagter Endeffektor oder Werkzeugträger in einem ausreichenden Bewegungsspielraum bewegbar ist, vorzugsweise so, dass passend zur Beschleunigungsmöglichkeit der gesamten besagten Zusatzachseneinheit mittels besagtem translatorisch bewegbaren Ausleger entlang besagter Arbeitsbereiche, mindestens anwendungsspezifisch und für kontinuierliche Bewegungen, durch synchrone Kombination der Bewegung des besagten Auslegers als Basisachse und besagter mindestens einen Zusatzachse, das Beschleunigungspotential der jeweiligen Zusatzachse maßgeblich ist.Said additional axis unit according to the invention comprises at least one axis of any design with the said end effector or tool carrier is movable in a sufficient range of motion, preferably so that suitable for speeding the entire said additional axis unit means said translationally movable boom along said work areas, at least application-specific and for continuous movements, by Synchronous combination of the movement of the said boom as the base axis and said at least one additional axis, the acceleration potential of the respective additional axis is relevant.

Entsprechend gilt dies vorzugsweise auch für die Bewegungsanteile einer erfindungsgemäß impulsentkoppelten Zusatzachseneinheit entlang des besagten Auslegers, wobei sich eine überlagerte Bewegung aus den zueinander verschiebbaren Teilen des besagten Auslegers als Basisachse und der Zusatzachseneinheit insgesamt als sinngemäßer Zusatzachse entlang des Auslegers ergibt, wie dies für eine ähnliche Achskonfiguration aus Dokument WO 2011/023186 A2 bekannt ist.Accordingly, this also preferably applies to the motion components of a pulse-decoupled additional axis unit according to the invention along said cantilever, wherein a superimposed movement results from the mutually displaceable parts of said cantilever as the base axis and the additional axis unit as a mutually equivalent additional axis along the cantilever, as for a similar axis configuration from document WO 2011/023186 A2 is known.

Was für die Beschleunigung gilt, ist entsprechend selbstverständlich auch für die Veränderung der Beschleunigung über die Zeit, den sogenannten Ruck, gültig, beispielsweise bedingt durch Induktivitäten in elektrischen Antrieben oder mechanische Schwingungsneigung, soweit durch die jeweilige Ruckbegrenzung einer Basis- oder Zusatzachse eine relevante Verminderung der jeweiligen effektiven Beschleunigung eintritt.Naturally, what applies to the acceleration is also valid for the change in acceleration over time, the so-called jerk, for example due to inductances in electric drives or mechanical tendency to vibration, insofar as the jerk limitation of a base or additional axle has a relevant reduction in the acceleration respective effective acceleration occurs.

Der Bewegungsspielraum der Zusatzachsen muss hierzu ausreichend lang gewählt sein, um zu vermeiden, dass eine Zusatzachse während einer Beschleunigungsphase in eine Endlage gerät, bevor die Basisachse, hier insbesondere besagter Ausleger, schon die angestrebte Bewegungsgeschwindigkeit erzielt hat.The range of motion of the additional axes must be chosen to be sufficiently long to avoid that an additional axis during an acceleration phase in an end position before the base axis, in particular said boom, has already achieved the desired movement speed.

Hierfür zu beachtende Regeln und Möglichkeiten lassen sich beispielsweise entsprechend aus der Lehre der internationalen Patentanmeldungen WO 2008/148558 A1 , WO 2008/151810 A1 , WO 2009/000466 A2 und WO 2009/027006 A1 ableiten.For this purpose, rules and possibilities to be observed, for example, according to the teaching of international patent applications WO 2008/148558 A1 . WO 2008/151810 A1 . WO 2009/000466 A2 and WO 2009/027006 A1 derived.

Besagte Zusatzachsen sollten einen, gegenüber der sie jeweils tragenden Struktur, von den Bewegungen des besagten Endeffektors oder Werkzeugträgers weitgehend unabhängigen Schwerpunkt und weitgehende Freiheit von entsprechenden Reaktionskräften gegenüber den jeweils tragenden Strukturen aufweisen, beispielsweise indem in besagter mindestens einen Zusatzachse innerhalb der Zusatzachseneinheit ein Impulsausgleich vorgesehen ist.Said additional axes should have, relative to the respective supporting structure, of the movements of the said end effector or tool carrier largely independent center of gravity and extensive freedom from corresponding reaction forces against the respective supporting structures, for example by a pulse compensation is provided in said at least one additional axis within the additional axis unit ,

Vorzugsweise ist eine Bewegbarkeit des Auslegers in der Distanz (Höhe) gegenüber den Bearbeitungsflächen besagter Arbeitsbereiche vorgesehen.Preferably, a mobility of the boom in the distance (height) is provided opposite the working surfaces of said work areas.

Hierdurch kann bei den Zusatzachseinheiten einer erfindungsgemäßen Achskonfiguration auf eine langwegige (einige Zentimeter bis Dezimeter) und somit sehr aufwendige und massereiche Höhenbewegbarkeit des Endeffektors verzichtet werden und es ergeben sich auf besonders einfache und oder effiziente Weise zugleich neue Möglichkeiten, den Ausleger neben der primären Bearbeitungsaufgabe auch für andere Funktionen zu nutzen, wie der Möglichkeit am Ausleger Hebezeuge zur Handhabung von Roh-, Fertig- und Restmaterialien vorzusehen.As a result, in the additional axis units of an axle configuration according to the invention a long-range (a few centimeters to decimeters) and thus very complex and massive Höhenbewegbarkeit the Endeffektors be dispensed with and it results in a particularly simple and efficient way at the same time new possibilities, the boom in addition to the primary processing task also to use for other features, like the possibility to provide hoists for handling raw, finished and residual materials on the boom.

Besagte Arbeitsbereiche können aus einer oder einer Mehrzahl von Auflageflächen für vorzugsweise plattenförmigem Material bestehen, an denen besagter Ausleger entlang bewegbar ist, wobei Auflageflächen sowohl zur Bearbeitung und/oder zur (Zwischen)Lagerung von Roh- und Fertigteilen nutzbar sein können.Said work areas may consist of one or a plurality of bearing surfaces for preferably plate-shaped material, along which said boom is movable along, bearing surfaces can be used both for processing and / or for the (intermediate) storage of raw and finished parts.

Dies ist insbesondere bei einer Ausführung der Erfindung von Bedeutung, die eine variable Funktion des besagten Auslegers, sowohl als Träger des Bearbeitungswerkzeuges, wie auch als Träger von Vorrichtungen zur Bewegung von Roh- und Fertigteilen zwischen besagten Auflageflächen vorsieht. Auch ist sehr kostensparend Bearbeitung auf mehreren Auflageflächen im Wechsel möglich, so dass ein manuelles Be- und Entladen besagter Auflageflächen problemlos hauptzeitparallel stattfinden kann.This is particularly important in an embodiment of the invention, which provides a variable function of said boom, both as a support of the machining tool, as well as a carrier of devices for moving raw and finished parts between said bearing surfaces. It is also very cost-saving machining on multiple support surfaces alternately possible, so that a manual loading and unloading said support surfaces can easily take place parallel to time.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mindestens eine, vorzugsweise mehrere unterschiedliche, entsprechende Be- und Endladevorrichtungen auf hierfür vorgesehenen Parkpositionen während der Materialbearbeitung abgestellt sind und bei Bedarf am Ausleger, vorzugsweise durch entsprechende Kommandos einer zur besagten Bearbeitung genutzten numerischen Steuerung, mit dem Ausleger gekoppelt und, entsprechend ihrer jeweiligen Funktion, bewegt und genutzt werden können. Soweit notwendig, werden bei der Kopplung auch benötigte, beispielsweise elektrische und pneumatische, Verbindungen zu besagten Be- und Endladevorrichtungen vorgesehen.Furthermore, it can be provided that at least one, preferably a plurality of different, corresponding loading and unloading are parked on parking positions provided for this during material processing and, if necessary, on the boom, preferably coupled by appropriate commands of a used for said processing numerical control, coupled to the boom and , according to their respective function, can be moved and used. If necessary, also required, for example electrical and pneumatic, connections to said loading and unloading devices are provided in the coupling.

Zur Realisierung der mechanischen Kopplung und für mechanische Funktionen können erfindungsgemäß auch entsprechend angepasste oder erweitert bewegbare Elemente eines besagten Auslegers oder besagten Zusatzachsen genutzt werden.For realizing the mechanical coupling and for mechanical functions, it is also possible according to the invention to use correspondingly adapted or widened movable elements of a said cantilever or said additional axes.

Derart kann, bedingt durch die erfindungsgemäße Achskonfiguration, sehr kostengünstig eine Automatisierung der Be- und Entladung von- und zu verschiedenen besagten Auflageflächen realisiert werden, beispielsweise für einen mannlosen Nachtbetrieb.In this way, due to the axle configuration according to the invention, automation of loading and unloading from and to various said bearing surfaces can be realized very cost-effectively, for example for unmanned night operation.

Bei der Auslegung einer erfindungsgemäßen Achskonfiguration ist jedoch zu beachten, dass die Belastung durch derartige Zusatzfunktionen nicht zu Beschädigungen oder einem übermäßig erhöhten Verschleiß führt. Eine Automatisierung durch Bewegungselemente einer erfindungsgemäßen Einrichtung eignet sich daher vorzugsweise eher für relativ leichte und/oder kleinere Materialien.When designing an axle configuration according to the invention, however, it should be noted that the load caused by such additional functions does not lead to damage or excessively increased wear. An automation by moving elements of a device according to the invention is therefore preferably suitable for relatively light and / or smaller materials.

Besonders Auflageflächen die zur Bearbeitung genutzt werden, sollten möglichst mit entsprechenden Vorrichtungen zur Entfernung von Rest- und Schadstoffen des jeweiligen Fertigungsprozesses ausgestattet sein und mit Sicherheitseinrichtungen zur Vermeidung von Unfällen.Especially bearing surfaces that are used for processing should be equipped as far as possible with appropriate devices for removing residual and pollutants of the respective manufacturing process and with safety devices to prevent accidents.

Anstelle besagter Auflageflächen können auch durch besagte numerische Steuerung in ihrer Bewegung steuerbare Spanneinrichtungen für drehbare Profile, wie beispielsweise rohrförmige Werkstücke, vorgesehen sein, vorzugsweise derart, dass die Längsachse besagter rohrformiger Werkstücke während ihrer Bearbeitung parallel zur jeweiligen Stellung des besagten Auslegers oder orthogonal hierzu ausgerichtet sind. Dies ermöglicht unter anderem den Betrieb mit einer relativ einfachen Steuerung.Instead of said bearing surfaces controllable clamping devices for rotatable profiles, such as tubular workpieces may be provided by said numerical control in their movement, preferably such that the longitudinal axis of said rohrformiger workpieces are aligned during their processing parallel to the respective position of said cantilever or orthogonal thereto , This allows, inter alia, the operation with a relatively simple control.

Neben der schon erwähnten Möglichkeit während der Bewegungsabläufe entstehende dynamische Abweichungen vom Sollweg des Auslegers, durch entsprechende Bewegungen der Zusatzachsen auszugleichen, kann zum Beispiel eine elastische Durchbiegung von Strukturen durch eine allmähliche Bewegung von größeren Massen recht gut tabellarisch über eine Steuerung kompensiert werden, die beispielsweise die Referenzdaten mit Hilfe eines maschinenunabhängigen Messsystems und entsprechenden Messfahrten erzeugt.In addition to the already mentioned possibility during the course of motion resulting dynamic deviations from the desired path of the boom, compensate by corresponding movements of the additional axes, for example, an elastic deflection of structures by a gradual movement of larger masses can be compensated quite well in tabular form via a control, for example, the Reference data generated with the help of a machine-independent measuring system and corresponding measuring runs.

Schwingungen auf unterschiedlichen, möglicherweise geschwindigkeitsabhängigen Frequenzen, machen im Gegensatz dazu jede hochgenaue Steuerung bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten, insbesondere die dann unvermeidliche Regelung bei einem entsprechend hohen Regeltakt, der selbst nahe oder sogar im Frequenzbereich der auftretenden Störungen liegt, praktisch unmöglich.Oscillations at different, possibly speed-dependent frequencies, in contrast, make any high-precision control at high speeds, in particular the then inevitable control at a correspondingly high control clock, which is itself close or even in the frequency range of the disturbances occurring practically impossible.

Ein wesentlicher Nutzen des Einsatzes der erfindungsgemäßen Impulsentkopplung und von Zusatzachsen in der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Regelbarkeit einer hoch beschleunigt angetriebenen komplexen mechanischen Konfiguration, in der für hohe Präzision notwendigen Weise, zu ermöglichen, da der Unterschied zwischen Soll- und Istwert, resultierend aus der durch Vorsteuerung erzeugten Bewegung, durch präzise, hochbeschleunigte Bewegungen des Endeffektors wesentlich reduziert werden kann.An essential advantage of the use of the pulse decoupling according to the invention and of additional axes in the present invention is to allow the controllability of a highly accelerated driven complex mechanical configuration, in the necessary high precision manner, since the difference between the setpoint and actual value, resulting from the movement generated by precontrol can be substantially reduced by precise, high-speed movements of the end effector.

Da zugleich auch die Anregungen aus der Mechanik geringer sind, insbesondere beim erfindungsgemäßen Einsatz der Impulsentkopplung, ergibt sich ein wesentlich besser vorhersehbareres Systemverhalten, was wiederum langsam wirkende Regelkreise, beispielsweise zur allmählichen Optimierung von Ansteuerungsparametern der Vorsteuerung, besser wirksam werden lässt.Since at the same time the suggestions from the mechanics are smaller, in particular when using the impulse decoupling according to the invention, the result is a much more predictable system behavior, which in turn makes it possible to operate slow-acting control circuits, for example for the gradual optimization of control parameters of the precontrol.

Angetrieben werden die Basisachsen gewöhnlich durch elektrische Lineardirektantriebe, Kugelgewindespindel-, Hohlwellen- oder Zahnritzelantrieben. The base axles are usually driven by electric linear direct drives, ball screw, hollow shaft or pinion drives.

Je nach anwendungsspezifischen Anforderungen, benötigtem Bewegungsspielraum der Gesamtmaschine und zu bewegenden Massen können auch andere elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch wirksame Antriebe erfindungsgemäß genutzt werden. Für Zusatzachsen, bzw. Antriebe die Teil einer impulsentkoppelten Achskonfiguration sind, sollten vorzugsweise lineare Direktantriebe zur Anwendung kommen.Depending on the application-specific requirements, required range of motion of the entire machine and moving masses, other electrically, hydraulically or pneumatically active drives can be used according to the invention. For additional axes or drives that are part of a pulse-decoupled axis configuration, linear direct drives should preferably be used.

Erfindungsgemäß kann auch eine Werkzeugmaschine modifiziert oder betrieben werden, die grundsätzlich für andere Betriebsarten konzipiert oder konfiguriert ist, jedoch mindestens über einen erfindungsgemäß längenveränderbaren Ausleger verfügt, der eine Zusatzachseneinheit trägt und erfindungsgemäß auszurichten und betreibbar ist.According to the invention, a machine tool can also be modified or operated, which is basically designed or configured for other operating modes, but has at least one variable length boom according to the invention, which carries an additional axis unit and can be aligned and operated according to the invention.

Beispielsweise kann eine Werkzeugmaschine entsprechend des vorbekannten Dokumentes DE 10 2011 119 211 A1 , die abweichend vom dort offenbarten Betrieb, soweit eine translatorische Bewegung der Lagerung des Auslegers möglich ist, auch gemäß der hier vorliegenden Erfindung betrieben werden, indem in einer entsprechenden Betriebsart, als erste Basisachse nicht die Rotation des Auslegers, sondern die translatorische Bewegung des Auslegers entlang der Arbeitsbereiche dient, wobei der schwenkbare Ausleger, während des Betriebs gemäß der hier vorliegenden Erfindung, vorzugsweise fest und orthogonal zur Bewegungsrichtung entlang besagter Arbeitsbereiche ausgerichtet ist. Vorteilhaft ist dabei insbesondere die Möglichkeit eine kontinuierliche Bearbeitung innerhalb eines längeren Arbeitsbereiches ausführen zu können, als mittels der Schwenkachse.For example, a machine tool according to the prior art document DE 10 2011 119 211 A1 , which, unlike the operation disclosed therein, as far as a translational movement of the bearing of the cantilever is possible, also operated according to the present invention by not in a corresponding mode, as the first base axis, the rotation of the cantilever, but the translational movement of the cantilever along the work areas, wherein the pivotable boom, during operation according to the present invention, is preferably fixed and orthogonal to the direction of movement along said work areas. In this case, it is particularly advantageous to be able to carry out continuous processing within a longer working range than by means of the pivot axis.

Eine erfindungsgemäße Mess- oder Werkzeugmaschine oder ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren kann beispielsweise für den Schiff- oder Flugzeugbau zur Bearbeitung größter Bauteile in höchster Detailkomplexität vorteilhaft konzipiert werden, oder für häufiger auftretende Dimensionen, beispielsweise in der Größe von Karosserien, Waschmaschinen oder kleineren Gebrauchsgegenständen, bis in Dimensionen von wenigen Zentimetern.A measuring or machine tool according to the invention or an operating method according to the invention can be advantageously designed, for example, for shipbuilding or aircraft construction for processing the largest components in the highest detail complexity, or for more frequently occurring dimensions, for example in the size of bodies, washing machines or smaller commodities, up to dimensions of a few centimeters.

Bearbeitungsmethoden für die sich eine erfindungsgemäße Maschine eignet, sind unter anderem das Schneiden mit Laser oder Wasserstrahl, das Schweißen, Fräsen, Gravieren, Markieren, Aufbringen von komplexen Konturen und Strukturen auf Materialien, wie Blech, Kunststoff, Glas, Keramik, Holz und Textilien.Machining methods for which a machine according to the invention is suitable include laser or water jet cutting, welding, milling, engraving, marking, application of complex contours and structures to materials such as sheet metal, plastic, glass, ceramics, wood and textiles.

Ebenso ist das Rapid Prototyping eine geeignete Anwendung, insbesondere Verfahren in denen Schichten zugeschnitten, Material kleinräumig aufgetragen wird oder aus sonstigen Gründen mit einem möglichst senkrecht zum Material ausgerichteten Energiestrahl gearbeitet werden muss.Likewise, rapid prototyping is a suitable application, in particular processes in which layers are cut, material applied on a small scale or, for other reasons, must be worked with an energy beam which is oriented as perpendicularly as possible to the material.

Ferner sind das präzises Bearbeiten kleinster Strukturen oder das präzise Auf- und Abtragen feinster Details mit hoher Geschwindigkeit genauso mögliche Anwendungen der vorliegenden Erfindung, wie auch das Messen und Kontrollieren in den genannten Bereichen, wobei diese nur als Beispiele zu verstehen sind und keine in irgend einer Weise abschließende Aufzählung von Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung darstellen sollen.Furthermore, the precise machining of the smallest structures or the precise assembly and removal of the finest details at high speed are just as possible applications of the present invention, as well as the measurement and control in the said areas, these being only examples and not in any To illustrate a final list of possible applications of the invention.

Abschließend soll die Erfindung nochmals an einem illustrierten Beispiel erläutert werden.Finally, the invention will be explained again by an illustrated example.

1 zeigt die Totalansicht einer erfindungsgemäß gestalteten Laserschneidmaschine, bestehend aus drei separaten Arbeitsbereichen (1), (2) und (3), einer Steuerung (5), und einem entlang der Arbeitsbereiche (1, 2, 3) fahrbaren und in der Höhe bewegbaren Ausleger (12, 15), sowie einer zur Bewegung des Auslegers redundant wirksamen Zusatzachseneinheit (20), die entlang besagtem Ausleger (12, 15), translatorisch verschiebbar ist. 1 shows the total view of an inventively designed laser cutting machine, consisting of three separate work areas ( 1 ) 2 ) and ( 3 ), a controller ( 5 ), and one along the workspaces ( 1 . 2 . 3 ) mobile and vertically movable boom ( 12 . 15 ), as well as a redundant to the movement of the boom auxiliary axis unit ( 20 ) along said boom ( 12 . 15 ), translationally displaceable.

Das vorliegende Beispiel sieht als Endeffektor (30) einen Laserschneidkopf mit einer hochdynamisch um wenige Zentimeter in der Höhenlage verstellbaren Schneiddüse vor.The present example sees as end effector ( 30 ) a laser cutting head with a highly dynamic by a few centimeters in height adjustable cutting nozzle.

Erfindungsgemäß besteht besagter Ausleger aus zwei in Längstrichtung des Auslegers zueinander verschiebbaren Elementen, derart dass ein äußeres Element (12) mit der Führung des Auslegers fest verbunden ist und an dem inneren Element (15), in gleicher Richtung, besagte Zusatzachseneinheit (20) translatorisch bewegbar ist.According to the invention, said cantilever consists of two elements displaceable relative to one another in the longitudinal direction of the cantilever, such that an outer element ( 12 ) is fixedly connected to the guide of the boom and on the inner element ( 15 ), in the same direction, said auxiliary axis unit ( 20 ) is translationally movable.

Neben dem hierdurch erzielten Effekt, dass die Länge des Auslegers (12, 15), je nach Anwendung und technischer Erfordernisse, an den Bedarf angepasst werden kann, und sich somit der Platzbedarf der Gesamtkonfiguration entsprechend reduziert, wird gemäß der vorliegenden Erfindung das letzte Element (15) des Auslegers während Beschleunigungsphasen der Zusatzachseinheit (20) in Richtung des Auslegers, als Ausgleichsmasse zur Impulsentkopplung genutzt.In addition to the effect achieved thereby, that the length of the boom ( 12 . 15 ), depending on the application and technical requirements, can be adapted to the needs, and thus reduces the space requirement of the overall configuration accordingly, according to the present invention, the last element ( 15 ) of the boom during acceleration phases of the additional axle unit ( 20 ) in the direction of the boom, used as a balancing mass for impulse decoupling.

Hierdurch ist eine gegenüber dem Auslegerelement (12) und seiner Lagerung und Führung eine praktisch rückwirkungsfreie und hohe Beschleunigung der Zusatzachseneinheit (20) möglich, so dass innerhalb der Zusatzachseneinheit (20) auf eine spezielle hochbeschleunigte Bewegungsmöglichkeit des Endeffektors (30), in Richtung des Auslegers (12, 15) verzichtet werden kann.This is one over the boom element ( 12 ) and its storage and guidance a practically non-reactive and high acceleration of the auxiliary axis unit ( 20 ), so that within the auxiliary axis unit ( 20 ) on a special highly accelerated movement of the End effector ( 30 ), in the direction of the jib ( 12 . 15 ) can be omitted.

Innerhalb der Zusatzachseneinheit (20) ist in dieser Ausführungsvariante daher nur eine Bewegungsmöglichkeit des Endeffektors (30) quer zur Richtung des Auslegers (12, 15) vorgesehen, wobei der Bewegungsspielraum der Zusatzachse mit 50 cm so ausgelegt ist, dass eine effektive Beschleunigung von etwa 2 m/s2 durch translatorische Bewegung des Auslegers ausreicht, um bei Schneidgeschwindigkeiten von bis zu 60 m/min in nahezu jeder Betriebssituation die Beschleunigung der Zusatzachse von bis zu 100 m/s2 kontinuierlich in beliebig komplexen abzufahrenden Konturen nutzen zu können.Within the auxiliary axis unit ( 20 ) is in this embodiment, therefore, only a possibility of movement of the end effector ( 30 ) transverse to the direction of the boom ( 12 . 15 ), wherein the range of motion of the additional axis is designed with 50 cm so that an effective acceleration of about 2 m / s 2 is sufficient by translational movement of the boom to at cutting speeds of up to 60 m / min in almost any operating situation, the acceleration of Additional axis of up to 100 m / s 2 to be able to use continuously in any complex contours to be traveled.

Dabei ist der Aufbau der Zusatzachseneinheit verhältnismäßig unkompliziert:
Der Endeffektor (30) wird, entlang der dem Betrachter abgewandten Rückseite der Zusatzachseneinheit (20), an einer Linearführung mittels eines passend ausgelegten Lineardirektantriebs bewegt. Das trapezförmig sich nach vorn, in den Stauraum des Faltenbalges hinein verjüngende, Gehäuse der Zusatzachseneinheit (20) stellt den Bewegungsspielraum für eine am vorderen Ende des Gehäuses drehbar gelagerte Spiegelhalterung und/oder Führung her, durch und an der sowohl ein Laserstrahl mittels Spiegeln und alle notwendigen Zuleitungen, robust, präzise und zugleich materialschonend zum Endeffektor (30) geführt werden können. Ein durch Spiegel umzulenkender Laserstrahl wird dabei durch einen längenveränderlichen Tubus übertragen, der die besagte drehbar gelagerte Spiegelhalterung und eine dieser gegenüberstehenden drehbaren Spiegelhalterung im Endeffektor (30) verbindet. Besagte Zuleitungen werden mit ausreichend Spiel verlegt und vorzugsweise passenden Federelement vorgespannt und mit Gleitelementen innerhalb ihres Bewegungsraumes so umgeben, dass definierte Bewegungsabläufe und Kraftwirkungen eingehalten werden.The structure of the additional axis unit is relatively straightforward:
The end effector ( 30 ), along the rear side facing away from the viewer of the additional axis unit ( 20 ) is moved on a linear guide by means of a suitably designed linear direct drive. The trapezoidal forward, in the storage space of the bellows in the tapered housing of the auxiliary axis unit ( 20 ) provides the range of motion for a rotatably mounted at the front end of the housing mirror mount and / or guide ago, by and on the both a laser beam by means of mirrors and all necessary leads, robust, precise and at the same time gentle on the end effector ( 30 ) can be performed. A laser beam to be deflected by the mirror is thereby transmitted through a variable-length tube, which comprises the said rotatably mounted mirror mount and one of these opposite rotatable mirror mount in the end effector ( 30 ) connects. Said leads are laid with sufficient play and preferably biased matching spring element and surrounded with sliding elements within their range of motion so that defined movement and force effects are met.

Bei derartigen räumlichen Gegebenheiten ist ein alternativer mechanischer Aufbau möglich, bei dem der Endeffektor (30) an einer bogenförmigen Führung entlang bewegt wird, so dass der Abstand zur besagten drehbar gelagerte Spiegelhalterung und Führung immer konstant bleibt, was zwar einen aufwendigeren Antrieb und Führung, sowie eine etwas kompliziertere Achskoordination in der Steuerung voraussetzt, aber nochmals verbesserte Robustheit, Präzision und Materialschonung innerhalb der Zusatzachseneinheit (20) bedeuten kann.In such spatial conditions, an alternative mechanical design is possible in which the end effector ( 30 ) is moved along an arcuate guide, so that the distance to said rotatably mounted mirror mount and guide always remains constant, which requires a more complex drive and guidance, and a slightly more complicated axis coordination in the control, but again improved robustness, precision and material conservation within the auxiliary axis unit ( 20 ).

Die Zusatzachseneinheit (20) kann weiterhin einen (nicht dargestellten) Impulsausgleich enthalten, der zumindest die Spitzen(reaktions)kräfte aus der Beschleunigung des Endeffektors (30), quer zum Ausleger (12, 15), von diesem wirksam fern hält.The additional axis unit ( 20 ) may further comprise a pulse compensation (not shown), which at least the peak (reaction) forces from the acceleration of the end effector ( 30 ), across the boom ( 12 . 15 ), keeps away from this effectively.

Die Flexibilität des teleskopischen Auslegers wurde hier genutzt, um die Führung in und für die Zusatzachseneinheit (20) entlang des Auslegerelementes (15) derart zu verlängern, dass viel Raum für einen besonders leistungsfähigen Lineardirektantrieb (nicht dargestellt) und eine entsprechend stabile Führung vorhanden ist, so dass längs des Auslegers (12, 15) eine entsprechend hohe Beschleunigung der gesamten Zusatzachseneinheit (20) möglich ist.The flexibility of the telescopic boom has been used here to control the guidance in and for the auxiliary axis unit ( 20 ) along the cantilever element ( 15 ) so that there is plenty of room for a particularly powerful linear direct drive (not shown) and a correspondingly stable guidance, so that along the boom ( 12 . 15 ) a correspondingly high acceleration of the entire additional axis unit ( 20 ) is possible.

Damit die hierbei auftretenden Reaktionskräfte, die eine Größenordnung höher liegen als jene aus dem Antrieb des Endeffektors (30), innerhalb der Zusatzachseneinheit (20) keine schädliche Wirkung auf die dynamische Genauigkeit und Langlebigkeit der Gesamtmaschine ausüben, stützt sich hierbei der besagte besonders leistungsfähige Lineardirektantrieb auf das Teilelement (15) des Auslegers (12, 15) ab, das sich somit, überwiegend entsprechend seiner Massenträgheit, entlang des Auslegerelementes (12) bewegt, ohne dass schädliche Anregungen vom Auslegerelement (12) aufgenommen und/oder an andere Maschinenteile weiter geleitet werden, womit eine erfindungsgemäße Impulsentkopplung hergestellt ist, Der Antrieb (16) des Auslegerelements (15) entlang dem Auslegerelement (12) kann entsprechend relativ schwach ausgelegt sein, wobei vorzugsweise die technische Lehre aus dem Dokument WO 2011/023186 A2 , bezüglich der Auslegung derartiger Antriebe entsprechend zu beachten ist, um eine einwandfreie Impulsentkopplung und Überlagerung der Bewegungsanteile von Zusatzachseneinheit (20) und Auslegerelement (15), entlang dem Auslegerelement (12), zu gewährleisten.Thus, the reaction forces occurring here, which are an order of magnitude higher than those from the drive of the end effector ( 30 ), within the auxiliary axis unit ( 20 ) have no detrimental effect on the dynamic accuracy and longevity of the overall machine, the said particularly powerful linear direct drive is based on the subelement ( 15 ) of the jib ( 12 . 15 ), which is thus, predominantly according to its inertia, along the cantilever element ( 12 ), without harmful excitations from the jib element ( 12 ) and / or forwarded to other machine parts, whereby a pulse decoupling according to the invention is produced, the drive ( 16 ) of the jib element ( 15 ) along the boom element ( 12 ) may be designed relatively weak, preferably the technical teaching of the document WO 2011/023186 A2 , is to be observed with respect to the interpretation of such drives according to a proper impulse decoupling and superimposition of the motion components of additional axis unit ( 20 ) and cantilever element ( 15 ), along the cantilever element ( 12 ), to ensure.

Um eine möglichst hohe Stabilität des beweglichen Auslegerelements (15) zu erzielen, wird dies am Auslegerelement (12) an drei möglichst weit voneinander beabstandeten Stellen geführt und ist daher innerhalb des Auslegergehäuses gabelförmig geteilt, so das es rechts und links am äußersten Gehäuserand, parallel zu der deshalb dort ebenfalls angebrachten Statorreihe des schon erwähnten Antriebs (16) geführt wird.To ensure the highest possible stability of the movable boom element ( 15 ), this is achieved on the cantilever element ( 12 ) is guided at three points spaced as far as possible from each other and is therefore bifurcated within the cantilever housing so that it is right and left at the outermost edge of the housing, parallel to the stator row of the already mentioned drive (also 16 ) to be led.

Der Antrieb (16) kann, auch wegen seiner geringen dynamischen Beanspruchung, durchaus einseitig angeordnet werden, aber ein doppelseitiger Antrieb (16) kann Vorteile bieten, beispielsweise bezüglich der Verminderung eines indirekten Umkehrspiels, durch Hebelwirkung in der dritten (vorderen) Führung bei Seitwärtsbewegungen des Auslegers. Diese dritte Führung des bewegbaren Auslegerelementes (15) ist unter dem im Bild aufgerissenen Faltenbalg, an der vorderen Spitze des Auslegerelementes (12) erkennbar.The drive ( 16 ), because of its low dynamic stress, quite one-sided, but a double-sided drive ( 16 ) can offer advantages, for example with regard to the reduction of an indirect backlash, by leverage in the third (front) guide during sideways movement of the boom. This third guide of the movable cantilever element ( 15 ) is below the bellows torn in the picture, at the front tip of the jib element ( 12 ) recognizable.

Da das Gehäuse des Auslegerelementes (12) derart auch bei höchsten Bearbeitungsgeschwindigkeiten weitgehend frei von scharfen Beschleunigungs- und Ruckspitzen bewegt werden kann, ist es auch durchaus möglich empfindliche Teile einer Bearbeitungsvorrichtung in besagtem Gehäuse zu integrieren.Since the housing of the boom element ( 12 ) So even at the highest processing speeds largely free of sharp Acceleration and jerking can be moved, it is also quite possible to integrate sensitive parts of a processing device in said housing.

In dem hier dargestellten Beispiel einer Laserschneidmaschine könnte dies ein Lasergenerator mitsamt notwendigen Kühlelementen sein, der vorzugsweise im hinteren Teil des besagten Gehäuses installiert sein sollte.In the example of a laser cutting machine shown here, this could be a laser generator together with necessary cooling elements, which should preferably be installed in the rear part of said housing.

Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass die optischen Wege vom Auskoppelelement der Laserquelle bis hin zur Bearbeitungsstelle kurz und optisch stabil gehalten werden können, was der Genauigkeit und Langzeitstabilität zugute kommt.An additional advantage is that the optical paths from the outcoupling element of the laser source up to the processing point can be kept short and optically stable, which benefits the accuracy and long-term stability.

Darüber hinaus ist es somit möglich, sämtliche in ihrer Lage zueinander besonders empfindlichen Komponenten einer Laserschneidmaschine in einem kompakten und leicht transportablen Gehäuse unterbringen zu können, was sowohl die Vormontage als auch den Aufbau von entsprechenden Maschinen am Einsatzort sehr vereinfacht und verbilligt.In addition, it is thus possible to accommodate all in their position to each other particularly sensitive components of a laser cutting machine in a compact and easily transportable housing, which greatly simplifies both the pre-assembly and the construction of appropriate machinery at the site and cheaper.

Entsprechend stabile Ausführung der Lagerung des Maschinenständers vorausgesetzt, kann das Auslegerelement (12) auch genutzt werden, um vorzugsweise den Transfer von Rohmaterial zwischen verschiedenen Arbeitsbereichen auszuführen.Corresponding stable execution of the storage of the machine stand provided, the boom element ( 12 ) can also be used to preferably carry out the transfer of raw material between different work areas.

So ist in 1, auf dem Arbeitsbereich (2) ein Hebezeug (40) dargestellt, dessen Verbindungsdorne (41) und (42) pneumatische und elektrische Kopplungselemente enthalten, deren passendes Gegenstück sich jeweils im vorderen Teil der Unterseite des Auslegerelementes (12) befinden.So is in 1 , on the workspace ( 2 ) a hoist ( 40 ), whose connecting spikes ( 41 ) and ( 42 ) contain pneumatic and electrical coupling elements whose matching counterpart in each case in the front part of the underside of the boom element ( 12 ) are located.

Vor dem Verbinden wird im dargestellten Beispiel der mittels der erfindungsgemäßen Bewegungsmöglich des Auslegers zuvor auf Maximalhöhe angehobene Ausleger (12, 15) mit der in die innere Position bewegten Zusatzachseneinheit (20) entlang der Arbeitsbereiche passend positioniert.Before joining, in the example shown, the boom which has been previously raised to maximum height by means of the movement possibility of the boom according to the invention is 12 . 15 ) with the auxiliary axis unit moved into the inner position ( 20 ) positioned along the work areas.

Dann wird der Ausleger (12, 15) soweit abgesenkt, bis eine sichere Verbindung der Verbindungsdorne (41, 42) und besagter Kopplungselemente in den dafür vorgesehenen Öffnungen auf der Unterseite des Auslegerelementes (12) erreicht ist. Wenn dies sicher gestellt ist, wird die Verbindung, vorzugsweise elektrisch oder pneumatisch angetrieben, mechanisch verriegelt.Then the boom ( 12 . 15 ) until a secure connection of the connecting pins ( 41 . 42 ) and said coupling elements in the openings provided thereon on the underside of the boom element ( 12 ) is reached. If this is ensured, the connection, preferably electrically or pneumatically driven, mechanically locked.

Sodann können die Funktionen des Hebezeugs (40) entsprechend genutzt werden.Then the functions of the hoist ( 40 ) are used accordingly.

Die Position der Verbindungselemente wäre im dargestellten Beispiel vorzugsweise in jedem Arbeitsbereich (1, 2, 3) identisch und ergibt sich gewöhnlich ganz zwanglos, indem die Maschine das Hebezeug immer wieder dort aufnimmt, wo es zuletzt abgestellt wurde.In the example shown, the position of the connecting elements would preferably be in each work area ( 1 . 2 . 3 ) and is usually quite casual, as the machine picks up the hoist again and again where it was last parked.

Selbstverständlich sind zahlreiche Methoden bekannt und denkbar einen solchen Vorgang möglichst flexibel und automatisierungssicher und auch völlig anders, als hier beispielhaft dargestellt, zu gestalten, was aber nicht Gegenstand dieser Beschreibung sein soll.Of course, numerous methods are known and conceivable to make such a process as flexible and automated as possible and also completely different than exemplified here, but should not be the subject of this description.

In der hier dargestellten Weise kann eine einzelne Person schon ohne jede weitere Automatisierungskomponente ein erhebliches Bearbeitungsvolumen bewältigen, wenn man davon ausgeht, dass auf den in diesem Beispiel zum Schneiden eingerichteten Arbeitsbereichen (1) und (3) die jeweils ausgeschnittenen Teile und Reste ohne große Anstrengung manuell zu entnehmen sind.In the manner shown here, a single person can already handle a considerable processing volume without any further automation component, if it is assumed that work areas set up for cutting in this example (FIG. 1 ) and ( 3 ) The cut parts and remainders can be removed manually without great effort.

Wiederum können die Möglichkeiten zur Automatisierung durch bekannte Einrichtungen und Verfahren erweitert werden, was aber ebenso nicht Gegenstand dieser Beschreibung ist.Again, the possibilities for automation can be extended by known devices and methods, but this is also not part of this description.

Auch nicht Gegenstand dieser Beschreibung ist es, darzustellen welche Steuerungen und Sicherheitsmaßnahmen zum praktischen Betrieb einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung vorzusehen wären und wie diese auszuführen sind, beispielsweise um den Bewegungsbereich einer erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtung auf den Arbeitsbereichen (1, 2, 3), je nach ablaufender Bearbeitung, sicher zu begrenzen. Hierzu kann auf einen umfangreichen Stand der Technik zurückgegriffen werden.The subject matter of this description is also not to describe which controls and safety measures should be provided for the practical operation of a movement device according to the invention and how these are to be carried out, for example the range of movement of a movement device according to the invention on the work areas (FIG. 1 . 2 . 3 ), depending on the ongoing processing, safely limit. For this purpose, a comprehensive state of the art can be used.

Es ist dem Fachmann auch leicht ersichtlich, dass eine Vielzahl weiterer Konfigurationen aus beliebig zu gestaltenden und nutzbaren Arbeitsbereichen und erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtungen denkbar sind, wie beispielsweise mit mehreren unabhängig voneinander bewegbaren erfindungsgemäßen Bewegungseinrichtungen oder auch durch eine Führung von besagten Bewegungseinrichtungen in anderen Höhen, also beispielsweise oberhalb der besagten Arbeitsbereiche mit hängend montierten Auslegern, die in keiner Beschreibung abschließend darstellbar wären.It is also easily apparent to the person skilled in the art that a multiplicity of further configurations of work areas to be designed and usable and movement devices according to the invention are conceivable, for example with a plurality of movement devices according to the invention which can be moved independently of one another or else by guidance of said movement devices at other heights, for example above said working areas with hanging mounted cantilevers, which could not be represented conclusively in any description.

Die vorliegende Erfindung schafft somit, durch und neben den geschilderten Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik, noch viele weitere Möglichkeiten, Bearbeitungsprozesse, insbesondere an relativ großformatigen Flachmaterialien besonders effizient zu gestalten.The present invention thus provides, by and in addition to the described advantages over the prior art, many other ways to make machining processes, especially on relatively large-sized flat materials particularly efficient.

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  • WO 2009/027006 A1 [0031] WO 2009/027006 A1 [0031]

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Bewegungseinrichtung mit translatorischer Bewegung eines längenveränderlichen Auslegers (12, 15), der eine hierzu redundant wirksame Zusatzachseneinheit trägt wobei ein Endeffektor (30) direkt oder mittels eines Werkzeugträgers durch besagte Zusatzachseneinheit (20), mit relativ hoher Beschleunigung über kurze Distanzen hinweg, mindestens in einer Richtung parallel zur jeweiligen Bearbeitungsfläche bewegbar ist und besagte Zusatzachseneinheit (20) mittels weitreichenderer Basisachsen, mit relativ geringer Beschleunigung über einen oder mehrere Arbeitsbereiche (1, 2, 3) einer Werkzeugmaschine hinweg bewegbar ist indem besagte Zusatzachseneinheit (20) entlang des besagten Auslegers (12, 15) bewegbar ist und besagter Ausleger entlang besagter Arbeitsbereiche (1, 2, 3) mittels einer entsprechenden Bewegungsvorrichtung translatorisch verschiebbar ist, und/oder besagte Arbeitsbereiche mittels entsprechender Bewegungsvorrichtungen entlang besagtem Ausleger verschiebbar sind dadurch gekennzeichnet, dass besagter Ausleger (12, 15) aus einer Mehrzahl in einer Richtung zueinander verschiebbarer Elemente (12, 15) besteht, derart dass dessen erstes Element (12) als eine der besagten Basisachsen bewegbar ist und an dem jeweils letzten Element (15) des besagten Auslegers, besagte Zusatzachseneinheit (20) in Richtung besagter Verschiebbarkeit besagter Elemente (12, 15) untereinander, translatorisch bewegbar ist.Movement device with translational movement of a variable-length cantilever ( 12 . 15 ), which carries a redundantly effective auxiliary axis unit with an end effector ( 30 ) directly or by means of a tool carrier through said additional axis unit ( 20 ), with relatively high acceleration over short distances, is movable in at least one direction parallel to the respective processing surface and said auxiliary axis unit ( 20 ) by means of far-reaching base axes, with relatively low acceleration over one or more work areas ( 1 . 2 . 3 ) of a machine tool is movable in said auxiliary axis unit ( 20 ) along said jib ( 12 . 15 ) and said boom along said work areas ( 1 . 2 . 3 ) is translationally displaceable by means of a corresponding movement device, and / or said work areas are displaceable by means of corresponding movement devices along said extension, characterized in that said extension arm ( 12 . 15 ) of a plurality of elements displaceable in one direction ( 12 . 15 ) such that its first element ( 12 ) is movable as one of said base axes and at the last element ( 15 ) of said cantilever, said auxiliary axis unit ( 20 ) in the direction of said displaceability of said elements ( 12 . 15 ) with each other, is translationally movable. Bewegungseinrichtung gemäß, Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass entweder besagter Ausleger (12, 15) insgesamt, oder besagtes die Zusatzachseneinheit tragendes Element (15) des besagten Auslegers, als Ausgleichsmasse zur mindestens teilweisen Impulsentkopplung bei der Beschleunigung besagter Zusatzachseneinheit (20) entlang des besagten Auslegers (12, 15) dient.Movement device according to claim 1, characterized in that either said boom ( 12 . 15 ), or said element supporting the auxiliary axis unit ( 15 ) of said cantilever, as balancing mass for the at least partial impulse decoupling during the acceleration of said additional axis unit ( 20 ) along said jib ( 12 . 15 ) serves. Bewegungseinrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen von Feder- und Dämpfungselementen zu Verwendung im Rahmen besagter Impulsentkopplung auf der Elastizität von Festkörpern und Gasen sowie Reibung an Oberflächen, in Gasen oder Flüssigkeiten basieren, als auch alternativ oder zusätzlich durch elektrisch (elektromagnetisch) betriebene Elemente, wie Wirbelstrombremsen oder Motoren (16), die sowohl mechanische Energie abgeben und/oder aufnehmen, realisiert sind.Movement device according to claim 2, characterized in that the functions of spring and damping elements for use in the context of said impulse decoupling based on the elasticity of solids and gases and friction on surfaces, in gases or liquids, as well as alternatively or additionally by electrically (electromagnetically) operated elements, such as eddy current brakes or motors ( 16 ), which both deliver and / or absorb mechanical energy, are realized. Bewegungseinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Motoren (16), die im Rahmen besagter Impulsentkopplung mechanische Energie abgeben, und/oder zu Dämpfungszwecken aufnehmen, zugleich zur Bewegung des besagten die Zusatzachseneinheit tragenden Elements (15) entlang der weiteren Elemente (12) des besagten Auslegers als Basisachse dienen.Movement device according to claim 3, characterized in that said motors ( 16 ), which deliver mechanical energy in the context of said impulse decoupling, and / or absorb it for damping purposes, at the same time as the movement of said auxiliary axle unit bearing element ( 15 ) along the further elements ( 12 ) of said cantilever serve as a base axis. Bewegungseinrichtung gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Zusatzachseneinheit (20) mindestens eine translatorisch oder rotorisch bewegbare Achse enthält, mit der besagter Endeffektor (30) oder Werkzeugträger, transversal zur Ausrichtung des besagten Auslegers (12, 15) über besagte Arbeitsbereiche (1, 2, 3) in einem ausreichenden Bewegungsspielraum bewegbar ist, so dass passend zur Beschleunigungsmöglichkeit besagter Zusatzachseneinheit (20), mittels besagtem translatorisch bewegbaren Ausleger (12, 15) als Basisachse, mindestens anwendungsspezifisch, jeweils eine mindestens überwiegend kontinuierliche redundant synchron überlagerte Bewegung, von besagter Zusatzachse (20) und besagtem translatorisch bewegbaren Ausleger (12, 15) als Basisachse, möglich ist.Movement device according to claims 1 to 4, characterized in that said auxiliary axle unit ( 20 ) contains at least one translationally or rotationally movable axis, with said end effector ( 30 ) or tool carrier, transversal to the alignment of said cantilever ( 12 . 15 ) about said work areas ( 1 . 2 . 3 ) is movable in a sufficient range of motion, so that suitable for the acceleration possibility of said additional axis unit ( 20 ), by means of said translationally movable boom ( 12 . 15 ) as a base axis, at least application-specific, in each case an at least predominantly continuous redundantly synchronously superimposed movement, of said additional axis ( 20 ) and said translationally movable boom ( 12 . 15 ) as base axis, is possible. Bewegungseinrichtung gemäß Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Arbeitsbereiche (1, 2, 3) aus einer oder einer Mehrzahl von Auflageflächen für vorzugsweise plattenförmiges Material bestehen, über denen besagter Ausleger (12, 15) bewegbar ist.Movement device according to claims 1 to 5, characterized in that said work areas ( 1 . 2 . 3 ) consist of one or a plurality of bearing surfaces for preferably plate-shaped material over which said boom ( 12 . 15 ) is movable. Bewegungseinrichtung gemäß Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für besagten Ausleger (12, 15) eine variable Funktion, als Träger unterschiedlicher Bearbeitungswerkzeuge, und/oder als Träger von Vorrichtungen (40) zur Bewegung von Roh-, Fertig- und Restteilen zwischen besagten Auflageflächen, vorgesehen ist.Movement device according to claims 1 to 6, characterized in that for said boom ( 12 . 15 ) a variable function, as a carrier of different processing tools, and / or as a carrier of devices ( 40 ) is provided for the movement of raw, finished and residual parts between said bearing surfaces. Bewegungseinrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, vorzugsweise mehrere unterschiedliche, besagte Vorrichtungen (40) zur Bewegung von Roh-, Fertig- und Restteilen auf und/oder zwischen besagten Auflageflächen auf hierfür vorgesehenen Parkpositionen während der Bearbeitungsvorgänge abgestellt sind und bei Bedarf am Ausleger (12, 15), vorzugsweise durch entsprechende Kommandos einer zur besagten Bearbeitung genutzten numerischen Steuerung (5), gekoppelt und, entsprechend ihrer jeweiligen Funktion, bewegt und genutzt werden können.Moving device according to claim 7, characterized in that at least one, preferably a plurality of different, said devices ( 40 ) for movement of raw, finished and residual parts on and / or between said support surfaces parked thereon parking positions during machining operations are stopped and if necessary on the boom ( 12 . 15 ), preferably by means of corresponding commands of a numerical controller used for said processing ( 5 ), coupled and, according to their respective function, can be moved and used. Verfahren mit translatorischer Bewegung eines längenveränderlichen Auslegers (12, 15), der eine hierzu redundant wirksame Zusatzachseneinheit trägt wobei eine Werkzeugmaschine, die einen Ausleger (12, 15) aufweist, an dem entlang eine Zusatzachseneinheit bewegt wird, und bei der die Möglichkeit besteht besagten Ausleger translatorisch entlang von Arbeitsbereichen zu bewegen, wobei besagter Ausleger fest, vorzugsweise orthogonal, zur besagten Bewegungsrichtung entlang besagter Arbeitsbereiche ausgerichtet werden kann, so dass eine Achskonfiguration entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1, als Untermenge der möglichen Achskonfigurationen besagter Werkzeugmaschine nachgebildet werden kann, derart modifiziert und/oder betrieben wird, wie aus den Kennzeichen der Ansprüche 1 bis 8 ersichtlich.Method with translatory movement of a variable-length cantilever ( 12 . 15 ), which carries a redundant auxiliary axis unit for this purpose, wherein a machine tool, a boom ( 12 . 15 ), along which an auxiliary axis unit is moved, and in which it is possible to move said arm in translation along working areas, wherein said cantilever may be fixed, preferably orthogonal, to said direction of movement along said work areas so that an axle configuration according to the preamble of claim 1, as a subset of the possible axle configurations of said machine tool, may be modified and / or operated as shown in Figs Mark of the claims 1 to 8 can be seen.
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