DE102012008122B4 - Device for multiaxial orientation and / or positioning of a tool - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur mehrachsigen Orientierung und/oder Positionierung eines Werkzeugs (500), aufweisend eine Lageranordnung für die Halterung einer Bearbeitungseinheit (502), die das Werkzeug (510), sowie mehrere bewegbar angeordnete Glieder zur Lagerung und zur Positionierung des Werkzeugs (510) im Raum umfasst, wobei die Glieder eine über ein Kreuzgelenk (511) mit dem Werkzeug (510) in einem ersten Punkt verbundene Stützstruktur und zwei in zwei anderen Punkten des Werkzeugs einwirkende Streben (512; 513) umfassen, und die Streben (512; 513) jeweils entlang einer Schiebeachse (519; 519a) beweglich gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung als portalartige, seriell entlang zweier orthogonal aufeinander stehender Linearachsen (503; 504) bewegliche Bewegungseinheit (501) ausgestaltet ist, und die Stützstruktur als Linearführungssystem (550) mit mindestens zweiachsig serieller Verschiebekinematik ausgeführt ist, die eine Verschiebung des Kreuzgelenks (511) in mindestens zwei senkrecht aufeinander stehenden Verschieberichtungen (505; 506) erlaubt, wobei das Kreuzgelenk (511) einen charakteristischen Punkt aufweist, der über das Linearführungssystem (550) positioniert wird und nur die Streben (512; 513) die Orientierung des Werkzeugs (510) im Raum bestimmen, und die Schiebeachsen (519; 519a) der Streben (512; 513) derart angeordnet sind, dass sie miteinander einen Winkel von 45° bis 60° einschließen, und die von den Schiebeachsen (519; 519a) aufgespannte Ebene um einen Winkel von 30° bis 40° verkippt zu einer der Verschieberichtungen (506) verläuft.Apparatus for multiaxial orientation and / or positioning of a tool (500), comprising a bearing assembly for holding a machining unit (502), the tool (510), and a plurality of movably arranged members for supporting and positioning the tool (510) in space wherein the links comprise a support structure connected via a universal joint (511) to the tool (510) at a first point and two struts (512; 513) acting in two other points of the tool, and the struts (512; 513) respectively along a sliding axis (519; 519a) are movably mounted, characterized in that the bearing arrangement as a portal-like, along two orthogonal successive linear axes (503; 504) movable movement unit (501) is designed, and the support structure as a linear guide system (550) at least biaxial serial displacement kinematics is performed, the minde a displacement of the universal joint (511) at least two mutually perpendicular displacement directions (505; 506), the universal joint (511) having a characteristic point positioned over the linear guide system (550) and only the struts (512; 513) determining the orientation of the tool (510) in space, and the sliding axes (519; 519a) of the struts (512; 513) are arranged so as to enclose an angle of 45 ° to 60 ° with each other and the plane spanned by the sliding shafts (519; 519a) is tilted at an angle of 30 ° to 40 ° to one another of the displacement corrections (506).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mehrachsigen Orientierung und/oder Positionierung eines Werkzeugs, aufweisend eine Lageranordnung für die Halterung einer Bearbeitungseinheit, die das Werkzeug, sowie mehrere bewegbar angeordnete Glieder zur Lagerung und zur Positionierung des Werkzeugs im Raum umfasst, wobei die Glieder eine über ein Kreuzgelenk mit dem Werkzeug in einem ersten Punkt verbundene Stützstruktur und zwei in zwei anderen Punkten des Werkzeugs einwirkende Streben umfassen, und die Streben jeweils entlang einer Schiebeachse beweglich gelagert sind.The present invention relates to a device for multi-axial orientation and / or positioning of a tool, comprising a bearing assembly for holding a processing unit, which comprises the tool, and a plurality of movably arranged members for storage and positioning of the tool in space, wherein the members via a a universal joint with the tool in a first point connected support structure and two acting in two other points of the tool struts comprise, and the struts are each movably mounted along a sliding axis.
Typische Anwendungsgebiete derartiger Orientierungs- und Positioniervorrichtungen sind das Schweißen, Schneiden, Fügen oder Markieren von Werkstücken. Als Werkzeuge sind beispielsweise Laser, Schweiß- oder Schneidbrenner zu nennen.Typical fields of application of such orientation and positioning devices are the welding, cutting, joining or marking of workpieces. As tools, for example, laser, welding or cutting torch to call.
Stand der TechnikState of the art
Zur Orientierung von rotationssymmetrisch auf das Bearbeitungsgut einwirkenden Werkzeugen, wie Fräsköpfen, Autogen- oder Plasma- und Laserschneidbrennern, Wasserstrahlschneidwerkzeugen und Kameras sind zwei rotatorische Bewegungsachsen ausreichend. Schwenkaggregat, Fasenaggregat, Schwenkkopf oder auch Handgelenk sind im deutschen Sprachraum typische Bezeichnungen für derlei Einrichtungen.For the orientation of rotationally symmetric acting on the material to be processed tools, such as milling heads, oxy-fuel or plasma and laser cutting torches, water jet cutting tools and cameras two rotational axes of motion are sufficient. Pivoting unit, chamfering unit, swivel head or wrist are in the German-speaking countries typical names for such facilities.
Nach Art der Anordnung dieser Bewegungsachsen relativ zur Werkzeugachse unterscheidet man zwei Grundprinzipien, die als polar und kardanisch bzw. im englischen Sprachraum als Roll-Pitch und Pitch-Yaw bezeichnet werden (Rosheim, M. E., Robot Wrist Actuator, John Wiley & Sons New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore, 1989). An Schwenkaggregaten des Typs Pitch-Yaw bilden in Grund- oder Mittelstellung die beiden Bewegungsachsen mit der Brenner-Symmetrieachse einen rechten Winkel; an solchen des Prinzips Roll-Pitch ist in dieser Stellung eine Drehachse mit der Brenner-Symmetrieachse identisch.The type of arrangement of these axes of motion relative to the tool axis distinguishes two basic principles, which are referred to as polar and gimbal and in the English-speaking world as roll pitch and pitch yaw (Rosheim, ME, Robot Wrist Actuator, John Wiley & Sons New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore, 1989). On pivoting units of the pitch-yaw type, the two axes of movement with the burner axis of symmetry form a right angle in the basic or middle position; At such of the principle roll pitch is in this position, a rotation axis with the burner axis of symmetry identical.
Zum Werkzeug führende Kabel und Schläuche müssen durch das Schwenkaggregat so geleitet und geführt werden, dass deren Funktion nicht beeinträchtigt und eine hohe Lebensdauer gewährleistet ist. Das ist besonders dann der Fall, wenn wie beim Laserstrahlschneiden unter Zuhilfenahme eines Festkörperlasers die Medienübertragung von der Laserquelle zum Bearbeitungskopf durch ein Lichtleitkabel von statten geht. Dies ist teuer und wird bei knickender oder drillender Beanspruchung sofort zerstört. In
Besser geeignet scheinen technische Lösungen, die das Lichtleitkabel oder ein anderes Schlauchpaket freiliegend führen und ein kardanisches Wirkprinzip besitzen. Dem Schutz und der schonenden Behandlung von Kabeln und Schläuchen beim thermischen Schneiden widmet sich die in
Der Orientierung einer ”Seele”, eines torsionssteifen, biegeelastischen Elementes im Raum widmet sich
Eine ähnliche Lösung, ohne die torsionssteife, biegeelastische ”Seele” enthält
Eine einfachere, nur aus einem Kreuzgelenk bestehende Struktur ist in
Naheliegend erscheint auch, die Bewegung des Brennerkopfes mit einer parallelen Struktur, landläufig unter dem Namen Plattform bekannt, zu realisieren. Dreiachsige Lösungen, angetrieben über Schieber, Schwingen oder Schleifen, sind bekannt (Müglitz, J.; Schönherr, J.; Weidermann: Auslegung und Konstruktion eines Parallelmanipulators mit dem Freiheitsgrad F = 3. Kurvengetriebe, Gelenkgetriebe, gesteuerte Antriebe-Problemlösungen in der Bewegungstechnik. VDI-Getriebetagung 1996, Veitshöchheim, 17./18.9. 1996, VDI-Berichte Nr. 1281, VDI-Verlag Düsseldorf, 1996). Deren Schwenkwinkel ist limitiert, kann jedoch gesteigert werden, indem mehrere Plattformelemente hintereinander angeordnet sind, wie das in
Diese sind unerwünscht, weil sie die mögliche Orientierungsgeschwindigkeit erniedrigen, den mit uneingeschränkter Orientierung überstreichbaren Arbeitsraum verringern und allgemein die Positioniergenauigkeit verringern.These are undesirable because they lower the possible orientation speed, reduce the unrestricted orientation workspace, and generally reduce positioning accuracy.
Plattformen mit sechs (Hexapod) oder fünf (Pentapod) Beinen und damit einen Freiheitsgrad von F = 6 oder F = 5 ermöglichen Schwenkbewegungen um einen festen Raumpunkt.Platforms with six (hexapod) or five (pentapod) legs and thus a degree of freedom of F = 6 or F = 5 allow pivoting movements around a fixed point in space.
Hexapoden vom Typ STEWART (Stewart, D.: A platform with six degrees of freedom. Proc. Of the Inst. of Mech. Eng. 180(1965)1, S. 371–386) oder GOUGH (Gough, V. E.: Contribution to discussion to papers on research in automobile stability and control in tyre performance, by Cornell Staff. Proc. Auto. Div. Inst. Mech. Eng (1956), S. 392–395) sind – gemessen in alle Richtungen – in ihrem erreichbaren Schwenkwinkel auf etwa +/–30 Grad limitiert. Ein typisches Beispiel für eine auf einem Hexapoden basierende Maschine ist der Roboter F200iB der Firma FANUC (Prospektunterlagen, ©2005 FANUC Robotics America, Inc. FANUC ROBOTICS LITHO IN U.S.A. FRA-6/05).Hexapods of the STEWART type (Stewart, D .: A platform with six degrees of freedom, Proc. Of the Inst. Of Mech. Eng. 180 (1965) 1, pp. 371-386) or GOUGH (Gough, VE: Contribution to In a study of automotive stability and control in tire performance, by Cornell Staff, Proc. Auto., Inst. Mech. Eng (1956), pp. 392-395) are - in all directions - in their achievable swivel angle limited to about +/- 30 degrees. A typical example of a hexapod-based machine is FANUC robot F200iB (Prospectus Materials, © 2005 FANUC Robotics America, Inc. FANUC ROBOTICS LITHO IN USA FRA-6/05).
Einfacher handhabbar und mit der Möglichkeit ausgestattet, einen größeren Schwenkwinkel zu erreichen, sind Pentapoden, also Maschinen mit paralleler Struktur, die zwischen Gestell und Plattform fünf Beine oder Streben besitzen, wobei vier dieser Beine identisch sind und über jeweils ein Kugel- und ein Kreuzgelenk verfügen und ein Bein beidseitig mit einem Kreuzgelenk mit dem Gestell und mit der Plattform verbunden ist. Die Verwendung eines Pentapoden zum Aufbau einer fünfachsigen Fräsmaschine beschreibt
In
Ein gattungsgemäßer Stand der Technik ist aus der
In
Aus der
Die Druckschrift
Technische Aufgabe Technical task
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die einfach und kostengünstig zu fertigen ist und die gleichzeitig eine präzise Bewegung, Positionierung und/oder Orientierung eines Werkzeugs im Raum in hoher Bewegungsgüte ermöglicht, eine hohe Dynamik und einen möglichst großen Kollisionsabstand zum Werkstück aufweist und dabei geeignet ist, kleine kartesische Bewegungen auszuführen.The invention has for its object to provide a device that is simple and inexpensive to manufacture and at the same time allows precise movement, positioning and / or orientation of a tool in space in high quality of motion, high dynamics and the greatest possible collision distance to the workpiece and is capable of performing small Cartesian movements.
Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Diese Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Lageranordnung als portalartige, seriell entlang zweier orthogonal aufeinander stehender Linearachsen bewegliche Bewegungseinheit ausgestaltet ist, und die Stützstruktur als Linearführungssystem mit mindestens zweiachsig serieller Verschiebekinematik ausgeführt ist, die eine Verschiebung des Kreuzgelenks in mindestens zwei senkrecht aufeinander stehenden Verschieberichtungen erlaubt, wobei das Kreuzgelenk einen charakteristischen Punkt aufweist, der über das Linearführungssystem positioniert wird und nur die Streben die Orientierung des Werkzeugs im Raum bestimmen, und die Schiebeachsen der Streben derart angeordnet sind, dass sie miteinander einen Winkel von 45° bis 60° einschließen, und die von den Schiebeachsen aufgespannte Ebene um einen Winkel von 30° bis 40° verkippt zu einer der Verschieberichtungen des Linearführungssystems verläuft.This object is achieved on the basis of a device of the type mentioned in the present invention, that the bearing assembly is designed as a portal-like, along two orthogonal successive linear axes movable movement unit, and the support structure is designed as a linear guide system with at least biaxial serial displacement kinematics, which is a displacement of the universal joint in at least two mutually perpendicular displacements allowed, wherein the universal joint has a characteristic point which is positioned over the linear guide system and only the struts determine the orientation of the tool in space, and the sliding axes of the struts are arranged so that they are at an angle of 45 ° to 60 °, and the plane spanned by the sliding axes plane tilted by an angle of 30 ° to 40 ° to one of the displacement directions of the linear guide system.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Bearbeitungseinheit und eine Lageranordnung. Sie ist vorzugsweise zur mehrachsigen Orientierung und/oder Positionierung eines rotationssymmetrisch wirkenden Werkzeugs geeignet. Die Lageranordnung ist portalartig ausgeführt und dient zur Anbindung der Bearbeitungseinheit. Diese umfasst das Bearbeitungswerkzeug und mehrere bewegbar angeordnete Glieder zur Lagerung und zur Positionierung des Werkzeugs im Raum. Eine Lageranordnung in Form einer portalartigen Bewegungseinheit ermöglicht eine schnelle und einfache Positionierung der Bearbeitungseinheit und damit auch des Werkzeugs im Raum. Die portalartige Bewegungseinheit ist in zwei Raumrichtungen entlang zweier, orthogonal aufeinander stehender Linearachsen beweglich. Das Verschieben erfolgt mit serieller Kinematik. Die portalartige Bewegungseinheit ist insbesondere für praktisch unlimitierte translatorische Bewegungen der Bearbeitungseinheit geeignet.The device according to the invention comprises a processing unit and a bearing arrangement. It is preferably suitable for multiaxial orientation and / or positioning of a rotationally symmetrical tool. The bearing assembly is designed like a portal and is used to connect the processing unit. This includes the machining tool and a plurality of movably arranged members for storage and positioning of the tool in space. A bearing arrangement in the form of a portal-like movement unit allows a quick and easy positioning of the processing unit and thus also of the tool in the room. The portal-like movement unit is movable in two spatial directions along two orthogonal linear axes. The movement is done with serial kinematics. The portal-like movement unit is particularly suitable for virtually unlimited translational movements of the processing unit.
Die Glieder der Bearbeitungseinheit greifen an dem Werkzeug unmittelbar oder mittelbar über Zwischenelemente an, wie beispielsweise an einem Werkzeugträger, an dem oder in dem das Werkzeug gehalten wird. Ein Werkzeugträger erleichtert die Montage und ermöglicht eine einfache Austauschbarkeit des Werkzeugs. Dabei ist das Werkzeug beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Vorrichtung derart an dem Werkzeugträger befestigt, dass die Bewegung des Werkzeugträgers auf das Werkzeug übertragen wird und eine Bewegung des Werkzeugträgers somit konsekutiv eine Bewegung des Werkzeugs bewirkt. Sofern nicht ausdrücklich anderes gesagt wird, sollen sowohl die unmittelbare als auch die mittelbare Einwirkung der Glieder auf das Werkzeug bei den folgenden Erläuterungen umfasst sein, auch wenn ein Werkzeugträger nicht ausdrücklich genannt wird.The members of the processing unit engage the tool directly or indirectly via intermediate elements, such as on a tool carrier, on or in which the tool is held. A tool carrier facilitates assembly and allows easy replacement of the tool. In this case, the tool is attached to the tool carrier during the intended use of the device such that the movement of the tool carrier is transferred to the tool and thus a movement of the tool carrier thus consecutively causes a movement of the tool. Unless expressly stated otherwise, both the direct and indirect action of the links on the tool shall be included in the following explanations, even if a tool carrier is not expressly mentioned.
Zur Lagerung und insbesondere zur Positionierung des Werkzeugs im Raum ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die über ein Kreuzgelenk mit dem Werkzeug in einem ersten Punkt verbundene Stützstruktur als Linearführungssystem mit mindestens zweiachsig serieller Verschiebekinematik ausgeführt ist. Ein solches Linearführungssystem ermöglicht eine Bewegung des Kreuzgelenks und damit des Werkzeugs in mindestens zwei Raumrichtungen.For storage and in particular for positioning of the tool in space, the invention provides that the support structure connected via a universal joint to the tool at a first point is designed as a linear guide system with at least biaxial serial displacement kinematics. Such a linear guide system allows a movement of the universal joint and thus of the tool in at least two spatial directions.
Jedes Kreuzgelenk weist einen sogenannten „charakteristischen Punkt” auf, der dessen Position im Raum definiert und der beispielsweise durch den Schnittpunkt der beiden Drehachsen des Kreuzgelenks festgelegt ist. Die über das Kreuzgelenk mit dem Werkzeug verbundene Verschiebekinematik ermöglicht eine Positionierung des charakteristischen Punktes des Kreuzgelenks und damit eine Positionierung des Werkzeugs in mindestens einer Raumebene. Die an mindestens zwei anderen Punkten des Werkzeugs einwirkenden, beweglichen Streben bestimmen die Lage des Werkzeugkörpers im Raum und sind damit zu einer Einstellung der Orientierung des Werkzeugs im Raum vorgesehen. Nur die Streben bestimmen die Orientierung des Werkzeugs im Raum.Each universal joint has a so-called "characteristic point", which defines its position in space and which is determined for example by the intersection of the two axes of rotation of the universal joint. The displacement kinematics connected to the tool via the universal joint enable positioning of the characteristic point of the universal joint and thus positioning of the tool in at least one spatial plane. The movable struts acting on at least two other points of the tool determine the position of the tool body in space and are thus provided for adjusting the orientation of the tool in space. Only the struts determine the orientation of the tool in space.
Dadurch, dass die Verbindung des Werkzeugs mit dem Linearführungssystem über ein Kreuzgelenk erfolgt, ist das Werkzeug zunächst um die beiden Achsen des Kreuzgelenks beweglich angeordnet. Diese Beweglichkeit wird durch die in zwei anderen Punkten des Werkzeugs einwirkenden Streben einerseits gehindert, andererseits wird dadurch die Orientierung des Werkzeugs im Raum festgelegt. Die Streben sind parallelkinematisch mit der Bearbeitungseinheit verbunden. Dadurch muss durch die Streben nur eine vergleichsweise geringe Masse bewegt werden, so dass die Orientierung mit hoher Dynamik und Genauigkeit eingestellt werden kann.Characterized in that the connection of the tool with the linear guide system via a universal joint, the tool is initially arranged to be movable about the two axes of the universal joint. This mobility is prevented on the one hand by the struts acting in two other points of the tool, on the other hand it determines the orientation of the tool in space. The struts are parallel kinematic connected to the processing unit. As a result, only a comparatively small mass has to be moved by the struts, so that the orientation can be adjusted with high dynamics and accuracy.
Erfindungsgemäß ist darüber hinaus vorgesehen, dass die Schiebeachsen der Streben derart angeordnet sind, dass sie miteinander einen Winkel von 45° bis 60° einschließen. Eine solche Anordnung der Schiebeachsen ermöglicht eine Bewegungsübertragung hoher Güte im gesamten Auslenkungs- und Bewegungsbereich des Werkzeuges.According to the invention, it is further provided that the sliding axes of the struts are arranged such that they enclose an angle of 45 ° to 60 ° with each other. Such an arrangement the sliding axes allows a high-quality motion transmission in the entire range of deflection and movement of the tool.
Auch dadurch, dass die von den Schiebeachsen aufgespannte Ebene um einen Winkel von 30° bis 40° verkippt zu einer der Verschieberichtungen des Linearführungssystems verläuft, wird die Bewegungsgüte verbessert. Bei einem Neigungswinkel der Ebene gegenüber der Verschieberichtung des Linearführungssystems von weniger als 30° verliert sich der Effekt auf die Verbesserung der Bewegungsgüte. Bei einem Neigungswinkel von mehr als 40° führen kleine Bewegungen entlang der Schiebeachsen nur zu einer vergleichsweise geringfügigen Lageänderung des Werkzeuges, wodurch eine schnelle Positionierung des Werkzeuges beeinträchtigt wird. Infolge des Aufbaus der Glieder, insbesondere des Linearführungssystems, ändert sich die Schwerpunktlage der gesamten Vorrichtung während der Positionierung und Orientierung des Werkzeugs nur geringfügig. Dadurch bleibt die elastische Verformung der Vorrichtung annähernd konstant und es wird eine präzise Führung des Werkzeugs auch bei geschwenktem Werkzeug unterstützt. Dadurch ergibt sich bei einfacher konstruktiver Gestaltung und hoher Dynamik der Bearbeitungseinrichtung eine präzise Bewegung, Positionierung und/oder Orientierung des Werkzeugs.Also, the fact that the plane spanned by the sliding axes plane tilted by an angle of 30 ° to 40 ° to one of the displacement directions of the linear guide system, the motion quality is improved. At an inclination angle of the plane with respect to the displacement direction of the linear guide system of less than 30 °, the effect loses on the improvement of the motion quality. With an angle of inclination of more than 40 °, small movements along the sliding axes only lead to a comparatively slight change in position of the tool, as a result of which rapid positioning of the tool is impaired. Due to the structure of the links, in particular the linear guide system, the center of gravity of the entire device changes only slightly during the positioning and orientation of the tool. As a result, the elastic deformation of the device remains approximately constant and it is a precise guidance of the tool supported even with pivoted tool. This results in a simple design and high dynamics of the processing device precise movement, positioning and / or orientation of the tool.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Linearführungssystem zur Verschiebung in einer der Verschieberichtungen eine Hubachse, und dass das Kreuzgelenk eine proximale und eine distale Gelenkdrehachse aufweist, wobei eine um die distale Gelenkdrehachse drehbare und am Werkzeug angreifende U-förmige Gelenkgabel vorgesehen ist, an der das Werkzeug um die proximale Gelenkdrehachse drehbar gelagert ist, und wobei ein Verbindungssteg der Gelenkgabel zwischen einer Werkzeugsymmetrieachse und der Hubachse angeordnet ist.In a first advantageous embodiment of the device according to the invention it is provided that the linear guide system for displacement in one of the displacement directions a lifting axis, and that the universal joint has a proximal and a distal pivot axis, wherein a rotatable about the distal hinge axis and acting on the tool U-shaped yoke is provided, on which the tool is rotatably mounted about the proximal hinge axis of rotation, and wherein a connecting web of the yoke between a tool axis of symmetry and the lifting axis is arranged.
Das Werkzeug umfasst einen Werkzeugkopf und einen Werkzeugschaft. Als „Werkzeugsymmetrieachse” wird die durch eine Werkzeugspitze des Werkzeugkopfs und den Werkzeugschaft verlaufende Längsachse bezeichnet.The tool includes a tool head and a tool shank. The "tool symmetry axis" is the longitudinal axis running through a tool tip of the tool head and the tool shank.
Die Hubachse bezeichnet eine Achse entlang der die Bearbeitungseinheit mit Hilfe des Linearführungssystems angehoben oder abgesenkt werden kann und die eine Höhenverstellung für das Werkzeug ermöglicht. Sie entspricht einer Verschieberichtung des Linearführungssystems.The lifting axis refers to an axis along which the processing unit can be raised or lowered by means of the linear guide system and which enables a height adjustment for the tool. It corresponds to a displacement direction of the linear guide system.
Eine Gelenkgabel umfasst mindestens zwei über einen Verbindungssteg miteinander verbundene, freie Schenkel. Das Kreuzgelenk weist eine proximale und eine distale Gelenkdrehachse auf. Erfindungsgemäß ist am Linearführungssystem eine U-förmige Gelenkgabel vorgesehen, die drehbar um die distale Gelenkdrehachse gelagert ist. Die Gelenkgabel weist eine darüber hinaus eine proximale Gelenkdrehachse auf, an der das Werkzeug drehbar gelagert ist.A yoke comprises at least two interconnected via a connecting web, free leg. The universal joint has a proximal and a distal joint axis of rotation. According to the invention a U-shaped yoke is provided on the linear guide system, which is rotatably mounted about the distal pivot axis. The yoke further has a proximal pivot axis of rotation on which the tool is rotatably mounted.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verbindungssteg der Gelenkgabel zwischen der Werkzeugsymmetrieachse und der Hubachse angeordnet ist. Durch eine solche Anordnung des Verbindungsstegs werden, neben einer einfachen Montage des Werkzeugs, auch ein schneller Werkzeug-Wechsel und kurze Rüstzeiten ermöglicht.According to the invention it is provided that the connecting web of the yoke between the tool axis of symmetry and the lifting axis is arranged. Such an arrangement of the connecting web, in addition to a simple assembly of the tool, a quick tool change and short set-up times possible.
In einer weiteren ebenso bevorzugten Modifikation der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die distale Gelenkdrehachse zwischen der Werkzeugsymmetrieachse und der Hubachse verläuft, wobei die distale Gelenkachse die Werkzeugsymmetrieachse nicht schneidet.In a further likewise preferred modification of the device according to the invention, it is provided that the distal joint rotational axis runs between the tool axis of symmetry and the lifting axis, wherein the distal joint axis does not intersect the tool axis of symmetry.
Erfindungsgemäß verläuft die distale Gelenkdrehachse des Kreuzgelenks zwischen der Werkzeugsymmetrieachse und der Hubachse. Dadurch, dass die distale Gelenkachse die Werkzeugsymmetrieachse nicht schneidet, wird die Bewegungsgüte gesteigert.According to the invention, the distal joint rotational axis of the universal joint extends between the tool axis of symmetry and the lifting axis. The fact that the distal joint axis does not intersect the tool axis of symmetry increases the quality of movement.
Es hat sich bewährt, wenn die Streben an dem Linearführungssystem befestigt sind.It has proven useful if the struts are attached to the linear guide system.
Dadurch, dass die Streben an dem Linearführungssystem befestigt sind, werden diese bei einer Bewegung des Linearführungssystems mitbewegt. Sie sind daher entsprechend kleiner dimensioniert und weisen eine geringere Masse auf, so dass eine kompaktere Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht wird. Da bei einer Einstellung der Orientierung geringere Massen bewegt werden müssen, wird außerdem eine höhere Führungsgenauigkeit und eine höhere Dynamik der Vorrichtung gewährleistet.The fact that the struts are attached to the linear guide system, they are moved in a movement of the linear guide system. They are therefore dimensioned correspondingly smaller and have a lower mass, so that a more compact design of the device according to the invention is made possible. Since adjustment of the orientation means that less masses have to be moved, a higher guidance accuracy and a higher dynamics of the device are also ensured.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Werkzeug einen Werkzeugkopf aufweist, und der Werkzeugkopf gegenüber einer Vertikalstellung um mindestens 40°, vorzugsweise um mindestens 45°, besonders bevorzugt um mindestens 50°, in alle Richtungen schwenkbar ist, mit der Maßgabe, dass die Streben jeweils über ein Kugelgelenk mit dem Werkzeug und jeweils mit einem sie antreibenden Schieber verbunden sind, wobei der Bewegungsbereich der Kugelgelenke gegenüber der Nullstellung höchstens ±30° beträgt.It has proven to be advantageous if the tool has a tool head, and the tool head against a vertical position by at least 40 °, preferably at least 45 °, more preferably at least 50 °, in all directions is pivotally, with the proviso that the Struts are connected in each case via a ball joint with the tool and in each case with a slide driving them, wherein the range of motion of the ball joints with respect to the zero position is at most ± 30 °.
Ein Kugelgelenk umfasst zwei Gelenkelemente, einen Kugelkopf und eine Kugelpfanne; es lässt eine Drehbewegung um alle drei Achsen zu, ist aber translatorisch feststehend. Eine Strebe, die mit einem Kugelgelenk verbunden ist, ist somit translatorisch gebunden und zur Festlegung der Orientierung des Werkzeugs geeignet. Gleichzeitig ermöglicht das Kugelgelenk aber auch eine Drehbewegung der Strebe um die drei Rotationsachsen des Kugelgelenks, wobei eine Koppelstange entlang ihrer Längsachse eine isolierte Freiheit besitzt. Bei Kugelgelenken ist der Arbeitswinkel (Auslenkwinkel) durch die Kugelschale beschränkt. Die erfindungsgemäße Anordnung der Glieder ermöglicht ein Schwenken des Werkzeugkopfes um mindestens 40°, vorzugsweise um mindestens 45°, besonders bevorzugt um mindestens 50°, wobei die Kugelgelenk höchstens ±30° gegenüber der Nullstellung ausgelenkt werden.A ball joint comprises two joint elements, a ball head and a ball socket; it allows for a rotational movement about all three axes but translationally fixed. A strut, which is connected to a ball joint, is thus translatorily bound and suitable for determining the orientation of the tool. At the same time, however, the ball joint also allows a rotational movement of the strut about the three axes of rotation of the ball joint, wherein a coupling rod along its longitudinal axis has an isolated freedom. For ball joints, the working angle (deflection angle) is limited by the ball socket. The inventive arrangement of the links allows pivoting of the tool head by at least 40 °, preferably by at least 45 °, more preferably by at least 50 °, wherein the ball joint are deflected at most ± 30 ° relative to the zero position.
Es hat sich bewährt, wenn das Werkzeug einen Tool-Center-Point hat, dessen Lage im Raum veränderlich ist, mit der Maßgabe, dass bei einer Änderung der Orientierung des Werkzeugs im Raum der Tool-Center-Point unter Mitwirkung des Linearführungssystems raumfest ist.It has proven useful if the tool has a tool center point whose position in the space is variable, with the proviso that when changing the orientation of the tool in space the tool center point is spatially fixed with the help of the linear guide system.
Der Tool-Center-Point des Werkzeugs ist ein rechnerischer, frei wählbarer Referenzpunkt, beispielweise der Bearbeitungspunkt auf dem Werkstück, wie etwa der Fokus bei einem Laser-Werkzeug. Die Lage des Tool-Center-Points ist im Raum veränderlich, so dass er beispielsweise bei der Positionierung des Werkzeugs, das heißt beispielsweise bei einer Verschiebung mittels des Linearführungssystems oder der portalartigen Bewegungseinheit mitbewegt wird. Gemäß der Erfindung ist der Tool-Center-Point dadurch gekennzeichnet, dass er bei einer Änderung der Orientierung des Werkzeugs unter Mitwirkung des Linearführungssystems raumfest bleibt. Dies ermöglicht eine einfachere Steuerung des Werkzeugs, da die Position und die Orientierung des Werkzeugs bei der Steuerung getrennt betrachtet werden können. Darüber hinaus ist eine getrennte Betrachtung der Position und der Orientierung des Werkzeugs auch kinematisch vorteilhaft, da bei Orientierungsänderungen nur vergleichsweise geringe Massen bewegt werden müssen. Hierdurch sind schnelle Orientierungsänderungen des Werkzeugs möglich. Vorzugsweise ist der Tool-Center-Point vom charakteristische Punkt des Kreuzgelenks beabstandet.The tool center point of the tool is a calculated, freely selectable reference point, for example, the machining point on the workpiece, such as the focus on a laser tool. The position of the tool center point is variable in space, so that it is moved, for example, during the positioning of the tool, that is, for example, during a displacement by means of the linear guide system or the portal-like movement unit. According to the invention, the tool center point is characterized in that it remains fixed in space with a change in the orientation of the tool in cooperation with the linear guide system. This allows easier control of the tool as the position and orientation of the tool can be considered separately in the control. In addition, a separate consideration of the position and orientation of the tool is also kinematically advantageous, since only relatively small masses have to be moved during orientation changes. As a result, quick orientation changes of the tool are possible. Preferably, the tool center point is spaced from the characteristic point of the universal joint.
Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das an der Lageranordnung gehalterte Linearführungssystem eine zweiachsig-serielle Verschiebekinematik hat, die eine Verschiebung des Kreuzgelenks in einer ersten Verschieberichtung und in einer senkrecht zur ersten Verschieberichtung verlaufenden, zweiten Verschieberichtung ermöglicht, wobei die erste Verschieberichtung des Linearführungssystems senkrecht zu den beiden Linearachsen der Bewegungseinheit verläuft und die zweite Verschieberichtung des Linearführungssystems redundant zu einer Linearachse der Bewegungseinheit ist.In an alternative embodiment of the device according to the invention it is provided that the bearing mounted on the bearing assembly linear guide system has a biaxial-serial displacement kinematics, which allows a displacement of the universal joint in a first displacement direction and in a direction perpendicular to the first direction of displacement, second displacement direction, wherein the first displacement direction of the linear guide system is perpendicular to the two linear axes of the movement unit and the second displacement direction of the linear guide system is redundant to a linear axis of the movement unit.
Die Verschieberichtungen der zweiachsig-seriellen Verschiebekinematik verlaufen senkrecht zueinander; sie spannen eine Bewegungsebene auf. Um bei Einsatz eines zweiachsigen Linearführungssystems eine Bewegung des Werkzeugs in alle drei Raumrichtungen zu ermöglichen, ist das Linearführungssystem derart mit der portalartigen Bewegungseinheit verbunden, dass die erste Verschieberichtung des Linearführungssystems senkrecht zu den beiden Linearachsen der Bewegungseinheit verläuft. Dadurch kann bei dem Linearführungssystem die dritte Verschiebeachse und der damit einhergehende Konstruktions- und Steuerungsaufwand vermieden werden.The displacement directions of the biaxial-serial displacement kinematics are perpendicular to each other; they span a plane of movement. In order to enable a movement of the tool in all three spatial directions when using a two-axis linear guide system, the linear guide system is connected to the portal-like movement unit such that the first displacement direction of the linear guide system is perpendicular to the two linear axes of the movement unit. This can be avoided in the linear guide system, the third displacement axis and the associated design and control effort.
Vorteilhafterweise ist darüber hinaus vorgesehen, dass die zweite Verschieberichtung des Linearführungssystems redundant zu einer gestellnächsten Linearachse der Bewegungseinheit ist. Durch die Redundanz dieser beiden Achsen, können Bewegungen entlang der redundanten Achse sowohl über die portalartige Bewegungseinheit als auch über das Linearführungssystem erfolgen. Bei nur kleinen Bewegungen in Richtung der redundanten Achse bietet es sich an, diese Bewegung mittels des Linearführungssystems auszuführen. Denn bei einer Bewegung des Linearführungssystems müssen im Vergleich zu einer Bewegung der portalartigen Bewegungseinheit geringere Massen bewegen werden. Eine Bewegung in Richtung der redundanten Achse durch das Linearführungssystem führt daher im Vergleich zu einer Bewegung über die portalartige Bewegungseinheit zu einer höheren Dynamik der Vorrichtung und hat zur Folge, dass bei kleinen Bewegungen eine hohe Führungsgenauigkeit des Werkzeugs erzielt werden kann.Advantageously, moreover, it is provided that the second displacement direction of the linear guide system is redundant to a frame-proximal linear axis of the movement unit. Due to the redundancy of these two axes, movements along the redundant axis can take place both via the portal-like movement unit and via the linear guidance system. With only small movements in the direction of the redundant axis, it is advisable to carry out this movement by means of the linear guide system. For in a movement of the linear guide system must be compared to a movement of the portal-like movement unit lower masses move. A movement in the direction of the redundant axis by the linear guide system therefore leads compared to a movement on the portal-like movement unit to a higher dynamics of the device and has the consequence that with small movements high accuracy of the tool can be achieved.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn für eine Bewegung entlang einer der Achsen der Verschiebekinematik des Linearführungssystems eine zylinderförmige Teleskopeinheit mit einem Innenzylinder und Außenzylinder vorgesehen ist.It has proved to be advantageous if, for a movement along one of the axes of the displacement kinematics of the linear guide system, a cylindrical telescope unit with an inner cylinder and outer cylinder is provided.
Bei einer zylinderförmigen Teleskopeinheit mit einem nichtrunden Zylinderquerschnitt wird eine Rotation des Innenzylinders um seine Längsachse verhindert.In a cylindrical telescopic unit with a non-circular cylinder cross-section rotation of the inner cylinder is prevented about its longitudinal axis.
Eine zylinderförmige Teleskopeinheit mit einem nichtrunden Zylinderquerschnitt ermöglicht die Einstellung eines möglichst geringen Abstands zwischen Werkzeug und Lageranordnung. Die Teleskopeinheit führt darüber hinaus zu einer Vergrößerung des Bewegungsbereichs des Werkzeugs.A cylindrical telescopic unit with a non-circular cylinder cross-section allows the setting of the smallest possible distance between the tool and the bearing assembly. The telescopic unit also leads to an increase in the range of movement of the tool.
Vorzugsweise ist das Kreuzgelenk an dem dem Werkzeug zugewandten, distalen Ende des Innenzylinders angebracht. Sowohl der Außenzylinder als auch der Innenzylinder der Teleskopeinheit weisen ein dem Werkzeug zugewandtes, distales und ein dem Werkzeug abgewandtes proximales Ende auf. Durch ein am distalen Ende des Innenzylinders angebrachtes Kreuzgelenk wird eine kompakte Bauform des Linearführungssystems ermöglicht. Der Innenzylinder weist verglichen mit dem Außenzylinder in der Regel aufgrund seines geringeren Raumbedarfs auch ein geringeres Gewicht auf. Dadurch, dass das Kreuzgelenk am Innenzylinder angebracht ist, muss beim Ausfahren der Teleskopeinheit eine vergleichsweise geringe Masse bewegt werden, so dass eine Vorrichtung mit einer höheren Dynamik erhalten wird.Preferably, the universal joint is at the tool facing the distal end of the Inner cylinder attached. Both the outer cylinder and the inner cylinder of the telescope unit have a distal end facing away from the tool and a proximal end facing away from the tool. By a mounted at the distal end of the inner cylinder universal joint a compact design of the linear guide system is made possible. The inner cylinder has compared to the outer cylinder usually due to its smaller footprint on a lower weight. The fact that the universal joint is mounted on the inner cylinder, a relatively small mass must be moved during extension of the telescopic unit, so that a device with a higher dynamics is obtained.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass zur Einstellung der Relativlage von Innenzylinder und Außenzylinder ein translatorischer oder ein rotatorischer Antrieb vorgesehen ist, der mit dem Innenzylinder und/oder dem Außenzylinder über ein Gehemme verbunden ist, und dass ein Sensor vorgesehen ist, der die Bewegung des Gehemmes detektiert.In a preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that for setting the relative position of the inner cylinder and outer cylinder a translatory or a rotary drive is provided, which is connected to the inner cylinder and / or the outer cylinder via a clamp, and that a sensor is provided, which detects the movement of the Gehemmes.
Um bei Kollisionen des Werkzeugs mit seiner Umgebung, beispielsweise einem zu bearbeitenden Werkstück Maschinenschäden zu vermeiden, ist der Innenzylinder und/oder der Außenzylinder mit dem Antrieb über ein Gehemme verbunden, an dem ein Sensor zur Detektion einer Bewegung des Gehemmes vorgesehen ist. Die mittels Sensor ermittelte Messgröße kann beispielsweise einer Kollisionsberechnung zugrunde gelegt werden.In order to avoid machine damage during collisions of the tool with its surroundings, for example, a workpiece to be machined, the inner cylinder and / or the outer cylinder is connected to the drive via a clamp, on which a sensor for detecting a movement of the Gehemmes is provided. The measured variable determined by means of a sensor can be used, for example, as a basis for a collision calculation.
Es hat sich bewährt, wenn die Teleskopeinheit in der Art eines Schubkastens ausgeführt ist, indem ein dem Werkzeug abgewandtes, proximales, einen geschlossenen Rahmen bildendes Gestell einen distalen, dem Werkzeug zugewandten, kastenförmigen Schieber umschließt.It has proven useful when the telescopic unit is designed in the manner of a drawer by a remote from the tool, proximal, a closed frame forming frame enclosing a distal, the tool facing, box-shaped slide.
Eine Teleskopeinheit in Form eines Schubkastens mit einem Gestell und einem kastenförmigen Schieber ist einfach zu fertigen und ermöglicht durch die ebenen Außenflächen eine einfache Montage der Teleskopeinheit.A telescopic unit in the form of a drawer with a frame and a box-shaped slide is easy to manufacture and allows through the flat outer surfaces easy mounting of the telescope unit.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn das proximale, rahmenförmige Gestell und der distale kastenförmige Schieber in ihrer Relativlage von einem translatorischen oder rotatorischen Antrieb bestimmt werden, wobei der gestellnahe und der gestellferne Teil des Antriebs keine direkte, sondern eine über ein Gehemme geführte Verbindung entweder zum proximalen, rahmenförmigen Gestell oder zum distalen, kastenförmigen Schieber besitzen und Relativbewegungen des Gehemmes durch einen Sensor detektiert werden.It has proved to be advantageous if the proximal, frame-shaped frame and the distal box-shaped slider are determined in their relative position by a translational or rotary drive, the frame-near and the frame remote part of the drive not direct, but a guided over a connection either connection have to the proximal, frame-shaped frame or the distal, box-shaped slide and relative movements of Gehemmes be detected by a sensor.
Das Gehemme dient zur Vermeidung von Kollisionen des Werkzeugs mit der Umgebung und steht mit einem Sensor in Wirkverbindung. Der Sensor ist zur Bestimmung einer Weg-Messgröße geeignet.The clamp serves to avoid collisions of the tool with the environment and is in operative connection with a sensor. The sensor is suitable for determining a path measurement.
Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Bearbeitungseinheit einen Massenschwerpunkt aufweist, der bei einer Änderung der Orientierung des Werkzeugs im Raum annähernd raumfest ist.A further advantageous embodiment of the device according to the invention is characterized in that the processing unit has a center of gravity, which is approximately fixed in space with a change in the orientation of the tool in space.
Dadurch, dass sich bei einer Änderung der Orientierung des Werkzeugs der Massenschwerpunkt annähernd raumfest ist, ändert sich die Schwerpunktlage der Vorrichtung nur geringfügig. Durch die annähernd gleichbleibende Schwerpunktlage wird eine präzise Führung des Werkzeugs auch bei geschwenktem Werkzeug ermöglicht.Due to the fact that, when the orientation of the tool changes, the center of gravity of the mass is approximately fixed in space, the center of gravity of the device changes only slightly. Due to the approximately constant center of gravity a precise guidance of the tool is also possible with swiveled tool.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Werkzeug einen Laserkopf mit einer Laserkopfsymmetrieachse, eine Strahlzuführung mit einer Strahlzuführungsachse und eine Strahlumlenkungseinheit für die Zuführung des Laserstrahls zum Laserkopf umfasst, wobei die Laserkopfsymmetrieachse und die Strahlzuführungsachse derart versetzt zueinander verlaufen, dass die Strahlzuführungsachse in distaler Richtung des Linearführungssystems gesehen hinter der Laserkopfsymmetrieachse angeordnet ist.In an advantageous embodiment of the device according to the invention, it is provided that the tool comprises a laser head with a laser head symmetry axis, a beam feed with a beam feed axis and a beam deflection unit for feeding the laser beam to the laser head, the laser head symmetry axis and the beam feed axis being offset from one another in such a way that the beam feed axis Seen in the distal direction of the linear guide system is arranged behind the laser head axis of symmetry.
Das Linearführungssystem weist eine distale Richtung auf, die von der Lageranordnung ausgehend entlangeiner der Verschiebeachsen des Linearführungssystems in Richtung des Werkzeugs verläuft. Die Gegenrichtung zur distalen Richtung wird als proximale Richtung bezeichnet. Die Strahlzuführungsachse und die Laserkopfsymmetrieachse verlaufen versetzt und vorzugsweise in parallelen Ebenen. Die versetzte Anordnung führt zu einer geringeren Bauhöhe des Laserkopfes in Richtung der Laserkopfsymmetrieachse. Durch den geringeren Raumbedarf des Laserkopfes kann der Laserkopf bei der Verkippung in proximaler Richtung, in einem größeren Winkel verkippt werden, ohne dass der Laserkopf mit dem Linearführungssystem beziehungsweise der Lageranordnung kollidiert, so dass ein großer Arbeitsbereich erhalten wird.The linear guide system has a distal direction, which extends from the bearing assembly along one of the displacement axes of the linear guide system in the direction of the tool. The opposite direction to the distal direction is called the proximal direction. The beam feed axis and the laser head symmetry axis are offset and preferably in parallel planes. The staggered arrangement leads to a lower height of the laser head in the direction of the laser head axis of symmetry. Due to the smaller space required by the laser head, the laser head can be tilted at a greater angle during the tilting in the proximal direction without the laser head colliding with the linear guide system or the bearing arrangement, so that a large working range is obtained.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Werkzeug ein einem Werkzeugkopf zugewandtes vorderes und ein hinteres Ende umfasst, wobei das Kreuzgelenk mit dem vorderen Ende des Werkzeugs verbunden ist. Durch die Anordnung des Kreuzgelenks am vorderen Ende des Werkzeugs ergibt sich ein geringer Abstand zwischen der Werkzeugspitze und den Bewegungsachsen des Kreuzgelenks, wodurch eine hohe Führungsgenauigkeit des Werkzeugs und eine präzise Bearbeitung des Werkstücks ermöglicht werden. Als vorderes Ende des Werkzeugs wird dabei der Längenabschnitt zwischen stirnseitigem Ende und der Mitte zwischen den beiden Enden verstanden.It has proved to be advantageous if the tool comprises a tool head facing front and a rear end, wherein the universal joint is connected to the front end of the tool. The arrangement of the universal joint at the front end of the tool results in a small distance between the tool tip and the axes of movement of the Universal joint, which allows high accuracy of the tool and precise machining of the workpiece. The front end of the tool is understood to be the longitudinal section between the frontal end and the middle between the two ends.
Vorzugsweise weist das Werkzeug in einer Nullstellung eine der Lageranordnung zugewandte und eine der Lageranordnung abgewandte Längsseite auf, wobei sämtliche Glieder mit der der Lageranordnung zugewandten Längsseite des Werkzeugs verbunden sind.In a zero position, the tool preferably has a longitudinal side facing the bearing arrangement and a longitudinal side facing away from the bearing arrangement, wherein all the links are connected to the longitudinal side of the tool facing the bearing arrangement.
Die Nullstellung ist die Ausgangseinstellung, die die Bearbeitungseinheit üblicherweise beim Abschalten der Vorrichtung einnimmt und die eine in der Regel gleichgroße Auslenkung des Werkzeugs in beide Richtungen ermöglicht.The zero position is the initial setting that the processing unit usually occupies when switching off the device and allows a generally equal displacement of the tool in both directions.
Die Glieder stehen einerseits mit der Lageranordnung und andererseits mit dem Werkzeug in Wirkverbindung. Da das Werkzeug ein dreidimensionaler Körper ist, weist es in Nullstellung eine der Lageranordnung zugewandte und eine der Lageranordnung abgewandte Längsseite auf. Sämtliche Glieder der Bearbeitungseinheit greifen an einer gemeinsamen Längsseite des Werkzeugs an, nämlich an der der Lageranordnung der zugewandten Längsseite des Werkzeugs. Die gegenüberliegende Längsseite ist somit frei von Gliedern, was die Gefahr von Kollisionen zwischen der Bearbeitungsvorrichtung mit einem zu bearbeitenden Werkstück vermindert. Zudem umgibt die Lageranordnung das Werkzeug nicht und kann einfach und kompakt ausgeführt sein.The links are on the one hand with the bearing assembly and on the other hand with the tool in operative connection. Since the tool is a three-dimensional body, it has, in the zero position, a longitudinal side facing the bearing arrangement and facing away from the bearing arrangement. All members of the processing unit engage on a common longitudinal side of the tool, namely on the bearing assembly of the facing longitudinal side of the tool. The opposite longitudinal side is thus free of links, which reduces the risk of collisions between the processing device with a workpiece to be machined. In addition, the bearing assembly does not surround the tool and can be made simple and compact.
Die bewegliche Lagerung der Streben entlang einer Schiebeachse trägt zu Einstellung der Orientierung des Werkzeugs bei. Die Richtung und Länge der Schiebeachse legt dabei die Bewegbarkeit der Streben fest. Zur Bewegung der Streben ist ein mit einem Antrieb versehener Schieber vorgesehen, der an der Linearverschiebeeinheit befestigt ist. Im Gegensatz zu einer Fixierung des Antriebs an der Lageranordnung hat dessen Befestigung am Linearführungssystem den Vorteil, dass der Antrieb der Streben mit dem Linearführungssystem mitbewegt wird, wodurch eine kompaktere Bauform der Bearbeitungseinheit ermöglicht wird. Bei einer besonders bevorzugten Modifikation der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die logische Anordnung der Glieder und Gelenke untereinander in modellhafter Darstellung mehrere in sich geschlossene Maschen ergibt und der Werkzeugkopf Bestandteil von genau zwei Maschen ist.The movable support of the struts along a sliding axis contributes to adjustment of the orientation of the tool. The direction and length of the sliding axis determines the mobility of the struts. To move the struts a provided with a drive slide is provided, which is fixed to the linear displacement unit. In contrast to a fixation of the drive to the bearing assembly whose attachment to the linear guide system has the advantage that the drive of the struts is moved with the linear guide system, whereby a more compact design of the processing unit is made possible. In a particularly preferred modification of the device is provided that the logical arrangement of the links and joints with each other in model representation results in several self-contained mesh and the tool head is part of exactly two mesh.
Die Übertragung der erfindungsgemäßen Anordnung der Glieder und Gelenke in eine zweidimensionale Darstellung zeigt ein Netzwerk aus Kanten (Glieder) und Knoten (Gelenke). Die Kanten und Knoten bilden die Maschen des Netzwerkes. Eine Masche ist der kürzestmögliche geschlossene Zug aus Kanten und Knoten; sie geht von einem Knoten aus und führt zum selben Knoten zurück. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Werkzeugkopf Bestandteil von genau zwei Maschen ist.The transmission of the inventive arrangement of the limbs and joints in a two-dimensional representation shows a network of edges (limbs) and nodes (joints). The edges and nodes form the meshes of the network. A mesh is the shortest possible closed train of edges and knots; it starts from a node and leads back to the same node. It is inventively provided that the tool head is part of exactly two stitches.
Vorzugsweise weist das Werkzeug zwei voneinander beabstandete Gelenkelemente auf, die mit dem Werkzeug unlösbar verbunden sind und die jeweils Bestandteil unterschiedlicher Maschen sind.Preferably, the tool has two spaced apart hinge elements which are permanently connected to the tool and which are each part of different meshes.
Ein Gelenk weist mehrere Gelenkelemente auf. Gelenkelemente sind im Fall eines Kugelgelenkes beispielsweise die Kugelpfanne oder der Kugelkopf oder im Fall eines Kreuzgelenks beispielsweise ein Bügel des Kreuzgelenks. Mindestens zwei Gelenkelemente sind an unterschiedlichen Stellen mit dem Werkzeug unlösbar verbunden, so dass sie Bestandteil unterschiedlicher Maschen sind.A joint has several joint elements. Joint elements are in the case of a ball joint, for example, the ball socket or the ball head or in the case of a universal joint, for example, a bracket of the universal joint. At least two hinge elements are permanently connected at different points with the tool, so that they are part of different meshes.
Das Werkzeug ist beispielsweise ein Laser oder ein Brenner zur thermischen Bearbeitung von Werkstücken, wie Schneid- oder Schweißbrenner, insbesondere Autogen- oder Plasmabrenner. Das Werkzeug weist einen Werkzeugkopf und einen Werkzeug-Schaft auf. In den Schaft ist ein Anschlusselement für ein Kreuzgelenk integriert. Das Anschlusselement ist beispielsweise in Form eines Anschlussstutzens, eines Flansches oder eines Gelenkelements, das Bestandteil des Kreuzgelenks ist, ausgebildet. Das Gelenkelement ist beispielsweise eine Gelenkgabel des Kreuzgelenks. Dadurch, dass ein Anschlusselement des Kreuzgelenks in den Werkzeug-Schaft integriert ist, wird eine vorgegebene, definierte geometrische Zuordnung zwischen Werkzeug und der oben erläuterten Bearbeitungseinheit gewährleistet, die auch bei einem Wechsel und Austausch des Werkzeugs ohne weitere Maßnahmen reproduzierbar ist. Dadurch wird überdies der Werkzeug-Wechsel schneller.The tool is for example a laser or a burner for the thermal processing of workpieces, such as cutting or welding torches, in particular autogenous or plasma torches. The tool has a tool head and a tool shank. In the shaft, a connection element for a universal joint is integrated. The connection element is designed, for example, in the form of a connecting piece, a flange or a joint element which is part of the universal joint. The joint element is for example a joint fork of the universal joint. Characterized in that a connecting element of the universal joint is integrated into the tool shaft, a predetermined, defined geometric association between the tool and the above-described processing unit is ensured, which is reproducible even when changing and replacing the tool without further action. This also makes the tool change faster.
Vorzugsweise ist in den Werkzeug-Schaft mindestens ein Gelenkelement integriert, das zur Anbindung des Werkzeugs an eine Strebe vorgesehen ist.Preferably, at least one joint element, which is provided for connecting the tool to a strut, is integrated in the tool shank.
Die Anbindung der beweglichen Streben an das Werkzeug erfolgt beispielsweise über ein Kugelgelenk oder über ein Kreuzgelenk. Die Gelenke weisen mehrere Gelenkelemente auf. Im Fall eines Kugelgelenks ist ein Gelenkelement beispielsweise die Kugelpfanne oder der Kugelkopf. Die in den Werkzeug-Schaft integrierten Gelenkelemente tragen zur Reproduzierbarkeit der gegenseitigen Anordnung von Werkzeug und Bearbeitungseinheit sowie zur Möglichkeit eines schnellen und reproduzierbaren Werkzeug-Wechsels bei. Darüber hinaus erhöhen die zusätzlich am Werkzeug-Schaft vorgesehenen Gelenkelemente die Stabilität der Anbindung des Werkzeugs. Vorzugsweise sind in dem Werkzeugschaft genau zwei weitere Gelenkelemente integriert, die zur Anbindung des Werkzeugs an eine Strebe vorgesehen sind.The connection of the movable struts to the tool, for example via a ball joint or a universal joint. The joints have several joint elements. In the case of a ball joint, a joint element is, for example, the ball socket or the ball head. The joint elements integrated in the tool shank contribute to the reproducibility of the mutual arrangement of tool and machining unit as well as the possibility of a quick and reproducible tool change. In addition, the additionally provided on the tool shaft joint elements increase the stability of the connection of the Tool. Preferably, exactly two further joint elements are integrated in the tool shank, which are provided for connecting the tool to a strut.
Ausführungsbeispielembodiment
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigt in schematischer Darstellung:The invention will be described in more detail with reference to embodiments and a drawing. It shows in a schematic representation:
In Diagramm B ist eine zweidimensionale, abstrahierte Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergegeben, der insgesamt die Bezugsziffer
Die Bewegungseinheit
In
Der Laserschneidbrenner
Um bei einer Verkippung des Laserschneidkopfes
In Nullstellung weist der Laserschneidbrenner
Der Tool-Center-Point ist der Fokus des Lasers, der gewöhnlich auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks liegt. Bei einer Änderung der Orientierung des Laserschneidbrenners
In
Claims (14)
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