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 DE 60 2005 006 178 T2 wird eine technische Lösung vorgeschlagen, die darauf beruht, in einem hohlen Roboterarm eine Lichtleitfaser anzuordnen. Der Roboterarm mit dem an seinem Ende angeordneten Schwenkkopf ist dem Typ Roll-Pitch zuzuordnen. Es wird vorgeschlagen, die damit auf die Lichtleitfaser wirkende, drillende Belastung durch ein Drehgelenk, das ein distales und ein proximales Teil eines Lichtleitkabels verbindet, zu kompensieren. Reib- und andere Restmomente wirken weiterhin auf das Lichtleitkabel und belasten dies. Ein Klemmen der Drehverbindung dürfte zumindest bei großen Schwenkwinkeln nicht ganz ausgeschlossen sein. Durch die Führung des Lichtleitkabels im hohlen Roboterarm ist dieselbe zwar gut vor mechanischer Beschädigung von außen geschützt, jedoch ist keine visuelle Kontrollmöglichkeit mehr gegeben.Cables and hoses leading to the tool must be guided and guided by the swivel unit in such a way that their function is not impaired and a long service life is ensured. This is especially the case when, as in laser beam cutting with the aid of a solid-state laser, the media transfer from the laser source to the machining head is done by a light guide cable. This is expensive and is immediately destroyed by kinking or drilling stress. In DE 60 2005 006 178 T2 a technical solution is proposed which is based on arranging an optical fiber in a hollow robot arm. The robot arm with the arranged at its end swivel head is assigned to the type roll pitch. It is proposed to compensate for the drastic load acting thereon on the optical fiber by means of a rotary joint which connects a distal and a proximal part of a light guide cable. Frictional and other residual moments continue to affect the fiber optic cable and burden this. Clamping the rotary joint should not be completely ruled out, at least for large swivel angles. Due to the guidance of the optical fiber cable in the hollow robot arm, while the same is well protected against mechanical damage from the outside, there is no longer any visual control possibility.

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 EP 1 116 543 A2 angeführte Lösung. Dort wird ein räumliches Koppelgetriebe der Grundstruktur Pitch-Yaw als Ineinander-Anordnung zweier ebener Parallelkurbelgetriebe beschrieben. Durch Nutzung dieser speziellen Getriebestruktur kann der Brennerkopf um seine Brennerspitze, den sogenannten TCP (Tool Center Point) geschwenkt werden. Zur Orientierungsänderung des Brennerkopfes sind keine weiteren Maschinenbewegungen erforderlich. Vorgeschlagen wird weiterhin, Antrieb und Führungsgetriebe räumlich zu trennen mit dem Ziel, die bewegte Masse gering zu halten und die Dynamik der Brennerbewegung zu steigern. Der Brenner ist vor dem Mechanismus angeordnet und wird um seine Brennerspitze verschwenkt. Naturgemäß bildet der Kollisionsraum des Brenners einen Kegel und es muss der Mechanismus so angeordnet werden, dass er sich außerhalb dieses Kegels befindet. Der Bewegungsbereich der Lösung ist, ausgehend von seiner Nullstellung, nicht in alle Richtungen gleich groß und besonders bei einer Bewegung des Brenners in Richtung des Mechanismus limitiert. Gleichzeitig muss, auf Grund seines Wirkprinzips, das Schwenkaggregat sehr nahe am Bauteil angeordnet werden, was die Kollisionsgefahr steigert. Eine extrem große Zahl an Gelenken (> 20) ist zur Funktion der beschriebenen Lösung erforderlich, was gleichzeitig impliziert, dass eine große Zahl von kinematischen Abmessungen (Längen, Winkel) sehr genau eingehalten werden müssen, um die erforderliche Positioniergenauigkeit gewährleisten zu können.More suitable technical solutions that lead the fiber optic cable or other hose package exposed and have a cardanic action principle seem better. The protection and gentle treatment of cables and hoses during thermal cutting is the focus of the EP 1 116 543 A2 cited solution. There, a spatial coupling mechanism of the basic structure Pitch-Yaw is described as interlocking arrangement of two planar parallel crank gear. By using this special gear structure, the burner head can be swiveled around its burner tip, the so-called TCP (Tool Center Point). To change the orientation of the burner head no further machine movements are required. It is also proposed to spatially separate the drive and the guide gear with the aim of keeping the moving mass low and increasing the dynamics of the burner movement. The burner is located in front of the mechanism and pivots about its burner tip. Naturally, the collision space of the burner forms a cone and the mechanism must be arranged so that it is outside this cone. The range of motion of the solution, starting from its zero position, is not the same in all directions and is particularly limited when the burner moves in the direction of the mechanism. At the same time, due to its operating principle, the swivel unit must be located very close to the component, which increases the risk of collision. An extremely large number of joints (> 20) is required for the function of the solution described, which at the same time implies that a large number of kinematic dimensions (lengths, angles) must be observed very accurately in order to ensure the required positioning accuracy.

Der Orientierung einer ”Seele”, eines torsionssteifen, biegeelastischen Elementes im Raum widmet sich DD 292 170 A5 . Diese ”Seele” wird zum Kern einer räumlichen koppelgetriebeähnlichen Struktur, der sich um diese herum entwickelt und aufbaut und dafür sorgt, dass die ”Seele” nur gekrümmt, jedoch nicht gedrillt wird. Die Struktur ist kein Mechanismus im Sinne der Definition eines solchen, da die Bewegung der Struktur vom inneren und äußeren Kraftfeld abhängig ist. Demzufolge ist zu erwarten, dass die Steifigkeit einerseits, die Positioniergenauigkeit andererseits dieser Lösung gering sind und die Lösung nicht zur präzisen Führung eines Werkzeugs geeignet ist.The orientation of a "soul", a torsionally stiff, flexible element in space is dedicated DD 292 170 A5 , This "soul" becomes the core of a spatial coupling gear-like structure that develops and builds around it, ensuring that the "soul" is only curved but not drilled. The structure is no Mechanism in the sense of the definition of such, since the movement of the structure depends on the inner and outer force field. Consequently, it is expected that the stiffness on the one hand, the positioning accuracy of the other hand, this solution are low and the solution is not suitable for precise guidance of a tool.

Eine ähnliche Lösung, ohne die torsionssteife, biegeelastische ”Seele” enthält DD 295 118 A5 . Hier wird ein echter Mechanismus beschrieben, bestehend aus einer sehr großen Zahl von Gliedern und Gelenken. Mehrere Kreuzgelenke sind nacheinander angeordnet, der Mechanismus dient dazu, die Gesamtschwenkung auf Teilschwenkungen an den nacheinander angeordneten Kreuzgelenken zu übersetzen. Eine prinzipielle Limitierung des Schwenkwinkels besteht nicht, durch Anfügen weiterer ”Teilgetriebe” ließe sich der erreichbare Schwenkwinkel theoretisch beliebig erhöhen, was jedoch auch die Anzahl der Glieder und Gelenke weiter steigert. Glieder und Gelenke sind immer spiel- und toleranzbehaftet. Dem beschriebenen Strukturprinzip eigen ist ein hohes Übersetzungsverhältnis, d. h. kleine Bewegungen am Antrieb führen zu vergleichsweise großen Bewegungen am Abtrieb. Spiel und Toleranz übersetzen sich nichtlinear in Positionierfehler und führen dazu, dass auch mit dieser Lösung keine hochgenaue Positionierung eines Werkzeugs zu realisieren ist.A similar solution, without the torsionally stiff, elastic "soul" contains DD 295 118 A5 , Here is a true mechanism described, consisting of a very large number of limbs and joints. Several universal joints are arranged in succession, the mechanism serves to translate the total swing on partial pivoting at the successively arranged universal joints. A fundamental limitation of the swivel angle does not exist, by adding more "sub-gearbox" could theoretically increase the achievable swivel angle, but this also further increases the number of links and joints. Links and joints are always subject to play and tolerance. The structure principle described owns a high transmission ratio, ie small movements on the drive lead to relatively large movements on the output. Play and tolerance translate nonlinearly into positioning errors and lead to the result that even with this solution no high-precision positioning of a tool can be realized.

Eine einfachere, nur aus einem Kreuzgelenk bestehende Struktur ist in DE 20 2008 013 727 beschrieben. Zwei ”...gekrümmte Vorstehabschnitte...” werden von zwei Antrieben in ihrer Lage bestimmt, stehen bevorzugt rechtwinklig aufeinander und bestimmen in ihrem Zusammenwirken die Richtung eines Abtriebsglieds. Die Antriebe, als ”Leistungsquelle” bezeichnet, wirken mit ”Übertragungsstangen” auf den Mechanismus und können weitgehend frei relativ zur Struktur angeordnet werden. Das Abtriebsglied bildet mit den ”...gekrümmte(n) Vorstehabschnitte(n)...” jeweils eine sphärische Schleifengelenk mit dem Gelenkfreiheitsgrad f = 2 und hat mit diesen eine Linienberührung. Dadurch ist zu erwarten, dass einerseits große Kräfte sich nicht werden übertragen lassen und dass andererseits eine annähernd spielfreie Beweglichkeit, wenn überhaupt, sich nur mit sehr hohem Fertigungsaufwand wird realisieren lassen. Die Struktur baut um das Kreuzgelenk herum, es scheint kaum möglich, einen Brennerkopf in die Struktur zu integrieren, sondern der Brennerkopf müsste außerhalb der Struktur angeordnet sein. Damit kann die Symmetrieachse des Brennerkopfes die Achsen des Kreuzgelenks unter nur geringem Abstand kreuzen, was aus kinematischen und Kollisionsgründen sehr unvorteilhaft ist.A simpler structure consisting only of a universal joint is in DE 20 2008 013 727 described. Two "... projecting protruding sections ..." are determined by two drives in their position, are preferably perpendicular to each other and determine in their interaction the direction of an output member. The drives, referred to as "power sources", act on the mechanism with "transmission rods" and can be arranged largely freely relative to the structure. The output member forms with the "... curved projecting portions (s) ..." each have a spherical loop joint with the joint degree of freedom f = 2 and has a line contact with these. As a result, it is to be expected that, on the one hand, large forces can not be transmitted and, on the other hand, an approximately backlash-free mobility, if at all, can only be realized with very high production outlay. The structure builds around the universal joint, it seems hardly possible to integrate a burner head in the structure, but the burner head should be located outside the structure. Thus, the axis of symmetry of the burner head can cross the axes of the universal joint at only a small distance, which is very unfavorable for kinematic and collision reasons.

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 DE 196 38 765 A1 beschrieben ist. Es entsteht eine rüsselähnliches Bewegungsverhalten, was bei auf einen Punkt fixierten Schwenkbewegungen zu großen Ausgleichsbewegungen am proximalen Ende des Mechanismus führt.It also seems obvious to realize the movement of the burner head with a parallel structure, commonly known as platform. Three-axis solutions, driven by slides, rockers or loops, are well known (Müglitz, J .; Schönherr, J., Weidermann: Design and construction of a parallel manipulator with the degree of freedom F = 3. Camshaft, linkage, controlled drive solutions in motion technology. VDI Transmission Conference 1996, Veitshöchheim, 17./18.9.1996, VDI Reports No. 1281, VDI-Verlag Dusseldorf, 1996). Their pivot angle is limited, but can be increased by several platform elements are arranged one behind the other, as in DE 196 38 765 A1 is described. The result is a proboscisike movement behavior, which leads to large compensating movements at the proximal end of the mechanism in the case of pivotal movements fixed at one point.

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 EP 1 439 934 B1 . Fünf Streben bewegen und orientieren einen Objektträger im Raum. Die Streben sind bevorzugt als Spindeln ausgeführt, d. h., die Länge der einzelnen Plattformbeine ist veränderlich. Jedoch ist auch eine Ausführung mit beweglichen Anlenkpunkten dargelegt. Die Gelenke der Streben sind sowohl als solche mit schneidenden als auch als solche mit sich kreuzenden Achsen beschrieben. Die Dimensionierung ist so vorgenommen, dass in eine Vorzugsrichtung ein sehr großer Schwenkwinkel erreichbar ist, zu Lasten der anderen Richtungen. Ein geschlossenes, rahmenförmiges, auf einem Ikosaeder beruhendes Gestell dürfte der Lösung eine sehr hohe Steifigkeit verleihen, die auch erforderlich ist, um die Lösung zum Zwecke der Fräsbearbeitung zu qualifizieren. Der eingeschränkte Schwenkwinkel in allen anderen als der Vorzugsrichtung wird durch einen Drehtisch kompensiert, auf dem das zu bearbeitende Teil aufgespannt wird.Easier to handle and equipped with the ability to achieve a greater swing angle are pentapods, ie machines with parallel structure, which have five legs or struts between frame and platform, four of which are identical and each have a ball and a universal joint and a leg is connected on both sides with a universal joint with the frame and with the platform. The use of a pentapod to build a five-axis milling machine describes EP 1 439 934 B1 , Five struts move and orient a slide in space. The struts are preferably designed as spindles, ie, the length of the individual platform legs is variable. However, an embodiment with movable articulation points is set forth. The Joints of the struts are described both as such with intersecting axes and as intersecting axes. The dimensioning is made so that in a preferred direction, a very large tilt angle is reached, at the expense of other directions. A closed, frame-shaped frame based on an icosahedron would give the solution a very high rigidity, which is also required to qualify the solution for the purpose of milling. The limited swing angle in all other than the preferred direction is compensated by a turntable on which the part to be machined is clamped.

EP 1 863 734 B1 beschreibt einen Tripoden, also die Führung eines Punktes im Raum mit drei Antrieben. Das Abtriebsglied ist kreuzgelenkig durch eine Parallelführung fixiert und wird von drei Antriebsarmen, die als Schwingen ausgebildet sind, im Raum bewegt. Alle Antriebe sind gestellfest, weswegen nur geringe Massen bewegt werden müssen und eine sehr hohe Bewegungsdynamik erreicht werden kann. Der Werkzeugkopf wird durch diverse Lösungen, die sich letztendlich alle auf eine Parallelkurbel zurückführen lassen, in seiner Relativlage zum Gestell fixiert. EP 1 863 734 B1 describes a tripod, ie the guidance of a point in space with three drives. The output member is fixed in a universal joint by a parallel guide and is moved by three drive arms, which are designed as rockers in space. All drives are fixed to the frame, which is why only small masses have to be moved and a very high dynamic range can be achieved. The tool head is fixed in its relative position to the frame by various solutions, which ultimately can all be attributed to a parallel crank.

In US 2007/0248428 beschrieben ist ein Mechanismus mit dem Freiheitsgrad F = 3. Drei parallele Schubachsen sind mit dem Gestell verbunden, indem sie auf der Innenseite eines zylindrischen Gehäuses bevorzugt symmetrisch angeordnet sind. Mit den drei Schubachsen über Schieber verbunden ist ein erstes, weitgehend rotationssymmetrisches, ringförmiges Halteglied, das demzufolge nur in Richtung der Schubachsen beweglich ist. Mit zwei ersten, am Halteglied gegenüber angeordneten Zapfen gelenkig an dieses angeschlossen ist ein zweites, wiederum ringförmiges Glied, was mit zwei weiteren Zapfen, deren Achsrichtung rechtwinklig zu der der ersten Zapfen ist, eine Verbindung zum Spindelkopf, dem Arbeitsglied herstellt. Die Achsen der Zapfen schneiden sich rechtwinklig. Die Halteglieder bilden im Zusammenwirken mit den Schiebern eine bewegliche Struktur, die den Spindelkopf trägt. Die Nacheinander-Anordnung der Halteglieder beschreibt im Zusammenwirken mit den Zapfen ein entlang der Schubachsen bewegliches Kreuzgelenk. Am Spindelkopf angelenkt sind drei, ausschließlich normal beanspruchte Glieder, die in irgendeiner Weise mit dem Gestell verbunden sind. Die Schrift beschreibt Koppelstangen, die mit drei Schiebern auf den Schubachsen bewegt werden, auch kardanisch mit dem Gestell verbundene Schubzylinder oder Kurbeln. Der Vorteil dieser Lösung besteht in einem steifen, kompakten Aufbau, gut geeignet für vergleichsweise kleine Werkzeuge und kleine Schwenkwinkel bei hohen, aus dem technologischen Prozess erwachsenden Reaktionskräften. Der Nachteil der Lösung besteht im durch das zylindrische Gehäuse mit dem in ihm angeordneten Schubachsen begrenzten Kollisionsraum, weswegen lang auskragende Werkzeuge, wie Plasma- oder gar Laserschneidköpfe, die gleichzeitig um einem hohen, über 45 Grad betragenden Schwenkwinkel verschwenkt werden müssen, mit dem Koppelstangen kollidieren würden.In US 2007/0248428 described is a mechanism with the degree of freedom F = 3. Three parallel thrust axes are connected to the frame by being preferably arranged symmetrically on the inside of a cylindrical housing. Connected to the three thrust axes via slides is a first, largely rotationally symmetrical, annular holding member, which consequently can only be moved in the direction of the thrust axes. With two first, on the holding member opposite pins arranged pivotally connected to this is a second, again annular member, which connects with two further pins, whose axial direction is perpendicular to the first pin, a connection to the spindle head, the working member. The axes of the pins intersect at right angles. The holding members, in cooperation with the slides, form a movable structure supporting the spindle head. The succession arrangement of the holding members describes, in cooperation with the pins, a universal joint movable along the push axes. Are hinged to the spindle head three, only normally loaded members that are connected in any way with the frame. The document describes coupling rods that are moved with three sliders on the push axes, also gimbal connected to the frame thrust cylinders or cranks. The advantage of this solution is a stiff, compact design, well suited for comparatively small tools and small tilt angles with high reaction forces arising from the technological process. The disadvantage of the solution consists in limited by the cylindrical housing with the thrust axes arranged in it collision space, so long projecting tools, such as plasma or laser cutting heads, which must be simultaneously pivoted by a high, amounting to 45 degrees swing angle, collide with the coupling rods would.

Ein gattungsgemäßer Stand der Technik ist aus der EP 2 174 742 B1 bekannt, die eine ”Schneidvorrichtung...” beschreibt. Es handelt sich um einen Mechanismus mit dem Freiheitsgrad 2, d. h. zwei Antriebe bewegen ein Abtriebsglied um oder entlang zweier Achsen. Ein Werkzeug ist dabei von einem ”...ringförmigen Einsatz...” umgriffen und relativ zu diesem um eine erste Achse drehbar, wohingegen der ringförmige Einsatz um eine zweite, gekreuzt oder windschief zur ersten Achse um eine zweite Achse in einer ”...Aufnahme...” beweglich ist. Aus kinematischer Sicht ist diese Anordnung ein simples Kreuzgelenk. Von zwei Linearantrieben, die fest mit der ”...Aufnahme...” verbunden sind, wird das Werkzeug um die Achsen des Kreuzgelenkes geschwenkt. Eine derartige Struktur allerdings ist seit langem bekannt und für vielerlei Zwecke in der industriellen Praxis verwendet. So ist z. B. beschrieben, wie zwei Arbeitszylinder ein kreuzgelenkig gelagertes Glied um ein Gestell verschwenken (Volmer, J.: Industrieroboter – Funktion und Gestaltung. Verlag Technik GmbH Berlin, München, 1992, S. 113, 114). DE 199 82 943 beschreibt eine ähnliche Anordnung an speziellen Baufahrzeugen, sogenannten Motorgradern, vermittels der ein Planierschild relativ zu einem Fahrzeugrahmen um eine ”...Schildunteranordnung...” gedreht und die ”...Schildunteranordnung...” um zwei Achsen, eine Quer- und eine Längsneigung, zum Fahrzeugrahmen vermittels zweier am Fahrzeugrahmen angelenkter Hydraulikzylinder orientiert werden kann.A generic prior art is known from EP 2 174 742 B1 known, which describes a "cutting device ...". It is a mechanism with the degree of freedom 2 ie two drives move one output member around or along two axes. A tool is encompassed by a "... annular insert ..." and rotatable relative thereto about a first axis, whereas the annular insert about a second, crossed or skewed to the first axis about a second axis in a ".. "Recording ..." is movable. From a kinematic point of view, this arrangement is a simple universal joint. By two linear drives, which are firmly connected to the "... receptacle ...", the tool is pivoted about the axes of the universal joint. However, such a structure has long been known and used for many purposes in industrial practice. So z. For example, it is described how two working cylinders pivot a link mounted around a frame (Volmer, J .: Industrial Robots - Function and Design, Verlag Technik GmbH Berlin, Munich, 1992, pp. 113, 114). DE 199 82 943 describes a similar arrangement of special construction vehicles, so-called Motorgradern, by means of a dozer blade rotated relative to a vehicle frame by a "... shield sub-assembly ..." and the "... shield sub-assembly ..." about two axes, a cross and a pitch, to the vehicle frame by means of two hinged to the vehicle frame hydraulic cylinder can be oriented.

In EP 2 174 742 müsste, anders als in der Beschreibung angegeben, zur Funktion des Mechanismus jeweils eines der beiden Gelenkpaare, die an den ”...Stangen...” angreifen, als ein Kugelgelenk ausgebildet sein.In EP 2 174 742 would have, unlike the description given, to the function of the mechanism of each of the two pairs of hinges that attack on the "... bars ...", designed as a ball joint.

Aus der DE 199 52 423 A1 ist eine Bearbeitungsmaschine zum mehrachsigen Bewegen eines Werkzeugs bekannt, mit der die Position und die Orientierung des Werkzeugs über drei parallelkinematisch angeordnete Linearaktoren einstellbar sind. Die Linearaktoren sind jeweils über ein Kugel- oder Kardangelenk mit einer Halterung für das Werkzeug verbunden.From the DE 199 52 423 A1 is a processing machine for multi-axis moving a tool known, with the position and orientation of the tool via three parallel kinematic linear actuators are adjustable. The linear actuators are each connected via a ball or universal joint with a holder for the tool.

Die Druckschrift DE 102 16 571 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bewegung eines Arbeitskopfes im Raum. Die Vorrichtung umfasst eine Plattform, die in einer Ebene zweidimensional bewegbar ist und die ein Drehelement trägt, an welchem der Arbeitskopfs mittels verschiebbarer Stangen bewegbar gelagert ist.The publication DE 102 16 571 A1 discloses a device for moving a working head in space. The device comprises a platform which is two-dimensionally movable in a plane and which carries a rotary element on which the working head is movably supported by means of displaceable rods.

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:

1 eine abstrahierte, zweidimensionaler Darstellung der Glieder und Gelenke der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Orientierung und/oder Positionierung eines Werkzeugs, 1 an abstracted, two-dimensional representation of the links and joints of the device according to the invention for orientation and / or positioning of a tool,

2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Lageranordnung für die Halterung einer Bearbeitungseinheit als portalartige, seriell bewegliche Bewegungseinheit ausgestaltet ist, 2 an embodiment of the device according to the invention, in which the bearing arrangement for holding a processing unit is designed as a portal-like, serially movable movement unit,

3 eine Bearbeitungseinheit gemäß 1 in vergrößerter Darstellung, und 3 a processing unit according to 1 in an enlarged view, and

4 eine Ausführungsform eines Brenners zum Einsatz als Werkzeug in die Vorrichtung. 4 an embodiment of a burner for use as a tool in the device.

1 zeigt in Diagramm A eine zweidimensionale, abstrahierte Darstellung einer Anordnung der Glieder und Gelenke einer erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben, der insgesamt die Bezugsziffer 300 zugeordnet ist. Die Vorrichtung weist eine Lageranordnung 310 auf. Sie umfasst zwei auf das Werkzeug einwirkende Streben 301, 302, die jeweils einerseits über ein Kugelgelenk 303, 304 mit dem Werkzeug und andererseits über jeweils ein Kreuzgelenk 305, 306 mit der Lageranordnung 310 verbunden sind. An der Lageranordnung 310 ist darüber hinaus ein Linearführungssystem 307 mit einer dreiachsig-seriellen Verschiebekinematik angeordnet, das über ein Kreuzgelenk 308 mit dem Werkzeug verbunden ist. 1 shows in diagram A a two-dimensional, abstracted representation of an arrangement of the links and joints of a device according to the invention indicated, the total reference numeral 300 assigned. The device has a bearing arrangement 310 on. It comprises two struts acting on the tool 301 . 302 , each on the one hand via a ball joint 303 . 304 with the tool and on the other hand via a universal joint 305 . 306 with the bearing arrangement 310 are connected. At the bearing arrangement 310 is also a linear guide system 307 arranged with a three-axis-serial displacement kinematics, via a universal joint 308 connected to the tool.

In Diagramm B ist eine zweidimensionale, abstrahierte Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergegeben, der insgesamt die Bezugsziffer 400 zugeordnet ist. Die Vorrichtung weist ein mit einer Lageranordnung 401 verbundenes Linearführungssystem 402 mit dreiachsig serieller Verschiebekinematik auf, das über ein Kreuzgelenk 403 mit dem Werkzeug verbunden ist. An dem Linearführungssystem greifen zwei Streben 404, 405 an, die jeweils einerseits über ein Kugelgelenk 406, 407 mit dem Linearführungssystem und andererseits ebenfalls über jeweils ein Kugelgelenk 408, 409 mit dem Werkzeug verbunden sind. Die distale Richtung verläuft in Richtung des Pfeils 410.Diagram B shows a two-dimensional, abstracted representation of an alternative device according to the invention, the overall reference number 400 assigned. The device includes a bearing assembly 401 connected linear guide system 402 with three-axis serial displacement kinematics, via a universal joint 403 connected to the tool. On the linear guide system grab two struts 404 . 405 on the one hand via a ball joint 406 . 407 with the linear guide system and on the other hand also via a ball joint 408 . 409 connected to the tool. The distal direction is in the direction of the arrow 410 ,

2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der insgesamt die Bezugsziffer 500 zugeordnet ist. Die Vorrichtung 500 umfasst eine portalartige serielle Bewegungseinheit 501 und eine Bearbeitungseinheit 502 mit einem Laserschneidbrenner 510, die an der Bewegungseinheit 501 gehaltert ist. 2 shows a first embodiment of the device according to the invention, the total reference numeral 500 assigned. The device 500 includes a portal-like serial motion unit 501 and a processing unit 502 with a laser cutting torch 510 attached to the movement unit 501 is held.

Die Bewegungseinheit 501 ist entlang der beiden orthogonal aufeinander stehenden Linearachsen 503, 504 bewegbar. Der Laserschneidbrenner 510 ist durch das Linearführungssystem mit einer Verschiebekinematik entlang den Verschiebeachsen 505, 506 (durch Pfeile dargestellt) in zwei Raumrichtungen beweglich. Entlang der Verschiebeachse 505 kann die Bearbeitungseinheit angehoben oder abgesenkt werden. Sie dient zur Höhenverstellung des Werkzeuges und wird auch als Hubachse bezeichnet. Die Verschiebeachse 506 verläuft parallel zur Linearachse 503 der Bewegungseinheit 501 und ist somit zu dieser redundant. Beide Verschiebeachsen 505, 506 verlaufen senkrecht zu der Linearachse 504. Kleine Bewegungen des Laserschneidbrenners 510 in Richtung der redundanten Achsen 503, 506 erfolgen durch das Linearführungssystem über eine Verschiebung entlang der Verschiebeachse 506, große Bewegungen des Laserschneidbrenners 510 werden von der portalartigen, seriellen Bewegungseinheit 501 übernommen.The movement unit 501 is along the two orthogonal linear axes 503 . 504 movable. The laser cutting torch 510 is through the linear guide system with a sliding kinematics along the displacement axes 505 . 506 (represented by arrows) movable in two spatial directions. Along the displacement axis 505 the processing unit can be raised or lowered. It serves to adjust the height of the tool and is also referred to as the lifting axis. The displacement axis 506 runs parallel to the linear axis 503 the movement unit 501 and is therefore redundant to this. Both displacement axes 505 . 506 run perpendicular to the linear axis 504 , Small movements of the laser cutting torch 510 in the direction of the redundant axes 503 . 506 done by the linear guide system via a displacement along the displacement axis 506 , large movements of the laser cutting torch 510 be from the portal-like, serial motion unit 501 accepted.

In 3 ist das Linearführungssystem 550 der Bearbeitungseinheit 502 vergrößert dargestellt. Das Linearführungssystem 550 weist eine zweiachsig-serielle Verschiebekinematik auf, die eine Verschiebung entlang der Verschiebeachsen 505 und 506 ermöglicht. Für eine Bewegung entlang der Verschiebeachse 506 ist eine Teleskopeinheit 522 vorgesehen, die in der Art eines Schubkastens ausgeführt ist. Der Schubkasten umfasst ein dem Laserschneidbrenner 510 abgewandtes Gestell 523 und einen dem Laserschneidbrenner 510 zugewandten kastenförmigen Schieber 524. Zur Einstellung der Relativlage von Gestell 523 und kastenförmigem Schieber 524 ist ein translatorischer Antrieb 580 vorgesehen. Der kastenförmige Schieber 524 ist über ein Gehemme mit einem Sensor (nicht dargestellt) mit dem translatorischen Antrieb 580 verbunden. An seinem distalen Ende ist der kastenförmige Schieber 524 gabelförmig ausgeformt. Die Gelenkgabel 596 bildet mit dem kastenförmigen Schieber 524 um die distale Gelenkdrehachse 597 ein Drehgelenk Die Gelenkgabel 596 umfasst zwei freie Schenkel 596b, 596c, die über einen Verbindungssteg 596a miteinander verbunden sind. An dem Verbindungssteg 596a ist das Werkzeug um eine proximale Gelenkdrehachse 594 drehbar gelagert. Der Verbindungssteg 596a ist derart angeordnet, dass er zwischen der Verschiebeachse 505 (Hubachse) und der Werkzeugsymmetrieachse 590 des Laserschneidkopfes 514 verläuft. Auch die distale Gelenkdrehachse 597 verläuft zwischen der Hubachse und der Werkzeugsymmetrieachse 590. Werkzeugsymmetrieachse 590 und distale Gelenkdrehachse 597 schneiden sich somit nicht.In 3 is the linear guide system 550 the processing unit 502 shown enlarged. The linear guide system 550 has a biaxial-serial displacement kinematics, which is a displacement along the displacement axes 505 and 506 allows. For a movement along the displacement axis 506 is a telescope unit 522 provided, which is designed in the manner of a drawer. The drawer includes a laser cutting torch 510 remote frame 523 and a laser cutting torch 510 facing box-shaped slide 524 , For adjusting the relative position of the frame 523 and box-shaped slider 524 is a translatory drive 580 intended. The box-shaped slide 524 is via a clamp with a sensor (not shown) with the translatory drive 580 connected. At its distal end is the box-shaped slider 524 fork-shaped. The joint fork 596 forms with the box-shaped slide 524 around the distal pivot axis 597 a swivel joint 596 includes two free legs 596b . 596c , which have a connecting bridge 596a connected to each other. At the connecting bridge 596a is the tool around a proximal hinge axis 594 rotatably mounted. The connecting bridge 596a is arranged to be between the displacement axis 505 (Stroke axis) and the tool axis of symmetry 590 of the laser cutting head 514 runs. Also the distal joint axis 597 runs between the lifting axis and the tool axis of symmetry 590 , Tool axis of symmetry 590 and distal pivot axis 597 thus do not cut.

Der Laserschneidbrenner 510 umfasst einen Laserkopf 514 mit einer Werkzeugsymmetrieachse 590, eine Strahlumlenkungseinheit 571 und eine Strahlzuführung 570 mit einer Strahlzuführungsachse 570a. Das Kreuzgelenk ist mit dem vorderen Ende des Laserkopfs 514 verbunden. Darüber hinaus sind mit dem Laserkopf 514 zwei längenunveränderliche Streben 512, 513 verbunden. Zur beweglichen Anbindung der Streben 512, 513 an den Laserkopf 514 sind Kugelgelenke 516 vorgesehen. Die Streben 512, 513 sind entlang der Schiebeachsen 519, 519a beweglich gelagert. Zur Bewegung der Streben 512, 513 entlang der Schiebeachsen 519, 519a sind Schieber 520 vorgesehen, die einerseits mit den Streben 512, 513 über ein Kugelgelenk 521 und andererseits mit einem Antrieb 580 verbunden sind. Die Schiebeachsen 519, 519a sind derart angeordnet, dass sie einen Winkel von 53° einschließen. Sie spannen eine Ebene auf, die um einen Winkel von 36° verkippt zur Verschieberichtung 506 verläuft. Durch die verkippte Anordnung der Ebene wird zwischen dem Laserkopf 514 und den Schiebeachsen 519, 519a eine Ausbuchtung 560 erhalten.The laser cutting torch 510 includes a laser head 514 with a tool axis of symmetry 590 , a beam deflecting unit 571 and a beam feed 570 with a beam delivery axis 570a , The universal joint is with the front end of the laser head 514 connected. In addition, with the laser head 514 two length-invariable struts 512 . 513 connected. For movable connection of the struts 512 . 513 to the laser head 514 are ball joints 516 intended. The aspiration 512 . 513 are along the sliding axes 519 . 519a movably mounted. To move the struts 512 . 513 along the sliding axes 519 . 519a are sliders 520 provided, on the one hand, with the struts 512 . 513 over a ball joint 521 and on the other hand with a drive 580 are connected. The sliding axes 519 . 519a are arranged so as to enclose an angle of 53 °. They span a plane that tilts at an angle of 36 ° to the direction of movement 506 runs. Due to the tilted arrangement of the plane is between the laser head 514 and the sliding axes 519 . 519a a bulge 560 receive.

Um bei einer Verkippung des Laserschneidkopfes 514 in Richtung der Lageranordnung 501 eine Kollision mit dem Linearführungssystem und insbesondere mit den Schiebeachsen 519, 519a zu vermeiden, weist der Laserschneidbrenner 510 einen Strahlumlenkungseinheit 571 auf, die den Laserstrahl zum Laserkopf 514 führt. Durch die Strahlumlenkungseinheit 571 verlaufen die Strahlzuführungsachse 571a und die Werkzeugsymmetrieachse 590 (Laserkopfsymmetrieachse) versetzt zueinander. Diese versetzte Anordnung führt zu einer geringeren Erstreckung des Laserkopfes 514 in Richtung der Laserkopfsymmetrieachse. Durch den geringeren Raumbedarf des Laserkopfes 514 kann der Laserkopf bei der Verkippung entgegen der distalen Richtung 565 in die Ausbuchtung 560 und damit in einem größeren Winkel verkippt werden, ohne dass der Laserkopf 514 mit den Schiebeachsen 519, 519a kollidiert. Hierdurch wird ein großer Arbeitsbereich des Laserkopfs 514 erhalten.At a tilt of the laser cutting head 514 in the direction of the bearing assembly 501 a collision with the linear guide system and in particular with the sliding axes 519 . 519a to avoid, points the laser cutting torch 510 a beam deflecting unit 571 on, the laser beam to the laser head 514 leads. Through the beam deflection unit 571 the beam feed axis run 571 and the tool axis of symmetry 590 (Laser head symmetry axis) offset from each other. This staggered arrangement leads to a smaller extension of the laser head 514 in the direction of the laser head symmetry axis. Due to the smaller space requirement of the laser head 514 the laser head can tilt against the distal direction 565 in the bulge 560 and thus be tilted at a greater angle without the laser head 514 with the sliding axes 519 . 519a collided. As a result, a large work area of the laser head 514 receive.

In Nullstellung weist der Laserschneidbrenner 510 eine der Lageranordnung zugewandte Seite 517 und eine der Lageranordnung abgewandte Seite 518 auf. Sowohl die Streben 512, 513 als auch das Linearführungssystem sind mit der der Lageranordnung zugewandten Seite 517 des Laserschneidbrenners 510 verbunden. Durch die Anordnung der Streben 512, 513 und des Kreuzgelenks 511 ist der Werkzeugkopf gegenüber der Vertikalstellung um 50° in aller Richtungen schwenkbar, wobei die Kugelgelenke 516, 521 um maximal 30° ausgelenkt werden. Die Orientierung des Laserschneidbrenners 510 wird durch die Streben 512, 513 festgelegt. Bei einer Änderung der Orientierung des Laserschneidbrenners 510 ist der Massenschwerpunkt der Bearbeitungseinheit annähernd raumfest.In zero position points the laser cutting torch 510 one of the bearing assembly facing side 517 and a side facing away from the bearing assembly 518 on. Both the aspiration 512 . 513 as well as the linear guide system are with the bearing assembly facing side 517 of the laser cutting torch 510 connected. By the arrangement of the struts 512 . 513 and the universal joint 511 is the tool head relative to the vertical position by 50 ° in all directions pivotally, the ball joints 516 . 521 be deflected by a maximum of 30 °. The orientation of the laser cutting torch 510 is through the struts 512 . 513 established. When changing the orientation of the laser cutting torch 510 is the center of mass of the processing unit approximately space fixed.

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 510 kann unter Mitwirkung des Linearführungssystems der Tool-Center-Point raumfest gehalten werden.The tool center point is the focus of the laser, which usually lies on the surface of the workpiece to be machined. When changing the orientation of the laser cutting torch 510 With the help of the linear guidance system, the Tool Center Point can be held in a fixed space.

In 4 ist eine Ausführungsform eines Werkzeugs in Form eines Laserschneidbrenners 100 zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Der Laserschneidbrenner 100 weist einen Schaft 101 und einen Laserschneidkopf 102 auf. In den Schaft 101 ist ein Anschlusselement für ein Kreuzgelenk in Form eines Stutzens 105 integriert, das über einen Flansch mit dem Kreuzgelenk (in der Figur nicht dargestellt) verbunden werden kann. Der Stutzen 105 ist fest mit dem Schaft 101 verbunden. Eine Verbindung des Stutzens 105 mit der Bearbeitungseinheit erfolgt entlang der zweiten Drehachse 107 des Kreuzgelenks. Darüber hinaus sind in den Schaft 101 zwei Gelenkelemente 108, 109 integriert, die zur Anbindung des Laserschneidbrenners 100 an die oben erläuterten beweglichen Streben einer erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit vorgesehen sind. Die Gelenkelemente 108, 109 sind Kugelköpfe eines Kugelgelenks. Sie sind über die Gelenkelementhalterungen 103, 104 mit dem Schaft 101 verbunden.In 4 is an embodiment of a tool in the form of a laser cutting torch 100 shown for use in the device according to the invention. The laser cutting torch 100 has a shaft 101 and a laser cutting head 102 on. In the shaft 101 is a connection element for a universal joint in the form of a nozzle 105 integrated, which can be connected via a flange with the universal joint (not shown in the figure). The stub 105 is stuck to the shaft 101 connected. A connection of the neck 105 with the processing unit takes place along the second axis of rotation 107 of the universal joint. In addition, in the shaft 101 two joint elements 108 . 109 integrated for connecting the laser cutting torch 100 are provided on the above-mentioned movable struts of a processing unit according to the invention. The joint elements 108 . 109 are ball heads of a ball joint. They are above the joint element holders 103 . 104 with the shaft 101 connected.

Claims (14)

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.Device for multiaxial orientation and / or positioning of a tool ( 500 ), comprising a bearing arrangement for holding a processing unit ( 502 ), which is the tool ( 510 ), and a plurality of movably arranged members for the storage and positioning of the tool ( 510 ) in the space, the links being connected via a universal joint ( 511 ) with the tool ( 510 ) supporting structure connected in a first point and two struts acting in two other points of the tool ( 512 ; 513 ), and the aspirations ( 512 ; 513 ) each along a sliding axis ( 519 ; 519a ) are movably mounted, characterized in that the bearing arrangement as a portal-like, serially along two orthogonal successive linear axes ( 503 ; 504 ) movable movement unit ( 501 ), and the support structure as a linear guide system ( 550 ) with at least two-axis serial displacement kinematics, which is a displacement of the universal joint ( 511 ) in at least two mutually perpendicular displacement directions ( 505 ; 506 ), the universal joint ( 511 ) has a characteristic point which, via the linear guide system ( 550 ) and only the struts ( 512 ; 513 ) the orientation of the tool ( 510 ) in the room, and the sliding axes ( 519 ; 519a ) of aspiration ( 512 ; 513 ) are arranged so that they enclose an angle of 45 ° to 60 ° with each other, and by the sliding axes ( 519 ; 519a ) plane spanned by an angle of 30 ° to 40 ° tilted to one of the displacement directions ( 506 ) runs. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linearführungssystem (550) zur Verschiebung in einer der Verschieberichtungen (505; 506) eine Hubachse, und dass das Kreuzgelenk (511) eine proximale (594) und eine distale Gelenkdrehachse (597) aufweist, wobei eine um die distale Gelenkdrehachse (597) drehbare und am Werkzeug (510) angreifende U-förmige Gelenkgabel (596) vorgesehen ist, an der das Werkzeug (510) um die proximale Gelenkdrehachse (594) drehbar gelagert sind, und wobei ein Verbindungssteg (596a) der Gelenkgabel (596) zwischen einer Werkzeugsymmetrieachse (590) und der Hubachse angeordnet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the linear guide system ( 550 ) for shifting in one of the displacement directions ( 505 ; 506 ) a Hubachse, and that the universal joint ( 511 ) a proximal ( 594 ) and a distal pivot axis ( 597 ), one around the distal pivot axis ( 597 ) rotatable and on the tool ( 510 ) attacking U-shaped yoke ( 596 ) is provided, on which the tool ( 510 ) about the proximal pivot axis ( 594 ) are rotatably mounted, and wherein a connecting web ( 596a ) the yoke ( 596 ) between a tool axis of symmetry ( 590 ) and the lifting axis is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die distale Gelenkdrehachse (597) zwischen der Werkzeugsymmetrieachse (590) und der Hubachse verläuft, wobei die distale Kreuzgelenkachse (597) die Werkzeugsymmetrieachse (590) nicht schneidet.Device according to claim 2, characterized in that the distal pivot axis ( 597 ) between the tool axis of symmetry ( 590 ) and the stroke axis, wherein the distal universal joint axis ( 597 ) the tool symmetry axis ( 590 ) does not cut. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (512; 513) an dem Linearführungssystem (550) befestigt sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the struts ( 512 ; 513 ) on the linear guide system ( 550 ) are attached. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (510) 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 (512; 513) jeweils über ein Kugelgelenk (516; 521) mit dem Werkzeug (510) und jeweils mit einem sie antreibenden Schieber (520) verbunden sind, wobei der Bewegungsbereich der Kugelgelenke (516; 521) gegenüber der Nullstellung höchstens ±30° beträgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tool ( 510 ) has a tool head and the tool head with respect to a vertical position by at least 40 °, preferably by at least 45 °, more preferably by at least 50 °, is pivotable in all directions, with the proviso that the struts ( 512 ; 513 ) each via a ball joint ( 516 ; 521 ) with the tool ( 510 ) and each with a driving them slide ( 520 ), wherein the range of motion of the ball joints ( 516 ; 521 ) is at most ± 30 ° with respect to the zero position. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (510) einen Tool-Center-Point hat, dessen Lage im Raum veränderlich ist, mit der Maßgabe, dass bei einer Änderung der Orientierung des Werkzeugs (510) im Raum der Tool-Center-Point unter Mitwirkung des Linearführungssystems (550) raumfest ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tool ( 510 ) has a tool center point whose position in space is variable, with the proviso that when changing the orientation of the tool ( 510 ) in the space of the tool center point with the assistance of the linear guidance system ( 550 ) is fixed in space. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Lageranordnung gehalterte Linearführungssystem (550) eine zweiachsig-serielle Verschiebekinematik hat, die eine Verschiebung des Kreuzgelenks (511) in einer ersten Verschieberichtung (505) und in einer senkrecht zur ersten Verschieberichtung (505) verlaufenden, zweiten Verschieberichtung (506) ermöglicht, wobei die erste Verschieberichtung (505) des Linearführungssystems (550) senkrecht zu den beiden Linearachsen (503; 504) der Bewegungseinheit (501) verläuft und die zweite Verschieberichtung (506) des Linearführungssystems (550) redundant zu einer Linearachse (503) der Bewegungseinheit (501) ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mounted on the bearing assembly linear guide system ( 550 ) has a biaxial-serial displacement kinematics, which is a displacement of the universal joint ( 511 ) in a first direction of displacement ( 505 ) and in a direction perpendicular to the first direction of displacement ( 505 ), second shift direction ( 506 ), the first direction of displacement ( 505 ) of the linear guide system ( 550 ) perpendicular to the two linear axes ( 503 ; 504 ) of the moving unit ( 501 ) and the second shift direction ( 506 ) of the linear guide system ( 550 ) redundant to a linear axis ( 503 ) of the moving unit ( 501 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Bewegung entlang einer der Achsen (505; 506) der Verschiebekinematik des Linearführungssystems (550) eine zylinderförmige Teleskopeinheit (522) mit einem Innenzylinder (524) und Außenzylinder (523) vorgesehen ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that for movement along one of the axes ( 505 ; 506 ) of the sliding kinematics of the linear guide system ( 550 ) a cylindrical telescope unit ( 522 ) with an inner cylinder ( 524 ) and outer cylinder ( 523 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kreuzgelenk (511) an dem dem Werkzeug (510) zugewandten, distalen Ende des Innenzylinders (524) angebracht ist.Device according to claim 8, characterized in that the universal joint ( 511 ) on which the tool ( 510 ) facing, distal end of the inner cylinder ( 524 ) is attached. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Relativlage von Innenzylinder (524) und Außenzylinder (523) ein translatorischer oder ein rotatorischer Antrieb vorgesehen ist, der mit dem Innenzylinder (524) und/oder dem Außenzylinder (523) über ein Gehemme verbunden ist, und dass ein Sensor vorgesehen ist, der die Bewegung des Gehemmes detektiert.Device according to one of claims 8 or 9, characterized in that for adjusting the relative position of inner cylinder ( 524 ) and outer cylinder ( 523 ) a translatory or a rotary drive is provided, which with the inner cylinder ( 524 ) and / or the outer cylinder ( 523 ) is connected via a clamp, and that a sensor is provided which detects the movement of the Gehemmes. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Teleskopeinheit (522) in der Art eines Schubkastens ausgeführt ist, indem ein dem Werkzeug (510) abgewandtes, proximales, einen geschlossenen Rahmen bildendes Gestell einen distalen, dem Werkzeug zugewandten, kastenförmigen Schieber umschließt.Device according to one of the preceding claims 8 to 10, characterized in that the telescopic unit ( 522 ) is designed in the manner of a drawer by a tool ( 510 ) facing away, proximal, a closed frame forming frame enclosing a distal, the tool facing, box-shaped slide. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass 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.Apparatus according to claim 11, characterized in that the proximal, frame-shaped frame and the distal box-shaped slide are determined in their relative position by a translational or rotary drive, wherein the frame near and the frame remote part of the drive not direct, but a guided over a terminal connection have either the proximal, frame-shaped frame or the distal, box-shaped slide and relative movements of the Gehemmes be detected by a sensor. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinheit (502) einen Massenschwerpunkt aufweist, der bei einer Änderung der Orientierung des Werkzeugs (510) im Raum annähernd raumfest ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the processing unit ( 502 ) has a center of gravity which, upon a change in the orientation of the tool ( 510 ) is approximately spatially fixed in space. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (510) einen Laserkopf (514) mit einer Laserkopfsymmetrieachse, eine Strahlzuführung (570) mit einer Strahlzuführungsachse (570a) und eine Strahlumlenkungseinheit (571) für die Zuführung des Laserstrahls zum Laserkopf (514) umfasst, wobei die Laserkopfsymmetrieachse und die Strahlzuführungsachse (570) derart versetzt zueinander verlaufen, dass die Strahlzuführungsachse (570) in distaler Richtung des Linearführungssystems (550) gesehen hinter der Laserkopfsymmetrieachse angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tool ( 510 ) a laser head ( 514 ) with a laser head symmetry axis, a beam feed ( 570 ) with a beam feed axis ( 570a ) and a beam deflecting unit ( 571 ) for the supply of the laser beam to the laser head ( 514 ), wherein the laser head symmetry axis and the beam feed axis ( 570 ) offset from one another in such a way that the beam feed axis ( 570 ) in the distal direction of the linear guide system ( 550 ) is arranged behind the laser head axis of symmetry.
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