-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ausrichten eines Werkzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Bearbeitungsstation zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkzeugs sowie eine Messeinrichtung zum Detektieren und Kalibrieren von Position und Ausrichtung des Werkzeugs relativ zu einer wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn zum Einsatz in einer derartigen Bearbeitungsstation.
-
Stand der Technik
-
Aus der
EP 1 329 280 A1 sind ein Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Schweißen, Löten oder Schneiden unter Verwendung von Zumindest einer Bearbeitungseinrichtung zum Schweißen, Löten oder Schneiden bekannt. Dabei wird ein zu bearbeitendes Werkstück zum Erzeugen einer Verbindung bzw. zum Schneiden relativ zur Bearbeitungseinrichtung bewegt. Nach der Lehre dieser Druckschrift wird das Werkstück während der Bearbeitung in Abhängigkeit von der während der Bearbeitung gemessenen räumlichen Lage der zu bearbeitenden Stellen relativ zur ortsfesten Bearbeitungseinrichtung bewegt. Dadurch soll eine optimale Stellung der Bearbeitungseinrichtung, etwa einer Schweißeinrichtung, zum Werkstück auch für Schweißnähte, Lötstellen bzw. Schnittlinien mit komplexem Verlauf gewährleistet werden. Insbesondere wird das Werkstück nicht einem programmierten Verlauf folgend, sondern dem tatsächlichen, mit einem Sensor gemessenen Verlauf folgend bewegt und mittels der ortsfesten Bearbeitungseinrichtung bearbeitet. Die Bearbeitungseinrichtung ist nicht beweglich, die gewünschte Bearbeitungsposition oder etwaige Korrekturen derselben werden durch Änderung der Lage des Werkstückes eingestellt, z. B. durch Veränderung der Position des Roboterarms, an dem das Werkstück befestigt ist.
-
Aus der
DE 101 27 743 A1 sind eine Positioniervorrichtung und ein Verfahren zum Schweißen von Türen und Klappen bekannt. Der Lehre dieser Druckschrift gemäß ist es beim stirnseitigen Schweißen von dünnen Blechen im Kraftfahrzeugbau, insbesondere bei Türen oder Klappen, wichtig, dass die Wärme sehr konzentriert und gleichmäßig in die Bauteile eingebracht wird, um auftretende Wärmespannungen zu minimieren. Dazu ist es unter anderem notwendig, die gesamte Schweißnahtlänge mit gleichbleibender Schweißgeschwindigkeit zu schweißen. Aufgrund von Einschränkungen durch die Schweißrobotersteuerungen ist dies besonders bei plötzlichen Richtungsänderungen, wie z. B. bei Kanten oder Rundungen, nicht möglich. Daher beschreibt die Druckschrift eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit dem es möglich ist, auch solche Schweißnähte mit gleichbleibender Schweißgeschwindigkeit zu schweißen. Das wird mit einer Vorrichtung, erreicht, die aus einem Schweißroboter, vorzugsweise einem 6-achsigen Schweißroboter, einer zugehörigen Schweißrobotersteuerung, einem am Schweißroboter gehaltenen Schweißkopf, vorzugsweise einem Plasma-Schweißkopf oder einem Laser-Schweißkopf, und einer Positioniervorrichtung mit einer Halteeinrichtung, in der die Türen- oder Klappenteile ortsfest und schweißgerecht gehalten werden, besteht. Darin ist in der Positioniervorrichtung mindestens eine durch die Schweißrobotersteuerung ansteuerbare, externe Roboterachse angeordnet, und die Halteeinrichtung ist gemeinsam mit den Türen- oder Klappenteilen um die zumindest eine externe Roboterachse drehbar. Gemäß dem in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahren steuert die Schweißrobotersteuerung die Achsen des Schweißroboters und mindestens eine zusätzliche externe Roboterachse, um die die Türen- oder Klappenteile verdreht werden können, so an, dass der Schweißkopf mit einer im Wesentlichen gleichbleibenden relativen Geschwindigkeit entlang der ganzen zu schweißenden Bahngeometrie geführt wird. Dadurch, und weil sich im Betrieb die anderen Schweißparameter im Regelfall nicht ändern, wird sichergestellt, dass die Wärme sehr gleichmäßig in die Bauteile eingebracht wird. Dadurch minimiert sich die Verformung der Bauteile.
-
Die vorstehend genannten Druckschriften beschreiben Vorrichtungen und Verfahren, mit denen kompakte, starre Werkstücke, wie z. B. Türen oder Klappen für ein Kraftfahrzeug, bearbeitet werden können, und ermöglichen eine gleichmäßige Führung eines Werkzeugs relativ zu einem solchen Werkstück entlang einer Bearbeitungsbahn, z. B. einer Schweißnaht oder einer Schnittlinie. Für die Bearbeitung großflächiger und/oder flexibler Werkstücke, z. B. biegsamen Bahn- oder Rollenmaterials, und insbesondere zum Schneiden derartigen Materials, sind diese Vorrichtungen und Verfahren dagegen nicht verwendbar.
-
Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
-
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die vorstehenden Nachteile vermieden werden und die insbesondere eine Bearbeitung, vorzugsweise durch Schneiden, großflächiger und/oder flexibler und/oder insbesondere mehrdimensionaler Werkstücke ermöglicht und/oder vereinfacht. Die Erfindung hat weiterhin die Aufgabe, eine Bearbeitungsstation zu schaffen, die eine solche Vorrichtung umfasst. Außerdem hat die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zum Durchführen einer derartigen Bearbeitung zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum zu einer wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn bahnsynchronen Ausrichten eines durch eine Bewegungseinrichtung entlang der Bearbeitungsbahn zum Einwirken auf ein Werkstück relativ zu diesem bewegbaren Werkzeugs.
-
Dabei ist mit dem Begriff wenigstens eindimensionale, insbesondere zwei- oder dreidimensionale Bearbeitungsbahn eine wenigstens eindimensionale, insbesondere zwei- oder dreidimensionale Linie bezeichnet, entlang derer das Werkzeug zwecks Bearbeitung des Werkstücks bewegt wird, d. h. eine Abfolge von Positionen, die das Werkzeug im Verlauf seines Einwirkens auf das Werkstück zu dessen Bearbeitung durchläuft, bildet die Bearbeitungsbahn des Werkzeugs.
-
Mit einer bahnsynchronen Ausrichtung des Werkzeugs ist im Folgenden eine vom Verlauf, insbesondere der Richtung, der wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn bestimmte Ausrichtung des Werkzeugs bezeichnet, die zusätzlich zur Bewegung der Position des Werkzeugs entlang der wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn vorzunehmen ist. Dies betrifft vor allem asymmetrische Werkzeuge, die im Betrieb entlang der wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn bahnsynchron, d. h. nach der Richtung der wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn, ausgerichtet werden müssen, sowie andere Werkzeuge, bei denen eine von der wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn und ihrem Verlauf bestimmte Ausrichtung eine Rolle spielt.
-
Als Bewegungseinrichtung wird in diesem Zusammenhang eine Einrichtung verstanden, durch die das Werkzeug entlang der wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn bewegt wird. Zusätzlich kann die Bewegungseinrichtung auch dazu einsetzbar sein, das Werkzeug aus einer Anfangs- oder Ruheposition zum Werkstück hin und/oder vom Werkstück weg, zu einem Werkzeugwechsel, zur Werkzeugprüfung und -justierung und dergleichen zu bewegen. In einer bevorzugten Ausführung ist die Bewegungseinrichtung mit einem Roboterarm ausgestaltet.
-
In einer Vorrichtung zum Schweißen, Löten oder dergleichen, wie sie in den eingangs genannten Druckschriften beschrieben wird, ist es vordringlich wichtig, das Schweiß-, Löt-, oder andere Werkzeug in eine definierte Position zu der wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn zu bringen, in der z. B. die Spitze eines Schweiß- oder Lötkopfes vorbestimmte Koordinaten einnimmt, um bei der Bearbeitung ein optimales Ergebnis zu erzielen. Dagegen ist die Ausrichtung des Schweiß-, Löt-, oder anderen Werkzeugs zur Richtung der wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn von zweitrangiger Bedeutung und daher in diesen Druckschriften nicht beschrieben.
-
Alle Ausrichtungsvorgänge, sofern erforderlich, müssten bei den bekannten Vorrichtungen durch Änderung der Lage des Werkstückes eingestellt werden, z. B. durch Veränderung der Position des Roboterarms, an dem das Werkstück befestigt ist, oder durch Bewegungen des Schweißroboters in Verbindung mit der Positioniervorrichtung. Eine solche Handhabung ist jedoch recht aufwändig.
-
Es zeigt sich außerdem, dass bei einem Versuch, Ausrichtvorgänge in dieser Weise mit den bekannten Vorrichtungen, insbesondere Robotern, vorzunehmen, Singularitäten auftreten, d. h. Roboterkonfigurationen, bei denen zwei oder mehrere Bewegungsachsen des Robotersystems parallel verlaufen. Hierdurch ist die Konfiguration, auch als Achsstellungen bezeichnet, nicht mehr eindeutig, d. h. der Roboter kann diese Konfiguration mit unterschiedlichsten Achskonstellationen anfahren. Lineare Bewegungen in und um die Positionen, die der Roboter dabei einnimmt, sind nicht mehr möglich, da die Bahnplanung des Roboters die Mehrdeutigkeit dieser Konfiguration nicht auflösen kann ist. Bisher verfügbare Steuerungsstrategien, wie z. B. eine Reduzierung der Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters, in den verfügbaren Robotersteuerungen sind nicht prozesssicher.
-
Die Erfindung ermöglicht es nun in einfacher Weise, die vorgenannten Nachteile bekannter Vorrichtungen zu umgehen. Nicht nur die beschriebenen Singularitäten lassen sich damit vermeiden; ferner wird in sehr einfacher Weise eine Bearbeitung großflächiger und/oder flexibler und/oder insbesondere mehrdimensionaler Werkstücke, z. B. biegsamen Bahn- oder Rollenmaterials, und insbesondere das Schneiden derartigen Materials, möglich. Dabei können die Bewegungen der Bewegungseinrichtung, insbesondere die Achsbewegungen eines von einer solchen Bewegungseinrichtung umfassten Roboters, insbesondere bei stark konturierten Bearbeitungsbahnen deutlich verringert werden, wodurch sich eine entscheidende Verbesserung der Dynamik ergibt. Auch ist eine bessere Ausnutzung des Aktionsbereiches eines derartigen Roboters erzielbar.
-
Die obengenannte Aufgabe wird unter Erzielung der vorstehend erläuterten Vorteile weiterhin gelöst durch eine Bearbeitungsstation zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Vorrichtung zum zu einer wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn bahnsynchronen Ausrichten eines durch eine Bewegungseinrichtung entlang der wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn zum Einwirken auf ein Werkstück relativ zu diesem bewegbaren Werkzeugs, wie sie im vorstehenden beschrieben ist. Eine solche Bearbeitungsstation stellt insbesondere eine eigenständige Maschineneinheit dar, mit der ein in sich abgeschlossener Bearbeitungsgang an dem Werkstück ausführbar ist, und umfasst weiterhin vorzugsweise wenigstens die Bewegungseinrichtung.
-
Die obengenannte Aufgabe wird unter Erzielung der vorstehend erläuterten Vorteile ferner gelöst durch eine Messeinrichtung zum Detektieren und Kalibrieren von Position und Ausrichtung eines Werkzeugs relativ zu einer wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn zum Einsatz in einer Bearbeitungsstation, wie sie vorstehend beschrieben ist.
-
Die obengenannte Aufgabe wird unter Erzielung der vorstehend erläuterten Vorteile außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Ausrichten eines durch eine von einer Bewegungs-Steueranordnung gesteuerte Bewegungseinrichtung entlang einer wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn zum Einwirken auf ein Werkstück relativ zu diesem bewegbaren Werkzeugs, wobei das Werkzeug durch eine von einer Ausrichtungs-Steueranordnung gesteuerte Vorrichtung zum zu der wenigstens eindimensionalen, insbesondere zwei- oder dreidimensionalen Bearbeitungsbahn bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs bahnsynchron ausgerichtet wird.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs um wenigstens eine zusätzliche Bewegungsachse eingerichtet. Diese zusätzliche Bewegungsachse ist zusätzlich zu Bewegungsachsen vorgesehen, die die Bewegungseinrichtung aufweist. Die zusätzliche Bewegungsachse ist, wie auch die Bewegungsachsen der Bewegungseinrichtung, vorzugsweise eine Rotationsachse.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Bewegungsachse ein bahnsynchrones Ausrichten des Werkzeugs um eine zur Bearbeitungsbahn wenigstens weitgehend rechtwinklige Rotationsachse ermöglicht. Insbesondere ermöglicht die wenigstens eine Bewegungsachse ein bahnsynchrones Ausrichten des Werkzeugs wenigstens weitgehend tangential zur Bearbeitungsbahn. Dies stellt eine für unterschiedliche Werkzeuge besonders vorteilhafte und daher besonders bevorzugte Möglichkeit der Ausrichtung dar, durch die insbesondere eine Ausrichtung unabhängig von den Bewegungen der Bewegungseinrichtung ermöglicht wird. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache und flexible Führung der Bewegungen des Werkzeugs.
-
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch je eine Antriebseinrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs für jede der wenigstens einen Bewegungsachse. Dies erlaubt in einfacher Weise für jede Bewegungsachse voneinander unabhängige Bewegungen zum Ausrichten des Werkzeugs.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die je eine Antriebseinrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs mit einem Servomotor ausgebildet ist. Ein Servomotor erlaubt eine schnelle und präzise Bewegung zum Ausrichten des Werkzeugs und lässt sich einfach antreiben und steuern.
-
Nach einer anderen Fortbildung ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft als Werkzeug ein Schneidwerkzeug vorgesehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich bevorzugt für alle Werkzeuge, bei deren Gebrauch eine von der Bearbeitungsbahn bestimmte Ausrichtung eine Rolle spielt. Dies sind insbesondere asymmetrische Werkzeuge, die zum Gebrauch entlang der Bearbeitungsbahn bahnsynchron, z. B. tangential, ausgerichtet werden müssen. Das trifft für Schneidwerkzeuge im besonderen Maße zu.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist als Werkzeug, insbesondere als Schneidwerkzeug, ein Messer vorgesehen. In einer Abwandlung dieser Weiterbildung können vorteilhaft auch andere Schneidwerkzeuge zum Einsatz kommen, wie z. B. Knabber oder Nager, Scheren wie z. B. Blechscheren, Kurvenscheren, Schlitzscheren und andere.
-
Wird vorteilhaft ein ultraschallbetriebenes Schneidwerkzeug, insbesondere ein ultraschallbetriebenes Messer, eingesetzt, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer bevorzugten Weiterbildung eine Ultraschall-Antriebseinrichtung, an der das Schneidwerkzeug, insbesondere Messer, zum Antreiben zwecks Ausführen einer Schneidbewegung gehaltert ist. Weiter bevorzugt sind dabei die je eine Antriebseinrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs und die Ultraschall-Antriebseinrichtung durch eine Getriebeeinrichtung gekoppelt zum Ausführen des von der je einen Antriebseinrichtung veranlassten bahnsynchronen Ausrichtens. Die Getriebeeinrichtung ist in dieser Fortbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft mit einer Riemenantriebseinrichtung ausgebildet, da diese ein Übertragen der von der Ultraschall-Antriebseinrichtung ausgehenden Schwingungen auf die wenigstens eine Antriebseinrichtung wirkungsvoll unterdrückt. Eine davon abweichende Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung ist möglich, stell jedoch höhere Ansprüche an die Konstruktion und Belastbarkeit des Werkzeugs und der wenigstens einen Antriebseinrichtung.
-
In der letztgenannten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten eines Werkzeugs die Kombination aus der Ultraschall-Antriebseinrichtung, bevorzugt mit einer sogenannten Sonotrode ausgeführt, dem Servomotor und der Getriebeeinrichtung, die bevorzugt als Riemenantriebseinrichtung ausgebildet ist. Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese Kombination ergänzt durch eine Ausrichtungs-Steueranordnung zum Steuern des bahnsynchronen Ausrichtens des Werkzeugs.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsstation ist gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung zum Detektieren und Kalibrieren von Position und Ausrichtung des Werkzeugs relativ zur Bearbeitungsbahn.
-
Das Kalibrieren dient dabei dem folgenden Zweck. Für eine präzise Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Bearbeitungsstation ist es erforderlich, dass das Werkzeug während des Einwirkens auf das Werkstück eine bezüglich der Bearbeitungsbahn definierte Position und eine bahnsynchrone Ausrichtung einnimmt. Um im Betrieb auftretende Fehler, wie insbesondere Abweichungen der Position und der Ausrichtung, z. B. durch Dejustierungen, ausgleichen und damit die geforderte präzise Arbeitsweise aufrechterhalten zu können, werden Position und Ausrichtung des Werkzeugs nach einem vorgegebenen Ablaufschema, vorzugsweise in vorbestimmter, insbesondere regelmäßiger Wiederholung, überprüft und nachjustiert.
-
Die Messeinrichtung dient bei dieser Kalibrierung dem Detektieren von Istwerten der Position und Ausrichtung des Werkzeugs. Vorteilhaft ist dazu gemäß einer Fortbildung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsstation das Werkzeug zum Detektieren und Kalibrieren seiner Position und Ausrichtung relativ zur Bearbeitungsbahn durch die Bewegungseinrichtung in wenigstens ein Messfeld bewegbar, in dem das Werkzeug eine vorgegebene räumliche Lage zu der Messeinrichtung einnimmt. Wie nachfolgend anhand bevorzugter Ausgestaltungen erläutert ist, bildet das wenigstens eine Messfeld einen räumlichen Bereich, innerhalb dessen das Werkzeug im Zuge des Kalibrierens in eine Ausgangs- oder Bezugslage für die während des Betriebs der Bearbeitungsstation, d. h. insbe sondere während des Bearbeitens des Werkstücks, auszuführenden Bewegungen des Werkzeugs verbracht wird.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Bearbeitungsstation dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine Positions-Messvorrichtung und eine Ausrichtungs-Messvorrichtung umfasst. Dadurch ist vorteilhaft der Mess- und Kalibrierungsvorgang für die Position und die Ausrichtung des Werkzeugs getrennt voneinander durchführbar, wodurch ein einfacher, übersichtlicher Ablauf und dabei eine hohe Präzision des Kalibrierungsvorgangs mit für den betreffenden Kalibrierungsvorgang optimal angepassten Messvorrichtungen ermöglicht wird.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Fortbildung umfasst in der erfindungsgemäßen Bearbeitungsstation die Ausrichtungs-Messvorrichtung eine Grob-Messvorrichtung und eine Fein-Messvorrichtung. Damit kann der Mess- und Kalibrierungsvorgang für eine bahnsynchrone Ausrichtung des Werkzeugs zweistufig vorgenommen werden. Das ermöglicht einen vereinfachten Aufbau der Messeinrichtung bei zugleich sehr präzise ausführbarer Messung und Kalibrierung.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ausrichtungs-Messvorrichtung in der erfindungsgemäßen Bearbeitungsstation wenigstens ein Grob-Messfeld, in dem das Werkzeug wenigstens eine vorgegebene erste räumliche Lage zu der Grob-Messvorrichtung einnimmt, und wenigstens ein Fein-Messfeld, in dem das Werkzeug wenigstens eine vorgegebene zweite räumliche Lage zu der Fein-Messvorrichtung einnimmt.
-
Dabei ist das Werkzeug zu einem groben Detektieren und Kalibrieren seiner bahnsynchronen Ausrichtung relativ zur Bearbeitungsbahn durch die Bewegungseinrichtung in das wenigstens eine Grob-Messfeld bewegbar. Im Grob-Messfeld ist dann eine Grob-Ausrichtung des Werkzeugs durch die Vorrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs durchführbar. Zum feinen Detektieren und Kalibrieren seiner bahnsynchronen Ausrichtung relativ zur Bearbeitungsbahn ist das Werkzeug durch die Bewegungseinrichtung weiterhin in das Fein-Messfeld bewegbar. Im Fein-Messfeld ist eine Fein-Ausrichtung des Werkzeugs durch die Vorrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs durchführbar.
-
In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsstation ist die Grob-Messvorrichtung der Ausrichtungs-Messvorrichtung auch als Positions-Messvorrichtung ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist in dem wenigstens einen Grob-Messfeld, in die das Werkzeug zum groben Detektieren und Kalibrieren seiner bahnsynchronen Ausrichtung bewegbar ist, zugleich ein Detektieren und Kalibrieren der Position des Werkzeugs durchführbar. Obgleich grundsätzlich mit einer voneinander getrennten Durchführung der Mess- und Kalibrierungsvorgänge für die Position des Werkzeugs einerseits und für die Ausrichtung des Werkzeugs andererseits ein einfacher, übersichtlicher Ablauf und dabei eine hohe Präzision der Kalibrierungsvorgänge mit für den betreffenden Kalibrierungsvorgang optimal angepassten Messvorrichtungen ermöglicht wird, resultiert hier die besondere Kombination der vorstehend beschriebenen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsstation in einem kompakten, einfachen Aufbau der Messvorrichtungen und erlaubt eine Beschleunigung der Kalibrierungsvorgänge.
-
In einer noch anderen bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsstation sind bzw. ist die Positions-Messvorrichtung und/oder die Grob-Messvorrichtung mit einer optischen Messvorrichtung ausgebildet.
-
Als eine solche optische Messvorrichtung kann dabei bevorzugt eine Kamera dienen, die zum Gewährleisten einer gleichmäßigen Qualität der Detektion mit einer Beleuchtungseinrichtung ausgestattet sein kann. Von einem Bildaufnehmer in der Kamera, der bevorzugt mit einer Bildauswertung gekoppelt ist, werden die Position und/oder die grobe Ausrichtung des Werkzeugs detektiert. Mit einer derartigen Kamera ist ferner die Beschaffenheit des Werkzeugs detektierbar, insbesondere Werkzeugabmessungen, Abnutzungen und Defekte des Werkzeugs.
-
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsstation ist die Fein-Messvorrichtung mit einer taktilen Messvorrichtung ausgebildet. Bevorzugt ist dabei die taktile Messvorrichtung mit wenigstens einem, bevorzugt zwei Messtastern ausgebildet. Solche Messtaster sind besonders vorteilhaft als hochpräzise, linear wirkende Messtaster mit hoher Längenauflösung, d. h. hoher Messgenauigkeit, ausgeführt. Damit ist die Ausrichtung, d. h. der Verdrehungswinkel, des Werkzeugs über eine korrespondierende, zumindest im Wesentlichen lineare Auslenkung des Werkzeugs am Abtastort des wenigstens einen Messtasters detektierbar. Bei Ausbildung der taktilen Messvorrichtung mit bevorzugt zwei Messtastern kann über eine Differenzmessung der korrespondierenden Auslenkungen des Werkzeugs an den Abtastorten der Messtaster eine besonders genaue Detektion und Kalibrierung der Ausrichtung des Werkzeugs erreicht werden.
-
Eine andere vorteilhafte Fortbildung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsstation ist gekennzeichnet durch eine Ausrichtungs-Steueranordnung zum Steuern des bahnsynchronen Ausrichtens des Werkzeugs. Diese Ausrichtungs-Steueranordnung ist insbesondere Teil der Vorrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs und als solche eingerichtet zum Steuern der je einen Antriebseinrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs.
-
Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass gemäß einer weiteren Ausgestaltung die erfindungsgemäße Bearbeitungsstation gekennzeichnet ist durch eine Bewegungs-Steueranordnung zum Steuern der Bewegungseinrichtung, wobei die Ausrichtungs-Steueranordnung mit der Bewegungs-Steueranordnung gekoppelt ist zum Steuern des bahnsynchronen Ausrichtens des Werkzeugs abhängig von einer durch die Bewegungseinrichtung zum Einwirken auf das Werkstück vorzunehmenden Bewegung des Werkzeugs entlang der Bearbeitungsbahn.
-
Dadurch ist in besonders günstiger Weise die Ausrichtungs-Steueranordnung für die je eine Antriebseinrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs für jede der wenigstens einen Bewegungsachsen als eine oder mehrere synchrone, integrierte Zusatzachsen mit der Bewegungs-Steueranordnung in die Bearbeitungsstation, die bevorzugt durch ein Robotersystem gebildet sein kann, eingebunden.
-
Die Ausrichtungs-Steueranordnung ist ferner bevorzugt in der in der Bearbeitungsstation enthaltenen Bewegungs-Steueranordnung integriert, wodurch sich ein kompakter, vereinfachter Aufbau und Betrieb erzielen lässt.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass von der Bewegungs-Steueranordnung eine Folge von Bewegungs-Steuerbefehlen zum Bewegen des Werkzeugs entlang der Bearbeitungsbahn an die Bewegungseinrichtung zugeführt wird und dass von der Bewegungs-Steueranordnung zu wenigstens weitgehend jedem der Bewegungs-Steuerbefehle ein Ausrichtungs-Steuerbefehl zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs entlang der Bearbeitungsbahn an die Ausrichtungs-Steueranordnung übermittelt wird, die damit wenigstens eine Antriebseinrichtung steuert zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs.
-
Gemäß dieser Weiterbildung steuert die Bewegungs-Steueranordnung somit die Bewegungen der Bewegungseinrichtung und damit des Werkzeugs und die Ausrichtung des Werkzeugs gemeinsam und/oder zugleich.
-
In einer weiteren vorteilhaften Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von der Bewegungs-Steueranordnung ein einen Sollwert für das bahnsynchrone Ausrichten des Werkzeugs umfassender Ausrichtungs-Steuerbefehl wenigstens zu je einem Stützpunkt der Bearbeitungsbahn an die Ausrichtungs-Steueranordnung übermittelt. Als Stützpunkte sind dabei diejenigen geometrischen Punkte oder auch räumlichen Ortskoordinatensätze bezeichnet, durch welche die Bearbeitungsbahn aufgespannt wird, d. h. bestimmt ist. Damit ist auf direkte, einfache und genaue Art eine Bestimmung der Sollwerte für das bahnsynchrone Ausrichten des Werkzeugs aus für eine Festlegung der Bearbeitungsbahn vorgegebenen Daten möglich.
-
Bevorzugt wird bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Sollwert für das bahnsynchrone Ausrichten des Werkzeugs zu jedem der Stützpunkte durch Tangentenbildung an der Bearbeitungsbahn bestimmt. Dies ist insbesondere für eine im Wesentlichen tangentiale Ausrichtung des Werkzeugs zur Bearbeitungsbahn vorteilhaft, wie sie für besonders viele Ausbildungen von Werkzeugen anzuwenden ist.
-
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden von der Bewegungs-Steueranordnung weiterhin Bewegungs-Steuerbefehle und/oder Ausrichtungs-Steuerbefehle abgegeben zum Bewegen und/oder Ausrichten des Werkzeugs zum Durchführen eines Kalibrierens der Bewegung und Ausrichtung des Werkzeugs. Damit werden das Detektieren und die Kalibrierung von der Bewegungs-Steueranordnung zentral gesteuert. Damit wird eine gemeinsame Programmierung und bessere gegenseitige Abstimmung der Bewegungs-, Ausrichtungs- und Kalibrierungsvorgänge ermöglicht.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Werkzeug durch die Bewegungseinrichtung in wenigstens ein Grob-Messfeld bewegt, wird im wenigstens einen Grob-Messfeld die Ausrichtung des Werkzeugs detektiert und durch Korrekturbewegungen der Vorrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs kalibriert, wodurch eine Grob-Ausrichtung des Werkzeugs erreicht wird, wird im wenigstens einen Grob-Messfeld anschließend die Position des Werkzeugs detektiert und durch Korrekturbewegungen der Bewegungseinrichtung kalibriert, wird das Werkzeug durch die Bewegungseinrichtung weiterhin in wenigstens ein Fein-Messfeld bewegt, und wird im wenigstens einen Fein-Messfeld die Ausrichtung des Werkzeugs detektiert und durch Korrekturbewegungen der Vorrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs kalibriert, wodurch eine Fein-Ausrichtung des Werkzeugs erreicht wird.
-
Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die einzelnen Verfahrensschritte zum Detektieren und Kalibrieren in eine verschachtelte Reihenfolge gebracht, die eine besonders sichere, schnelle und präzise Kalibrierung ermöglicht.
-
Im Einzelnen wird dabei in einem ersten Schritt durch Einsatz der Bewegungseinrichtung mit dem Werkzeug das Grob-Messfeld angefahren, d. h. das Werkzeug durch die Bewegungseinrichtung in das Grob-Messfeld bewegt.
-
Im nächsten Schritt erfolgt eine grobe Ausrichtung des Werkzeugs, wobei dieses durch die Vorrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs bewegt wird. Die Ausrichtung des Werkzeugs wird dabei mittels Kameramessung detektiert. Auf diese Weise wird zugleich eine Grob-Ausrichtung des Werkzeugs und eine Vorbereitung der Detektion und Kalibrierung der Position des Werkzeugs vorgenommen, wobei die Grob-Ausrichtung des Werkzeugs der Verbesserung der Detektierbarkeit der Position des Werkzeugs dient.
-
In einem sich anschließenden dritten Schritt wird im Grob-Messfeld eine Detektion und Kalibrierung der Position des Werkzeugs vorgenommen.
-
Ein besonderer Vorteil dieser Reihenfolge der Verfahrensschritte liegt darin, dass das Detektieren und Kalibrieren der Position des Werkzeugs zuverlässiger und zugleich erleichtert wird. Ferner ist die Beschaffenheit des Werkzeugs – im Beispiel eines Messers als Werkzeug ist dies der Klingenzustand, insbesondere sind es dabei die Größe und Beschaffenheit, Schäden und Abnutzung – durch die Kameramessung gleich von vornherein zusammen mit der Grob-Ausrichtung des Werkzeugs feststellbar. Falls in diesem frühen Verfahrensschritt das Werkzeug bereits als unbrauchbar erkannt wird, können die weiteren Kalibrierungsvorgänge übersprungen und kann sofort ein Werkzeugtausch vorgenommen werden.
-
In einem vierten Schritt wird schließlich durch die Bewegungseinrichtung mit dem Werkzeug das Fein-Messfeld angefahren. Dort erfolgt das feine Kalibrieren der Ausrichtung des Werkzeugs; dieses wird beim Kalibrieren selbst durch die Vorrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs bewegt. Das Detektieren der Ausrichtung des Werkzeugs erfolgt durch die Messtaster.
-
Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine vollständige Offline-Programmierung der Bearbeitungs-, im Falle des Einsatzes eines Schneidwerkzeugs insbesondere der Schneidbahnen für dieses Werkzeug. Die Achsbewegungen der Bewegungseinrichtung, vorzugsweise eines Roboters, insbesondere bei stark konturierten Schneidbahnen werden minimiert. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Dynamik der gesamten Bearbeitungsstation. Auch lassen sich Singularitäten in den Bewegungen der Bewegungseinrichtung vermeiden, und eine bessere Ausnutzung des Aktionsbereiches der Bewegungseinrichtung, vorzugsweise eines Roboters, ist erzielbar. Ein wesentlicher Vorteil des ausrichtbaren Werkzeugs, bevorzugt eines rotatorisch verstellbaren Messers, besteht darin, dass auch bei Richtungswechseln der Bearbeitungsbahn, im besonderen Fall der Schnittlinie, eine ununterbrochene Bearbeitung des Werkstücks, speziell ein nicht unterbrochener Schnitt, möglich ist.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine erste Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkzeugs einer ersten Ansicht in dimetrischer Projektion,
-
2 eine weitere Darstellung des Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkzeugs gemäß 1 in dimetrischer Projektion in derselben Ansicht,
-
3 eine erste Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung zum Detektieren und Kalibrieren von Position und Ausrichtung des Werkzeugs zum Einsatz mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkzeugs in einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsstation in einer ersten Ansicht in dimetrischer Projektion,
-
4 eine zweite Darstellung des Beispiels einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung gemäß 3 in einer zweiten Ansicht im Längsschnitt, und
-
5 eine weitere Darstellung des Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkzeugs nach 1 und 2 und des Beispiels einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung nach 3 und 4 in der Zusammenschau in einer weiteren Ansicht in dimetrischer Projektion.
-
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
-
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 100 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkzeugs 40 bezeichnet, wobei das Werkzeug 40 in diesem Ausführungsbeispiel als Schneidwerkzeug, insbesondere als Messer, vorzugsweise als Schneidmesser, ausgestaltet ist. Die Vorrichtung 100 nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eingerichtet zum Einsatz in einer in den Figuren nicht gezeigten Bearbeitungsstation, die eine Bewegungseinrichtung einer an sich bekannten Bauform umfasst. Eine derartige, an sich bekannte Bewegungseinrichtung ist insbesondere ausgeführt mit einer mehrachsigen, in einem bevorzugten Beispiel sechsachsigen, Roboteranordnung. Derartige Roboteranordnungen weisen am Ende ihres Roboterarms eine Werkzeugaufnahme nach einem standardisierten Schnellwechselsystem auf, so dass sie im Betrieb, beispielsweise im Einsatz als Schweiß- oder Montageroboter in einer Fertigungsstraße eines Kraftfahrzeug-Herstellerwerks, nicht nur universell und flexibel einsetzbar sind, sondern auch bei Fertigungsumstellungen, Werkzeugwechseln zum Abarbeiten unterschiedlicher Fertigungsschritte oder Werkzeugdefekten bzw. Werkzeugtausch nach Verschleiß einen raschen und unkomplizierten Tausch des montierten Werkzeugs ermöglichen.
-
Eine solche, vorzugsweise als Roboteranordnung ausgestaltete Bewegungseinrichtung ist im beschriebenen Ausführungsbeispiel eingerichtet zum Bewegen des Werkzeugs 40 relativ zu einem hier nicht dargestellten Werkstück entlang einer Bearbeitungsbahn zum Einwirken auf dieses Werkstück.
-
Zur Anpassung an ein standardisierten Schnellwechselsystem der vorstehend beschriebenen Art umfasst die in 1 dargestellte Vorrichtung 100 zum Ausrichten des Werkzeugs 40 eine zu der bezeichneten Werkzeugaufnahme korrespondierende Befestigungsvorrichtung 41. Diese enthält außer einer Einrichtung 42 zum kraft- und/oder formschlüssigen Kuppeln der Vorrichtung 100 zum Ausrichten des Werkzeugs 40 mit der Werkzeugaufnahme auch Anschlusseinrichtungen 43, 44 insbesondere für eine elektrische Verbindung zwischen der Werkzeugaufnahme der Bewegungseinrichtung und der Vorrichtung 100 zum Ausrichten des Werkzeugs 40. Die Gestaltung der Einrichtung 42 und der Anschlussinrichtungen 43, 44 ist im Prinzip bekannt und daher nicht Gegenstand der vorliegenden Beschreibung.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Ausrichten des Werkzeugs 40 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 umfasst weiterhin einen mit der Befestigungsvorrichtung 41 kraft- und formschlüssig verbundenen Halterahmen 45, an dem eine Ultraschall-Antriebseinrichtung angeordnet ist, die eine Sonotrode 46 mit einer Lagerung 47, über welche die Sonotrode 46 am Halterahmen 45 gelagert ist, umfasst. Auf dem Halterahmen 45 ist ferner eine Antriebseinrichtung 48 montiert, die hier bevorzugt mit einem Servomotor ausgebildet ist. Die Antriebseinrichtung 48 und die Ultraschall-Antriebseinrichtung 46, 47 sind durch eine Getriebeeinrichtung gekoppelt, die im vorliegenden Fall mit einer Riemenantriebseinrichtung 49 ausgebildet ist. Bevorzugt wird dazu ein Zahnriementrieb eingesetzt, der einfach und kostengünstig aufgebaut ist, sich leicht montieren lässt, schlupffrei arbeitet und vibrationsdämpfend wirkt. In diesem Zahnriementrieb 49 treibt der Servomotor 48 über ein nicht dargestelltes Zahnriemenrad und einen Zahnriemen 50 eine mit der Sonotrode 46 axial gekuppelte Riemenscheibe 51. Eine Vorrichtung 54 zur Lagefixierung dient der Konstanthaltung der Spannung des Zahnriemens 50.
-
An der Sonotrode 46 der Ultraschall-Antriebseinrichtung ist das Schneidwerkzeug, hier Schneidmesser 40 zum Antreiben zwecks Ausführen einer Schneidbewegung gehaltert. Durch die Sonotrode 46 wird das Schneidmesser 40 beim Betrieb der vorliegenden Vorrichtung 100 zur Bearbeitung, d. h. zum Schneiden eines Werkstücks in eine im Wesentlichen zur Sonotrode 46 und damit gleichermaßen zu einer Bewegungsachse 52 der Sonotrode 46, wobei die Bewegungsachse 52 hier eine Rotationsachse darstellt, und der Riemenscheibe 51 axiale Ultraschall-Schneidbewegung versetzt. Damit lässt sich bevorzugt ein großflächiges und/oder flexibles Werkstück, z. B. ein biegsames Bahn- oder Rollenmaterial, schneiden, über welchem die Vorrichtung 100 mit den Schneidmesser 40 derart positioniert ist, dass die Rotationsachse 52 vorzugsweise im Wesentlichen rechtwinklig zur Oberfläche des Werkstücks ausgerichtet ist.
-
Durch diese Ausrichtung steht die Bewegungsachse, hier Rotationsachse 52 zu einer entlang der Oberfläche des Werkstücks verlaufenden Bearbeitungsbahn, die im vorliegenden Fall eine Beschnittbahn bildet, wenigstens weitgehend rechtwinklig. Damit bewirkt eine Drehung der Sonotrode 46 mit dem Schneidmesser 40 durch den Servomotor 48 und den Zahnriementrieb 49 ein Ausrichten des Schneidmessers 40 um die zur Bearbeitungsbahn wenigstens weitgehend rechtwinklige Rotationsachse 52. Insbesondere ermöglicht so die Bewegungsachse, d. h. Rotationsachse 52 ein Ausrichten des Werkzeugs, d. h. Schneidmessers 40 wenigstens weitgehend tangential zur Bearbeitungsbahn. Die Ausrichtung des Schneidmessers 40 erfolgt dabei durch die wenigstens weitgehend tangentiale Orientierung zu jeder Position des Schneidmessers 40 entlang der Bearbeitungsbahn bahnsynchron.
-
In einer Abwandlung des gezeigten Ausführungsbeispiels ist es möglich, weitere Bewegungsachsen vorzusehen, um die durch das Werkzeug eine Bewegung zum bahnsynchronen Ausrichten ausgeführt werden kann. Für jede weitere Bewegungsachse kann dann bevorzugt eine weitere Antriebseinrichtung zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs vorgesehen sein, die bevorzugt ebenfalls mit einem Servomotor ausgebildet sein kann.
-
Durch die Ausrichtung des Schneidmessers 40 bahnsynchron zur Bearbeitungsbahn, d. h. Beschnittbahn, des Werkstücks können sich die Bewegungen der Bewegungseinrichtung auf eine Führung der Vorrichtung 100 und damit des Schneidmessers 40 entlang der Kontur der Beschnittbahn entlang der Oberfläche des Werkstücks beschränken, da die für den Schneidevorgang erforderliche bahnsynchrone, d. h. tangentiale Ausrichtung des Schneidmessers 40 allein durch die Vorrichtung 100 ausgeführt wird. Die Bewegungseinrichtung wird dadurch wesentlich entlastet und ihre Steuerung wesentlich vereinfacht. Stattdessen ist vorteilhaft eine hier nicht dargestellte Ausrichtungs-Steueranordnung zum Steuern des bahnsynchronen Ausrichtens des Schneidmessers 40 vorgesehen, durch welche Ausrichtungs-Steueranordnung anhand von Daten über die Beschnittbahn und die augenblickliche Position des Schneidmessers entlang der Beschnittbahn die Steuerung der Ausrichtung des Schneidmessers 40 vorgenommen wird. Zugleich ist damit die Möglichkeit gegeben, den Schneidevorgang zu beschleunigen.
-
2 zeigt eine weitere Darstellung des in 1 dargestellten Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Ausrichten eines Werkzeugs 40 in dimetrischer Projektion in derselben Ansicht wie 1. Da sich diese Darstellung von derjenigen nach 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass in 2 die in 1 wiedergegebene Vorrichtung 100 mit geschlossener Abdeckung 53 gezeichnet ist, wird für eine Beschreibung der schon erläuterten Merkmale auf 1 verwiesen und sind entsprechend in 2 auch keine weiteren Bezugszeichen eingetragen.
-
3 zeigt eine Messeinrichtung 200 zum Detektieren und Kalibrieren von Position und Ausrichtung des Werkzeugs 40, hier als Schneidmesser ausgebildet, relativ zur Bearbeitungsbahn, in einer ersten Ansicht in dimetrischer Projektion. Die Messeinrichtung 200 ist vorgesehen zum Einsatz mit einer Vorrichtung 100 zum Ausrichten des Werkzeugs 40 in einer in der 3 nicht gezeigten Bearbeitungsstation, wie sie im vorstehenden bereits beschrieben ist.
-
Die Messeinrichtung 200 in 3 umfasst eine Positions-Messvorrichtung 60 und eine Ausrichtungs-Messvorrichtung 61, wobei die Ausrichtungs-Messvorrichtung 61 sich in eine Grob-Messvorrichtung 62 und eine Fein-Messvorrichtung 63 gliedert. Dabei ist die Grob-Messvorrichtung 62 der Ausrichtungs-Messvorrichtung 61 auch als Positions-Messvorrichtung 60 ausgebildet. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Positions-Messvorrichtung 60 und die Grob-Messvorrichtung 62 mit einer optischen Messvorrichtung ausgebildet, und ist die Fein-Messvorrichtung 63 mit einer taktilen Messvorrichtung ausgebildet. Die taktile Messvorrichtung umfasst zwei Messtaster 64, 65, die als hochpräzise Messtaster ausgeführt sind.
-
Diese Elemente sind ebenfalls der Darstellung der 4 zu entnehmen, die das Beispiel der Messeinrichtung gemäß 3 in einer zweiten Ansicht im Längsschnitt zeigt und in der übereinstimmende Elemente wieder mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
-
Die Grob-Messvorrichtung 62 umfasst ein Grob-Messfeld 66, in welches das Schneidmesser 40 zum Detektieren und Kalibrieren seiner Position und groben Ausrichtung relativ zur Bearbeitungsbahn durch die Bewegungseinrichtung bewegbar ist. Im Grob-Messfeld 66 nimmt das Schneidmesser 40 eine vorgegebene erste räumliche Lage zu der Messeinrichtung 200, und zwar darin in diesem Fall zu der Grob-Messvorrichtung 62, ein. Das Grob-Messfeld 66 dient somit zugleich als Messfeld für die Positions-Messvorrichtung 60.
-
Die Fein-Messvorrichtung 63 umfasst ein Fein-Messfeld 67, in dem das Schneidmesser 40 wenigstens eine vorgegebene zweite räumliche Lage zu der Fein-Messvorrichtung 63 einnimmt.
-
Die Positions-Messvorrichtung 60 und die Grob-Messvorrichtung 62 sind mit einer gemeinsam genutzten Anordnung aus einer Kamera 68 und einer Baugruppe 69 aus einem Spiegel und einer Beleuchtungseinrichtung als optischer Messvorrichtung ausgebildet. Die gesamte, die Positions-Messvorrichtung 60 und die Grob-Messvorrichtung 62 bildende Konfiguration einschließlich des Grob-Messfeldes 66 sind in einer Kamerabox 71 untergebracht. Die Kamerabox 71 umfasst eine die optische Messvorrichtung mit Kamera 68 sowie Spiegel und Beleuchtungseinrichtung 69 umschließende Wandung 72, ein Bodenteil 73 und ein Deckelteil 74. Bodenteil 73 und Deckelteil 74 weisen je einen Durchbruch 75 bzw. 76 auf. Die Durchbrüche 75, 76 sind so ausgestaltet, dass das Scheidmesser 40 mit der Sonotrode 46 der Vorrichtung 100 darin zum Bewegen des Schneidmessers 40 in das Grob-Messfeld 66 und in das Fein-Messfeld 67 eintauchen und für die Kalibiervorgänge erforderliche Bewegungen darin ausführen kann.
-
5 zeigt eine weitere Darstellung der Vorrichtung 100 zum Ausrichten des Schneidmessers 40 nach 1 und 2 und der Messeinrichtung 200 nach 3 und 4 in der Zusammenschau in einer weiteren Ansicht in dimetrischer Projektion. Wieder sind übereinstimmende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen; jedoch sind der Übersichtlichkeit halber nicht alle Bezugszeichen der dargestellten Elemente eingetragen. Ebenfalls der Übersichtlichkeit halber ist in 5 die Darstellung des Bodenteils 73 der Kamerabox 71 weggelassen worden.
-
5 zeigt die Vorrichtung 100 und die Messeinrichtung 200 in der räumlichen Zuordnung zueinander, in der sie sich im Betrieb einer Bearbeitungsstation, von der sie umfasst sind, befinden. Insbesondere ist in 5 eine räumliche Zuordnung dargestellt, wie sie für das feine Kalibrieren der Ausrichtung des Schneidmessers 40 im Fein-Messfeld 67 der Fein-Messvorrichtung 63 eingenommen wird. Dabei ist die Sonotrode 46 mit dem Schneidmesser 40 vor die Messtaster 64, 65 gefahren, und das Schneidmesser 40 ist gegen Messtasterspitzen 77 dieser Messtaster 64, 65 gefahren.
-
Wie in 3 und 4 angedeutet, jedoch in 5 nicht dargestellt, kann vor den Messtasterspitzen 77 der Messtaster 64, 65 ein sogenanntes Paddel 78 beweglich, insbesondere um eine zur Rotationsachse 52 zumindest im wesentlichen parallele Achse drehbar angeordnet sein. Das Werkzeug, d. h. im vorliegenden Beispiel das Schneidmesser 40, liegt dann zur Detektion seiner Ausrichtung und Kalibrierung nicht an den Messtasterspitzen 77, sondern flächig am Paddel 78 an dessen dem Fein-Messfeld 67 der Fein-Messvorrichtung 63 zugewandter Vorderfläche 79 an, wohingegen die Messtasterspitzen 77 die Ausrichtung einer der Vorderfläche 79 gegenüberliegenden, dazu bevorzugt parallelen Rückfläche 80 abtasten.
-
Zum Detektieren und Kalibrieren der Position und der Ausrichtung des Schneidmessers 40 werden die folgenden Schritte ausgeführt:
- • das Schneidmesser 40 wird durch die Bewegungseinrichtung in das Grob-Messfeld 66 bewegt;
- • im Grob-Messfeld 66 wird die Ausrichtung des Schneidmessers 40 detektiert und durch Korrekturbewegungen der Vorrichtung 100 zum bahnsynchronen Ausrichten des Schneidmessers 40 kalibriert, wodurch eine Grob-Ausrichtung des Schneidmessers 40 erreicht wird;
- • im Grob-Messfeld 66 wird anschließend die Position des Schneidmessers 40 detektiert und durch Korrekturbewegungen der Bewegungseinrichtung kalibriert;
- • das Schneidmesser 40 wird durch die Bewegungseinrichtung weiterhin in das Fein-Messfeld 67 bewegt;
- • im Fein-Messfeld 67 wird die Ausrichtung des Schneidmessers 40 detektiert und durch Korrekturbewegungen der Vorrichtung 100 zum bahnsynchronen Ausrichten des Schneidmessers 40 kalibriert, wodurch eine Fein-Ausrichtung des Schneidmessers 40 erreicht wird.
-
Zusammenfassend wird über die Kamera 68 in der Kamerabox 71 die Drehlage des Schneidmessers grob ermittelt. Hierzu dreht der Roboter über die Vorrichtung 100 die Klinge des Schneidmessers 40 vor der Kamera 68 um die Rotationsachse 52.
-
Die Kamera 68 gibt den sichtbaren Schnittwinkel zwischen Schneidkanten des Schneidmessers 40 zurück und der Roboter ordnet das Kamera-Ergebnis seinem Drehwinkel der als siebte Achse der Bearbeitungsstation einzustufenden Rotationsachse 52 zu.
-
Mit der Drehlage des Schneidmessers 40, wie sie sich beim groben Kalibrieren mit der Kamera 68 als Maximum des zwischen vorderer und hinterer Schneide des Schneidmessers 40 mit der Kamera 68 detektierten Winkels ergibt, als Ausgangswert wird mit den Messtastern 64, 65, vorzugsweise als analoge Messtaster ausgebildet, die Feinjustierung der Drehlage vorgenommen.
-
Der Roboter, d. h. die Bewegungseinrichtung, fährt hierzu senkrecht mit dem Klingenkörper auf die nebeneinander angeordneten Messtaster 64 und 65. In einer Abwandlung dieses Schrittes und der dafür verfügbaren Einrichtung wird bei der taktilen Messung zur Bestimmung der Drehlagefehler die Klinge des Schneidmessers 40 an ein Paddel 78 herangefahren. Die Winkelstellung des Schneidmessers 40 überträgt sich auf das bewegliche Paddel 78 und betätigt die Messtaster 64, 65.
-
Aus der Differenz der Messwerte der beiden als Längenmessvorrichtungen wirkenden Messtaster 64 und 65 wird der noch verbleibende Drehwinkelfehler ermittelt.
-
In einem Beispiel für eine derartige Konfiguration ergibt sich bei einem Abstand der Messtaster 64 und 65 von 15 mm und einer Auflösung der Messtaster 64 und, 65 von 0,01 mm ein messbarer Winkelfehler von < 0,04°.
-
Bezugszeichenliste
-
- 40
- Werkzeug; hier: Messer, auch als Schneidmesser bezeichnet
- 41
- Befestigungsvorrichtung
Einrichtung zum kraft- und/oder formschlüssigen Kuppeln
- 42
- der Vorrichtung 100 mit einer Werkzeugaufnahme
- 43
- Anschlusseinrichtung
- 44
- Anschlusseinrichtung
- 45
- Halterahmen
- 46
- Sonotrode – Ultraschall-Antriebseinrichtung
- 47
- Lagerung – Ultraschall-Antriebseinrichtung
- 48
- Antriebseinrichtung (Servomotor) zum bahnsynchronen Ausrichten des Werkzeugs 40
- 49
- Riemenantriebseinrichtung (Zahnriementrieb)
- 50
- Zahnriemen
- 51
- Riemenscheibe
- 52
- Bewegungsachse (Rotationsachse) von 46, 51
- 53
- Abdeckung
- 54
- Vorrichtung zur Lagefixierung
- 60
- Positions-Messvorrichtung
- 61
- Ausrichtungs-Messvorrichtung
- 62
- Grob-Messvorrichtung von 61
- 63
- Fein-Messvorrichtung von 61
- 64
- Messtaster
- 65
- Messtaster
- 66
- Grob-Messfeld
- 67
- Fein-Messfeld
- 68
- Kamera – Optische Messvorrichtung
- 69
- Spiegel und Beleuchtungseinrichtung – Optische Messvorrichtung
- 71
- Kamerabox
- 72
- Wandung von 71
- 73
- Bodenteil von 71
- 74
- Deckelteil von 71
- 75
- Durchbruch in 73
- 76
- Durchbruch in 74
- 77
- Messtasterspitzen von 64, 65
- 78
- Paddel
- 79
- Vorderfläche von 78
- 80
- Rückfläche von 78
- 100
- Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkzeugs 40
- 200
- Messeinrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 1329280 A1 [0002]
- DE 10127743 A1 [0003]
