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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Handhabungssystem, insbesondere Schleif- oder Polierroboter, wobei ein Oberflächenbearbeitungswerkzeug am Handhabungssystem aufgenommen ist und mit diesem für eine Bearbeitung über eine Oberfläche des Werkstückes bewegt wird.
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STAND DER TECHNIK
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Bei der Bearbeitung eines Werkstückes, beispielsweise durch Schleif- oder Poliervorgänge mit einem Handhabungssystem, also beispielsweise mit einem Roboter, wird entsprechend dem Abnutzungsgrad des Schleifmittels und entsprechend den Prozessparametern des Roboters und des Schleifkopfes ein unterschiedlicher Materialabtrag erzielt. Die Prozessparameter des Roboters und des Schleifkopfes sind beispielsweise der Vorschub, die Drehzahl oder der Anpressdruck des Werkzeuges auf die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstückes. Wenn insbesondere der Abtrag mit einer bekannten Parametereinstellung ebenfalls bekannt ist, so wird bei einem einmaligen Überlauf des Werkzeugs über der Oberfläche ein bekannter Materialabtrag erzeugt. Aufgrund des Verschleißes wird bei einem doppelten Überlauf jedoch nicht die doppelte Abtragtiefe erzielt.
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Beispielsweise offenbart die
DE 10 2013 210 582 A1 ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Handhabungssystem, wobei explizit das Schleifen erwähnt ist, und wobei ein Oberflächenbearbeitungswerkzeug am Handhabungssystem aufgenommen ist und mit diesem für eine Bearbeitung über eine Oberfläche des Werkstückes bewegt wird. Um das Verfahren entsprechend zu verbessern, und um Prozessparameter zu berücksichtigen, insbesondere hinsichtlich des Verschleißes des Werkzeuges, wird vorgeschlagen, eine Abnutzung des Bearbeitungswerkzeuges zwischen einem ersten und einem zweiten Bearbeitungszug zu prüfen. Die Abnutzung wird geprüft, indem das Zustellen des Bearbeitungswerkzeuges auf einen Referenzkörper erfolgt, welches Zustellen nach dem ersten und vor dem zweiten Bearbeitungsgang stattfindet, gefolgt von einem Messen eines Anpressdruckes zwischen Bearbeitungswerkzeug und Referenzkörper und gefolgt von einem Messen eines Abstandes zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Referenzkörper.
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Ein kontinuierliches, zeitsparendes Verfahren zur automatischen Flächenbearbeitung eines Werkstückes kann damit nicht erfolgen, da die Überläufe zur Prüfung der Abnutzung mittels des Referenzkörpers unterbrochen werden müssen.
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Bei weiteren Lösungen wird insbesondere der Andruck des Schleifmittels während der Bearbeitung gemessen und gegebenenfalls nachgeregelt. Beispielsweise offenbart die
EP 0 421 323 A1 , dass der Andruck bei Annäherung an den Rand der zu schleifenden Bereiche gemindert wird, um ein übergangsloses Schleifergebnis zu erzielen.
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Die Schwierigkeit bei der Optimierung des Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstückes liegt darin, ein Verhältnis zu bilden zwischen fortlaufend stattfindenden Messintervallen zur Bestimmung des Abnutzungsgrades des Werkzeuges und der damit einhergehenden verminderten Abtragtiefe auf der einen Seite und dem effektiven Nutzen eines bekannten Verhältnisses zwischen einer Anzahl von Schleifbearbeitungen und einer sich ändernden Abtragtiefe auf der anderen Seite. Eine vollständige Vorhersage des Abtragverhaltens in Abhängigkeit des Abnutzungsgrades eines Schleifwerkzeuges ist dabei nicht oder nur sehr schwer möglich, da zu viele Parametrierungen stattfinden müssen, um einen stabilen Schleifprozess oder Polierprozess zu erzeugen. Beispielsweise spielt auch die Eigenschaft des Werkstoffes eine Rolle, aus dem das Werkstück gebildet ist, und die Qualität eines Schleifwerkzeuges beispielsweise basierend auf Schleifbändern oder Schleifscheiben, ist nicht immer konstant, dennoch sollte die Möglichkeit genutzt werden, mit einer entsprechenden Modellierung zuvor zu bestimmen, welcher Abtrag sich bei einem Überlauf eines Oberflächenbearbeitungswerkzeuges über eine Oberfläche eines Werkstückes ergibt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Handhabungssystem, insbesondere Oberflächenbearbeitung mit einem Schleifwerkzeug, wobei die Bearbeitungszeit des Werkstückes zur Erzielung einer geforderten Oberflächentopografie und/oder Oberflächenqualität minimiert werden soll. Insbesondere sollen bekannte Prozessparameter dazu genutzt werden, eine größere Oberfläche eines Werkstückes möglichst effektiv zu bearbeiten.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einem System gemäß Anspruch 8 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß sind wenigstens die folgenden Schritte vorgesehen: Erstellung eines Modells, das den Materialabtrag von der Oberfläche als Funktion von Prozessparametern beschreibt, Festlegung eines ortsaufgelösten Materialabtrags auf der Oberfläche des Werkstücks, Auswahl geeigneter Prozessparameter für jeden Bearbeitungsort auf der Oberfläche des Werkstücks basierend auf dem erstellen Modell und Bearbeitung der Oberfläche mit den ausgewählten Prozessparametern.
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Kern der Erfindung ist die Überlagerung von ortsaufgelösten Prozessparametern mit jedem Bearbeitungsort auf der Oberfläche des Werkstücks. Somit kann die Bearbeitung der Oberfläche mit den ausgewählten Prozessparametern erfolgen, die sich aufgrund der ortsaufgelösten Anpassung über der Erstreckung der Oberfläche hinweg ändern können.
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Beispielsweise nutzt ein Schleifroboter zur Steuerung ein entsprechendes Modell, das darauf basiert, die Prozessparameter in Abhängigkeit des Bearbeitungsvorgangs zu verändern. Wird beispielsweise ein Schleifroboter mit einem einfachen Standardprogramm dazu genutzt, einen bestimmten Materialabtrag zu erzeugen, so wird bei mehrfachen Überläufen nicht der mehrfache Materialabtrag erzeugt. Wird beispielsweise ein Materialabtrag X auf einer Oberfläche eines Werkstückes mit einem einmaligen Überlauf erzeugt, so wird der Materialabtrag 2X erzeugt, wenn das Oberflächenbearbeitungswerkzeug zweimal überläuft. Soll jedoch der 10-fache Abtrag erzeugt werden, so werden mehr als zehn Überfahrten erforderlich, um auch tatsächlich den 10-fachen Materialabtrag zu erreichen, da das Oberflächenbearbeitungswerkzeug verschleißt. Kennt man aber den Zusammenhang zwischen Roboterparametern und erzielbarem Abtrag, so kann der Roboter gegebenenfalls einen gewünschten ortsaufgelösten Abtrag mit einer Bahnfahrt schneller erledigen, das heißt, die Parameter des Roboters wie die Anpresskraft, die Laufgeschwindigkeit des Schleifwerkzeuges oder der Vorschub werden während der Bahnfahrt gezielt verändert.
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Soll beispielsweise an einem ersten Ort ein Materialabtrag X erzeugt werden, so wird das Oberflächenbearbeitungswerkzeug mit zugeordneten Prozessparametern eingestellt. Verfährt das Oberflächenbearbeitungswerkzeug an einen anderen Ort, an dem der Materialabtrag 2X erzeugt werden soll, so läuft das Werkzeug nicht zweimal über den entsprechenden Ort, sondern die Prozessparameter werden so geändert, dass bereits bei einmaligem Überlauf der Abtrag 2X erzeugt wird. Verschleiß des Werkzeuges, die Qualität des Werkstückes hinsichtlich der Materialeigenschaften und dergleichen finden bei der Erstellung des Modells erfindungsgemäß ebenfalls Berücksichtigung.
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Mit anderen Worten gibt man der Steuerung des Handhabungssystems die Topologie vor, die abgetragen werden soll, analog einer topografischen Karte. Bahnen und zugehörige Parameter zur Erreichung dieses Abtrag werden dann automatisiert generiert, indem die Festlegung eines ortsaufgelösten Materialabtrags auf der Oberfläche des Werkstückes erzeugt wird. Jedem Ort auf der Oberfläche wird mit dem erstellen Modell ein bestimmter Parametersatz zugeordnet. Die Änderungen der Parameter erfolgen dabei sprunghaft oder vorzugsweise mit interpolierten Übergängen. Im Ergebnis kann idealerweise mit nur einer Überfahrt der gewünschte Abtrag für jeden einzelnen Ort auf der Oberfläche des Werkstückes so erzeugt werden, sodass die gewünschte Topologie erreicht ist.
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Zur Umsetzung des Verfahrens wird zunächst das Modell erstellt, und die Eingangsgrößen des Modells sind der Vorschub, die Laufgeschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeuges, das Material des Bearbeitungswerkzeuges, beispielsweise der Schleifkörper, das Material des Werkstückes, die Andruckkraft des Werkzeuges auf der Oberfläche des Werkstückes, der Anstellwinkel und dergleichen. Als Ausgangsgröße ergibt sich folglich der Abtrag. Die Umkehrfunktion des Modells liefert dann die benötigten Parameter, die mit dem Handhabungssystem und mit dem Oberflächenbearbeitungswerkzeug eingestellt werden müssen. Die Integration in die Steuerungssysteme des Werkzeuges erfolgt derart, dass das Modell und die Vorgehensweise schließlich getrennt sind.
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Beispielsweise wird die Festlegung eines ortsaufgelösten Materialabtrags in einem CAD-System ausgeführt. Die Auswahl geeigneter Prozessparameter kann mit einer CAM-Software besonders bevorzugt automatisiert ausgeführt werden. Durch eine sogenannte CAD-CAM-Kopplung kann auf einem Computer das Modell erstellt werden, das den Materialabtrag von der Oberfläche als Funktion von Prozessparametern beschreibt, wobei in den Computer verschiedene Prozessparameter eingegeben werden können. Schließlich kann auch die Festlegung eines ortsaufgelösten Materialabtrags auf der Oberfläche des Werkstückes noch im Rahmen des CAD-Systems auf dem Computer erfolgen.
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Mit der CAM-Software werden auf Grundlage der CAD-Daten automatisiert die Prozessparameter generiert, und zwar für jeden einzelnen Bearbeitungsort auf der Oberfläche des Werkstückes, um möglichst eine minimale Anzahl von Überfahrten des Oberflächenbearbeitungswerkzeuges über der Oberfläche des Werkstückes zu erreichen. Die Bearbeitung der Oberfläche erfolgt schließlich mit den ausgewählten und festgelegten Prozessparametern.
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Die Auswahl geeigneter Prozessparameter wird also so vorgenommen, dass eine minimale Anzahl von Überfahrten des Oberflächenbearbeitungswerkzeuges über die Oberfläche des Werkstückes erforderlich wird. Bei der Erstellung des Modells wird also zuerst eine geforderte Abtragtiefe vorgegeben, und die Prozessparameter werden nachfolgend so ausgewählt, dass die vorgegebene Abtragtiefe wahlweise mit einer minimalen Anzahl von Überfahrten des Oberflächenbearbeitungswerkzeuges über die Oberfläche des Werkstücks erreicht wird, oder möglichst schnell, oder mit möglichst wenig Verbrauch des Schleifmittels. Als Prozessparameter können der Vorschub und/oder eine Werkzeugdrehzahl und/oder eine Andruckkraft des Oberflächenbearbeitungswerkzeuges auf die Oberfläche des Werkstücks bestimmt werden. Für die Bestimmung der Prozessparameter wird dabei auch die Anzahl bereits erfolgter Überfahrten des Oberflächenbearbeitungswerkzeuges über die Oberfläche des Werkstücks berücksichtigt. Beispielsweise ist bekannt, wie stark der Verschleiß des Werkzeuges nach einer vorgegebenen Laufzeit beispielsweise auch abhängig von der Anpresskraft ist. Eine Korrektur der Prozessparameter kann dabei unter Berücksichtigung des Verschleißes erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich weiterhin auf ein System zur Ausführung eines Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Handhabungssystem, insbesondere Schleif- oder Polierroboter, wobei ein Oberflächenbearbeitungswerkzeug am Handhabungssystem aufgenommen ist und für eine Bearbeitung über eine Oberfläche des Werkstücks verfahren wird. Das System ist dabei so ausgeführt, dass die Erstellung eines Modells erfolgen kann, das den Materialabtrag von der Oberfläche als Funktion von Prozessparametern beschreibt, ferner ermöglicht das System die Festlegung eines ortsabgelösten Materialabtrags auf der Oberfläche des Werkstückes und die Auswahl geeigneter Prozessparameter für jeden Bearbeitungsort auf der Oberfläche des Werkstücks basierend auf dem erstellten Modell und das System ermöglicht die Bearbeitung der Oberfläche mit den ausgewählten Prozessparametern. Weitere Merkmale und zugeordnete Vorteile, die vorstehend in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes aufgeführt sind, finden für das beanspruchte System ebenfalls Berücksichtigung.
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BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Systems zur Ausführung eines Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstückes und
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2 aufeinanderfolgend aufgeführte Verfahrensschritte zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine schematisierte Ansicht eines Werkstückes 1 mit einer Oberfläche 11, und es ist ein Handhabungssystem 12 in Form eines Roboters gezeigt, und am Handhabungssystem 12 ist ein Bearbeitungskopf 13 beweglich aufgenommen. Der Bearbeitungskopf 13 umfasst ein Oberflächenbearbeitungswerkzeug 10, beispielsweise ein Schleifwerkzeug. Die gezeigten Pfeile bilden lediglich eine mögliche Verfahrrichtung des Oberflächenbearbeitungswerkzeuges 10 über der Oberfläche 11 des Werkstückes 1 ab, wobei die Oberfläche 11 vorzugsweise vollflächig mit dem Oberflächenbearbeitungswerkzeug 10 mittels des Handhabungssystems 12 überfahren werden kann, um jeden Teil der Oberfläche 11 zu erreichen.
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2 zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer nicht abschließenden Abfolge von Verfahrensschritten. Zunächst beginnt das Verfahren mit der Erstellung 100 eines Modells, das den Materialabtrag von der Oberfläche 11 als Funktion von Prozessparametern 103 beschreibt. Nachfolgend folgt die Festlegung 101 eines ortsaufgelösten Materialabtrags auf der Oberfläche 11 des Werkstückes 1, woraufhin die Auswahl 102 geeigneter Prozessparameter 103 für jeden Bearbeitungsort auf der Oberfläche des Werkstückes 1 basierend auf dem erstellten Modell erfolgt. Schließlich folgt auf die Auswahl 102 mit den Prozessparametern 103 die Bearbeitung 104 der Oberfläche 11.
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Die Erstellung 100 des Modells erfolgt auf Grundlage von Prozessparametern 103, die beispielsweise ein Verhältnis beinhalten zwischen den technologischen Größen wir Vorschub, Drehgeschwindigkeit des Werkzeuges oder Anpressdruck. Damit bilden diese Prozessparameter 103 die Eingangsgrößen zur Erstellung des Modells. Die mit der Auswahl 102 ausgewählten Prozessparameter 103 sind ortsbezogen, die Parameter selber betreffen jedoch die gleichen technologischen Werte, jedoch gekoppelt an jeden einzelnen Ort auf der Oberfläche 11 des Werkstücks 1.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtlich aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 10
- Oberflächenbearbeitungswerkzeug
- 11
- Oberfläche
- 12
- Handhabungssystem
- 13
- Bearbeitungskopf
- 100
- Erstellung eines Modells
- 101
- Festlegung eines ortsaufgelösten Materialabtrages
- 102
- Auswahl geeigneter Prozessparameter
- 103
- Prozessparameter
- 104
- Bearbeitung der Oberfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013210582 A1 [0003]
- EP 0421323 A1 [0005]
