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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Bauteils. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Bearbeitungsvorrichtung sowie ein Bauteil.
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Verfahren zum Bearbeiten von Bauteilen sind in einer großen Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannt. Zu diesen Verfahren sind beispielsweise spanende Fertigungsverfahren zu zählen, bei welchen gezielt Material von entsprechenden Bauteilen entfernt wird. Des Weiteren ist bekannt, dass bestimmte Bearbeitungsverfahren beispielsweise teilautomatisiert durch Roboter durchgeführt werden können. Dies ermöglicht insbesondere im Vergleich zu einer vollständig manuellen Bearbeitung eine mitunter deutlich höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit und Bearbeitungsqualität.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 009 010 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen einer Bewegung eines Roboters, bei welchem zunächst durch manuelles Führen des Roboters verschiedene Referenzpunkte angefahren und anschließend eine Bewegungsbahn für den Roboter ermittelt wird.
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Aus der
WO 2015/173239 A1 ist ein Roboterarbeitsplatz bekannt. Ein hierbei vorgesehener Roboter ist dazu ausgebildet ein Reaktionsmoment in jeweiligen Robotergelenken zu erfassen.
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In der
WO 2016/049006 A1 sind zwei miteinander zusammenwirkende Roboter gezeigt, mittels welchen ein Durchdrehen von Schrauben bei einem Einschraubvorgang verhindert werden kann.
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Die
DE 10 2014 208 530 A1 offenbart ein Wechselwerkzeug zur zumindest teilautomatisierten Fertigung. Das Wechselwerkzeug umfasst ein Griffelement, welches einerseits ergonomisch durch eine Bedienperson und andererseits sicher durch einen Roboter gegriffen werden kann.
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Aus der
WO 2015/003829 A1 ist ein Verfahren zum automatischen Auswechseln einer Ausgusshülse an einem Schiebeverschluss eines metallurgischen Gefäßes bekannt. Hierbei wird in einer Wartungsstation ein Tragring zum Fixieren der Ausgusshülse mit einer definierten Vorspannkraft eingespannt.
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Die
WO 2016/066616 A1 offenbart ein Robotersystem zur Überprüfung und Anordnung von Bauteilen in einem Montageprozess. Zur Lagebestimmung der Bauteile wird ein taktiles Prüfwerkzeug durch einen Gelenkarmroboter geführt.
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Aus der
US 2015/0039129 A1 ist ein Robotersystem bekannt, mittels welchem durch einen Greifer des Robotersystems ein Rührprozess in einem Behältnis mit Bauteilen durchgeführt werden kann, ohne dass der Greifer hohen Belastungen ausgesetzt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Bauteils, sowie eine Bearbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen eine besonders exakte und schnelle Bearbeitung eines Bauteils ermöglicht ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Bauteil anzugeben.
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Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Bearbeitungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 12, sowie durch ein Bauteil gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte und umgekehrt anzusehen sind.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils für eine Strömungsmaschine. Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren zumindest die Schritte:
- a) Anordnen des Bauteils an einer Klemmvorrichtung;
- b) Festlegen des Bauteils an der Klemmvorrichtung, indem wenigstens ein Klemmelement der Klemmvorrichtung durch eine Robotereinheit bewegt wird; und
- c) Bearbeiten des an der Klemmvorrichtung festgelegten Bauteils durch eine Werkzeugmaschine.
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Das Festlegen des Bauteils an der Klemmvorrichtung durch das Bewegen des Klemmelements oder mehrerer derartiger Klemmelemente kann einerseits besonders exakt und andererseits besonders schnell durch die Robotereinheit durchgeführt werden, so dass insgesamt eine besonders exakte und schnelle Bearbeitung des Bauteils im Rahmen des Verfahrens ermöglicht ist. Das Klemmelement kann beispielweise als Klemmschraube oder als Bajonettverschluss ausgebildet sein, um nur einige Arten von Klemmelementen zu nennen. Der Einsatz der Robotereinheit ermöglicht ein automatisiertes und wiederholgenaues Einklemmen des zu bearbeitenden Bauteils an der Klemmvorrichtung. Dadurch können Prozessschwankungen, zu welchen es bei aus dem Stand der Technik bekannten, manuell durchgeführten Klemmprozessen kommen kann, wirksam unterbunden werden. Der Einfluss einer Bedienperson kann somit beispielsweise beim Festlegen des Bauteils ausgeschlossen werden, wodurch auch die Wahrscheinlichkeit von anschließenden Bearbeitungsfehlern am Bauteil verringert werden kann. Die Klemmvorrichtung, welche auch als Spannvorrichtung bezeichnet werden kann, kann auch dazu ausgebildet sein, passgenau an einer Vorrichtungsaufnahme der Werkzeugmaschine aufgenommen oder eingeführt zu werden. Die Werkzeugmaschine kann beispielsweise als Fräsmaschine ausgestaltet sein. Die Klemmvorrichtung kann dabei an die hierfür vorgesehene Vorrichtungsaufnahme der Werkzeugmaschine angepasst sein. Die Robotereinheit kann nach einem auf die Durchführung des Verfahrens gerichteten Bearbeitungsprogramm arbeiten. Dabei kann die Robotereinheit von einer Roboterautomatik gesteuert sein und demgemäß die Robotereinheit betreffende Verfahrensschritte selbständig durchführen. Die Robotereinheit kann dabei dazu ausgebildet sein ohne menschliche Einwirkung zu arbeiten. Die Robotereinheit kann auch als Bewegungsautomat bezeichnet werden. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um Schaufeln oder Strukturbauteile von Strömungsmaschinen handeln, weshalb auf eine besonders gute Reproduzierbarkeit bei der Bearbeitung dieser Bauteile zu achten ist, um beispielsweise eine fertigungsbedingte Laufunruhe beim späteren Betrieb der mit diesen Bauteilen ausgestatteten Strömungsmaschine zu vermeiden. Die Strömungsmaschine kann als thermische Strömungsmaschine ausgebildet sein. Insbesondere kann die Strömungsmaschine ein Flugtriebwerk sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt nach dem Festlegen des Bauteils an der Klemmvorrichtung in Schritt b) in einem weiteren Schritt b1) ein Anordnen und/oder Festlegen der Klemmvorrichtung an der Werkzeugmaschine durch die Robotereinheit. Dies ist von Vorteil, da hierdurch ein besonders exaktes und schnelles Anordnen und zusätzlich oder alternativ Festlegen der Klemmvorrichtung ermöglicht ist, wodurch das Verfahren insgesamt beschleunigt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt in Schritt b1) beim Anordnen und/oder Festlegen der Klemmvorrichtung an der Werkzeugmaschine ein Ausrichten der Klemmvorrichtung relativ zu der Werkzeugmaschine durch die Robotereinheit. Dies ist von Vorteil, da hierdurch die Bearbeitungsqualität im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten, manuellen Ausrichten, erhöht werden kann. Dementsprechend sinkt die Wahrscheinlichkeit, infolge einer ungenauen Ausrichtung Ausschuss bei der Bearbeitung des Bauteils zu produzieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in Schritt b) das Klemmelement bewegt, indem dieses zumindest einer Drehbewegung durch die Robotereinheit unterzogen wird. Dies ist von Vorteil, da durch die Drehbewegung auf einfache Art und Weise eine Selbsthemmung erreicht werden kann, durch welche ein ungewolltes Lösen des Klemmelements zumindest weitgehend unterbunden werden kann. Eine besonders gute Selbsthemmung kann erzielt werden, wenn das Klemmelement beispielsweise als Schraube (Klemmschraube) ausgestaltet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der zumindest einen Drehbewegung des Klemmelements eine Drehmomentüberwachung und/oder eine Winkelumdrehungsüberwachung durch die Robotereinheit durchgeführt. Dies ist von Vorteil, da somit eine besonders gute Reproduzierbarkeit der Drehbewegung erzielt und dadurch unerwünschte Bearbeitungsschwankungen beim Bearbeiten des Bauteils zumindest weitgehend vermieden werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt in Schritt a) das Anordnen des Bauteils an der Klemmvorrichtung durch die Robotereinheit. Dies ist von Vorteil, da somit auch in diesem Schritt etwaige Prozessschwankungen, zu welchen es bei einem aus dem Stand der Technik bekannten, manuell durchgeführten Anordnen des Bauteils kommen kann, wenigstens weitgehend unterbunden werden können. Der Einfluss einer Bedienperson kann somit auch beim Anordnen des Bauteils an der Klemmvorrichtung ausgeschlossen werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Bearbeitungsfehlern am Bauteil gesenkt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt beim Anordnen des Bauteils an der Klemmvorrichtung durch die Robotereinheit ein relatives Ausrichten des Bauteils zu der Klemmvorrichtung durch die Robotereinheit. Dies stellt gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Systemen dahingehend einen Vorteil dar, als dass die Klemmvorrichtung dadurch keine definierte 6-Punkt-Anlage (zur genauen Ausrichtung des Bauteils im Raum) zur Bauteilausrichtung aufweisen muss, womit eine präzise Ausrichtung und exakte Anlage an diesen sechs Punkten nicht nötig ist. Anders als bei aus dem Stand der Technik bekanntem, manuellem Ausrichten muss somit keine aufwändige, manuelle Orientierung des Bauteils, beispielsweise durch eine derartige 6-Punkt-Anlage an der Klemmvorrichtung, vorgenommen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt in einem weiteren Schritt d) ein Lösen und/oder Entfernen der Klemmvorrichtung von der Werkzeugmaschine durch die Robotereinheit. Dies ist von Vorteil, da durch die Robotereinheit besonders große Kräfte ausgeübt und damit auch dementsprechend große Haltekräfte, welche zum Lösen der Klemmvorrichtung von der Werkzeugmaschine erforderlich sein können, überwunden werden können. Umgekehrt kann die Klemmvorrichtung auch unter Einsatz besonders großer Haltekräfte und damit besonders sicher an der Werkzeugmaschine fixiert werden. Zusätzlich oder alternativ zum Lösen kann auch das Entfernen der Klemmvorrichtung von der Werkzeugmaschine mittels der Robotereinheit durchgeführt werden, womit in vorteilhafter Weise ein besonders sicheres Demontieren der Klemmvorrichtung von der Werkzeugmaschine ermöglicht ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt in einem weiteren Schritt e) ein Lösen und/oder Entfernen des bearbeiteten Bauteils von der Klemmvorrichtung durch die Robotereinheit. Dies ist von Vorteil, da durch die Robotereinheit besonders große Klemmkräfte, welche zum Lösen des Bauteils von der Klemmvorrichtung erforderlich sein können, überwunden werden können. Umgekehrt kann das Bauteil auch unter Einsatz besonders großer Klemmkräfte und damit besonders sicher an der Klemmvorrichtung fixiert werden. Zusätzlich oder alternativ zum Lösen kann auch das Entfernen des Bauteils von der Klemmvorrichtung mittels der Robotereinheit durchgeführt werden, womit in vorteilhafter Weise ein besonders sicheres Demontieren des Bauteils von der Klemmvorrichtung ermöglicht ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Klemmelement beim Lösen des bearbeiteten Bauteils einer mittels eines Anschlagelements begrenzten Bewegung durch die Robotereinheit unterzogen. Dies ist von Vorteil, da durch das Anschlagelement ein besonders definiertes Begrenzen der Bewegung ermöglicht ist. Das Anschlagelement kann dabei der Klemmvorrichtung zugeordnet sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt vor dem Bearbeiten des Bauteils durch die Werkzeugmaschine in Schritt c) ein Einmessen des Bauteils, bei welchem eine Lage wenigstens eines Punktes des Bauteils relativ zu einem Nullpunktspannsystem der Klemmvorrichtung ermittelt wird. Dies ist von Vorteil, da hierdurch beispielsweise etwaige Lagetoleranzen, welche beim Anordnen des Bauteils an der Klemmvorrichtung auftreten können, bei der Bearbeitung des Bauteils in Schritt c) berücksichtigt und dabei ausgeglichen werden können. Das Nullpunktspannsystem kann der Klemmvorrichtung zugeordnet sein. Durch das Nullpunktspannsystem kann die Klemmvorrichtung reproduzierbar genau an der Werkzeugmaschine festgelegt werden. Dies ermöglicht somit eine reproduzierbar genaue Positionierung der Klemmvorrichtung auch beispielsweise bei mehrmaligem, aufeinanderfolgendem Abmontieren und erneutem Festlegen der Klemmvorrichtung an der Werkzeugmaschine. Durch das Ermitteln der jeweiligen Lage des wenigstens einen Punktes (des Bauteils) oder mehrerer Punkte relativ zu dem Nullpunktspannsystem kann somit eine exakte Bearbeitung des Bauteils durch die Werkzeugmaschine erfolgen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung, mit einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils für eine Strömungsmaschine, mit einer Klemmvorrichtung zum Festlegen des Bauteils an der Werkzeugmaschine, und mit einer Robotereinheit, welche dazu ausgebildet ist, ein Bauteil an der Klemmvorrichtung festzulegen und von der Klemmvorrichtung zu lösen. Eine derartige Bearbeitungsvorrichtung ermöglicht eine besonders schnelle und exakt reproduzierbare Bearbeitung von Bauteilen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Optikeinheit zum Überwachen einer relativen Ausrichtung zwischen dem Bauteil und der Klemmvorrichtung und/oder einer relativen Ausrichtung zwischen der Klemmvorrichtung und der Werkzeugmaschine vorgesehen. Dies ist von Vorteil, da mittels der Optikeinheit ein berührungsloses Überwachungssystem bereitgestellt wird, mittels welchem das Bearbeiten des Bauteils besonders zuverlässig überwacht und auch etwaige Fehlfunktionen oder Störungen der Robotereinheit und zusätzlich oder alternativ der Werkzeugmaschine detektiert werden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Fluiddruckelement zum Festlegen des Bauteils in der Klemmvorrichtung vorgesehen, welches unter Vermittlung wenigstens eines Klemmelements der Klemmvorrichtung mittels der Robotereinheit bewegbar ist. Dies ist von Vorteil, da mittels eines derartigen Fluiddruckelements eine besonders gleichmäßige Druckausübung und damit ein Ausüben einer Spannkraft auf das in der Klemmvorrichtung angeordnete Bauteil erfolgen kann. Das Fluiddruckelement kann beispielsweise als Hydraulikdruckelement, als Gasdruckelement oder als Plasmadruckelement ausgebildet sein. Dementsprechend kann das Fluiddruckelement beispielsweise als Hydraulikzylinder oder als mit einem Gas befüllter Zylinder ausgebildet sein, um nur einige Beispiele zu nennen. Das Fluid in dem Fluiddruckelement kann durch Bewegung der Klemmelemente mittels der Robotereinheit in Bewegung versetzt werden und dadurch den Druck auf das Bauteil ausüben, um dieses an der Klemmvorrichtung einzuklemmen.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere für eine Strömungsmaschine, welches durch ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder mittels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung erhältlich und/oder erhalten ist. Ein derartiges Bauteil, welches beispielsweise als Schaufel oder Strukturbauteil einer Strömungsmaschine ausgebildet sein kann, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren und zusätzlich oder alternativ mittels der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung besonders schnell und exakt bearbeitet werden. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und den Ausführungsbeispielen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten und/oder alleine beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung; und
- 2a-2c jeweilige Perspektivansichten auf verschiedene Bauteile, welche jeweils in einer Klemmvorrichtung für eine Werkzeugmaschine der Bearbeitungsvorrichtung aufgenommen sind.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung 10, mit einer Werkzeugmaschine 12 zum Bearbeiten und Messen eines Bauteils 26, 28, 30. Das Bauteil 26, 28, 30 kann - wie in den 2a-2c gezeigt - als Schaufel (Bauteile 26, 28) oder als Strukturbauteil (Bauteil 30) und damit als Komponente einer hier nicht weiter gezeigten Strömungsmaschine ausgebildet sein. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die jeweiligen Bauteile 26, 28, 30 in 1 nicht dargestellt. Bei der Strömungsmaschine kann es sich um eine thermische Strömungsmaschine und insbesondere um ein Flugtriebwerk handeln. Die Bearbeitungsvorrichtung 10 ist dazu ausgebildet, ein Ablaufprogramm abzuarbeiten und dadurch das erfindungsgemäße Verfahren selbständig durchzuführen.
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Die Bearbeitungsvorrichtung 10 umfasst eine Klemmvorrichtung 24, welche in den 2a-2c in verschiedenen Ausgestaltungsformen genauer dargestellt ist und welche zum Festlegen des Bauteils 26, 28, 30 an der Werkzeugmaschine 12 dient. Die Bearbeitungsvorrichtung 10 umfasst zudem eine Robotereinheit 20, welche dazu ausgebildet ist, das Bauteil 26, 28, 30 an der Klemmvorrichtung 24 festzulegen und wiederum von der Klemmvorrichtung 24 zu lösen. Die Robotereinheit umfasst einen hier nicht näher dargestellten Werkzeugrevolver, welcher unterschiedliche, austauschbare Werkzeuge umfasst. Von diesen Werkzeugen ist in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich ein als Greifer ausgebildetes Roboterwerkzeug 22 dargestellt.
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Die Bearbeitungsvorrichtung 10 umfasst zudem eine Optikeinheit 18 zum optischen Überwachen einer relativen Ausrichtung zwischen dem Bauteil 26, 28, 30 und der Klemmvorrichtung 24 und zum Überwachen und Überprüfen einer relativen Ausrichtung zwischen der Klemmvorrichtung 24 und der Werkzeugmaschine 12.
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Die Werkzeugmaschine 12 umfasst weiterhin eine Vorrichtungsaufnahme 14, an welcher die Klemmvorrichtung formschlüssig und kraftschlüssig eingespannt werden kann. In 1 ist die an der Vorrichtungsaufnahme 14 eingespannte Klemmvorrichtung 24 gestrichelt dargestellt. Die Werkzeugmaschine 12 umfasst vorliegend ein als Fräser ausgebildetes Werkzeug 16 zur spanenden Bearbeitung des jeweiligen Bauteils 26, 28, 30.
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Die Bearbeitungsvorrichtung 10 ist - wie bereits erläutert - dazu ausgebildet ein Verfahren zum Bearbeiten des jeweiligen Bauteils 26, 28, 30 durchzuführen, wobei zunächst ein Anordnen des Bauteils 26, 28, 30 an der Klemmvorrichtung 24 durch die Robotereinheit 20 erfolgt. Die Klemmvorrichtung 24 ist dazu mittels der Robotereinheit an einer Spannstation 42 lösbar festlegbar. Beim Anordnen des Bauteils 26, 28, 30 an der Klemmvorrichtung 24 erfolgt auch ein relatives Ausrichten des Bauteils 26, 28, 30 zu der Klemmvorrichtung 24 durch die Robotereinheit 20.
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Anschließend erfolgt ein Festlegen des Bauteils 26, 28, 30 an der Klemmvorrichtung 24, indem jeweilige, als Schrauben ausgebildete Klemmelemente 32, 34 der Klemmvorrichtung 24 durch die Robotereinheit 20 bewegt werden. Bei diesem Bewegen wird eine durch einen Pfeil verdeutlichte Drehbewegung 36 der Klemmelemente 32, 34 vollzogen, bei welcher jeweilige mit den Schrauben 32, 34 zusammenwirkende Klemmbacken 38 der Klemmvorrichtung gegen das jeweilige Bauteil 26, 28, 30 gedrückt werden. Das jeweilige Klemmelement 32, 34 wird also bewegt, indem dieses der Drehbewegung 36 durch die Robotereinheit 20 unterzogen wird. Bei der Drehbewegung 36 des Klemmelements 32, 34 wird eine Drehmomentüberwachung und zusätzlich oder alternativ eine Winkelumdrehungsüberwachung durch die Robotereinheit 20 durchgeführt.
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Anschließend erfolgt ein Bearbeiten des jeweiligen, an der Klemmvorrichtung 24 festgelegten Bauteils 26, 28, 30 durch die Werkzeugmaschine 12. Hierzu wird zunächst das jeweilige, in der Klemmvorrichtung 24 eingeklemmte Bauteil 26, 28, 30 nach dem Festlegen des Bauteils 26, 28, 30 an der Klemmvorrichtung 24 durch die Robotereinheit 20 an der Werkzeugmaschine 12 angeordnet und festgelegt, wobei ein exaktes Ausrichten der Klemmvorrichtung 24 und damit des jeweiligen Bauteils 26, 28, 30 im Raum erfolgt. Die Robotereinheit 20 kann hierbei Messmittel 21 aufweisen, welche ein sogenanntes „Einmessen“ ermöglichen. Der Vorgang des „Einmessens“ wird nachfolgend ebenfalls nochmals detailliert beschrieben. Beim Anordnen und Festlegen der Klemmvorrichtung 24 an der Werkzeugmaschine 12 erfolgt zudem ein exaktes Ausrichten der Klemmvorrichtung 24 relativ zu der Werkzeugmaschine 12 durch die Robotereinheit 20. Die Robotereinheit 20 ist also dazu ausgebildet, das Bauteil 26, 28, 30 relativ zu der Klemmvorrichtung 24 und die Klemmvorrichtung 24 relativ zu der Werkzeugmaschine 12 auszurichten und festzulegen. Durch die Robotereinheit 20 kann somit eine doppelte Ausrichtung, sowie ein doppeltes Festlegen erfolgen, wodurch auch bei den zueinander verschiedenen Bauteilen 26, 28, 30 eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit und Bearbeitungsqualität erreicht werden kann.
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Nach erfolgtem Festlegen des jeweiligen Bauteils 26, 28, 30 an der Werkzeugmaschine 12 kann eine - hier nicht weiter gezeigte - spanende Bearbeitung des Bauteils 26, 28, 30 durch die Werkzeugmaschine 12 erfolgen, wobei das Werkzeug 16 (hier: Fräser) auf das Bauteil 26, 28, 30 einwirkt. Nach erfolgter Bearbeitung des jeweiligen Bauteils 26, 28, 30 erfolgt ein Lösen und zusätzlich ein Entfernen der Klemmvorrichtung 24 von der Werkzeugmaschine 12 durch die Robotereinheit 20. Anschließend erfolgt ein Lösen und Entfernen des bearbeiteten Bauteils 26, 28, 30 von der Klemmvorrichtung 24 durch die Robotereinheit 20.
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Das jeweilige Klemmelement 32, 34 (hier: Schraube) wird beim Lösen des bearbeiteten Bauteils 26, 28, 30 einer mittels eines in 2a-c gezeigten Anschlagelements 40 begrenzten Bewegung durch die Robotereinheit 20 unterzogen. Diese Bewegung ist der Drehbewegung 36 entgegengesetzt.
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Das „Einmessen“ des Bauteils 26, 28, 30 kann vor der Bearbeitung des Bauteils 26, 28, 30 (Schritt c)) durchgeführt werden. Bei dem Einmessen kann wenigstens ein Punkt oder auch mehrere Punkte des Bauteils 26, 28, 30 im Raum, (beispielsweise sechs Punkte des Bauteils 26, 28, 30) in der Anordnung des Bauteils 26, 28, 30 an der Klemmvorrichtung 24 mittels geeigneter Sensoren (z.B. optischer Sensoren) erfasst werden. Anschließend kann beim Einmessen die jeweilige Lage dieser Punkte relativ zu einem Nullpunktspannsystem der Klemmvorrichtung 24 ermittelt werden. Die relative Lage der Punkte zu dem Nullpunktspannsystem kann dann - in Form eines diese relative Lage charakterisierenden Datensatzes - an eine Rechnereinheit der Werkzeugmaschine 12 übermittelt werden. Das Werkzeug 16 der Werkzeugmaschine 12 kann anschließend in Abhängigkeit von dem Datensatz zur Bearbeitung des Bauteils 26, 28, 30 durch die Werkzeugmaschine 12 relativ zu dem Bauteil 26, 28, 30 ausgerichtet und geführt werden. Dies erlaubt es wiederum, etwaige Abweichungen/Toleranzen, welche beim Anordnen des Bauteils 26, 28, 30 an der Klemmvorrichtung 24 entstehen können, besonders effizient beim Bearbeiten durch die Werkzeugmaschine 12 zu berücksichtigen und zu kompensieren. Das Nullpunktspannsystem kann der Klemmvorrichtung 24 zugeordnet sein. Durch das Nullpunktspannsystem kann die Klemmvorrichtung 24 reproduzierbar genau an der Werkzeugmaschine 12 festgelegt werden. Dies ermöglicht somit eine reproduzierbar genaue Positionierung der Klemmvorrichtung 24 an der Werkzeugmaschine 12 auch beispielsweise bei mehrmaligem, aufeinanderfolgendem Abmontieren und erneutem Festlegen der Klemmvorrichtung 24 an der Werkzeugmaschine 12. Durch das Ermitteln der jeweiligen Lage der Punkte (des Bauteils 26, 28, 30) relativ zu dem Nullpunktspannsystem kann somit insgesamt eine exakte und reproduzierbar genaue Bearbeitung des Bauteils 26, 28, 30 durch die Werkzeugmaschine 12 erfolgen.
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In die Robotereinheit 20 können die Messmittel 21 integriert sein, so dass das Einmessen mittels der Robotereinheit 20 erfolgen kann. Die Messmittel 21 können beispielsweise als optische Sensoren ausgebildet sein, um nur ein Beispiel zu nennen. Das Einmessen mittels der Robotereinheit 20 kann auf besonders engem Raum und damit platzsparend durchgeführt werden. Des Weiteren kann durch das Einmessen durch die Robotereinheit 20 das Verfahren zur Bearbeitung des Bauteils 26, 28, 30 allgemein und insgesamt beschleunigt werden. Dies ist damit zu begründen, dass das Einmessen durch die Messmittel 21 der Robotereinheit 20 beispielsweise auch während des Anordnens und/oder Festlegens der Klemmvorrichtung 24 an der Werkzeugmaschine 12 durch die Robotereinheit 20 und damit während Schritt b1) erfolgen kann. Somit kann das Einmessen durch die Messmittel 21 auch beispielsweise während eines Transports des in der Klemmvorrichtung 24 festgelegten Bauteils 26, 28, 30 durch die Robotereinheit 20 zu der Werkzeugmaschine 12 erfolgen.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Einmessen auch durch eine in 1 lediglich schematisch dargestellte Messvorrichtung 44 erfolgen, welche von der Robotereinheit 20 und von der Werkzeugmaschine 14 getrennt sein kann. Zum Einmessen mittels der Messvorrichtung 44 kann das Bauteil 26, 28, 30 mittels der Robotereinheit 20 an der Messvorrichtung 44 angeordnet werden, wie dies in 1 angedeutet ist. Durch die Entkoppelung von der Robotereinheit 20 und von der Werkzeugmaschine 14 kann ein etwaiges Übertragen von Schwingungen - zu welchen es beispielsweise bei der Bearbeitung des Bauteils 26, 28, 30 mittels der Werkzeugmaschine 12 oder beim Bauteiltransport durch die Robotereinheit 20 kommen kann - an die Messvorrichtung 44, wirksam unterbunden werden. Dadurch ist ein besonders exaktes Einmessen möglich.
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Die Werkzeugmaschine 14 kann ebenfalls ein integriertes Messsystem 13 aufweisen, welches die Funktion der Messvorrichtung 44 und zusätzlich oder alternativ der Messmittel der Robotereinheit 20 übernehmen kann. Ein derartiges, integriertes Messsystem 13 kann somit auch statisch an der Werkzeugmaschine 12 festgelegt sein, wodurch ein besonders genaues Einmessen ermöglicht ist. Dadurch kann das durch die Messmittel der Robotereinheit 20 und zusätzlich oder alternativ durch die Messvorrichtung 44 durchgeführte Einmessen des Bauteils 26, 28, 30 entweder nochmals durch das Messsystem 13 überprüft oder unabhängig von der Messvorrichtung 44 bzw. der Robotereinheit 20 durchgeführt werden. Dies erhöht die Ausfallsicherheit der gesamten Bearbeitungsvorrichtung 10. Des Weiteren können beispielsweise jeweilige, von den Messmitteln der Robotereinheit, dem Messsystem 13 der Werkzeugmaschine 12 und der Messvorrichtung 44 unabhängig voneinander ermittelte Messdaten miteinander verglichen und dadurch etwaige Fehlfunktionen bereits während der Durchführung des Verfahrens ermittelt werden, ohne dass hierfür eine Wartung durchgeführt werden müsste, welche zu etwaigen Stillstandszeiten (in welchen keine Bauteilbearbeitung der Bauteile 26, 28, 30 erfolgen könnte) der Bearbeitungsvorrichtung 10 führen könnte.
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Zusammenfassend ergeben sich folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik durch die vorliegende Erfindung:
- Zum einen sind mit der Robotereinheit 20 und der Werkzeugmaschine 12 lediglich zwei Vorrichtungen der Bearbeitungsvorrichtung 10 notwendig um das jeweilige Bauteil 26, 28, 30 zu bearbeiten. Des Weiteren kann das Einlegen, Verschrauben und Spannen der Bauteile 26, 28, 30 mittels der Bearbeitungsvorrichtung 10 automatisiert und wiederholgenau erfolgen, womit - anders als bei manuellen Einflüssen - Prozessschwankung zumindest weitgehend vermieden werden können. Der Einfluss einer Bedienperson kann dadurch ausgeschlossen werden. Eine exakte Ausrichtung anhand von sechs, eine Lage des jeweiligen Bauteils 26, 28, 30 im Raum definierenden, Punkten muss somit nicht an einer aufwändigen Vorrichtung erfolgen, da diese Punkte in der beschriebenen Weise eingemessen werden können. Mit anderen Worten können diese Punkte der Robotereinheit 20 vor der Durchführung der einzelnen Verfahrens schritte für jedes der jeweiligen Bauteile 26, 28, 30 eingelernt werden. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Anlageüberprüfung kann somit entfallen, wodurch Zeit gespart werden kann.
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Um eine genaue Positionierung beizubehalten, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, derart exakt zu bearbeitenden Komponenten, wie die Bauteile 26, 28, 30 festzukleben, um ein Beibehalten einer bestimmten Position und Ausrichtung der Bauteile 26, 28, 30 während der Bearbeitung sicherzustellen. Dieses Festkleben kann durch die vorliegende Erfindung entfallen. Zudem ergibt sich ein insgesamt geringerer Vor- und Nachbereitungsaufwand im Vergleich zum Kleben. So kann beispielsweise ein Entfernen etwaiger Kleberückstände vom fertig bearbeiteten Bauteil 26, 28, 30 entfallen. Das Einspannen des jeweiligen Bauteils 26, 28, 30 an der Klemmvorrichtung 24 kann unabhängig von der Oberfläche der Bauteile 26, 28, 30 erfolgen.
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Im Folgenden soll das Verfahren nochmals kurz zusammengefasst werden: Das jeweilige Bauteil 24, 26, 30 wird zunächst mittels des Roboters (Robotereinheit 20) aus einer hier nicht dargestellten Kiste entnommen. Das jeweilige Bauteil 26, 28, 30 wird anschließend durch die Robotereinheit 20 und dabei mittels des Roboterwerkzeugs 22 (Greifer) gegriffen und in die geöffnete Klemmvorrichtung 24, welche auch als Spannvorrichtung bezeichnet werden kann, gelegt. Anschließend wird der Greifer 22 durch ein hier nicht gezeigtes Schraubwerkzeug ausgetauscht. Mit anderen Worten erfolgt ein Austausch des Roboterwerkzeugs 22. Die Schrauben (Klemmelemente 32, 34) an der Klemmvorrichtung 24 werden durch die Drehbewegung 36 mittels der Robotereinheit 20 zugedreht, indem das Schraubwerkzeug der Robotereinheit 20 auf die Klemmelemente 32, 34 einwirkt. Der Schraubprozess wird mittels der Drehmomentüberwachung und der Winkelumdrehungsüberwachung überprüft. Anschließend erfolgt wieder ein Werkzeugtausch und das Schraubwerkzeug wird wieder durch den Greifer 22 ersetzt. Das an der Klemmvorrichtung 24 eingespannte Bauteil 26, 28, 30 wird mit der Robotereinheit 20 (mittels des Greifers 22) zu der Werkzeugmaschine 12 transportiert. Anschließend wird die Klemmvorrichtung 24 mit dem darin festgelegten und ausgerichteten Bauteil 26, 28, 30 an der Vorrichtungsaufnahme 14 zur weiteren Bearbeitung des Bauteils 26, 28, 30 durch die Robotereinheit 20 eingespannt, wobei vor der Bearbeitung das Einmessen durch das Messsystem 13, durch die Messmittel 21 und/oder durch die Messvorrichtung 44 erfolgen kann. Nach erfolgter Bearbeitung wird die Klemmvorrichtung 24 zusammen mit dem eingespannten Bauteil 26, 28, 30 aus der Werkzeugmaschine 12 entnommen und auf der Spannstation 42 abgelegt. Nach erneutem Ersetzen des Greifers 22 durch das Schraubwerkzeug kann ein Lösen und damit ein Aufdrehen der Schrauben 32, 34 bis zur Begrenzung durch das in den 2a-2c in jeweils unterschiedlichen Ausgestaltungsformen gezeigte Anschlagelement 40 erfolgen. Anschließend erfolgt ein erneuter Austausch des Schraubwerkzeugs durch den Greifer 22, wodurch das jeweilige Bauteil 26, 28, 30 aus der geöffneten Klemmvorrichtung 24 entnommen und in einer weiteren Kiste zum Transport abgelegt werden kann.
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Um dieses Verfahren durchführen zu können sind speziell dafür ausgelegte Klemmvorrichtungen 24 zum Spannen der jeweiligen Bauteile 26, 28, 30 notwendig. Durch das Zudrehen der Schrauben 32, 34 an der jeweiligen Klemmvorrichtung 24 durch die Robotereinheit 20, wird eine Spannmechanik betrieben. Diese fixiert das Bauteil 26, 28 30 in der Klemmvorrichtung 24. Durch eine Steuerung eines zum Eindrehen der Schrauben 32, 34 erforderlichen Drehmoments kann sichergestellt werden, dass eine ausreichende und reproduzierbare Spannkraft auf das eingeklemmte Bauteil 26, 28, 30 wirkt. Die Überprüfung durch eines Drehwinkels der jeweiligen Klemmelemente 32, 34 durch die Winkelumdrehungsüberwachung sichert zusätzlich die Position der Spannmechanik ab. Somit ist ein sicheres Spannen der Bauteile 26, 28, 30 gewährleistet.
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Durch die Erfindung ist ein automatisiertes Spannen der Bauteile 26, 28, 30 mittels der Robotereinheit 20 zur anschließenden Bearbeitung in der Werkzeugmaschine 12 ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012009010 A1 [0003]
- WO 2015/173239 A1 [0004]
- WO 2016/049006 A1 [0005]
- DE 102014208530 A1 [0006]
- WO 2015/003829 A1 [0007]
- WO 2016/066616 A1 [0008]
- US 2015/0039129 A1 [0009]
