-
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugführung mit einer Hilfsvorrichtung zur Positionierung eines Werkzeugs relativ zu einem Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Werkzeugführungen mit Hilfsvorrichtungen zur Positionierung eines Werkzeugs relativ zu einem Bauteil sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist aus der
DE 100 13 943 A1 ein Laser-Ausrichtgerät für bewegliche Bohr- und Werkzeugmaschinen bekannt, bei dem ein Laserstrahl von der Werkzeugmaschine aus, parallel zur oder auf der Ausricht- bzw. Arbeitsachse zum Werkzeug gesendet wird, dort an einem definiert angeordneten laseroptischen Spiegel reflektiert wird, und dann auf einer Ausrichtanzeigevorrichtung an der Werkzeugmaschine den möglichen Ausrichtfehler mit Größe und Richtung anzeigt.
-
Des Weiteren ist aus der
US 7,331,113 B1 eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Handwerkzeugs bekannt, welche einem Nutzer bei der Positionierung des Handwerkzeugs senkrecht, parallel oder in einem bestimmten Winkel zu einer Zieloberfläche unterstützt. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtstrahl-Emissions-/ Detektionsvorrichtung, die an dem Handwerkzeug befestigt ist, und einen flachen optischen Reflektor, der auf der Zieloberfläche angeordnet ist. Mittels der Lichtstrahl-Emissions-/ Detektionsvorrichtung wird ein Lichtstrahl kollinear mit der Achse des Werkzeugs auf den Reflektor projiziert. Der Strahl wird zur Vorrichtung zurück reflektiert und beleuchtet einen Lichtleiter, welcher anzeigt, ob das Werkzeug senkrecht oder in einem bestimmten Winkel zur Zieloberfläche positioniert ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Werkzeugführung mit einer Hilfsvorrichtung anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Werkzeugführung gelöst, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Bei einer Werkzeugführung mit einer Hilfsvorrichtung zur Positionierung eines Werkzeugs relativ zu einem Bauteil umfasst die Hilfsvorrichtung eine Laservorrichtung mit einer Laserlichtquelle zum Emittieren mindestens eines Laserstrahls und einer optischen Anordnung zum Führen des mindestens einen Laserstrahls. Des Weiteren umfasst die Hilfsvorrichtung einen Reflektor, welcher eine reflektierende Fläche zur Reflexion des Laserstrahls aufweist und zur Anordnung auf einer Fügefläche des Bauteils ausgebildet ist, und ein Halteelement, mittels dem die Laservorrichtung an einem Werkzeug befestigbar ist.
-
Erfindungsgemäß sind eine Auswerteeinheit und eine Steuereinheit vorgesehen, wobei die Auswerteeinheit zur Auswertung einer Winkelbeziehung zwischen dem Laserstrahl und einem reflektierten Laserstrahl ausgebildet ist, und wobei die Steuereinheit zur Korrektur einer Position des Werkzeugs relativ zu der Fügefläche des Bauteils ausgebildet ist, wenn anhand der Auswertung der Winkelbeziehung eine nicht lotrechte Position des Werkzeugs relativ zur Fügefläche erkennbar ist.
-
Mittels der derart ausgebildeten Werkzeugführung ist eine exakt lotrechte Ausrichtung des Werkzeugs zum Bauteil, insbesondere zu einer Fügeebene des Bauteils, möglich. Mit der Auswerteeinheit erkennt man dabei eine korrekte Positionierung des Werkzeugs zum Bauteil anhand der Winkelbeziehung zwischen dem projizierten Laserstrahl und dem reflektierten Laserstrahl. Sind ein Einfallwinkel und ein Ausfallwinkel gleich Null, ist die am Werkzeug angeordnete Laservorrichtung exakt lotrecht zum Reflektor ausgerichtet, welcher auf der Bauteiloberfläche angeordnet ist. Wird eine nicht korrekte Positionierung des Werkzeugs zum Bauteil erkannt, so wird die relative Position des Werkzeugs korrigiert. Die Werkzeugführung ermöglicht gegenüber konventionellen Werkzeugführungen stabilere Produktionsergebnisse, eine verbesserte Prozessdauer und einen reduzierten Werkzeugverschleiß. Insbesondere ist mittels der Werkzeugführung eine signifikante Erhöhung einer Genauigkeit an begrenzten Flächen, wie beispielsweise Flansche, insbesondere Türeinstiegsbereiche, möglich, bei denen ein Ansetzen eines mechanischen Hilfsmittels, z. B. ein Bolzenhalter, nur begrenzt möglich ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild einer Werkzeugführung mit einer Hilfsvorrichtung zur Positionierung eines Werkzeugs relativ zu einem Bauteil,
- 2 schematisch eine Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Hilfsvorrichtung mit einer Laservorrichtung und einem Reflektor bei lotrechter Ausrichtung der Laservorrichtung zum Reflektor und
- 3 schematisch eine Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Hilfsvorrichtung mit einer Laservorrichtung und einem Reflektor bei nicht lotrechter Ausrichtung der Laservorrichtung zum Reflektor.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein Blockschaltbild mit einer Werkzeugführung 1, einer Hilfsvorrichtung 2, einem Werkzeug 3 und einem Bauteil 4.
-
Die Werkzeugführung 1 dient einer Positionierung des Werkzeugs 3 relativ zum Bauteil 4. Das Werkzeug 3 ist beispielsweise ein Schweißgerät, insbesondere ein Punktschweißgerät. Das Werkzeug 3 kann jedoch auch ein beliebiges anderes Fügewerkzeug sein. Das Bauteil 4 weist eine in 2 gezeigte Fügefläche 4.1 auf, welche eine Fügeebene zur Durchführung eines Fügeprozesses mittels des Werkzeugs 3 bildet. Das Bauteil 4 ist beispielsweise ein Karosserieteil aus Aluminium oder Stahl, an dessen Fügefläche 4.1 die Durchführung eines Fügeprozesses, wie z. B. Punktschweißen, Widerstandsschweißen, Bolzenschweißen oder eines mechanischen Fertigungsprozesses, wie beispielsweise Gewindefurchen, vorgesehen ist.
-
Zur Positionierung des Werkzeugs 3 relativ zum Bauteil 4 ist - wie bereits erwähnt - die Werkzeugführung 1 vorgesehen. Die Werkzeugführung 1 ist insbesondere ein Roboterarm, welcher mittels eines vorgebbaren Programmablaufs eine Position des Werkzeugs 3 relativ zum Bauteil 4, insbesondere relativ zu dessen Fügefläche 4.1, automatisch einstellt. Die Einstellung der relativen Position des Werkzeugs 3 erfolgt mindestens in zwei, insbesondere in allen drei Raumdimensionen.
-
Die genannten Füge- und Fertigungsprozesse erfordern ein hohes Maß an Genauigkeit und damit an Qualität. Eine korrekte Position des Werkzeugs 3 relativ zum Bauteil 4 ist daher zwingend erforderlich. Insbesondere ist eine exakt lotrechte Ausrichtung des Werkzeugs 3 zur Fügefläche 4.1 erforderlich. Da jedoch die Fügeflächen 4.1 des Bauteils 4 nicht immer planar im Raum angeordnet sind, sondern vielmehr beliebig schräg im Raum und/oder entsprechend klein dimensioniert sein können und/oder ein Profil aufweisen, welches eine exakt lotrechte Positionierung des Werkzeugs 3 zur Fügefläche 4.1 erschwert, ist zur korrekten Positionierung des Werkzeugs 3 relativ zur Fügefläche 4.1 die Hilfsvorrichtung 2 vorgesehen.
-
Die Hilfsvorrichtung 2 ist dabei mit dem Werkzeug 3 zur Ermittlung einer aktuellen Position des Werkzeugs 3 relativ zur Fügefläche 4.1 und mit der Werkzeugführung 1 zur Korrektur der relativen Position des Werkzeugs 3 in Abhängigkeit der ermittelten Position des Werkzeugs 3 relativ zur Fügefläche 4.1 gekoppelt. Die Hilfsvorrichtung 2 wird in den 2 und 3 näher dargestellt und beschrieben.
-
Die 2 und 3 zeigen schematische Seitenansichten einer beispielhaften Ausführungsform der Hilfsvorrichtung 2 mit unterschiedlichen Ausrichtungen einer Laservorrichtung 2.1 zu einem Reflektor 2.2.
-
Die Laservorrichtung 2.1 umfasst eine nicht näher dargestellte Laserlichtquelle, z. B. Laserdioden, zur Emission eines Laserstrahls L und eine nicht näher dargestellte optische Anordnung zum Führen des Laserstrahls L. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Laservorrichtung 2.1 ein Kreuzlinienlaser, bei dem mittels einer bestimmten Optik, z. B. Linsen, zwei sich unter einem Winkel von 90° schneidende Linien erzeugt werden, die auf eine Fläche, hierbei die Fügefläche 4.1, projizierbar sind. Der Einfachheit halber werden die sich schneidenden Linien weiterhin als Laserstrahl L bezeichnet.
-
Der Reflektor 2.2 ist beispielsweise ein Spiegel und umfasst eine reflektierende Fläche 2.2.1, die der Laservorrichtung 2.1 zugewandt und der Fügefläche 4.1 abgewandt ist. Der Reflektor 2.2 ist dabei auf der Fügefläche 4.1 des Bauteils 4 angeordnet und verläuft parallel zu dieser. Zur Befestigung des Reflektors 2.2 auf dem Bauteil 4 wird beispielsweise ein Magnet verwendet, welcher entweder auf einer der Fügefläche 4.1 zugewandten Seite des Reflektors 2.2 oder auf einer dem Reflektor 2.2 abgewandten Oberfläche des Bauteils 4 angeordnet ist. Umfasst das Bauteil 4 einen nichtmagnetischen Werkstoff, wie z. B. Aluminium, wird zusätzlich ein Gegenmagnet verwendet.
-
Zur Ermittlung der aktuellen Position des Werkzeugs 3 relativ zur Fügefläche 4.1 wird die Laservorrichtung 2.1 mittels eines Halteelements 2.3 am Werkzeug 3 befestigt. Das Halteelement 2.3 ist insbesondere eine universelle Halterung, mittels dem die Laservorrichtung 2.1 lösbar am Werkzeug 3 befestigt werden kann. Beispielsweise umfasst das Halteelement 2.3 ein Lochband aus einem elastischen Werkstoff und einen Befestigungszapfen, welcher form- und kraftschlüssig in Aussparungen des Lochbands eingreift und damit eine Weite des Lochbands arretiert. Mittels des Halteelements 2.3 kann die Hilfsvorrichtung 2 an vielen beliebigen Werkzeugen 3 befestigt werden und ist somit universell einsetzbar.
-
Die Hilfsvorrichtung 2 umfasst ferner einen scheibenförmigen Diffusor 2.4, welcher in Blickrichtung oberhalb einer Laseraustrittsstelle der Laservorrichtung 2.1 angeordnet ist.
-
Mithilfe der Hilfsvorrichtung 2, wird eine Winkelbeziehung zwischen dem emittierten Laserstrahl L und einem vom Reflektor 2.2 reflektierten Laserstrahl L' ermittelt. Beispielsweise ist zur Auswertung eine optische Markierung M vorgesehen, die innerhalb der Laservorrichtung 2.1 verläuft und im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Linie auf dem Halteelement 2.3 dargestellt ist. Die optische Markierung M umfasst insbesondere zwei Markierungslinien, wenn die Laservorrichtung 2.1 als Kreuzlinienlaser ausgebildet ist, so dass die relative Position des Werkzeugs 3 in zwei Raumdiagonalen auswertbar ist.
-
Die Auswertung der Winkelbeziehung erfolgt dabei anhand des allgemein bekannten Reflexionsgesetzes, nach welchem bei senkrechtem Einfall des Lichts auf einen Spiegel, bei dem die Ablenkung des Lichts Null Grad beträgt, auch ein Einfallswinkel eines einfallenden Strahls und ein Reflexionswinkel eines reflektierten Strahls Null Grad betragen. Fällt der emittierte Laserstrahl L also exakt lotrecht auf die reflektierende Fläche 2.2.1 auf, wie es 2 zeigt, sind sowohl der Einfallswinkel des Laserstrahls L als auch der Reflexionswinkel des reflektierten Laserstrahls L' gleich Null. Der reflektierte Laserstrahl L' trifft dabei auf die Markierung M, welche kollinear zu einer Strahlachse des emittierten Laserstrahls L verläuft. Bei der Auswertung wird erkannt, ob der reflektierte Laserstrahl L' auf die Markierung M oder Markierungen M trifft. Dazu kann beispielsweise ein optischer Sensor vorgesehen sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Markierung M oder die Markierungen M als optische Hilfestellung für einen Nutzer dient bzw. dienen, wobei der Nutzer anhand der Markierung M oder Markierungen M erkennt, ob das Werkzeug 3 exakt lotrecht zur Fügefläche 4.1 ausgerichtet ist.
-
In Abhängigkeit von der Auswertung wird dabei die Werkzeugführung 1 in Abhängigkeit der ermittelten Position des Werkzeugs 3 relativ zur Fügefläche 4.1 korrigiert, wenn anhand der ermittelten relativen Position des Werkzeugs 3 keine exakt lotrechte Ausrichtung des Werkzeugs 3 zur Fügefläche 4.1 erkannt wird, wie es 3 beispielhaft zeigt.
-
Ein Betrieb der zuvor beschriebenen Werkzeugführung 1 mit der Hilfsvorrichtung 2 wird im Folgenden beispielhaft beschrieben.
-
In einem ersten Schritt wird der Reflektor 2.2 auf der Fügefläche 4.1 mit dem Magneten und gegebenenfalls mit dem Gegenmagneten befestigt. In einem zweiten Schritt wird die Hilfsvorrichtung 2 mittels des Halteelements 2.3 am Werkzeug 3 befestigt. Ist das Werkzeug 3 bereits zur Fügefläche 4.1 positioniert, wird der Programmablauf in der Werkzeugführung 1 entsprechend der ermittelten relativen Position des Werkzeugs 3 korrigiert, falls das Werkzeug 3 nicht exakt lotrecht zur Fügefläche 4.1 ausgerichtet ist. Die Position des Werkzeugs 3 kann auch manuell korrigiert werden bis der Laserstrahl L lotrecht auf die Fügefläche 4.1 trifft. Anschließend wird der Reflektor 2.2 vom Bauteil 4 entfernt und eine Position des Werkzeugs 3 horizontal und gegebenenfalls vertikal über einem vorgesehenen Fügepunkt auf der Fügefläche 4.1 eingestellt.
-
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
-
- DE 10013943 A1 [0002]
- US 7331113 B1 [0003]
