DE3613096A1

DE3613096A1 - Verfahren zum bearbeiten von werkstuecken

Info

Publication number: DE3613096A1
Application number: DE19863613096
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Mueller
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1986-04-18
Filing date: 1986-04-18
Publication date: 1987-10-29

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Ober begriff des Anspruchs 4.

Die Bearbeitung von Werkstücken mit einer insbesondere komplizierten Werkstückkontur erfolgt vorzugsweise auf einem programmierbaren Mehrachsenroboter, der in jede be liebige Position innerhalb seines Verfahrbereiches über die in der Steuerung abgelegten Weginformationen verfahren werden kann. Die Aufbereitung einer vorgegebenen Bear beitungsfolge in eine Datenfolge (Programm), die vom Computer oder der Steuerung verarbeitet werden kann, ist bei dreidimensionalen Werkstückkonturen kompliziert und zeitaufwendig. Häufig liegen analytische oder exakte zeich nerische Daten zur Beschreibung der Bearbeitungskontur im Raum nicht vor, da dies einschließlich Werkzeugorientierung mindestens fünf Koordinaten sind. Dies gilt insbesondere für die Bearbeitung an Prototyp-Teilen.

Bei den heute üblichen Verfahren wird das Werkstück von Hand angerissen und mit der Bearbeitungsmaschine werden die für die Bearbeitungskontur relevanten Punkte per Hand steuerung angefahren und in die Steuerung übernommen. Dabei ist statt des Werkzeuges beispielsweise ein so genannter "Teach-in-Sensor" an dem Werkzeughalter befestigt, der mit einem Zeiger auf den Anriß ausgerichtet ist. Der Maschinenbediener beobachtet per Auge die genaue Positio nierung des Zeigers.

Dabei treten jedoch Probleme in der genauen Orientierung des "Teach-in-Sensors" normal zur Werkstückkontur sowie in der Genauigkeit der Ablesung auf. Ein weiterer wesent licher Nachteil derartiger Verfahren liegt in der Zugäng lichkeit des Werkstücks bzw. der Bearbeitungskontur be gründet, wenn die Werkstücke mehrere Quadratmeter groß sind.

Aus der DE-OS 32 26 448 ist es bekannt, auf ein Werk stück eine Markierung aufzugeben, um die zu bearbeitende Position zu markieren und ein dreidimensionales Profil programm durch Abtasten der Markierung mittels eines In dustrieroboters zu erstellen und sodann die Werkstücke auf der Basis dieses Programms herzustellen.

Weiterhin ist in einem Sonderdruck aus dem "Industrie- Anzeiger", Nr. 8 vom 27.01.84 ein berührungslos arbeiten der Nahtführungssensor NWAL für die Schweißtechnik beschrieben, mit dem die lagetreue Führung einer Laser schweißeinrichtung erzielt werden kann.

Aus der älteren Patentanmeldung Nr. 34 43 340 ist es bekannt beispielsweise diesen Sensor NWAL als "Teach-in-Sensor" ein zusetzen.

Mit Hilfe dieser Einrichtungen läßt sich zwar eine genaue Orientierung auf den Markierungen, Schnittlinien oder dgl. erreichen, das Problem der Unzugänglichkeit des Werkstücks und damit die Beobachtung des Sensors bleibt jedoch be stehen. Es können beim Einsatz derartiger Einrichtungen immer dann Fehler entstehen, wenn einerseits die Position des Sensors nicht von dem Maschinenbediener beobachtet werden kann, so daß die Daten des Sensors an falschen Po sitionen in die Steuerung übernommen werden und anderer seits das Werkstück eine dreidimensionale Werkstückkontur mit Abstufungen, Ausnehmungen, Nuten oder dgl. aufweist, die mit dem Sensor nicht durchfahren werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Programmierverfahren für dreidimensionale Werkstücke zu schaffen, bei dem die Markierungen, Schnittlinien, Anrisse oder dgl. optisch erfaßt und als Koordinaten in die Steuerung eingegeben werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruchs 4 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind im wesent lichen darin zu sehen, daß das Problem der Unzugänglich keit durch beispielsweise Einblenden des TV-Kamera-Sensors in den Strahlweg eines Lasers gelöst wird, so daß der "Teach-in-Sensor" nicht mehr in Nuten oder dgl. gefahren werden muß. Vorteilhaft ist hierbei der TV-Kamera-Sensor stationär an beispielsweise einen Strahlmanipulator ange ordnet. Über den TV-Kamera-Sensor mit Auswertelektronik wird die vorgegebene dreidimensionale Bearbeitungskontur in eine Datenfolge (Signale) umgewandelt und der Steuerung der Bearbeitungsmaschine eingegeben. Vorzugsweise hat das Gesamtsystem eine entsprechende Auflösung, um ein Faden kreuz einer Schnittlinie, Markierung, Anriß oder dgl. mit einer Genauigkeit von kleiner ± 0,05 Millimeter nach führen zu können. Weiterhin kann die Lage des Arbeitspunk tes auf der Werkstückoberfläche auf einem TV-Monitor an gezeigt werden, was eine einfache Überwachung bei insbe sondere großen Werkstücken ermöglicht.

Dadurch, daß das Meßwerkstück auf der gleichen Maschine am gleichen Platz wie die zu bearbeitenden Werkstücke vorgesehen ist und ein zu bearbeitendes Werkstück ist und der TV-Kamera-Sensor nach der Programmerstellung gegen ein Bearbeitungswerkzeug ausgetauscht wird, ergeben sich die Vorteile, daß zur Programmaufnahme die Bearbeitungs maschine mit der ihr eigenen Kinematik und Dynamik, also ohne Übertragungsfehler, benutzt werden kann und daß der TV- Sensor und das Werkzeug (Laserstrahl) aufeinander einjustiert werden können. Vorteilhaft ist weiterhin, daß sofort nach der Programmerstellung ohne Um spannen oder Umladen ein Testlauf oder sofort der Bearbei tungsprozeß beginnen kann.

Allerdings ist das Verfahren nicht auf die Programmierung an der Bearbeitungsmaschine beschränkt, sondern es kann ge nauso auf einer Programmiermaschine das Programm aufge nommen werden und dann auf die Bearbeitungsmaschine übertra gen werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine TV-Kamera ist, der Ein richtungen zur Abstandskonstanthaltung und/oder Normalen regelung bzw. -einstellung zugeordnet sind.

TV-Kameras mit denen Umrißlinien von zweidimensionalen Zeich nungen abgetastet werden können, sind aus der DE-OS 19 04 664 prinzipiell bekannt.

Gegenüber diesem Stand der Technik ist der TV-Kamera Sensor nach der Erfindung als "Teach-in-Sensor" für dreidimensi onale Werkstücke ausgebildet. Dadurch, daß der TV-Kamera- Sensor mit einem TV-Monitor verbunden ist, wird es vorteil haft möglich, die Lage des Arbeitspunktes auf der Werkstück oberfläche bildlich auf dem eventuell entfernt aufgestellten TV-Monitor darzustellen. Dem Maschinenbediener ist somit eine einfache Überwachung des Arbeitspunktes, auch bei großen Werkstücken, von seinem stationär angeordneten Arbeitsplatz aus möglich.

Vorzugsweise wird der TV-Kamera-Sensor in einem CO₂-Laser eingesetzt. Über einen schwenkbaren Spiegel wird der TV- Kamera-Sensor in den Strahlengang des CO₂-Lasers eingeblendet, wobei sich die Vorteile ergeben, daß der Spiegel teildurch lässig sein kann und eine im Bearbeitungszentrum vorhandene Lichtquelle, beispielsweise ein HeNe-Laser, zur Beleuchtung des Arbeitspunktes verwendet werden kann.

Vorteilhaft weist der CO₂-Laser einen stationär angeordneten Laserresonator und einen Strahlmanipulator mit einem sta tionären Portal unter dem ein das Werkstück tragender Werk stückmanipulator in X-Richtung verfahrbar ist, einem Wagen, der auf dem Portal in Y-Richtung verfahrbar ist, eine Vertikalführung, die in ihrer Höhe in Z-Richtung über dem Werkstück verfahrbar am Wagen befestigt ist, einem am Ende der Vertikalführung in C-Richtung drehbaren Drehge lenk mit senkrechter Drehachse und einem am Drehgelenk befestigten Laserkopf, der um eine senkrecht zur Drehachse verlaufenden Achse in A-Richtung schwenkbar ist, auf, wo bei der schwenkbare Spiegel in den in Z-Richtung verlau fenden Strahlgang einblendbar ist. Durch diese Anordnung oberhalb der Endlosdrehbewegung der C-Achse müssen vor teilhaft die Verbindungsleitungen zu dem TV-Kamera-Sen sor nicht über Schleifringe geführt werden.

Vorzugsweise wird der TV-Kamera-Sensor an dem Werzeughalter des Bearbeitungskopfes angeordnet, d.h. nach der A-Achse. Bei dieser Anordnung können die Verhältnisse am Arbeitspunkt am stö rungsfreiesten beobachtet werden. Weiterhin ist bei dieser Ausbildung die Genauigkeit am höchsten, da zum Arbeiten mit dem TV-Kamera-Sensor entweder das elektronisches Fa denkreuz in das Bild eingeblendet werden muß oder ein mechanisches Fadenkreuz an dem Arbeitspunkt der Werkstück kontur aufgelegt werden muß. Dieses Fadenkreuz wird auf die Werkzeugspitze, vorzugsweise auf den Fokuspunkt des Lasers einjustiert. Werden anschließend die Maschinen achsen bewegt, so entsteht selbst durch eine Fehljustierung der Umlenkspiegel bei dieser Ausbildung kein Fehler bei der Teach-in-Programmierung. Der kleinste Abstand zwischen Objektiv und Werkstück beträgt hierbei 20 Millimeter.

Vorzugsweise ist das Werkzeug, insbesondere der Bearbei tungskopf des Lasers in einem Werkzeugwechselhalter befest igt, der beispielsweise als Magnethalter ausgebildet ist. Durch einen derartig ausgebildeten Werkzeugwechselhalter, wie er in der Patentanmeldung 38 23 887.9 beschrieben ist, ist es vorteilhaft möglich, den TV-Kamera-Sensor schnell und genau gegen das Werkzeug auszutauschen. Dabei muß der TV-Kamer-Sensor als sehr kompakte bauliche Einheit, ins besondere als CCD-Kamera-Sensor ausgebildet sein.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Einrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des in den Strahlgang eines Lasers einblendbaren TV-Kamera-Sensors;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des an dem Werkzeug halter angeordneten TV-Kamera-Sensors sowie des Blick feldes des TV-Kamera-Sensors relativ zu dem Anriß oder dgl. auf der Werkstückkontur;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des an dem Werkzeug halter angeordneten TV-Kamera-Sensors mit Auswertelek tronik und Lichtquelle;

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Bildes von der Werk stückoberfläche mit Lichtpunkt;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Meßfehlers bei der Abstandsmessung mit Lichtpunkt.

In Fig. 1 ist ein Werkstück- und Strahlmanipulator mit fünf Achsen in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Die fünf Achsen werden dabei aus drei Linearachsen X, Y, Z und zwei Drehachsen A, C gebildet. Der Manipulator 10 besteht im wesentlichen aus einem Koordinatentisch 11, auf dem das Werkstück 12 (Fig. 2) in X-Richtung verfahrbar ist und einem den Koor dinatentisch 11 überragenden Portal 13, das stationär an geordnet ist. Auf der Zweiträgerbrücke 14 des Portals 13 sind Fahrbahnen 15, 16 angeordnet, auf denen ein Wagen 17 in Y-Richtung verfahrbar ist. An dem Wagen 17 ist eine in ihrer Höhe in Z-Richtung über dem Werkstück 12 ver fahrbare Vertikalführung 18 befestigt. An dem dem Werk stück 12 zugewandten Ende der Vertikalführung 18 ist ein in C-Richtung drehbares Drehgelenk 19 mit senkrechter Dreh achse 20 angeordnet. An dem Drehgelenk 19 ist der Laser kopf 21 befestigt, der um eine senkrecht zur Drehachse 20 verlaufende Achse in A-Richtung schwenkbar ist.

Vorzugsweise fluchtend zur Zweiträgerbrücke 14 ist ein La serresonator 22 angeordnet, in dem der Laserstrahl 23 er zeugt wird. Der Laserresonator 22 ist vorzugsweise über den Steuer- und Versorgungseinrichtungen 24 angeordnet.

Selbstverständlich ist jede andere Anordnung des Laserreso nators 22 auch möglich. Der Laserstrahl 23 wird dann über Spiegel auf die optische Achse des Strahlmanipulators 10 justiert.

Der aus dem Laserresonator 22 austretende Laserstrahl 23 wird über einen unter 45° angeordneten Spiegel 26 (Fig. 2) in Z-Richtung umgelenkt und mittig durch die Vertikalführung 18 dem Laserkopf 21 zugeführt. Hierzu sind in dem Drehgelenk 19 und dem Laserkopf 21 Spiegel 27 und 28 (Fig. 2) angeordnet.

Koordinatentisch 11, Wagen 17, Vertikalführung 18, Dreh gelenk 19 und Laserkopfschwenkvorrichtung 25 werden vor zugsweise mittels einer CNC-Steuerung verfahren, wobei die Antriebsmotore aus Übersichtsgründen nicht näher dargestellt sind.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Strahlen ganges des Laserstrahls 23, der über die Spiegel 26, 27, 28 auf das Werkstück 12 gelenkt wird. Dabei liegt der Ar beitspunkt 29 des Laserstrahls 23 auf einem der Bearbei tungskontur 30 entsprechenden Anriß. Vorzugsweise oberhalb der C-Drehachse ist ein schwenkbarer Spiegel 31 in dem Strahlengang des Laserstrahls angeordnet, über den der Arbeitspunkt 29 (entspricht der Werkzeugspitze) von dem TV-Kamera-Sensor 32 beobachtet werden kann. Hierzu ist der Spiegel unter einem Winkel von 45° in die Z-Linear achse einblendbar. Dies kann beispielsweise über einen dem Spiegel 31 zugeordneten Spiegelantrieb erfolgen, mit dem der Spiegel 31 in den bzw. aus dem Strahlengang des Laserstrahls 23 verfahren wird. Rechtwinklig zu der Z-Linearachse ist in der optischen Achse des Spiegels 31 der TV-Kamera-Sensor 32, vorzugsweise an einem nicht näher dargestellten Halter des Wagens 17, befestigt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist der schwenkbare Spiegel 31 teildurchlässig ausgebildet, so daß eine im Bearbeitungssystem vorhandene Lichtquelle 33, vor zugsweise ein HeNe-Laser,zur Beleuchtung des Arbeitspunktes 29 verwendet werden kann. Hierbei wird der Lichtstrahl 34 der Lichtquelle 33 über einen weiteren schwenkbaren Spiegel 35 in den Strahlengang des aus dem Laserresonator 22 aus tretenden Laserstrahls 23 eingeblendet.

In Fig. 3 ist der TV-Kamera-Sensor 32 unterhalb der Dreh achse in einem Werkzeughalter 36 befestigt, wie er beispiels weise in der Patentanmeldung 35 23 887.9 näher beschrieben ist. Durch den Einbau des TV-Kamera-Sensors 32 anstelle eines Werk zeuges, beispielsweise einer Linse oder eines Schneid kopfes, können vorteilhaft die Verhältnisse am Arbeitspunkt 29 am störungsfreiesten beobachtet werden. An dem Werk zeughalter 36 ist eine Einrichtung zur Abstandskonstant haltung 37 und eine Einrichtung zur Neigungsregelung bzw. -einstellung 38 angeordnet.

In der Fig. 3 ist der Abstandssensor als ringförmiger Schleif schuh 39 ausgebildet, der an einem Linearpotentiometer 40 befestigt ist. Über das Linearpotentiometer 40 wird ein dem Abstand zwischen TV-Kamera-Sensor 32 und Werkstück 12 proportionales lineares Analogsignal an die CNC-Steuerein richtung 24 abgegeben. Der Meß- bzw. Bezugspunkt auf dem Werkstück 12 ist dabei der Arbeitspunkt 29. Über die Funktion "Abstand konstant" wird von der CNC-Steuerung über die X, Y, Z-Linearachsen der Abstand auf den Sollab stand geregelt.

Der ringförmige Schleifschuh 39 ist über das Linearpotenti ometer 40 an einer Führungsstange 41 gelenkig an dem Werk zeughalter 36 angekoppelt. Das Drehgelenk ist mit 42 bezeich net. Der Führungsstange 41 sind zwei Potentiometer 43 zugeord net, über die die Winkelabweichungen zu den Maschinenachsen gemessen und die Neigung der Werkzeugachse gegenüber der Werk stückoberfläche ermittelt wird. In der Fig. 3 ist aus Dar stellungsgründen nur ein Potentiometer 43 gezeichnet. Von den beiden Potentiometern 43 wird ein der Neigung proportionales Signal an die CNC-Steuereinrichtung 24 gegeben und von der CNC-Steuerung die Maschinenachsen korrigiert.

Bei allen Einrichtungen zur Abstandskonstanthaltung oder zur Neigungsregelung bzw. -einstellung können statt Potenti ometer kapazitiv, induktiv usw. messende Systeme eingesetzt werden.

Besonders vorteilhaft läßt sich eine sehr kompakt bauende CCD-Kamera als TV-Kamera-Sensor 32 mit Sensoren 37, 38 ausbauen, wenn als Sensor beispielsweise der im Stand der Technik genannte Sensor NWAL verwendet wird. Dieser Sensor gibt beispielsweise Analogsignale über die Abstands und Winkelabweichungen. Entsprechend dieser Signale kann entweder von Hand ein Null-Abgleich gemacht werden oder automatisch über die CNC-Steuerung korrigiert werden. Dabei kann der Bediener von einem stationär angeordneten Arbeitsplatz die gesamte Teach-in-Programmierung durch führen. Hierzu ist der TV-Kamera-Sensor 32 über eine Lei tung 45 mit einem TV-Monitor 46 verbunden, der in der CNC-Steuereinrichtung 24 eingebaut ist. Vorzugsweise be sitzt der TV-Kamera-Sensor 32 ein optisches bzw. elek tronisches Fadenkreuz 47, das zusammen mit einem Teilbe reich des Werkstückes 12,auf dem sich die Bearbeitungs kontur 30 befindet,auf dem TV-Monitor sichtbar ist. Die Achsen des Fadenkreuzes 47 sind den Achsen des TV-Kamera- Sensors 32 fest zugeordnet und können auf den Arbeitspunkt 29 bzw. die Werkstückspitze justiert werden. Hierduch wird vorteilhaft erreicht, daß die Bildmitte des TV- Kamera-Sensors (32) nicht mit dem Arbeitspunkt 29 über einstimmen muß. Das Fadenkreuz 47 hat am TV-Monitor 46 immer die gleiche Lage, auch wenn der TV-Kamera-Sensor 32 in oder von dem CO₂-Laser gedreht wird. Selbstverständ lich ist es auch möglich, eine Zusatzelektronik zu installie ren, die das Bild mit dem Fadenkreuz 47 entsprechend der Drehung der Maschinenachsen mitdreht.

Vorteilhaft wird vor Beginn der Teach-in-Programmierung mit dem Laserstrahl 23 auf das Werkstück 12 eine Marke gesetzt. Dann wird der Bearbeitungskopf des Lasers gegen den TV- Kamera-Sensor 32 getauscht und das Fadenkreuz 47 auf die Werkzeugspitze (z. B. den Fokuspunkt des Lasers) einjustiert.

Werden nun die Maschinenachsen des Werkstück- und Strahl manipulators 10 bewegt, so entsteht selbst durch eine Fehl justierung der Spiegel 26, 27, 28 kein Fehler bei der Teach-in-Programmierung.

Vorzugsweise wird jedoch über einen TV-Kamera-Sensor 32 mit Auswertelektronik der Abstand zwischen Objektiv und Werkstück 12 und die Neigung der Werkzeugachse gegenüber der Werkstückoberfläche ermittelt.

Zur Abstandsmessung ist an dem TV-Kamera-Sensor 32 bzw. in einem festen (justierbaren) Winkel zur Kamera eine Lichtquelle 48 angebracht, die einen möglichst kleinen punktförmigen Lichtpunkt 49 auf dem Werkstück 12 erzeugt.

Ist der TV-Kamera-Sensor 32 entsprechend dem Sollabstand 50 vom Werkstück 12 entfernt, so soll der Lichtpunkt 48 möglichst genau den Arbeitspunkt 29 bzw. die Werkzeug spitze treffen, um Neigungsfehler auszuschließen. Ver größert oder verkleinert sich der Sollabstand auf einen Istabstand 51 bzw. 52, so ergeben sich (vorzeichenbehaftet) andere Auftreffpunkte 53, 54 auf dem Werkstück 12. Im Gesichtsfeld der Kamera liegt der Lichtpunkt 49 in einem definierten Pixel 56 (oder - abhängig von der Lichtquelle - in einer Anzahl von Pixels) des CCD-Arrays 55.

Sind Lichtquelle 48, Arbeitspunkt 29 bzw. Werkzeugspitze und Fadenkreuz 47 - wie vorhergehend beschrieben - zu ein ander justiert, so zeigt bei Sollabstand 50 der Lichtpunkt 49 exakt auf das Fadenkreuz 47. Bei einer Abstandsänderung wandert der Lichtpunkt 49 von seiner Sollage aus.

Bei ebenen (oder fast ebenen Flächen und kleinen Auslen kungen) und normal zur Fläche stehender Kamera ist diese Auswanderung ein direktes Maß für die Abstandsänderung.

Sie kann über die Veränderung der Koordinaten des Licht punktes 49 auf dem CCD-Array 55 ausgezählt und somit aus gemessen werden.

Bei stark gekrümmten Werkstücken 12 ergibt sich ein schein barer Höhenfehler 61, der sich aus einem Meßfehler 57 und einem Höhenfehler 62 zusammensetzt. Der Meßfehler 57 hängt von dem Neigungswinkel 59 des Lichtstrahles 58 und dem Neigungswinkel 60 der Werkstückoberfläche ab.

Dieser Fehler ist für die Nutzung, wie sie hier beschrieben wird, unerheblich, da das Signal tendenzmäßig erhalten bleibt (vorzeichenmäßig), das Signal nur geringfügig ver fälscht wird und das Signal nicht als eigentliches Meß signal sondern nur als Stellsignal verwendet wird, d. h. ein Regelvorgang (manuell oder automatisch) stellt den Sollabstand 50 wieder her und hier ist der Meßwert unab hängig von der Neigung der Werkstückoberfläche.

Sinnvollerweise kann man die Auswertung des CCD-Bildes 55 (digitales Auszählen von Pixels, Veränderung von Koordinaten) für die Weiterverarbeitung, z. B. für die Übergabe an eine CNC-Steuerung als Analsignal oder als für übliche Schnitt stellen (V 24 o.ä.) geeignetes Digitalsignal aufbereiten.

Zur Neigungsermittlung kann eine Meßroutine verwendet werden. Hierbei werden die Abstände von mehreren Punkten, vorzugs weise von drei Punkten, in der Nähe des Arbeitspunktes ge messen und daraus die Neigung berechnet und korrigiert. Die vorstehend beschriebene Einrichtung zur Neigungsre gelung bzw. -einstellung 38 kann bei diesem Verfahren ent fallen. Die Punkte werden hierbei über das von dem TV- Kamera-Sensor erzeugte Bild ermittelt.

Will man nicht das Verfahren "Messen von drei Punkten und daraus Berechnen der Ebene im Raum" anwenden, so kann man drei der oben beschriebenen Lichtquellen 48 mit drei Licht punkten 49 auf dem CCD-Array 55 installieren. Aus den Ist-Koordinaten der Lichtpunkte 49 kann im Verhältnis zu den Sollkoordinaten die mittlere Neigung der Werkstück oberfläche bestimmt werden.

Bei diesem Verfahren zur Neigungsmessung ergibt sich der Vorteil, daß nur ein Punkt zum Messen angefahren werden muß (nicht drei Punkte). Dies ergibt eine Zeitersparnis und eine einfache Handhabung.

Abhängig von der Anordnung (Neigungswinkel, Abstände der Lichtpunkte 49) und der geforderten Genauigkeit können zur Abstands- und Neigungsmessung entweder drei Lichtpunkte 49 oder vier Lichtpunkte 49 verwendet werden.

Bei drei Lichtpunkten 49 wird rechnerisch der mittlere Ab stand ermittelt, der somit fehlerbehaftet ist (s. oben).

Bei vier Lichtpunkten 49 wird der vierte Lichtpunkt 49 nur zur Abstandsmessung benutzt und liefert somit für den Abgleich auf Sollabstand 50 ein exaktes Ergebnis.

Zur Sicherheitsüberwachung und eventuell zum Grobpositio nieren kann eine zweite TV-Anlage installiert werden.

Wird der kleinste vorgegebene Abstand zwischen Objektiv und Werkstück unterschritten und erreicht beispielsweise einen Abstand von 10 Millimetern, wird von dem TV-Kamera- Sensor 32 ein Alarmsignal erzeugt. Zusätzlich werden bei Fehlern im Sensorsystem (d. h. Gesamtsystem von Objektiv bis Monitor) die zur Zerstörung des Sensors oder des Strahl manipulators 10 führen könnten, ein Störsignal an die Ma schinensteuerung gegeben, das einen Not-Aus der Bearbei tungsmaschine auslöst.

Das Grobpositionieren kann aber auch mit dem TV-Kamera- Sensor 32 durchgeführt werden. Hierzu ist der TV-Kamera- Sensor mit einem Zoom-Objektiv ausgerüstet und hat einen fernsteuerbaren Fokus. Der Bediener fährt das Werkzeug auf einen großen Abstand zum Werkstück 12. Hat er die zu programmierende Kontur im Blickfeld, kann er über die Funktion "Bewegen auf der Werkzeugachse" auf Sollabstand an das Werkstück 12 heranfahren.

Claims

1. Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit einem programmier ten Mehrachsenroboter, der ein Bearbeitungswerkzeug, vor zugsweise einen Laserstrahl entlang einer dreidimensionalen Werkstückkontur führt, wobei auf ein Muster oder Werkstück eine Markierung, Schnittlinie oder dgl. aufgegeben wird, um die zu bearbeitende Position zu markieren und ein dreidimen sionales Profil-NC-Programm durch Abtasten der Markierung mittels eines von dem Mehrachsenroboter geführten Sensors erstellt wird, der die Achsen des Roboters so regelt, daß der Sensor stets den Markierungen folgt und an vorgegebenen Punk ten die Koordinaten des Sensors in die NC-Steuerung als Pro grammpunkte eingegeben werden und sodann die Werkstücke auf der Basis dieses NC-Programms bearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abtasten der Markierungen (30) ein TV-Kamera-Sensor (32) verwendet wird, der die Werkzeugnormale und/oder die Werkzeughöhe zur Werkstückoberfläche ermittelt, so daß zu mindestens an den vorgegebenen Punkten der TV-Kamera-Sensor (32) normal und/oder im Werkzeugsollabstand (senkrecht) zur Werkstückoberfläche orientiert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierung zur Werkstückoberfläche über mindestens einen Lichtstrahl (58) und ein optisches Fadenkreuz (47) er folgt, die bei Sollabstand (50) des TV-Kamera-Sensors (32) auf einen Arbeitspunkt (29) einjustiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwerkstück auf der gleichen Maschine (10) am gleichen Platz, wie die zu bearbeitenden Werkstücke (12) vorgesehen ist und ein zu bearbeitendes Werkstück (12) ist und der TV-Kamera-Sensor nach der Programmerstellung gegen ein Bearbeitungswerkzeug ausgetauscht wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer mehrachsigen Bearbei tungsmaschine und einer Teach-in-Steuerung, wobei der Bearbeitungsmaschine ein Sensor zugeordnet ist, der die Verfahrantriebe so regelt, daß der Sensor zu den einzelnen Positionen einer vorgegebenen dreidimensio nalen Bearbeitungswerkzeugbahn verfährt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine TV-Kamera (32) ist, der Einrich tungen zur Abstandskonstanthaltung (37) und/oder Normalenregelung bzw. -einstellung (38) zugeordnet sind.

5.Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der TV-Kamera-Sensor (32) mit einem TV-Monitor (46) verbunden ist und auf dem TV-Monitor (46) das von dem TV-Kamera-Sensor (32) aufgenommene Bild abgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsmaschine ein CO₂-Laser (10) ist und der TV-Kamera-Sensor (32) über einen schwenkbaren Spiegel (31) in den Strahlengang des Laserstrahls (23) einblendbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der CO₂-Laser (10) einen stationär angeordneten Laserresonator (22) und einen Strahlmanipulator mit

- einem stationären Portal (13), unter dem ein das Werkstück (12) tragender Werkstückmanipulator (11) in X-Richtung verfahrbar ist,
- einem Wagen (17), der auf dem Portal (13) in Y-Rich tung verfahrbar ist,
- einer Vertikalführung (18), die in ihrer Höhe in Z-Richtung über dem Werkstück (12) verfahrbar am Wagen befestigt ist,
- einem am Ende der Vertikalführung (18) geordneten in C-Richtung drehbarem Drehgelenk (19) mit senk rechter Drehachse (20),
- einem am Drehgelenk (19) befestigten Laserkopf (21), der um eine senkrecht zur Drehachse verlaufenden Achse in A-Richtung schwenkbar ist,

aufweist
und der Spiegel (31) in den in Z-Richtung verlaufenden Strahlgang des Laserstrahls (23) einblendbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (31) teildurchlässig ist und dem Strahlmanipulator (10) eine Lichtquelle (33), vorzugs weise ein HeNe-Laser, zur Beleuchtung des Arbeitspunktes (29) zugeordnet ist.

9. Vorrichtung dach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsmaschine ein CO₂-Laser ist und der TV-Kamera-Sensor (32) an einem Werkzeughalter (36) des Bearbeitungskopfes angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der TV-Kamera-Sensor (32) ein optisches Fadenkreuz (47) besitzt, das auf den Arbeitspunkt (29) einjustierbar ist und das den Achsen des TV-Kamera-Sensors (32) zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Abstandskonstanthaltung (37) und Neigungsregelung bzw. -einstellung (38) als kapa zitive oder induktive oder Wirbelstromsensoren oder Lichtquellen (48) ausgebildet sind.