DE4110569C1

DE4110569C1 - Machining internal cavities of workpiece - applying telescopic cylinders to gripper and chuck of manipulator controlled by master arm

Info

Publication number: DE4110569C1
Application number: DE19914110569
Authority: DE
Inventors: Ruediger Dr.-Ing. O-3060 Magdeburg De Baehr; Eberhard Prof. Dr.-Ing.Habil. O-3034 Magdeburg De Ambos; Barbara Von Dr.-Ing. O-3014 Magdeburg De Pokrzywnicki
Original assignee: Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Current assignee: Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Priority date: 1991-03-30
Filing date: 1991-03-30
Publication date: 1992-10-01
Anticipated expiration: 2011-03-31

Abstract

Internal surfaces are machined by a tool moved by a manipulator (1) controlled via a master arm. The machining process is indirectly viewed by the operator using a camera. A telescope arm (5), which carries the tool (10), is mounted at the end of the manipulator. The telescope (5) is connected via a fall linkage (6) to a positioning arrangement (7) which is connected to an extending section (8) for the workpiece (2) and carries the camera and lighting. A t.v. camera (9) can be used, pref. with a movable fibrescope with customary zoom function. ADVANTAGE - Possible to machine internal spaces, of any shape, accurately.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Innenräumen von Werkstücken, beispielsweise zum Entfernen von überschüssigem Material von Gußstücken, unter Verwendung von meisterarmgesteuerten Manipulatoren bei indirekter Sichtkontrolle durch den Bediener über eine Kamera mit Beleuchtungseinrichtung und Monitor.The invention relates to a device for processing interiors of workpieces, for example to remove excess material of castings using master arm controlled manipulators with indirect visual control by the operator using a camera Lighting device and monitor.

Der wesentliche Vorteil meisterarmgesteuerter Manipulatoren besteht darin, daß er in Ausnutzung der sensorischen Fähigkeiten des Bedieners über mechanische Verkettungen eine wirksame Übertragung und Verstärkung seiner Handbewegung ermöglicht, so daß der Bediener selbst aus der unmit telbaren Nähe des Bearbeitungsprozesses herausgelöst werden kann und nicht mehr dessen direkten Lärm-, Staub- und Hitzeemissionen ausgesetzt ist. Das ist insbesondere bei der Nachbehandlung solcher Gußteile von großer Bedeutung, bei denen aufgrund ihrer verhältnismäßig großen Gußto leranzen sowie Toleranzen, die durch das Aufspannen der Gußstücke entste hen, NC-gesteuerte Roboter nicht einsetzbar sind und nach wie vor eine manuelle Bearbeitung erfolgen muß.The main advantage of manipulator controlled by master arms is in that it takes advantage of the sensory skills of the operator effective transmission and amplification via mechanical interlinking allows his hand movement, so that the operator himself from the immit close proximity of the machining process can be extracted and no longer exposed to its direct noise, dust and heat emissions is. This is particularly true in the aftertreatment of such castings of great importance, due to their relatively large cast tolerances, as well as tolerances that arise from the clamping of the castings hen, NC-controlled robots cannot be used and still are manual processing must be done.

So ist beispielsweise ein hochflexibles Handhabungssystem zum Abtrennen von Speisern und Angüssen sowie zum Entfernen von Linien- und Flächengrat bekannt, bei dem der Bediener zur Positionierung einer Trennschleifschei be über eine Robotersteuerung unter Zuhilfenahme einer aus Laser und Kamera mit Videobildschirm bestehenden Zieleinrichtung unterstützt wird (Lawo, M., Isele, J.: Abtrennen von Speisern unter Einsatz eines hochfle xiblen Handhabungssystems, Gießerei 76 (1989), H. 21, s. 722-725). Nach der Positionierung wird manuell der Befehl zur Abarbeitung des Roboter programms gegeben. Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sie aufgrund ihrer Abmessungen nur unter erheblichen Einschränkungen bezüg lich der Mindestgröße und der Gestaltung der Innenräume eines Werkstückes einsetzbar ist. Ferner ist die erreichbare Genauigkeit der Bearbeitung aufgrund der langen Hebelarme des Industrieroboters gering, was zwar beim Abtrennen von Speiser- und Anschnittsystemen keine vordergründige Rolle spielt, jedoch zur Bearbeitung von Konturen, Einarbeiten von Formelemen ten bzw. für Fügevorgänge innerhalb der Innenräume sehr nachteilig sein kann. Auch mit anderen bekannten Einrichtungen, die dazu dienen, Prüfein richtungen im Innenraum von Gefäßen oder ähnlichem zu positionieren, werden diese Nachteile nicht überwunden. So zeigt die DE-PS 24 17 822 (B25J 1/12) eine Einrichtung die aus einem Mast und einem an diesem längsverschieblich und drehbar befestigten Ausleger besteht, der an seinem dem Mast abgekehrten Ende eine Prüfeinrichtung trägt. Aufgrund der Abmessungen dieser Einrichtung, insbesondere des längsverschieblichen Auslegers, ist ihr Aktionsbereich aber stark abhängig von der Größe der Eintrittsöffnung. Auch die erreichbare Genauigkeit ist bei Belastung der Einrichtung infolge Bearbeitungskräften aufgrund langer Hebelarme gering.For example, there is a highly flexible handling system for separation of feeders and sprues as well as for removing line and surface burrs known in which the operator for positioning a cut-off wheel be via a robot control with the help of a laser and Camera with video screen existing target device is supported (Lawo, M., Isele, J .: Separation of feeders using a highly fle xiblen handling system, Gießerei 76 (1989), H. 21, s. 722-725). To the positioning is the command to process the robot manually given programs. The disadvantage of this device is that it due to their dimensions only with considerable restrictions Lich the minimum size and the design of the interior of a workpiece can be used. Furthermore, the achievable accuracy of the processing low due to the long lever arms of the industrial robot, which is true for Disconnecting feeder and gate systems is not a primary role plays, but for machining contours, incorporating formula elements ten or be very disadvantageous for joining processes within the interior can. Also with other known facilities that serve to test to position directions in the interior of vessels or the like, these disadvantages are not overcome. For example, DE-PS 24 17 822 (B25J 1/12) a device consisting of a mast and one on this longitudinally and rotatably attached boom, the carries a test device at its end facing away from the mast. Due to the Dimensions of this device, in particular the longitudinally displaceable Cantilever, but their scope is heavily dependent on the size of the Entrance opening. The achievable accuracy is also the load Setup due to machining forces due to long lever arms low.

Ein wesentlicher Fortschritt hinsichtlich der Mindestgröße sowie der Gestaltung der Innenräume des zu bearbeitenden Werkstückes wird zwar mit dem in der österreichischen Patentschrift AT E 5 694 (B25J 5/00) beschrie benen Apparat für die Kontrolle der Rohre eines Dampferzeugers erreicht, bei dem ein Teleskoparm mit einem Ende in einer Öffnung des zu bearbei tenden Werkstückes mittels eines Kugelgelenkes oder eines kinematisch äquivalenten Mittels befestigt ist, und an dessen anderem Ende eine Bearbeitungseinrichtung angelenkt ist, das Bearbeiten von Konturen, das Einarbeiten von Formelementen bzw. Fügeoperationen innerhalb des Innen raumes sind aber auch hier, wenn überhaupt, nur mit erheblichen Ein schränkungen möglich, da ein genaues Führen der Bearbeitungseinrichtung entlang einer beliebigen Kontur, bei gleichzeitiger Überwachung des Bearbeitungsvorganges, nicht möglich ist.A significant step forward in terms of minimum size and Design of the interior of the workpiece to be machined is included which is described in the Austrian patent specification AT E 5 694 (B25J 5/00) reached the apparatus for checking the pipes of a steam generator, in which a telescopic arm with one end in an opening of the machined tendency workpiece by means of a ball joint or a kinematic equivalent means is attached, and at the other end one Machining device is articulated, the machining of contours Incorporation of form elements or joining operations inside Here, too, space is only, if at all, only with considerable input Restrictions possible because the machining device is guided precisely along any contour, while monitoring the Machining process, is not possible.

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Innenräumen von Werkstücken, deren Anwendungsbereich gegenüber bekannten Vorrichtun gen wesentlich erweitert ist. Dazu besteht die Aufgabe, die bekannten Vorrichtungen, bei denen zur Bearbeitung durch meisterarmgesteuerte Manipulatoren bewegte Bearbeitungswerkzeuge sowie zur indirekten Sicht kontrolle durch den Bediener eine Kamera mit Beleuchtungseinrichtung und Bildschirm verwendet werden, derart zu verändern, daß eine genaue Bear beitung beliebig gestalteter Innenräume von Werkstücken möglich wird.The aim of the invention is a device for processing interiors of workpieces, their area of application compared to known devices gene is significantly expanded. For this there is the task, the known Devices for processing by master arm controlled Manipulators moving machining tools as well as for indirect vision control by the operator of a camera with lighting device and Screen used to change such that an exact Bear processing of any interiors of workpieces is possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Aufnahme des meisterarmgesteurten Manipulators eine Teleskopeinrichtung angebracht ist, die an ihrem freien Ende das Bearbeitungswerkzeug aufnimmt und über ein Kugelgelenk mit einer Arretiereinrichtung verbunden ist. Die Arre tiereinrichtung ist mittels ausfahrbarer Elemente am Werkstück abstützbar und trägt die Kamera und die Beleuchtungseinrichtung. Die Teleskopein richtung kann aus mehreren getrennt voneinander steuerbaren Teleskoparmen bestehen, die untereinander bzw. über das Kugelgelenk axial starr mitein ander verbunden sind. Dabei können auch starre Zwischenelemente verwendet werden. Durch die feste Verbindung von Kamera und Beleuchtungseinrichtung mit der Arretiereinrichtung beeinflussen die durch den Bearbeitungsprozeß hervorgerufenen Schwingungen die Bildaufnahmequalität nicht. Weiterhin verkürzt sich durch die gelenkige Abstützung der Teleskopeinrichtung über das Kugelgelenk an dem Werkstück der Hebelarm zum Werkzeug, was sowohl eine bessere Bedienung des Manipulators als auch eine verbesserte Bear beitungsqualität ermöglicht.According to the invention the object is achieved in that at the inclusion of the master arm-controlled manipulator attached a telescopic device is that receives the processing tool at its free end and over a ball joint is connected to a locking device. The Arre Animal equipment can be supported on the workpiece by means of extendable elements and carries the camera and the lighting device. The telescope direction can consist of several separately controllable telescopic arms exist that are axially rigid with each other or via the ball joint are connected. Rigid intermediate elements can also be used will. Thanks to the fixed connection between camera and lighting device with the locking device affect the machining process caused vibrations not the image recording quality. Farther is shortened by the articulated support of the telescopic device the ball joint on the workpiece the lever arm to the tool what both better manipulator operation as well as improved bear processing quality enabled.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an example. Show in the accompanying drawing

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung in Verbindung mit einem meisterarmgesteuerten Synchronmanipulator in Funktion und Fig. 1 is a schematic representation of the device in connection with a master arm-controlled synchronous manipulator in function and

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Detail. Fig. 2 shows the device according to the invention in detail.

Fig. 1 zeigt einen von einer Kabine aus bedienbaren meisterarmgesteuerten Synchronmanipulator 1 zur Bearbeitung eines Gußstückes 2, das einen Innengrat 3 aufweist. An der Greif- und Wechseleinrichtung 4 des meister armgesteuerten Synchronmanipulators 1 ist eine im vorliegenden Beispiel aus einem Teleskoparm 5 bestehende Teleskopeinrichtung befestigt, die weit in den Hohlraum des Gußstückes 2 hineinragt. Der Teleskoparm 5 wird von einem Kugelgelenk 6 aufgenommen, dessen zweite Gelenkhälfte mit einer Arretiereinrichtung 7 fest verbunden ist. Die Arretiereinrichtung 7 stützt sich über ausfahrbare Elemente 8 an der Innenwandung des Guß stückes 2 ab. An der Arretiereinrichtung 8 ist eine TV-Kamera 9 mit Beleuchtung montiert, die mit ihrem Objektiv auf ein am Ende des Tele skoparmes 5 befestigtes Bearbeitungswerkzeug 10 gerichtet und mit einem in der Kabine stationierten Monitor 11 verbunden ist. Fig. 1 shows a a casting from a cabin of operator meisterarmgesteuerten synchronous manipulator 1 for processing 2, which has a center slug. 3 On the gripping and changing device 4 of the master arm-controlled synchronous manipulator 1 , a telescopic device, in the present example consisting of a telescopic arm 5 , is attached, which extends far into the cavity of the casting 2 . The telescopic arm 5 is received by a ball joint 6 , the second joint half of which is firmly connected to a locking device 7 . The locking device 7 is based on extendable elements 8 on the inner wall of the casting piece 2 . On the locking device 8 , a TV camera 9 with lighting is mounted, which is directed with its lens onto a fixed at the end of the telescopic arm 5 processing tool 10 and connected to a monitor 11 stationed in the cabin.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird von dem Bediener in der Kabine mit Hilfe des meisterarmgesteuerten Synchronmanipulators 1 in den Innenraum des Gußstückes 2 bewegt. Danach erfolgt die Positionierung des Bearbei tungswerkzeuges 10 über den Monitor 11 im Bereich des zu entfernenden Innengrates 3 und die Arretierung mittels der Arretiereinrichtung 7, die ihre ausfahrbaren Elemente 8 gegen die Innenwandung des Gußstückes 2 drückt. Das Kugelgelenk 6 erhält dadurch gegenüber dem Gußstück 2 eine feste Position. Die Arretiereinrichtung 7 kann ebenso außerhalb des Gußstückes 2 angreifen, so daß nur der Teil des Teleskoparmes 5 in den Innenraum des Gußstückes hineinragt, der sich zwischen Kugelgelenk 6 und Bearbeitungswerkzeug 10 befindet. Bei einer aus mehreren hintereinander angeordneten Teleskoparmen bestehenden Teleskopeinrichtung können diese auch über starre Zwischenglieder so untereinander bzw. mit dem Kugelge lenk 6 verbunden sein, daß ihre Längsachsen parallel zueinander verlaufen bzw. sich schneiden. Das ist zur Bearbeitung von Hinterschneidungen bzw. von den Innenraum abzweigenden Hohlräumen von Vorteil, die mit einem einzigen Teleskoparm nicht erreichbar wären. Wichtig ist, daß die TV-Kamera 9 mit Beleuchtungseinrichtung immer auf das sich am freien Ende des letzten Teleskoparmen 5 befindliche Bearbeitungswerkzeug 10 gerichtet ist. so daß der zu bearbeitende Bereich vom Bediener gut einsehbar ist. Als TV-Kamera 9 kann vorzugsweise auch ein bewegliches Endoskop mit üblichen Zoomfunktionen verwendet werden.The device according to the invention is moved into the interior of the casting 2 by the operator in the cabin using the master arm-controlled synchronous manipulator 1 . Then the machining tool 10 is positioned on the monitor 11 in the region of the inner ridge 3 to be removed and locked by means of the locking device 7 , which presses its extendable elements 8 against the inner wall of the casting 2 . The ball joint 6 is thereby given a fixed position relative to the casting 2 . The locking device 7 can also engage outside the casting 2 , so that only that part of the telescopic arm 5 protrudes into the interior of the casting, which is located between the ball joint 6 and the machining tool 10 . In a telescopic device consisting of a plurality of telescopic arms arranged one behind the other, these can also be connected to one another or to the Kugelge steering 6 via rigid intermediate members such that their longitudinal axes run parallel to one another or intersect. This is advantageous for machining undercuts or cavities branching off from the interior, which would not be accessible with a single telescopic arm. It is important that the TV camera 9 with the lighting device is always directed towards the processing tool 10 located at the free end of the last telescopic arm 5 . so that the area to be processed is clearly visible to the operator. A movable endoscope with conventional zoom functions can preferably also be used as the TV camera 9 .

Uber den Teleskoparm 5 wird nun meisterarmgesteuert und unter Beobachtung durch den Bediener per TV-Kamera 9 und Monitor 11 das Bearbeitungswerk zeug 10 bewegt, wobei sich der im Kugelgelenk 6 gelagerte Teleskoparm 5 in alle Richtungen bewegen läßt. Als Bearbeitungswerkzeug 10 finden übliche Werkzeuge wie Schleifscheiben, Druckluftmeißel sowie Sonderwerk zeuge, die aufgrund ihrer geringen Abmessungen für Innenbearbeitung beson ders geeignet sind, Anwendung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ferner in Kombination mit anderen Einrichtungen anwendbar, beispielsweise mit Portalrobotern. Neben den o.g. Trenn- und Reinigungsprozessen können auch Füge- und Beschichtungsarbeiten, z. B. Schweiß-, Löt-, Kleb- und Imprägnierarbeiten, wie sie in der Gußnachbehandlung üblich sind, reali siert werden.About the telescopic arm 5 is now master arm controlled and under observation by the operator via TV camera 9 and monitor 11, the processing tool 10 moves, wherein the telescopic arm 5 mounted in the ball joint 6 can be moved in all directions. As a machining tool 10 find common tools such as grinding wheels, air chisels and special tools, which are particularly suitable due to their small dimensions for internal machining, application. The device according to the invention can also be used in combination with other devices, for example with portal robots. In addition to the above separation and cleaning processes, joining and coating work, e.g. B. welding, soldering, gluing and impregnation work, as they are common in Guß post-treatment, can be realized.

Claims

1. Device for processing interiors of workpieces using master arm-controlled manipulators machining tools with indirect visual control by the operator via a camera with lighting device and screen, characterized in that a telescopic device ( 5 ) is attached to the holder of the master arm-controlled manipulator ( 1 ) which receives the processing tool ( 10 ) at its free end and is connected via a ball joint ( 6 ) to a locking device ( 7 ) which can be supported on the workpiece ( 2 ) by means of extendable elements ( 8 ) and the camera with lighting device ( 9 ) wearing.

2. Device according to claim 1, characterized in that the telescopic device ( 5 ) consists of several separately controllable telescopic arms which are rigidly connected to one another.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the telescopic device ( 5 ) consists of two separately controllable telescopic arms, the rigid connection in the Kugelge steering ( 6 ) is mounted.

4. Device according to one of claims 2 or 3, characterized by that the rigid connection of the telescopic arms via intermediate links he follows.

5. The device according to claim 4, characterized by that the longitudinal axes of the telescopic arms run parallel to each other or cut yourself.