DE4202984A1 - Verfahren und vorrichtung zum entsorgen von butzen beim robotergefuehrten laserschneiden von loechern an duennwandigen blechteilen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum entsorgen von butzen beim robotergefuehrten laserschneiden von loechern an duennwandigen blechteilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entsorgung
von Butzen, die beim Laserschneiden von Löchern an dünnwandigen
Blechbauteilen anfallen.
Verfahren und Vorrichtung sind vorwiegend zum Einsatz in Fertigungslinien
für z. B. sogenannte harte Weißwaren, Automobile, und andere
Produkte aus dünnwandigem Blechmaterial vorgesehen und sind vor dem
Hintergrund einer dem Marktbedarf entsprechend steigenden Variantenvielfalt
dieser Produkte zu sehen.
Mit der bisherigen Fertigungsmethode verbundene logistische Probleme
lassen es vorteilhaft erscheinen, statt des bisher üblichen
Zusammenbaus vorgefertigter Teile, in die bereits alle für die
jeweils gewünschte individuelle Zusatzausstattung erforderlichen
Löcher mittels Stanzwerkzeug eingebracht sind, nunmehr Standardprodukte
zu fertigen, die nur diejenigen Löcher bereits enthalten,
die einer Minimalausstattung entsprechen.
Im bereits zusammengebauten Produktstadium, aber typischerweise vor
der Oberflächenbehandlung und vor der Endmontage werden dann die individuell
erforderlichen Löcher zur Aufnahme von Zusatzausstattungen
am dreidimensionalen Teil mittels Laserstrahl geschnitten.
Hierzu werden vorteilhafterweise Knickarmroboter mit angesetzter
YAG-Laser-Schneidoptik ("Schneidkopf") verwendet, wobei der Schneidkopf
zusätzlich mittels einer sensorgesteuerten parallel zur Laser-
Strahlrichtung angeordneten hochdynamischen Zusatzachse auf stets
gleichbleibendem Fokusabstand zum Objekt gehalten wird.
Der Roboter übernimmt die Orientierung des Schneidkopfes in der
Normalen zur Objektoberfläche. Die Führungsbewegung des
Schneidkopfes entlang der auszuschneidenden Kontur wird entweder
(bei großen Schnittlängen) vom Roboter selbst, oder (bei kleinen
Löchern, typisch unterhalb 100 mm Durchmesser) aus Gründen der
Genauigkeit und Schnelligkeit, wie bereits vorgeschlagen wurde (DE P
41 30 959.6), mittels einer in einer Ebene senkrecht zum Laserstrahl
arbeitenden, freiprogrammierbaren zweiachsigen Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung
ausgeführt, die zwischen dem Werkzeugflansch des
Roboters und der Sensor-Zusatzachse angeordnet ist (an der wiederum
der Schneidkopf befestigt ist).
Beim kleinen zu schneidenen Löchern fährt der Roboter hierbei in
Nullstellung der Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung die Einstichposition
für das zu schneidende Loch an (ebenso wie bei großen
Löchern, bei denen der Roboter den Schneidkopf führt und die Zusatz-
Werkzeugführungseinrichtung während der Schneidoperation in ihrer
Nullposition verbleibt), wird dann aber in dieser Position fixiert
gehalten, während die Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung die Führung
des Schneidkopfes übernimmt.
Als Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung kann zwar auch ein Kreuzschlitten
verwendet werden, jedoch sind die dynamischen Eigenschaften
von Kreuzschlittensystemen speziell zum Schneiden von kleinen
runden Löchern eher unzureichend.
Zum Stand der Technik wird verwiesen auf die Veröffentlichung "Sehhilfen
für Laser-Roboter", Zeitschrift ROBOTER, Heft 4/91, S. 24-
26, sowie auf das Fachbuch "Der Laser in der industriellen
Fertigungstechnik", H. Treiber, Darmstadt/Hoppenstedt 1990, und hier
insbesondere auf die Abschnitte 4.1.1.1 Schneidverfahren und 4.1.1.4
Verfahrenstechnische Aspekte des Laserstrahlschneidens.
Beim Laserschneiden von kleinen Löchern an größeren 3D-Objekten, wie
sie zur Aufnahme von individuell verlangten Zusatzeinrichtungen
benötigt werden, ist durchgängig eine Entsorgung der anfallenden
Butzen von der Unterseite her nur schwer oder kaum möglich.
In einer
Produktionslinie stellt sich daher die Aufgabe der Butzenentsorgung
von oben, wobei sehr kleine Löcher (z. B. unterhalb etwa 12 mm Durchmesser)
durchaus ausgebrannt werden können. - Eine wirksame Schneidrauch-
und Schneidpartikelabsaugung und -entsorgung ist ohnehin
Voraussetzung.
Für die Aufgabenstellung ist typisch, daß hierbei durchweg Löcher
unterhalb 100 mm Durchmesser anfallen. Der Einsatz einer die sensorgesteuerte
Zusatzachse mit Laserschneidkopf tragenden und am
Roboter-Werkzeugflansch befestigten Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung
kann deshalb vorausgesetzt werden.
Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung lösen die Aufgabe der
Butzenentsorgung dadurch, daß das Einstichloch des Laserstrahls
unter Ausnutzung der Schnittfugenbreite des nach dem Einstechen entlang
der Objektoberfläche bewegten Laserstrahls durch Ausbrennen
derart vergrößert wird, daß an der Einstichstelle eine Öffnung
(Greifloch) geschaffen wird, wobei die Lage des Greifloches derart
ist, daß die Verbindungsgerade vom Zentrum des Greifloches zum
Zentrum des auszuschneidenden Butzens (bei runden Löchern), bzw. zum
Vermaßungs-Bezugspunkt (bei Freiformlöchern), parallel zum Roboter-
Werkzeugflansch verläuft, und der Butzen durch Einführen eines
Greifwerkzeuges in das Greifloch zu einem Zeitpunkt, bei dem das
Greifloch hierfür zugänglich, der Butzen aber noch nicht vollständig
ausgeschnitten, erfaßt wird, und wobei das Greifwerkzeug den
Butzen bis zur Ablage in einem Behälter gegriffen hält.
Nach der Herstellung des Greifloches wird - bei fixiertem Roboter -
der Schneidkopf durch die Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung zu der
zu schneidenden Kontur und an dieser entlang unter Berücksichtigung
der Schnittfugenbreite verfahren.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Schneidbewegung
des Laserstrahls nach dem Ausbrennen des Greifloches
in Richtung auf das Butzenzentrum zu und darüber hinaus in der
Weise, daß der Strahl im Anschluß daran in zunächst gleichbleibender
Richtung bei Steigerung der Schnittgeschwindigkeit auf den für das
Schneiden der Kontur vorgesehenen Wert auf einer Einlauf-Schneidbahn,
die etwa in der Mitte desjenigen der beiden dem Greifloch
gegenüberliegenden Butzen- oder Lochquadranten, der sich gemäß
Schneidrichtung ergibt, sanft in die Konturschneidbahn übergeht,
wobei die durch das Greifloch und das Butzenzentrum verlaufende
Gerade eine Quadranten-Trennlinie, und der Quadrant, in dem die
Einlaufschneidbahn in die Konturbahn übergeht, den in Schneidrichtung
ersten Quadranten darstellt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Entsorgungsarm
("Butzenarm") vorgesehen, der ebenfalls am Roboter-Werkzeugflansch
befestigt ist, über je eine eigene Hub- und Schwenkachse verfügt,
und am äußeren Ende seines schwenkbaren Armteils ("Schwenkarm") ein
als Greifdorn ausgebildetes Greifwerkzeug in einer Greifdornführung
trägt, wobei die Hubachse parallel zur Achse des Schneidkopfes
orientiert ist und über einen Hub verfügt, der mindestens um den
Hub, der zur Einführung des Greifdorns in das Greifloch erforderlich
ist, größer ist als der Hub der sensorgesteuerten Zusatzachse und
wobei die Schwenkachse um einen Winkel von etwa 45° gegenüber der
Ebene des Roboter-Werkzeugflansches in der Weise nach außen geneigt
ist, daß der Greifdorn bei einem seitlichen Ausschwenken des
Schwenkarmes um etwa 90° zugleich in das Höhenniveau der Schwenkachse
(52) angehoben wird.
Gegenüber einer grundsätzlich auch möglichen Butzenentsorgung
mittels eines roboterunabhängigen Armes, der ebenfalls mit einem
Greifwerkzeug ausgestattet sein könnte, ist die Anordnung mit
Anbindung der Greifeinrichtung an den Roboter-Werkzeugflansch aus
folgenden Gründen vorzuziehen:
- - Keine Probleme bei der Einhaltung der erforderlichen hohen
Positioniergenauigkeit beim Positionieren und Einführen des
Greifwerkzeuges in das Greifloch (typischer Greiflochdurchmesser:
ca. 2 mm), da stets gleichartige Einführ- und Umsetzbewegungen durchzuführen sind, die keiner individuellen Programmierung bedürfen, - - keine Kollisionsprobleme zwischen Roboter- und Entsorgungsarm,
- - keine Doppelprogrammierung erforderlich,
- - erheblich bessere Zugänglichkeit zu dem zu bearbeitenden Objekt.
Das Einführen des Greifdornes erfolgt nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung zu einem Zeitpunkt, an dem der Laserschneidkopf
bereits etwa zur Hälfte den ersten und vollständig den zweiten und
dritten Quadranten der Lochkontur abgefahren und geschnitten hat,
und in den vierten Quadranten soweit eingefahren ist, daß die
Außenkante der Schneiddüse des Schneidkopfes den dritten Quadranten
soeben verlassen hat, und in der Weise, daß zunächst, und zwar
bereits während der Herstellung des Greifloches, die Hubachse durch
Übernahme des aktuellen Positionssignals der sensorgesteuerten
Zusatzachse auf eine Hubposition voreingestellt wird, die bei
in die Greifposition eingeschwenktem Schwenkarm die Unterkante des
Greifdorns auf den vor dem Einführen (Absenken) des Greifdornes in
das Greifloch erforderlichen Abstand zur Objektoberfläche bringt und
wobei diese Position für die Dauer der Schneidoperation dieses
Loches in der Hubachsensteuerung als Bezugsniveau für den Einführhub
des Greifdornes festgehalten wird, und daß anschließend beim
Austritt der Schneidkopfdüse aus dem dritten Quadranten des Butzens
der Schwenkarm mit dem Greifdorn in die Greifposition eingeschwenkt
wird, und schließlich der Greifdorn durch Absenken des gesamten
Butzenarmes mittels der Hubachse bis zum Aufliegen der Unterkante
der Greifdornführung auf der Oberfläche des Butzens in das Greifloch
eingeführt wird.
Diese Absenkbewegung erfordert stets den gleichen Hub und kann
deshalb fest einprogrammiert und einfach abgerufen werden.
Es sind dann noch mindestens 1 bis 1½ Quadranten abzufahren, der
Butzen ist noch sicher mit dem Bauteil verbunden, und eine einwandfreie
zeitliche Überlappung ist sichergestellt, ohne daß für den
Greifdorn eine Kollisionsgefahr mit dem Schneidkopf besteht, da
dieser nach beendetem Abfahren der Lochkontur und einer kleinen
Überlappung an der Einlaufstelle in der Bewegung angehalten und der
Laserstrahl abgeschaltet wird.
Die Positionierung des Schneidkopfes erfolgt - bei Nullstellung
des Tool Movers - in bekannter Weise durch einen nach Reichweite,
Genauigkeit und Dynamik geeigneten Industrieroboter. Als Laser ist
ein Nd:YAG-Laser vorgesehen, der mit dem Schneidkopf über einen
flexiblen Lichtwellenleiter verbunden ist.
Bei Löchern mit einem Durchmesser von etwa 20 mm oder mehr könnte
durchaus das Greifloch im Butzenzentrum angeordnet werden. Bei
kleineren Löchern würde aber dann ein Greifen des Butzens zu einem
Zeitpunkt, an dem dieser noch teilweise mit dem Objekt verbunden
ist, aus Kollisionsgründen nicht möglich sein. Damit wäre für alle
Löcher unterhalb 20 mm Durchmesser ein Ausbrennen mittels Laserstrahl
auf spiral- oder mäanderförmiger leicht überlappender Bahn
(je nach Art der Lochkontur) erforderlich. Dies erscheint zwar für
Löcher unter etwa 12 mm (entsprechend etwa 115 mm²) noch gerade
zulässig, nicht aber für die gerade bei Zusatzlöchern recht häufigen
Lochgrößen im darüberliegenden Bereich bis 20 mm Durchmesser
(entsprechend etwa 315 mm²), und zwar nicht nur wegen des erhöhten
Schneidrauchanfalls, sondern auch wegen der hierbei völlig unbefriedigenden
Taktzeiten.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist deshalb das Ausbrennen
des Greifloches in einem Abstand A vom Butzenzentrum auf der
Trennlinie zwischen dem zweiten und dem dritten Quadranten vorgesehen,
wobei der Roboter jedoch - mit der Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung
in Nullstellung - die Position des Butzenzentrums
anfährt, und die Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung selbst mittels
einer weiteren Verschiebeachse ("Querachse"), die parallel zum
Roboter-Werkzeugflansch und senkrecht zur Achse des Schneidkopfes
angeordnet ist, um den Hub A zur Herstellung des Greifloches
seitlich verschoben, und nach dem Ausbrennen des Greifloches wieder
auf die Nullposition zurückgeführt wird. Der Abstandswert A ergibt
sich aus den einander zugewandten Radien von Greifdornführung und
Schneiddüse zuzüglich eines Sicherheitsabstandes, bezogen auf die
minimale zur körperlichen Butzenentsorgung geeigneten Butzengröße.
Die Querachse ist anschlagpositioniert, hochgenau, und kann bezüglich
etwaiger zusätzlicher Positionsunsicherheiten vernachlässigt
werden.
Die auf die Butzenfläche entfallenden und vom Greifdorn aufzunehmenden
Kräfte setzen sich zusammen aus der Gravitationslast (je
nach Lage im Raum) und dem Druck, der durch das Schneidgas auf den
Butzen ausgeübt wird. Diese Druckkräfte sind nicht unerheblich, da
das Schneidgas mit etwa 2 bis 14 bar, je nach Art, aus der im
Abstand von etwa 1 mm oder weniger von der Oberfläche des Objektes
befindlichen Düsenöffnung auftrifft.
Es muß deshalb sichergestellt sein, daß der Greifdorn den Butzen in
zuverlässiger Weise erfaßt, wobei zugleich die Orientierung des
Butzens zum Greifdorn während des späteren Transportes des
ausgeschnittenen Butzens zu einem Sammelbehälter im wesentlichen
beibehalten werden sollte, um kontrollierte Umsetzbewegungen zu
ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist deshalb der Greifdorn
als Dehnhülse ausgeführt und mit einem zwangsbetätigten und
verriegelbaren Dehnantrieb versehen, der den Greifdorn im Greifloch
des Butzens festkeilt, wobei die Orientierung des Butzens durch
Anlage der Greifdornführung am Butzen erreicht wird.
Die Dehnhülse besteht in einer ersten Bauform vorteilhafterweise aus
einer im Antriebsteil konisch geformten und im Antriebs- und Greifteil
geschlitzten, nach innen durch Federwirkung des Materials vorgespannten
Hülse, die im nicht gespannten (also nicht betätigten)
Zustand im Greifteil an einem zylindrischen, im Arbeitsteil an einem
konischen Teil eines als letztem Glied des Dehn- oder Verriegelungsantriebes
fungierenden Verriegelungsstiftes anliegt.
Der Greifdorn kann aber in einer zweiten, alternativen Bauform
auch als formschlüssiges Element ausgeführt werden, wobei eine
günstige Ausführungsform die Verwendung von mehreren parallel
zueinander angeordneten Federdrähten vorsieht, die an der
Greifdornführung befestigt und an ihren äußeren Enden mit dem
Ende eines Zugstiftes verbunden sind, der nach dem Einführen des
Greifdornes in das Greifloch durch einen gegen die Einführrichtung
orientierten und an der Greifdornführung oder dem fest
hiermit verbundenen Schwenkarm abgestützten Zug die Federdrähte zum
Auseinanderspreizen und dadurch den Butzen zur Anlage an der
Greifdornführung bringt.
Hakengreifer bieten sich wegen der hierfür erforderlichen größeren
Greiflöcher weniger an, sind jedoch ebenfalls - insbesondere bei
größeren Butzen und hierbei zulässigen größeren Greiflöchern -
einsetzbar, was durch einen zusätzlichen Schwenkarm mit eigenem
Schwenk- und Verriegelungsantrieb, der ebenfalls im Abtriebsschlitten
der Butzenarm-Hubachse angebracht ist, bei Bedarf
realisierbar ist.
Der Greifdorn mit seinem Verriegelungsantrieb (Dehn- oder Zugantrieb)
befindet sich gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
am äußeren Teil des Schwenkarmes. Dieser verfügt, wie bereits
erwähnt, über einen eigenen Schwenkantrieb, mit dem der Schwenkarm
aus seiner Warte-Stellung in die Greifposition geschwenkt werden
kann, und ist über eine Schwenklagerhalterung mit einer Hubachse
verbunden, die einen um den Einführhub des Greifdornes vergrößerten
Gesamthub gegenüber dem Hub der sensorgesteuerten Zusatzachse aufweist.
Nach Beendigung der Schneidoperation und dem Abschalten des Lasers
(Schließen des Shutters) bewegt der Roboter die Gesamtheit von
Laserschneidkopf, Sensor-Zusatzachse, Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung,
Butzenarm-Hubachse mit angeschlossener Schwenklagerhalterung,
Schwenkachse, Schwenkarm, Greifdorn und Butzen, sowie
der Querachse und einem ebenfalls am Werkzeugflansch befestigten
Butzen-Sammelbehälter vom Objekt weg.
Hierauf kann der Schwenkarm problemlos in die seitliche Warte-
Lage geschwenkt werden. Dies erfolgt gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung unter gleichzeitiger Orientierung der Ebene des
Roboter-Werkzeugflansches in die Vertikale.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist unterhalb der Warte-
Position des Greifdornes (seitlich herausgeschwenkter Schwenkarm) in
kollisionsfreiem Abstand zum größten vom Greifdorn mitführbaren
Butzen ein Sammelbehälter mit einem oberen und einem unteren
Verschlußschieber angeordnet. Die Verschlußschieber können mittels
je eines Aktuators unabhängig voneinander alternativ in eine Offen-
oder Verschlußlage gebracht werden. - Beide Schieber sind
normalerweise in Verschlußlage.
Zum Abwerfen des Butzens in den Sammelbehälter wird bei Erreichen
der vertikalen Werkzeugflanschorientierung und kurz vor Erreichen
der vorbeschriebenen Warte-Position des Schwenkarmes der obere
Verschlußschieber geöffnet und anschließend nach der Entriegelung
des Greifdornes der Butzen mittels eines Druckluftstrahls aus einer
Düse vom Greifdorn abgestreift und in den Sammelbehälter abgeworfen.
Die Luftdruckdüse kann am Schwenkarm angeordnet sein und ist dann
vorteilhafterweise in die Greifdornführung integriert.
Unmittelbar nach dem Abwerfen des Butzens, das gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung durch eine ebenfalls in die
Greifdornführung integrierte Sensorik, vorzugsweise fluidischer
Art, - ebenso wie das Einführen und Spannen/Verriegeln des
Greifdorns - überwacht wird, wird der Verschlußschieber wieder
geschlossen und bis zum nächsten Butzenabwurf geschlossen gehalten.
Dies ist erforderlich, weil bei der 3D-Bearbeitung von Bauteilen
sonst durchaus eine ungewollte Entleerung des Sammelbehälters
stattfinden könnte. - Der untere Verschlußschieber verbleibt während
der Bearbeitung eines Objektes stets geschlossen, es sei denn, es
wäre aus Kapazitätsgründen eine Zwischenentleerung erforderlich.
Der Butzen ist nach dem Greifen verhältnismäßig fest mit dem
Greifdorn verbunden, da hierzu aus Sicherheitsgründen ein
Kniehebelantrieb eingesetzt wird. Um die Verriegelung wieder zu
lösen, ist erfindungsgemäß ein separater Entriegelungsantrieb
vorgesehen, der ebenso wie der Verriegelungsantrieb als Druckluftzylinder
ausgeführt, aber mit frei vorlaufendem Überhub
ausgestattet ist und hierdurch unter Beschleunigung einer an die
Aufgabe angepaßten Masse durch Hammerwirkung eine sichere und
schnelle Entriegelung bewirkt.
Die im Greifdorn vorzugsweise eingesetzten Dehnhülsen und Verriegelungsstifte
müssen als Verschleißteile betrachtet werden, die
in kürzeren Abständen prophylaktisch durch neue zu ersetzen sind,
auch wenn die bisherigen noch funktionsfähig sind. Erfindungsgemäß
sind deshalb Dehnhülse und Verriegelungsstift als leicht auswechselbare
Elemente ausgebildet.
Weitere Einzelheiten werden in Verbindung mit den nachstehend
aufgeführten Abbildungen erläutert:
Abb. 1 zeigt den Schwenkarm (30) mit Greifdorn-Verriegelungsantrieb
(31) sowie die Störkonturen von Laser-Schneidkopf (33) und
sensorgesteuerter Zusatzachse (34), und zwar von letzterer auch in
der innersten möglichen Position der Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung
(51).
Abb. 2 zeigt die Vorrichtung in der Draufsicht bei abgenommmener,
aber in den Konturen angedeuteter Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung
(51). Nicht dargestellt sind hierbei Schneidkopf (33), Schwenkantrieb
(52) und Hubachsenantrieb (43).
Abb. 3 zeigt die Spitze des Schwenkarmes (30) mit Greifdornführung
(22), Dehnhülse (23), Verriegelungsstift (24) mit Zapfenkopf (28),
Führungsbuchse (56) und - versetzt angedeutet - den in die Greifdornführung
(22) integrierten Düsenbohrungen für den fluidischen
Sensor (48) zur Butzenpräsenzkontrolle und für den Druckluftstrahl
zum Butzenabwurf (49).
Abb. 4 zeigt die Greifdornführung (22) in der Draufsicht, wobei auch
die seitlichen Ausnehmungen (55) im Greifdornführungskörper zu
erkennen sind, die den Zugang zur Entriegelung der Dehnhülsenhalterungslappen,
und damit zum Auswechseln der Dehnhülsen (23)
ermöglichen. Bei herausgenommener Dehnhülse (23) kann auch die
Führungsbuchse (56) leicht gewechselt werden.
Abb. 5 zeigt beispielhaft eine Dehnhülse (23) im Schnitt mit
Kennzeichnung von Antriebs- (25) und Greifteil (26).
Abb. 6 zeigt die Dehnhülse (23) in der Ansicht von unten.
Abb. 7 zeigt den Verriegelungsstift (24) mit Zapfenkopf (28) in
Front- und Seitenansicht.
Abb. 8 veranschaulicht den Begriff des Formloches (16) als nicht
rundes Freiformloch.
Abb. 9 schließlich zeigt in der Draufsicht im Detail den
Schnittbahnverlauf (15) für ein kleines Loch, bei dem gerade noch
mit dem Greifdorn (53) der Butzen (50) entsorgt werden kann. Hier
sind auch die Störkanten von Greifdornführung (22) und Schneiddüse
(32) gut zu erkennen.
Weitere Erläuterungen sind in der nachstehenden Positions-
Übersichtstabelle enthalten.
Claims (21)
1. Verfahren zum Entsorgen von Butzen beim robotergeführten
Laserschneiden von Löchern an dünnwandigen Blechbauteilen,
dadurch gekennzeichnet, daß der auszuschneidende Butzen (50)
vor dem Beginn des Abfahrens der Loch- oder Butzenkonturbahn
(15, 16) mit einem durch Ausbrennen mittels Laserstrahl
hergestellten Greifloch (2) versehen wird, das Lochkonturbahn
(15, 16) nicht tangiert, und in das ein Greifwerkzeug
(53) zu einem Zeitpunkt eingeführt wird, bei dem das Greifloch
(2) hierfür zugänglich, der Butzen (50) aber noch nicht
vollständig ausgeschnitten ist, und wobei das Greifwerkzeug
(53) den Butzen (50) bis zur Ablage in einem Behälter (45)
gegriffen hält.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß am Roboter-Werkzeugflansch (54)
ein Butzen-Entsorgungsarm angebracht ist, der über eine
eigene Hubachse (43) und eine Schwenkachse (52) verfügt, daß
der Butzen-Entsorgungsarm weiterhin aus einer Schwenklagerhalterung
(29) und einem Schwenkarm (30) besteht, daß der
Schwenkarm (30) am äußeren Ende einen Greifdorn (53) als
Greifwerkzeug trägt, der in einer Greifdornführung (22)
gelagert ist, daß die Hubachse (43) parallel zur Achse (20)
des Schneidkopfes (33) orientiert ist und über einen Hub
verfügt, der mindestens um den Hub, der zur Einführung des
Greifdornes (53) in das Greifloch (2) erforderlich ist,
größer ist als der Hub der sensorgesteuerten Zusatzachse
(34), und daß die Schwenkachse (52) um einen Winkel von etwa
45° gegenüber der Ebene des Roboter-Werkzeugflansches (54)
nach außen geneigt ist in der Weise, daß der Greifdorn (53)
bei seitlichem Ausschwenken des Schwenkarmes (30) um etwa 90°
- bei senkrechter Orientierung der Hubachse 43 - auf das
Höhenniveau der Schwenkarmlagerung anhebbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lage des Greifloches (2) derart ist, daß die
Verbindungsgerade vom Zentrum (3) des Greifloches (2)
zum Zentrum (1, 17) des auszuschneidenden Butzens (50)
parallel zum Werkzeugflansch (54) des Roboters verläuft,
und daß das Greifloch (2) in einem Abstand A zum Butzenzentrum
(1, 17) angeordnet wird, wobei sich der Abstand A
aus den einander zugewandten Radien von Greifdornführung (22)
und Schneiddüse (32), zuzüglich eines Sicherheitsabstandes,
und bezogen auf den kleinstmöglichen erfaßbaren Butzendurchmesser
ergibt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schneidbewegung des Laser-Schneidkopfes (33) nach dem
Ausbrennen des Greifloches (2) in Richtung auf das
Butzenzentrum (1, 17) erfolgt und darüber hinaus in gleicher
Richtung auf einer Einlauf-Schneidbahn (14), die etwa in der
Mitte desjenigen der beiden dem Greifloch (2) gegenüberliegenden
Lochquadranten, der sich gemäß Schneidrichtung
ergibt, sanft in die Konturschneidbahn (15) einmündet,
wobei die durch das Greiflochzentrum (3) und das Butzenzentrum
(1, 17) verlaufende Gerade eine Quadrantentrennlinie
und das Butzenzentrum (1, 17) den Ursprung der Quadrantenteilung
darstellen und der Quadrant, in dem die Einlaufschneidbahn
(14) in die Konturbahn (15) einmündet, den in
Schneidrichtung ersten Quadranten darstellt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abtriebsschlitten (44) der Butzenarm-Hubachse (43)
während der Herstellung des Greifloches (2) bei noch seitlich
ausgeschwenkt in Warte-Position befindlichem Schwenkarm
(30) durch Übernahme des aktuellen Positionssignals der
sensorgesteuerten Zusatzachse (34) auf eine Hubposition
voreingestellt wird, die bei Einschwenken des Schwenkarmes
(30) in die Greifposition die Unterkante des Greifdornes (53)
auf den vor dem Einführen des Greifdornes (53) in das
Greifloch (2) erforderlichen freien Abstand zur Objektoberfläche
(Butzenoberfläche) bringt,
und wobei diese Position der Hubachse (43) für die Dauer der
Schneidoperation eines Loches in der Hubachsensteuerung
festgehalten wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
beim Austritt der Schneidkopfdüsen-Störkante (7) aus dem
dritten Quadranten des Butzens (50) der Schwenkarm (30) mit
dem Greifdorn (53) in die Greifposition eingeschwenkt wird,
und daß anschließend der Greifdorn (53) durch Absenken des
gesamten Butzenarmes mittels der Butzen-Hubachse (43) um den
Einführhub des Greifdornes, bezogen auf den gemäß Anspruch 5
voreingestellten Wert, in das Greifloch (2) eingeführt wird
bis zum Anliegen der Unterkante der Greifdornführung (22) an
der Butzenoberfläche.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Schneiden kleiner Löcher
erforderliche Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung (51) über
eine Querschlittenachse (40) mit dem Roboter-Werkzeugflansch
(54) verbunden ist, wobei diese Querachse (40) mit ihrem Hub
genau auf den Abstand A zwischen Greiflochzentrum (3) und
Butzenzentrum (1, 17) eingerichtet ist und nur jeweils eine
dieser beiden Endlagen als definierte Position einnehmen
kann.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß
zu Beginn einer Lochschneidoperation
- - der Querschlitten (40) mit der Zusatz-Werkzeugführungseinrichtung (51) und dem Schneidkopf (33) um den Hub A aus der Nullstellung in Richtung des zu erstellenden Greifloches (2) verschoben wird,
- - der Roboter den Schneidkopf (33) mit seiner Achse (20) so über dem auszuschneidenden Butzen (50) positioniert, daß die Schneidkopfachse (20) bei Nullstellung des Querschlittens (40) sich über dem Butzenzentrum (1, 17) befinden würde,
und daß der Querschlitten (40) nach der Herstellung des
Greifloches (2) sogleich wieder in seine Nullstellung
zurückgefahren wird und dort bis zum Beginn der nächsten
Lochschneidoperation verbleibt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
als Greifwerkzeug ein aus einer Dehnhülse (23) mit Verriegelungseinrichtung
(24) bestehender Greifdorn (53) verwendbar
ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dehnhülse (23) in ihrem dem Butzen (50) zugewandten Teil geschlitzt,
durch Federwirkung des Materials nach innen
vorgespannt, und durch Eindrücken eines Verriegelungsstiftes
(24) im Greifloch (2) festklemmbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Greifdorn (53) aus zylindrisch um eine Zugstange
angeordneten und oben in der Greifdornführung (22) gehaltenen
Federdrähten besteht, die nach dem Einführen in das Greifloch
(2) durch Aufbringen von Druckkräften auf ihre unteren
Enden mittels der dort angreifenden nach oben ziehenden
Zugstange spreizbar und damit den Butzen (50) formschlüssig
zu greifen in der Lage sind.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter als Butzen-
Sammelbehälter (45) ausgebildet und am Roboter-Werkzeugflansch
(54) derart befestigt ist, daß er sich bei vertikaler
Stellung der Hubachse (43) und seitlich ausgeschwenktem
Schwenkarm (30) kollisionsfrei unterhalb des größten zu
entsorgenden Butzens (50) befindet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der
Butzensammelbehälter (45) mit einem oberen und mit einem
unteren Verschlußschieber mit jeweils eigenem Aktuator ausgerüstet
ist.
14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Präsenz eines Butzens (50) bei in das
Greifloch (2) eingeführtem Greifdorn (53) mittels eines
Sensors kontrollierbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als
Sensor ein fluidischer Staudrucksensor eingesetzt ist,
dessen Düsenelement (48) in die Greifdornführung (22)
integriert ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum
Abstreifen des gegriffenen Butzens (50) vom Greifdorn (53)
nach dem Ausschwenken des Schwenkarmes (30) und dem
Entriegeln des Greifdornes (53) ein impulsartiger Druckluftstrahl
verwendbar ist, der in Abstreifrichtung auf den
Butzen (50) gerichtet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckluftdüsenbohrung (49) in die Greifdornführung (22)
integriert ist.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Entriegelung des Greifdornes (53),
bzw. der Dehnhülse (23) mit Verriegelungsstift (24) bei
gleichzeitiger Umsteuerung des Verriegelungsantriebes (31)
von Verriegeln auf Lösen ein separater Entriegelungsaktuator
einsetzbar ist, der vorzugsweise - ebenso wie der Verriegelungsaktuator
(31) - als Druckluftzylinder ausgeführt
ist, aber über einen frei vorlaufenden Überhub verfügt, und
hierdurch unter Beschleunigung einer angekoppelten Masse
eine mit Sicherheit zum Lösen der Verriegelung ausreichende
impulsförmige Kraft bereitstellt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dehnhülse (23) mittels mehrerer, an ihrem umgestülpten
Oberteil befindlichen ausgeklinkten und federnd nach außen
gerichteten Lappen nach Eindrücken der Dehnhülse (23) in die
Greifdornführung (22) dort durch Einrasten der Lappen in
Ausnehmungen (55) der Greifdornführung (22) sich selbst gegen
Herausfallen sichert, und daß die Ausnehmungen (55) zugleich
durch ihre Zugänglichkeit von außen das Ansetzen eines
Werkzeuges zum Entriegeln der Dehnhülsenlappen beim
Auswechseln der Dehnhülsen (23) gestatten.
20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Greifloch (2) im Butzenzentrum (1, 17) angeordnet wird, wobei
der Querschlitten (40) in seiner Nullstellung verbleibt, bzw.
- bei Verzicht auf die körperliche Entsorgung kleiner Butzen
- entbehrlich ist.
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