DE8806584U1

DE8806584U1 - Strahlführungsvorrichtung für Roboter

Info

Publication number: DE8806584U1
Application number: DE8806584U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Schweissanlagen und Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1988-05-19
Publication date: 1989-09-14

Description

Beschreibung
Strahlführungsvorrichtung für Roboter

Die Erfindung betrifft eine Strahlführungsvorrichtung für Roboter mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine solche Strahlführungsvorrichtung ist in der Praxis von der Firma Zeiss bekannt geworden. Es handelt sich hierbei um ein Laser-Führungssystem, das einerseits an einem Hochleistungs-Laser angeschlossen ist und andererseits von einem mehrachsigen Industrie-Roboter bewegt wird. Der Roboter greift mit seiner Hand am letzten Rohrglied an und bewegt dieses in räumlichen Bahnen, wobei die mehrgliedrige Strahlführungsvorrichtung diesen Bewegungen folgt. Mit dem austretenden Laserstrahl werden Werkstücke geschweißt oder geschnitten.

Bei der vorbekannten Vorrichtung ist am Ende des letzten Rohrgliedes eine Linsen-Pokussieroptik als zusätzliches Anbauteil befestigt. In der Praxis haben sich mit dieser Vorrichtung erhebliche Nachteile mit der Führungsgenauigkeit und der Programmierung der Bahnsteuerung des Industrie-Roboters ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Strahlführungsvorrichtung aufzuzeigen, die geringere Probleme mit der Führungsgenauigkfeit des Roboters und der Programmierung der Bahnsteuerung aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Kennseichen des Hauptanspruchs.

Mit der Erfindung wird die Pokussieroptik in die Strahlführungsvorrichtung selbst verlegt, wodurch das bislang notwendige zusätzliche Anbauteil in Wegfall gerät.

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Der Laserstrahl tritt damit unmittelbar am Ende des letzten Rohrgliedes gebündelt aus, was zur Folge hat, daß der wirksame Arbeitspunkt näher zur Roboterhand bzw. zur entsprechenden Roboterachse wandert. Die Abstandsverringerung wirkt sich in einer Erhöhung der Führungsgenauigkeit und in einer Vereinfachung der Bahnsteuerung, insbesondere bei einer TCP-Steuerung (tool center point)-Steuerung aus.

Durch den Wegfall der bisher zusätzlichen Fokussiereinheit werden außerdem Gewicht und Linsen bzw. Spiegel ein aspart. Die Gewichtsverminderung gestattet die Verwendung kleinerer Roboter. Die Spiegeleinsparung verringert die mit der Spiegelzahl sich potenzierenden Strahlenfehler und verringert auch entsprechend die Leistungsverluste. Mit der geringeren Spiegelzahl wird auch der Kühlaufwand geringer.

Ein weiterer Vorteil liegt auch in der höheren Beweglichkeit der Gesamtanordnung, mit der nun auch verborgene Stellen besser erreichbar sind. Die erfindungsgemäße Strahlführungsvorrichtung mit der innenliegenden Fokussiereinheit lädt weit weniger als das vorbekannte System aus und läßt sich dementsprechend leichter bewegen. Durch die Einsparung des Zusatzteiles ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch kostengünstiger.

Die Fokussieroptik läßt sich mit Spiegeln und/oder Linsen realisieren und an die jeweilige Aufgabe, Schweißen oder Schneiden, anpassen. In der bevorzugten Ausführungsform kommen Spiegel zum Einsatz, wobei an letzter Stelle ein Parabolspiegel und an vorletzter Stelle in Planspiegel eitzt. Statt dem Planspiegel kann auch ein leichter Streuspiegel bzw. eine entsprechende Linae verwendet werden.

Für normale Aufgaben und eine maximale Roboterbeweglichkeit sind dia Spiegel der Fokussiereinheit 90°-off-axis zueinander angeordnet. Es kann aber auch eine leistungssteigernde 60°-off-exis-Anordnung gewählt werden.

Erfindungsgemäß sitzt di@ Fokussiereinheit geschützt im Innern der Strahlführungsvorrichtung. Für einen weiterführenden Schutz der hinteren Rohrglieder sowie deren Umlenkspiegel empfiehlt es sich, zwischen die beiden 1^*4- i·*· j·^« 43 ■■» 4 «4^*«<k 1 *■» t ** & *-*l**m &Lgr;* rm ■£ **~m ** +· j* «■ ^* J «■«·*«· ^v 4» &eegr; *»iw« i-1 &bgr; M 1? 4» a *« W

Schweißspritzern und dergleichen anderen Fremdkörpern den Zutritt verwehrt. Zu Reinigungszwecken ist das Fenster als Einschub ausgebildet.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1: eine Strahlführungsvorrichtung mit einer Strahlenquelle und einem Roboter in persspektivischer Ansicht und

Fig. 2: eine abgebrochene und vergrößerte Detailansicht der beiden letzten Rohrglieder mit der Fokussiereinhe.it in Seitenansicht.

Fig. 1 zeigt eine mehrgliedrige Strahlführungsvorrichtung (1), die am einen Ende an eine Strahlquelle (13) angeschlossen ist und am anderen Ende mit einem Roboter (16) verblenden ist. Als Strahlquelle (13) dient vornehmlich ein Hochleistungslaser. Alternativ können auch andere Strahlquellen eingesetzt werden. Der Roboter (16) ist vorzugsweise als mehrachsiger, insbesondere sechsachsiger, Industrie-Roboter ausgebildet, der über eine TCP-Steuerung verfügt.

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Die Strshlführungsvorrichtung (1) besteht aus mehreren Rohrgliedern (1) bis (6), die untereinander durch Gelenke (8) und eine Teleskopführung (7) beweglich verbunden sind. Wie Fig. 1 in Teilen andeutet, sind in den Rohrgliedern jeweils endseitig Umlenkspiegel (9) angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform stehen die Rohrglieder (1) bis (6) jeweils im 90°-Winkel zueinander, wobei die Umlenkspiegel (9) im 45°-Winkel zu deren Längsachsen angeordnet sind. Die Dreh- und Längsachsen der Rohrglieder 4asiit üiit- dein S'trehlengi.ng '12^

Fig. 2 verdeutlicht die Lage und Gestaltung der beiden letzten Rohrglieder (5,6), die eine Fokussiereinheit (10) zur Bündelung des Strahls (12) aufweisen. Der Spiegel (9),-im Rohrglied (5) ist als 90°-Planspiegel ausgebildet, während der letzte Spiegel (11) im Rohrglied (6) die Form ■sines Parabolspiegels hat. Fig. 2 verdeutlicht auch die geneigte Stellung der Spiegel sowie deren 90 -off-axis-Anordnung. Am strahlau3gangsseitigen Ende des Rohrgliedes (6) ist unmittelbar hinter dem Spiegel eine Düse (15) angeordnet, an deren Spitze der gebündelte Strahl (12) austritt. Die Düse (15) ist mit einem Gasanschluß für die Zuleitung von Luft, Schutzgas oder dergleichen zur Arbeitsstelle ausgerüstet.

Die Spiegel (9,11), wie auch die übrigen Umlenkspiegel der Strahlführungsvorrichtung (1) sind als bedampfte Kupferspiegel ausgebildet und besitzen eine Kühlung. Die Spiegel sind in genauen Einschüben gelagert und können ohne Demontage der Rohrglieder ausgetauscht werden. Ober die präzisen Einschübe ist auch eine vereinfachte Justage der Spiegel der Fokussiereinrichtung (10) möglich.

Die gezeigte Spiegelanordnung stellt ein offenes System dar, in das Fremdkörper, Schmutzpartikel und dergleichen eindringen könnten. Um dies zu verhindern, ist im Rchrglied (6) ein Schutzfenster (14) im Strahlengang angeordnet.

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Dieses ist als austauschbarer Einschub ausgebildet und verschließt den Rohrinnenraum dicht. Das Fenster (14) besteht aus Quarzglas und läßt den senkrecht auftreffenden Strahl (12) ungehindert passieren. Das Schutzfenster (14) sitzt zweckmäßigerweise in Strahlenrichtung gesehen hinter dem Drehgelenk (8), das die Rohrglieder (5,6) miteinander verbindet.

Die gezeigte Spiegel-Fokussieroptik (10) dient zum

eingesetzt werden. In Abwandlung als reine Schneid-Fokussieroptik können auch die Spiegel (9,11) als Planspiegel ausgebildet sein, zwischen denen eine Sammellinse angeordnet ist. Letztere kann auch ausgangsseitig vor der Düse sitzen. In einer zusätzlichen Variation können auch leichte Streuspiegel vor der Sammeloptik verwendet werden.

Stückliste

1) Strahlführungsvorrichtung

2) Rohrglied 3

7) Teleskopführung

8) Gelenk

9) Spiegel, Planspiegel

10) Fokus s ieroptik

11) Spiegel, Parabolspiegel

12) Strahl, Strahlengang

13) Strahlquelle, Laser

14) Schutzfenster, Fenster

15) Düse

16) Roboter

Claims

1« ft·· ^^ I I ■ t t Schutzansprüche -.

1) Strahlführungsvorrichtung für Roboter, bestehend aus & mehreren, den Strahl über innenliegende Spiegel führenden Rohrgliedern, 'die untereinander durch Gelenke und eine Teleskopanordnung beweglich verbunden sind, und aus einer Fokussieroptik, die den Strahl gebündelt am Ende der Strahlführung austreten läßt, wobei die Strahlführungsvorrichtung am einen Ende an einer Strahlquelle, insbesondere einem Laser angeschlossen und am anderen Ende mit einem Roboter verbunden und von diesem bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussieroptik (10) in den beiden letzten Rohrgliedern (5,6) angeordnet sind.

2) Strahlführungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrglied (5) ein Planspiegel (9) und im Rohrglied (6) ein Parabolspiegel (11) angeordnet ist.

3) Strahlführungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (9,11) in 90°-off-axis-Anordnung zueinander stehen.

4) Strahlführungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Spiegeln (9,11) ein Schutzfenster (14) angeordnet ist.

5) Strahlführungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (9,11) mittels Einschüben in den Rohrgliedern (S,S) angeordnet sind.

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6) Strahlführungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß am letzten Rohrglied (6) direkt hinter dem Spiegel (11) eine Düse (15) angeordnet ist.