EP3720641A1 - Method for producing a tubular frame - Google Patents

Method for producing a tubular frame

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Publication number
EP3720641A1
EP3720641A1 EP18826929.4A EP18826929A EP3720641A1 EP 3720641 A1 EP3720641 A1 EP 3720641A1 EP 18826929 A EP18826929 A EP 18826929A EP 3720641 A1 EP3720641 A1 EP 3720641A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
tolerance
tubes
actual
contour
Prior art date
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Pending
Application number
EP18826929.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sebastian Steinbach
Torsten Scheller
Markus Remm
Torsten Reichl
Jan Langebach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH
Original Assignee
Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH filed Critical Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH
Publication of EP3720641A1 publication Critical patent/EP3720641A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B23K26/0853Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • B23K26/0861Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane in at least in three axial directions

Definitions

  • Tubular frames represent a metal construction of a plurality of individual tubes which are interconnected e.g. be connected by welded joints. Tube frames are distinguished by a more favorable mass-to-strength ratio compared to solid profile frames with the same tensile strength, and are therefore particularly applicable where load-bearing structures with low weight are required.
  • the tubes For a desired construction, the tubes must be welded together in a predetermined relative position. This creates connections at interfaces, which are each formed by two existing on the pipes joining surfaces. As a rule, the two joining surfaces each represent a sectional contour produced therefor on one of the tubes and a fitted lateral surface of another of the tubes or a further cut contour made on another of the tubes.
  • a cutting contour can be produced by cutting or cutting off a tube.
  • a disadvantage in the production of a tubular frame from partially curved tubes with a circular cross-section is the production-related large fluctuation of the bending radius for the same tubes, which causes the individual tubes have a relatively low dimensional stability of the course of their tube axes.
  • reference holes are introduced into the tube, via which the tube is received in a workpiece holder for positioning the tube to the cutting tool.
  • the tube is held with a predetermined relative position of the reference holes to the workpiece holder.
  • the cutting contours along which the pipe is cut determined in their spatial position relative to the position of the reference holes, regardless of a possible tolerance deviation of the pipe bend of the pipe to a target value.
  • the position of the reference holes is selected so that a tube which can be plugged into the receptacle is also within a predetermined tolerance range for the tube bend. This also determines whether the pipe is in or out of tolerance via the slip-on criterion. Due to the geometrical tolerances of the tubes a defined automated recording by a gripper and a plugging over the reference holes in the workpiece holder is not possible.
  • the tube is inserted into a workpiece holder, in which the tube comes into contact within a contact area.
  • the pipes must be manually inserted due to their geometric tolerances. Tubes that can not be inserted to a predetermined extent, deviate with their bending radius so far from a target value that the pipe bend is no longer within a predetermined bending tolerance.
  • the disadvantage here on the one hand, that due to the rigid position of the tube in the workpiece holder, the tube is limited to a cutting tool, such as a laser beam, accessible. From the workpiece holder on the pipe covered areas are accessible only by a folding of the tube in another workpiece holder for processing. This leads to an increased time and device overhead. On the other hand, out of tolerance form deviations of the tube outside the contact area of the recording are not detected, which is why optionally cut a cut contour out of tolerance on a pipe and the defective pipe is fed unnoticed further processing.
  • This object is fulfilled for a method for producing a tubular frame consisting of a multiplicity of tubes, which are welded to one another at a plurality of actual interfaces in each case via two joining surfaces. At least one of the two joining surfaces represents an actual sectional contour, along which one of the two pipes to be welded in each case has been cut or cut off prior to welding with a laser beam.
  • a tolerance envelope is calculated for the individual tubes and stored with reference to a coordinate system related to a delivery device.
  • a nominal sectional contour pattern with nominal sectional contours, which are each assigned to one of the actual sectional contours, is defined and the nominal sectional contours are stored relative to the tolerance envelopes of the individual tubes.
  • one of the tubes is received by the feed device with a gripping arm and transported relative to an optical measuring device, which occupies a known spatial position in the coordinate system, where the tube is optically detected and measured.
  • the gripper arm moves the tube in space until the tube is within the tolerance envelope calculated for that tube.
  • the feed device adjusts the tube of a laser cutting device so that the tolerance envelope calculated for the tube assumes a predetermined relative position to the laser cutting device, with which the tube has assumed a spatial position defined by a spatial position of the tolerance envelope relative to the laser cutting device.
  • the laser beam of the laser cutting device describes the desired cutting contour, which is related to the tolerance sheath, wherein the actual cutting contour is cut on the pipe.
  • the actual sectional contour corresponds to a projection of the desired sectional contour onto the tube.
  • the actual sectional contour has either the shape of a cutout surface or an end face.
  • the actual sectional contour in the form of a cutout surface in a jacket of one of the tubes corresponds to the tubes inserted into the same tolerance envelope with different tolerance deviations of a differently modified mapping of the nominal sectional contour, so that the other of the tubes welded to this actual sectional contour, irrespective of the position the inserted tube in the tolerance shell occupies a same relative position to the tolerance shell of the inserted tube.
  • the actual sectional contour in the form of an end face of one of the tubes assumes a different angle with a tube axis of the tube for the tubes inserted with different tolerance deviations in the same tolerance envelope, so that the other of the tubes welded to this actual sectional contour, regardless of the position of the inserted Pipe in the tolerance shell occupies a same relative position to the tolerance shell of the inserted tube.
  • the tube of the laser cutting device is not delivered when the tube is not available in the tolerance sheath, which is a criterion that the tube is out of tolerance.
  • each actual interface is defined by the position of a real sectional contour (hereinafter actual sectional contour), which results from cutting or cutting one of the tubes.
  • actual sectional contour in the form of a cutout surface on the jacket of the tube or an end face at the end of the tube, is in each case joined to the lateral surface or a cut end face of another of the tubes and welded.
  • the laser beam is not guided relative to the respective real pipe, but the laser beam is guided along the desired cutting contour, which is related to the tolerance envelope calculated for the relevant pipe.
  • the desired cutting contour is preferably within the tolerance envelope, preferably centrally between the positions of two maximum deviating actual Cut contours on the inserted into the tolerance sheath pipes.
  • the actual cutting contour is produced as a projection of the desired cutting contour onto the real pipe.
  • the target sectional contour is reduced, enlarged or otherwise modified projected onto the jacket of the tube.
  • the projection takes place in such a way that the other tube applied to the resulting actual cut contour with its lateral surface always has the same relative position to the tolerance casing of the cut tube relative to the tolerance casing, completely independent of how the cut tube lies in the tolerance casing.
  • the positional tolerance of lying in the tolerance sheath pipes is not in a tolerance chain.
  • the individual tolerance envelope is calculated, which determines the shape tolerance of the respective tube and is stored together with the respective nominal tolerances assigned to the tolerance interface, a desired interface pattern, based on a spatially fixed coordinate system.
  • the tube then taken for processing is delivered to a 3-D camera.
  • the tube is measured three-dimensionally and by moving the gripper arm holding the tube, the tube is inserted into the calculated tolerance sheath. If insertion is not possible, the pipe is out of tolerance.
  • the tolerance envelope may also encase only one or more individual sections of the tube.
  • the tube has a knowledge of the location of the tolerance envelope in space a known spatial position and is relatively delivered with this accuracy of the laser cutting device. This means that the real pipes do not take up a reproducible spatial position relative to the laser cutting device and thus to the laser beam guided through the cutting nozzle. However, a reproducible spatial position is taken up by the tolerance envelope.
  • 1 a a tube frame with four tubes in exploded view
  • 1 b a representation of the assembled tube frame according to FIG. 1 a
  • FIGS. 1 a and 1 b shows a desired interface pattern for the tubular frame according to FIGS. 1 a and 1 b relative to a coordinate system
  • FIG. 2 shows the tube frame according to FIG. 1 in an exploded view with tolerance sleeves for the tubes
  • Fig. 3a an ideal tube ideally lying in the tolerance envelope
  • Fig. 4a shows the relative position of a tube, which with its lateral surface on the
  • Fig. 5 is a schematic diagram of a device suitable for the implementation of
  • FIG. 1 a shows a tube frame in an exploded view by way of example, which consists of tubes R, here four tubes Ri-R 4 , which are welded together at actual interfaces SIST, here specifically five actual interfaces SISTI-SISTS.
  • the actual interfaces SIST I - SIST S are formed in each case by welding-compatible joining surfaces V at the two respective tubes R forming a welding partner.
  • Fig. 1 b these four pipes Ri - R 4 are shown welded together as intended.
  • Fig. 1c A target interface pattern with nominal interfaces SSOLL for the tubular frame is shown. Each of the target interfaces SSOLL is assigned to one of the actual interfaces SIST.
  • the first interface type results in a pairing of two tubes R over two end faces.
  • An example of this is shown in FIG. 1a-1b on the basis of the actual interface SISTI, in which an end face of the tube R3, as the joining face VR 3 -I, is welded to an end face of the tube Ri, as the joining face V R11 .
  • the second interface type results in a pairing of two tubes R over a cut-out surface and a lateral surface.
  • An example of this is shown in FIGS. 1a-1b on the basis of the actual interface SIST 2 , in which a cut-out surface of the tube Ri, as the joining surface V R12 , is welded to the lateral surface of the tube R 2 , as the joining surface V R22 ,
  • the third interface type results in a pairing of two tubes R over an end face and a lateral surface.
  • An example of this is shown in FIG. 1 on the basis of the actual interface SIST 3 , in which an end face of the tube R 4 , as the joining surface V R42 , is to be welded to the lateral surface of the tube R 3 , as the joining surface V R33 .
  • Each of the interface types has the at least one joining surface V, which represents a nominal sectional contour "SOLL.
  • its desired position is determined based neither on the ideal tube R nor on the real tube R, but on a calculated tolerance envelope H.
  • This tolerance envelope H encloses the ideal tube R. Likewise, it surrounds the real tube R whose outside dimensions are in tolerance.
  • the tolerance envelope H can also be defined only for individual sections of individual tubes R.
  • the possible shape deviation essentially relates to the deviation of the course of the actual tube axis of a target tube axis due to the deviation of actual bending radii of target bending radii on the tube R and a possible twisting of the actual tube axis in the bending areas.
  • Each actual interface SIST is assigned to the tolerance envelope H reference interface SSOLL, see Fig. 1 b in combination with Fig. 1c assigned.
  • the desired interfaces SSOLL are stored in a fixed position relative to one another in a desired interface pattern. This means that the relative spatial position of the desired sectional contours K S OLL are stored relative to each other for the joining surfaces V to be produced by cuts.
  • the tolerance sheaths Fl are each calculated so that the actual sectional contours K ! S T SO can be cut on each tube R which fits into the tolerance sheath F, so that the suitable joining surface V for the welding results.
  • the ideal pipe R is ideally shown lying in the tolerance envelope Fl.
  • the tube axes of the ideal tube R and the tolerance envelope Fl coincide.
  • the desired cutting contours KSOLL are calculated so that they coincide in this case with the actual cutting contours KIST. This would no longer be the case if the ideal tube R were tilted in the tolerance envelope Fl.
  • FIGS. 3b and 3c two tubes Ri are shown, which each fit into the tolerance envelope FI 1 and deviate differently from the shape of an ideal tube Ri.
  • the nominal sectional contours K -i SOLL, KRI2SOLL, KRI3SOLL have, relative to the tolerance envelope Fl-i , an equal relative position relative to each other, however, the actual cutting contours K R11
  • a cut-out surface as the joining surface V Ri2 for the actual interface S 2 IST extends more or less deeply into the tube R 1 .
  • An end surface as the joining surface V R11 for the actual interface SUST is cut at different points along the tube axis of the tube R and at a different angle to it.
  • the tube R 3, in which a face and a cut surface are the same as the tube R 1, are to be finished as joining surfaces V R31 and V R2i for the actual interfaces S-HST and S 5 IST, respectively, and are processed analogously to the tube Ri.
  • the tube R 4 On the tube R 4 , only one end face is cut as the joining face V R42 for the actual interface S 3 IST.
  • the tolerance to the second actual interface S 4 IST is compensated, in which the tube R 4 is welded to a mitwandernden area of its lateral surface on a joining surface V Ri3 , which is a cut surface.
  • the pipe R 2 has no actual cutting contours K ! S T.
  • His joining surfaces V R21 , V R22 are areas on lateral surfaces whose relative position to each other in the Fier ein of the tube R is formed. This means, in contrast to the joining surfaces V, which arise differently due to the different position of the tube R in the tolerance sleeve F1 due to the cutting of actual sectional contours K ! S T on the tubes R, whereby the tolerances can be compensated Tolerance deviation be accepted. Accordingly, either the tolerance envelope F1 must be kept sufficiently narrow at least in the region of the connection points V R21 and V R22 , or the tube R is designed so that it is delivered to the joining surfaces V of the other tubes R by a positional adaptation.
  • the u-shaped tube R should be designed so that its two legs do not run parallel to each other, but enclose a small angle with each other, so that a positional adjustment on the displacement in the direction of the legs is possible.
  • FIG. 4b to 4d is shown once more simplified on a straight pipe R, as a target - sectional contour K S OLL relative to a tolerance envelope Fl is projected onto each lying in the tolerance envelope Fl pipes R.
  • Actual sectional contours KIST projected onto the jacket of the respective tube R are modified relative to the desired sectional contour KSOLL by a layer, size and / or Change in shape, depending on the spatial position in which the jacket of the respective pipe R is located relative to the desired sectional contour K S OLL.
  • the other of the tubes R which in each case is welded to the at least one actual sectional contours K
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a device suitable for carrying out the method.
  • the device comprises a feed surface 1, a feed device 2 with a gripping arm 2.1, an optical measuring device 3, e.g. a 3-D camera, a laser cutting device 4, with a cutting nozzle 4.1, a storage and control unit 6 and advantageously a further optical measuring device 5.
  • an optical measuring device 3 e.g. a 3-D camera
  • a laser cutting device 4 with a cutting nozzle 4.1
  • storage and control unit 6 advantageously a further optical measuring device 5.
  • the gripping arm 2.1 can be tracked in case of position deviations from a desired position, which may also be due to a shape deviation of the tube R, to optimally grip the tube R.
  • the tubes R are respectively received by the feed arm 2 of the feed device 2 by a feed surface 1.
  • the tubes R are pre-sorted, prepositioned and preoriented on the feed surface 1, so that the gripping arm 2.1 when starting a predetermined gripping position in each case the tube R, to the gripping arm 2.1 pre-aligned, picks up.
  • the tubes R are pre-sorted, prepositioned and preoriented on the feed surface 1, so that the gripping arm 2.1 when starting a predetermined gripping position in each case the tube R, to the gripping arm 2.1 pre-aligned, picks up.
  • the gripper arm 2.1 is preferably a multi-axis gripper arm 2.1, which can freely move a gripped workpiece, in this case the tube R, within a limited operating range.
  • a gripped workpiece in this case the tube R
  • Within the working area is the feed surface 1, the optical measuring device 3 and the laser cutting device 4, each having a known spatial position within the coordinate system.
  • the tube R is transported to the optical measuring device 3, where the tube R is optically detected and measured. Subsequently, the tube R is inserted by the gripper arm 2.1 in a tolerance envelope H, which is confirmed that the tube R is in tolerance.
  • the spatial position of the tube R within a coordinate system defined by the feed device 2 is thus determined by the spatial position of the tolerance envelope H in the coordinate system.
  • the gripping arm 2.1 adjusts the tube R of the laser cutting device 4 in such a way that the tolerance envelope H is in a predetermined relative position to the laser cutting device 4.
  • the laser cutting device 4 then cuts the actual sectional contours K ! S T on the tube R, wherein the laser beam is guided through the cutting nozzle 4.1 along a desired cutting profile K S OLL related to the tolerance envelope H.
  • the method is possible with a laser beam, because the execution of the cut does not require the mechanical contact between a cutting tool and a workpiece and thus a defined position of the working surface, as in the case of a mechanical machining.
  • the processing surface can occupy a different spatial position at least within the focus area.
  • the method according to the invention makes it possible to produce the actual sectional contours K ! S T on the only roughly tolerated tubes R, to which other tubes R can be added and welded, wherein the coarse tolerance of the tubes R is achieved by modifying the actual sectional contours KIST not or only slightly into the tolerance chain for complete welding of the tubes R flow into a tube frame. It also allows the automated recording of only pre-oriented tubes R by the gripper arm 2.1 and their delivery to the laser cutting device. 4

Abstract

The method according to the invention makes it possible to produce actual cutting contours on tubes (R) with only rough tolerances, to which contours others of the tubes (R) can be joined and welded, wherein, as a result of the actual cutting contours being modified, the rough shape tolerance of the tubes (R) does not enter the tolerance chain, or enters the latter only a little, for the tubes (R) to be fully welded to form a tubular frame. It also allows the automated reception of only pre-oriented tubes (R) by a gripping arm and the infeed thereof to a laser cutting device.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Rohrrahmens  Method for producing a tubular frame
Rohrrahmen stellen eine Metallkonstruktion aus einer Vielzahl von einzelnen Rohren dar, die miteinander z.B. durch Schweißverbindungen verbunden werden. Rohrrahmen zeichnen sich im Vergleich zu Rahmen aus massiven Profilen bei einer gleichen Zugfestigkeit durch ein günstigeres Verhältnis von Masse zu Festigkeit aus und finden daher insbesondere dort Anwendung, wo tragende Konstruktionen mit einem nur geringen Gewicht gefragt sind. Tubular frames represent a metal construction of a plurality of individual tubes which are interconnected e.g. be connected by welded joints. Tube frames are distinguished by a more favorable mass-to-strength ratio compared to solid profile frames with the same tensile strength, and are therefore particularly applicable where load-bearing structures with low weight are required.
Damit eine gewünschte Konstruktion entsteht, müssen die Rohre in einer vorgegebenen Relativlage miteinander verschweißt werden. Dabei entstehen Verbindungen an Schnittstellen, die jeweils durch zwei an den Rohren vorhandene Fügeflächen gebildet werden. Die beiden Fügeflächen stellen in der Regel jeweils eine dafür angefertigte Schnittkontur an einem der Rohre und eine eingepasste Mantelfläche eines anderen der Rohre oder eine weitere dafür angefertigte Schnittkontur an einem anderen der Rohre dar. Eine Schnittkontur kann durch Ausschneiden oder Abschneiden eines Rohres hergestellt werden. For a desired construction, the tubes must be welded together in a predetermined relative position. This creates connections at interfaces, which are each formed by two existing on the pipes joining surfaces. As a rule, the two joining surfaces each represent a sectional contour produced therefor on one of the tubes and a fitted lateral surface of another of the tubes or a further cut contour made on another of the tubes. A cutting contour can be produced by cutting or cutting off a tube.
Nachteilig bei der Herstellung eines Rohrrahmens aus zum Teil gebogenen Rohren mit einem kreisrunden Querschnitt ist die fertigungsbedingte große Schwankungsbreite des Biegeradius für gleiche Rohre, die dazu führt, dass die einzelnen Rohre eine vergleichsweise geringe Maßhaltigkeit des Verlaufes ihrer Rohrachsen haben. A disadvantage in the production of a tubular frame from partially curved tubes with a circular cross-section is the production-related large fluctuation of the bending radius for the same tubes, which causes the individual tubes have a relatively low dimensional stability of the course of their tube axes.
Aus dem Stand der Technik sind zwei unterschiedliche Verfahren bekannt, um gebogene Rohre oder rohrähnliche Bauteile (nachfolgend gemeinsam Rohre) zu beschneiden. Automatisiert können die beiden Verfahren mit einem Laser als Schneidwerkzeug durchgeführt werden. From the prior art, two different methods are known to trim bent tubes or tube-like components (hereinafter collectively tubes). The two methods can be automated with a laser as a cutting tool.
Bei einem ersten aus der Praxis bekannten Verfahren werden vor dem Verfahrensschritt des Schneidens Referenzlöcher in das Rohr eingebracht, über die zur Positionierung des Rohres zum Schneidwerkzeug das Rohr in einer Werkstückaufnahme aufgenommen wird. Damit wird das Rohr mit einer vorbestimmten Relativlage der Referenzlöcher zu der Werkstückaufnahme gehalten. Bei einem automatisierten Schneiden werden die Schnittkonturen, entlang der das Rohr geschnitten wird, in ihrer Raumlage bezogen auf die Lage der Referenzlöcher festgelegt, unabhängig von einer möglichen Toleranzabweichung der Rohrbiegung des Rohres gegenüber einem Sollwert. Die Lage der Referenzlöcher wird so gewählt, dass ein Rohr, welches in der Aufnahme aufsteckbar ist, auch innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches für die Rohrbiegung liegt. Damit wird über das Kriterium der Aufsteckbarkeit auch entschieden, ob das Rohr in oder außer Toleranz ist. Aufgrund der geometrischen Toleranzen der Rohre ist eine definierte automatisierte Aufnahme durch einen Greifer und ein Aufstecken über die Referenzlöcher in der Werkstückaufnahme nicht möglich. In a first method known from practice, prior to the method step of cutting, reference holes are introduced into the tube, via which the tube is received in a workpiece holder for positioning the tube to the cutting tool. Thus, the tube is held with a predetermined relative position of the reference holes to the workpiece holder. At a automated cutting, the cutting contours along which the pipe is cut, determined in their spatial position relative to the position of the reference holes, regardless of a possible tolerance deviation of the pipe bend of the pipe to a target value. The position of the reference holes is selected so that a tube which can be plugged into the receptacle is also within a predetermined tolerance range for the tube bend. This also determines whether the pipe is in or out of tolerance via the slip-on criterion. Due to the geometrical tolerances of the tubes a defined automated recording by a gripper and a plugging over the reference holes in the workpiece holder is not possible.
In einem zweiten aus der Praxis bekannten Verfahren wird das Rohr in eine Werkstückaufnahme eingelegt, in der das Rohr innerhalb eines Kontaktbereiches zur Anlage kommt. Auch hier müssen die Rohre aufgrund ihrer geometrischen Toleranzen manuell eingelegt werden. Rohre, die sich nicht in einem vorgegebenen Maße einlegen lassen, weichen mit ihrem Biegeradius soweit von einem Sollwert ab, dass die Rohrbiegung nicht mehr innerhalb einer vorgegebenen Biegetoleranz liegt. Nachteilig ist hier zum einen, dass durch die starre Lage des Rohres in der Werkstückaufnahme das Rohr nur begrenzt für ein Schneidwerkzeug, wie einen Laserstrahl, zugängig ist. Von der Werkstückaufnahme am Rohr verdeckte Bereiche werden erst durch ein Umlegen des Rohres in eine andere Werkstückaufnahme für die Bearbeitung zugänglich. Dies führt zu einem erhöhten Zeit- und Vorrichtungsaufwand. Zum anderen werden außer Toleranz liegende Formabweichungen des Rohres außerhalb des Kontaktbereiches der Aufnahme nicht festgestellt, weshalb gegebenenfalls an einem Rohr eine Schnittkontur außer Toleranz geschnitten wird und das fehlerhafte Rohr unbemerkt einer weiteren Verarbeitung zugeführt wird. In a second known from practice, the tube is inserted into a workpiece holder, in which the tube comes into contact within a contact area. Again, the pipes must be manually inserted due to their geometric tolerances. Tubes that can not be inserted to a predetermined extent, deviate with their bending radius so far from a target value that the pipe bend is no longer within a predetermined bending tolerance. The disadvantage here, on the one hand, that due to the rigid position of the tube in the workpiece holder, the tube is limited to a cutting tool, such as a laser beam, accessible. From the workpiece holder on the pipe covered areas are accessible only by a folding of the tube in another workpiece holder for processing. This leads to an increased time and device overhead. On the other hand, out of tolerance form deviations of the tube outside the contact area of the recording are not detected, which is why optionally cut a cut contour out of tolerance on a pipe and the defective pipe is fed unnoticed further processing.
Insbesondere bei der Herstellung komplexer Schweißgruppen, wie z. B. Rohrrahmen, ist es besonders nachteilig, wenn erst beim späteren Prozessschritt des Verschweißens der Rohre festgestellt wird, dass die Rohre nicht an allen Schnittstellen miteinander verbunden werden können, weil die Schnittkonturen an einzelnen der Rohre zu weit von einer vorgegebenen Solllage abweichen und sich die damit ergebenden Abweichungen der Raumlage der Rohre zueinander in einer Toleranzkette summieren. Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrrahmens zu schaffen, dass vergleichsweise mehr automatisiert ist und die für die Herstellung zu beachtende Toleranzkette vorteilhaft verkürzt. In particular, in the production of complex welding groups, such. As tube frame, it is particularly disadvantageous if it is found only at the later process step of welding the tubes that the tubes can not be connected to each other at all interfaces, because the cut contours of individual of the tubes deviate too far from a predetermined desired position and the thus resulting deviations of the spatial position of the tubes to each other in a tolerance chain summing. It is the object of the invention to provide a method for producing a tubular frame, which is comparatively more automated and advantageously shortens the tolerance chain to be considered for the production.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrrahmens, bestehend aus einer Vielzahl von Rohren, die untereinander an mehreren Ist - Schnittstellen jeweils über zwei Fügeflächen miteinander verschweißt werden, erfüllt. Wenigstens eine der jeweils zwei Fügeflächen stellt eine Ist - Schnittkontur dar, entlang der eines der beiden jeweils zu verschweißenden Rohre vor dem Verschweißen mit einem Laserstrahl aus- oder abgeschnitten wurde. Es wird für die einzelnen Rohre jeweils eine Toleranzhülle berechnet und mit Bezug zu einem auf eine Zustelleinrichtung bezogenem Koordinatensystem abgespeichert. Für den Rohrrahmen wird ein Soll - Schnittkonturmuster mit Soll - Schnittkonturen, die jeweils einer der Ist - Schnittkonturen zugeordnet sind, festgelegt und die Soll-Schnittkonturen werden bezogen auf die Toleranzhüllen der einzelnen Rohre abgespeichert. This object is fulfilled for a method for producing a tubular frame consisting of a multiplicity of tubes, which are welded to one another at a plurality of actual interfaces in each case via two joining surfaces. At least one of the two joining surfaces represents an actual sectional contour, along which one of the two pipes to be welded in each case has been cut or cut off prior to welding with a laser beam. In each case, a tolerance envelope is calculated for the individual tubes and stored with reference to a coordinate system related to a delivery device. For the tubular frame, a nominal sectional contour pattern with nominal sectional contours, which are each assigned to one of the actual sectional contours, is defined and the nominal sectional contours are stored relative to the tolerance envelopes of the individual tubes.
Jeweils eines der Rohre wird durch die Zustelleinrichtung mit einem Greifarm aufgenommen und relativ zu einer optischen Vermessungseinrichtung, die eine bekannte Raumlage im Koordinatensystem einnimmt, transportiert, wo das Rohr optisch erfasst und vermessen wird. Der Greifarm bewegt das Rohr im Raum, bis das Rohr innerhalb der für dieses Rohr berechneten Toleranzhülle liegt. Zeitgleich oder danach stellt die Zustelleinrichtung das Rohr einer Laserschneideinrichtung relativ so zu, dass die für das Rohr berechnete Toleranzhülle eine vorbestimmte Relativlage zur Laserschneideinrichtung einnimmt, womit das Rohr eine durch eine Raumlage der Toleranzhülle definierte Raumlage bezogen auf die Laserschneideinrichtung eingenommen hat.  In each case one of the tubes is received by the feed device with a gripping arm and transported relative to an optical measuring device, which occupies a known spatial position in the coordinate system, where the tube is optically detected and measured. The gripper arm moves the tube in space until the tube is within the tolerance envelope calculated for that tube. At the same time or after, the feed device adjusts the tube of a laser cutting device so that the tolerance envelope calculated for the tube assumes a predetermined relative position to the laser cutting device, with which the tube has assumed a spatial position defined by a spatial position of the tolerance envelope relative to the laser cutting device.
Der Laserstrahl der Laserschneideinrichtung beschreibt die auf die Toleranzhülle bezogene Soll - Schnittkontur , wobei an dem Rohr die Ist - Schnittkontur geschnitten wird. Die Ist - Schnittkontur entspricht einer Projektion der Soll - Schnittkontur auf das Rohr.  The laser beam of the laser cutting device describes the desired cutting contour, which is related to the tolerance sheath, wherein the actual cutting contour is cut on the pipe. The actual sectional contour corresponds to a projection of the desired sectional contour onto the tube.
Die Ist - Schnittkontur weist entweder die Form einer Ausschnittsfläche oder einer Stirnfläche auf. Die Ist - Schnittkontur in Form einer Ausschnittsfläche in einem Mantel eines der Rohre entspricht für die in dieselbe Toleranzhülle eingefügten Rohre mit unterschiedlichen Toleranzabweichungen einer unterschiedlich modifizierten Abbildung der Soll - Schnittkontur, sodass das an diese Ist - Schnittkontur geschweißte andere der Rohre, unabhängig von der Lage des eingefügten Rohres in der Toleranzhülle eine gleiche Relativlage zu der Toleranzhülle des eingefügten Rohres einnimmt. The actual sectional contour has either the shape of a cutout surface or an end face. The actual sectional contour in the form of a cutout surface in a jacket of one of the tubes corresponds to the tubes inserted into the same tolerance envelope with different tolerance deviations of a differently modified mapping of the nominal sectional contour, so that the other of the tubes welded to this actual sectional contour, irrespective of the position the inserted tube in the tolerance shell occupies a same relative position to the tolerance shell of the inserted tube.
Die Ist - Schnittkontur in Form einer Stirnfläche eines der Rohre nimmt für die in dieselbe Toleranzhülle eingefügten Rohre mit unterschiedlichen Toleranzabweichungen einen unterschiedlichen Winkel mit einer Rohrachse des Rohres ein, sodass das an diese Ist - Schnittkontur geschweißte andere der Rohre, unabhängig von der Lage des eingefügten Rohres in der Toleranzhülle eine gleiche Relativlage zu der Toleranzhülle des eingefügten Rohres einnimmt. The actual sectional contour in the form of an end face of one of the tubes assumes a different angle with a tube axis of the tube for the tubes inserted with different tolerance deviations in the same tolerance envelope, so that the other of the tubes welded to this actual sectional contour, regardless of the position of the inserted Pipe in the tolerance shell occupies a same relative position to the tolerance shell of the inserted tube.
Vorteilhaft wird das Rohr der Laserschneideinrichtung nicht zugestellt, wenn das Rohr nicht in die Toleranzhülle fügbar ist, was ein Kriterium dafür ist, dass das Rohr außer Toleranz ist. Advantageously, the tube of the laser cutting device is not delivered when the tube is not available in the tolerance sheath, which is a criterion that the tube is out of tolerance.
Um die Rohre bestimmungsgemäß zu einem Rohrrahmen zu verbinden, werden sie an Schnittstellen (nachfolgend Ist - Schnittstellen) miteinander verschweißt. Jede Ist- Schnittstelle ist durch die Lage einer realen Schnittkontur (nachfolgend Ist- Schnittkontur) definiert, die durch ein Ausschneiden oder ein Abschneiden eines der Rohre entsteht. Die entstehende Ist - Schnittkontur, in Form einer Ausschnittsfläche am Mantel des Rohres oder einer Stirnfläche am Ende des Rohres, wird jeweils an die Mantelfläche oder eine geschnittene Stirnfläche eines anderen der Rohre gefügt und verschweißt. In order to connect the pipes as intended to a pipe frame, they are welded together at interfaces (hereinafter actual interfaces). Each actual interface is defined by the position of a real sectional contour (hereinafter actual sectional contour), which results from cutting or cutting one of the tubes. The resulting actual sectional contour, in the form of a cutout surface on the jacket of the tube or an end face at the end of the tube, is in each case joined to the lateral surface or a cut end face of another of the tubes and welded.
Es ist erfindungswesentlich, dass zum Schneiden der Ist - Schnittkontur der Laserstrahl nicht bezogen auf das jeweils reale Rohr geführt wird, sondern der Laserstrahl wird entlang der Soll - Schnittkontur geführt, die auf die für das betreffende Rohr gerechnete Toleranzhülle bezogen ist. Die Soll - Schnittkontur liegt bevorzugt innerhalb der Toleranzhülle, bevorzugt mittig zwischen den Lagen zweier maximal abweichender Ist - Schnittkonturen an den in die Toleranzhülle eingefügten Rohren. Die Ist -Schnittkontur entsteht dabei als Projektion der Soll - Schnittkontur auf das reale Rohr. In Abhängigkeit von der Winkelstellung des Laserstrahls jeweils zum Lot in den Auftreffpunkten entlang der Soll-Schnittkontur wird die Soll - Schnittkontur verkleinert, vergrößert oder anders modifiziert auf den Mantel des Rohres projiziert. Idealerweise erfolgt die Projektion so, dass das an die entstehende Ist - Schnittkontur mit seiner Mantelfläche angelegtes anderes Rohr bezogen auf die Toleranzhülle immer eine gleiche Relativlage zur Toleranzhülle des geschnittenen Rohres aufweist, völlig unabhängig davon, wie das geschnittene Rohr in der Toleranzhülle liegt. Somit geht die Lagetoleranz der in der Toleranzhülle liegenden Rohre nicht in eine Toleranzkette ein. It is essential to the invention that for cutting the actual cutting contour the laser beam is not guided relative to the respective real pipe, but the laser beam is guided along the desired cutting contour, which is related to the tolerance envelope calculated for the relevant pipe. The desired cutting contour is preferably within the tolerance envelope, preferably centrally between the positions of two maximum deviating actual Cut contours on the inserted into the tolerance sheath pipes. The actual cutting contour is produced as a projection of the desired cutting contour onto the real pipe. Depending on the angular position of the laser beam in each case to the solder in the impact points along the desired cutting contour, the target sectional contour is reduced, enlarged or otherwise modified projected onto the jacket of the tube. Ideally, the projection takes place in such a way that the other tube applied to the resulting actual cut contour with its lateral surface always has the same relative position to the tolerance casing of the cut tube relative to the tolerance casing, completely independent of how the cut tube lies in the tolerance casing. Thus, the positional tolerance of lying in the tolerance sheath pipes is not in a tolerance chain.
Es wird für jedes Rohr die individuelle Toleranzhülle berechnet, die für die Formtoleranz des jeweiligen Rohres bestimmend ist und zusammen mit den jeweils der Toleranzhülle zugeordneten Soll - Schnittstellen, eines Soll - Schnittstellenmusters, bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem abgespeichert wird. Das dann zur Bearbeitung aufgenommene Rohr wird einer 3-D-Kamera zugestellt. Das Rohr wird dreidimensional vermessen und durch Bewegung des das Rohr haltenden Greifarms wird das Rohr in die gerechnete Toleranzhülle eingefügt. Ist ein Einfügen nicht möglich, ist das Rohr außer Toleranz. Die Toleranzhülle kann auch nur einen oder mehrere einzelne Abschnitte des Rohres umhüllen. Das Rohr hat über die Kenntnis der Lage der Toleranzhülle im Raum eine bekannte Raumlage und wird mit dieser Genauigkeit der Laserschneideinrichtung relativ zugestellt. Das heißt die realen Rohre nehmen keine reproduzierbare Raumlage zur Laserschneideinrichtung und damit zu dem durch die Schneiddüse geführten Laserstrahl ein. Eine reproduzierbare Raumlage wird jedoch von der Toleranzhülle eingenommen. For each tube, the individual tolerance envelope is calculated, which determines the shape tolerance of the respective tube and is stored together with the respective nominal tolerances assigned to the tolerance interface, a desired interface pattern, based on a spatially fixed coordinate system. The tube then taken for processing is delivered to a 3-D camera. The tube is measured three-dimensionally and by moving the gripper arm holding the tube, the tube is inserted into the calculated tolerance sheath. If insertion is not possible, the pipe is out of tolerance. The tolerance envelope may also encase only one or more individual sections of the tube. The tube has a knowledge of the location of the tolerance envelope in space a known spatial position and is relatively delivered with this accuracy of the laser cutting device. This means that the real pipes do not take up a reproducible spatial position relative to the laser cutting device and thus to the laser beam guided through the cutting nozzle. However, a reproducible spatial position is taken up by the tolerance envelope.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und Zeichnungen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and drawings.
Hierzu zeigen: Show:
Fig. 1 a einen Rohrrahmen mit vier Rohren in Explosionsdarstellung, Fig. 1 b eine Darstellung des zusammengebauten Rohrrahmen nach Fig. 1 a, 1 a a tube frame with four tubes in exploded view, 1 b a representation of the assembled tube frame according to FIG. 1 a,
Fig. 1 c ein Soll - Schnittstellenmuster für den Rohrrahmen nach Fig. 1 a und 1 b bezogen auf ein Koordinatensystem, 1 c shows a desired interface pattern for the tubular frame according to FIGS. 1 a and 1 b relative to a coordinate system,
Fig. 2 den Rohrrahmen nach Fig. 1 in Explosionsdarstellung mit Toleranzhüllen für die Rohre, 2 shows the tube frame according to FIG. 1 in an exploded view with tolerance sleeves for the tubes, FIG.
Fig. 3a ein ideales Rohr ideal in der Toleranzhülle liegend, Fig. 3a an ideal tube ideally lying in the tolerance envelope,
Fig. 3b ein fehlerbehaftetes Rohr in der Toleranzhülle liegend, 3b a faulty tube lying in the tolerance envelope,
Fig. 3c ein weiteres fehlerbehaftetes Rohr in der Toleranzhülle liegend, 3c shows another faulty tube lying in the tolerance envelope,
Fig. 4a die Relativlage eines Rohres, welches mit seiner Mantelfläche an der Fig. 4a shows the relative position of a tube, which with its lateral surface on the
Schnittkontur eines anderen Rohres anliegt,  Cutting contour of another tube is applied,
Fig. 4b ein ideales Rohr, ideal in der Toleranzhülle liegend, 4b shows an ideal tube, ideally lying in the tolerance envelope,
Fig. 4c ein Rohr, verkippt in der Toleranzhülle liegend, 4c shows a tube, tilted in the tolerance envelope,
Fig. 4d ein weiteres Rohr, verkippt in der Toleranzhülle liegend und Fig. 4d another tube, tilted lying in the tolerance shell and
Fig. 5 eine Prinzipskizze für eine Vorrichtung geeignet für die Durchführung des Fig. 5 is a schematic diagram of a device suitable for the implementation of
Verfahrens.  Process.
In Fig. 1a ist ein Rohrrahmen in Explosionsdarstellung beispielhaft gezeigt, der aus Rohren R, hier vier Rohren Ri - R4 besteht, die an Ist - Schnittstellen SIST, hier konkret fünf Ist - Schnittstellen SISTI - SISTS, miteinander verschweißt werden. Die Ist - Schnittstellen SISTI - SISTS werden jeweils durch schweißgerechte Fügeflächen V an den beiden jeweils einen Schweißpartner bildenden Rohren R gebildet. In Fig. 1 b sind diese vier Rohre Ri - R4 bestimmungsgemäß miteinander verschweißt dargestellt. In Fig. 1c ist ein Soll - Schnittstellenmuster mit Soll-Schnittstellen SSOLL für den Rohrrahmen gezeigt. Jede der Soll - Schnittstellen SSOLL ist einer der Ist - Schnittstellen SIST zugeordnet. FIG. 1 a shows a tube frame in an exploded view by way of example, which consists of tubes R, here four tubes Ri-R 4 , which are welded together at actual interfaces SIST, here specifically five actual interfaces SISTI-SISTS. The actual interfaces SIST I - SIST S are formed in each case by welding-compatible joining surfaces V at the two respective tubes R forming a welding partner. In Fig. 1 b, these four pipes Ri - R 4 are shown welded together as intended. In Fig. 1c A target interface pattern with nominal interfaces SSOLL for the tubular frame is shown. Each of the target interfaces SSOLL is assigned to one of the actual interfaces SIST.
Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Schnittstellentypen: There are basically three different interface types:
Der erste Schnittstellentyp ergibt sich bei einer Paarung zweier Rohre R über zwei Stirnflächen. Ein Beispiel hierfür ist in Fig.la - 1 b an Hand der Ist - Schnittstelle SISTI gezeigt, bei der eine Stirnfläche des Rohres R3, als Fügefläche VR3-I , mit einer Stirnfläche des Rohres Ri, als Fügefläche VR11, verschweißt wird. The first interface type results in a pairing of two tubes R over two end faces. An example of this is shown in FIG. 1a-1b on the basis of the actual interface SISTI, in which an end face of the tube R3, as the joining face VR 3 -I, is welded to an end face of the tube Ri, as the joining face V R11 .
Der zweite Schnittstellentyp ergibt sich bei einer Paarung zweier Rohre R über einer Ausschnittsfläche und einer Mantelfläche. Ein Beispiel hierfür ist in den Fig.la - 1 b an Hand der Ist - Schnittstelle SIST2 gezeigt, bei der eine Ausschnittsfläche des Rohres Ri, als Fügefläche VR12, mit der Mantelfläche des Rohres R2, als Fügefläche VR22, verschweißt wird. The second interface type results in a pairing of two tubes R over a cut-out surface and a lateral surface. An example of this is shown in FIGS. 1a-1b on the basis of the actual interface SIST 2 , in which a cut-out surface of the tube Ri, as the joining surface V R12 , is welded to the lateral surface of the tube R 2 , as the joining surface V R22 ,
Der dritte Schnittstellentyp ergibt sich bei einer Paarung zweier Rohre R über einer Stirnfläche und einer Mantelfläche. Ein Beispiel hierfür ist in Fig.1 an Hand der Ist - Schnittstelle SIST3 gezeigt, bei der eine Stirnfläche des Rohres R4, als Fügefläche VR42, mit der Mantelfläche des Rohres R3, als Fügefläche VR33, verschweißt werden soll. The third interface type results in a pairing of two tubes R over an end face and a lateral surface. An example of this is shown in FIG. 1 on the basis of the actual interface SIST 3 , in which an end face of the tube R 4 , as the joining surface V R42 , is to be welded to the lateral surface of the tube R 3 , as the joining surface V R33 .
Jeder der Schnittstellentypen weist die wenigstens eine Fügefläche V auf, die eine Soll - Schnittkontur «SOLL darstellt. Deren Solllage wird erfindungsgemäß weder auf das ideale Rohr R noch auf das reale Rohr R bezogen festgelegt, sondern auf eine gerechnete Toleranzhülle H. Diese Toleranzhülle H umhüllt das ideale Rohr R. Ebenso umhüllt sie das reale Rohr R, dessen Außenmaße in Toleranz sind. Die Toleranzhülle H kann auch nur für einzelne Abschnitte einzelner der Rohre R festgelegt sein. Each of the interface types has the at least one joining surface V, which represents a nominal sectional contour "SOLL. According to the invention, its desired position is determined based neither on the ideal tube R nor on the real tube R, but on a calculated tolerance envelope H. This tolerance envelope H encloses the ideal tube R. Likewise, it surrounds the real tube R whose outside dimensions are in tolerance. The tolerance envelope H can also be defined only for individual sections of individual tubes R.
Im Vorfeld des Schneidens der Rohre R für den Rohrrahmen werden wenigstens für die Rohre R, an denen geschnitten werden soll, Toleranzbereiche für die Maßhaltigkeit der Form der betreffenden Rohre R als die sogenannten Toleranzhüllen H berechnet, siehe Fig. 2. Davon ausgehend, dass die Rohre R in ihrem Rohrquerschnitt und der Rohrlänge mit einer hinreichenden Genauigkeit gefertigt sind, betrifft die mögliche Formabweichung im Wesentlichen die Abweichung des Verlaufes der Ist - Rohrachse von einer Soll - Rohrachse infolge der Abweichung von Ist - Biegeradien von Soll - Biegeradien an dem Rohr R und ein mögliches Verwinden der Ist - Rohrachse in den Biegebereichen. In advance of cutting the tubes R for the tubular frame, tolerance ranges for dimensional accuracy of the shape of the tubes R in question are calculated as the so-called tolerance envelopes H, at least for the tubes R to be cut, on the basis of FIG Pipes R in their pipe cross-section and the Tube lengths are made with sufficient accuracy, the possible shape deviation essentially relates to the deviation of the course of the actual tube axis of a target tube axis due to the deviation of actual bending radii of target bending radii on the tube R and a possible twisting of the actual tube axis in the bending areas.
Jeder Ist-Schnittstelle SIST ist die auf die Toleranzhülle H bezogene Soll - Schnittstelle SSOLL, siehe hierzu Fig. 1 b in Kombination mit Fig. 1c, zugeordnet. Die Soll - Schnittstellen SSOLL sind in einer festen Relativlage zueinander in einem Soll - Schnittstellenmuster abgespeichert. Das heißt es wird für die jeweils durch Schnitte herzustellenden Fügeflächen V die relative Raumlage der Soll - Schnittkonturen KSOLL zueinander abgespeichert. Each actual interface SIST is assigned to the tolerance envelope H reference interface SSOLL, see Fig. 1 b in combination with Fig. 1c assigned. The desired interfaces SSOLL are stored in a fixed position relative to one another in a desired interface pattern. This means that the relative spatial position of the desired sectional contours K S OLL are stored relative to each other for the joining surfaces V to be produced by cuts.
Die Toleranzhüllen Fl sind jeweils so gerechnet, dass an jedem Rohr R, welches in die Toleranzhülle Fl passt, die Ist - Schnittkonturen K!ST SO geschnitten werden können, dass die geeignete Fügefläche V für das Schweißen entsteht. In Fig. 3a ist das ideale Rohr R ideal in der Toleranzhülle Fl liegend gezeigt. Die Rohrachsen des idealen Rohres R und der Toleranzhülle Fl fallen zusammen. Vorteilhaft sind die Soll- Schnittkonturen KSOLL so berechnet, dass sie in diesem Fall mit den Ist-Schnittkonturen KIST zusammenfallen. Dem wäre nicht mehr so, wenn das ideale Rohr R in der Toleranzhülle Fl verkippt liegen würde. The tolerance sheaths Fl are each calculated so that the actual sectional contours K ! S T SO can be cut on each tube R which fits into the tolerance sheath F, so that the suitable joining surface V for the welding results. In Fig. 3a, the ideal pipe R is ideally shown lying in the tolerance envelope Fl. The tube axes of the ideal tube R and the tolerance envelope Fl coincide. Advantageously, the desired cutting contours KSOLL are calculated so that they coincide in this case with the actual cutting contours KIST. This would no longer be the case if the ideal tube R were tilted in the tolerance envelope Fl.
In den Fig. 3b und 3c sind zwei Rohre Ri dargestellt, die jeweils in die Toleranzhülle FI1 passen und unterschiedlich von der Form eines idealen Rohr Ri abweichen. Die Soll - Schnittkonturen K -i SOLL, KRI2SOLL, KRI3SOLL haben, bezogen auf die Toleranzhülle Fl-i, zueinander eine gleiche Relativlage, jedoch haben die Ist -Schnittkonturen KR11 |ST, KREIST, KR13IST, wie sie an den realen Rohren R-i , hier übertrieben gezeichnet, geschnitten werden, eine etwas unterschiedliche Raumlage und auch eine unterschiedliche Form und / oder Größe. Eine Ausschnittsfläche als Fügefläche VRi2 für die Ist - Schnittstelle S2IST erstreckt sich mehr bzw. weniger tief in das Rohr R1. Eine Stirnfläche als Fügefläche VR11 für die Ist - Schnittstelle SUST wird an unterschiedlichen Stellen entlang der Rohrachse des Rohres R und in einem unterschiedliche Winkel zu ihr geschnitten. Das Rohr R3, bei dem gleich dem Rohr R1 eine Stirnfläche und eine Ausschnittsfläche als Fügeflächen VR31 bzw. VR2i für die Ist - Schnittstellen S-HST bzw. S5IST ZU fertigen sind, wird analog dem Rohr Ri bearbeitet. In FIGS. 3b and 3c, two tubes Ri are shown, which each fit into the tolerance envelope FI 1 and deviate differently from the shape of an ideal tube Ri. The nominal sectional contours K -i SOLL, KRI2SOLL, KRI3SOLL have, relative to the tolerance envelope Fl-i , an equal relative position relative to each other, however, the actual cutting contours K R11 | S T, KREIST, K R13 IST have the same as the real Ri pipes, here exaggerated drawn, cut, a slightly different spatial position and also a different shape and / or size. A cut-out surface as the joining surface V Ri2 for the actual interface S 2 IST extends more or less deeply into the tube R 1 . An end surface as the joining surface V R11 for the actual interface SUST is cut at different points along the tube axis of the tube R and at a different angle to it. The tube R 3, in which a face and a cut surface are the same as the tube R 1, are to be finished as joining surfaces V R31 and V R2i for the actual interfaces S-HST and S 5 IST, respectively, and are processed analogously to the tube Ri.
An dem Rohr R4 wird nur eine Stirnfläche als Fügefläche VR42 für die Ist - Schnittstelle S3IST geschnitten. Die Toleranz zur zweiten Ist- Schnittstelle S4IST wird ausgeglichen, in dem das Rohr R4 mit einem mitwandernden Bereich seiner Mantelfläche auf einer Fügefläche VRi3, die eine Ausschnittsfläche darstellt verschweißt wird. On the tube R 4 , only one end face is cut as the joining face V R42 for the actual interface S 3 IST. The tolerance to the second actual interface S 4 IST is compensated, in which the tube R 4 is welded to a mitwandernden area of its lateral surface on a joining surface V Ri3 , which is a cut surface.
Das Rohr R2 weist keine Ist - Schnittkonturen K!ST auf. Seine Fügeflächen VR21, VR22 sind Bereiche an Mantelflächen, deren Relativlage zueinander bei der Fierstellung des Rohres R entsteht. Das heißt im Unterschied zu den Fügeflächen V, die durch das Schneiden von Ist - Schnittkonturen K!ST an den Rohren R bedingt durch die unterschiedliche Lage des Rohres R in der Toleranzhülle Fl unterschiedlich entstehen, wodurch die Toleranzen ausgeglichen werden können, muss hier eine Toleranzabweichung hingenommen werden. Entsprechend muss entweder die Toleranzhülle Fl zumindest im Bereich der Verbindungsstellen VR21 und VR22 hinreichend eng gehalten werden oder das Rohr R wird so konstruiert, dass es durch eine Lageanpassung den Fügeflächen V der anderen Rohre R zugestellt wird. Konkret soll hier das u-förmige Rohr R so konstruiert sein, dass seine beiden Schenkel nicht parallel zueinander verlaufen, sondern einen kleinen Winkel miteinander einschließen, sodass eine Lageanpassung über die Verschiebung in Richtung der Schenkel möglich ist. Nachdem die Rohre Ri und R2 an der Ist-Schnittstelle SUST miteinander verschweißt wurden und das Rohr R4 aufgeschweißt wurde, wird das Rohr R von oben zwischen die Rohre Ri und R3 gefügt und mehr oder weniger nach oben überstehend an den Ist - Schnittstellen S2IST und S5IST verschweißt. The pipe R 2 has no actual cutting contours K ! S T. His joining surfaces V R21 , V R22 are areas on lateral surfaces whose relative position to each other in the Fierstellung of the tube R is formed. This means, in contrast to the joining surfaces V, which arise differently due to the different position of the tube R in the tolerance sleeve F1 due to the cutting of actual sectional contours K ! S T on the tubes R, whereby the tolerances can be compensated Tolerance deviation be accepted. Accordingly, either the tolerance envelope F1 must be kept sufficiently narrow at least in the region of the connection points V R21 and V R22 , or the tube R is designed so that it is delivered to the joining surfaces V of the other tubes R by a positional adaptation. Specifically, here the u-shaped tube R should be designed so that its two legs do not run parallel to each other, but enclose a small angle with each other, so that a positional adjustment on the displacement in the direction of the legs is possible. After the tubes Ri and R 2 have been welded together at the actual interface SUST and the tube R 4 has been welded on, the tube R is joined from above between the tubes Ri and R 3 and more or less protruding upwards at the actual interfaces S 2 IST and S 5 IS welded.
An Fland der Fig. 4b bis 4d ist noch einmal vereinfacht an einem geraden Rohr R dargestellt, wie eine Soll - Schnittkontur KSOLL bezogen auf eine Toleranzhülle Fl auf die jeweils in der Toleranzhülle Fl liegende Rohre R projiziert wird. Auf den Mantel des jeweiligen Rohres R projizierte Ist - Schnittkonturen KIST erfahren gegenüber der Soll - Schnittkontur KSOLL eine Modifikation durch eine Lagen-, Größen und / oder Formänderung, abhängig davon, in welcher Raumlage der Mantel des jeweiligen Rohres R relativ zur Soll - Schnittkontur KSOLL liegt. Das andere der Rohre R, welches jeweils an der wenigstens einer Ist - Schnittkonturen K|ST angeschweißt wird, hat eine jeweils gleiche Raumlage wie in Fig. 4a an Fland von drei unterschiedlich in der Toleranzhülle Fl liegenden Rohren R, wie sie in den Fig. 4b - 4d dargestellt, gezeigt ist. At Fland of Fig. 4b to 4d is shown once more simplified on a straight pipe R, as a target - sectional contour K S OLL relative to a tolerance envelope Fl is projected onto each lying in the tolerance envelope Fl pipes R. Actual sectional contours KIST projected onto the jacket of the respective tube R are modified relative to the desired sectional contour KSOLL by a layer, size and / or Change in shape, depending on the spatial position in which the jacket of the respective pipe R is located relative to the desired sectional contour K S OLL. The other of the tubes R, which in each case is welded to the at least one actual sectional contours K | ST , has in each case the same spatial position as in FIG. 4 a at the edge of three tubes R which lie differently in the tolerance envelope Fl, as shown in FIGS. 4b - 4d is shown.
In Fig. 5 ist eine Prinzipskizze für eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung enthält eine Zustellfläche 1 , eine Zustelleinrichtung 2 mit einem Greifarm 2.1 , eine optische Vermessungseinrichtung 3, z.B. eine 3-D-Kamera, eine Laserschneideinrichtung 4, mit einer Schneiddüse 4.1 , eine Speicher- und Steuereinheit 6 und vorteilhaft eine weitere optische Vermessungseinrichtung 5. Mit ihr wird überprüft, ob ein Rohr oder mehrere Rohre R und wie sie zweidimensional ausgerichtet auf der Zustellfläche 1 liegen. Mit dieser Kenntnis kann der Greifarm 2.1 bei Lageabweichungen von einer Solllage, die sich auch durch eine Formabweichung des Rohres R ergeben kann, nachgeführt werden, um das Rohr R optimal zu greifen. FIG. 5 shows a schematic diagram of a device suitable for carrying out the method. The device comprises a feed surface 1, a feed device 2 with a gripping arm 2.1, an optical measuring device 3, e.g. a 3-D camera, a laser cutting device 4, with a cutting nozzle 4.1, a storage and control unit 6 and advantageously a further optical measuring device 5. With her is checked whether a pipe or more tubes R and how they are two-dimensionally aligned on the feed surface 1 lie. With this knowledge, the gripping arm 2.1 can be tracked in case of position deviations from a desired position, which may also be due to a shape deviation of the tube R, to optimally grip the tube R.
Zur Bearbeitung der Rohre R, das heißt zur Fierstellung von Soll - Schnittkonturen KSOLL, werden die Rohre R jeweils mit dem Greifarm 2.1 der Zustelleinrichtung 2 von einer Zustellfläche 1 aufgenommen. Idealerweise liegen die Rohre R vorsortiert, vorpositioniert und vororientiert auf der Zustellfläche 1 , so dass der Greifarm 2.1 beim Anfahren einer vorgegebenen Greifposition jeweils das Rohr R, zu dem Greifarm 2.1 vororientiert liegend, aufgreift. Es besteht nicht die Notwendigkeit, die Rohre R so genau auf der Zustellfläche 1 zu positionieren, dass sie jeweils beim Aufgreifen in einer reproduzierbaren Raumlage zum Koordinatensystem der Zustelleinrichtung 2 aufgegriffen werden, was auch der vergleichsweise großen Toleranz der Form der einzelnen Rohre R entgegen kommt. For processing the tubes R, that is to say for setting the desired cut contours KSOLL, the tubes R are respectively received by the feed arm 2 of the feed device 2 by a feed surface 1. Ideally, the tubes R are pre-sorted, prepositioned and preoriented on the feed surface 1, so that the gripping arm 2.1 when starting a predetermined gripping position in each case the tube R, to the gripping arm 2.1 pre-aligned, picks up. There is no need to position the tubes R so precisely on the feed surface 1 that they are picked up when picking up in a reproducible spatial position to the coordinate system of the feed device 2, which also accommodates the comparatively large tolerance of the shape of the individual tubes R.
Der Greifarm 2.1 ist bevorzugt ein mehrachsiger Greifarm 2.1 , der ein gegriffenes Werkstück, hier das Rohr R, innerhalb eines begrenzten Arbeitsbereiches frei bewegen kann. Innerhalb des Arbeitsbereiches befindet sich die Zustellfläche 1 , die optische Vermessungseinrichtung 3 und die Laserschneideinrichtung 4, die jeweils eine bekannte Raumlage innerhalb des Koordinatensystems haben. Mittels des Greifarmes 2.1 wird das Rohr R zu der optischen Vermessungseinrichtung 3 transportiert, wo das Rohr R optisch erfasst und vermessen wird. Anschließend wird das Rohr R durch den Greifarm 2.1 in eine Toleranzhülle H eingefügt, womit bestätigt wird, dass das Rohr R in Toleranz ist. Die Raumlage des Rohres R innerhalb eines durch die Zustelleinrichtung 2 definierten Koordinatensystems ist somit durch die Raumlage der Toleranzhülle H im Koordinatensystem bestimmt. The gripper arm 2.1 is preferably a multi-axis gripper arm 2.1, which can freely move a gripped workpiece, in this case the tube R, within a limited operating range. Within the working area is the feed surface 1, the optical measuring device 3 and the laser cutting device 4, each having a known spatial position within the coordinate system. By means of the gripping arm 2.1, the tube R is transported to the optical measuring device 3, where the tube R is optically detected and measured. Subsequently, the tube R is inserted by the gripper arm 2.1 in a tolerance envelope H, which is confirmed that the tube R is in tolerance. The spatial position of the tube R within a coordinate system defined by the feed device 2 is thus determined by the spatial position of the tolerance envelope H in the coordinate system.
Danach oder zeitgleich stellt der Greifarm 2.1 das Rohr R der Laserschneideinrichtung 4 so zu, dass sich die Toleranzhülle H in einer vorbestimmten Relativlage zu der Laserschneideinrichtung 4 befindet. Die Laserschneideinrichtung 4 schneidet dann die Ist - Schnittkonturen K!ST an dem Rohr R, wobei der Laserstrahl durch die Schneiddüse 4.1 entlang einer von auf die Toleranzhülle H bezogenen Soll - Schnittkontur KSOLL geführt wird. Das Verfahren ist mit einem Laserstrahl möglich, weil die Ausführung des Schnittes nicht wie bei einer mechanischen Bearbeitung den mechanischen Kontakt zwischen einem Schneidwerkzeug und einem Werkstück und damit eine definierte Lage der Bearbeitungsfläche verlangt. Beim Laserschneiden kann die Bearbeitungsfläche zumindest innerhalb des Fokusbereiches eine unterschiedliche Raumlage einnehmen. Thereafter, or at the same time, the gripping arm 2.1 adjusts the tube R of the laser cutting device 4 in such a way that the tolerance envelope H is in a predetermined relative position to the laser cutting device 4. The laser cutting device 4 then cuts the actual sectional contours K ! S T on the tube R, wherein the laser beam is guided through the cutting nozzle 4.1 along a desired cutting profile K S OLL related to the tolerance envelope H. The method is possible with a laser beam, because the execution of the cut does not require the mechanical contact between a cutting tool and a workpiece and thus a defined position of the working surface, as in the case of a mechanical machining. When laser cutting, the processing surface can occupy a different spatial position at least within the focus area.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, an den nur grob tolerierten Rohren R die Ist- Schnittkonturen K!ST herzustellen, an die andere der Rohre R angefügt und verschweißt werden können, wobei durch eine Modifikation der Ist - Schnittkonturen KIST die grobe Toleranz der Rohre R nicht oder nur gering in die Toleranzkette zum vollständigen Verschweißen der Rohre R zu einem Rohrrahmen einfließen. Es ermöglicht auch die automatisierte Aufnahme der nur vororientierten Rohre R durch den Greifarm 2.1 und deren Zustellung zur Laserschneideinrichtung 4. The method according to the invention makes it possible to produce the actual sectional contours K ! S T on the only roughly tolerated tubes R, to which other tubes R can be added and welded, wherein the coarse tolerance of the tubes R is achieved by modifying the actual sectional contours KIST not or only slightly into the tolerance chain for complete welding of the tubes R flow into a tube frame. It also allows the automated recording of only pre-oriented tubes R by the gripper arm 2.1 and their delivery to the laser cutting device. 4
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
R Rohr R tube
S Schnittstelle S interface
SIST Ist-Schnittstelle SIST is the interface
SSOLL Soll-Schnittstelle SSOLL target interface
K|ST Ist-Schnittkontur K | S T Actual sectional contour
KSOLL Soll-Schnittkontur KSOLL nominal cutting contour
V Fügefläche V joint surface
H Toleranzhülle H tolerance sleeve
1 Zustellfläche  1 delivery area
2 Zustelleinrichtung  2 delivery device
2.1 Greifarm  2.1 gripping arm
3 optische Vermessungseinrichtung 3 optical measuring device
4 Laserschneideinrichtung 4 laser cutting device
4.1 Schneiddüse  4.1 cutting nozzle
5 weitere optische Vermessungseinrichtung 5 additional optical measuring device
6 Steuer- und Speichereinheit 6 control and storage unit

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Rohrrahmens, bestehend aus einer Vielzahl von Rohren (R), die untereinander an mehreren Ist - Schnittstellen (SIST) jeweils über zwei Fügeflächen (V) miteinander verschweißt werden, wobei wenigstens eine der jeweils zwei Fügeflächen (V) eine Ist - Schnittkontur (K|ST) darstellt, entlang der einer der beiden jeweils zu verschweißenden Rohre (R) vor dem Verschweißen mit einem Laserstrahl aus- oder abgeschnitten wurde, dadurch gekennzeichnet, 1. A method for producing a tubular frame, consisting of a plurality of tubes (R) which are welded together at a plurality of actual interfaces (SIST) in each case via two joining surfaces (V), wherein at least one of the two joining surfaces (V) one Is - sectional contour (K | S T) represents along which one of the two respective pipes to be welded (R) was cut or cut before welding with a laser beam, characterized
dass für die einzelnen Rohre (R) jeweils eine Toleranzhülle (H) berechnet und mit Bezug zu einem auf eine Zustelleinrichtung (2) bezogenem Koordinatensystem abgespeichert wird,  in that in each case a tolerance envelope (H) is calculated for the individual tubes (R) and stored with reference to a coordinate system related to a delivery device (2),
dass für den Rohrrahmen ein Soll - Schnittkonturmuster mit Soll - Schnittkonturen (KSOLL), die jeweils einer der Ist - Schnittkonturen (KIST) zugeordnet sind, festgelegt und die Soll-Schnittkonturen (KSOLL) bezogen auf die Toleranzhüllen (H) der einzelnen Rohre (R) abgespeichert werden, in that a nominal sectional contour pattern with nominal sectional contours (KSOLL), which are assigned to one of the actual sectional contours (KIST), is defined for the tubular frame, and the nominal sectional contours (K S OLL) are related to the tolerance enclosures (H) of the individual tubes (R) are stored,
dass die Zustelleinrichtung (2) mit einem Greifarm (2.1 ) jeweils eines der Rohre (R) aufnimmt und relativ zu einer optischen Vermessungseinrichtung (3) mit einer bekannten Raumlage im Koordinatensystem transportiert, wo das Rohr (R) optisch erfasst und vermessen wird,  that the feed device (2) with a gripping arm (2.1) receives in each case one of the tubes (R) and transports it relative to an optical measuring device (3) with a known spatial position in the coordinate system where the tube (R) is optically detected and measured,
dass der Greifarm (2.1 ) das Rohr (R) räumlich bewegt, bis das Rohr (R) innerhalb der für dieses Rohr (R) berechneten Toleranzhülle (H) liegt,  that the gripper arm (2.1) spatially moves the tube (R) until the tube (R) is within the tolerance envelope (H) calculated for that tube (R),
dass die Zustelleinrichtung (2) das Rohr (R) einer Laserschneideinrichtung (4) relativ so zustellt, dass die für das Rohr (R) berechnete Toleranzhülle (H) eine vorbestimmten Relativlage zur Laserschneideinrichtung (4) einnimmt, womit das Rohr (R) eine durch eine Raumlage der Toleranzhülle (H) definierte Raumlage bezogen auf die Laserschneideinrichtung (4) eingenommen hat, und  in that the feed device (2) relatively delivers the tube (R) to a laser cutting device (4) in such a way that the tolerance envelope (H) calculated for the tube (R) assumes a predetermined relative position relative to the laser cutting device (4), whereby the tube (R) engages by a spatial position of the tolerance envelope (H) defined spatial position based on the laser cutting device (4) has taken, and
dass der Laserstrahl der Laserschneideinrichtung (4) die auf die Toleranzhülle (H) bezogene Soll - Schnittkontur (KSOLL) beschreibt und an dem Rohr (R) die Ist - Schnittkontur (KIST) geschnitten wird, wobei die Ist - Schnittkontur (KIST) einer Projektion der Soll - Schnittkontur (KSOLL) auf das Rohr (R) entspricht. the laser beam of the laser cutting device (4) describes the nominal cutting contour (KSOLL) related to the tolerance envelope (H) and the actual cutting contour (KIST) is cut on the tube (R), the actual cutting contour (KIST) of a projection the desired cutting contour (K S OLL) corresponds to the pipe (R).
2. Verfahren zur Herstellung eines Rohrrahmens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ist - Schnittkontur (KIST) die Form einer Ausschnittsfläche in einem Mantel eines der Rohre (R) aufweist, die für die in dieselbe Toleranzhülle (H) eingefügten Rohre (R) mit unterschiedlichen Toleranzabweichungen einer unterschiedlich modifizierten Abbildung der Soll - Schnittkontur («SOLL) entspricht, sodass ein an diese Ist - Schnittkontur (KIST) geschweißtes anderes der Rohre (R), unabhängig von der Lage des eingefügten Rohres (R) in der Toleranzhülle (H), eine gleiche Relativlage zu der Toleranzhülle (H) des eingefügten Rohres (R) einnimmt. 2. Method for producing a tubular frame according to claim 1, characterized in that in that the actual sectional contour (KIST) has the form of a cutout surface in a jacket of one of the tubes (R) which, for the tubes (R) inserted into the same tolerance envelope (H), has different tolerance deviations of a differently modified illustration of the desired sectional contour (FIG. SOLL), so that another of the tubes (R) welded to this actual sectional contour (KIST), irrespective of the position of the inserted tube (R) in the tolerance sheath (H), has the same relative position to the tolerance sheath (H) of the inserted one Pipe (R) occupies.
3. Verfahren zur Herstellung eines Rohrrahmens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, 3. A method for producing a tubular frame according to claim 1, characterized in that
dass die Ist - Schnittkontur (K|ST), die Form einer Stirnfläche eines der Rohre (R) aufweist, die für die in dieselbe Toleranzhülle (H) eingefügten Rohre (R) mit unterschiedlichen Toleranzabweichungen einen unterschiedlichen Winkel mit einer Rohrachse des Rohres (R) aufweist, sodass ein an diese Ist - Schnittkontur (K|ST) geschweißtes anders der Rohre (R), unabhängig von der Lage des eingefügten Rohres (R) in der Toleranzhülle (H) eine gleiche Relativlage zu der Toleranzhülle (H) des eingefügten Rohres (R) einnimmt. the actual sectional contour (K | ST ) has the shape of an end face of one of the tubes (R) which, for the tubes (R) inserted into the same tolerance envelope (H) with different tolerance deviations, has a different angle with a tube axis of the tube (R ), so that a welded to this actual - sectional contour (K | ST ) different from the tubes (R), regardless of the position of the inserted tube (R) in the tolerance envelope (H) an identical relative position to the tolerance envelope (H) of the inserted Pipe (R) occupies.
4. Verfahren zur Herstellung eines Rohrrahmens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, 4. A method for producing a tubular frame according to claim 1, characterized in that
dass das Rohr (R) der Laserschneideinrichtung (4) nicht zugestellt wird, wenn das Rohr (R) nicht in die Toleranzhülle (H) fügbar ist, was ein Kriterium dafür ist, dass das Rohr (R) außer Toleranz ist.  that the tube (R) of the laser cutting device (4) is not delivered when the tube (R) is not in the tolerance sheath (H) is available, which is a criterion that the tube (R) is out of tolerance.
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