NO853719L

NO853719L - HIGH-GRATING SPINDLE WITH INTEGRATED AXIAL MOVEMENT AND CONTACT POWER CONTROL.

Info

Publication number: NO853719L
Application number: NO853719A
Authority: NO
Inventors: Njaal Underhaug
Original assignee: Njaal Underhaug
Priority date: 1985-09-23
Filing date: 1985-09-23
Publication date: 1987-03-24
Also published as: JPS63501551A

Description

<*>BENEVNELSE<*>DESIGNATION

Metode for kontaktkraftregulering og kompensering for unøyaktighet ved gradering/sliping med industrirobot eller tilsvarende. Method for contact force regulation and compensation for inaccuracy when grading/grinding with an industrial robot or equivalent.

(Høyrotasjonsfil med aksialbevegelse.)(Right rotation file with axial movement.)

<*>ANVENDELSESOMRÅDE<*>FIELD OF APPLICATION

Oppfinnelsen gjelder en enkel metode for å kompensere for unøyaktighet som.i praksis alltid oppstår når en industrirobot skal slipe eller fjerne en grat fra et arbeidsstykke av en hvilken som helst type. Unøyaktigheten kan ligge f.eks. i arbeidsstykkets geometri, posisjonering, variasjoner i gråtens størrelse (spesielt for støpte arbeidsstykker) eller i selve industriroboten (spesielt ved store hastigheter). The invention relates to a simple method to compensate for inaccuracy which in practice always occurs when an industrial robot has to grind or remove a burr from a workpiece of any type. The inaccuracy may lie e.g. in the geometry of the workpiece, positioning, variations in the size of the tear (especially for cast workpieces) or in the industrial robot itself (especially at high speeds).

<*>Sliping/grading med industrirobot er et nytt anven-delses område som særlig stiller krav til industrirobotens dynamiske egenskaper. Roboten skal kunne følge en kontur på et arbeidsstykke med stor nøyaktighet SAMTIDIG med at den skal overføre en kraft til arbeidsstykket. Retning og størrelse på kraften vil variere langs konturen. Avvirkningen langs konturen vil være en funksjon av banehastighet, kontaktkraft (dvs. <*>Grinding/grading with an industrial robot is a new area of application which places particular demands on the industrial robot's dynamic properties. The robot must be able to follow a contour on a workpiece with great accuracy, AT THE SAME TIME as it must transmit a force to the workpiece. The direction and magnitude of the force will vary along the contour. The impact along the contour will be a function of track speed, contact force (i.e.

den kraft som oppstår mellom arbeidsstykke og slipeverktøy) og turtall på slipeverktøy. the force that occurs between the workpiece and the grinding tool) and the speed of the grinding tool.

Av disse størrelsene regnes banehastigheten som lettest å styre. Of these quantities, track speed is considered the easiest to control.

Konstant banehastighet om et 90 graders hjørne er teoretisk umulig så lenge det er masse i bevegelse, men dess mindre masse, dess større hastighet. Dette gjelder både den massen som roboten skal flytte langs banen i rommet (verktøymassen) og den fjærende delen som utgjøres av fil og tilhørende deler (filmassen). Constant orbital speed around a 90 degree corner is theoretically impossible as long as there is mass in motion, but the less mass, the greater the speed. This applies to both the mass that the robot must move along the path in the room (the tool mass) and the springy part made up of the file and associated parts (the file mass).

Å redusere masse i bevegelse vil være et hovedinnsats-område for å gjøre robotgrade^fing lønnsomø' for brukerne. Reducing mass in motion will be a main area of effort to make robot grading worthwhile for users.

Som på de andre vel kjente applikasjonsområdene for de verktøybærende industriroboter (lakkering, sveising) har utviklingen startet ved at man monterte vanlig håndverktøy i robotens håndledd. Til robotgradja-fing brukes idag ofte hardmetallfil i hurtiggående (10 - 30.000 omdr./min.) slipespindler. For å gi en tilnærmet konstant kontaktkraft brukes diverse opphengsanordninger som gir et fjærende anlegg mot arbeidsstykket. Kreftene som påføres arbeidsstykket bør ligge i området 1 - 5 N for å få et godt resultat. As in the other well-known areas of application for the tool-carrying industrial robots (painting, welding), development has started by mounting ordinary hand tools in the robot's wrist. Today, carbide files are often used for robotic grading in high-speed (10 - 30,000 rpm) grinding spindles. In order to provide an almost constant contact force, various suspension devices are used which provide a springy contact against the workpiece. The forces applied to the workpiece should be in the range 1 - 5 N to get a good result.

For å unngå vibrasjoner vippes spindelen vanligvis om en akse som ligger parallelt med graden. Spindler med lavere vekt enn 5 N på en allround maskin er vanskelig å oppdrive. Dersom en slik spindel ikke vipper om tyngdepunktet, vil kontaktkraften kunne variere med flere ganger denønskede kraft avhengig av orienteringen på spindelen. Ved dagens løsninger vippes spindelen vanligvis om tyngdepunktet. Slik vippebevegelse gir store og tunge opphengsanordninger der det altså kreves orientering av spindelen langs graden. Store hastigheter og lønnsom robotisering er derfor vanskelig å få til med dagens metoder og slipemaskiner. To avoid vibrations, the spindle is usually tilted about an axis that lies parallel to the degree. Spindles with a lower weight than 5 N on an all-round machine are difficult to wind up. If such a spindle does not tilt about the center of gravity, the contact force could vary by several times the desired force depending on the orientation of the spindle. With today's solutions, the spindle is usually tilted about the center of gravity. Such tilting movement results in large and heavy suspension devices where orientation of the spindle along the degree is thus required. High speeds and profitable robotization are therefore difficult to achieve with today's methods and grinding machines.

<*>Metoden ifølge oppfinnelsen ligger i at man erstatter den sylindriske ( eller tilsvarende) hardmetallfil med en 90 graders kont fil (included angle 90 degrees) bevegel-scs-f-Q^ m og de n radielt fjærende bevegelse med en aksielt fjærende bevegelse. (- f\^. 1 o^ Z) <*>The method according to the invention consists in replacing the cylindrical (or equivalent) hard metal file with a 90 degree cont file (included angle 90 degrees) movement-scs-f-Q^ m and the n radial springing movement with an axial springing movement. (- f\^. 1 o^ Z)

Dermed oppnås:This achieves:

a) Man slipper å orientere slipespindelen etter konturen. b) Legger grunnlag for radikal reduksjon av den bevegelige masse ( eg. filmassen) . a) There is no need to orient the grinding spindle according to the contour. b) Lays the basis for a radical reduction of the moving mass (eg film mass).

Oppfinnelsen gir også mulighet for enkel kontaktkraftregulering og gir mulighet for en kompakt utførelse som utvider anvendelsesområdet. Derved unngår man verktøybytte som er tidkrevende. The invention also allows for simple contact force regulation and allows for a compact design that expands the range of application. This avoids time-consuming tool changes.

<*>En aksielt fjærende bevegelse ifølge oppfinnelsen oppnås ved: a) Et parallellogram eller en sleide. En mekanisk eller pneumatisk fjær sørger for en ønsket kontaktkraft. <*>An axially springy movement according to the invention is achieved by: a) A parallelogram or a slide. A mechanical or pneumatic spring ensures a desired contact force.

Spindelens vekt balanseres ved lodd som vist i fig. 3 eller ved en fjær og en forstillingsanordning som fungerer rent mekanisk eller drives av f.eks. en stepmotor og styres fra robotens styresystem. The weight of the spindle is balanced by a plumb line as shown in fig. 3 or by a spring and an adjusting device that works purely mechanically or is driven by e.g. a stepper motor and is controlled from the robot's control system.

Fig. 4.Fig. 4.

b) En fil med sleide og medbringeranordning i en integrert enhet. Fig. 5. c) Motor, sleide og medbringeranordning bygget sammen i en integrert enhet. Fig 6. b) A file with slide and driver device in an integrated unit. Fig. 5. c) Motor, slide and driving device built together in an integrated unit. Fig 6.

<*>Nærmere forklaring.<*>Detailed explanation.

a) OPPHENGSANORDNING FOR STANDARD SPINDEL M/KLEM-HYLSE a) SUSPENSION DEVICE FOR STANDARD SPINDLE W/ CLAMP SLEEVE

Eksempel med lodd og parallellogram. Fig. 3. Example with plumb line and parallelogram. Fig. 3.

Baseplaten (1) festes til robotens håndledd. Baseplaten er utstyrt med to lager med parallelle akser. Om disse aksene dreier to eller fire sving-armer. (2) I den ene enden av svingarmen er to (eller 4) lager som en standard slipespindel (3) er festet til. I den andre enden har svingarmene (2) et lodd (4) som utbalanserer vekten av spindelen (3). Spindelen vil være balansert uavhengig av orientering i rommet. En fjær (6) og en stillskrue (7) (ved pneumatisk fjær en trykkregulator) sørger for en ønsket kontaktkraft mellom fil (5) og arbeidsstykket. En endestoppskrue (8) sørger for en ønsket utgangsstiIling. The base plate (1) is attached to the robot's wrist. The base plate is equipped with two bearings with parallel axes. Two or four swing arms rotate about these axes. (2) At one end of the swing arm are two (or 4) bearings to which a standard grinding spindle (3) is attached. At the other end, the swing arms (2) have a weight (4) which balances the weight of the spindle (3). The spindle will be balanced regardless of orientation in space. A spring (6) and a set screw (7) (in the case of a pneumatic spring a pressure regulator) ensure a desired contact force between the file (5) and the workpiece. An end stop screw (8) ensures a desired output position.

Parallellføringen gir minimal stiksjon (hvilefrik-sjon) og friksjon, men bare en tilnærmet aksialbevegelse. Loddene gir meget enkel utbalansering, men relativt stor masse. The parallel guide provides minimal stiction (rest friction) and friction, but only an approximate axial movement. The weights provide very simple balancing, but relatively large mass.

Eksempel med sleidebevegelse og forstillingsanordning Example with sliding movement and presetting device

(Fig. 4)(Fig. 4)

En baseplate (1) festes til robotens håndledd. Til baseplaten er festet en forstillingsanordning (2) som kan forflytte opphengspunktet for en utbalanserings-fjær (9). Til forstillingsanordningen er det festet en sleideanordning (4) til hvilken en standard slipespindel (3) er montert. V.h.a. sleiden (4) kan spindelen (3) beveges aksielt. En kontaktkraftfjær (6) og en justerskrue (7) (v. pneumatisk fjær en reguleringsventil) gir en ønsket kraft mellom fil (5) og arbeidsstykke^. En anleggsskrue (8) gir hvile-posisjon for spindelen (3). Forstillingsanordningen sørger for en kontinuerlig eller stepvis forstilling av utbalanseringsfjæren (9) avhengig av spindelens orientering i rommet. Forstillingsanordningen kan være rent mekanisk eller det kan være f.eks. en stepmontor påmontert en veiv som illustrert på fig..4 som styres av robotens styresystem. A base plate (1) is attached to the robot's wrist. Attached to the base plate is an adjustment device (2) which can move the suspension point for a balancing spring (9). A sliding device (4) is attached to the adjustment device, to which a standard grinding spindle (3) is mounted. V.h.a. slide (4), the spindle (3) can be moved axially. A contact force spring (6) and an adjusting screw (7) (v. pneumatic spring a regulating valve) provide a desired force between file (5) and workpiece^. A set screw (8) provides a resting position for the spindle (3). The adjustment device ensures a continuous or stepwise adjustment of the balancing spring (9) depending on the orientation of the spindle in the room. The presetting device can be purely mechanical or it can be e.g. a stepper mounted on a crank as illustrated in fig..4 which is controlled by the robot's control system.

Sleidebevegelsen gir ren aksialbevegelse og liten masse i bevegelig del (kun slipespindel med små fester). The sliding movement provides pure axial movement and little mass in the moving part (only grinding spindle with small attachments).

Begge løsningene under del a) gir mulighet for bruk av standard slipespindler (handelsvare) og standard fil (slitedeler). Both solutions under part a) enable the use of standard grinding spindles (trade goods) and standard files (wear parts).

b) ROBOT - HØGROTASJONSFIL M/KOMPENSERING OG FAST KONTAKT-^KRAFT FOR BRUK SAMMEN MED STANDARD b) ROBOT - HIGH ROTATION FILE WITH COMPENSATION AND FIXED CONTACT FORCE FOR USE WITH STANDARD

SLIPESPINDEL MED SPENNHYLSE.GRINDING SPINDLE WITH COLLET.

Tangen (1) med standard diameter og lengde er utformet med et fjærhus (2) og en sleide og medbringeranordning bestående av f.eks. et aksielt spor (3) og en tverrpinne (4). The pliers (1) with standard diameter and length are designed with a spring housing (2) and a slide and driver device consisting of e.g. an axial groove (3) and a cross pin (4).

Løsningen gir en ekstremt liten masse i den bevegelige del, men krever spesial fil. Kan innmonteres i standard spindel, men bygger mer i lengderetningen enn en standard fil. Filen ifølge oppfinnelsen kan utstyres med forskjellige fjærer avhengig av ønsket kontaktkraft. The solution provides an extremely small mass in the moving part, but requires a special file. Can be installed in a standard spindle, but builds more in the longitudinal direction than a standard file. The file according to the invention can be equipped with different springs depending on the desired contact force.

Ingen behov for utbalansering.No need for balancing.

c) ROBOT - HØGROTASJONSSPINDEL MED INTEGRERT AKSIALBEVEGELSE OG REGULERBAR KONTAKTKRAFT. (Fig. 6) c) ROBOT - HIGH ROTATION SPINDLE WITH INTEGRATED AXIAL MOVEMENT AND ADJUSTABLE CONTACT FORCE. (Fig. 6)

En baseplate (1) er festet til robotens håndledd. En ifølge oppfinnelsen motor (2) m/gjennomgående spindel (3) er festet direkte til baseplaten (1). A base plate (1) is attached to the robot's wrist. According to the invention, a motor (2) with continuous spindle (3) is attached directly to the base plate (1).

Filen (4) er ved hjelp av en kopling (inni motoren) festet til støtstangen (5). En medbringer (7) sørger for momentoverføring og et spor (8) for aksialbevegelse. The file (4) is attached to the push rod (5) by means of a coupling (inside the engine). A carrier (7) ensures torque transmission and a groove (8) for axial movement.

En justerbar fjær (9) sørger for en ønsket kraft mellom fil (4) og arbeidsstykket. Fjæren kan evt. utstyres med en forstillingsanordning eller erstattes med f.eks. en kraft-servo. An adjustable spring (9) ensures a desired force between the file (4) and the workpiece. The spring can possibly be equipped with a presetting device or replaced with e.g. a power servo.

Spindelen ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved ekstremt lav vekt og kompakthet. Spindelen krever ingen utbalansering og gir gode muligheter for på-bygging av kraftreguleringsanordning. The spindle according to the invention is characterized by extremely low weight and compactness. The spindle requires no balancing and offers good opportunities for adding a power regulation device.

Claims

1. Method for inaccuracy compensation and contact force regulation when grinding/grading with an industrial robot, characterized by a tapered high-rotation file being sprung in the axial direction.

2. High-rotation file characterized by the spring, slide and driver being built together in a compact unit for clamping in a standard clamping sleeve.

3. High-rotation spindle characterized in that the motor, spindle, slide, spring and driver are built together in an integrated unit in such a way that a) Filing pliers go inside the motor's entire spindle. b) Spring device or contact force regulator can be mounted at both ends of the motor. c) Carrier can be placed at both ends of a <y> motor. d) The device has an extremely compact shape and low weight. <*> SUMMARY Method for compensating inaccuracy and adjusting or controlling contact force when grinding/grading with an industrial robot by giving a conical high-rotation file an axial movement to move the contact point between the file and the workpiece. The axial movement can be achieved in several ways. a) In the case of a suspension device where the standard spindle and file are given an axial or nearly axial movement. b) In the case of a special high-rotation file according to the invention with integrated axial movement for use together with a standard grinding spindle with clamping sleeve firmly connected to the robot. c) In the case of a high-rotation spindle with an integrated rotational/axial movement according to the invention. The spindle is fixed directly to the robot's wrist while the file and a small carrier move axially inside the motor's axis (spindle).