WO2008009488A1 - Vorrichtung zur einbringung von schwaechungsschnitten in eine folie oder haut - Google Patents

Vorrichtung zur einbringung von schwaechungsschnitten in eine folie oder haut Download PDF

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cutting
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Thorsten Schueppstuhl
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Kraussmaffei Technologies Gmbh
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    • Y10T83/0333—Scoring
    • Y10T83/0348—Active means to control depth of score

Definitions

  • the present invention relates to a device for introducing weakening cuts into a film or skin according to the preamble of claim 1.
  • FIG. 1 A known device for introducing such weakening steps is shown schematically in FIG.
  • a cutting blade 102 is guided over a support table 108, on which a workpiece 110 to be weakened along certain lines is arranged. Due to the distance of the tip of the cutting blade 102 to the support table 108, a cut is made in the workpiece 110 when the cutting knife 102 is moved, leaving a residual wall thickness which is identified by the reference numeral 112. in the In the present case, the cutting blade 102 can be moved toward the support table and away from the support table via a servomotor 104 and a spindle drive 106 in the direction of the cutting axis.
  • a sensor 118 is used which measures the distance (reference numeral 116) to the metalized support table 108.
  • the geometric reference (reference numeral 114) between the sensor signal and the residual wall thickness is referenced prior to the process, for example, by a one-time calibration process.
  • the recorded signal can be used to control the cut or to control the depth of cut during the cutting process itself.
  • the main shortcoming of this arrangement is that the sensor is offset from the cutting axis.
  • this spacing in particular in the case of three-dimensional cutting contours, erroneous distance values between the cutting blade tip and the support table are determined which do not correspond to the actual situation on the cutting tool.
  • no corresponding compensation movement can thus be carried out, as a result of which the cuts are not carried out in a process-reliable manner.
  • Object of the present invention is to provide a generic device in which the desired weakening can be accurately made with a predetermined residual wall thickness.
  • a core idea of the present invention is to be found in the fact that a device is provided with which the distance between the cutting blade and a support along the cutting axis is constant formable. If the distance between the support and the cutting blade is constant and the foil is supported continuously against the support, this can only inevitably lead to a constant residual wall thickness.
  • the device can basically be designed in two ways.
  • One type is characterized in that a mechanical coupling, in particular a rigid mechanical coupling, is formed between the cutting blade and the support.
  • a mechanical coupling in particular a rigid mechanical coupling
  • supports and cutting blades are connected directly or indirectly via a mechanical construction, wherein - apart from elastic effects - no change in distance between the two relevant parts can occur.
  • Such a coupling can be achieved, for example, by means of a bracket which indirectly or directly connects the cutting blade and the support with each other. It is also useful to provide a device that ensures a continuous support of the skin or foil on the support.
  • Such a device can be achieved by means of an elastic element, for example a spring, which, for example, biases the combination of support and cutting blade against the skin or foil in one direction, so that the skin or foil always rests on the support.
  • an elastic element for example a spring, which, for example, biases the combination of support and cutting blade against the skin or foil in one direction, so that the skin or foil always rests on the support.
  • the aforementioned bracket is formed at least in two parts, wherein between the two bracket parts, a movable coupling device is provided to allow a relative movement (method, pivoting) of the two bracket parts relative to each other.
  • a relative movement may be provided in the form of a pivoting or a displacement.
  • the two strap parts during the performance of the weakening process - ie the cutting - even against each other be determined.
  • the cutting blade and foil or skin must be moved relative to each other. Either the cutting blade alone or the foil or the skin alone, but also both elements can be moved against each other at the same time.
  • the position of the support and / or the position of the cutting blade is to be detected in each case in the cutting axis.
  • the two positions can be fed to a control and regulating device which determines the distance between the tip of the cutting blade and the support.
  • a drive for either the cutting blade or the support or possibly also for both devices can be controlled so that in a control method, the distance to achieve a desired residual wall thickness is set securely.
  • Characteristic here again is the fixed distance in continuation of the cutting axis.
  • the cutting blade may be advantageous to form the cutting blade rotatable about its cutting axis.
  • you can always adjust the cutting blade at a change in direction between cutting blade and workpiece in the desired manner to form an optimal cut.
  • the bracket can be held in this case via a freewheel and a torque support on the robot wrist in a fixed rotational position regardless of the rotation of the tool or the axis 6.
  • the backstop should be designed as a movable ball to allow movement in the knife-cut direction.
  • the bracket can be held by this measure in a position that allows optimal access to the workpiece.
  • an additional rotary drive (for example as an external robot axis) may also be provided for rotating the cutting blade, which is adjusted according to the direction change. It is also possible to replace the torque support and the ball by a movable roller, which is mounted on an additional and synchronized rotary drive.
  • a further embodiment is characterized in that the bearing blade lying opposite the support comprises integrally a feeler device which, when the skin or foil is inserted, is moved back against a stop and in the absence of skin or foil is moved into contact with the cutting blade.
  • the travel range between the two positions just described is determined by means of a sensor. This embodiment is particularly interesting if you want to determine whether the cutting blade is damaged at its front tip. If, for example, the tip of the cutting blade has broken off, the travel range would be greater than the desired residual wall thickness, and due to the Deviation would be concluded either on a faulty control or on a damaged cutting blade.
  • Fig. 1 is a schematic side view of an inventive
  • Fig. 2 is a schematic side view of an inventive
  • Fig. 3 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 6 is a schematic representation of an inventive
  • Fig. 7 is a schematic representation of a cutting tool according to the prior art.
  • a cutting tool 10 for weakening plastic skins and similar workpieces is shown schematically in a schematic representation.
  • a plastic skin 24 (hereinafter also referred to as workpiece) is held firmly between two tensioning devices 26.
  • the cutting tool 10 comprises a cutting blade 12 and - in extension of the cutting axis 14 - a counter-holder 18, which also has the function of a support in this embodiment.
  • the Counter-holder 18 is held in the housing of a load cell 22, with which the pressure on the counter-holder 18 can be determined.
  • all devices are referred to as supports, on which the workpiece is directly supported.
  • the cutting tool 12 and the load cell 22 are rigidly connected to each other via a U-shaped bracket 16.
  • the counter-holder 18 with respect to the bracket 16 and along the cutting axis 14 does not shift, so that the distance between the counter-holder 18 and the tip of the cutting tool 12 is always the same. This distance 28 corresponds to the later residual wall thickness.
  • a ball 20 is provided, which is rotatably supported.
  • FIG. 1 Not shown in Figure 1 is the holder of the cutting tool itself.
  • the cutting tool In order to move the cutting tool, for example in the direction of the arrow 30, it is for example held on a robot device with which the cutting tool can be moved at least in one plane.
  • a robot device with which the cutting tool can be moved at least in one plane.
  • the movement devices with which the bracket in the required positions, so both x-, y- and z-axis, can be moved.
  • this first embodiment of the invention is thus clear and quite simple in itself.
  • the cutting tool 10 After insertion of the workpiece 24 to be weakened into the intermediate space between the cutting tool 12 and the counter-holder 18 or retraction of the tool into the working area on the workpiece, the cutting tool 10 is moved so that, with elastic deformation of the workpiece 24, this with a corresponding force on the counter-holder 18 - here the ball 20 - supported.
  • the load cell 22 By means of the load cell 22, the force can be determined or ensured that there is a continuous attachment of the workpiece to be weakened acting on the counter-holder 18.
  • FIG. 2 A structurally somewhat modified embodiment of the invention is shown in FIG. 2 and will be described below.
  • the same reference numerals designate the same elements as in Fig. 1.
  • the difference between the embodiments in Fig. 1 and Fig. 2 is the fact that now the workpiece to be deaded 24 on a plate 40 - also called support table - is arranged. This support table now takes over the function of Auflagers. On the lower surface of the support table now rolls off the ball 20 of the counter-holder 18.
  • FIG. Another embodiment of the present invention is also shown schematically in FIG. Only the significant elements with respect to an adjustment or regulation are shown. Other elements have been omitted for clarity.
  • a cutting blade 12 ' is provided, which is adjustable in certain areas by means of an actuator (for example servomotor 50 and spindle drive 52) in the direction of its cutting axis.
  • the position of the cutting blade 12 ' is detected by means of a distance sensor.
  • the sensor 54 is connected via a signal line 60 to a control and regulation unit 56.
  • the control unit 56 also has a control line 58 to the servo motor 50, with which it can be acted upon by the corresponding control signals.
  • a further distance sensor 62 is arranged, which is positioned below the support table 40 'and determines the distance to a measuring point 66 by means of a push-button.
  • the measuring point is located at the intersection of the cutting axis with the underside of the support table 40 '.
  • This distance information is also supplied to the control and regulation unit 56 via a signal line 64.
  • the control unit 56 can determine the distance between the tip of the cutting blade 12 'and the measuring point 66, which is arranged in the direction of the cutting axis on the underside of the support table 40' from the two signals of the distance sensors 54 and 62 with a corresponding calibration and, depending on the desired distance, perform a readjustment of the knife position via the servomotor.
  • the residual wall thickness is corresponding to the distance between the cutting blade 12 'and the measuring point 66 minus the thickness of the support table 32', in turn, the residual wall thickness.
  • the advantage of this certainly more sophisticated device is the adjustability of the residual wall thickness. Furthermore, it is possible to use support tables with variable or with unknown thickness.
  • the cutting blade is first replaced by a distance sensor and determined in a single reference run the thickness over the movement. These reference data are stored and used together with an optionally variable target residual wall thickness in the subsequent cutting process as a setpoint.
  • the support table 40 ' is moved along the arrow 27 with the skin positioned thereon.
  • the control and regulating device 56 then determined continuously and in response to the signals of the distance sensors 54 and 62, the drive signal for the servo motor 50. Also in this way can - even if no rigid connection between the cutting blade 12 'and a support (here the support table 40th ') is provided - a defined residual wall thickness can be ensured by a corresponding monitoring on the cutting axis.
  • FIGS. 5a to 5c show three different embodiments, with which a corresponding insertion of the tool is possible without problems in the case of a rigid coupling between the cutting blade and the support, at least during the cutting process.
  • the U-shaped bracket is formed in two parts, namely with a first upper, angular portion 80 and a leg 84, which are both connected to each other via a hinge. At the opposite end of the pivot of the leg 84 of the counter-holder is arranged.
  • pivoting the leg 84 relative to the angular part 80 of the bracket of the receiving space can be opened, so that is easily insert a skin element.
  • the U-shaped bracket can be closed by pivoting the leg 84.
  • the two different elements of the U-shaped bracket must be set against each other.
  • FIG. 5b A further embodiment for inserting a skin part is shown in Fig. 5b, where the angle-shaped part 80 'of the bracket is now no longer connected to the leg 84' by a hinge. Rather, the leg 84 'is now held linearly displaceably on the other bracket part 80' via a corresponding guide.
  • the linear displacement or the fixation of the two elements via a hydraulic cylinder 86 which is supported on one side opposite the bracket member 80 'and on the other side relative to the bracket member 84'.
  • the actuator may alternatively be configured as a pneumatic or electric drive.
  • FIG. 5c Another embodiment for ensuring easy insertion or retraction is shown in Fig. 5c.
  • the entire lower leg 84 ' is lowered, but only the counter-holder 84 "in comparison to the embodiment in Figure 5b.
  • the U-shaped bracket thus remains substantially rigid.
  • FIG. 1 A final embodiment of the present invention is shown in FIG. In this case, only the support 92 serving as a support should be discussed.
  • This Counter-holder is formed simultaneously with a measuring head and has a connection with a probe 94. With inserted skin (not shown in Fig. 6), the measuring head 92 is moved against a stop downwards and thus spaced a distance from the tip of the cutting blade, the Residual wall thickness corresponds. However, if the skin is removed, the measuring head 92 may be biased toward the cutting knife, detecting the travel over the probe 94. In this way, the distance of the support to the cutting tool can be determined. If this distance does not correspond to the desired residual wall thickness, then either a faulty adjustment is present or else the cutting blade is damaged in the region of its tip.
  • the cutting tool or the cutting blade and the counter-holder or the support are coupled to each other (passive or active), that the distance between the two elements is exactly defined.
  • the anvil thus determines the movement of the cutting tool and thus the depth of cut directly on the cutting axis when the workpiece abuts the anvil.
  • the use of a "virtual counter-holder", in which the position of the remaining wall side is detected by a non-contact sensor, also falls within the scope of the invention, even if the remaining wall side of the workpiece is not used directly to the counter-position, instead the remote device side and remaining wall side of the workpiece are either known by the manufacturing specifications of the device or be determined with a reference run.
  • the compensation of tolerances of a robot movement takes place with the aid of an active or passive compensation element which holds in the direction of the cutting axis, the relative position between the tool and counter-holder by movement of the workpiece, the tool-counterholder unit and / or a synchronized individual movement of the tool and counter-holder to a defined extent.
  • the contact between the counterholder and the remaining wall side of the workpiece can be monitored by an integrated sensor system (force sensors, precision switches, distance sensors).
  • the process can be performed tool or workpiece guided. This means that the tool can be guided or arranged stationary.
  • tools all mechanical cutting tools, such as a blade, a milling cutter with spindle, an ultrasonic knife, a hot knife, a perforating tool (eg swinging needle), etc.
  • Active coupling of the anvil and tool can be accomplished by the use of any electrical, pneumatic, mechanical or hydraulic actuators or combinations thereof.
  • a bracket can be mechanically adapted to the robot such that its position is independent of the axis of the robot and allows optimal access to the working area.
  • the use of rotationally symmetrical tools also allows the use of a bracket in an optimal position.
  • the present invention ensures a high process reliability in the weakening of plastic skins and similar workpieces, ie foils, etc., by cutting in one side, since a defined distance between a support and the tip of a cutting tool in the direction of the cutting axis is ensured.
  • Cutting tool 12 'cutting knife (partially rotatable) "cutting axis bracket counterholder ball load cell (workpiece to be weakened) clamping device, 28' residual wall thickness direction of movement, 32 'thickness of support table support tab support bracket coil spring, 40' support table servo motor spindle drive distance sensor for cutting knife control unit control line to Actuator Signal line from distance sensor Distance sensor for support table Signal line from distance sensor Measuring point Holding arm Joint Robot arm Rotary support, 80 'Retainer (first part) 80 "

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einbringung von Schwächungsschnitten in eine Folie oder Haut (24) umfassend ein Schneidmesser (12), ein gegenüber dem Schneidmesser angeordnetes Auflager (18), wobei die Folie oder Haut zwischen dem Auflager und dem Schneidmesser anordenbar ist und sich gegen das Auflager abstützt und das Schneidmesser gegenüber der Folie oder Haut relativ bewegbar ausgebildet ist. Um eine definierte Restwandstärke sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass mit einer Einrichtung der Abstand zwischen dem Schneidmesser und dem Auflager in Richtung der Schneidachse (19) konstant ausbildbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zur Einbringung von Schwächungsschnitten in eine Folie oder Haut
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einbringung von Schwächungsschnitten in eine Folie oder Haut gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für bestimmte Anwendungsbereiche ist es erforderlich, in flächige Elemente Schwächungsschnitte einzubringen, die beispielsweise eine Sollbruchstelle definieren können. Ein Anwendungsbereich ist die Herstellung von Instrumentaltafeln für Kraftfahrzeuge mit einem integrierten Airbag, wobei beim Auslösen des Airbags die Instrumententafel an der bezeichneten Stelle, insbesondere den Schwächungsstellen aufgebrochen wird, so dass der Airbag austreten kann. Unter der in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Begrifflichkeit „Folie" oder „Haut" sind Kunststoffhäute, Folien oder entsprechende flächige Werkstücke zu verstehen, bei denen es Ziel ist, das Material von einer Seite so einzuschneiden, dass eine definierte Restwandstärke, unabhängig von der ggf. örtlich schwankenden Wandstärke sowie den Toleranzen einer robotergeführten Relativbewegung von Werkzeug zu Werkstück, entsteht. Gerade bei der Einbringung einer Schwächung in die Häute von Automobil-Instrumententafeln im Bereich der Airbags, die als Sicherheitsbauteile anzusehen sind, ist eine hohe Genauigkeit des Schnittes, eine hohe Prozesssicherheit und eine gute Prozessdokumentation von großer Bedeutung.
Eine bekannte Vorrichtung zur Einbringung solcher Schwächungsschritte ist in Figur 7 schematisch dargestellt. Dabei wird bei einer entsprechenden Schneidvorrichtung 100 ein Schneidmesser 102 über einen Auflagetisch 108 geführt, auf dem ein entlang bestimmter Linien zu schwächendes Werkstück 110 angeordnet ist. Aufgrund des Abstandes der Spitze des Schneidmessers 102 zum Auflagetisch 108 wird beim Bewegen des Scheidmessers 102 ein Schnitt in das Werkstück 110 eingebracht, wobei eine Restwandstärke verbleibt, die mit dem Bezugszeichen 112 gekennzeichnet ist. Im vorliegenden Fall kann das Schneidmesser 102 über einen Stellmotor 104 und einen Spindeltrieb 106 in Richtung der Schneidachse zum Auflagetisch hin und vom Auflagetisch weg bewegt werden. Um die Schnitttiefe des Schneidwerkzeugs zu kontrollieren und steuern, wird ein Sensor 118 verwendet, der den Abstand (Bezugszeichen 116) zum metallisch ausgeführten Auflagetisch 108 misst. Der geometrische Bezug (Bezugszeichen 114) zwischen Sensorsignal und Restwandstärke wird im Vorfeld des Prozesses beispielsweise durch einen einmaligen Kalibriervorgang referenziert. Das aufgenommene Signal kann zur Kontrolle des durchgeführten Schnittes oder zur Regelung der Schnitttiefe während des Schnittvorganges selbst genutzt werden.
Das Hauptdefizit dieser Anordnung liegt darin, dass der Sensor versetzt zur Schneidachse angeordnet ist. Durch diese Beabstandung werden insbesondere bei dreidimensionalen Schneidkonturen fehlerhafte Abstandswerte zwischen Schneidmesserspitze und Auflagetisch ermittelt, die der eigentlichen Situation am Schneidwerkzeug nicht entsprechen. Auf der Basis möglicherweise fehlerhafter Messwerte kann damit keine entsprechende Ausgleichsbewegung durchgeführt werden, wodurch die Schnitte gerade nicht prozesssicher ausgeführt sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung anzugeben, bei der die gewünschte Schwächung mit einer vorgegebenen Restwandstärke genau hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Demgemäß ist ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung darin zu finden, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, mit welcher der Abstand zwischen dem Schneidmesser und einem Auflager entlang der Schneidachse konstant ausbildbar ist. Ist der Abstand zwischen dem Auflager und dem Schneidmesser konstant und stützt sich die Folie kontinuierlich gegen das Auflager ab, so kann dies nur unweigerlich zu einer konstanten Restwandstärke führen.
Die Einrichtung kann dabei grundsätzlich auf zwei Arten ausgeführt sein. Eine Art ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schneidmesser und dem Auflager eine mechanische Kopplung, insbesondere eine starre mechanische Kopplung, ausgebildet ist. Damit werden sozusagen Auflager und Schneidmesser mittelbar oder unmittelbar über eine mechanische Konstruktion miteinander verbunden, wobei - abgesehen von elastischen Effekten - keinerlei Abstandsänderung zwischen den beiden relevanten Teilen eintreten kann. Eine solche Kopplung kann beispielsweise mittels eines Bügels erreicht werden, der mittelbar oder unmittelbar das Schneidmesser und das Auflager miteinander verbindet. Auch ist es sinnvoll, eine Einrichtung vorzusehen, die eine kontinuierliche Auflage der Haut oder Folie auf dem Auflager sicherstellt. Eine solche Einrichtung kann mittels eines elastischen Elements, beispielsweise einer Feder erreicht werden, die beispielsweise die Kombination aus Auflager und Schneidmesser gegen die Haut oder Folie in eine Richtung vorspannt, so dass die Haut oder Folie immer auf dem Auflager anliegt. Als elastisches Element kann dabei auch die Haut selbst verwendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der vorgenannte Bügel zumindest zweiteilig ausgebildet, wobei zwischen den beiden Bügelteilen eine bewegbare Kopplungseinrichtung vorgesehen ist, um eine Relativbewegung (Verfahren, Verschwenken) der beiden Bügelteile relativ zueinander zu ermöglichen. Eine solche Relativbewegung kann in Form einer Verschwenkung oder einer Verschiebung vorgesehen sein. Natürlich sollten die beiden Bügelteile während der Durchführung des Schwächungsvorgangs - also des Schneidens - selbst gegeneinander festlegbar sein.
Um eine Schneidwirkung zu erreichen, müssen Schneidmesser und Folie bzw. Haut relativ zueinander bewegt werden. Dabei können entweder das Schneidmesser alleine oder die Folie bzw. die Haut alleine, aber auch beide Elemente zugleich gegeneinander bewegt werden.
Als zweite grundsätzliche Ausführungsform gegenüber der starren Verbindung von Schneidmesser und Auflager ist es möglich, beide Elemente, die evtl. zueinander verstellbar sind, so zueinander einzujustieren, dass die oben erwähnte vordefinierte Restwandstärke immer sichergestellt ist. Zu diesem Zweck ist jeweils in der Schneidachse die Position des Auflagers und/oder die Position des Schneidmessers zu erfassen. Die beiden Positionen können einer Steuer- und Regeleinrichtung zugeführt werden, die daraus den Abstand zwischen der Spitze des Schneidmessers und dem Auflager ermittelt. Entsprechend diesem Signal kann ein Antrieb entweder für das Schneidmesser oder das Auflager oder eventuell auch für beide Einrichtungen so angesteuert werden, dass in einem Regelverfahren der Abstand zur Erreichung einer gewünschten Restwandstärke sicher eingestellt wird. Kennzeichnend hier ist wiederum der feste Abstand in Fortsetzung der Schnittachse.
Um beliebig ausgestaltete Schwächungslinien in ein Material einzubringen, kann es vorteilhaft sein, das Schneidmesser um seine Schneidachse drehbar auszubilden. In diesem Fall kann man das Schneidmesser bei einer jeweiligen Richtungsänderung zwischen Schneidmesser und Werkstück immer in der gewünschten Weise zur Ausbildung eines optimalen Schnittes einstellen. Der Bügel kann in diesem Fall über einen Freilauf und einer Momentenabstützung am Roboterhandgelenk in einer festen Drehlage unabhängig zur Drehung des Werkzeuges bzw. der Achse 6 gehalten werden. In diesem Fall ist der Gegenhalter als bewegliche Kugel auszuführen, um eine Bewegung in Messer-Schnittrichtung zu ermöglichen. Der Bügel kann durch diese Maßnahme in einer Position gehalten werden, die einen optimalen Zugang zum Werkstück erlaubt.
Natürlich kann dabei auch ein zusätzlicher Drehantrieb (z.B. als externe Roboterachse) zum Drehen des Schneidmessers vorgesehen sein, der entsprechend der Richtungsänderung eingestellt wird. Ebenfalls ist es möglich, die Momentenabstützung und die Kugel durch eine bewegliche Rolle, die auf einen zusätzlichen und synchronisierten Drehantrieb montiert wird, zu ersetzen.
Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das dem Auflager gegenüberliegende Schneidmesser integral eine Tastvorrichtung umfasst, die bei eingelegter Haut oder Folie gegen einen Anschlag zurückverfahren ist und bei fehlender Haut oder Folie in Anlage an das Schneidmesser verfahren ist. Der Verfahrbereich zwischen den beiden soeben beschriebenen Positionen wird mittels eines Sensors ermittelt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann interessant, wenn man ermitteln will, ob das Schneidmesser an seiner vorderen Spitze beschädigt ist. Ist nämlich beispielsweise die Spitze des Schneidmessers abgebrochen, so würde der Verfahrbereich größer sein als die gewünschte Restwandstärke, und aufgrund der Abweichung würde man entweder auf eine fehlerhafte Regelung oder aber auf ein beschädigtes Schneidmesser schließen können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Schneidwerkzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
Schneidwerkzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Schnittwerkzeugs gemäß einer dritten Ausführungsform,
Fig.4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Schnittwerkzeugs gemäß einer vierten Ausführungsform,
Fig. 5a bis 5c verschiedene schematische Darstellungen, die jeweils einen mehrteiligen, offen- und schließbaren Bügel eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs zeigen,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Schneidwerkzeugs mit einer Tasteinrichtung und
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Schneidwerkzeugs gemäß dem Stand der Technik.
In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ein Schneidwerkzeug 10 zur Schwächung von Kunststoffhäuten und ähnlichen Werkstücken schematisch dargestellt. Eine Kunststoffhaut 24 (nachfolgend auch Werkstück genannt) ist zwischen zwei Spannvorrichtungen 26 fest gehalten. Das Schneidwerkzeug 10 umfasst ein Schneidmesser 12 sowie - in Verlängerung der Schneidachse 14 - einen Gegenhalter 18, der bei dieser Ausführungsform auch die Funktion eines Auflagers hat. Der Gegenhalter 18 ist in dem Gehäuse einer Kraftmessdose 22 gehalten, mit welchem der Druck auf den Gegenhalter 18 ermittelt werden kann. Als Auflager wird nachfolgend insgesamt jede Einrichtung bezeichnet, auf welcher sich das Werkstück unmittelbar abstützt.
Das Schneidwerkzeug 12 sowie die Kraftmessdose 22 sind über einen U-förmig ausgestalteten Bügel 16 starr miteinander verbunden. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass sich der Gegenhalter 18 gegenüber dem Bügel 16 und entlang der Schneidachse 14 nicht verschiebt, so dass der Abstand zwischen dem Gegenhalter 18 und der Spitze des Schneidwerkzeugs 12 immer gleich ausgebildet ist. Dieser Abstand 28 entspricht der späteren Restwandstärke. Am schneidwerkzeugseitigen Ende des Gegenhalters 18 ist eine Kugel 20 vorgesehen, die drehbar gehalten ist.
In Figur 1 nicht dargestellt ist die Halterung des Schneidwerkzeugs selbst. Um das Schneidwerkzeug beispielsweise in Richtung des Pfeils 30 bewegen zu können, ist es beispielsweise an einer Robotvorrichtung gehalten, mit der das Schneidwerkzeug zumindest in einer Ebene verschoben werden kann. Im Grunde eignen sich dafür aber alle Bewegungsvorrichtungen, mit denen der Bügel in die erforderlichen Positionen, also sowohl x-, y- und z-Achse, bewegt werden kann.
Die Funktionsweise dieser ersten Ausführungsform der Erfindung ist damit klar und an sich recht einfach. Nach dem Einführen des zu schwächenden Werkstücks 24 in den Zwischenraum zwischen dem Schneidwerkzeug 12 und dem Gegenhalter 18 bzw. dem Einfahren des Werkzeuges in den Arbeitsbereich am Werkstück wird das Schneidwerkzeug 10 so bewegt, dass sich unter elastischer Verformung des Werkstücks 24 dieses mit einer entsprechenden Kraft am Gegenhalter 18 - hier der Kugel 20 - abstützt. Mittels der Kraftmessdose 22 kann die Kraft ermittelt bzw. sichergestellt werden, dass eine kontinuierliche Anlagerung des zu schwächenden Werkstücks am als Auflager wirkenden Gegenhalter 18 vorliegt. Bei der Bewegung der starren Einheit aus Schneidwerkzeug 12, Bügel 16 und Gegenhalter 18 wird durch Einbringen eines Schnittes in das Werkstück 24 eine Schwächung erreicht, bei der eine durch den Abstand zwischen der Spitze des Schneidmessers 12 und dem obersten Ende der Kugel 20 definierten Abstand entsprechende Restwandstärke garantiert wird. Eine konstruktiv etwas geänderte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in Fig. 1. Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen in Fig. 1 und Fig. 2 ist darin zu sehen, dass nunmehr das zu schwächende Werkstück 24 auf einer Platte 40 - auch Auflagetisch genannt - angeordnet ist. Dieser Auflagetisch übernimmt nunmehr die Funktion des Auflagers. Auf der unteren Fläche des Auflagetisches rollt nunmehr die Kugel 20 des Gegenhalters 18 ab. Die Anlage des Werkstücks 24 auf dem Auflagetisch 40 selbst wird sichergestellt durch die Vorspannung der Einheit aus Schneidwerkzeug 12, Bügel 16 und Gegenhalter 18 mittels einer Feder 38, die sich zwischen einem extern befestigten Abstützbock 36 und einer Abstützlasche 34 des Bügels 16 erstreckt. Mittels dieser Feder 38 wird die Kugel 20 an die Unterseite des Auflagetisches 40 gedrückt, wobei diese Kraft wiederum mittels der Kraftmessdose 22 ermittelt werden kann. Die Restwandstärke ergibt sich aus der Differenz des Abstandes des Schneidmessers zum Gegenhalter 18 abzüglich der Dicke des Auflagetisches 40.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 ebenfalls in schematischer Weise dargestellt. Dabei sind lediglich die signifikanten Elemente bezüglich einer Verstellung bzw. Regelung dargestellt. Andere Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.
In Fig. 3 ist ein Schneidmesser 12' vorgesehen, das mittels eines Aktuators (z.B. Stellmotor 50 und Spindelantrieb 52) in Richtung seiner Schneidachse in gewissen Bereichen verstellbar ist. Die Position des Schneidmessers 12' wird mittels eines Abstandssensors festgestellt. Der Sensor 54 ist über eine Signalleitung 60 mit einer Steuer- und Regeleinheit 56 verbunden. Die Steuer- und Regeleinheit 56 besitzt überdies eine Steuerleitung 58 zum Stellmotor 50, mit dem dieser mit den entsprechenden Stellsignalen beaufschlagt werden kann.
Überdies ist ein weiterer Abstandssensor 62 angeordnet, der unterhalb des Auflagetisches 40' positioniert ist und mittels eines Tasters die Entfernung zu einem Messpunkt 66 ermittelt. Der Messpunkt befindet sich dabei am Schnittpunkt der Schneidachse mit der Unterseite des Auflagetisches 40'. Diese Abstands-Information wird über eine Signalleitung 64 ebenfalls der Steuer- und Regeleinheit 56 zugeführt. Die Steuer- und Regeleinheit 56 kann aus den beiden Signalen der Abstandssensoren 54 und 62 bei einer entsprechenden Eichung den Abstand zwischen der Spitze des Schneidmessers 12' und dem Messpunkt 66, der in Richtung der Schnittachse an der Unterseite des Auflagetisches 40' angeordnet ist, bestimmen und je nach gewünschtem Abstand eine Nachregelung der Messerposition über den Stellmotor durchführen. Entsprechend dem Abstand zwischen dem Schneidmesser 12' und dem Messpunkt 66 abzüglich der Dicke des Auflagetisches 32' ergibt sich wiederum die Restwandstärke.
Der Vorteil dieser sicherlich aufwändigeren Vorrichtung ist die Einstellbarkeit der Restwandstärke. Weiterhin ist es möglich, Auflagetische mit variabler bzw. mit unbekannter Dicke einzusetzen. Hier wird zunächst das Schneidmesser durch einen Abstandssensor ersetzt und in einer einmaligen Referenzfahrt der Dickenverlauf über der Bewegung ermittelt. Diese Referenzdaten werden gespeichert und zusammen mit einer ggf. auch variablen Soll-Restwandstärke beim späteren Schnittvorgang als Sollwert genutzt.
Bei der Ausführungsform in Fig. 3 wird der Auflagetisch 40' mit der darauf positionierten Haut entlang des Pfeils 27 bewegt. Die Steuer- und Regeleinrichtung 56 bestimmt dann kontinuierlich und in Abhängigkeit der Signale der Abstandssensoren 54 und 62 das Ansteuersignal für den Stellmotor 50. Auch auf diese Weise kann - auch wenn keine starre Verbindung zwischen dem Schneidmesser 12' und einem Auflager (hier dem Auflagetisch 40') vorgesehen ist - eine definierte Restwandstärke durch eine entsprechende Überwachung auf der Schnittachse sichergestellt werden.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform entspricht in weiten Bereichen derjenigen in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Nunmehr ist jedoch der Bügel drehbar um die Messerdrehachse 76 gelagert. Der Bügel stützt sich über eine Momentenstütze 70 am Roboterhandgelenk 72 ab, so dass dieser seine Position unabhängig von einer Messerdrehung behält. Aufgrund der Drehbarkeits des Schneidmessers 12" kann ein einwandfreier Schnitt entlang einer beliebigen Schnittlinie durchgeführt werden. Bei jeder Richtungsänderung wird eine entsprechende Drehung des Schneidmessers 12" vorgenommen, so dass das Schneidergebnis optimal ist. Von besonderem Interesse ist auch die leichte Zugänglichkeit des Werkstücks durch das Schneidwerkzeug. In den Figuren 5a bis 5c sind drei verschiedene Ausführungsformen zu erkennen, mit denen bei einer - zumindest während des Schneidvorgangs - starren Kopplung zwischen Schneidmesser und Auflager eine entsprechende Einfügung des Werkzeugs problemlos möglich ist.
Bei der ersten Ausführungsform gem. Fig. 5a ist der U-förmige Bügel zweiteilig ausgebildet, nämlich mit einem ersten oberen, winkelförmigen Bereich 80 und einem Schenkel 84, die beide über ein Drehgelenk miteinander verbunden sind. Am dem Drehgelenk gegenüberliegenden Ende des Schenkels 84 ist der Gegenhalter angeordnet. Durch Verschwenken des Schenkels 84 gegenüber den winkelförmigen Teil 80 des Bügels kann der Aufnahmeraum geöffnet werden, so dass ohne weiteres ein Hautelement einzulegen ist. Nach dem Einlegen des Hautelements bzw. dem Einfahren in das Werkstück kann der U-förmige Bügel durch Hochschwenken des Schenkels 84 geschlossen werden. Natürlich müssen während des Bearbeitungsvorgangs selbst die beiden verschiedenen Elemente des U-förmigen Bügels gegeneinander festgelegt sein.
Eine weitere Ausführungsform zum Einlegen eines Hautteils ist in Fig. 5b gezeigt, wo der winkelförmige Teil 80' des Bügels nunmehr mit dem Schenkel 84' nicht mehr durch ein Gelenk verbunden ist. Vielmehr ist nun der Schenkel 84' über eine entsprechende Führung linear verschieblich am anderen Bügelteil 80' gehalten. Die Linearverschiebung bzw. die Fixierung der beiden Elemente erfolgt über einen Hydraulikzylinder 86, der sich auf der einen Seite gegenüber dem Bügelteil 80' und auf der anderen Seite gegenüber dem Bügelteil 84' abstützt. Natürlich kann der Aktuator auch alternativ als pneumatischer oder elektrischer Antrieb ausgestaltet sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Sicherstellung des problemlosen Einsetzens bzw. Einfahren ist in Fig. 5c dargestellt. Dabei wird im Vergleich zur Ausführungsform in 5b nicht der gesamte untere Schenkel 84' abgesenkt, sondern lediglich der Gegenhalter 84". Der U-förmige Bügel bleibt damit im Wesentlichen starr erhalten.
Eine letzte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 6 gezeigt. Dabei soll nur auf den als Auflager dienenden Gegenhalter 92 eingegangen werden. Dieser Gegenhalter ist gleichzeitig mit einem Messkopf ausgebildet und besitzt eine Verbindung mit einem Messtaster 94. Bei eingefügter Haut (in Fig. 6 nicht dargestellt) ist der Messkopf 92 gegen einen Anschlag nach unten verschoben und damit eine Entfernung von der Spitze des Schneidmessers beabstandet, die der Restwandstärke entspricht. Wird die Haut jedoch entfernt, so kann der Messkopf 92 in Richtung des Schneidmessers Vorverfahren, wobei der Verfahrweg über dem Messtaster 94 erfasst wird. Auf diese Weise kann der Abstand des Auflagers zum Schneidwerkzeug ermittelt werden. Entspricht dieser Abstand nicht der gewünschten Restwandstärke, so liegt entweder eine fehlerhafte Justierung vor oder aber das Schneidmesser ist im Bereich seiner Spitze beschädigt.
Insgesamt werden das Schneidwerkzeug bzw. das Schneidmesser und der Gegenhalter bzw. das Auflager derart miteinander gekoppelt (passiv oder aktiv), dass der Abstand zwischen beiden Elementen exakt definiert ist. Der Gegenhalter legt somit die Bewegung des Scheidwerkzeuges und damit die Schnitttiefe direkt auf der Schneidachse fest, wenn das Werkstück am Gegenhalter anliegt. Der Einsatz eines „virtuellen Gegenhalters", bei dem die Lage der Restwandseite durch einen berührungslos arbeitenden Sensor erfasst wird, fällt ebenfalls in den Bereich der Erfindung. Dies gilt auch dann, wenn die Restwandseite des Werkstückes nicht direkt zur Gegenlage genutzt wird, indem statt dessen die abgewandte Vorrichtungsseite und Restwandseite des Werkstückes entweder durch die Fertigungsvorgaben der Vorrichtung bekannt sind oder mit einer Referenzfahrt ermittelt werden.
Der Ausgleich von Toleranzen einer Roboterbewegung erfolgt mit Hilfe eines aktiven oder passiven Ausgleichselementes das in Richtung der Schneidachse die Relativposition zwischen Werkzeug und Gegenhalter durch Bewegung des Werkstückes, der Werkzeug-Gegenhaltereinheit und/oder einer synchronisierten Einzelbewegung von Werkzeug und Gegenhalter auf einem definierten Maß hält. Der Kontakt zwischen Gegenhalter und Restwandseite des Werkstücks kann durch eine integrierte Sensorik (Kraftsensoren, Präzisionsschalter, Abstandssensoren) überwacht werden.
Insgesamt kann der Prozess Werkzeug- oder werkstückgeführt erfolgen. Dies heißt, das Werkzeug kann geführt oder stationär angeordnet sein. Als Werkzeuge kommen sämtliche mechanischen Scheidwerkzeuge in Betracht, wie etwa eine Klinge, ein Fräser mit Spindel, ein Ultraschallmesser, ein Heißmesser, ein Perforationswerkzeug (z.B. schwingende Nadel), etc.
Eine aktive Kopplung von Gegenhalter und Werkzeug kann durch den Einsatz beliebiger elektrischer, pneumatischer, mechanischer oder hydraulischer Aktuatoren oder von Kombinationen davon erfolgen.
Bei einer direkten mechanischen Kopplung von Werkzeug und Gegenhalter können externe Roboterachsen genutzt werden, den Bügel aus einem Kollisionsbereich zu halten. Weiterhin kann ein Bügel bei einer werkzeuggeführten Variante mechanisch so an den Roboter adaptiert werden, dass seine Lage unabhängig von der Achse des Roboters ist und einen optimalen Zugang zum Arbeitsbereich ermöglicht. Der Einsatz von rotationssymmetrischen Werkzeugen erlaubt zudem eine Nutzung eines Bügel in einer optimalen Position.
Wie oben angesprochen, sollte auch eine optimale Zugänglichkeit zum Werkzeug sichergestellt sein.
Die vorliegende Erfindung stellt eine hohe Prozesssicherheit bei der Schwächung von Kunststoffhäuten und ähnlichen Werkstücken, also Folien etc., durch einseitiges Einschneiden sicher, da ein definierter Abstand zwischen einem Auflager und der Spitze eines Schneidwerkzeugs in Richtung der Schneidachse sichergestellt ist.
Bezugszeichenliste
Schneidwerkzeug , 12' Schneidmesser (teilweise drehbar) " Schneidachse Bügel Gegenhalter Kugel Kraftmessdose (Zu schwächendes) Werkstück Spannvorrichtung , 28' Restwandstärke Bewegungsrichtung , 32' Dicke des Auflagetisches Abstützlasche Abstützbock Spiralfeder , 40' Auflagetisch Stellmotor Spindeltrieb Abstandssensor für Schneidmesser Steuer- und Regeleinheit Steuerleitung zum Stellmotor Signalleitung vom Abstandssensor Abstandssensor für Auflagetisch Signalleitung vom Abstandssensor Messpunkt Haltearm Gelenk Robotarm Drehhalterung , 80' Haltebügel (erster Teil) 80"
82 Gelenk
84, 84' Haltebügel (zweiter Teil) bzw. Gegenhalter
84"
86, 86' Hydraulikzylinder
88, 88' Abstützung für den Hydraulikzylinder (beweglich)
90 Kraftmessdose
92 Gegenlager und Messkopf
94 Messtaster
96 Schneidspalt
100 Schneidwerkzeug (Stand der Technik)
102 Schneidmesser
104 Stellmotor
106 Stellspindel
108 Auflagetisch
110 (zu schwächendes) Werkstück
112 Restwandstärke
114 Referenzstärke
116 Sensorsignal
118 Abstandssensor

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur Einbringung von Schwächungsschnitten in eine Folie oder Haut umfassend ein Schneidmesser, ein gegenüber dem Schneidmesser angeordnetes Auflager, wobei
- die Folie oder Haut zwischen dem Auflager und dem Schneidmesser anordenbar ist uns sich gegen das Auflager abstützt und
- das Schneidmesser gegenüber der Folie oder Haut relativ bewegbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, mir welcher der Abstand zwischen dem Schneidmesser und dem Auflager in Richtung der Schneidachse konstant ausbildbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schneidmesser und Auflager ein mechanische Kopplung ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kopplung zwischen Schneidmesser und Auflager starr ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit aus Schneidmesser und Auflager mittels einer elastischen Einrichtung derart vorgespannt sind, dass eine sichere Auflage der Haut oder Folie auf dem Auflager sichergestellt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der mechanischen Kopplung ein Bügel vorgesehen ist, dessen Bauchbereich die Folie oder Haut umgreift.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel zumindest zweiteilig ausgebildet ist und eine zwischen den beiden Bügelteilen wirksame Bewegungseinrichtung vorgesehen ist, um die beiden Bügelteile relativ zueinander zu bewegen, insbesondere zu verschwenken oder zu verschieben.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungsvorrichtung zur Durchführung der Relativbewegung von Folie oder Haut und Schneidmesser mittelbar oder unmittelbar an dem Schneidmesser angreift, die zur Bewegung des Schneidmessers ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungsvorrichtung zur Durchführung der Relativbewegung von Folie oder Haut und Schneidmesser mittelbar oder unmittelbar an der Haut oder der Folie oder einer Halterung für die Haut oder die Folie angreift, die zur Bewegung der Haut oder Folie ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Erfassung der Position des Auflagers in der Schneidachse vorgesehen ist, dass ein Sensor zur Erfassung der Position des Schneidmessers in der
Schneidachse vorgesehen ist, dass eine Steuer- und Regeleinrichtung vorgesehen ist, die von den Sensoren jeweils ein entsprechendes Signal erhalten, dass ein Stellantrieb zur Verstellung des Schneidmessers in der Schneidachse vorgesehen ist, die Steuer- und Regeleinrichtung zur Erzeugung eines Stellsignals in Abhängigkeit von den Sensorsignalen des Sensors zur Erfassung der Position des Schneidmessers sowie des Sensors zur Erfassung der Position des Auflagers ausgebildet ist und dass Stellsignal dem Stellmotor zur Verfügung stellt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidmesser um seine Schneidachse drehbar ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehantrieb zum Drehen des Schneidmessers vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflager gegenüberliegend dem Schneidmesser integral eine Tastvorrichtung umfasst, die bei eingelegter Haut oder Folie gegen einen Anschlag zurückverfahren ist und bei fehlender Haut oder Folie in Anlage an das Schneidmesser verfahrbar ist, wobei der Verfahrbereich mittels einem Sensor ermittelt wird.
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