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Dokumentenidentifikation DE10010689C1 12.04.2001
Titel Verfahren und Vorrichtung zum exakten Führen eines Bearbeitungswerkzeugs mit einem Roboter
Anmelder Klöckner Desma Schuhmaschinen GmbH, 28832 Achim, DE
Erfinder Lühr, Joachim, Dipl.-Ing., 27327 Schwarme, DE;
Lissek, Andreas, 28832 Achim, DE
Vertreter Brundert und Kollegen, 47279 Duisburg
DE-Anmeldedatum 04.03.2000
DE-Aktenzeichen 10010689
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.04.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2001
IPC-Hauptklasse B25J 9/00
IPC-Nebenklasse B25J 9/16   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zum exakten Führen eines Bearbeitungswerkzeugs mit einem Roboter, wobei das Werkzeug mittels einer Robotersteuerung an der Kontur des zu bearbeitenden Werkstückes mit einer bestimmten Andruckkraft entlanggefahren wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die jeweilige Winkelstellung des Werkzeugs im Raum in definierten Zeitabständen mit Hilfe der Robotersteuerung über ein separates Roboterprogramm ermittelt wird und als Soll-Wert an ein Regelglied übertragen wird und den dort jeweils vorliegenden Ist-Wert ersetzt und als an die Werkzeugwinkelstellung angepaßter Ausgangswert den Andruck des Werkzeugs an das Werkstück derart regelt, daß das Eigengewicht des Werkzeugs beim Andruck desselben an das Werkstück über den gesamten Bearbeitungsweg kompensiert wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum exakten Führen eines Bearbeitungswerkzeugs mit einem Roboter, wobei das Werkzeug mittels einer Robotersteuerung an der Kontur des zu bearbeitenden Werkstücks mit einer bestimmten Andruckkraft entlanggefahren wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-A-38 15 013 bekannt. Das dort beschriebene Verfahren betrifft den industriellen Schuhherstellungsbereich.

Auf einer sogenannten Rundtischanlage ist eine Vielzahl von Formstationen vorgesehen, mit Hilfe derer an auf Leisten gezogene Schäfte Gummi- oder Kunststoffsohlen angespritzt werden. Damit eine gute Verbindung zwischen Sohlenmaterial und Schaftmaterial gewährleistet ist, muß die Verbindungsfläche des Schaftes vor dem Spritzvorgang aufgerauht werden. Gegebenenfalls muß in diesem Bereich auch eine Klebeschicht aufgebracht werden. Nach dem Spritzvorgang ist es eventuell nötig, mit Hilfe eines Messers die beim Spritzvorgang entstandenen Grate abzuschneiden. Diese Vorgänge werden gemäß der zitierten Druckschrift mittels eines Roboters ausgeführt, der an seinem Arm die entsprechenden Bearbeitungswerkzeuge trägt. Die Schuhform, die Konturdaten des zu bearbeitenden Bereichs sowie die Schuhgrößen sind in der Robotersteuerung programmiert, so daß der Bearbeitungsvorgang automatisch ablaufen kann.

Insbesondere an Schuhansohlanlagen haben diese Bearbeitungen mit Robotern in vielen Fällen unter einem Winkel von 45° im Raum am Schuh stattzufinden. Da ein nachführendes System mit gesteuerten Andruck benötigt wird, müssen die Bearbeitungswerkzeuge zum Objekt nachgeführt werden können. Diese Beweglichkeit bedeutet aber auf der anderen Seite, daß die zu bewegenden Teile (Werkzeug, Antrieb) mit Gewichtskraft den Andruck negativ beeinflussen. So zieht die Gewichtskraft der bewegten Masse das Werkzeug im Absatzbereich vom Werkstück weg, während sie im Spitzenbereich des Schuhs den Andruck noch verstärkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug so zu führen, daß der Andruck des Werkzeugs auf das Werkstück unabhängig von der Lage und der Winkelstellung im Raum konstant bleibt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die jeweilige Winkelstellung des Werkzeugs im Raum in definierten Zeitabständen mit Hilfe der Robotersteuerung über ein separates Roboterprogramm ermittelt wird und als Soll-Wert an ein Regelglied übertragen wird und den dort jeweils vorliegenden Ist-Wert ersetzt und als an die Werkzeugwinkelstellung angepaßter Ausgangswert den Andruck des Werkzeugs an das Werkstück derart regelt, daß das Eigengewicht des Werkzeugs beim Andruck desselben an das Werkstück über den gesamten Bearbeitungsweg kompensiert wird.

Hiermit wird es möglich, konstante Bearbeitungsergebnisse über den gesamten Arbeitsablauf zu erhalten.

Der zweite Teil der Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5 dadurch gelöst, daß den die Stellung des Bearbeitungswerkzeugs im Raum bewirkenden Aggregaten ein Regelglied vorgeschaltet ist, dessen Eingang mit einem durch ein separates Roboterprogramm in definierten Zeitabständen ermittelten, der jeweiligen Winkelstellung des Werkzeugs entsprechenden Sollwert beaufschlagbar ist, aufgrund dessen das Regelglied einen Ausgangswert zur Regelung der Andruckkraft des Werkzeugs am Werkstück erzeugt.

Die Ermittlung der aktuellen Winkelstellung des Werkzeugs im Raum erfolgt über die Robotersteuerung. Die Winkelstellung wird dabei aus den jeweiligen Achsdaten herausgelesen und dann als Soll-Wert an das Regelglied übertragen. Hierfür läuft das separate Roboterprogramm im Hintergrund, welches gemäß Anspruch 2 im Abstand von 0,2 Sek. die Winkelstellung ermittelt und aktualisierte Werte an das Regelglied liefert.

Nach einer Grundeinstellung des Systems läuft die Gewichtskompensation automatisch im Hintergrund ab. Hierdurch können die Bearbeitungsergebnisse entscheidend verbessert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Regelglied ein Druckproportional-Ventil verwendet, wobei dieses Druckproportional-Ventil den Pneumatikzylindern vorgeschaltet ist, die die jeweilige Stellung des Bearbeitungswerkzeugs im Raum bewirken.

Alternativ kann jedoch eine elektromechanische Lösung vorgesehen sein, wobei als Regelglied ein elektronischer Mikroprozessor vorgesehen ist und als Aggregate in diesem Fall elektrische Schrittmotoren vorgesehen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt und näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Bearbeitungswerkzeug in zwei verschiedenen Stellungen am zu bearbeitenden Schuh,

Fig. 2 Schaltplan der pneumatischen Drucksteuerung für den Andruck des Bearbeitungswerkzeugs am Schuh.

In der Fig. 1 ist ein Bearbeitungswerkzeug in zwei verschiedenen Bearbeitungsstellungen an einem schematisch dargestellten mit einem Schuhschaft bezogenen Leisten 10 dargestellt und allgemein mit den Bezugszeichen 11 versehen. In der oberen Darstellung befindet sich das Bearbeitungswerkzeug im Bereich der Ferse, während in der unteren Darstellung das Bearbeitungswerkzeug 11 im Bereich der Schuhspitze angeordnet ist. In diesen zwei Extremstellungen wirkt sich das Eigengewicht m des Bearbeitungswerkzeugs am gravierendsten auf die Andruckkraft aus, mit dem das Bearbeitungswerkzeug auf den Schuhschaft wirkt. In der obigen Darstellung wird der eigentlich gewünschte Andruck um den Einfluß des Eigengewichts vermindert, während sich in der unteren Darstellung der Andruck um das Eigengewicht des Bearbeitungswerkzeugs 11 vergrößert.

Um diesen schädlichen Einfluß zu kompensieren, wird die pneumatische Schaltung der Betätigungsorgane (in diesem Fall Pneumatikzylinder 12) des Bearbeitungswerkzeugs 11, das an dem Arm eines Bearbeitungsroboters (nicht dargestellt) angeordnet ist, entsprechend Fig. 2 ergänzt. Zur Kompensation des Eigengewichts des Bearbeitungswerkzeugs 11 wird in regelmäßigen Zeitabständen mit Hilfe der Robotersteuerung über ein separates Roboterprogramm die jeweilige Winkelstellung des Bearbeitungswerkzeugs 11 im Raum ermittelt und als Analogsignal an ein Druck- Proportionalventil 13 übertragen. Mit dem aus dem Analogsignal resultierenden Druck werden pneumatische Zylinder 12 des Bearbeitungswerkzeugs 11 beaufschlagt.

Diese mit variablem Druck aus dem Proportionalventil versorgten pneumatischen Zylinder arbeiten gegen zwei andere pneumatische Zylinder, die mit einem festen Gegendruck beaufschlagt sind. Die aus den unterschiedlichen Drücken resultierende Kraftdifferenz dient zur Kompensation des wirksamen Eigengewichts.

Beim Abfahren der Schaftkontur wird somit in kurzen Zeitabständen (0,2 Sek.) abhängig von der jeweiligen Winkelstellung des Bearbeitungswerkzeugs 11 im Raum der störende Anteil des Eigengewichts des Bearbeitungswerkzeugs 11 kompensiert, so daß an praktisch jedem Punkt der Kontur das Bearbeitungswerkzeug 11 mit der gewünschten Andruckkraft auf das Werkstück (Schaft) wirkt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum exakten Führen eines Bearbeitungswerkzeugs mit einem Roboter, wobei das Werkzeug mittels einer Robotersteuerung an der Kontur des zu bearbeitenden Werkstückes mit einer bestimmten Andruckkraft entlanggefahren wird, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Winkelstellung des Werkzeugs im Raum in definierten Zeitabständen mit Hilfe der Robotersteuerung über ein separates Roboterprogramm ermittelt wird und als Soll-Wert an ein Regelglied übertragen wird und den dort jeweils vorliegenden Ist-Wert ersetzt und als an die Werkzeugwinkelstellung angepaßter Ausgangswert den Andruck des Werkzeugs an das Werkstück derart regelt, daß das Eigengewicht des Werkzeugs beim Andruck desselben an das Werkstück über den gesamten Bearbeitungsweg kompensiert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Winkelstellung des Werkzeugs im Abstand von 0,2 Sek. erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstellung des Werkzeugs aus den jeweiligen Achsdaten des Roboters ermittelt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelglied ein Druckproportional-Ventil verwendet wird.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus einem Roboter, an dessen Arm ein Bearbeitungswerkzeug angeordnet ist, das mittels durch eine Robotersteuerung betätigter Aggregate einen definierten Kurvenverlauf entsprechend der Kontur des zu bearbeitenden Werkstücks mit einer bestimmten Andruckkraft abfährt, dadurch gekennzeichnet, daß den die Stellung des Bearbeitungswerkzeugs (11) im Raum bewirkenden Aggregaten (12) ein Regelglied (13) vorgeschaltet ist, dessen Eingang mit einem durch ein separates Roboterprogramm in definierten Zeitabständen ermittelten, der jeweiligen Winkelstellung des Werkzeugs (11) entsprechenden Soll-Wert beaufschlagbar ist, aufgrund dessen das Regelglied (13) einen Ausgangswert (Ist-Wert) zur Regelung der Andruckkraft des Werkzeugs (11) am Werkstück (10) erzeugt.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied (13) ein Druckproportional-Ventil ist und die Aggregate (12) Pneumatikzylinder sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelglied ein elektronischer Mikroprozessor ist und die Aggregate elektrische Schrittmotoren sind.






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