AT523205B1

AT523205B1 - Roboter-Bearbeitungskopf sowie Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Bearbeitungskopf

Info

Publication number: AT523205B1
Application number: ATA50933/2020A
Authority: AT
Inventors: Kotyška Jirí; Čábela Jan; Šrám Lukáš; Kulhavý Petr
Original assignee: Deprag Cz A S
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-06-15
Also published as: SK289104B6; CZ308657B6; SK500502020A3; AT523205A2; CZ2019701A3; AT523205A3; DE102020213840A1

Abstract

Der Roboter-Bearbeitungskopf ist mit einem Motor (3) sowie mit einer Spindel (4) ausgestattet, an der ein Einspannteil (12) zur Befestigung eines Bearbeitungswerkzeugs angeordnet ist. Der Motor (3) und die Spindel (4) sind in einem Schubteil (2) angeordnet, wobei das Schubteil (2) an einem Festteil (11) gelagert ist und das Schubteil (2) mit einer Versorgungsquelle für eine axiale Bewegung verbunden ist. Insbesondere weist die Versorgungsquelle für die axiale Bewegung einen Zylinder (18) mit einem doppelwirkenden Kolben (6) und zwei Proportionalventile (19) auf, die mit einer Steuereinheit verbunden sind, die derart ausgebildet ist, dass im Betrieb eine Andruckkraft auf das Schubteil in Abhängigkeit einer erreichten oder geforderten Andruckkraft kontinuierlich geregelt wird.

Description

Beschreibung

TECHNISCHER BEREICH

[0001] Die Erfindung betrifft einen Roboter-Bearbeitungskopf, welcher insbesondere zur Nutzung in der Industrieautomation bestimmt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe eines solchen Bearbeitungskopfes.

[0002] Der Roboter-Bearbeitungskopf ist mit einem an eine Spindel angeschlossenen Motor ausgestattet, und zwar so, dass an einem Einspannteil ein Bearbeitungswerkzeug angebracht werden kann.

STAND DER TECHNIK

[0003] Ein derartiger Roboter-Bearbeitungskopf dient allgemein zur Befestigung an einer Verstellmechanik, mittels derer der Bearbeitungskopf im Raum verfahrbar ist. Als Verstellmechanik wird insbesondere ein (Industrie-) Roboter eingesetzt. Der Bearbeitungskopf wird beispielsweise an einem Befestigungsflansch des Roboters, speziell einer Roboterhand befestigt.

[0004] Der Bearbeitungskopf dient insbesondere zum Bearbeiten eines Werkstückes, insbesondere zur Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstückes, beispielsweise durch Schleifen. Bei der Bearbeitung, speziell beim Schleifen, ist es erforderlich, dass das Bearbeitungswerkzeug zuverlässig, insbesondere mit einem definierten Anpressdruck gegen das Werkstück bis zu einer definierten Zustellposition automatisiert verfährt.

[0005] Es sind Lösungen bekannt, bei denen eine Trajektorie, also ein Bearbeitungspfad des Bearbeitungswerkzeuges, direkt durch den Roboter mit Hilfe sensitiver Flansche beeinflusst wird (sogenannte active force control). Diese Lösungen sind jedoch schwierig für Software und Hardware umzusetzen.

[0006] Es sind Lösungen bekannt, bei denen der Anpressdruck und der Vorschub des gesamten Aufbaus des Bearbeitungskopfes durch eine Kombination von einfachwirkendem oder doppelwirkendem Druckluftkolben mit einem Ventil gesteuert wird. In der vorgesehenen Anwendung ist es gegenwärtig nicht möglich, die Kontrolle des Druckes in den beiden Kolbenkammern des doppelwirkenden Druckluftkolbens zu erreichen. Dadurch verschlechtert sich die Kontinuität und die Übertragung der Bearbeitung, sowie die Qualität der Oberfläche.

[0007] Weiterführend ist es möglich, einen universellen Zwischenflansch anzuordnen, welcher dem Bearbeitungswerkzeug eine elastische Komponente in der gewünschten Richtung zur Verfügung stellt. Der eingestellte Anpressdruck wird durch einen verstellbaren Hebelmechanismus über Federn oder Druckluftkolben erreicht. Der Nachteil des eingestellten Anpressdruckes über den Federmechanismus besteht in einer nichtkonstanten Andruckkraft über den Zustell- oder Arbeitshub der Vorrichtung. Mit zunehmender Federdeformation wächst auch die Andruckkraft. Gewöhnlich lässt sie sich nicht bestimmen, oder die Tiefe des bearbeiteten (abgetragenen) Materials lässt sich nicht direkt messen, was zu Ungenauigkeiten führt, somit bei einem genaueren Prozess, wie z.B. Schleifen, nicht ausreichend ist.

[0008] Aus der DE 1 019 143 B ist eine Bohrmaschine zu entnehmen, welche mit Hilfe eines Schlittens in axialer Richtung zugestellt werden kann. Die axiale Zustellung erfolgt hierbei mittels eines Zylinders, in dem sich ein feststehender Kolben befindet, welcher über Druckleitungen von beiden Seiten mit einem Fluid beaufschlagt werden kann. Zur Steuerung der Bewegungsrichtung und auch der Geschwindigkeit der Zustellbewegung ist ein manuell betätigbarer Steuerschieber vorgesehen, welcher in diskrete, verschiedene Stellungen überführbar ist.

[0009] Die CH 366 769 A beschreibt eine hydraulische Steuerung einer Planschleitmaschine, bei der der Vorschub ebenfalls mit Hilfe eines Hydraulikzylinders gesteuert werden kann. Auch hier ist ein innerhalb des Zylinders angeordneter Kolben beidseitig mit einem Fluid beaufschlagbar. Durch Umstellung eines Steuerhahns wird die Bewegungsrichtung der axialen Zustellbewegung eingestellt.

[0010] Weitere Bearbeitungsmaschinen mit Zustellbewegungen sind beispielsweise aus der CN 106 553 066 A oder der EP 0 838 304 A2 zu entnehmen.

[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die oben beschriebenen Mängel des bestehenden Standes der Technik im Zusammenhang mit dem Anpressdruck zu vermeiden.

LÖSUNG DER AUFGABE

[0012] Die Aufgabe wird gelöst durch einen Roboter-Bearbeitungskopf, welcher einen Motor mit einer Spindel aufweist, an der ein Einspannteil zur Befestigung eines Bearbeitungswerkzeugs, wie z.B. Schleifscheibe, Bohrer, Fräse usw. angeordnet ist. Der Bearbeitungskopf weist ein Schubteil auf, in dem der Motor und die Spindel angeordnet sind und welches an einem Festteil in einer axialen Richtung verschieblich gelagert ist, wobei das Schubteil mit einer Versorgungsquelle für die axiale Bewegung des Schubteils verbunden ist und wobei die Versorgungsquelle für die axiale Bewegung einen Zylinder mit einem doppelwirkenden Kolben und zwei Proportionalventilen aufweist und die Proportionalventile mit einer Steuereinheit verbunden sind, die derart ausgebildet ist, dass im Betrieb eine Andruckkraft auf das Schubteil in Abhängigkeit einer erreichten oder geforderten Andruckkraft kontinuierlich geregelt wird.

[0013] Das Schubteil ist am Festteil insbesondere auf Kugellagern linearverschieblich gelagert. Hierdurch wird eine Reduzierung der Reibung bei Verschiebung dieser Teile erreicht.

[0014] Die Versorgungsquelle weist für die axiale Bewegung einen Zylinder mit darin angeordnetem doppelwirkenden Kolben sowie zwei Proportionalventile auf, welche mit einer Steuereinheit verbunden sind. Bei dem Kolben handelt es sich insbesondere um einen Druckluftkolben. Der doppelwirkende Druckluftkolben garantiert die kontinuierliche Regulierung der Andruckkraft. Bei dieser Ausgestaltung mit dem doppelwirkenden Druckluftkolben ist es möglich und insbesondere auch vorgesehen, eine Endposition dieses Kolbens zu detektieren, d.h. im Betrieb wird die Position des doppelwirkenden Kolbens regelmäßig insbesondere auch in Relation zu einer Endposition erfasst. Diese detektierte Position wird an die Steuereinheit weitergeleitet und für die weitere Steuerung / Regelung berücksichtigt. Während der Bearbeitung wird der Kolben bevorzugt derart angesteuert, dass er jederzeit von der Endposition beabstandet ist, um jederzeit den Kolben in beide Richtungen steuern zu können, um also z.B. jederzeit Schwankungen im Andruck ausgleichen zu können bzw. die Andruckkraft ändern zu können. Gleichzeitig ist ein konstanter Andruck des Bearbeitungswerkzeuges gewährleistet. Der doppelwirkende Druckluftkolben, gesteuert durch die eigene Steuereinheit mit den zwei aktiv gesteuerten Proportionalventilen ist in der Lage, kontinuierlich den Andruck in Abhängigkeit des erreichten oder geforderten Druckes (Kraft) zu regulieren, wobei gleichzeitig eine Rückführbarkeit des Druckluftkolbens gewährleistet ist.

[0015] Die Proportionalventile sind in der Regel an die Steuereinheit angeschlossen. So wird eine kontinuierlich veränderliche und einstellbare Andruckkraft auf das Schubteil mit der Spindel ermöglicht. D.h. je nach Anwendungsfall werden z.B. während eines Bearbeitungsvorgangs der Andruck gesteuert variiert, beispielsweise in Abhängigkeit einer spezifischen Position, an der sich der Bearbeitungskopf momentan befindet. Ebenfalls ist es möglich, das Schubteil zusammen mit der Spindel augenblicklich in eine beispielsweise zurückgezogene Endposition zu bringen.

[0016] Der doppelwirkende Druckluftkolben ist in der Regel mit einem Messelement ausgestattet, welches dafür ausgebildet ist, zumindest grob die (abgetragene oder verbleibende) Materialmenge beim Bearbeiten zu messen. Der doppelwirkende Kolben mit den zwei Proportionalventilen ermöglicht es, den Kolben augenblicklich in die Endposition zu bringen. Gleichzeitig ist er dank der eingelesenen Position in der Lage, die Menge des bearbeitenden Materials zu erkennen. Es wird also - speziell durch das Messelement - die momentane Position des des Kolbens und über die Position des Kolbens die momentane Position der Spindel ermittelt. Durch Vergleich z.B. mit einer ursprünglichen Ausgangsposition (Referenzposition) wird daher ermittelt, wie viel Material abgetragen wurde.

[0017] Im Festteil ist in der Regel eine Inklinationsmesseinrichtung untergebracht, mit einem drei-

achsigen Gyroskop, mit einem Akzelerometer und mit einer gesteuerten Mikroschaltung. Diese Einheiten sind mit einer Steuereinheit, meist eine PLC (speicherprogrammierte Steuerung) insbesondere über einen Industriebus verbunden. An die Steuereinheit werden in real-time die aktuellen Informationen übermittelt. Bei der Steuereinheit handelt es sich z.B. um eine Steuereinheit, die über eine Schnittstelle mit dem Roboter verbunden ist. Die Messeinrichung hat die Aufgabe, die Orientierung zu bestimmen, in welcher sich der Bearbeitungskopf momentan befindet, sowie auch die entsprechende Gravitationsbeschleunigung und die Beschleunigungswirkung der Roboterbewegung zu detektieren. Diese Informationen werden dann an die Steuereinheit weitergegeben. Die Steuereinheit, meist PLC, beinhaltet außer der eigenen Versorgungsquelle einen Stromrichter, eine eigene Software, eine Kommunikationsschnittstelle und Elemente für den Anschluss an den Sicherheitskreis oder an den Industriebus zur Kommunikation mit übergeordneten Systemen. Mit der Nutzung des Bearbeitungskopfes in verschiedenen Positionen kommt es zur Werteverzerrung der Andruckkraft unter Einfluss des Spindelgewichtes, Druckluftmotors und Werkzeuges. Unter Nutzung der Inklinationsmesseinrichtung, dem Industriebus und der Steuereinheit ist das System in der Lage, die Kraft, welche durch die Gravitation oder Beschleunigung entstanden ist, so zu kompensieren, dass das Resultat der Bearbeitungskraft immer konstant ist, ungeachtet der Position, in welcher sich der Bearbeitungskopf befindet.

[0018] Dies bedeutet, dass bei der Bearbeitung der über den doppelwirkenden Zylinder eingestellte Anpressdruck in Abhängigkeit der aktuellen Position des Bearbeitungswerkzeuges, also insbesondere in Abhängigkeit der momentan wirkenden Beschleunigungs- und / oder Gravitationskräfte geregelt wird, insbesondere derart, dass der auf das Werkstück über das Schubteil einwirkende Anpressdruck konstant ist, oder dass der Anpressdruck gemäß einer vordefinierten (ortsabhängigen) Funktion in Abhängigkeit einer Trajektrorie variiert.

[0019] Durch die Regelung ist in bevorzugter Ausgestaltung nämlich auch eine definierte Variation des Anpressdruckes ermöglicht. Eine solche Variation wird daher bevorzugt - zumindest in einigen Anwendungsfällen auch eingestellt. Dies erfolgt z.B. in Abhängigkeit einer momentanen Position und damit in Abhängigkeit einer vorgegebenen Trajektorie, entlang welcher der Bearbeitungskopf über das Werkzeug verfährt.

[0020] Am Festteil ist auch eine vorzugsweise inkrementelle Messsonde platziert, welche zur genaueren sekundären Messung dient. Diese Sonde misst die Oberfläche beispielsweise vor und nach der Bearbeitung, wobei die Differenz seiner Position an Stellen zwischen einzelnen Schritten der Bearbeitung der Menge des bearbeiteten (abgetragenen) Materials entspricht. Hierbei erfolgt insbesondere eine Abstandsmessung zwischen einer Referenzposition und einer Messposition z.B. der Oberfläche.

[0021] Die Spindel ist bevorzugt mit einer axialverschieblichen Schutzhaube mit Feder ausgestattet. Diese Schutzhaube schützt die Spindel vor Eindringen von Staub und Schmutz. Bei einem Werkzeugwechsel ist die Schutzhaube bei zusammengedrückter Feder in das Festteil gedrückt. Die Schutzhaube ist daher relativ zur Spindel gegen die Federkraft verschieblich gelagert. In der Normalstellung wird die Schutzhaube durch die Federkraft nach vorn gedrückt, so dass die Schutzhaube ein vorderes Ende der Spindel umgibt.

[0022] Um das Festteil zusammen mit dem Schubteil unter verschiedensten Winkeln zu positionieren, ist das Festteil vorzugsweise über einen einstellbaren Flansch am Roboterarm befestigt.

[0023] Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe eines Bearbeitungskopfes, wobei der Bearbeitungskopf ein Festteil sowie ein Schubteil aufweist, welches einen Motor, eine Spindel sowie ein Einspannteil mit einem daran befestigten Bearbeitungswerkzeug aufweist und wobei zur Bearbeitung des Werkstückes das Schubteil in einer Zustellrichtung zum Werkstück verfahren wird. Hierdurch wird ein Anpressdruck des Werkzeugs gegen das Werkstück durch das Schubteil vorgegeben.

[0024] Bevorzugt wird das Schubteil mit Hilfe eines Zylinders und einem darin angeordneten doppelwirkenden Kolben in und entgegen der Zustellrichtung verschoben, wobei die beiden Seiten des doppelwirkenden Kolbens jeweils mit einem Medium, insbesondere Druckluft, über jeweils

ein Proportionalventil beaufschlagt werden.

[0025] Das Schubteil wird während des Bearbeitungsvorgangs in bevorzugter Weise mit konstantem Anpressdruck gegen das Werkstück gedrückt. Alternativ wird das Schubteil gesteuert, insbesondere wegabhängig mit einem variierenden Anpressdruck gegen das Werkstück gedrückt.

[0026] Durch diese spezielle Ausgestaltung mit dem doppelwirkenden Kolben und den beiden Proportionalventilen ist eine zuverlässige Bearbeitung, insbesondere Schleifen, des Werkstücks mit konstantem Anpressdruck gewährleistet.

[0027] Durch den doppelwirkenden Kolben und den beiden Proportionalventilen wird der Anpressdruck während der Bearbeitung auf einen vorzugsweise konstanten Anpressdruck geregelt. Hierbei werden insbesondere Gravitation- oder Beschleunigungskräfte, die auf den Bearbeitungskopf während der Bearbeitung einwirken, berücksichtigt und kompensiert.

[0028] Über eine Messeinrichtung wird weiterhin in bevorzugter Ausgestaltung ein Abstand zwischen einem Referenzpunkt und dem Werkstück ermittelt, um somit ein Maß für den Bearbeitungsfortschritt, insbesondere ein Maß für das abgetragene Material zu erhalten. Hierzu wird insbesondere die zuvor erwähnte Messsonde und/ oder die Messung der Position des Kolbens herangezogen. Die Messung, insbesondere die mit Hilfe der Messsonde, erfolgt bevorzugt diskontinuierlich.

[0029] Die im Hinblick auf den Bearbeitungskopf angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen. Der Bearbeitungskopf ist insgesamt derart ausgebildet, ggf. im Zusammenwirken mit einer zugeordneten Steuereinheit, dass er im Betrieb einige oder mehrere der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte ausführt.

[0030] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in schematischen Darstellungen:

[0031] Fig. 1 einen Querschnitt des Bearbeitungskopfes gemäß der Ebene A-A in Fig. 2, [0032] Fig. 2 einen Längsschnitt des Bearbeitungskopfes gemäß der Ebene B-B in Fig. 1, [0033] Fig. 3 eine Gesamtseitenansicht des Roboter-Bearbeitungskopfes sowie

[0034] Fig. 4 ein vereinfachter Schaltplan mit einem doppelwirkenden Kolben und zwei Proportionalventilen.

[0035] In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein durch Luft angetriebener Roboter-Bearbeitungskopf für Schleiftwerkzeuge dargestellt. Dieser Bearbeitungskopf weist ein Festteil 11 auf. An diesem ist auf einer linearen Führungsnut 8 mittels Kugellager 9 ein verschiebbares Schubteil 2 platziert. Innerhalb des Schubteils 2 ist ein Motor 3 platziert, in diesem Falle eine Luftturbine, die über eine Kupplung 10 mit einer Spindel 4 verbunden ist. Die Spindel 4 ist ausgestattet mit einem Einspannteil 12 zur Befestigung eines Bearbeitungswerkzeuges, in diesem Fall eine Schleifscheibe.

[0036] Als Einspannteil 12 zur Befestigung des Bearbeitungswerkzeuges können Spannzangen, Futter, Spannköpfe, normalisierte Kegel oder andere geeignete Spannmittel dienen. Im Festteil 11 ist eine Inklinationsmesseinrichtung 5 angeordnet, mit einem darin enthaltenen dreiachsigen Gyroskop, einer akzelerometrischen gesteuerten Mikroschaltung (Akzelerometer), welche über einen Industriebus mit einer Steuereinheit (PLC) verbunden ist, der in real-time aktuelle Informationen übermittelt werden.

[0037] Im Festteil 11 ist auch eine Schutzhaube 14 für die Spindel 4 platziert. Die Schutzhaube 14 stützt sich über eine Feder 16 ab. Im Ausführungsbeispiel wird ein axialer Hub der Schutzhaube 14 durch die Länge einer Nut 22 begrenzt, in die als Anschlag 24 eine Schraube eingreift.

[0038] Am Festteil 11 ist auch eine inkrementelle Messsonde 13 für eine genaue sekundäre Messung befestigt. Die Messsonde 13 weist an ihrem einen Ende eine in und entgegen der Axialrichtung / Zustellrichtung bewegliche Spitze auf. Diese Spitze berührt vorzugsweise die zu bearbei-

tende Oberfläche. Bei der Messung wird daher insbesondere die Höhe / Tiefe des abgetragenen Materials erfasst. Vorzugsweise wird die Messung des abgetragenen Materials wiederkehrend vorgenommen. D.h. es erfolgt keine kontinuierliche Messung.

[0039] Das Festteil 11 ist über einen einstellbaren Flansch 17 an einem Roboterarm 20 befestigt. Damit wird erzielt, dass verschiedenste Neigungspositionen des Bearbeitungskopfes je nach Bedarf der jeweiligen Anwendung eingestellt werden können.

[0040] Im Festteil 11 ist ein Zylinder 18 angeordnet, in diesem Falle ein Druckluft-Zylinder, angeschlossen an zwei Proportionalventile 19. In dem Zylinder 18 ist der doppelwirkende Kolben 6 über eine Pleuelstange 21 mit dem Schubteil 2 verbunden.

[0041] Die Zuleitung des Antriebsmediums, in diesem Fall Druckluft für den Motorenantrieb 3, erfolgt über eine Zuleitungsöffnung 1. Von dieser strömt die Druckluft durch einen Durchlass 15 in das Schubteil 2. Die Kraft der zugeführten Druckluft überträgt sich im Motor 3 auf die Rotationsbewegung der Spindel 4, an der das Einspannteil 12 für die Befestigung des Bearbeitungswerkzeugs, in diesem Fall eine Schleifscheibe, angeordnet ist. Uber die Kugellager 9 ist das Schubteil 2 linearverschieblich. Die Kugellager 9 sind zur Reibungsminderung bei Verschiebung des Schubteiles 2 zweckdienlich.

[0042] Der konstante Andruck der Schleifscheibe (Bearbeitungswerkzeug) ist mit Hilfe des doppelwirkenden Kolbens 6 garantiert, zu welchem Luft durch die beiden Proportionaventile 19 zugeführt wird, die mit der Steuereinheit verbunden sind. Der doppelwirkende Kolben 6 ist mit einem Messelement versehen, welches die grobe Abmessung der Menge des bearbeiteten Materiales, also insbesondere das abgetragene oder auch das verbliebene Material, bei der Bearbeitung ermöglicht.

[0043] In der Fig. 4 ist ein vereinfachter Schaltplan mit dem doppelwirkenden Kolben 6 und den beiden Proportionalventilen 19 dargestellt. Die Druckluft wird über eine Zuleitung 26 zugeführt.

[0044] Die über die Zuleitungsöffnung 1 zugeführte Druckluft wird sowohl für den Motor 3 als auch für die Ansteuerung des Kolbens 6 und damit für das Verschieben des Schubteils 2 relativ zum Festteil 11 herangezogen. Zur Ansteuerung des Kolbens wird daher vorzugsweise ein Teil der Druckluft abgezweigt.

[0045] Die Luft strömt aus dem Motor 3 und weiter aus dem Schubteil 2 durch den Schalldämpfer 7 aus.

[0046] Das Akzelerometer und die Gyroskope, welche Bestandteile der Inklinationsmesseinrichtung 5 sind, lesen die Position und Beschleunigung des Bearbeitungskopfes zum Zweck eines konstanten kontinuierlichen Anpressdrucks der Spindel 4 ein. Die Proportionalventile 19 werden also - insbesondere in Abhängigkeit der Messwerte der Messeinrichtung 5, speziell in Abhängigkeit von einwirkenden Gewichts- oder Beschleunigungskräften, derart geregelt, dass der Anpressdruck konstant bleibt.

[0047] Bei einem Wechsel des Bearbeitungswerkzeuges ist die Schutzhaube 14 der Spindel 4 axial an das Schubteil 2 angedrückt.

[0048] Die genaue Messung der Schleiffläche vor und nach der Bearbeitung führt die Messsonde 13 aus. D.h. der Materialabtrag wird vorzugsweise nach einem jeweiligen Bearbeitungsschritt über die Messsonde 13 insbesondere inkrementell erfasst. Ein Bearbeitungsschritt ist dabei vorzugsweise definiert durch das einmalige Uberfahren des zu bearbeitenden Werkstücks mit dem Bearbeitungskopf. Während eines solchen Bearbeitungsschrittes erfolgt ein zumindest grobes Erfassen des Materialabtrages durch Ermittlung der momentanen Spindelposition. Diese wird insbesondere anhand der momentanen Position des Kolbens ermittelt. Dieser Bearbeitungsschritt wird bei Bedarf so häufig wiederholt, bis der gewünschte Materialabtrag erreicht ist.

[0049] Mit dem zuvor beschriebenen Bearbeitungskopf erfolgt insbesondere ein Schleifen einer Oberfläche eines Werkstückes. Hierzu wird insbesondere wie folgt vorgegangen:

[0050] Der Roboterarm 20 mit dem daran befestigten Bearbeitungskopf fährt an eine Startposi-

tion. Die Spindel 4 und damit die Schleifscheibe (Bearbeitungswerkzeug) wird in Rotation versetzt. Anschließend werden die beiden Proportionalventile angesteuert, so dass das Schubteil 2 in Axialrichtung (Zustellrichtung) nach vorne in Richtung der zu bearbeitenden Oberfläche verschoben wird. Durch die Ansteuerung der beiden Proportionalventile 19 wird dabei eine gleichbleibende, konstante Anpresskraft ausgeübt, mit der das Bearbeitungswerkzeug gegen die Oberfläche gedrückt wird.

[0051] Mittels des Roboterarms 20 verfährt das Bearbeitungswerkzeug entlang von Bahnen über die Oberfläche, um diese zu bearbeiten. Mittels des Roboterarms erfolgt dabei vorzugsweise lediglich eine laterale Verschiebung und keine Zustellbewegung in Richtung zur Oberfläche. Auftretende Beschleunigungs- oder Gravitationskräfte werden durch eine geeignete Regelung der Proportionalventile 19 kompensiert.

[0052] Die Oberfläche wird bis auf ein vorgegebenes Sollmaß abgetragen. Die Kontrolle, ob das Sollmaß erreicht ist, erfolgt vorzugsweise über die Messsonde 13. Mit dieser wird der Abstand von einem Referenzpunkt zur Oberfläche oder alternativ eine Abstandsänderung gemessen. wird das Sollmaß erreicht, wird der Bearbeitungsvorgang beendet. Hierzu werden die beiden Proportionalventile 19 geeignet angesteuert, so dass das Schubteil 2 wieder zurück verfährt.

[0053] Sofern bei einem einmaligen Überfahren der Oberfläche mit der Schleifscheibe - insbesondere entlang einer vorgegebenen Trajektorie - das Sollmaß noch nicht erreicht ist, verfährt der Roboterarm mehrfach insbesondere gemäß vorgegebenen Trajektoren über die Oberfläche, bis das Sollmaß erreicht ist. Eine Messung mit der Messsonde 13 erfolgt vorzugsweise jeweils nach einem Uberfahren der Oberfläche. Eine zumindest grobe Messung erfolgt bevorzugt während des UÜberfahrens auf Basis von Messinformationen zur Position des Kolbens.

[0054] Der Roboter-Bearbeitungskopf ist an allen Bearbeitungs-Arbeitsplätzen einsetzbar, an denen Roboter eingesetzt werden. Besonders geeignet ist er für Roboterarbeitsplätze, an denen Schleitmaschinen eingesetzt werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Zuleitungsöffnung

2 Schubteil

3 Motor

4 Spindel

5 Inklinationsmesseinrichtung 6 Kolben

8 Führungsnut

9 Kugellager

10 Kupplung

11 Festteil

12 Einspannteil 13 Messsonde 14 Schutzhaube 15 Durchlass

16 Feder

17 Flansch

18 Zylinder

19 Proportionalventile 20 Roboterarm 21 Pleuelstange 22 Nut

24 Anschlag

26 Zuleitung

Claims

Patentansprüche

1. Roboter-Bearbeitungskopf, ausgestattet mit einem Motor (3), mit einer Spindel (4), an der ein Einspannteil (12) zur Befestigung eines Bearbeitungswerkzeuges angeordnet ist, wobei der Motor (3) mit der Spindel (4) an einem Schubteil (2) angeordnet ist, wobei das Schubteil (2) an einem Festteil (11) gelagert ist und das Schubteil (2) mit einer Versorgungsquelle für eine axiale Bewegung verbunden ist, wobei die Versorgungsquelle für die axiale Bewegung einen Zylinder (18) mit einem doppelwirkenden Kolben (6) und zwei Proportionalventilen (19) aufweist und die Proportionalventile (19) mit einer Steuereinheit verbunden sind, die derart ausgebildet ist, dass im Betrieb eine Andruckkraft auf das Schubteil in Abhängigkeit einer erreichten oder geforderten Andruckkraft kontinuierlich geregelt wird.

2. Roboter-Bearbeitungskopf gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubteil (2) im Festteil (11) auf Kugellagern (9) linearverschieblich gelagert ist.

3. Roboter-Bearbeitungskopf gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelwirkende Kolben (6) mit einem Messelement für die Messung der Menge von abgearbeiteten Material versehen ist.

4. Roboter-Bearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Festteil (11) mit einer Inklinationsmesseinrichtung (5) versehen ist, beinhaltend ein dreiachsiges Gyroskop und ein Akzelerometer.

5. Roboter-Bearbeitungskopf gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Inklinationsmesseinrichtung mit einer Steuereinheit verbunden ist, die insbesondere eine PLC ist.

6. Roboter-Bearbeitungskopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Festteil (11) mit einer insbesondere inkrementellen Messsonde (13) für eine genaue sekundäre Messung versehen ist.

7. Roboter-Bearbeitungskopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzhaube (14) für die Spindel (14) vorgesehen ist.

8. Roboter-Bearbeitungskopf gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhaube (14) mit einer Feder (16) versehen ist.

9. Roboter-Bearbeitungskopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Festteil (11) an einem einstellbaren Flansch (17) ausgerichtet an einem Roboterarm (20) befestigt ist.

10. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe eines Bearbeitungskopfes insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bearbeitungskopf ein Festteil (11) sowie ein Schubteil (2) aufweist, welches einen Motor (3), eine Spindel (4) sowie ein Einspannteil (12) mit einem daran befestigten Bearbeitungswerkzeug aufweist und wobei zur Bearbeitung des Werkstückes das Schubteil (2) in einer Zustellrichtung zum Werkstück verfahren wird, wobei das Schubteil (2) mit Hilfe eines Zylinders (18) und einem darin angeordneten doppelwirkenden Kolben (6) in und entgegen der Zustellrichtung verschoben wird, wobei die beiden Seiten des doppelwirkenden Kolbens (6) jeweils mit einem Medium, insbesondere Druckluft, über jeweils ein Proportionalventil (19) beaufschlagt werden, wobei im Betrieb eine Andruckkraft auf das Schubteil in Abhängigkeit einer erreichten oder geforderten Andruckkraft kontinuierlich geregelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Schubteil (2) während des Bearbeitungsvorgangs mit konstantem Anpressdruck gegen das Werkstück gedrückt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen