DE102015008236A1 - Method for editing a surface of a tool - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten zumindest eines Teilbereichs einer Oberfläche (12) eines Werkzeugs (10) zum Herstellen wenigstens eines Bauteils, insbesondere für ein Fahrzeug, bei welchem der Teilbereich mittels eines Bearbeitungswerkzeugs (14) bearbeitet wird, das mittels eines Roboters entlang des Teilbereichs bewegt wird, wobei mittels wenigstens eines in den Roboter integrierten Sensors beim Bearbeiten auf den Roboter wirkende Kräfte erfasst und das Bearbeitungswerkzeug (14) mittels des Roboters in Abhängigkeit von den erfassten Kräften bewegt wird.The invention relates to a method for processing at least one subarea of a surface (12) of a tool (10) for producing at least one component, in particular for a vehicle, in which the subarea is machined by means of a machining tool (14) guided by a robot along the Sub-range is moved, detected by means of at least one sensor integrated into the robot when editing forces acting on the robot and the machining tool (14) is moved by means of the robot in dependence on the detected forces.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten zumindest eines Teilbereichs einer Oberfläche eines Werkzeugs.The invention relates to a method for processing at least a portion of a surface of a tool.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau ist es bekannt, zum Herstellen, insbesondere Umformen, von Bauteilen Werkzeuge einzusetzen. Diese Werkzeuge selbst müssen ebenfalls hergestellt werden. Im Rahmen der Herstellung eines solchen Werkzeugs wird beispielsweise ein Halbzeug, aus welchem das Werkzeug hergestellt wird, spanend bearbeitet, insbesondere gefräst. Nach dem Fräsvorgang wird zumindest ein Teilbereich einer Oberfläche des Werkzeugs bearbeitet, insbesondere nachbearbeitet, um eine hinreichende Oberflächenqualität zu realisieren. Nur durch eine hinreichende Oberflächenqualität des Werkzeugs können unerwünschte Abzeichnungen auf einer Oberfläche des mittels des Werkzeugs herzustellenden Bauteils vermieden werden, so dass auch das Bauteil eine hinreichende Oberflächenqualität aufweist.From the general state of the art and in particular from production vehicle construction, it is known to use tools for producing, in particular forming, components. These tools themselves must also be manufactured. As part of the production of such a tool, for example, a semi-finished product from which the tool is made, machined, in particular milled. After the milling process, at least a portion of a surface of the tool is processed, in particular reworked, in order to realize a sufficient surface quality. Only by a sufficient surface quality of the tool unwanted marks on a surface of the component to be produced by means of the tool can be avoided, so that the component has a sufficient surface quality.
Die Bearbeitung beziehungsweise Nachbearbeitung von Oberflächen von Werkzeugen erfolgt üblicherweise manuell. Dies ist sehr zeitaufwendig. Zudem erfolgt die Bearbeitung von Oberflächen von Werkzeugen üblicherweise nur sehr unergonomisch für eine die Bearbeitung durchführende Person.The processing or reworking of surfaces of tools is usually done manually. This is very time consuming. In addition, the machining of surfaces of tools is usually very unergonomic for a person performing the processing.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem eine Oberfläche eines Werkzeugs besonders zeit- und kostengünstig bearbeitet werden kann.Object of the present invention is to provide a method by which a surface of a tool can be processed particularly time and cost.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bearbeiten zumindest eines Teilbereichs einer Oberfläche eines Werkzeugs zum Herstellen wenigstens eines Bauteils, insbesondere für ein Fahrzeug wie beispielsweise einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, zeichnet sich dadurch aus, dass der Teilbereich mittels eines Bearbeitungswerkzeugs bearbeitet wird, das mittels eines Roboters entlang des Teilbereichs bewegt wird. Mittels wenigstens eines in den Roboter integrierten Sensors werden beim Bearbeiten auf den Roboter wirkende Kräfte erfasst, wobei das Bearbeitungswerkzeug mittels des Roboters in Abhängigkeit von den erfassten Kräften bewegt wird. Mit anderen Worten erfolgt eine kraftsensitive Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs entlang des Teilbereichs, so dass eine kraftsensitive Bearbeitung des Teilbereichs beziehungsweise der Oberfläche darstellbar ist. Unter der Erfassung der Kräfte ist zu verstehen, dass mittels des als Kraft- beziehungsweise Drehmomentsensor ausgebildeten Sensors auf den Roboter wirkende Kräfte und somit gegebenenfalls auftretende Drehmomente erfasst werden.The method according to the invention for processing at least one subarea of a surface of a tool for producing at least one component, in particular for a vehicle such as a motor vehicle, in particular a passenger car, is characterized in that the subarea is machined by means of a machining tool that passes along by means of a robot of the subarea is moved. By means of at least one sensor integrated into the robot, forces acting on the robot are detected during processing, wherein the machining tool is moved by means of the robot as a function of the detected forces. In other words, there is a force-sensitive movement of the machining tool along the partial area, so that a force-sensitive processing of the partial area or the surface can be displayed. Under the detection of forces is to be understood that acting on the robot forces and thus possibly occurring torques are detected by means of the sensor designed as a force or torque sensor.
Der Roboter ist vorzugsweise als Leichtbauroboter ausgebildet. Unter einem solchen Leichtbauroboter (LBR) ist ein Roboter zu verstehen, der ein sehr geringes Eigengewicht und eine sehr präzise Steuerung, insbesondere Kraftsteuerung, oder Regelung, insbesondere Kraftregelung, aufweist. Dies bedeutet, dass der Roboter in Abhängigkeit von den Kräften beziehungsweise Drehmomenten betrieben wird, die mittels des in den Roboter integrierten Sensors erfasst werden. Bei einem solchen Roboter handelt es sich somit insbesondere um einen kraftsensitiven Roboter, welcher eine prozesssichere und schnelle Durchführung von Prozessen ermöglicht.The robot is preferably designed as a lightweight robot. Such a lightweight robot (LBR) is to be understood as meaning a robot which has a very low dead weight and very precise control, in particular force control or regulation, in particular force control. This means that the robot is operated as a function of the forces or torques which are detected by means of the sensor integrated in the robot. Such a robot is thus, in particular, a force-sensitive robot, which enables process-reliable and rapid execution of processes.
Der Roboter weist beispielsweise eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Roboterarmen auf, welche entlang wenigstens einer und/oder um wenigstens eine Bewegungsachse des Roboters relativ zueinander bewegbar sind. Dabei sind mittels des integrierten Sensors Kräfte beziehungsweise Drehmomente erfassbar, welche entlang der beziehungsweise um die Bewegungsachse wirken. Ferner kann wenigstens ein in den Roboter integrierter Wegsensor vorgesehen sein, mittels welchem ein Weg, den der Roboter beziehungsweise das Bearbeitungswerkzeug bewegt wird, erfasst werden kann.By way of example, the robot has a plurality of robot arms connected in an articulated manner, which are movable relative to one another along at least one and / or about at least one movement axis of the robot. In this case, forces or torques can be detected by means of the integrated sensor, which act along or about the movement axis. Furthermore, at least one displacement sensor integrated in the robot can be provided, by means of which a path which the robot or the machining tool is moved can be detected.
Das am Roboter angeordnete Bearbeitungswerkzeug ist mittels des Roboters im Raum bewegbar, so dass das Bearbeitungswerkzeug mittels des Roboters entlang des Teilbereichs beziehungsweise der Oberfläche und somit relativ zu dem Werkzeug bewegt wird. Im Rahmen der Bearbeitung der Oberfläche wird mittels des Roboters beispielsweise eine vorgebbare Kraft auf das Bearbeitungswerkzeug aufgebracht, um mittels der Kraft das Bearbeitungswerkzeug in Stützanlage mit der Oberfläche zu halten. Beispielsweise wird das Bearbeitungswerkzeug mittels der Kraft gegen die Oberfläche gedrückt. Somit wirkt die Kraft von dem Roboter auf das Bearbeitungswerkzeug und von diesem auf die Oberfläche. Aus dieser Kraft resultiert eine weitere Kraft in Form einer Reaktionskraft, welche von dem Werkzeug auf das Bearbeitungswerkzeug und von diesem auf den Roboter wirkt.The machining tool arranged on the robot can be moved in space by means of the robot, so that the machining tool is moved by means of the robot along the partial area or the surface and thus relative to the tool. As part of the processing of the surface, for example, a predeterminable force is applied to the machining tool by means of the robot in order to hold the machining tool in support contact with the surface by means of the force. For example, the machining tool is pressed against the surface by means of the force. Thus, the force from the robot acts on the Machining tool and from this to the surface. From this force results in another force in the form of a reaction force, which acts from the tool to the machining tool and from there to the robot.
Diese als Reaktionskraft ausgebildete Kraft beziehungsweise ein aus der Reaktionskraft resultierendes Drehmoment kann mittels des integrierten Sensors erfasst werden. Dadurch ist es möglich, das Bearbeitungswerkzeug mittels des Roboters – während sich das Bearbeitungswerkzeug in Kontakt mit der Oberfläche befindet – entlang des Teilbereichs zu bewegen, dabei einer Außenkontur des Teilbereichs zu folgen und währenddessen das Bearbeitungswerkzeug mit einer zumindest im Wesentlichen konstanten Kraft in Stützanlage mit der Oberfläche zu halten.This force formed as a reaction force or a torque resulting from the reaction force can be detected by means of the integrated sensor. This makes it possible to move the machining tool by means of the robot - while the machining tool is in contact with the surface - along the sub-area, thereby to follow an outer contour of the sub-area and while the machining tool with an at least substantially constant force in support system with the Surface to hold.
Durch die Fähigkeit, auf den Roboter wirkende Kräfte beziehungsweise Drehmomente mittels des integrierten Sensors zu erfassen, weist der Roboter taktile Fähigkeiten beziehungsweise Eigenschaften auf. Mit anderen Worten ist der Roboter taktil ausgebildet. Diese taktilen Eigenschaften werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt, um den Roboter zu betreiben, insbesondere um das Bearbeitungswerkzeug in vorteilhafter Stützanlage mit der Oberfläche zu halten, während das Werkzeug entlang der Oberfläche bewegt wird. Hierdurch kann eine besonders gleichmäßige und präzise Bearbeitung der Oberfläche realisiert werden, so dass sich in der Folge eine besonders hohe Oberflächenqualität darstellen lässt. Durch die Nutzung der taktilen Eigenschaften des Roboters ist es möglich, ein zu starkes Anpressen des Bearbeitungswerkzeugs gegen die Oberfläche ebenso zu vermeiden wie ein unerwünscht schwaches Anpressen. Aufgrund der taktilen Eigenschaften des Roboters ist dies insbesondere auch dann möglich, wenn der Teilbereich beziehungsweise dessen Kontur einen unebenen beziehungsweise gekrümmten Verlauf aufweist.Due to the ability to detect forces or torques acting on the robot by means of the integrated sensor, the robot has tactile capabilities or properties. In other words, the robot is tactile. These tactile properties are used in the context of the method according to the invention in order to operate the robot, in particular in order to hold the machining tool in an advantageous support system with the surface while the tool is being moved along the surface. As a result, a particularly uniform and precise machining of the surface can be realized, so that a particularly high surface quality can be represented as a result. By using the tactile properties of the robot, it is possible to avoid excessive pressing of the machining tool against the surface as well as an undesirably weak pressing. Due to the tactile properties of the robot, this is also possible in particular if the subarea or its contour has an uneven or curved course.
Ferner ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die Bearbeitung, insbesondere Nachbearbeitung, der Oberfläche zu automatisieren, so dass die Oberfläche besonders zeit- und kostengünstig bearbeitet werden kann. Im Rahmen dieser Bearbeitung wird die Oberfläche beispielsweise spanend bearbeitet, insbesondere mit einer geometrisch undefinierten Schneide, wobei die Oberfläche beispielsweise geschliffen oder poliert werden kann.Furthermore, it is possible by means of the method according to the invention to automate the processing, in particular post-processing, of the surface, so that the surface can be processed in a particularly time-consuming and cost-effective manner. In the context of this processing, the surface is machined, for example, by machining, in particular with a geometrically undefined cutting edge, wherein the surface can be ground or polished, for example.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders vorteilhaft für die Bearbeitung von Freiformflächen, entlang welchen das Bearbeitungswerkzeug mittels des Roboters besonders präzise geführt beziehungsweise bewegt werden kann, während das Bearbeitungswerkzeug mittels des Roboters mit einer zumindest im Wesentlichen konstanten Kraft in Stützanlage mit der Oberfläche gehalten werden kann.The method according to the invention is particularly advantageous for the machining of freeform surfaces, along which the machining tool can be guided or moved particularly precisely by means of the robot, while the machining tool can be held in support contact with the surface by means of the robot with an at least substantially constant force.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawings; these show in:
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Das Werkzeug
Ferner wird mittels des Roboters auf das Bearbeitungswerkzeug
Dies bedeutet, dass das Bearbeitungswerkzeug
Dem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Herstellung von Werkzeugen, insbesondere für Umformprozesse und beispielsweise zur Herstellung von Unikaten, im Betriebsmittelbau unterschiedlich große Freiformflächen nach einem Fräsvorgang nachbearbeitet werden müssen, um eine hinreichende Oberflächenqualität zu realisieren. Dabei ist die Oberfläche
Bisher war dies nicht möglich, da herkömmliche Roboter nicht über die erforderliche Sensorik verfügen, um eine gleichbleibende Bearbeitungskraft sicherzustellen. Dadurch, dass der Roboter den integrierten Sensor aufweist, mittels welchem auf den Roboter wirkende Kräfte beziehungsweise Drehmomente erfasst werden können, weist der Roboter taktile Eigenschaften beziehungsweise Fähigkeiten auf. Auf diese taktilen Fähigkeiten wird nun zurückgegriffen, um die Oberfläche
Der Roboter weist beispielsweise eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Roboterarmen auf, welche entlang jeweiliger und/oder um jeweilige Bewegungsachsen des Roboters relativ zueinander bewegbar sind. Die Bewegungsachsen werden auch als Roboterachsen bezeichnet, wobei vorzugsweise jeder Bewegungsachse wenigstens ein integrierter Sensor zugeordnet ist. Diese Sensoren sind beispielsweise als Drehmomentsensoren ausgebildet, mittels welchen an den jeweiligen Bewegungsachsen wirkende Drehmomente und somit Kräfte erfasst werden können.By way of example, the robot has a plurality of robot arms which are connected to one another in an articulated manner and which are movable relative to one another along respective and / or around respective axes of movement of the robot. The axes of movement are also referred to as robot axes, wherein preferably at least one integrated sensor is associated with each axis of movement. These sensors are designed for example as torque sensors, by means of which acting on the respective axes of motion torques and thus forces can be detected.
Da es sich bei den Werkzeugen beziehungsweise dem Werkzeug
Die 3D-Kamera beziehungsweise ihr Bild liefert räumliche Informationen über die Oberfläche
Vor der durch den Roboter zu bewirkenden Bearbeitung kennzeichnet beispielsweise eine Person mit einem farbigen Stift den zu bearbeitenden Teilbereich. Auf diese Weise können besonders stark gewölbte Teilbereiche oder solche Teilbereiche, welche nicht bearbeitet werden sollen, von der Bearbeitung ausgeschlossen werden. Im Rahmen der Kennzeichnung bringt die Person mittels des farbigen Stifts eine Markierung auf die Oberfläche
Das Bearbeitungswerkzeug
Das Bearbeitungswerkzeug
insgesamt ist es somit möglich, im Rahmen der Herstellung von Werkzeugen die manuelle Bearbeitungszeit zu reduzieren, da lediglich besonders kritische Bereiche manuell bearbeitet werden müssen, während besonders gleichmäßige, große Bereiche der Oberfläche
Da es sich bei den Werkzeugen um Einzelteile, sogenannte Unikate handeln kann, kann eine konkrete Programmierung des Werkzeugs (teachen) nicht effizient umgesetzt werden. Die Berechnung der Robotertrajektorie wird deshalb über eine 3-D-Kamera realisiert. Die Kamera ist beispielsweise an dem Roboter gehalten und befindet sich beispielsweise zunächst mittig über dem ein zu bearbeitendes Bauteil darstellenden Werkzeug
Mit anderen Worten werden mittels der Kamera Bilder, insbesondere dreidimensionale Bilder des Werkezugs
Ziel ist es, die manuelle Bearbeitungszeit zu reduzieren, indem die Person nur noch besonders kritische Bereiche manuell nacharbeiten muss, während gleichmäßige Flächen vom Roboter bearbeitet werden können.The goal is to reduce manual processing time by requiring the person to manually rework only the most critical areas, while the robot can process even areas.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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