DE19740044A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken bei der Herstellung von Schmuck oder Designer-Ware - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken bei der Herstellung von Schmuck oder Designer-WareInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken bei der Herstellung von
Schmuck oder dreidimensionaler Designer-Ware mittels Zerspanung und/oder Schleifen, wo
bei die Oberflächenkontur eines drehbaren Original-Modells mit Hilfe einer gebündelten Strah
lung abgetastet und reflektiert wird, wobei die Remission mittels wenigstens zweier parallel zur
Drehachse des Modells bewegbarer Strahlungsdetektoren erfaßt und als dreidimensionale Ab
bildung in ein Raster von digital codierten Koordinaten-Werten konvertiert wird, die in wenig
stens einem Digital-Rechner gespeichert werden, wobei der Rechner nach Erstellung eines in
ternen dreidimensionalen Digital-Modells Steuersignale für eine Bearbeitungsstation zur Bear
beitung des Werkstücks mittels Werkzeugs aus den Koordinaten-Werten ableitet sowie eine
Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mit einer Vermessungseinrichtung, die eine
Strahlungsquelle und wenigstens zwei Strahlungsdetektoren zur Ermittlung der Oberflächen
kontur des Original-Modells auf der Basis optischer Triangulation aufweist.
Unter dem Begriff Schmuck oder Designer-Ware sind nach einem Original-Modell monolithisch
hergestellte dreidimensionale Gegenstände zusammengefaßt; als Werkstück wird das Aus
gangsmaterial für den zu erstellenden Rohling bezeichnet, aus dem nachfolgend der Schmuck
oder die Designer-Ware gebildet wird.
Aus der EP 0 671 679 A1 ist ein Verfahren zum berührungslosen Vermessen dreidimensionaler
Objekte auf der Basis optischer Triangulation bekannt, wobei die von einer Strahlungsquelle
ausgesendete, gebündelte Strahlung die Oberfläche des Objekts abtastet und von dieser re
flektiert wird, wobei die Remission mittels Strahlungsdetektoren erfaßt wird; das Objekt wird
dabei ringweise abgetastet, wobei nach jeder Umdrehung ein schrittweises, fortlaufendes Abta
sten in Z-Richtung erfolgt und die derart ringweise gewonnenen Daten abgespeichert und zur
drei-dimensionalen Rekonstruktion des Objektes mittels einer Datenverarbeitungseinheit ver
wendet werden; zur Vermeidung der Auswirkungen von Hinterschneidungen oder verdeckten
Stellen wird das ringweise Abtasten bei einem vorgegebenen Z-Abtastschritt unter unterschied
lichen Winkelstellungen des zusammen mit der Strahlungsquelle bewegbaren Abtastkopfes
durchgeführt; ggf. werden Abtastungen wiederholt.
Weiterhin ist es aus der DE 28 04 479 A1 bzw. DE 39 10 855/C2 bekannt, die Konfiguration ei
nes um eine Achse gedrehten Objekts durch Laserstrahlen berührungsfrei zu messen.
Weiterhin ist es aus der US 3,861,044 bekannt, auf der Basis eines Wachs-Dental-Modells,
dessen Geometrie elektrooptisch erfaßt wird, Daten zu erfassen, die die Basis für eine Schleif-
bzw. frästechnische Herstellung von individuellem prothetischen Zahnersatz bilden.
Aus der US-PS 46 11 288 ist es bekannt, mittels wenigstens einer Strahlenquelle Lichtwelle
nenergie auf einen Körperbereich zwecks Erstellung einer Prothese zu richten, wobei die Wel
len reflektiert werden und daraus analoge Intensitätswerte gewonnen werden; anschließend
wird in einem Analog-Digitalwandler eine numerische Information erstellt, welche die Charakte
ristika der bestrahlten Region repräsentiert und anschließend wird eine drei-dimensionale Ana
lyse der Form und Dimensionen dieser numerischen Information vorgenommen und ein drei-di
mensionales Bild geschaffen, welches der späteren Prothese entspricht und in die entspre
chende Region einzupassen ist; durch eine Signalverarbeitungseinrichtung werden Steuersi
gnale für eine Bearbeitungsmaschine zur Herstellung einer Prothese aus einem Werkstück
ausgegeben.
Die Bearbeitungsmaschine kann eine Vielzahl von Werkzeugen aufweisen, deren Bearbei
tungsfolge numerisch ausgewählt wird, wobei die numerischen Steuersignale vorschiebend
oder zurückziehend von Werkstück und Werkzeug sowie relative Momente gegeneinander
steuern. Als numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine kann beispielsweise eine Fräsmaschine
oder eine Laserstrahl-Vorrichtung eingesetzt werden.
Weiterhin ist aus der DE 36 13 096 A1 ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit ei
nem programmierten Mehrachsen-Roboter bekannt, der einen Laserstrahl entlang einer dreidi
mensionalen Werkstückkontur führt, wobei ein dreidimensionales Profil-NC-Programm durch
Abtasten der Markierung mittels eines von dem Mehrachsen-Roboter geführten Sensors erstellt
wird, der die Achsen des Roboters so regelt, daß der Sensor stets den Markierungen folgt und
an vorgegebenen Punkten die Koordinaten des Sensors in die NC-Steuerung als Programm
punkte eingegeben werden und sodann die Werkstücke auf der Basis dieses NC-Programms
bearbeitet werden; zum Abtasten der Markierungen ist ein TV-Kamerasensor vorgesehen, der
die Werkzeugnormale bzw. Werkzeughöhe zur Werkstückoberfläche ermittelt, so daß zuminde
stens an den vorgegebenen Punkten der TV-Kamerasensor normal bzw. im Werkzeugsollab
stand (senkrecht) zur Werkstockoberfläche orientiert ist.
Weiterhin ist es aus der US 46 63 720 bekannt, Dentalprothesen mittels interferometrischer
Muster-Erzeugung durch kohärentes oder nichtkohärentes Licht und Abtasten mit anschließen
der Analog/Digitalwandlung, CAD-Bearbeitung mit anschließender maschineller Bearbeitung zu
erstellen.
Aus der EP 0 490 848 B1 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung individuell geformter drei
dimensionaler Körper, die mindestens Teile von künstlichem Zahnersatz, Zahnbrücken und
Verbindungen, Stützteilen für die Rekonstruktion von Gewebeaufbau und Werkzeuge für die
Herstellung von solchem Zahnersatz, Stützteilen, Brücken und Verbindungen oder Teilen der
selben bilden sollen, bekannt, wobei das jeweilige Modell gleichzeitig rotiert und mittels Abta
steinrichtung abgetastet wird in einem bestimmten Winkel bezüglich der Rotationsachse des
abgetasteten Modells; anschließend erfolgt eine Übertragung einer rechner-internen Darstel
lung über eine Verbindung in einem Telekommunikationsnetz mit Sende- und Empfangseinrich
tungen, wobei das Werkstück in einer Winkelbeziehung zwischen dem Rohling und dem Werk
zeug bearbeitet wird und der bevorzugte Winkelbereich innerhalb von 30 bis 60° liegt.
Als problematisch erweist sich hierbei die eingeschränkte Winkelbeziehung zwischen Werkzeug
und Rohling. Weiterhin ist der Datentransfer mittels Modem im Verhältnis zu den großen Daten
mengen eines digital gespeicherten Modells relativ zeitaufwendig.
Die Erfindung stellt sich ausgehend von der EP 0 671 679 bzw. der entsprechenden DE 44 07 518 C2
die Aufgabe ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen von individuellem
dreidimensionalen Schmuck- oder Designer-Stücken aus metallischen und nichtmetallischen
Werkstoffen nach berührungslosem optischen Abtasten von Original-Modellen anzugeben, wo
bei sowohl Herstellkosten als auch Fertigungszeiten reduziert werden sollten. Weiterhin soll ei
ne wirtschaftliche und qualitativ optimale Ausnutzung von metallischen, bzw. nichtmetallischen
Werkstoffen - insbesondere beim Einsatz von Edelmetall - bei der Herstellung erfolgen.
Die Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, daß vom Rechner jeweils wenigstens drei
Steuersignale für eine relative Translations- Bewegung und jeweils wenigstens drei Steuersi
gnale für eine relative Rotations-Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück zur Herstellung
wenigstens eines Rohlings aus dem Werkstück ausgegeben werden.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß nach dem Verfahren sowohl Edelmetalle als auch
Nichtedelmetalle sowie andere Werkstoffe, wie beispielsweise Kunststoffe, Keramik-Kunst
stoffkombinationswerkstoffe als auch Vollkeramiken bearbeitet werden können; weiterhin er
weist es sich als vorteilhaft, daß die Halterung von Werkstück bzw. Werkzeug in allen sechs
Freiheitsgraden eine rasche und besonders präzise Bearbeitung des Werkstücks ermöglicht,
wobei eine hohe Flexibilität bezüglich Modellform und Werkstückform sowie Materialeigenschaft
des Werkstücks möglich ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.
Ein wesentlicher Vorteil der angegebenen Lösung liegt darin, daß Modelle unterschiedlicher
Formen und unterschiedlicher Werkstoffeigenschaften in verschiedenen Bearbeitungsstationen
hergestellt werden können, wobei die Übertragung der Modell-Datei unter Verzicht auf Modula
tion und Demodulation über ein digitales Übertragungssystem (ggf. Bus-Struktur) - wie bei
spielsweise Optobus/SCI oder ISDN-Netz erfolgen kann.
Zur optimalen Ausnutzung von Werkstücken können die Geometrie von Modell und Werkstück
miteinander verglichen werden, um eine optimale Positionierung des Modells innerhalb des
Werkstückumfangs zu erzielen, wobei es sich als besonders zweckmäßig erweist, mehrere
Rohlinge aus einem einzigen Werkstück herzustellen; dies ist insbesondere bei kostspieligen
Werkstoffen wie z. B. Edelmetallen, bzw. Edelmetallegierungen vorteilhaft.
In einer bevorzugten Ausführungsform soll eine um sechs Freiheitsgrade bewegbare Halterung
eines programmgesteuerten Handhabungssystems - nachstehend Roboter bzw. Roboterhalte
rung genannt - das Werkstück gegen eine Bearbeitungsstation mit eingesetztem Werkzeug füh
ren; dabei können Roboterhalterung und Werkzeugbearbeitungsstation zusätzlich translatorisch
gegeneinander bewegbar sein, so daß beispielsweise mehrere Werkzeuge an dem Roboter
vorbeigeführt werden bzw. der Roboter an mehreren ortsfest angeordneten Werkzeugstationen
vorbeigeführt wird, um unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge vornehmen zu können.
Es ist weiterhin möglich, die Werkzeugführung mittels Roboter vorzunehmen, wobei dann die
Werkstückhalterung starr bzw. translatorisch verschiebbar erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberflächenkontur eines Original-Modells mit
tels Laserstrahl abgetastet und dessen zugehörige Oberflächenkoordinatenwerte gespeichert
und in einem dritten Schritt wird aus den Oberflächenkoordinatenwerten des Original-Modells
ein internes flächenhaftes drei-dimensionales Modell des herzustellenden Rohlings erstellt.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, daß die Form des späteren Rohlings anhand ei
nes normalen Original-Modells vorgegeben wird, welches mittels der in der Schmuckherstellung
üblichen Verfahren erstellt werden kann.
Anhand eines Übertragungsverfahrens ist es vorteilhafterweise auch möglich, Modellabtastung
und Rohlingerstellung räumlich voneinander zu trennen, wobei dann die Oberflächenkoordina
tenwerte des intern gespeicherten Modells zusammen mit Identifikationssignalen für Werk
stoffangaben und Auftraggeber über eine digitale Daten Übertragungs-Strecke mit hohem
Durchsatz - wie beispielsweise Optobus/SCI oder ISDN - übertragen werden; hier erweist es
sich als vorteilhaft, daß Rohlinge aus unterschiedlichen Werkstoffen unter optimaler Ausnut
zung der Werkstücke hergestellt werden können.
Bei Werkstoffen auf Edelmetallbasis kann durch zentrale Bearbeitung der Werkstücke bzw.
Rohlinge die mit Edelmetall-Bevorratung verbundene kostspielige Kapitalbindung reduziert
werden.
Die Aufgabe wird vorrichtungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bearbeitungsstation wenigstens
einen Roboter aufweist, der wenigstens eine Halterung zur Aufnahme des Werkstücks oder des
Werkzeugs enthält, wobei die Halterung um alle sechs Freiheitsgrade bewegbar ist und sechs
vom Rechner ansteuerbare Antriebselemente vorgesehen sind, von denen jeweils drei Elemen
te Steuersignale für die 3 Freiheitsgrade der Translation und jeweils drei Elemente Steuersigna
le für die 3 Freiheitsgrade der Rotation empfangen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken sind in den An
sprüchen 13 bis 15 angegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Roboter eine Halterung zur Positionierung des
Werkstücks auf, wobei der zugehörige Digitalrechner jeweils Steuersignale für drei
Freiheitsgrade der Translation und für drei Freiheitsgrade der Rotation der Halterung ausgibt;
vorteilhafterweise ist es möglich nacheinander verschiedene Bearbeitungsstationen mittels Ro
boter zu durchlaufen, wobei auch eine serielle Erstellung von unterschiedlichem, individuellen
Schmuck- oder Designer-Werkstücken möglich ist, sofern eine relative Bewegung zwischen
Roboter und Werkzeugbearbeitung vorgesehen ist. Es ist auch möglich, eine Station zur Roh
bearbeitung und eine davon getrennte Station zur Feinbearbeitung vorzusehen.
Vorzugsweise wird die Halterung zur Positionierung des Werkstücks mittels Roboterarm
geführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung werden digitale Informationen
über wenigstens zwei Modelle von einer Sammeleinrichtung an jeweils passende Bearbeitungs
stationen übertragen; als besonders vorteilhaft erweist es sich hierbei, daß pro Bearbeitungs
station nur ein einziger Werkstoff zu bearbeiten ist, so daß Zwischenreinigungsvorgänge bei ei
nem Werkstoffwechsel von Rohling zu Rohling entfallen können.
Weiterhin können Modellabtastung und Empfangs- und Sammeleinrichtung - wie z. B. ISDN -
räumlich getrennt sein, wobei die Verbindung über ein digitales Übertragungssystem, digitales
Netzwerk sowie ggf. System mit Busstruktur erfolgt.
Im folgenden ist der Gegenstand anhand der Fig. 1a, 1b, 1c und 2 näher erläutert.
Fig. 1a zeigt symbolisch die Verfahrensschritte zur Bearbeitung von Werkstücken für
Schmuck oder Designerware,
Fig. 1 b zeigt schematisch den Aufbau einer hierzu erforderlichen Vorrichtung;
Fig. 1 c zeigt schematisch einen schrittweisen Verfahrensablauf;
Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung mit räumlicher Trennung zwischen Modelabtastung
und Rohlingserstellung.
Gemäß Fig. 1a befindet sich zunächst ein Original-Modell 1 des Schmuckstücks oder der De
signer-Ware in einer Vermessungseinrichtung 3, welche auf der Basis optischer Triangulation
mittels einer Vorrichtung 4 gemäß EP 0 671 679 A1 die Oberflächenkoordinaten X1, Y1, Z1 des
um Achse 5 rotierenden Original-Modells 1 erfaßt und diese nach einer Analog/Digitalwandlung
in Analog/Digital-Wandler 6 in einem Digital-Rechner 7 zur Erstellung eines internen digitalen
Modells von Original-Modell 1 speichert. Die entsprechenden Bauelemente der Vorrichtung
sind in Fig. 1b schematisch dargestellt, wobei in Fig. 1a mit Bezugsziffer 1 die Modellerstel
lung anhand des Original-Modells symbolisch dargestellt ist, während die Vermessungseinrich
tung mit Bezugsziffer 3, die Analog/Digitalwandlung in Wandler mit Ziffer 6 und die Speicherein
richtung als Teil eines Digital-Rechners 7 dargestellt sind.
Durch Vermessungseinrichtung 3 wird das Original-Modell 1 mit den Koordinatenwerten X1,
Y1, Z1 abgetastet und nach Analog/Digital-Wandlung und Erstellung eines rechner-internen Di
gitalmodells im Rechner einem digitalen Modell-Komparator 8 über dessen Eingang 9 zuge
führt, wobei Komparator 8 weiterhin ein Signal über Eingang 10 erhält, welches ein internes di
gitales Modell vom Werkstück 12 für den späteren Rohling bilden soll. Hierzu wird das Werk
stück 12 über Eingabe 13 einer Werkstückvermessungsstation 14 zugeführt, die ähnlich wie die
Baueinheiten 6 und 7 eine Analog/Digital-Wandlung in Analog/Digital-Wandler 15 vornimmt und
im Speicher von Digital-Rechner 16 ein internes digitales Modell vom Werkstück mit Identifikati
onsangaben über die Werkstückeigenschaften erstellt; es ist jedoch auch möglich, die Werk
stückgeometrie und ggf. Werkstückeigenschaft über eine Bildschirm-Tastatur einzugeben bzw.
über eine optische Codierung ein lesen zu lassen. Die Werte zur Werkstückgeometrie werden
sodann über Ausgang 17 des Digital-Rechners 16 und Eingang 10 dem Modell-Komparator 8
zugeführt, wobei das digitale Modell als Original-Modell 1 mit dem ermittelten Modell des Werk
stücks 12 verglichen wird, um eine optimale Ausnutzung des Werkstückvolumens vorzuneh
men. Dabei wird die zum jeweiligen Modell gehörende Auswahl des Werkstoffs berücksichtigt.
Über Ausgang 11 ist der Modellkomparator 8 mit einer Sammler- und Verteilerstation 20 ver
bunden, welche verschiedene zu erstellenden Modelle M1, M2, M3 auf verschiedene Bearbei
tungsstationen B1, B2, B3 verteilt, wobei in Fig. 1a zur Vereinfachung nur eine Station B1 dar
gestellt ist; dabei soll jeder Bearbeitungsstation jeweils ein bestimmter Werkstoff zugeordnet
sein; gemäß Fig. 1a ist der Ausgang 21 der Sammler- und Verteilerstation 20 mit Eingang 22
einer numerischen Prozessorsteuerung 23 verbunden; mehrere Ausgänge 25', 25'', 26', 26'', 27',
27'' der Prozessorsteuerung 23 dienen zur Ansteuerung der aus Roboter 28 und Werkzeugma
schine 29 bestehenden Bearbeitungsstationen B1, B2, B3, wobei über Ausgänge 25', 26', 27'
die jeweils in sechs Freiheitsgraden A1, A2, A3, A4, A5, A6 arbeitenden Roboter 28 angesteu
ert werden, während die eigentlichen Werkzeugmaschinen 29, zum Fräsen, Schleifen, Bohren
jeweils über Ausgang 25'', 26'', 27'' angesteuert werden. Die aus dem Werkstück 12 zu erstel
lenden Rohlinge sind gemäß Fig. 1b jeweils mit 31, 32, 33 bezeichnet; sie sollen während der
Bearbeitung den zu erstellenden Modellen M1, M2, M3 zunehmend ähnlicher werden. Der An
griffswinkel zwischen der Arbeitsachse des Werkzeugs wie z. B. Bohrer oder Fräse und der Ar
beitsachse des Roboterarms zur Halterung des Werkstücks liegt im Bereich von ± 180°.
In Fig. 1a ist dieser Betrieb schematisch dargestellt, wobei die Achsen bzw. Freiheitsgrade
A1, A2, A3, A4, A5, A6 des Roboters symbolisch dargestellt sind. Die jeweilige Werkzeugma
schine ist mit Ziffer 29 bezeichnet. Anhand eines mit dem Digital-Rechner verbundenen Bild
schirms ist die Plazierung des digitalen Original-Modells in dem digitalen Werkstückmodell auf
einem Bildschirm 36 zu beobachten, so daß bei fehlerhafter Plazierung bzw. fehlerhaftem For
mat des Werkstücks 12 (ggf. manuell) eingegriffen und ein neues Werkstück eingebracht wer
den kann.
Anhand Fig. 1c ist der Verfahrensablauf in Einzelschritten näher erläutert.
In Schritt S1 erfolgt eine Vermessung des Original-Modells, in Schritt S2 werden die ermittelten
Daten in Digitalwerte gewandelt, in Schritt S3 werden die Digitalwerte der Koordinaten-Punkte
numerisch gespeichert, d. h. in einem Digital-Speicher als Datei eines Digitalrechners festgehal
ten und ggf. zur Flächendarstellung interpoliert und anschließend in Schritt S4 einem digitalen
Komparator zugeführt. Parallel zur Modellabtastung erfolgt eine Werkstückvermessung im
Schritt S11, wobei die dort ermittelten Werte im Schritt S12 in Digitalwerte gewandelt werden
und die erhaltenen Digitalwerte im Schritt S13 einem Digitalspeicher als Datei in einem Digital
rechner zugeführt und gespeichert werden; es ist jedoch auch möglich, auf Schritte S11, S12
zu verzichten und die Werkstückgeometrie bzw. Werkstoffeigenschaft im Schritt S13 direkt ei
nem Digitalrechner einzugeben. Anschließend werden die numerischen Daten im Schritt S14
über das Werkstück dem digitalen Modell-Komparator zugeführt und im Schritt S5 im digitalen
Komparator mit den Digital-Werten des Modells verglichen, wobei eine optimale Plazierung des
digitalisierten Original-Modells innerhalb des Volumens des digitalisierten Werkstücks unter op
timaler Werkstoffausnutzung angestrebt wird. Nach der Plazierung wird bei Berücksichtigung
des gewünschten Werkstoffs in Schritt S6 eine Bearbeitungsstation ausgewählt, wobei jede der
hier vorgesehenen drei Bearbeitungsstationen gegebenenfalls nur Rohlinge aus einem be
stimmten Werkstoff im Schritt 57, 58, 59 verarbeiten soll, um nach Möglichkeit unnötige Zwi
schenreinigungsvorgänge der Werkzeuge bei Werkstoffwechsel zu vermeiden.
In den Schritten S7, S8, S9 wird das Werkstück von einem Roboterarm mittels Halterung ge
führt, wobei der Roboterarm um alle sechs Freiheitsgrade beweglich ist; das Werkstück wird
dabei gegen Werkzeugmaschinen geführt, welche über eine numerische Werkzeugsteuerung
jeweils angesteuert werden.
Fig. 2 ist auf eine Fernübertragung von digitalen Speicherinhalten des digitalen Original-Mo
dells gerichtet, wobei Abtastung, Analog/Digital-Wandlung und Aufbau einer digitalen drei-di
mensionalen Abbildung entsprechend Fig. 1b abläuft, jedoch die Übertragung des digitalen
Original-Modells über eine digitale Übertragungsstrecke 37 - wie z. B. Bus-System, bzw. ISDN-
Leitung - vorgesehen ist, welche in einem räumlich vom ersten Rechner 7 entfernten zweiten
Rechner 38 einen erneuten Aufbau des digitalen Original-Modells entsprechend dem ursprüng
lichen Original-Modell 1 mittels der übertragenen digitalen Werte ermöglicht; weiterhin wird eine
Übertragung von Identifikationssignal, Werkstoffeigenschaft und ggf. Kundendatei vorgenom
men. Es ist dabei auch möglich neben schneller serieller Übertragung als Übertragungsstrecke
37 ein Bussystem - wie z. B. Optobus/SCI-System - einzusetzen, wodurch eine noch raschere
Übertragung der digitalen Werte ermöglicht wird; in einem solchen Fall können der 1. Digital-
Rechner 7, Übertragungs-Strecke 37 und 2. Digital-Rechner 38 praktisch als ein gemeinsames
Rechnersystem angesehen werden. Die Funktion nach Fig. 2 ist mit Ausnahme des Übertra
gungsweges und angeschlossenen zweiten Rechners ansonsten mit der anhand Fig. 1b be
schriebenen Wirkungsweise vergleichbar. Es ist somit möglich, digitale Original-Modelle aus
verschiedenen Vermessungseinrichtungen in eine zentrale Bearbeitungsstation zu übertragen,
wo eine sichere Bevorratung edelmetallhaltiger Werkstoffe und eine optimale Raumausnutzung
der jeweiligen Werkstoff-Volumina durch geschickte Plazierung von Original-Modellen im Werk
stückvolumen möglich ist.
Claims (15)
1.Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken bei der Herstellung von Schmuck oder drei
dimensionaler Designer-Ware mittels Zerspanung und/oder Schleifen, wobei die Oberflä
chenkontur eines drehbaren Original-Modells mit Hilfe einer gebündelten Strahlung abge
tastet und reflektiert wird, wobei reflektierte Strahlung mittels wenigstens eines parallel
zur Drehachse des Modells bewegbaren Strahlungsdetektors erfaßt und als dreidimensio
nale Abbildung in ein Raster von digital codierten Koordinaten-Werten konvertiert wird,
die in wenigstens einem Digital-Rechner gespeichert werden, wobei der Rechner nach
Erstellung eines internen dreidimensionalen Digital-Modells Steuersignale für eine Bear
beitungsstation zur Bearbeitung des Werkstücks mittels Werkzeugs aus den Koordinaten-
Werten ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rechner jeweils wenigstens drei
Steuersignale für eine relative Translations-Bewegung und jeweils wenigstens drei Steu
ersignale für eine relative Rotations-Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück zur
Herstellung wenigstens eines Rohlings aus dem Werkstück ausgegeben werden.
2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierte Strahlung mit
tels zweier parallel zur Drehachse des Modells bewegbarer Strahlungsdetektoren erfaßt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erstellung wenig
stens eines weiteren Digital-Modells im Rechner die Daten an eine digitale Empfangs-
und Sammeleinrichtung übertragen werden, die Datensätze hinsichtlich der Größe der zu
erstellenden Körper und des gewünschten Werkstoffs auf wenigstens zwei Bearbeitungs
stationen verteilt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten
mittels einer Bus-Übertragungsstrecke oder digitale Übertragungsstrecke an eine digitale
Empfangs- und Sammeleinrichtung übertragen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der digitalen
Empfangs- und Sammeleinrichtung Informationen über die Geometrie des zu bearbeiten
den Werkstücks zugeführt werden, aus denen eine interne dreidimensionale Werkstück-
Abbildung erstellt wird, diese mit einer internen dreidimensionalen Abbildung wenigstens
eines Modells verglichen wird und Steuersignale zur optimalen Ausnutzung des Volumens
des Werkstücks bei Bildung wenigstens eines Rohlings ausgegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei interne drei
dimensionale Modelle zur Bildung von wenigstens zwei Rohlingen aus einem einzigen
Werkstück mit dessen interner dreidimensionaler Abbildung verglichen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersi
gnale einer als Roboter dienenden Bearbeitungsstation zur Bewegungssteuerung wenig
stens einer Halterung in allen sechs Freiheitsgraden zugeführt werden, wobei in der Hal
tungerung das Werkstück und/oder das Werkzeug geführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem er
sten Schritt wenigstens die Oberflächenkontur eines Original-Modells mittels Laserstrahl
abgetastet und die zugehörigen Oberflächen-Koordinaten-Werte gespeichert werden, und
daß in einem weiteren Schritt aus den Oberflächen-Koordinatenwerten des Original-Mo
dells ein internes dreidimensionales Modell des herzustellenden Rohlings erstellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem er
sten Schritt wenigsten die Oberflächenkontur eines Original-Modells mittels Laserstrahl
abgetastet und die zugehörigen Oberflächen-Koordinaten-Werte gespeichert werden, und
daß aus den Oberflächen-Koordinaten-Werten ein internes dreidimensionales Modell des
herzustellenden Rohlings erstellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflä
chen-Koordinaten-Werte des intern gespeicherten Modells des Rohlings als Steuersigna
le mittels digitalem Übertragungssystem zur Bearbeitung des Werkstücks weitergeleitet
werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale zusammen
mit Identifikationssignalen für Werkstoffangaben und Auftraggeber weitergeleitet werden.
12. Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Werkzeug bei der Herstellung von
Schmuckstücken oder Designer-Ware, die eine Vermessungseinrichtung mit einer Strah
lungsquelle und wenigstens zwei Strahlungsdetektoren zur Ermittlung der Oberflächen
kontur eines Original-Modells auf der Basis optischer Triangulation aufweist, wobei die
Vermessungseinrichtung mit einem Digital-Rechner verbunden ist, dessen Ausgang mit
dem Steuer-Signal-Eingang einer Bearbeitungsstation verbunden ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bearbeitungsstation wenigstens einen Roboter (2) aufweist, der wenig
stens eine Halterung zur Aufnahme des Werkstücks (12) oder des Werkzeugs enthält,
wobei die Halterung (30) um alle sechs Freiheitsgrade bewegbar ist und sechs vom
Rechner ansteuerbare Antriebselemente vorgesehen sind, von denen jeweils drei Ele
mente Steuersignale für die 3 Freiheitsgrade der Translation und jeweils drei Elemente
Steuersignale für die 3 Freiheitsgrade der Rotation empfangen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (30) zur Posi
tionierung des Werkstücks (12) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aus
gang des Digital-Rechners (16) und den Antriebselementen eine digitale Empfangs- und
Sammeleinrichtung (20) zur Verteilung von wenigstens zwei Datensätzen an wenigstens
zwei Bearbeitungssationen vorgesehen ist, wobei jeweils digitale Informationen von der
Empfangs- und Sammeleinrichtung an die Bearbeitungsstation übertragen werden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Digital-Rechner
(6) und Empfangs- und Sammeleinrichtung (20) ein digitales Übertragungssystem ge
schaltet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19740044A DE19740044A1 (de) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken bei der Herstellung von Schmuck oder Designer-Ware |
Applications Claiming Priority (1)
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