DE9214118U1 - Roboterhand für die 3-D-Bearbeitung von Werkstücken - Google Patents
Roboterhand für die 3-D-Bearbeitung von WerkstückenInfo
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Description
DR.-ING. DIPL-PHYS. h!*STURIES
PATENTANWÄLTE
PATENTANWÄLTE
DIPL-ING. P. EICHLER
Thyssen Laser-Technik GmbH, Steinbachstraße 15, 5100 Aachen,
Reis GmbH & Co., Im Weidig 1-4, 8753 Obernburg
Reis GmbH & Co., Im Weidig 1-4, 8753 Obernburg
Die Erfindung bezieht sich auf eine Roboterhand für die 3-D-Bearbeitung
von Werkstücken mit Laserstrahlung, insbesondere für Roboter mit mindestens fünf Achsen, mit einem Anschluß für
ein die Laserstrahlung zuführendes Lichtleitkabel, mit einer roboterseitigen Handachse, an der eine werkstückseitige Handachse
schwenkbeweglich angebracht ist, welche eine die Laserstrahlung auf das Werkstück fokussierende Bearbeitungsoptik
hat.
Bei der Werkstückbearbeitung mit Laserstrahlung werden für räumliche Werkstückgeometrien bzw. für eine 3-D-Bearbeitung zunehmend
Industrieroboter eingesetzt, die mit einer flexiblen Strahlführung arbeiten. Anwendungsgebiete für solche Roboter
sind u.a. das Schneiden und das Schweißen an Automobilkomponenten
im Karosseriebereich.
• ·
Bei Knickarmrobotern, die mit CO2~Lasern arbeiten, dienen
Spiegelsysteme der Strahlführung innerhalb der Roboterachsen. Bei einer solchen integrierten Strahlführung ist der innerhalb
der Roboterachsen erforderliche Platzbedarf ein Grund für größeren baulichen Aufwand. Es ergeben sich dadurch auch Beeinträchtigungen
der Dynamik dieser Knickarmroboter.
Aus der DE-Z: LASER, Juni 1991, S.126,129 ist ein Knickarmroboter
mit einem Nd:YAG-Laser bekannt, bei dem die Laserstrahlung nicht über eine Vielzahl von in den Achsen fest installierten
Spiegeln erfolgt, sondern über ein flexibles Lichtleitkabel. Dieser bekannte Roboter hat eine Roboterhand mit den
eingangs genannten Merkmalen. Der Anschluß für das die Laserstrahlung zuführende Lichtleitkabel ist an der werkstückseitigen
Handachse dieser Roboterhand angebracht. Die Anbringung erfolgt im wesentlichen quer zum Knickarm des Roboters. Durch
diese externe Anflanschung wird der Bewegungsraum des Roboters zum Teil erheblich eingeschränkt. Das Bauvolumen der externe
Anflanschung des Lichtleitkabels verschlechtert die Zugänglichkeit der Bearbeitungszone am Werkstück. Aus Zeitgründen soll
die werkstückseitige Hand mit hoher Dynamik bewegt werden, so daß entsprechend große Beschleunigungskräfte auftreten. Hiergegen
ist das Lichtleitkabel vergleichsweise empfindlich, so daß aus den erheblichen Beschleunxgungskräften der werkstückseitigen
Handachse Beschädigungen des Lichtleitkabels und der Bearbeitungsoptik
herrühren können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Roboterhand mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß eine
verbesserte Zugänglichkeit zum Werkstück in Verbindung mit einer höheren Betriebssicherheit insbesondere in Verbindung mit
der Laserstrahlungszuführung über ein Lichtleitkabel erreicht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Anschluß für das Lichtleitkabel an der roboterseitigen Handachse angebracht
ist und die Laserstrahlung koaxial mit der Schwenkachse der werkstückseitigen Handachse einkoppelt, die einen die Laserstrahlung
aus der Schwenkachse zur Bearbeitungsoptik umlenkenden Spiegel aufweist.
Für die Erfindung ist zunächst von Bedeutung, daß das Lichtleitkabel nicht an der hochdynamischen werkstückseitigen
Handachse angebracht wird, sondern an der roboterseitigen Handachse, so daß die werkstückseitige Handachse ohne Rücksichtnahme
auf den Anschluß für das Lichtleitkabel ausgebildet werden kann, und zwar insbesondere hinsichtlich hoher dynamischer
Fähigkeiten. Des weiteren ist von Bedeutung, daß der Anschluß die Laserstrahlung koaxial mit der Schwenkachse der werkstückseitigen
Handachse einkoppelt. Infolgedessen kann die Strahlzuführung und Einkopplung in die werkstückseitige Handachse unabhängig
von den unterschiedlichen erforderlichen Stellungen der werkstückseitigen Handachse stets ungeändert bleiben. Es ist
lediglich ein einziger umlenkender Spiegel erforderlich, um die Laserstrahlung aus ihrer Schwenkachse zur Bearbeitungsoptik umzulenken.
Bei dieser Ausgestaltung des Anschlusses des Lichtleitkabels an die Roboterhand ist letzteres gegen Faserbruch
seiner Glasfasern durch mechanische Überbeanspruchung gut geschützt und schränkt den Arbeitsbereich des Roboters nicht entscheidend
ein. Andererseits werden auch die dynamischen Qualitäten des Roboters nicht beeinträchtigt. Das ist bei der werkstückseitigen
Handachse offensichtlich, da diese völlig frei von Anschlußelementen ist. Lediglich diejenige roboterseitige
Handachse, an die der Anschluß für das Lichtleitkabel führt, ist insoweit beeinträchtigt. Diese Beeinträchtigung hält sich
jedoch in Grenzen, da die Zuführung der Laserstrahlung quer zur Längsachse dieser roboterseitigen Handachse erfolgt, so daß deren
Querschnittsabmessungen nicht beeinträchtigt werden. Auch alle weiteren etwa vorhandenen roboterseitigen Achsen bzw.
Knickarmelemente werden von dem Anschluß des Lichleitkabels praktisch nicht beeinträchtigt. Bezogen auf den gesamten Knickarm
des Roboters liegt eine Teilintegration vor, die auch für die einen vergleichsweise größeren Divergenzgrad der von Festkörperlasern
herrührende Strahlung praxisgerecht ausgestaltet ist. Es wäre denkbar, die Laserstrahlung in eine Handachse einzukoppeln,
die der werkstückseitigen Handachse nicht direkt benachbart ist. Es verlieren sich dann jedoch zumindest zum Teil
die oben beschriebenen Vorteile.
Vorteilhafterweise ist die Roboterhand so ausgestaltet,
daß die Schwenkachse der werkstückseitigen Handachse vertikal zur Bewegungsachse der roboterseitigen Handachse angeordnet
ist, und daß der Anschluß für das Lichtleitkabel einen im von 90° abweichenden Winkel zur Schwenkachse stehenden Umlenkspiegel
hat. Durch diese Ausgestaltung der Roboterhand wird durch die Wahl des Winkels gewährleistet, daß das Lichtleitkabel
nicht vertikal zur Längsachse der roboterseitigen Handachse angeordnet sein muß, sondern in einem für die Dynamik und in Bezug
auf den Raumbedarf im Bearbeitungsbereich optimalen Winkel angeordnet sein kann. Sofern gewünscht wird, daß das Lichtleitkabel
zumindest kurz vor seinem Anschluß an die Roboterhand möglichst parallel zur Längsachse der roboterseitigen Handachse
geführt ist, wird die Roboterhand so ausgebildet, daß der Anschluß mit einem senkrecht zur Schwenkachse der werkstückseitigen
Handachse angeordneten Befestigungsflansch und mit einem
dazu im rechten Winkel stehenden Kabelflansch versehen ist, und daß der Umlenkspiegel unter einem Winkel von etwa 4 5° beiden
Flanschöffnungen zugeneigt ist.
Um die Masse der werkstückseitigen Handachse möglichst gering halten zu können, was entsprechend geringe Trägheitsmomente
zur Folge hat und entsprechend schnelle Bewegungen zuläßt, wird die Roboterhand so ausgestaltet, daß die roboterseitige
Handachse werkstückseitig U-förmig ausgebildet ist, daß die werkstückseitige Handachse zwischen den U-Schenkeln
schwenkbar gelagert ist, und daß der Anschluß für das Lichtleitkabel mit seinem Befestigungsflansch außen an einem der U-Schenkel
befestigt ist. Bei dieser Ausgestaltung weist die
werkstückseitige Handachse lediglich die zu ihrer Lagerung an der roboterseitigen Handachse erforderliche Bauteile auf, sowie
die für die Werkstückbearbeitung erforderliche Bearbeitungsoptik.
Um die werkstückseitige Handachse weiterhin bezüglich ihrer dynamischen Eigenschaften zu optimieren, wird sie so ausgebildet,
daß die Bearbeitungsoptik in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, dessen Längsachse quer zur Schwenkachse
der werkstückseitigen Handachse steht, und daß werkstückseitig eine zylindrische Abdeckkappe mit seitlichem Gasanschluß
und/oder mit einer Linsenschutzscheibe und/oder mit einer quer zur Laserstrahlung justierbaren Düse versehen ist. Alle Bauteile
der Bearbeitungsoptik und der dieser nachgeschalteten Teile sind in gleicher Weise symmetrisch ausgerichtet, und zwar
koaxial untereinander und koaxial mit der dem Werkstück zuzuführenden Laserstrahlung. Es resultiert eine von der Schwenkachse
der werkstückseitigen Handachse aus gesehen geringe Baulänge mit einem im Sinne hoher Dynamik geringen Massenaufwand.
Um die Einkopplung der Laserstrahlung durch den Anschluß für das Lichtleitkabel koaxial zur Schwenkachse der werkstückseitigen
Handachse präzise ausrichten zu können, ist der Umlenkspiegel am Anschluß justierbar befestigt.
Es ist vorteilhaft, die Roboterhand so auszubilden, daß der die Laserstrahlung aus der Schwenkachse der werkstückseitigen
Handachse umlenkende Spiegel ein mit der Schwenkachse koaxialer zylindrischer Körper mit dem Mittelquerschnitt eines
rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks ist, dessen Spiegelfläche mit einer Spiegelhalterung unter 45° geneigt zur
Schwenkachse und zur Linsenmittelebene der Bearbeitungsoptik angeordnet ist. Durch diese Ausbildung wird der umlenkende
Spiegel dem Einbauort optimal angepaßt. Er kann insbesondere auf einfache Weise derart lagegenau befestigt werden, daß der
gewünschte Verlauf der Laserstrahlung präzise erreicht wird.
Die Roboterhand kann so ausgestaltet werden, daß der umlenkende Spiegel und/oder der Umlenkspiegel teiltransparent ist
bzw. sind und die jeweilige Spiegelfläche eine Reflexionsbeschichtung
für die Wellenlänge der Laserstrahlung aufweist bzw. aufweisen. Infolgedessen wird die für die Bearbeitung zu verwendende
Laserstrahlung 100%tig reflektiert, während andere Strahlung dem Transparentgrad des Spiegelwerkstoffs entsprechend
reflektiert bzw. durchgelassen wird.
Durchgelassene Strahlung kann für Meß- und Steuerzwecke ausgenutzt werden. Wenn beispielsweise die Programmierung der
Bearbeitungsbahn des Roboters erleichtert werden soll, indem das sogenannte Teach-In-Verfahren angewendet wird, kann die Rosa
ausgebildet werden, daß am Anschluß des Lichtleit-·
kabeis eine durch den Umlenkspiegel Strahlungsbeobachtende CCD-Kamera
oder deren bildaufnehmender Teil angebracht ist, an die bzw. an den eine Bahnsteuerung für den Roboter angeschlossen
ist. Die CCD-Kamera bzw. ihr bildaufnehmender Teil wird vorzugsweise außen am Anschluß direkt hinter dem Umlenkspiegel angebracht.
Die CCD-Kamera bzw. deren bildaufnehmender Teil werden vergleichsweise massearm ausgebildet, so daß die dynamischen
Eigenschaften der Roboterhand nur geringfügig beeinträchtigt werden. Von der Bearbeitungsstelle herrührende Strahlung
wird von der CCD-Kamera oder deren bildaufnehmendem Teil beobachtet,
und zwar direkt hinter dem Umlenkspiegel oder mit einer weiteren bildübertragenden Optik, die im rechten Winkel zur von
der Bearbeitungszone einfallenden Strahlung angebaut ist.
Die Roboterhand kann zur Faserbruchüberwachung des Lichtleitkabels
herangezogen werden, wenn am Anschluß des Lichtleitkabels eine durch den Umlenkspiegel pilotstrahlbeobachtende
Sensoreinheit angebracht ist, die mit einer laserabschaltenden Steuereinheit in Wirkverbindung steht. Die Sensoreinheit ist
beispielsweise die vorgenannte CCD-Kamera oder deren bildaufnehmender Teil, oder es wird ersatzweise eine Fotodiode als
Sensoreinheit verwendet. Registriert wird ein Pilotstrahl· eines HeNe-Lasers oder eines Diodenlasers, deren im roten Bereich
liegende Laserstrahlung erheblich geschwächt wird oder ganz verlöscht, falls das Lichtleitkabel bzw. deren Glasfasern teilweise
oder vollständig brechen. In einem solchen Fall veranlaßt die Sensoreinheit ein Abschalten des Lasers über die mit ihr in
Wirkverbindung stehende Steuereinheit.
Die Roboterhand kann vorteilhafterweise auch so ausgestaltet werden, daß in der werkstückseitigen Handachse, von der Bearbeitungsoptik
aus hinter dem umlenkenden Spiegel ein Sensor zur Erfassung prozeßrelevanter Signale der Bearbeitungszone angeordnet
ist, der an eine Prozeßsteuerung oder -regelung für die Laserleistung angeschlossen ist. Die teilweise Integration
der Laserstrahlungsführung in die Roboterhand kann also dazu benutzt werden, den Bearbeitungsprozeß in einfacher Weise zu
beobachten, ohne daß die Beobachtungsmittel im Bearbeitungsbereich stören, weil sie außerhalb der werkstückseitigen Handachse
möglichst nahe an der Bearbeitungszone angeordnet werden
müßten. Die Beobachtungsmittel beeinträchtigen auch nicht die Dynamik der werkstückseitigen Handachse.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutet. Es zeigt:
Fig.l eine perspektivische Darstellung eines Knickarmroboters
mit schematischer Abbildung seiner wichtigsten Teile,nämlich der Handachsen, und
Fig.2 einen Schnitt durch eine Roboterhand gemäß der Erfindung
.
Der in Fig.l dargestellte'Roboter 11 ist so ausgestaltet,
daß er in allen Richtungen der karthesischen Koordinaten x,y und &zgr; die erforderlichen Bewegungen im Rahmen der Reichweiten
seiner Achsen 1 bis 5 durchführen kann. Die Achsen 1 bis 5 sind sämtlich Drehachsen, deren Drehantrieb durch die schematisch
dargestellten Stellmotoren 14 bewirkt wird, welche von einer nicht dargestellten Bahnsteuerung so beaufschlagt werden, daß
sie die gewünschten Achsenbewegungen veranlassen. Die hierfür erforderlichen Kraftübertragungselemente sind ebenfalls nicht
dargestellt. Der Roboter 11 soll für die 3-D-Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlung eingesetzt werden, wozu er eine
spezielle Roboterhand 10 hat, die im wesentlichen aus einer roboterseitigen Handachse 4 und einer werkstückseitigen Handachse
5 besteht. Die roboterseitige Handachse 4 hat eine Bewegungsachse 18 und die werkstückseitige Handachse 5 hat eine
Schwenkachse 16, die senkrecht zur Bewegungsachse 18 angeordnet ist. Das werkstückseitige Ende der Handachse 4 ist U-förmig
ausgebildet und zwischen den U-Schenkeln 4' lagert schwenkbar
die Handachse 5. Die Darstellung der Handachse 5 ist schematisch und stimmt in Einzelheiten nicht mit den Darstellungen
der Fig.2 überein, die aufgrund eines vergrößerten Maßstabes eine genauere Darstellung erlauben.
Fig.2 zeigt, daß die roboterseitige Handachse 4 eine hohle
Struktur hat, an deren werkstückseitigem Ende U-Schenkel 4 '
vorhanden sind, die der Lagerung des Achsenkörpers 2 9 der Handachse 5 dienen. Der Achsenkörper 2 9 ist um seine Schwenkachse
16 schwenkbar, wozu ein nicht näher beschriebener Schwenkan-
trieb 30 vorhanden ist, der innerhalb der Abdeckkappe 31 einen Riemenantrieb aufweist, welcher mit einem im Hohlraum 32 des
Endes der Handachse 4 untergebrachten Kegelradgetriebe angetrieben wird, das seinerseits in geeigneter Weise durch die
Bohrung 33 hindurch von einem Stellmotor beaufschlagt wird.
Die drehbare Lagerung des Achsenkörpers 2 9 erfolgt reibungsarm mit Wälzlagern 34, die in der Darstellungsebene der
Fig.2 beidseitig des Achsenkörpers 29 vorhanden sind. Der Achsenkörper
29 weist hierzu je Wälzlager einen ringförmigen Lagerflansch 35 auf, der mit dem nicht dargestellten Innenring
des Wälzlagers 34 verbunden ist. Der ebenfalls nicht dargestellte Außenring des Wälzlagers 34 ist in einer Halterung 36
des U-Schenkels 4 ' befestigt, die eine dem Wälzlager 34 koaxiale Ringabdichtung 37 aufweist, welche an Ringflächen des
Achsenkörpers 2 9 dichtend anliegen, der im übrigen Spiel zur Halterung 3 6 hat.
Mit dem schwenkantreibbaren Achsenkörper 29 der werkstückseitigen Handachse 5 ist laserstrahlungsausgangsseitig ein Ausgangsflansch
8 verbunden, der eine Bearbeitungsoptik 15 trägt. Die Bearbeitungsoptik 15 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen
Gehäuse 23, in dem eine Fokussierlinse 38 untergebracht ist, deren Linsenmittelebene 24 exakt senkrecht zur Gehäuselängsachse
23' ausgerichtet ist. Die Austrittsöffnung 23'' des Gehäuses 23 ist von einer Abedeckkappe 25 verschlossen, in
der sich eine Linsenschutzscheibe 2 7 befindet, welche die Bearbeitungslinse 38 vor Schneid- oder Schweißdämpfen schützt, die
aus der Bearbeitungszone herrühren. Werkstückseitig der planparallelen Linsenschutzscheibe 27 hat die Abdeckkappe 25 einen
Gasanschluß 2 6, in den Schutz- und/oder Arbeitsgas mit regelbarem Gasdruck oder Gasdurchfluß zugeführt werden kann bzw.
können. Dieses Gas strömt aus der Abdeckkappe 25 in eine Düse 28 und von dieser durch eine Düsenöffnung 28' in die Bearbeitungszone.
Die Düse 28 ist in einen Stellring 39 eingeschraubt, an dem Stellschrauben 40 angreifen, die ihrerseits verstellbar
in der Abdeckkappe 25 lagern, so daß die Düse 28 quer zur Längsachse 23' des zylindrischen Gehäuses 23 bzw. quer zur Laserstrahlung
9 verschoben werden kann, die von der Fokussierlinse 38 derart fokussiert wird, daß sie ohne Beaufschlagung
der Düse 28 aus der Düsenöffnung 28 austritt und einen Brennpunkt 41 aufweist, der im Bereich des Werkstücks liegt, wenn
der Roboter 11 seiner Steuerung bzw. Bahnsteuerung entsprechend dem nicht dargestellten Werkstück genähert wurde.
Die der Werkstückbearbeitung dienende Laserstrahlung 9 wird der Roboterhand 10 gemäß Fig.2 durch ein Lichtleitkabel 13
zugeleitet, welches mit einem Anschluß 12 mechanisch verbunden ist, beispielsweise mit einer Steckverbindung 42 des dargestellten
Steckers 50 für das Lichtleitkabel 13. Anstelle der Steckverbindung kann auch eine Schraubverbindung verwendet werden.
Faserseitig ist eine Steckverbindung zum einfachen Faserwechsel vorgesehen. Das Lichtleitkabel 13 ist gegen mechanische
Überbeanspruchung geschützt, z.B. durch eine Spiraldrahtummantelung
in bekannter Bauweise. In den Stecker 50 ist eine optische Linsenanordnung integriert, mit der die Laserstrahlung in
bekannter Weise zu einem parallelen Laserstrahl kollimiert wird. Die Linsenanordnung kann auch eine von der faserseitigen
Steckverbindung separate Baugruppe sein. Die Kollimierung ist an die verwendete Laserstrahlung angepaßt, beispielsweise an
die Strahlung eines Nd:YAG-Lasers, dessen Strahlung aufgrund der numerischen Apertur der Glasfaser mit einem bestimmten Divergenzwinkel
austritt.
Der Anschluß 12 wird an einer Halterung 36 des U-Schenkels
4' mit Befestigungsschrauben 43 festgelegt, die in einem
Flansch 19 des Anschlusses 12 angeordnet sind. Rechtwinklig zu diesem Flansch 19 ist der Anschluß 12 mit einem Kabelflansch 21
versehen und in Bezug auf die Flanschöffnungen 19',21' ist ein
Umlenkspiegel 20 in einem Winkel &agr; von etwa gleich 45° so angeordnet, daß die vom Lichtleitkabel 13 herrührende Laserstrahlung
9 durch die Flanschöffnung 21' zugeleitet und vom Umlenkspiegel
20 durch die Flanschöffnung 19' exakt in der Richtung der Schwenkachse 16 der Handachse 5 eingekoppelt werden kann.
Der Umlenkspiegel 20 ist dabei in einer Spiegelhalterung 4 4 angebracht, welche justierbar ist. Zur Justierung sind Feingewindeschrauben
45 vorgesehen, welche die Halterung 44 über die ersichtlichen Zylinderfedern gegen den Anschluß 12 drücken. Mit
diesen Feingewindeschrauben 45 können bauteile- und anordnungsbedingte Toleranzen so ausgeglichen werden, daß der Umlenkspie-
gel 20 für die Laserstrahlung 9 so genau wie erforderlich justiert
werden kann.
Die in die Handachse 5 eingekoppelte Laserstrahlung 9 trifft auf einen umlenkenden Spiegel 17, der sie der Bearbeitungsoptik
15 zuleitet. Die Zuleitung muß hochexakt erfolgen, so daß es auf die genaue Positionierung des Umlenkspiegels 17
ankommt. Dieser ist hierfür als zylindrischer Körper ausgebildet, der in der Darstellungsebene einen dreieckigen Querschnitt
hat. Das Querschnittsdreieck hat einen rechten Winkel und gleich lange Schenkel, welche die Katheten des rechtwinkligen
Dreiecks bilden. Eine der Kathetenflächen 17' bzw. die teilzylindrische
Außenumfangsflache des Spiegelkörpers ist in einer
hülsenartigen Halterung 46 z.B. durch Kleben befestigt. Die Halterung 4 6 wird mit Befestigungsschrauben 47 durch Befestigungsbohrungen
51 eines Hülsenflansches 52 am Achsenkörper 29 bzw. an dessen Lagerflansch 35 befestigt und kann genau orthogonal
zur Längsachse 23' des Gehäuses 23 der Bearbeitungsoptik 15 angeordnet werden, so daß die Reflexionsfläche 17' ' im gewünschten
Winkel von 45° geneigt zur Schwenkachse 16 und zur Linsenmittelebene 24 der Bearbeitungsoptik 15 angeordnet ist.
Die Reflexionsfläche 17 ' ' des umlenkenden Spiegels 17 ist
ebenso mit einer nicht dargestellten Reflexionsbeschichtung
versehen, wie die nicht bezeichnete Reflexionsfläche des Umlenkspiegels
20. Die Beschichtung ist beispielsweise für die Wellenlänge 1064 nm geeignet, d.h. für die Wellenlänge des vorzugsweise
als Festkörperlasers verwendeten Nd:YAG-Lasers. Die Spiegel 17,20 bestehen aus einem transparenten oder teiltransparenten
Material, wie Quarzglas oder BK-7-Glas, so daß Strahlungen anderer Wellenlänge zumindest zum Teil nicht reflektiert
werden, sondern die Spiegel durchdringen. Es ist infolgedessen möglich, integrierte Prozeßbeobachtungs- und Diagnostikeinrichtungen
in die Roboterhand einzubauen, wie es oben näher beschrieben wurde. Im Falle des Einsatzes einer CCD-Kamera wird
deren Gehäuse beispielsweise in einer Durchgriffsöffnung 48 für
eine der Befestigungsschrauben 43 festgelegt, z.B. durch Einstecken und/oder Verschrauben am Anschluß 12.
Die Halterung 46 ist mit einer Durchtrittsbohrung 46' versehen, durch welche von der Bearbeitungszone herrührende Strahlung
in eine Bohrung 4 9 eindringen kann, in der der oben erwähnte Sensor zur Erfassung prozeßrelevanter Signale angeordnet
werden kann, beispielsweise zur Erfassung von Plasmaleuchten oder Temperatur in der Bearbeitungszone. Ein solcher Sensor beeinflußt
die Dynamik der Handachse 5 praktisch nicht und kann mit dünnen leitenden Verbindungen an eine Prozeßsteuerung oder
-regelung für die Laserleistung angeschlossen werden.
Claims (11)
1. Roboterhand (10) für die 3-D-Bearbeitung von Werkstücken mit Laserstrahlung, insbesondere für Roboter (11) mit mindestens
fünf Achsen (1 bis 5), mit einem Anschluß (12) für ein die Laserstrahlung (9) zuführendes Lichtleitkabel
(13), mit einer roboterseitigen Handachse (4), an der eine werkstückseitige Handachse (5) schwenkbeweglich angebracht
ist, welche eine die Laserstrahlung (9) auf das Werkstück fokussierende Bearbeitungsoptik (15) hat, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Anschluß (12) für das Lichtleitkabel (13) an der roboterseitigen Handachse (4) angebracht
ist und die Laserstrahlung (9) koaxial mit der Schwenkachse (16) der werkstuckseitigen Handachse (5) einkoppelt,
die einen die Laserstrahlung (9) aus der Schwenkachse (16) zur Bearbeitungsoptik (15) umlenkenden
Spiegel (17) aufweist.
2. Roboterhand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwenkachse (16) der werkstuckseitigen Handachse
(5) vertikal zur Bewegungsachse (18) der roboterseitigen Handachse (4) angeordnet ist, und daß der Anschluß (12)
für das Lichtleitkabel (13) einen im von 90° abweichenden Winkel (&agr;) zur Schwenkachse (16) stehenden umlenkspiegel
(20) hat.
3. Roboterhand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschluß (12) mit einem senkrecht zur Schwenkachse (16) der werkstuckseitigen Handachse (5) angeordneten Befestigungsflansch
(19) und mit einem dazu im rechten Winkel stehenden Kabelflansch (21) versehen ist, und daß der
Umlenkspiegel (20) unter einem Winkel (&agr;) von etwa 45° beiden Flanschöffnungen (19',21') zugeneigt ist.
4. Roboterhand nach Anspruch 2 oder 3, dadurch, gekenn
zeichnet, daß die roboterseitige Handachse (4) werkstückseitig
U-förmig ausgebildet ist, daß die werkstückseitige Handachse (5) zwischen den U-Schenkeln (4') schwenkbar gelagert
ist, und daß der Anschluß (12) für das Lichtleitkabel (13) mit seinem Befestigungsflansch (19) außen an einem
der U-Schenkel (4') befestigt ist.
5. Roboterhand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsoptik
(15) in einem zylindrischen Gehäuse (23) angeordnet ist, dessen Längsachse (23') quer zur Schwenkachse (16) der
werkstückseitigen Handachse (5) steht, und daß werkstückseitig eine zylindrische Abdeckkappe (25) mit seitlichem
Gasanschluß (26) und/oder mit einer Linsenschutzscheibe
(27) und/oder mit einer quer zur Laserstrahlung (9) justierbaren Düse (28) versehen ist.
6. Roboterhand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (20) am Anschluß (12) justierbar befestigt ist.
7. Roboterhand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Laserstrahlung (9) aus der Schwenkachse (16) der werkstückseitigen Handachse
(5) umlenkende Spiegel (17) ein mit der Schwenkachse
(16) koaxialer zylindrischer Körper mit dem Mittelquerschnitt eines rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks
ist, dessen Spiegelfläche (17'') mit einer Spiegelhalterung
(22) unter 45° geneigt zur Schwenkachse (16) und zur Linsenmittelebene (24) der Bearbeitungsoptik (15) angeordnet
ist.
8. Roboterhand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß der umlenkende Spiegel
(17) und/oder der Umlenkspiegel (20) teiltransparent ist bzw. sind und die jeweilige Spiegelfläche eine Reflexionsbeschichtung
für die Wellenlänge der Laserstrahlung (9) aufweist bzw. aufweisen.
• ·
9. Roboterhand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß am Anschluß (12) des Lichtleitkabels (13) eine durch den Umlenkspiegel (20)
Strahlungsbeobachtende CCD-Kamera oder deren bildaufnehmender Teil angebracht ist, an die bzw. an den eine Bahnsteuerung
für den Roboter (11) angeschlossen ist.
10. Roboterhand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß am Anschluß (12) des Lichtleitkabels (13) eine durch den Umlenkspiegel (20) pilotstrahlbeobachtende
Sensoreinheit angebracht ist, die mit einer laserabschaltenden Steuereinheit in Wirkverbindung
steht.
11. Roboterhand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß in der werkstückseitigen Handachse (5), von der Bearbeitungsoptik (15) aus hinter
dem umlenkenden Spiegel (17) ein Sensor zur Erfassung prozeßrelevanter Signale der Bearbeitungszone angeordnet
ist, der an eine Prozeßsteuerung oder -regelung für die Laserleistung angeschlossen ist.
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