Die Erfindung betrifft ein robotergeführtes Umformwerkzeug, insbesondere Falzwerkzeug und ein Umformverfahren, insbesondere Falzverfahren mit den Merkmalen im Oberbegriff des Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruchs, wie z.B. aus der
Aus der Praxis sind Falzroboter bekannt, die ein Falzwerkzeug mit einem Andrückelement, z.B. einer Falzrolle, tragen und gegen den zu falzenden Flansch eines Werkstücks drücken sowie entlang einer Falzbahn bewegen. Derartige Falzwerkzeuge können eine starr oder federnd ausweichfähig gelagerte Falzrolle haben. Die Andrückkraft wird vom Roboter aufgebracht, wobei seine Bewegungsbahn beim Falzprozess entsprechend programmiert wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Umformtechnik, insbesondere Falztechnik, aufzuzeigen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruch.
Das beanspruchte robotergeführte Umformwerkzeug, insbesondere Falzwerkzeug, hat den Vorteil, dass mit der Erfassungs- und Stelleinrichtung die auf das Werkstück wirkende Andrückkraft eigenständig gesteuert oder geregelt werden kann. Eingriffe in die Bahnprogrammierung des Roboters sind dabei nicht erforderlich. Dies hat den Vorteil, dass die Einstellung der Andrückkraft auch von weniger qualifiziertem Personal vorgenommen werden kann, das keine detaillierten Kenntnisse und Fähigkeiten für die Roboterprogrammierung hat.
Die erfindungsgemäße Umform- und Falztechnik hat insbesondere den Vorteil, dass damit Schwankungen in der vom Roboter ausgeübten Andrückkraft kompensiert werden können. Zum Einen kann eine Bahnprogrammierung ungenau oder fehlerhaft sein. Auch ein Werkstück, für das ursprünglich die Bahnprogrammierung des Roboters erfolgte, kann sich im Betrieb ändern. Vor allem ist der Roboter mit seinen Gliedern und Roboterachsen selbst ein elastisches System und hat je nach Achsenstellung unterschiedliche Federsteifigkeiten. Insbesondere ist ein Roboter federweich, wenn er zum Erreichen eines weiter entfernten Prozessortes eine Strecklage einnimmt und quer zu dieser gestreckten Ausrichtung eine Andrückkraft ausüben soll. Wenn der Prozessort sich näher am Roboter befindet und der Roboter eine Knickstellung einnimmt, ist die Federsteifigkeit wesentlich höher. Diese unterschiedlichen Federsteifigkeiten sind schlecht erfassbar und können bei einer Roboterprogrammierung nicht oder nur mit einem sehr hohen Aufwand berücksichtigt werden. Eine Kompensation über die Bahnprogrammierung ist zudem relativ ungenau.
Die beanspruchte Umform- und Falztechnik schafft hier Abhilfe. Sie wirkt in unmittelbarer Nähe zum Prozessort und kann roboterbedingte Schwankungen in der Andrückkraft aussteuern oder ausregeln. Diese Kompensation ist von der Ursache der Kraftschwankung unabhängig.
Die beanspruchte Umform- und Falztechnik erlaubt im Weiteren eine Prozessoptimierung und eine Anpassung der Andrückkraft an unterschiedliche Prozesserfordernisse. Die Andrückkraft kann insbesondere an problematischen Prozessstellen lokal erhöht werden. Beim Falzen können dies z.B. Ecken oder Biegestellen im Falzverlauf sein, die dem Rollfalzen einen höheren Widerstand entgegensetzen. An anderen Stellen kann die Andrückkraft ggf. auch reduziert werden, um Beeinträchtigungen des Werkstücks, eine Roboterüberlastung oder dergleichen zu vermeiden.
Schließlich kann die beanspruchte Andrücktechnik auch für andere Zwecke eingesetzt werden, z.B. zur Schlupfvermeidung bei angetriebenen Andrückelementen, insbesondere drehend angetriebenen Falzrollen. Schlupf kann zu Oberflächenschäden am Werkstück führen. Durch eine lokale Erhöhung der Andrückkraft wird der z.B. geschwindigkeitsgeregelte Antrieb für das Andrückelement zur Erhöhung des Drehmoments gezwungen, was einerseits Schlupf zwischen dem Andrückelement und dem Werkstück vermeidet. Andererseits wird ein Teil der beim Falzen für die Flanschbiegung benötigten Kraft vom Antrieb des Andrückelements aufgebracht. Durch die Erhöhung der Andrückkraft steigt das Motor- und Antriebsmoment in günstiger Weise. Hierbei ist auch der Umstand vorteilhaft, dass die Andrückkraft und das Antriebsmoment in einem bestimmten Verhältnis, insbesondere in einem Proportionalverhältnis, zueinander stehen.
Bei dem robotergeführten Umformwerkzeug, insbesondere Falzwerkzeug ist ein Andrückelement bevorzugt als frei drehbare oder angetriebene Falzrolle ausgebildet und kann außerdem ggf. mehrfach vorhanden sein. Das Andrückelement kann außerdem von einer Feder beaufschlagt sein, um Ausweichbewegungen zu erlauben.
Auch die Komponenten des Umformwerkzeugs, insbesondere Falzwerkzeugs, insbesondere die Erfassungseinrichtung und die Stelleinrichtung, können in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Eine Verbindung mit einer Robotersteuerung kann Vorteile für die gezielte Anpassung der Andrückkraft haben, insbesondere für bahnbezogene lokale Kraftänderungen. Eine Anzeige erleichtert einem Bediener die ggf. manuelle Einstellung und außerdem die Überwachung und Verfolgung der Andrückkräfte im Prozess und an unterschiedlichen Prozessstellen entlang einer programmierten Bahn.
In einer Ausführungsform verstellt die Stelleinrichtung das Andrückelement eigenständig.
Die Sensorik zur mittelbaren oder unmittelbaren Erfassung der am Andrückelement wirkenden Andrückkraft (F) weist in einem Ausführungsbeispiel einen Kraftsensor und/oder einen Wegsensor auf.
Eine Variante sieht vor, dass die Stelleinrichtung auf das Andrückelement direkt oder mittelbar über eine Feder einwirkt.
Bei einer Ausführungsform weist das Falzwerkzeug einen Halter mit einem oder mehreren Andrückelement(en) auf, wobei der Halter mit der Stelleinrichtung verbunden ist.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:
Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug und ein Umformverfahren, bevorzugt in der Ausbildung als Falzwerkzeug (2) und Falzverfahren. Die Erfindung betrifft außerdem eine Bearbeitungseinrichtung (1) mit einem programmierbaren mehrachsigen Roboter (3) und einem Umform- bzw. Falzwerkzeug (2) sowie ein Bearbeitungsverfahren. Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele betreffen ein Falzwerkzeug (2) und ein Falzverfahren und gelten entsprechend auch für andere Umformwerkzeuge (2) und Umformverfahren.
Der Roboter (3) weist mehrere beweglich, insbesondere gelenkig miteinander verbundene Roboterglieder mit angetriebenen translatorischen und/oder rotatorischen Roboterachsen an den Verbindungsstellen auf. Die Ausbildung, Kombination und Zahl von translatorischen und/oder rotatorischen Roboterachsen ist beliebig wählbar.
Bevorzugt kommt ein Gelenkarmroboter oder Knickarmroboter (3) zum Einsatz, der als Basis einen Sockel und ferner eine Schwinge, einen Ausleger und ein Endglied (4), insbesondere eine Roboterhand, mit einem drehenden Abtriebsflansch aufweist. In der gezeigten Ausführungsform hat der Roboter (3) sechs rotatorische Achsen inklusive einer dreiachsigen Roboterhand (4). Er kann auch weniger Achsen, z.B. fünf Achsen, oder eine oder mehrere Zusatzachse(n), z.B. Fahrachse(n), aufweisen.
Der Roboter (3) ist mit einer Robotersteuerung (22) verbunden, die in
Der Bearbeitungsprozess unter Aufbringung einer ziehend oder drückend ausgeübten Andrückkraft (F) auf ein Werkstück (5) ist als Falzprozess ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kommt ein Roboterfalzen zum Einsatz, wobei mit dem Andrückelement (10) ein Flansch eines Werkstücks (5) in einer oder mehreren Stufen nacheinander gebogen und gefalzt wird. Das Werkstück (5) kann aus ein oder mehreren dünnen Blechen bestehen, wobei beim Falzen auch ein weiteres Blech vom gefalzten Flansch eingeklemmt werden kann.
Die programmierte Bearbeitungsbahn kann als Einzelstrecke oder Folge von Strecken, alternativ oder zusätzlich aber auch punktweise oder als Folge von Punkten programmiert sein. Beim Roboterfalzen wird z.B. das Falzwerkzeug (2) entlang eines Falzverlaufes an einem Werkstückrand und in einer Bahnstrecke zumindest abschnittsweise kontinuierlich bewegt.
Das Falzwerkzeug (2) ist in
Am Gestell (7) ist an geeigneter Stelle, insbesondere am unteren Ende, ein Andrückelement (10) angeordnet, mit dem in Zug- oder Druckrichtung eine Andrückkraft (F) ausgeübt wird. Das Andrückelement (10) kann einzeln oder mehrfach vorhanden sein. Ein oder mehrere Andrückelemente (10) können sich an einem Halter (11) befinden, der am Gestell (7) starr oder beweglich montiert ist. Ein Andrückelement (10) kann z.B. als um eine Lagerachse drehbare Falzrolle mit einem den Falzerfordernissen entsprechend konturierten Mantel ausgebildet sein. Wenn mit dem Falzwerkzeug (2) ein mehrstufiger Falzprozess, z.B. mit Vor- und Fertigfalzen, durchgeführt wird, können mehrere Falzrollen (10) mit unterschiedlichen Mantelgeometrien, z.B. zylindrisch und konisch, vorhanden und an unterschiedlichen Seiten des Gestells (7) angeordnet sein. In der gezeigten Ausführungsform befinden sich einzelne oder alle Andrückelemente bzw. Falzrollen (10) an einem Halter (11).
Das Falzwerkzeug (2) besitzt eine Erfassungseinrichtung (14) für die Andrückkraft (F) an der Prozessstelle (26) und eine von der Erfassungseinrichtung (14) gesteuerte oder geregelte Stelleinrichtung (15) für die Verstellung eines beweglich am Gestell (7) angeordneten Andrückelements (10). Die Stelleinrichtung (15) besitzt einen mit der Erfassungseinrichtung (14) verbundenen Regler (16).
Eine Verstellbarkeit eines Andrückelements (10) kann in einer oder mehreren Achsen bzw. Richtungen gegeben sein und kann außerdem eine wählbare Kinematik haben. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine lineare und verschiebliche Verstellbarkeit in Richtung der Achse (8) gegeben. Ein Andrückelement (10) kann einzeln verstellbar am Gestell (7) gelagert sein. In der gezeigten Ausführungsform ist der Halter (11) mit den mehreren Andrückelementen bzw. Falzrollen (10) am Gestell (7) beweglich gelagert, vorzugsweise verschieblich entlang der Achse (8) gelagert. Die Lagerung für die besagte ein- oder mehrachsige Beweglichkeit kann in beliebig geeigneter Weise ausgeführt sein und ist bevorzugt reibungsarm. Es kann sich z.B. um eine Gleitlagerung handeln. Die Details sind in den Zeichnungen nicht dargestellt.
Auf ein Andrückelement (10) oder auf einen Halter (11) mit ein oder mehreren Andrückelementen (10) kann ferner eine Feder (13) einwirken, die z.B. längs der Achse (8) im Gestell (7) angeordnet ist und die eine entsprechende axiale Ausweichbewegung von Andrückelement (10) und ggf. Halter (11) ermöglicht. Die Feder (13) kann z.B. als Tellerfedern in Paket- oder Säulenform, als Schraubenfeder oder dgl. ausgebildet sein.
Eine Falzrolle (10) kann eine frei drehbare Lagerung aufweisen. Alternativ ist es möglich, eine Falzrolle (10) drehend anzutreiben, wofür ein in
Die Stelleinrichtung (15) verstellt in der vorerwähnten Weise ein Andrückelement (10) in mindestens einer Richtung, vorzugsweise in Achsrichtung (8) und führt dabei z.B. eine lineare Verschiebebewegung aus. Die Stelleinrichtung (15) kann das Andrückelement (10) eigenständig verstellen, wobei die Bahnprogrammierung in der Robotersteuerung (22) nicht verändert wird. Die Stelleinrichtung (15) bzw. die Erfassungseinrichtung (14) kann darauf ausgelegt sein, variable Roboterelastizitäten zu kompensieren. Außerdem ist es möglich, die Andrückkraft (F) zur eigenständigen Prozessbeeinflussung zu verstellen.
Der Roboter (3) kann je nach Stellung seiner Glieder und Roboterachsen eine unterschiedliche Federelastizität aufweisen und weicht beim Aufbringen der Andrückkraft (F) selbst mehr oder weniger stark federnd aus.
Dem federsteifen Roboter (3) von
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist außerdem die vorerwähnte Feder (13) vorhanden, die entsprechend der Federsteifigkeit des Roboters (3) mehr oder weniger komprimiert wird. In diesen Ausführungsbeispielen beinhaltet das System eine Reihenschaltung von Federn (3,13).
Die Stelleinrichtung (15) und die Erfassungseinrichtung (14) sind in der Lage, diese Veränderung der Andrückkraft (F) zu detektieren und bedarfsweise zu verändern. Die Stelleinrichtung (15) weist hierfür einen Aktor (18) auf, der auf das beaufschlagte Andrückelement (10) wirkt und dabei zusätzlich eine Stellkraft und einen Stellweg einbringt. Dieser Sachverhalt ist in
Der Aktor (18) kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht er aus formsteifen oder inkompressiblen Medien und ermöglicht bei Ansteuerung eine definierte Wegverstellung und Kraftänderung.
Der in
In
Mit einer Erfassungseinrichtung (14) kann die Andrückkraft (F) bzw. die auf das Andrückelement (10) einwirkende Reaktionskraft detektiert werden. Hierfür kann die Erfassungseinrichtung (14) eine Sensorik (17) mit ein oder mehreren geeigneten Sensoren aufweisen. Zur Detektion kann die Kraft gemessen werden, z.B. durch eine Kraftmessdose, Dehnmessstreifen oder dergleichen andere Sensoren an geeigneter Stelle. Im Schemabild von
Alternativ oder zusätzlich ist eine mittelbare Detektion der Andrückkraft (F) möglich, z.B. über den Federweg einer Feder (13) gemäß der Variante von
Die Erfassungseinrichtung (14) kann außerdem mit einer Anzeige (27) verbunden sein gemäß
Die Erfassungseinrichtung (14) ist ferner mit der Stelleinrichtung (15) und insbesondere mit deren Regler (16) verbunden und speist dort den detektierten Istwert für die Andrückkraft (F) ein.
Der Regler (16) besitzt ferner eine feste oder veränderliche Sollwert-Eingabe. Die Stelleinrichtung (15), insbesondere der Regler (16) kann z.B. mit der Robotersteuerung (22) verbunden sein. Die Sollwert-Eingabe kann dabei über die Robotersteuerung (22) erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Sollwert-Eingabe auf andere Weise, z.B. manuell durch einen Bediener, erfolgen. Hierfür kann am Regler (16) ein in
Das Verhältnis und die gegenseitige Beeinflussung der Sollwert-Eingabe von der Robotersteuerung (22) und von anderer Stelle, insbesondere von Eingabemittel (23), können bedarfsweise ausgestaltet sein. Z.B. kann das Eingabemittel (23) führend sein und die Sollwert-Eingabe von der Robotersteuerung (22) überlagern oder ersetzen.
In einer anderen Ausführungsform kann eine Sollwert-Eingabe für die Andrückkraft (F) von der Robotersteuerung (22) entfallen. In einem solchen Fall wird der Sollwert nur über das Eingabemittel (23) eingestellt.
Ferner ist es möglich, von der Robotersteuerung (22) bahnbezogene Signale zur Lokalisierung des Prozess- oder Bahnorts an den Regler (16) zu übermitteln. Bei einer solchen Ausführung können in einem entsprechend komplex und ggf. mit eigener Intelligenz ausgerüsteten Regler (16) auf die Bahn oder einzelne Prozessorte (26) bezogene Sollwerte für die Andrückkraft (F) eingegeben und gespeichert werden.
In einer weiteren Variante kann der Regler (16) der Robotersteuerung (22) zugeordnet und insbesondere dort integriert sein.
Eine ortsbezogene Sollwert-Eingabe kann sinnvoll sein, um die Andrückkraft (F) an spezielle Prozesserfordernisse anzupassen. Dies kann z.B. an Ecken oder Biegestellen bzw. Kurven eines Flanschverlaufs erfolgen. An solchen Stellen setzt der zu biegende Flansch dem Andrückelement (10) einen größeren Widerstand als an geraden Bereichen des Falzverlaufs entgegen. Mit einer entsprechenden Sollwert-Eingabe kann über die Stelleinrichtung (15) die Andrückkraft (F) erhöht werden, um den Widerstand zu überwinden. Ferner kann es andere Prozessstellen geben, an denen aus anderen Gründen eine erhöhte oder ggf. auch verringerte Andrückkraft (F) erforderlich ist.
Das Falzwerkzeug (2) kann ferner eine Einrichtung (25) zur Schlupfvermeidung zwischen einem angetriebenen Antriebselement (10), insbesondere einer angetriebenen Falzrolle, und dem beaufschlagten Werkstück (5) aufweisen. Der Antrieb (24) des Andrückelements (10) kann hierbei z.B. eine Geschwindigkeitsregelung aufweisen. Über die Sollwerteingabe am Regler (16) kann der Sollwert für die Andrückkraft F erhöht werden, wodurch auch der Widerstand für den Antrieb (24) und das bewegte Andrückmittel (10) erhöht wird. Dies führt zu einer Verlangsamung der Antriebsbewegung, welcher der Antrieb (24) mit einer Erhöhung des Antriebmoments entgegenwirkt. Auf diese Weise kann Schlupf verhindert werden. Die beschriebene Maßnahme kann gezielt zur Behebung etwaig festgestellter Schlupfprobleme und hiervon verursachter Schadstellen am Werkstück (5) eingesetzt werden. Bei erhöhten Umform- und Falzwiderständen, z.B. an den vorerwähnten Eckbereichen oder Kurven im Falzverlauf, kann mit der zur Widerstandsüberwindung und zur Flanschbiegung ohnehin erhöhten Andrückkraft F das Antriebsmoment automatisch miterhöht werden.
Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Die Merkmale der Ausführungsbeispiele können untereinander vertauscht oder miteinander kombiniert werden, ohne jedoch den durch die Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Das Andrückmittel (10) kann variiert werden. Es kann z.B. als Druckstempel oder als Andrückfinger oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein. Auch der Bearbeitungs- oder Andrückprozess kann eine andere Ausbildung haben. Das Falzwerkzeug kann als anderes Andrückwerkzeug, insbesondere als anderes Umform- oder Fügewerkzeug ausgebildet sein. Z.B. können mit stempelförmigen Andrückelementen (10) Werkstückteile aneinander punktweise oder streckenweise angedrückt und dabei gefügt werden, z.B. über eine Clipsverbindung, eine Klebeverbindung oder dgl. Ein Antrieb (24) für ein Andrückelement (10) kann alternativ am Gestell (7) angeordnet sein und eine der Verstellung des Andrückelements (10) folgende Antriebsverbindung haben.
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