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Title:
DEVICE AND METHOD FOR PROCESSING A WORKPIECE BY MEANS OF A LASER AND A PROCESSING TOOL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/179551
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for processing a workpiece comprising plastic, for integration into a processing robot having a processing laser, which has a laser beam for processing a workpiece comprising plastic, particularly a CO2 laser beam, a processing tool for mechanically processing the workpiece on a lateral processing tool surface, having a first opening, formed substantially centrally, for transmitting the laser beam to a tool tip, particularly in the form of an integrated laser nozzle, wherein the laser beam is to be directed through the opening of the processing tool to the workpiece, a torque sensor, which is arranged between the processing laser and the processing tool and by means of which a lateral force component is to be measured, wherein the torque sensor is substantially frictionally connected to the processing tool, and a second opening, substantially centrally arranged, through which the laser beam is to be directed to the opening of the processing tool.

Inventors:
MAIER, Stefan (Steingasse 20, Hösbach, 63768, DE)
Application Number:
DE2019/000078
Publication Date:
September 26, 2019
Filing Date:
March 21, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ROBOT-TECHNOLOGY GMBH (Stockstädter Straße 47, Großostheim, 63762, DE)
International Classes:
B23K26/00; B23K26/38; B23K26/402; B23K26/70; B23P23/00; B23Q17/00; B23K101/00; B23K103/00
Foreign References:
JP2017119345A2017-07-06
US20090196697A12009-08-06
JPS55125954A1980-09-29
US5796229A1998-08-18
EP3090832A12016-11-09
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
NITZ, Astrid (Goethestraße 23, Aschaffenburg, 63739, DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks umfassend Kunststoff, zur Integration in einen Bearbeitungsroboter (21) mit einem Bearbeitungslaser, der einen Laserstrahl (2) zur Bearbeitung eines Werkstücks (3) umfassend Kunststoff, Insbe sondere C02-Laserstrahl, aufweist, ein Bearbeitungswerkzeug (4) zur mechanischen Bearbeitung des Werkstücks (3) an einer seitlichen Bearbeitungswerkzeugoberfläche (5), mit einer ersten Durchführungsöffnung (6), im Wesentlichen zentral ausgebildet, zur Durchleitung des Laserstrahls (2) bis an eine Werkzeugspitze (7), insbesondere im Sinne einer integrierten Laserdüse, wobei der Laserstrahl (2) durch die Durchführungsöffnung (6) des Bearbeitungswerkzeugs (4) zum Werkstück (3) zu leiten ist, einen Kraftmomentensensor (8), der zwischen Bearbeitungslaser und Bearbeitungswerkzeug (4) angeordnet ist und durch den eine seitliche Kraftkomponente zu messen ist, wobei der Kraftmomentensensor (8) mit dem Bearbeitungswerkzeug (4) im Wesentlichen kraftschlüssig verbunden ist, und eine zweite Durchführungsöffnung (9), im Wesentlichen zentral angeordnet, aufweist, durch die der Laserstrahl (2) zur Durchführungsöffnung (6) des Bearbeitungswerkzeugs (4) zu leiten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbei tungswerkzeug (4) rotierbar und/oder dreidimensional verfahrbar ist, insbesondere ein Rollierwerkzeug (10), durch das Seiten (11) und/oder Ränder eines bereits her ausgetrennten Werkstückbereichs (12), insbesondere durch den Laserstrahl (2) herausgetrennt, anzupressen und/oder zu glätten und/oder mit einem Radius zu versehen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (4), insbesondere das Rollierwerkzeug (10), eine untere Führungsfläche (13) aufweist für eine Stabilisierung in z-Richtung (22).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse (14) des Bearbeitungswerkzeug (4), insbesondere des Rollierwerkzeugs (10), fest und/oder drehbar und/oder von einem Antriebsmittel angetrieben ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass erste Durchführungsöffnung (6) und/oder zweite Durchführungsöffnung (9), insbe sondere im Wesentlichen zentral, einen Durchmesser (15) von etwa 1 bis etwa 20 mm aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (2) auf einen Laserscanner zu leiten ist, der an dem Bearbeitungsro- boter angeordnet ist, mit dem eine Werkzeugbearbeitung vornehmbar ist und durch eine Wechselvorrichtung alternativ und/oder ergänzend der Kraftmomentensensor (8) mit dem darunter angeordneten Bearbeitungswerkzeug (4) derart an den La- serscanner anzuordnen ist, dass der Laserstrahl (2) vom Laserscanner durch die Durchführungsöffnung (9) des Kraftmomentensensors (8) und des Bearbeitungswerkzeugs (4), insbesondere des Rollierwerkzeugs (10), zu leiten ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (2) mittels eines Wechselsystems durch eine alternativ zum Kraftmomentensensor (8) und/oder Bearbeitungswerkzeug (4) anzusetzende Laserdüse auf das Werkstück (3) zu leiten ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kraftmomentensensor (8) ein Halterungsmittel (16) für das Rollierwerkzeug (10) mit einer Drehlagerung (17), insbesondere einem Kugellager, vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einem unteren Bereich (18) des Bearbeitungswerkzeugs (4) eine Anlauffläche (19) und ein Gegenlagermittel (20) vorgesehen ist.

10. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks umfassend Kunststoff, insbesondere mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Bearbeitungslaser zur Integration in einen Bearbeitungsroboter, der einen Laserstrahl (2) zur Bearbeitung eines Werkstücks umfassend Kunststoff, Insbesondere C02- Laserstrahl, in einem ersten Bearbeitungsvorgang verwendet wird und in einem zwei- ten Bearbeitungsvorgang ein Bearbeitungswerkzeug (4) zur mechanischen Bearbeitung des Werkstücks an einer seitlichen Bearbeitungswerkzeugoberfläche (5) verwendet wird, wobei eine erste Durchführungsöffnung (6) zur Durchleitung des Laserstrahls (2) im Bearbeitungswerkzeug (4) bis an eine Werkzeugspitze (7) vorgesehen ist, wobei der Laserstrahl (2) durch die Durchführungsöffnung (6) des Bearbeitungs- Werkzeugs (4) zum Werkstück geleitet wird, und weiterhin durch einen Kraftmomen- tensensor (8), der zwischen Bearbeitungslaser und Bearbeitungswerkzeug (4) ange ordnet wird und durch den eine seitliche Kraftkomponente zu messen ist, wobei der Kraftmomentensensor (8) mit dem Bearbeitungswerkzeug (4) im Wesentlichen kraft- schlüssig verbunden wird, wobei der Kraftmomentensensor (8) eine zweite Durchfüh- rungsöffnung (9) aufweist, durch die der Laserstrahl (2) zur Durchführungsöffnung (6) des Bearbeitungswerkzeugs (4) geleitet wird.

Description:
5

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR BEARBEITUNG EINES WERKSTÜCKS MITTELS EINEM LASER

UND EINEM BEARBEITUNGSWERKZEUG

10

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks nach dem Oberbegriff nach Anspruch 1 , und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks nach dem Oberbegriff nach Anspruch 10.

15

Bekannt ist es, komplexe Aufgaben im Bereich der Bearbeitung von Kunststoffelementen im Fontbereich eines Automobils, insbesondere zur Unterbringung einer ausgedünnten Perforierung für einen Airbag oder Heraustrennung von anderen Öff nungen in einer Kunststofffläche mittels mehrerer Bearbeitungsroboter oder unter 20 einer vergleichsweise unsauberen Schnittführung oder möglicherweise unsauberer Seitenränder durchzuführen, insbesondere beim Schneiden von Ausschnitten für Parksensoren, Klipslöchern oder auch Öffnungen für Hybridstecker.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, die ein 25 einfaches und sicheres Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere eines flächigen Kunststoffelements, bereitstellt, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks 30 umfassend Kunststoff, zur Integration in einen Bearbeitungsroboter mit einem Bearbeitungslaser, der einen Laserstrahl zur Bearbeitung eines Werkstücks umfassend Kunststoff, Insbesondere CÖ2-Laserstrahl, aufweist, ein Bearbeitungswerkzeug zur mechanischen Bearbeitung des Werkstücks an einer seitlichen Bearbeitungswerk zeugoberfläche, mit einer ersten Durchführungsöffnung, im Wesentlichen zentral 35 ausgebildet, zur Durchleitung des Laserstrahls bis an eine Werkzeugspitze, insbesondere im Sinne einer integrierten Laserdüse, wobei der Laserstrahl durch die Durchführungsöffnung des Bearbeitungswerkzeugs zum Werkstück zu leiten ist; ei-

BESTATIGUNGSKOPIE nen Kraftmomentensensor, der zwischen Bearbeitungslaser und Bearbeitungswerk- zeug angeordnet ist und durch den eine seitliche Kraftkomponente zu messen ist, wobei der Kraftmomentensensor mit dem Bearbeitungswerkzeug im Wesentlichen kraftschlüssig verbunden ist, und eine zweite Durchführungsöffnung, im Wesentli chen zentral angeordnet, aufweist, durch die der Laserstrahl zur Durchführungsöff- nung des Bearbeitungswerkzeugs zu leiten ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ansetzen an einen Laserroboter führt auf sichere Weise zugleich ein rotierendes und/oder angetriebenes Rollierwerkzeug. Dies kann durch den Kraftmomentensensor vorteilhaft auch mit einem individuell ein- stellbaren Anpressdruck vorgenommen werden, sowie einer Einstellung von Füh- rungskanten/-flächen und Gegenhalteebenen, insbesondere eine senkrechte Z- Achse, so dass eine zuverlässige und gleichmäßige Qualität erreicht werden konnte. Durch den Kraftmomentensensor kann somit zum einen ein gleichmäßiger Anpress- druck erreicht werden und die Bahn exakt trotz Roboter abgefahren werden. Vorteilhaft ist die Anwendungen insbesondere für Bearbeitungen von Öffnungen in Kunst- stoffabdeckungen im Font- und Fleckbereich von Kfz.

Zur Erzeugen eines herausgetrennten Bereichs aus dem Werkstück und zur genau en und sicheren Randbearbeitung kann dasselbe Bearbeitungswerkzeug eingesetzt werden ohne dass mehrere Roboter vorgehalten werden müssten oder ein aufwendiger Werkzeugwechsel stattfinden müsste. Durch den Einsatz eines Roboters kann dasselbe Programm verwendet werden. Die Kosten werden reduziert und ist es weniger Arbeitsraum erforderlich.

Das Rollierwerkzeug kann auch als Wechselsystem an einen Scanner eines Laser roboters angedockt werden, wobei dann zwischen dem Scanner des Roboters und dem Rollierwerkzeug wiederum ein Kraftmomentensensor vorgesehen ist.

Vorteilhaft ist es, wenn das Bearbeitungswerkzeug rotierbar und/oder dreidimensio nal verfahrbar ist, insbesondere ein Rollierwerkzeug, durch das Seiten und/oder Ränder eines bereits herausgetrennten Werkstückbereichs, insbesondere durch den Laserstrahl herausgetrennt, anzupressen und/oder zu glätten und/oder mit einem Radius zu versehen sind.

Vorteilhaft ist es, wenn das Bearbeitungswerkzeug, insbesondere das Bearbeitungs werkzeug, insbesondere das Rollierwerkzeug, eine untere Führungsfläche aufweist für eine Stabilisierung in z-Richtung.

Vorteilhaft ist es, wenn eine Achse des Bearbeitungswerkzeug, insbesondere des Rollierwerkzeugs, fest und/oder drehbar und/oder von einem Antriebsmittel angetrieben ist.

Vorteilhaft ist es, wenn erste Durchführungsöffnung und/oder zweite Durchführungs- Öffnung, insbesondere im Wesentlichen zentral, einen Durchmesser von etwa 1 bis etwa 20 mm aufweist. Das Rollierwerkzeug hat in der Mitte eine Bohrung (von ca. 1- 20 mm), durch die der Laserstrahl verläuft.

Vorteilhaft ist es, wenn der Laserstrahl auf einen Laserscanner zu leiten ist, der an dem Bearbeitungsroboter angeordnet ist, mit dem eine Werkzeugbearbeitung vornehmbar ist und durch eine Wechselvorrichtung alternativ und/oder ergänzend der Kraftmomentensensor mit dem darunter angeordneten Bearbeitungswerkzeug derart an den Laserscanner anzuordnen ist, dass der Laserstrahl vom Laserscanner durch die Durchführungsöffnung des Kraftmomentensensors und des Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere des Rollierwerkzeugs, zu leiten ist.

Vorteilhaft ist es, wenn der Laserstrahl mittels eines Wechselsystems durch eine alternativ zum Kraftmomentensensor und/oder Bearbeitungswerkzeug anzusetzende Laserdüse auf das Werkstück zu leiten ist.

Vorteilhaft ist es, wenn an dem Kraftmomentensensor ein Halterungsmittel für das Rollierwerkzeug mit einer Drehlagerung, insbesondere einem Kugellager, vorgese hen ist. Vorteilhaft ist es, wenn an einem unteren Bereich des Bearbeitungswerkzeugs eine Anlauffläche und ein Gegenlagermittel vorgesehen ist.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werk stücks umfassend Kunststoff, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Bearbeitungslaser zur Integration in einen Bearbei tungsroboter, der einen Laserstrahl zur Bearbeitung eines Werkstücks umfassend Kunststoff, Insbesondere C0 2 -Laserstrahl, in einem ersten Bearbeitungsvorgang verwendet wird und in einem zweiten Bearbeitungsvorgang ein Bearbeitungswerk zeug zur mechanischen Bearbeitung des Werkstücks an einer seitlichen Bearbeitungswerkzeugoberfläche verwendet wird, wobei eine erste Durchführungsöffnung zur Durchleitung des Laserstrahls im Bearbeitungswerkzeug bis an eine Werkzeug spitze vorgesehen ist, wobei der Laserstrahl durch die Durchführungsöffnung des Bearbeitungswerkzeugs zum Werkstück geleitet wird, und weiterhin durch einen Kraftmomentensensor, der zwischen Bearbeitungslaser und Bearbeitungswerkzeug angeordnet wird und durch den eine seitliche Kraftkomponente zu messen ist, wobei der Kraftmomentensensor mit dem Bearbeitungswerkzeug im Wesentlichen kraftschlüssig verbunden wird, wobei der Kraftmomentensensor eine zweite Durchfüh rungsöffnung aufweist, durch die der Laserstrahl zur Durchführungsöffnung des Bearbeitungswerkzeugs geleitet wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem Laservorgang

Fig. 2a eine erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem Rolliervorgang,

Fig. 2b einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem Rolliervorgang und

Fig. 3 eine Übersichtsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 1 Die Vorrichtung in Fig. 1 zeigt einen Laservorgang zum Heraustrennen eines Bereichs aus einem Werkstück 3. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Bearbeitung eines Werkstücks umfassend Kunststoff, zur Integration in einen Bearbeitungsroboter mit einem Bearbeitungslaser, der einen Laserstrahl 2 zur Bearbeitung eines Werkstücks 3 umfassend Kunststoff, Insbesondere C02-Laserstrahl, aufweist, ein Bearbeitungswerkzeug 4 zur mechanischen Bearbeitung des Werk- stücks 3 an einer seitlichen Bearbeitungswerkzeugoberfläche 5, mit einer ersten Durchführungsöffnung 6, im Wesentlichen zentral ausgebildet, zur Durchleitung des Laserstrahls 2 bis an eine Werkzeugspitze 7, insbesondere im Sinne einer integrier- ten Laserdüse, wobei der Laserstrahl 2 durch die Durchführungsöffnung 6 des Bear beitungswerkzeugs 4 zum Werkstück 3 zu leiten ist, einen Kraftmomentensensor 8, der zwischen Bearbeitungslaser und Bearbeitungswerkzeug 4 angeordnet ist und durch den eine seitliche Kraftkomponente zu messen ist, wobei der Kraftmomentensensor 8 mit dem Bearbeitungswerkzeug 4 im Wesentlichen kraftschlüssig verbun den ist, und eine zweite Durchführungsöffnung 9, im Wesentlichen zentral angeordnet, aufweist, durch die der Laserstrahl 2 zur Durchführungsöffnung 6 des Bearbei- tungswerkzeugs 4 zu leiten ist, wobei beispielhaft eine Welle 14 des Bearbeitungswerkzeug 4, insbesondere des Rollierwerkzeugs 10, fest und/oder drehbar und/oder von einem nicht dargestellten Antriebsmittel angetrieben ist.

An dem Kraftmomentensensor 8 ist beispielhaft ein Halterungsmittel 16 für das Rol- lierwerkzeug 10 mit einer Drehlagerung 17, insbesondere einem Kugellager, vorge sehen ist, wobei an einem unteren Bereich 18 des Bearbeitungswerkzeugs 4 eine Anlauffläche 19 und ein Gegenlagermittel 20 vorgesehen ist.

Fig. 2a zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem Rolliervorgang wobei das Bearbeitungswerkzeug 4 rotierbar und/oder dreidimensional verfahrbar ist, insbeson- dere ein Rollierwerkzeug 10, durch das Seiten 11 und/oder Ränder eines bereits herausgetrennten Werkstückbereichs 12, insbesondere durch den Laserstrahl 2 her ausgetrennt, anzupressen und/oder zu glätten und/oder mit einem Radius zu verse- hen sind, wobei das Bearbeitungswerkzeug 4, insbesondere das Rollierwerkzeug 10, eine untere Führungsfläche 13 aufweist.

Fig. 2b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bei einem Rolliervorgang. Durch eine beispielhaft dargestellte untere Führungsfläche 13 wird eine Stabilisierung in z-Richtung 22 sichergestellt.

Fig. 3 zeigt eine Übersichtsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einem Laserroboter 21.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Vorrichtung zur Bearbeitung

2 Laserstrahl

3 Werkstück

4 Bearbeitungswerkzeug

5 Bearbeitungswerkzeugoberfläche

6 erste Durchführungsöffnung

7 Werkzeugspitze

8 Kraftmomentensensor

9 zweite Durchführungsöffnung

10 Rollierwerkzeug

11 Seite

12 herausgetrennter Werkstückbereich

13 Führungsfläche

14 Achse

15 Durchmesser

16 Halterungsmittel

17 Drehlagerung

18 unterer Bereich

19 Anlauffläche

20 Gegenlagermittel

21 Laserroboter

22 z-Richtung