Gebogene Rohre haben eine hohe Maßhaltigkeit, was ihre Länge und ihren Querschnitt anbetrifft, aber nur eine sehr geringe Maßhaltigkeit betreffend den Biegeradius, der bei einem zwei- oder dreidimensionalen Biegen der Rohre entsteht. Schwankungen im Biegeradius führen zu Schwankungen des Verlaufes der Rohrachse. Dadurch wird es schwierig, am gebogenen Rohr Schnitte vor und hinter der Rohrbiegung auszuführen, die eine reproduzierbare Lage der entstehenden Schnittkonturen zueinander aufweisen.

Aus dem Stand der Technik sind zwei unterschiedliche Verfahren bekannt, um dreidimensional gebogene Rohre oder rohrähnliche Bauteile (nachfolgend gemeinsam Rohr genannt) zu beschneiden. Automatisiert können die beiden Verfahren mit einem Laser als Schneidwerkzeug durchgeführt werden.

Bei einem ersten, aus der Praxis bekannten Verfahren werden vor dem Verfahrensschritt des Schneidens Referenzlöcher in das gebogene Rohr eingebracht, über die zur Positionierung des Rohres zum Schneidwerkzeug das Rohr in einer Werkstückaufnahme aufgenommen wird. Damit wird das Rohr in einer vorbestimmten Relativlage der Referenzlöcher zu der Werkstückaufnahme gehalten. Bei einem automatisierten Schneiden werden die Schnittkonturen, entlang der das Rohr geschnitten wird, in ihrer Raumlage bezogen auf die Lage der Referenzlöcher festgelegt, unabhängig von einer möglichen Toleranzabweichung der Rohrbiegung des Rohres gegenüber einem Sollwert. Die Lage der Referenzlöcher wird so gewählt, dass ein Rohr, welches in der Aufnahme aufsteckbar ist, auch innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches für die Rohrbiegung liegt. Damit wird über das Kriterium der Aufsteckbarkeit auch entschieden, ob das Rohr in oder außer Toleranz ist. Aufgrund der geometrischen Toleranzen der Rohre ist eine definierte automatisierte Aufnahme durch einen Greifer und ein Aufstecken über die Referenzlöcher in der Werkstückaufnahme nicht möglich.

In einem zweiten, aus der Praxis bekannten Verfahren wird das Rohr in eine Werkstückaufnahme eingelegt, in der es innerhalb eines Kontaktbereiches zur Anlage kommt. Auch hier müssen die Rohre aufgrund ihrer geometrischen Toleranzen manuell eingelegt werden. Rohre, die sich nicht in einem vorgegebenen Maße einlegen lassen, weichen mit ihrem Biegeradius soweit von einem Sollwert ab, dass die Rohrbiegung nicht mehr innerhalb einer vorgegebenen Biegetoleranz liegt. Nachteilig ist hier zum einen, dass durch die starre Lage des Rohres in der Werkstückaufnahme das Rohr nur begrenzt für ein Schneidwerkzeug wie einen Laserstrahl zugängig ist. Von der Werkstückaufnahme verdeckte Bereiche werden erst durch ein Umlegen des Rohres in eine andere Werkstückaufnahme für die Bearbeitung zugänglich. Dies führt zu einem erhöhten Zeit- und Vorrichtungsaufwand. Zum anderen werden außer Toleranz liegende Formabweichungen des Rohres außerhalb des Kontaktbereiches der Aufnahme nicht festgestellt, weshalb gegebenenfalls an einem Rohr eine Schnittkontur außer Toleranz geschnitten wird und das fehlerhafte Rohr unbemerkt einer weiteren Verarbeitung zugeführt wird.

Insbesondere bei der Herstellung komplexer Schweißgruppen, wie z. B. Rohrrahmen, ist es besonders nachteilig, wenn erst beim späteren Prozessschritt des Verschweißens der Rohre miteinander festgestellt wird, dass die Rohre nicht an allen Schnittstellen miteinander verbunden werden können, weil die Schnittkonturen an einzelnen der Rohre zu weit von einer vorgegebenen Solllage abweichen und sich die damit ergebenden Abweichungen der Raumlage der Rohre zueinander in einer Toleranzkette summieren.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Beschneiden eines Rohres zu schaffen, das vergleichsweise mehr automatisiert ist und demzufolge die Schnittkonturen toleranzminimiert hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird für ein Verfahren zum Beschneiden eines gebogenen Rohres entlang einer Ist - Schnittkontur gelöst, wobei eine virtuelle Toleranzhülle mit einer darauf bezogenen Soll - Schnittkontur für das Rohr errechnet und bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem abgespeichert wird. Das Rohr wird durch einen Greifarm einer Zustelleinrichtung mit bekannter Raumlage im Koordinatensystem aufgenommen. Es wird die Kontur des Rohres mit einer optischen Vermessungseinrichtung mit bekannter Raumlage im Koordinatensystem erfasst und das Rohr wird in die virtuelle Toleranzhülle eingefügt, womit die Einhaltung einer Formtoleranz für das Rohr bestätigt wird und das Rohr eine durch die Toleranzhülle definierte Raumlage einnimmt. Zeitgleich oder danach führt der Greifarm das Rohr einer Laserschneideinrichtung, die in bekannter Raumlage im Koordinatensystem angeordnet ist, zu, wobei die Toleranzhülle der Laserschneideinrichtung zugestellt wird, sodass die Laserschneideinrichtung eine vorbestimmte Relativlage zu der Toleranzhülle einnimmt und ein von der Laserschneideinrichtung ausgesendeter Laserstrahl die Ist - Schnittkontur am Rohr schneidet.

Vorteilhaft wird der Laserstrahl entlang der Soll - Schnittkontur geführt, wobei die Ist - Schnittkontur als eine Projektion der Soll - Schnittkontur am Rohr geschnitten wird, Die Projektion der Soll - Schnittkontur entspricht dabei einer Modifikation der Soll - Schnittkontur.

Es ist auch von Vorteil, wenn die Kontur des Rohres und seine Lage in der Toleranzhülle erfasst und abgespeichert werden, die Soll - Schnittkontur auf das Rohr korrigiert wird und der Laserstrahl entlang der korrigierten Soll - Schnittkontur geführt wird, die dann der Ist - Schnittkontur entspricht.

Für eine schnellere Aufnahme des Rohres durch den Greifarm von einer Zustellfläche wird zuvor vorteilhaft die Lage des Rohres auf der Zustellfläche mit einer weiteren optischen Vermessungseinrichtung erfasst.

Die bei dem Beschneiden des Rohres entstehende reale Schnittkontur (nachfolgend Ist - Schnittkontur) entsteht durch ein Ausschneiden am Mantel eines Rohres oder ein Abschneiden am Ende eines Rohres.

Um z.B. zwei Rohre miteinander zu verschweißen, wird eine entstandene Ist - Schnittkontur in Form einer Ausschnittsfläche am Mantel des Rohres oder einer Stirnfläche am Ende des Rohres jeweils an die Mantelfläche oder eine geschnittene Stirnfläche eines anderen Rohres gefügt und verschweißt.

Die Ist - Schnittkanten toleranzminimiert herzustellen, heißt, sie so am Rohr zu schneiden, dass ein daran geschweißtes weiteres Rohr unabhängig von der Formabweichung des beschnittenen Rohres gegenüber einem idealen beschnittenen Rohr mit möglichst geringer Lageabweichung von einer Solllage angeschweißt werden kann.

Es ist erfindungswesentlich, dass jeweils zum Schneiden der Ist - Schnittkontur die Soll - Schnittkontur, nicht bezogen auf das jeweils reale Rohr, sondern bezogen auf die für das Rohr gerechnete Toleranzhülle, festgelegt wird.

Die Soll - Schnittkontur liegt bevorzugt innerhalb der Toleranzhülle, bevorzugt mittig zwischen den Lagen zweier maximal voneinander abweichenden Ist - Schnittkonturen an in der Toleranzhülle eingefügten Rohren.

Es ist eine Möglichkeit, die Ist - Schnittkontur als Projektion der Soll - Schnittkontur auf das reale Rohr herzustellen. In Abhängigkeit von der Winkelstellung des Laserstrahls jeweils zum Lot in den Auftreffpunkten entlang der Soll - Schnittkontur wird die Soll - Schnittkontur verkleinert, vergrößert oder anders modifiziert auf den Mantel des Rohres projiziert. Idealerweise erfolgt die Projektion so, dass ein an die entstehende Ist - Schnittkontur mit seiner Mantelfläche angelegtes anderes Rohr bezogen auf die Toleranzhülle immer eine gleiche Relativlage zur Toleranzhülle des geschnittenen Rohres aufweist, völlig unabhängig davon, wie das geschnittene Rohr in der Toleranzhülle liegt. Damit geht die Lagetoleranz der in der Toleranzhülle liegenden Rohren nicht in eine Toleranzkette ein.

Es ist eine andere Möglichkeit, die Soll - Schnittkontur auf das Rohr zu korrigierten und den Laserstrahl entlang der korrigierten Soll - Schnittkontur zu führen, die dann der Ist - Schnittkontur entspricht. Dazu muss nicht nur die Kontur des Rohres erfasst werden, sondern auch dessen Lage in der Toleranzhülle.

Es wird für jedes Rohr eine individuelle Toleranzhülle festgelegt, die für die Formtoleranz des jeweiligen Rohres bestimmend ist. Die Toleranzhülle muss nicht, wie das der Übersichtlichkeit halber in den Zeichnungen dargestellt ist, über die Länge des Rohres gleiche Maßabweichungen von einem idealen Rohr aufweisen, sondern kann z.B. in der Umgebung von vorgesehenen Ist - Schnittstellen enger toleriert sein. Die Toleranzhülle wird mit ihr zugeordneten Soll -Schnittstellen, bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem, abgespeichert, auf das bezogen die zur Verfahrensdurchführung vorhandenen Einrichtungen eine bekannte, feste Raumlage aufweisen. Das zur Bearbeitung durch den Greifarm aufgenommene Rohr wird der optischen Vermessungseinrichtung, z.B. einer 3-D-Kamera, zugestellt, wo die Kontur des Rohres und seine Lage im Raum erfasst wird. Anschließend wird das Rohr durch Bewegung des das Rohr haltenden Greifarms in die gerechnete Toleranzhülle eingefügt. Ist ein Einfügen nicht möglich, ist das Rohr außer Formtoleranz und wird nicht weiter verarbeitet. Die Toleranzhülle kann auch nur einen oder mehrere einzelne Abschnitte des Rohres umhüllen. Das Rohr hat dann über die Kenntnis der Lage der Toleranzhülle im Raum eine bekannte Raumlage und wird mit dieser Genauigkeit der Laserschneideinrichtung relativ zugestellt. Das heißt das Rohr nimmt keine reproduzierbare Raumlage zur Laserschneideinrichtung ein. Eine reproduzierbare Raumlage wird jedoch von der Toleranzhülle eingenommen. Auch muss das Rohr nicht in einer reproduzierbaren Relativlage zur Zustelleinrichtung aufgenommen werden. Es reicht daher aus, wenn das Rohr nur vororientiert auf der Zustellfläche liegt, sodass der Greifarm das Rohr günstig greifen kann. Dadurch, dass das Rohr nicht durch eine definierte Aufnahme in eine definierte Relativlage zur Zustelleinrichtung gebracht wird, sondern erst danach, indem es in eine durch die Toleranzhülle definierte Relativlage zu der Zustelleinrichtung eingefügt wird, kann das Rohr z.B. nach dem Schneiden der ersten Ist-Schnittkontur an den Greifarm der weiteren Zustelleinrichtung übergeben, erneut vermessen, und erneut in die Toleranzhülle eingefügt werden, womit es dann zu der weiteren Zustelleinrichtung eine definierte Raumlage einnimmt. Hierfür kann z.B. dann Bedarf entstehen, wenn es eines Umgreifens des Rohres bedarf, um alle Ist - Schnittstellen an einem Rohr zu schneiden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und Zeichnungen näher erläutert werden.

Hierzu zeigen:

Fig. 1 a ein ideales Rohr, ideal in einer Toleranzhülle liegend, bei dem eine Soll - Schnittkontur und eine Ist - Schnittkontur zusammenfallen,

Fig. 1 b ein Rohr, verkippt in einer Toleranzhülle liegend, Fig. 1 c ein weiteres Rohr, verkippt in einer Toleranzhülle liegend und

Fig. 2 eine Prinzipskizze für eine Vorrichtung geeignet für die Durchführung des

Verfahrens.

In einem ersten Verfahrensschritt wird für ein zu beschneidendes gebogenes Rohr R eine Toleranzhülle Fl berechnet. Sie umhüllt das Rohr R vollständig oder auch nur teilweise und wird so berechnet, dass das Rohr R, welches vollständig in die Toleranzhülle Fl eingefügt werden kann, innerhalb einer Formtoleranz liegt. Mit der Toleranzhülle Fl werden darauf bezogene Soll - Schnittkonturen K _S OLL für das Rohr R abgespeichert. Vorteilhaft liegen die Soll - Schnittkonturen «SOLL SO innerhalb der Toleranzhülle Fl, dass sie mit Ist - Schnittkonturen KIST, entlang das Rohr R beabsichtigt ist zu beschneiden, zusammenfallen, wenn ein ideales Rohr R ideal innerhalb der Toleranzhülle Fl liegt. In Fig. 1a ist eine solche Situation, vereinfacht an einem geraden Rohr R dargestellt, gezeigt. Die Soll - Schnittkontur «SOLL ist hier vorteilhaft so auf die Toleranzhülle Fl festgelegt, dass mögliche Abweichungen der Lage der an den unterschiedlich in der Toleranzhülle Fl liegenden Rohren R geschnittenen Ist - Schnittkonturen K _!S T in Richtung eines auf das Rohr R gerichteten Laserstrahls vor und hinter der Soll - Schnittkontur «SOLL liegen können, um nahe der entlang der Soll- Schnittkontur KSOLL geführten Fokuslage des Laserstrahls zu liegen.

In den Fig. 1 b und Fig. 1c ist jeweils das Rohr R verkippt in der Toleranzhülle Fl dargestellt. Grundsätzlich wird man das Rohr R so in die Toleranzhülle Fl einfügen, dass seine Rohrachse möglichst mit der Achse der Toleranzhülle Fl zusammenfällt, was im Falle eines idealen Rohres R ohne Formabweichungen immer möglich ist. Im Falle von Formabweichungen ist die Rohrachse und die Achse der Toleranzhülle Fl zumindest abschnittsweise zueinander verkippt, was hier vereinfacht mit den Fig. 1 b und Fig. 1c gezeigt werden sollte.

Die Soll- Schnittkontur K _S OLL, bezogen auf die Toleranzhülle Fl, wird entweder auf die unterschiedlich in der Toleranzhülle Fl liegenden Rohre R projiziert, wobei die auf den Mantel des jeweiligen Rohres R entstehenden Ist - Schnittkonturen KIST eine Größen- und / oder Formänderung gegenüber der Soll - Schnittkontur «SOLL aufweisen. Oder die Soll - Schnittkontur Ksou-wird auf den Mantel des jeweiligen Rohres R korrigiert und der Laserstrahl wird entlang der korrigierten Soll - Schnittkontur KSOLUKORR geführt, welche dann der Ist - Schnittkonturen KIST entspricht.

Die Toleranzhülle H und die Soll - Schnittkonturen K _S OLL, es kann sich hierbei auch nur um eine einzige Soll - Schnittkontur K _S OLL handeln, sind bezogen auf ein raumfestes Koordinatensystem abgespeichert. Die Raumlage der zur Durchführung des Verfahren notwendigen technischen Mittel, wie eine Zustelleinrichtung 2, mit einem Greifarm 2.1 , einer optisches Vermessungseinrichtung 3 und eine Laserschneideinrichtung 4 innerhalb des Koordinatensystems, ist bekannt.

Die genannten technischen Mittel sind jeweils mit einer Speicher- und Steuereinheit 6 verbunden.

Zum Beschneiden des Rohres R wird dieses von einer Zustellfläche 1 durch den Greifarm 2.1 der Zustellvorrichtung 2 aufgenommen und zu der optischen Vermessungseinrichtung 3 transportiert, wo die Kontur des Rohres R erfasst wird. Durch die Kenntnis der Raumlage der optischen Vermessungseinrichtung 3, z.B. einer 3-D-Kamera, ist auch die Raumlage der Kontur des Rohres R bekannt und die Kontur kann in die Toleranzhülle H transformiert werden, das heißt das Rohr R wird durch den Greifarm 2.1 bewegt, bis es sich in die virtuelle Toleranzhülle H einfügt hat, womit zum einen die Einhaltung einer Formtoleranz für das Rohr R bestätigt ist und zum anderen das Rohr R eine durch die Toleranzhülle Fl definierte Raumlage eingenommen hat.

Der Greifarm 2.1 führt das Rohr R einer Laserschneideinrichtung 4 zu. Das kann erfolgen, nachdem das Rohr R in die Toleranzhülle H transformiert wurde oder während dessen. Indem die Toleranzhülle H der Laserschneideinrichtung 4 in einer vorbestimmten Relativlage zugestellt wird, nimmt die Laserschneideinrichtung 4 eine vorbestimmte Position zu der Toleranzhülle Fl ein und ein von der Laserschneideinrichtung 4 ausgesendeter Laserstrahl schneidet an dem Rohr R die Ist - Schnittkontur K| _S T- Dabei kann die Ist - Schnittkontur KIST einer Projektion der Soll - Schnittkontur KSOLL verkleinert, vergrößert oder anders modifiziert auf den Mantel des Rohres R entsprechen.

Der Laserstrahl wird entlang der Soll - Schnittkontur «SOLL Z. B. unter einem Winkel zum Lot auf die Toleranzhülle H geführt, wobei durch Änderung des Winkels nicht nur eine Vergrößerung oder Verkleinerung sondern auch eine Formänderung der Ist - Schnittkontur K _!S T gegenüber der Soll - Schnittkontur K _S OLL bewirkt werden kann.

Die Ist - Schnittkontur kann auch eine korrigierte Soll - Schnittkontur KSOLL/KORR sein. Um die korrigierte Soll - Schnittkontur K _S OLL/KORR ZU berechnen, wird nicht nur die Kontur des Rohres R erfasst und abgespeichert, sondern auch seine Lage in der Toleranzhülle H. Die Soll - Schnittkontur KSOLL kann dann in Kenntnis der Lage des Rohres R in der Toleranzhülle H auf das Rohr R korrigiert werden und der Laserstrahl wird entlang der korrigierten Soll - Schnittkontur KSOLUKORR geführt, die dann der Ist - Schnittkontur K _!S T entspricht.

Vorteilhaft wird vor dem Aufnehmen des Rohres R von der Zustellfläche 1 durch den Greifarm 2.1 die Lage des Rohres R auf der Zustellfläche 1 mit einer weiteren optischen Vermessungseinrichtung 5 erfasst. Damit kann festgestellt werden, ob eine vorgesehene Anzahl von Rohren R und wie diese auf der Zustellfläche 1 liegen, um sie mit dem Greifarm 2.1 sicher aufnehmen zu können, auch wenn sie in nicht reproduzierbarer Lage aufliegen.

In Fig. 2 ist eine Prinzipskizze für eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung enthält eine Zustelleinrichtung 2 mit einem Greifarm 2.1 , eine optische Vermessungseinrichtung 3, eine Laserschneideinrichtung 4, eine Speicher- und Steuereinheit 6 und eine weitere optische Vermessungseinrichtung 5.

Zur Bearbeitung eines Rohres R, das heißt zum Schneiden einer Soll - Schnittkontur KSOLL an dem Rohr R, wird das Rohr R durch den Greifarm 2.1 der Zustelleinrichtung 2 von einer Zustellfläche 1 aufgenommen. Bevorzugt liegen mehrere Rohre R vorsortiert, vorpositioniert und vororientiert auf der Zustellfläche 1 , so dass der Greifarm 2.1 beim Anfahren einer vorgegebenen Greifposition jeweils das Rohr R, zu dem Greifarm 2.1 vororientiert liegend, aufgreift. Es besteht nicht die Notwendigkeit, die Rohre R so genau auf der Zustellfläche 1 zu positionieren, dass sie jeweils beim Aufgreifen in einer reproduzierbaren Raumlage zu der Zustelleinrichtung 2 aufgegriffen werden, was der vergleichsweise großen Formtoleranz der einzelnen Rohre R entgegen kommt.

Der Greifarm 2.1 ist bevorzugt ein mehrachsiger Greifarm 2.1 , der ein gegriffenes Werkstück, hier das Rohr R, innerhalb eines begrenzten Arbeitsbereiches frei bewegen kann. Innerhalb des Arbeitsbereiches befindet sich die Zustellfläche 1 , die optische Vermessungseinrichtung 3, z.B. eine 3-D-Kamera und die Laserschneideinrichtung 4.

Mittels des Greifarmes 2.1 wird das Rohr R vor die 3-D-Kamera transportiert, wo die Kontur des Rohres R und vorteilhaft dessen Raumlage erfasst und abgespeichert wird. Danach bewegt der Greiferarm 2.1 das Rohr R, bis die gewonnenen Daten in die Toleranzhülle H des Rohres R projiziert sind, womit bestätigt wird, dass das Rohr R in Toleranz ist. Die Raumlage des Rohres R innerhalb eines durch die Zustelleinrichtung 2 definierten oder eines anderen raumfesten Koordinatensystems ist somit durch die Raumlage der Toleranzhülle H im Koordinatensystem bestimmt.

Danach oder zeitgleich stellt der Greifarm 2.1 das Rohr R der Laserschneideinrichtung 4 so zu, dass sich die Toleranzhülle H in einer vorbestimmten Relativlage zur Laserschneideinrichtung 4 und damit zu dem als Werkzeug dienenden Laserstrahl befindet. Der Laserstrahl schneidet dann eine Ist - Schnittkonturen KIST an dem Rohr R, wobei der Laserstrahl entlang einer von auf die Toleranzhülle H bezogenen Soll - Schnittkontur K _S OLL bzw. einer korrigierten Soll - Schnittkontur K _S OLL/KORR geführt wird. Das Verfahren ist mit dem Laserstrahl möglich, weil die Ausführung des Schnittes nicht wie bei einer mechanischen Bearbeitung den mechanischen Kontakt zwischen einem Schneidwerkzeug und einem Werkstück und damit eine definierte Lage der Bearbeitungsfläche verlangt. Beim Laserschneiden kann die Bearbeitungsfläche zumindest innerhalb des Fokusbereiches eine unterschiedliche Raumlage einnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, an den nur grob tolerierten Rohren R die Ist - Schnittkonturen K _!S T ZU schneiden, an die andere der Rohre R angefügt und verschweißt werden können, wobei durch eine Modifikation der Ist - Schnittkonturen KIST, abhängig von der Lage der Rohre R in der Toleranzhülle Fl und damit abhängig von deren Formabweichungen, die grobe Toleranz der Rohre R nicht oder nur gering in die Toleranzkette zum Verbinden der Rohre R an den Ist - Schnittstellen K _|ST eingeht. Es ermöglicht auch die automatisierte Aufnahme nur vororientierter Rohre R durch den Greifarm 2.1 und deren Zustellung zu der Laserschneideinrichtung 4.

Bezugszeichenliste

R Rohr

H Toleranzhülle

KSOLL Soll - Schnittkontur

K| _ST Ist - Schnittkontur

KSOLUKORR korrigierte Soll - Schnittkontur

1 Zustellfläche

2 Zustelleinrichtung

2.1 Greifarm

3 optische Vermessungseinrichtung

4 Laserschneideinrichtung

5 weitere optische Vermessungseinrichtung

6 Speicher- und Steuereinheit