Bearbeitungsvorrichtung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Bearbeitungsvorrichtung. Eine solche Bearbeitungsvorrichtung ist insbesondere eine Holzbearbeitungsmaschine, die zum Bearbeiten von Werkstücken aus Holz, Holzwerkstoffen oder Verbundwerkstoffen eingerichtet ist. Eine derartige Holzbearbeitungsmaschine kommt insbesondere im Bereich der Möbel- und Bauelementeindustrie zum Einsatz.

Stand der Technik

Im Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, mit denen eine Prozessüberwachung und Regelung bei einem Bearbeitungsvorgang zum Beschichten eines Werkstücks durchgeführt werden kann.

Beispielsweise zeigt die EP 3572 196 Al eine Andruckvorrichtung zum Andrucken eines Beschichtungsmaterials gegen platten- oder leistenförmige Werkstücke. Diese Andruckvorrichtung umfasst eine Andruckrolle sowie eine Halterung, welche die Andruckrolle um eine Achse drehbar lagert. Ferner ist eine Kraftregulierungseinrichtung vorgesehen, welche dazu ausgestaltet ist, eine Kraft zu steuern oder zu regeln, mit der die Andruckrolle gegen das Beschichtungsmaterial gedrückt wird. Auch wenn sich derartige Vorrichtungen bewährt haben, ist deren Integration in eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem konstruktiven Aufwand verbunden, da die bereits vorliegende Maschinenkonstruktion zur Integration der entsprechenden Sensorik erweitert werden muss. Hierbei muss der zur Verfügung stehende Bauraum so ausgenutzt werden, dass die Funktionalität und Betriebssicherhit der Bearbeitungsvorrichtung nicht beeinträchtigt wird. Dies kann auf Grund der Variantenvielfalt ähnlicher Bearbeitungsvorrichtungen zu einer hohen Herausforderung führen.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung zielt deshalb darauf ab, eine Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die bei geringer konstruktiver Anpassung und/oder geringem zusätzlichen Montageaufwand eine verbesserte Prozessüberwachung gewährleistet .

Eine solche Bearbeitungsvorrichtung wird in Anspruch 1 beschrieben. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt. Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Bearbeitungsvorrichtung bereit.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass auf Grundlage einer Messung einer elastischen Verformung an Bauteilen einer Bearbeitungsvorrichtung ein Rückschluss auf während der Bearbeitung wirkende Kräfte erfolgen kann und auf Basis einer Detektion im Betrieb der Bearbeitungsvorrichtung eine Prozessüberwachung und/oder Regelung des Bearbeitungsvorgangs stattfinden kann. Die mit einer Dehnungsmessung bewerteten Bauteile der Bearbeitungsvorrichtung müssen dabei nicht speziell modifiziert werden. Vielmehr kann ein derartiges Bauteil mit einem Sensor zum Erfassen der elastischen Verformung, beispielsweise einem Dehnungsmesssensor, insbesondere Dehnungsmessstreifen, eines piezoelektrischen Sensors, eines kapazitiven Sensors, eines optischen Sensors oder eines induktiven Sensors ausgestattet oder von einem derartigen Sensor bewertet werden, ohne die Dimensionen und Ausgestaltung des Bauteils zu ändern. Somit bleiben die mechanischen Merkmale, wie Festigkeit und Steifigkeit, des entsprechenden Bauteils gleich oder im Wesentlichen gleich.

Eine weiterführende Berechnung zu Belastungsfällen während des Betriebs, die im Falle einer Änderung der konstruktiven Bauteile der Bearbeitungsvorrichtung erforderlich wären, kann entfallen. Ferner erlaubt diese Herangehensweise auch die Nachrüstung von Bearbeitungsvorrichtungen, da lediglich ein bestimmtes, konstruktiv ähnliches oder gleiches Bauteil ausgetauscht oder um einen Dehnungsmesssensor ergänzt werden muss.

Erfindungsgemäß wird eine Bearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die umfasst: eine Bearbeitungseinheit, eine Halterung, die die Bearbeitungseinheit trägt, einen Sensor zum Erfassen einer Verformung der Halterung, und eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, auf Grundlage der Messwerte des Sensors die Positionierung der Bearbeitungseinheit zu regeln.

Durch Positionierung der Bearbeitungseinheit kann die Lebensdauer der Bearbeitungseinheit erhöht werden, da ein optimierter Einsatz der Bearbeitungseinheit gewährleistet wird. Darüber hinaus kann durch die Regelung der Position der Bearbeitungseinheit die Bearbeitungsqualität verbessert werden.

Es ist bevorzugt, dass die Halterung mittels eines Antriebs insbesondere eines Hydraulikzylinders, eines Pneumatikzylinders, Gewindestange oder eines Linearantriebs, bewegbar ist. Somit kann die Regelung der Positionierung der Bearbeitungseinheit durch die Steuereinrichtung ausgeführt werden.

Es ist bevorzugt, dass der Sensor an der Halterung appliziert ist. Somit kann eine Messung im direkten Umfeld oder an der Halterung durchgeführt werden.

Es ist bevorzugt, dass der Sensor ein Dehnungsmesssensor, insbesondere ein Dehnungsmessstreifen, ein piezoelektrischer Sensor, ein kapazitiver Sensor, ein optischer Sensor oder ein induktiver Sensor ist. Somit können Dehnungen erfasst werden, ohne die Dimensionen und Ausgestaltung des Bauteils zu ändern.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, eine Sendeeinrichtung zum Übertragen der vom Sensor erfassten Messwerte an eine zentrale Speichereinrichtung vorzusehen, insbesondere eine Cloud. Anhand der an die zentrale Speichereinrichtung übergebenen Daten können beispielsweise zusätzliche Informationen an einen Bediener generiert werden. Somit kann die durch die Steuereinrichtung lokal gewährleistete Regelung der Positionierung der Bearbeitungseinheit um weitere Funktionen erweitert werden. Ferner können die in der zentralen Speichereinrichtung hinterlegten Messwerte für ein Maschinenlernen verwendet werden.

In einer weiteren Zielrichtung wird ein Verfahren bereitgestellt, das zum Betreiben einer Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen ist, wobei die Bearbeitungsvorrichtung eine Bearbeitungseinheit, eine Halterung, die die Bearbeitungseinheit trägt, sowie einen Sensor zum Erfassen einer Verformung der Halterung aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erfassen einer Verformung der Halterung mittels des Sensors, und Positionieren der Bearbeitungseinheit auf Grundlage der vom Sensor erfassten Messwerte . Durch Positionierung der Bearbeitungseinheit im Rahmen des Verfahrens kann die Lebensdauer der Bearbeitungseinheit erhöht werden, da ein optimierter Einsatz der Bearbeitungseinheit gewährleistet wird. Darüber hinaus kann durch die Regelung der Position der Bearbeitungseinheit die Bearbeitungsqualität verbessert werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Sensor ein Dehnungsmesssensor, insbesondere ein Dehnungsmessstreifen, ein piezoelektrischer Sensor, ein kapazitiver Sensor, ein optischer Sensor oder ein induktiver Sensor ist.

Es ist bevorzugt, dass die vom Sensor erfassten Messwerte an eine zentrale Speichereinrichtung, insbesondere eine Cloud, übermittelt werden. Anhand der an die zentrale Speichereinrichtung übergebenen Daten können beispielsweise zusätzliche Informationen an einen Bediener generiert werden. Somit kann die durch die Steuereinrichtung lokal gewährleistete Regelung der Positionierung der Bearbeitungseinheit um weitere Funktionen erweitert werden. Ferner können die in der zentralen Speichereinrichtung hinterlegten Messwerte für ein Maschinenlernen verwendet werden.

Ferner kann es vorgesehen sein, dass ein Bediener auf Grundlage der vom Sensor erfassten Messwerte informiert wird. Beispielsweise können dem Bediener Ist-Abweichungen der Position der Bearbeitungseinheit von Soll-Werten angezeigt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung einer ersten Ausführungsform einer BearbeitungsVorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zweite Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine dritte Ausführungsform einer

Bearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen

Gleiche Bezugszeichen, die in verschiedenen Figuren aufgeführt sind, benennen identische, einander entsprechende, oder funktionell ähnliche Elemente.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird, als ein Beispiel einer Bearbeitungsvorrichtung, eine Beschichtungsvorrichtung 100 beschrieben, die zum Beschichten einer Schmalseite eines plattenförmigen Werkstücks eingesetzt wird. Derartige Werkstücke können beispielsweise aus Holz oder Holzwerkstoffen gefertigt sein. Die Beschichtungsvorrichtung 100 ist in Figur 1 in einer schematischen Draufsicht gezeigt.

Zum Beschichten eines Werkstücks W wird insbesondere ein streifenförmiges Beschichtungsmaterial verwendet, das mit einer aktivierbaren Haftschicht versehen sein kann. Alternativ wird die zu beschichtende Seite des Werkstücks W oder das Beschichtungsmaterial mit einem Haftmittel versehen. Ein streifenförmiges Beschichtungsmaterial, auch als Kantenband bezeichnet, kann aus Kunststoff gefertigt sein, oder es handelt sich beispielsweise um ein Furniermaterial. Das Werkstück W wird im Zuge eines Beschichtungsvorgangs mit einer (nicht dargestellten) Fördereinrichtung relativ zur Beschichtungsvorrichtung 100 bewegt. Dabei wird das Werkstück W mittels eines Oberdrucks gegen die Fördereinrichtung gedrückt und somit in einem eingespannten Zustand gehalten, sodass in diesem Zustand ein Verrutschen des Werkstücks W verhindert wird.

Die Beschichtungsvorrichtung 100 umfasst eine Andruckrolle 110 sowie mehrere Nachdrückrollen 120, die an einer bewegbaren Halterung 130 angebracht sind. Die Halterung 130 ist mittels eines Pneumatikzylinders 140 verstellbar, um die Andruckrolle 110 und die Nachdrückrollen 120 in eine bestimmte Position zu bewegen, in der die Andruckrolle 110 und die Nachdrückrollen 120 ein Beschichtungsmaterial an ein Werkstück W anpressen sollen. Die Position der Andruckrolle 110 wird in Relation zu einem (nicht dargestellten) Anschlag zum Führen eines Werkstücks W bestimmt, und zwar in Abhängigkeit von der Dicke des an der Schmalseite des Werkstücks W aufzubringenden Beschichtungsmaterials.

Während eines Beschichtungsvorgangs werden bedingt durch die Andruckkräfte mechanische Spannungen in die Halterung 130 übertragen, die auf Grund der Krafteinwirkung elastisch verformt wird.

Die Verformung kann durch einen Dehnungsmesssensor 150 detektiert werden, der an einem Abschnitt der Halterung 130 befestigt ist. Da die Dimension und Ausgestaltung der Halterung 130 denjenigen entsprechen, die eine Halterung auch ohne Integration des Dehnungsmesssensors 150 aufweist, kann die Halterung 130 auch als Nachrüstteil für eine bereits bestehende Beschichtungsvorrichtung 100 nachgerüstet werden.

Durch die mit dem Dehnungsmesssensor 150 ermittelten Messwerte kann eine Andruckkraft der Andruckrolle 110 sowie der Nachdrückrollen 120 quantitativ ermittelt werden. Die Messwerte können von einer Steuereinrichtung so bei der Regelung des Pneumatikzylinders 140 (Antriebs) verwendet werden, dass stets eine konstante Andruckkraft bereitgestellt wird. Auf diese Weise wird ein qualitativ hochwertiges Beschichtungsergebnis gewährleistet. Auch können Unregelmäßigkeiten im Betrieb der Beschichtungsvorrichtung 100 frühzeitig erkannt werden, sodass Wartungsintervalle entsprechend geplant werden können.

Ferner umfasst die Beschichtungsvorrichtung 100 eine Sendeeinrichtung zum Übertragen der vom Sensor 150 erfassten Messwerte an eine zentrale Speichereinrichtung, insbesondere eine Cloud. Somit können die Messwerte zentral dokumentiert und bei Bedarf weiter ausgewertet werden.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird, als ein weiteres Beispiel einer Bearbeitungsvorrichtung, eine Beschichtungsvorrichtung 100a beschrieben, die im Bereich der Stationärtechnik zum Einsatz kommt. Hierbei handelt es sich um ein sogenanntes getastetes Aggregat, das relativ zu einem fixierten Werkstück geführt wird, um im Zuge der relativen Bewegung ein Beschichtungsmaterial an einer Schmalseite eines solchen Werkstücks aufzubringen.

Die Beschichtungsvorrichtung 100a umfasst eine an einem Schlitten 160a angebrachte Andruckrolle 110a, wobei der Schlitten 160a durch eine Halterung 130a getragen wird. Die Halterung 130a ist mittels eines Linearantriebs 140a relativ zu einem balkenförmigen Trägerelement 170a bewegbar.

An der Halterung 130a ist ein Dehnungsmesssensor 150a appliziert, der eingerichtet ist, eine Verformung eines Abschnitts der Halterung 130a zu detektieren. Die vom Dehnungsmesssensor 150a ermittelten Messwerte können von einer Steuereinrichtung der Beschichtungsvorrichtung 100a aufgenommen und verarbeitet werden. Im Zuge eines Beschichtungsvorgangsvorgangs wird der Schlitten 160a relativ zur Halterung 130a in vertikaler Richtung verfahren und somit die Andruckrolle 110a in vertikaler Richtung positioniert. Ferner wird die Halterung 130a relativ zum balkenförmigen Trägerelement 170a, welches relativ zu einem Maschinenbett bewegbar ist, verfahren und somit die Andruckrolle 110a entlang des zu beschichtenden Werkstücks geführt.

Durch die mit dem Dehnungsmesssensor 150a ermittelten Messwerte kann eine Andruckkraft der Andruckrolle 110a quantitativ ermittelt werden. Die Messwerte können durch die Steuereinrichtung so bei der Regelung des Linearantriebs zur Verstellung der Halterung 130a verwendet werden, dass stets eine konstante Andruckkraft bereitgestellt wird.

Gemäß einer dritten Ausführungsform wird, als ein weiteres Beispiel einer Bearbeitungsvorrichtung, eine CNC- Bearbeitungsmaschine 100b dargestellt, die eine relativ zu einem Maschinenbett bewegbaren, balkenförmigen Halterung 130b aufweist, an dem ein Dehnungsmesssensor 150b appliziert ist.

An der Halterung 130b ist ein Schlitten 160b bewegbar angebracht, der ein Bearbeitungsaggregat 110b (Bearbeitungseinheit) aufnimmt. Das Bearbeitungsaggregat 110b umfasst ein spanend arbeitendes Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise einen Fräser. Bei der Bearbeitung eines Werkstücks gelangt das Bearbeitungswerkzeug mit dem Werkstück in Eingriff.

Die Halterung 130b ist mittels eines Linearantriebs 140b relativ zu einem Maschinenbett (nicht gezeigt) bewegbar.

Aufgrund dynamischer und statischer Kräfte während eines Bearbeitungsvorgangs, die durch den Eingriff des Bearbeitungswerkzeugs am Werkstück bedingt werden, kann sich die Halterung 130b elastisch verformen. Auf Grund der Verformung weicht die Position des Werkzeugmittelpunkts (TCP: Tool-Center-Point) von der im Ruhezustand der Maschine kalibrierten Position ab. Die elastische Verformung des Werkzeugmittelpunkts TCP kann mittels des Dehnungsmesssensors 150b sensorisch erfasst werden, sodass die Antriebe zum

Bewegen der Halterung 130b zum Ausgleich des veränderten Werkzeugmittelpunkts TCP geregelt werden können. Auf diese Weise wird der Werkzeugmittelpunkt TCP derart nachgeregelt, dass dieser der kalibrierten Position entspricht.

Im Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen werden Dehnungsmesssensoren zum Erfassen einer elastischen Verformung der Halterung beschrieben. Zusätzlich kann die Halterung mit einem oder mehreren Temperatursensoren versehen sein, um die Messergebnisse der Dehnungsmesssensoren zu validieren .

Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass einzelne, jeweils in verschiedenen Ausführungs formen beschriebene Merkmale, auch in einer einzigen Aus führungsform umgesetzt werden können, sofern sie nicht strukturell inkompatibel sind. Gleichermaßen können verschiedene Merkmale, die im Rahmen einer einzelnen Ausführungsform beschrieben sind, auch in mehreren Ausführungsformen einzeln oder in jeder geeigneten Unterkombination vorgesehen sein.